DE102018126522A1 - Runtime-based distance measurement using modulated pulse trains of laser pulses - Google Patents

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Gerald Zahlheimer
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Abstract

Ein Verfahren zur Laufzeitbasierten Entfernungsmessung umfasst zwei Korrelationen, eine mit einer groben Zeitauflösung und eine mit einer feinen Zeitauflösung. Dadurch können die Rechenressourcen, die zur Bestimmung der Entfernung zu einem Objekt benötigt werden, reduziert werden. LIDAR-Strahllenkung kann verwendet werden.A method for time-based distance measurement comprises two correlations, one with a coarse time resolution and one with a fine time resolution. As a result, the computing resources required to determine the distance to an object can be reduced. LIDAR beam steering can be used.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Verschiedene Beispiele beziehen sich im Allgemeinen auf eine auf Laufzeit (TOF) basierende Entfernungsmessung durch Übertragung einer Pulsfolge von Laserpulsen. Es werden Light Detection and Ranging (LIDAR)-Methoden beschrieben. Verschiedene Beispiele beziehen sich speziell auf die Verarbeitung von gemessenen Photonenereignissen.Various examples generally relate to a distance measurement based on transit time (TOF) by transmitting a pulse train of laser pulses. Light detection and ranging (LIDAR) methods are described. Various examples relate specifically to the processing of measured photon events.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Light detection and ranging (LIDAR; manchmal auch als laser ranging oder LADAR bezeichnet) ermöglicht es, eine 3D-Punktwolke einer Szene zu erstellen. Objekte können genau erkannt werden. Eine Entfernungsmessung ist möglich. Gepulstes oder kontinuierliches Laserlicht wird entlang eines Sendestrahls gesendet und nach Reflexion an einem Objekt entlang eines Empfangsstrahls detektiert. Dies ermöglicht es, den Abstand zum Objekt (z-Position) zu bestimmen. Ein Bestimmen der z-Position wird auch als TOF-Entfernungsmessung bezeichnet.Light detection and ranging (LIDAR; sometimes also called laser ranging or LADAR) makes it possible to create a 3D point cloud of a scene. Objects can be recognized precisely. A distance measurement is possible. Pulsed or continuous laser light is transmitted along a transmission beam and, after reflection from an object, is detected along a reception beam. This makes it possible to determine the distance to the object (z position). Determining the z position is also referred to as a TOF distance measurement.

Zum Erweitern des Messbereichs des LIDAR sind Methoden zur Modulation von Pulsen bekannt. Siehe z.B.: US2018238998A ; US2017269209A ; WO2017132703 ; WO2018050906 .Methods for modulating pulses are known for expanding the measuring range of the LIDAR. See for example: US2018238998A ; US2017269209A ; WO2017132703 ; WO2018050906 .

Es wurde beobachtet, dass die zu verarbeitende Datenmenge beim Einsatz modulierter Pulsfolgen sehr hoch ist.It was observed that the amount of data to be processed is very high when using modulated pulse sequences.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Daher besteht ein Bedarf an fortschrittlichen Methoden der TOF-Entfernungsmessung unter Verwendung modulierter Pulsfolgen von Laserpulsen. Insbesondere besteht ein Bedarf an fortschrittlichen Methoden, die eine effiziente und schnelle Verarbeitung gemessener Photonenereignisse vereinfachen.There is therefore a need for advanced methods of TOF distance measurement using modulated pulse trains of laser pulses. In particular, there is a need for advanced methods that simplify the efficient and rapid processing of measured photon events.

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.

Gemäß einem Beispiel umfasst ein Verfahren zur TOF-Entfernungsmessung ein Senden einer Pulsfolge von Laserpulsen. Die Pulsfolge wird in Übereinstimmung mit einem Modulationsreferenzcode moduliert. Das Verfahren umfasst auch ein Messen einer Sequenz von Photonenereignissen über eine Messzeitdauer unter Verwendung eines Detektors. Das Verfahren umfasst ferner ein Binning der gemessenen Photonenereignisse in eine Sequenz von Bins. Jede Bin der Sequenz von Bins hat eine Binningzeitdauer. Das Verfahren umfasst auch ein Durchführen einer ersten Korrelation zwischen einer Photonenzahl jeder Bin der Sequenz von Bins und einem Korrelationscode. Der Korrelationscode ist dem Modulationsreferenzcode zugeordnet. Das Verfahren umfasst ferner ein Durchführen einer oder mehrerer zweiter Korrelationen zwischen einer oder mehreren Teilsequenzen von Photonenereignissen und dem Korrelationscode. Dabei werden die eine oder mehreren Teilsequenzen von Photonenereignissen aus der Sequenz von Photonenereignissen basierend auf einem oder mehreren Korrelationsmaxima der ersten Korrelation ausgeschnitten. Das Verfahren umfasst ferner ein Bestimmen von mindestens einer Entfernung basierend auf der einen oder zweiten Korrelationen.According to one example, a method for TOF distance measurement includes sending a pulse train of laser pulses. The pulse train is modulated in accordance with a modulation reference code. The method also includes measuring a sequence of photon events over a measurement period using a detector. The method further comprises binning the measured photon events into a sequence of bins. Each bin in the sequence of bins has a binning period. The method also includes performing a first correlation between a number of photons in each bin of the sequence of bins and a correlation code. The correlation code is assigned to the modulation reference code. The method further comprises performing one or more second correlations between one or more partial sequences of photon events and the correlation code. The one or more partial sequences of photon events are cut out of the sequence of photon events based on one or more correlation maxima of the first correlation. The method further includes determining at least one distance based on the one or second correlations.

Beispielsweise kann ein Detektor mit integrierter Verstärkung verwendet werden, z.B. ein Lawinendetektor. Beispielsweise kann ein Array-Detektor verwendet werden.For example, an integrated gain detector can be used, e.g. an avalanche detector. For example, an array detector can be used.

Beispielsweise kann das Verfahren durch eine Recheneinheit implementiert werden, z.B. durch ein Field Programmable Gated Array (FPGA).For example, the method can be implemented by a computing unit, e.g. through a Field Programmable Gated Array (FPGA).

Ein Computerprogramm, ein Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Medium, welche Programmcode umfassen, werden bereitgestellt. Der Programmcode kann von mindestens einer Recheneinheit ausgeführt werden. Ein Ausführen des Programmcodes veranlasst die mindestens eine Recheneinheit dazu, ein Verfahren zur TOF-Entfernungsmessung durchzuführen, das ein Senden einer Pulsfolge von Laserpulsen umfasst. Die Pulsfolge wird in Übereinstimmung mit einem Modulationsreferenzcode moduliert. Das Verfahren umfasst auch ein Messen einer Sequenz von Photonenereignissen über eine Messzeitdauer unter Verwendung eines Detektors. Das Verfahren umfasst ferner ein Binning der gemessenen Photonenereignisse in eine Sequenz von Bins. Jede Bin der Sequenz von Bins hat eine Binningzeitdauer. Das Verfahren umfasst auch ein Durchführen einer ersten Korrelation zwischen einer Photonenzahl jeder Bin der Sequenz von Bins und einem Korrelationscode, der dem Modulationsreferenzcode zugeordnet ist. Das Verfahren umfasst ferner ein Durchführen einer oder mehrerer zweiter Korrelationen zwischen einer oder mehreren Teilsequenzen von Photonenereignissen und dem Korrelationscode. Dabei werden die eine oder mehreren Teilsequenzen von Photonenereignissen aus der Sequenz von Photonenereignissen basierend auf einem oder mehreren Korrelationsmaxima der ersten Korrelation ausgeschnitten. Das Verfahren umfasst ferner ein Bestimmen von mindestens einer Entfernung basierend auf der einen oder zweiten Korrelationen.A computer program, a computer program product and a computer readable medium, which comprise program code, are provided. The program code can be executed by at least one computing unit. Execution of the program code causes the at least one computing unit to carry out a method for TOF distance measurement, which comprises sending a pulse sequence of laser pulses. The pulse train is modulated in accordance with a modulation reference code. The method also includes measuring a sequence of photon events over a measurement period using a detector. The method further comprises binning the measured photon events into a sequence of bins. Each bin in the sequence of bins has a binning period. The method also includes performing a first correlation between a number of photons in each bin of the sequence of bins and a correlation code associated with the modulation reference code. The method further comprises performing one or more second correlations between one or more partial sequences of photon events and the correlation code. The one or more partial sequences of photon events are cut out of the sequence of photon events based on one or more correlation maxima of the first correlation. The method further includes determining at least one distance based on the one or second correlations.

Eine Vorrichtung umfasst ein Speichermedium und mindestens eine Recheneinheit. Die mindestens eine Recheneinheit kann auf das Speichermedium zugreifen, um Programmcode zu laden. Ein Ausführen des Programmcodes veranlasst die mindestens eine Recheneinheit, ein Verfahren zur TOF-Entfernungsmessung durchzuführen, das ein Senden einer Pulsfolge von Laserpulsen umfasst. Die Pulsfolge wird in Übereinstimmung mit einem Modulationsreferenzcode moduliert. Das Verfahren umfasst auch ein Messen einer Sequenz von Photonenereignissen über eine Messzeitdauer unter Verwendung eines Array-Detektors. Das Verfahren umfasst ferner ein Binning der gemessenen Photonenereignisse in eine Sequenz von Bins. Jede Bin der Sequenz von Bins hat eine Binningzeitdauer. Das Verfahren umfasst auch ein Durchführen einer ersten Korrelation zwischen einer Photonenzahl jeder Bin der Sequenz von Bins und einem Korrelationscode, der dem Modulationsreferenzcode zugeordnet ist. Das Verfahren umfasst ferner ein Durchführen einer oder mehrerer zweiter Korrelationen zwischen einer oder mehreren Teilsequenzen von Photonenereignissen und dem Korrelationscode. Dabei werden die eine oder mehreren Teilsequenzen von Photonenereignissen aus der Sequenz von Photonenereignissen basierend auf einem oder mehreren Korrelationsmaxima der ersten Korrelation ausgeschnitten. Das Verfahren umfasst ferner ein Bestimmen von mindestens einer Entfernung basierend auf der einen oder zweiten Korrelationen. A device comprises a storage medium and at least one computing unit. The at least one computing unit can access the storage medium in order to load program code. Execution of the program code causes the at least one computing unit to carry out a method for TOF distance measurement, which comprises sending a pulse train of laser pulses. The pulse train is modulated in accordance with a modulation reference code. The method also includes measuring a sequence of photon events over a measurement period using an array detector. The method further comprises binning the measured photon events into a sequence of bins. Each bin in the sequence of bins has a binning period. The method also includes performing a first correlation between a number of photons in each bin of the sequence of bins and a correlation code associated with the modulation reference code. The method further comprises performing one or more second correlations between one or more partial sequences of photon events and the correlation code. The one or more partial sequences of photon events are cut out of the sequence of photon events based on one or more correlation maxima of the first correlation. The method further includes determining at least one distance based on the one or second correlations.

Es ist zu verstehen, dass die oben genannten Merkmale und jene, die nachfolgend noch zu erklären sind, nicht nur in den jeweils angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder isoliert verwendet werden können, ohne vom Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen.It is to be understood that the above-mentioned features and those which are still to be explained below can be used not only in the respectively specified combinations but also in other combinations or in isolation without departing from the scope of the invention.

FigurenlisteFigure list

  • 1 veranschaulicht schematisch ein Scansystem mit einem koaxialen optischen Aufbau und einem reibungsfreien Lenkspiegel nach verschiedenen Beispielen. 1 illustrates schematically a scanning system with a coaxial optical structure and a friction-free steering mirror according to various examples.
  • 2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens nach verschiedenen Beispielen. 2nd is a flow diagram of a method according to various examples.
  • 3 veranschaulicht schematisch eine Sende- und eine Empfangsphase nach verschiedenen Beispielen. 3rd illustrates schematically a transmission and a reception phase according to different examples.
  • 4 veranschaulicht schematisch einen Laserpuls, der während der Sendephase gesendet wird, nach verschiedenen Beispielen. 4th schematically illustrates a laser pulse that is transmitted during the transmission phase, according to various examples.
  • 5 veranschaulicht schematisch einen Modulationsreferenzcode für eine Pulsfolge mit mehreren Laserpulsen nach verschiedenen Beispielen. 5 schematically illustrates a modulation reference code for a pulse train with several laser pulses according to various examples.
  • 6 veranschaulicht schematisch eine Sequenz von Photonenereignissen nach verschiedenen Beispielen. 6 schematically illustrates a sequence of photon events according to various examples.
  • 7 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens nach verschiedenen Beispielen. 7 is a flow diagram of a method according to various examples.
  • 8 veranschaulicht schematisch eine Sequenz von Bins, in die die Sequenz von Photonenereignisse gebinnt wird, nach verschiedenen Beispielen. 8th schematically illustrates a sequence of bins into which the sequence of photon events is binned, according to various examples.
  • 9 veranschaulicht schematisch Korrelationsmaxima, die aus einer ersten Korrelation zwischen dem Modulationsreferenzcode und der Sequenz von Bins gewonnen wurden, nach verschiedenen Beispielen. 9 schematically illustrates correlation maxima obtained from a first correlation between the modulation reference code and the sequence of bins, according to various examples.
  • 10 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens nach verschiedenen Beispielen. 10th is a flow diagram of a method according to various examples.

DETALLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS

Im Folgenden werden die Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es ist verständlich, dass die folgende Beschreibung der Ausführungsformen nicht im engeren Sinne zu verstehen ist. Der Umfang der Erfindung soll nicht durch die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen oder durch die Zeichnungen eingeschränkt werden, die nur zur Veranschaulichung dienen.The embodiments of the invention are described in detail below with reference to the accompanying drawings. It is to be understood that the following description of the embodiments is not to be taken in the narrow sense. The scope of the invention is not intended to be limited by the embodiments described below or by the drawings, which are used only for the purpose of illustration.

Die Zeichnungen sind als schematische Darstellungen zu betrachten und die in den Zeichnungen dargestellten Elemente sind nicht unbedingt maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr werden die verschiedenen Elemente so dargestellt, dass ihre Funktion und ihr allgemeiner Zweck für einen Fachmann ersichtlich werden. Jede Verbindung oder Kopplung zwischen Funktionsblöcken, Vorrichtungen, Komponenten oder anderen physikalischen oder funktionellen Einheiten, die in den Zeichnungen oder hierin beschrieben sind, kann auch durch eine indirekte Verbindung oder Kopplung realisiert werden. Eine Kopplung zwischen den Komponenten kann auch über eine drahtlose Verbindung hergestellt werden. Funktionsblöcke können in Hardware, Firmware, Software oder einer Kombination davon implementiert werden.The drawings are to be regarded as schematic representations and the elements shown in the drawings are not necessarily to scale. Rather, the various elements are presented in such a way that their function and general purpose will be apparent to a person skilled in the art. Any connection or coupling between functional blocks, devices, components or other physical or functional units, which are described in the drawings or herein, can also be realized by an indirect connection or coupling. A coupling between the 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 Methoden der TOF-Entfernungsmessung und des LIDAR beschrieben. Mit diesen Methoden wird es möglich, den Abstand zu einem Objekt in der Umgebung mit Hilfe der Round-Trip-Zeit (round-trip time: RTT) von Photonen eines Laserpulses zu bestimmen. Daher wird eine aktive TOF-Messtechnik verwendet.Methods of TOF distance measurement and LIDAR are described below. With these methods it is possible to determine the distance to an object in the environment with the help of the round-trip time (RTT) of photons of a laser pulse. Therefore, an active TOF measurement technique is used.

Die hierin beschriebenen Methoden können auch verwendet werden, um eine Intensität des reflektierten Lichts und damit einen Reflexionsgrad eines Objekts zu bestimmen, das in Reichweite ist. Es ist auch möglich, mehrere Abstände zu bestimmen, bei mehreren Reflexionen.The methods described herein can also be used to determine an intensity of the reflected light and thus a reflectance to determine an object that is within range. It is also possible to determine multiple distances with multiple reflections.

Nach verschiedenen Beispielen wird eine modulierte Pulsfolge von Laserpulsen verwendet. Beispielsweise kann eine Code Division Multiple Access (CDMA)-Modulation, z.B. mit On-Off-Keying (OOK), verwendet werden. Beispielsweise kann eine Pulszeitmodulation eingesetzt werden, bei der der Pulsabstand zwischen den Pulsen der Pulsfolge variiert wird. Hier können in der Regel verschiedene Arten von jeweiligen Modulationreferenzcodes verwendet werden. Um ein Beispiel zu nennen, kann eine sogenannte Gold-Sequenz verwendet werden. Weitere Beispiele sind Kasami-Sequenzen, Hadamard-Sequenzen oder Zadoff-Chu-Sequenzen. Verschiedene Modulationsreferenzcodes der gleichen Art von Code können zueinander orthogonal sein. Dies hilft, eine Interferenzbeständigkeit zu gewährleisten und erleichtert CDMA.According to various examples, a modulated pulse sequence of laser pulses is used. For example, code division multiple access (CDMA) modulation, e.g. with on-off keying (OOK). For example, pulse time modulation can be used in which the pulse interval between the pulses of the pulse train is varied. Different types of respective modulation reference codes can generally be used here. To give an example, a so-called gold sequence can be used. Further examples are Kasami sequences, Hadamard sequences or Zadoff-Chu sequences. Different modulation reference codes of the same type of code can be orthogonal to each other. This helps ensure interference resistance and facilitates CDMA.

Einige der hierin beschriebenen Methoden profitieren von einer Kombination aus einem oder mehreren Modulationsschemata mit Strahlführung. Dabei werden verschiedene Pulsfolgen in unterschiedliche Richtungen gesendet. Dazu kann ein Lenkspiegel zur Lenkung des Lichts verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich wäre es auch möglich, die Lichtquelle oder die Lichtquellen zu rotieren oder anderweitig zu bewegen. So kann beispielsweise ein FLASH-Lidar-System von den hierin beschriebenen Methoden profitieren, bei denen mehrere Richtungen gleichzeitig mit primärem Laserlicht beleuchtet werden.Some of the methods described herein benefit from a combination of one or more beamline modulation schemes. Different pulse sequences are sent in different directions. A steering mirror can be used to direct the light. Alternatively or additionally, it would also be possible to rotate or otherwise move the light source or light sources. For example, a FLASH lidar system can benefit from the methods described here, in which multiple directions are simultaneously illuminated with primary laser light.

Beispielsweise können die hierin beschriebenen Methoden die 1-D- oder 2-D-Lenkung von Licht erleichtern. Das Scannen von Licht kann dem wiederholten Umlenken von Licht mit unterschiedlichen Übertragungswinkeln entsprechen. Eine Scanrate oder Wiederholrate des Scans kann durch Lenkzyklen definiert werden. Dazu kann der Lenkspiegel entsprechend abgelenkt werden.For example, the methods described herein can facilitate 1-D or 2-D steering of light. The scanning of light can correspond to the repeated deflection of light with different transmission angles. A scan rate or repetition rate of the scan can be defined by steering cycles. The steering mirror can be deflected accordingly.

Es ist möglich, Übertragungswinkel durch Umlenken des Lenkspiegels gemäß einem oder mehreren Freiheitsgraden eines aus einer elastischen Lagerung und dem Lenkspiegel gebildeten Masse-Feder-Systems zu realisieren. Beispielsweise kann der Lenkspiegel rotiert, gekippt, verschoben, etc. werden. Beispiele für die Freiheitsgrade, mit denen Licht gelenkt werden kann, sind Biegung und Torsion der mindestens einen Feder des Masse-Feder-Systems.It is possible to implement transmission angles by deflecting the steering mirror according to one or more degrees of freedom of a mass-spring system formed from an elastic mounting and the steering mirror. For example, the steering mirror can be rotated, tilted, moved, etc. Examples of the degrees of freedom with which light can be directed are the bending and torsion of the at least one spring of the mass-spring system.

Nach einigen Beispielen ist eine resonante Bewegung des Masse-Feder-Systems möglich. Insbesondere kann die jeweilige Bewegungsfreiheit eine entsprechende Resonanzcharakteristik aufweisen - manchmal auch als Frequenzantwort bezeichnet, d.h. Ablenkung als Funktion der Frequenz. Die Resonanzcharakteristik kann einen Peak bestimmter Breite im Frequenzbereich aufweisen. Es ist möglich, eine Antriebskraft auszuwählen, die eine Frequenz innerhalb dieser Resonanzspitze aufweist. Dazu kann ein Aktuator entsprechend gesteuert werden. Durch Resonanzbewegungen können große Veränderungen der Übertragungswinkel erreicht werden. Große Scanbereiche können implementiert werden.According to some examples, a resonant movement of the mass-spring system is possible. In particular, the respective freedom of movement can have a corresponding resonance characteristic - sometimes also referred to as a frequency response, i.e. Distraction as a function of frequency. The resonance characteristic can have a peak of a certain width in the frequency range. It is possible to select a driving force that has a frequency within this resonance peak. For this purpose, an actuator can be controlled accordingly. Large changes in the transmission angle can be achieved through resonance movements. Large scan areas can be implemented.

Beispielhafte Aktuatoren, die gesteuert werden können, um die elastische Abtasteinheit resonant anzutreiben, sind piezoelektrische Kammantriebe, Magnetantriebe, piezoelektrische Aktuatoren, etc....Exemplary actuators that can be controlled to drive the elastic scanning unit resonantly are piezoelectric comb drives, magnetic drives, piezoelectric actuators, etc.

Der Lenkspiegel und die elastische Halterung können Teil einer Scaneinheit sein. Ein Scansystem (oder einfach nur ein Scanner) kann die Scaneinheit beinhalten, eine Lichtquelle, die konfiguriert ist, um das zu scannende Licht zu emittieren, und/oder einen Detektor, der konfiguriert ist, um sekundäres Licht zu empfangen. Das Scansystem kann auch ein oder mehrere Aktuatoren zum Betätigen der elastischen Halterung beinhalten, um dadurch den Lenkspiegel abzulenken.The steering mirror and the elastic holder can be part of a scanning unit. A scanning system (or just a scanner) may include the scanning unit, a light source configured to emit the light to be scanned, and / or a detector configured to receive secondary light. The scanning system may also include one or more actuators to actuate the elastic bracket to thereby deflect the steering mirror.

Um den Messbereich und/oder die Tageslichtunterdrückung zu erhöhen, kann eine räumliche Filterung verwendet werden. Beispielsweise kann durch die Verwendung von räumlicher Filterung das Tageslicht auf ein Niveau unterdrückt werden, das es ermöglicht, die einzelnen Rückkehr- oder Tageslichtphotonenereignisse einzeln zu zählen und aufzuzeichnen, ohne eine Grenze für die Bandbreite der Ereignisaufzeichnung des Detektors oder der digitalen Schaltung zu überschreiten. Die räumliche Filterung bezieht sich auf ein Szenario, in dem primäres Laserlicht - d.h. die gesendeten Laserpulse - entlang des Sendestrahls und über den Lenkspiegel zum Objekt gesendet wird; und vom Objekt reflektiertes sekundäres Licht entlang eines Empfangsstrahls und über denselben Lenkspiegel gesammelt wird. Mit anderen Worten, der Sendestrahl überlappt sich zumindest teilweise mit dem Empfangsstrahl. Insbesondere können der Sendestrahl und der Empfangsstrahl in einem Überlappungsabschnitt überlappen, der die reflektierende Oberfläche des Lenkspiegels umfasst.In order to increase the measuring range and / or the daylight suppression, spatial filtering can be used. For example, by using spatial filtering, daylight can be suppressed to a level that enables the individual return or daylight photon events to be counted and recorded individually without exceeding a limit on the bandwidth of the event recording of the detector or digital circuit. Spatial filtering refers to a scenario in which primary laser light - i.e. the transmitted laser pulses - is sent to the object along the transmission beam and via the steering mirror; and collecting secondary light reflected from the object along a receiving beam and over the same steering mirror. In other words, the transmission beam overlaps at least partially with the reception beam. In particular, the transmission beam and the reception beam can overlap in an overlap section that includes the reflecting surface of the steering mirror.

Manchmal wird eine solche Technik der räumlichen Filterung als koaxialer optischer Aufbau bezeichnet, da die OA des Sendestrahls und die OA des Empfangsstrahls koaxial ausgerichtet sind. Generell kann bei einem koaxialen optischen Aufbau ein Offset zwischen dem Sendestrahl und dem Empfangsstrahl vorhanden sein, solange eine Überlappung zwischen den Strahlprofilen des Sendestrahls und des Empfangsstrahls besteht. In einer koaxialen optischen Anordnung können sich der Sende- und der Empfangsstrahl mindestens eine gemeinsame Apertur teilen, z.B. definiert durch den Lenkspiegel.Such a technique of spatial filtering is sometimes referred to as a coaxial optical structure because the OA of the transmit beam and the OA of the receive beam are coaxially aligned. In general, with a coaxial optical structure, there can be an offset between the transmitted beam and the received beam as long as there is an overlap between the beam profiles of the transmitted beam and the received beam. In a coaxial optical arrangement, the transmit and receive beams can have at least one share common aperture, e.g. defined by the steering mirror.

Koaxiale optische Aufbauten ermöglichen es im Allgemeinen, den Raumwinkel, aus dem das Licht gesammelt und auf den Detektor fokussiert wird, zu begrenzen. Dadurch wird das Hintergrundrauschen reduziert, indem die Anzahl der Hintergrundphotonen reduziert wird, z.B. durch Sonneneinstrahlung.Coaxial optical structures generally make it possible to limit the solid angle from which the light is collected and focused on the detector. This reduces background noise by reducing the number of background photons, e.g. by sun exposure.

Verschiedene hierin beschriebene Methoden beziehen sich auf die Nachbearbeitung der vom Detektor erhaltenen Messdaten. Verschiedene Methoden basieren auf dem Ergebnis, dass die Anzahl der Berechnungen, die mit der Durchführung eines Vergleichs zwischen den gemessenen Daten und den erwarteten Daten (basierend auf der Korrelation) verbunden sind, sehr hoch sein kann. Nach verschiedenen Beispielen wird dies durch einen zweistufigen Ansatz gemildert: erstens durch eine grobe Suche nach Kandidatenbereichen; und zweitens durch eine oder mehrere feine Suchen in den möglichen Bereichen, um Mehrdeutigkeiten zu beheben und den Bereich mit höherer Genauigkeit zu bestimmen.Various methods described herein relate to the post-processing of the measurement data received from the detector. Various methods are based on the result that the number of calculations associated with making a comparison between the measured data and the expected data (based on the correlation) can be very high. According to various examples, this is mitigated by a two-stage approach: firstly by a rough search for candidate areas; and second, by one or more fine searches in the possible areas to resolve ambiguities and determine the area with greater accuracy.

1 veranschaulicht schematisch ein Scansystem 100 gemäß verschiedener Beispiele. Das Scansystem 100 umfasst eine Recheneinheit 90, eine Laserdiode 101 und einen Detektor 102. Das Scansystem 100 definiert einen koaxialen optischen Aufbau. 1 schematically illustrates a scanning system 100 according to various examples. The scanning system 100 comprises a computing unit 90 , a laser diode 101 and a detector 102 . The scanning system 100 defines a coaxial optical structure.

Die Recheneinheit 90 kann durch eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (application-specific integrated circuit: ASIC) und/oder ein feldprogrammierbares Array (fieldprogrammable array: FPGA) und/oder einen Allzweckprozessor realisiert werden. Die Recheneinheit 90 kann einen Analog-Digital-Wandler und/oder einen Zeit-Digital-Wandler (Time to Digital: TDC) beinhalten.The computing 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. The computing unit 90 can include an analog-to-digital converter and / or a time-to-digital converter (Time to Digital: TDC).

Die Laserdiode 101 wird von der Recheneinheit 90 gesteuert, um primäres Laserlicht 111 entlang eines Sendestrahls 121 zu senden. Der Sendestrahl 121 passiert einen Strahlteiler 130, dann einen Lenkspiegel 150, dann ein Gehäusefenster 151 der Scaneinheit und erreicht dann eine Umgebung 190.The laser diode 101 is from the computing unit 90 controlled to primary laser light 111 along a broadcast beam 121 to send. The broadcast beam 121 passes a beam splitter 130 , then a steering mirror 150 , then a case window 151 the scanning unit and then reaches an environment 190 .

Das primäre Laserlicht kann an einem Objekt (nicht in 1 dargestellt) gestreut werden, um nicht-kohärentes sekundäres Licht 112 zu erzeugen. Das sekundäre Licht 112 - sowie Hintergrundlicht und/oder interferierendes Licht - wandert entlang eines Empfangsstrahls 122 durch das Fenster 151, passiert den Spiegel 150 und erreicht dann den Strahlteiler 130. Der Strahlteiler lenkt das sekundäre Laserlicht 112 zu einem Detektor 102 ab.The primary laser light can strike an object (not in 1 shown) to be scattered to non-coherent secondary light 112 to create. The secondary light 112 - as well as background light and / or interfering light - travels along a receiving beam 122 through the window 151 , passes the mirror 150 and then reaches the beam splitter 130 . The beam splitter directs the secondary laser light 112 to a detector 102 from.

Die OA des Sendestrahls 121 und die OA des Empfangsstrahls 122 sind ausgerichtet; daher ist ein koaxialer optischer Aufbau implementiert. Sowohl die Senderapertur des Sendestrahls 121 als auch die Detektorapertur des Empfangsstrahls 122 werden durch den Lenkspiegel 150 definiert.The OA of the broadcast beam 121 and the OA of the receive beam 122 are aligned; therefore, a coaxial optical structure is implemented. Both the transmitter aperture of the transmit beam 121 as well as the detector aperture of the receiving beam 122 are through the steering mirror 150 Are defined.

Generell kann der Detektor 102 ein Lawinenphotodioden-(APD)-Detektor oder ein Einzelphotonen-APD-Detektor (SPAD) sein. Ein weiteres Beispiel wäre ein Silizium-Photomultiplier (SiPM). Der Detektor 102 kann eine eingebaute physikalische Verstärkung aufweisen, z.B. kann er ein Lawinendetektor sein. Ein weiteres Beispiel wäre ein Silizium-Photomultiplikator (SiPM), eine konventionelle Photonenvervielfacherröhre oder ein beliebiger Detektor, der in Zukunft erfunden werden könnte und in der Lage ist, Einzelphotonen zu erfassen.Generally the detector 102 an avalanche photodiode (APD) detector or a single photon APD detector (SPAD). Another example would be a silicon photomultiplier (SiPM). The detector 102 can have built-in physical reinforcement, for example it can be an avalanche detector. Another example would be a silicon photomultiplier (SiPM), a conventional photon multiplier tube, or any detector that could be invented in the future and capable of detecting single photons.

1 veranschaulicht einen Überlappungsabschnitt 125 des Sendestrahls 121 und des Empfangsstrahls 122. Der Überlappungsabschnitt 125 hat ein Ende am Strahlteiler 130. 1 illustrates an overlap section 125 of the broadcast beam 121 and the receiving beam 122 . The overlap section 125 has an end to the beam splitter 130 .

Die Recheneinheit 90 ist konfiguriert, um den Lenkspiegel 150 zu betätigen, um verschiedene Scanwinkel zu implementieren. Dazu ist ein Aktuator 901 mit der Recheneinheit 90 gekoppelt. Beispielaktuatoren 901 beinhalten elektrostatische Antriebe, Magnetantriebe oder piezoelektrische Antriebe. Der Aktuator 901 ist konfiguriert, um eine Kraft auf ein erstes Ende einer elastischen Halterung auszuüben. Dadurch wird eine reversible Deformation einer Feder der elastischen Halterung 902 verursacht, die den Lenkspiegel 150 ablenkt, der mit einem zweiten Ende der elastischen Halterung 902 gekoppelt ist, das dem ersten Ende gegenüberliegt. Ein Federelement kann sich zwischen dem ersten und zweiten Ende erstrecken (nicht in 1 dargestellt).The computing unit 90 is configured to the steering mirror 150 to operate to implement different scan angles. There is an actuator for this 901 with the computing unit 90 coupled. Example actuators 901 include electrostatic drives, magnetic drives or piezoelectric drives. The actuator 901 is configured to apply a force to a first end of an elastic bracket. This causes a reversible deformation of a spring of the elastic holder 902 that caused the steering mirror 150 deflects that with a second end of the elastic bracket 902 is coupled, which is opposite the first end. A spring element may extend between the first and second ends (not in 1 shown).

Beispielhafte Implementierungen der elastischen Halterung 902 sind in US20180143322A1 : 62 und in DE 10 2016 014 001 A1 und in DE102009058762A1 und in US20100290142A1 beschrieben.Exemplary implementations of the elastic bracket 902 are in US20180143322A1 : 62 and in DE 10 2016 014 001 A1 and in DE102009058762A1 and in US20100290142A1 described.

Die Recheneinheit 90 kann den Detektor 102 auslesen.The computing unit 90 can the detector 102 read out.

Im Beispiel von 1 wird der optische Aufbau als sogenannter optischer Pre-Scanner-Aufbau dargestellt. Denn es gibt keine Linsen usw., die einen signifikanten optischen Einfluss auf den vor dem Lenkspiegel 150 entlang des Sendestrahls 121 angeordneten Sendestrahl 121 haben (wie bei einem optischen Post-Scanner-Aufbau der Fall wäre, hier nicht dargestellt). Somit entspricht die Divergenz des am Lenkspiegel 150 vorhandenen Sendestrahls 121 der Divergenz des das Scansystem 100 verlassenden Sendestrahls 121 in Richtung des Umliegenden / der Umgebung 190. Eine zusätzliche Strahlformung hinter dem Lenkspiegel 150 ist in dem optischen Pre-Scanner-Aufbau nicht vorgesehen.In the example of 1 the optical structure is represented as a so-called optical pre-scanner structure. Because there are no lenses etc. that have a significant visual impact on the front of the steering mirror 150 along the transmit beam 121 arranged transmission beam 121 have (as would be the case with an optical post-scanner setup, not shown here). Thus the divergence corresponds to that on the steering mirror 150 existing broadcast beam 121 the divergence of the scanning system 100 leaving broadcasting beam 121 towards the surrounding area 190 . An additional beam shaping behind the steering mirror 150 is not provided in the optical pre-scanner setup.

2 ist ein Flussdiagramm eines exemplarischen Verfahrens, das vom Scansystem 100 gemäß dem Beispiel von 1 implementiert werden kann. Beispielsweise kann das Verfahren von 2 durch die Recheneinheit 90 implementiert werden. 2nd Figure 14 is a flow diagram of an exemplary method performed by the scanning system 100 following the example of 1 can be implemented. For example, the method of 2nd through the computing unit 90 be implemented.

Zunächst wird bei Block 1001 eine Pulsfolge von Laserpulsen gesendet. Die Pulsfolge kann in Übereinstimmung mit einem oder mehreren Modulationsschemata moduliert werden. Beispielsweise kann die Pulsfolge in Übereinstimmung mit einem Modulationsreferenzcode moduliert werden. Beispielsweise kann die Recheneinheit 90 die Laserdiode 101 entsprechend steuern, um die Pulsfolge zu senden.First, at block 1001 a pulse train of laser pulses is sent. The pulse train can be modulated in accordance with one or more modulation schemes. For example, the pulse train can be modulated in accordance with a modulation reference code. For example, the computing unit 90 the laser diode 101 control accordingly to send the pulse train.

Block 1001 kann allgemein als Sendephase bezeichnet werden.block 1001 can be generally referred to as the broadcast phase.

Anschließend werden bei Block 1002 Photonenereignisse detektiert. Beispielsweise die Recheneinheit 90 den Array-Detektor 102 entsprechend steuern. Photonenereignisse beziehen sich auf die Detektion von einem oder mehreren Photonen pro Abtastzeitintervall. Beispielsweise kann ein typisches Abtastzeitintervall im Bereich von 20 Pikosekunden liegen, z.B. im Bereich von 10ps bis 30ps.Then at block 1002 Detected photon events. For example, the computing unit 90 the array detector 102 control accordingly. Photon events relate to the detection of one or more photons per sampling time interval. For example, a typical sampling time interval can be in the range of 20 picoseconds, for example in the range of 10ps to 30ps.

Der Block 1002 kann generell als Messphase bezeichnet werden.The block 1002 can generally be called the measurement phase.

Generell können die Blöcke 1001 und 1002 zumindest teilweise parallel ausgeführt werden. Daher kann die Pulsfolge von Laserpulsen im Block 1001 gesendet werden, während bereits Photonenereignisse im Block 1002 detektiert werden.Generally the blocks 1001 and 1002 run at least partially in parallel. Therefore, the pulse train of laser pulses in the block 1001 be sent while photon events are already in the block 1002 can be detected.

Als nächstes werden bei Block 1003 die Photonenereignisse in Übereinstimmung mit dem Modulationsschema verarbeitet. Der Block 1003 kann allgemein als Nachbearbeitungsphase bezeichnet werden.Next up at Block 1003 processes the photon events in accordance with the modulation scheme. The block 1003 can be generally referred to as the post-processing phase.

Beispielsweise kann die Nachbearbeitung durch die Recheneinheit 90 implementiert werden. Insbesondere können eine oder mehrere Korrelationen zwischen einem erwarteten Signalmuster - gemäß dem Modulationsschema - und dem gemessenen Signalmuster der Photonenereignisse durchgeführt werden. Dann werden ein oder mehrere Korrelationsmaxima erhalten, die den RTT der Photonen anzeigen. Basierend auf den einen oder mehreren Korrelationsmaxima kann der Abstand zum Objekt bestimmt werden.For example, postprocessing by the computing unit 90 be implemented. In particular, one or more correlations between an expected signal pattern - according to the modulation scheme - and the measured signal pattern of the photon events can be carried out. Then one or more correlation maxima are obtained which indicate the RTT of the photons. The distance to the object can be determined based on the one or more correlation maxima.

Generell wäre es möglich, dass (i) die Blöcke 1001 und/oder 1002 und (ii) der Block 1003 zumindest teilweise parallel implementiert sind. Daher ist es möglich, die Nachbearbeitung zu initiieren, während noch Pulse gesendet und/oder für weitere Photonenereignisse gemessen werden.Generally it would be possible for (i) the blocks 1001 and or 1002 and (ii) the block 1003 are at least partially implemented in parallel. It is therefore possible to initiate the postprocessing while still sending pulses and / or measuring for further photon events.

Weitere Details zur Sendephase und zur Messphase sind in Verbindung mit 3 dargestellt.Further details on the transmission phase and the measurement phase are in connection with 3rd shown.

3 veranschaulicht Aspekte in Bezug auf den Zeitablauf des Sendens einer Pulsfolge von Laserpulsen und des Messens einer Sequenz von Photonenereignissen. Insbesondere gibt es, wie in 3 dargestellt, eine Sendephase 201 (vgl. 2, Block 1001), während der eine Pulsfolge von primärem Licht gesendet wird (die Pulsfolge ist in 3 aus Gründen der Einfachheit nicht dargestellt). Die Pulsfolge hat eine bestimmte Pulsfolgedauer, die der Sendephasendauer 202 entspricht. 3rd illustrates aspects related to the timing of sending a pulse train of laser pulses and measuring a sequence of photon events. In particular, as in 3rd shown a broadcasting phase 201 (see. 2nd , Block 1001 ) during which a pulse train of primary light is sent (the pulse train is in 3rd not shown for the sake of simplicity). The pulse train has a specific pulse train duration, that of the transmission phase duration 202 corresponds.

3 veranschaulicht auch Aspekte in Bezug auf das Messen von Photonenereignissen, die durch sekundäres Licht von Laserpulsen verursacht werden. Die Photonenereignisse werden durch sekundäres Licht und umgebendes oder interferierendes Licht, d.h. Hintergrundphotonen, z.B. von der Sonne oder anderen Lichtquellen ausgelöst. 3 veranschaulicht schematisch eine Messphase 205, die eine Messphasendauer 206 aufweist. Während der Messphase 205 detektiert der Detektor 102 Photonenereignisse und gibt entsprechende Messsignale aus, die später analysiert werden. 3rd also illustrates aspects related to measuring photon events caused by secondary light from laser pulses. The photon events are triggered by secondary light and ambient or interfering light, ie background photons, for example from the sun or other light sources. 3rd schematically illustrates a measurement phase 205 that have a measurement phase duration 206 having. During the measurement phase 205 the detector detects 102 Photon events and outputs corresponding measurement signals, which are later analyzed.

Im Beispiel von 3 überlappen sich die Messphase 205 und die Sendephase 201 teilweise im Zeitraum. So kann beispielsweise die Sendephasendauer 202 im Bereich von 200 ns bis 600ns liegen. Das entspricht Entfernungen von 30 Metern bis 90 Metern. Andererseits ist es erwünscht, Objekte zu erkennen, die bis zu 10 m bis 30 m nah sind. Der Detektor 102 wird entsprechend früh aktiviert. Daher ist es möglich, dass das erste reflektierte sekundäre Licht als Photonenereignis detektiert wird, bevor der letzte Puls des primären Lichts abgefeuert wurde.In the example of 3rd the measurement phase overlap 205 and the broadcast phase 201 partly in the period. For example, the transmission phase duration 202 are in the range from 200 ns to 600ns. This corresponds to distances from 30 meters to 90 meters. On the other hand, it is desirable to recognize objects that are up to 10 m to 30 m close. The detector 102 is activated accordingly early. It is therefore possible that the first reflected secondary light is detected as a photon event before the last pulse of the primary light has been fired.

A priori kann nicht gesagt werden, bei welchem RTT und Bereich sich das Objekt befindet. Somit hat die Messphasendauer 206 eine signifikante Länge. Daher ist es erforderlich, für Photonenereignisse über die verlängerte Messphasendauer 206 zu messen - was der Fähigkeit entspricht, Objekte in einem signifikanten Bereich von z.B. bis zu 200 Metern oder 300 Metern oder sogar bis zu 600 Metern zu detektieren. Beispielsweise treten bei näheren Objekten die jeweiligen Photonenereignisse früher während der Messphase 205 auf; während bei weiter entfernten Objekten die jeweiligen Photonenereignisse später während der Messphase 205 auftreten.It cannot be said a priori at which RTT and area the object is located. Thus, the measurement phase has 206 a significant length. Therefore, it is necessary for photon events over the extended measurement phase 206 to measure - which corresponds to the ability to detect objects in a significant range of, for example, up to 200 meters or 300 meters or even up to 600 meters. In the case of closer objects, for example, the respective photon events occur earlier during the measurement phase 205 on; while with distant objects the respective photon events later during the measurement phase 205 occur.

Ein optionaler Nachbearbeitungsschritt wird als nächstes erläutert. Wie in 3 dargestellt, kann manchmal ein Photonenereignis 516 vergleichsweise früh in der Messphase 205 (frühes Photonenereignis) detektiert werden. Insbesondere wird, wie in 3 dargestellt, das frühe Photonenereignis zu einem Zeitpunkt erfasst, zu dem die Sendephase 201 noch anhält. Das frühe Photonenereignis 516 weist eine vergleichsweise große Signalamplitude auf, z.B. größer als ein vordefinierter Schwellenwert. Beispielsweise kann der vordefinierte Schwellenwert einer Anzahl von nicht weniger als 100 oder 1.000 Photonen entsprechen, die dem frühen Photonenereignis 516 zugeordnet sind. Die große Signalamplitude des frühen Photonenereignisses 516 kann leicht detektiert werden, da sie deutlich über dem Rauschpegel, der durch Interferenz- und/oder Hintergrundphotonen gegeben ist, liegt. Es wird erwartet, dass sekundäres Licht, das an einem nahegelegenen Objekt reflektiert wird - z.B. in Abständen von bis zu 30 Metern oder bis zu 60 Metern - solch eine vergleichsweise große Signalamplitude aufweist. Daher kann aus dem Vorhandensein des frühen Photonenereignisses 516 geschlossen werden, dass das Objekt bereits detektiert wurde und eine genaue Entfernungsmessung allein basierend auf dem frühen Photonenereignis 516 durchgeführt werden kann - ohne dass eine Korrelation oder dergleichen durchgeführt werden muss. D.h. es ist nicht erforderlich, die Kohärenz mehrerer zeitseparater Photonenereignisse zu sammeln, die durch die Modulation der Pulsfolge induziert werden, da das Objekt vergleichsweise nah ist und das Signal stark ist. Mit anderen Worten, der Abstand zum Objekt kann ohne Berücksichtigung des Pulszeitpunkts bestimmt werden, der dem jeweiligen Laserpuls des primären Lichts innerhalb der Pulsfolge zugeordnet ist. Daher kann das Modulationsschema, das den Interpulsabstand variiert, bei der Detektion eines solchen frühen Photonenereignisses 516 ignoriert werden.An optional post-processing step will be explained next. As in 3rd shown, can sometimes a photon event 516 comparatively early in the measurement phase 205 (early photon event) can be detected. In particular, as in 3rd shown, the early photon event recorded at a time when the transmission phase 201 still persists. The early photon event 516 has a comparatively large signal amplitude, for example greater than a predefined threshold value. For example, the predefined threshold may correspond to a number of no less than 100 or 1,000 photons, which is the early photon event 516 assigned. The large signal amplitude of the early photon event 516 can be easily detected since it is significantly above the noise level given by interference and / or background photons. Secondary light that is reflected on a nearby object - for example at distances of up to 30 meters or up to 60 meters - is expected to have such a comparatively large signal amplitude. Therefore, from the presence of the early photon event 516 can be concluded that the object has already been detected and an accurate distance measurement based solely on the early photon event 516 can be carried out - without a correlation or the like having to be carried out. This means that it is not necessary to collect the coherence of several time-separate photon events, which are induced by the modulation of the pulse sequence, since the object is comparatively close and the signal is strong. In other words, the distance to the object can be determined without taking into account the pulse time that is assigned to the respective laser pulse of the primary light within the pulse sequence. Therefore, the modulation scheme that varies the interpulse distance can be used in the detection of such an early photon event 516 be ignored.

In einigen Beispielen wird es als Antwort auf das Detektieren des frühen Photonenereignisses 516 möglich, die Sendephase 201 bei einer Zeitdauer 202A vorzeitig abzubrechen. Dann wird/werden der/die Laserpuls(e) der Pulsfolge nach der Zeitdauer 202A nicht gesendet. Dies ist von Vorteil, da die Abkühlung einer entsprechenden Laserlichtquelle erleichtert wird. Auch die Sicherheitsvorkehrungen für die Augen können besser erfüllt werden.In some examples, it is in response to detecting the early photon event 516 possible the broadcast phase 201 for a period of time 202A cancel prematurely. Then the laser pulse (s) of the pulse train will become after the time period 202A not sent. This is advantageous because the cooling of a corresponding laser light source is made easier. Safety precautions for the eyes can also be better met.

Ein solcher Ansatz kann insbesondere bei der Verwendung der Strahlführung hilfreich sein (vgl. 1). Insbesondere bei der Verwendung der Strahllenkung ist die Zeitdauer, in der der Strahllenkungsmechanismus statisch ist, vergleichsweise begrenzt (z.B. bewegt sich der Lenkspiegel bei resonanter Betätigung mit einer bestimmten schnellen Scanfrequenz, z.B. bei 100 Hz bis 500 Hz). Daher ist es nicht einfach möglich, zunächst einen isolierten Testpuls zu senden, um ein nahegelegenes Objekt zu finden, und dann zweitens die modulierte Pulsfolge bedingt zu senden. Daher ist ein integrierter Ansatz hilfreich, bei dem das frühe Photonenereignis aus dem primären Licht eines Laserpulses der Pulsfolge erkannt wird.Such an approach can be particularly helpful when using beam guidance (cf. 1 ). In particular when using beam steering, the period of time in which the beam steering mechanism is static is comparatively limited (for example, the steering mirror moves with a certain fast scan frequency when resonating, for example at 100 Hz to 500 Hz). It is therefore not easy to first send an isolated test pulse to find a nearby object, and then secondly to conditionally send the modulated pulse train. An integrated approach is therefore helpful, in which the early photon event is recognized from the primary light of a laser pulse of the pulse train.

4 veranschaulicht schematisch Aspekte in Bezug auf einen Laserpuls 400. Der Laserpuls 400 kann Teil der Sendephase 201 sein. Der Laserpuls 400 kann als primäres Licht gesendet werden. 4th schematically illustrates aspects related to a laser pulse 400 . The laser pulse 400 may be part of the broadcast phase 201 be. The laser pulse 400 can be sent as the primary light.

Der Laserpuls 400 hat eine bestimmte Dauer 401 und eine bestimmte Amplitude 402. Die Zeitposition 403 des Laserpulses 400 wird ebenfalls dargestellt, z.B. beliebig definiert in Bezug auf die maximale Position.The laser pulse 400 has a certain duration 401 and a certain amplitude 402 . The time position 403 of the laser pulse 400 is also displayed, eg defined arbitrarily in relation to the maximum position.

Die Zeitposition 403 mehrerer Laserpulse 400 einer Pulsfolge kann in Übereinstimmung mit einem Modulationsreferenzcode eingestellt werden. Details zum Modulationsreferenzcode sind in Verbindung mit 5 dargestellt.The time position 403 several laser pulses 400 a pulse train can be set in accordance with a modulation reference code. Details of the modulation reference code are in connection with 5 shown.

5 veranschaulicht schematisch Aspekte in Bezug auf einen Modulationsreferenzcode 300. Wie in 5 dargestellt, weist der Modulationsreferenzcode 300 eine bestimmte Länge entsprechend der Messphasendauer 202 (vgl. 3) auf und umfasst mehrere Pulszeitpunkten 301 - 305. Zu den jeweiligen Pulszeitpunkten 301 - 305 wird ein Laserpuls 400 (vgl. 4) gesendet, d.h. primäres Licht wird gesendet. Ebenfalls in 5 dargestellt ist eine exemplarische Interpulszeitlücke 310. Die in 5 dargestellte Interpulszeitlücke 310 ist die minimale Interpulszeitlücke des Modulationsreferenzcodes 300; andere Interpulszeitlücken haben längere Zeitdauern, z.B. zwischen Pulszeitpunkt 304 und Pulszeitpunkt 305. 5 schematically illustrates aspects related to a modulation reference code 300 . As in 5 shown, the modulation reference code 300 a certain length according to the measurement phase duration 202 (see. 3rd ) and includes several pulse times 301-305 . At the respective pulse times 301-305 becomes a laser pulse 400 (see. 4th ) is sent, ie primary light is sent. Also in 5 an exemplary pulse time gap is shown 310 . In the 5 Interpulse time gap shown 310 is the minimum interpulse time gap of the modulation reference code 300 ; other interpulse time gaps have longer durations, eg between the time of the pulse 304 and pulse time 305 .

Die Funktion der Modulation wird als nächstes erläutert. Die Photonenereignisse, die dem am Objekt reflektierten sekundären Licht entsprechen, weisen die gleichen oder zumindest zugeordnete Pulszeitpunkten auf wie die Pulszeitpunkten 301 - 305 des Modulationsreferenzcodes 300. Somit steht a priori Wissen darüber zur Verfügung, welches Signalmuster im Zeitraum zu erwarten ist. Andererseits sind Hintergrund- oder Interferenz-Photonenereignisse unwahrscheinlich, dass sie die gleichen Pulszeitpunkte aufweisen. Daher kann ein Filter verwendet werden, der spezifisch empfindlich auf die Pulszeitpunkte 301 - 305 des Modulationsreferenzcodes 300 ist, um Hintergrund- oder Interferenz-Photonenereignisse herauszufiltern. Eine exemplarische Implementierung eines solchen Filters entspricht der Durchführung einer Zeitraum-Korrelation zwischen den gemessenen Photonenereignissen und einem Korrelationscode, der dem Modulationsreferenzcode 300 zugeordnet ist: Diese Korrelation detektiert passende Muster in den gemessenen Photonenereignissen und dem Modulationsreferenzcode 300. Solche Anpassungsmuster (identifiziert durch ein Maximum in der Korrelation) treten zu bestimmten Zeiten während der Messphase 205 auf. Es ist zu erwarten, dass das beste Anpassungsmuster - mit dem höchsten Korrelationsniveau, d.h. dem Bereitstellen eines Maximums der Korrelation - dem RTT des Lichts zu und von dem Objekt zurück entspricht. Daher ist es möglich, basierend auf dem Maximum der Korrelation den Abstand des Objekts zu bestimmen.The function of the modulation will be explained next. The photon events, which correspond to the secondary light reflected on the object, have the same or at least assigned pulse instants as the pulse instants 301-305 the modulation reference code 300 . This provides a priori knowledge of which signal pattern can be expected in the period. On the other hand, background or interference photon events are unlikely to have the same pulse instants. Therefore, a filter can be used that is specifically sensitive to the pulse times 301-305 the modulation reference code 300 is to filter out background or interference photon events. An exemplary implementation of such a filter corresponds to the implementation of a time period correlation between the measured photon events and a correlation code that corresponds to the modulation reference code 300 is assigned: This correlation detects suitable patterns in the measured photon events and the modulation reference code 300 . Such Adjustment patterns (identified by a maximum in the correlation) occur at certain times during the measurement phase 205 on. The best fit pattern - with the highest level of correlation, ie providing a maximum of correlation - is expected to correspond to the RTT of the light to and from the object. It is therefore possible to determine the distance of the object based on the maximum of the correlation.

Generell wäre es möglich, dass der Korrelationscode mit dem Modulationsreferenzcode 300 übereinstimmt. In anderen Beispielen wäre es möglich, den Korrelationscode basierend auf dem Modulationsreferenzcode 300 zu bestimmen. Zum Beispiel wäre es möglich, ein physikalisches Modell der Verzerrung zu betrachten, z.B. auf die Betriebseigenschaften von Laser und/oder Detektor. Zum Beispiel kann eine Zeitcharakteristik des Lasers und/oder Detektors berücksichtigt werden, die zu Verzögerung oder Zittern usw. führt. Dies hätte den Vorteil eines noch genaueren Messens.Generally it would be possible that the correlation code with the modulation reference code 300 matches. In other examples, it would be possible to base the correlation code on the modulation reference code 300 to determine. For example, it would be possible to consider a physical model of the distortion, for example the operating properties of the laser and / or detector. For example, a time characteristic of the laser and / or detector can be taken into account, which leads to delay or trembling, etc. This would have the advantage of an even more precise measurement.

6 veranschaulicht schematisch Aspekte in Bezug auf die gemessenen Photonenereignisse 511 - 515. Insbesondere veranschaulicht 6 die Zeitsequenz der Messsignale, die vom Array-Detektor 102 ausgegeben werden. Der Detektor 102 ist gekennzeichnet durch ein Abtastzeitintervall 520. 6 illustrates schematically aspects related to the measured photon events 511 - 515 . Illustrated in particular 6 the time sequence of the measurement signals from the array detector 102 be issued. The detector 102 is characterized by a sampling time interval 520 .

Generell kann der Detektor 102 so ausgelegt sein, dass er einen ausreichenden Dynamikbereich aufweist, um Photonen jederzeit zu erfassen. Aufgrund der Form der verstärkten Detektorantwort, die eine Länge zwischen 100ps und wenigen Nanosekunden aufweist, ist es manchmal nicht möglich, zwei Photonen mit einer Entfernung von weniger als der Antwortlänge zu unterscheiden. Daher begrenzt die Länge der verstärkten Antwort die Abtastzeitintervallzeit 520.Generally the detector 102 be designed so that it has a sufficient dynamic range to detect photons at any time. Due to the shape of the enhanced detector response, which is between 100ps and a few nanoseconds in length, it is sometimes not possible to distinguish two photons with a distance of less than the response length. Therefore, the length of the amplified response limits the sampling time interval time 520 .

Die Photonenzahl pro Abtastzeitintervall 520 ist in 6 im Laufe der Zeit dargestellt. Wie veranschaulicht, ist die Photonenzahl meistens Null. Wie in 6 dargestellt, gibt es jedoch insgesamt fünf Photonenereignisse 511 - 515 mit einer Photonenzahl ungleich Null.The number of photons per sampling time interval 520 is in 6 depicted over time. As illustrated, the number of photons is mostly zero. As in 6 shown, there are a total of five photon events 511 - 515 with a non-zero number of photons.

Im Allgemeinen ist es möglich, die Signalzeit der Photonenereignisse 511 - 515 zu bestimmen, z.B. einen Zeitstempel für jedes Photonenereignis 511 - 515 bereitzustellen; und/oder die Signalamplitude der Photonenereignisse 511 - 515.In general it is possible to change the signal time of the photon events 511 - 515 to determine, for example a time stamp for each photon event 511 - 515 to provide; and / or the signal amplitude of the photon events 511 - 515 .

Gemäß verschiedenen Beispielen ist es möglich, für mindestens einige der Photonenereignisse 511 - 515 eine jeweilige Signalamplitude - d.h. die Photonenzahl - zu bestimmen, indem man das jeweilige vom Array-Detektor 102 erhaltene Messsignal mit mindestens drei zueinander versetzten Basislinien 501 - 503 (gestrichelte Linien in 6) vergleicht. Zum Beispiel können die Basislinien 501 - 503 mit einem digitalen Signalgenerator in Kombination mit einem Digital-Analog-Wandler erzeugt werden. Die Amplitude der Basislinien 501 - 503 kann so eingestellt werden, dass sie unterschiedlichen Signalamplituden des Messsignals entspricht. Insbesondere entspricht die Basislinie 501, wie in 6 dargestellt, einem Ein-Photonenereignis: Zum Beispiel überschreiten die Photonenereignisse 512 - 514 die Basislinie 501, überschreiten aber nicht die Baseline 502; sie werden daher als Ein-Photonenereignisse 512 - 514 identifiziert. Dann ist es möglich, einen Schwellenwertvergleich zwischen jeder der Basislinien 501 - 503 und dem vom Array-Detektor 102 erhaltenen Messsignal durchzuführen. Jedes Mal, wenn eine der Basislinien 501 - 503 überquert wird, ist es möglich, auf die Signalamplitude zu schließen und das entsprechende Signal kann einem von der Recheneinheit 90 implementierten TDC zugeführt werden. Unter Verwendung eines oder mehrerer TDCs ist es möglich, die Signalzeit für jedes der Photonenereignisse 511-515 zu bestimmen.According to various examples, it is possible for at least some of the photon events 511 - 515 to determine a respective signal amplitude - ie the number of photons - by looking at the respective one from the array detector 102 measurement signal obtained with at least three mutually offset baselines 501-503 (dashed lines in 6 ) compares. For example, the baselines 501-503 be generated with a digital signal generator in combination with a digital-to-analog converter. The amplitude of the baselines 501-503 can be set so that it corresponds to different signal amplitudes of the measurement signal. In particular, the baseline corresponds 501 , as in 6 shown, a one-photon event: For example, the photon events exceed 512 - 514 the baseline 501 , but do not cross the baseline 502 ; they are therefore called one-photon events 512 - 514 identified. Then it is possible to do a threshold comparison between each of the baselines 501-503 and that from the array detector 102 perform received measurement signal. Every time one of the baselines 501-503 is crossed, it is possible to draw conclusions about the signal amplitude and the corresponding signal can be obtained from the computing unit 90 implemented TDC. Using one or more TDCs, it is possible to set the signal time for each of the photon events 511-515 to determine.

Generell wäre es möglich, dass es einen TDC pro Basislinie 501 - 503 gibt, um die parallele Verarbeitung zu erleichtern. Somit kann für mindestens einige der Photonenereignisse und für jede Basislinie eine entsprechende Signalzeit 531 (der Einfachheit halber nur in 6 für das Photonenereignis 511 dargestellt) bestimmt werden, indem ein Schnittpunkt des Messsignals mit der jeweiligen Basislinie 501-503 an den jeweiligen TDC eingespeist wird.Generally it would be possible for there to be one TDC per baseline 501-503 there to facilitate parallel processing. Thus, a corresponding signal time can be set for at least some of the photon events and for each baseline 531 (for the sake of simplicity only in 6 for the photon event 511 shown) can be determined by an intersection of the measurement signal with the respective baseline 501-503 is fed to the respective TDC.

Typischerweise sind die TDCs mit einer Totzeit 521 verbunden. Die Totzeit 521 ist größer als das Abtastzeitintervall 520. Aus Gründen der Totzeit 521 kann das Photonenereignis 513 nicht nachbearbeitet werden, da der der Basislinie 501 zugeordnete TDC durch die Verarbeitung des Photonenereignisses 512 noch gesperrt ist.Typically, the TDCs are dead time 521 connected. The dead time 521 is larger than the sampling time interval 520 . For the sake of dead time 521 can the photon event 513 not be reworked because of the baseline 501 assigned TDC by processing the photon event 512 is still locked.

Wie zu beachten sein wird, ist es daher notwendig, dass die Totzeit 521 der TDCs unter normalen Bedingungen, wie z.B. der Lichtintensität des umgebenden Tageslichts, unter einer durchschnittlichen Hintergrund-Photonenrate am Array-Detektor 102 liegt (sonst würde das System praktisch immer „geblendet“ werden). Zum Beispiel kann die Lichtintensität des umgebenden Tageslichts wie folgt definiert werden: eine Lichtintensität von 1 kW/m2. Unter Verwendung eines koaxialen optischen Aufbaus mit räumlicher Filterung und eines schmalen Bandpassfilters, der auf die Wellenlänge des primären Lichts zentriert ist, kann die Lichtintensität am Array-Detektor 102 - bei einer umgebenden Lichtintensität von 1 kW/m2 - bis hinunter zu 15 W/m2 betragen.As will be noted, it is therefore necessary that the dead time 521 the TDCs under normal conditions, such as the light intensity of the surrounding daylight, at an average background photon rate at the array detector 102 (otherwise the system would practically always be "blinded"). For example, the light intensity of the surrounding daylight can be defined as follows: a light intensity of 1 kW / m 2 . Using a coaxial optical design with spatial filtering and a narrow bandpass filter centered on the wavelength of the primary light, the light intensity at the array detector can 102 - with a surrounding light intensity of 1 kW / m 2 - down to 15 W / m 2 .

Verschiedene hierin beschriebene Methoden basieren auf der Feststellung, dass eine so niedrige Hintergrund-Photonenrate am Array-Detektor 102 normalerweise nur unter Verwendung eines kolinearen oder koaxialen optischen Aufbaus erreicht werden kann, z.B. wie in Verbindung mit 1 dargestellt. Insbesondere in anderen Szenarien, in denen der Empfangsweg nicht über den Lenkspiegel 150 erfolgt, ist es typischerweise erforderlich, Licht aus einem vergleichsweise großen Raumwinkel aufzunehmen, um den gesamten Scanbereich abzudecken. Dann ist die durchschnittliche Hintergrund-Photonenrate am Array-Detektor 102 außerordentlich groß. Dies kann eine Implementierung einer Basislinie 501 verhindern, die einem Single-Photonenereignis entspricht. Und das wiederum kann den erreichbaren Messbereich stark einschränken.Various methods described herein are based on the finding that such a low background photon rate at the array detector 102 can normally only be achieved using a colinear or coaxial optical design, such as in connection with 1 shown. Especially in other scenarios where the reception path is not via the steering mirror 150 , it is typically necessary to record light from a comparatively large solid angle in order to cover the entire scan area. Then the average background photon rate at the array detector 102 extraordinarily large. This can be an implementation of a baseline 501 prevent that corresponds to a single photon event. And that, in turn, can severely limit the achievable measuring range.

Generell kann die Anzahl der Abtastzeitintervalle 520 und Photonenereignisse 511 - 515 über die gesamte Messphasendauer 206 sehr groß sein. Wenn zum Beispiel die Messphasendauer 206 20 Mikrosekunden lang ist und das Abtastzeitintervall 520 20ps lang ist, dann gäbe es 100.000 Abtastzeitintervalle. Dann kann das Durchführen einer Korrelation zwischen dem Korrelationscode und der Sequenz von Photon 511 - 515 mit einer Zeitauflösung, die dem Abtastzeitintervall 520 oder der Totzeit 521 entspricht, erhebliche Rechenressourcen erfordern. Abtastzeitintervall. Im Folgenden werden Methoden beschrieben, die es ermöglichen, den Abstand in einer rechnerisch weniger aufwendigen Weise und damit schneller zu bestimmen. Dies ermöglicht die Echtzeitverarbeitung der vom Array-Detektor 102 erhaltenen Messsignale. Ein entsprechender Ansatz wird im Zusammenhang mit 7 erläutert.In general, the number of sampling time intervals 520 and photon events 511 - 515 over the entire measurement phase 206 be very big. If, for example, the measurement phase duration 206 20th Is microseconds long and the sampling time interval 520 Is 20ps long, there would be 100,000 sampling time intervals. Then performing a correlation between the correlation code and the sequence of photon 511 - 515 with a time resolution equal to the sampling time interval 520 or dead time 521 corresponds to require considerable computing resources. Sampling time interval. In the following, methods are described which make it possible to determine the distance in a computationally less complex manner and therefore more quickly. This enables real-time processing of the array detector 102 received measurement signals. A similar approach is related to 7 explained.

7 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedener Beispiele. Optionale Blöcke werden durch gestrichelte Linien gekennzeichnet. 7 10 is a flowchart of a method according to various examples. Optional blocks are identified by dashed lines.

Anfänglich wird im optionalen Block 1010A eine Detektion für ein frühes Photonenereignis durchgeführt. Hier kann das vom Detektor ausgegebene Signal direkt mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen werden, d.h. jedes gemessene Photonenereignis 511-515 isoliert. Wenn eines dieser Photonenereignisse größer als der vordefinierte Schwellenwert ist, kann dies einem frühen Photonenereignis entsprechen - insbesondere wenn das Photonenereignis früh eintritt, d.h. während die Sendephase noch aktiv ist und bevor die Sendung der Pulsfolge abgeschlossen ist. Dann kann dieses frühe Photonenereignis zur Bestimmung der Entfernung zum Objekt verwendet werden. Daher wird in Block 1010B geprüft, ob ein frühes Photonenereignis detektiert wurde. Die Blöcke 1011 und 1012 werden nur ausgeführt, wenn ein frühes Photonenereignis nicht detektiert wurde (vgl. 3, frühes Photonenereignis 516).Initially, the optional block 1010A early photon event detection performed. Here the signal output by the detector can be compared directly with a predefined threshold value, ie each measured photon event 511-515 isolated. If one of these photon events is greater than the predefined threshold value, this can correspond to an early photon event - in particular if the photon event occurs early, ie while the transmission phase is still active and before the transmission of the pulse sequence has been completed. Then this early photon event can be used to determine the distance to the object. Therefore, in block 1010B checked whether an early photon event was detected. The blocks 1011 and 1012 are only carried out if an early photon event was not detected (cf. 3rd , early photon event 516 ).

Die Blöcke 1011 und 1012 entsprechen einem zweistufigen Ansatz zum Messen eines Objekts, d.h. zum Bestimmen seiner Entfernung. Die Blöcke 1011 und 1012 basieren auf einem Modulationsschema, z.B. unter Verwendung einer CDMA-modulierten Pulsfolge. Der zweistufige Ansatz verwendet eine erste grobe Suche, die mit geringer Zeitauflösung durchgeführt wird, um eine oder mehrere mögliche Entfernungen zu identifizieren, siehe Block 1011. Der zweistufige Ansatz verwendet auch eine zweite feine Suche, die mit der höheren Auflösung bei und um die eine oder mehreren möglichen Entfernungen durchgeführt wird, siehe Block 1012.The blocks 1011 and 1012 correspond to a two-step approach to measuring an object, ie determining its distance. The blocks 1011 and 1012 are based on a modulation scheme, for example using a CDMA-modulated pulse sequence. The two-stage approach uses a first rough search that is performed with low time resolution to identify one or more possible distances, see block 1011 . The two-step approach also uses a second fine search, which is performed with the higher resolution at and around the one or more possible distances, see block 1012 .

Durch einen solchen zweistufigen Ansatz wird es möglich, die Anzahl der Berechnungsvorgänge zu begrenzen, da die hohe zeitliche Auflösung, die mit der Feinsuche bei der höheren Auflösung verbunden ist, auf die einen oder mehreren möglichen Abstände beschränkt werden kann.Such a two-stage approach makes it possible to limit the number of calculation processes, since the high temporal resolution associated with the fine search at the higher resolution can be restricted to the one or more possible distances.

Eine exemplarische Implementierung des zweistufigen Ansatzes ist im Zusammenhang mit 8 und 9 dargestellt.An exemplary implementation of the two-step approach is related to 8th and 9 shown.

8 veranschaulicht schematisch Aspekte in Bezug auf das Binning. BILD 8 veranschaulicht eine Sequenz 570 der Bins 571 - 582. Jeder Bin hat eine Binningzeitdauer 590. Die Binningzeitdauer 590 ist viel größer als das Abtastzeitintervall 520 und die Totzeit 521, z.B. um mindestens den Faktor 10 oder mindestens den Faktor 100. 8th illustrates schematically aspects related to binning. PICTURE 8th illustrates a sequence 570 the bins 571-582 . Each bin has a binning period 590 . The binning period 590 is much larger than the sampling time interval 520 and dead time 521 , for example by at least the factor 10th or at least the factor 100 .

Exemplarische Binningzeitdauern 590 liegen im Bereich von 1ns bis 5ns, z.B. um 3ns.Exemplary binning times 590 are in the range of 1ns to 5ns, for example around 3ns.

In der praktischen Implementierung wäre es möglich, dass die Binningzeitdauer 590 einer Taktfrequenz der Recheneinheit 90 entspricht. Dann können die verschiedenen Bins 571 - 582 in Echtzeit befüllt werden, von Taktzyklus zu Taktzyklus der Recheneinheit 90. Dies ermöglicht ein rechnerisch kosteneffizientes Binning.In practical implementation, it would be possible that the binning period 590 a clock frequency of the computing unit 90 corresponds. Then the different bins 571-582 be filled in real time, from cycle to cycle of the computing unit 90 . This enables computationally cost-effective binning.

Wie in 8 dargestellt, ist jedes Photonenereignis 511 - 517 einem der Bins 571 - 582 zugeordnet (ausgenommen sind diejenigen Photonenereignisse 511 - 517, für die aufgrund der Totzeit 521 der TDCs eine entsprechende Signalzeit nicht bestimmt werden kann; sie sind jedoch in 8 nicht dargestellt). Beim Binning wäre es möglich, Informationen über die Signalamplitude der jeweiligen Photonenereignisse 511 - 517 zu verwerfen. Darüber hinaus werden im Rahmen des Binningvorgangs Informationen über die jeweilige feine Signalzeit jedes Photonenereignisses 511 - 517 innerhalb des jeweiligen Bins 571 - 582 verworfen - d.h. die Zeitposition jedes Photonenereignisses 511-517 innerhalb eines Bins kann beim Binning vernachlässigt werden.As in 8th each photon event is shown 511 - 517 one of the bins 571-582 assigned (except those photon events 511 - 517 , due to the dead time 521 the TDCs cannot determine an appropriate signal time; however, they are in 8th not shown). With binning, it would be possible to obtain information about the signal amplitude of the respective photon events 511 - 517 to discard. In addition, the binning process provides information about the respective fine signal time of each photon event 511 - 517 within the respective bin 571-582 discarded - ie the time position of each photon event 511-517 binning can be neglected within a bin.

Optional ist es, wie in 8 dargestellt, auch möglich, Informationen über die Anzahl der Photonenereignisse pro Bin 571 - 582 über eine binäre Unterscheidung hinaus zu verwerfen. Insbesondere gibt jeder Bin 571 - 582 an, wie in 8 dargestellt, ob es keine Photonenereignisse innerhalb des jeweiligen Bins gibt oder ob sie ein oder mehrere Photonenereignisse 511 - 517 innerhalb des jeweiligen Bin 571 - 582 sind. Mit anderen Worten, jeder Bin 571 - 582 kann sich in zwei Zuständen befinden, bevölkert oder unbevölkert (binäre Bins). Zum Beispiel, während es tatsächlich zwei Photonenereignisse 511, 512 innerhalb des Bin 571 gibt, zeigt der Bin 571 einfach an, dass es ein oder mehrere Photonenereignisse gibt. It is optional, as in 8th shown, also possible, information about the number of photon events per bin 571-582 to discard beyond a binary distinction. In particular, every bin gives 571-582 at how in 8th shown whether there are no photon events within the respective bin or whether they have one or more photon events 511 - 517 within the respective bin 571-582 are. In other words, every bin 571-582 can be in two states, populated or unpopulated (binary bins). For example, while there are actually two photon events 511 , 512 within the bin 571 gives, the bin shows 571 simply that there are one or more photon events.

Eine solche binäre Gestaltung der Bins 571 - 582 kann speziell in einem Szenario anwendbar sein, in dem der minimale Interpulsabstand 310 (vgl. 5) größer oder gleich der Binningzeitdauer 590 ist. Nämlich ist es in diesem Szenario nur möglich, dass ein Photonenereignis 511-517 pro Bin 571 - 582 aus sekundärem Licht stammt; überschüssige Photonenereignisse 511-517 müssen notwendigerweise von Hintergrundphotonen stammen. Such a binary design of the bins 571-582 can be particularly applicable in a scenario where the minimum interpulse distance 310 (see. 5 ) greater than or equal to the binning period 590 is. Namely, it is only possible in this scenario that a photon event 511-517 per bin 571-582 comes from secondary light; excess photon events 511-517 must necessarily come from background photons.

In anderen Szenarien kann ein mehrstufiger Füllstand jedes Bins 571 - 582 berücksichtigt werden. Zum Beispiel kann die Signalamplitude jedes Photonenereignisses innerhalb eines gegebenen Bins 571 - 582 summiert werden und jeder Bin 581 - 582 kann dann einen entsprechenden Füllzustand aufweisen, der der Summe der Signalamplituden aller Photonenereignisse innerhalb dieses Bins 571 - 582 entspricht. Dadurch werden Fehlalarme vermieden.In other scenarios, a multi-level fill level of each bin 571-582 be taken into account. For example, the signal amplitude of each photon event can be within a given bin 571-582 be summed up and every bin 581 - 582 can then have a corresponding fill state, which is the sum of the signal amplitudes of all photon events within this bin 571-582 corresponds. This prevents false alarms.

In jedem Fall ist es möglich, eine erste Korrelation zwischen der Sequenz von Bins und dem erwarteten Signalmuster durchzuführen, d.h. zwischen der Photonenzahl jedes Bins 571 - 582 und dem Korrelationscode (in 7 wird der zugehörige Modulationsreferenzcode 300 als Orientierungshilfe für das Auge wiedergegeben). Da die Bins 571 - 582 binär sind, reicht es aus, einen einstufigen Vergleich zwischen dem Korrelationscode und dem binären Füllzustand der Bins 571 - 573 durchzuführen. Der einstufige Vergleich kann keine Unterscheidung zwischen unterschiedlichen Amplituden der gesendeten Pulse 400 oder den detektierten Photonenereignissen treffen.In any case, it is possible to carry out a first correlation between the sequence of bins and the expected signal pattern, ie between the photon number of each bin 571-582 and the correlation code (in 7 becomes the associated modulation reference code 300 reproduced as a guide for the eye). Because the bins 571-582 are binary, it is sufficient to make a one-step comparison between the correlation code and the binary fill state of the bins 571-573 perform. The one-step comparison cannot differentiate between different amplitudes of the transmitted pulses 400 or hit the detected photon events.

Die erste Korrelation kann intuitiv beschrieben werden, als das Verschieben des Korrelationscodes gegen die Binningsequenz 510 im Zeitraum und, für jede Zeitschrittweite, das Überprüfen auf eine Übereinstimmung zwischen dem binären Füllzustand der Bins 571 - 582 und dem Pulszeitpunkt des Korrelationscodes. Aus diesem Vergleich ergeben sich ein oder mehrere grobe Maxima 591 - 593 (vgl. 9), die sich innerhalb der Messphasendauer 206 an genau definierten zeitlichen Positionen befinden. Die groben Maximalwerte 591 - 593 entsprechen den besten Übereinstimmungen. Die groben Maximalwerte 591 - 593 stellen mit anderen Worten die möglichen RTTs bereit. Durch die Verwendung eines einstufigen Vergleichs kann es zu Unklarheiten kommen - es ist nicht mit hoher Sicherheit bekannt, welcher der möglichen RTTs der Entfernung des Objekts entspricht. Auch können die möglichen RTTs nur zu dem groben Zeitpunkt bekannt sein, der der Binningzeitdauer 590 entspricht, d.h. die Fehlergrenze der groben Maxima 591 - 593 ist nicht kleiner als die Binningzeitdauer.The first correlation can be described intuitively as shifting the correlation code against the binning sequence 510 in the period and, for each time step size, checking for a match between the binary fill state of the bins 571-582 and the pulse time of the correlation code. One or more rough maxima result from this comparison 591 - 593 (see. 9 ) within the measurement phase 206 are at precisely defined time positions. The rough maximum values 591 - 593 match the best matches. The rough maximum values 591 - 593 in other words, provide the possible RTTs. Using a one-step comparison can lead to ambiguities - it is not known with high certainty which of the possible RTTs corresponds to the distance of the object. The possible RTTs can also only be known at the rough point in time, that of the binning period 590 corresponds, ie the error limit of the rough maxima 591 - 593 is not less than the binning period.

Als nächstes ist es möglich, für jede zeitliche Position der groben Maxima 591 - 593 eine zweite Korrelation zwischen den jeweiligen Teilsequenzen der Photonenereignisse 511 - 515 durchzuführen, die aus der Gesamtsequenz der Photonenereignisse ausgeschnitten sind. Mit anderen Worten, es ist möglich, die hochauflösenden Korrelationen auf die relevanten Zeitdauern zu beschränken, um die Zeitposition der Korrelationsmaxima 591 - 593 auf dem Abtastzeitintervall 520 aufzulösen. Somit ist die Anzahl der Berechnungsschritte stark reduziert, da nur ein kleiner Bruchteil aller Photonenereignisse berücksichtigt werden muss. Next, it is possible for the coarse maxima for each temporal position 591 - 593 a second correlation between the respective partial sequences of the photon events 511 - 515 perform that are cut out of the overall sequence of photon events. In other words, it is possible to limit the high-resolution correlations to the relevant time periods around the time position of the correlation maxima 591 - 593 on the sampling time interval 520 dissolve. The number of calculation steps is thus greatly reduced since only a small fraction of all photon events have to be taken into account.

Der Prozess des Ausschneidens und der Durchführung der zweiten Korrelationen wird in Bezug auf 9 detaillierter erläutert, insbesondere für das grobe Korrelationsmaximum 591. Dieser Prozess ermöglicht es, bei geringeren Fehlergrenzen die Höhe und die Zeitposition des groben Korrelationsmaximums 591 bei begrenzten Rechenressourcen zu bestimmen.The process of cutting out and performing the second correlations is related to 9 explained in more detail, especially for the rough correlation maximum 591 . This process enables the height and the time position of the rough correlation maximum with lower error limits 591 to be determined with limited computing resources.

Im Detail umfasst die Binningsequenz 570 im Beispiel von 9 eine Anzahl von vier Bins 571-574, von denen erwartet wird, dass sie die Photonenereignisse beinhalten, die den jeweiligen Laserpulsen des Referenzcodes 300 zugeordnet sind (ebenfalls in 9 als Orientierungshilfe für das Auge dargestellt), was zu dem groben Korrelationsmaximum 591 führt. Es wird darauf hingewiesen, dass zwischen den Bins 571-574 Lücken 580 vorhanden sind, in denen keine Photonenereignisse zu erwarten sind (da keine Laserpulse abgefeuert wurden). Angesichts dieser Erkenntnis ist es möglich, (i) alle Photonenereignisse außerhalb der Dauer 202 des Referenzcodes 300 (oder genauer gesagt des Korrelationscodes) auszuschneiden und (ii) alle Photonenereignisse auszuschneiden, die in Bins innerhalb der Lücken 580 enthalten sind. Somit werden mit anderen Worten und wie im Inset von 9 (gestrichelte Linie; vergrößerte Ansicht) veranschaulicht, die Teilsequenzen 701-703 von Photonenereignissen aus jedem der vier Bins 571-574 ausgewählt, von denen erwartet wird, dass sie die Photonenereignisse des sekundären Lichts beinhalten, das dem Maximum der groben Korrelation zugeordnet ist. Dann kann die Korrelation ausgeführt werden, um nach einem feinen Korrelationsmaximum 595 zu suchen. Das feine Korrelationsmaximum 595 liegt innerhalb der Zeitspanne, die durch das grobe Korrelationsmaximum 591 der ersten Korrelation und die Binningzeitdauer 590 definiert ist: Zum Beispiel wird im Beispiel von 9 das feine Korrelationsmaximum 595, das durch die zweite Korrelation basierend auf dem groben Korrelationsmaximum 591 identifiziert wurde, um eine Zeitdauer 590A gegenüber längeren RTTs in Bezug auf das grobe Korrelationsmaximum 591 versetzt. Die Fehlergrenze, mit der die Zeitposition des feinen Korrelationsmaximums 595 bekannt ist, liegt in der Größenordnung des Abtastzeitintervalls 520. Dies ist viel kleiner als die Fehlergrenze, mit der die Zeitposition des groben Korrelationsmaximums 591 bekannt ist, die in der Größenordnung der Binningzeitdauer 590 liegt.The binning sequence includes in detail 570 in the example of 9 a number of four bins 571-574 which are expected to include the photon events corresponding to the respective laser pulses of the reference code 300 are assigned (also in 9 as a guide for the eye), which leads to the rough correlation maximum 591 leads. It should be noted that between the bins 571-574 Gaps 580 are present in which no photon events are to be expected (since no laser pulses were fired). Given this finding, it is possible to (i) all photon events outside of duration 202 of the reference code 300 (or more specifically, the correlation code) and (ii) cut out all photon events that are in bins within the gaps 580 are included. In other words, as in the inset of 9 (dashed line; enlarged view) illustrates the partial sequences 701-703 of photon events from each of the four bins 571-574 that are expected to include the photon events of the secondary light, the maximum of the coarse ones Correlation is assigned. Then the correlation can be carried out to find a fine correlation maximum 595 to search. The fine correlation maximum 595 lies within the period of time caused by the rough correlation maximum 591 the first correlation and the binning period 590 is defined: For example, in the example of 9 the fine correlation maximum 595 by the second correlation based on the rough correlation maximum 591 was identified for a period of time 590A compared to longer RTTs in terms of the rough correlation maximum 591 transferred. The error limit with which the time position of the fine correlation maximum 595 is known is in the order of the sampling time interval 520 . This is much smaller than the error limit with which the time position of the rough correlation maximum 591 is known to be of the order of magnitude of the binning period 590 lies.

Eine Mehrdeutigkeit zwischen den mehreren groben Maxima 591 - 593, die von der ersten Korrelation ausgegeben werden - also als Kandidaten dienen - kann durch die eine oder mehrere zweite Korrelationen aufgelöst werden, die die Signalzeit jedes Photonenereignisses berücksichtigen, das im Abtastzeitintervall 520 aufgelöst wird. Zum Beispiel kann das jeweilige feine Korrelationsmaximum 595 mit der größten Amplitude zum Bestimmen des Abstandes zum Objekt ausgewählt werden. In einigen Beispielen, in denen es mehrere Korrelationsmaxima gibt, können sie von mehreren Reflexionen an z.B. verschiedenen Objekten stammen. Anstatt dann Abstandswerte zu verwerfen, die mit weniger ausgeprägten groben oder feinen Korrelationsmaxima verbunden sind, wäre es möglich, entsprechende Abstände zur weiteren Verarbeitung durch Anwendungen auf höherer Ebene auszugeben.An ambiguity between the several rough maxima 591 - 593 that are output from the first correlation - that is, serve as candidates - can be resolved by the one or more second correlations that take into account the signal time of each photon event that occurs in the sampling time interval 520 is dissolved. For example, the respective fine correlation maximum 595 with the greatest amplitude to determine the distance to the object. In some examples, in which there are several correlation maxima, they can originate from several reflections on, for example, different objects. Instead of discarding distance values that are associated with less pronounced coarse or fine correlation maxima, it would be possible to output corresponding distances for further processing by applications at a higher level.

Weiterhin wäre es möglich, die Signalamplituden der Photonenereignisse, die aus den mehreren Basislinien 501 - 503 gewonnen werden, zu berücksichtigen. Zum Beispiel können die Signalamplituden der dem sekundären Licht entsprechenden Photonenereignisse mit den erwarteten Signalamplituden aufgrund von Divergenz und Absorption entlang der Bewegungslinie von primärem und sekundärem Licht verglichen werden. Andererseits weichen die Signalamplituden des Hintergrundlichts tendenziell von diesen erwarteten Signalamplituden ab, die in der zweiten Korrelation berücksichtigt werden können. So können generell die zweiten Korrelationen jeweils einen mehrstufigen Vergleich implementieren.Furthermore, it would be possible to determine the signal amplitudes of the photon events that result from the multiple baselines 501-503 be taken into account. For example, the signal amplitudes of the photon events corresponding to the secondary light can be compared to the expected signal amplitudes due to divergence and absorption along the line of motion of primary and secondary light. On the other hand, the signal amplitudes of the background light tend to deviate from these expected signal amplitudes, which can be taken into account in the second correlation. In general, the second correlations can implement a multi-level comparison.

Weiterhin wäre es in einigen Beispielen möglich, die Amplitude der Photonenereignisse zu bestimmen, die mit dem/den feinen Korrelationsmaximum(en) 595 verbunden sind, und einen Reflexionsgrad des Objekts dafür abzuleiten (unter Berücksichtigung der Basislinie des reduzierten Signalpegels für entferntere Objekte). Alternativ oder zusätzlich wäre es möglich, die Amplitude des/der feinen Korrelationsmaximum(s) 595 zu bestimmen und daraus den Reflexionsgrad abzuleiten.Furthermore, in some examples it would be possible to determine the amplitude of the photon events that correspond to the fine correlation maximum (s) 595 and derive a reflectance of the object for this (taking into account the baseline of the reduced signal level for more distant objects). Alternatively or additionally, it would be possible to determine the amplitude of the fine correlation maximum (s) 595 and to derive the reflectance from this.

10 veranschaulicht schematisch ein Verfahren gemäß verschiedener Beispiele. Zum Beispiel kann das Verfahren von 10 durch das System 100 gemäß 1 implementiert werden. Insbesondere wäre es möglich, dass das Verfahren von 1 durch die Recheneinheit 90 implementiert wird. 10th schematically illustrates a method according to various examples. For example, the method of 10th through the system 100 according to 1 be implemented. In particular, it would be possible for the method of 1 through the computing unit 90 is implemented.

Zu Beginn wird bei Block 1021 eine Pulsfolge von Laserpulsen gesendet. Somit entspricht der Block 1021 der Sendephase 201. Die Pulsfolge wird gemäß einem Modulationsreferenzcode moduliert.At the beginning, block 1021 a pulse train of laser pulses is sent. The block thus corresponds 1021 the broadcast phase 201 . The pulse train is modulated according to a modulation reference code.

Anschließend wird bei Block 1022 eine Sequenz von Photonenereignissen unter Verwendung eines Array-Detektors für eine bestimmte Messphasendauer gemessen. Somit entspricht der Block 1022 der Messphase 205.Then at block 1022 measured a sequence of photon events using an array detector for a specific measurement phase duration. The block thus corresponds 1022 the measurement phase 205 .

Dann wäre es möglich, zumindest für einige der Photonenereignisse, Signalzeiten und Signalamplituden zu bestimmen. Dies kann durch die Verwendung eines oder mehrerer TDCs erreicht werden. Zum Beispiel können mehrere Basislinien im analogen Raum bestimmt und gegen das Messsignal, das vom Array-Detektor erhalten wurde, verglichen werden. Dann kann ein Schnittpunkt zwischen dem Messsignal und den Basislinien durch einen entsprechenden TDC verarbeitet werden, wobei jede Basislinie einem jeweiligen TDC zugeordnet ist. Dadurch können die Signalzeiten bestimmt und jedem Photonenereignis ein Zeitstempel zugeordnet werden. Durch die Unterscheidung zwischen mehreren, versetzten Grundlinien ist es möglich, die Signalamplituden zu bestimmen. Entsprechende Methoden werden oben in Verbindung mit 5 beschrieben.Then it would be possible to determine at least some of the photon events, signal times and signal amplitudes. This can be achieved by using one or more TDCs. For example, several baselines can be determined in analog space and compared against the measurement signal received from the array detector. An intersection between the measurement signal and the baselines can then be processed by a corresponding TDC, each baseline being assigned to a respective TDC. This enables the signal times to be determined and a time stamp to be assigned to each photon event. By differentiating between several staggered baselines, it is possible to determine the signal amplitudes. Appropriate methods are discussed above in connection with 5 described.

Dann können die Photonenereignisse, basierend auf den jeweiligen Signalzeitpunkten, Block 1023, gebinnt werden. Binning kann dem Akt entsprechen, jedem Photonenereignis basierend auf der jeweiligen Signalzeit einen entsprechenden Bin einer Binningsequenz zuzuordnen. Die Binningsequenz kann somit einem Downsampling der Zeitauflösung entsprechen. Zum Beispiel, wo Zeitstempel verwendet werden, um die Signalzeiten zu verfolgen, können eine Reihe von höchstwertigen Bits des Zeitstempels verwendet werden, um sich für den Bin zu entscheiden.Then the photon events can block based on the respective signal times 1023 , be binned. Binning can correspond to the act of assigning a corresponding bin of a binning sequence to each photon event based on the respective signal time. The binning sequence can thus correspond to a downsampling of the time resolution. For example, where time stamps are used to keep track of signal times, a number of most significant bits of the time stamp can be used to decide on the bin.

Dann kann bei Block 1024 eine erste Korrelation auf Bin-Ebene durchgeführt werden. Mit anderen Worten, es wäre möglich, eine erste Korrelation zwischen der Photonenzahl (möglicherweise definiert binär) jedes Bins der Sequenz von Bins und dem Modulationsreferenzcode durchzuführen, der zur Modulation der Pulsfolge bei Block 1021 verwendet wird.Then at Block 1024 a first correlation can be performed at the bin level. In other words, it would be possible to make a first correlation between the number of photons (possibly defined in binary) of each bin of the sequence of bins and the modulation reference code used to modulate the pulse train at block 1021 is used.

Dann werden in Block 1024 ein oder mehrere grobe Korrelationsmaxima identifiziert. Für eines oder mehrere dieser groben Korrelationsmaxima kann bei Block 1025 eine zweite, hochauflösende Korrelation durchgeführt werden. Hier werden die eine oder mehrere zweite Korrelationen auf Photonen-Ereignisebene durchgeführt, d.h. basierend auf den vollständigen Informationen über die aus dem TDC-Betrieb verfügbaren Signalzeitpunkten, wie oben erläutert. Gleichzeitig kann nur eine reduzierte Anzahl von Photonenereignissen pro zweiter Korrelation berücksichtigt werden, basierend auf dem Ausschneiden um das jeweilige Korrelationsmaximum der ersten Korrelation. Die zweite Korrelation ergibt ein oder mehrere feine Korrelationsmaxima. Then in block 1024 one or more rough correlation maxima are identified. For one or more of these rough correlation maxima, Block 1025 a second, high-resolution correlation can be performed. Here, the one or more second correlations are carried out at the photon event level, ie based on the complete information about the signal times available from the TDC operation, as explained above. At the same time, only a reduced number of photon events per second correlation can be taken into account, based on the cut out around the respective correlation maximum of the first correlation. The second correlation yields one or more fine correlation maxima.

Wenn Block 1025 mehrere feine Korrelationsmaxima liefert, ist es möglich, bei Block 1026 die feinen Korrelationsmaxima zu filtern. Dies kann getan werden, um ein zuverlässiges Ergebnis für die Entfernung zum Objekt zu erhalten. Zum Beispiel kann manchmal eine Situation auftreten, in der es - z.B. aufgrund der Nichtorthogonalität der verwendeten Pulssequenz - mehrere feine Korrelationsmaxima pro gemessener Entfernung gibt, d.h. ein feines Hauptkorrelationsmaximum und ein oder mehrere feine Nebenkeulenkorrelationsmaxima, die in Bezug auf das feine Hauptkorrelationsmaximum angeordnet sind. Somit wäre es basierend auf einer Art Nichtorthogonalität - z.B. ableitbar aus dem Modulationsreferenzcode - möglich, das eine oder die mehreren feinen Nebenkeulenkorrelationsmaxima zu filtern.If block 1025 provides several fine correlation maxima, it is possible to block 1026 filter the fine correlation maxima. This can be done to get a reliable result for the distance to the object. For example, a situation can sometimes occur in which there are several fine correlation maxima per measured distance, for example due to the non-orthogonality of the pulse sequence used, i.e. one fine main correlation maximum and one or more fine side lobe correlation maxima arranged in relation to the fine main correlation maximum. It would thus be possible, based on a type of non-orthogonality, for example derived from the modulation reference code, to filter the one or more fine side lobe correlation maxima.

Bei Block 1027 wird der Abstand zum Objekt bestimmt, z.B. basierend auf einem oder mehreren feinen Korrelationsmaxima, die im Block 1026 nicht gefiltert wurden. Optional, Block 1027, wäre es auch möglich, einen Reflexionsgrad des Objekts zu bestimmen.At block 1027 the distance to the object is determined, for example based on one or more fine correlation maxima that are in the block 1026 have not been filtered. Optional, block 1027 , it would also be possible to determine a reflectance of the object.

Obwohl die Erfindung in Bezug auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, werden Äquivalente und Änderungen bei anderen Fachleuten nach dem Lesen und Verstehen der Spezifikation auftreten. Die vorliegende Erfindung umfasst alle derartigen Äquivalente und Änderungen und ist nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche begrenzt.Although the invention has been shown and described in relation to certain preferred embodiments, equivalents and changes will occur to other persons skilled in the art after reading and understanding the specification. The present invention encompasses all such equivalents and changes and is only limited by the scope of the appended claims.

Zur Veranschaulichung wurden verschiedene Methoden beschrieben, die ein optisches System mit räumlicher Filterung verwenden. Solche Methoden können jedoch problemlos auf andere Arten und Typen von Systemen angewendet werden, z.B. FLASH-Systeme, bei denen mehrere Richtungen gleichzeitig mit primärem Licht beleuchtet werden.For illustration purposes, various methods have been described which use an optical system with spatial filtering. However, such methods can easily be applied to other types and types of systems, e.g. FLASH systems in which several directions are simultaneously illuminated with primary light.

Zur weiteren Veranschaulichung ist es durch die Verwendung eines CDMA-Modulationsreferenzcodes zum Erhalten einer CDMA-modulierten Pulsfolge auch möglich, mehrere Pulsfolgen von Laserpulsen gleichzeitig oder während überlappender Sendezeitphasen in zwei oder mehr verschiedene Richtungen zu senden. Dann kann die räumliche Auflösung erhöht werden, indem ein und derselbe Detektor verwendet wird, um zwischen den jeweiligen orthogonalen Codes aufzulösen.For further illustration, by using a CDMA modulation reference code to obtain a CDMA-modulated pulse sequence, it is also possible to transmit several pulse sequences of laser pulses simultaneously or during two overlapping transmission time phases in two or more different directions. Then the spatial resolution can be increased by using one and the same detector to resolve between the respective orthogonal codes.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • US 2018238998 A [0003]US 2018238998 A [0003]
  • US 2017269209 A [0003]US 2017269209 A [0003]
  • WO 2017132703 [0003]WO 2017132703 [0003]
  • WO 2018050906 [0003]WO 2018050906 [0003]
  • US 20180143322 A1 [0036]US 20180143322 A1 [0036]
  • DE 102016014001 A1 [0036]DE 102016014001 A1 [0036]
  • DE 102009058762 A1 [0036]DE 102009058762 A1 [0036]
  • US 20100290142 A1 [0036]US 20100290142 A1 [0036]

Claims (14)

1. Verfahren zur Laufzeitmessung, umfassend: - Senden einer Pulsfolge von Laserpulsen, wobei die Pulsfolge in Übereinstimmung mit einem Modulationsreferenzcode (300) moduliert wird, - Messen einer Sequenz von Photonenereignissen (511-515) über eine Messzeitdauer unter Verwendung eines Detektors, - Binning mindestens einiger der Photonenereignisse (511-515) der Sequenz von Photonenereignissen (511-515) in eine Sequenz (570) von Bins (571-582), - Durchführen einer ersten Korrelation zwischen einer Photonenzahl jeder Bin der Sequenz (570) von Bins (571-582) und einem Korrelationscode, der dem Modulationsreferenzcode (300) zugeordnet ist, - Durchführen einer oder mehrerer zweiter Korrelationen zwischen einer oder mehreren Teilsequenzen von Photonenereignissen (511-515), die aus der Sequenz von Photonenereignissen (511-515) basierend auf einem oder mehreren Korrelationsmaxima (591-593) der ersten Korrelation ausgeschnitten sind, und dem Korrelationscode, und - Bestimmen mindestens einer Entfernung eines Objekts basierend auf der einen oder mehreren zweiten Korrelationen.1. Procedure for measuring the transit time, comprising: Sending a pulse train of laser pulses, the pulse train being modulated in accordance with a modulation reference code (300), Measuring a sequence of photon events (511-515) over a measurement period using a detector, Binning at least some of the photon events (511-515) of the sequence of photon events (511-515) into a sequence (570) of bins (571-582), Performing a first correlation between a photon number of each bin of the sequence (570) of bins (571-582) and a correlation code which is assigned to the modulation reference code (300), Performing one or more second correlations between one or more partial sequences of photon events (511-515), which are cut out from the sequence of photon events (511-515) based on one or more correlation maxima (591-593) of the first correlation, and the Correlation code, and Determining at least a distance of an object based on the one or more second correlations. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: - für mindestens einige Photonenereignisse (511-515) der Sequenz von Photonenereignissen (511-515): Bestimmen einer jeweiligen Signalamplitude durch Vergleichen eines von dem Array-Detektor erhaltenen Messsignals mit mindestens drei zueinander versetzten Basislinien (501-503).Procedure according to Claim 1 , further comprising: - for at least some photon events (511-515) of the sequence of photon events (511-515): determining a respective signal amplitude by comparing a measurement signal obtained from the array detector with at least three mutually offset baselines (501-503). Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine erste Basislinie (501) der mindestens drei Basislinien (501-503) einem Einzelphotonenereignis (512-514) entspricht.Procedure according to Claim 2 , wherein a first baseline (501) of the at least three baselines (501-503) corresponds to a single photon event (512-514). Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, ferner umfassend: - für die mindestens einigen Photonenereignisse der Sequenz von Photonenereignissen und für jede Basislinie (501-503): Bestimmen einer jeweiligen Signalzeit (531) durch Zuführen eines Schnittpunktes des Messsignals mit der jeweiligen Basislinie (501-503) zu einem jeweiligen Zeit-Digital-Wandler.Procedure according to Claim 2 or 3rd , further comprising: - for the at least some photon events of the sequence of photon events and for each baseline (501-503): determining a respective signal time (531) by supplying an intersection of the measurement signal with the respective baseline (501-503) at a respective time -Digital converter. Verfahren nach Anspruch 4, wobei eine Totzeit der Zeit-Digital-Wandler kleiner als eine durchschnittliche Hintergrund-Photonenrate an dem Array-Detektor bei Umgebungslichtintensität ist.Procedure according to Claim 4 , wherein a dead time of the time-to-digital converter is less than an average background photon rate at the array detector at ambient light intensity. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Korrelation basierend auf einem einstufigen Vergleich zwischen dem Korrelationscode und einem binären Füllzustand der Bins (571-582) arbeitet.Method according to one of the preceding claims, wherein the first correlation works based on a one-step comparison between the correlation code and a binary fill state of the bins (571-582). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein minimaler Zwischenpulsabstand (310) der Pulsfolge gleich oder größer als eine Binningzeitdauer (590) jeder Bin ist.Method according to one of the preceding claims, wherein a minimum interpulse interval (310) of the pulse train is equal to or greater than a binning time period (590) of each bin. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Binningzeitdauer (590) jeder Bin (571-582) einer Taktfrequenz einer Recheneinheit (90) entspricht, die die erste Korrelation und die zweite Korrelation durchführt.Method according to one of the preceding claims, wherein a binning time period (590) of each bin (571-582) corresponds to a clock frequency of a computing unit (90) which carries out the first correlation and the second correlation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pulsfolge von Laserpulsen entlang eines Sendestrahls emittiert wird, wobei der Array-Detektor Licht entlang eines Empfangsstrahls detektiert, wobei der Sendestrahl und der Empfangsstrahl koaxial durch einen Lenkspiegel gelenkt werden.Method according to one of the preceding claims, the pulse train being emitted by laser pulses along a transmission beam, the array detector detecting light along a received beam, wherein the transmit beam and the receive beam are directed coaxially by a steering mirror. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: - Bestimmen des Korrelationscodes basierend auf dem Modulationsreferenzcode (300) basierend auf einem Modell einer Pulszeitverzerrung von mindestens einem aus einer Laserquelle, die zum Senden der Pulsfolge von Laserpulsen verwendet wird und dem Detektor.The method of any preceding claim, further comprising: - determining the correlation code based on the modulation reference code (300) based on a model of a pulse time distortion of at least one from a laser source used to transmit the pulse train of laser pulses and the detector. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ausschneiden für jedes der einen oder mehreren Korrelationsmaxima (591-593) der ersten Korrelation umfasst: Auswählen der einen oder mehreren Teilsequenzen (701-703) der Photonenereignisse (511-515) aus Bins der Sequenz (570) von Bins (571-582), von denen erwartet wird, dass sie Photonenereignisse (511-515) von reflektierten Laserpulsen mit einer Rundlaufzeit beinhalten, die dem jeweiligen Korrelationsmaximum (591-593) der ersten Korrelation zugeordnet ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the cutting out for each of the one or more correlation maxima (591-593) of the first correlation comprises: selecting the one or more partial sequences (701-703) of the photon events (511-515) from bins of the sequence ( 570) of bins (571-582), which are expected to include photon events (511-515) from reflected laser pulses with a round trip time associated with the respective correlation maximum (591-593) of the first correlation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der einen oder mehreren zweiten Korrelationen ein jeweiliges weiteres Korrelationsmaximum (595) ergibt, wobei eine Fehlerspanne der weiteren Korrelationsmaxima (595) der einen oder mehreren zweiten Korrelationen in der Größenordnung eines Abtastzeitintervalls (520) des Detektors liegt, wobei eine Fehlerspanne der einen oder mehreren Korrelationsmaxima (591-593) der ersten Korrelation in der Größenordnung einer Binningzeitdauer (590) jeder Bin liegt.Method according to one of the preceding claims, each of the one or more second correlations yielding a respective further correlation maximum (595), wherein an error margin of the further correlation maxima (595) of the one or more second correlations is in the order of a sampling time interval (520) of the detector, wherein an error margin of the one or more correlation maxima (591-593) of the first correlation is in the order of a binning period (590) of each bin. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: - während eines Sendens der Pulsfolge von Laserpulsen: Erfassen eines Photonenereignisses mit einer Amplitude, die einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, und - selektives Abbrechen der Übertragung der Pulsfolge von Laserpulsen als Reaktion auf das Erfassen des Photonenereignisses mit einer Amplitude, die den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.Method according to one of the preceding claims, further comprising: during a transmission of the pulse sequence of laser pulses: detection of a photon event with an amplitude that exceeds a predetermined threshold, and - selectively aborting the transmission of the pulse train of laser pulses in response to the detection of the photon event with an amplitude that exceeds the predetermined threshold. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche: wobei ein Reflexionsgrad des Objekts basierend auf der zweiten Korrelation bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims: wherein a reflectance of the object is determined based on the second correlation.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113504532A (en) * 2021-06-11 2021-10-15 深圳市灵明光子科技有限公司 Optical signal transmitting method and ranging system based on direct time-of-flight method
CN115494512A (en) * 2022-11-15 2022-12-20 中国科学院西安光学精密机械研究所 Multi-frequency single photon ranging method and system based on pseudorandom coding
DE102022203792A1 (en) 2022-04-14 2023-10-19 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Method and device for controlling a SPAD-based lidar sensor and environment detection system

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116047532A (en) * 2021-10-28 2023-05-02 宁波飞芯电子科技有限公司 Ranging method and ranging system
CN116704559B (en) * 2023-07-28 2023-11-03 南京大学 Quantum fingerprint identification method and system based on asynchronous two-photon interference

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100290142A1 (en) 2007-10-05 2010-11-18 Koninklijke Philips Electronics N.V Mems scanning micromirror with reduced dynamic deformation
DE102009058762A1 (en) 2009-12-14 2011-06-16 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. A deflection apparatus for a projection apparatus, a projection apparatus for projecting an image and a method for controlling a deflection apparatus for a projection apparatus
WO2017132703A1 (en) 2016-01-31 2017-08-03 Velodyne Lidar, Inc. Multiple pulse, lidar based 3-d imaging
US20170269209A1 (en) 2016-03-21 2017-09-21 Velodyne Lidar, Inc. LIDAR Based 3-D Imaging With Varying Pulse Repetition
WO2018050906A2 (en) 2016-09-19 2018-03-22 Blickfeld GmbH Coded laser light pulse sequences for lidar
DE102016219955A1 (en) * 2016-10-13 2018-04-19 Robert Bosch Gmbh Transmitting unit for illuminating an environment, system and method for detecting an environment by means of a scannable illumination pattern
US20180143322A1 (en) 2016-09-20 2018-05-24 Innoviz Technologies Ltd. Parallel capturing of lidar farmes at differing rates
DE102016014001A1 (en) 2016-11-23 2018-05-24 Blickfeld GmbH MEMS scan module for a light scanner
US20180238998A1 (en) 2017-02-17 2018-08-23 Aeye, Inc. Ladar Pulse Deconfliction Apparatus
US20180259645A1 (en) * 2017-03-01 2018-09-13 Ouster, Inc. Accurate photo detector measurements for lidar

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001055746A1 (en) * 2000-01-26 2001-08-02 Instro Precision Limited Optical distance measurement
JP2010509693A (en) * 2006-11-14 2010-03-25 インストロ プレシジョン リミテッド Intruder detection system

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100290142A1 (en) 2007-10-05 2010-11-18 Koninklijke Philips Electronics N.V Mems scanning micromirror with reduced dynamic deformation
DE102009058762A1 (en) 2009-12-14 2011-06-16 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. A deflection apparatus for a projection apparatus, a projection apparatus for projecting an image and a method for controlling a deflection apparatus for a projection apparatus
WO2017132703A1 (en) 2016-01-31 2017-08-03 Velodyne Lidar, Inc. Multiple pulse, lidar based 3-d imaging
US20170269209A1 (en) 2016-03-21 2017-09-21 Velodyne Lidar, Inc. LIDAR Based 3-D Imaging With Varying Pulse Repetition
WO2018050906A2 (en) 2016-09-19 2018-03-22 Blickfeld GmbH Coded laser light pulse sequences for lidar
US20180143322A1 (en) 2016-09-20 2018-05-24 Innoviz Technologies Ltd. Parallel capturing of lidar farmes at differing rates
DE102016219955A1 (en) * 2016-10-13 2018-04-19 Robert Bosch Gmbh Transmitting unit for illuminating an environment, system and method for detecting an environment by means of a scannable illumination pattern
DE102016014001A1 (en) 2016-11-23 2018-05-24 Blickfeld GmbH MEMS scan module for a light scanner
US20180238998A1 (en) 2017-02-17 2018-08-23 Aeye, Inc. Ladar Pulse Deconfliction Apparatus
US20180259645A1 (en) * 2017-03-01 2018-09-13 Ouster, Inc. Accurate photo detector measurements for lidar

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113504532A (en) * 2021-06-11 2021-10-15 深圳市灵明光子科技有限公司 Optical signal transmitting method and ranging system based on direct time-of-flight method
CN113504532B (en) * 2021-06-11 2024-04-19 深圳市灵明光子科技有限公司 Optical signal transmitting method and ranging system based on direct flight time method
DE102022203792A1 (en) 2022-04-14 2023-10-19 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Method and device for controlling a SPAD-based lidar sensor and environment detection system
CN115494512A (en) * 2022-11-15 2022-12-20 中国科学院西安光学精密机械研究所 Multi-frequency single photon ranging method and system based on pseudorandom coding

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Publication number Publication date
WO2020083780A1 (en) 2020-04-30

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