DE102019213824A1 - Sendeeinheit mit mindestens einer Planplatte und LIDAR-Vorrichtung - Google Patents

Sendeeinheit mit mindestens einer Planplatte und LIDAR-Vorrichtung Download PDF

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Norman Haag
Stefan Spiessberger
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Offenbart ist eine Sendeeinheit, insbesondere für eine LIDAR-Vorrichtung, aufweisend mindestens eine Strahlenquelle zum Erzeugen von elektromagnetischen Strahlen und aufweisend mindestens eine transmittierende und/oder reflektierende Sendeoptik zum Emittieren der erzeugten Strahlen in einen Abtastbereich, wobei zwischen der Strahlenquelle und der Sendeoptik mindestens eine entlang einer Rotationsachse drehbare Planplatte zum Erzeugen von einem Parallelversatz der erzeugten Strahlen angeordnet ist. Des Weiteren ist eine LIDAR-Vorrichtung offenbart.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Sendeeinheit, insbesondere für eine LIDAR-Vorrichtung, aufweisend mindestens eine Strahlenquelle zum Erzeugen von elektromagnetischen Strahlen und aufweisend mindestens eine Sendeoptik. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine LIDAR-Vorrichtung.
  • Stand der Technik
  • Es sind bereits unterschiedliche Arten von LIDAR-Vorrichtungen bekannt. Bei scannenden LIDAR-Vorrichtungen wird ein erzeugter Strahl entlang unterschiedlicher Abtastwinkel abgelenkt und emittiert. Die aus einem Abtastbereich rückgestreuten oder reflektierten Strahlen können anschließend empfangen und ausgewertet werden. Aus diesen winkelabhängigen Einzelmessungen der rückgestreuten oder reflektierten Strahlen kann ein Umgebungsbild abgeleitet werden.
  • Die benötigte Strahlablenkung zum Abtasten des Abtastbereichs kann entweder durch eine scannende optische Komponente, wie beispielsweise ein beweglicher Spiegel, oder durch die Rotation der gesamten LIDAR-Vorrichtung realisiert werden. Die Strahlenablenkung ist damit ein essentieller Teil einer scannenden LIDAR-Vorrichtung. Hierdurch kann die konkrete technische Ausführung der Strahlenablenkung die Auslegung der gesamten LIDAR-Vorrichtung relevant beeinflussen.
  • Des Weiteren sind LIDAR-Vorrichtungen bekannt, welche einen verschwenkbaren Mikrospiegel oder Polygonspiegel zum Erzielen einer Strahlenablenkung aufweisen. Problematisch bei derartigen LIDAR-Vorrichtungen ist jedoch, dass der Strahldurchmesser der erzeugten Strahlen relativ klein ausgeführt sein muss, um eine Größe des verschwenkbaren Mikrospiegels oder Polygonspiegels gering zu halten. Diese Maßnahme ist notwendig, da die technische Realisierung derartiger LIDAR-Vorrichtung mit zunehmender Größe der Spiegel erschwert wird.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe kann darin gesehen werden, eine Sendeeinheit für eine scannende LIDAR-Vorrichtung vorzuschlagen, welche kompakt und technisch einfach ausgestaltet ist.
  • Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
  • Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Sendeeinheit bereitgestellt. Die Sendeeinheit kann beispielsweise für den Einsatz in einer LIDAR-Vorrichtung vorgesehen sein. Die Sendeeinheit ist jedoch nicht auf diesen Einsatzbereich beschränkt. Beispielsweise kann die Sendeeinheit eine grundsätzlich bei einer Punktbeleuchtung oder Linienbeleuchtung mit einem optionalen Filter sowie im Bereich von Flying-Spot Projektoren verwendet werden.
  • Die Sendeeinheit weist mindestens eine Strahlenquelle zum Erzeugen von elektromagnetischen Strahlen und mindestens eine transmittierende und/oder reflektierende Sendeoptik zum Emittieren der erzeugten Strahlen in einen Abtastbereich auf.
  • Zwischen der Strahlenquelle und der Sendeoptik ist mindestens eine entlang einer Rotationsachse drehbare Planplatte zum Erzeugen von einem Parallelversatz der erzeugten Strahlen angeordnet. Die Planplatte kann optional entlang mehrerer Rotationsachsen gedreht werden, wodurch ein Parallelversatz in unterschiedlichen Raumrichtungen ermöglicht wird.
  • Die Funktionsweise der Sendeeinheit basiert darauf, dass eine resultierende Winkelablenkung bzw. Einstellung oder Veränderung eines Abtastwinkels der Sendeeinheit durch den Parallelversatz der mindestens einen Planplatte erzeugt wird. Der Parallelversatz kann hierbei durch ein Drehen oder Schwenken der Planplatte mit einer definierten Frequenz bzw. sequentiell erfolgen.
  • Die Winkelausrichtung der Planplatte relativ zu einer optischen Achse der erzeugten Strahlen definiert hierbei den Parallelversatz in einer oder mehreren Raumrichtungen. Dieser Parallelversatz kann durch die Sendeoptik anschließend in einen Ablenkwinkel transformiert werden. Beispielsweise kann ein in eine Linse eintreffender Strahl abhängig von seinem Abstand von der optischen Achse unterschiedliche stark durch die Linse abgelenkt werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die erzeugten Strahlen der Strahlenquelle auch durch eine oder mehrere optionale Linsen auf die mindestens eine Planplatte gebündelt werden.
  • Durch eine gezielte Variation von dem Parallelversatz kann der erzeugte Strahl entlang eines sich verändernden Abtastwinkels geführt und somit zum Scannen bzw. Abtasten des Abtastbereichs eingesetzt werden.
  • Die erfindungsgemäße Sendeeinheit ermöglicht eine Strahlablenkung ohne die gesamte LIDAR-Vorrichtung zu rotieren. Hierdurch können die Datenübertragung und die Energieübertragung der LIDAR-Vorrichtung technisch einfach durch festverlegte elektrische Leitungen ausgestaltet sein.
  • Des Weiteren kann die Sendeeinheit in Form eines sogenannten linearen Aufbaus und somit besonders kompakt realisiert werden. Hierzu liegt der Drehpunkt der Strahlenablenkung auf der optischen Achse, wobei die Strahlenablenkung symmetrisch um die optische Achse erfolgt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine LIDAR-Vorrichtung zum Abtasten eines Abtastbereichs bereitgestellt. Die LIDAR-Vorrichtung weist eine erfindungsgemäße Sendeeinheit zum Erzeugen und zum Emittieren von Strahlen in den Abtastbereich. Vorzugsweise kann die Sendeeinheit die Strahlen unter einem variierbaren Abtastwinkel in den Abtastbereich emittieren und somit den gesamten Abtastbereich scannen. Der Abtastbereich kann beispielsweise linienförmig bzw. eindimensional oder flächig bzw. zweidimensional ausgestaltet sein. Bei einem zweidimensionalen Abtastbereich weist die Sendeeinheit einen ersten Abtastwinkelbereich und einen zweiten Abtastwinkelbereich auf, welche eine Fläche aufspannen.
  • Des Weiteren weist die LIDAR-Vorrichtung eine Empfangseinheit zum Empfangen und Auswerten von aus dem Abtastbereich reflektierten oder rückgestreuten Strahlen auf. Hierzu kann die Empfangseinheit optische Elemente, Detektoren und dergleichen aufweisen. Alternativ kann die Empfangseinheit einen Aufbau aufweisen, welcher dem Aufbau der Sendeeinheit gleicht.
  • Durch die Sendeeinheit kann die LIDAR-Vorrichtung mechanisch besonders einfach aufgebaut sein. Die mindestens eine Planplatte kann beispielsweise als ein optischer Würfel ausgestaltet sein, welcher motorisiert und mit konstanter Frequenz rotierbar oder schwenkbar ist. Da die Sendeeinheit eine geringe Anzahl von technisch einfachen Standardkomponenten aufweist, kann diese besonders kosteneffizient hergestellt werden.
  • Nach einer Ausführungsform ist die mindestens eine Planplatte zum Erzeugen von einem Parallelversatz der erzeugten Strahlen in einer ersten Raumrichtung und einer zweiten Raumrichtung entlang einer ersten Rotationsachse und/oder entlang einer zweiten Rotationsachse drehbar. Durch eine entsprechende Antriebsmechanik kann die Planplatte in zwei unterschiedliche Raumrichtungen gedreht oder geschwenkt werden. Hierdurch kann bereits mit einer Planplatte ein zweidimensionales Abtastraster realisiert werden, durch welches der Abtastbereich abgetastet werden kann. Die Anzahl der notwendigen Komponenten kann durch eine derartige Ausgestaltung minimal sein.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Sendeeinheit eine erste entlang einer ersten Rotationsachse drehbare Planplatte und eine zweite entlang einer zweiten Rotationsachse drehbare Planplatte auf. Bevorzugterweise kann die erste Rotationsachse senkrecht zu der zweiten Rotationsachse ausgerichtet sein. Durch zwei Planplatten kann eine zweidimensionale Abtastung des Abtastbereichs realisiert werden, wobei die Anforderungen an die Antriebsmechanik gering bleiben. Die Planplatten können hierbei im Strahlengang der erzeugten Strahlen nacheinander angeordnet sein. Die Rotation bzw. Drehung der Planplatten kann vorzugsweise senkrecht zueinander erfolgen. Alternativ oder zusätzlich zu einem Parallelversatz in zwei Raumrichtungen kann ein linienförmiger Strahl entlang einer Raumrichtung versetzt werden, um eine flächenförmige Abtastung zu ermöglichen.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine Planplatte als ein Würfel oder ein Quader geformt. Eine derart ausgestaltete Planplatte ist technisch einfach herstellbar und weist eine Vielzahl von Bezugsquellen auf. Hierdurch ist die Planplatte besonders preiswert, wodurch die LIDAR-Vorrichtung mit einer entsprechenden Sendeeinheit kosteneffizient herstellbar ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine Planplatte entlang eines Winkelbereichs verschwenkbar oder kontinuierlich um eine Rotationsachse rotierbar. Abhängig von einer Antriebsmechanik kann die Planplatte in eine schwingende bzw. bidirektionale Drehbewegung versetzt werden, welche beispielsweise in einem Winkelbereich der Planplatte von bis zu ±45° erfolgt. Alternativ kann die Planplatte kontinuierlich in eine Drehrichtung bewegt werden. Abhängig von der Rotationsgeschwindigkeit oder der Schwingungsfrequenz kann die Abtastfrequenz des Abtastbereichs eingestellt werden.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine transmittierende und/oder reflektierende Sendeoptik dazu eingerichtet, einen durch die mindestens eine Planplatte erzeugten Parallelversatz der Strahlen in einen Ablenkwinkel zu transformieren. Durch diese Maßnahme kann eine technisch einfache Ablenkung des erzeugten Strahls ausgeführt werden, bei der die Notwendigkeit einen fragilen Spiegel zu bewegen oder eine gesamte LIDAR-Vorrichtung zu rotieren entfällt.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die mindestens eine Sendeoptik als eine Linse oder eine Zylinderlinse ausgestaltet. Vorteilhafterweise ist die mindestens eine Sendeoptik asphärisch geformt. Die Sendeeinheit kann zu einem Linienscanner erweitert werden, indem die als Linse ausgestaltete Sendeoptik als Zylinderlinse ausgelegt wird und der Würfel zum Quader verlängert wird. Die restlichen Strahlformungseigenschaften bleiben erhalten. Die Sendeoptik kann hierbei eine oder mehrere optische Elemente, wie beispielsweise Linsen, Spiegel, diffraktive optische Elemente und dergleichen, aufweisen. Der Vorteil an der Sendeoptik ist, dass diese unbeweglich arretiert ist und somit auch zerbrechliche Komponenten der Sendeoptik, wie beispielsweise Spiegel, Beschleunigungskräften durch eine Strahlenablenkung nicht ausgesetzt werden.
  • Zum Vermeiden von Abbildungsfehlern und zum Ermöglichen einer maximalen Reichweite des emittierten Strahls kann eine oder mehrere asphärische Linsen als Sendeoptik verwendet werden. Hierdurch kann ein ausreichend kollimierter Strahl bei einem Austreten aus der Sendeoptik gewährleistet werden, welcher eine vorgegebene Reichweite der LIDAR-Vorrichtung realisieren kann.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine Sendeoptik als ein eindimensionaler oder zweidimensionaler Parabolspiegel ausgestaltet. Alternativ zu dem Einsatz einer Linse als Sendeoptik kann diese als ein Parabolspiegel ausgestaltet sein. Abhängig davon, wie stark parallelversetzt ein Strahl auf den Parabolspiegel eintrifft, erfolgt eine Reflektion des parallelversetzten Strahls unter einem abweichenden Winkel, welcher dem Abtastwinkel entsprechen kann.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist durch ein kontinuierliches Rotieren oder ein sequentielles Verschwenken der mindestens einen Planplatte ein sich veränderlicher Parallelversetz in einer ersten Richtung und/oder in einer zweiten Richtung erzeugbar, wobei die parallelversetzten Strahlen durch die transmittierende und/oder reflektierende Sendeoptik unter einem Ablenkwinkel emittiert werden, welcher abhängig von dem Parallelversatz ist. Durch diese Ausgestaltung kann eine Sendeeinheit bereitgestellt werden, bei der lediglich die Planplatte bewegt wird, um eine scannende Belichtung bzw. Abtastung eines Abtastbereichs zu realisieren. Eine derartige scannende Sendeeinheit kann besonders kosteneffizient hergestellt werden.
  • 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 Sendeeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel,
    • 3 eine schematische Darstellung der Sendeeinheit aus 2 mit einer ausgelenkten Planplatte,
    • 4 eine schematische Darstellung einer Sendeeinheit gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
    • 5 eine Detailansicht der ausgelenkten Planplatte aus 3 zum Veranschaulichen einer Relation zwischen einem Parallelversatz von erzeugten Strahlen und einem Drehwinkel der Planplatte,
    • 6 ein Diagramm zum Veranschaulichen einer Abhängigkeit eines Ablenkfaktors von dem Drehwinkel der Planplatte,
    • 7 ein Diagramm zum Veranschaulichen eines Ablenkfaktors bei einem Drehwinkel von 45° in Abhängigkeit von dem Brechungsindex der Planplatte,
    • 8 eine Detailansicht auf eine transmittierende Sendeoptik zum Veranschaulichen der Transformation eines Parallelversatzes in einen Abtastwinkel,
    • 9 ein Diagramm zum Veranschaulichen eines Abtastwinkels der Sendeeinheit in Abhängigkeit von einem Drehwinkel der Planplatte,
    • 10 ein Diagramm zum Veranschaulichen eines Abtastwinkels bei einem Drehwinkel von 45° in Abhängigkeit von dem Verhältnis d/f,
    • 11 ein Diagramm zum Veranschaulichen eines Abtastwinkels bei einem Drehwinkel von 45° in Abhängigkeit von dem Brechungsindex der Planplatte und
    • 12 eine schematische Anordnung aus zwei Planplatten.
  • Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer LIDAR-Vorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die LIDAR-Vorrichtung 1 dient zum Abtasten eines Abtastbereichs A und weist eine Sendeeinheit 2 und eine Empfangseinheit 4 auf.
  • Die Sendeeinheit 2 ist dazu eingerichtet, elektromagnetische Strahlen 6 zu erzeugen und diese unter einem variierenden Abtastwinkel γ in den Abtastbereich A zu emittieren.
  • Hierzu weist die Sendeeinheit 2 eine Strahlenquelle 8 zum Erzeugen von elektromagnetischen Strahlen 6 auf. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die Strahlenquelle 8 als ein Halbleiterlaser ausgestaltet. Die Strahlenquelle 8 kann ein beliebiger Laser oder eine LED sein. Des Weiteren kann die Strahlenquelle 8 als ein Array aus einer Vielzahl von Lasern und/oder LEDs ausgestaltet sein.
  • Die erzeugten Strahlen 6 können beispielsweise in einem für das menschliche Auge sichtbaren oder unsichtbaren Wellenlängenbereich, wie beispielsweise Infrarotbereich oder UV-Bereich, liegen.
  • Die erzeugten Strahlen 6 werden durch eine optionale Linse 10 geformt und auf eine Planplatte 12 gestrahlt.
  • Die Planplatte 12 ist gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel entlang einer Rotationsachse R drehbar gelagert. Durch die Rotation der Planplatte 12 kann ein Parallelversatz a der erzeugten Strahlen 6 ausgebildet werden, welcher abhängig von einem Drehwinkel α der Planplatte 12 ist. Der Drehwinkel α der Planplatte 12 sowie der resultierende Parallelversatz a sind in 5 veranschaulicht. Die 5 veranschaulicht in einer Detailansicht die ausgelenkte Planplatte 12.
  • Der Übersicht halber wird nur eine Planplatte 12 dargestellt, welche entlang einer ersten Rotationsrichtung R drehbar motorisiert ist, um einen Parallelversatz a in einer ersten Raumrichtung zu erhalten. Analog hierzu ist eine Rotation der ersten Planplatte 12 entlang einer zweiten Raumrichtung ebenfalls möglich, um einen Parallelversatz in einer zweiten Raumrichtung b zu ermöglichen, welche quer zur ersten Raumrichtung verläuft.
  • Beispielhaft ist in 12 eine Anordnung aus zwei im Strahlengang nacheinander angeordneten Planplatten 12, 13 dargestellt. Eine erste Planplatte 12 ist entlang einer ersten Rotationsachse R rotierbar, um einen Parallelversatz in einer ersten Raumrichtung a zu erzielen. Diese parallelversetzten Strahlen können auf die zweite Planplatte 13 auftreffen. Die zweite Planplatte 13 ist um eine zweite Rotationsachse R2 rotierbar, wodurch ein Parallelversatz b in einer zweiten Raumrichtung realisiert wird. Durch eine derartige Anordnung kann ein zweidimensionaler Scanner bereitgestellt werden.
  • Durch die Planplatte 12 parallelversetzte Strahlen 14 treffen anschließend auf eine Sendeoptik 16. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die Sendeoptik 16 transmittierend in Form einer Linse 18 ausgeführt. Durch die Sendeoptik 16 wird der Parallelversatz a in einen Winkelversatz bzw. Abtastwinkel γ transformiert. Die transmittierende Sendeoptik 18 kann beispielsweise als eine oder mehrere Linsen oder als eine Zylinderlinse ausgestaltet sein. Zum Vermeiden von Abbildungsfehlern kann die transmittierende Sendeoptik 18 beschichtet und/oder asphärisch geformt sein.
  • Die im Abtastbereich A rückgestreuten oder reflektierten Strahlen 20 werden von der Empfangseinheit 4 empfangen und detektiert. Hierzu weist die Empfangseinheit 4 beispielhaft eine Empfangsoptik 22 und einen Detektor 24 auf.
  • Die vom Detektor 24 der Empfangseinheit 4 detektierten Strahlen 20 können anschließend ausgewertet werden.
  • In der 2 ist eine schematische Darstellung einer Sendeeinheit 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei die Planplatte 12 eine Drehwinkel α von 0° aufweist, wodurch der Parallelversatz a ebenfalls 0 beträgt. Die 3 zeigt eine schematische Darstellung der Sendeeinheit aus 2 mit einer ausgelenkten Planplatte 12. Hierbei weist die Planplatte 12 einen Drehwinkel α von 45° auf. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Planplatte 12 würfelförmig ausgestaltet, sodass der Drehwinkel α von 45° einem maximalen Drehwinkel α entspricht.
  • Durch Rotation der Planplatte 12 lässt sich eine entsprechende Ablenkung des resultierenden Strahls 14 generieren. Unter beispielhafter Nutzung von zwei Linsen 10, 16 und eines Würfels bzw. Quaders aus Glas ist es möglich eine derartige Strahlverschiebung gefolgt von einer Strahlablenkung durchzuführen, dass die Anzahl der beweglichen Teile in der Sendeeinheit 2 minimal ist.
  • Die 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Sendeeinheit 2 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu den bereits dargestellten Sendeeinheiten, weist die Sendeeinheit 2 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine reflektierende Sendeoptik 26 auf. Hierbei ist die Sendeoptik 26 als ein eindimensionaler oder zweidimensionaler Parabolspiegel ausgestaltet.
  • Die parallelversetzten Strahlen 14 werden durch den Parabolspiegel 26 in einen Ablenkwinkel γ umgewandelt. Hierbei werden die parallelversetzten Strahlen 14 beispielsweise quer zu den erzeugten Strahlen 6 in den Abtastbereich A emittiert.
  • Das optische Verhalten der Sendeeinheit 2 hinsichtlich der Ausleuchtung des Abtastbereichs A ändert sich dabei nicht. Die Verwendung einer reflektierenden Sendeoptik 26 anstelle einer transmittierenden Sendeoptik 18 kann eine kompaktere Bauform der Sendeeinheit 2 ermöglichen.
  • Die 5 veranschaulicht in einer Detailansicht die ausgelenkte Planplatte 12 aus der 3. Die als Würfel ausgestaltete Planplatte 12 erzeugt analog zu einer Planparallelplatte einen Strahlversatz bzw. Parallelversatz a. Der Parallelversatz a kann durch die folgende Formel berechnet werden: α = d   s i n ( α ) ( 1 cos ( α ) n 2 s i n 2 ( α ) ) = d   f ( α )
    Figure DE102019213824A1_0001
  • Dabei sind d die Dicke des Würfels, n der Brechungsindex und α der Drehwinkel. Der Ablenkungsfaktor f(α) beschreibt den winkelabhängigen Teil der obigen Formel. : Definition der Größen α und a zur Beschreibung der Ablenkung.
  • In der 6 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen einer Abhängigkeit des Ablenkfaktors f(α) von dem Drehwinkel α der Planplatte 12. Die Abhängigkeit ist hier für drei unterschiedliche Brechungsindizes n=1,5; n=2,0 und n=2,5 dargestellt.
  • Je größer der Brechungsindex n, desto größer fällt der maximale Ablenkungsfaktor f(α) aus und somit auch der maximale Parallelversatz a. Ein Drehwinkel α über 45° ist nicht möglich, da sonst eine andere Facette des Würfels 12 den Strahlengang verdeckt. Der maximale Ablenkungsfaktor f(α=45°) wird bei einem maximalen Drehwinkel α=45° der Planplatte 12 erreicht und ist in der 7 als Funktion des Brechungsindex n aufgetragen.
  • Die 8 zeigt eine Detailansicht auf eine transmittierende Sendeoptik 16, 18 zum Veranschaulichen der Transformation eines Parallelversatzes a in einen Abtastwinkel γ.
  • Die Ablenkung erfolgt anschließend durch die Sendeoptik 16, die den Parallelversatz a in einen Abtastwinkel γ transformiert.
  • In der 9 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen eines Abtastwinkels γ der Sendeeinheit 2 in Abhängigkeit von einem Drehwinkel α der Planplatte 12 gezeigt.
  • Der Parallelversatz a lässt sich durch die folgende Formel mit dem resultierenden Abtastwinkel γ verknüpfen. γ = t a n 1 ( α / f ) γ = t a n 1 ( α f )
    Figure DE102019213824A1_0002
  • Daraus ergibt sich zusammen mit dem Ablenkungsfaktor f als Funktion des Drehwinkels α folgender Zusammenhang: γ = t a n 1 ( d f sin ( α ) ( 1 cos ( α ) n 2 s i n 2 ( α ) ) ) = t a n 1 ( d f f ( α ) )
    Figure DE102019213824A1_0003
  • Basierend auf dieser Formel kann ein maximaler Abtastwinkel γ von +/- 23° erzielt werden. Hierzu kann ein Glasblock mit einer Dicke d=15 mm, einem Brechungsindex n=1,9 und einer transmittierenden Sendeoptik 18 mit einer Brennweite von 15 mm verwendet werden.
  • Eine Skalierung zwischen dem Drehwinkel α und Abtastwinkel γ ist hier nur linear für kleine Drehwinkel α bis etwa 15°. Abweichungen von einem linearen Verhältnis zwischen dem Drehwinkel α und dem Abtastwinkel γ für höhere Drehwinkel α können durch Kalibrierungsmaßnahmen bei der Auswertung bzw. der technischen Umsetzung der Sendeeinheit 2 berücksichtigt werden.
  • Die 10 zeigt ein Diagramm zum Veranschaulichen eines Abtastwinkels γ bei einem Drehwinkel α von 45° in Abhängigkeit von dem Verhältnis d/f. Hierdurch kann veranschaulicht werden, dass maximale Abtastwinkel γ von ± 80° bereit ab einer Dicke d von 15-20 mm realisierbar sind.
  • In der 11 ein Diagramm zum Veranschaulichen eines Abtastwinkels γ bei einem Drehwinkel α von 45° in Abhängigkeit von dem Brechungsindex n der Planplatte 12 gezeigt. Durch das Diagramm kann insbesondere die Auswirkung von dem Brechungsindex n der Planplatte 12 auf den Abtastwinkels γ verdeutlicht werden.

Claims (10)

  1. Sendeeinheit (2), insbesondere für eine LIDAR-Vorrichtung (1), aufweisend mindestens eine Strahlenquelle (8) zum Erzeugen von elektromagnetischen Strahlen (6) und aufweisend mindestens eine transmittierende und/oder reflektierende Sendeoptik (16) zum Emittieren der erzeugten Strahlen (6) in einen Abtastbereich (A), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Strahlenquelle (8) und der Sendeoptik (16) mindestens eine entlang einer Rotationsachse (R) drehbare Planplatte (12) zum Erzeugen von einem Parallelversatz (a) der erzeugten Strahlen (6) angeordnet ist.
  2. Sendeeinheit nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Planplatte (12) zum Erzeugen von einem Parallelversatz (a, b) der erzeugten Strahlen (6) in einer ersten Raumrichtung und einer zweiten Raumrichtung entlang einer ersten Rotationsachse (R) und/oder entlang einer zweiten Rotationsachse (R2) drehbar ist.
  3. Sendeeinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Sendeeinheit (2) eine erste entlang einer ersten Rotationsachse (R) drehbare Planplatte (12) und eine zweite entlang einer zweiten Rotationsachse (R2) drehbare Planplatte (13) aufweist, wobei die erste Rotationsachse (R) senkrecht zu der zweiten Rotationsachse (R2) ausgerichtet ist.
  4. Sendeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mindestens eine Planplatte (12) als ein Würfel oder ein Quader geformt ist.
  5. Sendeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die mindestens eine Planplatte (12) entlang eines Winkelbereichs (α) verschwenkbar oder kontinuierlich um eine Rotationsachse (R) rotierbar ist.
  6. Sendeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die mindestens eine transmittierende und/oder reflektierende Sendeoptik (16) dazu eingerichtet ist, einen durch die mindestens eine Planplatte (12) erzeugten Parallelversatz (a, b) der Strahlen (6) in einen Abtastwinkel (γ) zu transformieren.
  7. Sendeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die mindestens eine transmittierende Sendeoptik (18) als eine Linse oder eine Zylinderlinse ausgestaltet ist, wobei die mindestens eine transmittierende Sendeoptik (18) asphärisch geformt ist.
  8. Sendeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die mindestens eine reflektierende Sendeoptik (26) als ein eindimensionaler oder zweidimensionaler Parabolspiegel ausgestaltet ist.
  9. Sendeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei durch ein kontinuierliches Rotieren oder ein sequentielles Verschwenken der mindestens einen Planplatte (12, 13) ein sich veränderlicher Parallelversetz (a, b) in der ersten Raumrichtung und/oder in der zweiten Raumrichtung Richtung erzeugbar ist, wobei die parallelversetzten Strahlen (14) durch die transmittierende und/oder reflektierende Sendeoptik (16) unter einem Ablenkwinkel (γ) emittiert werden, welcher abhängig von dem Parallelversatz (a, b) ist.
  10. LIDAR-Vorrichtung (1) zum Abtasten eines Abtastbereichs (A), aufweisend eine Sendeeinheit (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zum Erzeugen und Ablenken von Strahlen (6) entlang zumindest eines Abtastwinkelbereichs (γ) und aufweisend eine Empfangseinheit (4) zum Empfangen und Auswerten von aus dem Abtastbereich (A) reflektierten oder rückgestreuten Strahlen (20).
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