DE102019217205A1

DE102019217205A1 - Betriebsverfahren und Steuereinheit für ein LiDAR-System, LiDAR-System und Vorrichtung

Info

Publication number: DE102019217205A1
Application number: DE102019217205.9A
Authority: DE
Inventors: Martin Kastner; Markus Hippler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-11-07
Filing date: 2019-11-07
Publication date: 2021-05-12
Also published as: FR3103034B1; FR3103034A1; JP2021081424A; US11982744B2; CN112835059A; US20210141089A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für ein LiDAR-System (1), bei welchem senderseitig ein optisches Mehrfachpulssignal (S1; S2) mit mehreren zeitlich getrennten Peaks (P1, P2) und zeitlich überlagerten Peakflanken (F11, F12; F21, F22) zeitlich direkt aufeinanderfolgender Peaks (P1, P2) erzeugt und als optisches Sendesignal (S) in ein Sichtfeld (50) ausgesandt wird. Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren eine entsprechende Steuereinheit, einen LiDAR-System (1) als solches sowie eine Arbeitsvorrichtung, insbesondere nach Art eines Fahrzeugs.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren und eine Steuereinheit für ein LiDAR-System, ein LiDAR-System als solches sowie eine Arbeitsvorrichtung, welche mit einem LiDAR-System und insbesondere als Fahrzeug ausgebildet ist.
Zur Umfelderkennung von Arbeitsvorrichtungen und insbesondere von Fahrzeugen werden vermehrt so genannte LiDAR-Systeme (LiDAR: Light Detection and Ranging) eingesetzt, welche ausgebildet sind, ein Sichtfeld mit Licht oder Infrarotstrahlung zu beaufschlagen und von dem Sichtfeld zurückgeworfene Strahlung zur Analyse des Sichtfeldes und zur Detektion von darin enthaltenen Objekten zu erfassen und auszuwerten. Zur Verbesserung von LiDAR-Systemen und -Verfahren, insbesondere im Hinblick auf eine bessere Signalidentifikation, sind unter anderem Mehrfachpulssignale zur Beleuchtung eines zu überwachenden Sichtfelds eingeführt worden.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren für einen LiDAR-System weist den Vorteil auf, dass verwendete Mehrfachpulssignale deutlicher gegenüber dem Rauschen identifiziert werden können und auch eine bessere Ortsauflösung bei der Umfeldüberwachung erlauben. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass ein Betriebsverfahren für ein LiDAR-System geschaffen wird, bei welchem senderseitig ein optisches Mehrfachpulssignal mit mehreren - insbesondere zeitlich getrennten - Peaks und zeitlich überlagerten Peakflanken zeitlich direkt aufeinanderfolgender Peaks erzeugt und als optisches Sendesignal in ein Sichtfeld ausgesandt wird. Die erfindungsgemäße Verwendung von Mehrfachpulssignalen - insbesondere mit zeitlich getrennten Peaks - mit zeitlich überlagerten Peakflanken ermöglicht einerseits empfängerseitig ein besonders hohes Maß an Unterscheidbarkeit der empfangenen Signale vom Hintergrundrauschen und andererseits eine Steigerung bei der Ortsauflösung.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Obwohl grundsätzlich erfindungsgemäß eine beliebige Mehrzahl von Pulsen im Zusammenhang mit einem erfindungsgemäßen Mehrfachpulssignal erzeugt und verwendet werden kann, stellen sich besonders einfache Verhältnisse ein, wenn gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens als Sendesignal ein Doppelpulssignal mit zwei - insbesondere zeitlich getrennten - Peaks und zeitlich überlagerten Peakflanken erzeugt und ausgesandt wird.
Es sind verschiedene zusätzliche oder alternative Maßnahmen denkbar, um die Identifizierbarkeit empfangener Signale gegenüber dem Rauschen zu steigern und/oder die Ortsauflösung bei der Überwachung des Sichtfelds weiter zu verbessern.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens ist es denkbar, dass ein zeitlich - insbesondere direkt - vorangehendes und insbesondere erstes Pulssignal vergleichsweise schmal ausgebildet ist und insbesondere eine geringere Peakbreite im Vergleich zur Peakbreite eines zeitlich - insbesondere direkt - nachfolgenden Pulssignals aufweist, welches vergleichsweise breit ist und insbesondere eine höhere Peakbreite aufweist im Vergleich zur Peakbreite des zeitlich - insbesondere direkt - vorangehenden Pulssignals.
Zusätzlich oder alternativ kann die Peakbreite des zeitlich - insbesondere direkt - vorangehenden Pulssignals im Bereich von etwa 1/20 bis etwa 1/5 und vorzugsweise im Bereich von etwa 1/10 der Peakbreite des zeitlich - insbesondere direkt - nachfolgenden Pulssignals liegen.
Die Peakbreite oder Pulsbreite eines zeitlich vorangehenden Pulses oder Peaks kann im Bereich von 0,5 ns oder darunter liegen. Die Peakbreite oder Pulsbreite eines zeitlich nachfolgenden Pulses oder Peaks kann im Bereich von 2 ns oder darüber liegen.
Dabei kann eine jeweilige Peakbreite als eine Halbwertsbreite eines jeweils zu Grunde liegenden Peaks aufgefasst werden.
Gemäß einer anderen alternativen oder zusätzlichen Fortbildung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens kann ein zeitlich vorangehendes und insbesondere ein erstes Pulssignal im Vergleich zu einem zeitlich nachfolgenden und insbesondere zweiten Pulssignal eine geringere Peakhöhe aufweisen.
Insbesondere können die Peakhöhen zeitlich direkt aufeinanderfolgender in einem Verhältnis mit einem Wert von etwa 0,9 oder darunter, vorzugsweise mit einem Wert von etwa 0,8 oder darunter und weiter bevorzugt mit einem Wert von etwa 0,6 oder darunter stehen.
Direkt aufeinanderfolgende Pulssignale im erfindungsgemäßen Mehrfachpulssignal können gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltungsform in Bezug auf die Lage der Peaks einen zeitlichen Abstand aufweisen, welcher im Bereich etwa des Zehnfachen bis etwa des Zwanzigfachen der Peakbreite des ersten oder zeitlich - insbesondere direkt - vorangehenden Pulssignals und/oder im Bereich etwa des Einfachen bis etwa des Dreifachen der Peakbreite des zweiten oder zeitlich - insbesondere direkt - nachfolgenden Pulssignals liegen.
Insbesondere kann der zeitliche Abstand direkt aufeinanderfolgender Pulssignalen in Bezug auf die zeitliche Lage der Peaks im Bereich der halben oder ganzen Pulsbreite oder Peakbreite des zeitlich nachfolgenden Pulses liegen. Alternativ dazu kann der zeitliche Abstand direkt aufeinanderfolgender Pulssignalen in Bezug auf die zeitliche Lage der Peaks im Bereich von 2 ns oder darüber liegen.
Grundsätzlich können beliebige Lichtquellen zur Erzeugung der erfindungsgemäß ausgestalteten Mehrfachpulssignale verwendet werden.
Jedoch stellen sich hinsichtlich der Messgenauigkeit und der Reproduzierbarkeit besonders geeignete Verhältnisse ein, wenn gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens zum Erzeugen der optischen Sendesignale als Lichtquelle einer Lichtquelleneinheit mindestens ein Halbleiterlaser verwendet wird.
Insbesondere ist dabei die Verwendung mehrerer Lichtquellen und insbesondere Halbleiterlaser bei bestimmten Ausgestaltungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des zu Grunde liegenden Systems vorteilhaft.
Besonders einfache Betriebsverhältnisse stellen sich ein, wenn gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens als Lichtquelle eine einzelne oder einzige Lasereinrichtung zum Erzeugen eines Mehrfachpulses und insbesondere eines Doppelpulses verwendet wird.
Bei dieser einzelnen Lasereinrichtung, zum Beispiel im Sinne eines Halbleiterlasers, können dabei zunächst in einer Vorphase oder ersten Phase ihres Betriebs mit vergleichsweise viel Energie und/oder durch einen ersten vergleichsweise hohen Strompuls im zu Grunde liegenden Halbleiterelement ein Anschwingen, Einschwingen und/oder eine Laserresonanz unterdrückt werden.
Dies kann vorzugsweise zum Beispiel durch Verwendung eines optischen Absorbers und/oder unter Ausbildung eines vergleichsweise hohen Inversionsgrads in der zu Grunde liegenden Lasereinrichtung erfolgen.
In einer zweiten Phase oder Hauptphase des Betriebs der Lasereinrichtung wird dann durch Beaufschlagung, insbesondere mit einem zweiten Strompuls, die Unterdrückung der Laserresonanz, insbesondere durch den Absorber, aufgehoben und es wird also eine Laserresonanz nicht mehr unterdrückt.
Dann wird in der Lasereinrichtung eine ausgeprägte und zeitlich definierte Relaxationsoszillation angeregt, insbesondere durch Güteschalten und/oder Gewinnschalten, und es wird ein erstes, zeitlich - insbesondere direkt - vorangehendes und vergleichsweise schmales Pulssignal erzeugt und ausgesandt.
Dann wird nach der Relaxationsoszillation unter Einspeisung zusätzlicher Energie und/oder durch weiteres Bestromen ein Anschwingen oder Einschwingen der Lasereinrichtung bewirkt und in Folge ein weiteres, zeitlich - insbesondere direkt - nachfolgendes, breiteres oder vergleichsweise breites Pulssignal entsprechend dem zeitlichen Verhalten des Bestromens - also insbesondere im Verhältnis zum zeitlichen Verlauf des anregenden Stroms und/oder in zeitlicher Überlappung mit einer abfallenden Flanke des ersten Pulssignals - erzeugt und ausgesandt.
Zum Erzeugen eines ersten oder zeitlich - insbesondere direkt - vorangehenden Pulssignals und eines zweiten oder zeitlich - insbesondere direkt - nachfolgenden Pulssignals können zum Beispiel eine einzelne Lichtquelle und insbesondere eine einzelne Lasereinrichtung und vorzugsweise ein einzelner Halbleiterlaser verwendet und betrieben werden.
Alternativ dazu können eine erste Lichtquelle und eine zweite Lichtquelle verwendet und betrieben werden, insbesondere in zeitlich - insbesondere direkt - aufeinanderfolgender Weise, wobei insbesondere eine jeweils verwendete Lichtquelle als Lasereinrichtung und vorzugsweise als Halbleiterlaser ausgebildet sein kann.
Zur Steuerung und zum Betrieb der einen oder mehreren Lichtquellen sich unterschiedliche Mechanismen einsetzbar.
Zum Beispiel kann gemäß einer anderen Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens eine Treibereinheit verwendet und betrieben werden, welche eingerichtet ist, die zeitliche Abfolge von Anregungen der einen oder beider Lichtquellen und insbesondere der einen oder beiden Lasereinrichtungen oder Halbleiterlaser gemäß den Pulssignalen und ihrer Abfolge zu bewirken.
Dazu kann die Treibereinheit einen ersten Treiber und einen zweiten Treiber aufweisen, welche der einzelnen Lichtquelle oder den beiden Lichtquellen - insbesondere eineindeutig - zugeordnet sind, wobei die Treiber jeweils als ein oder mit einem passiven Schwingkreis und/oder als eine oder mit einer Stromquelle ausgebildet sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Steuereinheit für ein LiDAR-System, welche eingerichtet ist, in einem zu Grunde liegenden LiDAR-System eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens zu initiieren, auszuführen, ablaufen zu lassen, zu regeln und/oder zu steuern.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung auch ein LiDAR-System als solches, welches mit einer Sendereinheit zum Erzeugen und Aussenden von Primärlicht in ein Sichtfeld zu dessen Beleuchtung und mit einer Empfängereinheit zum Empfangen, Detektieren und Auswerten von Sekundärlicht aus dem Sichtfeld ausgebildet ist.
Das vorgeschlagene LiDAR-System ist dazu eingerichtet, mit einem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet zu werden und/oder von einem derartigen Verfahren gesteuert oder geregelt zu werden.
Das LiDAR-System ist dazu in vorteilhafter Weise mit einer erfindungsgemäß ausgestalteten Steuereinheit ausgebildet, welche ihrerseits zum Steuern des Betriebs der Sendereinheit und/oder der Empfängereinheit eingerichtet ist und insbesondere um ein Generieren/Aussenden von Primärlicht und/oder ein Empfangen, Detektieren und Bewerten von Sekundärlicht zu initiieren, zu veranlassen, durchzuführen, zu regeln und/oder zu steuern.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen LiDAR-Systems weist die die Empfängereinheit eine Korrelationseinheit auf, welche zum Detektieren eines ausgesandten Musters oder Signalmusters im Mehrfachpulssignal auf der Eingangsseite eingerichtet ist.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Arbeitsvorrichtung als solche, welche mit einem erfindungsgemäß ausgestalteten LiDAR-System und insbesondere als Fahrzeug ausgebildet ist.
Figurenliste
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren werden Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben.

1 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgestalteten LiDAR-Systems, welches im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren eingesetzt werden kann, und
2 und 3 illustrieren in Form von Graphen Signalformen zu Ausführungsformen von erfindungsgemäß erzeugten Mehrfachpulssignalen.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 Ausführungsbeispiele der Erfindung und der technische Hintergrund im Detail beschrieben. Gleiche und äquivalente sowie gleich oder äquivalent wirkende Elemente und Komponenten werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall ihres Auftretens wird die Detailbeschreibung der bezeichneten Elemente und Komponenten wiedergegeben.
Die dargestellten Merkmale und weiteren Eigenschaften können in beliebiger Form voneinander isoliert und beliebig miteinander kombiniert werden, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.
Zur Illustration der vorliegenden Erfindung zeigt 1 in schematischer Weise eine Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgestalteten LiDAR-Systems 1, welches im Zusammenhang mit Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens eingesetzt werden kann.
Das LiDAR-System 1 gemäß 1 weist im Zusammenhang mit seiner optischen Anordnung 10 eine Sendereinheit 60, die auch als Senderoptik aufgefasst werden kann, sowie eine Empfängereinheit 30 auf, welche auch als Empfängeroptik aufgefasst werden kann.
In vorteilhafter Weise ist ein Steuereinheit 40 ausgebildet, mit welcher die Sendereinheit 60 und die Empfängereinheit 30 über Erfassungs- und Steuerleitungen 41 bzw. 42 wirkverbunden sind.
Die Sendereinheit 60 weist eine Lichtquelleneinheit 65 zum Erzeugen und Aussenden von Primärlicht 57, eine Strahlformungsoptik 66 zur Strahlformung des Primärlichts 57 sowie eine Ablenkoptik 62 zum eigentlichen Aussenden des Primärlichts 57 in das Sichtfeld 50 mit der Szene 53, welche zum Beispiel ein Objekt 52 enthalten kann, auf.
Die Empfängereinheit 30 weist eine Primäroptik 34, zum Beispiel nach Art eines Objektivs, und eine Sekundäroptik 35, zum Beispiel mit einem empfängerseitigen Kollimator, auf.
In diesem Zusammenhang ist erwähnenswert, dass herkömmliche kommerzielle LiDAR-Systeme im Automobilbereich sowie eine Vielzahl von herkömmlichen Entwicklungssystemen auf dem Prinzip einer Einzelpulsaussendung auf Kurzzeitbasis - zum Beispiel unterhalb etwa 2 µs - in einen vorbestimmten Raumwinkel beruhen und Objekte 52 in einer Szene 53 in einem Sichtfeld 50 anhand deren Reflektion ausgesandten Primärlichts 57 über Sekundärlicht 58 detektieren.
Die Detektion geschieht dabei über verschiedene optische Detektoren wie APD, CCD, SPAD oder SiPMs in der Detektoranordnung 20 und insbesondere anhand der Erzeugung eines elektrischen Signales auf Basis der zu Grunde liegenden Einzelpulsaussendung.
Die charakteristische Form des optischen Pulses spiegelt sich auch in der Signalform des erzeugten elektrischen Signales wider, und zwar zugleich bei einer zeitlichen Faltung des optischen Pulses aufgrund einer räumlichen Verschiebung (z.B. Verkippung) des zu detektierten Objektes 52 in der Szene 53 des Sichtfeldes 50. Hierbei kann eine Korrelation zwischen der Charakteristik der ausgesandten Signalform und des detektierten Signals vorgenommen werden.
Im Allgemeinen haben die optischen Signale eine gaussähnliche oder sin²ähnliche Charakteristik. Die Ursache für diese Signalform ist die Stromführung bei der optischen Signalerzeugung im Sendermodul, welches auch als Sendeeinheit 60 aufgefasst werden kann.
Dazu zeigen 2 und 3 schematisch und in Form von Graphen 120 und 130 Signalformen in Form von Spuren 123, 133 zu Ausführungsformen von erfindungsgemäß erzeugten Mehrfachpulssignalen S mit einem ersten Pulssignal S1 und einem zweiten Pulssignal S2, nämlich jeweils mit einem Peak P1, P2, welche von ersten, zeitlich früheren und ansteigenden Flanken F11 bzw. F21 sowie von zweiten, zeitlich späteren und abfallenden Flanken F12 bzw. F22 umschlossen oder umfasst werden.
Eine Modifikation der Stromführung verändert die Charakteristik des optischen Sendesignals S, und zwar zum Beispiel von einer gaußförmigen Gestalt des Intensitätsverlaufs mit der Zeit dahingehend, dass erfindungsgemäß zwei unterschiedliche Pulse oder Pulssignale S1 und S2 direkt nacheinander erzeugten ausgesandt werden, nämlich mit einer erfindungsgemäßen Doppelpeakcharakteristik mit einem ersten Peak P1 des ersten Pulssignals S1 und mit einem zweiten Peak P2 des Zweiten Pulssignals S2, wobei diese erfindungsgemäß in unmittelbarer zeitlicher Abfolge derart erzeugten ausgesandt werden, dass gemäß der Darstellung in den 2 und 3 eine zweite, zeitlich späten und abfallende Flanke F12 des ersten Pulssignals S1 nach dem ersten Peak P1 mit einer ersten, zeitlich frühen und ansteigenden Flanke F21 des zweiten Pulssignals S2 zeitlich überlappt.
Durch Aussendung eines Doppelpulses innerhalb einer vergleichsweise kurzen Zeit kann eine verbesserte und/oder robustere Korrelation bewirkt werden mit Implementation einer entsprechenden Korrelationsfunktion zur Erhöhung der Detektionswahrscheinlichkeit, weil Doppelpulssignale als Sendesignal S mit signalspezifischem Abstand als Störsignal und/oder Rauschen deutlich unwahrscheinlicher sind als ein Einzelpulssignal.
Eine Besonderheit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pulserzeugung liegt darin, dass gegebenenfalls nur ein Typ von Strahlquelle oder Lichtquelle 65-1, 65-2 in der Lichtquelleneinheit 65 nötig ist.
Insbesondere kann, wie oben bereits erwähnt wurde, bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine einzige oder einzelne Lichtquelle 65-1, zum Beispiel im Sinne eines Halbleiterlasers, ausreichend sein, um beide Pulssignale S1 und S2 des Doppelpulssignals als Sendesignal S zu erzeugen und auszusenden.
Als Vorteile der Erfindung stellen sich

- eine bessere empfängerseitige Identifikation des Signales aus dem Rauschen und
- eine bessere empfängerseitige Ortsauflösung auf Grund der unterschiedlichen Pulsbreiten der jeweiligen Einzelpulse S1 und S2 ein.

Die Erzeugung des Doppelpulssignals als Sendesignal S kann auf dem Konzept der Ultrakurzzeitpulse mittels eines schaltbaren Absorbers im zu Grunde liegenden Halbleiter und/oder der Kombination eines Diodentreibers mit hoher Stromführung in kurzer Zeit, z.B. im Nanosekundenbereich, basieren.
Ein Ultrakurzzeitpuls kann z.B. durch Relaxationsoszillation eines einzelnen zu Grunde liegenden Halbleiterlasers 65-1 realisiert werden.
Durch das Vorsehen eines Absorbers wird ein zeitlich frühes Anschwingen oder Einschwingen des zu Grunde liegenden Lasers 65-1 bei der Bestromung verhindert und es entsteht ein hoher Grad an Inversion.
Durch einen zweiten Strompuls kann die unterdrückende Wirkung des Absobers aufgehoben werden und es kommt zu einer ausgeprägten und zeitlich definierten Relaxationsoszillation, zum Beispiel über ein Güteschalten, mit dem Erzeugen und Aussenden eines ersten und vergleichsweise schmalen Pulssignals S1.
Eine weitere Variante ist die Nutzung der Relaxationsoszillation durch Gewinnschaltung mit und/oder ohne Absorber.
Durch weiteres Bestromen nach der Relaxationsoszillation schwingt der Halbleiterlaser 65-1 der Laser an oder ein und es erfolgt eine längere Strahlungsemission als zweites und vergleichsweise längeres Pulssignal S2, insbesondere entsprechend dem zeitlichen Verhalten des aufgeprägten Stroms.
Zum Erzeugen des Verhaltens sind in vorteilhafter Weise entsprechende Treiber 65-3 und 65-4 einer übergeordneten Treibereinheit 65-5 - zum Beispiel als Laserdiodentreiber erforderlich, z.B. mit zwei separat steuerbaren Strömen, insbesondere im Sinne eines Zweisektionslaserdiodentreibers, ausgebildet.
Diese Treiber 65-3 und 65-4 können zum Beispiel als Diodentreiber auf der Basis eines passiven Schwingkreises und/oder einer Stromquelle realisiert werden.
Beide Treiber 65-3 und 65-4 können in einer Schaltung zur Stromführung für eine Diode genutzt werden.
Die 1 zeigt dazu im Zusammenhang mit der Lichtquelleneinheit 65 eine Ausführungsform mit einer einzigen Lichtquelle 65-1 in Form eines Halbleiterlasers, welcher über eine Treibereinheit 65-5 mit einem ersten Treiber 65-3 zur Erzeugung eines ersten Pulssignals oder Signalpulses S1 mit Peak P1, ansteigender Flanke F11 und abfallende Flanke F12 sowie eines zweiten Pulssignals oder Signalpulses S2 mit Peak P2, ansteigender Flanke F21 und abfallende Flanke F22, wie diese in den 2 und 3 dargestellt sind.
Eine weitere Alternative ist die sehr genaue zeitliche Abstimmung von zwei getrennten Halbleiterlasern 65-1, 65-2 als Lichtquellen zur Erzeugung es Doppelpulsmusters des Doppelpulssignals als Sendesignal S aus zwei einzelnen Pulssignalen S1 und S2.
Die 1 zeigt dazu eine weitere Alternative, bei welcher neben der ersten Halbleiterlichtquelle 65-1 eine zweite Halbleiterlichtquelle 65-2 ausgebildet ist, letztere ist in 1 gestrichelt dargestellt. In diesem Fall kann eine 1-zu-1-Zuordnung zwischen den Treibern 65-3, 65-4 der Treibereinheit 65-5 und den Lichtquellen 65-1 und 65-2 der Lichtquelleneinheit 65 bestehen.
Bei den 2 und 3 sind in den Graphen 120 und 130 auf den Abszissen 121, 131 die Zeit t in festen Zeiteinheiten und auf den Ordinaten 122, 132 das relative normierte Amplitudenverhältnis I/Imax der Intensität I, nämlich im Verhältnis zur maximalen Intensität Imax, aufgetragen. Die Spuren 123 und 133 zeigen erfindungsgemäß erzeugte und ausgebildete Doppelpulssignale als Sendesignal S mit in benachbarten Flanken F12 und F21 überlappenden einzelnen Pulssignalen S1 und S2 mit Peaks P1 und P2.
Die Pulsbreiten oder Peakbreiten D1 und D2 und der Pulsabstand Dt sowie die Pulshöhen oder Peaks P1 und P2 stehenden jeweiligen erfindungsgemäß ausgestalteten Verhältnissen zueinander, wie dies oben im Detail beschrieben ist.

Claims

Betriebsverfahren für ein LiDAR-System (1), bei welchem senderseitig ein optisches Mehrfachpulssignal (S1; S2) mit mehreren zeitlich getrennten Peaks (P1, P2) und zeitlich überlagerten Peakflanken (F11, F12; F21, F22) zeitlich direkt aufeinanderfolgender Peaks (P1, P2) erzeugt und als optisches Sendesignal (S) in ein Sichtfeld (50) ausgesandt wird.
Betriebsverfahren nach Anspruch 1, bei welchem als Sendesignal (S) ein Doppelpulssignal mit zwei zeitlich getrennten Peaks (P1, P2) und zeitlich überlagerten Peakflanken (F11, F12; F21, F22) erzeugt und ausgesandt wird.
Betriebsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüchen, bei welchem - ein zeitlich vorangehendes und insbesondere erstes Pulssignal (S1) vergleichsweise schmal ist und insbesondere eine geringere Peakbreite (D1) aufweist im Vergleich zur Peakbreite (D2) eines zeitlich nachfolgenden Pulssignals (S2), welches vergleichsweise breit ist und insbesondere eine höhere Peakbreite (D2) aufweist im Vergleich zur Peakbreite (D1) des zeitlich vorangehenden Pulssignals (S1), - die Peakbreite (D1) des zeitlich vorangehenden Pulssignals (S1) insbesondere im Bereich von etwa 1/20 bis etwa 1/5 und vorzugsweise im Bereich von etwa 1/10 der Peakbreite (D2) des zeitlich nachfolgenden Pulssignals (S2) liegt und/oder - eine jeweilige Peakbreite (D1, D2) eine Halbwertsbreite eines jeweils zu Grunde liegenden Peaks (P1, P2) ist.
Betriebsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüchen, bei welchem ein zeitlich vorangehendes und insbesondere erstes Pulssignal (S1) im Vergleich zu einem zeitlich nachfolgenden und insbesondere zweiten Pulssignal (S2) - eine geringere Peakhöhe (P1) aufweist, insbesondere in einem Verhältnis mit einem Wert von etwa 0,9 oder darunter, vorzugsweise mit einem Wert von etwa 0,8 oder darunter und weiter bevorzugt mit einem Wert von etwa 0,6 oder darunter, und/oder - in Bezug auf die Lage der Peaks (P1, P2) einen zeitlichen Abstand aufweist, welcher im Bereich des etwa Zehnfachen bis etwa Zwanzigfachen der Peakbreite (D1) des ersten oder zeitlich vorangehenden Pulssignals (S1) und/oder im Bereich des etwa Einfachen bis etwa Dreifachen der Peakbreite (D2) des zweiten oder zeitlich nachfolgenden Pulssignals (S2) liegt.
Betriebsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem zum Erzeugen der optischen Sendesignale (S) als Lichtquelle (65-1, 65-2) einer Lichtquelleneinheit (65) mindestens ein Halbleiterlaser verwendet wird.
Betriebsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem eine als Lichtquelle (65-1, 65-2) zu Grunde liegende einzelne Lasereinrichtung zum Erzeugen eines Mehrfachpulses (S1; S2) und insbesondere eines Doppelpulses (i) zunächst in einer Vorphase oder ersten Phase ihres Betriebs mit vergleichsweise viel Energie und/oder durch einen ersten vergleichsweise hohen Strompuls im zu Grunde liegenden Halbleiterelement ein Anschwingen, Einschwingen und/oder eine Laserresonanz unterdrückt werden, insbesondere durch Verwendung eines optischen Absorbers und/oder unter Ausbildung eines hohen Inversionsgrads, und (ii) dann in einer zweiten Phase oder Hauptphase des Betriebs der Lasereinrichtung (ii-1) durch Beaufschlagung mit einem zweiten Strompuls die Unterdrückung der Laserresonanz, insbesondere durch den Absorber, aufgehoben und eine Laserresonanz nicht mehr unterdrückt wird, (ii-2) in der Lasereinrichtung eine ausgeprägte und zeitlich definierte Relaxationsoszillation angeregt wird, insbesondere durch Güteschalten und/oder Gewinnschalten, und ein erstes und vergleichsweise schmales Pulssignal (S1) erzeugt und ausgesandt wird und (ii-3) dann nach der Relaxationsoszillation unter Einspeisung zusätzlicher Energie und/oder durch weiteres Bestromen ein Einschwingen der Lasereinrichtung bewirkt wird und ein weiteres und vergleichsweise breiteres Pulssignal (S2) entsprechend dem zeitlichen Verhalten des Bestromens und insbesondere in zeitlicher Überlappung mit der abfallenden Flanke (F12) des ersten Pulssignals (S1) erzeugt und ausgesandt wird.
Betriebsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem zum Erzeugen eines ersten oder zeitlich vorangehenden Pulssignals (S1) und eines zweiten oder zeitlich nachfolgenden Pulssignals (S2), - eine einzelne Lichtquelle (65-1) und insbesondere eine einzelne Lasereinrichtung und vorzugsweise ein einzelner Halbleiterlaser verwendet und betrieben wird, - eine erste Lichtquelle (65-1) und eine zweite Lichtquelle (65-2) verwendet und betrieben werden, welche insbesondere als Lasereinrichtungen und vorzugsweise als Halbleiterlaser ausgebildet sind, und - eine Treibereinheit (65-5) verwendet und betrieben wird, welche eingerichtet ist, die zeitliche Abfolge von Anregungen der einen oder beider Lichtquellen (65-1, 65-2) und insbesondere Lasereinrichtungen oder Halbleiterlaser gemäß den Pulssignalen (S1, S2) und ihre Abfolge zu bewirken und/oder welche einen ersten Treiber (65-3) und einen zweiten Treiber (65-4) aufweist, welche der einzelnen Lichtquelle (65-1) oder den beiden Lichtquellen (65-1, 65-2) eineindeutig zugeordnet sind, wobei die Treiber (65-3, 64-4) jeweils als ein oder mit einem passiven Schwingkreis und/oder als eine oder mit einer Stromquelle ausgebildet sind.
Steuereinheit (40) für einen LiDAR-System, welche eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zu initiieren, ablaufen zu lassen, auszuführen, zu steuern und/oder zu regeln.
LiDAR-System (1), - welches ausgebildet ist - mit einer Sendereinheit (60) zum Erzeugen und Aussenden von Primärlicht (57) in ein Sichtfeld (50) zu dessen Beleuchtung und - mit einer Empfängereinheit (30) zum Empfangen, Detektieren und Auswerten von Sekundärlicht (58) aus dem Sichtfeld (50), und - welches eingerichtet ist, mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 verwendet zu werden und/oder von einem derartigen Verfahren gesteuert oder geregelt zu werden und/oder welches dazu insbesondere eine Steuereinheit (40) nach Anspruch 8 aufweist, welche zum Steuern des Betriebs der Sendereinheit (60) und/oder der Empfängereinheit (30) eingerichtet ist.
Arbeitsvorrichtung, welche mit einem LiDAR-System (1) nach Anspruch 9 und welche insbesondere als Fahrzeug ausgebildet ist.