JP2021081424A - LiDARシステムのための動作方法および制御ユニット、LiDARシステム、ならびに装置 - Google Patents
LiDARシステムのための動作方法および制御ユニット、LiDARシステム、ならびに装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021081424A JP2021081424A JP2020185554A JP2020185554A JP2021081424A JP 2021081424 A JP2021081424 A JP 2021081424A JP 2020185554 A JP2020185554 A JP 2020185554A JP 2020185554 A JP2020185554 A JP 2020185554A JP 2021081424 A JP2021081424 A JP 2021081424A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pulse signal
- lidar system
- temporally
- laser
- peak
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000011017 operating method Methods 0.000 title claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 17
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 20
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 19
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 claims description 15
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims description 8
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 claims description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
- G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
- G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
- G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
- G01S7/4814—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
- G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/483—Details of pulse systems
- G01S7/484—Transmitters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/483—Details of pulse systems
- G01S7/486—Receivers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/483—Details of pulse systems
- G01S7/486—Receivers
- G01S7/4865—Time delay measurement, e.g. time-of-flight measurement, time of arrival measurement or determining the exact position of a peak
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/483—Details of pulse systems
- G01S7/486—Receivers
- G01S7/487—Extracting wanted echo signals, e.g. pulse detection
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
【課題】使用されるマルチパルス信号が、ノイズに対してよりはっきりと識別でき、かつ周辺環境監視の際のより良好な位置分解能も可能にするLiDARシステムを提供すること。【解決手段】本発明は、送信側で、複数の時間的に分かれたピーク(P1、P2)と、時間的に直接連なったピーク(P1、P2)の時間的に重なったピーク勾配(F11、F12;F21、F22)とをもつ光マルチパルス信号(S1;S2)が生成され、かつ光送信信号(S)として視野(50)内に送信される、LiDARシステム(1)のための動作方法に関する。本発明はさらに、相応の制御ユニット、LiDARシステム(1)自体、およびとりわけ車両の形式に従う作動装置に関する。【選択図】図2
Description
本発明は、LiDARシステムのための動作方法および制御ユニット、LiDARシステム自体、ならびにLiDARシステムを備えて、かつとりわけ車両として形成された作動装置に関する。
作動装置、とりわけ車両の周辺環境認識のために、いわゆるLiDARシステム(LiDAR: Light Detection and Ranging)がますます多く用いられており、LiDARシステムは、視野に光または赤外放射線を当てて、視野から跳ね返された放射線を、視野の分析のためおよび視野内に含まれたオブジェクトの検出のために捕捉および評価するよう形成されている。LiDARシステムおよびLiDAR方法の、とりわけより良好な信号識別に関する改善のため、なかでもマルチパルス信号が、監視すべき視野の照射に採用されている。
LiDARシステムのための本発明による動作方法は、使用されるマルチパルス信号が、ノイズに対してよりはっきりと識別でき、かつ周辺環境監視の際のより良好な位置分解能も可能にするという利点を有する。これは本発明によれば、送信側で、複数の−とりわけ時間的に分かれた−ピークと、時間的に直接連なったピークの時間的に重なったピーク勾配とをもつ光マルチパルス信号が生成され、かつ光送信信号として視野内に送信される、LiDARシステムのための動作方法が提供されることによって達成される。−とりわけ時間的に分かれたピークをもつ−時間的に重なったピーク勾配をもつマルチパルス信号の本発明による使用は、一方では、受信側で、背景ノイズからの受信された信号の弁別能力の特に高い程度を、他方では、位置分解能の向上を可能にする。
従属請求項は本発明の好ましい変形形態を示している。
本発明によれば、本発明によるマルチパルス信号との関連で、基本的には、任意の複数のパルスが生成および使用され得るのではあるが、本発明による動作方法の好ましい1つの例示的実施形態によれば、送信信号として、2つの−とりわけ時間的に分かれた−ピークと、時間的に重なったピーク勾配とをもつダブルパルス信号が生成および送信される場合に、特に単純な状況が生じる。
本発明によれば、本発明によるマルチパルス信号との関連で、基本的には、任意の複数のパルスが生成および使用され得るのではあるが、本発明による動作方法の好ましい1つの例示的実施形態によれば、送信信号として、2つの−とりわけ時間的に分かれた−ピークと、時間的に重なったピーク勾配とをもつダブルパルス信号が生成および送信される場合に、特に単純な状況が生じる。
ノイズに対する受信された信号の識別能力を向上させるために、および/または視野を監視する際の位置分解能をさらに改善するために、様々な追加的または代替的な措置が考えられる。
本発明による動作方法の好ましい一変形形態によれば、時間的に−とりわけ直接的に−先行する、とりわけ第1のパルス信号は、比較的狭く形成されており、とりわけ、時間的に−とりわけ直接的に−後に続くパルス信号のピーク幅より小さいピーク幅を有しており、時間的に−とりわけ直接的に−後に続くパルス信号は、比較的広く、とりわけ、時間的に−とりわけ直接的に−先行するパルス信号のピーク幅より大きいピーク幅を有することが考えられる。
それに加えてまたはその代わりに、時間的に−とりわけ直接的に−先行するパルス信号のピーク幅は、時間的に−とりわけ直接的に−後に続くパルス信号のピーク幅の約1/20〜約1/5の範囲内、好ましくは約1/10の範囲内にあり得る。
時間的に先行するパルスまたはピークのピーク幅またはパルス幅は、0.5ns以下の範囲内にあり得る。時間的に後に続くパルスまたはピークのピーク幅またはパルス幅は、2ns以上の範囲内にあり得る。
これに関し、それぞれのピーク幅は、それぞれ基礎となるピークの半値幅と解釈され得る。
本発明による動作方法の別の代替的または追加的な一発展形態によれば、時間的に先行する、とりわけ第1のパルス信号が、時間的に後に続く、とりわけ第2のパルス信号より小さいピーク高さを有し得る。
本発明による動作方法の別の代替的または追加的な一発展形態によれば、時間的に先行する、とりわけ第1のパルス信号が、時間的に後に続く、とりわけ第2のパルス信号より小さいピーク高さを有し得る。
とりわけ、時間的に直接連なったパルス信号のピーク高さは、比率では約0.9以下の値、好ましくは約0.8以下の値、さらに好ましくは約0.6以下の値であり得る。
本発明によるマルチパルス信号における直接連なったパルス信号は、別の有利な一形態によれば、ピークの位置に関し、時間的間隔を有することができ、この時間的間隔は、第1のもしくは時間的に−とりわけ直接的に−先行するパルス信号のピーク幅の約10倍〜約20倍の範囲内におよび/または第2のもしくは時間的に−とりわけ直接的に−後に続くパルス信号のピーク幅の約1倍〜約3倍の範囲内にある。
本発明によるマルチパルス信号における直接連なったパルス信号は、別の有利な一形態によれば、ピークの位置に関し、時間的間隔を有することができ、この時間的間隔は、第1のもしくは時間的に−とりわけ直接的に−先行するパルス信号のピーク幅の約10倍〜約20倍の範囲内におよび/または第2のもしくは時間的に−とりわけ直接的に−後に続くパルス信号のピーク幅の約1倍〜約3倍の範囲内にある。
とりわけ、直接連なったパルス信号の時間的間隔は、ピークの時間的位置に関し、時間的に後に続くパルスの半分または全部のパルス幅またはピーク幅の範囲内にあり得る。その代わりに、直接連なったパルス信号の時間的間隔は、ピークの時間的位置に関し、2ns以上の範囲内にあり得る。
基本的には、本発明により形成されるマルチパルス信号の生成には任意の光源が使用され得る。
ただし、本発明による動作方法の別の1つの例示的実施形態により、光送信信号を生成するために、光源ユニットの光源として少なくとも1つの半導体レーザが使用される場合に、測定精度および再現性に関して特に適した状況が生じる。
ただし、本発明による動作方法の別の1つの例示的実施形態により、光送信信号を生成するために、光源ユニットの光源として少なくとも1つの半導体レーザが使用される場合に、測定精度および再現性に関して特に適した状況が生じる。
これに関してはとりわけ、本発明による方法および基礎となるシステムの特定の形態では、複数の光源、とりわけ半導体レーザの使用が有利である。
特に単純な動作状況は、本発明による動作方法の一実施形態により、光源として単一のまたは唯一のレーザ機構が、マルチパルス、とりわけダブルパルスの生成に使用される場合に生じる。
特に単純な動作状況は、本発明による動作方法の一実施形態により、光源として単一のまたは唯一のレーザ機構が、マルチパルス、とりわけダブルパルスの生成に使用される場合に生じる。
これに関し、例えば半導体レーザの意味におけるこの単一のレーザ機構の場合、最初に、レーザ機構の動作の前段階または第1の段階では、比較的多くのエネルギーでおよび/または第1の比較的高い電流パルスにより基礎となる半導体素子内で発振し始めること、発振状態に入ること、および/またはレーザ共振することが、抑制され得る。
これは、基礎となるレーザ機構内で、例えば光吸収体の使用によりおよび/または比較的高い反転度の形成下で行われ得ることが好ましい。
その後、レーザ機構の動作の第2の段階または主段階では、とりわけ第2の電流パルスを当てることにより、とりわけ吸収体による、レーザ共振の抑制が無効にされ、つまりレーザ共振がもはや抑制されなくなる。
その後、レーザ機構の動作の第2の段階または主段階では、とりわけ第2の電流パルスを当てることにより、とりわけ吸収体による、レーザ共振の抑制が無効にされ、つまりレーザ共振がもはや抑制されなくなる。
その後、レーザ機構内で、とりわけQスイッチおよび/または利得スイッチにより、顕著で時間的に規定された緩和振動が励起され、第1の時間的に−とりわけ直接的に−先行する比較的狭いパルス信号が生成および送信される。
次いで緩和振動の後に、追加的なエネルギーの供給下でおよび/またはさらなる通電により、レーザ機構が発振し始めるまたは発振状態に入るようにし、これにより、さらなる時間的に−とりわけ直接的に−後に続くより広いまたは比較的広いパルス信号が、通電の時間的挙動に応じて−つまりとりわけ、励起する電流の時間経過に比例して、および/または第1のパルス信号の下り勾配と時間的に重なって−生成および送信される。
第1のまたは時間的に−とりわけ直接的に−先行するパルス信号および第2のまたは時間的に−とりわけ直接的に−後に続くパルス信号を生成するため、例えば単一の光源、とりわけ単一のレーザ機構、好ましくは単一の半導体レーザが使用および動作され得る。
その代わりに、第1の光源および第2の光源が、とりわけ、時間的に−とりわけ直接的に−相次いで使用および動作されることができ、これに関してはとりわけ、それぞれ使用される光源は、レーザ機構として、好ましくは半導体レーザとして形成され得る。
1つまたは複数の光源の制御および動作のために、様々なメカニズムが使用可能である。
例えば、本発明による動作方法の別の一形態によれば、1つまたは両方の光源、とりわけ1つまたは両方のレーザ機構または半導体レーザの励起の時間的順番を、パルス信号およびその順番によりもたらすよう適応されたドライバユニットが使用および動作され得る。
例えば、本発明による動作方法の別の一形態によれば、1つまたは両方の光源、とりわけ1つまたは両方のレーザ機構または半導体レーザの励起の時間的順番を、パルス信号およびその順番によりもたらすよう適応されたドライバユニットが使用および動作され得る。
このために、ドライバユニットは、単一の光源または両方の光源に−とりわけ一対一に対応して−割り当てられた第1のドライバおよび第2のドライバを有することができ、これらのドライバはそれぞれ、受動発振回路としてもしくは受動発振回路を備えて、および/または電流源としてもしくは電流源を備えて形成される。
本発明はさらに、基礎となるLiDARシステム内で、本発明による動作方法の一実施形態を開始する、実行する、進行させる、調節する、および/または制御するよう適応された、LiDARシステムのための制御ユニットに関する。
本発明はさらに、一次光を視野内へと視野を照射するために生成および送信するための送信ユニットと、視野からの二次光を受信、検出、および評価するための受信ユニットとを備えて形成されたLiDARシステム自体にも関する。
提案するLiDARシステムは、本発明による方法と共に使用されるために、および/またはこのような方法によって制御もしくは調節されるために適応されている。
LiDARシステムはこのために、本発明により形成された制御ユニットを備えて形成されることが有利であり、この制御ユニットの方は、送信ユニットおよび/または受信ユニットの動作を制御するために、とりわけ一次光の発生/送信ならびに/または二次光の受信、検出、および評価を開始する、指示する、実施する、調節する、ならびに/または制御するために適応されている。
LiDARシステムはこのために、本発明により形成された制御ユニットを備えて形成されることが有利であり、この制御ユニットの方は、送信ユニットおよび/または受信ユニットの動作を制御するために、とりわけ一次光の発生/送信ならびに/または二次光の受信、検出、および評価を開始する、指示する、実施する、調節する、ならびに/または制御するために適応されている。
本発明によるLiDARシステムの有利な一実施形態では、受信ユニットが相関ユニットを有しており、相関ユニットは、送信されたパターンまたは入力側でのマルチパルス信号における信号パターンを検出するために適応されている。
最後に本発明は、本発明により形成されたLiDARシステムを備えて、かつとりわけ車両として形成された作動装置自体にも関する。
添付の図を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。
添付の図を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。
以下に、図1〜図3を参照しながら本発明の例示的実施形態および技術的背景を詳細に説明する。同じおよび同等のならびに同じまたは同等に作用する要素およびコンポーネントは同じ符号で表している。表された要素およびコンポーネントの詳細説明をその登場の度に繰返しはしない。
図示した特徴およびそれ以外の特性は、本発明の核心を逸脱することなく、任意の形態で互いから分離でき、かつ任意に相互に組み合わせ得る。
本発明を図解するため、図1は、本発明により形成されたLiDARシステム1の一実施形態の図を概略的に示しており、このLiDARシステム1は、本発明による動作方法の実施形態との関連で用いられ得る。
本発明を図解するため、図1は、本発明により形成されたLiDARシステム1の一実施形態の図を概略的に示しており、このLiDARシステム1は、本発明による動作方法の実施形態との関連で用いられ得る。
図1によるLiDARシステム1は、その光学的構成10との関連で、送信光学系とも解釈され得る送信ユニット60および受信光学系とも解釈され得る受信ユニット30を有している。
制御ユニット40が形成されることが有利であり、制御ユニット40と、送信ユニット60および受信ユニット30は、捕捉線および制御線41または42を介して作用結合されている。
送信ユニット60は、一次光57の生成および送信のための光源ユニット65と、一次光57のビームフォーミングのためのビームフォーミング光学系66と、例えばオブジェクト52を含み得るシーン53を有する視野50内への一次光57の本来の送信のための偏向光学系62とを備えている。
受信ユニット30は、例えば対物レンズの形式に従う一次光学系34と、例えば受信側のコリメータを備えた二次光学系35とを備えている。
この関連で言及すべきは、自動車分野における従来の市販のLiDARシステムおよび多数の従来の開発システムは、予め決定された立体角内への、短期ベース−例えば約2μs未満−のシングルパルス送信の原理に基づいており、かつ視野50内のシーン53内のオブジェクト52を、送信された一次光57の反射に基づいて、二次光58を介して検出する。
この関連で言及すべきは、自動車分野における従来の市販のLiDARシステムおよび多数の従来の開発システムは、予め決定された立体角内への、短期ベース−例えば約2μs未満−のシングルパルス送信の原理に基づいており、かつ視野50内のシーン53内のオブジェクト52を、送信された一次光57の反射に基づいて、二次光58を介して検出する。
この検出は、この場合、検出構成20内の様々な光検出器、例えばAPD、CCD、SPAD、またはSiPMを介し、とりわけ電気信号の生成に基づき、基礎となるシングルパルス送信をベースとして行われる。
光パルスの特徴的な形状は、生成された電気信号の信号形状にも反映され、しかも、これは視野50内のシーン53内の検出すべきオブジェクト52の空間的変位(例えば傾動)に基づく光パルスの時間的畳み込みと同時である。この場合、送信された信号形状の特性曲線と検出された信号の相関が行われ得る。
一般的に、光信号は、ガウスまたはsin2に似た特性曲線を有する。この信号形状の原因は、送信ユニット60とも解釈され得る送信モジュール内の光信号生成の際の通電である。
これについて図2および図3は、概略的に、かつグラフ120および130の形態で、本発明により生成されるマルチパルス信号Sの実施形態に対する軌跡123、133の形態での信号形状であって、第1のパルス信号S1および第2のパルス信号S2をもつ、詳しくはそれぞれ、第1の時間的により早い上り勾配F11またはF21によって、および第2の時間的により遅い下り勾配F12またはF22によって挟まれたまたは囲まれたピークP1、P2をもつ信号形状を示している。
通電の改変は、光送信信号Sの特性曲線を変化させ、つまり例えば時間に伴う強度推移のガウス状の形の特性曲線を変化させ、それも、本発明によれば、2つの異なるパルスまたはパルス信号S1およびS2が直接的に相前後して生成され、送信されるように変化させ、詳しくは、第1のパルス信号S1の第1のピークP1および第2のパルス信号S2の第2のピークP2をもつ本発明によるダブルピーク特性曲線に変化させ、このパルス信号S1およびS2は、本発明によれば、直接的な時間的順番において、図2および図3での表示により第1のパルス信号S1の第1のピークP1の後の第2の時間的に遅い下り勾配F12が、第2のパルス信号S2の第1の時間的に早い上り勾配F21と時間的に重なるように生成され、送信される。
比較的短い時間内にダブルパルスを送信することにより、検出確率を上げるための相応の相関関数を実装することで、改善されたおよび/またはよりロバスト性のある相関性がもたらされ得る。なぜなら送信信号Sとしてのダブルパルス信号は信号特有の間隔を有しており、シングルパルス信号より、妨害信号および/またはノイズとしては明らかにありそうもないからである。
本発明によるパルス生成の一実施形態の特殊性は、場合によっては1つのタイプの、光源ユニット65内のビーム源または光源65−1、65−2しか必要ないことにある。
とりわけ、上で既に言及したように本発明の好ましい一実施形態では、送信信号Sとしてのダブルパルス信号の両方のパルス信号S1およびS2を生成および送信するには、例えば半導体レーザの意味における唯一のまたは単一の光源65−1で十分であり得る。
とりわけ、上で既に言及したように本発明の好ましい一実施形態では、送信信号Sとしてのダブルパルス信号の両方のパルス信号S1およびS2を生成および送信するには、例えば半導体レーザの意味における唯一のまたは単一の光源65−1で十分であり得る。
本発明の利点として、
− ノイズからの信号のより良好な受信側での識別と、
− それぞれのシングルパルスS1およびS2の異なるパルス幅に基づく、より良好な受信側での位置分解能とがもたらされる。
− ノイズからの信号のより良好な受信側での識別と、
− それぞれのシングルパルスS1およびS2の異なるパルス幅に基づく、より良好な受信側での位置分解能とがもたらされる。
送信信号Sとしてのダブルパルス信号の生成は、基礎となる半導体内のスイッチング可能な吸収体による超短期パルスのコンセプトおよび/またはダイオードドライバと、短い時間内の、例えばナノ秒範囲内の高い通電との組合わせのコンセプトをベースとすることができる。
超短期パルスは、例えば、単一の基礎となる半導体レーザ65−1の緩和振動によって実現され得る。
吸収体を設けることにより、通電の際、基礎となるレーザ65−1が時間的に早く発振し始めることまたは発振状態に入ることが阻止され、かつ高い反転度が生じる。
吸収体を設けることにより、通電の際、基礎となるレーザ65−1が時間的に早く発振し始めることまたは発振状態に入ることが阻止され、かつ高い反転度が生じる。
第2の電流パルスにより吸収体の抑制作用を無効にでき、かつ例えばQスイッチを介し、顕著で時間的に規定された緩和振動が、第1の比較的狭いパルス信号S1の生成および送信を伴って引き起こされる。
さらなる1つのバリエーションは、吸収体を有するおよび/または有さない利得スイッチによる緩和振動の利用である。
緩和振動の後のさらなる通電により、レーザの半導体レーザ65−1が発振し始めまたは発振状態に入り、かつ第2の比較的長いパルス信号S2としてのより長い放射線放出が、とりわけ印加された電流の時間的挙動に応じて行われる。
緩和振動の後のさらなる通電により、レーザの半導体レーザ65−1が発振し始めまたは発振状態に入り、かつ第2の比較的長いパルス信号S2としてのより長い放射線放出が、とりわけ印加された電流の時間的挙動に応じて行われる。
この挙動を生成するために、有利なやり方では、例えばレーザダイオードドライバとしての、上位に置かれたドライバユニット65−5の相応のドライバ65−3および65−4が必要であり、例えば2つの別々に制御可能な電流を有して、とりわけ2セクションレーザダイオードドライバの意味において形成される。
これらのドライバ65−3および65−4は、例えば受動発振回路および/または電流源をベースとするダイオードドライバとして実現され得る。
両方のドライバ65−3および65−4は、ダイオードの通電のための回路内で利用され得る。
両方のドライバ65−3および65−4は、ダイオードの通電のための回路内で利用され得る。
これについて図1は、光源ユニット65との関連で、半導体レーザの形態での唯一の光源65−1を備えた一実施形態を示しており、この半導体レーザは、図2および図3に示しているような、ピークP1、上り勾配F11、および下り勾配F12をもつ第1のパルス信号または信号パルスS1ならびにピークP2、上り勾配F21、および下り勾配F22をもつ第2のパルス信号または信号パルスS2を生成するための第1のドライバ65−3を備えたドライバユニット65−5を介し。
さらなる一代替策は、2つの個々のパルス信号S1およびS2から成る送信信号Sとしてのダブルパルス信号のダブルパルスパターンを生成するための光源としての2つの別々の半導体レーザ65−1、65−2の非常に正確な時間的同調である。
これについて図1はさらなる一代替策を示しており、この代替策では、第1の半導体光源65−1の隣に第2の半導体光源65−2が形成されており、後者は図1では破線で示されている。この場合には、光源ユニット65のドライバユニット65−5のドライバ65−3、65−4と光源65−1および65−2との間の1対1の割当てが存在し得る。
図2および図3では、グラフ120および130において、横座標121、131では固定の時間単位での時間tが、縦座標122、132では強度Iの相対的な正規化された振幅比I/Imaxが、詳しくは最大強度Imaxに対する比率で示されている。軌跡123および133は、本発明により生成および形成されるダブルパルス信号であって、ピークP1およびP2をもち、隣り合う勾配F12およびF21において重なっている個々のパルス信号S1およびS2を有する送信信号Sとしてのダブルパルス信号を示している。
パルス幅またはピーク幅D1およびD2およびパルス間隔Dtならびにパルス高さまたはピークP1およびP2は、上で詳細に述べたような、それぞれの本発明により形成される互いに対する比率になっている。
Claims (10)
- 送信側で、複数の時間的に分かれたピーク(P1、P2)と、時間的に直接連なったピーク(P1、P2)の時間的に重なったピーク勾配(F11、F12;F21、F22)とをもつ光マルチパルス信号(S1;S2)が生成され、かつ光送信信号(S)として視野(50)内に送信される、LiDARシステム(1)のための動作方法。
- 送信信号(S)として、2つの時間的に分かれたピーク(P1、P2)と、時間的に重なったピーク勾配(F11、F12;F21、F22)とをもつダブルパルス信号が生成および送信される、請求項1に記載の動作方法。
- − 時間的に先行する、とりわけ第1のパルス信号(S1)が、比較的狭く、とりわけ、時間的に後に続くパルス信号(S2)のピーク幅(D2)より小さいピーク幅(D1)を有し、前記時間的に後に続くパルス信号(S2)が、比較的広く、とりわけ、前記時間的に先行するパルス信号(S1)の前記ピーク幅(D1)より大きいピーク幅(D2)を有し、
− 前記時間的に先行するパルス信号(S1)の前記ピーク幅(D1)が、とりわけ、前記時間的に後に続くパルス信号(S2)の前記ピーク幅(D2)の約1/20〜約1/5の範囲内、好ましくは約1/10の範囲内にあり、かつ/または
− それぞれのピーク幅(D1、D2)が、それぞれ基礎となるピーク(P1、P2)の半値幅である、請求項1または2に記載の動作方法。 - 時間的に先行する、とりわけ第1のパルス信号(S1)が、時間的に後に続く、とりわけ第2のパルス信号(S2)に比べて、
− より小さいピーク高さ(P1)を、とりわけ比率では約0.9以下の値、好ましくは約0.8以下の値、さらに好ましくは約0.6以下の値で有し、かつ/または
− 前記ピーク(P1、P2)の位置に関し、時間的間隔を有し、前記時間的間隔が、前記第1のもしくは時間的に先行するパルス信号(S1)の前記ピーク幅(D1)の約10倍〜約20倍の範囲内におよび/もしくは前記第2のもしくは時間的に後に続くパルス信号(S2)の前記ピーク幅(D2)の約1倍〜約3倍の範囲内にある、請求項1から3のいずれか一項に記載の動作方法。 - 前記光送信信号(S)を生成するために、光源ユニット(65)の光源(65−1、65−2)として少なくとも1つの半導体レーザが使用される、請求項1から4のいずれか一項に記載の動作方法。
- 光源(65−1、65−2)として基礎となる単一のレーザ機構が、マルチパルス(S1;S2)、とりわけダブルパルスを生成するために、
(i)最初に、前記レーザ機構の動作の前段階または第1の段階では、比較的多くのエネルギーでおよび/または第1の比較的高い電流パルスにより前記基礎となる半導体素子内で発振し始めること、発振状態に入ること、および/またはレーザ共振することが、とりわけ光吸収体の使用によりおよび/または高い反転度の形成下で抑制され、かつ
(ii)その後、前記レーザ機構の前記動作の第2の段階または主段階では、
(ii−1)第2の電流パルスを当てることにより、とりわけ前記吸収体による、前記レーザ共振の前記抑制が無効にされ、レーザ共振がもはや抑制されなくなり、
(ii−2)前記レーザ機構内で、とりわけQスイッチおよび/または利得スイッチにより、顕著で時間的に規定された緩和振動が励起され、第1の比較的狭いパルス信号(S1)が生成および送信され、かつ
(ii−3)次いで前記緩和振動の後に、追加的なエネルギーの供給下でおよび/またはさらなる通電により、前記レーザ機構が発振し始めるようにし、さらなる比較的広いパルス信号(S2)が、前記通電の時間的挙動に応じて、とりわけ前記第1のパルス信号(S1)の前記下り勾配(F12)と時間的に重なって生成および送信される、請求項1から5のいずれか一項に記載の動作方法。 - 第1のまたは時間的に先行するパルス信号(S1)および第2のまたは時間的に後に続くパルス信号(S2)を生成するため、
− 単一の光源(65−1)、とりわけ単一のレーザ機構、好ましくは単一の半導体レーザが使用および動作され、
− とりわけレーザ機構として、好ましくは半導体レーザとして形成された第1の光源(65−1)および第2の光源(65−2)が使用および動作され、かつ
− 前記1つもしくは両方の光源(65−1、65−2)、とりわけレーザ機構もしくは半導体レーザの励起の時間的順番を、前記パルス信号(S1、S2)およびその順番によりもたらすよう適応されたドライバユニット(65−5)が使用および動作され、かつ/または前記ドライバユニット(65−5)が、前記単一の光源(65−1)もしくは前記両方の光源(65−1、65−2)に一対一に対応して割り当てられた第1のドライバ(65−3)および第2のドライバ(65−4)を有し、前記ドライバ(65−3、64−4)がそれぞれ、受動発振回路としてもしくは受動発振回路を備えて、および/または電流源としてもしくは電流源を備えて形成される、請求項1から6のいずれか一項に記載の動作方法。 - 請求項1から7のいずれか一項に記載の方法を開始する、進行させる、実行する、制御する、および/または調節するよう適応された、LiDARシステムのための制御ユニット(40)。
- − LiDARシステム(1)が、
− 一次光(57)を視野(50)内へと前記視野(50)を照射するために生成および送信するための送信ユニット(60)と、
− 前記視野(50)からの二次光(58)を受信、検出、および評価するための受信ユニット(30)とを備えて形成されており、かつ
− 前記LiDARシステム(1)が、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法と共に使用されるよう、および/もしくは前記方法によって制御もしくは調節されるよう適応されており、かつ/または前記LiDARシステム(1)がこのために、とりわけ請求項8に記載の制御ユニット(40)を備えており、前記制御ユニット(40)が、前記送信ユニット(60)および/もしくは前記受信ユニット(30)の前記動作を制御するために適応されているLiDARシステム(1)。 - 請求項9に記載のLiDARシステム(1)を備え、かつとりわけ車両として形成された作動装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019217205.9A DE102019217205A1 (de) | 2019-11-07 | 2019-11-07 | Betriebsverfahren und Steuereinheit für ein LiDAR-System, LiDAR-System und Vorrichtung |
DE102019217205.9 | 2019-11-07 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021081424A true JP2021081424A (ja) | 2021-05-27 |
Family
ID=75584281
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020185554A Withdrawn JP2021081424A (ja) | 2019-11-07 | 2020-11-06 | LiDARシステムのための動作方法および制御ユニット、LiDARシステム、ならびに装置 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11982744B2 (ja) |
JP (1) | JP2021081424A (ja) |
CN (1) | CN112835059A (ja) |
DE (1) | DE102019217205A1 (ja) |
FR (1) | FR3103034B1 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11990729B2 (en) * | 2020-03-23 | 2024-05-21 | Lumentum Operations Llc | Shaping pulses using a multi-section optical load |
DE102020132971A1 (de) | 2020-12-10 | 2022-06-15 | Osram Gmbh | Lichtdetektionssystem und verfahren dafür |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5745437A (en) * | 1996-08-05 | 1998-04-28 | Wachter; Eric A. | Method and apparatus for coherent burst ranging |
US5815250A (en) * | 1997-05-27 | 1998-09-29 | Coherent Technologies, Inc. | Doublet pulse coherent laser radar for precision range and velocity measurements |
US8598490B2 (en) * | 2008-03-31 | 2013-12-03 | Electro Scientific Industries, Inc. | Methods and systems for laser processing a workpiece using a plurality of tailored laser pulse shapes |
DE102009045429A1 (de) * | 2009-10-07 | 2011-04-14 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Ortsbestimmung eines Objekts durch Reflektionserfassung von Wellenpulsen |
EP3566078A1 (en) * | 2017-01-03 | 2019-11-13 | Innoviz Technologies Ltd. | Lidar systems and methods for detection and classification of objects |
US11092674B2 (en) * | 2017-07-13 | 2021-08-17 | Texas Instruments Incorporated | Transmit signal design for an optical distance measurement system |
US11346952B2 (en) * | 2017-12-08 | 2022-05-31 | Hesai Technology Co., Ltd. | Systems and methods for light detection and ranging |
US10466342B1 (en) * | 2018-09-30 | 2019-11-05 | Hesai Photonics Technology Co., Ltd. | Adaptive coding for lidar systems |
US20200256954A1 (en) * | 2019-02-07 | 2020-08-13 | Analog Devices, Inc. | Optical pulse coding in a lidar system |
-
2019
- 2019-11-07 DE DE102019217205.9A patent/DE102019217205A1/de active Pending
-
2020
- 2020-10-26 US US17/080,449 patent/US11982744B2/en active Active
- 2020-11-05 FR FR2011359A patent/FR3103034B1/fr active Active
- 2020-11-06 JP JP2020185554A patent/JP2021081424A/ja not_active Withdrawn
- 2020-11-06 CN CN202011228111.XA patent/CN112835059A/zh active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR3103034B1 (fr) | 2023-07-28 |
FR3103034A1 (fr) | 2021-05-14 |
US11982744B2 (en) | 2024-05-14 |
US20210141089A1 (en) | 2021-05-13 |
DE102019217205A1 (de) | 2021-05-12 |
CN112835059A (zh) | 2021-05-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN112543535B (zh) | 用于控制照明源的驱动电流的装置 | |
CN107728156B (zh) | 一种增强激光雷达抗干扰性的方法及系统 | |
JP4457525B2 (ja) | 距離測定装置 | |
JP2021081424A (ja) | LiDARシステムのための動作方法および制御ユニット、LiDARシステム、ならびに装置 | |
US10557703B2 (en) | Distance measuring device and method for determining a distance | |
CN110720048B (zh) | 用于激光雷达系统的运行方法和控制单元、激光雷达系统和作业设备 | |
IT201700000532A1 (it) | Procedimento per rilevare oggetti, sistema ed apparecchiatura corrispondenti | |
US5523835A (en) | Distance measuring equipment | |
JPWO2019131410A1 (ja) | 試料検査装置、および、試料検査方法 | |
CN111856497A (zh) | 一种单光子成像方法和系统 | |
CN107003408A (zh) | 距离测量设备及确定距离的方法 | |
US11650158B2 (en) | Fluorescence scanning microscope and method for imaging a sample | |
CN113567952A (zh) | 激光雷达控制方法及装置、电子设备及存储介质 | |
US20220334234A1 (en) | Method for generating light pulses of a lidar system | |
JP2016142571A (ja) | 測距装置 | |
US11822014B2 (en) | Apparatus and method for controlling system timing within a LIDAR system | |
JP7003949B2 (ja) | 光測距装置 | |
US7548367B2 (en) | Laser active optronic system with improved detectivity | |
WO2021230018A1 (ja) | 光測距装置 | |
CN219349139U (zh) | 激光雷达系统及其接收装置 | |
WO2022030555A1 (ja) | 電磁波検出装置 | |
JP2020176983A (ja) | 検知装置、測距方法、プログラム及び記録媒体 | |
CN114072690A (zh) | 用于具有长曝光时间的脉冲激光雷达设备的累积短脉冲发射 | |
JPH05134042A (ja) | 車載用測距装置および方法 | |
EP3069167B1 (en) | Method for illuminating an object and for determining a distance |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20231031 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20240411 |