WO2019201719A1 - Vorrichtung und verfahren zum bestimmen einer position von mindestens einem objekt - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum bestimmen einer position von mindestens einem objekt Download PDF

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Nico Heussner
Mustafa Kamil
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Definitions

  • a device is furthermore provided which has an active polarization adaptation unit which is set up Polarization of the first transmitted light signal in dependence on the
  • the active polarization adaptation unit has a measurement control element which is set up to measure a signal-to-noise ratio of the device and to connect the first emitter and / or the second emitter as a function of the signal-to-noise ratio. To control the noise ratio.
  • a measurement control element which is set up to measure a signal-to-noise ratio of the device and to connect the first emitter and / or the second emitter as a function of the signal-to-noise ratio.
  • an "adaptive switching" between the first emitter and the second emitter can be done. This adaptive switching can be done in
  • Polarization rotating element and wherein the polarization filter matrix is disposed between the detector and the controllable polarization rotating element.
  • Ambient light signal is always optimally blocked in front of the detector.
  • FIG. 3 shows a device for determining a position of at least one object with a passive polarization adaptation unit and an active polarization adaptation unit;
  • Transmission light signal 2 is reflected on an object whose position is to be determined and travels back to the device as a reception light signal 3. Here it encounters a detector 4 which has a pixel matrix 5 which has at least one pixel 6.
  • FIG. 1 shows a device which is a passive one
  • Polarization filter matrix 9 on.
  • This polarization filter matrix 9 has a multiplicity of static polarization filters 10.
  • polarization filters for vertical polarization 11 and polarization filters for parallel polarization 12 "checkerboard pattern-like" alternate.
  • a passage space 13 is provided in each case.
  • the individual polarization filters 10 are arranged in a 1: 1 association with the pixels 6 of the pixel matrix 5. This is similar to one from the
  • Improvement can be checked by the second emitter 15 at certain intervals performs a test emission.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Position von mindestens einem Objekt vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung mindestens einen ersten Emitter (1) aufweist, der eingerichtet ist, ein erstes Sendelichtsignal (2), das von der Vorrichtung zu dem Objekt läuft, zu emittieren, und wobei die Vorrichtung mindestens einen Detektor (4) aufweist, der eingerichtet ist, ein Empfangslichtsignal (3), das von dem Objekt zu dem Detektor (4) läuft, zu detektieren, wobei der Detektor (4) mindestens eine Pixelmatrix (5) mit mindestens einem Pixel (6) aufweist, wobei die Vorrichtung mindestens eine passive Polarisationsadaptionseinheit (7) aufweist, die eingerichtet ist, eine Polarisation des Empfangslichtsignals (3) in Abhängigkeit von einem Umgebungslichtsignal (8) zu steuern. Ferner wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Position von mindestens einem Objekt mittels einer derartigen Vorrichtung vorgeschlagen, in welchem das Mess-Steuer-Element ein erstes Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu einem ersten Messzeitpunkt misst; und das Mess-Steuer-Element ein zweites Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu einem zweiten Messzeitpunkt misst; und das Mess-Steuer-Element den zweiten Emitter steuert, das zweite Sendelichtsignal an Stelle des ersten zu emittieren, falls das zweite Signal-zu-Rausch-Verhältnis kleiner als das erste Signal-zu-Rausch-Verhältnis ist.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen einer Position von mindestens einem
Objekt
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Position von mindestens einem Objekt, wobei die Vorrichtung mindestens einen ersten Emitter aufweist, der eingerichtet ist, ein erstes Sendelichtsignal, das von der Vorrichtung zu dem Objekt läuft, zu emittieren, und wobei die Vorrichtung mindestens einen Detektor aufweist, der eingerichtet ist, ein Empfangslichtsignal, das von dem Objekt zu dem Detektor läuft, zu detektieren, wobei der Detektor mindestens eine Pixelmatrix mit mindestens einem Pixel aufweist.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Bestimmen einer Position von mindestens einem Objekt mittels einer derartigen Vorrichtung.
Stand der Technik
Eine derartige Vorrichtung wird auch als LiDAR (ursprünglich ein Portmonteau aus light und radar ) bezeichnet. Ein LiDAR kann unter anderem dazu verwendet werden, eine Position von einem Objekt relativ zu sich selbst und anderen Objekten zu bestimmen. Mögliche Einsatzgebiete ergeben sich beispielsweise im Automobilsektor. Das Funktionsprinzip eines LiDAR ist bekannt.
Dabei werden im automotiven Bereich zumeist LiDARs verwendet, die mit einer Laserquelle als Emitter arbeiten. Die Laserquelle (zum Beispiel ein
Kantenemitter) emittiert dabei systembedingt in der Regel linear polarisiertes Licht als Sendelichtsignal. Dies jedoch ist keine Systemanforderung des LiDAR, sondern eine„parasitäre“ Erscheinung, die in dem verwendeten Emitter begründet liegt. Die lineare Polarisation des Sendelichtsignals hat nun Einfluss auf die
Systemperformance der Vorrichtung (LiDAR). Dabei bestimmt das
Sendelichtsignal im Verhältnis zur Umgebungshelligkeit, also einem
Umgebungslichtsignal, das Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR). Die
Umgebungshelligkeit, also das Umgebungslichtsignal, stellt darin„Stör- beziehungsweise Umgebungslicht“ dar, das von der Einsatzumgebung der Vorrichtung (LiDAR) sowie auch der Tageszeit abhängig ist. Dabei ändert sich tageszeitabhängig die mehrheitliche Polarisation des Umgebungslichtsignals.
Das Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) ist dabei entscheidend für die realisierbare Reichweite der Vorrichtung (LiDAR). Diese wird sich also in
Abhängigkeit vom vorherrschenden Umgebungslichtsignal und damit der Tageszeit ändern.
Die Änderung der mehrheitlichen Polarisation des Umgebungslichts mit der Tageszeit erfolgt aufgrund der Streuung des Sonnenlichts an den Luftmolekülen der Atmosphäre. Befindet sich die Sonne nahe des Zenits, beobachtet man eine mehrheitlich parallele Polarisation des Umgebungslichtsignals. Befindet sich die Sonne nahe des Horizonts, beobachtet man eine mehrheitlich senkrechte Polarisation des Umgebungslichtsignals.
Die Systemperformance der Vorrichtung variiert also abhängig von der
Tageszeit.
Aus der US 8 054 464 B2 ist ein polarisationsveränderliches LiDAR bekannt, insbesondere zur Detektion und Charakterisierung von in der Luft verteilten Partikeln, umfassend einen aktiv geregelten Phasenverzögerer, welcher zwei Zustände mit unterschiedlicher Phasenverzögerung zur Änderung der
Polarisation von Licht aufweist. Entsprechend einer Ausführungsform kann sowohl eine aktive Regelung der Polarisationsrichtung im Sendepfad als auch eine zusätzliche aktive globale Polarisationskontrolle im Empfangspfad vorliegen.
Aus der WO 2014/198623 A1 ist ein Detektor für die optische Detektion zumindest eines einzelnen Objekts bekannt. Es wird die Verwendung eines Bayer-Filters mit unterschiedlichen Absorptionseigenschaften auf der Pixelebene des Detektors vorgeschlagen. Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, welche mindestens eine passive Polarisationsadaptionseinheit aufweist, die eingerichtet ist, eine Polarisation des Empfangslichtsignals in Abhängigkeit von einem Umgebungslichtsignal zu steuern
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass hierdurch zum einen eine deutliche Verbesserung eines Signal-zu-Rausch-Verhältnisses durch eine effiziente Eliminierung des Umgebungslichtsignals erreicht werden kann. Zum anderen kann eine über den Tagesverlauf (und die sich im Tagesverlauf ändernden mehrheitlichen Polarisationen des Umgebungslichtsignals) eine stabile Systemperformance der Vorrichtung erreicht werden. Dies bedeutet eine höhere Reichweite der Vorrichtung beziehungsweise eine stabilere Verfügbarkeit der Reichweite. Die Position von weiter von der Vorrichtung entfernten Objekten kann zuverlässiger mittels der Vorrichtung bestimmt werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird dabei eine passive Steuerung der Polarisation mittels der passiven Polarisationsadaptionseinheit verwendet. Diese wird in einem
Empfangspfad eingesetzt. Die Polarisation des Empfangslichtsignals, das von dem Objekt reflektiert wird, wird in Abhängigkeit von dem Umgebungslichtsignal gesteuert.
Dabei ist es vorteilhaft möglich, dass die passive Polarisationsadaptionseinheit eine Polarisationsfilter-Matrix aufweist, die mindestens einen statischen
Polarisationsfilter aufweist, und zwischen dem Detektor und dem Objekt angeordnet ist.
In dieser Anordnung durchläuft das von dem Objekt reflektierte
Empfangslichtsignal zunächst die Polarisationsfilter-Matrix, bevor es auf den Detektor trifft. Bei einem Durchgang des Empfangslichtsignals durch den Polarisationsfilter der Polarisationsfilter-Matrix wird dann nur der gewünschte Anteil der Polarisation durchgelassen und der übrige Anteil geblockt . Mithin ist es möglich, eine Polarisation des Empfangslichtsignals zu steuern.
Dabei ist es weiter vorteilhaft, dass eine Position des statischen
Polarisationsfilters auf eine Position des Pixels abgestimmt ist. Der statische Polarisationsfilter wird in dieser Ausführungsform auf der Pixel- Ebene im Empfangspfad der Vorrichtung verwendet. Es handelt sich bei der Polarisationsfilter-Matrix also um ein passives Polarisationsfilter-Array mit statischer Polarisationsfilterung, das heißt statischen Durchlass- und
Filterebenen. Es kann eine 1 :1 Zuordnung eines Polarisationsfilters der
Polarisationsfilter-Matrix zu einem Pixel der Pixelmatrix des Detektors vorgesehen sein. Die Filterwirkung ist beispielsweise mittels der Verwendung kleiner Metallfilamente realisierbar.
Auch ist vorteilhaft, dass die Polarisationsfilter-Matrix eine alternierende
Anordnung aus einem Polarisationsfilter für senkrechte Polarisation oder für parallele Polarisation und einem Durchlassraum aufweist.
In dieser Ausführungsform ist die Polarisationsfilter-Matrix ähnlich einem aus der Bildverarbeitung bekannten„Bayer-Filter“ aufgebaut. Bei dieser liegt eine 1 :1 Zuordnung eines Polarisationsfilters zu einem Pixel vor. Die alternierende Anordnung aus einem Polarisationsfilter und einem Durchlassraum erzeugt ein „Schachbrettmuster“. In diesem Muster wechselt ein Polarisationsfilter für senkrechte Polarisation oder ein Polarisationsfilter für parallele Polarisation mit einem nicht gefilterten Pixel ab. Dessen Position ist auf die Position des
Durchlassraums abgestimmt. Nun kann bei einer Durchlassrichtung des
Polarisationsfilters beispielsweise für senkrechte Polarisation ein senkrecht polarisiertes Sendelichtsignal (und damit Empfangslichtsignal) verwendet werden. Dies kann beispielsweise mittels Verwendung eines vertikal
emittierenden Kantenemitters als erstem Emitter erreicht werden. Alternativ kann es mit einem anderen entsprechenden Lasertyp im Sendepfad, also für das Sendelichtsignal, erreicht werden. Sodann wird das einfallende
Umgebungslichtsignal zumindest während einer Tageshälfte (hier: Sonne im Zenit, mehrheitlich parallel polarisiertes Umgebungslichtsignal) mittels der Polarisationsfilter optimal blockiert. In Kombination mit den nicht gefilterten Pixeln ergibt sich bei einem Signal-zu-Rausch-Verhältnis von 50 % eine Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses um 25 % im Tagesmittel.
Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, die eine aktive Polarisationsadaptionseinheit aufweist, die eingerichtet ist, eine Polarisation des ersten Sendelichtsignals in Abhängigkeit von dem
Umgebungslichtsignal zu steuern.
Dies hat den weiteren Vorteil, dass hierdurch zum einen eine deutliche
Verbesserung eines Signal-zu-Rausch-Verhältnisses durch eine effiziente Eliminierung des Umgebungslichtsignals erreicht werden kann. Zum anderen kann eine über den Tagesverlauf (und die sich im Tagesverlauf ändernden mehrheitlichen Polarisationen des Umgebungslichtsignals) stabile
Systemperformance der Vorrichtung erreicht werden. Dies bedeutet eine höhere Reichweite der Vorrichtung. Die Position von weiter von der Vorrichtung entfernten Objekten kann zuverlässiger mittels der Vorrichtung bestimmt werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird dabei eine zusätzliche aktive
Steuerung der Polarisation mittels der aktiven Polarisationsadaptionseinheit verwendet. Diese wird in einem Sendepfad eingesetzt. Die Polarisation des ersten Sendelichtsignals, das von dem ersten Emitter emittiert wird, wird in Abhängigkeit von dem Umgebungslichtsignal gesteuert.
Dabei ist vorteilhaft, dass die aktive Polarisationsadaptionseinheit einen zweiten Emitter aufweist, der eingerichtet ist, ein zweites Sendelichtsignal, das von der Vorrichtung zu dem Objekt läuft, zu emittieren, und wobei das zweite
Sendelichtsignal orthogonal zu dem ersten Sendelichtsignal polarisiert ist.
Der erste Emitter und der zweite Emitter können als orthogonal zueinander polarisierte Laser ausgebildet sein. Beispielsweise ist die Verwendung zweier orthogonal zueinander gedrehter Kantenemitter möglich. Mit dem ersten Emitter und dem zweiten Emitter stehen also ein erstes Sendelichtsignal und ein zweites Sendelichtsignal der Vorrichtung zur Verfügung. Dieses erste Sendelichtsignal und das zweite Sendelichtsignal sind dabei orthogonal zueinander polarisiert, sodass sowohl für ein mehrheitlich parallel als auch ein mehrheitlich senkrecht polarisiertes Umgebungslichtsignal ein geeignetes Sendelichtsignal ausgewählt werden kann.
Auch ist dabei bevorzugt, dass die aktive Polarisationsadaptionseinheit ein Mess- Steuer-Element aufweist, das eingerichtet ist, ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis der Vorrichtung zu messen und den ersten Emitter und/oder den zweiten Emitter in Abhängigkeit des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses zu steuern. Somit kann ein„adaptives Umschalten“ zwischen dem ersten Emitter und dem zweiten Emitter erfolgen. Dieses adaptive Umschalten kann dabei in
Abhängigkeit von der Tageszeit erfolgen. So kann während des Betriebs der Vorrichtung fortlaufend eine Messung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses mittels des Mess-Steuer-Elements erfolgen. Diese kann dann rechtzeitig im Falle einer Verschlechterung des gemessenen Signal-zu-Rausch-Verhältnisses den jeweils zu diesem Zeitpunkt inaktiven Emitter aktivieren, sodass dieser ein Sendelichtsignal emittiert. Zugleich kann der andere aktive Emitter entsprechend zu diesem Zeitpunkt mittels des Mess-Steuer-Elements deaktiviert werden. Mit anderen Worten wird zunächst beispielsweise der erste Emitter das erste Sendelichtsignal mit einer zu dem Umgebungslichtsignal senkrechten
Polarisation emittieren. Nun wird sich während des Betriebs der Vorrichtung im Tagesverlauf die mehrheitliche Polarisation des Umgebungslichtsignals langsam verändern. Sie wird sich in eine zu dem Ausgangszustand des
Umgebungslichtsignals bei Beginn des Betriebs der Vorrichtung mehrheitlich senkrechte Polarisation wandeln. Zugleich mit dieser„Drehung“ der Polarisation des Umgebungslichtsignals wird das gemessene Signal-zu-Rausch-Verhältnis schlechter werden. Sobald eine derartige Verschlechterung eintritt, kann das Mess-Steuer-Element den ersten Emitter deaktivieren. Die Emission des ersten Sendelichtsignals endet damit. Zugleich wird das Mess-Steuer-Element den zweiten Emitter aktivieren. Damit beginnt die Emission des zweiten
Sendelichtsignals, welches orthogonal zu dem ersten Sendelichtsignal polarisiert ist. Das zweite Sendelichtsignal ist nunmehr auf die veränderte Polarisation des Umgebungslichtsignals besser abgestimmt. Das Signal-zu-Rausch-Verhältnis verbessert sich. Das Sendelichtsignal ist zu jeder Tageszeit also orthogonal zu der mehrheitlichen Polarisation des Umgebungslichtsignals polarisiert. In Kombination mit dem passiven Polarisationsadaptionselement ergibt sich bei einem Signal-zu-Rausch-Verhältnis von 50 % eine Verbesserung des Signal-zu- Rausch-Verhältnisses von 50 % zu jeder Tageszeit. Die orthogonalen
Polarisationen des ersten Sendelichtsignals und des zweien Sendelichtsignals können durch Verwendung von mehr Laser (zum Beispiel um 30° gedreht emittierend) oder alternativ durch aktiv polarisationsdrehende Elemente im Sendepfad (zum Beispiel Flüssigkristall, Pockels-Zelle oder drehbare
Wellenplatte) erreicht werden. Erfindungsgemäß wird schließlich eine Vorrichtung angegeben, bei der die aktive Polarisationsadaptionseinheit mindestens ein steuerbares
Polarisationsdrehelement aufweist und wobei die Polarisationsfilter-Matrix zwischen dem Detektor und dem steuerbaren Polarisationsdrehelement angeordnet ist.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Polarisationsfilter-Matrix lediglich uniforme Polarisationsfilter aufweist (also zum Beispiel nur parallel
transmittierende Polarisationsfilter, anstatt der alternierenden Anordnung von Polarisationsfiltern für senkrechte Polarisation und Polarisationsfiltern für parallele Polarisation). So kann die Polarisationsfilter-Matrix als ein uniformer Polarisationsfilter ausgebildet sein. Diesem einen uniformen Polarisationsfilter ist sodann das steuerbare Polarisationsdrehelement im Empfangspfad
vorgeschaltet. Es kann zum Beispiel aus einem elektrisch steuerbaren
Flüssigkristall, einer Pockels-Zelle oder einer drehbaren Wellenplatte gebildet sein.
Das in der Vorrichtung eintreffende Empfangslichtsignal ist aufgrund der Verwendung der aktiven Polarisationsadaptionseinheit mehrheitlich senkrecht zu dem Umgebungslichtsignal ausgerichtet. Nun kann durch adaptive Drehung der Polarisation des eintreffenden Empfangslichtsignals so gesteuert werden, dass diese stets optimal in der Transmissionsebene des uniformen, statischen Polarisationsfilters liegt, während das eintreffende Umgebungslichtsignal optimal in der Absorptionsebene des Polarisationsfilters liegt.
Durch Verwendung von zu jeder Tageszeit orthogonal zu der Polarisation des Umgebungslichtsignals orientierten Empfangslichtsignalen in Kombination mit einem statischen, uniform transmittierenden Polarisationsfilter ergibt sich durch nicht erforderliches Alternieren der Transmissionsebene eine Verdoppelung der Pixelanzahl und somit der Bildauflösung. Weiterhin müssen nach dieser
Ausführungsform auch keine Polarisationsfilter-Matrizen verwendet werden: es reichen bereits gängige Polarisationsfilter für die gesamte Detektorfläche aus. Auch kann die adaptive Änderung der Polarisationsdrehung je nach Tageszeit „langsam“ erfolgen. Es lassen sich kostengünstige Flüssigkristalle mit
Schaltzeiten im ms-Bereich verwenden, da die Änderung des Sonnenstandes im Stundenbereich nochmals wesentlich langsamer erfolgt. Bei einem Signal-zu-Rausch-Verhältnis von 50 % ergibt sich eine Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses um 100 % zu jeder Tageszeit. Das
Umgebungslichtsignal wird stets optimal vor dem Detektor geblockt.
Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren angeben, in welchem das Mess- Steuer-Element ein erstes Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu einem ersten
Messzeitpunkt misst; und das Mess-Steuer-Element ein zweites Signal-zu- Rausch-Verhältnis zu einem zweiten Messzeitpunkt misst; und das Mess-Steuer- Element den zweiten Emitter steuert, das zweite Sendelichtsignal zu emittieren, falls das zweite Signal-zu-Rausch-Verhältnis kleiner als das erste Signal-zu- Rausch-Verhältnis ist.
Hierdurch wird, wie oben bereits ausführlich dargelegt, erreicht, dass die
Polarisation des eintreffenden Empfangslichtsignals stets mehrheitlich orthogonal zu dem eintreffenden Umgebungslichtsignal ist. Sobald sich die Polarisation des Umgebungslichtsignals relativ zum Beispiel zu der Polarisation des ersten Sendelichtsignals aus der optimalen senkrechten Stellung der beiden
Polarisationen zueinander herausdreht, verschlechtert sich das Signal-zu- Rausch-Verhältnis. Zu diesem Zeitpunkt wird das Mess-Steuer-Element den aktiven Emitter deaktivieren. Es wird zugleich den inaktiven Emitter aktivieren. Dieser emittiert ein Sendelichtsignal senkrecht zu dem Sendelichtsignal des nun inaktiven Emitters. Mithin wird die Winkelbeziehung zwischen den Polarisationen des Sendelichtsignals, und damit des Empfangslichtsignals, und des
Umgebungslichtsignals wieder optimiert, das heißt, eine möglichst orthogonale Beziehung zwischen diesen hergestellt.
In diesem Verfahren ist bevorzugt, dass das Mess-Steuer-Element den zweiten Emitter steuert, das zweite Sendelichtsignal in zeitlich periodischen Abständen zu emittieren; und das Mess-Steuer-Element zu dem Zeitpunkt der Emission des zweiten Sendelichtsignals ein drittes Signal-zu-Rausch-Verhältnis bestimmt.
Die Messung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses kann somit periodisch erfolgen. Sie kann periodisch mit dem dritten Signal-zu-Rausch-Verhältnis des zweiten Emitters auf eine mögliche Verbesserung geprüft werden. Hierzu führt der zweite Emitter in bestimmten Zeitabständen eine Testemission aus. Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Position von mindestens einem Objekt mit einer passiven Polarisationsadaptionseinheit;
Figur 2 eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Position von mindestens einem Objekt mit einer aktiven Polarisationsadaptionseinheit;
Figur 3 eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Position von mindestens einem Objekt mit einer passiven Polarisationsadaptionseinheit und einer aktiven Polarisationsadaptionseinheit;
Figur 4 ein Verfahren zum Bestimmen einer Position von einem Objekt mittels einer Vorrichtung mit einer aktiven Polarisationsadaptionseinheit; und
Figur 5 ein Verfahren zum Bestimmen einer Position von einem Objekt mittels einer Vorrichtung mit einer passiven Polarisationseinheit und einer aktiven Polarisationseinheit;
Figur 6 das Verfahren nach Figur 5, wobei die Polarisation adaptiv um einen Polarisationsdrehwinkel gedreht wird.
Ausführungsformen der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen ersten Emitter 1 auf, der eingerichtet ist, ein erstes Sendelichtsignal 2 zu emittieren. Dieses
Sendelichtsignal 2 wird an einem Objekt, dessen Position bestimmt werden soll, reflektiert, und läuft als ein Empfangslichtsignal 3 zurück zu der Vorrichtung. Hier trifft es auf einen Detektor 4, der eine Pixelmatrix 5 aufweist, die mindestens einen Pixel 6 aufweist.
In Figur 1 ist eine Vorrichtung gezeigt, die eine passive
Polarisationsadaptionseinheit 7 aufweist, die eingerichtet ist, eine Polarisation des Empfangslichtsignals 3 in Abhängigkeit von einem Umgebungslichtsignal 8 zu steuern. Die passive Polarisationsadaptionseinheit 7 weist dabei eine
Polarisationsfiltermatrix 9 auf. Diese Polarisationsfilter-Matrix 9 weist eine Vielzahl von statischen Polarisationsfiltern 10 auf. Dabei wechseln sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel Polarisationsfilter für senkrechte Polarisation 11 und Polarisationsfilter für parallele Polarisation 12„schachbrettmusterartig“ ab. Zwischen einem Polarisationsfilter für senkrechte Polarisation 1 1 und einem Polarisationsfilter für parallele Polarisation 12 ist jeweils ein Durchlassraum 13 vorgesehen.
Die einzelnen Polarisationsfilter 10 sind dabei in einer 1 :1 Zuordnung mit den Pixeln 6 der Pixelmatrix 5 angeordnet. Dies ist ähnlich einem aus der
Bildverarbeitung bekannten„Bayer-Filter“. Die Polarisationsfilter 10 können beispielsweise mittels kleiner Metallfilamente gebildet sein.
Bei einer Durchlassrichtung für senkrechte Polarisation kann senkrecht polarisiertes Empfangslichtsignal 3 verwendet werden. Dies kann beispielsweise mittels eines vertikalen Kantenemitters als erstem Emitter 1 oder einem anderen entsprechenden Lasertyp im Sendepfad erreicht werden. In diesem Fall wird dann das Umgebungslichtsignal 8 zumindest während einer Tageshälfte (hier: Sonne im Zenit; parallel polarisiertes Umgebungslichtsignal 8) an den Pixeln 6 mit dem Polarisationsfilter 10 optimal blockiert.
In Kombination mit den nicht gefilterten Pixeln 6 hinter dem Durchlassraum 13 ergibt sich bei einem Signal-zu-Rausch-Verhältnis von 50 % eine Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses um 25 % im Tagesmittel.
Figur 2 zeigt eine Vorrichtung mit einer aktiven Polarisationsadaptionseinheit 14. Diese aktive Polarisationsadaptionseinheit 14 weist in dem gezeigten
Ausführungsbeispiel einen zweiten Emitter 15 auf. Der zweite Emitter 15 ist eingerichtet, ein zweites Sendelichtsignal 16 zu emittieren. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel emittiert der erste Emitter 1 ein erstes Sendelichtsignal 2 mit einer parallelen Polarisation 17. Der zweite Emitter 15 emittiert ein zweites Sendelichtsignal 16 mit einer senkrechten Polarisation 18. Die Polarisation des ersten Sendelichtsignals 2 ist also orthogonal zu der Polarisation des zweiten Sendelichtsignals 16 eingestellt. Diese Polarisationen können durch mehr Laser (als erste Emitter 1 und zweiter Emitter 15), zum Beispiel um 30° gedreht emittierend, oder alternativ durch aktiv polarisationsdrehende Elemente (nicht dargestellt) im Sendepfad (zum Beispiel einen Flüssigkristall, eine Pockels-Zelle oder eine drehbare Wellenplatte) erreicht werden.
Die Funktionsweise der Vorrichtung mit der aktiven Polarisationsfiltereinheit 14 ist in Figur 4 gezeigt. Darin zeigt Tableau a) das erste Sendelichtsignal 2 beispielhaft in der senkrechten Polarisation 18. Das Umgebungslichtsignal 8 hingegen weist die parallele Polarisation 17 auf. Mithin ist die Ausrichtung der mehrheitlich parallelen Polarisation 17 des Umgebungslichtsignals 8 optimal in Bezug auf die senkrechte Polarisation 18 des ersten Sendelichtsignals 2 eingestellt.
Nun wird sich im Verlaufe des Betriebs der Vorrichtung und der fortschreitenden Tageszeit die mehrheitliche Polarisation des Umgebungslichtsignals 8 verändern. Sie wird sich im Verlauf der Zeit aus der parallelen Polarisation 17 (Tableau a)) in die senkrechte Polarisation 18 (Tableau e)) verändern. Durch diese Veränderung wird sich ebenso die optimale orthogonale Ausrichtung der Polarisation des Umgebungslichtsignals 8 zu dem ersten Sendelichtsignal 2 verschlechtern. Das Signal-zu-Rausch-Verhältnis wird zunehmen. Das Signal-zu-Rausch-Verhältnis kann mittels eines Mess-Steuer-Elements (nicht dargestellt) bestimmt werden. Sobald sich das Signal-zu-Rausch-Verhältnis also verschlechtert, kann das Mess-Steuer-Element den zweiten Emitter 15 ansteuern, der sodann das zweite Sendelichtsignal 16 emittiert. Das zweite Sendelichtsignal 16 weist dabei eine parallele Polarisation 17 auf. Somit wird die Winkelbeziehung zwischen der sich zu senkrechter Polarisation 18 hin verändernden Polarisation des
Umgebungslichtsignals 8 wieder verbessert. Die Polarisation des zweiten
Sendelichtsignals 16 ist orthogonal zu der Polarisation des ersten
Sendelichtsignals 2.
Zugleich mit der Aktivierung des zweiten Emitters 15 kann der erste Emitter 1 mittels des Mess-Steuer-Elements deaktiviert werden. Die Polarisation des Sendelichtsignals 2, 16 ist also zu jeder Tageszeit orthogonal zu der
mehrheitlichen Polarisation des Umgebungslichtsignals 8. Es wird ein adaptives Umschalten zwischen dem ersten Emitter 1 und dem zweiten Emitter 15 in Abhängigkeit von der Polarisation des Umgebungslichtsignals 8 durchgeführt. Die adaptive Umschaltung erfolgt, wenn das Mess-Steuer-Element eine
Verschlechterung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses misst. Gegebenenfalls kann hier die Messung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses periodisch mit dem Signal-zu-Rausch-Verhältnis des zweiten Emitters 15 auf eine mögliche
Verbesserung geprüft werden, indem der zweite Emitter 15 in bestimmten Zeitabständen eine Testemission ausführt.
Durch eine Kombination des zu jeder Tageszeit orthogonal zur mehrheitlichen Polarisation des Umgebungslichtsignals 8 eingestellten Sendelichtsignals 2, 16 mit statischen, abwechselnd senkrecht und parallel transmittierenden Pixeln 6 (wie oben beschrieben), ergibt sich bei einem Signal-zu-Rausch-Verhältnis von 50 % eine Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses von 50 % zu jeder Tageszeit.
Figur 3 zeigt eine Vorrichtung mit einer aktiven Polarisationsadaptionseinheit 14 (hier nicht dargestellt; vgl. dazu Figur 2), die ein steuerbares
Polarisationsdrehelement 19 aufweist. Die passive Polarisationsadaptionseinheit 7 ist hier als ein statischer, uniformer (hier: nur parallel transmittierender) Polarisationsfilter für senkrechte Polarisation 1 1 ausgebildet. Diesem ist das steuerbare Polarisationsdrehelement 19 im Empfangspfad vorgeschaltet. Das steuerbare Polarisationsdrehelement 19 kann beispielsweise als ein
Flüssigkristall, eine Pockels-Zelle oder eine drehbare Wellenplatte ausgebildet sein.
In Figuren 5 und 6 ist das Verfahren zum Einsatz des steuerbaren
Polarisationsdrehelements 19 veranschaulicht.
Dabei zeigt Figur 5 das Verfahren vor aktiver Drehung der Polarisation im Empfangspfad mittels des steuerbaren Polarisationsdrehelements 19. Auch hier wird, wie oben zu Figur 4 beschrieben, die Polarisation des Sendelichtsignals 2, 16 orthogonal zu der Polarisation des Umgebungslichtsignals 8 gehalten. Im Tableau a) der Figur 5 weist das erste Sendelichtsignal 2 beispielhaft die senkrechte Polarisation 18 auf. Das Umgebungslichtsignal 8 weist die parallele Polarisation 17 auf. Mit einer Drehung der Polarisation des
Umgebungslichtsignals 8 wird adaptiv von dem ersten Sendelichtsignal 2 des ersten Emitters 1 auf das zweite Sendelichtsignal 16 des zweiten Emitters 15 umgeschaltet.
Dazu kann nun zusätzlich, wie in Figur 6 veranschaulicht, die Polarisation adaptiv um einen Polarisationsdrehwinkel 20 gedreht werden. Hierdurch wird erreicht, dass das Empfangslichtsignal 3 immer optimal zur Transmissionsebene des uniformen, statischen Polarisationsfilters 10 orientiert ist. Zugleich ist die
Polarisation des Umgebungslichts 8 ebenso optimal zur Absorptionsebene des uniformen, statischen Polarisationsfilters 10 orientiert.
Es werden also zum einen Sendelichtsignale 2, 16 verwendet, die zu jeder Tageszeit orthogonal zur mehrheitlichen Polarisation des Umgebungslichtsignals 8 sind. Dies wird mittels des steuerbaren Polarisationsdrehelements 19 erreicht. Hierdurch kann dann auf die schachbrettartige Struktur der Polarisationsfilter- Matrix 9 aus Polarisationsfiltern für senkrechte Polarisation 1 1 oder
Polarisationsfiltern für parallele Polarisation 12 und dem Durchlassraum 13 verzichtet werden. Es resultiert eine Verdoppelung der Pixelzahl; die
Bildauflösung wird verdoppelt. Auch lassen sich„langsame“ Drehungen der Polarisation je nach Tageszeit verwenden. Der Einsatz kostengünstiger
Flüssigkristalle als steuerbare Polarisationsdrehelemente 19 wird möglich. Die „Schaltzeiten“ derartiger Flüssigkristalle können im ms-Bereich liegen, da die Änderung des Sonnenstandes, und damit die Änderung der Polarisation des Umgebungslichtsignals 8, nochmals wesentlich langsamer im Stundenbereich erfolgen.
Bei einem Signal-zu-Rausch-Verhältnis von 50 % ergibt sich eine Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses um 100 % zu jeder Tageszeit. Das
Umgebungslichtsignal 8 wird zu jeder Tageszeit optimal geblockt.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zum Bestimmen einer Position von mindestens einem Objekt, wobei die Vorrichtung mindestens einen ersten Emitter (1 ) aufweist, der eingerichtet ist, ein erstes Sendelichtsignal (2), das von der Vorrichtung zu dem Objekt läuft, zu emittieren, und wobei die Vorrichtung mindestens einen Detektor (4) aufweist, der eingerichtet ist, ein Empfangslichtsignal (3), das von dem Objekt zu dem Detektor (4) läuft, zu detektieren, wobei der Detektor (4) mindestens eine Pixelmatrix (5) mit mindestens einem Pixel (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens eine passive Polarisationsadaptionseinheit (7) aufweist, die eingerichtet ist, eine
Polarisation des Empfangslichtsignals (3) in Abhängigkeit von einem
Umgebungslichtsignal (8) zu steuern.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die passive
Polarisationsadaptionseinheit (7) eine Polarisationsfilter-Matrix (9) aufweist, die mindestens einen statischen Polarisationsfilter (10) aufweist, und zwischen dem Detektor (4) und dem Objekt angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei eine Position des statischen
Polarisationsfilters (10) auf eine Position des Pixels (6) abgestimmt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Polarisationsfilter-Matrix (9) eine alternierende Anordnung aus einem Polarisationsfilter für senkrechte Polarisation (11 ) oder für parallele Polarisation (12) und einem
Durchlassraum (13) aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vorrichtung eine aktive Polarisationsadaptionseinheit (14) aufweist, die eingerichtet ist, eine Polarisation des ersten Sendelichtsignals (2) in Abhängigkeit von dem Umgebungslichtsignal (8) zu steuern.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die aktive Polarisationsadaptionseinheit (14) einen zweiten Emitter (15) aufweist, der eingerichtet ist, ein zweites Sendelichtsignal (16), das von der Vorrichtung zu dem Objekt läuft, zu emittieren, und wobei das zweite Sendelichtsignal (16) orthogonal zu dem ersten Sendelichtsignal (2) polarisiert ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die aktive Polarisationsadaptionseinheit (14) ein Mess-Steuer-Element aufweist, das eingerichtet ist, ein Signal-zu- Rausch-Verhältnis der Vorrichtung zu messen und den ersten Emitter (1 ) und/oder den zweiten Emitter (15) in Abhängigkeit des Signal-zu-Rausch- Verhältnisses zu steuern.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die aktive
Polarisationsadaptionseinheit (14) mindestens ein steuerbares
Polarisationsdrehelement (17) aufweist und wobei die Polarisationsfilter- Matrix (9) zwischen dem Detektor (4) und dem steuerbaren
Polarisationsdrehelement (17) angeordnet ist.
9. Verfahren zum Bestimmen einer Position von mindestens einem Objekt mittels einer Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Mess-Steuer-Element ein erstes Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu einem ersten Messzeitpunkt misst; und
- das Mess-Steuer-Element ein zweites Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu einem zweiten Messzeitpunkt misst; und
- das Mess-Steuer-Element den zweiten Emitter (15) steuert, das zweite Sendelichtsignal (16) zu emittieren, falls das zweite Signal-zu-Rausch- Verhältnis kleiner als das erste Signal-zu-Rausch-Verhältnis ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei
- das Mess-Steuer-Element den zweiten Emitter (15) steuert, das zweite Sendelichtsignal (16) in zeitlich periodischen Abständen zu emittieren; und
- das Mess-Steuer-Element zu dem Zeitpunkt der Emission des zweiten Sendelichtsignals (16) ein drittes Signal-zu-Rausch-Verhältnis bestimmt.
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