EP3857257A1 - Apparatus and method for determining the distance of an object by scanning - Google Patents

Apparatus and method for determining the distance of an object by scanning

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EP3857257A1
EP3857257A1 EP19779764.0A EP19779764A EP3857257A1 EP 3857257 A1 EP3857257 A1 EP 3857257A1 EP 19779764 A EP19779764 A EP 19779764A EP 3857257 A1 EP3857257 A1 EP 3857257A1
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EP
European Patent Office
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frequency
lasers
awg
light source
source unit
Prior art date
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Pending
Application number
EP19779764.0A
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German (de)
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Vladimir Davydenko
Peter Westphal
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Carl Zeiss AG
Original Assignee
Carl Zeiss AG
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Publication date
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    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for scanning the distance of an object.
  • the device and the method can be used to determine distances of both moving and still objects and in particular to determine the topography or shape of a spatially extended three-dimensional object.
  • LIDAR For optical distance measurement of objects, a measuring principle also known as LIDAR is known, in which an optical signal whose frequency has changed over time is transmitted to the object in question and is evaluated after back-reflection on the object.
  • FIG 9a shows only a schematic representation of a basic structure known per se, in which a signal 911 emitted by a light source 910 with a frequency which changes over time (also referred to as “chirp”) in FIG two partial signals is split, this split taking place, for example, via a beam splitter, not shown (for example a partially transparent mirror or a fiber-optic splitter).
  • the two partial signals are coupled via a signal coupler 950 and superimposed on one another at a detector 960, the first partial signal reaching the signal coupler 950 and the detector 960 as a reference signal 922 without reflection on the object labeled “940”.
  • the second partial signal arriving at the signal coupler 950 or at the detector 960 runs as a measurement signal 921 via an optical circulator 920 and a scanner 930 to the object 940, is reflected back by the latter and thus arrives with a time delay and correspondingly changed compared to the reference signal 922 Frequency to signal coupler 950 and detector 960.
  • the detector signal supplied by the detector 960 is evaluated relative to the measuring device or the light source 910 by means of an evaluation device (not shown), the difference frequency 931 between the measurement signal 921 and the reference signal 922, which is detected at a specific point in time and shown in the diagram in FIG. 9b, being characteristic of the Distance of the object 940 from the measuring device or the light source 910.
  • the time-dependent frequency profile of the signal 911 emitted by the light source 910 can also be such that there are two sections in which the time derivative of the frequency generated by the light source 910 is opposite to one another.
  • DFB lasers distributed feedback laser
  • Have tuning range of the order of 500GHz
  • a device according to the invention for scanning the distance of an object has:
  • a light source unit for emitting a plurality of optical signals, each with a time-varying frequency, the light source unit having a plurality of lasers,
  • an evaluation device for determining a distance of the object on the basis of measurement signals, each of which emerges from the optical signals, is reflected or scattered on the object and not reflected or scattered on the object, and
  • a dispersive scan device which causes a frequency-selective deflection of the measurement signals directed to the object.
  • the lasers of the light source unit differ with respect to the center frequencies in the time-dependent frequency course of each optical signal generated from each other.
  • the lasers of the light source unit can have a frequency offset corresponding to the respective tuning range with regard to the center frequencies in the time-dependent frequency profile.
  • the invention is based in particular on the concept of connecting a laser array (in particular a DFB laser array, a DBR laser array, a WGMR laser array or a VCSEL laser array) as a light source in a LIDAR system with a dispersive scan device, which causes a frequency-selective deflection of the respective measurement signals to the object to be measured with regard to its distance.
  • a laser array in particular a DFB laser array, a DBR laser array, a WGMR laser array or a VCSEL laser array
  • laser array is intended to include an arrangement of at least two lasers.
  • a suitable offset of the center frequencies of the individual lasers within the light source unit or the laser array used according to the invention (wherein this offset can in particular essentially correspond to the tuning range of the individual lasers), a correspondingly large tuning range (corresponding, for example, to a frequency response of the order of magnitude) can result 10THz or more) and thus an effective scanning process can be realized, whereby at the same time the high temporal coherence of the DFB lasers (for example relative to VCSEL lasers) can be used.
  • the lasers within the light source unit or the laser array used according to the invention can be operated sequentially in embodiments of the invention, wherein only one of the lasers is active and the next laser is only switched on when the preceding laser is at the limit of its tuning range has arrived.
  • the lasers of the light source unit can also be operated simultaneously, with the result that the respective measurement signals of all lasers are emitted simultaneously.
  • a further dispersive element can be used to spatially divide the measurement signals reflected by the object as a function of the respective frequency range respectively.
  • the detector arrangement can have a plurality of detector elements which can be operated independently of one another and which are in turn assigned to different angular ranges in the angular distribution of the measurement signals directed to the object.
  • the dispersive scan device used according to the invention for frequency-selective deflection of the measurement signals directed to the object is designed as a two-dimensional dispersive scan device and, for this purpose, can in particular have at least one AWG in combination with a diffraction grating.
  • the AWG present in the dispersive scanning device can work in a higher order and cause a comparatively rapid deflection in a first spatial direction, whereas the (decoupling) grating operated in a lower order causes a comparatively slow deflection in this vertical spatial direction.
  • a laser array formed by the light source unit has a resulting tuning range of at least 1THz, in particular of at least 4THz, furthermore in particular at least 10THz.
  • the lasers of the light source unit are each for obtaining additional information regarding the relative speed between the object and the measuring device or the light source unit for generating optical signals with a time-dependent frequency profile with two sections in which the time derivative of the frequency to one another is opposed.
  • the light source unit has a first laser for generating a first optical signal with a first time-dependent frequency profile and a second laser for generating a second optical signal with a second time-dependent frequency profile, wherein the time derivatives of the frequency in the first and second frequency curve are opposite to each other.
  • the invention thus includes the further concept of generating the optical signals which can be used to obtain additional information with regard to the relative speed between the object and the measuring device and which have an opposite frequency profile with separate lasers, with the result that in conjunction with a in a suitably designed dispersive scanning device and with a correspondingly synchronous operation of the two lasers, a significant reduction in measuring time (essentially by a factor of two) can be achieved.
  • the design of the dispersive scan device “in a suitable manner” here means that — as explained in more detail below — the dispersive scan device depends on whether the frequency ranges of the optical signals generated by the lasers match or differ from one another are the dispersive scan device, for example can have two AWGs, only a single AWG or also a diffraction grating.
  • the frequency ranges traversed by the first optical signal and by the second optical signal are different from one another.
  • the dispersive scan device has at least one AWG.
  • measurement signals which have arisen from the optical signals of the first or second laser are coupled into the same AWG.
  • the dispersive scanning device has at least one diffraction grating.
  • measurement signals which have arisen from the optical signals of the first or second laser are coupled into the same diffraction grating.
  • the frequency ranges traversed by the first optical signal and by the second optical signal match.
  • the dispersive scan device has a first AWG and a second AWG.
  • the first optical signal is coupled into the first AWG and the second optical signal is coupled into the second AWG.
  • the first AWG and the second AWG are arranged next to one another in a direction perpendicular to the signal path.
  • a lateral distance between the first AWG and the second AWG has a value which is so small that the radiation beams emanating from the AWGs on the object (in the far field) have a lateral distance in the range from one to ten beam diameters.
  • the invention also relates to a method for scanning the distance of an object, the method comprising the following steps:
  • Emitting using a light source unit, at least one optical signal with a time-varying frequency; and Determining a distance of the object on the basis of in each case a measurement signal reflected on the object, resulting from the at least one optical signal, and a reference signal not reflected on the object;
  • the measurement signals are directed frequency-selectively in different beam directions to the object via a dispersive scan device;
  • a plurality of measurement signals are simultaneously fed to the dispersive scan device, these measurement signals differing from one another in their time-dependent frequency profile.
  • the dispersive scan device simultaneously supplied measurement signals each have an opposite time-dependent frequency profile.
  • the method is carried out using a device with the features described above.
  • 1a-1b are schematic representations to explain the structure of a device according to the invention in a first embodiment
  • FIG. 2a-2c are diagrams for explaining the functioning of the device according to the invention from FIG. 1;
  • FIG. 3-8 diagrams for explaining further embodiments of a device according to the invention.
  • FIGS. 9a-9b are schematic representations to explain the structure and mode of operation of a conventional device for determining the distance.
  • FIGS. 1 a-1 b The structure and mode of operation of a device according to the invention are described below in an exemplary embodiment with reference to the schematic illustration in FIGS. 1 a-1 b.
  • the lasers can be DFB lasers, DBR lasers or WGMR lasers or VCSEL lasers. With regard to the principle of operation of a DFB laser array consisting of a plurality of DFB lasers, DiLazaro et al.
  • this laser array 111 is combined according to the invention with the use of a dispersive scanning device 130, the mode of operation of which is illustrated in FIG. 1b.
  • the laser array 111 used in accordance with the invention is part of a light source unit 110 which, as a result, generates optical signals with a frequency that varies with time in accordance with the frequency response indicated in FIG. 2 a.
  • WDM wavelength division multiplexer
  • the individual lasers of the laser array 111 are offset with respect to one another with respect to their center frequencies by approximately the tuning range, with the result that the frequency response shown in FIG. 2a is generated during sequential operation of the lasers of the laser array 111, the contributions of the individual Lasers are labeled "1.1", “1.2", “1.3”, ...
  • the lasers of the laser array 111 can be operated simultaneously without the need for such a sequential control, so that in this case the optical signals of the lasers are offset simultaneously (but also with one another according to FIG. 4) Center frequencies) are transmitted.
  • the optical signals generated by the light source unit 110 are split up via a beam splitter 118 (for example a partially transparent mirror or a fiber-optic splitter) in a manner known per se as partial signals serving as measuring signals and as partial signals serving as reference signals .
  • the partial signals serving as the measuring signal are directed via an optical circulator 120 and the dispersive scanning device 130 to an object to be measured with respect to its distance from the device (not shown in FIG. 1 a), whereas the partial signals serving as reference signal are analogous to FIG. 9a-9b can be used for further evaluation.
  • 1b is configured as a two-dimensional scanning device and has an AWG 131 in combination with a diffraction grating 132 for frequency-selective deflection in two mutually perpendicular directions.
  • AWG 131 in combination with a diffraction grating 132 for frequency-selective deflection in two mutually perpendicular directions.
  • the dispersion of the AWG 131 (which is defined by the order in which the AWG is operated) in the dispersive scanning device 130 is chosen to be substantially larger than the dispersion of the diffraction grating 132.
  • the AWG 131 operated in a higher order thus effects a comparatively fast scanning process in the sense of a frequency-selective deflection by angle f in a first spatial direction on a comparatively short time scale, whereas the diffraction grating 132 performs a comparatively slow scanning process on a larger time scale frequency-selective beam deflection takes place in the direction perpendicular to this by an angle Q.
  • the signal path runs back via the optical circulator 120 to a further dispersive element 150 (which can be designed as an AWG) for frequency-selective spatial division of the measurement signal reflected by the object. Due to the frequency-selective spatial division by the further dispersive element 150, the different frequency ranges, which correspond to the different deflections towards the object, are spatially separated from one another on a detector arrangement 160 designed as an array.
  • a further dispersive element 150 which can be designed as an AWG
  • the above-described two-dimensional scanning process with the two-dimensional dispersive scanning device 130 according to the invention with comparatively fast scan (by angle f) in the first spatial direction and a comparatively slow scan (by angle Q) in the second spatial direction basically has gaps without further measures in the scan area, which correspond to "unscanned" angular areas.
  • This fact can be taken into account by the fact that, in embodiments of the invention and as indicated in the diagram in FIG. 3, by successively shifting the respective “start wavelength” in successive scans while simultaneously shifting the working frequency of the AWG 131 of the dispersive scan device 130 a displacement of the scan pattern is effectively effected in order to fill the above-mentioned gaps or non-scanned angular ranges.
  • the tuning range of the laser array 111 is preferably chosen to be, for example, at least 10% larger than the minimum tuning range required to cover the desired scanning angle range by the dispersive scanning device 130.
  • the frequency is increased from the value h to the value f 2 in accordance with the frequency range 501 passed through with a linear time dependency according to FIG. 5a, whereas for the second laser the frequency corresponding to the frequency range 502 passed through, also with a linear, however, the opposite time dependency is reduced from the value f 2 to the value h.
  • the tuning rate (B / T) is chosen to be the same for both lasers, but with opposite signs.
  • the measurement signal resulting from the optical signal of the first laser is coupled into a first AWG 510
  • the measurement signal resulting from the optical signal of the second laser is coupled into a second AWG 520.
  • the second AWG 520 arranged upside down to the first AWG 510.
  • the AWGs 510 and 520 have a free-radiation area behind the waveguides, so that they act like line spectrometers.
  • the beams of rays emanating from the AWGs migrate side by side simultaneously over the object.
  • the two AWGs 510, 520 are arranged such that the measuring radiation of the first AWG 510 and the measuring radiation of the second AWG 520 are in sufficient spatial proximity, but with a negligible overlap of the laser spots (typically each having a Gaussian intensity distribution) hit the object.
  • the distance between the measurement radiation of the first AWG 510 and the measurement radiation of the second AWG 520 can be in the range from one to ten beam diameters.
  • the two AWGs 510, 520 can in particular (but without being limited to this) be produced monolithically.
  • the radiation from both lasers can be separated again during the detection and fed to two independent, balanced detectors.
  • the distance and speed of the object can be calculated on the basis of the sum and the difference of the beat frequencies determined with the detectors.
  • the light source unit has two tunable lasers with different frequency ranges [fi ... or [f 3 ... f 4 ] (where h ⁇ f4 applies).
  • the frequency corresponding to the frequency range 601 passed through with linear time dependence according to FIG. 6b is increased from the value fi to the value f 2
  • the frequency corresponding to the frequency passed Frequency range 602 with likewise linear, but opposite time dependence according to FIG. 6a is reduced from the value f 4 to the value f 3 .
  • the tuning rate (B / T) for both lasers is chosen to be the same, but with the opposite sign.
  • the optical signals of both lasers are superimposed and coupled into a single AWG 610 (or one AWG per row of pixels) according to FIG. 6c.
  • the frequencies h and f 3 are a whole number multiple of the free spectral range (FSR) of this AWG 610 apart.
  • the two lasers use different AWG orders, taking advantage of the fact that the laser radiation generated by the lasers is periodically assigned to the same AWG output channels at a distance from the free spectral range (FSR). The radiation from both lasers thus emerges from one and the same AWG location or pixel at all times.
  • the two laser spots (typically each having a Gaussian intensity distribution) overlap spatially completely on the object. Due to the non-overlapping frequency ranges, however, the radiation from the two lasers can be spectrally separated again during the detection and fed to two mutually independent, balanced FMCW detectors. The distance and speed of the object can be calculated from the sum and the difference of the beat frequencies determined with the detectors.
  • FIGS. 7a-7b several rows of pixels can also be measured in parallel if a stack arrangement of (a number M) AWGs or AWG pairs (analogous to FIG. 5c or 6c) is used.
  • Can transition channels ve through the dispersive effect of this AWG 's due to the frequency-selective distribution of the measuring signals generated plurality of spatially separated off via an imaging system on its waste stands ready to be object to be measured with respect to.
  • the image can also be infinite, so that a largely collimated measuring beam is emitted for each AWG output channel.
  • a matrix-like array of M * N output channels wherein the individual, each belonging to an AWG groups of N output channels in Fig. 7b "710a", “710b ",” 710c ", ... are designated.
  • FIG. 7a shows, in a highly simplified schematic representation, the structure of an individual AWG, to which electromagnetic radiation with a time-varying frequency is supplied via an input light guide 701 from a light source (not shown in FIGS. 7a-7b).
  • the radiation enters the AWG waveguide 703 of different lengths via a first free radiation area 702 and interferes constructively at different locations at the end of a second free radiation area 704 due to the different phase delays caused in the waveguides 703.
  • N is, for example, may be at least 10 or even at least 100).
  • the distance between the output channels generated by one AWG each can be increased by an additional spreading element before they are projected onto the object via an imaging system.
  • Such an expansion element 720 can have a stack of N planar individual elements for channel expansion, the optical fibers of the expansion element 720 being optically coupled to the output channels of the AWG arrangement.
  • Each individual AWG in a monolithic production method is preferably directly assigned an element for channel expansion.
  • the use of the spreading element 720 makes it possible, on the one hand, to cover a larger solid angle range and, on the other hand, also to reduce the angular velocity of the measuring beam on the object during the individual distance measurements, which in turn reduces phase fluctuations and the achievable Depth resolution increased or peak widths in the measured distance spectrum can be reduced.
  • the device can also have at least one deflection element, by means of which the respective angle at which light is directed from the AWGs of the AWG arrangement to the object can be varied, without restricting the field of vision (FOV), which is 20 ° * 20 ° can, for example, a remaining spatial dis- dance between each AWG 's of the AWG array in the optical imaging of the output channels to bridge onto the object.
  • the deflection element thus serves to increase the angular resolution.
  • the deflection element can be a mechanically movable optical element, wherein both reflective elements (for example a mirror that can be adjusted via at least one solid-state joint) and refractive optical elements (for example lenses or prisms) can be used.
  • Optical phase arrays OPA
  • LCPG liquid crystal polarization gratings
  • LCPG Liquid Crystal Polarization Grätings
  • the light source unit in turn has two tunable lasers with different frequency ranges 801, 802 (ranges [T ... f 2 ] and [f 3 .. . f 4 ]) with fi ⁇ f 2 ⁇ f 3 ⁇ f 4 ).
  • the frequency is increased from the value T to the value f 2 in accordance with the frequency range 801 passed through with linear time dependency according to FIG. 8b, whereas for the second laser the frequency with the likewise linear but opposite time dependence according to FIG. 8a is increased from the value f 4 is reduced to the value f 3 .
  • the tuning rate (B / T) is chosen to be the same for both lasers, but with the opposite sign.
  • the optical signals of both lasers are superimposed and, according to FIG. 8c, formed with an anamorphic optics, for example cylinder optics, into a laser line 810 and coupled into a diffraction grating 820.
  • a vertical row of pixels is generated via the laser line 810 formed with the cylinder optics during the spectral tuning.
  • the frequencies zen fi and f 3 are an integer multiple of the free spectral range (FSR) of the diffraction grating 820 apart, so that the radiation from both lasers is deflected by the same grating deflection angle at all times.
  • the two lasers use different diffraction grating orders.
  • the two laser spots (typically each having a Gaussian intensity distribution) overlap spatially completely. Due to the non-overlapping frequency ranges, however, the radiation from the two lasers can be spectrally separated again during the detection and fed to two independent, balanced detectors.
  • several rows of pixels can be measured in parallel by forming a plurality of parallel laser lines 810 from the cylinder optics and coupling them into the diffraction grating 820 next to one another.

Abstract

The invention relates to an apparatus and a method for determining the distance of an object by scanning. An apparatus according to the invention has: a light source unit (110) for emitting a plurality of optical signals, each at a time-variable frequency, wherein the light source unit (110) has a plurality of lasers; an evaluation device for determining a distance of the object on the basis of measurement signals originating from the optical signals and being reflected or scattered by the object, and on the basis of reference signals that are not reflected or scattered by the object; and a dispersive scanning device (130) which causes a frequency-selective deflection of the measurement signals that are directed towards the object.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur  Device and method for
scannenden Abstandsermittlunq eines Objekts  scanning distance determination of an object
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der Deutschen Patent- anmeldungen DE 10 2018 216 632.3, angemeldet am 27. September 2018, und DE 10 2019 209 933.5, angemeldet am 5. Juli 2019. Der Inhalt dieser DE- Anmeldungen wird durch Bezugnahme („incorporation by reference“) mit in den vorliegenden Anmeldungstext aufgenommen. The present application claims priority from German patent applications DE 10 2018 216 632.3, filed on September 27, 2018, and DE 10 2019 209 933.5, filed on July 5, 2019. The content of these DE applications is referred to by reference (“incorporation by reference “) included in the present application text.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG BACKGROUND OF THE INVENTION
Gebiet der Erfindung Field of the Invention
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur scannenden Abstandsermittlung eines Objekts. Die Vorrichtung und das Verfahren können zur Ermittlung von Abständen sowohl bewegter als auch unbewegter Objekte und insbesondere zur Ermittlung der Topographie bzw. Form eines räumlich ausgedehnten dreidimensionalen Objekts verwendet werden. The invention relates to a device and a method for scanning the distance of an object. The device and the method can be used to determine distances of both moving and still objects and in particular to determine the topography or shape of a spatially extended three-dimensional object.
Stand der Technik State of the art
Zur optischen Abstandsmessung von Objekten ist u.a. ein auch als LIDAR be- zeichnetes Messprinzip bekannt, bei welchem ein in seiner Frequenz zeitlich verändertes optisches Signal zu dem betreffenden Objekt hin ausgestrahlt und nach an dem Objekt erfolgter Rückreflexion ausgewertet wird. For optical distance measurement of objects, a measuring principle also known as LIDAR is known, in which an optical signal whose frequency has changed over time is transmitted to the object in question and is evaluated after back-reflection on the object.
Fig. 9a zeigt lediglich in schematischer Darstellung einen für sich bekannten prinzipiellen Aufbau, in welchem ein von einer Lichtquelle 910 ausgesandtes Signal 911 mit zeitlich veränderter Frequenz (auch als„Chirp“ bezeichnet) in zwei Teilsignale aufgespalten wird, wobei diese Aufspaltung z.B. über einen nicht dargestellten Strahlteiler (z.B. einen teildurchlässigen Spiegel oder einen faseroptischen Splitter) erfolgt. Die beiden Teilsignale werden über einen Sig- nalkoppler 950 gekoppelt und an einem Detektor 960 einander überlagert, wo- bei das erste Teilsignal als Referenzsignal 922 ohne Reflexion an dem mit „940“ bezeichneten Objekt zum Signalkoppler 950 und zum Detektor 960 ge- langt. Das zweite am Signalkoppler 950 bzw. am Detektor 960 eintreffende Teilsignal verläuft hingegen als Messsignal 921 über einen optischen Zirkulator 920 und einen Scanner 930 zum Objekt 940, wird von diesem zurückreflektiert und gelangt somit im Vergleich zum Referenzsignal 922 mit einer Zeitverzöge- rung und entsprechend veränderter Frequenz zum Signalkoppler 950 und zum Detektor 960. 9a shows only a schematic representation of a basic structure known per se, in which a signal 911 emitted by a light source 910 with a frequency which changes over time (also referred to as “chirp”) in FIG two partial signals is split, this split taking place, for example, via a beam splitter, not shown (for example a partially transparent mirror or a fiber-optic splitter). The two partial signals are coupled via a signal coupler 950 and superimposed on one another at a detector 960, the first partial signal reaching the signal coupler 950 and the detector 960 as a reference signal 922 without reflection on the object labeled “940”. The second partial signal arriving at the signal coupler 950 or at the detector 960, on the other hand, runs as a measurement signal 921 via an optical circulator 920 and a scanner 930 to the object 940, is reflected back by the latter and thus arrives with a time delay and correspondingly changed compared to the reference signal 922 Frequency to signal coupler 950 and detector 960.
Über eine (nicht dargestellte) Auswerteeinrichtung wird das vom Detektor 960 gelieferte Detektorsignal relativ zur Messvorrichtung bzw. der Lichtquelle 910 ausgewertet, wobei die zu einem bestimmten Zeitpunkt erfasste, im Diagramm von Fig. 9b dargestellte Differenzfrequenz 931 zwischen Messsignal 921 und Referenzsignal 922 charakteristisch für den Abstand des Objekts 940 von der Messvorrichtung bzw. der Lichtquelle 910 ist. Gemäß Fig. 9b kann dabei zum Erhalt zusätzlicher Information hinsichtlich der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Objekt 940 und der Messvorrichtung bzw. der Lichtquelle 910 der zeitab- hängige Frequenzverlauf des von der Lichtquelle 910 ausgesandten Signals 911 auch so beschaffen sein, dass zwei Abschnitte vorliegen, in denen die zeitliche Ableitung der von der Lichtquelle 910 erzeugten Frequenz zueinander entgegengesetzt ist. The detector signal supplied by the detector 960 is evaluated relative to the measuring device or the light source 910 by means of an evaluation device (not shown), the difference frequency 931 between the measurement signal 921 and the reference signal 922, which is detected at a specific point in time and shown in the diagram in FIG. 9b, being characteristic of the Distance of the object 940 from the measuring device or the light source 910. According to FIG. 9b, in order to obtain additional information regarding the relative speed between the object 940 and the measuring device or the light source 910, the time-dependent frequency profile of the signal 911 emitted by the light source 910 can also be such that there are two sections in which the time derivative of the frequency generated by the light source 910 is opposite to one another.
In der Praxis besteht ein Bedarf, auch bei in größeren Abständen befindlichen (ggf. auch bewegten) Objekten, bei welchen es sich z.B. um Fahrzeuge im Straßenverkehr handeln kann, eine möglichst genaue und zuverlässige Ab- standsmessung zu realisieren. Dabei ist es im Hinblick auf eine möglichst hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Vorrichtung zur Abstandsermittlung wün- schenswert, beim Abscannen des jeweiligen Objekts den Einsatz beweglicher Komponenten wie Scan- bzw. Ablenkspiegel zu vermeiden oder zu minimieren. Grundsätzlich ist im Stand der Technik die Realisierung optischer Scanner auf Basis von Dispersionselementen bekannt, wobei insbesondere durch Kombi- nation eines AWG (=„array waveguide grating“= Wellenleiterstruktur-Array) mit einem zusätzlichen Gitter auch eine zweidimensionale Strahlablenkung durch- führbar ist. In practice, there is a need to implement a distance measurement that is as accurate and reliable as possible, even in the case of objects located at greater distances (possibly also moving), which may be vehicles in road traffic, for example. In view of the highest possible reliability and service life of the device for determining the distance, it is desirable to avoid or minimize the use of moving components such as scanning or deflecting mirrors when scanning the respective object. Fundamentally, the implementation of optical scanners on the basis of dispersion elements is known in the prior art, and in particular by combining an AWG (= “array waveguide grating” = waveguide structure array) with an additional grating, two-dimensional beam deflection can also be carried out.
Zur Realisierung eines auf dem vorstehend genannten Prinzip des dispersiven Scanprozesses in einem LIDAR-System zwecks Vermeidung des Einsatzes beweglicher Komponenten ist ein möglichst großer Durchstimmbereich der verwendeten Lichtquelle von z.B. größenordnungsmäßig (4-12)THz wünschenswert. Ein hierbei in der Praxis auftretendes Problem ist, dass auf- grund der guten Kohärenzeigenschaften prinzipiell als Lichtquelle in einem LIDAR-System besonders geeignete DFB-Laser (DFB-Laser= „distributed feedback laser“= Laser mit verteilter Rückkopplung) nur einen verhältnismäßig stark begrenzten Durchstimmbereich (von größenordnungsmäßig 500GHz) aufweisen, so dass die Realisierung eines für Anwendungen z.B. im Straßen- verkehr hinreichend schnellen Abtastprozesses eine anspruchsvolle Heraus- forderung darstellt. Dies gilt umso mehr, als die o.g. Erzeugung optischer Sig- nale mit entgegengesetztem zeitabhängigem Frequenzverlauf gemäß Fig. 9b eine erhöhte Messzeit in Anspruch nimmt. In order to implement a principle based on the above-mentioned dispersive scanning process in a LIDAR system in order to avoid the use of moving components, the largest possible tuning range of the light source used, e.g. order of magnitude (4-12) THz desirable. A problem that arises in practice here is that, due to the good coherence properties, DFB lasers (DFB lasers = “distributed feedback laser” = lasers with distributed feedback), which are particularly suitable as light sources in a LIDAR system, are only relatively limited Have tuning range (of the order of 500GHz), so that the implementation of an application, for example Sufficiently fast scanning process in road traffic represents a demanding challenge. This applies all the more as the above Generation of optical signals with an opposite time-dependent frequency curve according to FIG. 9b takes an increased measurement time.
Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf US 2016/0299228 A1 sowie die Publikationen K. Van Acoleyen et al. :„ Two-Dimensional Dispersive Off-Chip Beam Scanner Frabricated on Silicon-On-lnsulatoF , IEEE Photonics Technology Leiters, Vol. 23, No. 17, September 1 , 2011 , 1270-1272, DiLazaro et al.: “Large-volume, low cost, high-precision FMCW tomography using stitched DFBs”, Optics Express, Vol. 26, No. 3, 5 Feb 2018, 2891 -2904 und Coldren et al.:“Tunable Semiconductor Lasers: A Tutorial", Journal of Light- wave Technology, Vol. 22, No. 1 , January 2004, 193-202, verwiesen. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG The state of the art is only exemplified in US 2016/0299228 A1 and the publications K. Van Acoleyen et al. : "Two-Dimensional Dispersive Off-Chip Beam Scanner Frabricated on Silicon-On-insulatoF, IEEE Photonics Technology Leiters, Vol. 23, No. September 17, 2011, 1270-1272, DiLazaro et al .: “Large-volume, low cost, high-precision FMCW tomography using stitched DFBs”, Optics Express, Vol. 26, No. 3, 5 Feb 2018, 2891-2904 and Coldren et al.: Tunable Semiconductor Lasers: A Tutorial ", Journal of Lightwave Technology, Vol. 22, No. 1, January 2004, 193-202. SUMMARY OF THE INVENTION
Vor dem obigen Flintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur scannenden Abstandsermittlung eines Objekts bereitzustellen, welche auch für ein in vergleichsweise großer Entfer- nung (z.B. von mehreren 100m) befindliches Objekt eine möglichst genaue, zuverlässige und schnelle Abstandsmessung ermöglichen. In view of the above background, it is an object of the present invention to provide a device and a method for scanning the distance determination of an object, which also enables the most accurate, reliable and fast distance measurement possible for an object located at a comparatively large distance (for example from several 100 m) enable.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. This object is solved by the features of the independent claims.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur scannenden Abstandsermittlung eines Objekts weist auf: A device according to the invention for scanning the distance of an object has:
- eine Lichtquellen-Einheit zum Aussenden einer Mehrzahl von optischen Signalen mit jeweils zeitlich variierender Frequenz, wobei die Lichtquellen- Einheit eine Mehrzahl von Lasern aufweist,  a light source unit for emitting a plurality of optical signals, each with a time-varying frequency, the light source unit having a plurality of lasers,
- eine Auswerteeinrichtung zur Ermittlung eines Abstandes des Objekts auf Basis von aus den optischen Signalen jeweils hervorgegangenen, an dem Objekt reflektierten oder gestreuten Messsignalen und nicht an dem Objekt reflektierten oder gestreuten Referenzsignalen, und  an evaluation device for determining a distance of the object on the basis of measurement signals, each of which emerges from the optical signals, is reflected or scattered on the object and not reflected or scattered on the object, and
- eine dispersive Scan-Einrichtung, welche eine frequenzselektive Ablenkung der zu dem Objekt gelenkten Messsignale bewirkt.  a dispersive scan device which causes a frequency-selective deflection of the measurement signals directed to the object.
In Ausführungsformen der Erfindung sind die Laser der Lichtquellen-Einheit DFB-Laser („distributed feedback laser“= Laser mit verteilter Rückkopplung), DBR-Laser (DBR= „distributed Bragg reflector“), FDML-Laser (FDML= „Fourier-domain mode-locked“), WGMR-Laser (WGMR =„whispering gallery mode resonator“) oder oberflächenemittierende Laser (VCSEL=„vertical-cavity surface-emitting laser“). In embodiments of the invention, the lasers of the light source unit are DFB lasers (“distributed feedback laser” = laser with distributed feedback), DBR lasers (DBR = “distributed bragg reflector”), FDML lasers (FDML = “Fourier domain”) mode-locked ”), WGMR laser (WGMR =“ whispering gallery mode resonator ”) or surface-emitting laser (VCSEL =“ vertical-cavity surface-emitting laser ”).
In Ausführungsformen der Erfindung unterscheiden sich die Laser der Licht- quellen-Einheit hinsichtlich der Mittenfrequenzen im zeitabhängigen Frequenz- verlauf des jeweils erzeugten optischen Signals voneinander. Insbesondere können die Laser der Lichtquellen-Einheit hinsichtlich der Mittenfrequenzen im zeitabhängigen Frequenzverlauf einen dem jeweiligen Durchstimmbereich ent- sprechenden Frequenzversatz aufweisen. In embodiments of the invention, the lasers of the light source unit differ with respect to the center frequencies in the time-dependent frequency course of each optical signal generated from each other. In particular, the lasers of the light source unit can have a frequency offset corresponding to the respective tuning range with regard to the center frequencies in the time-dependent frequency profile.
Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, in einem LIDAR- System ein Laser-Array (insbesondere DFB-Laser-Array, DBR-Laser-Array, WGMR-Laser-Array oder auch VCSEL-Laser-Array) als Lichtquelle in Verbin- dung mit einer dispersiven Scan-Einrichtung, welche eine frequenzselektive Ablenkung der jeweiligen Messsignale zu dem hinsichtlich seines Abstandes zu vermessenden Objekt bewirkt, einzusetzen. Dabei soll von dem Begriff „Laser-Array“ eine Anordnung aus wenigstens zwei Lasern umfasst sein. The invention is based in particular on the concept of connecting a laser array (in particular a DFB laser array, a DBR laser array, a WGMR laser array or a VCSEL laser array) as a light source in a LIDAR system with a dispersive scan device, which causes a frequency-selective deflection of the respective measurement signals to the object to be measured with regard to its distance. The term “laser array” is intended to include an arrangement of at least two lasers.
Durch geeigneten Versatz der Mittenfrequenzen der einzelnen Laser innerhalb der erfindungsgemäß eingesetzten Lichtquellen-Einheit bzw. des Laser-Arrays (wobei dieser Versatz insbesondere im Wesentlichen dem Durchstimmbereich der einzelnen Laser entsprechen kann) kann im Ergebnis ein entsprechend großer Durchstimmbereich (entsprechend z.B. einem Frequenzgang von größenordnungsmäßig 10THz oder mehr) und somit ein effektiver Scanprozess realisiert werden, wobei zugleich die (etwa relativ zu VCSEL-Lasern) hohe zeit- liche Kohärenz der DFB-Laser genutzt werden kann. By means of a suitable offset of the center frequencies of the individual lasers within the light source unit or the laser array used according to the invention (wherein this offset can in particular essentially correspond to the tuning range of the individual lasers), a correspondingly large tuning range (corresponding, for example, to a frequency response of the order of magnitude) can result 10THz or more) and thus an effective scanning process can be realized, whereby at the same time the high temporal coherence of the DFB lasers (for example relative to VCSEL lasers) can be used.
Die Laser innerhalb der erfindungsgemäß eingesetzten Lichtquellen-Einheit bzw. des Laser-Arrays können in Ausführungsformen der Erfindung sequentiell betrieben werden, wobei jeweils nur einer der Laser aktiv ist und der jeweils nächste Laser erst eingeschaltet wird, wenn der vorangehende Laser an der Begrenzung seines Durchstimmbereichs angelangt ist. The lasers within the light source unit or the laser array used according to the invention can be operated sequentially in embodiments of the invention, wherein only one of the lasers is active and the next laser is only switched on when the preceding laser is at the limit of its tuning range has arrived.
In weiteren Ausführungsformen der Erfindung können die Laser der Lichtquel- len-Einheit auch simultan betrieben werden mit der Folge, dass die jeweiligen Messsignale sämtlicher Laser gleichzeitig ausgesandt werden. Dabei kann über ein weiteres dispersives Element eine räumliche Aufteilung der vom Ob- jekt reflektierten Messsignale in Abhängigkeit vom jeweiligen Frequenzbereich erfolgen. Des Weiteren kann die Detektoranordnung eine Mehrzahl von unab- hängig voneinander betreibbaren Detektorelementen aufweisen, welche wiede- rum unterschiedlichen Winkelbereichen in der Winkelverteilung der zu dem Ob- jekt gelenkten Messsignale zugeordnet sind. In further embodiments of the invention, the lasers of the light source unit can also be operated simultaneously, with the result that the respective measurement signals of all lasers are emitted simultaneously. A further dispersive element can be used to spatially divide the measurement signals reflected by the object as a function of the respective frequency range respectively. Furthermore, the detector arrangement can have a plurality of detector elements which can be operated independently of one another and which are in turn assigned to different angular ranges in the angular distribution of the measurement signals directed to the object.
Die erfindungsgemäß zur frequenzselektiven Ablenkung der zu dem Objekt ge- lenkten Messsignale eingesetzte dispersive Scan-Einrichtung ist in Ausfüh- rungsformen der Erfindung als zweidimensionale dispersive Scan-Einrichtung ausgestaltet und kann hierzu insbesondere mindestens ein AWG in Kombinati- on mit einem Beugungsgitter aufweisen. Hierbei kann während des dispersiven Scanvorgangs das in der dispersiven Scan-Einrichtung vorhandene AWG in höherer Ordnung arbeiten und eine vergleichsweise schnelle Ablenkung in einer ersten Raumrichtung bewirken, wohingegen das in niedriger Ordnung be- triebene (Auskoppel-) Gitter eine vergleichsweise langsame Ablenkung in der hierzu senkrechten Raumrichtung bewirkt. In embodiments of the invention, the dispersive scan device used according to the invention for frequency-selective deflection of the measurement signals directed to the object is designed as a two-dimensional dispersive scan device and, for this purpose, can in particular have at least one AWG in combination with a diffraction grating. Here, during the dispersive scanning process, the AWG present in the dispersive scanning device can work in a higher order and cause a comparatively rapid deflection in a first spatial direction, whereas the (decoupling) grating operated in a lower order causes a comparatively slow deflection in this vertical spatial direction.
Gemäß einer Ausführungsform weist ein durch die Lichtquellen-Einheit gebil- detes Laser-Array einen resultierenden Durchstimmbereich von wenigstens 1THz, insbesondere von wenigstens 4THz, weiter insbesondere wenigstens 10THz, auf. According to one embodiment, a laser array formed by the light source unit has a resulting tuning range of at least 1THz, in particular of at least 4THz, furthermore in particular at least 10THz.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Laser der Lichtquellen-Einheit jeweils zum Erhalt zusätzlicher Information hinsichtlich der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Objekt und der Messvorrichtung bzw. der Lichtquellen-Einheit zur Erzeugung optischer Signale mit einem zeitabhängigen Frequenzverlauf mit zwei Abschnitten, in denen die zeitliche Ableitung der Frequenz zueinander entgegengesetzt ist, ausgelegt. According to one embodiment, the lasers of the light source unit are each for obtaining additional information regarding the relative speed between the object and the measuring device or the light source unit for generating optical signals with a time-dependent frequency profile with two sections in which the time derivative of the frequency to one another is opposed.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Lichtquellen-Einheit einen ersten Laser zur Erzeugung eines ersten optischen Signals mit einem ersten zeitab- hängigen Frequenzverlauf und einen zweiten Laser zur Erzeugung eines zwei- ten optischen Signals mit einem zweiten zeitabhängigen Frequenzverlauf auf, wobei die zeitlichen Ableitungen der Frequenz im ersten und zweiten Frequenzverlauf zueinander entgegengesetzt sind. According to one embodiment, the light source unit has a first laser for generating a first optical signal with a first time-dependent frequency profile and a second laser for generating a second optical signal with a second time-dependent frequency profile, wherein the time derivatives of the frequency in the first and second frequency curve are opposite to each other.
Gemäß diesem Aspekt beinhaltet die Erfindung somit das weitere Konzept, die zum Erhalt zusätzlicher Information hinsichtlich der Relativgeschwindigkeit zwi- schen dem Objekt und der Messvorrichtung verwendbaren optischen Signale mit zeitlich entgegengesetztem Frequenzverlauf durch separate Laser zu er- zeugen mit der Folge, dass in Verbindung mit einer in geeigneter Weise aus- gestalteten dispersiven Scan-Einrichtung und bei entsprechend synchronem Betrieb der beiden Laser eine signifikante Messzeitverkürzung (im Wesentli- chen um einen Faktor zwei) erzielt werden kann. Die Ausgestaltung der disper- siven Scan-Einrichtung„in geeigneter Weise“ bedeutet hier, dass - wie im Wei- teren noch näher erläutert - die dispersive Scan-Einrichtung abhängig davon, ob die Frequenzbereiche der von den Lasern erzeugten optischen Signale übereinstimmen oder voneinander verschieden sind, die dispersive Scan- Einrichtung z.B. zwei AWGs, nur ein einziges AWG oder auch ein Beugungs- gitter aufweisen kann. According to this aspect, the invention thus includes the further concept of generating the optical signals which can be used to obtain additional information with regard to the relative speed between the object and the measuring device and which have an opposite frequency profile with separate lasers, with the result that in conjunction with a in a suitably designed dispersive scanning device and with a correspondingly synchronous operation of the two lasers, a significant reduction in measuring time (essentially by a factor of two) can be achieved. The design of the dispersive scan device “in a suitable manner” here means that — as explained in more detail below — the dispersive scan device depends on whether the frequency ranges of the optical signals generated by the lasers match or differ from one another are the dispersive scan device, for example can have two AWGs, only a single AWG or also a diffraction grating.
Gemäß einer Ausführungsform sind die von dem ersten optischen Signal und von dem zweiten optischen Signal durchlaufenen Frequenzbereiche voneinan- der verschieden. According to one embodiment, the frequency ranges traversed by the first optical signal and by the second optical signal are different from one another.
Gemäß einer Ausführungsform weist die dispersive Scan-Einrichtung wenigs- tens ein AWG auf. According to one embodiment, the dispersive scan device has at least one AWG.
Gemäß einer Ausführungsform werden aus den optischen Signalen des ersten bzw. zweiten Lasers jeweils hervorgegangene Messsignale in dasselbe AWG eingekoppelt. According to one embodiment, measurement signals which have arisen from the optical signals of the first or second laser are coupled into the same AWG.
Gemäß einer Ausführungsform weist die dispersive Scan-Einrichtung wenigs- tens ein Beugungsgitter auf. Gemäß einer Ausführungsform werden aus den optischen Signalen des ersten bzw. zweiten Lasers jeweils hervorgegangene Messsignale in dasselbe Beugungsgitter eingekoppelt. According to one embodiment, the dispersive scanning device has at least one diffraction grating. According to one embodiment, measurement signals which have arisen from the optical signals of the first or second laser are coupled into the same diffraction grating.
Gemäß einer Ausführungsform stimmen die von dem ersten optischen Signal und von dem zweiten optischen Signal durchlaufenen Frequenzbereiche über- ein. According to one embodiment, the frequency ranges traversed by the first optical signal and by the second optical signal match.
Gemäß einer Ausführungsform weist die dispersive Scan-Einrichtung ein ers- tes AWG und ein zweites AWG auf. According to one embodiment, the dispersive scan device has a first AWG and a second AWG.
Gemäß einer Ausführungsform wird das erste optische Signal in das erste AWG eingekoppelt und das zweite optische Signal in das zweite AWG einge- koppelt. According to one embodiment, the first optical signal is coupled into the first AWG and the second optical signal is coupled into the second AWG.
Gemäß einer Ausführungsform sind das erste AWG und das zweite AWG nebeneinander in einer zum Signalweg senkrechten Richtung angeordnet. According to one embodiment, the first AWG and the second AWG are arranged next to one another in a direction perpendicular to the signal path.
Gemäß einer Ausführungsform hat ein lateraler Abstand zwischen dem ersten AWG und dem zweiten AWG einen Wert, welcher so gering ist, dass die von den AWGs ausgehenden Strahlungsbündel am Objekt (im Fernfeld) einen late- ralen Abstand im Bereich von ein bis zehn Strahldurchmessern aufweisen. Mit anderen Worten besteht vorzugsweise ein lateraler Abstand zwischen dem ers- ten AWG und dem zweiten AWG, der am Objekt einem Wert im Bereich von ein bis zehn Strahldurchmessern eines von der Lichtquellen-Einheit erzeugten Strahlenbündels entspricht. Dadurch wird erreicht, dass mit beiden AWGs näherungsweise am gleichen Objektort gemessen wird. According to one embodiment, a lateral distance between the first AWG and the second AWG has a value which is so small that the radiation beams emanating from the AWGs on the object (in the far field) have a lateral distance in the range from one to ten beam diameters. In other words, there is preferably a lateral distance between the first AWG and the second AWG, which corresponds to a value on the object in the range from one to ten beam diameters of a beam of rays generated by the light source unit. This ensures that measurements are taken with both AWGs approximately at the same object location.
Die Erfindung betrifft weiter auch ein Verfahren zur scannenden Abstandser- mittlung eines Objekts, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: The invention also relates to a method for scanning the distance of an object, the method comprising the following steps:
- Aussenden, unter Verwendung einer Lichtquellen-Einheit, wenigstens eines optischen Signals mit zeitlich variierender Frequenz; und - Ermitteln eines Abstandes des Objekts auf Basis jeweils eines an dem Objekt reflektierten, aus dem wenigstens einen optischen Signal hervor- gegangenen Messsignals und eines nicht an dem Objekt reflektierten Referenzsignals; Emitting, using a light source unit, at least one optical signal with a time-varying frequency; and Determining a distance of the object on the basis of in each case a measurement signal reflected on the object, resulting from the at least one optical signal, and a reference signal not reflected on the object;
- wobei die Messsignale über eine dispersive Scan-Einrichtung frequenz- selektiv in unterschiedliche Strahlrichtungen zu dem Objekt gelenkt wer- den; und  - The measurement signals are directed frequency-selectively in different beam directions to the object via a dispersive scan device; and
- wobei der dispersiven Scan-Einrichtung simultan eine Mehrzahl von Messsignalen zugeführt wird, wobei sich diese Messsignale in ihrem zeit- abhängigen Frequenzverlauf voneinander unterscheiden.  - A plurality of measurement signals are simultaneously fed to the dispersive scan device, these measurement signals differing from one another in their time-dependent frequency profile.
Gemäß einer Ausführungsform weisen der dispersiven Scan-Einrichtung simul- tan zugeführte Messsignale jeweils einen zueinander entgegengesetzten zeit- abhängigen Frequenzverlauf auf. According to one embodiment, the dispersive scan device simultaneously supplied measurement signals each have an opposite time-dependent frequency profile.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Verfahren unter Verwendung einer Vorrichtung mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen durchgeführt. According to one embodiment, the method is carried out using a device with the features described above.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen. Further refinements of the invention can be found in the description and the subclaims.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments shown in the accompanying figures.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Es zeigen: Show it:
Figur 1a-1 b schematische Darstellungen zur Erläuterung des Auf- baus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ers- ten Ausführungsform; 1a-1b are schematic representations to explain the structure of a device according to the invention in a first embodiment;
Figur 2a-2c Diagramme zur Erläuterung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung von Figur 1 ; 2a-2c are diagrams for explaining the functioning of the device according to the invention from FIG. 1;
Figur 3-8 Diagramme zur Erläuterung weiterer Ausführungsfor- men einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und FIG. 3-8 diagrams for explaining further embodiments of a device according to the invention; and
Figuren 9a-9b schematische Darstellungen zur Erläuterung von Aufbau und Wirkungsweise einer herkömmlichen Vorrichtung zur Abstandsermittlung. FIGS. 9a-9b are schematic representations to explain the structure and mode of operation of a conventional device for determining the distance.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
Im Weiteren werden Aufbau und Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die schematische Darstellung in Fig. 1 a-1 b beschrieben. The structure and mode of operation of a device according to the invention are described below in an exemplary embodiment with reference to the schematic illustration in FIGS. 1 a-1 b.
Gemäß Fig. 1 a wird im Unterschied zu dem bereits anhand von Fig. 9a-9b be- schriebenen, herkömmlichen Konzept als Lichtquellen-Einheit 110 nicht ledig- lich ein einziger frequenzmodulierter FMCW-Laser (FMCW= „frequency- modulated continuous wave“) zum Aussenden eines optischen Signals mit zeitlich variierender Frequenz („chirp“), sondern ein Laser-Array 111 aus einer Mehrzahl von Lasern verwendet. Bei den Lasern kann es sich um DFB-Laser, DBR-Laser oder auch um WGMR-Laser oder VCSEL-Laser handeln. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktionsweise eines DFB-Laser-Arrays aus einer Mehrzahl von DFB-Lasern wird auf DiLazaro et al. :“Large-volume, low cost, high-precision FMCW tomography using stitched DFBs", Optics Express, Vol. 26, No. 3, 5 Feb 2018, 2891 -2904, sowie Coldren et al.:“Tunable Semiconduc- tor Lasers: A Tutorial’, Journal of Lightwave Technology, Vol. 22, No. 1 , Janua- ry 2004, 193-202, verwiesen. According to FIG. 1 a, in contrast to the conventional concept already described with reference to FIGS. 9 a-9 b, a single frequency-modulated FMCW laser (FMCW = “frequency-modulated continuous wave”) is not used as the light source unit 110. to emit an optical signal with a time-varying frequency (“chirp”), but a laser array 111 from a plurality of lasers is used. The lasers can be DFB lasers, DBR lasers or WGMR lasers or VCSEL lasers. With regard to the principle of operation of a DFB laser array consisting of a plurality of DFB lasers, DiLazaro et al. : “Large-volume, low cost, high-precision FMCW tomography using stitched DFBs", Optics Express, Vol. 26, No. 3, Feb 5, 2018, 2891-2904, and Coldren et al.: Tunable Semiconductor Lasers : A Tutorial ', Journal of Lightwave Technology, Vol. 22, No. 1, January 2004, 193-202.
Der Einsatz dieses Laser-Arrays 111 wird erfindungsgemäß mit dem Einsatz einer dispersiven Scaneinrichtung 130, deren Wirkungsweise in Fig. 1 b veran- schaulicht ist, kombiniert. The use of this laser array 111 is combined according to the invention with the use of a dispersive scanning device 130, the mode of operation of which is illustrated in FIG. 1b.
Gemäß Fig. 1 a ist das erfindungsgemäß eingesetzte Laser-Array 111 Bestand- teil einer Lichtquellen-Einheit 110, welche im Ergebnis optische Signale mit je- weils zeitlich variierender Frequenz gemäß dem in Fig. 2a angedeuteten Fre- quenzgang erzeugt. Hierbei ist - ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre - ein sequentieller Betrieb der einzelnen Laser des Laser-Arrays 111 rea- lisiert. Hierzu weist die Lichtquellen-Einheit 110 eine Phasenregelschleife zur Regelung der optischen Phase (engl.: OPLL=„optical phase locked loop“) auf, welche gemäß Fig. 1a einen Splitter 112, ein als Frequenzdiskriminator die- nendes Mach-Zehnder-Interferometer 113 mit nachgeschaltetem Wellenlän- genmultiplexer (WDM= wavelength division multiplexer“= Wellenlängenunter- teilungsMultiplexer) 114, welcher z.B. als AWG ausgestaltet sein kann, sowie ein Detektor-Array 115 aufweist, wobei das gegebenenfalls verstärkte Aus- gangssignal des Detektor-Arrays 115 den Eingang für eine Steuerungseinrich- tung 116, welche eine Stromquelle umfasst und zur Steuerung der einzelnen Laser des Laser-Arrays 111 dient, bildet. According to FIG. 1 a, the laser array 111 used in accordance with the invention is part of a light source unit 110 which, as a result, generates optical signals with a frequency that varies with time in accordance with the frequency response indicated in FIG. 2 a. Here - without the invention being restricted to this - sequential operation of the individual lasers of the laser array 111 has been implemented. For this purpose, the light source unit 110 has a phase-locked loop for regulating the optical phase (OPLL = “optical phase locked loop”), which according to FIG. 1a has a splitter 112, a Mach-Zehnder interferometer 113 which serves as a frequency discriminator with downstream wavelength division multiplexer (WDM = wavelength division multiplexer) 114, which eg can be configured as an AWG and has a detector array 115, the possibly amplified output signal of the detector array 115 being the input for a control device 116, which comprises a current source and for controlling the individual lasers of the laser array 111 serves, forms.
Die einzelnen Laser des Laser-Arrays 111 sind hinsichtlich ihrer Mittenfrequen- zen um etwa den Durchstimmbereich gegeneinander versetzt mit der Folge, dass bei sequentiellem Betrieb der Laser des Laser-Arrays 111 der in Fig. 2a dargestellte Frequenzgang erzeugt wird, wobei die Beiträge der einzelnen La- ser mit„1.1“,„1.2“,„1.3“, ... bezeichnet sind. In einem weiteren Ausführungs- beispiel kann gemäß dem Diagramm von Fig. 4 auch unter Verzicht auf eine solche sequentielle Ansteuerung ein simultaner Betrieb der Laser des Laser- Arrays 111 erfolgen, so dass die optischen Signale der Laser in diesem Falle gleichzeitig (aber ebenfalls mit gemäß Fig. 4 zueinander versetzten Mitten- frequenzen) ausgesandt werden. The individual lasers of the laser array 111 are offset with respect to one another with respect to their center frequencies by approximately the tuning range, with the result that the frequency response shown in FIG. 2a is generated during sequential operation of the lasers of the laser array 111, the contributions of the individual Lasers are labeled "1.1", "1.2", "1.3", ... In another implementation For example, according to the diagram of FIG. 4, the lasers of the laser array 111 can be operated simultaneously without the need for such a sequential control, so that in this case the optical signals of the lasers are offset simultaneously (but also with one another according to FIG. 4) Center frequencies) are transmitted.
Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 1 a werden die von der Lichtquelleneinheit 110 erzeugten optischen Signale über einen Strahlteiler 118 (z.B. einen teil- durchlässigen Spiegel oder einen faseroptischen Splitter) in für sich bekannter Weise als Messsignale dienende Teilsignale sowie als Referenzsignal dienen- de Teilsignale aufgespalten. Die als Messsignal dienenden Teilsignale werden über einen optischen Zirkulator 120 und die dispersive Scan-Einrichtung 130 auf ein hinsichtlich seines Abstandes von der Vorrichtung zu vermessendes Objekt (in Fig. 1 a nicht dargestellt) gelenkt, wohingegen die als Referenzsignal dienenden Teilsignale analog zu Fig. 9a-9b für die weitere Auswertung ver- wendet werden. With renewed reference to FIG. 1 a, the optical signals generated by the light source unit 110 are split up via a beam splitter 118 (for example a partially transparent mirror or a fiber-optic splitter) in a manner known per se as partial signals serving as measuring signals and as partial signals serving as reference signals . The partial signals serving as the measuring signal are directed via an optical circulator 120 and the dispersive scanning device 130 to an object to be measured with respect to its distance from the device (not shown in FIG. 1 a), whereas the partial signals serving as reference signal are analogous to FIG. 9a-9b can be used for further evaluation.
Die dispersive Scan-Einrichtung 130 ist gemäß Fig. 1 b als zweidimensionale Scan-Einrichtung ausgestaltet und weist zur frequenzselektiven Ablenkung in zwei zueinander senkrechten Richtungen ein AWG 131 in Kombination mit ei- nem Beugungsgitter 132 auf. Hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise einer als solche bekannten zweidimensionale Scan-Einrichtung wird auf K. Van Aco- leyen et al. :„ Two-Dimensional Dispersive Off-Chip Beam Scanner Frabricated on Silicon-On-lnsulatoF , IEEE Photonics Technology Leiters, Vol. 23, No. 17, September 1 , 2011 , 1270-1272 verwiesen. 1b is configured as a two-dimensional scanning device and has an AWG 131 in combination with a diffraction grating 132 for frequency-selective deflection in two mutually perpendicular directions. With regard to the structure and mode of operation of a two-dimensional scanning device known as such, reference is made to K. Van Acoleyen et al. : "Two-Dimensional Dispersive Off-Chip Beam Scanner Frabricated on Silicon-On-insulatoF, IEEE Photonics Technology Leiters, Vol. 23, No. 17, September 1, 2011, 1270-1272.
Erfindungsgemäß wird in der dispersiven Scan-Einrichtung 130 die Dispersion des AWG 131 (welche durch die Ordnung definiert ist, in welcher das AWG be- trieben wird) wesentlich größer gewählt als die Dispersion des Beugungsgitters 132. Infolgedessen erfolgt während der Frequenzdurchstimmung des Laser- Arrays 111 über den gesamten Durchstimmbereich (von beispielsweise 12THz) ein mehrfaches Abscannen des Sichtfeldes (FoV=„Field of View“) über das AWG 131 entlang einer Raumrichtung, jedoch ein nur einmaliges Abscannen des Sichtfeldes über das Beugungsgitter 132 entlang der hierzu senkrechten Raumrichtung. According to the invention, the dispersion of the AWG 131 (which is defined by the order in which the AWG is operated) in the dispersive scanning device 130 is chosen to be substantially larger than the dispersion of the diffraction grating 132. As a result, the frequency of the laser array is tuned 111 over the entire tuning range (for example 12THz) a multiple scanning of the field of view (FoV = "Field of View") via the AWG 131 along a spatial direction, but only a single scanning the field of view via the diffraction grating 132 along the direction perpendicular to this.
Das in höherer Ordnung betriebene AWG 131 bewirkt somit gemäß Fig. 2b einen vergleichsweise schnellen Scanvorgang im Sinne einer auf vergleichs- weise kurzer Zeitskala erfolgenden frequenzselektiven Ablenkung um Winkel f in einer ersten Raumrichtung, wohingegen das Beugungsgitter 132 in einem vergleichsweise langsamen Scanvorgang eine auf größerer Zeitskala erfolgen- de frequenzselektive Strahlablenkung in hierzu senkrechter Raumrichtung um Winkel Q bewirkt. According to FIG. 2b, the AWG 131 operated in a higher order thus effects a comparatively fast scanning process in the sense of a frequency-selective deflection by angle f in a first spatial direction on a comparatively short time scale, whereas the diffraction grating 132 performs a comparatively slow scanning process on a larger time scale frequency-selective beam deflection takes place in the direction perpendicular to this by an angle Q.
Nach Reflexion am Objekt verläuft der Signalweg zurück über den optischen Zirkulator 120 zu einem weiteren dispersiven Element 150 (welches als AWG ausgelegt sein kann) zur frequenzselektiven räumlichen Aufteilung des von dem Objekt reflektierten Messsignals. Aufgrund der frequenzselektiven räumli- chen Aufteilung durch das weitere dispersive Element 150 werden die unter- schiedlichen Frequenzbereiche, welche den unterschiedlichen Ablenkungen zum Objekt hin entsprechen, auf einer als Array ausgestalteten Detektoranord- nung 160 räumlich voneinander separiert. After reflection on the object, the signal path runs back via the optical circulator 120 to a further dispersive element 150 (which can be designed as an AWG) for frequency-selective spatial division of the measurement signal reflected by the object. Due to the frequency-selective spatial division by the further dispersive element 150, the different frequency ranges, which correspond to the different deflections towards the object, are spatially separated from one another on a detector arrangement 160 designed as an array.
Der vorstehend beschriebene, mit der erfindungsgemäßen zweidimensional arbeitenden dispersiven Scan-Einrichtung 130 bewirkte zweidimensionale Scanprozess mit vergleichsweise schnellem Scan (um Winkel f) in der ersten Raumrichtung und einem vergleichsweise langsamen Scan (um Winkel Q) in der zweiten Raumrichtung hat grundsätzlich ohne weitere Maßnahmen Lücken im Scanbereich, welche„nicht abgescannten“ Winkelbereichen entsprechen, zur Folge. Diesem Umstand kann dadurch Rechnung getragen werden, dass in Ausführungsformen der Erfindung und wie im Diagramm von Fig. 3 angedeutet durch sukzessives Verschieben der jeweiligen „Start-Wellenlänge“ bei auf- einanderfolgenden Scans bei gleichzeitiger Verschiebung der Arbeitsfrequenz des AWGs 131 der dispersiven Scan-Einrichtung 130 effektiv eine Verschie- bung des Scanmusters bewirkt wird, um die vorstehend genannten Lücken bzw. nicht abgescannten Winkelbereiche aufzufüllen. Zur Ermöglichung dieser sukzessiven Wellenlängenverschiebung wird vorzugsweise der Durchstimm- bereich des Laser-Arrays 111 um z.B. wenigstens 10% größer gewählt als der minimale zur Abdeckung des gewünschten Scanwinkel-Bereichs durch die dis- persive Scan-Einrichtung 130 erforderliche Durchstimmbereich. The above-described two-dimensional scanning process with the two-dimensional dispersive scanning device 130 according to the invention with comparatively fast scan (by angle f) in the first spatial direction and a comparatively slow scan (by angle Q) in the second spatial direction basically has gaps without further measures in the scan area, which correspond to "unscanned" angular areas. This fact can be taken into account by the fact that, in embodiments of the invention and as indicated in the diagram in FIG. 3, by successively shifting the respective “start wavelength” in successive scans while simultaneously shifting the working frequency of the AWG 131 of the dispersive scan device 130 a displacement of the scan pattern is effectively effected in order to fill the above-mentioned gaps or non-scanned angular ranges. To enable this successively shifting the wavelength, the tuning range of the laser array 111 is preferably chosen to be, for example, at least 10% larger than the minimum tuning range required to cover the desired scanning angle range by the dispersive scanning device 130.
Im Weiteren werden unter Bezugnahme auf Fig. 5ff Ausführungsformen der Er- findung beschrieben, bei denen die zum Erhalt zusätzlicher Information hin- sichtlich der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Objekt und der Messvorrich- tung verwendbaren optischen Signale mit zeitlich entgegengesetztem Frequenzverlauf durch separate Laser erzeugt werden mit der Folge, dass in Verbindung mit einer in geeigneter Weise ausgestalteten dispersiven Scan- Einrichtung und bei entsprechend synchronem Betrieb der beiden Laser eine signifikante Messzeitverkürzung (im Wesentlichen um einen Faktor zwei) er- zielt werden kann. In the following, embodiments of the invention are described with reference to FIG. 5ff, in which the optical signals which can be used to obtain additional information with regard to the relative speed between the object and the measuring device are generated by separate lasers with a frequency curve which is opposite in time with the As a result, a significant reduction in measuring time (essentially by a factor of two) can be achieved in connection with a suitably designed dispersive scanning device and with correspondingly synchronous operation of the two lasers.
Gemäß der Ausführungsform von Fig. 5a-5c weist die Lichtquellen-Einheit zwei durchstimmbare Laser mit übereinstimmenden durchlaufenen Frequenzberei- chen (=„Durchstimmbereichen“) 501 , 502 auf. Dabei bezeichnet in Fig. 5a-5c „B“ die Durchstimmbandbreite pro Pixel,„N“ die Anzahl der Pixel pro Pixel- reihe, N*B=f2-fi die Durchstimmbandbreite pro Pixelreihe,„T“ die Durchstimm- dauer pro Pixel und„B/T“ die Durchstimmrate. According to the embodiment of FIGS. 5a-5c, the light source unit has two tunable lasers with corresponding swept frequency ranges (= “tuning ranges”) 501, 502. 5a-5c, "B" denotes the tuning bandwidth per pixel, "N" the number of pixels per row of pixels, N * B = f 2 -fi the tuning bandwidth per row of pixels, "T" the tuning duration per pixel and "B / T" the tuning rate.
Für den ersten Laser wird die Frequenz entsprechend dem durchlaufenen Fre- quenzbereich 501 mit linearer Zeitabhängigkeit gemäß Fig. 5a vom Wert h bis auf den Wert f2 erhöht, wohingegen für den zweiten Laser die Frequenz ent- sprechend dem durchlaufenen Frequenzbereich 502 mit ebenfalls linearer, jedoch entgegengesetzter Zeitabhängigkeit vom Wert f2 bis auf den Wert h ver- ringert wird. Die Durchstimmrate (B/T) wird hierbei für beide Laser betragsmä- ßig übereinstimmend gewählt, jedoch mit entgegengesetzten Vorzeichen. Gemäß Fig. 5c wird das aus dem optischen Signal des ersten Lasers hervor- gegangene Messsignal in ein erstes AWG 510 eingekoppelt, wohingegen das aus dem optischen Signal des zweiten Lasers hervorgegangene Messsignal in ein zweites AWG 520 eingekoppelt wird. Des Weiteren ist das zweite AWG 520 seitenverkehrt zum ersten AWG 510 angeordnet. Beim Durchstimmen beider Laser werden somit die jeweiligen Strahlenbündel bzw. Laserspots neben- einander in gleicher Richtung über das Objekt geführt. Es sei angemerkt, dass in diesem Ausführungsbeispiel die AWGs 510 und 520 hinter den Wellenleitern einen Freistrahlbereich aufweisen, so dass diese wie Zeilenspektrometer wir- ken. In Kombination mit einer abbildenden Optik wandern die von den AWGs ausgehenden Strahlenbündel (dicke Punkte in Fig. 5c) nebeneinander simultan über das Objekt. For the first laser, the frequency is increased from the value h to the value f 2 in accordance with the frequency range 501 passed through with a linear time dependency according to FIG. 5a, whereas for the second laser the frequency corresponding to the frequency range 502 passed through, also with a linear, however, the opposite time dependency is reduced from the value f 2 to the value h. The tuning rate (B / T) is chosen to be the same for both lasers, but with opposite signs. According to FIG. 5 c, the measurement signal resulting from the optical signal of the first laser is coupled into a first AWG 510, whereas the measurement signal resulting from the optical signal of the second laser is coupled into a second AWG 520. Furthermore, the second AWG 520 arranged upside down to the first AWG 510. When the two lasers are tuned, the respective beams or laser spots are guided next to one another in the same direction over the object. It should be noted that in this exemplary embodiment, the AWGs 510 and 520 have a free-radiation area behind the waveguides, so that they act like line spectrometers. In combination with an imaging optic, the beams of rays emanating from the AWGs (thick dots in FIG. 5c) migrate side by side simultaneously over the object.
Die beiden AWGs 510, 520 sind gemäß Fig. 5c so angeordnet, dass die Mess- strahlung des ersten AWG 510 und die Messstrahlung des zweiten AWG 520 in hinreichender räumlicher Nähe, jedoch mit vernachlässigbarem Überlapp der (typischerweise jeweils eine gaußförmige Intensitätsverteilung aufweisenden) Laserspots auf das Objekt treffen. Insbesondere kann der Abstand zwischen der Messstrahlung des ersten AWG 510 und der Messstrahlung des zweiten AWG 520 im Bereich von ein bis zehn Strahldurchmessern betragen. Die bei- den AWGs 510, 520 können insbesondere (jedoch ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) monolithisch hergestellt sein. According to FIG. 5c, the two AWGs 510, 520 are arranged such that the measuring radiation of the first AWG 510 and the measuring radiation of the second AWG 520 are in sufficient spatial proximity, but with a negligible overlap of the laser spots (typically each having a Gaussian intensity distribution) hit the object. In particular, the distance between the measurement radiation of the first AWG 510 and the measurement radiation of the second AWG 520 can be in the range from one to ten beam diameters. The two AWGs 510, 520 can in particular (but without being limited to this) be produced monolithically.
Da im Ausführungsbeispiel von Fig. 5a-5c die jeweils eine gaußförmige Intensi- tätsverteilung aufweisenden Laserspots des ersten und des zweiten Lasers einander nicht überlappen, kann die Strahlung beider Laser bei der Detektion wieder separiert und zwei unabhängigen, balancierten Detektoren zugeführt werden. Anhand der Summe und der Differenz der mit den Detektoren ermittel- ten Schwebungsfrequenzen können Abstand und Geschwindigkeit des Objekts berechnet werden. Since in the exemplary embodiment of FIGS. 5a-5c the laser spots of the first and the second laser, each having a Gaussian intensity distribution, do not overlap, the radiation from both lasers can be separated again during the detection and fed to two independent, balanced detectors. The distance and speed of the object can be calculated on the basis of the sum and the difference of the beat frequencies determined with the detectors.
In einer weiteren Ausführungsform gemäß Fig. 6a-6c weist die Lichtquellen- Einheit zwei durchstimmbare Laser mit unterschiedlichen Frequenzbereichen [fi ... bzw. [f3 ... f4] (wobei h < f4 gilt) auf. Beim ersten Laser wird die Frequenz entsprechend dem durchlaufenen Frequenzbereich 601 mit linearer Zeitabhängigkeit gemäß Fig. 6b vom Wert fi auf den Wert f2 erhöht, wohinge- gen für den zweiten Laser die Frequenz entsprechend dem durchlaufenen Frequenzbereich 602 mit ebenfalls linearer, jedoch entgegengesetzter Zeit- abhängigkeit gemäß Fig. 6a vom Wert f4 auf den Wert f3 verringert wird. Auch hier wird die Durchstimmrate (B/T) für beide Laser betragsmäßig übereinstim- mend, jedoch mit entgegengesetztem Vorzeichen gewählt. Die optischen Sig- nale beider Laser werden überlagert und gemäß Fig. 6c in ein einziges AWG 610 (bzw. ein AWG pro Pixelreihe) eingekoppelt. Die Frequenzen h und f3 lie- gen um ein ganzzahliges Vielfaches des freien Spektralbereichs (FSR) dieses AWGs 610 auseinander. Die beiden Laser nutzen dabei unterschiedliche AWG-Ordnungen, wobei der Umstand ausgenutzt wird, dass die von den Lasern erzeugte Laserstrahlung periodisch im Abstand des freien Spektral- bereichs (FSR) denselben AWG-Ausgangskanälen zugeordnet wird. Die Strah- lung beider Laser tritt somit zu jedem Zeitpunkt aus ein- und demselben AWG- Ort bzw. Pixel aus. In a further embodiment according to FIGS. 6a-6c, the light source unit has two tunable lasers with different frequency ranges [fi ... or [f 3 ... f 4 ] (where h <f4 applies). In the first laser, the frequency corresponding to the frequency range 601 passed through with linear time dependence according to FIG. 6b is increased from the value fi to the value f 2 , whereas for the second laser the frequency corresponding to the frequency passed Frequency range 602 with likewise linear, but opposite time dependence according to FIG. 6a is reduced from the value f 4 to the value f 3 . Here, too, the tuning rate (B / T) for both lasers is chosen to be the same, but with the opposite sign. The optical signals of both lasers are superimposed and coupled into a single AWG 610 (or one AWG per row of pixels) according to FIG. 6c. The frequencies h and f 3 are a whole number multiple of the free spectral range (FSR) of this AWG 610 apart. The two lasers use different AWG orders, taking advantage of the fact that the laser radiation generated by the lasers is periodically assigned to the same AWG output channels at a distance from the free spectral range (FSR). The radiation from both lasers thus emerges from one and the same AWG location or pixel at all times.
Am Objekt überlappen sich die beiden (typischerweise jeweils eine gaußförmi- ge Intensitätsverteilung aufweisenden) Laserspots räumlich vollständig. Auf- grund der nichtüberlappenden Frequenzbereiche kann jedoch die Strahlung beider Laser bei der Detektion wieder spektral separiert und zwei voneinander unabhängigen balancierten FMCW-Detektoren zugeführt werden. Aus der Summe und der Differenz der mit den Detektoren ermittelten Schwebungs- frequenzen können Abstand und Geschwindigkeit des Objekts berechnet werden. The two laser spots (typically each having a Gaussian intensity distribution) overlap spatially completely on the object. Due to the non-overlapping frequency ranges, however, the radiation from the two lasers can be spectrally separated again during the detection and fed to two mutually independent, balanced FMCW detectors. The distance and speed of the object can be calculated from the sum and the difference of the beat frequencies determined with the detectors.
Wie im Weiteren unter Bezug auf Fig. 7a-7b erläutert, können auch mehrere Pixelreihen parallel gemessen werden, wenn unter Realisierung eines größe- ren Sichtfeldes eine Stapelanordnung von (einer Anzahl M) AWGs bzw. AWG- Paaren (analog zu Fig. 5c bzw. Fig. 6c) verwendet wird. Die durch die dispersi- ve Wirkung dieser AWG 's aufgrund der frequenzselektiven Verteilung der Messsignale erzeugte Mehrzahl von räumlich voneinander getrennten Aus- gangskanälen kann über ein Abbildungssystem auf das hinsichtlich seines Ab- stands zu vermessende Objekt abgebildet werden. Die Abbildung kann dabei auch im Unendlichen liegen, so dass für jeden AWG-Ausgangskanal ein weit- gehend kollimiertes Messstrahlenbündel ausgesendet wird. Im Hinblick auf die angestrebte hohe Ortsauflösung bei großem Sichtfeld (FOV) kann für M ein möglichst hoher Wert, unter fertigungstechnologischen Aspekten oder aus Kostengründen aber auch ein geringerer Wert von M (z.B. M = 2) gewählt wer- den. Infolge der in Fig. 7b angedeuteten gestapelten Anordnung der AWG's ergibt sich im Ausführungsbeispiel eine matrixartige Anordnung von M * N Ausgangskanälen, wobei die einzelnen, jeweils zu einem AWG gehörigen Gruppen von N Ausgangskanälen in Fig. 7b mit„710a“,„710b“,„710c“, ... be- zeichnet sind. As explained further below with reference to FIGS. 7a-7b, several rows of pixels can also be measured in parallel if a stack arrangement of (a number M) AWGs or AWG pairs (analogous to FIG. 5c or 6c) is used. Can transition channels ve through the dispersive effect of this AWG 's due to the frequency-selective distribution of the measuring signals generated plurality of spatially separated off via an imaging system on its waste stands ready to be object to be measured with respect to. The image can also be infinite, so that a largely collimated measuring beam is emitted for each AWG output channel. In terms of The desired high spatial resolution with a large field of view (FOV) can be a value that is as high as possible for M, but also a lower value of M (eg M = 2) from a manufacturing technology perspective or for cost reasons. As a result of in Fig 7b. Indicated stacked arrangement of the AWG's is obtained in the embodiment, a matrix-like array of M * N output channels, wherein the individual, each belonging to an AWG groups of N output channels in Fig. 7b "710a", "710b "," 710c ", ... are designated.
Die Ansicht von Fig. 7a zeigt in stark vereinfachter schematischer Darstellung den Aufbau eines einzelnen AWG, welchem über einen Eingangslichtleiter 701 elektromagnetische Strahlung mit zeitlich variierender Frequenz von einer (in Fig. 7a-7b nicht dargestellten) Lichtquelle zugeführt wird. Die Strahlung tritt über einen ersten Freistrahlbereich 702 in die AWG-Wellenleiter 703 unter- schiedlicher Länge ein und interferiert am Ende eines zweiten Freistrahlbe- reichs 704 aufgrund der in den Wellenleitern 703 bewirkten unterschiedlichen Phasenverzögerungen konstruktiv an unterschiedlichen Orten. Entsprechend der spektralen Auflösung des AWG's wird somit am Ausgang eine Vielzahl N von Ausgangskanälen bereitgestellt (wobei N z.B. wenigstens 10 oder auch wenigstens 100 betragen kann). The view of FIG. 7a shows, in a highly simplified schematic representation, the structure of an individual AWG, to which electromagnetic radiation with a time-varying frequency is supplied via an input light guide 701 from a light source (not shown in FIGS. 7a-7b). The radiation enters the AWG waveguide 703 of different lengths via a first free radiation area 702 and interferes constructively at different locations at the end of a second free radiation area 704 due to the different phase delays caused in the waveguides 703. According to the spectral resolution of the AWG's is thus provided at the output of a plurality N of output channels (where N is, for example, may be at least 10 or even at least 100).
Durch ein zusätzliches Aufspreizelement kann gemäß Fig. 7c der Abstand zwi- schen den von jeweils einem AWG erzeugten Ausgangskanälen vor deren Pro- jektion über ein Abbildungssystem auf das Objekt vergrößert werden. Ein sol- ches Aufspreizelement 720 kann einen Stapel von N planaren Einzelelementen zur Kanalaufspreizung aufweisen, wobei die Lichtleiter des Aufspreizelements 720 mit den Ausgangskanälen der AWG-Anordnung optisch gekoppelt sind. Vorzugsweise ist jedem Einzel-AWG in monolithischer Herstellungsweise direkt ein Element zur Kanalaufspreizung zugeordnet. Der Einsatz des Aufspreiz- elements 720 ermöglicht zum einen die Abdeckung eines größeren Raum- winkelbereichs und zum anderen auch die Reduzierung der Winkelgeschwin- digkeit des Messstrahls auf dem Objekt während der einzelnen Abstandsmes- sungen, wodurch wiederum Phasenfluktuationen verringert und die erzielbare Tiefenauflösung vergrößert bzw. Peakbreiten im gemessenen Distanzspektrum verringert werden können. According to FIG. 7c, the distance between the output channels generated by one AWG each can be increased by an additional spreading element before they are projected onto the object via an imaging system. Such an expansion element 720 can have a stack of N planar individual elements for channel expansion, the optical fibers of the expansion element 720 being optically coupled to the output channels of the AWG arrangement. Each individual AWG in a monolithic production method is preferably directly assigned an element for channel expansion. The use of the spreading element 720 makes it possible, on the one hand, to cover a larger solid angle range and, on the other hand, also to reduce the angular velocity of the measuring beam on the object during the individual distance measurements, which in turn reduces phase fluctuations and the achievable Depth resolution increased or peak widths in the measured distance spectrum can be reduced.
Zusätzlich zu der o.g. AWG-Anordnung und dem o.g. Abbildungssystem kann die Vorrichtung auch wenigstens ein Ablenkelement aufweisen, über welches der jeweilige Winkel, unter dem Licht von den AWG's der AWG-Anordnung zu dem Objekt gelenkt wird, variierbar ist, um ohne Einschränkung des Sichtfeldes (FOV), welches z.B. 20°*20° betragen kann, eine verbleibende räumliche Dis- tanz zwischen den einzelnen AWG's der AWG-Anordnung bei der optischen Abbildung der Ausgangskanäle auf das Objekt zu überbrücken. Das Ablenk- element dient also dazu, die Winkelauflösung zu erhöhen. Bei dem Ablenk- element kann es sich um ein mechanisch bewegliches optisches Element han- deln, wobei sowohl reflektive Elemente (z.B. ein über wenigstens über ein Festkörpergelenk verstellbarer Spiegel) als auch refraktive optische Elemente (z.B. Linsen oder Prismen) einsetzbar sind. Weiterhin können als Ablenkele- mente auch Optische Phasen-Arrays (OPA), beispielsweise in Form von Flüs- sigkristall-Polarisationsgittern (LCPG= Liquid Crystal Polarization Grätings) verwendet werden. In addition to the above-mentioned AWG arrangement and the above-mentioned imaging system, the device can also have at least one deflection element, by means of which the respective angle at which light is directed from the AWGs of the AWG arrangement to the object can be varied, without restricting the field of vision (FOV), which is 20 ° * 20 ° can, for example, a remaining spatial dis- dance between each AWG 's of the AWG array in the optical imaging of the output channels to bridge onto the object. The deflection element thus serves to increase the angular resolution. The deflection element can be a mechanically movable optical element, wherein both reflective elements (for example a mirror that can be adjusted via at least one solid-state joint) and refractive optical elements (for example lenses or prisms) can be used. Optical phase arrays (OPA), for example in the form of liquid crystal polarization gratings (LCPG = Liquid Crystal Polarization Grätings) can also be used as deflection elements.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform von Fig. 8a-8c weist die Lichtquellen- Einheit wiederum zwei durchstimmbare Laser mit gemäß Fig. 8a-8b unter- schiedlichen Frequenzbereichen 801 , 802 (Bereiche [T ... f2] bzw. [f3 ... f4]) mit fi < f2 < f3 < f4) auf. Beim ersten Laser wird die Frequenz entsprechend dem durchlaufenen Frequenzbereich 801 mit linearer Zeitabhängigkeit gemäß Fig. 8b vom Wert T auf den Wert f2 erhöht, wohingegen für den zweiten Laser die Frequenz mit ebenfalls linearer, jedoch entgegengesetzter Zeitabhängigkeit gemäß Fig. 8a vom Wert f4 auf den Wert f3 verringert wird. Die Durchstimmrate (B/T) wird hierbei für beide Laser betragsmäßig übereinstimmend, jedoch mit entgegengesetztem Vorzeichen gewählt. Die optischen Signale beider Laser werden überlagert und gemäß Fig. 8c mit einer anamorphotischen Optik, z.B. einer Zylinderoptik, zu einer Laserlinie 810 geformt und in ein Beugungsgitter 820 eingekoppelt. Über die mit der Zylinderoptik geformte Laserlinie 810 wird beim spektralen Durchstimmen eine vertikale Pixelreihe erzeugt. Die Frequen- zen fi und f3 liegen um ein ganzzahliges Vielfaches des freien Spektralbereichs (FSR) des Beugungsgitters 820 auseinander, so dass die Strahlung beider Laser zu jedem Zeitpunkt um denselben Gitterablenkwinkel abgelenkt wird. Die beiden Laser nutzen dabei unterschiedliche Beugungsgitter-Ordnungen. Am zu vermessenden Objekt überlappen sich die beiden (typischerweise jeweils eine gaußförmige Intensitätsverteilung aufweisenden Laserspots) räumlich vollstän- dig. Aufgrund der nichtüberlappenden Frequenzbereiche kann jedoch die Strahlung beider Laser bei der Detektion wieder spektral separiert und zwei voneinander unabhängigen balancierten Detektoren zugeführt werden. Auch hier können analog zu Fig. 7a-b mehrere Pixelreihen parallel gemessen wer- den, indem eine Mehrzahl paralleler Laserlinien 810 von der Zylinderoptik ge- formt und nebeneinander in das Beugungsgitter 820 eingekoppelt werden. According to a further embodiment of FIGS. 8a-8c, the light source unit in turn has two tunable lasers with different frequency ranges 801, 802 (ranges [T ... f 2 ] and [f 3 .. . f 4 ]) with fi <f 2 <f 3 <f 4 ). In the case of the first laser, the frequency is increased from the value T to the value f 2 in accordance with the frequency range 801 passed through with linear time dependency according to FIG. 8b, whereas for the second laser the frequency with the likewise linear but opposite time dependence according to FIG. 8a is increased from the value f 4 is reduced to the value f 3 . The tuning rate (B / T) is chosen to be the same for both lasers, but with the opposite sign. The optical signals of both lasers are superimposed and, according to FIG. 8c, formed with an anamorphic optics, for example cylinder optics, into a laser line 810 and coupled into a diffraction grating 820. A vertical row of pixels is generated via the laser line 810 formed with the cylinder optics during the spectral tuning. The frequencies zen fi and f 3 are an integer multiple of the free spectral range (FSR) of the diffraction grating 820 apart, so that the radiation from both lasers is deflected by the same grating deflection angle at all times. The two lasers use different diffraction grating orders. On the object to be measured, the two laser spots (typically each having a Gaussian intensity distribution) overlap spatially completely. Due to the non-overlapping frequency ranges, however, the radiation from the two lasers can be spectrally separated again during the detection and fed to two independent, balanced detectors. Here too, analogously to FIGS. 7a-b, several rows of pixels can be measured in parallel by forming a plurality of parallel laser lines 810 from the cylinder optics and coupling them into the diffraction grating 820 next to one another.
Vorzugsweise (jedoch ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre), wer- den möglichst viele Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form von PICs („photonic integrated Circuit“) implementiert. Preferably (but without the invention being restricted to this), as many parts of the device according to the invention as possible are implemented in the form of PICs (“photonic integrated circuit”).
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alterna- tive Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsfor- men von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalen- te beschränkt ist. Although the invention has been described with reference to specific embodiments, numerous variations and alternative embodiments, e.g. by combining and / or exchanging features of individual embodiments. Accordingly, it is understood by the person skilled in the art that such variations and alternative embodiments are also encompassed by the present invention and the scope of the invention is limited only within the meaning of the appended claims and their equivalents.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Vorrichtung zur scannenden Abstandsermittlung eines Objekts, mit 1. Device for scanning the distance of an object, with
• einer Lichtquellen-Einheit (110) zum Aussenden einer Mehrzahl von optischen Signalen mit jeweils zeitlich variierender Frequenz, wobei die Lichtquellen-Einheit (110) eine Mehrzahl von Lasern aufweist; • a light source unit (110) for emitting a plurality of optical signals, each with a time-varying frequency, the light source unit (110) having a plurality of lasers;
• einer Auswerteeinrichtung (170) zur Ermittlung eines Abstandes des Objekts auf Basis von aus den optischen Signalen jeweils hervorge- gangenen, an dem Objekt reflektierten oder gestreuten Messsignalen und nicht an dem Objekt reflektierten oder gestreuten Referenzsigna- len; und • an evaluation device (170) for determining a distance of the object on the basis of measurement signals which originate from the optical signals, are reflected or scattered on the object and are not reflected or scattered on the object; and
• einer dispersiven Scan-Einrichtung (130), welche eine frequenzselek- tive Ablenkung der zu dem Objekt gelenkten Messsignale bewirkt. • a dispersive scan device (130) which causes a frequency-selective deflection of the measurement signals directed to the object.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Laser DFB-Laser, DBR-Laser, FDML-Laser, WGMR-Laser oder oberflächen- emittierende Laser (VCSEL) sind. 2. Device according to claim 1, characterized in that the lasers are DFB lasers, DBR lasers, FDML lasers, WGMR lasers or surface-emitting lasers (VCSEL).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Laser der Lichtquellen-Einheit (110) sich hinsichtlich der Mittenfrequenzen im zeitabhängigen Frequenzverlauf des vom jeweiligen Laser erzeugten optischen Signals voneinander unterscheiden. 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the lasers of the light source unit (110) differ from one another with respect to the center frequencies in the time-dependent frequency profile of the optical signal generated by the respective laser.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laser der Lichtquellen-Einheit (110) hinsichtlich der Mitten- frequenzen im zeitabhängigen Frequenzverlauf einen dem jeweiligen Durchstimmbereich der einzelnen Laser entsprechenden Frequenzversatz aufweisen. 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the lasers of the light source unit (110) have a frequency offset corresponding to the respective tuning range of the individual lasers with respect to the center frequencies in the time-dependent frequency profile.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Lichtquellen-Einheit (110) ferner eine Steuerungs- einrichtung (116) zum sequentiellen Betreiben der Laser der Lichtquellen- Einheit (110) aufweist. 5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the light source unit (110) further comprises a control device (116) for sequentially operating the lasers of the light source Unit (110).
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass ein durch die Laser der Lichtquellen-Einheit (110) ge- bildetes Laser-Array (111 ) einen resultierenden Durchstimmbereich von wenigstens 1THz, insbesondere von wenigstens 4THz, weiter insbesonde- re wenigstens 10THz, aufweist. 6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a laser array (111) formed by the laser of the light source unit (110) has a resulting tuning range of at least 1THz, in particular of at least 4THz, in particular re at least 10THz.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Laser der Lichtquellen-Einheit (110) jeweils zur Er- zeugung optischer Signale mit einem zeitabhängigen Frequenzverlauf mit zwei Abschnitten, in denen die zeitliche Ableitung der Frequenz zueinan- der entgegengesetzt ist, ausgelegt sind. 7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the lasers of the light source unit (110) in each case for generating optical signals with a time-dependent frequency profile with two sections in which the time derivative of the frequency opposes each other is designed.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Lichtquellen-Einheit (110) einen ersten Laser zur Erzeugung eines ersten optischen Signals mit einem ersten zeitabhängi- gen Frequenzverlauf (501 , 601 , 801 ) und einen zweiten Laser zur Erzeu- gung eines zweiten optischen Signals mit einem zweiten zeitabhängigen Frequenzverlauf (502, 602, 802) aufweist, wobei die zeitlichen Ableitungen der Frequenz im ersten und zweiten Frequenzverlauf zueinander entge- gengesetzt sind. 8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the light source unit (110) has a first laser for generating a first optical signal with a first time-dependent frequency response (501, 601, 801) and a second laser Generation of a second optical signal with a second time-dependent frequency profile (502, 602, 802), the time derivatives of the frequency in the first and second frequency profiles being opposed to one another.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem ersten optischen Signal und von dem zweiten optischen Signal durchlau- fenen Frequenzbereiche (601 , 602, 801 , 802) voneinander verschieden sind. 9. The device according to claim 8, characterized in that the frequency ranges (601, 602, 801, 802) through which the first optical signal and the second optical signal pass are different from one another.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die dispersive Scan-Einrichtung (130) wenigstens ein AWG (510, 520, 610) aufweist. 10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the dispersive scan device (130) has at least one AWG (510, 520, 610).
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass aus den optischen Signalen jeweils hervorgegangene Messsignale in dasselbe AWG (610) eingekoppelt werden. 11. The device according to claim 9 and 10, characterized in that measurement signals resulting from the optical signals are coupled into the same AWG (610).
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die dispersive Scan-Einrichtung (130) wenigstens ein Beugungsgitter (820) aufweist. 12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the dispersive scanning device (130) has at least one diffraction grating (820).
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass aus den optischen Signalen jeweils hervorgegangene Messsignale in dasselbe Beugungsgitter (820) eingekoppelt werden. 13. The apparatus according to claim 12, characterized in that each of the measurement signals resulting from the optical signals are coupled into the same diffraction grating (820).
14. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem ersten optischen Signal und von dem zweiten optischen Signal durchlau- fenen Frequenzbereiche (501 , 502) übereinstimmen. 14. The device according to claim 8, characterized in that the frequency ranges (501, 502) passed through by the first optical signal and by the second optical signal match.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die dispersive Scan-Einrichtung (130) ein erstes AWG (510) und ein zweites AWG (520) aufweist. 15. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the dispersive scan device (130) has a first AWG (510) and a second AWG (520).
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Signal in das erste AWG (510) eingekoppelt wird und das zweite optische Signal in das zweite AWG (520) eingekoppelt wird. 16. The apparatus of claim 14 and 15, characterized in that the first optical signal is coupled into the first AWG (510) and the second optical signal is coupled into the second AWG (520).
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das erste AWG (510) und das zweite AWG (520) nebeneinander in einer zum Signalweg senkrechten Richtung angeordnet sind. 17. The apparatus of claim 15 or 16, characterized in that the first AWG (510) and the second AWG (520) are arranged side by side in a direction perpendicular to the signal path.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein latera- ler Abstand zwischen dem ersten AWG (510) und dem zweiten AWG (520) besteht, der am Objekt einem Wert im Bereich von ein bis zehn Strahldurchmessern eines von der Lichtquellen-Einheit erzeugten Strah- lenbündels entspricht. 18. The apparatus according to claim 17, characterized in that there is a lateral distance between the first AWG (510) and the second AWG (520), which on the object has a value in the range of one to ten beam diameters of one of the light source unit generated beam bundle corresponds.
19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die dispersive Scan-Einrichtung (130) zur frequenz- selektiven Ablenkung in zwei zueinander senkrechten Richtungen ausge- legt ist. 19. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the dispersive scanning device (130) is designed for frequency-selective deflection in two mutually perpendicular directions.
20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die dispersive Scan-Einrichtung (130) ein AWG (131 ) in Kombination mit einem Beugungsgitter (132) aufweist. 20. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the dispersive scanning device (130) has an AWG (131) in combination with a diffraction grating (132).
21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass diese ein dispersives Element (150) zur räumlichen Aufteilung der von dem Objekt reflektierten Messsignale in Abhängigkeit vom jeweiligen Frequenzbereich aufweist. 21. Device according to one of the preceding claims, characterized in that it has a dispersive element (150) for the spatial division of the measurement signals reflected by the object as a function of the respective frequency range.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass dieses dis- persive Element (150) ein AWG aufweist. 22. The apparatus according to claim 21, characterized in that this dispersive element (150) has an AWG.
23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass diese eine Detektoranordnung (160) aus einer Mehr- zahl von unabhängig voneinander betreibbaren Detektorelementen zur Erzeugung von Detektorsignalen aufweist, wobei diese Detektorsignale jeweils für die Differenzfrequenzen zwischen den Frequenzen der zu dem Objekt gelenkten Messsignale und den Frequenzen der jeweiligen Referenzsignale charakteristisch sind. 23. Device according to one of the preceding claims, characterized in that it has a detector arrangement (160) from a plurality of independently operable detector elements for generating detector signals, these detector signals each for the difference frequencies between the frequencies of the to Object-guided measurement signals and the frequencies of the respective reference signals are characteristic.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass voneinan- der verschiedene Detektorelemente dieser Detektoranordnung unter- schiedlichen Winkelbereichen in der Winkelverteilung der zu dem Objekt gelenkten Messsignale zugeordnet sind. 24. The device according to claim 23, characterized in that different detector elements of this detector arrangement are assigned different angular ranges in the angular distribution of the measurement signals directed to the object.
25. Verfahren zur scannenden Abstandsermittlung eines Objekts, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: • Aussenden, unter Verwendung einer Lichtquellen-Einheit (110), wenigstens eines optischen Signals mit zeitlich variierender Frequenz; und 25. A method for scanning the distance of an object, the method comprising the following steps: • emitting, using a light source unit (110), at least one optical signal with a time-varying frequency; and
Ermitteln eines Abstandes des Objekts auf Basis jeweils eines an dem Objekt reflektierten oder gestreuten, aus dem wenigstens einen opti- schen Signal hervorgegangenen Messsignals und eines nicht an dem Objekt reflektierten oder gestreuten Referenzsignals; wobei die Messsignale über eine dispersive Scan-Einrichtung (130) frequenzselektiv in unterschiedliche Strahlrichtungen zu dem Objekt gelenkt werden; und wobei der dispersiven Scan-Einrichtung (130) simultan eine Mehrzahl von Messsignalen zugeführt wird, wobei sich diese Messsignale in ihrem zeitabhängigen Frequenzverlauf voneinander unterscheiden. Determining a distance of the object based in each case on a measurement signal reflected or scattered on the object, resulting from the at least one optical signal, and a reference signal not reflected or scattered on the object; wherein the measurement signals are directed frequency-selectively in different beam directions to the object via a dispersive scan device (130); and wherein the dispersive scan device (130) is simultaneously supplied with a plurality of measurement signals, these measurement signals differing from one another in their time-dependent frequency profile.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der dispersi- ven Scan-Einrichtung (130) simultan zugeführte Messsignale jeweils einen zueinander entgegengesetzten zeitabhängigen Frequenzverlauf auf- weisen. 26. The method according to claim 25, characterized in that the dispersive scan device (130) simultaneously supplied measurement signals each have an opposite time-dependent frequency profile.
27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass dieses unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24 durchgeführt wird. 27. The method according to claim 25 or 26, characterized in that this is carried out using a device according to one of claims 1 to 24.
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