DE102019100929A1

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Info

Publication number: DE102019100929A1
Application number: DE102019100929.4A
Authority: DE
Inventors: Mathias Müller
Original assignee: Blickfeld GmbH
Current assignee: Blickfeld GmbH
Priority date: 2019-01-15
Filing date: 2019-01-15
Publication date: 2020-07-16

Abstract

Translated fromGerman

Ein Light Detection and Ranging (LIDAR) System (100) beinhaltet einen Laser, eine Abtasteinheit (159), einen ersten Detektor (102) und einen zweiten Detektor (202). Der erste Detektor (102) ist so konfiguriert, dass er einen sekundären Laserpuls (112) entlang eines Strahlengangs (125) erfasst, welcher durch die Abtasteinheit verläuft; während der zweite Detektor (202) so konfiguriert ist, dass er den sekundären Laserpuls (112) entlang eines weiteren Strahlengangs (225) erfasst, welcher nicht durch die Abtasteinheit (159) verläuft.A light detection and ranging (LIDAR) system (100) includes a laser, a scanning unit (159), a first detector (102) and a second detector (202). The first detector (102) is configured to detect a secondary laser pulse (112) along an optical path (125) that runs through the scanning unit; while the second detector (202) is configured such that it detects the secondary laser pulse (112) along a further beam path (225) which does not run through the scanning unit (159).

Description

Translated fromGerman

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Verschiedene Beispiele beziehen sich im Allgemeinen auf Light Detection and Ranging (LIDAR). Verschiedene Beispiele beziehen sich speziell auf ein LIDAR-System mit einem ersten Detektor und einem zweiten Detektor.Various examples generally relate to Light Detection and Ranging (LIDAR). Various examples relate specifically to a LIDAR system with a first detector and a second detector.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Light Detection and Ranging (LIDAR; manchmal auch als Laser Ranging oder LADAR bezeichnet) ermöglicht es, eine 3D-Punktwolke einer Szene zu erstellen. Die Position von Objekten kann genau erfasst werden. Eine Entfernungsmessung ist möglich. Gepulstes oder Dauerstrich-Laserlicht wird entlang eines Aussende-Strahlenbündels ausgesendet und nach Reflexion an einem Objekt über ein Empfangs-Strahlenbündel erfasst. Dadurch kann die Entfernung zum Objekt (z-Position oder Tiefenlage) bestimmt werden.Light Detection and Ranging (LIDAR; sometimes also called Laser Ranging or LADAR) enables a 3D point cloud of a scene to be created. The position of objects can be recorded precisely. A distance measurement is possible. Pulsed or continuous wave laser light is emitted along an emitting beam and, after being reflected on an object, detected via a receiving beam. This allows the distance to the object (z position or depth) to be determined.

Es besteht immer noch Bedarf, LIDAR mit erhöhtem Messbereich zu realisieren, um die Tiefenposition von Objekten, die in großer Entfernung angeordnet sind, -- auch bei Einhaltung von Augenschutzbestimmungen - zu bestimmen. Typische Messreichweiten, die wünschenswert sein können, sind z.B. 200 m für ein 10% reflektierendes Ziel.There is still a need to implement LIDAR with an increased measuring range in order to determine the depth position of objects that are arranged at a great distance - even if eye protection regulations are observed. Typical measuring ranges that may be desirable are e.g. 200 m for a 10% reflective target.

Eine Strategie zur Erhöhung der Messreichweite ist die Verwendung von primären Laserpulsen mit großen Amplituden. Es können jedoch Bedenken hinsichtlich der Augensicherheit auftreten.One strategy for increasing the measuring range is to use primary laser pulses with large amplitudes. However, concerns about eye safety may arise.

Noch eine weitere Strategie zur Erhöhung der Messreichweite ist die Verwendung von Laserlicht im fernen Infrarot bei z.B. 1550 nm. Hier können große Amplituden des primären Laserpulses genutzt werden, da das menschliche Auge für diese Wellenlänge weniger empfindlich ist (z.B. im Vergleich zu 950 nm). Solche Techniken erfordern jedoch üblicherweise einen teuren und komplexen Faserlaser.Another strategy for increasing the measuring range is the use of laser light in the far infrared in e.g. 1550 nm. Large amplitudes of the primary laser pulse can be used here, since the human eye is less sensitive to this wavelength (e.g. compared to 950 nm). However, such techniques usually require an expensive and complex fiber laser.

Eine weitere Strategie zur Erhöhung der Messreichweite ist die räumliche Filterung: Hierbei wird ein zweidimensionaler (2-D) kollimierter primärer Laserpuls entlang eines Aussende-Strahlenbündels ausgesandt, welches an einem Strahlengang ausgerichtet ist, welcher durch eine Abtasteinheit (englisch: scan unit) verläuft. Ein sekundärer Laserpuls - welcher einer Reflexion des primären Laserpulses am Objekt entspricht - wird entlang eines Empfangs-Strahlenbündels detektiert, das an dem gleichen Strahlengang ausgerichtet ist, der durch die Abtasteinheit verläuft. Anschließend wird das Licht im Wesentlichen nur aus der durch das Aussende-Strahlenbündel definierten Richtung gesammelt. Dies hilft, Hintergrundphotonen zu unterdrücken; und erhöht somit das Signal-zu-Rausch-Verhältnis. Allerdings sind solche Verfahren oft durch die vergleichsweise kleinen erreichbaren Aperturen einer dem Detektor dazugehörige Detektoroptik begrenzt: Werden, wie üblich, einer oder mehrere Scan-Spiegel (englisch: scan mirrors) in der Abtasteinheit zur Realisierung einer Ablenkung des Strahlengangs eingesetzt, so sind diese Scan-Spiegel in ihrer Größe begrenzt. Sie können als Feldblenden bei der Detektoroptik wirken. Auf diese Weise kann die Anzahl der Photonen des sekundären Laserpulses, welche den Detektor erreichen, durch die Apertur der Detektoroptik begrenzt sein. Dadurch sind große Messbereiche nur schwer zu erreichen.Another strategy for increasing the measuring range is spatial filtering: Here, a two-dimensional (2-D) collimated primary laser pulse is emitted along an emitting beam, which is aligned with a beam path that runs through a scanning unit. A secondary laser pulse - which corresponds to a reflection of the primary laser pulse on the object - is detected along a received beam which is aligned with the same beam path that runs through the scanning unit. Subsequently, the light is essentially only collected from the direction defined by the emitting beam. This helps suppress background photons; and thus increases the signal-to-noise ratio. However, such methods are often limited by the comparatively small achievable apertures of a detector optics belonging to the detector: If, as usual, one or more scan mirrors are used in the scanning unit to implement a deflection of the beam path, these are scans -Mirrors limited in size. They can act as field diaphragms in the detector optics. In this way, the number of photons of the secondary laser pulse that reach the detector can be limited by the aperture of the detector optics. This makes it difficult to reach large measuring ranges.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Es besteht Bedarf an LIDAR-Techniken, welche größere Messbereiche ermöglichen. Speziell besteht Bedarf an Techniken, welche zumindest einige der oben genannten Einschränkungen und Nachteile überwinden oder abmildern.There is a need for LIDAR techniques that enable larger measuring ranges. Specifically, there is a need for techniques that overcome or alleviate at least some of the limitations and disadvantages mentioned above.

Dieser Bedarf wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche erfüllt. Die Merkmale der abhängigen Ansprüche definieren Ausführungsformen.This need is met by the features of the independent claims. The features of the dependent claims define embodiments.

Ein LIDAR-System beinhaltet eine Abtasteinheit. Die Abtasteinheit ist konfiguriert, eine zweidimensionale Ablenkung bezüglich eines ersten Strahlengangs zu bewirken. Der erste Strahlengang verläuft durch die Abtasteinheit. Das LIDAR-System beinhaltet zudem einen Laser, der konfiguriert ist, einen primären Laserpuls entlang des ersten Strahlengangs auszusenden. Das LIDAR-System beinhaltet zudem einen ersten Detektor, der konfiguriert ist, einen sekundären Laserpuls entlang des ersten Strahlengangs zu erfassen. Der sekundäre Laserpuls ist eine Reflexion des primären Laserpulses an einem Objekt in einer Umgebung. Das LIDAR System beinhaltet zudem einen zweiten Detektor, der konfiguriert ist, den sekundären Laserpuls entlang eines zweiten Strahlengangs zu empfangen. Der zweite Strahlengang verläuft nicht durch die Abtasteinheit. Das LIDAR System beinhaltet zudem eine Recheneinheit, die konfiguriert ist, eine Tiefenlage des Objekts in der Umgebung auf Basis von wenigstens einem aus einem ersten Laufzeit-Signal des ersten Detektors oder einem zweiten Laufzeitsignal des zweiten Detektors zu bestimmen. Die Recheneinheit ist ferner konfiguriert, eine laterale Position des Objekts in der Umgebung basierend auf einem Steuersignal zu bestimmen, welches die zweidimensionale Ablenkung widerspiegelt.A LIDAR system includes a scanning unit. The scanning unit is configured to cause a two-dimensional deflection with respect to a first beam path. The first beam path runs through the scanning unit. The LIDAR system also includes a laser that is configured to emit a primary laser pulse along the first beam path. The LIDAR system also includes a first detector, which is configured to detect a secondary laser pulse along the first beam path. The secondary laser pulse is a reflection of the primary laser pulse on an object in an environment. The LIDAR system also includes a second detector that is configured to receive the secondary laser pulse along a second beam path. The second beam path does not run through the scanning unit. The LIDAR system also includes a computing unit that is configured to determine a depth of the object in the environment on the basis of at least one of a first transit time signal of the first detector or a second transit time signal of the second detector. The computing unit is further configured to determine a lateral position of the object in the environment based on a control signal that reflects the two-dimensional deflection.

Ein Fahrzeug beinhaltet das LIDAR-System.A vehicle contains the LIDAR system.

Ein Verfahren beinhaltet ein Steuern eines Lasers, um einen primären Laserpuls entlang eines ersten Strahlengangs auszusenden. Das Verfahren beinhaltet zudem ein Steuern einer Abtasteinheit, um eine zweidimensionale Ablenkung für den ersten Strahlengang zu bewirken. Das Verfahren beinhaltet zudem ein Steuern eines ersten Detektors, um einen sekundären Laserpuls entlang des ersten Strahlengangs zu erfassen, wobei der sekundäre Laserpuls eine Reflexion des primären Laserpulses an einem Objekt in einer Umgebung ist. Das Verfahren beinhaltet zudem ein Steuern eines zweiten Detektors, um den sekundären Laserpuls entlang eines zweiten Strahlengangs zu erfassen, welcher nicht durch die Abtasteinheit verläuft. Zudem beinhaltet das Verfahren ein Bestimmen einer Tiefenlage des Objekts in der Umgebung basierend auf wenigstens einem aus einem ersten Laufzeitsignal des ersten Detektors oder einem zweiten Laufzeitsignal des zweiten Detektors. Das Verfahren beinhaltet zudem ein Bestimmen einer lateralen Position des Objekts in der Umgebung basierend auf einem Steuersignal der Abtasteinheit, wobei das Steuersignal die zweidimensionale Ablenkung kennzeichnet. One method includes controlling a laser to emit a primary laser pulse along a first beam path. The method also includes controlling a scanning unit in order to effect a two-dimensional deflection for the first beam path. The method also includes controlling a first detector to detect a secondary laser pulse along the first beam path, the secondary laser pulse being a reflection of the primary laser pulse on an object in an environment. The method also includes controlling a second detector in order to detect the secondary laser pulse along a second beam path that does not run through the scanning unit. In addition, the method includes determining a depth position of the object in the environment based on at least one of a first transit time signal of the first detector or a second transit time signal of the second detector. The method also includes determining a lateral position of the object in the environment based on a control signal from the scanning unit, the control signal identifying the two-dimensional deflection.

Ein Computerprogrammprodukt oder ein Computerprogramm oder ein computerlesbares Speichermedium enthält Programmcode. Ein Prozessor kann den Programmcode laden und ausführen, um dieses Verfahren auszuführen.A computer program product or a computer program or a computer-readable storage medium contains program code. A processor can load and execute the program code to perform this procedure.

Ein LIDAR-System beinhaltet eine Abtasteinheit. Die Abtasteinheit ist konfiguriert, eine zweidimensionale Ablenkung auf einen ersten Strahlengang zu bewirken. Der erste Strahlengang verläuft durch die Abtasteinheit. Das LIDAR System beinhaltet zudem einen Laser, der eingerichtet ist, einen primären Laserpuls entlang des ersten Strahlengangs auszusenden. Das LIDAR System beinhaltet zudem einen Detektor, der konfiguriert ist, einen sekundären Laserpuls entlang eines zweiten Strahlengangs - wobei der sekundäre Laserpuls eine Reflexion des primären Laserpulses ist - zu empfangen. Der zweite Strahlengang verläuft nicht durch die Abtasteinheit. Das LIDAR-System beinhaltet zudem eine Recheneinheit, die konfiguriert ist, eine Tiefenlage des Objekts in der Umgebung basierend auf einem Laufzeitsignal des Detektors zu bestimmen. Die Recheneinheit ist ferner konfiguriert, eine laterale Position des Objekts in der Umgebung zu bestimmen basierend auf einem Steuersignal, welches die zweidimensionale Ablenkung widerspiegelt.A LIDAR system includes a scanning unit. The scanning unit is configured to cause a two-dimensional deflection onto a first beam path. The first beam path runs through the scanning unit. The LIDAR system also includes a laser that is set up to emit a primary laser pulse along the first beam path. The LIDAR system also includes a detector that is configured to receive a secondary laser pulse along a second beam path - the secondary laser pulse being a reflection of the primary laser pulse. The second beam path does not run through the scanning unit. The LIDAR system also includes a computing unit that is configured to determine a depth of the object in the environment based on a runtime signal from the detector. The computing unit is further configured to determine a lateral position of the object in the environment based on a control signal that reflects the two-dimensional deflection.

Es versteht sich, dass die oben genannten und die im Folgenden noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den jeweils angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder isoliert verwendet werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combinations, but also in other combinations or in isolation, without leaving the scope of the invention.

FigurenlisteFigure list

1 stellt ein LIDAR-System mit einem ersten und einem zweiten Detektor gemäß verschiedenen Beispielen schematisch dar. 1 schematically shows a LIDAR system with a first and a second detector according to various examples.
2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedenen Beispielen. 2nd is a flow diagram of a method according to various examples.
3 stellt schematisch ein Sichtfeld des ersten Detektors und ein Sichtfeld des zweiten Detektors gemäß verschiedenen Beispielen dar. 3rd schematically represents a field of view of the first detector and a field of view of the second detector according to various examples.
4 stellt schematisch ein Sichtfeld des ersten Detektors und ein Sichtfeld des zweiten Detektors gemäß verschiedenen Beispielen dar. 4th schematically represents a field of view of the first detector and a field of view of the second detector according to various examples.
5 stellt schematisch Details des zweiten Detektors gemäß verschiedener Beispiele dar. 5 shows schematically details of the second detector according to various examples.
6 stellt schematisch eine Kombination von Laufzeit-Signalen des ersten Detektors und des zweiten Detektors gemäß verschiedenen Beispielen dar. 6 schematically represents a combination of transit time signals of the first detector and the second detector according to various examples.
7 stellt schematisch ein Fahrzeug mit dem LIDAR-System gemäß verschiedenen Beispielen dar. 7 schematically shows a vehicle with the LIDAR system according to various examples.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELENDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS

Einige Beispiele der vorliegenden Offenbarung sehen im Allgemeinen eine Vielzahl von Schaltkreisen oder anderen elektrischen Geräten vor. Alle Verweise auf die Schaltkreise und andere elektrische Geräte und die von jedem dieser Geräte bereitgestellte Funktionalität sind nicht darauf beschränkt, nur das zu umfassen, was hier dargestellt und beschrieben wird. Zwar können den verschiedenen Schaltkreisen oder anderen elektrischen Geräten bestimmte Kennzeichnungen zugeordnet werden, doch sind diese Kennzeichnungen nicht dazu bestimmt, den Einsatzbereich der Schaltkreise und der anderen elektrischen Geräte einzuschränken. Solche Schaltkreise und andere elektrische Geräte können je nach gewünschter Art der elektrischen Realisierung beliebig miteinander kombiniert und/oder voneinander getrennt werden. Es wird festgestellt, dass jeder Schaltkreis oder jede andere elektrische Vorrichtung, die hier offengelegt wird, eine beliebige Anzahl von Mikrocontrollern, eine Grafikprozessoreinheit (GPU), integrierte Schaltkreise, Speicherbausteine (z. B. FLASH, Direktzugriffsspeicher (RAM), Festwertspeicher (ROM), elektrisch programmierbare Festwertspeicher (EPROM), elektrisch löschbare programmierbare Festwertspeicher (EEPROM) oder andere geeignete Varianten davon) und Software, die miteinander zusammenwirken, um die hier offengelegten Funktionen auszuführen, beinhalten kann. Darüber hinaus kann jedes oder mehrere der elektrischen Geräte so konfiguriert sein, einen Programmcode auszuführen, der in einem nichtflüchtigen computerlesbaren Medium enthalten ist, um eine beliebige Anzahl der hier offenbarten Funktionen auszuführen.Some examples of the present disclosure generally provide a variety of circuitry or other electrical devices. All references to the circuits and other electrical devices and the functionality provided by each of these devices are not limited to include only what is shown and described here. Certain labels can be assigned to the various circuits or other electrical devices, but these labels are not intended to limit the area of use of the circuits and other electrical devices. Such circuits and other electrical devices can be combined with one another and / or separated from one another, depending on the desired type of electrical implementation. It is noted that each circuit or other electrical device disclosed herein includes any number of microcontrollers, a graphics processor unit (GPU), integrated circuits, memory chips (e.g. FLASH, random access memory (RAM), read only memory (ROM) , electrically programmable read-only memory (EPROM), electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM) or other suitable variants thereof) and software that can interact with one another to carry out the functions disclosed here. In addition, each or more of the electrical devices can be configured to execute a program code that is in a non-volatile computer readable medium is included to perform any number of the functions disclosed herein.

Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es versteht sich, dass die folgende Beschreibung von Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen ist. Der Umfang der Erfindung soll weder durch die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen noch durch die Zeichnungen, die nur zur Veranschaulichung dienen sollen, eingeschränkt werden.In the following, embodiments of the invention are described in detail with reference to the accompanying drawings. It is understood that the following description of embodiments is not to be taken in a limiting sense. The scope of the invention is not to be limited by the embodiments described below or by the drawings, which are only intended to be illustrative.

Die Zeichnungen sind als schematische Darstellungen anzusehen und die in den Zeichnungen abgebildeten Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr werden die verschiedenen Elemente so dargestellt, dass ihre Funktion und ihr allgemeiner Zweck für einen Fachmann erkennbar sind. Jede Verbindung oder Kopplung zwischen Funktionsblöcken, Geräten, Bauteilen oder anderen in den Zeichnungen dargestellten oder hier beschriebenen physikalischen oder funktionellen Einheiten kann auch durch eine indirekte Verbindung oder Kopplung realisiert werden. Eine Kopplung zwischen Bauteilen kann auch über eine drahtlose Verbindung hergestellt werden. Funktionsblöcke können in Hardware, Firmware, Software oder einer Kombination davon implementiert sein.The drawings are to be regarded as schematic representations and the elements depicted in the drawings are not necessarily drawn to scale. Rather, the various elements are presented in such a way that their function and general purpose can be recognized by a person skilled in the art. Any connection or coupling between functional blocks, devices, components or other physical or functional units shown in the drawings or described here can also be realized by an indirect connection or coupling. A coupling between components can also be established via a wireless connection. Function blocks can be implemented in hardware, firmware, software, or a combination thereof.

Im Folgenden werden LIDAR-Techniken beschrieben. Mit diesen Techniken wird es ermöglicht, die Entfernung zu einem Objekt in der Umgebung über die Umlaufzeit (RTT, englisch: round-trip time) von Photonen zu bestimmen. Dabei wird ein primärer Laserpuls ausgesendet und ein sekundärer Laserpuls detektiert. Es kann eine Tiefenlage des Objekts in der Umgebung bestimmt werden.LIDAR techniques are described below. With these techniques it is possible to determine the distance to an object in the environment via the round-trip time (RTT) of photons. A primary laser pulse is emitted and a secondary laser pulse is detected. A depth of the object in the surroundings can be determined.

Verschiedene hier beschriebene Techniken basieren auf einer Kombination aus einem ersten Detektor und einem zweiten Detektor. Dabei können der erste Detektor, der zweite Detektor und die jeweils dazugehörige Detektoroptik nach unterschiedlichen Designzielen konfiguriert werden.Various techniques described here are based on a combination of a first detector and a second detector. The first detector, the second detector and the associated detector optics can be configured according to different design goals.

Zum Beispiel kann der erste Detektor einer ersten Detektoroptik zugeordnet werden, die einen vergleichsweise kleinen Akzeptanzwinkel hat (d.h. den Raumwinkel zum Objekt, von dem aus Strahlen den jeweiligen Detektor erreichen können; üblicherweise definiert durch die Apertur, die Größe einer Feldblende und/oder die Brennweite), während der zweite Detektor einer zweiten Detektoroptik zugeordnet sein kann, die einen vergleichsweise großen Akzeptanzwinkel hat.For example, the first detector can be assigned to a first detector optics which has a comparatively small acceptance angle (ie the solid angle to the object from which beams can reach the respective detector; usually defined by the aperture, the size of a field diaphragm and / or the focal length ), while the second detector can be assigned to a second detector optics, which has a comparatively large acceptance angle.

Zum Beispiel kann der erste Detektor ein erstes Sichtfeld (FOV, englisch: field-ofview) haben, das durch einen Abtastbereich einer Abtasteinheit definiert ist, während der zweite Detektor ein FOV haben kann, das durch den Akzeptanzwinkel der dazugehörigen zweiten Detektoroptik definiert ist.For example, the first detector can have a first field of view (FOV), which is defined by a scanning area of a scanning unit, while the second detector can have a FOV, which is defined by the acceptance angle of the associated second detector optics.

Der erste FOV des ersten Detektors kann größer sein als der zweite FOV des zweiten Detektors.The first FOV of the first detector can be larger than the second FOV of the second detector.

Die Messreichweite des ersten Detektors kann kleiner als die Messreichweite des zweiten Detektors sein.The measuring range of the first detector can be smaller than the measuring range of the second detector.

Der erste Detektor und die dazugehörige erste Detektoroptik können beispielsweise so konfiguriert sein, dass sie mit einer Abtasteinheit zusammenarbeiten, welche eine 2-D-Ablenkung für einen ersten Strahlengang bewirkt, der mit einem Sende-(TX) Strahlenbündel ausgerichtet ist, das primären Laserpulsen zugeordnet ist, die von einem Laser ausgesendet werden. Dieser erste Strahlengang kann auch mit einem ersten Empfangs- (RX) Strahlenbündel ausgerichtet werden, das sekundären Laserpulsen (als Reflexionen der primären Laserpulse) zugeordnet ist. Die erste Detektoroptik kann beispielsweise eine Feldblende haben, die von der Abtasteinheit bestimmt wird, z.B. durch einen oder mehrere Scan-Spiegel der Abtasteinheit.The first detector and the associated first detector optics can, for example, be configured in such a way that they work together with a scanning unit which effects a 2-D deflection for a first beam path which is aligned with a transmit (TX) beam bundle which is assigned to primary laser pulses is that are emitted by a laser. This first beam path can also be aligned with a first receiving (RX) beam which is assigned to secondary laser pulses (as reflections of the primary laser pulses). The first detector optics can, for example, have a field diaphragm, which is determined by the scanning unit, e.g. by one or more scanning mirrors of the scanning unit.

Der erste Strahlengang, auf den das TX-Strahlenbündel ausgerichtet wird, kann durch die Abtasteinheit verlaufen. Die Abtasteinheit kann so konfiguriert werden, dass der Strahlengang eine 2D-Ablenkung erfährt; dadurch wird der Abtastbereich definiert. Der Abtastbereich kann wesentlich größer sein als der Akzeptanzwinkel der ersten Detektoroptik des ersten Detektors. Daher wird der erste FOV des ersten Detektors durch den Abtastbereich festgelegt. So kann der Abtastbereich - und damit der erste FOV des ersten Detektors - beispielsweise Ausdehnungen von etwa 100° x 35° oder sogar 150° x 45° haben. Die Apertur der ersten Detektoroptik des ersten Detektors kann dagegen wesentlich kleiner sein, z.B. 0,5° x 0,5° oder 1,0° x 1,0°.The first beam path to which the TX beam is directed can run through the scanning unit. The scanning unit can be configured so that the beam path undergoes a 2D deflection; this defines the scanning area. The scanning range can be significantly larger than the acceptance angle of the first detector optics of the first detector. Therefore, the first FOV of the first detector is determined by the scanning area. For example, the scanning area - and thus the first FOV of the first detector - can have dimensions of approximately 100 ° x 35 ° or even 150 ° x 45 °. In contrast, the aperture of the first detector optics of the first detector can be significantly smaller, e.g. 0.5 ° x 0.5 ° or 1.0 ° x 1.0 °.

Im Unterschied dazu könnten der zweite Detektor und die dazugehörige zweite Detektoroptik nicht derart eingerichtet sein, dass diese mit der Abtasteinheit zusammen wirkt. Vielmehr kann der zweite Detektor konfiguriert sein, den sekundären Laserpuls entlang eines weiteren RX-Strahlenbündels, welches nicht auf den ersten Strahlengang, sondern vielmehr auf einen zweiten Strahlengang, der vom ersten Strahlengang verschieden ist, ausgerichtet ist, zu erfassen. Speziell könnte der zweite Strahlengang nicht durch die Abtasteinheit verlaufen. Folglich könnte die Abtasteinheit keine 2-D Ablenkung für den zweiten Strahlengang bewirken. Dies ermöglicht, die zweite Detektoroptik mit einem vergleichsweise großen Akzeptanzwinkel zu realisieren. Zum Beispiel könnte der Akzeptanzwinkel im Bereich von 10° bis 30° (horizontal) × 5° bis 15° (vertikal) sein. Dies ist größer als der Akzeptanzwinkel der ersten Detektoroptik (welcher üblicherweise durch gewisse geometrische Einschränkungen, die durch die Abtasteinheit bedingt werden, begrenzt ist). In der Regel gilt, dass der Akzeptanzwinkel der ersten Detektoroptik kleiner sein kann als der Akzeptanzwinkel der zweiten Detektoroptik um wenigstens einen Faktor von 5, optional um wenigstens einen Faktor von 10 und weiter optional um wenigstens einen Faktor50. Folglich kann der zweite Detektor viel mehr Photonen des sekundären Laserpulses im Vergleich zu dem ersten Detektor empfangen. Auf diese Weise kann das Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR, englisch: signal-to-noise ratio) eines Laufzeit- (TOF, englisch: time-of-flight) Signals des zweiten Detektors hoch sein. Andererseits kann der zweite Detektor nicht die jeweilige Richtung innerhalb seines FOV, von welcher jene Photonen des sekundären Leseimpulses ausgehen, auflösen: sonach ist es allein basierend auf dem zweiten Detektor nicht möglich, die laterale Position des Objekts zu bestimmen.In contrast, the second detector and the associated second detector optics could not be set up in such a way that it interacts with the scanning unit. Rather, the second detector can be configured to detect the secondary laser pulse along a further RX beam, which is not aimed at the first beam path but rather at a second beam path that is different from the first beam path. In particular, the second beam path could not run through the scanning unit. As a result, the scanning unit could not cause a 2-D deflection for the second beam path. This enables the second detector optics to be compared with one to realize a large acceptance angle. For example, the acceptance angle could range from 10 ° to 30 ° (horizontal) × 5 ° to 15 ° (vertical). This is larger than the acceptance angle of the first detector optics (which is usually limited by certain geometric restrictions that are caused by the scanning unit). As a rule, the acceptance angle of the first detector optics can be smaller than the acceptance angle of the second detector optics by at least a factor of 5, optionally by at least a factor of 10 and further optionally by at least one factor 50 . As a result, the second detector can receive many more photons of the secondary laser pulse compared to the first detector. In this way, the signal-to-noise ratio (SNR) of a transit time (TOF) signal of the second detector can be high. On the other hand, the second detector cannot resolve the respective direction within its FOV from which those photons of the secondary reading pulse originate: it is therefore not possible to determine the lateral position of the object based solely on the second detector.

Allerdings ist es möglich, die laterale Position des Objekts zu bestimmen, indem die 2-D Ablenkung der Abtasteinheit herangezogen wird: dies liegt daran, dass diese 2-D Ablenkung die Richtung festlegt, in welche die primären Laserpulse ausgesandt werden und von welcher die sekundären Laserpulse folglich empfangen werden müssen.However, it is possible to determine the lateral position of the object by using the 2-D deflection of the scanning unit: this is because this 2-D deflection determines the direction in which the primary laser pulses are emitted and from which the secondary ones Laser pulses must therefore be received.

Insofern ist es möglich, dass die Tiefenlage basierend auf einem ersten TOF-Signal des ersten Detektors und/oder basierend auf einem zweiten TOF Signal des zweiten Detektors bestimmt wird; die laterale Position des Objekts kann basierend auf einem Steuersignal bestimmt werden, welches die durch die Abtasteinheit bewirkte 2-D Ablenkung widerspiegelt.In this respect it is possible that the depth position is determined based on a first TOF signal of the first detector and / or based on a second TOF signal of the second detector; the lateral position of the object can be determined based on a control signal which reflects the 2-D deflection caused by the scanning unit.

Der erste Detektor und der zweite Detektor oder könnten von verschiedener Art sein. Zum Beispiel könnte der erste Detektor eine Detektorelementeanordnung aufweisen, welche vergleichsweise empfindliche Detektorelemente beinhaltet. Zum Beispiel könnte eine Silizium-Photovervielfacher-Anordnung (SiPM's, englisch: silicon photomultiplier (array)) genutzt werden, die einen Lawinenverstärkungsfaktor (Elektronen pro Photon) von nicht weniger als 1.000 haben. Im Unterschied dazu könnte der zweite Detektor eine Detektorelementeanordnung aufweisen, welche weniger empfindliche Detektorelemente beinhaltet. Zum Beispiel kann eine Lawinen-Fotodioden-Anordnung (APD, englisch: avalanche photodiode (array)) verwendet werden, die einen Lawinenverstärkungsfaktor von z.B. 20 bis 100 hat. Generell gilt, dass der erste Detektor einen ersten Lawinenverstärkungsfaktor und der zweite Detektor einen zweiten Lawinenverstärkungsfaktor haben kann. Der erste Lawinenverstärkungsfaktor kann größer als der zweite Lawinenverstärkungsfaktor sein um wenigstens einen Faktor50, optional wenigstens einen Faktor von 100. Eine solche Auslegung des internen Lawinenverstärkungsfaktors des ersten Detektors und des zweiten Detektors kann die, wie oben diskutiert, unterschiedliche Auslegung des Akzeptanzwinkels von jeweils dazugehörigen Detektoroptiken ausgleichen.The first detector and the second detector or could be of different types. For example, the first detector could have a detector element arrangement which contains comparatively sensitive detector elements. For example, a silicon photomultiplier array (SiPM's) could be used, which have an avalanche gain factor (electrons per photon) of not less than 1,000. In contrast to this, the second detector could have a detector element arrangement which contains less sensitive detector elements. For example, an avalanche photodiode arrangement (APD) can be used, which has an avalanche gain factor of, for example, 20 to 100. In general, the first detector can have a first avalanche gain factor and the second detector can have a second avalanche gain factor. The first avalanche amplification factor can be greater than the second avalanche amplification factor by at least one factor 50 , optionally at least a factor of 100. Such an interpretation of the internal avalanche gain factor of the first detector and the second detector can, as discussed above, compensate for the different interpretation of the acceptance angle of the associated detector optics.

Zusammenfassend kann der zweite Detektor als Langstreckendetektor wirken. Dies liegt daran, dass der zweite Detektor eine signifikant höhere Anzahl an Photonen sammeln kann, was dabei hilft, Messungen über große Entfernungen zu liefern. Der zweite Detektor könnte ein begrenztes zweites FOV haben. Auf diese Weise kann der erste Detektor als Weitwinkeldetektor wirken. Der erste Detektor hat ein größeres erstes FOV.In summary, the second detector can act as a long-range detector. This is because the second detector can collect a significantly higher number of photons, which helps to provide measurements over long distances. The second detector could have a limited second FOV. In this way, the first detector can act as a wide-angle detector. The first detector has a larger first FOV.

1 stellt schematisch Aspekte in Bezug auf ein LIDAR-System100 dar. Das LIDAR-System100 kann z.B. in ein Fahrzeug, z.B. einen Personenkraftwagen oder einen Zug, eingebaut werden. 1 schematically presents aspects related to aLIDAR system 100 TheLIDAR system 100 can, for example, be installed in a vehicle, for example a passenger car or a train.

Das LIDAR-System100 beinhaltet eine Recheneinheit90. Die Recheneinheit90 kann durch einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC, englisch: application-specific integrated circuit) und/oder ein feldprogrammierbares Array (FPGA, englisch: field-programmable array) und/oder einen Allzweckprozessor realisiert werden. Die Recheneinheit90 kann einen Analog-Digital-Wandler und/oder einen oder mehrere Zeit-Digital-Wandler enthalten. Die Recheneinheit90 ist im Allgemeinen so konfiguriert, dass sie den Betrieb der verschiedenen Komponenten des LIDAR-Systems100 steuert.TheLIDAR system 100 includes anarithmetic unit 90 . Thecomputing unit 90 can be implemented by an application-specific integrated circuit (ASIC) and / or a field-programmable array (FPGA) and / or a general-purpose processor. Thecomputing unit 90 may include an analog-to-digital converter and / or one or more time-to-digital converters. Thecomputing unit 90 is generally configured to operate the various components of theLIDAR system 100 controls.

Das LIDAR-System100 beinhaltet ein erstes Modul91 und ein zweites Modul92. Das erste Modul nimmt einen Laser101 und einen ersten Detektor102 auf. Das zweite Modul92 nimmt einen zweiten Detektor202 auf.TheLIDAR system 100 includes afirst module 91 and asecond module 92 . The first module takes alaser 101 and afirst detector 102 on. Thesecond module 92 takes asecond detector 202 on.

Das erste Modul91 und das zweite Modul92 können getrennte Gehäuse haben. Das erste Modul91 und das zweite Modul92 können in einem Abstand zueinander angeordnet werden, z.B. mehr als 20 cm oder mehr als 50 cm voneinander entfernt.Thefirst module 91 and thesecond module 92 can have separate housings. Thefirst module 91 and thesecond module 92 can be arranged at a distance from one another, for example more than 20 cm or more than 50 cm apart.

Das erste Modul91 des LIDAR-Systems100 enthält den Laser101. Der Laser101 kann z.B. durch eine Laserdiode realisiert werden. Der Laser101 kann von der Recheneinheit90 gesteuert werden, um primäre Laserpulse111, die einem TX-Strahlenbündel121 zugeordnet sind, abzugeben. Das TX-Strahlenbündel121 ist auf den Strahlengang125 ausgerichtet. Das Laserlicht kann bei Wellenlängen von 900 bis 1000 nm liegen.Thefirst module 91 of theLIDAR system 100 contains thelaser 101 . Thelaser 101 can be realized, for example, with a laser diode. Thelaser 101 can from thearithmetic unit 90 be controlled toprimary laser pulses 111 that have aTX beam 121 assigned to deliver. TheTX beam 121 is on thebeam path 125 aligned. The laser light can be at wavelengths of 900 to 1000 nm.

Eine Kollimatoroptik105 ist konfiguriert, um eine 2-D Kollimation des TX-Strahlenbündels121 zu ermöglichen. Die Kollimatoroptik105 ist konfiguriert, eine schnelle und eine langsame Kollimation für das TX-Strahlenbündel121 zu bewirken. Die Kollimatoroptik105 ist mit anderen Worten so konfiguriert, dass sie in beiden Richtungen senkrecht zu einer Mittelachse des TX-Strahlenbündels121 kollimiert. Zum Beispiel kann die Kollimatoroptik105 so konfiguriert werden, dass sie die primären Laserpulse111 unter einem ersten Divergenzwinkel entlang einer ersten Raumrichtung senkrecht zum TX-Strahlenbündel121 und unter einem zweiten Divergenzwinkel entlang einer zweiten Raumrichtung senkrecht zum TX-Strahlenbündel121 und senkrecht zur ersten Richtung kollimiert. Der erste Divergenzwinkel ist höchstens um den Faktor2 größer als der zweite Divergenzwinkel. Auf diese Weise erhält man ein kleines Seitenverhältnis der schnellen Achse und der langsamen Achse. Für das TX-Strahlenbündel121 erhält man einen annähernd kreisförmigen oder ellipsoiden Laserquerschnitt. Acollimator lens 105 is configured to 2-D collimate theTX beam 121 to enable. Thecollimator optics 105 is configured, fast and slow collimation for theTX beam 121 to effect. Thecollimator optics 105 in other words, it is configured to be perpendicular to a central axis of the TX beam in bothdirections 121 collimated. For example, thecollimator optics 105 can be configured to receive theprimary laser pulses 111 at a first divergence angle along a first spatial direction perpendicular to theTX beam 121 and at a second divergence angle along a second spatial direction perpendicular to theTX beam 121 and collimated perpendicular to the first direction. The first divergence angle is at most by the factor 2nd larger than the second divergence angle. In this way you get a small aspect ratio of the fast axis and the slow axis. For theTX beam 121 an approximately circular or ellipsoidal laser cross section is obtained.

Anschließend durchlaufen die primären Laserpulse111 einen Strahlteiler130. Der Strahlteiler130 ist konfiguriert, um das TX-Strahlenbündel121 und ein RX-Strahlenbündel122 zu trennen. Sowohl das TX-Strahlenbündel121, als auch das RX-Strahlenbündel122 sind auf einen Strahlengang125 ausgerichtet. Somit ist ein koaxialer Aufbau des TX-Strahlenbündels121 und des RX-Strahlenbündels122 bereitgestellt. Dies ermöglicht eine räumliche Filterung.The primary laser pulses then run through 111 abeam splitter 130 . Thebeam splitter 130 is configured to theTX beam 121 and anRX beam 122 to separate. Both theTX beam 121 , as well as theRX beam 122 are on aray path 125 aligned. This is a coaxial structure of theTX beam 121 and theRX beam 122 provided. This enables spatial filtering.

Der Strahlengang125 durchläuft eine Abtasteinheit159. Die Abtasteinheit159 ist konfiguriert, eine 2D-Ablenkung171,172 des Strahlenganges125 zu bewirken. Die Abtasteinheit159 ist also so konfiguriert, dass sie die primären Laserpulse111 und die sekundären Laserpulse112 entsprechend der Ablenkung171,172 umlenkt. Die Abtastung ist erfolgt.Theray path 125 passes through ascanning unit 159 . Thescanning unit 159 is configured a2D distraction 171 , 172 of theray path 125 to effect. Thescanning unit 159 is configured so that it is theprimary laser pulse 111 and thesecondary laser pulses 112 according to thedistraction 171 , 172 redirects. The scan has taken place.

Im Allgemeinen gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Abtasteinheit159 zu verwirklichen. Beispielsweise könnte eine Abtasteinheit mit einem dispersiven Element entsprechend derWO 2018/090085 A1 genutzt werden. Eine weitere Möglichkeit wäre die Verwendung eines einzelnen Mikrospiegels mit zwei Freiheitsgraden, siehe z.B. DE 2013/10 223 937. Ein galvanischer Spiegel kann verwendet werden. Noch eine weitere Möglichkeit - die in1 beispielhaft dargestellt ist - ist eine Abtasteinheit159, die zwei Scan-Spiegel150-1,150-2 beinhaltet, die jeweils einen Freiheitsgrad zur 1-D-Ablenkung für den Strahlengang125 haben.In general, there are different options for thescanning unit 159 to realize. For example, a scanning unit with a dispersive element could correspond to the WO 2018/090085 A1 be used. Another possibility would be to use a single micromirror with two degrees of freedom, see for example DE 2013/10 223 937. A galvanic mirror can be used. Yet another option - the one in 1 is shown as an example - is ascanning unit 159 who have favourited Two Scan Mirrors 150-1 , 150-2 includes, each one degree of freedom for 1-D deflection for thebeam path 125 to have.

Zugehörige Aktoren901-1,901-2 sind ebenfalls in1 dargestellt. Diese Aktoren901-1,901-2 wirken auf Federelemente902-1,902-2, die elastisch auslenkbar sind.Associated actuators 901-1 , 901-2 are also in 1 shown. These actuators 901-1 , 901-2 act on spring elements 902-1 , 902-2 that are elastically deflectable.

Es können z.B. Torsions- oder Biegefedern verwendet werden. Insbesondere kann die Recheneinheit90 die Aktoren901-1,901-2 [Anspruch 12]. ein entsprechendes Masse-Feder-System, gebildet aus dem jeweiligen Federelement902-1,902-2 und dem jeweiligen Scan-Spiegel150-1,150-2, resonant ansteuern. Typische Eigenfrequenzen der Masse-Feder-Systeme liegen im Bereich von 100 Hz bis 10 kHz. Um dies zu erreichen, sind leichte Scan-Spiegel erforderlich. Die Scan-Spiegel150-1,150-2 sind daher typischerweise klein. Die Größe der reflektierenden Fläche der Scan-Spiegel kann z.B. im Bereich von 10 mm x 12 mm oder sogar bis zu 15 mm x 20 mm liegen.For example, torsion or spiral springs can be used. In particular, thecomputing unit 90 the actuators 901-1 , 901-2 [Claim 12]. a corresponding mass-spring system, formed from the respective spring element 902-1 , 902-2 and the respective scan mirror 150-1 , 150-2 control resonantly. Typical natural frequencies of the mass-spring systems are in the range from 100 Hz to 10 kHz. Light scan mirrors are required to achieve this. The scan mirror 150-1 , 150-2 are therefore typically small. The size of the reflecting surface of the scanning mirror can be, for example, in the range from 10 mm x 12 mm or even up to 15 mm x 20 mm.

Der primäre Laserpuls111 wird dann an einem Objekt in der Fernfeldumgebung des LIDAR-Systems100 reflektiert. Ein zugehöriger sekundärer Laserpuls112 wird erzeugt: Der sekundäre Laserpuls112 geht also von der lateralen Position des Objekts aus, die durch die Richtung, in welche der primäre Laserpuls111 ausgesandt wird, festgelegt ist.Theprimary laser pulse 111 is then on an object in the far field environment of theLIDAR system 100 reflected. An associatedsecondary laser pulse 112 is generated: Thesecondary laser pulse 112 thus starts from the lateral position of the object, which is determined by the direction in which theprimary laser pulse 111 is sent is fixed.

Der sekundäre Laserpuls112, der dem RX-Strahlenbündel122 zugeordnet, wird durch den Detektor102 erfasst. Das RX-Strahlenbündel122 ist auf den Strahlengang125 ausgerichtet. Der Strahlengang125 verläuft durch die Abtasteinheit159, die zum Bewirken der 2-D Ablenkung171,172 konfiguriert ist. Das RX-Strahlenbündel122 wird daher auf entsprechende Weise umgelenkt. Sonach sammeln der Detektor102 und eine dazugehörige Detektoroptik108,109,150-1,150-2 nur Licht aus der Richtung, in welcher das Objekt positioniert ist. Dies entspricht einem räumlichen Filtern. Hintergrundphotonen werden unterdrückt.Thesecondary laser pulse 112 which is theRX beam 122 assigned by thedetector 102 detected. TheRX beam 122 is on thebeam path 125 aligned. Theray path 125 runs through thescanning unit 159 that cause 2-D distraction 171 , 172 is configured. TheRX beam 122 is therefore redirected accordingly. Then the detector collect 102 and an associateddetector optics 108 , 109 , 150-1 , 150-2 only light from the direction in which the object is positioned. This corresponds to spatial filtering. Background photons are suppressed.

Die Detektoroptik108,109,150-1,150-2 weist eine Fokussierlinse108 und eine Lochblende109 auf; außerdem fungieren die Scanspiegel150-1,150-2 - im Beispiel von1 - als Feldblenden. Die Detektoroptik108,109,150-1,150-2 legen einen Akzeptanzwinkel301 fest, der senkrecht zum Strahlengang125 Erweiterungen311,312 aufweist. Der Akzeptanzwinkel301 ist durch die Größe eines oder mehrerer optischer Elemente der Abtasteinheit159 begrenzt: im Beispiel von1 durch den Durchmesser der Scan-Spiegel150-1,150-2. Da der Akzeptanzwinkel301 vergleichsweise größenbegrenzt ist, ist auch die Anzahl der Photonen des sekundären Laserpulses112, die den Detektor102 erreichen, vergleichsweise begrenzt. Demzufolge ist die erzielbare Messreichweite des durch den Detektor102 vergleichsweise begrenzt.Thedetector optics 108 , 109 , 150-1 , 150-2 has a focusinglens 108 and apinhole 109 on; the scan mirrors also function 150-1 , 150-2 - in the example of 1 - as field diaphragms. Thedetector optics 108 , 109 , 150-1 , 150-2 put anacceptance angle 301 fixed, which is perpendicular to thebeam path 125Extensions 311 , 312 having. Theacceptance angle 301 is due to the size of one or more optical elements of thescanning unit 159 limited: in the example of 1 by the diameter of the scan mirror 150-1 , 150-2 . Because theacceptance angle 301 the number of photons of the secondary laser pulse is comparatively limited insize 112 that thedetector 102 reach, comparatively limited. The measuring range that can be achieved by the detector is accordingly 102 comparatively limited.

Zum Ermöglichen einer erweiterten Messreichweite wird ein zusätzlicher Detektor202 als Teil des Moduls92 bereitgestellt. Der Detektor202 ist zusammengehörig mit der Detektoroptik208,209, welche eine Fokussierlinse208 und eine Lochblende209 aufweist. Zum Beispiel kann die Fokussierlinse208 als eine Multi-Segment-Linse verwirklicht sein. Während in1 eine einzelne Fokussierlinse208 gezeigt ist, ist es im Allgemeinen möglich, die Detektoroptik208209 unter Verwendung mehrerer Linsen zu verwirklichen. Die Detektoroptik208,209 legt einen Akzeptanzwinkel302 fest, welcher viel größer ist als der Akzeptanzwinkel301, der zur Detektoroptik108,109,150-1,150-2 zugehörig ist. Dies ist möglich, da der Strahlengang225, entlang welchem das entsprechende RX-Strahlenbündel222 ausgerichtet ist, nicht durch die Abtasteinheit159 verläuft. Sonach kann der Detektor202 eine vergleichsweise große Anzahl an Photonen des sekundären Laserpulses112 erfassen. Demzufolge kann die Messreichweite erweitert werden.An additional detector is used to enable anextended measuring range 202 as part of themodule 92 provided. Thedetector 202 is related to thedetector optics 208 , 209 which is a focusinglens 208 and apinhole 209 having. For example, the focusinglens 208 be realized as a multi-segment lens. While in 1 a single focusinglens 208 is shown, it is generally possible to use thedetector optics 208 209 using multiple lenses. Thedetector optics 208 , 209 sets anacceptance angle 302 which is much larger than theacceptance angle 301 that goes todetector optics 108 , 109 , 150-1 , 150-2 is associated. This is possible because of thebeam path 225 along which the correspondingRX beam 222 is aligned, not by thescanning unit 159 runs. So the detector can 202 a comparatively large number of photons of thesecondary laser pulse 112 capture. As a result, the measuring range can be expanded.

Weitere Details in Bezug auf die Funktionsweise des LIDAR-Systems100 sind im Zusammenhang mit2 erläutert.More details on how the LIDAR system works 100 are related to 2nd explained.

2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedener Beispiele. Das Verfahren von2 könnte mittels der Recheneinheit90 aus dem Beispiel von1 verwirklicht sein. Zum Beispiel könnte die Recheneinheit90 programmiert oder programmierbar (basierend auf einem von einen Speicher geladenen Programmcode) sein, das Verfahren von2 auszuführen. 2nd 10 is a flowchart of a method according to various examples. The procedure of 2nd could by means of thecomputing unit 90 from the example of 1 be realized. For example, thecomputing unit 90 programmed or programmable (based on a program code loaded from a memory), the method of 2nd to execute.

Anfangs, bei Block1001, wird der Laser102 gesteuert, den primären Laserpulses111 abzugeben. Der primäre Laserpulses121 ist mit dem TX-Strahlenbündel121 zusammengehörig. Das TX-Strahlenbündel121 ist an dem Strahlengang125 ausgerichtet.At first, atblock 1001 , thelaser 102 controlled, theprimary laser pulse 111 to deliver. Theprimary laser pulse 121 is with theTX beam 121 together. TheTX beam 121 is on thebeam path 125 aligned.

Als Nächstes werden die Blöcke1002 und1003 ungefähr zur gleichen Zeit ausgeführt. Im Block1002 wird der Detektor102 so gesteuert, dass er den sekundären Laserpuls112 erfasst, der von einer Reflexion des primären Laserpulses111, der bei 1001 auf ein Objekt in der Umgebung abgegeben wird, stammt. Im Block1003 wird der Detektor202 ebenfalls gesteuert, um den sekundären Laserpuls112 zu detektieren (verschiedene Teile des sekundären Laserpulses112 werden vom Detektor102 und vom Detektor202 detektiert).Next up are theblocks 1002 and 1003 executed at about the same time. In theblock 1002 becomes thedetector 102 controlled so that it has thesecondary laser pulse 112 detected by a reflection of theprimary laser pulse 111 that is delivered at 1001 to an object in the area. In theblock 1003 becomes thedetector 202 also controlled to thesecondary laser pulse 112 to detect (different parts of thesecondary laser pulse 112 are from thedetector 102 and from thedetector 202 detected).

Um die Blöcke1002 und1003 annähernd gleichzeitig auszuführen, kann eine gemeinsame Zeitreferenz für den Detektor102 und den Detektor202 vorgesehen werden. Diese Zeitreferenz kann auch für den Laser101 (zur Bestimmung der TOF) und die Abtasteinheit (zur Bestimmung der Stromablenkung171,172) verwendet werden.Around theblocks 1002 and 1003 Running approximately simultaneously can be a common time reference for thedetector 102 and thedetector 202 be provided. This time reference can also be used for the laser 101 (to determine the TOF) and the scanning unit (to determine thecurrent deflection 171 , 172 ) be used.

Als nächstes kann im Block1004 die Tiefenlage des Objekts bestimmt werden, d.h. der Abstand zum Objekt entlang des TX-Strahlenbündels121 / entlang der RX-Strahlenbündel122,222. Die Tiefenlage des Objekts wird auf der Grundlage mindestens eines TOF-Signals des Detektors102 oder eines weiteren TOF-Signals des Detektors202 bestimmt.Next, in theblock 1004 the depth of the object can be determined, ie the distance to the object along theTX beam 121 / along theRX beam 122 , 222 . The depth of the object is determined based on at least one TOF signal from thedetector 102 or another TOF signal from thedetector 202 certainly.

Man beachte, dass die RX-Strahlenbündel122,222 im Allgemeinen eine unterschiedliche Länge haben können (aufgrund des Abstands zwischen den Modulen91,92); der Längenunterschied kann jedoch in der Größenordnung von einigen Zentimetern bis 1 m liegen, was im Vergleich zum Gesamtabstand zum Objekt vernachlässigbar sein kann.Note that the RX beams 122 , 222 can generally have a different length (due to the distance between themodules 91 , 92 ); however, the difference in length can be of the order of a few centimeters to 1 m, which can be negligible compared to the total distance to the object.

Als nächstes wird im Block1005 die laterale Position des Objekts bestimmt. Dies wird bewerkstelligt mittels eines Überwachens der Ablenkung171,172, die auf den optischen Pfad ausgeübt wird. Diese Bestimmung ist zum Beispiel basierend auf einem Steuersignal. Das Steuersignal könnte der Abtasteinheit159 und/oder dem Laser101 zugeordnet sein. Im Allgemeinen könnte das Steuerungssignal mittels der Recheneinheit90 zu der Abtasteinheit159 gesendet werden. Es wäre auch möglich, dass das Steuersignal von der Abtasteinheit159 mittels der Recheneinheit90 empfangen wird.Next is in theblock 1005 determines the lateral position of the object. This is accomplished by monitoring thedistraction 171 , 172 that is exerted on the optical path. This determination is based, for example, on a control signal. The control signal could be thescanning unit 159 and / or thelaser 101 be assigned. In general, the control signal could be generated by thecomputing unit 90 to thescanning unit 159 be sent. It would also be possible for the control signal from thescanning unit 159 by means of thecomputing unit 90 Will be received.

Das Steuerungssignal ist kennzeichnend für die aktuelle 2-D Ablenkung171,172, welche mittels der Abtasteinheit159 für den Strahlengang125 bewirkt wird. Zum Beispiel könnte das Steuersignal genutzt werden, um einen oder mehrere Aktoren901-1,901-2 der Abtasteinheit159 zu steuern. Zum Beispiel könnte ein kapazitives und/oder magnetisches Messen verwendet werden. Der eine oder die mehreren Sensoren können konfiguriert sein, eine instantane Position des einen oder der mehreren Scan-Spiegel150-1,150-2 zu bestimmen. Zum Beispiel kann das Steuersignal eine aktuelle Wellenlänge des Lasers101 widerspiegeln, wenn die Abtasteinheit159 ein dispersives Element zum Bewirken der Ablenkung171,172 beinhaltet.The control signal is characteristic of the current 2-D deflection 171 , 172 which by means of thescanning unit 159 for thebeam path 125 is effected. For example, the control signal could be used to control one or more actuators 901-1 , 901-2 thescanning unit 159 to control. For example, capacitive and / or magnetic measurement could be used. The one or more sensors can be configured, an instantaneous position of the one or more scan mirrors 150-1 , 150-2 to determine. For example, the control signal can be a current wavelength of thelaser 101 reflect when the scanning unit 159 a dispersive element to causedistraction 171 , 172 includes.

Derartige Techniken basieren auf der Feststellung, dass der Detektor202 - basierend auf dem vergleichsweise großen Akzeptanzwinkel302 der dazugehörigen Detektoroptik208,209 - Photonen aus einem großen Raumwinkel sammeln kann. Dadurch ist der Detektor202 an sich nicht in der Lage, innerhalb des Akzeptanzwinkels302, aus welchem die Photonen empfangen werden, zwischen verschiedenen Richtungen zu unterscheiden. Demnach könnte das TOF-Signal, welches mittels des Detektors202 bereitgestellt wird, an sich keine Informationen über die laterale Position des Objekts tragen. Die laterale Position des Objekts wird erhalten durch Überwachen der Ablenkung171,172, welche festlegt, wohin das Laserlicht des primären Laserpulses111 ausgesendet worden ist, also welcher Teil der Umgebung beleuchtet worden ist.Such techniques are based on the finding that the detector 202 - based on the comparativelylarge acceptance angle 302 the associateddetector optics 208 , 209 - Can collect photons from a large solid angle. This is thedetector 202 in itself unable to within theacceptance angle 302 from which the photons are received to distinguish between different directions. Accordingly, the TOF signal, which is generated by thedetector 202 is provided, carry no information about the lateral position of the object. The lateral position of the object is obtained by monitoring thedeflection 171 , 172 , which determines where the laser light of the primary laser pulse goes 111 has been sent out, i.e. which part of the surroundings has been illuminated.

3 stellt Aspekte in Bezug auf die relative Orientierung des Detektors102 und des Detektors202 dar; spezifischer gesagt von den zugehörigen FOVs801,802. 3rd presents aspects related to the relative orientation of thedetector 102 and thedetector 202 dar; more specifically from the associatedFOVs 801 , 802 .

In3 wird der Abtastbereich170, welcher mittels der 2-D Ablenkung171,172 der Abtasteinheit159 bewirkt wird, dargestellt. Der Abtastbereich170 legt den FOV801 des Detektors102 fest. Der Akzeptanzwinkel301 der Detektoroptik108,109,150-1,150-2 des Detektors102 ist viel kleiner als der FoV 801.In 3rd becomes the scanning area 170 which by means of the 2-D deflection 171 , 172 thescanning unit 159 is brought about. The scanning area 170 puts theFOV 801 of thedetector 102 firmly. Theacceptance angle 301 thedetector optics 108 , 109 , 150-1 , 150-2 of thedetector 102 is much smaller than theFoV 801.

3 stellt auch den Akzeptanzwinkel302 der Detektoroptik208,209 des Detektors202 dar. Der Akzeptanzwinkel302 ist größer als der Akzeptanzwinkel301, aber kleiner als der FoV 801. Der Akzeptanzwinkel302 legt den FoV 802 des Detektors202 fest. Der FOV802 ist innerhalb des Abtastbereichs170 angeordnet. Dies stellt sicher, dass Laserlicht zumindest für einige Meßproben850 den Detektor202 erreichen kann. 3rd also represents theacceptance angle 302 thedetector optics 208 , 209 of thedetector 202 Theacceptance angle 302 is larger than theacceptance angle 301 , but smaller than theFoV 801. Theacceptance angle 302 places theFoV 802 of thedetector 202 firmly. TheFOV 802 is within the scanning range 170 arranged. This ensures that laser light is at least for somemeasurement samples 850 thedetector 202 can reach.

Der FoV 802 ist kleiner als der FoV 801, d. h. kleiner als der Abtastbereich170. Zum Beispiel könnte der FoV 802 nicht größer als 20 % oder 10 % des FoV 801 sein.TheFoV 802 is smaller than theFoV 801, ie smaller than the scanning area 170 . For example, theFoV 802 could not be larger than 20% or 10% of theFoV 801.

Der FoV 802 beinhaltet ein Zentrum des FoV 801.TheFoV 802 contains a center of theFoV 801.

Eine entsprechende Auslegung des Akzeptanzwinkels302 liefert einen guten Kompromiss zwischen (i) einer hinreichenden Größe des FoV 802 des Detektors202; (ii) einer Anzahl an Photonen des sekundären Laserpulses112, welche den Detektor202 erreichen; und (iii) einer Anzahl an Hintergrundphotonen.A corresponding interpretation of theacceptance angle 302 provides a good compromise between (i) a sufficient size of theFoV 802 of thedetector 202 ; (ii) a number of photons of thesecondary laser pulse 112 which is thedetector 202 to reach; and (iii) a number of background photons.

Wie in3 dargestellt, sind Meßproben850 entlang von Abtast-Linien (Englisch: scan lines) 851 innerhalb des Abtastbereichs170. Jeder Meßprobe850 entspricht einem oder mehreren primären Laserpulsen111, welche (zum Beispiel zeitlich kohärent) ausgesendet werden. In einem einfachen Beispiel könnte pro Meßprobe850 ein einzelner primärer Laserpuls111 abgegeben werden. In weiterführenden Beispielen könnte und Pulsfolge von primären Laserpulsen111 pro Meßprobe850 abgegeben werden. Zum Beispiel könnte eine Zadoff-Chu oder Gold code Sequenz abgegeben werden. Mehrere orthogonale Sequenzen könnten zur Kodierung genutzt werden.As in 3rd are shown,test samples 850 alongscan lines 851 within the scan area 170 . Everymeasurement sample 850 corresponds to one or moreprimary laser pulses 111 which are sent out (for example coherently in time). In a simple example, per measurement sample 850 a singleprimary laser pulse 111 be delivered. In further examples could and pulse train ofprimary laser pulses 111 permeasurement sample 850 be delivered. For example, a Zadoff-Chu or Gold code sequence could be given. Several orthogonal sequences could be used for coding.

Wie in3 dargestellt, ist eine Dichte (in der Regel im Ortsraum, aber auch im Zeitbereich) der Meßproben850 größer innerhalb des FoV 802 als außerhalb des FoV 802. Auf diese Weise lässt sich ein Bereitstellen von hochauflösenden Messungen für den Langstreckenbereich, der dem FoV 802 zugeordnet ist, unterstützen.As in 3rd shown is a density (usually in the spatial area, but also in the time domain) of thetest samples 850 larger inside theFoV 802 than outside theFoV 802. In this way, provision of high-resolution measurements for the long-range area, which is assigned to theFoV 802, can be supported.

4 stellt Aspekte in Bezug auf die relative Ausrichtung des Detektors102 und des Detektors202 dar; im Speziellen die der entsprechenden FOVs801,802. Das Beispiel von4 entspricht im Allgemeinen dem Beispiel von3 (der Einfachheit halber wurden bestimmte Details, die in3 dargestellt sind, in4 weggelassen). 4th presents aspects related to the relative orientation of thedetector 102 and thedetector 202 dar; especially those of thecorresponding FOVs 801 , 802 . The example of 4th generally corresponds to the example of 3rd (For the sake of simplicity, certain details have been included in 3rd are shown in 4th omitted).

In4 ist dargestellt, dass das zum Detektor202 gehörende FOV802 in Bezug auf das FOV801 neu ausgerichtet werden kann (das neu ausgerichtete FOV802 ist in4 mit gestrichelten Linien dargestellt). Im Speziellen wird das FOV802 in Bezug auf den Strahlengang125 re-orientiert.In 4th it is shown that to thedetector 202 ownedFOV 802 in relation to theFOV 801 can be realigned (the realignedFOV 802 is in 4th shown with dashed lines). In particular, theFOV 802 in relation to thebeam path 125 re-oriented.

Eine solche Verschiebung des FoV 82 kann durch einen Motor950 (vergleiche1) verwirklicht werden. Der Motor950 könnte ein Schrittmotor sein. Der Motor950 kann die Detektoroptik208,209 und/oder den Detektor202 in Bezug aufeinander und/oder in Bezug auf den Strahlengang125 kippen oder bewegen. Zum Beispiel könnte der Motor950 das gesamte Modul92 in Bezug auf das Modul91 bewegen. Der Motor950 könnte solch eine Bewegung nicht-resonant bewirken.Such a shift of the FoV 82 can be done by a motor 950 (compare 1 ) can be realized. Themotor 950 could be a stepper motor. Themotor 950 can thedetector optics 208 , 209 and / or thedetector 202 in relation to each other and / or in relation to thebeam path 125 tilt or move. For example, theengine 950 theentire module 92 in terms of themodule 91 move. Themotor 950 could make such a movement non-resonant.

Dadurch könnte es möglich sein, etwa eine Kurve vor dem Fahrzeug oder eine Neigung des Fahrzeugs zu kompensieren. Im Allgemeinen kann die Recheneinheit90 konfiguriert sein, den Motor950 zu steuern basierend auf einem Statussignal50, welches wenigstens einem aus einer Orientierung des Fahrzeugs, in welchem das LIDAR-System100 montiert ist, oder einer Szene, welche der Umgebung zugeordnet ist, widerspiegelt.This could make it possible, for example, to compensate for a curve in front of the vehicle or an inclination of the vehicle. In general, thecomputing unit 90 be configured theengine 950 to control based on a status signal 50 which is at least one from an orientation of the vehicle in which theLIDAR system 100 is mounted, or reflects a scene that is assigned to the environment.

5 stellt schematisch Aspekte in Bezug auf den Detektor202 dar. Der Detektor202 weist einer Anordnung280 von Detektorelementen281 auf. Jedes Detektorelement281 hat einen zugehörigen Verstärker282. Auch ist eine Parallelschaltung283 bereitgestellt. Auf diese Weise werden alle Signale von allen Detektorelementen kombiniert. Dies liegt daran, dass es nicht erforderlich ist, zwischen einzelnen Detektorelementen281 der Anordnung280, von welchen ein TOF-Signal stammt, zu unterscheiden: dies liegt daran, dass die Information über die laterale Position des Objekts nicht notwendigerweise mittels des Detektors202 geliefert werden muss. Dadurch lässt sich ein vergleichsweise einfacher Detektoraufbau erzielen. 5 schematically presents aspects related to thedetector 202 Thedetector 202 has anarrangement 280 ofdetector elements 281 on. Everydetector element 281 has an associatedamplifier 282 . There is also aparallel connection 283 provided. In this way, all signals from all detector elements are combined. This is because it is not necessary betweenindividual detector elements 281 thearrangement 280 to distinguish from which a TOF signal originates: this is because the information about the lateral position of the object is not necessarily by means of thedetector 202 must be delivered. This enables a comparatively simple detector structure to be achieved.

6 zeigt schematisch Aspekte in Bezug auf ein Bestimmen der Tiefenlage des Objekts basierend auf dem TOF-Signal des Detektors eins nur zwei und/oder des TOF-Signals des Detektors202. Im speziellen kann es für kleine Abstände391 unterhalb eines zugehörigen Schwellenwerts wünschenswert sein, die Tiefenlage des Objekts nur basierend auf dem TOF-Signal des Detektors102 zu bestimmen. Denn für derartig kleine Entfernungen391 könnte es eine Tendenz des TOF-Signals des Detektors202 geben, in Sättigung zu gehen. Dies liegt daran, dass der Detektor202 eine große numerische Apparatur hat und viele Photonen des sekundären Laserpulses112 sammelt. Umgekehrt könnte es für große Entfernungen392 oberhalb eines entsprechenden Schwellenwerts wünschenswert sein, die Tiefenlage des Objekts nur basierend auf dem TOF Signal des Detektors202 zu bestimmen. Denn für derartig große Abstände392 könnte es eine Tendenz des TOF Signals des Detektors102 geben, ein unzureichendes SNR zu haben. 6 shows schematically aspects relating to determining the depth of the object based on the TOF signal of detector one only two and / or the TOF signal of thedetector 202 . In particular, it can be used forsmall distances 391 below of an associated threshold may be desirable, the depth of the object based only on the TOF signal of thedetector 102 to determine. Because for suchsmall distances 391 there could be a trend in the detector'sTOF signal 202 give to go into saturation. This is because thedetector 202 has a large numerical apparatus and many photons of thesecondary laser pulse 112 collects. Conversely, it could be forlong distances 392 above a corresponding threshold value, the depth of the object may only be based on the TOF signal of thedetector 202 to determine. Because for suchlarge distances 392 there could be a trend in the TOF signal from thedetector 102 give to have an insufficient SNR.

Zum Überprüfen, ob das TOF-Signal des Detektors102 und/oder das TOF Signal des Detektors202 genutzt werden soll, kann einer oder können mehrere Vergleiche von Schwellenwerten verwendet werden. Zum Beispiel könnte eine Signalsättigung und ein niedriges SNR auf diese Weise erkannt werden. Daraufhin könnte das entsprechende TOF-Signal vom Bestimmen der Tiefenlage ausgeschlossen werden.To check if the TOF signal of thedetector 102 and / or the TOF signal of thedetector 202 one or more comparisons of threshold values can be used. For example, signal saturation and low SNR could be detected in this way. The corresponding TOF signal could then be excluded from determining the depth.

7 stellt schematisch Aspekte der Integration der Module91,92 des LIDAR-Systems100 in ein Fahrzeug960 dar. Die Module91,92 sind in verschiedenen nach vorne gerichteten Bauteilen des Fahrzeugs960 versetzt zueinander angeordnet. So könnte das Modul91 beispielsweise in einem zentralen Rückspiegel des Fahrzeugs960 angeordnet werden, während das Modul92 in einem Scheinwerfer angeordnet werden könnte. Die Module91,92 könnten beispielsweise in einem linken bzw. rechten Scheinwerfer angeordnet werden. 7 presents schematic aspects of the integration of themodules 91 , 92 of theLIDAR system 100 in avehicle 960 Themodules 91 , 92 are in various front-facing components of thevehicle 960 staggered. So could themodule 91 for example in a central rear-view mirror of thevehicle 960 be arranged while themodule 92 could be placed in a spotlight. Themodules 91 , 92 could, for example, be arranged in a left or right headlight.

Wie in7 dargestellt, ist das FOV802 ungefähr in der Mitte des FOV801 angeordnet. Damit ermöglicht der Detektor202 eine Langstrecken-Messung in Fahrtrichtung - wie sie z.B. auf der Autobahn oder Schnellstraßen bei großen Geschwindigkeiten > 80 km/h hilfreich ist.As in 7 shown is theFOV 802 approximately in the middle of theFOV 801 arranged. This enables the detector 202 a long-distance measurement in the direction of travel - as is helpful, for example, on the motorway or expressways at high speeds> 80 km / h.

Der Detektor201 sorgt für Messung bei kürzeren Abständen links und rechts der Fahrtrichtung - wie es z.B. auf Stadtstraßen bei kleinen Geschwindigkeiten < 50 - 80 km/h hilfreich ist.The detector 201 ensures measurement at shorter distances to the left and right of the direction of travel - as is helpful, for example, on city streets at low speeds <50 - 80 km / h.

Auch wenn die Erfindung im Hinblick auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, werden sich beim Lesen und Verstehen der Beschreibung Äquivalente und Modifikationen für andere Fachleute ergeben. Die vorliegende Erfindung umfasst alle derartigen Äquivalente und Modifikationen und ist nur durch den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche begrenzt.While the invention has been shown and described in terms of certain preferred embodiments, equivalents and modifications will be apparent to those skilled in the art upon reading and understanding the description. The present invention encompasses all such equivalents and modifications and is only limited by the scope of the appended claims.

Zur Veranschaulichung: Während verschiedene Beispiele im Zusammenhang mit dem gepulsten LIDAR beschrieben wurden, können ähnliche Techniken auch für das Dauerstrich-LIDAR (CW) angewendet werden.By way of illustration: While various examples have been described in connection with the pulsed lidar, similar techniques can also be used for the continuous wave lidar (CW).

Zur weiteren Veranschaulichung: Während oben verschiedene Beispiele in Verbindung mit einem ersten Detektor und einem zweiten Detektor beschrieben wurden, kann es in einigen Beispielen ausreichen, den zweiten Detektor zu haben. D.h. der erste Detektor, der so konfiguriert ist, dass er den sekundären Laserpuls entlang eines RX-Strahlenbündels erkennt, das auf den optischen Weg ausgerichtet ist, der auch für die Übertragung des primären Laserpulses verwendet wird, ist im Allgemeinen optional. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn nur ein kleines FOV benötigt wird.For further illustration: While various examples have been described above in connection with a first detector and a second detector, in some examples it may be sufficient to have the second detector. I.e. the first detector, configured to detect the secondary laser pulse along an RX beam that is aligned with the optical path that is also used to transmit the primary laser pulse, is generally optional. This can be the case in particular if only a small FOV is required.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

WO 2018/090085 A1 [0039]WO 2018/090085 A1 [0039]