CN109471213A - 衍射光学元件及其制造方法、激光雷达系统和机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明描述一种衍射光学元件(10)，其包括至少两个彼此相邻布置的、功能不同的衍射结构(12，14，16，18)，其中，该衍射结构构造用于，在借助不相干的激光(22，24，26，28)相互独立地照射时，在远场中产生相互不干涉的衍射图案(32，34，36，38)作为总衍射图案(30)。此外，本发明提出一种用于制造这种衍射光学元件的方法，其中，提供一种具有至少两个相邻布置的功能不同的衍射结构的衍射光学元件，其中，该衍射结构构造用于，在借助不相干的激光相互独立地照射时，在远场中产生相互不干涉的衍射图案作为总衍射图案，其中，总衍射图案基本上相应于预给定的目标分布。本发明还涉及一种激光雷达系统和一种机动车。

Description

衍射光学元件及其制造方法、激光雷达系统和机动车
技术领域
本发明涉及一种衍射光学元件(DOE)以及一种制造该衍射光学元件 的方法，本发明优选涉及一种用于产生特别细网孔的远场分布的衍射光学 元件，这种特别细网孔的远场分布用于激光雷达领域中的应用。
背景技术
激光雷达(LiDAR：Light Detection and Ranging)在机动车或机器人的 环境识别中变得越来越重要。虽然存在不同的技术实施方式，但是通常通 过发射光并且探测由被照射的表面返回的射束来探测其他对象的存在、距 离以及必要时探测所述其他对象的速度。这尤其大多涉及如下系统：该系 统使用激光射束来扫描环境。
由EP 0 648 340 B1例如已知一种激光雷达，借助该激光雷达可以实现 用于直升机和飞机的避障系统。
术语说明：
激光雷达系统的作用距离主要通过以下受到限制：随着至反射表面的 距离的增大，越来越少的光子返回到探测器，并且在某些时候，这些光子 的证实或反射信号的分析处理变得不再能够实现。通过提高激光功率，虽 然可以增大作用距离，但这仍受到一定上限的限制。因此，为了实现必要 的光功率而将强度分配到(例如一个激光条(Laserbarren)内的)多个单 发射器上会是有意义的。由此尤其可以限制必要的激光流和驱动器损耗。 由单发射器发射的射束通常彼此不相干。
单个激光发射器(例如激光二极管或固体激光器)的输出射束是(自) 相干的并且通常具有高斯形强度分布(或者至少可以近似地通过理想高斯 射束来进行描述)。然而对于许多技术应用来说，高斯射束是不够的，从而 经常使用射束成形装置，以便将激光器的高斯射束变换成另一射束剖面 (Strahlprofil)。如果仅在远场中需要确定的射束剖面，则由于其低制造成 本而尤其可以将衍射光学元件(DOE)用于变换相干射束(所谓的衍射射束成形器)。在此，可以基本上区分三种不同类别的衍射光学元件。然而， 也可以在单个衍射光学元件中组合来自不同类别的多个功能。为此，衍射 光学元件通常具有微结构化表面作为所谓的衍射结构，该微结构化表面在 产生确定的衍射图案方面被优化。
第一类别的衍射光学元件是分束器。此方面的示例是二元光栅或三角 光栅(1×2分束器)。它们尤其被用于如下情况：应该以确定的方式和方法 分割单个高斯射束。由此，尤其也可以产生由彼此平行延伸的多个单射束 构成的栅格。被分割的射束也可以沿不同方向传播。基于衍射结构的几何 形状，在矩形光栅上(在空间频率空间或k空间中)发生相长干涉(所谓 的衍射级或级)。通过数值算法(例如借助迭代傅里叶变换算法(IFTA)的 相位恢复算法)可以实现有效级的各种排布。然而在此应注意的是，在所 述应用中，与入射照射波的远场发散相比，衍射级的角分离 (Winkeltrennung)必须足够大。作为经验公式在此适用的是：单个级的分 离(Trennung)相应于全角形式的发散的至少两倍。
第二类别的衍射光学元件是散射器。在此，与照射波的远场发散相比， 各个衍射级不再彼此分离。由于不同散斑图案的不相干叠加，例如在多模 式照明中，在远场中发生散斑对比度的平均化(Mittelung)。在单模式照明 时，由于相邻衍射级中的相长干涉和相消干涉，通常会产生100％的对比度。
第三类别的衍射光学元件构成射束整形器(Beam Shaper)。此方面的 经典示例是高斯平顶射束整形器或用于生成线条剖面或图案剖面的转换 器。基础设计通常基于反问题(inverse Problem)的几何光学解决方案(例 如参照《Laser Beam Shaping,Theory andTechniques》，第二版，Fred M. Dickey，CRC Press，2014年)。必要时可以随后借助波光学设计方法(例 如IFTA)来实现几何光学解决方案的再处理。射束成形器的光学结构通常 在调整方面耗费极大。
在衍射光学元件的设计中，照射波的远场发散通常预给定衍射级的能 够实现的最小距离。在低于该下限的情况下，相邻衍射级的干涉变得明显， 并且远场强度的一致性受损。因此，借助来自确定波长和发 散的照射射束(激光射束)的衍射光学元件，无法降低到该结构在远场中 的确定最小距离以下。换言之，借助衍射光学元件产生的远场结构总是需 要在高强度(干涉最大值)与低强度(干涉最小值)区域之间存在足够距离。因此，为了产生特别细网孔的远场分布(例如多个平行延伸并且直接 邻接的单个斑点)，已知的衍射光学元件是不合适的。这是衍射光学元件的 已知问题，该问题目前相应地限制了这些元件的研发和实际应用。
发明内容
根据本发明提供一种衍射光学元件(DOE)，该衍射光学元件避免或至 少显著减少现有技术中出现的关于产生特别细网孔的远场分布的问题。
根据本发明的衍射光学元件包括至少两个彼此相邻布置的、具有不同 功能的衍射结构，其中，这些衍射结构构造用于，在借助彼此不相干的激 光相互独立照射时，在远场中产生相互不干涉的衍射图案作为总衍射图案 (就各个相干产生的衍射图案的不相干叠加而言)。
如果借助相干的激光照射衍射结构——例如微结构化表面(该微结构 化表面构造用于在远场中产生确定的激光剖面或斑点图案)，则在穿过该结 构(透射型衍射结构)时或者在该结构(反射型衍射结构)上反射时发生 激光的原始射束剖面的变化。尤其可以将入射的高斯形激光射束分割成多 个单射束(分束器)，和/或，可以将该高斯形激光射束转换成平顶剖面或 矩形剖面。衍射结构也特别适用于产生确定的线条图案或栅格图案。如下光学构件被称为衍射光学元件：在该光学构件上布置有衍射结构。
根据本发明的衍射光学元件包括至少两个彼此相邻布置的衍射结构， 其中，彼此相邻布置不仅可以存在于水平方向上而且也可以存在于垂直方 向上。优选地，至少两个衍射结构彼此直接相邻地(unmittelbar nebeneinander)布置。根据本发明的衍射光学元件的至少两个衍射结构具 有不同功能。
两个衍射结构尤其可以具有彼此不同的微结构。例如如果由衍射结构 由此产生的衍射图案不同(例如不同的斑点图案或斑点栅格)，则存在不同 功能。不同也可能在于：两个衍射结构虽然原则上在远场中产生相同的衍 射图案，但是这些结构以不同的有效级出现，或者这些衍射结构具有不同 的有效级组。
例如在简单的衍射光栅中那样，也可以借助衍射光学元件有针对性地 抑制单个级。例如在闪耀光栅(Blazegitter)中，一个确定的级是特别优选 的而其他级被极大地削弱或抑制。有效存在的级被称为有 效级。对于衍射光学元件，在一个衍射图案中，例如只有级-2、0、+1、+2 可以作为有效级存在。在衍射结构的制造中(设计级)，对于有效级的限制 性选择(即确定的组)的确定类似于光栅衍射。
各个衍射级的产生也可以扩展到多个维度上。例如也可以借助常见的 交叉光栅在两个相互正交的空间方向上产生衍射级。对一个确定的衍射级 的说明则通常作为有序对进行。某个级的说明(+1,-2)例如可以表示：x 方向上的右侧的第一级衍射最大值，y方向的下侧的第二级衍射最大值。在 传播方向上，例如也可以通过使用多焦透镜——优选作为衍射透镜集成到 衍射结构中——来产生多个强度最大值。
因此本发明的构思在于，根据本发明的衍射光学元件具有至少两个带 有不同功能的衍射结构，这两个衍射结构由相互不干涉的照射波所照射， 其中，在叠加的远场中可以得出具有特别细网孔或者甚至叠加的斑点的总 衍射图案。
根据本发明的衍射光学元件具有如下优点：在使用多个彼此紧密相邻 布置的激光发射器(激光二极管)来借助彼此不相干的激光相互独立照射 彼此相邻布置的衍射结构时，该衍射光学元件是特别合适的，以便产生具 有清晰棱边边沿(“均匀斑点”)的总的均匀的远场分布(总衍射图案)。未 来的激光雷达系统尤其需要被划分成多个激光发射器，以便达到必要的光 学功率，并且以便限制必要的激光流和驱动器损耗。因此，在此使用根据 本发明的衍射光学元件是特别令人感兴趣的。也可以应用于其他应用领域 ——例如激光材料加工领域。
根据本发明的衍射光学元件尤其可以构造用于，在由衍射结构产生的 衍射图案中分别形成多个彼此间隔开的、由单个斑点构成的行，其中，由 此产生的总衍射图案形成由各个直接邻接的单个斑点构成的封闭区域。对 此至关重要的是：存在至少两个、优选彼此直接相邻布置的衍射结构，这 些衍射结构具有不同的光学功能(不同的衍射图案和/或不同的有效级)。
如果为了彼此独立地产生衍射图案，借助彼此不相干的激光相互独立 地照射至少两个彼此相邻布置的、功能不同的衍射结构，则产生的衍射图 案在远场中叠加成共同的总衍射图案，而不会出现各个衍射图案之间的相 互干涉。由此，衍射图案自身和它们相应的个体化特征(例如衍射图案中 的单个斑点)可以不受影响地彼此相邻地或重叠地合并成总衍射图案(各 个衍射图案的强度相加)。
优选地，产生的衍射图案在远场中彼此相邻地布置或至少部分地重叠 布置。在此，与衍射结构的布置类似，“彼此相邻”不仅可以关于水平方向， 而且也可以关于垂直方向。衍射图案的完全重叠(即覆盖)是特别优选的。
优选地，彼此直接相邻布置的衍射结构在有效级方面相差至少+1或-1， 亦即相差一个正或负的衍射级。为此参考图6中的由四个彼此直接相邻布 置的衍射结构构成的衍射光学元件构成的示例及其描述，该衍射光学元件 用于产生点排。在此，所产生的衍射图案可以在形状方面(例如单个斑点) 是相同的。然而，通过衍射结构的不同有效级，可以在远场中自由地确定 各个斑点的位置和距离。
优选地，由衍射结构产生的衍射图案分别涉及多个彼此间隔开的、由 单个斑点构成的行，其中，所产生的总衍射图案形成由各个直接邻接的单 个斑点构成的闭合区域。这种细网孔的斑点图案例如在图5中示出。通过 衍射光学元件的衍射结构的根据本发明的构造，与相应的完全相干的图案 产生相比，总衍射图案中的个体化特征的最大密度可以显著增大。
优选地，为了改变所产生的衍射图案的强度，至少一个衍射结构包括 用于削弱的装置。在最简单的情况下，用于削弱的装置可以涉及滤光器。 该滤光器例如可以以灰度滤光器(Graustufenfilter)的形式实现，该灰度滤 光器具有针对不同衍射结构的不同吸收程度。用于削弱的装置尤其可以构 造成衍射结构的整体部分。此外，用于削弱的装置可以至少配属于(例如 布置在之前或之后的)衍射结构，其中，这种组合等同于用于削弱的整体装置。用于削弱的装置尤其可以用于使各个衍射图案之间的强度标准化。 如果两个衍射结构例如具有不同数量的有效级，则具有较少有效级的衍射 图案将趋向于显得更亮，因为入射的总强度被划分成较少的级。为了补偿 这种效果，尤其可以使用用于削弱的装置。
根据本发明的用于制造衍射光学元件(DOE)的方法原则上包括如下 方法步骤：
a)确定衍射光学元件的总衍射图案的目标分布(例如通过确定单个斑 点的确定数量和布置)；
b)将具有至少两个衍射图案的目标分布离散化(将目标分布分解成相 互独立的部分目标分布；例如将总衍射图案中的单个斑点划分成两个集合 ——A和B，其中，集合A+B包括总衍射图案中的所有单个斑点)；
c)由至少两个衍射图案确定相应数量的衍射结构，其中，为了彼此相 邻地布置衍射结构，根据照射的远场发散以及衍射结构的距离和位置来调 节有效级(例如确定用于产生集合A中包含的单个斑点的衍射结构，以及 确定用于产生集合B中包含的单个斑点的衍射结构，其中，在考虑照射的 远场发散及其相对位置的情况下，这两个衍射结构的有效级如此相互协调， 使得根据所产生的衍射图案的目标分布来产生期望叠加)；
d)提供如下衍射光学元件：该衍射光学元件具有相应数量的彼此相邻 布置的(entsprechend nebeneinander angeordneten Anzahl)功能不同的衍射 结构，其中，这些衍射结构构造用于，在借助彼此不相干的激光相互独立 照射时，在远场中产生相互不干涉的衍射图案作为总衍射图案，其中，该 总衍射图案相应于目标分布。
优选地，根据本发明的方法还包括：在提供衍射光学元件之后，确定 衍射结构的各个衍射级的总效率和强度。
优选地，根据本发明的方法还包括：基于衍射结构的各个衍射图案的 (或者针对个体化特征——各个产生的斑点或线条的)预先确定的总效率 和强度来优化所提供的衍射光学元件，其方式是：重复使用各个方法步骤 来匹配各个衍射图案(或衍射级，参见上文)中的强度和总效率，以便优 化总衍射图案中的强度分布。该优化可以包括衍射结构的匹配(亦即衍射 结构的结构功能优化，例如用于优化所产生的衍射图案的剖面)。此外，优化也可以包括使用相应的用于削弱的装置(例如削弱衍射结构的确定的级 或整体产生的衍射图案)。用于削弱的装置尤其可以用于在强度上削弱衍射 结构的所有级。优选地，这旨在在总衍射图案中实现均匀的强度分布(一 致性)。
所要求保护的方法不限于提供分束器作为用于组合元件(即根据本发 明的衍射光学元件)的单个部件(作为衍射结构的功能)。在此提出的方案 例如也可以应用于线条图案的细网孔布置，其中，所述线条借助上述第三 类别的射束整形器来产生。
例如可以通过注塑或冲压技术工艺来提供根据本发明的衍射光学元 件。由此可以非常大批量地制造根据本发明的衍射光学元件。光学复制法 也是可能的，其方式是：例如将光学功能再复制(umkopieren)到体积全 息图中，然后可以通过接触晒印(Kontaktkopie)来复制该体积全息图。
因此，本发明提供一种类型的衍射光学元件，并且提供一种用于制造 能够实现生成由多个单个斑点构成的远场强度图案的这种元件的方法，其 中，与现有技术中的情况相比，衍射级的最小分离不受照射源的远场发散 的限制，或者该最小分离至少明显更少地受到照射源的远场发散的限制， 其中，该远场分布避免了由传统散射射束整形器所已知的一致性问题。
本发明的另一方面涉及一种激光雷达系统，该激光雷达系统具有根据 本发明的衍射光学元件，其中，该激光雷达系统包括至少两个激光源，该 至少两个激光源用于产生彼此不相干的射束，其中，该衍射光学元件具有 至少相应于激光源数量的数量的彼此相邻布置的衍射结构，这些衍射结构 具有不同的功能，并且这些衍射结构与激光辐射源如此耦合，使得在分别 借助射束中的一个相互独立照射衍射结构时，在远场中产生相互不干涉的衍射图案作为总衍射图案。关于根据本发明的衍射光学元件提出的实施方 案也可以直接用于根据本发明的激光雷达系统。其特征在于，使用彼此不 相干的激光射束借助根据本发明的衍射光学元件来产生相互不干涉的总衍 射图案，该不相干的总衍射图案由各个衍射结构的多个个体化(相干产生 的)衍射图案构成。
本发明的另一方面涉及一种具有根据本发明的激光雷达系统的机动 车，其中，该激光雷达系统与机动车的控制系统连接。在此，车辆的控制 系统尤其理解为电子控制系统，该电子控制系统用于监测、调节和控制当 前的车辆状态。
本发明的有利改进方案在说明书中提出并描述。
附图说明
根据附图和接下来的描述进一步阐述本发明的实施例。附图示出：
图1示出根据现有技术借助衍射结构产生的衍射图案的不同实施方式 的图示；
图2以两个一维衍射图案的叠加为例示出本发明的基本构思的图示；
图3示出借助衍射结构产生的衍射图案的不同实施方式的图示；
图4示出图3所示的衍射图案简单叠加成根据本发明的总衍射图案；
图5示出图3所示的衍射图案均匀化叠加成根据本发明的总衍射图案；
图6示出借助根据本发明的衍射光学元件产生总衍射图案的示意图。
具体实施方式
在图1中示出根据现有技术借助衍射结构12、14、16、18产生的衍射 图案32、34、36、38的不同实施方式的图示。由衍射结构12、14、16、18 产生的衍射图案32、34、36、38尤其分别涉及多个彼此间隔开的行(13× 5分束器)，这些行由单个斑点构成，其中，各个水平行可以理解为一维的 13×1分束器在第一方向上的不同衍射级以及一维的1×5分束器在垂直于 该第一方向的方向上的不同衍射级。
在上排中，从左向右示出衍射图案32、34、36、38的产生：在左侧示 出的借助腰半径为250μm的高斯射束照射(波长通常处于800nm至约3μm 之间的近红外范围内)时，在13×5分束器上借助传统衍射光学元件10的 在中间作为相平面示出的衍射结构12、14、16、18产生这些衍射图案。各 个级的分离是约0.3°，远场发散约是0.15°(全角)。远场中的级被干净地 分离，并且有效级中的一致性误差(例如定义成对比度(Imax-Imin)/(Imax+Imin)) 明显低于百分之一。
在下排中，从左向右示出衍射图案32、34、36、38的产生：在左侧示 出的借助腰半径为250μm的高斯射束照射时，在同一13×5分束器上借助 也在上排中在中间作为相平面示出的衍射结构12、14、16、18产生这些衍 射图案。在此，级的分离约是0.3°，远场发散约是0.36°(全角)。远场中 的级不再能够被单独认出，这导致产生相邻衍射级的相长干涉和相消干涉， 并且有效级中的一致性误差(例如定义成对比度(Imax-Imin)/(Imax+Imin))高达100％。出现不期望的干涉，因为用于照射的高斯射束具有相干的辐射场， 并且主要由于发散而无法实现各个级的干净分离。
在图2中，以两个一维衍射图案的叠加为例示出本发明的基本构思的 图示。根据本发明，具有足够的衍射级分离的1×2分束器和1×3分束器 构造成衍射结构12、14、16、18并且如此相互组合，使得与根据现有技术 借助单个分束器(例如借助唯一的照射射束在唯一衍射结构12、14、16、 18上)相干照射时所能够实现的相比，远场分布的不相干叠加产生更细网 孔的点栅格(Punktgitter)。在此，这两个分束器没有在总衍射图案30的一 致性方面被优化。然而根据本发明，这可以通过相应的用于削弱的装置来 实现。尤其可以在相应衍射光学元件10的制造中一并考虑各个分束器的总 效率以及各个衍射级中的最终强度。在一种非常简单的实施方式中，这可 以通过使用滤光器元件(例如灰度滤光器)来实现。
然而优选地，在制造过程中将各个衍射结构12、14、16、18的衍射级 数量预先地或必要时迭代地(iterativ)如此匹配于各个衍射结构12、14、 16、18的总效率，使得不相干叠加满足期望的目标分布的一致性要求。特 别优选地，例如将具有相同数量的有效级的并且具有相似的效率和一致性 的衍射结构12、14、16、18进行组合，以便由此在总衍射图案30中产生 尽可能均匀的叠加。另一方面，也可以有意地在各个衍射结构12、14、16、 18中使用不同数量的有效衍射级，以便在叠加的远场分布中——即在总衍 射图案30中产生不同的强度级。
左侧的曲线变化过程示出通过1×2分束器中的角分离和相应的远场发 散引起的级分离，而在中间的曲线变化过程示出通过1×3分束器中的角分 离和适当远场发散引起的级分离。最后，右侧的曲线变化过程示出1×2分 束器(左侧)与1×3分束器(中间)的两个远场分布的不相干叠加(相应 强度相加)，以便在远场中产生更细网孔的点分布，并且同时避免相邻衍射 级之间的干涉效应(叠加的衍射图案)。
在图3中示出借助衍射结构12、14、16、18产生的衍射图案32、34、 36、38的不同实施方式的图示。由衍射结构12、14、16、18产生的衍射图 案32、34、36、38尤其分别涉及多个彼此间隔开的、由单个斑点构成的行。 所有四个示出的衍射图案32、34、36、38叠加成总衍射图案30，这导致产 生由各个直接邻接的单个斑点构成的闭合区域。在上排中示出的衍射图案32、34中，由斑点构成的水平行相互错位地布置，而下排中示出的衍射图 案36、38具有无错位地(versetzungsfrei)重叠布置的水平行。
在图4中示出，图3所示的衍射图案32、34、36、38简单叠加(einfache )成根据本发明的总衍射图案30。“简单”在此表示：各个斑 点的可能不同的强度可能会导致总衍射图案30的亮度不均匀性，所述可能 不同的强度由于衍射结构12、14、16、18中的不同衍射级——例如由于相 应衍射级中的不同衍射效率——所引起。左侧图像示出图3上排中所示的 两个衍射图案32、34的叠加。相反地，中间图像示出图3下排中所示的两 个衍射图案36、38的叠加。最后，右侧图像示出图3中所示的所有衍射图 案32、34、36、38不相干地叠加(相应强度相加)成总衍射图案30。所产 生的总衍射图案30形成由各个直接邻接的单个斑点构成的闭合区域。
因此，借助根据本发明的衍射光学元件10尤其可以在远场中产生总衍 射图案30，该总衍射图案具有紧密相邻布置的衍射级，这些衍射级的角分 离例如可以显著小于照射波的远场发散的全角的两倍，而不会由于相邻衍 射级的干涉导致形成不期望的强度骤变通过选择角 光栅上的有效级——该角光栅确保各个衍射图案32、34、36、38的级在远 场中的分离(例如根据经验公式，级间距至少大于斑点直径的两倍)，并且 通过在实现各个衍射结构12、14、16、18时对衍射图案32、34、36、38 中所包含的斑点的错位布置确保：衍射结构12、14、16、18的各个级不相 互干涉，而同时可以实现叠加中的斑点的细网孔布置，这些斑点用于产生 总衍射图案30。
仅两个不同的衍射结构12、14、16、18的组合例如就已经能够实现： 在例如借助分别相互独立的、不相干的、束腰是100μm的激光22、24、26、 28照射时产生线状图案。在使用附加的衍射结构12、14、16、18的情况下 ——这些附加的衍射结构的衍射级例如与已经由存在的衍射结构12、14、 16、18产生的衍射级垂直错位，叠加中的斑点还可以更细网孔地布置，以 便产生宽度均匀的线。
在图5中示出，图3中所示的衍射图案32、34、36、38被均匀化叠加 成根据本发明的总衍射图案30。均匀化在此表示：在产生总衍射图案30 时考虑各个斑点的可能不同强度，从而可以在叠加的远场分布中实现尽可 能一致的强度分布(标准化)，所述可能不同强度由于衍射结构12、14、16、 18中的不同衍射级——例如由于相应衍射级中的不同衍射效率——所引 起。
左侧图像示出图3上排中所示的两个衍射图案32、34的叠加。相反地， 中间的图像示出在图3下排中所示的两个衍射图案36、38的叠加。最后， 右侧图像示出在图3所示的所有衍射图案32、34、36、38不相干地叠加成 总衍射图案30(相应强度的相加)。所产生的总衍射图案30形成由各个直 接邻接的单个斑点构成的闭合区域，其中，各个斑点具有基本上一致的最 大亮度或一致的亮度分布(一致性)。
为了均匀化，为了改变所产生的衍射图案32、34、36、38的强度，至 少一个衍射结构12、14、16、18可以包括用于削弱的装置。在最简单的情 况下，用于削弱的装置可以是滤光器。该滤光器例如可以以灰度滤光器的 形式实现，该灰度滤光器具有针对不同衍射结构12、14、16、18(或其中 一部分)的不同吸收度。用于削弱的装置尤其可以构造成衍射结构12、14、 16、18的整体组成部分。此外，可以将用于削弱的装置至少配属于一个衍 射结构12、14、16、18，其中，这种组合等同于用于削弱的整体装置。通 过叠加所有四个远场分布，由此产生细网孔的斑点图案，该斑点图案不具 有由现有技术已知的一致性误差。
在图6中示出借助根据本发明的衍射光学元件10产生总衍射图案30 的示意图。所示的衍射光学元件10包括四个彼此直接相邻布置的、功能不 同的衍射结构12、14、15、16(有效级不同)，其中，衍射结构12、14、 16、18构造用于，在借助彼此不相干的激光22、24、26、28相互独立照射 时，在远场中产生彼此不相干的衍射图案32、34、36、38作为总衍射图案 30。
对于各个衍射图案32、34、36、38，简化地分别假定仅产生单个斑点 (“0分束器”或射束偏转装置)。相应地，衍射结构12、14、15、16分别 涉及用于单个斑点的发生器。因此，所示的总衍射图案30由四个单个斑点 构成，其中，每个斑点恰好配属于一个衍射结构12、14、15、16。该图示 对于一般性没有任何限制。所产生的总衍射图案尤其也可以由彼此至少部分重叠的更复杂的衍射图案32、34、36、38组成(参见图4)。此外，由衍 射结构12、14、16、18产生的衍射图案32、34、36、38分别涉及多个彼 此间隔开的、由各个直接邻接的单个斑点构成的行，其中，所产生的总衍 射图案30形成由各个直接邻接的单个斑点构成的闭合区域。
彼此相邻布置的衍射结构12、14、16、18尤其可以在设计衍射级(有 效级)方面相差+1或-1。因此根据示出的几何关系，第一衍射结构12的设 计衍射级尤其可以处于+2(在中央的第零个衍射级右侧、在第二衍射级中 产生第一衍射图案32中的点)，第二衍射结构14的设计衍射级可以处于+1 (在中央的第零个衍射级右侧、在第一衍射级中产生第二衍射图案34中的 点)，第三衍射结构16的设计衍射级可以处于-1(在中央的第零个衍射级 左侧、在第一衍射级中产生第三衍射图案36中的点)，第四衍射结构18的 设计衍射级处于-2(在中央的第零个衍射级左侧、在第二衍射级中产生第 四衍射图案38中的点)。在此，第零个衍射级不由衍射光学元件10所实现。 因此，不同衍射级给出从根据本发明的衍射光学元件10的相应衍射结构 12、14、16、18出发的射束区域相对于第零级的方向(即角偏转)——即 相对于所产生的衍射图案22、24、26、28的位置的方向。

Claims (10)

1.一种衍射光学元件(10)，所述衍射光学元件包括至少两个彼此相邻布置的、功能不同的衍射结构(12，14，16，18)，其中，所述衍射结构(12，14，16，18)构造用于，在借助彼此不相干的激光(22，24，26，28)相互独立地照射时，在远场中产生相互不干涉的衍射图案(32，34，36，38)作为总衍射图案(30)。
2.根据权利要求1所述的衍射光学元件(10)，其中，在远场中产生的衍射图案(32，34，36，38)彼此相邻地、完全或至少部分重叠地布置。
3.根据权利要求1或2所述的衍射光学元件(10)，其中，彼此直接相邻布置的衍射结构(12，14，16，18)在有效级方面相差至少一个衍射级。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的衍射光学元件(10)，其中，由所述衍射结构(12，14，16，18)产生的衍射图案(32，34，36，38)分别涉及多个彼此间隔开的、由单个斑点构成的行，其中，所产生的总衍射图案(30)形成由各个直接邻接的单个斑点构成的闭合区域。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的衍射光学元件(10)，其中，为了改变所产生的衍射图案(32，34，36，38)的强度，至少一个衍射结构(12，14，16，18)包括用于削弱的装置。
6.一种用于制造衍射光学元件(10)的方法，所述方法包括如下方法步骤：
a)确定所述衍射光学元件(10)的总衍射图案(30)的目标分布；
b)将具有至少两个衍射图案(32，34，36，38)的目标分布离散化；
c)由至少两个衍射图案(32，34，36，38)确定相应数量的衍射结构(12，14，16，18)，其中，为了彼此相邻地布置所述衍射结构(12，14，16，18)，根据照射的远场发散以及所述衍射结构(12，14，16，18)的距离和位置来调节有效级；
d)提供如下衍射光学元件(10)：所述衍射光学元件具有相应数量的彼此相邻布置的功能不同的衍射结构(12，14，16，18)，其中，所述衍射结构(12，14，16，18)构造用于，在借助彼此不相干的激光相互独立地照射时，在远场中产生彼此不相干的衍射图案(32，34，36，38)作为总衍射图案(30)，其中，所述总衍射图案(30)相应于所述目标分布。
7.根据权利要求6所述的方法，所述方法还包括：在提供所述衍射光学元件(10)之后，确定所述衍射结构的各个衍射图案(32，34，36，38)的总效率和强度。
8.根据权利要求7所述的方法，所述方法还包括：基于所述衍射结构(12，14，16，18)的各个衍射图案(32，34，36，38)的预先确定的总效率和强度来优化所提供的衍射光学元件(10)，其方式是：重复使用各个方法步骤来匹配各个有效级中的强度和所述总效率，以便优化所述总衍射图案(30)中的强度分布。
9.一种激光雷达系统，所述激光雷达系统具有根据权利要求1至5中任一项所述的衍射光学元件(10)，其中，所述激光雷达系统包括至少两个激光源，所述至少两个激光源用于产生彼此不相干的射束，其中，所述衍射光学元件(10)具有至少相应于所述激光源数量的数量的彼此相邻布置的衍射结构(12，14，16，18)，并且所述衍射结构(12，14，16，18)与所述激光辐射源如此耦合，使得在分别借助射束中的一个相互独立地照射所述衍射结构(12，14，16，18)时，在远场中产生相互不干涉的衍射图案(32，34，36，38)作为总衍射图案(30)。
10.一种机动车，所述机动车具有根据权利要求9所述的激光雷达系统，其中，所述激光雷达系统与所述机动车的控制系统连接。
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