DE102019112857A1 - Coaxial optical system for LIDAR measurements (Light Detection and Ranging) - Google Patents
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Abstract
Ein LIDAR-System (100) zur Entfernungsmessung eines Objekts (110) unter Verwendung von primärem Licht und sekundärem Licht, das am Objekt (110) reflektiert wird, ist bereitgestellt. Das LIDAR-System (100) umfasst:- einen Laser (200), der angeordnet ist, um das primäre Licht entlang eines Sendestrahls (210) zu einem Scanelement (800) zu emittieren,- eine Vielzahl von Detektoren, die angeordnet sind, um das sekundäre Licht entlang eines Empfangsstrahls vom Scanelement zu detektieren, - eine Linse (600), die zwischen (i) dem Laser und der Vielzahl von Detektoren und (ii) dem Scanelement positioniert ist. Die Linse (600) umfasst:ein Sendelenslet (610), das dem Sendestrahl zugeordnet ist, und eine Vielzahl von Empfangslenslet (621, 621a, 621b, 621c, 622, 622a, 622b, 622c), die eine Vielzahl von Empfangsteilstrahlen (330, 331, 332, 333) definieren, wobei jedes der Vielzahl von Empfangslenslets (621, 622) angeordnet ist, um den jeweiligen Empfangsteilstrahl (330, 331521, 522) auf einen entsprechenden Detektor (400, 410) aus der Vielzahl von Detektoren zu fokussieren.A LIDAR system (100) for measuring the range of an object (110) using primary light and secondary light that is reflected off the object (110) is provided. The LIDAR system (100) comprises: - a laser (200) arranged to emit the primary light along a transmission beam (210) to a scanning element (800), - a plurality of detectors arranged to detect the secondary light along a receive beam from the scanning element, a lens (600) positioned between (i) the laser and the plurality of detectors and (ii) the scanning element. The lens (600) comprises: a transmission lens (610), which is assigned to the transmission beam, and a plurality of reception lenses (621, 621a, 621b, 621c, 622, 622a, 622b, 622c), which have a plurality of reception partial beams (330, 331, 332, 333), each of the plurality of receiving lenslets (621, 622) being arranged to focus the respective receiving partial beam (330, 331521, 522) onto a corresponding detector (400, 410) from the plurality of detectors.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Verschiedene Beispiele der Erfindung beziehen sich im Allgemeinen auf die LIDAR (engl. Light Detection and Ranging, Lichterfassung und Entfernungsmessung). Verschiedene Beispiele der Erfindung beziehen sich im Speziellen auf ein koaxiales optisches System mit einer Vielzahl von Detektoren für LIDAR.Various examples of the invention generally relate to LIDAR (light detection and ranging). Various examples of the invention relate specifically to a coaxial optical system with a plurality of detectors for LIDAR.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Light detection and ranging (LIDAR; manchmal auch als Laser Ranging oder LADAR bezeichnet) ermöglicht, eine 3D-Punktwolke einer Szene bereitzustellen. Objekte können präzise detektiert werden. Eine Entfernungsmessung ist möglich. Gepulstes oder Dauerstrichlaserlicht wird entlang eines Sendestrahls gesendet und, nach Reflexion an einem Objekt, entlang eines Empfangsstrahls detektiert. Dies ermöglicht die Entfernung zum Objekt (z-Position) zu bestimmen.Light detection and ranging (LIDAR; sometimes also referred to as laser ranging or LADAR) makes it possible to provide a 3D point cloud of a scene. Objects can be precisely detected. A distance measurement is possible. Pulsed or continuous wave laser light is sent along a transmission beam and, after reflection on an object, is detected along a reception beam. This enables the distance to the object (z-position) to be determined.
Ein Schlüsselprozess in LIDAR-Systemen ist, das für die Entfernungsmessung bereitgestellte Licht, manchmal als primäres Licht bezeichnet, zu kollimieren und das von einem Objekt emittierte Licht, manchmal als sekundäres Licht bezeichnet, zu empfangen. Dies kann durch Fokussieren des sekundären Lichts auf einen Detektor erreicht werden.A key process in LIDAR systems is to collimate the light provided for distance measurement, sometimes called primary light, and receive the light emitted by an object, sometimes called secondary light. This can be achieved by focusing the secondary light on a detector.
In koaxialen LIDAR-Aufbauten können Off-Axis-Systeme verwendet werden, bei denen ein Detektor außerhalb der Achse (außeraxial) in Bezug auf eine durch den Laser definierte Achse angeordnet ist. Um die Kompaktheit der Laservorrichtung zu erreichen, können kurze Brennweiten eines Linsenelements im Off-Axis-LIDAR-System erwünscht sein. Die erzielbare Brennweite für eine gegebene Linsendicke kann jedoch beschränkt sein, z.B. in Off-Axis-Aufbauten, bei denen eine minimale Dicke der Off-Axis-Linse erforderlich sein kann.In coaxial LIDAR structures, off-axis systems can be used in which a detector is arranged off-axis (off-axis) in relation to an axis defined by the laser. In order to achieve the compactness of the laser device, short focal lengths of a lens element in the off-axis LIDAR system may be desirable. However, the achievable focal length for a given lens thickness may be limited, e.g. in off-axis structures where a minimum thickness of the off-axis lens may be required.
Bei ähnlichen oder anderen LIDAR-Aufbauten kann der Arbeitsbereich eines Systems durch das Vorhandensein von Umgebungslichtbedingungen, z.B. Tageslicht- oder Nachtumgebungslichtbedingungen, beeinflusst werden. Bei LIDAR-Aufbauten kann die erzielbare Reichweite durch das Vorhandensein von Hintergrundphotonen, wie z.B. Sonnenlicht bei Tagbetrieb, verringert werden. Diesem Effekt kann teilweise durch die Verwendung von Bandpassfiltern vor einem LIDAR-Detektor entgegengewirkt werden. Lasersysteme, die in LIDAR-Anwendungen verwendet werden, können jedoch eine Drift im Spektralbereich aufweisen, wodurch eine Grenze für die minimale Spektralbreite von Bandpassfiltern gesetzt wird.In similar or different LIDAR setups, the working area of a system can be affected by the presence of ambient light conditions, e.g. Daylight or night ambient lighting conditions. In the case of LIDAR structures, the achievable range can be determined by the presence of background photons, e.g. Sunlight during daytime operation. This effect can be partially counteracted by using bandpass filters in front of a LIDAR detector. Laser systems used in LIDAR applications, however, can have a drift in the spectral range, which places a limit on the minimum spectral width of bandpass filters.
ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY
Daher besteht ein Bedarf an verbesserten LIDAR-Systemen. Es besteht ein Bedarf an Techniken, die zumindest einige der oben genannten Einschränkungen und Nachteile überwinden oder abschwächen.Therefore, there is a need for improved lidar systems. There is a need for techniques that overcome or mitigate at least some of the above limitations and disadvantages.
Dieser Bedarf wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gedeckt. 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.
In einem Beispiel ist ein LIDAR-System zur Entfernungsmessung eines Objekts unter Verwendung von primärem Licht und sekundärem Licht, das am Objekt reflektiert wird, bereitgestellt. Das LIDAR-System umfasst:
- einen Laser, der angeordnet ist, um das primäre Licht entlang eines Sendestrahls zu einem Scanelement zu emittieren, eine Vielzahl von Detektoren, die angeordnet sind, um das sekundäre Licht entlang eines Empfangsstrahls von dem Scanelement zu detektieren, und eine Linse, die zwischen dem Laser und der Vielzahl von Detektoren und dem Scanelement positioniert ist. Die Linse umfasst:
- ein dem Sendestrahl zugeordnetes Sendelenslet und eine Vielzahl von Empfangslenslets. Die Vielzahl von Empfangslenslets definiert eine Vielzahl von Empfangsteilstrahlen, wobei jedes der Vielzahl von Empfangslenslets angeordnet ist, um den jeweiligen Empfangsteilstrahl auf einen entsprechenden Detektor aus der Vielzahl von Detektoren zu fokussieren.
- a laser arranged to emit the primary light along a transmit beam to a scanning element, a plurality of detectors arranged to detect the secondary light along a receive beam from the scanning element, and a lens interposed between the laser and the plurality of detectors and the scanning element is positioned. The lens includes:
- a transmitting lenslet assigned to the transmitting beam and a plurality of receiving lenslets. The plurality of receiving lenslets defines a plurality of receiving sub-beams, each of the plurality of receiving lenslets being arranged to focus the respective receiving sub-beam onto a corresponding one of the plurality of detectors.
Somit ist die Vielzahl der Empfangslenslets dem Empfangsstrahl zugeordnet.The plurality of receiving lenslets is thus assigned to the receiving beam.
Mit anderen Worten, die Linse ist neben dem Laser und der Vielzahl von Detektoren in einer zum Scanelement hin versetzten Richtung angeordnet.In other words, the lens is arranged next to the laser and the plurality of detectors in a direction offset towards the scanning element.
In einem Beispiel wird ein LIDAR-System zur Entfernungsmessung eines Objekts unter Verwendung von primärem Licht und sekundärem Licht, das am Objekt reflektiert wird, bereitgestellt, wobei das LIDAR-System umfasst:
- einen Laser, der angeordnet ist, um das primäre Licht entlang eines Sendestrahls zu einem Scanelement des LIDAR-Systems zu emittieren, und eine Vielzahl von Detektoren, die angeordnet sind, um das sekundäre Licht entlang eines Empfangsstrahls von dem Scanelement zu detektieren. Das LIDAR-System umfasst ferner:
- eine Vielzahl von Bandpassfiltern, die den Detektoren der Vielzahl von Detektoren zugeordnet sind, wobei sich Bandpassbereiche von mindestens zwei der Bandpassfilter voneinander unterscheiden.
- a laser arranged to emit the primary light along a transmit beam to a scanning element of the lidar system, and a plurality of detectors arranged to detect the secondary light along a receive beam from the scanning element. The LIDAR system also includes:
- a plurality of bandpass filters which are assigned to the detectors of the plurality of detectors, wherein bandpass ranges of at least two of the bandpass filters differ from one another.
Verschiedene oben beschriebene Beispiele können auch zu weiteren Beispielen kombiniert werden. Zum Beispiel ist es möglich, dass die Vielzahl der Bandpassfilter in Verbindung mit der Linse verwendet wird oder dass die Bandpassfilter in ein pder mehrere Empfangslenslets integriert werden.Various examples described above can also be combined to form further examples. For example, it is possible for the plurality of bandpass filters to be used in connection with the lens or for the bandpass filters to be integrated into one or more receiving lenslets.
FigurenlisteFigure list
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1 zeigt schematisch ein LIDAR-System mit einem koaxialen optischen System.1 shows schematically a LIDAR system with a coaxial optical system. -
2 zeigt schematisch eine beispielhafte Implementierung des LIDAR-Systems100 .2 shows schematically an exemplary implementation of the LIDARsystem 100 . -
3 zeigt eine weitere Seitenansicht des LIDAR-Systems100 von2 .3 shows another side view of the LIDARsystem 100 from2 . -
4a und4b zeigen eine Vorderansicht von Beispielen von Linsen600 , die in den LIDAR-Systemen100 gemäß der Erfindung verwendet werden können, zum Beispiel die in1 bis3 gezeigten LIDAR-Systeme.4a and4b Fig. 13 shows a front view of examples oflenses 600 that are in the LIDARsystems 100 can be used according to the invention, for example those in1 to3 shown lidar systems. -
4c zeigt einen Seitenansichtsquerschnitt der Linse600 aus4a .4c Figure 3 shows a side view cross section of thelens 600 out4a . -
5 veranschaulicht einen möglichen Effekt in einem LIDAR-System, zum Beispiel dem LIDAR-System100 der Figuren1 bis3 .5 illustrates a possible effect in a LIDAR system, for example the LIDARsystem 100 of the figures1 to3 . -
6 bis8 zeigen unterschiedliche Konfigurationen für unterschiedliche Bandpassfiltercharakteristiken.6th to8th show different configurations for different bandpass filter characteristics.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS
Einige Beispiele der vorliegenden Offenbarung sehen im Allgemeinen eine Vielzahl von Schaltkreisen oder anderen elektrischen Vorrichtungen vor. Alle Bezüge auf die Schaltkreise und andere elektrische Vorrichtungen und die von ihnen jeweils bereitgestellte Funktionalität sollen nicht darauf beschränkt sein, nur das zu umfassen, was hier veranschaulicht und beschrieben wird. Während den unterschiedlichen offengelegten Schaltkreisen oder anderen elektrischen Vorrichtungen bestimmte Kennzeichnungen zugeordnet werden können, sind solche Kennzeichnungen nicht dazu bestimmt, den Funktionsumfang für die Schaltkreise und die anderen elektrischen Vorrichtungen einzuschränken. Solche Schaltkreise und andere elektrische Vorrichtungen können in jeder beliebigen Art und Weise auf der Grundlage der jeweiligen Art der elektrischen Implementierung, die gewünscht wird, miteinander kombiniert und/oder getrennt werden. Es wird anerkannt, dass jeder Schaltkreis oder jede andere elektrische Vorrichtung, die hier offenbart wird, jede beliebige Anzahl von Mikrocontrollern, eine Graphikprozessoreinheit (GPU), integrierte Schaltkreise, Speicherbauelemente (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 offengelegte(n) Funktion(en) auszuführen, umfassen kann. Darüber hinaus können eine beliebige oder mehrere der elektrischen Vorrichtungen eingerichtet sein, um einen Programmcode auszuführen, der in einem nicht vorübergehenden computerlesbaren Medium verkörpert ist, das programmiert ist, um eine beliebige Anzahl der hier offenbarten Funktionen auszuführen.Some examples of the present disclosure generally provide for a variety of circuits or other electrical devices. All references to the circuits and other electrical devices and the functionality they provide from each other are not intended to be limited to encompassing only what is illustrated and described herein. While specific labels may be assigned to the various circuits or other electrical devices disclosed, such labels are not intended to limit the functionality of the circuits and other electrical devices. Such circuits and other electrical devices can be combined and / or separated from each other in any manner based on the particular type of electrical implementation that is desired. It is recognized that any circuit or other electrical device disclosed herein, any number of microcontrollers, a graphics processing unit (GPU), integrated circuits, memory devices (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 interact with one another in order to carry out the function (s) disclosed herein. In addition, any one or more of the electrical devices may be configured to execute program code embodied in a non-transitory computer readable medium that is programmed to perform any number of the functions disclosed herein.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. Es ist zu verstehen, dass die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen ist. Der Umfang der Erfindung soll weder durch die nachstehend 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 to be understood that the following description of embodiments is not to be understood in a restrictive sense. The scope of the invention is not intended to be limited either by the embodiments described below or by the drawings, which are intended for purposes of illustration only.
Die Zeichnungen sind als schematische Darstellungen zu betrachten, und die in den Zeichnungen dargestellten Elemente sind nicht unbedingt maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr werden die unterschiedlichen Elemente so dargestellt, dass ihre Funktion und ihr allgemeiner Zweck für einen Fachmann erkennbar werden. Jede Verbindung oder Kopplung zwischen Funktionsblöcken, Vorrichtungen, Bauteilen oder anderen in den Zeichnungen dargestellten oder hier beschriebenen physikalischen oder funktionellen Einheiten kann auch durch eine indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert werden. Eine Kopplung zwischen Komponenten 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 shown in the drawings are not necessarily shown to scale. Rather, the different elements are shown 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 implemented 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.
Das LIDAR-System
Im Beispiel von
Das LIDAR-System
Die Vielzahl von Detektoren kann mit einer Vielzahl von zugehörigen Bandpassfiltern
In anderen Beispielen können unterschiedliche Positionen für einen oder mehrere Filter gewählt werden. Zum Beispiel kann ein Filter im Detektor oder in optischen Elementen, zum Beispiel in Elementen der Linse
Das Scanelement
Das LIDAR-System
In der Regel können der Empfangsstrahl und der Sendestrahl
Die Linse kann eine segmentierte Linse sein, z.B. eine Freiformform, die eine Kombination unterschiedlicher Linsenfunktionalitäten sein kann. Es kann sich auch eine Anordnung von mehreren Linsen sein, zum Beispiel Schaftlinsen wie Bikonvexlinsen oder Meniskuslinsen. Dies kann den Vorteil haben, dass kompakte und preiswerte Aufbauten möglich sind, zum Beispiel durch die Verwendung optischer Schaftelemente mit kurzer Brennweite und dünnem Durchmesser für On-Axis-Fokussierungsanwendungen.The lens can be a segmented lens, e.g. a free-form shape that can be a combination of different lens functionalities. It can also be an arrangement of several lenses, for example shaft lenses such as biconvex lenses or meniscus lenses. This can have the advantage that compact and inexpensive structures are possible, for example through the use of optical shaft elements with a short focal length and a thin diameter for on-axis focusing applications.
Einzelheiten in Bezug auf die Linse
Die Linse
Ein Sendelenslet
Im Folgenden wird als erstes die Funktionsweise in Bezug auf das primäre Licht dargestellt. Dann wird als zweites die Funktionalität in Bezug auf das sekundäre Licht beschrieben. Es ist zu verstehen, dass zum Beispiel Merkmale in Bezug auf den Strahlengang des primären Lichts isoliert und kombiniert mit anderen Beispielen in Bezug auf den Strahlengang des sekundären Lichts betrachtet werden können. Mit anderen Worten: Kombinationen unterschiedlicher Techniken, die in Bezug auf
Bezüglich des primären Lichtes ist im Beispiel von
Andere Möglichkeiten und weitere Linsen können jedoch vorhanden sein. Dies wird nachfolgend unter Bezugnahme auf
Das primäre Licht breitet sich entlang der Mittelachse
Im Beispiel von
Das Sendelenslet
Das Sendelenslet
Der Sendestrahl
Das optische Abschirmmaterial
Etwas von dem primären Licht, das am Objekt
Im Folgenden wird der Lichtpfad des sekundären Lichts beschrieben.The following describes the light path of the secondary light.
Die Vielzahl von Empfangslenslets
Die Vielzahl von Empfangslenslets
In einigen Beispielen laufen einige oder alle der jeweiligen Teilstrahlen
In einigen Beispielen ist die Vielzahl von Empfangslenslets
In solchen Beispielen, in denen die Vielzahl von Empfangsteilstrahlen
In der Regel könnte das Abschirmmaterial aus Metall, z.B. einer Metallfolie, bestehen. Das Abschirmmaterial kann eine reflektierende Schicht oder eine lichtabsorbierende Schicht umfassen. Das Abschirmmaterial kann aus Kunststoff bestehen.Typically the shielding material could be metal, e.g. a metal foil. The shielding material can comprise a reflective layer or a light-absorbing layer. The shielding material can consist of plastic.
Dies kann nützlich sein, um interne Reflexionen von primärem Licht zu unterdrücken, das an einem der Vielzahl von Detektoren ankommt. Jedes Empfangslenslet der Vielzahl von Empfangslenslets kann im Vergleich zu einem LIDAR-System mit einem Empfangslinsendesign, zum Beispiel einer segmentierten Linse mit einem Off-Axis-Brennpunkt, eine verringerte Blendenfläche/Feldbreite haben.This can be useful to suppress internal reflections from primary light arriving at one of the plurality of detectors. Each receiving lenslet of the plurality of receiving lenslets can have a reduced aperture area / field width compared to a LIDAR system with a receiving lens design, for example a segmented lens with an off-axis focus.
Somit kann der zum Beispiel in
Verschiedene Detektoren aus der Vielzahl von Detektoren können unterschiedliche Sensitivitäten haben. Zum Beispiel können der erste Detektor
Mit anderen Worten, zum Beispiel kann der erste Detektor
Alternativ oder zusätzlich kann die erste Sensitivität optimiert werden, um eine Detektor-Totzeit zu überwinden. Bei einigen LIDAR-Anwendungen kann der Betrieb eines Detektors kurz nach der Laseremission aufgrund starker Signale, die der Detektor empfängt, aufgrund von Laserstreulicht oder Laserlicht, das von Objekten in der Nähe des LIDAR-Systems, z.B. weniger als 10 m vom LIDAR-System entfernt, reflektiert wird, schwierig sein.Alternatively or additionally, the first sensitivity can be optimized in order to overcome a detector dead time. In some LIDAR applications, a detector may not operate shortly after laser emission due to strong signals received by the detector from scattered laser light or laser light emitted from objects near the LIDAR system, e.g. less than 10 m from the lidar system, it can be difficult.
Durch die Verwendung eines ersten Detektors mit einer ersten Sensitivität und eines zweiten Detektors mit einer zweiten Sensitivität kann der dynamische Bereich des gesamten LIDAR-Systems verbessert werden. Zum Beispiel kann die erste Sensitivität, zum Beispiel durch Anpassung einer Verstärkungseinstellung des ersten Detektors, gewählt werden, dass sie sich von der zweiten Sensitivität um einen Faktor von 5-20, zum Beispiel 10, zum Beispiel um einen Faktor von 50-200, zum Beispiel 100, unterscheidet.By using a first detector with a first sensitivity and a second detector with a second sensitivity, the dynamic range of the entire LIDAR system can be improved. For example, the first sensitivity can be selected, for example by adapting a gain setting of the first detector, so that it differs from the second sensitivity by a factor of 5-20, for example 10, for example by a factor of 50-200, for example Example 100, differs.
Verschiedene Arten von Detektoren können verwendet werden. Zum Beispiel kann mindestens ein Detektor der Vielzahl von Detektoren einen Siliziumphotomultiplier umfassen.Various types of detectors can be used. For example, at least one of the plurality of detectors can comprise a silicon photomultiplier.
Siliziumphotomultiplier, SiPMs, können einige oder alle der folgenden Merkmale haben:
- • hohe maximale Verstärkung, zum Beispiel bis zu 106. Dies kann die Detektion von wenigen oder sogar einzelnen Photonen ermöglichen,
- • die hohe interne Verstärkung kann das Auslesen erleichtern,
- • eine schnelle Anstiegszeit, zum Beispiel eine Anstiegszeit unter 300ps,
- • SiPMs können niedrige Kosten pro Einheit haben,
- • SiPMs können keine oder fast keine Temperaturkompensation benötigen,
- • SiPMs können eine große aktive Fläche bereitstellen.
- • high maximum gain, for example up to 10 6 . This can enable the detection of a few or even single photons,
- • the high internal amplification can make reading easier,
- • a fast rise time, for example a rise time below 300ps,
- • SiPMs can have a low cost per unit,
- • SiPMs may require little or no temperature compensation,
- • SiPMs can provide a large active area.
Einige SiPMs können jedoch den Nachteil einer geringen Photonendetektionseffizienz haben.However, some SiPMs can suffer from poor photon detection efficiency.
In einigen Beispielen sind ein oder mehrere Detektoren der Vielzahl von Detektoren Lawinenphotodioden, APDs. APDs können einige oder alle der unten aufgeführten Eigenschaften haben:
- • geringe Verstärkung, daher können manche APDs nicht in der Lage sein, wenige oder einzelne Photonen zu detektieren,
- • APDs können aufgrund der geringen Verstärkung vergleichsweise komplizierte Ausleseanforderungen haben,
- • APDs können eine Temperaturkompensation erfordern,
- • APDs können eine hohe Betriebsspannung erfordern, zum Beispiel im Bereich von 100 V-200 V,
- • APDs können vergleichsweise teuer sein,
- • APDs können eine hohe Detektionseffizienz und/oder einen hohen Dynamikbereich haben.
- • low gain, therefore some APDs may not be able to detect a few or single photons,
- • APDs can have comparatively complicated readout requirements due to their low gain,
- • APDs may require temperature compensation
- • APDs can require a high operating voltage, for example in the range of 100 V-200 V,
- • APDs can be comparatively expensive,
- • APDs can have a high detection efficiency and / or a high dynamic range.
In einigen Beispielen kann die Verwendung eines oder mehrerer APDs aufgrund der Ausleseanforderungen und der damit verbundenen Kosten unpraktisch sein. Somit werden in einigen Beispielen weniger APDs oder sogar keine APDs verwendet.In some examples, the use of one or more APDs may be impractical because of the readout requirements and the costs involved. Thus, in some examples, fewer APDs or even no APDs are used.
In einigen Beispielen, wie zum Beispiel in
Der Laser
In dieser Ansicht, die senkrecht zu der in
Im Beispiel von
In anderen Beispielen kann die weitere Linse
Hierdurch kann die Qualität der Kollimation des primären Lichts weiter verbessert werden. Wie in
Im Folgenden werden Beispiele für die Linse
Die in
In
Die Bereiche A und C werden überwiegend oder ausschließlich zur Führung des sekundären Lichts verwendet, das sich entlang des Empfangsstrahls ausbreitet, der Bereich B wird überwiegend oder ausschließlich zur Führung des primären Lichts verwendet. Im Beispiel von
Die Bereiche A und C sind eingerichtet, um das vom Scanelement
In LIDAR-Systemen, zum Beispiel in den oben beschriebenen LIDAR-Systemen
In den Beispielen der
Um den Vorteil der Verwendung unterschiedlicher Bandpassfilter in einem LIDAR-System zu veranschaulichen, wird zunächst unter Bezugnahme auf
In
Im Folgenden wird sich die Diskussion auf ein solches Beispiel beschränken, aber dieselbe Argumentation kann auch unter anderen Umständen angewandt werden, zum Beispiel wenn ein bestimmter Laser anfälliger für Änderungen der Versorgungsspannung als für Temperaturänderungen ist. In solchen Fällen kann die Emissionsbandbreite BWL überwiegend durch einen Bereich möglicher Versorgungsspannungen analog zu dem hier beschriebenen Temperaturverschiebungsfenster bestimmt werden.In the following, the discussion will be limited to such an example, but the same reasoning can be applied in other circumstances, for example when a particular laser is more susceptible to changes in supply voltage than to changes in temperature. In such cases, the emission bandwidth BWL can mainly be determined by a range of possible supply voltages analogous to the temperature shift window described here.
Die Emissionsbandbreite BWL kann angegeben werden durch
Wenn nur ein einzelner Detektor oder eine Vielzahl von Detektoren, aber ohne Bandpassfilter oder ohne unterschiedliche Bandpassfilter verwendet werden, kann die temperaturvariable Laseremissionsintensität zwischen Amin und Amax den Nachteil haben, dass das Signal-Rausch-Verhältnis im Vergleich zu einem idealen stabilen Laser, der ein festes Spektralemissionsprofil hat und somit einen Bandpassfilter mit einer schmalen Spektralbreite erlauben würde, negativ beeinflusst wird.If only a single detector or a plurality of detectors, but without a bandpass filter or without different bandpass filters, are used, the temperature-variable laser emission intensity between Amin and Amax can be the disadvantage have that the signal-to-noise ratio is negatively affected compared to an ideal stable laser, which has a fixed spectral emission profile and thus would allow a bandpass filter with a narrow spectral width.
Stattdessen, in solchen Fällen einer signifikanten Temperaturabhängigkeit der Laseremission, eine große Spektralbreite, in der Licht vom Detektor akzeptiert werden muss, oder eine Vielzahl von Detektoren zwischen Amin und Amax. Dies kann zu einem großen Hintergrundsignal, zum Beispiel aufgrund von Umgebungslicht, und damit zu einem vergleichsweise schlechten Signal-Rausch-Verhältnis führen.Instead, in such cases of a significant temperature dependence of the laser emission, a large spectral width in which light must be accepted by the detector, or a large number of detectors between Amin and Amax. This can lead to a large background signal, for example due to ambient light, and thus to a comparatively poor signal-to-noise ratio.
Nun zu den Figuren
In
Gemäß dem gezeigten Beispiel deckt jeder der Bandpassfilter eine Bandbreite BW1, BW2 und BW3 ab. Im Beispiel gilt die Beziehung BW1+BW2+BW3=BWL.According to the example shown, each of the bandpass filters covers a bandwidth BW1, BW2 and BW3. In the example, the relationship BW1 + BW2 + BW3 = BWL applies.
Die Anzahl von drei Transmissionsfiltern wird nur zur Veranschaulichung gewählt. Auch können nur zwei oder mehr Bandpassfilter zusammen mit einer entsprechenden Anzahl von Detektoren der Vielzahl von Detektoren verwendet werden.The number of three transmission filters is chosen for illustrative purposes only. It is also possible to use only two or more bandpass filters together with a corresponding number of detectors of the plurality of detectors.
Im gezeigten Beispiel ist die Spektralbreite der Bandpassfilter identisch, aber dies ist nicht notwendigerweise der Fall.In the example shown, the spectral width of the bandpass filters is identical, but this is not necessarily the case.
Eine Spektralverschiebung des Lasers aufgrund von Änderungen der Betriebsbedingungen, zum Beispiel eine Temperaturverschiebung einer Emissionsbandbreite des Lasers, die mit einem Betriebstemperaturbereich von -20°C und +80° verbunden ist, kann beide Bandpassbereiche der mindestens zwei Bandpassfilter umfassen.A spectral shift of the laser due to changes in the operating conditions, for example a temperature shift of an emission bandwidth of the laser, which is associated with an operating temperature range of -20 ° C. and + 80 °, can include both bandpass ranges of the at least two bandpass filters.
In einigen Beispielen, wenn N Detektoren mit N unterschiedlichen Filtern bereitgestellt werden, die jeweils einen Spektralbereich BWi abdecken, kann die Beziehung
In einigen Beispielen können die Bandpassbereiche der Vielzahl von Bandpassfiltern gleichmäßig über die Emissionsbandbreite des Lasers verteilt sein, die dem Betriebstemperaturbereich zugeordnet ist. Somit kann die Filterbreite der Bandpassbereiche für die Bandpassfilter ungefähr gleich sein.In some examples, the bandpass ranges of the plurality of bandpass filters may be evenly distributed across the emission bandwidth of the laser that is associated with the operating temperature range. Thus, the filter width of the bandpass ranges for the bandpass filters can be approximately the same.
Die unterschiedlichen Bandpassbereiche BWi können den Vorteil haben, dass für gegebene Betriebsbedingungen, zum Beispiel eine Messung während eines Zeitpunkts, das Laseremissionslicht auf eine der Bandbreiten BW1 bis BW3 eingeschränkt wird. Zum Beispiel, wenn der Laser in einem Betriebszustand ist, in dem das Laseremissionsprofil AL6 von
Dies kann zum Beispiel bei Anwendungen mit großen Lichtsignalen zu einer Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses für das LIDAR-Signal im Vergleich zu einem einzelnen Detektoraufbau führen, der die gesamte Bandbreite abdeckt, zum Beispiel BW1 bis BW3.In applications with large light signals, for example, this can lead to an improvement in the signal-to-noise ratio for the LIDAR signal compared to a single detector structure that covers the entire bandwidth, for example BW1 to BW3.
Für ein idealisiertes Beispiel kann der Grund für die Verbesserung wie folgt angegeben werden. Wenn nur ein einzelner Detektor verwendet wird, ist die Menge des sekundären Lichts, die den Detektor erreichen kann, proportional zu der Fläche, durch die das sekundäre Licht hindurchgeht. Zum Beispiel, wenn die Fläche in einem LIDAR-System durch die Linse
Da jedoch nur ein einzelner Detektor verwendet wird, muss ein Bandpassfilter vor dem einzelnen Detektor gewählt werden, um die volle Laseremissionsbandbreite BWL zu überspannen. Wenn wir annehmen, dass das Hintergrundlicht eine gleichmäßige Spektralverteilung über die volle Laseremissionsbandbreite BWL und eine Intensität BG hat, kommt die volle Intensität des Hintergrundlichts BG am einzelnen Detektor an. Das Detektorsignal wird dann durch eine empfangene Laserintensität IL beschränkt, die den Bereich
Bei großen Intensitäten von BG kann dies zu einem schlechten Signal-Rausch-Verhältnis SNR0 führen.At high intensities of BG this can lead to a poor signal-to-noise ratio SNR0.
Stattdessen kann eine Vielzahl von N Detektoren verwendet werden, und jeder Detektor i kann mit einem Filter ausgestattet sein, der einen unterschiedlichen Bandpfadbereich BWi, wie oben beschrieben, sendet. Die unterschiedlichen Bandpfadbereiche können gewählt werden, um die Beziehung zu erfüllen, die durch Gl. (2) gegeben ist.Instead, a plurality of N detectors can be used, and each detector i can be equipped with a filter transmitting a different band path area BWi as described above. The different tape path areas can be chosen to satisfy the relationship given by Eq. (2) is given.
In einem solchen Fall empfängt jeder Detektor der Vielzahl von Detektoren nur eine Hintergrundlichtintensität BGi, die gegeben ist durch
Beachten Sie, dass eine Reduktion im Vergleich zu BG um einen Faktor von 1/N auf die Tatsache zurückzuführen ist, dass jeder Detektor nur Hintergrundlicht von einem 1/N-Teil der Fläche
Wie jedoch im Zusammenhang mit
Typischerweise driftet die Temperatur eher langsam, z.B. in der Größenordnung von Minuten.Typically the temperature drifts rather slowly, e.g. on the order of minutes.
In einem solchen Fall wird das Laserlicht nur von dem entsprechenden Detektor empfangen, zum Beispiel von Detektor i=1, für den Fall, dass der Laser in einem Betriebsregime von λL5 oder AL6 ist, und i=3, für den Fall, dass der Laser in einem Betriebsregime von AL3 oder AL2 ist.In such a case, the laser light will only be received by the corresponding detector, for example detector i = 1, in the event that the laser is in an operating regime of λL5 or AL6, and i = 3, in the event that the laser is in an operating regime of AL3 or AL2.
In einem solchen Fall kann das Detektorsignal von den Detektoren, die den Laser nicht empfangen, vernachlässigt werden.In such a case, the detector signal from the detectors which do not receive the laser can be neglected.
Wenn zum Beispiel das Laserlicht in einem Betriebsregime ist, in dem das sekundäre Licht nur den ersten Detektor erreicht, erreicht aufgrund der Bandpassfilterbreite BW1 nur das BGi-Hintergrundsignal den Detektor.For example, if the laser light is in an operating regime in which the secondary light only reaches the first detector, only the BGi background signal reaches the detector due to the bandpass filter width BW1.
Jedoch erreicht aus folgendem Grund auch nicht die volle Laserintensität IL den ersten Detektor: Um die Vielzahl von Detektoren unterzubringen, muss die verfügbare Fläche
Somit ist das PSN-Verhältnis (Power of Signal over Noise) für den i-ten Detektor, der das sekundäre Licht empfängt, ausgewählt aus der Vielzahl von N Detektoren, gegeben durch:
Somit erhöht sich das PSN um N.This increases the PSN by N.
Wenn ein Signal-Rausch-Verhältnis SNR als das Verhältnis des durchschnittlichen Signals zur Standardabweichung des Rauschens definiert ist, gilt die Beziehung
Mit anderen Worten, die Verwendung einer Vielzahl von Detektoren, wie hier beschrieben, kann den Vorteil haben, dass das Signal-Rausch-Verhältnis im Vergleich zu Anwendungen mit einem einzelnen Detektor oder mit einer Vielzahl von Detektoren, die keine unterschiedlichen Bandpassbereiche für unterschiedliche Laseremissionsprofile haben, verbessert wird. Während die obige Berechnung auf den oben genannten Annahmen beruht, gilt dieses Argument im Wesentlichen auch für unterschiedliche Fälle, zum Beispiel ungleichmäßige Bandpassfilterbereiche BWi und/oder Überlappung zwischen Bandpassfilterbereichen BWi, obwohl die numerischen Werte variieren können.In other words, the use of a variety of detectors as described here can be used have the advantage that the signal-to-noise ratio is improved compared to applications with a single detector or with a large number of detectors that do not have different bandpass ranges for different laser emission profiles. While the above calculation is based on the above assumptions, this argument essentially also applies to different cases, for example uneven bandpass filter areas BWi and / or overlapping between bandpass filter areas BWi, although the numerical values can vary.
Es sollte beachtet werden, dass bei einigen Anwendungen die optimale Anzahl von N beschränkt sein kann, zum Beispiel durch Faktoren wie die Spektralbreite W des Lasers im Vergleich zur Laseremissionsbandbreite BWL, die Anzahl der am i-ten Detektor empfangenen Signalphotonen und/oder praktische Überlegungen bezüglich der Anzahl von Detektoren.It should be noted that in some applications the optimal number of N may be limited, for example by factors such as the spectral width W of the laser compared to the laser emission bandwidth BWL, the number of signal photons received at the i-th detector and / or practical considerations the number of detectors.
Somit kann in den meisten Anwendungen eine anwendungsabhängige optimale Anzahl von N bestimmt werden.Thus, in most applications, an application-dependent optimal number of N can be determined.
Im Beispiel von
In einigen Beispielen kann das Rauschsignal von den anderen Detektoren, die das Laserlicht nicht empfangen, der Vielzahl von Detektoren verwendet werden, um weitere Informationen bezüglich des Rauschens zu erhalten. In einigen Ausführungsformen kann die Spektralbandbreite berücksichtigt werden, zum Beispiel durch Korrektur des Signals unter Verwendung Spektralsensitivitätscharakteristiken und Annahmen bezüglich des Hintergrundsignals, zum Beispiel des Planck'schen Gesetzes, um das an einem ersten Detektor empfangene Rauschen auf ein entsprechendes Rauschen an einem zweiten Detektor abzubilden.In some examples, the noise signal from the other detectors that are not receiving the laser light of the plurality of detectors can be used to obtain further information regarding the noise. In some embodiments, the spectral bandwidth can be taken into account, for example by correcting the signal using spectral sensitivity characteristics and assumptions regarding the background signal, for example Planck's law, in order to map the noise received at a first detector onto a corresponding noise at a second detector.
Verschiedene Alternativen bezüglich der Form der Transmissionskurven zur Realisierung der Bandpassbereiche BW1, BW2 und BW3 sind in den Figuren
Die Form der Transmissionskurven werden nur zur Veranschaulichung gezeigt.The shape of the transmission curves are shown for illustrative purposes only.
Die Transmissionskurven
Das LIDAR-System kann eine Steuerelektronik umfassen, die eingerichtet ist, um eine Auswahl eines einzelnen Detektors oder mehrerer Detektoren der Vielzahl von Detektoren durchzuführen und um die Entfernungsmessung des Objekts auf der Grundlage von Messdaten des einen oder mehrerer Detektoren aus der Vielzahl von Detektoren durchzuführen.The LIDAR system can include control electronics which are set up to carry out a selection of a single detector or a plurality of detectors from the plurality of detectors and to carry out the distance measurement of the object on the basis of measurement data from the one or more detectors from the plurality of detectors.
In Beispielen, in denen die eingerichtete Steuerelektronik eine Auswahl eines einzelnen Detektors der Vielzahl von Detektoren durchführt, kann das LIDAR-System nur eine einzelne Detektionselektronik haben, die auf den ausgewählten einzelnen Detektor abgestimmt ist. In anderen Beispielen kann die Anzahl von Detektionselektroniken entsprechend geringer sein als die Anzahl von Detektoren, zum Beispiel wenn die Steuerelektronik eingerichtet ist, um eine Auswahl von mehreren Detektoren mit einer maximalen Anzahl der mehreren Detektoren von 3 durchzuführen, können nur 3 Detektionselektroniken erforderlich sein, um zum Beispiel 6 Detektoren zu betreiben. Dies kann die Kosten und das Gerätevolumen reduzieren, da in diesen Beispielen eine geringere Anzahl von Detektionsschaltkreisen erforderlich ist. In anderen Beispielen kann die Anzahl auch identisch mit der Anzahl von Detektoren oder sogar größer sein. Dies erlaubt es, dass für jeden Detektor und/oder Betriebsbedingungen eine optimierte Detektionselektronik bereitgestellt werden kann. Wenn die Anzahl für mindestens einen Detektor größer ist, kann sogar eine optimierte Detektionselektronik für unterschiedliche Bedingungen bereitgestellt werden, z.B. eine Schwachlichtdetektionselektronik und eine Starklichtdetektionselektronik.In examples in which the installed control electronics carry out a selection of a single detector from the plurality of detectors, the LIDAR system can only have a single detection electronics that are matched to the selected single detector. In other examples, the number of detection electronics can be correspondingly smaller than the number of detectors, for example if the control electronics are set up to carry out a selection of multiple detectors with a maximum number of the multiple detectors of 3, only 3 detection electronics may be required to for example to operate 6 detectors. This can reduce cost and equipment volume, as fewer detection circuits are required in these examples. In other examples, the number can also be identical to the number of detectors or even greater. This allows optimized detection electronics to be provided for each detector and / or operating conditions. If the number for at least one detector is larger, even optimized detection electronics can be provided for different conditions, eg weak light detection electronics and strong light detection electronics.
Die Auswahl kann auf einem beliebigen oder einer Kombination von den folgenden beruhen:
- - eine Temperatur des Lasers, vorzugsweise durch einen Temperatursensor detektiert,
- - Intensität eines detektierten Signals auf der Vielzahl von Detektoren,
- - Spektralinformationen bezüglich der Laserwellenlänge,
- - Spannungs-/Strom-Kennlinien des Lasers.
- - a temperature of the laser, preferably detected by a temperature sensor,
- - intensity of a detected signal on the plurality of detectors,
- - spectral information related to the laser wavelength,
- - Voltage / current characteristics of the laser.
In einigen Beispielen wird die Auswahl mit Hilfe einer Nachschlagetabelle durchgeführt. Zum Beispiel kann in der Nachschlagetabelle die Auswahl gemäß einer Lasertemperatur spezifiziert werden.In some examples, the selection is made using a look-up table. For example, in the look-up table, the selection can be specified according to a laser temperature.
In weiteren Beispielen oder zusätzlich können der eine oder die Vielzahl von Detektoren mindestens zwei Detektoren umfassen, wobei die Steuerelektronik eingerichtet werden kann, um die Auswahl so durchzuführen, dass die Bandpassbereiche des zugehörigen Bandpassfilters benachbart oder überlappend sind.In further examples or in addition, the one or the plurality of detectors can comprise at least two detectors, wherein the control electronics can be set up to carry out the selection in such a way that the bandpass ranges of the associated bandpass filter are adjacent or overlapping.
Dies kann den Vorteil haben, dass in Fällen, in denen die Bandpassbereiche überlappen, zum Beispiel BW1 und BW2 in
Die hier beschriebenen Methoden und Techniken können kombiniert werden. Beispiele werden im Folgenden bereitgestellt.The methods and techniques described here can be combined. Examples are provided below.
Als erstes Beispiel kann es wünschenswert sein, das vorhandene, d.h. unabhängig vom Laser vorhandene Hintergrundlicht zu messen. Dies kann durch die Verwendung mindestens eines Bandpassfilters erreicht werden, der mindestens einem Detektor der Vielzahl von Detektoren mit einem Bandpassbereich außerhalb des Laserspektralbereichs zugeordnet ist. Das Signal von diesem mindestens einen Detektor kann verwendet werden, um einen Hintergrundwert zu erhalten, zum Beispiel eine Hintergrundphotonenrate pro Nanosekunde. Dieser Hintergrundwert kann dann verwendet werden, um die Pulsdetektion eines anderen Detektors aus der Vielzahl von Detektoren, der das Laserlicht detektiert, zu verbessern.As a first example it may be desirable to use the existing, i. to measure existing background light independently of the laser. This can be achieved through the use of at least one bandpass filter which is assigned to at least one detector of the plurality of detectors with a bandpass range outside the laser spectral range. The signal from this at least one detector can be used to obtain a background value, for example a background photon rate per nanosecond. This background value can then be used to improve the pulse detection of another detector of the plurality of detectors which detects the laser light.
Als zweites Beispiel, das mit dem ersten Beispiel kombiniert werden kann, kann es bei LIDAR-Anwendungen wünschenswert sein, eine Totzeit aufgrund des direkt nach der Laseremission vorhandenen starken Lichts zu überwinden. Dieses starke Licht kann durch interne Reflexionen während der Auslösung des Lasers des LIDAR-Systems verursacht werden. Das Laserlicht kann den Detektor und/oder Verstärker sättigen, was die Totzeit verursacht oder dazu beiträgt. Als Folge davon kann das LIDAR-System aufgrund der Totzeit nicht in der Lage sein, das sekundäre Licht von nahen Objekten zu detektieren.As a second example, which can be combined with the first example, in LIDAR applications it may be desirable to overcome a dead time due to the strong light present immediately after the laser emission. This strong light can be caused by internal reflections during triggering of the LIDAR system's laser. The laser light can saturate the detector and / or amplifier, causing or adding to the dead time. As a result, the LIDAR system may not be able to detect the secondary light from nearby objects due to the dead time.
Diese Einschränkung kann durch die Verwendung einer Vielzahl von Detektoren überwunden werden, die einen zweiten Detektor mit einer unterschiedlichen Sensitivität und/oder einen Bandpassfilter vor dem zweiten Detektor umfassen, wobei der dem zweiten Detektor zugeordnete Bandpassfilter in Bezug auf die Laserwellenlänge fehlausgerichtet ist. Dies kann den Effekt haben, dass der fehlausgerichtete Bandpassfilter das Laserlicht abschwächt.This limitation can be overcome by using a plurality of detectors which include a second detector with a different sensitivity and / or a bandpass filter in front of the second detector, the bandpass filter associated with the second detector being misaligned with respect to the laser wavelength. This can have the effect that the misaligned band pass filter attenuates the laser light.
Diese zwei oben beschriebenen Möglichkeiten können kombiniert werden. Zum Beispiel kann in einer ersten Option ein Detektor mit einer verringerten Sensitivität gewählt werden. In einer zweiten Option kann ein fehlausgerichteter Bandpassfilter mit einem Detektor mit identischer Sensitivität verwendet werden. In einer dritten Option kann ein Detektor mit verringerter Sensitivität zusammen mit einem fehlausgerichteten Bandpassfilter verwendet werden, der mit dem Detektor verbunden ist, wodurch das Signal noch weiter abgeschwächt wird.These two possibilities described above can be combined. For example, a detector with a reduced sensitivity can be selected in a first option. In a second option, a misaligned bandpass filter can be used with a detector with identical sensitivity. In a third option, a detector with reduced sensitivity can be used in conjunction with a misaligned band pass filter connected to the detector, thereby further attenuating the signal.
Durch Verwendung der oben beschriebenen Techniken, allein oder in Kombination, kann die Sättigung des Detektors reduziert oder vermieden werden. Dies kann die LIDAR-Ergebnisse für nahe Objekte, zum Beispiel in einem Bereich unter 10 m, verbessern.By using the techniques described above, alone or in combination, the saturation of the detector can be reduced or avoided. This can improve the LIDAR results for close objects, for example in an area under 10 m.
In einem dritten Beispiel, das mit dem ersten und/oder dem zweiten Beispiel kombiniert werden kann, kann mindestens ein Detektor der Vielzahl von Detektoren verwendet werden, um elektrischen Crosstalk im LIDAR-System, zum Beispiel durch den Laser verursachten Crosstalk, zu detektieren. Für diesen Sensor kann eine optische Detektion nicht erwünscht sein. Daher kann eine Überspannung dieses Sensors abgeschaltet werden, so dass dieser spezielle Detektor nicht für optisches Licht empfindlich ist. Zusätzlich oder alternativ kann der Lichtpfad zu diesem speziellen Detektor blockiert sein.In a third example, which can be combined with the first and / or the second example, at least one detector of the plurality of detectors can be used to detect electrical crosstalk in the LIDAR system, for example crosstalk caused by the laser. Optical detection may not be desirable for this sensor. Therefore, an overvoltage of this sensor can be switched off so that this particular detector is not sensitive to optical light. Additionally or alternatively, the light path to this special detector can be blocked.
In einigen Variationen dieses dritten Beispiels kann der Detektor, der zur Detektion des elektrischen Crosstalks verwendet wird, mechanisch blockiert sein, d.h. er kann nicht angeordnet sein, um das sekundäre Licht entlang eines Empfangsstrahls vom Scanelement zu detektieren. In einem Beispiel kann ein LIDAR-System wie folgt bereitgestellt werden:
- Ein LIDAR-System zur Entfernungsmessung eines Objekts unter Verwendung von primärem Licht und sekundärem Licht, das an dem Objekt reflektiert wird, wobei das LIDAR-System umfasst:
- - einen Laser, der angeordnet ist, um das primäre Licht entlang eines Sendestrahls zu einem Scanelement zu emittieren,
- - eine Vielzahl von Detektoren, wobei mindestens ein Detektor der Vielzahl von Detektoren angeordnet ist, um das sekundäre Licht entlang eines Empfangsstrahls von dem Scanelement zu detektieren,
- - eine Linse, die zwischen dem Laser und der Vielzahl von Detektoren und dem Scanelement positioniert ist, wobei die Linse umfasst:
- ein Sendelenslet, das dem Sendestrahl zugeordnet ist, und
- eine Vielzahl von Empfangslenslets, die eine Vielzahl von Empfangsteilstrahlen definieren, wobei jede der Vielzahl von Empfangslenslets angeordnet ist, um den jeweiligen Empfangsteilstrahl auf einen entsprechenden Detektor aus der Vielzahl von Detektoren zu fokussieren.
- A LIDAR system for measuring the range of an object using primary light and secondary light reflected from the object, the LIDAR system comprising:
- - a laser which is arranged to emit the primary light along a transmission beam to a scanning element,
- - a plurality of detectors, wherein at least one detector of the plurality of detectors is arranged to detect the secondary light along a received beam from the scanning element,
- a lens positioned between the laser and the plurality of detectors and the scanning element, the lens comprising:
- a transmission lens that is assigned to the transmission beam, and
- a plurality of receive lenslets defining a plurality of receive sub-beams, each of the plurality of receive lenslets being arranged to focus the respective receive sub-beam onto a corresponding one of the plurality of detectors.
In einigen Beispielen kann die Vielzahl von Detektoren einen zweiten Detektor umfassen. Der zweite Detektor kann angeordnet sein, um kein Licht entlang des Empfangsstrahls zu empfangen. Der zweite Detektor kann angeordnet sein, um ein elektrodynamisches Signal aus der Umgebung und/oder dem LIDAR-System zu detektieren. Das elektromagnetische Signal kann ein durch den Laser verursachtes Signal und/oder Ausleserauschen und/oder Crosstalkrauschen sein. Das LIDAR-System kann eingerichtet sein, um das Signal des mindestens einen Detektors basierend auf dem vom zweiten Detektor erfassten elektrischen Signal zu korrigieren.In some examples, the plurality of detectors can include a second detector. The second detector can be arranged so as not to receive any light along the receive beam. The second detector can be arranged to detect an electrodynamic signal from the environment and / or the LIDAR system. The electromagnetic signal can be a signal caused by the laser and / or readout noise and / or crosstal noise. The LIDAR system can be set up to correct the signal of the at least one detector based on the electrical signal detected by the second detector.
Mit anderen Worten, elektrisches Rauschen kann zumindest teilweise aus dem Signal von mindestens einem Detektor entfernt werden, indem das Signal eines unterschiedlichen Detektors, der nicht zur Lichtdetektion verwendet wird, subtrahiert wird.In other words, electrical noise can be at least partially removed from the signal from at least one detector by subtracting the signal from a different detector that is not used for light detection.
Obwohl die Erfindung im Hinblick auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, werden Äquivalente und Modifikationen für andere, die sich auf diesem Gebiet auskennen, beim Lesen und Verstehen der Spezifikation auftreten. Die vorliegende Erfindung umfasst alle derartigen Äquivalente und Modifikationen und ist nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche beschränkt.While the invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments, equivalents and modifications to others skilled in the art will occur upon reading and understanding the specification. The present invention includes all such equivalents and modifications and is limited only by the scope of the appended claims.
Zum Beispiel wurden unterschiedliche Beispiele beschrieben, in denen (i) mehrere Detektoren, die unterschiedlichen Bandpassfiltern zugeordnet sind, mit (ii) einer Linse umfassend zwei Empfangslenslets und einer dazwischen liegenden Sendelenslet kombiniert wurden. Es wäre jedoch im Allgemeinen möglich, dass (i) mehrere Detektoren, die unterschiedlichen Bandpassfiltern zugeordnet sind, in anderen optischen Konfigurationen verwendet werden, z.B. unter Verwendung mehrerer getrennter Detektorlinsen oder nicht koaxialer optischer Aufbauten.For example, different examples have been described in which (i) several detectors, which are assigned to different bandpass filters, were combined with (ii) a lens comprising two receiving lenslets and a transmitting lenslet lying in between. However, it would generally be possible that (i) multiple detectors associated with different bandpass filters could be used in other optical configurations, e.g. using multiple separate detector lenses or non-coaxial optical assemblies.
Claims (18)
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Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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