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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Senderoptik für ein LiDAR-System, ein LiDAR-System als solches sowie eine Arbeitsvorrichtung und insbesondere ein Fahrzeug.
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Zur Umfelderkennung von Arbeitsvorrichtungen und insbesondere von Fahrzeugen werden vermehrt so genannte LiDAR-Systeme eingesetzt, welche ausgebildet sind, ein Sichtfeld mit Licht oder Infrarotstrahlung zu beaufschlagen und von dem Sichtfeld zurückgeworfene Strahlung zur Analyse des Sichtfeldes und zur Detektion von darin enthaltenen Objekten zu erfassen und auszuwerten.
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Um die Erkennungsrate und die Detektionswahrscheinlichkeit von Objekten in einem Sichtfeld zu verbessern, kann mit einer erhöhten Strahlungsintensität für zur Ausleuchtung des Sichtfeldes gearbeitet werden. Dies widerspricht jedoch den Anforderungen für den Betrieb eines LiDAR-Systems hinsichtlich der Sicherheitsaspekte für Passanten und insbesondere hinsichtlich der Augensicherheit.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Sensoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass ohne Konflikt mit Aspekten der Augensicherheit die Erkennungsrate und die Detektionsgeschwindigkeit von Objekten in einem Sichtfeld gesteigert werden können. Dies wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch erreicht, dass eine Senderoptik für ein LiDAR-System geschaffen wird, welches ausgebildet ist mit einer Lichtquelleneinheit, welche zur simultanen oder im Wesentlichen simultanen Erzeugung von Primärlicht und Beleuchtung eines Sichtfeldes mit Primärlicht mit mehreren und insbesondere diskreten Wellenlängen eingerichtet ist, wobei die mehreren Wellenlängen des Primärlichts in Bezug auf Gewebe des menschlichen Auges unterschiedliche Absorptionscharakteristika aufweisen, insbesondere mit einer an der Kornea oder Hornhaut eines Auges absorbierbaren ersten Wellenlänge sowie einer an der Retina oder Netzhaut eines Auges absorbierbaren zweiten Wellenlänge. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, dass auch bei insgesamt gesteigerter Lichtintensität oder Lichtleistung die Gefahr für das menschliche Auge abgewendet werden kann und insbesondere die gesetzlichen Vorschriften für die Augensicherheit erfüllt bleiben. Dabei wird erfindungsgemäß ausgenutzt, dass sich die Wellenlängen, sofern sie an unterschiedlichen Geweben absorbiert werden, sich in ihrer Wirkung lokal nicht addieren.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Aufbau und Betrieb der erfindungsgemäßen Senderoptik lassen sich mit besonders einfachen Mitteln realisieren, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Lichtquelleneinheit mindestens eine erste Lichtquelle zum Erzeugen und Emittieren von erstem Primärlicht einer ersten Wellenlänge und mindestens eine zweite Lichtquelle zum Erzeugen und Emittieren von zweitem Primärlicht einer zweiten Wellenlänge aufweist.
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Jedoch ist es grundsätzlich denkbar, dass mehr als zwei Wellenlängen erzeugt und verwendet werden können, insbesondere mit einer entsprechenden Mehrzahl von Lichtquellen, nämlich von ersten, zweiten, dritten Lichtquellen usw., so dass die Anzahl der Typen von Lichtquellen mit der Anzahl der verwendeten unterschiedlichen Wellenlängen korrespondiert, wobei insbesondere unterschiedliche Absorption in betroffenen Geweben zu Grunde gelegt werden.
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Die mindestens eine erste Lichtquelle und/oder die mindestens eine zweite Lichtquelle kann bzw. können als Laserlichtquelle ausgebildet sein.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Senderoptik weist die Lichtquelleneinheit eine Mehrzahl erster und eine Mehrzahl zweiter Lichtquellen auf, welche matrixartig und/oder alternierend angeordnet sind, insbesondere im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene oder Fläche und/oder um im Betrieb eine Beleuchtung des Sichtfeldes nach dem Flashprinzip zu bewirken.
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Zusätzlich oder alternativ kann die erfindungsgemäße Senderoptik mit einer Ablenkoptik mit mindestens einem Schwenkspiegel ausgebildet sein, welcher eingerichtet ist, im Betrieb eine Schwenkbewegung um eine Schwenkachse zum abtastenden Beleuchten des Sichtfeldes mit dem Primärlicht zu vollführen.
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Dabei können erste und zweite Lichtquellen der Lichtquelleneinheit eingerichtet sein, im Betrieb das erste Primärlicht bzw. das zweite Primärlicht auf den Schwenkspiegel zu richten. Entsprechendes gilt bei einer höheren Anzahl von verwendeten Wellenlängen.
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Um insbesondere die Belastung der Hornhaut und der Netzhaut des menschlichen Auges zu reduzieren, ist es von besonderem Vorteil, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Senderoptik eine erste Wellenlänge des Primärlichts und insbesondere des ersten Primärlichts 1550 nm beträgt oder in einem Bereich von etwa 1550 nm liegt und/oder eine zweite Wellenlänge des Primärlichts und insbesondere des zweiten Primärlichts 905 nm beträgt oder in einem Bereich von etwa 905 nm liegt. Infrarotstrahlung von 1550 nm hat einen maximalen Wirkungsquerschnitt an oder in der Hornhaut des menschlichen Auges, wogegen die Absorption in der Netzhaut vergleichsweise gering ist. Umgekehrt besitzt Infrarotstrahlung bei 905 nm einen maximalen Wirkungsquerschnitt an oder in der Netzhaut des menschlichen Auges, mit einem vergleichsweise niedrigen Wirkungsquerschnitt in der Hornhaut. Aspekte im Hinblick auf andere Gewebe des menschlichen Auges können durch entsprechend angepasste Wellenlängenbereiche zusätzlich oder alternativ berücksichtigt werden.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein LiDAR-System zur optischen Erfassung eines Sichtfeldes, insbesondere für eine Arbeitsvorrichtung oder ein Fahrzeug, vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug.
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Das erfindungsgemäße LiDAR-System weist eine erfindungsgemäß ausgestaltete Senderoptik auf.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen LiDAR-Systems ist dieses ausgebildet mit einer Empfängeroptik zum Empfangen von Sekundärlicht aus dem Sichtfeld. Die Empfängeroptik weist eine Detektoranordnung auf, bei welcher über mindestens ein gemeinsames Detektorelement Sekundärlicht mit den mehreren Wellenlängen des Primärlichts gemeinsam detektierbar ist, insbesondere vermittelt über einen gemeinsamen optischen Pfad. Durch diese Maßnahmen ergibt sich ein besonders kompakter Aufbau der Empfängeroptik des erfindungsgemäßen LiDAR-Systems.
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Andererseits kann auch ein gesteigertes Maß an Detektionsgenauigkeit und - empfindlichkeit erreicht werden, indem gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen LiDAR-Systems dieses ausgebildet ist mit einer Empfängeroptik zum Empfangen von Sekundärlicht aus dem Sichtfeld, wobei die Empfängeroptik eine Detektoranordnung aufweist, bei welcher über getrennte Detektorelemente Sekundärlicht mit den mehreren Wellenlängen des Primärlichts getrennt detektierbar ist, insbesondere vermittelt über zumindest teilweise voneinander getrennte optische Pfade und/oder unter Verwendung eines oder mehrerer spektral selektiver optischer Elemente, vorzugsweise eines oder mehrerer Filter und/oder eines Spiegel. Durch diese Maßnahmen lässt sich aufgrund der spezifizierte der einzelnen Detektorelemente für eine jeweilige Wellenlänge ein höheres Maß an Empfindlichkeit und Detektionsgenauigkeit erzielen. Dies erfordert jedoch einen komplexeren Aufbau der Empfängeroptik.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auch eine Arbeitsvorrichtung insbesondere ein Fahrzeug geschaffen, welche mit einem erfindungsgemäß ausgestalteten LiDAR-System zur optischen Erfassung eines Sichtfeldes ausgebildet ist. Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug und insbesondere ein Personenkraftwagen und/oder ein Lastkraftwagen sein. Denkbar sind auch mobile Robotereinheiten oder autonom arbeitende und sich bewegende Maschinen.
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Figurenliste
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Unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren werden Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben.
- 1 zeigt in Form eines schematischen Blockdiagramms eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen LiDAR-Systems.
- 2 zeigt eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer bei der vorliegenden Erfindung verwendbaren Lichtquelleneinheit mit einer Matrixanordnung von ersten und zweiten Lichtquellen, welche für ein LiDAR-System nach dem Flashprinzip geeignet ist.
- 3 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Senderoptik.
- 4 und 5 illustrieren schematisch die durch monochromes und durch diskret multispektrales Licht hervorgerufene optische Belastung in der Pupille des menschlichen Auges.
- Rund 6 und 7 illustrieren schematisch den optischen Aufbau unterschiedlicher Empfängeroptiken
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 Ausführungsbeispiele der Erfindung und der technische Hintergrund im Detail beschrieben. Gleiche und äquivalente sowie gleich oder äquivalent wirkende Elemente und Komponenten werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall ihres Auftretens wird die Detailbeschreibung der bezeichneten Elemente und Komponenten wiedergegeben.
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Die dargestellten Merkmale und weiteren Eigenschaften können in beliebiger Form voneinander isoliert und beliebig miteinander kombiniert werden, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.
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1 zeigt nach Art eines Blockdiagramms in schematischer Weise eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen LiDAR-Systems 1.
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Das in 1 dargestellte LiDAR-System 1 besteht neben einer Steuer- und Auswerteeinheit 40 aus der dem Betrieb des LiDAR-Systems 1 zu Grunde liegenden optischen Anordnung 10 mit einer Lichtquelleneinheit 65, zum Beispiel mit mehreren Lichtquellen 65-1, 65-2 für unterschiedliche Wellenlängen, einer Senderoptik 60, einer Empfängeroptik 30 und einer Detektoranordnung 20. Die Steuerung des Betriebs des LiDAR-Systems 1 sowie die Auswertung der durch das LiDAR-System 1 empfangenen Signale erfolgt durch die Steuer- und Auswerteeinheit 40.
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Im Betrieb wird durch Steuerung und Veranlassung mittels der Steuer- und Auswerteeinheit 40 über eine Steuerleitung 42 die Lichtquelleneinheit 65 zur Erzeugung und Ausgabe primären Lichts 57 veranlasst, welches auch als Primärlicht bezeichnet wird. Das Primärlicht 57 wird mittels einer Strahlformungsoptik 66 entsprechend dem Anwendungsfall modelliert und dann mittels einer sendeseitig abtastenden Ablenkoptik 62, zum Beispiel in Form eines oder mehrerer ein- oder zweidimensional abtastender Mikrospiegel 63 mit Schwenkachse 64-1 zum Verschwenken mit einer Schwenkbewegung 64, in ein Sichtfeld 50 mit einem darin enthaltenen Objekt 52 ausgesandt.
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Das aus dem Sichtfeld 50 und vom Objekt 52 reflektierte Licht wird auch als sekundäres oder Sekundärlicht 58 bezeichnet und in der Empfängeroptik 30 mittels eines Objektivs 34 aufgenommen, gegebenenfalls von einer vorgesehenen Sekundäroptik 35 weiterbehandelt und dann an eine Detektoranordnung 20 mit einem oder mit mehreren Sensorelementen oder Detektorelementen 22 übertragen. Die Sensorelemente 22 der Detektoranordnung 20 erzeugen ihrerseits das Sekundärlicht 58 repräsentierende Signale, die mittels einer Steuer- und Messleitung 41 an die Steuer- und Auswerteeinheit 40 übertragen werden.
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Die Ausführungsform der Steuer- und Auswerteeinheit 40 gemäß 1 besteht aus einem übergeordneten Steuersystem 100, welches mittels eines Busses 101 mit einer Sendeeinheit 70, einer Empfangseinheit 80 und einer Korrelationseinheit 90 verbunden ist.
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Es können das Steuersystem 100 und die Einheiten 70, 80 und 90 tatsächlich als separate Komponenten innerhalb der Steuer- und Auswerteeinheit 40 ausgebildet sein.
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Es kann jedoch ein LiDAR-System 1 ausgebildet sein, bei welchem ein oder mehrere der Komponenten der Steuer- und Auswerteeinheit 40 miteinander kombiniert und integriert ausgebildet sind, so dass die Darstellung gemäß 1 nur der Darstellung der vorhandenen Komponenten dem Grundsatz nach dient, die konkrete Architektur dadurch jedoch nicht unbedingt widergespiegelt wird und von der Darstellung aus 1 abweichen kann.
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Bei der Ausführungsform gemäß 1 ist der Spiegel 63 über eine Verschwenkbewegung, die mit dem Doppelpfeil 64 angedeutet ist, eindimensional oder zweidimensional um eine Schwenkachse 64-1 verschwenkbar, um das Primärlicht 57 auf das Sichtfeld 50 mit dem darin enthaltenen Objekt 52 zu richten und dadurch das Sichtfeld 50 abzutasten.
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Alternativ sind jedoch auch Ausführungsformen denkbar, bei welchen das Sichtfeld 50 nach dem Flashprinzip beleuchtet und untersucht wird.
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Erfindungsgemäß ist die Senderoptik 60 mit der Lichtquelleneinheit 65 dazu ausgebildet, Primärlicht 57 mit mehreren und insbesondere diskreten Wellenlängen zu erzeugen und zur Ausleuchtung eines Sichtfeldes 50 auszusenden. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Lichtquelleneinheit 65 werden Wellenlängen verwendet, die in Bezug auf verschiedene Gewebe im menschlichen Auge zu unterschiedlichen Absorptionscharakteristika führen, so dass auch bei Überlagerung an einer Stelle an einem Gewebe sich die Beeinflussung und insbesondere die Lichtleistungen der unterschiedlichen Wellenlängen nicht einfach addieren und zu einer Schädigung führen können.
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2 zeigt eine erfindungsgemäß ausgestaltete Lichtquelleneinheit 65, wie sie im Zusammenhang mit einem erfindungsgemäßen LiDAR-System 1 eingesetzt werden kann, um das so genannte Flashprinzip zu realisieren.
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Die Lichtquelleneinheit 65 besteht aus einer matrixartigen und alternierenden Abfolge erster Lichtquellen 65-1 zur Erzeugung von Strahlung einer ersten Wellenlänge für erstes Primärlicht 57-1 und zweiter Lichtquellen 65-2 zur Erzeugung von Strahlung einer zweiten und von der ersten unterschiedlichen Wellenlänge für zweites Primärlicht 57-2. Die ersten und zweiten Lichtquellen 65-1 und 65-2 sind auf einem planaren Träger 65-3 angeordnet.
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3 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Senderoptik 60 mit einer ersten Lichtquelle 65-1 zur Erzeugung von erstem Primärlicht 57-1 mit einer ersten Wellenlänge und mit einer zweiten Lichtquelle 65-2 zur Erzeugung von zweitem Primärlicht 57-2 mit einer zweiten Wellenlänge, die zu der ersten Wellenlänge unterschiedlich ist. Bei der Ausführungsform gemäß 2 wird das Primärlicht 57 insgesamt also von dem ersten und dem zweiten Primärlicht 57-1 bzw. 57-2 gebildet.
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Das Primärlicht fällt im Strahlengang der Senderoptik auf einen Spiegel 63, der um eine Schwenkachse 64-1 zur Verschwenkung 64 angeregt werden kann um dadurch das Sichtfeld 50 mit dem Primärlichts 57 abzutasten.
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Bei der Ausführungsform gemäß 3 weist die Senderoptik 60 als Lichtquelleneinheit 65 nur zwei Lichtquellen, nämlich eine erste Lichtquelle 65-1 und eine zweite Lichtquelle 65-2 auf. Es können jedoch auch mehrere erste Lichtquellen 62-1 und/oder mehrere zweite Lichtquellen 65-2 vorgesehen sein. Darüber hinaus ist es denkbar, auch mehr als zwei Typen von Lichtquellen mit entsprechender Mehrzahl unterschiedlicher Wellenlängen.
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Die Wellenlängen der mehreren Sorten von Primärlicht 57-1 und 57-2 sind erfindungsgemäß so gewählt, dass sie zu unterschiedlichen Absorptionscharakteristika in Bezug auf Gewebe des menschlichen Auges führen.
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Die 4 und 5 zeigen schematische Querschnittsansichten der Pupillen 59 des menschlichen Auges mit Lichtflecken 59-1 und 59-2 für erstes Primärlicht 57-1 und zweites Primärlicht 57-2.
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4 demonstriert dabei das herkömmliche Vorgehen mit nur einer Sorte Primärlicht 57-1. Die Gesamtheit aller Lichtflecke 59-1 in der Ebene bei der Pupillen 59 führt zu einem identischen Absorptionsverhaltens und im ungünstigsten Fall zu einer maximalen Leistungsbelastung in der Ebene der Pupillen 59.
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Bei der Situation gemäß 5 wird dagegen das erfindungsgemäße Vorgehen mit zwei unterschiedlichen Sorten von Primärlicht 57 dargestellt. Die Lichtflecken 59-1 sind verursacht von erstem Primärlicht 57-1 mit einer ersten Wellenlänge, wogegen die Lichtflecken 59-2 verursacht sind von zweitem Primärlicht 57-2 mit einer zweiten Wellenlänge, die sich von der ersten Wellenlänge unterscheidet. Auf Grund der unterschiedlichen Wellenlängen mit entsprechend unterschiedlichen Absorptionscharakteristika ist eine Abstimmung derart möglich, dass ausschließlich eine Sorte 57-1 oder 57-2 Primärlicht 57 das Material der Pupille durch Leistungsabsorption belastet, wogegen die jeweils andere Sorte Primärlicht nicht oder zumindest geringer wechselwirkt mit dem Material der Pupille. Entsprechende Aussagen sind dann auch für andere Gewebe des menschlichen Auges ableitbar.
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Die 6 und 7 zeigen in schematischer Form unterschiedliche Ausgestaltungsmöglichkeiten der Empfängeroptik 30 zur Behandlung einer Mehrzahl von Wellenlängen im Sekundärlicht 58, welches zusammengesetzt ist aus erstem Sekundärlicht 58-1 - zumindest teilweise verursacht vom erstem Primärlicht 57-1 - und zweitem Sekundärlicht 58-2, welches zumindest teilweise verursacht ist vom zweiten Primärlicht 57-2.
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Bei der in 6 dargestellten Ausführungsform der Empfängeroptik 30 fällt das Sekundärlicht 58 mit den beiden Komponenten 58-1 und 58-2 insgesamt auf eine Primäroptik 34, zum Beispiel im Sinne eines Objektivs. Im Strahlengang folgt hinter dem Objektivs 34 ein in Bezug auf die Wellenlängen selektiver Spiegel 33 zur Aufspaltung des Sekundärlichts 58 die erste Komponente 58-1, für welche der Spiegel 33 durchlässig ist, und in die zweite Komponente 58-2, für welche der Spiegel 33 reflektierend ist. In Bezug auf den Spiegel 33 sind ein erster Detektor oder Sensor 22-1 und ein zweiter Detektor oder Sensor 22-2 einer Detektoranordnung oder Sensoranordnung 20 vorgesehen, und zwar für die transmittierte erste Komponente 58-1 des Primärlichts 58 bzw. für die reflektierte zweite Komponente 58-2 des Primärlichts 58.
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Durch diese Maßnahmen, nämlich das Vorsehen dezidierter Sensoren oder Detektoren 22-1 und 22-2 kann ein hohes Maß an Nachweisgenauigkeit erzielt werden, weil der jeweilige Sensor oder Detektor 22-1, 22-2 konkret im Hinblick auf das jeweilige Sekundärlicht 58-1 Beziehung 58-2 und dessen Wellenlänge konzipiert werden kann.
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Bei der Ausführungsform gemäß 7 findet nach dem Objektivs 34 keine Aufspaltung des Sekundärlichts 58 in das erste Sekundärlicht 58-1 und das zweite Sekundärlicht 58-2 statt. Das Sekundärlicht 58 beider Komponenten 58-1 und 58-2 fällt auf einen gemeinsamen Sensor oder Detektor 22 einer Detektoranordnung oder Sensoranordnung 20.
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Da bei diesem Vorgehen eine Aufspaltung des Sekundärlichts 58 mit dem Vorsehen der entsprechenden optischen Komponenten entfällt, ergibt sich eine besonders platzsparende Realisierung der Empfängeroptik 30.
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Diese und weitere Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden an Hand der folgenden Darlegungen weiter erläutert:
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Aktuelle LiDAR-Systeme 1 arbeiten mit nur einer Wellenlänge, diese kann bei zu hoher Leistung zu einer Gefährdung der Kornea oder der Retina - also von Horn- bzw. Netzhaut des Auges - führen, was zu entsprechenden Grenzwerten in der emittierbaren Lichtleistung führt, um die Augensicherheit sicherzustellen.
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Es existieren bisher jedoch keine Systeme, welche mehrere Wellenlängen in Kombination verwenden, um die ausgestrahlte Leistung insgesamt zu erhöhen, ohne dabei negativen Einfluss auf die Augensicherheit zu nehmen.
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Dies ist jedoch ein vielversprechender Ansatz um das Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) von LiDAR-Systemen zu erhöhen.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Leistungsfähigkeit bekannter LiDAR-Systeme mit einfachen Mitteln zu steigern, ohne dass Einbußen im Bereich der Augensicherheit in Kauf genommen werden müssen.
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Erfindungsgemäß wird dieses Ziel durch die gleichzeitige Verwendung mehrerer und insbesondere von zwei Wellenlängen erreicht.
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Nachfolgend werden beispielhaft zwei unterschiedliche Wellenlängen in der Verwendung behandelt, deren absorbierte Leistungen und folglich denkbare Schäden sich auf Grund unterschiedlicher Orte potentieller Absorption und somit Schädigung nicht überlagern oder addieren.
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Beispielsweise kann mit einer Laserlichtquelle 65-1 mit einer Wellenlänge im Bereich von 1550 nm gearbeitet werden, die lediglich die Kornea, also die Hornhaut des Auges, hinsichtlich ihres Absorptionsmaximums betrifft. Zusätzlich kann eine Laserlichtquelle 65-2 mit einer Wellenlänge kombiniert werden, welche hinsichtlich ihres Absorptionsmaximums lediglich die Retina, also die Netzhaut des Auges, betrifft, zum Beispiel im Bereich von etwa 905 nm.
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Da sich die Schäden nicht überlagern oder addieren, könne auch die Grenzwerte so betrachtet werden, als ob die jeweils andere Quelle nicht vorhanden wäre. Im Sinne einer Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses werden die beiden Laserwellenlängen in Kombination miteinander betrieben und verwendet.
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Als Vorteil ergeben sich höhere erlaubte Gesamtlaserleistungen im Sichtfeld 50 durch Kombination mehrerer Laserwellenlängen, welche nicht den gleichen Bereich des menschlichen Auges bedrohen, weil sie an unterschiedlichen Stellen oder Geweben maximal wechselwirken.
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2 zeigt die erste mögliche Ausführungsform, in der die Abtastpunkte des Sichtfeldes 50 abwechselnd bestrahlt werden. Dies hat zur Folge, dass die Pupille 59 des menschlichen Auges weniger Punkte der gleichen Wellenlänge erfährt oder sieht, wie dies im Zusammenhang mit 4 und 5 dargestellt ist. Somit steigt für jede Wellenlänge des ersten Primärlichts 57-1 und des zweiten Primärlicht 57-2 die zulässige Leistung.
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Dieser Ansatz ist sowohl für Flash-LIDAR als auch für abtastende oder scannende LiDAR-Systeme 1 möglich.
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Die zweite Ausführungsform ist die vollständige Überlagerung der Wellenlängen, d.h. jeder Punkt des Sichtfeldes 50 wird durch beide Wellenlängen des ersten Primärlichts 57-1 und des zweiten Primärlichts 57-2 überlagert. Dabei steigt die zulässige Leistung nicht, sie entspricht genau der Leistung eines Systems, welches nur eine Wellenlänge besitzt.
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Zur Auswertung stehen empfangsseitig dann aber die Leistungen beider Wellenlängen zur Verfügung, nämlich in Form des ersten Sekundärlichts 58-1 und des zweiten Sekundärlichts 58-2.
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Zusätzlich ist dieser Ansatz ein guter Trade-Off zwischen Performance und Wetterstabilität:
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Bei Laserwellenlängen, welche durch die Kornea, also durch die Hornhaut des Auges, absorbiert werden (z.B. 1550nm), dürfen prinzipiell höhere Leistungen verwendet werden. Diese Wellenlängen werden aber aus demselben Grund, nämlich durch die Absorption in Wasser, bei Regen nur sehr eingeschränkt bis gar nicht nutzbar sein.
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Wellenlängen welche auf die Retina treffen wie z.B. 905 nm, werden vom Wasser deutlich weniger absorbiert und sind daher wetterstabiler. Je nach Wetter kann mit diesem System also zwischen besserer Performance (1550 nm) und besserer Wetterstabilität zum Preis schlechterer Performance umgeschaltet werden.
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Konkret könnte dies bedeuten, dass bei gutem Wetter mit 1550 nm z.B. 150 m weit detektiert werden kann und bei schlechtem Wetter mit 905nm nur 80 m.
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Systeme mit nur einer Wellenlänge sind entweder gut bei gutem Wetter und ansonsten blind oder wetterstabiler aber besitzen eine schlechtere Performance
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Empfangsseitig können die beide Wellenlängen auf mehrere getrennte Detektoren 22-1 und 20-2 geleitet werden, um für jede Wellenlänge die optimale Lichtausbeute zu erhalten, d.h. heißt, es ist eine angepasste Detektoreffizienz ausbildbar.
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Dies kann über einen wellenlängenselektiven Spiegel 33 geschehen, wie dies im Zusammenhang mit der Empfängeroptik 30 aus 6 dargestellt ist.
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Alternativ kann ein einzelner und gemeinsamer Detektor 22 für mehrere Wellenlängen verwendet werden. Dies ist kostengünstiger, weil weniger optische Komponenten benötigt werden. Es bedeutet möglicherweise jedoch auch eine Verringerung der Lichtausbeute.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den wellenlängenselektiven Spiegel 33 vor dem Objektiv 34 anzubringen, um dann zwei getrennte Empfangsoptiken einsetzen zu können, welche jeweils auf die Wellenlänge optimiert sind. Dadurch steigt die optische Performance weiter, während die Kosten steigen.
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Bei allen Ansätzen kann es vorteilhaft sein, optische Filter vor den Detektoren 22, 22-1, 22-2 anzubringen, um zum Beispiel Hintergrundlicht zu blocken. Im Falle des einzelnen Detektors 22 muss dieses Filter dann mehrere Passbereiche haben, einen für jede Laserwellenlänge.
