-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von variablen Interferenzmustern und ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Erzeugen von variablen Interferenzmustern, wie sie beispielsweise in einem LIDAR-Sensor (Light Detection and Ranging) für Fahrerassistenzsysteme eingesetzt werden können. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Computerprogrammprodukt.
-
Stand der Technik
-
LIDAR-Sensoren, wie sie beispielsweise bei Automotive-Anwendungen wie Fahrerassistenzsystemen eingesetzt werden, nutzen herkömmlich Lichtstrahlen, welche in verschiedenen Winkeln ablenkt werden können, um damit eine Szenerie abzutasten, um Gegenstände und gegebenenfalls deren Abstände zum Sensor detektieren zu können.
-
Spiegel und Linsen können verwendet werden, um Licht um einen Winkel abzulenken. Dabei können die Spiegel oder Linsen für einen festen Winkel fest unter einem Winkel zu einem Einfallswinkel des Lichts angeordnet sein. Für einen variablen Winkel kann der Winkel zwischen dem Spiegel oder der Linse und dem Einfallswinkel variabel sein.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Vorrichtung zum Erzeugen von variablen Interferenzmustern und ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Erzeugen von variablen Interferenzmustern sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des hier vorgestellten Ansatzes sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
-
Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
-
Wenn kohärentes Licht durch eine Struktur fällt, die wie ein optisches Gitter wirkt, entstehen durch Interferenzen Nebenkeulen aus von seiner Einfallsrichtung abgelenktem Licht. Ein Winkel, um den das Licht abgelenkt wird, ist dabei abhängig von einer Ordnung der Nebenkeule und einem Abstand zwischen den Öffnungen des Gitters.
-
Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird das kohärente Licht einer Lichtquelle auf verschiedene Pfade aufgeteilt, die zu verschiedenen Lichtaustrittspunkten führen. Die Lichtaustrittspunkte sind in einer zumindest eindimensionalen Matrix angeordnet. Die Lichtaustrittspunkte entsprechen den Öffnungen eines Gitters. Die einzelnen Pfade sind dabei schaltbar. Durch das Anschalten und Ausschalten der Pfade bildet das aus den Lichtaustrittspunkten emittierte kohärente Licht verschiedene Punktmuster. Insbesondere ist dabei der Abstand zwischen den emittierenden Lichtaustrittspunkten wählbar. Dadurch können die Anzahl und die Winkel der Nebenkeulen beeinflusst werden. Eine Summe der durch ein Punktmuster hervorgerufenen Nebenkeulen bildet ein Interferenzmuster.
-
Vorteile der Erfindung
-
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, mithilfe von Interferenzmustern mit unter verschiedenen Winkeln abgestrahlten Nebenkeulen Fächer aus unterschiedlich aufgefächerten Lichtstrahlen auszusenden, um unter Verwendung einer Erfassungseinrichtung Objekte im Bereich der Fächer zu erfassen und zu erkennen. Dabei kann eine Erfassungseinrichtung mit geringer physikalischer Auflösung verwendet werden, da die Winkel der einzelnen Lichtstrahlen bekannt sind.
-
Es wird eine Vorrichtung zum Erzeugen von variablen Interferenzmustern vorgestellt, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vorrichtung eine Lichtquelle zum Bereitstellen von kohärentem Licht, ein Array aus Lichtaustrittspunkten für das Licht und eine Schalteinrichtung zum Schalten einer Lichtintensität für verschiedene der Lichtaustrittspunkte, sowie eine Steuerlogik zum Ansteuern der Schalteinrichtung aufweist, wobei die Schalteinrichtung dazu ausgebildet ist, ansprechend auf ein erstes Schaltsignal von der Steuerlogik auf dem Array ein erstes Punktmuster aus Lichtaustrittspunkten mit unterschiedlicher Lichtintensität auf dem Array abzubilden, um ein erstes Interferenzmuster zu erzeugen, und die Schalteinrichtung dazu ausgebildet ist, nachfolgend ansprechend auf zumindest ein zweites Steuersignal von der Steuerlogik ein zweites Punktmuster aus Lichtaustrittspunkten mit unterschiedlicher Lichtintensität auf dem Array abzubilden, um ein zweites Interferenzmuster zu erzeugen.
-
Unter einem Interferenzmuster kann ein Muster aus hellen Bereichen mit einer hohen Lichtintensität und dunklen Bereichen mit einer niedrigen Lichtintensität verstanden werden. Dabei resultieren die hellen Bereiche aus einer additiven Interferenz von kohärenten Lichtwellen aus mehreren Lichtaustrittspunkten. Die dunklen Bereiche resultieren aus einer destruktiven Interferenz derselben Lichtwellen. Kohärentes Licht beziehungsweise kohärente Lichtwellen können beispielsweise durch eine Laserlichtquelle bereitgestellt werden. Ein Array kann als Matrix bezeichnet werden. Das Array kann zwischen den Lichtaustrittspunkten zumindest in einer Raumrichtung regelmäßige Abstände aufweisen. Die Schalteinrichtung ist dazu ausgebildet, die Lichtaustrittspunkte zwischen einer hohen Lichtintensität und einer niedrigen Lichtintensität zu schalten. Ein Punktmuster repräsentiert eine Auswahl der Lichtaustrittspunkte des Arrays.
-
Das Array kann eine erste Reihe von Lichtaustrittspunkten mit einem ersten Abstand und zumindest eine zweite Reihe von Lichtaustrittspunkten mit einem zweiten Abstand aufweisen. Die Schalteinrichtung kann dazu ausgebildet sein, die erste Reihe als erstes Punktmuster und die zweite Reihe als zweites Punktmuster unabhängig voneinander zu schalten. Die Reihen können räumlich voneinander getrennt sein. Durch unterschiedliche Reihen kann das Licht der Lichtquelle einfach zwischen den Reihen hin und her geschwenkt werden, um die unterschiedlichen Punktmuster auf dem Array zu erzeugen. Das Array kann weitere Reihen von Lichtaustrittspunkten mit weiteren Abständen aufweisen.
-
Die Schalteinrichtung kann dazu ausgebildet sein, die Lichtaustrittspunkte des Arrays unabhängig voneinander zu schalten, um die verschiedenen Punktmuster auf dem Array abzubilden. Beispielsweise können innerhalb einer Reihe des Arrays emittierende Lichtaustrittspunkte und dunkle Lichtaustrittspunkte geschaltet werden. Durch die individuelle Ansteuerbarkeit der Lichtaustrittspunkte kann eine Vielzahl unterschiedlicher Punktmuster auf dem Array abgebildet werden.
-
Die Schalteinrichtung kann ein Schaltarray aus Schaltelementen aufweisen. Je zumindest ein Schaltelement des Schaltarrays kann einem Lichtaustrittspunkt des Arrays zugeordnet sein. Ein Schaltelement kann auch mehreren Lichtaustrittspunkten zugeordnet sein. Ein Schaltelement ist in einem ersten Schaltzustand dazu ausgebildet, das Licht zu dem ihm zugeordneten Lichtaustrittspunkt zu leiten. In einem zweiten Schaltzustand ist das Schaltelement dazu ausgebildet, das Licht nicht zu dem ihm zugeordneten Lichtaustrittspunkt zu leiten. Durch verschiedene Schaltzustände der Schaltelemente können die Punktmuster am Array erzeugt werden.
-
Das Schaltarray kann als Schaltelemente mikroelektromechanisch schwenkbare Spiegel aufweisen. Ein Spiegel kann das Licht auf den oder die ihm zugeordneten Lichtaustrittspunkte lenken oder nicht. Alternativ kann das Schaltarray als Schaltelemente polarisierbare Fenster aufweisen. Ein polarisierbares Fenster kann beispielsweise ein Teil einer Flüssigkristallanzeige sein. Ebenso kann das Schaltarray als Schaltelemente optische Weichen aufweisen. Eine Weiche kann zumindest zwei Lichtaustrittspunkten zugeordnet sein und dazu ausgebildet sein, ansprechend auf das Schaltsignal das Licht zwischen den Lichtaustrittspunkten zu wechseln beziehungsweise hin und her zu schalten.
-
Weiterhin wird ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Erzeugen von variablen Interferenzmustern vorgestellt, wobei die Vorrichtung eine Lichtquelle zum Bereitstellen von kohärentem Licht, ein Array aus Lichtaustrittspunkten für das Licht und eine Schalteinrichtung zum Schalten einer Lichtintensität für verschiedene der Lichtaustrittspunkte, sowie eine Steuerlogik zum Ansteuern der Schalteinrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt des Bereitstellens von der Steuerlogik ein erstes Schaltsignal für die Schalteinrichtung bereitgestellt wird, wobei ansprechend auf das erste Schaltsignal auf dem Array ein erstes Punktmuster aus kohärentem Licht mit unterschiedlicher Lichtintensität aus Lichtaustrittspunkten auf dem Array emittiert wird, um ein erstes Interferenzmuster zu erzeugen, und in zumindest einem nachfolgenden zweiten Schritt des Bereitstellens von der Steuerlogik zumindest ein zweites Schaltsignal für die Schalteinrichtung bereitgestellt wird, wobei ansprechend auf das zweite Schaltsignal auf dem Array ein zweites Punktmuster aus kohärentem Licht mit unterschiedlicher Lichtintensität aus Lichtaustrittspunkten auf dem Array emittiert wird, um ein zweites Interferenzmuster zu erzeugen.
-
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Medium gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des vorstehend beschriebenen Verfahrens verwendet wird.
-
Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen, insbesondere teilweise mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung und teilweise mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Erzeugen von variablen Interferenzmustern, beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
-
Figurenliste
-
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
- 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Erzeugen variabler Interferenzmuster gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 zeigt eine Darstellung eines Arrays aus in unterschiedlichen Reihen angeordneten Lichtaustrittspunkten gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 zeigt eine Darstellung der Lage der Nebenkeulen bei einem ersten Abstand zwischen den Lichtaustrittsöffnungen gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 4 zeigt eine Darstellung der Lage der Nebenkeulen bei einem zweiten Abstand zwischen den Lichtaustrittsöffnungen gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Vorrichtung zum Erzeugen verschiedener Interferenzmuster gemäß einem Ausführungsbeispiel.
-
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 100 zum Erzeugen variabler Interferenzmuster 102, 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 100 weist eine Lichtquelle 106 zum Bereitstellen von kohärentem Licht 108 auf. Die Lichtquelle 106 ist beispielsweise eine Laserlichtquelle. Weiterhin weist die Vorrichtung 100 ein Array 110, d.h. eine Matrix, aus Lichtaustrittspunkten 112 und eine Schalteinrichtung 114 mit Schaltelementen 116 zum Schalten einer Lichtintensität der Lichtaustrittspunkte 112 auf. Ein Schaltelement 116 ist je einem Lichtaustrittspunkt 112 zugeordnet. Die Schaltelemente 116 sind in einem Schaltarray angeordnet. Das Schaltarray kann dem Array 110 ähnlich beispielsweise hinsichtlich einer Anordnung, Anzahl, Geometrie, etc. ihrer Matrix ausgeführt sein. Die Lichtquelle 106 ist auf die Schalteinrichtung 114 ausgerichtet. Hier ist zwischen der Lichtquelle 106 und der Schalteinrichtung 114 eine Optik 118 zum Formen des kohärenten Lichts 108 angeordnet.
-
Die Schalteinrichtung 114 wird über eine Schaltlogik 120 angesteuert. Ansprechend auf ein erstes Schaltsignal 122 von der Schaltlogik 120 werden die Schaltelemente 116 so geschaltet, dass auf dem Array 110 ein erstes Punktmuster 124 aus das kohärente Licht 108 emittierenden Lichtaustrittspunkten 112 abgebildet wird. Nicht emittierende Lichtaustrittspunkte 112 sind dunkel. Dabei wirken diejenigen Lichtaustrittspunkte 112, die Licht 108 emittieren, als Punktlichtquellen, von denen das Licht 108 als Kugelwelle 126 abgestrahlt wird. Durch Überlagerung der einzelnen Wellenfronten resultieren im Fernfeld aufgrund von Interferenz Gitternebenkeulen 128. In den Gitternebenkeulen 128 addieren sich die Amplituden der Kugelwellen 126 zu Lichtstrahlen, die um einen Winkel von einer optischen Achse 130 der Vorrichtung 100 abgelenkt sind. Die Gitternebenkeulen 128 ergeben ein erstes Interferenzmuster 102. Dabei sind die Gitternebenkeulen 128 um einen zentralen, in der optischen Achse 130 liegenden Lichtstrahl 132 gruppiert.
-
Ansprechend auf ein zweites Schaltsignal 134 von der Schaltlogik 120 werden die Schaltelemente 112 anschließend so geschaltet, dass auf dem Array 110 ein zweites Punktmuster 136 aus das kohärente Licht 108 emittierenden Lichtaustrittspunkten 112 abgebildet wird. Das erste Punktmuster 124 und das zweite Punktmuster 136 sind dabei verschieden. Insbesondere sind die Abstände zwischen den Licht emittierenden Lichtaustrittspunkten 112 unterschiedlich. Da der Winkel, um den die Gitternebenkeulen 128 von der optischen Achse 130 abgelenkt werden, abhängig von Abständen zwischen den Licht emittierenden Punktlichtquellen 112 ist, resultiert im Fernfeld ein zweites, anderes Interferenzmuster 104.
-
In einem Ausführungsbeispiel ist zumindest das Array 110 zweidimensional. Auf dem Array 110 können so zweidimensionale und eindimensionale Punktmuster 124, 136 abgebildet werden. Bei eindimensionalen Punktmustern 124, 136 werden die Gitternebenkeulen 128 in einer Haupterstreckungsrichtung des Punktmusters 124, 136 von der optischen Achse 130 abgelenkt. Bei zweidimensionalen Punktmustern 124, 136 werden die Gitternebenkeulen 128 in der Haupterstreckungsrichtung und quer dazu von der optischen Achse 130 abgelenkt.
-
In einem Ausführungsbeispiel sind die Schaltelemente 116 der Schalteinrichtung 114 schwenkbare Spiegel. In einer ersten Winkelstellung lenkt ein Spiegel 116 das Licht 108 von der Lichtquelle 106 auf den ihm zugeordneten Lichtaustrittspunkt 112 des Arrays 110. In einer zweiten Winkelstellung lenkt der Spiegel 116 das Licht 108 vom Array 110 weg, sodass der Lichtaustrittspunkt 112 dunkel ist.
-
Die Schaltelemente 116 können auch beispielsweise auf Flüssigkristall-Basis ausgeführt sein. Dann ist ein Schaltelement in einem ersten Schaltzustand lichtdurchlässig und das Licht 108 von der Lichtquelle 106 wird zu dem Lichtaustrittspunkt 112 durchgelassen. In einem zweiten Schaltzustand ist das Schaltelement 116 lichtundurchlässig und das Licht 108 wird von dem Schaltelement 116 abgeschirmt.
-
Um das kohärente Licht 108 an den Lichtaustrittspunkten 112 mit der gleichen Phasenlage austreten zu lassen kann eine Entfernung zwischen der Lichtquelle 106 und den Lichtaustrittspunkten 112 einheitlich sein. In einem Ausführungsbeispiel sind daher zwischen der Lichtquelle 106 und der Schalteinrichtung 114 und/oder zwischen der Schalteinrichtung 114 und dem Array 110 gleich lange Lichtleiter angeordnet, um das Licht 108 zu transportieren. Die Lichtleiter können auch gekrümmt sein.
-
Mit anderen Worten ist in 1 eine Vorrichtung 100 in Form beispielsweise eines LIDAR-Sensors mit zusammenschaltbarem, interferierendem Sende-Array 110 ohne Phasenschieber dargestellt. Das Array 110 ist eine Strahlablenkeinheit ohne bewegliche Teile. Eine solche Einheit kann als Ersatz für mechanische Spiegel dienen. Sie ist deutlich resistenter gegenüber mechanischen Stößen und ist kostengünstiger herzustellen. Zudem kann sie deutlich kompakter realisiert werden. Eine mögliche Anwendung ist in einem LIDAR System, welches mittels Licht 108 eine Objektform und eine Entfernung zu dem Objekt misst. Das LIDAR System kann für das automatisierte bzw. autonome Fahren verwendet werden.
-
In einem Ausführungsbeispiel ist eine größere Anzahl von als Emitter wirkenden Lichtaustrittspunkten 112 in dem Array 110 angeordnet. Die Lichtaustrittspunkten 112 werden über Silizium-Wellenleiter mit Licht 108 versorgt. Der Abstand zwischen den emittierenden Lichtaustrittspunkten 112 bestimmt, wie stark ein Strahl in Form einer Nebenkeule 128 abgelenkt werden kann. Durch Interferenz des Lichts 108 im Fernfeld wird ein Muster 102, 104 erzeugt.
-
Ist der Abstand zwischen zwei benachbarten Lichtaustrittspunkten 112 größer als die halbe Wellenlänge, kommt es neben der Haupt-Sendekeule 132 noch zu weiteren Nebenkeulen 128, die in andere Raumwinkel abstrahlen. Da ein hier nicht dargestelltes Empfangsarray so aufgebaut sein kann, dass nur bestimmte Winkel betrachtet werden können, können diese Nebenkeulen 128 ausgenutzt werden um gleichzeitig in unterschiedlichen Raumwinkeln Ziele zu detektieren.
-
Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird auf Heizer als Phasenschieber-Elemente zum Verschieben der Phasenlage des Lichts 108 mittels des thermo-optischen Effekts verzichtet. Trotzdem wird durch die emittierte Strahlung vorzugsweise der ganze Winkelraum abgedeckt.
-
Dabei werden zur Ablenkung des Sendestrahls anstatt einer Änderung der Phase der einzelnen Sendekanäle, einzelne Lichtaustrittspunkte 112, die von der selben Lichtquelle 106 stammen, angeschaltet oder abgeschaltet. Das Licht 108 des Laserstrahls, das so auf verschiedene Sendekanäle 112 verteilt wird, überlagert sich im Fernfeld kohärent. Hierdurch ändert sich nicht die Richtung des ausgesendeten Hauptstrahls 132, sondern die Lage der Nebenmaxima 128, die als Gitterkeulen bezeichnet werden können. Deren Lage hängt vom Abstand zwischen zwei benachbarten, emittierenden Kanälen ab. Hierdurch werden keine Heizer oder sonstige Methoden zur Phasenschiebung benötigt. Der Effekt der Nebenkeulenbildung wird also bewusst ausgenutzt, um in verschiedene Raumwinkel zu Senden und Ziele in diesen zu detektieren.
-
Das Fernfeldmuster
102,
104, also die Lage von Hauptkeule
132 und Nebenkeulen 128 kann über die Position der Sender
112 berechnet werden. Dabei hat die Richtcharakteristik des Einzelelements
112 des Arrays
110 keinen Einfluss.
-
Dabei ist Θ der Winkel, p ist der Vektor der Positionen der Sender 112 und λ ist die mittlere Wellenlänge des verwendeten Lichtsignals 108. Das Betragsquadrat des Vektors wird für jeden Winkel durchgeführt, sodass sich eine skalare Funktion über den Winkel ergibt.
-
2 zeigt eine Darstellung eines Arrays 110 aus in unterschiedlichen Reihen 200, 202, 204, 206 angeordneten Lichtaustrittspunkten 112 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Array 110 ist hier in einem Diagramm dargestellt, das auf seiner Abszisse eine Haupterstreckungsrichtung der Reihen in µm und auf seiner Ordinate einen Abstand der Reihen quer zu der Haupterstreckungsrichtung in µm angetragen hat. Das Array 110 ist mehrdimensional. Das Array 110 kann beispielsweise als das Array in 1 verwendet werden. Hier weist jede Reihe 200, 202, 204, 206 die gleiche Anzahl von Lichtaustrittspunkten 112 auf. In jeder Reihe 200, 202, 204, 206 weisen die Lichtaustrittspunkte 112 gleichmäßige Abstände auf. Dabei sind die Abstände in der ersten Reihe 200 am geringsten und steigen über die zweite Reihe 202 und die dritte Reihe 204 an. Die Abstände in der vierten Reihe 206 sind am größten. Beispielsweise weisen die Lichtaustrittspunkte 112 in der ersten Reihe 200 einen Abstand von vier Mikrometer auf. In der zweiten Reihe 202 weisen die Lichtaustrittspunkte 112 einen Abstand von fünf Mikrometer auf. In der dritten Reihe 204 weisen die Lichtaustrittspunkte 112 einen Abstand von sechs Mikrometer auf. In der vierten Reihe 206 weisen die Lichtaustrittspunkte einen Abstand von sieben Mikrometer auf.
-
In einem Ausführungsbeispiel werden als Punktmuster 124 alle Lichtaustrittspunkte 112 einer der Reihen 200, 202, 204, 206 durch die Schalteinrichtung beleuchtet, damit sie das kohärente Licht emittieren. Dabei kann die Schalteinrichtung ein einzelnes Schaltelement für alle Lichtaustrittspunkte 112 einer Reihe 200, 202, 204, 206 aufweisen. So kann das Licht der Lichtquelle jeweils auf eine der Reihen 200, 202, 204, 206 gerichtet sein. Jeder Reihe kann auch ein eigenes Schaltelement zugeordnet sein.
-
In einem Ausführungsbeispiel ist jedem Lichtaustrittspunkt 112 ein eigenes Schaltelement zugeordnet. So kann als weiteres Punktmuster 124 beispielsweise jeder zweite, dritte, vierte, fünfte, sechste usw. Lichtaustrittspunkt 112 einer der Reihen 200, 202, 204, 206 beleuchtet werden.
-
Mit anderen Worten zeigt Fig. 2 mögliche Positionierungen von Sendern 112 in vier Spalten 200, 202, 204, 206 mit unterschiedlichen Einzelelementabständen. Die Sender 112 sind in mehreren parallelen Spalten 200, 202, 204, 206 von linearen Sendearrays 110 mit einem unterschiedlichen Mindestabstand zwischen den Sendern 112 angeordnet. Damit kann eine große Vielzahl von Raumwinkeln angestrahlt und damit der gesamte Winkelbereich ausgeleuchtet werden. Beispielsweise weisen die Spalten 200, 202, 204, 206 Mindestabstände von 4 µm, 5 µm, 6 µm und 7 µm auf.
-
In folgender Tabelle sind beispielhaft hierdurch möglichen Abstände zur ersten Nebenkeule und die zugehörigen Antennenabstände aufgezeigt:
| Abstand der angeschalteten Sender | Abstand zur ersten Nebenkeule | Abstand zur zweiten Nebenkeule |
| 4 µm | 13° | 27° |
| 5 µm | 10.4° | 21.2° |
| 6 µm | 8.7° | 17.5° |
| 7 µm | 7.4° | 15° |
| 8 µm | 6.3° | 12.7° |
| 10 µm | 5° | 10° |
| 12 µm | 4.2° | 8.4° |
| 14 µm | 3.6° | 7.2° |
-
Für kleine Winkel ist der Abstand zwischen Hauptkeule und erster Nebenkeule und zwischen der ersten Nebenkeule und der zweiten Nebenkeule näherungsweise identisch, da hier die Sinus-Funktion als linear angenähert werden kann. Mit einer solchen Anordnung können also folgende Winkel bestrahlt werden: [0°, 3,6°, 4,2°, 5°, 6,3°, 7,2°, 7,4°, 8,4°, 8,7°, 10°, 10,4°, 12,7°, 13°, 15°, 17,5°, 21,5°, 27°] Sollten die Abstände zwischen einigen der Winkel zu groß sein, so kann eine weitere Zeile an Array-Elementen hinzugefügt werden, die die fehlenden Lücken füllt. Alternativ können auch bei den bestehenden Zeilen 200, 202, 204, 206 weitere Lichtaustrittspunkte 112 abgeschaltet werden, um zusätzliche Nebenkeulen zu erzeugen.
-
3 zeigt eine Darstellung der Lage der Nebenkeulen 128 bei einem ersten Abstand zwischen den Lichtaustrittsöffnungen gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Lage ist in einem Diagramm dargestellt, welches auf seiner Abszisse einen Winkel von -100° bis +100° und auf seiner Ordinate eine normierte Amplitude angetragen hat. Die Amplitude entspricht dabei einer Lichtintensität der jeweiligen Nebenkeule 128. Die Nebenkeulen 128 können als Gitternebenkeulen bezeichnet werden. Die Nebenkeulen 128 zusammen bilden das Interferenzmuster 102. Beispielsweise können diese Nebenkeulen 128 durch ein Punktmuster auf einem Array, wie es in den 1 und 2 dargestellt ist, hervorgerufen werden. Die Lichtaustrittspunkte weisen im hier dargestellten Beispiel einen Abstand von fünf Mikrometern auf. Dabei werden 32 Lichtaustrittspunkte für das Punktmuster beleuchtet.
-
Mit anderen Worten zeigt 3 ein Fernfeldmuster 102 für 32 Sender im Abstand von jeweils 5µm. Dabei ergibt sich die in 3 dargestellte Funktion über den Winkel für eine Wellenlänge von 905 nm und eine Positionierung der 32 Sender im Abstand von 5 µm. Das Maximum der Funktion ist hier auf 1 normiert.
-
Der Abstand zwischen 0° und der ersten Nebenkeule kann näherungsweise mit folgender Formel angegeben werden.
-
Die Lage der Nebenmaxima 128 kann verändert werden, indem der Abstand zwischen den strahlenden Elementen verändert wird. Das kann beispielswiese durch ein Shutter-Array realisiert werden, dass nur bestimmtes Licht durchlässt. Ebenfalls kann der Abstand zwischen den emittierenden Lichtaustrittspunkten durch ein Umverteilen der optischen Laserleistung durch Weichen oder Lenkspiegel erfolgen. Dieses Umlenken kann zum Beispiel durch MEMS Spiegel erfolgen.
-
Alternativ kann integrierte Optik verwendet werden, bei der mittels beweglicher Koppler das Licht beliebig umverteilt werden kann. Ergänzend können dort auch Phasenschieber-Ansätze genutzt werden, wobei Phasenschieber einen Leistungsbedarf aufweisen. Allerdings kann beim Umschalten der Phasenschieber die Spannung innerhalb eines Toleranzbereichs gehalten werden, was die Anforderungen an die Ansteuerung verringert.
-
4 zeigt eine Darstellung der Lage der Nebenkeulen 128 bei einem zweiten Abstand zwischen den Lichtaustrittsöffnungen gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Lage ist in einem Diagramm dargestellt, welches auf seiner Abszisse einen Winkel von -100° bis +100° und auf seiner Ordinate eine normierte Amplitude angetragen hat. Die Lage der Nebenkeulen 128 resultiert im Gegensatz zu der Darstellung in 3 aus einem Punktmuster aus 16 emittierenden Lichtaustrittsöffnungen in einem Abstand von zehn Mikrometern zwischen den Lichtaustrittsöffnungen. Die Nebenkeulen 128 zusammen bilden das Interferenzmuster 104.
-
In einem Ausführungsbeispiel werden die Punktmuster für die Interferenzmuster 102 und 104 unter Verwendung derselben Reihe von Lichtaustrittsöffnungen erzeugt. Zum Erzeugen der ersten Interferenzmusters 102 in 3 emittieren 32 in einer Reihe nebeneinander liegende Lichtaustrittspunkte das kohärente Licht. Zum Erzeugen des zweiten Interferenzmusters 104 in 4 emittiert jeder zweite der 32 Lichtaustrittspunkte das kohärente Licht, während die dazwischenliegenden Lichtaustrittspunkte dunkel sind.
-
Mit anderen Worten zeigt 4 ein Fernfeldmuster 104 für 16 Sender im Abstand von jeweils 10 µm. Unter „Anschalten“ und „Abschalten“ einzelner Sender kann im Folgenden eine der oben genannten technischen Realisierungen verstanden werden.
-
Wird nur jede zweite Antenne angeschaltet, ergibt sich das im 4 dargestellte Interferenzmuster 104 im Fernfeld. Der Abstand der ersten Nebenkeule 128 beträgt hier 5,2° bei Abständen zwischen den Sendern 112 von 10 µm.
-
Entsprechend kann durch Anschalten nur jedes dritten Senders ein Abstand der ersten Hauptkeule 128 von 3.5° erzeugt werden. Durch ein winkelselektives Empfangsarray, beispielsweise bestehend aus SPAD Detektoren, können immer nur die Winkel betrachtet werden, in die ausgesendet wird. Dadurch kommt es trotz mehreren angestrahlten Raumwinkeln nicht zu Mehrdeutigkeiten.
-
5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 zum Betreiben einer Vorrichtung zum Erzeugen verschiedener Interferenzmuster gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung entspricht dabei im Wesentlichen der Vorrichtung in 1. Das Verfahren 500 kann auf der Steuerlogik der Vorrichtung ausgeführt werden. Das Verfahren 500 weist Schritte 502, 504, 506, 508 des Bereitstellens auf. In einem ersten Schritt 502 des Bereitstellens wird ein erstes Schaltsignal für die Schalteinrichtung bereitgestellt. Dabei wird ansprechend auf das erste Schaltsignal auf dem Array ein erstes Punktmuster aus kohärentem Licht mit unterschiedlicher Lichtintensität aus Lichtaustrittspunkten auf dem Array emittiert, um ein erstes Interferenzmuster zu erzeugen. In einem nachfolgenden zweiten Schritt 504 des Bereitstellens wird ein zweites Schaltsignal für die Schalteinrichtung bereitgestellt. Dabei wird ansprechend auf das zweite Schaltsignal auf dem Array ein zweites Punktmuster aus kohärentem Licht mit unterschiedlicher Lichtintensität aus Lichtaustrittspunkten auf dem Array emittiert, um ein zweites Interferenzmuster zu erzeugen. Die Punktmuster sind dabei unterschiedlich, wodurch auch die Interferenzmuster unterschiedlich sind. In einem optionalen dritten Schritt 506 des Bereitstellens wird ein drittes Schaltsignal für die Schalteinrichtung bereitgestellt. Dabei wird ansprechend auf das dritte Schaltsignal auf dem Array ein drittes Punktmuster aus kohärentem Licht mit unterschiedlicher Lichtintensität aus Lichtaustrittspunkten auf dem Array emittiert, um ein drittes Interferenzmuster zu erzeugen. In einem optionalen vierten Schritt 508 des Bereitstellens wird ein viertes Schaltsignal für die Schalteinrichtung bereitgestellt. Dabei wird ansprechend auf das vierte Schaltsignal auf dem Array ein viertes Punktmuster aus kohärentem Licht mit unterschiedlicher Lichtintensität aus Lichtaustrittspunkten auf dem Array emittiert, um ein viertes Interferenzmuster zu erzeugen.
-
Mit anderen Worten erfolgt bei dem hier vorgestellten Ansatz die Nebenkeulen-Positionierung durch Anschalten und Abschalten einzelner Kanäle. Das Sendemuster folgt dann einem bekannten Muster.
-
Der hier vorgestellte Ansatz kann bei Lidar-Sensoren für Fahrerassistenzsysteme verwendet werden. Diese sind insbesondere für den Einsatz beim autonomen Fahren von großer Bedeutung. Ebenso ist ein Einsatz als Sensor im Bereich der Robotik möglich. Beispielsweise kann unter Verwendung des hier vorgestellten Ansatzes ein kostengünstiger Lokalisierungs-Sensor für automatische Roboter, wie einen Rasenmähroboter oder Reinigungsroboter hergestellt werden. Bei einem Rasenmähroboter kann mit einem solchem Sensor auf den Einzäunungsdraht verzichtet werden.
-
Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
