DE102021131253A1

DE102021131253A1 - Optisches Interferometer, Laser-Steuereinrichtung, Sendeeinrichtung für ein LiDAR-System, LiDAR-System, Fahrzeug mit wenigstens einem LiDAR-System und Verfahren zum Betreiben eines optischen Interferometers

Info

Publication number: DE102021131253A1
Application number: DE102021131253.1A
Authority: DE
Inventors: Christoph Parl; Bernd Bertschinger; Thomas Schuler; Thorsten Beuth
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2021-11-29
Filing date: 2021-11-29
Publication date: 2023-06-01
Also published as: WO2023094443A1; CN118339477A

Abstract

Es werden ein optisches Interferometer (40), insbesondere für ein LiDAR-System (12), insbesondere für eine Laser-Steuereinrichtung (36) für wenigstens einen Laser (30) wenigstens eines LiDAR-Systems (12), insbesondere für ein Fahrzeug (10), eine Laser-Steuereinrichtung (36), eine Sendeeinrichtung (24), ein LiDAR-System (12) und ein Fahrzeug (10) beschrieben. Das optische Interferometer (40) umfasst wenigstens zwei optischen Zweigen (48, 50) zum Führen von optischen Wellen (38). In wenigstens einem der wenigstens zwei optischen Zweige (48, 50) ist wenigstens ein optischer Mikroresonator (58) angeordnet zum Verzögern von optischen Wellen (38) in dem entsprechenden wenigstens einen optischen Zweig (48).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein optisches Interferometer, insbesondere für ein LiDAR-System, insbesondere für eine Laser-Steuereinrichtung für wenigstens einen Laser wenigstens eines LiDAR-Systems, insbesondere für ein Fahrzeug, mit wenigstens zwei optischen Zweigen zum Führen von optischen Wellen.
Ferner betrifft die Erfindung eine Laser-Steuereinrichtung für wenigstens einen Laser, insbesondere für wenigstens einen Laser für wenigstens ein LiDAR-System, insbesondere für wenigstens ein Fahrzeug, mit wenigstens einem optischen Interferometer zur interferometrischen Behandlung von mit dem wenigstens einen Laser erzeugten Laserwellen, mit wenigstens einem Auswertemittel zum Ermitteln von Steuergrößen aus mit dem wenigstens einen Interferometer interferometrisch behandelten Laserwellen und mit wenigstens einem Steuermittel zum Steuern des wenigstens einen Lasers auf Basis von mit wenigstens einem Auswertemittel ermittelten Steuergrößen.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Sendeeinrichtung für ein LiDAR-System, insbesondere für ein Fahrzeug, mit wenigstens einem Laser zur Erzeugung von Laserwellen und mit wenigstens einer Laser-Steuereinrichtung zur Steuerung des wenigstens einen Lasers.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein LiDAR-System, insbesondere für wenigstens ein Fahrzeug, mit wenigstens einer Sendeeinrichtung zum Senden von optischen Wellen in wenigstens einen Überwachungsbereich, mit wenigstens einer Empfangseinrichtung zum Empfangen von optischen Wellen aus dem wenigstens einen Überwachungsbereich und mit wenigstens einer Steuer- und Auswerteeinrichtung zum Steuern der wenigstens einen Sendeeinrichtung und der wenigstens einen Empfangseinrichtung und zum Auswerten von mit der Empfangseinrichtung ermittelten Empfangsgrößen.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit wenigstens einem LiDAR-System.
Im Übrigen betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines optischen Interferometers, insbesondere für ein LiDAR-System, insbesondere für eine Laser-Steuereinrichtung für wenigstens einen Laser wenigstens eines LiDAR-Systems, insbesondere für ein Fahrzeug, bei dem optische Wellen in wenigstens zwei optische Zweige aufgeteilt werden, die optischen Wellen jeweils in den optischen Zweigen geführt werden, wobei die optischen Wellen in wenigstens einem der wenigstens zwei Zweige verzögert werden.
Stand der Technik
Aus der US 2020/0018857 A1 ist ein LIDAR-System bekannt. Das LIDAR-System umfasst eine Kommunikationsverbindung, die eine oder mehrere optische Fasern umfasst oder aus diesen besteht, die Daten zwischen einem LIDAR-Chip und einer entfernten Elektronik übertragen. Der LIDAR-Chip enthält einen Laserresonator. Der Laserresonator enthält eine Lichtquelle, die ein Verstärkungsmedium für einen Laser enthalten kann oder aus einem solchen besteht. Der Chip enthält einen Steuerzweig zur Steuerung des Betriebs des Laserresonators. Der Steuerzweig enthält einen Richtungskoppler, der einen Teil des ausgehenden LIDAR-Signals von einem Versorgungshohlleiter auf einen Steuerhohlleiter umleitet. Der Steuerhohlleiter führt das abgegriffene Signal zu einem Interferometer, das das abgegriffene Signal aufspaltet und dann die verschiedenen Teile des abgegriffenen Signals mit einer Phasendifferenz zwischen den Teilen des abgegriffenen Signals rekombiniert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Interferometer, eine Laser-Steuereinrichtung, eine Sendeeinrichtung, ein LiDAR-System, ein Fahrzeug und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu gestalten, bei denen das optische Interferometer besser, insbesondere kompakter und/oder robuster und/oder leistungsfähiger, realisiert werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Interferometer dadurch gelöst, dass in wenigstens einem der wenigstens zwei optischen Zweige wenigstens ein optischer Mikroresonator angeordnet ist zum Verzögern von optischen Wellen in dem entsprechenden wenigstens einen optischen Zweig.
Erfindungsgemäß wird zur Verzögerung der optischen Wellen bei dem optischen Interferometer ein optisches Verzögerungsglied in Form eines optischen Mikroresonators verwendet. Mit der Verzögerung kann ein Arbeitspunkt des Interferometers vorgegeben werden.
Mit optischen Mikroresonatoren können optische Wellen mehrere Mikrosekunden gehalten werden, und dadurch eine entsprechende Verzögerungen erzeugt werden. Dabei bleiben die optischen Eigenschaften wie Kohärenz, Phase und Polarisierung der optischen Wellen in dem optischen Mikroresonator erhalten.
Optische Mikroresonatoren können deutlich kompakter realisiert werden als optische Verzögerungsglieder in Form von externen Lichtwellenleitern.
Bei der Verwendung in Verbindung mit LiDAR-Systemen für Fahrzeuge können die optischen Mikroresonatoren Flächen im Bereich von wenigen Quadratmikrometern einnehmen. Um vergleichbare Verzögerungen zu erreichen, sind bei Lichtwellenleitern mehrere Quadratmillimeter erforderlich. Mit optischen Mikroresonatoren kann das erfindungsgemäße Interferometer deutlich kompakter realisiert werden. Derart kompakte Interferometer sind besonders geeignet zur Verbindung mit Integrierten Optiken, sogenannten Photonic Integrated Circuits (PIC).
Durch die Verwendung von optischen Mikroresonatoren statt Lichtwellenleitern als Verzögerungsglieder können außerdem die Kosten für das Interferometer verringert werden.
Ferner können optische Mikroresonatoren mit einer größeren mechanischen Stabilität als von Lichtwellenleiter realisiert werden. Zudem können optische Mikroresonatoren mit geringeren Kopplungsverlusten betrieben werden als Lichtwellenleiter. Schließlich können optische Mikroresonatoren im Unterschied zu Lichtwellenleitern so ausgestaltet sein, dass diese auch nach der Montage, insbesondere auch während des Betriebs, eingestellt werden können.
„Optisch“ im Sinne der Erfindung bezieht sich auf sichtbare und unsichtbare Bereiche von elektromagnetischen Wellen, insbesondere Lichtwellen. Die mit „optisch“ bezeichneten Bauteile sind entsprechend zur Verwendung im Zusammenhang mit sichtbaren und unsichtbaren Bereichen von elektromagnetischen Wellen geeignet. Bei den mit dem optischen Interferometer interferometrisch behandelten optischen Wellen kann es sich um Lichtwellen, insbesondere Laserwellen, im sichtbaren oder im unsichtbaren Bereich handeln.
Mit dem optischen Interferometer können durch Überlagerung von mit den wenigstens zwei optischen Zweigen geführten optischen Wellen Interferenzsignale erzeugt werden. Mit den Interferenzsignalen können Eigenschaften von optischen Wellen, die dem optischen Interferometer zugeführt werden, insbesondere Wellenlänge, Phase und/oder Polarisierung, charakterisiert werden. So können die Interferenzsignale bei der Verwendung des Interferometers in Verbindung mit einer Laser-Steuereinrichtung zur Steuerung des Lasers verwendet werden.
Vorteilhafterweise kann das Interferometer wenigstens einen Einkoppler, insbesondere einen Strahlteiler oder dergleichen, am Anfang der wenigstens zwei optischen Zweige aufweisen. Mit dem wenigstens einen Einkoppler können optische Wellen in die wenigstens zwei optischen Zweige eingekoppelt werden. Die optischen Wellen können mit dem wenigstens einen Einkoppler auf die wenigstens zwei optischen Zweige aufgeteilt werden.
Vorteilhafterweise kann das Interferometer wenigstens einen Auskoppler, insbesondere ein Strahlteiler, am Ende der wenigstens zwei optischen Zweige aufweisen. Mit dem wenigstens einen Auskoppler können optische Wellen aus den wenigstens zwei optischen Zweigen zusammengeführt werden. Die optischen Wellen aus dem wenigstens zwei optischen Zweigen können mit dem wenigstens einen Auskoppler überlagert werden. Dabei kann aus den überlagerten optischen Wellen ein Interferenzsignal gebildet werden.
Vorteilhafterweise kann das Interferometer in Verbindung mit einem Light-Detectionand-Ranging-System (LiDAR) verwendet werden. Auf diese Weise können optische Wellen, die mit dem LiDAR-Systemen zur Überwachung eines Überwachungsbereichs verwendet werden, mit dem Interferometer interferometrisch behandelt werden. So können mit dem Interferometer interferometrisch behandelte optische Wellen, insbesondere Interferenzsignale, zur Steuerung von Funktionen des LiDAR-Systems eingesetzt werden.
Vorteilhafterweise kann das Interferometer in Verbindung mit einem frequenzmodulierten Dauerstrich-LiDAR-System, welches im englischsprachigen als frequency modulated continuous wave (FMCW)-LiDAR-System bezeichnet wird, verwendet werden. Mithilfe des Interferometers, insbesondere mithilfe von mit dem Interferometer ermittelten Interferenzsignalen, können die Ausgangswellenlänge einer Quelle für die optischen Wellen, insbesondere eines Lasers, des FMCW-LiDAR-Systems genauer gesteuert werden.
Vorteilhafterweise kann das optische Interferometer bei einer Laser-Steuereinrichtung für wenigstens einen Laser wenigstens eines LiDAR-Systems verwendet werden. Auf diese Weise können aus mit dem wenigstens einen Laser erzeugten und dem Interferometer interferometrisch behandelten Laserwellen Steuergrößen zur Steuerung des Lasers ermittelt werden. So kann mithilfe der Laser-Steuereinrichtung auf Basis der mit dem optischen Interferometer interferometrisch behandelten Laserwellen der wenigstens eine Laser gesteuert, insbesondere geregelt, werden.
Bei der Verwendung des Interferometers bei einer Laser-Steuereinrichtung für wenigstens einen Laser eines LiDAR-Systems sollte die mit dem Verzögerungsglied erreichte Verzögerungsstrecke einen Bruchteil der Maximalreichweite des LiDAR-Systems, insbesondere die Hälfte der Maximalreichweite des LiDAR-Systems, sein. Mit dem erfindungsgemäßen optischen Verzögerungsglied in Form eines optischen Mikroresonators können Verzögerungen der optischen Wellen erreicht werden, die bei einem LiDAR-System mit mehreren hundert Metern Reichweite erforderlich sind. Um diese Verzögerung mit Verzögerungsgliedern in Form von Lichtwellenleitern zu erreichen, wäre ein deutlich größerer Aufwand, insbesondere ein größerer Platzbedarf und höhere Kosten, erforderlich.
Vorteilhafterweise kann der wenigstens eine Laser ein Diodenlaser sein. Diodenlaser können besonders kompakt realisiert werden. Vorteilhafterweise kann der wenigstens eine Laser wenigstens einen Oberflächenemitter aufweisen oder daraus bestehen. Auf diese Weise kann der wenigstens eine Laser noch kompakter realisiert werden. Ein Oberflächenemitter, im englischen auch als vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) bezeichnet, ist ein Halbleiterlaser, bei dem das Licht senkrecht zur Ebene des Halbleiterchips abgestrahlt wird.
Vorteilhafterweise kann die Erfindung bei Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, verwendet werden. Vorteilhafterweise kann die Erfindung bei Landfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bussen, Motorrädern oder dergleichen, Luftfahrzeugen, insbesondere Drohnen, und/oder Wasserfahrzeugen verwendet werden. Die Erfindung kann auch bei Fahrzeugen eingesetzt werden, die autonom oder wenigstens teilautonom betrieben werden können. Die Erfindung ist jedoch nicht beschränkt auf Fahrzeuge. Sie kann auch im stationären Betrieb, in der Robotik und/oder bei Maschinen, insbesondere Bau- oder Transportmaschinen, wie Kränen, Baggern oder dergleichen, eingesetzt werden.
Vorteilhafterweise kann das optische Interferometer für ein LiDAR-System eines Fahrzeugs verwendet werden. Mit dem LiDAR-System kann die Umgebung und/oder der Innenraum des Fahrzeugs überwacht werden.
Das LiDAR-System kann vorteilhafterweise mit wenigstens einer elektronischen Steuervorrichtung eines Fahrzeugs oder einer Maschine, insbesondere einem Fahrerassistenzsystem oder dergleichen, verbunden oder Teil einer solchen sein. Auf diese Weise kann wenigstens ein Teil der Funktionen des Fahrzeugs oder der Maschine autonom oder teilautonom ausgeführt werden.
Das LiDAR-System kann zur Erfassung von stehenden oder bewegten Objekten, insbesondere Fahrzeugen, Personen, Tieren, Pflanzen, Hindernissen, Fahrbahnunebenheiten, insbesondere Schlaglöchern oder Steinen, Fahrbahnbegrenzungen, Verkehrszeichen, Freiräumen, insbesondere Parklücken, Niederschlag oder dergleichen, und/oder von Bewegungen und/oder Gesten eingesetzt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein optischer Mikroresonator ein Wanderwellenresonator, ein optischer Flüstergalerie-Resonator und/oder ein Ringresonator, insbesondere ein integrierter Ringresonator, sein und/oder das optische Interferometer als Teil eines integrierten optischen Systems realisiert sein. Auf diese Weise kann das Interferometer noch kompakter realisiert werden.
Mit einem Wanderwellenresonator können stehende Wellen erzeugt werden.
In einem Flüstergalerie-Resonator können optische Wellen für eine definierte Zeit eingeschlossen werden.
Bei einem Ringresonator können die Wellen auf einem umlaufenden Ausbreitungsweg entlang des Umfangs des Rings geführt werden, wobei die Totalreflexion an der Umfangsseite des Ringresonators und die konstruktive Interferenz der umlaufenden optischen Welle zu Flüstergalerie-Moden führen. Integrierte Ringresonatoren können kompakter realisiert werden. So kann insgesamt der Platzbedarf des Interferometers weiter verringert werden.
Vorteilhafterweise kann der optische Mikroresonator ein optischer Flüstergalerie-Resonator in Form eines integrierten Wanderwellen-Ringresonators sein. Auf diese Weise kann das Verzögerungsglied in Form des optischen Mikroresonators besonders kompakt und leistungsfähig ausgestaltet sein.
Zusätzlich oder alternativ kann vorteilhafterweise das optische Interferometer als Teil eines integrierten optischen Systems realisiert sein. Auf diese Weise können das optische Interferometer und etwaige weitere Bauteile, insbesondere eines LiDAR-Systems, insgesamt kompakter aufgebaut werden.
Für integrierte optische Systeme kann auch die Bezeichnung „Integrierte Optik“ oder im englischsprachigen „Photonic Integrated Circuit“ (PIC) verwendet werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können in wenigstens einem der optischen Zweige wenigstens zwei optische Mikroresonatoren funktional parallel angeordnet sein und/oder in wenigstens einem der optischen Zweige wenigstens zwei optische Mikroresonatoren funktional seriell angeordnet sein. Auf diese Weise kann die Verzögerung für optische Wellen noch genauer eingestellt werden. Eine serielle Anordnung von mehreren optischen Verzögerungsgliedern ermöglicht eine Verlängerung der Verzögerungsdauern.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens einem optischen Mikroresonator wenigstens ein Einstellmittel zugeordnet sein. Mit dem wenigstens einen Einstellmittel kann die Verzögerung für optische Wellen, die mit dem wenigstens einen optischen Mikroresonators erzielt wird, eingestellt werden.
Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Einstellmittel geeignet sein zur Änderung eines Wellenwiderstands des optischen Mikroresonators. Mithilfe von Änderungen des Wellenwiderstands können die Zeitpunkte für die Einkopplung von optischen Wellen in den optischen Mikroresonator und der Auskopplung aus dem optischen Mikroresonator vorgegeben werden. Damit können auch Einschlusszeiten von optischen Wellen in dem optischen Mikroresonator und somit Verzögerungsdauern definiert werden.
Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Einstellmittel wenigstens ein Temperaturänderungsmittel aufweisen. Auf diese Weise kann die Temperatur des wenigstens einen optischen Mikroresonators eingestellt werden. Temperaturänderungen können Änderungen des Wellenwiderstands bewirken. So können über Temperaturänderungen Zeitpunkte der Einkopplung und der Auskopplung der optischen Welle und damit Verzögerungsdauern eingestellt werden.
Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei der Laser-Steuereinrichtung dadurch gelöst, dass die Laser-Steuereinrichtung wenigstens ein erfindungsgemäßes Interferometer aufweist.
Erfindungsgemäß weist die Laser-Steuereinrichtung ein Interferometer auf, bei welchem wenigstens ein optischer Mikroresonator als Verzögerungsglied in wenigstens einem der optischen Zweige angeordnet ist.
Auf diese Weise kann die Laser-Steuereinrichtung sehr kompakt realisiert werden. Außerdem kann das wenigstens eine Interferometer mit dem wenigstens einen optischen Mikroresonator präzise eingestellt werden. Der wenigstens eine optische Mikroresonator kann auch so ausgestaltet sein, dass dieser und damit der Arbeitspunkt des wenigstens einen Interferometers auch nach dem Einbau noch angepasst werden kann. So kann die Steuerung des wenigstens einen Lasers weiter verbessert werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann hinter wenigstens einem Ausgang wenigstens eines Interferometers wenigstens ein elektrooptischer Detektor angeordnet sein, welcher mit wenigstens einem Auswertemittel der Laser-Steuereinrichtung signaltechnisch verbunden sein kann. Mit dem wenigstens einen elektrooptischen Detektor können mit dem Interferometer interferometrisch behandelte optische Wellen, insbesondere optische Interferenzsignale, am Ausgang des wenigstens einen Interferometers in elektrische Signale umgewandelt werden. Die elektrischen Signale können an das wenigstens eine Auswertemittel übermittelt werden. Die elektrischen Signale können mit dem wenigstens einen Auswertemittel insbesondere zu Steuergrößen verarbeitet werden.
Vorteilhafterweise kann das wenigstens eine Auswertemittel ein elektronisches Auswertemittel sein. Mit dem wenigstens einen elektronischen Auswertemittel können aus elektrischen Signalen, die von dem wenigstens einen elektrooptischen Detektor kommen, elektrische Steuergrößen ermittelt werden. Mit den elektrischen Steuergrößen kann der wenigstens eine Laser gesteuert werden. Insbesondere kann so Ausgangswellenlänge von mit dem wenigstens einen Laser erzeugten Laserwellen eingestellt und geregelt werden.
Vorteilhafterweise kann der wenigstens eine elektrooptische Detektor als Punktdetektor, insbesondere als Fotodiode oder dergleichen, Liniendetektor, insbesondere als Diodenarray oder dergleichen, oder Flächendetektor, insbesondere als CCD-Array oder Active-Pixel Array oder dergleichen, ausgestaltet sein. Auf diese Weise kann die Auswahl für den wenigstens einen elektrooptischen Detektors an die Ausgestaltung und/oder den Verwendungszweck des Interferometers angepasst werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Auswertemittel der Laser-Steuereinrichtung und/oder wenigstens ein Steuermittel der Laser-Steuereinrichtung wenigstens teilweise mit Mitteln einer Steuer- und Auswerteeinrichtung wenigstens eines LiDAR-Systems realisiert sein. Auf diese Weise können das wenigstens eine Auswertemittel und/oder das wenigstens eine Steuermittel und wenigstens eine Steuer- und Auswerteeinrichtung kompakter realisiert sein. Außerdem können in der Steuer- und Auswerteeinrichtung des wenigstens einen LiDAR-Systems ohnehin vorhandene Bauteile, insbesondere Prozessoren und/oder Softwareroutinen oder dergleichen, zur Realisierung des wenigstens einen Auswertemittels und/oder des wenigstens einen Steuermittels verwendet werden.
Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Auswertemittel der der Laser-Steuereinrichtung und/oder wenigstens ein Steuermittel der Laser-Steuereinrichtung wenigstens teilweise in eine Steuer- und Auswerteeinrichtung wenigstens eines LiDAR-Systems integriert sein. Auf diese Weise kann das LiDAR-Systeme insgesamt noch kompakter ausgestaltet werden.
Vorteilhafterweise können das wenigstens eine Auswertemittel, das wenigstens eine Steuermittel und/oder die wenigstens eine Steuer- und Auswerteeinrichtung auf softwaremäßigem und/oder hardwaremäßigem Wege realisiert sein. Auf diese Weise kann das wenigstens eine LiDAR-Systeme insgesamt kompakter und leistungsfähiger realisiert werden.
Außerdem wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei der Sendeeinrichtung dadurch gelöst, dass die Sendeeinrichtung wenigstens eine erfindungsgemäße Laser-Steuereinrichtung aufweist.
Erfindungsgemäß weist die Sendeeinrichtung wenigstens eine erfindungsgemäße Laser-Steuereinrichtung zur Steuerung wenigstens eines Lasers mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Interferometer auf. Das erfindungsgemäße wenigstens eine Interferometer weist wenigstens einen optischen Mikroresonator als Verzögerungsglied auf. Mit dem erfindungsgemäßen Interferometer können präzise Informationen über die mit dem wenigstens einen Laser erzeugten Laserwellen ermittelt werden. Auf Basis dieser Informationen kann der wenigstens eine Laser genauer gesteuert werden.
Insgesamt kann die Sendeeinrichtung durch die Verwendung von wenigstens einem optischen Mikroresonator als Verzögerungsglied kompakter aufgebaut werden. Außerdem kann die Sendeeinrichtung mechanisch stabiler realisiert werden als bei der Verwendung mit Lichtwellenleitern als Verzögerungsglieder.
Ferner können optische Mikroresonatoren im Unterschied zu Lichtwellenleitern auch so ausgestaltet sein, dass diese während des Betriebs der Sendeeinrichtung eingestellt werden können. So kann auch während des Betriebs die Einstellung des wenigstens einen Lasers, insbesondere die Ausgangswellenlänge der erzeugten Laserwellen, verändert werden. Insbesondere die Ausgangswellenlänge mit der wenigstens einen Laser-Steuereinrichtung geregelt werden. Abweichungen der Ausgangswellenlänge von einer Soll-Ausgangswellenlänge können mithilfe des erfindungsgemäßen Interferometers erfasst werden. Bei Vorliegen von Abweichungen kann der wenigstens eine Laser mit der wenigstens einen Laser-Steuereinrichtung entsprechend geregelt werden. So können betriebs- und/oder umweltbedingte Einflüsse, insbesondere Temperatureinflüsse, auf den wenigstens einen Laser, insbesondere auf die Eigenschaften der mit dem wenigstens einen Laser erzeugten Laserwellen, kompensiert werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann zwischen wenigstens einem Laser und wenigstens einem Interferometer der wenigstens einen Laser-Steuereinrichtung wenigstens ein optisches Abzweigmittel, insbesondere wenigstens ein Strahlteiler, zum Aufteilen der mit dem wenigstens einen Laser erzeugten Laserwellen angeordnet sein. Mit dem wenigstens einen optischen Abzweigmittel können Laserwellen aufgeteilt werden. Ein Teil der Laserwellen kann zu dem Interferometer geleitet werden. Dieser Teil der Laserwellen kann mit dem wenigstens einen Interferometer interferometrisch behandelt werden. Auf diese Weise kann der wenigstens eine Laser mit der wenigstens einen Laser-Steuereinrichtung auf Basis der mit dem wenigstens einen Laser erzeugten Laserwellen geregelt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Sendeeinrichtung wenigstens teilweise als Integrierte Optik realisiert sein. Auf diese Weise kann die Sendeeinrichtung kompakter aufgebaut werden.
Als Integrierte Optik realisierte Teile der Sendeeinrichtung können mit anderen als Integrierte Optiken realisierten Teilen, insbesondere wenigstens einer Empfangseinrichtung, des LiDAR-Systems kombiniert werden. Auf diese Weise kann das LiDAR-Systeme noch kompakter aufgebaut werden.
Des Weiteren wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem LiDAR-System dadurch gelöst, dass das LiDAR-System wenigstens eine erfindungsgemäße Sendeeinrichtung aufweist.
Erfindungsgemäß weist das LiDAR-System wenigstens eine Sendeeinrichtung mit wenigstens einer Laser-Steuereinrichtung auf, welche wenigstens ein erfindungsgemäßes Interferometer umfasst. Das wenigstens eine erfindungsgemäße Interferometer verfügt über wenigstens einen optischen Mikroresonator als optisches Verzögerungsglied. Durch die Verwendung von optischen Mikroresonatoren kann das LiDAR-System insgesamt kompakter und robuster realisiert werden. Ferner kann das LiDAR-System, insbesondere wenigstens ein Laser des LiDAR-Systems, genauer gesteuert werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann das wenigstens eine LiDAR-System wenigstens teilweise als Integrierte Optik realisiert sein. Auf diese Weise kann das LiDAR-System noch kompakter aufgebaut werden.
Darüber hinaus wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Fahrzeug dadurch gelöst, dass das Fahrzeug wenigstens ein erfindungsgemäßes LiDAR-System aufweist.
Erfindungsgemäß weist wenigstens ein LiDAR-System des Fahrzeugs wenigstens eine Sendeeinrichtung mit wenigstens einer Laser-Steuereinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Interferometer auf. Das wenigstens eine erfindungsgemäße Interferometer verfügt über wenigstens einen optischen Mikroresonator als optisches Verzögerungsglied. Durch die Verwendung von optischen Mikroresonatoren kann das LiDAR-System insgesamt kompakter und robuster realisiert werden. Ferner kann das LiDAR-System, insbesondere der wenigstens eine Laser des LiDAR-Systems, genauer gesteuert werden.
Vorteilhafterweise kann das Fahrzeug wenigstens ein Fahrerassistenzsystem aufweisen. Mithilfe eines Fahrerassistenzsystems kann das Fahrzeug autonom oder teilautonom betrieben werden.
Vorteilhafterweise kann wenigstens ein LiDAR-System des Fahrzeugs funktional mit wenigstens einem Fahrerassistenzsystem verbunden sein. Auf diese Weise können Informationen über wenigstens einen Überwachungsbereich, insbesondere Entfernungen, Richtungen und/oder Geschwindigkeiten von erfassten Objekt, die mit dem wenigstens einen LiDAR-Systemen ermittelt werden, mit dem wenigstens einen Fahrerassistenzsystem zur Steuerung eines autonomen oder teilautonomen Betrieb des Fahrzeugs herangezogen werden.
Im Übrigen wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Verfahren dadurch gelöst, dass in wenigstens einem optischen Zweig die optischen Wellen zur Verzögerung reflektiert werden.
Erfindungsgemäß werden die optischen Wellen zur Verzögerung für eine bestimmte Zeit in dem wenigstens einen optischen Zweig, insbesondere in wenigstens einem optischen Mikroresonator, reflektiert. Durch die Reflexion wird ein Weg für die optischen Wellen in dem wenigstens einen Mikroresonator vergrößert, was einer entsprechenden Vergrößerung der Verweildauer der optischen Wellen in dem wenigstens einen optischen Mikroresonator und somit zu einer Verzögerung führt. Durch die Reflexion kann der Platzbedarf des wenigstens einen optischen Resonators zur Verzögerung der optischen Wellen im Unterschied zu der Verwendung von Verzögerungsstrecken in Form von Lichtwellenleitern verkleinert werden. So kann insgesamt das optische Interferometer kompakter aufgebaut werden. Bei gleichen Abmessungen können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren größere Vergrößerungsstrecken realisiert werden, als bei der Verwendung von externen Lichtwellenleitern als Verzögerungsglieder.
Vorteilhafterweise kann in wenigstens einem der optischen Zweige für die optische Welle eine optische Wanderwellen und/oder eine optische Flüstergalerie-Mode erzeugt werden. Auf diese Weise kann die optische Welle unter Beibehaltung der optischen Eigenschaften wie Kohärenz, Phase und Polarisierung gezielt verzögert werden.
Vorteilhafterweise kann die optische Welle an Grenzflächen eines ringförmigen optischen Mikroresonators total reflektiert werden und aus der Interferenz von umlaufenden optischen Wellen optische Flüstergalerie-Moden erzeugt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die Verzögerungsdauer für die optische Welle in dem wenigstens einen optischen Zweig eingestellt werden. Über die Verzögerungsdauer kann ein Arbeitspunkt des Interferometers eingestellt werden.
Vorteilhafterweise kann eine optische Welle am Ausgang des Interferometers zur Steuerung eines Lasers verwendet werden. Auf diese Weise kann mithilfe des Interferometers die mit dem Laser erzeugte Laserwelle eingestellt, insbesondere die Ausgangswellenlänge gesteuert, insbesondere geregelt, werden.
Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Interferometer, der erfindungsgemäßen Laser-Steuereinrichtung, der erfindungsgemäßen Sendeeinrichtung, dem erfindungsgemäßen LiDAR-System, dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und dem erfindungsgemäßen Verfahren und deren jeweiligen vorteilhaften Ausgestaltungen aufgezeigten Merkmale und Vorteile untereinander entsprechend und umgekehrt. Die einzelnen Merkmale und Vorteile können selbstverständlich untereinander kombiniert werden, wobei sich weitere vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
Figurenliste
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch

1 eine Vorderansicht eines Fahrzeugs mit einem Fahrerassistenzsystem und einem LiDAR-System zur Überwachung eines Überwachungsbereichs in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug;
2 eine Funktionsdarstellung des LiDAR-Systems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und des Fahrerassistenzsystems des Fahrzeugs aus der 1;
3 eine Darstellung eines Einschlusses von Lasersignalen in einem optischen Mikroresonator eines Interferometers einer Laser-Steuereinrichtung des LiDAR-Systems aus den 2 als strahlenoptisches Modell;
4 eine Darstellung des Einschlusses von Lasersignalen in dem optischen Mikroresonator aus der 3 als wellenoptisches Modell;
5 eine Funktionsdarstellung eines LiDAR-Systems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und des Fahrerassistenzsystems des Fahrzeugs aus der 1;
6 ein Interferometer eines LiDAR-Systems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
7 ein Interferometer eines LiDAR-Systems gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In der 1 ist ein Fahrzeug 10 in Form eines Personenkraftwagens in der Vorderansicht gezeigt. Das Fahrzeug 10 umfasst ein LiDAR-System 12 und ein Fahrerassistenzsystem 14. In der 2 ist ein Funktionsschaubild des LiDAR-Systems 12 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und des Fahrerassistenzsystems 14 in dem Fahrzeug 10 gezeigt.
Das LiDAR-System 12 ist beispielhaft in der vorderen Stoßstange des Fahrzeugs 10 angeordnet. Das LiDAR-Systemen 12 ist in einen Überwachungsbereich 16 in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug 10 gerichtet. Mit dem LiDAR-System 12 kann der Überwachungsbereich 16 beispielsweise auf Objekte 18 hin überwacht werden. Das LiDAR-System 12 kann auch an anderer Stelle des Fahrzeugs 10 auch anders ausgerichtet angeordnet sein. Das Fahrzeug 10 kann auch mehrere identische, ähnliche oder unterschiedliche LiDAR-Systeme 12 aufweisen.
Mit dem LiDAR-System 12 können stehende oder bewegte Objekte 18, beispielsweise Fahrzeuge, Personen, Tiere, Pflanzen, Hindernisse, Fahrbahnunebenheiten, beispielsweise Schlaglöcher oder Steine, Fahrbahnbegrenzungen, Verkehrszeichen, Freiräume, insbesondere Parklücken, Niederschlag oder dergleichen, und/oder Bewegungen von Objekten 18 und/oder Gesten erfasst werden.
Mit dem LiDAR-System 12 können Informationen über Objekte 18, beispielsweise Entfernungen, Richtungen und/oder Geschwindigkeiten von erfassten Objekten 18 relativ zu dem LiDAR-System 12 und damit relativ zu dem Fahrzeug 10, ermittelt werden.
Das LiDAR-System 12 ist funktional mit dem Fahrerassistenzsystem 14 verbunden. Über die Verbindung können Informationen aus dem Überwachungsbereich 16, welche mit dem LiDAR-System 12 gewonnen werden können, an das Fahrerassistenzsystem 14 übermittelt werden.
Mit dem Fahrassistenzsystem 14 können Funktionen des Fahrzeugs 10, beispielsweise Fahrfunktionen, beispielsweise unter anderem auf Basis der mit dem LiDAR-System 12 gewonnen Informationen autonom oder teilautonom gesteuert werden.
Das LiDAR-System 12 ist beispielhaft als sogenanntes FMCW-LiDAR-System ausgestaltet. Mit dem LiDAR-System 12 können optische Sendesignale 20 in Form von optischen Wellen, nämlich Laserwellen, in den Überwachungsbereich 16 gesendet werden. Bei den Sendesignalen 20 handelt es sich um frequenzmodulierte Dauerstrichsignale (FMCW).
Die elektromagnetischen Sendesignale 20 können an im Überwachungsbereich 16 befindlichen Objekten 18 reflektiert und als Echosignale 22 ebenfalls in Form von Laserwellen mit dem LiDAR-System 12 empfangen werden.
Auf Basis der Sendesignale 20 und der Echosignale 22 können mit dem LiDAR-System 12 Entfernungen, Richtungen und Geschwindigkeiten von erfassten Objekten 18 relativ zu dem LiDAR-System 12 ermittelt werden. Dabei können Entfernungen aus Laufzeiten der Sendesignale 20 und der Echosignale 22 vom Aussenden der Sendesignale 20 bis zum Empfang der Echosignale 22 ermittelt werden.
Das LiDAR-System 12 umfasst, wie in der 2 gezeigt, eine Sendeeinrichtung 24, eine Empfangseinrichtung 26 und eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 28.
Die Sendeeinrichtung 24 umfasst einen Laser 30, eine Sendeoptik 32, ein Abzweigmittel 34 und eine Laser-Steuereinrichtung 36.
Mit dem Laser 30 können die Sendesignale 20 in Form von Laserwellen erzeugt werden.
Das Abzweigmittel 34 kann beispielsweise als Strahlteiler realisiert sein. Mit dem Abzweigmittel 34 können die mit den Laser 30 erzeugten Sendesignale 20 in zwei Teile geteilt werden. Ein Teil kann als Kontrollsignal 38 abgezweigt werden. Das Kontrollsignal 38 kann zu einem optischen Interferometer 40 der Laser-Steuereinrichtung 36 gesendet werden.
Der nicht abgezweigte Teil der Sendesignale 20 kann mit der Sendeoptik 32 aufgeweitet und in den Überwachungsbereich 16 gesendet werden. Auf diese Weise kann der Überwachungsbereich 16 großflächig mit den jeweiligen Sendesignalen 20 ausgeleuchtet und damit gleichzeitig auf Objekte 18 hin abgetastet werden. In diesem Fall ist das LiDAR-Systems 12 beispielhaft als Flash-LiDAR System ausgestaltet. Alternativ kann das LiDAR-System auch als scannendes LiDAR-System ausgestaltet sein. In diesem Fall kann statt oder zusätzlich zu der Sendeoptik 32 eine Signal-Umlenkeinrichtung, beispielsweise ein Umlenkspiegel oder dergleichen, vorgesehen sein, mit dem die Ausbreitungsrichtung der Sendesignale 20 im Überwachungsbereich 16 geschwenkt werden kann. So kann der Überwachungsbereich 16 sukzessive mit den Sendesignalen 20 abgetastet werden.
Die Laser-Steuereinrichtung 36 umfasst das bereits erwähnte Interferometer 40, einen optischen Kontrolldetektor 42, ein Auswertemittel 44 und ein Lasersteuermittel 46. Das Auswertemittel 44 und das Lasersteuermittel 46 sind beispielhaft in der Steuer- und Auswerteinrichtung 38 des LiDAR-Systems 12 integriert.
Das Interferometer 40 ist beispielhaft als Mach-Zehnder-Interferometer ausgestaltet. Alternativ kann auch ein geeignetes anderes Interferometer zum Einsatz kommen.
Das Interferometer 40 umfasst einen ersten optischen Zweig 48 und einen zweiten optischen Zweig 50.
Ferner umfasst das Interferometer 40 einen Einkoppler 52, beispielsweise in Form eines Strahlteilers. Der Einkoppler 52 befindet sich am Anfang des ersten optischen Zweigs 48 und des zweiten optischen Zweigs 50. Der Einkoppler 52 bildet den Eingang des Interferometers 40. Mit dem Einkoppler 52 können die Kontrollsignale 38, welche von dem Abzweigmittel 34kommen, auf den ersten optischen Zweig 48 und den zweiten optischen Zweig 50 aufgeteilt werden.
Außerdem umfasst das Interferometer 50 einen Auskoppler 54. Der Auskoppler 54 befindet sich am Ende des ersten optischen Zweigs 48 und des zweiten optischen Zweigs 50. Mit dem Auskoppler 54 können die durch die optischen Zweige 48 und 50 jeweils geführten Anteile des optischen Kontrollsignals 38 zusammengeführt werden, wobei die Wellen überlagert werden können. Die zusammengeführten Anteile des optischen Kontrollsignals 38 können als Interferenzsignal 56 ausgegeben und an den Kontrolldetektor 42 gesendet werden.
Insgesamt kann das Kontrollsignal 38 mit dem Interferometer 50 interferometrisch behandelt werden. Das interferometrisch behandelte Kontrollsignal 38 bildet das Interferenzsignal 56. Da es sich bei dem Kontrollsignal 38 um den abgezweigten Anteil des Sendesignals 20 handelt, ist das Interferenzsignal 56 entsprechend auch das interferometrisch behandelte Sendesignal 20. Mit dem Interferenzsignal 56 können Eigenschaften des Sendesignals 20, beispielsweise die Wellenlänge des Sendesignals 20, charakterisiert werden.
Darüber hinaus umfasst das Interferometer 40 beispielhaft ein optisches Verzögerungsglied 58 in Form eines optischen Mikroresonators. Der optische Mikroresonator ist beispielsweise als optischer Flüstergalerie-Resonator in Form eines Wanderwellen-Ringresonators ausgestaltet. Das optische Verzögerungsglied 58 befindet sich im ersten optischen Zweig 48. Mit dem optischen Verzögerungsglied 58 kann der Anteil des Kontrollsignals 38, welcher durch den ersten optischen Zweig 48 geführt wird, verzögert werden. Über die Verzögerungsdauer kann der Arbeitspunkt des Interferometers 40 vorgegeben werden.
In der 3 ist ein strahlenoptisches Modell eines Einschlusses des Kontrollsignals 38 in dem Verzögerungsglied 58 gezeigt. 4 zeigt ein wellenoptisches Modell des Einschlusses des Kontrollsignals 38 in dem Verzögerungsglied 58. Das Kontrollsignal 38 wird an der Umfangsseite des Verzögerungsglieds 58, nämlich des ringförmigen Mikroresonators, total reflektiert. Dies führt zu einer konstruktiven Interferenz der umlaufenden Laserwelle des Kontrollsignals 38.
Im Übrigen verfügt das Interferometer 40 über ein Einstellmittel 60, beispielsweise in Form eines Heizelements, welches dem optischen Verzögerungsglied 58 zugeordnet ist. Das Einstellmittel 60 ist mit dem Lasersteuermittel 46 einstellbar verbunden. Durch entsprechende Einstellung des Einstellmittels 60 kann die Temperatur des optischen Verzögerungsglieds 58 verändert werden. Auf diese Weise kann ein Wellenwiderstand des optischen Verzögerungsglieds 58 eingestellt werden. Über den Wellenwiderstand können Zeitpunkte für das Einkoppeln des zu verzögernden Anteils des Kontrollsignals 48 und für das entsprechende Auskoppeln aus dem optischen Verzögerungsglied 58 und damit die Verweildauer des Kontrollsignals 48 in dem Verzögerungsglied 58, also die Verzögerungsdauer, definiert werden kann.
Der Kontrolldetektor 42 ist beispielsweise als fotoelektrisches Element, beispielsweise als Fotodiode oder dergleichen, ausgestaltet. Mit dem Kontrolldetektor 42 können die auftreffenden Interferenzsignale 56 in elektrische Signale umgewandelt werden. Die elektrischen Signale können dem Auswertemittel 44 zugeführt werden. Mit dem Auswertemittel 44 können aus den elektrischen Signalen entsprechende Lasersteuergrö-ßen erzeugt werden. Mit dem Lasersteuermittel 46 kann der Laser 30 auf Basis der Lasersteuergrößen gesteuert werden. Beispielsweise kann auf Basis der Lasersteuergrö-ßen die Ausgangswellenlänge des Lasers 30 geregelt werden.
Die Empfangseinrichtung 26 weist einen elektrooptischen Empfänger auf, mit dem die Laser-Echosignale 22 in elektrische Empfangssignale umgewandelt werden können. Die elektrischen Empfangssignale können zur Weiterverarbeitung an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 übermittelt werden. Der elektrooptische Empfänger der Empfangseinrichtung 26 kann beispielsweise als Punktdetektor, insbesondere als Fotodiode oder dergleichen, Liniendetektor, insbesondere als Diodenarray oder dergleichen, oder Flächendetektor, insbesondere als CCD-Array oder Active-Pixel Array oder dergleichen, ausgestaltet sein.
Das LiDAR-System 12 ist beispielhaft als Photonic Integrated Circuit (PIC) ausgestaltet. Bei einer alternativen, nicht gezeigten Ausgestaltung des LiDAR-Systems 12 können auch nur einzelne Teile des LiDAR-Systems 12 als Photonic Integrated Circuit ausgestaltet sein.
Beim Betrieb des LiDAR-Systems 12 wird der Laser 30 mit dem Laser-Steuermittel 46 zum Aussenden von Sendesignalen 20 angesteuert. Die Sendesignale 20 werden zu dem Abzweigmittel 34 gesendet. Mit dem Abzweigmittel 34 werden die Sendesignale 20 aufgeteilt. Ein Teil wird als Kontrollsignal 38 zu dem optischen Interferometer 40 gesendet.
Der andere Teil der Sendesignale 20 gelangt durch die Sendeoptik 32 in den Überwachungsbereich 16. Sofern die Sendesignale 20 auf ein Objekt 18 treffen, werden diese als Echosignale 22 reflektiert.
In Richtung des LiDAR-Systems 12 reflektierte Echosignale 22 werden mit der Empfangseinrichtung 26 empfangen und in elektrische Empfangssignal umgewandelt.
Die elektrischen Empfangssignale werden an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 übermittelt. Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 werden aus den elektrischen Empfangssignalen Objektinformationen über das Objekt 18, beispielsweise Entfernung, Richtung und/oder Geschwindigkeit des Objekts 18 relativ zum LiDAR-Systems 12, gewonnen. Die Objektinformationen werden an das Fahrerassistenzsystem 14 übermittelt und von diesem zum autonomen oder teilautonomen Betrieb des Fahrzeugs 10 herangezogen.
Die Kontrollsignale 38 werden mit dem Einkoppler 52 auf den ersten optischen Zweig 48 und dem zweiten optischen Zweig 50 des Interferometers 40 aufgeteilt. Die jeweiligen Anteile der Kontrollsignale 38 folgen dem jeweiligen optischen Zweig 48 beziehungsweise 50. Dabei wird der entsprechende Anteil der zu Kontrollsignale 38 in dem ersten optischen Zweig 48 mit dem Verzögerungsglied 58 verzögert. Die Verzögerungsdauer wird hierzu über das Einstellmittel 60 eingestellt. Die Einstellung des Einstellmittels 60 erfolgt über das Laser-Steuermittel 46.
Am Ende der optischen Zweige 48 und 50 werden die Anteile der Kontrollsignale 38 mit dem Auskoppler 54 zu Interferenzsignale in 56 zusammengeführt.
Die Interferenzsignale 56 werden zu dem Kontrolldetektor 42 gesendet. Mit dem Kontrolldetektor 42 werden die Interferenzsignale 56 in elektrische Signale umgewandelt.
Die elektrischen Signale werden an das Auswertemittel 44 übermittelt. Mit dem Auswertemittel 44 werden die elektrischen Signale mit elektrischen Soll-Signalen verglichen, welche den Soll-Zustand des Lasers 30 bezüglich der Erzeugung der Sendesignale 20 charakterisieren. Die Soll-Signale können beispielsweise vorab in einem Speichermittel der Laser-Steuereinrichtung 36 hinterlegt werden. In dem Soll-Zustand des Lasers 30 erzeugt dieser Sendesignale 20 mit einer vorgegebenen Ausgangswellenlänge. Weichen die elektrischen Signale von den elektrischen Soll-Signalen ab, so wird die Steuerung des Lasers 30 mithilfe der des Laser-Steuermittel 46 entsprechend korrigiert. Mithilfe der Laser-Steuereinrichtung 36 wird so eine Regelung des Lasers 30, im Besonderen der Ausgangswellenlänge der Sendesignale 20, realisiert.
In 5 ist das Fahrzeug 10 mit einem LiDAR-System 12 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Diejenigen Elemente, die zu denen des ersten Ausführungsbeispiels aus der 2 ähnlich sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Laser-Steuereinrichtung 36 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zwei optische Interferometer 40 aufweist. Die beiden optischen Interferometer 40 sind funktional parallel in dem ersten optischen Zweig 48 angeordnet. Die beiden Interferometer 40 können mit ihren jeweiligen Einstellmitteln 60 unabhängig voneinander eingestellt werden, sodass sie unterschiedliche Arbeitspunkte aufweisen. So kann die Ausgangswellenlänge des Lasers 30 noch genauer geregelt werden.
In 6 ist ein Interferometer 140 für ein LiDAR-Systems 12 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel gezeigt. Diejenigen Elemente, die zu denen des ersten Ausführungsbeispiels aus der 2 ähnlich sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass in dem ersten optischen Zweig 48 zwei optische Verzögerungsglieder 58 funktional parallel angeordnet sind. Die beiden optischen Verzögerungsglieder 58 können getrennt voneinander mit ihren jeweiligen Einstellmittel 60 eingestellt werden. So kann die Verzögerungsdauer in dem ersten optischen Zweig 48 flexibler eingestellt werden.
In 7 ist ein Interferometer 240 für ein LiDAR-Systems 12 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel gezeigt. Diejenigen Elemente, die zu denen des ersten Ausführungsbeispiels aus der 2 ähnlich sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Das vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass in dem ersten optischen Zweig 48 zwei optische Verzögerungsglieder 58 funktional seriell angeordnet sind. Die optischen Verzögerungsglieder 58 können mit ihren jeweiligen Einstellmitteln 60 getrennt voneinander eingestellt werden. So kann insgesamt die Verzögerungsdauer in dem ersten optischen Zweig 48 über einen größeren Verzögerungsbereich eingestellt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2020/0018857 A1 [0007]

Claims

Optisches Interferometer (40; 140; 240), insbesondere für ein LiDAR-System (12), insbesondere für eine Laser-Steuereinrichtung (36) für wenigstens einen Laser (30) wenigstens eines LiDAR-Systems (12), insbesondere für ein Fahrzeug (10), mit wenigstens zwei optischen Zweigen (48, 50) zum Führen von optischen Wellen (38), dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem der wenigstens zwei optischen Zweige (48, 50) wenigstens ein optischer Mikroresonator (58) angeordnet ist zum Verzögern von optischen Wellen (38) in dem entsprechenden wenigstens einen optischen Zweig (48).
Optisches Interferometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein optischer Mikroresonator (58) ein Wanderwellenresonator, ein optischer Flüstergalerie-Resonator und/oder ein Ringresonator, insbesondere ein integrierter Ringresonator, ist und/oder das optische Interferometer (40; 140; 240) als Teil eines integrierten optischen Systems realisiert ist.
Optische Interferometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem der optischen Zweige (48, 50) wenigstens zwei optische Mikroresonatoren (58) funktional parallel angeordnet sind und/oder in wenigstens einem der optischen Zweige (48, 50) wenigstens zwei optische Mikroresonatoren (58) funktional seriell angeordnet sind.
Optisches Interferometer nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einem optischen Mikroresonator (58) wenigstens ein Einstellmittel (60) zugeordnet ist.
Laser-Steuereinrichtung (36) für wenigstens einen Laser (30), insbesondere für wenigstens einen Laser (30) für wenigstens ein LiDAR-System (12), insbesondere für wenigstens ein Fahrzeug (10), mit wenigstens einem optischen Interferometer (40; 140; 240) zur interferometrischen Behandlung von mit dem wenigstens einen Laser (30) erzeugten Laserwellen (38), mit wenigstens einem Auswertemittel (44) zum Ermitteln von Steuergrößen aus mit dem wenigstens einen Interferometer (40; 140; 240) interferometrisch behandelten Laserwellen (38) und mit wenigstens einem Steuermittel (46) zum Steuern des wenigstens einen Lasers (30) auf Basis von mit wenigstens einem Auswertemittel (44) ermittelten Steuergrößen, dadurch gekennzeichnet, dass die Laser-Steuereinrichtung (36) wenigstens ein Interferometer (40; 140; 240) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweist.
Laser-Steuereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass hinter wenigstens einem Ausgang wenigstens eines Interferometers (40; 140; 240) wenigstens ein elektrooptischer Detektor (42) angeordnet ist, welcher mit wenigstens einem Auswertemittel (44) der Laser-Steuereinrichtung (36) signaltechnisch verbunden ist.
Laser-Steuereinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Auswertemittel (44) der Laser-Steuereinrichtung (36) und/oder wenigstens ein Steuermittel (46) der Laser-Steuereinrichtung (36) wenigstens teilweise mit Mitteln einer Steuer- und Auswerteeinrichtung (28) wenigstens eines LiDAR-Systems (12) realisiert ist.
Sendeeinrichtung (24) für ein LiDAR-System (12), insbesondere für ein Fahrzeug (10), mit wenigstens einem Laser (30) zur Erzeugung von Laserwellen (38) und mit wenigstens einer Laser-Steuereinrichtung (36) zur Steuerung des wenigstens einen Lasers (30), dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (24) wenigstens eine Laser-Steuereinrichtung (36) nach einem der Ansprüche 5 bis 7 aufweist.
Sendeeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen wenigstens einem Laser (30) und wenigstens einem Interferometer (40; 140; 240) der wenigstens einen Laser-Steuereinrichtung (36) wenigstens ein optisches Abzweigmittel (34), insbesondere wenigstens ein Strahlteiler, zum Aufteilen der mit dem wenigstens einen Laser (30) erzeugten Laserwellen (38) angeordnet ist.
Sendeeinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (24) wenigstens teilweise als Integrierte Optik realisiert ist.
LiDAR-System (12), insbesondere für wenigstens ein Fahrzeug (10), mit wenigstens einer Sendeeinrichtung (24) zum Senden von optischen Wellen (38) in wenigstens einen Überwachungsbereich (16), mit wenigstens einer Empfangseinrichtung (26) zum Empfangen von optischen Wellen (38) aus dem wenigstens einen Überwachungsbereich und mit wenigstens einer Steuer- und Auswerteeinrichtung (28) zum Steuern der wenigstens einen Sendeeinrichtung (24) und der wenigstens einen Empfangseinrichtung (26) und zum Auswerten von mit der Empfangseinrichtung (26) ermittelten Empfangsgrößen, dadurch gekennzeichnet, dass das LiDAR-System (12) wenigstens eine Sendeeinrichtung (24) nach einem der Ansprüche 8 bis 10 aufweist.
LiDAR-System (12) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine LiDAR-System (12) wenigstens teilweise als Integrierte Optik realisiert ist.
Fahrzeug (10) mit wenigstens einem LiDAR-System (12) dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (10) wenigstens ein LiDAR-System (12) nach einem der Ansprüche 11 oder 12 aufweist.
Verfahren zum Betreiben eines optischen Interferometers (40; 140; 240), insbesondere für ein LiDAR-System (12), insbesondere für eine Laser-Steuereinrichtung (36) für wenigstens einen Laser (30) wenigstens eines LiDAR-Systems (12), insbesondere für ein Fahrzeug (10), bei dem optische Wellen (38) in wenigstens zwei optische Zweige (48, 50) aufgeteilt werden, die optischen Wellen (38) jeweils in den optischen Zweigen (48, 50) geführt werden, wobei die optischen Wellen (38) in wenigstens einem der wenigstens zwei Zweige (48) verzögert werden, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem optischen Zweig (48) die optischen Wellen (38) zur Verzögerung reflektiert werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungsdauer für die optische Wellen (38) in dem wenigstens einen optischen Zweig (48) eingestellt wird.