[發明專利]用于使用光信號確定至少一個對象的距離的裝置和方法

有效

• 申請號: 201880080890.8
• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN111656219B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 拉爾夫·伯斯舍爾;M·基恩;M·科勒
• 申請（專利權）人: 微視公司
• 主分類號: G01S17/10
• 分類號: G01S17/10;G01S17/93;G01S7/481;G01S7/486
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 韓峰;孫志湧

本發明涉及用于確定至少一個對象的距離的裝置和方法。通過第一組光接收元件將光信號轉換成第一電信號，并且通過第二組光接收元件將光信號附加地轉換成第二電信號。基于用于發射光信號的起動時間，借助于時間相關的光子計數過程，第一電信號用于確定所述距離。此外，借助于附加的信號處理，第二電信號用于確定所述距離，所述附加的信號處理不同于所述時間相關的光子計數過程。與第一組相比，第二組對于將光子轉換成電流具有較低的靈敏度。

技術領域

用于使用光信號確定至少一個對象的距離的裝置和方法。

本發明基于根據獨立權利要求的類別的用于使用光信號確定至少一個對象的距離的裝置和方法。

背景技術

從US?2004/0233942?A1已知一種用于測量調制后的光信號的相位的系統和方法。在這種情況下，所謂的單光子檢測器(single-photon?detector，SPD)用于接收。此外，還指出SPAD(single-photon?avalanche?diode，單光子雪崩二極管)所屬的這些類型的檢測器具有所謂的停滯時間。

發明內容

相比之下，具有獨立權利要求的特征的用于使用光信號來確定至少一個對象的距離的根據本發明的裝置和根據本發明的方法具有的優勢是：通過使用不同組的光接收元件，可以特別好地檢測近距離，其中，相對于第二組光接收元件，第一組光接收元件對于將光信號轉換成電信號具有更高的靈敏度。出于多個原因，監控近距離特別重要：為了自診斷LiDAR傳感器，應該監控前面板的傳輸功能。LiDAR系統前面的對象在幾厘米的距離處必須是可檢測的，也就是說，正在接近的對象不應該在此近距離內消失。當人或對象非常接近LiDAR傳感器時，激光器的安全法規可能要求降低發射的光輸出。

還存在問題的是，在發射和接收裝置前面的通用前面板上的反射光脈沖可以觸發光接收元件，該光接收元件例如被配置為SPAD單元。在這樣的觸發之后，SPAD單元具有所謂的停滯時間。該停滯時間可以是大約10納秒至20納秒，此后又可以重新檢測光信號。另外，如果正在發送光信號，在脈沖寬度例如為5納秒的情況下，測量是不可能的。前面板可以在發射器和接收器之間提供直接的光學反饋。如果系統被設計用于例如200m的遠距離，則必須使用具有高能量的光信號和非常敏感的接收元件。因此，前面板的小的反向散射(例如1％)足以使接收器完全眩目。典型的SPAD接收器單元導致10納秒至20納秒的停滯時間，這相當于1.5米至3米的近距離，在此距離內無法識別對象。除了激光雷達系統之外，本發明還可以用于相關的系統。

特別地，根據本發明的裝置和根據本發明的方法使得能夠通過提供合適的第二組光接收元件來補償(例如第一組光接收元件具有的)停滯時間。也就是說，停滯時間不再在近距離處發揮作用。總體上，提出了用于使用光信號確定至少一個對象的距離的裝置和方法，該裝置和方法在重要的近距離內沒有盲區。

用于使用光信號確定至少一個對象的距離的裝置是緊湊的裝置，其例如被殼體包圍，在該殼體內，只有一個用于光信號的接收部分或具有用于光信號的接收部分和發射部分的組合。可替選地，該裝置的部件可以是分布式的而不是局部地組合。

對象和裝置之間的距離是通過這兩者之間的延續的連接。對象是反射光信號的空間形式。它可以例如是車輛、行人、自行車、石頭或其它對象。光信號通常是激光信號，然而并非由激光器發射的其它光信號也是可能的。

將光信號轉換成第一電信號的第一組光接收元件例如是所謂的單光子雪崩二極管(SPAD)。這些SPAD具有高反向電壓，使得僅一個光子就足以觸發這些二極管中的雪崩效應。雪崩擊穿必須通過主動或被動的猝滅電路停止，以防止部件被破壞。停止雪崩擊穿并恢復SPAD二極管的接收的準備狀態需要大約10納秒至20納秒。在此期間無法進一步檢測。