DE102019120856A1

DE102019120856A1 - Lidar-sensor, fahrzeug mit dem lidar-sensor und verfahren zum betreiben eines lidar-sensors

Info

Publication number: DE102019120856A1
Application number: DE102019120856.4A
Authority: DE
Inventors: Wojciech KUDLA; Hendrikus Wilhelmus Leonardus A. M. van Lierop; Jaap VERHEGGEN; Erik Wilbrink
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2019-08-01
Filing date: 2019-08-01
Publication date: 2021-02-04

Abstract

Ein LIDAR-Sensor, der einen optischen Sender und eine Steuerschaltung umfasst, ist bereitgestellt. Die Steuerschaltung ist ausgebildet, ein Eingangssignal gemäß einem Bewertungskriterium zu bewerten, um ein Bewertungsergebnis zu erhalten. Ferner ist die Steuerschaltung ausgebildet, den optischen Sender basierend auf dem Bewertungsergebnis zu steuern, in einem von zumindest einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus zu arbeiten. Der optische Sender ist ausgebildet, in dem ersten Betriebsmodus die Umgebung in einem Sichtfeld mit einer ersten Auflösung abzutasten und in dem zweiten Betriebsmodus die Umgebung in dem Sichtfeld mit einer anderen zweiten Auflösung abzutasten.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft Lichtdetektion und Abstandsmessung (engl. Light Detection And Ranging; LIDAR). Insbesondere betreffen Beispiele einen LIDAR-Sensor, ein Fahrzeug mit dem LIDAR-Sensor und ein Verfahren zum Betreiben eines LIDAR-Sensors.
Hintergrund
Bei einer abtastenden LIDAR-Architektur wird eine Umgebung unter Verwendung eines Laserlichts abgetastet. Das Laserlicht wird durch Objekte in der Umgebung reflektiert. Die Zeit vom Emittieren des Laserlichts von dem LIDAR-System zum Empfangen des Lichts, das von einem Objekt reflektiert wird, wird verwendet, um ein 3D-Bild zu erzeugen.
Die abtastende LIDAR-Architektur ist ein Kompromiss zwischen Auflösung, Sichtfeld (FoV; Field of View) und Bildrate.
Zusammenfassung
Somit besteht ein Bedarf für eine adaptive LIDAR-Architektur.
Der Bedarf kann durch den Gegenstand der angehängten Ansprüche erfüllt sein.
Ein Beispiel betrifft einen LIDAR-Sensor, umfassend einen optischen Sender und eine Steuerschaltung. Die Steuerschaltung ist ausgebildet, ein Eingangssignal gemäß einem Bewertungskriterium zu bewerten, um ein Bewertungsergebnis zu erhalten. Ferner ist die Steuerschaltung ausgebildet, den optischen Sender basierend auf dem Bewertungsergebnis zu steuern, in einem von zumindest einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus zu arbeiten. Der optische Sender ist ausgebildet, in dem ersten Betriebsmodus die Umgebung in einem Sichtfeld mit einer ersten Auflösung abzutasten und in dem zweiten Betriebsmodus die Umgebung in dem Sichtfeld mit einer anderen zweiten Auflösung abzutasten.
Ein anderes Beispiel betrifft ein Fahrzeug, umfassend einen LIDAR-Sensor, wie hierin beschrieben ist, um eine Umgebung des Fahrzeugs abzutasten. Das Fahrzeug umfasst ferner eine Steuereinheit, die ausgebildet ist, das Eingangssignal an den LIDAR-Sensor zu liefern.
Ein weiteres Beispiel betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines LIDAR-Sensors, umfassend einen optischen Sender. Das Verfahren umfasst ein Bewerten eines Eingangssignals gemäß einem Bewertungskriterium, um ein Bewertungsergebnis zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren ein Steuern des optischen Senders basierend auf dem Bewertungsergebnis, in einem von zumindest einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus zu arbeiten. Der optische Sender tastet in dem ersten Betriebsmodus die Umgebung in einem Sichtfeld mit einer ersten Auflösung ab und tastet in dem zweiten Betriebsmodus die Umgebung in dem Sichtfeld mit einer anderen zweiten Auflösung ab.
Figurenliste
Nachfolgend werden einige Beispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren ausschließlich beispielhaft und Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren beschrieben, in denen gilt:

1 stellt ein Beispiel eines LIDAR-Sensors dar;
2 stellt ein Beispiel einer Lichtquelle dar;
3 stellt Beispiele von Strahlenergieverteilungen für unterschiedliche Lichtstrahlkonfigurationen dar;
4 stellt eine erste Lichtstrahlkonfiguration dar;
5 stellt eine zweite Lichtstrahlkonfiguration dar;
6a bis 6d stellen Beleuchtungsbeispiele für unterschiedliche Lichtstrahlkonfigurationen dar;
7 stellt ein Beispiel eines Fahrzeugs, umfassend einen LIDAR-Sensor, dar; und;
8 stellt ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Verfahrens zum Betreiben eines LIDAR-Sensors dar.

Detaillierte Beschreibung
Verschiedene Beispiele werden nun ausführlicher Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Beispiele dargestellt sind. In den Figuren können die Stärken von Linien, Schichten und/oder Regionen der Klarheit halber übertrieben sein.
Während sich weitere Beispiele für verschiedene Modifikationen und alternative Formen eignen, sind dementsprechend einige bestimmte Beispiele derselben in den Figuren gezeigt und werden nachfolgend ausführlich beschrieben. Allerdings beschränkt diese detaillierte Beschreibung weitere Beispiele nicht auf die beschriebenen bestimmten Formen. Weitere Beispiele können alle Modifikationen, Entsprechungen und Alternativen abdecken, die in den Schutzbereich der Offenbarung fallen. Gleiche oder ähnliche Bezugszeichen beziehen sich in der gesamten Beschreibung der Figuren auf gleiche oder ähnliche Elemente, die bei einem Vergleich miteinander identisch oder in modifizierter Form implementiert sein können, während sie die gleiche oder eine ähnliche Funktion bereitstellen.
Es versteht sich, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, die Elemente direkt, oder über ein oder mehrere Zwischenelemente, verbunden oder gekoppelt sein können. Wenn zwei Elemente A und B unter Verwendung eines „oder“ kombiniert werden, ist dies so zu verstehen, dass alle möglichen Kombinationen offenbart sind, d. h., nur A, nur B sowie A und B, sofern dies nicht explizit oder implizit anderweitig definiert ist. Eine alternative Formulierung für die gleichen Kombinationen ist „zumindest eines von A und B“ oder „A und/oder B“. Das Gleiche gilt entsprechend für Kombinationen von mehr als 2 Elementen.
Die Terminologie, die hierin zu dem Zweck des Beschreibens bestimmter Beispiele verwendet wird, soll nicht begrenzend für weitere Beispiele sein. Wenn eine Singularform, z. B. „ein, eine“ und „der, die, das“ verwendet wird und die Verwendung nur eines einzelnen Elements weder explizit noch implizit als verpflichtend definiert ist, können weitere Beispiele auch Pluralelemente verwenden, um die gleiche Funktionalität zu implementieren. Ebenso, wenn eine Funktionalität nachfolgend als unter Verwendung mehrerer Elemente implementiert beschrieben ist, können weitere Beispiele die gleiche Funktionalität unter Verwendung eines einzelnen Elements oder einer einzelnen Verarbeitungsentität implementieren. Es versteht sich ferner, dass die Ausdrücke „umfasst“, „umfassend“, „weist auf‟ und/oder „aufweisend“ bei Verwendung die Anwesenheit der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Handlungen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, aber nicht die Anwesenheit oder Hinzufügung eines/einer oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Handlungen, Elemente, Komponenten und/oder irgendeiner Gruppe derselben ausschließen.
Sofern nicht anderweitig definiert, werden alle Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) hier in ihrer üblichen Bedeutung auf dem Gebiet verwendet, zu dem Beispiele gehören.
1 stellt ein Beispiel eines LIDAR-Sensors 100 zum Erfassen einer Umgebung 190 dar. Der LIDAR-Sensor 100 umfasst einen optischen Sender 110 und einen optischen Empfänger 120. Der LIDAR-Sensor 100 weist ein FoV 105 auf, das das Ausmaß der Umgebung 190 definiert, das durch den LIDAR-Sensor 100 zu einem gegebenen Zeitpunkt beobachtbar ist.
Der optische Sender 110, der in 1 beispielhaft dargestellt ist, umfasst eine Lichtquelle 112, die fähig ist, einen Lichtstrahl 111 zum Abtasten der Umgebung 190 zu emittieren. Zum Beispiel kann der Lichtstrahl 111 ein Laserlichtstrahl sein. Der Laserlichtstrahl 111 kann gepulst sein. Beispielsweise kann eine Pulswiederholungsfrequenz zwischen 10 und 200 kHz sein. Bei einigen Beispielen kann der Lichtstrahl 111 ein Infrarot-Lichtstrahl sein. Gemäß einigen Beispielen kann der Lichtstrahl 111 durch das Kombinieren von Licht erzeugt werden, das von einem oder mehreren lichtemittierenden Elementen der Lichtquelle 112 emittiert wird.
Ferner umfasst der optische Sender 110 ein optisches System 115 (z. B. ein Linsensystem mit einer oder mehreren optischen Linsen), um optische Eigenschaften des Lichtstrahls 111 anzupassen (z. B. Strahlbreite, Strahldivergenz) und/oder um den Lichtstrahl 111 auf eine reflektierende Oberfläche 113 des optischen Senders 110 zu richten.
Die reflektierende Oberfläche 113 ist ausgebildet, um eine Rotationsachse 114 zu oszillieren, um den Lichtstrahl 111 in die Umgebung 190 abzulenken. Das heißt, die reflektierende Oberfläche 113 dreht sich um die Rotationsachse 114 entlang einer ersten Rotationsrichtung von einer ersten Endposition zu einer zweiten Endposition und umgekehrt (d. h., entlang einer umgekehrten zweiten Rotationsrichtung von der zweiten Endposition zu der ersten Endposition). Zum Beispiel kann die Oszillationsbewegung der reflektierenden Oberfläche 113 Rotationen entlang beider Rotationsrichtungen zwischen 2° und 45° aufweisen. Zum Beispiel kann die reflektierende Oberfläche 113 um die Rotationsachse bei Frequenzen zwischen 10 Hz und 100 kHz (z. B. bei 2,5 kHz) oszillieren. Die reflektierende Oberfläche 113 kann auf verschiedene Weisen implementiert sein. Bei einigen Beispielen kann die reflektierende Oberfläche 113 ein MEMS-Spiegel (MEMS = MicroElectroMechanical System; mikroelektromechanisches System) sein.
Die Ablenkung des Lichtstrahls 111 durch die reflektierende Oberfläche 113 ist in 1 beispielhaft durch die Strahlpositionen A und B angezeigt. Aufgrund der oszillierenden Bewegung der reflektierenden Oberfläche 113 kann der Lichtstrahl 111 in verschiedenen Transmissionswinkeln in die Umgebung emittiert werden. Durch Steuern der Emissionszeiten der Lichtquelle 112 können die Transmissionswinkel des Lichtstrahls 111 gesteuert werden, um das volle FoV 105 abzutasten. Bei dem Beispiel von 1 wird die Umgebung 190 in dem FoV 105 säulenweise, d. h., horizontal, abgetastet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass das horizontale Abtasten des FoV 105 lediglich ein Beispiel für das eindimensionale Abtasten der Umgebung 190 in dem FoV 105 ist. Bei anderen Beispielen kann der optische Sender 110 die Umgebung 190 vertikal (z. B. zeilenweise) abtasten.
Die in 1 dargestellten Elemente des optischen Senders 110 sind beispielhaft gewählt. Es wird darauf hingewiesen, dass der optische Sender 110 gemäß einigen Beispielen andere, mehr oder weniger Elemente umfassen kann als in 1 gezeigt. Beispielsweise kann der optische Sender 110 ausgebildet sein, die Umgebung 190 in dem FoV 105 punktweise ein- oder zweidimensional abzutasten, und kann entsprechende Elemente umfassen (z. B. eine zusätzliche reflektierende Oberfläche, die fähig ist, sich um eine andere Rotationsachse zu bewegen, oder eine reflektierende Oberfläche, die fähig ist, sich um zwei unterschiedliche Rotationsachsen zu bewegen).
Unabhängig von der strukturellen Konfiguration des optischen Senders 110 (d. h., der spezifischen Elemente, die er umfasst), kann der optische Sender 100 fähig sein, in einer Mehrzahl von Betriebsmodi zu arbeiten, wobei der optische Sender 110 fähig ist, in zumindest einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus betrieben zu werden. In dem ersten Betriebsmodus ist der optische Sender 110 ausgebildet, die Umgebung 190 in dem FoV 105 mit einer ersten Auflösung abzutasten. In dem zweiten Betriebsmodus ist der optische Sender 110 ausgebildet, die Umgebung 190 in dem FoV 105 mit einer anderen zweiten Auflösung abzutasten. In einem optionalen dritten Betriebsmodus kann der optische Sender 110 ausgebildet sein, die Umgebung 190 in dem FoV 105 mit einer anderen dritten Auflösung abzutasten. Anders ausgedrückt, der optische Sender 110 kann in unterschiedlichen Betriebsmodi betrieben werden, um die Umgebung 190 in dem FoV 105 mit unterschiedlichen Auflösungen abzutasten. Die Auflösung definiert die Anzahl und die Größe (Abmessungen) der Teilregionen, die nacheinander durch den optischen Sender beleuchtet werden, um die Umgebung 190 in dem gesamten FoV 105 abzutasten. Beispielsweise kann zum Abtasten der Umgebung 190 in dem FoV 105 mit unterschiedlichen Auflösungen eine Strahlbreite und/oder eine Strahldivergenz (d. h. die Zunahme des Strahldurchmessers mit zunehmender Distanz zu dem optischen Sender 110) des durch den optischen Sender 110 in Richtung der Umgebung 190 emittierten Lichtstrahls 111 variiert werden.
Ferner können andere Abtastparameter des optischen Senders 110 in den unterschiedlichen Betriebsmodi unterschiedlich sein. Zum Beispiel kann die Bildrate für das Abtasten des FoV 105, eine Strahlenergie des Strahls 111, eine Strahlform des Strahls 111, eine Pulswiederholungsrate des Strahls 111, etc. in den unterschiedlichen Betriebsmodi unterschiedlich sein. Bei einigen Beispielen kann der optische Sender 110 z. B. ausgebildet sein, die Umgebung 190 in dem FoV 105 mit einer ersten Bildrate in dem ersten Betriebsmodus abzutasten und die Umgebung 190 in dem FoV 105 mit einer anderen zweiten Bildrate in dem zweiten Betriebsmodus abzutasten. Beispielsweise kann der optische Sender 110 ausgebildet sein, die Umgebung 190 in dem FoV 105 mit einer höheren Bildrate abzutasten, wenn eine geringere Auflösung verwendet wird.
Der optische Empfänger 120 empfängt Reflexionen des Lichtstrahls 111 von Objekten der Umgebung 190 in dem FoV 105. Der optische Empfänger 120 umfasst einen Photodetektor 121, der ausgebildet ist, die Reflexionen des Lichtstrahls 111 aus der Umgebung 190 zu empfangen. Der Photodetektor 121 kann z. B. ein zweidimensionales Array von lichtempfindlichen Sensorelementen sein, wie in 1 dargestellt ist. Anders ausgedrückt, die lichtempfindlichen Sensorelemente können entlang von zwei unterschiedlichen (z. B. orthogonalen) räumlichen Richtungen angeordnet sein. Beispielsweise kann ein lichtempfindliches Sensorelement eine Photodiode, eine Lawinen-Photodiode (APD; Avalanche Photo Diode), eine Einzelnes-Photon-Lawinendiode (SPAD; Single Photon Avalanche Diode) oder ein Array von SPADs als Silizium-Photomultiplier (SiPM; Silicon PhotoMultiplier) sein. Bei anderen Beispielen kann der Photodetektor 121 z. B. ein eindimensionales Array von lichtempfindlichen Sensorelementen sein, d. h., die lichtempfindlichen Sensorelemente können entlang einer einzigen Raumrichtung angeordnet sein.
Ferner umfasst der optische Empfänger 120 ein anderes optisches System 122 (z. B. ein Linsensystem mit einer oder mehreren Linsen), das ausgebildet ist, Reflexionen des Lichtstrahls 111 auf den Photodetektor 121 zu lenken.
Auch die in 1 dargestellten Elemente des optischen Empfängers 120 sind lediglich als Beispiel ausgewählt. Es wird darauf hingewiesen, dass der optische Empfänger 120 gemäß einigen Beispielen andere, mehr oder weniger Elemente umfassen kann als in 1 gezeigt.
Der LIDAR-Sensor 100 umfasst zusätzlich eine Steuerschaltung 130, um den Betrieb des optischen Senders 110 zu steuern. Die Steuerschaltung 130 kann z. B. ein einzelner dedizierter Prozessor, ein einzelner gemeinschaftlich verwendeter Prozessor oder eine Mehrzahl einzelner Prozessoren, von denen einige oder alle gemeinschaftlich verwendet werden können, eine Digitalsignalprozessor- (DSP-; digital signal processor) Hardware, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC; application specific integrated circuit) oder ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA; field programmable gate array) sein. Die Steuerschaltung 130 kann optional gekoppelt werden, mit z. B. einem Nurlesespeicher (ROM; read only memory) zur Speicherung von Software, einem Direktzugriffsspeicher (RAM; random access memory) und/oder einem nichtflüchtigen Speicher.
Die Steuerschaltung 130 ist ausgebildet, ein Eingangssignal 131 als Eingabe zu empfangen. Beispielsweise kann das Eingangssignal 131 durch eine externe Entität bereitgestellt werden, die den LIDAR-Sensor 100 trägt (verwendet, umfasst) oder mit dem LIDAR-Sensor 100 gekoppelt ist. Das Eingangssignal 131 ist ein Signal, das eine Detektierbarkeit von Objekten innerhalb des FoV 105 anzeigt, oder das ein erwünschtes (erforderliches) Niveau der Abtastgenauigkeit oder Abtastrate anzeigt. Die Steuerschaltung 130 ist ausgebildet, das Eingangssignal 131 gemäß einem Bewertungskriterium zu bewerten, um ein Bewertungsergebnis zu erhalten. Das Bewertungskriterium ist ein Standard, eine Regel oder ein Regelwerk, auf dem das Bewertungsergebnis basiert. Bei der Bewertung des Eingangssignals 131 analysiert die Steuerschaltung 130 das Eingangssignal 131 gemäß dem als Bewertungskriterium definierten Standard, Regel oder Regelwerk. Anders ausgedrückt, die Steuerschaltung 130 analysiert die durch das Eingangssignal 131 repräsentierte Information in einer vorgeschriebenen Weise, um das Bewertungsergebnis (das somit als Analyseergebnis verstanden werden kann) zu erhalten.
Basierend auf dem Bewertungsergebnis steuert die Steuerschaltung 130 den optischen Sender 110 dynamisch, um in einem von zumindest dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus zu arbeiten (wenn der optische Sender 110 mehr Betriebsmodi als den ersten und den zweiten Betriebsmodus unterstützt, kann die Steuerschaltung 130 den optischen Sender 110 steuern, um in einem unterstützten Betriebsmodus zu arbeiten, der sich von dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus unterscheidet). Zum Beispiel kann die Steuerschaltung 130 ein oder mehrere Steuersignale und/oder ein oder mehrere Stücke von Steuerdaten an den optischen Sender 110 zur Steuerung desselben liefern.
Durch das dynamische Anpassen des Betriebsmodus des optischen Senders 110 kann die Steuerschaltung 130 es ermöglichen, die Abtastcharakteristika (Eigenschaften) des LIDAR-Sensors 100 direkt („on the fly“) an die durch das Eingangssignal 131 angezeigte Situation/Wünsche/Anforderungen anzupassen. Insbesondere die Auflösung sowie Eigenschaften wie beispielsweise Bildrate, Strahlenergie etc. können dynamisch an die durch das Eingangssignal 131 angezeigten Wünsche oder Anforderungen angepasst werden. Daher kann der LIDAR-Sensor 100 einen verbesserten Kompromiss zwischen Abtastcharakteristika (Eigenschaften) des LIDAR-Sensors 100 wie beispielsweise Auflösung und Bildrate ermöglichen.
Der LIDAR-Sensor 100 kann ferner andere Hardware umfassen - konventionelle und/oder kundenspezifi sche.
Bei einigen Beispielen kann das Eingangssignal 131 z. B. eine Geschwindigkeit einer Entität (z. B. eines Fahrzeugs) anzeigen, die den LIDAR-Sensor 100 trägt. In diesem Fall kann das Bewertungskriterium ein oder mehrere Schwellenwerte sein. Anders ausgedrückt, die Steuerschaltung 130 kann ausgebildet sein, zu bewerten, ob die Geschwindigkeit über oder unter einem Schwellenwert (und optional einem oder mehreren zusätzlichen Schwellenwerten) ist.
Wenn der Schwellenwert z. B. 50 km/h ist, kann ein Fahrzeug, das den LIDAR-Sensor 100 trägt und mit einer Geschwindigkeit von bis zu 50 km/h fährt, als mit eher langsamer Geschwindigkeit fahrend betrachtet werden (das Fahrzeug kann sogar statisch sein, d. h., stillstehen). In einer solchen Situation kann es ausreichend sein, mit dem LIDAR-Sensor 100 einen Nahbereich (d. h., in geringen Distanzen zu dem Fahrzeug) nach Objekten abzutasten. Es kann jedoch wünschenswert sein, das FoV 105 mit einer hohen Auflösung aufzulösen, um in der Lage zu sein, die einzelnen Objekte in dem Nahbereich trennen zu können. Da das Fahrzeug mit eher geringer Geschwindigkeit fährt, kann eine niedrigere Bildrate, d. h., eine niedrigere Aktualisierungsrate, der Umgebungsabtastung ausreichend sein.
Andererseits kann ein Fahrzeug, das mit einer Geschwindigkeit von mehr als 50 km/h fährt, als mit eher hoher Geschwindigkeit fahrend betrachtet werden. In einer solchen Situation kann es wünschenswert sein, auch große Distanzen in Bezug auf das Fahrzeug abzutasten. Da das Fahrzeug mit eher hoher Geschwindigkeit fährt, kann eine höhere Bildrate, d. h., eine höhere Aktualisierungsrate, der Umgebungsabtastung erwünscht sein. Zum Auflösen des FoV 105 kann jedoch eine geringere Auflösung ausreichend sein.
Unter Berücksichtigung der obigen Erklärungen kann die erste Auflösung, die in dem ersten Betriebsmodus verwendet wird, höher sein als die zweite Auflösung, die in dem zweiten Betriebsmodus verwendet wird. Ferner kann der optische Sender 110 ausgebildet sein, die Umgebung in dem Sichtfeld bei einer niedrigeren Bildrate in dem ersten Betriebsmodus als in dem zweiten Betriebsmodus abzutasten (d. h., eine in dem ersten Betriebsmodus verwendete erste Bildrate kann niedriger sein als eine in dem zweiten Betriebsmodus verwendete zweite Bildrate). Zusätzlich kann eine Strahlenergie des Lichtstrahls 111 in dem ersten Betriebsmodus niedriger sein als in dem zweiten Betriebsmodus, da aufgrund der kürzeren Distanzen weniger Leistung auf einem Ziel erforderlich ist (d. h., eine erste Strahlenergie, die in dem ersten Betriebsmodus verwendet wird, kann niedriger sein als eine zweite Strahlenergie, die in dem zweiten Betriebsmodus verwendet wird).
Dementsprechend kann die Steuerschaltung 130 ausgebildet sein, den optischen Sender 110 zu steuern, um in dem zweiten Betriebsmodus zu arbeiten, wenn festgestellt wird, dass die Geschwindigkeit über dem Schwellenwert ist. Wenn festgestellt wird, dass die Geschwindigkeit unter dem Schwellenwert ist, kann die Steuerschaltung 130 ausgebildet sein, den optischen Sender 100 zu steuern, um in dem ersten Betriebsmodus zu arbeiten.
Durch dynamisches Anpassen des Betriebsmodus des optischen Senders 110 basierend auf der Geschwindigkeit einer den LIDAR-Sensor 100 tragenden Entität können die Abtastcharakteristika (Eigenschaften) des LIDAR-Sensors 100 an die Wünsche/Anforderungen für die jeweiligen Geschwindigkeitsbereiche angepasst werden.
Wie vorangehend beschrieben wurde, ist das Eingangssignal 131 jedoch nicht darauf beschränkt, eine Geschwindigkeit anzuzeigen. Bei anderen Beispielen kann das Eingangssignal 131 z. B. ein oder mehrere von Folgendem umfassen: eine oder mehrere Distanzen zu Objekten, die in früheren Abtastungen der Umgebung oder in Abtastungen, die von anderen Sensoren (z. B. einem Radarsensor) durchgeführt wurden, detektiert wurden, eine Anzahl von Objekten, die in früheren Abtastungen der Umgebung oder in Abtastungen, die von anderen Sensoren durchgeführt wurden, detektiert wurden, etc.
Eine beispielhafte Implementierung der Lichtquelle 112 ist in 2 dargestellt. Die Lichtquelle 112 umfasst drei lichtemittierende Elemente 116, 117 und 118. Bei dem Beispiel von 2 sind die lichtemittierenden Elemente 116, 117 und 118 als Laserelemente dargestellt. Beispielsweise können die lichtemittierenden Elemente 116, 117 und 118 als drei separate Laservorrichtungen mit jeweils einem einzelnen Kantenemitter (engl. edge emitter) oder durch eine einzelne Laservorrichtung mit drei gestapelten Kantenemittern implementiert sein. Die lichtemittierenden Elemente 116, 117 und 118 sind jedoch nicht darauf beschränkt. Bei anderen Beispielen können die lichtemittierenden Elemente 116, 117 und 118 lichtemittierende Elemente eines anderen Typs sein (z. B. Leuchtdioden, LEDs). Ferner wird darauf hingewiesen, dass im Allgemeinen irgendeine Anzahl von lichtemittierenden Elementen verwendet werden kann. Beispielsweise können anstelle von drei lichtemittierenden Elementen, wie in 2 dargestellt, zwei, vier, fünf, sechs, acht oder mehr lichtemittierende Elemente verwendet werden. Wie aus 2 ersichtlich ist, ist der Lichtstrahl 111 eine Kombination der von den aktivierten lichtemittierenden Elementen 116, 117 und 118 emittierten Lichter. Anders ausgedrückt, der Lichtstrahl 111 besteht aus den Teillichtstrahlen 119-1, 119-2 und 119-3, die von den lichtemittierenden Elementen 116, 117 und 118 emittiert werden.
Das optische System 115 fokussiert die kollimierten Teillichtstrahlen 119-1, 119-2 und 119-3 an der reflektierenden Oberfläche 113 (z. B. einen MEMS-Spiegel) zur Ablenkung an die Umgebung.
Die Lichtquelle 112 ist ausgebildet, den Lichtstrahl 111 unter Verwendung unterschiedlicher Anzahlen der lichtemittierenden Elemente 116, 117 und 118 in den verschiedenen Betriebsmodi des optischen Senders 100 zu erzeugen. Zum Beispiel ist die Lichtquelle 112 ausgebildet, den Lichtstrahl 111 in dem ersten Betriebsmodus durch Steuern einer ersten Anzahl der Mehrzahl von lichtemittierenden Elementen 116, 117 und 118, Licht (z. B. gleichzeitig/zu der selben Zeit) zu emittieren, zu erzeugen und den Lichtstrahl 111 in dem zweiten Betriebsmodus durch Steuern einer anderen zweiten Anzahl der Mehrzahl von lichtemittierenden Elementen 116, 117 und 118, Licht (z. B. gleichzeitig/zu der selben Zeit) zu emittieren, zu erzeugen.
Wenn die Mehrzahl von lichtemittierenden Elementen, wie in 2 dargestellt, drei lichtemittierende Elemente 116, 117 und 118 ist, kann die Anzahl von gezündeten lichtemittierenden Elemente in dem zweiten Betriebsmodus (d. h., die zweite Anzahl) drei sein, und die Anzahl von gezündeten lichtemittierenden Elemente in dem ersten Betriebsmodus (d. h., die erste Anzahl) kann eins oder zwei sein. Beispielsweise können in dem zweiten Betriebsmodus zum Erzeugen des Strahls 111 alle drei lichtemittierenden Elemente 116, 117 und 118 gezündet werden (dementsprechend besteht der Lichtstrahl 111 aus den Teillichtstrahlen 119-1, 119-2 und 119-3), und in dem zweiten Betriebsmodus kann zum Erzeugen des Strahls 111 nur das lichtemittierende Element 117 gezündet werden (dementsprechend besteht der Lichtstrahl 111 nur aus dem Teillichtstrahl 119-2). Bei anderen Beispielen kann die Anzahl von gezündeten lichtemittierenden Elementen in dem zweiten Betriebsmodus (d. h., die zweite Anzahl) zwei sein und die Anzahl von gezündeten lichtemittierenden Elemente in dem ersten Betriebsmodus (d. h., die erste Anzahl) kann eins sein. Beispielsweise können in dem zweiten Betriebsmodus zum Erzeugen des Strahls 111 die lichtemittierenden Elemente 116, 117 gezündet werden (dementsprechend besteht der Lichtstrahl 111 aus den Teillichtstrahlen 119-1, 119-2), und in dem zweiten Betriebsmodus zum Erzeugen des Strahls 111 kann nur das lichtemittierende Element 117 gezündet werden (dementsprechend besteht der Lichtstrahl 111 nur aus dem Teillichtstrahl 119-2).
Wenn die erste Anzahl von gezündeten lichtemittierenden Elementen in dem ersten Betriebsmodus kleiner ist als die zweite Anzahl von gezündeten lichtemittierenden Elementen in dem zweiten Betriebsmodus, ist die effektive Strahlbreite und die Divergenz des Lichtstrahls 111 in dem ersten Betriebsmodus kleiner als in dem zweiten Betriebsmodus. Daher tritt der Lichtstrahl 111 in einen kleineren Raumwinkel in dem ersten Betriebsmodus verglichen mit dem zweiten Betriebsmodus durch. Um die kleineren Raumwinkel zu kompensieren, wird der Lichtstrahl 111 in dem ersten Betriebsmodus im Vergleich zu dem zweiten Betriebsmodus zu einer höheren Anzahl von Raumwinkeln durchgelassen, derart, dass das gesamte FoV 105 abgetastet wird. Infolgedessen ist die Abtastungsauflösung des ersten Betriebsmodus höher als in dem zweiten Betriebsmodus. Ferner ist die Strahlenergie des Lichtstrahls 100 in dem ersten Betriebsmodus geringer als in dem zweiten Betriebsmodus, da in dem ersten Betriebsmodus weniger von der Mehrzahl von lichtemittierenden Elementen 116, 117 und 118 gleichzeitig gezündet werden.
Zwei beispielhafte Strahlenergieverteilungen (Strahlprofile) 311 und 311' des Lichtstrahls 111, der von den lichtemittierenden Elementen 116, 117 und 118 in zwei unterschiedlichen Betriebsmodi erzeugt wird, sind in 3 dargestellt. In dem Diagramm von 3 bezeichnet die Abszisse die Strahlenergie des Lichtstrahls 111 und die Ordinate bezeichnet die Strahlbreite des Lichtstrahls 111.
Die Strahlenergieverteilung 311 stellt den Fall dar, dass alle drei lichtemittierenden Elemente 116, 117 und 118 gezündet werden (z. B. in dem zweiten Betriebsmodus). Die Strahlenergieverteilung 311' stellt den Fall dar, dass nur das lichtemittierende Element 117 gezündet wird, d. h., dass nur eines der drei lichtemittierenden Elemente 116, 117 und 118 gezündet wird (z. B. in dem ersten Betriebsmodus).
Wie aus den Strahlenergieverteilungen 311 und 311' ersichtlich ist, weist der Lichtstrahl 311 eine geringere Strahlbreite auf, wenn nur eines der drei lichtemittierenden Elemente 116, 117 und 118 gezündet wird.
Außerdem verringert sich die Divergenz des Lichtstrahls 111, wenn Licht von weniger lichtemittierenden Elementen kombiniert wird. Wenn zum Beispiel nur eines der lichtemittierenden Elemente 116, 117 und 118 gezündet wird, ist die Strahldivergenz (in Grad) des sich ergebenden Lichtstrahls 111 X °. Wenn zwei der lichtemittierenden Elemente 116, 117 und 118 gezündet werden, ist die Strahldivergenz des sich ergebenden Lichtstrahls 2 X °. Wenn drei der lichtemittierenden Elemente 116, 117 und 118 gezündet werden, ist die Strahl divergenz des sich ergebenden Lichtstrahls 3·X °. Die Strahl divergenz definiert die Abtastungsauflösung. Dementsprechend können durch Anpassen unterschiedlicher Strahldivergenzen für unterschiedliche Betriebsmodi des optischen Senders 110 unterschiedliche Auflösungen für das Abtasten der Umgebung 190 in dem FoV 105 erhalten werden.
Wenn nur eines der drei lichtemittierenden Elemente 116, 117 und 118 gezündet wird, umfasst der Lichtstrahl 111 eine einzige Strahlenergiespitze. Wenn alle drei lichtemittierenden Elemente 116, 117 und 118 gezündet werden, umfasst der Lichtstrahl 111 drei Strahlenergiespitzen aufgrund der drei Teillichtstrahlen 119-1, 119-2 und 119-3. Aufgrund der Überlappung der drei Teillichtstrahlen 119-1, 119-2 und 119-3 ist die Strahlenergie auch in den Mulden (Tälern) zwischen den Spitzen hoch.
4 stellt ferner ein Bild des Lichtstrahls 111 dar, das für die Strahlenergieverteilungen 311 angenommen wird (d. h., wenn alle drei lichtemittierenden Elemente 116, 117 und 118 gezündet werden). Zusätzlich stellt 5 ein Bild des Lichtstrahls 111 dar, das für die Strahlenergieverteilungen 311' angenommen wird (d. h., wenn nur eines der drei lichtemittierenden Elemente 116, 117 und 118 gezündet wird).
Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass es erforderlich ist, dass die Lichtquelle 112 den Lichtstrahl 111 häufiger emittiert (zündet), um die Umgebung 190 in dem FoV 105 einmal abzutasten (d. h., für eine vollständige Abtastung des FoV 105), wenn die Strahlbreite und die Strahldivergenz in dem ersten Betriebsmodus kleiner ist, tastet der optische Sender 110 die Umgebung in dem FoV 105 in dem ersten Betriebsmodus effektiv mit einer niedrigeren Bildrate als in dem zweiten Betriebsmodus ab.
Die Emissionszeiten der lichtemittierenden Elemente der Lichtquelle 112 für einen Betriebsmodus können z. B. basierend auf einer Nachschlagetabelle (Look-Up-Table) gesteuert werden (entsprechend derselben eingestellt werden). Beispielsweise können unterschiedliche Nachschlagtabellen für die verschiedenen Betriebsmodi verwendet werden, um die unterschiedlichen Anzahlen von Strahlemissionen zu kompensieren, um die Umgebung 190 in dem FoV 105 einmal in dem jeweiligen Betriebsmodus abzutasten.
Dementsprechend kann die Lichtquelle 112 ausgebildet sein, Emissionszeiten der ersten Anzahl von lichtemittierenden Elementen in dem ersten Betriebsmodus (z. B. nur lichtemittierendes Element 117) unter Verwendung einer ersten Nachschlagetabelle zu steuern und Emissionszeiten der zweiten Anzahl von lichtemittierenden Elementen in dem zweiten Betriebsmodus (alle drei lichtemittierenden Elemente 116, 117 und 118) unter Verwendung einer anderen zweiten Nachschlagetabelle zu steuern.
Die erste Nachschlagetabelle gibt eine erste Anzahl von Emissionszeiten für jedes lichtemittierende Element der ersten Anzahl von lichtemittierenden Elementen an, um die Umgebung 190 in dem FoV 105 einmal in dem ersten Betriebsmodus abzutasten. In ähnlicher Weise gibt die zweite Nachschlagetabelle eine zweite Anzahl von Emissionszeiten für jedes lichtemittierende Element der zweiten Anzahl von lichtemittierenden Elementen an, um die Umgebung 190 in dem FoV 105 einmal in dem zweiten Betriebsmodus abzutasten. Um die unterschiedlichen Auflösungen der Betriebsmodi auszugleichen, ist die erste Anzahl von Emissionszeiten größer als die zweite Anzahl von Emissionszeiten. Anders ausgedrückt, die erste Nachschlagetabelle zeigt mehr Raumwinkel an, die mit dem Lichtstrahl 111 gezündet werden, als die zweite Nachschlagetabelle, derart, dass der gesamte FoV 105 lückenlos abgedeckt wird. Aufgrund der höheren Anzahl von Lichtstrahlen, die in dem ersten Betriebsmodus zu emittieren sind, ist die Bildrate in dem ersten Betriebsmodus niedriger als in dem zweiten Betriebsmodus.
Ein beispielhafter Vergleich zwischen zwei unterschiedlichen Strahlkonfigurationen für ein Objekt in geringer Distanz zu dem LIDAR-Sensor 100 ist in 6a und 6b dargestellt. Bei dem Beispiel von 6a wird der Strahl 111 erzeugt, indem alle drei lichtemittierenden Elemente 116, 117 und 118 gezündet werden, wie durch die drei Segmente des projizierten Strahls 611 auf das Objekt 600 angezeigt wird. Bei dem Beispiel von 6b wird der Strahl 111 erzeugt, indem nur eines der drei lichtemittierenden Elemente 116, 117 und 118 gezündet wird, wie durch das einzelne Segment des projizierten Strahls 611' auf das Objekt 600 angezeigt wird.
Wie oben beschrieben ist, divergiert der Strahl 111 über die Distanz, sodass sich der Strahl 111 mit zunehmender Distanz effektiv so aufweitet, dass die Strahlbreiten der projizierten Strahlen 611 und 611' in der Objektdistanz breiter sind als die Strahlbreite des Strahls 111 beim Verlassen des LIDAR-Sensors 100. Die Amplitude des zu dem optischen Empfänger 120 zurück reflektierten Lichts hängt von dem Bruchteil des Lichtstrahls 111 ab, der auf das Objekt 600 projiziert wird.
Wie aus 6a und 6b ersichtlich ist, beleuchten die beiden projizierten Strahlen 611 und 611' nur das Objekt 600, da die Strahldivergenzen den Lichtstrahl 111 für kurze Distanzen nicht sehr aufweiten. Daher sind beide Strahlkonfigurationen für die Geringe-Distanz-LIDAR-Abtastung geeignet. Die Verwendung nur eines lichtemittierenden Elements zur Erzeugung des Lichtstrahls 111 kann jedoch aufgrund der erhöhten Abtastauflösung vorteilhaft sein.
Ein beispielhafter Vergleich zwischen zwei unterschiedlichen Strahlkonfigurationen für ein Objekt in großer Distanz zu dem LIDAR-Sensor 100 ist in 6c und 6d dargestellt. Bei dem Beispiel von 6c wird der Strahl 111 erzeugt, indem alle drei lichtemittierenden Elemente 116, 117 und 118 gezündet werden, wie durch die drei Segmente des projizierten Strahls 611" auf das Objekt 600 angezeigt wird. Bei dem Beispiel von 6d wird der Strahl 111 erzeugt, indem nur eines der drei lichtemittierenden Elemente 116, 117 und 118 gezündet wird, wie durch das einzelne Segment des projizierten Strahls 611''' auf das Objekt 600 angezeigt wird.
Wie aus 6c und 6d ersichtlich ist, beleuchten beide projizierten Strahlen 611" und 611''' das Objekt 600. Aufgrund der großen Distanz zu dem LIDAR-Sensor 100 und der Strahldivergenzen des Lichtstrahls 111 beleuchten die projizierten Strahlen 611" und 611''' in der Objektdistanz einen wesentlich größeren Bereich als die projizierten Strahlen 611 und 611' der Geringe-Distanz-Abtastung. Daher beleuchten die projizierten Strahlen 611" und 611''' nicht nur das Objekt 600, sondern auch die Umgebung des Objekts. Wie aus 6d ersichtlich ist, werden wesentliche Teile des Objekts 600 durch den projizierten Strahl 611''' nicht beleuchtet. Im Gegenteil, der projizierte Strahl 611" beleuchtet das Objekt 600 fast vollständig. Der projizierte Strahl 611" bewirkt eine stärkere Reflexion von dem Objekt 600, das leichter zu detektieren ist. Daher ist die Strahlkonfiguration, in der alle drei lichtemittierenden Elemente 116, 117 und 118 aktiviert sind, für eine Große-Distanz-LIDAR-Abtastung geeigneter. Die Verwendung aller drei lichtemittierenden Elemente 116, 117 und 118 kann eine Fernbereich-LIDAR-Abtastung mit hoher Bildrate auf Kosten einer reduzierten Auflösung ermöglichen.
Ein Beispiel einer Implementierung, die einen LIDAR-Sensor gemäß einem oder mehreren Aspekten des vorgeschlagenen Konzeptes oder einem oder mehreren vorstehend beschriebenen Beispielen verwendet, ist in 7 dargestellt. 7 stellt ein Fahrzeug 700 dar. Das Fahrzeug 700 ist als Personenkraftfahrzeug dargestellt. Das Fahrzeug 700 kann jedoch irgendeine Vorrichtung sein, die Räder umfasst, die durch eine Maschine (und optional ein Antriebsstrangsystem) angetrieben werden. Beispielsweise kann das Fahrzeug 700 ein Privatfahrzeug oder ein Nutzfahrzeug sein. Insbesondere kann das Fahrzeug 700 ein Personenkraftfahrzeug, ein Lastkraftwagen, ein Motorrad oder ein Traktor sein.
Das Fahrzeug 700 umfasst einen LIDAR-Sensor 710, wie oben beschrieben, zum Abtasten einer Umgebung des Fahrzeugs 700 (, die dasselbe umgibt). Basierend auf einem Eingangssignal steuert die Steuerschaltung des LIDAR-Sensors 710 den Betrieb des optischen Senders des LIDAR-Sensors 710.
Das Fahrzeug 700 umfasst ferner eine Steuereinheit 720 (z. B. eine elektronische Steuereinheit, ECU (Electronic Control Unit)), die ausgebildet ist, das Eingangssignal an den LIDAR-Sensor zu liefern. Wie vorangehend beschrieben wurde, zeigt das von der Steuereinheit 720 bereitgestellte Eingangssignal eine Detektierbarkeit von Objekten innerhalb des FoV des LIDAR-Sensors 710 oder erwünschte/erforderliche Abtasteigenschaften an. Beispielsweise kann das Eingangssignal eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs 700 anzeigen.
Das Fahrzeug 700 kann ein LIDAR-Erfassen seiner Umgebung mit dynamisch anpassbarer Auflösung (und optional weiteren Abtasteigenschaften wie z. B. Bildrate) ermöglichen.
Weitere Einzelheiten und Aspekte des Fahrzeugs 700 sind in Verbindung mit der vorgeschlagenen Technik oder einem oder mehreren vorstehend beschriebenen Beispielen (z. B. 1 bis 3) erwähnt. Das Fahrzeug 700 oder eines seiner Elemente (z. B. der LIDAR-Sensor 710) können umfassen oder ausgebildet sein, ein oder mehrere zusätzliche optionale Merkmale auszuführen, die einem oder mehreren Aspekten der vorgeschlagenen Technik oder einem oder mehreren der vorangehend beschriebenen Beispiele entsprechen.
Zur weiteren Veranschaulichung des oben beschriebenen Betriebs des LIDAR-Sensors stellt 8 ein Flussdiagramm eines Verfahrens 800 zum Betreiben eines LIDAR-Sensors mit einem optischen Sender dar. Das Verfahren 800 umfasst ein Bewerten 802 eines Eingangssignals gemäß einem Bewertungskriterium, um ein Bewertungsergebnis zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren 800 ein Steuern 804 des optischen Senders 804 basierend auf dem Bewertungsergebnis, in einen von zumindest einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus zu arbeiten. Der optische Sender tastet in dem ersten Betriebsmodus die Umgebung in einem Sichtfeld mit einer ersten Auflösung ab und tastet in dem zweiten Betriebsmodus die Umgebung in dem Sichtfeld mit einer anderen zweiten Auflösung ab.
Weitere Einzelheiten und Aspekte des Verfahrens 800 sind in Verbindung mit der vorgeschlagenen Technik oder einem oder mehreren vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen (z. B. 1 bis 3) erklärt. Das Verfahren 800 kann ein oder mehrere zusätzliche optionale Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten der vorgeschlagenen Technik oder einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Beispiele entsprechen.
Die Beispiele, wie sie hierin beschrieben sind, können wie folgt zusammengefasst werden:

Einige Beispiele beziehen sich auf einen LIDAR-Sensor, umfassend einen optischen Sender und eine Steuerschaltung. Die Steuerschaltung ist ausgebildet, ein Eingangssignal gemäß einem Bewertungskriterium zu bewerten, um ein Bewertungsergebnis zu erhalten. Ferner ist die Steuerschaltung ausgebildet, den optischen Sender basierend auf dem Bewertungsergebnis zu steuern, in einen von zumindest einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus zu arbeiten. Der optische Sender ist ausgebildet, in dem ersten Betriebsmodus die Umgebung in einem Sichtfeld mit einer ersten Auflösung abzutasten und in dem zweiten Betriebsmodus die Umgebung in dem Sichtfeld mit einer anderen zweiten Auflösung abzutasten.

Bei einigen Beispielen zeigt das Eingangssignal eine Geschwindigkeit einer Entität an, die den LIDAR-Sensor trägt, und wobei die Steuerschaltung ausgebildet ist, zu bewerten, ob die Geschwindigkeit über oder unter einem Schwellenwert ist.
Gemäß einigen Beispielen ist die Steuerschaltung ausgebildet, den optischen Sender zu steuern, in dem zweiten Betriebsmodus zu arbeiten, wenn festgestellt wird, dass die Geschwindigkeit über dem Schwellenwert ist.
Bei einigen Beispielen ist die Steuerschaltung ausgebildet, den optischen Sender zu steuern, in dem ersten Betriebsmodus zu arbeiten, wenn festgestellt wird, dass die Geschwindigkeit unter dem Schwellenwert ist.
Gemäß einigen Beispielen umfasst der optische Sender eine Lichtquelle, die fähig ist, einen Lichtstrahl zum Abtasten der Umgebung zu emittieren, und eine reflektierende Oberfläche, die ausgebildet ist, um eine Rotationsachse zu oszillieren, um den Lichtstrahl in die Umgebung abzulenken, wobei die Lichtquelle eine Mehrzahl von steuerbaren lichtemittierenden Elementen umfasst, und wobei die Lichtquelle ausgebildet ist, den Lichtstrahl in dem ersten Betriebsmodus durch Steuern einer ersten Anzahl der Mehrzahl von lichtemittierenden Elementen, Licht zu emittieren, zu erzeugen und den Lichtstrahl in dem zweiten Betriebsmodus durch Steuern einer anderen zweiten Anzahl der Mehrzahl von lichtemittierenden Elementen, Licht zu emittieren, zu erzeugen.
Bei einigen Beispielen ist die erste Auflösung höher als die zweite Auflösung, und wobei die erste Anzahl kleiner ist als die zweite Anzahl.
Gemäß einigen Beispielen ist die Mehrzahl von lichtemittierenden Elementen drei lichtemittierende Elemente, wobei die erste Anzahl eins oder zwei ist, und wobei die zweite Anzahl zwei oder drei ist.
Bei einigen Beispielen ist eine Strahlenergie des Lichtstrahls in dem ersten Betriebsmodus geringer als in dem zweiten Betriebsmodus.
Gemäß einigen Beispielen ist der optische Sender ausgebildet, die Umgebung in dem Sichtfeld bei einer geringeren Bildrate in dem ersten Betriebsmodus als in dem zweiten Betriebsmodus abzutasten.
Bei einigen Beispielen ist die Lichtquelle ausgebildet, Emissionszeiten der ersten Anzahl von lichtemittierenden Elementen in dem ersten Betriebsmodus unter Verwendung einer ersten Nachschlagtabelle zu steuern, und Emissionszeiten der zweiten Anzahl von lichtemittierenden Elementen in dem zweiten Betriebsmodus unter Verwendung einer zweiten Nachschlagtabelle zu steuern.
Gemäß einigen Beispielen zeigt die erste Nachschlagtabelle eine erste Anzahl von Emissionszeiten für jedes lichtemittierende Element der ersten Anzahl von lichtemittierenden Elementen an, um die Umgebung in dem Sichtfeld einmal in dem ersten Betriebsmodus abzutasten, wobei die zweite Nachschlagtabelle eine zweite Anzahl von Emissionszeiten für jedes lichtemittierende Elemente der zweiten Anzahl von lichtemittierenden Elementen anzeigt, um die Umgebung in dem Sichtfeld einmal in dem zweiten Betriebsmodus abzutasten, und wobei die erste Anzahl von Emissionszeiten größer ist als die zweite Anzahl von Emissionszeiten.
Andere Beispiele betreffen ein Fahrzeug mit einem LIDAR-Sensor, wie hier beschrieben ist, zum Abtasten einer Umgebung des Fahrzeugs. Das Fahrzeug umfasst ferner eine Steuereinheit, die ausgebildet ist, das Eingangssignal an den LIDAR-Sensor zu liefern.
Weitere Beispiele betreffen ein Verfahren zum Betreiben eines LIDAR-Sensors mit einem optischen Sender. Das Verfahren umfasst ein Bewerten eines Eingangssignals gemäß einem Bewertungskriterium, um ein Bewertungsergebnis zu erhalten. Ferner umfasst das Verfahren ein Steuern des optischen Senders basierend auf dem Bewertungsergebnis, in einem von zumindest einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus zu arbeiten. Der optische Sender tastet in dem ersten Betriebsmodus die Umgebung in einem Sichtfeld mit einer ersten Auflösung ab und tastet in dem zweiten Betriebsmodus die Umgebung in dem Sichtfeld mit einer anderen zweiten Auflösung ab.
Bei einigen Beispielen zeigt das Eingangssignal eine Geschwindigkeit einer Entität an, die den LIDAR-Sensor trägt, und wobei das Bewerten des Eingangssignals ein Bewerten, ob die Geschwindigkeit über oder unter einem Schwellenwert ist, umfasst.
Gemäß einigen Beispielen umfasst das Steuern des optischen Senders ein Steuern des optischen Senders, in dem zweiten Betriebsmodus zu arbeiten, wenn festgestellt wird, dass die Geschwindigkeit über dem Schwellenwert ist.
Bei einigen Beispielen umfasst das Steuern des optischen Senders ein Steuern des optischen Senders, in dem ersten Betriebsmodus zu arbeiten, wenn festgestellt wird, dass die Geschwindigkeit unter dem Schwellenwert ist.
Gemäß einigen Beispielen umfasst der optische Sender eine Lichtquelle, die fähig ist, einen Lichtstrahl zum Abtasten der Umgebung zu emittieren, wobei der optische Sender eine reflektierende Oberfläche umfasst, die um eine Rotationsachse oszilliert, um den Lichtstrahl in die Umgebung abzulenken, und wobei die Lichtquelle eine Mehrzahl von steuerbaren lichtemittierenden Elementen umfasst. Dann umfasst das Steuern des optischen Senders ein Steuern einer ersten Anzahl der Mehrzahl von lichtemittierenden Elementen, um Licht zu emittieren, um den Lichtstrahl in dem ersten Betriebsmodus zu erzeugen; und Steuern einer unterschiedlichen zweiten Anzahl der Mehrzahl von lichtemittierenden Elementen, Licht zu emittieren, um den Lichtstrahl in dem zweiten Betriebsmodus zu erzeugen.
Bei einigen Beispielen ist die erste Auflösung höher als die zweite Auflösung, und wobei die erste Anzahl kleiner ist als die zweite Anzahl
Gemäß einigen Beispielen umfasst das Steuern des optischen Senders ein Steuern von Emissionszeiten der ersten Anzahl von lichtemittierenden Elementen in dem ersten Betriebsmodus unter Verwendung einer ersten Nachschlagtabelle; und ein Steuern von Emissionszeiten der zweiten Anzahl von lichtemittierenden Elementen in dem zweiten Betriebsmodus unter Verwendung einer anderen zweiten Nachschlagtabelle.
Bei einigen Beispielen zeigt die erste Nachschlagtabelle eine erste Anzahl von Emissionszeiten für jedes lichtemittierende Element der ersten Anzahl von lichtemittierenden Elementen, um die Umgebung in dem Sichtfeld einmal in dem ersten Betriebsmodus abzutasten, wobei die zweite Nachschlagtabelle eine zweite Anzahl von Emissionszeiten für jedes lichtemittierende Elemente der zweiten Anzahl von lichtemittierenden Elementen anzeigt, um die Umgebung in dem Sichtfeld einmal in dem zweiten Betriebsmodus abzutasten, und wobei die erste Anzahl von Emissionszeiten größer ist als die zweite Anzahl von Emissionszeiten.
Noch weitere Beispiele beziehen sich auf eine andere Vorrichtung zum Betreiben eines LIDAR-Sensors mit einem optischen Sender. Die Vorrichtung umfasst ein Mittel zum Bewerten eines Eingangssignals gemäß einem Bewertungskriterium, um ein Bewertungsergebnis zu erhalten. Ferner umfasst die Vorrichtung ein Mittel zum Steuern des optischen Senders basierend auf dem Bewertungsergebnis, in einem von zumindest einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus zu arbeiten. Der optische Sender tastet in dem ersten Betriebsmodus die Umgebung in einem Sichtfeld mit einer ersten Auflösung ab und tastet in dem zweiten Betriebsmodus die Umgebung in dem Sichtfeld mit einer anderen zweiten Auflösung ab.
Beispiele betreffen ein nichtflüchtiges maschinenlesbares Medium, das gespeichert auf demselben ein Programm aufweist, das einen Programmcode zum Ausführen des Verfahrens zum Betreiben eines LIDAR-Sensors wie hierin beschrieben aufweist, wenn das Programm auf einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardware ausgeführt wird.
Andere Beispiele beziehen sich auf ein Programm, das einen Programmcode zum Ausführen des Verfahrens zum Betreiben eines LIDAR-Sensors wie hierin beschrieben aufweist, wenn das Programm auf einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird.
Beispiele gemäß dem vorgeschlagenen Konzept können es erlauben, eine Auflösung (und optional andere Abtasteigenschaften wie z. B. Bildrate) eines LIDAR-Sensors dynamisch anzupassen.
Die Beschreibung und Zeichnungen stellen nur die Grundsätze der Offenbarung dar. Weiterhin sollen alle hier aufgeführten Beispiele grundsätzlich ausdrücklich nur darstellenden Zwecken dienen, um den Leser bei dem Verständnis der Grundsätze der Offenbarung und der durch den (die) Erfinder beigetragenen Konzepte zur Weiterentwicklung der Technik zu unterstützen. Alle Aussagen hierin über Grundsätze, Aspekte und Beispiele der Offenbarung sowie konkrete Beispiele derselben sollen deren Entsprechungen umfassen.
Ein Blockdiagramm kann zum Beispiel ein detailliertes Schaltbild darstellen, das die Grundsätze der Offenbarung implementiert. Auf ähnliche Weise können ein Flussdiagramm, ein Ablaufdiagramm, ein Zustandsübergangsdiagramm, ein Pseudocode und Ähnliches verschiedene Prozesse, Operationen oder Schritte darstellen, die zum Beispiel im Wesentlichen in computerlesbarem Medium dargestellt und so durch einen Computer oder Prozessor ausgeführt werden, ungeachtet dessen, ob ein solcher Computer oder Prozessor explizit gezeigt ist. In der Beschreibung oder in den Patentansprüchen offenbarte Verfahren können durch eine Vorrichtung implementiert werden, die ein Mittel zum Ausführen eines jeden der jeweiligen Schritte dieser Verfahren aufweist.
Es versteht sich, dass die Offenbarung mehrerer, in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Schritte, Prozesse, Operationen oder Funktionen nicht als in der bestimmten Reihenfolge befindlich ausgelegt werden soll, sofern dies nicht explizit oder implizit anderweitig, z. B. aus technischen Gründen, angegeben ist. Daher werden diese durch die Offenbarung von mehreren Schritten oder Funktionen nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt, es sei denn, dass diese Schritte oder Funktionen aus technischen Gründen nicht austauschbar sind. Ferner kann bei einigen Beispielen ein einzelner Schritt, Funktion, Prozess oder Operation mehrere Teilschritte, -funktionen, -prozesse oder -operationen einschließen und/oder in dieselben aufgebrochen werden. Solche Teilschritte können umfasst sein und Teil der Offenbarung dieses Einzelschritts sein, sofern sie nicht explizit ausgeschlossen sind.
Weiterhin sind die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wo jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Während jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann, ist zu beachten, dass - obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann - andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hier explizit vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch gemacht ist.

Claims

Ein LIDAR-Sensor (100), umfassend einen optischen Sender (110) und eine Steuerschaltung (130), wobei die Steuerschaltung (130) ausgebildet ist: ein Eingangssignal (131) gemäß einem Bewertungskriterium zu bewerten, um ein Bewertungsergebnis zu erhalten; und den optischen Sender (110) basierend auf dem Bewertungsergebnis zu steuern, in einem von zumindest einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus zu arbeiten, wobei der optische Sender (110) ausgebildet ist, in dem ersten Betriebsmodus die Umgebung (190) in einem Sichtfeld (105) mit einer ersten Auflösung abzutasten und in dem zweiten Betriebsmodus die Umgebung (190) in dem Sichtfeld (105) mit einer anderen zweiten Auflösung abzutasten.
Der LIDAR-Sensor gemäß Anspruch 1, wobei das Eingangssignal (131) eine Geschwindigkeit einer Entität, die den LIDAR-Sensor trägt, anzeigt, und wobei die Steuerschaltung (130) ausgebildet ist, zu bewerten, ob die Geschwindigkeit über oder unter einem Schwellenwert ist.
Der LIDAR-Sensor gemäß Anspruch 2, wobei die Steuerschaltung (130) ausgebildet ist, den optischen Sender (110) zu steuern, in dem zweiten Betriebsmodus zu arbeiten, wenn festgestellt wird, dass die Geschwindigkeit über dem Schwellenwert ist.
Der LIDAR-Sensor gemäß Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei die Steuerschaltung (130) ausgebildet ist, den optischen Sender (110) zu steuern, in dem ersten Betriebsmodus zu arbeiten, wenn festgestellt wird, dass die Geschwindigkeit unter dem Schwellenwert ist.
Der LIDAR-Sensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der optische Sender (110) umfasst: eine Lichtquelle (112), die fähig ist, einen Lichtstrahl (111)zum Abtasten der Umgebung (190) zu emittieren, und eine reflektierende Oberfläche (113), die ausgebildet ist, um eine Rotationsachse (114) zu oszillieren, um den Lichtstrahl (111) in die Umgebung (190) abzulenken, wobei die Lichtquelle (112) eine Mehrzahl von steuerbaren lichtemittierenden Elementen (116, 117, 118) umfasst, und wobei die Lichtquelle (112) ausgebildet ist, den Lichtstrahl (111) in dem ersten Betriebsmodus durch Steuern einer ersten Anzahl der Mehrzahl von lichtemittierenden Elementen (116, 117, 118), Licht zu emittieren, zu erzeugen und den Lichtstrahl (111) in dem zweiten Betriebsmodus durch Steuern einer anderen zweiten Anzahl der Mehrzahl von lichtemittierenden Elementen (116, 117, 118), Licht zu emittieren zu erzeugen.
Der LIDAR-Sensor gemäß Anspruch 5, wobei die erste Auflösung höher ist als die zweite Auflösung, und wobei die erste Anzahl kleiner ist als die zweite Anzahl.
Der LIDAR-Sensor gemäß Anspruch 6, wobei die Mehrzahl von lichtemittierenden Elementen (116, 117, 118) drei lichtemittierende Elemente sind, wobei die erste Anzahl eins oder zwei ist, und wobei die zweite Anzahl zwei oder drei ist.
Der LIDAR-Sensor gemäß Anspruch 6 oder Anspruch 7, wobei eine Strahlenergie des Lichtstrahls (111) in dem ersten Betriebsmodus geringer ist als in dem zweiten Betriebsmodus.
Der LIDAR-Sensor gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der optische Sender (110) ausgebildet ist, die Umgebung (190) in dem Sichtfeld (105) bei einer geringeren Bildrate in dem ersten Betriebsmodus als in dem zweiten Betriebsmodus abzutasten.
Der LIDAR-Sensor gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Lichtquelle (112) ausgebildet ist, Emissionszeiten der ersten Anzahl von lichtemittierenden Elementen in dem ersten Betriebsmodus unter Verwendung einer ersten Nachschlagtabelle zu steuern, und Emissionszeiten der zweiten Anzahl von lichtemittierenden Elementen in dem zweiten Betriebsmodus unter Verwendung einer anderen zweiten Nachschlagtabelle zu steuern.
Der LIDAR-Sensor gemäß Anspruch 10, wobei die erste Nachschlagtabelle eine erste Anzahl von Emissionszeiten für jedes lichtemittierende Element der ersten Anzahl von lichtemittierenden Elementen anzeigt, um die Umgebung (190) in dem Sichtfeld (105) einmal in dem ersten Betriebsmodus abzutasten, wobei die zweite Nachschlagtabelle eine zweite Anzahl von Emissionszeiten für jedes lichtemittierende Elemente der zweiten Anzahl von lichtemittierenden Elementen anzeigt, um die Umgebung (190) in dem Sichtfeld (105) einmal in dem zweiten Betriebsmodus abzutasten, und wobei die erste Anzahl von Emissionszeiten größer ist als die zweite Anzahl von Emissionszeiten.
Ein Fahrzeug (700), umfassend: einen LIDAR-Sensor (710) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, um eine Umgebung des Fahrzeugs abzutasten; und eine Steuereinheit (720), die ausgebildet ist, das Eingangssignal an den LIDAR-Sensor zu liefern.
Ein Verfahren (800) zum Betreiben eines LIDAR-Sensors, umfassend einen optischen Sender, das Verfahren umfassend: Bewerten (802) eines Eingangssignals gemäß einem Bewertungskriterium, um ein Bewertungsergebnis zu erhalten; und Steuern (804) des optischen Senders basierend auf dem Bewertungsergebnis, in einem von zumindest einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus zu arbeiten, wobei der optische Sender in dem ersten Betriebsmodus die Umgebung in einem Sichtfeld mit einer ersten Auflösung abtastet und in dem zweiten Betriebsmodus die Umgebung in dem Sichtfeld mit einer anderen zweiten Auflösung abtastet.
Das Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das Eingangssignal eine Geschwindigkeit einer Entität, die den LIDAR-Sensor trägt, anzeigt, und wobei das Bewerten des Eingangssignals ein Bewerten, ob die Geschwindigkeit über oder unter einem Schwellenwert ist, umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei das Steuern (804) des optischen Senders ein Steuern des optischen Senders umfasst, in dem zweiten Betriebsmodus zu arbeiten, wenn festgestellt wird, dass die Geschwindigkeit über dem Schwellenwert ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 14 oder Anspruch 15, wobei das Steuern (804) des optischen Senders ein Steuern des optischen Senders umfasst, in dem ersten Betriebsmodus zu arbeiten, wenn festgestellt wird, dass die Geschwindigkeit unter dem Schwellenwert ist.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei der optische Sender eine Lichtquelle umfasst, die fähig ist, einen Lichtstrahl zum Abtasten der Umgebung zu emittieren, wobei der optische Sender eine reflektierende Oberfläche umfasst, die um eine Rotationsachse oszilliert, um den Lichtstrahl in die Umgebung abzulenken, wobei die Lichtquelle eine Mehrzahl von steuerbaren lichtemittierenden Elementen umfasst, und wobei das Steuern (804) des optischen Senders umfasst: Steuern einer ersten Anzahl der Mehrzahl von lichtemittierenden Elementen, Licht zu emittieren, um den Lichtstrahl in dem ersten Betriebsmodus zu erzeugen; und Steuern einer unterschiedlichen zweiten Anzahl der Mehrzahl von lichtemittierenden Elementen, Licht zu emittieren, um den Lichtstrahl in dem zweiten Betriebsmodus zu erzeugen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei die erste Auflösung höher ist als die zweite Auflösung, und wobei die erste Anzahl kleiner ist als die zweite Anzahl.
Das Verfahren gemäß Anspruch 17 oder Anspruch 18, wobei das Steuern (804) des optischen Senders umfasst: Steuern von Emissionszeiten der ersten Anzahl von lichtemittierenden Elementen in dem ersten Betriebsmodus unter Verwendung einer ersten Nachschlagtabelle; und Steuern von Emissionszeiten der zweiten Anzahl von lichtemittierenden Elementen in dem zweiten Betriebsmodus unter Verwendung einer anderen zweiten Nachschlagtabelle.
Das Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei die erste Nachschlagtabelle eine erste Anzahl von Emissionszeiten für jedes lichtemittierende Element der ersten Anzahl von lichtemittierenden Elementen anzeigt, um die Umgebung in dem Sichtfeld einmal in dem ersten Betriebsmodus abzutasten, wobei die zweite Nachschlagtabelle eine zweite Anzahl von Emissionszeiten für jedes lichtemittierende Elemente der zweiten Anzahl von lichtemittierenden Elementen anzeigt, um die Umgebung in dem Sichtfeld einmal in dem zweiten Betriebsmodus abzutasten, und wobei die erste Anzahl von Emissionszeiten größer ist als die zweite Anzahl von Emissionszeiten.