DE102017200691B4 - Projection apparatus and method for scanning a solid angle area with a laser beam - Google Patents

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Abstract

Projektionsvorrichtung zum Abtasten eines Raumwinkelbereichs mittels eines Laserstrahls (6), umfassend eine Laserlichtquelle (1) zum Erzeugen des Laserstrahls (4), einen um zwei Achsen auslenkbaren Mikrospiegel (2) zum Umlenken des Laserstrahls und eine Aufweitungsoptik (3) zum Aufweiten des abtastbaren Winkelbereichs mit einer optischen Achse (8), längs derer der vom Mikrospiegel (2) umgelenkte Laserstrahl (6) in einer Grundstellung des Mikrospiegels abgestrahlt wird, wobei ein Linsensystem der Aufweitungsoptik (3) so gestaltet ist, dass ein Austrittswinkel (β), unter dem der Laserstrahl (6) die Aufweitungsoptik (3) verlässt, größer ist als ein Ablenkwinkel (a), um den der vom Mikrospiegel (2) umgelenkte Laserstrahl (6) vor der Aufweitungsoptik (3) durch eine Auslenkung des Mikrospiegels (2) aus der optischen Achse (8) herausgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufweitungsoptik (3) eine erste, sammelnde Linsengruppe (10) oder Linse aufweist, die zwischen dem Mikrospiegel (2) und einer zweiten, zerstreuenden Linsengruppe (11) der Aufweitungsoptik angeordnet ist, wobei die erste, sammelnde Linsengruppe (10) oder Linse und die zweite, zerstreuende Linsengruppe (11) so gestaltet sind, dass ein Strahlengang des vom Mikrospiegel (2) umgelenkten Laserstrahls (6) unabhängig vom Ablenkwinkel (a) zwischen der ersten, sammelnden Linsengruppe (10) oder Linse und der zweiten, zerstreuenden Linsengruppe (11) parallel zur optischen Achse (8) verläuft.

Figure DE102017200691B4_0000
Projection device for scanning a solid angle range by means of a laser beam (6), comprising a laser light source (1) for generating the laser beam (4), a micromirror (2) deflectable about two axes for deflecting the laser beam, and expansion optics (3) for expanding the scannable angular range with an optical axis (8), along which the laser beam (6) deflected by the micromirror (2) is radiated in a basic position of the micromirror, a lens system of the expansion optics (3) being designed such that an exit angle (β), below which the laser beam (6) leaves the expansion optics (3) is greater than a deflection angle (a) by the laser beam (6) deflected by the micromirror (2) before the expansion optics (3) by a deflection of the micromirror (2) from the optical axis (8) is deflected, characterized in that the expansion optics (3) has a first, collecting lens group (10) or lens, which between the micro-mirror L (2) and a second, dispersing lens group (11) of the expansion optics is arranged, wherein the first, collecting lens group (10) or lens and the second, dispersing lens group (11) are designed so that a beam path of the micromirror (2 ) deflected laser beam (6) regardless of the deflection angle (a) between the first collecting lens group (10) or lens and the second dispersing lens group (11) parallel to the optical axis (8).
Figure DE102017200691B4_0000

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Optik und der Laserabtastung und betrifft eine Projektionsvorrichtung, ein Detektionssystem sowie ein Verfahren zum Abtasten eines Raumwinkelbereichs mit einem Laserstrahl.The invention is in the field of optics and laser scanning and relates to a projection apparatus, a detection system and a method for scanning a solid angle range with a laser beam.

Aus dem Stand der Technik sind Projektionsvorrichtungen mit einer Laserlichtquelle und einer Ablenkeinrichtung um zwei Achsen bekannt. Dabei ist die Ablenkeinrichtung häufig durch einen 2D MEMS Scanner realisiert. Ein Vorteil scannender Laserprojektion mit 2D MEMS Scannern ist, dass für eine Projektion kein Objektiv erforderlich ist. Dies liegt darin begründet, dass ein Laserstrahl, der ein Objektiv durchläuft, in seinen geometrischen Eigenschaften wie beispielsweise Divergenz, Strahltaille und Rayleigh Range beeinflusst wird. Ohne ein Objektiv sind eine Strahlqualität und eine damit einhergehende Genauigkeit im Wesentlichen nur durch die Eigenschaften des Lasers definiert. Projection devices with a laser light source and a deflection device about two axes are known from the prior art. The deflection device is often realized by a 2D MEMS scanner. An advantage of scanning laser projection with 2D MEMS scanners is that no lens is required for projection. This is due to the fact that a laser beam passing through an objective is influenced in its geometric properties such as divergence, beam waist and Rayleigh range. Without a lens, beam quality and associated accuracy are essentially defined only by the characteristics of the laser.

Die DE 10 2012 025 281 A1 betrifft beispielsweise eine optische Objekterfassungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Sendeeinheit zum Aussenden eines Sendelichtstrahls, mit einer Empfangseinheit zum Empfangen eines Empfangslichtstrahls und mit einer elektronischen Auswerteeinrichtung zum Detektieren eines fahrzeugexternen Objektes in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs abhängig von dem Empfangslichtstrahl. Die Sendeeinheit weist einen Sender zum Erzeugen des Sendelichtstrahls und einen steuerbaren Mikrospiegel auf, mittels welchem der Sendelichtstrahl zumindest in einer ersten Schwenkrichtung verschwenkbar ist. Eine im Sendestrahlengang hinter dem Mikrospiegel angeordnete Sendelinse ist als Konkav-Konvex-Linse mit einer konkav gekrümmten Oberfläche, welche dem Mikrospiegel zugewandt ist, ausgebildet.The DE 10 2012 025 281 A1 concerns, for example, an optical object detection device for a motor vehicle with a transmitting unit for emitting a transmitted light beam, with a receiving unit for receiving a received light beam and with an electronic evaluation device for detecting an off-vehicle object in an environment of the motor vehicle depending on the received light beam. The transmitting unit has a transmitter for generating the transmitted light beam and a controllable micromirror, by means of which the transmitted light beam can be pivoted at least in a first pivoting direction. A transmission lens arranged in the transmission beam path behind the micromirror is designed as a concave-convex lens having a concavely curved surface which faces the micromirror.

Beispielsweise betrifft die US 2012/0168605 A1 ein optisches Verfolgungssystem mit mindestens einem Abtastdetektor mit einem Abtastspiegel und einem oder mehreren festen Photodetektoren, die nahe dem Abtastspiegel angeordnet sind. Der Scan-Spiegel ist konfiguriert, um einen Lichtstrahl von einer Quelle in Richtung eines reflektierenden Ziels abzulenken, und die Photodetektoren sind konfiguriert, um einen Teil des Lichtstrahls zu sammeln, der von dem reflektierenden Ziel reflektiert wird.For example, relates to US 2012/0168605 A1 an optical tracking system comprising at least one scanning detector having a scanning mirror and one or more fixed photodetectors disposed near the scanning mirror. The scan mirror is configured to deflect a light beam from a source toward a reflective target, and the photodetectors are configured to collect a portion of the light beam reflected from the reflective target.

Die US 4,282,431 A betrifft ein Gerät zur Abtastung lichtreflektierender, strichkodierter Etiketten, die an der Innenfläche einer Hülse angeordnet sind. Das Gerät umfasst ein Weitwinkelobjektiv zur Anordnung in der Nähe der Hülse, eine Feldlinse, einen ersten und einen zweiten Lichtstrahldeflektor. Ferner umfasst das Gerät Mittel, um den ersten und den zweiten Deflektor in einem phasengesteuerten Verhältnis in sinusförmige Schwingungen zu versetzen.The US 4,282,431 A relates to a device for scanning light-reflective, bar-coded labels, which are arranged on the inner surface of a sleeve. The apparatus includes a wide angle lens for placement near the sleeve, a field lens, first and second light beam deflectors. Further, the apparatus includes means for sinusoidally oscillating the first and second deflectors in a phased array.

In der US 2012/0275002 A1 ist beispielsweise eine Vorrichtung gezeigt, in der optische Strahlen, die von optischen Quellen emittiert werden, auf eine Spiegeloberfläche eines Scanspiegels in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung auftreffen. Die optischen Strahlen werden durch den Scanspiegel in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung reflektiert. Die Spiegeloberfläche des Scanspiegels wird so angesteuert, dass sie sich wiederholt zweidimensional um einen vorbestimmten Scanwinkel dreht.In the US 2012/0275002 A1 For example, an apparatus is shown in which optical beams emitted from optical sources impinge on a mirror surface of a scanning mirror in a substantially vertical direction. The optical beams are reflected by the scanning mirror in a substantially vertical direction. The mirror surface of the scanning mirror is driven so that it repeatedly rotates two-dimensionally by a predetermined scanning angle.

Die DE 20 2012 012 948 U1 betrifft eine Vorrichtung zum Auslesen einer belichteten Speicherfolie. Die Vorrichtung umfasst eine Lichtquelle, mit der Ausleselicht erzeugbar ist, eine Ablenkeinheit, mit der das Ausleselicht zum Abtasten der Speicherfolie sequentiell auf die Speicherfolie richtbar ist und eine Detektoreinheit für Fluoreszenzlicht, das von der Speicherfolie beim Abtasten mit dem Ausleselicht abgegeben wird. Die Ablenkeinheit umfasst einen MEMS-Mikrospiegel, der um eine Schwenkachse unterschiedliche Winkelstellungen einnehmen kann.The DE 20 2012 012 948 U1 relates to a device for reading out an exposed storage film. The device comprises a light source with which readout light can be generated, a deflection unit with which the readout light for scanning the storage film can be directed sequentially onto the storage film and a detector unit for fluorescent light which is emitted from the storage film during scanning with the readout light. The deflection unit comprises a MEMS micromirror which can assume different angular positions about a pivot axis.

Die DE 10 2007 045 334 A1 betrifft ein Messsystem zur Bestimmung einer Entfernung von in einem Raumwinkelbereich befindlichen Messobjekten mittels Lichtstrahlen, mit mindestens einer Sendesignale abgebenden Sendeeinrichtung und mit mindestens einer von einem Messobjekt gestreute und/oder reflektierte Empfangssignale aufnehmenden Empfangseinrichtung. Das Messsystem weist die Sende- und/oder Empfangssignale teilende, aufweitende oder fokussierende optischen Elemente, eine Spiegel-Anordnung mit wenigstens einem Spiegel, die den Strahlengang der Empfangssignale umlenkt, und eine Auswerteeinheit auf, welche aus den Signalen zuordenbaren Werten Informationen über Entfernung und/oder Rückstreustärke von Messobjekten gewinnt.The DE 10 2007 045 334 A1 concerns a measuring system for determining a distance of measuring objects located in a solid angle range by means of light beams, with at least one transmitting device transmitting transmitting signals and with at least one receiving device receiving scattered and / or reflected receiving signals from a measuring object. The measuring system has the transmitting and / or receiving signals dividing, widening or focusing optical elements, a mirror arrangement with at least one mirror, which deflects the beam path of the received signals, and an evaluation unit, which can be assigned values from the signals information about distance and / or or backscatter strength of measurement objects wins.

Die DE 694 28 716 T2 betrifft Projektionssysteme für bewegte Bilder und insbesondere Systeme zum Projizieren von Bildern, die durch Computergrafiktechniken erzeugt werden, durch einen intensiven Lichtstrahl oder Lichtstrahlen auf eine geometrische, z.B. gekrümmte, gewölbte oder sphärische, Darstellungsfläche.The DE 694 28 716 T2 relates to moving-picture projection systems, and more particularly to systems for projecting images produced by computer graphics techniques through an intense beam of light or rays of light onto a geometric, eg, curved, domed, or spherical display surface.

Die EP 2 514 211 B1 zeigt beispielsweise eine Projektionsvorrichtung umfassend eine Ablenkeinrichtung und eine Laserlichtquelle zum Projizieren von Lissajous-Figuren auf ein Beobachtungsfeld. Eine Ablenkeinheit schwingt dabei um eine erste und eine zweite Achse.The EP 2 514 211 B1 shows, for example, a projection apparatus comprising a deflection device and a laser light source for projecting Lissajous figures onto an observation field. A deflection unit oscillates about a first and a second axis.

Ein Anwendungsfeld für derartige optische Einrichtungen sind Raumüberwachungs- und Entfernungsmesssysteme im Bereich der Fahrzeugsicherheit, insbesondere für Fahrerassistenzsysteme und Systeme zum autonomen Fahren. Hierzu werden optische Systeme benötigt, mit Hilfe derer ein breiter Raumwinkelbereich mit hinreichender Genauigkeit überwacht werden kann.A field of application for such optical devices are room surveillance and Distance measuring systems in the field of vehicle safety, in particular for driver assistance systems and systems for autonomous driving. For this purpose, optical systems are needed, with the help of which a wide solid angle range can be monitored with sufficient accuracy.

Bei bekannten Systemen ist der abtastbare Raumwinkelbereich durch einen maximalen Auslenkwinkel des 2D-MEMS-Scanner bestimmt. Im Zuge fortschreitender Entwicklungen, besonders im Bereich des autonomen Fahrens, werden jedoch Anforderungen hinsichtlich des abtastbaren Raumwinkels gestellt, die bekannte MEMS-Scanner aufgrund ihres begrenzten maximalen Auslenkwinkels nicht bzw. nicht ausreichend erfüllen können. In gewissem Umfang ist es möglich besondere Scanner zu entwickeln, die einen größeren Winkelbereich durch entsprechende Torsionsschwingungen erschließen. Diese Scanner sind im Gegensatz zu herkömmlichen 2D MEMS Scannern jedoch sehr empfindlich gegenüber externen mechanischen Störungen wie beispielsweise Schock oder Vibrationen und damit für viele Anwendungsfälle ungeeignet.In known systems, the scannable solid angle range is determined by a maximum deflection angle of the 2D MEMS scanner. In the course of ongoing developments, especially in the field of autonomous driving, however, requirements are made with regard to the scannable solid angle, the known MEMS scanners can not meet or not sufficiently due to their limited maximum deflection angle. To a certain extent, it is possible to develop special scanners, which open up a larger angular range by means of corresponding torsional vibrations. However, unlike traditional 2D MEMS scanners, these scanners are very sensitive to external mechanical disturbances such as shock or vibration and therefore unsuitable for many applications.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein vergleichbares optisches System zu schaffen, das in der Lage ist, einen möglichst weiten Raumwinkelbereich abzudecken bzw. zu überwachen.The present invention is therefore based on the object to provide a comparable optical system, which is able to cover or monitor the widest possible solid angle range.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Projektionsvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und durch ein Detektionssystem gemäß Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich mit den Merkmalen der Unteransprüche.The object is achieved by a projection device with the features of independent claim 1 and by a detection system according to claim 7. Advantageous embodiments and developments of the invention will become apparent with the features of the subclaims.

Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf eine Projektionsvorrichtung zum Abtasten eines Raumwinkelbereichs mittels eines Laserstrahls. Die Projektionsvorrichtung umfasst eine Laserlichtquelle zum Erzeugen des Laserstrahls, einen um zwei Achsen auslenkbaren Mikrospiegel zum Umlenken des Laserstrahls und eine Aufweitungsoptik zum Aufweiten des abtastbaren Winkelbereichs. Die Aufweitungsoptik weist eine optische Achse auf, längs derer der vom Mikrospiegel umgelenkte Laserstrahl in einer Grundstellung des Mikrospiegels abgestrahlt wird. Ein Linsensystem der Aufweitungsoptik ist so gestaltet, dass ein Austrittswinkel, unter dem der Laserstrahl die Aufweitungsoptik verlässt, größer ist als ein Ablenkwinkel, um den der vom Mikrospiegel umgelenkte Laserstrahl vor der Aufweitungsoptik durch eine Auslenkung des Mikrospiegels aus der optischen Achse herausgelenkt wird.Accordingly, the invention relates to a projection apparatus for scanning a solid angle range by means of a laser beam. The projection device comprises a laser light source for generating the laser beam, a micromirror deflectable about two axes for deflecting the laser beam, and an expansion optics for expanding the scannable angular range. The expansion optics has an optical axis, along which the laser beam deflected by the micromirror is radiated in a basic position of the micromirror. A lens system of the expansion optics is designed such that an exit angle at which the laser beam exits the expansion optics is greater than a deflection angle by which the laser beam deflected by the micromirror is deflected out of the optical axis ahead of the expansion optics by a deflection of the micromirror.

Die Laserlichtquelle erzeugt den Laserstrahl vorzugsweise in Form von Pulsen. Dabei können Dauer und Intensität der Pulse einstellbar sein und je nach Anwendungsfall angepasst werden. Die Laserlichtquelle kann beispielsweise auch derart einstellbar sein, dass sie Laserstrahlen nur erzeugt, wenn der Mikrospiegel derartig ausgelenkt ist, dass der Laserstrahl in die Aufweitungsoptik fällt. Vorzugsweise besitzt der Mikrospiegel einen Pivotpunkt. Der Pivotpunkt des Mikrospiegels liegt vorzugsweise auf der optischen Achse der Aufweitungsoptik und der Mikrospiegel ist um zwei Achsen, die vorzugsweise orthogonal aufeinander stehen, auslenkbar, um ein räumliches Abtasten zu ermöglichen. Der Mikrospiegel kann durch Schwingungen des Mikrospiegels um die zwei Achsen ausgelenkt werden, um beispielsweise Lissajous-Projektionen zum Abtasten des Raumwinkelbereichs zu realisieren. Zur genauen Erläuterung des räumlichen Abtastens in Form von Lissajous-Figuren sei auf die EP 2 514 211 B1 verwiesen. Die Aufweitungsoptik umfasst ein Linsensystem mit einer optischen Achse. Die optische Achse ist allgemein als die Symmetrielinie in einem optischen Aufbau bekannt, die durch die Krümmungszentren der Linsen des Linsensystems verläuft. Als eine Grundstellung wird eine Stellung des Mikrospiegels bezeichnet, in der der Laserstrahl vom Mikrospiegel längs der optischen Achse abgestrahlt wird. Der Austrittswinkel beschreibt den Winkel, unter dem der Laserstrahl die Aufweitungsoptik verlässt, und liegt zwischen der optischen Achse und einem durch Auslenkung des Mikrospiegels aus der optischen Achse herausgelenkten, die Aufweitungsoptik verlassenden Laserstrahl. Der Ablenkwinkel beschreibt den Winkel zwischen der optischen Achse und einem durch Auslenkung des Mikrospiegels aus der optischen Achse herausgelenkten Laserstrahl vor der Aufweitungsoptik.The laser light source preferably generates the laser beam in the form of pulses. The duration and intensity of the pulses can be adjustable and adjusted depending on the application. The laser light source may, for example, also be adjustable such that it only generates laser beams if the micromirror is deflected in such a way that the laser beam falls into the expansion optics. Preferably, the micromirror has a pivot point. The pivot point of the micromirror preferably lies on the optical axis of the expansion optics and the micromirror is deflectable about two axes, which are preferably orthogonal to one another, in order to enable a spatial scanning. The micromirror can be deflected by oscillations of the micromirror about the two axes in order to realize, for example, Lissajous projections for scanning the solid angle range. For a detailed explanation of the spatial sampling in the form of Lissajous figures is on EP 2 514 211 B1 directed. The expansion optics include a lens system with an optical axis. The optical axis is generally known as the line of symmetry in an optical structure passing through the centers of curvature of the lenses of the lens system. As a basic position, a position of the micromirror is referred to, in which the laser beam is emitted by the micromirror along the optical axis. The exit angle describes the angle at which the laser beam exits the expansion optics, and lies between the optical axis and a laser beam which, guided out of the optical axis by deflection of the micromirror, leaves the expansion optics. The deflection angle describes the angle between the optical axis and a deflected by deflection of the micromirror from the optical axis laser beam in front of the expansion optics.

Der mit dem Laserstrahl abtastbare Winkelbereich ist also typischerweise weit mehr als doppelt so groß wie ein Auslenkbereich des Mikrospiegels. Mit den vorgeschlagenen Merkmalen ergibt sich also ein ausgesprochen großer abtastbarer Raumwinkelbereich. Vorzugsweise umfasst der abtastbare Raumwinkelbereich dabei alle möglichen Austrittswinkel von bis zu 60°, möglicherweise sogar bis zu 70°, 80° oder 90°.The scanned by the laser beam angle range is therefore typically more than twice as large as a deflection range of the micromirror. With the proposed features thus results in a very large scannable solid angle range. Preferably, the scannable solid angle range includes all possible exit angles of up to 60 °, possibly even up to 70 °, 80 ° or 90 °.

In einer möglichen Ausführungsform kann der Mikrospiegel Teil eines MEMS-Bauelements sein, vorzugsweise Teil eines 2D-MEMS. Mikrospiegelaktoren, die dabei verwendet werden können, gehören zur Klasse der MEMS- (Micro Eletro Mechanical System) bzw. MOEMS- (Micro Opto Electro Mechanical System) -Bauelemente und sind aufgrund ihrer sehr kleinen Bauweise vorteilhaft, da sie einerseits in großen Stückzahlen kostengünstig hergestellt werden können und wegen ihrer kleinen Ausführungsform auch Resonanzfrequenzen bis zu 50 kHz und darüber hinaus aufweisen können. Der Mikrospiegel kann einen Durchmesser von z.B. mindestens 0,5 mm, vorzugsweise mindestens 1 mm, und/oder einen Durchmesser von bis zu 2,5 mm, vorzugsweise maximal 2 mm, aufweisen. Der Mikrospiegel des MEMS-Bauelements kann elektrostatisch, piezo-elektrisch, magnetisch, mechanisch oder auf eine andere Art angetrieben werden.In one possible embodiment, the micromirror may be part of a MEMS device, preferably part of a 2D MEMS. Micromirror actuators that can be used belong to the class of MEMS (Micro Eletro Mechanical System) or MOEMS (Micro Opto Electro Mechanical System) components and are advantageous because of their very small construction, since they are produced on the one hand in large quantities at low cost can be because of their small embodiment and resonant frequencies up to 50 kHz and beyond. The micromirror may have a diameter of, for example, at least 0.5 mm, preferably at least 1 mm, and / or a Diameter of up to 2.5 mm, preferably at most 2 mm. The micromirror of the MEMS device can be driven electrostatically, piezoelectrically, magnetically, mechanically or in another way.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform kann das Linsensystem eine sogenannte Fisheye-Optik sein. Fisheye-Objektive sind beispielsweise aus der Fotografie hinlänglich bekannt. Der von der Laserlichtquelle erzeugte Laserlichtstrahl durchläuft die Fisheye-Optik jedoch entgegen der Richtung eines Lichtstrahls bei Nutzung eines Fisheye-Objektivs in der Fotografie. Vorteilhaft ist bei der vorliegend beschriebenen Ausführungsform ein aufweitender Teil des Fish-eye-Objektivs. Vorzugsweise kann die Fisheye-Optik drei Linsen umfassen, besonders vorzugsweise eine plankonkave, eine konvexkonkave und eine weitere plankonkave Linse, die entlang der optischen Achse angeordnet sind. Die aufweitenden Eigenschaften der Fisheye-Optik können in der Richtung des von dem Mikrospiegel durch die Fisheye-Optik abgelenkten Laserstrahls einen abtastbaren Raumwinkel von mindestens 160° ermöglichen.In another possible embodiment, the lens system may be a so-called fisheye optic. Fisheye lenses are well known, for example, from photography. However, the laser light beam generated by the laser light source passes through the fisheye optics counter to the direction of a light beam using a fisheye lens in the photograph. It is advantageous in the presently described embodiment, an expanding part of the fish-eye lens. Preferably, the fish-eye optics may comprise three lenses, more preferably a plano-concave, a convex-concave and another plano-concave lens, arranged along the optical axis. The expanding properties of the fisheye optics can enable a scannable solid angle of at least 160 ° in the direction of the laser beam deflected by the micromirror through the fisheye optics.

Die Aufweitungsoptik kann den Laserstrahl beim Durchlaufen der Aufweitungsoptik aufweiten. Dies kann nach dem Verlassen der Aufweitungsoptik, abhängig vom Austrittswinkel, zu Spotgrößen und Spotformen des Laserstrahls führen, die Verzerrungen aufweisen und zu daraus folgenden Messungenauigkeiten führen. In einer weiteren Ausführung kann deshalb zwischen der Laserlichtquelle und dem Mikrospiegel eine Strahlformungsoptik derart angeordnet sein, dass der von der Laserlichtquelle erzeugte Laserstrahl vor dem Umlenken durch den Mikrospiegel die Strahlformungsoptik durchläuft. Die Strahlformungsoptik kann mittels hintereinander gereihten Linsen geometrische Strahlparameter des Laserstrahls, insbesondere eine Divergenz, eine Rayleigh-Länge und einen Taillendurchmesser derart beeinflussen, dass eine Strahlqualität des Laserstrahls, insbesondere nach dem Verlassen der Aufweitungsoptik, verbessert werden kann. Somit kann erreicht werden, dass die Spotgrößen und -formen des Laserstrahls als Funktion des Ablenkwinkels im Wesentlichen gleichbleibend ist.The expansion optics can expand the laser beam as it passes through the expansion optics. After leaving the expansion optics, this can lead to spot sizes and spot shapes of the laser beam, which have distortions and lead to measurement inaccuracies, depending on the exit angle. In a further embodiment, a beam-shaping optical system can therefore be arranged between the laser light source and the micromirror such that the laser beam generated by the laser light source passes through the beam-shaping optical system before being deflected by the micromirror. The beam shaping optics can influence geometric beam parameters of the laser beam, in particular a divergence, a Rayleigh length and a waist diameter, by means of successively lined lenses in such a way that a beam quality of the laser beam, in particular after leaving the expansion optics, can be improved. Thus, it can be achieved that the spot sizes and shapes of the laser beam as a function of the deflection angle is substantially constant.

In einer weiteren möglichen Ausführung kann die Aufweitungsoptik eine erste, sammelnde Linsengruppe oder Linse und eine zweite, zerstreuende Linsengruppe aufweisen. Die erste, sammelnde Linsengruppe oder Linse kann zwischen dem Mikrospiegel und der zweiten, zerstreuenden Linsengruppe angeordnet sein. Die erste, sammelnde Linsengruppe oder Linse kann so ausgebildet sein, dass ein Strahlengang des vom Mikrospiegel umgelenkten Laserstrahls unabhängig vom Ablenkwinkel zwischen der ersten, sammelnden Linsengruppe oder Linse und der zweiten, zerstreuenden Linsengruppe parallel zur optischen Achse verläuft. Die erste, sammelnde Linsengruppe oder Linse kann somit ein Kollimator sein. Dies hat den Vorteil, dass in einem Bereich, in dem der Laserstrahl parallel zur optischen Achse verläuft, weitere optische Bauelemente wie beispielsweise Strahlteiler und/oder Polarisationsfilter eingebaut werden können.In another possible embodiment, the expansion optics may comprise a first collecting lens group or lens and a second dispersive lens group. The first collecting lens group or lens may be disposed between the micromirror and the second dispersive lens group. The first collecting lens group or lens may be formed such that a beam path of the laser beam deflected by the micromirror is parallel to the optical axis independent of the deflection angle between the first collecting lens group or lens and the second dispersive lens group. The first collecting lens group or lens may thus be a collimator. This has the advantage that in a region in which the laser beam is parallel to the optical axis, further optical components such as beam splitters and / or polarizing filters can be installed.

Ein vorteilhaftes Detektionssystem kann eine Projektionsvorrichtung beschriebener Art umfassen und einen Detektor zum Detektieren von durch Streuung des Laserstrahls an einer Oberfläche eines Hindernisses innerhalb des abgetasteten Raumwinkelbereichs entstandenem Nachweislicht aufweisen. In guter Näherung kann für viele streuende Oberflächen angenommen werden, dass die Nachweislichtverteilung eine Cosinus-Verteilung (Lambert-Verteilung) ist. Somit kann eine Oberfläche, die sich im Raumwinkelbereich befindet, mit dem Detektor nachweisbar sein. Unter Verwendung gepulster Laser kann beispielsweise ein Laufzeitmessverfahren (TOF, time-of-flight) oder ein Phasendetektionsverfahren angewendet werden, mit Hilfe derer der Abstand der reflektierenden bzw. streuenden Oberfläche zum Detektor bestimmt werden kann. Die unabhängige Messung der Winkelstellung des Mikrospiegels und damit des Austrittswinkels des Laserstrahls in Verbindung mit der Abstandsbestimmung erlaubt die Lokalisierung der Oberfläche im Raumwinkelbereich.An advantageous detection system may comprise a projection device of the type described and a detector for detecting detection light produced by scattering of the laser beam on a surface of an obstacle within the scanned solid angle range. To a good approximation, it can be assumed for many scattering surfaces that the detection light distribution is a cosine distribution (Lambert distribution). Thus, a surface located in the solid angle range can be detectable with the detector. Using pulsed lasers, it is possible, for example, to use a time-of-flight method (TOF) or a phase detection method by means of which the distance of the reflecting or scattering surface from the detector can be determined. The independent measurement of the angular position of the micromirror and thus the exit angle of the laser beam in conjunction with the distance determination allows the localization of the surface in the solid angle range.

Ferner kann das Detektionssystem eine Optik für den Detektor aufweisen, die so gestaltet ist, dass das Nachweislicht auf eine Stelle des Detektors fällt, die von einer Richtung des die Aufweitungsoptik verlassenden Laserstrahls und/oder von einem Ort des Hindernisses unabhängig ist. Dies kann eine kompakte Bauweise des Detektionssystems ermöglichen, da Detektorarrays vermieden werden können und ein einzelner Detektor ausreichend ist.Furthermore, the detection system may have optics for the detector, which is designed such that the detection light falls on a point of the detector which is independent of a direction of the laser beam leaving the expansion optics and / or of a location of the obstacle. This may allow a compact design of the detection system because detector arrays can be avoided and a single detector is sufficient.

Die Optik für den Detektor kann insbesondere einen Kollimator zum Fokussieren des Nachweislichts auf den Detektor aufweisen. Der Brennpunkt des Kollimators kann in der Detektorebene liegen und somit gewährleisten, dass das Nachweislicht auf nur eine Stelle des Detektors fällt. Ferner kann eine Blende beispielsweise zwischen dem Detektor und dem Kollimator angeordnet sein, sodass ein maximaler Nachweiswinkel des Nachweislichts definiert werden kann.The optics for the detector may in particular comprise a collimator for focusing the detection light onto the detector. The focal point of the collimator may lie in the detector plane and thus ensure that the detection light falls on only one point of the detector. Furthermore, a diaphragm can be arranged, for example, between the detector and the collimator, so that a maximum detection angle of the detection light can be defined.

In einer weiteren Ausführung kann das Detektionssystem innerhalb der Aufweitungsoptik oder zwischen dem Mikrospiegel und der Aufweitungsoptik einen Strahlteiler zum Auskoppeln des Nachweislichts aufweisen. Besonders vorteilhaft kann eine Anordnung des Strahlteilers zwischen der ersten, sammelnden Linsengruppe oder Linse und der zweiten, zerstreuenden Linsengrupe sein, da ein Strahlengang des umgelenkten Laserstrahls hier parallel zur optischen Achse verläuft. So kann ein Teil des in die Aufweitungsoptik eintretenden Nachweislichts von dem Strahlteiler auf den Detektor abgelenkt werden. Typischerweise ist der Strahlteiler ein polarisierender Strahlteiler. Der polarisierende Strahlteiler kann einen Teil der passierenden Laserstrahlen durchlassen und einen weiteren Teil ablenken. Abgelenkte Strahlen können den polarisierenden Strahlteiler verlassen und danach beispielsweise absorbiert werden.In a further embodiment, the detection system can have a beam splitter for decoupling the detection light within the expansion optics or between the micromirror and the expansion optics. Particularly advantageous may be an arrangement of the beam splitter between the first, collecting lens group or lens and the second, dispersing lens group, since a beam path of the deflected laser beam here runs parallel to the optical axis. Thus, part of the detection light entering the expansion optics can be deflected by the beam splitter onto the detector. Typically, the beam splitter is a polarizing beam splitter. The polarizing beam splitter can pass a portion of the passing laser beams and deflect another part. Deflected beams can leave the polarizing beam splitter and then be absorbed, for example.

Vorteilhaft kann ferner ein Polarisationsfilter in einem Strahlengang zwischen der Laserlichtquelle und dem Strahlteiler angeordnet sein. Der Polarisationsfilter kann derart ausgebildet sein, dass er nur oder vornehmlich einen polarisierten Anteil des Laserstrahls transmittieren lässt, der vom polarisierenden Strahlteiler nicht reflektiert wird, sodass Störlicht im Strahlteiler vermeidbar sein kann. Dies hat den Vorteil, dass in den Detektor nur oder vorrangig Nachweislicht gelenkt werden kann und eine Messgenauigkeit erhöht werden kann.Advantageously, a polarization filter can furthermore be arranged in a beam path between the laser light source and the beam splitter. The polarization filter can be designed in such a way that it transmits only or predominantly a polarized portion of the laser beam that is not reflected by the polarizing beam splitter, so that stray light in the beam splitter can be avoidable. This has the advantage that in the detector only or primarily detection light can be directed and a measurement accuracy can be increased.

Zur weiteren Erhöhung der Messgenauigkeit und der Vermeidung von Störlicht können in den Strahlengang vor dem Detektor weitere optische Bauelemente, zum Beispiel ein Kantenfilter oder ein Interferenzfilter, eingebaut werden. Zur Unterdrückung von Tageslicht ist es auch möglich, die Zeitstruktur des Lasers auszunutzen.To further increase the measurement accuracy and the avoidance of stray light, further optical components, for example an edge filter or an interference filter, can be installed in the beam path in front of the detector. To suppress daylight, it is also possible to exploit the time structure of the laser.

In einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Detektionssystem eine Auswerteeinrichtung umfassen, die zum Zuordnen eines momentanen Ausgangssignals des Detektors zu der momentanen Auslenkung des Mikrospiegels und zum Ermitteln einer momentanen Richtung des die Aufweitungsoptik verlassenden Laserstrahls eingerichtet sein kann. So kann ein den Laserstrahl streuendes Hindernis im Raumwinkelbereich auf einer Winkelgeraden, die entlang der momentanen Richtung des die Aufweitungsoptik verlassenden Laserstrahls liegt, lokalisiert werden. Um einen Abstand des Hindernisses entlang der Winkelgeraden zu ermitteln, kann die Auswerteeinrichtung ferner einen Zeitpunkt eines Aussendens des Laserstrahls durch die Laserlichtquelle einem momentanen Eingangssignal des Detektors zuordnen.In an advantageous embodiment, the detection system may include an evaluation device, which may be set up to allocate a current output signal of the detector to the instantaneous deflection of the micromirror and to determine a current direction of the laser beam leaving the expansion optics. Thus, an obstacle scattering the laser beam in the solid angle region can be located on an angular straight line which lies along the instantaneous direction of the laser beam leaving the expansion optics. In order to determine a distance of the obstacle along the angular straight line, the evaluation device can also assign a time of a transmission of the laser beam by the laser light source to a current input signal of the detector.

In einer weiteren Ausführungsform können optische Materialien, beispielsweise CaF2 oder MgF2, die im nahen Infrarot-Bereich (NIR) lichtdurchlässig sind, für die Linsen und Detektoren verwendet werden. Auf diese Weise kann eine Beleuchtung von Oberflächen im NIR-Wellenlängenbereich, z.B. zwischen 0,8 µm -4 µm, möglich sein. In diesem Wellenlängenbereich ist der Nachweis vieler organischer Materialien möglich.In another embodiment, optical materials, such as CaF 2 or MgF 2, that are translucent in the near infrared (NIR) range may be used for the lenses and detectors. In this way, illumination of surfaces in the NIR wavelength range, e.g. between 0.8 μm -4 μm, be possible. In this wavelength range, the detection of many organic materials is possible.

Bei dem beschriebenen Detektionssystem mit der Aufweitungsoptik und der typischerweise zum Aussenden von Laserpulsen eingerichteten Laserlichtquelle kann es sich z.B. um ein LIDAR-System handeln. LIDAR-Systeme senden Laserimpulse aus und detektieren zurückgestreutes Licht. LIDAR-Systeme können in vielfältigen Anwendungsbereichen vorteilhaft sein, beispielsweise bei Fahrerassistenzsystemen für die Sensorik bei autonomem Fahren, Geschwindigkeitsmessungen von Fahrzeugen oder dem Nachweis von Wolken- oder Staubteilchen in der Luft, da sie genaue Messergebnisse generieren. Ein Detektionssystem mit dem erfindungsgemäßen Aufbau und einer Ausgestaltung als LIDAR-System ist besonders aufgrund des weiten, abtastbaren Raumwinkelbereichs, einer hohen Messgenauigkeit des LIDARS und dennoch kompakter Bauweise vorteilhaft.In the described detection system with the expansion optics and the laser light source typically configured to emit laser pulses, it can be e.g. to trade a LIDAR system. LIDAR systems emit laser pulses and detect backscattered light. LIDAR systems can be advantageous in a variety of applications, for example, in driver assistance systems for sensors in autonomous driving, speed measurements of vehicles or the detection of cloud or dust particles in the air, since they generate accurate measurement results. A detection system with the structure according to the invention and an embodiment as LIDAR system is particularly advantageous because of the wide, scannable solid angle range, a high measurement accuracy of the LIDAR and yet compact design.

Für ein Scannen bzw. Abtasten eines verhältnismäßig großen Raumwinkelbereichs ist ein Verfahren vorteilhaft, das mit einer Projektionsvorrichtung oder einem Detektionssystem der oben beschriebenen Art durchgeführt wird und bei dem der Laserstrahl durch die Laserlichtquelle erzeugt wird, auf den Mikrospiegel gerichtet wird und nach einer Reflexion durch den Mikrospiegel durch die Aufweitungsoptik fällt, wobei der Mikrospiegel zum Schwingen angeregt wird, sodass der Raumwinkelbereich durch den die Aufweitungsoptik verlassenden Laserstrahl gescannt wird.For scanning a relatively large solid angle range, a method performed with a projection device or a detection system of the type described above, in which the laser beam is generated by the laser light source, is directed to the micromirror, and after reflection by the laser Micro mirror passes through the expansion optics, wherein the micromirror is excited to vibrate, so that the solid angle range is scanned by the laser beam leaving the expansion optics.

Dieses Verfahren eignet sich z.B. zum Detektieren und Lokalisieren von Hindernissen innerhalb des genannten Raumwinkelbereichs und/oder für eine Analyse von Oberflächen solcher Hindernisse, wenn es mit der beschriebenen Detektionsvorrichtung durchgeführt wird und wenn durch Streuung des vorzugsweise gepulsten Laserstrahls an einer Oberfläche innerhalb des gescannten Raumwinkelbereichs verursachtes Nachweislicht durch den Detektor detektiert wird und ein Ausgangssignal des Detektors durch Erfassen einer momentanen Auslenkung des Mikrospiegels jeweils einer momentanen Richtung des die Aufweitungsoptik verlassenden Laserstrahls zugeordnet und zum Bestimmen eines Abstandes zur Oberfläche durch eine Laufzeit- oder Phasenmessung verwendet wird.This method is suitable e.g. for detecting and locating obstacles within said solid angle range and / or for analyzing surfaces of such obstacles when performed with the described detection device and detecting detection light caused by scattering of the preferably pulsed laser beam at a surface within the scanned solid angle range by the detector and an output signal of the detector is detected by detecting a momentary displacement of the micromirror respectively of a current direction of the laser beam leaving the expansion optics and used for determining a distance to the surface by a transit time or phase measurement.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Abbildungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung mit optionaler Strahlformungsoptik,
  • 2 eine schematische Darstellung der Projektionsvorrichtung mit der Strahlformungsoptik und einer ersten, sammelnden Linsengruppe,
  • 3 eine perspektivische Ansicht der Projektionsvorrichtung mit der Strahlformungsoptik und der ersten, sammelnden Linsengruppe und einem Strahlteiler,
  • 4 eine schematische Darstellung der Projektionsvorrichtung mit der Strahlformungsoptik, der ersten, sammelnden Linsengruppe und dem Strahlteiler,
  • 5 eine schematische Darstellung der Projektionsvorrichtung mit der Strahlformungsoptik, der ersten, sammelnden Linsengruppe, einem polarisierenden Strahlteiler und einem Polarisationsfilter,
  • 6 eine schematische Darstellung eines Detektionssystems mit einer Strahlformungsoptik, einer ersten, sammelnden Linsengruppe, einem Strahlteiler, einer Optik für den Detektor und einem Detektor und
  • 7 einen vergrößert dargestellten Ausschnitt des Detektionssystems aus 6.
Embodiments of the invention are illustrated in the figures and are explained in more detail in the following description. Show it:
  • 1 a schematic representation of a projection device with optional beam shaping optics,
  • 2 1 is a schematic representation of the projection device with the beam-shaping optical system and a first, collecting lens group,
  • 3 3 is a perspective view of the projection apparatus with the beam shaping optics and the first collecting lens group and a beam splitter,
  • 4 a schematic representation of the projection device with the beam shaping optics, the first, collecting lens group and the beam splitter,
  • 5 a schematic representation of the projection device with the beam shaping optics, the first, collecting lens group, a polarizing beam splitter and a polarizing filter,
  • 6 a schematic representation of a detection system with a beam shaping optics, a first, collecting lens group, a beam splitter, an optic for the detector and a detector and
  • 7 an enlarged section of the detection system from 6 ,

In 1 ist schematisch eine Projektionsvorrichtung mit einer Laserlichtquelle 1, einem Mikrospiegel 2, und einer Aufweitungsoptik 3 gezeigt. Die Laserlichtquelle 1 erzeugt einen Laserstrahl 4, der durch eine Strahlformungsoptik 5 auf den Mikrospiegel 2 trifft. Die 1 zeigt einen beispielhaften Strahlengang des Laserstrahls 4, der nach einer Umlenkung durch den Mikrospiegel 2 mit dem Bezugszeichen 6 gekennzeichnet ist. Die Strahlformungsoptik 5 ist ein Linsensystem, das geometrische Parameter des Laserstrahls 4, beispielsweise eine Rayleigh-Länge, einen Taillendurchmesser und eine Divergenz des Laserstrahls 4, definiert. Der Mikrospiegel 2 ist um zwei Achsen auslenkbar und Teil eines 2D-MEMS. In diesem Ausführungsbeispiel schwingt der Mikrospiegel um die zwei Torsionsachsen. Der Laserstrahl 6 ist mit einer Strahlrichtung bei einer Auslenkung des Mikrospiegels 2 mit einem maximalen Ablenkwinkel α, in dem der Laserstrahl 6 noch durch die Aufweitungsoptik 3 gelenkt wird, gezeigt. Ein Laserstrahl 7 zeigt beispielhaft einen weiteren Strahlengang bei einer Auslenkung des Mikrospiegels 2, in der der Laserstrahl 7 noch durch die Aufweitungsoptik 3 gelenkt wird. Der Mikrospiegel lenkt den Laserstrahl 6 bzw. 7 also aus einer optischen Achse 8 der Aufweitungsoptik 3 heraus. Die optische Achse 8 bildet eine Symmetrielinie der Aufweitungsoptik 3. Die Aufweitungsoptik 3 umfasst ein Linsensystem 9, das in diesem Beispiel aus drei Linsen besteht. Im in 1 gezeigten Beispiel handelt es sich bei den drei Linsen um zwei plankonkave und eine konvexkonkave Linse, das Linsensystem kann aber auch eine abweichende Linsenkombination und -anzahl aufweisen. Der Laserstrahl 6 verlässt die Aufweitungsoptik mit einem Austrittswinkel β. Der Austrittswinkel β ist größer als der Ablenkwinkel α. Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Austrittswinkel β beispielsweise 60 Grad, während der Ablenkwinkel α 10 Grad beträgt. In dem gezeigten Beispiel hat der Laserstrahl 6 unter einem Austrittswinkel von 60° und in einem Abstand von 10 m vom Austrittspunkt der optischen Achse aus der Aufweitungsoptik einen Durchmesser von 5 cm, unter einem Austrittswinkel von 0° beträgt der Durchmesser 1 cm. Eine Baulänge der Projektionsvorrichtung entlang der optischen Achse beträgt beispielsweise etwa 7 cm.In 1 schematically is a projection device with a laser light source 1 a micromirror 2 , and an expansion optics 3 shown. The laser light source 1 generates a laser beam 4 by a beam shaping optics 5 on the micromirror 2 meets. The 1 shows an exemplary beam path of the laser beam 4 , after a deflection by the micromirror 2 with the reference number 6 is marked. The beam shaping optics 5 is a lens system, the geometrical parameters of the laser beam 4 For example, a Rayleigh length, a waist diameter and a divergence of the laser beam 4 , Are defined. The micromirror 2 is deflectable about two axes and part of a 2D MEMS. In this embodiment, the micromirror oscillates about the two torsion axes. The laser beam 6 is with a beam direction at a deflection of the micromirror 2 with a maximum deflection angle α, in which the laser beam 6 still through the expansion optics 3 is shown, shown. A laser beam 7 shows an example of a further beam path at a deflection of the micromirror 2 in which the laser beam 7 still through the expansion optics 3 is steered. The micromirror directs the laser beam 6 respectively. 7 So from an optical axis 8th the expansion optics 3 out. The optical axis 8th forms a symmetry line of the expansion optics 3 , The expansion optics 3 includes a lens system 9 which in this example consists of three lenses. Im in 1 As shown, the three lenses are two plano-concave and one convex-concave, but the lens system may also have a different lens combination and number. The laser beam 6 leaves the expansion optics with an exit angle β. The exit angle β is greater than the deflection angle α. In the illustrated embodiment, the exit angle β, for example, 60 degrees, while the deflection angle α is 10 degrees. In the example shown, the laser beam has 6 at an exit angle of 60 ° and at a distance of 10 m from the exit point of the optical axis from the expansion optics a diameter of 5 cm, at an exit angle of 0 °, the diameter is 1 cm. An overall length of the projection device along the optical axis is for example about 7 cm.

2 zeigt die Projektionsvorrichtung aus 1 mit einer ersten, sammelnden Linsengruppe 10. Wiederkehrende Merkmale sind mit identischen Bezugszeichen versehen. Die erste, sammelnde Linsengruppe 10 ist zwischen dem Mikrospiegel 2 und einer zweiten, zerstreuenden Linsengruppe 11 angeordnet. Die erste, sammelnde Linsengruppe ist ein Kollimator, sodass ein Strahlengang des vom Mikrospiegel 2 umgelenkten Laserstahls 6 unabhängig vom Ablenkwinkel zwischen der ersten, sammelnden Linsengruppe 10 und der zweiten, zerstreuenden Linsengruppe 11 parallel zur optischen Achse 8 verläuft. Im in 2 gezeigten Beispiel ist eine Baulänge der Projektionsvorrichtung entlang der optischen Achse gegenüber dem Beispiel in 1 verkürzt. Eine Baulänge beträgt hier beispielsweise etwa 6 cm. 2 shows the projection device 1 with a first collecting lens group 10 , Recurring features are provided with identical reference numerals. The first, collecting lens group 10 is between the micromirror 2 and a second dispersive lens group 11 arranged. The first, collecting lens group is a collimator, so that a beam path of the micromirror 2 deflected laser steel 6 regardless of the angle of deflection between the first collecting lens group 10 and the second dispersive lens group 11 parallel to the optical axis 8th runs. Im in 2 In the example shown, an overall length of the projection device along the optical axis is opposite to that in FIG 1 shortened. An overall length is here for example about 6 cm.

3 illustriert die schematisch in 2 gezeigte Projektionsvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht, erweitert um einen Strahlteiler 12. Der Strahlteiler 12 ist zwischen der ersten, sammelnden Linsengruppe 10 und der zweiten, zerstreuenden Linsengruppe 11 angeordnet. In diesem Bereich verläuft ein Strahlengang parallel zur optischen Achse 8 (in 3 nicht gezeigt) der Aufweitungsoptik 3. Der Strahlteiler ist in diesem Beispiel als Strahlteilerwürfel ausgebildet, kann aber auch anderer Form sein. In 4 ist die Projektionsvorrichtung aus 3 in einer schematischen Darstellung gezeigt. 3 illustrates the schematic in 2 shown projection device in a perspective view, extended by a beam splitter 12 , The beam splitter 12 is between the first, collecting lens group 10 and the second dispersive lens group 11 arranged. In this area, a beam path runs parallel to the optical axis 8th (in 3 not shown) of the expansion optics 3 , The beam splitter is formed in this example as a beam splitter cube, but may also be other shape. In 4 is the projection device off 3 shown in a schematic representation.

5 zeigt die Projektionsvorrichtung aus 4 ebenfalls in schematischer Darstellung, erweitert um einen Polarisationsfilter 13. Der Polarisationsfilter 13 ist zwischen der ersten, sammelnden Linsengruppe 10 und dem Strahlteiler 12 angeordnet, sodass der Polarisationsfilter 13 wie auch der Strahlteiler 12 in dem Bereich angeordnet ist, in dem der Strahlengang des Laserstrahls 6 parallel zur optischen Achse 8 verläuft. Sowohl der Strahlteiler 12 als auch der Polarisationsfilter 13 können auch an anderer Stelle in die Aufweitungsoptik 3 integriert werden. Der Strahlteiler 12 ist in dem gezeigten Beispiel ein polarisierender Strahlteilerwürfel. Der Polarisationsfilter 13 vermeidet, dass Störlicht in den Strahlteiler 12 gelangt, indem der Polarisationsfilter 13 nur oder vornehmlich einen polarisierten Anteil des Laserstrahls 6 transmittieren lässt, der vom polarisierenden Strahlteiler nicht reflektiert wird. Da der Einbau eines Polarisationsfilters keine Auswirkung auf eine Richtung oder Geometrie des Laserstrahls 6 hat, entspricht die Richtung und Geometrie des Laserstrahls 6 denen aus der 4. 5 shows the projection device 4 also in a schematic representation, extended by a polarizing filter 13 , The polarization filter 13 is between the first, collecting lens group 10 and the beam splitter 12 arranged so that the polarizing filter 13 as well as the beam splitter 12 is arranged in the area in which the beam path of the laser beam 6 parallel to the optical axis 8th runs. Both the beam splitter 12 as well as the polarization filter 13 can also be elsewhere in the expansion optics 3 to get integrated. The beam splitter 12 is a polarizing beam splitter cube in the example shown. The polarization filter 13 avoids that stray light in the beam splitter 12 passes by the polarizing filter 13 only or predominantly a polarized portion of the laser beam 6 transmits, which is not reflected by the polarizing beam splitter. Since the installation of a polarizing filter has no effect on a direction or geometry of the laser beam 6 has, corresponds to the direction and geometry of the laser beam 6 those from the 4 ,

In 6 ist ein Detektionssystem gezeigt. Dieses Detektionssystem, bei dem es sich um ein LIDAR-System handelt, umfasst eine Projektionsvorrichtung mit einer Laserlichtquelle 1, einer Strahlformungsoptik 5, einem Mikrospiegel 2, einer ersten, sammelnden Linsengruppe 10 und einer zweiten, zerstreuenden Linsengruppe 11. Die Laserlichtquelle 1 erzeugt einen Laserstrahl 4, der durch eine Strahlformungsoptik 5 auf den Mikrospiegel 2 trifft. Nach einer Umlenkung durch den Mikrospiegel 2 ist der Laserstrahl mit dem Bezugszeichen 6 versehen. Der Laserstrahl 6 ist mit einer Strahlrichtung bei einer Auslenkung des Mikrospiegels 2 mit einem maximalen Ablenkwinkel, in dem der Laserstrahl 6 noch durch die Aufweitungsoptik 3 gelenkt wird, gezeigt. Das Detektionssystem umfasst ferner einen Strahlteiler 12, der zwischen der ersten, sammelnden Linsengruppe 10 und der zweiten, zerstreuenden Linsengruppe 11 derart angeordnet ist, dass durch Streuung des Laserstrahls 6 an einer Oberfläche 14 innerhalb des abgetasteten Raumwinkel entstandenes Nachweislicht 15 von dem Strahlteiler durch eine Optik 16 auf einen Detektor 17 abgelenkt wird. Der Laserstrahl 6 wird von dem Mikrospiegel 2 somit zunächst durch die erste, sammelnde Linsengruppe 10, folgend durch den Strahlteiler 12 und daraufhin in die zweite, zerstreuende Linsengruppe 11 gelenkt. Während der Laserstrahl den Strahlteiler 12 durchläuft, wird ein Teil des Laserlichts an den Oberflächen des Strahlteilers 12 reflektiert und bildet Störlicht 19. Dieses Störlicht 19 kann von einem zusätzlichen optischen Bauteil absorbiert werden oder beispielsweise durch einen vorgeschalteten Polarisationsfilter stark reduziert werden, wie in 5 gezeigt ist.In 6 a detection system is shown. This detection system, which is a LIDAR system, includes a projection device with a laser light source 1 , a beam shaping optics 5 a micromirror 2 , a first, gathering lens group 10 and a second dispersive lens group 11 , The laser light source 1 generates a laser beam 4 by a beam shaping optics 5 on the micromirror 2 meets. After a deflection by the micromirror 2 is the laser beam by the reference numeral 6 Mistake. The laser beam 6 is with a beam direction at a deflection of the micromirror 2 with a maximum deflection angle in which the laser beam 6 still through the expansion optics 3 is shown, shown. The detection system further comprises a beam splitter 12 that is between the first, collecting lens group 10 and the second dispersive lens group 11 is arranged such that by scattering of the laser beam 6 on a surface 14 Detection light generated within the scanned solid angle 15 from the beam splitter through optics 16 on a detector 17 is distracted. The laser beam 6 is from the micromirror 2 thus first by the first, collecting lens group 10 following through the beam splitter 12 and then into the second, dispersing lens group 11 directed. While the laser beam is the beam splitter 12 passes through, becomes a part of the laser light at the surfaces of the beam splitter 12 reflects and forms stray light 19 , This stray light 19 can be absorbed by an additional optical component or greatly reduced, for example, by an upstream polarizing filter as in 5 is shown.

Im gezeigten Beispiel trifft der Laserstrahl 6 nach der Aufweitungsoptik auf das Hindernis 14, an dem der Lasterstrahl 6 gestreut wird, sodass Nachweislicht 15 in die Aufweitungsoptik 3 fällt. Das Nachweislicht 15 strahlt durch die zweite, zerstreuende Linsengruppe 11 in dem Laserstrahl 6 entgegengesetzter Richtung und wird von dem Strahlteiler 12 durch eine Optik 16 für den Detektor gebündelt. Daraufhin trifft das Nachweislicht 15 unabhängig von einer Richtung des die Aufweitungsoptik verlassenden Laserstrahls 6 und/oder von einem Ort der Hindernisse 14 auf eine Stelle des Detektors 17. Aufgrund des Strahlteilers 12 gelangt nur etwa 50 Prozent des Nachweislichts 15 in den Detektor 17. Das Nachweislicht 15 ist in 6 als zwei Strahlenbänder dargestellt, die im Strahlteilerwürfel jeweils zu einem Teil durch den Kollimator 16 auf den Detektor fokussiert werden und zu einem weiteren Teil den Strahlteiler 12 unabgelenkt durchstrahlen. Eine Blende 18, die zwischen dem Detektor 17 und der Optik 16 angeordnet ist, verbessert das Signal-Rausch-Verhalten von Nachweislicht 15 zum Untergrund.In the example shown, the laser beam hits 6 after the expansion optics on the obstacle 14 at which the vice beam 6 is scattered, so proof light 15 in the expansion optics 3 falls. The proof light 15 radiates through the second, dispersing lens group 11 in the laser beam 6 opposite direction and is from the beam splitter 12 through an optic 16 bundled for the detector. Then the proof light hits 15 regardless of a direction of the laser beam leaving the expansion optics 6 and / or from a place of obstacles 14 to one point of the detector 17 , Due to the beam splitter 12 only gets about 50 Percent of the detection light 15 into the detector 17 , The proof light 15 is in 6 represented as two bands of rays, in the beam splitter cube in each case to a part through the collimator 16 be focused on the detector and to another part of the beam splitter 12 shine through without distraction. A panel 18 between the detector 17 and the optics 16 is arranged, improves the signal-to-noise behavior of detection light 15 to the underground.

Das Detektionssystem in 6 umfasst zudem eine Auswerteeinrichtung, die jedoch nicht gezeigt ist. Die Auswerteeinrichtung ordnet ein momentanes Ausgangssignal des Detektors 17 einer momentanen Spiegelauslenkung des Mikrospiegels 2 zu, um eine momentane Richtung des die Aufweitungsoptik 3 verlassenden Laserstrahls 6 zu ermitteln. Die Auswerteeinrichtung ordnet ferner der momentanen Richtung des die Aufweitungsoptik 3 verlassenden Laserstrahls 6 einen Zeitpunkt eines Erzeugens des Laserstrahls 4 zu und ermittelt so eine Laserlichtzeit, die ein Zeitintervall beschreibt, das zwischen einer Aussendung des Laserstrahls 4 durch die Laserlichtquelle 1 und einer Detektion von resultierendem Nachweislicht 15 auf dem Detektor 17 vergeht. Aus dieser Information kann mittels eines Algorithmus eine Entfernung des Hindernisses entlang der Richtung des die Aufweitungsoptik 3 verlassenden Laserstrahls 6 ermittelt werden. Somit lokalisiert die Auswerteeinrichtung das Hindernis 14.The detection system in 6 also includes an evaluation, which is not shown. The evaluation device orders a momentary output signal of the detector 17 a momentary mirror deflection of the micromirror 2 to give a momentary direction of the expansion optics 3 leaving laser beam 6 to investigate. The evaluation device also assigns the current direction of the expansion optics 3 leaving laser beam 6 a timing of generating the laser beam 4 and thus determines a laser light time which describes a time interval between a transmission of the laser beam 4 through the laser light source 1 and a detection of resulting detection light 15 on the detector 17 passes. From this information, by means of an algorithm, a distance of the obstacle along the direction of the expansion optics 3 leaving laser beam 6 be determined. Thus, the evaluation locates the obstacle 14 ,

In 7 ist ein vergrößerter Ausschnitt des Detektionssystems aus 6 gezeigt. Die Laserlichtquelle 1, die Strahlformungsoptik 5, der Mikrospiegel 2 und die erste, sammelnde Linsengruppe 10 sind zur besseren Übersichtlichkeit nicht gezeigt. Zudem ist nur ein Strahlengang des Nachweislichts 15 eingezeichnet, nicht aber der Laserstrahl 4 beziehungsweise 6.In 7 is an enlarged section of the detection system 6 shown. The laser light source 1 , the beam shaping optics 5 , the micromirror 2 and the first collecting lens group 10 are not shown for clarity. In addition, only one beam path of the detection light 15 drawn, but not the laser beam 4 respectively 6 ,

Claims (14)

Projektionsvorrichtung zum Abtasten eines Raumwinkelbereichs mittels eines Laserstrahls (6), umfassend eine Laserlichtquelle (1) zum Erzeugen des Laserstrahls (4), einen um zwei Achsen auslenkbaren Mikrospiegel (2) zum Umlenken des Laserstrahls und eine Aufweitungsoptik (3) zum Aufweiten des abtastbaren Winkelbereichs mit einer optischen Achse (8), längs derer der vom Mikrospiegel (2) umgelenkte Laserstrahl (6) in einer Grundstellung des Mikrospiegels abgestrahlt wird, wobei ein Linsensystem der Aufweitungsoptik (3) so gestaltet ist, dass ein Austrittswinkel (β), unter dem der Laserstrahl (6) die Aufweitungsoptik (3) verlässt, größer ist als ein Ablenkwinkel (a), um den der vom Mikrospiegel (2) umgelenkte Laserstrahl (6) vor der Aufweitungsoptik (3) durch eine Auslenkung des Mikrospiegels (2) aus der optischen Achse (8) herausgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufweitungsoptik (3) eine erste, sammelnde Linsengruppe (10) oder Linse aufweist, die zwischen dem Mikrospiegel (2) und einer zweiten, zerstreuenden Linsengruppe (11) der Aufweitungsoptik angeordnet ist, wobei die erste, sammelnde Linsengruppe (10) oder Linse und die zweite, zerstreuende Linsengruppe (11) so gestaltet sind, dass ein Strahlengang des vom Mikrospiegel (2) umgelenkten Laserstrahls (6) unabhängig vom Ablenkwinkel (a) zwischen der ersten, sammelnden Linsengruppe (10) oder Linse und der zweiten, zerstreuenden Linsengruppe (11) parallel zur optischen Achse (8) verläuft.Projection device for scanning a solid angle range by means of a laser beam (6), comprising a laser light source (1) for generating the laser beam (4), a micromirror (2) deflectable about two axes for deflecting the laser beam, and expansion optics (3) for expanding the scannable angular range with an optical axis (8), along which the laser beam (6) deflected by the micromirror (2) is radiated in a basic position of the micromirror, a lens system of the expansion optics (3) being designed such that an exit angle (β), below which the laser beam (6) leaves the expansion optics (3) is greater than a deflection angle (a) by the laser beam (6) deflected by the micromirror (2) before the expansion optics (3) by a deflection of the micromirror (2) from the optical axis (8) is deflected, characterized in that the expansion optics (3) has a first, collecting lens group (10) or lens which is located between the micromirror el (2) and a second, dispersing lens group (11) of the expansion optics, wherein the first, collecting lens group (10) or lens and the second, dispersing lens group (11) are designed such that a beam path of the micromirror (2 ) deflected laser beam (6) regardless of the deflection angle (a) between the first collecting lens group (10) or lens and the second, dissipating lens group (11) parallel to the optical axis (8). Projektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrospiegel (2) Teil eines MEMS ist.Projection device according to Claim 1 , characterized in that the micromirror (2) is part of a MEMS. Projektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsensystem eine Fisheye-Optik ist.Projection device according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the lens system is a fisheye optic. Projektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Laserlichtquelle (1) und dem Mikrospiegel (2) eine Strahlformungsoptik (5) zum Erhöhen der Strahlqualität derart angeordnet ist, dass der von der Laserlichtquelle (1) erzeugte Laserstrahl (4) vor dem Umlenken durch den Mikrospiegel (2) die Strahlformungsoptik (5) durchläuft.Projection device according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that between the laser light source (1) and the micromirror (2) a beam shaping optics (5) for increasing the beam quality is arranged such that the laser beam generated by the laser light source (1) (4) before deflecting by the micromirror ( 2) passes through the beam shaping optics (5). Detektionssystem, umfassend eine Projektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 sowie einen Detektor (17) zum Detektieren von durch Streuung des Laserstrahls (6) an einer Oberfläche (14) innerhalb des abgetasteten Raumwinkelbereichs entstandenem Nachweislicht (15).A detection system comprising a projection apparatus according to any one of Claims 1 to 4 and a detector (17) for detecting detection light (15) formed by scattering the laser beam (6) on a surface (14) within the scanned solid angle range. Detektionssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Optik (16) für den Detektor aufweist, die so gestaltet ist, dass das Nachweislicht (15) auf eine Stelle des Detektors (17) fällt, die von einer Richtung des die Aufweitungsoptik verlassenden Laserstrahls (6) und/oder von einem Ort der Oberfläche (14) unabhängig ist.Detection system after Claim 5 characterized in that it comprises an optical system (16) for the detector, which is designed such that the detection light (15) falls on a position of the detector (17) which is incident from a direction of the laser beam (6) leaving the expansion optics or independent of a location of the surface (14). Detektionssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik (16) für den Detektor (17) einen Kollimator zum Fokussieren des Nachweislichts (15) auf den Detektor (17) aufweist.Detection system after Claim 6 , characterized in that the optics (16) for the detector (17) comprises a collimator for focusing the detection light (15) on the detector (17). Detektionssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Aufweitungsoptik (3) oder zwischen dem Mikrospiegel (2) und der Aufweitungsoptik (3) ein Strahlteiler (12) zum Auskoppeln des Nachweislichts (15) angeordnet ist.Detection system according to one of Claims 5 to 7 , characterized in that within the widening optics (3) or between the micromirror (2) and the widening optics (3) a beam splitter (12) for decoupling the detection light (15) is arranged. Detektionssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlteiler (12) zwischen der ersten Linsengruppe (10) oder Linse und der zweiten Linsengruppe (11) angeordnet ist.Detection system after Claim 8 , characterized in that the beam splitter (12) between the first lens group (10) or lens and the second lens group (11) is arranged. Detektionssystem nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Strahlgang zwischen der Laserlichtquelle (1) und dem Strahlteiler (12) ein Polarisationsfilter (13) angeordnet ist, der zum Vermeiden von Störlicht (19) nur einen polarisierten Anteil des Laserstrahls transmittieren lässt, der vom polarisierenden Strahlteiler nicht reflektiert wird.Detection system according to one of Claims 8 or 9 , characterized in that in a beam path between the laser light source (1) and the beam splitter (12), a polarization filter (13) is arranged, which can only transmit a polarized portion of the laser beam to avoid interference light (19), not from the polarizing beam splitter is reflected. Detektionssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 10, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinrichtung, eingerichtet zum Zuordnen eines momentanen Ausgangssignals des Detektors (17) zu der momentanen Auslenkung des Mikrospiegels (2) zum Ermitteln einer momentanen Richtung des die Aufweitungsoptik (3) verlassenden Laserstrahls (6).Detection system according to one of Claims 5 to 10 , characterized by an evaluation device, arranged for assigning a current output signal of the detector (17) to the instantaneous deflection of the micromirror (2) for determining a current direction of the laser beam (6) leaving the expansion optics (3). Detektionssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es ein LIDAR-System ist.Detection system according to one of Claims 5 to 11 , characterized in that it is a LIDAR system. Verfahren zum Abtasten eines Raumwinkelbereichs mit einem Laserstrahl (6) mittels einer Projektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder eines Detektionssystems nach einem der Ansprüche 5 bis 12, bei dem der Laserstrahl (6) durch die Laserlichtquelle (1) erzeugt wird, auf den Mikrospiegel (2) gerichtet wird und nach einer Reflexion durch den Mikrospiegel (2) durch die Aufweitungsoptik (3) fällt, wobei der Mikrospiegel (2) zum Schwingen angeregt wird, sodass der Raumwinkelbereich durch den die Aufweitungsoptik (3) verlassenden Laserstrahl (6) gescannt wird.Method for scanning a solid angle range with a laser beam (6) by means of a projection device according to one of Claims 1 to 4 or a detection system according to one of Claims 5 to 12 in which the laser beam (6) is generated by the laser light source (1), is directed onto the micromirror (2) and, after being reflected by the micromirror (2), passes through the expansion optics (3), the micromirror (2) for Oscillation is excited, so that the solid angle range is scanned by the expansion lens (3) leaving the laser beam (6). Verfahren nach Anspruch 13, sofern dieser auf einen der Ansprüche 5 bis 12 rückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass durch Streuung des Laserstrahls (6) an einer Oberfläche (14) innerhalb des gescannten Raumwinkelbereichs verursachtes Nachweislicht (15) durch den Detektor (17) detektiert wird, wobei ein Ausgangssignal des Detektors (17) durch Erfassen einer momentanen Auslenkung des Mikrospiegels (2) jeweils einer momentanen Richtung des die Aufweitungsoptik (3) verlassenden Laserstrahls (6) zugeordnet und zum Bestimmen eines Abstandes zur Oberfläche (14) durch eine Laufzeit- oder Phasenmessung verwendet wird.Method according to Claim 13 , provided that one of the Claims 5 to 12 is referenced, characterized in that by scattering of the laser beam (6) on a surface (14) within the scanned solid angle range caused detection light (15) by the detector (17) is detected, wherein an output signal of the detector (17) by detecting a current Deflection of the micromirror (2) each associated with a current direction of the expansion optics (3) leaving the laser beam (6) and used to determine a distance to the surface (14) by a transit time or phase measurement.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018117940A1 (en) * 2018-07-25 2020-01-30 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Sending unit for an optical object detection device and corresponding optical object detection device
CN109870699A (en) * 2019-04-03 2019-06-11 深圳市镭神智能系统有限公司 A kind of laser radar
CN111337900B (en) * 2020-03-27 2022-04-22 广东博智林机器人有限公司 Laser radar ranging system and laser radar
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4282431A (en) 1979-10-18 1981-08-04 E. I. Du Pont De Nemours And Company Bar code scanner
DE69428716T2 (en) 1993-06-28 2002-07-11 Audio Visual Imagineering Inc PROJECTION SYSTEM FOR MOVING IMAGES
DE102007045334A1 (en) 2007-09-22 2009-04-09 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Measuring system for determining displacement of measuring objects, has mirror for deflecting sending signals on object and/or receiving beams in direction of receiving device, and position detection unit for determining position of mirror
US20120168605A1 (en) 2008-08-08 2012-07-05 Mirrorcle Technologies, Inc. Device for optical imaging, tracking, and position measurement with a scanning mems mirror
US20120275002A1 (en) 2011-04-27 2012-11-01 Hitachi Media Electronics Co., Ltd. Scan type image display device
EP2514211B1 (en) 2009-12-14 2014-03-26 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Deflection system for a projection device, projection device for projecting an image and method for actuating a deflection system for a projection device
DE202012012948U1 (en) 2011-11-22 2014-05-26 DüRR DENTAL AG Device for reading a storage film
DE102012025281A1 (en) 2012-12-21 2014-06-26 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Optical object detection device with a MEMS and motor vehicle with such a detection device

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4282431A (en) 1979-10-18 1981-08-04 E. I. Du Pont De Nemours And Company Bar code scanner
DE69428716T2 (en) 1993-06-28 2002-07-11 Audio Visual Imagineering Inc PROJECTION SYSTEM FOR MOVING IMAGES
DE102007045334A1 (en) 2007-09-22 2009-04-09 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Measuring system for determining displacement of measuring objects, has mirror for deflecting sending signals on object and/or receiving beams in direction of receiving device, and position detection unit for determining position of mirror
US20120168605A1 (en) 2008-08-08 2012-07-05 Mirrorcle Technologies, Inc. Device for optical imaging, tracking, and position measurement with a scanning mems mirror
EP2514211B1 (en) 2009-12-14 2014-03-26 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Deflection system for a projection device, projection device for projecting an image and method for actuating a deflection system for a projection device
US20120275002A1 (en) 2011-04-27 2012-11-01 Hitachi Media Electronics Co., Ltd. Scan type image display device
DE202012012948U1 (en) 2011-11-22 2014-05-26 DüRR DENTAL AG Device for reading a storage film
DE102012025281A1 (en) 2012-12-21 2014-06-26 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Optical object detection device with a MEMS and motor vehicle with such a detection device

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