Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung eines Detektionssignals für zu detektierende Objekte.

Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Sensorvorrichtung zur Bereitstellung eines

Detektionssignals für zu detektierende Objekte.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus einen LIDAR-Scanner, insbesondere Mikroscanner.

Obwohl auf beliebige Sensorvorrichtungen anwendbar, wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf LiDAR-Makroscanner erläutert.

Bekannte LiDAR Makroscanner weisen beispielsweise einen Rotor auf, auf dem optische Elemente wie Lichtquelle und Detektor angeordnet sind. Weitere bekannte Scanner weisen nur einen Spiegel zur Strahlablenkung als rotierendes Element auf. In bekannter Weise wird mit einer gepulsten Lichtquelle, z. B. in Form eines Lasers ein Lichtstrahl ausgesandt und dessen Reflexion an einem Objekt detektiert, um den Abstand des Objekts anhand des reflektierten Lichts zu bestimmten. Hierzu kann der Makroscanner eine so genannte koaxiale Anordnung von Sende- und Empfangspfad aufweisen, bei der das reflektierte Licht über den Lichtpfad der aussendenden Optik geleitet wird. Um dann ausreichend Licht im Empfänger detektieren zu können, sind die optischen Komponenten insbesondere der Spiegel des Empfangspfads entsprechend groß gewählt. Bei einer Verwendung von biaxialen Anordnungen wird aufgrund der Linsengröße und des Abbildungsmaßstabs ein großes Detektorarray eingesetzt, um die optische Rauschleistung, bspw. durch Sonnenlicht oder anderen Fremdlichtquellen, zu reduzieren. Biaxiale Anordnungen mit statischen Empfangskanälen werden üblicherweise aus einem großen Winkelbereich beleuchtet und weisen ein niedriges Signal-zu-Rausch-Verhältnis und damit Reichweite auf. Bei der Auslegung einer LiDAR-Sensorvorrichtung für Consumer- und Automotive-Produkte kann auch die Augensicherheit relevant sein.

Aus der DE 20 2009 015 194 Ul ist ein Sicherheitsscanner zur Überwachung einer Scanebene auf Eintritt von Objekten in die Scanebene bekannt geworden mit einem Lichtsender, einer Lichtablenkeinheit zur Ablenkung des Lichtes in die Scanebene, einem Empfänger zur Bereitstellung von Empfangssignalen in Abhängigkeit von an im Sichtbereich des Scanners vorhandenen Objekten remittiertem Licht, und einer

Auswerteeinheit zur Auswertung der Empfangssignale und zur Bereitstellung eines

Sicherheitssignals, wobei der Lichtsender Licht mit einer Wellenlänge zwischen 1200 nm und 1700 nm aussendet.

Aus der DE 10 2007 032 997 AI ist ein Laserscanner zur Bestimmung von

Fahrbahneigenschaften bekannt geworden, der zwei Wellenlängen - 900 nm und 1550 nm - verwendet, um unterschiedliche Reflexionen erkennen zu können.

Aus der US 2015/0177128 AI ist darüber hinaus eine Methode zur Bildgebung mithilfe von Photonen in quantenmechanischen Zuständen mit zwei verschiedenen Wellenlängen bekannt geworden. Dabei werden Photonen einer ersten Wellenlänge zur Beleuchtung von Probenmaterial verwendet und Photonen einer zweiten Wellenlänge einem Detektor zugeführt, wobei die Photonen nicht ausgesendet werden und somit vom Lichtpfad getrennt werden.

In einer Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren zur Bereitstellung eines

Detektionssignals für zu detektierende Objekte bereit, wobei

zwei erste Photonenpakete unterschiedlicher Wellenlänge mit verschränkten

Photonenpaaren erzeugt werden und wobei

Photonen eines der ersten Photonenpakete auf ein Objekt ausgesendet werden wobei das vom Objekt reflektierte Photonenpaket dann mittels Quantenverschränkung mit dem zweiten ersten Photonenpaket wechselwirkt und wobei

das Detektionssignal basierend auf der Zeitdifferenz von Aussendung des ersten Photonenpakets auf das Objekt und Detektion einer Wechselwirkung zwischen den beiden Photonenpaketen erzeugt wird.

In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine Sensorvorrichtung zur

Bereitstellung eines Detektionssignals für zu detektierende Objekte bereit, umfassend eine Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung zweier erster Photonenpakete unterschiedlicher Wellenlänge mit verschränkten Photonenpaaren, eine Sendeeinrichtung zur Aussendung eines der ersten Photonenpakete auf das Objekt, eine Empfangseinrichtung zum

Empfangen des vom Objekt reflektierten Photonenpakets, eine Verschränkungseinrichtung zur Quantenverschränkung von empfangenem Photonenpaket und einem ersten

Photonenpaket, und einen Detektor zur Erzeugung des Detektionssignals basierend auf der Zeitdifferenz von Aussendung des einen ersten Photonenpakets auf das Objekt und Detektion einer Wechselwirkung zwischen den beiden Photonenpaketen.

In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung einen LIDAR-Scanner, insbesondere Mikroscanner, bereit mit zumindest einer Sensorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5-12, wobei der LIDAR-Scanner einen mikromechanischen Spiegel zur Umlenkung eines der ersten Photonenpakete aufweist.

Mit anderen Worten stellen Ausführungsformen der Erfindung eine Sensorvorrichtung bereit, bei der verschränkte Photonenpaare mit zwei Wellenlängen verwendet bzw. genutzt werden und diese in zwei Photonenpakete - Sensorpaket und Beobachterpaket - aufgeteilt werden, von denen das Sensorpaket mit einer ersten Wellenlänge mit dem zu

detektierenden Objekt wechselwirkt. Die Photonen des Sensorpakets übertragen mittels Quanten-Verschränkung Informationen der Quanten des Sensorpakets vom Sensorpaket auf die Quanten des zweiten Photonenpakets, also dem Beobachterpaket mit einer zweiten Wellenlänge. Die Zeit zwischen Aussendung des Sensorpakets und Detektion der

Änderung des physikalischen Parameters im Beobachterpaket dient als Messsignal zur Bestimmung des Objektabstandes. Unter dem Begriff„Black Silicon" ist schwarzes Silizium zu verstehen.

Einer der erzielten Vorteile ist, dass die Augensicherheit verbessert werden kann, insbesondere in dem die Sendeleistung und/oder die Wellenlänge des ausgesendeten Pakets unabhängig von der Auslegung und/oder der spektralen Empfindlichkeit des Detektors erhöht oder allgemein gewählt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist die hohe

Sensitivität, da ein völlig anderer Rausch-Leistungspfad genutzt wird. Ein weiterer Vorteil ist eine erhöhte Flexibilität, da auch ein bspw. flächiger Detektor bei einer biaxialen Anordnung verwendet werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Bauraum verkleinert werden kann, da kleinere Detektoren bzw. Detektionseinrichtungen bei gleichem Signal-zu-Rausch- Verhältnis verwendet werden können. Ebenso können einfachere Wellenlängenfilter verwendet werden, da schmalbandige, winkelunabhängige Wellenlängenfilter, die aufwendig zu fertigen sind, entfallen können.

Weitere Merkmale, Vorteile und weitere Ausführungsformen der Erfindung sind im

Folgenden beschrieben oder werden dadurch offenbar: Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung werden Photonen des vom Objekt reflektierten Photonenpakets mit erster Wellenlänge und Photonen eines

Ausgangslichtstrahls mit Ausgangswellenlänge überlagert zur Erzeugung zweier zweiter Photonenpakete, eines mit erster Wellenlänge, eines mit zweiter Wellenlänge, mit jeweils verschränkten Photonenpaaren, wobei die beiden Photonenpakete mit Photonen zweiter Wellenlänge überlagert werden. Damit wird eine zuverlässige Wechselwirkung zwischen Photonenpaketen ermöglicht. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung zirkulieren Photonen der zweiten

Wellenlänge des ersten Photonenpakets in einer Zirkulationseinrichtung für eine bestimmte Zeitspanne. Damit lässt sich auf einfache Weise erreichen, dass das Beobachterpaket bereitgehalten wird, bis das Sensorpaket vom Objekt reflektiert und vom Empfangspfad detektiert wurde. Mögliche Zeitspannen sind bspw. zwischen 1 ns und 200 ns,

insbesondere zwischen 2 und 100ns, vorzugsweise zwischen 5 und 75ns.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird vor der Aussendung und/oder vor der Detektion die Polarisation eines Photonenpakets gedreht und/oder gefiltert. Damit lässt sich erreichen, dass nur Photonen einer bestimmten Polarisation in den Detektor gelangen bzw. ausgesendet werden, was die Detektion der Wechselwirkung zwischen

Photonenpaketen gleicher Wellenlänge verbessert.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfassen die Erzeugungseinrichtung und/oder die Verschränkungseinrichtung einen nicht-linearen optischen Kristall. Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass auf einfache und gleichzeitige zuverlässige Weise zwei Lichtstrahlen mit verschränkten Photonenpaaren erzeugt werden können. Umfassen die Erzeugungseinrichtung und die Verschränkungseinrichtung gemeinsam einen nicht-linearen optischen Kristall, wird also ein Lichtstrahl, Photonenpaket oder dergleichen mehrfach durch diesen geleitet, ist dies besonders kostengünstig.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der nicht-lineare optische Kristall aus insbesondere periodisch gepoltem Kaliumtitanylphosphat, Lithiumniobat und/oder strichgeometrischem Lithiumtantalat und/oder Bariumborat, Lithiumtriborat, Bismutborat und/oder Kaliumdihydrogenphosphat hergestellt. Auf diese Weise lässt sich in flexibler Weise ein nicht-linearer optischer Kristall herstellen. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Lichtquelle zur Erzeugung von gepulstem Licht ausgebildet. Mittels einer Lichtpulse erzeugenden Lichtquelle können auf einfache Weise Photonenpakete erzeugt werden, die einfacher zeitlich aufgelöst und damit gemessen werden können.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Lichtquelle mittels einer pulsförmig modulierten Stromquelle steuerbar. Damit kann die Lichtquelle auf einfache Weise gesteuert werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist eine Zirkulationseinrichtung angeordnet, zur Zirkulation des Lichtstrahls mit Photonen der zweiten Wellenlänge eines der ersten Photonenpakete für eine bestimmte Zeitspanne, insbesondere in Form eines optischen Kreisels. Damit lässt sich auf einfache Weise erreichen, dass das

Beobachterphotonenpaket bereitgehalten wird, bis das Sensorphotonenpaket vom Objekt reflektiert und vom Empfangspfad detektiert wurde.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist zur Einkopplung und Auskopplung eines Photonenpakets aus der Zirkulationseinrichtung jeweils ein Koppler angeordnet. Damit lässt sich auf einfache Weise eine Ein- und Auskopplung eines Lichtstrahls aus der Zirkulationseinrichtung erreichen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist der Koppler zur Auskopplung einen adaptiven Kopplungsfaktor auf, derart, dass die Intensität des gekoppelten Lichts im Wesentlichen konstant haltbar ist. Damit ist die Intensität des ausgekoppelten Lichts von der in der Zirkulationseinrichtung gespeicherten Energie unabhängig.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weisen Zirkulationseinrichtung und Koppler zur Auskopplung einen anpassbaren Abstand zueinander zur Anpassung des Kopplungsfaktors auf. Damit lässt sich eine einfache und effektive Anpassung des

Kopplungsfaktors erreichen. Alternativ oder zusätzlich ist auch eine Anpassung des Kopplungsfaktors elektro-optisch möglich, bspw. durch veränderte optische

Materialeigenschaften des Kopplers. Darüber hinaus können auf Verstärker oder

Abschwächung alternativ oder zusätzlich eingebracht werden. Es ist ebenso möglich, den Koppler zur Einkopplung entsprechend auszubilden, also bspw. den Einkopplungsfaktor anzupassen durch Anpassen des Abstands zwischen Zirkulationseinrichtung und Koppler zur Einkopplung. Alternativ oder zusätzlich ist auch eine Anpassung des

Einkopplungsfaktors elektro-optisch möglich, bspw. durch veränderte optische

Materialeigenschaften des Kopplers zur Einkopplung.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Kopplungsfaktor des Kopplers zur Auskopplung mittels Veränderung seiner optischen Eigenschaften anpassbar. Dies kann bspw. durch Veränderung der Umgebungstemperatur, eines Stroms, einer

Ladungsträgerdichte und/oder Brechungsindex erfolgen. Damit lässt sich eine schnelle und flexible Anpassung des Kopplungsfaktors erreichen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist ein Absorber zumindest für Photonen des empfangenen Photonenpakets aus der Verschränkungseinrichtung angeordnet. Einer der erzielten Vorteile ist, dass damit auf einfache und zuverlässige Weise der Objektstrahl, also die Photonenpakete, die auf das Objekt ausgesendet werden und/oder von diesem reflektiert wurden, der aus der Verschränkungseinrichtung austritt, ausgeblendet werden kann.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Absorber aus Black Silicon hergestellt. Damit kann Licht effektiv absorbiert werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist eine Empfangseinrichtung zum Empfangen von Objekten reflektierten Lichtstrahlen angeordnet, welche einen

Frequenzfilter, insbesondere einen Bandpassfilter, aufweist, der zur Unterdrückung des ersten Referenzstrahls und zur Transmission des Objektstrahls ausgebildet ist. Ein möglicher Vorteil ist, dass Fremdlicht zuverlässig ausgeblendet werden kann. Dabei kann der Bandpassfilter zur Transmission von Licht der Wellenlänge des Objektstrahls +/- lOnm, insbesondere +/- 5nm, vorzugsweise +/- 2,5nm und/oder vorzugsweise +/-5%,

insbesondere +/-2%, vorzugsweise +/- 1% ausgebildet sein.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist eine Zeitdifferenzeinrichtung angeordnet, die einen digitalen Zähler aufweist, insbesondere gesteuert durch Taktquellen mit hoher Frequenz, und/oder eine Serienschaltung mehrerer digitaler Gatter, Damit ist eine besonders zuverlässige Messung der Zeitspanne möglich. Unter hohen Frequenzen sind hier Frequenzen im GHz-Bereich, vorzugsweise zwischen 1-300 GHz, insbesondere zwischen 5-100 GHz zu verstehen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Detektoreinrichtung eine nichtlineare Detektionscharakteristik auf. Damit kann eine Übersteuerung des Detektors vermieden werden.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen, und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.

Dabei zeigen in schematischer Form

Fig. 1 eine Sensorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der

vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Messsignal einer Detektoreinrichtung gemäß einer zweiten

Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 3 Schritte eines Verfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform der

vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Sensorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer Sensorvorrichtung mit Komponenten gezeigt. Zunächst wird ein Strahl 1 bestehend aus kohärenten Photonen der Wellenlänge λο, bspw. 531 nm, mittels eines Lasers 11 erzeugt. Die Laserleistung des Lasers 11 wird durch eine pulsförmig modulierte Stromquelle 10 mit dem Dauerpegel Ii und dem Pulspegel b gesteuert. Der Laser 11 emittiert entsprechend eine Dauerleistung Pi, bspw. 1 mW und eine Pulsleistung P2, bspw. 50 W. Die Pulslänge beträgt beispielsweise zwischen 1 ns bis 10 ns, vorzugsweise zwischen 2 ns und 8 ns, insbesondere zwischen 4 ns und 6 ns.

Der Laserstrahl 1 wird dann einem Strahlteiler 20 zugeführt. Es entstehen zwei

Laserstrahlen la und lb. Der Strahl la wird einem ersten Schritt einem nicht-linearen Kristall 30a zugeführt. Dieser kann aus periodisch gepoltem Kaliumtitanylphosphat, periodisch gepoltem Lithiumniobat, periodisch gepoltem stöchiometrischen Lithiumtantalat, Bariumborat, Lithiumtriborat, Bismuthborat und/oder Kaliumdihydrogenphosphat hergestellt sein. Dabei entstehen in einem ersten Schritt in zwei überlagerten Strahlen 4 und 5 verschränkte Photonenpaare mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen, bspw. λι=1550 nm und A ₂ =810 nm.

In einem zweiten Schritt werden der Strahl 4 mit der Wellenlänge λι und der Strahl 5 mit der Wellenlänge K2 mittels eines wellenlängenselektiven Strahlteilers 60, bspw. in Form eines dichroitischen Spiegels, räumlich getrennt. Aufgrund der pulsförmigen Erregung des Lasers 11 werden der Strahl 4 zum Sensor(photonen)paket λι und der Strahl 5 zum

Beobachter(photonen)paket K2. Ein Absorber für die Photonen des Lasers 11 kann optional eingesetzt werden.

Der Strahl 5 des Beobachterpakets wird über einen Wellenleiter und einen ersten Koppler 111 einem optischen Resonator 110 zugeführt. Dort zirkulieren die Photonen für eine Zeitspanne von circa 1-200 ns, vorzugsweise 10-150 ns, insbesondere 50 -100 ns, insbesondere 75-95 ns. Mit Hilfe eines zweiten Kopplers 112 wird ein insbesondere geringer Teil der Photonen kontinuierlich ausgekoppelt. Der Kopplungsfaktor ist dabei so gewählt, dass für die Laufzeit des Sensorpakets von der Vorrichtung zum Objekt 70 und zurück (TTOF) eine ausreichende Anzahl von Photonen im Resonator 110 verbleiben (-20 bis -80 dB). In einer besonders vorteilhaften Ausführung weist der Koppler 112 einen adaptiven Kopplungsfaktor auf, so dass die Intensität des ausgekoppelten Lichts konstant ist und nicht von der im Resonator gespeicherten Energie abhängig ist. Dies wird bspw. durch eine adaptive Abstandsänderung des Kopplers 112 vom Resonator 110 ermöglicht oder aber elektro-optisch durch veränderte optische Materialeigenschaften des Kopplers 112 in Folge eines elektrischen Signals. Alternativ oder zusätzlich können auch Verstärker oder Abschwächer angeordnet werden. Gleiches gilt entsprechend auch für den Koppler 111.

Das mittels des Kopplers 112 ausgekoppelte Licht 5 wird über den Umlenkspiegel 56 einem Strahlvereiniger 90 zugeführt. Die Wellenleiter, die Koppler 111, 112 und der Resonator 110 sind im Wellenlängenbereich um die Wellenlänge λ2 transparent. Geeignete Materialien zu deren Herstellung sind beispielsweise SiN oder SiO. Der Wellenleiter hat hier bspw. eine Breite von ca. 1 μηι und eine Dicke von ca. 500 nm. Der Resonator 110 hat einen

Durchmesser von bspw. 10 μηι und eine Dämpfung von bspw. < 0,9 dB/cm. Die Photonen des Lichtstrahls 4 des Sensorpakets werden nach der Erzeugung und Verschränkung optional mittels einer Verzögerungsplatte 65, insbesondere ein X/4- Plättchen, in ihrer Polarisation gedreht und mittels einer Sendevorrichtung optional oder zusätzlich mit einer Ablenkvorrichtung 68 dem Messobjekt 70 zugeführt. Die Photonen des Sensorpakets 4 werden vom Messobjekt 70, hier diffus, reflektiert und anteilig von einer Empfangsoptik 67 aufgenommen. Die Empfangsoptik 67 weist optional ein

Wellenlängenfilter 66 auf. Das Wellenlängenfilter 66 ist vorzugsweise ein Bandpassfilter mit hoher Transmission bei z. B. λι+/ ^_ 10nm, insbesondere Ai+/-5nm, vorzugsweise Ai+/-2,5nm oder Ai+/-l,5nm und/oder vorzugsweise λι+/-5%, insbesondere Ki+/-2%, vorzugsweise λι+/ ^_ 1% und geringer Transmission bei λ2, vorzugsweise in einem Bereich K2+/- lOnm, insbesondere A2+/-5nm, vorzugsweise A2+/ ^_ 2,5nm oder A2+/-l,5nm und/oder vorzugsweise λ ₂ +/-5%, insbesondere λ ₂ +/-2%.

Im dritten Schritt werden die von der Empfangsoptik 67 aufgenommen Photonen aus dem Strahl 4 einem Strahlvereiniger 80 zugeführt und dort mit dem Licht lb des kohärenten Lasers 11 überlagert. Die überlagerten Strahlen 4, lb werden einem zweiten nicht-linearen Kristall 30b zugeführt. Dabei entstehen weitere verschränkte Photonenpaare 4, 5' mit der ersten und der zweiten Wellenlänge 5', bspw. λι = 1550 nm und λ2 = 810nm oder auch jede beliebige Wellenlänge zwischen 700nm und 1600nm. Dabei sind die neu erzeugten

Photonen der ersten Wellenlänge λι des Strahls 4 von den zuvor erzeugten Photonen der ersten Wellenlänge λι nicht unterscheidbar und werden somit weiterhin mit Bezugszeichen 4 in Fig. 1 bezeichnet. Die Photonen des Strahls 4 werden für die Detektion nicht weiter benötigt und können einem Absorber 96 zugeführt werden. Ein Absorber für die Photonen des Lasers 11 kann optional zusätzlich eingesetzt werden. Im vierten Schritt werden die aus dem Resonator ausgekoppelten Photonen des Lichtstrahls 5 des Beobachterpakets mit den in Schritt drei erzeugten Photonen

ununterscheidbar überlagert und im fünften Schritt mittels eines optionalen

Polarisationsfilters 95 dem Detektor 100 zugeführt und in ein elektrisches Signal gewandelt. Der Detektor 100 kann eine Photodiode, die die Intensität des Photonenstroms detektiert oder um eine SPAD-Diode, welche auf einzelne Photonen reagiert, aufweisen. Letztere ermöglicht eine zuverlässige Detektion auch bei geringer Lichtstärke.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der Sensorvorrichtung stellt ein LiDAR-System dar, welches ein Detektionssignal entsprechend Fig. 2 liefert. Der Grundpegel des Lasers Pi führt zu einem Detektionssignalpegel Si. Zum Zeitpunkt der Pulserzeugung to wird das Detektionssignal auf den Pegel S2 stark ansteigen. Es ist möglich, durch eine nicht-lineare Detektorcharakteristik eine Übersteuerung zu verhindern. In der Zeitspanne zwischen dem Aussenden des Pulses und dem Eintreffen des reflektierten Lichts t ^~ roF sind am Detektor genau wie vor der Pulserzeugung nur Quanten der Lichtstrahlen 5 und 5' zu detektieren, welche in keiner Wechselwirkung mit den Quanten des Lichtstrahls 4 des Sensorpakets stehen. Zum Zeitpunkt des Eintreffens der reflektierten Quanten 4 des Sensorpakets und der Erzeugung der weiteren verschränkten Quanten im dritten Schritt findet mittels

Quantenverschränkung eine Wechselwirkung zwischen den Quanten 5 des

Beobachterpakets und den Quanten 4 des Sensorpakets statt. Durch die entsprechende ununterscheidbare Überlagerung und ggf. Filterung mittels eines Polarisationsfilters wird eine Veränderung des Detektionssignals Sd erzeugt. Die Zeitspanne t ^~ roF zwischen der Erzeugung des Pulses und der Detektion der Beeinflussung der Quanten des

Beobachterpaktes kann mittels einer Zeitmesseinrichtung 200 gemessen und mittels einer Auswerteeinrichtung 300 in den gesuchten Objektabstand d umgerechnet werden über die Gleichung: wobei Co die Lichtgeschwindigkeit darstellt. Die Zeitspanne kann mit bekannten Methoden der elektrischen Zeitmessung bestimmt werden. Besonders geeignet sind digitale Zähler, welche von hochfrequenten Taktquellen inkrementiert werden oder die

Hintereinanderschaltung von digitalen Gattern, wobei das Signal to die Messung

auslöst und die Detektion von Sd die Messung beendet.

Fig. 3 zeigt Schritte eines Verfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In einem ersten Schritt Tl werden verschränkte Photonenpaare mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen λι, λ2 mittels eines kohärenten Lasers 11 und eines ersten nicht-linearen Kristalls 30a erzeugt.

In einem zweiten Schritt T2 werden diese in zwei Photonenpakete getrennt, von denen das erste Paket - Sensorpaket - mit einer ersten Wellenlänge λι mit einem Objekt 70 wechselwirkt und das zweite Paket - Beobachterpaket - mit einer zweiten Wellenlänge λ2 in einem optischen Kreisel 110 für eine Zeitspanne im Bereich von -100 ns zirkuliert. Die

Photonen des Sensorpakets werden nach der Erzeugung und Verschränkung mittels einer Verzögerungsplatte 65, insbesondere in Form eines λ /4-Plättchens in der Polarisation in einem dritten Schritt T3 gedreht.

Mittels einer Sendevorrichtung und zusätzlich oder alternativ mit einer Ablenkvorrichtung werden dann Photonen des Sensorpaktes dem Messobjekt 70 in einem vierten Schritt T4 zugeführt. Die Photonen des Sensorpakets werden vom Messobjekt diffus in einem fünften Schritt T5 reflektiert und anteilig von der Empfangsoptik in einem sechsten Schritt T6 aufgenommen.

In einem siebten Schritt T7 werden die aufgenommen Photonen einem zweiten nichtlinearen Kristall 30b zugeführt und dort mit dem Licht des kohärenten Lasers 11 in einem achten Schritt T8 überlagert. Dabei entstehen weitere verschränkte Photonenpaare mit der ersten und der zweiten Wellenlänge λι, λ2. Dabei sind die neu erzeugten Photonen der ersten Wellenlänge λι von den zuvor im zweiten Schritt T2 erzeugten Photonen der ersten Wellenlänge λι nicht unterscheidbar. Von den im optischen Kreisel 110 zirkulierenden Photonen der zweiten Wellenlänge λ2, welche im ersten Schritt Tl erzeugt wurden, wird mittels eines Kopplers 12 ein insbesondere kleiner Teil in einem neunten Schritt T9 ausgekoppelt und im zehnten Schritt T10 mit den im achten Schritt T8 erzeugten Photonen der zweiten Wellenlänge λ2 ununterscheidbar überlagert. Die überlagerten Photonen der zweiten Wellenlänge λ2 werden in einem elften Schritt TU einem Detektor 110 zugeführt und in ein elektrisches Signal gewandelt. Mittels einer Zeitmesseinrichtung 200 kann in einem zwölften Schritt T12 die Zeitspanne t ^~ roF zwischen der Erzeugung des Pulses und der Detektion der Beeinflussung der Quanten des Beobachterpaktes gemessen und mittels einer Auswerteeinrichtung 300 in den gesuchten Objektabstand d in einem dreizehnten Schritt T13 umgerechnet werden.

Zusammenfassend wird durch die Erfindung und insbesondere ihre Ausführungsformen und insbesondere durch die beschriebenen Ausführungsformen ein kompaktes,

kostengünstiges und zuverlässiges LiDAR-Sensorsystem mit hoher Sensitivität und hoher Augensicherheit bereitgestellt. Im Detail ist dabei durch Trennung der Wellenlänge für die Beleuchtung des Objekts und die Detektion, beispielweise eine Optimierung auf

Augensicherheit und/oder Maximierung der zulässigen Sendeleistung unabhängig von der Realisierung eines geeigneten Detektors möglich. Weiterhin ist eine Bandbreite eines im

Detektionspfad angeordneten spektralen Filters nicht mehr rauschleistungsbestimmend und insbesondere damit unabhängig vom Sonnenlicht. Damit kann bspw. in einem biaxialen Detektionspfad ein flächiger Detektor verwendet werden bzw. mittels einer geeigneten Struktur in der integrierten Photonik das gesamte von der Empfangsoptik eingesammelte Licht einem Einzeldetektor zugeführt werden und somit ein Empfangsarray vermieden werden. Gleichzeitig kann auf einen sehr schmalbandigen, winkelunabhängigen jedoch komplizierten Wellenlängenfilter verzichtet werden.

Darüber wird eine hohe Sensitivität ermöglicht, da vollständig anderer Rauschleistungspfad verwendet wird, was ein kompaktes LiDAR-System mit kleineren Linsen und ggf. mit Mikrospiegelablenkung ermöglicht, um komplexe Empfangsarrays verwendet werden können. Ebenso kann das LiDAR-System auch mit optischen Phasearrays kombiniert werden Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.