WO2020144106A1 - Lidar-vorrichtung mit winkelbasierter detektorauswertung - Google Patents

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WO2020144106A1
WO2020144106A1 PCT/EP2020/050064 EP2020050064W WO2020144106A1 WO 2020144106 A1 WO2020144106 A1 WO 2020144106A1 EP 2020050064 W EP2020050064 W EP 2020050064W WO 2020144106 A1 WO2020144106 A1 WO 2020144106A1
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detector
lidar device
readout
unit
movable mirror
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PCT/EP2020/050064
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Alexander Greiner
Reiner Schnitzer
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
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    • G—PHYSICS
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    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
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    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors

Definitions

  • the invention relates to a LIDAR device for scanning a
  • Scanning area comprising a transmission unit for generating rays, a movable mirror for deflecting the generated rays along the scanning area and having a receiving unit for receiving beams reflected or backscattered in the scanning area with at least one receiving optics and with at least one detector, the detector being a plurality of has radiation-sensitive detector sections. Furthermore, the invention relates to a detector and a control unit.
  • LIDAR light detection and ranging
  • Components on a motorized turntable or a rotor Components on a motorized turntable or a rotor.
  • a detector in particular for a LIDAR device, is provided.
  • the detector has a large number of radiation-sensitive exposure areas for the temporary recording of image information.
  • at least one readout register is provided for receiving the image information and for transporting the received image information.
  • the detector has at least one
  • Readout unit for reading out the image information transported via the readout register.
  • the readout unit can, for example, as a
  • Control device to be designed or connectable to a control device.
  • the readout register has at least one fill area and at least one barrier area, the readout register being able to be filled along the fill area with image information from the exposure areas.
  • a LIDAR device for scanning a scan area is provided.
  • the LIDAR device has one
  • the LIDAR device has a receiving unit for receiving beams reflected or backscattered in the scanning area with at least one receiving optics and with at least one detector.
  • the detector has a large number of radiation-sensitive detector sections, the
  • Detector sections can be activated as a function of an angular position of the movable mirror for detecting rays.
  • a control unit for controlling and reading out a detector and for operating a LIDAR device.
  • a specially designed detector can be provided, which can be designed as a CCD chip.
  • the detector can be used in particular for a technically simple and robust design of a LIDAR device.
  • Such a LIDAR device can be used, for example, for highly automated driving, measuring methods, robotics applications and the like.
  • the receiving unit is implemented with a specially designed CCD chip in conjunction with an optical receiving system.
  • linear beams can be generated. These beams are deflected into an angular range with the help of the rotating mirror and the scanning range is thus scanned. With the aid of the receiving optics, the emitted light is imaged on the detector.
  • an angle measurement of the mirror is carried out. This can be done, for example, by controlling the mirror's drive motor. Alternatively, the angle position of the mirror can be determined by an additional sensor, such as an optical sensor or a Hall sensor.
  • the detector designed as a CCD chip, can consist of an array of light-sensitive pixels on the front. Now those lines or detector sections are activated which correspond to the set angle of the mirror. Individual lines or sections can also be activated.
  • the detector sections can be cell-shaped, flat or configured as individual or several pixels.
  • Such a LIDAR device can be designed in such a way that a rotatingly arranged transmission unit and also a rotating one
  • Receiver unit are not necessary. This can be done, for example, with the help of correspondingly pronounced detector can be realized. This has the following advantages:
  • the movable mirror can be made smaller, since only that
  • the receiving unit with a corresponding aperture does not have to be subjected to reflected rays through the mirror.
  • a smaller mirror can make a smaller one
  • the detector By designing the detector as a CCD chip, a high resolution in the close range and in the far range compared to one
  • Detector array can be realized.
  • the receiving unit can have one or more receiving optics.
  • one optics can be aligned in a horizontal scanning angle range 0-60 ° and another in a horizontal scanning angle range 60-120 °.
  • the receiving unit can also have a plurality of detectors which act on incoming beams from the corresponding receiving optics.
  • the at least one readout register is formed in a cell shape and can be connected at least on one side to exposure areas of the detector arranged in a cell shape for reading out image information.
  • Several readout registers and exposure areas are arranged alternately, the filling areas and the barrier areas of the
  • the existing exposure areas can be read out by several readout registers. For example, half of the exposure areas can be read out by a first readout register and a second half by a second readout register. As a result, the length of the readout registers and thus the speed for the complete readout or evaluation of the registers can be reduced. The number of registers used can be increased as required, which increases the
  • the at least one readout register can be read out on one side by the readout unit.
  • At least two readout registers can be read out alternately on one side by at least one readout unit from different directions.
  • the readout register can be readable on both sides or on one side. For example, half of the registers from a first side and a second half of the readout registers from a second side through the
  • Readout unit to be readable. As a result, the readout speed of the image information contained in the readout register can be increased.
  • Readout registers at the barrier area or at the filling area can be read out by the readout unit. This means that the readout register can be read out flexibly and in a variety of ways.
  • Receiver unit arranged stationary relative to the movable mirror.
  • the movable mirror is a mirror that can be rotated along an axis of rotation.
  • the mirror can thus be directly coupled to a rotational axis of a drive motor and can be rotated at a constant or variable angular velocity.
  • the transmitting unit and the receiving unit are arranged on a common plane and are spaced apart from one another by the movable mirror.
  • the LIDAR device can be designed to be particularly flat.
  • the receiving unit and the movable mirror are arranged on a common plane, the transmitting unit being oriented in such a way that the beams generated can be emitted onto the movable mirror transversely to the scanning area.
  • the receiving unit is arranged in an extension of the axis of rotation of the mirror and aligned transversely to the axis of rotation for receiving incoming rays.
  • Such a LIDAR device can have a particularly compact design.
  • the movable mirror is designed as a facet mirror.
  • the respective facets can be arranged at a defined angle to one another so that, for example, small angular ranges can be scanned.
  • the use of such a mirror allows the scanning rate of the scanning area to be adjusted or changed in relation to the rotational speed of the drive motor.
  • the detector sections which can be activated as a function of an angular position of the movable mirror are shaped in the form of columns or cells.
  • sections of the detector can be defined which are activated individually by a control unit for a defined period of time.
  • the detector sections activated as a function of the angle can be read out by at least one shift register.
  • shift registers which are located on the back of a CCD chip
  • the signal can be recorded in a time-resolved manner.
  • the signal electrons are moved into the
  • the at least one shift register can be read out by the control unit and the stored signals can be evaluated.
  • shift registers that can be shifted or acted in opposite directions can be used.
  • the shift registers can be filled one after the other in the opposite direction. This can prevent that depending on the activated line or
  • Detector section different register lengths must be evaluated. Furthermore, by using two shift registers in the CCD chip, timing and synchronization problems can be eliminated.
  • a shift register that works for the entire detector area can be used.
  • a parallax can be carried out in the vertical direction. This has the advantage that the control of the signals for the short range can be implemented more easily.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a LIDAR device according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a LIDAR device according to a second exemplary embodiment
  • 3 shows a detailed view of a detector according to a first embodiment
  • Fig. 4 is a detailed view of a detector according to a second
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a LIDAR device 1 according to a first exemplary embodiment. To clarify the structure, the LIDAR device 1 is shown from different perspectives.
  • the LIDAR device 1 is used to scan a scanning area A and a transmission unit 2 to generate rays 4 and a movable mirror 6 to deflect the generated rays 4 along the scanning area A.
  • the movable mirror 6 is designed here as a rotating mirror and is also included a drive motor 7 mechanically coupled. The mirror 6 is rotated about an axis of rotation R.
  • the drive motor 7 is designed such that the angular position of the mirror 6 can be determined at any time using the drive motor 7.
  • the LIDAR device 1 has a receiving unit 8 for receiving beams 10 reflected or backscattered in the scanning area A with at least one receiving optics 12 and with at least one detector 14.
  • the transmitting unit 2, the receiving unit 8 and the movable mirror 6 are arranged on a common plane.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a LIDAR device 1 according to a second exemplary embodiment.
  • the LIDAR device 1 differs from the device shown in FIG. 1 by the arrangement of the receiving unit 8 and the transmitting unit 2.
  • the receiving unit 8 is an extension of the axis of rotation R of the
  • Drive motor 7 is arranged and can receive beams 10 arriving orthogonally to the axis of rotation R.
  • the transmission unit 2 is directed at the mirror 6, the mirror 6 deflecting the generated rays 4 into a scanning area A, which is at a right angle to the direction of radiation of the transmission unit 2.
  • FIG. 3 illustrates a detailed view of a detector 14 according to a first embodiment.
  • a variant is shown which consists of two cellular shift registers or readout registers 16, 17 which are successively filled and read out in opposite directions.
  • the shift registers 16, 17 are shown superimposed.
  • the shift registers 16, 17 serve to successively activate the respective detector columns.
  • a cellular exposure area (white) is arranged on both sides of the respective readout registers 16, 17 (shaded). The through the
  • Image information determined in exposure areas can thus be read out by the readout registers 16, 17 and then read out by the readout unit 20.
  • the area of the readout registers 16, 17 responsible for reading out the image information is illustrated by the arrows.
  • the arrows show the reading direction by the reading unit 20.
  • the image information of each exposure area of the detector 14 is read out proportionally by two readout registers 16, 17 and taken out on two different sides of the detector 14 by two readout units 20.
  • the effective length of the respective readout registers 16, 17 and the readout time of the image information can be halved.
  • the detector 14 has a multiplicity of radiation-sensitive detector sections 18, which can be activated by the shift registers 16, 17 depending on an angular position of the movable mirror 6 for detecting beams 10.
  • the columns 18 are designed here as detector sections 18, which are activated and read out in succession for a defined period of time.
  • the use of two shift registers 16, 17 prevents that depending on the activated line 18 different register lengths must be evaluated by the control unit 20.
  • the readout unit or control unit 20 is here schematically in the form of a large number of analog / digital converters with corresponding upstream ones
  • FIG. 4 shows a detailed view of a detector 14 according to a second embodiment. In contrast to that shown in Figure 3
  • only one readout register 16 is provided, which scans the sections 18 of the detector 14 in one direction or activates them alternately.
  • the signals read from the detector sections 18 are temporarily stored in a memory 22 before they are further processed by the control unit 20.

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Abstract

Offenbart ist eine LIDAR-Vorrichtung zum Abtasten eines Abtastbereichs, aufweisend eine Sendeeinheitzum Erzeugen von Strahlen, einen beweglichen Spiegel zum Ablenken der erzeugten Strahlen entlang des Abtastbereichs und aufweisend eine Empfangseinheit zum Empfangen von im Abtastbereich reflektierten oder rückgestreuten Strahlen mit mindestens einer Empfangsoptik und mit mindestens einem Detektor, wobei der Detektor eine Vielzahl an strahlensensitiven Detektorabschnitten aufweist, wobei Detektorabschnitte abhängig von einer Winkelposition des beweglichen Spiegels zum Detektieren von Strahlen aktivierbar sind.Des Weiteren sind ein Detektor sowie eine Steuereinheit offenbart.

Description

Beschreibung
Titel
LIDAR-Vorrichtung mit winkelbasierter Detektorauswertung
Die Erfindung betrifft eine LIDAR-Vorrichtung zum Abtasten eines
Abtastbereichs, aufweisend eine Sendeeinheit zum Erzeugen von Strahlen, einen beweglichen Spiegel zum Ablenken der erzeugten Strahlen entlang des Abtastbereichs und aufweisend eine Empfangseinheit zum Empfangen von im Abtastbereich reflektierten oder rückgestreuten Strahlen mit mindestens einer Empfangsoptik und mit mindestens einem Detektor, wobei der Detektor eine Vielzahl an strahlensensitiven Detektorabschnitten aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Detektor sowie eine Steuereinheit.
Stand der Technik
Es sind LIDAR(light detection and ranging)-Vorrichtungen bekannt, welche mit Hilfe einer Sendeeinheit Strahlen erzeugen und in Richtung eines Abtastbereichs abstrahlen. Die im Abtastbereich reflektierten Strahlen können anschließend von einer Empfangseinheit detektiert und ausgewertet werden.
Zur Abdeckung großer horizontaler Erfassungswinkel, beispielsweise zwischen 150° und 360°, sind heute nur mechanische als Laserscanner ausgestaltete LIDAR-Vorrichtungen bekannt. Wird nur ein Ablenkspiegel gedreht, so ist der maximale horizontale Abtastbereich auf ca. 150° beschränkt. Für größere Erfassungsbereiche von bis zu 360° befinden sich alle elektrooptischen
Komponenten auf einem motorgetriebenen Drehteller oder einem Rotor.
Offenbarung der Erfindung Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, eine LIDAR-Vorrichtung und einen Detektor zu schaffen, welche technisch einfach umsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Detektor, insbesondere für eine LIDAR-Vorrichtung, bereitgestellt. Der Detektor weist eine Vielzahl an strahlensensitiven Belichtungsbereichen zum temporären Aufnehmen von Bildinformationen auf. Des Weiteren ist mindestens ein Ausleseregister zum Empfangen der Bildinformationen und zum Transportieren der empfangenen Bildinformationen vorgesehen. Der Detektor weist mindestens eine
Ausleseeinheit zum Auslesen der über das Ausleseregister transportierten Bildinformationen auf. Die Ausleseeinheit kann beispielsweise als ein
Steuergerät ausgestaltet sein oder mit einem Steuergerät verbindbar sein. Das Ausleseregister weist mindestens einen Füllbereich und mindestens einen Barrierebereich auf, wobei das Ausleseregister entlang des Füllbereichs mit Bildinformationen aus den Belichtungsbereichen befüllbar ist.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine LIDAR-Vorrichtung zum Abtasten eines Abtastbereichs bereitgestellt. Die LIDAR-Vorrichtung weist eine
Sendeeinheit zum Erzeugen von Strahlen und einen beweglichen Spiegel zum Ablenken der erzeugten Strahlen entlang des Abtastbereichs. Des Weiteren weist die LIDAR-Vorrichtung eine Empfangseinheit zum Empfangen von im Abtastbereich reflektierten oder rückgestreuten Strahlen mit mindestens einer Empfangsoptik und mit mindestens einem Detektor auf. Der Detektor weist eine Vielzahl an strahlensensitiven Detektorabschnitten auf, wobei die
Detektorabschnitte abhängig von einer Winkelposition des beweglichen Spiegels zum Detektieren von Strahlen aktivierbar sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Steuereinheit zum Ansteuern und Auslesen eines Detektors und zum Betreiben einer LIDAR- Vorrichtung bereitgestellt. Hierdurch kann ein speziell konstruierter Detektor bereitgestellt werden, welcher als ein CCD-Chip ausgeführt sein kann. Der Detektor kann insbesondere für eine technisch einfache und robuste Ausgestaltung einer LIDAR-Vorrichtung eingesetzt werden.
Eine derartige LIDAR-Vorrichtung kann beispielsweise für hochautomatisiertes Fahren, Messverfahren, Robotik-Anwendungen und dergleichen eingesetzt werden.
Es wird nur noch die Sendeeinheit über einen beweglichen Spiegel bzw.
Drehspiegel abgelenkt. Die Empfangseinheit wird mit einem speziell dafür designten CCD-Chip in Verbindung mit einer Empfangsoptik umgesetzt.
Mit Hilfe einer Sendeoptik der Sendeeinheit können beispielsweise linienförmige Strahlen erzeugt werden. Diese Strahlen werden mit Hilfe des Drehspiegels in einen Winkelbereich abgelenkt und somit der Abtastbereich gescannt. Mit Hilfe der Empfangsoptik wird das ausgesendete Licht auf dem Detektor abgebildet.
Um die genaue Position des Spiegels und damit den zu aktivierenden
Detektorabschnitt oder Detektorabschnitte ermitteln zu können wird eine Winkelmessung des Spiegels durchgeführt. Dies kann beispielsweise durch die Ansteuerung des Antriebsmotors des Spiegels erfolgen. Alternativ kann durch einen zusätzlichen Sensor, wie beispielsweise einen optischen Sensor oder einen Hallsensor, die Wnkelposition des Spiegels ermittelbar sein.
Der als CCD Chip ausgestaltete Detektor kann auf der Vorderseite aus einem Array von lichtempfindlichen Pixeln bestehen. Es werden nun diejenigen Zeilen bzw. Detektorabschnitte aktiviert, welche dem eingestellten Wnkel des Spiegels entsprechen. Hierbei können auch einzelne Zeilen bzw. Abschnitte aktiviert werden. Die Detektorabschnitte können zellenförmig, flächig oder als einzelne oder mehrere Pixel ausgestaltet sein.
Eine derartige LIDAR-Vorrichtung kann derart ausgeführt sein, dass eine rotierend angeordnete Sendeeinheit und eine ebenfalls rotierende
Empfangseinheit nicht notwendig sind. Dies kann beispielsweise mit Hilfe des entsprechend ausgeprägten Detektors realisiert werden. Es ergeben sich hierbei die folgenden Vorteile:
- Es werden keine elektronischen oder optischen Komponenten auf einem Drehteller benötigt.
- Eine„Dunkelphase“, in der die LIDAR-Vorrichtung einen uninteressanten Bereich misst, wird vermieden.
- Der bewegliche Spiegel kann kleiner ausgestaltet sein, da nur die
erzeugten Strahlen abgelenkt werden. Die Empfangseinheit mit einer entsprechenden Apertur muss nicht durch den Spiegel mit reflektierten Strahlen beaufschlagt werden.
- Durch einen kleiner ausgestalteten Spiegel kann ein kleiner
Antriebsmotor eingesetzt werden.
- Durch ein Aussenden eines linienförmigen Strahls kann die
Augensicherheit erhöht und eine Abtastfrequenz erhöht werden.
- Durch eine Ausgestaltung des Detektors als CCD-Chip kann eine hohe Auflösung im Nahbereich und im Fernbereich gegenüber einem
Detektorarray realisiert werden.
- Eine optionale Parallel-Verschaltung von Detektorabschnitten bzw. Pixeln erlaubt höhere Reichweiten auf Kosten von einer geringeren Auflösung des Detektors.
Um eine LIDAR-Vorrichtung mit höheren Winkelbereichen bzw. Abtastbereichen bereitzustellen, kann die Empfangseinheit eine oder mehrere Empfangsoptiken aufweisen. Beispielsweise kann eine Optik in einen horizontalen Abtast- Winkelbereich 0-60° ausgerichtet sein und eine weitere in einem horizontalen Abtast-Winkelbereich 60-120°. Hierbei kann die Empfangseinheit auch mehrere Detektoren aufweisen, die von den entsprechenden Empfangsoptiken mit ankommenden Strahlen beaufschlagen.
Nach einer Ausführungsform ist das mindestens eine Ausleseregister zellenförmig ausgeprägt und zumindest einseitig mit zellenförmig angeordneten Belichtungsbereichen des Detektors zum Auslesen von Bildinformationen verbindbar. Mehrere Ausleseregister und Belichtungsbereiche sind abwechselnd angeordnet, wobei die Füllbereiche und die Barrierebereiche der
unterschiedlichen Ausleseregister sich überlappend oder sich abwechselnd angeordnet sind. Hierdurch können die vorhandenen Belichtungsbereiche durch mehrere Ausleseregister ausgelesen werden. Beispielsweise kann eine Hälfte der Belichtungsbereiche durch ein erstes Ausleseregister und eine zweite Hälfte durch ein zweites Ausleseregister ausgelesen werden. Hierdurch kann die Länge der Ausleseregister und damit die Geschwindigkeit zum vollständigen Auslesen bzw. Auswerten der Register reduziert werden. Die Anzahl der eingesetzten Register kann beliebig gesteigert werden, wodurch zunehmend die
Auslesegeschwindigkeit und damit die Abtastgeschwindigkeit des Detektors erhöht wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das mindestens eine Ausleseregister einseitig durch die Ausleseeinheit auslesbar.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel sind mindestens zwei Ausleseregister abwechselnd aus unterschiedlichen Richtungen einseitig durch mindestens eine Ausleseeinheit auslesbar.
Insbesondere kann das Ausleseregister beidseitig oder einseitig auslesbar sein. Beispielsweise kann eine Hälfte der Register von einer ersten Seite und eine zweite Hälfte der Ausleseregister von einer zweiten Seite durch die
Ausleseeinheit auslesbar sein. Hierdurch kann die Auslesegeschwindigkeit der in dem Ausleseregister enthaltenen Bildinformation erhöht werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das mindestens eine
Ausleseregister am Barrierebereich oder am Füllbereich durch die Ausleseeinheit auslesbar. Hierdurch kann das Ausleseregister flexibel und vielseitig ausgelesen werden.
Nach einer Ausführungsform sind die Sendeeinheit und/oder die
Empfangseinheit relativ zum beweglichen Spiegel stationär angeordnet.
Hierdurch sind alle datenleitend mit einer Steuereinheit gekoppelten
Komponenten der LIDAR-Vorrichtung stationär, sodass umständliche
Kontaktierungen von sich drehenden Bauteilen entfallen kann. Die technische Umsetzung der LIDAR-Vorrichtung kann somit vereinfacht werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der bewegliche Spiegel ein entlang einer Rotationsachse drehbarer Spiegel. Somit kann der Spiegel mit einer Rotationsachse eines Antriebsmotors direkt gekoppelt sein und mit einer konstanten oder veränderlichen Winkelgeschwindigkeit drehbar sein.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Sendeeinheit und die Empfangseinheit auf einer gemeinsamen Ebene angeordnet und sind durch den beweglichen Spiegel voneinander beabstandet. Hierdurch kann die LIDAR- Vorrichtung besonders flach ausgestaltet sein.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Empfangseinheit und der bewegliche Spiegel auf einer gemeinsamen Ebene angeordnet, wobei die Sendeeinheit derart ausgerichtet ist, dass die erzeugten Strahlen quer zum Abtastbereich auf den beweglichen Spiegel abstrahlbar sind. Dabei ist die Empfangseinheit in Verlängerung der Rotationsachse des Spiegels angeordnet und quer zu der Rotationsachse zum Empfangen von ankommenden Strahlen ausgerichtet. Eine derartige LIDAR-Vorrichtung kann besonders kompakt aufgebaut sein.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist der bewegliche Spiegel als ein Facettenspiegel ausgestaltet. Die jeweiligen Facetten können unter einem definierten Winkel zueinander angeordnet sein, sodass beispielsweise kleine Winkelbereiche gescannt werden können. Insbesondere kann durch den Einsatz eines derartigen Spiegels die Abtastrate des Abtastbereichs in Relation zur Drehgeschwindigkeit des Antriebsmotors angepasst oder verändert werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind die abhängig von einer Winkelposition des beweglichen Spiegels aktivierbaren Detektorabschnitte spaltenförmig oder zellenförmig ausgeformt. Hierdurch können Abschnitte des Detektors festgelegt werden, welche einzeln durch eine Steuereinheit für eine definierte Zeitspanne aktiv geschaltet werden. Hierdurch können insbesondere unter einem Winkel in der Empfangseinheit ankommenden Strahlen von gezielten Partien des
Detektors detektiert werden, sodass nicht die gesamte Detektorfläche ausgelesen und ausgewertet werden muss. Die Auswertung des Detektors kann somit beschleunigt werden. Nach einer weiteren Ausführungsform sind die winkelabhängig aktivierten Detektorabschnitte durch mindestens ein Schieberegister auslesbar. Mit Hilfe von Schieberegistern, welche sich auf der Rückseite eines als CCD-Chip
ausgestalteten Detektors befinden können, kann das Signal zeitaufgelöst aufgenommen. Dazu werden die Signal-Elektronen in einem Zeittakt von beispielsweise 2 - 10 ns von der Vorderseite des Detektors in das
Schieberegister übertragen. Das Schieberegister wird nun durch
aufeinanderfolgende Messungen stetig gefüllt. Nach einem Durchlauf der Detektorfläche kann das mindestens eine Schieberegister von der Steuereinheit ausgelesen und die gespeicherten Signale ausgewertet werden.
Es können beispielsweise zwei in entgegengesetzte Richtungen verschiebbare bzw. wirkbare Schieberegister eingesetzt werden. Die Schieberegister können nacheinander in entgegengesetzter Richtung gefüllt werden. Dadurch kann verhindert werden, dass abhängig von der aktivierten Zeile bzw.
Detektorabschnitt unterschiedliche Register-Längen ausgewertet werden müssen. Des Weiteren können durch die Verwendung von zwei Schieberegistern im CCD-Chip Zeit- und Synchronisationsprobleme beseitigt werden.
Alternativ kann ein Schieberegister, welches für die gesamte Detektorfläche wirkt, eingesetzt werden. Dabei kann eine Parallaxe in vertikaler Richtung ausgeführt sein. Dies hat den Vorteil, dass die Ansteuerung der Signale für den Nahbereich einfacher umgesetzt werden kann.
Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen
Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer LIDAR-Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer LIDAR- Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, Fig. 3 eine Detailansicht eines Detektors gemäß einer ersten Ausführungsform und
Fig. 4 eine Detailansicht eines Detektors gemäß einer zweiten
Ausführungsform.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer LIDAR-Vorrichtung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Zum Verdeutlichen des Aufbaus ist die LIDAR-Vorrichtung 1 aus unterschiedlichen Perspektiven dargestellt.
Die LIDAR-Vorrichtung 1 dient zum Abtasten eines Abtastbereichs A und eine Sendeeinheit 2 zum Erzeugen von Strahlen 4 und einen beweglichen Spiegel 6 zum Ablenken der erzeugten Strahlen 4 entlang des Abtastbereichs A. Der bewegliche Spiegel 6 ist hier als ein rotierender Spiegel ausgestaltet und ist mit einem Antriebsmotor 7 mechanisch gekoppelt. Der Spiegel 6 wird um eine Rotationsachse R rotiert. Der Antriebsmotor 7 ist derart ausgeführt, dass die Winkelposition des Spiegels 6 zu jeder Zeit anhand des Antriebsmotors 7 ermittelbar ist.
Des Weiteren weist die LIDAR-Vorrichtung 1 eine Empfangseinheit 8 zum Empfangen von im Abtastbereich A reflektierten oder rückgestreuten Strahlen 10 mit mindestens einer Empfangsoptik 12 und mit mindestens einem Detektor 14 auf.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel sind die Sendeeinheit 2, die Empfangseinheit 8 und der bewegliche Spiegel 6 auf einer gemeinsamen Ebene angeordnet.
In der Figur 2 ist eine schematische Darstellung einer LIDAR-Vorrichtung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Die LIDAR-Vorrichtung 1 unterscheidet sich hierbei von der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung durch die Anordnung der Empfangseinheit 8 und der Sendeeinheit 2.
Die Empfangseinheit 8 ist in Verlängerung der Rotationsachse R des
Antriebsmotors 7 angeordnet und kann orthogonal zur Rotationsachse R ankommenden Strahlen 10 empfangen. Die Sendeeinheit 2 ist auf den Spiegel 6 gerichtet, wobei der Spiegel 6 die erzeugten Strahlen 4 in einen Abtastbereich A ablenkt, welcher in einem rechten Winkel zu der Abstrahlrichtung der Sendeeinheit 2 liegt.
In der Figur 3 ist eine Detailansicht eines Detektors 14 gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht. Dabei ist eine Variante gezeigt, welche aus zwei zellenförmigen Schieberegistern bzw. Ausleseregistern 16, 17 besteht, welche nacheinander in entgegengesetzter Richtung gefüllt und ausgelesen werden. Im dargestellten Fall sind die Schieberegister 16, 17 überlagert dargestellt. Insbesondere dienen die Schieberegister 16, 17 zum sukzessiven Aktivieren der jeweiligen Detektorspalten.
Beidseitig der jeweiligen Ausleseregister 16, 17 (schattiert) ist jeweils ein zellenförmiger Belichtungsbereich (weiß) angeordnet. Die durch die
Belichtungsbereiche ermittelten Bildinformationen können somit durch die Ausleseregister 16, 17 ausgelesen und anschließend über die Ausleseeinheit 20 ausgelesen werden. Der für das Auslesen der Bildinformation zuständige Bereich der Ausleseregister 16, 17 ist durch die Pfeile veranschaulicht. Die Pfeile zeigen die Ausleserichtung durch die Ausleseeinheit 20.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Bildinformationen jedes Belichtungsbereichs des Detektors 14 anteilig durch zwei Ausleseregister 16, 17 ausgelesen und an jeweils unterschiedlichen Seiten des Detektors 14 durch zwei Ausleseeinheiten 20 entnommen. Hierdurch kann die effektive Länge der jeweiligen Ausleseregister 16, 17 und die Auslesezeit der Bildinformationen halbiert werden.
Der Detektor 14 weist eine Vielzahl an strahlensensitiven Detektorabschnitten 18 auf, welche abhängig von einer Winkelposition des beweglichen Spiegels 6 zum Detektieren von Strahlen 10 durch die Schieberegister 16, 17 aktivierbar sind.
Die Spalten 18 sind hier als Detektorabschnitte 18 ausgestaltet, welche für eine definierte Zeitspanne nacheinander aktiviert und ausgelesen werden. Durch den Einsatz von zwei Schieberegistern 16, 17 wird verhindert, dass abhängig von der aktivierten Zeile 18 unterschiedliche Register-Längen von der Steuereinheit 20 ausgewertet werden müssen.
Die Ausleseeinheit bzw. Steuereinheit 20 ist hier schematisch in Form von einer Vielzahl an Analog/Digital-Wandlern mit entsprechender vorgeschalteter
Elektronik ausgeführt und kann weitere Komponenten, wie Prozessoren, Speicher und dergleichen aufweisen.
In der Figur 4 ist eine Detailansicht eines Detektors 14 gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Im Unterschied zum in Figur 3 gezeigten
Ausführungsbeispiel ist nur ein Ausleseregister 16 vorgesehen, welcher in eine Richtung die Abschnitte 18 des Detektors 14 scannt bzw. abwechselnd aktiviert. Dabei werden die aus den Detektorabschnitten 18 abgelesenen Signale in einem Speicher 22 zwischengespeichert, bevor diese von der Steuereinheit 20 weiterverarbeitet werden.

Claims

Ansprüche
1. Detektor (14), insbesondere für eine LIDAR-Vorrichtung (1), aufweisend eine Vielzahl an strahlensensitiven Belichtungsbereichen zum temporären Aufnehmen von Bildinformationen, aufweisend mindestens ein
Ausleseregister (16, 17) zum Empfangen der Bildinformationen und zum Transportieren der empfangenen Bildinformationen und aufweisend mindestens eine Ausleseeinheit (20) zum Auslesen der über das
Ausleseregister (16, 17) transportierten Bildinformationen, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausleseregister (16, 17) mindestens einen Füllbereich und mindestens einen Barrierebereich aufweist, wobei das Ausleseregister (16, 17) entlang des Füllbereichs mit Bildinformationen aus den Belichtungsbereichen (18) befüllbar ist.
2. Detektor nach Anspruch 1 , wobei das mindestens eine Ausleseregister (16, 17) zellenförmig ausgeprägt und zumindest einseitig mit zellenförmig angeordneten Belichtungsbereichen (18) des Detektors (14) zum Auslesen von Bildinformationen verbindbar ist, wobei mehrere Ausleseregister (16, 17) und Belichtungsbereiche (18) abwechselnd angeordnet sind, wobei die Füllbereiche und die Barrierebereiche der unterschiedlichen Ausleseregister (16, 17) sich überlappend oder sich abwechselnd angeordnet sind.
3. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, wobei das mindestens eine
Ausleseregister (16, 17) einseitig durch die Ausleseeinheit (20) auslesbar ist.
4. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mindestens zwei
Ausleseregister (16, 17) abwechselnd aus unterschiedlichen Richtungen einseitig durch mindestens eine Ausleseeinheit (20) auslesbar sind.
5. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das mindestens eine Ausleseregister (16, 17) am Barrierebereich oder am Füllbereich durch die Ausleseeinheit (20) auslesbar ist.
6. LIDAR-Vorrichtung (1) zum Abtasten eines Abtastbereichs (A), aufweisend eine Sendeeinheit (2) zum Erzeugen von Strahlen (4), einen beweglichen Spiegel (6) zum Ablenken der erzeugten Strahlen (4) entlang des
Abtastbereichs (A) und aufweisend eine Empfangseinheit (8) zum
Empfangen von im Abtastbereich (A) reflektierten oder rückgestreuten Strahlen (10) mit mindestens einer Empfangsoptik (12), dadurch
gekennzeichnet, dass die LIDAR-Vorrichtung mindestens einem Detektor (14) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, wobei der Detektor (14) Detektorabschnitte (18) aufweist, wobei die Detektorabschnitte (18) abhängig von einer Winkelposition des beweglichen Spiegels (6) zum Detektieren von Strahlen (10) aktivierbar sind.
7. LIDAR-Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Sendeeinheit (2) und/oder die Empfangseinheit (8) relativ zum beweglichen Spiegel (6) stationär angeordnet sind.
8. LIDAR-Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei der bewegliche
Spiegel (6) ein entlang einer Rotationsachse (R) drehbarer Spiegel ist.
9. LIDAR-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die
Sendeeinheit (2) und die Empfangseinheit (8) auf einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind und durch den beweglichen Spiegel (6) voneinander beabstandet sind.
10. LIDAR-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die
Empfangseinheit (8) und der bewegliche Spiegel (6) auf einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind und wobei die Sendeeinheit (2) derart ausgerichtet ist, dass die erzeugten Strahlen (4) quer zum Abtastbereich (A) auf den beweglichen Spiegel (6) abstrahlbar sind.
11. LIDAR-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der
bewegliche Spiegel (6) als ein Facettenspiegel ausgestaltet ist.
12. LIDAR-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11 , wobei die abhängig von einer Winkelposition des beweglichen Spiegels (6) aktivierbaren
Detektorabschnitte (18) spaltenförmig oder zellenförmig ausgeformt sind.
13. LIDAR-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, wobei die
winkelabhängig aktivierten Detektorabschnitte (18) durch mindestens ein Schieberegister (16, 17) auslesbar sind.
14. Steuereinheit (20) zum Ansteuern und Auslesen eines Detektors (14) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 und zum Betreiben einer LIDAR-Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 13.
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