DE102018219481A1 - Baugruppe für einen LiDAR-Sensor und LiDAR-Sensor - Google Patents

Baugruppe für einen LiDAR-Sensor und LiDAR-Sensor Download PDF

Info

Publication number
DE102018219481A1
DE102018219481A1 DE102018219481.5A DE102018219481A DE102018219481A1 DE 102018219481 A1 DE102018219481 A1 DE 102018219481A1 DE 102018219481 A DE102018219481 A DE 102018219481A DE 102018219481 A1 DE102018219481 A1 DE 102018219481A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
microlens
spot
diameter
light beam
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102018219481.5A
Other languages
English (en)
Inventor
Juergen Hasselbach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102018219481.5A priority Critical patent/DE102018219481A1/de
Priority to US16/681,965 priority patent/US11486967B2/en
Priority to CN201911117843.9A priority patent/CN111190159B/zh
Publication of DE102018219481A1 publication Critical patent/DE102018219481A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4811Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06Systems determining position data of a target
    • G01S17/08Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06Systems determining position data of a target
    • G01S17/42Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4814Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10Scanning systems
    • G02B26/101Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Baugruppe für einen LiDAR-Sensor umfassend: einen Lichtsendepfad mit einem beweglichen Spiegel und einer Lichtquelle; und eine sendeseitige Mikrolinsenanordnung (2), die dem Lichtsendepfad nachgeschaltet ist, wobei der Lichtsendepfad ausgelegt ist, eine erste Mikrolinse (1) der Mikrolinsenanordnung (2) eingangsseitig mit einem ersten Spot (7) eines vordefinierten Durchmessers eines ersten Lichtstrahls auszuleuchten, wobei der vordefinierte Durchmesser des Spots (7) des ersten Lichtstrahls größer als ein Durchmesser der ersten Mikrolinse (1) ist und ein Abstand (4) eines Randes der ersten Mikrolinse (1) zu Rändern benachbarter Mikrolinsen (3a-3d) innerhalb der sendeseitigen Mikrolinsenanordnung (2) einer Differenz (5) zwischen dem vordefinierten Durchmesser des Spots (7) des ersten Lichtstrahls und dem Durchmesser der ersten Mikrolinse (1) beträgt.

Description

  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Baugruppe für einen LiDAR-Sensor und einen LiDAR-Sensor.
  • Bekannte Laser-Scanner-Systeme, wie z.B. LiDAR-Sensoren, können beispielsweise als Mikroscanner koaxial oder biaxial, mit Strahlaufweitung, als Offset-Koaxial-LiDAR mit Teil-Flash oder als 2D-Offset-Koaxialsystem mit beidseitig genutztem Auslenkspiegel betrieben werden.
  • Derartige Laser-Scanner-Systeme erzeugen sendeseitig unter Verwendung mikrooptischer Elemente eine Strahlaufweitung, welche ohne Winkelverlust des Sichtfeldes einhergeht. Diese Strahlaufweitung dient einerseits der Erhöhung der System-Robustheit gegenüber lokalen Verschmutzungen von Sende- und/oder Echo-Empfangsobjektiven und andererseits der Erhöhung der Augensicherheit bzw. der Möglichkeit, mehr Lichtleistung innerhalb der gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte aussenden zu können. Mehr aussendbare Leistung ist wiederum direkt mit einer Erhöhung des empfangbaren Signal-zu-Rausch-Verhältnisses oder einer Erhöhung der maximalen Messdistanz verbunden.
  • Beispielsweise sind Mikroscanner-Systeme bekannt, bei denen ein Sendestrahl durch eine alternierende Bewegung eines Mikrospiegels auf verschiedene optische Elemente einer Mikrolinsenanordnung gelenkt wird. Durch jede Mikrolinse einer solchen Mikrolinsenanordnung wird ein divergenter Sendestrahl auf eine Sende- bzw. Empfangslinse projiziert, ehe der Sendestrahl das Mikroscanner-System erweitert verlassen kann. Nach der Reflektion bzw. Streuung an einem sich im Sichtfeld befindenden Objekt gelangt das Signal wieder durch die Sende- bzw. Empfangslinse und wird über verschiedene optische Elemente auf den Detektor abgelenkt.
  • Eine inhärente Herausforderung dieser Mikroscanner ist die Tatsache, dass sich beim sendeseitigen Scannen die Toleranz der Scanstrahl-Ablenkeinheit, z.B. eines Galvo- oder Mikrospiegels, direkt auf den Ablenkwinkel des Sendestrahls im Sichtfeld des Mikroscanners auswirkt. Dadurch ist es nicht eindeutig möglich, einen definierten Objektpunkt im Sichtfeld zu treffen. Daher ist das von diesem Objektpunkt rückstreuende Licht auch nicht mehr unmittelbar einem Winkel im Sichtfeld zuordenbar, was mit einer Verringerung der maximalen Systemauflösung und der damit verbundenen Detektionssicherheit einhergeht. Beispielsweise können Toleranzen der Scanstrahl-Ablenkeinheit über die Ansteuerungsregelung, über Hysteresen der Rückstellung, über dynamische Deformation aufgrund von Massenträgheit, über statische Deformation eines Spiegels durch Herstellungsprozesse und über Schocksituationen auftreten.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Baugruppe für einen LiDAR-Sensor. Als „Baugruppe“ wird vorliegend eine Einheit eines Sensors verstanden, welche strukturell und funktionell in den Sensor integrierbar ist. Die Baugruppe umfasst einen Lichtsendepfad, welcher eine Lichtquelle, z.B. eine Laser-Quelle, und einen beweglichen Spiegel, z.B. einen Galvo- und/oder einen Mikrospiegel, umfasst. Der Lichtsendepfad kann weitere optische Elemente, wie z.B. eine Kollimier- und/oder Fokussierlinse und/oder einen Umlenkspiegel, umfassen, um einen ersten Lichtstrahl mit einem Spot eines vordefinierten Durchmessers zu erzeugen, wobei die Mikrolinsenanordnung dem Lichtsendepfad nachgeschaltet ist. Mit anderen Worten befindet sich die Mikrolinsenanordnung zwischen einem Sichtfeld und dem Lichtsendepfad. Der Lichtsendepfad ist durch die strukturelle Anordnung darin befindlicher optischer Elemente insbesondere ausgelegt, eine erste Mikrolinse der Mikrolinsenanordnung mit einem ersten Lichtstrahl, dessen Spot-Durchmesser vordefiniert ist, eingangsseitig auszuleuchten. Der Spot mit dem ersten vordefinierten Durchmesser, der auf die erste Mikrolinse trifft, weist hierbei einen Durchmesser auf, welcher größer ist als ein Durchmesser der ersten Mikrolinse Insbesondere kann eine erfindungsgemäße Mikrolinsenanordnung 200 bis 50000 Mikrolinsen aufweisen. Der vordefinierte Durchmesser des Spots wird zudem insbesondere durch die strukturelle Anordnung optischer Elemente in dem Lichtsendepfad fix definiert. Der Durchmesser des Spots des vordefinierten ersten Lichtstrahls kann insbesondere 10 µm bis 5 mm betragen. Der Durchmesser der ersten Mikrolinse kann insbesondere im selben Bereich liegen und ist jedoch stets kleiner als der Durchmesser des Spots. Der Abstand zwischen Rändern benachbarter Mikrolinsen und einem Rand der ersten Mikrolinse innerhalb der sendeseitigen Mikrolinsenanordnung entspricht der Differenz zwischen dem vordefinierten Durchmesser des Spots des ersten Lichtstrahls, der die Mikrolinse ausleuchtet, und dem Durchmesser der ersten Mikrolinse. Der so entstehende Bereich zwischen den Mikrolinsen kann ein nichtlichtdurchlässiges Material umfassen und/oder mit einem nicht lichtdurchlässigen Material beschichtet sein, wodurch ein derartiger Bereich wie eine Blende um die Mikrolinsen wirkt. Wenn der vordefinierte Durchmesser des Spots des ersten Lichtstrahls zu groß ist, so kann durch diesen Strahl gegebenenfalls eine benachbarte Mikrolinse ausgeleuchtet werden, was erfindungsgemäß zu verhindern ist. Wenn der Durchmesser des ersten Strahls kleiner ist, d.h. so groß oder kleiner als der Durchmesser der ersten Mikrolinse, so besteht das Risiko, dass die Mikrolinse nicht vollständig ausgeleuchtet wird. Selbige Überlegungen gelten für den Abstand zwischen der ersten Mikrolinse und den benachbarten Mikrolinsen. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass ein aus dem ersten Lichtstrahl resultierender Lichtspot, welcher die erste Mikrolinse insbesondere vollständig ausleuchtet, eine der benachbarten Mikrolinsen ausleuchtet. Somit ist der durch die erste Mikrolinse in das Sichtfeld des Sensors emittierte Lichtstrahl der ersten Mikrolinse zuordenbar. Durch den vorstehend beschriebenen ersten Lichtstrahl mit dem vordefinierten Durchmesser des Spots, wodurch die Mikrolinse ausgeleuchtet wird, und den Abstand der Mikrolinse zu benachbarten Mikrolinsen, kann somit die Winkelrobustheit des Sensors erhöht werden. Mit anderen Worten kann durch den Durchmesser des ersten Lichtstrahls und den Abstand der Mikrolinsen untereinander sichergestellt werden, dass ein definierter Lichtstrahl lediglich eine Mikrolinse vollständig ausleuchtet. Somit kann also die Toleranzanfälligkeit bezüglich der eingangs diskutierten Faktoren verringert werden. Damit können durch die erfindungsgemäße Mikrolinsenanordnung definierte Spotpositionen im Sichtfeld erzeugt werden, was zu einer homogenen Auflösung führt. Die vorstehend beschriebene Umgebung, d.h. Abstände benachbarter Mikrolinsen von der ersten Mikrolinse, bzw. Beleuchtung der ersten Mikrolinse mit den wie vorstehend beschriebenen Abmessungen unterliegt beispielsweise einer Fernordnung, was mit anderen Worten bedeutet, dass sich das für die erste Mikrolinse beschriebene Prinzip im Wesentlichen für die gesamte Mikrolinsenanordnung, d.h. sowohl für die benachbarten Mikrolinsen und deren benachbarte Mikrolinsen usw. fortsetzen kann. Die benachbarten Mikrolinsen können insbesondere auf den Eckpunkten eines Quadrats angeordnet sein, welches die erste Mikrolinse einbeschreibt. Mikrolinsenanordnungen, welche üblicherweise im Stand der Technik verwendet werden, weisen eine dichteste zweidimensionale Packung bezüglich der Beabstandung der Mikrolinsen untereinander auf. Dies reduziert bei einer Ausleuchtung der Mikrolinsen allerdings die Eindeutigkeit einer Spot-Zuordnung, da mehrere Mikrolinsen mit einem Spot verringerter Größe aufgrund der eingangs diskutierten Toleranzen ganz oder teilweise ausgeleuchtet werden können. Diese Problematik wird erfindungsgemäß dadurch überwunden, dass durch die erfindungsgemäße Baugruppe und den vordefinierten Durchmesser des Spots des ersten Lichtstrahls sowie den Abstand zwischen den Mikrolinsen nur eine Mikrolinse pro Lichtstrahl angestrahlt wird.
  • Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist die sendeseitige Mikrolinsenanordnung zwischen dem Lichtsendepfad und einem Objektiv angeordnet. Das Objektiv ist eingerichtet, einen ausgangsseitigen ersten Lichtstrahl, d.h. einen Lichtstrahl, welcher der sendeseitigen ersten Mikrolinse zunächst eingangsseitig mit dem vordefinierten Durchmesser des Spots des ersten Lichtstrahls zugeführt wurde und die erste Mikrolinse somit passiert hat, in eine Raumrichtung zu lenken. Das Objektiv kann insbesondere eine Projektionslinse umfassen. Ferner kann das Objektiv eingerichtet sein, als Sende- und Empfangslinse innerhalb der erfindungsgemäßen Baugruppe zu fungieren. Dadurch, dass die Ausleuchtung einer Mikrolinse hinsichtlich der Toleranzen eindeutig ist, kann der von dieser Mikrolinse ausgehende Lichtstrahl auf einen definierten Punkt des Sichtfeldes des Sensors gelenkt werden. Somit kann eine homogene und lückenlose Auflösung bezüglich eines zu detektierenden Objektes bzw. Objektbereiches erreicht werden. Die lichtdurchlässige Apertur des Objektivs kann insbesondere einen Durchmesser welcher größer ist als der normierte Pupillendurchmesser des menschlichen Auges und zum Beispiel sinnvollerweise 50 mm aufweisen.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann der Abstand zwischen Objektiv und der ersten Mikrolinse kleiner oder gleich der Summe der Brennweiten des Objektivs und der Mikrolinse sein. Wenn der Abstand der Summe der beiden Brennweiten entspricht, so sendet das Objektiv einen planparallelen Lichtstrahl aus. Im anderen Fall sendet das Objekt einen divergenten Lichtstrahl aus. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass ein bereits durch die erste Mikrolinse erweiterter Strahl durch das Objektiv weiter aufgeweitet werden kann. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Spotgröße durch eine beliebig einstellbare Strahldivergenz, welche z.B. durch das Sichtfeld des Objektives begrenzt ist, erweitert werden. Auf diese Weise wird insbesondere eine Augensicherheit eingehalten, wobei der menschliche Pupillendurchmesser, welcher dem Kriterium der Augensicherheit zugrunde liegt, 7 bis 8 mm beträgt, da das Auge aufgrund des größeren aus der Baugruppe emittierenden Austrittsspots einer geringeren Leistung ausgesetzt ist. Durch die zusätzliche Strahlaufweitung des Objektivs kann zudem ein nahezu beliebig großes oder kleines Objekt weitgehend vollständig ausgeleuchtet werden.
  • Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung betrifft die vorliegende Erfindung eine detektorseitige Mikrolinsenanordnung. Diese detektorseitige Mikrolinsenanordnung kann einem Lichtempfangspfad vorgeschaltet sein, wobei der Lichtempfangspfad optische Elemente, wie z.B. Fokussierlinsen und/oder Kollimierlinsen und/oder einen beweglichen Spiegel aufweisen kann, wodurch ein empfangener Lichtstrahl zu einem Detektor geleitet wird. Weiterhin können optische Elemente des Lichtsendepfades, wie z.B. ein beweglicher Spiegel, auch für den Lichtempfangspfad verwendet werden. Erfindungsgemäß kann es insbesondere vorgesehen sein, dass dasselbe Objektiv sowohl für den Sendeals auch den Empfangspfad verwendet wird. Insbesondere kann der Durchmesser der Mikrolinsen der empfangsseitigen Mikrolinsenanordnung der Summe aus dem Durchmesser der Mikrolinsen der sendeseitigen Mikrolinsenanordnung und des Abstandes benachbarter Mikrolinsen der sendeseitigen Mikrolinsenanordnung entsprechen. Um die Detektion des Empfangssignals ohne Leistungsverlust zu maximieren, kann auf diese Weise wiederum empfangsseitig die höchste Packungsdichte der Mikrolinsen und damit eine größtmögliche lichtdurchlässige Fläche erreicht werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Baugruppe weist ein Zwischenraum innerhalb der sendeseitigen Mikrolinsenanordnung zwischen der ersten Mikrolinse und der benachbarten Mikrolinse ein nichttransparentes Material auf. Dies ist insbesondere deshalb von Vorteil, um diejenige Strahlung des Spots, welche nicht durch die Mikrolinse transmittiert und nicht auf das Objektiv und folglich nicht auf ein Sichtfeld geleitet wird, zu absorbieren, und somit eine ungewollte Sichtfeldausleuchtung außerhalb des vom Sendespot durch die Mikrolinse erzeugten Sendestrahls zu vermeiden. Des Weiteren kann somit im Hinblick auf Augensicherheitsnormen die aussendbare Sendeleistung gegenüber einer Baugruppe ohne nichttransparentes Material zwischen den Mikrolinsen erhöht und somit eine höhere Reichweite erzielt werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Baugruppe entspricht der Durchmesser der zweiten Mikrolinse dem Durchmesser des Spots des ersten Lichtstrahls.
  • Weiterhin vorteilhaft ist die erste Mikrolinse ausgelegt, eine Strahlaufweitung eines ausgehenden Lichtstrahls zu erzeugen, wobei der Durchmesser des ausgehenden Lichtstrahls mindestens dem ersten vordefinierten Spot-Durchmesser entspricht. Dies kann insbesondere in Abhängigkeit des Abstandes zwischen dem Objektiv und der Mikrolinsenanordnung erreicht werden. Auf diese Weise kann ein Lichtstrahl desselben Durchmessers über dasselbe Objektiv nach Reflektion an einem Objekt empfangen werden. Somit kann erfindungsgemäß eine Erhöhung der Robustheit des Sende- bzw. Empfangsobjektivs gegenüber Schmutz erzielt werden.
  • Durch die erfindungsgemäße Strahlaufweitung aufgrund der ersten Mikrolinse kann eine kompakte Bauweise eines LiDAR-Sensors erzielt werden.
  • Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist der vordefinierte Durchmesser des Spots des ersten Lichtstrahls durch einen strukturellen Aufbau des Lichtsendepfads festlegbar. Mit anderen Worten kann bei einer Konstruktion einer erfindungsgemäßen Baugruppe ein Abstand zwischen den Mikrolinsen der Linsenoptik definiert werden. In Abhängigkeit davon kann strukturell, d.h. apparativ, z.B. durch die Anordnung eines Lasers, eines beweglichen Spiegels, eines Kollimators und eines Umlenkspiegels, ein Spot eines ersten Lichtstrahls mit einem vordefinierten Durchmesser erzeugt werden, wobei der vordefinierte Durchmesser größer als der Durchmesser der Mikrolinse ist. Insbesondere haben die Mikrolinsen der erfindungsgemäßen Mikrolinsenanordnung für alle erfindungsgemäßen Ausgestaltungen und Weiterbildungen einen im Wesentlichen einheitlichen Durchmesser.
  • Die folgenden erfindungsgemäßen Aspekte weisen die vorteilhaften Ausgestaltungen und Weiterbildungen mit den wie vorstehend genannten Merkmalen sowie die generellen Vorteile der erfindungsgemäßen Baugruppe und die jeweils damit verbundenen technischen Effekte entsprechend auf. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird deshalb auf eine erneute Aufzählung verzichtet.
  • Ein zweiter Erfindungsaspekt betrifft einen LiDAR-Sensor umfassend eine Baugruppe gemäß dem ersten Erfindungsaspekt. Der LiDAR-Sensor umfasst insbesondere einen Sendebereich, welcher insbesondere den vorstehend beschriebenen Lichtsendepfad und die sendeseitige Mikrolinsenanordnung umfasst. Ferner umfasst der LiDAR-Sensor insbesondere eine Empfangseinheit, welche insbesondere die vorstehend beschriebene detektorseitige Mikrolinsenanordnung umfasst. Optische Elemente der Empfangseinheit können hierbei auch für die Sendeeinheit verwendet werden und umgekehrt.
  • Figurenliste
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
    • 1 eine Querschnittsdarstellung einer Variante einer erfindungsgemäßen senderseitigen Mikrolinsenanordnung;
    • 2a eine Seitenansicht einer Variante eines erfindungsgemäßen Lichtempfangspfades;
    • 2b eine Querschnittsdarstellung einer Variante einer erfindungsgemäßen empfängerseitigen Mikrolinsenanordnung;
    • 3 eine Seitenansicht einer Variante eines erfindungsgemäßen Sendepfades; und
    • 4 eine Variante eines erfindungsgemäßen LiDAR-Sensors.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer Variante einer erfindungsgemäßen Mikrolinsenanordnung 2. Eine erste Mikrolinse 1, welche schraffiert dargestellt ist, weist einen Durchmesser dS,µL auf, welcher idealerweise vollständig auszuleuchten ist. Der vordefinierte Durchmesser eines Spots 7 eines ersten Lichtstrahls, welcher auf die Mikrolinsenanordnung 2 auftrifft dSpot,µL ist größer, als der Durchmesser der ersten Mikrolinse 1 dS.µL . Ein Pitch, also eine Strecke zwischen einem Kreismittelpunkt einer ersten Mikrolinse 1 und einem Kreismittelpunkt einer benachbarten Mikrolinse 3b, beträgt im vorliegenden Fall das Zweifache des Mikrolinsendurchmessers dS, µL . Allgemein ausgedrückt entspricht der Abstand 4 vom Rand einer ersten Mikrolinse 3a zum Rand einer benachbarten Mikrolinse 3d der Differenz von dSpot, µL . und dS, µL . Auf diese Weise wird in einem vorgesehenen Toleranzbereich die erste Mikrolinse 1 eindeutig ausgeleuchtet.
  • 2a zeigt eine Anordnung eines Objektivs 6 und einer empfangsseitigen Mikrolinsenanordnung 8. fObj stellt hierbei die Brennweite des Objektivs 6 dar. Der Abstand der empfangsseitigen Mikrolinsenanordnung 8 vom Objektiv beträgt hier weniger als die Summe der Brennweiten von Objektiv 6 und empfangsseitiger zweiter Mikrolinse 9, um einen Spot mit dem Durchmesser dSpot, Tr zu empfangen. zTr ist hierbei der Abstand zwischen dem zu messenden Objekt 21 und der Brennweite des Objektivs fObj . Hierbei sind Strahlengänge von an einem Objekt 21 reflektierten Strahlen gezeigt. Hierbei ist dSpot, Tr der tatsächlich von einem Objekt 21 reflektierte Strahlendurchmesser, der aufgespannt werden muss, um bei sendeseitig mit einem Abstand 4 angeordneten Mikrolinsen (wobei der Bereich zwischen den Mikrolinsen nicht lichtdurchlässig ist) keine Lücken bzw. unausgeleuchteten Bereiche im Sichtfeld zu generieren. Der reflektierte Strahl ausgehend von dSpot, Tr würde nach einem Passieren des Objektivs 6 mit einem Durchmesser dE,µL auf einer empfangsseitigen Mikrolinsenanordnung abgebildet werden. Um die Systemauflösung dadurch nicht zu verringern (welche durch resTR und des damit verbundenen Durchmessers dSpot, res definiert ist), muss der nun größere Spot detektorseitig aufgelöst werden. Hingegen ist dS,µL der Durchmesser der ersten Mikrolinse 1. Hierbei wird deutlich, dass bei einem derartigen dE, µL (dE, µL = dS, µL) nur ein Teil des Spots dSpot, TR , welcher von dem Objekt reflektiert wird, auf einem Detektor abgebildet werden könnte, da das restliche rückgestreute Empfangssignal dann an der Blende zwischen den Mikrolinsen absorbiert oder reflektiert werden würde. Auf diese Weise würde das maximal mögliche Empfangssignal verringert werden. Somit ist es hier sinnvoll, dass dE, µL der zweiten Mikrolinse 9 dem Durchmesser dSpot, µL . des sendeseitigen ersten Lichtstrahls entspricht.
  • 2b zeigt eine Querschnittsdarstellung einer empfangsseitigen Linsenanordnung 8, durch welche die im vorigen Absatz besprochene Herausforderung gelöst wird. Hierbei wird der Durchmesser dS, µL . einer zweiten Mikrolinse 9 einer empfangsseitigen Mikrolinsenanordnung 8 auf den Durchmesser dE,µL vergrößert. Auf diese Weise kann der Leistungsverlust an einer empfangsseitigen Mikrolinsenanordnung 8 verringert und ein maximales Empfangssignal detektiert werden.
  • 3 zeigt einen Variante einer erfindungsgemäßen Baugruppe 10 mit einem Mikrospiegel 11 und einem Kollimator 13, in dessen Brennweite fKolli der Mikrospiegel 11 angeordnet ist. Hierbei ist ein Idealwinkel αµS, S eines ersten Lichtstrahls 14 angezeigt, wobei der auf die sendeseitige Mikrolinsenanordnung 2 gelenkt wird. Allerdings kann durch eine reale Toleranz des Mikrospiegels 11, der hier Idealwinkel αµS,S um den Betrag des Winkels ΔαµS,S verändert werden, woraus ein zweiter Lichtstrahl 15 resultiert, welcher an einer anderen Position auf der sendeseitigen Mikrolinsenanordnung 2 auftrifft. Somit verschiebt sich der räumliche Verlauf des zweiten Lichtstrahls 15 gegenüber dem ersten Lichtstrahl 14 um den Betrag ΔS, Obj . Entsprechend verringert sich auch die Eindeutigkeit der sendeseitigen Zuordnung des Lichtstrahls. Dieses Problem wird allerdings durch das vorstehend gezeigte erfindungsgemäße Ausleuchten und die damit verbundenen Abstände benachbarter Mikrolinsen 3a bis 3d von der ersten Mikrolinse 1 gelöst. Eine erfindungsgemäß ausgeleuchtete erste Mikrolinse 1 verursacht ausgangsseitig durch die erfindungsgemäße Ausleuchtung einen Spot der Größe dSpot,Tr auf dem Objekt 21.Würde der gesamte Spot 7, welcher die erste Mikrolinse 1 und deren Umgebung ausleuchtet, aus dem System treten, so hätte dies sowohl ein Ausleuchten des Objektes 21 als auch stark divergentes Streulicht, welches in das Sichtfeld gelänge, zufolge. Dies führt zu einem Herabsetzen der maximal aussendbaren Leistung am Objektivausgang aus Augensicherheitsgründen. Allerdings wird durch die erfindungsgemäße sendeseitige Mikrolinsenanordnung 2 der Teil des Spots 7, d.h. der Überlapp, welcher die Mikrolinse 1 nicht passiert, absorbiert bzw. in das System bzw. die Baugruppe 11 zurückreflektiert.
  • 4 zeigt eine Variante eines erfindungsgemäßen LiDAR-Sensors 20 umfassend eine erfindungsgemäße Baugruppe 10. Der erfindungsgemäße LiDAR-Sensor 20 weist, zusätzlich zu den vorstehenden Erläuterungen, eine Laserquelle 16 und einen ersten und einen zweiten Umlenkspiegel 17a, 17b auf. Zudem ist empfangsseitig ein Detektor 19 vorgesehen. Weiterhin befinden sich im Empfangsbereich eine Kollimierlinse 22 und eine Fokussierlinse 18.

Claims (10)

  1. Baugruppe (10) für einen LiDAR-Sensor (20) umfassend: • einen Lichtsendepfad mit einem beweglichen Spiegel und einer Lichtquelle; und • eine sendeseitige Mikrolinsenanordnung (2), die dem Lichtsendepfad nachgeschaltet ist, wobei der Lichtsendepfad ausgelegt ist, eine erste Mikrolinse (1) der sendeseitigen Mikrolinsenanordnung (2) lichtsendepfadseitig mit einem Spot (7) eines ersten Lichtstrahls, wobei der Spot (7) einen vordefinierten Durchmesser (dSpot,µL) aufweist, auszuleuchten, wobei der vordefinierte Durchmesser (dSpot,µL) des Spots (7) größer als ein Durchmesser (dS.µL) der ersten Mikrolinse (1) ist und ein Abstand (4) eines Randes der ersten Mikrolinse (1) zu Rändern benachbarter Mikrolinsen (3a-3d) innerhalb der sendeseitigen Mikrolinsenanordnung (2) einer Differenz (5) zwischen dem vordefinierten Durchmesser (dSpot,µL) des Spots (7) des ersten Lichtstrahls und dem Durchmesser (dS,µL) der ersten Mikrolinse (1) entspricht.
  2. Baugruppe (10) nach Anspruch 1, wobei die sendeseitige Mikrolinsenanordnung (2) zwischen dem Lichtsendepfad und einem Objektiv (6) angeordnet ist, wobei das Objektiv (6) eingerichtet ist, einen von der sendeseitigen Mikrolinsenanordnung (2) ausgehenden ersten Lichtstrahl in eine Raumrichtung zu lenken.
  3. Baugruppe (10) nach Anspruch 2, wobei ein Abstand zwischen dem Objektiv (6) und der ersten Mikrolinse (1) kleiner oder gleich einer Summe von Brennweiten des Objektivs (6) und der Mikrolinse (1) ist.
  4. Baugruppe (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche ferner umfassend eine detektorseitige Mikrolinsenanordnung (8), welche eingerichtet ist, von einem Objekt (21) reflektierte Lichtstrahlen zu empfangen und eine zweite Mikrolinse (9) umfasst, wobei eine Distanz eines Randes der zweiten Mikrolinse (9) zu Rändern benachbarter Mikrolinsen innerhalb der detektorseitigen Mikrolinsenanordnung (8) kleiner ist als der Abstand (4) innerhalb der sendseitigen Mikrolinsenanordnung (2) und ein Durchmesser (dE,µL) der zweiten Mikrolinse (9) größer ist als der Durchmesser (dS.µL) der ersten Mikrolinse (1).
  5. Baugruppe (10) nach Anspruch 4, wobei der Durchmesser (dE,µL) der zweiten Mikrolinse (9) dem Durchmesser (dSpot,µL) des Spots (7) entspricht.
  6. Baugruppe (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Zwischenraum innerhalb der sendeseitigen Mikrolinsenanordnung (2) zwischen der ersten Mikrolinse (1) und den benachbarten Mikrolinsen (3a-3d) ein nichttransparentes Material umfasst.
  7. Baugruppe (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der vordefinierte Durchmesser (dSpot,µL) des Spots (7) des ersten Lichtstrahls ein Doppeltes des Durchmessers (dS.µL) der ersten Mikrolinse (1) beträgt.
  8. Baugruppe (10) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die erste Mikrolinse (1) ausgelegt ist, einen ausgehenden Lichtstrahl mit Strahlaufweitung zu erzeugen und auf das Objektiv (6) zu projizieren, wobei ein Durchmesser des ausgehenden Lichtstrahls mit Strahlaufweitung bei einem sendeseitigen Auftreffen auf das Objektiv (6) mindestens dem vordefinierten Durchmesser (dSpot,µL) des Spots (7) des ersten Lichtstrahls entspricht.
  9. Baugruppe (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der vordefinierte Durchmesser (dSpot,µL) des Spots (7) des ersten Lichtstrahls durch einen strukturellen Aufbau des Lichtsendepfads festlegbar ist.
  10. LiDAR-Sensor (20) umfassend eine Baugruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
DE102018219481.5A 2018-11-15 2018-11-15 Baugruppe für einen LiDAR-Sensor und LiDAR-Sensor Pending DE102018219481A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018219481.5A DE102018219481A1 (de) 2018-11-15 2018-11-15 Baugruppe für einen LiDAR-Sensor und LiDAR-Sensor
US16/681,965 US11486967B2 (en) 2018-11-15 2019-11-13 Module for a lidar sensor and lidar sensor
CN201911117843.9A CN111190159B (zh) 2018-11-15 2019-11-15 用于激光雷达传感器的构件和激光雷达传感器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018219481.5A DE102018219481A1 (de) 2018-11-15 2018-11-15 Baugruppe für einen LiDAR-Sensor und LiDAR-Sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102018219481A1 true DE102018219481A1 (de) 2020-05-20

Family

ID=70470544

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018219481.5A Pending DE102018219481A1 (de) 2018-11-15 2018-11-15 Baugruppe für einen LiDAR-Sensor und LiDAR-Sensor

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11486967B2 (de)
CN (1) CN111190159B (de)
DE (1) DE102018219481A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10942260B2 (en) * 2018-11-08 2021-03-09 Aptiv Technologies Limited MEMS mirror with extended field of view useful for vehicle LIDAR
US11841516B2 (en) 2020-11-13 2023-12-12 Lg Innotek Co., Ltd. Anamorphic receiver optical design for LIDAR line sensors

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0735999A (ja) * 1993-07-22 1995-02-07 Nippon Sheet Glass Co Ltd 光学装置
US6671098B2 (en) * 2002-05-16 2003-12-30 Applied Materials, Inc. Scanning angle expander and a method for expanding a scanning beam angle
JP5075595B2 (ja) * 2007-11-26 2012-11-21 株式会社東芝 表示装置及びそれを用いた移動体
US8396685B2 (en) * 2009-09-15 2013-03-12 Qualcomm Incorporated Small form-factor distance sensor
DE102010043136B4 (de) * 2010-10-29 2018-10-31 Hilti Aktiengesellschaft Messgerät und Verfahren für eine berührungslose Messung von Abständen bei einem Zielobjekt
US20120215403A1 (en) * 2011-02-20 2012-08-23 General Motors Llc Method of monitoring a vehicle driver
JP5630518B2 (ja) * 2012-03-14 2014-11-26 株式会社デンソー 運転支援装置
JP5682692B2 (ja) * 2012-12-21 2015-03-11 株式会社リコー 画像表示装置
DE102012025281A1 (de) 2012-12-21 2014-06-26 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Optische Objekterfassungseinrichtung mit einem MEMS und Kraftfahrzeug mit einer solchen Erfassungseinrichtung
JP6177565B2 (ja) * 2013-04-02 2017-08-09 アルパイン株式会社 車載表示システム
EP2860550B1 (de) * 2013-10-09 2016-03-02 Hexagon Technology Center GmbH Scanner zur Raumvermessung
US9639968B2 (en) * 2014-02-18 2017-05-02 Harman International Industries, Inc. Generating an augmented view of a location of interest
CN103969832A (zh) * 2014-05-27 2014-08-06 哈尔滨工业大学 基于微透镜阵列的激光扩束匀光器
US9690104B2 (en) * 2014-12-08 2017-06-27 Hyundai Motor Company Augmented reality HUD display method and device for vehicle
JP6443677B2 (ja) * 2015-03-12 2018-12-26 日本精機株式会社 ヘッドマウントディスプレイ装置
US9653001B2 (en) * 2015-04-10 2017-05-16 GM Global Technology Operations LLC Vehicle driving aids
DE102015217908A1 (de) * 2015-09-18 2017-03-23 Robert Bosch Gmbh Lidarsensor
KR101766077B1 (ko) * 2015-12-08 2017-08-07 현대자동차주식회사 차량 주변 영상 정보 제공 시스템 및 방법
EP3182065A1 (de) * 2015-12-14 2017-06-21 Leica Geosystems AG Handhaltbares entfernungsmessgerät und verfahren zum erfassen relativer positionen
KR101916993B1 (ko) * 2015-12-24 2018-11-08 엘지전자 주식회사 차량용 디스플레이 장치 및 그 제어방법
JP6344417B2 (ja) * 2016-03-18 2018-06-20 トヨタ自動車株式会社 車両用表示装置
CN105676207B (zh) * 2016-03-31 2018-12-25 中国科学院电子学研究所 一种sal视场信号的收入光纤装置
DE102016113909A1 (de) 2016-07-28 2018-02-01 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Optische Sendeeinheit für eine optische Detektionsvorrichtung und Verfahren zum Betrieb einer optischen Sendeeinheit
US20180037116A1 (en) * 2016-08-04 2018-02-08 Panasonic Automotive Systems Company Of America, Division Of Panasonic Corporation Of North America Combined head up display (hud) and camera system
CA2976543A1 (en) * 2016-08-23 2018-02-23 8696322 Canada Inc. System and method for augmented reality head up display for vehicles
CN106291575A (zh) * 2016-10-25 2017-01-04 深圳市镭神智能系统有限公司 一种多线激光雷达测距系统及方法
CN106371085A (zh) * 2016-10-27 2017-02-01 上海博未传感技术有限公司 一种基于光纤阵列的激光雷达系统
DE202018006695U1 (de) 2017-05-15 2022-04-01 Ouster, Inc. Optischer Bildübertrager mit Helligkeitsverbesserung
CN110999129B (zh) * 2017-06-14 2023-08-15 穿梭科技私人投资有限公司 用于高速通信的系统和方法
CN206862890U (zh) * 2017-06-30 2018-01-09 上海尚朴光电技术有限公司 一种基于微透镜阵列和振镜扫描的高速高分辨率lbic设备
US10816649B1 (en) * 2017-09-14 2020-10-27 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Temporally multiplexed LADAR polarimeter
US11175388B1 (en) * 2017-11-22 2021-11-16 Insight Lidar, Inc. Digital coherent LiDAR with arbitrary waveforms

Also Published As

Publication number Publication date
US20200158827A1 (en) 2020-05-21
CN111190159B (zh) 2024-07-16
CN111190159A (zh) 2020-05-22
US11486967B2 (en) 2022-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3673290B1 (de) Sendeeinrichtung für einen lidar-scanner mit einem durch ein abdeckelement übergedeckten scanspiegel
EP1821120B1 (de) Optoelektronische Vorrichtung und Verfahren zu deren Betrieb
EP1953504B1 (de) Verfahren zur Erfassung eines Gegenstands und optoelektronische Vorrichtung
EP1355128B1 (de) Automatische Ausrichtung eines Sensors
EP2629050B1 (de) Triangulationslichttaster
WO2018197246A1 (de) Laserscanner beispielsweise für ein lidar-system eines fahrerassistenzsystems
EP3583444B1 (de) Lidar-sensor zur erfassung eines objektes
EP3074719A1 (de) Vorrichtung zur berührungslosen optischen abstandsmessung
DE102018219481A1 (de) Baugruppe für einen LiDAR-Sensor und LiDAR-Sensor
EP1892495B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur elektronischen Trefferauswertung
DE102018222426A1 (de) Koaxiales Makroscanner-System
WO2019030015A1 (de) Sensorvorrichtung zur detektion eines objekts
EP3491413A1 (de) Optische anordnung für ein lidar-system, lidar-system und arbeitsvorrichtung
DE102018216201A1 (de) Optische Anordnung und LIDAR-Vorrichtung mit einer derartigen Anordnung
EP3353592B1 (de) Entfernungsmessvorrichtung
EP3805790A1 (de) Optoelektronischer sensor und verfahren zur erfassung von objekten
DE102012100746B4 (de) Sendeeinheit für einen optischen Sensor
DE202017107067U1 (de) Sendemodul zum Aussenden eines Sendelichtbündels
EP4067931B1 (de) Optoelektronischer sensor und verfahren zur erfassung eines objekts
DE102022124438B3 (de) Optoelektronischer sensor
DE102017214715A1 (de) Optische Anordnung für ein LiDAR-System, LiDAR-System und Arbeitsvorrichtung
EP1978326A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur elektronischen Trefferauswertung
EP4369031A2 (de) Optoelektronischer sensor
DE202022106338U1 (de) Optoelektronischer Sensor
DE202022106339U1 (de) Optoelektronischer Sensor

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified