DE102018209995A1

DE102018209995A1 - Stabilisiertes LiDAR-System und Verfahren zur Stabilisierung

Info

Publication number: DE102018209995A1
Application number: DE102018209995.2A
Authority: DE
Inventors: Timo Knecht; Mirko Hattass
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-06-20
Filing date: 2018-06-20
Publication date: 2019-12-24
Also published as: CN110618417A; CN110618417B; US20200033459A1; US11480665B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein stabilisiertes LiDAR-System und ein Verfahren zur Stabilisierung.Es wird ein LiDAR-System beschrieben, welches einen Laser (10), wobei der Laser (10) zur Emission monochromatischer LiDAR-Strahlung innerhalb eines Wellenlängen-Arbeitsbereichs ausgebildet ist; ein Thermoelement (20), dazu eingerichtet, die Arbeitstemperatur des Lasers (10) einzustellen; ein Mittel zur Auswertung (22), dazu ausgebildet, aus der vom Laser (10) emittierten Strahlung ein Maß für die Abweichung von einer Ist-Wellenlänge der Strahlung auf eine Soll-Wellenlänge innerhalb des Wellenlängen-Arbeitsbereichs des Lasers (10) zu bestimmen; und ein Mittel zur Regelung (24), dazu ausgebildet, anhand des vom Mittel zur Auswertung (22) bestimmten Abweichungsmaßes das Thermoelement (20) derart anzusteuern, dass die Arbeitstemperatur des Lasers (10) auf einen Wert eingestellt wird, bei dem die emittierte monochromatische LiDAR-Strahlung der Soll-Wellenlänge entspricht, umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein stabilisiertes LiDAR-System und ein Verfahren zur Stabilisierung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein LiDAR-System mit verbesserter Temperaturregelung zur Unterdrückung von optischem Übersprechen und ein Verfahren zur Wellenlängenstabilisierung bei einem entsprechenden LiDAR-System.
Stand der Technik
Scannende LiDAR-Systeme zur Umfelderfassung bestehen zumeist aus einer Sende- und einer Empfangseinheit. Die Sendeeinheit erzeugt zumeist mittels eines Lasers einen Strahl, der einen bestimmten Teil der Szenerie beleuchtet. Die dort auftreffenden Photonen werden reflektiert beziehungsweise gestreut und mittels der Empfangsoptik nachgewiesen. Aufgrund der Streuung der Photonen in einen großen Raumwinkel am jeweiligen Target (sogenannter Lambert-Target) nimmt die Anzahl der Photonen, die mit der Empfangseinheit detektiert werden kann, mit dem Abstand zum Target sehr schnell ab. Da der Empfänger in der Empfangseinheit (zum Beispiel Detektor) gleichzeitig von weiteren Störgrößen beeinflusst wird, wird eine Trennung des reflektierten Signals vom Rauschen mit zunehmendem Abstand immer schwieriger beziehungsweise nicht mehr möglich. Eine wesentliche Störgröße für LiDAR-Systeme kann Hintergrundlicht sein, welches gleichzeitig auf die Szenerie fällt. Dieses wird über die Empfangsoptik ebenfalls auf den Detektor abgebildet und führt zu einem Rauschbeitrag.
Dieser Beitrag kann minimiert werden, wenn vor der Empfangsoptik ein Bandpass-Filter als Filterelement verwendet wird. Dieser besitzt einen möglichst engen Durchlassbereich um die Wellenlänge der emittierten LiDAR-Strahlung, sodass das Hintergrundlicht nur aus einem sehr schmalen spektralen Bandbereich auf den Detektor trifft. Die Verwendung eines möglichst schmalen Filters zur Reduktion des Hintergrundlichts erfordert jedoch die Verwendung eines Lasers mit einer möglichst stabilen Arbeitswellenlänge.
Die Verwendung solcher Laser ist zwar durchaus möglich, die Art der geeigneten Lasertypen ist jedoch stark eingeschränkt. Sollen Halbleiterlaser verwendet werden, haben sowohl die Prozessstreuungen aus dem Halbleiterprozess als auch die Temperatur, bei der der Laser betrieben wird, Einfluss auf die emittierte Wellenlänge. Sollen möglichst alle vorkommenden Prozessstreuungen beziehungsweise Temperaturdriften bei der Auswahl eines entsprechenden Filters berücksichtigt werden, so kann gegebenenfalls nur ein sehr breiter Filter verwendet werden, der entsprechend viel Hintergrundlicht passieren lässt und somit die Reichweite des LiDAR-Systems begrenzt.
Das Problem lässt sich zum Beispiel durch direkte Auswahl der benötigten Laser aus dem Produktionsprozess verbessern, dies ist aber mit deutlich höheren Kosten verbunden. Temperatureinflüsse lassen sich insbesondere durch eine Temperaturregelung reduzieren (siehe 1), indem die Sendeeinheit ausreichend temperiert wird, zum Beispiel über ein Peltier-Element und/oder einen Heizwiderstand. Problematisch ist hierbei allerdings, dass der Zusammenhang zwischen der gemessenen Temperatur an einer Stelle der Lasereinheit und der tatsächlich relevanten Temperatur am Laseremitter-Chip (das heißt insbesondere der Temperatur des aktiven Bereichs des Lasers) nicht oder nur annähernd bekannt ist. Dies schränkt die effektive Genauigkeit einer solchen Temperaturregelung ein und begrenzt somit auch die minimal erreichbare Filterbreite.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein stabilisiertes LiDAR-System nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Wellenlängenstabilisierung nach Anspruch 9 zur Verfügung gestellt.
Ein erfindungsgemäßes LiDAR-System umfasst einen Laser, wobei der Laser zur Emission monochromatischer LiDAR-Strahlung innerhalb eines Wellenlängen-Arbeitsbereichs ausgebildet ist; ein Thermoelement, dazu eingerichtet, die Arbeitstemperatur des Lasers einzustellen; ein Mittel zur Auswertung, dazu ausgebildet, aus der vom Laser emittierten Strahlung ein Maß für die Abweichung von einer Ist-Wellenlänge der Strahlung auf eine Soll-Wellenlänge innerhalb des Wellenlängen-Arbeitsbereichs des Lasers zu bestimmen; und ein Mittel zur Regelung, dazu ausgebildet, anhand des vom Mittel zur Auswertung bestimmten Abweichungsmaßes das Thermoelement derart anzusteuern, dass die Arbeitstemperatur des Lasers auf einen Wert eingestellt wird, bei dem die emittierte monochromatische LiDAR-Strahlung der Soll-Wellenlänge entspricht.
Bei dem Laser kann es sich bevorzugt um einen Halbleiterlaser (Kantenemitter, VCSEL) handeln. Vorzugsweise ist der Laser (beziehungsweise der Laseremitter-Chip) auf einem Lasermodul angeordnet. Unter einem Lasermodul wird dabei insbesondere ein Chipträger für einen Laseremitter-Chip (Laser-Die) verstanden. Ein Modul kann jedoch noch weitere mechanische und/oder elektronische Komponenten umfassen. Der Wellenlängen-Arbeitsbereich des Lasers ist über einen mittels Durchstimmen (Tuning), insbesondere über seine Arbeitstemperatur, spektral zugänglichen Bereich des Lasers, bei dem noch eine stabile Emission auftritt, bestimmt. Unter der Ist-Wellenlänge ist die momentane Wellenlänge der vom Laser emittierten Strahlung zu verstehen. Die Soll-Wellenlänge (auch als Ziel- oder Nominal-Wellenlänge bezeichnet) ist eine bevorzugte Wellenlänge, auf der der Laser emittieren soll. Vorzugsweise entspricht die Soll-Wellenlänge der Filterwellenlänge des verwendeten Empfangsfilters einer zugehörigen Empfangseinheit des LiDAR-Systems. Die Soll-Wellenlänge kann dabei über extern festgelegte Systemparameter fest vorgegeben sein oder über eine entsprechende Messung vom LiDAR-System selbst festgelegt werden.
Unter einem Thermoelement ist insbesondere ein Heiz- beziehungsweise Kühlelement zu verstehen. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Peltier-Element oder einen Heizwiderstand handeln. Vorzugsweise kann das Thermoelement sowohl zum aktiven Heizen, als auch zum Kühlen genutzt werden. Insbesondere kann das Thermoelement auch als Kombination entsprechender Elemente zum Heizen und Kühlen ausgebildet sein. Das Thermoelement ist dazu eingerichtet, die Arbeitstemperatur des Lasers einzustellen. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass das Thermoelement mit dem Lasermodul in thermischen Kontakt steht und eine Heizbeziehungsweise Kühlwirkung des Thermoelements über das Lasermodul auf den Laser übertragen wird. Das Thermoelement kann jedoch auch den Laseremitter-Chip direkt thermisch kontaktieren oder auch in einen Laseremitter-Chip integriert sein.
Das Mittel zur Auswertung bestimmt aus der vom Laser emittierten Strahlung ein Maß für die Abweichung von einer Ist-Wellenlänge der Strahlung auf eine Soll-Wellenlänge innerhalb des Wellenlängen-Arbeitsbereichs des Lasers. Bei dem Maß für die Abweichung kann es sich insbesondere um ein von besagter Abweichung abgeleitetes Abweichungssignal, zum Beispiel als Spannungswert, handeln. Im einfachsten Fall kann das Mittel zur Auswertung die Wellenlänge der Laserstrahlung (zum Beispiel mittels eines Spektrometers oder eines Interferometers) direkt bestimmen und aus der Differenz mit der nominalen Soll-Wellenlänge die sogenannte Regeldifferenz als Abweichungssignal generieren.
Vorzugsweise kann das Mittel zur Auswertung weiterhin dazu eingerichtet sein, eine Festlegung der Soll-Wellenlänge auf das Transmissionsmaximum eines dem LiDAR-System zugehörigen Empfangsfilters vorzunehmen. Insbesondere kann das Mittel zur Auswertung dazu ein Mittel zur spektralen Vermessung des Empfangsfilters umfassen. Bei dem Mittel zur spektralen Vermessung des Empfangsfilters kann es sich insbesondere um eine Vorrichtung handeln, welche den Empfangsfilter mithilfe einer definierten Referenzstrahlung spektral vermisst. Bei der definierten Referenzstrahlung kann es sich insbesondere um eine durch sequentielles wellenlängenselektives Durchstimmen des Lasers in den Dunkelphasen des LiDAR-Systems erhältliche LiDAR-Strahlung oder um das Licht einer spektral breitbandigen Lichtquelle handeln. Hierdurch kann die Umsetzung des Mess-/Regelverfahrens noch weiter verbessert werden, indem nicht nur die Streuungen des Lasers und die Temperaturvariationen ausgeglichen werden, sondern auch herstellungsbedingte Variationen des Empfangsfilters.
Bei dem Mittel zur Regelung (Regler) kann es sich beispielsweise um einen PID-Regler oder einen PD-Regler handeln. Anhand des Abweichungssignals (zum Beispiel Regeldifferenz) des Mittels zur Auswertung wird das Thermoelement (Stellglied) über eine entsprechende Steuergröße derart angesteuert, dass die Arbeitstemperatur (Stellgröße) des Lasers auf einen Wert eingestellt wird, bei dem die emittierte monochromatische LiDAR-Strahlung der Soll-Wellenlänge entspricht. Entsprechende Mittel zur Regelung sind dem Fachmann hinlänglich bekannt.
Vorteile der Erfindung
Kern der Erfindung ist die Umleitung der im Stand der Technik üblichen Regelkette über eine Messung der Wellenlänge anstatt der Temperatur. Dadurch kann durch Anpassung der Arbeitstemperatur des Lasers die Prozessstreuung des Lasers kompensiert werden. Weiterhin können die im Betrieb auftretenden Temperaturdriften sehr genau ausgeglichen werden, da bei einer erfindungsgemäßen Regelkette direkt die Auswirkung der Temperatur (das heißt die Wellenlänge) als Regelgröße vorliegt und nicht nur die Abweichung von der Zieltemperatur. Eine Regelung allein über die Temperatur als Regelgröße ist fehleranfälliger, da sich die für die Regelung verwendete Zuordnung zwischen Zieltemperatur und Soll-Wellenlänge mit der Zeit verändern kann und sich somit die Systemleistung zunehmend verschlechtern würde. Bei einer erfindungsgemäßen Regelkette wird hingegen unmittelbar auf den Zielwert, das heißt die Soll-Wellenlänge, geregelt. Die Stabilisierung sowohl im Kurz- als auch im Langzeitbereich wird daher gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbessert.
Die Temperatur kann jedoch zusätzlich auch weiterhin, zum Beispiel am Lasermodul, bestimmt werden. Ein erfindungsgemäßes LiDAR-System kann daher einen Sensor zur Bestimmung der Temperatur des Lasers umfassen. Darüber lässt sich insbesondere ein paralleles Überwachungssystem realisieren, das die Konsistenz von Temperaturmessung und Wellenlängenmessung sicherstellt. Das parallele Überwachungssystem kann insbesondere in das Mittel zur Auswertung integriert sein. Bei Inkonsistenzen kann das erzeugte Abweichungssignal beispielsweise fehlertolerant angepasst werden oder das Mittel zur Auswertung kann in einen Fehlermodus übergehen.
Ein erfindungsgemäßes LiDAR-System kann bei einer Vielzahl unterschiedlicher LiDAR-Konfigurationen mit einem auf die Laserwellenlänge der Sendeeinheit selektiven Filterelement im Empfangspfad eingesetzt werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch insbesondere für rotierende LiDAR-Systeme geeignet. Solche Systeme weisen zumeist einen Stator und einen Rotor auf. Der Rotor umfasst dabei in der Regel einen Drehteller, auf dem die Abbildungsoptik des Sendepfades angeordnet ist. Eine erfindungsgemäße Bestimmung eines Maßes für die Abweichung kann vorzugsweise in der Nähe des Lasers, das heißt beispielsweise auf dem Rotor beziehungsweise dem Drehteller, erfolgen. Die Bestimmung kann jedoch auch auf dem Stator durchgeführt werden, indem beim Überstreichen eines entsprechenden Mittels zur Auswertung mit dem Laser ein Puls ausgesendet wird. Dies erfordert eine Synchronisation der Umdrehung mit dem Schusszeitpunkt. Vorzugsweise ist daher das Mittel zur Auswertung mit der LiDAR-Abtastung synchronisiert.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Mittel zur Auswertung zwei Monitordioden, dazu eingerichtet, die Intensität eines abgezweigten Anteils der vom Laser emittierten LiDAR-Strahlung zu bestimmen, wobei die Strahlung vor dem Auftreffen auf die Monitordioden jeweils ein optisches Filterelement durchläuft, welche, von der Soll-Wellenlänge innerhalb des Wellenlängen-Arbeitsbereichs des Lasers ausgehend, Passbereiche in unterschiedliche spektrale Richtungen aufweisen, wobei die Passbereiche beider Filterelemente jeweils die Soll-Wellenlänge und einen beidseitig um die Soll-Wellenlänge angrenzenden Wellenlängenbereich, welcher vorzugsweise jeweils zwischen 0,001 % und 35 % der Breite des Wellenlängen-Arbeitsbereichs des Lasers entspricht, umfassen; und ein Mittel zur Bestimmung eines Abweichungsmaßes, dazu ausgebildet, aus den an den zwei Monitordioden bestimmten Intensitäten mittels des bekannten Transmissionsverhaltens der Filterelemente ein Maß für die Abweichung von der Ist-Wellenlänge auf die Soll-Wellenlänge zu bestimmen.
Die Messung der Laserwellenlänge erfolgt somit über zwei Monitordioden (zum Beispiel Photodioden, pin-Dioden, APD, SiPM) mit vorgeschalteten komplementär aufgebauten optischen Filtern. Die Ausgangssignale dieser Monitordioden können zur Messung der aus der momentanen Arbeitstemperatur des Lasers resultierenden Laserwellenlänge verwendet werden.
Die Gesamtbreite des Passbereichs eines Filterelements kann erheblich breiter sein als die Gesamtbreite des beidseitig um die Soll-Wellenlänge angrenzenden Wellenlängenbereichs (doppelter angrenzender Wellenlängenbereich). Wesentlich für die Auswertung mit zwei Filterelementen ist, dass die Soll-Wellenlänge derart im Passbereich beider Filterelemente liegt (bei unterschiedlichen spektralen Richtungen der Passbereiche), dass diese um die Soll-Wellenlänge herum einen gemeinsamen Passbereich aufweisen und über das jeweilige Transmissionsverhalten bei einer Ist-Wellenlänge Rückschlüsse auf die Abweichung zwischen der Ist- und der Soll-Wellenlänge ermöglicht werden.
Als Passbereich wird insbesondere ein Filterbereich verstanden, dessen Transmission über einen ausgedehnten Wellenlängenbereich mindestens 10%, bevorzugter mindestens 5% und noch bevorzugter mindestens 2% beträgt. Vorzugsweise grenzt ein an die Soll-Wellenlänge angrenzender Wellenlängenbereich einseitig an eine Bandkante des Passbereichs an. Entsprechend ist es bevorzugt, dass die Soll-Wellenlänge beim ersten Filterelement im ansteigenden Teil des Passbereichs und beim zweiten Filterelement im absteigenden Teil des Passbereichs liegt, wobei mit ansteigender und abfallender Teil der Übergang von der Bandkante in den Hauptteil des Passbereich beziehungsweise vom Hauptteil des Passbereich in die Bandkante gemeint ist. In diesem Fall erlaubt das wellenlängenabhängige Transmissionsverhalten der Filterelemente im Bereich um die Soll-Wellenlänge Rückschlüsse auf die Abweichung zwischen der Ist- und der Soll-Wellenlänge.
Der beidseitig um die Soll-Wellenlänge angrenzende Wellenlängenbereich eines Filterelements umfasst somit vorzugsweise eine Gesamtbreite (Halbwertbreite FWHM) zwischen 0,002 % und 70 % der Breite des Wellenlängen-Arbeitsbereichs des Lasers. Bevorzugter ist eine Gesamtbreite zwischen 0,02 % und 50 %, bevorzugter zwischen 0,02 % und 20 %, bevorzugter zwischen 0,1 % und 10 %, bevorzugter zwischen 0,2 % und 5 % und noch bevorzugter zwischen 0,5 % und 1 % der Breite des Wellenlängen-Arbeitsbereichs des Lasers.
Vorzugsweise wird vom Sendestrahl ein Teil der Leistung auf die Monitordioden geleitet. Dies kann beispielsweise durch einen definierten Strahlteiler (Beamsplitter) erfolgen oder durch die Aufnahme eines Streureflexes von einer der Optiken (die Leistung des Sendestrahls ist bei weitem ausreichend für ein Signal an einer Monitordiode). Vor den Monitordioden ist jeweils ein Filterelement platziert. Der Passbereich der Filterelemente ist so gewählt, dass der erste Filter im Wesentlichen Wellenlängen kürzer beziehungsweise der zweite Filter im Wesentlichen Wellenlängen länger als die gewünschte Soll-Wellenlänge passieren lässt. Im Bereich der Soll-Wellenlänge haben beide Filterelemente einen überlappenden Passbereich. Das Verhältnis der auf den Monitordioden gemessenen Strahlungsintensitäten lässt bei bekannter Filtercharakteristik der einzelnen Filterelemente somit Rückschlüsse auf die Ist-Wellenlänge zu. Das vom Mittel zur Auswertung erzeugte Abweichungssignal braucht hierbei jedoch nicht unmittelbar aus dem Nominalbetrag der Wellenlängendifferenz ermittelt werden, vielmehr liegt das zu bestimmende Maß für die Abweichung von einer Ist-Wellenlänge der Strahlung auf eine Soll-Wellenlänge bereits über die Intensitätsmessung vor. Ein entsprechendes Spannungssignal zur Regelung kann daraus unmittelbar abgeleitet werden. Bei dieser Ausführungsform kann daher auf die Verwendung eines Spektrometers zur Bestimmung des Nominalbetrags der Wellenlänge verzichtet werden.
Vorzugsweise ist bei der ersten bevorzugten Ausführungsform das Mittel zur Bestimmung des Abweichungsmaßes dazu ausgebildet, aus den an den zwei Monitordioden bestimmten Intensitäten das Differenzsignal (S = I₁ - I₂) als Abweichungsmaß und/oder das Summensignal zur Überwachung der Gesamtleistung zu bestimmen. Zu den Einzelheiten der Erzeugung von Abweichungssignalen wird auf die einschlägige Literatur verwiesen.
Durch das Mittel zur Regelung kann anschließend ein Heiz- oder Kühlelement so bestromt werden, dass sich die erforderliche Temperatur für die Soll-Wellenlänge einstellt. Da so direkt auf das Ziel-Signal geregelt werden kann, sind nicht genau bekannte Pfade in der Regelstrecke automatisch mit berücksichtigt. Zusätzlich kann das Summensignal verwendet werden, um die Gesamtleistung des Lasers zu überwachen. Die Temperatur kann weiterhin am Bauteil bestimmt werden und so parallel ein Überwachungssystem realisiert werden, welches die Konsistenz von Temperaturmessung und Wellenlängenmessung sicherstellt.
Vorzugsweise umfasst das Mittel zur Auswertung eine dritte Monitordiode, dazu eingerichtet, die Intensität eines abgezweigten Anteils der vom Laser emittierten LiDAR-Strahlung wellenlängenunabhängig zu bestimmen. Dies kann insbesondere durch eine Monitordiode ohne vorgeschaltetes Filterelement realisiert werden. Zum Ausgleich von Intensitätsschwankungen des Lasers kann daher das Signal einer weiteren Monitordiode ohne vorgeschaltetes Filterelement dazu verwendet werden, eine Normierung des Gesamtsignals zu ermöglichen. Wellenlängenunabhängig bedeutet dabei, dass innerhalb des Wellenlängen-Arbeitsbereichs des Lasers keine wesentlichen Unterschiede in der spektralen Empfindlichkeit der Monitordiode vorhanden sind. Zum Thema Signalnormierung wird auf die einschlägige Literatur verwiesen.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Mittel zur Auswertung eine Monitordiode, dazu eingerichtet, die Intensität eines abgezweigten Anteils der vom Laser emittierten LiDAR-Strahlung zu bestimmen, wobei die Strahlung vor dem Auftreffen auf die Monitordiode ein optisches Filterelement durchläuft, welches innerhalb des Wellenlängen-Arbeitsbereichs des Lasers einen Passbereich mit eindeutig zuordenbarer Transmission aufweist; und ein Mittel zur Bestimmung eines Abweichungsmaßes, dazu ausgebildet, aus der an der Monitordiode bestimmten Intensität mittels des bekannten Transmissionsverhaltens des Filterelements ein Maß für die Abweichung von der Ist-Wellenlänge auf die Soll-Wellenlänge zu bestimmen.
Diese Ausführungsform basiert darauf, dass es grundsätzlich auch möglich ist, die Erzeugung eines Abweichungssignals auch mit nur einer Monitordiode umzusetzen. Dazu kann ein absteigender beziehungsweise ansteigender Teil des Passbereichs eines verwendeten Filterelements ausreichend breit gewählt werden, sodass innerhalb dieses Bereichs die Wellenlänge aus der Transmission des Filterelements eindeutig zuordenbar wäre. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Messung jedoch weniger linear möglich, als es bei einem Differenz-Verfahren gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform möglich ist.
Vorzugsweise umfasst das Mittel zur Auswertung dieser Ausführungsform weiterhin eine zweite Monitordiode, dazu eingerichtet, die Intensität des abgezweigten Anteils der vom Laser emittierten LiDAR-Strahlung wellenlängenunabhängig zu bestimmen. Dies kann insbesondere durch eine Monitordiode ohne vorgeschaltetes Filterelement realisiert werden. Zum Ausgleich von Intensitätsschwankungen des Lasers kann daher das Signal einer weiteren Monitordiode ohne vorgeschaltetes Filterelement dazu verwendet werden, eine Normierung des Gesamtsignals zu ermöglichen. Wellenlängenunabhängig bedeutet dabei, dass innerhalb des Wellenlängen-Arbeitsbereichs des Lasers keine wesentlichen Unterschiede in der spektralen Empfindlichkeit der Monitordiode vorhanden sind. Zum Thema Signalnormierung wird auf die einschlägige Literatur verwiesen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wellenlängenstabilisierung eines LiDAR-Systems. Das Verfahren setzt dabei die wesentlichen Merkmale der oben genannten Vorrichtung zu seiner Realisierung voraus. Insofern ist zur Umsetzung des Verfahrens die Bereitstellung eines entsprechenden LiDAR-Systems vorteilhaft. Nichtsdestotrotz kann die grundlegende Idee der vorliegenden Erfindung, die Regelkette unmittelbar über die Zielgröße (Wellenlänge) zu regeln, auch mit anderen Mitteln, als den für die Vorrichtung genannten, realisiert werden.
Das Verfahren zur Wellenlängenstabilisierung umfasst daher die Bestimmung eines Maßes für die Abweichung von einer Ist-Wellenlänge der Strahlung auf eine Soll-Wellenlänge innerhalb des Wellenlängen-Arbeitsbereichs des Lasers (beispielsweise realisiert durch ein entsprechendes Mittel zur Auswertung); und Ansteuerung des Thermoelements anhand des vorab bestimmten Abweichungsmaßes, sodass die Arbeitstemperatur des Lasers auf einen Wert eingestellt wird, bei dem die emittierte monochromatische LiDAR-Strahlung der Soll-Wellenlänge entspricht.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt eine Festlegung der Soll-Wellenlänge auf das Transmissionsmaximum eines dem LiDAR-System zugehörigen Empfangsfilters (zum Beispiel Laserlinienfilter), wobei in einer Dunkelphase des LiDAR-Systems ein Anteil der vom Laser emittierten LiDAR-Strahlung in einem hinter dem Empfangsfilter angeordneten Detektor einer dem LiDAR-System zugehörigen Empfangseinheit umgelenkt (zum Beispiel über einen Reflektor innerhalb des LiDAR-Systems) und durch sequentielles wellenlängenselektives Durchstimmen der LiDAR-Strahlung des Lasers in den Dunkelphasen des LiDAR-Systems die wellenlängenabhängige Transmission des Empfangsfilters vermessen wird.
Als Dunkelphasen werden Zeitabschnitte bezeichnet, in denen das LiDAR-System kein Licht in die Umgebung emittiert beziehungsweise passiv ist. Hierbei kann es sich insbesondere um einen Ruhezustand des Systems handeln. Auch in einem rotierenden LiDAR-System, das weniger als 360° Scanwinkel abdeckt, existiert zumeist eine Dunkelphase, in der Sende- und Empfangsoptik auf die Gehäuserückseite gerichtet sind. In dieser Dunkelphase kann durch Umlenken des Strahls Energie vom Sende- in den Empfangspfad umgeleitet werden. Das Auftreten einer Dunkelphase ist erforderlich, um den Empfangspfad für die Vermessung des Empfangsfilters nutzen zu können, ohne dabei die eigentliche Umgebungserfassung zu stören oder zu beeinflussen.
Das sequentielle wellenlängenselektive Durchstimmen der LiDAR-Strahlung des Lasers in den Dunkelphasen des LiDAR-Systems kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass während einer Dunkelphase oder über mehrere Dunkelphasen hinweg verteilt unterschiedliche Wellenlängen im Wellenlängen-Arbeitsbereich des Laser eingestellt werden. Wird dann in Dunkelphasen die Detektorantwort (von der eigentlichen Empfangsoptik) jeweils in Abhängigkeit einer fest eingestellten Temperatur des Lasers gemessen, so lässt sich das Bandpassverhalten des Empfangsfilters direkt in der Anwendung vermessen. Parallel hierzu kann beispielsweise das Signal zweier erfindungsgemäßer Monitordioden im Sendepfad aufgezeichnet werden. Nach Abschluss dieser Messung kann ein Zielwert für die Wellenlängenmessung (beziehungsweise eine Zieltemperatur) im Sendepfad festgelegt werden und die Regelung mit diesem durchgeführt werden.
Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass nicht nur die Temperaturvariationen und Streuungen des Lasers beim Herstellungsprozess aufgefangen werden können, sondern auch noch zusätzlich die Streuungen in der Produktion der Empfangsfilter. Insgesamt können dadurch die Kosten und der Montageaufwand in der Fertigung deutlich reduziert werden.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt eine Festlegung der Soll-Wellenlänge auf das Transmissionsmaximum eines dem LiDAR-System zugehörigen Empfangsfilters, wobei ein hinter dem Empfangsfilter reflektierter Anteil des Lichts einer spektral breitbandigen Lichtquelle, wobei das Spektralband den Wellenlängen-Arbeitsbereichs des Lasers umfasst, zur Bestimmung des Transmissionsmaximums des Empfangsfilters spektral vermessen wird. Bei der spektral breitbandigen Lichtquelle kann es sich vorzugsweise um eine Weißlichtquelle oder eine lichtemittierende Diode (LED) handeln.
Um den Zielwert für die Regelung auf den Empfangsfilter abzustimmen, kann daher (anstatt der LiDAR-Strahlung des Lasers) eine breitbandige Lichtquelle genutzt werden und dessen Reflex an einer inneren Struktur hinter dem Eingangsfilter ausgewertet werden. Bei einem rotierenden LiDAR-System kann die breitbandige Lichtquelle vorzugsweise auf dem Stator angeordnet werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Regelkette zur Laserstabilisierung im Stand der Technik,
2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Regelkette zur Laserstabilisierung,
3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
4 eine schematische Darstellung des Mittels zur Auswertung der ersten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
5 eine schematische Darstellung des Mittels zur Auswertung der zweiten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
6 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Erweiterung einer erfindungsgemäßen Regelkette zur Laserstabilisierung,
7 eine schematische Darstellung einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines rotierenden LiDAR-Systems, und
8 eine schematische Darstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines rotierenden LiDAR-Systems.

Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Regelkette zur Laserstabilisierung im Stand der Technik. Die eingezeichneten Pfeile geben die Abhängigkeiten zwischen den einzelnen Komponenten der Regelkette an. Die gezeigte Regelkette umfasst einen Laser 10, wobei der Laser 10 zur Emission monochromatischer LiDAR-Strahlung (Wellenlänge λ) innerhalb eines Wellenlängen-Arbeitsbereichs A(T) ausgebildet ist; ein Thermoelement 20, dazu eingerichtet, die Arbeitstemperatur T des Lasers 10 einzustellen; ein Mittel zur Auswertung 22, dazu ausgebildet, aus der von einem Sensor 26 gemessenen Ist-Temperatur T_Ist des Lasers 10 ein Maß für die Abweichung von der Ist-Temperatur T_Ist auf eine Soll-Temperatur T_Soll zu bestimmen; und ein Mittel zur Regelung 24, dazu ausgebildet, anhand des vom Mittel zur Auswertung 22 bestimmten Abweichungsmaßes das Thermoelement 20 derart anzusteuern, dass die Arbeitstemperatur T des Lasers 10 auf einen Wert eingestellt wird, der der Soll-Temperatur T_Soll entspricht. Der Laser 10 kann insbesondere einen Laseremitter-Chip eines Halbleiterlasers (zum Beispiel Diodenlaser) umfassen. Der Laseremitter-Chip und der Sensor 26 werden in der Regel zusammen auf einem Lasermodul 12 angeordnet.
Das Thermoelement 20 wird vom Mittel zur Regelung 24 angesteuert und wirkt auf die Temperatur des Lasers 10. Der Sensor 26 misst die Temperatur des Lasermoduls 12. Problematisch ist hierbei, dass der Zusammenhang zwischen der vom Sensor 26 gemessenen Temperatur an einer Stelle des Lasermoduls 12 und der tatsächlich relevanten Temperatur am Laser 10 (das heißt insbesondere der Temperatur des aktiven Bereichs des Lasers 10) nicht gut bekannt ist. Dies schränkt die effektive Genauigkeit einer solchen Temperaturregelung ein, da eine Regelung der Emissions-Wellenlänge des Lasers 10 nur indirekt mittels der Soll-Temperatur erfolgt. Dies hat den Nachteil, dass Veränderungen im Systemverhalten (zum Beispiel Veränderungen in der Kennlinie des Sensors 26) nicht überwacht und ausgeregelt werden können.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Regelkette zur Laserstabilisierung. Die eingezeichneten Pfeile geben die Abhängigkeiten zwischen den einzelnen Komponenten der Regelkette an. Die gezeigte Regelkette umfasst einen Laser 10, wobei der Laser 10 zur Emission monochromatischer LiDAR-Strahlung (Wellenlänge λ) innerhalb eines Wellenlängen-Arbeitsbereichs A(T) ausgebildet ist; ein Thermoelement 20, dazu eingerichtet, die Arbeitstemperatur T des Lasers 10 einzustellen; ein Mittel zur Auswertung 22, dazu ausgebildet, aus der vom Laser 10 emittierten Strahlung ein Maß für die Abweichung von einer Ist-Wellenlänge λ_Ist der Strahlung auf eine Soll-Wellenlänge λ_Soll innerhalb des Wellenlängen-Arbeitsbereichs A(T) des Lasers 10 zu bestimmen; und ein Mittel zur Regelung 24, dazu ausgebildet, anhand des vom Mittel zur Auswertung 22 bestimmten Abweichungsmaßes das Thermoelement 20 derart anzusteuern, dass die Arbeitstemperatur T des Lasers 10 auf einen Wert eingestellt wird, bei dem die emittierte monochromatische LiDAR-Strahlung der Soll-Wellenlänge λ_Soll entspricht. Der Laser 10 kann insbesondere einen Laseremitter-Chip eines Halbleiterlasers (zum Beispiel Diodenlaser) umfassen. Der Laseremitter-Chip wird in der Regel auf einem Lasermodul 12 angeordnet.
Gegenüber einer Regelkette nach 1 liegt hier eine Umleitung der Regelkette über eine Messung der Wellenlänge anstatt der Temperatur vor. Die Regelung erfolgt jedoch ebenfalls über eine Einstellung der Temperatur des Lasers 10. Eine erfindungsgemäße Regelkette hat den Vorteil, dass direkt auf den gewünschten Zielwert (das heißt die Wellenlänge) geregelt wird und somit auch Veränderungen im Systemverhalten überwacht und ausgeregelt werden können.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Darstellung umfasst einen Laser (10), wobei der Laser (10) zur Emission monochromatischer LiDAR-Strahlung (Wellenlänge λ) innerhalb eines Wellenlängen-Arbeitsbereichs A(T) ausgebildet ist; ein Mittel zur Auswertung (22), dazu ausgebildet, aus der vom Laser (10) emittierten Strahlung ein Maß für die Abweichung von einer Ist-Wellenlänge λ_Ist der Strahlung auf eine Soll-Wellenlänge λ_Soll innerhalb des Wellenlängen-Arbeitsbereichs des Lasers zu bestimmen; ein Mittel zur Regelung 24, dazu ausgebildet, anhand des vom Mittel zur Auswertung 22 bestimmten Abweichungsmaßes das Thermoelement 20 derart anzusteuern, dass die Arbeitstemperatur T des Lasers auf einen Wert eingestellt wird, bei dem die emittierte monochromatische LiDAR-Strahlung der Soll-Wellenlänge λ_Soll entspricht. Vom eigentlichen Sendestrahl wird ein Teil der Leistung auf das Mittel zur Auswertung 22, zum Beispiel auf vom Mittel zur Auswertung 22 umfasste Monitordioden 30, 32, 40, geleitet. Dies kann beispielsweise durch einen definierten Beamsplitter erfolgen, oder, wie hier dargestellt, auch durch die Aufnahme eines Streureflexes an einer Sendeoptik 14.
4 zeigt eine schematische Darstellung des Mittels zur Auswertung 22 der ersten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das Mittel zur Auswertung 22 umfasst zwei Monitordioden 30, 32, dazu eingerichtet, die Intensität eines abgezweigten Anteils der vom Laser 10 emittierten LiDAR-Strahlung zu bestimmen, wobei die Strahlung vor dem Auftreffen auf die Monitordioden 30, 32 jeweils ein optisches Filterelement 34, 36 durchläuft, welche, von der Soll-Wellenlänge innerhalb des Wellenlängen-Arbeitsbereichs des Lasers 10 ausgehend, Passbereiche 34', 36' in unterschiedliche spektrale Richtungen aufweisen, wobei die Soll-Wellenlänge beim ersten Filterelement 34 im ansteigenden Teil des Passbereichs 34` und beim zweiten Filterelement 36 im absteigenden Teil des Passbereichs 36` liegt; und ein Mittel zur Bestimmung eines Abweichungsmaßes 38, dazu ausgebildet, aus den an den zwei Monitordioden 30, 32 bestimmten Intensitäten mittels des bekannten Transmissionsverhaltens der Filterelemente 34, 36 ein Maß für die Abweichung von der Ist-Wellenlänge auf die Soll-Wellenlänge zu bestimmen. Im gezeigten Fall ist das Mittel zur Bestimmung des Abweichungsmaßes 38 dazu ausgebildet, aus den an den zwei Monitordioden 30, 32 bestimmten Intensitäten das Differenzsignal als Abweichungsmaß und/oder das Summensignal zur Überwachung der Gesamtleistung (nicht eingezeichnet) zu bestimmen.
5 zeigt eine schematische Darstellung des Mittels zur Auswertung 22 der zweiten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das Mittel zur Auswertung 22 umfasst eine Monitordiode 40, dazu eingerichtet, die Intensität eines abgezweigten Anteils der vom Laser 10 emittierten LiDAR-Strahlung zu bestimmen, wobei die Strahlung vor dem Auftreffen auf die Monitordiode 40 ein optisches Filterelement 42 durchläuft, welches innerhalb des Wellenlängen-Arbeitsbereichs des Lasers 10 einen Passbereich 42' mit eindeutig zuordenbarer Transmission aufweist; und ein Mittel zur Bestimmung eines Abweichungsmaßes 48, dazu ausgebildet, aus der an der Monitordiode 40 bestimmten Intensität mittels des bekannten Transmissionsverhaltens des Filterelements 40 ein Maß für die Abweichung von der Ist-Wellenlänge auf die Soll-Wellenlänge zu bestimmen. Vorzugsweise kann das Mittel zur Auswertung 22 weiterhin eine zweite Monitordiode 44 umfassen, dazu eingerichtet, die Intensität des abgezweigten Anteils der vom Laser 10 emittierten LiDAR-Strahlung wellenlängenunabhängig, das heißt insbesondere ohne vorgeschaltetes Filterelement, zu bestimmen.
6 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Erweiterung einer erfindungsgemäßen Regelkette zur Laserstabilisierung. Der dargestellte Regelkettenteil hat die Aufgabe, die Soll-Wellenlänge des Lasers 10 durch Vermessen des Empfangsfilters 52 einer Empfangseinheit 50 festzulegen. Dazu erfolgt eine Festlegung der Soll-Wellenlänge auf das Transmissionsmaximum eines dem LiDAR-System zugehörigen Empfangsfilters 52, wobei in einer Dunkelphase des LiDAR-Systems ein Anteil der vom Laser 10 emittierten LiDAR-Strahlung, zum Beispiel durch einen internen Reflektor 56, in einem hinter dem Empfangsfilter 52 angeordneten Detektor 54 einer dem LiDAR-System zugehörigen Empfangseinheit 50 umgelenkt und durch sequentielles wellenlängenselektives Durchstimmen der LiDAR-Strahlung des Lasers 10 in den Dunkelphasen des LiDAR-Systems die wellenlängenabhängige Transmission des Empfangsfilters 52 vermessen wird. Das Durchstimmen der LiDAR-Strahlung des Lasers 10 kann dabei über das Mittel zur Regelung 24 durch entsprechendes Regeln der Temperatur des Thermoelements 20 (zum Beispiel als lineare Rampe) erfolgen. Das Mittel zur Auswertung 22 kann dann anhand der Ist-Wellenlänge des Lasers 10 und dem aus der Vermessung bestimmten Transmissionsmaximum eines dem LiDAR-System zugehörigen Empfangsfilters 52 die optimale Soll-Wellenlänge für das LiDAR-System festlegen.
7 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines rotierenden LiDAR-Systems. Die Darstellung zeigt einen Stator 70 mit Vorder- 74 (mit Austrittsfenster) und Rückseite 76, sowie einen Rotor 72, wobei auf dem Rotor ein Laser 10 angeordnet ist. Das Mittel zur Auswertung 22 ist an der zum Rotor 72 weisenden Innenseite der Rückseite 76 des Stators 70 angeordnet. Vorzugsweise wird die Bestimmung eines Maßes für die Abweichung von einer Ist-Wellenlänge der Strahlung auf eine Soll-Wellenlänge innerhalb des Wellenlängen-Arbeitsbereichs des Lasers 10 aus der vom Laser 10 emittierten Strahlung durch das Mittel zur Auswertung 22 auf dem Stator 70 durchgeführt, indem beim Überstreichen des Mittels zur Auswertung 22 mit dem Laser 10 ein Puls ausgesendet wird. Dies erfordert eine Synchronisation der Umdrehung mit dem Schusszeitpunkt, das heißt das Mittel zur Auswertung 22 ist mit der LiDAR-Abtastung synchronisiert. Bei dem gezeigten LiDAR-System, welches aufgrund des beschränkten Sichtfensterbereichs weniger als 360° horizontalen Scanwinkel abdeckt, existiert eine Dunkelphase während des Zeitraums, in dem der Laser 10 auf die Rückseite des Stators 70 (beziehungsweise des Gehäuses des LiDAR-Systems) gerichtet ist.
8 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines rotierenden LiDAR-Systems. Der prinzipielle Aufbau des gezeigten LiDAR-Systems entspricht der Darstellung in 7, die entsprechenden Bezugszeichen und deren Zuordnung gelten daher entsprechend. Auf dem Rotor 72 ist eine Empfangseinheit 60 dargestellt, welche einen Empfangsfilter 62 und einen Detektor 64 umfasst. Bei dem Empfangsfilter 62 kann es sich bevorzugt um einen Laserlinienfilter handeln. Der Detektor 64 umfasst vorzugsweise eine Photodiode, pin-Diode, eine APD oder ein SiPM.
Zur Festlegung der Soll-Wellenlänge auf das Transmissionsmaximum des dem LiDAR-System zugehörigen Empfangsfilters 62 kann ein hinter dem Empfangsfilter 62 reflektierter Anteil des Lichts einer spektral breitbandigen Lichtquelle 64, wobei das Spektralband den Wellenlängen-Arbeitsbereichs eines entsprechenden Lasers 10 umfasst, zur Bestimmung des Transmissionsmaximums des Empfangsfilters 62 spektral vermessen werden. Die spektrale Vermessung kann dabei durch ein erfindungsgemäßes Mittel zur Auswertung 22 erfolgen. Das beschriebene Vorgehen zur Festlegung der Soll-Wellenlänge auf das Transmissionsmaximum des dem LiDAR-System zugehörigen Empfangsfilters 62 entspricht insofern einer zweiten Ausführungsform einer Erweiterung einer erfindungsgemäßen Regelkette zur Laserstabilisierung. Deren Realisierung ist jedoch nicht an rotierende LiDAR-Systeme gebunden, sondern kann unabhängig von der in 8 gezeigten Ausführungsform auch in anderen LiDAR-Aufbauten entsprechend Anwendung finden.

Claims

LiDAR-System umfassend: einen Laser (10), wobei der Laser (10) zur Emission monochromatischer LiDAR-Strahlung innerhalb eines Wellenlängen-Arbeitsbereichs ausgebildet ist; ein Thermoelement (20), dazu eingerichtet, die Arbeitstemperatur des Lasers (10) einzustellen; ein Mittel zur Auswertung (22), dazu ausgebildet, aus der vom Laser (10) emittierten Strahlung ein Maß für die Abweichung von einer Ist-Wellenlänge der Strahlung auf eine Soll-Wellenlänge innerhalb des Wellenlängen-Arbeitsbereichs des Lasers (10) zu bestimmen; und ein Mittel zur Regelung (24), dazu ausgebildet, anhand des vom Mittel zur Auswertung (22) bestimmten Abweichungsmaßes das Thermoelement (20) derart anzusteuern, dass die Arbeitstemperatur des Lasers (10) auf einen Wert eingestellt wird, bei dem die emittierte monochromatische LiDAR-Strahlung der Soll-Wellenlänge entspricht.
LiDAR-System nach Anspruch 1, wobei das Mittel zur Auswertung (22) umfasst: zwei Monitordioden (30, 32), dazu eingerichtet, die Intensität eines abgezweigten Anteils der vom Laser (10) emittierten LiDAR-Strahlung zu bestimmen, wobei die Strahlung vor dem Auftreffen auf die Monitordioden (30, 32) jeweils ein optisches Filterelement (34, 36) durchläuft, welche, von der Soll-Wellenlänge innerhalb des Wellenlängen-Arbeitsbereichs des Lasers (10) ausgehend, Passbereiche (34', 36') in unterschiedliche spektrale Richtungen aufweisen, wobei die Soll-Wellenlänge beim ersten Filterelement (34) im ansteigenden Teil des Passbereichs (34') und beim zweiten Filterelement (36) im absteigenden Teil des Passbereichs (36') liegt; und ein Mittel zur Bestimmung eines Abweichungsmaßes (38), dazu ausgebildet, aus den an den zwei Monitordioden (30, 32) bestimmten Intensitäten mittels des bekannten Transmissionsverhaltens der Filterelemente (34, 36) ein Maß für die Abweichung von der Ist-Wellenlänge auf die Soll-Wellenlänge zu bestimmen.
LiDAR-System nach Anspruch 2, wobei das Mittel zur Bestimmung des Abweichungsmaßes (38) dazu ausgebildet ist, aus den an den zwei Monitordioden (30, 32) bestimmten Intensitäten das Differenzsignal als Abweichungsmaß und/oder das Summensignal zur Überwachung der Gesamtleistung zu bestimmen.
LiDAR-System nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Mittel zur Auswertung (22) weiterhin eine dritte Monitordiode umfasst, dazu eingerichtet, die Intensität eines abgezweigten Anteils der vom Laser (10) emittierten LiDAR-Strahlung wellenlängenunabhängig zu bestimmen.
LiDAR-System nach Anspruch 1, wobei das Mittel zur Auswertung (22) umfasst: eine Monitordiode (40), dazu eingerichtet, die Intensität eines abgezweigten Anteils der vom Laser (10) emittierten LiDAR-Strahlung zu bestimmen, wobei die Strahlung vor dem Auftreffen auf die Monitordiode (40) ein optisches Filterelement (42) durchläuft, welches innerhalb des Wellenlängen-Arbeitsbereichs des Lasers (10) einen Passbereich (42') mit eindeutig zuordenbarer Transmission aufweist; und ein Mittel zur Bestimmung eines Abweichungsmaßes (48), dazu ausgebildet, aus der an der Monitordiode (40) bestimmten Intensität mittels des bekannten Transmissionsverhaltens des Filterelements (40) ein Maß für die Abweichung von der Ist-Wellenlänge auf die Soll-Wellenlänge zu bestimmen.
LiDAR-System nach Anspruch 5, wobei das Mittel zur Auswertung (22) weiterhin eine zweite Monitordiode (44) umfasst, dazu eingerichtet, die Intensität des abgezweigten Anteils der vom Laser (10) emittierten LiDAR-Strahlung wellenlängenunabhängig zu bestimmen.
LiDAR-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend einen Sensor (26) zur Bestimmung der Temperatur des Lasers (10).
LiDAR-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mittel zur Auswertung (22) mit der LiDAR-Abtastung synchronisiert ist.
Verfahren zur Wellenlängenstabilisierung, geeignet für ein LiDAR-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, folgende Schritte umfassend: Bestimmung eines Maßes für die Abweichung von einer Ist-Wellenlänge der Strahlung auf eine Soll-Wellenlänge innerhalb des Wellenlängen-Arbeitsbereichs des Lasers (10); und Ansteuerung des Thermoelements (20) anhand des vorab bestimmten Abweichungsmaßes, sodass die Arbeitstemperatur des Lasers (10) auf einen Wert eingestellt wird, bei dem die emittierte monochromatische LiDAR-Strahlung der Soll-Wellenlänge entspricht.
Verfahren nach Anspruch 9, weiterhin umfassend: Festlegung der Soll-Wellenlänge auf das Transmissionsmaximum eines dem LiDAR-System zugehörigen Empfangsfilters (52), wobei in einer Dunkelphase des LiDAR-Systems ein Anteil der vom Laser (10) emittierten LiDAR-Strahlung in einem hinter dem Empfangsfilter (52) angeordneten Detektor (54) einer dem LiDAR-System zugehörigen Empfangseinheit (50) umgelenkt und durch sequentielles wellenlängenselektives Durchstimmen der LiDAR-Strahlung des Lasers (10) in den Dunkelphasen des LiDAR-Systems die wellenlängenabhängige Transmission des Empfangsfilters (52) vermessen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, weiterhin umfassend: Festlegung der Soll-Wellenlänge auf das Transmissionsmaximum eines dem LiDAR-System zugehörigen Empfangsfilters (62), wobei ein hinter dem Empfangsfilter (62) reflektierter Anteil des Lichts einer spektral breitbandigen Lichtquelle (64), wobei das Spektralband den Wellenlängen-Arbeitsbereichs des Lasers (10) umfasst, zur Bestimmung des Transmissionsmaximums des Empfangsfilters (62) spektral vermessen wird.