DE102017209748A1 - Method for providing a detection signal for objects to be detected - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung eines Detektionssignals für zu detektierende Objekte, wobei
- zwei erste Photonenpakete unterschiedlicher Wellenlänge mit verschränkten Photonenpaaren erzeugt werden und wobei
- Photonen eines der ersten Photonenpakete auf ein Objekt ausgesendet werden wobei
- das vom Objekt reflektierte Photonenpaket dann mittels Quantenverschränkung mit dem zweiten ersten Photonenpaket wechselwirkt und wobei
- das Detektionssignal basierend auf der Zeitdifferenz von Aussendung des ersten Photonenpakets auf das Objekt und Detektion einer Wechselwirkung zwischen den beiden Photonenpaketen erzeugt wird.
The invention relates to a method for providing a detection signal for objects to be detected, wherein
- Two first photon packets of different wavelengths are generated with entangled photon pairs and wherein
- Photons of one of the first photon packets are emitted to an object
- The photon packet reflected by the object then interacts by means of quantum entanglement with the second first photon packet and wherein
- The detection signal is generated based on the time difference of emission of the first photon packet to the object and detection of an interaction between the two photon packets.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung eines Detektionssignals für zu detektierende Objekte.The invention relates to a method for providing a detection signal for objects to be detected.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Sensorvorrichtung zur Bereitstellung eines Detektionssignals für zu detektierende Objekte.The invention also relates to a sensor device for providing a detection signal for objects to be detected.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus einen LIDAR-Scanner, insbesondere Mikroscanner.The invention also relates to a LIDAR scanner, in particular a microscanner.
Obwohl auf beliebige Sensorvorrichtungen anwendbar, wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf LiDAR-Makroscanner erläutert.Although applicable to any sensor devices, the present invention will be explained with respect to LiDAR macroscanners.
Bekannte LiDAR Makroscanner weisen beispielsweise einen Rotor auf, auf dem optische Elemente wie Lichtquelle und Detektor angeordnet sind. Weitere bekannte Scanner weisen nur einen Spiegel zur Strahlablenkung als rotierendes Element auf. In bekannter Weise wird mit einer gepulsten Lichtquelle, z. B. in Form eines Lasers ein Lichtstrahl ausgesandt und dessen Reflexion an einem Objekt detektiert, um den Abstand des Objekts anhand des reflektierten Lichts zu bestimmten. Hierzu kann der Makroscanner eine so genannte koaxiale Anordnung von Sende- und Empfangspfad aufweisen, bei der das reflektierte Licht über den Lichtpfad der aussendenden Optik geleitet wird. Um dann ausreichend Licht im Empfänger detektieren zu können, sind die optischen Komponenten insbesondere der Spiegel des Empfangspfads entsprechend groß gewählt. Bei einer Verwendung von biaxialen Anordnungen wird aufgrund der Linsengröße und des Abbildungsmaßstabs ein großes Detektorarray eingesetzt, um die optische Rauschleistung, bspw. durch Sonnenlicht oder anderen Fremdlichtquellen, zu reduzieren. Biaxiale Anordnungen mit statischen Empfangskanälen werden üblicherweise aus einem großen Winkelbereich beleuchtet und weisen ein niedriges Signal-zu-Rausch-Verhältnis und damit Reichweite auf.For example, known LiDAR macro scanners have a rotor on which optical elements such as light source and detector are arranged. Other known scanners have only one mirror for beam deflection as a rotating element. In a known manner, with a pulsed light source, for. B. in the form of a laser emits a light beam and its reflection detected on an object to determine the distance of the object based on the reflected light. For this purpose, the macroscanner may have a so-called coaxial arrangement of transmit and receive paths, in which the reflected light is conducted via the light path of the emitting optics. In order to then be able to detect sufficient light in the receiver, the optical components, in particular the mirror of the receiving path are selected to be correspondingly large. When using biaxial arrangements, a large detector array is used due to the lens size and the image scale in order to reduce the optical noise power, for example by sunlight or other extraneous light sources. Biaxial arrangements with static receive channels are usually illuminated from a wide range of angles and have a low signal-to-noise ratio and hence range.
Bei der Auslegung einer LiDAR-Sensorvorrichtung für Consumer- und Automotive-Produkte kann auch die Augensicherheit relevant sein.
Aus der
From the
Aus der
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In einer Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren zur Bereitstellung eines Detektionssignals für zu detektierende Objekte bereit, wobei
- - zwei erste Photonenpakete unterschiedlicher Wellenlänge mit verschränkten Photonenpaaren erzeugt werden und wobei
- - Photonen eines der ersten Photonenpakete auf ein Objekt ausgesendet werden wobei
- - das vom Objekt reflektierte Photonenpaket dann mittels Quantenverschränkung mit dem zweiten ersten Photonenpaket wechselwirkt und wobei
- - das Detektionssignal basierend auf der Zeitdifferenz von Aussendung des ersten Photonenpakets auf das Objekt und Detektion einer Wechselwirkung zwischen den beiden Photonenpaketen erzeugt wird.
- - Two first photon packets of different wavelengths are generated with entangled photon pairs and wherein
- - Photons of one of the first photon packets are emitted to an object
- - The photon packet reflected by the object then interacts by means of quantum entanglement with the second first photon packet and wherein
- - The detection signal is generated based on the time difference of emission of the first photon packet to the object and detection of an interaction between the two photon packets.
In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine Sensorvorrichtung zur Bereitstellung eines Detektionssignals für zu detektierende Objekte bereit, umfassend eine Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung zweier erster Photonenpakete unterschiedlicher Wellenlänge mit verschränkten Photonenpaaren, eine Sendeeinrichtung zur Aussendung eines der ersten Photonenpakete auf das Objekt, eine Empfangseinrichtung zum Empfangen des vom Objekt reflektierten Photonenpakets, eine Verschränkungseinrichtung zur Quantenverschränkung von empfangenem Photonenpaket und einem ersten Photonenpaket, und einen Detektor zur Erzeugung des Detektionssignals basierend auf der Zeitdifferenz von Aussendung des einen ersten Photonenpakets auf das Objekt und Detektion einer Wechselwirkung zwischen den beiden Photonenpaketen.In a further embodiment, the invention provides a sensor device for providing a detection signal for objects to be detected, comprising a generating device for generating two first photon packets of different wavelengths with entangled photon pairs, a transmitting device for transmitting one of the first photon packets to the object, a receiving device for receiving the photon packets reflected from the object, an entanglement device for quantum entanglement of received photon packet and a first photon packet, and a detector for generating the detection signal based on the time difference of emission of the first photon packet to the object and detection of an interaction between the two photon packets.
In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung einen LIDAR-Scanner, insbesondere Mikroscanner, bereit mit zumindest einer Sensorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5-12, wobei der LIDAR-Scanner einen mikromechanischen Spiegel zur Umlenkung eines der ersten Photonenpakete aufweist.In a further embodiment, the invention provides a LIDAR scanner, in particular a micro scanner, with at least one sensor device according to one of claims 5-12, wherein the LIDAR scanner has a micromechanical Mirror for deflecting one of the first photon packets has.
Mit anderen Worten stellen Ausführungsformen der Erfindung eine Sensorvorrichtung bereit, bei der verschränkte Photonenpaare mit zwei Wellenlängen verwendet bzw. genutzt werden und diese in zwei Photonenpakete - Sensorpaket und Beobachterpaket - aufgeteilt werden, von denen das Sensorpaket mit einer ersten Wellenlänge mit dem zu detektierenden Objekt wechselwirkt. Die Photonen des Sensorpakets übertragen mittels Quanten-Verschränkung Informationen der Quanten des Sensorpakets vom Sensorpaket auf die Quanten des zweiten Photonenpakets, also dem Beobachterpaket mit einer zweiten Wellenlänge. Die Zeit zwischen Aussendung des Sensorpakets und Detektion der Änderung des physikalischen Parameters im Beobachterpaket dient als Messsignal zur Bestimmung des Objektabstandes.In other words, embodiments of the invention provide a sensor device that uses entangled photonic pairs of two wavelengths and splits them into two photon packets - sensor packet and observer packet - of which the sensor packet interacts with the object to be detected at a first wavelength , By means of quantum entanglement, the photons of the sensor packet transmit information of the quanta of the sensor packet from the sensor package to the quanta of the second photon packet, ie the observer packet with a second wavelength. The time between transmission of the sensor packet and detection of the change of the physical parameter in the observer packet serves as a measurement signal for determining the object distance.
Unter dem Begriff „Black Silicon“ ist schwarzes Silizium zu verstehen.The term "black silicon" is to be understood as meaning black silicon.
Einer der erzielten Vorteile ist, dass die Augensicherheit verbessert werden kann, insbesondere in dem die Sendeleistung und/oder die Wellenlänge des ausgesendeten Pakets unabhängig von der Auslegung und/oder der spektralen Empfindlichkeit des Detektors erhöht oder allgemein gewählt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist die hohe Sensitivität, da ein völlig anderer Rausch-Leistungspfad genutzt wird. Ein weiterer Vorteil ist eine erhöhte Flexibilität, da auch ein bspw. flächiger Detektor bei einer biaxialen Anordnung verwendet werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Bauraum verkleinert werden kann, da kleinere Detektoren bzw. Detektionseinrichtungen bei gleichem Signal-zu-Rausch-Verhältnis verwendet werden können. Ebenso können einfachere Wellenlängenfilter verwendet werden, da schmalbandige, winkelunabhängige Wellenlängenfilter, die aufwendig zu fertigen sind, entfallen können.One of the advantages achieved is that the eye safety can be improved, in particular in that the transmission power and / or the wavelength of the emitted packet can be increased or generally selected independently of the design and / or the spectral sensitivity of the detector. Another advantage is the high sensitivity, since a completely different noise power path is used. A further advantage is increased flexibility, since it is also possible, for example, to use a planar detector in a biaxial arrangement. Another advantage is that the installation space can be reduced because smaller detectors or detection devices can be used with the same signal-to-noise ratio. Likewise, simpler wavelength filters can be used because narrow-band, angle-independent wavelength filters, which are expensive to manufacture, can be omitted.
Weitere Merkmale, Vorteile und weitere Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden beschrieben oder werden dadurch offenbar: Further features, advantages and further embodiments of the invention are described below or become apparent:
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung werden Photonen des vom Objekt reflektierten Photonenpakets mit erster Wellenlänge und Photonen eines Ausgangslichtstrahls mit Ausgangswellenlänge überlagert zur Erzeugung zweier zweiter Photonenpakete, eines mit erster Wellenlänge, eines mit zweiter Wellenlänge, mit jeweils verschränkten Photonenpaaren, wobei die beiden Photonenpakete mit Photonen zweiter Wellenlänge überlagert werden. Damit wird eine zuverlässige Wechselwirkung zwischen Photonenpaketen ermöglicht.According to a further advantageous embodiment, photons of the photon packet reflected by the object with the first wavelength and photons of an output light beam with output wavelength are superimposed to produce two second photon packets, one with the first wavelength, one with the second wavelength, each with entangled photon pairs, the two photon packets with photons second Wavelength are superimposed. This allows a reliable interaction between photon packets.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung zirkulieren Photonen der zweiten Wellenlänge des ersten Photonenpakets in einer Zirkulationseinrichtung für eine bestimmte Zeitspanne. Damit lässt sich auf einfache Weise erreichen, dass das Beobachterpaket bereitgehalten wird, bis das Sensorpaket vom Objekt reflektiert und vom Empfangspfad detektiert wurde. Mögliche Zeitspannen sind bspw. zwischen 1 ns und 200 ns, insbesondere zwischen 2 und 100ns, vorzugsweise zwischen 5 und 75ns.According to a further advantageous embodiment, photons of the second wavelength of the first photon packet circulate in a circulation device for a certain period of time. This can be achieved in a simple manner that the observer package is kept ready until the sensor package has been reflected by the object and detected by the receiving path. Possible time periods are, for example, between 1 ns and 200 ns, in particular between 2 and 100 ns, preferably between 5 and 75 ns.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird vor der Aussendung und/oder vor der Detektion die Polarisation eines Photonenpakets gedreht und/oder gefiltert. Damit lässt sich erreichen, dass nur Photonen einer bestimmten Polarisation in den Detektor gelangen bzw. ausgesendet werden, was die Detektion der Wechselwirkung zwischen Photonenpaketen gleicher Wellenlänge verbessert.According to a further advantageous development, the polarization of a photon packet is rotated and / or filtered before the emission and / or before the detection. This makes it possible to achieve that only photons of a specific polarization enter or be emitted into the detector, which improves the detection of the interaction between photon packets of the same wavelength.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfassen die Erzeugungseinrichtung und/oder die Verschränkungseinrichtung einen nicht-linearen optischen Kristall. Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass auf einfache und gleichzeitige zuverlässige Weise zwei Lichtstrahlen mit verschränkten Photonenpaaren erzeugt werden können. Umfassen die Erzeugungseinrichtung und die Verschränkungseinrichtung gemeinsam einen nicht-linearen optischen Kristall, wird also ein Lichtstrahl, Photonenpaket oder dergleichen mehrfach durch diesen geleitet, ist dies besonders kostengünstig.According to a further advantageous development, the generation device and / or the entanglement device comprise a non-linear optical crystal. One of the advantages achieved with this is that two light beams with entangled photon pairs can be generated in a simple and reliable manner simultaneously. If the generation device and the entanglement device together comprise a non-linear optical crystal, that is to say if a light beam, photon packet or the like is passed through it several times, this is particularly cost-effective.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der nicht-lineare optische Kristall aus insbesondere periodisch gepoltem Kaliumtitanylphosphat, Lithiumniobat und/oder strichgeometrischem Lithiumtantalat und/oder Bariumborat, Lithiumtriborat, Bismutborat und/oder Kaliumdihydrogenphosphat hergestellt. Auf diese Weise lässt sich in flexibler Weise ein nicht-linearer optischer Kristall herstellen.According to a further advantageous development, the nonlinear optical crystal is made of in particular periodically poled potassium titanyl phosphate, lithium niobate and / or linear geometric lithium tantalate and / or barium borate, lithium triborate, bismuth borate and / or potassium dihydrogen phosphate. In this way, a nonlinear optical crystal can be produced in a flexible manner.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Lichtquelle zur Erzeugung von gepulstem Licht ausgebildet. Mittels einer Lichtpulse erzeugenden Lichtquelle können auf einfache Weise Photonenpakete erzeugt werden, die einfacher zeitlich aufgelöst und damit gemessen werden können.According to a further advantageous development, the light source is designed to generate pulsed light. By means of a light pulse generating light source photon packets can be generated in a simple manner, which are easier resolved in time and thus can be measured.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Lichtquelle mittels einer pulsförmig modulierten Stromquelle steuerbar. Damit kann die Lichtquelle auf einfache Weise gesteuert werden.According to a further advantageous development, the light source can be controlled by means of a pulse-shaped modulated current source. Thus, the light source can be easily controlled.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist eine Zirkulationseinrichtung angeordnet, zur Zirkulation des Lichtstrahls mit Photonen der zweiten Wellenlänge eines der ersten Photonenpakete für eine bestimmte Zeitspanne, insbesondere in Form eines optischen Kreisels. Damit lässt sich auf einfache Weise erreichen, dass das Beobachterphotonenpaket bereitgehalten wird, bis das Sensorphotonenpaket vom Objekt reflektiert und vom Empfangspfad detektiert wurde.According to a further advantageous development, a circulation device is arranged for circulating the light beam with photons of the second wavelength of one of the first photon packets for a specific period of time, in particular in the form of an optical gyroscope. This allows for easy Make sure that the observer photon packet is kept ready until the sensor photon packet is reflected by the object and detected by the receiving path.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist zur Einkopplung und Auskopplung eines Photonenpakets aus der Zirkulationseinrichtung jeweils ein Koppler angeordnet. Damit lässt sich auf einfache Weise eine Ein- und Auskopplung eines Lichtstrahls aus der Zirkulationseinrichtung erreichen.According to a further advantageous development, a coupler is arranged in each case for coupling and decoupling a photon package from the circulation device. This makes it easy to achieve a coupling and decoupling of a light beam from the circulation device.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist der Koppler zur Auskopplung einen adaptiven Kopplungsfaktor auf, derart, dass die Intensität des gekoppelten Lichts im Wesentlichen konstant haltbar ist. Damit ist die Intensität des ausgekoppelten Lichts von der in der Zirkulationseinrichtung gespeicherten Energie unabhängig.According to a further advantageous embodiment, the coupler for decoupling on an adaptive coupling factor, such that the intensity of the coupled light is substantially constant. Thus, the intensity of the coupled-out light is independent of the energy stored in the circulation means.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weisen Zirkulationseinrichtung und Koppler zur Auskopplung einen anpassbaren Abstand zueinander zur Anpassung des Kopplungsfaktors auf. Damit lässt sich eine einfache und effektive Anpassung des Kopplungsfaktors erreichen. Alternativ oder zusätzlich ist auch eine Anpassung des Kopplungsfaktors elektro-optisch möglich, bspw. durch veränderte optische Materialeigenschaften des Kopplers. Darüber hinaus können auf Verstärker oder Abschwächung alternativ oder zusätzlich eingebracht werden. Es ist ebenso möglich, den Koppler zur Einkopplung entsprechend auszubilden, also bspw. den Einkopplungsfaktor anzupassen durch Anpassen des Abstands zwischen Zirkulationseinrichtung und Koppler zur Einkopplung. Alternativ oder zusätzlich ist auch eine Anpassung des Einkopplungsfaktors elektro-optisch möglich, bspw. durch veränderte optische Materialeigenschaften des Kopplers zur Einkopplung.According to a further advantageous development, the circulation device and coupler for decoupling have an adjustable distance from one another for adaptation of the coupling factor. This makes it possible to achieve a simple and effective adaptation of the coupling factor. Alternatively or additionally, an adaptation of the coupling factor is electro-optically possible, for example by changing the optical material properties of the coupler. In addition, amplifiers or attenuation can be introduced alternatively or additionally. It is also possible to design the coupler according to the coupling, that is, for example, to adjust the coupling factor by adjusting the distance between the circulation device and coupler for coupling. Alternatively or additionally, an adaptation of the coupling factor is electro-optically possible, for example by changing the optical material properties of the coupler for coupling.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Kopplungsfaktor des Kopplers zur Auskopplung mittels Veränderung seiner optischen Eigenschaften anpassbar. Dies kann bspw. durch Veränderung der Umgebungstemperatur, eines Stroms, einer Ladungsträgerdichte und/oder Brechungsindex erfolgen. Damit lässt sich eine schnelle und flexible Anpassung des Kopplungsfaktors erreichen.According to a further advantageous development of the coupling factor of the coupler for decoupling by changing its optical properties is adaptable. This can be done, for example, by changing the ambient temperature, a current, a charge carrier density and / or refractive index. This makes it possible to achieve a fast and flexible adaptation of the coupling factor.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist ein Absorber zumindest für Photonen des empfangenen Photonenpakets aus der Verschränkungseinrichtung angeordnet. Einer der erzielten Vorteile ist, dass damit auf einfache und zuverlässige Weise der Objektstrahl, also die Photonenpakete, die auf das Objekt ausgesendet werden und/oder von diesem reflektiert wurden, der aus der Verschränkungseinrichtung austritt, ausgeblendet werden kann.According to a further advantageous development, an absorber is arranged at least for photons of the received photon packet from the entanglement device. One of the advantages achieved is that in a simple and reliable manner, the object beam, that is to say the photon packets which are emitted onto the object and / or reflected by it, which emerges from the entanglement device, can be hidden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Absorber aus Black Silicon hergestellt. Damit kann Licht effektiv absorbiert werden.According to a further advantageous development of the absorber is made of black silicone. This allows light to be absorbed effectively.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist eine Empfangseinrichtung zum Empfangen von Objekten reflektierten Lichtstrahlen angeordnet, welche einen Frequenzfilter, insbesondere einen Bandpassfilter, aufweist, der zur Unterdrückung des ersten Referenzstrahls und zur Transmission des Objektstrahls ausgebildet ist. Ein möglicher Vorteil ist, dass Fremdlicht zuverlässig ausgeblendet werden kann. Dabei kann der Bandpassfilter zur Transmission von Licht der Wellenlänge des Objektstrahls +/- 10nm, insbesondere +/- 5nm, vorzugsweise +/- 2,5nm und/oder vorzugsweise +/-5%, insbesondere +/-2%, vorzugsweise +/- 1% ausgebildet sein.According to a further advantageous development, a receiving device for receiving objects of reflected light beams is arranged, which has a frequency filter, in particular a bandpass filter, which is designed to suppress the first reference beam and to transmit the object beam. A possible advantage is that extraneous light can be reliably faded out. In this case, the bandpass filter for transmitting light of the wavelength of the object beam +/- 10 nm, in particular +/- 5 nm, preferably +/- 2.5 nm and / or preferably +/- 5%, in particular +/- 2%, preferably + / - 1% be trained.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist eine Zeitdifferenzeinrichtung angeordnet, die einen digitalen Zähler aufweist, insbesondere gesteuert durch Taktquellen mit hoher Frequenz, und/oder eine Serienschaltung mehrerer digitaler Gatter, Damit ist eine besonders zuverlässige Messung der Zeitspanne möglich. Unter hohen Frequenzen sind hier Frequenzen im GHz-Bereich, vorzugsweise zwischen 1-300 GHz, insbesondere zwischen 5-100 GHz zu verstehen.According to a further advantageous embodiment, a time difference device is arranged, which has a digital counter, in particular controlled by clock sources with high frequency, and / or a series connection of several digital gates, Thus, a particularly reliable measurement of the time is possible. High frequencies are frequencies in the GHz range, preferably between 1-300 GHz, in particular between 5-100 GHz.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Detektoreinrichtung eine nichtlineare Detektionscharakteristik auf. Damit kann eine Übersteuerung des Detektors vermieden werden.According to a further advantageous development, the detector device has a non-linear detection characteristic. Thus, an override of the detector can be avoided.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen, und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention will become apparent from the subclaims, from the drawings, and from associated figure description with reference to the drawings.
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.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
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.Preferred embodiments and embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components or elements.
Dabei zeigen in schematischer Form
-
1 eine Sensorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
2 ein Messsignal einer Detektoreinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und -
3 Schritte eines Verfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
1 a sensor device according to a first embodiment of the present invention; -
2 a measurement signal of a detector device according to a second embodiment of the present invention; and -
3 Steps of a method according to a third embodiment of the present invention.
In
Zunächst wird ein Strahl
Der Laserstrahl
In einem zweiten Schritt werden der Strahl
Der Strahl
The
Das mittels des Kopplers
Die Photonen des Lichtstrahls
Im dritten Schritt werden die von der Empfangsoptik
Im vierten Schritt werden die aus dem Resonator ausgekoppelten Photonen des Lichtstrahls
Die in
In einem ersten Schritt
In einem zweiten Schritt
Mittels einer Sendevorrichtung und zusätzlich oder alternativ mit einer Ablenkvorrichtung werden dann Photonen des Sensorpaktes dem Messobjekt
In einem siebten Schritt
Zusammenfassend wird durch die Erfindung und insbesondere ihre Ausführungsformen und insbesondere durch die beschriebenen Ausführungsformen ein kompaktes, kostengünstiges und zuverlässiges LiDAR-Sensorsystem mit hoher Sensitivität und hoher Augensicherheit bereitgestellt. Im Detail ist dabei durch Trennung der Wellenlänge für die Beleuchtung des Objekts und die Detektion, beispielweise eine Optimierung auf Augensicherheit und/oder Maximierung der zulässigen Sendeleistung unabhängig von der Realisierung eines geeigneten Detektors möglich. Weiterhin ist eine Bandbreite eines im Detektionspfad angeordneten spektralen Filters nicht mehr rauschleistungsbestimmend und insbesondere damit unabhängig vom Sonnenlicht. Damit kann bspw. in einem biaxialen Detektionspfad ein flächiger Detektor verwendet werden bzw. mittels einer geeigneten Struktur in der integrierten Photonik das gesamte von der Empfangsoptik eingesammelte Licht einem Einzeldetektor zugeführt werden und somit ein Empfangsarray vermieden werden. Gleichzeitig kann auf einen sehr schmalbandigen, winkelunabhängigen jedoch komplizierten Wellenlängenfilter verzichtet werden.In summary, the invention, and in particular its embodiments, and in particular the embodiments described, provide a compact, cost-effective and reliable LiDAR sensor system with high sensitivity and high eye safety. In detail, by separating the wavelength for the illumination of the object and the detection, for example, an optimization of eye safety and / or maximizing the allowable transmission power regardless of the realization of a suitable detector possible. Furthermore, a bandwidth of a spectral filter arranged in the detection path is no longer determinative of the noise power and thus in particular independent of the sunlight. Thus, for example, a planar detector can be used in a biaxial detection path or the entire light collected by the receiving optics can be fed to a single detector by means of a suitable structure in the integrated photonics, thus avoiding a receiving array. At the same time can be dispensed with a very narrow-band, angle-independent, but complicated wavelength filter.
Darüber wird eine hohe Sensitivität ermöglicht, da vollständig anderer Rauschleistungspfad verwendet wird, was ein kompaktes LiDAR-System mit kleineren Linsen und ggf. mit Mikrospiegelablenkung ermöglicht, um komplexe Empfangsarrays verwendet werden können. Ebenso kann das LiDAR-System auch mit optischen Phasearrays kombiniert werdenThis provides high sensitivity by using a completely different noise performance path, allowing for a compact LiDAR system with smaller lenses and possibly micromirror deflection, for use with complex receiver arrays. Similarly, the LiDAR system can also be combined with optical phase arrays
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.Although the present invention has been described in terms of preferred embodiments, it is not limited thereto, but modifiable in a variety of ways.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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