DE102021120807A1

DE102021120807A1 - Lidar-sensorvorrichtung und messverfahren

Info

Publication number: DE102021120807A1
Application number: DE102021120807.6A
Authority: DE
Inventors: Josip Maric; Alexander Martin
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2021-08-10
Filing date: 2021-08-10
Publication date: 2023-02-16
Also published as: CN117813526A; WO2023017054A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine LiDAR-Sensorvorrichtung, umfassend einen ersten Laseremitter ausgeführt zur Emission von gepulstem Licht einer ersten Wellenlänge und wenigstens einem zweiten Laseremitter ausgeführt zur Emission von gepulstem Licht wenigstens einer zweiten, zur ersten unterschiedlichen Wellenlänge, jeweils in Richtung auf ein vor den Laseremittern befindliches Objekt. Ferner umfasst die Sensorvorrichtung eine Empfangseinheit umfassend zumindest einen Fotodetektor, sowie ein erstes und wenigstens ein zweites optisches Bandpassfilter, insbesondere schmalbandiges optisches Bandpassfilter, wobei das erste und das wenigstens eine zweite optische Bandpassfilter zwischen dem Objekt und dem zumindest einen Fotodetektor angeordnet sind, und wobei das erste Bandpassfilter dazu ausgebildet ist im Wesentlichen Licht der ersten Wellenlänge und das wenigstens eine zweite Bandpassfilter dazu ausgebildet, ist im Wesentlichen Licht der wenigstens einen zweiten Wellenlänge passieren zu lassen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine LiDAR-Sensorvorrichtung, sowie ein Messverfahren zum Bestimmen der Entfernung zwischen einer LiDAR-Sensorvorrichtung und einem vor der Sensorvorrichtung befindlichen Objekt.
Hintergrund
Die LiDAR-Technik (Light Detection and Ranging) für die Umgebungserfassung ist bekannt und wird insbesondere in der Fahrzeug- und Weltraumtechnik für autonome Systeme eingesetzt. Als Messprinzip dient eine Laufzeitmessung (Time of Flight, ToF), wobei ein Emitter ein optisches Signal zur Ausleuchtung eines Objektraums generiert und eine Detektionseinheit das von einem dort befindlichen Objekt rückreflektierte Echosignal laufzeitbasiert erfasst. Als Emitter werden häufig Klasse-1-Laser im nahen Infrarot bzw. Infrarot Bereich (780 nm - 1,6 um) verwendet, die für das menschliche Auge ungefährlich sind. Die Benutzung eines kontinuierlich emittierenden Lasers für ein LiDAR-System ist zwar möglich, wobei Emitter im Pulsbetrieb meist zur Verringerung eines durch Umgebungslichteffekte bedingten Rauschsignals bevorzugt werden.
Eine steigende Anzahl von Fahrzeugen bzw. autonomen Systemen, beispielsweise im Straßenverkehr, die mit LiDAR-Technik für die Umgebungserfassung ausgestattet sind, kann dazu führen, dass die Systeme Probleme bekommen, zwischen einem an einem Objekt reflektierten Echosignal und einem von einem anderen System emittierten Licht zu unterscheiden. Insbesondere für den Fall, dass LiDAR-Systeme Laser verwenden, die Licht derselben Wellenlänge emittieren, kann eine Unterscheidung zwischen einem an einem Objekt reflektierten Licht und einem von einem anderen System emittierten Licht nur schwer möglich sein. Das von einem anderen System oder von mehreren anderen Systemen emittierte Licht kann insbesondere zu einer Erhöhung eines gemessenen Rauschsignales und dadurch zu einer erschwerten Interpretation des vom Detektor gemessenen Signals führen. Die richtige Interpretation einer realen Situation ist jedoch entscheidend für das System, um die richtigen Maßnahmen zu ergreifen.
Es besteht daher das Bedürfnis, ein LiDAR-Sensorvorrichtung, insbesondere für autonome Systeme, anzugeben, die zumindest einem der vorgenannten Probleme entgegenwirkt. Des Weiteren besteht das Bedürfnis ein verbessertes Messverfahren zum Bestimmen der Entfernung zwischen einer LiDAR-Sensorvorrichtung und einem vor der Sensorvorrichtung befindlichen Objekt anzugeben.
Zusammenfassung der Erfindung
Diesem Bedürfnis wird durch die in Anspruch 1 genannte LiDAR-Sensorvorrichtung Rechnung getragen. Anspruch 16 nennt die Merkmale des erfindungsgemäßen Messverfahrens zum Bestimmen der Entfernung zwischen einer LiDAR-Sensorvorrichtung und einem vor der Sensorvorrichtung befindlichen Objekt. Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ausgangspunkt der Erfindung ist eine LiDAR-Sensorvorrichtung. Diese umfasst ein Beleuchtungssystem zur Abgabe einer gepulsten Ausleuchtungsstrahlung in einen Objektraum und eine Detektions- bzw. Empfangseinheit mit einem Bildsensor, insbesondere Fotodetektor, zur Erfassung der aus dem Objektraum rückreflektierten Strahlung.
Zur Lösung der Aufgabe haben die Erfinder erkannt, dass eine mögliche Lösung darin besteht, die von dem Beleuchtungssystem emittierte Ausleuchtungsstrahlung so zu kodieren, dass ein an einem Objekt reflektiertes Echosignal eindeutig identifiziert werden kann, und/oder aus mehreren verschiedenen von dem Beleuchtungssystem emittierten Lichtstrahlen verschiedener Wellenlängen genau die Wellenlänge als Messwellenlänge auszuwählen, die das beste Signal-Rausch-Verhältnis aufweist.
Die LiDAR-Sensorvorrichtung weist dazu neben einem ersten Emitter wenigstens einen zweiten Emitter, bevorzugt jeweils ein NIR- oder IR-Laser (Nahinfrarot oder Infrarot), auf, wobei der erste Emitter zur Emission von gepulstem Licht einer ersten Wellenlänge und der wenigstens eine zweite Emitter zur Emission von gepulstem Licht wenigstens einer zweiten, zur ersten unterschiedlichen, Wellenlänge jeweils in Richtung auf ein vor den Laseremittern befindliches Objekt ausgebildet ist. Die Empfangseinheit der LiDAR-Sensorvorrichtung weist zudem neben zumindest einem Fotodetektor ein erstes und wenigstens ein zweites optisches Bandpassfilter, insbesondere schmalbandiges optisches Bandpassfilter, auf, wobei das erste und das wenigstens eine zweite optische Bandpassfilter zwischen dem Objekt und dem zumindest einen Fotodetektor angeordnet sind. Das erste Bandpassfilter ist dazu ausgebildet im Wesentlichen Licht der ersten Wellenlänge und das wenigstens eine zweite Bandpassfilter im Wesentlichen Licht der wenigstens einen zweiten Wellenlänge passieren zu lassen.
Im Wesentlichen Licht der ersten Wellenlänge und im Wesentlichen Licht der wenigstens einen zweiten Wellenlänge passieren zu lassen, soll dabei dahingehend verstanden werden, dass die optischen Bandpassfilter jeweils dazu ausgebildet sind, im Wesentlichen nur Signale eines Wellenlängenbandes bzw. Durchlassbereiches passieren zu lassen. Wellenlängenbereiche unterhalb und oberhalb des Durchlassbereiches werden hingegen gesperrt oder zumindest deutlich abgeschwächt. Die optischen Bandpassfilter sind dabei insbesondere derart ausgebildet, dass das Wellenlängenband, dass sie passieren lassen im Wesentlichen mit dem von einem der Emitter emittierten Licht einer bestimmten Wellenläge, insbesondere mit einem von einem der Emitter emittierten Licht mit einer bestimmten Peakwellenlänge, korreliert. Das Wellenlängenband kann dabei beispielsweise jeweils nur geringfügig von einer von den Emittern emittierten Wellenläge bzw. Peakwellenlänge abweichen. Beispielsweise kann das Wellenlängenband jeweils nur höchstens ±10 nm und besonders bevorzugt höchstens ±5 nm von einer von den Emittern emittierten Wellenläge bzw. Peakwellenlänge abweichen.
In einigen Ausführungsformen liegt die erste und die wenigstens eine zweite Wellenlänge im Nahinfraroten Bereich. Beispielsweise weisen die erste und die wenigstens eine zweite Wellenlänge jeweils eine Peakwellenlänge nahe oder genau bei 850 nm, 905 nm, 940 nm oder 980 nm auf. Insbesondere kann sich die Peakwellenlänge der ersten Wellenlänge somit um mindestens 36 nm oder mindestens 26 nm von der Peakwellenlänge der zweiten Wellenlänge unterscheiden.
Der erste und der wenigstens eine zweite Emitter können beispielsweise jeweils durch eine Laserdiode gebildet sein, die dazu ausgebildet ist, Licht im Nahinfraroten Bereich zu emittieren. Insbesondere können die Emitter dazu ausgebildet sein, Laserlicht mit einer angegebenen Peakwellenlänge im Nahinfraroten Bereich zu emittieren. Aufgrund von Fertigungstoleranzen und Fertigungsverteilung kann eine tatsächlich von den Emittern emittierte Peakwellenlänge sich von einer angegebenen Peakwellenlänge beispielsweise um bis zu ± 7 nm unterscheiden. Der von den Emittern emittierte Wellenlängenbereich kann beispielsweise eine Halbwertsbreite (englisch: Full Width at Half Maximum, FWHM) von 12 nm (± 6 nm) aufweisen.
Die optischen Bandpassfilter sollten entsprechend jeweils dazu ausgebildet sein, im Wesentlichen nur Signale eines Wellenlängenbandes bzw. Durchlassbereiches passieren zu lassen, die im Rahmen der angegebenen Toleranzen bzw. des angegebenen Wellenlängenbereichs liegen. Für eine von einem Emitter angegebene Peakwellenlänge von 905 nm würde sich im konkreten Fall entsprechend der genannten Beispiele ergeben, dass ein entsprechend zugehöriges Bandpassfilter einen Durchlassbereich von 905 nm - 7 nm - 6 nm = 892 nm bis 905 nm + 7 nm + 6 nm = 918 nm, also mit einer Breite von 26 nm, aufweisen sollte.
Zusätzlich dazu kommt jedoch hinzu, dass standartmäßige Emitter bzw. Laserdioden über einen langen operativen Zeitraum oder einen großen Temperaturbereich, in dem die Emitter betrieben werden, eine Verschiebung in der von dem Emitter emittierten Peakwellenlänge erfahren können. Im konkreten Fall kann sich die Peakwellenlänge in einem Temperaturbereich von -40 °C bis 125 °C beispielsweise um ± 20 nm im Vergleich zu einem Betrieb des Emitters bei Raumtemperatur verschieben. Damit würde sich für die oben aufgestellte exemplarische Rechnung ergeben, dass für eine von einem Emitter angegebene Peakwellenlänge von 905 nm ein entsprechend zugehöriges Bandpassfilter einen Durchlassbereich von 905 nm - 7 nm - 6 nm -20 nm = 872 nm bis 905 nm + 7 nm + 6 nm = 988 nm, also mit einer Breite von 66 nm, aufweisen müsste.
Da ein solcher optischer Durchlassbereich relativ breit ist, und zu unerwünschten detektierten Signalen und somit zu einer Verfälschung des Ergebnisses führen kann, kann es gewünscht sein, dass auch die optischen Bandpassfilter derart ausgebildet sind, dass sie ein vergleichbares Verhalten (T-shift-Verhalten) wie die Emitter über einen langen operativen Zeitraum oder einen großen Temperaturbereich, in dem die LiDAR-Sensorvorrichtung betrieben wird, aufweisen. D.h. die Bandpassfilter erfahren mit einer Veränderung des Temperaturbereichs, in dem die LiDAR-Sensorvorrichtung betrieben wird, eine Verschiebung des Durchlassbereichs in einer vergleichbaren Weise wie sich die Peakwellenlänge der Emitter im selben Temperaturbereich verschiebt. Dadurch kann der Durchlassbereich der Bandpassfilter wiederum reduziert werden. Im Fall des konkreten exemplarisch vorgerechneten Beispiels könnte der Durchlassbereich der Bandpassfilter somit wieder auf 26 nm reduziert werden.
Alternativ oder in Kombination dazu, können der erste und der wenigstens eine zweite Laseremitter jeweils durch eine wellenlängenstabilisierte Laserdiode gebildet sein. Eine wellenlängenstabilisierte Laserdiode zeichnet sich insbesondere dadurch aus, schmalbandige und wellenlängenstabilisierte Emissionen sowohl über einen langen Zeitraum als auch über einen großen Temperaturbereich bereitzustellen. Beispielsweise sind der erste und der wenigstens eine zweite Laseremitter jeweils ausgebildet Licht in einem schmalbandigen Wellenlängenbereich zu emittieren. Der schmalbandige Wellenlängenbereich kann dabei beispielsweise eine Halbwertsbreite (englisch: Full Width at Half Maximum, FWHM) von höchstens 12 nm, oder höchstens 5 nm aufweisen. Insbesondere können der erste und der wenigstens eine zweite Laseremitter beispielsweise jeweils ausgebildet sein, Licht in einem entsprechend schmalen Wellenlängenbereich sowohl über die Zeit als auch über einen großen Temperaturbereich bereitzustellen. Im Vergleich zu standartmäßigen Laserdioden kann sich die Peakwellenlänge einer wellenlängenstabilisierten Laserdiode in einem Temperaturbereich von -40 °C bis 125 °C beispielsweise um lediglich ± 5 nm im Vergleich zu einem Betrieb der wellenlängenstabilisierten Laserdiode bei Raumtemperatur verschieben.
Für eine von einer wellenlängenstabilisierten Laserdiode angegebene Peakwellenlänge von 905 nm würde sich im konkreten Fall entsprechend dem oben vorgerechneten Beispiel ergeben, dass ein entsprechend zugehöriges Bandpassfilter einen Durchlassbereich von 905 nm - 7 nm - 6 nm -5 nm = 887 nm bis 905 nm + 7 nm + 6 nm +5 nm = 923 nm, also eine Breite von 36 nm, aufweisen sollte. In Kombination mit einem optischen Bandpassfilter, das derart ausgebildet ist, dass es ein vergleichbares Verhalten (T-shift-Verhalten) wie die Laserdiode über einen langen operativen Zeitraum oder einen großen Temperaturbereich, in dem die LiDAR-Sensorvorrichtung betrieben wird, aufweist, könnte dieser Durchlassbereich wiederum auf 26 nm reduziert werden.
In einigen Ausführungsformen sind das erste und das wenigstens eine zweite optische Bandpassfilter derart ausgebildet, dass das Wellenlängenband, dass sie passieren lassen jeweils mit einem Wellenlängenbereich des von den Laseremittern emittierten Lichts korreliert.
In einigen Ausführungsformen umfasst die LiDAR-Sensorvorrichtung zusätzlich eine Steuerungseinheit, die dazu ausgeführt ist während eines Messzykluses der LiDAR-Sensorvorrichtung den ersten und den wenigstens einen zweite Laseremitter anzusteuern und ein von dem zumindest einen Fotodetektor detektiertes Signal zu verarbeiten.
Ein Messzyklus kann dabei durch die Zeit definiert werden innerhalb der die LiDAR-Sensorvorrichtung zur Bestimmung der Entfernung zwischen der LiDAR-Sensorvorrichtung und einem vor der Sensorvorrichtung befindlichen Objekt eine definierte Anzahl an Lichtpulsen in Richtung des Objektes aussendet und die an dem Objekt reflektierten Lichtpulse detektiert. Beispielsweise kann ein Messzyklus das Aussenden von 1 bis 15 Lichtpulsen der ersten und/oder der wenigstens einen zweiten Wellenlänge, sowie das Detektieren der an dem Objekt reflektierten Lichtpulse umfassen.
Ein Messzyklus kann beispielsweise ein Emissionsfenster und ein Detektionsfenster aufweisen. Während des Emissionsfensters wird eine definierte Anzahl an Lichtpulsen in Richtung des Objektes ausgesendet, wohingegen während des Detektionsfensters die an dem Objekt reflektierten Lichtpulse von dem wenigstens einen Fotodetektor detektiert werden. Das Emissionsfenster und das Detektionsfenster sind in bevorzugter Weise gleich lang.
Eine mögliche Lösung zur Kodierung des von dem ersten und dem wenigstens einen zweiten Emitter emittierten Lichts besteht beispielsweise darin, dass pro Messzyklus der LiDAR-Sensorvorrichtung die Steuerungseinheit den ersten und den wenigstens einen zweiten Laseremitter entsprechend einem Zeitmultiplexverfahren ansteuert. Die Steuerungseinheit steuert somit während eines Emissionsfensters pro Messzyklus den ersten und den wenigstens einen zweiten Emitter in einer vorgegebenen Reihenfolge derart an, dass diese während des Emissionsfensters eine bestimmte Anzahl von Lichtpulsen in der vorgegebenen Reihenfolge emittieren.
Beispielsweise können während einem Emissionsfenster fünf Lichtpulse der ersten (λ₁) und/oder der wenigstens einen zweiten Wellenlänge (λ₂) ausgesendet werden. Eine Reihenfolge der ausgesendeten Lichtpulse kann beispielsweise sein: $\begin{array}{l} \begin{matrix} λ_{1}, & λ_{1}, & λ_{2}, & λ_{1}, & λ_{2}; \\ λ_{1}, & λ_{2}, & λ_{2}, & λ_{2}, & λ_{1}; \\ λ_{2}, & λ_{1}, & λ_{2}, & λ_{1}, & λ_{1}; \\ λ_{2}, & λ_{2}, & λ_{1}, & λ_{1}, & λ_{2}; \end{matrix} \\ \dots \end{array}$
Während eines Emissionsfensters können jedoch auch mehr oder weniger Lichtpulse ausgesendet werden und es ist auch möglich, dass die Frequenz der ausgesendeten Lichtpulse, also die Zeit zwischen den ausgesendeten Lichtpulsen variiert.
Bei Kenntnis des Emissionsfensters, in dem der oder die Emitter Lichtpulse ausgesendet haben, erwartet der wenigstens eine Fotodetektor während des Detektionsfensters die reflektierten Lichtpulse in der entsprechenden Reihenfolge, wodurch ein mögliches Übersprechen der Sensorvorrichtung unterdrückt wird und ein Signal-Rausch-Verhältnis des detektierten Signals verbessert wird.
Eine alternative oder zusätzliche Möglichkeit zur Kodierung des von dem ersten und dem wenigstens einen zweiten Emitter emittierten Lichts besteht darin, dass pro Messzyklus der LiDAR-Sensorvorrichtung die Steuerungseinheit den ersten und den wenigstens einen zweiten Laseremitter entsprechend einem Wellenlängenmultiplexverfahren ansteuert. Die Steuerungseinheit steuert somit während eines Emissionsfensters pro Messzyklus den ersten und den wenigstens einen zweiten Emitter in einer jeweils vorgegebenen Reihenfolge parallel derart an, sodass diese während des Emissionsfensters jeweils eine bestimmte Anzahl von Lichtpulsen in der jeweils vorgegebenen Reihenfolge emittieren.
Beispielsweise können während einem Emissionsfenster Lichtpulse der ersten (λ₁) Wellenlänge und gleichzeitig Lichtpulse der wenigstens einen zweiten Wellenlänge (λ₂) ausgesendet werden. Die Frequenz der ausgesendeten Lichtpulse, also die Zeit zwischen den ausgesendeten Lichtpulsen kann dabei sowohl zwischen den Lichtpulsen innerhalb einer Wellenlänge als auch zwischen den verschiedenen Wellenlängen variieren. Eine Reihenfolge der ausgesendeten Lichtpulse kann beispielsweise sein: $\begin{array}{l} λ_{1} & λ_{2}, λ_{1}, λ_{1} & λ_{2}, λ_{1}, λ_{1} & λ_{2}; \\ λ_{1}, λ_{2}, λ_{1} & λ_{2}, λ_{2}, λ_{1} & λ_{2}; \\ λ_{2}, λ_{1}, λ_{1} & λ_{2}, λ_{1} & λ_{2}, λ_{1}; \\ λ_{2}, λ_{2}, λ_{1} & λ_{2}, λ_{1}, λ_{2}; \\ \dots \end{array}$
Eine alternative oder zusätzliche Möglichkeit zur Kodierung des von dem ersten und dem wenigstens einen zweiten Emitter emittierten Lichts besteht darin, dass pro Messzyklus der LiDAR-Sensorvorrichtung die Steuerungseinheit die Intensität des von dem ersten und/oder dem wenigstens einen zweiten Laseremitter emittierten Lichts variiert. Die Steuerungseinheit steuert somit während eines Emissionsfensters pro Messzyklus den ersten und/oder den wenigstens einen zweiten Emitter derart an, dass während des Emissionsfensters der erste Emitter Lichtpulse mit einer anderen Intensität als der wenigstens eine zweite Emitter emittiert.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuerungseinheit dazu ausgebildet, pro Messzyklus der LiDAR-Sensorvorrichtung die erste oder die wenigstens eine zweite Wellenlänge auf Basis eines von dem zumindest einen Fotodetektor detektierten Referenzsignals als Messwellenlänge auszuwählen. Mit anderen Worten gesagt, kann die Sensorvorrichtung dazu ausgebildet sein, pro Messzyklus eine Referenzmessung durchzuführen, um zu überprüfen, ob die erste oder die wenigstens eine zweite Wellenlänge für die Messung der Entfernung zwischen der LiDAR-Sensorvorrichtung und einem vor der Sensorvorrichtung befindlichen Objekt ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis aufweist. Anhand dieser Referenzmessung kann dann ermittelt werden, ob die erste oder die mindestens einen zweiten Wellenlängen sich besser für die Messung der Entfernung zwischen der LiDAR-Sensorvorrichtung und einem vor der Sensorvorrichtung befindlichen Objekt eignet. Die bessere Wellenlänge kann dann von der Steuerungseinheit als Messwellenlänge ausgewählt werden. Sobald die Sensorvorrichtung ein mögliches Übersprechen / Stören eines der eigenen emittierten Signale erkennt kann entsprechend eine andere Wellenlänge zur Messung der Entfernung zwischen der LiDAR-Sensorvorrichtung und einem vor der Sensorvorrichtung befindlichen Objekt ausgewählt werden.
In einigen Ausführungsformen sind das erste und das wenigstens eine zweite optische Bandpassfilter jeweils durch ein schmalbandiges dielektrisches oder durch ein dichroitisches Filter, insbesondere schmalbandiges dichroitisches Filter, gebildet. Dielektrische Filter, auch genannt Interferenzfilter sind optische Bauelemente, die den Effekt der Interferenz nutzen, um Licht frequenzabhängig zu filtern. Ein solcher Filter hat für Licht unterschiedlicher Wellenlängen, unterschiedlichen Einfallswinkel und teilweise unterschiedlicher Polarisation einen verschiedenen Reflexions- und Transmissionsgrad. Bei den dichroitischen Filtern handelt es sich um Filter für die Farbtrennung, die ebenfalls auf dielektrischen Interferenzen basieren. Es sind farbige Filter, die Licht einer bestimmten Wellenlänge reflektieren und Licht anderer Wellenlängen durchlassen. Durch überlagern mehrere solcher Filter kann so gezielt ein Filter erzeugt werden, der lediglich Licht einer bestimmten Wellenlänge durchlässt.
In einigen Ausführungsformen umfasst die LiDAR-Sensorvorrichtung zusätzlich ein erstes optisches Element, insbesondere eine Linse und/oder einen MEMS Spiegel, welches zwischen dem ersten und dem wenigstens einen zweiten Laseremitter und dem Objekt angeordnet ist. Das erste optische Element kann insbesondere dazu ausgebildet sein, das von den Laseremittern emittierte Licht zu formen und/oder in Richtung des vor den Laseremittern befindlichen Objektes zu lenken. Beispielsweise kann das optische Element eine Linse umfassen, die dazu ausgebildet ist das von den Laseremittern emittierte Licht zu formen und auf ein Strahlumlenkungselement, wie beispielsweise einen MEMS Spiegel, oder einen mechanischen Spiegel, zu kollimieren. Das optische Element kann jedoch auch sog. OPA's (optical phase array's) umfassen, die eine Strahllenkung des von den Laseremittern emittierten Lichts vornehmen.
In einigen Ausführungsformen umfasst die LiDAR-Sensorvorrichtung zusätzlich ein zweites optisches Element, insbesondere eine Linse und/oder einen MEMS Spiegel, welches zwischen dem Objekt und dem zumindest einen Fotodetektor angeordnet ist. Für den Fall, dass das zweite optische Element einen MEMS Spiegel umfasst kann es sich insbesondere um denselben MEMS Spiegel handeln, der auch das erste optische Element bildet oder Teil dessen ist. Das zweite optische Element kann beispielsweise zwischen dem Objekt und dem ersten und dem wenigstens einen zweiten optischen Bandpassfilter angeordnet sein, oder das zweite optische Element kann zwischen dem ersten und dem wenigstens einen zweiten optischen Bandpassfilter und dem zumindest einen Fotodetektor angeordnet sein. In ersterem Fall ist das zweite optische Element dazu ausgebildet, das von dem Objekt reflektierte Licht auf das erste und das wenigstens eine zweite optische Bandpassfilter zu lenken, derart, dass das erste und das wenigstens eine zweite optische Bandpassfilter vollends mit dem von dem Objekt reflektierten Licht ausgeleuchtet werden. In zweiterem Fall hingegen ist das zweite optische Element dazu ausgebildet, das von dem Objekt reflektierte und durch das erste und das wenigstens eine zweite optische Bandpassfilter hindurchgetretene Licht auf den wenigstens einen Fotodetektor zu lenken, derart, dass der wenigstens eine Fotodetektor vollends mit dem von dem Objekt reflektierten und durch das erste und das wenigstens eine zweite optische Bandpassfilter hindurchgetretene Licht ausgeleuchtet wird. Es ist auch denkbar, dass die LiDAR-Sensorvorrichtung zwei zweite optische Elemente aufweist, wobei ein zweites optisches Element zwischen dem Objekt und dem ersten und dem wenigstens einen zweiten optischen Bandpassfilter angeordnet sein kann und das zweite optische Element zwischen dem ersten und dem wenigstens einen zweiten optischen Bandpassfilter und dem zumindest einen Fotodetektor angeordnet sein kann.
In einigen Ausführungsformen ist der zumindest eine Fotodetektor mit einem pixelierten Array aus mehreren Fotodioden gebildet. Beispielsweise kann das zweite optische Element zwischen dem ersten und dem wenigstens einen zweiten optischen Bandpassfilter und dem pixelierten Array angeordnet sein und dazu ausgebildet sein das von dem Objekt reflektierte und durch das erste und das wenigstens eine zweite optische Bandpassfilter hindurchgetretene Licht auf den pixelierten Array zu lenken, derart, dass der pixelierten Array vollends mit dem von dem Objekt reflektierten und durch das erste und das wenigstens eine zweite optische Bandpassfilter hindurchgetretene Licht ausgeleuchtet wird.
In einigen Ausführungsformen kann der pixelierte Array einen ersten Bereich mit einer ersten Teilmenge der Fotodioden aufweisen, der dazu vorgesehen ist Licht der ersten Wellenlänge, welches durch das erste optische Filter hindurchgetreten ist zu detektieren und der pixelierte Array kann wenigstens einen zweiten Bereich mit wenigstens einer zweiten Teilmenge der Fotodioden aufweisen, der dazu vorgesehen ist Licht der wenigstens einen zweiten Wellenlänge, welches durch das wenigstens eine zweite optische Filter hindurchgetreten ist zu detektieren.
Es ist jedoch auch möglich, dass die LiDAR-Sensorvorrichtung einen ersten Fotodetektor und zumindest einen zweiten Fotodetektor aufweist, die jeweils mit einem pixelierten Array aus mehreren Fotodioden gebildet sind. Der erste Fotodetektor kann beispielsweise dazu vorgesehen sein Licht der ersten Wellenlänge, welches durch das erste optische Filter hindurchgetreten ist zu detektieren und der wenigstens eine zweite Fotodetektor kann beispielsweise dazu vorgesehen sein Licht der wenigstens einen zweiten Wellenlänge, welches durch das wenigstens eine zweite optische Filter hindurchgetreten ist zu detektieren.
Das zweite optische Element oder mehrere zweite optische Elemente können zwischen dem ersten und dem wenigstens einen zweiten optischen Bandpassfilter und dem pixelierten Array oder dem ersten und dem wenigstens einen zweiten Fotodetektor angeordnet sein und dazu ausgebildet sein, das von dem Objekt reflektierte und durch das erste und das wenigstens eine zweite optische Bandpassfilter hindurchgetretene Licht unterschiedlicher Wellenlängen jeweils auf unterschiedliche Bereiche des pixelierten Arrays oder jeweils auf unterschiedliche Fotodetektoren zu lenken, derart, dass die unterschiedlichen Bereiche des pixelierten Arrays oder die unterschiedliche Fotodetektoren jeweils vollends mit dem durch das erste und das wenigstens eine zweite optische Bandpassfilter hindurchgetretene Licht unterschiedlicher Wellenlängen ausgeleuchtet werden.
Das erfindungsgemäße Messverfahren zum Bestimmen der Entfernung zwischen einer LiDAR-Sensorvorrichtung und einem vor der Sensorvorrichtung befindlichen Objekt, umfasst die Schritte:

Aussenden wenigstens eines ersten Lichtpulses einer ersten Wellenlänge und wenigstens eines zweiten Lichtpulses wenigstens einer zweiten, zur ersten unterschiedlichen Wellenlänge in Richtung des Objektes;
Detektieren des von dem Objekt zurückreflektierten Lichts der ersten und der wenigstens einen zweiten Wellenlänge mittels zumindest einem Fotodetektor, wobei zwischen dem Objekt und dem zumindest einen Fotodetektor ein erstes und wenigstens ein zweites optisches Bandpassfilter, insbesondere schmalbandiges optisches Bandpassfilter, angeordnet sind, und wobei das erste Bandpassfilter dazu ausgebildet ist im Wesentlichen Licht der ersten Wellenlänge und das wenigstens eine zweite Bandpassfilter dazu ausgebildet ist im Wesentlichen Licht der wenigstens einen zweiten Wellenlänge passieren zu lassen.

In einigen Ausführungsformen umfasst das Messverfahren pro Messzyklus der LiDAR-Sensorvorrichtung ein Aussenden von mehreren Lichtpulsen der ersten und der wenigstens einen zweiten Wellenlänge entsprechend einem Zeitmultiplexverfahren. Pro Messzyklus können entsprechend in einer vorgegebenen Reihenfolge Lichtpulse der ersten und der wenigstens einen zweiten Wellenlänge emittiert werden, wobei die Reihenfolge, die Anzahl, und die Frequenz der ausgesendeten Lichtpulse pro Messzyklus variieren kann.
Beispielsweise können pro Messzyklus fünf Lichtpulse der ersten (λ₁) und/oder der wenigstens einen zweiten Wellenlänge (λ₂) ausgesendet werden. Eine Reihenfolge der ausgesendeten Lichtpulse kann beispielsweise sein: $\begin{array}{l} \begin{matrix} λ_{1}, & λ_{1}, & λ_{2}, & λ_{1}, & λ_{2}; \\ λ_{1}, & λ_{2}, & λ_{2}, & λ_{2}, & λ_{1}; \\ λ_{2}, & λ_{1}, & λ_{2}, & λ_{1}, & λ_{1}; \\ λ_{2}, & λ_{2}, & λ_{1}, & λ_{1}, & λ_{2}; \end{matrix} \\ \dots \end{array}$
In einigen Ausführungsformen umfasst das Messverfahren pro Messzyklus der LiDAR-Sensorvorrichtung ein Aussenden von mehreren Lichtpulsen der ersten und der wenigstens einen zweiten Wellenlänge entsprechend einem Wellenlängenmultiplexverfahren. Pro Messzyklus können entsprechend in einer jeweils vorgegebenen Reihenfolge Lichtpulse der ersten und der wenigstens einen zweiten Wellenlänge gleichzeitig bzw. parallel emittiert werden.
Beispielsweise können pro Messzyklus Lichtpulse der ersten (λ₁) Wellenlänge und gleichzeitig Lichtpulse der wenigstens einen zweiten Wellenlänge (λ₂) ausgesendet werden. Die Frequenz der ausgesendeten Lichtpulse, also die Zeit zwischen den ausgesendeten Lichtpulsen kann dabei sowohl zwischen den Lichtpulsen innerhalb einer Wellenlänge als auch zwischen den verschiedenen Wellenlängen variieren. Eine Reihenfolge der ausgesendeten Lichtpulse kann beispielsweise sein: $\begin{array}{l} λ_{1} & λ_{2}, λ_{1}, λ_{1} & λ_{2}, λ_{1}, λ_{1} & λ_{2}; \\ λ_{1}, λ_{2}, λ_{1} & λ_{2}, λ_{2}, λ_{1} & λ_{2}; \\ λ_{2}, λ_{1}, λ_{1} & λ_{2}, λ_{1} & λ_{2}, λ_{1}; \\ λ_{2}, λ_{2}, λ_{1} & λ_{2}, λ_{1}, λ_{2}; \\ \dots \end{array}$
In einigen Ausführungsformen umfasst das Messverfahren pro Messzyklus der LiDAR-Sensorvorrichtung ein Aussenden von mehreren Lichtpulsen der ersten und der wenigstens einen zweiten Wellenlänge, wobei Lichtpulse der ersten Wellenlänge eine andere Intensität als Lichtpulse der zweiten Wellenlänge aufweisen.
Durch ein Aussenden von Lichtpulsen entsprechend einem Zeitmultiplexverfahren und/oder entsprechend einem Wellenlängenmultiplexverfahren und/oder durch ein Aussenden von Lichtpulsen unterschiedlicher Intensität ist es möglich das von der Sensorvorrichtung in Richtung des Objektes emittierte Licht so zu kodieren, dass ein an einem Objekt reflektiertes und von dem zumindest einem Fotodetektor detektiertes Echosignal eindeutig identifiziert werden kann. Ein mögliches Übersprechen der Sensorvorrichtung kann dadurch unterdrückt und ein Signal-Rausch-Verhältnis des detektierten Signals verbessert werden.
In einigen Ausführungsformen werden der zumindest eine Lichtpuls der ersten und der zumindest ein Lichtpuls der wenigstens einen zweiten Wellenlänge in Serie ausgesendet.
In einigen Ausführungsformen werden der zumindest ein Lichtpuls der ersten und der zumindest eine Lichtpuls der wenigstens einen zweiten Wellenlänge gleichzeitig ausgeendet.
In einigen Ausführungsformen liegen die erste und die wenigstens eine zweite Wellenlänge im Nahinfraroten Bereich. Insbesondere weisen die die erste und die wenigstens eine zweite Wellenlänge beispielsweise eine Peakwellenlänge bei 850 nm, 905 nm oder 940 nm auf.
In einigen Ausführungsformen werden während einem Messzyklus der LiDAR-Sensorvorrichtung 1 bis 15 Lichtpulse der ersten und der wenigstens einen zweiten Wellenlänge hintereinander ausgesandt.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Messverfahren pro Messzyklus der LiDAR-Sensorvorrichtung ein Auswählen der ersten Wellenlänge oder der wenigstens einen zweiten Wellenlänge als Messwellenlänge zum Bestimmen der Entfernung zwischen der LiDAR-Sensorvorrichtung und dem vor der Sensorvorrichtung befindlichen Objekt auf Basis eines vom zumindest einen Fotodetektor detektierten Referenzsignal.
Das Messverfahren kann pro Messzyklus eine Referenzmessung umfassen, um zu überprüfen, ob die erste oder die wenigstens eine zweite Wellenlänge für die Messung der Entfernung zwischen der LiDAR-Sensorvorrichtung und einem vor der Sensorvorrichtung befindlichen Objekt ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis aufweist. Anhand dieser Referenzmessung kann dann ermittelt werden, ob die erste oder die mindestens einen zweiten Wellenlängen sich besser für die Messung der Entfernung zwischen der LiDAR-Sensorvorrichtung und einem vor der Sensorvorrichtung befindlichen Objekt eignet. Die bessere Wellenlänge kann dann von der Steuerungseinheit als Messwellenlänge ausgewählt werden. Sobald die Sensorvorrichtung ein mögliches Übersprechen / Stören eines der eigenen emittierten Signale erkennt kann entsprechend eine andere Wellenlänge zur Messung der Entfernung zwischen der LiDAR-Sensorvorrichtung und einem vor der Sensorvorrichtung befindlichen Objekt ausgewählt werden.
Figurenliste
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen, jeweils schematisch,

1 eine Darstellung einer LiDAR-Sensorvorrichtung nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips;
2 eine Darstellung einer weiteren LiDAR-Sensorvorrichtung nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips; und
3 eine Darstellung eines mittels einer LiDAR-Sensorvorrichtung emittierten Signalmusters nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips.

Detaillierte Beschreibung
Die folgenden Ausführungsformen und Beispiele zeigen verschiedene Aspekte und ihre Kombinationen nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Ausführungsformen und Beispiele sind nicht immer maßstabsgetreu. Ebenso können verschiedene Elemente vergrößert oder verkleinert dargestellt werden, um einzelne Aspekte hervorzuheben. Es versteht sich von selbst, dass die einzelnen Aspekte und Merkmale der in den Abbildungen gezeigten Ausführungsformen und Beispiele ohne weiteres miteinander kombiniert werden können, ohne dass dadurch das erfindungsgemäße Prinzip beeinträchtigt wird. Einige Aspekte weisen eine regelmäßige Struktur oder Form auf. Es ist zu beachten, dass in der Praxis geringfügige Abweichungen von der idealen Form auftreten können, ohne jedoch der erfinderischen Idee zu widersprechen.
Außerdem sind die einzelnen Figuren, Merkmale und Aspekte nicht unbedingt in der richtigen Größe dargestellt, und auch die Proportionen zwischen den einzelnen Elementen müssen nicht grundsätzlich richtig sein. Einige Aspekte und Merkmale werden hervorgehoben, indem sie vergrößert dargestellt werden. Begriffe wie „oben“, „oberhalb“, „unten“, „unterhalb“, „größer“, „kleiner“ und dergleichen werden jedoch in Bezug auf die Elemente in den Figuren korrekt dargestellt. So ist es möglich, solche Beziehungen zwischen den Elementen anhand der Abbildungen abzuleiten.
1 zeigt eine LiDAR-Sensorvorrichtung 1 zum Bestimmen der Entfernung zwischen der LiDAR-Sensorvorrichtung und einem vor der Sensorvorrichtung befindlichen Objekt O nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips. Die Sensorvorrichtung 1 umfasst einen ersten, einen zweiten und einen dritten Laseremitter 2a, 2b, 2c. Der erste Laseremitter 2a ist dazu ausgebildet Lichtpulse einer ersten Wellenlänge λ₁, der zweite Laseremitter 2b Lichtpulse einer zweiten Wellenlänge λ₂, und der dritte Laseremitter 2c Lichtpulse einer dritten Wellenlänge λ₃ in Richtung auf das vor den Laseremittern 2a, 2b, 2c befindliche Objekt O zu emittieren. Die erste, zweite und dritte Wellenlänge λ₁, λ₂, λ₃ unterscheiden sich jeweils voneinander. Der erste, zweite und dritte Laseremitter 2a, 2b, 2c sind entsprechend ausgebildet jeweils Lichtpulse mit einer unterschiedlichen Wellenlänge, insbesondere unterschiedlichen Peakwellenlänge, in Richtung auf das vor den Laseremittern 2a, 2b, 2c befindliche Objekt O zu emittieren.
Mittels einem ersten optischen Element 6a wird das von den Laseremittern 2a, 2b, 2c emittierte Licht in Richtung des Objektes O gelenkt. Bei dem ersten optischen Element 6a kann es sich beispielsweise um eine Linse oder einen MEMs Spiegel handeln.
Die LiDAR-Sensorvorrichtung 1 kann beispielsweise in einem Fahrzeug, insbesondere autonom fahrenden Fahrzeug, angeordnet sein, und das Objekt O, zu dem die Entfernung bestimmt werden soll, kann beispielsweise ein weiterer Verkehrsteilnehmer im Straßenverkehr, wie beispielsweise ein anderes Kraftfahrzeug, sein. Das Objekt O kann jedoch auch ein Hindernis oder beispielsweise ein Passant sein, zu dem die Entfernung der Sensorvorrichtung gemessen werden soll.
Die von den Laseremittern 2a, 2b, 2c in Richtung auf das vor den Laseremittern 2a, 2b, 2c befindliche Objekt O emittierten und mittels dem ersten optischen Element 6a in Richtung des Objektes O gelenkten Lichtpulse werden an dem Objekt O reflektiert und zumindest ein Teil des an dem Objekt O reflektierten Lichts wird mittels einer Empfangseinheit 3 anschließend detektiert. Anhand der Laufzeit der Lichtpulse von der Sensorvorrichtung 1 zu dem Objekt O und zurück zu der Sensorvorrichtung 1 kann dabei die Entfernung zwischen der Sensorvorrichtung 1 und dem Objekt O ermittelt werden. Eine solche Messung der Entfernung zwischen der Sensorvorrichtung und einem vor der Sensorvorrichtung befindlichen Objekt kann als Messzyklus bezeichnet werden.
Die Empfangseinheit 3 weist neben einem pixelierten Fotodetektor 4 ein erstes optisches Bandpassfilter 5a, ein zweites optisches Bandpassfilter 5b, sowie ein drittes optisches Bandpassfilter 5c auf. Das erste optische Bandpassfilter 5a ist dabei dazu ausgebildet im Wesentlichen Licht mit der ersten Wellenlänge λ₁ passieren zu lassen, das zweite optische Bandpassfilter 5b im Wesentlichen Licht mit der zweiten Wellenlänge λ₂ passieren zu lassen, und das dritte erste optische Bandpassfilter 5c im Wesentlichen Licht mit der dritten Wellenlänge λ₃ passieren zu lassen, welches auf die Bandpassfilter einstrahlt.
Die von den optischen Bandpassfiltern 5a, 5b, 5c hindurchgelassenen Lichtpulse der ersten, zweiten und dritten Wellenlänge λ₁, λ₂, λ₃ werde mittels einem zweiten optischen Element 6b in Richtung des pixelierten Fotodetektors 4 gelenkt, sodass dieser vollends bzw. ganzflächig mit den Lichtpulsen ausgeleuchtet wird und die Lichtpulse daraufhin bestmöglich detektieren kann. Bei dem zweiten optischen Element 6b kann es sich beispielsweise um eine Linse oder einen MEMs Spiegel handeln. Beispielsweise kann das zweite optische Element 6b derart ausgebildet sein, dass Licht der ersten Wellenlänge λ₁, welches durch das erste optische Bandpassfiltern 5a hindurchgelassen wird, Licht der zweiten Wellenlänge λ₂, welches durch das zweite optische Bandpassfiltern 5b hindurchgelassen wird, und Licht der dritten Wellenlänge λ₃, welches durch das dritte optische Bandpassfiltern 5c hindurchgelassen jeweils auf Bereiche des pixelierten Fotodetektors 4 gelenkt wird. Dadurch kann eine wellenlängenselektive Auswertung des reflektierten bzw. detektierten Lichts erfolgen.
Dadurch, dass die Sensorvorrichtung 1 in der Lage ist, nicht nur Lichtpulse einer ersten Wellenlänge λ₁, sondern im dargestellten Fall Lichtpulse mit drei verschiedenen Wellenlängen λ₁, λ₂, λ₃ zu emittieren, und dadurch, dass mittels der optischen Bandpassfilter 5a, 5b, 5c von dem Objekt reflektiertes Licht derart gefiltert werden kann, sodass auf den Detektor im wesentlichen nur Licht der ersten, zweiten und dritten Wellenläge auftrifft, kann eine Messung der Entfernung zwischen der Sensorvorrichtung 1 und dem Objekt in verbesserter Weise erfolgen.
Beispielsweise kann mittels der Laseremitter 2a, 2b, 2c, die dazu ausgebildet sind Lichtpulse mit den drei verschiedenen Wellenlängen λ₁, λ₂, λ₃ zu emittieren, ein kodiertes Signalmuster erzeugt werden, mit dem die Sensorvorrichtung 1 pro Messzyklus Licht in Richtung des Objektes aussendet. Das an dem Objekt O reflektierte und von der Empfangseinheit 3 detektierte Echosignal in Form des kodierten Signalmusters kann dann eindeutig dem Messzyklus der Entfernungsmessung zugeordnet werden und weist zusätzlich dazu ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis auf. Eine Kodierung kann dabei mittels einem, wie in 2 dargestellten, Zeitmultiplexverfahren der ausgesendeten Lichtpulse, mittels einem, wie in 3 dargestellten, Wellenlängenmultiplexverfahren der ausgesendeten Lichtpulse, oder einer Kombination aus beiden Verfahren (nicht dargestellt) erfolgen.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann dank der Laseremitter 2a, 2b, 2c, die dazu ausgebildet sind Lichtpulse mit den drei verschiedenen Wellenlängen λ₁, λ₂, λ₃ zu emittieren, aus mehreren verschiedenen von der Sensorvorrichtung emittierten Lichtpulsen verschiedener Wellenlängen pro Messzyklus genau die Wellenlänge als Messwellenlänge -zur Bestimmung der Entfernung zwischen der Sensorvorrichtung 1 und dem Objekt O- ausgewählt werden, die das beste Signal-Rausch-Verhältnis aufweist. Anhand einer vorgelagerten Referenzmessung kann dazu überprüft werden, ob die erste, zweite, oder dritte Wellenlänge λ₁,λ₂, λ₃ für die Messung ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis aufweist. Anhand dieser Referenzmessung kann dann ermittelt werden, ob die erste, zweite, oder dritte Wellenlänge λ₁, λ₂, λ₃ sich pro Messzyklus besser für die Messung der Entfernung zwischen der LiDAR-Sensorvorrichtung und dem Objekt eignet.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer LiDAR-Sensorvorrichtung 1 nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips. Wie im obigen bereits angedeutet wird das von der Sensorvorrichtung pro Messzyklus in Richtung des Objektes O emittierte Licht in Form eines Signalmusters zur anschließenden eindeutigen Identifizierung kodiert. Eine Kodierung erfolgt im vorliegenden Fall dabei mittels einem Zeitmultiplexverfahren der ausgesendeten Lichtpulse.
Ein Messzyklus weißt dabei beispielsweise das bereits angesprochene Emissionsfenster und Detektionsfenster auf. Während des Emissionsfensters wird eine definierte Anzahl an Lichtpulsen in Richtung des Objektes O ausgesendet, wohingegen während des Detektionsfensters die an dem Objekt O reflektierten Lichtpulse von dem Fotodetektor 4 detektiert werden. Im in 2 dargestellten Fall werden während des Emissionsfensters 8 Lichtpulse (λ₁, λ_1, λ_1, λ₂, λ₂, λ₃, λ₃, λ₃) in Richtung des Objektes O gesendet und das an dem Objekt O reflektierte Licht mit dem entsprechenden Signalmuster von dem Fotodetektor 4 detektiert.
Eine Kodierung mittels einem Zeitmultiplexverfahren der ausgesendeten Lichtpulse erfolgt dabei dadurch, dass während eines Emissionsfensters der erste, der zweite und der dritte Laseremitter 2a, 2b, 2c in einer vorgegebenen Reihenfolge eine bestimmte Anzahl von Lichtpulsen mit der ersten zweiten und dritten Wellenlänge λ₁, λ₂, λ₃ emittieren. Durch eine Variation der Reihenfolge der Lichtpulse mit der ersten zweiten und dritten Wellenlänge λ₁, λ₂, λ₃, der jeweiligen Anzahl der Lichtpulse mit der ersten zweiten und dritten Wellenlänge λ₁,λ₂, λ₃ während des Emissionsfensters, und durch eine Variation der Frequenz der ausgesendeten Lichtpulse, also die Zeit zwischen den ausgesendeten Lichtpulsen, kann eine eindeutig zuordenbare Kodierung der ausgesendeten Lichtpulse erfolgen.
Bei Kenntnis des Emissionsfensters, in dem die Emitter 2a, 2b, 2c die Lichtpulse ausgesendet haben, erwartet der Fotodetektor 4 während des Detektionsfensters die reflektierten Lichtpulse in der entsprechenden Reihenfolge. Ein mögliches Übersprechen der Sensorvorrichtung 1 wird dadurch unterdrückt und ein Signal-Rausch-Verhältnis des detektierten Signals wird verbessert.
Das zweite optische Element 6b ist in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel entgegen dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen dem Objekt O und den optischen Bandpassfiltern 5a, 5b, 5c angeordnet. Das zweite optische Element 6b kann entsprechend dazu ausgebildet sein, das von dem Objekt O reflektierte Licht in Richtung den optischen Bandpassfiltern 5a, 5b, 5c zu lenken, sodass diese vollends bzw. ganzflächig mit den reflektierten Lichtpulsen ausgeleuchtet werden.
3 eine Darstellung eines mittels einer LiDAR-Sensorvorrichtung emittierten Signalmusters. Eine Kodierung des Signalmusters erfolgt im vorliegenden Fall dabei mittels einem Wellenlängenmultiplexverfahren der ausgesendeten Lichtpulse. In der Darstellung ist der Signalverlauf der drei Laseremitter 2a, 2b, 2c mit den drei Wellenlängen λ₁, λ₂, λ₃ pro Messzyklus über die Zeit t dargestellt.
Pro Messzyklus emittieren die drei Laseremitter 2a, 2b, 2c zum Teil gleichzeitig in einer jeweils vorgegebenen Reihenfolge Lichtpulse der ersten, zweiten und der dritten Wellenlängen λ₁, λ₂, λ₃. Beispielsweise können pro Messzyklus Lichtpulse der ersten λ₁ Wellenlänge und gleichzeitig Lichtpulse der zweiten und dritten Wellenlänge λ₂, λ₃ ausgesendet werden. Die Frequenz der ausgesendeten Lichtpulse, also die Zeit zwischen den ausgesendeten Lichtpulsen kann dabei sowohl zwischen den Lichtpulsen innerhalb einer Wellenlänge als auch zwischen den verschiedenen Wellenlängen variieren. Die exemplarisch dargestellte Reihenfolge ist beispielsweise λ₁ & λ₂ & λ₃, λ₁ & λ₂, λ₁ & λ₃. Jedoch ist auch jedes andere mittels Wellenlängenmultiplexing generiertes Signalmuster denkbar
Bezugszeichenliste

1: LiDAR-Sensorvorrichtung
2a: erster Laseremitter
2b: zweiter Laseremitter
2c: dritter Laseremitter
3: Empfangseinheit
4: Fotodetektor
5a: erstes optisches Bandpassfilter
5b: zweites optisches Bandpassfilter
5c: drittes optisches Bandpassfilter
6a: erstes optisches Element
6b: zweites optisches Element
λ1: erste Wellenlänge
λ2: zweite Wellenlänge
λ3: dritte Wellenlänge
O: Objekt

Claims

LiDAR-Sensorvorrichtung (1), umfassend: einen ersten Laseremitter (2a) ausgeführt zur Emission von gepulstem Licht einer ersten Wellenlänge (λ₁) und wenigstens einem zweiten Laseremitter (2b, 2c) ausgeführt zur Emission von gepulstem Licht wenigstens einer zweiten, zur ersten unterschiedlichen, Wellenlänge (λ₂, λ₃) , jeweils in Richtung auf ein vor den Laseremittern (2a, 2b, 2c) befindliches Objekt (O); und eine Empfangseinheit (3) umfassend zumindest einen Fotodetektor (4), sowie ein erstes und wenigstens ein zweites optisches Bandpassfilter (5a, 5b, 5c), insbesondere schmalbandiges optisches Bandpassfilter, wobei das erste und das wenigstens eine zweite optische Bandpassfilter (5a, 5b, 5c) zwischen dem Objekt (O) und dem zumindest einen Fotodetektor (4) angeordnet sind, und wobei das erste Bandpassfilter (5a) dazu ausgebildet ist im Wesentlichen Licht der ersten Wellenlänge(λ₁) und das wenigstens eine zweite Bandpassfilter (5b, 5c) dazu ausgebildet, ist im Wesentlichen Licht der wenigstens einen zweiten Wellenlänge (λ₂, λ₃) passieren zu lassen.
LiDAR-Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste und die wenigstens eine zweite Wellenlänge (λ₁, λ₂, λ₃) im Nahinfraroten Bereich liegen, insbesondere mit beispielsweise einer Peakwellenlänge bei 850 nm, 905 nm, 940 oder 980 nm.
LiDAR-Sensorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste und der wenigstens eine zweite Laseremitter (2a, 2b, 2c) jeweils durch eine wellenlängenstabilisierte Laserdiode gebildet sind.
LiDAR-Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und das wenigstens eine zweite optische Bandpassfilter (5a, 5b, 5c) jeweils durch ein schmalbandiges dielektrisches oder durch ein dichroitisches Filter gebildet sind.
LiDAR-Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend ein erstes optisches Element (6a), insbesondere eine Linse oder einen MEMS Spiegel, welches zwischen dem ersten und dem wenigstens einen zweiten Laseremitter (2a, 2b, 2c) und dem Objekt (O) angeordnet ist.
LiDAR-Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend ein zweites optisches Element (6b), insbesondere eine Linse oder einen MEMS Spiegel, welches zwischen dem Objekt (O) und dem zumindest einen Fotodetektor (4) angeordnet ist.
LiDAR-Sensorvorrichtung nach Anspruch 6, wobei das zweite optische Element (6b) zwischen dem Objekt (O) und dem ersten und dem wenigstens einen zweiten optischen Bandpassfilter (5a, 5b, 5c) angeordnet ist.
LiDAR-Sensorvorrichtung nach Anspruch 6, wobei das zweite optische Element (6b) zwischen dem ersten und dem wenigstens einen zweiten optischen Bandpassfilter (5a, 5b, 5c) und dem zumindest einen Fotodetektor (4) angeordnet ist.
LiDAR-Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Fotodetektor (4) mit einem pixelierten Array aus mehreren Fotodioden gebildet ist.
LiDAR-Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend eine Steuerungseinheit, die dazu ausgeführt ist während eines Messzykluses der LiDAR-Sensorvorrichtung den ersten und den wenigstens einen zweite Laseremitter (2a, 2b, 2c) anzusteuern und ein von dem zumindest einen Fotodetektor (4) detektiertes Signal zu verarbeiten.
LiDAR-Sensorvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Steuerungseinheit dazu ausgebildet ist pro Messzyklus der LiDAR-Sensorvorrichtung den ersten und den wenigstens einen zweiten Laseremitter (2a, 2b, 2c) entsprechend einem Zeitmultiplexverfahren anzusteuern.
LiDAR-Sensorvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Steuerungseinheit dazu ausgebildet ist pro Messzyklus der LiDAR-Sensorvorrichtung den ersten und den wenigstens einen zweiten Laseremitter (2a, 2b, 2c) entsprechend einem Wellenlängenmultiplexverfahren anzusteuern.
LiDAR-Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Steuerungseinheit dazu ausgebildet ist pro Messzyklus der LiDAR-Sensorvorrichtung die Intensität des von dem ersten und dem wenigstens einen zweiten Laseremitter (2a, 2b, 2c) emittierten Lichts zu variieren.
LiDAR-Sensorvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Steuerungseinheit dazu ausgebildet ist pro Messzyklus der LiDAR-Sensorvorrichtung die erste oder die wenigstens eine zweite Wellenlänge (λ₁, λ₂, λ₃) auf Basis eines von dem zumindest einen Fotodetektor (4) detektierten Referenzsignals als Messwellenlänge auszuwählen.
Messverfahren zum Bestimmen der Entfernung zwischen einer LiDAR-Sensorvorrichtung (1) und einem vor der Sensorvorrichtung befindlichen Objekt (O), umfassend die Schritte: Aussenden wenigstens eines ersten Lichtpulses einer ersten Wellenlänge (λ₁) und wenigstens eines zweiten Lichtpulses wenigstens einer zweiten, zur ersten unterschiedlichen, Wellenlänge (λ₂, λ₃) in Richtung des Objektes (O); Detektieren des von dem Objekt (O) zurückreflektierten Lichts der ersten und der wenigstens einen zweiten Wellenlänge (λ₁, λ₂, λ₃) mittels zumindest einem Fotodetektor (4), wobei zwischen dem Objekt (O) und dem zumindest einen Fotodetektor (4) ein erstes und wenigstens ein zweites optisches Bandpassfilter (5a, 5b, 5c), insbesondere schmalbandiges optisches Bandpassfilter, angeordnet sind, und wobei das erste Bandpassfilter (5a) dazu ausgebildet ist im Wesentlichen Licht der ersten Wellenlänge (λ₁) und das wenigstens eine zweite Bandpassfilter (5b, 5c) dazu ausgebildet ist im Wesentlichen Licht der wenigstens einen zweiten Wellenlänge (λ₂, λ₃) passieren zu lassen.
Messverfahren nach Anspruch 15, weiter umfassend ein Aussenden von mehreren Lichtpulsen der ersten und der wenigstens einen zweiten Wellenlänge (λ₁, λ₂, λ₃) pro Messzyklus der LiDAR-Sensorvorrichtung entsprechend einem Zeitmultiplexverfahren.
Messverfahren nach Anspruch 15 oder 16, weiter umfassend ein Aussenden von mehreren Lichtpulsen der ersten und der wenigstens einen zweiten Wellenlänge (λ₁, λ₂, λ₃) pro Messzyklus der LiDAR-Sensorvorrichtung entsprechend einem Wellenlängenmultiplexverfahren.
Messverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, weiter umfassend ein Aussenden von mehreren Lichtpulsen der ersten und der wenigstens einen zweiten Wellenlänge (λ₁, λ₂, λ₃) , wobei Lichtpulse der ersten Wellenlänge (λ₁) eine andere Intensität als Lichtpulse der wenigstens einen zweiten Wellenlänge (λ₂, λ₃) aufweisen.
Messverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei zumindest ein Lichtpuls der ersten und zumindest ein Lichtpuls der wenigstens einen zweiten Wellenlänge in Serie ausgesendet werden.
Messverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei zumindest ein Lichtpuls der ersten und zumindest ein Lichtpuls der wenigstens einen zweiten Wellenlänge gleichzeitig ausgeendet werden.
Messverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei die erste und die wenigstens eine zweite Wellenlänge (λ₁, λ₂, λ₃) im Nahinfraroten Bereich liegen, insbesondere mit beispielsweise einer Peakwellenlänge bei 850 nm, 905 nm oder 940 nm.
Messverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, wobei während einem Messzyklus der LiDAR-Sensorvorrichtung 3 bis 15 Lichtpulse der ersten und der wenigstens einen zweiten Wellenlänge (λ₁, λ₂, λ₃) hintereinander ausgesandt werden.
Messverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, weiter umfassend ein Auswählen der ersten Wellenlänge (λ₁) oder der wenigstens einen zweiten Wellenlänge (λ₂, λ₃) als Messwellenlänge zum Bestimmen der Entfernung zwischen der LiDAR-Sensorvorrichtung (1) und dem vor der Sensorvorrichtung befindlichen Objekt (O) auf Basis eines vom zumindest einen Fotodetektor (4) detektierten Referenzsignals.