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Die vorliegende Erfindung betrifft einen LIDAR-Sensor zur optischen Erfassung eines Sichtfelds, eine Arbeitsvorrichtung oder ein Fahrzeug mit einem LIDAR-Sensor und ein Verfahren zur optischen Erfassung eines Sichtfelds gemäß dem Oberbegriff der unabhängig formulierten Ansprüche.
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Stand der Technik
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Die
DE 10 2016 219 955 A1 offenbart eine Sendeeinheit zum Ausleuchten einer Umgebung, insbesondere eines Fahrzeugs, mit einer Lasermustererzeugungseinheit, einer Ablenkeinheit und einer Steuereinheit. Die Lasermustererzeugungseinheit ist eingerichtet ein Ausleuchtungsmuster in einem Sichtfeld zu erzeugen, wobei das Ausleuchtungsmuster eine erste Richtung und eine zweite Richtung aufweist, wobei die erste Richtung und die zweite Richtung orthogonal zueinander angeordnet sind, wobei eine Ausdehnung des Ausleuchtungsmuster entlang der ersten Richtung größer ist als eine Ausdehnung des Ausleuchtungsmuster entlang der zweiten Richtung, wobei das Ausleuchtungsmuster insbesondere ein Karomuster ist, und die Steuereinheit eingerichtet ist, die Ablenkeinheit mindestens entlang der zweiten Richtung zu bewegen, sodass das Ausleuchtungsmuster mindestens entlang der zweiten Richtung bewegt wird.
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Die
US 2017/0176579 A1 offenbart eine elektrooptische Vorrichtung, welche eine eine Laserlichtquelle, die mindestens einen Strahl von Lichtimpulsen emittiert, eine Strahllenkungsvorrichtung, die den mindestens einen Strahl über eine ZielSzene sendet und abtastet, und eine Anordnung von Sensorelementen umfasst. Jedes Sensorelement gibt ein Signal aus, das eine Einfallszeit eines einzelnen Photons auf dem Sensorelement anzeigt. Eine Lichtsammeloptik bildet die von dem transmittierten Strahl abgetastete Zielszene auf das Array ab. Die Schaltung ist gekoppelt, um die Erfassungselemente nur in einem ausgewählten Bereich des Arrays zu betätigen und den ausgewählten Bereich synchron mit dem Abtasten des mindestens einen Strahls über das Array zu führen. Es wird somit ein scannendes System offenbart, das Detektorpixel sukzessive aktiviert um das Signal-Rausch-Verhältnis des Sensors zu erhöhen. Dem Fachmann ist aus dieser Lehre ersichtlich, dass es sich um eine Mikrospiegelbasierte Implementierung eines LiDAR Systems handelt. Die Detektorpixel werden in einer sogenannten „Region of interest“ (ROI) aktiv geschaltet.
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Die
US 2018/0003821 A1 offenbart einen Objektdetektor, welcher ein Lichtemittierendes System und ein Licht-empfangendes System umfasst. Das Licht-emittierende System umfasst eine Lichtquelle mit einer Vielzahl von Licht-emittierenden Elementen, die in einer Einachsenrichtung angeordnet sind. Das Licht-emittierende System emittiert Licht. Die Licht-emittierenden Elemente sind einzeln und nacheinander ansteuerbare Laserdioden. Das Lichtempfangssystem empfängt das von dem Licht emittierenden System emittierte und von einem Objekt reflektierte Licht. Die Vielzahl von Licht-emittierenden Elementen emittiert eine Vielzahl von Lichtstrahlen zu einer Vielzahl von Bereichen, die sich in der Einachsenrichtung unterscheiden. Die Menge an Licht zum Beleuchten einiger der Vielzahl von Bereichen unterscheidet sich von der Menge an Licht zum Beleuchten eines anderen Bereichs als dem einiger der Vielzahl von Bereichen. Es ist offenbart, dass jedem Licht-emittierenden Element genau ein Empfangselement zugeordnet ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung geht aus von einem LIDAR-Sensor zur optischen Erfassung eines Sichtfeldes aufweisend eine Sendeeinheit mit einer Lasermustererzeugungseinheit zur Aussendung von Primärlicht in das Sichtfeld. Die Lasermustererzeugungseinheit weist insbesondere wenigstens einen Laser auf. Die Lasermustererzeugungseinheit ist ausgebildet, ein Ausleuchtungsmuster in dem Sichtfeld zu erzeugen, wobei das Ausleuchtungsmuster eine erste Richtung und eine zweite Richtung aufweist, wobei die erste Richtung und die zweite Richtung orthogonal zueinander angeordnet sind. Die erste Richtung und die zweite Richtung sind dabei im Wesentlichen orthogonal zueinander angeordnet. Das bedeutet, dass geringe Abweichungen vom rechten Winkel ebenfalls umfasst sind. Zum Beispiel sind Abweichungen, die durch einen Justagefehler eines Lasers auftreten, ebenfalls umfasst. Eine Ausdehnung des Ausleuchtungsmusters entlang der ersten Richtung ist größer als eine Ausdehnung des Ausleuchtungsmusters entlang der zweiten Richtung. Das Ausleuchtungsmuster ist insbesondere als eine Linie, ein Rechteck oder ein Karomuster ausgebildet. Der LIDAR-Sensor weist weiterhin auf eine Empfangseinheit mit wenigstens einer Detektoreinheit zum Empfangen von Sekundärlicht, das im Sichtfeld von einem Objekt reflektiert und/oder gestreut wurde. Die wenigstens eine Detektoreinheit weist eine Vielzahl von Bildpunkten auf, wobei wenigstens einige Bildpunkte jeweils eine Mehrzahl von aktivierbaren Einzelphotonenlawinendioden aufweisen. Der LIDAR-Sensor weist weiterhin eine um eine Rotationsachse rotierbare Rotoreinheit auf. Die Sendeeinheit des LIDAR-Sensors ist wenigstens teilweise auf der Rotoreinheit angeordnet. Die Empfangseinheit des LIDAR-Sensors ist wenigstens teilweise auf der Rotoreinheit angeordnet.
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Erfindungsgemäß weist der LIDAR-Sensor wenigstens einen Verknüpfer auf, der dazu ausgelegt ist, Detektionssignale wenigstens zweier Einzelphotonenlawinendioden eines Bildpunktes über eine kombinatorische Logik zu verknüpfen.
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Der LIDAR-Sensor weist weiterhin insbesondere wenigstens eine Auswerteeinheit auf. Die wenigstens eine Auswerteeinheit ist dafür ausgebildet, eine Lichtlaufzeit des ausgesandten Primärlichts und des wieder empfangenen Sekundärlichts zu bestimmen. Der Abstand zwischen dem LIDAR-Sensor und einem Objekt im Sichtfeld kann auf der Basis einer Signallaufzeit (Time of Flight, TOF) oder auf der Basis eines frequenzmodulierten Dauerstrich-Signals (Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW) bestimmt werden. Zu den Lichtlaufzeitverfahren zählen Pulsverfahren, die den Empfangszeitpunkt eines reflektierten Laserpulses bestimmen, oder Phasenverfahren, die ein amplitudenmoduliertes Lichtsignal aussenden und den Phasenversatz zu dem empfangenen Lichtsignal bestimmen.
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Die Detektoreinheit weist eine Mehrzahl von aktivierbaren Einzelphotonenlawinendioden (engl. Single-Photon Avalanche Diodes (SPAD)) auf. Eine Einzelphotonenlawinendiode kann hierbei als Subpixel bezeichnet werden. Durch die Verknüpfung wenigstens zweier Einzelphotonenlawinendioden eines Bildpunktes entstehen sogenannte Makropixel. Die Bildpunkte der Detektoreinheit können als Makropixel bezeichnet werden. Eine Einzelphotonenlawinendiode löst einen elektrischen Puls aus, wenn eine minimale Lichtmenge auf einen lichtintensiven Bereich der Einzelphotonenlawinendioden fällt. Die Lichtmenge kann bereits bei einem einzelnen Photon erreicht werden. Eine Einzelphotonenlawinendiode kann entsprechend sehr sensitiv sein. Nachdem der elektrische Impuls bereitgestellt worden ist, benötigt die Einzelphotonenlawinendiode eine feste Zeit, bis sie erneut bereit ist, um einen weiteren elektrischen Impuls ansprechend auf den Einfall der minimalen Lichtmenge bereitzustellen. Während dieser Zeit kann kein Licht registriert werden. Diese Zeit kann als Totzeit bezeichnet werden.
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Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Dynamikbereich der Detektoreinheit erhöht werden kann. Die Bildpunkte, sprich Makropixel, ermöglichen die Verwendung, der ansonsten meist zu sensitiven Einzelphotonenlawinendioden. Die Leistung eines Bildpunktes kann unabhängig von der optisch notwendigen Größe optimiert werden. Im Fall einer defekten Einzelphotonenlawinendiode eines Bildpunktes fällt nicht der komplette Bildpunkt aus. Die Lichtausbeute eines Bildpunktes wird somit im Fall einer defekten Einzelphotonenlawinendiode erhöht. Bei einer flexiblen Zuordnung der Bildpunkte zu Auswerteeinheiten des LIDAR-Sensors kann eine Anpassung der auszuwertenden Fläche der Detektoreinheit im Subpixel-Bereich ermöglicht werden. Dies erlaubt eine einfache Anpassung der Detektoreinheit an die Sendeeinheit des LIDAR-Sensors. Die Justage der Sendeeinheit und der Empfangseinheit werden erleichtert.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Verknüpfer ein ODER-Verknüpfer oder ein Exklusiv-ODER-Verknüpfer ist. Im Falle eines ODER-Verknüpfers ist der Empfangszeitpunkt eines Photons in der steigenden Flanke des Ausgangssignals eines Subpixels kodiert. Die logisch aktive Phase des Ausgangssignals spiegelt die Totzeit des Subpixels wider. Im Falle eines Exklusiv-ODER-Verknüpfers wird das Subpixel auf ein Toggle-Flipflop geschaltet. Jede Photonendetektion eines Subpixels führt daher zu einer Zustandsänderung des Ausgangssignals. Mit anderen Worten ist der Empfangszeitpunkt eines Photons nun in der steigenden und fallenden Flanke des Ausgangssignals kodiert. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass nicht jedem Subpixel eine Auswerteeinheit zugeordnet werden muss.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, wobei der Verknüpfer ein ODER-Verknüpfer ist, weist der LIDAR-Sensor ferner wenigstens einen Pulsverkürzer auf, um ein von einer Einzelphotonenlawinendiode generiertes digitales Signal zeitlich zu verkürzen. Die Totzeit zwischen einzelnen Signalen kann verkürzt werden. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass der Signaldurchsatz erhöht werden kann. Es kann eine erhöhte Photonenzählrate erreicht werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bildpunkte in einem Raster mit einer vorgegebenen Anzahl Zeilen und einer vorgegebenen Anzahl Spalten angeordnet sind. Die Bildpunkte wenigstens einer Zeile und/oder die Bildpunkte wenigstens einer Spalte sind parallel aktivierbar. Beim Empfangen von Sekundärlicht kann jeder Bildpunkt in einer Spalte aktiv sein. Hierbei kann auch jede Einzelphotonenlawinendiode dieser Bildpunkte in der entsprechenden Spalte aktiv sein. Beim Empfangen von Sekundärlicht kann jeder Bildpunkt in einer Zeile aktiv sein. Hierbei kann auch jede Einzelphotonenlawinendiode dieser Bildpunkte in der entsprechenden Zeile aktiv sein. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass eine verbesserte Detektion des durch das ausgesendete Ausleuchtungsmuster verursachte Sekundärlichts erreicht werden kann. Zum Beispiel ist es bei der Verwendung mehrerer Laser in der Lasermustererzeugungseinheit nicht notwendig einen bestimmten Laser der Lasermustererzeugungseinheit genau einer Einzelphotonenlawinendiode der Detektoreinheit zuzuordnen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der LIDAR-Sensor weiterhin wenigstens eine Steuereinheit auf, welche dazu ausgebildet ist, die rotierbarer Rotoreinheit wenigstens entlang der zweiten Richtung zu bewegen, sodass das Ausleuchtungsmuster wenigstens entlang der zweiten Richtung bewegt wird. Die Lasermustererzeugungseinheit erzeugt somit ein Ausleuchtungsmuster, dass orthogonal zur ersten Richtung gescannt wird. Das Ausleuchtungsmuster wird somit nicht pixelweise, sondern als Ganzes gescannt. Es handelt sich somit um eine Kombination des Flash-und des Scanprinzips, welche von bekannten LIDAR-Sensoren bekannt sind. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die benötigte Pulsleistung der Lasermustererzeugungseinheit geringgehalten werden kann. Die benötigte Pulsleistung des wenigstens einen Lasers der Lasermustererzeugungseinheit kann geringgehalten werden. Die Pulsleistung kann geringer gehalten werden im Vergleich mit einem LIDAR-Sensor, der nach dem Flash-Prinzip arbeitet. Die Kombination des Flash- und des Scanprinzips ermöglicht außerdem die Erhöhung der Pulszahl des wenigstens einen Lasers der Lasermustererzeugungseinheit pro Messung. Dies ist insbesondere von Vorteil bei der Verwendung einer Detektoreinheit, die Einzelphotonenlawinendioden aufweist. Außerdem kann die Augensicherheit des LIDAR-Sensors erhöht werden. Gleichzeitig kann gegenüber eines nach dem Scan-Prinzip arbeitenden LIDAR-Sensors die Messzeit erhöht werden. Durch das Erzeugen des Ausleuchtungsmusters im Sichtfeld ist die Auflösung in einer Richtung nicht mehr durch eine Anzahl von Lasereinheiten und Detektordioden limitiert. Die Auflösung entlang der ersten Richtung ist abhängig von der Empfangseinheit des LIDAR-Sensors. Die Auflösung entlang der ersten Richtung kann abhängig von einer Empfangsoptik der Empfangseinheit sein. Die Auflösung entlang der ersten Richtung ist abhängig von der Anzahl der Bildpunkte der Detektoreinheit. Die Auflösung entlang der zweiten Richtung ist abhängig von der Scaneinheit des LIDAR-Sensors. Die um eine Rotationsachse rotierbare Rotoreinheit kann hierbei als Scaneinheit bezeichnet werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sendeeinheit und die Empfangseinheit entlang der Rotationsachse der rotierbaren Rotoreinheit übereinander oder nebeneinander angeordnet sind. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die Anforderungen zum Beispiel beim Einbau des LIDAR-Sensors in ein Fahrzeug berücksichtigt werden können. So können zum Beispiel die Anforderungen bezüglich der Bauhöhe des LIDAR-Sensors berücksichtigt werden.
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Die Erfindung geht weiterhin aus von einer Arbeitsvorrichtung oder einem Fahrzeug mit einem oben beschriebenen LIDAR-Sensor.
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Die Erfindung geht weiterhin aus von einem Verfahren zur optischen Erfassung eines Sichtfelds mittels eines beschriebenen LIDAR-Sensors. Das Verfahren umfasst das Erzeugen eines Ausleuchtungsmusters in einem Sichtfeld, wobei das Ausleuchtungsmuster eine erste Richtung und eine zweite Richtung aufweist. Die erste Richtung und die zweite Richtung sind im Wesentlichen orthogonal zueinander angeordnet. Eine Ausdehnung des Ausleuchtungsmusters entlang der ersten Richtung ist größer als eine Ausdehnung des Ausleuchtungsmusters entlang der zweiten Richtung. Des Weiteren umfasst das Verfahren die Ansteuerung einer Rotoreinheit zur Rotation um eine Rotationsachse mittels einer Steuereinheit, sodass das Ausleuchtungsmuster wenigstens entlang der zweiten Richtung bewegt wird. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Empfangen von Sekundärlicht, das im Sichtfeld von einem Objekt reflektiert und/oder gestreut wurde mittels wenigstens einer Detektoreinheit. Die wenigstens eine Detektoreinheit weist eine Vielzahl von Bildpunkten auf. Wenigstens einige Bildpunkte weisen jeweils eine Mehrzahl von aktivierbaren Einzelphotonenlawinendioden auf. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Verknüpfen der Detektionssignale wenigstens zweier Einzelphotonenlawinendioden eines Bildpunktes über eine kombinatorische Logik mittels eines Verknüpfers.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente. Es zeigen:
- 1 Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel eines LIDAR-Sensors;
- 2 Seitenansicht auf das erste Ausführungsbeispiel eines LIDAR-Sensors;
- 3 Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines LIDAR-Sensors;
- 4 schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Detektoreinheit des LIDAR-Sensors;
- 5 schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Bildpunktes der Detektoreinheit des LIDAR-Sensors und eines Verknüpfers;
- 6 Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur optischen Erfassung eines Sichtfeldes mittels eines LIDAR-Sensors.
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1 zeigt beispielhaft wie die Draufsicht auf einen LIDAR-Sensors 100. Der LIDAR-Sensor 100 gemäß 1 weist eine Sendeeinheit 101 mit einer Lasermustererzeugungseinheit 102 zur Aussendung von Primärlicht 104 in das Sichtfeld 106 auf. Die Lasermustererzeugungseinheit 102 weist im Beispiel den Laser 103 auf. Der Laser 103 kann beispielsweise eine Linienorientierung aufweisen. Das ausgesendete Primärlicht 104 kann bei der Aussendung in das Sichtfeld 106 eine Sendeoptik 105 durchlaufen. Die Sendeoptik 105 kann beispielsweise wenigstens eine Linse oder wenigstens einen optischen Filter aufweisen. Das Primärlicht 104 wird zur Erfassung und/oder Untersuchung einer Szene 108 und eines dort befindlichen Objekts 107 ausgesendet. Das Sichtfeld 106 ist dabei der Bereich der Umgebung, den die Sendeeinheit 101 ausleuchten kann. Das Sichtfeld 106 erstreckt sich vorzugsweise in einem Abstand von 1 m - 180 m zur Sendeeinheit 101.
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Des Weiteren weist der LIDAR-Sensor 100 gemäß 1 eine Empfangseinheit 110 auf. Die Empfangseinheit 110 empfängt Licht und insbesondere vom Objekt 107 im Sichtfeld 106 reflektiertes Licht als Sekundärlicht 109 über eine Empfangsoptik 111. Die Empfangsoptik 111 kann beispielsweise wenigstens eine Linse oder wenigstens einen optischen Filter aufweisen. Das empfangene Sekundärlicht 109 wird an eine Detektoreinheit 112 übertragen. Der LIDAR-Sensor weist weiterhin wenigstens einen, in 1 der Übersicht halber nicht gezeigten, Verknüpfer auf. Dieser Verknüpfer wird bei der Erläuterung der 5, in Verbindung mit der 4, näher beschrieben.
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Die Steuerung der Lasermustererzeugungseinheit 102 sowie der Detektoreinheit 112 erfolgt über Steuerleitungen 114 bzw. 115 mittels einer Steuer- und Auswerteeinheit 113. Ein Ausführungsbeispiel der Detektoreinheit 112 wird in 4 näher beschrieben.
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Die Empfangseinheit 110 und die Sendeeinheit 101 sind sichtfeldseitig mit im Wesentlichen biaxialen optischen Achsen ausgebildet. Der LIDAR-Sensor 100 weist weiterhin eine um eine Rotationsachse rotierbare Rotoreinheit 116 auf. Im Ausführungsbeispiel ist die Sendeeinheit 101 auf der Rotoreinheit 116 angeordnet. Auch die Empfangseinheit 110 ist auf der Rotoreinheit 116 angeordnet. Die rotierbare Rotoreinheit 116 wird mittels einer Steuereinheit 117 angesteuert.
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2 zeigt beispielhaft die Seitenansicht des in 1 beschriebenen LIDAR Sensors 100. In 2 ist zu sehen, dass die Lasermustererzeugungseinheit 102 ausgebildet ist, ein Ausleuchtungsmuster 218 in dem Sichtfeld 106 zu erzeugen. Das Ausleuchtungsmuster 218 weist eine erste Richtung 219 und eine zweite Richtung 220 auf. Die erste Richtung 219 und die zweite Richtung 220 sind orthogonal zueinander angeordnet. Eine Ausdehnung des Ausleuchtungsmusters 218 entlang der ersten Richtung 219 ist größer als eine Ausdehnung des Ausleuchtungsmusters 218 entlang der zweiten Richtung 220. Das Ausleuchtungsmuster 218 des gezeigten LIDAR-Sensors 100 ist hierbei als Karomuster ausgebildet. Das Ausleuchtungsmuster 218 kann alternativ als eine Linie oder als ein Rechteck ausgebildet sein.
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In 2 ist erkennbar, dass die Steuereinheit 117 ausgebildet ist, die rotierbare Rotoreinheit 116 wenigstens entlang der zweiten Richtung 220 um die Rotationsachse 221 zu bewegen. Hierdurch wird das Ausleuchtungsmuster 218 wenigstens entlang der zweiten Richtung 220 bewegt. Die Bewegung des Ausleuchtungsmusters 218 kann beispielsweise schrittweise erfolgen oder als kontinuierliche Scanbewegung durchgeführt werden.
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Die Sendeeinheit 101 und die Empfangseinheit 110 des LIDAR-Sensors 100 sind entlang der Rotationsachse 221 der rotierbaren Rotoreinheit 116 nebeneinander angeordnet.
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3 zeigt beispielhaft die Seitenansicht auf einen LIDAR-Sensor 300. Der LIDAR-Sensor 300 weist die Sendeeinheit 301 zur Aussendung von Primärlicht 304 in ein Sichtfeld auf. Das Primärlicht wird entlang der Senderichtung 322 ausgesendet. Der LIDAR-Sensor 300 weist weiterhin die Empfangseinheit 310 zum Empfangen von Sekundärlicht 309, das im Sichtfeld von einem Objekt reflektiert und/oder gestreut wurde, auf. Das Sekundärlicht trifft unter der Empfangsrichtung 323 auf die Empfangseinheit 310.
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Der LIDAR-Sensor 300 entspricht im Wesentlichen dem in 1 und 2 beschriebenen LIDAR-Sensor 100. Die Sendeeinheit 301 entspricht der in 1 und 2 beschriebenen Sendeeinheit 101. Die Empfangseinheit 310 entspricht der in 1 und 2 beschriebenen Empfangseinheit 310. Der Unterschied zum LIDAR-Sensor 100 besteht im Wesentlichen nur darin, dass beim LIDAR-Sensor 300 die Sendeeinheit 301 und die Empfangseinheit 310 entlang der Rotationsachse 321 der rotierbaren Rotoreinheit übereinander angeordnet sind.
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In den beschriebenen Figuren können die erste Richtung 219 und die zweite Richtung 220 miteinander vertauscht werden, sodass sich das Ausleuchtungsmuster 218 entlang der zweiten Richtung erstreckt und entlang der ersten Richtung gescannt wird, d. h. die größere Ausdehnung des Ausleuchtungsmusters erstreckt sich in horizontaler Richtung und wird in vertikaler Richtung gescannt. Das Ausleuchtungsmuster ist beispielsweise als Laserlinie oder in Form eines Karomusters ausgestaltet.
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4 stellt schematisch und beispielhaft die Detektoreinheit 112 dar, wie sie ein LIDAR-Sensor 100, 300 aufweist. Die Detektoreinheit 112 weist eine Vielzahl von Bildpunkten 401-m,n auf. Die Bildpunkte sind im Beispiel in einem Raster mit einer vorgegebenen Anzahl m Zeilen und einer vorgegebenen Anzahl n Spalten angeordnet. Die Anzahl m ist hierbei eine ganze Zahl. Die Anzahl m kann eine ganze Zahl 1 bis i sein. Die Anzahl n ist eine ganze Zahl. Die Anzahl n kann eine ganze Zahl 1 bis j sein. Der Wert der Zahl i und/oder der Wert der Zahl j kann in einer konkreten Ausführungsform durch die Anforderungen bezüglich der Augensicherheit bei gegebener Reichweite des LIDAR-Sensors begrenzt sein. Der Wert der Zahl i und/oder der Wert der Zahl j kann in einer konkreten Ausführungsform durch Kostenvorgaben oder Vorgaben bezüglich der Fertigbarkeit begrenzt sein. Hierbei ist wenigstens die Anzahl m oder wenigstens die Anzahl n ungleich 1. Es weist wenigstens eine Zeile oder eine Spalte wenigstens zwei Bildpunkte auf. Wie im Beispiel der 4 gezeigt, kann sowohl die Anzahl m der Zeilen als auch die Anzahl n der Spalten größer als 1 sein. Die Detektoreinheit ist als Feld einer Vielzahl von Bildpunkten 401-m,n ausgebildet.
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Bei der im Beispiel gezeigten Detektoreinheit 112 weisen die Bildpunkte 401-m,n jeweils eine Mehrzahl von aktivierbaren Einzelphotonenlawinendioden 402 (der Übersichtlichkeit halber ist pro Bildpunkt 401-m,n je nur eine Einzelphotonenlawinendiode 402 mit einem Bezugszeichen versehen) auf. Eine Einzelphotonenlawinendiode 402 kann hierbei als Subpixel bezeichnet werden. Die Bildpunkte 401-m,n wenigstens einer Zeile und/oder die Bildpunkte 401-m,n wenigstens einer Spalte sind parallel aktivierbar.
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Die Einzelphotonenlawinendioden 402 eines Bildpunktes 401-m,n sind über einen in 4 nicht gezeigten Verknüpfer verknüpft. Jedem der Bildpunkte 401-m,n der in 4 gezeigten Detektoreinheit 112 kann jeweils ein Verknüpfer, wie er in 5 beispielhaft gezeigt ist, zugeordnet sein. Durch die Verknüpfung wenigstens zweier Einzelphotonenlawinendioden 402 eines Bildpunktes 401-m,n entstehen sogenannte Makropixel. Die Bildpunkte 401-m,n der Detektoreinheit 112 können als Makropixel bezeichnet werden.
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5 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Bildpunktes 500 einer Detektoreinheit 112, wie sie ein in den 1 bis 3 gezeigter LIDAR-Sensor 100, 300 aufweist, und eines Verknüpfers 502, wie sie ein in den 1 bis 3 gezeigter LIDAR-Sensor 100, 300 aufweist. Der Bildpunkt 500 kann Teil einer in den vorherigen Figuren beschriebenen Detektoreinheit 112 sein.
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Der gezeigte Bildpunkt 500 weist beispielhaft die vier Einzelphotonenlawinendiode 501-1 bis 501-4 auf. Der Verknüpfer 502 verknüpft die vier Einzelphotonenlawinendiode 501-1 bis 501-4 miteinander. Der Verknüpfer 502 ist dazu ausgelegt, Detektionssignale wenigstens zweier der vier Einzelphotonenlawinendioden 501-1 bis 501-4 des Bildpunktes 500 über eine kombinatorische Logik zu verknüpfen. Der Verknüpfer 502 kann insbesondere ein ODER-Verknüpfer oder ein Exklusiv-ODER-Verknüpfer sein. Im Fall, dass der Verknüpfer 502 ein ODER-Verknüpfer ist, kann der LIDAR-Sensor ferner optional wenigstens einen Pulsverkürzer 503 aufweisen. Mittels des Pulsverkürzers kann ein von einer Einzelphotonenlawinendioden 501-1 bis 501-4 generiertes digitales Signal zeitlich verkürzt werden.
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6 zeigt beispielhaft ein Verfahren zur optischen Erfassung eines Sichtfeldes mittels eines LIDAR-Sensors. Das Verfahren beginnt mit Schritt 601. Im Schritt 602 wird ein Ausleuchtungsmuster in einem Sichtfeld erzeugt. Das Ausleuchtungsmuster weist hierbei eine erste Richtung und eine zweite Richtung auf. Die erste Richtung und die zweite Richtung sind orthogonal zueinander angeordnet, wobei eine Ausdehnung des Ausleuchtungsmusters entlang der ersten Richtung größer ist als eine Ausdehnung des Ausleuchtungsmusters entlang der zweiten Richtung. Im Schritt 603 wird eine Rotoreinheit zur Rotation um eine Rotationsachse mittels einer Steuereinheit angesteuert. Das Ausleuchtungsmuster wird somit wenigstens entlang der zweiten Richtung bewegt. Im Schritt 604 wird Sekundärlicht, das im Sichtfeld von einem Objekt reflektiert und/oder gestreut wurde, mittels wenigstens einer Detektoreinheit empfangen. Die wenigstens eine Detektoreinheit weist hierbei eine Vielzahl von Bildpunkten auf. Wenigstens einige Bildpunkte weisen jeweils eine Mehrzahl von aktivierbaren Einzelphotonenlawinendioden auf. Im Schritt 605 werden die Detektionssignale wenigstens zweier Einzelphotonenlawinendioden eines Bildpunktes über einer kombinatorischen Logik mittels eines Vernüpfers verknüpft. Das Verfahren endet im Schritt 606.
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Die LIDAR-Sensoren 100 und 300 und das Verfahren 600 können sowohl zur Erfassung eines Sichtfelds eines Fahrzeugs als auch zur Erfassung eines Sichtfelds einer Arbeitsvorrichtung eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016219955 A1 [0002]
- US 2017/0176579 A1 [0003]
- US 2018/0003821 A1 [0004]
