DE102018200620A1 - Sendevorrichtung zum Aussenden von Licht - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sendevorrichtung zum Aussenden von Licht, zumindest einer Frequenz, wobei die Sendevorrichtung ausgebildet ist, Licht in unterschiedliche Winkelbereiche abzustrahlen, derart, dass die Frequenz des Lichts in dem jeweiligen Winkelbereich zeitabhängig in einem jeweiligen Frequenzbereich variiert wird, wobei sich Frequenzen in unterschiedlichen Frequenzbereichen für unterschiedliche Winkelbereiche zu unterschiedlichen Zeiten nicht überlappen.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Sendevorrichtung zum Aussenden von Licht zumindest einer Frequenz.
  • Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Empfangsvorrichtung zum Empfangen von Licht.
  • Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Sensorvorrichtung, ein Verfahren zum Aussenden von Licht zumindest einer Frequenz sowie ein Verfahren zum Empfangen von Licht unterschiedlicher Frequenzbereiche.
  • Stand der Technik
  • Obwohl die vorliegende Erfindung auf beliebige Sendevorrichtungen und Empfangsvorrichtungen anwendbar ist, wird die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit Lichtdetektions und Abstandssystemen - LiDAR - beschrieben.
  • Bekannte LiDAR-Systeme nutzen schmalbandige Laserstrahlen, die in eine bestimmte Richtung abgelenkt werden. Trifft der Laserstrahl auf ein Objekt, kann anhand der Reflexion des Laserstrahls an dem Objekt in diesem Winkel dessen Entfernung bestimmt werden. Hierzu wird beispielsweise eine lineare Frequenzrampe, basierend auf dem Prinzip FMCW - frequency modulated continuous wave - ausgesendet und durch einen kohärenten Empfang die Differenzfrequenz zwischen Senderampe und Empfangsrampe ermittelt. Anhand dieser Differenzfrequenz kann dann die Entfernung des Objekts bestimmt werden. Um ein Objekt in einem Gebiet detektieren zu können, kann ein Gebiet zweidimensional ausgeleuchtet werden. Hierfür ist eine kurze Messzeit erforderlich, was üblicherweise allerdings die Reichweite, also die Entfernung, in der ein Objekt detektiert werden kann, reduziert. Ursache hierfür ist, dass bei größer werdender Entfernung das Signal-zu-Rausch Verhältnis für eine bestimmte Entfernung linear von der Messzeit abhängt und bei größer werdender Messzeit eine Messung dann nicht mehr möglich ist.
  • Weiterhin ist bekannt geworden, mehrere Sensoren zu verwenden um einen bestimmten Winkelbereich detektieren zu können, wobei jedem Sensor ein separater Winkelabschnitt des Winkelbereichs zugewiesen ist. Hierbei wird jedoch pro Abschnitt ein eigener Sende- und Empfangspfad benötigt. Darüber hinaus können Mehrfach-Reflexionen aus anderen Winkelabschnitten entstehen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • In einer Ausführungsform stellt die Erfindung eine Sendevorrichtung zum Aussenden von Licht zumindest einer Frequenz bereit, wobei die Sendevorrichtung ausgebildet ist, Licht in unterschiedliche Winkelbereiche abzustrahlen, derart, dass die Frequenz des Lichts in dem jeweiligen Winkelbereich zeitabhängig in einem jeweiligen Frequenzbereich variiert wird, wobei sich Frequenzen in unterschiedlichen Frequenzbereichen für unterschiedliche Winkelbereiche zu unterschiedlichen Zeiten nicht überlappen.
  • In einerweiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine Empfangsvorrichtung zum Empfangen von Licht bereit, wobei eine Trennungseinrichtung zur Trennung von Frequenzen zeitlich variierender unterschiedlicher Frequenzbereiche und zumindest ein Detektor zur Umwandlung des empfangenen Lichts in elektrische Signale angeordnet ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine Sensorvorrichtung mit einer Sendevorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 1-6 und einer Empfangsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7-9 bereit.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren zum Aussenden von Licht zumindest einer Frequenz bereit, wobei das Licht in unterschiedliche Winkelbereiche ausgesendet wird, derart, dass die Frequenz des Lichts in dem jeweiligen Winkelbereich zeitabhängig in einem jeweiligen Frequenzbereich variiert wird, wobei sich Frequenzen in unterschiedlichen Frequenzbereichen für unterschiedliche Winkelbereiche zu unterschiedlichen Zeiten nicht überlappen.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren zum Empfangen von Licht unterschiedlicher Frequenzbereiche, insbesondere ausgesendet mit einem Verfahren gemäß Anspruch 11, bereit, wobei Frequenzen zeitlich variierender unterschiedlicher Frequenzbereiche getrennt werden und insbesondere das empfangene Licht in elektrische Signale umgewandelt wird.
  • Mit anderen Worten kann mittels der Sendevorrichtung das Licht in verschiedene Winkelbereiche ausgestrahlt werden und mittels einer Empfangseinrichtung das reflektierte Licht auch wieder empfangen werden.
  • Einer der Vorteile ist, dass mehrere Winkelbereiche gleichzeitig bestrahlt werden können, ohne dass mehrere Sender und/oder mehrere Empfänger, also mehrere Sende- und Empfangspfade, benötigt werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass dadurch auch die Messzeit für die Variation des jeweiligen Frequenzbereichs vergrößert und dadurch das Signal-zu-Rausch Verhältnis verbessert werden kann, was letztlich die Reichweite für die Detektion von Objekten mittels der Sensorvorrichtung erhöht. Ein weiterer Vorteil ist, dass dadurch die Flexibilität gesteigert wird, da beispielsweise mehrere horizontale Ebenen gleichzeitig ausgeleuchtet werden können.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und weitere Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden beschrieben oder werden dadurch offenbar.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Sendevorrichtung ausgebildet, die Frequenz in dem jeweiligen Winkelbereich zeitlich linear zu variieren, vorzugsweise von einer Startfrequenz zu einer Endfrequenz zu erhöhen. Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass eine einfache zeitliche Variation der Frequenz über den gesamten Frequenzbereich ermöglicht wird. Darüber hinaus wird auch eine spätere Auswertung vereinfacht, da eine eindeutige zeitliche Zuordnung der Frequenzen ermöglicht wird.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind eine Lichtquelle und eine Modulationseinrichtung zur Erzeugung der zeitabhängigen Variation von Frequenzen des Lichts der Lichtquelle angeordnet. Mittels einer Modulationseinrichtung ist eine einfache und gleichzeitig zuverlässige Modulation des Lichts einer Lichtquelle, beispielsweise eines Lasers, möglich.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Modulationseinrichtung für jeden der unterschiedlichen Frequenzbereiche einen Modulator. Dies ermöglicht eine besonders zuverlässige Modulation.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Modulationseinrichtung einen Modulator zur zeitlichen Variation eines Frequenzbereichs und zumindest einen weiteren Modulator zur Erzeugung unterschiedlicher Frequenzbereiche auf. Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass durch die Trennung von Frequenzbereichen und deren jeweiliger zeitlicher Variation eine besonders zuverlässige Variation von Frequenzen in unterschiedlichen Frequenzbereichen bereitgestellt werden kann. Beispielsweise lässt sich ein Frequenz-Offset zwischen den verschiedenen Bereichen mittels eines Phasenmodulators erzeugen. Hierbei wird die Phase zeitlich veränderlich moduliert und dadurch ein Frequenz-Offset erzeugt. Beispiele für solche Modulatoren sind solche, die auf der Modulation der Ladungsträgerdichte basieren oder auf Basis elektro-optischer Effekte, wie beispielsweise dem Pockels-Effekt oder dem Kerr-Effekt.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist für jeden Frequenzbereich eine separate Lichtquelle angeordnet. Auf diese Weise können unterschiedliche Lichtquellen mit unterschiedlicher Charakteristik genutzt werden, was die Flexibilität insgesamt erhöht.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist für jeden Frequenzbereich ein separater Detektor angeordnet. Damit kann eine besonders zuverlässige Detektion des Lichts erreicht werden, da der Detektor auf das empfangene Licht des jeweiligen Frequenzbereichs abgestimmt werden kann.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Trennungseinrichtung einen Notch-Filter, insbesondere in Form von photonischen Ringoszillatoren, auf. Mittels eines Notch-Filters kann empfangenes Licht mit verschiedenen Frequenzrampen zuverlässig in Licht mit jeweils einer Frequenzrampe getrennt werden.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen, und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.
  • Figurenliste
  • Dabei zeigen in schematischer Form
    • 1 eine Zeit-Frequenzdarstellung der zeitlichen Variation von Frequenzen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 2 eine Sendevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 3 eine Sendevorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 4 eine Sendevorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 5 eine Sendevorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 6 eine Empfangsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 7 eine Empfangsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
    • 8 eine Sensorvorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt eine Zeit-Frequenzdarstellung der zeitlichen Variation von Frequenzen gemäß einer ersten Ausführungsform.
  • In 1 ist eine Zeit-Frequenzdarstellung von Frequenzrampen gezeigt, wobei hier das Basisband der obersten Frequenzrampe 6c gestrichelt angedeutet ist. Im Detail zeigt 1 eine Zeitfrequenzdarstellung 1, wobei die Frequenz 3 über der Zeit 2 aufgetragen ist. Zu sehen sind drei Frequenzrampen 5a, 5b und 5c, die jeweils mit der gleichen Steigung im gleichen Zeitintervall ansteigen. Die Frequenzrampen 5a, 5b unterscheiden sich dabei in ihrer jeweiligen Startfrequenz um die Frequenzdifferenz 4a und die beiden Frequenzrampen 5b und 5c unterscheiden sich um die Frequenzdifferenz 4b. Die Frequenzdifferenzen 4a, 4b können dabei gleich oder unterschiedlich sein. Die Startfrequenz fa START der ersten Rampe 5a ist in 1 am kleinsten und die Startfrequenz fc START der dritten Frequenzrampe 5c am größten. Durch den linearen Anstieg ist die jeweilige Endfrequenz fa,b,c ENDE der jeweiligen Frequenzrampe 5a, 5b, 5c höher als die jeweilige Startfrequenz fa,b,c START . Selbstverständlich sind auch umgekehrte Frequenzrampen denkbar, beziehungsweise eine linear fallende Frequenzrampe. In 1 sind drei Frequenzrampen 5a, 5b, 5c zu sehen, es ist aber auch jede andere Anzahl an Frequenzrampen auch möglich.
  • Die Erzeugung der Frequenzrampen 5a, 5b, 5c kann dabei auf folgende Weise erfolgen: Licht von einer Lichtquelle, beispielsweise eines Lasers, wird mittels dreier verschiedener Phasenmodulatoren erzeugt und so die drei linearen Frequenzrampen 5a, 5b, 5c moduliert. Die drei Frequenzrampen 5a, 5b, 5c unterscheiden sich durch ihre Startfrequenzen fa START , fb START=fa START + Δf1, fc START=fa START + Δf1 + Δf2, wobei die Offsetfrequenzen 4a, 4b zwischen den verschiedenen Startfrequenzen fSTART, fSTART + Δf1, fSTART + Δf1 + Δf2 nicht zwingend größer als der Frequenzhub, also der Differenz zwischen Start- und Endfrequenz fa,b,c ENDE - fa,b,c START der jeweiligen Frequenzrampe 5a, 5b, 5c sein müssen. Die Frequenzrampen 5a, 5b, 5c können beim Empfang in ein jeweiliges Basisband 6 gemischt werden, auch bekannt als sogenanntes „Dechirping“. Die Modulation wird dabei entfernt und die Frequenzrampen 5a, 5b, 5c getrennt. Solange die jeweiligen Basisbänder 6 weit genug voneinander frequenztechnisch beabstandet sind, insbesondere wenn sich die Basisbänder nicht überlappen, können die Frequenzrampen 5a, 5b, 5c auch zumindest teilweise im selben Frequenzbereich liegen, wobei sich dann Frequenzen des einen Frequenzbereichs zu einem bestimmten Zeitpunkt von Frequenzen des anderen Frequenzbereichs unterscheiden. In 1 ist lediglich das Basisband 6c der obersten Frequenzrampe 5c gezeigt. Allgemein sind auch andere Formen der Frequenzvariation denkbar, beispielsweise anstelle des linearen Anstiegs der 1 ein linearer Anstieg gefolgt von einem linearen Abfall.
  • 2 zeigt eine Sendevorrichtung gemäß einer zweiten Ausrufung der vorliegenden Erfindung.
  • In 2 ist in eine Sendevorrichtung 21 mit drei Modulatoren 11 und einer Lichtquelle in Form eines Lasers 10 gezeigt. Der Laser 10 sendet mit einer bestimmten Frequenz fSTART Licht, welches mittels dreier Modulatoren 11a, 11b, 11c zur Erzeugung der linearen Frequenzrampen 5a, 5b, 5c moduliert wird. Mit anderen Worten je ein Modulator 11a, 11b, 11c moduliert eine Frequenzrampe 11a, 11b, 11c. Anschließend wird das Licht der drei erzeugten Frequenzrampen 5a, 5b, 5c mittels einer Sendeoptik 12 ausgesendet.
  • 3 zeigt eine Sendevorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In 3 ist eine Sendevorrichtung 21 mit einem Laser 10, einem Modulator 11a zur Erzeugung von Frequenzrampen und zwei Modulatoren 11b, 11c zur Frequenzoffseterzeugung 4a, 4b gezeigt. Hier wird für die Erzeugung der Frequenzrampen 5a, 5b, 5c nur ein Modulator 11 verwendet. Die mit dem Modulator 11 erzeugte lineare Frequenzrampe für das Licht des Lasers 10 wird dann auf drei Pfade 5a, 5b, 5c aufgeteilt, wobei sie in zwei der drei Pfade 5b, 5c um einen Frequenzoffset 4a, 4b verschoben wird. Dieser Frequenzoffset 4a, 4b kann auch mittels eines Phasenmodulators erzeugt werden. Hierbei wird die Phase zeitlich veränderlich moduliert und dadurch ein Frequenz-Offset 4a, 4b erzeugt. Derartige Modulatoren basieren beispielsweise auf der Modulation der Ladungsträgerdichte oder auf elektro-optischen Effekten, wie beispielsweise dem Pockels-Effekt oder dem Kerr-Effekt.
  • 4 zeigt eine Sendevorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In 4 ist im Wesentlichen eine Sendevorrichtung 21 gemäß 2 gezeigt. Im Unterschied zu den drei Modulatoren 11a, 11b, 11c der 2 ist der Modulator 11 gemäß 4 breitbandig ausgebildet, sodass dieser alle drei Frequenzrampen 5a, 5b, 5c auf das Licht des Lasers 10 modulieren kann.
  • 5 zeigt eine Sendevorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In 5 ist im Wesentlichen eine Sendevorrichtung 21 gemäß 2 gezeigt. Im Unterschied zur Sendevorrichtung 21 gemäß 2 sind bei der Sendevorrichtung 21 gemäß 5 nun drei Laser 10a, 10b, 10c angeordnet, deren jeweiliges Lichtsignal mit der Frequenz FSTART , f'START , f''START entsprechend mittels eines dem Laser 10a, 10b, 10c jeweils zugeordneten Modulators 11a, 11b, 11c mit einer Frequenzrampe 5a, 5b, 5c versehen wird. Das entsprechend modulierte Licht mit den Frequenzrampen 5a, 5b, 5c wird dann gemeinsam über die Sendeoptik 12 abgestrahlt.
  • Die modulierten Lichtsignale gemäß 1-5 werden, wie gezeigt, über Sendeoptiken 12 in den Raum gestrahlt. Dabei kann für die jeweils modulierten Lichtsignale jeweils eine eigene Sendeoptik 12 angeordnet sein, beispielsweise in Form eines mikromechanischen Scanners oder eines optischen Phasenarrays oder dergleichen, die dann in einen bestimmten Winkelbereich abstrahlt, sodass sich die verschiedenen Winkelbereiche von anderen/weiteren Sendeoptiken nicht überlappen. Alternativ kann die Sendevorrichtung 21 so ausgebildet sein, dass durch die verschiedenen Frequenzbereiche, insbesondere mittlere Wellenlängen der unterschiedlichen Rampen 5a, 5b, 5c automatisch eine Abstrahlung mittels einer Sendeoptik 12 in verschiedene Winkelbereiche erfolgt. Das jeweilige Licht der drei modulierten Laserstrahlen 10a, 10b, 10c der 5 wird also kombiniert und dann über dieselbe Sendeoptik 12 ausgesendet. Durch die verschiedenen Frequenzen des modulierten Lichts ergibt sich eine gewünschte Strahlablenkung in verschiedene Raumwinkel. Der Frequenzoffset 4a, 4b zwischen den Rampen 5a, 5b, 5c ist dabei hinreichend groß gewählt, weshalb sich hierfür insbesondere die Ausführungsform der 5 vorteilhaft ist.
  • 6 zeigt eine Empfangsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In 6 ist eine Empfangsvorrichtung 22 mit drei Detektoren 15a, 15b, 15c gezeigt. Von der Empfangsoptik 13 der Empfangsvorrichtung 22 empfangenes Licht wird vor Auftreffen auf einen Detektor 15a, 15b, 15c zunächst mittels einer Trennungsvorrichtung 14 getrennt. Mit anderen Worten vor der Mischung, also vor der Umwandlung des optischen Signals in ein elektrisches Signal, wird das empfangene optische Lichtsignal, welches mehrere Frequenzrampen 5a', 5b', 5c' umfasst, beispielsweise über Notchfilter, insbesondere in Form von photonischen Ringoszillationen, getrennt. Jede Frequenzrampe 5a', 5b', 5c' wird dann einem jeweiligen Detektor 15a, 15b, 15c zugeführt. Vorher wird jede empfangene Frequenzrampe 5a', 5b', 5c' mit der entsprechenden Senderampe 5a, 5b, 5c überlagert, um einen kohärenten Empfang sicherzustellen: Genauer wird nach dem Detektieren des Lichts mit der entsprechenden Frequenzrampe 5a', 5b', 5c' durch den entsprechenden Detektor 15a, 15b, 15c das so überlagerte Lichtsignal jeder Frequenzrampe 5a', 5b', 5c' mit der entsprechenden Senderampe 5a, 5b, 5c ins jeweilige Basisband 6 gemischt und kann dann in bekannter Weise nach dem FMCW-Prinzip ausgewertet werden.
  • 7 zeigt eine Empfangsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In 7 ist eine Empfangsvorrichtung 22 mit einem Detektor 15 gezeigt. Von der Empfangsoptik 13 empfangenes Licht wird dem Detektor 15 zugeführt, der beispielsweise ein oder zwei Fotodioden aufweist. Licht mit einer der empfangenen Frequenzrampen 5a', 5b', 5c' wird dann mit Licht der entsprechenden Senderampe 5a, 5b, 5c überlagert. Anschließend kann entweder das komplette Basisband 6, also sämtliche Basisbänder 6a, 6b, 6c mit den Frequenzrampen 5a', 5b' 5c' der jeweiligen gesendeten Frequenzrampen 5a, 5b, 5c, abgetastet werden oder es werden Bandpassfilter und/oder elektrische Mischer im jeweiligen Basisband 6 zur Trennung der Frequenzrampen 5a, 5b, 5c verwendet. Hierbei ist insbesondere die Frequenzdifferenz 4a, 4b der Frequenzrampen 5a, 5b, 5c im Verhältnis zur Bandbreite des Detektors 15 entsprechend gewählt, sodass der Detektor 15 zum Empfang entsprechend aller Rampen 5a, 5b, 5c ausgebildet ist.
  • 8 zeigt eine Sensorvorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In 8 ist eine Sensorvorrichtung 20 in Form eines LiDAR-Systems gezeigt. Die Sensorvorrichtung 20 umfasst eine Sendevorrichtung 21 in der Ausführungsform der 1 und eine Empfangsvorrichtung in der Ausführungsform der 7. Die Sendevorrichtung 21 strahlt Licht mit unterschiedlichen Frequenzrampen 5a, 5b in unterschiedliche Winkelbereiche 100, 101 ab. Ein Objekt 30, welches sich im Winkelbereich 100 in Reichweite der Sensorvorrichtung befindet, reflektiert das ausgesendete Licht mit Frequenzrampe 5a. Das vom Objekt 30 reflektierte Licht mit Frequenzrampe 5a' wird dann von der Empfangsvorrichtung 22 empfangen. Die Sensorvorrichtung 20 wertet dann das empfangene Licht aus und kann die Entfernung des Objekts 30 von der Sensorvorrichtung 20 bestimmen.
  • Zusammenfassend weist zumindest eine der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zumindest einen der folgenden Vorteile auf:
    • • gleichzeitiges Aussenden in verschiedene Winkelbereiche und Empfang mit nur einer Empfangseinheit des reflektierten Lichts,
    • • gleichzeitige Bestrahlung mehrerer Winkelbereiche,
    • • vergrößerte Messzeit pro Rampe und dadurch Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses,
    • • größere Reichweite,
    • • Parallelisierung des LiDAR Systems möglich,
    • • höhere Zuverlässigkeit durch weniger Fehldetektionen durch Mehrfach-Reflexionen,
    • • einfacher Aufbau, und
    • • einfache Durchführung.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.

Claims (12)

  1. Sendevorrichtung (21) zum Aussenden von Licht, zumindest einer Frequenz, wobei die Sendevorrichtung (21) ausgebildet ist, Licht in unterschiedliche Winkelbereiche (100, 101) abzustrahlen, derart, dass die Frequenz des Lichts in dem jeweiligen Winkelbereich (100, 101) zeitabhängig in einem jeweiligen Frequenzbereich (fa START, fa ENDE, fb START, fb ENDE, fc START, fc ENDE) variiert wird (5a, 5b, 5c), wobei sich Frequenzen in unterschiedlichen Frequenzbereichen (fa START, fa ENDE, fb START, fb ENDE, fc START, fc ENDE) für unterschiedliche Winkelbereiche (100, 101) zu unterschiedlichen Zeiten (2) nicht überlappen.
  2. Sendevorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei diese ausgebildet ist, die Frequenz (3) in dem jeweiligen Winkelbereich (100, 101) zeitlich linear zu variieren, vorzugsweise von einer Startfrequenz (fa START, fb START, fc START) zu einer Endfrequenz (fa ENDE, fb ENDE, fc ENDE) zu erhöhen.
  3. Sendevorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei eine Lichtquelle (10, 10a, 10b, 10c) und eine Modulationseinrichtung (11, 11a, 11b, 11c) zur Erzeugung der zeitabhängigen Variation von Frequenzen des Lichts der Lichtquelle (10, 10a, 10b, 10c) angeordnet sind.
  4. Sendevorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Modulationseinrichtung (11, 11a, 11b, 11c) für jeden der unterschiedlichen Frequenzbereiche (fa START, fa ENDE; fb START, fb ENDE; fc START, fc ENDE) einen Modulator (11a, 11b, 11c) umfasst.
  5. Sendevorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Modulationseinrichtung einen Modulator (11a) zur zeitlichen Variation eines Frequenzbereichs und zumindest einen weiteren Modulator (11b, 11c) zur Erzeugung unterschiedlicher Frequenzbereiche aufweist.
  6. Sendevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-5, wobei eine separate Lichtquelle (10a, 10b, 10c) für jeden Frequenzbereich (fa START, fa ENDE; fb START, fb ENDE; fc START, fc ENDE) angeordnet ist.
  7. Empfangsvorrichtung (22) zum Empfangen von Licht, insbesondere ausgesendet mit einer Sendevorrichtung (21) gemäß einem der Ansprüche 1-6, wobei eine Trennungseinrichtung (14) zur Trennung von Frequenzen (3) zeitlich variierender unterschiedlicher Frequenzbereiche (fa START, fa ENDE; fb START, fb ENDE; fc START, fc ENDE) angeordnet und zumindest ein Detektor (15, 15a, 15b, 15c) zur Umwandlung des empfangenen Lichts in elektrische Signale angeordnet ist.
  8. Empfangsvorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei ein separater Detektor (15a, 15b, 15c) für jeden Frequenzbereich (fa START, fa ENDE; fb START, fb ENDE; fc START, fc ENDE) angeordnet ist.
  9. Empfangsvorrichtung gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die Trennungseinrichtung (14) einen Notch-Filter, insbesondere in Form von photonischen Ringoszillatoren, aufweist.
  10. Sensorvorrichtung (20) mit einer Sendevorrichtung (21) gemäß zumindest einem der Ansprüche 1-6 und einer Empfangsvorrichtung (22) gemäß einem der Ansprüche 7-9.
  11. Verfahren zum Aussenden von Licht zumindest einer Frequenz (3), wobei das Licht in unterschiedliche Winkelbereiche (100, 101) ausgesendet wird, derart, dass die Frequenz des Lichts in dem jeweiligen Winkelbereich (100, 101) zeitabhängig in einem jeweiligen Frequenzbereich (fa START, fa ENDE; fb START, fb ENDE; fc START, fc ENDE) variiert wird (5a, 5b, 5c), wobei sich Frequenzen (3) in unterschiedlichen Frequenzbereichen (fa START, fa ENDE; fb START, fb ENDE; fc START, fc ENDE) für unterschiedliche Winkelbereiche (100, 101) zu unterschiedlichen Zeiten (2) nicht überlappen.
  12. Verfahren zum Empfangen von Licht unterschiedlicher Frequenzbereiche, insbesondere ausgesendet mit einem Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei Frequenzen (3) zeitlich variierender unterschiedlicher Frequenzbereiche (fa START, fa ENDE; fb START, fb ENDE; fc START, fc ENDE) getrennt werden (14) und insbesondere das empfangene Licht in elektrische Signale umgewandelt wird.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021061368A1 (en) * 2019-09-27 2021-04-01 Aeva, Inc. Coherent lidar
CN113611212A (zh) * 2021-07-30 2021-11-05 北京京东方显示技术有限公司 光接收传感器、显示面板和电子设备

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022090856A (ja) * 2020-12-08 2022-06-20 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 測距装置、および測距方法、並びにプログラム

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0630477B2 (ja) * 1986-09-10 1994-04-20 シャープ株式会社 光伝送装置
JPS6371674A (ja) * 1986-09-16 1988-04-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd レ−ザ−測距装置
JPS63309880A (ja) * 1987-06-12 1988-12-16 Stanley Electric Co Ltd 障害物検知システム
US5294075A (en) * 1991-08-28 1994-03-15 The Boeing Company High accuracy optical position sensing system
DE4129580A1 (de) * 1991-09-06 1993-03-11 Alfred Prof Dr Ing Marganitz Vorrichtung und verfahren zur beruehrungslosen ermittlung der bewegungsgroessen von fahrzeugen mittels des doppler-effektes
KR100269040B1 (ko) * 1998-04-28 2000-10-16 서원석 파장이동 레이저 광원 및 파장이동 레이저 광 생성방법
DE10006493C2 (de) * 2000-02-14 2002-02-07 Hilti Ag Verfahren und Vorrichtung zur optoelektronischen Entfernungsmessung
JP2003273806A (ja) 2002-03-13 2003-09-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光伝送システム
DE102007043535A1 (de) * 2007-09-12 2009-03-19 Robert Bosch Gmbh FMCW-Radarortungsvorrichtung und entsprechendes FMCW-Radarortungsverfahren
US7894725B2 (en) * 2007-09-28 2011-02-22 Massachusetts Institute Of Technology Time-multiplexed optical waveform generation
EP2329218B1 (de) * 2008-09-11 2018-10-24 Nikon Metrology NV Kompakte faseroptische geometrie für ein kohärentes fmcw-laserradar mit gegenchirp
DE102008052064B4 (de) * 2008-10-17 2010-09-09 Diehl Bgt Defence Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zur Aufnahme von Bildern einer Objektszene
US9068940B2 (en) * 2012-10-19 2015-06-30 The Trustees Of Princeton University Optical subtraction of molecular dispersion signals enabled by differential optical dispersion spectroscopy
JP6072301B2 (ja) * 2013-12-10 2017-02-01 三菱電機株式会社 レーザレーダ装置
JP2015135386A (ja) 2014-01-16 2015-07-27 国立大学法人東北大学 光リング共振器および波長選択スイッチ
US9948389B2 (en) * 2014-02-14 2018-04-17 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Optical carrier selector system and method
KR101619921B1 (ko) * 2014-10-21 2016-05-13 재단법인대구경북과학기술원 타겟의 위치 정보 탐지 장치
EP3056920B1 (de) * 2015-02-11 2020-08-19 Veoneer Sweden AB Kraftfahrzeugradarsystem mit zwei Sender-Empfänger-Anordnungen
CN105425245B (zh) * 2015-11-06 2018-02-09 中国人民解放军空军装备研究院雷达与电子对抗研究所 一种基于相干探测的远距离高重频激光三维扫描装置
US9832552B2 (en) * 2016-02-02 2017-11-28 Oracle International Corporation Locking a polarization-insensitive optical receiver
US11106030B2 (en) * 2016-05-11 2021-08-31 Texas Instruments Incorporated Optical distance measurement system using solid state beam steering
DE102018203316B4 (de) * 2018-03-06 2020-06-04 Carl Zeiss Smt Gmbh Vorrichtung zur scannenden Abstandsermittlung eines Objekts

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021061368A1 (en) * 2019-09-27 2021-04-01 Aeva, Inc. Coherent lidar
US11960032B2 (en) 2019-09-27 2024-04-16 Aeva, Inc. Techniques for increasing effective power in multi-beam LIDAR systems
CN113611212A (zh) * 2021-07-30 2021-11-05 北京京东方显示技术有限公司 光接收传感器、显示面板和电子设备
CN113611212B (zh) * 2021-07-30 2023-08-29 北京京东方显示技术有限公司 光接收传感器、显示面板和电子设备

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