WO2023280587A1 - Signallaufzeitselektives flash-lidar-system und verfahren für dessen betrieb - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a signal runtime-selective flash LiDAR system with an emitter for emitting a pulsed illumination radiation and a sensor control device for the runtime selection of a detection unit and a method for operating a signal runtime-selective flash LiDAR system.
  • LiDAR Light Detection and Ranging
  • the measuring principle is a runtime measurement (Time of Flight, ToF), whereby an emitter generates an optical signal to illuminate an object space and a detection unit records the echo signal reflected back from an object located there based on runtime, so that angle-resolved distance information is provided in addition to the reflection characteristics of the object results.
  • Class I lasers in the near infrared (780 nm - 1.6 gm, for example 1550 nm), which are harmless to the human eye, are often used as emitters. Although it is possible to use a continuously emitting laser for a LiDAR system, emitters in pulsed operation are usually preferred to reduce a noise signal caused by ambient light effects.
  • LiDAR systems can be divided into raster LiDAR and flash LiDAR. The combination of both systems is also possible.
  • An angle-sensitive emitter is used for a raster LiDAR, which emits a light beam in different spatial directions emits.
  • a rotating mirror or a micromirror array can be used for beam guidance.
  • adaptive optics downstream of the emitter for a raster LiDAR for example liquid crystal optics, for the sequential movement of an illumination beam through the object space to be detected.
  • An angle-sensitive detection unit usually an image sensor and preferably an IR image sensor, is used for flash LiDAR.
  • Possible alternatives are mechanically tracked, movable photo sensors or adaptive optics connected upstream of the sensor for the angular resolution of an object echo.
  • the emitter of a flash LiDAR is usually designed in such a way that the object space to be recorded is illuminated as a whole, whereby again pulsed flash LiDAR systems, for example with a pulse duration in the nanosecond range and a pulse repetition rate of 30 Hz, for example, can be used.
  • a light cone with a sufficiently large beam angle is used for a flash LiDAR, which is usually formed by means of beam expansion optics connected downstream of the emitter and which creates a horizontally expanded, preferably rectangular, illumination field in the object space in the area of a measurement surface generated.
  • a signal propagation time-selective detection range-gating
  • the detection unit is synchronized with the illumination pulse generated by the emitter.
  • the signal is then detected by the detection unit with a defined time offset to the transmission of the illumination pulse and a measurement duration coordinated with the duration of the illumination pulse, so that a predetermined measurement area at a fixed distance from the flash LiDAR system is selected for the detection of the echo signal.
  • the concept of a measurement area is used because the depth of the measurement volume actually present with the propagation of radiation due to the typically in the area fewer nanoseconds selected illumination pulse duration is limited such that essentially the two-dimensional expansion la teral to the propagation direction for the detected parts of the object space is relevant.
  • a mostly sequential variation of the time interval between the generation of the illumination pulse and the beginning of the signal acquisition by the detection unit enables the selection of several depth-staggered measurement areas.
  • Such a range-gated imaging flash LiDAR is referred to here as a signal runtime-selective flash LiDAR system.
  • the invention is based on the object of specifying a signal-time-selective flash LiDAR system, in particular for autonomous systems, which supplies a high information density from a large area of the object space.
  • a signal propagation time selective flash LiDAR system that simplifies data processing.
  • the object is achieved by the flash LiDAR system which is specified in claim 1 and which is time-selective for signal propagation.
  • Claim 13 lists the features of the method according to the invention for operating the signal-delay-selective flash LiDAR system, and further embodiments are the subject matter of the dependent claims.
  • the starting point of the invention is a flash LiDAR system that is selective for the signal runtime. This comprises an illumination system with an emitter, preferably an IR laser, for emitting pulsed illumination radiation into an object space and a detection unit with an image sensor for detecting the radiation reflected back from the object space.
  • a sensor control device is used for the transit time selection, which is designed in such a way that the back-reflected radiation is recorded separately from a first measurement area and a second measurement area in the object space, it being assumed here that the second measurement area is at a greater distance from the detection unit as the first measuring surface. It is preferable to measure the back reflection of a large number of depth-graded measuring surfaces.
  • the respective measurement area is selected by a sensor control device for the transit time selection, which is synchronized in time with the illumination field control arrangement. Consequently, the illumination field control arrangement determines the time offset between the emission of the illumination pulse by the emitter for the measurement area in question and one on the illumination pulse duration coordinated measurement duration.
  • the inventors have recognized that for a measuring surface in the far range, illumination concentrated on a compact illumination field with a correspondingly high luminance should be used. This provides more precise measurement data for the classification of distant objects, with model- or AI-based data processing being simplified and more accurate.
  • an extensive lighting field is required, whereby a lower luminance is sufficient for this.
  • the widest possible field of view is desirable in order to cover as many objects as possible in the immediate vicinity.
  • the illumination field control arrangement is configured in such a way that the illumination radiation on the first Measuring surface, a first illumination field with a first solid angular extent and on the second measurement surface a second illumination field with a second solid angular extent are generated and the first solid angular extent is selected to be larger than the second solid angular extent.
  • the solid angle extension assigned to the respective illumination field relates to the solid angle that the electromagnetic radiation emanating from the illumination system occupies on the measurement surface under consideration.
  • the signal-time-selective flash LiDAR system in autonomous vehicles, it is preferred to successively enlarge the spatial angle as the distance between the illumination field and the detection unit decreases in such a way that the horizontal extent of the illumination field increases, since the close range is particularly relevant for capturing the traffic environment.
  • the orientation is used to determine the horizontal
  • the illumination system includes adaptive optics that follow the emitter in the illumination beam path, with the illumination field control arrangement being designed to control the adaptive optics.
  • the emitter for the second variant comprises a first light source and a second light source, each of which emits pulsed illumination radiation in different spatial directions of the object space.
  • the illumination field control arrangement for the second variant is designed in such a way that the first light source supplies illumination radiation to the first illumination field and the second light source only contributes to the illumination of the second illumination field. It is also possible that the first light source supplies both the first illumination field and the second illumination field. Consequently, different light sources can be combined with one another in order to implement the distance-adapted expansion of the respective illumination field according to the invention. It is also possible to use multiple light sources together with one or more adaptive optics.
  • the adaptive optics used for the first variant can include liquid crystal optics, which follows the emitter in the illumination beam path.
  • the liquid crystal optics can be created in one piece or there is an arrangement with several liquid crystal optics modules.
  • the liquid crystal optics are assigned a temperature control device that ensures a temperature constancy that is sufficient for operation, especially for autonomous systems that are exposed to changing ambient temperatures.
  • the emitter can have at least one surface-emitting IR laser diode (VCSEL) This allows a simplification of the optical beam guidance, since surface-emitting IR laser diodes provide electromagnetic radiation with good collimation. This is particularly advantageous when liquid crystal optics are used as adaptive optics.
  • collimation optics arranged between the emitter and the liquid crystal optics can be used.
  • the detection unit has an image sensor for detecting the radiation reflected back from the object space
  • the sensor control device is designed such that the measurement of the radiation reflected back from the first measuring surface and from the second measuring surface takes place at different times.
  • the flash LiDAR system which is selective for the signal propagation time, therefore works in a clocked manner.
  • the detection unit comprises a first image sensor with a first static imaging system adapted to the first illumination field and a second image sensor with a second static imaging system adapted to the second illumination field. If there are more than two lighting fields, the number of image sensors is increased accordingly.
  • the centers of area of the illumination fields lie on a straight line. Furthermore, there is the possibility for a further development that the connecting lines between the center of the detection unit and the focal points of the areas of the respective illumination fields point in different directions and/or that these directions vary over time, so that the signal runtime-selective flash LiDAR system has additional functions of a raster LiDAR is extended to a hybrid system.
  • the method according to the invention for operating a signal runtime-selective flash LiDAR system uses an illumination field control arrangement that generates a first illumination field with a first solid angle extent in a first measurement area and a second illumination field with a second solid angle extent in a second measurement area, with the first solid angle extent being larger is selected as the second solid angle extension when the first measurement surface is closer to the detection unit than the second measurement surface.
  • This ensures that the illuminated near field is captured with a large opening angle.
  • there is preferably a higher number of measurement data in the immediate vicinity which is particularly relevant in autonomous navigation for collision avoidance.
  • the power density of the illumination can be increased due to the concentration on a narrow field of view, so that the data processing required for object recognition is less complex and overall improved accuracy in the classification of the object properties is ensured.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of the flash LiDAR system according to the invention, which is selective for the signal runtime.
  • Fig. 2 shows the course of the illuminated solid angle R as a function of the distance D to the detection unit.
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of the flash LiDAR system which is selective for the signal runtime.
  • Fig. 4 shows an illumination system with liquid crystal optics as adaptive optics in a first focusing position.
  • FIG. 5 shows an illumination system from FIG. 4 with the liquid crystal optics in a second focusing position.
  • FIG. 6 shows a second variant of the signal delay-selective flash LiDAR system according to the invention.
  • FIG. 7 shows a time-of-flight selective flash LiDAR system according to the prior art.
  • the signal transit time-selective flash LiDAR system 1 shown schematically simplified in FIG. 7 corresponds to the known prior art.
  • An illumination system 2 can be seen with an emitter 3 , for example an eye-safe IR laser, which emits pulsed illumination radiation 4 into an object space 5 .
  • the lighting system 2 includes a
  • Illumination field control arrangement 7 which controls the emitter 3 and determines the pulse duration and the pulse intervals.
  • a detection unit 8 with an image sensor 9 is also shown, which detects the radiation reflected back from the object space 5 .
  • the detection unit 8 also has a sensor control device 10, which is synchronized in time with the illumination field control arrangement 7, whereby a variation of the delay time for the start of the measurement relative to the time of emission of the pulsed illumination radiation 4 selects different measuring surfaces in the object space be animal.
  • the measurement duration is very short and matched to the pulse duration in the nanosecond range. Consequently, instead of a measuring volume extended in depth, a quasi-two-dimensionally extended measuring surface is considered in the present case.
  • a first measuring surface 11 and a second measuring surface 12 are shown in Figure 7 as an example, with the first measuring surface 11 is closer to the detection unit 8 than the second measuring surface 12, so that the first measuring surface 11 represents the near range of the object space 5 and the second measuring surface 12 represents the far range.
  • the lighting system 2 generates an illumination radiation 4, which is emitted with a constant spatial angular extent.
  • the extent of the illumination field present on the respective measurement area also increases as the distance from the illumination system 2 increases, and the illumination power density decreases.
  • objects in the far field in the area of the second measuring surface 12 are only detected with greater effort for data processing and are taken into account with a delay for object tracking.
  • a concentration of the radiant power on a narrow solid angle to solve the problem is only possible to a certain extent, since otherwise the extension of the first measuring surface 11 in the close-up range is not sufficient to detect all the objects located there. This is particularly relevant when using a signal propagation time-selective flash LiDAR system 1 for an autonomous vehicle, since objects located in the direct vehicle environment pose a risk of collision and must be reliably localized and assigned to an object type.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of the signal propagation time-selective flash LiDAR system 1.1, which provides a solution to the problems described above. It shows that the illumination field control arrangement 7.1 of the illumination system 2.1 is designed to control the emitter 3.1 in such a way that the pulsed illumination radiation 4.1 generates a first illumination field 13 with a first solid angle extent 14 on a first measurement surface 11.1 and a second illumination field on a second measurement surface 12.1 Illumination field 15 are generated with a second solid angle extent 16, with the first illumination field 13 being at a smaller distance from the detection unit 8, the first solid angle extent 14 being greater than the second solid angle extent 16 of the further fiction Il distant second illumination field 15 is.
  • a large solid angle R is available for near-field detection, which gradually becomes narrower with an increasing distance D from the selected measuring surface, so that in the far field the radiated radiation is concentrated into a narrow solid angle R. Accordingly, when considering a horizontal section, a first horizontal extent 19 of the first illumination field 13 is greater than a second horizontal extent 20 of the second illumination field 15.
  • FIG. 2 shows possible curves of the illuminated spatial angle R as a function of the distance D from the detection unit, with a linear solid angle curve 18.1, a solid angle curve 18.2 preferring the near field and a solid angle curve 18.3 giving greater weight to the far field being shown.
  • a further advantage is a time-variable setting of the solid angle profile, not shown in detail, for adaptation to the prevailing driving and environmental conditions.
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of the flash LiDAR system 1.2 that is selective for the signal runtime.
  • An illumination system 2.2 with an emitter 3.2 that includes a surface-emitting IR laser diode 22 is shown.
  • the illumination system 2.2 has an illumination field control arrangement 7.2, which generates the spatial angle characteristic according to the invention for the illumination radiation 4.2, with adaptive optics 21 being used for this purpose.
  • collimating optics 23 are arranged in the beam path between the emitter 3.2 and the adaptive optics 21 .
  • the detection unit 8.2 with the image sensor 9.2 and the sensor control device 10.2 detects the radiation reflected back from the first measuring surface 11.2 with a time offset compared to the second measuring surface 12.2 of the reflected radiation.
  • a zoom system 24 is also provided and Sen Sensor control device 10.2 is used for its chronologically sequential setting, so that a variable imaging scale on the zoom system 24 and/or a focal plane are adapted to the respective existing illumination field of the measuring surface 11.2, 12.2 to be selected.
  • FIGS. 4 and 5 show a preferred embodiment of an illumination system 2.4, which includes adaptive optics 21 with liquid crystal optics 25, which has a plurality of liquid crystal optics modules 26.1, 26.2, 26.3, 26.4.
  • Each of the liquid crystal optics modules 26.1, 26.2, 26.3, 26.4 has a transparent electrode arrangement 27.1, 27.2, 27.3, 27.4 for setting a field gradient, with FIG. 4 showing a first focusing position for which an illumination field with a large solid angle extension results.
  • the second focusing position shown in FIG. 5 provides an illumination field with a reduced spatial angle.
  • a temperature control device 28 is provided to keep a predetermined working temperature for the liquid crystal optics 25 constant.
  • FIG. 6 shows a second variant of the signal runtime-selective flash LiDAR system 1.3 according to the invention.
  • An illumination system 2.5 is shown with an emitter 3.3 and an illumination field control arrangement 7.3 for generating the solid angle characteristic according to the invention for the illumination radiation 4.3.
  • the emitter 3.3 has a first light source 29 and a second light source 30, each of which emits pulsed illumination radiation in different spatial directions of the object space 5.
  • the illumination field control arrangement 7.3 controls the first light source 29 in such a way that this illumination radiation 4.3 feeds a first illumination field 13 and the second light source 30 generates illumination radiation for the second illumination field 15.
  • a second image sensor 33 is a second static Assigned imaging system 34, which is adapted to the solid angle extension and the distance of the second illumination field 15.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein signallaufzeitselektives Flash-LiDAR-System umfassend einen Emitter zur Abgabe einer gepulsten Ausleuchtungsstrahlung in einen Objektraum; eine Detektionseinheit mit einem Bildsensor zur Erfassung der aus dem Objektraum rückreflektierten Strahlung; und eine Sensorsteuerungseinrichtung für die Laufzeitselektion, wobei die Sensorsteuerungseinrichtung derart ausgeführt ist, dass die rückreflektierte Strahlung von einer ersten Messfläche und einer zweiten Messfläche getrennt erfasst wird und wobei die zweite Messfläche in einer größeren Entfernung zur Detektionseinheit liegt als die erste Messfläche. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Sensorsteuerungseinrichtung zeitlich synchronisierte Beleuchtungsfeldsteuerungsanordnung vorliegt, die so gestaltet ist, dass durch die Ausleuchtungsstrahlung auf der ersten Messfläche ein erstes Beleuchtungsfeld mit einer ersten Raumwinkelausdehnung und auf der zweiten Messfläche ein zweites Beleuchtungsfeld mit einer zweiten Raumwinkelausdehnung erzeugt werden und die erste Raumwinkelausdehnung größer ist als die zweite Raumwinkelausdehnung.

Description

SIGNALLAUFZEITSELEKTIVES FLASH-LIDAR-SYSTEM UND VERFAHREN FÜR DESSEN BETRIEB
Die vorliegende Anmeldung nimmt Priorität der deutschen Anmel dung DE 102021117 333.7 vom 05. Juli 2021 in Anspruch deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug vollständig aufge nommen wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein signallaufzeitselektives Flash-LiDAR-System mit einem Emitter zur Abgabe einer gepulsten Ausleuchtungsstrahlung und eine Sensorsteuerungseinrichtung für die Laufzeitselektion einer Detektionseinheit sowie ein Verfah ren für den Betrieb eines signallaufzeitselektiven Flash-LiDAR- Systems.
Die LiDAR-Technik (Light Detection and Ranging) für die Umge bungserfassung ist bekannt und wird insbesondere in der Fahr zeug- und Weltraumtechnik für autonome Systeme eingesetzt. Als Messprinzip dient eine Laufzeitmessung (Time of Flight, ToF), wobei ein Emitter ein optisches Signal zur Ausleuchtung eines Objektraums generiert und eine Detektionseinheit das von einem dort befindlichen Objekt rückreflektierte Echosignal laufzeit basiert erfasst, sodass zusätzlich zur Reflektionscharakteris- tik des Objekts eine winkelaufgelöste Abstandsinformation re sultiert. Als Emitter werden häufig Klasse-l-Laser im nahen Infrarot (780 nm - 1,6 gm, beispielsweise 1550 nm) verwendet, die für das menschliche Auge ungefährlich sind. Die Benutzung eines kontinuierlich emittierenden Lasers für ein LiDAR-System ist zwar möglich, wobei Emitter im Pulsbetrieb meist zur Ver ringerung eines durch Umgebungslichteffekte bedingten Rausch signals bevorzugt werden.
LiDAR-Systeme können in Raster-LiDAR und in Flash-LiDAR unter teilt werden. Auch die Kombination beider Systeme ist möglich. Für ein Raster-LiDAR wird ein winkelsensitiver Emitter einge setzt, der einen Lichtstrahl in unterschiedliche Raumrichtungen aussendet. Zur Strahlführung kann ein rotierender Spiegel oder ein Mikrospiegelarray verwendet werden. Bekannt ist auch der Einsatz einer adaptiven, dem Emitter nachgeschalteten Optik für ein Raster-LiDAR, beispielsweise einer Flüssigkristalloptik, zur sequenziellen Bewegung eines Ausleuchtungsstrahls durch den zu erfassenden Objektraum.
Für Flash-LiDAR wird eine winkelsensitive Detektionseinheit, meist ein Bildsensor und bevorzugt ein IR-Bildsensor, einge- setzt. Mögliche Alternativen stellen mechanisch nachgeführte, bewegliche Fotosensoren oder eine dem Sensor vorgeschaltete adaptive Optik zur Winkelauflösung eines Objektechos dar. Für die Beleuchtung ist der Emitter bei einem Flash-LiDAR meist so gestaltet, dass der zu erfassende Objektraum als Ganzes ausge- leuchtet wird, wobei wiederum gepulste Flash-LiDAR-Systeme, beispielsweise mit einer Pulsdauer im Nanosekundenbereich und einer Pulswiederholrate von z.B. 30 Hz angewandt werden. Mithin wird für ein Flash-LiDAR anstatt eines bewegten, kollimierten Lichtstrahls ein Lichtkegel mit einem hinreichenden großen Ab- strahlwinkel verwendet, der meist mittels einer dem Emitter nachgeschalteten Strahlaufweitungsoptik geformt ist und der im Objektraum im Bereich einer Messfläche ein horizontal ausge dehntes, bevorzugt rechteckförmiges Beleuchtungsfeld erzeugt. Eine Weiterentwicklung des Flash-LiDARs stellt die Anwendung einer signallaufzeitselektiven Erfassung (range-gating) dar. Hierzu wird die Detektionseinheit mit dem vom Emitter erzeugten Ausleuchtungspuls synchronisiert. Die Signalerfassung durch die Detektionseinheit erfolgt dann mit einem definierten zeitlichen Versatz zur Aussendung des Ausleuchtungspulses und einer auf die Beleuchtungspulsdauer abgestimmten Messdauer, sodass für die Erfassung des Echosignals eine vorbestimmte Messfläche mit einem festgelegten Abstand zum Flash-LiDAR-System ausgewählt wird. Vorliegend wird der Begriff einer Messfläche verwendet, da die Tiefe des eigentlich mit der Strahlungsausbreitung vor liegenden Messvolumens aufgrund der typischerweise im Bereich weniger Nanosekunden gewählten Ausleuchtungspulsdauer derart begrenzt ist, dass im Wesentlichen die flächige Ausdehnung la teral zur Ausbreitungsrichtung für die erfassten Teile des Ob jektraums relevant ist. Eine meist sequenziell ausgeführte Va- riation des Zeitintervalls zwischen der Erzeugung des Ausleuch tungspulses und dem Beginn der Signalerfassung durch die Detek tionseinheit ermöglicht die Auswahl mehrerer tiefengestaffelter Messflächen. Ein solches range-gated imaging Flash-LiDAR wird vorliegend als signallaufzeitselektives Flash-LiDAR-System be- zeichnet.
Zur Anwendung eines signallaufzeitselektiven Flash-LiDAR-Sys- tems für autonome Fahrzeuge stellt sich das Problem, dass ins besondere der Augenschutz leistungsbegrenzte Emitter erfordert, sodass die Beleuchtungsintensität für die sichere Erfassung von Objekten im Fernbereich, beispielsweise in einem Abstand von 200 m und mehr, oftmals nicht ausreichend ist. Daher wurden Objekttrackingverfahren vorgeschlagen, für die begrenzte, räum lich wandernde Messflächen separat ausgeleuchtet werden. Dieser Ansatz führt zu einem komplexen signallaufzeitselektiven Flash- LiDAR-System, das nicht in allen relevanten Bereichen des Ob jektraums Umgebungsdaten erfasst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein signallaufzeit- selektives Flash-LiDAR-System, insbesondere für autonome Sys teme, anzugeben, das aus einem großen Bereich des Objektraums eine hohe Informationsdichte liefert. Des Weiteren ist ein Be triebsverfahren für ein signallaufzeitselektives Flash-LiDAR- System zu nennen, das eine Vereinfachung der Datenverarbeitung ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 genannte signallauf zeitselektive Flash-LiDAR-System gelöst. Anspruch 13 nennt die Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb des sig- nallaufzeitselektiven Flash-LiDAR-Systems und weitere Ausfüh rungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche. Ausgangspunkt der Erfindung ist ein signallaufzeitselektives Flash-LiDAR-System. Dieses umfasst ein Beleuchtungssystem mit einem Emitter, bevorzugt einen IR-Laser, zur Abgabe einer ge- pulsten Ausleuchtungsstrahlung in einen Objektraum und eine De tektionseinheit mit einem Bildsensor zur Erfassung der aus dem Objektraum rückreflektierten Strahlung. Für die Laufzeitselek tion dient eine Sensorsteuerungseinrichtung, die derart ausge führt ist, dass die rückreflektierte Strahlung von einer ersten Messfläche und einer zweiten Messfläche im Objektraum getrennt erfasst wird, wobei vorliegend davon ausgegangen wird, dass die zweite Messfläche in einer größeren Entfernung zur Detektions einheit liegt als die erste Messfläche. Bevorzugt ist, die Rück- reflektion einer Vielzahl von tiefengestaffelten Messflächen zu messen. Die Auswahl der jeweiligen Messfläche, wird durch eine Sensorsteuerungseinrichtung für die Laufzeitselektion vorgenom men, die zeitlich mit der Beleuchtungsfeldsteuerungsanordnung synchronisiert ist.Mithin wird durch die Beleuchtungsfeldsteu erungsanordnung der zeitliche Versatz zwischen der Aussendung des Ausleuchtungspulses durch den Emitter für die jeweilige Messfläche und eine auf die Beleuchtungspulsdauer abgestimmte Messdauer eingestellt.
Zur Lösung der Aufgabe haben die Erfinder erkannt, dass für eine Messfläche im Fernbereich eine auf ein kompaktes Beleuchtungs feld konzentrierte Ausleuchtung mit einer entsprechend hohen Leuchtdichte verwendet werden sollte. Damit liegen präzisiere Messdaten für die Klassifikation entfernter Objekte vor, wobei eine modell- oder KI-basierte Datenverarbeitung vereinfacht und treffsicherer erfolgen kann. Für den Nahbereich ist ein flächig ausgedehntes Beleuchtungsfeld notwendig, wobei hierfür eine ge ringere Leuchtdichte ausreicht. In der Nähe ist ein möglichst breites Sichtfeld erwünscht, um möglichst alle in der unmittel baren Umgebung befindlichen Objekte zu erfassen. Erfindungsge- mäß ist daher die Beleuchtungsfeldsteuerungsanordnung so ge staltet, dass durch die Ausleuchtungsstrahlung auf der ersten Messfläche ein erstes Beleuchtungsfeld mit einer ersten Raum winkelausdehnung und auf der zweiten Messfläche ein zweites Beleuchtungsfeld mit einer zweiten Raumwinkelausdehnung erzeugt werden und die erste Raumwinkelausdehnung größer gewählt ist als die zweite Raumwinkelausdehnung. Dabei bezieht sich die dem jeweiligen Beleuchtungsfeld zugeordnete Raumwinkelausdehnung auf den Raumwinkel, den die vom Beleuchtungssystem jeweils aus gehende elektromagnetische Strahlung auf der betrachteten Mess fläche einnimmt.
Insbesondere für die Anwendung des erfindungsgemäßen signal laufzeitselektiven Flash-LiDAR-Systems bei autonomen Fahrzeugen wird bevorzugt, die sukzessive Vergrößerung der Raumwinkelaus dehnung bei einem sich verringernden Abstand des Beleuchtungs- felds zur Detektionseinheit derart zu gestalten, dass die ho rizontale Ausdehnung des Beleuchtungsfelds zunimmt, da der Nah bereich für die Erfassung der Verkehrsumgebung besonders rele vant ist. Dabei wird die Orientierung zur Bestimmung der horizontalen
Ausdehnung relativ zum Koordinatensystem des signallaufzeitse lektiven Flash-LiDAR-Systems definiert, wobei hierfür ein Zy linder- oder Kugelkoordinatensystem zugrunde liegt und die ho rizontale Ausdehnung entlang einer Mantelfläche des Beleuch- tungsfelds bestimmt wird. Diese Orientierung korrespondiert dann mit der eines Umgebungskoordinatensystems, wenn sich das signallaufzeitselektive Flash-LiDAR-System in einer Neutrallage relativ zur Umgebung befindet. Für ein in einem Fahrzeug mit bewegtes System wird die horizontale Ausdehnung des Beleuch- tungsfelds bezogen auf das Umgebungskoordinatensystem im Sinne einer zeitlichen Mittelung verstanden. Ferner wird die horizon tale Ausdehnung für ein nicht annähernd rechteckförmiges Be leuchtungsfeld als eine über die gesamte Ausleuchtungsfläche gemittelte Ausdehnung der durch Horizontalschnitte festgelegten Mantellinien bestimmt. Die Anpassung der Raumwinkelausdehnung der Beleuchtungsfelder in den jeweiligen Messflächen kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Gemäß einer ersten Variante umfasst das Beleuchtungs system eine adaptive Optik, die dem Emitter im Beleuchtungs- strahlengang nachfolgt, wobei die Beleuchtungsfeldsteuerungs anordnung zur Ansteuerung der adaptiven Optik ausgebildet ist.
Für eine zweite Variante werden unterschiedliche Lichtquellen mit separaten statischen Optiken verwendet. Mithin umfasst der Emitter für die zweite Variante eine erste Lichtquelle und eine zweite Lichtquelle, die jeweils gepulste Ausleuchtungsstrahlung in unterschiedliche Raumrichtungen des Objektraums abgeben. Da bei ist die Beleuchtungsfeldsteuerungsanordnung für die zweite Variante so gestaltet, dass die erste Lichtquelle dem ersten Beleuchtungsfeld Ausleuchtungsstrahlung zuführt und die zweite Lichtquelle nur zur Ausleuchtung des zweiten Beleuchtungsfelds beiträgt. Möglich ist auch, dass die erste Lichtquelle sowohl das erste Beleuchtungsfeld als auch das zweite Beleuchtungsfeld beschickt. Mithin können zur Realisierung der erfindungsgemäß abstandsangepassten Ausdehnung des jeweiligen Beleuchtungsfelds unterschiedliche Lichtquellen miteinander kombiniert werden. Ferner besteht die Möglichkeit, mehrere Lichtquellen zusammen mit einer oder mehreren adaptiven Optiken einzusetzen. Die für die erste Variante verwendete adaptive Optik kann eine Flüssigkristalloptik umfassen, die dem Emitter im Beleuchtungs strahlengang nachfolgt. Dabei kann die Flüssigkristalloptik einteilig angelegt sein oder es liegt eine Anordnung mit meh reren Flüssigkristalloptikmodulen vor. Für eine Weiterentwick- lung ist der Flüssigkristalloptik eine Temperierungseinrichtung zugeordnet, die insbesondere für wechselnden Umgebungstempera turen ausgesetzten autonomen Systemen eine für den Betrieb hin reichende Temperaturkonstanz sicherstellt. Für eine weitere Ausgestaltung beider Varianten kann der Emitter mindestens eine oberflächenemittierende IR-Laserdiode (VCSEL) umfassen.Diese erlaubt eine Vereinfachung der optischen Strahl führung, da oberflächenemittierende IR-Laserdioden elektromag netische Strahlung mit einer guten Kollimation bereitstellen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn eine Flüssigkristallop- tik als adaptive Optik eingesetzt wird. Alternativ oder zusätz lich kann eine zwischen dem Emitter und der Flüssigkristalloptik angeordnete Kollimationsoptik verwendet werden.
In einigen Ausführungsformen weist die Detektionseinheit einen Bildsensor zur Erfassung der aus dem Objektraum rückreflektier ten Strahlung auf und die Sensorsteuerungseinrichtung ist so ausgebildet, dass die Messung der rückreflektierten Strahlung von der ersten Messfläche und von der zweiten Messfläche zeit versetzt erfolgt. Mithin arbeitet das signallaufzeitselektive Flash-LiDAR-System zeitlich getaktet.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Detektionseinheit ei nen ersten Bildsensor mit einem an das erste Beleuchtungsfeld angepassten ersten statischen Abbildungssystem und eine zweiten Bildsensor mit einem an das zweite Beleuchtungsfeld angepassten zweiten statischen Abbildungssystem. Liegen mehr als zwei Be leuchtungsfelder vor, wird die Zahl der Bildsensoren entspre chend erhöht. In einigen Ausführungsformen liegen die Flächenschwerpunkte der Beleuchtungsfelder auf einer Geraden. Des Weiteren besteht für eine Weitergestaltung die Möglichkeit, dass die Verbindungsli nien zwischen dem Zentrum der Detektionseinheit und den Flä chenschwerpunkten der jeweiligen Beleuchtungsfelder in unter- schiedliche Richtungen weisen und/oder dass diese Richtungen zeitlich variieren, sodass das signallaufzeitselektives Flash- LiDAR-System mit zusätzlichen Funktionen eines Raster-LiDARs zu einem Hybridsystem erweitert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines signallauf zeitselektiven Flash-LiDAR-Systems verwendet eine Beleuchtungs feldsteuerungsanordnung, die ein erstes Beleuchtungsfeld mit einer ersten Raumwinkelausdehnung in einer ersten Messfläche und ein zweites Beleuchtungsfeld mit einer zweiten Raumwin kelausdehnung in einer zweiten Messfläche erzeugt, wobei die erste Raumwinkelausdehnung größer als die zweite Raumwinkelaus dehnung gewählt ist, wenn sich die erste Messfläche näher an der Detektionseinheit befindet als die zweite Messfläche. Dadurch wird erreicht, dass das ausgeleuchtete Nahfeld mit einem großen Öffnungswinkel erfasst wird. Als Folge besteht bevorzugt eine höhere Anzahl von Messdaten in der Nahumgebung, die bei der autonomen Navigation zur Kollisionsvermeidung besonderes relevant ist. In der Fernumgebung kann aufgrund der Konzentra- tion auf ein engeres Sichtfeld die Leistungsdichte der Aus leuchtung erhöht werden, sodass sich die für die Objekterkennung nötige Datenverarbeitung weniger komplex gestaltet und insge samt eine verbesserte Treffsicherheit bei der Klassifikation der Objekteigenschaften sichergestellt ist.
Nachfolgend sind beispielhafte Ausgestaltungsvarianten der Er findung im Zusammenhang mit Figurendarstellungen erläutert. Diese zeigen, jeweils schematisch, Folgendes: Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungs gemäßen signallaufzeitselektiven Flash-LiDAR-Systems.
Fig. 2 stellt den Verlauf des ausgeleuchteten Raumwinkels R in Abhängigkeit des Abstands D zur Detektionseinheit dar.
Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungs gemäßen signallaufzeitselektiven Flash-LiDAR-Systems. Fig. 4 zeigt ein Beleuchtungssystem mit einer Flüssigkris talloptik als adaptive Optik in einer ersten Fokus sierungsstellung. Fig. 5 zeigt ein Beleuchtungssystem aus Figur 4 mit der Flüs sigkristalloptik in einer zweiten Fokussierungsstel lung.
Fig. 6 zeigt eine zweite Variante des erfindungsgemäßen sig nallaufzeitselektiven Flash-LiDAR-Systems.
Fig. 7 zeigt ein signallaufzeitselektives Flash-LiDAR-System gemäß dem Stand der Technik. Das schematisch vereinfacht in Figur 7 dargestellte, signal laufzeitselektive Flash-LiDAR-System 1 entspricht dem bekannten Stand der Technik. Ersichtlich ist ein Beleuchtungssystem 2 mit einem Emitter 3, beispielsweise einem augensicheren IR-Laser, der eine gepulste Ausleuchtungsstrahlung 4 in einen Objektraum 5 abstrahlt. Des Weiteren umfasst das Beleuchtungssystem 2 eine
Beleuchtungsfeldsteuerungsanordnung 7, die den Emitter 3 an steuert und die Pulsdauer und die Pulsabstände festlegt. Ferner ist eine Detektionseinheit 8 mit einem Bildsensor 9 gezeigt, die die aus dem Objektraum 5 rückreflektierte Strahlung erfasst. Dabei weist die Detektionseinheit 8 zusätzlich eine Sensorsteu erungseinrichtung 10 auf, die mit der Beleuchtungsfeldsteue rungsanordnung 7 zeitlich synchronisiert ist, wobei durch eine Variation der Verzögerungszeit für den Beginn der Messung re lativ zum Zeitpunkt der Abgabe der gepulsten Ausleuchtungs- Strahlung 4 unterschiedlich Messflächen im Objektraum selek tiert werden. Die Messedauer ist sehr kurz gewählt und auf die Pulsdauer im Nanosekundenbereich abgestimmt. Folglich wird an statt eines in die Tiefe ausgedehnten Messvolumens vorliegend eine quasi-zweidimensional ausgedehnte Messfläche betrachtet. Exemplarisch sind eine erste Messfläche 11 und eine zweite Mess fläche 12 in Figur 7 gezeigt, wobei die erste Messfläche 11 näher an der Detektionseinheit 8 liegt als die zweite Messfläche 12, sodass die erste Messfläche 11 den Nahbereich des Objektraum 5 und die zweite Messfläche 12 den Fernbereich repräsentieren. Gemäß dem Stand der Technik erzeugt das Beleuchtungssystem 2 eine Ausleuchtungsstrahlung 4, die mit einer konstanten Raum winkelausdehnung abgestrahlt wird. Damit nimmt auch die Ausdeh nung des auf der jeweiligen Messfläche vorliegenden Beleuch tungsfelds mit zunehmendem Abstand zum Beleuchtungssystem 2 zu, und die Ausleuchtungsleistungsdichte ab. Dies führt dazu, dass Objekte im Fernfeld im Bereich der zweiten Messfläche 12 nur mit einem größeren Aufwand für die Datenverarbeitung erkannt werden und verzögert für eine Objektverfolgung Berücksichtigung finden. Eine Konzentration der Strahlungsleistung auf einen en- geren Raumwinkel zur Lösung des Problems ist nur bis zu einem gewissen Grad möglich, da ansonsten die Ausdehnung der ersten Messfläche 11 im Nahbereich nicht ausreichend ist, um alle dort befindlichen Objekte zu erkennen. Dies ist insbesondere beim Einsatz eines signallaufzeitselektiven Flash-LiDAR-Systems 1 für ein autonomes Fahrzeug relevant, da im direkten Fahrzeugum feld befindliche Objekte eine Kollisionsgefahr bergen und si cher lokalisiert und einem Objekttyp zugeordnet werden müssen.
Figur 1 zeigte ein erstes Ausführungsbeispiel des signallauf- zeitselektiven Flash-LiDAR-Systems 1.1, das eine Lösung für die voranstehend beschriebene Problematik liefert. Gezeigt ist, dass die Beleuchtungsfeldsteuerungsanordnung 7.1 des Beleuch tungssystems 2.1, zur Ansteuerung des Emitters 3.1 so angelegt ist, dass durch die gepulste Ausleuchtungsstrahlung 4.1 auf einer ersten Messfläche 11.1 ein erstes Beleuchtungsfeld 13 mit einer ersten Raumwinkelausdehnung 14 und auf einer zweiten Mess fläche 12.1 ein zweites Beleuchtungsfeld 15 mit einer zweiten Raumwinkelausdehnung 16 erzeugt werden, wobei für das in einem kleineren Abstand zur Detektionseinheit 8 liegende erste Be- leuchtungsfeld 13 die erste Raumwinkelausdehnung 14 erfindungs gemäß größer als die zweite Raumwinkelausdehnung 16 des weiter il entfernten zweiten Beleuchtungsfelds 15 ist. Damit steht ein großer Raumwinkel R für die Nahfelderfassung zur Verfügung, der mit einem zunehmenden Abstand D zur selektierten Messfläche schrittweise enger eingestellt wird, sodass im Fernfeld eine Bündelung der Ausstrahlungsstrahlung auf einen engen Raumwin kel R vorliegt. Entsprechend ist bei der Betrachtung eines ho rizontalen Schnitts eine erste horizontale Ausdehnung 19 des ersten Beleuchtungsfelds 13 größer als eine zweite horizontale Ausdehnung 20 des zweiten Beleuchtungsfelds 15.
Figur 2 stellt mögliche Verläufe des ausgeleuchteten Raumwin kels R in Abhängigkeit des Abstands D zur Detektionseinheit dar, wobei ein linearer Raumwinkelverlauf 18.1, ein das Nahfeld be vorzugender Raumwinkelverlauf 18.2 und ein das Fernfeld stärker gewichtender Raumwinkelverlauf 18.3 gezeigt sind. Vorteilhaft ist ferner eine im Einzelnen nicht gezeigte zeitlich variable Einstellung des Raumwinkelverlaufs zur Anpassung an die jeweils vorliegenden Fahr- und Umgebungsbedingungen. Figur 3 stellt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungs gemäßen signallaufzeitselektiven Flash-LiDAR-Systems 1.2 dar. Gezeigt ist ein Beleuchtungssystem 2.2 mit einem Emitter 3.2, der eine oberflächenemittierende IR-Laserdiode 22 umfasst. Des Weiteren weist das Beleuchtungssystem 2.2 eine Beleuchtungs- feldsteuerungsanordnung 7.2 auf, die die erfindungsgemäße Raum winkelcharakteristik für die Ausleuchtungsstrahlung 4.2 er zeugt, wobei hierzu eine adaptive Optik 21 verwendet wird. Zu sätzlich ist im Strahlengang zwischen dem Emitter 3.2 und der adaptiven Optik 21 eine Kollimationsoptik 23 angeordnet.
Die Detektionseinheit 8.2 mit dem Bildsensor 9.2 und der Sen sorsteuerungseinrichtung 10.2 erfasst die von der ersten Mess fläche 11.2 rückreflektierte Strahlung mit einem Zeitversatz gegenüber von der zweiten Messfläche 12.2 der rückreflektierten Strahlung. Fener ist ein Zoomsystem 24 vorgesehen und die Sen sorsteuerungseinrichtung 10.2 dient zu dessen zeitlich sequen zieller Einstellung, sodass ein variabler Abbildungsmaßstab am Zoomsystem 24 und/oder eine Fokusebene an das jeweils vorlie gende Beleuchtungsfeld der zu selektierten Messfläche 11.2, 12.2 angepasst werden.
Figuren 4 und 5 zeigen eine bevorzugte Ausführung eines Be leuchtungssystems 2.4, das eine adaptive Optik 21 mit einer Flüssigkristalloptik 25, die mehrere Flüssigkristalloptikmodule 26.1, 26.2, 26.3, 26.4 aufweist, umfasst. Jedes der Flüssig- kristalloptikmodule 26.1, 26.2, 26.3, 26.4 weist eine transpa rente Elektrodenanordnung 27.1, 27.2, 27.3, 27.4 zur Einstel lung eines Feldgradienten auf, wobei Figur 4 eine erste Fokus sierungsstellung zeigt, für die ein Beleuchtungsfeld mit einer großen Raumwinkelausdehnung resultiert. Im Vergleich hierzu liefert die in Figur 5 dargestellte zweite Fokussierungsstel lungen ein Beleuchtungsfeld mit einer verringerten Raumwin kelausdehnung. Des Weiteren ist für die Konstanthaltung einer vorbestimmten Arbeitstemperatur für die Flüssigkristalloptik 25 eine Temperierungseinrichtung 28 vorgesehen.
Fig. 6 zeigt eine zweite Variante des erfindungsgemäßen signal laufzeitselektiven Flash-LiDAR-Systems 1.3. Dargestellt ist ein Beleuchtungssystem 2.5 mit einem Emitter 3.3 und einer Beleuch tungsfeldsteuerungsanordnung 7.3 zur Erzeugung der erfindungs- gemäßen Raumwinkelcharakteristik für die Ausleuchtungsstrahlung 4.3. Der Emitter 3.3 weist eine erste Lichtquelle 29 und eine zweite Lichtquelle 30 auf, die jeweils gepulste Ausleuchtungs strahlung in unterschiedliche Raumrichtungen des Objektraums 5 abgeben. Die Beleuchtungsfeldsteuerungsanordnung 7.3 steuert die erste Lichtquelle 29 so an, dass diese Ausleuchtungsstrah lung 4.3 einem ersten Beleuchtungsfeld 13 zuführt und die zweite Lichtquelle 30 erzeugt eine Ausleuchtungsstrahlung für das zwei ten Beleuchtungsfeld 15. Ferner liegt für die Detektionseinheit 8.3 ein erster Bildsensor 31 mit einem an das erste Beleuch- tungsfeld 13 angepassten ersten statischen Abbildungssystem 32 vor. Einem zweiten Bildsensor 33 ist ein zweites statisches Abbildungssystem 34 zugeordnet, das an die Raumwinkelausdehnung und den Abstand des zweiten Beleuchtungsfelds 15 angepasst ist.
BEZUGSZEICHENLISTE
1, 1.1,
1.2. 1.3 signallaufzeitselektives Flash-LiDAR-System
2, 2.1
2.2, 2.3
2.4, 2.5 Beleuchtungssystem
3, 3.1,
3.2, 3.3 Emitter
4, 4.1
4.2, 4.3 Ausleuchtungsstrahlung
5 Objektraum
6 rückreflektierte Strahlung
7, 7.1,
7.2, 7.3 Beleuchtungsfeldsteuerungsanordnung
8, 8.1,
8.2, 8.3 Detektionseinheit
9, 9.1
9.2 Bildsensor
10, 10.1
10.2 Sensorsteuerungseinrichtung
11, 11.1
11.2 erste Messfläche
12, 12.1 12.2 zweite Messfläche
13 erstes Beleuchtungsfeld
14 erste Raumwinkelausdehnung
15 zweites Beleuchtungsfeld
16 zweite Raumwinkelausdehnung
17.1,...,
17.5 Messfläche
18.1,...,
18.3 Raumwinkelverlauf
19 erste horizontale Ausdehnung 20 zweite horizontale Ausdehnung
21 adaptive Optik
22 oberflächenemittierende IR-Laserdiode
23 Kollimationsoptik
24 Zoomsystem
25 Flüssigkristalloptik
26.1, 26.2,
26.3.26.4 Flüssigkristalloptikmodul 27.1, 27.2,
27.3.27.4 Elektrodenanordnung
28 Temperierungseinrichtung
29 erste Lichtquelle
30 zweite Lichtquelle
31 erster Bildsensor
32 erstes statisches Abbildungssystem
33 zweiter Bildsensor
34 zweites statisches Abbildungssystem
R Raumwinkel
D Abstand

Claims

PATENTANS PRÜCHE
1. Signallaufzeitselektives Flash-LiDAR-System umfassend ein Beleuchtungssystem (2.1, ..., 2.5) mit einem Emitter (3.1, 3.2, 3.3) zur Abgabe einer gepulsten Ausleuchtungs strahlung (4.1, 4.2, 4.3) in einen Objektraum (5); eine Detektionseinheit (8.1, 8.2, 8.3) mit einem
Bildsensor (9.1, 9.2) zur Erfassung der aus dem Objekt raum (5) rückreflektierten Strahlung (6); und eine Sensorsteuerungseinrichtung (10.1, 10.2) für die
Laufzeitselektion, wobei die Sensorsteuerungseinrichtung (10.1, 10.2) derart ausgeführt ist, dass die rückreflek tierte Strahlung (6) von einer ersten Messfläche (11.1, 11.2) und einer zweiten Messfläche (12.1, 12.2) getrennt erfasst wird und wobei die zweite Messfläche (12.1, 12.2) in einer größe ren Entfernung zur Detektionseinheit (8, 8.1, 8.2, 8.3) liegt als die erste Messfläche (11.1, 11.2); dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Sensorsteuerungseinrichtung (10.1, 10.2) zeitlich synchronisierte Beleuchtungsfeldsteuerungsan ordnung (7.1, 7.2, 7.3) vorliegt, die so gestaltet ist, dass durch die Ausleuchtungsstrahlung (4, 4.1, 4.2, 4.3) auf der ersten Messfläche (11.1, 11.2) ein erstes Be leuchtungsfeld (13)mit einer ersten Raumwinkelausdehnung (14) und auf der zweiten Messfläche (12.1, 12.2) ein zweites Beleuchtungsfeld (15) mit einer zweiten Raumwin kelausdehnung (16) erzeugt werden und die erste Raumwinkelausdehnung (14) größer als die zweite Raumwinkelausdehnung (16) ist.
2. Signallaufzeitselektives Flash-LiDAR-System nach An- spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste horizontale Ausdehnung (19) des ersten Be leuchtungsfelds (13) größer als eine zweite horizontale Ausdehnung (20) des zweiten Beleuchtungsfelds (15) ist. 3. Signallaufzeitselektives Flash-LiDAR-System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungssystem (2.1, 2.5) eine adaptive Optik (21) umfasst und die Beleuchtungsfeldsteuerungsanordnung (7.1, 7.2, 7.
3) zur Ansteuerung der adaptiven Optik (21) ausgebildet ist.
4. Signallaufzeitselektives Flash-LiDAR-System nach An spruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die adaptive Optik (21) eine Flüssigkristalloptik (25) umfasst.
5. Signallaufzeitselektives Flash-LiDAR-System nach An- spruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungssystem (2.1, ..., 2.5) eine Temperierungs einrichtung (28) für die Flüssigkristalloptik (25) um fasst.
6. Signallaufzeitselektives Flash-LiDAR-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Emitter (3.1, 3.2, 3.3) und der Flüssigkris- talloptik (25) eine Kollimationsoptik (23) angeordnet ist.
7. Signallaufzeitselektives Flash-LiDAR-System nach An- spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Emitter (3.1, 3.2, 3.3) eine erste Lichtquelle (29) und eine zweite Lichtquelle (30) umfasst, die jeweils gepulste Ausleuchtungsstrahlung (4.1, 4.2, 4.3) in un terschiedliche Raumrichtungen des Objektraums (5) abgeben und die Beleuchtungsfeldsteuerungsanordnung (7.1, 7.2, 7.3) so gestaltet ist, dass die erste Lichtquelle (29) Aus leuchtungsstrahlung (4, 4.1, 4.2, 4.3) dem ersten Be leuchtungsfeld (13) oder dem ersten Beleuchtungsfeld (13) und dem zweiten Beleuchtungsfeld (15) zuführt und die zweite Lichtquelle (30) Ausleuchtungsstrahlung (4, 4.1,
4.2, 4.3) nur dem zweiten Beleuchtungsfeld (15) zuführt.
8. Signallaufzeitselektives Flash-LiDAR-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Emitter (3.1, 3.2, 3.3) eine oberflächenemittierende IR-Laserdiode (22) umfasst.
9. Signallaufzeitselektives Flash-LiDAR-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorsteuerungseinrichtung (10.1, 10.2) so ausge bildet ist, dass die Erfassung der rückreflektierten Strahlung (6) von der ersten Messfläche (11.1, 11.2) ge genüber der Erfassung der rückreflektierten Strahlung (6) von der zweiten Messfläche (12.1, 12.2) zeitversetzt er folgt.
10. Signallaufzeitselektives Flash-LiDAR-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (8.1, 8.2, 8.3) ein Zoomsystem (24) umfasst und die Sensorsteuerungseinrichtung (10.1, 10.2) zur Anpassung eines variablen Abbildungsmaßstabs und/oder einer Fokusebene des Zoomsystems (24) an das von der Detektionseinheit (8.1, 8.2, 8.3) jeweils erfasste Be leuchtungsfeld (13, 15) ausgelegt ist.
11. Signallaufzeitselektives Flash-LiDAR-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (8.1, 8.2, 8.3) einen ersten
Bildsensor (31) mit einem an das erste Beleuchtungsfeld (13) angepassten ersten statischen Abbildungssystem (32) und eine zweiten Bildsensor (33) mit einem an das zweite Beleuchtungsfeld (15) angepassten zweiten statischen Ab bildungssystem (34) umfasst.
12. Verfahren zum Betrieb eines signallaufzeitselektiven Flash-LiDAR-Systems gemäß einem der vorhergehenden An sprüche 1 bis 11, wobei die Beleuchtungsfeldsteuerungs anordnung (7.1, 7.2, 7.3) in einer ersten Messfläche (11.1, 11.2) ein erstes Beleuchtungsfeld (13) mit einer ersten Raumwinkelausdehnung (14) und in einer zweiten Messfläche (12.1, 12.2) ein zweites Beleuchtungsfeld (15) mit einer zweiten Raumwinkelausdehnung (16) erzeugt, wo bei sich die erste Messfläche (11.1, 11.2) näher an der Detektionseinheit (8, 8.1, 8.2, 8.3) befindet als die zweite Messfläche (12.1, 12.2); und durch die Beleuch tungsfeldsteuerungsanordnung (7.1, 7.2, 7.3) die erste Raumwinkelausdehnung (14) größer als die zweite Raumwin kelausdehnung (16) eingestellt wird.
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