WO2018172260A1 - Verfahren und vorrichtung zum abtasten eines raumwinkels - Google Patents

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WO2018172260A1
WO2018172260A1 PCT/EP2018/056845 EP2018056845W WO2018172260A1 WO 2018172260 A1 WO2018172260 A1 WO 2018172260A1 EP 2018056845 W EP2018056845 W EP 2018056845W WO 2018172260 A1 WO2018172260 A1 WO 2018172260A1
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beams
detector
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Reiner Schnitzer
Tobias Hipp
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for scanning a scanning angle and a LI DAR device for scanning a scanning angle.
  • LI DAR Light Detection And Ranging
  • Measure laser pulses Over the time or time of flight of the beam can then be determined by knowing the speed of light, a distance between an object and the LI DAR device.
  • detectors for receiving reflected beams usually avalanche photodiodes or single photon avalanche diodes are used.
  • the necessary laser pulses within the eye safety guideline can be used depending on the system configuration
  • the shape of the received pulse can be falsified. Consequently, the determination of further measured variables on the basis of the pulse shape such as intensity, reflectivity, weather conditions, angle of the target object to the LIDAR device can be made difficult or prevented.
  • Disclosure of the invention The object underlying the invention can be seen to propose a LIDAR device and a method that can register objects in a near area without supersaturation of a detector despite high Reichweise.
  • a method of scanning a scan angle wherein at least one electromagnetic beam is generated and the at least one electromagnetic beam is deflected along the scan angle.
  • the at least one electromagnetic beam reflected at an object is received and detected, wherein after at least a first electromagnetic beam at least a second electromagnetic beam is generated and wherein the second
  • At least one first electromagnetic beam is generated and a short time later at least a second weaker electromagnetic beam.
  • Weaker in this context means that an intensity and an energy content of the at least one second electromagnetic beam are less than the intensity and the energy content of the at least one first electromagnetic beam.
  • the otherwise usual or possible 100% of energy of an electromagnetic beam is now divided between the at least one first beam and the at least one second beam.
  • the at least one first beam may, for example, have 80-90% of the energy to reach a maximum range of one LI DAR.
  • the at least one second beam can have 10-20% of the energy. This also allows objects using the
  • At least one second beam with higher linearity can be detected.
  • objects may be, for example, objects that are in a short time Distance to LIDAR device are positioned and / or have high reflectivity. These objects would cause saturation of the detector upon detection of the at least one first and high energy beam.
  • the energy of the at least one second electromagnetic beam is selected below a saturation of at least one detector. In this way, it can be prevented that the at least one second beam saturates the detector
  • the at least one second beam can still cause a
  • the at least one electromagnetic beam is generated pulsed.
  • a high intensity can be achieved with a constant energy content.
  • multiple pulsed beams can be generated within a short period of time.
  • the device is between the
  • Generating the at least one first electromagnetic beam and generating the at least one second electromagnetic beam initiates a delay time.
  • the at least one second beam can be generated delayed.
  • a plurality of second beams may be generated with a second delay time between the plurality of second beams. The second delay time can
  • an intensity ratio of the at least one first electromagnetic beam and the at least one second electromagnetic beam is varied. This allows the generated beams to be flexibly adapted to a situation and in situ. For example, in an automotive application in a high-traffic environment, a low intensity ratio may be used, so that a close range can be scanned more effectively. On the other hand, the highest possible intensity ratio of the two beams could be set on a motorway, so that a corresponding LIDAR device has the highest possible range and can therefore also be used at higher speeds.
  • Delay time between the at least one first electromagnetic beam and the at least one second electromagnetic beam varies.
  • the delay time can be adapted in particular to a distance of the object to the LIDAR device or at least one radiation source for generating at least one beam.
  • Delay time can be adjusted so that at least one reflected beam from the at least one detector within a defined period of time or within a defined measurement cycle can be detected.
  • the delay time can be chosen such that at least one received reflected beam can not overlap in time with a generated beam.
  • the delay time is chosen to be greater than a recovery time of a detector.
  • a reflected beam of the at least one first high-energy beam can cause saturation of the detector, the at least one detector requires a period of time to be ready to receive again for the at least one second beam.
  • a detector may be chosen that does not require a recovery time.
  • a LIDAR device for carrying out a method according to one aspect of the invention.
  • the LIDAR device has at least one radiation source for generating at least one electromagnetic beam, a deflection unit for deflecting the at least one generated electromagnetic beam along a Scanning angle and at least one detector for receiving and detecting at least one reflected on an object electromagnetic beam, wherein the at least one radiation source at least a first
  • a working range of the LIDAR device By generating at least one second weaker beam shortly after the at least one high-energy first beam, a working range of the LIDAR device can be expanded.
  • An energetic beam reflected from an object may cause saturation of the at least one detector for an object that is a short distance away from the LIDAR device.
  • Reflectivity can also exceed the dynamic range of the detector. If the detector experiences saturation, further evaluation of the at least one received beam can be hindered or prevented. In particular, an evaluation of further measured variables based on a pulse shape of the beam, such as intensity,
  • a variable delay time is implemented between the at least one first generated beam and the at least one second generated beam. Depending on the detector must have a
  • Recovery time after saturation are taken into account. Thus, it can be ensured by the delay time that the at least one second beam can be regularly detected by the detector. This can be negative
  • an intensity ratio between the at least one first electromagnetic beam and the at least one second electromagnetic beam is variable.
  • the intensity ratio may be, for example, 90% to 10%, 80% to 20%, 50% to 50% and the like. Especially in applications that require a long range, the largest possible percentage of energy can be expended on the at least one first beam. Furthermore, in addition to the selection of the delay time, the intensity ratio may vary depending on one
  • Detecting close range such as below 50m can be selected. After each measuring cycle, at least two by the
  • Delay time separated generated and received again beams can be changed, the delay time and / or the intensity ratio.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a LIDAR device according to a first embodiment
  • FIG. 2a shows a schematic sequence of generated beams according to a method according to a first exemplary embodiment
  • 2b shows a schematic intensity spectrum of detected rays after a
  • FIG. 3a, 3b show a schematic sequence of generated and received beams according to a method according to the first embodiment
  • Fig. 4a shows a schematic sequence of generated beams according to a method according to a second embodiment
  • 4b, 4c show a schematic sequence of generated and received beams according to a method according to the second embodiment.
  • the same constructive elements each have the same reference numerals.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a LIDAR device 1.
  • the LIDAR device 1 has a radiation source 2 for generating at least one electromagnetic beam 4.
  • the radiation source 2 according to the exemplary embodiment is a laser 2 which generates beams 4 in a pulse shape.
  • the laser 2 is for generating a beam 4 having a wavelength in the non-visible infrared range.
  • the wavelength can be greater than 800 nm, for example.
  • the beam 4 generated by the laser 2 is deflected by a deflection unit 6 or a rotatable mirror 6.
  • the mirror 6 is in this case pivotable along a rotation axis R.
  • the mirror 6 can deflect the generated beam 4 along a defined scanning angle H.
  • the mirror 6 is orthogonal to the horizontal scanning angle H pivotally and thus covers a vertical scanning angle V from.
  • the at least one generated beam 4 is at least partially reflected by the object 8, 9 and becomes the reflected or incoming beam 10, 30.
  • the reflected beam 10, 30 is received by a receiving optical system 12 and directed to a detector 14.
  • the detector 14 consists of a plurality of detector cells 16, which are single photon avalanche diodes according to the embodiment.
  • FIG. 2 a shows a schematic sequence of generated beams 4, 5 according to a method according to a first exemplary embodiment.
  • an intensity I of a first generated beam 4 and a second generated beam 5 is illustrated against a time t.
  • the generated beams 4, 5 are pulse-shaped and form a measuring cycle 18.
  • the generated beams 4, 5 by a delay time 20 from each other in time.
  • a second interruption time 22 which belongs to the first measuring cycle 18.
  • a decay phase of the radiation source 2 can be realized.
  • FIG. 2b shows a schematic intensity spectrum of detected beams 10, 11 according to the method according to the first exemplary embodiment.
  • the time recorded by a detector cell 16 is
  • the time segment shown corresponds to a first time range from the measurement cycle 18.
  • the first detected beam 10 has such a high intensity I that the detector cell 16 reaches a saturation state 24 and is, as it were, overexposed.
  • the second beam 11 is detected.
  • the second beam 1 1 was generated with a lower energy content and has after
  • Saturation state 24 of the detector cell 16 is located.
  • FIGS. 3a and 3b show schematic time sequences of reflected or detected beams 10, 11, 30, 31 recorded by at least one detector cell 16 of the detector 14 within a time frame t.
  • the measurement cycle 18 already described in FIG. 2a was used to detect two objects 8, 9.
  • the beams 10, 11 reflected by a first object 8 and the beams 30, 31 reflected by a second object 9 have been recorded here within the same temporal intensity profile I.
  • no separate time string is necessary for the evaluation of the detected beams 10, 11, 30, 31. So an evaluation process can be accelerated.
  • FIG. 3b shows, for example, that the detected beams 10, 11, 30, 31 of two different objects 8, 9 can overlap. In particular, this is the case when a distance between the two objects 8, 9 is present, the flight duration of the generated beams 4, 5 correspond to the
  • FIG. 4 a shows a schematic sequence of generated beams 4, 5 according to the method according to a second exemplary embodiment.
  • the radiation source 2 generates according to the embodiment a first high-energy beam 4 in the form of a pulse and two further second energy-weaker beams 5. Between the first generated beam 4 and the two second generated
  • Delay time can also be carried out variably depending on the measurement cycle 18 and adapted to a type or distance of the object 8, 9 or to a number of expected objects 8, 9.
  • Delay time 22 or interruption time 22 no further beams 4, 5 generated. Rather, the interruption time 22 as the decay of the
  • Radiation source 2 can be used.
  • the delay time 20 and the interruption time 22 can be adapted to a defined measurement cycle 18.
  • the energy content emitted by the generated beams 4, 5 per unit time t can also be adjusted.
  • the first generated beam 70% of the energy content in the measurement cycle 18 and the two second generated beams 5 each 15% of the energy content.
  • FIG. 4b shows the measuring cycle 18 described in FIG. 4a with the signals received from at least one detector cell 16 of the detector 14 or
  • FIG. 4c shows, for example, beams 10, 11, 30, 31 of two objects 8, 9 which are at a distance from one another and which are separated by beams 10, 11, 30, 31 within a time of flight of the order of magnitude of FIG Delay 20 can be covered.
  • the detected beams 10, 11, 30, 31 of both objects 8, 9 have overlays or overlaps in certain areas.

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Abstract

Offenbart ist ein wird ein Verfahren zum Abtasten eines Abtastwinkels, bei dem mindestens ein elektromagnetischer Strahl erzeugt wird, der mindestens eine elektromagnetische Strahl entlang des Abtastwinkels abgelenkt wird und der mindestens eine an einem Objekt reflektierte elektromagnetische Strahl empfangen und detektiert wird, wobei nach mindestens einem ersten elektromagnetischen Strahl mindestens ein zweiter elektromagnetischer Strahl erzeugt wird und wobei der zweite elektromagnetische Strahl mit einer geringeren Energie als der erste elektromagnetische Strahl erzeugt wird. Des Weiteren ist eine LIDAR-Vorrichtung offenbart.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren und Vorrichtung zum Abtasten eines Raumwinkels
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtasten eines Abtastwinkels sowie eine LI DAR- Vorrichtung zum Abtasten eines Abtastwinkels.
Stand der Technik
Konventionelle LI DAR (Light Detektion And Ranging)-Vorrichtungen sind gepulste direct Time-of-Flight Systeme, welche die Zeit zwischen einer Emission und eines Empfangs eines kurzen, energiereichen Strahlenpulses bzw.
Laserpulses messen. Über die Zeit bzw. Flugzeit des Strahls kann anschließend durch Kenntnis der Lichtgeschwindigkeit ein Abstand zwischen einem Objekt und der LI DAR- Vorrichtung ermittelt werden. Als Detektoren zum Empfangen von reflektierten Strahlen kommen üblicherweise Avalanche Photodioden oder Single Photon Avalanche-Dioden zum Einsatz. Um möglichst große Reichweiten von 100 - 200m bei gleichzeitig schlechter Reflektivität eines Objektes von unter 10% abzutasten bzw. zu vermessen, können die notwendigen Laserpulse im Rahmen der Augensicherheitsrichtlinie je nach Systemkonfiguration
Spitzenleistungen im Kilowattbereich erreichen. Aufgrund des begrenzten Dynamikbereichs der üblichen Detektoren kommt es bei Reflektionen der Strahlen an näheren Objekten schnell zu einer Sättigung der Detektoren.
Hierdurch kann die Form des Empfangspulses verfälscht werden. Folglich kann die Ermittlung weiterer Messgrößen auf Basis der Pulsform wie beispielsweise Intensität, Reflektivität, Wetterbedingungen, Winkel des Zielobjektes zur LIDAR- Vorrichtung erschwert oder verhindert werden.
Offenbarung der Erfindung Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, eine LIDAR-Vorrichtung und ein Verfahren vorzuschlagen, die trotz hoher Reichweise auch Objekte in einem Nahbereich ohne Übersättigung eines Detektors registrieren können.
Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Abtasten eines Abtastwinkels bereitgestellt, bei dem mindestens ein elektromagnetischer Strahl erzeugt wird und der mindestens eine elektromagnetische Strahl entlang des Abtastwinkels abgelenkt wird. Der mindestens eine an einem Objekt reflektierte elektromagnetische Strahl wird empfangen und detektiert, wobei nach mindestens einem ersten elektromagnetischen Strahl mindestens ein zweiter elektromagnetischer Strahl erzeugt wird und wobei der zweite
elektromagnetische Strahl mit einer geringeren Energie als der erste
elektromagnetische Strahl erzeugt wird.
Hierdurch wird mindestens ein erster elektromagnetischer Strahl erzeugt und kurze Zeit später mindestens ein zweiter schwächerer elektromagnetischer Strahl. Schwächer bedeutet in diesem Zusammenhang, dass eine Intensität und ein Energiegehalt des mindestens einen zweiten elektromagnetischen Strahls geringer sind als die Intensität und der Energiegehalt des mindestens einen ersten elektromagnetischen Strahls. Vorzugsweise werden die sonst üblichen bzw. möglichen 100% an Energie eines elektromagnetischen Strahls nun zwischen dem mindestens einem ersten Strahl und dem mindestens einem zweiten Strahl aufgeteilt. Der mindestens eine erste Strahl kann beispielsweise 80-90% der Energie aufweisen, um eine Maximalreichweite einer LI DAR-
Vorrichtung nicht zu gravierend einzuschränken und um sicherzustellen kein Objekt zu übersehen. Der mindestens eine zweite Strahl kann hingegen 10-20% der Energie aufweisen. Hierdurch können auch Objekte mithilfe des
mindestens einen zweiten Strahls mit höherer Linearität detektiert werden. Derartige Objekte können beispielsweise Objekte sein, die in einer kurzen Entfernung zur LIDAR-Vorrichtung positioniert sind und/oder hohe Reflektivität aufweisen. Diese Objekte würden bei einem Detektieren des mindestens einen ersten und energiereichen Strahls eine Sättigung des Detektors verursachen. Nach einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird die Energie des mindestens einen zweiten elektromagnetischen Strahls unterhalb einer Sättigung mindestens eines Detektors gewählt wird. Hierdurch kann verhindert werden, dass der mindestens eine zweite Strahl eine Sättigung des Detektors
verursachen kann. Da bei dem mindestens einen ersten energiereichen Strahl die Gefahr einer Sättigung des Detektors insbesondere bei nahen Objekten hoch ist, kann durch den mindestens einen zweiten Strahl dennoch eine
aussagekräftige Messung des Abtastbereiches sichergestellt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der mindestens eine elektromagnetische Strahl gepulst erzeugt. Hierdurch kann je nach Pulsdauer eine hohe Intensität bei gleichbleibendem Energiegehalt realisiert werden. So können auch mehrere gepulste Strahlen innerhalb einer kurzen Zeitspanne erzeugt werden. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Vorrichtung wird zwischen dem
Erzeugen des mindestens einen ersten elektromagnetischen Strahls und dem Erzeugen des mindestens einen zweiten elektromagnetischen Strahls eine Verzögerungszeit initiiert. Hierdurch kann der mindestens eine zweite Strahl verzögert erzeugt werden. Alternativ oder zusätzlich können auch mehrere zweite Strahlen mit einer zweiten Verzögerungszeit zwischen den mehreren zweiten Strahlen erzeugt werden. Die zweite Verzögerungszeit kann
beispielsweise kleiner ausgeführt sein als die erste Verzögerungszeit zwischen dem mindestens einem ersten Strahl und dem mindestens einem zweiten Strahl. Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Intensitätsverhältnis des mindestens einen ersten elektromagnetischen Strahls und des mindestens einen zweiten elektromagnetischen Strahls variiert. Hierdurch können die erzeugten Strahlen an eine Situation flexibel und in situ angepasst werden. Beispielsweise kann bei einer automobilen Anwendung in einer stark frequentierten Umgebung ein geringes Intensitätsverhältnis verwendet werden, sodass ein Nahbereich effektiver abgetastet werden kann. Auf einer Autobahn könnte hingegen ein möglichst großes Intensitätsverhältnis der beiden Strahlen eingestellt werden, sodass eine entsprechende LIDAR-Vorrichtung eine möglichst hohe Reichweite aufweist und dadurch auch bei höheren Geschwindigkeiten eingesetzt werden kann.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird die
Verzögerungszeit zwischen dem mindestens einem ersten elektromagnetischen Strahl und dem mindestens einem zweiten elektromagnetischen Strahl variiert. Hierbei kann die Verzögerungszeit insbesondere an eine Entfernung des Objektes zu der LIDAR-Vorrichtung bzw. mindestens einen Strahlenquelle zum Erzeugen mindestens eines Strahls angepasst werden. Mit steigender
Entfernung benötigt ein erzeugter Strahl mehr Zeit zum Zurücklegen der Entfernung zum Objekt und zurück zu dem Detektor. Somit kann die
Verzögerungszeit derart angepasst werden, dass mindestens ein reflektierter Strahl von dem mindestens einen Detektor innerhalb einer definierten Zeitspanne bzw. innerhalb eines definierten Messzyklus detektiert werden kann.
Vorteilhafterweise kann die Verzögerungszeit derart gewählt werden, dass mindestens ein empfangener reflektierter Strahl sich zeitlich nicht mit einem erzeugten Strahl überlagern kann.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Verzögerungszeit größer als eine Erholungszeit eines Detektors gewählt. Da insbesondere bei einem
Abtastvorgang von Objekten in einer kurzen Entfernung und/oder hoher
Reflektivität ein reflektierter Strahl des mindestens einen ersten energiereichen Strahls eine Sättigung des Detektors verursachen kann, benötigt der mindestens eine Detektor eine Zeitspanne um erneut für den mindestens einen zweiten Strahl empfangsbereit zu sein. Alternativ kann ein Detektor gewählt werden, der keine Erholungszeit benötigt.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine LIDAR-Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach einem Aspekt der Erfindung bereitgestellt. Die LIDAR-Vorrichtung weist mindestens eine Strahlenquelle zum Erzeugen mindestens eines elektromagnetischen Strahls, eine Ablenkeinheit zum Ablenken des mindestens einen erzeugten elektromagnetischen Strahls entlang eines Abtastwinkels und mindestens einen Detektor zum Empfangen und Detektieren mindestens eines an einem Objekt reflektierten elektromagnetischen Strahls, wobei die mindestens eine Strahlenquelle mindestens einen ersten
elektromagnetischen Strahl und mindestens einen zweiten elektromagnetischen Strahl erzeugt und wobei der zweite elektromagnetische Strahl eine geringere
Energie aufweist als der erste elektromagnetische Strahl.
Durch das Erzeugen mindestens einen zweiten schwächeren Strahls kurz nach dem mindestens einen energiereichen ersten Strahl kann ein Arbeitsbereich der LIDAR-Vorrichtung erweitert werden. Ein an einem Objekt reflektierter energiereicher Strahl kann bei einem Objekt, der eine geringe Entfernung zu der LIDAR-Vorrichtung aufweist eine Sättigung des mindestens einen Detektors verursachen. Energiereiche Strahlen, die an Objekten mit einer hohen
Reflektivität reflektiert werden, können ebenfalls den Dynamikbereich des Detektors übersteigen. Wenn der Detektor eine Sättigung erfährt, kann eine weitere Auswertung des mindestens einen empfangenen Strahls erschwert oder verhindert werden. Insbesondere kann eine Auswertung weiterer Messgrößen basierend auf einer Pulsform des Strahls, wie beispielsweise Intensität,
Reflektivität, Wetterbedingungen, Winkel des Zielobjektes zur LIDAR-Vorrichtung und dergleichen durch die Sättigung des Detektors nicht mehr möglich sein. Hierdurch wird sichergestellt, das auch bei Verwendung eines energiereichen Strahls, der auf eine möglichst große Reichweite ausgelegt ist, problematische Objekte ebenfalls mit einer hohen Linearität detektiert werden können. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist zwischen dem mindestens einen ersten erzeugten Strahl und dem mindestens einen zweiten erzeugten Strahl eine variierbare Verzögerungszeit implementiert. Je nach Detektor muss eine
Erholungszeit nach der Sättigung berücksichtigt werden. So kann durch die Verzögerungszeit sichergestellt werden, dass der mindestens eine zweite Strahl von dem Detektor regulär detektiert werden kann. Hierdurch können negative
Effekte eines gesättigten Detektors umgangen werden. Da die mindestens zwei Strahlen die gleiche Zeitbasis haben und in dasselbe Histogramm sortiert werden können, wird in der LIDAR-Vorrichtung kein zusätzlicher Speicher benötigt. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Intensitätsverhältnis zwischen dem mindestens einen ersten elektromagnetischen Strahl und dem mindestens einen zweiten elektromagnetischen Strahl variierbar. Abhängig von einer Anwendungsumgebung der LIDAR-Vorrichtung kann das
Intensitätsverhältnis zwischen dem mindestens einen ersten Strahl und dem mindestens einem zweiten Strahl festgelegt werden. Das Intensitätsverhältnis kann beispielsweise 90% zu 10%, 80% zu 20%, 50% zu 50% und dergleichen sein. Insbesondere bei Anwendungen, die eine hohe Reichweite benötigen kann auf den mindestens einen ersten Strahl ein möglichst großer Prozentsatz an Energie aufgewendet werden. Des Weiteren kann zusätzlich zu der Wahl der Verzögerungszeit das Intensitätsverhältnis abhängig von einem zu
detektierenden Nahbereich wie beispielsweise unterhalb von 50m gewählt werden. Nach jedem Messzyklus, der aus mindestens zwei durch die
Verzögerungszeit voneinander getrennt erzeugte und wieder empfangene Strahlen besteht kann die Verzögerungszeit und/oder das Intensitätsverhältnis verändert werden.
Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen
Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer LIDAR-Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2a eine schematische Abfolge erzeugter Strahlen nach einem Verfahren gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2b ein schematisches Intensitätsspektrum detektierter Strahlen nach einem
Verfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 3a, 3b eine schematische Abfolge von erzeugten und empfangenen Strahlen nach einem Verfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 4a eine schematische Abfolge erzeugter Strahlen nach einem Verfahren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und
Fig. 4b, 4c eine schematische Abfolge von erzeugten und empfangenen Strahlen nach einem Verfahren gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. In den Figuren weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselben Bezugsziffern auf.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer LIDAR-Vorrichtung 1. Die LIDAR-Vorrichtung 1 weist eine Strahlenquelle 2 zum Erzeugen mindestens eines elektromagnetischen Strahls 4 auf. Die Strahlenquelle 2 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel ein Laser 2, der Strahlen 4 in einer Pulsform erzeugt.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel dient der Laser 2 zum Erzeugen eines Strahls 4 mit einer Wellenlänge im nicht sichtbaren Infrarotbereich. Die Wellenlänge kann beispielsweise größer als 800nm sein. Der von dem Laser 2 erzeugte Strahl 4 wird von einer Ablenkeinheit 6 bzw. einem drehbaren Spiegel 6 abgelenkt. Der Spiegel 6 ist hierbei entlang einer Rotationsachse R schwenkbar. Somit kann der Spiegel 6 den erzeugten Strahl 4 entlang eines definierten Abtastwinkels H ablenken. Zusätzlich ist der Spiegel 6 orthogonal zum horizontalen Abtastwinkel H schwenkbar und deckt somit einen vertikalen Abtastwinkel V ab. Hierdurch kann die LIDAR-Vorrichtung 1 einen Raumwinkel W=VxH abtasten und mögliche sich in diesem Raumwinkel W positionierte Objekte 8, 9 orten. Der mindestens eine erzeugte Strahl 4 wird von dem Objekt 8, 9 zumindest teilweise reflektiert und wird zum reflektierten bzw. ankommenden Strahl 10, 30. Der reflektierte Strahl 10, 30 wird von einer Empfangsoptik 12 empfangen und auf einen Detektor 14 geleitet. Der Detektor 14 besteht aus einer Vielzahl an Detektorzellen 16, die gemäß dem Ausführungsbeispiel Single Photon Avalanche-Dioden sind.
In der Figur 2a ist eine schematische Abfolge erzeugter Strahlen 4, 5 nach einem Verfahren gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Insbesondere ist eine Intensität I von einem ersten erzeugten Strahl 4 und einem zweiten erzeugten Strahl 5 gegen eine Zeit t veranschaulicht. Die erzeugten Strahlen 4, 5 sind pulsförmig erzeugt und bilden einen Messzyklus 18. Im Messzyklus 18 sind die erzeugten Strahlen 4, 5 durch eine Verzögerungszeit 20 voneinander zeitlich beabstandet. Zwischen dem zweiten erzeugten Strahl 5 und einem nächsten Messzyklus 18 ist ebenfalls eine zweite Unterbrechungszeit 22 vorhanden, die zum ersten Messzyklus 18 gehört. Durch die zweite Unterbrechungszeit 22 kann eine Abklingphase der Strahlenquelle 2 realisiert werden. Des Weiteren kann durch die Unterbrechungszeit 22 der gesamte über den Messzyklus 18 abgegebene Energiegehalt pro Zeiteinheit t gesteuert werden.
Die Figur 2b zeigt ein schematisches Intensitätsspektrum detektierter Strahlen 10, 11 nach dem Verfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Hierbei ist insbesondere die von einer Detektorzelle 16 zeitlich aufgezeichnete
Intensitätsverteilung veranschaulicht. Der dargestellte zeitliche Ausschnitt entspricht einem ersten zeitlichen Bereich aus dem Messzyklus 18. Der erste detektierte Strahl 10 weist eine derart hohe Intensität I auf, dass die Detektorzelle 16 einen Sättigungszustand 24 erreicht und sozusagen überbelichtet wird. Nach einer kurzen Zeitspanne wird der zweite Strahl 11 detektiert. Der zweite Strahl 1 1 wurde mit einem geringeren Energiegehalt erzeugt und weist nach dem
Reflektieren an dem Objekt 8 eine Intensität I auf, die unterhalb des
Sättigungszustandes 24 der Detektorzelle 16 liegt.
Die Figuren 3a und 3b zeigen schematische zeitliche Abfolgen von reflektierten bzw. detektierten Strahlen 10, 1 1 , 30, 31 die durch mindestens eine Detektorzelle 16 des Detektors 14 innerhalb eines zeitlichen Rahmens t aufgezeichnet wurde. Hierbei wurde der bereits in Figur 2a beschriebene Messzyklus 18 verwendet um zwei Objekte 8, 9 zu detektieren. Die von einem ersten Objekt 8 reflektierten Strahlen 10, 11 und die von einem zweiten Objekt 9 reflektieren Strahlen 30, 31 sind hier innerhalb desselben zeitlichen Intensitätsverlaufs I aufgezeichnet worden. Somit ist für die Auswertung der detektierten Strahlen 10, 1 1 , 30, 31 kein separater Zeitstrang notwendig. So kann ein Auswerteprozess beschleunigt werden. Figur 3b zeigt beispielsweise, dass sich die detektierten Strahlen 10, 11 , 30, 31 zweier unterschiedlicher Objekte 8, 9 überdecken können. Insbesondere ist dies der Fall, wenn ein Abstand zwischen beiden Objekten 8, 9 vorhanden ist, der einer Flugdauer der erzeugten Strahlen 4, 5 entsprechen der
Verzögerungszeit 20 vorhanden ist. Somit kann gemäß dem Verfahren in einem nächsten oder einem übernächsten Messzyklus 18 die Verzögerungszeit 20 variiert werden, um eine eindeutige zeitliche Unterscheidung der Intensitäten I der detektierten Strahlen 10, 1 1 des ersten Objektes 8 und der detektierten Strahlen 30, 31 des zweiten Objektes 9 zu ermöglichen. In der Figur 4a ist eine schematische Abfolge erzeugter Strahlen 4, 5 nach dem Verfahren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Strahlenquelle 2 erzeugt gemäß dem Ausführungsbeispiel einen ersten energiereichen Strahl 4 in der Form eines Pulses und zwei weitere zweite energieschwächere Strahlen 5. Zwischen dem ersten erzeugten Strahl 4 und den zwei zweiten erzeugten
Strahlen 5 ist ebenfalls eine Verzögerungszeit 20 vorhanden. Die
Verzögerungszeit kann auch hier variabel je nach Messzyklus 18 ausgeführt sein und an eine Art oder Entfernung des Objektes 8, 9 oder an eine Anzahl an erwarteten Objekten 8, 9 angepasst werden. Nach dem Erzeugen der beiden zweiten energieschwächeren Strahlen 5 werden für eine zweite
Verzögerungszeit 22 bzw. Unterbrechungszeit 22 keine weiteren Strahlen 4, 5 erzeugt. Vielmehr kann die Unterbrechungszeit 22 als Abklingphase der
Strahlenquelle 2 verwendet werden. Je nach Dauer der jeweiligen Strahlen 4, 5 können die Verzögerungszeit 20 und die Unterbrechungszeit 22 an einen definierten Messzyklus 18 angepasst werden. Hierdurch kann auch der von den erzeugten Strahlen 4, 5 abgegebene Energiegehalt pro Zeiteinheit t angepasst werden. Gemäß dem Ausführungsbeispiel weisen der erste erzeugte Strahl 70% des Energiegehalts im Messzyklus 18 und die beiden zweiten erzeugten Strahlen 5 jeweils 15% des Energiegehalts auf.
In der Figur 4b ist der in Figur 4a beschriebene Messzyklus 18 mit den von mindestens einer Detektorzelle 16 des Detektors 14 empfangene bzw.
detektierten Strahlen 10, 1 1 des ersten Objektes 8 und den detektierten Strahlen 30, 31 des zweiten Objektes 9 dargestellt. Die Verzögerungszeit 20 ist derart an die Entfernungen der Objekte 8, 9 eingestellt, dass die innerhalb einer Zeitachse t aufgezeichneten Pulse der Strahlen 10, 1 1 , 30, 31 sich nicht überlappen oder überlagern. So kann jeder einzelne Puls der Strahlen 10, 1 1 , 30, 31 eindeutig identifiziert und ausgewertet werden. Die Figur 4c zeigt beispielsweise analog zu Figur 4b detektierte Strahlen 10, 1 1 , 30, 31 von zwei Objekten 8, 9 die eine Entfernung zu einander aufweisen die durch die Strahlen 10, 1 1 , 30, 31 innerhalb einer Flugzeit in der Größenordnung der Verzögerung 20 zurückgelegt werden kann. Hierdurch weisen die detektierten Strahlen 10, 1 1 , 30, 31 beider Objekte 8, 9 bereichsweise Überlagerungen oder Überlappungen auf. Somit kann eine Auswertung der detektierten Strahlenl O, 1 1 , 30, 31 lediglich unvollständig erfolgen. Um dies zu vermeiden, kann über mehrere Messzyklen 18 hinweg die Verzögerungszeit 20 definiert und kontinuierlich verändert werden, sodass sich eine Überlagerung von mehreren detektierten Strahlen 10, 1 1 , 30, 31 erkennbar wird oder die detektierten Strahlen 10, 1 1 , 30, 31 sich nicht mehr überlagern. Alternativ kann beispielsweise jeder zweite Messzyklus 18 in einer separaten Zeitachse aufgezeichnet werden, sodass eine Überlagerung von detektierten
Strahlenl O, 1 1 , 30, 31 unterbunden werden kann.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Abtasten eines Abtastwinkels (W) aufweisend die Schritte:
Erzeugen mindestens eines elektromagnetischen Strahls (4, 5)
Ablenken des mindestens einen elektromagnetischen Strahls (4, 5) entlang des Abtastwinkels (W)
Empfangen und Detektieren des mindestens einen an mindestens einem Objekt (8, 9) reflektieren elektromagnetischen Strahls (10, 1 1 , 30, 31),
dadurch gekennzeichnet, dass nach mindestens einem ersten
elektromagnetischen Strahl (4) mindestens ein zweiter elektromagnetischer Strahl (5) erzeugt wird und wobei der zweite elektromagnetische Strahl (5) mit einer geringeren Energie als der erste elektromagnetische Strahl (4) erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Energie des mindestens einen zweiten elektromagnetischen Strahls (5) unterhalb einer Sättigung (24) mindestens eines Detektors (14, 16) gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mindestens eine
elektromagnetische Strahl (4, 5) gepulst erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zwischen dem Erzeugen des mindestens einen ersten elektromagnetischen Strahls (4) und dem Erzeugen des mindestens einen zweiten elektromagnetischen Strahls (5) eine
Verzögerungszeit (20) initiiert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Intensitätsverhältnis des mindestens einen ersten elektromagnetischen Strahls (4) und des mindestens einen zweiten elektromagnetischen Strahls (5) variiert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Verzögerungszeit (20) zwischen dem mindestens einem ersten elektromagnetischen Strahl (4) und dem mindestens einem zweiten elektromagnetischen Strahl (5) variiert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Verzögerungszeit (20) größer als eine Erholungszeit eines Detektors (14, 16) gewählt wird.
8. LI DAR- Vorrichtung (1 ) zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, mit mindestens einer Strahlenquelle (2) zum Erzeugen mindestens eines elektromagnetischen Strahls (4, 5), mit einer Ablenkeinheit (6) zum Ablenken des mindestens einen erzeugten elektromagnetischen Strahls (4, 5) entlang eines Abtastwinkels (W), mit mindestens einem Detektor (14, 16) zum Empfangen und Detektieren mindestens eines an mindestens einem Objekt (8, 9) reflektierten elektromagnetischen Strahls (10, 1 1 , 30, 31 ), dadurch
gekennzeichnet, dass die mindestens eine Strahlenquelle (2) mindestens einen ersten elektromagnetischen Strahl (4) und mindestens einen zweiten
elektromagnetischen Strahl (5) erzeugt und wobei der zweite elektromagnetische Strahl (5) eine geringere Energie aufweist als der erste elektromagnetische Strahl (4).
9. LI DAR- Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei zwischen dem mindestens einen ersten erzeugten Strahl (4) und dem mindestens einen zweiten erzeugten Strahl (5) eine variierbare Verzögerungszeit (20) implementiert ist.
10. LI DAR- Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei ein Intensitätsverhältnis zwischen dem mindestens einen ersten elektromagnetischen Strahl (4) und dem mindestens einen zweiten elektromagnetischen Strahl (5) variierbar ist.
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