DE102018203315A1 - Vorrichtung zur scannenden Abstandsermittlung eines Objekts - Google Patents

Vorrichtung zur scannenden Abstandsermittlung eines Objekts Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur scannenden Abstandsermittlung eines Objekts, mit einer Lichtquelle (110, 210, 310) zum Aussenden eines optischen Signals (111, 211, 311) mit zeitlich variierender Frequenz, einer Auswerteeinrichtung zur Ermittlung eines Abstandes des Objekts (140, 240, 340) auf Basis eines aus dem Signal hervorgegangenen, an dem Objekt reflektierten Messsignals (121, 221, 321) und eines nicht an dem Objekt reflektierten Referenzsignals (122, 222, 322), und einem dispersiven Element (131, 231, 331), welches eine frequenzselektive Winkelverteilung des Messsignals (121, 221, 321) bewirkt, wobei hierdurch erzeugte Teilsignale unter voneinander verschiedenen Winkeln zu dem Objekt (140, 240, 340) gelenkt werden.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur scannenden Abstandsermittlung eines Objekts. Die Vorrichtung kann zur Ermittlung von Abständen sowohl bewegter als auch unbewegter Objekte und insbesondere zur Ermittlung der Topographie bzw. Form eines räumlich ausgedehnten dreidimensionalen Objekts verwendet werden.
  • Stand der Technik
  • Zur optischen Abstandsmessung von Objekten ist u.a. ein auch als LIDAR bezeichnetes Messprinzip bekannt, bei welchem ein in seiner Frequenz zeitlich verändertes optisches Signal zu dem betreffenden Objekt hin ausgestrahlt und nach an dem Objekt erfolgter Rückreflexion ausgewertet wird.
  • 6a zeigt lediglich in schematischer Darstellung einen für sich bekannten prinzipiellen Aufbau, in welchem ein von einer Lichtquelle 610 ausgesandtes Signal 611 mit zeitlich veränderter Frequenz (auch als „Chirp“ bezeichnet) in zwei Teilsignale aufgespalten wird, wobei diese Aufspaltung z.B. über einen nicht dargestellten teildurchlässigen Spiegel erfolgt. Die beiden Teilsignale werden über einen Signalkoppler 650 gekoppelt und an einem Detektor 660 einander überlagert, wobei das erste Teilsignal als Referenzsignal 622 ohne Reflexion an dem mit „640“ bezeichneten Objekt zum Signalkoppler 650 und zum Detektor 660 gelangt. Das zweite am Signalkoppler 650 bzw. am Detektor 660 eintreffende Teilsignal verläuft hingegen als Messsignal 621 über einen optischen Zirkulator 620 und einen Scanner 630 zum Objekt 640, wird von diesem zurückreflektiert und gelangt somit im Vergleich zum Referenzsignal 622 mit einer Zeitverzögerung und entsprechend veränderter Frequenz zum Signalkoppler 650 und zum Detektor 660.
  • Über eine (nicht dargestellte) Auswerteeinrichtung wird das vom Detektor 660 gelieferte Detektorsignal relativ zur Messvorrichtung bzw. der Lichtquelle 610 ausgewertet, wobei die zu einem bestimmten Zeitpunkt erfasste, im Diagramm von 6b dargestellte Differenzfrequenz 631 zwischen Messsignal 621 und Referenzsignal 622 charakteristisch für den Abstand des Objekts 640 von der Messvorrichtung bzw. der Lichtquelle 610 ist. Gemäß 6b kann dabei zum Erhalt zusätzlicher Information hinsichtlich der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Objekt 640 und der Messvorrichtung bzw. der Lichtquelle 610 der zeitabhängige Frequenzverlauf des von der Lichtquelle 610 ausgesandten Signals 611 auch so beschaffen sein, dass zwei Abschnitte vorliegen, in denen die zeitliche Ableitung der von der Lichtquelle 610 erzeugten Frequenz zueinander entgegengesetzt ist.
  • In der Praxis besteht ein Bedarf, auch bei in größeren Abständen befindlichen (ggf. auch bewegten) Objekten, bei welchen es sich z.B. um Fahrzeuge im Straßenverkehr handeln kann, eine möglichst genaue und zuverlässige Abstandsmessung zu realisieren. Dabei ist im Hinblick auf eine möglichst hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Vorrichtung zur Abstandsermittlung weiter wünschenswert, beim Abscannen des jeweiligen Objekts den Einsatz beweglicher Komponenten wie Scan- bzw. Ablenkspiegel zu vermeiden oder zu minimieren.
  • Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf US 2016/0299228 A1 verwiesen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Vor dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur scannenden Abstandsermittlung eines Objekts bereitzustellen, welche auch für ein in vergleichsweise großer Entfernung (z.B. von mehreren 100m) befindliches Objekt eine möglichst genaue und zuverlässige Abstandsmessung ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur scannenden Abstandsermittlung eines Objekts weist auf:
    • - eine Lichtquelle zum Aussenden eines optischen Signals mit zeitlich variierender Frequenz;
    • - eine Auswerteeinrichtung zur Ermittlung eines Abstandes des Objekts auf Basis eines aus dem Signal hervorgegangenen, an dem Objekt reflektierten Messsignals und eines nicht an dem Objekt reflektierten Referenzsignals; und
    • - ein dispersives Element, welches eine frequenzselektive Winkelverteilung des Messsignals bewirkt, wobei hierdurch erzeugte Teilsignale unter voneinander verschiedenen Winkeln zu dem Objekt gelenkt werden.
  • Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, in einer Vorrichtung zur Abstandsermittlung eines Objekts ausgehend von dem anhand von 6a-6b beschriebenen Prinzip ein Abscannen des Objekts dadurch zu realisieren, dass im Signalweg noch vor dem Objekt über ein dispersives Element eine Winkelverteilung sowie gegebenenfalls räumliche Verteilung der im von einer Lichtquelle ausgesandten optischen Signal vorhandenen, unterschiedlichen Frequenzen bewirkt wird, wobei diese Frequenzen (bzw. die die jeweiligen Frequenzen aufweisenden Teilstrahlen) - wie im Weiteren noch beschrieben gegebenenfalls angepasst über ein optionales optisches System - mit unterschiedlichen Kipp bzw. unter unterschiedlichen Winkeln auf das Objekt gelenkt werden.
  • Im Ergebnis wird auf diese Weise effektiv ein Abscannen des Objekts erzielt, ohne dass hierzu bewegliche Komponenten wie Scan- bzw. Ablenkspiegel benötigt werden. Infolgedessen werden auch mit der Verwendung solcher beweglicher Komponenten typischerweise verbundene Probleme, insbesondere Ausfallrisiken und damit einhergehende Einschränkungen der Zuverlässigkeit und der Lebensdauer der Vorrichtung, vermieden. Zugleich wird ein besonders kompakter Aufbau ermöglicht.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist bezogen auf den Signalweg vor dem dispersiven Element ein kollimierendes optisches Element angeordnet. Durch ein solches optionales kollimierendes optisches Element kann erforderlichenfalls ein möglichst kollimierter Strahlengang beim Auftreffen auf das dispersive Element sichergestellt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist zwischen dem dispersiven Element und dem Objekt ein optisches System zur Anpassung der jeweiligen Winkel, unter denen die Teilsignale zu dem Objekt gelenkt werden, vorgesehen.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist das optische System eine erste Linse und eine zweite Linse auf. Dabei kann insbesondere das dispersive Element in einer ersten Brennebene der ersten Linse angeordnet sein. Gemäß einer Ausführungsform entspricht weiter eine Feldebene dieses optischen Systems einer ersten Brennebene der zweiten Linse.
  • In dem vorstehend beschriebenen Aufbau werden zunächst die voneinander verschiedenen Winkel der über das dispersive Element durch frequenzselektive Winkelaufteilung des Messsignals erzeugten Teilsignale von der ersten Linse in unterschiedliche Orte einer Feldebene übersetzt, welche wiederum über die zweite Linse in eine Winkelverteilung übersetzt werden. Die den unterschiedlichen Frequenzen entsprechenden Teilstrahlen treten hierbei zu unterschiedlichen Zeitpunkten auf (d.h. die über das dispersive Element in einer Feldebene bereitgestellten unterschiedlichen Orte leuchten zu unterschiedlichen Zeitpunkten).
  • Auch bei dieser Ausgestaltung wird das gewünschte Abscannen des Objekts somit ohne Erfordernis von beweglichen Komponenten wie Scan- bzw. Ablenkspiegeln bereits dadurch erreicht, dass entsprechend der zeitlichen Variation der Frequenz des von der Lichtquelle ausgesandten optischen Signals unterschiedliche Feldpunkte (entsprechend der durch das dispersive Element und die erste Linse bereitgestellten frequenzselektiven räumliche Verteilung) zeitlich sequentiell aufleuchten, wobei diese örtliche Variation durch die zweite Linse des optischen Systems wiederum in eine Winkelverteilung übersetzt wird.
  • Bei im Rahmen der Erfindung hinsichtlich ihres Abstandes von der erfindungsgemäßen Vorrichtung vermessenen Objekten kann es sich lediglich beispielhaft (und ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) um Roboterkomponenten wie Roboterarme oder auch um im Straßenverkehr bzw. Automobilbereich relevante Objekte (z.B. Fremdfahrzeuge) handeln. Dabei kann auch über die Abstandsermittlung hinaus auch z.B. eine Geschwindigkeitsermittlung (wie als solches z.B. aus US 2016/0299228 A1 bekannt) erfolgen.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist das dispersive Element ein AWG (= „array waveguide grating“= „Wellenleiterstruktur-Array“) auf. Der Einsatz eines solchen AWG ist insofern besonders vorteilhaft, als eine (wafer-)integrierte und somit besonders kompakte Bauweise ermöglicht wird. Das AWG kann insbesondere wenigstens 120 Kanäle, insbesondere wenigstens 240 Kanäle, aufweisen. Mit einer entsprechend hohen Anzahl von Kanälen kann die Dispersion des dispersiven Elements und damit die Geschwindigkeit des Abscannens weiter gesteigert werden.
  • Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Realisierung der frequenzselektiven räumlichen Aufteilung über ein AWG beschränkt. In weiteren Ausführungsformen kann auch ein anderes, die frequenzselektive räumliche Aufteilung bewirkendes dispersives Element, beispielsweise ein Prisma, ein Beugungsgitter bzw. Bragg-Gitter oder ein räumlicher Lichtmodulator (z.B. ein akustischer oder elektrooptischer Modulator) verwendet werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist das dispersive Element ein Array von sich in zwei zueinander senkrechten Raumrichtungen erstreckenden, periodischen Strukturen auf. Dabei kann eine Periodenlänge dieser periodischen Strukturen insbesondere im Bereich von 50µm bis 150µm, insbesondere im Bereich von 80µm bis 120µm, liegen.
  • Mit einer solchen zweidimensionalen Ausgestaltung kann auch ein zweidimensionales (d.h. in x- Richtung wie in y-Richtung erfolgendes) Abscannen des Objekts ohne Erfordernis beweglicher Komponenten wie Scan- bzw. Ablenkspiegel durchgeführt werden mit der Folge, dass insgesamt hohe Scanraten bei zugleich hoher Zuverlässigkeit und kompaktem Aufbau erzielt werden können.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Figurenliste
  • Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform;
    • 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer weiteren Ausführungsform;
    • 3a-3c schematische Darstellungen zur weiteren Erläuterung von Aufbau und Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer weiteren Ausführungsform;
    • 4a-4b schematische Darstellungen zur Erläuterung möglicher Ausführungsbeispiele der Erfindung;
    • 5 eine schematische Darstellungen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
    • 6a-6b schematische Darstellung zur Erläuterung von Aufbau und Wirkungsweise einer herkömmlichen Vorrichtung zur Abstandsermittlung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Weiteren werden Aufbau und Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die schematische Darstellung in 1 beschrieben.
  • Gemäß 1 weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zunächst ausgehend von dem bereits anhand von 6a-6b beschriebenen, herkömmlichen Konzept eine Lichtquelle 110 zum Aussenden eines optischen Signals 111 mit zeitlich variierender Frequenz („chirp“) auf. Die Lichtquelle 110 kann lediglich beispielhaft eine (zentrale) Wellenlänge von 1550nm±100nm aufweisen. Weitere Wellenlängen bzw. Bandbreiten (z.B. 910nm±50nm) sind ebenfalls möglich. Gemäß dem im oberen linken Teil von 1 eingezeichneten Diagramm weist das optische Signal 111 im Ausführungsbeispiel einen Frequenzverlauf mit linearer Zeitabhängigkeit auf. In Ausführungsformen der Erfindung können auch Abschnitte mit zueinander entgegengesetzter zeitlicher Ableitung der Frequenz analog zu 6b verwendet werden.
  • In ebenfalls zum herkömmlichen Konzept von 6a-6b analoger Weise erfolgt gemäß 1 eine Aufspaltung des von der Lichtquelle 110 ausgesandten Signals 111 z.B. über einen nicht dargestellten teildurchlässigen Spiegel. Von diesen Teilsignalen wird ein im Weiteren auch als „Messsignal“ 121 bezeichnetes Teilsignal über einen optischen Zirkulator 120 wie im Weiteren beschrieben auf ein hinsichtlich seines Abstandes von der Vorrichtung zu vermessendes Objekt 140 gelenkt, wohingegen das andere der beiden Teilsignale wie im Weiteren beschrieben als Referenzsignal 122 für die weitere Auswertung verwendet wird.
  • Gemäß 1 trifft ein (dem Messsignal 121 entsprechender) Strahl 101, welcher zu unterschiedlichen Zeitpunkten unterschiedliche Frequenzen f1 , f2 , f3 , f4 ,... aufweist, auf ein Dispersionselement 131, von welchem aus unterschiedliche Frequenzen (d.h. die jeweiligen Frequenzen aufweisende Teilstrahlen) in voneinander verschiedene Richtungen (entsprechend voneinander verschiedenen Winkeln ϕ1, ϕ2, ϕ3, ϕ4,...) zum Objekt 140 hin abgelenkt werden. Hierdurch wird effektiv ein Abscannen des Objekts 140 ohne Erfordernis beweglicher Komponenten wie Scan- oder Ablenkspiegel erzielt.
  • Gemäß 1 erfolgt in einem Koppler 145 die Zusammenführung der wie vorstehend beschrieben aus dem Messsignal 121 erzeugten Teilsignale 121a, 121b, 121c, 121d,... mit dem Referenzsignal 122 mit der Folge, dass die durch eine nachfolgende Detektoranordnung 150 erzeugten Detektorsignale jeweils - wie im rechten unteren Teil von 1 angedeutet - für die Differenzfrequenz zwischen der Frequenz des jeweiligen Teilsignals und der Frequenz des Referenzsignals charakteristisch sind. Dabei weisen in dem im rechten unteren Teil von 1 gezeigten Diagramm die Teilsignale 121a, 121b, 121c bzw. 121d jeweils die mittlere Frequenz f1 , f2 , f3 bzw. f4 auf. Im Ergebnis kann für jeden der Winkel ϕ1, ϕ2, ϕ3, ϕ4, ... das entsprechende Differenzsignal und damit wiederum der gesuchte Abstand des Objekts 140 ermittelt werden.
  • 2 zeigt eine weitere Ausführungsform, wobei zu 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „100“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind. Gemäß 2 ist bezogen auf den Signalweg vor dem dispersiven Element 231 ein kollimierendes optisches Element 225 angeordnet, durch welches erforderlichenfalls ein möglichst kollimierter Strahlengang beim Auftreffen auf das dispersive Element sichergestellt werden kann.
  • 3a zeigt eine weitere Ausführungsform, wobei zu 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „200“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind.
  • Gemäß 3a ist zwischen dem dispersiven Element 331 und dem Objekt 340 ein optisches System vorgesehen. Dieses optische System erlaubt wie im Weiteren beschrieben eine Anpassung der jeweiligen Winkel, unter denen die durch frequenzselektive räumliche Aufteilung des Messsignals erzeugten Teilsignale zu dem Objekt 340 gelenkt werden.
  • Gemäß 3a weist das optische System eine erste Linse 332 und eine zweite Linse 334 auf. Dabei ist das dispersive Element 331 in einer ersten Brennebene FP1 der ersten Linse 332 angeordnet. Des Weiteren entspricht eine Feldebene 333 des optischen Systems einer ersten Brennebene der zweiten Linse 334.
  • Gemäß 3b trifft ein (dem Messsignal 321 entsprechender) Strahl 301, welcher zu unterschiedlichen Zeitpunkten unterschiedliche Frequenzen f1 , f2 , f3 , f4 ,... aufweist, auf das Dispersionselement 331, von welchem aus unterschiedliche Frequenzen (d.h. die jeweiligen Frequenzen aufweisende Teilstrahlen) in voneinander verschiedene Richtungen (entsprechend voneinander verschiedenen Winkeln ϕ1, ϕ2, ϕ3, ϕ4,...) abgelenkt werden. Das Dispersionselement 331 befindet sich in der ersten Brennebene FP1 der ersten Linse 332, welche ein Feld in der Feldebene 333 erzeugt. Die die jeweils unterschiedlichen Frequenzen f1 , f2 , f3 , f4 ,... aufweisenden Teilstrahlen werden hierbei auf unterschiedliche Orte in der Feldebene 333 fokussiert.
  • Die Feldebene 333 entspricht wiederum einer ersten Brennebene FP2 der zweiten Linse 334. Die von unterschiedlichen Orte in der Feldebene 333 ausgehenden Teilstrahlen werden durch die zweite Linse 334 wiederum in voneinander verschiedene Richtungen (entsprechend voneinander verschiedenen Winkeln θ1 , θ2 , θ3 , θ4 ,...) abgelenkt, welche wiederum unterschiedlichen Frequenzen f1 , f2 , f3 , f4 ,... entsprechen. Da diese jeweils unterschiedlichen Frequenzen f1 , f2 , f3 , f4 ,... entsprechenden Teilstrahlen zu unterschiedlichen Zeitpunkten auftreten (also die unterschiedlichen Orte in der Feldebene 333 zu unterschiedlichen Zeitpunkten leuchten), wird hierdurch wiederum effektiv ein Abscannen des Objekts 340 aus 3a erzielt.
  • 3c zeigt eine weitere schematische Darstellung zur Erläuterung des der Ausführungsform von 3a-3b zugrundeliegenden Prinzips. Demnach befinden sich die über das dispersive Element 331 in der Feldebene 333 bereitgestellten unterschiedlichen Orte in der ersten Brennebene der (achromatischen) zweiten Linse 334 (d.h. im Abstand der Brennweite F der zweiten Linse) und leuchten entsprechend dem zeitlichen Frequenzverlauf sequentiell (d.h. zu unterschiedlichen aufeinanderfolgenden Zeitpunkten) auf. Ein von einem Ort in der Feldebene 333 im Abstand „X“ von der optischen Systemachse OA ausgehendes Strahlenbündel erhält hierbei einen Kipp θ zur optischen Systemachse OA, welcher gegeben ist durch θ=x/F. Die Strahlgröße D wird hierbei gemäß 3 bestimmt durch die numerische Apertur NA sowie die Brennweite F gemäß D=2·F·NA, d.h. es gilt F=D/(2·NA).
  • Beispielhafte quantitative Werte für die Strahlgröße D können für die vorstehend erwähnten Anwendungen im Straßenverkehr bzw. Automobilbereich im Bereich von D= (10-15)mm liegen. Legt man einen typischen Wert der numerischen Apertur NA von 0.12 zugrunde, so liegen geeignete Werte für die Brennweite F somit bei größenordnungsmäßig etwa 50mm, so dass ein vergleichsweise kompaktes System realisiert werden kann.
  • Hinsichtlich der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung realisierbaren Winkelauflösung können typische, für die vorstehend erwähnten Anwendungen im Straßenverkehr bzw. Automobilbereich zu fordernde Werte z.B. 2mrad betragen. Hieraus ergibt sich unter Bezugnahme auf 4a bei dem o.g. Wert der Brennweite F=50mm eine Periodenlänge in der Feldebene 333 (d.h. ein Abstand benachbarter, durch das dispersive Element bereitgestellter Kanäle) von etwa 0.1mm. Beschränkt man unter Bezugnahme auf 4b die freie Apertur der Linse 334 auf CA=70mm, so folgt für den maximalen Abstand xmax von der optischen Systemachse OA, den ein noch von der Linse 334 abgebildeter leuchtender Ort in der Feldebene 333 aufweisen darf, im o.g. Beispiel Xmax=(CA-D) /2= (70-12) /2mm=29mm. Für die numerische Apertur NAscan ergibt sich NAscan= Xmax/F=(29/50)mm=0.58. Für die Anzahl von Kanälen (bzw. leuchtenden „Quellen“) in der Feldebene 333 ergibt sich Nmax=2 • Xmax • /dx=580.
  • Der im o.g. Beispiel gewählte Wert der Periodenlänge in der Feldebene 333 (d.h. des Abstandes benachbarter, durch das dispersive Element bereitgestellter Kanäle) von etwa 0.1mm=100µm ermöglicht auch eine zweidimensionale Ausgestaltung entsprechend einem zweidimensionalen Array aus Kanälen (bzw. leuchtenden „Quellen“), wie dies schematisch in 5 dargestellt ist. Gemäß 5 ist nicht nur in x-Richtung, sondern auch in y-Richtung eine solche periodische Abfolge von Kanälen (bzw. leuchtenden „Quellen“) mit der Periodenlänge von a=100µm realisiert. Hierbei kann der Umstand ausgenutzt werden, dass die Größe der (durch zu jeweils einer diffraktiven Struktur 502 führenden Wellenleiter 501 realisierten) Kanäle selbst typischerweise bei einem AWG mit einer Si/SiO2-Plattform nur etwa b=10µm beträgt mit der Folge, dass eine zweidimensional versetzte Anordnung wie aus 5 ersichtlich möglich ist. Für andere Plattformen (z.B. eine Si-Plattform) sind auch geringere Kanalgrößen möglich, so dass bei der o.g. Periodenlänge von a=100µm ein noch größerer Scan- bzw. Winkelbereich in einem zweidimensionalen Scanner realisiert werden kann.
  • Mit der anhand von 5 beschriebenen zweidimensionalen Ausgestaltung kann auch ein zweidimensionales (d.h. in x-Richtung wie in y-Richtung erfolgendes) Abscannen des Objekts ohne Erfordernis beweglicher Komponenten wie Scan- bzw. Ablenkspiegel durchgeführt werden mit der Folge, dass insgesamt hohe Scanraten bei zugleich hoher Zuverlässigkeit und kompaktem Aufbau erzielt werden können.
  • Die Erfindung ist jedoch auch bei nur eindimensionaler Ausgestaltung der durch das dispersive Element bereitgestellten Kanäle (wie sie unter Bezugnahme auf 2 bis 4 beschrieben wurde) vorteilhaft. Dies gilt neben Anwendungen, in denen ohnehin ein eindimensionales (z.B. nur in x-Richtung erfolgendes) Abscannen des Objekts ausreichend ist, auch für Anwendungen mit zweidimensionalem (d.h. in x- Richtung wie in y-Richtung erfolgendem) Abscannen des Objekts, da in diesem Falle für das Abscannen in der nicht entlang der periodischen Folge von Kanälen verlaufenden Raumrichtung (im Beispiel y-Richtung) ein vergleichsweise langsam beweglicher Scanspiegel zum Abscannen auch in dieser Raumrichtung ausreichend ist.
  • Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2016/0299228 A1 [0006, 0017]

Claims (11)

  1. Vorrichtung zur scannenden Abstandsermittlung eines Objekts, mit • einer Lichtquelle (110, 210, 310) zum Aussenden eines optischen Signals (111, 211, 311) mit zeitlich variierender Frequenz; • einer Auswerteeinrichtung zur Ermittlung eines Abstandes des Objekts (140, 240, 340) auf Basis eines aus dem Signal (111, 211, 311) hervorgegangenen, an dem Objekt (140, 240, 340) reflektierten Messsignals (121, 221, 321) und eines nicht an dem Objekt (140, 240, 340) reflektierten Referenzsignals (122, 222, 322); und • einem dispersiven Element (131, 231, 331), welches eine frequenzselektive Winkelverteilung des Messsignals (121, 221, 321) bewirkt, wobei hierdurch erzeugte Teilsignale unter voneinander verschiedenen Winkeln zu dem Objekt (140, 240, 340) gelenkt werden.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf den Signalweg vor dem dispersiven Element (231) ein kollimierendes optisches Element (225) angeordnet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem dispersiven Element (331) und dem Objekt (340) ein optisches System zur Anpassung der jeweiligen Winkel, unter denen die Teilsignale zu dem Objekt (340) gelenkt werden, vorgesehen ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System eine erste Linse (332) und eine zweite Linse (334) aufweist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das dispersive Element (331) in einer ersten Brennebene (FP1) der ersten Linse (332) angeordnet ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feldebene (333) dieses optischen Systems einer ersten Brennebene der zweiten Linse (334) entspricht.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das dispersive Element (131, 231, 331) ein AWG aufweist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass AWG wenigstens 120 Kanäle, insbesondere wenigstens 240 Kanäle, aufweist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das dispersive Element (131, 231, 331) ein Prisma, ein Beugungsgitter oder einen räumlicher Lichtmodulator, insbesondere einen akustischen oder elektrooptischen Modulator, aufweist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dispersive Element (131, 231, 331) ein Array von sich in zwei zueinander senkrechten Raumrichtungen erstreckenden, periodischen Strukturen aufweist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Periodenlänge dieser periodischen Strukturen im Bereich von 50µm bis 150µm, insbesondere im Bereich von 80µm bis 120µm, liegt.
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