DE102018204269A1 - ARRANGEMENT, METHOD FOR ARRANGEMENT, HEADLAMP AND SENSOR SYSTEM - Google Patents

ARRANGEMENT, METHOD FOR ARRANGEMENT, HEADLAMP AND SENSOR SYSTEM Download PDF

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Abstract

Offenbart ist eine Anordnung mit einer Strahlungsquelle für ein Sensorsystem zur Umgebungserfassung. Die Strahlung der Strahlungsquelle ist zur Strahlungslenkung durch eine Struktur mit zumindest einem Flüssigkristallelement leitbar, wobei eine molekulare Orientierung des zumindest einen Flüssigkristallelements mittels eines elektrischen Felds einstellbar ist.Disclosed is an arrangement with a radiation source for a sensor system for environmental detection. The radiation of the radiation source can be guided for radiation guidance through a structure having at least one liquid crystal element, it being possible to set a molecular orientation of the at least one liquid crystal element by means of an electric field.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren und einen Scheinwerfer sowie ein Sensorsystem mit einer derartigen Anordnung.The invention relates to an arrangement according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method and a headlight and a sensor system with such an arrangement.

Aus dem Stand der Technik sind Sensorsysteme zur Umgebungserfassung bzw. zur Abstands- und Geschwindigkeitsmessung von Objekten, z.B. ein Light Detection and Ranging (LiDAR)-System, bekannt. Die LiDAR Abstandsmessung beruht auf einer Laufzeitmessung ausgesandter elektromagnetischer Pulse. Treffen diese auf ein Objekt, so wird an dessen Oberfläche der Puls anteilig zurück zu einer Abstandsmesseinheit reflektiert und kann als Echopuls mit einer geeigneten Empfängereinheit oder einem geeigneten Sensor aufgezeichnet werden.From the prior art, sensor systems for environment detection or for distance and speed measurement of objects, e.g. a Light Detection and Ranging (LiDAR) system known. The LiDAR distance measurement is based on a transit time measurement of emitted electromagnetic pulses. If these impinge on an object, the pulse is proportionately reflected back to a distance measuring unit on its surface and can be recorded as an echo pulse with a suitable receiver unit or a suitable sensor.

Zur Ausrichtung oder Lenkung der elektromagnetischen Pulse ist es aus dem Stand der Technik bekannt, entweder mehrere Pulsquellen oder Strahlungsquellen, z.B. mehrere infrarote (IR-) Strahlung emittierende Laserdioden beispielsweise im Bereich zwischen 850 nm und 1600 nm, die in unterschiedliche Richtungen angeordnet sind, oder nur eine Puls- oder Strahlungsquelle zu verwenden, die zur Strahlungsausrichtung oder -lenkung entweder selbst entsprechend ausgerichtet wird oder bei der die Strahlung mittels eines Systems mit einem oder mehreren rotierenden Spiegel(n) oder Mikrospiegel(n) gelenkt wird. Im ersten Fall sind mehrere Strahlungsquellen und im zweiten Fall Motoren oder Stellantriebe notwendig, um die Strahlung entsprechend auszurichten. In beiden Fällen wird das Gesamtsystem komplex und/oder teuer. Des Weiteren können sich bewegende Teile das Gesamtsystem unhandlich und anfälliger für Verschleiß bzw. weniger dauerfest machen. Im ersten Fall (mehrere Strahlungsquellen) gibt es keine beweglichen Teile, das Gesamtsystem ist aber aufgrund der Zahl der Strahlungsquellen in seiner Auflösung beschränkt.For aligning or steering the electromagnetic pulses, it is known in the art to either source a plurality of pulse sources or radiation sources, e.g. a plurality of infrared emitting (IR) radiation emitting laser diodes, for example in the range between 850 nm and 1600 nm, which are arranged in different directions, or to use only one pulse or radiation source, which is either aligned itself for the radiation orientation or deflection or in the the radiation is directed by means of a system having one or more rotating mirrors or micromirrors. In the first case, several radiation sources and in the second case motors or actuators are necessary to align the radiation accordingly. In both cases, the overall system becomes complex and / or expensive. Furthermore, moving parts can render the overall system unwieldy and more susceptible to wear or less durable. In the first case (multiple radiation sources) there are no moving parts, but the total system is limited in its resolution due to the number of radiation sources.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung für ein Sensorsystem zur Umgebungserfassung zu schaffen, mit der im Vergleich zum Stand der Technik Energie, Bauraum, Gewicht und Kosten reduziert werden können. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Anwenden eines Sensorsystems mit einer derartigen Anordnung bereitzustellen. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, einen Scheinwerfer bzw. eine Beleuchtungseinrichtung bzw. eine Bestrahlungsanordnung mit einer derartigen Anordnung zu schaffen. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Sensorsystem mit einer derartigen Anordnung zu schaffen.The object of the present invention is to provide an arrangement for a sensor system for environmental detection, with which compared to the prior art energy, space, weight and cost can be reduced. It is another object of the invention to provide a method of using a sensor system having such an arrangement. In addition, it is an object of the invention to provide a headlight or a lighting device or an irradiation arrangement with such an arrangement. It is another object of the invention to provide a sensor system with such an arrangement.

Die Aufgabe hinsichtlich der Anordnung wird gelöst gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, hinsichtlich des Verfahrens gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10, hinsichtlich des Scheinwerfers gemäß den Merkmalen des Anspruchs 11 und hinsichtlich des Sensorsystem gemäß den Merkmalen des Anspruchs 12.The object with regard to the arrangement is achieved according to the features of claim 1, with respect to the method according to the features of claim 10, with regard to the headlamp according to the features of claim 11 and with respect to the sensor system according to the features of claim 12.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.Particularly advantageous embodiments can be found in the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist eine Anordnung mit einer Strahlungsquelle für ein Sensorsystem zur Umgebungserfassung vorgesehen. Die erfindungsgemäße Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung der Strahlungsquelle zur Strahlungslenkung durch eine Struktur mit zumindest einem Flüssigkristallelement leitbar ist, wobei eine, insbesondere molekulare, Orientierung des zumindest einen Flüssigkristallelements mittels eines elektrischen Felds einstellbar ist.According to the invention, an arrangement with a radiation source for a sensor system for environmental detection is provided. The arrangement according to the invention is characterized in that the radiation of the radiation source for radiation guidance can be conducted through a structure having at least one liquid crystal element, wherein an, in particular molecular, orientation of the at least one liquid crystal element can be adjusted by means of an electric field.

Im Vergleich zum Stand der Technik kann mit der erfindungsgemäßen Anordnung die Strahlung der Strahlungsquelle gezielt auf einen Erfassungsbereich ausgerichtet werden oder diesen abrastern, ohne mehrere Strahlungsquellen oder rotierende Spiegel/Mikrospiegel verwenden zu müssen. Es sind daher weder mehrere Strahlungsquellen notwendig, die einen großen Platzbedarf haben, noch hat die erfindungsgemäße Anordnung bewegliche Teile, die das Gesamtsystem anfällig für Verschleiß machen können.In comparison with the prior art, with the arrangement according to the invention, the radiation of the radiation source can be targeted to a detection area or scan it without having to use multiple radiation sources or rotating mirrors / micromirrors. Therefore, neither multiple radiation sources are necessary, which have a large footprint, nor does the inventive arrangement has moving parts that can make the entire system vulnerable to wear.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann mit einer Empfängereinheit oder einem Sensor oder Sensorsystem zum Messen der Strahlung der Strahlungsquelle ausgestattet sein und in einem LiDAR-System verwendet werden. Die Empfängereinheit bzw. der Sensor kann derart ausgestaltet sein, dass er die einfallende Strahlung ohne Ortsauflösung messen kann. Die Empfängereinheit kann aber auch raumwinkelauflösend ausgestaltet sein. Die Empfängereinheit bzw. der Sensor kann eine Fotodiode, z.B. eine Avalanche Photo Diode (APD) oder eine Single Photon Avalanche Diode (SPAD), eine PIN-Diode oder ein Photomultiplier sein.The arrangement according to the invention can be equipped with a receiver unit or a sensor or sensor system for measuring the radiation of the radiation source and used in a LiDAR system. The receiver unit or the sensor can be designed such that it can measure the incident radiation without spatial resolution. However, the receiver unit can also be configured with spatial-angle resolution. The receiver unit or sensor may comprise a photodiode, e.g. an avalanche photo diode (APD) or a single photon avalanche diode (SPAD), a PIN diode or a photomultiplier.

Die Struktur, durch die die auszurichtende Strahlung geleitet wird, kann zumindest zwei mit elektrisch leitfähigem und transparentem Beschichtungsmaterial, insbesondere abschnittsweise, beschichtete Plattenelemente (ein erstes und zweites Plattenelement), z.B. Glasplatten, aufweisen. Die auszurichtende Strahlung der Strahlungsquelle trifft vorzugsweise senkrecht auf eines der Plattenelemente. Die Plattenelemente sind vorzugsweise transparent und parallel voneinander beabstandet. Die Transparenz der Plattenelemente und des elektrisch leitfähigen Beschichtungsmaterials ermöglicht eine Transmission der Strahlung. Das elektrisch leitfähige und transparente Beschichtungsmaterial kann zumindest teilweise oder vollständig aus einem Material mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit bzw. einem kleinen elektrischen Widerstand wie Indiumzinnoxid (indium tin oxide, ITO) und/oder aus einem Material mit einer geringen elektrischen Leitfähigkeit bzw. einen großen elektrischen Widerstand wie Poly-3,4-ethylendioxythiophen (PEDOT) bestehen.The structure through which the radiation to be aligned is guided may comprise at least two layers coated with electrically conductive and transparent coating material, in particular in sections Plate elements (a first and second plate member), eg glass plates have. The radiation of the radiation source to be aligned is preferably perpendicular to one of the plate elements. The plate elements are preferably transparent and spaced apart in parallel. The transparency of the plate elements and the electrically conductive coating material allows transmission of the radiation. The electrically conductive and transparent coating material may be at least partially or entirely made of a material with a high electrical conductivity or a small electrical resistance such as indium tin oxide (ITO) and / or a material with a low electrical conductivity or a large electrical Resistance such as poly-3,4-ethylenedioxythiophene (PEDOT) exist.

Vorzugsweise ist zumindest eines der Plattenelemente, z.B. das erste Plattenelement, auf zumindest einer Seite, insbesondere auf seiner der Strahlungsquelle abgewandten Seite, ganzflächig mit dem Beschichtungsmaterial, insbesondere Indiumzinnoxid, beschichtet. Das andere der beiden Plattenelemente, das zweite Plattenelement, ist vorzugsweise auf zumindest einer Seite, insbesondere auf seiner der Strahlungsquelle zugewandten Seite, in Breitenrichtung des Plattenelements abschnittsweise nebeneinander mit dem Beschichtungsmaterial, insbesondere Indiumzinnoxid (erste Beschichtung), Poly-3,4-ethylendioxythiophen (zweite Beschichtung) und Indiumzinnoxid (dritte Beschichtung), beschichtet. Mit anderen Worten ist das zweite Plattenelement streifenartig beschichtet, wobei die zweite Beschichtung in Breitenrichtung des Plattenelements zwischen der ersten und dritten Beschichtung angeordnet ist. Die Beschichtungsmaterialien bzw. Beschichtungen der Plattenelemente können als Elektroden dienen. Durch Anlegen unterschiedlicher elektrischer Spannungen an den elektrisch leitfähigen Beschichtungsmaterialien bzw. Beschichtungen kann zwischen den beschichteten Plattenelementen ein elektrisches Feld bzw. ein elektrischer Feldstärkegradient ausgebildet werden.Preferably, at least one of the plate elements, e.g. the first plate element, on at least one side, in particular on its side facing away from the radiation source, coated over the entire surface with the coating material, in particular indium tin oxide. The other of the two plate elements, the second plate element, is preferably on at least one side, in particular on its side facing the radiation source, in the width direction of the plate element in sections next to each other with the coating material, in particular indium tin oxide (first coating), poly-3,4-ethylenedioxythiophene ( second coating) and indium tin oxide (third coating). In other words, the second plate element is coated in a strip-like manner, the second coating being arranged in the width direction of the plate element between the first and third coating. The coating materials or coatings of the plate elements can serve as electrodes. By applying different electrical voltages to the electrically conductive coating materials or coatings, an electric field or an electric field strength gradient can be formed between the coated plate elements.

Das so erzeugte elektrische Feld kann in seiner Stärke einstellbar sein. Das elektrische Feld kann insbesondere durch Anlegen einer elektrischen Spannung am Beschichtungsmaterial bzw. den Beschichtungen der Plattenelemente in seiner Stärke einstellbar sein. Je nach Größe bzw. Höhe der angelegten elektrischen Spannungen an den Beschichtungsmaterialien bzw. Beschichtungen der wie oben beschrieben ausgebildeten Plattenelemente bilden sich zwischen den Beschichtungsmaterialien bzw. Beschichtungen unterschiedlich große Potentialdifferenzen und damit ein unterschiedlich starkes elektrisches Feld aus.The electric field generated in this way can be adjustable in its strength. The electric field can be adjustable in particular by applying an electrical voltage to the coating material or the coatings of the plate elements in its strength. Depending on the size or height of the applied electrical voltages on the coating materials or coatings of the plate elements formed as described above, differently sized potential differences and thus a different electric field form between the coating materials or coatings.

Das zwischen den beschichteten Plattenelementen ausgebildete elektrische Feld kann homogen oder inhomogen sein. Ein homogenes elektrisches Feld wird ausgebildet, wenn die Potentialdifferenz über die gesamte Breite der zumindest zwei beschichteten Plattenelemente konstant ist. Mit anderen Worten hat ein über die Breite bzw. in Breitenrichtung der Plattenelemente gebildeter elektrischer Feldstärkegradient den Wert Null. Ein inhomogenes elektrisches Feld wird ausgebildet, wenn die Potentialdifferenz über die Breite der zumindest zwei beschichteten Plattenelemente veränderlich ist. Mit anderen Worten hat der über die Breite der Plattenelemente gebildete elektrische Feldstärkegradient einen Wert größer Null. Das elektrische Feld kann zur Strahlungslenkung von einem homogenen in einen inhomogenen Zustand bringbar sein. Wenn eine an der Beschichtung des ersten Plattenelements angelegte Spannung beispielsweise den Wert 0 V hat, kann durch Anlegen einer relativ großen elektrischen Spannung im Bereich von 3 V - 100 V, bevorzugt im Bereich von 5 V - 20 V, z.B. 5 V, an einer Beschichtung des zweiten Plattenelements an einem ersten Breitenrichtungsende des zweiten Plattenelements, z.B. an der ersten Beschichtung, und Anlegen keiner Spannung an einer Beschichtung des zweiten Plattenelements an einem zweiten Breitenrichtungsende des zweiten Plattenelements, z.B. an der dritten Beschichtung, ein inhomogenes elektrisches Feld mit einem elektrischen Feldstärkegradient ausgebildet werden. Wenn in Breitenrichtung des zweiten Plattenelements zwischen der ersten und dritten Beschichtung eine Beschichtung, die einen großen elektrischen Widerstand aufweist, z.B. die zweite Beschichtung, ausgebildet ist, kann ein Spannungsausgleich zwischen der ersten und dritten Beschichtung verhindert werden. Die elektrische Feldstärke zwischen der ersten Beschichtung des zweiten Plattenelements und der Beschichtung des ersten Plattenelements ist daher relativ groß und nimmt ausgehend von der ersten Beschichtung des zweiten Plattenelements in Breitenrichtung der Plattenelemente bis zur dritten Beschichtung des zweiten Plattenelements ab.The electric field formed between the coated plate members may be homogeneous or inhomogeneous. A homogeneous electric field is formed when the potential difference across the entire width of the at least two coated plate elements is constant. In other words, an electric field strength gradient formed across the width or in the width direction of the plate elements has the value zero. An inhomogeneous electric field is formed when the potential difference across the width of the at least two coated plate members is variable. In other words, the electric field strength gradient formed over the width of the plate elements has a value greater than zero. The electric field can be brought from a homogeneous to an inhomogeneous state for radiation steering. For example, when a voltage applied to the coating of the first plate member is 0V, by applying a relatively large electric voltage in the range of 3V-100V, preferably in the range of 5V-20V, e.g. 5V, on a coating of the second plate member at a first widthwise end of the second plate member, e.g. on the first coating, and applying no voltage to a coating of the second plate member at a second widthwise end of the second plate member, e.g. on the third coating, an inhomogeneous electric field with an electric field strength gradient are formed. When, in the widthwise direction of the second plate member, between the first and third coatings, a coating having a large electrical resistance, e.g. the second coating is formed, a stress compensation between the first and third coating can be prevented. The electric field strength between the first coating of the second plate element and the coating of the first plate element is therefore relatively large and decreases from the first coating of the second plate element in the width direction of the plate elements to the third coating of the second plate element.

Je nach Stärke des elektrischen Felds, d.h. je nach Stärke der an den Beschichtungen angelegten Spannungen, können sich die Moleküle der Flüssigkristallelemente entsprechend der Feldlinien des elektrischen Felds ausrichten. Durch die unterschiedlich orientierten Flüssigkristallelemente innerhalb der Struktur lassen sich unterschiedliche Brechungsindizes erreichen. Dadurch läuft die die Struktur passierende Strahlung je nach molekularer Orientierung unterschiedlich schnell durch die zwischen den Plattenelementen befindlichen Flüssigkristallelemente. Die zwischen den Plattenelementen befindlichen Flüssigkristallelemente haben insgesamt die Funktion eines Prismas, das einfallende Strahlung ablenken bzw. ausrichten kann. Im Ergebnis kann bei entsprechend angelegter Spannung an die elektrisch leitfähigen Beschichtungen der Plattenelemente die die Struktur passierende Strahlung ausgerichtet bzw. abgelenkt werden, wobei der Ablenkwinkel über die Höhe der angelegten Spannung kontrolliert und verändert werden kann.Depending on the strength of the electric field, ie, depending on the strength of the voltages applied to the coatings, the molecules of the liquid crystal elements can align in accordance with the field lines of the electric field. Due to the differently oriented liquid crystal elements within the structure, different refractive indices can be achieved. As a result, the radiation passing through the structure, depending on the molecular orientation, moves at different speeds through the liquid crystal elements located between the plate elements. Overall, the liquid crystal elements located between the plate elements have the function of a prism that can deflect or direct incident radiation. As a result, with appropriately applied voltage to the electrically conductive coatings of the plate elements the radiation passing through the structure can be oriented or deflected, whereby the deflection angle can be controlled and changed by the level of the applied voltage.

Das zumindest eine Flüssigkristallelement kann auf einem reflektierenden Substrat angeordnet sein. Das reflektierende Substrat kann auf der Seite des Flüssigkristallelements z.B. eine Silberoberfläche, eine Metalloberfläche, Titanoxid oder dergleichen aufweisen. Dabei kann ein jeweiliges Flüssigkristallelement auf einem jeweiligen Substrat angeordnet sein. Die durch das Flüssigkristallelement geleitete Strahlung kann vom reflektierenden Substrat reflektiert werden. Mit anderen Worten kann die Strahlung somit zweimal durch das Flüssigkristallelement geleitet werden („double-pass“). Dadurch können im Vergleich zum Fall, bei dem die Strahlung nur einmal durch das Flüssigkristallelement geleitet wird („single-pass“), unterschiedlichste Erfassungsbereiche des Sensorsystems realisiert werden.The at least one liquid crystal element may be arranged on a reflective substrate. The reflective substrate may be provided on the side of the liquid crystal element, e.g. a silver surface, a metal surface, titanium oxide or the like. In this case, a respective liquid crystal element can be arranged on a respective substrate. The radiation conducted by the liquid crystal element can be reflected by the reflective substrate. In other words, the radiation can thus be passed through the liquid crystal element twice ("double-pass"). As a result, in comparison to the case in which the radiation is conducted only once through the liquid crystal element ("single-pass"), the most diverse detection ranges of the sensor system can be realized.

Die Strahlung der Strahlungsquelle kann zur Strahlungslenkung durch mehrere der oben beschriebenen Strukturen leitbar sein. Wenn nur eine Strahlungsquelle verwendet wird, können mehrere Strukturen, z.B., insbesondere parallel, nebeneinander angeordnet sein, um die von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung jeweils in einen Abstrahlwinkelbereich abzulenken. Es können aber auch mehrere Strahlungsquellen verwendet werden, wobei jeder Strahlungsquelle zumindest eine eigene Struktur zugeordnet sein kann, die die Strahlung in einen Abstrahlwinkelbereich ablenken kann, wobei sich die Abstrahlwinkelbereiche der mehreren Strukturen voneinander unterscheiden können. Mit anderen Worten erfasst jede der mehreren Strukturen nur einen Teil des gesamten zu erfassenden Bereichs wodurch die Auflösung des Gesamtsystems erhöht werden kann.The radiation of the radiation source may be capable of being guided for radiation guidance by a plurality of the structures described above. If only one radiation source is used, a plurality of structures, for example, in particular in parallel, can be arranged next to each other in order to deflect the radiation emitted by the radiation source into an emission angle range in each case. However, it is also possible to use a plurality of radiation sources, it being possible for each radiation source to be assigned at least one separate structure which can deflect the radiation into an emission angle range, wherein the emission angle ranges of the plurality of structures can differ from one another. In other words, each of the multiple structures captures only a portion of the total area to be detected, thereby increasing the resolution of the overall system.

Innerhalb der Struktur kann zusätzlich ein strahlungsumlenkendes Element, z.B. ein im Querschnitt dreieckförmiges Prisma oder Glasprisma, angeordnet sein. Die die Struktur passierende Strahlung wird vom strahlungsumlenkenden Element entsprechend seines Brechungsindex abgelenkt. Liegt an den beschichteten Plattenelementen eine elektrische Spannung an und sind die zwischen den Plattenelementen angeordneten Flüssigkristallelemente entsprechend der Feldlinien des elektrischen Felds ausgerichtet, so kann die vom strahlungsumlenkenden Element abgelenkte Strahlung von den Flüssigkristallelementen nochmal abgelenkt werden. Die elektrische Spannung bzw. die elektrische Feldstärke kann so eingestellt sein, dass der sich einstellende Brechungsindex der Flüssigkristallelemente dem Brechungsindex des strahlungsumlenkenden Elements entspricht. Das heißt, dass die die Struktur passierende Strahlung insgesamt nicht abgelenkt wird, da sich die Strahlungsablenkung durch das strahlungsumlenkende Element und die Strahlungsumlenkung der Flüssigkristallelemente gegenseitig aufheben. Hierbei ist zu beachten, dass ein in einem elektrischen Feld angeordnetes Element ein Dielektrikum sein kann, das das elektrische Feld verändern kann. Das elektrische Feld ist daher vorzugsweise inhomogen, um Einflüsse durch das in das elektrische Feld eingebrachte Dielektrikum ausgleichen zu können. Wenn an den beschichteten Plattenelementen keine Spannung anliegt und somit kein elektrisches Feld ausgebildet ist, wird die die Struktur passierende Strahlung vom strahlungsumlenkenden Element entsprechend seines Brechungsindex abgelenkt und passiert die dann zufällig ausgerichteten Flüssigkristallelemente ohne eine weitere Ablenkung.Within the structure, a radiation-redirecting element, e.g. a triangular in cross-section prism or glass prism be arranged. The radiation passing through the structure is deflected by the radiation-deflecting element in accordance with its refractive index. If an electrical voltage is applied to the coated plate elements and if the liquid crystal elements arranged between the plate elements are aligned in accordance with the field lines of the electric field, then the radiation deflected by the radiation-deflecting element can be deflected again by the liquid crystal elements. The electrical voltage or the electric field strength can be adjusted so that the resulting refractive index of the liquid crystal elements corresponds to the refractive index of the radiation-deflecting element. This means that the radiation passing through the structure as a whole is not deflected, since the radiation deflection by the radiation-deflecting element and the radiation deflection of the liquid-crystal elements cancel each other out. It should be noted that an element arranged in an electric field may be a dielectric that can change the electric field. The electric field is therefore preferably inhomogeneous in order to be able to compensate for influences by the introduced into the electric field dielectric. If no voltage is applied to the coated plate elements and thus no electric field is formed, the radiation passing through the structure is deflected by the radiation-deflecting element according to its refractive index and passes the then randomly oriented liquid crystal elements without further deflection.

Die Strahlung der Strahlungsquelle kann polarisiertes Licht, z.B. Licht einer Laserdiode, oder unpolarisiertes Licht, z.B. Licht einer Licht emittierenden Diode (LED), sein. Das Flüssigkristallelement lenkt jedoch nur das Licht einer Polarisationsebene ab. Wenn die Strahlung der Strahlungsquelle unpolarisiertes Licht ist, können Strahlungsanteile, die senkrecht zu dieser Polarisationsebene schwingen, die Struktur ohne Ablenkung passieren. Um auch diese Strahlungsanteile ausrichten bzw. ablenken zu können, bestehen die folgenden Möglichkeiten. Die (unpolarisierte) Strahlung kann nacheinander durch zwei Strukturen geleitet werden. Hierbei sind vorzugsweise die Orientierungsrichtungen der in einem elektrischen Feld ausgerichteten Flüssigkristallelemente beider Strukturen quer zur Strahlungsrichtung um 90 Grad zueinander verdreht. Das heißt, dass die erste der beiden Strukturen eine Polarisationsebene der passierenden Strahlung drehen kann und die zweite der beiden Strukturen diejenigen Strahlungsanteile, die senkrecht zu der einen Polarisationsebene schwingen, auslenken kann. Alternativ dazu kann die (unpolarisierte) Strahlung mittels eines, z.B. direkt hinter der Strahlungsquelle angeordneten, polarisierenden Strahlteilers in zwei orthogonal zueinander schwingende Strahlungsanteile aufgeteilt werden, die jeweils durch eine Struktur der erfindungsgemäßen Anordnung geleitet werden, deren Orientierungsrichtung der Flüssigkristallelemente den entsprechenden Schwingungsanteil auslenken kann. Der polarisierende Strahlteiler kann z.B. direkt hinter der Strahlungsquelle angeordnet sein, wobei die zwei orthogonal zueinander schwingenden Strahlungsanteile jeweils über zumindest ein optisches Element, z.B. einen Spiegel, in die entsprechenden Strukturen geleitet werden können.The radiation of the radiation source can be polarized light, e.g. Light of a laser diode, or unpolarized light, e.g. Light of a light-emitting diode (LED), be. However, the liquid crystal element deflects only the light of a polarization plane. If the radiation of the radiation source is unpolarized light, radiation components which oscillate perpendicular to this plane of polarization can pass through the structure without deflection. In order to align or divert these radiation components, the following possibilities exist. The (unpolarized) radiation can be successively passed through two structures. In this case, the orientation directions of the liquid crystal elements aligned in an electric field of both structures are preferably rotated at 90 ° to one another transversely to the direction of radiation. This means that the first of the two structures can rotate one polarization plane of the passing radiation and the second of the two structures can deflect those radiation components which oscillate perpendicular to the one polarization plane. Alternatively, the (unpolarized) radiation may be detected by means of, e.g. are arranged directly behind the radiation source, polarizing beam splitter divided into two mutually orthogonal radiation components, which are each passed through a structure of the inventive arrangement whose orientation direction of the liquid crystal elements can deflect the corresponding vibration component. The polarizing beam splitter may e.g. be arranged directly behind the radiation source, wherein the two radiation components oscillating orthogonal to each other in each case via at least one optical element, e.g. a mirror into which appropriate structures can be directed.

Eine Licht emittierende Diode (LED) oder Leuchtdiode kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten LED oder in Form mindestens eines LED-Chips, der eine oder mehrere Leuchtdioden aufweist, oder in Form einer Mikro-LED, vorliegen. Es können mehrere LED-Chips auf einem gemeinsamen Substrat („Submount“) montiert sein und eine LED bilden oder einzeln oder gemeinsam beispielsweise auf einer Platine (z.B. FR4, Metallkernplatine, etc.) befestigt sein („CoB“ = Chip on Board). Die mindestens eine LED kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, beispielsweise mit mindestens einer Fresnel-Linse oder einem Kollimator. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen LEDs, beispielsweise auf Basis von AlInGaN oder InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs) einsetzbar. Die LED-Chips können direkt emittierend sein oder einen vorgelagerten Leuchtstoff aufweisen. Alternativ kann die lichtemittierende Komponente eine Laserdiode oder eine Laserdiodenanordnung sein. Denkbar ist auch eine OLED-Leuchtschicht oder mehrere OLED-Leuchtschichten oder einen OLED-Leuchtbereich vorzusehen. Die Emissionswellenlängen der lichtemittierenden Komponenten können im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich liegen. Die lichtemittierenden Komponenten können zusätzlich mit einem eigenen Konverter ausgestattet sein. Bevorzugt emittieren die LED-Chips weißes Licht im genormten ECE-Weißfeld der Automobilindustrie, beispielsweise realisiert durch einen blauen Emitter und einen gelb/grünen Konverter.A light emitting diode (LED) or light emitting diode may be in the form of at least one individually packaged LED or in the form of at least one LED chip having one or more light emitting diodes or in the form of a micro LED. Multiple LED chips on a common substrate ("submount") be mounted and form an LED or individually or together, for example, on a circuit board (eg FR4, metal core board, etc.) be attached ("CoB" = chip on board). The at least one LED can be equipped with at least one own and / or common optics for beam guidance, for example with at least one Fresnel lens or a collimator. Instead of or in addition to inorganic LEDs, for example based on AlInGaN or InGaN or AlInGaP, it is generally also possible to use organic LEDs (OLEDs, eg polymer OLEDs). The LED chips can be directly emitting or have an upstream phosphor. Alternatively, the light emitting component may be a laser diode or a laser diode array. It is also conceivable to provide an OLED luminescent layer or a plurality of OLED luminescent layers or an OLED luminescent region. The emission wavelengths of the light emitting components may be in the ultraviolet, visible or infrared spectral range. The light-emitting components may additionally be equipped with their own converter. Preferably, the LED chips emit white light in the standardized ECE white field of the automotive industry, for example realized by a blue emitter and a yellow / green converter.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren für eine Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte kann das elektrische Feld derart verändert werden, dass die Strahlung der Strahlungsquelle über einen vorbestimmten Winkelbereich gelenkt wird. Die an die beschichteten Plattenelemente angelegten Spannungen können wiederholt derart verändert werden, dass der elektrische Feldgradient zwischen Null und einem Maximalwert verändert wird und die Strahlung somit zwischen einem minimalen und einem maximalen Abstrahlwinkel ausgelenkt wird. Wenn die Strahlung an einem Objekt reflektiert wird, kann die zurückreflektierte Strahlung der Strahlungsquelle über das Sensorsystem erfasst werden.In a method according to the invention for an arrangement according to one or more of the preceding aspects, the electric field can be changed such that the radiation of the radiation source is directed over a predetermined angular range. The voltages applied to the coated plate elements can be repeatedly varied such that the electric field gradient is changed between zero and a maximum value and the radiation is thus deflected between a minimum and a maximum emission angle. When the radiation is reflected on an object, the back-reflected radiation of the radiation source can be detected via the sensor system.

Erfindungsgemäß ist ein Scheinwerfer, z.B. für ein Fahrzeug, mit einer Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte vorgesehen.According to the invention a headlight, e.g. for a vehicle, provided with an arrangement according to one or more of the preceding aspects.

Das Fahrzeug kann ein Luftfahrzeug, z.B. eine Drohne, oder ein wassergebundenes Fahrzeug oder ein landgebundenes Fahrzeug sein. Das landgebundene Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug, z.B. ein autonom fahrendes Elektroauto, oder ein Schienenfahrzeug oder ein Fahrrad sein. Besonders bevorzugt ist die Verwendung des Scheinwerfers in einem Lastkraftwagen oder Personenkraftwagen oder Kraftrad.The vehicle may be an aircraft, e.g. a drone, or a waterborne vehicle or land-based vehicle. The land-based vehicle may be a motor vehicle, e.g. an autonomously driving electric car, or a rail vehicle or a bicycle. Particularly preferred is the use of the headlight in a truck or passenger car or motorcycle.

Weitere Anwendungsbereiche können beispielsweise Scheinwerfer für Effektlichtbeleuchtungen, Entertainmentbeleuchtungen, Architainmentbeleuchtungen, Allgemeinbeleuchtung, medizinische und therapeutische Beleuchtung, Beleuchtungen für den Gartenbau (Horticulture) etc. sein.Further areas of application may be, for example, floodlights for effect lighting, entertainment lighting, architainment lighting, general lighting, medical and therapeutic lighting, horticulture lighting, etc.

Erfindungsgemäß ist ein Sensorsystem mit einer Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte vorgesehenAccording to the invention, a sensor system with an arrangement according to one or more of the preceding aspects is provided

Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:

  • 1a in einer schematischen Ansicht eine erfindungsgemäße Anordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 1b in einer weiteren schematischen Ansicht die erfindungsgemäße Anordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 2 in einer schematischen Ansicht eine erfindungsgemäße Anordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
  • 3 in einer schematischen Ansicht eine erfindungsgemäße Anordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
  • 4a in einer schematischen Ansicht eine erfindungsgemäße Anordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
  • 4b in einer weiteren schematischen Ansicht die erfindungsgemäße Anordnung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel, und
  • 5 in einer schematischen Ansicht die erfindungsgemäße Anordnung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.
In the following, the invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments. The figures show:
  • 1a 1 shows a schematic view of an arrangement according to the invention according to a first exemplary embodiment,
  • 1b in a further schematic view of the arrangement according to the invention according to the first embodiment,
  • 2 1 shows a schematic view of an arrangement according to the invention in accordance with a second exemplary embodiment,
  • 3 in a schematic view of an inventive arrangement according to a third embodiment,
  • 4a 1 shows a schematic view of an arrangement according to the invention in accordance with a fourth exemplary embodiment,
  • 4b in a further schematic view of the arrangement according to the invention according to the fourth embodiment, and
  • 5 in a schematic view of the arrangement according to the invention according to a fifth embodiment.

Die 1a zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung mit einer Strahlungsquelle SQ für ein Sensorsystem zur Umgebungserfassung. Die Strahlungsquelle SQ in Form einer Laserdiode emittiert polarisierte Strahlung 1.The 1a shows an inventive arrangement with a radiation source SQ for a sensor system for environmental detection. The radiation source SQ in the form of a laser diode emits polarized radiation 1 ,

Die in den Figuren angegebene y-Achse zeigt entgegen der Strahlungsrichtung der polarisierten Strahlung 1, wobei die x- und z-Achse jeweils senkrecht zueinander und senkrecht zur y-Achse ausgerichtet sind. Die (hier in x-Richtung) polarisierte Strahlung 1 wird zur Strahlungsauslenkung durch eine Struktur 20 geleitet. Die Struktur 20 weist zwei in y-Richtung voneinander beabstandete und mit einem Beschichtungsmaterial beschichtete Plattenelemente 2, 4 auf. Das erste Plattenelement 2 weist auf seiner von der Strahlungsquelle SQ abgewandten Seite eine Beschichtung 6 auf, die vollständig aus Indiumzinnoxid, das eine hohe elektrische Leitfähigkeit bzw. einen kleinen elektrischen Widerstand hat, gebildet ist. Das zweite Plattenelement 4 ist auf seiner der Strahlungsquelle SQ zugewandten Seite in Breitenrichtung (x-Richtung) des Plattenelements 4 abschnittsweise nebeneinander mit Indiumzinnoxid (erste Beschichtung 8), Poly-3,4-ethylendioxythiophen (zweite Beschichtung 10), das eine geringe elektrische Leitfähigkeit bzw. einen großen elektrischen Widerstand hat, und Indiumzinnoxid (dritte Beschichtung 12) beschichtet. An die Beschichtungen 6, 8, 12 der beiden Plattenelemente 2, 4 kann jeweils eine elektrische Spannung angelegt werden, so dass die Beschichtungen 6, 8, 12 als Elektroden dienen und zwischen den Plattenelementen 2, 4, insbesondere in y-Richtung, ein elektrisches Feld aufgebaut wird. Das so erzeugte elektrische Feld ist in seiner Stärke einstellbar. Je nach Größe bzw. Höhe der angelegten elektrischen Spannungen an den Beschichtungen 6, 8, 12 der wie oben beschrieben ausgebildeten Plattenelemente 2, 4 bilden sich zwischen den Beschichtungen 6, 8, 12 unterschiedliche große Potentialdifferenzen und damit ein unterschiedlich starkes elektrisches Feld aus. The specified in the figures y -Axis points opposite to the direction of radiation of the polarized radiation 1 , where the x - and z -Axis each perpendicular to each other and perpendicular to y -Axis are aligned. The (here in x Direction) polarized radiation 1 becomes the radiation excursion through a structure 20 directed. The structure 20 has two in y Direction spaced and coated with a coating material plate elements 2 . 4 on. The first plate element 2 has a coating on its side facing away from the radiation source SQ 6 formed entirely of indium-tin-oxide having a high electrical conductivity and a small electrical resistance, respectively. The second plate element 4 is on its side facing the radiation source SQ in the width direction ( x- Direction) of the plate member 4 in sections next to each other with indium tin oxide (first coating 8th ), Poly-3,4-ethylenedioxythiophene (second coating 10 ), which has a low electrical conductivity or a high electrical resistance, and indium tin oxide (third coating 12 ) coated. To the coatings 6 . 8th . 12 the two plate elements 2 . 4 In each case, an electrical voltage can be applied, so that the coatings 6 . 8th . 12 serve as electrodes and between the plate elements 2 . 4 , in particular in the y-direction, an electric field is built up. The electric field generated in this way is adjustable in its strength. Depending on the size or height of the applied electrical voltages on the coatings 6 . 8th . 12 the plate elements formed as described above 2 . 4 form between the coatings 6 . 8th . 12 different large potential differences and thus a different strong electric field.

Des Weiteren weist die Struktur 20 in 1a zwischen den beschichteten Plattenelementen 2, 4 mehrere Flüssigkristallelemente 14 auf. Eine molekulare Orientierung der mehreren Flüssigkristallelemente 14 ist mittels des oben beschriebenen elektrischen Felds einstellbar.Furthermore, the structure has 20 in 1a between the coated plate elements 2 . 4 several liquid crystal elements 14 on. A molecular orientation of the multiple liquid crystal elements 14 is adjustable by means of the electric field described above.

In 1a betragen die an die Beschichtungen 6, 8, 12 angelegten Spannungen jeweils 0 V. Zwischen den Plattenelementen 2, 4 ist kein elektrisches Feld ausgebildet. In 1a amount to the coatings 6 . 8th . 12 applied voltages each 0 V. Between the plate elements 2 . 4 no electric field is formed.

Ein in x-Richtung oder quer zur Strahlungsrichtung zeigender elektrischer Feldstärkegradient 18 hat den Wert Null. Die molekulare Orientierung der zwischen den Plattenelementen 2, 4 befindlichen Flüssigkristallelemente 14 wird daher von keinem elektrischen Feld beeinflusst. Im Allgemeinen sind die Flüssigkristallelemente 14 ungeordnet, wenn an den Beschichtungen 6, 8, 12 keine Spannung anliegt. Die in 1a gezeigte geordnete Ausrichtung der Flüssigkristallelemente 14 ergibt sich aus einer speziellen Oberflächenbehandlung der Plattenelemente 2, 4, z.B. durch Polieren, so dass die Flüssigkristallelemente 14 ihre zu den Plattenoberflächen geordnete parallele Ausrichtung auch ohne ein elektrisches Feld beibehalten. Die polarisierte Strahlung 1, die durch die Struktur 20 in 1a geleitet wird, wird durch die Flüssigkristallelemente 14 nicht abgelenkt. Die aus der Struktur 20 austretende Strahlung 16 hat die gleiche Strahlungsrichtung wie die in die Struktur 20 eintretende polarisierte Strahlung 1.An in x Direction or transverse to the radiation direction showing electric field strength gradient 18 has the value zero. The molecular orientation of the between the plate elements 2 . 4 located liquid crystal elements 14 is therefore not affected by any electric field. In general, the liquid crystal elements are 14 disordered when on the coatings 6 . 8th . 12 no voltage is applied. In the 1a shown ordered alignment of the liquid crystal elements 14 results from a special surface treatment of the plate elements 2 . 4 , eg by polishing, so that the liquid crystal elements 14 maintain their aligned parallel to the plate surfaces even without an electric field. The polarized radiation 1 passing through the structure 20 in 1a is passed through the liquid crystal elements 14 not distracted. The out of the structure 20 emerging radiation 16 has the same direction of radiation as the one in the structure 20 incoming polarized radiation 1 ,

In 1b ist ebenfalls die Struktur 20 gezeigt, wobei an der ersten Beschichtung 8 eine elektrische Spannung von beispielsweise 5 V anliegt. Die Spannung an den Schichten 6 und 12 beträgt jeweils 0 V. Zwischen den Plattenelementen 2, 4 bildet sich aufgrund der Beschichtung 10 mit ihrem hohen elektrischen Widerstand ein inhomogenes elektrisches Feld bzw. ein elektrischer Feldstärkegradient 18 mit einem Wert größer Null aus. Die elektrische Feldstärke zwischen der ersten Beschichtung 8 des zweiten Plattenelements 4 und der Beschichtung 6 des ersten Plattenelement 2 ist relativ groß und nimmt ausgehend von der ersten Beschichtung 8 des zweiten Plattenelements 4 in x-Richtung bis zur dritten Beschichtung 12 des zweiten Plattenelements 4 ab.In 1b is also the structure 20 shown, wherein on the first coating 8th an electrical voltage of for example 5 V is applied. The tension on the layers 6 and 12 is in each case 0 V. Between the plate elements 2 . 4 forms due to the coating 10 with their high electrical resistance an inhomogeneous electric field or an electric field strength gradient 18 with a value greater than zero. The electric field strength between the first coating 8th of the second plate member 4 and the coating 6 of the first plate element 2 is relatively large and increases from the first coating 8th of the second plate member 4 in the x direction to the third coating 12 of the second plate member 4 from.

Je nach Stärke des elektrischen Felds richten sich die Moleküle der Flüssigkristallelemente 14 entsprechend der Feldlinien des elektrischen Felds aus. Die die Struktur 20 passierende polarisierte Strahlung 1 erfährt je nach molekularer Orientierung einen unterschiedlichen Brechungsindex und läuft deshalb unterschiedlich schnell durch die zwischen den Plattenelementen 2, 4 ausgebildeten Flüssigkristallelemente 14. Mit anderen Worten lassen sich durch die hinsichtlich ihrer Orientierung einstellbaren Flüssigkristallelemente 14 innerhalb der Struktur 20 unterschiedliche Brechungsindizes erreichen. In 1b nimmt der Brechungsindex entlang der Plattenelemente 2, 4 in x-Richtung zu. Die zwischen den Plattenelementen 2, 4 angeordneten Flüssigkristallelemente 14 haben insgesamt die Funktion eines Prismas, das einfallende Strahlung ablenken bzw. ausrichten kann. Im Ergebnis wird die die Struktur 20 passierende polarisierte Strahlung 1 abgelenkt, d.h. die Strahlungsrichtungen der austretenden Strahlung 16 und der polarisierten Strahlung 1 sind unterschiedlich.Depending on the strength of the electric field, the molecules of the liquid crystal elements are directed 14 according to the field lines of the electric field. The the structure 20 passing polarized radiation 1 Depending on the molecular orientation undergoes a different refractive index and therefore runs at different speeds through the between the plate elements 2 . 4 formed liquid crystal elements 14 , In other words, can be adjusted by the liquid crystal elements adjustable in their orientation 14 within the structure 20 reach different refractive indices. In 1b the refractive index increases along the plate elements 2 . 4 in the x direction. The between the plate elements 2 . 4 arranged liquid crystal elements 14 Overall, they have the function of a prism that can deflect or direct incident radiation. As a result, the structure becomes 20 passing polarized radiation 1 deflected, ie the radiation directions of the exiting radiation 16 and the polarized radiation 1 are different.

Die erfindungsgemäße Anordnung wird in einem LiDAR-System zur Umgebungserfassung eingesetzt. In 1a und 1b ist eine Empfängereinheit 21 bzw. ein Sensor, die die von einem Objekt zurückreflektierte Strahlung 16 misst, schematisch dargestellt.The inventive arrangement is used in a LiDAR system for environmental detection. In 1a and 1b is a receiver unit 21 or a sensor that reflects the radiation reflected back from an object 16 measures, shown schematically.

2 zeigt in einer schematischen Ansicht eine erfindungsgemäße Anordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Strahlung 1 der Strahlungsquelle SQ wird zur Strahlungslenkung parallel durch mehrere (sechs in 2) der in 1a und 1b gezeigten Strukturen 20 geleitet. Die elektrischen Felder jeder der Strukturen 20 sind so eingestellt, dass die von der Strahlungsquelle SQ emittierte Strahlung 1 jeweils in einen gleichen Abstrahlwinkelbereich abgelenkt wird. Die Abstrahlwinkel der austretenden Strahlung 16 jeder der Strukturen 20 sind gleich. Die in 2 gezeigten Strukturen 20 sind in einer x-z-Ebene angeordnet und in x-Richtung jeweils nicht beabstandet bzw. schließen jeweils direkt aneinander an. Des Weiteren haben die Strukturen 20 gemeinsame Plattenelemente 2, 4, was insgesamt einen platzsparenden Aufbau ermöglicht. 2 shows a schematic view of an inventive arrangement according to a second embodiment. The radiation 1 The radiation source SQ is used for radiation guidance in parallel by a plurality (six in 2 ) the in 1a and 1b shown structures 20 directed. The electric fields of each of the structures 20 are adjusted to that of the radiation source SQ emitted radiation 1 each deflected in a same Abstrahlwinkelbereich. The radiation angle of the emerging radiation 16 each of the structures 20 are equal. In the 2 shown structures 20 are in one xz Level arranged and in x Direction each not spaced or close each directly to each other. Furthermore, the structures have 20 common plate elements 2 . 4 , which allows a total of space-saving design.

Bei dem in 3 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel werden mehrere, in x-Richtung voneinander beabstandete, Strahlungsquellen SQ verwendet, wobei jeder Strahlungsquelle SQ eine eigene Struktur 20 zugeordnet ist, die die Strahlung in einen jeweiligen Abstrahlwinkelbereich ablenken kann, wobei sich die Abstrahlwinkelbereiche bzw. Strahlungsrichtungen der austretenden Strahlung 16 der mehreren Strukturen 20 voneinander unterscheiden. Mit anderen Worten erfasst jede der mehreren Strukturen 20 nur einen Teil des gesamten zu erfassenden Bereichs wodurch die Auflösung des Gesamtsystems erhöht werden kann.At the in 3 shown third embodiment, several, in x Direction spaced radiation sources SQ used, with each radiation source SQ a separate structure 20 is assigned, which can deflect the radiation in a respective Abstrahlwinkelbereich, wherein the Abstrahlwinkelbereiche or radiation directions of the exiting radiation 16 of several structures 20 differ from each other. In other words, each of the multiple structures captures 20 only a part of the total area to be detected, whereby the resolution of the entire system can be increased.

Die 4a und 4b zeigen in schematischen Ansichten eine erfindungsgemäße Anordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Das Plattenelement 2 ist auf seiner der Strahlungsquelle SQ abgewandten Seite ganzflächig mit Indiumzinnoxid beschichtet (Beschichtung 6). Das Plattenelement 4 ist auf seiner der Strahlungsquelle SQ zugewandten Seite ebenfalls ganzflächig mit Indiumzinnoxid beschichtet (Beschichtung 8). Innerhalb der Struktur 20 ist zusätzlich ein strahlungsumlenkendes Element 22 in Form eines im Querschnitt dreieckförmigen Glasprismas angeordnet. Eine Eintrittsfläche 23 des strahlungsumlenkenden Elements 22 liegt parallel und ohne Abstand an der Beschichtung 6 des Plattenelements 2 an, so dass die die Struktur 20 passierende Strahlung 1 senkrecht auf die Eintrittsfläche 23 trifft. Die die Struktur 20 passierende Strahlung 1 wird vom strahlungsumlenkenden Element 22 entsprechend seines Brechungsindex an einer zur Eintrittsfläche 23 angewinkelten Austrittsfläche 24 abgelenkt. Wenn an den Beschichtungen 6, 8 der Plattenelemente 2, 4 eine Potentialdifferenz besteht und die zwischen den Plattenelementen 2, 4 befindlichen Flüssigkristallelemente 14 entsprechend der Feldlinien des sich einstellenden elektrischen Felds ausgerichtet sind, wie in 4a gezeigt, dann wird die vom strahlungsumlenkenden Element 22 abgelenkte Strahlung 1 von den Flüssigkristallelementen 14 nochmals abgelenkt. In 4a ist das elektrische Feld homogen (die Potentialdifferenz zwischen den Beschichtungen 6, 8 der Plattenelemente 2, 4 ist entlang der x-Richtung konstant) und so eingestellt, dass der sich einstellende Brechungsindex der Flüssigkristallelemente 14 dem Brechungsindex des strahlungsumlenkenden Elements 22 entspricht. Das heißt, dass die die Struktur 20 passierende Strahlung 1 insgesamt nicht abgelenkt wird, da sich die Strahlungsablenkung durch das strahlungsumlenkende Element 22 und die Strahlungsumlenkung der Flüssigkristallelemente 14 gegenseitig aufheben. Hierbei ist zu beachten, dass das im elektrischen Feld angeordnete strahlungsumlenkende Element 22 ein Dielektrikum ist, das das elektrische Feld verändert. Das elektrische Feld muss daher inhomogen sein, um Einflüsse durch das in das elektrische Feld eingebrachte Dielektrikum ausgleichen zu können. Wenn an den Beschichtungen 6, 8 der Plattenelemente 2, 4 keine Spannung anliegt und somit kein elektrisches Feld ausgebildet ist, wie in 4b gezeigt, wird die die Struktur 20 passierende Strahlung 1 vom strahlungsumlenkenden Element 22 entsprechend seines Brechungsindex an der Austrittsfläche 24 abgelenkt und passiert die dann zufällig ausgerichteten Flüssigkristallelemente 14 ohne eine weitere Ablenkung.The 4a and 4b show in schematic views an inventive arrangement according to a fourth embodiment. The plate element 2 is on his the radiation source SQ opposite side over the entire surface coated with indium tin oxide (coating 6 ). The plate element 4 is on its side facing the radiation source SQ also coated over the entire surface with indium tin oxide (coating 8th ). Within the structure 20 is additionally a radiation-redirecting element 22 arranged in the form of a cross-sectionally triangular glass prism. An entrance area 23 of the radiation-redirecting element 22 lies parallel and without clearance on the coating 6 of the plate element 2 so that the the structure 20 passing radiation 1 perpendicular to the entrance surface 23 meets. The the structure 20 passing radiation 1 becomes from the radiation redirecting element 22 according to its refractive index at one to the entrance surface 23 angled exit surface 24 distracted. If on the coatings 6 . 8th the plate elements 2 . 4 there is a potential difference and that between the plate elements 2 . 4 located liquid crystal elements 14 are aligned according to the field lines of the self-adjusting electric field, as in 4a shown, then the radiation-deflecting element 22 deflected radiation 1 from the liquid crystal elements 14 distracted again. In 4a the electric field is homogeneous (the potential difference between the coatings 6 . 8th the plate elements 2 . 4 is constant along the x direction) and set so that the resulting refractive index of the liquid crystal elements 14 the refractive index of the radiation-redirecting element 22 equivalent. That means that the structure 20 passing radiation 1 is not distracted as the radiation deflection by the radiation-deflecting element 22 and the radiation redirection of the liquid crystal elements 14 cancel each other out. It should be noted that the arranged in the electric field radiation-deflecting element 22 is a dielectric that changes the electric field. The electric field must therefore be inhomogeneous in order to be able to compensate for influences by the introduced into the electric field dielectric. If on the coatings 6 . 8th the plate elements 2 . 4 no voltage is applied and thus no electric field is formed, as in 4b shown, that will be the structure 20 passing radiation 1 from the radiation-redirecting element 22 according to its refractive index at the exit surface 24 deflected and passes the then randomly aligned liquid crystal elements 14 without another distraction.

Die 5 zeigt in einer schematischen Ansicht eine erfindungsgemäße Anordnung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel. Die Strahlungsquelle SQ, z.B. eine LED, emittiert unpolarisierte Strahlung 1, die mittels eines direkt hinter der Strahlungsquelle SQ angeordneten polarisierenden Strahlteilers 26 in zwei orthogonal zueinander schwingende Strahlungsanteile 1a, 1b aufgeteilt wird. Der Strahlungsanteil 1a ist 5 in x-Richtung und der Strahlungsanteil 1b in z-Richtung polarisiert. Der Strahlungsanteil 1b wird über einen Spiegel 28 so umgelenkt, dass seine Strahlungsrichtung der des Strahlungsanteils 1a entspricht (im Beispiel entgegen der y-Richtung). Die Strahlungsanteile 1a, 1b werden jeweils durch eine Struktur 20 der erfindungsgemäßen Anordnung geleitet, deren Flüssigkristallelemente 14 so orientiert sind, dass sie den Schwingungsanteil 1a bzw. 1b auslenken können. Da der Strahlungsanteil 1a in x-Richtung und der Strahlungsanteil in z-Richtung polarisiert ist (orthogonal zueinander), ist die Struktur 20, die den Strahlungsanteil 1b umlenkt, im Vergleich zur Struktur 20, die den Strahlungsanteil 1a umlenkt, um 90 Grad verdreht(siehe die zugehörigen Achsensysteme der Strukturen 20).The 5 shows a schematic view of an inventive arrangement according to a fifth embodiment. The radiation source SQ, eg an LED, emits unpolarized radiation 1 by means of a polarizing beam splitter arranged directly behind the radiation source SQ 26 in two orthogonal oscillating radiation components 1a . 1b is split. The radiation component 1a is 5 in x Direction and the radiation component 1b polarized in z-direction. The radiation component 1b will be over a mirror 28 so deflected that its radiation direction of the radiation component 1a corresponds (in the example opposite to the y direction). The radiation components 1a . 1b are each by a structure 20 passed the inventive arrangement, their liquid crystal elements 14 are oriented so that they have the vibration component 1a respectively. 1b can deflect. As the radiation component 1a in x Direction and the radiation component in z Direction is polarized (orthogonal to each other), the structure is 20 that the radiation component 1b diverts, compared to the structure 20 that the radiation component 1a deflects, rotated by 90 degrees (see the corresponding axis systems of the structures 20 ).

Bei der Anordnung gemäß den Ausführungsbeispielen wird das elektrische Feld jeweils derart verändert, dass die Strahlung 1 der Strahlungsquelle SQ über einen vorbestimmten Winkelbereich gelenkt wird. Die an die Beschichtungen 6, 8, 12 der Plattenelemente 2, 4 angelegten Spannungen werden wiederholt derart verändert, dass der elektrische Feldgradient zwischen Null und einem Maximalwert verändert wird und die Strahlung 1 somit zwischen einem minimalen und einem maximalen Abstrahlwinkel ausgelenkt wird. Wenn die aus der Struktur 20 austretende Strahlung 16 an einem Objekt reflektiert wird, wird die zurückreflektierte Strahlung der Strahlungsquelle SQ über das Sensorsystem erfasst.In the arrangement according to the embodiments, the electric field is changed in each case such that the radiation 1 the radiation source SQ is directed over a predetermined angular range. The to the coatings 6 . 8th . 12 the plate elements 2 . 4 applied voltages are repeatedly changed so that the electric field gradient is changed between zero and a maximum value and the radiation 1 Thus, between a minimum and a maximum radiation angle is deflected. If the out of the structure 20 emerging radiation 16 is reflected on an object, the reflected back radiation of the radiation source SQ is detected by the sensor system.

Offenbart ist eine Anordnung mit einer Strahlungsquelle für ein Sensorsystem zur Umgebungserfassung. Die Strahlung der Strahlungsquelle ist zur Strahlungslenkung durch eine Struktur mit zumindest einem Flüssigkristallelement leitbar, wobei eine molekulare Orientierung des zumindest einen Flüssigkristallelements mittels eines elektrischen Felds einstellbar ist.Disclosed is an arrangement with a radiation source for a sensor system for environmental detection. The radiation of the radiation source can be guided for radiation guidance through a structure having at least one liquid crystal element, it being possible to set a molecular orientation of the at least one liquid crystal element by means of an electric field.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

Strahlungradiation 11 Strahlungsanteilradiation component 1a, 1b1a, 1b erstes Plattenelementfirst plate element 22 zweites Plattenelementsecond plate element 44 Beschichtungcoating 66 erste Beschichtungfirst coating 88th zweite Beschichtungsecond coating 1010 dritte Beschichtungthird coating 1212 Flüssigkristallelementliquid crystal element 1414 austretende Strahlungemerging radiation 1616 elektrischer Feldstärkegradientelectric field strength gradient 1818 Strukturstructure 2020 Empfängereinheitreceiver unit 2121 strahlungsumlenkendes Elementradiation-redirecting element 2222 Eintrittsflächeentry surface 2323 Austrittsflächeexit area 2424 polarisierender Strahlteilerpolarizing beam splitter 2626 Spiegelmirror 2828

Claims (12)

Anordnung mit einer Strahlungsquelle (SQ) für ein Sensorsystem zur Umgebungserfassung, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung (1) der Strahlungsquelle (SQ) zur Strahlungslenkung durch eine Struktur (20) mit zumindest einem Flüssigkristallelement (14) leitbar ist, wobei eine molekulare Orientierung des zumindest einen Flüssigkristallelements (14) mittels eines elektrischen Felds einstellbar ist.Arrangement with a radiation source (SQ) for a sensor system for environmental detection, characterized in that the radiation (1) of the radiation source (SQ) for radiation guidance through a structure (20) with at least one liquid crystal element (14) is conductive, wherein a molecular orientation of the at least one liquid crystal element (14) is adjustable by means of an electric field. Anordnung nach Anspruch 1, zusätzlich mit einer Empfängereinheit (21) zum Messen der Strahlung (1) der Strahlungsquelle (SQ).Arrangement according to Claim 1 in addition to a receiver unit (21) for measuring the radiation (1) of the radiation source (SQ). Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Struktur (20) zumindest zwei mit elektrisch leitfähigem und transparentem Beschichtungsmaterial (6, 8, 10, 12) beschichtete Plattenelemente (2, 4) aufweist.Arrangement according to Claim 1 or 2 wherein the structure (20) comprises at least two plate elements (2, 4) coated with electrically conductive and transparent coating material (6, 8, 10, 12). Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das elektrische Feld durch Anlegen einer elektrischen Spannung am Beschichtungsmaterial (6, 8, 10, 12) der Plattenelemente (2, 4) in seiner Stärke einstellbar ist.Arrangement according to one of Claims 1 to 3 , wherein the electric field is adjustable in its thickness by applying an electrical voltage to the coating material (6, 8, 10, 12) of the plate elements (2, 4). Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das zumindest eine Flüssigkristallelement (14) auf einem reflektierenden Substrat angeordnet ist.Arrangement according to one of Claims 1 to 4 wherein the at least one liquid crystal element (14) is arranged on a reflective substrate. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mehrere Strukturen (20) vorgesehen sind und die Strahlung (1) der Strahlungsquelle (SQ) zur Strahlungslenkung durch die mehreren Strukturen (20) leitbar ist.Arrangement according to one of Claims 1 to 5 , wherein a plurality of structures (20) are provided and the radiation (1) of the radiation source (SQ) for radiation guidance through the plurality of structures (20) is conductive. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei innerhalb der Struktur (20) ein strahlungsumlenkendes Element (22) angeordnet ist. Arrangement according to one of Claims 1 to 6 wherein within the structure (20) a radiation-deflecting element (22) is arranged. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, zusätzlich mit einem polarisierenden Strahlteiler (26).Arrangement according to one of Claims 1 to 7 additionally with a polarizing beam splitter (26). Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei das elektrisch leitfähige und transparente Beschichtungsmaterial (6, 8, 10, 12) Indiumzinnoxid und/oder Poly-3,4-ethylendioxythiophen ist.Arrangement according to one of Claims 3 to 8th wherein the electrically conductive and transparent coating material (6, 8, 10, 12) is indium tin oxide and / or poly-3,4-ethylenedioxythiophene. Verfahren für eine Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit den Schritten - Verändern des elektrischen Felds derart, dass die Strahlung (1) der Strahlungsquelle über einen vorbestimmten Winkelbereich gelenkt wird, - Erfassen der zurückreflektierten Strahlung (1) der Strahlungsquelle (SQ) über das Sensorsystem.Method for an arrangement according to one of Claims 1 to 9 , comprising the steps of - changing the electric field such that the radiation (1) of the radiation source is directed over a predetermined angular range, - detecting the back-reflected radiation (1) of the radiation source (SQ) via the sensor system. Scheinwerfer mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.Headlamp with an arrangement according to one of Claims 1 to 9 , Sensorsystem mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.Sensor system with an arrangement according to one of Claims 1 to 9 ,
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