DE102015217903A1 - Beam generation system for lidar sensors - Google Patents
Beam generation system for lidar sensors Download PDFInfo
- Publication number
- DE102015217903A1 DE102015217903A1 DE102015217903.6A DE102015217903A DE102015217903A1 DE 102015217903 A1 DE102015217903 A1 DE 102015217903A1 DE 102015217903 A DE102015217903 A DE 102015217903A DE 102015217903 A1 DE102015217903 A1 DE 102015217903A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- source
- splitter
- generating system
- incidence
- incident
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
- G01S7/4814—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
- G01S7/4815—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone using multiple transmitters
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/08—Catadioptric systems
- G02B17/0804—Catadioptric systems using two curved mirrors
- G02B17/0816—Catadioptric systems using two curved mirrors off-axis or unobscured systems in which not all of the mirrors share a common axis of rotational symmetry, e.g. at least one of the mirrors is warped, tilted or decentered with respect to the other elements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/10—Beam splitting or combining systems
- G02B27/14—Beam splitting or combining systems operating by reflection only
- G02B27/144—Beam splitting or combining systems operating by reflection only using partially transparent surfaces without spectral selectivity
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
- G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
Strahlerzeugungssystem für Lidarsensoren, mit mindestens einer ersten (10) und einer zweiten Strahlquelle (12) und einer Steuereinrichtung (14) zur Ansteuerung der Strahlquellen, gekennzeichnet durch einen Strahlteiler (18), der einen aus einer ersten Einfallsrichtung (A) einfallenden Strahl (16) mit einem Strahlteilungsverhältnis a < 0,5 in einen in einer ersten Abstrahlrichtung (C) verlaufenden ersten Nutzstrahl (22) und einen auf einen Strahlfänger (26) gerichteten Ausschussstrahl (24) teilt und einen aus einer zweiten Einfallsrichtung (B) einfallenden Strahl (20) mit einem Strahlteilungsverhältnis b > 0,5 in einen in der Abstrahlrichtung (C) verlaufenden zweiten Nutzstrahl (28) und einen auf den Strahlfänger (26) gerichteten Ausschussstrahl (30) teilt, wobei die erste Strahlquelle (10) so angeordnet ist, dass ihr Strahl (16) aus der ersten Einfallsrichtung (A) auf den Strahlteiler (18) fällt, und die zweite Strahlquelle (12) so angeordnet ist, dass ihr Strahl (20) aus der zweiten Einfallsrichtung (B) auf den Strahlteiler fällt.A beam generating system for lidar sensors, comprising at least a first (10) and a second beam source (12) and a control device (14) for controlling the beam sources, characterized by a beam splitter (18) having a beam (16) incident from a first direction of incidence (A) ) with a beam splitting ratio a <0.5 in a first useful beam (22) extending in a first emission direction (C) and a reject beam (24) directed onto a beam catcher (26) and dividing a beam incident from a second incident direction (B) ( 20) with a beam splitting ratio b> 0.5 into a second useful beam (28) running in the emission direction (C) and a reject beam (30) directed onto the beam catcher (26), the first beam source (10) being arranged that its beam (16) from the first direction of incidence (A) on the beam splitter (18) falls, and the second beam source (12) is arranged so that its beam (20) from the two Incident direction (B) falls on the beam splitter.
Description
Die Erfindung betrifft ein Strahlerzeugungssystem für Lidarsensoren, mit mindestens einer ersten und einer zweiten Strahlquelle und einer Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Strahlquellen.The invention relates to a beam generating system for Lidarsensoren, with at least a first and a second beam source and a control device for controlling the beam sources.
Stand der TechnikState of the art
Für hohe Strahlleistungen sind Strahlerzeugungsysteme bekannt, bei denen mehrere durch Laserdioden gebildete Strahlquellen auf einem gemeinsamen Chip angeordnet sind.For high beam power beam generation systems are known in which a plurality of laser sources formed by laser sources are arranged on a common chip.
Lidarsensoren werden häufig bei Fahrerassistenzsystemen in Kraftfahrzeugen zur Erfassung des Verkehrsumfelds eingesetzt, beispielsweise zur Ortung vorausfahrender Fahrzeuge oder sonstiger Hindernisse. Dabei ist es erwünscht, dass der Lidarsensor einerseits eine hohe Reichweite hat, andererseits jedoch auch sehr nahe Ziele erfassen kann. Dazu ist es erforderlich, dass die Strahlintensität innerhalb eines weiten Bereiches variiert werden kann, weil es sonst bei nahen Zielen zu einer Übersteuerung oder Sättigung des Empfängers kommen könnte.Eyelid sensors are often used in driver assistance systems in motor vehicles for detecting the traffic environment, for example for locating vehicles in front or other obstacles. It is desirable that the Lidarsensor on the one hand has a long range, but on the other hand can also detect very close targets. For this purpose, it is necessary that the beam intensity can be varied within a wide range, because otherwise it could come with nearby targets to override or saturation of the receiver.
Bei vielen Halbleiterlasern, beispielsweise bei Oberflächenemittern, sogenannten VCSELs (Vertical Cavity Surface-Emitting Laser), die aufgrund ihrer hohen Strahlqualität als Strahlquellen für Lidarsensoren geeignet sind, besteht ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen dem Erregerstrom und der Strahlleistung. Bei Verringerung des Erregerstromes fällt die Strahlleistung zunächst steil ab, erreicht dann jedoch einen Bereich, in dem sie nur noch geringfügig weiter abnimmt (LED-Betrieb). Der Erregerstrom hat auch Einfluss auf die Fernfelddivergenz des Laserstrahls. Bei niedriger Strahlleistung und entsprechend kleinem Erregerstrom nimmt die Strahldivergenz im Fernfeld deutlich zu (insbesondere nahe der Laserschwelle). Es erweist sich deshalb als schwierig, die Strahlleistung in einem weiten Dynamikbereich zu variieren und dabei die Strahldivergenz im wesentlichen konstant zu halten. In many semiconductor lasers, for example in surface emitters, so-called VCSELs (Vertical Cavity Surface-Emitting Lasers), which are suitable as beam sources for lidar sensors due to their high beam quality, there is a nonlinear relationship between the exciter current and the beam power. When the excitation current is reduced, the beam power initially drops sharply, but then reaches an area in which it decreases only slightly further (LED operation). The excitation current also has an influence on the far-field divergence of the laser beam. At low beam power and correspondingly small excitation current, the beam divergence in the far field increases significantly (in particular near the laser threshold). It therefore proves difficult to vary the beam power in a wide dynamic range while keeping the beam divergence substantially constant.
Eine gleichbleibend kleine Strahldivergenz ist insbesondere bei sogenannten Mikroscannern erwünscht, bei denen zum Ablenken des Laserstrahls, um einen gewissen Winkelbereich zu überstreichen, ein mit hoher Frequenz oszillierender Mikrospiegel eingesetzt wird. Bei hoher Strahldivergenz würde dann nur ein kleiner Teil des Strahlquerschnitts auf den Mikrospiegel treffen.A consistently small beam divergence is particularly desirable in so-called microscanners, in which for deflecting the laser beam to sweep a certain angular range, a high frequency oscillating micromirror is used. At high beam divergence then only a small part of the beam cross section would hit the micromirror.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Strahlerzeugungssystem zu schaffen, das bei hoher Strahlqualität eine Änderung der Strahlleistung über einen großen Variationsbereich erlaubt.The object of the invention is therefore to provide a beam generating system that allows a change in the beam power over a wide range of variation with high beam quality.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Strahlteiler, der einen aus einer ersten Einfallsrichtung einfallenden Strahl mit einem Strahlteilungsverhältnis a < 0,5 in einen in einer ersten Abstrahlrichtung verlaufenden ersten Nutzstrahl und einen auf einen Strahlfänger gerichteten Ausschussstrahl teilt und einen aus einer zweiten Einfallsrichtung einfallenden Strahl mit einem Strahlteilungsverhältnis b > 0,5 in einen in der Abstrahlrichtung verlaufenden zweiten Nutzstrahl und einen auf den Strahlfänger gerichteten Ausschussstrahl teilt, wobei die erste Strahlquelle so angeordnet ist, dass ihr Strahl aus der ersten Einfallsrichtung auf den Strahlteiler fällt, und die zweite Strahlquelle so angeordnet ist, dass ihr Strahl aus der zweiten Einfallsrichtung auf den Strahlteiler fällt.This object is achieved according to the invention by a beam splitter which divides a beam incident from a first incident direction with a beam splitting ratio a <0.5 into a first useful beam extending in a first emission direction and a reject beam directed to a beam catcher and a beam incident from a second incident direction with a beam splitting ratio b> 0.5 into a second useful beam extending in the emission direction and a reject beam directed to the beam catcher, wherein the first beam source is arranged so that its beam falls from the first incident direction to the beam splitter, and the second beam source so is arranged so that its beam falls from the second direction of incidence on the beam splitter.
Mit diesem Strahlerzeugungssystem lässt sich einerseits eine sehr kleine Strahlleistung erreichen, indem nur die erste Strahlquelle aktiviert wird, während andererseits durch Aktivierung der zweiten Strahlquelle eine sehr hohe Strahlleistung erreicht werden kann. Von dem Strahl der ersten Strahlquelle wird aufgrund des kleinen Strahlteilungsverhältnisses a nur ein kleiner Teil als Nutzstrahl verwendet, während der größere Teil verworfen wird, indem er vom Strahlteiler auf den Strahlfänger umgelenkt wird. Wenn eine größere Strahlleistung benötigt wird, so wird die zweite Strahlquelle aktiviert, deren Strahl entsprechend dem hohen Strahlteilungsverhältnis b nahezu vollständig als Nutzstrahl genutzt wird. Insgesamt wird so hinsichtlich der Strahlleistung eine Dynamik erreicht, die wesentlich größer ist als die Dynamik jeder einzelnen Strahlquelle.On the one hand, this beam generation system can achieve a very small beam power by activating only the first beam source, while on the other hand a very high beam power can be achieved by activating the second beam source. Due to the small beam splitting ratio a, only a small portion of the beam from the first beam source is used as the useful beam, while the larger portion is discarded by being deflected by the beam splitter onto the beam catcher. If a larger beam power is needed, the second beam source is activated, the beam of which is almost completely used as a useful beam in accordance with the high beam splitting ratio b. Overall, a dynamic is achieved with respect to the beam power, which is much greater than the dynamics of each individual beam source.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments and further developments of the invention are specified in the subclaims.
Der Strahlteiler kann beispielsweise durch einen beidseitig teildurchlässigen Spiegel gebildet werden, mit einem Strahlteilungsverhältnis a > 0,1 in Transmission und einem Strahlteilungsverhältnis b > 0,9 in Reflexion. Wenn der Spiegel unter einem Winkel von 45° zur Abstrahlrichtung angestellt ist, so ist die Einfallsrichtung des Strahls der ersten Strahlquelle parallel Abstrahlrichtung und die Einfallsrichtung des Strahls der zweiten Strahlquelle rechtwinklig dazu. The beam splitter can be formed, for example, by a mirror which is partially transmissive on both sides, with a beam splitting ratio a> 0.1 in transmission and a beam splitting ratio b> 0.9 in reflection. When the mirror is set at an angle of 45 ° to the emission direction, the direction of incidence of the beam of the first beam source is parallel to the direction of radiation and the direction of incidence of the beam of the second beam source is perpendicular thereto.
Es ist jedoch auch möglich, den Strahl der ersten Strahlquelle mit einem zusätzlichen Schrägspiegel (mit 100% Reflektivität) um 90° umzulenken, so dass beide Strahlquellen nebeneinander auf einem gemeinsamen Chip angeordnet werden können.However, it is also possible to deflect the beam of the first beam source with an additional inclined mirror (with 100% reflectivity) by 90 °, so that both beam sources can be arranged side by side on a common chip.
Bei Laserstrahlen mit relativ hoher Divergenz können die Spiegel so gewölbt sein, dass eine Kollimation des Strahls erreicht wird. For relatively high divergence laser beams, the mirrors may be curved to achieve collimation of the beam.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert.In the following embodiments are explained in detail with reference to the drawing.
Es zeigen:Show it:
Das in
Der Strahlteiler
Die Nutzstrahlen
Bei den Strahlquellen
Der Strahlteiler
Der von der zweiten Strahlquelle
In
Sofern die Strahldivergenz der von den Strahlquellen
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015217903.6A DE102015217903A1 (en) | 2015-09-18 | 2015-09-18 | Beam generation system for lidar sensors |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015217903.6A DE102015217903A1 (en) | 2015-09-18 | 2015-09-18 | Beam generation system for lidar sensors |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102015217903A1 true DE102015217903A1 (en) | 2017-03-23 |
Family
ID=58224401
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102015217903.6A Pending DE102015217903A1 (en) | 2015-09-18 | 2015-09-18 | Beam generation system for lidar sensors |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102015217903A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110673156A (en) * | 2019-11-01 | 2020-01-10 | 自然资源部第二海洋研究所 | Double-beam stimulated Brillouin scattering airborne marine laser radar system |
-
2015
- 2015-09-18 DE DE102015217903.6A patent/DE102015217903A1/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110673156A (en) * | 2019-11-01 | 2020-01-10 | 自然资源部第二海洋研究所 | Double-beam stimulated Brillouin scattering airborne marine laser radar system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE502007012156C5 (en) | DEVICE FOR BEAM SHAPING | |
EP2430491B1 (en) | Device for beamshaping and corresponding laserdevice | |
DE102007057868B4 (en) | Device for generating a linear intensity distribution | |
DE202017105001U1 (en) | LIDAR scanner with MEMS mirror and at least two scan angle ranges | |
DE102008027231A1 (en) | Apparatus and method for beam shaping | |
EP2113332A1 (en) | Method of and laser device for working and/or joining of workpieces with poweracting and pilot lasers and at least one diffractive optical element | |
DE102010053781B4 (en) | Device for converting laser radiation into laser radiation with an M profile | |
EP2399158B1 (en) | Device for homogenisation of laser radiation | |
DE102017205889B4 (en) | Optical arrangement and method for laser interference structuring of a sample | |
DE102011000978A1 (en) | Optoelectronic sensor, particularly laser scanner for use in security systems for monitoring source of danger, has optical element, which is arranged downstream to light transmitter | |
EP3673289B1 (en) | Optical arrangement for a lidar system, lidar system, and working device | |
WO2005085934A1 (en) | Device for producing a linear focussing area for a laser light source | |
EP2591875A1 (en) | Laser with beam transformation lens | |
EP2976672B1 (en) | Device for homogenizing a laser beam | |
DE102013114083B4 (en) | Device for shaping laser radiation | |
DE102017123462A1 (en) | Optical device for a distance measuring device according to the LIDAR principle | |
DE102021101373A1 (en) | Arrangement for laser material processing | |
DE102015217903A1 (en) | Beam generation system for lidar sensors | |
EP1384105B1 (en) | Beam shaping device for shaping the cross-section of a light beam | |
DE102009059894B4 (en) | Optical arrangement for optically pumping an active medium | |
EP1467228A2 (en) | Optoelectronic access control device | |
DE102008010382A1 (en) | Device for splitting a light beam | |
DE102017209645B4 (en) | Micromechanical light deflection device, method for deflecting light using a micromechanical light deflection device and light transmission device | |
DE102015218535A1 (en) | Laser module and lighting device with a laser module | |
WO2019038063A1 (en) | Optical assembly for a lidar system, lidar system, and working device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed |