DE102019123702A1

DE102019123702A1 - Koaxialer Aufbau für Lichterfassungs- und -abstandserfassungs-(LIDAR)-Messungen

Info

Publication number: DE102019123702A1
Application number: DE102019123702.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Schardt; Markus Rauscher
Original assignee: Blickfeld GmbH
Current assignee: Blickfeld GmbH
Priority date: 2018-09-06
Filing date: 2019-09-04
Publication date: 2020-03-12
Also published as: EP3692397B1; WO2020049055A1; EP3692397A1; US20210173048A1; JP2021535996A; US11531089B2; CN111417872A

Abstract

Ein LIDAR-System (100) zur Abstandserfassung eines Objekts (110) unter Verwendung von Primärlicht und an dem Objekt (110) reflektiertem Sekundärlicht umfasst einen Laser (200), der dazu eingerichtet ist, das Primärlicht längs eines Sendestrahls (210) an ein Zeilenabtastelement (800) des LIDAR-Systems auszusenden, wobei mindestens ein zu dem Zeilenabtastelement benachbarter Teil des Sendestrahls eine Mittellinie (300) definiert, einen Detektor (400), der dazu eingerichtet ist, das Sekundärlicht längs eines Empfangsstrahls (500) zu erfassen, wobei der Empfangsstrahl einen ersten Teil (510) umfasst, der gemäß der Mittellinie ausgerichtet ist, und einen zweiten Teil (520), der in Bezug auf die Mittellinie (300) eine Neigung (530) aufweist, wobei sich der zweite Teil (520) des Empfangsstrahls zwischen dem ersten Teil des Empfangsstrahls (520) und dem Detektor (400) befindet, und eine segmentierte Linse (600), die auf der Mittellinie (300) zwischen dem ersten Teil des Empfangsstrahls (510) und dem zweiten Teil (520) des Empfangsstrahls positioniert ist, wobei die segmentierte Linse (600) ein mit dem Sendestrahl verknüpftes Sendelinsensegment (610) und ein mit dem Empfangsstrahl verknüpftes Empfangslinsensegment (620) umfasst, wobei das Empfangslinsensegment (620) dazu eingerichtet ist, den Empfangsstrahl auf den Detektor zu fokussieren.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Verschiedene Beispiele beziehen sich ganz allgemein auf Lichterfassung und - abstandserfassung, LIDAR. Verschiedene Beispiele beziehen sich speziell auf einen außeraxialen („off-axis“) Koaxialaufbau für LIDAR.
HINTERGRUND
Lichterfassung und -abstandserfassung (LIDAR; manchmal auch als Laser-Abstandserfassung oder LADAR bezeichnet) ermöglicht es, eine 3D-Punktwolke einer Szene bereitzustellen. Objekte können genau erfasst werden. Abstandserfassung ist möglich. Gepulstes oder kontinuierliches Laserlicht wird längs eines Sendestrahls gesendet und nach Reflexion an einem Objekt längs eines Empfangsstrahls erfasst. Dadurch kann die Distanz zum Objekt (z-Position) bestimmt werden.
Das Primärlicht, mit dem das Objekt untersucht wird, stammt von einer Lichtquelle und das am Objekt reflektierte Sekundärlicht wird zu einem Detektor geführt. Ein sogenannter koaxialer Aufbau verwendet einen Sendestrahl für das Primärlicht und einen Empfangsstrahl für das Sekundärlicht, die koaxial fluchten. Typischerweise bedeutet dies, dass das gleiche Zeilenabtastelement in dem Sende- und in dem Empfangsstrahl angeordnet ist. Während ein koaxialer Aufbau Vorteile wie Vorrichtungskompaktheit aufweist, wird die Komplexität des optischen Systems erhöht. Diese erhöhte Komplexität kann auch zu einer größeren Komplexität der Komponenten wie Lasersystem, Detektor und Optik führen, was die Stückkosten erhöht und zu einer Erhöhung des Vorrichtungsvolumens führt.
Aus US 2010180722A1 ist ein zeilenabtastendes LIDAR-System mit einer Linsenanordnung und einer elektrooptischen Anordnung bekannt. Die Linsenanordnung kann in eine Vielzahl von ersten Positionen verschoben werden, die elektrooptische Anordnung kann in eine Vielzahl von zweiten Positionen verschoben werden. Aus den durch das zeilenabtastende LIDAR-System gewonnenen Daten kann auf Grundlage einer bestimmten Flugzeit ein dreidimensionales Bild eines oder mehrerer Objekte bestimmt werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Es besteht ein Bedarf an verbesserten koaxialen Aufbauten für LIDAR-Systeme. Es besteht ein Bedarf an Methoden, die zumindest einige der oben bezeichneten Einschränkungen und Nachteile überwinden oder mildern.
Dieser Bedarf wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche erfüllt. Die Merkmale der abhängigen Ansprüche definieren Beispiele.
Ein LIDAR-System zur Abstandserfassung eines Objekts unter Verwendung von Primärlicht und an dem Objekt reflektiertem Sekundärlicht umfasst: Einen Laser, der dazu eingerichtet ist, das Primärlicht längs eines Sendestrahls an ein Zeilenabtastelement des LIDAR-Systems auszusenden, wobei mindestens ein zu dem Zeilenabtastelement benachbarter Teil des Sendestrahls eine Mittellinie definiert. Das LIDAR-System umfasst ferner einen Detektor, der dazu eingerichtet ist, das Sekundärlicht längs eines Empfangsstrahls zu erfassen. Der Empfangsstrahl umfasst einen ersten Teil, der gemäß der Mittellinie ausgerichtet ist, und einen zweiten Teil, der in Bezug auf die Mittellinie eine Neigung aufweist. Der zweite Teil des Empfangsstrahls befindet sich zwischen dem ersten Teil des Empfangsstrahls und dem Detektor. Das LIDAR-System umfasst auch eine segmentierte Linse, die auf der Mittellinie zwischen dem ersten Teil des Empfangsstrahls und dem zweiten Teil des Empfangsstrahls positioniert ist. Die segmentierte Linse umfasst ein mit dem Sendestrahl verknüpftes Sendelinsensegment und ein mit dem Empfangsstrahl verknüpftes Empfangslinsensegment. Das Empfangslinsensegment ist dazu eingerichtet, den Empfangsstrahl auf den Detektor zu fokussieren.
Ein zu dem Zeilenabtastelement benachbarter Teil des Sendestrahls kann ein Teil des Sendestrahls zwischen dem Zeilenabtastelement und dem Laser sein.
Ein LIDAR-System zur Abstandserfassung eines Objekts unter Verwendung von Primärlicht und am Objekt reflektiertem Sekundärlicht umfasst: Einen Laser, der dazu eingerichtet ist, das Primärlicht längs eines Sendestrahls an ein Zeilenabtastelement des LIDAR-Systems auszusenden, wobei mindestens ein zu dem Zeilenabtastelement benachbarter Teil des Sendestrahls eine Mittellinie definiert. Das LIDAR-System umfasst ferner einen Detektor, der dazu eingerichtet ist, das Sekundärlicht längs eines Empfangsstrahls zu detektieren. Der Sendestrahl umfasst einen ersten Teil, der auf die Mittellinie ausgerichtet ist, und einen zweiten Teil, der eine Neigung in Bezug auf die Mittellinie aufweist. Der zweite Teil des Sendestrahls befindet sich zwischen dem ersten Teil des Sendestrahls und dem Laser. Das LIDAR-System umfasst auch eine segmentierte Linse, die auf der Mittellinie zwischen dem ersten Teil des Sendestrahls und dem zweiten Teil des Sendestrahls positioniert ist. Die segmentierte Linse umfasst ein mit dem Sendestrahl verknüpftes Sendelinsensegment und ein mit dem Empfangsstrahl verknüpftes Empfangslinsensegment. Das Empfangslinsensegment ist dazu eingerichtet, den Empfangsstrahl auf den Detektor zu fokussieren.
Ein LIDAR-System zur Abstandserfassung eines Objekts unter Verwendung von Primärlicht und an dem Objekt reflektiertem Sekundärlicht umfasst: Einen Laser, der dazu eingerichtet ist, das Primärlicht längs eines Sendestrahls an ein Zeilenabtastelement des LIDAR-Systems auszusenden. Das LIDAR-System umfasst ferner einen Detektor, der dazu eingerichtet ist, das Sekundärlicht längs eines Empfangsstrahls zu detektieren. Der Laser weist ein erstes Substrat auf, das sich in einer ersten Ebene erstreckt. Der Detektor weist ein zweites Substrat auf, das sich in einer zweiten Ebene erstreckt, wobei die erste Ebene und die zweite Ebene zueinander parallel sind.
Verschiedene der oben beschriebenen Beispiele können auch zu weiteren Beispielen kombiniert werden. Zum Beispiel wäre es möglich, dass sowohl der Sendestrahl als auch der Empfangsstrahl eine Neigung in Bezug auf die Mittellinie aufweisen.
Figurenliste

1A veranschaulicht schematisch ein LIDAR-System mit einem koaxialen Aufbau eines optischen Systems mit einer außeraxialen Komponente gemäß verschiedener Beispiele.
1B zeigt ein modifiziertes Beispiel für das LIDAR-System von 1A, das ferner einen Linsenaktuator umfasst.
2A veranschaulicht schematisch eine exemplarische Verwirklichung des koaxialen Aufbaus mit der außeraxialen Komponente gemäß verschiedener Beispiele.
2B zeigt ein modifiziertes Beispiel für das in 2A dargestellte Beispiel.
3A und 3B veranschaulichen schematisch eine segmentierte Linse gemäß verschiedener Beispiele.
4A, 4B und 4C veranschaulichen schematisch ein Beispiel für eine segmentierte Linse gemäß verschiedener Beispiele.
5 veranschaulicht schematisch einen Laser/Detektor-Aufbau gemäß verschiedener Beispiele.
6A, 6B und 6C zeigen eine Ansicht der Beispiele von 1 B und 2B.
7 zeigt Bewegungsmuster gemäß verschiedener Beispiele.
8 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedener Beispiele.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEISPIELE
Im Folgenden werden Beispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben. Es versteht sich, dass die folgende Beschreibung von Beispielen nicht in einem beschränkenden Sinn aufzufassen ist. Der Geltungsbereich der Erfindung soll nicht durch die im Folgenden beschriebenen Beispiele oder durch die Zeichnungen eingeschränkt werden, die nur als veranschaulichend aufzufassen sind.
Die Zeichnungen sind als schematische Darstellungen zu betrachten und die in den Zeichnungen dargestellten Elemente sind nicht unbedingt maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr werden die verschiedenen Elemente so dargestellt, dass ihre Funktion und ihr allgemeiner Zweck für einen Fachmann ersichtlich werden. Jede Verbindung oder Kopplung zwischen Funktionsblöcken, Vorrichtungen, Komponenten oder anderen physikalischen oder funktionellen Einheiten, die in den Zeichnungen oder hierin beschrieben sind, kann auch durch eine indirekte Verbindung oder Kopplung verwirklicht werden. Eine Kopplung zwischen den Komponenten kann auch über eine drahtlose Verbindung hergestellt werden. Funktionsblöcke können in Hardware, Firmware, Software oder einer Kombination davon verwirklicht werden.
Im Folgenden werden verschiedene Methoden für LIDAR beschrieben. Insbesondere werden Methoden beschrieben, die den Aufbau eines kompakten und robusten LIDAR-Systems erleichtern, das einen koaxialen Aufbau eines Sende- und eines Empfangsstrahls eines jeweiligen optischen Systems verwendet. LIDAR wird verwendet, um einen Abstand zu einem Objekt zu erfassen. Zum Beispiel kann gepulstes LIDAR oder kontinuierliches LIDAR verwendet werden.
Gemäß verschiedener Beispiele umfasst ein LIDAR-System eine segmentierte Linse. Die segmentierte Linse umfasst mehrere Segmente, z.B. ein Sendelinsensegment und ein Empfangslinsensegment. Das Sendelinsensegment ist mit dem Sendestrahl verknüpft und das Empfangslinsensegment ist mit dem Empfangsstrahl verknüpft. Zum Beispiel kann das Empfangslinsensegment ein fokales Linsenelement verwirklichen, um den Empfangsstrahl auf den Detektor zu fokussieren. Zum Beispiel kann das Sendelinsensegment ein Kollimatorlinsenelement verwirklichen, um mindestens eine Achse des Sendestrahls parallel zu richten.
Innerhalb der vorliegenden Offenbarung wird ein Linsenelement einer Linse des optischen Systems ganz allgemein durch die jeweiligen optischen Eigenschaften definiert, zum Beispiel die Brennweite und die optische Achse. Diese können mit der geometrischen Form einer Oberfläche des jeweiligen Linsenelements korrelieren. Beispiele sind ein zylindrisches Linsenelement und ein bifokales Linsenelement. Eine Linse kann mehrere Linsenelemente umfassen. Unterschiedliche Linsenelemente werden durch unterschiedliche Linsensegmente einer solchen segmentierten Linse gebildet. Verschiedene Linsensegmente können wiederum mit verschiedenen Strahlen verknüpft werden (d.h. auf unterschiedliche Strahlen wirken), z.B. dem Sende- und dem Empfangsstrahl. Gemäß verschiedener Beispiele umfasst eine segmentierte Linse ein mit dem Sendestrahl verknüpftes Sendelinsensegment und ein mit dem Empfangsstrahl verknüpftes Empfangslinsensegment.
Im Folgenden werden zunächst verschiedene Beispiele für die mögliche Struktur der segmentierten Linse beschrieben. Anschließend werden verschiedene Beispiele bezüglich eines Linsenaktuators beschrieben, mit dem die segmentierte Linse bewegt werden kann. Es ist zu beachten, dass die in diesen Abschnitten behandelten Merkmale kombiniert werden können. Zum Beispiel können die verschiedenen im folgenden Abschnitt beschriebenen Beispiele für die segmentierte Linse wie im folgenden Abschnitt beschrieben durch verschiedene Beispiele des Linsenaktuators betätigt werden. Weiterhin ist zu beachten, dass die segmentierte Linse und der Linsenaktuator auf einen koaxialen optischen Aufbau angewendet werden können.
Beispiele der segmentierten Linse
Gemäß verschiedener hierin beschriebener Beispiele weist mindestens eine Oberfläche des Linsenelements des Empfangslinsensegments keine Rotationssymmetrie in Bezug auf eine Mittellinie auf. Der Empfangsstrahl kann dabei außeraxial einer Mittellinie der Achse fokussiert werden (im Folgenden außeraxiale Detektion). Die Mittellinie kann z.B. durch den Sendestrahl definiert werden, z.B. durch eine der Linse nachgelagerte Mittelachse des Sendestrahls, d.h. zum Objekt. Alternativ oder zusätzlich kann die Mittellinie in Bezug auf den Empfangsstrahl definiert werden, z.B. der Linse vorgelagert, d.h. zum Objekt. Die Mittellinie kann in Bezug auf eine Apertur des optischen Systems definiert werden, z.B. eine gemeinsame Apertur für den Sende- und den Empfangsstrahl. Die Apertur kann durch einen Spiegel zur Lenkung des Sendestrahls (Lenkspiegel) gebildet werden. Daher kann die Mittellinie ganz allgemein in Bezug auf den Sendestrahl und/oder den Empfangsstrahl benachbart zu einem Zeilenabtastelement mit dem Lenkspiegel definiert werden. Die Mittellinie kann lateral an oder in der Nähe einer geometrischen Mitte eines Gesamtlinsenkörpers der segmentierten Linse angeordnet sein. In einigen Beispielen kann die Mittellinie mit der optischen Achse des Sendestrahls benachbart zu dem Zeilenabtastelement übereinstimmen, d.h. sie kann sich in der Mitte der lateralen Lichtfeldverteilung des längs des Sendestrahls wandernden Primärlichts befinden. Die Mittellinie kann ganz allgemein mit einer z-Achse eines Koordinatensystems des LIDAR-Systems ausgerichtet werden.
Der Lenkspiegel, oder allgemeiner gesagt, das Zeilenabtastelement kann durch ein Aktuatorelement, z.B. einen piezoelektrischen Antrieb, einen Magnetantrieb oder einen elektrostatischen Antrieb, betätigt werden.
Mindestens eine Oberfläche des Linsenelements des Sendelinsensegments kann eine Rotationssymmetrie aufweisen, z.B. eine 180°-Rotationssymmetrie.
Durch eine solche außeraxiale Detektion, bei der mindestens eine Oberfläche des Linsenelements des Empfangslinsensegments der segmentierten Linse keine Rotationssymmetrie in Bezug auf die Mittellinie aufweist, ist es möglich, den Sendestrahl und den Empfangsstrahl zu trennen; insbesondere kann eine Neigung eines Teils des Empfangsstrahls zwischen dem Detektor und der segmentierten Linse und in Bezug auf die Mittellinie erreicht werden. In anderen Szenarien wäre es möglich, eine Neigung eines Teils des Sendestrahls zwischen dem Laser und der segmentierten Linse zu verwirklichen, z.B. indem man das Sendelinsensegment so gestaltet, dass es keine Rotationssymmetrie in Bezug auf die Mittellinie aufweist. Daher kann die Off-Axis-Detektion mit einer Off-Axis-Sendung kombiniert oder durch eine Off-Axis-Sendung ersetzt werden.
Eine solche außeraxiale Detektion und/oder außeraxiale Aussendung kann den Effekt haben, dass der mechanische Aufbau von Komponenten und/oder der erforderliche Herstellungsprozess sowie die Größe der Vorrichtung vereinfacht werden. Ein Strahlteiler, um den Sende- und den Empfangsstrahl zu trennen, ist möglicherweise nicht erforderlich. Der Detektor und der Laser können aufgrund der Neigung versetzt zueinander platziert werden.
In einigen Beispielen ist das Sendelinsensegment so ausgelegt, dass es zumindest teilweise eine langsame Achse des Sendestrahls parallel richtet.
In einigen Beispielen kann das Primärlicht eine schnelle Achse, FA, und eine langsame Achse, SA, aufweisen, wobei die schnelle Achse eine größere Divergenz aufweist als die langsame Achse neben dem Laser. Typischerweise unterscheidet sich ein aktiver Bereich (Emitterbereich, der einen Laserresonator bildet) des Lasers von dem FA und dem SA. D.h. der aktive Bereich kann zwei unterschiedlich lange Seiten aufweisen. Die lange Seite des aktiven Bereichs kann dem SA entsprechen, und die kleine Seite des aktiven Bereichs kann dem FA entsprechen.
Eine Feldbreite der langsamen Achse des Primärlichts längs der langsamen Achse darf nicht kleiner als 90 % einer entsprechenden Breite des Lenkspiegels senkrecht zum Sendestrahl am Lenkspiegel sein.
Die FA und die SA können senkrecht zum Sendestrahl ausgerichtet sein.
Durch Parallelrichten des SA des Sendestrahls unter Verwendung des Sendelinsensegments kann die langsame Achsenkollimation weiter von der Lichtquelle entfernt sein, was zu einer erhöhten Qualität der Parallelrichtung führt.
In einigen Beispielen umfasst das LIDAR-System weiterhin eine weitere Linse, die zwischen dem Laser und der segmentierten Linse positioniert und so angeordnet ist, dass sie mindestens die SA des Sendestrahls erweitert. Somit kann mit anderen Worten eine zweistufige Parallelrichtung mittels der weiteren Linse und des Sendelinsensegments der segmentierten Linse verwirklicht werden.
Dies kann den Vorteil haben, dass die Toleranzanforderungen an das jeweilige Sendelinsensegment und die weitere Linse reduziert werden und/oder Verzerrungen, z.B. Aberrationen, durch die Verwendung von zwei optischen Elementen kompensiert werden können, was zu reduzierten Gesamtkosten des Systems führen kann. Alternativ oder zusätzlich kann dies den Vorteil haben, dass die weitere Linse und das Sendelinsensegment der segmentierten Linse zusammen als galileisches Teleskop oder keplerisches Teleskop wirken können, was einen kompakteren optischen Aufbau für die Primärlichtkollimation unter Beibehaltung der Parallelrichtungsqualität des Primärlichts ermöglicht, beispielsweise der Parallelrichtungsqualität des Primärlichts des dem Zeilenabtastelement benachbarten Sendestrahls.
In einigen Beispielen sind das Sendelinsensegment und das Empfangslinsensegment der segmentierten Linse einstückig ausgebildet.
Dies kann den Vorteil haben, dass eine hohe optische Qualität und eine gut ausgerichtete geometrische Beziehung zwischen den optischen Oberflächen des Sendelinsensegments und des Empfangslinsensegments erreicht werden kann.
In alternativen Beispielen kann das Sendelinsensegment umgeben oder in das Empfangslinsensegment eingebettet sein.
Dies kann den Vorteil haben, dass in jedem Segment viele Segmente unabhängig voneinander hergestellt und ausgewählt werden, was zu einer Kostenreduzierung führen kann.
In einigen dieser Beispiele kann ein Material des Sende- und des Empfangslinsensegments einen unterschiedlichen Brechungsindex aufweisen. Dies kann den Vorteil haben, dass die optischen Eigenschaften der einzelnen Segmente unabhängig voneinander gewählt werden können. Es ist jedoch zu beachten, dass dies auch in den Fällen möglich ist, in denen das Sendelinsensegment und das Empfangslinsensegment der segmentierten Linse einstückig gebildet werden, durch in dem Fachgebiet bekannte Glasherstellungsmethoden, z.B. im Bereich der multifokalen Linsen zur Sehkorrektur.
In einigen Beispielen ist das Sendelinsensegment ein zylindrisches Linsenelement oder ein bifokales Linsenelement. Eine zylindrische Linse kann ganz allgemein die Form eines Zylinders aufweisen.
In einigen Beispielen umfasst die segmentierte Linse eine ebene Fläche, die senkrecht zur Mittellinie ausgerichtet ist.
Dies kann den Vorteil haben, dass die Herstellungskosten für die segmentierte Linse reduziert werden können. Es kann auch den Vorteil haben, dass die mechanische Ausrichtung der segmentierten Linse vereinfacht werden kann und die Ausrichtung robuster sein kann, insbesondere in Arbeitsumgebungen mit Vibrationen, z.B. bei mobilen Anwendungen wie Automotive oder Robotik.
In einigen Beispielen umfasst die segmentierte Linse eine erste Oberfläche, die das Sendelinsensegment bildet, und eine zweite Oberfläche, die das Empfangslinsensegment bildet, wobei die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche über kontinuierliche Übergänge verbunden sind. Kontinuierliche Übergänge lassen sich von stufenweisen Übergängen unterscheiden, bei denen abrupte Veränderungen der Dicke des Linsenkörpers parallel zur Mittellinie beobachtet werden.
Dies kann den Vorteil haben, dass die Fertigung vereinfacht werden kann und/oder Streulicht durch Reflexionen an diskontinuierlichen Oberflächen reduziert oder sogar vermieden werden kann.
In einigen Beispielen umfasst das Empfangslinsensegment ein erstes Linsenelement und ein zweites Linsenelement, wobei das erste Linsenelement und das zweite Linsenelement unterschiedliche geometrische Linsenparameter aufweisen. Durch die Verwirklichung verschiedener geometrischer Linsenparameter können Aberrationen reduziert werden.
Das Sendelinsensegment kann ein Linsenelement umfassen, das zwischen dem ersten Linsenelement des Empfangslinsensegments und dem zweiten Linsenelement des Empfangslinsensegments positioniert werden kann.
In einigen Beispielen weist der Laser ein erstes Substrat auf, das sich in einer ersten Ebene erstreckt, und wobei der Detektor ein zweites Substrat aufweist, das sich in einer zweiten Ebene erstreckt, wobei die erste Ebene und die zweite Ebene zueinander parallel sind.
Dies kann den Vorteil haben, dass die Geometrie des optischen Aufbaus verbessert wird. Auch die Herstellungskosten können gesenkt werden, da es in einigen Beispielen möglich sein kann, beide Substrate aus einer Richtung herzustellen, zu bestücken und/oder zu installieren.
In einigen Beispielen stimmen die erste Ebene und die zweite Ebene überein.
Dies kann den Vorteil haben, dass der Herstellungs-, Installations- und/oder Bestückungsprozess weiter vereinfacht werden kann.
In einigen Beispielen ist der Laser eine Kantenemitter-Laserdiode, die dazu eingerichtet ist, das Primärlicht parallel zur ersten Ebene zu emittieren. Die Kantenemitter-Laserdiode ist auf einem Substrat integriert; hier kann das Licht längs einer Kante senkrecht zum Substrat emittiert werden, die durch Brechen oder Schneiden des Substrats erhalten wird.
In einigen Beispielen umfasst das LIDAR-System weiterhin einen Spiegel, der sich in der zweiten Ebene benachbart zu dem Laser befindet und das Primärlicht zur Mittellinie ablenkt.
Dies kann den Vorteil haben, dass eine kompakte Bauweise ermöglicht wird. Darüber hinaus kann Streulicht reduziert werden.
In einigen Beispielen sind der Laser und der Detektor auf einer einzigen Leiterplatte bereitgestellt. Dies kann die Herstellungskosten der LIDAR-Vorrichtung weiter senken.
In einigen Beispielen bildet die Mittellinie eine optische Achse des Sendestrahls und der Empfangsstrahl benachbart zu dem Zeilenabtastelement, d.h. in einer Mitte der lateralen Lichtfeldverteilung des Sekundärlichts angeordnet ist, das längs des Empfangsstrahls wandert.
Dies kann den Vorteil haben, dass das Zeilenabtastelement sowohl den Sende- als auch den Empfangsstrahl ablenken kann.
In einigen Beispielen wird die segmentierte Linse im Spritzgussverfahren hergestellt. Dies kann den Vorteil haben, dass die Herstellungskosten der segmentierten Linse reduziert werden können und/oder komplexe Formen für die segmentierte Linse verwendet werden können.
Im Folgenden werden verschiedene Beispiele für einen Linsenaktuator beschrieben, der zum Bewegen der segmentierten Linse verwendet werden kann. In einigen Beispielen kann die wie hier beschrieben betätigte segmentierte Linse aus den verschiedenen zuvor und im Folgenden beschriebenen Beispielen ausgewählt werden. In anderen Beispielen können die hierin beschriebenen Betätigungsmethoden und Vorrichtungen auf segmentierte Linsen angewendet werden, die sich von den hierin beschriebenen segmentierten Linsen unterscheiden. In weiteren Beispielen kann anstelle einer segmentierten Linse eine nicht segmentierte Linse, z.B. eine Sammlung von Linsen, eine Freiformlinse oder eine oder mehrere gewöhnliche Linsen, z.B. ausgewählt aus handelsüblichen Standardlinsen, anstelle der segmentierten Linse verwendet werden. Mit anderen Worten, es ist zu beachten, dass die offenbarten Methoden bezüglich der Betätigung der segmentierten Linse auch auf andere optische Objekte oder Systeme ganz allgemein angewendet werden können, z.B. fokussierende oder nicht fokussierende Spiegel, diffraktive Elemente, etc.
Der Aktuator kann weitere Elemente umfassen, z.B. eine Halterung und ein Aktuatorelement. In solchen Beispielen kann das Aktuatorelement Bewegung bereitstellen und die Halterung kann mindestens einen beweglichen Teil des Aktuatorelements mit der segmentierten Linse verbinden. Das Aktuatorelement kann ein oder mehrere Piezoaktuatoren umfassen. Das Aktuatorelement kann einen 1-D translatorischen Freiheitsgrad aufweisen. Die Halterung kann ein Kugellager oder dergleichen umfassen.
Beispiele für die Betätigung der segmentierten Linse
In einigen Beispielen umfasst das LIDAR-System einen Linsenaktuator, der dazu eingerichtet ist, die segmentierte Linse zu bewegen.
Das Bewegen der segmentierten Linse stellt mindestens eine (zusätzliche - d.h. über den durch ein Zeilenabtastelement bereitgestellten Freiheitsgrad hinausgehende) bereit, das Primärlicht und/oder das Sekundärlicht zu lenken. In Beispielen mit koaxialem Aufbau kann die Betätigung den Effekt haben, dass die Betätigung den Sendestrahl und den Empfangsstrahl in den jeweiligen Teilen der Strahlen zwischen dem optischen Element und dem Objekt beeinflusst, während sie im Wesentlichen die jeweiligen Teile der Strahlen auf der anderen Seite des optischen Elements, d.h. zwischen Laser/Detektor und dem optischen Element, nicht bewegt. Dies wird manchmal als eine optisch konjugierte Konfiguration bezeichnet.
In einigen Beispielen ist der Detektor mit einem Abstand längs einer zweiten Achse senkrecht zur Mittellinie und in Bezug auf den Laser angeordnet; um dadurch die Neigung des zweiten Teils des Empfangsstrahls zu definieren. Weiterhin kann der Linsenaktuator konfiguriert werden, die Bewegung der segmentierten Linse längs einer dritten Achse bereitzustellen. Die dritte Achse kann im Wesentlichen senkrecht zur Mittellinie und zur zweiten Achse stehen.
Die zweite Achse ist im Folgenden als y-Achse definiert; und die dritte Achse ist im Folgenden als x-Achse definiert. Die Mittellinie definiert die z-Achse.
Als allgemeine Regel gilt: Eine gegebene Achse steht im Wesentlichen senkrecht zu einer weiteren gegebenen Achse, wenn der Winkel, der zwischen der gegebenen Achse und der weiteren gegebenen Achse eingeschlossen ist, 90° +-20°, optional 90° +-15°, optional 90° +-10°, optional 90° +-5°, optional 90° +-2°, optional 90° +-1 ° beträgt.
In einigen Beispielen umfasst das LIDAR-System einen weiteren Aktuator des Zeilenabtastelements. Der weitere Aktuator kann ein Aktuatorelement umfassen, das konfiguriert werden kann, auf eine Halterung eines oder mehrerer Lenkspiegel des Zeilenabtastelements zu wirken, um eine Ablenkung zu dem einen oder den mehreren Lenkspiegeln bereitzustellen. Der Aktuator des weiteren Aktuators kann ein oder mehrere Piezoaktuatoren oder insbesondere Biege-Piezoaktuatoren umfassen. Das Aktuatorelement des weiteren Aktuators kann einen 1-D translatorischen Freiheitsgrad aufweisen.
Eine Betriebsfrequenz der Bewegung der Linse, die durch den Linsenaktuator bereitgestellt wird, kann kleiner sein als eine Betriebsfrequenz der Ablenkung eines oder mehrerer Lenkspiegel, die durch den weiteren Aktuator bereitgestellt werden. In einigen Beispielen ist eine Betriebsfrequenz der Bewegung im Vergleich zu einer Betriebsfrequenz der Ablenkung nicht größer als 50%. In einigen Beispielen ist eine Betriebsfrequenz der Bewegung im Vergleich zu einer Betriebsfrequenz der Ablenkung nicht größer als 5%.
Der Linsenaktuator kann konfiguriert werden, die Bewegung der segmentierten Linse nicht-resonant bereitzustellen.
Dies kann den Vorteil haben, dass die Masse der segmentierten Linse einen begrenzten Einfluss auf die Betätigung der segmentierten Linse haben kann.
In anderen Beispielen kann der Linsenaktuator jedoch konfiguriert werden, die Bewegung der segmentierten Linse resonant bereitzustellen. Dies kann beispielsweise durch Federelemente - z.B. Biege- oder Torsionsfederelemente - erreicht werden, die an der segmentierten Linse befestigt und durch den Aktuator angeregt werden, z.B. direkt oder indirekt angeregt, um eine geeignete Resonanzfrequenz für den Betrieb bereitzustellen.
Der weitere Aktuator kann konfiguriert werden, die Ablenkung des einen oder der mehreren Lenkspiegel resonant, d.h. bei oder in der Nähe einer Eigenfrequenz eines Masse-Federsystems, das aus dem einen oder den mehreren Lenkspiegeln und deren Halterung(en) gebildet wird, bereitzustellen.
Dies kann den Vorteil haben, dass eine hohe Frequenz der Ablenkung der Lenkspiegel erreicht werden kann. Resonante Ablenkung kann den Vorteil haben, dass die Ablenkung mit erhöhter Energieeffizienz im Vergleich zur Nicht-Resonanzablenkung durchgeführt werden kann.
Eine Masse der Halterung und des einen oder der mehreren Lenkspiegel kann kleiner sein als eine Masse der segmentierten Linse. Zum Beispiel kann die Masse der Halterung und des einen oder der mehreren Lenkspiegel (Masse-Feder-System) zum Beispiel nicht größer als 1%, zum Beispiel 20%, zum Beispiel 60% der Masse der segmentierten Linse sein.
In einigen Beispielen definiert mindestens ein zweiter Teil des Sendestrahls zwischen dem Zeilenabtastelement und dem Objekt eine Sende- und Empfangsrichtung; außerdem ist der Empfangsstrahl mit der Sende-und-Empfangsrichtung verknüpft. Die Sende- und Empfangsrichtung kann den zweiten Teil des Empfangsstrahls definieren.
Die Sende- und Empfangsrichtung kann definiert werden als die Richtung, in der das Primärlicht vom LIDAR-System nach dem Verlassen der letzten optischen Oberfläche des Zeilenabtastelements geführt wird. Die letzte optische Oberfläche in dieser Hinsicht ist typischerweise die letzte optisch aktive Oberfläche, mit der das Primärlicht interagiert, bevor es die Apertur des LIDAR-Systems verlässt, es sei denn, es ist eine dem Zeilenabtastelement nachgelagerte Optik bereitgestellt.
In der Regel bewegt sich die Sende- und Empfangsrichtung innerhalb des Koordinatensystems, das durch die x-Achse, y-Achse und z-Achse als Funktion der Zeit definiert ist. Da sich Aktuatoren oder Zeilenabtastelemente bewegen und in Betrieb sind, kann sich die Sende- und Empfangsrichtung in Abhängigkeit von der Zeit ändern.
Die Ausrichtung der Scan- und Empfangsrichtung kann definiert werden durch (i) die Ablenkung des Zeilenabtastelements bei Betätigung durch den weiteren Aktuator und (ii) die Bewegung der segmentierten Linse bei Betätigung durch den Linsenaktuator.
In solchen Beispielen kann die Betätigung der segmentierten Linse mindestens einen weiteren Freiheitsgrad für die Sende- und Empfangsrichtung bereitstellen. Mit anderen Worten, durch die Verwendung des Linsenaktuators kann die Wirkung des Zeilenabtastelements auf die Sende- und Empfangsrichtung entgegengesetzt oder verstärkt werden. Somit kann die Bewegung der Sende- und Empfangsrichtung eine Überlagerung der Bewegung bereitgestellt werden, die zum einen durch die Betätigung des Zeilenabtastelements zum Ablenken des Zeilenabtastelements und zum anderen durch die Betätigung der Linse der segmentierten Linse zum Bewegen der segmentierten Linse erfolgt.
Solch eine Überlagerung kann zur Stoßdämpfung verwendet werden, z.B. in einem geschlossenen Regelkreis.
In einigen Beispielen kann eine solche Überlagerung verwendet werden, um die Amplitude der Betätigung bereitgestellt durch ein Betätigungselement des Zeilenabtastelements und/oder die Linsenbetätigung zu erhöhen.
In einigen Beispielen weist ein erster translatorischer Freiheitsgrad des Linsenaktuators eine orthogonale Komponente zu einem zweiten translatorischen Freiheitsgrad des weiteren Aktuators auf.
In einigen Beispielen ist der erste translatorische Freiheitsgrad des Linsenaktuators orthogonal zum zweiten translatorischen Freiheitsgrad des weiteren Aktuators.
Beispielsweise kann ein Betätigungselement des Aktuators des Zeilenabtastelements in Bezug auf die Betätigungsamplitude oder den zu betätigenden Freiheitsgrad begrenzt sein (manchmal auch als unterbetätigtes System bezeichnet). Beispielsweise kann das Betätigungselement nur eine Bewegung des Zeilenabtastelements längs der X-Achse, nicht aber längs der Y-Achse auslösen. Dann kann diese Unterbetätigung durch die Betätigung der segmentierten Linse kompensiert werden. In solchen und anderen Beispielen kann die Betätigungsrichtung des Linsenaktuators mit einer Betätigungsrichtung des Betätigungselements des weiteren Aktuators des Zeilenabtastelements ausgerichtet oder versetzt sein. Die Betätigungsrichtung des Linsenaktuators kann im Wesentlichen senkrecht zur Betätigungsrichtung des Betätigungselements des weiteren Aktuators des Zeilenabtastelements stehen. Zum Beispiel kann die Betätigungsrichtung des Linsenaktuators zumindest teilweise ausgerichtet oder versetzt zu einer Piezo-Biegeorientierung des Betätigungselements sein.
Als Beispiel weisen der Linsenaktuator für die segmentierte Linse und der weitere Aktuator für das Masse-Feder-System, das aus einem oder mehreren Spiegeln und der Halterung des Zeilenabtastelements gebildet ist, jeweils einen 1-D translatorischen Freiheitsgrad auf. In diesem Beispiel ist der erste translatorische Freiheitsgrad des Linsenaktuators orthogonal zum zweiten translatorischen Freiheitsgrad des weiteren Aktuators. In diesem Fall, wenn beispielsweise ein mechanisches Stoßereignis am System senkrecht zum zweiten translatorischen Freiheitsgrad des weiteren Aktuators auftritt, kann der weitere Aktuator nicht in der Lage sein, diesen Stoß zu kompensieren. Allerdings kann zumindest eine teilweise Kompensation des mechanischen Stoßereignisses durch den Linsenaktuator möglich sein, da der erste translatorische Freiheitsgrad des Linsenaktuators orthogonal zum zweiten translatorischen Freiheitsgrad des weiteren Aktuators ist.
Die Überlegung dieses Beispiels gilt auch für andere Beispiele, bei denen der erste translatorische Freiheitsgrad des Linsenaktuators eine orthogonale Komponente zum zweiten translatorischen Freiheitsgrad des weiteren Aktuators aufweist.
Außerdem kann ein langsamer Aktuator für eine Feinausrichtung des LIDAR-Systems verwendet werden, z.B. nach dem Einbau in eine Vorrichtung, z.B. ein Auto.
In einigen Beispielen weist das LIDAR-System zwei Freiheitsgrade auf, um den Strahl zu lenken, zum Beispiel einen ersten Winkel und einen zweiten Winkel. In einigen Beispielen wird ein Freiheitsgrad, z.B. der erste Winkel, durch das Zeilenabtastelement bereitgestellt und der verbleibende Freiheitsgrad, z.B. der zweite Winkel, wird durch den Linsenaktuator bereitgestellt. Dies kann den Vorteil haben, dass das Zeilenabtastelement im Vergleich zu Zeilenabtastelementen, die so konfiguriert sind, dass sie zwei Freiheitsgrade bereitstellen, vereinfacht werden kann.
In einigen Beispielen kann ein Zeilenabtastelement mit zwei Freiheitsgraden zwei betätigte Spiegel umfassen, ein Zeilenabtastelement mit einem Freiheitsgrad kann einen betätigten Spiegel umfassen oder nur einen betätigten Spiegel aufweisen. In diesen Beispielen kann ein Zeilenabtastelement, das einen Freiheitsgrad bereitstellt, kostengünstiger herzustellen sein als ein Zeilenabtastelement, das zwei Freiheitsgrade bereitstellt.
In einigen Beispielen wird eine Projektionsebene durch die x-Achse und die Mittellinie definiert. Eine erste projizierte Länge einer effektiven Brennweite des Sendelinsensegments in die Projektionsebene und eine zweite projizierte Länge einer effektiven Brennweite des in der Projektionsebene projizierten Empfangslinsensegments können im Wesentlichen identisch sein.
Eine erste Länge l₁ und eine zweite Länge l₂, wobei l₂ ≥ l₁ gilt, sind im Wesentlichen identisch, wenn beispielsweise l₁/l₂ ≥ 0.8, beispielsweise l₁/l₂ ≥ 0.99 gilt.
Die effektive Brennweite des Sendelinsensegments kann die Brennweite des Sendelinsensegments selbst sein. In anderen Beispielen kann die effektive Brennweite des Sendelinsensegments nur für die Achse des Primärstrahlprofils berücksichtigt werden, zum Beispiel eine schnelle Achse und/oder eine langsame Achse. In weiteren Beispielen oder in Beispielen, die mit den vorangegangenen Beispielen kombiniert sind, kann die effektive Brennweite des Sendelinsensegments definiert werden als die Brennweite des Sendelinsensegments in Kombination mit weiteren optischen Elementen, beispielsweise weiteren Linsen zwischen dem Sendelinsensegment und dem Laser. In solchen Beispielen mit zusätzlichen optischen Elementen kann die Brennweite auch in der langsamen Achse unterschiedlich sein.
Dies kann dazu führen, dass die Brennweiten des Sendelinsensegments und des Empfangslinsensegments in dieser Projektionsebene im Wesentlichen identisch sind. Dies kann den Effekt haben, dass in einem koaxialen Aufbau, wenn die Linse bewegt wird, der Fokus des optischen Systems auf dem Detektor ausgerichtet bleiben kann.
Wenn beispielsweise die Linse nur längs der langsamen Achse betätigt wird, kann die Brennweite nur im Wesentlichen identisch mit der langsamen Achse sein. Dadurch kann eine optisch konjugierte Konfiguration erreicht werden. In einigen Beispielen kann eine Positionsänderung eines Fokuspunktes des Empfangslinsensegments während der Bewegung längs der schnellen Achse toleriert werden.
1A veranschaulicht schematisch ein LIDAR-System mit koaxialem Aufbau und außeraxialer Detektion gemäß verschiedener Beispiele.
Das LIDAR-System 100 kann zum Messen eines Objekts 110 unter Verwendung von Primärlicht und Sekundärlicht, das am Objekt 110 reflektiert wird, verwendet werden.
Es kann Laserlicht, z.B. gepulstes Laserlicht oder cw-Laserlicht verwendet werden.
Im Beispiel von 1A ist ein Koordinatensystem x, y und z mit z in Ausbreitungsrichtung des Sekundärlichts definiert.
Das LIDAR-System 100 umfasst einen Laser 200, der angeordnet ist, das Primärlicht längs eines Sendestrahls 210 zu einem Zeilenabtastelement 800 des LIDAR-Systems zu emittieren. Das Zeilenabtastelement 800 kann einen oder mehrere Spiegel 800-1 umfassen, um den Sendestrahl zu lenken. Ein Aktuator 800-3 kann auf eine Halterung 800-2 des einen oder der mehreren Lenkspiegel 800-1 wirken, um die Lenkspiegel abzulenken. In anderen Beispielen können der eine oder die mehreren Lenkspiegel direkt am Stellglied befestigt werden. Die Halterung kann eine elastische Halterung sein, die ein oder mehrere Federelemente umfasst. Das eine oder die mehreren Federelemente können elastisch verformt sein. Beispielsweise kann der Aktuator ein Masse-Feder-System betreiben, das aus der Halterung und den einen oder mehreren Lenkspiegeln bei oder in der Nähe einer Eigenfrequenz gebildet wird, z.B. entsprechend der Biegung oder Torsion des einen oder der mehreren Federelemente.
Das LIDAR-System 100 umfasst ferner einen Detektor 400, der so angeordnet ist, das Sekundärlicht längs eines Empfangsstrahls 500 zu detektieren. Zum Beispiel kann eine einzelne Photonen-Lawinendetektoranordnung als Detektor 400 verwendet werden.
In einem koaxialen Aufbau, wie im Beispiel von 1A dargestellt, kann die Richtung des Empfangsstrahls 500 zwischen dem Objekt 110 und dem Spiegel des Zeilenabtastelements 800 sowie die Richtung des Sendestrahls 210 zwischen dem Spiegel des Zeilenabtastelements 800 und dem Objekt 110 als Sende- und Empfangsrichtung 350A beschrieben werden. Im Beispiel von 1A ist die Sende-und Empfangsrichtung 350A auf die z-Achse des Koordinatensystems ausgerichtet. Das Koordinatensystem, einschließlich der z-Achse, ist ganz allgemein statisch, während sich die Sende- und Empfangsrichtung als Funktion der Zeit bewegen kann. Dabei ist das Zeilenabtasten von LIDAR verwirklicht.
Im Beispiel von 1A befindet sich der Laser auf einer ersten Ebene P1 und der Detektor auf einer zweiten Ebene P2, wobei im Beispiel von 1A P1 und P2 übereinstimmen. In der Regel können die erste Ebene P1 und die zweite Ebene P2 parallel zueinander sein, können aber auch versetzt zueinander sein.
Im Beispiel von 1A umfasst der Empfangsstrahl einen ersten Teil 510 und einen zweiten Teil 520, wobei der zweite Teil 520 des Empfangsstrahls 500 zwischen dem ersten Teil 510 des Empfangsstrahls 500 und dem Detektor 400 liegt. Der zweite Teil 520 weist eine Neigung 530 in Bezug auf den ersten Teil 510 und in Bezug auf die Mittellinie 300 auf.
Das LIDAR-System 100 umfasst weiterhin eine segmentierte Linse 600. Die segmentierte Linse 600 ist zwischen den Teilen 510, 520 des Empfangsstrahls 500 positioniert. Die segmentierte Linse 600 wirkt wie ein Strahlteiler. Die segmentierte Linse 600 fokussiert den Empfangsstrahl 500 auf den Detektor 400. Dies wird erreicht, indem der zweite Teil 520 des Empfangsstrahls 500 in Bezug auf die Mittellinie 300 geneigt wird.
Details zur segmentierten Linse 600 werden im Folgenden mit Bezug auf 2A, 3A-3c und 4A-c beschrieben.
Die segmentierte Linse 600 ist auf der Mittellinie 300 zwischen dem ersten Teil des Empfangsstrahls 510 und dem zweiten Teil 520 des Empfangsstrahls positioniert. Die segmentierte Linse 600 umfasst ein mit dem Sendestrahl verknüpftes Sendelinsensegment 610 und ein mit dem Empfangsstrahl verknüpftes Empfangslinsensegment 620. In diesen Beispielen verwirklicht das Sendelinsensegment 610 ein Linsenelement 611, das angeordnet ist, das SA des Sendestrahls 210 parallel zu richten; und das Empfangslinsensegment verwirklicht Linsenelemente 621, 622, die dazu bestimmt sind, den Empfangsstrahl auf den Detektor 400 zu fokussieren, wie in 1A angegeben.
1B zeigt ein modifiziertes Beispiel für das LIDAR-System von 1A mit einem Linsenaktuator 1000. Der Linsenaktuator 1000 ist optional.
Das LIDAR-System 100 kann das LIDAR-System 100 von 1A sein, das zusätzlich den Linsenaktuator 1000 umfasst. Der Linsenaktuator 1000 kann konfiguriert werden, die segmentierte Linse 600 zu bewegen. Die Bewegung der segmentierten Linse 600 kann als laterale Translation in eine, zwei oder drei Richtungen bereitgestellt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Rotation der segmentierten Linse durch den Linsenaktuator 1000 bereitgestellt werden.
Das Zeilenabtasten des LIDAR-Systems 100 kann somit durch verschiedene Methoden erreicht werden. Das Zeilenabtasten kann durch Betätigen des Zeilenabtastelements 800 allein, durch Betätigen des Linsenaktuators 1000 allein oder durch kombiniertes Betätigen des Linsenaktuators 1000 und des Zeilenabtastelements 800 erfolgen.
Das Zeilenabtasten kann dazu führen, dass die Sende- und Empfangsrichtung in Abhängigkeit von der Zeit geändert werden kann. Im Beispiel von 1B sind zur Veranschaulichung drei verschiedene Sende- und Empfangsrichtungen 350A, 350B, 350C schematisch dargestellt. Zum Beispiel kann das LIDAR-System zu einem ersten Zeitpunkt die Sende- und Empfangsrichtung 350A definieren, zu einem zweiten Zeitpunkt kann das LIDAR-System die Sende- und Empfangsrichtung 350B definieren, und zu einem dritten Zeitpunkt kann das LIDAR-System die Sende- und Empfangsrichtung 350C definieren.
In einigen Beispielen kann das LIDAR-System 100 so gestaltet sein, dass das Zeilenabtasten den Sendestrahl 210 und den Empfangsstrahl 500 (d.h. den zweiten Teil 520 des Empfangsstrahls) im Wesentlichen unverändert in den jeweiligen Abschnitten zwischen der segmentierten Linse 600 und dem Laser/Detektor lässt.
2A veranschaulicht schematisch eine exemplarische Verwirklichung des koaxialen Aufbaus unter Verwendung der außeraxialen Detektion gemäß verschiedener Beispiele.
2A ist eine schematische Seitenansicht, die strahlverfolgte optische Strahlen des von einem Laser 200 emittierten Primärlichts und des von dem Objekt 110 reflektierten Sekundärlichts anzeigt. Im Beispiel von 2A wird der Sendestrahl 210 in einer schnellen Achse durch eine Linse 688, die einen FA-Kollimator verwirklicht, und durch ein Linsenelement 611 des Sendelinsensegments 610 der segmentierten Linse 600, das einen SA-Kollimator bildet, parallel gerichtet. Im Beispiel von 2A stimmt die Mittellinie 300 des optischen Aufbaus mit dem Sendestrahl 210 überein.
In einigen Beispielen wird die Parallelrichtung von FA und/oder SA zusätzlich mit einer optionalen weiteren Linse 690 durchgeführt. Dies kann die optischen Anforderungen an die parallelrichtenden Linsen erleichtern und somit die Kosten der Vorrichtung senken.
Der Laser emittiert Primärlicht, das mit einem Objekt interagiert (nicht dargestellt) und ein Teil des Primärlichts wandert längs des Empfangsstrahls 500, einschließlich des ersten Teils 510 und des zweiten Teils 520. Der erste Teil 510 des Empfangsstrahls 500 trifft auf die segmentierte Linse 600. Der erste Teil 510 des Empfangsstrahls 500 ist mit dem Sendestrahl ausgerichtet (koaxialer Aufbau), insbesondere in einer antiparallelen Ausrichtung.
Der koaxiale Aufbau ist in 2A dargestellt: Sowohl der Sendestrahl 210 als auch der Empfangsstrahl 500 passieren eine gemeinsame Apertur 980, z.B. verwirklicht durch einen oder mehrere Spiegel 800-1 des Zeilenabtastelements 800. Die Mittellinie 300 ist in der Mitte der Apertur 980 angeordnet.
Das Linsenelement 611 der segmentierten Linse 600 umfasst eine erste Oberfläche 612, die das Sendelinsensegment 610 bildet; die Linsenelemente 621, 622 umfassen zweite Oberflächen 623, 624, die das Empfangslinsensegment 620 bilden. Die Linsenelemente 621, 622 fokussieren den Empfangsstrahl auf ein Nadelloch 401 des Detektors 400. Wie durch die gestrichelte-gepunktete Linie angezeigt, weist der zweite Teil 520 des Empfangsstrahls 500 eine Neigung 530 in Bezug auf die Mittellinie 300 auf.
Das Linsenelement 611 des Transmissionslinsensegments 610 kann ein bifokales Linsenelement oder ein zylindrisches Linsenelement sein.
Im dargestellten Beispiel sind die erste Oberfläche 612 und die zweiten Oberflächen 623, 624 über kontinuierliche Übergänge 650 verbunden: Es gibt keine Stufen oder Versätze oder Facetten parallel zur Mittellinie 300 an den Grenzen zwischen der ersten Oberfläche 612 und den zweiten Oberflächen 623, 624. Dies kann helfen, Streulicht vom Laser beim Eintritt in den Detektor zu vermeiden und die Herstellung der Linse zu vereinfachen.
Im Beispiel von 2A wird die Neigung 530 des zweiten Teils 520 des Empfangsstrahls 500 durch die zweiten Oberflächen 624, 623 erreicht, die keine Rotationssymmetrie in Bezug auf die Mittellinie 300 aufweisen. Auch die zweite Oberfläche 624 und die zweite Oberfläche 623 weisen unterschiedliche geometrische Linsenparameter auf: Dadurch können Aberrationen aufgrund des asymmetrischen Designs vermieden werden.
Die Rückseite der segmentierten Linse 600 ist eine ebene Fläche 630, was die Ausrichtung erleichtert und das System robuster gegen Vibrationen macht.
2B zeigt ein modifiziertes Beispiel für das in 2A dargestellte Beispiel.
Mögliche Beispiele werden im Hinblick auf 1 B und 2B beschrieben.
In einigen Beispielen ist der Detektor 400 in Bezug auf die Mittellinie 300 außeraxial angeordnet. In den Beispielen gemäß 1 B und 2B ist der Detektor 400 um einen Abstand d in y-Richtung versetzt. In anderen Beispielen kann der Versatz längs einer anderen Achse oder einer Kombination von Achsen erfolgen, z.B. in x-Richtung oder in einer Richtung längs der x- und y-Richtung.
Der Detektor 400 kann mit einem Abstand d längs der y-Achse senkrecht zur Mittellinie 300 in Bezug auf den Laser 400 angeordnet werden, die Neigung 530 des Empfangsstrahls zu definieren.
Mit anderen Worten, sowohl der Laser als auch der Detektor können sich auf einer Ebene P1 senkrecht zur Mittellinie befinden.
In einigen Beispielen ist der Linsenaktuator 100, wie in 1B dargestellt, konfiguriert, die segmentierte Linse 600 längs einer Betätigungsrichtung 1010 zu bewegen, die im Wesentlichen sowohl zur Mittellinie 300 als auch zur y-Achse senkrecht steht, d.h. die Betätigungsrichtung 1010 ist mit der x-Achse ausgerichtet. Dies wird anhand der folgenden Abbildungen 6A, 6B und 6C näher veranschaulicht.
In einigen Beispielen kann eine Projektionsebene durch die x-Achse und die Mittellinie 300 definiert werden. In den Beispielen von 1 B und 2B ist die Projektionsebene die xz-Ebene.
Wie in den Figuren 2B, 6A-6B veranschaulicht, können eine erste projizierte Länge PLaserLinse mit einer effektiven Brennweite des Sendelinsensegments in die erste Ebene xy und eine zweite projizierte Länge PDetektorLinse mit einer Brennweite des in die erste Ebene xy projizierten Empfängerlinsensegments im Wesentlichen identisch sein.
Solche Konfigurationen können den Vorteil haben, dass, wenn die segmentierte Linse 600 durch den Linsenaktuator 1000 bewegt wird, das Sekundärlicht immer noch den Detektor erreichen kann.
Mit anderen Worten, das LIDAR-System kann so konfiguriert sein, dass das Empfangslinsensegment und das Sendelinsensegment in mindestens einer Projektionsebene des optischen Aufbaus optisch konjugiert sind.
In einigen Beispielen kann die Bewegung der segmentierten Linse 600, die durch den Linsenaktuator 1000 längs der Betätigungsrichtung 1010 betätigt wird, bewirken, die Sende- und Empfangsrichtung 350A, 350B, 350C des Primär- und Sekundärlichts im Wesentlichen in der xz-Ebene zu bewegen. In einigen Beispielen weist das Zeilenabtastelement 800 nur einen Freiheitsgrad auf und ändert die Sende- und Empfangsrichtung 350A, 350B, 350C in der xy-Ebene. Dies kann einen vereinfachten Aufbau ermöglichen, da die Bewegung der segmentierten Linse 600 die Ablenkung eines oder mehrerer Scanspiegel des Zeilenabtastelements 800 ergänzt.
3A und 3B veranschaulichen schematisch eine segmentierte Linse gemäß verschiedener Beispiele.
3A zeigt eine Frontansicht eines Beispiels der segmentierten Linse 600.
3B zeigt eine Seitenansicht der segmentierten Linse 600 aus 3A.
4A, 4B und 4C veranschaulichen schematisch ein Beispiel für eine segmentierte Linse gemäß verschiedener Beispiele.
Die segmentierte Linse 600 der 4A-4C ist ein alternatives Beispiel im Vergleich zu 2A und 3A, 3B.
Die Figuren 6A, 6B und 6C zeigen eine Ansicht der xz- Ebene der Beispiele von 1 B und 2B.
Das Beispiel der 4A-C wird aus zwei verschiedenen Linsen hergestellt. Das Sendelinsensegment 610 ist in einer Nut installiert, die in eine größere außeraxiale Linse eingearbeitet ist, die als Empfangslinsensegment 620 dient. Die Oberfläche 625 des Empfangslinsensegments 620 definiert keine Neigung zur Mittellinie 300 und besitzt somit keine Rotationssymmetrie zur Mittellinie 300.
Durch die Bereitstellung des zweiten Teils 520 des Empfangsstrahls 500, der in Bezug auf die Mittellinie 300 geneigt ist, ist es in einigen Beispielen möglich, das benötigte Volumen zu reduzieren und den mechanischen Aufbau des Detektors und des Lasers zu vereinfachen. Weiterhin kann das benötigte Volumen durch eine entsprechende relative Positionierung des Detektors 400 und des Lasers 200 weiter reduziert werden. Dies wird im Folgenden anhand von 5 veranschaulicht.
5 veranschaulicht schematisch eine Laser/Detektor-Anordnung gemäß verschiedener Beispiele. In diesem Beispiel weist der Laser 200 ein erstes Substrat 220 auf, das sich in einer ersten Ebene P1 erstreckt. In diesem Beispiel ist der Laser eine Kantenemitter-Laserdiode 201, die dazu eingerichtet ist, das Primärlicht parallel zu einer ersten Ebene P1 zu emittieren. Das Laserlicht durchläuft eine schnellachsige Kollimatorlinse 688 und wird dann von einem Spiegel 230 auf die Mittellinie geführt, um den Sendestrahl 210 bereitzustellen.
Der Detektor 400 weist ein zweites Substrat 420 auf, das sich in einer zweiten Ebene P2 erstreckt. Im Beispiel von 5 stimmen die erste Ebene P1 und die zweite Ebene P2 überein. In diesem Beispiel wird die Bestückung der Substrate, z.B. mit dem Laser 200, dem Detektor 400 und anderen elektrischen Komponenten 901, 902, 903, 904 stark vereinfacht. In einigen Beispielen sind P1 und P2 getrennt, um beispielsweise einen zusätzlichen Freiheitsgrad bei der Optimierung des optischen Aufbaus zu ermöglichen. Zur Vermeidung von Streulicht kann ein Gehäuse 900 bereitgestellt werden. Beachten Sie, dass der Detektor 400 ohne eine Nadellochapertur dargestellt ist, die in einigen Beispielen bereitgestellt werden kann.
Im Beispiel von 5 ist ein Koordinatensystem dargestellt. Das Koordinatensystem von 5 entspricht den Koordinatensystemen von 1A und/oder 1B. Zu beachten ist, dass in 1A und 1B der Sendestrahl 210 in einer geraden Linie zwischen dem Laser 200 und der segmentierten Linse 600 und damit in negativer z-Richtung gerichtet ist, in 5 der Sendestrahl sich zunächst parallel zur y-Achse ausbreitet, bevor er mit dem Spiegel 230 interagiert. Der Spiegel lenkt dann den Sendestrahl in eine Richtung parallel zur z-Achse ab, entsprechend der Ausbreitungsrichtung, die in den Beispielen von 1A und 1B dargestellt ist.
6A, 6B und 6C zeigen eine Ansicht der xz-Ebene der Beispiele von 1B und 2B.
6A zeigt die segmentierte Linse 600 in einer ersten Position 1600. In dem dargestellten Beispiel breiten sich das Primärlicht und das Sekundärlicht im Wesentlichen längs der Mittellinie 300 aus. Somit ist die Sende- und Empfangsrichtung 350A auf die Mittellinie 300 ausgerichtet.
In 6B wird die segmentierte Linse in Bezug auf die erste Position 1600 bewegt. Diese Bewegung kann durch den in 1B dargestellten Linsenaktuator 1000 erreicht werden.
In 6B wird die segmentierte Linse an der ersten Position 1600 als gestrichelte Linie zur Referenz angezeigt. Im Beispiel von 6B wird die segmentierte Linse im Vergleich zur ersten Position 1600 in eine positive x-Richtung versetzt und in eine zweite Position bewegt. Dadurch werden sowohl das Primärlicht als auch das Sekundärlicht zwischen der segmentierten Linse 600 und dem Objekt 110 abgelenkt; die Sende- und Empfangsrichtung 350B ist in Bezug auf die Mittellinie 300 geneigt.
6C zeigt ein Beispiel, bei dem die Versetzung der segmentierten Linse 600 in negativer Richtung längs der x-Achse im Vergleich zur ersten Position 1600 durchgeführt wird. Die Sende- und Empfangsrichtung 350C ist wiederum in Bezug auf die Mittellinie 300 geneigt.
Gemäß den in Verbindung mit den Figuren 1 B und 2C beschriebenen Beispielen sind die projizierten Abstände PDetektorLinse und PLaserLinse in der xz-Ebene identisch.
Daher kann in den Beispielen gemäß den 6A-6C die Position sowohl des Lasers 200 als auch des Detektors 400 fest bleiben, unabhängig von der Position der segmentierten Linse 600.
7 zeigt ein Bewegungsmuster 900 in Abhängigkeit von einem ersten Winkel 901 und einem zweiten Winkel 902. Das Bewegungsmuster 900 veranschaulicht die Richtung der Sende- und Empfangsrichtung. Das Bewegungsmuster 900 definiert einen Scanbereich 915.
In einem ersten Beispiel, z.B. wie in 1A dargestellt, kann das Bewegungsmuster 900 allein durch das Zeilenabtastelement 800 bereitgestellt werden. Das Zeilenabtastelement 800 kann wie hier beschrieben durch den weiteren Aktuator des Zeilenabtastelements betätigt werden. Der weitere Aktuator kann die Torsions- und/oder Transversalmoden anregen.
In einem zweiten Beispiel kann das Bewegungsmuster 900 durch das Zeilenabtastelement 800 bereitgestellt werden, wobei der Linsenaktuator Stöße oder externe Interferenzen längs des ersten Winkels 901 kompensiert.
In einem dritten Beispiel wird der Linsenaktuator, zum Beispiel der Linsenaktuator 1000 aus 1B, verwendet, um eine Ablenkung der Sende- und Empfangsrichtung längs des ersten Winkels 901 bereitzustellen, während das Zeilenabtastelement 800 eine Ablenkung der Sende- und Empfangsrichtung längs des zweiten Winkels 902 bereitstellt.
Ein solches Bewegungsmuster 900 kann beispielsweise verwendet werden, wenn ein oder zwei der beiden Freiheitsgrade durch resonante Prozesse bereitgestellt werden, z.B. durch resonante Ablenkung eines Spiegels und/oder resonante Betätigung der segmentierten Linse, wie vorstehend beschrieben.
Diese Form des Bewegungsmusters 900 am Beispiel von 7 ist nicht limitierend. In anderen Beispielen können verschiedene Formen verwendet werden, z.B. Scanformen, spiralförmige Formen oder Mäanderformen. Insbesondere kann der Linsenaktuator 1000 eine stufenförmige Bewegung längs des ersten Winkels 901 bereitstellen, was zu einer Mäanderform führt.
8 veranschaulicht ein entsprechendes Verfahren. 8 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedener Beispiele. Das Verfahren von 8 könnte durch eine Steuerschaltung einer Vorrichtung ausgeführt werden. Das Verfahren von 8 könnte von einer Steuereinheit - z.B. einem ASIC oder FPGA - des LIDAR-Systems 100 wie oben beschrieben ausgeführt werden.
In Box 6001 wird ein Masse-Feder-System mit einem oder mehreren Spiegeln 800-1 und einer elastischen Halterung 800-2 resonant betätigt. Zum Beispiel kann ein Torsions- oder Biegeeigenmode eines oder mehrerer Federelemente der elastischen Halterung 800-2 betätigt werden.
In Box 6002 wird die segmentierte Linse 600 (oder eine andere Linse im Sendestrahl 210 und/oder im Empfangsstrahl 500) betätigt, z.B. nicht-resonant.
Zum Beispiel könnte die Betätigung in Übereinstimmung mit orthogonalen Freiheitsgraden erfolgen.
Ein erster translatorischer Freiheitsgrad eines Linsenaktuators kann eine orthogonale Komponente zu einem zweiten translatorischen Freiheitsgrad eines weiteren Stellglieds des Masse-Feder-Systems aufweisen.
Dadurch kann ein überlagertes Scanmuster 900 und/oder eine Stoßabsorption bereitgestellt werden.
Obwohl die Erfindung in Bezug auf bestimmte bevorzugte Beispiele gezeigt und beschrieben wurde, werden Äquivalente und Modifikationen für andere Fachleute nach dem Lesen und Verstehen der Spezifikation auftreten. Die vorliegende Erfindung umfasst alle derartigen Äquivalente und Modifikationen und ist nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche begrenzt.
Zur Veranschaulichung wurden die obigen Szenarien beschrieben, bei denen der Empfangsstrahl eine außeraxiale Komponente umfasst, d.h. einen zweiten Teil, der eine Neigung in Bezug auf die Mittellinie aufweist. In anderen Beispielen wäre es jedoch auch möglich, dass entweder der mit dem Primärlicht verknüpfte Sendestrahl eine Neigung zur Mittellinie aufweist oder dass sowohl der Sendestrahl als auch der Empfangsstrahl Off-Axis-Komponenten umfassen, d.h. eine Neigung zur Mittellinie aufweisen. Mit anderen Worten, alternativ oder zusätzlich zur Off-Axis-Detektion wäre es möglich, eine Off-Axis-Emission einzusetzen. Kombinierte Off-Axis-Emission und Off-Axis-Detektion kann den weiteren Vorteil haben, dass die Kompaktheit des optischen Aufbaus erhöht werden kann und/oder dass dünnere und/oder leichter herzustellende Linsen, zum Beispiel, aber nicht beschränkt auf die segmentierte Linse, verwendet werden können.
Zur weiteren Veranschaulichung wurden vorstehend verschiedene Szenarien beschrieben, in denen die außeraxiale Detektion und/oder außeraxiale Aussendung mit parallelen Ebenen kombiniert wird, auf denen der Laser und der Detektor montiert sind. Solche Methoden zur Befestigung von Laser und Detektor auf parallelen Ebenen könnten auch ohne außeraxiale Detektion und/oder außeraxiale Aussendung realisiert werden, z.B. mit einem konventionellen Strahlteiler oder dergleichen zur Trennung von Sende- und Empfangsstrahl.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2010180722 A1 [0004]

Claims

LIDAR-System (100) zur Abstandserfassung eines Objekts (110) unter Verwendung von Primärlicht und an dem Objekt (110) reflektierem Sekundärlicht, wobei das LIDAR-System (100) umfasst: - einen Laser (200), der dazu eingerichtet ist, das Primärlicht längs eines Sendestrahls (210) an ein Zeilenabtastelement (800) des LIDAR-Systems auszusenden, wobei mindestens ein zu dem Zeilenabtastelement benachbarter Teil des Sendestrahls eine Mittellinie (300) definiert, - einen Detektor (400), der dazu eingerichtet ist, das Sekundärlicht längs eines Empfangsstrahls (500) zu erfassen, wobei der Empfangsstrahl einen ersten Teil (510) umfasst, der gemäß der Mittellinie ausgerichtet ist, und einen zweiten Teil (520), der in Bezug auf die Mittellinie (300) eine Neigung (530) aufweist, wobei sich der zweite Teil (520) des Empfangsstrahls zwischen dem ersten Teil des Empfangsstrahls (510) und dem Detektor (400) befindet, und - eine segmentierte Linse (600), die auf der Mittellinie (300) zwischen dem ersten Teil des Empfangsstrahls (510) und dem zweiten Teil (520) des Empfangsstrahls positioniert ist, wobei die segmentierte Linse (600) ein mit dem Sendestrahl verknüpftes Sendesegment (610) und ein mit dem Empfangsstrahl verknüpftes Empfangssegment (620) umfasst, wobei das Empfangssegment dazu eingerichtet ist, den Empfangsstrahl auf den Detektor zu fokussieren.
LIDAR-System (100) nach Anspruch 1, ferner umfassend: - einen Linsenaktuator (1000), der dazu eingerichtet ist, eine Bewegung der segmentierten Linse (600) bereitzustellen.
LIDAR-System (100) nach Anspruch 2, wobei der Detektor (400) mit einem Abstand (d) längs einer zweiten Achse (y) senkrecht zur Mittellinie (300) in Bezug auf den Laser (200) angeordnet ist, um die Neigung (530) des zweiten Teils (520) des Empfangsstrahls zu definieren, und wobei: der Linsenaktuator (1000) dazu eingerichtet ist, die Bewegung der segmentierten Linse (600) längs einer dritten Achse (1010, x) bereitzustellen, wobei die dritte Achse sowohl zu der Mittellinie (300) als auch zu der zweiten Achse (y) im Wesentlichen senkrecht steht.
LIDAR-System (100) nach Anspruch 2 oder 3, ferner umfassend: - einen weiteren Aktuator (800-3) des Zeilenabtastelements (800), der dazu eingerichtet ist, auf einen oder mehrere Lenkspiegel (800-1) des Zeilenabtastelements (800) zu einzuwirken, um dem einen oder den mehreren Lenkspiegeln (800-1) eine Ablenkung bereitzustellen, wobei eine Betriebsfrequenz der Bewegung bei Vergleich zu einer Betriebsfrequenz der Ablenkung nicht größer als 50% ist.
LIDAR-System (100) nach Anspruch 4, wobei ein erster translatorischer Freiheitsgrad des Linsenaktuators eine senkrechte Komponente zu einem zweiten translatorischen Freiheitsgrad des weiteren Aktuators aufweist.
LIDAR-System (100) nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Linsenaktuator dazu eingerichtet ist, die Bewegung der segmentierten Linse nicht-resonant bereitzustellen, wobei der weitere Aktuator (800-3) dazu eingerichtet ist, die Ablenkung des einen oder der mehreren Lenkspiegel resonant bereitzustellen.
LIDAR-System (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei eine Masse der Halterung und des einen oder der mehreren Lenkspiegel nicht größer als 20% einer Masse der segmentierten Linse ist.
LIDAR-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein zweiter Teil des Sendestrahls zwischen dem Zeilenabtastelement (800) und dem Objekt (110) eine Sende- und Empfangsrichtung (350A, 350B, 350C) zwischen dem LIDAR-System (100) und dem Objekt (110) definiert und wobei der Empfangsstrahl (500) mit der Sende- und Empfangsrichtung (350A, 350B, 350C) verknüpft ist.
LIDAR-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Projektionsebene (xy) durch die dritte Achse (x) und die Mittelachse (300, z) definiert ist und wobei: eine erste projizierte Länge (PLaserLens) einer effektiven Brennweite des Sendesegments in die Projektionsebene (xy) und eine zweite projizierte Länge (PDetectorLens) einer Brennweite des in die Projektionsebene (xy) projizierten Empfangssegments im Wesentlichen identisch sind.
LIDAR-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Sendesegment (610) und das Empfangssegment (620) in mindestens einer Projektionsebene (xy) effektiv optisch konjugiert sind.
Das LIDAR-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine Oberfläche (623, 624; 625) mindestens eines Linsenelements (621, 622) des Empfangssegments (620) keine Rotationssymmetrie in Bezug auf die Mittellinie (300) aufweist.
Das LIDAR-System nach Anspruch 11, wobei die mindestens eine Oberfläche (623, 624; 625) des mindestens einen Linsenelements (621, 622) des Empfangssegments eine Neigung (530) des zweiten Teils (520) des Empfangsstrahls in Bezug auf die Mittellinie (300) definiert.
Das LIDAR-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sendesegment dazu eingerichtet ist, eine langsame Achse des Sendestrahls zumindest teilweise parallel zu richten.
Das LIDAR-System nach Anspruch 13, wobei das LIDAR-System ferner eine weitere Linse (690) umfasst, die zwischen dem Laser und der segmentierten Linse positioniert und dazu eingerichtet ist, mindestens die langsame Achse des Sendestrahls zu erweitern.
LIDAR-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sendesegment (610) und das Empfangssegment (620) der segmentierten Linse (600) einstückig ausgebildet sind; oder wobei das Sendesegment (610) in das Empfangssegment (620) eingebettet ist.
LIDAR-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Material des Sendesegments (610) und des Empfangssegments (620) einen unterschiedlichen Brechungsindex aufweist.
LIDAR-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sendesegment ein zylindrisches Linsenelement (611) oder ein bifokales Linsenelement (611) verwirklicht.
LIDAR-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die segmentierte Linse eine ebene Oberfläche (630) umfasst, die senkrecht zur Mittellinie ausgerichtet ist.
LIDAR-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sendeelement eine erste Oberfläche (621) umfasst und wobei das Empfangssegment mindestens eine zweite Oberfläche (623, 624) umfasst, wobei die erste Oberfläche und die mindestens eine zweite Oberfläche über kontinuierliche Übergänge (650) verbunden sind.
LIDAR-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Empfangssegment ein erstes Linsenelement (621) und ein zweites Linsenelement (622) mit unterschiedlichen geometrischen Linsenparametern umfasst.
LIDAR-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Laser (200, 201) ein erstes Substrat (220) aufweist, das sich in einer ersten Ebene (P1) erstreckt, und wobei der Detektor (400) ein zweites Substrat (420) aufweist, das sich in einer zweiten Ebene (P2) erstreckt, wobei die erste Ebene und die zweite Ebene zueinander parallel sind.
LIDAR-System nach Anspruch 21, wobei die erste Ebene und die zweite Ebene übereinstimmen.
LIDAR-System nach Anspruch 21 oder 22, wobei der Laser eine Kantenemitter-Laserdiode (201) ist, die dazu eingerichtet ist, das Primärlicht parallel zu der ersten Ebene (P1) zu emittieren.
LIDAR-System nach einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei das LIDAR-System ferner einen Spiegel (230) umfasst, der in der zweiten Ebene (P2) benachbart zu dem Laser angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, das Primärlicht zur Mittellinie (300) abzulenken.
LIDAR-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mittellinie (300) eine zu dem Zeilenabtastelement (800) benachbarte optische Achse (350) des Sendestrahls und des Empfangsstrahls bildet.
Verfahren zum Steuern eines LIDAR-Systems (100) zur Abstandserfassung eines Objekts (110) unter Verwendung von Primärlicht und am Objekt reflektiertem Sekundärlicht, umfassend: - resonantes Betätigen eines Masse-Feder-Systems des LIDAR-Systems, umfassend einen oder mehrere Spiegel (800-1) und eine elastische Halterung (800-2) des einen oder der mehreren Spiegel (800-2), umfassend ein oder mehrere Federelemente, wobei der eine oder die mehreren Spiegel (800-1) in einem Sendestrahl des Primärlichts und einem Empfangsstrahl des Sekundärlichts positioniert sind, - nicht-resonantes Betätigen einer in dem Sendestrahl und in dem Empfangsstrahl positionierten Linse (600).
Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Verfahren durch eine Steuereinheit des LIDAR-Systems (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 25 ausgeführt wird.