[发明专利]用于使用光信号确定至少一个对象的距离的装置和方法

说明书

本发明涉及用于确定至少一个对象的距离的装置和方法。通过第一组光接收元件将光信号转换成第一电信号，并且通过第二组光接收元件将光信号附加地转换成第二电信号。基于用于发射光信号的起动时间，借助于时间相关的光子计数过程，第一电信号用于确定所述距离。此外，借助于附加的信号处理，第二电信号用于确定所述距离，所述附加的信号处理不同于所述时间相关的光子计数过程。与第一组相比，第二组对于将光子转换成电流具有较低的灵敏度。

技术领域

用于使用光信号确定至少一个对象的距离的装置和方法。

本发明基于根据独立权利要求的类别的用于使用光信号确定至少一个对象的距离的装置和方法。

背景技术

从US 2004/0233942 A1已知一种用于测量调制后的光信号的相位的系统和方法。在这种情况下，所谓的单光子检测器(single-photon detector，SPD)用于接收。此外，还指出SPAD(single-photon avalanche diode，单光子雪崩二极管)所属的这些类型的检测器具有所谓的停滞时间。

发明内容

相比之下，具有独立权利要求的特征的用于使用光信号来确定至少一个对象的距离的根据本发明的装置和根据本发明的方法具有的优势是：通过使用不同组的光接收元件，可以特别好地检测近距离，其中，相对于第二组光接收元件，第一组光接收元件对于将光信号转换成电信号具有更高的灵敏度。出于多个原因，监控近距离特别重要：为了自诊断LiDAR传感器，应该监控前面板的传输功能。LiDAR系统前面的对象在几厘米的距离处必须是可检测的，也就是说，正在接近的对象不应该在此近距离内消失。当人或对象非常接近LiDAR传感器时，激光器的安全法规可能要求降低发射的光输出。

还存在问题的是，在发射和接收装置前面的通用前面板上的反射光脉冲可以触发光接收元件，该光接收元件例如被配置为SPAD单元。在这样的触发之后，SPAD单元具有所谓的停滞时间。该停滞时间可以是大约10纳秒至20纳秒，此后又可以重新检测光信号。另外，如果正在发送光信号，在脉冲宽度例如为5纳秒的情况下，测量是不可能的。前面板可以在发射器和接收器之间提供直接的光学反馈。如果系统被设计用于例如200m的远距离，则必须使用具有高能量的光信号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接收器单元导致10纳秒至20纳秒的停滞时间，这相当于1.5米至3米的近距离，在此距离内无法识别对象。除了激光雷达系统之外，本发明还可以用于相关的系统。

特别地，根据本发明的装置和根据本发明的方法使得能够通过提供合适的第二组光接收元件来补偿(例如第一组光接收元件具有的)停滞时间。也就是说，停滞时间不再在近距离处发挥作用。总体上，提出了用于使用光信号确定至少一个对象的距离的装置和方法，该装置和方法在重要的近距离内没有盲区。

用于使用光信号确定至少一个对象的距离的装置是紧凑的装置，其例如被壳体包围，在该壳体内，只有一个用于光信号的接收部分或具有用于光信号的接收部分和发射部分的组合。可替选地，该装置的部件可以是分布式的而不是局部地组合。

对象和装置之间的距离是通过这两者之间的延续的连接。对象是反射光信号的空间形式。它可以例如是车辆、行人、自行车、石头或其它对象。光信号通常是激光信号，然而并非由激光器发射的其它光信号也是可能的。

将光信号转换成第一电信号的第一组光接收元件例如是所谓的单光子雪崩二极管(SPAD)。这些SPAD具有高反向电压，使得仅一个光子就足以触发这些二极管中的雪崩效应。雪崩击穿必须通过主动或被动的猝灭电路停止，以防止部件被破坏。停止雪崩击穿并恢复SPAD二极管的接收的准备状态需要大约10纳秒至20纳秒。在此期间无法进一步检测。