DE112021007023T5 - Festkörperlidar und Detektionsverfahren unter Verwendung eines derartigen Festkörperlidars - Google Patents

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Xuezhou Zhu
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Abstract

Ein Festkörperlidar (100) umfasst: mehrere Sendemodule (110), von denen jedes mindestens eine Lichtemissionseinheit (111) umfasst, wobei die Lichtemissionseinheit (111) mehrere Laser umfasst, die konfiguriert sind, um gleichzeitig einen Detektionsstrahl zu emittieren; ein Empfangsmodul (120), das mindestens eine Detektionseinheit (121) umfasst, die mehrere photoelektrische Detektoren umfasst, die dazu eingerichtet sind, ein Echo zu empfangen, das durch Reflexion eines Detektionsstrahls an einem Ziel erzeugt wird; wobei die mehreren Sendemodule (110) um das Empfangsmodul (120) herum angeordnet sind, wobei sich die Lichtemissionseinheiten (111) der mehreren Sendemodule (110) auf derselben Ebene befinden, wobei eine Detektionseinheit (121) konfiguriert ist, um ein Echo zu empfangen, das durch Reflexion eines von der Lichtemissionseinheit (111) der mehreren Sendemodule (110) emittierten Detektionsstrahls an einem Ziel erzeugt wird. Für einen Sichtfeldwinkel eines eingestellten Bereichs wird die Länge der gleichzeitig emittierenden matrixartigen Lichtemissionseinheit (111) durch Vorsehen einer Vielzahl von Sendemodulen (110) stark reduziert, wodurch die Lichtemissionsungleichförmigkeit der Lichtemissionseinheit (111) stark reduziert wird, der Entfernungsmessfehler des Festkörperlidars (100) innerhalb des eingestellten Sichtfeldwinkels verringert wird und die Entfernungsmessleistung verbessert wird.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das technische Gebiet der Laserdetektion, insbesondere ein Festkörperlidar und ein Detektionsverfahren unter Verwendung eines derartigen Festkörperlidars.
  • STAND DER TECHNIK
  • Lidar kann die Entfernung, Geschwindigkeit und andere Informationen eines Ziels mit hoher Genauigkeit erfassen oder die Zielabbildung realisieren und spielt eine wichtige Rolle in den Bereichen Vermessung, Kartierung und Navigation. Im Allgemeinen kann Lidar in zwei Kategorien unterteilt werden: Mechanisches Lidar und Festkörperlidar. Das mechanische Lidar verwendet mechanische rotierende Komponenten als Verwirklichungsmethoden für die Strahlabtastung, womit eine Großwinkelabtastung realisiert werden kann, aber die Montage ist schwierig und die Abtastfrequenz ist niedrig. Für Festkörperlidar umfassen die aktuellen Verwirklichungsmethoden mikroelektromechanische Systeme, Flächenarray-Festkörperradar und optische Phased-Array-Technologie.
  • Die Lichtquelle eines Flächenarray-Festkörperlidars ist typischerweise eine hochdichte oberflächenemittierender Laseranordnung mit vertikaler Kavität (VCSEL), und mehrere parallel geschaltete Laser bilden eine Lichtemissionseinheit und werden gleichzeitig angetrieben, um Licht zu emittieren. Die Lichtemissionseinheit hat eine lange Länge, eine schmale Breite und ein hohes Längen-Breiten-Verhältnis, was zu einem Spannungsabfall des Widerstands und der parasitären Induktivität auf der Antriebsleitung bei hohem Strom und hohem Frequenzantrieb führt, so dass der Antriebsstrom mehrerer Laser entlang der Ausbreitungsrichtung des Treibersignals allmählich abnimmt und die Lichtemissionshelligkeit allmählich abnimmt. Darüber hinaus ist die Intensitätsverteilung des Detektionslichts in der Ausdehnungsrichtung der Lichtemissionseinheit im Sichtfeld des Lidars ungleichmäßig, was die Entfernungsmessfähigkeit und die Detektionsgenauigkeit des Festkörperlidars beeinflusst.
  • Der Inhalt des technischen Hintergrunds stellt nur eine Technologie dar, die dem Anmelder bekannt ist und natürlich nicht den Stand der Technik auf diesem Gebiet darstellt.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Angesichts von mindestens einem Nachteil des Standes der Technik stellt die vorliegende Erfindung ein Festkörperlidar bereit. Es umfasst: mehrere Sendemodule, von denen jedes mindestens eine Lichtemissionseinheit umfasst, wobei die Lichtemissionseinheit mehrere Laser umfasst, die konfiguriert sind, um gleichzeitig einen Detektionsstrahl zu emittieren;
    ein Empfangsmodul, das mindestens eine Detektionseinheit umfasst, die mehrere photoelektrische Detektoren umfasst, die dazu eingerichtet sind, ein Echo zu empfangen, das durch Reflexion eines Detektionsstrahls an einem Ziel erzeugt wird;
    wobei die mehreren Sendemodule um das Empfangsmodul herum angeordnet sind, wobei sich die Lichtemissionseinheiten der mehreren Sendemodule auf derselben Ebene befinden, wobei eine Detektionseinheit konfiguriert ist, um ein Echo zu empfangen, das durch Reflexion eines von der Lichtemissionseinheit der mehreren Sendemodule emittierten Detektionsstrahls an einem Ziel erzeugt wird.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die mehreren Laser der Lichtemissionseinheit streifenförmig angeordnet sind, wobei das Sendemodul mehrere Lichtemissionseinheiten umfasst, die in einer Richtung senkrecht zu der streifenförmigen Ausdehnungsrichtung angeordnet sind.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sendemodule auf beiden Seiten des Empfangsmoduls angeordnet sind und die Anzahl der Sendemodule auf beiden Seiten des Empfangsmoduls gleich oder unterschiedlich ist.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass jedes der Sendemodule mehrere Lichtemissionseinheiten in der gleichen Anzahl umfasst, wobei sich die Lichtemissionseinheiten, die der gleichen Detektionseinheit zugeordnet sind, auf der gleichen geraden Linie befinden.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die Sichtfelder teilweise überlappen, die den mehreren Lichtemissionseinheiten entsprechen, die sich auf derselben geraden Linie befinden.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass das Festkörperlidar zwei Sendemodule umfasst, die auf beiden Seiten des Empfangsmoduls angeordnet sind.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lichtemissionseinheit eine VCSEL-Anordnung umfasst, wobei die Detektionseinheit eine SPAD-Anordnung umfasst.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Lückenfüllerlaser auf einer weit von dem Empfangsmodul entfernten Seite in der streifenförmigen Ausdehnungsrichtung der Lichtemissionseinheit angeordnet ist, wobei der Lückenfüllerlaser und die Lichtemissionseinheit unterschiedliche Gemäß einem Echo, das durch Reflexion des von dem Lückenfüllerlaser emittierten Detektionslichts an einem Ziel erzeugt wird, von einer Detektionseinheit empfangen werden kann, die der Lichtemissionseinheit entspricht.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sendemodul ferner eine Elektrodeneinheit umfasst, die elektrisch mit den mehreren Lasern der Lichtemissionseinheit verbunden ist, wobei die Elektrodeneinheit mehrere Treiberenden umfasst, über die gleichzeitig Treibersignale auf die mehreren Laser der Lichtemissionseinheit geladen werden.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Elektrodeneinheit ferner ein Bondpad enthält, das an beiden Enden in der streifenförmigen Ausdehnungsrichtung der Lichtemissionseinheit angeordnet ist und zum Laden des Antriebssignals dient.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sendemodul ferner eine sendende optische Komponente umfasst, wobei sich mindestens eine Lichtemissionseinheit des Sendemoduls auf einer Brennebene der sendenden optischen Komponente befindet, wobei die sendende optische Komponente konfiguriert ist, um einen von der mindestens einen Lichtemissionseinheit emittierten Detektionsstrahl zu empfangen und nach dessen Formung in einen Zielraum zu emittieren.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die mehreren Sendemodule die gleichen sendenden optischen Komponenten aufweisen.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sendemodul ferner eine Mikrolinsenanordnung umfasst, die stromabwärts von dem optischen Weg der mehreren Laser angeordnet ist.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sendemodul ferner Folgendes umfasst:
    • eine empfangende optische Komponente, die konfiguriert ist, um ein Echo, das durch Reflexion eines von dem Festkörperlidar emittierten Detektionsstrahls eines ersten Bandes an einem Ziel erzeugt wird, und einen Strahl eines zweiten Bandes zu empfangen und zu bündeln, wobei das zweite Band das erste Band nicht umfasst;
    • eine Strahlteilereinheit, die stromabwärts von einem optischen Weg der empfangenden optischen Komponente angeordnet ist und konfiguriert ist, um ein reflektiertes Echo des Erfassungsstrahls von einem optischen Weg des Strahls des zweiten Bandes zu trennen;
    • wobei die mindestens eine Detektionseinheit stromabwärts von einem optischen Weg der Strahlteilereinheit angeordnet und konfiguriert ist, um ein reflektiertes Echo des Detektionsstrahls aus der Strahlteilereinheit zu empfangen und in ein elektrisches Signal umzuwandeln; und
    • mindestens eine Abbildungseinheit, die stromabwärts von dem optischen Weg der Strahlteilereinheit angeordnet und konfiguriert ist, um einen Strahl des zweiten Bandes aus der Strahlteilereinheit zu empfangen und abzubilden.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die mehreren photoelektrischen Detektoren jeder der Detektionseinheiten gleichzeitig aktiviert werden, um das reflektierte Echo zu empfangen, wobei jede der Abbildungseinheiten mehrere Bildsensoren umfasst, wobei die mehreren Bildsensoren jeder der Abbildungseinheiten gleichzeitig aktiviert werden, um den Strahl des zweiten Bandes zu empfangen und abzubilden, und eine Detektionseinheit und eine Abbildungseinheit, die demselben Sichtfeldbereich entsprechen, gleichzeitig zur Detektion und Belichtung aktiviert werden.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Strahlteilereinheit einen strahlteilenden teildurchlässigen Spiegel enthält, Gemäß einem, dass ein reflektiertes Echo des Detektionsstrahls reflektiert und ein Strahl des zweiten Bandes hindurchgelassen wird oder ein reflektiertes Echo des Detektionsstrahls hindurchgelassen und ein Strahl des zweiten Bandes reflektiert wird.
  • Die Erfindung stellt ferner ein Detektionsverfahren unter Verwendung des obigen Festkörperlidars bereit. Es umfasst:
    • die Lichtemissionseinheit des Sendemoduls emittiert einen Detektionsstrahl zum Detektieren des Ziels;
    • die Detektionseinheit des Empfangsmoduls empfängt ein Echo, das durch Reflexion des Detektionsstrahls an dem Ziel erzeugt wird;
    • die Entfernung des Ziels wird basierend auf der Zeit bestimmt, zu der der Detektionsstrahl emittiert wird, und der Zeit, zu der das Echo empfangen wird.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass das Festkörperlidar zwei Sendemodule umfasst, die auf beiden Seiten des Empfangsmoduls angeordnet sind, wobei die zwei Sendemodule mehrere Lichtemissionseinheiten in der gleichen Anzahl umfassen, wobei sich die Lichtemissionseinheiten, die der gleichen Detektionseinheit zugeordnet sind, auf derselben geraden Linie befinden, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst:
    • zwei Lichtemissionseinheiten, die derselben Detektionseinheit zugeordnet sind, emittieren Licht gleichzeitig oder abwechselnd.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere Laser der Lichtemissionseinheit streifenförmig angeordnet sind, wobei ein Lückenfüllerlaser auf einer weit von dem Empfangsmodul entfernten Seite in der streifenförmigen Ausdehnungsrichtung der Lichtemissionseinheit angeordnet ist, wobei der Lückenfüllerlaser und die Lichtemissionseinheit unterschiedliche Erfassungsbereiche aufweisen und ein Echo, das durch Reflexion des von dem Lückenfüllerlaser emittierten Detektionslichts an einem Ziel erzeugt wird, von einer Detektionseinheit empfangen werden kann, die der Lichtemissionseinheit entspricht, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: der Lückenfüllerlaser und die Lichtemissionseinheit emittieren Licht gleichzeitig.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere Laser der Lichtemissionseinheit streifenförmig angeordnet sind, wobei das Sendemodul ferner eine Elektrodeneinheit umfasst, die elektrisch mit den mehreren Lasern der Lichtemissionseinheit verbunden ist, wobei die Elektrodeneinheit mehrere Treiberenden umfasst, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst:
    • ein Treibersignal wird gleichzeitig an mehrere Laser der Lichtemissionseinheit durch die mehreren Treiberenden geladen.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Elektrodeneinheit ferner ein Bondpad umfasst, das an beiden Enden der streifenförmigen Ausdehnungsrichtung der Lichtemissionseinheit angeordnet ist, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst:
    • das Treibersignal wird über das Bondpad geladen.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass das Empfangsmodul ferner Folgendes umfasst: eine empfangende optische Komponente; eine Strahlteilereinheit, die stromabwärts von einem optischen Weg der empfangenden optischen Komponente angeordnet ist; wobei die mindestens eine Detektionseinheit stromabwärts von einem optischen Weg der Strahlteilereinheit angeordnet ist; mindestens eine Bildgebungseinheit, die stromabwärts von einem optischen Weg der Strahlteilereinheit angeordnet ist, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst:
    • Empfangen und Bünden eines Echos, das durch Reflexion eines von dem Festkörperlidar emittierten Detektionsstrahls eines ersten Bandes an einem Ziel erzeugt wird, und eines Strahls eines zweiten Bandes durch die empfangende optische Komponente, wobei das zweite Band das erste Band nicht umfasst;
    • Trennen eines reflektierten Echos des Detektionsstrahls von einem optischen Weg des Strahls des zweiten Bandes durch die Strahlteilereinheit;
    • Empfangen eines reflektierten Echos des Detektionsstrahls aus der Strahlteilereinheit durch die mindestens eine Detektionseinheit und Umwandeln in ein elektrisches Signal;
    • Empfangen eins Strahls des zweiten Bandes aus der Strahlteilereinheit und Abbilden durch die mindestens eine Abbildungseinheit.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt ein Festkörperlidar bereit, bei dem für einen Sichtfeldwinkel eines eingestellten Bereichs die Länge der gleichzeitig emittierenden matrixartigen Lichtemissionseinheit durch Vorsehen einer Vielzahl von Sendemodulen stark reduziert wird, wodurch die Lichtemissionsungleichförmigkeit der Lichtemissionseinheit stark reduziert wird, der Entfernungsmessfehler des Festkörperlidars innerhalb des eingestellten Sichtfeldwinkels verringert wird und die Entfernungsmessleistung verbessert wird.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Anzahl von Lasern, die gleichzeitig Licht emittieren, verringert, die Sendeleistung einer einzelnen Lichtemissionseinheit wird verringert, die sendeseitige Wärmeableitung kann verringert werden, und die Temperaturschwankung kann verringert werden.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Sendeleistung einer einzelnen Lichtemission für den Fall reduziert werden, dass die Lichtemissionseinheit, die einer Vielzahl von Sendemodulen entspricht, zu verschiedenen Zeiten Licht emittiert, was für die Sicherheit des menschlichen Auges vorteilhaft ist. Unter der Voraussetzung, die Sicherheitsanforderungen des menschlichen Auges zu erfüllen, kann die Laserleistung erhöht, die optische Detektionsleistung erhöht und die Entfernungsmessfähigkeit des Lidars verbessert werden, da die Anzahl der Laser, die gleichzeitig Licht emittieren, verringert wird.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gibt es, nachdem das von den mehreren Sendemodulen emittierte Detektionslicht geformt und emittiert wurde, einen bestimmten überlappenden Bereich im Sichtfeld in der Mitte, womit die Detektionsgenauigkeit des zentralen Bereichs erhöht werden kann.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Länge der matrixartigen Lichtemissionseinheit in einigen Sendemodulen in geeigneter Weise verlängert werden, wodurch der Blindzonenbereich des Festkörperlidars effektiv reduziert werden kann, und es ist nicht notwendig, eine spezielle Konstruktion der Laserflächenanordnung durchzuführen, und die Komplexität des Designs und des Prozesses wird nicht erhöht.
  • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die beiliegenden Zeichnungen dienen zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und stellen eine Bestandteil der Beschreibung dar, wobei sie zusammen mit den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen einer Erläuterung der Erfindung dienen, ohne die Erfindung einzuschränken. Darin zeigen
    • 1 ein schematisches Diagramm eines Festkörperlidars im Stand der Technik;
    • 2 schematisch ein Teiloberflächenstrukturdiagramm einer nach oben abstrahlenden Oberflächenarray-Lichtquelle mit oberflächenemittierender Laseranordnung mit vertikaler Kavität (VCSEL);
    • 3 schematisch einen Fall, in dem eine Reihe von parallel geschalteten Lasern eine ungleichmäßige Lichtemission aufweist;
    • 4A schematisch eine Seitenansicht eines Festkörperlidars gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 4B schematisch eine Frontansicht eines Festkörperlidars gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 5A schematisch eine Seitenansicht eines Festkörperlidars gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 5B schematisch eine Frontansicht eines Festkörperlidars gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 6A schematisch ein zeilenweise in einer vertikalen Richtung abtastendes Festkörperlidar gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 6B schematisch ein zeilenweise in einer horizontalen Richtung abtastendes Festkörperlidar gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 7 schematisch einen Sichtfeldbereich eines Festkörperlidars gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 8 schematisch die Bildung einer blinden Zone eines Bypasslidars;
    • 9 ein schematisches Diagramm eines optischen Weges eines Lückenfüllerlasers gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 10 schematisch eine Position eines Lückenfüllerlasers gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf einer matrixartigen Lichtemissionseinheit;
    • 11 schematisch das Vorsehen eines bidirektionalen Antriebs für eine matrixartige Lichtemissionseinheit gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 12 schematisch die Integration einer Laseranordnung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer Mikrolinsenanordnung;
    • 13 schematisch ein Empfangsmodul gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 14 schematisch ein Empfangsmodul gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 15 schematisch ein Festkörperlidar gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 16 ein Detektionsverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • KONKRETE AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden werden nur einige beispielhafte Ausführungsbeispiele kurz beschrieben. Wie der Fachmann erkennen kann, können die beschriebenen Ausführungsbeispiele auf verschiedene Arten modifiziert werden, ohne vom Geist oder Umfang der Erfindung abzuweichen. Daher gelten die Zeichnungen und Beschreibungen als im Wesentlichen beispielhaft und nicht einschränkend.
  • Es versteht sich in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung, dass die Begriffe „mittig“, „Längsrichtung“, „Querrichtung“, „Länge“, „Breite“, „Dicke“, „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „links“, „rechts“, „vertikal“, „horizontal“, „oberste“, „unterste“, „innen“, „außen“, „Uhrzeigersinn“, „Gegenuhrzeigersinn“ usw. jeweils in Bezug auf die dargestellte Richtungs- oder Positionsbeziehung in der jeweiligen Abbildung verwendet werden, um lediglich die Erfindung zu schildern und ggf. die Schilderung zu vereinfachen. Mit anderen Worten wird mit diesen Begriffen weder im- noch explizit auf die Positionierung sowie die Ausgestaltung und Bedienung der betreffenden Vorrichtung oder des betreffenden Elements in einer vorbestimmten Positionierung hingedeutet, so dass auch hier keine Einschränkung der Erfindung vorliegt. Des Weiteren ist darauf hinzuweisen, dass die Begriffe „erste“ und „zweite“ nicht als im- oder expliziter Hinweis auf die relative Wichtigkeit oder auf die Anzahl des betroffenen Merkmals verstanden werden sollten. Stattdessen dienen diese lediglich der Beschreibung. Somit kann ein mit „erst“ oder „zweit“ genauer bestimmtes Merkmal explizit oder implizit darauf hinweisen, dass ein oder mehr derartige Merkmale umfasst sind. In der Beschreibung der vorliegenden Erfindung bezieht sich der Begriff „mehrere“ auf eine Anzahl von zwei oder mehr, sofern nicht anders angegeben.
  • Bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung sollen die Begriffe „anbringen“, „miteinander verbunden“, „verbinden“ o. dgl., soweit nicht ausdrücklich anders angegeben, im weiteren Sinne verstanden werden. So kann es sich dabei z.B. sowohl um eine feste, eine lösbare oder eine einteilige Verbindung als auch um eine mechanische und auch eine elektrische Verbindung oder eine Kommunikationsmöglichkeit handeln. Zudem sind auch direkte Verbindungen, indirekte bzw. über ein Zwischenstück hergestellte Verbindungen wie auch innere Verbindungen zweier Elemente oder gegenseitige Wirkungen zweier Elemente denkbar. Als durchschnittliche Fachleute auf diesem Gebiet kann man von der Sachlage ausgehen, um zu ermitteln, welche Bedeutung die genannten Begriffe gemäß der vorliegenden Erfindung haben sollen.
  • In der vorliegenden Erfindung kann bei einem ersten Merkmal, das „oberhalb“ oder „unterhalb“ eines zweiten Merkmals angeordnet ist, sofern nicht ausdrücklich anderes angegeben und definiert ist, der Fall sein, dass das erste Merkmal direkt das zweite Merkmal berührt, oder dass das erste und das zweite Merkmal ohne direkten Kontakt über ein dazwischen angeordnetes weiteres Merkmal in Berührung stehen. Darüber hinaus kann bei dem ersten Merkmal, das „auf”, „über“ dem zweiten Merkmal und „oberhalb“ des zweiten Merkmals angeordnet ist, u.a. der Fall sein, dass das erste Merkmal direkt über und schräg über dem zweiten Merkmal liegt, oder dass die horizontale Höhenstellung des ersten Merkmals höher ist als die des zweiten Merkmals. Bei dem ersten Merkmal, das „unter“ dem zweiten Merkmal und „unterhalb“ des zweiten Merkmals angeordnet ist, kann u.a. der Fall sein, dass das erste Merkmal direkt unter und schräg unter dem zweiten Merkmal liegt, oder dass die horizontale Höhenstellung des ersten Merkmals tiefer ist als die des zweiten Merkmals.
  • Die nachfolgende Offenbarung stellt zahlreiche unterschiedliche Ausführungsformen oder Beispiele zum Verwirklichen der verschiedenen Strukturen der Erfindung bereit. Zum Vereinfachen der Offenbarung der Erfindung werden nachfolgend die Teile und die Anordnung bestimmter Beispiele erläutert. Es versteht sich, dass diese lediglich als Beispiele dienen, ohne die Erfindung einzuschränken. Des Weiteren können bei verschiedenen Beispielen der Erfindung wiederholte Bezugszeichen in Form von Nummern und/oder Buchstaben zugunsten der Einfachheit und der Klarheit verwendet werden, ohne auf jegliche Beziehungen zwischen den einzelnen Ausführungsformen und/oder Anordnungen, die hier erläutert werden, hinzuweisen. Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung Beispiele für bestimmte Verfahren und Materialien bereit. Jedoch versteht es sich für Durchschnittsfachleute auf diesem Gebiet, dass auch andere Verfahren und/oder Materialien verwendet werden können.
  • Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es versteht sich, dass die beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele lediglich zur Beschreibung und Erklärung der vorliegenden Erfindung dienen, ohne diese einzuschränken.
  • Die Transceiverstruktur und das Arbeitsprinzip des Flächenarray-Festkörperlidars sind in 1 gezeigt. Das Sendemodul TX umfasst eine Laseranordnung und das Empfangsmodul RX umfasst eine Detektoranordnung. Die Laseranordnung und die Detektoranordnung sind jeweils auf der Brennebene der Sendelinsengruppe bzw. der Empfangslinsengruppe (nicht gezeigt) angeordnet, und die Laseranordnung emittiert einen Detektionsstrahl, um ein Ziel (OB) zu detektieren, und der von dem Ziel reflektierte Echostrahl wird von der Detektoranordnung empfangen, und das optische Signal wird in ein elektrisches Signal umgewandelt und durch Zeitumwandlung und Histogrammverarbeitung wird schließlich eine Entfernungsinformation erhalten, die an das Überwachungssystem gesendet wird, um ein Punktwolkenbild zu bilden.
  • Als eines der Detektionsverfahren des Flächenarray-Festkörperlidars wird das Laserarray des Sendemoduls gleichzeitig angetrieben, um Detektionslicht zu emittieren, das den Detektionsbereich abdeckt, und das Detektorarray des Empfangsmoduls aktiviert das empfangene Echosignal.
  • Als eines der Detektionsverfahren des Flächenarray-Festkörperlidars können die Laseranordnung des Sendemoduls und die Detektoranordnung des Empfangsmoduls gruppiert werden und nacheinander Licht emittieren / eine Detektion durchführen. Wie in 1 gezeigt, wird jede Spalte von Lasern gleichzeitig als eine Lichtemissionseinheit aktiviert, und jede Spalte von Detektoren wird gleichzeitig als eine Detektionseinheit aktiviert. Zu der Zeit t1 emittiert die erste Spalte von Lasern Licht und aktiviert dementsprechend die erste Spalte zur Echosignaldetektion; Zu der Zeit t2 emittiert die zweite Spalte von Lasern Licht und aktiviert dementsprechend die zweite Spalte zur Echosignaldetektion, und so weiter. Dadurch kann das Übersprechen reduziert werden, das durch die gleichzeitige Lichtemissionsdetektion aller Laser verursacht wird. Es ist auch möglich, nach Zeilen, nach Sub-Arrays usw. zu gruppieren. Jeder Satz von Lasern emittiert Licht gleichzeitig, und der entsprechende Satz von Detektoren wird gleichzeitig zur Echosignaldetektion aktiviert, und das Gruppierungsverfahren ist nicht auf die obigen Verfahren beschränkt.
  • Die Lichtquelle des größeren Flächenarray-Festkörperlidars ist ein Laserarray mit hoher Dichte, das die Vorteile der einfachen planaren Integration von oberflächenemittierendem Laser mit vertikaler Kavität im Vergleich zu kantenemittierenden Lasern voll ausnutzen kann, wodurch die Komplexität der Verkapselung, der Installation und der Kosten reduziert wird, während die Leistungsdichte erhöht wird.
  • Als eine Ausführungsform ist der Laser ein oberflächenemittierender Laser mit vertikaler Kavität (vertical-cavity surface-emitting laser, VCSEL) und der Detektor ist eine Einzelphotonen-Lawinendiode (single photon avalanche diode, SPAD).
  • 2 zeigt schematisch ein Teiloberflächenstrukturdiagramm einer nach oben abstrahlenden Oberflächenarray-Lichtquelle mit oberflächenemittierender Laseranordnung mit vertikaler Kavität (VCSEL); Der VCSEL in 2 sind in einer Anordnung angeordnet und als eine Spaltenadressierungsstruktur ausgelegt. Das heißt, jede Spalte von VCSEL ist eine Lichtemissionseinheit des Sendemoduls TX in 1, und das Anodenkontaktmetall jeder Spalte von VCSEL ist durch miteinander verbundene Metallschichten miteinander verbunden, und das Ende der miteinander verbundenen Metallschichte dient als ein Bondpad zum Drahtbonden (markiert in 2) und ist durch Metalldrahtbonden mit dem Treiberchip verbunden ist, und dieselbe Spalte von VCSEL wird auf der Grundlage desselben Treibersignals (von der Treiberschaltung auf dem Treiberchip) zur Lichtemission angeregt. Um die Stromleitungsfläche zu erhöhen und den Widerstand zu verringern, ist die Fläche des Bondpads relativ groß und die Breite ist etwa doppelt so groß wie die Breite der Lichtemissionseinheit. Die Bondpads der benachbarten Spalte sind an der unteren Kante der Flächenanordnung angeordnet (nicht gezeigt), symmetrisch zu der oberen Kantenstruktur, die in 2 gezeigt ist.
  • Die in 2 gezeigte Oberflächenarray-Lichtquelle mit oberflächenemittierendem Laser mit vertikaler Kavität (VCSEL) erreicht die Integration mit hoher Dichte, die für große Lichtemissionsbereiche erforderlich ist, aber das Problem besteht darin, dass jede Reihe von parallel emittierenden Lasern (d.h. eine Lichtemissionseinheit) eine lange Länge, eine schmale Breite und ein hohes Seitenverhältnis aufweist, was zu einem Spannungsabfall des Widerstands und der parasitären Induktivität auf der Metallschicht bei hohem Strom und hohem Frequenzantrieb führt, was wiederum zu einer allmählichen Abnahme der Vorspannung desselben Lasers führt, so dass die Lichtemissionshelligkeit allmählich abnimmt. Wie in 3 gezeigt, ist pixel-1 der Laser, der dem Bondpad am nächsten ist, und pixel-21 ist der Laser, der am weitesten von dem Bondpad entfernt ist. Die Lichtemissionshelligkeit jedes Lasers ist aufgrund des Widerstands auf der Metallschicht und des Druckabfalls, der durch die parasitäre Induktivität verursacht wird, unterschiedlich, und die Lichtemissionshelligkeit von pixel-21 ist signifikant niedriger als die Lichtemissionshelligkeit von pixel-1.
  • Bei der Anwendung von Flächenarray-Festkörperlidar haben mehrere Laser einer Lichtemissionseinheit unterschiedliche Lichtemissionsintensitäten, was zu unterschiedlichen Entfernungsmessfähigkeiten innerhalb des Sichtfeldbereichs führt, der der Lichtemissionseinheit entspricht. Der Laser mit geringerer Lichtemissionsintensität begrenzt die Entfernungsmessfähigkeit des Lidars, was zu einer Punktwolkenbildverzerrung führt und die Detektionsgenauigkeit des Lidars verringert.
  • Um das Problem zu lösen, dass die Lichtemissionsintensität der matrixartigen Lichtemissionseinheit in dem Flächenarray-Festkörperlidar ungleichmäßig ist, wie in 4A gezeigt, stellt die vorliegende Erfindung ein Festkörperlidar 100 bereit, das eine Vielzahl von Sendemodulen 110 und ein Empfangsmodul 120 umfasst. Wie in 4B gezeigt (4A ist eine Seitenansicht des Festkörperlidars 100 und 4B ist eine Frontansicht, die um einen bestimmten Winkel geneigt ist), wobei jedes Sendemodul 110 mindestens eine Lichtemissionseinheit 111 enthält und die Lichtemissionseinheit 111 eine Vielzahl von Lasern enthält, die konfiguriert sind, um gleichzeitig einen Detektionsstrahl zu emittieren. Das Empfangsmodul 120 enthält mindestens eine Detektionseinheit 121, und die Detektionseinheit 121 enthält eine Vielzahl von photoelektrische Detektoren, die konfiguriert sind, um ein Echo zu empfangen, das durch Reflexion des Detektionsstrahls an einem Ziel erzeugt wird.
  • Wie in 4A gezeigt, ist eine Vielzahl von Sendemodulen 110 um das Empfangsmodul 120 angeordnet, die Lichtemissionseinheit 111 der Vielzahl von Sendemodulen 110 befindet sich auf der gleichen Ebene, und eine Detektionseinheit 121 ist konfiguriert, um ein Echo zu empfangen, das durch Reflexion eines von der Lichtemissionseinheit 111 der Vielzahl von Sendemodulen 110 emittierten Detektionsstrahls an einem Ziel erzeugt wird. Wie in 4B gezeigt, entspricht vorzugsweise eine Detektionseinheit 121 einer Lichtemissionseinheit 111 in jedem Sendemodul 110, und die Detektionseinheit 121 ist konfiguriert, um ein reflektiertes Echo des Detektionsstrahls zu empfangen, der von der entsprechenden Vielzahl von Lichtemissionseinheiten 111 emittiert wird.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lichtemissionseinheit 111 des Lidars 100 eine VCSEL-Anordnung umfasst, wobei die Detektionseinheit 121 eine SPAD-Anordnung umfasst. Wie in 4A und 4B gezeigt, sind zwei VCSEL-Flächenarrays symmetrisch auf beiden Seiten des SPAD-Flächenarrays angeordnet. Jede Zeile der VCSEL-Anordnung wird gleichzeitig aktiviert, und als eine Lichtemissionseinheit ist eine Zeile der SPAD-Anordnung entsprechend der Position der zwei Sendemodule 110 in zwei Teile unterteilt, wie in 4B gezeigt, wobei die Hälfte der SPAD, die mit schrägen Linien schattiert dargestellt wird, als Detektionsuntereinheit dem gleichen Sichtfeld entspricht wie die Lichtemissionseinheit, die mit schrägen Linien schattiert dargestellt sind, des Sendemoduls 110 auf der linken Seite, und empfängt ein Echo, das durch Reflexion eines von einer Lichtemissionseinheit des Sendemoduls 110 auf der linken Seite emittierten Detektionslichts an einem Ziel erzeugt wird. Die andere Hälfte des SPAD in der Zeile, die durch den quadratischen Schatten dargestellt wird, dient als eine andere Detektionsuntereinheit, die dem gleichen Sichtfeld entspricht wie die Lichtemissionseinheit, die durch den quadratischen Schatten dargestellt ist, des Sendemoduls 110 auf der rechten Seite der Abbildung, und empfängt das Echo, das durch Reflexion eines von einer Lichtemissionseinheit des Sendemoduls 110 auf der rechten Seite emittierten Detektionslichts an einem Ziel erzeugt wird.
  • Das Detektionsverfahren des Festkörperlidars 100 der vorliegenden Erfindung kann wie folgt sein: Die Lichtemissionseinheit, die der gleichen Zeile in den zwei Sendemodulen 110 entspricht, emittiert Licht nacheinander, und die Detektionsuntereinheit, die dem Empfangsmodul 120 entspricht, führt jeweils eine separate Detektion durch. Es ist auch möglich, dass die Lichtemissionseinheit, die äquivalent zu der gleichen Zeile in den zwei Sendemodulen 110 ist, Licht gleichzeitig emittiert, und das Empfangsmodul 120 aktiviert eine Reihe von Detektoren, die dem Sichtfeld entsprechen, und führt gleichzeitig eine Empfangsdetektion der reflektierten Echos der zwei Lichtemissionseinheiten durch.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das Sendemodul 110 in dem Festkörperlidar 100 auch eine sendende optische Komponente, wobei mindestens eine Lichtemissionseinheit 111 des Sendemoduls 110 auf der Brennebene der sendenden optischen Komponente angeordnet ist und die sendende optische Komponente konfiguriert ist, um einen von mindestens einer Lichtemissionseinheit 111 emittierten Detektionsstrahl zu empfangen und nach dessen Formen in den Zielraum zu emittieren.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das Sendemodul 110 in dem Festkörperlidar 100 ferner eine Emissionslinsengruppe, die der Laserflächenanordnung entspricht; Das Empfangsmodul 120 enthält ferner eine Empfangslinsengruppe, die der Detektorflächenanordnung entspricht.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie in 4B gezeigt, sind in dem Festkörperlidar 100 eine Vielzahl von Lasern der Lichtemissionseinheit 111 entlang eines Streifens angeordnet (die x-Richtung, wie in 4B gezeigt), und das Sendemodul 110 umfasst eine Vielzahl von Lichtemissionseinheiten 111, und die Vielzahl von Lichtemissionseinheiten 111 ist in einer Richtung senkrecht zu der Streifenausdehnungsrichtung angeordnet (die y-Richtung, wie in 4B gezeigt).
  • Siehe 4B, in den zwei Sendemodulen 110 sind eine Vielzahl von Lasern der Lichtemissionseinheit 111 in der x-Richtung angeordnet, und die Vielzahl von Lichtemissionseinheiten 111 ist in der y-Richtung angeordnet (der schräge Betrachtungswinkel ist in der Abbildung gezeigt und die tatsächliche x-Richtung ist senkrecht zur y-Richtung). Vorzugsweise ist die Länge der Laseranordnung in der y-Richtung größer als die Länge in der x-Richtung.
  • Nun wird das Festkörperlidar, das nur ein Sendemodul enthält, wie in 1 gezeigt, weiter erläutert. Unter der Annahme, dass die Laseranordnung des Sendemoduls eine NXN-Anordnung ist, umfasst das Festkörperlidar 100 nach der Verbesserung des Festkörperlidars unter Verwendung des bevorzugten Ausführungsbeispiels nach der vorliegenden Erfindung, wie in 4B gezeigt, zwei Sendemodule 110, und die Laserarrays der beiden Sendemodule 110 sind jeweils N × ½N-Anordnungen, und der Laser einer Zeile/Spalte, die sich entlang der ½N-Richtung erstreckt, ist eine Lichtemissionseinheit und emittiert Licht gleichzeitig.
  • Für den gleichen Erfassungsbereich ist die Länge der Lichtemissionseinheit 111 des Sendemoduls 110 in dem Ausführungsbeispiel von 4B nur halb so lang wie die Länge der Lichtemissionseinheit des Einlinsen-Festkörperlidars in 1, wodurch die Übertragungsweglänge des Laserantriebssignals verkürzt werden kann, der Unterschied in der Treibersignalintensität des Lasers an beiden Enden des Übertragungsweges verringert wird und die Ungleichförmigkeit der Laser-Lichtemissionsintensität an verschiedenen Positionen in der Lichtemissionseinheit effektiv verringert wird.
  • 4A, 4B zeigt schematisch, dass die Länge der Lichtemissionseinheit 111 des Sendemoduls 110 die Hälfte der Länge der ursprünglichen Lichtemissionseinheit vor der Verbesserung beträgt, wobei das Unterteilungsverfahren nur eine bevorzugte Ausführungsform ist und die Länge der Lichtemissionseinheit 111 der Mehrzahl von Sendemodulen 110 gleich oder ungleich sein kann, beispielsweise liegt das Längenverhältnis der Lichtemissionseinheit 111 der zwei Sendemodule 110 bei 4: 6, 4,5: 5,5 usw., was ebenfalls innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung liegt.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Sendemodul 110 auf beiden Seiten des Empfangsmoduls 120 angeordnet, und die Anzahl der Sendemodule 110, die auf beiden Seiten des Empfangsmoduls 120 angeordnet sind, ist gleich oder unterschiedlich. Um das Problem der ungleichmäßigen Lichtemissionsintensität der matrixartigen Lichtemissionseinheit in dem Festkörperlidar zu lösen, teilt das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Laserflächenanordnung in dem Sendemodul entlang der Anordnungsrichtung des Lasers in mehrere Bereiche ein, was für den Fachmann leicht zu verstehen ist, und teilt ferner die Laserflächenanordnung entlang der Anordnungsrichtung der Vielzahl von Lichtemissionseinheiten weiter auf, wodurch die Fläche des Laserchips verringert, die Wärmeableitung verringert und die Ausbeute verbessert wird, was ebenfalls innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung liegt.
  • Die Ausführungsbeispiele von 4A und 4B zeigen einen Fall, in dem das Festkörperlidar 100 zwei Sendemodule 110 enthält, wie in 5A gezeigt, wobei das Sendemodul 110 weiter unterteilt ist, so dass jede Spalte von parallel emittierenden Lasern (einer Lichtemissionseinheit) eine kürzere Länge aufweist und eine Vielzahl von Sendemodulen 110 um das Empfangsmodul 120 angeordnet ist, wobei die Lichtemissionseinheit 111 der Vielzahl von Sendemodulen 110 auf derselben Ebene angeordnet ist. Wie in 5B gezeigt, enthält jedes Sendemodul 110 mindestens eine Lichtemissionseinheit 111, und die Lichtemissionseinheit 111 enthält eine Vielzahl von Lasern, die konfiguriert sind, um gleichzeitig einen Detektionsstrahl zu emittieren; Das Empfangsmodul 120 enthält mindestens eine Detektionseinheit 121, und die Detektionseinheit 121 enthält eine Vielzahl von photoelektrischen Detektoren, die konfiguriert sind, um ein Echo zu empfangen, das durch Reflexion des Detektionsstrahls an einem Ziel erzeugt wird. Vorzugsweise entspricht eine Detektionseinheit 121 einer Lichtemissionseinheit 111 in jedem Sendemodul 110, und die Detektionseinheit 121 ist konfiguriert, um ein reflektiertes Echo des Detektionsstrahls zu empfangen, der von der entsprechenden Vielzahl von Lichtemissionseinheiten 111 emittiert wird. Das heißt, die technische Lösung, in der das Festkörperlidar 100 eine größere Anzahl von Sendemodulen 110 umfasst, liegt auch innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung.
  • In dem in 5Aund 5B gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht jedes Sendemodul 110 einer optischen Übertragungskomponente; alternativ dazu können zwei oder mehr benachbarte Sendemodule 110, die sich auf der Seite des Empfangsmoduls 120 befinden, eine sendende optische Komponente teilen.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält jedes Sendemodul 110 in dem Festkörperlidar 100 die gleiche Anzahl von Lichtemissionseinheiten 111, und die Lichtemissionseinheit 111, die der gleichen Detektionseinheit 121 entspricht, befindet sich auf der gleichen geraden Linie.
  • Wie in 6A gezeigt, umfasst das Festkörperlidar 100 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zwei Sendemodule 110 und ein Empfangsmodul 120, wobei jedes Sendemodul 110 die gleiche Anzahl von mehreren Lichtemissionseinheiten 111 umfasst, wobei jedes Empfangsmodul 120 eine Vielzahl von Detektionseinheiten 121 umfasst, wobei jede Detektionseinheit 121 einer der Lichtemissionseinheiten 111 in jedem Sendemodul 110 entspricht. Die zwei Sendemodule 110 und ein Empfangsmodul 120 des Festkörperlidars 100 sind in horizontaler Richtung angeordnet (die in der Abbildung gezeigte horizontale Richtung), und das Festkörperlidar 100 tastet zeilenweise in vertikaler Richtung (die in der Abbildung gezeigte vertikale Richtung) ab. Dann befindet sich die Lichtemissionseinheit 111, die der gleichen Detektionseinheit 121 entspricht, auf der gleichen horizontalen Linie (die in der Abbildung gezeigte horizontale Richtung), und die Lichtemissionseinheit 111, die der gleichen Detektionseinheit 121 entspricht, entspricht dem gleichen vertikalen Sichtfeldwinkel.
  • Wie in 6B gezeigt, umfasst das Festkörperlidar 100 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zwei Sendemodule 110 und ein Empfangsmodul 120, wobei jedes Sendemodul 110 die gleiche Anzahl von mehreren Lichtemissionseinheiten 111 umfasst, wobei jedes Empfangsmodul 120 eine Vielzahl von Detektionseinheiten 121 umfasst, wobei jede Detektionseinheit 121 einer der Lichtemissionseinheiten 111 in jedem Sendemodul 110 entspricht. Die zwei Sendemodule 110 und ein Empfangsmodul 120 des Festkörperlidars 100 sind in vertikaler Richtung angeordnet (die in der Abbildung gezeigte vertikale Richtung), und das Festkörperlidar 100 tastet zeilenweise in horizontaler Richtung (die in der Abbildung gezeigte horizontale Richtung) ab. Die Lichtemissionseinheit 111, die der gleichen Detektionseinheit 121 entspricht, befindet sich auf der gleichen vertikalen Linie (die in der Abbildung gezeigte vertikale Richtung). Ferner entspricht die Lichtemissionseinheit 111, die der gleichen Detektionseinheit 121 entspricht, dem gleichen horizontalen Sichtfeldwinkel.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der optische Transceiverweg des Festkörperlidars 100 in 7 gezeigt. Dabei wird das Licht, das von dem dem Empfangsmodul 120 am nächsten liegenden Laser des Sendemoduls 110-1 emittiert wird, durch die Sendelinsengruppe geformt und parallel zur optischen Achse emittiert, und mit der Zunahme des Abstands des Laser zu dem Empfangsmodul 120 wird der austretende Strahl der Reihe nach in Richtung des Empfangsmoduls 120 abgelenkt, um den in 7 gezeigten Sichtfeldwinkel FOV1 zu bilden. In ähnlicher Weise wird das Licht, das von dem dem Empfangsmodul 120 am nächsten liegenden Laser des Sendemoduls 110-2 emittiert wird, durch die Sendelinsengruppe geformt und parallel zur optischen Achse emittiert, und mit der Zunahme des Abstands des Laser zu dem Empfangsmodul 120 wird der austretende Strahl der Reihe nach in Richtung des Empfangsmoduls 120 abgelenkt, um den in 7 gezeigten Sichtfeldwinkel FOV2 zu bilden
  • Es ist ersichtlich, dass es eine gewisse Überlappung der Sichtfeldwinkel des Sendemoduls 110-1 und des Sendemoduls 110-2 gibt (wie mit dem gefüllten Bereich auf ob in 7 gezeigt), und wenn die Lichtemissionseinheit, die dem Sendemodul 110-1 und dem Sendemodul 110-2 entspricht, gleichzeitig Licht emittiert, wird die Lichtintensität des überlappenden Bereichs verdoppelt, was die Entfernungsmessfähigkeit des Bereichs verbessern kann; Wenn die Lichtemissionseinheit, die dem Sendemodul 110-1 und dem Sendemodul 110-2 entspricht, zu verschiedenen Zeiten Licht emittiert, wird die Detektionsfrequenz des Bereichs für eine bestimmte Zeit verdoppelt.
  • Wenn das Sendemodul 110T, das Empfangsmodul 120 und das Sendemodul 110-2 in einer vertikalen Richtung angeordnet sind, weist der Sichtfeldwinkel des Sendemoduls 110-1 und des Sendemoduls 110-2 eine gewisse Überlappung in einer vertikalen Richtung auf, und der Überlappungsbereich befindet sich in der Mitte des vertikalen Sichtfeldes des Lidars. Das Fahrzeuglidar detektiert hauptsächlich Fußgänger und Fahrzeuge auf dem Boden, und das Ziel konzentriert sich auf die zentrale Position des vertikalen Sichtfeldes. Das obige Ausführungsbeispiel kann die Entfernungsmessfähigkeit oder Detektionsfrequenz des zentralen Bereichs verbessern und ist besser für das Anwendungsszenario des Fahrzeuglidars geeignet.
  • Wenn das Sendemodul 110-1, das Empfangsmodul 120 und das Sendemodul 110-2 in horizontaler Richtung angeordnet sind, weist der Sichtfeldwinkel des Sendemoduls 110-1 und des Sendemoduls 110-2 eine gewisse Überlappung in horizontaler Richtung auf, wobei sich der Überlappungsbereich in der Mitte des horizontalen Sichtfeldes des Lidars befindet, d.h. direkt vor dem Lidar, und das obige Ausführungsbeispiel kann die Entfernungsmessfähigkeit oder Detektionsfrequenz des Vorwärtsbereichs des Radars verbessern
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt ein Festkörperlidar bereit, bei dem für einen Sichtfeldwinkel eines eingestellten Bereichs die Länge der gleichzeitig emittierenden matrixartigen Lichtemissionseinheit durch Vorsehen einer Vielzahl von Sendemodulen stark reduziert wird, wodurch die Lichtemissionsungleichförmigkeit der Lichtemissionseinheit stark reduziert wird, der Entfernungsmessfehler des Festkörperlidars innerhalb des eingestellten Sichtfeldwinkels verringert wird und die Entfernungsmessleistung verbessert wird.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Anzahl von Lasern, die gleichzeitig Licht emittieren, verringert, die Sendeleistung einer einzelnen Lichtemissionseinheit wird verringert, die sendeseitige Wärmeableitung kann verringert werden, und die Temperaturschwankung kann verringert werden.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Sendeleistung einer einzelnen Lichtemission für den Fall reduziert werden, dass die Lichtemissionseinheit, die einer Vielzahl von Sendemodulen entspricht, zu verschiedenen Zeiten Licht emittiert, was für die Sicherheit des menschlichen Auges vorteilhaft ist. Unter der Voraussetzung, die Sicherheitsanforderungen des menschlichen Auges zu erfüllen, kann die Laserleistung erhöht, die optische Detektionsleistung erhöht und die Entfernungsmessfähigkeit des Lidars verbessert werden, da die Anzahl der Laser, die gleichzeitig Licht emittieren, verringert wird. Darüber hinaus wird die Anzahl der Detektoren, die gleichzeitig eine Detektion durchführen, entsprechend verringert, und das Signalübersprechen zwischen mehreren Detektoren kann verringert werden.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gibt es, nachdem das von den mehreren Sendemodulen emittierte Detektionslicht geformt und emittiert wurde, einen bestimmten überlappenden Bereich im Sichtfeld in der Mitte, womit die Detektionsgenauigkeit des zentralen Bereichs erhöht werden kann.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Länge der matrixartigen Lichtemissionseinheit in einigen Sendemodulen in geeigneter Weise verlängert werden, wodurch der Blindzonenbereich des Festkörperlidars effektiv reduziert werden kann, und es ist nicht notwendig, eine spezielle Konstruktion der Laserflächenanordnung durchzuführen, und die Komplexität des Designs und des Prozesses wird nicht erhöht.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in dem Festkörperlidar 100 ein Lückenfüllerlaser auf einer weit von dem Empfangsmodul 120 entfernten Seite in der Streifenausdehnungsrichtung der Lichtemissionseinheit 111 angeordnet, wobei der Lückenfüllerlaser und die Lichtemissionseinheit 111 unterschiedliche Erfassungsbereiche aufweisen und ein Echo, das durch Reflexion eines von dem Lückenfüllerlaser emittierten Detektionslichts an einem Ziel erzeugt wird, kann von der Detektionseinheit 121 entsprechend der Lichtemissionseinheit 111 empfangen werden.
  • Das Lidar des paraxialen optischen Weges hat einen Nah-Fern-Effekt, das heißt, wenn sich der Abstand des Ziels ändert, bewegt sich der Fleck des Echostrahls auf der lichtempfindlichen Oberfläche. Wie in 8 gezeigt, bewegt sich der Fleck, wenn der Zielabstand auf einen kritischen Abstand reduziert wird, aus der lichtempfindlichen Oberfläche des Flächenarray-Detektors und kann nicht durch das Radar detektiert werden, das heißt, das Licht des Sendemoduls TX und des Empfangsmoduls RX in 8 überlappt sich nicht, was eine blinde Zone des Lidars ist. Für ein Ziel in der blinden Zone befindet sich der Bildpunkt, der durch das reflektierte Echolicht, das die Empfangslinse passiert, gebildet wird, nicht auf der Brennebene der Empfangslinse (wo sich der Flächenarray-Detektor des Empfangsmoduls RX in der Figur befindet), sondern hinter der Brennebene. Zusätzlich befindet sich in dem Blickwinkel von 8 das Nahbereichsziel unterhalb der optischen Achse der Empfangslinse, so dass der Bildpunkt, der durch die Empfangslinse gebildet wird, über der optischen Achse der Empfangslinse liegen muss. Unter Berücksichtigung dieser beiden Aspekte ist die relative Position des Fokuspunkts des reflektierten Lichtes des Nahbereichsziels und des Empfangsmoduls RX in 8 dargestellt. Innerhalb des Nahbereichs-Blindbereichs des Lidars empfängt das Empfangsmodul RX des Lidars das reflektierte Signal des Ziels nicht vollständig.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Lösung zum Reduzieren einer blinden Zone bereit. Wie in 9 gezeigt, ist das Sendemodul TX mit einem Lückenfüllerlaser versehen, und der Lückenfüllerlaser ist auf einer weit von dem Empfangsmodul RX entfernten Seite des Sendemoduls TX angeordnet, und das Detektionslicht wird durch die Sendelinse in den Bereich der blinden Zone abgelenkt, um die blinde Zone zu erfassen. Das Sendemodul TX ist auf der Brennebene der emittierenden optischen Komponente angeordnet, da sich mehrere Laser an verschiedenen Positionen in der Brennebene befinden und ihr emittiertes Licht nach der Kollimation durch die emittierende optische Komponente in verschiedene Richtungen abgelenkt wird. Wie in dem Festkörperlidar 100, das in 7 gezeigt ist, ist das Sendemodul TX2 auch mit einem Lückenfüllerlaser auf einer weit von dem Empfangsmodul RX entfernten Seite versehen, und der optische Weg ist durch den Detektionsstrahl dargestellt, der entlang des Lückenfüllerlasers in 7 emittiert wird.
  • Wie in 10 gezeigt, ist der Lückenfüllerlaser auf der Seite der Lichtemissionseinheit angeordnet, die am weitesten von der optischen Achse der emittierenden optischen Komponente in der Richtung der Streifenanordnung entfernt ist, und der emittierte Strahl wird durch die emittierende optische Komponente geformt und kollimiert, und der Winkel zwischen dem Austrittswinkel und der optischen Achse ist am größten, um ein Lückenfüller-Detektionslicht zu bilden. Für Fernfeldechos wird der Echofleck des Lückenfüllerlasers außerhalb des Flächenarray-Detektors fokussiert und kann nicht detektiert werden; Wenn der Zielabstand abnimmt, verschiebt sich der Echofleck in die RX-Richtung, wie in 9 gezeigt, und fällt auf den Detektor von RX. Zu diesem Zeitpunkt kann das Nahbereichszielecho des Lückenfüllerlasers vom Detektor aufgrund des Aufwärtsversatzes empfangen werden, wodurch der blinde Bereich des Lidars verringert wird.
  • Als eine andere bevorzugte Lösung kann das Sendemodul TX1 in 7 auch gleichzeitig mit einem Lückenfüllerlaser auf einer weit von dem Empfangsmodul RX entfernte Seite versehen sein, um den Bereich der blinden Zone weiter zu reduzieren.
  • Siehe 7, 8, 9 und 10. Der Lückenfüllerlaser entspricht einer zusätzlichen Länge in der Erweiterungsrichtung der matrixartigen Lichtemissionseinheit, d.h., eine bestimmte Anzahl von Lasern ist hinzugefügt, ohne die Verteilung des Lasers zu ändern, und das Implementierungsverfahren ist einfach und kostengünstig. Um die Anzahl der Laser zu verringern, die für die Blindzone erforderlich sind, kann der optische Weg gemäß dem optischen Design berechnet werden.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das Sendemodul 110 in dem Festkörperlidar 100 auch eine Elektrodeneinheit, die elektrisch mit einer Vielzahl von Lasern der Lichtemissionseinheit 111 verbunden ist, wobei die Elektrodeneinheit eine Vielzahl von Treiberenden umfasst, durch die gleichzeitig Treibersignale an eine Vielzahl von Lasern der Lichtemissionseinheit 111 geladen werden.
  • Vorzugsweise umfasst die Elektrodeneinheit auch ein Bondpad, das an beiden Enden der Streifenausdehnungsrichtung der Lichtemissionseinheit 111 angeordnet ist, um das Antriebssignal zu laden.
  • Um die Lichtemissionsungleichförmigkeit der matrixartigen Lichtemissionseinheit weiter zu reduzieren, verwendet die vorliegende Erfindung einen zweiseitigen Antrieb für die matrixartige Lichtemissionseinheit. Anders als die in 2 gezeigte Einspeisung eines Treibersignals in ein Bondpad an einer Seite der matrixartigen Lichtemissionseinheit des Standes der Technik, wie in 11 gezeigt, sind gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Bondpads jeweils auf beiden Seiten der Streifenverlängerungsrichtung der matrixartigen Lichtemissionseinheit angeordnet und jeweils mit der Treiberschaltung verbunden, und die zwei Treiberschaltungen, die mit der gleichen Lichtemissionseinheit verbunden sind, werden durch das gleiche Sendesteuersignal gesteuert, während der Treiberschalter eingeschaltet wird. Das Treibersignal wird gleichzeitig von beiden Enden der gleichen Lichtemissionseinheit eingespeist. Wie in 11 beschrieben, erzeugen die Treiberschaltung 1 und die Treiberschaltung 2 jeweils Treibersignalkomponenten, die auf denselben Laser einwirken, und die zwei Treibersignalkomponenten sind überlagert, um das Treibersignal zu bilden, das die Lichtemission des Lasers steuert. Somit kann eine Treibersignalkomponente die Treiberleitungsdämpfung kompensieren, die auf eine andere Treibersignalkomponente wirkt, so dass die Treiberstromdifferenz der Vielzahl von Lasern, die durch die Treiberleitung fließen, kleiner ist und die Lichtemissionsungleichförmigkeit weiter verringert wird.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das Sendemodul 110 in dem Festkörperlidar 100 ferner eine Mikrolinsenanordnung, die stromabwärts von dem optischen Weg einer Vielzahl von Lasern angeordnet ist.
  • Die Laseranordnung kann in Verbindung mit der Mikrolinsenanordnung verwendet werden, wie in 12 gezeigt, die Mikrolinsenanordnung wird vor der Laseranordnung fixiert, oder das Substrat des Laserchips wird zu einer Mikrolinsenanordnung hergestellt, um den vom Laser emittierten Strahl zu kollimieren und somit die Strahlqualität zu verbessern.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das Empfangsmodul 120 in dem Festkörperlidar 100, wie in 13 gezeigt, ferner: eine empfangende optische Komponente 122, eine Strahlteilereinheit 123, mindestens eine Detektionseinheit 121 und mindestens eine Abbildungseinheit 124. Dabei:
    • Die empfangende optische Komponente 122 ist konfiguriert, um ein Echo L1, das durch Reflexion eines von dem Festkörperlidar 100 emittierten Detektionsstrahls eines ersten Bandes an einem Ziel erzeugt wird, und einen Strahl L2 eines zweiten Bandes zu empfangen und zu bündeln, wobei das zweite Band das erste Band nicht umfasst. Vorzugsweise weist die empfangende optische Komponente 11 keine Wellenlängenselektivität auf, und Strahlen im infraroten und sichtbaren Lichtband können unterschiedslos durchgelassen werden. Die Strahlteilereinheit 123 ist stromabwärts des optischen Weges der empfangenden optischen Komponente 122 angeordnet und ist konfiguriert, um den optischen Weg des reflektierten Echos L1 des Detektionsstrahls und des Strahls L2 des zweiten Bandes zu trennen. Mindestens eine Detektionseinheit 121 ist stromabwärts des optischen Weges der Strahlteilereinheit 123 angeordnet und ist konfiguriert, um das reflektierte Echo L1 des Detektionsstrahls von der Strahlteilereinheit 123 zu empfangen und in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Mindestens eine Abbildungseinheit 124 ist stromabwärts des optischen Weges der Strahlteilereinheit 123 angeordnet und ist konfiguriert, um den Strahl L2 des zweiten Bandes von der Strahlteilereinheit 123 zu empfangen und abzubilden.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden in dem Festkörperlidar 100 eine Vielzahl von Photoelektrische Detektoren jeder Detektionseinheit 121 gleichzeitig aktiviert, um das reflektierte Echo L1 zu empfangen, wobei jede Abbildungseinheit 124 eine Vielzahl von Bildsensoren enthält, wobei eine Vielzahl von Bildsensoren jeder Abbildungseinheit 124 gleichzeitig aktiviert wird, um den Strahl L2 des zweiten Bandes zu empfangen und abzubilden, und die Detektionseinheit 121 und die Abbildungseinheit 124, die dem gleichen Sichtfeldbereich entsprechen, werden gleichzeitig zur Detektion und Belichtung aktiviert.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst die Strahlteilereinheit 123 in dem Festkörperlidar 100 einen strahlteilenden teildurchlässigen Spiegel, der bewirkt, dass das reflektierte Echo des Detektionsstrahls reflektiert und der Strahl des zweiten Bandes durchgelassen wird oder das reflektierte Echo des Detektionsstrahls durchgelassen und der Strahl des zweiten Bandes reflektiert wird.
  • Wie in 13 gezeigt, wird ein wellenlängenbasierter strahlteilender teildurchlässiger Spiegel als eine Strahlteilereinheit 123 verwendet, und ein hochreflektierender Film von 940 nm wird auf die Oberfläche des wellenlängenbasierten strahlteilenden teildurchlässigen Spiegels aufgebracht, wenn beispielsweise das Detektionslicht eine Wellenlänge von 940 nm hat, so dass der Laser im 940 nm-Band reflektiert wird. Mindestens eine Detektionseinheit 121 ist auf der Brennebene der reflektierten Strahls angeordnet; Andere Lichtbänder können durchgelassen und auf mindestens einer Abbildungseinheit 124 in der Brennebenenposition gebündelt werden.
  • Wie in 14 gezeigt, wird eine dichroitische Beschichtung auf die Oberfläche des wellenlängenbasierten strahlteilenden teildurchlässigen Spiegels aufgebracht, um den Echostrahl von 940 nm durchzulassen und dessen Empfangen durch die Detektionseinheit 121 zur Entfernungsdetektion zu ermöglichen; Andere Lichtbänder werden zur Bildgebung auf die Bildgebungseinheit 124 reflektiert.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das Empfangsmodul RX, wie in 15 gezeigt, eine Entfernungssensoranordnung und eine Bildsensoranordnung (z. B. eine CMOS-Anordnung mit einem RGGB-Filter), wobei eine Strahlteilvorrichtung auf dem empfangenden optischen Weg angeordnet ist und der Strahl, der durch die empfangende Linsengruppe gebündelt wird, durch eine Strahlteilvorrichtung in zwei Teile unterteilt ist: Detektionsbandlicht und anderes Bandlicht. Das Detektionsbandlicht ist das Echolicht, das durch Reflexion des von dem Sendemodul TX gesendeten Detektionslichts an eine Ziel erzeugt wird, und wird von der Entfernungssensoranordnung des Empfangsmoduls RX zur Echosignaldetektion empfangen; Andere Bandlichter werden von der Bildsensoranordnung des Empfangsmoduls RX empfangen, um ein Farbbild zu erhalten. Die Entfernungssensoranordnung und die Bildsensoranordnung des Empfangsmoduls RX sind auf der Brennebene der Empfangslinsengruppe angeordnet, und das Strahlteilerelement trennt das Detektionsbandlicht von anderen Bandlichtern und strahlt dieses auf verschiedene Sensoren.
  • Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet zwei Sendemodule, ohne dass das Design der Detektoranordnung des Empfangsmoduls geändert werden muss, und dabei ist eine Kombination mit dem Schema Strahlteilerelement + SPAD/CMOS-Array leicht möglich. Im gesamten Messbereich können beide Sensorarrays gleichzeitig das gleiche Ziel sehen, und die Ergebnisse der beiden Sensoren erfordern im Wesentlichen keine Registrierung der physikalischen Position. Somit werden die Tiefeninformation und das Farbbild gleichzeitig erhalten. Der Algorithmus ist einfach. Die zwei Sensorarrays teilen sich die empfangende optische Komponente, was die Kosten für Herstellung, Montage und Installation stark reduziert.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie in 16 gezeigt, stellt die vorliegende Erfindung ferner ein Verfahren 10 zum Detektieren unter Verwendung des obigen Festkörperlidars 100 bereit. Es umfasst:
    • In Schritt S 101 emittiert die Lichtemissionseinheit 111 des Sendemoduls 110 einen Detektionsstrahl zum Detektieren des Ziels;
    • In Schritt S102 empfängt die Detektionseinheit 121 des Empfangsmoduls 120 ein Echo, das durch Reflexion des Detektionsstrahls an dem Ziel erzeugt wird;
    • In Schritt S 103 wird die Entfernung des Ziels basierend auf der Zeit bestimmt, zu der der Detektionsstrahl emittiert wird, und der Zeit, zu der Echo empfangen wird.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das Festkörperlidar 100 zwei Sendemodule 110, die sich auf beiden Seiten des Empfangsmoduls 120 befinden, und die zwei Sendemodule 110 umfassen die gleiche Anzahl von Lichtemissionseinheiten 111, und die Lichtemissionseinheit 111, die der gleichen Detektionseinheit 121 entspricht, befindet sich auf der gleichen geraden Linie, und das Detektionsverfahren 10 umfasst ferner:
    • zwei Lichtemissionseinheiten 111, die derselben Detektionseinheit 121 zugeordnet sind, emittieren Licht gleichzeitig oder abwechselnd.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind eine Vielzahl von Lasern der Lichtemissionseinheit 111 entlang eines Streifens angeordnet, und ein Lückenfüllerlaser ist auf einer dem Empfangsmoduls 120 abgewandten Seite in einer Streifenausdehnungsrichtung der Lichtemissionseinheit 111 angeordnet, wobei der Erfassungsbereich des Lückenfüllerlasers und der Lichtemissionseinheit 111 unterschiedlich ist, wobei ein Echo, das durch Reflexion des von dem Lückenfüllerlaser emittierten Detektionslichts an dem Ziel erzeugt wird, von der Detektionseinheit 121, die der Lichtemissionseinheit 111 zugeordnet ist, empfangen werden kann, wobei das Detektionsverfahren 10 ferner Folgende umfasst: Der Lückenfüllerlaser und die Lichtemissionseinheit 111 emittieren gleichzeitig Licht.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind eine Vielzahl von Lasern der Lichtemissionseinheit 111 entlang eines Streifens angeordnet, und das Sendemodul 110 umfasst ferner eine Elektrodeneinheit, die elektrisch mit einer Vielzahl von Lasern der Lichtemissionseinheit 111 verbunden ist, wobei die Elektrodeneinheit eine Vielzahl von Treiberenden umfasst, wobei das Detektionsverfahren 10 ferner Folgendes umfasst:
    • ein Treibersignal wird gleichzeitig an mehrere Laser der Lichtemissionseinheit 111 durch mehreren Treiberenden geladen.
    • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Elektrodeneinheit ferner ein Bondpad umfasst, das an beiden Enden der streifenförmigen Ausdehnungsrichtung der Lichtemissionseinheit 111 angeordnet ist, wobei das Detektionsverfahren 10 ferner Folgendes umfasst:
      • das Treibersignal wird über das Bondpad geladen.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass das Empfangsmodul 120 ferner Folgendes umfasst: eine empfangende optische Komponente; eine Strahlteilereinheit, die stromabwärts von einem optischen Weg der empfangenden optischen Komponente angeordnet ist; wobei die mindestens eine Detektionseinheit stromabwärts von einem optischen Weg der Strahlteilereinheit angeordnet ist; mindestens eine Bildgebungseinheit, die stromabwärts von einem optischen Weg der Strahlteilereinheit angeordnet ist, wobei stellt eine Detektionsverfahren 10 ferner Folgendes umfasst:
    • Empfangen und Bünden eines Echos, das durch Reflexion eines von dem Festkörperlidar emittierten Detektionsstrahls eines ersten Bandes an einem Ziel erzeugt wird, und eines Strahls eines zweiten Bandes durch die empfangende optische Komponente, wobei das zweite Band das erste Band nicht umfasst;
    • Trennen eines reflektierten Echos des Detektionsstrahls von einem optischen Weg des Strahls zweiten Bandes durch die Strahlteilereinheit;
    • Empfangen des reflektierten Echos des Detektionsstrahls aus der Strahlteilereinheit durch die mindestens eine Detektionseinheit und Umwandeln in ein elektrisches Signal;
    • Empfangen eins Strahls zweiten Bandes aus der Strahlteilereinheit und Abbilden durch die mindestens eine Abbildungseinheit.
  • Das Detektionsverfahren 10, das durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt wird, und seine technische Wirkung wurden bereits in dem Inhalt des erfindungsgemäßen Festkörperlidars 100 beschrieben, und werden hier nicht wiederholt.
  • Schließlich sollte angemerkt werden, dass bisher nur bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert wurden, die keineswegs zur Einschränkung der Erfindung dienen. Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele ausführlich beschrieben wurde, versteht sich für Durchschnittsfachleute auf diesem Gebiet, dass Modifikationen an den in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschriebenen technischen Ausgestaltungen oder gleichwertige Ersetzungen einiger der darin enthaltenen Merkmale möglich sind. Jegliche Modifikationen, gleichwertige Substitutionen und Verbesserungen im Rahmen der Grundideen und der Prinzipien der vorliegenden Erfindung sollen von dem Schutzumfang der Erfindung umfasst sein.

Claims (22)

  1. Festkörperlidar, umfassend: mehrere Sendemodule, von denen jedes mindestens eine Lichtemissionseinheit umfasst, wobei die Lichtemissionseinheit mehrere Laser umfasst, die konfiguriert sind, um gleichzeitig einen Detektionsstrahl zu emittieren; ein Empfangsmodul, das mindestens eine Detektionseinheit umfasst, die mehrere photoelektrische Detektoren umfasst; wobei die mehreren Sendemodule um das Empfangsmodul herum angeordnet sind, wobei sich die Lichtemissionseinheiten der mehreren Sendemodule auf derselben Ebene befinden, wobei eine Detektionseinheit konfiguriert ist, um ein Echo zu empfangen, das durch Reflexion eines von der Lichtemissionseinheit der mehreren Sendemodule emittierten Detektionsstrahls an einem Ziel erzeugt wird.
  2. Festkörperlidar nach Anspruch 1, wobei die mehreren Laser der Lichtemissionseinheit streifenförmig angeordnet sind, wobei das Sendemodul mehrere Lichtemissionseinheiten umfasst, die in einer Richtung senkrecht zu der streifenförmigen Ausdehnungsrichtung angeordnet sind.
  3. Festkörperlidar nach Anspruch 1, wobei die Sendemodule auf beiden Seiten des Empfangsmoduls angeordnet sind und die Anzahl der Sendemodule auf beiden Seiten des Empfangsmoduls gleich oder unterschiedlich ist.
  4. Festkörperlidar nach Anspruch 3, wobei jedes der Sendemodule mehrere Lichtemissionseinheiten in der gleichen Anzahl umfasst, wobei sich die Lichtemissionseinheiten, die der gleichen Detektionseinheit zugeordnet sind, auf der gleichen geraden Linie befinden.
  5. Festkörperlidar nach Anspruch 4, wobei sich die Sichtfelder teilweise überlappen, die den mehreren Lichtemissionseinheiten entsprechen, die sich auf derselben geraden Linie befinden.
  6. Festkörperlidar nach einem der Ansprüche 1-5, wobei das Festkörperlidar zwei Sendemodule umfasst, die auf beiden Seiten des Empfangsmoduls angeordnet sind.
  7. Festkörperlidar nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die Lichtemissionseinheit eine VCSEL-Anordnung umfasst, wobei die Detektionseinheit eine SPAD-Anordnung umfasst.
  8. Festkörperlidar nach Anspruch 2, wobei ein Lückenfüllerlaser auf einer weit von dem Empfangsmodul entfernten Seite in der streifenförmigen Ausdehnungsrichtung der Lichtemissionseinheit angeordnet ist, wobei der Lückenfüllerlaser und die Lichtemissionseinheit unterschiedliche Erfassungsbereiche aufweisen und ein Echo, das durch Reflexion des von dem Lückenfüllerlaser emittierten Detektionslichts an einem Ziel erzeugt wird, von einer Detektionseinheit empfangen werden kann, die der Lichtemissionseinheit entspricht.
  9. Festkörperlidar nach Anspruch 2, wobei das Sendemodul ferner eine Elektrodeneinheit umfasst, die elektrisch mit den mehreren Lasern der Lichtemissionseinheit verbunden ist, wobei die Elektrodeneinheit mehrere Treiberenden umfasst, über die gleichzeitig Treibersignale auf die mehreren Laser der Lichtemissionseinheit geladen werden.
  10. Festkörperlidar nach Anspruch 9, wobei die Elektrodeneinheit ferner ein Bondpad enthält, das an beiden Enden in der streifenförmigen Ausdehnungsrichtung der Lichtemissionseinheit angeordnet ist und zum Laden des Antriebssignals dient.
  11. Festkörperlidar nach einem der Ansprüche 1-5, wobei das Sendemodul ferner eine sendende optische Komponente umfasst, wobei sich mindestens eine Lichtemissionseinheit des Sendemoduls auf einer Brennebene der sendenden optischen Komponente befindet, wobei die sendende optische Komponente konfiguriert ist, um einen von der mindestens einen Lichtemissionseinheit emittierten Detektionsstrahl zu empfangen und nach dessen Formung in einen Zielraum zu emittieren.
  12. Festkörperlidar nach Anspruch 11, wobei die mehreren Sendemodule die gleichen sendenden optischen Komponenten aufweisen.
  13. Festkörperlidar nach einem der Ansprüche 1-5, wobei das Sendemodul ferner eine Mikrolinsenanordnung umfasst, die stromabwärts von dem optischen Weg der mehreren Laser angeordnet ist.
  14. Festkörperlidar nach einem der Ansprüche 1-5, wobei das Empfangsmodul ferner Folgendes umfasst: eine empfangende optische Komponente, die konfiguriert ist, um ein Echo, das durch Reflexion eines von dem Festkörperlidar emittierten Detektionsstrahls eines ersten Bandes an einem Ziel erzeugt wird, und einen Strahl eines zweiten Bandes zu empfangen und zu bündeln, wobei das zweite Band das erste Band nicht umfasst; eine Strahlteilereinheit, die stromabwärts von einem optischen Weg der empfangenden optischen Komponente angeordnet ist und konfiguriert ist, um ein reflektiertes Echo des Erfassungsstrahls von einem optischen Weg des Strahls des zweiten Bandes zu trennen; wobei die mindestens eine Detektionseinheit stromabwärts von einem optischen Weg der Strahlteilereinheit angeordnet und konfiguriert ist, um ein reflektiertes Echo des Detektionsstrahls aus der Strahlteilereinheit zu empfangen und in ein elektrisches Signal umzuwandeln; und mindestens eine Abbildungseinheit, die stromabwärts von dem optischen Weg der Strahlteilereinheit angeordnet und konfiguriert ist, um einen Strahl des zweiten Bandes aus der Strahlteilereinheit zu empfangen und abzubilden.
  15. Festkörperlidar nach Anspruch 14, wobei die mehreren photoelektrischen Detektoren jeder der Detektionseinheiten gleichzeitig aktiviert werden, um das reflektierte Echo zu empfangen, wobei jede der Abbildungseinheiten mehrere Bildsensoren umfasst, wobei die mehreren Bildsensoren jeder der Abbildungseinheiten gleichzeitig aktiviert werden, um den Strahl des zweiten Bandes zu empfangen und abzubilden, und eine Detektionseinheit und eine Abbildungseinheit, die demselben Sichtfeldbereich entsprechen, gleichzeitig zur Detektion und Belichtung aktiviert werden.
  16. Festkörperlidar nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Strahlteilereinheit einen strahlteilenden teildurchlässigen Spiegel enthält, der bewirkt, dass ein reflektiertes Echo des Detektionsstrahls reflektiert und ein Strahl des zweiten Bandes hindurchgelassen wird oder ein reflektiertes Echo des Detektionsstrahls hindurchgelassen und ein Strahl des zweiten Bandes reflektiert wird.
  17. Detektionsverfahren unter Verwendung eines Festkörperlidars nach einem der Ansprüche 1-16, umfassend Folgendes: die Lichtemissionseinheit des Sendemoduls emittiert einen Detektionsstrahl zum Detektieren des Ziels; die Detektionseinheit des Empfangsmoduls empfängt ein Echo, das durch Reflexion des Detektionsstrahls an dem Ziel erzeugt wird; die Entfernung des Ziels wird basierend auf der Zeit bestimmt, zu der der Detektionsstrahl emittiert wird, und der Zeit, zu der das Echo empfangen wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Festkörperlidar zwei Sendemodule umfasst, die auf beiden Seiten des Empfangsmoduls angeordnet sind, wobei die zwei Sendemodule mehrere Lichtemissionseinheiten in der gleichen Anzahl umfassen, wobei sich die Lichtemissionseinheiten, die der gleichen Detektionseinheit zugeordnet sind, auf derselben geraden Linie befinden, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: zwei Lichtemissionseinheiten, die derselben Detektionseinheit zugeordnet sind, emittieren Licht gleichzeitig oder abwechselnd.
  19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei mehrere Laser der Lichtemissionseinheit streifenförmig angeordnet sind, wobei ein Lückenfüllerlaser auf einer weit von dem Empfangsmodul entfernten Seite in der streifenförmigen Ausdehnungsrichtung der Lichtemissionseinheit angeordnet ist, wobei der Lückenfüllerlaser und die Lichtemissionseinheit unterschiedliche Erfassungsbereiche aufweisen und ein Echo, das durch Reflexion des von dem Lückenfüllerlaser emittierten Detektionslichts an einem Ziel erzeugt wird, von einer Detektionseinheit empfangen werden kann, die der Lichtemissionseinheit entspricht, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: der Lückenfüllerlaser und die Lichtemissionseinheit emittieren Licht gleichzeitig.
  20. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei mehrere Laser der Lichtemissionseinheit streifenförmig angeordnet sind, wobei das Sendemodul ferner eine Elektrodeneinheit umfasst, die elektrisch mit den mehreren Lasern der Lichtemissionseinheit verbunden ist, wobei die Elektrodeneinheit mehrere Treiberenden umfasst, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: ein Treibersignal wird gleichzeitig an mehrere Laser der Lichtemissionseinheit durch die mehreren Treiberenden geladen.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Elektrodeneinheit ferner ein Bondpad umfasst, das an beiden Enden der streifenförmigen Ausdehnungsrichtung der Lichtemissionseinheit angeordnet ist, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: das Treibersignal wird über das Bondpad geladen.
  22. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Empfangsmodul ferner Folgendes umfasst: eine empfangende optische Komponente; eine Strahlteilereinheit, die stromabwärts von einem optischen Weg der empfangenden optischen Komponente angeordnet ist; wobei die mindestens eine Detektionseinheit stromabwärts von einem optischen Weg der Strahlteilereinheit angeordnet ist; mindestens eine Bildgebungseinheit, die stromabwärts von einem optischen Weg der Strahlteilereinheit angeordnet ist, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Empfangen und Bünden eines Echos, das durch Reflexion eines von dem Festkörperlidar emittierten Detektionsstrahls eines ersten Bandes an einem Ziel erzeugt wird, und eines Strahls eines zweiten Bandes durch die empfangende optische Komponente, wobei das zweite Band das erste Band nicht umfasst; Trennen eines reflektierten Echos des Detektionsstrahls von einem optischen Weg des Strahls des zweiten Bandes durch die Strahlteilereinheit; Empfangen eines reflektierten Echos des Detektionsstrahls aus der Strahlteilereinheit durch die mindestens eine Detektionseinheit und Umwandeln in ein elektrisches Signal; Empfangen eins Strahls des zweiten Bandes aus der Strahlteilereinheit und Abbilden durch die mindestens eine Abbildungseinheit.
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