DE102020101451A1 - Zufällige-hardwarefehler- und verschlechterungsschutzvorrichtung für laufzeitempfänger - Google Patents

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Martin Graefling
Andrzej GAJDARDZIEW
Stefan Mendel
Francesco Secli
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Abstract

Ein Laufzeit-Lichtdetektionssystem umfasst: eine Mehrzahl von Schaltungen, die aufeinanderfolgend entlang eines Signalpfads angeordnet sind, der eine Mehrzahl von Signalkanälen umfasst, die Mehrzahl von Schaltungen umfassend eine erste Schaltung und eine zweite Schaltung, die nachgeschaltet von der ersten Schaltung angeordnet ist; eine Referenzsignalquelle, die ausgebildet ist, um eine Mehrzahl von Referenzsignalen zu erzeugen, wobei jeder der Mehrzahl von Signalkanälen bei der ersten Schaltung zumindest eines der Mehrzahl von Referenzsignalen empfängt; und eine Bewertungsschaltung, die mit der Mehrzahl von Signalkanälen gekoppelt ist, um ein verarbeitetes Referenzsignal von dem Signalpfad zu empfangen, wobei die Bewertungsschaltung ferner ausgebildet ist, um das verarbeitete Referenzsignal mit einem ersten erwarteten Ergebnis zu vergleichen, um ein erstes Vergleichsergebnis zu erzeugen.

Description

  • GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Vorrichtungen und Verfahren für Laufzeit (TOF; time-of-flight) -Empfänger.
  • HINTERGRUND
  • Lichtdetektion und Abstandsmessung (LIDAR; Light Detection and Ranging) ist ein Fernerfassungsverfahren, das Licht in der Form eines gepulsten Lasers verwendet, um Abstände (variable Distanzen) zu einem oder mehreren Objekten in einem Sichtfeld zu messen. Insbesondere wird Licht in Richtung des Objekts gesendet. Einzelne Photodetektoren oder Arrays von Photodetektoren empfangen Reflexionen von Objekten, die durch das Licht beleuchtet werden, und die Zeit, die benötigt wird, bis die Reflexionen an verschiedenen Sensoren in dem Photodetektor-Array ankommen, wird bestimmt. Dies wird auch als Messen der Laufzeit (TOF; time-of-flight) bezeichnet. LIDAR-Systeme bilden Tiefenmessungen und erstellen Distanzmessungen durch ein Abbilden der Distanz zu Objekten basierend auf den Laufzeitberechnungen. Somit können die Laufzeitberechnungen Distanz- und Tiefen-Abbildungen erzeugen, die zum Erzeugen von Bildern verwendet werden können.
  • LIDAR-Empfängersysteme erfordern eine ISO26262-konforme Entwicklung gemäß ASIL-B/-C/- D. Zuverlässige Ausbreitung von Photodetektorstromsignalen zu einer LIDAR-Systemsteuerungintegrierten-Schaltung (IC; integrated circuit) entlang eines Empfängersignalpfads und Berichterstattung im Falle von Abweichungen/Fehlern sind erforderlich, um dieser Anforderung gerecht zu werden.
  • Bei aktuellen LIDAR-Systemen wird ein zusätzlicher Laserdioden-Blitz, Punktlaser oder Strichlaser verwendet, um eine durchgehende Überprüfung des optischen Systems, umfassend das Photodetektor-Array, durchzuführen. Dies ist eine grundlegende Überprüfung der Photodetektorzelle und reicht nicht aus, um alle technisch relevanten Parameter der Empfänger-IC zu überprüfen, wie beispielsweise Verstärkung, Grenzfrequenz, Gruppenverzögerung, etc.
  • Daher kann eine verbesserte Vorrichtung, die eine verbesserte Art des Überwachens des Empfängersignalpfades aufweist, wünschenswert sein.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Es besteht ein Bedarf zum Bereitstellen eines verbesserten Konzepts für ein Laufzeit-Lichtdetektionssystem, ein Laufzeit-Lichtdetektions-Empfängersystem, und ein Verfahren zum Bewerten von zumindest einer Charakteristik einer Mehrzahl von Signalkanälen in einem Laufzeit-Lichtdetektionssystem.
  • Ein solcher Bedarf kann durch den Gegenstand von einem oder mehreren der Ansprüche erfüllt werden.
  • Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Laufzeit-Lichtdetektionssystem, umfassend eine Mehrzahl von Schaltungen, die aufeinanderfolgend entlang eines Signalpfads angeordnet sind, der eine Mehrzahl von Signalkanälen umfasst, die Mehrzahl von Schaltungen umfassend eine erste Schaltung und eine zweite Schaltung, die nachgeschaltet von der ersten Schaltung angeordnet ist; eine Referenzsignalquelle, die ausgebildet ist, um eine Mehrzahl von Referenzsignalen zu erzeugen, wobei jeder der Mehrzahl von Signalkanälen bei der ersten Schaltung zumindest eines der Mehrzahl von Referenzsignalen empfängt; und eine Bewertungsschaltung, die mit der Mehrzahl von Signalkanälen gekoppelt ist, um ein verarbeitetes Referenzsignal von dem Signalpfad zu empfangen, wobei die Bewertungsschaltung ferner ausgebildet ist, um das verarbeitete Referenzsignal mit einem ersten erwarteten Ergebnis zu vergleichen, um ein erstes Vergleichsergebnis zu erzeugen.
  • Optional ist die Referenzsignalquelle eine Stromquelle und die Mehrzahl von Referenzsignalen sind Stromreferenzsignale.
  • Wiederum optional ist die Bewertungsschaltung ausgebildet, um eine Mehrzahl von verarbeiteten Referenzsignalen von dem Signalpfad zu empfangen, wobei jedes der Mehrzahl von verarbeiteten Referenzsignalen von zumindest einem der Mehrzahl von Referenzsignalen abgeleitet ist, und die Bewertungsschaltung ferner ausgebildet ist, jedes der Mehrzahl von verarbeiteten Referenzsignalen mit zumindest einem einer Mehrzahl von erwarteten Ergebnissen zu vergleichen, um eine Mehrzahl von ersten Vergleichsergebnissen zu erzeugen.
  • Optional ist die Bewertungsschaltung ausgebildet, um die Mehrzahl von verarbeiteten Referenzsignalen von zumindest zwei Extraktionspunkten des Signalpfads zu empfangen.
  • Wiederum optional umfasst der zumindest eine Extraktionspunkt einen ersten Extraktionspunkt vorgeschaltet von der zweiten Schaltung und einen zweiten Extraktionspunkt nachgeschaltet von der zweiten Schaltung.
  • Optional ist die Bewertungsschaltung ausgebildet zum Auswerten von zumindest einer Charakteristik der Mehrzahl von Signalkanälen, basierend auf der Mehrzahl von ersten Vergleichsergebnissen, und Bestimmen, darauf basierend, ob der Signalpfad normal funktioniert.
  • Wiederum optional ist die erste Schaltung eine Photodetektorschaltung und die zweite Schaltung eine aus einer Verstärkerschaltung und einer Analog-zu-Digital-Wandler-Schaltung.
  • Optional umfasst die erste Schaltung ein Photodetektor-Array, das ausgebildet ist, um elektrische Signale basierend auf empfangenem Licht zu erzeugen, die Referenzsignalquelle ist ausgebildet, eines der Mehrzahl von Referenzsignalen in jedes der Mehrzahl von Signalkanälen bei der ersten Schaltung derart zu injizieren, dass jedes Referenzsignal mit zumindest einem der elektrischen Signale kombiniert ist, um kombinierte Signale zu erzeugen, die durch den Signalpfad verarbeitet werden, um verarbeitete kombinierte Signale zu erzeugen, und die Bewertungsschaltung ist ausgebildet, um ein verarbeitetes kombiniertes Signal von dem Signalpfad zu empfangen, wobei die Bewertungsschaltung ferner ausgebildet ist, um das verarbeitete kombinierte Signal mit einem zweiten erwarteten Ergebnis zu vergleichen, um ein zweites Vergleichsergebnis zu erzeugen.
  • Wiederum optional umfasst das Laufzeit-Lichtdetektionssystem ferner ein Filter, das ausgebildet ist, um die verarbeiteten kombinierten Signale von dem Signalpfad zu empfangen, und die Mehrzahl von Referenzsignalen daraus herauszufiltern, um die elektrischen Signale wiederherzustellen; und eine Signalverarbeitungsschaltungsanordnung, die ausgebildet ist, um Objektdaten basierend auf den wiederhergestellten elektrischen Signalen zu erzeugen.
  • Optional umfasst das Laufzeit-Lichtdetektionssystem ferner eine Signalverarbeitungsschaltungsanordnung, die ausgebildet ist, um die verarbeiteten kombinierten Signale von dem Signalpfad zu empfangen und erste Objektdaten basierend auf den verarbeiteten kombinierten Signalen zu erzeugen; und ein Filter, das ausgebildet ist, um die ersten Objektdaten von der Signalverarbeitungsschaltungsanordnung zu empfangen, virtuelle Objektdaten, die der Mehrzahl von Referenzsignalen in den ersten Objektdaten entsprechen, zu detektieren, und die detektierten virtuellen Objektdaten von den ersten Objektdaten zu entfernen, um zweite Objektdaten zu erzeugen.
  • Wiederum optional ist die Bewertungsschaltung ausgebildet zum Auswerten von zumindest einer Charakteristik der Mehrzahl von Signalkanälen, basierend auf dem zweiten Vergleichsergebnis, und Bestimmen, darauf basierend, ob der Signalpfad normal funktioniert.
  • Optional umfasst das Laufzeit-Lichtdetektionssystem ferner eine Speichervorrichtung, die ausgebildet ist, um Informationen zu speichern, die einer Mehrzahl von unterschiedlichen Strompulsmustern entsprechen; ein Auswahlelement, das ausgebildet ist, um eines der Mehrzahl von unterschiedlichen Strompulsmustern auszuwählen und die Referenzsignalquelle zu steuern, um zumindest eines der Mehrzahl von Referenzsignalen basierend auf dem ausgewählten der Mehrzahl von unterschiedlichen Strompulsmustern zu erzeugen.
  • Wiederum optional umfasst das Laufzeit-Lichtdetektionssystem ferner eine Systemsteuerung, die ausgebildet ist, um eine Konfiguration des Signalpfades zu modifizieren, und wobei das Auswahlelement ausgebildet ist, um eines der Mehrzahl von unterschiedlichen Strompulsmustern basierend auf der Konfiguration des Signalpfades auszuwählen.
  • Optional ist die Konfiguration des Signalpfads eine Verstärkungseinstellung der zumindest einen der ersten Schaltung oder der zweiten Schaltung, wobei für eine erste Verstärkungseinstellung das Auswahlelement ausgebildet ist, um ein erstes aus der Mehrzahl von unterschiedlichen Strompulsmustern auszuwählen, für eine zweite Verstärkungseinstellung das Auswahlelement ausgebildet ist, um ein zweites aus der Mehrzahl von unterschiedlichen Strompulsmustern auszuwählen, und die erste Verstärkungseinstellung größer ist als die zweite Verstärkungseinstellung, und das erste aus der Mehrzahl von unterschiedlichen Strompulsmustern eine kleinere Amplitude aufweist als eine Amplitude des zweiten aus der Mehrzahl von unterschiedlichen Strompulsmustern.
  • Wiederum optional umfasst die erste Schaltung einen analogen Multiplexer, der mit der Mehrzahl von Signalkanälen gekoppelt ist, und ausgebildet ist, um die Mehrzahl von Referenzsignalen als Eingaben zu empfangen und jedes der Mehrzahl von Referenzsignalen zu einem unterschiedlichen der Mehrzahl von Signalkanälen zu routen.
  • Optional sind die Referenzsignalquelle und der analoge Multiplexer gesteuert, um eine Zeitverschiebung der Mehrzahl von Referenzsignalen derart zu implementieren, dass benachbarte Kanäle der Mehrzahl von Signalkanälen entsprechende Referenzsignale der Mehrzahl von Referenzsignalen zu unterschiedlichen Zeiten empfangen.
  • Wiederum optional sind eine Mehrzahl von ersten Zeitintervallen mit einer Mehrzahl von zweiten Zeitintervallen verschachtelt, wobei die erste Schaltung ein Photodetektor-Array umfasst, das ausgebildet ist, um elektrische Signale basierend auf empfangenem Licht während der Mehrzahl von ersten Zeitintervallen zu erzeugen, wobei das Photodetektor-Array dem Signalpfad während der Mehrzahl von zweiten Zeitintervallen keine Signale bereitstellt, und die Referenzstromquelle ausgebildet ist, um die Mehrzahl von Referenzsignalen in die Mehrzahl von Signalkanälen an der ersten Schaltung während der Mehrzahl von zweiten Zeitintervallen zu injizieren.
  • Optional umfasst das Laufzeit-Lichtdetektionssystem ferner eine Systemsteuerung, wobei die Bewertungsschaltung ausgebildet ist, um einen Fehler in dem Laufzeit-Lichtdetektionssystem basierend auf dem ersten Vergleichsergebnis zu detektieren und den Fehler der Systemsteuerung anzuzeigen, und die Systemsteuerung ausgebildet ist, um den Fehler zu empfangen und als Reaktion darauf zumindest eines durchzuführen von: Deaktivieren des Laufzeit-Lichtdetektionssystems, Reduzieren einer Performance des Laufzeit-Lichtdetektionssystems oder Senken einer Priorität des LIDAR-Sensors relativ zu einem anderen Objektabtastsensor.
  • Wiederum optional ist die Referenzsignalquelle ausgebildet, um die Mehrzahl von Referenzsignalen zwischen zwei Lichterwerbsperioden des Laufzeit-Lichtdetektionssystems zu injizieren.
  • Optional ist die Referenzsignalquelle ausgebildet, um die Mehrzahl von Referenzsignalen während einer Lichterwerbsperiode des Laufzeit-Lichtdetektionssystems zu injizieren.
  • Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Laufzeit-Lichtdetektions-Empfängersystem, umfassend eine Mehrzahl von Schaltungen, die aufeinanderfolgend entlang eines Signalpfads angeordnet sind, der eine Mehrzahl von Signalkanälen umfasst, die Mehrzahl von Schaltungen umfassend eine erste Schaltung und eine zweite Schaltung, die nachgeschaltet von der ersten Schaltung angeordnet ist; eine Referenzsignalquelle, die ausgebildet ist, um eine Mehrzahl von Referenzsignalen zu erzeugen, jeder der Mehrzahl von Signalkanälen bei der ersten Schaltung empfängt zumindest eines der Mehrzahl von Referenzsignalen; die erste Schaltung umfassend eine Mehrzahl von Ausleseelementen und eine Mehrzahl von Photodetektor-Auslesekanälen, die repräsentativ für einen ersten Abschnitt der Mehrzahl von Signalkanälen sind und mit der Mehrzahl von Ausleseelementen gekoppelt sind, wobei die Mehrzahl von Ausleseelementen ausgebildet ist, um die Mehrzahl von Referenzsignalen selektiv zu der Mehrzahl von Photodetektor-Auslesekanälen zu routen; die zweite Schaltung umfassend eine Mehrzahl von Verarbeitungskanälen, die repräsentativ für einen zweiten Abschnitt der Mehrzahl von Signalkanälen sind, die Mehrzahl von Verarbeitungskanälen umfassend eine Mehrzahl von Verarbeitungselementen, die ausgebildet sind, um verarbeitete Referenzsignale zu erzeugen, die von der Mehrzahl von Referenzsignalen abgeleitet sind und die verarbeiteten Referenzsignale von der zweiten Schaltung ausgeben; und eine Bewertungsschaltung, die mit dem Signalpfad gekoppelt ist, um ein verarbeitetes Referenzsignal der verarbeiteten Referenzsignale zu empfangen, wobei die Bewertungsschaltung ausgebildet ist, um das verarbeitete Referenzsignal mit einem ersten erwarteten Ergebnis zu vergleichen, um ein erstes Vergleichsergebnis zu erzeugen.
  • Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zum Bewerten von zumindest einer Charakteristik einer Mehrzahl von Signalkanälen in einem Laufzeit-Lichtdetektionssystem, das eine Mehrzahl von Schaltungen umfasst, die aufeinanderfolgend entlang eines Laufzeit-Lichtdetektionssignalpfads angeordnet sind, der die Mehrzahl von Signalkanälen umfasst, die Mehrzahl von Schaltungen umfassend eine erste Schaltung und eine zweite Schaltung, die nachgeschaltet von der ersten Schaltung angeordnet ist, das Verfahren umfassend: Erzeugen einer Mehrzahl von Referenzsignalen; Injizieren von zumindest einem der Mehrzahl von Referenzsignalen in jeden der Mehrzahl von Signalkanälen bei der ersten Schaltung, derart dass die Mehrzahl von Referenzsignalen in dem Signalpfad verarbeitet werden; Vergleichen eines verarbeiteten Referenzsignals mit einem erwarteten Ergebnis, um ein Vergleichsergebnis zu erzeugen; Auswerten der zumindest einen Charakteristik des zumindest einen der Mehrzahl von Signalkanälen basierend auf dem Vergleichsergebnis; und Bestimmen, ob entweder die erste Schaltung oder die zweite Schaltung defekt ist, basierend auf der zumindest einen ausgewerteten Charakteristik des zumindest einen der Mehrzahl von Signalkanälen.
  • Ausführungsbeispiel stellen Laufzeitsysteme und Verfahren zum Betreiben derselben, und genauer, zum Detektieren von Hardware-Fehlern und Verschlechterung in einem Laufzeitempfänger bereit.
  • Gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen umfasst ein Laufzeit-Lichtdetektionssystem: eine Mehrzahl von Schaltungen, die aufeinanderfolgend entlang eines Signalpfads angeordnet sind, der eine Mehrzahl von Signalkanälen umfasst, die Mehrzahl von Schaltungen umfassend eine erste Schaltung und eine zweite Schaltung, die nachgeschaltet von der ersten Schaltung angeordnet ist; eine Referenzsignalquelle, die ausgebildet ist, um eine Mehrzahl von Referenzsignalen zu erzeugen, wobei jeder der Mehrzahl von Signalkanälen bei der ersten Schaltung zumindest eines der Mehrzahl von Referenzsignalen empfängt; und eine Bewertungsschaltung, die mit der Mehrzahl von Signalkanälen gekoppelt ist, um ein verarbeitetes Referenzsignal von dem Signalpfad zu empfangen, wobei die Bewertungsschaltung ferner ausgebildet ist, um das verarbeitete Referenzsignal mit einem ersten erwarteten Ergebnis zu vergleichen, um ein erstes Vergleichsergebnis zu erzeugen.
  • Gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen umfasst ein Laufzeit-Lichtdetektions-Empfängersystem: eine Mehrzahl von Schaltungen, die aufeinanderfolgend entlang eines Signalpfads angeordnet sind, der eine Mehrzahl von Signalkanälen umfasst, die Mehrzahl von Schaltungen umfassend eine erste Schaltung und eine zweite Schaltung, die nachgeschaltet von der ersten Schaltung angeordnet ist; eine Referenzsignalquelle, die ausgebildet ist, um eine Mehrzahl von Referenzsignalen zu erzeugen, jeder der Mehrzahl von Signalkanälen bei der ersten Schaltung empfängt zumindest eines der Mehrzahl von Referenzsignalen; die erste Schaltung umfassend eine Mehrzahl von Ausleseelementen und eine Mehrzahl von Photodetektor-Auslesekanälen, die repräsentativ für einen ersten Abschnitt der Mehrzahl von Signalkanälen sind und mit der Mehrzahl von Ausleseelementen gekoppelt sind, wobei die Mehrzahl von Ausleseelementen ausgebildet ist, um die Mehrzahl von Referenzsignalen selektiv zu der Mehrzahl von Photodetektor-Auslesekanälen zu routen; die zweite Schaltung umfassend eine Mehrzahl von Verarbeitungskanälen, die repräsentativ für einen zweiten Abschnitt der Mehrzahl von Signalkanälen sind, die Mehrzahl von Verarbeitungskanälen umfassend eine Mehrzahl von Verarbeitungselementen, die ausgebildet sind, um verarbeitete Referenzsignale zu erzeugen, die von der Mehrzahl von Referenzsignalen abgeleitet sind und die verarbeiteten Referenzsignale von der zweiten Schaltung ausgeben; und eine Bewertungsschaltung, die mit dem Signalpfad gekoppelt ist, um ein verarbeitetes Referenzsignal der verarbeiteten Referenzsignale zu empfangen, wobei die Bewertungsschaltung ausgebildet ist, um das verarbeitete Referenzsignal mit einem ersten erwarteten Ergebnis zu vergleichen, um ein erstes Vergleichsergebnis zu erzeugen.
  • Gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen ist ein Verfahren bereitgestellt zum Bewerten von zumindest einer Charakteristik einer Mehrzahl von Signalkanälen in einem Laufzeit-Lichtdetektionssystem, das eine Mehrzahl von Schaltungen umfasst, die aufeinanderfolgend entlang eines Laufzeit-Lichtdetektionssignalpfads angeordnet sind, der die Mehrzahl von Signalkanälen umfasst, die Mehrzahl von Schaltungen umfassend eine erste Schaltung und eine zweite Schaltung, die nachgeschaltet von der ersten Schaltung angeordnet ist. Das Verfahren umfasst ein Erzeugen einer Mehrzahl von Referenzsignalen; ein Injizieren von zumindest einem der Mehrzahl von Referenzsignalen in jeden der Mehrzahl von Signalkanälen bei der ersten Schaltung, derart dass die Mehrzahl von Referenzsignalen in dem Signalpfad verarbeitet werden; ein Vergleichen eines verarbeiteten Referenzsignals mit einem erwarteten Ergebnis, um ein Vergleichsergebnis zu erzeugen; ein Auswerten der zumindest einen Charakteristik des zumindest einem der Mehrzahl von Signalkanälen basierend auf dem Vergleichsergebnis; und ein Bestimmen, ob entweder die erste Schaltung oder die zweite Schaltung defekt ist, basierend auf der zumindest einen ausgewerteten Charakteristik des zumindest einen der Mehrzahl von Signalkanälen.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele werden hierin unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
    • 1 ist ein schematisches Diagramm eines LIDAR-Abtastsystems (scanning system) gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen;
    • 2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines LIDAR-Abtastsystems gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen;
    • 3 ist ein schematisches Blockdiagramm eines elektrischen Signalpfads eines LIDAR-Empfängers gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen;
    • 4 ist ein Signaldiagramm einer Mehrzahl von Signalkanälen, die in einem LIDAR-System implementiert sind, in das Referenzsignale injiziert werden, gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen;
    • 5A und 5B sind Referenzsignaldiagramme von beispielhaften Pulsmustern gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen;
    • 6 ist ein schematisches Blockdiagramm eines elektrischen Signalpfads eines LIDAR-Empfängers gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen;
    • 7 ist ein schematisches Blockdiagramm eines elektrischen Signalpfads eines LIDAR-Empfängers gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen;
    • 8 ist ein schematisches Blockdiagramm eines elektrischen Signalpfads eines LIDAR-Empfängers gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen; und
    • 9 ist ein schematisches Blockdiagramm eines elektrischen Signalpfads eines LIDAR-Empfängers gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele detailliert Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass diese Ausführungsbeispiele nur zu darstellenden Zwecken dienen und nicht als einschränkend betrachtet werden sollen. Zum Beispiel, während Ausführungsbeispiele möglicherweise derart beschrieben sind, dass sie eine Mehrzahl von Merkmalen oder Elementen aufweisen, soll dies nicht so ausgelegt werden, dass all diese Merkmale oder Elemente zum Implementieren von Ausführungsbeispielen notwendig sind. Stattdessen können bei anderen Ausführungsbeispielen einige der Merkmale oder Elemente weggelassen werden oder können durch alternative Merkmale oder Elemente ersetzt werden. Zusätzlich dazu können weitere Merkmale oder Elemente zusätzlich zu jenen, die ausdrücklich gezeigt und beschrieben sind, bereitgestellt werden, zum Beispiel herkömmliche Komponenten von Sensorbauelementen.
  • Merkmale von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen können kombiniert werden, um weitere Ausführungsbeispiele zu bilden, außer dies ist spezifisch anderweitig angegeben. Abänderungen oder Modifikationen, die in Bezug auf eines der Ausführungsbeispiele beschrieben sind, können auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein. In einigen Fällen sind bekannte Strukturen und Vorrichtungen in Blockdiagrammform und nicht im Detail gezeigt, um ein Verunklaren der Ausführungsbeispiele zu vermeiden.
  • Verbindungen oder Kopplungen zwischen Elementen, die in den Zeichnungen gezeigt oder hierin beschrieben sind, können auf Draht basierende Verbindungen oder drahtlose Verbindungen sein, sofern nicht anderweitig angemerkt. Ferner können solche Verbindungen oder Kopplungen direkte Verbindungen oder Kopplungen ohne zusätzliche dazwischen liegende Elemente oder indirekte Verbindungen oder Kopplungen mit einem oder mehreren zusätzlichen dazwischen liegenden Elementen sein, solange der allgemeine Zweck der Verbindung oder Kopplung, zum Beispiel das Übertragen einer bestimmten Art von Signal oder das Übertragen einer bestimmten Art von Information, im Wesentlichen beibehalten wird.
  • Ausführungsbeispiele beziehen sich auf optische Sensoren und optische Sensorsysteme und auf das Erhalten von Informationen über optische Sensoren und optische Sensorsysteme. Ein Sensor kann sich auf eine Komponente beziehen, die eine physikalische Größe, die gemessen werden soll, in ein elektrisches Signal umwandelt, zum Beispiel ein Stromsignal oder ein Spannungssignal. Die physikalische Größe kann zum Beispiel elektromagnetische Strahlung, wie beispielsweise sichtbares Licht, Infrarot- (IR-) Strahlung oder einen anderen Typ von Beleuchtungssignal, einen Strom oder eine Spannung aufweisen, ist aber nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann ein Bildsensor ein Siliziumchip innerhalb einer Kamera sein, der Photonen von Licht, das aus einer Linse kommt, in Spannungen umwandelt. Je größer die aktive Fläche des Sensors, desto mehr Licht kann gesammelt werden, um ein Bild zu erzeugen.
  • Ein Sensorbauelement, wie es hierin verwendet wird, kann sich auf ein Bauelement beziehen, das einen Sensor und weitere Komponenten aufweist, zum Beispiel eine Vorspannungs-Schaltungsanordnung, einen Analog-zu-Digital-Wandler oder ein Filter. Ein Sensorbauelement kann auf einem einzelnen Chip integriert sein, obwohl bei anderen Ausführungsbeispielen eine Mehrzahl von Chips oder auch Komponenten außerhalb eines Chips zum Implementieren eines Sensorbauelements verwendet werden können.
  • Bei Lichtdetektions- und Abstandsmessungs- (LIDAR; Light Detection and Ranging) -Systemen sendet eine Lichtquelle Lichtpulse in ein Sichtfeld und das Licht wird von einem oder mehreren Objekten durch Rückstreuung reflektiert. Insbesondere ist LIDAR ein direktes Laufzeit (TOF) - System, bei dem die Lichtpulse (z. B. Laserstrahlen von Infrarotlicht) in das Sichtfeld emittiert werden und ein Pixelarray die reflektierten Strahlen detektiert und misst. Zum Beispiel empfängt ein Array von Photodetektoren Reflexionen von Objekten, die von dem Licht beleuchtet werden.
  • Momentan kann ein Photodetektor-Array verwendet werden, um das reflektierte Licht zu messen. Das Photodetektor-Array kann ein eindimensionales (1D) Array sein, das aus mehreren Zeilen von Photodetektoren (Pixeln) besteht, die in einer einzigen Spalte angeordnet sind, oder ein zweidimensionales (2D) Array, das aus mehreren Zeilen und Spalten von Photodetektoren besteht, die in einer gitterartigen Anordnung angeordnet sind. Jede Pixelzeile oder Gruppe benachbarter Pixelzeilen kann als ein Messsignal in der Form von rohen analogen Daten ausgelesen werden. Jedes Messsignal kann Daten von einer einzelnen Pixelspalte oder aus zwei oder mehr Pixelspalten umfassen, die der ausgewählten Pixelzeile oder den ausgewählten Pixelzeilen entsprechen.
  • Unterschiede bei Rücklaufzeiten für jeden Lichtpuls über mehrere Pixel des Pixelarrays können dann verwendet werden, um digitale 3D-Repräsentationen einer Umgebung zu erstellen oder um andere Sensordaten zu erzeugen. Zum Beispiel kann die Lichtquelle einen einzelnen Lichtpuls emittieren und ein Zeit-zu-Digital-Wandler (TDC; time-to-digital converter), der elektrisch mit dem Pixelarray gekoppelt ist, kann von der Zeit, zu der der Lichtpuls emittiert wird, was einem Startsignal entspricht, bis zu einer Zeit zählen, zu der der reflektierte Lichtpuls an dem Empfänger (d. h. an dem Pixelarray) empfangen wird, was einem Stoppsignal entspricht. Die „Laufzeit“ des Lichtpulses wird dann in eine Distanz übersetzt. Bei einem anderen Beispiel kann ein Analog-zu-Digital-Wandler (ADC; analog-to-digital converter) für Pulsdetektierung und ToF-Messung elektrisch mit dem Pixel-Array (z.B. indirekt mit dazwischenliegenden Elementen dazwischen gekoppelt sein) gekoppelt sein. Beispielsweise kann ein ADC verwendet werden, um ein Zeitintervall zwischen Start-/Stopp-Signalen mit einem geeigneten Algorithmus zu schätzen.
  • Eine Abtastung, wie beispielsweise eine oszillierende horizontale Abtastung (z. B. von links nach rechts und rechts nach links eines Sichtfelds), kann eine Szene auf eine durchgehende Abtastungsweise beleuchten. Jedes Abfeuern des Laserstrahls durch die Lichtquellen kann zu einer Abtastlinie in dem „Sichtfeld“ führen. Durch ein Emittieren von aufeinanderfolgenden Lichtpulsen in unterschiedliche Abtastrichtungen kann ein als das Sichtfeld bezeichneter Bereich abgetastet werden und Objekte innerhalb des Bereichs können detektiert und abgebildet werden. Somit repräsentiert das Sichtfeld eine Abtastebene, die eine Mitte einer Projektion aufweist. Eine Rasterabtastung könnte ebenfalls verwendet werden.
  • 1 ist ein schematisches Diagramm eines LIDAR-Abtastsystems 100 gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen. Das LIDAR-Abtastsystem 100 ist eine optische Abtastvorrichtung, die einen Sender umfasst, umfassend eine Beleuchtungseinheit 10, eine Senderoptik 11 und einen eindimensionalen (1D-) MEMS-Spiegel 12 (1D-MEMS-Abtastvorrichtung), und einen Empfänger, umfassend eine primäre Optik 14 und einen optischen Empfänger 15. Der optische Empfänger 15 in der Darstellung ist ein 2D-Photodetektor-Array 15, aber kann alternativ ein ID-Photodetektor-Array sein. Der Empfänger kann ferner eine Empfängerschaltungsanordnung umfassen, wie beispielsweise eine Datenerwerbs-/- ausleseschaltungsanordnung und eine Datenverarbeitungsschaltungsanordnung, wie weiter gemäß 2 beschrieben wird.
  • Obwohl diese Anordnung ein Beispiel einer Art von LIDAR-System repräsentiert, wird darauf hingewiesen, dass auch andere Arten von LIDAR-Systemen, wie beispielsweise diese, die bei Flash-LIDAR verwendet werden, verwendet werden können. Somit sind die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht auf eine bestimmte Art von Lichtsender oder TOF-System beschränkt und können auch auf andere Arten von TOF-Systemen angewendet werden, umfassend sowohl diese, die gepulste Modulation oder auch Ununterbrochene-Wellen-Modulation verwenden. Gepulste Modulation, ähnlich zu der hierin beschriebenen LIDAR-Technik, misst die Distanz zu einem 3D-Objekt durch ein Messen der absoluten Zeit, die ein Lichtpuls benötigt, um sich nach einer Reflexion von einer Quelle in die 3D-Szene und zurück zu bewegen. Ununterbrochene-Wellen-Modulation verwendet ununterbrochene Lichtwellen anstatt kurzer Lichtpulse und die Modulation wird in Bezug auf Frequenz von sinusförmigen Wellen durchgeführt. Für Ununterbrochene-Wellen-Modulation hat sich eine detektierte Welle nach einer Reflexion phasenverschoben, und die Phasenverschiebung ist proportional zu einer Distanz von der reflektierenden Oberfläche. Somit kann die Distanz aus der gemessenen Phasenverschiebung bestimmt werden. Somit beziehen sich die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele allgemeiner auf TOF-Systeme und 3D-Bildgebungssysteme, und insbesondere auf Empfänger dieser Systeme.
  • Bezugnehmend wieder auf 1 ist das Photodetektor-Array 15, egal ob es ein 2D-Array oder ein ID-Array ist, derart angeordnet, dass ein beabsichtigtes Sichtfeld vertikal auf der vertikalen Erstreckung des Photodetektor-Arrays 15 abgebildet ist. Ein empfangener Lichtstrahl wird nur auf eine spezielle Zeile oder Gruppe von Zeilen des Detektor-Arrays treffen, abhängig von dem vertikalen Winkel des empfangenen Lichtstrahls. Das beabsichtigte Sichtfeld kann ferner horizontal auf die horizontale Erstreckung eines 2D-Photodetektor-Arrays abgebildet werden.
  • Bei diesem Beispiel umfasst die Beleuchtungseinheit 10 drei Lichtquellen (z. B. Laserdioden oder lichtemittierende Dioden), die linear in Einzelstrich-Formation ausgerichtet sind und ausgebildet sind, um Licht zu senden, dass zum Abtasten des Sichtfelds nach Objekten verwendet wird. Das durch die Lichtquellen emittierte Licht ist typischerweise Infrarotlicht, obwohl auch Licht mit einer anderen Wellenlänge verwendet werden kann. Wie in dem Ausführungsbeispiel von 1 ersichtlich ist, wird die Form des durch die Lichtquellen emittierten Lichts in einer Richtung senkrecht zu der Übertragungsrichtung ausgebreitet, um einen Lichtstrahl mit einer länglichen Form senkrecht zu einer Übertragungsrichtung zu bilden. Das Beleuchtungslicht, das aus den Lichtquellen übertragen wird, wird in Richtung der Senderoptik 11 gerichtet, die ausgebildet ist, um jeden Laser auf einen eindimensionalen MEMS-Spiegel 12 zu fokussieren. Die Senderoptik 11 kann zum Beispiel eine Linse oder ein Prisma sein.
  • Bei Reflexion durch den MEMS-Spiegel 12 wird das Licht aus den Lichtquellen vertikal ausgerichtet, um für jeden emittierten Laserschuss eine eindimensionale vertikale Abtastlinie SL (SL; scanning line) aus Infrarotlicht oder einen vertikalen Strich aus Infrarotlicht zu bilden. Jede Lichtquelle der Beleuchtungseinheit 10 trägt zu einer unterschiedlichen vertikalen Region der vertikalen Abtastlinie SL bei. Somit können die Lichtquellen gleichzeitig aktiviert und gleichzeitig deaktiviert werden, um einen Lichtpuls mit mehreren vertikalen Segmenten zu erhalten, wobei jedes vertikale Segment einer jeweiligen Lichtquelle entspricht. Jedoch kann jede vertikale Region oder Segment der vertikalen Abtastlinie SL auch unabhängig aktiv oder inaktiv sein, indem eine entsprechende der Lichtquellen der Beleuchtungseinheit 10 ein- oder ausgeschaltet wird. Somit kann eine teilweise oder vollständige vertikale Abtastlinie SL aus Licht aus dem System 100 in das Sichtfeld ausgegeben werden.
  • Dementsprechend ist der Sender des Systems 100 eine optische Anordnung, die ausgebildet ist, um Laserstrahlen basierend auf den Laserpulsen zu erzeugen, wobei die Laserstrahlen eine längliche Form aufweisen, die sich in einer Richtung senkrecht zu einer Übertragungsrichtung der Laserstrahlen erstreckt. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist jede der Lichtquellen einer unterschiedlichen vertikalen Region in dem Sichtfeld zugeordnet, so dass jede Lichtquelle eine vertikale Abtastlinie nur in die vertikale Region, die der Lichtquelle zugeordnet ist, beleuchtet. Beispielsweise beleuchtet die erste Lichtquelle in eine erste vertikale Region und die zweite Lichtquelle beleuchtet in eine zweite vertikale Region, die unterschiedlich zu der ersten vertikalen Region ist.
  • Zusätzlich, obwohl drei Laserquellen gezeigt sind, wird darauf hingewiesen, dass die Anzahl von Laserquellen nicht darauf beschränkt ist. Zum Beispiel kann die vertikale Abtastlinie SL durch eine einzelne Laserquelle, zwei Laserquellen oder mehr als drei Laserquellen erzeugt werden.
  • Der MEMS-Spiegel 12 ist ein mechanischer sich bewegender Spiegel (d. h. ein MEMS-Mikrospiegel), der auf einem Halbleiterchip (nicht gezeigt) integriert ist. Der MEMS-Spiegel 12 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ausgebildet, um um eine einzelne Abtastachse zu rotieren und er kann als nur einen Freiheitsgrad für Abtastung aufweisend bezeichnet werden. Im Gegensatz zu 2D-MEMS-Spiegeln (2D-MEMS-Abtastvorrichtungen) ist bei dem 1D-MEMS-Spiegel die einzelne Abtastachse an einem nicht rotierenden Substrat befestigt und hält somit ihre räumliche Ausrichtung während der Oszillation des MEMS-Spiegels aufrecht. Aufgrund dieser einzelnen Abtast-Rotationsachse wird der MEMS-Spiegel 12 als ein 1D-MEMS-Spiegel oder eine ID-MEMS-Abtastvorrichtung bezeichnet.
  • Der MEMS-Spiegel 12 ist ausgebildet, um von „Seite-zu-Seite“ derart um eine einzelne Abtastachse 13 zu oszillieren, dass das Licht, das von dem MEMS-Spiegel 12 (d. h. der vertikalen Abtastlinie von Licht) reflektiert wird, in einer horizontalen Abtastrichtung rückwärts und vorwärts oszilliert. Eine Abtastperiode oder eine Oszillationsperiode ist beispielsweise durch eine vollständige Oszillation von einem ersten Rand des Sichtfeldes (z. B. linke Seite) zu einem zweiten Rand des Sichtfeldes (z. B. rechte Seite) und dann wieder zurück zu dem ersten Rand definiert. Eine Spiegelperiode des MEMS-Spiegels 12 entspricht einer Abtastperiode.
  • Somit wird das Sichtfeld in horizontaler Richtung durch den vertikalen Lichtstrich abgetastet, indem der Winkel des MEMS-Spiegels 12 auf seiner Abtastachse 13 verändert wird. Zum Beispiel kann der MEMS-Spiegel 12 ausgebildet sein, um zwischen +/-15 Grad in einer horizontalen Abtastrichtung zu oszillieren, um das Licht über +/-30 Grad (d.h. 60 Grad) zu lenken, was den horizontalen Abtastbereich des Sichtfeldes ausmacht. Somit kann das Sichtfeld Linie-für-Linie durch eine Rotation des MEMS-Spiegels 12 durch seinen Bewegungsgrad abgetastet werden. Eine solche Sequenz durch den Bewegungsgrad (z. B. von -15 Grad bis +15 Grad oder umgekehrt) wird als eine einzelne Abtastung bezeichnet. Somit werden für jede Abtastperiode zwei Abtastungen verwendet. Mehrere Abtastungen können verwendet werden, um Distanz- und Tiefen-Abbildungen sowie 3D-Bilder durch eine Verarbeitungseinheit zu erzeugen. Die horizontale Auflösung der Tiefen-Abbildungen und Bilder hängt von der Größe der inkrementellen Schritte bei dem Rotationswinkel des MEMS-Spiegels 12, vorgenommen zwischen den Abtastungen, ab.
  • Obwohl der Übertragungsspiegel in dem Kontext eines MEMS-Spiegel beschrieben ist, wird darauf hingewiesen, dass auch andere 1D-Spiegel oder sogar 2D-Spiegel verwendet werden können. Zusätzlich ist der Rotationsgrad nicht auf +/-15 Grad beschränkt und das Sichtfeld kann vergrößert oder verkleinert werden, gemäß der Anwendung. Somit ist ein eindimensionaler Abtastspiegel ausgebildet, um um eine einzelne Abtastachse zu oszillieren und die Laserstrahlen in unterschiedlichen Richtungen in ein Sichtfeld zu lenken. Daher umfasst eine Übertragungstechnik ein Übertragen der Lichtstrahlen in das Sichtfeld von einem Übertragungsspiegel, der um eine einzelne Abtastachse oszilliert, sodass die Lichtstrahlen als eine vertikale Abtastlinie SL in das Sichtfeld projiziert werden, die sich horizontal über das Sichtfeld bewegt, während der Übertragungsspiegel um die einzelne Abtastachse oszilliert. LIDAR-Systeme die 1D-Abtastspiegel verwenden, können eine entspanntere Schussrate der Beleuchtungseinheit 10 (d.h. des Senders) verwenden im Vergleich zu 2D-Abtastspiegeln, die Laserpunkte zum Abtasten des Sichtfeldes verwenden, was mehr Schüsse für den Sender erfordert, um ein Sichtfeld abzutasten. Zusätzlich sind LIDAR-Systeme, die 1D-Abtastspiegel verwenden, im Vergleich zu 2D-Abtastspiegeln typischerweise robuster gegen Stöße und Vibrationen und eignen sich daher gut für Automobilanwendungen.
  • Nach dem Auftreffen auf einem oder mehreren Objekten wird der übertragene vertikale Lichtstrich durch Rückstreuung zurück in Richtung des LIDAR-Abtastsystems 100 als eine reflektierte vertikale Linie reflektiert, wo die zweite optische Komponente 14 (z. B. eine Linse oder ein Prisma) das reflektierte Licht empfängt. Die zweite optische Komponente 14 richtet das reflektierte Licht auf das Photodetektor-Array 15, das das reflektierte Licht als eine Empfangslinie RL (Receiving Line) empfängt und ausgebildet ist, um elektrische Messsignale zu erzeugen. Die elektrischen Messsignale können zum Erzeugen einer 3D-Abbildung der Umgebung und/oder anderer Objektdaten basierend auf dem reflektierten Licht (z. B. durch TOF-Berechnungen und - Verarbeitung) verwendet werden.
  • Die Empfangslinie RL ist als eine vertikale Lichtspalte gezeigt, die sich entlang einer der Pixelspalten in einer Längsrichtung der Pixelspalte erstreckt. Die Empfangslinie weist drei vertikale Regionen auf, die den vertikalen Regionen der vertikalen Abtastlinie SL entsprechen, die in 1 gezeigt ist. Da sich die vertikale Abtastlinie SL horizontal über das Sichtfeld bewegt, bewegt sich die vertikale Lichtspalte RL, die auf das 2D-Photodetektor-Array 15 auftrifft, auch horizontal über das 2D-Photodetektor-Array 15. Der reflektierte Lichtstrahl RL bewegt sich von einem ersten Rand des Photodetektor-Detektorarrays 15 zu einem zweiten Rand des Photodetektor-Detektorarrays 15, während sich die Empfangsrichtung des reflektierten Lichtstrahls RL ändert. Die Empfangsrichtung des reflektierten Lichtstrahls RL entspricht einer Übertragungsrichtung der Abtastlinie SL.
  • In einem System, das ein ID-Photodetektor-Array anstelle eines 2D-Photodetektor-Arrays verwendet, wird jeder Lichtstrahl (d.h. jede Empfangslinie RL) auf die Spalte des Detektor-Arrays projiziert.
  • Das Photodetektor-Array 15 kann irgendeines aus einer Anzahl von Photodetektortypen sein; umfassend Avalanche-Photodioden (APD; avalanche photodiodes), Photozellen und/oder andere Photodiodenbauelemente. Bildgebungssensoren wie beispielsweise ladungsgekoppelte Bauelemente (CCDs; charge-coupled devices) können die Photodetektoren sein. Bei den hierin bereitgestellten Beispielen ist das Photodetektor-Array 15 ein zweidimensionales (2D-) APD-Array, das ein Array von APD-Pixeln aufweist. Wie vorangehend erwähnt wurde, kann das Photodetektor-Array 15 ein ID-Array sein, das eine einzelne Spalte von Photodioden umfasst. Die Aktivierung der Photodioden kann mit durch die Beleuchtungseinheit 10 emittierten Lichtpulsen synchronisiert werden.
  • Das Photodetektor-Array 15 empfängt reflektierende Lichtpulse als die Empfangslinie RL und erzeugt als Antwort darauf elektrische Signale. Da der Zeitpunkt der Übertragung jedes Lichtpulses von der Beleuchtungseinheit 10 bekannt ist und da das Licht sich mit einer bekannten Geschwindigkeit bewegt, kann eine Laufzeitberechnung unter Verwendung der elektrischen Signale die Distanz von Objekten von dem Photodetektor-Array 15 bestimmen. Eine Tiefen-Abbildung kann die Distanzinformationen graphisch darstellen.
  • Bei einem Beispiel löst ein Mikrocontroller für jede Distanzabtastung einen Laserpuls von jeder der Lichtquellen der Beleuchtungseinheit 10 aus und startet auch einen Zeitgeber in einer integrierten Schaltung (IC) eines Zeit-zu-Digital-Wandlers (TDC). Der Laserpuls wird durch die Übertragungsoptik ausgebreitet, durch das Zielfeld reflektiert und durch eine oder mehrere empfangende Photodioden des Photodetektor-Arrays 15 erfasst. Jede empfangende Photodiode emittiert einen kurzen elektrischen Puls, der durch die analoge Ausleseschaltung ausgelesen wird. Jedes Signal, das aus der analogen Ausleseschaltung ausgelesen wird, kann durch einen elektrischen Signalverstärker verstärkt werden.
  • Eine Komparator-IC erkennt den Puls und sendet ein digitales Signal an den TDC, um den Zeitgeber zu stoppen. Der TDC verwendet eine Taktfrequenz, um jede Messung zu kalibrieren. Der TDC sendet die seriellen Daten der Differenzzeit zwischen dem digitalen Start- und Stoppsignal an den Mikrocontroller, der jegliche Fehlerablesungen herausfiltert, mehrere Zeitmessungen mittelt und die Distanz zu dem Ziel an dieser bestimmten Feldposition berechnet.
  • Durch Emittieren von aufeinanderfolgenden Lichtpulsen in unterschiedliche Richtungen, hergestellt durch den MEMS-Spiegel 12, kann ein Bereich (d. h. ein Sichtfeld) abgetastet werden, ein dreidimensionales Bild kann erzeugt werden und Objekte innerhalb des Bereichs können detektiert werden.
  • Die Signalverarbeitungskette des Empfängers kann auch einen ADC für jede Fotodiode oder für eine Gruppe von Fotodioden umfassen. Der ADC ist ausgebildet, um die analogen elektrischen Signale von den Photodioden oder der Gruppe von Photodioden in ein digitales Signal umzuwandeln, das für weitere Datenverarbeitung verwendet wird.
  • Darüber hinaus können ADCs, anstatt den TDC-Ansatz zu verwenden, für Signaldetektierung und ToF-Messung verwendet werden. Zum Beispiel kann jeder ADC verwendet werden, um ein analoges elektrisches Signal von einer oder mehreren Photodioden zu detektieren, um ein Zeitintervall zwischen einem Startsignal (d.h. entsprechend einer Zeitgebung eines gesendeten Lichtpulses) und einem Stoppsignal (d.h. entsprechend einer Zeitgebung eines Empfangens eines analogen elektrischen Signals an einem ADC) mit einem geeigneten Algorithmus zu schätzen.
  • Wenn ein Puls von Laserenergie als eine vertikale Abtastlinie SL von der Oberfläche des MEMS-Spiegels 12 in das Sichtfeld eintritt, treten reflektierende Pulse auf, wenn das Laserlicht ein Objekt in dem Sichtfeld beleuchtet. Diese reflektierenden Pulse gelangen als eine vertikale Lichtspalte zu dem Photodetektor-Array 15, die beispielsweise die Breite eines Photodetektorpixels und eine Länge, die sich vertikal zumindest teilweise entlang einer Pixelspalte des Photodetektor-Arrays 15 in eine Längsrichtung erstreckt, aufweisen können. Das heißt, alle Photodetektor-Pixel in einer Pixelspalte oder ein Abschnitt der Photodetektor-Pixel der Pixelspalte können den Lichtstrich empfangen. Beispielsweise können in einem Fall alle Lichtquellen der Beleuchtungseinheit 10 verwendet werden, um die Abtastlinie SL/Empfangslinie RL zu erzeugen. In diesem Fall kann sich die Empfangslinie RL entlang einer Vollpixelspalte in die Längsrichtung erstrecken. Bei einem anderen Beispiel wird möglicherweise nur eine Teilmenge der Lichtquellen verwendet, um die Abtastlinie SL/Empfangslinie RL zu erzeugen. In diesem Fall erstreckt sich die Empfangslinie möglicherweise nur entlang eines Abschnitts der Pixelspalte in die Längsrichtung.
  • Bei einigen Beispielen können zwei oder mehr Pixelspalten Licht von einem gleichen Lichtstrich empfangen. Beispielsweise können zwei Pixelspalten Licht empfangen, wenn ein Abschnitt des empfangenen Lichtstrichs auf einen Bereich zwischen zwei Photodetektorpixeln auftrifft. In diesem Fall können zwei Pixelspalten teilweise durch einen einzigen Lichtstrich in die Breitenrichtung beleuchtet werden.
  • Andererseits, wenn durch die Beleuchtungseinheit 10 eine teilweise vertikale Abtastlinie SL erzeugt wird, wie vorangehend beschrieben ist, dann wird möglicherweise nur eine Teilpixelspalte des Photodetektor-Arrays 15 in eine Längsrichtung beleuchtet.
  • Das Photodetektor-Array 15 ist ausgebildet, um Messsignale (elektrische Signale) zu erzeugen, die zum Erzeugen einer 3D-Abbildung der Umgebung basierend auf dem reflektierten Licht (z. B. durch TOF-Berechnungen und -Verarbeitung) verwendet werden. Zum Beispiel kann, wie vorangehend erwähnt wurde, das Photodetektor-Array 15 ein 2D-Array von Photodioden oder anderen Lichtdetektions-Komponenten sein, die in der Lage sind, Licht zu detektieren und zu messen, und daraus elektrische Signale zu erzeugen.
  • Obwohl nicht gezeigt, kann das LIDAR-Abtastsystem 100 auch eine digitale Mikrospiegelvorrichtung (DMD; digital micromirror device) und eine sekundäre Optik (z. B. eine Linse, ein internes Totalreflexions- (TIR; total internal reflection) Prisma oder einen Strahlteiler) umfassen, die ausgebildet sind, um das reflektierte Licht zunächst durch die primäre Optik 14 zu empfangen und das empfangene reflektierte Licht in Richtung des Photodetektor-Arrays 15 umzuleiten. Beispielsweise würde die DMD zuerst den reflektierten Lichtpuls von der primären Optik empfangen und das empfangene reflektierte Licht durch die sekundäre Optik (z. B. eine Linse, ein internes Totalreflexions- (TIR-) Prisma oder einen Strahlteiler) auf das Photodetektor-Array 15 ablenken. In diesem Fall würde das Photodetektor-Array 15, wie oben beschrieben, immer noch eine vertikale Lichtspalte empfangen.
  • 2 ist ein schematisches Blockdiagramm des LIDAR-Abtastsystems 200 gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen. Insbesondere zeigt 2 zusätzliche Merkmale des LIDAR-Abtastsystems 200, umfassend beispielhafte Verarbeitungs- und Steuersystemkomponenten, wie beispielsweise einen MEMS-Treiber, eine Empfängerschaltung und eine Systemsteuerung.
  • Das LIDAR-Abtastsystem 200 umfasst eine Sendereinheit 21, die für einen Emitterpfad des Systems 200 verantwortlich ist, und eine Empfängereinheit 22, die für einen Empfängerpfad des Systems 200 verantwortlich ist. Das System umfasst auch eine Systemsteuerung 23, die ausgebildet ist, um Komponenten der Sendereinheit 21 und der Empfängereinheit 22 zu steuern und um Rohdaten von der Empfängereinheit 22 zu empfangen und eine Verarbeitung an diesen (z. B. über digitale Signalverarbeitung) auszuführen, um Objektdaten (z. B. Punktwolkendaten) zu erzeugen. Somit umfasst die Systemsteuerung 23 zumindest einen Prozessor und/oder eine Prozessorschaltungsanordnung (z.B. Komparatoren, TDCs, ADCs und digitale Signalprozessoren (DSPs; digital signal processors)) einer Signalverarbeitungskette zur Datenverarbeitung, sowie eine Steuerschaltungsanordnung, wie beispielsweise einen Mikrocontroller, die zum Erzeugen von Steuersignalen ausgebildet ist. Das LIDAR-Abtastsystem 200 kann auch einen Sensor 26, wie beispielsweise einen Temperatursensor, umfassen, der der Systemsteuerung 23 Sensorinformationen bereitstellt.
  • Die Sendereinheit 21 umfasst die Beleuchtungseinheit 10, den MEMS-Spiegel 12 und einen MEMS-Treiber 25, der ausgebildet ist, um den MEMS-Spiegel 12 zu treiben. Insbesondere betätigt und erfasst der MEMS-Treiber 25 die Rotationsposition des Spiegels und stellt der Systemsteuerung 23 Positionsinformationen (z. B. Neigungswinkel oder Grad der Rotation um die Rotationsachse) des Spiegels bereit. Basierend auf diesen Positionsinformationen werden die Laserquellen der Beleuchtungseinheit 10 durch die Systemsteuerung 23 ausgelöst und die Photodioden werden aktiviert, um ein reflektiertes Lichtsignal zu erfassen und damit zu messen. Somit führt eine höhere Genauigkeit bei der Positionserfassung des MEMS-Spiegels zu einer genaueren und präziseren Steuerung anderer Komponenten des LIDAR-Systems.
  • Die Empfängereinheit 22 umfasst das Photodetektor-Array 15 sowie eine Empfängerschaltung 24, die eine analoge Ausleseschaltung umfasst. Wie nachfolgend näher beschrieben ist, kann jede Zeile des Photodetektor-Arrays 15 selektiv durch einen analogen Multiplexer mit der Empfängerschaltung 24 gekoppelt und entkoppelt werden. Ein Pixel, eine Zeile oder eine Spalte, das oder die mit der Empfängerschaltung 24 gekoppelt ist, kann als aktiv bezeichnet werden, während ein Pixel, eine Zeile oder eine Spalte, das oder die nicht mit der Empfängerschaltung 24 gekoppelt ist, als inaktiv bezeichnet werden kann.
  • Die analoge Ausleseschaltung umfasst N analoge Ausgangskanäle (z.B. 32 Kanäle), die ausgebildet sind, um Messsignale auszulesen, die von einem ausgewählten Pixel einer gekoppelten Reihe des Photodetektor-Arrays 15 empfangen werden. Ferner können mehr als ein Pixel aus einer gekoppelten Zeile ausgewählt sein, mehrere Reihen können gleichzeitig mit einem Ausgangskanal gekoppelt sein, und ein oder mehrere Pixel können aus jeder gekoppelten Zeile ausgewählt sein.
  • Somit kann die Empfängerschaltung 24 die analogen elektrischen Signale von den Photodetektoren des Photodetektor-Arrays 15 empfangen und die elektrischen Signale als rohe analoge Daten an einen Analog-zu-Digital-Wandler (ADC; analog-to-digital converter) senden. Bevor der ADC die elektrischen Signale empfängt, können die elektrischen Signale einen Verstärker (z.B. einen Transimpedanzverstärker (TIA; transimpedance amplifier)) passieren, der die elektrischen Signale von, zum Beispiel, Strom in Spannung umwandelt. Der ADC ist ausgebildet, um die rohen analogen Daten zur weiteren Verarbeitung in rohe digitale Daten umzuwandeln. Der Verstärker und/oder der ADC können in die Systemsteuerung 23 oder die Empfängerschaltung 24 eingebracht sein oder können zwischen der Empfängerschaltung 24 und der Systemsteuerung 23 als separate Schaltungen zwischengeordnet sein.
  • Die Empfängerschaltung 24 kann auch Auslösesteuersignale von der Systemsteuerung 23 empfangen, die eine Aktivierung eines oder mehrerer Photodetektoren auslöst. Die Empfängerschaltung 24 kann auch Verstärkungseinstellungs-Steuersignale zum Steuern der Verstärkung eines oder mehrerer Photodetektoren empfangen.
  • Die Systemsteuerung 23 umfasst eine Signalverarbeitungsschaltungsanordnung, die die rohen digitalen Daten sowie serielle Daten einer differenziellen Zeit zwischen digitalen Start- und Stoppsignalen, die durch einen ADC erzeugt werden, empfängt und die empfangenen Daten verwendet, um Laufzeitinformationen für jede Feldposition innerhalb des Sichtfeldes zu berechnen, um Objektdaten (z.B. Punktwolkendaten) zu erzeugen und um eine 3D-Punktwolke zu erzeugen.
  • Der elektrische Signalpfad von den Photodetektoren des Photodetektor-Arrays 15 zu der Systemsteuerung 23 kann anfällig für Ausfälle sein. Diese Ausfälle können in den optischen Komponenten, umfassend die Pixel des Photodetektor-Arrays 15, und in den Signalverarbeitungselementen, die entlang des Signalpfads von dem Photodetektor-Array 15 - Ausgang zu der Systemsteuerung 23 angeordnet sind, auftreten. Hierin bereitgestellte Ausführungsbeispiele stellen Schutz und Überwachung des elektrischen Signalpfads bereit, der sich von dem Photodetektor-Array 15 zur der Systemsteuerung 23 erstreckt.
  • 3 ist ein schematisches Blockdiagramm eines elektrischen Signalpfads eines LIDAR-Empfängers 300 gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen. Insbesondere umfasst der elektrische Signalpfad eines LIDAR-Empfängers 300 eine Photodetektorschaltung 31, eine Empfängerschaltung 32, eine Komparatorschaltung 33 und eine Systemsteuerung 34. Jedes Element 31-34 kann auf einer separaten integrierten Schaltung (IC; integrated circuit) angeordnet sein oder mit einer oder mehreren der anderen Schaltungen auf einer selben IC kombiniert sein.
  • Die Photodetektorschaltung 31 umfasst ein 2D-Photodetektor-Array 31-1, einen Decodierer 31-2, einen analogen Multiplexer (mux) 31-3 und einen Referenzsignalgenerator 31-4. Bei diesem Beispiel ist das Photodetektor-Array ein 2D-Photodetektor-Array mit 96 Spalten und 128 Zeilen, ist aber nicht darauf beschränkt. Eine bestimmte Spalte kann aktiviert sein, wenn sie Licht empfängt (d.h. synchronisiert gemäß einer Abfeuerrichtung des Lasers durch den Sender). Dies trägt dazu bei, ein Rauschen von Umgebungslicht zu reduzieren. Der Decodierer 31-2 empfängt eine Spaltenauswahlinformation Col_Sel von der Systemsteuerung 34, die anzeigt, welche Spalte oder Spalten zu aktivieren sind, und der Decodierer 31-2 aktiviert die entsprechende Spalte oder die entsprechenden Spalten.
  • Der analoge Multiplexer 31-3 ist ausgebildet, um analoge Signale zu empfangen und zu routen, und ist ferner ausgebildet, um auszuwählen, welche Zeilen aus dem Photodetektor-Array 31-1 von der Photodetektorschaltung 31 ausgegeben werden sollen. Das heißt, der analoge Multiplexer umfasst eine Anzahl N von Auslesekanälen (z.B. 32 Auslesekanäle), die geringer sind als die Anzahl von Zeilen des Photodetektor-Arrays 31-1. Der analoge Multiplexer 31-3 empfängt Zeilenauswahlinformation Row_Sel von der Systemsteuerung 34, die anzeigt, welche Zeile oder Zeilen zu einem bestimmten Auslesekanal zu routen sind und der analoge Multiplexer 31-3 routet die entsprechende Zeile oder Zeilen dementsprechend. Der analoge Multiplexer 31-3 umfasst Ausleseelemente, die mit den Auslesekanälen gekoppelt sind, die ein analoges Signal, das von einer oder mehreren benachbarten Zeilen des Photodetektor-Arrays 31-1 empfangen wird, selektiv zu der nächsten Stufe des Empfängersignalpfads auslesen oder ausgeben. Auf diese Weise kann jedes Photodetektorpixel des Photodetektor-Arrays 31-1 individuell nach Spalte (über den Decodierer) und Zeile (über den Analogmultiplexer) für eine Ausgabe an einen der Auslesekanäle ausgewählt werden.
  • Zusätzlich kann der Eingang oder der Ausgang jedes Auslesekanals des analogen Multiplexers 31-3 injizierte Referenzsignale empfangen, die durch den Referenzsignalgenerator 31-4 bereitgestellt werden. Der Referenzsignalgenerator 31-4 kann eine programmierbare Stromquelle sein, die sich wie eine virtuelle Pixelspalte verhält, die in den analogen Multiplexer 31-3 eingegeben wird, ähnlich wie eine tatsächliche Pixelspalte des Photodetektor-Arrays 31-1. Das heißt, der Referenzsignalgenerator 31-4 kann ein oder mehrere Referenzsignale Iref in die Ausgabepfade des Photodetektor-Arrays 31-1 injizieren und der analoge Multiplexer 31-3 kann auswählen, welche Zeile oder benachbarte Zeilen, die die Referenzsignale tragen, zu einem bestimmten Auslesekanal geroutet werden. Wenn mehrere benachbarte Zeilen zu einem einzigen Auslesekanal geroutet werden, werden die Signale dieser Zeilen durch die Ausleseelemente des analogen Multiplexers 31-3 durch, zum Beispiel Mittelung zusammen summiert und das kombinierte Signal wird durch den analogen Multiplexer an dem geeigneten Kanal ausgelesen.
  • Der Referenzsignalgenerator 31-4 ist möglicherweise so früh in den Signalpfad wie möglich (z.B. so nah an das Photodetektor-Array wie möglich) gekoppelt, so dass die Referenzsignale so viele Schaltungselemente wie möglich durchlaufen. Alternativ können die Referenzsignale direkt in eine Spalte des Photodetektor-Arrays 31-1 injiziert werden und selektiv über den analogen Multiplexer 31-3 ausgelesen werden.
  • Die Referenzsignale können anstelle von elektrischen Signalen, die durch das Photodetektor-Array (d.h. während eines ersten Zeitintervalls) erzeugt werden, oder in Kombination mit elektrischen Signalen, die durch das Photodetektor-Array (d.h. während eines zweiten Zeitintervalls) erzeugt werden, injiziert werden. Eine Mehrzahl von ersten Zeitintervallen kann mit einer Mehrzahl von zweiten Zeitintervallen verschachtelt sein, und die Referenzsignale werden möglicherweise nur während der ersten Zeitintervalle, nur während der zweiten Zeitintervalle oder sowohl während der ersten als auch der zweiten Zeitintervalle injiziert. Die ersten Zeitintervalle können einem ersten Betriebsmodus des LIDAR-Systems entsprechen und die zweiten Zeitintervalle können einem zweiten Betriebsmodus des LIDAR-Systems entsprechen.
  • Somit können die injizierten Referenzsignale mit dem analogen Datensignal kombiniert werden, das von einer oder mehreren Zeilen des Photodetektor-Arrays empfangen wird, oder sie können injiziert werden, während das Photodetektor-Array keine Messung durchführt, ohne dass ein analoges Datensignal durch das Photodetektor-Array bereitgestellt ist. Dies kann wieder durch ein Injizieren des Referenzsignals an dem analogen Multiplexer oder an dem Photodetektor-Array erreicht werden.
  • Jedes injizierte Referenzsignal kann ein Strompuls mit bekannten Charakteristika sein, umfassend bekannte Höhe (Amplitude), Länge (Breite), Anstiegszeit, Abfallzeit, Form, etc. Zum Beispiel kann das Referenzsignal entweder ein einfacher Strompuls, ein komplexerer Strompuls oder eine Kombination von Strompulsen gleicher oder unterschiedlicher Höhe (Amplitude), Länge (Breite), Anstiegszeiten, Abfallzeiten, Form etc. sein. Unterschiedliche Pulsmuster, umfassend einen oder mehrere Signalpulse, können als Pulsmusterinformation in dem Speicher gespeichert werden, und ein Pulsmuster kann durch ein Auswahlelement (z.B. eine Zustandsmaschine oder einen Prozessor) gewählt werden, gemäß einer oder mehreren Eingaben.
  • Beispielsweise kann eine Speichertabelle unterschiedliche Pulsformen und -muster als Pulsmusterinformation speichern, und eine Zustandsmaschine kann ein Pulsmuster aus der Tabelle auswählen, das basierend auf externen Eingaben injiziert werden soll. Das ausgewählte Pulsmuster kann dem Referenzsignalgenerator 31-4, der eine programmierbare Referenzsignalquelle sein kann, bereitgestellt werden, und der Referenzsignalgenerator 31-4 kann zumindest ein Referenzsignal gemäß dem ausgewählten Pulsmuster erzeugen. Zusätzlich kann eines der Pulsmuster durch das Auswahlelement zufällig ausgewählt werden, oder das Auswahlelement kann ein zufälliges Pulsmuster basierend auf einer externen Eingabe erzeugen und das zufällige Pulsmuster dem Referenzsignalgenerator 31-4 bereitstellen, so dass der Referenzsignalgenerator 31-4 ausgebildet ist, um das zufällige Pulsmuster für zumindest ein Referenzsignal zu erzeugen.
  • Das korrekte Routing jedes injizierten Referenzsignals zu dem gewünschten Kanal des elektrischen Signalpfads wird durch Kanalmultiplexen an dem analogen Multiplexer 31-3 durchgeführt. Kanalübersprechen wird dadurch verhindert, dass die Referenzsignale jedes Kanals separat (z.B. zeitverschiebend) injiziert werden. Somit sind benachbarte Kanäle im Hinblick aufeinander durch, zum Beispiel, den Referenzsignalgenerator 31-4 und den analogen Multiplexer 31-3 zeitlich verschoben, um Interferenz zu vermeiden, die durch ein gleichzeitiges Injizieren eines Referenzsignals in benachbarte Kanäle verursacht wird.
  • Die Empfängerschaltung 32 umfasst ein Array von Verstärkern, z.B. TIAs, einen für jeden Kanal. Ein TIA ist ein Strom-zu-Spannungswandler, der die analogen Stromsignale eines entsprechenden Kanals, die von der Photodetektorschaltung 31 empfangen werden, in Spannungssignale umwandelt. Somit umfasst jeder Kanal einen TIA, der diese Umwandlung durchführt. Jeder TIA kann das elektrische Signal weiter verstärken und filtern. Jedes Spannungssignal wird dann entlang eines entsprechenden Kanals zu einer ADC-Schaltung 33 geroutet. Diese Spannungssignale, ob sie aus elektrischen Signalen, die durch das Photodetektor-Array 31-1 erzeugt werden, oder aus Referenzsignalen, die durch den Referenzsignalgenerator 31-4 erzeugt werden, abgeleitet sind, können als verarbeitete Signale bezeichnet werden. Zusätzlich kann der Referenzsignalgenerator 31-4 in der Empfängerschaltung 32 anstatt in der Photodetektorschaltung 31 implementiert sein.
  • Die ADC-Schaltung 33 umfasst ein Array von ADCs, einen für jeden Kanal, die ausgebildet sind, um die analogen Spannungssignale zu detektieren, die von der Empfängerschaltung 32 für ToF-Messungen ausgegeben werden, sowie um die analogen Spannungssignale zu digitalisieren. Die digitalisierten Spannungssignale, ob sie aus elektrischen Signalen, die durch das Photodetektor-Array 31-1 erzeugt werden, oder aus Referenzsignalen, die durch den Referenzsignalgenerator 31-4 erzeugt werden, abgeleitet sind, können als verarbeitete Signale oder als weiter verarbeitete Signale bezeichnet werden. Die ADC-Schaltung 33 stellt diese verarbeiteten Signale über einen oder mehrere Signalkanäle der Systemsteuerung 34 zur weiteren Verarbeitung bereit, zum Beispiel, um 3D-Punktwolkendaten zu erzeugen.
  • Die Systemsteuerung 34 umfasst Funktionen, die ähnlich zu der vorangehend beschriebenen Systemsteuerung 25 sind. Somit umfasst die Systemsteuerung 34 eine Signalverarbeitungsschaltungsanordnung und eine Steuerschaltungsanordnung. Insbesondere umfasst die Systemsteuerung 34 eine Signalverarbeitungseinheit 34-1 und eine Steuereinheit 34-2. Die Systemsteuerung 34 kann auf einem feldprogrammierbaren Logik-Array (FPGA; field programmable logic array), einem Mikrocontroller oder einer Kombination aus einem FPGA und einem Mikrocontroller implementiert sein.
  • Die Signalverarbeitungseinheit 34-1 ist ausgebildet, um verarbeitete elektrische Signale zu empfangen, die aus den elektrischen Signalen abgeleitet sind, die durch das Photodetektor-Array 31-1 erzeugt werden, und daraus 3D-Punktwolkendaten zu erzeugen.
  • Die Steuereinheit 34-2 ist ausgebildet, um verschiedene Steuersignale zu erzeugen, wie beispielsweise die Spaltenauswahlinformation Col_Sel, die Zeilenauswahlinformation Row Sel, Signalpfad-Konfigurationsinformationen (z.B. um eine Verstärkungseinstellung eines oder mehrerer Schaltungselemente entlang des Signalpfades zu modifizieren), externe Eingaben, die verwendet werden, um ein Pulsmuster auszuwählen, etc. Die Steuereinheit 34-2 umfasst auch eine Bewertungsschaltung 34-3, die mit dem Signalpfad gekoppelt ist und ausgebildet ist, um einen oder mehrere Signalextraktionspunkte entlang des Signalpfads zu bewerten. Somit kann die Bewertungsschaltung 34-3 an verschiedenen Stellen entlang des Signalpfads mit der Mehrzahl von Signalkanälen gekoppelt sein, zum Empfangen von Signalen (z.B. verarbeitete Referenzsignale oder verarbeitete kombinierte Signale) davon.
  • Extraktionspunkte können an irgendeinem Punkt entlang des Signalpfads positioniert sein, aber können einen Ausgang der Photodetektorschaltung 31, einen Ausgang der Empfängerschaltung 32 und einen Ausgang der ADC-Schaltung 33 umfassen. Extraktionspunkte können auch intern zu den vorangehend genannten Schaltungen 31-33 sein. Zusätzlich können ein oder mehrere Signalkanäle an jedem Extraktionspunkt bewertet werden. Die Bewertungsschaltung 34-3 kann einen Extraktionspunkt und irgendeinen der Signalkanäle an dem ausgewählten Extraktionspunkt zum Empfangen eines Signals davon auswählen.
  • Die Bewertungsschaltung 34-3 ist ausgebildet, um verarbeitete Referenzsignale oder verarbeitete kombinierte Signale von einem oder mehreren Signalkanälen entlang des Signalpfads zu empfangen. Verarbeitete Referenzsignale sind Referenzsignale, die durch den Signalreferenzgenerator 31-4 erzeugt sind, die anschließend durch ein Schaltungselement auf dem Signalpfad verarbeitet werden. Die kombinierten Signale sind Signale, die eine Kombination aus zumindest einem Referenzsignal, das durch den Signalreferenzgenerator 31-4 erzeugt wird, und zumindest einem elektrischen Signal, das durch das Photodetektor-Array 31-1 erzeugt wird, sind, und verarbeitete kombinierte Signale sind kombinierte Signale, die durch ein Schaltungselement auf dem Signalpfad verarbeitet werden.
  • Die Bewertungsschaltung 34-3 ist ferner ausgebildet, um ein verarbeitetes Referenzsignal mit einem erwarteten Ergebnis zu vergleichen, um ein Vergleichsergebnis zu erzeugen. Jeder Signalkanal kann ein unterschiedliches verarbeitetes Referenzsignal bereitstellen, und jedes verarbeitete Referenzsignal kann mit einem erwarteten Ergebnis verglichen werden, das diesem Signalkanal entspricht. Das erwartete Ergebnis berücksichtigt die gesamte vorgesehene Verarbeitung, die an einem Referenzsignal durch Schaltungselemente durchgeführt wird, die vorgeschaltet von dem Extraktionspunkt positioniert sind. Ein erwartetes Ergebnis ist in dem Speicher an der Bewertungsschaltung 34-3 gespeichert und repräsentiert eine erwartete Ausgabe eines Referenzsignals an einem Extraktionspunkt, wenn es durch eines oder mehrere Schaltungselemente entlang des Signalpfads verarbeitet wird. Die erwartete Ausgabe kann Verstärkung, Grenzfrequenz, Gruppenverzögerung, Signalverzerrung, Rauschpegel und andere Eigenschaften berücksichtigen. Ein erwartetes Ergebnis entspricht sowohl der Art des injizierten Referenzsignals (d.h. dem Pulsmuster des Referenzsignals) als auch dem Extraktionspunkt in dem Signalpfad. Das erwartete Ergebnis kann auch spezifisch für einen bestimmten Signalkanal des Signalpfads sein, der spezielle Schaltungselemente umfasst.
  • Die Bewertungsschaltung 34-3 ist ferner ausgebildet, um zumindest eine Charakteristik (z.B. Verstärkung, Grenzfrequenz, Gruppenverzögerung, Signalverzerrung, Rauschpegel und andere Eigenschaften) des Signalpfads oder des einen oder der mehreren der Signalkanäle basierend auf den Vergleichsergebnissen auszuwerten und zu bestimmen, ob die Qualität des Signalpfads innerhalb eines akzeptablen Toleranzbereichs für ein sicheres Betreiben des LIDAR-Systems ist. Falls die Qualität des Signalpfads innerhalb des akzeptablen Toleranzbereichs liegt, wird bestimmt, dass die Schaltungselemente in dem Signalpfad normal innerhalb der eingestellten Sicherheitsparameter arbeiten. Falls jedoch die Qualität des Signalpfads außerhalb des akzeptablen Toleranzbereichs liegt, bestimmt die Bewertungsschaltung 34-3, dass entlang des Signalpfads möglicherweise ein Fehler oder eine Verschlechterung auftritt, und es werden weitere Maßnahmen ergriffen.
  • Beispielsweise kann die Bewertungsschaltung 34-3 eine weitere Diagnose auf dem Signalpfad durchführen, um eine Position des Fehlers oder der Verschlechterung zu bestimmen. Weitere Referenzsignale können an unterschiedlichen Extraktionspunkten erzeugt und ausgewertet werden, so dass die Bewertungsschaltung 34-3 den Fehler oder die Verschlechterung lokalisieren kann. In diesem Fall kann die Bewertungsschaltung 34-3 unterschiedliche Extraktionspunkte aufeinanderfolgend vorgeschaltet auswerten, bis der Fehler oder die Verschlechterung nicht mehr vorliegt.
  • Ein Schaltungselement, das nachgeschaltet von dem nicht-fehlerhaften Extraktionspunkt liegt, kann als eine Quelle des Fehlers bestimmt werden. Wenn während einer Lokalisierung kein Nicht-Fehler erkannt wird, kann die Quelle des Fehlers das am weitesten vorgeschaltete (d.h. das Photodetektor-Array 31-1) Schaltungselement sein, das keinen Extraktionspunkt vorgeschaltet davon aufweist. Alternativ können zwei Extraktionspunkte ausgewertet und die Ergebnisse analysiert werden. Ein Schaltungselement, das zwischen einem Extraktionspunkt an dem ein Nicht-Fehler ist, und einem Extraktionspunkt an dem ein Fehler ist, ist, zum Beispiel, kann als eine Quelle des Fehlers bestimmt werden.
  • Abhängig von dem Ursprung des Fehlers/Abwertung des Signalpfads bestimmt die Steuereinheit 34-2 eine Antwort, die zumindest eines umfassen kann aus: Versehen von anderen Objektabtastsensoren (z.B. Kamerasensoren oder Radarsensoren) beim Zusammenführen der Sensordaten zur Objektdetektion (d.h. Absenken einer Priorität des LIDAR-Sensors gegenüber einem anderen Objektabtastsensor) mit einer höheren Priorität, Fortfahren des Betriebs des LIDAR-Sensors mit verminderter Performance in Bezug auf Sichtfeld und/oder Reichweite, oder Deaktivieren des LIDAR-Sensors insgesamt und Informieren des Fahrzeugführers.
  • Zusätzlich zum Bewerten des verarbeiteten Referenzsignals ist die Bewertungsschaltung 34-3 ferner ausgebildet, um ein verarbeitetes, kombiniertes Signal mit einem erwarteten Ergebnis zu vergleichen, um ein Vergleichsergebnis zu erzeugen. Die Bewertungsschaltung 34-3 kann diese Auswertung auf eine ähnliche Weise durchführen, wie vorangehend für verarbeitete Referenzsignale beschrieben ist. Somit kann jedes verarbeitete kombinierte Signal mit einem erwarteten Ergebnis verglichen werden, das einem Signalkanal entspricht. Das erwartete Ergebnis berücksichtigt die gesamte vorgesehene Verarbeitung, die an einem kombinierten Signal durch Schaltungselemente durchgeführt wird, die vorgeschaltet von dem Extraktionspunkt positioniert sind. Ein erwartetes Ergebnis ist in dem Speicher an der Bewertungsschaltung 34-3 gespeichert und repräsentiert eine erwartete Ausgabe eines kombinierten Signals, oder eines daraus extrahierten Referenzsignals an einem Extraktionspunkt, wenn es durch eines oder mehrere Schaltungselemente entlang des Signalpfads verarbeitet wird.
  • Die Bewertungsschaltung 34-3 ist ferner ausgebildet, um zumindest eine Charakteristik (z.B. Verstärkung, Grenzfrequenz, Gruppenverzögerung, Signalverzerrung, Rauschpegel und andere Eigenschaften) des Signalpfads oder des einen oder der mehreren der Signalkanäle basierend auf den Vergleichsergebnissen zu bewerten und zu bestimmen, ob die Qualität des Signalpfads innerhalb eines akzeptablen Toleranzbereichs für ein sicheres Betreiben des LIDAR-Systems ist. Die Bewertungsschaltung 34-3 kann ferner eine weitere Diagnose auf dem Signalpfad durchführen, um eine Position des Fehlers oder der Verschlechterung zu bestimmen.
  • Mit diesem Ansatz können zufällige Fehler und Verschlechterung des gesamten Signalpfads effektiv detektiert und können während einer Betriebszeit in den Systembetrieb integriert werden. Insbesondere kann die Steuereinheit 34-2 einen Sicherheitsmechanismus für den Empfängersignalpfad bereitstellen, indem sie auf irgendeine Beeinträchtigung der Funktionalität der Empfängerkomponenten prüft, die entlang des Signalpfads angeordnet sind. Die Überwachung kann periodisch innerhalb des fehlertoleranten Zeitintervalls oder einmal pro Fahrzyklus eines Fahrzeugs (d.h. einmal zwischen Einschalten und Ausschalten des Fahrzeugs während des Betriebs des Fahrzeugs) betrieben werden.
  • 4 ist ein Signaldiagramm einer Mehrzahl von Signalkanälen, die in einem LIDAR-System implementiert sind, in das Referenzsignale injiziert werden, gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen. Die Referenzsignale sind in diesem Beispiel durch einfache Signalpulse repräsentiert, aber könnten durch unterschiedliche Pulsmuster ersetzt werden. Das LIDAR-System ist ausgebildet, um in zwei Betriebsmodi zu arbeiten: einem Sicherheitsmodus und einem Betriebsmodus.
  • Der Betriebsmodus wird durch eine Mehrzahl von ersten Zeitintervallen repräsentiert, die mit dem Sicherheitsmodus verschachtelt sind, die durch eine Mehrzahl von zweiten Zeitintervallen repräsentiert werden. Während des Sicherheitsmodus stellt das Photodetektor-Array dem Signalpfad keine Signale bereit. Der Sicherheitsmodus tritt zwischen zwei Lichterwerbsperioden des LIDAR-Systems auf. In diesem Fall empfängt die Bewertungsschaltung 34-3 verarbeitete Referenzsignale von dem Signalpfad. Somit ist der Referenzsignalgenerator 31-4 ausgebildet, um die Mehrzahl von Referenzsignalen zwischen zwei Lichterwerbsperioden des LIDAR-Systems zu injizieren.
  • Im Gegensatz dazu ist während des Betriebsmodus das Photodetektor-Array 31-1 ausgebildet, um elektrische Signale basierend auf empfangenem Licht zu erzeugen. In diesem Fall wird eine Bewertung des Signalpfades möglicherweise nicht durchgeführt. In dem Fall, dass die Bewertungsschaltung 34-3 während des Betriebsmodus keine Bewertung durchführt, werden Referenzsignale nicht in den Signalpfad injiziert.
  • Alternativ kann eine Bewertung des Signalpfads während eines Betriebsmodus durchgeführt werden. In diesem Fall bildet die Bewertungsschaltung 34-3 den Referenzsignalgenerator 31-4 aus, um Referenzsignale in die Signalkanäle zu injizieren. Folglich ist der Referenzsignalgenerator 31-4 ausgebildet, um die Mehrzahl von Referenzsignalen während einer Lichterwerbsperiode des LIDAR-Systems zu injizieren. Hier empfängt die Bewertungsschaltung 34-3 verarbeitete kombinierte Signale von dem Signalpfad.
  • Der Referenzsignalgenerator 31-4 und der analoge Multiplexer 31-3 können zusammen gesteuert sein, um eine Zeitverschiebung der Mehrzahl von Referenzsignalen derart zu implementieren, dass benachbarte Kanäle der Mehrzahl von Signalkanälen entsprechende Referenzsignale der Mehrzahl von Referenzsignalen zu unterschiedlichen Zeiten empfangen. Wie beispielsweise in 4 gezeigt ist, wird ein Referenzsignal in Kanal 2 zeitverschoben relativ zu Referenzsignalen, die in dessen benachbarte Kanäle, Kanäle 1 und 3, injiziert werden, injiziert.
  • 5A und 5B sind Referenzsignaldiagramme von beispielhaften Pulsmustern gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen. Die Pulsmuster weisen unterschiedliche Höhe (Amplitude), Länge (Breite), Anstiegszeiten, Abfallzeiten, Form etc. auf, die für unterschiedliche Referenzsignale verwendet werden können, die durch ein Auswahlelement ausgewählt werden. In diesem Fall bestehen die Pulsmuster aus den Strompulsen Iref1 und Iret2.
  • So kann die Steuereinheit 34-2 im Hinblick auf die 4, 5A und 5B den Referenzsignalgenerator 31-4 und den analogen Multiplexer 31-3 ausbilden, um eine Vielfalt bei einem Testen in sowohl in Zeit- (durch Zeitverschiebung) und/oder Pulsmustern zu implementieren. Das heißt, selbst unterschiedliche Pulsmuster können in benachbarte Kanäle injiziert werden, zusätzlich dazu, dass die Pulsmuster zeitlich voneinander verschoben sind, so dass in benachbarten Kanälen im Hinblick auf ein Empfangen von Referenzsignalen wenig bis kein Überlappen auftritt.
  • 6 ist ein schematisches Blockdiagramm eines elektrischen Signalpfads eines LIDAR-Empfängers 600 gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen. Insbesondere ist der elektrische Signalpfad eines LIDAR-Empfängers 600 ähnlich zu dem elektrischen Signalpfad des LIDAR-Empfängers 300, der in 3 gezeigt ist. Bei diesem Beispiel ist der LIDAR-Empfänger 600 jedoch ausgebildet, um den Signalpfad nur während des Sicherheitsmodus zu bewerten. In diesem Fall kann ein normaler Betrieb von Senden und Empfangen von Lichtpulsen für eine vorbestimmte Zeitspanne (d.h. für ein zweites Zeitintervall) gestoppt werden, so dass eine Sicherheitsbewertung durchgeführt wird.
  • Die Photodetektorschaltung 31 umfasst ferner zwei Schalter: Schalter 31-5, der zwischen das Photodetektor-Array 31-1 und dem analogen Mux 31-3 gekoppelt ist, und Schalter 31-6, der zwischen den Referenzsignalgenerator 31-4 und den analogen Mux 31-3 gekoppelt ist. Die Schalter 31-5 und 31-6 sind komplementäre Schalter, was bedeutet, dass, wenn einer geschlossen ist, der andere offen ist. Somit ist jeweils nur ein Signalpfad von entweder dem Photodetektor-Array 31-1 oder dem Referenzsignalgenerator 31-4 mit dem analogen Mux 31-3 gekoppelt. Genauer ist der Schalter 31-5 geschlossen, wenn das LIDAR-System in dem Betriebsmodus arbeitet, um elektrische Signale von dem Photodetektor-Array 31-1 bereitzustellen. Weiterhin ist der Schalter 31-6 geschlossen, wenn das LIDAR-System in dem Sicherheitsmodus arbeitet, um Referenzsignale von dem Referenzsignalgenerator 31-4 bereitzustellen.
  • Die Photodetektorschaltung 31 umfasst ferner zwei Schalter: Schalter 31-5, der zwischen das Photodetektor-Array 31-1 und dem analogen Mux 31-3 gekoppelt ist, und Schalter 31-6, der zwischen den Referenzsignalgenerator 31-4 und den analogen Mux 31-3 gekoppelt ist. Die Schalter 31-5 und 31-6 sind komplementäre Schalter, was bedeutet, dass, wenn einer geschlossen ist, der andere offen ist.
  • Die Systemsteuerung 34 umfasst auch zwei Schalter: Schalter 34-5, der zwischen den Eingang der Systemsteuerung 34 und der Signalverarbeitungseinheit 34-1 gekoppelt ist, und Schalter 31-6, der zwischen den Eingang der Systemsteuerung 34 und der Steuereinheit 34-2 gekoppelt ist. Die Schalter 34-5 und 34-6 sind komplementäre Schalter, was bedeutet, dass, wenn einer geschlossen ist, der andere offen ist. Somit ist nur ein Signalpfad von dem Eingang zu entweder der Signalverarbeitungseinheit 34-1 oder der Steuereinheit 34-2 auf einmal verbunden. Genauer ist der Schalter 34-5 geschlossen, wenn das LIDAR-System in dem Betriebsmodus arbeitet, um verarbeitete elektrische Signale, die von dem Photodetektor-Array 31-1 abgeleitet sind, der Signalverarbeitungseinheit 34-1 bereitzustellen. Weiterhin ist der Schalter 31-6 geschlossen, wenn das LIDAR-System in dem Sicherheitsmodus arbeitet, um verarbeitete Referenzsignale, die von dem Referenzsignalgenerator 31-4 abgeleitet sind, der Steuereinheit 34-2 und genauer der Bewertungsschaltung 34-3 bereitzustellen. Somit können die Referenzsignale in den Signalpfad injiziert werden und die Bewertungsschaltung 34-3 kann die Signalkanäle an verschiedenen Extraktionspunkten prüfen.
  • Die Signalverarbeitungseinheit 34-1 umfasst einen DSP 61, der ausgebildet ist, um die verarbeiteten elektrischen Signale (d.h. Sensordaten) zu verarbeiten, eine Objektdetektionseinheit 62, die ausgebildet ist, um Objekte in den Sensordaten zu detektieren, eine Distanzbestimmungseinheit 63, die ausgebildet ist, um eine Distanz jedes detektierten Objekt (Abstandsmessung) zu bestimmen, eine Reflexionsvermögenseinheit 64, die ausgebildet ist, um ein Reflexionsvermögen von jedem detektierten Objekt zu bestimmen, und eine 3D-Punktwolkeneinheit 65, die ausgebildet ist, um 3D-Punktwolkendaten von den detektierten Objekten, bestimmten Objektdistanzen und den bestimmten Objektreflexionsvermögen zu erzeugen.
  • 7 ist ein schematisches Blockdiagramm eines elektrischen Signalpfads eines LIDAR-Empfängers 700 gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen. Insbesondere ist der elektrische Signalpfad eines LIDAR-Empfängers 700 ähnlich zu dem elektrischen Signalpfad des LIDAR-Empfängers 600, der in 6 gezeigt ist. Bei diesem Beispiel ist der LIDAR-Empfänger 700 jedoch ausgebildet, um den Signalpfad während des Sicherheitsmodus und/oder während des Betriebsmodus zu bewerten. Bei diesem Beispiel wird die Bewertung des Signalpfads auf Objektebene durchgeführt.
  • Insbesondere ist die Steuereinheit 34-2 ausgebildet, um ein oder mehrere Pulsmuster oder ein virtuelles Objekt zum Injizieren in den Signalpfad auszuwählen, wobei das virtuelle Objekt an einem bestimmten virtuellen Ort in der Punktwolke in einer festen virtuellen Distanz platziert wird. Anders ausgedrückt ist das virtuelle Objekt so formuliert, als ob es durch das Photodetektor-Array 31-1 aus Licht detektiert wird, das von einem Objekt in dem Sichtfeld reflektiert wird und in den Signalpfad eingeführt wird, um ein reales Objekt zu simulieren. Die virtuellen Objekte sollten klein sein, so dass sich deckende reale Objekte nicht verschleiert werden.
  • Die Steuereinheit 34-2 kann den Referenzsignalgenerator 31-4 und den analogen Multiplexer 31-3 so steuern, dass der Referenzsignalgenerator 31-4 Referenzsignale erzeugt, die repräsentativ für das virtuelle Objekt und seine Distanz sind, und dass der analoge Multiplexer 31-3 die Referenzsignale zu einem oder mehreren Signalkanälen routet, die repräsentativ für die Objektposition sind. Ein virtuelles Objekt kann während entweder des Sicherheitsmodus oder des Betriebsmodus in den Signalpfad injiziert werden. In dem letzteren Fall würde das virtuelle Objekt mit den elektrischen Signalen (Sensordaten) kombiniert sein, die durch das Photodetektor-Array 31-1 erzeugt werden.
  • Eine Nachverarbeitung, die durch die Signalverarbeitungseinheit 34-1 durchgeführt wird, stellt sicher, dass das virtuelle Objekt, das in die Sensordaten eingeführt ist, an einem erwarteten Ort detektiert wird und aus den Punktwolkendaten entfernt wird. Somit umfasst die Signalverarbeitungseinheit 34-1 ferner eine vorläufige 3D-Punktwolkeneinheit 71, die vorläufige 3D-Punktwolkendaten von den detektierten Objekten, bestimmten Objektdistanzen (Abstandsmessung) und den bestimmten Objektreflexionsvermögen erzeugt, die Informationen von irgendwelchen virtuellen Objekten umfassen, die über die Referenzsignale injiziert wurden.
  • Die Signalverarbeitungseinheit 34-1 umfasst ferner ein Filter 72, das virtuelle Objektdaten von der Steuereinheit 34-2 und vorläufige 3D-Punktwolkendaten von der vorläufigen 3D-Punktwolkeneinheit 71 empfängt und die virtuellen Objektdaten aus den vorläufigen 3D-Punktwolkendaten entfernt, um tatsächliche 3D-Punktwolkendaten zu erzeugen. Die 3D-Punktwolkeneinheit 65 finalisiert die 3D-Punktwolkendaten. Somit kann die Bewertung des Signalpfades durch die Bewertungsschaltung 34-3 während einer Betriebszeit des LIDAR-Sensors durchgeführt werden.
  • 8 ist ein schematisches Blockdiagramm eines elektrischen Signalpfads eines LIDAR-Empfängers 800 gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen. Insbesondere ist der elektrische Signalpfad eines LIDAR-Empfängers 800 ähnlich zu dem elektrischen Signalpfad der LIDAR-Empfänger 600 und 700, die jeweils in 6 und 7 gezeigt sind. Bei diesem Beispiel ist der LIDAR-Empfänger 800 jedoch ausgebildet, um den Signalpfad während des Sicherheitsmodus und/oder während des Betriebsmodus auf einer Pulsebene zu bewerten. Das heißt, der Vergleich mit dem Referenzsignal und das Entfernen wird auf der physischen Ebene (z.B. auf ADC-Daten oder verarbeiteten ADC-Daten durchgeführt) durchgeführt.
  • Die Steuereinheit 34-2 ist ausgebildet, um ein oder mehrere Pulsmuster oder ein virtuelles Objekt zum Injizieren in den Signalpfad auszuwählen, auf eine ähnliche Weise, wie vorangehend Bezug nehmend auf 7 beschrieben ist. Jedoch werden an der Systemsteuerung 34 die injizierten Referenzsignale aus dem verarbeiteten kombinierten Signal entfernt (d.h. herausgefiltert), bevor Punktwolkendaten erzeugt werden.
  • Die Referenzsignale (d.h. Pulse), die in den Signalpfad injiziert werden, modellieren möglicherweise nicht unbedingt ein virtuelles Objekt, wie sie es in 7 tun, aber sie sind entworfen, um einen Signalkanal optimal zu identifizieren. Bei einer Nachbearbeitung an der Systemsteuerung 34 werden die Pulse verwendet, um die Kanalcharakteristika (die darauf überprüft werden, dass sie innerhalb der Grenzen gemäß funktionaler Sicherheit sind) über Kanalschätzer 81 zu extrahieren und die Pulse werden durch einen Filter 82 aus dem verarbeiteten kombinierten Signal entfernt. Folglich verbleiben nur verarbeitete elektrische Signale, die aus den elektrischen Signalen des Photodetektor-Arrays 31-1 abgeleitet sind, in dem Signalpfad und werden für die Erzeugung von 3D-Punktwolkendaten in den DSP 61 eingegeben.
  • Der Kanalschätzer 81 ist ausgebildet, um verarbeitete kombinierte Signale zu empfangen und eine oder mehrere Kanalcharakteristika eines oder mehrerer Signalkanäle basierend auf bekannten Eigenschaften eines Referenzsignals, das in den Signalkanal (d.h. basierend auf einem Referenzstimulus) injiziert wurde, zu schätzen, wobei die bekannten Eigenschaften von der Bewertungsschaltung 34-3 empfangen werden. Der Kanalschätzer 81 ist ausgebildet, um die geschätzten Kanalcharakteristika der Bewertungsschaltung 34-3 bereitzustellen, die dann die geschätzten Kanalcharakteristika mit den erwarteten Kanalcharakteristika vergleicht. Basierend auf diesem Vergleichsergebnis bestimmt die Bewertungsschaltung 34-3, ob ein bestimmter Signalkanal funktional konform mit den vorgegebenen Richtlinien ist.
  • 9 ist ein schematisches Blockdiagramm eines elektrischen Signalpfads eines LIDAR-Empfängers 900 gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen. Insbesondere ist der elektrische Signalpfad eines LIDAR-Empfängers 900 ähnlich zu dem elektrischen Signalpfad des LIDAR-Empfängers 600, der in 6 gezeigt ist. Bei diesem Beispiel ist der LIDAR-Empfänger 900 jedoch ausgebildet, um den Signalpfad während des Sicherheitsmodus und/oder während des Betriebsmodus zu bewerten. Bei diesem Beispiel wird die Bewertung des Signalpfads auf Objektebene durchgeführt.
  • 9 ist ein schematisches Blockdiagramm eines elektrischen Signalpfads eines LIDAR-Empfängers 900 gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen. Insbesondere ist der elektrische Signalpfad eines LIDAR-Empfängers 900 ähnlich zu dem elektrischen Signalpfad des LIDAR-Empfängers 600, der in 6 gezeigt ist. Bei diesem Beispiel ist der LIDAR-Empfänger 900 jedoch zusätzlich ausgebildet, um aus einer Mehrzahl von unterschiedlichen Pulsmustern zum Injizieren in einen oder mehrere Signalkanäle des Signalpfads auszuwählen. Es wird ferner darauf hingewiesen, dass dieses Schema, wie es ähnlich Bezug nehmend auf 3, 4, 5A und 5B erörtert ist, auch in den LIDAR-Empfängern, die in den 7 und 8 gezeigt sind, implementiert sein kann.
  • Die Photodetektorschaltung 31 umfasst eine Speichervorrichtung 91, die ausgebildet ist, um Pulsmusterinformationen zu speichern, die einer Mehrzahl von unterschiedlichen Strompulsmustern entsprechen. Dies kann beispielsweise durch ein Verwenden einer Speichertabelle (z.B. einer Nachschlagetabelle) erreicht werden, die die Pulsmusterinformationen entsprechend der Mehrzahl von unterschiedlichen Pulsmustern speichert.
  • Die Photodetektorschaltung 31 umfasst ferner ein Auswahlelement 92, das ausgebildet ist, um eines der Mehrzahl von unterschiedlichen Pulsmustern auszuwählen und um die Referenzstromquelle 31-4 zu steuern, um zumindest eines der Mehrzahl von Referenzsignalen basierend auf dem ausgewählten der Mehrzahl von unterschiedlichen Pulsmustern zu erzeugen. Insbesondere kann das Auswahlelement 92 eine finite Zustandsmaschine oder ein Prozessor sein, der ausgebildet ist, um Konfigurationsinformationen von der Steuereinheit 34-2 zu empfangen. Die finite Zustandsmaschine kann einen Zustand basierend auf den empfangenen Konfigurationsinformationen auswählen. Die Speichervorrichtung 91 ist ausgebildet, um eines der Pulsmuster auszuwählen, das dem Zustand der Zustandsmaschine entspricht, selektiv Pulsmusterinformationen auszugeben, die dem ausgewählten Pulsmuster entsprechen, und diese Pulsmusterinformationen dem Referenzsignalgenerator 31-4 bereitzustellen. Anders ausgedrückt, kann jedes Pulsmuster über die Speichertabelle auf einem weiteren Zustand der Zustandsmaschine abgebildet sein. Der Referenzsignalgenerator 31-4 erzeugt wiederum Referenzsignale entsprechend den Pulsmusterinformationen, die von der Speichervorrichtung 91 empfangen werden.
  • Dieses Schema kann verwendet werden, um eine Ausgabe des Photodetektor-Arrays 31-1 nachzuahmen, sowie um Charakteristika eines oder mehrerer Signalkanäle zu testen oder um eine Antwort auf verschiedene Signalpfadkonfigurationen zu testen. Beispielsweise können einige Pulsmuster für ein Testen bestimmter Charakteristika oder Konditionen des Signalpfads angepasst und besser dafür geeignet sein als andere. Ähnlich können einige Pulsmuster für ein Testen bestimmter Konfigurationen des Signalpfads angepasst und besser geeignet sein als andere. Somit kann das Auswahlelement 92 verwendet werden, um bestimmte Pulsmuster basierend auf Konfigurationsinformationen, die von der Steuereinheit 34-2 empfangen werden, auszuwählen, wobei die Konfigurationsinformationen einer Bedingung, einer Charakteristik oder einer zu testenden Konfiguration entsprechen.
  • Bei einem Beispiel kann die Steuereinheit 34 ausgebildet sein, um eine Signalpfadkonfiguration zu modifizieren (d.h. um eine Einstellung eines oder mehrerer Schaltungselemente entlang des Signalpfades zu modifizieren). Beispielsweise kann die Steuereinheit 34 eine Verstärkungseinstellung des Photodetektor-Arrays 31-1, der TIAs der Empfängerschaltung 32 und der ADCs der ADC-Schaltung 33 modifizieren. Das Auswahlelement 92 kann von der Steuereinheit 34 Signalpfadkonfigurationsinformationen empfangen, die sich auf die Verstärkungseinstellung beziehen, und einen Zustand basierend auf den Konfigurationsinformationen auswählen. Somit wählen das Auswahlelement 92 und die Speichervorrichtung 91 als Ganzes eines der Mehrzahl von unterschiedlichen Pulsmustern basierend auf der Konfiguration des Signalpfades aus.
  • Für eine erste Verstärkungseinstellung sind das Auswahlelement 92 und die Speichervorrichtung 91 ausgebildet, um ein erstes aus der Mehrzahl von unterschiedlichen Strompulsmustern auszuwählen. Für eine zweite Verstärkungseinstellung sind das Auswahlelement 92 und die Speichervorrichtung 91 ausgebildet, um ein zweites aus der Mehrzahl von unterschiedlichen Strompulsmustern auszuwählen, und so weiter. In dem Fall, dass die erste Verstärkungseinstellung größer ist als die zweite Verstärkungseinstellung, weist das erste aus der Mehrzahl von unterschiedlichen Strompulsmustern möglicherweise eine kleinere Amplitude auf, als eine Amplitude des zweiten aus der Mehrzahl von unterschiedlichen Strompulsmustern.
  • Somit kann die Steuereinheit 34-2 einen Sicherheitsmechanismus für den Empfängersignalpfad bereitstellen, indem sie auf irgendeine Beeinträchtigung der Funktionalität der Empfängerkomponenten prüft, die entlang des Signalpfads angeordnet sind. Auf diese Weise kann ein Signal von einem einzelnen Pixelreihenpfad überprüft werden oder ein Signal von mehreren Pixelreihenpfaden, die an dem Analogmultiplexer 31-3 kombiniert sind, kann überprüft werden. Um dabei zu helfen, Systemperformance zu gewährleisten, können Pulse für irgendwelche Störungen in dem Signalpfad überwacht werden, und Charakteristika jedes Signalkanals können überwacht werden, um sicherzustellen, dass sie sich im Laufe der Zeit nicht ändern oder driften. Die Bewertungsschaltung 34-3 kann zunächst die Signalkanäle basierend auf einem Referenzsignal charakterisieren, um ein Modell von erwarteten Ergebnissen jedes Kanals zu erzeugen, das Modell von erwarteten Ergebnissen im Speicher zu speichern und dann das Referenzsignal erneut zu verwenden, um nach irgendeiner Variation gegen dem erwarteten Ergebnis zu überprüfen. Das erwartete Ergebnis berücksichtigt eine oder mehrere aus Verstärkung, Gruppenverzögerung, Signalverzerrung, Rauschpegel, Grenzfrequenz und andere Eigenschaften. Obwohl sich hierin beschriebene Ausführungsbeispiele auf eine MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel beziehen, wird darauf hingewiesen, dass andere Implementierungen andere optische Vorrichtungen als MEMS-Spiegel-Vorrichtungen umfassen können. Zusätzlich, obwohl einige Aspekte in dem Kontext einer Vorrichtung beschrieben wurden, ist es offensichtlich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens repräsentieren, wobei ein Block oder eine Vorrichtung einem Verfahrensschritt oder einem Merkmal eines Verfahrensschrittes entspricht. Analog dazu repräsentieren Aspekte, die in dem Kontext eines Verfahrensschrittes beschrieben sind, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Elements oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch eine (oder unter Verwendung einer) Hardwarevorrichtung ausgeführt werden, wie zum Beispiel eines Mikroprozessors, eines programmierbaren Computers oder einer elektronischen Schaltung. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige einzelne oder mehrere der Verfahrensschritte durch eine solche Vorrichtung ausgeführt werden.
  • Abhängig von bestimmten Implementierungsanforderungen können hierin bereitgestellte Ausführungsbeispiele in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums ausgeführt werden, zum Beispiel einer Diskette, einer DVD, einer Blue-Ray, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers mit elektronisch lesbaren Steuerungssignalen, die darauf gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenarbeiten (oder in der Lage sind, zusammenzuarbeiten), dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Daher kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
  • Anweisungen können durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden, wie beispielsweise eine oder mehrere zentrale Verarbeitungseinheiten (CPU; central processing units), digitale Signalprozessoren (DSPs; digital signal processors), Allzweck-Mikroprozessoren, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs; application specific integrated circuits), feldprogrammierbare Logik-Arrays (FPGAs; field programmable logic arrays) oder eine andere äquivalente integrierte oder diskrete Logik-Schaltungsanordnung. Dementsprechend bezieht sich der Ausdruck „Prozessor“, nach hiesigem Gebrauch, auf irgendeine der vorangehenden Strukturen oder irgendeine andere Struktur, die für eine Implementierung der hierin beschriebenen Techniken geeignet ist. Zusätzlich kann bei einigen Aspekten die hierin beschriebene Funktionalität innerhalb dedizierter Hardware- und/oder Software-Module bereitgestellt sein. Auch könnten die Techniken vollständig in einer oder mehreren Schaltungen oder Logikelementen implementiert sein.
    Die oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsbeispiele sind ausschließlich darstellend. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Details für andere Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sind. Es ist daher die Absicht, dass diese nur durch den Schutzbereich der anhängigen Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Details eingeschränkt sind, die durch die Beschreibung und Erklärung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert werden.

Claims (22)

  1. Ein Laufzeit-Lichtdetektionssystem, umfassend: eine Mehrzahl von Schaltungen, die aufeinanderfolgend entlang eines Signalpfads angeordnet sind, der eine Mehrzahl von Signalkanälen umfasst, die Mehrzahl von Schaltungen umfassend eine erste Schaltung und eine zweite Schaltung, die nachgeschaltet von der ersten Schaltung angeordnet ist; eine Referenzsignalquelle, die ausgebildet ist, um eine Mehrzahl von Referenzsignalen zu erzeugen, wobei jeder der Mehrzahl von Signalkanälen bei der ersten Schaltung zumindest eines der Mehrzahl von Referenzsignalen empfängt; und eine Bewertungsschaltung, die mit der Mehrzahl von Signalkanälen gekoppelt ist, um ein verarbeitetes Referenzsignal von dem Signalpfad zu empfangen, wobei die Bewertungsschaltung ferner ausgebildet ist, um das verarbeitete Referenzsignal mit einem ersten erwarteten Ergebnis zu vergleichen, um ein erstes Vergleichsergebnis zu erzeugen.
  2. Das Laufzeit-Lichtdetektionssystem gemäß Anspruch 1, wobei die Referenzsignalquelle eine Stromquelle ist und die Mehrzahl von Referenzsignalen Stromreferenzsignale sind.
  3. Das Laufzeit-Lichtdetektionssystem gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Bewertungsschaltung ausgebildet ist, um eine Mehrzahl von verarbeiteten Referenzsignalen von dem Signalpfad zu empfangen, wobei jedes der Mehrzahl von verarbeiteten Referenzsignalen von zumindest einem der Mehrzahl von Referenzsignalen abgeleitet ist, und die Bewertungsschaltung ferner ausgebildet ist, jedes der Mehrzahl von verarbeiteten Referenzsignalen mit zumindest einem einer Mehrzahl von erwarteten Ergebnissen zu vergleichen, um eine Mehrzahl von ersten Vergleichsergebnissen zu erzeugen.
  4. Das Laufzeit-Lichtdetektionssystem gemäß Anspruch 3, wobei die Bewertungsschaltung ausgebildet ist, um die Mehrzahl von verarbeiteten Referenzsignalen von zumindest zwei Extraktionspunkten des Signalpfads zu empfangen.
  5. Das Laufzeit-Lichtdetektionssystem gemäß Anspruch 4, wobei der zumindest eine Extraktionspunkt einen ersten Extraktionspunkt vorgeschaltet von der zweiten Schaltung und einen zweiten Extraktionspunkt nachgeschaltet von der zweiten Schaltung umfasst.
  6. Das Laufzeit-Lichtdetektionssystem gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Bewertungsschaltung ausgebildet ist zum: Auswerten von zumindest einer Charakteristik der Mehrzahl von Signalkanälen, basierend auf der Mehrzahl von ersten Vergleichsergebnissen, und Bestimmen, darauf basierend, ob der Signalpfad normal funktioniert.
  7. Das Laufzeit-Lichtdetektionssystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Schaltung eine Photodetektorschaltung ist und die zweite Schaltung eine aus einer Verstärkerschaltung und einer Analog-zu-Digital-Wandler-Schaltung ist.
  8. Das Laufzeit-Lichtdetektionssystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei: die erste Schaltung ein Photodetektor-Array umfasst, das ausgebildet ist, um elektrische Signale basierend auf empfangenem Licht zu erzeugen, die Referenzsignalquelle ausgebildet ist, eines der Mehrzahl von Referenzsignalen in jedes der Mehrzahl von Signalkanälen bei der ersten Schaltung derart zu injizieren, dass jedes Referenzsignal mit zumindest einem der elektrischen Signale kombiniert ist, um kombinierte Signale zu erzeugen, die durch den Signalpfad verarbeitet werden, um verarbeitete kombinierte Signale zu erzeugen, und die Bewertungsschaltung ausgebildet ist, um ein verarbeitetes kombiniertes Signal von dem Signalpfad zu empfangen, wobei die Bewertungsschaltung ferner ausgebildet ist, um das verarbeitete kombinierte Signal mit einem zweiten erwarteten Ergebnis zu vergleichen, um ein zweites Vergleichsergebnis zu erzeugen.
  9. Das Laufzeit-Lichtdetektionssystem gemäß Anspruch 8, ferner umfassend: ein Filter, das ausgebildet ist, um die verarbeiteten kombinierten Signale von dem Signalpfad zu empfangen, und die Mehrzahl von Referenzsignalen daraus herauszufiltern, um die elektrischen Signale wiederherzustellen; und eine Signalverarbeitungsschaltungsanordnung, die ausgebildet ist, um Objektdaten basierend auf den wiederhergestellten elektrischen Signalen zu erzeugen.
  10. Das Laufzeit-Lichtdetektionssystem gemäß Anspruch 8 oder 9, ferner umfassend: eine Signalverarbeitungsschaltungsanordnung, die ausgebildet ist, um die verarbeiteten kombinierten Signale von dem Signalpfad zu empfangen und erste Objektdaten basierend auf den verarbeiteten kombinierten Signalen zu erzeugen; und ein Filter, das ausgebildet ist, um die ersten Objektdaten von der Signalverarbeitungsschaltungsanordnung zu empfangen, virtuelle Objektdaten, die der Mehrzahl von Referenzsignalen in den ersten Objektdaten entsprechen, zu detektieren, und die detektierten virtuellen Objektdaten von den ersten Objektdaten zu entfernen, um zweite Objektdaten zu erzeugen.
  11. Das Laufzeit-Lichtdetektionssystem gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Bewertungsschaltung ausgebildet ist zum: Auswerten von zumindest einer Charakteristik der Mehrzahl von Signalkanälen, basierend auf dem zweiten Vergleichsergebnis, und Bestimmen, darauf basierend, ob der Signalpfad normal funktioniert.
  12. Das Laufzeit-Lichtdetektionssystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine Speichervorrichtung, die ausgebildet ist, um Informationen zu speichern, die einer Mehrzahl von unterschiedlichen Strompulsmustern entsprechen; ein Auswahlelement, das ausgebildet ist, um eines der Mehrzahl von unterschiedlichen Strompulsmustern auszuwählen und die Referenzsignalquelle zu steuern, um zumindest eines der Mehrzahl von Referenzsignalen basierend auf dem ausgewählten der Mehrzahl von unterschiedlichen Strompulsmustern zu erzeugen.
  13. Das Laufzeit-Lichtdetektionssystem gemäß Anspruch 12, ferner umfassend: eine Systemsteuerung, die ausgebildet ist, um eine Konfiguration des Signalpfades zu modifizieren, und wobei das Auswahlelement ausgebildet ist, um eines der Mehrzahl von unterschiedlichen Strompulsmustern basierend auf der Konfiguration des Signalpfades auszuwählen.
  14. Das Laufzeit-Lichtdetektionssystem gemäß Anspruch 13, wobei die Konfiguration des Signalpfads eine Verstärkungseinstellung der zumindest einen der ersten Schaltung oder der zweiten Schaltung ist, wobei: für eine erste Verstärkungseinstellung das Auswahlelement ausgebildet ist, um ein erstes aus der Mehrzahl von unterschiedlichen Strompulsmustern auszuwählen, für eine zweite Verstärkungseinstellung das Auswahlelement ausgebildet ist, um ein zweites aus der Mehrzahl von unterschiedlichen Strompulsmustern auszuwählen, und die erste Verstärkungseinstellung größer ist als die zweite Verstärkungseinstellung, und das erste aus der Mehrzahl von unterschiedlichen Strompulsmustern eine kleinere Amplitude aufweist als eine Amplitude des zweiten aus der Mehrzahl von unterschiedlichen Strompulsmustern.
  15. Das Laufzeit-Lichtdetektionssystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Schaltung einen analogen Multiplexer umfasst, der mit der Mehrzahl von Signalkanälen gekoppelt ist, und ausgebildet ist, um die Mehrzahl von Referenzsignalen als Eingaben zu empfangen und jedes der Mehrzahl von Referenzsignalen zu einem unterschiedlichen der Mehrzahl von Signalkanälen zu routen.
  16. Das Laufzeit-Lichtdetektionssystem gemäß Anspruch 15, wobei die Referenzsignalquelle und der analoge Multiplexer gesteuert sind, um eine Zeitverschiebung der Mehrzahl von Referenzsignalen derart zu implementieren, dass benachbarte Kanäle der Mehrzahl von Signalkanälen entsprechende Referenzsignale der Mehrzahl von Referenzsignalen zu unterschiedlichen Zeiten empfangen.
  17. Das Laufzeit-Lichtdetektionssystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei: eine Mehrzahl von ersten Zeitintervallen mit einer Mehrzahl von zweiten Zeitintervallen verschachtelt sind, wobei die erste Schaltung ein Photodetektor-Array umfasst, das ausgebildet ist, um elektrische Signale basierend auf empfangenem Licht während der Mehrzahl von ersten Zeitintervallen zu erzeugen, wobei das Photodetektor-Array dem Signalpfad während der Mehrzahl von zweiten Zeitintervallen keine Signale bereitstellt, und die Referenzstromquelle ausgebildet ist, um die Mehrzahl von Referenzsignalen in die Mehrzahl von Signalkanälen an der ersten Schaltung während der Mehrzahl von zweiten Zeitintervallen zu injizieren.
  18. Das Laufzeit-Lichtdetektionssystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine Systemsteuerung, wobei die Bewertungsschaltung ausgebildet ist, um einen Fehler in dem Laufzeit-Lichtdetektionssystem basierend auf dem ersten Vergleichsergebnis zu detektieren und den Fehler der Systemsteuerung anzuzeigen, und die Systemsteuerung ausgebildet ist, um den Fehler zu empfangen und als Reaktion darauf zumindest eines durchzuführen von: Deaktivieren des Laufzeit-Lichtdetektionssystems, Reduzieren einer Performance des Laufzeit-Lichtdetektionssystems oder Senken einer Priorität des LIDAR-Sensors relativ zu einem anderen Objektabtastsensor.
  19. Das Laufzeit-Lichtdetektionssystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Referenzsignalquelle ausgebildet ist, um die Mehrzahl von Referenzsignalen zwischen zwei Lichterwerbsperioden des Laufzeit-Lichtdetektionssystems zu injizieren.
  20. Das Laufzeit-Lichtdetektionssystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Referenzsignalquelle ausgebildet ist, um die Mehrzahl von Referenzsignalen während einer Lichterwerbsperiode des Laufzeit-Lichtdetektionssystems zu injizieren.
  21. Ein Laufzeit-Lichtdetektions-Empfängersystem, umfassend: eine Mehrzahl von Schaltungen, die aufeinanderfolgend entlang eines Signalpfads angeordnet sind, der eine Mehrzahl von Signalkanälen umfasst, die Mehrzahl von Schaltungen umfassend eine erste Schaltung und eine zweite Schaltung, die nachgeschaltet von der ersten Schaltung angeordnet ist; eine Referenzsignalquelle, die ausgebildet ist, um eine Mehrzahl von Referenzsignalen zu erzeugen, jeder der Mehrzahl von Signalkanälen bei der ersten Schaltung empfängt zumindest eines der Mehrzahl von Referenzsignalen; die erste Schaltung umfassend eine Mehrzahl von Ausleseelementen und eine Mehrzahl von Photodetektor-Auslesekanälen, die repräsentativ für einen ersten Abschnitt der Mehrzahl von Signalkanälen sind und mit der Mehrzahl von Ausleseelementen gekoppelt sind, wobei die Mehrzahl von Ausleseelementen ausgebildet ist, um die Mehrzahl von Referenzsignalen selektiv zu der Mehrzahl von Photodetektor-Auslesekanälen zu routen; die zweite Schaltung umfassend eine Mehrzahl von Verarbeitungskanälen, die repräsentativ für einen zweiten Abschnitt der Mehrzahl von Signalkanälen sind, die Mehrzahl von Verarbeitungskanälen umfassend eine Mehrzahl von Verarbeitungselementen, die ausgebildet sind, um verarbeitete Referenzsignale zu erzeugen, die von der Mehrzahl von Referenzsignalen abgeleitet sind und die verarbeiteten Referenzsignale von der zweiten Schaltung ausgeben; und eine Bewertungsschaltung, die mit dem Signalpfad gekoppelt ist, um ein verarbeitetes Referenzsignal der verarbeiteten Referenzsignale zu empfangen, wobei die Bewertungsschaltung ausgebildet ist, um das verarbeitete Referenzsignal mit einem ersten erwarteten Ergebnis zu vergleichen, um ein erstes Vergleichsergebnis zu erzeugen.
  22. Ein Verfahren zum Bewerten von zumindest einer Charakteristik einer Mehrzahl von Signalkanälen in einem Laufzeit-Lichtdetektionssystem, das eine Mehrzahl von Schaltungen umfasst, die aufeinanderfolgend entlang eines Laufzeit-Lichtdetektionssignalpfads angeordnet sind, der die Mehrzahl von Signalkanälen umfasst, die Mehrzahl von Schaltungen umfassend eine erste Schaltung und eine zweite Schaltung, die nachgeschaltet von der ersten Schaltung angeordnet ist, das Verfahren umfassend: Erzeugen einer Mehrzahl von Referenzsignalen; Injizieren von zumindest einem der Mehrzahl von Referenzsignalen in jeden der Mehrzahl von Signalkanälen bei der ersten Schaltung, derart dass die Mehrzahl von Referenzsignalen in dem Signalpfad verarbeitet werden; Vergleichen eines verarbeiteten Referenzsignals mit einem erwarteten Ergebnis, um ein Vergleichsergebnis zu erzeugen; Auswerten der zumindest einen Charakteristik des zumindest einen der Mehrzahl von Signalkanälen basierend auf dem Vergleichsergebnis; und Bestimmen, ob entweder die erste Schaltung oder die zweite Schaltung defekt ist, basierend auf der zumindest einen ausgewerteten Charakteristik des zumindest einen der Mehrzahl von Signalkanälen.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022124775B3 (de) 2022-09-27 2023-10-19 Elmos Semiconductor Se Lidar-Empfänger-Schaltung zum Empfangen von optischen Signalen mittels Fotodetektoren

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112114322A (zh) * 2019-06-21 2020-12-22 广州印芯半导体技术有限公司 飞时测距装置及飞时测距方法
EP3952271A4 (de) * 2020-06-12 2022-06-01 Shenzhen Goodix Technology Co., Ltd. Tiefenmessvorrichtung und zugehörige elektronische vorrichtung sowie verfahren zum betrieb einer tiefenmessvorrichtung
CN114114203A (zh) * 2020-08-31 2022-03-01 上海禾赛科技有限公司 激光雷达及其控制方法、寻址电路
WO2022126357A1 (zh) * 2020-12-15 2022-06-23 深圳市汇顶科技股份有限公司 飞行时间量测电路及相关芯片及电子装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4516110B2 (ja) * 2005-01-27 2010-08-04 パナソニック株式会社 システムｌｓｉ
WO2014208018A1 (ja) 2013-06-26 2014-12-31 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 測距システム
US9547901B2 (en) 2013-11-05 2017-01-17 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for detecting point of interest (POI) in three-dimensional (3D) point clouds
CN104616278B (zh) 2013-11-05 2020-03-17 北京三星通信技术研究有限公司 三维点云兴趣点检测方法和系统
US9900581B2 (en) * 2015-04-21 2018-02-20 Infineon Technologies Ag Parametric online calibration and compensation in ToF imaging
JP6544047B2 (ja) * 2015-05-29 2019-07-17 セイコーエプソン株式会社 基準信号発生装置、電子機器、データ通信装置および地上デジタル通信網
DE102016005058B4 (de) 2016-04-26 2020-02-06 Audi Ag Verfahren zum Betrieb eines Radarsensors in einem Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug
WO2018128655A2 (en) * 2016-09-25 2018-07-12 Okeeffe James Distributed laser range finder with fiber optics and micromirrors
DE102016011339A1 (de) 2016-09-21 2017-03-02 Daimler Ag Verfahren zur Funktionsprüfung einer Lidarvorrichtung und Lidarvorrichtung für ein Kraftfahrzeug
DE102017105142B4 (de) * 2017-03-10 2021-09-16 Infineon Technologies Ag Laufzeit-Bilderzeugungsvorrichtungen und ein Verfahren zum Anpassen einer Referenzfrequenz
DE102017112789A1 (de) * 2017-06-09 2018-12-13 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Optoelektronische Detektionsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit über denselben Signalverarbeitungspfad testbaren Sende- und Empfangsweg und Verfahren zum Betreiben einer solchen Detektionsvorrichtung
EP3438692B1 (de) 2017-08-03 2024-04-24 Melexis Technologies NV Abtast- und halteschaltung für ein lidar-system
US10942244B2 (en) * 2017-12-12 2021-03-09 Waymo Llc Systems and methods for LIDARs with adjustable resolution and failsafe operation

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022124775B3 (de) 2022-09-27 2023-10-19 Elmos Semiconductor Se Lidar-Empfänger-Schaltung zum Empfangen von optischen Signalen mittels Fotodetektoren
EP4345496A1 (de) 2022-09-27 2024-04-03 Elmos Semiconductor SE Lidar-empfänger-schaltung zum empfangen von optischen signalen mittels fotodetektoren

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CN111596283A (zh) 2020-08-28
US11555899B2 (en) 2023-01-17
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US20200264287A1 (en) 2020-08-20

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