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Die Erfindung betrifft ein LIDAR Messsystem.
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Im Stand der Technik sind LIDAR Messsysteme bekannt. Diese Systeme weisen eine Emitterelemente zur Aussendung Laserlicht sowie Sensorelemente zur Detektion reflektierter Anteile des ausgesendeten Laserlichts auf. Um einen möglichst großen Raumbereich betrachten zu können, wird das Laserlicht zumeist über rotierende Spiegel abgelenkt, sodass in einigen Fällen ein horizontaler Sichtbereich von 360° abgedeckt wird. Derartige Systeme weisen 50/50 Strahlteiler auf, bei denen lediglich 50% des ausgesendeten Laserlichts und 50% des eintreffenden reflektierten Anteils des Laserlichts auf die Sensorelemente trifft. In Summe gehen 75 % der Lichtleistung verloren. Des Weiteren verwenden derartige Systeme zumeist Avalanche Photo Diodes, APD, die auch als Lawinendioden bezeichnet werden. Diese APD benötigen eine Mindestmenge an eintreffendem Laserlicht um zufriedenstellende Messwerte zu liefern.
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Es ist somit Aufgabe eine LIDAR Messsystem bereitzustellen, welches die vorgenannten Probleme löst.
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Diese Aufgabe wird durch ein LIDAR Messsystem gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausführungsvarianten erläutert.
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Das LIDAR Messsystem ist insbesondere für Kraftfahrzeuge geeignet. Das Messsystem weist eine Sendeeinheit zum Aussenden von Laserlicht, eine Empfangseinheit zum Empfangen von Laserlicht, insbesondere dem an einem Objekt reflektierten Anteil des ausgesendeten Laserlichts, sowie eine Elektronik auf.
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Als Laserlicht werden vorzugsweise Laserpulse ausgesendet. Das Messsystem bestimmt die Laufzeit der Laserpulse um über die Lichtgeschwindigkeit den Abstand des Objekts zu ermitteln. Zudem wird durch das Messsystem die Richtung des Objekts bestimmt. Durch mehrfaches wiederholen eines solchen Messzyklus kann durch die Änderung des Abstands und / oder der Richtung des Objekts auch dessen Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung bestimmt werden.
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Die Sendeeinheit weist ein Emitterelement, ein Strahlformungselement sowie eine Ablenkelement auf.
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Das Emitterelement emittiert das Laserlicht, insbesondere den Laserpuls. Ein solches Emitterelement kann beispielsweise durch eine elektrisch gepulste Laserdiode oder durch einen passive Q-switched Microlaser ausgebildet sein. Eine elektrisch gepulste Laserdiode kann unter Verwendung eines Avalanche-Transistors und einer hohen Spannung Lichtpulse mit einer Dauer von einer Nanosekunde erzeugen. Der Passive Q-switched Microlaser weist einen Kristall auf, der mit einer kurzen Wellenlänge gespeist wird und dann Lichtpulse mit größerer Wellenlänge aussendet.
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Günstigerweise können an der Sendeeinheit mehrere Emitterelemente ausgebildet sein. Diese können beispielsweise gleichzeitig Laserlicht aussenden, um eine höhere Lichtleistung bereitzustellen. Alternativ können diese abwechselnd Laserlicht aussenden, um die thermische Belastung der einzelnen Bauteile zu verringern. Vorzugsweise sind ein oder mehrere Emitterelemente auf einem Sendechip ausgebildet.
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Das Ablenkelement dient der Ablenkung des Laserlichts in zumindest einer Dimension. Vorzugsweise wird die Richtung des Laserlichts in horizontaler Richtung geändert. Die Sendeeinheit kann dadurch verschiedene Raumwinkel des Raumbereichs nacheinander beleuchten und dadurch einen Scanvorgang bereitstellen. Insbesondere ist ein solches Ablenkelement durch einen MEMS Spiegel ausgebildet. MEMS steht für Mikroelektromechanisches System. Derartige Spiegel können Größen von etwa ein bis fünf Millimeter aufweisen und sind gegenüber den klassischen rotierenden Spiegeln kostengünstiger, robuster und Genauer.
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Das Strahlformungselement kann beispielsweise durch eine oder mehrere Optikelemente ausgebildet sein. Das Strahlformungselemente kann beispielsweise als Kollimator ausgebildet sein. Günstigerweise formt das Strahlumformungselement den Querschnitt des von dem Emitterelement kommenden Laserlicht, der beispielsweise kreisförmig oder elliptisch ist, in einen Lichtbalken um. Das Strahlformungselement ist in dem Strahlengang des Laserlichts vorzugsweise zwischen dem Emitterelement und dem Ablenkelement angeordnet. Der Lichtbalken erstreckt sich vorzugsweise in vertikaler Richtung, also parallel zu einer Rotationsachse des Ablenkelements.
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Das Laserlicht wird somit von dem Strahlumformungselement in vertikaler Richtung aufgeweitet und kann sodann von dem Ablenkelement in unterschiedliche horizontale Richtungen ausgesendet werden. Dadurch kann ein großer Raumbereich beleuchtet werden. Insbesondere erfolgt die Aufweitung des Laserlichts in einer Richtung Quer zur Ablenkrichtung des Ablenkelements.
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Die Empfangseinheit weist mehrere Sensorelemente sowie eine Empfangsoptik auf.
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Die Sensorelemente sind vorzugsweise an einem Empfangschip ausgebildet. Beispielsweise sind die Sensorelemente durch Silizium Photomultiplier, SiPM, ausgebildet. Ein solcher SiPM ist im Vergleich zu APDs kostengünstig, kann mit geringerer Spannung betrieben werden und ist zudem kleiner.
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Ein solcher SiPM weist günstigerweise eine Mehrzahl an Single Photon Avalanche Diode, SPAD, aus. Bei einer solchen SPAD kann bereits ein einzelnes Photon einen Lawineneffekt auslösen. Eine solche SPAD muss nach dem Auslösen für eine Zeitdauer von etwa 10 bis 50 ns wieder aufgeladen werden. Innerhalb der Zeitdauer für das Aufladen kann diese SPAD kein weiteres Photon detektieren. An der SiPM kann somit ein Teil der SPAD ausgelöst sein, wobei ein Teil der SPAD aufgeladen ist und ein eintreffendes Photon detektieren kann. Insbesondere kann eine SPAD und dementsprechend auch der SiPM im Gegensatz zu einer APD Laserpulse von unter fünf Nanosekunden detektieren. Dementsprechend können kürzere Laserpulse mit höherer Lichtleistung verwendet werden, wodurch sich die Messreichweite erhöht.
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Die Empfangsoptik ist im Strahlengang vor den Sensorelementen angeordnet und leitet eintreffendes Licht von einem großen Raumbereich auf die Sensorelemente. Der Raumbereich, den die Empfangsoptik einfängt liegt vorzugsweise in der Größenordnung des Raumbereichs, in den die Sendeeinheit ausstrahlen kann oder ausstrah lt.
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Die Sensorelemente sind vorzugsweise in Zeilen und Spalten angeordnet und bilden ein Array aus. Beispielhaft sei eine Konfiguration mit 32 Zeilen und 32 Spalten von SiPM gewählt. Die Optik bildet jedes Sensorelement anhand dessen Position gegenüber der Optik auf einen bestimmten Raumwinkel ab. Das bedeutet, dass jedes Sensorelement einen anderen Raumwinkel des Raumbereichs betrachtet. Dadurch kann unterschiedene werden, aus welcher Richtung des Raumbereichs ein eintreffendes Laserlicht kommt.
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Die Sensorelemente sind günstigerweise einzeln aktivierbar und deaktivierbar. Dadurch können genau die Sensorelemente aktiviert werden, die dem Raumwinkel zugehörig sind, in den das Laserlicht ausgesendet wurde. Wird ein vertikaler Lichtbalken in eine bestimmte horizontale Richtung ausgesendet, so sind mit Vorteil ausschließlich die Sensorelemente aktiv, die den zugehörigen Raumwinkel betrachten. In diesem Fall eine, zwei oder mehrere Spalten von Sensorelementen, die der horizontalen Richtung zugehören. Durch das gezielte Aktivieren von Sensorelementen kann der Einfluss von Hintergrundstrahlung auf die Messdaten, beispielsweise von Sonnenlicht, verringert werden.
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Durch die Wahl und Anordnung der Komponenten von Sendeeinheit und Empfangseinheit, insbesondere die optischen Komponenten, kann der Raumbereich angepasst werden. Beispielsweise kann ein großer Raumbereich betrachtet werden, um einen Großteil der Umgebung abzutasten, oder es kann ein kleiner Raumbereich gewählt werden, um eine Fahrgasse des Kraftfahrzeugs mit hoher Auflösung abzutasten. Insbesondere können sich dadurch auch die Auflösung und die Genauigkeit der Messdaten gezielt ausgewählt werden.
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Das Ausleseelement ist beispielsweise durch einen Time to Digital Converter, TDC, ausgebildet. Ein solcher TDC überwacht einen Analogen Schwellwert des Sensorelements. Sobald dieser Schwellwert durch das Auslösen des Sensorelements überschritten wird, bestimmt der TDC den Zeitpunkt der Schwellwertüberschreitung. Ein solcher TDC kann mit Auflösungen von 50 Picosekunden arbeiten. Mithilfe des Zeitpunkts der Schwelwertüberschreitung und der Zeitdauer seit dem Aussenden des Lichtpulses kann der Abstand des Objekts auf wenige Zentimeter genau bestimmt werden.
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Das Messsystem weist zudem eine Elektronik auf, die unter anderem den Messablauf des Messsystems steuert und die Messdaten der Empfangseinheit auswertet.
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Die Elektronik ist vorzugsweise über das gesamte Messsystem verteilt, sodass auch Komponenten der Elektronik an der Sendeeinheit und an der Empfangseinheit ausgebildet sind. Dies kann beispielsweise ein Treiber für das Emitterelement oder auch das Ausleseelement sein. Die Messdaten des Ausleseelements werden über die Elektronik weiterverarbeitet. Insbesondere wird die Entfernung des Objekts und die Richtung, in der sich das Objekt befindet, bestimmt. Gegebenenfalls kann auch eine Bewegung und eine Bewegungsrichtung des Objekts ermittelt werden.
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Im Weiteren sind vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten des LIDAR Messsystems erläutert.
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Mit Vorteil ist das Emitterelement durch eine elektrisch gepulste Laserdiode oder durch einen passive Q-switched Microlaser ausgebildet.
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Dies ermöglicht das Aussenden von Laserpulsen mit unter fünf nanosekunden Pulsbreite. Insbesondere lässt sich dadurch die Pulsleistung erhöhen und dementsprechend auch die Messdistanz vergrößern.
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Es wird weiter vorgeschlagen, dass das Ablenkelement durch einen MEMS-Spiegel ausgebildet ist.
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Ein solcher MEMS-Spiegel ist im Vergleich zu herkömmlichen Systemen mit rotierenden Spiegelsystemen kostengünstig, kompakt, Wartungsfrei und genau. Eine Aufweitung des Laserpulses in horizontaler Richtung durch die Bewegung des MEMS-Spiegels während dem Aussenden kann aufgrund der kurzen Pulsbreite vernachlässigt werden.
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In einer Ausführungsvariante weist die Sendeeinheit ein Positionserkennungselement zur Detektion des ausgesendeten Laserlichts und / oder zur Ermittlung der Richtung des ausgesendeten Laserlichts auf.
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Ein solches Positionserkennungselement kann zudem den Zeitpunkt der Aussendung des Laserpulses bestimmen, der für die Laufzeitmessung benötigt wird. Alternativ kann das Aussenden des Laserpulses über den Treiber des Emitterelements ermittelt werden. Die letztere Variante beinhaltet jedoch eine zeitliche Ungenauigkeit aufgrund der Funktionsweise des Treibers. Insbesondere kann der Zeitpunkt der Aussendung des Laserpulses trotz gleicher Ansteuerung des Treibers für aufeinanderfolgende Laserpulse leicht variieren.
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Das Positionserkennungselement ermittelt zudem die Richtung, in die das Laserlicht ausgesendet wird. Diese Richtungsinformation wird sodann durch die Elektronik verarbeitet und es werden die Sensorelementen zu den korrekten Zeiten aktiviert, an denen ein eintreffendes Laserlicht zu erwarten ist. Das Positionserkennungselement kann beispielsweise einen Anteil des Laserlichts verwenden, der an einer Abdeckscheibe des Messsystems reflektiert wird.
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Mit besonderem Vorteil sind die Sensorelemente an einem Empfangschip der Empfangseinheit ausgebildet.
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Hierdurch kann die Anordnung der Sensorelemente zueinander bereitgestellt werden. Zudem ist eine Herstellung des Empfangschips mit den Sensorelementen auf Siliziumbasis besonders günstig.
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Es wird weiter vorgeschlagen, dass die Sensorelemente an dem Empfangschip in einer Ebene ausgebildet sind.
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Die Sensorelemente sind durch die Anordnung in der Ebene in Verbindung mit der Empfangsoptik jeweils einem bestimmten Raumwinkel zugewiesen. Durch die gesteuerte Aktivierung der Sensorelemente können die Effekte der Umgebungsstrahlung besonders gut verringert werden.
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Mit besonderem Vorteil sind die Sensorelemente an dem Empfangschip in Zeilen und Spalten angeordnet.
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Die Anordnung in Zeilen und Spalten stellt eine eindeutige und vorteilhafte Aufteilung des Raumbereichs auf die Sensorelemente bereit.
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In einer Ausgestaltungsvariante ist jedes Sensorelement einzeln aktivierbar, sodass in Verbindung mit der Empfangsoptik der durch die Empfangseinheit betrachtete Raumwinkel innerhalb des Raumbereichs wählbar ist.
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Insbesondere ist jedes Sensorelement einzeln aktivierbar. Mit Vorteil sind auch Gruppen von Sensorelementen gemeinsam aktivierbar. Bei der Aussendung von Lichtpulsen in Form von vertikalen Lichtbalken, wäre es von Vorteil die Sensorelemente in einer Spalte als Gruppe gleichzeitig zu aktivieren.
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Günstigerweise ist das Ausleseelement durch einen Time to Digital Converter ausgebildet.
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Der Time to Digital Converter ermöglicht die Ermittlung des Zeitpunkts des Auslösens eines Sensorelements. Insbesondere ist jedes Sensorelement mit einem Time to Digital Converter zum Auslesen verbunden. Das Scanverfahren kann jedoch so gewählt werden, dass beispielsweise immer eine Zeile von Sensorelementen nach der anderen oder eine Spalte von Sensorelementen nach der anderen nacheinander aktiv sind. Bei der Spaltenweisen aufeinanderfolgenden Aktivierung der Sensorelemente sind günstigerweise alle Sensorelemente einer Zeile mit dem Time to Digital Converter verbunden. Der Time to Digital Converter kann ausschließlich die Sensorelemente auslesen, die auch aktiv sind.
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Es wird weiter vorgeschlagen, dass an dem Messsystem mehrere Empfangseinheiten ausgebildet sind, die verschiedene Raumbereiche betrachten.
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Die Raumbereiche verschiedener Empfangseinheiten können sich dabei vollständig, teilweise oder gar nicht überlappen.
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Das Emitterelement sendet vorzugsweise Laserlicht in einen Raumbereich aus, der der alle Raumbereiche der einzelnen Empfangseinheiten abdeckt. Dadurch kann jede Empfangseinheit die reflektierten Anteile des ausgesendeten Laserlichts detektieren.
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Beispielsweise ist eine erste Empfangseinheit dazu ausgebildet einen Fahrkorridor des Kraftfahrzeugs mit hoher Auflösung zu betrachten. Demgegenüber betrachtet eine zweite Empfangseinheit einen größeren Raumbereich, um Objekte in der Umgebung detektieren zu können. Hierfür kann eine geringere Auflösung verwendet werden. Mit Vorteil sind die Komponenten der Empfangseinheiten im Wesentlichen identisch, insbesondere die Empfangschips. Durch die Verwendung einer anderen Empfangsoptik und / oder einer geänderten Relativanordnung gegenüber dem Empfangschip kann der betrachtete Raumbereich gewählt werden.
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Das LIDAR Messsystem wird im Weiteren beispielhaft anhand mehrerer Figuren ausführlich erläutert. Es zeigen:
- 1 Aufbau eines LIDAR Messsystems;
- 2 schematische Darstellung einer Sendeeinheit;
- 3 schematischer Darstellung einer Empfangseinheit;
- 4 Draufsicht auf einen Empfangschip;
- 5 weitere Variante eines Aufbaus eines LIDAR Messsystems.
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In der 1 ist der Aufbau eines LIDAR Messsystems 10 gezeigt. Das Messsystem 10 umfasst eine Sendeeinheit 12 sowie eine erste Empfangseinheit 14 und eine zweite Empfangseinheit 16. Des Weiteren weist das Messsystem 10 eine Elektronik auf, deren Komponenten zum Teil an der Sendeeinheit 12 und den Empfangseinheiten 14, 16 ausgebildet sind. Das Messsystem 10 ist insbesondere für ein Kraftfahrzeug geeignet, insbesondere für Fahrerassistenzsystem oder für autonomes fahren.
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Die Sendeeinheit 12 sendet ein Laserlicht 18 in Form von Lichtpulsen aus. Das Laserlicht kann an einem Objekt 20 reflektiert werden, wobei die reflektierten Anteile des Laserlichts durch die jeweilige Empfangseinheit 14, 16 detektiert werden kann.
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Die Sendeeinheit 12 umfasst ein Emitterelement 22 zum Aussenden des Laserlichts 18, ein Strahlformungselement 24 zur Formung des Laserlichtquerschnitts sowie ein Ablenkelement 26 zur Ablenkung des Laserlichts. Das Emitterelement 22 ist durch eine elektrisch gepulste Laserdiode oder durch einen passive Q-switched Microlaser ausgebildet. Diese wird durch einen Lasertreiber 28 getrieben. Die ausgesendeten Laserpulse weist im Wesentlichen einen kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt auf. Der Querschnitt des Laserlichts wird über durch das Strahlformungselement 24 in einen vertikalen Lichtbalken 30 umgeformt. Dies kann beispielsweise durch eine oder mehrere Optiken erreicht werden. Der Lichtbalken 30 ist in der 2 schematisch dargestellt.
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Das Laserlicht wird sodann über das Ablenkelement 26 in einen bestimmten Raumbereich 31 ausgesendet, der in eine Mehrzahl an Raumwinkeln 32 unterteil ist. In solches Ablenkelement 26 ist beispielsweise durch einen MEMS Spiegel ausgebildet, der von einem Spiegelsteuerelement 34 gesteuert wird. Das Ablenkelement 26 kann durch das Steuerelement 34 gedreht werden, wodurch das Laserlicht in verschiedene Raumwinkel 32 ausgestrahlt werden kann. Beispielhaft sind in der 2 die Raumwinkel 32a, b, c und d dargestellt.
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Des Weiteren weist die Sendeeinheit 12 ein Positionserkennungselement 36 auf. Das Positionserkennungselement 36 ermittelt einerseits den Zeitpunkt, zu dem der Laserpuls 18 ausgesendet wird und andererseits die Richtung in welche dieser ausgesendet wird, also den Raumwinkel 32. Durch das Ablenkelement 26 wird der horizontale Raumwinkel 32 ausgewählt, wobei die Formung des Laserpulses zu einem Lichtbalken 30 den gesamten vertikalen Winkelbereich des Raumbereichs 31 abdeckt.
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Die Empfangseinheiten 14 und 16 weisen im Wesentlichen dieselben Komponenten auf, weshalb hier lediglich eine Empfangseinheit stellvertretend für beide Empfangseinheiten erläutert wird. Den Komponenten der ersten Empfangseinheit 14 wird in der 1 ein a und den Komponenten der zweiten Empfangseinheit 16 wird ein b an das Bezugszeichen angehängt.
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Die Empfangseinheit 14 weist einen Detektor 38 und eine Empfangsoptik 40 auf. Der Detektor 38 ist durch einen Empfangschip 42 ausgebildet, an dem mehrere Sensorelemente 44 ausgebildet sind, siehe auch 3 und 4. Die 4 zeigt lediglich einen Teil des Empfangschips 42.
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Die Sensorelemente 44 sind hierbei durch SiPM ausgebildet, die jeweils eine Vielzahl an SPAD aufweisen. Die SPAD der Sensorelemente können bereits durch ein einziges Photon ausgelöst werden. Dadurch kann jedes das Sensorelement 44 eintreffendes Laserlicht 18 detektieren.
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Die Sensorelemente 44 sind an dem Empfangschip 42 in Zeilen und Spalten angeordnet. Zudem sind die Sensorelemente 44 in einer Ebene des Empfangschips 42 angeordnet. Die Empfangsoptik 40 leitet eintreffendes Licht auf den Empfangschip 42, sodass die Sensorelemente 44 beleuchtet werden. Die Empfangsoptik 40 und die Anordnung der Sensorelemente 44 sorgen für eine Aufteilung des betrachteten Raumbereichs. Insbesondere ist jedes der Sensorelemente 44 über die Empfangsoptik 40 einem bestimmten Raumwinkel 32 zugewiesen. Dies ist insbesondere anhand der 3 deutlich zu erkennen, in der die Raumwinkel 32 a - d beispielhaft eingezeichnet sind.
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Ein eintreffender Laserpuls 46 ist dabei beispielhaft in der 4 eingezeichnet. Der Laserbalken erstreckt sich in horizontaler Richtung, sodass dieser eine Spalte an Sensorelementen 44 abdeckt. Gegebenenfalls kann der eintreffende Laserpuls 46 auch zwei oder mehr Spalten von Sensorelementen 44 beleuchten. Durch Rotation des Ablenkelements 26 kann der Raumwinkel 32 in den das Laserlicht ausgestrahlt wird gewählt werden, wobei an der Empfangseinheit jeweils dem Raumwinkel 32 korrespondierende Sensorelemente 44 beleuchtet werden.
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Diese gezielte Aktivierung von Sensorelementen 44 verringert den Einfluss von Umgebungsstrahlung, beispielsweise Sonnenstrahlung, welche die Sensorelemente 44 ebenfalls auslösen kann. Für die gezielte Aktivierung der Sensorelemente 44 weist die Empfangseinheit 14, 16 ein Sensorsteuerelement 48 auf. Dieses Sensorsteuerelement 48 ist Teil der Elektronik. Dabei ist das Positionserkennungselement 36 mit dem Sensorsteuerelement 48 verbunden und überträgt den Zeitpunkt der Aussendung des Laserpulses sowie die Richtung, also den Raumwinkel 32, in den dieser ausgesendet wurde. Das Sensorsteuerelement 48 ermittelt daraus die Teilmenge der Sensorelement 44, welche dem Raumwinkel zugehörig sind, und wann diese zu aktivieren sind. Dadurch sind lediglich die beleuchteten Sensorelemente 44 aktiv. Zudem sind die Sensorelemente 44 nur dann aktiv, wenn auch ein Laserlicht eintreffen kann.
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Die Sensorelemente 44 sind zum Auslesen der Messdaten mit einem TDC 50, Time to Digital Converter, verbunden. Jedes Sensorelement 44 ist mit einem TDC 50 verbunden. Ein TDC 50 kann jedoch nur aktive Sensorelemente 44 auslesen. Die Sensorelemente 44 können beispielsweise durch Anlegen einer Vorspannung aktiv geschaltet werden. Sofern mehrere Sensorelemente 44 gleichzeitig aktiv sind und zudem mit einer TDC verbunden sind, liest der TDC 50 beide Sensorelemente aus. Der TDC 50 kann hierbei aber nicht zuordnen, von welchem Sensorelement das eintreffende Photon stammt.
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In der 4 ist gezeigt, dass eine TDC 50 mit allen Sensorelementen 44 einer Spalte verbunden ist. Demnach werden lediglich die Sensorelemente 44 durch die TDC 50 ausgelesen, die aktiv sind. Über die Kenntnis, welche Spalte von Sensorelementen 44 aktiv ist, kann ermittelt werden, unter welchem horizontalen Winkel das Laserlicht eintrifft. Über die TDC kann die Zeile von Sensorelementen 44 ermittelt werden, in welcher Zeile das Laserlicht eingetroffen ist. Aus der Zeile kann wiederrum auf den vertikalen Winkel, unter dem das Laserlicht eingetroffen ist, geschlossen werden kann.
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Ein Messvorgang umfasst mehrere Messzyklen. Bei einem Messvorgang kann beispielsweise bei jedem Messzyklus Laserlicht in einen anderen Raumwinkel ausgestrahlt werden. Über den Messzyklus ist bestimmt, unter welchem horizontalen Winkel das Objekt positioniert ist. Über die TDC ist der vertikale Winkel festgelegt. Zudem kann über die Laufzeit des Laserpulses der Abstand ermittelt werden. Bei einem Messzyklus wird jeder Messvorgang vorzugsweise mehrfach durchgeführt, um ein verlässliches Ergebnis zu erreichen.
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Die Messdaten, welche von den TDC ermittelt werden, werden an das Auswerteeinheit 52 übertragen. Die Auswerteeinheit ist ein Teil der Elektronik. Insbesondere speichert jeder TDC die Messdaten in ein Speicherelement der Auswerteeinheit 52. Mit dem Ende eines Messzyklus oder Messvorgangs wertet die Auswerteeinheit die Messdaten aus, wodurch die LIDAR Rohdaten 54 bereitgestellt werden. Die LIDAR Rohdaten 54 können unter anderem den Winkel, den Abstand, die Bewegungsrichtung und / oder die Geschwindigkeit des Objekts enthalten. Diese Rohdaten 54 können über eine Datenverbindung an eine Elektronik des Kraftfahrzeugs weitergegeben werden. Das Kraftfahrzeug kann die Rohdaten 54 sodann weiterverarbeiten.
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Die erste Empfangseinheit 14 und die zweite Empfangseinheit 16 sind ähnlich ausgebildet. Insbesondere weisen diese im Wesentlichen dieselben Komponenten auf. Die Komponenten, insbesondere die Optik und deren Anordnung, sind an der jeweiligen Empfangseinheit zumindest soweit unterschiedlich ausgebildet, dass die erste Empfangseinheit 14 und die zweite Empfangseinheit 16 unterschiedliche Raumbereiche 31 abdecken.
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Beispielsweise deckt die erste Empfangseinheit 14 einen vorderen oder hinteren Fahrkorridor des Kraftfahrzeugs ab. Dieser Bereich ist für Fahrerassistenzsystem und für das autonome Fahren bei hohen Geschwindigkeiten besonders wichtig. Insbesondere werden in diesem Bereich andere Fahrzeuge und Verkehrsteilnehmer detektiert, die sich vor oder hinter dem Kraftfahrzeug befinden. Zur Vermeidung einer Kollision wird dieser Bereich mit hoher Auflösung abgetastet, um eine bessere Objekterkennung mit möglichst vielen Informationen zu erhalten. Beispielsweise erfasst die erste Empfangseinheit 14 einen horizontalen Winkel von 30°, einen vertikalen Winkel von 10° bei einer Auflösung von 0,5° in horizontaler und vertikaler Richtung.
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Die zweite Empfangseinheit 16 deckt einen größeren Raumbereich ab als die erste Empfangseinheit 14. Insbesondere sollen hierdurch Objekte erkannt werden, die nicht in dem konkreten Bewegungsbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet sind. Dies können beispielsweise Fußgänger oder statische Hindernisse sein. Beispielhaft deckt die zweite Empfangseinheit 16 einen horizontalen Winkel von 120° und einen vertikalen Winkel von 30° ab. Die Auflösung entspricht jedoch pro Sensorelement einer Winkel von 2°. Die Richtung, in der sich das Objekt befindet kann dementsprechend nicht so genau bestimmt werden, wie mit der ersten Empfangseinheit. Die Genauigkeit ist jedoch vollkommen ausreichend. Insbesondere überlappen sich die beobachteten Raumbereiche. Eine Überlappung ist jedoch optional.
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In der 5 ist ein weiteres LIDAR Messsystem 10 dargestellt. Dieses ist im Aufbau und in der Funktion im Wesentlichen identisch zu dem Messsystem 10 der 1. Es unterscheidet sich lediglich die Anzahl der Empfangseinheiten. Hierbei sind n Empfangseinheiten dargestellt. Beispielhaft sei n=3 gewählt. Den Bezugszeichen der Komponenten der n-ten Empfangseinheit 17 ist entsprechend ein n angehängt.
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Die erste Empfangseinheit 14 entspricht überwacht ebenfalls den vorderen oder hinteren Fahrkorridor. Die erste Empfangseinheit 14 weist entsprechend eine hohe Winkelauflösung auf. Die zweite und die dritte Empfangseinheit sind seitlich der ersten Empfangseinheit angeordnet. Insbesondere überlappen sich die zweite und dritte Empfangseinheit nicht oder nur teilweise. Dadurch können die horizontal benachbarten Bereiche des Fahrkorridors auf Objekte untersucht werden. Für die zweite und dritte Empfangseinheit wird entsprechend eine geringere Winkelauflösung gewählt. Günstigerweise überlappen sich die betrachteten Raumbereiche von der ersten Empfangseinheit mit der zweiten und / oder dritten Empfangseinheit.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- LIDAR Messsystem
- 12
- Sendeeinheit
- 14
- erste Empfangseinheit
- 16
- zweite Empfangseinheit
- 17
- n-te Empfangseinheit
- 18
- Lichtpuls
- 20
- Objekt
- 22
- Emitterelement
- 24
- Strahlformungselement
- 26
- Ablenkelement
- 28
- Lasertreiber
- 30
- Lichtbalken
- 31
- Raumbereich
- 32,a - d
- Raumwinkel
- 34
- Spiegelsteuerelement
- 36
- Positionserkennungselement
- 38
- Detektor
- 40
- Empfangsoptik
- 42
- Empfangschip
- 44
- Sensorelement
- 46
- Laserpuls
- 48
- Sensorsteuerelement
- 50
- TDC
- 52
- Auswerteeinheit
- 54
- LIDAR Rohdaten
