DE102018214586A1

DE102018214586A1 - Vorrichtung zum Empfangen von Licht zur Detektion eines Objekts

Info

Publication number: DE102018214586A1
Application number: DE102018214586.5A
Authority: DE
Inventors: Jan Niklas Caspers; Oliver Kern
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-08-29
Filing date: 2018-08-29
Publication date: 2020-03-05
Also published as: US20200072952A1; CN110927696A; US11493607B2

Abstract

Die Erfindung betrifft Vorrichtung zum Empfangen von Licht zumindest einer Wellenlänge zur Detektion eines Objekts, umfassend ein optisches Phasenarray mit einer Mehrzahl von optischen Teilphasenarrays, wobei jedes optische Teilphasenarray umfasst:- eine Mehrzahl von Antennen, und- einen Detektor zum kohärenten Empfang von Licht; und eine Auswerteeinrichtung, welche mit den optischen Teilphasenarrays verbunden ist, und die ausgebildet ist, den Winkel zu bestimmen unter dem das Objekt detektiert wird.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Empfangen von Licht zumindest einer Wellenlänge zur Detektion eines Objekts mit einem optischen Phasenarray.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Detektion eines Objekts mittels Licht zumindest einer Wellenlänge mittels eines optischen Phasenarrays.
Die Erfindung betrifft weiter ein LiDAR-System.
Stand der Technik
Ein Phasenarray ist im Wesentlichen eine phasengesteuerte Gruppenantenne mit starker Richtwirkung, die eine Bündelung von elektromagnetischer Strahlungsenergie durch die Anordnung und Verschaltung von Einzelstrahlern/-emittern erreicht. Wenn sich die Einzelstrahler unterschiedlich ansteuern lassen, ist das Antennendiagramm der Gruppenantenne elektronisch schwenkbar, sodass auf mechanisch bewegliche Teile hierfür verzichtet werden kann.
Eine Strahlformung im Fernfeld erfolgt bei Phasenarrays durch eine konstruktive und destruktive Überlagerung der von den einzelnen Emittern, meist periodisch im Array angeordneten Elementen (Antennen/Emitter) ausgestrahlten elektromagnetischen Wellen. Gegeben durch die Abstände der Einzelemitter im Array und die verwendete Wellenlänge ergeben sich im Fernfeld eine oder mehrere Positionen, an welchen die Teilwellen der Einzelemitter konstruktiv interferieren und einen Spot beziehungsweise optischen Strahl erzeugen. Diese Punkte/Richtungen werden auch als Hauptkeule und gegebenenfalls Nebenkeulen bezeichnet. Über das Einstellen der Phase der einzelnen Teilwellen lässt sich die Position und/oder Richtung, an welcher die konstruktive Überlagerung stattfindet, beeinflussen. Die Keule kann so zum Beispiel über einen Winkelbereich bewegt werden. Weiterhin ist es möglich, über die Festlegung der Einzelphasen ein nahezu beliebiges Intensitätsprofil im Fernfeld zu erzeugen. Bei Phasenarrays wird ein Teil der Leistung in den Hintergrund abgestrahlt und nicht in den Hauptstahl, sprich in die Scan- oder Detektionsrichtung.
Offenbarung der Erfindung
In einer Ausführungsform stellt die Erfindung eine Vorrichtung zum Empfangen von Licht zumindest einer Wellenlänge zur Detektion eines Objektes bereit, umfassend ein optisches Phasenarray mit einer Mehrzahl von optischen Teilphasenarrays, wobei jedes optische Teilphasenarray umfasst:

- eine Mehrzahl von Antennen, und
- einen Detektor zum kohärenten Empfang von Licht;

In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren zur Detektion eines Objekts mittels Licht zumindest einer Wellenlänge bereit, umfassend die Schritte

- Aussenden von Licht zumindest einer Wellenlänge in einem bestimmten Winkel
- Empfangen von Licht mittels eines optischen Phasenarrays mit einer Mehrzahl von optischen Teilphasenarrays, wobei jedes optische Teilphasenarray umfasst:
- ◯ eine Mehrzahl von Antennen, und
- ◯ einen Detektor zum kohärenten Empfang von Licht;
- Bestimmen zumindest eines möglichen Objektes anhand des empfangenen Lichts,
- Verifizieren eines Objekts anhand des Winkels, unter dem das mögliche Objekt detektiert wird.

In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung ein LiDAR-System mit einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-3 bereit.
Mit anderen Worten ist insbesondere der Empfangsbereich des optischen Phasenarrays in mehrere optische Teilphasenarrays aufgeteilt. Jedes dieser optischen Teilphasenarrays weist einen Detektor auf und führt den kohärenten Empfang inklusive Signalverarbeitung durch, was für jeden Detektor zu einem komplexen Spektrum führt. Die Frequenz, bei der in dem Betrags-Spektrum des komplexen Spektrums das Maximum dieses Betrags-Spektrums auftritt, ist die gesuchte Frequenz. Durch die unterschiedlichen Mitten-Positionen der optischen Teilphasenarrays ist die komplexe Amplitude dieser Frequenzen unterschiedlich. Aus der relativen Phasendifferenz zwischen Frequenzen der einzelnen optischen Teilphasenarrays kann auf den Winkel geschlossen werden, aus dem das Licht vom Objekt zurück zum optischen Phasenarray kommt, das heißt der Winkel unter dem sich ein detektiertes mögliches Objekt befindet. Insbesondere entspricht dies dem Winkel in den die Hauptkeule der Strahlformung des optischen Phasenarrays zeigt, was entsprechend überprüft werden kann. Ist dies allerdings nicht der Fall, so liegt ein „Ghost-Target“, also ein detektiertes, aber real nicht vorhandenes Objekt vor, das als solches identifiziert und entsprechend ignoriert werden kann.
Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass damit die Anzahl an falsch positiven Zielen wesentlich reduziert wird. Falsch positive Ziele, sind hierbei Punkte, die als Objekt identifiziert und in einer Punktewolke ausgegeben werden, die in der Realität aber zumindest an dieser Stelle nicht existieren. Insbesondere handelt es sich hierbei um eine Auflistung der detektierten Ziele mit beispielsweise Winkel, Entfernung, Rückstrahlstärke, et cetera. Diese Ziele beziehungsweise Detektionen können zur Visualisierung als Punkt in einem dreidimensionalen Bild der Umgebung dargestellt werden. Die Ansammlung von Punkten sind beispielsweise wolkenförmig, bilden also eine Punktewolke. Ein LiDAR-System beispielsweise glaubt also ein Objekt zu sehen, tatsächlich befindet sich dort aber kein Objekt.
Weitere Merkmale, Vorteile und weitere Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden beschrieben oder werden dadurch offenbar.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind zumindest eines, vorzugsweise mindestens zwei der Mittenpositionen von optischen Teilphasenarrays asymmetrisch im jeweiligen optischen Teilphasenarray angeordnet. Vorteil hiervon ist, dass durch die unterschiedlichen Mittenpositionen eine zuverlässige Detektion von falsch positiven Objekten beziehungsweise Zielen ermöglicht wird. Unter dem Begriff „Mittenposition“ ist insbesondere in der Beschreibung, vorzugsweise in den Ansprüchen das Phasenzentrum von kombinierten Lichteintrittspunkten zu verstehen, insbesondere die geometrische Mitte eines optischen Teilphasenarrays in der Richtung, in der die einzelnen Lichtaustrittspunkte zusammengefasst sind.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Auswerteeinrichtung zumindest einen Analog-Digital-Wandler und einen Prozessor. Damit ist eine einfache und zuverlässige Auswertung sowie einfache Implementierung möglich.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird zum Bestimmen des zumindest einen möglichen Objekts eine Frequenz bei einem Maximum des Betrags eines aufgenommenen Spektrums des empfangenen Lichts, gemittelt über die optischen Teilphasenarrays, ermittelt. Mit anderen Worten wird für jedes der abgetasteten Signale ein Spektrum gebildet. Dieses Spektrum ist insbesondere komplex, das Maximum wird dann im Betrag dieses Spektrums gesucht und die zugehörige Frequenz ermittelt. Anstatt getrennte Maximasuchen durchzuführen, werden die Betrags-Spektren gemittelt. Vorteil hiervon ist, dass das Signal-zu-Rausch-Verhältnis durch nicht-kohärente Integration dann verbessert werden kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird zum Verifizieren des möglichen Objekts als Objekt überprüft, ob ein Maximum eines Winkelspektrums bei dem bestimmten Winkel vorliegt. Damit lässt sich auf einfache und gleichzeitig zuverlässige Weise überprüfen, ob ein mögliches Objekt ein reales Objekt ist oder nicht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung werden zum Bereitstellen eines Winkelspektrums die Amplituden im Frequenzspektrum von jedem optischen Teilphasenarray bei der ermittelten Frequenz gemessen und mit vorab gemessenen Werten verknüpft, insbesondere multipliziert. Damit lässt sich auf einfache Weise ein Winkelspektrum bereitstellen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird bei einem nicht erfolgreichen Verifizieren des möglichen Objekts als Objekt ein Bestimmen einer Frequenz bei einem weiteren Maximum des aufgenommenen Spektrums des empfangenen Lichts, gemittelt über die optischen Teilphasenarrays, ermittelt. Damit können sukzessive weitere Maxima überprüft werden, ob diese einem realen Objekt zugeordnet werden können oder nicht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des LiDAR-Systems, ist dieses zum Betreiben basierend auf dem FMCW-Prinzip ausgebildet. Mittels FMCW - kurz für frequency modulated continuous wave - können über Unterschiede in Sendefrequenz- und Empfangsfrequenzrampe die Entfernung eines Objekts berechnet werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen, und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.
Figurenliste
Dabei zeigt

1 eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ein Winkelspektrum aufgenommen mit einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ein Teil einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
5 ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt in schematischer Form eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 1 ist eine Vorrichtung 1 gezeigt, umfassend ein optisches Phasenarray 2, welches hier allgemein insgesamt n optische Teilphasenarrays 31, 32, ..., 3n aufweist. Jedes Teilphasenarray 31, 32, ..., 3n weist dabei eine entsprechende Mittenposition 71, 72, ..., 7n auf. Jedes optische Teilphasenarray 31, 32, ..., 3n weist dabei insgesamt mehrere Antennen 311, 312, ... 31m; 321, 322, ..., 32m'; ... auf. Jedes der optischen Teilphasenarrays 31, 32, ... ist mit einer Fotodiode 41, 42, ..., 4n verbunden, die wiederum mit jeweils einem Analog-Digital-Konverter 51, 52, ..., 5n verbunden ist. Sämtliche Analog-Digital-Konverter 51, 52, ..., 5n sind mit einem gemeinsamen digitalen Signalprozessor 6 zur Auswertung verbunden.
In 2 ist ein Winkelspektrum, aufgenommen mit einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, gezeigt.
Im Detail ist in 2 ein Winkelspektrum 13 für n=8 nicht-äquidistant angeordnete optische Teilphasenarrays 31, ..., 38 der 1 gezeigt. Hierbei ist die jeweils gemessene Intensität 12 über dem Winkel 11 aufgetragen. Das in 2 gezeigte Spektrum 13 weist ein einzelnes Maximum 14 nur für den tatsächlichen Winkel bei 0° auf.
In 3 ist ein Teil einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Im Detail sind in 3 hier acht optische Teilphasenarrays 31, ..., 38 gezeigt. Diese empfangen unter einem Winkel 10 entsprechendes Licht. Hierbei können durch unterschiedliche Weglängen 82, 83, ..., 88 bedingt durch die unterschiedlichen Positionen der optische Teilphasenarrays 31, ..., 38 Laufzeitdifferenzen entstehen, anhand derer eine entsprechende Phasenänderung im empfangenen Licht, genauer in der komplexen Amplitude der Peaks in den jeweiligen Spektren, ermittelt werden kann. Anhand dieser wird dann der Winkel 10 geschätzt, wie weiter unten ausgeführt.
Im Folgenden wird die Vorrichtung 1 beispielhaft beschrieben anhand eines PhasenArrays 2 mit 128 Kanälen, aufgeteilt in acht optischen Teilphasenarrays 31, 32, ..., 38 mit jeweils 16 Kanälen. Es ist aber auch eine andere Anzahl von Kanälen und/oder Anzahl von optischen Teilphasenarrays möglich. Jedes dieser optischen Teilphasenarrays 31, 32, ..., 38 ist insbesondere ein vollwertiger FMCW-LiDAR-Sensor, das heißt es besitzt einen Lokal-Oszillator, dessen optisches Signal mit dem empfangenen optischen Signal überlagert wird und dadurch mit diesem auf der Fotodiode 41, 42, ..., 48 interferiert. Als Lokaloszillator wird insbesondere Licht eines Teils der Lichtleistung bezeichnet, welcher vor dem Aussenden von modulierten Laserlicht zum Beispiel über einen Splitter abgezweigt wird. Dieser Teil des Lichts wird dann mit dem empfangenen Licht wieder überlagert, wodurch es zu Interferenz zwischen den beiden kommt. Die Kombination aus beiden Teilen kann dann von einer Fotodiode detektiert werden. Im Fotostrom der Fotodiode kann ein Beat-Signal, vergleichbar mit dem Basisband-Signal bei einem FMCW-Radar, gemessen werden.
Weiter gibt es also acht parallele Pfade, wobei die Signale der Pfade getrennt abgetastet werden mittels des jeweiligen Analog-zu-Digital Wandlers 41, ..., 48 und in einer gemeinsamen Digital-Signalverarbeitungs-Einheit 6 verarbeitet werden können. Prinzipiell sind auch zunächst getrennte DSP-Einheiten 6 denkbar. In 1 werden der Übersichtlichkeit wegen darauf verzichtet, die Überlagerung mit dem Lokaloszillator zur Realisierung des FMCW-Prinzips darzustellen. Tatsächlich wird auf der Fotodiode 41, 42, ..., 48 nicht nur das empfangene Licht gemessen, sondern die Überlagerung vom empfangenen Licht mit dem Licht von einem Lokaloszillator.
Für jedes der abgetasteten Signale wird ein Spektrum gebildet. Dieses Spektrum ist insbesondere komplex, das Maximum wird dann im Betrag dieses Spektrums gesucht. Anstatt getrennte Maximasuchen durchzuführen, werden die Betrags-Spektren gemittelt, um das Signal-zu-Rausch-Verhältnis durch nicht-kohärente Integration zu verbessern. Wenn die Frequenz des Maximums im Betragsspektrum gefunden wurde, wird wieder in den komplexen Spektren der acht Fotodiodensignale die komplexe Amplitude an dieser Stelle extrahiert und abgespeichert. Man erhält also einen Vektor mit acht komplexen Werten. Diese Werte entsprechen der komplexen Amplitude an der Stelle des jeweiligen Maximums in den Betragsspektren der Signale der Fotodioden 41, 42, ..., 48. Diese komplexen Amplituden beinhalten Information über den Winkel unter dem das Licht empfangen wurde, da durch die verschiedenen Mittenpositionen 71, ..., 78 der optischen Teilphasenarrays 31, ..., 38 es zu Laufzeitdifferenzen zwischen den optischen Teilphasenarrays 31, ..., 38 kommt. Diese Laufzeitdifferenzen entsprechen einer Phasendifferenz der jeweiligen Signale wie in 3 gezeigt. Beispielweise entspricht die Phasendifferenz zwischen dem detektierten Peak, wobei sich das zugehörige unter einem Winkel 10 zur Vorrichtung 1 befindet des ganz linken optischen Teilphasenarrays 31 und dem optischen Teilphasenarray 32 im Abstand px2-px1 daneben: $Δ_{φ} = 2 π \frac{p_{x 2} - p_{x 1}}{λ} sin Θ$
Da davon ausgegangen wird, dass die Entfernung zum möglichen Objekt groß gegenüber der Größe der Vorrichtung ist, wird angenommen, dass der Winkel Θ 10 zu allen optischen Teilphasenarrays 31, ..., 38 identisch ist. Dies wird als Fernfeldnäherung bezeichnet und kann als gegeben betrachtet werden, wenn der Objektabstand insbesondere 100-fach größer als die Größe der Vorrichtung 1 ist. Wie ausgeführt ist aus der Strahlablenkung bekannt, welches der zurzeit angestrahlte Winkel 10 ist. Für jeden Winkel 10 existieren vorher abgespeicherte Phasendaten. Die abgespeicherten Daten haben die Dimension Anzahl an Elementen multipliziert mit der Anzahl an möglichen Winkeln. Durch Multiplikation mit den komplexen Messdaten, also dem Vektor der komplexen Amplituden der detektierten möglichen Objekte wird insbesondere ein Vektor der Länge der zu untersuchenden Winkel gebildet. Die Referenzdaten werden dabei komplex konjugiert. Das Ergebnis im Falle von zwei identischen Vektoren wird dadurch phasen-richtig aufsummiert und es gibt ein Maximum. Der Betrag des Ergebnisses dieser Multiplikation, aufgetragen über alle Winkel, wird als Winkelspektrum 13 bezeichnet, wie in 2 dargestellt. Diese Funktion wird insbesondere durch die Anzahl an Messdaten geteilt, also hier durch acht, um die Funktion so zu normieren, dass das Maximum 14 bei 1 liegt. Mit anderen Worten werden für jeden möglichen Winkel die Messdaten mit den Referenzdaten multipliziert. Dort, wo diese beiden Vektoren am besten übereinstimmen, ergibt sich im Winkelspektrum 13 ein Maximum 14. Wenn dieses Maximum 14 bei dem Winkel 11 liegt, welcher dem zurzeit angestrahlten Winkel 10 entspricht, dann ist das detektierte mögliche Objekt ein echtes Objekt. Wenn kein Maximum 14 existiert oder das Maximum 14 unter einem anderen Winkel auftritt, dann ist das detektierte mögliche Objekt ein falsch positives Objekt und wird ignoriert. Dieses Verfahren ist im Detail im Flussdiagramm in 4 gezeigt.
Die Mittenpositionen 71, 72, ... der optischen Teilphasenarrays 31, 32, ..., 38werden so gewählt, dass es bei der Winkelschätzung insbesondere zu keinen oder nur zu geringen Mehrdeutigkeiten kommt. Beispielweise würde ein optisches Phasenarray 2 mit den Mittenpositionen der optischen Teilphasenarrays [0 1 2 3 4 5 6 7] *16*4 µm = [0 16 32 48 64 80 96 112 128] *4 µm und bei einem Ziel-Winkel von 0° bei einer Wellenlänge von 1550 nm zu einem undifferenzierten Winkelspektrum führen. Der Positionsvektor ist dabei so zu verstehen, dass die einzelnen Antennen 311, ..., 31m; 321, ..., 32m' im Abstand von 4 µm angeordnet sind und immer 16 zu einem optischen Teilphasenarray 31, ..., 38 zusammengefasst werden. Die Mittenpositionen 71, 72, ..., 78 dieser optischen Teilphasenarrays 31, ..., 38 befinden sich also an den Stellen 16*4 µm, 32*4 µm, et cetera.
Durch eine Änderung der Mittenpositionen 71, 72, ..., 78 der einzelnen optischen Teilphasenarrays 31, ..., 38 auf [0 1*16 16+15 3*16 3*16+17 5*16 6*16 7*16] *4 µm = [0 16 31 48 64 81 96 112 128] *4 µm wird für denselben Winkel und dieselbe Wellenlänge ein Winkelspektrum 13 gemäß 2 erzeugt. Dieser Positionsvektor entspricht fast obigen, außer dass optische Teilphasenarray 32 (nach links) und das optische Teilphasenarray 34 (nach rechts) um jeweils ein Element verschoben sind. Diese Unregelmäßigkeit führt dazu, dass das Winkelspektrum weniger Mehrdeutigkeiten beinhaltet. Die Winkelschätzung für die zweite optische Teilphasenarray-Anordnung 32 ist eindeutiger und es kann einfacher eine Aussage gemacht werden, ob sich das Ziel wirklich unter dem angestrahlten Winkel 10 befindet oder nicht. Kleine Mehrdeutigkeiten oder Fast-Maxima sind nicht von großer Bedeutung, da nur detektiert werden soll, ob sich das Objekt tatsächlich in der angestrahlten Richtung befindet oder nicht. Durch Untersuchung der komplexen Amplituden einer Beat-Frequenz kann also der Winkel 10 berechnet werden, aus dem das Licht empfangen wurde. Dies kann mit bekannten Direction of Arrival Schätzverfahren, beziehungsweise dem digitalen Strahlformen, digital beamforming, durchgeführt werden. Im Detail wird also beispielsweise Beat-Frequenz detektiert. Durch die optischen Teilphasenarrays erhält man so viele komplexe Spektren wie optische Teilphasenarrays vorhanden sind. Die komplexen Amplituden dieser Beat-Frequenzen werden als Eingangsdaten für das digital beamforming verwendet. Sie werden beispielsweise mit im Vorfeld aufgenommenen Referenz- oder Kalibrierdaten verglichen und/oder korreliert. Aus dem digital beamforming erhält man ein Winkelspektrum, aus dem bestimmt werden kann, aus welcher Richtung das Ziel beziehungsweise das detektierte Objekt kam.
Eine einfache Methode ist es, im Vorfeld ein Ziel in einer bekannten Entfernung bei allen möglichen Winkeln zu vermessen und die komplexen Amplituden der Beat-Frequenzen in der Vorrichtung 1 abzuspeichern. Die abgespeicherten Daten haben also die Dimension Anzahl an optischen Teilphasenarrays 31, ..., 38 multipliziert mit der Anzahl von untersuchten Winkeln. Diese werden dann mit den gemessenen Daten multipliziert und derjenige Winkel, der im Vorfeld aufgenommenen Daten, bei dem sich das Maximum 14 ergibt, entspricht dem Winkel 10, aus dem das Licht empfangen wurde. Dieser detektierte Winkel kann dann mit dem Winkel 10 verglichen werden, in den die Hauptkeule der Strahlformung des Phasenarrays 2 gezeigt hat. Stimmen diese nicht überein, ist das vorgegebene Objekt kein reales Objekt und kann als solches markiert werden. Ebenso kann statt im Vorfeld die Empfangsphasen für alle Zielwinkel zu messen, auch der ideale Vektor von Phasenwerten berechnet werden, gemäß der oben genannten Formel.
4 zeigt ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Im Detail ist in 4 ein Flussdiagramm für den Ablauf zur Verifikation eines möglichen Objekts gezeigt.
Hierbei wird in einem ersten Schritt T1 mittels des optischen Phasenarrays 2 Licht in einem Winkel X ausgesendet.
In einem zweiten Schritt T2 wird dann Licht von einem möglichen Objekt empfangen.
In einem dritten Schritt T3 wird das mögliche Objekt in einer bestimmten Entfernung im über die optischen Teilphasenarrays 31, ..., 38 gemittelten Spektrum als Maximum identifiziert und die entsprechende Zielfrequenz festgestellt.
In einem vierten Schritt T4 werden dann die jeweiligen komplexen Amplituden im Frequenzspektrum bei jedem optischen Teilphasenarrays 31, ..., 38 bei der ermittelten Zielfrequenz gemessen.
In einem fünften Schritt T5 werden die gemessenen Amplituden mit vorhandenen Amplituden aus einer vorherigen Messung, insbesondere aus einer Datenbank in der Vorrichtung 1 entnommen, multipliziert und so ein Winkelspektrum erhalten.
In einem sechsten Schritt T6 wird dann verifiziert, ob das Maximum des Winkelspektrums bei dem Winkel X vorliegt. Ist dies der Fall wird dies als echtes Ziel beziehungsweise Objekt angesehen und wenn nicht, wird das nächste Maximum im gemittelten Spektrum gemäß Schritt T3 ermittelt.
5 zeigt ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 5 sind Schritte eines Verfahrens zur Detektion eines Objektes mittels Licht zumindest einer Wellenlänge gezeigt.
Dabei erfolgt in einem ersten Schritt S1 ein Aussenden von Licht zumindest einer Wellenlänge in einem bestimmten Winkel 10.
Weiter erfolgt in einem weiteren Schritt S2 ein Empfangen von Licht mittels eines optischen Phasenarrays mit einer Mehrzahl von optischen Teilphasenarrays.
Weiter erfolgt in einem weiteren Schritt S3 ein Bestimmen zumindest eines möglichen Objektes anhand des empfangenen Lichts.
Weiter erfolgt in einem weiteren Schritt S4 ein Verifizieren eines Objekts anhand des Winkels 10, unter dem das mögliche Objekt detektiert wird.
Zusammenfassend weist zumindest eine der Ausführungsformen der Erfindung zumindest einen der folgenden Vorteile auf:

• Reduzierung von falsch positiven Zielen.
• Einfache Implementierung.
• Hohe Zuverlässigkeit.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.

Claims

Vorrichtung (1) zum Empfangen von Licht zumindest einer Wellenlänge zur Detektion eines Objekts, umfassend ein optisches Phasenarray (2) mit einer Mehrzahl von optischen Teilphasenarrays (31, 32, ..., 3n), wobei jedes optische Teilphasenarray (31, 32, ..., 3n) umfasst: - eine Mehrzahl von Antennen (311, ..., 31m; 321, ..., 32m'; ...), und - einen Detektor (41, ..., 4n) zum kohärenten Empfang von Licht; und eine Auswerteeinrichtung (51, ..., 5n, 6), welche mit den optischen Teilphasenarrays (31, 32, ..., 3n) verbunden ist, und die ausgebildet ist, den Winkel (10) zu bestimmen unter dem das Objekt detektiert wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei zumindest eines, vorzugsweise mindestens zwei der Mittenpositionen (71, 72, ..., 7n) von optischen Teilphasenarrays (31, 32, ..., 3n) asymmetrisch im jeweiligen optischen Teilphasenarray (31, 32, ..., 3n) angeordnet sind.-
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-2, wobei die Auswerteeinrichtung (51, ..., 5n, 6) zumindest einen Analog-Digital-Wandler (51, ..., 5n) und einen Prozessor (6) umfasst.
Verfahren zur Detektion eines Objekts mittels Licht zumindest einer Wellenlänge, umfassend die Schritte - Aussenden (S1) von Licht zumindest einer Wellenlänge in einem bestimmten Winkel (10) - Empfangen (S2) von Licht mittels eines optischen Phasenarrays (2) mit einer Mehrzahl von optischen Teilphasenarrays (31, 32, ..., 3n), wobei jedes optische Teilphasenarray (31, 32, ..., 3n) umfasst: ◯ eine Mehrzahl von Antennen (311, ..., 31m; 321, ..., 32m'; ...), und ◯ einen Detektor (41, ..., 4n) zum kohärenten Empfang von Licht; - Bestimmen (S3) zumindest eines möglichen Objektes anhand des empfangenen Lichts, - Verifizieren (S4) eines Objekts anhand des Winkels (10), unter dem das mögliche Objekt detektiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei zum Bestimmen (S3) des zumindest einen möglichen Objekts eine Frequenz bei einem Maximum des Betrags eines aufgenommenen Spektrums des empfangenen Lichts gemittelt über die optischen Teilphasenarrays (31, 32, ..., 3n) ermittelt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4-5, wobei zum Verifizieren (S4) des möglichen Objekts als Objekt überprüft wird, ob ein Maximum eines Winkelspektrums (13) bei dem bestimmten Winkel (10) vorliegt.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei zum Bereitstellen eines Winkelspektrums (13) die Amplituden im Frequenzspektrum von jedem optischen Teilphasenarray (31, 32, ..., 3n) bei der ermittelten Frequenz gemessen werden und mit vorab gemessenen Werten verknüpft, insbesondere multipliziert, werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4-7, wobei bei einem nicht erfolgreichen Verifizieren des möglichen Objekts als Objekt ein Bestimmen einer Frequenz bei einem weiteren Maximum des aufgenommenen Spektrums des empfangenen Lichts gemittelt über die optischen Teilphasenarrays (31, 32, ..., 3n) ermittelt wird.
LiDAR-System mit einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-3.
LiDAR-System gemäß Anspruch 9, ausgebildet zum Betreiben basierend auf dem FMCW-Prinzip.