DE102020208785A1 - LiDAR system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein LiDAR-System, umfassend:einen Lichtwellenleiter,eine Laserstrahlungsquelle, welche eingerichtet ist, Laserstrahlung zu erzeugen und die erzeugte Laserstrahlung zumindest teilweise in den Lichtwellenleiter einzukoppeln,ein zumindest eine Leuchtfläche aufweisendes Auskoppelelement, welches eingerichtet ist, die in den Lichtwellenleiter eingekoppelte Laserstrahlung zumindest teilweise aus dem Lichtwellenleiter auszukoppeln und über die zumindest eine Leuchtfläche zu emittieren,wobei die zumindest eine Leuchtfläche eingerichtet ist, die ausgekoppelte Laserstrahlung abzulenken.Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a LiDAR system, comprising: an optical waveguide, a laser radiation source which is set up to generate laser radiation and to couple the generated laser radiation at least partially into the optical waveguide, a decoupling element which has at least one luminous surface and is set up to couple the laser radiation into the optical waveguide To decouple laser radiation at least partially from the optical waveguide and to emit it via the at least one luminous surface, the at least one luminous surface being set up to deflect the laser radiation that is coupled out. The invention relates to a motor vehicle.
Description
Die Erfindung betrifft ein LiDAR-System sowie ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a LiDAR system and a motor vehicle.
Stand der TechnikState of the art
Die Offenlegungsschrift
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist darin zu sehen, ein LiDAR-System bereitzustellen.The object on which the invention is based is to be seen as providing a LiDAR system.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist auch darin zu sehen, ein Kraftfahrzeug bereitzustellen.The object on which the invention is based can also be seen in the provision of a motor vehicle.
Diese jeweiligen Aufgaben werden mittels des entsprechenden Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.These respective objects are solved by means of the corresponding subject matter of the independent claims. Advantageous configurations of the invention are the subject matter of the dependent subclaims.
Nach einem ersten Aspekt wird ein LiDAR-System bereitgestellt, umfassend: einen Lichtwellenleiter,
eine Laserstrahlungsquelle, welche eingerichtet ist, Laserstrahlung zu erzeugen und die erzeugte Laserstrahlung zumindest teilweise in den Lichtwellenleiter einzukoppeln,
ein zumindest eine Leuchtfläche aufweisendes Auskoppelelement, welches eingerichtet ist, die in den Lichtwellenleiter eingekoppelte Laserstrahlung zumindest
teilweise aus dem Lichtwellenleiter auszukoppeln und über die zumindest eine Leuchtfläche zu emittieren,
wobei die zumindest eine Leuchtfläche eingerichtet ist, die ausgekoppelte Laserstrahlung abzulenken.According to a first aspect, there is provided a LiDAR system, comprising: an optical fiber,
a laser radiation source which is set up to generate laser radiation and to at least partially couple the generated laser radiation into the optical waveguide,
a decoupling element having at least one luminous surface, which is set up to transmit at least the laser radiation coupled into the optical waveguide
to be partially decoupled from the optical waveguide and to emit via the at least one luminous surface,
wherein the at least one luminous surface is set up to deflect the coupled-out laser radiation.
Nach einem zweiten Aspekt wird ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, welches das LiDAR-System nach dem ersten Aspekt umfasst.According to a second aspect, a motor vehicle is provided which includes the LiDAR system according to the first aspect.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis und schließt diese mit ein, dass die obige Aufgabe dadurch gelöst werden kann, dass die Leuchtfläche des Auskoppelelementes, über welche die aus dem Lichtwellenleiter ausgekoppelte Laserstrahlung emittiert wird, die ausgekoppelte Laserstrahlung ablenkt.The invention is based on and includes the knowledge that the above object can be achieved in that the luminous surface of the decoupling element, via which the laser radiation decoupled from the optical waveguide is emitted, deflects the decoupled laser radiation.
Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass auf die Propagationsrichtung der emittierten Laserstrahlung effizient Einfluss genommen werden kann.This brings about the technical advantage, for example, that the direction of propagation of the emitted laser radiation can be efficiently influenced.
In der Regel ist es so, dass Auskoppelelemente, welche Laserstrahlung aus einem Lichtwellenleiter auskoppeln, eine Vorzugsrichtung aufweisen, in welcher die Auskopplung besonders effizient, insbesondere maximal effizient, ist.As a rule, it is the case that decoupling elements, which decouple laser radiation from an optical waveguide, have a preferred direction in which decoupling is particularly efficient, in particular maximally efficient.
Diese Vorzugsrichtung muss aber nicht notwendigerweise mit der Richtung übereinstimmen, in welche die emittierte Laserstrahlung propagieren soll.However, this preferred direction does not necessarily have to match the direction in which the emitted laser radiation is intended to propagate.
Dadurch aber, dass mittels der Leuchtfläche eine laterale Verschiebung der ausgekoppelten Laserstrahlung möglich ist, kann in vorteilhafter Weise die ausgekoppelte Laserstrahlung dennoch in eine gewünschte Richtung emittiert werden.However, since lateral displacement of the decoupled laser radiation is possible by means of the luminous surface, the decoupled laser radiation can advantageously be emitted in a desired direction.
Somit wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass ein effizientes LiDAR-System bereitgestellt ist.Thus, in particular, the technical advantage is brought about that an efficient LiDAR system is provided.
Die Abkürzung „LiDAR“ steht für „Light Detection and Ranging“.The abbreviation "LiDAR" stands for "Light Detection and Ranging".
Das LiDAR-System nach dem ersten Aspekt ist nach einer Ausführungsform ein LiDAR-System für ein Kraftfahrzeug.According to one embodiment, the LiDAR system according to the first aspect is a LiDAR system for a motor vehicle.
Das LiDAR-System ist nach einer Ausführungsform eingerichtet, Laserstrahlung, insbesondere Laserimpulse und/oder Dauerstrichstrahlung, insbesondere frequenzmodulierte (auf Englisch: FMCW („frequency modulated continuous wave) Dauerstrichstrahlung, zur Abtastung der Umgebung in unterschiedlichen Raumrichtungen (Ablenkungsrichtungen) auszusenden und über eine Laufzeitmessung der jeweils zurückreflektierten Strahlung einen Abstand zur streuenden, insbesondere reflektierenden, Oberfläche zu bestimmen, also eine Laufzeitmessung durchzuführen.According to one embodiment, the LiDAR system is set up to emit laser radiation, in particular laser pulses and/or continuous-wave radiation, in particular frequency-modulated (FMCW) continuous-wave radiation, for scanning the environment in different spatial directions (deflection directions) and via a transit time measurement to determine a distance from the scattering, in particular reflective, surface of the radiation reflected back in each case, ie to carry out a transit time measurement.
Nach einer ersten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zumindest eine Leuchtfläche eingerichtet ist, die ausgekoppelte Laserstrahlung derart abzulenken, dass die abgelenkte Laserstrahlung parallel zur Flächennormale des Auskoppelements, insbesondere parallel zur Flächennormale der Leuchtfläche, propagiert.According to a first embodiment, it is provided that the at least one luminous surface is set up to deflect the decoupled laser radiation in such a way that the deflected laser radiation propagates parallel to the normal to the surface of the decoupling element, in particular parallel to the normal to the surface of the luminous surface.
Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass eine besonders geeignete Propagationsrichtung für die ausgekoppelte Laserstrahlung verwendet werden kann.This brings about the technical advantage, for example, that a particularly suitable propagation direction can be used for the coupled-out laser radiation.
Dadurch lässt sich weiter in vorteilhafter Weise die so abgelenkte Laserstrahlung effizient in optische Elemente einkoppeln bzw. können optische Elemente die so abgelenkte Laserstrahlung effizient abbilden oder zum Beispiel beugen.As a result, the laser radiation deflected in this way can advantageously be coupled efficiently into optical elements or optical elements can efficiently image or, for example, diffract the laser radiation deflected in this way.
So lässt sich zum Beispiel die so abgelenkte Laserstrahlung effizient entlang einer optischen Achse eines optischen Elements ausrichten.For example, the laser radiation deflected in this way can be efficiently aligned along an optical axis of an optical element.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das LiDAR-System ein optisches Element umfasst, welches eingerichtet ist, die mittels der zumindest einen Leuchtfläche emittierte Laserstrahlung abzubilden, wobei die zumindest eine Leuchtfläche in einer Brennebene des optischen Elements angeordnet ist.In one embodiment it is provided that the LiDAR system comprises an optical element which is set up to image the laser radiation emitted by means of the at least one luminous surface, the at least one luminous surface being arranged in a focal plane of the optical element.
Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die emittierte Laserstrahlung effizient von dem optischen Element abgebildet werden kann.This brings about the technical advantage, for example, that the emitted laser radiation can be efficiently imaged by the optical element.
Das optische Element ist zum Beispiel eine Linse oder ist zum Beispiel ein Objektiv.The optical element is, for example, a lens or is, for example, an objective.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass auf der zumindest einen Leuchtfläche ein Keil und/oder ein Prisma und/oder ein Gitter, insbesondere ein Blazegitter, insbesondere ein mehrebenes Gitter, angeordnet ist.In one embodiment it is provided that a wedge and/or a prism and/or a grating, in particular a blazed grating, in particular a multilevel grating, is arranged on the at least one luminous surface.
Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die ausgekoppelte Laserstrahlung effizient abgelenkt werden kann.This brings about the technical advantage, for example, that the laser radiation that is coupled out can be efficiently deflected.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zumindest eine Leuchtfläche eine Oberflächenstruktur aufweist, welche zumindest ein Element ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Oberflächenstrukturen aufweist: Keilstruktur, Prismastruktur, Blazegitterstruktur und mehrebene Gitterstruktur.In one embodiment it is provided that the at least one luminous area has a surface structure which has at least one element selected from the following group of surface structures: wedge structure, prism structure, blazed grating structure and multi-level grating structure.
Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die ausgekoppelte Laserstrahlung effizient abgelenkt werden kann.This brings about the technical advantage, for example, that the laser radiation that is coupled out can be efficiently deflected.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Auskoppelelement als ein schaltbares Auskoppelelement ausgebildet ist, sodass das zumindest teilweise Auskoppeln der in den Lichtwellenleiter eingekoppelten Laserstrahlung ein- und ausgeschaltet werden kann.According to one embodiment, it is provided that the decoupling element is designed as a switchable decoupling element, so that the at least partial decoupling of the laser radiation coupled into the optical waveguide can be switched on and off.
Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die eingekoppelte Laserstrahlung effizient ausgekoppelt werden kann.This brings about the technical advantage, for example, that the coupled-in laser radiation can be coupled out efficiently.
Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Auskoppelelement ein Element ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Auskoppelementen ist: Gitterkoppler, Flüssigkristall, MEMS-Gitter, Volumenhologramm.According to one embodiment it is provided that the decoupling element is an element selected from the following group of decoupling elements: grating coupler, liquid crystal, MEMS grating, volume hologram.
Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass besonders geeignete Auskoppelelemente verwendet werden können.This brings about the technical advantage, for example, that particularly suitable decoupling elements can be used.
Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Lichtwellenleiter einen Hauptlichtwellenleiterzweig und mehrere mit dem Hauptlichtwellenleiterzweig verbundene Nebenlichtwellenleiterzweige aufweist, wobei die Laserstrahlungsquelle eingerichtet ist, die erzeugte Laserstrahlung zumindest teilweise in den Hauptlichtwellenleiterzweig einzukoppeln, sodass die in den Hauptlichtwellenleiterzweig eingekoppelte Laserstrahlung weiter in die Nebenlichtwellenleiterzweige einkoppeln kann, wobei das Auskoppelelement eingerichtet ist, die in die Nebenlichtwellenleiterzweige eingekoppelte Laserstrahlung auszukoppeln und über die zumindest eine Leuchtfläche zu emittieren.According to one embodiment, it is provided that the light waveguide has a main light waveguide branch and several secondary light waveguide branches connected to the main light waveguide branch, the laser radiation source being set up to couple the generated laser radiation at least partially into the main light waveguide branch, so that the laser radiation coupled into the main light waveguide branch can be further coupled into the secondary light waveguide branches, wherein the decoupling element is set up to decouple the laser radiation coupled into the secondary light waveguide branches and to emit it via the at least one luminous surface.
Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die erzeugte Laserstrahlung effizient geleitet werden kann.This brings about the technical advantage, for example, that the laser radiation generated can be guided efficiently.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das LiDAR-System mit einem Steuerungssystem des Kraftfahrzeugs nach dem dritten Aspekt verbunden ist.In one embodiment it is provided that the LiDAR system is connected to a control system of the motor vehicle according to the third aspect.
Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass das Kraftfahrzeug effizient mittels des Steuerungssystems betrieben werden kann.This brings about the technical advantage, for example, that the motor vehicle can be operated efficiently by means of the control system.
Die Abkürzung „bzw.“ steht für „beziehungsweise“.The abbreviation "bzw." stands for "respectively".
Der Begriff „beziehungsweise“ steht für „respektive“, was insbesondere für „und/oder“ steht.The term “or” stands for “respective”, which stands for “and/or” in particular.
Die Begriffe Mehrebenengitter und mehrebenes Gitter können synonym verwendet werden. Im Englischen wird der Begriff „multilevel Grating“ verwendet.The terms multilevel lattice and multilevel lattice can be used interchangeably. In English, the term "multilevel grating" is used.
Die Formulierung „zumindest ein(e)“ steht für „ein(e) oder mehrere“.The phrase "at least one" means "one or more".
In einer Ausführungsform ist das LiDAR-System Teil eines, insbesondere teilautonomen, Fahrassistenzsystems oder eines autonomen Systems.In one embodiment, the LiDAR system is part of a, in particular semi-autonomous, driver assistance system or an autonomous system.
Das LiDAR-System umfasst nach einer Ausführungsform einen Sendepfad, welcher vorzugsweise den Lichtwellenleiter, die Laserstrahlungsquelle und das Auskoppelelement umfasst.According to one embodiment, the LiDAR system comprises a transmission path, which preferably comprises the optical waveguide, the laser radiation source and the decoupling element.
In einer Ausführungsform umfasst das LiDAR-System einen Empfangspfad für eine Detektion des gestreuten Lichts. Der Empfangspfad überlappt zum Beispiel teilweise mit dem Sendepfad. Zum Beispiel umfasst der Empfangspad einen oder mehrere Strahlteiler. Insbesondere sind der Empfangspfad und der Sendepfad separat ausgebildet, überlappen sich also nicht, sind also überlappungsfrei.In one embodiment, the LiDAR system includes a reception path for detection of the scattered light. For example, the receive path partially overlaps the transmit path. For example, the receiving pad includes a or multiple beam splitters. In particular, the reception path and the transmission path are designed separately, so they do not overlap, so they are free of overlap.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein LiDAR-System, -
2 bis11 jeweils einen Lichtwellenleiter, welcher in einem LiDAR-System nach dem ersten Aspekt verwendet werden kann, und -
12 ein Kraftfahrzeug.
-
1 a LiDAR system, -
2 until11 in each case an optical waveguide which can be used in a LiDAR system according to the first aspect, and -
12 a motor vehicle.
Im Folgenden können für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet werden.The same reference symbols can be used below for the same features.
Das LiDAR-System 101 umfasst eine Laserstrahlungsquelle 103, welche eingerichtet ist, Laserstrahlung, symbolisch dargestellt durch einen Pfeil mit dem Bezugszeichen 105, zu erzeugen.The LiDAR
Das LiDAR-System 101 umfasst weiter einen Lichtwellenleiter 107. Die Laserstrahlungsquelle 103 ist eingerichtet, die erzeugte Laserstrahlung 105 zumindest teilweise in den Lichtwellenleiter 107 einzukoppeln.The
Der Lichtwellenleiter 107 umfasst einen Hauptlichtwellenleiterzweig 109 und mehrere mit dem Hauptlichtwellenleiterzweig 109 verbundene Nebenlichtwellenleiterzweige 111, welche beabstandet voneinander und senkrecht zum Hauptlichtwellenleiterzweig 109 verlaufen. Die Nebenlichtwellenleiterzweige 111 bilden eine Gitteranordnung.The
Die Laserstrahlungsquelle 103 ist eingerichtet, die erzeugte Laserstrahlung 105 zumindest teilweise in den Hauptlichtwellenleiterzweig 109 einzukoppeln. Die eingekoppelte Laserstrahlung wird dann im Hauptlichtwellenleiterzweig 109 propagieren und weiter in die Nebenlichtwellenleiterzweige 111 einkoppeln.The
Das LiDAR-System 101 umfasst weiter ein Auskoppelelement 113, welches eingerichtet ist, die in den Lichtwellenleiter 107 eingekoppelte Laserstrahlung zumindest teilweise aus dem Lichtwellenleiter 107 auszukoppeln.The
Das Auskoppelelement 113 umfasst mehrere Leuchtflächen 115, über welche die ausgekoppelte Laserstrahlung emittiert wird.The
Das Auskoppelelement 113 umfasst zum Beispiel mehrere nicht gezeigte Gitter, welche sich unterhalb der Leuchtflächen 115 befinden, wobei über die nicht gezeigten Gitter die eingekoppelte Laserstrahlung ausgekoppelt werden kann basierend auf dem Prinzip der Beugung.The
Das Auskoppelelement 113 weist eine den Nebenlichtwellenleiterzweigen 111 korrespondierende Struktur bzw. Form auf.The
Das heißt also, dass die in die Nebenlichtwellenleiterzweige 111 eingekoppelte Laserstrahlung über das Auskoppelelement 113 ausgekoppelt wird und über die Leuchtflächen 115 emittiert wird.This therefore means that the laser radiation coupled into the secondary
Hierbei weist die emittierte Laserstrahlung eine bestimmte Raumrichtung auf, die zum Beispiel verschieden von einer Flächennormalen des Auskoppelelements 113 ist.In this case, the emitted laser radiation has a specific spatial direction, which is different from a surface normal of the
Um zum Beispiel die ausgekoppelte Laserstrahlung abzulenken, sodass die emittierte Laserstrahlung parallel zur Flächennormalen des Auskoppelelements 113 propagiert, ist vorgesehen, die Leuchtflächen 115 derart auszubilden, dass diese die ausgekoppelte Laserstrahlung entsprechend ablenken.In order, for example, to deflect the laser radiation that is coupled out so that the emitted laser radiation propagates parallel to the normal to the surface of the coupling-out
Das LiDAR-System 101 umfasst weiter ein optisches Element 117, wobei die Leuchtflächen 115 in einer Brennebene 119 des optischen Elements 117 angeordnet sind.The
Das optische Element 117 bildet die emittierte Laserstrahlung ab.The
Das optische Element 117 ist zum Beispiel eine Linse oder ist zum Beispiel ein Objektiv.The
Durch die Gitteranordnung, gebildet mittels der Nebenlichtwellenleiterzweige 111, vorzugsweise schaltbarer Emitter bzw. Empfänger kann damit z. B. ein scannender Sensor realisiert werden, vorzugsweiser mit parallelen (,insbesondere im Sinne zeitlich paralleler Nutzung,) Sende-bzw. Empfangskanälen.Through the grid arrangement, formed by means of the secondary
Weiter ist ein Auskoppelelement 205 vorgesehen, welches als ein MEMS-Gitterschalter ausgebildet ist. Hierbei steht MEMS für mikroelektromechanisches System.A
Der MEMS-Gitterschalter 205 weist mehrere Bereiche 207 auf, welche einen geringeren Brechungsindex aufweisen als der Lichtwellenleiter 201.The MEMS
Der MEMS-Gitterschalter 205 kann von dem Lichtwellenleiter 201 entfernt werden, sodass keine Auskopplung der eingekoppelten Laserstrahlung 203 stattfinden kann.The
Die ausgekoppelte Laserstrahlung ist mit einem Pfeil mit dem Bezugszeichen 301 gekennzeichnet.The laser radiation that is coupled out is identified by an arrow with the
Weiter ist ein Pfeil mit dem Bezugszeichen 303 eingezeichnet, welcher eine Flächennormale einer Oberfläche 209 des MEMS-Gitterschalters 205 darstellen soll.An arrow with the
Somit ist der MEMS-Gitterschalter 205 ein schaltbares Auskoppelelement, sodass das zumindest teilweise Auskoppeln der in den Lichtwellenleiter 201 eingekoppelten Laserstrahlung 203 ein- und ausgeschaltet werden kann.The
Wie die
Dies ist zum Beispiel darin begründet, dass eine Beugungseffizienz bei der Auskopplung in eine bestimmte Raumrichtung maximal ist und bei Abweichungen von dieser Richtung die Beugungseffizienz schnell abnimmt. Diese bestimmte Raumrichtung entspricht nicht notwendigerweise der Flächennormalen 303.This is due, for example, to the fact that a diffraction efficiency is at a maximum when decoupling in a specific spatial direction and if there are deviations from this direction, the diffraction efficiency decreases rapidly. This specific spatial direction does not necessarily correspond to the surface normal 303.
Für optische Anwendungen kann es aber von Vorteil sein, wenn die Propagationsrichtung der emittierten Laserstrahlung parallel zur Flächennormalen 303 verläuft.However, it can be advantageous for optical applications if the propagation direction of the emitted laser radiation runs parallel to the surface normal 303 .
Aus diesem Grund ist gemäß dem hier beschriebenen Konzept vorgesehen, dass die Oberfläche 209 des MEMS-Gitterschalters 205, wobei diese Oberfläche eine Leuchtfläche bildet, über welche die ausgekoppelte Laserstrahlung 301 emittiert wird, derart auszubilden, dass diese die ausgekoppelte Laserstrahlung 301 ablenkt.For this reason, according to the concept described here, it is provided that the
Gemäß
Das Bezugszeichen 401 zeigt auf gestrichelt dargestellte Hilfslinien, welche die ursprünglich horizontal verlaufende Oberfläche 209 symbolisieren sollen.The
Entsprechend ist die Oberfläche 209 mit einer Keilstruktur 403 versehen, wobei eine zweite Seite des Keils 403 mit einer Hilfslinie gestrichelt dargestellt mit dem Bezugszeichen 405 symbolisch gekennzeichnet ist.Correspondingly, the
Diese Keilstruktur wird zum Beispiel durch Aufbringen eines Keilwinkels erzeugt. Beispielsweise kann ein Keilwerkzeug die Oberfläche 209 entsprechend abtragen.This wedge structure is created, for example, by applying a wedge angle. For example, a wedge tool can remove the
In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass diese Keilstruktur als separates Element aufgebracht wird, zum Beispiel durch Kombination von zwei Bauteilen oder eines ganzen Wafers.In one embodiment it can be provided that this wedge structure is applied as a separate element, for example by combining two components or an entire wafer.
Diese Keilstruktur wirkt als Prisma, insbesondere als Keilprisma, und lenkt so die ausgekoppelte Laserstrahlung 301 in Richtung der Flächennormalen 303 derart ab, dass die emittierte Laserstrahlung parallel zur Flächennormalen 303 verläuft. Die entsprechend abgelenkte Laserstrahlung ist mit dem Bezugszeichen 407 gekennzeichnet.This wedge structure acts as a prism, in particular as a wedge prism, and thus deflects the
Weiter ist der Pfeil mit dem Bezugszeichen 301 gestrichelt dargestellt, um zu veranschaulichen, in welche Richtung die ausgekoppelte Laserstrahlung ohne entsprechende Ausbildung der Leuchtfläche 209 emittiert worden wäre.Furthermore, the arrow with the
Gemäß
Das heißt also, dass die Oberfläche 209 mit einem Blazegitter versehen ist.This means that the
Auch hier kennzeichnet das Bezugszeichen 401 Hilfslinien, gestrichelt dargestellt, welche die Leuchtfläche 209 ohne die Blazegitterstruktur 501 darstellen. Here, too, the
Gemäß
Dieses mehrebene Gitter 601 approximiert in diskreter Weise die Blazegitterstruktur 501 gemäß
Eine dem Trägersubstrat 701 abgewandte Oberseite 707 des Lichtwellenleiters 703 weist eine Oberflächenstruktur auf, welche eine Geometrie aufweist, welche einem Verlauf einer Rechteckspannung bzw. Rechteckschwingung entspricht. Die Oberflächenstruktur weist also eine Rechteckschwingungsgeometrie auf.A
Auf der Oberseite 707 ist eine Flüssigkristallschicht 709 angeordnet, welche eine der Oberflächenstruktur der Oberseite 707 komplementäre Form aufweist, sodass die Lücken zwischen den einzelnen Rechtecken der Rechteckschwingungsgeometrie mittels der Flüssigkristallschicht 709 gefüllt sind.A
Die Flüssigkristallschicht 709 ist auf einem Decksubstrat 711 angeordnet, welches von der Oberseite 707 abgewandt ist.The
Eine Oberseite des Decksubstrats 711, welche der Flüssigkristallschicht 709 abgewandt ist, ist mit dem Bezugszeichen 715 gekennzeichnet.An upper side of the
Diese Oberseite 715 bildet eine Leuchtfläche, durch welche aus dem Lichtwellenleiter 703 ausgekoppelte Laserstrahlung emittieren kann.This
Weiter ist eine Spannungsquelle 713 vorgesehen, welche eine elektrische Spannung an die Flüssigkristallschicht 709 anlegen kann.A
Das Trägersubstrat 701 weist einen ersten Brechungsindex n1 auf. Der Lichtwellenleiter 703 weist einen zweiten Brechungsindex n2 auf. Die Flüssigkristallschicht 709 weist einen dritten Brechungsindex n3 auf, welcher von der angelegten Spannung abhängt. Das Decksubstrat 711 weist einen vierten Brechungsindex n4 auf. Eine Umgebung der Anordnung aus Decksubstrat 711, Flüssigkristallschicht 709, Lichtwellenleiter 703 und Trägersubstrat 701 weist einen fünften Brechungsindex n5 auf.The
Für die Brechungsindizes gelten folgende Zusammenhänge bzw. Relationen: n2 < n1; n1 = n4; n4 > n5.The following correlations or relations apply to the refractive indices: n2<n1; n1 = n4; n4 > n5.
Die Flüssigkristallschicht 709 ist derart eingerichtet, dass bei Anlegen einer ersten Spannung U1 der dritte Brechungsindex n3 gleich dem zweiten Brechungsindex n2 ist. Dann wird die eingekoppelte Laserstrahlung 705 nicht ausgekoppelt.The
In diesem Fall wird dann die eingekoppelte Laserstrahlung 705 ausgekoppelt.In this case, the coupled-in
Die Oberflächenstruktur der Oberseite 707 bildet für die Laserstrahlung 705 ein Gitter, sodass bei Anlegen der zweiten Spannung U2 die eingekoppelte Laserstrahlung 705 über dieses Gitter gebeugt und somit aus dem Lichtwellenleiter 703 ausgekoppelt wird.The surface structure of the
Wie bereits vorstehend ausgeführt, muss die Beugungseffizienz bei Auskopplung nicht in genau die Raumrichtung maximal sein, welche parallel zur Flächennormalen 303 verläuft.As already explained above, the diffraction efficiency when decoupling does not have to be maximum in precisely the spatial direction which runs parallel to the surface normal 303 .
Die erste Spannung U1 kann 0 Volt betragen.The first voltage U1 can be 0 volts.
Um nun analog zu den Ausführungsbeispielen gemäß
Das Kraftfahrzeug 1201 weist das LiDAR-System 101 der
Zusammenfassend basiert das hier beschriebene Konzept insbesondere darauf, dass eine Korrektur der Propagationsrichtung der emittierten Laserstrahlung durch Aufprägung einer linearen Phase, die im Ortsfrequenzraum (k-space) einer lateralen Verschiebung entspricht, auf die zumindest eine Leuchtfläche des Auskoppelelements.In summary, the concept described here is based in particular on correcting the propagation direction of the emitted laser radiation by impressing a linear phase, which corresponds to a lateral displacement in spatial frequency space (k-space), on the at least one luminous surface of the decoupling element.
Dies kann z.B. folgendermaßen erfolgen:
- Aufbringen eines Keilwinkels / Prismas (auf Englisch: Wedge angle / prism). Dies kann z.B. mittels eine Keilwerkzeuges oder mittels eines oberflächlichen Abtragens von Material oder durch Aufbringen einer Keilstruktur, z.B. durch Kombination zweier Bauteile oder ganzer Wafer, erfolgen.
- Application of a wedge angle / prism (in English: Wedge angle / prism). This can be done, for example, by means of a wedge tool or by removing material from the surface or by applying a wedge structure, for example by combining two components or entire wafers.
Aufprägen, pressen oder lithographische Einbringung einer Gitterstruktur (auf Englisch: Blazed Grating) entweder als kontinuierliches (Graustufen) Profil oder als diskrete / quantisierte Multilevel- Struktur (Mehrebenengitter bzw. mehrebenes Gitter).Imprinting, pressing or lithographic incorporation of a blazed grating either as a continuous (greyscale) profile or as a discrete / quantized multilevel structure (multilevel grating).
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass unabhängig davon, in welche Richtung die Laserstrahlung ausgekoppelt wird, eine bestimmte Propagationsrichtung bewirkt werden kann, in welche die ausgekoppelte Laserstrahlung über die Leuchtfläche emittiert. Somit kann zum Beispiel die ausgekoppelte Laserstrahlung über die Leuchtfläche in einer Richtung emittiert werden, welche einer durch eine Gesamtsystemarchitektur vorgegebene Propagationsrichtung entspricht.This brings about the technical advantage in particular that, regardless of the direction in which the laser radiation is coupled out, a specific propagation direction can be brought about in which the coupled out laser radiation emits via the luminous surface. Thus, for example, the decoupled laser radiation can be emitted via the luminous area in a direction that corresponds to a propagation direction specified by an overall system architecture.
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102017213706 A1 [0002]DE 102017213706 A1 [0002]
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