WO2019096584A1 - Abstandsmesseinheit - Google Patents

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WO2019096584A1
WO2019096584A1 PCT/EP2018/079800 EP2018079800W WO2019096584A1 WO 2019096584 A1 WO2019096584 A1 WO 2019096584A1 EP 2018079800 W EP2018079800 W EP 2018079800W WO 2019096584 A1 WO2019096584 A1 WO 2019096584A1
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Andre Nauen
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Osram Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a distance measuring unit for signal delay-based distance measurement.
  • the present invention is based on the technical problem of specifying a particularly advantageous distance measuring unit. This is achieved according to the invention with a distance measuring unit according to claim 1.
  • the subject matter is a distance measuring unit, whose detection field is segmented into a plurality of Griffinwin kelsegmente, that is divided.
  • the distance measuring unit permits an assignment of the received echo pulses to a solid angle segment; it can be, for example, the spatial resolution of the receiver unit (however, the spatial resolution can also result on the emitter side, see below in detail).
  • the emitter unit is equipped with a plurality of emitters for emitting the pulses, wherein at least some of the solid angle segments each emit at least two of the emitter.
  • each solid angle segment can be regarded as a "receiver pixel.”
  • the emitters of the emitter unit are now provided in such a way that the or at least one receiver pixel is in each case more than
  • the or at least one receiver pixel is in each case more than
  • over time preferably a sequential pulsing, see below
  • SNR signal-to-noise ratio
  • successively received echo pulses can be combined in the course of a signal averaging.
  • Preferred embodiments can be found in the dependent claims and the entire disclosure, wherein in the Presentation of features is not always distinguished in detail between the distance measuring unit and the corresponding operating methods or uses; however, implicitly, the disclosure is to be read with regard to all categories of claims.
  • a room-angle-resolving receiver unit can assign echo pulses which arrive at different spacial segments at the same time. This can be achieved, for example, by combining a spatially resolved surface sensor (eg a CCD array) with a front-end optics, which leads radiation incident on the different solid angle segments to different areas of the spatially resolving sensor surface.
  • a spatially resolved surface sensor eg a CCD array
  • the emitter unit is selective in terms of space angle, allowing it to be selectively pulsed into the individual solid angle segments
  • a pulse can be emitted one after the other into each of the solid angle segments, with one always knowing between the individual segments
  • Pause duration is in which the receiver unit metaphorically "listens”.
  • an integral, without spatial resolution measuring receptions purity can be provided, such as a simple photodiode.
  • the two variants can also be combined, so that, for example, the detection field is segmented in one direction via a spatial-angle-resolving receiver unit and in another direction (typically perpendicular thereto). by a corresponding scanning (sequential Pul sen).
  • the concept of the invention can be implemented with both variants (alternatively to one another or else in combination).
  • the field of view also referred to as the "field of view, FoV”
  • FoV field of view
  • the solid angle segments which thus fill the entire field of view with one another , which can then measure, for example, not more than half the width of the respective solid angle segments (not more than half a "pixel" makes up).
  • all Jardinwin kelsegmente disjoint to each other, where there may be gaps between them or the solid angle segments can also directly adjoin one another.
  • the detection field in the horizontal direction may, for example, extend over a larger angular range and / or may be more finely divided than in the vertical direction, but this is generally not mandatory.
  • the detection field can be described, for example, by a horizontal and a vertical full angle (cf., the exemplary embodiment for illustration), in which case at least the horizontal, preferably also the vertical, angle is correspondingly subdivided accordingly with the segmentation.
  • Each of the emitters is designed for pulsed emission of electromagnetic radiation.
  • Radiation in the infrared range ie wavelengths of, for example, at least 600 nm, 650 nm, 700 nm, 750 nm, 800 nm or 850 nm are preferred (in the order in which they are mentioned being increasingly preferred).
  • loading For example, particularly preferred may be about 905 nm, in which case advantageous upper limits may be at most 1100 nm, 1050 nm, 1000 nm or 950 nm (increasingly preferred in the order of entry).
  • a further preferred value may be, for example, around 1064 nm, which results in advantageous lower limits of at least 850 nm, 900 nm, 950 nm or 1000 nm and (independent) above advantageous upper limits of at most 1600 nm, 1500 nm, 1400 nm, 1300 nm, 1200 nm and 1150 nm, respectively (increasingly preferred in the order in which they are mentioned).
  • Preferred values may also be around 1548 nm and 1550 nm respectively, which results in advantageous lower limits of at least 1350 nm, 1400 nm, 1450 nm and 1500 nm and (independently) advantageous upper limits of at most 2000 nm, 1900 nm, 1800 nm , 1700 nm, 1650 nm and 1600 nm, respectively (increasingly preferred in the order in which they are mentioned). In general, but also, for example, wavelength in the far IR are conceivable, for example. At 5600 nm and 8100 nm.
  • control unit As far as a specific operation is described, this refers to the distance measurement unit per se, that the control unit is set up accordingly. If, in general, an analogue implementation also seems conceivable, the control unit will generally have a correspondingly programmed digital unit. This can then control drivers for operating the radiation sources.
  • the control unit can optionally also be integrated further, that is to say also include an evaluation unit which evaluates the echo pulses detected by the sensor unit (but this is not mandatory, the evaluation can also be carried out, for example, with a separate computer unit). be done, such as the on-board computer in the case of the motor vehicle, or via a cloud connection).
  • a pulse is a time-limited quantity that is emitted in order to be detected in a time-delayed manner by a sensor of the distance measuring unit in the case of a reflection on the object.
  • a pulse width taken after the full width at half maximum (FWHM) can be, for example, at most 1 ms, preferably still significantly smaller, namely in the order of designation increasingly preferably at most 800 ps, 600 ps, 400 ps or 200 ps, or even smaller, namely at most 1000 ns, 900 ns, 800 ns, 700 ns, 600 ns, 500 ns, 400 ns, 300 ns, 200 ns, 100 ns, 80 ns, 60 ns, 40 ns, 30 ns, 25 ns, 20 ns, 15 ns, 10 ns, 5 ns and 2 ns are respectively (increasingly preferred in the order of naming).
  • a pulse which is as short as possible may be
  • the emitter unit has a plurality of emitters, that is to say at least two, but as a rule much more, for example at least 6, 9, 16, 20, 25, 40, 60, 80, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450 or 500 emitters. Possible upper limits may (independently of them) be, for example, not more than 10,000, 8,000, 6,000, 5,000, 4,000, 3,000, 2,000 or 1,000 emitters.
  • the emitters each have their own emission surface for radiation emission. In any case, they are in principle independently operable from one another in terms of their construction, but in the emitter unit they can, for example, already be interconnected to (predefined) groups.
  • the emitters are preferably laser sources.
  • the emitters are already integrated on the chip side, for example in the form of a so-called VCSEL array (see below in detail), the emitters, for example, can already be combined on the chip (in groups) by appropriate wiring.
  • an emitter unit whose emitters can be operated completely independently of one another is preferred, with any combination being achieved during operation via a corresponding control.
  • the receptions purity is spatial angle resolution.
  • the spatial-angle-resolving receiver unit can also assign simulta- neous echo pulses from different solid angle segments at the same time (simultaneously).
  • a separate photodiode for each solid angle segment for example in conjunction with a respective converging lens that creates an unambiguous relationship to the respective solid angle segment (the convergent lens can project the sensor surface of the photodiode into the infinite; ment in the solid angle segment on the sensor surface).
  • the raumwinkelauflö sending receiver unit on a surface sensor preferably a CCD array or CMOS array. If radiation is incident on the sensitive sensor surface of the surface sensor, it can be measured in a spatially resolved manner. So there can be areas Irrespective of the sensor-side configuration in detail, optics are also provided which each have their own space angle segments The optical system converts a solid angle distribution (the solid angle segments) into a spatial distribution on the sensor surface, which in abstract terms corresponds to a Fourier transformation.As optics, a converging lens is preferably provided which, for example, also consists of a plurality of individual lenses It may be an arrangement such that the convergent lens images the sensor surface to infinity.
  • At least one emitter emits into the entire detection field, in all solid angle segments simultaneously.
  • the emitter is not moved back and forth, in order then to cover the entire field of detection only in the temporal integral; instead, the emission is so wide-angle that the one pulse simultaneously covers all solid angle segments.
  • the solid angle resolution or segment assignment results then with the raumwinkelauflösenden receptions purity.
  • the corresponding echo pulses arrive simultaneously, but still allows the space-angle-resolving receiver unit an assignment to the different Jardinwin kelsegmenten.
  • At least one of the emitters emits in several solid angle segments simultaneously, but not in the entire detection field, but only in a part thereof.
  • a section can then be defined in the detection field with the emitter covering only a part, in which it is measured with an improved signal-to-noise ratio will or can be.
  • the ser Ausites is, can also be specific for the application, such as in the case of automotive application centered on the road and / or side of the roadside (for the most accurate resolution of, for example, pedestrians etc ..).
  • a corresponding section does not necessarily have to be permanently measured by a multiple emission of the different emitters, for example, this can only take place in a specific operating mode "increased SNR.” If, for example, an object is detected in the section in question, for example from the Distance measuring unit itself or another sensor system in the case of the automotive application (such as a camera or a radar), can be changed to the mode "increased SNR". A corresponding change can even be made dependent on an object classification or recognition, so that, for example, only in the case of an increased safety level is measured with increased SNR, such as when a pedestrian or cyclist is detected.
  • the pulses are emitted successively into the individual solid angle segments. advantage.
  • the solid angle segments result from the different spatial directions into which emit is emitted.
  • An angle-selective emission can be implemented, for example, by appropriately moving the emitter unit, that is to say by means of a tilting or pivoting gela emitter unit.
  • An angle-selective emission can, for example, likewise be achieved electro-mechanically by means of a controllable mirror arrangement, for example one or more MEMS mirror systems (Micro Electro Mechanical System, MEMS); the radiation is guided to the mirror assembly and passes depending on the mirror position in a jewei time of the solid angle segments.
  • MEMS mirror systems Micro Electro Mechanical System, MEMS
  • the emitters may be laser sources formed as surface emitters, which are combined in array form in the emitter unit.
  • Such a surface emitter is also referred to as VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser), in the following is also spoken by a VCSEL array.
  • VCSEL Vertical Cavity Surface Emitting Laser
  • Individual VCSEL laser diodes now emit in the mW range.
  • a variant of the VCSEL laser is a Vertical External Cavity Surface Emitting Laser (VECSEL), which will be subsumed under the term VCSEL below.
  • VECSEL diodes can already be operated with high pulse power in the watt range, so that VECSEL arrays can emit several hundred watts of radiant power.
  • the radiation at an upper surface emitter is angled or emitted perpendicular to the chip plane, and it can be with conventional semiconductor processes on the chip a comparatively densely packed array of laser diodes define, which conversely closely spaced solid angle segments and thus a good resolution can result.
  • the VCSEL array can be seen in such a way that each of the laser diodes can be controlled independently of the other sources and therefore adapted in their main claim according to their performance (in general, but some of the laser diodes can already be grouped together by the wiring on the chip level ).
  • the receiver unit is designed as an integral (not room angle resolution) measuring sensor. It may, for example, be a photodiode, such as an APD or SPAD type (Avalanche Photo Diode or Single Photon APD), but also a PIN diode or a photomultiplier.
  • the sensor has a sensitive sensor surface (the radiation incident thereon, in particular IR radiation, is at least partly converted into an electrical signal), radiation which is not allocated to different regions of the sensor surface (this means "integral").
  • a spatial-angle-resolving receiver unit In general, of course, with a plurality of the aforementioned photodiodes or sensors, it would also be possible to construct a spatial-angle-resolving receiver unit (see above).
  • a plurality of sensors which measure integrally in each case can be arranged next to one another, for example in line or matrix form. Although each sensor would then only measure itself integrally, the arrangement results in a spatial resolution that can be converted into a spatial-angle resolution.
  • a surface sensor in particular a CCD or CMOS array, not necessarily its pixelation (Ortsauf solution) define the solid angle segments, but also several pixels groupwise summarized a solid angle segment be assigned (these pixels who then simply the community evaluated).
  • each spatial angle segment is preferably associated with exactly one (each own pixel), ie conversely each solid angle segment is defined by exactly one respective pixel.
  • the following embodiments can be implemented both with the win-ke securedden receiving and in the case of an angle-selective emission (rasters).
  • the pulses of the emitters per solid angle segment are emitted sequentially in those Jardinwin kelsegmente, in each of which emit at least two of the emitter. This operation takes place at least temporarily, that is, in any case in one of several operating modes, but is also possible over the entire operation.
  • the sequential sequence here refers to those emitters that together supply the same space angular segment, not necessarily to the Jardinwin angle segments with each other.
  • the at least two emitters can, for example, also fill the entire detection field with their respective pulse.
  • simultaneous (simultaneous) emission is effected in all solid angle ranges, and over time there is then a sequence of such pulses (of the different emitters).
  • a first time therefore, emits a first emitter in all solid angle ranges, in a second, then the next time a second emitter and then, for example, a third emitter, etc.
  • This can be implemented in analo ger manner, if the multiple coverage (at least two emitters each Solid angle segment) does not affect the entire detection field, but only a section of it (see above).
  • the sequential pulses of the emitter provided for multiple coverage may also be of interest in the case of rasterization. It may, for example, in a first pass with a first emitter from solid angle segment to Jardinwin kelsegment be changed (the first emitter emits in the respective segments), in which case in a second pass another emitter emits in the individual Kunststoffwin- kelsegmente (again in a change from segment to segment), then optionally another emitter, etc. However, it is also possible for at least some of the solid angle segments per solid angle segment to emit several new pulses directly in succession before changing to a subsequent solid angle segment.
  • a simultaneous operation of the at least two emitters is also conceivable, so that the emitters provided for multiple coverage of a respective solid angle segment can also pulse simultaneously.
  • the sequential approach - whether combined with rasterizing or pulsing into the entire detection field - is preferred.
  • a control unit / driver unit can then be of simpler design because the maximum current occurring at the system level during sequential pulses corresponds in each case only to the maximum current of the individual emitter (no adding up); It is possible to multiplex a driver circuit for multiple emitters.
  • the temporal offset between the emission of the individual emitters also be advantageous insofar as (purely statistically) decreases the probability that an external interference signal affects the measurement (the probability is lower that such a noise signal over a corresponding period of time is present and the successive pulses impaired).
  • a coding is deposited in a sequence of the pulses Se, which go back to the different emitters.
  • the pulses can, for example, carry a special signature which can help to improve the distinguishability of external interference signals, in particular the pulses of other distance measurement units.
  • Such an encoding can, for example, be deposited via an amplitude modulation, so that the individual pulses, for example, each have a different (predefined) amplitude, ie maximum power.
  • a spectral coding may be preferred in that the emitters differ in the wavelength of their respective emitted radiation (for example in their peak wavelengths).
  • the pulses may, for example, also have a different shape, ie they may differ, for example, in a rising and / or falling edge, for example, one of the pulses representing a sawtooth profile with a rising edge and the other a sawtooth profile with falling edge).
  • a coding can also be stored in a modulation of the emission times, with the modulation having a predefined course or else stochastic.
  • a pause between two of the different emitters for multiple coverage of the solid angle segment (s) is sequentially and directly consecutively delivered at a maximum of 10 ps, more preferably at most 8 ps, 6 ps in the order of designation. 4 ps or 2 ps.
  • Possible lower limits may be, for example, at least 0.3 ps, 0.5 ps or 1 ps and be determined by the desired range in the detection field. So For example, for a range of 300 m, ie a signal path of 600 m, the required pause duration can be around 2 ps, see Gig. 1. At a range of, for example, 100 m, the required pause duration would be 670 ns.
  • the 2 ps corresponds to a frequency of 500 kHz, which could hardly be realized for comparison with a emitter unit with a single emitter, since a duty cycle of an IR laser diode is about 10 ps.
  • the switching frequencies of common laser sources or diodes lie gene namely in general an order of magnitude lower at around 50 kHz, especially in view of the lumina in Automotive applications to be considered temperature regime. This illustrates that with the present approach "multiple emitters per solid angle segment", depending on the number and timing of the emitter, for example.
  • sequential operation in the case of a near / strongly reflecting object may be advantageous in that regard, for example, as an oversteer of the receiver unit can be prevented.
  • a dynamic range that is determined by which bandwidth of the echo pulse power must be calculated can thus be limited advantageously.
  • the received power can then be reversed, for example, resolved with finer nuance (evaluation of the "brightness").
  • the distance measuring unit is set up in such a way that at least one of the emitters emits its pulses with a different power over time, preferably this applies for at least 30%, 50%, 70% and 90% of the emitters, especially for all emitters.
  • the power adjustment for example, a reduction in ge ringerem object distance, z. B. the energy efficiency or the thermal budget of the emitter unit with regard to provide benefits, or even a photobiological risk, especially with respect to a risk to the eye conditions, help reduce.
  • distance is used to mean the same here and in the following:
  • Partially or fully autonomously moving vehicles can use a plurality of distance measuring units mounted at different positions of the vehicle and operating together
  • technologically different distance measuring units can be used, in particular camera systems in the visible, ultraviolet and infrared spectral range, ultrasonic or infrasonic ultrasonic distance measuring units, radar-based distance measuring units and LIDAR-based distance measuring units be designed to measure for different object distances, from the centimeter and meter range, to distances of several hundred meters, or even beyond ng depending on an object classification.
  • pedestrians and cyclists can thus be assigned to a class and the pulses can be emitted with reduced power when the object is assigned to this class, for example to reduce a photobiological risk or to reduce the risk of photobiology. Avoidance of glare effects, etc.
  • Other object classes can be nen: motorcycles, quads, traffic signs, cars, trucks, bridges, tunnels, traffic lights, overpasses, flying objects.
  • the classification may in this case be part of an object recognition, but the latter is generally not mandatory (eg a truck does not necessarily have to be recognized as such, but it may also already be assigned a certain power due to a size criterion, as a rule ).
  • the data recorded with the distance measuring unit can be supplemented, for example, with further sensor data, for example camera shots of the field of view, etc.
  • further sensor data for example camera shots of the field of view, etc.
  • object classification or recognition but incidentally also with the one discussed above Extrapolation of distance functions by means of motion trajectories.
  • a classification or recognition may be possible as well, solely on the basis of the data acquired by the distance measuring unit.
  • the object classification / recognition can proceed analogously to the methods known from two-dimensional image processing;
  • the spatial angular ranges define a raster and the respective assigned distance value can be regarded as a gray level.
  • the measured distance image is then usually segmented, for example via defined threshold values or by a segment-based or region-based segmentation.
  • the image can be searched for specific edge or surface formations or complete templates ("what could the object in question look like after segmentation?") by means of an object database, divided into classes who, preferably this leads to an object recognition.
  • angle regions in which an object assigned as a pedestrian / cyclist is located are emitted at a reduced power Pi.
  • the second class can be in addition to testify motor vehicles as other road users, for example. Also car bridges or trees on the roadside, etc. be assigned. If an object is classified, for example, as a tree, sometimes even an increased power P 3 can be applied, because the dissected surface structure of the reed or needle work leads to a worsened reflection or increased scattering to the side.
  • the power is reduced at a detected at a smaller distance object.
  • a first distance di and a comparatively larger distance d 2 from a first power Pi is the first distance less than a second power P 2 ge selected, which is applied in the second distance.
  • a second power P 2 ge selected which is applied in the second distance.
  • an interval may be set around each of the distances d i, d 2 , and then the power Pi or P 2 is applied , depending on whether the measured or assigned distance value lies in the first or second interval.
  • the power P (d) can be stored as a continuous function of the Abstand.
  • a polynomial function is suitable, such as a polynomial of the second degree, possibly with correction terms.
  • the stepless version can provide even greater accuracy, while gradual adaptation can be less complex and time consuming, which can be beneficial in the automotive environment (short response times and simpler, more robust components).
  • the invention also relates to a method for operating a distance measuring unit disclosed herein, cf. also the comments at the beginning.
  • the distance to the object is measured signal-based based on the emitted by the emitter (s) and then reflected at the object or echo pulses. At least some of the solid angle segments emit at least two emitters in each case.
  • the invention also relates to the use of a currently disclosed distance measuring unit in a motor vehicle, for example a lorry or motorcycle, preferably in a passenger vehicle. Particularly preferred is the application in a partially or fully autonomously driving vehicle. In general, however, an application in egg nem aircraft or watercraft is conceivable, such as a flight tool, helicopter or ship.
  • a vehicle may include a plurality of distance measurement units according to the invention, wherein preferably the detection field or the FOV of each of the distance measurement units is spatially disjoint to the other distance measurement unit (s). This allows a larger overall solid angle range to be detected (before, laterally, behind, above the vehicle). If the distance measuring units have different IR laser wavelengths, the viewing areas (FOV) can also not be disjoint, ie at least partially overlap.
  • the distance measuring units may, for example, be integrated into existing vehicle headlight systems.
  • Figure la shows a motor vehicle with a distance measuring unit, as well as their subdivided in solid angle segments detection field in a on view (bird view);
  • FIG. 1b shows the arrangement according to FIG. 1a in a side view
  • Figure 2a is an emitter unit in an optional design from as part of the distance measuring unit of FIG. La, b;
  • FIG. 2b shows a receiver unit in an optional
  • Embodiment as part of the distance measuring unit of FIG. La, b;
  • Figure 3a shows a first way of assigning several
  • FIG. 4 shows a chronological sequence of pulses which are emitted from different emitters into the same angular segment.
  • the 1a, b show a distance measuring unit 1, which is installed in a motor vehicle 2 and aligned in the direction of travel (forward). With the distance measuring unit, the distance to objects 3a, b, such as other Fahrzeu gene or pedestrians, etc., can be measured when these objects 3a, b are in the detection field 4 of the distance measuring unit 1.
  • the detection field 4, which has a hori zontal opening angle a and a vertical opening angle ß, is subdivided into a plurality of solid angle segments 5, each of which has an opening angle da, db, see. also Fig. 2a for illustration.
  • the distance measurement takes place according to the solid angle segments 5, so it is, for example, the object 3 a of the observer.
  • jekt 3b than in other solid angle segments 5 located distinguishable.
  • b can be differentiated.
  • a pulse 6 is emitted, which, as far as the respective Jardinwinkelseg ment 5 is an object, comes back as an echo pulse 7 and is received.
  • FIG. 2 a shows an emitter unit 20 with a plurality of emitters 21.
  • each of the spacial angular segments 5 is assigned two emitters 21.
  • the emitters 21 are presently provided in the form of a VCSEL array, with regard to the details, reference is also made to the description of the introduction.
  • an optical system 22 With an optical system 22, the infrared radiation emitted by these laser sources is directed into the individual NEN solid angle segments 5.
  • Each of the solid angle segments 5 are associated with two emitters 21 according to FIG. 2a, but more than two emitters are also possible, cf. Also, Fig. 3. Per solid angle segment 5, the emitter 21, their pulses 6 then emit animals animals, which, since it is just separate emitter 21, in a sequential operation, a rela tively close clocking is possible, namely only about 2 ps , Reference is also made to the comments in the introduction to the description. Some of the emitters 21 may also be connected together in a group and emit laser pulses at the same time.
  • the variant according to FIG. 2 a shows an angle-selective emitter unit 20, which thus selectively feeds its pulses 6 into the emitter unit 20 individual solid angle segments 5 can emit.
  • This emitter unit 20 can then be combined, in particular, with a receiver unit, which in turn does not measure the resolution of the room-angle resolution, ie, integrally detects the incident radiation power at its sensor surface.
  • the detection field 4, ie the individual solid angle segments 5, are then pulsed sequentially, whereby after the emission of a respective pulse 6 in a respective Jardinwin kelsegment 5 and before the emission in the subsequent solid angle segment 5 always for a certain period of time, which is also after Range determined, maintained.
  • Fig. 2b shows a receiver unit 30 which resolves the spatial angle
  • the principle - conversion of spatial and solid angle distribution - corresponds to that according to Fig. 2a
  • the receiver unit 30 has an optic 31, with which radiation incident from different spatial directions 32 is directed to different areas of a sensitive sensor surface 33 of an area sensor 34, such as a CCD array the spatial resolution of the surface sensor 34 is thus an assignment to the spatial directions 32 and thus the individual solid angle segments 5 possible.
  • the pixel size of its spatial resolution may be in the range of a few micrometers (for example 1 to 20 ⁇ m), but a coarser resolution is also possible. If, for example, a PIN diode or APD matrix is provided, the pixel sizes can reach up to the millimeter range. A possible For example, the pixel size of a PIN diode may be approximately 0.5 ⁇ 2.5 mm 2 .
  • a respective echo pulse 7 can be assigned to a respective solid angle segment 5 with the receiver unit 30, which according to FIG.
  • the segmentation of the detection field 4 can take place on the receiver side, ie the pulses 6 do not necessarily have to be emitted in an angle-selective manner. Instead, the pulses 6 can simultaneously cover all solid angle segments 5, the segmentation results on the receiver side. But even in this case, the emitter unit 20 then has a plurality of emitters 21, ie each emitter 21 is assigned to each of the solid angle segments 5.
  • 3a to d illustrate, in a schematic view, how a plurality of emitter pixels 40 are located in a respective solid angle segment 5, that is to say a "receiver pixel", due to the assignment of a plurality of emitters 21.
  • the emitter pixels 40 can be arranged, for example, in rows and columns (FIG.
  • the multiple occupancy can therefore be, for example, only with respect to the horizontal direction (FIG. 3d), but more complex patterns are also possible, ultimately determining the interplay of the arrangement of the emitter 21, in particular in conjunction with the shape and orientation of their emission surfaces, and the optics 22, the location and position of the emitter pixels 40th
  • Fig. 4 shows a plurality of pulses 6a-c in one of Griffinwin kelsegmente 5 over time.
  • Each of the pulses 6a-c goes back to its own emitter, the emit emit animals at the time to, the second at the time ti and the third at time t 2 .
  • the signal / noise ratio can be improved by averaging over the individual pulses 6a-c, but it is also possible to realize a comparatively high-frequency detection, cf. also the description introduction in detail.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abstandsmesseinheit (1) zur signallaufzeitbasierten Messung eines Abstands zu einem in einem Erfassungsfeld (4) befindlichen Objekt (3), mit einer Emittereinheit (20) mit einer Mehrzahl Emittern (21) zur Emission von Pulsen (6) und einer Empfängereinheit (30) zum Empfangen von Echopulsen (7), wobei die Abstandsmesseinheit (1) für ein Messen derart eingerichtet ist, dass die Echopulse (7) den unterschiedlichen Raumwinkelsegmenten (5) zugeordnet werden, und wobei in zumindest einige der Raumwinkelsegmente (5) jeweils mindestens zwei der Emitter (21) emittieren.

Description

ABSTANDSMESSEINHEIT
BESCHREIBUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abstandsmessein heit zur signallaufzeitbasierten Abstandsmessung.
Stand der Technik Die in Rede stehende Abstandsmessung beruht auf einer Laufzeitmessung ausgesandter elektromagnetischer Pulse. Treffen diese auf ein Objekt, so wird an dessen Oberflä che der Puls anteilig zurück zu der Abstandsmesseinheit reflektiert und kann als Echopuls mit einem geeigneten Sensor aufgezeichnet werden. Erfolgt die Aussendung des Pulses zu einem Zeitpunkt to und wird das Echopuls zu ei nem späteren Zeitpunkt ti erfasst, kann der Abstand d zu der reflektierenden Oberfläche des Objekts über die Lauf zeit AtA = ti - to nach d = AtA c/2 Gig. 1 bestimmt werden. Da es sich um elektromagnetische Pulse handelt, ist c der Wert der Lichtgeschwindigkeit.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine besonders vorteilhafte Abstandsmesseinheit anzugeben. Dies wird erfindungsgemäß mit einer Abstandsmesseinheit gemäß Anspruch 1 gelöst. Gegenstand ist eine Abstandsmes seinheit, deren Erfassungsfeld in eine Mehrzahl Raumwin kelsegmente segmentiert, also unterteilt ist. Dabei er- laubt die Abstandsmesseinheit eine Zuordnung der empfan genen Echopulse zu einem Raumwinkelsegment, es kann bspw. die Empfängereinheit raumwinkelauflösend sein (die Raum winkelauflösung kann sich aber auch emitterseitig erge ben, siehe unten im Detail) . Bei der erfindungsgemäßen Abstandsmesseinheit ist die Emittereinheit mit mehreren Emittern zur Emission der Pulse ausgestattet, wobei in zumindest einige der Raumwinkelsegmente jeweils mindes tens zwei der Emitter emittieren.
Mit der Unterteilung der Raumwinkelsegmente ist eine ge- wisse Auflösung bzw. Pixelierung empfängerseitig vorgege ben, jedes Raumwinkelsegment kann als ein „Empfängerpi xel" betrachtet werden. Die Emitter der Emittereinheit sind nun derart vorgesehen, dass den bzw. zumindest eini gen Empfängerpixein jeweils mehr als ein Emitter zugeord- net ist. Jedenfalls im Zeitverlauf (bevorzugt ist ein se quenzielles Pulsen, siehe unten) emittiert also in ein jeweiliges Raumwinkelsegment nicht nur ein Emitter, son dern mindestens ein weiterer Emitter. In bzw. aus dem fraglichen Raumwinkelsegment werden somit Echopulse emp- fangen, die auf unterschiedliche Emitter zurückgehen, was das Signal/Rauschverhältnis (Signal to Noise Ratio, SNR) , auch „Störabstand" genannt, verbessern helfen kann. Dazu können bspw. nacheinander empfangene Echopulse im Zuge einer Signalmittelung zusammengeführt werden. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängi gen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei in der Darstellung der Merkmale nicht immer im Einzelnen zwi schen der Abstandsmesseinheit und entsprechender Be triebsverfahren bzw. Verwendungen unterschieden wird; je denfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämt- licher Anspruchskategorien zu lesen.
Im Kontext der abhängigen Ansprüche werden die Varianten „raumwinkelauflösende Empfängereinheit" und „raumwinkel selektiver Betrieb" noch im Einzelnen diskutiert. Vorab, zur Einordnung: Eine raumwinkelauflösende Empfängerein- heit kann Echopulse zuordnen, die im selben Zeitpunkt aus unterschiedlichen Raumwinkelsegmenten eintreffen. Dies kann bspw. durch Kombination eines ortsauflösenden Flä chensensors (z. B. einem CCD-Array) mit einer vorgelager ten Optik erreicht werden, die aus den unterschiedlichen Raumwinkelsegmenten einfallende Strahlung auf unter schiedliche Bereiche der ortsauflösenden Sensorfläche führt .
Bei dem „raumwinkelselektiven Betrieb" ist hingegen die Emittereinheit raumwinkelselektiv, erlaubt sie also ein selektives Pulsen in die einzelnen Raumwinkelsegmente. In einem sequenziellen Betrieb kann bspw. nacheinander in jedes der Raumwinkelsegmente ein Puls emittiert werden, wobei es zwischen den einzelnen Segmenten immer eine ge wisse Pausendauer gibt, in welcher die Empfängereinheit bildlich gesprochen „lauscht". Bei dieser Variante kann auch eine integral, ohne Ortsauflösung messende Empfänge reinheit vorgesehen sein, etwa eine einfache Fotodiode. Die beiden Varianten können auch kombiniert werden, so- dass bspw. das Erfassungsfeld in einer Richtung über eine raumwinkelauflösende Empfängereinheit segmentiert ist und in einer anderen Richtung (typischerweise senkrecht dazu) durch ein entsprechendes Abrastern (sequenzielles Pul sen) . Der Erfindungsgedanke lässt sich mit beiden Varian ten umsetzen (alternativ zueinander oder auch in Kombina tion) . Das Erfassungsfeld, auch als „Sichtbereich" (Field of View, FoV) bezeichnet, ist in die Raumwinkelsegmente un tergliedert, diese füllen also miteinander das gesamte Sichtfeld aus. Zueinander sind die Raumwinkelsegmente je denfalls weitgehend disjunkt; nächstbenachbarte Raumwin- kelsegmente können einen Überlapp haben, der sich dann bspw. auf nicht mehr als die halbe Weite der jeweiligen Raumwinkelsegmente bemessen kann (nicht mehr als ein hal bes „Pixel" ausmacht) . Bevorzugt sind sämtliche Raumwin kelsegmente zueinander disjunkt, wobei es dazwischen Zwi- schenräume geben kann oder die Raumwinkelsegmente auch direkt aneinander grenzen können. Im Falle der bevorzug ten Automobilanwendungen kann sich das Erfassungsfeld in horizontaler Richtung beispielweise über einen größeren Winkelbereich erstrecken und/oder kann es feiner unter- teilt sein als in vertikaler Richtung, was aber im Allge meinen nicht zwingend ist. Das Erfassungsfeld kann bspw. durch einen horizontalen und einen vertikalen Vollwinkel beschrieben werden (vgl. das Ausführungsbeispiel zur Il lustration) , wobei dann mit der Segmentierung in der Re- gel zumindest der horizontale, bevorzugt auch der verti kale Winkel entsprechend untergliedert ist.
Jeder der Emitter ist zur gepulsten Emission von elektro magnetischer Strahlung ausgelegt. Bevorzugt ist Strahlung im Infrarotbereich, also Wellenlängen von bspw. mindes- tens 600 nm, 650 nm, 700 nm, 750 nm, 800 nm bzw. 850 nm (in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt) . Be- sonders bevorzugt können bspw. rund 905 nm sein, wobei insofern vorteilhafte Obergrenzen bei höchstens 1100 nm, 1050 nm, 1000 nm bzw. 950 nm liegen können (in der Rei henfolge der Nennung zunehmend bevorzugt) . Ein weiterer bevorzugter Wert kann bspw. bei rund 1064 nm liegen, was vorteilhafte Untergrenzen von mindestens 850 nm, 900 nm, 950 nm bzw. 1000 nm ergibt und (davon unabhängige) vor teilhafte Obergrenzen von höchstens 1600 nm, 1500 nm, 1400 nm, 1300 nm, 1200 nm bzw. 1150 nm (jeweils in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt) . Bevorzugte Werte können auch bei rund 1548 nm bzw. 1550 nm liegen, was vorteilhafte Untergrenzen von mindestens 1350 nm, 1400 nm, 1450 nm bzw. 1500 nm ergibt und (davon unabhän gige) vorteilhafte Obergrenzen von höchstens 2000 nm, 1900 nm, 1800 nm, 1700 nm, 1650 nm bzw. 1600 nm (jeweils in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt) . Im Allgemeinen sind aber bspw. auch Wellenlänge im Fernen IR denkbar, bspw. bei 5600 nm bzw. 8100 nm.
Soweit ein bestimmter Betrieb beschrieben wird, meint dies bezogen auf die Abstandsmesseinheit an sich, dass deren Steuereinheit entsprechend eingerichtet ist. Wenn gleich im Allgemeinen auch eine analoge Umsetzung denkbar scheint, wird die Steuereinheit in der Regel eine ent sprechend programmierte Digitaleinheit aufweisen. Diese kann dann Treiber zum Betreiben der Strahlungsquellen an steuern. Die Steuereinheit kann optional auch weiterge hend integriert sein, also auch eine Auswerteeinheit um fassen, welche die mit der Sensoreinheit erfassten Echo pulse auswertet (dies ist aber nicht zwingend, die Aus- wertung kann bspw. auch mit einer gesonderten Rechnerein- heit erfolgen, etwa dem Bordcomputer im Falle des Kraft fahrzeugs, oder über eine Cloud-Anbindung) .
Ein Puls ist eine zeitlich begrenzte Größe, die emittiert wird, um dann im Falle einer Reflexion an dem Objekt von einem Sensor der Abstandsmesseinheit zeitlich versetzt erfasst zu werden. Eine nach der Halbwertsbreite (FWHM) genommene Pulsbreite kann bspw. bei höchstens 1 ms lie gen, bevorzugt noch deutlich kleiner sein, nämlich bei in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt höchstens 800 ps, 600 ps, 400 ps bzw. 200 ps liegen, oder auch noch kleiner sein, nämlich bei höchstens 1000 ns, 900 ns, 800 ns, 700 ns, 600 ns, 500 ns, 400 ns, 300 ns, 200 ns, 100 ns, 80 ns, 60 ns, 40 ns, 30 ns, 25 ns, 20 ns, 15 ns, 10 ns, 5 ns bzw. 2 ns liegen (in der Reihenfolge der Nen nung zunehmend bevorzugt) . Im Prinzip kann ein möglichst kurzer Puls bevorzugt sein, technisch bedingt können Un tergrenzen bspw. bei mindestens 0,001 ns, 0,01 ns bzw. 0,1 ns liegen .
Die Emittereinheit weist eine Mehrzahl Emitter auf, also mindestens zwei, in der Regel aber deutlich mehr, bspw. mindestens 6, 9, 16, 20, 25, 40, 60, 80, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450 bzw. 500 Emitter. Mögliche Ober grenzen können (davon unabhängig) bspw. bei höchstens 10000, 8000, 6000, 5000, 4000, 3000, 2000 bzw. 1000 Emit tern liegen. Die Emitter haben jeweils eine eigene Emis sionsfläche zur Strahlungsemission. Sie sind jedenfalls von ihrem Aufbau her prinzipiell unabhängig voneinander betreibbar, in der Emittereinheit können sie aber bspw. auch bereits zu (vordefinierten) Gruppen verschaltet sein . Die Emitter sind bevorzugt Laserquellen. Sind die Emitter bereits chipseitig integriert, etwa als sogenanntes VCSEL-Array ausgeführt (siehe unten im Detail) , können die Emitter bspw. auch bereits durch eine entsprechende Verdrahtung auf dem Chip (gruppenweise) zusammengefasst sein. Bevorzugt ist indes eine Emittereinheit, deren Emitter gänzlich unabhängig voneinander betreibbar sind, wobei ein etwaiges Zusammenfassen im Betrieb über eine entsprechende Ansteuerung erreicht wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Empfänge reinheit raumwinkelauflösend . Im Unterschied zu einer in tegralen Messung (winkelselektiver Betrieb) , bei welcher sich die Zuordnung der Echopulse aus dem Abrastern ergibt, kann die raumwinkelauflösende Empfängereinheit auch im selben Zeitpunkt (zeitgleich) aus unterschiedli chen Raumwinkelsegmenten einfallende Echopulse zuordnen. Im Allgemeinen ließe sich dies bspw. auch mit mehreren, separaten Empfängern realisieren, die relativ zueinander verkippt in jeweils eines der Raumwinkelsegmente gerich- tet sein können. Es könnte bspw. je Raumwinkelsegment ei ne eigene Fotodiode vorgesehen sein, etwa in Verbindung mit einer jeweiligen Sammellinse, die eine eindeutige Zu ordnung zum jeweiligen Raumwinkelsegment schafft (die Sammellinse kann die Sensorfläche der Fotodiode ins Un- endliche abbilden, führt dann also umgekehrt die Strah lung in dem Raumwinkelsegment auf die Sensorfläche) .
In bevorzugter Ausgestaltung weist die raumwinkelauflö sende Empfängereinheit einen Flächensensor auf, bevorzugt ein CCD-Array oder CMOS-Array. Fällt auf die sensitive Sensorfläche des Flächensensors Strahlung, kann diese ortsaufgelöst gemessen werden. Es können also Bereiche der Sensorfläche mit Strahlungseinfall von Bereichen ohne Strahlungseinfall unterschieden werden, in der Regel las sen sich auch Intensitätsunterschiede auflösen („Graustu fen") . Unabhängig von der sensorseitigen Ausgestaltung im Einzelnen ist dann ferner eine Optik vorgesehen, die je des der Raumwinkelsegmente mit jeweils einem eigenen Be reich der Sensorfläche verknüpft. Die Optik setzt eine Raumwinkelverteilung (der Raumwinkelsegmente) in eine Ortsverteilung auf der Sensorfläche um, was abstrakt be trachtet einer Fourier-Transformation entspricht. Als Op tik ist bevorzugt eine Sammellinse vorgesehen, die bspw. auch aus mehreren Einzellinsen aufgebaut sein kann (die nacheinander durchstrahlt werden) . Bevorzugt ist eine An ordnung derart, dass die Sammellinse die Sensorfläche ins Unendliche abbildet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform emittiert zumindest ein Emitter in das gesamte Erfassungsfeld, und zwar in sämtliche Raumwinkelsegmente gleichzeitig. Der Emitter wird also bspw. nicht hin- und herbewegt, um dann das ge samte Erfassungsfeld erst im zeitlichen Integral abzude cken; stattdessen ist die Emission so breitwinklig, dass der eine Puls gleichzeitig sämtliche Raumwinkelsegmente abdeckt. Die Raumwinkelauflösung bzw. Segment Zuordnung ergibt sich dann mit der raumwinkelauflösenden Empfänge reinheit. Zur Illustration, findet sich bspw. in der lin ken Hälfte des Erfassungsfelds ein Objekt und in der rechten Hälfte ein weiteres Objekt in gleichem Abstand, treffen die entsprechenden Echopulse gleichzeitig ein, erlaubt aber die raumwinkelauflösende Empfängereinheit dennoch eine Zuordnung zu den unterschiedlichen Raumwin kelsegmenten . Bei einer bevorzugten Ausführungsform emittiert zumindest einer der Emitter zwar in mehrere Raumwinkelsegmente gleichzeitig, dabei aber nicht in das gesamte Erfassungs feld, sondern nur in einen Teil davon. Bspw. in Kombina- tion mit einem anderen Emitter, der das gesamte Erfas sungsfeld ausfüllen kann (alle Raumwinkelsegmente gleich zeitig, siehe vorne) , kann dann mit dem nur einen Teil abdeckenden Emitter in dem Erfassungsfeld ein Ausschnitt definiert sein, in dem mit einem verbesserten Störabstand gemessen wird bzw. werden kann. Wo im Erfassungsfeld die ser Ausschnitt liegt, kann sich im Einzelnen auch nach der Anwendung richten, etwa im Falle der Kfz-Applikation mittig auf der Fahrbahn und/oder seitlich am Fahrbahnrand (zur möglichst genauen Auflösung von bspw. Fußgängern etc . ) .
Ein entsprechender Ausschnitt muss dann auch nicht not wendigerweise dauerhaft durch eine Mehrfachemission der unterschiedlichen Emitter vermessen werden, dies kann beispielweise nur in einem bestimmten Betriebsmodus „er- höhtes SNR" erfolgen. Wird bspw. ein Objekt in dem frag lichen Ausschnitt detektiert, etwa von der Abstandsmess einheit selbst oder auch einem anderen Sensorsystem im Falle der Kfz-Anwendung (wie etwa einer Kamera oder einem Radar) , kann in den Modus „erhöhtes SNR" gewechselt wer- den. Ein entsprechender Wechsel kann sogar auch von einer Objektklassifizierung bzw. -erkennung abhängig gemacht werden, sodass bspw. nur im Falle einer erhöhten Sicher heitsstufe mit erhöhtem SNR gemessen wird, etwa wenn ein Fußgänger oder Fahrradfahrer festgestellt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Pulse nacheinander in die einzelnen Raumwinkelsegmente emit- tiert. Dies kann dann auch in Verbindung mit einer integ ral messenden Empfängereinheit eine Raumwinkelauflösung ergeben, wenn in der Sequenz nach jedem Puls nach dem Echopuls „gelauscht" wird (siehe vorne, und auch nachste- hend im Detail) . Diese Variante wird auch als „Rastern" bezeichnet. Im Allgemeinen ist auch eine Kombination mit der „winkelauflösenden Empfängereinheit" möglich (siehe auch vorne) , die Abstandsmesseinheit kann aber auch aus schließlich nach der einen oder der anderen Variante mes- sen.
Generell muss bei dem Abrastern der Raumwinkelsegmente nicht zwingend nach jedem einzelnen Puls zum jeweils da rauffolgenden Raumwinkelsegment gewechselt werden, son dern kann in ein jeweiliges Raumwinkelsegment auch eine Pulsfolge (mehrere Pulse in Folge) abgegeben werden. Ge nerell ergeben sich beim Rastern die Raumwinkelsegmente aus den unterschiedlichen Raumrichtungen, in die emit tiert wird. Eine winkelselektive Emission kann bspw. durch entsprechendes Bewegen der Emittereinheit umgesetzt werden, also durch eine verkipp- bzw. verschwenkbar gela gerte Emittereinheit. Eine winkelselektive Emission kann bspw. ebenso elektro-mechanisch mittels einer steuerbaren Spiegelanordnung erreicht werden, etwa einem oder mehre ren MEMS Spiegelsystemen (Micro Electro Mechanical Sys- tem, MEMS) ; die Strahlung wird auf die Spiegelanordnung geführt und gelangt je nach Spiegelstellung in ein jewei liges der Raumwinkelsegmente. Bevorzugt kann jedoch eine elektrisch-optische Umsetzung sein, bei welcher eine Ortsverteilung der Emittereinheit bzw. derer Emissions- flächen mit einer Optik in eine Raumwinkelteilung umge setzt wird (invers zu dem vorstehend für den Flächen- sensor geschilderten Prinzip) . Bevorzugt kann es sich bei den Emittern um als Oberflächenemitter ausgebildete La serquellen handeln, die in der Emittereinheit arrayförmig zusammengefasst sind.
Ein solcher Oberflächenemitter wird auch als VCSEL be zeichnet ( Vertical Cavity Surface Emitting Laser), im Folgenden wird auch von einem VCSEL-Array gesprochen. Einzelne VCSEL-Laserdioden emittieren heutzutage im mW Bereich. Eine Variante des VCSEL-Lasers ist ein Vertical- External-Cavity-Surface-Emitting-Laser (VECSEL) , dieser soll im Folgenden unter dem Begriff VCSEL subsummiert sein. VECSEL-Dioden können heute schon mit hohen Puls leistungen im Watt-Bereich betrieben werden, sodass VECSEL-Arrays mehrere Hundert Watt Strahlungsleistung emittieren können.
Anders als bei einem Kantenemitter wird bei einem Ober flächenemitter die Strahlung gewinkelt bzw. senkrecht zur Chipebene emittiert, und es lässt sich mit gängigen Halb leiterprozessen auf dem Chip ein vergleichsweise dicht gepacktes Array an Laserdioden definieren, was umgekehrt eng gestaffelte Raumwinkelsegmente und damit eine gute Auflösung ergeben kann. Das VCSEL-Array kann derart vor gesehen sein, dass jede der Laserdioden von den anderen Quellen unabhängig angesteuert und damit insbesondere hauptanspruchsgemäß in ihrer Leistung angepasst werden kann (im Allgemeinen können aber auch bereits durch die Verdrahtung auf der Chipebene einige der Laserdioden zu Gruppen zusammengefasst sein) .
In bevorzugter Ausgestaltung der Abstandsmesseinheit mit „winkelselektiver Emittereinheit" ist die Empfängerein- heit als integral (nicht raumwinkelauflösend) messender Sensor ausgelegt. Es kann sich bspw. um eine Fotodiode handeln, etwa nach APD- bzw. SPAD-Bauart (Avalanche Photo Diode bzw. Single Photon APD), aber etwa auch um eine PIN-Diode oder einen Photomultiplier. Der Sensor hat je denfalls eine sensitive Sensorfläche (die darauffallende Strahlung, insbesondere IR-Strahlung wird jedenfalls an teilig in ein elektrisches Signal umgesetzt) , wobei auf unterschiedliche Bereiche der Sensorfläche fallende Strahlung nicht weitergehend zugeordnet wird (dies meint „integral") .
Im Allgemeinen könnte mit mehreren der eben genannten Fo todioden bzw. Sensoren selbstverständlich auch eine raum winkelauflösende Empfängereinheit aufgebaut werden (siehe vorne) . Dazu können mehrere, jeweils für sich integral messende Sensoren nebeneinander angeordnet werden, etwa zeilen- oder matrixförmig. Jeder Sensor für sich würde dann zwar nur integral messen, durch die Anordnung ergibt sich jedoch eine Ortsauflösung, die sich in eine Raumwin- kelauflösung umsetzen lässt. Umgekehrt muss bei Verwen dung eines Flächensensors, insbesondere eines CCD- bzw. CMOS-Arrays, nicht zwingend dessen Pixelierung (Ortsauf lösung) die Raumwinkelsegmente definieren, sondern können auch jeweils mehrere Pixel gruppenweise zusammengefasst einem Raumwinkelsegment zugeordnet sein (diese Pixel wer den dann einfach gemeinschaftlich ausgewertet) . Bevorzugt ist jedoch bei einem Flächensensor jedem Raumwinkelseg ment genau ein (jeweils eigenes) Pixel zugeordnet, wird also umgekehrt jedes Raumwinkelsegment durch genau ein jeweiliges Pixel definiert. Die folgenden Ausgestaltungen können sowohl mit dem win kelauflösenden Empfangen als auch im Falle einer winkel selektiven Emission (Rastern) umgesetzt werden.
In bevorzugter Ausgestaltung werden in jene Raumwin kelsegmente, in die jeweils mindestens zwei der Emitter emittieren, die Pulse der Emitter je Raumwinkelsegment sequenziell emittiert. Dieser Betrieb erfolgt zumindest zeitweilig, also jedenfalls in einem von mehreren Be triebsmodi, ist aber auch über den gesamten Betrieb hin weg möglich. Die sequenzielle Abfolge bezieht sich hier bei auf jene Emitter, die gemeinsam dasselbe Raumwin kelsegment versorgen, nicht zwingend auf die Raumwin kelsegmente untereinander.
Die mindestens zwei Emitter können dabei mit ihrem jewei ligen Puls bspw. auch jeweils das gesamte Erfassungsfeld ausfüllen. In einem jeweiligen Zeitpunkt wird dann also jeweils simultan (gleichzeitig) in sämtliche Raumwinkel bereiche emittiert, und im Zeitverlauf gibt es dann eine Abfolge solcher Pulse (der unterschiedlichen Emitter) . In einem ersten Zeitpunkt emittiert also ein erster Emitter in sämtliche Raumwinkelbereiche, in einem zweiten, da rauffolgenden Zeitpunkt ein zweiter Emitter und dann bspw. ein dritter Emitter usw. Dies lässt sich in analo ger Weise umsetzen, wenn die Mehrfachabdeckung (mindes tens zwei Emitter je Raumwinkelsegment) nicht das gesamte Erfassungsfeld, sondern nur einen Ausschnitt davon be trifft (siehe vorne) .
Das sequenzielle Pulsen der zur Mehrfachabdeckung vorge sehenen Emitter kann auch im Falle des Rasterns von Inte resse sein. Es kann bspw. in einem ersten Durchlauf mit einem ersten Emitter von Raumwinkelsegment zu Raumwin kelsegment gewechselt werden (der erste Emitter emittiert in die jeweiligen Segmente) , wobei dann in einem zweiten Durchlauf ein anderer Emitter in die einzelnen Raumwin- kelsegmente emittiert (wiederum bei einem Wechsel von Segment zu Segment) , danach gegebenenfalls ein weiterer Emitter etc. Es ist aber auch möglich, dass in zumindest einige der Raumwinkelsegmente je Raumwinkelsegment mehre re Pulse direkt aufeinanderfolgend emittiert werden, be- vor zu einem darauffolgenden Raumwinkelsegment gewechselt wird .
Im Allgemeinen ist aber auch ein simultaner Betrieb der mindestens zwei Emitter denkbar, können die zur Mehrfach abdeckung eines jeweiligen Raumwinkelsegments vorgesehe- nen Emitter also auch gleichzeitig pulsen. Demgegenüber ist der sequenzielle Ansatz - egal ob kombiniert mit dem Rastern oder dem Pulsen in das gesamte Erfassungsfeld - jedoch bevorzugt. Es kann dann nämlich bspw. eine Steu er/Treibereinheit einfacher aufgebaut sein, weil der auf Systemebene auftretende Maximalstrom beim sequenziellen Pulsen jeweils nur dem Maximalstrom des Einzelemitters entspricht (kein Aufaddieren) ; es ist ein Multiplexing einer Treiberschaltung für mehrere Emitter möglich. Fer ner kann der zeitliche Versatz zwischen der Emission der einzelnen Emitter auch insoweit von Vorteil sein, als (rein statistisch) die Wahrscheinlichkeit abnimmt, dass ein externes Störsignal die Messung beeinträchtigt (die Wahrscheinlichkeit ist geringer, dass ein solches Stör signal über eine entsprechende Zeitdauer hinweg anliegt und die aufeinanderfolgenden Pulse beeinträchtigt) . Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist in einer Se quenz der Pulse, die auf die unterschiedlichen Emitter zurückgehen, eine Codierung hinterlegt. Die Pulse können bspw. eine spezielle Signatur tragen, welche die Unter- scheidbarkeit von externen Störsignalen, insbesondere den Pulsen anderer Abstandsmesseinheiten, verbessern helfen kann. Eine solche Codierung kann bspw. über eine Amplitu denmodulation hinterlegt sein, sodass die einzelnen Pulse bspw. jeweils eine unterschiedliche (vordefinierte) Amplitude, also maximale Leistung haben. Bevorzugt kann eine spektrale Codierung sein, indem sich nämlich die Emitter in der Wellenlänge ihrer jeweilig emittierten Strahlung unterscheiden (bspw. in ihren Peakwellenlän gen) . Zusätzlich oder alternativ können die Pulse bspw. auch eine unterschiedliche Form haben, können sie sich also bspw. in einer Anstiegs- und/oder Abstiegsflanke etc. unterscheiden (z. B. der eine Puls ein Sägezahnpro fil mit ansteigender Flanke und der andere ein Sägezahn profil mit abfallender Flanke haben) . Eine Codierung kann bspw. auch in einer Modulation der Emissionszeiten hin terlegt sein, wobei die Modulation einen vordefinierten Verlauf haben oder auch stochastisch erfolgen kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt eine Pausen dauer zwischen zwei von den unterschiedlichen Emittern zur Mehrfachabdeckung des bzw. der Raumwinkelsegments/- segmente sequenziell und direkt aufeinanderfolgend abge gebenen Pulsen bei höchstens 10 ps, in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt höchstens 8 ps, 6 ps, 4 ps bzw. 2 ps . Mögliche Untergrenzen können bspw. bei mindestens 0,3 ps, 0,5 ps bzw. 1 ps liegen und durch die gewünschte Reichweite im Erfassungsfeld bestimmt sein. So kann bspw. für eine Reichweite von 300 m, also einen Sig nalweg von 600 m, die erforderliche Pausendauer bei rund 2 ps liegen, siehe Gig. 1. Bei einer Reichweite von bspw. 100 m würde die erforderliche Pausendauer bei 670 ns lie- gen .
Die 2 ps entsprechen einer Frequenz von 500 kHz, die sich zum Vergleich mit einer Emittereinheit mit einem einzigen Emitter kaum bzw. gar nicht realisieren ließe, da ein Duty Cycle einer IR-Laserdiode etwa 10 ps beträgt. Die Schaltfrequenzen gängiger Laserquellen bzw. -dioden lie gen nämlich in der Regel eine Größenordnung tiefer bei rund 50 kHz, insbesondere in Anbetracht des bei Automobi lanwendungen zu berücksichtigenden Temperaturregimes. Dies illustriert, dass sich mit dem vorliegenden Ansatz „mehrere Emitter je Raumwinkelsegment", je nach Anzahl und Taktung der Emitter, bspw. bei einer Laufzeit von 1 ps um bis zu einem Faktor 10 mehr Pulse im jeweiligen Raumwinkelsegment unterbringen lassen (bei 0,5 ps bspw. um bis zu einem Faktor 20) . Dies kann zunächst, wie be- reits erwähnt, den Störabstand verbessern helfen; zudem lässt sich auch eine Aktualisierungsrate der Messdaten entsprechend erhöhen. Es können also Veränderungen im Er fassungsfeld schneller und weniger störanfällig festge stellt werden, was insbesondere mit Blick auf teil- bzw. vollautonom fahrende Fahrzeuge von Interesse sein kann. Ein etwaiger Nachteil, nämlich der höhere Aufwand bzw. die erhöhte Komplexität, die das Vorsehen mehrerer Emit ter bedingt, wird durch die genannten Vorteile überkom pensiert . Bei einer bevorzugten Ausführungsform emittieren die zur Mehrfachabdeckung des bzw. der Raumwinkelsegments bzw. - Segmente vorgesehenen Emitter in unterschiedlichen Be triebsmodi mit unterschiedlicher Taktung relativ zueinan der. Konkret gibt es dann einen ersten Betriebsmodus, in dem sie relativ zueinander analog den vorstehenden Absät- zen sequenziell emittieren, was die eben genannten Vor teile ergibt. In einem zweiten Betriebsmodus emittieren sie jedoch gleichzeitig (gleichgetaktet/synchron) , was bspw. von Vorteil sein kann, wenn ansonsten überhaupt kein Signal oberhalb des Rauschgrundes mehr empfangen werden könnte. So kann bspw. bei einem entsprechend weit entfernten bzw. auch von seinen Oberflächen her ungünsti gen Objekt (Reflexionseigenschaften etc.) der Echopuls so klein werden, dass sich auch mittels Signalverarbeitung (Zusammenführen mehrerer aufeinanderfolgender Echopulse) kein geeignetes Signal mehr gewinnen lässt. Dann kann der Wechsel in den Synchronmodus (zweiten Betriebsmodus) von Vorteil sein.
Andererseits kann der sequenzielle Betrieb bei einem na hen/stark reflektierenden Objekt bspw. insoweit von Vor- teil sein, als bspw. einem Übersteuern der Empfängerein heit vorgebeugt werden kann. Ein Dynamikbereich, der sich danach bestimmt, mit welcher Bandbreite an Leistungen der Echopulse gerechnet werden muss, kann somit vorteilhaf terweise eingegrenzt werden. Die empfangene Leistung kann dann umgekehrt bspw. mit feinerer Nuancierung aufgelöst werden (Auswertung der „Helligkeit") .
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Abstandsmesseinheit derart eingerichtet, dass mindestens einer der Emitter seine Pulse im Zeitverlauf mit einer unterschiedlichen Leistung emittiert, bevorzugt gilt dies für mindestens 30 %, 50 %, 70 % bzw. 90 % der Emitter, besonders bevor zugt für sämtliche Emitter.
Die Leistungsanpassung, bspw. eine Verringerung bei ge ringerem Objekt-Abstand, kann z. B. die Energieeffizienz bzw. den thermischen Haushalt der Emittereinheit betref fend Vorteile bieten, oder auch ein fotobiologisches Ri siko, insbesondere in Bezug auf eine Gefährdung der Au gen, reduzieren helfen. Die Begriffe „Abstand", „Objekt- Abstand" und „objektbezogener Abstand" werden hier und im Folgenden gleichbedeutend verwendet. Sich teil- oder vollautonom bewegende Fahrzeuge können eine Vielzahl von Abstandsmesseinheiten verwenden, die an unterschiedlichen Positionen des Fahrzeugs angebracht sind und im Zusammen wirken eine Rundumsicht ermöglichen. Auch können techno- logisch unterschiedliche Abstandsmesseinheiten zur Anwen dung kommen, insbesondere Kamerasysteme im sichtbaren, ultravioletten und infraroten Spektralbereich, akustische Abstandsmesseinheiten auf Ultraschall- oder Infraschall basis, Radar-basierte Abstandsmesseinheiten sowie LIDAR- basierte Abstandsmesseinheiten. Die unterschiedlichen Ab standsmesseinheiten können zur Messung für unterschiedli che Objekt-Abstände ausgelegt sein, angefangen vom Zenti meter- und Meter-Bereich, bis hin zu Entfernungen von mehreren Hundert Metern, oder sogar darüber hinaus. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Leistung in Abhängigkeit von einer Objektklassifizierung ange passt. Zur Illustration, es können also bspw. Fußgänger und Fahrradfahrer einer Klasse zugeordnet sein und können die Pulse bei einer Zuordnung des Objekts zu dieser Klas se mit reduzierter Leistung emittiert werden, bspw. zur Verringerung eines fotobiologischen Risikos bzw. zur Ver- meidung von Blendeffekten etc. Weitere Objektklassen kön nen sein: Motorräder, Quads, Verkehrsschilder, PKWs, LKWs , Brücken, Tunnels, Ampelanlagen, Überführungen, Flugobjekte. Die Klassifizierung kann hierbei Teil einer Objekterkennung sein, letztere ist aber im Allgemeinen nicht zwingend (es muss also bspw. ein Lastkraftwagen nicht zwingend als solcher erkannt werden, sondern kann ihm auch bereits aufgrund eines Größenkriteriums eine be stimmte, in der Regel größere Leistung zugeordnet sein) .
Im Falle des Kraftfahrzeugs können die mit der Abstands messeinheit erfassten Daten bspw. auch um weitere Sensor daten ergänzt werden, etwa um Kameraaufnahmen des Sicht felds etc. Dies ist bei einer Objektklassifizierung bzw. -erkennung möglich, im Übrigen aber auch bei der vorste hend diskutierten Extrapolation von Abstandsfunktionen mittels Bewegungstrajektorien . Andererseits kann aber auch allein anhand der mittels der Abstandsmesseinheit erfassten Daten eine Klassifizierung bzw. Erkennung mög lich sein.
Die Objektklassifizierung/-erkennung kann analog den aus der zweidimensionalen Bildbearbeitung bekannten Verfahren ablaufen; vereinfacht gesprochen definieren die Raumwin kelbereiche ein Raster und kann der jeweilig zugeordnete Abstandswert als Graustufe betrachtet werden. Das gemes sene Abstandsbild wird dann in der Regel segmentiert, bspw. über definierte Schwellwerte bzw. durch eine kan ten- oder regionenbasierte Segmentierung. Das Bild kann nach bestimmten Kanten- oder Flächenformationen oder vollständigen Vorlagen („wie könnte das infrage kommende Objekt nach einer Segmentierung aussehen?") durchsucht werden. Das bzw. die Objekte können dann, insbesondere mittels einer Objektdatenbank, in Klassen eingeteilt wer den, bevorzugt mündet dies in einer Objekterkennung.
In bevorzugter Ausgestaltung wird in dem bzw. den Raum winkelbereichen, in denen sich ein als Fußgän- ger/Radfahrer zugeordnetes Objekt befindet, mit einer verringerten Leistung Pi emittiert. Dies bezieht sich auf den Vergleich zu einer zweiten Leistung P2, die im Falle einer Zuordnung des Objekts zu einer zweiten Klasse an liegt. Dies gilt bei gleichem Abstand zu dem Objekt (bspw. im Falle eines sehr weit entfernten Fahrradfah rers/Fußgängers kann die Leistung auch wieder gleich groß oder größer als im Falle eines Kraftfahrzeugs in kleiner Distanz sein) . Der zweiten Klasse können neben Kraftfahr zeugen als anderen Verkehrsteilnehmern bspw. auch Auto- bahnbrücken bzw. Bäume am Fahrbahnrand etc. zugeordnet sein. Wird ein Objekt bspw. als Baum klassifiziert, kann mitunter sogar auch eine erhöhte Leistung P3 angelegt werden, weil die zergliederte Oberflächenstruktur des Blätter- bzw. Nadelwerks eine verschlechterte Reflexion bzw. erhöhte Streuung zur Seite erwarten lässt.
In bevorzugter Ausgestaltung wird die Leistung bei einem in geringerem Abstand erfassten Objekt verringert. Geht man von einem ersten Abstand di und einem demgegenüber größeren Abstand d2 aus, wird eine erste Leistung Pi im ersten Abstand kleiner als eine zweite Leistung P2 ge wählt, die im zweiten Abstand angelegt wird. Es kann bspw. um jeden der Abstände di, d2 jeweils ein Intervall gelegt sein, und es wird dann die Leistung Pi oder P2 an gelegt, je nachdem ob der gemessene bzw. zugeordnete Ab- standswert im ersten oder zweiten Intervall liegt. Es kann dann auch noch weitere Intervalle geben, bspw. n In- tervalle, die aneinandergesetzt n Stufen mit einer je weils anderen Leistung Pn festlegen.
Es ist aber ebenso eine stufenlose Anpassung möglich, kann also die Leistung P (d) als stetige Funktion des Ab- Stands hinterlegt sein. Hierbei kommt insbesondere eine Polynomfunktion infrage, etwa ein Polynom zweiten Grades, gegebenenfalls mit Korrekturtermen. Im Vergleich zur schrittweisen Anpassung kann die stufenlose Variante eine noch höhere Genauigkeit ermöglichen, andererseits kann die schrittweise Anpassung weniger komplex und zeitauf wendig sein, was im Automobilumfeld von Vorteil sein kann (kurze Reaktionszeiten und einfachere, robuste Komponen ten) .
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer vorliegend offenbarten Abstandsmesseinheit, vgl. auch die Anmerkungen eingangs. Der Abstand zu dem Objekt wird signallaufzeitbasiert gemessen, und zwar anhand der von dem bzw. den Emittern emittierten und dann an dem Ob jekt reflektierten Pulse bzw. Echopulse. Dabei emittieren in zumindest einige der Raumwinkelsegmente jeweils min destens zwei Emitter.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer vorlie gend offenbarten Abstandsmesseinheit in einem Kraftfahr zeug, bspw. einem Lastkraftwagen bzw. Kraftrad, bevorzugt in einem Personenkraftwagen. Besonders bevorzugt ist die Anwendung in einem teil- bzw. vollautonom fahrenden Fahr zeug. Im Allgemeinen ist aber auch eine Anwendung in ei nem Luft- bzw. Wasserfahrzeug denkbar, etwa einem Flug zeug, Helikopter oder Schiff. Ein Fahrzeug kann eine Vielzahl an erfindungsgemäßen Ab standsmesseinheit aufweisen, wobei bevorzugter Weise das Erfassungsfeld bzw. der Sichtbereich (FOV) einer jeden der Abstandsmesseinheiten räumlich disjunkt zu der bzw. den anderen Abstandsmesseinheiten ist. Damit lässt sich ein größerer Gesamt-Raumwinkelbereich erfassen (vor, seitlich, hinter, oberhalb des Fahrzeugs) . Weisen die Ab standsmesseinheiten unterschiedliche IR-Laserwellenlängen auf, können die Sichtbereiche (FOV) auch nicht disjunkt sein, also zumindest teilweise überlappen. Die Abstands messeinheiten können bspw. in bestehende Fahrzeug- Scheinwerfersysteme integriert sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs beispiels näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können und auch weiterhin nicht im Einzelnen zwischen den unterschiedli chen Anspruchskategorien unterschieden wird.
Im Einzelnen zeigt Figur la ein Kraftfahrzeug mit einer Abstandsmessein heit, sowie deren in Raumwinkelsegmente un tergliedertes Erfassungsfeld in einer Auf sicht (bird view) ;
Figur lb die Anordnung gemäß Fig. la in einer Seiten- ansicht; Figur 2a eine Emittereinheit in einer optionalen Aus gestaltung als Bestandteil der Abstandsmess einheit gemäß Fig. la,b;
Figur 2b eine Empfängereinheit in einer optionalen
Ausgestaltung als Bestandteil der Abstands messeinheit gemäß Fig. la,b;
Figur 3a eine erste Möglichkeit der Zuordnung mehrerer
Emitter zu einem der Raumwinkelsegmente gemäß Fig. la,b; Figur 3b-d weitere Möglichkeiten der Anordnung;
Figur 4 eine zeitliche Abfolge von Pulsen, die von unterschiedlichen Emittern in dasselbe Raum winkelsegment emittiert werden.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die Fig. la,b zeigen eine Abstandsmesseinheit 1, die in ein Kraftfahrzeug 2 eingebaut und in Fahrtrichtung (nach vorne) ausgerichtet ist. Mit der Abstandsmesseinheit kann der Abstand zu Objekten 3a, b, wie bspw. anderen Fahrzeu gen oder auch Fußgängern etc., gemessen werden, wenn sich diese Objekte 3a, b im Erfassungsfeld 4 der Abstandsmess- einheit 1 befinden. Das Erfassungsfeld 4, das einen hori zontalen Öffnungswinkel a und einen vertikalen Öffnungs winkel ß hat, ist in eine Vielzahl Raumwinkelsegmente 5 untergliedert, wovon jedes einen Öffnungswinkel da, db hat, vgl. auch Fig. 2a zur Illustration. Die Abstandsmessung erfolgt nach den Raumwinkelsegmenten 5 aufgelöst, es ist also bspw. das Objekt 3a von dem Ob- jekt 3b als in anderen Raumwinkelsegmenten 5 befindlich unterscheidbar. Je nach Beschaffenheit (Größe, Oberflä chen etc.) und auch Entfernung des Objekts kann sogar auch innerhalb eines jeweiligen Objekts 3a, b differen- ziert werden. Zur Abstandsmessung wird jeweils ein Puls 6 emittiert, der, soweit sich im jeweiligen Raumwinkelseg ment 5 ein Objekt befindet, als Echopuls 7 zurückkommt und empfangen wird.
Fig. 2a zeigt eine Emittereinheit 20 mit mehreren Emit- tern 21. In dieser schematischen Darstellung, die analog Fig. 1 eine Aufsicht zeigt, sind jedem der Raumwinkelseg mente 5 jeweils zwei Emitter 21 zugeordnet. Die Emitter 21 sind vorliegend in Form eines VCSEL-Arrays vorgesehen, bezüglich der Details wird auch auf die Beschreibungsein- leitung verwiesen. Mit einer Optik 22 wird die von diesen Laserquellen emittierte Infrarotstrahlung in die einzel nen Raumwinkelsegmente 5 gelenkt.
Jedem der Raumwinkelsegmente 5 sind gemäß Fig. 2a zwei Emitter 21 zugeordnet, es sind aber auch mehr als zwei Emitter möglich, vgl. auch Fig. 3. Je Raumwinkelsegment 5 können die Emitter 21 ihre Pulse 6 dann sequenziell emit tieren, wobei, da es sich eben um gesonderte Emitter 21 handelt, in einer sequentiellen Betriebsweise eine rela tiv enge Taktung möglich ist, nämlich von nur rund 2 ps . Es wird auch auf die Ausführungen in der Beschreibungs einleitung verwiesen. Einige der Emitter 21 können auch zu einer Gruppe zusammen geschaltet sein und zeitgleich Laserpulse emittieren.
Die Variante gemäß Fig. 2a zeigt eine winkelselektive Emittereinheit 20, die also ihre Pulse 6 selektiv in die einzelnen Raumwinkelsegmente 5 emittieren kann. Diese Emittereinheit 20 kann dann insbesondere mit einer Emp fängereinheit kombiniert werden, die ihrerseits nicht raumwinkelauflösend misst, also die einfallende Strah- lungsleistung an ihrer Sensorfläche integral erfasst. Das Erfassungsfeld 4, also die einzelnen Raumwinkelsegmente 5, werden dann sequenziell bepulst, wobei nach der Emis sion eines jeweiligen Pulses 6 in ein jeweiliges Raumwin kelsegment 5 und vor der Emission in das darauffolgende Raumwinkelsegment 5 immer für eine bestimmte Zeitdauer, die sich auch nach der Reichweite bestimmt, gewartet wird. Bildlich gesprochen „lauscht" die Abstandsmessein heit, ob aus dem jeweiligen Raumwinkelsegment 5 ein Echo puls 7 zurückkommt. Fig. 2b zeigt eine Empfängereinheit 30, die raumwinkel auflösend ist. Das Prinzip - Konversion von Orts- und Raumwinkelverteilung - entspricht jenem gemäß Fig. 2a, es ist lediglich die Richtung umgekehrt. Die Empfängerein heit 30 weist eine Optik 31 auf, mit der aus unterschied- liehen Raumrichtungen 32 einfallende Strahlung auf unter schiedliche Bereiche einer sensitiven Sensorfläche 33 ei nes Flächensensors 34 geführt wird, etwa eines CCD- Arrays. Über die Ortsauflösung des Flächensensors 34 ist also eine Zuordnung zu den Raumrichtungen 32 und damit den einzelnen Raumwinkelsegmenten 5 möglich.
Zur Illustration, im Falle eines CCD- bzw. CMOS-Arrays kann die Pixelgröße von dessen Ortsauflösung im Bereich einiger weniger Mikrometer liegen (bspw. 1 - 20 pm) , es ist aber auch eine gröbere Auflösung möglich. Wird bspw. eine PIN-Diode oder APD-Matrix vorgesehen, können die Pi xelgrößen bis in den Millimeterbereich reichen. Eine mög- liehe Pixelgröße einer PIN-Diode kann bspw. bei rund 0,5 x 2,5 mm2 liegen.
Mit der Empfängereinheit 30, die gemäß Fig. 2b raumwin kelauflösend ausgeführt ist, kann ein jeweiliger Echopuls 7 einem jeweiligen Raumwinkelsegment 5 zugeordnet werden.
In diesem Fall kann die Segmentierung des Erfassungsfelds 4 empfängerseitig erfolgen, müssen also die Pulse 6 nicht notwendigerweise winkelselektiv emittiert werden. Statt- dessen können die Pulse 6 auch gleichzeitig sämtliche Raumwinkelsegmente 5 abdecken, die Segmentierung ergibt sich empfängerseitig. Aber auch in diesem Fall weist die Emittereinheit 20 dann eine Mehrzahl Emitter 21 auf, sind also jedem der Raumwinkelsegmente 5 mehrere Emitter 21 zugeordnet . Die Fig. 3a bis d illustrieren in schematischer Ansicht, wie in einem jeweiligen Raumwinkelsegment 5, also einem „Empfängerpixel", aufgrund der Zuordnung mehrerer Emitter 21 mehrere Emitterpixel 40 liegen. Die Emitterpixel 40 können bspw. in Zeilen und Spalten (Fig. 3a) oder auch nur in einer Zeile liegen, die Mehrfachbelegung kann also bspw. lediglich in Bezug auf die horizontale Richtung be stehen (Fig. 3d) . Es sind aber auch komplexere Muster möglich, letztlich bestimmt das Zusammenspiel aus der An ordnung der Emitter 21, insbesondere in Verbindung mit der Form und Orientierung deren Emissionsflächen, und der Optik 22 die Lage und Position der Emitterpixel 40.
Fig. 4 zeigt mehrere Pulse 6a-c in einem der Raumwin kelsegmente 5 im Zeitverlauf. Jeder der Pulse 6a-c geht auf einen eigenen Emitter zurück, der erste Emitter emit tiert im Zeitpunkt to, der zweite im Zeitpunkt ti und der dritte im Zeitpunkt t2. Aufgrund der Mehrfachbelegung des Raumwinkelsegments 5, weil also mehrere Emitter 21 zuge ordnet sind, kann eine Pausendauer 50 zwischen zwei di rekt aufeinanderfolgenden Pulsen 6a, b, 6b, c vergleichs- weise kurz bei nur rund 2 ps gehalten werden. Damit kann durch eine Mittelung über die einzelnen Pulse 6a-c nicht nur das Signal/Rauschverhältnis verbessert werden, son dern lässt sich auch eine vergleichsweise hochfrequente Erfassung realisieren, vgl. auch die Beschreibungseinlei- tung im Einzelnen.
BEZUGSZEICHENLISTE
Abstandsmesseinheit 1
Kraftfahrzeug 2
Objekte 3 Erfassungsfeld 4
Raumwinkelsegment 5
Puls 6
Echopuls 7
Emittereinheit 20 Emitter 21
Optik (der Emitter) 22
Empfängereinheit 30
Optik (der Empfängereinheit) 31
Raumrichtung 32
Sensorfläche 33 Flächensensor 34
Emitterpixel 40
Pausendauer 50

Claims

ANSPRÜCHE
1. Abstandsmesseinheit (1) zur signallaufzeitbasierten Messung eines Abstands zu einem in einem Erfassungs feld (4) befindlichen Objekt (3), mit
einer Emittereinheit (20) mit einer Mehrzahl jeweils zur Emission von Pulsen (6) in Form elektromagneti scher Strahlung ausgelegten Emittern (21),
einer Empfängereinheit (30) zum Empfangen der elekt romagnetischen Strahlung nach einer abstandsabhängi gen Laufzeit, also zum Empfangen von Echopulsen (7), wobei die Abstandsmesseinheit (1) für ein Messen derart eingerichtet ist, dass Echopulse (7), die aus unterschiedlichen Raumwinkelsegmenten (5) empfangen werden, in welche Raumwinkelsegmente (5) das Erfas sungsfeld (4) segmentiert ist, einem jeweiligen der Raumwinkelsegmente (5) zugeordnet werden,
und wobei ferner die Abstandsmesseinheit (1) derart eingerichtet ist, dass in zumindest einige der Raum winkelsegmente (5) jeweils mindestens zwei der Emit ter (21) emittieren.
2. Abstandsmesseinheit (1) nach Anspruch 1, bei welcher die Empfängereinheit (30) raumwinkelauflösend ist, also in einem Zeitpunkt aus unterschiedlichen Raum- winkelsegmenten (5) einfallende Echopulse (7) den
Raumwinkelsegmenten zuordenbar macht.
3. Abstandsmesseinheit (1) nach Anspruch 2, bei welcher die raumwinkelauflösende Empfängereinheit (30) eine Optik (31) und einen Flächensensor (34) mit einer sensitiven Sensorfläche (33) zum ortsaufgelösten Empfangen aufweist, wobei über die Optik (31) jedem der Raumwinkelsegmente (5) ein eigener Bereich der Sensorfläche (33) zugeordnet ist, sodass mit den Echopulsen (7) aus den unterschiedlichen Raumwin- kelsegmenten (5) einfallende elektromagnetische
Strahlung auf unterschiedliche Bereiche der Sensor fläche (33) geführt wird.
4. Abstandsmesseinheit (1) nach Anspruch 2 oder 3, bei welcher zumindest einer der Emitter (21) in das ge samte Erfassungsfeld (4) emittiert, also einen je weiligen Puls (6) gleichzeitig in alle Raumwin kelsegmente (5) emittiert. 5. Abstandsmesseinheit (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei welcher zumindest einer der Emitter (21) in eine Mehrzahl Raumwinkelsegmente (5) gleichzeitig emittiert, also einen jeweiligen Puls (6) gleichzei tig in die Mehrzahl Raumwinkelsegmente (5) emit- tiert, dabei aber nur in einen Teil des gesamten Er fassungsfelds (4).
6. Abstandsmesseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die für einen Betrieb der Emittereinheit (20) derart eingerichtet ist, dass die Pulse (6) se quenziell in die einzelnen Raumwinkelsegmente (5) emittiert werden.
7. Abstandsmesseinheit (1) nach Anspruch 6, bei welcher die Empfängereinheit (30) einen Sensor mit einer sensitiven Sensorfläche aufweist, wobei der Sensor fläche das gesamte Erfassungsfeld (4) zugeordnet ist und die auf die Sensorfläche fallende elektromagne tische Strahlung integral erfasst wird.
8. Abstandsmesseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die für einen Betrieb der Emittereinheit
(20) derart eingerichtet ist, dass in die zumindest einigen Raumwinkelsegmente (5) , in die jeweils min destens zwei der Emitter (21) emittieren, je Raum winkelsegment (5) die jeweiligen mindestens zwei Emitter (21) relativ zueinander ihre Pulse (6) zu mindest zeitweilig sequenziell emittieren.
9. Abstandsmesseinheit (1) nach Anspruch 8, bei welcher die zumindest zeitweilig sequenziell emittierten Pulse (6) eine Codierung tragen.
10. Abstandsmesseinheit (1) nach Anspruch 8 oder 9, bei welcher die Emittereinheit (20) für einen Betrieb derart eingerichtet ist, dass bei den jeweiligen mindestens zwei Emittern (21), die relativ zueinan der ihre Pulse (6) zumindest zeitweilig sequenziell emittieren, eine Pausendauer (50) zwischen zwei di rekt aufeinanderfolgenden Pulsen bei höchstens 10 ps liegt .
11. Abstandsmesseinheit (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, die für einen Betrieb derart eingerichtet ist, dass die jeweiligen mindestens zwei Emitter (21), die relativ zueinander ihre Pulse (6) zumin- dest zeitweilig sequenziell emittieren, in einem ersten Betriebsmodus ihre Pulse (6) sequenziell emittieren und in einem zweiten Betriebsmodus ihre Pulse (6) gleichzeitig emittieren.
12. Abstandsmesseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die für einen Betrieb derart eingerichtet ist, dass zumindest einer der Emitter (21) seine Pulse (6) im Zeitverlauf mit einer unterschiedlichen Leistung emittiert, wobei die Leistung vorzugsweise in Abhängigkeit von einer Klassifizierung des Ob- jekts (3) angepasst ist
13. Abstandsmesseinheit (1) nach Anspruch 12, die für einen Betrieb derart eingerichtet ist, dass zumin dest einer der Emitter (21) seine Pulse bei einem erstem Abstand di zu dem Objekt (3) mit einer ersten
Leistung Pi emittiert und bei einem zweiten Abstand d2 zu dem Objekt (3) mit einer zweiten Leistung P2 emittiert, wobei di < d2 und Pi < P2 ist. 14. Verfahren zum Betreiben einer Abstandsmesseinheit
(1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei wel chem ein Abstand zu einem Objekt (3) signallaufzeit basiert gemessen wird, wozu die Emitter (21) ihre jeweiligen Pulse (6) emittieren und mit der Empfän- gereinheit (30) die abstandsabhängige Laufzeit ge messen wird, wobei in zumindest einige der Raumwin kelsegmente (5) jeweils mindestens zwei der Emitter (21) emittieren. 15. Verwendung einer Abstandsmesseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 in einem Kraftfahrzeug, ins besondere gemäß einem Verfahren nach Anspruch 14.
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