[发明专利]对基于SPAD的探测器的动态范围的扩展

说明书

公开了一种用于通过控制设备运行激光雷达设备的方法，其中，至少一个辐射脉冲由辐射源发射到扫描区域中，从所述扫描区域中反射和/或反向散射的辐射由具有多个SPAD单元的探测器接收并且转换成电计数脉冲，其中，产生至少一个具有延长的下降的强度沿的辐射脉冲并且所述探测器由直流耦合的读出电子器件读出。此外，公开了一种控制设备和一种激光雷达设备。

技术领域

本发明涉及一种用于通过控制设备运行激光雷达设备的方法以及一种用于扫描扫描区域的激光雷达设备。

背景技术

能自动化运行的车辆和驾驶功能在公共道路交通上变得越来越重要。为了这种车辆和驾驶功能的技术实现，通常需要激光雷达传感器。激光雷达传感器在此产生电磁辐射、例如激光束，并且使用这些辐射来扫描扫描区域。基于飞行时间分析，能够求取在激光雷达传感器和扫描区域中的对象之间的距离。

具有大作用距离的激光雷达传感器的探测器能够构型得相对于温度和老化的影响特别不敏感，如果这些探测器由SPAD(单光子雪崩二极管)单元组成。探测器的每个宏像素都由多个SPA二极管或者说SPAD单元构成并且能够接收来自定义的立体角范围的入射辐射。

由SPAD单元的工作方式决定地，在探测器的结构设计中必须考虑死区时间(Totzeit)。死区时间由用于抑制SPAD单元内的雪崩电流所需的时间段和施加在SPAD单元上的用于进一步探测光子的重新的提升(Anheben)而产生。在SPAD单元的死区时间期间，不能够进一步探测光子，此外不能确定：在SPAD单元的激活时间期间探测到仅一个光子或多个光子。

通常，基于交流电地运行读出电子器件以抑制SPAD单元内雪崩电流，从而增加了死区时间并且减小了每个时间(pro Zeit)最大探测到的光子的数量。此外，迄今已知的基于SPAD的探测器的动态范围不足。

发明内容

本发明所基于的任务能够被视为：提出一种用于运行激光雷达设备的方法以及一种具有扩大的动态范围的激光雷达设备。

该任务借助独立权利要求的相应主题解决。本发明的有利构型是相应从属权利要求的主题。

根据本发明的一个方面，提供一种用于通过控制设备运行激光雷达设备的方法。在一个步骤中，通过辐射源将至少一个辐射脉冲发射到扫描区域中。

激光雷达设备能够因而作为脉冲激光雷达设备运行。根据激光雷达设备的构型，至少一个辐射脉冲的辐射角能够在垂直方向和/或水平方向上变化，并且，因而能够扫描立体角。

从扫描区域中反射和/或反向散射的辐射由具有多个SPAD单元的探测器接收并且转换成电计数脉冲。探测器因而能够由SPAD单元阵列构成并且具有面状的延伸(Ausdehnung)。

根据本发明，产生具有延长的下降的强度沿(fallenden)的至少一个辐射脉冲并且所述探测器由直流耦合的读出电子器件读出。辐射脉冲的下降脉冲沿比辐射脉冲的上升的脉冲沿(steigende Impulsflanke)在更长的时间段上延伸。

根据本发明的另一个方面提供一种控制设备，该控制设备设置用于实施根据本发明的方法。控制设备能够集成在激光雷达设备中或构型为外部的控制设备。

分析处理电子器件能够优选构型为雪崩抑制电路或者说所谓的淬熄电路(Quenching-Schaltung)。通过使用直流耦合的分析处理电子器件而非交流耦合的分析处理电子器件，能够精确地控制SPAD单元的激活时间并且使其匹配于所产生或者说所接收的辐射脉冲的持续时间，以便测量辐射脉冲的到达时间的高精度探测。尤其能够延长激活时间，在该激活时间期间SPAD单元是光敏的。

由于对SPAD单元的激活时间的有针对性的控制与延长的辐射脉冲的组合，能够实现SPAD单元的更高的平均曝光时间，其导致探测器的更大动态范围。动态范围能够通过根据本发明方法扩展到在所接收的辐射脉冲期间远超过一百万个能够探测到的光子。