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EINLEITUNG
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Die vorliegende Offenbarung betrifft die Kalibrierung und Ausrichtung eines kohärenten Lidar-Systems.
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Fahrzeuge (z. B. Automobile, Lastwagen, Baumaschinen, Landmaschinen, automatisierte Fabrikausrüstung) werden zunehmend mit Sensoren ausgestattet, die Informationen bereitstellen, um den Fahrzeugbetrieb zu verstärken oder zu automatisieren. Zu beispielhaften Sensoren gehören Funkerfassungs- und Entfernungsmesssysteme (Radarsysteme), Kameras, Mikrofone und Lichterfassungs-Systeme (LIDAR-Systeme). Ein beispielhaftes Lidar-System ist ein kohärentes Lidar-System, das ein frequenzmoduliertes Dauerstrichwellensignal (FMCW-Signal) überträgt und auf der optischen Kohärenz zwischen dem gesendeten Signal und einem Rücksignal beruht, das aus der reflektierten Streuung des übertragenen Signals durch ein Ziel resultiert, um die Erfassung des Ziels durchzuführen. Um eine zuverlässige Information von dem Lidar-System zu erhalten, wird eine geeignete Ausrichtung der Linsen, durch die Licht übertragen und das Rücksignal erhalten wird, und eine Kalibrierung der optischen Phasenmodulatoren, um das von den Photodetektoren erhaltene Signal zu maximieren, benötigt. Dementsprechend ist es wünschenswert, eine Kalibrierung und Ausrichtung des kohärenten Lidar-Systems bereitzustellen.
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US 2008 / 0018881 A1 beschreibt ein optisches Homodyn-Erkennungsschema für gechirptes FM-Lidar wird beschrieben. Das System führt das Entzirpen innerhalb eines Fotodetektors durch und erfordert keine Hochgeschwindigkeits-Foto- Detektion oder HF-Mischen.
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EP 1853952 B1 beschreibt einen berührungslosen optischen Präzisionssensor zum Messen von Entfernungen zu Objekten (Zielen) unter Verwendung von kohärenter optischer Erfassung und zwei Laserquellen in einer frequenzmodulierten (FM) Laserradarkonfiguration mit Gegen-Chirp.
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US 2017 / 0146335 A1 beschreibt eine optische Anordnung, ein Verfahren und ein Messsystem offengelegt werden. Die Anordnung umfasst einen ersten Eingang zum Empfangen eines ersten Strahls von einem frequenzgewobbelten Laser, einen zweiten Eingang zum Empfangen eines zweiten Strahls von einer Pumplaserquelle mit fester Frequenz.
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US 2011 / 0205523 A1 beschreibt Systeme und Verfahren zum Bestimmen eines gemessenen Abstands zwischen einem Messgerät und einem Objekt, wobei das System eine erste Laserquelle zum Erzeugen eines ersten Lichtstrahls mit einer ersten Wellenform und einer ersten Frequenz und eine zweite Laserquelle zum Erzeugen eines zweiten Lichtstrahls aufweist.
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EP 2620742 A1 beschreibt eine Absolut-Längenmessvorrichtung mit (a) einer Lichtquelle zum Erzeugen eines ersten Strahls und zumindest eines zweiten Strahls (b) einer Frequenzversatz-Erzeugungs-vorrichtung zum Erzeugen eines von null verschiedenen Frequenzversatzes zwischen den beiden Strahlen, (c) einer ersten Messstrecke, in der beim Betrieb der Absolut-Längenmessvorrichtung zumindest ein Teil zumindest eines der Strahlen läuft und (d) zumindest einem Detektor, der so angeordnet ist, dass auf ihm der erste und der zweite Strahl interferieren, so dass mindestens ein Schwebungssignal entsteht, anhand dessen eine absolute Länge der Messstrecke ermittelbar ist.
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KURZDARSTELLUNG
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In einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein Lidar-System eine Lichtquelle zum Erzeugen eines frequenzmodulierten Dauerstrichwellensignals (FMCW-Signals) und einen Wellenleitersplitter zum Aufteilen des FMCW-Signals in ein Ausgangssignal und ein Lokaloszillatorsignal (LO-Signal). Das Lidar-System beinhaltet auch einen Sendekoppler, um das Ausgabesignal zur Übertragung durch eine Sendelinse bereitzustellen, und eine Empfangslinse, um ein empfangenes Signal zu erhalten, das sich aus der Reflexion des Ausgabesignals durch ein Ziel ergibt, und es einem Empfangskoppler bereitzustellen. Ein Wellenleiterkoppler kombiniert das empfangene Signal und das LO-Signal und spaltet ein Ergebnis des Kombinierens in ein erstes kombiniertes Signal und ein zweites kombiniertes Signal auf. Ein erster Phasenmodulator stellt eine Phase des ersten kombinierten Signals ein und stellt ein erstes phasenmoduliertes Signal an einen ersten Photodetektor bereit. Ein zweiter Phasenmodulator stellt eine Phase des zweiten kombinierten Signals ein und stellt ein zweites phasenmoduliertes Signal an einen zweiten Photodetektor bereit. Ein Prozessor erhält ein erstes elektrisches Signal von dem ersten Photodetektor und ein zweites elektrisches Signal von dem zweiten Photodetektor und verarbeitet das erste elektrische Signal und das zweite elektrische Signal, um ein LIDAR-Ergebnis zu erhalten, das Information über das Ziel angibt.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale sind der erste Phasenmodulator und der zweite Phasenmodulator derart kalibriert, dass das erste phasenmodulierte Signal und das zweite phasenmodulierte Signal die gleiche Phase aufweisen.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Lidar-System eine zweite Lichtquelle, um ein Lichtsignal zu erzeugen.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Lidar-System auch einen zweiten Wellenleiterkoppler, um das durch die Empfangslinse zu sendende Lichtsignal gleichzeitig mit der Übertragung des Ausgabesignals durch die Sendelinse zu lenken, um die Ausrichtung der Sendelinse und der Empfangslinse während eines Ausrichtungsvorgangs zu erleichtern.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale leitet der zweite Wellenleiterkoppler das empfangene Signal während des normalen Betriebs zu dem Wellenleiterkoppler.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Lidar-System auch eine Sendestrahlsteuervorrichtung, um das durch die Sendelinse übertragene Ausgabesignal zu lenken, und eine Empfangsstrahlsteuervorrichtung, um das empfangene Signal auf die Empfangslinse zu richten.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist der Wellenleitersplitter so konfiguriert, dass er das meiste des FMCW-Signals als das Ausgabesignal aufteilt.
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Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist das Lidar-System in einem Fahrzeug angeordnet.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale stellt das Lidar-System einer Fahrzeugsteuerung die Information über das Ziel zur Verfügung, um den Betrieb des Fahrzeugs zu erweitern oder zu automatisieren.
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In einer anderen exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Zusammenbauen eines Lidar-Systems das Zusammenbauen einer Lichtquelle zum Erzeugen eines frequenzmodulierten Dauerstrichwellensignals (FMCW-Signal), Anordnen eines Wellenleitersplitters zum Erhalten und Aufteilen des FMCW-Signals in ein Ausgabesignal und ein Lokaloszillatorsignal (LO-Signal) und Anordnen eines Sendegitterkopplers, um das Ausgabesignal zur Übertragung durch eine Sendelinse bereitzustellen. Das Verfahren beinhaltet auch das Ausrichten einer Empfangslinse, um ein empfangenes Signal zu erhalten, das aus der Reflexion des Ausgabesignals durch ein Ziel resultiert, und es einem Empfangsgitterkoppler bereitzustellen, das Anordnen eines Wellenleiterkopplers, um das empfangene Signal und das LO-Signal zu erhalten und zu kombinieren und ein Ergebnis des Kombinierens zu einem ersten kombinierten Signal und einem zweiten kombinierten Signal zu teilen, und Konfigurieren eines ersten Phasenmodulators zum Einstellen einer Phase des ersten kombinierten Signals und zum Bereitstellen eines ersten phasenmodulierten Signals für einen ersten Photodetektor. Ein zweiter Phasenmodulator ist konfiguriert, um eine Phase des zweiten kombinierten Signals einzustellen und ein zweites phasenmoduliertes Signal an einen zweiten Photodetektor bereitzustellen, und ein Prozessor ist konfiguriert, um ein erstes elektrisches Signal von dem ersten Photodetektor und ein zweites elektrisches Signal von dem zweiten Photodetektor zu erhalten, und Verarbeiten des ersten elektrischen Signals und des zweiten elektrischen Signals, um ein LIDAR-Ergebnis zu erhalten, das Information über das Ziel angibt.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Verfahren ebenfalls das Kalibrieren des ersten Phasenmodulators und des zweiten Phasenmodulators, sodass das erste phasenmodulierte Signal und das zweite phasenmodulierte Signal die gleiche Phase aufweisen.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Verfahren ebenfalls das Anordnen einer zweiten Lichtquelle zur Erzeugung eines Lichtsignals.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Verfahren ferner das Anordnen eines zweiten Wellenleiterkopplers, um das durch die Empfangslinse zu sendende Lichtsignal gleichzeitig mit der Übertragung des Ausgabesignals durch die Sendelinse zu lenken, um die Ausrichtung der Empfangslinse und der Sendelinse während eines Ausrichtungsvorgangs zu erleichtern.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Verfahren weiterhin das Konfigurieren des zweiten Wellenleiterkopplers, um das empfangene Signal während des normalen Betriebs zu dem Wellenleiterkoppler zu richten.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Verfahren auch eine Sendestrahlsteuervorrichtung, um das durch die Sendelinse übertragene Ausgabesignal zu richten, und eine Empfangsstrahlsteuervorrichtung, um das empfangene Signal auf die Empfangslinse zu richten.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Verfahren auch das Konfigurieren des Wellenleitersplitters, um das meiste des FMCW-Signals als das Ausgabesignal aufzuteilen.
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In noch einer anderen exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein Fahrzeug ein Lidar-System, das eine Lichtquelle zum Erzeugen eines frequenzmodulierten Dauerstrichwellensignals (FMCW-Signal), einen Wellenleitersplitter zum Aufteilen des FMCW-Signals in ein Ausgabesignal und ein Lokaloszillatorsignal (LO-Signal) und einen Sendekoppler zur Bereitstellung des Ausgabesignals zur Übertragung durch eine Sendelinse, beinhaltet. Das Lidar-System beinhaltet auch eine Empfangslinse, um ein Empfangssignal zu erhalten, das aus der Reflexion des Ausgabesignals durch ein Ziel resultiert, und es einem Empfangskoppler zuzuführen, und einen Wellenleiterkoppler, um das empfangene Signal und das LO-Signal zu kombinieren und ein Ergebnis der Kombination in ein erstes kombiniertes Signal und ein zweites kombiniertes Signal aufzuteilen. Ein erster Phasenmodulator stellt eine Phase des ersten kombinierten Signals ein und stellt ein erstes phasenmoduliertes Signal an einen ersten Photodetektor bereit. Ein zweiter Phasenmodulator stellt eine Phase des zweiten kombinierten Signals ein und stellt ein zweites phasenmoduliertes Signal an einen zweiten Photodetektor bereit. Ein Prozessor erhält ein erstes elektrisches Signal von dem ersten Photodetektor und ein zweites elektrisches Signal von dem zweiten Photodetektor und verarbeitet das erste elektrische Signal und das zweite elektrische Signal, um ein LIDAR-Ergebnis zu erhalten, das Information über das Ziel angibt. Das Fahrzeug beinhaltet auch eine Fahrzeugsteuerung, um den Betrieb basierend auf den Informationen von dem Lidar-System zu erweitern oder zu automatisieren.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale sind der erste Phasenmodulator und der zweite Phasenmodulator derart kalibriert, dass das erste phasenmodulierte Signal und das zweite phasenmodulierte Signal die gleiche Phase aufweisen.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Fahrzeug auch eine zweite Lichtquelle, die konfiguriert ist, um ein Lichtsignal zu erzeugen und einen zweiten Wellenleiterkoppler, um das durch die Empfangslinse zu sendende Lichtsignal gleichzeitig mit der Übertragung des Ausgabesignal durch die Sendelinse zu lenken, um die Ausrichtung der Sendelinse und der Empfangslinse während eines Ausrichtungsvorgangs zu erleichtern, wobei der zweite Wellenleiterkoppler konfiguriert ist, um das empfangene Signal während des normalen Betriebs auf den Wellenleiterkoppler zu richten.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Fahrzeug auch eine Sendestrahlsteuervorrichtung, um das durch die Sendelinse übertragene Ausgabesignal zu richten, und eine Empfangsstrahlsteuervorrichtung, um das empfangene Signal auf die Empfangslinse zu richten.
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Die oben genannten Eigenschaften und Vorteile sowie anderen Eigenschaften und Funktionen der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen ohne weiteres hervor.
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Figurenliste
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Andere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen nur exemplarisch in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen, wobei sich die ausführliche Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, wobei gilt:
- 1 ist ein Blockdiagramm eines Szenarios, das ein kohärentes Chip-Scale-Lidar-System beinhaltet, das gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen ausgerichtet und kalibriert ist, und
- 2 ist ein Blockdiagramm eines kohärenten On-Chip-Lidar-Systems mit Merkmalen, die eine Kalibrierung und Ausrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen ermöglichen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Erfindung in ihren An- oder Verwendungen zu beschränken. Es sollte verstanden werden, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
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Wie zuvor erwähnt, kann ein kohärentes Lidar-System einer der Sensoren sein, die verwendet werden, um den Fahrzeugbetrieb zu erweitern oder zu automatisieren. Ausführungsformen der hierin ausführlich beschriebenen Systeme und Verfahren betreffen die Ausrichtung der Sende- und Empfangslinsen und die Kalibrierung von optischen Phasenmodulatoren im Empfangspfad des Lidar-Systems. Insbesondere müssen die Sendelinse und die Empfangslinse so ausgerichtet sein, dass sie bei einem gegebenen maximalen Betriebsbereich konvergieren. Während die Ausrichtung der Sendelinse aufgrund der Verfügbarkeit des von dem LIDAR-Chip-Koppler emittierten Sendelichts möglich ist, ist eine Ausrichtung der Empfangslinse zur richtigen Kopplung des Empfangslichts mit dem LIDAR-Photonikchip nicht ohne weiteres möglich, da die Lichtemissionen von dem Empfangskoppler in einem herkömmlichen Lidar-System nicht unterstützt wird. Um eine Ausrichtung zu erreichen, ist beispielsweise ein Testaufbau mit einer externen Lichtquelle erforderlich. Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen wird ein zusätzliches Koppler- und Wellenleiternetzwerk hinzugefügt, um die Übertragung von Licht durch den Empfangskoppler für Zwecke der Empfangslinsenausrichtung zu erleichtern. Sobald das Rücksignal erhalten wird, wird es mit einem Lokaloszillatorsignal (LO-Signal) in einem Wellenleiterkoppler kombiniert, der dann das kombinierte Signal in zwei oder mehr Signale aufteilt, die jeweils an einen Photodetektor geliefert werden. Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen sind optische Phasenmodulatoren in dem Pfad jedes dieser Signale von dem Wellenleiterkoppler zu dem jeweiligen Photodetektor kalibriert, um sicherzustellen, dass die von den Ausgaben der Photodetektoren erhaltene Amplitudendifferenz maximiert ist.
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Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform zeigt 1 ein Blockdiagramm eines Szenarios, das ein kohärentes Chip-Scale-Lidar-System 110 beinhaltet, das ausgerichtet und kalibriert ist. Das in 1 dargestellte Fahrzeug 100 ist ein Kraftfahrzeug 101. Ein kohärentes Lidar-System 110, das unter Bezugnahme auf 2 ausführlicher beschrieben wird, ist auf dem Dach des Kraftfahrzeugs 101 gezeigt. Gemäß alternativen oder zusätzlichen Ausführungsformen können ein oder mehrere Lidar-Systeme 110 an anderer Stelle in oder an dem Fahrzeug 100 angeordnet sein. Ein weiterer Sensor 115 (z. B. Kamera, Sonar, Radarsystem) ist ebenfalls gezeigt. Informationen, die von dem Lidar-System 110 und einem oder mehreren anderen Sensoren 115 erhalten werden, können an eine Steuerung 120 (z. B. eine elektronische Steuereinheit (ECU)) zur Bild- oder Datenverarbeitung, Zielerkennung und nachfolgenden Fahrzeugsteuerung geliefert werden.
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Die Steuerung 120 kann die Information verwenden, um ein oder mehrere Fahrzeugsysteme 130 zu steuern. In einer exemplarischen Ausführungsform kann das Fahrzeug 100 ein autonomes Fahrzeug sein, und die Steuerung 120 kann bekannte Fahrzeugbetriebssteuerung unter Verwendung von Informationen von dem Lidar-System 110 und anderen Quellen durchführen. In alternativen Ausführungsformen kann die Steuerung 120 den Fahrzeugbetrieb unter Verwendung von Informationen von dem Lidar-System 110 und anderen Quellen als Teil eines bekannten Systems (z. B. Kollisionsvermeidungssystem, adaptives Geschwindigkeitsregelungssystem, Fahreralarm) erweitern. Das Lidar-System 110 und ein oder mehrere andere Sensoren 115 können verwendet werden, um Objekte 140 zu erfassen, wie z. B. den Fußgänger 145, der in 1 gezeigt ist. Die Steuerung 120 kann eine Verarbeitungsschaltung beinhalten, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Hardware-Computerprozessor (gemeinsam genutzte oder dedizierte oder Gruppe) und einen Speicher beinhalten kann, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
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2 ist ein Blockdiagramm eines kohärenten On-Chip-Lidar-Systems 110 mit Merkmalen, die eine Kalibrierung und Ausrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen ermöglichen. Eine Lichtquelle 210 liefert ein FMCW-Signal 211 (d. h. ein optisches Signal) an einen Wellenleitersplitter 215. Die Lichtquelle 210 kann eine Laserdiode mit einer steuerbaren Stromquelle sein, die zum Modulieren der optischen Frequenz des von der Laserdiode ausgegebenen Lichts moduliert ist. Der Wellenleitersplitter 215 teilt das FMCW-Signal 211 in ein Ausgabesignal 220 und ein Lokaloszillatorsignal (LO-Signal) 230 auf. Der Wellenleitersplitter 215 kann das FMCW-Signal 211 gemäß exemplarischen Ausführungsformen nicht gleichmäßig teilen, sodass der Großteil des FMCW-Signals 211 (z. B. 90 Prozent) als das Ausgabesignal 220 bereitgestellt wird. Das Ausgabesignal 220 wird an einen Sendekoppler 222 (z. B. Gitterkoppler, Kantenkoppler) bereitgestellt und nach einer Kollimation durch eine Sendelinse 225 durch eine Sendestrahlsteuervorrichtung 223 gerichtet.
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Wenn das übertragene Ausgabesignal 220 auf ein Ziel 140 trifft, wird ein Teil des Streulichts durch das Lidar-System 110 über die Empfangsstrahlsteuervorrichtung 240 erhalten, die das empfangene Signal 250 zu der Empfangslinse 243 zum Koppeln in das Lidar-System 110 über den Empfangskoppler 245 (z. B. Gitterkoppler, Kantenkoppler) richtet. Der Sende- 222 und der Empfangskoppler 245 koppeln den Chip, auf dem das Lidar-System 110 hergestellt ist, mit freiem Raum. Das empfangene Signal 250 wird einem ersten Wellenleiterkoppler 260 bereitgestellt, der das empfangene Signal 250 einem zweiten Wellenleiterkoppler 265 bereitstellt. Der erste Wellenleiterkoppler 260 erleichtert das Ausrichtungsverfahren, das weiter ausführlich beschrieben wird.
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Der zweite Wellenleiterkoppler 265 kombiniert das empfangene Signal 250 und das LO-Signal 230 und teilt das Ergebnis in kombinierte Signale 267a, 267b (allgemein als 267 bezeichnet). Die optischen Phasenmodulatoren 270a, 270b (allgemein als 270 bezeichnet) arbeiten jeweils an jedem der kombinierten Signale 267a, 267b. Die resultierenden phasenmodulierten Signale 272a, 272b (allgemein als 272 bezeichnet) werden jeweils den Photodetektoren 275a, 275b (allgemein als 275 bezeichnet) bereitgestellt. Das LO-Signal 230 und das empfangene Signal 250 in jedem phasenmodulierten Signal 272a, 272b interferieren in jedem jeweiligen Photodetektor 275a, 275b. Jeder Photodetektor 275 kann zum Beispiel ein dual abgeglichener Germanium-auf-Silizium-Photodetektor (Ge-auf-Si-Photodetektor) sein. Das Ergebnis der Interferenz in jedem Photodetektor 275 ist ein elektrisches Signal 277a, 277b (allgemein als 277 bezeichnet), das auch als Taktsignal bezeichnet wird.
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Die zwei Photodetektoren 275 werden in Übereinstimmung mit einer bekannten symmetrischen Detektortechnik verwendet, um das Intensitätsrauschen in dem LO-Signal 230 (welches durch die Lichtquelle 210 verursacht wird und somit in dem Ausgangssignal 220 gleich ist) zu löschen, das beiden Photodetektoren 275 gemeinsam ist. Die elektrischen Ströme 277 von jedem der Photodetektoren 275 werden kombiniert und verarbeitet, um eine dreidimensionale Information wie die Entfernung zum Ziel 140 und die relative Geschwindigkeit des Ziels 140 zu dem Lidar-System 110 als eine Funktion von zweidimensionalen räumlichen Koordinaten zu erhalten, die durch die Sendestrahlsteuervorrichtung 223 und die Empfangsstrahlsteuervorrichtung 240 bereitgestellt werden. Die Verarbeitung kann beispielsweise innerhalb des Lidar-Systems 110 durch einen Prozessor 280 oder außerhalb des Lidar-Systems 110 durch die Steuerung 120 durchgeführt werden. Der Prozessor 280 kann Verarbeitungsschaltungen enthalten, die denen ähnlich sind, die für die Steuerung 120 erörtert wurden. Die Verarbeitung beinhaltet das Kombinieren der elektrischen Signale 277a, 277b von dem Photodetektor 275, um ein Ergebnis zu erhalten, das in 2 als X angezeigt ist.
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Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen sind die optischen Phasenmodulatoren 270 kalibriert. Die kombinierten Signale 267a, 267b können nicht phasenangepasst sein. Dies kann beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Längen von Wellenleitern zwischen dem zweiten Wellenleiterkoppler 265 und jedem Photodetektor 275a, 275b oder aufgrund von Fehlern in dem zweiten Wellenleiterkoppler 265 geschehen. Als Folge einer nicht übereinstimmenden Phase in den kombinierten Signalen 267a, 267b wird die zuvor beschriebene abgeglichene Erfassung nicht erreicht. Somit wird das relative Intensitätsrauschen (RIN) der Lichtquelle 210 nicht so stark wie möglich reduziert. Anschließend wird der System-Rauschabstand (SNR) aufgrund des Anstiegs des Rauschens und der Verringerung des Signalpegels verringert, und im Wesentlichen wird der System-SNR (d. h. SNR von X) nicht maximiert, wenn die elektrischen Signale 277a, 277b kombiniert und verarbeitet sind. Die Hinzufügung der Phasenmodulatoren 270 erleichtert ein Kalibrierungsverfahren gemäß Ausführungsformen. Das Kalibrierungsverfahren involviert das Ausführen eines beispielhaften Szenarios und das Einstellen der Phase bei den Phasenmodulatoren 270a, 270b, bis das SNR von X maximiert ist. Die Phase bei jedem der Phasenmodulatoren 270a, 270b, die zu einem maximalen SNR von X führt, wird in dem Live-Lidar-System 110 verwendet.
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Der Wellenleitersplitter 215 kann verwendet werden, um die Sendelinse 225 in Bezug auf den Sendekoppler 222 auszurichten, zusätzlich dazu, dass er während des normalen Betriebs des Lidar-Systems 110 zur Übertragung verwendet wird. Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen liefert eine zweite Lichtquelle 285 ein Ausrichtungssignal 255 an den ersten Wellenleiterkoppler 260 durch einen Koppler 290 (z. B. Gitterkoppler, Kantenkoppler) und erleichtert die Ausrichtung der Empfangslinse 243 mit dem Empfangskoppler 245. Das Ausrichtungssignal 255 wird durch den Empfangskoppler 245 ausgegeben, der während des normalen Betriebs nur Lichtsignale empfängt. Die Empfangslinse 243 wird dann in Bezug auf den Empfangskoppler 245 unter Verwendung dieser zweiten Lichtquelle 285 ausgerichtet, die von diesem Koppler 290 emittiert. Die zweite Lichtquelle 285 kann sich außerhalb des photonischen Chips befinden, auf dem sich die Lichtquelle 210 befindet. Somit leitet der Koppler 290 das Licht von der externen zweiten Lichtquelle 285, die das Licht möglicherweise nicht moduliert, zum Empfangskoppler 245.
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Basierend auf der Hinzufügung der zweiten Lichtquelle 285, um das Ausrichtungssignal 255 bereitzustellen, kann Licht sowohl durch die Sendelinse 225 (basierend auf der Lichtquelle 210) als auch die Empfangslinse 243 (basierend auf der zweiten Lichtquelle 285) ausgegeben werden. Das Ausgabesignal 220, das durch die Sendelinse 225 ausgegeben wird, und das Ausrichtungssignal 255, das durch die Empfangslinse 243 ausgegeben wird, erleichtern die Ausrichtung der Linsen, um sicherzustellen, dass beide Linsen (225, 243) mit ihren jeweiligen Kopplern (222, 245) sowie in Bezug aufeinander ausgerichtet sind, um den maximalen SNR bei dem maximal erfassbaren Bereich des Lidar-Systems 110 zu erhalten. Die Ausrichtung ist ein aktives Ausrichtungsverfahren, bei dem eine Rückkopplung verwendet wird, um kontinuierlich Einstellungen vorzunehmen, bis die Sendelinse 225 und die Empfangslinse 240 richtig ausgerichtet sind.
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Die meisten der in 2 gezeigten Komponenten können auf einem photonischen Chip hergestellt werden. So können beispielsweise die Laserdiode der Lichtquelle 210, der Wellenleitersplitter 215, der erste Wellenleiterkoppler 260, der zweite Wellenleiterkoppler 265, die Phasenmodulatoren 270, die Photodetektoren 275, der Sendegitterkoppler 222, der Empfangsgitterkoppler 245 und der Gitterkoppler 290 alle auf einem photonischen Chip gebildet werden.
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Während die obige Offenbarung mit Bezug auf exemplarische Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, dass unterschiedliche Änderungen vorgenommen und die einzelnen Teile durch entsprechende andere Teile ausgetauscht werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Darüber hinaus können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Materialsituation an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Daher ist vorgesehen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, aber alle Ausführungsformen beinhaltet, die in deren Umfang fallen.
