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Die Erfindung betrifft eine LIDAR (Light Detection and Ranging)-Vorrichtung zum Abtasten von Abtastbereichen mit Strahlen, aufweisend eine Sendeeinheit zum Erzeugen von Strahlen und zum Lenken der Strahlen auf ein Auskoppelelement und aufweisend eine Empfangseinheit zum Empfangen von im Abtastbereich reflektierten oder rückgestreuten Strahlen und zum Leiten der Strahlen auf einen Detektor mittels einem Einkoppelelement, wobei das Auskoppelelement und das Einkoppelelement eine optische Einheit bilden.
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Stand der Technik
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Es gibt verschieden ausgestaltete LIDAR-Vorrichtungen. Es sind sogenannte „Microscanner“ und „Macroscanner“ bekannt. Bei rotierenden Macroscannern besteht ein Konzept darin, dass sich die Sendeeinheit und die Empfangseinheit auf einem statischen Abschnitt des Sensors befinden und nur eine Ablenkeinheit für Sende- und Empfangsstrahl rotiert. Bei einem derartigen Aufbau der LIDAR-Vorrichtung wird keine Energie- und Datenübertragung auf die rotierenden Teile benötigt. Eine Ortsauflösung kann bei einer LIDAR-Vorrichtung durch eine gleichzeitige oder sequentielle Beleuchtung eines Abtastbereichs und einer empfangsseitigen Unterscheidung anhand eines Detektors oder einer Detektorzeile realisiert werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, eine LIDAR-Vorrichtung vorzuschlagen, welche eine vergrößerte Empfangsapertur mit geringem Bauraumbedarf aufweist.
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Diese Aufgabe wird mittels des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
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Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine LIDAR-Vorrichtung zum Abtasten von Abtastbereichen mit Strahlen bereitgestellt. Die LIDAR-Vorrichtung weist eine Sendeeinheit zum Erzeugen von Strahlen und zum Lenken der Strahlen auf ein Auskoppelelement. Das Auskoppelelement kann als ein Umlenkelement ausgestaltet sein und dient dem Ablenken der Strahlen zum Abtasten des Abtastbereichs. Des Weiteren weist die LIDAR-Vorrichtung eine Empfangseinheit zum Empfangen von im Abtastbereich reflektierten oder rückgestreuten Strahlen und zum Leiten der Strahlen auf einen Detektor mittels eines Einkoppelelements auf, wobei das Auskoppelelement und das Einkoppelelement eine optische Einheit bilden. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind das Auskoppelelement und/oder das Einkoppelelement als holografisch optische Elemente ausgestaltet.
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Im Gegensatz zu konventionellen Optiken wird bei holographisch optischen Elementen, welche beispielsweise als Volumenhologramme realisierbar sind, die Strahlumlenkung nicht durch Brechung verursacht, sondern durch Beugung am optischen Gitter bzw. Volumengitter. Die holographisch optischen Elemente lassen sich sowohl in Transmission als auch in Reflexion fertigen und durch die freie Wahl von Einfalls- und Ausfalls- bzw. Beugungswinkel können diese eine flexible Gestaltung von Bauformen ermöglichen. Das holographische Beugungsgitter kann dabei in eine dünne Folie belichtet werden.
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Das Auskoppelelement und das Einkoppelelement können mechanisch miteinander verbunden sein. Des Weiteren können das Auskoppelelement und/oder das Einkoppelelement zumindest eine optische Funktion aufweisen, welche die ankommenden Strahlen spiegeln oder umlenken kann. Das Auskoppelelement dient zum Auskoppeln der erzeugten Strahlen aus der Vorrichtung. Durch das Einkoppelelement können die reflektierten und zurückgestreuten Strahlen aus dem Abtastbereich empfangen und in die Vorrichtung eingekoppelt werden. Je nach Ausführung, kann zusätzlich zum Einkoppelelement eine Empfangsoptik vorgesehen sein.
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Durch die optische Einheit können ein Auskoppelhologramm im Sendepfad der Strahlen und/oder ein Einkoppelhologramm im Empfangspfad der reflektierten oder rückgestreuten Strahlen realisiert werden. Durch eine derart ausgestaltete optische Einheit können die Hologramme zusätzliche optische Funktionen erfüllen und hierdurch beispielsweise optische Komponenten ersetzen. Beispielsweise können durch den Einsatz von wellenlängenselektiven Hologrammen zusätzliche Filter ersetzt werden. Hierdurch kann ein Bauraumbedarf der LIDAR-Vorrichtung reduziert werden, da die Anzahl der benötigten Komponenten verringert ist.
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Eine derart ausgestaltete LIDAR-Vorrichtung kann insbesondere eine optische Einheit aufweisen, die einen 360° Abtastbereich bzw. Field of View (FoV) ermöglicht. Hierzu können das Auskoppelelement, das Einkoppelelement und/oder die gesamte optische Einheit drehbar oder schwenkbar ausgestaltet sein. Die LIDAR-Vorrichtung kann vorzugsweise im Bereich von sicherheitsrelevanten Anwendungen eingesetzt werden und eine erhöhte Sicherheit aufweisen, die durch die folgenden Merkmale ausgeprägt ist:
- - Erhöhter Fußgängerschutz
- - Höhere Augensicherheit
- - Größere Reichweite der LIDAR-Vorrichtung und damit mehr Zeit für Reaktionen
- - Höhere Qualität der Umgebungsdaten
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Gemäß einer Ausführungsform sind das Auskoppelelement und/oder das Einkoppelelement Volumenhologramme, wobei das als Volumenhologramm ausgeführte Auskoppelelement und/oder Einkoppelelement eine Wellenlängenselektivität, eine Winkelselektivität und/oder eine Filterfunktion aufweisen. Durch die Volumenbeugung der Strahlen kann den holographisch optischen Elementen zusätzlich noch eine charakteristische Wellenlängen- und Winkelselektivität oder auch Filterfunktion zugeordnet werden. Abhängig von den Aufnahmebedingungen, wie beispielsweise Wellenlänge der Strahlen und Einfallswinkel, werden nur Strahlen aus definierten Richtungen und mit definierten Wellenlängen an der Struktur des Auskoppelelements und/oder des Einkoppelelements gebeugt. Dadurch zeichnet sich das, beispielsweise auf eine Folie aufgetragene, holographische Material besonders durch seine Beugungseffizienz aus. Strahlen werden nur aus einem bestimmten Winkelbereich kommend und innerhalb eines definierten Wellenlängenbereiches an der Struktur gebeugt. Für alle anderen Richtungen und Wellenlängen bleibt das Hologramm transparent oder undurchlässig.
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Nach einer weiteren Ausführungsform weist das Einkoppelelement eine größere Fläche auf als das Auskoppelelement. Insbesondere kann die Austrittsapertur des Sendepfades durch Auslegung des als Auskoppelhologramm ausgeführten Auskoppelelements in ihrer Größe variierbar sein. Insbesondere kann die Austrittsapertur im Vergleich zu einem Mikrospiegel-basierten Ansatz groß gewählt werden. Die optische Leistung pro Fläche ist von Seiten der Augensicherheit (gemäß DIN EN 60825-1 oder IEC 60825-1 Norm) begrenzt. Bei einer größeren Austrittsapertur ist eine größere optische Leistung zulässig. Die Höhe der optischen Leistung wiederrum ist maßgeblich für die Reichweite des Systems und die Qualität der durch den Detektor gewonnenen Sensordaten. Sie beeinflusst damit auch wesentlich die räumliche Auflösung und die bezüglich der Umwelt ermittelten Informationen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Sendeeinheit mindestens einen Wellenleiter zum Führen der erzeugten Strahlen zum Auskoppelelement auf, wobei die Empfangseinheit mindestens einen Wellenleiter zum Führen von empfangenen Strahlen von dem Einkoppelelement auf den Detektor aufweist. Im Folgenden wird als Wellenleiter ein Element bezeichnet, welches zum Umlenken von Strahlen über mehrere Reflektionen dient. Ein Wellenleiter kann beispielsweise als Faserbündel mit einzelnen strahlenleitenden Fasern oder als ein optischer Waveguide ausgeführt sein, bei dem die Strahlen innerhalb von dünnem, lateral ausgedehntem Glas oder Kunststoff durch Totalreflektion geleitet werden. Der mindestens eine Wellenleiter kann insbesondere als ein sogenannter Waveguide ausgeführt sein, welcher als ein Hohlleiter oder als ein wellenleitendes Material ausgestaltet sein kann. Der Wellenleiter kann je nach Ausgestaltung der Vorrichtung im Sendepfad und/oder im Empfangspfad zumindest bereichsweise ausgebildet sein. Der Einsatz der Waveguide-Technologie im Empfangspfad ermöglicht eine skalierbare Eintrittsapertur. Dadurch kann die Empfangsfläche unter einer minimalen Bauraumzunahme vergrößert werden, wodurch die Reichweite des Systems erhöht wird.
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Des Weiteren kann die LIDAR-Vorrichtung durch die Verwendung von Wellenleitern kompakt und leicht ausgeführt sein.
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Die Wellenleiter können als optische Fasern ausgeführt sein. Hierdurch ergibt sich Freiheit in der Anordnung der Komponenten zueinander, weil die Strahlen durch die Fasern von einem Ort zum anderen gebracht werden können. Des Weiteren kann nicht nur ein verringertes Bauraumvolumen umgesetzt werden, sondern dieses kann zusätzlich auch in eine günstige Form gebracht werden, wodurch die LIDAR-Vorrichtung beispielsweise besonders flach ausgeführt sein kann.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das als holografisch optisches Element ausgestaltete Einkoppelelement Flächenabschnitte auf, welche die einkoppelnden Strahlen des jeweiligen Flächenabschnitts über mindestens einen Wellenleiter auf mindestens einen Detektorabschnitt des Detektors leiten. Bevorzugterweise kann das Einkoppelelement hierbei mit dem Detektor unbeweglich ausgeführt sein. Hierdurch können alle Strahlen, welche auf einen oder mehrere Flächenabschnitte des Einkoppelelements fallen mit dem Volumenhologramm wechselwirken und anschließend in den Wellenleiter einkoppeln. Der Wellenleiter kann somit die auf den Flächenabschnitt einfallenden Strahlen konzentriert auf einen Detektorabschnitt lenken. Hierdurch kann auch bei einer geringen Strahlenleistung eine zuverlässige Detektion ermöglicht werden. Des Weiteren kann durch den Einsatz des Wellenleiters der Detektor flexibel innerhalb der LIDAR-Vorrichtung angeordnet werden. Bevorzugterweise kann hierzu ein weiteres Einkoppelelement oder ein beweglicher Spiegel vorgesehen sein, welcher die Strahlen auf das Einkoppelelement ablenkt. Hierdurch kann mindestens eine Faserbündel-Zone ausgebildet werden, die durch die Rotation auf einer Kreisfläche verteilte Strahlung auf eine Detektorzeile überführt.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Detektor als ein zweidimensionaler Detektor oder als ein eindimensionaler Detektor ausgeführt. Durch den Einsatz eines zusätzlichen Elements vor dem Sensor bzw. Detektor, welches als ein Zonenhologramm oder ein Faserbündel ausgebildet ist, können dessen Flächenabschnitte die eingekoppelten Strahlen zu Detektorabschnitten führen. Dadurch kann eine Verkleinerung der Sensorfläche begünstigt werden.
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Die Flächenabschnitte des zusätzlichen Elements können derart ausgebildet sein, dass die eingekoppelten Strahlen auf bestimmte Detektorbereiche ausgekoppelt werden. Hierdurch können durch Rotation auf einer Kreisfläche verteilte Strahlen von einer Fläche auf eine Detektorzeile ohne Verlust von Lichtleistung übertragen werden. Hierdurch kann neben einem flächigen Detektor ein Detektor verwendet werden, der beispielsweise nur aus einer Reihe von Detektorpixeln aufgebaut ist. Es besteht somit eine Flexibilität in der Form des Detektors. Dadurch lassen sich im Vergleich zu flächigen Detektoren kostengünstigere Zeilendetektoren verwenden. Darüber hinaus ist es möglich, beliebig geformte Detektoren für die Detektion der Strahlen zu verwenden, da die Wellenleiter im Wesentlichen beliebig geformt und angeordnet werden können.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die in das Einkoppelelement eingekoppelten Strahlen über mindestens ein optisches Element auf den Detektor auskoppelbar. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das als holografisch optische Element ausgestaltete Einkoppelelement Flächenabschnitte auf, welche die einkoppelnden Strahlen auf mindestens einen Detektorabschnitt des Detektors ablenken. Das Faserbündel bzw. das Zonenhologramm des Einkoppelelements ist gemäß der alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung an dem Detektor und nicht im Bereich der Empfangsapertur positioniert. Hierdurch kann auf dem Zonenhologramm eine Linie abgebildet werden, die bei Rotation der Sende-Empfangseinheit auf dem Zonenhologramm rotiert und aber auf dem Detektor eine fest stehende Zeile bestrahlt. Auf diese Weise kann ein 2D-Detekor durch einen 1 D-Detektor ersetzt werden, indem das zusätzliche Element, welches als ein Zonenhologramm oder Faserbündel ausgeführt ist, die entsprechende Radialzone auf den Pixel eines 1D-Detektors sammelt. Durch ein radialzonen-bündelndes Einkoppelelement kann ein preiswerter 1D-Detektor anstelle eines 2D-Detektors eingesetzt werden.
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Hierfür können die optischen Funktionen der holographisch optischen Elemente lokale Abweichungen und Verteilungen aufweisen, die eine diskrete oder kontinuierliche veränderte Wirkung auf die ankommenden Strahlen ausüben. Die optischen Funktionen können beispielsweise ein Grad der Ablenkung bzw. ein Reflektionswinkel sein.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das als holografisch optisches Element ausgestaltete Einkoppelelement eine strahlenaufweitende optische Funktion auf. Hierdurch können die erzeugten und von dem Auskoppelelement abgelenkten Strahlen ohne den Einsatz von Zylinderlinsen eindimensional oder zweidimensional fokussiert bzw. aufgeweitet werden. Durch den Wegfall zusätzlicher optischer Elemente kann die LIDAR-Vorrichtung leichter und kleiner gebaut sein.
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Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen
- 1 eine schematische Darstellung einer LIDAR-Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 2 eine schematische Darstellung einer LIDAR-Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einem optischen Element und einem zweidimensionalen Detektor,
- 3 eine schematische Darstellung eines Abschnitts eines Empfangspfades einer LIDAR-Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einem Zonenhologramm und einem eindimensionalen Detektor und
- 4 eine schematische Darstellung eines Abschnitts eines Empfangspfades einer LIDAR-Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einer Faserbündelzone, welche über Wellenleiter mit einem eindimensionalen Detektor gekoppelt ist.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer LIDAR-Vorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Insbesondere ist eine schematische Darstellung des optischen Pfades der erzeugten Strahlen 2 dargestellt, welche über ein an einer Austrittsapertur angeordnetes Auskoppelelement 4 ausgesandt werden. Die zurückreflektierten Strahlen 6 werden im Empfangspfad über ein an einer Empfangsapertur positioniertes Einkoppelelement 8 zu einem Detektor 10 geführt. Das Auskoppelelement 4 und das Einkoppelelement 8 werden hierbei um eine gemäß dem Ausführungsbeispiel senkrecht zur Bewegungsebene eines Fahrzeuges ausgerichtete Drehachse R rotiert. Über diese Bewegung erfolgt das Abtasten eines Abtastbereichs A.
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Die Strahlen 2 werden durch einen Laser 3 erzeugt, welcher beispielsweise ein Infrarot-Halbleiterlaser ist. Bei der LIDAR-Vorrichtung 1 wird weder die Strahlungsquelle 3 bzw. der Laser noch der Detektor 10 bewegt. Stattdessen oszillieren (Hin- und Her-Bewegung) oder rotieren (fortlaufende Drehbewegung) das Auskoppelelement 4 und das Einkoppelelement 8.
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Beide Elemente 4, 8 sind zu einer optischen Einheit 12 zusammengefasst, welche entlang der Drehachse R rotierbar oder schwingbar ist. Eine mechanische Ansteuerung der optischen Einheit 12 ist der Übersicht halber nicht dargestellt. Die beiden Elemente 4, 8 sind als Volumenhologramme ausgeführt.
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In der 2a ist eine schematische Darstellung einer LIDAR-Vorrichtung 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einem optischen Element 14 und einem zweidimensionalen Detektor 10 gezeigt. Zusätzlich ist das Auskoppelelement 4 derart ausgestaltet, dass es die erzeugten Strahlen 2 auffächert.
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Die Strahlen 2 koppeln hierzu in das Material des Auskoppelelements 4 ein. Dort werden die Strahlen 2, beispielsweise durch Totalreflexion, an einer Grenzfläche (schräg angestellte Fläche in dem Auskoppelelement 4) umgelenkt. Vorteilhafterweise kann auf das Auskoppelelement 4 ein geeignet ausgelegtes Auskoppelhologramm aufgebracht sein. Durch das Hologramm kann das Auskoppelelement 4, die Abstrahlrichtung und die Aufweitung der Strahlen 2 bewirken bzw. steuern. Beispielsweise kann ein Lichtkegel ausgekoppelt werden, der einen geringen horizontalen Winkelbereich und einen deutlich höheren vertikalen Winkelbereich umfasst. Der Querschnitt des Auskoppelelements 4 parallel zur Drehachse R der Vorrichtung 1 kann beispielsweise ein langgezogenes Rechteck oder eine ovale Form ausbilden. Dabei ist die lange Seite des Querschnitts vorteilhafterweise ebenfalls parallel zur Rotationsachse bzw. Drehachse R der Vorrichtung 1 orientiert.
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Durch die Rotationsbewegung wird die Umgebung bzw. der Abtastbereich A abgerastert. Ein derart geformter Abtastbereich A bzw. Raumwinkel des Abtastbereichs A wird im Folgenden als Linie bezeichnet. Im Gegensatz zu einer Linie im Wortsinn beschreibt die hier beschriebene Linie eine näherungsweise linienförmige Fläche. Da die Größe des Auskoppelelements 4, also die Größe der Fläche, über die hinweg Strahlen 2 ausgekoppelt werden können, mithilfe dieses Auskoppelhologramms gewählt bzw. eingestellt werden kann, ist dies vorteilhaft hinsichtlich der Augensicherheit, Reichweite und Auflösung der LIDAR-Vorrichtung 1.
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Grundsätzlich erhöht der Einsatz von Hologrammen die Flexibilität und Anpassbarkeit der LIDAR-Vorrichtung 1. Gleichzeitig sind die Hologramme des Auskoppelelements 4 und des Einkoppelelements 8 klein und leicht gegenüber anderen optischen Elementen, die eine vergleichbare Funktion bieten.
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Das Auskoppelelement 4 im Sendepfad kann beispielsweise monolithisch und alternativ oder ergänzend als ein sogenanntes Waveguide ausgestaltet sein. Die ausgesandten Strahlen werden von der Umgebung bzw. dem Abtastbereich A reflektiert und gestreut. Ein Teil der Strahlen wird dabei zurückgeworfen und bildet ein Nutzlicht, aus dem 3D-Informationen über den Abtastbereich A gewonnen werden. Es muss also detektiert und ausgewertet werden.
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Das Einkoppelelement 8 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel derart ausgestaltet, dass sie aus einem Volumenhologramm 9 und einem Wellenleiter 16 besteht. Die Auslegung des als Einkoppelhologramm ausgestalteten Volumenhologramms 9 bestimmt aus welchen Raumwinkelbereichen Strahlen eingekoppelt werden können. Die dargestellten Strahlen 6 im Empfangspfad weisen zwei unterschiedliche Einfallswinkel auf, die im dargestellten Fall beide vom Volumenhologramm 9 umgelenkt und in den Wellenleiter 16 eingekoppelt werden. Das eingekoppelte Licht wird über Totalreflektion innerhalb des Wellenleiters 16 zu einer in Richtung der Drehachse R oberen Außenkante geleitet. Dort treten die Strahlen aus und werden über eine weitere Optik 14 auf den Detektor 10 geleitet. Diese Optik kann eine Brechkraft in beiden Achsen orthogonal zur Ausbreitungsrichtung der Straßen aufweisen. Da die aus dem Waveguide kommenden Strahlen sich in einer Achse und nicht im Winkel unterscheiden, werden die Strahlen auf dem Detektor auf eine Linie fokussiert. Die ursprünglich unterschiedlichen Einfallswinkel landen an unterschiedlichen Positionen auf dem Detektor 10. Somit kann die räumliche Information durch die Position innerhalb der abgebildeten Linie erhalten bleiben. Die Brechkraft einer oder beider Achsen der Optik 14, die die Strahlen 6 auf den Detektor 10 fokussiert, kann auch direkt auf dem Wellenleiter 16 aufgebracht sein bzw. durch den Wellenleiter 16 bewirkt werden, insbesondere dann, wenn diese Optik 14 beispielsweise holografisch oder als zonenweise strukturierte, refraktive Struktur realisiert ist.
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Das Einkoppelelement 8 kann derart ausgeführt sein, dass die Winkel im Waveguide 16 des Einkoppelelements 8 die ankommenden Strahlen in einer Achse zu einer Linie gebündelt werden. Dadurch muss die Optik 14 nur noch eine optische Funktion in Form einer Brechkraft in einer Richtung aufweisen, um die parallelen Strahlenbündel beim Kantenaustritt zu einem Punkt zu fokussieren. Das Einkoppelelement 8 kann auch in beiden Achsen fokussieren, solange die umgelenkten Winkel innerhalb des Bereichs der Totalreflexion bleiben.
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Das Hologramm 9 sorgt dafür, dass idealerweise nur Licht, dessen Wellenlänge im Rahmen einer Toleranz der des ausgesandten Lichtes entspricht, eingekoppelt wird und ermöglicht es, zu wählen, aus welchen Raumwinkelbereichen Licht eingekoppelt wird. Licht aus unterschiedlichen Richtungen wird an unterschiedlichen Positionen auf dem 2D-Detektor 10 abgebildet. Somit wird die räumliche Information erhalten.
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Da das System die Umgebung bzw. den Abtastbereich A mit einem Linienscanner abrastert, kann eine Detektorfläche, wie in 2b dargestellt, mit einer rotierenden länglichen Form bestrahlt werden. Zu einem Zeitpunkt sind die meisten Pixel des Detektors 10 ungenutzt. Die 2b zeigt einen vom Licht bestrahlten Detektorabschnitt 17 in einer Nullposition der optischen Einheit 12 und einen Detektorabschnitt 18 in einer verdrehten Position der optischen Einheit 12.
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Die 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Abschnitts eines Empfangspfades einer LIDAR-Vorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einem Zonenhologramm 20 und einem eindimensionalen Detektor 11.
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Vor dem dargestellten Abschnitt des Empfangspfads mit einem Waveguide und fokussierender Optik können weitere beispielhafte Komponenten 9, 16, 8, 14 aus 2a im Empfangspfad angeordnet sein.
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Das Zonenhologramm 20 ist im Empfangspfad der reflektierten Strahlen 6 angeordnet und kann die Strahlen 6 derart lenken, dass statt einem flächigen 2D-Detektor 10 wie in 2b dargestellt, ein annähernd linienförmiger, also ein sogenannter 1D-Detektor 11 genutzt werden kann. Die unterschiedlichen Strahlen 6.1, 6.2 veranschaulichen die Situation zu zwei verschiedenen Zeitpunkten. Über die zeitliche Zuordnung zwischen ausgesandeten und empfangenen Strahlen ist trotz der Reduktion auf einen 1D-Detektor 11 die räumliche Information erhalten.
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Das Zonenhologramm 20 kann zwischen dem Einkoppelelement 8 und dem Detektor 10, 11 angeordnet werden. Das Zonenhologramm 20 weist Flächenabschnitte 22, 24, 26 auf, welche die Strahlen 6 unterschiedlich stark und in unterschiedliche Richtungen ablenken, sodass die auf die Flächenabschnitte 22, 24, 26 abgestrahlten Strahlen 6 stets auf definierte Detektorabschnitte 28 treffen. Die Detektorabschnitte 28 können ein oder mehrere Detektorpixel aufweisen. Die Flächenabschnitte 22, 24, 26 sind kreisringförmig ausgestaltet. Die konzentrisch angeordneten ringförmigen Zonen bzw. Flächenabschnitte 22, 24, 26 sind so ausgelegt, dass auf eine Zone einfallendes Licht auf ein bestimmtes Sensorpixel oder Detektorabschnitt 28 gelenkt wird.
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In der 4 ist eine schematische Darstellung eines Abschnitts eines Empfangspfades einer LIDAR-Vorrichtung 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einer Faserbündelzone 20, welche über Wellenleiter 30 mit einem eindimensionalen Detektor 11 gekoppelt ist. Der dargestellte Abschnitt ist insbesondere zwischen der optischen Einheit 12 und dem Detektor 11 angeordnet.
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Die Wellenleiter 30 sind als Fasern ausgeführt, die das empfangene Licht auf die entsprechenden Detektorabschnitte 28 des Detektors 11 lenken. Wiederum gibt es ringförmige Zonen 22, 24, 26. Von einer Zone 22, 24, 26 abgehende Fasern 30 werden auf ein und dasselbe Pixel bzw. Detektorabschnitt 28 geführt.
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Bei den Ausführungsformen kann beispielsweise gemein sein, dass ein Pixel oder Abschnitt 28 des Detektors 10, 11 zu unterschiedlichen Zeitpunkten von aus einem anderen Teil des Abtastbereichs A kommenden Lichtes beleuchtet wird. Über die zeitliche Zuordnung, wann welcher Teil des Abtastbereichs A beleuchtet wird, bleibt die räumliche Information erhalten. Somit muss zwar eine ausreichend große Fläche für die Faserbündelzone 20 bzw. die Einkopplung in die Fasern 30 zur Verfügung stehen, aber die Sensorfläche des Detektors 10, 11 kann verringert werden. Außerdem ergeben sich Freiheiten in der geometrischen Anordnung des Detektors. Dadurch können beispielsweise im Vergleich zu flächigen Detektoren 10 deutlich günstigere Zeilendetektoren 11 eingesetzt werden. Die Gesamtzahl an benötigen Sensorpixeln wird durch das Verfahren deutlich reduziert, weshalb Detektoren 10, 11 mit geringerer aktiver Fläche verwendet werden können. Die Auflösung des Systems kann durch das Aussenden einer schmaleren Linie 2 verbessert werden. Auch die Anzahl und die Größe der Detektorpixel beeinflusst die Auflösung. Vorteilhafterweise könnte sowohl ein zeitliches und/oder räumliches Blanking betrieben werden. Zwischen den einzelnen Zonen kann somit ein Zwischenraum eingebracht werden und zwischen den einzelnen, in verschiedene Richtungen abgegebenen Lichtpulsen kann eine Pause eingebracht werden. Somit kann ein mehrfaches Beleuchten verschiedener Pixel auf dem Detektor 10, 11 verhindert oder zumindest reduziert werden. Alternativ oder zusätzlich können entsprechende Effekte auch bewusst in Kauf genommen und die gewonnenen Daten entsprechend rechnerisch bereinigt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN EN 60825-1 [0011]
- IEC 60825-1 [0011]
