Titel

Lidar-Svstem mit holografischer Abbildungsoptik

Die Erfindung betrifft ein Lidar-System mit einer holografischen Abbildungsoptik. Die Erfindung betrifft ferner eine holografische Abbildungsoptik für ein solches Lidar-System.

Stand der Technik

Lidar-Systeme werden zur Ermittlung von 3D-Daten eines Beobachtungsbereichs verwendet. Ein solches System umfasst wenigstens einen Photoemitter zum Erzeugen von Lichtstrahlung bestimmter Wellenlängen, welcher typischerweise in Form eines Lasers ausgebildet ist, und wenigstens einen Detektor zur

Erfassung von Lichtstrahlung der jeweiligen Wellenlängen. Im Betrieb des Systems wird die von dem Emitter ausgesandte und an Objekten im

Beobachtungsbereich reflektierte oder gestreute Lichtstrahlung von dem Detektor erfasst. Durch eine Messung der Laufzeiten der an den abgetasteten Objekten zurückreflektierte Lichtstrahlung lässt sich der Abstand der betreffenden Objekte berechnen. Typische Lidar-Systeme führen im Beobachtungsbereich eine Vielzahl von Einzelmessungen durch, bei denen jeweils nur ein kleiner

Raumbereich bzw. Raumwinkel erfasst wird. Die Gesamtheit der

Einzelmessungen ergibt dann eine 3D-Punktwolke, welche Rückschlüsse auf die räumliche Verteilung der Objekte im jeweiligen Beobachtungsbereich ermöglicht. So offenbart beispielsweise die WO 11146523 A2 ein entsprechendes Lidar- System, bei dem mehrere Photoemitter zusammen mit der gleichen Anzahl von Detektoren auf einer gemeinsamen rotierenden Plattform angeordnet sind.

Jedem Photoemitter ist dabei jeweils ein Detektor zugeordnet, wobei eine optische Vorrichtung aus Linsen und Spiegeln sicherstellt, dass jeder Detektor den Raumwinkel betrachtet, unter dem der zugehörige Photoemitter abstrahlt. In dieser Konstellation bildet jedes Emitter/Detektor-Paar einen separaten

Laserentfernungsmesser, wobei jedes einzelne Emitter/Detektor-Paar in eine andere Richtung bezogen auf die Rotationsachse des Gesamtgeräts blickt. Eine Rotationsbewegung der Anordnung ermöglicht dann das Scannen der 3D- Punktwolke, wobei jedes einzelne Emitter/Detektor-Paar eine andere Ebene des Beobachtungsbereichs abtastet.

Um möglichst große Detektionsreichweiten zu erzielen, wird die Abbildungsoptik bei Lidar-Systemen typischerweise so ausgelegt, dass sie möglichst wenig Umgebungslicht sieht. Andernfalls wäre das von einem Objekt zurückreflektierte Laserlicht insbesondere bei direkter Sonneneinstrahlung nur schwer von dem Strahlungshintergrund zu unterscheiden. Erreicht wird das durch eine spektrale Selektion, bei der das eintreffende Licht beispielsweise mithilfe von

Bandpassfiltern gefiltert wird, eine zeitliche Selektion, bei der die Detektion in einem engen Zeitfenster erfolgt, und eine geometrische Selektion, bei der nur ein enges Sichtfeld um den ausgesendeten Strahl herum beobachtet wird.

Insbesondere die geometrische Selektion erfordert jedoch, dass bei dem konventionellen Optik-Design jede Scanebene einen eigenen Detektor benötigt. Nur so lässt sich erreichen, dass jeder Detektor nur einen sehr engen

Winkelbereich sieht. Die Vielzahl der hierzu notwendigen Detektoren hat jedoch den Nachteil, dass hierdurch die Komplexität und die Kosten des Systems deutlich erhöht werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Anzahl der zu erfassen der 3D- Punktwolke notwendigen Detektoren zu reduzieren. Diese Aufgabe wird durch ein Lidar-System gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte

Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Gemäß der Erfindung ist ein Lidar-System zum Erfassen von Objekten innerhalb eines Beobachtungsbereichs vorgesehen umfassend eine

Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten des Beobachtungsbereichs mit mehreren jeweils eine unterschiedliche Wellenlänge aufweisenden

Lichtstrahlungen, wobei mehrere separate Raumbereiche des

Beobachtungsbereichs, welche aktuell von einem Detektionsbereich des Lidar- Systems erfasst sind, zeitlich nacheinander mit jeweils einer anderen

Lichtstrahlung beleuchtet werden. Das Lidar-System umfasst ferner eine

Detektionseinrichtung zum detektieren der von Objekten im

Beobachtungsbereich zurückreflektierten Lichtstrahlungen umfassend

wenigstens eine dem jeweiligen Detektionsbereich individuell zugeordnete Detektionsanordnung aus einem Detektor zum Detektieren der Lichtstrahlungen aus den aktuell vom Detektionsbereich erfassten Raumbereichen und einer holografischen Abbildungsoptik zum Fokussieren der jeweiligen Lichtstrahlungen auf den Detektor. Das holografisch optische Element ist dabei ausgebildet, für jede der auf den Detektor fokussierten Lichtstrahlungen, die jeweilige

Lichtstrahlung aus lediglich einem der jeweiligen Lichtstrahlung individuell zugeordneten und aktuell von dem Detektionsbereich erfassten Raumbereich auf den Detektor zu fokussieren. Die holografische Abbildungsoptik ermöglicht es, jeweils zwei oder mehrere Scanebenen mit nur einem Detektor zu adressieren und dennoch das Blickfeld bei jedem Messvorgang auf nur eine der so zusammengefassten Blickrichtungen einzuengen. Im Vergleich zu einem herkömmlichen scannenden Lidar-System kann mithilfe der hier

vorgeschlagenen Anordnung daher dieselbe Anzahl an Scanebenen mit einer geringeren Anzahl an Detektoren abgetastet werden. Die geringere Anzahl an Detektoren ermöglicht dabei einen deutlich weniger komplexen Aufbau. Ferner ist die geringere Anzahl an Detektoren auch mit einer Reduktion der

Herstellungskosten eines solchen Lidar-Systems verbunden. Dies ist

insbesondere dann von Vorteil, wenn aufgrund der verwendeten Wellenlängen keine Silizium-basierten Detektorelemente verwendet werden können, sondern beispielsweise die deutlich teureren InGaAs-Detektoren erforderlich sind.

Alternativ zur Verwendung einer geringeren Anzahl an Detektoren kann mithilfe der gleichen Anzahl an Detektoren eine größere Anzahl an Scanebenen abgetastet werden. Hierdurch kann die vertikale Auflösung des Lidar-Systems erhöht werden.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, das die holographische

Abbildungsoptik wenigstens ein holografisch optisches Element umfasst. Dabei wird erfindungsgemäß eine reguläre Abbildungsoptik durch eine holographische Abbildungsoptik aus einem oder mehreren holografisch optischen Elementen ersetzt bzw. ergänzt. Im Unterschied zu einer klassischen refraktiven Optik funktionieren die holografisch optischen Elemente nur für eine bestimmte Wellenlänge und Raumrichtung gut und weisen bezüglich dieser Eigenschaft nur eine sehr begrenzte Toleranz auf. Daher hat die Verwendung der holografischen Abbildungsoptik in einem Lidar-System den Vorteil, dass weder Licht aus anderen Raumrichtungen, noch mit anderen Wellenlängen als den vorgesehenen auf den Detektor gelenkt wird. Da die holographische Abbildungsoptik aufgrund ihrer Wellenlängenselektivität intrinsisch einen Bandpassfilter darstellt, kann im Idealfall auf einen separaten Bandpassfilter verzichtet werden, welcher bei herkömmlichen Lidar-Systemen benötigt wird.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das holografisch optische Element mehrere Hologramme umfasst welche ausgebildet sind, jeweils eine der Lichtstrahlungen aus jeweils einem anderen der vom jeweiligen

Detektionsbereich aktuell erfassten Raumbereiche auf den Detektor zu fokussieren. Die Verwendung mehrerer Hologramme ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung des holografisch optischen Elements. Ferner verbessert sich durch den Einsatz mehrerer Hologramme auch die Wellenlängenselektivität des holografisch optischen Elements.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass wenigstens eines der Hologramme in Form eines Volumenhologramms in Transmissionsgeometrie ausgebildet ist. Diese Gestaltung ermöglicht einen besonders einfachen und kostengünstigen Aufbau.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die

Beleuchtungseinrichtung eine Photoemitteranordnung mit mehreren

Photoemittern umfasst, welche jeweils eine der Lichtstrahlungen emittieren.

Diese Anordnung ermöglicht es, die verschiedenen Lichtstrahlungen unabhängig voneinander zu erzeugen.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass den einzelnen

Photoemittern jeweils eine passive Optik aus wenigstens einem diffraktiven optischen Element und/oder einem holografisch optischen Element zugeordnet ist. Dabei ist die passive Optik ausgebildet, die von dem jeweiligen Photoemitter emittierte Lichtstrahlung in wenigstens zwei jeweils einen anderen Raumbereich des Beobachtungsbereichs beleuchtende Teilstrahlen aufzuspalten. Eine solche passive Optik ermöglicht es somit mithilfe einzelner Photoemitter mehrere Raumbereiche, welche jeweils unterschiedlichen Detektionsbereichen

zugeordnet sind, gleichzeitig zu beleuchten. Hierdurch kann die Anzahl der verwendeten Photoemitter reduziert und damit der Aufwand und die Kosten der Herstellung einer solchen Beleuchtungseinrichtung reduziert werden.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die

Detektionseinrichtung mehrere räumlich zueinander versetzt angeordnete Detektionsanordnungen aus jeweils einem Detektor und einem diesen jeweils individuell zugeordneten holografisch optischen Element umfasst. Dabei erfassen die Detektionsbereiche der Detektionsanordnungen jeweils unterschiedliche Raumbereiche des Beobachtungsbereichs. Auf diese Weise wird ein relativ großes Blickfeld gebildet, welches dem Lidar-System eine schnelle Erfassung des gesamten Beobachtungsbereichs ermöglicht

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die

Detektionsanordnungen der Detektionseinrichtung in einer Brennebene einer gemeinsamen Abbildungsoptik angeordnet sind. Eine solche Abbildungsoptik erhöht die Apparatur des optischen Abbildungssystems. Hierdurch wird es möglich einen größeren Teil der aus einer bestimmten Raumrichtung auf die Abbildungsoptik einfallenden Lichtstrahlung auf die der jeweiligen Lichtstrahlung bzw. der jeweiligen Raumrichtung zugeordnete Detektionsanordnung abzubilden. Durch die damit insgesamt erhöhte Lichtstärke der zu detektieren Lichtstrahlen verbessert sich auch das Signal-Rausch Verhältnis und damit die

Messgenauigkeit des Detektors.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass alle Raumbereiche des Beobachtungsbereichs, welche aktuell von Detektoren der Detektionseinrichtung erfasst werden, ein aktuelles Blickfeld des Lidar-Systems definieren. Das Lidar- System ist dabei ausgebildet, den gesamten Beobachtungsbereich mithilfe einer Scanbewegung des aktuellen Blickfelds entlang einer vorgegebenen

Scanrichtung abzutasten. Durch die Scanbewegung ist es möglich, einen relativ großen Beobachtungsbereich mithilfe einer relativ geringen Anzahl von Detektoren abzutasten. Hierdurch kann das Lidar-System mit einem geringeren Aufwand und deutlich kostengünstiger hergestellt werden.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass wenigstens eine

Detektionsanordnung ein optischer Bandpassfilter zugeordnet ist, welcher lediglich die den jeweiligen Detektionsanordnung individuell zugeordnete

Lichtstrahlung durchlässt. Mithilfe des Bandpassfilters lässt sich die

Wellenlängenselektivität der holographische Abbildungsoptik erhöhen, was insbesondere mit einem deutlich besseren Signal-Rausch Verhältnis einhergeht.

Ferner ist eine holographische Abbildungsoptik für ein Lidar-System umfassend ein holografisch optisches Element mit mehreren Hologrammen vorgesehen. Die Hologramme sind dabei jeweils ausgebildet, jeweils eine dem jeweiligen

Hologramm individuell zugeordnete Lichtstrahlung aus jeweils einem der jeweiligen Lichtstrahlung individuell zugeordneten Raumbereich auf einen dem jeweiligen holografisch optischen Element individuell zugeordneten Detektor zu fokussieren.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein scannendes Lidar-System bei dem Abtasten eines

Beobachtungsbereichs;

Fig. 2 schematisch eine Detektionseinrichtung eines herkömmlichen Lidar- Systems;

Fig. 3 schematisch eine Detektionseinrichtung eines Lidar-Systems mit einer holographischen Abbildungsoptik aus einem holographisch optisches Element;

Fig. 4 eine Detailansicht des mehrere Hologramme umfassenden holographisch optischen Elements aus Figur 3;

Fig. 5 schematisch eine erweiterte Detektionseinrichtung mit mehreren

Detektionsanordnungen gemäß Figur 3 und einer gemeinsamen Abbildungsoptik; Fig. 6 eine Beleuchtungseinrichtung des Lidar-Systems mit einer diffraktiven Optik aus mehreren diffraktiv optischen Elementen;

Fig. 7 schematisch den Aufbau eines Lidar-Systems mit einer reduzierten Anzahl von Detektionsanordnungen; und

Fig. 8 schematisch eine Modifikation der Anordnung aus Figur 7, bei der die Anzahl der Photoemitter des Lidar-Systems mithilfe mehrerer diffraktiv optischer Elemente reduziert wurde.

Die Figur 1 verdeutlicht schematisch das Prinzip eines scannenden Lidar- Systems 100, welches einen definierten Beobachtungsbereich 210 seiner unmittelbaren Umgebung 200 mithilfe von Lichtstrahlen 311 _j abtastet. Das Lidar- System 100 umfasst dabei eine in einem rotierenden Gehäuse 110 angeordnete Beleuchtungseinrichtung 130 mit mehreren Photoemittern zum Erzeugen einer oder mehrerer Lichtstrahlungen, welche in Form separater Licht- bzw.

Laserstrahlen 311 _j in unterschiedliche Raumrichtungen ausgestrahlt werden. Jeder der Lichtstrahlen 311 _j beleuchtet dabei jeweils einen dem jeweiligen Lichtstrahl 311 _j individuell zugeordneten Raumbereich 21 'li, wobei die zu einem bestimmten Zeitpunkt von der Beleuchtungseinrichtung 130 gleichzeitig erfassten Raumbereiche 211 _j im vorliegenden Beispiel vertikal untereinander angeordnet sind, sodass das aktuelle Blickfeld 213 des Lidar-Systems 100 einen mehr oder weniger zusammenhängenden Streifen bildet. Durch eine Scanbewegung 101 wird das Gehäuse 110 und die darin angeordnete Beleuchtungseinrichtung 130 entlang einer vorgegebenen Scanrichtung geschwenkt, sodass das Blickfeld 213 während einer ganzen Scanperiode dabei sämtliche Raumbereiche 211 _j des aktuellen Beobachtungsbereichs 210 des Lidar-Systems 100 erfasst.

Während des Messvorgangs treffen die vom Lidar-System 100 emittierten Lichtstrahlen 311 _j auf Objekte 201 in der Umgebung 200 und werden von diesen zum Lidar-System 100 zurückreflektiert, wo sie mithilfe einer

Detektionseinrichtung 140 detektiert werden. Anhand der Laufzeiten der empfangenen Lichtstrahlen 312 _j ermittelt eine Steuereinrichtung 120 des Lidar- Systems 100 für jeden dieser Lichtstrahlen 31 'li, 312, die Entfernung zu dem von dem jeweiligen Lichtstrahl beleuchteten Objekt 201. Nach einer vollständigen Scanperiode liefert das Lidar-System 100 als Messergebnis eine Punktwolke, welche die relative Anordnung der Objekte 201 innerhalb des

Beobachtungsbereichs 210 des Lidar-Systems 100 repräsentiert.

Die Detektion der aus den verschiedenen Raumbereichen 211 _j des aktuellen Blickfelds 213 zurückreflektierten Lichtstrahlen 312 _j erfolgt dabei individuell. Bei einem herkömmlichen Lidar-System 100 ist daher jedem Blickwinkel jeweils ein eigener Detektor 142 _j individuell zugeordnet. Hierzu zeigt die Figur 2 eine entsprechende Detailansicht einer typischen Detektionseinrichtung 140 eines herkömmlichen Lidar-Systems 100. Die Detektionseinrichtung 140 umfasst dabei eine Abbildungsoptik 146 und Gruppe 141 von Detektoren 142i - 142 _m , welche spaltenförmig untereinander in einer Brennebene 147 der Abbildungsoptik 146 angeordnet sind. Die Abbildungsoptik 146 fokussiert dabei Licht aus

unterschiedlichen Raumrichtungen auf unterschiedliche Punkte in ihrer

Brennebene 147, wobei jeder der aus einem der Raumbereiche 211 - 211 _j des aktuellen Blickfelds 213 zurückreflektierten Lichtstrahlen 312 _j auf einen den jeweiligen Raumbereich 211 - 211 _j individuell zugeordneten Detektor 142i - 142 _j abgebildet wird. Somit weist das Lidar-System 100 eine Anzahl von insgesamt j Blickrichtungen 214 _j auf.

Als Detektoren 142i - 142 _j verwendet das Lidar-System 100 beispielsweise Avalanche-Dioden (APDs) oder Single-Photon-Avalanche-Dioden (SPADs). Die Dioden können dabei vereinzelt oder als Teil eines monolithischen Arrays vorliegen. Ferner kann es auch vorteilhaft sein, ein ganzes Array oder einen Teil eines Arrays von SPADs zu einem Einzeldetektor ("Solid-State Photomultiplier") zusammenzuschalten. Die hier symbolisch als Einzellinse dargestellte

Abbildungsoptik 146 kann je nach Anwendung aus einer einzelnen optischen Komponente, wie zum Beispiel einer Linse oder Hohlspiegel, oder aus einer Anordnung mehrerer solcher Komponenten bestehen, wie zum Beispiel einem Linsen-Triplett und einem Umkehrspiegel.

Damit bei einem solchen scannenden Lidar-System bei gleichbleibender Auflösung die Anzahl der Detektoren reduziert werden kann, wird die auf Linsen und/oder Spiegeln basierende herkömmliche Abbildungsoptik erfindungsgemäß durch eine holographische Abbildungsoptik 145 mit holographischen Elementen ersetzt bzw. ergänzt, welche für jeden der m Detektoren 142i - 142 _m mehrere Blickrichtungen erzeugt. Hierzu zeigt die Figur 3 schematisch eine

Detektionsanordnung 141 einer entsprechend modifizierten

Detektionseinrichtung 140 des Lidar-Systems 100 umfassend einen Detektor 142 und eine holographische Abbildungsoptik 145 mit einem dem Detektor 142 zugeordneten holografisch optischen Element 143. Das aus Hologrammen gebildete holographisch optische Element 143 ist dabei ausgebildet, mehrere Lichtstrahlungen 310i - 3103 mit jeweils unterschiedlichen Wellenlängen aus verschiedenen Richtungen auf den Detektor 142 zu fokussieren. Im vorliegenden Beispiel sind dabei insgesamt drei verschiedene Lichtstrahlungen 310i - 3103 gezeigt, welche in Form von zurückreflektierten Lichtstrahlen 312i - 312 ₃ aus jeweils unterschiedlichen Raumrichtungen auftreffen und von dem holografisch optischen Element 143 auf den Detektor 142 abgebildet werden. Eine

grundlegende Eigenschaft von Hologrammen ist es, im Unterschied zu einer klassischen refraktiven Optik nur für bestimmte Wellenlängen und

Raumrichtungen gut zu funktionieren und bezüglich dieser Eigenschaften nur eine begrenzte Toleranz aufzuweisen. Somit hat die Verwendung von

Hologrammen für die Anwendung in einem Lidar-System den Vorteil, dass weder Licht aus anderen als den vorgesehenen Raumrichtungen, noch mit anderen als den vorgesehenen Wellenlängen auf den Detektor 142 gelenkt wird. Aufgrund dieser Wellenlängenselektivität ist beispielsweise ein zusätzlicher Bandpassfilter im Idealfall nicht erforderlich, kann jedoch je nach Anwendung dennoch vorteilhaft sein.

Die holographische Optik 145 besteht aus mindestens einem holografisch optischen Element 143, welches n Hologramme 144i - 144 _n enthält, wobei n > 2 ist. Jedes dieser n Hologramme 144i - 144 _n ist dadurch gekennzeichnet, dass es für eine entsprechende Anzahl von n Wellenlängen li - l _h jeweils ein bestimmtes Strahlenbündel auf den Detektor 142 fokussiert. Im Wellenbild formuliert wird bei einem Hologramm eine idealerweise ebene Welle aus einer bestimmten

Raumrichtung in eine Kugelwellenfront umgewandelt, welche auf die

Detektorposition zentriert ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel

werden dabei insgesamt drei jeweils eine unterschiedliche Wellenlänge aufweisenden Lichtstrahlungen 310i, 3102, 3103, welche in Form von drei Lichtstrahlen 312i , 312 ₂ , 312 ₃ aus verschiedenen Raumbereichen auf die Detektoranordnung 141 zurückgeworfenen werden, durch das holographisch optische Element 143 auf den gemeinsamen Detektor 142 abgebildet. Die Figur 4 zeigt eine Detailansicht des holografisch optischen Elements 143 aus der Figur 3. Hierbei wird ersichtlich, dass sich das holographische optische Element 143 aus insgesamt drei hintereinander angeordneten Hologrammen 144i, 144 ₂ , 144 ₃ zusammensetzt, welche jeweils eine dem jeweiligen Hologramm individuell zugeordnete Lichtstrahlung 310i, 3102, 3103 aus einer der jeweiligen

Lichtstrahlung 3101 , 310 ₂ , 310 ₃ individuell zugeordneten Raumrichtung auf den Detektor 142 abbilden. Somit erzeugt das holographische optische Element 143 mit seinen drei Hologrammen 144i, 144 ₂ , 144 ₃ für den zugeordneten Detektor 142 im vorliegenden Ausführungsbeispiel insgesamt drei Blickrichtungen. Dabei kann die Anzahl der so erzeugten Blickrichtungen durch Vorsehen einer entsprechenden Anzahl von Hologrammen dem jeweiligen Bedarf angepasst werden. Insbesondere lassen sich zusätzliche Blickrichtungen durch Hinzufügen weiterer Hologramme zu dem holografisch optischen Element 143 relativ einfach realisieren.

Allerdings kann es sinnvoll sein, die Anzahl der in einem holografisch optischen Element 143 zusammengefassten Hologramme zu begrenzen, da mit jedem zusätzlichen Hologramm grundsätzlich auch eine Verschlechterung der optischen Eigenschaften des holografisch optischen Elements 143 einhergeht.

So sinkt beispielsweise durch das Multiplexen mehrerer Hologramme die Effizienz, mit welcher die einzelnen Hologramme Licht mit der entsprechenden Wellenlänge wie gewünscht bündeln. Gleichzeitig steigt die diffuse Streuung, so dass zunehmend auch Lichtstrahlung unerwünschter Wellenlängen l auf den Detektor gelangt. Die damit einhergehende Verschlechterung des

Signal/Untergrund-Verhältnisses kann sich insbesondere bei Lidar-Anwendungen als besonders kritisch erweisen.

Um die Anzahl der Blickrichtungen des Lidar-Systems ohne diese Nachteile erhöhen zu können, wird eine Anordnung gewählt, bei der die verschiedenen Blickrichtungen auf mehrere mit jeweils einem eigenen holografisch optischen Element ausgestattete Detektoren verteilt werden. Hierzu zeigt die Figur 5 eine entsprechende Detektionseinrichtung 140 mit einer Gruppe von insgesamt m Detektionsanordnungen 141 - 141 _m aus jeweils einem Detektor 142i - 142 _m und einem diesen individuell zugeordneten holographisch optischen Element 143i - 143 _m . Die reihenförmig untereinander angeordnete Detektionsanordnungen 141

- 141 _m weisen jeweils unterschiedliche Blickrichtungen auf. Dabei umfasst jede Detektionsanordnung 141 - 141 _m jeweils ein holografisch optisches Element 143i - 143 _m , welches wiederum insgesamt n Hologramme 144i - 144 _n für die Wellenlängen li - l _h umfasst und damit n verschiedene Blickrichtungen aufweist. Somit verfügt die gesamte Gruppe der Detektionsanordnungen 141 - 141 _n über insgesamt j Hologramme und damit Blickrichtungen, wobei j = m*n ist. Die in Figur 5 dargestellte Gruppe mit jeweils m=3 Hologrammen bzw. Blickrichtungen pro Detektionsanordnung 141 - 141 _n verfügt somit über insgesamt m*3

Blickrichtungen. Die in der Figur 5 gezeigte Ausführung weist gegenüber dem einzelnen holografisch optischen Element aus der Figur 4 mit n Hologrammen bzw. Blickrichtungen zwar mehr Detektoren auf, hat jedoch den Vorteil, dass die geringere Anzahl an Hologrammen pro holografisch optisches Element zu besserer optischer Qualität führen. Ferner kann hierbei jede der Wellenlängen li

- l _h für insgesamt m Pfade bzw. Blickrichtungen verwendet werden, weil jedem der m Detektionsanordnungen 141 - 141 _n für jede Wellenlänge li - l _h nur eine einzige Blickrichtung zugeordnet ist und somit bis zu m Einzelmessungen gleichzeitig erfolgen können.

Zur Erhöhung der Lichtausbeute werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel sämtliche Strahlengänge der Detektionseinrichtung 140 durch eine herkömmliche Abbildungsoptik 146 gesammelt und erst dahinter auf die einzelnen

Detektionsanordnungen 141 - 141 _n verteilt, welche sich in einer Brennebene 147 der gemeinsamen Abbildungsoptik 146 befinden. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich die Detektionsanordnungen 141 - 141 _n auch ohne die

gemeinsame klassische Abbildungsoptik 146 nebeneinander anzuordnen.

Hierdurch wird jedoch die Apparatur verkleinert, was bei einem Lidar-System eher von Nachteil ist. Mithilfe der Figur 5 gezeigten klassischen Abbildungsoptik 146 ist es hingegen möglich möglichst viel Licht einzusammeln und es erst nach geordert auf die einzelnen holografisch optischen Elemente zu verteilen.

Zur Realisierung der insgesamt j Blickrichtungen werden eine entsprechende Anzahl separater Lichtpfade bzw. Lichtstrahlen benötigt. Diese können beispielsweise durch eine entsprechende Anzahl (j) von Photoemitter realisiert werden. Da die einzelnen Detektionsanordnungen 141 - 141 _n bei der in der Figur 5 gezeigten Ausführungsvariante unabhängig voneinander Messungen durchführen, ist es sinnvoll für alle Detektionsanordnungen 141 - 141 _n jeweils die gleichen Lichtstrahlungen bzw. Wellenlängen zu verwenden. Da in diesem Fall insgesamt n Blickrichtungen bzw. Raumbereiche gleichzeitig mit gleichen Lichtstrahlung bzw. Wellenlänge angeregt bzw. beleuchtet werden, können lediglich n Photoemitter eingesetzt werden, deren emittierte Lichtstrahlen durch passive Optiken aufgesplittet werden. Hierzu zeigt die Figur 6 eine entsprechend ausgebildete Beleuchtungseinrichtung 130 des Lidar-Systems 100. Die

Beleuchtungseinrichtung 130 umfasst eine Photoemitteranordnung 131 mit insgesamt i einzelnen Photoemittern 132i - 132,, jeweils eine Lichtstrahlung 310i - 310, mit einer unterschiedlichen Wellenlänge li - K in Form eines Lichtstrahls 311 - 311 i emittieren, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel lediglich drei einzelne Photoemitter 132i, 132 ₂ , 132 ₃ dargestellt sind. Jedem der Photoemitter 132i - 132, ist jeweils eine passive Optik 134i - 134, in Form eines diffraktiv optischen Elements (DOE) zugeordnet, welche den Lichtstrahl 311 - 311, des jeweiligen Photoemitter 132i - 132, in in zwei oder mehrere einzelne Teilstrahlen 311 i _,i - 311 i aufgesplittet, welche im jeweils unterschiedliche Raumrichtungen emittiert werden. Alternativ zur Verwendung der insgesamt n DOEs als passive Optiken 134i - 134, können hierfür grundsätzlich auch ein oder mehrere holografisch optische Elemente zum Einsatz kommen (hier nicht gezeigt).

Die Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Lidar-Systems 100 gemäß der Variante aus Figur 5 mit einer eine Photoemitteranordnung 131 aus insgesamt sechs Photoemittern 132i - 132b umfassenden

Beleuchtungseinrichtung 130 und einer insgesamt zwei Detektionsanordnungen 141 , 141 ₂ umfassenden Detektionseinrichtung 140. Aus Gründen der

Übersichtlichkeit wurden die Beleuchtungseinrichtung 130 und

Detektionseinrichtung 140 des Lidar-Systems 100 auf gegenüberliegenden Seiten des Beobachtungsbereichs 110 dargestellt. Bei einem typischen Lidar- System 100 sind diese Einrichtungen in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, sodass die Lichtpfade der Sende- und Empfangslichtstrahlen 311 - 311b, 312i - 312 ₆ im Wesentlichen nebeneinander verlaufen. Der hier lediglich angedeutete Beobachtungsbereich 210 umfasst in der Regel eine Vielzahl separater Raumbereiche, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit nur sechs Raumbereiche 211 ₁ - 211 ₆ dargestellt sind, welche aktuell von den

Detektionsbereichen 212i , 212 ₂ der beiden Detektionsanordnungen 141 ₁ , 141 ₂ erfasst werden. Die ersten drei Photoemitter 132i - 132 ₃ der

Photoemitteranordnung 131 beleuchten mit ihren jeweils separat erzeugten Sendelichtstrahlen 311 ₁ - 311 ₃ nacheinander die ersten drei der Raumbereiche 211 ₁ - 211 ₃ . Parallel dazu beleuchten die restlichen drei Photoemitter 132 ₄ - 132 ₆ der Photoemitteranordnung 131 mit ihren jeweils separat gezeugten

Sendelichtstrahlen 311 ₄ - 311 ₆ nacheinander die restlichen drei Raumbereiche 211 ₄ - 211e- Während eines regulären Betriebs des Lidar-Systems 100 wird zu einem beliebigen Messzeitpunkt also jeweils ein Raumbereich 211 ₁ - 211 ₆ aus jedem der Detektionsbereiche 212i, 212 ₂ mit einer dem jeweiligen Raumbereich 211 ₁ - 211 ₆ individuell zugeordneten Lichtstrahlung 310 ₁ - 310 _k beleuchtet. Auf der Empfangsseite werden die aus den aktuell beleuchteten Raumbereichen 211 ₁ - 211 ₆ in Form von Empfangslichtstrahlen 312i - 312b zurück zur

Empfangseinrichtung 140 reflektierten oder gestreuten Lichtstrahlungen von den beiden Detektionsanordnungen 141 ₁ , 141 ₂ empfangen. Die jeweils vor den Detektoren 142i, 142 ₂ angeordneten holografisch optischen Elemente 143i, 143 ₂ bewirken dabei, dass jeder Detektor 142i, 142 ₂ lediglich die diesem Detektor 142i, 142 ₂ individuell zugeordnete Lichtstrahlungen 310i - 310 _k aus jeweils lediglich einem dem jeweiligen Detektor 142i, 142 ₂ individuell zugeordneten Raumbereich 211 i - 211d empfängt.

Da die Messungen für jedem der Detektionsbereiche 212i , 212 ₂ unabhängig voneinander erfolgen, können für alle Detektionsbereiche 211 ₁ , 211 ₂

Lichtstrahlungen 310i - 310 _k der gleichen Wellenlängen Ai - A _k verwendet werden. Wie in der Figur 7 mittels unterschiedlich gestrichelte Linien angedeutet ist, werden die insgesamt sechs Raumbereiche 211 ₁ - 211 ₆ der beiden

Detektionsbereiche 211 ₁ , 211 ₂ somit lediglich drei verschiedenen

Lichtstrahlungen 310i , 310 ₂ , 310 ₃ beleuchtet. Wie in der Figur 8 dargestellt ist, kann somit die Anzahl der Photoemitter 132i - 132, der Beleuchtungseinrichtung 130 auf insgesamt drei reduziert werden. Hierzu weist das Lidar-System 100 die in Figur 6 gezeigte Beleuchtungseinrichtung 130 auf, bei welcher jedem

Photoemitter 132i, 132 ₂ , 132 ₃ jeweils eine passive Optik 134i, 134 ₂ , 134 ₃ als Strahlteiler nachgeschaltet ist. Jede der beispielsweise in Form eines diffraktiv optischen Elements (DOE) passive Optiken 134i , 134 ₂ , 134 ₃ zerteilt dabei den von dem jeweiligen Photoemitter 132i , 132 ₂ , 132 ₃ erzeugten Lichtstrahl 31 11 ,

31 12, 31 13 jeweils in zwei Teilstrahlen 3111,1 , 3111 ,2, 31 12, 1 , 31 12,2, 3113,1 , 31 13,2 auf, welche jeweils einen Raumbereich 21 11 - 21 1e in verschiedenen

Detektionsbereichen 2111 , 2112 abtasten.

Bei den In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendeten Hologrammen 144i , 144 ₂ , 144 ₃ handelt es sich vorzugsweise um

Volumenhologramme im Transmissionsgeometrie. Diese Ausführung ist vorteilhaft, da hiermit größere Effizienten möglich sind. Allerdings kann eine entsprechende holographische Optik auch mithilfe anderer Arten von

Hologrammen realisiert werden, beispielsweise mithilfe von

Reflexionshologrammen.

Unter dem Begriff "zurückreflektierte Lichtstrahlung" wird in der vorhergehenden Beschreibung die von den Objekten in der Umgebung des Lidar-Systems durch Reflexion, diffuse Reflexion oder Streuung in Richtung der Detektionseinrichtung zurückgeworfene Lichtstrahlung verstanden.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Vielmehr können hieraus auch andere Variationen vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.