DE102022127849A1

DE102022127849A1 - OPTICAL EXPANDER OF A LIDAR SYSTEM AND LIDAR SYSTEM

Info

Publication number: DE102022127849A1
Application number: DE102022127849.2A
Authority: DE
Inventors: Bernd Bertschinger; Haiyue Yang; Thomas Schuler
Original assignee: Valeo Detection Systems GmbH
Current assignee: Valeo Detection Systems GmbH
Priority date: 2022-10-21
Filing date: 2022-10-21
Publication date: 2024-05-02
Also published as: WO2024083699A1

Abstract

Die Offenbarung bezieht sich auf einen optischen Expander (10) für einen Empfangspfad eines Lidarsystems (50), der konfiguriert ist, mindestens einen Lichtstrahl (12) zum Empfang durch mindestens ein Pixel (22) eines optischen Sensors (20) des Lidarsystems (50) zu expandieren, wobei der Expander (10) mindestens eine einer konkaven und/oder einer konvexen Zylinderlinse (13), einer Struktur einer einseitigen Mikrozylinderlinsenanordnung oder einer Struktur einer zweiseitigen Mikrozylinderlinsenanordnung umfasst. Die Offenbarung bezieht sich ferner auf ein Lidarsystem (50).The disclosure relates to an optical expander (10) for a reception path of a lidar system (50) configured to expand at least one light beam (12) for reception by at least one pixel (22) of an optical sensor (20) of the lidar system (50), wherein the expander (10) comprises at least one of a concave and/or a convex cylindrical lens (13), a structure of a single-sided micro-cylinder lens array, or a structure of a two-sided micro-cylinder lens array. The disclosure further relates to a lidar system (50).

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf das Gebiet von Lidarsystemen mit einem optischen Sender, einem optischen Empfänger und einer Steuereinheit.The present disclosure relates to the field of lidar systems having an optical transmitter, an optical receiver and a control unit.

Hintergrundbackground

Moderne Fahrzeuge (Personenkraftwägen, Lieferwägen, Lastwägen, Motorräder usw.) weisen eine große Anzahl von Sensoren auf, deren Daten für Fahrerinformationen verwendet werden und/oder für Fahrerunterstützungssystemen verfügbar gemacht werden. Die Sensoren können die Umgebung eines Fahrzeugs und weitere Verkehrsteilnehmer detektieren. Auf der Grundlage der Daten, die gesammelt werden, kann ein Modell der Umgebung eines Fahrzeugs erzeugt werden und kann das System auf Änderungen dieser Fahrzeugumgebung reagieren.Modern vehicles (passenger cars, vans, trucks, motorcycles, etc.) have a large number of sensors whose data is used for driver information and/or made available to driver assistance systems. The sensors can detect the surroundings of a vehicle and other road users. Based on the data that is collected, a model of the surroundings of a vehicle can be created and the system can react to changes in this vehicle environment.

Ein wichtiges Sensorprinzip zur Detektion der Umgebung, z. B. von Fahrzeugen, ist die Lidartechnologie (Lidar, engl.: „Light Detection and Ranging“). Ein Lidarsystem besitzt einen optischen Sender und einen optischen Empfänger. Der Sender kann gesendetes Licht abstrahlen. In einem Lidarsystem kann das Licht, das verwendet wird, Laserlicht im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Bereich sein. Die Empfangsvorrichtung kann das abgestrahlte Licht nach einer Reflexion von einem Objekt im Sichtfeld des Lidarsystems als empfangenes Licht empfangen.An important sensor principle for detecting the environment, e.g. vehicles, is lidar technology (light detection and ranging). A lidar system has an optical transmitter and an optical receiver. The transmitter can emit transmitted light. In a lidar system, the light used can be laser light in the ultraviolet, visible or infrared range. The receiving device can receive the emitted light as received light after it has been reflected from an object in the field of view of the lidar system.

Lidarsysteme werden ständig für verschiedene Funktionen weiter verbessert, z. B. zur Erfassung von Umgebungsinformationen im Nahbereich und Fernbereich von Fahrzeugen wie z. B. Personenkraftwägen oder Nutzfahrzeugen. Lidarsysteme können auch als Sensorsysteme für Fahrerunterstützungssysteme, insbesondere Unterstützungssysteme zur autonomen oder teilautonomen Fahrzeugsteuerung dienen. Insbesondere können sie verwendet werden, um Hindernisse und/oder weitere Verkehrsteilnehmer vor, hinter oder im toten Winkel eines Fahrzeugs zu detektieren.Lidar systems are constantly being improved for various functions, e.g. for collecting environmental information in the near and far range of vehicles such as passenger cars or commercial vehicles. Lidar systems can also serve as sensor systems for driver assistance systems, in particular support systems for autonomous or semi-autonomous vehicle control. In particular, they can be used to detect obstacles and/or other road users in front of, behind or in the blind spot of a vehicle.

Das empfangene Licht kann durch eine Steuereinheit des Lidarsystems unter Verwendung des gesendeten Lichts bewertet werden. Die räumliche Position und Entfernung des Objekts, von dem die Reflexion aufgetreten ist, können bestimmt werden. Zusätzlich ist es möglich, eine Relativgeschwindigkeit z. B.stimmen. Reflexion oder reflektiertes Licht werden hier derart verstanden, dass sie beliebiges Licht bedeuten, das zurückreflektiert wird, und sollen insbesondere auch Licht enthalten, das durch Streuung oder Absorptionsemission zurückreflektiert wird.The received light can be evaluated by a control unit of the lidar system using the transmitted light. The spatial position and distance of the object from which the reflection occurred can be determined. In addition, it is possible to determine a relative speed, e.g. Reflection or reflected light is understood here to mean any light that is reflected back, and is intended in particular to include light that is reflected back by scattering or absorption emission.

Abtastlidarsysteme strahlen Lichtstrahlen ab, wobei die Richtung des Strahls in einer Abtastrichtung sequenziell bewegt wird. 1D-Abtastlidarsysteme führen das Abtasten in einer Richtung, z. B. in der horizontalen Richtung vor einem Fahrzeug, durch. Im 1D-Abtastlidarsystem können optische Sensoren des optischen Empfängers Pixel aufweisen, wobei die aktive Fläche eine erste Ausdehnung entlang einer ersten Achse und eine zweite Ausdehnung, die kleiner als die erste Ausdehnung ist, besitzt. Ein Beispiel für einen derartigen Sensor ist der Sony IMX 449/459. Der Vorteil dieser Vergrößerung in der Ausdehnung ist Folgendes: eine Seite, die Achse mit kleinerer Größe, kann die hohe Winkelauflösung eines gesamten Sensors aufrechterhalten. Eine weitere Seite, die Achse mit großer Größe, kann die aktive Fläche des Pixels erhöhen, um den Dynamikbereich des Sensors zu erhöhen.Scanning lidar systems emit light beams, with the direction of the beam sequentially moving in a scanning direction. 1D scanning lidar systems perform scanning in one direction, e.g., the horizontal direction in front of a vehicle. In the 1D scanning lidar system, optical sensors of the optical receiver may comprise pixels, with the active area having a first dimension along a first axis and a second dimension smaller than the first dimension. An example of such a sensor is the Sony IMX 449/459. The advantage of this increase in dimension is that one side, the smaller size axis, can maintain the high angular resolution of an entire sensor. Another side, the large size axis, can increase the active area of the pixel to increase the dynamic range of the sensor.

In US 2020/0096615 A1 wird eine anamorphe Kameralinse beschrieben, die einen Lichtstrahl auf ein derartiges Pixel mit einer aktiven Fläche, die eine erste Ausdehnung aufweist, die größer als eine zweite Ausdehnung senkrecht zur ersten Ausdehnung ist, sammelt und fokussiert.In US 2020/0096615 A1 describes an anamorphic camera lens that collects and focuses a beam of light onto such a pixel having an active area that has a first dimension that is larger than a second dimension perpendicular to the first dimension.

Eine zylindrische Linsenanordnung für ein optisches System wird in US2016/0170287A1 beschrieben. Die zylindrische Linsenanordnung wird verwendet, um Laserstrahlen im Sendelichtpfad eines Datenkommunikationssystems zu parallelisieren.A cylindrical lens arrangement for an optical system is shown in US2016/0170287A1 The cylindrical lens arrangement is used to parallelize laser beams in the transmitted light path of a data communication system.

KurzdarstellungBrief description

Ein optischer Expander für einen Empfangspfad eines Lidarsystems ist konfiguriert, mindestens einen Lichtstrahl zum Empfang durch mindestens ein Pixel eines optischen Sensors des Lidarsystems zu expandieren. Der optische Sensor transformiert die optischen Informationen in elektrische Informationen, die dann anschließend verarbeitet werden können. Der Expander umfasst mindestens ein optisches Expansionselement, das mindestens eine einer konkaven und/oder konvexen Zylinderlinse, einer Struktur einer einseitigen Mikrozylinderlinsenanordnung oder einer Struktur einer zweiseitigen Mikrozylinderlinsenanordnung umfasst. Aufgrund der Expansion verbreitet sich die Energie des Lichtstrahls über einen größeren Bereich des Pixels. Die Fläche, die durch den Lichtstrahl auf dem Pixel beleuchtet wird, kann ein elliptisches Profil bilden. Die Strahlexpansion im Empfangspfad kann einen Ausblüheffekt verringern und zu einem erhöhten Dynamikbereich des optischen Sensors. Als Ergebnis kann sich der Detektionsbereich des Empfängers und des Lidarsystems als Ganzes erhöhen.An optical expander for a receive path of a lidar system is configured to expand at least one light beam for reception by at least one pixel of an optical sensor of the lidar system. The optical sensor transforms the optical information into electrical information, which can then be subsequently processed. The expander comprises at least one optical expansion element comprising at least one of a concave and/or convex cylindrical lens, a single-sided micro-cylinder lens array structure, or a double-sided micro-cylinder lens array structure. Due to the expansion, the energy of the light beam spreads over a larger area of the pixel. The area illuminated by the light beam on the pixel may form an elliptical profile. The beam expansion in the receive path may reduce a blooming effect and lead to an increased dynamic range of the optical sensor. As a result, the detection range of the receiver and the lidar system as a whole may increase.

Eine konkave und/oder konvexe Zylinderlinse, die auch als eine konkave/konvexe Zylinderlinse bezeichnet wird, kann eine konkave Zylinderlinse mit zwei konkaven Oberflächen sein, eine konvexe Zylinderlinse kann eine konvexe Zylinderlinse mit zwei konvexen Oberflächen oder eine konkave und konvexe Zylinderlinse mit einer konkaven Zylinderlinse und einer konvexen Zylinderlinse sein. Die konkave/konvexe Zylinderlinse ist konfiguriert, den mindestens einen Lichtstrahl im Empfangspfad des Lidarsystems zu expandieren, wie oben beschrieben ist. Der optische Expander kann mehr als eine konvex/konkave Zylinderlinse umfassen, z. B. in Form einer Zylinderlinsenanordnung.A concave and/or convex cylindrical lens, also referred to as a concave/convex cylindrical lens, may be a concave cylindrical lens with two concave surfaces, a convex cylindrical lens may be a convex cylindrical lens with two convex surfaces, or a concave and convex cylindrical lens with a concave cylindrical lens and a convex cylindrical lens. The concave/convex cylindrical lens is configured to expand the at least one light beam in the receive path of the lidar system, as described above. The optical expander may comprise more than one convex/concave cylindrical lens, e.g. in the form of a cylindrical lens array.

In einer Ausführungsform ist der optische Expander konfiguriert, den mindestens einen Lichtstrahl in einer vorgegebenen Richtung zu expandieren. Die eine vorgegebene Richtung kann zum Empfang durch das mindestens eine Pixel ausgelegt sein. Zum Beispiel kann dann, wenn das mindestens eine Pixel einen Oberflächenbereich besitzt, der in einer ersten Ausdehnung größer als in einer zweiten Ausdehnung ist, die Expansion des mindestens einen Lichtstrahls in der einen vorgegebenen Richtung in der ersten Ausdehnung vorliegen. Dies bedeutet, dass der Lichtstrahl in der Ausdehnung expandiert wird, in der das Pixel auch größer ist. Dies ermöglicht, dass mehr Energie des Lichtstrahls durch das Pixel absorbiert wird, weil die Beleuchtungsfläche des Pixels, d. h. die Fläche, die durch den expandierten Lichtstrahl getroffen wird, größer ist. In den weiteren Ausdehnungen des mindestens einen Lichtstrahls kann die hohe Winkelauflösung eines Lidars beibehalten werden.In one embodiment, the optical expander is configured to expand the at least one light beam in a predetermined direction. The one predetermined direction may be designed to be received by the at least one pixel. For example, if the at least one pixel has a surface area that is larger in a first dimension than in a second dimension, the expansion of the at least one light beam in the one predetermined direction may be in the first dimension. This means that the light beam is expanded in the dimension in which the pixel is also larger. This allows more energy of the light beam to be absorbed by the pixel because the illumination area of the pixel, i.e. the area hit by the expanded light beam, is larger. In the further dimensions of the at least one light beam, the high angular resolution of a lidar can be maintained.

Die Struktur einer einseitigen Mikrozylinderlinsenanordnung umfasst ein Substrat mit Mikrozylinderlinsen an einer Oberfläche des Substrats. Die Struktur einer zweiseitigen Mikrozylinderlinsenanordnung umfasst ein Substrat mit Mikrozylinderlinsen an zwei Oberflächen des Substrats, z. B. an gegenüberliegenden Oberflächen des Substrats. Das Substrat umfasst bevorzugt ein optisch durchsichtiges Material wie z. B. Glas und/oder Kunststoff. Das Substrat dient als Träger für die Mikrolinsen und kann zusätzlich eine optische Eigenschaft aufweisen, die eine Wirkung auf den mindestens einen Lichtstrahl besitzt.The structure of a single-sided microcylinder lens array comprises a substrate with microcylinder lenses on one surface of the substrate. The structure of a double-sided microcylinder lens array comprises a substrate with microcylinder lenses on two surfaces of the substrate, e.g. on opposite surfaces of the substrate. The substrate preferably comprises an optically transparent material such as glass and/or plastic. The substrate serves as a carrier for the microlenses and can additionally have an optical property that has an effect on the at least one light beam.

In einer Ausführungsform des optischen Expanders umfasst die Expansion des mindestens einen Lichtstrahls ein Erhöhen des Durchmessers des mindestens einen Lichtstrahls in der mindestens einen Richtung und/oder ein Erhöhen der Richtungen des mindestens einen Lichtstrahls in der mindestens einen Richtung. Abhängig vom Typ des optischen Expansionselements kann das Expandieren des Lichtstrahls ein Erhöhen des Durchmessers des mindestens einen Lichtstrahls und/oder ein Erhöhen der Ausdehnung des mindestens einen Lichtstrahls bedeuten.In one embodiment of the optical expander, expanding the at least one light beam comprises increasing the diameter of the at least one light beam in the at least one direction and/or increasing the directions of the at least one light beam in the at least one direction. Depending on the type of optical expansion element, expanding the light beam may mean increasing the diameter of the at least one light beam and/or increasing the extent of the at least one light beam.

Wenn das Seitenverhältnis der Strahlexpansion nicht so groß ist, kann eine normale konvexe/konkave Linse angewendet werden. Allerdings wird dann, wenn das Seitenverhältnis größer wird, z. B. 1:5, 1:7 oder 1:9 nochmals größer, die Krümmung der Linse größer. Als Ergebnis wird die Gesamtabmessung eines Empfängers des Lidarsystems größer. Um den Lidarsystementwurf kompakt zu halten, kann eine Mikrolinsenanordnung eingeführt werden.When the aspect ratio of the beam expansion is not so large, a normal convex/concave lens can be applied. However, as the aspect ratio becomes larger, such as 1:5, 1:7, or 1:9, the curvature of the lens becomes larger. As a result, the overall dimension of a receiver of the lidar system becomes larger. To keep the lidar system design compact, a microlens array can be adopted.

Mikrolinsenanordnungen enthalten mehrere Mikrolinsen, die in einer eindimensionalen oder einer zweidimensionalen Anordnung an einem Trägersubstrat gebildet sind. Eine einseitige Mikrolinsenanordnung umfasst die Anordnung von Mikrolinsen an einer Oberfläche des Trägersubstrats. Die zweiseitige Mikrolinsenanordnung umfasst eine Mikrolinsenanordnung an zwei Oberflächen des Trägersubstrats. Bevorzugt sind die zwei Mikrolinsenanordnungen der zweiseitigen Mikrolinsenanordnung an gegenüberliegenden Oberflächen des Trägersubstrats angeordnet. Eine Mikrolinse ist eine kleine Linse, z. B. mit einem Durchmesser von weniger als einigen Millimetern und möglicherweise selbst weniger als 10 µm. Die kleine Größe einer Mikrolinse bietet eine große Strahlexpansion ohne Erhöhen der Größe des optischen Systems. Zylindrische Mikrolinsen umfassen mindestens teilweise die Form eines Zylinders. Wenn die Mikrolinse aus Glas hergestellt ist, sollte das Substrat nicht dicker als die Mikrolinse sein. Die Mikrozylinderlinsenanordnung kann konvexe und/oder konkave Mikrozylinderlinsen umfassen. Durch geeignetes Anordnen von konvexen und/oder konkaven Mikrozylinderlinsen auf der einen Seite des Substrats oder auf den beiden Seiten des Substrats kann die gewünschte optische Expansion erreicht werden.Microlens arrays include multiple microlenses formed in a one-dimensional or a two-dimensional array on a support substrate. A single-sided microlens array includes the array of microlenses on one surface of the support substrate. The two-sided microlens array includes a microlens array on two surfaces of the support substrate. Preferably, the two microlens arrays of the two-sided microlens array are arranged on opposite surfaces of the support substrate. A microlens is a small lens, e.g., with a diameter of less than a few millimeters and possibly even less than 10 µm. The small size of a microlens provides a large beam expansion without increasing the size of the optical system. Cylindrical microlenses at least partially comprise the shape of a cylinder. If the microlens is made of glass, the substrate should not be thicker than the microlens. The microcylindrical lens array may comprise convex and/or concave microcylindrical lenses. By appropriately arranging convex and/or concave microcylinder lenses on one side of the substrate or on both sides of the substrate, the desired optical expansion can be achieved.

Eine Mikrozylinderlinse der Anordnung von Mikrozylinderlinsen kann konfiguriert sein, den mindestens einen Lichtstrahl zum Empfang durch ein Pixel einer Pixelanordnung des optischen Sensors zu expandieren. In Verbindung mit einem optische Strahllenkungselement des Empfängers des Lidars können Systemlichtstrahlen aus einem bestimmten Einfallswinkel des Sichtfelds des Radarsystems zu einzelnen Pixeln des optischen Sensors des Empfängers gelenkt werden. Der optische Expander kann den einfallenden Strahl speziell expandieren, um einen größeren Bereich des optischen Pixels des optischen Zentrums zu treffen, d. h. z. B.leuchten. Dies ermöglicht, eine hohe optische Auflösung in Bezug auf die Einfallswinkel zu erreichen und gleichzeitig den Bereich, der durch das Pixel aus dem Lichtstrahl empfangen wird, zu erhöhen.A microcylinder lens of the array of microcylinder lenses may be configured to expand the at least one light beam for reception by a pixel of a pixel array of the optical sensor. In conjunction with an optical beam steering element of the receiver of the lidar, system light beams from a specific angle of incidence of the field of view of the radar system may be directed to individual pixels of the optical sensor of the receiver. The optical expander may specifically expand the incident beam to hit, e.g. illuminate, a larger area of the optical pixel of the optical center. This makes it possible to achieve high optical resolution in terms of the angles of incidence while increasing the area received by the pixel from the light beam.

Ein zugeordnetes Paar Mikrozylinderlinsen auf gegenüberliegenden Seiten der zweiseitigen Mikrozylinderlinsenanordnung ist konfiguriert, den mindestens einen Lichtstrahl zum Empfang durch ein Pixel der Pixelanordnung des optischen Sensors zu expandieren. Wenn optische Eigenschaften der zweiseitigen Mikrozylinderlinsenanordnung entworfen werden, kann für den Gesamtentwurf der zweiseitigen Mikrozylinderlinsenanordnung die Mikrozylinderlinse auf jeder Seite des Substrats berücksichtigt werden und auch die Dicke des Substrats mit seinem optischen Brechungsindex berücksichtig werden. Gleichzeitig können dann, wenn die zweiseitige Mikrozylinderlinsenanordnung in Kombination mit dem optische Strahllenkungselement verwendet wird, die zwei Mikrozylinderlinsen auf jeder Seite des Substrats zusammenarbeiten, um das gewünschte optische Verhalten für einen Lichtstrahl z. B.wirken, der diese zwei Mikrozylinderlinsen, die zusammenarbeiten durchläuft. Der Strahl kann expandiert werden, um gleichzeitig einen größeren Bereich des zugeordneten Pixels des optischen Sensors zu treffen. In den weiteren Ausdehnungen des Strahls, in denen er nicht expandiert ist, kann die Winkelauflösung in Bezug auf das Sichtfeld des Lidarsystems aufrechterhalten werden.An associated pair of microcylinder lenses on opposite sides of the two-sided microcylinder lens array is configured to expand the at least one light beam for reception by a pixel of the pixel array of the optical sensor. When designing optical properties of the two-sided microcylinder lens array, the overall design of the two-sided microcylinder lens array may consider the microcylinder lens on each side of the substrate and also consider the thickness of the substrate with its optical refractive index. At the same time, when the two-sided microcylinder lens array is used in combination with the optical beam steering element, the two microcylinder lenses on each side of the substrate may work together to provide the desired optical behavior for a light beam, for example, passing through these two microcylinder lenses working together. The beam may be expanded to simultaneously hit a larger area of the associated pixel of the optical sensor. In the further extensions of the beam where it is not expanded, the angular resolution with respect to the field of view of the lidar system may be maintained.

In Ausführungsformen umfasst das Trägersubstrat Glas. In Ausführungsformen sind die Mikrozylinderlinsen durch ein Gießverfahren angefertigt. Insbesondere ist es möglich, Glasmikrozylinderlinsen am Trägersubstrat zu gießen.In embodiments, the carrier substrate comprises glass. In embodiments, the microcylinder lenses are manufactured by a casting process. In particular, it is possible to cast glass microcylinder lenses on the carrier substrate.

In weiteren Ausführungsformen umfassen Mikrozylinderlinsen ein Polymermaterial. Polymermikrozylinderlinsen können durch ein Polymer-auf-Glas-Verfahren (PoG-Verfahren) angefertigt werden. Dies ermöglicht, eine Polymermikrozylinderlinse an einem Trägersubstrat, das Glas umfasst, zu erzeugen.In further embodiments, microcylinder lenses comprise a polymer material. Polymer microcylinder lenses can be manufactured by a polymer-on-glass (PoG) process. This allows a polymer microcylinder lens to be created on a carrier substrate comprising glass.

In weiteren Ausführungsformen können die Mikrozylinderlinsen durch ein Chip-auf-Glas-Verfahren angefertigt werden. Unter Verwendung dieses Verfahrens können die Mikrozylinderlinsen hergestellt und im Glassubstrat direkt integriert werden.In further embodiments, the microcylinder lenses can be manufactured using a chip-on-glass process. Using this process, the microcylinder lenses can be manufactured and integrated directly into the glass substrate.

Die Dicke des Glassubstrats kann über seine räumliche Ausdehnung variieren oder kann über seine räumliche Ausdehnung konstant sein. Die Dicke des Glassubstrats kann dann berücksichtigt werden, wenn die optischen Eigenschaften der Mikrolinsenzylinderanordnung entworfen werden. Insbesondere kann der Brechungsindex der Mikrozylinderlinsen von der Dicke des Glassubstrats abhängen. Die gewünschten optischen Eigenschaften können unter Berücksichtigung der Kombination der Mikrozylinderlinsen und des Substrats ausgelegt werden.The thickness of the glass substrate may vary over its spatial extent or may be constant over its spatial extent. The thickness of the glass substrate can then be taken into account when designing the optical properties of the micro-lens cylinder array. In particular, the refractive index of the micro-cylinder lenses may depend on the thickness of the glass substrate. The desired optical properties can be designed taking into account the combination of the micro-cylinder lenses and the substrate.

Ein Lidarsystem umfasst den optischen Expander in seinem Empfangspfad. Der Empfänger des Lidarsystems umfasst den Expander, der zwischen einer Konzentratorlinse und den optischen Sensor des Empfängers angeordnet sein kann. Alternativ kann die Konzentratorlinse zwischen dem Expander und dem optischen Sensor des Empfängers angeordnet sein. Beide optischen Aufbauvorgänge sind möglich und können Vorteile aufweisen, um die gewünschten optischen Eigenschaften im Empfangspfad des Lidarsystems zu erreichen, und/oder können Kostenvorteile aufweisen. Das Lidarsystem umfasst ferner einen Sender zum Abstrahlen eines Sendelichtstrahls und die Steuereinheit zum Steuern des Abstrahlens und des Empfangs der Lichtstrahlen zur Objektdetektion, zur Entfernungsbestimmung und/oder zur Geschwindigkeitsbestimmung im Sichtfeld des Lidarsystems. Eine Objektdetektion, eine Entfernungsdetektion und eine Relativgeschwindigkeitsdetektion werden unter Verwendung des abgestrahlten Lichts und des empfangenen Lichts durchgeführt.A lidar system includes the optical expander in its receiving path. The receiver of the lidar system includes the expander, which can be arranged between a concentrator lens and the optical sensor of the receiver. Alternatively, the concentrator lens can be arranged between the expander and the optical sensor of the receiver. Both optical setups are possible and can have advantages for achieving the desired optical properties in the receiving path of the lidar system and/or can have cost advantages. The lidar system further includes a transmitter for emitting a transmitted light beam and the control unit for controlling the emission and reception of the light beams for object detection, distance determination and/or speed determination in the field of view of the lidar system. Object detection, distance detection and relative speed detection are performed using the emitted light and the received light.

In Ausführungsformen des Lidarsystems ist der Expander ausgelegt, den mindestens einen Lichtstrahl derart zu expandieren, dass er durch das mindestens eine Pixel des optischen Sensors gleichmäßiger empfangen wird. Dies kann ermöglichen, den wirksamen Bereich des Empfangs für den empfangenen Lichtstrahl insbesondere auf den Pixeln zu erhöhen, die Ausdehnungen aufweisen, die in einer Richtung im Vergleich zu einer weiteren Richtung des Aufnahmebereichs des Pixels nicht gleich sind. Für die Fälle, in denen der optische Sensor eine Pixelanordnung umfasst, kann es vorteilhaft sein, einen optischen Expander zu verwenden, der eine Mikrolinsenanordnung umfasst, um verschiedene Lichtstrahlen für die verschiedenen Pixel der Pixelanordnung zu expandieren. Verschiedene Lichtstrahlen, die die Mikrolinsenzylinderanordnung durchlaufen, werden aus verschiedenen Einfallswinkeln des Sichtfelds des Lidarsystems empfangen.In embodiments of the lidar system, the expander is designed to expand the at least one light beam such that it is received more uniformly by the at least one pixel of the optical sensor. This may make it possible to increase the effective area of reception for the received light beam, in particular on the pixels having dimensions that are not equal in one direction compared to a further direction of the pixel's recording area. For cases where the optical sensor comprises a pixel array, it may be advantageous to use an optical expander comprising a microlens array to expand different light beams for the different pixels of the pixel array. Different light beams passing through the microlens cylinder array are received from different angles of incidence of the field of view of the lidar system.

Die Pixelanordnung des optischen Sensors kann eindimensional, d. h. in einer Zeile von Pixeln gebildet sein. Die Pixelanordnung des optischen Sensors kann auch zweidimensional, d. h. in einer zweidimensionalen Fläche gebildet sein.The pixel arrangement of the optical sensor can be one-dimensional, i.e. formed in a row of pixels. The pixel arrangement of the optical sensor can also be two-dimensional, i.e. formed in a two-dimensional area.

In einer Ausführungsform des Lidarsystems. Die Pixelanordnung ist mit einer Zeile von Pixeln eindimensional, wobei der Oberflächenbereich der Pixel in der ersten Ausdehnung senkrecht zur Zeile größer als in der zweiten Ausdehnung parallel zur Zeile ist. Der Expander ist ausgelegt, den mindestens einen Lichtstrahl in einer vorgegebenen Richtung zu expandieren, wobei die eine vorgegebene Richtung in der Richtung der ersten Ausdehnung der Pixel, d. h. in der Richtung, in der die Pixel eine größere Ausdehnung aufweisen, liegt. Insbesondere kann der Expander eine Mikrolinsenzylinderanordnung umfassen, die konfiguriert ist, mehrere Lichtstrahlen gleichzeitig zu expandieren. Jeder Lichtstrahl könnte dann einem Pixel des optischen Sensors zugeordnet werden. Jede Stufe der Mikrolinsenzylinderanordnung kann dann einer Mikrozylinderlinse entsprechen, die konfiguriert sein kann, einen Lichtstrahl zu expandieren, der auf ein Pixel gerichtet ist.In one embodiment of the lidar system, the pixel arrangement is one-dimensional with a row of pixels, wherein the surface area of the pixels in the first extension perpendicular to the row is larger than in the second extension parallel to the row. The expander is designed to expand the at least one light beam in a predetermined direction, wherein the one predetermined direction lies in the direction of the first extension of the pixels, ie in the direction in which the pixels have a larger extension. In particular, the Expander may comprise a microlens cylinder array configured to expand multiple light beams simultaneously. Each light beam could then be associated with a pixel of the optical sensor. Each stage of the microlens cylinder array may then correspond to a microcylinder lens that may be configured to expand a light beam directed at a pixel.

In einer Ausführungsform ist das Lidarsystem ein Lidarsystem des Abtasttyps, wobei die Abtastrichtung parallel zu der einen vorgegebenen Richtung der Expansion des mindestens einen Lichtstrahls ist. Dies ermöglicht, die hohe optische Auflösung des Einfallswinkels in der Richtung senkrecht zur Abtastrichtung z. B.wahren. In der Richtung senkrecht zur Abtastrichtung wird der Lichtstrahl nicht expandiert, um diese hohe Winkelauflösung z. B.halten.In one embodiment, the lidar system is a scanning-type lidar system, wherein the scanning direction is parallel to the one predetermined direction of expansion of the at least one light beam. This makes it possible to maintain the high optical resolution of the angle of incidence in the direction perpendicular to the scanning direction, for example. In the direction perpendicular to the scanning direction, the light beam is not expanded in order to maintain this high angular resolution, for example.

Kurzbeschreibung der FigurenShort description of the characters

Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren lediglich beispielhaft beschrieben. Ähnliche Bezugszeichen werden verwendet, um überall auf ähnliche Elemente Bezug zu nehmen. Die veranschaulichten Strukturen und Vorrichtungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht gezeichnet.

1 veranschaulicht schematisch einen optischen Expander in einem Empfangspfad eines Lidarsystems.
2 veranschaulicht schematisch die Wirkung eines optischen Expanders.
3 veranschaulicht schematisch die Wirkung einer einseitigen Mikrozylinderlinsenanordnung.
4 veranschaulicht schematisch die Wirkung einer einseitigen Mikrozylinderlinsenanordnung.
5 veranschaulicht schematisch die Wirkung einer Zerstreuungslinse.
6 veranschaulicht schematisch ein Galilei-Teleskop.
7 veranschaulicht schematisch ein Kepler-Teleskop.
8 veranschaulicht schematisch Simulationsergebnisse des optischen Expanders.
9 veranschaulicht schematisch die Wirkung der einseitigen und der zweiseitigen Mikrozylinderlinsenanordnung.
10 zeigt eine Detektionsrate gegen Detektionsbereichsergebnisse für ein Lidarsystem.
11 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Lidarsystem und seinem Sichtfeld.

Embodiments will now be described, by way of example only, with reference to the accompanying drawing figures. Like reference numerals are used to refer to like elements throughout. The illustrated structures and devices are not necessarily drawn to scale.

1 schematically illustrates an optical expander in a receive path of a lidar system.
2 schematically illustrates the effect of an optical expander.
3 schematically illustrates the effect of a one-sided microcylinder lens arrangement.
4 schematically illustrates the effect of a one-sided microcylinder lens arrangement.
5 schematically illustrates the effect of a diverging lens.
6 schematically illustrates a Galilean telescope.
7 schematically illustrates a Kepler telescope.
8th schematically illustrates simulation results of the optical expander.
9 schematically illustrates the effect of the single-sided and double-sided microcylinder lens arrangement.
10 shows a detection rate versus detection range results for a lidar system.
11 shows a schematic representation of a vehicle with a lidar system and its field of view.

Genaue BeschreibungPrecise description

1 zeigt einen optischen Empfänger 30 eines Lidarsystems 50. Einfallende Lichtstrahlen 12 durchlaufen ein Strahllenkungssystem 14. Das Strahllenkungssystem 14 ist konfiguriert, Lichtstrahlen 12, die von verschiedenen Einfallswinkeln in verschiedene Richtungen stammen, derart zu lenken, dass sie durch verschiedene Pixel 22 eines optischen Sensors 20 des optischen Empfängers 30 empfangen werden. 1 shows an optical receiver 30 of a lidar system 50. Incident light rays 12 pass through a beam steering system 14. The beam steering system 14 is configured to direct light rays 12 originating from different angles of incidence in different directions such that they are received by different pixels 22 of an optical sensor 20 of the optical receiver 30.

Ein optischer Expander 10 ist nach dem Strahllenkungssystem 14 angeordnet. Eine Konzentratorlinse 16 ist nach dem optischen Expander 10 angeordnet. Die Abfolge der Elemente 14, 10, 16 ist in der Ausbreitungsrichtung des einfallenden Lichts 12 beschrieben. In einigen Ausführungsformen kann der optische Expander 10 nach der Konzentratorlinse 16 angeordnet sein. Die Konzentratorlinse 16 konzentriert das einfallende Licht 12 auf Pixel 22 des optischen Sensors 20. Die Pixel 22 umfassen eine Oberfläche zum Empfangen der einfallenden Lichtstrahlen 12. Die Ausdehnung der Oberfläche der Pixel 22 ist in einer ersten Richtung größer als in einer zweiten Richtung. Die erste Richtung ist senkrecht zur zweiten Richtung. Jedes Pixel 22 umfasst mehrere Einzelphotonenlawinendioden (SPADS) 18. Die Einzelphotonenlawinendiode 18 ist ein Festkörperfotodetektor. Eine SPAD 18 reagiert mit einem Strom, wenn ein Photon absorbiert wird. Der Strom nimmt mit der Anzahl von Photonen, die empfangen werden, zu. SPADS 18 können einzelne Photonen detektieren, da durch ein empfangenes Photon eine Lawine von Strom erzeugt werden kann. Ein Pixel 22 umfasst drei SPADS 18 in der zweiten Richtung und neun SPADS 18 in der ersten Richtung. Die Ausdehnung des Pixels 22 in der ersten Richtung ist somit dreimal größer als in der zweiten Richtung. Der optische Expander 10 ist derart konfiguriert und ausgelegt, dass einfallende optische Lichtstrahlen 12 in Richtung der ersten Ausdehnung der Pixel 22 expandiert werden.An optical expander 10 is arranged after the beam steering system 14. A concentrator lens 16 is arranged after the optical expander 10. The sequence of elements 14, 10, 16 is described in the direction of propagation of the incident light 12. In some embodiments, the optical expander 10 can be arranged after the concentrator lens 16. The concentrator lens 16 concentrates the incident light 12 onto pixels 22 of the optical sensor 20. The pixels 22 include a surface for receiving the incident light rays 12. The surface area of the pixels 22 is larger in a first direction than in a second direction. The first direction is perpendicular to the second direction. Each pixel 22 includes a plurality of single photon avalanche diodes (SPADS) 18. The single photon avalanche diode 18 is a solid state photodetector. A SPAD 18 responds with a current when a photon is absorbed. The current increases with the number of photons received. SPADS 18 can detect single photons because an avalanche of current can be generated by a received photon. A pixel 22 comprises three SPADS 18 in the second direction and nine SPADS 18 in the first direction. The extension of the pixel 22 in the first direction is thus three times larger than in the second direction. The optical expander 10 is configured and designed such that incident optical light rays 12 are expanded in the direction of the first extension of the pixels 22.

Das Strahllenkungssystem 14 kann z. B. eine optische phasengesteuerte Anordnung OPA umfassen. Mit einer optischen phasengesteuerten Anordnung ist es möglich, die Phase und die Amplitude der Lichtwellen durch eine zweidimensionale Oberfläche unter Verwendung einstellbarer Oberflächenelemente zu steuern. Das Strahllenkungssystem 14, z. B. die optische phasengesteuerte Anordnung, könnte verwendet werden, um Lichtstrahlen 12 zu senden, zu reflektieren oder aufzunehmen, d. h. zu empfangen. Ein optisches phasengesteuerten Anordnung steuert dynamisch die optischen Eigenschaften ihrer Oberfläche. Es ist möglich, die Richtung der Lichtstrahlen 12 zu lenken und dadurch die Blickrichtung eines optischen Sensors 20 des optischen Empfängers 30 zu ändern. Das Strahllenkungssystem 14 kann auch ein Drehspiegel/MEMS sein, der bzw. das die einfallenden Lichtstrahlen abhängig von der Drehstellung der Drehspiegel 12 in verschiedene Richtungen reflektiert.The beam steering system 14 may, for example, comprise an optical phased array OPA. With an optical phased array it is possible to control the phase and amplitude of the light waves through a two-dimensional surface using adjustable surface elements. The beam steering system 14, e.g. the optical phased array, could be used to send, reflect or receive light beams 12. An optical phased array dynamically controls the optical properties of its surface. It is possible to direct the direction of the light beams 12 and thereby change the viewing direction of an optical sensor 20 of the optical receiver 30. The beam steering The illumination system 14 can also be a rotating mirror/MEMS, which reflects the incident light rays in different directions depending on the rotational position of the rotating mirror 12.

Die Lichtstrahlen 12 werden durch die Konzentratorlinse 16 empfangen, die z. B. eine Kameralinse sein kann. Die Pixel 22 sind in einer eindimensionalen Pixelanordnung 21 angeordnet.The light rays 12 are received by the concentrator lens 16, which can be a camera lens, for example. The pixels 22 are arranged in a one-dimensional pixel array 21.

Der optische Empfänger 30 kann ausgelegt sein, das Licht in einem Abtastlidarsystem 50 zu empfangen. Die größere Ausdehnung der Pixel 22 ist dann z. B. in Richtung des Abtastlidarsystems 50 angeordnet. Im Abtastlidarsystem 50 sendet ein optischer Sender 40 Abtastlichtstrahlen 62, wobei die Richtung des Strahls 62 im Sichtfeld 64 des Lidarsystems 50 inkrementell geändert wird, wodurch das Sichtfeld 64 abgetastet wird. Die Abtastrichtung 66 ist dann die Richtung, in der die Position des gesendeten Lichtstrahls 62 erhöht wird.The optical receiver 30 may be designed to receive the light in a scanning lidar system 50. The larger extent of the pixels 22 is then arranged, for example, in the direction of the scanning lidar system 50. In the scanning lidar system 50, an optical transmitter 40 sends scanning light beams 62, wherein the direction of the beam 62 is incrementally changed in the field of view 64 of the lidar system 50, thereby scanning the field of view 64. The scanning direction 66 is then the direction in which the position of the transmitted light beam 62 is increased.

In der ersten Richtung der Pixel 22, in der die Pixel 22 mehr SPADS 18 umfassen, ist der Dynamikbereich erhöht. Dies kann z. B. der Abtastrichtung 66 entsprechen. In der zweiten Ausdehnung, in der die Anzahl von SPADS 18 kleiner, z. B. drei, ist, wird die hohe Winkelauflösung des Lidarsystems 50 aufrechterhalten. Dies würde einer Richtung senkrecht zur Abtastrichtung 66 entsprechen. In der ersten Richtung, in der die Anzahl von SPADS 18 z. B. zu 9 SPADS 18 erhöht wird, wird der Dynamikbereich des Lidarsystems 50 erhöht.In the first direction of the pixels 22, in which the pixels 22 comprise more SPADS 18, the dynamic range is increased. This may correspond, for example, to the scanning direction 66. In the second extension, in which the number of SPADS 18 is smaller, e.g., three, the high angular resolution of the lidar system 50 is maintained. This would correspond to a direction perpendicular to the scanning direction 66. In the first direction, in which the number of SPADS 18 is increased, e.g., to 9 SPADS 18, the dynamic range of the lidar system 50 is increased.

In 2 ist ein Empfangspfad mit einem derartigen Pixel 22 mit der größeren ersten Ausdehnung, die neun SPADS 18 umfasst, und einer kleineren zweiten Ausdehnung, die drei SPADS 18 umfasst, rechts gezeigt. Im oberen Abschnitt von 2 sind einfallende Lichtstrahlen 12 gezeigt, die durch die Konzentratorlinse 16 auf ein Pixel 22 konzentriert werden. Im oberen Abschnitt von 2 konzentriert die Konzentratorlinse 16 die Lichtstrahlen 12 in einer Brennebene 24, die an der Empfangsoberfläche des Pixels 22 angeordnet ist. Im unteren Abschnitt von 2 ist ein weiterer Empfangspfad mit einem Pixel 22 und einer Konzentratorlinse 16 gezeigt. Der Empfangspfad umfasst den optischen Expander 10 in Kombination mit der Konzentratorlinse 16. Der optische Expander 10 expandiert die einfallenden Lichtstrahlen 12 und bewegt dadurch die Brennebene 24 zu einem Ort hinter dem Pixel 22. Diese resultiert in einer Expansion des Lichtstrahls 12 am Pixel 22.In 2 a reception path with such a pixel 22 with the larger first extension comprising nine SPADS 18 and a smaller second extension comprising three SPADS 18 is shown on the right. In the upper section of 2 incident light rays 12 are shown which are concentrated by the concentrator lens 16 onto a pixel 22. In the upper section of 2 the concentrator lens 16 concentrates the light rays 12 in a focal plane 24 which is arranged on the receiving surface of the pixel 22. In the lower section of 2 1 shows another receiving path with a pixel 22 and a concentrator lens 16. The receiving path includes the optical expander 10 in combination with the concentrator lens 16. The optical expander 10 expands the incident light rays 12 and thereby moves the focal plane 24 to a location behind the pixel 22. This results in an expansion of the light beam 12 at the pixel 22.

Die Expansionswirkung des optischen Expanders 10 wird auf eine Ausdehnung des Lichtstrahls 12 angewendet. Dies eine Richtung entspricht der ersten Ausdehnung des Pixels 22, die größer als die zweite Ausdehnung des Pixels 22 ist. In Bezug auf die weiteren Ausdehnungen der optischen Strahlen 12 wird die Expansionswirkung nicht angewendet. Dies ist im unteren Abschnitt von Figur zwei ersichtlich, wobei die elliptische beleuchtete Fläche 23, die durch den einfallenden Strahl beleuchtet wird, 12 ist, gezeigt ist.The expansion effect of the optical expander 10 is applied to one dimension of the light beam 12. This one direction corresponds to the first dimension of the pixel 22 which is larger than the second dimension of the pixel 22. With respect to the further dimensions of the optical beams 12, the expansion effect is not applied. This can be seen in the lower portion of figure two, where the elliptical illuminated area 23 illuminated by the incident beam 12 is shown.

Im unteren Abschnitt von 2 beleuchtet das Licht 12 einen größeren Bereich 23 am Pixel 22 als im oberen Abschnitt von 2. Der optische Expander 10, der zwischen dem Strahllenkungssystem 14 und dem Konzentrator 16 eingesetzt ist, expandiert die Fläche der Beleuchtung 23. In einem System mit einer Pixelanordnung 21 entspricht jedes Pixel 22 einem bestimmten Einfallswinkel. Der optische Expander 10 kann das Licht 12 von jeder Einfallswinkel durch Erhöhen der Ausdehnung und/oder der Divergenz des Lichtstrahls 12 in der Richtung der größeren Ausdehnung des Pixels 22 expandieren.In the lower section of 2 the light 12 illuminates a larger area 23 at the pixel 22 than in the upper section of 2 . The optical expander 10, which is inserted between the beam steering system 14 and the concentrator 16, expands the area of the illumination 23. In a system with a pixel array 21, each pixel 22 corresponds to a particular angle of incidence. The optical expander 10 can expand the light 12 from any angle of incidence by increasing the extent and/or the divergence of the light beam 12 in the direction of the larger extent of the pixel 22.

In einem Abtastlidarsystem 50 kann diese größere Ausdehnung der Abtastrichtung 66 entsprechen. Die Winkelauflösung senkrecht zu dieser Abtastrichtung wird gehalten wie zuvor. Ein Verwenden von Mikrozylinderlinsenanordnungen für den Expander 10 ermöglicht, hohe Seitenverhältnisse der Pixel 22 zu realisieren. Dies würde sonst eine sehr große Krümmung einer optischen Linse erfordern. Es kann durch Mikrolinsenanordnungen realisiert werden, ohne die Größe der einzelnen Mikrolinse 26 der Anordnung um viel zu erhöhen. Dies ermöglicht eine kompakte Verwirklichung. Außerdem erhöht die Mikrolinsenanordnung die Homogenität des Strahls 12, was ferner den Dynamikbereich des Empfängers 30 erhöhen kann.In a scanning lidar system 50, this larger extension may correspond to the scanning direction 66. The angular resolution perpendicular to this scanning direction is maintained as before. Using micro-cylinder lens arrays for the expander 10 allows high aspect ratios of the pixels 22 to be realized. This would otherwise require a very large curvature of an optical lens. It can be realized by micro-lens arrays without increasing the size of the individual micro-lens 26 of the array by much. This allows a compact implementation. In addition, the micro-lens array increases the homogeneity of the beam 12, which can further increase the dynamic range of the receiver 30.

3 zeigt eine einseitige Mikrolinsenanordnung 10 mit einzelnen Mikrolinsen 26. Die einzelnen Linsen 26 können auch als Stufe bezeichnet werden. Einfallende Lichtstrahlen 12 verlaufen durch den optischen Expander 10 und die Konzentratorlinse 16 und werden durch das Pixel 22 empfangen. Die Ausführungsform, die in 3 gezeigt ist, zeigt die einseitige Mikrozylinderlinsenanordnung 10. Eine Mikrolinse 26 kann ein Profil aufweisen, wobei eine Seite konkav und eine Seite konvex ist, beide Seiten konkav sind oder beide Seiten konvex sind. Das ordnungsgemäße Entwerfen dieser Eigenschaften kann die gewünschte optische Wirkung erzielen. Der Vorteil eines derartigen optischen Expanders 10 ist, dass die Kosten ziemlich niedrig sein können. Lediglich eine Seite des optischen Expanders 10 muss strukturiert sein, um den Strahl 12 nach Bedarf zu expandieren. Ein derartiger Expander 10 kann den Dynamikbereich des Empfängers 30 erhöhen. 3 shows a single-sided microlens array 10 with individual microlenses 26. The individual lenses 26 can also be referred to as a step. Incident light rays 12 pass through the optical expander 10 and the concentrator lens 16 and are received by the pixel 22. The embodiment shown in 3 shows the single-sided microcylinder lens assembly 10. A microlens 26 can have a profile with one side concave and one side convex, both sides concave, or both sides convex. Properly designing these characteristics can achieve the desired optical effect. The advantage of such an optical expander 10 is that the cost can be quite low. Only one side of the optical expander 10 needs to be structured to expand the beam 12 as needed. Such an expander 10 can increase the dynamic range of the receiver 30.

Außerdem ist in 3 gezeigt, dass das Pixel 22 auch den Strahl 12 einer weiteren Winkelauflösung, z. B. der benachbarten Stufe, empfangen könnte. Als Ergebnis kann das Pixel 22 mehr Rauschen aufnehmen und als Ergebnis kann der Detektionsbereich des Lidarsystems 50 verringert sein.In addition, 3 shown that the pixel 22 could also receive the beam 12 of a further angular resolution, e.g. the neighboring stage. As a result, the pixel 22 can have more rough schen and as a result, the detection range of the lidar system 50 may be reduced.

4 zeigt eine Ausführungsform mit einer zweiseitigen Mikrozylinderlinsenanordnung 10. Die zweiseitige Mikrozylinderlinsenanordnung 10 umfasst Mikrolinsen 26 an zwei gegenüberliegenden Oberflächen des Substrats 11. Zwei Mikrolinsen 26, die einander gegenüberliegen, können als Stufe bezeichnet werden. 4 shows an embodiment with a two-sided micro-cylinder lens arrangement 10. The two-sided micro-cylinder lens arrangement 10 comprises microlenses 26 on two opposite surfaces of the substrate 11. Two microlenses 26 that are opposite each other can be referred to as a step.

In der Ausführungsform, die in 4 gezeigt ist, zeigt die zweiseitige Mikrozylinderlinsenanordnung 10 Mikrolinsen 26, die auf einer Seite konvex sind. Diese konvexe Mikrolinsen 26 sind den einfallenden Empfangslichtstrahlen 12 zugewandt. Auf der gegenüberliegenden Seite der Mikrozylinderlinsenanordnung 10 sind die Mikrolinsen 26 konkav. Sie sind der Konzentratorlinse 16 zugewandt. Eine Stufe, d. h. zwei Mikrolinsen 26, die einander am Substrat 11 direkt gegenüber angeordnet sind, wirken zusammen, um die gewünschte optische Wirkung an mindestens einem Lichtstrahl 12 zu erreichen. Mit einer derartigen zweiseitigen Mikrozylinderlinsenanordnung 10 kann nicht nur die Expansion des Lichtstrahls 12 erreicht werden, sondern kann auch der sogenannte Ausblüheffekt des Empfangens von Licht von benachbarten Lichtstrahlen 12 wesentlich verringert werden. Dies ist in 4 veranschaulicht. Die optische Wirkung, die durch eine Stufe aus zwei Mikrolinsen 26, die einander am Substrat 11 direkt gegenüberliegen, erreicht wird, ist ferner unter Bezugnahme auf 6 oder 7 unten veranschaulicht.In the embodiment shown in 4 As shown, the two-sided microcylinder lens arrangement 10 shows microlenses 26 which are convex on one side. These convex microlenses 26 face the incident receiving light beams 12. On the opposite side of the microcylinder lens arrangement 10, the microlenses 26 are concave. They face the concentrator lens 16. A step, i.e. two microlenses 26 arranged directly opposite each other on the substrate 11, cooperate to achieve the desired optical effect on at least one light beam 12. With such a two-sided microcylinder lens arrangement 10, not only the expansion of the light beam 12 can be achieved, but also the so-called blooming effect of receiving light from neighboring light beams 12 can be significantly reduced. This is in 4 The optical effect achieved by a step of two microlenses 26 directly opposite each other on the substrate 11 is further illustrated with reference to 6 or 7 illustrated below.

5 zeigt eine Ausführungsform einer Zerstreuungslinse 13, die in einem optischen Expander 10 enthalten sein kann. Die Zerstreuungslinse 13 ist eine Ausführungsform einer konkaven Linse mit zwei konkaven Oberflächen. Lichtstrahlen 12, die parallel zur Zerstreuungslinse 13 sind, werden durch die Zerstreuungslinse 13 zu einem divergierenden Lichtstrahl 12 expandiert. Eine derartige Zerstreuungslinse 13 kann als ein optischer Expander 10 verwendet werden. Die auseinanderlaufenden Strahlen der abgehenden Lichtstrahlen 12 weisen einen virtuellen Brennpunkt 15 auf. 5 shows an embodiment of a diverging lens 13 that can be included in an optical expander 10. The diverging lens 13 is an embodiment of a concave lens with two concave surfaces. Light rays 12 that are parallel to the diverging lens 13 are expanded by the diverging lens 13 into a diverging light beam 12. Such a diverging lens 13 can be used as an optical expander 10. The diverging rays of the outgoing light rays 12 have a virtual focal point 15.

6 zeigt ein optisches System GT eines Galilei-Teleskops. Das Galilei-Teleskop GT ist eine optische Einrichtung mit einer bikonvexen Objektivlinse 27 und einer bikonkaven Sichtstücklinse 28, die auch als Kameralinse oder Okularlinse bezeichnet wird. Die bikonvexe Objektivlinse 27 bildet das Bild. Die Sichtstücklinse 28, die auch als Kameralinse oder Okularlinse bezeichnet wird, ist eine bikonkav und somit eine divergente Linse. Die Kameralinse ist vor dem Fokus angeordnet. Das optische Prinzip des Galilei-Teleskops GT mit Objektivlinse 27 und Kameralinse 28 umfasst zwei Elemente. Mit dem ordnungsgemäßen Entwurf der zweiseitigen Mikrozylinderlinsenanordnung 10 können diese zwei Elemente 27, 28 durch eine einzelne Stufe einer beidseitigen Mikrozylinderlinsenanordnung 10 ersetzt werden. Eine der Mikrolinsen 26 der Stufe wird die Funktion der Objektivlinse 27 durchführen und die der weitere Mikrolinse 26 der Stufe, die gegenüber der ersten Mikrozylinderlinse 26 am Substrat 11 angeordnet ist, wird die Funktion der Kameralinse 28 durchführen. Wenn dies ordnungsgemäß ausgelegt ist, kann jede Stufe der Mikrozylinderlinsenanordnung 10 wirken und die optischen Wirkungen des Galilei-Teleskops GT durchführen. Die Entfernung, die zwischen der Objektivlinse 27 und der Okularlinse 28 erforderlich ist, kann durch das Substrat 11 erreicht werden. 6 shows an optical system GT of a Galilean telescope. The Galilean telescope GT is an optical device with a biconvex objective lens 27 and a biconcave viewing piece lens 28, which is also called a camera lens or eyepiece lens. The biconvex objective lens 27 forms the image. The viewing piece lens 28, which is also called a camera lens or eyepiece lens, is a biconcave and thus a divergent lens. The camera lens is arranged in front of the focus. The optical principle of the Galilean telescope GT with objective lens 27 and camera lens 28 comprises two elements. With the proper design of the two-sided micro-cylinder lens arrangement 10, these two elements 27, 28 can be replaced by a single stage of a two-sided micro-cylinder lens arrangement 10. One of the stage microlenses 26 will perform the function of the objective lens 27 and the other stage microlens 26 located opposite the first microcylinder lens 26 on the substrate 11 will perform the function of the camera lens 28. When properly designed, each stage of the microcylinder lens array 10 can act and perform the optical effects of the Galilean telescope GT. The distance required between the objective lens 27 and the eyepiece lens 28 can be achieved through the substrate 11.

Eine weitere Ausführungsform zum Entwerfen der optischen Eigenschaften einer Stufe einer zweiseitigen Mikrozylinderlinsenanordnung 10 ist in 7 gezeigt. 7 zeigt die optischen Prinzipien des Kepler-Teleskops KT. Das Kepler-Teleskop KT umfasst eine positive Objektivlinse 32 und ein positives Sichtstück oder eine Kameralinse 34. Das Sichtstück oder das Okular oder die Kameralinse 34 ist eine positive, konvexe und somit eine Konvergenzlinse. Sie ist hinter dem Fokus der weiteren Konvergenzobjektivlinse 32 angeordnet. Die zwei Elemente 32 und 34 können durch eine Stufe einer zweiseitigen Mikrozylinderlinsenanordnung 10 realisiert werden, wenn sie ordnungsgemäß ausgelegt ist. Eine derartige Stufe kann dann die optischen Eigenschaften des Kepler-Teleskops KT aufweisen. Die Entfernung, die zwischen der Objektivlinse 32 und der Okularlinse 34 erforderlich ist, kann durch das Substrat 11 erreicht werden.Another embodiment for designing the optical properties of a stage of a two-sided microcylinder lens array 10 is shown in 7 shown. 7 shows the optical principles of the Kepler telescope KT. The Kepler telescope KT comprises a positive objective lens 32 and a positive viewing piece or camera lens 34. The viewing piece or eyepiece or camera lens 34 is a positive, convex and thus a converging lens. It is arranged behind the focus of the further converging objective lens 32. The two elements 32 and 34 can be realized by a stage of a two-sided microcylinder lens arrangement 10 if it is properly designed. Such a stage can then have the optical properties of the Kepler telescope KT. The distance required between the objective lens 32 and the eyepiece lens 34 can be achieved by the substrate 11.

Das Prinzip des Anwendens entweder des Galilei-Teleskops GT oder des Kepler-Teleskops KT ist, den Durchmesser des Strahls 12 zu verringern und die Divergenz des Strahls 12 zu erhöhen. Dies kann in Bezug auf die folgende Formel gezeigt werden: $\frac{I n p u t B e a m D i v e r g e n c e (θ_{I})}{O u t p u t B e a m D i v e r g e n c e (θ_{O})} = \frac{O u t p u t B e a m D i a m e t e r (D_{O})}{I n p u t B e a m D i a m e t e r (D_{I})}$

The principle of applying either the Galilean telescope GT or the Kepler telescope KT is to reduce the diameter of the beam 12 and increase the divergence of the beam 12. This can be shown in terms of the following formula:

\frac{I n p u t B e a m D i v e r G e n c e (θ_{I})}{O u t p u t B e a m D i v e r G e n c e (θ_{O})} = \frac{O u t p u t B e a m D i a m e t e r (D_{O})}{I n p u t B e a m D i a m e t e r (D_{I})}

Der Vorteil des Verwendens der zweiseitigen Mikrozylinderlinsenanordnung 10 ist, die Winkelauflösung des Systems zu halten und den Dynamikbereich des Pixels 22 zu erhöhen. Außerdem kann der Ausblüheffekt aufgrund eines Übersprechens von benachbarten Lichtstrahlen 12 verringert werden.The advantage of using the two-sided micro-cylinder lens array 10 is to maintain the angular resolution of the system and increase the dynamic range of the pixel 22. In addition, the blooming effect due to crosstalk from neighboring light beams 12 can be reduced.

Bevorzugt ist die Mikrolinsenzylinderanordnung 10 eine Glasmikrozylinderanordnung. Glas ist nicht temperaturempfindlich und eine antireflektierende (AR) Beschichtung auf Glas ist sehr stabil. Um Kosten zu verringern, kann der Expander 10 hinter die Kameralinse 16 zwischen die Kameralinse und das Pixel 22 gesetzt werden. In einer derartigen Ausführungsform kann der optische Expander 10 aufgrund einer geringen Größe kosteneffizienter ausgelegt werden. Das Material der Mikrozylinderlinsenanordnung 10 kann Kunststoff wie z. B. PMMA oder ein Hybridmaterial wie z. B. Polymer, das mit einem Chip-auf-Glas-Material kombiniert ist, sein. Ein Verwenden eines derartigen Kunststoffmaterials kann ermöglichen, die Kosten zu verringern. Andererseits sind Kunststoff und/oder Polymer temperaturempfindlicher als Glas, da sie starke Wärmeausdehnungskoeffizienten zeigen. Außerdem ist Antireflexbeschichtung auf Polymer im Vergleich zu Glas weniger haftend. Somit kann abhängig vom tatsächlichen Verwendungsfall entweder Glas und/oder Kunststoff als das Material gewählt werden, das im Substrat 11 und/oder den Mikrolinsen 26 enthalten ist.Preferably, the microlens cylinder array 10 is a glass microlens cylinder array. Glass is not temperature sensitive and an anti-reflective (AR) coating on glass is very stable. To reduce costs, the expander 10 can be placed behind the camera lens 16 between the camera lens and the pixel 22. In such an embodiment, the optical expander 10 can be designed more cost-efficiently due to a small size. The material of the microcylinder lens array 10 can be plastic such as PMMA or a hybrid material such as polymer combined with a chip-on-glass material. Using such a plastic material can make it possible to reduce costs. On the other hand, plastic and/or polymer are more temperature sensitive than glass since they show high thermal expansion coefficients. In addition, anti-reflective coating on polymer is less adhesive compared to glass. Thus, depending on the actual use case, either glass and/or plastic can be chosen as the material included in the substrate 11 and/or the microlenses 26.

8 zeigt Simulationsergebnisse für den Strahlexpander 10. Der linke Abschnitt von 8 zeigt, wie der Lichtstrahl 12 sich durch den optischen Expander 10 ausbreitet. Der Durchmesser in einer Stufe nach dem optischen Expander 10 verringert sich für den Lichtstrahl 12 um das Dreifache. Allerdings nimmt der Divergenzwinkel um das Dreifache zu. Dies ist in der rechten Hälfte von 8 gezeigt, wobei Ergebnisse für zwei Beispiele von Einfallswinkeln gezeigt sind. Die y-Achse der rechten Bilder von 8 zeigt die Verteilung der Ausgabewinkel für die Lichtstrahlen 12 für zwei verschiedene Eingabe-Einfallswinkelverteilungen. Das obere rechte Bild zeigt die Verteilung des Ausgabewinkels für einen Einfallswinkel im Bereich von -0,025° bis +0,025°. Das untere rechte Bild von 8 zeigt die Verteilung von Ausgabewinkeln und für Einfallswinkel im Bereich von -0,075° bis - 0,025°. Es ist ersichtlich, dass der Ausgabewinkel für einen Eingabewinkel im Bereich von -0,025° bis 0,025° (oberes Bild) im Bereich von -0,075° bis +0,075° liegt. Für den Einfallswinkel im Bereich von -0,075° bis -0,025° wird ein Ausgabewinkel im Bereich von +0,075° bis +0,225° erreicht, wie in der unteren rechten Figur von 8 gezeigt ist. Somit kann die Wirkung für den optischen Expander 10, eine Divergenz des optischen Strahls 12 zu erhöhen, in einer Simulation gezeigt werden. 8th shows simulation results for the beam expander 10. The left section of 8th shows how the light beam 12 propagates through the optical expander 10. The diameter in a stage after the optical expander 10 is reduced by three times for the light beam 12. However, the divergence angle increases by three times. This is in the right half of 8th where results for two examples of angles of incidence are shown. The y-axis of the right images of 8th shows the distribution of the output angles for the light rays 12 for two different input angle of incidence distributions. The upper right image shows the distribution of the output angle for an angle of incidence in the range of -0.025° to +0.025°. The lower right image of 8th shows the distribution of output angles and for angles of incidence in the range of -0.075° to - 0.025°. It can be seen that the output angle for an input angle in the range of -0.025° to 0.025° (upper image) is in the range of -0.075° to +0.075°. For the angle of incidence in the range of -0.075° to -0.025°, an output angle in the range of +0.075° to +0.225° is achieved, as shown in the lower right figure of 8th Thus, the effect of the optical expander 10 to increase a divergence of the optical beam 12 can be shown in a simulation.

In 9 sind Pixel 22 mit Signalphotonen 36 und Rauschphotonen 38 gezeigt. Jedes Pixel 22, das gezeigt ist, umfasst SPADS 18. Im oberen Pixel 22, das in 9 gezeigt ist, wird kein optischer Expander 10 angewendet. Im mittleren gezeigten Pixel 22 wird eine einseitige Mikrozylinderlinsenanordnung 10 angewendet. Im unteren Abschnitt von 9 wird eine zweiseitige Mikrozylinderlinsenanordnung 10 angewendet. Es ist ersichtlich, dass die zweiseitige Mikrozylinderlinsenanordnung 10 ein Ausblühen wesentlich verringert, wie durch die verringerte Anzahl von Photonen 38 ersichtlich ist. Es ist ersichtlich, dass eine zweiseitige Mikrozylinderlinsenanordnung 10 ein Übersprechen von benachbarten Lichtstrahlen 12 wesentlich verringern kann.In 9 pixels 22 are shown with signal photons 36 and noise photons 38. Each pixel 22 shown includes SPADS 18. In the upper pixel 22, which is shown in 9 no optical expander 10 is applied. In the middle pixel 22 shown, a single-sided microcylinder lens arrangement 10 is applied. In the lower section of 9 a two-sided micro-cylinder lens array 10 is used. It can be seen that the two-sided micro-cylinder lens array 10 significantly reduces blooming, as evidenced by the reduced number of photons 38. It can be seen that a two-sided micro-cylinder lens array 10 can significantly reduce crosstalk from adjacent light beams 12.

In 10 zeigen die zwei Bilder a), d) links Ergebnisse für ein Lidarsystem 50 ohne optischen Expander 10. Im Vergleich zeigt die mittlere Spalte Ergebnisse b), e) für ein Lidarsystem 50 mit einer einseitigen Mikrozylinderlinsenanordnung 10 und zeigt die rechte Spalte Ergebnisse c), f) für ein Lidarsystem 50 mit einer zweiseitigen optischen Mikrozylinderlinsenanordnung 10. Die Graphen zeigen Kurven einer Detektionsrate, y-Achse, über einem Detektionsbereich, x-Achse, in Metern. Auf der x-Achse ist ein Detektionsbereich im Bereich von 0 bis 300 m gezeichnet. Auf der y-Achse ist eine Detektionsrate zwischen 0 und 1,0 gezeichnet. Es ist ersichtlich, dass die Anwendung eines optischen Expanders 10 gegenwärtig die Detektionsrate sowie den Detektionsbereich wesentlich verbessert.In 10 The two images a), d) on the left show results for a lidar system 50 without an optical expander 10. In comparison, the middle column shows results b), e) for a lidar system 50 with a one-sided micro-cylinder lens arrangement 10 and the right column shows results c), f) for a lidar system 50 with a two-sided optical micro-cylinder lens arrangement 10. The graphs show curves of a detection rate, y-axis, against a detection range, x-axis, in meters. On the x-axis, a detection range in the range of 0 to 300 m is drawn. On the y-axis, a detection rate between 0 and 1.0 is drawn. It can be seen that the application of an optical expander 10 currently significantly improves the detection rate as well as the detection range.

Gestrichelte Linien in jedem Graph zeigen die Messwerte für Einzelaufnahmemessungen, d. h. die Messwerte nach einer Aufnahme von gesendetem Licht 62. Die durchgezogenen Linien, die in den Graphen von 10 gezeigt sind, geben 7-Aufnahmemessungen an. 7-Aufnahmemessungen geben die Messwerte nach sieben Aufnahmen von gesendetem Licht 62 an. a), b), c) geben die Detektionsrate über dem Detektionsbereich für gering reflektierende Ziele mit etwa 10 % Reflexionsgrad an. Die Graphen d), e) und f) geben die Detektionsrate über dem Detektionsbereich für stark reflektierende Ziele mit etwa 90 % Reflexionsgrad an. Die Graphen zeigen, dass einseitige oder zweiseitige Mikrozylinderlinsenanordnungen 10 die Detektionsrate im Vergleich zu einem System ohne optischen Expander 10 im Empfangspfad erhöhen. Eine einseitige Mikrozylinderlinsenanordnung 10 kann den Dynamikbereich erhöhen. Die pro Zylinder zweiseitige Linsenanordnung 10, die in der rechten Spalte gezeigt ist, verringert nicht den Detektionsbereich für gering reflektierende Ziele und zeigt gleichzeitig einen sehr großen Detektionsbereich bei einer Detektionsrate für stark reflektierende Ziele und für gering reflektierende Ziele.Dashed lines in each graph show the readings for single-shot measurements, ie the readings after one exposure of transmitted light 62. The solid lines shown in the graphs of 10 , indicate 7-shot measurements. 7-shot measurements indicate the measurements after seven shots of transmitted light 62. a), b), c) indicate the detection rate over the detection range for low reflectivity targets with about 10% reflectivity. Graphs d), e), and f) indicate the detection rate over the detection range for high reflectivity targets with about 90% reflectivity. The graphs show that single-sided or double-sided micro-cylinder lens arrays 10 increase the detection rate compared to a system without an optical expander 10 in the receive path. A single-sided micro-cylinder lens array 10 can increase the dynamic range. The per-cylinder double-sided lens array 10 shown in the right column does not reduce the detection range for low reflectivity targets while showing a very large detection range at a detection rate for high reflectivity targets and for low reflectivity targets.

11 zeigt schematisch ein Fahrzeug 60, z. B. einen Personenkraftwagen. Das Lidarsystem 50 ist in einem Frontbereich des Fahrzeugs 60 angeordnet. Das Lidarsystem 50 umfasst den optischen Sender 40 und den optischen Empfänger 30. In der Steuereinheit 52 können die gesendeten und empfangenen Lichtstrahlen 62, 12, z. B. als Laufzeitmessungen, z. B. zur Objektdetektion und/oder Entfernungsdetektion in einem Überwachungsbereich des Sichtfelds 64 bewertet werden. Der Sendevorgang im Sender 40, der Empfangsvorgang im Empfänger 30 und die Strahllenkung der gesendeten und empfangenen Lichtstrahlen können auch durch die Steuereinheit 52 überwacht und gesteuert werden. 11 shows a schematic representation of a vehicle 60, e.g. a passenger car. The lidar system 50 is arranged in a front area of the vehicle 60. The lidar system 50 comprises the optical transmitter 40 and the optical receiver 30. In the control unit 52, the transmitted and received light beams 62, 12 can be evaluated, e.g. as runtime measurements, e.g. for object detection and/or distance detection in a monitoring area of the field of view 64. The transmission process in the transmitter 40, the reception process in the receiver 30 and the beam steering of the transmitted and received The captured light rays can also be monitored and controlled by the control unit 52.

Das Sichtfeld 64 ist vor dem Frontbereich des Fahrzeugs 60 angeordnet. Somit kann im gezeigten Beispiel ein Bereich in der Ausbreitungsrichtung vor dem Fahrzeug 60 überwacht werden. Es ist auch möglich, das Lidarsystem 50 in weiteren Bereichen des Fahrzeugs 60 anzuordnen, z. B. in der rückwärtigen Fläche und/oder in den Seitenflächen. Es ist auch möglich, mehrere Lidarsysteme 50 am Fahrzeug 60, insbesondere auch in Eckflächen des Fahrzeugs 60, anzuordnen.The field of view 64 is arranged in front of the front area of the vehicle 60. In the example shown, an area in the direction of propagation in front of the vehicle 60 can thus be monitored. It is also possible to arrange the lidar system 50 in other areas of the vehicle 60, e.g. in the rear area and/or in the side areas. It is also possible to arrange several lidar systems 50 on the vehicle 60, in particular also in corner areas of the vehicle 60.

Das Lidarsystem 50 kann verwendet werden, um ortsfeste oder bewegte Objekte, insbesondere Fahrzeuge, Personen, Tiere, Anlagen, Hindernisse, Fahrbahnunregelmäßigkeiten, insbesondere Schlaglöcher oder Steine, Fahrbahngrenzen, Verkehrszeichen, freie Räume, Brücken in besonderen Parkplätzen, Niederschlag oder dergleichen im Sichtfeld 64 zu detektieren.The lidar system 50 can be used to detect stationary or moving objects, in particular vehicles, persons, animals, facilities, obstacles, road irregularities, in particular potholes or stones, road boundaries, traffic signs, open spaces, bridges in special parking lots, precipitation or the like in the field of view 64.

Es ist möglich, den Sendelichtstrahl 62 z. B. mittels eines Spiegelelements oder einer phasengesteuerten optischen Anordnung im Sendelichtpfad in einer derartigen Art zu lenken, dass er über das Sichtfeld 64 gleitet und es in der Abtastrichtung 66 abtastet, d. h. es inkrementell schrittweise in der Abtastrichtung 66 beleuchtet. Der Sendelichtstrahl 62 wird dann durch Objekte im Sichtfeld 64 als ein reflektierter Lichtstrahl 12 zurückreflektiert, um durch den Empfänger 30 empfangen zu werden. In der Ausführungsform, die in 11 gezeigt ist, verläuft die Abtastrichtung 66 in horizontaler Richtung vor dem Personenkraftwagen.It is possible to direct the transmitted light beam 62, e.g. by means of a mirror element or a phased optical arrangement in the transmitted light path, in such a way that it slides over the field of view 64 and scans it in the scanning direction 66, i.e. illuminates it incrementally step by step in the scanning direction 66. The transmitted light beam 62 is then reflected back by objects in the field of view 64 as a reflected light beam 12 to be received by the receiver 30. In the embodiment shown in 11 As shown, the scanning direction 66 runs horizontally in front of the passenger car.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 20200096615 A1 [0007]
US 20160170287 A1 [0008]

Claims

An optical expander (10) for a receive path of a lidar system (50) configured to expand at least one light beam (12) for reception by at least one pixel (22) of an optical sensor (20) of the lidar system (50), the expander (10) comprising at least one of a concave and/or convex cylindrical lens (13), a structure of a single-sided micro-cylinder lens array, or a structure of a double-sided micro-cylinder lens array.

Optical expander according to Claim 1 which is configured to expand the at least one light beam (12) in a predetermined direction, in particular for reception by the at least one pixel (22), wherein the surface area of the at least one pixel (22) is larger in a first dimension than in a second dimension.

Optical expander according to Claim 1 or 2 , characterized in that the expansion of the at least one light beam (12) comprises increasing the diameter of the at least one light beam (12) in the at least one direction and/or increasing the divergence of the at least one light beam (12) in the at least one direction.

Optical expander according to one of the preceding claims, characterized in that the microcylinder lens arrangement comprises convex and/or concave microcylinder lenses (26).

Optical expander according to Claim 3 , characterized in that a microcylinder lens (26) of the single-sided microcylinder lens arrangement is configured to expand the at least one light beam (12) for reception by a pixel (22) of a pixel arrangement (21) of the optical sensor (20).

Optical expander according to Claim 3 , characterized in that a microcylinder lens (26) on each side of the two-sided microcylinder lens arrangement is configured to expand the at least one light beam (12) for reception by a pixel (22) of a pixel array (21) of the optical sensor (20).

Optical expander according to one of the Claims 3 until 5 , characterized in that the microcylinder lens arrangement comprises a carrier substrate (11), e.g. a glass substrate.

Optical expander according to Claim 6 , characterized in that the microcylinder lenses (26) are manufactured by a casting process.

Optical expander according to Claim 6 , characterized in that the microcylinder lenses (26) comprise a polymer material and are manufactured by a polymer-on-glass process.

Optical expander according to one of the Claims 6 until 9 , characterized in that a thickness of the glass substrate (11) varies or is constant over its spatial extent.

Optical expander according to Claim 10 , characterized in that the refractive index of the microcylinder lenses (26) depends on the thickness of the glass substrate (11).

Lidar system (50) comprising the optical expander (10) according to one of the preceding claims in its receiving path, wherein the expander (10) is arranged between a concentrator lens (16) and the optical sensor (20) or the concentrator lens (16) is arranged between the expander (10) and the optical sensor (20).

Lidar system according to Claim 12 , characterized in that the expander (10) is designed to expand the at least one light beam (12) such that it is received more uniformly by the at least one pixel (22) of the optical sensor (20).

Lidar system according to Claim 12 or 13 , characterized in that the optical sensor (20) comprises a pixel arrangement (21) with a row of pixels (22), wherein the surface area of the pixels in the first extension perpendicular to the row is larger than in the second extension parallel to the row and the expander (10) is designed to expand the at least one light beam (12) in a predetermined direction, wherein the one predetermined direction runs in the direction of the first extension of the pixels (22).

Lidar system according to one of the Claims 12 until 14 , characterized in that the lidar system (50) is a scanning type lidar system (50) and the scanning direction (66) is parallel to the one predetermined direction of expansion of the at least one light beam (12).