DE102019206318A1 - Kumulative Kurzpulsemission für gepulste LIDAR-Vorrichtungen mit langer Belichtungszeit - Google Patents

Kumulative Kurzpulsemission für gepulste LIDAR-Vorrichtungen mit langer Belichtungszeit Download PDF

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Abstract

Offenbart ist ein Verfahren zum Betreiben einer LIDAR-Vorrichtung durch ein Steuergerät, wobei mindestens eine Strahlungsquelle zum Erzeugen von gepulsten Strahlen durch das Steuergerät angesteuert wird und die gepulsten Strahlen in einen Abtastbereich emittiert werden, wobei im Abtastbereich reflektierte oder rückgestreute Strahlen durch eine Empfangsoptik empfangen und auf einen Detektor gelenkt werden, wobei ein Amplitudenverlauf eines Referenzpulses durch die gepulsten Strahlen der mindestens einen Strahlungsquelle nachgebildet wird. Des Weiteren sind ein Steuergerät, eine LIDAR-Vorrichtung, ein Computerprogramm sowie ein maschinenlesbares Speichermedium offenbart.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer LIDAR-Vorrichtung durch ein Steuergerät, wobei mindestens eine Strahlungsquelle zum Erzeugen von gepulsten Strahlen durch das Steuergerät angesteuert wird und die gepulsten Strahlen in einen Abtastbereich emittiert werden, wobei im Abtastbereich reflektierte oder rückgestreute Strahlen durch eine Empfangsoptik empfangen und auf einen Detektor gelenkt werden. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Steuergerät, eine LIDAR-Vorrichtung, ein Computerprogramm sowie ein maschinenlesbares Speichermedium.
  • Stand der Technik
  • Es sind bereits LIDAR-Vorrichtungen bekannt, welche gepulste Strahlen mit einer minimalen Pulsenergie und Pulsdauer erzeugen, um die Augensicherheit nicht zu beeinträchtigen.
  • Kurze Pulsdauern sind vorteilhaft, wenn die Flugzeit eines emittierten Pulses anhand einer Schwellwerterkennung ermittelt wird. Eine derartige Schwellwerterkennung kann durch den Einsatz von APD-basierten Detektoren oder durch SPAD-Detektoren ermöglicht werden. Hierbei kann über eine hohe Pulshäufigkeit eine Flugzeit basierend auf einer Einzelphotonendetektion bei gleichzeitig geringer Fehlauslösewahrscheinlichkeit durch eine geringere Anzahl von Hintergrundphotonen im aktiven Belichtungszeitfenster detektiert werden.
  • Bei Detektoren, in welchen Photonen über längere Zeiteinheiten mittels dem photoelektrischen Effekt in Ladungsträger umgewandelt, akkumuliert und als solche nach Belichtungsende als messbare Spannung ausgelesen werden, sind Pulse mit einer längeren Pulsdauer notwendig, um ein optimales Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu ermöglichen. Derartige Detektoren basieren üblicherweise auf CCD- oder CMOS-Technologien. Um diese Detektor optimal zu belichten müssen Strahlungsquellen und entsprechende Treiber mit einer höheren Leistung eingesetzt werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein Verfahren zum Betreiben einer LIDAR-Vorrichtung mit einem bildgebenden Detektor vorzuschlagen, bei dem unterschiedliche Strahlungsquellen und Treiber der Strahlungsquellen verwendbar sind.
  • Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
  • Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer LIDAR-Vorrichtung durch ein Steuergerät bereitgestellt. In einem Schritt wird mindestens eine Strahlungsquelle zum Erzeugen von gepulsten Strahlen durch das Steuergerät angesteuert. Die durch die mindestens eine Strahlungsquelle erzeugten gepulsten Strahlen werden in einen Abtastbereich emittiert. Im Abtastbereich reflektierte und/oder rückgestreute Strahlen werden durch eine Empfangsoptik empfangen und auf einen Detektor gelenkt. Der Detektor kann vorzugsweise als ein sogenannter Imager ausgestaltet sein, welcher auf einer CCD-Technologie oder einer CMOS-Technologie basiert. Durch die Strahlungsquelle, welche von dem Steuergerät angetrieben wird, wird ein Amplitudenverlauf eines Referenzpulses durch die gepulsten Strahlen der mindestens einen Strahlungsquelle nachgebildet. Der Referenzpuls kann vorzugsweise eine Pulsbreite bzw. Pulsdauer aufweisen, welche zum optimalen Belichten des Detektors notwendig ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Steuergerät bereitgestellt, wobei das Steuergerät dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
  • Darüber hinaus wird nach einem Aspekt der Erfindung ein Computerprogramm bereitgestellt, welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch ein Steuergerät diesen veranlassen, das Verfahren auszuführen. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein maschinenlesbares Speichermedium bereitgestellt, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine LIDAR-Vorrichtung zum Abtasten eines Abtastbereichs mit gepulsten Strahlen bereitgestellt. Die LIDAR-Vorrichtung weist mindestens eine Strahlungsquelle auf, welche durch ein Steuergerät betreibbar ist. Des Weiteren weist die LIDAR-Vorrichtung eine Empfangsoptik zum Empfangen und zum Weiterleiten von im Abtastbereich reflektierten und/oder rückgestreuten Strahlen auf mindestens einen Detektor auf. Die mindestens eine Strahlungsquelle ist durch das Steuergerät derart betreibbar, dass mehrere gepulste Strahlen amplitudenmoduliert einen breiteren Referenzpuls nachbilden.
  • Hierdurch können viele kurze und zeitlich dicht hintereinander emittierte gepulste Strahlen im Sinne eines „Burst“-Betriebs, erzeugt werden. Die gepulsten Strahlen können gefaltet und mit einer niederfrequenten Pulszeitfunktion entsprechend einer Hüllkurve bzw. einem Referenzpuls moduliert werden. Der Referenzpuls beschreibt den Verlauf eines langen, hochenergetischen Pulses und setzt sich durch das Verfahren aus vielen kurzen gepulsten Strahlen zusammen.
  • Insbesondere kann durch das Verfahren ein einzelner durch eine leistungsfähige Strahlungsquelle erzeugter Referenzpuls durch eine Vielzahl an kurzen leistungsschwächeren Pulsen, die zeitlich schnell nacheinander erzeugt werden und in ihrer Amplitude entsprechend dem Referenzpuls verstellt werden, nachgebildet werden.
  • Der durch gepulste Strahlen kumulativ nachgebildete Referenzpuls ermöglicht sowohl eine Flugzeitmessung durch Schwellwertdetektion als auch ein hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis bei langen Belichtungszeiten des Detektors.
  • Durch das Verfahren können Strahlungsquellen, wie beispielsweise Laser oder LEDs eingesetzt werden, welche eine geringere Leistungsfähigkeit aufweisen im Vergleich zu Strahlungsquellen, die ein Strahl entsprechend dem Referenzpuls erzeugen müssten. Hierdurch kann eine hohe Flexibilität bei der Auswahl der Strahlungsquelle und den entsprechenden Treibern zum Ansteuern der Strahlungsquelle realisiert werden, da leistungsfähige und kostenintensive Strahlungsquellen durch schnelle und weniger leistungsfähige Strahlungsquellen ersetzt werden können.
  • Darüber hinaus kann das Verfahren eine höhere Flexibilität in der Pulsenergieverteilung über seine Dauer ermöglichen und somit neue Freiheiten in der Gestaltung der Augensicherheit bieten.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die gepulsten Strahlen amplitudenmoduliert durch die mindestens eine Strahlungsquelle erzeugt. Die mindestens eine Strahlungsquelle kann hierbei gezielt durch das Steuergerät ausgelöst und in der Intensität bzw. Leistung moduliert werden. Durch eine derartige gezielte Generierung der gepulsten Strahlen und eine Amplitudenmodulation der gepulsten Strahlen kann ein Referenzpuls optimal nachgebildet werden. Der Referenzpuls ist vorzugsweise als ein erwünschter relativ langer Puls ausgebildet, welcher zum optimalen Belichten des Detektors vorteilhaft ist.
  • Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine Hüllkurvenmodulation der gepulst erzeugten Strahlen mit dem Referenzpuls als Hüllkurve durchgeführt. Die gepulst erzeugten Strahlen können hierdurch an den Amplitudenverlauf der Hüllkurve abgestimmt werden und den Referenzpuls besonders präzise nachbilden.
  • Insbesondere können die jeweiligen gepulsten Strahlen eine maximale Amplitude aufweisen, welche einem Amplitudenverlauf der Hüllkurve entspricht oder folgt.
  • Somit kann die Amplitude der gepulst erzeugten Strahlen einer breiteren Gaußkurve folgen. Insbesondere kann jeder erzeugte Strahl eine zunehmende maximale Amplitude aufweisen, welche an einem Scheitelpunkt bzw. Maximalpunkt zunehmend abnimmt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die gepulsten Strahlen mit einer gleichen Pulsbreite durch die mindestens eine Strahlungsquelle erzeugt. Eine derartige Nachbildung des Referenzpulses kann technisch besonders einfach ausgeführt werden, da eine zeitliche Modulation entfallen kann.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform werden die gepulsten Strahlen zeitlich moduliert durch die mindestens eine Strahlungsquelle erzeugt. Hierdurch kann die Nachbildung des Referenzpulses weiter verbessert werden, indem die Pulsdauern der jeweiligen kurzen Pulse variabel eingestellt werden. Insbesondere können die jeweiligen Pulsdauern der erzeugten Strahlen unabhängig voneinander eingestellt und verändert werden.
  • Dabei kann auch eine dynamische Pulsdaueranpassung durchgeführt werden. Die Pulsdauer der jeweiligen Strahlen kann beispielsweise situationsabhängig verringert oder vergrößert werden, wobei die in den Abtastbereich emittierte Strahlungsleistung hierdurch variiert werden kann. Diese Einstellungsmöglichkeit kann beispielsweise zum Erhöhen der Augensicherheit eingesetzt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die gepulsten Strahlen sich bereichsweise überlappend durch die mindestens eine Strahlungsquelle erzeugt. Durch eine gezielte Pulsüberlappung kann eine verbesserte Nachbildung des Referenzpulses umgesetzt werden. Hierdurch können die gepulsten Strahlen in einem zeitlich engeren Abstand zueinander bzw. schneller nacheinander erzeugt werden und somit den Referenzpuls präziser nachbilden.
  • Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine Überlappung der gepulsten Strahlen durch versetztes Ansteuern von mindestens zwei Strahlungsquellen und/oder durch erneutes Ansteuern der mindestens einen Strahlungsquelle während einer Erzeugung von einem gepulsten Strahl umgesetzt. Ein Versatz der erzeugten Strahlen kann beispielsweise durch den Einsatz von mehreren Strahlungsquellen verursacht werden. Hierbei kann das Steuergerät mehrere Strahlungsquellen ansteuern und diese zeitlich koordinieren.
  • Des Weiteren kann die mindestens eine Strahlungsquelle derart durch das Steuergerät betrieben werden, dass die Strahlungsquelle noch vor dem Erreichen der Leistung „Null“ erneut zum Erzeugen von gepulsten Strahlen angesteuert wird. Am Ende der langen Pulszeitfunktion bzw. des Referenzpulses kann bis zum nächsten langen Puls keine Leistung emittiert werden. Somit kann ein sogenanntes Time of Flight Verfahren mit Pausen zwischen den Referenzpulsen durch die LIDAR-Vorrichtung durchgeführt werden.
  • Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die gepulsten Strahlen mit einem variablen zeitlichen Abstand zueinander durch die mindestens eine Strahlungsquelle erzeugt. Neben der Flexibilität in der Auswahl der Strahlungsquelle und des Treibers bzw. des Steuergeräts bei geringerer Abhängigkeit vom gewählten Detektionsprinzip kann über die Einstellung von „Energielücken“ bzw. der Flächen zwischen der Referenzkurve und den kurzen gepulsten Strahlen eine Steuerung der zeitlichen Energiedichte des langen Pulses über die Zeit erreichen. Bei einem stetigen, langen Puls wäre hier eine Limitierung gegeben. Zudem können so Limitierungen der Pulsenergie, die sich für einen einzelnen Emitter ergeben, überwunden werden, indem die Energien unterschiedlicher Emitter bzw. Strahlungsquellen zu einem Puls addiert werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die zeitlichen Abstände zum Einstellen eines Signal-zu-Rausch-Verhältnisses adaptiv eingestellt. Hierdurch kann das Verhältnis zwischen Energielücken und der erzeugten Strahlungsleistung adaptiv eingestellt werden, um eine maximale Augensicherheit zu ermöglichen. Beispielsweise kann ein gegebenes oder ein gemessenes Hintergrundlicht ermittelt und für eine Anpassung der Energielücken und/oder der erzeugten Strahlungsleistung verwendet werden. Sobald das Signal-zu-Rausch-Verhältnis einen vordefinierten Schwellwert überschreitet, können mehr oder größere „Energielücken“ bzw. Abstände zwischen den gepulsten Strahlen zugelassen werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die gepulsten Strahlen wellenlängenmoduliert durch die mindestens eine Strahlungsquelle erzeugt. Zusätzlich zu der Überlagerung der Einzelpulse bzw. der gepulsten Strahlen eine Wellenlänge der gepulsten Strahlen eingestellt werden. Eine derartige Wellenlängen-Modulation kann insbesondere zur Rauschunterdrückung eingesetzt werden. Bei der Wellenlängen-Modulation kann die Wellenlänge der einzelnen gepulsten Strahlen variiert werden während der Nachbildung des Referenzpulses.
  • Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen
    • 1 eine schematische Darstellung einer LIDAR-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform,
    • 2 ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen von gepulsten Strahlen, welche durch ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform erzeugt wurden und
    • 2 ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen von gepulsten Strahlen, welche durch ein Verfahren gemäß einer weiteren Ausführungsform erzeugt wurden.
  • Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen LIDAR-Vorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform. Die LIDAR-Vorrichtung 1 dient zum Abtasten eines Abtastbereichs B mit gepulsten Strahlen 2.
  • Die LIDAR-Vorrichtung 1 weist gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Strahlungsquelle 4 auf. Die Strahlungsquelle 4 ist als ein gepulst betreibbarer Infrarotlaser ausgestaltet. Alternativ oder zusätzlich können weitere Strahlungsquellen 5 in die LIDAR-Vorrichtung 1 eingebracht sein.
  • Die Strahlungsquellen 4, 5 sind mit einem Steuergerät 6 verbunden. Das Steuergerät 6 ist dazu eingerichtet, die Strahlungsquellen 4, 5 anzusteuern.
  • Beispielsweise kann das Steuergerät 6 als ein Treiber oder als eine Ansteuerung der Strahlungsquellen 4, 5 ausgeführt sein. Bevorzugterweise kann das Steuergerät 6 die Strahlungsquellen zu definierten Zeiten und mit einer definierten Dauer derart ansteuern, dass die Strahlungsquellen 4, 5 gepulste Strahlen 2 erzeugen und emittieren.
  • Die Strahlungsquellen 4, 5 können parallel nebeneinander angeordnet sein, sodass die gepulsten Strahlen 2, 3 der jeweiligen Strahlungsquellen 4, 5 geringfügig versetzt sind. Alternativ kann ein nicht dargestellter Strahlenteiler oder ein optisches Kopplungselement eingesetzt werden, um die gepulsten Strahlen 2, 3 auf einen definierten Austrittsort zu konfigurieren.
  • Des Weiteren weist die LIDAR-Vorrichtung 1 eine Empfangsoptik 8 auf. Die Empfangsoptik 8 kann als eine oder mehrere Linsen, Linsensysteme, diffraktive optische Elemente, Filter und dergleichen ausgebildet sein. Gemeinsam mit den Strahlungsquellen 4, 5 oder im Unterschied zu den Strahlungsquellen 4, 5 kann die Empfangsoptik 8 schwenkbar, rotierbar, beweglich oder unbeweglich ausgeführt sein.
  • Die Empfangsoptik 8 dient dazu, im Abtastbereich B reflektierte und/oder rückgestreute Strahlen 10 zu empfangen und auf einen Detektor 12 zu lenken.
  • Der Detektor 12 der LIDAR-Vorrichtung 1 kann vorzugsweise ein bildgebender Detektor sein. Insbesondere kann der Detektor 12 als ein CCD-Sensor oder als ein CMOS-Sensor ausgeführt sein.
  • Das Steuergerät 6 kann mit dem Detektor 12 ebenfalls datenleitend verbunden sein. Alternativ kann der Detektor 12 von einer separaten Steuereinheit oder Auswerteeinheit ausgelesen und die entsprechenden Messdaten ausgewertet werden.
  • Das Steuergerät 6 steuert hierbei die mindestens eine Strahlungsquelle 4, 5 derart an, dass mehrere gepulste Strahlen 2 amplitudenmoduliert einen breiteren Referenzpuls nachbilden.
  • In der 2 ist ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen von gepulsten Strahlen 2 zum Nachbilden eines Referenzpulses 14 gezeigt, welche durch ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform erzeugt wurden.
  • In dem Diagramm ist eine Amplitude A gegen eine Zeit t aufgetragen. Der Referenzpuls 14 ist ähnlich einer Gaußkurve ausgeformt und stellt einen Strahl dar, welcher für eine optimale Belichtung des Detektors 12 vorteilhaft ist.
  • Aufgrund der Ansteuerung der Strahlungsquellen 4, 5 durch das Steuergerät 6 können mehrere gepulste Strahlen 2 zeitlich schnell nacheinander erzeugt und emittiert werden. Die Amplitude A der gepulsten Strahlen 2 wird durch das Steuergerät 6 an einen Amplitudenverlauf des Referenzpulses 14 angepasst. Somit weisen die gepulsten Strahlen 2 abhängig von der Zeit t eine zunehmend ansteigende und anschließend erneut abfallende Amplitude A auf.
  • Die gepulsten Strahlen 2 weisen eine Pulsbreite bzw. Pulsdauer D auf. Die Pulsdauer D ist hierbei kleiner als eine Pulsdauer des Referenzpulses 14. Des Weiteren sind gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel die gepulsten Strahlen 2 zeitlich durch Pausen P voneinander beabstandet. Durch Erhöhen der Pausen P zwischen den gepulsten Strahlen 2 kann die Leistungsdichte der emittierten Strahlung der LIDAR-Vorrichtung 1 verringert und die Gefahr von Augenverletzungen gesenkt werden.
  • Die 3 zeigt ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen von gepulsten Strahlen 2,3, welche durch ein Verfahren gemäß einer weiteren Ausführungsform erzeugt wurden. Die gepulsten Strahlen 2, 3 wurden hierbei durch zwei unabhängig voneinander ansteuerbare Strahlungsquellen 4, 5 erzeugt. Die gepulsten Strahlen 2 einer ersten Strahlungsquelle 4 weisen eine geringere Pulsdauer D3 auf, als die Pulsdauer D1, D2 gepulsten Strahlen 3 einer zweiten Strahlungsquelle 5.
  • Die gepulsten Strahlen 2, 3 werden derart erzeugt, dass sie sich bereichsweise Überlappen. Insbesondere entsteht zwischen den zeitlich benachbarten Strahlen 2, 3 ein Überlapp 16. Hierdurch kann der Referenzpuls 14 präziser nachgebildet werden.
  • Analog zum in 2 dargestellten Diagramm sind die jeweiligen gepulsten Strahlen 2, 3 amplitudenmoduliert ausgeführt, sodass die maximale Amplitude A der jeweiligen gepulsten Strahlen 2, 3 dem Amplitudenverlauf des Referenzpulses 14 folgt oder entspricht.
  • Die gepulsten Strahlen 2, 3 weisen unterschiedliche Pulsbreiten D1, D2, D3 auf, welche durch eine zeitliche Modulation des Steuergeräts 6 bei der Ansteuerung der Strahlungsquellen 4, 5 eingestellt werden.
  • Gemäß dem Ausführungsbeispiel bestehen keine Pulsabstände P zwischen den gepulsten Strahlen 2, 3.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Betreiben einer LIDAR-Vorrichtung (1) durch ein Steuergerät (6), wobei mindestens eine Strahlungsquelle (4, 5) zum Erzeugen von gepulsten Strahlen (2, 3) durch das Steuergerät (6) angesteuert wird und die gepulsten Strahlen (2, 3) in einen Abtastbereich (B) emittiert werden, wobei im Abtastbereich (B) reflektierte oder rückgestreute Strahlen (10) durch eine Empfangsoptik (8) empfangen und auf einen Detektor (12) gelenkt werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Amplitudenverlauf (A) eines Referenzpulses (14) durch die gepulsten Strahlen (2, 3) der mindestens einen Strahlungsquelle (4, 5) nachgebildet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die gepulsten Strahlen (2, 3) amplitudenmoduliert durch die mindestens eine Strahlungsquelle (4, 5) erzeugt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Hüllkurvenmodulation der gepulst erzeugten Strahlen (2, 3) mit dem Referenzpuls (14) als Hüllkurve durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die gepulsten Strahlen (2, 3) mit einer gleichen Pulsbreite (D) durch die mindestens eine Strahlungsquelle (4, 5) erzeugt werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die gepulsten Strahlen (2, 3) zeitlich moduliert durch die mindestens eine Strahlungsquelle (4, 5) erzeugt werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die gepulsten Strahlen (2, 3) sich bereichsweise überlappend durch die mindestens eine Strahlungsquelle (4, 5) erzeugt werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei eine Überlappung (16) der gepulsten Strahlen (2, 3) durch versetztes Ansteuern von mindestens zwei Strahlungsquellen (4, 5) und/oder durch erneutes Ansteuern der mindestens einen Strahlungsquelle (4) während einer Erzeugung von einem gepulsten Strahl (2) umgesetzt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die gepulsten Strahlen (2, 3) mit einem variablen zeitlichen Abstand (P) zueinander durch die mindestens eine Strahlungsquelle (4, 5) erzeugt werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die zeitlichen Abstände (P) zum Einstellen eines Signal-zu-Rausch-Verhältnisses adaptiv eingestellt werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die gepulsten Strahlen (2, 3) wellenlängenmoduliert durch die mindestens eine Strahlungsquelle erzeugt werden.
  11. Steuergerät (6), wobei das Steuergerät (6) dazu eingerichtet ist, das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
  12. LIDAR-Vorrichtung (1) zum Abtasten eines Abtastbereichs (B) mit gepulsten Strahlen (2, 3), aufweisend mindestens eine Strahlungsquelle (4, 5), welche durch ein Steuergerät (6) betreibbar ist, aufweisend eine Empfangsoptik (8) zum Empfangen und zum Weiterleiten von im Abtastbereich (B) reflektierten und/oder rückgestreuten Strahlen (10) auf mindestens einen Detektor (12), dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Strahlungsquelle (4, 5) durch das Steuergerät (6) derart betreibbar ist, dass mehrere gepulste Strahlen (2, 3) amplitudenmoduliert einen breiteren Referenzpuls (14) nachbilden.
  13. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch ein Steuergerät (6) diesen veranlassen, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.
  14. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 13 gespeichert ist.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017054036A1 (en) * 2015-09-28 2017-04-06 Baraja Pty Ltd Spatial profiling system and method
US20170343671A1 (en) * 2016-05-24 2017-11-30 Autoliv Asp, Inc. Direct Detection LiDAR System and Method with Pulse Amplitude Modulation (AM) Transmitter and Quadrature Receiver
US20180031703A1 (en) * 2016-07-21 2018-02-01 Z-Senz Llc Systems, Devices, and/or Methods for Encoded Time of Flight Light Detection and Ranging

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55106413A (en) * 1979-02-10 1980-08-15 Nec Corp Optical pulse shaping device
JPS5642160A (en) * 1979-09-13 1981-04-20 Nissan Motor Co Ltd Detecting device for obstacle
JPS63184413A (ja) * 1987-01-26 1988-07-29 Nec Corp パルス波形整形方式
JP3218189B2 (ja) * 1996-09-24 2001-10-15 株式会社クボタ 測距装置
JP3139982B2 (ja) * 1997-08-14 2001-03-05 ジーイー横河メディカルシステム株式会社 超音波送波パルス発生回路および超音波診断装置
JP2009075086A (ja) * 2007-08-28 2009-04-09 Nagoya Electrical Educational Foundation 超音波三次元距離計測装置及び超音波三次元距離計測方法
US8471895B2 (en) * 2008-11-25 2013-06-25 Paul S. Banks Systems and methods of high resolution three-dimensional imaging
US9442186B2 (en) * 2013-05-13 2016-09-13 Microsoft Technology Licensing, Llc Interference reduction for TOF systems

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017054036A1 (en) * 2015-09-28 2017-04-06 Baraja Pty Ltd Spatial profiling system and method
US20170343671A1 (en) * 2016-05-24 2017-11-30 Autoliv Asp, Inc. Direct Detection LiDAR System and Method with Pulse Amplitude Modulation (AM) Transmitter and Quadrature Receiver
US20180031703A1 (en) * 2016-07-21 2018-02-01 Z-Senz Llc Systems, Devices, and/or Methods for Encoded Time of Flight Light Detection and Ranging

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