用于接收光信号的接收装置和用于接收光信号的方法制造方法及图纸

本申请涉及用于接收光信号的接收装置和用于接收光信号的方法。该方法和该接收装置的特点在于：设置光接收器，该光接收器将光信号转换成电信号。还设置有分析电路，该分析电路根据电信号借助于将电信号分配到时间的与时间相关的光子计数来确定在接收装置与光信号在其上被反射的至少一个对象之间的距离，其中与时间相关的光子计数被执行至少两次。

Receiving device for receiving optical signal and method for receiving optical signal

【技术实现步骤摘要】
用于接收光信号的接收装置和用于接收光信号的方法
本专利技术涉及根据专利独立权利要求的前序部分所述的用于接收光信号的接收装置和用于接收光信号的方法。
技术介绍
从WO2017/081294A1公知一种用于光学测距的设备和方法。其中，使用发送矩阵来发出测量脉冲并且使用接收矩阵来接收被反射的测量脉冲。使用发送矩阵的子集来发出测量脉冲。
技术实现思路
与此相应的具有专利独立权利要求的特性的按照本专利技术的用于接收光信号的接收装置或按照本专利技术的用于接收光信号的方法具有如下优点：现在通过如下方式更好地保障借助于光信号的测距，即，执行与时间相关的光子计数至少两次。通过该措施，尤其是在车辆领域的LiDAR(激光雷达)应用中实现了在信号处理方面的高数据完整性。在与时间相关的光子计数中使用的对直方图的确定和其它处理步骤由此有效地被保护以防错误。存在不同的错误情形，这些错误情形尤其可能在直方图计算中出现。例如，由于辐射可能使存储值偶然发生变化。可能出现读或写地址错误。值可能在其大小方面突然发生变化。通过本专利技术以其效果来避免这种错误。因为例如在车辆中的LiDAR应用中可以将这种周围环境解释用于在车辆的移动方面影响该车辆，所以在当前情况下必须确保信号处理的高可靠性。在当前情况下，接收装置是如下组件，该组件具有所说明的光接收器和分析电路。这可以作为一体化的模块存在，然而也可能的是：接收装置分散地存在，即不是作为唯一的组件来存在。如下光信号被接收，即，该光信号通常是事先以在当前情况下的发送装置来发出的。LiDAR技术尤其已经被证明适合于测距。在此，对于车辆的周围环境解释来说，通过这种激光信号来检测周围环境是可能的。这些激光信号通过半导体激光器、通常甚至是激光阵列(即这种激光器的场)来产生。为此，使用从现有技术公知的VCSEL。该VCSEL能在半导体技术中以可靠的并且简单的方式和方法来制造。通常，对于LiDAR应用来说，使用在红外范围内的波长。然而，也可以使用在可见光范围内的波长。优选地，使用激光脉冲作为光信号，所述激光脉冲优选地在两微秒的时长之内被发出，也就是说每秒发出具有例如5nm的宽度的脉冲包。这两个微秒对应于车辆周围300米的单程距离。通常通过所谓的飞行时间方法来进行距离确定，也就是说测量光需要被发送方发射并且到达接收方的时间。为此，接收方使用开始信号(其以信号控制光信号的光发射)以及所接收到的光信号。根据开始信号与所接收到的光信号的接收时间之间的时间差，接收方可以确定对象的距离。开始信号由发送方电地和/或光学地传输给接收方。通常使用所谓的单光子雪崩二极管(Single-Photon-Avalanche-Diodes，SPAD)的场，作为光接收器。这些二极管在所谓的盖革模式(Geiger-Modus)下在高于击穿电压的大的高截止电压下运行，使得原则上一个光子已经足以触发雪崩过程。然而，因为存在散射光，所以存在一定的噪声波，从该噪声波起，雪崩过程才开始发生。然而，在当前情况下，其它光接收器也是可能的。光接收器的功能是：将光信号转换成电信号。这通过光电效应来实现。光接收器还连接到分析电路上，该分析电路根据电信号借助于将电信号分配到时间的与时间相关的光子计数来确定在接收装置与光信号在其上被反射的至少一个对象之间的距离。为此，分析电路也使用发送方的开始信号，该开始信号表明了光信号或光脉冲的发射。该开始信号例如可以来自发送方的脉冲发生器或激光驱动器。分析电路可以是集成电路，其中硬件和/或软件式地实施功能。可能的是：存在多个集成电路，但是也存在分立式模块或者这些模块的组合。在当前情况下，与时间相关的光子计数是确定飞行时间的方法。在此，根据光子已经产生的电信号来确定时间并且将该时间录入到直方图中。于是，通过进行最大值寻找，在多次测量之后寻找如下时间，该时间具有大多数的命中。于是假定：该光脉冲需要针对从发送方直至接收方的该时间并且据此可以接着不受拘束地确定距离。为此，如上面描述的那样，也使用开始信号。在与时间相关的光子计数中，所发出的光脉冲的各个被接收到的光子探测并且被计数并且被录入到直方图中，也就是说在时间方面看，该一个或多个光子关于光脉冲的发出出现在哪个位置。发出光脉冲和计数被重复多次。由此实现激光脉冲的很精确的时间测量。例如，发送装置利用多个光子射到对象，这些光子通过接收装置被接收。通过对该光子确定的经常重复，可能的是关于光脉冲的飞行时间方面精确地确定光脉冲。在当前情况下，在接收装置中的SPAD(单光子雪崩二极管)分别在探测光子时提供二元值脉冲。脉冲的时间点利用时间数字转换器来确定并且接着被录入到直方图中。这样，在当前情况下实现了与时间相关的光子计数。按照本专利技术，现在执行与时间相关的光子计数至少两次。这可以并行地进行或者按顺序地进行。如果并行地进行，则相同的接收元件、例如两个分析电路的例如SPAD的输出信号应该被分析。该分析电路可以是相同的或者可以是不同的，例如它们可以在精度方面被区分。借此，尤其应该检测偶然的错误并且将这些偶然的错误从分析过程中清除，从而在车辆或者使用LiDAR的其它应用中利用对LiDAR信号的分析确定没有错误的控制信号。电信号尤其是数字信号，其中光接收器输出模拟信号，随后根据该模拟信号来产生数字信号或至少一个脉冲。光信号在其上被反射的对象是如下对象，该对象被发送装置通过光信号来照射并且其反射到达接收装置。在此，在交通中例如可涉及其它车辆、行人或固定的对象。提出：执行与时间相关的光子计数至少两次。可能的是执行该与时间相关的光子计数超过两次，以便实现比在只执行了两次时对结果的更高的保障。通过在从属权利要求中说明的措施和扩展方案，可以实现本专利技术的有利的设计方案。有利的是：分析电路以比与时间相关的第一光子计数低的时间分辨率来实施与时间相关的第二光子计数。因为这里涉及保障目的，所以可以使用更低的分辨率。这节约了资源和处理时间。还有利的是：与时间相关的第一光子计数相比于至少一个与时间相关的第二光子计数具有四倍、八倍或十六倍的分辨率。也就是说可能的是：降低到直至分辨率的四分之一、八分之一或十六分之一，以便执行与时间相关的第二光子计数用以进行保障。由此可以实现相对应的节省。还有利的是：对于第一和至少一个其它的与时间相关的光子计数来说，设置相应的时间数字转换部。这意味着：对于于第一和其它的与时间相关的光子计数来说存在两个分开的硬件路径。这能够实现对结果的良好的保障，这是因为由此不太可能两个硬件路径同时被错误来源影响。然而，替选地可能的是：时间数字转换纯软件式地被执行而且存在两个不同的软件程序，这两个不同的软件程序分别执行该时间数字转换。这也可以在同一硬件上执行。替选地，同一直方图也可以依次实施时间数字转换。借此，于是通过实施时间数字转换的实施的不同的时间来执行隔离，以便关断上面提到的错误来源。有利的是：时间数字转换部对于至少一个与时间相关的第二光子计数来说具有计数器。这是时间数字转换部的相比于例如在下文示出的方案更简单的变型方案。时间数字转换是用于确定例如在两个脉冲之间的时间并且将该时间转化成数字值的方法。为此，例如可以使用计数器，该计数器通过例如所接收到的光脉冲或所发出的光脉冲的开始和停止信号来激活。为了在通过计数器确定的计数状本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于接收光信号的接收装置，所述接收装置具有：‑光接收器，所述光接收器将光信号转换成电信号；‑分析电路，所述分析电路根据所述电信号借助于将所述电信号分配到时间的与时间相关的光子计数和用于所述光信号的发射的开始信号来确定在所述接收装置与至少一个对象之间的距离，其中所述与时间相关的光子计数被执行至少两次。

【技术特征摘要】
2018.03.08 DE 102018203533.41.一种用于接收光信号的接收装置，所述接收装置具有：-光接收器，所述光接收器将光信号转换成电信号；-分析电路，所述分析电路根据所述电信号借助于将所述电信号分配到时间的与时间相关的光子计数和用于所述光信号的发射的开始信号来确定在所述接收装置与至少一个对象之间的距离，其中所述与时间相关的光子计数被执行至少两次。2.根据权利要求1所述的接收装置，其特征在于，所述分析电路以比与时间相关的第一光子计数低的时间分辨率来实施至少一个与时间相关的第二光子计数。3.根据权利要求2所述的接收装置，其特征在于，与时间相关的第一光子计数相比于至少一个与时间相关的第二光子计数具有四倍、八倍或十六倍的分辨率。4.根据上述权利要求中任一项所述的接收装置，其特征在于，针对每个与时间相关的光子计数，设置相应的时间数字转换部(TDC)。5.根据权利要求4所述的接收装置，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉尔夫·伯舍尔，厄兹居尔·努雷丁·普什库尔，
申请(专利权)人：ZF腓德烈斯哈芬股份公司，爱贝欧汽车系统有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE