DE102021125131A1

DE102021125131A1 - Lidar-system

Info

Publication number: DE102021125131A1
Application number: DE102021125131.1A
Authority: DE
Inventors: Farhang Ghasemi Afshar
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2021-09-28
Filing date: 2021-09-28
Publication date: 2023-03-30
Also published as: WO2023052466A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lidar-System zur Umgebungserfassung. Das Lidar-System weist einen Emitter zur Strahlungsemission und einen Detektor zur Strahlungserfassung auf. Der Emitter weist mehrere separat ansteuerbare Lichtquellen zum Emittieren einer Lichtstrahlung auf. Das Lidar-System ist ausgebildet, den Emitter derart zu betreiben, dass ein gemeinsamer Strahlungsbetrieb durch eine Lichtquellengruppe aus mehreren Lichtquellen erfolgt. Der gemeinsame Strahlungsbetrieb der Lichtquellengruppe umfasst einen kontinuierlichen Betriebsmodus, in welchem die Lichtquellen der Lichtquellengruppe unterschiedlich modulierte Lichtstrahlungen mit unterschiedlichen Modulationsfrequenzen emittieren. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines Lidar-Systems.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lidar-System zur Umgebungserfassung und ein Verfahren zum Betreiben eines Lidar-Systems.
Ein Lidar-System (light detection and ranging), mit dessen Hilfe eine Umgebung optisch abgetastet und erfasst werden kann, kann einen Emitter zum Erzeugen einer Lichtstrahlung und einen Detektor zur Strahlungserfassung aufweisen. Im Betrieb kann die von dem Emitter ausgesendete Lichtstrahlung an einem Objekt reflektiert und von dem Detektor erfasst werden. Hierauf basierend kann die Entfernung des Objekts bestimmt werden.
Bekannte Lidar-Systeme können nach zwei grundsätzlichen Konzepten ausgestaltet sein. Bei einem Scan-System kann die Lichtstrahlung zu verschiedenen Zeiten in unterschiedliche Raumwinkel bzw. Raumwinkelbereiche eines zu beobachtenden Zielbereichs gelenkt werden. Bei einem Flash-System kann demgegenüber eine gleichzeitige Beleuchtung eines Zielbereichs erfolgen. Um hierbei Informationen über unterschiedliche Raumwinkelbereiche zu gewinnen, kann ein adressierbarer Detektor mit mehreren Detektorelementen bzw. strahlungsempfindlichen Pixeln zum Einsatz kommen. Die Pixel können in Form von Photodioden wie Lawinenphotodioden (APD, avalanche photodiode) oder Einzelphoton-Avalanche-Dioden (SPAD, singlephoton avalanche diode) verwirklicht sein. Möglich ist ferner eine zweidimensionale Pixelanordnung.
Um einen Zielbereich durch ein Flash-Lidar-System mit hoher Auflösung erfassen zu können, ist es in entsprechender Weise erforderlich, einen hochauflösenden Detektor mit einer großen Anzahl an Pixeln einzusetzen. Ein hochauflösender Detektor auf Basis von Lawinenphotodioden oder Einzelphoton-Avalanche-Dioden ist jedoch bis heute nicht am Markt erhältlich. Dies liegt an einer aufwändigen und komplexen Herstellung. Hierbei erweist es sich als schwierig, die Photodioden mit übereinstimmenden Eigenschaften auszubilden. Ferner benötigt jede Diode eine eigene Verstärkerschaltung, wodurch eine Ausleseschaltung mit zunehmender Pixelanzahl zunehmend komplexer wird. Auch kann es bei einer dicht gepackten Pixelanordnung zu einem Übersprechen von benachbarten Photodioden kommen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lösung für ein verbessertes Lidar-System anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Lidar-System zur Umgebungserfassung vorgeschlagen. Das Lidar-System weist einen Emitter zur Strahlungsemission und einen Detektor zur Strahlungserfassung auf. Der Emitter weist mehrere separat ansteuerbare Lichtquellen zum Emittieren einer Lichtstrahlung auf. Das Lidar-System ist ausgebildet, den Emitter derart zu betreiben, dass ein gemeinsamer Strahlungsbetrieb durch eine Lichtquellengruppe aus mehreren Lichtquellen erfolgt. Der gemeinsame Strahlungsbetrieb der Lichtquellengruppe umfasst einen kontinuierlichen Betriebsmodus, in welchem die Lichtquellen der Lichtquellengruppe unterschiedlich modulierte Lichtstrahlungen mit unterschiedlichen Modulationsfrequenzen emittieren.
Das vorgeschlagene Lidar-System weist einen Emitter mit mehreren Lichtquellen auf, welche separat angesteuert werden können, und welche dadurch separat und unabhängig voneinander eine Lichtstrahlung erzeugen und emittieren können. Die von den einzelnen Lichtquellen erzeugten Lichtstrahlungen können in unterschiedliche Teilbereiche bzw. Raumwinkelbereiche eines zu erfassenden Zielbereichs ausgesendet werden.
Im Betrieb des Lidar-Systems erfolgt eine gemeinsame Strahlungserzeugung durch eine Lichtquellengruppe aus mehreren Lichtquellen des Emitters. Dabei kommt ein kontinuierlicher Betriebsmodus zum Einsatz, in welchem die Lichtquellen der Lichtquellengruppe gemeinsam unterschiedlich modulierte Lichtstrahlungen mit voneinander abweichenden Modulationsfrequenzen emittieren. Hierbei kann eine Lichtemission von den Lichtquellen in kontinuierlicher Weise und für eine vorgegebene Zeitdauer erfolgen. Der kontinuierliche Betriebsmodus kann auch als Dauerstrichmodus bzw. CW-Modus (continuous wave) bezeichnet werden. Das Vorliegen der unterschiedlichen Modulationsfrequenzen gilt in Bezug auf die einzelnen Lichtquellen der Lichtquellengruppe.
In dem kontinuierlichen Betriebsmodus können die Lichtquellen der Lichtquellengruppe eine Lichtstrahlung mit einer modulierten bzw. periodisch modulierten Intensität emittieren, zum Beispiel in Form einer Sinus- bzw. Kosinuskurve. Die Lichtemission mit einer sich periodisch ändernden Intensität erfolgt mit einer entsprechenden Modulationsfrequenz. Jede der Lichtquellen der Lichtquellengruppe emittiert deren Lichtstrahlung mit einer eigenen Modulationsfrequenz, welche sich von den Modulationsfrequenzen der anderen Lichtquellen unterscheidet.
Im Falle einer Rückreflexion bzw. Rückstreuung, welche an einem mit dem Emitter beleuchteten Objekt erfolgen kann, können die modulierten Lichtstrahlungen bzw. kann wenigstens ein Teil der modulierten Lichtstrahlungen mit Hilfe des Detektors erfasst werden. Der Detektor kann daraufhin ein entsprechendes Detektorsignal erzeugen. Aufgrund der verschiedenen Modulationsfrequenzen ist es möglich, die durch das Detektorsignal wiedergegebenen modulierten Lichtstrahlungen voneinander zu unterscheiden. Durch eine Auswertung können daher räumliche Informationen in Bezug auf die einzelnen modulierten Lichtstrahlungen, und dadurch über verschiedene Raumwinkelbereiche, gewonnen werden.
Durch diesen Ansatz ist die Verwendung eines Detektors mit mehreren Detektorelementen bzw. strahlungsempfindlichen Pixeln und gar eines hochauflösenden adressierbaren Detektors nicht erforderlich. Stattdessen kann bei dem Lidar-System ein relativ einfach aufgebauter und dadurch kostengünstiger Detektor zum Einsatz kommen. Dieser kann in Form eines Einzeldetektors mit lediglich einer strahlungsempfindlichen Detektorstruktur verwirklicht sein. Auch kann der Detektor bzw. dessen Detektorstruktur mit einer großen Oberfläche verwirklicht sein. Hierdurch können ein Erfassen eines rückreflektierten bzw. rückgestreuten Strahlungsanteils durch den Detektor, und damit die Systemleistung, begünstigt werden. Die Verwendung des aus mehreren Lichtquellen aufgebauten Emitters macht es dabei möglich, einen Zielbereich mit einer hohen Auflösung optisch erfassen zu können.
Im Folgenden werden weitere mögliche Details und Ausführungsformen näher beschrieben, welche für das Lidar-System in Betracht kommen können.
Die Lichtquellen des Emitters können Laserlichtquellen sein. In einer möglichen Ausführungsform sind die Lichtquellen in Form von Oberflächenemittern (VCSEL, vertical-cavity surfaceemitting laser) ausgebildet. In dieser Ausgestaltung kann der Emitter ein Laserbauelement aufweisen, welches die Laserlichtquellen bzw. Oberflächenemitter umfasst. Das Laserbauelement kann in Form eines Halbleiterchips bzw. Laserchips verwirklicht sein.
Die Lichtquellen können nebeneinander, zum Beispiel matrixartig in Form von Zeilen und Spalten, angeordnet sein. Des Weiteren kann die von den Lichtquellen emittierte Lichtstrahlung eine Lichtstrahlung im Infrarotbereich bzw. Nahinfrarotbereich sein.
Das Lidar-System bzw. dessen Emitter kann ferner eine den Lichtquellen nachgeordnete Abbildungsoptik aufweisen. Durch die Abbildungsoptik können die von den Lichtquellen erzeugten Lichtstrahlungen in unterschiedliche Raumwinkel ausgesendet werden, wodurch unterschiedliche Raumwinkelbereiche eines interessierenden Zielbereichs beleuchtet werden können. Die Beleuchtung des Zielbereichs kann dabei in Form eines Rasters oder Gitters erfolgen.
Mit Hilfe des zur Strahlungserfassung eingesetzten Detektors kann ein Detektorsignal erzeugt werden, über welches ein rückreflektierter Strahlungsanteil wiedergegeben werden kann. Das Detektorsignal kann ein elektrisches Signal wie ein Spannungssignal oder ein Stromsignal sein. Der Detektor kann, wie oben angegeben, relativ einfach aufgebaut und in Form eines Einzeldetektors ausgebildet sein. In einer möglichen Ausführungsform weist der Detektor eine einzelne Photodiode wie zum Beispiel eine einzelne Lawinenphotodiode auf.
Im Hinblick auf den Detektor kann in entsprechender Weise eine Optik bzw. Empfangsoptik zum Einsatz kommen. Mit Hilfe der Empfangsoptik kann ein rückreflektierter Strahlungsanteil eingesammelt und auf eine strahlungsempfindliche Detektorstruktur wie eine Photodiode gerichtet werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Lidar-System eine Steuervorrichtung auf. Mit Hilfe der Steuervorrichtung kann der Betrieb des Emitters und von dessen Lichtquellen zur Strahlungserzeugung gesteuert werden. Die Steuervorrichtung kann des Weiteren zur Verarbeitung bzw. Auswertung eines bei einer Rückreflexion durch den Detektor erzeugten Detektorsignals zur Anwendung kommen. Als Ergebnis der Auswertung können eine oder mehrere Informationen wie beispielsweise eine Abstandsinformation bereitgestellt werden. Oben und im Folgenden beschriebene Ausgestaltungen des Lidar-Systems, welche die Ansteuerung des Emitters und eine Auswertung auf der Grundlage eines Detektorsignals betreffen, können mit Hilfe der Steuervorrichtung durchgeführt werden.
In einer weiteren Ausführungsform liegen die Modulationsfrequenzen, mit welchen die modulierten Lichtstrahlungen von den Lichtquellen der Lichtquellengruppe in dem kontinuierlichen Betriebsmodus abgegeben werden, im MHz-Bereich. Hierbei kann es sich um mehrstellige MHz-Frequenzen handeln.
Bei einer Rückreflexion bzw. Rückstreuung kann wenigstens ein Teil der unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen (also wenigstens eine der unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen) mit Hilfe des Detektors erfasst werden, und kann der Detektor daraufhin ein Detektorsignal erzeugen. Das Detektorsignal kann, entsprechend den modulierten Lichtstrahlungen, ein moduliertes Detektorsignal sein. Hierbei kann das Detektorsignal eine sich ändernde bzw. modulierte Amplitude aufweisen. Das modulierte Detektorsignal kann durch eine Überlagerung der erfassten und unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen gebildet sein, und dementsprechend eine Überlagerung der erfassten und unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen wiedergeben. Das Lidar-System ist in diesem Zusammenhang gemäß einer weiteren Ausführungsform ausgebildet, anhand des modulierten Detektorsignals wenigstens eine Phaseninformation und hierauf basierend eine Abstandsinformation bereitzustellen.
Die vorgenannte Ausführungsform kann auf der Anwendung einer indirekten Laufzeitmessung (indirect TOF, time of flight) beruhen. Die Phaseninformation kann eine Phasenverschiebung zwischen einer emittierten und rückreflektierten modulierten Lichtstrahlung sein. Die Phasenverschiebung kann abhängig sein von der durch die Lichtstrahlung zurückgelegten Wegstrecke, und damit von dem Abstand eines Objekts, an welchem die Lichtstrahlung rückreflektiert werden kann. Durch eine Auswertung anhand der Phasenverschiebung kann daher eine Information über den Abstand des Objekts, und insofern eine Abstandsinformation, gewonnen werden. Die Phasenlage der emittierten modulierten Lichtstrahlung, auf welche die Phaseninformation bzw. Phasenverschiebung bezogen ist, kann zum Beispiel aufgrund des Betriebs bzw. der Ansteuerung der die Lichtstrahlung abgebenden Lichtquelle bekannt sein.
Mit Bezug auf die vorgenannte Ausführungsform kann für mehrere bzw. jede der erfassten rückreflektierten und unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen eine Phaseninformation und eine dazugehörige Abstandsinformation bereitgestellt werden. Dies ist möglich aufgrund der verschiedenen Modulationsfrequenzen, wodurch bei einer Auswertung eine Separation in Bezug auf die unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen erzielt werden kann. Wie oben angegeben wurde, können die Lichtstrahlungen der Lichtquellen des Emitters in unterschiedliche Raumwinkelbereiche eines Zielbereichs ausgesendet werden. In entsprechender Weise bietet die Verwendung der unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen die Möglichkeit, für verschiedene Raumwinkelbereiche jeweils eine eigene Phaseninformation und Abstandsinformation bereitzustellen.
Für das Bewirken einer Separation in Bezug auf die unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen können folgende Ausgestaltungen zur Anwendung kommen.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Lidar-System ausgebildet, das Bereitstellen der Phaseninformation unter Anwendung einer Fouriertransformation des modulierten Detektorsignals durchzuführen. Hierbei kann es sich um eine schnelle Fouriertransformation (FFT, fast fourier transform) handeln. Durch Durchführen der Fouriertransformation kann das modulierte Detektorsignal in unterschiedliche Frequenzanteile zerlegt bzw. aufgeteilt werden, was es möglich macht, eine mit einer Modulationsfrequenz emittierte und rückreflektierte Lichtstrahlung separat zu betrachten und auszuwerten, und die zu der betreffenden Lichtstrahlung gehörende Phaseninformation bereitzustellen. Unter Anwendung der Fouriertransformation können ferner mehrere bzw. sämtliche erfassten rückreflektierten und unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen separat ausgewertet werden, und kann somit für mehrere bzw. jede der erfassten rückreflektierten und unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen eine entsprechende Phaseninformation, und hierauf basierend eine Abstandsinformation, zur Verfügung gestellt werden.
Die Fouriertransformation des modulierten Detektorsignals kann mit Hilfe eines Analysators bzw. FFT-Analysators vorgenommen werden. In dieser Ausführungsform kann die zur Auswertung eingesetzte Steuervorrichtung des Lidar-Systems einen solchen Analysator zum Durchführen der Fouriertransformation aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Lidar-System ausgebildet, das Bereitstellen der Phaseninformation unter Anwendung einer Frequenzfilterung des modulierten Detektorsignals durchzuführen. Hierbei kann durch ein auf eine Modulationsfrequenz abgestimmtes Filtern bzw. Bandpassfiltern des Detektorsignals eine mit dieser Modulationsfrequenz emittierte und rückreflektierte Lichtstrahlung separat betrachtet und ausgewertet werden, wodurch eine zu der betreffenden Lichtstrahlung gehörende Phaseninformation bereitgestellt werden kann. Ein frequenzabgestimmtes Filtern des Detektorsignals kann ferner in Bezug auf mehrere bzw. sämtliche erfassten rückreflektierten und unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen zum Einsatz kommen, wodurch diese Lichtstrahlungen separat ausgewertet werden können, und zu den einzelnen Lichtstrahlungen jeweils eine entsprechende Phaseninformation, und hierauf basierend eine Abstandsinformation, zur Verfügung gestellt werden kann.
Die Frequenzfilterung des modulierten Detektorsignals kann mit Hilfe von auf die Modulationsfrequenzen abgestimmten Filtern bzw. Bandpassfiltern vorgenommen werden. In dieser Ausführungsform kann die zur Auswertung eingesetzte Steuervorrichtung des Lidar-Systems mit Bezug auf jede der eingesetzten Modulationsfrequenzen einen solchen Filter aufweisen.
Der oben beschriebene indirekte Ansatz, eine Abstandsinformation anhand einer Phaseninformation bzw. Phasenverschiebung zwischen einer emittierten und rückreflektierten modulierten Lichtstrahlung zu ermitteln, kann aufgrund der Periodizität der modulierten Lichtstrahlung einer Mehrdeutigkeit unterliegen. Die bereitgestellte Phaseninformation kann hierbei verschiedenen Abstandswerten gerecht werden. Um eine Abstandsinformation auf Grundlage einer Phaseninformation in eindeutiger Weise bereitzustellen, können folgende Ausgestaltungen zur Anwendung kommen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der gemeinsame Strahlungsbetrieb der Lichtquellengruppe einen gepulsten Betriebsmodus, in welchem die Lichtquellen der Lichtquellengruppe Lichtstrahlungen in Form wenigstens eines gemeinsamen Pulses emittieren. Die Lichtquellen der Lichtquellengruppe können die Lichtstrahlungen auch in Form von mehreren aufeinanderfolgenden gemeinsamen Pulsen emittieren. Auf diese Weise kann eine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR, signal-to-noise ratio) für eine sich auf den gepulsten Betriebsmodus beziehende Auswertung erreicht werden.
Bei einer Rückreflexion bzw. Rückstreuung kann wenigstens ein Teil der in Form eines gemeinsamen Pulses emittierten Lichtstrahlungen (also wenigstens eine dieser Lichtstrahlungen) mit Hilfe des Detektors erfasst werden, und kann der Detektor daraufhin, entsprechend den pulsförmig emittierten Lichtstrahlungen, ein pulsförmiges Detektorsignal erzeugen. Das pulsförmige Detektorsignal kann durch eine Überlagerung der erfassten und pulsförmig emittierten Lichtstrahlungen gebildet sein, und dementsprechend eine Überlagerung der erfassten und pulsförmig emittierten Lichtstrahlungen wiedergeben. Das Lidar-System ist in diesem Zusammenhang gemäß einer weiteren Ausführungsform ausgebildet, anhand des pulsförmigen Detektorsignals eine Referenz-Abstandsinformation oder eine Referenz-Abstandsinformation und eine Tiefeninformation bereitzustellen.
Mit Bezug auf die Referenz-Abstandsinformation kann das Lidar-System ausgebildet sein, das Bereitstellen der Referenz-Abstandsinformation auf der Grundlage einer Laufzeit der in Form eines Pulses emittierten und wenigstens zum Teil rückreflektierten Lichtstrahlungen durchzuführen. Diese Ausführungsform kann auf dem Einsatz einer direkten Laufzeitmessung (direct TOF, time of flight) beruhen. Auf der Grundlage des pulsförmigen Detektorsignals, d.h. des zeitlichen Auftretens des pulsförmigen Detektorsignals mit Bezug auf das pulsförmige Aussenden der Lichtstrahlungen, kann eine Laufzeit der pulsförmig emittierten und rückreflektierten Lichtstrahlungen ermittelt werden. Die Laufzeit kann abhängig sein von der durch die Lichtstrahlungen zurückgelegten Wegstrecke, und damit von dem Abstand eines Objekts, an welchem die Lichtstrahlungen rückreflektiert werden können. Anhand des pulsförmigen Detektorsignals und der danach bestimmten Laufzeit kann daher eine Information über den Abstand des Objekts, und insofern eine Abstandsinformation, gewonnen werden. Die anhand des pulsförmigen Detektorsignals ermittelte Abstandsinformation, welche als Referenz für einen Abgleich zum Einsatz kommen kann, wird vorliegend als Referenz-Abstandsinformation bezeichnet.
Je nach Ausgestaltung des Objekts bzw. eines Oberflächenbereichs des Objekts, welcher durch die in Form eines gemeinsamen Pulses emittierten Lichtstrahlungen bestrahlt werden und an welchem die Rückreflexion erfolgen kann, besteht die Möglichkeit, dass die rückreflektierten Lichtstrahlungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten zu dem Detektor gelangen und somit unterschiedliche Verzögerungszeiten bzw. Laufzeiten aufweisen. Das pulsförmige Detektorsignal kann daher eine Signalform und Pulsbreite aufweisen, welche durch die jeweilige Ausgestaltung des Objekts vorgegeben ist. Dementsprechend ist es möglich, anhand des pulsförmigen Detektorsignals ferner eine Information über eine Tiefenausdehnung des Objekts in dem bestrahlten Oberflächenbereich, und insofern eine Tiefeninformation, zu gewinnen. Das Lidar-System ist in diesem Zusammenhang gemäß einer weiteren Ausführungsform ausgebildet, das Bereitstellen der Tiefeninformation auf der Grundlage der Pulsbreite des pulsförmigen Detektorsignals durchzuführen.
Bei Vorliegen von unterschiedlichen Laufzeiten kann als Referenz-Abstandsinformation zum Beispiel der zu der kürzesten Laufzeit gehörende kleinste Abstand zur Anwendung kommen. Möglich ist es auch, einen durch eine Mittelwertbildung erhaltenen Durchschnittsabstand anzusetzen.
Wie oben angedeutet wurde, kann der gepulste Betriebsmodus derart erfolgen, dass die Lichtquellen der Lichtquellengruppe Lichtstrahlungen in Form von mehreren aufeinanderfolgenden gemeinsamen Pulsen emittieren. Dementsprechend kann der Detektor hierauf basierend nacheinander mehrere pulsförmige Detektorsignale erzeugen. Das Bereitstellen der Referenz-Abstandsinformation oder der Referenz-Abstandsinformation zusammen mit der Tiefeninformation kann in dieser Ausgestaltung anhand der mehreren pulsförmigen Detektorsignale erfolgen. Die dazugehörige Auswertung kann hierbei ein Aufsummieren der pulsförmigen Detektorsignale und ein Ermitteln der Referenz-Abstandsinformation sowie gegebenenfalls der Tiefeninformation unter Verwendung der aufsummierten Detektorsignale umfassen. Dieses Vorgehen ermöglicht eine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses.
Das Aussenden der Lichtstrahlungen in Form von mehreren aufeinanderfolgenden Pulsen kann mit solchen Zeitabständen erfolgen, dass die zu den einzelnen Pulsen gehörenden Lichtstrahlungen separat erfasst, und dadurch separate pulsförmige Detektorsignale durch den Detektor erzeugt werden können. Die Zeitabstände können dabei unter Berücksichtigung einer vorgegebenen maximalen Tiefenausdehnung eines Objekts in einem mit der Lichtquellengruppe beleuchtbaren Bestrahlungsbereich gewählt werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Lidar-System ausgebildet, das oben erläuterte und auf der Grundlage einer Phaseninformation vorgenommene Bereitstellen der Abstandsinformation, was wie oben beschrieben mit Bezug auf den kontinuierlichen Betriebsmodus unter Verwendung der unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen erfolgt, zusätzlich unter Berücksichtigung der Referenz-Abstandsinformation oder unter Berücksichtigung der Referenz-Abstandsinformation und der Tiefeninformation durchzuführen. Dabei wird ausgenutzt, dass die Referenz-Abstandsinformation und die Tiefeninformation aufgrund des für deren Bestimmung eingesetzten direkten Ansatzes eindeutig sein können. Auf diese Weise können die Referenz-Abstandsinformation und die Tiefeninformation zum Abgleichen einer anhand einer Phaseninformation indirekt gewonnenen und einer Mehrdeutigkeit unterliegenden Abstandsinformation herangezogen werden, so dass die Abstandsinformation eindeutig bereitgestellt werden kann.
Wie oben angegeben wurde, kann für mehrere bzw. jede der erfassten rückreflektierten und unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen eine Phaseninformation und eine dazugehörige Abstandsinformation bereitgestellt werden. Dementsprechend kann das Bereitstellen der mehreren Abstandsinformationen jeweils unter Berücksichtigung der Referenz-Abstandsinformation oder unter Berücksichtigung der Referenz-Abstandsinformation und der Tiefeninformation vorgenommen werden.
Im Hinblick auf den gemeinsamen Strahlungsbetrieb der Lichtquellengruppe besteht die Möglichkeit, die Lichtquellen in dem gepulsten Betriebsmodus und danach in dem kontinuierlichen Betriebsmodus zu betreiben. Die anhand (wenigstens) eines pulsförmigen Detektorsignals gewonnene Referenz-Abstandsinformation kann sich auf die von mehreren bzw. sämtlichen Lichtquellen der Lichtquellengruppe pulsförmig emittierten Lichtstrahlungen, und damit auf einen mehrere Raumwinkelbereiche umfassenden Bestrahlungsbereich, beziehen. Eine anhand eines kontinuierlichen Detektorsignals gewonnene (und durch die Referenz-Abstandsinformation und gegebenenfalls die Tiefeninformation abgeglichene) Abstandsinformation kann sich demgegenüber auf eine von einer Lichtquelle der Lichtquellengruppe emittierte modulierte Lichtstrahlung, und damit auf einen einzelnen Raumwinkelbereich, beziehen.
Bei dem Lidar-System bietet der Einsatz des aus mehreren Lichtquellen aufgebauten Emitters die Möglichkeit, einen Zielbereich mit einer hohen Auflösung optisch abzutasten. Wie oben angegeben wurde, wird bei dem Lidar-System der Ansatz verfolgt, Informationen in Bezug auf einzelne Raumwinkelbereiche des Zielbereichs mit Hilfe von gemeinsam und dadurch gleichzeitig zur Beleuchtung von mehreren Raumwinkelbereichen eingesetzten modulierten Lichtstrahlungen zu gewinnen. Die Lichtstrahlungen sind voneinander abweichend mit unterschiedlichen Modulationsfrequenzen moduliert, so dass bei einer Auswertung eines durch den Detektor erzeugten modulierten Detektorsignals eine Separation in Bezug auf die einzelnen Lichtstrahlungen erzielt, und dadurch räumliche Informationen zu einzelnen Raumwinkelbereichen bereitgestellt werden können. Ein hochaufgelöstes Abtasten des Zielbereichs lässt sich verwirklichen, indem der Emitter eine große Anzahl an Lichtquellen aufweist. Eine zuverlässige Separation im Rahmen der Auswertung lässt sich dabei wie folgt erreichen.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Lidar-System ausgebildet, den Emitter derart zu betreiben, dass ein gemeinsamer Strahlungsbetrieb jeweils nacheinander durch unterschiedliche Lichtquellengruppen aus mehreren Lichtquellen erfolgt. Hierbei umfasst der gemeinsame Strahlungsbetrieb einen kontinuierlichen Betriebsmodus oder einen kontinuierlichen Betriebsmodus und einen gepulsten Betriebsmodus. In dem kontinuierlichen Betriebsmodus emittieren die Lichtquellen der jeweiligen Lichtquellengruppe unterschiedlich modulierte Lichtstrahlungen mit unterschiedlichen Modulationsfrequenzen. In dem gepulsten Betriebsmodus emittieren die Lichtquellen der jeweiligen Lichtquellengruppe Lichtstrahlungen in Form wenigstens eines gemeinsamen Pulses.
Im Hinblick auf die vorgenannte Ausführungsform können Ausgestaltungen und Details, wie sie oben mit Bezug auf den gemeinsamen Strahlungsbetrieb einer Lichtquellengruppe genannt wurden, in entsprechender Weise für die mehreren und nacheinander jeweils in dem gemeinsamen Strahlungsbetrieb betriebenen Lichtquellengruppen zur Anwendung kommen. Hierbei können anhand der mit dem Detektor bei einer im Strahlungsbetrieb von wenigstens einer bzw. mehreren oder sämtlichen Lichtquellengruppen auftretenden Rückreflexion je Lichtquellengruppe eine Referenz-Abstandsinformation und gegebenenfalls eine Tiefeninformation, und ferner je Lichtquellengruppe mehrere sich auf unterschiedliche räumliche Punkte bzw. Raumwinkelbereiche beziehende Abstandsinformationen bereitgestellt werden. Auf diese Weise können mit den Lichtquellen des Emitters unterschiedliche Raumwinkelbereiche eines Zielbereichs abgetastet, und dadurch unterschiedliche räumliche Punkte eines rückreflektierenden Objekts, erfasst werden.
Der vorgenannte Ansatz macht es möglich, einen Emitter mit einer großen Anzahl an Lichtquellen einzusetzen. Die Anzahl der Lichtquellen kann zum Beispiel im fünfstelligen Bereich liegen. Demgegenüber kann die Anzahl an Lichtquellen je Lichtquellengruppe, und damit die Anzahl an in dem kontinuierlichen Betriebsmodus eingesetzten unterschiedlichen Modulationsfrequenzen, wesentlich kleiner sein, und zum Beispiel im zweistelligen Bereich liegen. Auf diese Weise können die Modulationsfrequenzen derart gewählt sein, dass bei einer Auswertung eine zuverlässige Separation in Bezug auf die unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen möglich ist. In dem kontinuierlichen Betriebsmodus können für die verschiedenen Lichtquellengruppen jeweils dieselben unterschiedlichen Modulationsfrequenzen zur Anwendung kommen.
Mit Bezug auf die vorgenannte Ausführungsform kann der aufeinanderfolgende gemeinsame Strahlungsbetrieb der unterschiedlichen Lichtquellengruppen ausgehend von einer ersten Lichtquellengruppe bis zu einer letzten Lichtquellengruppe des Emitters stattfinden. Auf diese Weise können nacheinander Informationen zu unterschiedlichen Raumwinkelbereichen eines Zielbereichs gewonnen werden, und kann sukzessive ein Abbild bzw. dreidimensionales Abbild, zum Beispiel in Form einer Punktwolke, des Zielbereichs mit einer hohen Auflösung bereitgestellt werden. Der interessierende Zielbereich kann dabei schrittweise in Form eines hochaufgelösten Rasters optisch abgetastet werden. Im Betrieb des Lidar-Systems kann dieser Vorgang mehrmals nacheinander mit einer vorgegebenen Wiederholungsfrequenz durchgeführt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Lidar-Systems vorgeschlagen. Das Lidar-System weist einen Emitter zur Strahlungsemission und einen Detektor zur Strahlungserfassung auf. Der Emitter weist mehrere separat ansteuerbare Lichtquellen zum Emittieren einer Lichtstrahlung auf. Der Emitter wird derart betrieben, dass ein gemeinsamer Strahlungsbetrieb durch eine Lichtquellengruppe aus mehreren Lichtquellen erfolgt. Der gemeinsame Strahlungsbetrieb der Lichtquellengruppe umfasst einen kontinuierlichen Betriebsmodus, in welchem die Lichtquellen der Lichtquellengruppe unterschiedlich modulierte Lichtstrahlungen mit unterschiedlichen Modulationsfrequenzen emittieren.
Für das Verfahren können dieselben Merkmale, Details und Ausführungsformen zur Anwendung kommen und können dieselben Vorteile in Betracht kommen, wie sie oben mit Bezug auf das Lidar-System erläutert wurden. Aufgrund der unterschiedlichen Modulationsfrequenzen können die modulierten Lichtstrahlungen im Rahmen einer Auswertung eines durch den Detektor erzeugten Detektorsignals voneinander unterschieden werden, so dass räumliche Informationen in Bezug auf verschiedene mit den Lichtquellen beleuchtete Raumwinkelbereiche eines Zielbereichs gewonnen werden können. Der verwendete Detektor kann hierbei ein einfach aufgebauter Detektor sein.
In einer Ausführungsform wird bei einer Rückreflexion wenigstens ein Teil der unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen mit Hilfe des Detektors erfasst, und wird hierauf basierend ein moduliertes Detektorsignal durch den Detektor erzeugt. Anhand des moduliertes Detektorsignals wird wenigstens eine Phaseninformation und hierauf basierend eine Abstandsinformation bereitgestellt. Die Phaseninformation kann eine Phasenverschiebung zwischen einer emittierten und rückreflektierten modulierten Lichtstrahlung sein und sich nach dem Abstand eines Objekts richten, an welchem die Lichtstrahlung rückreflektiert werden kann. Es ist möglich, für mehrere bzw. jede der erfassten rückreflektierten und unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen eine Phaseninformation und eine dazugehörige Abstandsinformation bereitzustellen. Das Bereitstellen der Phaseninformation(en) kann unter Anwendung einer Fouriertransformation oder einer Frequenzfilterung des moduliertes Detektorsignals durchgeführt werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der gemeinsame Strahlungsbetrieb der Lichtquellengruppe einen gepulsten Betriebsmodus, in welchem die Lichtquellen der Lichtquellengruppe Lichtstrahlungen in Form wenigstens eines gemeinsamen Pulses emittieren. Ein Aussenden von Lichtstrahlungen durch die Lichtquellen der Lichtquellengruppe kann auch in Form von mehreren aufeinanderfolgenden gemeinsamen Pulsen erfolgen.
In einer weiteren Ausführungsform wird bei einer Rückreflexion wenigstens ein Teil der in Form eines Pulses emittierten Lichtstrahlungen mit Hilfe des Detektors erfasst, und wird hierauf basierend ein pulsförmiges Detektorsignal durch den Detektor erzeugt. Anhand des pulsförmigen Detektorsignals wird eine Referenz-Abstandsinformation oder eine Referenz-Abstandsinformation und eine Tiefeninformation bereitgestellt. Das Bereitstellen der Referenz-Abstandsinformation kann auf der Grundlage des zeitlichen Auftretens des pulsförmigen Detektorsignals mit Bezug auf das pulsförmige Aussenden der Lichtstrahlungen, und damit auf der Grundlage einer Laufzeit der pulsförmig emittierten und wenigstens zum Teil rückreflektierten Lichtstrahlungen, erfolgen. Das Bereitstellen der Tiefeninformation kann auf der Grundlage einer Pulsbreite des pulsförmigen Detektorsignals vorgenommen werden.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt das (auf Grundlage einer Phaseninformation durchgeführte) Bereitstellen der Abstandsinformation zusätzlich unter Berücksichtigung der Referenz-Abstandsinformation oder unter Berücksichtigung der Referenz-Abstandsinformation und der Tiefeninformation. Auf diese Weise kann einem Auftreten von Mehrdeutigkeiten begegnet werden, und kann die Abstandsinformation in eindeutiger Weise bereitgestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Emitter derart betrieben, dass ein gemeinsamer Strahlungsbetrieb jeweils nacheinander durch unterschiedliche Lichtquellengruppen aus mehreren Lichtquellen erfolgt. Der gemeinsame Strahlungsbetrieb umfasst einen kontinuierlichen Betriebsmodus oder einen kontinuierlichen Betriebsmodus und einen gepulsten Betriebsmodus. In dem kontinuierlichen Betriebsmodus emittieren die Lichtquellen der jeweiligen Lichtquellengruppe unterschiedlich modulierte Lichtstrahlungen mit unterschiedlichen Modulationsfrequenzen. In dem gepulsten Betriebsmodus emittieren die Lichtquellen der jeweiligen Lichtquellengruppe Lichtstrahlungen in Form wenigstens eines gemeinsamen Pulses. Hierdurch kann, zusammen mit einer Auswertung von durch den Detektor erzeugten Detektorsignalen, ein hochaufgelöstes Abbild eines Zielbereichs bereitgestellt werden.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können - außer zum Beispiel in Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen - einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich in Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

1 eine Darstellung eines Lidar-Systems umfassend einen Emitter, einen Detektor und eine Steuervorrichtung;
2 eine perspektivische Darstellung des Emitters und des Detektors und eines erfassten Zielbereichs;
3 eine Aufsichtsdarstellung eines Laserbauelements des Emitters mit mehreren Lichtquellen und Lichtquellengruppen, einschließlich eines Diagramms, welches eine aufeinanderfolgende Betriebsweise der Lichtquellengruppen veranschaulicht;
4 eine weitere perspektivische Darstellung des Emitters und des Detektors und von in den Zielbereich projizierten Lichtquellengruppen;
5 eine Darstellung eines Intensitätsverlaufs einer von einer Lichtquelle emittierten Lichtstrahlung in einem gepulsten Betriebsmodus und einem kontinuierlichen Betriebsmodus;
6 eine Darstellung einer Bestrahlung eines Objekts durch eine Lichtquellengruppe;
7 und 8 Darstellungen von pulsförmigen Detektorsignalen;
9 eine Darstellung der Intensitätsverläufe von unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen, welche von den Lichtquellen einer Lichtquellengruppe in dem kontinuierlichen Betriebsmodus emittiert werden;
10 eine Darstellung der Intensitätsverläufe von phasenverschobenen Lichtstrahlungen;
11 eine Darstellung einer Auswertung von Detektorsignalen, wobei eine Frequenzfilterung zur Anwendung kommt; und
12 eine Darstellung einer Auswertung von Detektorsignalen, wobei eine Fouriertransformation zur Anwendung kommt.

Auf der Grundlage der schematischen Figuren werden Ausgestaltungen eines zur Umgebungserfassung eingesetzten Lidar-Systems 100 (light detection and ranging) beschrieben. Mit Hilfe des Lidar-Systems 100 kann ein interessierender Zielbereich 150 mit einer hohen Auflösung optisch abgetastet werden. Das Lidar-System 100 kann zum Beispiel im Automotive-Bereich, und hier im Hinblick auf Fahrerassistenzsysteme oder den Bereich des autonomen Fahrens, zur Anwendung kommen.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Lidar-Systems 100. Das Lidar-System 100 kann in einem nicht dargestellten Kraftfahrzeug eingesetzt werden, um sich vor dem Fahrzeug befindende Objekte und deren Entfernung zu dem Fahrzeug erfassen zu können. Das Lidar-System 100 weist einen als Beleuchtungsquelle dienenden und zur Strahlungserzeugung ausgebildeten Emitter 110, einen Detektor 120 zur Strahlungserfassung und eine Steuervorrichtung 105 auf. Der Emitter 110 weist mehrere Lichtquellen 111 auf, welche ausgebildet sind, eine Lichtstrahlung 130 zu emittieren. Hierbei kann es sich um eine Strahlung des Infrarotbereichs bzw. Nahinfrarotbereichs handeln. Die Lichtquellen 111 des Emitters 110 können separat und dadurch unabhängig voneinander zur Lichtemission angesteuert werden.
In 1 ist angedeutet, dass die im Betrieb des Emitters 110 von den Lichtquellen 111 ausgesendeten Lichtstrahlungen 130 bzw. ein Teil hiervon an einem Objekt 190 reflektiert und dadurch in Richtung des Lidar-Systems 100 und des Detektors 120 rückreflektiert werden können. Die rückreflektierten Lichtstrahlungen 130 bzw. ein Teil hiervon können von dem Detektor 120 erfasst werden. Hierauf basierend kann der Detektor 120 entsprechende Detektorsignale 220, 221 erzeugen. Der hier verwendete Begriff „Rückreflexion“ kann eine Rückstreuung sein bzw. eine Rückstreuung umfassen. Die Detektorsignale 220, 221 können elektrische Signale wie Spannungssignale oder Stromsignale sein.
Bei dem Lidar-System 100 kommt ein relativ einfach aufgebauter Detektor 120 zum Einsatz, welcher in Form eines Einzeldetektors mit lediglich einer einzelnen strahlungsempfindlichen Detektorstruktur verwirklicht ist. Die Detektorstruktur kann mit einer großen Oberfläche verwirklicht sein, was das Erfassen eines rückreflektierten Strahlungsanteils begünstigt. Der Detektor 120 weist als strahlungsempfindliche Detektorstruktur eine einzelne Photodiode 121 auf. Die Photodiode 121 kann eine Lawinenphotodiode (APD, avalanche photodiode) sein.
Die Steuervorrichtung 105 des Lidar-Systems 100 dient zum Steuern des Strahlungsbetriebs des Emitters 110 und von dessen Lichtquellen 111. Die Steuervorrichtung 105 kann hierzu entsprechende Treiberschaltungen aufweisen. Die Steuervorrichtung 105 kommt ferner zur Verarbeitung und Auswertung der durch den Detektor 120 erzeugten Detektorsignale 220, 221 zum Einsatz. Auf diese Weise können Informationen wie Abstandsinformationen, zum Beispiel in Form einer dreidimensionalen Punktwolke, durch die Steuervorrichtung 105 bereitgestellt werden. Hierzu kann die Steuervorrichtung 105 entsprechende Auswertemittel bzw. Auswerteeinrichtungen aufweisen.
Wie in 2 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt ist, kann mit Hilfe des Lidar-Systems 100 ein Zielbereich 150 optisch erfasst werden. Der Zielbereich 150 kann auch als Beobachtungsbereich oder Sichtfeld (FOV, field of view) bezeichnet werden. Das Lidar-System 100 ist zu diesem Zweck derart ausgebildet, dass die von den Lichtquellen 111 des Emitters 110 erzeugten Lichtstrahlungen 130 in unterschiedliche Raumwinkelbereiche des Zielbereichs 150 emittiert werden können, und der Zielbereich 150 dadurch rasterförmig abgetastet werden kann. Sofern in dem auf diese Weise beleuchteten Zielbereich 150 eine Rückreflexion bzw. Rückstreuung auftritt, können die rückreflektierten Lichtstrahlungen 130, wie vorstehend beschrieben, durch den Detektor 120 erfasst werden. Die Verwendung des Emitters 110 mit den mehreren Lichtquellen 111 bietet die Möglichkeit, den Zielbereich 150 mit einer hohen Auflösung optisch abzutasten.
Das Lidar System 100 kann neben den vorgenannten Bestandteilen weitere Bestandteile umfassen. Für das Beleuchten eines interessierenden Zielbereichs 150 kann das Lidar-System 100 bzw. der Emitter 110 eine den Lichtquellen 111 nachgeordnete Abbildungsoptik 119 aufweisen (vgl. 1). Mit Hilfe der Abbildungsoptik 119 kann jede der Lichtquellen 111 in unterschiedliche Raumwinkel ausgesendet und dadurch auf verschiedene Stellen ins Fernfeld projiziert werden, so dass wie vorstehend beschrieben unterschiedliche Raumwinkelbereiche des Zielbereichs 150 beleuchtet werden können. Mit Bezug auf den Detektor 120 kann das Lidar-System 100 bzw. der Detektor 120 in entsprechender Weise eine Empfangsoptik 129 aufweisen. Mit Hilfe der Empfangsoptik 129 kann ein rückreflektierter Strahlungsanteil eingesammelt und auf die Photodiode 121 des Detektors 120 gerichtet werden.
Die Lichtquellen 111 des Emitters 110 können in Form von Lasern bzw. Halbleiterlasern verwirklicht sein, so dass die von den Lichtquellen 111 emittierte Lichtstrahlung 130 eine Laserstrahlung ist. Wie in 3 in einer Aufsichtsdarstellung gezeigt ist, kann der Emitter 110 ein Laserbauelement 117 aufweisen, welches die Lichtquellen 111 umfasst. Das Laserbauelement 117 kann ein Halbleiter- bzw. Laserchip sein, auf welchem die Lichtquellen 111 nebeneinander angeordnet sind. Die Lichtquellen 111, welche auch als Aperturen oder lichtemittierende Pixel bezeichnet werden können, können in Form von Oberflächenemittern (VCSEL, vertical-cavity surfaceemitting laser) ausgebildet sein. In diesem Sinne kann der Emitter 110 eine adressierbare VCSEL-Anordnung aufweisen.
Gemäß der in 3 gezeigten Ausgestaltung sind die Lichtquellen 111 des Emitters 110 matrixartig in Form von Zeilen und Spalten nebeneinander angeordnet. Auf diese Weise kann eine mxn-Anordnung aus Lichtquellen 111 vorliegen, wobei m eine Zeilenanzahl bzw. Zeilennummer und n eine Spaltenanzahl bzw. Spaltennummer kennzeichnet. Abweichend von der in 3 gezeigten Ausgestaltung mit sechzehn Zeilen und Spalten (16x16-Anordnung) kann der Emitter 110 eine andere bzw. grö-ßere Anzahl an Zeilen und Spalten, und dadurch eine andere bzw. größere Anzahl an Lichtquellen 111, aufweisen. Die Anzahl der Lichtquellen 111 kann zum Beispiel im fünfstelligen Bereich liegen. Hierfür können der Emitter 110 und das Laserbauelement 117 zum Beispiel eine Ausgestaltung mit zweihundertsechsundfünfzig Zeilen und Spalten (256x256-Anordnung), und damit insgesamt 65536 Lichtquellen 111, aufweisen.
Im Betrieb des Lidar-Systems 100 ist vorgesehen, den Emitter 110 derart durch die Steuervorrichtung 105 anzusteuern, dass in aufeinanderfolgender Weise bei unterschiedlichen Gruppen aus mehreren Lichtquellen 111, welche als Lichtquellengruppen 115 bezeichnet werden, ein gemeinsamer Strahlungsbetrieb vorliegt. Anders ausgedrückt, erfolgt das Ansteuern des Emitters 110 in einer solchen Weise, dass durch unterschiedliche Lichtquellengruppen 115 aus mehreren Lichtquellen 111 jeweils nacheinander ein gemeinsamer Strahlungsbetrieb erfolgt.
In 3 sind bei dem Emitter 110 bzw. Laserbauelement 117 mehrere solche Lichtquellengruppen 115, deren Lichtquellen 111 jeweils gemeinsam und dadurch gleichzeitig zur Strahlungsemission betrieben werden, gestrichelt angedeutet. Die Lichtquellengruppen 115 umfassen vorliegend mehrere und entlang einer Zeile nebeneinander angeordnete Lichtquellen 111. Die Ansteuerung des Emitters 110 kann dabei derart vorgenommen werden, dass der aufeinanderfolgende gemeinsame Strahlungsbetrieb der unterschiedlichen Lichtquellengruppen 115 ausgehend von einer ersten Lichtquellengruppe 115 bis zu einer letzten Lichtquellengruppe 115 des Emitters 110 erfolgt.
In 3 ist eine mögliche Vorgehensweise in einem Diagramm rechts von dem Emitter 110 mit Hilfe von Pfeilen angedeutet. Hierbei stellt die in der oberen ersten Zeile links angeordnete Lichtquellengruppe 115 eine erste Lichtquellengruppe 115 dar. Nach dem gemeinsamen Strahlungsbetrieb von Lichtquellen 111 dieser Lichtquellengruppe 115 werden die sich rechts hiervon befindenden weiteren Lichtquellengruppen 115 derselben Zeile nacheinander angesteuert, und zwar derart, dass die zu einer Lichtquellengruppe 115 gehörenden Lichtquellen 111 jeweils gemeinsam betrieben werden. Anschließend werden die Lichtquellengruppen 115 in der sich darunter befindenden zweiten Zeile nacheinander, und ebenfalls von links nach rechts, derart angesteuert, dass bei diesen Lichtquellengruppen 115 jeweils ein gemeinsamer Strahlungsbetrieb vorliegt. Dieser Vorgang wird Zeile für Zeile für die sich jeweils darunter befindenden Zeilen fortgesetzt, bis zum Erreichen der untersten letzten Zeile aus Lichtquellengruppen 115. Die in dieser Zeile rechts angeordnete Lichtquellengruppe 115 stellt dabei eine letzte Lichtquellengruppe 115 mit Bezug auf den nacheinander vorgenommenen Betrieb von Lichtquellengruppen 115 des Emitters 110 dar.
Durch das aufeinanderfolgende Ansteuern der Lichtquellengruppen 115, was auch als sequentielles Flash-Verfahren bezeichnet werden kann, kann mit Hilfe des Lidar-Systems 100 bzw. durch Durchführen einer Auswertung durch die Steuervorrichtung 105 auf der Grundlage von durch den Detektor 120 erzeugten Detektorsignalen 220, 221 sukzessive ein dreidimensionales Abbild eines Zielbereichs 150, zum Beispiel in Form einer Punktwolke, bereitgestellt werden. Der Zielbereich 150 kann hierbei schrittweise in Form eines hochaufgelösten Rasters optisch erfasst werden. Das Ansteuern der Lichtquellengruppen 115 ausgehend von einer ersten Lichtquellengruppe 115 bis zu einer letzten Lichtquellengruppe 115 kann des Weiteren mehrmals nacheinander mit einer vorgegebenen Wiederholungsfrequenz durchgeführt werden. Die Wiederholungsfrequenz, welche auch als Bildrate bezeichnet werden kann, kann zum Beispiel im zweistelligen Hz-Bereich liegen, und zum Beispiel fünfundzwanzig oder dreißig Hertz betragen.
Gemäß der Darstellung in 3 umfassen die Lichtquellengruppen 115 jeweils vier Lichtquellen 111. Hiervon abweichend, und mit Bezug auf die oben genannte Ausgestaltung des Emitters 110 mit einer 256x256-Anordnung aus Lichtquellen 111, können die Lichtquellengruppen 115 eine andere bzw. grö-ßere Anzahl an entlang einer Zeile nebeneinander angeordneten Lichtquellen 111, zum Beispiel sechzehn Lichtquellen 111, umfassen. Bei der Ausgestaltung des Emitters 110 mit einer 256x256-Anordnung aus Lichtquellen 111 kann der Betrieb des Emitters 110 dabei mit 4096 nacheinander angesteuerten Lichtquellengruppen 115 durchgeführt werden. Eine solche Ausgestaltung ist in der perspektivischen Darstellung von 4 angedeutet, welche optische Abbilder von mehreren in einen Zielbereich 150 projizierten Lichtquellengruppen 115 veranschaulicht.
Mit Bezug auf den gemeinsamen Strahlungsbetrieb von Lichtquellen 111 einzelner Lichtquellengruppen 115 ist bei dem Lidar-System 100 ferner vorgesehen, dass die durch die Steuervorrichtung 105 vorgenommene Ansteuerung des Emitters 110 derart erfolgt, dass der gemeinsame Strahlungsbetrieb bei jeder der Lichtquellengruppen 115 nacheinander einen gepulsten Betriebsmodus 235 und einen kontinuierlichen Betriebsmodus 236 umfasst. Wie in 1 angedeutet ist, emittieren die Lichtquellen 111 einer Lichtquellengruppe 115 in dem gepulsten Betriebsmodus Lichtstrahlungen 130 in Form von mehreren aufeinanderfolgenden gemeinsamen Pulsen bzw. Intensitätspulsen. Der gepulste Betriebsmodus 235 kann daher auch als Pulsmodus bezeichnet werden.
In dem kontinuierlichen Betriebsmodus 236, welcher auch als CW-Betriebsmodus (continuous wave) bezeichnet werden kann, und welcher nach dem gepulsten Betriebsmodus 235 erfolgt, emittieren die Lichtquellen 111 einer Lichtquellengruppe 115 Lichtstrahlungen 130 mit einer periodisch modulierten Intensität. Dabei ist weiter vorgesehen, dass die Lichtquellen 111 einer Lichtquellengruppe 115 unterschiedlich modulierte Lichtstrahlungen 130 mit voneinander abweichenden Modulationsfrequenzen erzeugen (vgl. 9). In dem kontinuierlichen Betriebsmodus 236 kann die Lichtemission von einer Lichtquellengruppe 115 in kontinuierlicher Weise für eine vorgegebene Zeitdauer erfolgen. Entsprechend der in 1 (sowie 5, 9, 10) zur Darstellung des kontinuierlichen Betriebsmodus 236 verwendeten Sinuskurve kann die sich periodisch ändernde Intensität einer modulierten Lichtstrahlung 130 die Form einer Sinus- bzw. Kosinuskurve aufweisen.
Zur Veranschaulichung der beiden Betriebsmodi 235, 236 zeigt 5 ein Diagramm mit einem Intensitätsverlauf einer Intensität I in Abhängigkeit der Zeit t einer Lichtstrahlung 130, wie sie von einer Lichtquelle 111 des Emitters 110 in dem gemeinsamen Strahlungsbetrieb einer Lichtquellengruppe 115 emittiert werden kann. Diese Darstellung, sowie die nachfolgende Beschreibung, kann in Bezug auf sämtliche Lichtquellen 111 und Lichtquellengruppen 115 des Emitters 110 zur Anwendung kommen.
In dem gepulsten Betriebsmodus 235, welcher von einem Zeitpunkt t₀=0 bis zu einem Zeitpunkt t₁ reicht, wird die Lichtstrahlung 130 einer Lichtquelle 111 in Form von mehreren aufeinanderfolgenden Pulsen 140 abgegeben. Mit Bezug auf die zugehörige Lichtquellengruppe 115 erfolgt die gepulste Lichtemission in dem Betriebsmodus 235 jeweils gemeinsam und zur gleichen Zeit, so dass von sämtlichen Lichtquellen 111 der Lichtquellengruppe 115 Lichtstrahlungen 130 in Form von mehreren aufeinanderfolgenden gemeinsamen Strahlungspulsen 140 emittiert werden. Bei einer Rückreflexion kann wenigstens ein Teil der in gemeinsamer Form mehrmals pulsförmig emittierten Lichtstrahlungen 130 mit Hilfe des Detektors 120 erfasst werden, wodurch der Detektor 120 nacheinander mehrere pulsförmige Detektorsignale 220 erzeugen kann (vgl. die 1, 7, 8). Durch eine Auswertung der pulsförmigen Detektorsignale 220, was durch die Steuervorrichtung 105 vorgenommen wird, können eine als Referenz dienende und zum Abgleichen verwendete Abstandsinformation 180, im Folgenden als Referenz-Abstandsinformation 180 bezeichnet, und eine Tiefeninformation 181, bereitgestellt werden (vgl. die 11, 12).
Die Anzahl der nacheinander von einer Lichtquellengruppe 115 in dem gepulsten Betriebsmodus 235 emittierten Strahlungspulse 140 kann im zweistelligen Bereich liegen, und zum Beispiel fünfzig betragen. Die Lichtemission in Form von mehreren Pulsen 140 dient dazu, eine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR, signal-to-noise ratio) im Betrieb des Lidar-Systems 100 zu erzielen. Das vorgenannte Bereitstellen der Referenz-Abstandsinformation 180 und der Tiefeninformation 181 kann anhand der mehreren durch den Detektor 120 erzeugten pulsförmigen Detektorsignale 220 erfolgen. Die durch die Steuervorrichtung 105 durchgeführte Auswertung kann hierbei ein Aufsummieren der Detektorsignale 220, und ein Ermitteln der jeweiligen Informationen 180, 181 unter Verwendung der aufsummierten Detektorsignale 220, umfassen. Dieses Vorgehen ermöglicht ein Unterdrücken von Rauschbeiträgen, mit welchen die Detektorsignale 220 behaftet sein können.
In dem kontinuierlichen Betriebsmodus 236, welcher sich wie in 5 gezeigt von dem Zeitpunkt t₁ bis zu einem Zeitpunkt t₂ erstreckt, wird die Lichtstrahlung 130 einer Lichtquelle 111 mit einer periodisch modulierten Intensität I emittiert. Mit Bezug auf die zugehörige Lichtquellengruppe 115 erfolgt die modulierte Lichtemission in dem Betriebsmodus 236 jeweils gemeinsam und zur gleichen Zeit, so dass von sämtlichen Lichtquellen 111 der Lichtquellengruppe 115 modulierte Lichtstrahlungen 130 abgegeben werden. Jede der Lichtquellen 111 der Lichtquellengruppe 115 emittiert deren Lichtstrahlung 130 dabei mit einer eigenen Modulationsfrequenz, welche sich von den Modulationsfrequenzen der anderen Lichtquellen 111 unterscheidet (vgl. 9). Wie oben angegeben wurde und in 5 gezeigt ist, kann die sich periodisch ändernde Intensität die Form einer Sinus- bzw. Kosinuskurve aufweisen. In 5 ist diese Gegebenheit zusätzlich mit dem Term cos(ω_it + φ) gekennzeichnet, wobei ω_i die jeweilige Modulationsfrequenz und φ eine Phase bezeichnet.
Bei einer Rückreflexion kann wenigstens ein Teil der in gemeinsamer Form emittierten und unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen 130 mit Hilfe des Detektors 120 erfasst werden, wodurch der Detektor 120 ein moduliertes Detektorsignal 221 erzeugen kann (vgl. 1). Durch eine Auswertung des modulierten Detektorsignals 221, was durch die Steuervorrichtung 105 vorgenommen wird, können mit Bezug auf jede der erfassten und unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen 130 eine Phaseninformation Δφ und darauf basierend eine Abstandsinformation 185 bereitgestellt werden (vgl. die 11, 12).
In 5 ist ferner ein sich nach dem Zeitpunkt t₂ befindender weiterer Zeitpunkt t₃ dargestellt. Bis zu dem Zeitpunkt t₃ wird die Rückkehr der in dem kontinuierlichen Betriebsmodus 236 emittierten und unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen 130 erwartet bzw. abgewartet, um diesen Strahlungsanteil durch den Detektor 120 zu erfassen. Ab dem Zeitpunkt t₃ erfolgt der gemeinsame Strahlungsbetrieb einer weiteren Lichtquellengruppe 115 des Emitters 101 in den beiden Betriebsmodi 235, 236, wobei erneut die bei einer Rückreflexion durch den Detektor 120 erzeugten Detektorsignale 220, 221 durch die Steuervorrichtung 105 ausgewertet werden.
Hinsichtlich des gepulsten Betriebsmodus 235 ist in 5 eine Pulsdauer D der Strahlungspulse 140 dargestellt, welche 10ns betragen kann. Ferner dargestellt ist ein zwischen aufeinanderfolgenden Pulsen 140 vorliegender Zeitabstand S, in welchem keine Lichtemission erfolgt. Das Einhalten des Zeitabstands S zwischen den Pulsen 140 dient dazu, ein getrenntes Erzeugen von zu unterschiedlichen Pulsen 140 gehörenden pulsförmigen Detektorsignalen 220 zu ermöglichen, oder anders ausgedrückt, ein zeitlich überlappendes Erfassen von mittels unterschiedlicher Pulse 140 emittierten und rückreflektierten Lichtstrahlungen 130 durch den Detektor 120 zu vermeiden. Der Zeitabstand S kann sich nach einer erwarteten bzw. vorgegebenen maximalen Tiefenausdehnung eines Objekts in einem mit Lichtquellen 111 einer Lichtquellengruppe 115 gemeinsam beleuchteten Bestrahlungsbereich richten.
Zur Erläuterung zeigt 6 eine Bestrahlung eines Objekts 190 durch eine sechzehn Lichtquellen 111 umfassende Lichtquellengruppe 115 des Emitters 110 in dem gepulsten Betriebsmodus 235. Die von den Lichtquellen 111 abgegebenen Lichtstrahlungen 130 sind in Form von parallel verlaufenden Lichtstrahlen veranschaulicht. Diese Gegebenheit kann näherungsweise in der Nähe des Objekts 190 vorliegen. Die Beleuchtung des Objekts 190 durch die Lichtquellengruppe 115 erfolgt in einem Bestrahlungsbereich 195. In dem Bestrahlungsbereich 195 besitzt das Objekt 190 ein Oberflächenprofil mit einer von Null verschiedenen Tiefenausdehnung d. Diese Gegebenheit führt dazu, dass die an dem Objekt 190 reflektierten Lichtstrahlungen 130 zu unterschiedlichen Zeitpunkten zu dem Detektor 120 gelangen, und somit unterschiedliche Laufzeiten aufweisen können. In 6 ist diesbezüglich ein Lichtstrahl, bei welchem die Reflexion an einer Stelle des Objekts 190 mit dem kürzesten Abstand und dadurch zuerst auftritt, und daher die kleinste Laufzeit vorliegt, mit dem Bezugszeichen 137 versehen. Ferner ist ein weiterer Lichtstrahl, bei welchem die Reflexion an einer Stelle des Objekts 190 mit dem größten Abstand und dadurch zuletzt auftritt, und daher die größte Laufzeit vorliegt, mit dem Bezugszeichen 138 versehen.
Die gepulste Bestrahlung eines Objekts 190 mit einer Tiefenausdehnung d, wie es in 6 beispielhaft dargestellt ist, führt zu einem sich auf die Einheit Nanosekunden beziehenden maximalen Zeitunterschied Δt zwischen den rückreflektierten und zu dem Detektor 120 gelangenden Lichtstrahlungen 130 von $Δ t = 2 d*3,3 [ns] = 6,6 d [ns]$
Hierbei ist d die in der Einheit Meter angesetzte Tiefenausdehnung, bezieht sich der Faktor 2 auf die Emission und Rückreflexion der Lichtstrahlungen 130, und betrifft der Faktor 3,3 die mit der Lichtgeschwindigkeit stattfindende Ausbreitung der Lichtstrahlungen 130, d.h. die Lichtstrahlungen 130 benötigen für eine Wegstrecke von 1m eine Zeit von 3,3ns.
Ein separates Erzeugen von zu unterschiedlichen Strahlungspulsen 140 gehörenden pulsförmigen Detektorsignalen 220 kann dementsprechend ermöglicht werden, indem der in 5 dargestellte Zeitabstand S wenigstens der Summe aus dem Zeitunterschied Δt und der Pulsdauer D entspricht, und somit Folgendes gilt: $S > 6,6 d + D [ns]$
Bei einer vorgegebenen maximalen Tiefenausdehnung von zum Beispiel d = 5m und einer Pulsdauer D = 10ns kann dementsprechend als Zeitabstand S (wenigstens) 43ns angesetzt werden. Unter Anwendung einer zusätzlichen Auszeitdauer von weiteren 20ns, und für ein Vorsehen von fünfzig Strahlungspulsen 140, gilt für den Zeitpunkt t₁ = 50 * (43ns + 20ns) = 3,15ps.
In dem anschließend vorgenommenen kontinuierlichen Betriebsmodus 236 kann die modulierte Lichtemission für eine Zeitdauer von 2,5us erfolgen, so dass für den Zeitpunkt t₂ = 5,65us gilt. Die restliche Zeitdauer bis zum Zeitpunkt t₃ kann mit mehr als 1µs angesetzt werden, so dass der Zeitpunkt t₃ in einem Bereich von zum Beispiel 7µs bis 7,3ps liegen kann. Bei der oben genannten Ausgestaltung des Emitters 110 mit einer 256x256-Anordnung aus Lichtquellen 111 und der Anzahl von 4096 nacheinander angesteuerten Lichtquellengruppen 115 kann das Abtasten eines Zielbereichs 150 daher mit einer Zeitdauer im Bereich von 30ms erfolgen.
Die durch den Detektor 120 des Lidar-Systems 100 in dem gepulsten Betriebsmodus 235 einer Lichtquellengruppe 115 im Falle einer Rückreflexion nacheinander erzeugten pulsförmigen Detektorsignale 220 können durch eine Überlagerung der erfassten und zuvor pulsförmig emittierten Lichtstrahlungen 130 gebildet sein, und dementsprechend eine Überlagerung dieser Lichtstrahlungen 130 wiedergeben. Wie oben anhand von 6 erläutert wurde, kann es aufgrund des Oberflächenprofils eines bestrahlten Objekts zu unterschiedlichen Laufzeiten der von einer Lichtquellengruppe 115 in dem gepulsten Betriebsmodus 235 gemeinsam emittierten Lichtstrahlungen 130 kommen. Die Oberflächenform hat daher einen Einfluss auf das Aussehen der von dem Detektor 120 erzeugten Detektorsignale 220.
Zur Erläuterung ist in 7 ein pulsförmiges Detektorsignal 220 dargestellt, wie es durch den Detektor 120 bei einem Erfassen von in Form eines Pulses 140 von einer Lichtquellengruppe 115 emittierten und an einem Objekt rückreflektierten Lichtstrahlungen 130 erzeugt werden kann. 7 zeigt anhand eines Diagramms einen möglichen Verlauf einer Amplitude A des Detektorsignals 220 in Abhängigkeit der Zeit t für den Fall einer Bestrahlung eines Objekts mit einer flachen Oberfläche, bei welchem, abweichend von 6, eine Tiefenausdehnung von Null, also d = 0, vorliegt. Dieser Umstand kann zur Folge haben, dass die pulsförmig emittierten und rückreflektierten Lichtstrahlungen 130 den Detektor 120 (im Wesentlichen) zur gleichen Zeit und ohne (nennenswerte) Zeitverzögerung zueinander erreichen, und sich die einzelnen Lichtintensitäten daher (im Wesentlichen) zeitgleich überlagern. Hierdurch kann das Detektorsignal 220 eine relativ schmale Pulsbreite W und einen relativ große maximale Amplitudenhöhe L aufweisen. Die Pulsbreite W kann der Pulsdauer D eines Strahlungspulses 140 entsprechen, und 10ns betragen bzw. im Bereich von 10ns liegen.
Zum Vergleich ist in 8 ein weiteres pulsförmiges Detektorsignal 220 anhand eines zeitabhängigen Verlaufs der Amplitude A abgebildet, wie es im Falle einer gepulsten Bestrahlung eines Objekts mit einem inhomogenen oder auch gekrümmten Oberflächenprofil, und folglich mit einer Tiefenausdehnung von d > 0, durch den Detektor 120 bei einer Rückreflexion erzeugt werden kann. Dies kann dazu führen, dass die von einer Lichtquellengruppe 115 pulsförmig emittierten und rückreflektierten Lichtstrahlungen 130 unterschiedliche Verzögerungs- bzw. Laufzeiten aufweisen, und daher den Detektor 120 zu verschiedenen Zeiten erreichen. Das durch die Überlagerung dieser Lichtstrahlungen 130 durch den Detektor 120 erzeugte Detektorsignal 220 bzw. dessen Form kann in hohem Maße abhängig sein von dem Oberflächenprofil des bestrahlten Objekts. Im Unterschied zu dem in 7 gezeigten Detektorsignal 220 kann das Detektorsignal 220 von 8 ferner eine größere Pulsbreite W aufweisen. Hierbei kann die Pulsbreite W der Summe aus dem in Formel (1) angegebenen Zeitunterschied Δt und der Pulsdauer D eines Strahlungspulses 140 entsprechen, d.h. $W = Δ t + D [ns] = 6,6 d + D [ns]$
Aufgrund der zu verschiedenen Zeiten zu dem Detektor 120 rückreflektierten Lichtstrahlungen 130 kann im Unterschied zu 7 ferner eine kleinere Amplitudenhöhe L vorliegen.
In den 7, 8 ist des Weiteren eine Empfangszeit t_r angedeutet, welche sich auf eine Zeitdauer beginnend mit dem Aussenden der Lichtstrahlungen 130 einer Lichtquellengruppe 115 in Form eines gemeinsamen Pulses 140 und dem (beginnenden) Empfang eines dazugehörigen rückreflektierten Strahlungsanteils durch den Detektor 120 bezieht, und welche somit eine Laufzeit darstellt. Die Laufzeit ist abhängig von der durch die Lichtstrahlungen 130 zurückgelegten Wegstrecke, und damit von dem Abstand eines Objekts, an welchem die Rückreflexion der Lichtstrahlungen 130 erfolgen kann.
Im Rahmen der durch die Steuervorrichtung 105 des Systems 100 durchgeführten Auswertung kann dementsprechend auf der Grundlage der pulsförmigen Detektorsignale 220, d.h. eines zeitlichen Auftretens der Detektorsignale 220 mit Bezug auf die jeweils zugehörige pulsförmige Lichtemission von einer Lichtquellengruppe 115, eine Laufzeit ermittelt, und können hierauf basierend und unter Berücksichtigung der Lichtgeschwindigkeit eine Information über die zurückgelegte Wegstrecke und damit über den Abstand eines rückreflektierenden Objekts, und infolgedessen, wie oben bereits angegeben, eine Referenz-Abstandsinformation 180 bereitgestellt werden (vgl. die 11, 12). Zur Bestimmung der Referenz-Abstandsinformation 180 wird in diesem Sinne ein direkter Ansatz in Form einer direkten Laufzeitmessung (direct TOF, time of flight) angewendet. Bei unterschiedlichen Laufzeiten, wie es bei dem in 8 beispielhaft gezeigten Detektorsignal 220 der Fall ist, kann als Referenz-Abstandsinformation 180 zum Beispiel der zu der kürzesten Laufzeit (also der Empfangszeit t_r) gehörende kleinste Abstand zur Anwendung kommen. Möglich ist es auch, einen durch eine Mittelwertbildung gewonnenen Durchschnittsabstand als Referenz-Abstandsinformation 180 zu verwenden. Hierbei kann aus verschiedenen Laufzeiten eine mittlere Laufzeit gebildet, und darauf basierend der Durchschnittsabstand ermittelt werden. Alternativ können anhand von verschiedenen Laufzeiten verschiedene Abstandswerte ermittelt, und durch Mittelwertbildung der Durchschnittsabstand gewonnen werden. Die Referenz-Abstandsinformation 180 bezieht sich auf die Lichtemission einer Lichtquellengruppe 115, und damit auf einen mehrere Raumwinkelbereiche umfassenden Bestrahlungsbereich (vgl. den Bereich 195 in 6).
Da sich die Pulsbreite W der pulsförmigen Detektorsignale 220 ferner nach der Tiefenausdehnung d einer Oberfläche eines bestrahlten Objekts richtet, kann im Zuge der durch die Steuervorrichtung 105 durchgeführten Auswertung in direkter Weise eine Information hierüber, und somit, wie oben bereits angegeben, eine Tiefeninformation 181 bereitgestellt werden (vgl. die 11, 12). Die Tiefeninformation 181 bezüglich der Ausdehnung d kann auf der Grundlage der jeweils vorliegenden Pulsbreite W, und unter Verwendung der nach d aufgelösten Formel (3), ermittelt werden.
Hinsichtlich des zum Verbessern des Signal-Rausch-Verhältnisses durchgeführten Aufsummierens der pulsförmigen Detektorsignale 220, wie es oben erläutert wurde, können die Referenz-Abstandsinformation 180 und die Tiefeninformation 181 auf der Grundlage der aufsummierten Detektorsignale 220 durch die Steuervorrichtung 105 bereitgestellt werden.
In dem kontinuierlichen Betriebsmodus 236 emittieren die Lichtquellen 111 einer Lichtquellengruppe 115 wie oben angegeben in gemeinsamer Weise unterschiedlich modulierte Lichtstrahlungen 130 mit verschiedenen Modulationsfrequenzen. Die Modulationsfrequenz bezieht sich auf die periodische Änderung der Lichtintensität, welche sinus- bzw. kosinusförmig erfolgen kann. Jede der Lichtquellen 111 der Lichtquellengruppe 115 strahlt deren Lichtstrahlung 130 mit einer spezifischen Modulationsfrequenz ab, welche sich von den Modulationsfrequenzen der anderen Lichtquellen 111 der Lichtquellengruppe 115 unterscheidet. Die Anzahl der von einer Lichtquellengruppe 115 emittierten und unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen 130 entspricht daher der Anzahl der Lichtquellen 111 der Lichtquellengruppe 115. Die maximale Intensität der abgegebenen Lichtstrahlungen 130 kann jeweils gleich sein.
Zur Veranschaulichung dieser Gegebenheit zeigt 9 zeitabhängige Intensitätsverläufe von vier unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen 130, wie sie in dem kontinuierlichen Betriebsmodus 236 von vier Lichtquellen 111 einer Lichtquellengruppe 115 des Emitter 110 gemeinsam ausgesendet werden können. Wie oben angegeben wurde, kann für die nacheinander angesteuerten Lichtquellengruppen 115 des Emitters 110 eine andere bzw. größere Anzahl an Lichtquellen 111, zum Beispiel sechzehn Lichtquellen 111, in Betracht kommen. Von einer solchen Lichtquellengruppe 115 kann insofern eine andere bzw. größere Anzahl an unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen 130, also zum Beispiel sechzehn verschieden modulierte Lichtstrahlungen 130, gemeinsam abgegeben werden. Für die Ansteuerung des Emitters 110 mit den nacheinander betriebenen Lichtquellengruppen 115 können bei jeder der Lichtquellengruppen 115 jeweils dieselben unterschiedlichen Modulationsfrequenzen in dem kontinuierlichen Betriebsmodus 236 zur Anwendung kommen.
Das durch den Detektor 120 des Lidar-Systems 100 in dem kontinuierlichen Betriebsmodus 236 einer Lichtquellengruppe 115 im Falle einer Rückreflexion erzeugte modulierte Detektorsignal 221 kann durch eine Überlagerung der erfassten und unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen 130 gebildet sein, und dementsprechend eine Überlagerung dieser Lichtstrahlungen 130 wiedergeben. Das Detektorsignal 221 kann eine sich zeitlich ändernde bzw. modulierte Amplitude aufweisen, wobei die zeitliche Änderung der Amplitude entsprechend der Überlagerung der unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen 130 erfolgen kann (nicht dargestellt).
Im Rahmen der durch die Steuervorrichtung 105 durchgeführten Auswertung eines solchen modulierten Detektorsignals 221 machen es die verschiedenen Modulationsfrequenzen möglich, eine Separation in Bezug auf die unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen 130 zu erzielen, und diese somit separat zu betrachten. Zu diesem Zweck kann durch die Steuervorrichtung 105 eine Frequenzfilterung oder Fouriertransformation des Detektorsignals 221 vorgenommen werden, wie es weiter unten anhand der 11, 12 erläutert wird.
Die Modulationsfrequenzen sind in diesem Zusammenhang derart gewählt, dass bei der Auswertung eine zuverlässige Separation in Bezug auf die unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen 130 möglich ist. Die Modulationsfrequenzen können zum Beispiel im MHz-Bereich liegen. Hierbei kann es sich um mehrstellige MHz-Frequenzen handeln. Die verwendeten Modulationsfrequenzen können sich zum Beispiel jeweils um 50MHz voneinander unterscheiden, so dass Modulationsfrequenzen von beispielsweise 50MHz, 100MHz, 150MHz, 200MHz usw. zum Einsatz kommen können.
Hinsichtlich der Auswertung zu dem kontinuierlichen Betriebsmodus 236 wird, abweichend zu dem gepulsten Betriebsmodus 235, ein indirekter Ansatz in Form einer indirekten Laufzeitmessung (indirect TOF) verfolgt. Hierbei wird mit Bezug auf jede der erfassten und unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen 130 eine Phaseninformation in Form einer Phasenverschiebung Δφ, und hierauf basierend eine Abstandsinformation 185, durch die Steuervorrichtung 105 ermittelt.
Zur Veranschaulichung zeigt 10 ein Diagramm mit möglichen zeitabhängigen Intensitätsverläufen einer modulierten Lichtstrahlung 130 beim Aussenden von einer Lichtquelle 111 des Emitters 110 (durchgezogene Linie) und nach einer Rückreflexion an einem Objekt beim Empfangen durch den Detektor 120 (gestrichelte Linie). Abweichend von der schematischen Darstellung in 10 kann die Intensität der rückreflektierten Lichtstrahlung 130 geringer sein als die der emittierten Lichtstrahlung 130. Die emittierte und reflektierte Lichtstrahlung 130 weisen eine Phasenverschiebung Δφ_i zueinander auf. Die Phasenverschiebung Δφ_i ist, neben der Lichtgeschwindigkeit und der jeweiligen Modulationsfrequenz ω_i, abhängig von der zurückgelegten Wegstrecke und damit von dem Abstand des die Lichtstrahlung 130 rückreflektierenden Objekts. Durch eine Auswertung anhand der Phasenverschiebung Δφ_i kann infolgedessen eine Abstandsinformation 185 gewonnen werden (vgl. die 11, 12).
Mit Bezug auf die Lichtemission einer Lichtquellengruppe 115 in dem kontinuierlichen Betriebsmodus 236 können anhand eines durch den Detektor 120 erzeugten modulierten Detektorsignals 221 (abhängig von der Anzahl der rückreflektierten Lichtstrahlungen 130) für wenigstens eine bzw. mehrere oder jede der von dem Detektorsignal 221 umfassten rückreflektierten und unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen 130 eine Phaseninformation Δφ_iund eine dazugehörige Abstandsinformation 185 durch die Steuervorrichtung 105 bereitgestellt werden. Die Phasenlagen der jeweils emittierten Lichtstrahlungen 130, auf welche die Phaseninformationen bzw. Phasenverschiebungen Δφ_i jeweils bezogen sind, können dabei zum Beispiel aufgrund der durch die Steuervorrichtung 105 vorgenommenen Ansteuerung der betreffenden Lichtquellen 111 bekannt sein, oder in einer anderen geeigneten Art und Weise bestimmt werden. Wie oben erläutert wurde, werden die Lichtstrahlungen 130 der Lichtquellen 111 des Emitters 110 in unterschiedliche Raumwinkelbereiche eines Zielbereichs 150 ausgesendet (vgl. 4). Dementsprechend ist es möglich, für verschiedene Raumwinkelbereiche jeweils eine eigene Phaseninformation Δφ_i und eine Abstandsinformation 185 bereitzustellen. Die Abstandsinformation 185 kann sich hierbei auf einen spezifischen räumlichen Punkt oder Bereich eines rückreflektierenden Objekts beziehen.
Bei dem indirekten Ansatz, eine Abstandsinformation 185 anhand einer Phaseninformation Δφ_i bereitzustellen, kann es aufgrund der Periodizität der eingesetzten modulierten Lichtstrahlungen 130 zu einer Mehrdeutigkeit kommen. Dabei besteht die Möglichkeit, anhand der Phaseninformation Δφ_i mehrere verschiedene Abstandswerte zu ermitteln.
Für die durch die Steuervorrichtung 105 durchgeführte Auswertung eines in dem kontinuierlichen Betriebsmodus 236 einer Lichtquellengruppe 115 erzeugten modulierten Detektorsignals 221 ist daher vorgesehen, das Bereitstellen der Phaseninformation(en) Δφ_i und Abstandsinformation(en) 185 unter zusätzlicher Berücksichtigung der in dem vorangegangenen gepulsten Betriebsmodus 235 derselben Lichtquellengruppe 115 gewonnenen Referenz-Abstandsinformation 180 und gegebenenfalls der Tiefeninformation 181 durchzuführen. Diese Informationen 180, 181 können aufgrund des für deren Bestimmung verwendeten direkten Ansatzes eindeutig sein, und somit zum Abgleichen eingesetzt werden, um eine zu einer Phaseninformation Δφ_i gehörende Abstandsinformation 185 in eindeutiger Weise zu bestimmen. Hierdurch können weitere Abstandswerte, welche zwar der Phaseninformation Δφ_i gerecht werden können, jedoch unvereinbar sind zu der Referenz-Abstandsinformation 180 und gegebenenfalls der Tiefeninformation 181, unberücksichtigt bleiben.
11 veranschaulicht in einem Diagramm ein mögliches Durchführen einer Auswertung durch die Steuervorrichtung 105 des Lidar-Systems 100, wobei eine Frequenzfilterung zur Anwendung kommt. Die Auswertung wird auf der Grundlage von in dem gemeinsamen Strahlungsbetrieb einer Lichtquellengruppe 115 durch den Detektor 120 erzeugten Detektorsignalen 220, 221 vorgenommen. Der Strahlungsbetrieb umfasst wie oben angegeben einen gepulsten Betriebsmodus 235, wodurch pulsförmige Detektorsignale 220 erzeugt werden können, und einen kontinuierlichen Betriebsmodus 236, wodurch ein moduliertes Detektorsignal 221 erzeugt werden kann. Das Ansteuern der Lichtquellengruppe 115 in den unterschiedlichen Betriebsmodi 235, 236 erfolgt zeitlich nacheinander, was in entsprechender Weise für das Erzeugen der jeweiligen Detektorsignale 220, 221 gilt. Hierdurch ist eine zeitliche Separation 170 in Bezug auf eine Verarbeitung und Auswertung der Detektorsignale 220, 221 durch die Steuervorrichtung 105 möglich.
Für die pulsförmigen Detektorsignale 220 kommt eine direkte Laufzeitanalyse 171 zum Einsatz mit dem Ziel, wie oben erläutert eine Referenz-Abstandsinformation 180 und gegebenenfalls eine Tiefeninformation 181 bereitzustellen. Die Referenz-Abstandsinformation 180 bezieht sich, entsprechend der durch die Lichtquellen 111 der betreffenden Lichtquellengruppe 115 erfolgten pulsförmigen Lichtemission, auf einen mehrere Raumwinkelbereiche umfassenden Bestrahlungsbereich.
Für das modulierte Detektorsignal 221 kommt eine separate Auswertung in Bezug auf die unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen 130 zur Anwendung. Zu diesem Zweck wird eine auf die unterschiedlichen Modulationsfrequenzen ω_i abgestimmte Filterung 174 des Detektorsignals 221 durchgeführt. Wie in 11 angedeutet ist, kann die Steuervorrichtung 105 zu diesem Zweck auf die Modulationsfrequenzen ω_i abgestimmte Bandpassfilter 274 aufweisen, mit welchen die Filterung 174 des Detektorsignals 221 vorgenommen werden kann. Entsprechend der oben beschriebenen Ausgestaltung einer Lichtquellengruppe 115 mit sechzehn Lichtquellen 111 und einer hierzu korrespondierenden Verwendung von sechzehn Modulationsfrequenzen ω₁ bis ω₁₆ erfolgt die Bandpassfilterung für jede der sechzehn Modulationsfrequenzen ω₁ bis ω₁₆.
Das nach der Filterung 174 vorliegende und in unterschiedliche Frequenzanteile zerlegte Detektorsignal 174 wird anschließend einer Phasendetektion 175 unterzogen mit dem Ziel, wie oben erläutert für die rückreflektierten und unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen 130 eine Phaseninformation Δφ_i, und hierauf basierend eine Abstandsinformation 185, bereitzustellen. Die Phasendetektion 175 zum Ausgeben der Phaseninformationen Δφ_i kann mit Hilfe von in 11 angedeuteten Phasendetektoren 275 bzw. Phasenvergleichern der Steuervorrichtung 105 durchgeführt werden. Hinsichtlich der sechzehn Modulationsfrequenzen ω₁ bis ω₁₆ können auf diese Weise (je nach Anzahl der rückreflektierten Lichtstrahlungen 130 bis zu) sechzehn Phaseninformationen Δφ_i bis Δφ₁₆, und hierauf basierend (bis zu) sechzehn Abstandsinformationen 185 bereitgestellt werden. Um die Abstandsinformationen 185 in eindeutiger Weise bereitstellen zu können, erfolgt dieser Schritt unter zusätzlicher Berücksichtigung der durch die Laufzeitanalyse 171 bereitgestellten Referenz-Abstandsinformation 180 und gegebenenfalls der Tiefeninformation 181. Eine auf diese Weise bestimmte Abstandsinformation 185 bezieht sich auf die von einer Lichtquelle 111 der Lichtquellengruppe 115 emittierte modulierte Lichtstrahlung 130, und damit auf einen einzelnen Raumwinkelbereich.
Als Alternative zur Frequenzfilterung kann eine Fouriertransformation zum Einsatz kommen. Zur Veranschaulichung zeigt 12 in einem Diagramm eine weitere mögliche Vorgehensweise, wie sie für die durch die Steuervorrichtung 105 vorgenommene Auswertung in Betracht kommen kann. Die Auswertung erfolgt anhand von in dem gemeinsamen Strahlungsbetrieb einer Lichtquellengruppe 115 durch den Detektor 120 erzeugten Detektorsignalen 220, 221. Die nacheinander ausgeführten Betriebsmodi 235, 236 ermöglichen eine zeitliche Separation 170 in Bezug auf eine Verarbeitung und Auswertung der Detektorsignale 220, 221. Für die in dem gepulsten Betriebsmodus 235 der Lichtquellengruppe 115 erzeugten pulsförmigen Detektorsignale 220 wird eine direkte Laufzeitanalyse 171 eingesetzt, um eine Referenz-Abstandsinformation 180 und gegebenenfalls eine Tiefeninformation 181 bereitzustellen. Die Referenz-Abstandsinformation 180 bezieht sich auf einen mehrere Raumwinkelbereiche umfassenden Bestrahlungsbereich.
Das in dem kontinuierlichen Betriebsmodus 236 der Lichtquellengruppe 115 erzeugte modulierte Detektorsignal 221 wird einer Fourieranalyse 177 unterzogen mit dem Ziel, die rückreflektierten und unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen 130 separat zu betrachten und wie oben angegeben eine Phaseninformation Δφ_i, und hierauf basierend eine Abstandsinformation 185, bereitzustellen. Im Zuge der Fourieranalyse 177 wird eine Fouriertransformation des modulierten Detektorsignals 221 im Frequenzbereich durchgeführt. Hierbei kann es sich um eine schnelle Fouriertransformation (FFT, fast fourier transform) handeln. Das modulierte Detektorsignal 221 wird dabei in unterschiedliche Frequenzanteile zerlegt bzw. aufgeteilt, was es möglich macht, für die unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen 130 eine zugehörige Phaseninformation Δφ_i bereitzustellen. Die Fourieranalyse 177 kann mit Hilfe eines Analysators bzw. FFT-Analysators der Steuervorrichtung 105 durchgeführt werden. Entsprechend den sechzehn Modulationsfrequenzen ω₁ bis ω₁₆ können (je nach Anzahl der rückreflektierten Lichtstrahlungen 130 bis zu) sechzehn Phaseninformationen Δφ₁ bis Δφ₁₆, und hierauf basierend (bis zu) sechzehn Abstandsinformationen 185 bereitgestellt werden. Um die Abstandsinformationen 185 in eindeutiger Weise bereitzustellen, wird dieser Schritt unter zusätzlicher Berücksichtigung der Referenz-Abstandsinformation 180 und gegebenenfalls der Tiefeninformation 181 durchgeführt. Eine auf diese Weise bestimmte Abstandsinformation 185 bezieht sich auf einen einzelnen Raumwinkelbereich.
Wie oben erläutert wurde, erfolgt die Ansteuerung des Emitters 110 durch die Steuervorrichtung 105 im Betrieb des Lidar-Systems 100 derart, dass jeweils nacheinander von unterschiedlichen Lichtquellengruppen 115 aus mehreren Lichtquellen 111 eine gemeinsame Lichtemission in dem gepulsten Betriebsmodus 235 und in dem kontinuierlichen Betriebsmodus 236 stattfindet. Mit den Lichtquellen 111 werden dabei unterschiedliche Raumwinkelbereiche eines Zielbereichs 150 beleuchtet (vgl. die 3, 4). Die im Falle einer Rückreflexion durch den Detektor 120 erzeugten Detektorsignale 220, 221 werden durch die Steuervorrichtung 105 ausgewertet, wodurch u.a. Abstandsinformationen 185 zu unterschiedlichen Raumwinkelbereichen des Zielbereichs 150 gewonnen werden können (vgl. die 11, 12). Der Zielbereich 150 kann dadurch in Form eines Rasters mit einer hohen räumlichen Auflösung optisch abgetastet werden. Basierend auf den durch die Steuervorrichtung 105 bereitgestellten Informationen kann ein Abbild des Zielbereichs 150, zum Beispiel in Form einer dreidimensionalen Punktwolke, erzeugt werden.
Neben den vorstehend beschriebenen und in den Figuren abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen und/oder Kombinationen von Merkmalen umfassen können.
In diesem Sinne sind obige Zahlenangaben lediglich als Beispiele anzusehen, welche durch andere Angaben ersetzt werden können. Dies trifft zum Beispiel auf verwendete Modulationsfrequenzen, auf eine Anzahl von Lichtquellen 111 des Emitters 110, auf eine Anzahl von Lichtquellen 111 je Lichtquellengruppe 115, auf eine Anzahl an unterschiedlichen Modulationsfrequenzen, und auf Zeitangaben, zu.
Mit Bezug auf eine Ansteuerung von Lichtquellengruppen 115 besteht eine mögliche Abwandlung darin, für diese eine andere Anordnung aus gemeinsam betriebenen Lichtquellen 111 vorzusehen. Anstelle von in einer Reihe nebeneinander angeordneten Lichtquellen 111 können andere Anordnungen für die Lichtquellengruppen 115 in Betracht kommen, zum Beispiel Matrixanordnungen aus Lichtquellen 111 in Form von Zeilen und Spalten. Ein Beispiel ist eine Anordnung aus sechzehn Lichtquellen 111 in Form von vier Zeilen und Spalten (4x4-Anordnung).
Eine weitere mögliche Abwandlung besteht darin, in dem gemeinsamen Strahlungsbetrieb einer Lichtquellengruppe 115 die Betriebsmodi 235, 236 in umgekehrter Reihenfolge vorzunehmen, also zuerst den kontinuierlichen Betriebsmodus 236 und anschließend den gepulsten Betriebsmodus 235.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

100: Lidar-System
105: Steuervorrichtung
110: Emitter
111: Lichtquelle
115: Lichtquellengruppe
117: Laserbauelement
119: Abbildungsoptik
120: Detektor
121: Photodiode
129: Empfangsoptik
130: Lichtstrahlung
137: Lichtstrahl
138: Lichtstrahl
140: Puls
150: Zielbereich
170: Separation
171: Laufzeitanalyse
174: Filterung
175: Phasendetektion
177: Fourieranalyse
180: Referenz-Abstandsinformation
181: Tiefeninformation
185: Abstandsinformation
190: Objekt
195: Bestrahlungsbereich
220: Detektorsignal
221: Detektorsignal
235: gepulster Betriebsmodus
236: kontinuierlicher Betriebsmodus
274: Bandpassfilter
275: Phasendetektor
A: Amplitude
d: Tiefenausdehnung
D: Pulsdauer
I: Intensität
L: Amplitudenhöhe
m: Zeilenanzahl
n: Spaltenanzahl
t: Zeit
t0: Zeitpunkt
t1: Zeitpunkt
t2: Zeitpunkt
t3: Zeitpunkt
tr: Empfangszeit
S: Zeitabstand
W: Pulsbreite
Δφ: Phasenverschiebung
ω: Modulationsfrequenz

Claims

Lidar-System (100) zur Umgebungserfassung, aufweisend einen Emitter (110) zur Strahlungsemission und einen Detektor (120) zur Strahlungserfassung, wobei der Emitter (110) mehrere separat ansteuerbare Lichtquellen (111) zum Emittieren einer Lichtstrahlung (130) aufweist, wobei das Lidar-System ausgebildet ist, den Emitter (110) derart zu betreiben, dass ein gemeinsamer Strahlungsbetrieb durch eine Lichtquellengruppe (115) aus mehreren Lichtquellen (111) erfolgt, und wobei der gemeinsame Strahlungsbetrieb der Lichtquellengruppe (115) einen kontinuierlichen Betriebsmodus (236) umfasst, in welchem die Lichtquellen (111) der Lichtquellengruppe (115) unterschiedlich modulierte Lichtstrahlungen (130) mit unterschiedlichen Modulationsfrequenzen (ω) emittieren.
Lidar-System nach Anspruch 1, wobei bei einer Rückreflexion wenigstens ein Teil der unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen (130) mit Hilfe des Detektors (120) erfassbar ist und hierauf basierend ein moduliertes Detektorsignal (221) durch den Detektor (120) erzeugbar ist, und wobei das Lidar-System ausgebildet ist, anhand des modulierten Detektorsignals (221) wenigstens eine Phaseninformation (Δφ) und hierauf basierend eine Abstandsinformation (185) bereitzustellen.
Lidar-System nach Anspruch 2, wobei das Lidar-System ausgebildet ist, das Bereitstellen der Phaseninformation (Δφ) unter Anwendung einer Fouriertransformation des modulierten Detektorsignals (221) durchzuführen.
Lidar-System nach Anspruch 2, wobei das Lidar-System ausgebildet ist, das Bereitstellen der Phaseninformation (Δφ) unter Anwendung einer Frequenzfilterung des modulierten Detektorsignals (221) durchzuführen.
Lidar-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der gemeinsame Strahlungsbetrieb der Lichtquellengruppe (115) einen gepulsten Betriebsmodus (235) umfasst, in welchem die Lichtquellen (111) der Lichtquellengruppe (115) Lichtstrahlungen (130) in Form wenigstens eines gemeinsamen Pulses (140) emittieren.
Lidar-System nach Anspruch 5, wobei bei einer Rückreflexion wenigstens ein Teil der in Form eines Pulses (140) emittierten Lichtstrahlungen (130) mit Hilfe des Detektors (120) erfassbar ist und hierauf basierend ein pulsförmiges Detektorsignal (220) durch den Detektor (120) erzeugbar ist, und wobei das Lidar-System ausgebildet ist, anhand des pulsförmigen Detektorsignals (120) eine Referenz-Abstandsinformation (180) oder eine Referenz-Abstandsinformation (180) und eine Tiefeninformation (181) bereitzustellen.
Lidar-System nach Anspruch 6, wobei das Lidar-System ausgebildet ist, das Bereitstellen der Referenz-Abstandsinformation (180) auf der Grundlage einer Laufzeit der in Form eines Pulses (140) emittierten und wenigstens zum Teil rückreflektierten Lichtstrahlungen (130) durchzuführen.
Lidar-System nach Anspruch 6, wobei das Lidar-System ausgebildet ist, das Bereitstellen der Tiefeninformation (181) auf der Grundlage einer Pulsbreite (W) des pulsförmigen Detektorsignals (220) durchzuführen.
Lidar-System nach einem der Ansprüche 6 bis 8, soweit auf Anspruch 2 rückbezogen, wobei das Lidar-System ausgebildet ist, das Bereitstellen der Abstandsinformation (185) zusätzlich unter Berücksichtigung der Referenz-Abstandsinformation (180) oder unter Berücksichtigung der Referenz-Abstandsinformation (180) und der Tiefeninformation (181) durchzuführen.
Lidar-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtquellen (111) in Form von Oberflächenemittern ausgebildet sind.
Lidar-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Detektor (120) eines von Folgendem aufweist: eine einzelne Photodiode (121); oder eine einzelne Lawinenphotodiode.
Lidar-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Modulationsfrequenzen (ω) im MHz-Bereich liegen.
Lidar-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lidar-System ausgebildet ist, den Emitter (110) derart zu betreiben, dass ein gemeinsamer Strahlungsbetrieb jeweils nacheinander durch unterschiedliche Lichtquellengruppen (115) aus mehreren Lichtquellen (111) erfolgt, wobei der gemeinsame Strahlungsbetrieb einen kontinuierlichen Betriebsmodus (236) oder einen kontinuierlichen Betriebsmodus (236) und einen gepulsten Betriebsmodus (235) umfasst, wobei in dem kontinuierlichen Betriebsmodus (236) die Lichtquellen (111) der jeweiligen Lichtquellengruppe (115) unterschiedlich modulierte Lichtstrahlungen (130) mit unterschiedlichen Modulationsfrequenzen (ω) emittieren, und wobei in dem gepulsten Betriebsmodus (235) die Lichtquellen (111) der jeweiligen Lichtquellengruppe (115) Lichtstrahlungen (130) in Form wenigstens eines gemeinsamen Pulses (140) emittieren.
Verfahren zum Betreiben eines Lidar-Systems (100), wobei das Lidar-System einen Emitter (110) zur Strahlungsemission und einen Detektor (120) zur Strahlungserfassung aufweist, wobei der Emitter (110) mehrere separat ansteuerbare Lichtquellen (111) zum Emittieren einer Lichtstrahlung (130) aufweist, wobei der Emitter (110) derart betrieben wird, dass ein gemeinsamer Strahlungsbetrieb durch eine Lichtquellengruppe (115) aus mehreren Lichtquellen (111) erfolgt, und wobei der gemeinsame Strahlungsbetrieb der Lichtquellengruppe (115) einen kontinuierlichen Betriebsmodus (236) umfasst, in welchem die Lichtquellen (111) der Lichtquellengruppe (115) unterschiedlich modulierte Lichtstrahlungen (130) mit unterschiedlichen Modulationsfrequenzen (ω) emittieren.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei bei einer Rückreflexion wenigstens ein Teil der unterschiedlich modulierten Lichtstrahlungen (130) mit Hilfe des Detektors (120) erfasst wird und hierauf basierend ein moduliertes Detektorsignal (221) durch den Detektor (120) erzeugt wird, und wobei anhand des modulierten Detektorsignals (221) wenigstens eine Phaseninformation (Δφ) und hierauf basierend eine Abstandsinformation (185) bereitgestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei der gemeinsame Strahlungsbetrieb der Lichtquellengruppe (115) einen gepulsten Betriebsmodus (235) umfasst, in welchem die Lichtquellen (111) der Lichtquellengruppe (115) Lichtstrahlungen (130) in Form wenigstens eines gemeinsamen Pulses (140) emittieren.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei bei einer Rückreflexion wenigstens ein Teil der in Form eines Pulses (140) emittierten Lichtstrahlungen (130) mit Hilfe des Detektors (120) erfasst wird und hierauf basierend ein pulsförmiges Detektorsignal (220) durch den Detektor (120) erzeugt wird, und wobei anhand des pulsförmigen Detektorsignals (220) eine Referenz-Abstandsinformation (180) oder eine Referenz-Abstandsinformation (180) und eine Tiefeninformation (181) bereitgestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 17, soweit auf Anspruch 15 rückbezogen, wobei das Bereitstellen der Abstandsinformation (185) zusätzlich unter Berücksichtigung der Referenz-Abstandsinformation (181) oder unter Berücksichtigung der Referenz-Abstandsinformation (181) und der Tiefeninformation (185) durchgeführt wird.