DE102020211476A1 - Optisches System, Lidar-Sensor und Verfahren zur Herstellung des optischen Systems - Google Patents

Optisches System, Lidar-Sensor und Verfahren zur Herstellung des optischen Systems Download PDF

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Markus Rohrbach
Alf Neustadt
Ruben Wahl
Stefan Spiessberger
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System, einen Lidar-Sensor mit einem solchen optischen System und ein Verfahren zur Herstellung des optischen Systems. Das optische System umfasst: eine Lichtquelle (10), einen Grundhalter (20) mit einem ersten Befestigungsbereich (22) und einem zweiten Befestigungsbereich (24), eine optische Einheit (30) mit einem dritten Befestigungsbereich (32) und einem vierten Befestigungsbereich (34), wobei die optische Einheit (30) entlang einer quer, insbesondere senkrecht, zu den Befestigungsbereichen (22, 24, 32, 34) ausgerichteten Fügerichtung (40) am Grundhalter (20) befestigt ist, so dass der erste Befestigungsbereich (22) mit dem dritten Befestigungsbereich (32) und der zweite Befestigungsbereich (24) mit dem vierten Befestigungsbereich (34) verklebt ist, die Lichtquelle (10) an einer vordefinierten Position und mit einer vordefinierten Ausrichtung bezüglich des Grundhalters (20) befestigt ist, der dritte Befestigungsbereich (32) und der vierte Befestigungsbereich (34) in der Fügerichtung (40) zwischen der optischen Einheit (30) und dem Grundhalter (20) voneinander beabstandet an der optischen (30) Einheit vorgesehen sind und die optische Einheit (30) eingerichtet ist, einen durch die Lichtquelle (10) in Richtung der optischen Einheit (30) ausgesendeten Lichtstrahl zu beeinflussen.

Description

  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System, einen Lidar-Sensor umfassend ein solches optisches System und ein Verfahren zur Herstellung des optischen Systems.
  • Laserstrahlung wird häufig mit Zylinderlinsen geformt um eine angepasste Ausleuchtung (z.B. eine Laserlinie) bei unterschiedlichen Geometrien von Laseremittern realisieren zu können. Eine einfache Optik zur Erzeugung einer Laserlinie kann beispielsweise aus einer Zylinderlinse bestehen, welche einen Laserstrahl in einer (z. B. horizontalen) Raumrichtung kollimiert und diesen in einer senkrecht dazu liegenden (z. B. vertikalen) Raumrichtung nicht beeinflusst. Aufgrund der Kollimation in einer Raumrichtung und einer Divergenz in der senkrecht dazu liegenden Raumrichtung, bildet sich bereits bei kleinen Abständen zum optischen System eine Laserlinie aus. Eine Zylinderlinse kann folglich in der nicht kollimierten Raumrichtung verschoben werden ohne eine Strahlformung des Laserstrahls zu beeinflussen. Um eine erforderliche Kollimation zu erreichen, muss die Optik möglichst exakt im Abstand der Brennweite der Optik von der Laserquelle positioniert werden. Hierbei werden im Stand der Technik zwei typische Klebegeometrien angewendet. Bei einer axialen Klebung wird die die Optik in der Strahlausbreitungsachse an einen Halter geklebt. Bei einer seitlichen Klebung wird die Optik an gegenüberliegenden Seiten in eine Aussparung eines Halters geklebt.
  • DE102008027721A1 beschreibt ein optisches System mit einer Einrichtung zur Kompensation thermischer Einflüsse, wobei die Einrichtung zur Kompensation der thermischen Einflüsse mit einer Trägeranordnung zusammenwirkt. Der Mechanismus zur Kompensation des thermischen Einflusses beruht auf einer Referenz von Wärmeausdehnungskoeffizienten der am Aufbau der Trägeranordnung beteiligten unterschiedlichen Werkstoffe, um eine Temperaturveränderung in eine mechanische Stellbewegung umzuwandeln.
  • DE102015208276B4 , beschreibt ein Linsenmodul für einen Abbildungsapparat mit einer Linsenanordnung umfassend eine erste Linse und eine zweiten Linse, einen Halter, wobei ein erstes Klebemittel zwischen einer Oberfläche der ersten Linse und dem Halter angeordnet ist und ein zweites Klebemittel zwischen der weiteren Oberfläche der ersten Linse und dem Halter angeordnet ist, so dass ein Effekt einer Änderung von Brechungsindizes der ersten und zweiten Linse aufgrund einer Änderung einer Temperatur der Linsenanordnung auf eine Brennweite der Linsenanordnung und ein Effekt einer Verformung der ersten Linse aufgrund der Änderung der Temperatur der Linsenanordnung auf die Brennweite der Linsenanordnung einander aufheben.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein optisches System vorgeschlagen, welches eine Lichtquelle, einen Grundhalter mit einem ersten Befestigungsbereich und einem zweiten Befestigungsbereich und eine optische Einheit mit einem dritten Befestigungsbereich und einem vierten Befestigungsbereich umfasst. Als Lichtquelle kommen grundsätzlich beliebige Lichtquellen mit beliebigen Wellenlängenbereichen in Frage (z. B. zum Erzeugen von sichtbarem Licht, infrarotem Licht oder nahinfrarotem Licht), insbesondere aber Laserlichtquellen wie Laserdioden, welche beispielsweise Lichtquellen eines Lidar-Sensors sind. Der Grundhalter ist beispielsweise aus Metall und/oder Kunststoff und/oder Glas und/oder einem davon abweichenden Material hergestellt und ist beispielsweise in Form eines quaderförmigen Hohlkörpers (z. B. in Form eines Gehäuses), in Form eines transparenten Volumenkörpers, in Form eines Rahmens oder in einer davon abweichenden Form ausgebildet. Die optische Einheit ist entlang einer quer, insbesondere senkrecht zu den Befestigungsbereichen ausgerichteten Fügerichtung am Grundhalter befestigt, so dass der erste Befestigungsbereich mit dem dritten Befestigungsbereich und der zweite Befestigungsbereich mit dem vierten Befestigungsbereich verklebt ist.
  • Vorteilhaft für das erfindungsgemäße optische System ist, dass die Anordnungsreihenfolge des ersten Befestigungsbereichs, des dritten Befestigungsbereichs und der dazwischenliegenden Klebung, in der Fügerichtung zwischen dem Grundhalter und der optischen Einheit identisch ist zur Anordnungsreihenfolge des zweiten Befestigungsbereichs, des vierten Befestigungsbereichs und der dazwischenliegenden Klebung in der Fügerichtung. Dies bietet den Vorteil, dass sich evtl. Längenänderungen der Klebungen (z. B. verursacht durch Alterung und/oder Umwelteinflüsse wie Temperatur- und/oder Feuchtigkeitsschwankungen, usw.) in bzw. entgegen der Fügerichtung an beiden Klebungen jeweils in dieselbe Richtung auswirken, so dass die optische Einheit dadurch zwar in bzw. entgegen der Fügerichtung bezüglich der Lichtquelle verschoben wird, dass aber eine Entstehung einer Zug- oder einer Druckspannung auf die Klebungen verhindert wird. Entsprechend führen solche Längenänderungen der Klebungen im erfindungsgemäßen optischen System nicht zu einem potentiellen Abriss der Klebungen, wodurch das hier vorliegenden optische System eine besonders hohe Ausfallsicherheit mit sich bringt.
  • Die Lichtquelle ist an einer vordefinierten Position und mit einer vordefinierten Ausrichtung bezüglich des Grundhalters befestigt. Eine solche Befestigung erfolgt vorzugsweise auf Basis einer Anordnung des Grundhalters und der Lichtquelle auf einem gemeinsamen Grundkörper wie einem Substrat, welcher aus beliebigen Materialien und insbesondere aus einem Leiterplattenmaterial herstellbar ist. Die Lichtquelle ist außerhalb und/oder innerhalb des Grundhalters angeordnet, wobei der Grundhalter in allen Fällen über eine Aussparung und/oder lichtleitende Teile verfügt, so dass durch die Lichtquelle erzeugtes Licht auf der Seite der Befestigung des Grundhalters mit der optischen Einheit in Richtung der optischen Einheit austreten kann. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die Lichtquelle integral mit dem Grundhalter vormontiert oder selbst als Grundhalter ausgestaltet sein kann.
  • Ferner sind der dritte Befestigungsbereich und der vierte Befestigungsbereich in der Fügerichtung zwischen der optischen Einheit und dem Grundhalter voneinander beabstandet an der optischen Einheit vorgesehen. Vorzugsweise befinden sich der dritte und der vierte Befestigungsbereich an jeweiligen gegenüberliegenden Kanten der optischen Einheit, davon abweichende Anordnungspositionen der jeweiligen Befestigungsbereiche werden unten im Zusammenhang mit der Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen des vorliegenden optischen Systems näher erläutert.
  • Die optische Einheit ist eingerichtet, einen durch die Lichtquelle in Richtung der optischen Einheit ausgesendeten Lichtstrahl zu beeinflussen. Zur Beeinflussung des Lichtstrahls ist die optische Einheit vorzugsweise eine strahlformende optische Einheit (z. B. eine Kollimationslinse, usw.), alternativ oder zusätzlich eine strahllenkende optische Einheit (z. B. ein Spiegel, ein Strahlteiler, usw.) und/oder eine strahlfilternde optische Einheit (z. B. ein Polarisationsfilter, ein Graufilter usw.).
  • Ein weiterer Vorteil des vorliegenden optischen Systems ergibt sich daraus, dass eine höhere Flexibilität bei der Auswahl eines jeweiligen Klebstoffes für die Befestigung der optischen Einheit am Grundhalter erreicht wird, da durch die erfindungsgemäße Vermeidung von Spannungen im Bereich der Klebungen, auch Klebstoffe mit ungünstigeren Ausdehnungseigenschaften und/oder höheren Elastizitäten und/oder stärkeren Schrumpfungen bei der Aushärtung usw. einsetzbar sind, wodurch sich Kostenvorteile durch die Wahl des Klebstoffes ergeben können.
  • Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die optische Einheit eine Linse oder ein Linsensystem auf, an dem bevorzugt ein Optikhalter vormontiert ist, wobei der dritte Befestigungsbereich und/oder der vierte Befestigungsbereich am Optikhalter vorgesehen ist. Der Optikhalter ist beispielsweise aus Metall und/oder Kunststoff hergestellt und stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit der Linse oder dem Linsensystem verbunden. Im Falle einer Verwendung eines Linsensystems erfüllt der Optikhalter neben der Bereitstellung der Befestigungsfunktion für die optische Einheit am Grundhalter vorteilhaft auch eine Befestigungsfunktion jeweiliger Linsen der optischen Einheit untereinander. Dabei ist es möglich, die einzelnen Linsen mittels des Optikhalters in Richtung des optischen Pfades und/oder quer zur Richtung des optischen Pfades anzuordnen.
  • Besonders vorteilhaft umfasst die Linse oder das Linsensystem eine Zylinderlinse (konvex, konkav oder bikonvex), welche vorzugsweise derart im optischen Pfad des optischen Systems angeordnet ist, dass sie durch die Lichtquelle erzeugtes Licht in einer Raumrichtung kollimiert (z. B. in einer horizontalen Abstrahlrichtung), während das Licht in einer senkrecht dazu liegenden Raumrichtung im Wesentlichen unbeeinflusst bleibt. Alternativ oder zusätzlich umfasst die Linse oder das Linsensystem eine symmetrische Optik, insbesondere eine sphärische Linse und/oder ein Mikrolinsenarray, insbesondere ein zylinderförmiges Mikrolinsenarray.
  • Vorzugsweise weist die optische Einheit wenigstens einen Befestigungsbügel auf, welcher den Grundhalter in Fügerichtung überdeckt und welcher den dritten Befestigungsbereich oder den vierten Befestigungsbereich umfasst. Der Befestigungsbügel ist dabei entweder ein Bestandteil des Optikhalters oder ein zusätzliches Bauteil, welches an der Linse bzw. dem Linsensystem und/oder am Optikhalter befestigt ist. Eine solcher Befestigungsbügel bietet insbesondere Vorteile hinsichtlich einer einfachen Auslegbarkeit des Grundhalters und/oder des optischen Systems und/oder bezüglich einer vereinfachten Montage der jeweiligen Komponenten.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind der dritte Befestigungsbereich und/oder der vierte Befestigungsbereich in jeweiligen Aussparungen der optischen Einheit vorgesehen, wobei die jeweiligen Aussparungen die optische Einheit vollständig durchdringen, so dass ein vorspringender Teil des Grundhalters (z. B. ein Steg) durch die Aussparung hindurchführbar ist, um innerhalb der Aussparung mit der optischen Einheit verklebt zu werden. Dies bietet u. a. den Vorteil, dass die optische Einheit ausschließlich ein strahlbeeinflussendes Element und keinen zusätzlichen Optikhalter aufweisen muss. Eine Kombination aus der hier vorliegenden Ausgestaltung der optischen Einheit und einem zusätzlichen Optikhalter ist aber explizit auch möglich.
  • Besonders vorteilhaft weisen jeweilige Materialien zur Herstellung des Grundhalters und der optischen Einheit im Wesentlichen einheitliche Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Auf diese Weise werden besonders geringe Spannungen im Bereich der Klebungen erzeugt, da sich wärmebedingte Ausdehnungen des Grundhalters und der optischen Einheit in bzw. entgegen der Fügerichtung einheitlich auswirken und sich somit hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Klebungen kompensieren.
  • Insbesondere bevorzugt bewirkt die optische Einheit eine Kollimation in eine vordefinierte Raumrichtung, wobei die Fügerichtung und somit die Anordnung der jeweiligen Befestigungsbereiche derart festgelegt sind, dass ein Einfluss einer Bewegung der optischen Einheit relativ zur Lichtquelle, entlang der Fügerichtung auf die Kollimation minimiert ist. Am Beispiel einer Verwendung einer Zylinderlinse in der optischen Einheit, wird die Zylinderlinse dementsprechend derart befestigt, dass die dritten und vierten Befestigungsbereiche in Richtung der Krümmungsachse der Zylinderlinse beabstandet zueinander angeordnet sind. Eine Längenänderung der Klebungen bewirkt somit eine Verschiebung der Zylinderlinse in Richtung der Krümmungsachse, wodurch ein Abstand der Zylinderlinse zur Lichtquelle und somit eine Strahlbeeinflussung durch die Zylinderlinse im Wesentlichen unbeeinflusst bleiben.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Lidar-Sensor umfassend eine Sendeeinheit mit einem optischen System gemäß obiger Beschreibung vorgeschlagen. Der Lidar-Sensor ist beispielsweise ein Punkt- oder ein Linienscanner oder ein Flash-Lidar-Sensor. Bevorzugt ist der Lidar-Sensor ein Umfeldsensor eines Fortbewegungsmittels, wobei das Fortbewegungsmittel beispielsweise ein Straßenfahrzeug (z.B. Motorrad, PKW, Transporter, LKW) oder ein Schienenfahrzeug oder ein Luftfahrzeug/Flugzeug und/oder ein Wasserfahrzeug ist, ohne den Lidar-Sensor dadurch auf eine ausschließliche Anwendung mit einem Fortbewegungsmittel einschränken. Die Merkmale, Merkmalskombinationen sowie die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechen den in Verbindung mit dem erstgenannten Erfindungsaspekt ausgeführten derart ersichtlich, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Systems vorgeschlagen. In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Lichtquelle und ein Grundhalter verwendet, wobei die Lichtquelle an einer vordefinierten Position und mit einer vordefinierten Ausrichtung bezüglich des Grundhalters befestigt ist. In einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Klebstoff auf einen ersten Befestigungsbereich des Grundhalters und/oder einen dritten Befestigungsbereich einer optischen Einheit und auf einen zweiten Befestigungsbereich des Grundhalters und/oder einen vierten Befestigungsbereich der optischen Einheit aufgetragen, wobei der dritte Befestigungsbereich und der vierte Befestigungsbereich in einer Fügerichtung zwischen der optischen Einheit und dem Grundhalters voneinander beanstandet an der optischen Einheit vorgesehen sind. Das Auftragen des Klebers erfolgt bevorzugt maschinell mittels einer Montagevorrichtung. In einem dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die optische Einheit entlang der quer, insbesondere senkrecht zu den Befestigungsbereichen ausgerichteten Fügerichtung am Grundhalter befestigt, sodass der erste Befestigungsbereich mit dem dritten Befestigungsbereich und der zweite Befestigungsbereich mit dem vierten Befestigungsbereich verklebt wird, wobei die optische Einheit eingerichtet ist einen durch die Lichtquelle in Richtung der optischen Einheit ausgesendeten Lichtstrahl zu beeinflussen. Das Befestigen der optischen Einheit erfolgt bevorzugt ebenfalls maschinell mittels der Montagevorrichtung, wobei die optische Einheit im Zuge des Befestigungsvorgangs in Fügerichtung und/oder quer zur Fügerichtung an den Grundhalter herangeführt wird.
  • Besonders vorteilhaft umfasst der Schritt zum Befestigen der optischen Einheit am Grundhalter ein Grobpositionieren und Grobausrichten der optischen Einheit bezüglich der Lichtquelle, wobei die Befestigungsbereiche des Grundhalters während dieses Schrittes noch nicht über den Klebstoff in Kontakt mit dem korrespondierenden Befestigungsbereich in der optischen Einheit stehen. Dies bietet den besonderen Vorteil, dass die optische Einheit bereits sehr nah an ihre Zielposition gebracht werden kann, ohne den aufgebrachten Klebstoff in diesem Zustand ungewollt zu verteilen, was ggf. zu einer undefinierten Klebstoffverteilung und damit zu einer potentiell unzuverlässigen Klebung führen würde. Zudem ermöglicht eine Positionierung nahe der Zielposition der optischen Einheit, dass in diesem Zustand bereits eine grobe Überprüfung der Anordnung der optischen Einheit bezüglich der Lichtquelle durchführbar ist (z. B. mittels einer optischen Messung auf Basis des Lichtes der Lichtquelle und/oder durch ein Anfahren einer vordefinierten Position). In einem nachfolgenden Schritt werden die optische Einheit und der Grundhalter in Fügerichtung zusammengeführt, sodass die jeweiligen Befestigungsbereiche des Grundhalters über den Klebstoff in Kontakt mit den korrespondierenden Befestigungsbereichen in der optischen Einheit kommen. In diesem Zustand erfolgt nun vorteilhaft ein Feinpositionieren und Feinausrichten der optischen Einheit bezüglich der Lichtquelle unter Zuhilfenahme einer optischen Messung. Nach Abschluss der Feinpositionierung und Feinausrichtung wird die optische Einheit mittels der Montagevorrichtung so lange an der solchermaßen justierten Zielposition der optischen Einheit bezüglich der Lichtquelle gehalten, bis in einem letzten Verfahrensschritt der Klebstoff ausgehärtet ist. Je nach verwendeter Klebstoffart und/oder je nach Zeitanforderungen an vorstehend beschriebenes Herstellungsverfahren, erfolgt das Aushärten durch Abwarten einer vordefinierten Aushärtezeit und/oder mittels einer Aktivierungsbehandlung, welche beispielsweise eine thermische Behandlung und/oder eine UV-Bestrahlungsbehandlung ist.
  • Figurenliste
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Dabei zeigen:
    • 1a eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen optischen Systems in einer ersten Ausführungsform;
    • 1 b eine schematische Draufsicht des erfindungsgemäßen optischen Systems in der ersten Ausführungsform;
    • 2a eine perspektivische Vorderansicht einer Zylinderlinse eines erfindungsgemäßen optischen Systems in einer zweiten Ausführungsform;
    • 2b eine schematische Seitenansicht des optischen Systems in der zweiten Ausführungsform; und
    • 3 eine schematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Lidar-Sensors.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1a zeigt eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen optischen Systems einer ersten Ausführungsform. Das optische System umfasst einen Grundhalter 20, welcher hier aus Kunststoff hergestellt ist und welcher im Inneren hohl ist, so dass ein seitlich eintretender Lichtstrahl an einer gegenüberliegenden Seite des Grundhalters 20 durch den Grundhalter 20 unbeeinflusst austreten kann. Ein solcher Lichtstrahl ist hier ein mittels einer Laserdiode 10 erzeugtes Laserlicht, wobei die Laserdiode 10 an einer vordefinierten Position und mit einer vordefinierten Ausrichtung bezüglich des Grundhalters 20 befestigt ist. Der Grundhalter 20 weist zudem einen ersten Befestigungsbereich 22 und einen zweiten Befestigungsbereich 24 auf. Das optische System umfasst ferner eine optische Einheit 30 mit einem dritten Befestigungsbereich 32 und einem vierten Befestigungsbereich 34. Die optische Einheit 30 setzt sich aus einer Zylinderlinse 36 und einem bügelförmig ausgebildeten Optikhalter 38 zusammen, welcher senkrecht zur Zylinderlinse 36 mit dieser verklebt ist. Die optische Einheit 30 ist entlang einer senkrecht zu den Befestigungsbereichen 22, 24, 32, 34 ausgerichteten Fügerichtung 40 am Grundhalter 20 befestigt, so dass der erste Befestigungsbereich 22 mit dem dritten Befestigungsbereich 32 und der zweite Befestigungsbereich 24 mit dem vierten Befestigungsbereich 34 mittels eines Klebstoffes 50 verklebt ist.
  • Zudem ist die optische Einheit 30 eingerichtet, dass durch die Laserdiode 10 erzeugte Laserlicht in horizontaler Richtung zu kollimieren und in vertikaler Richtung unbeeinflusst passieren zu lassen. Dies führt dazu, dass sich eine evtl. Längenänderungen der Klebstoffe 50 nicht bzw. nur unwesentlich auf die kollimierende Funktion der Zylinderlinse 36 auswirkt.
  • Im Zuge einer Herstellung eines solchen optischen Systems wird die optische Einheit 30 vorzugsweise mittels einer Montagevorrichtung zunächst derart an den Grundhalter 20 angenähert, dass ein auf den ersten Befestigungsbereich 22 und den zweiten Befestigungsbereich 24 aufgebrachter Klebstoff 50 mit der optischen Einheit 30 gerade noch nicht in Kontakt steht. In diesem Zustand wird anschließend zunächst eine Grobpositionierung und eine Grobausrichtung der optischen Einheit 30 bezüglich der Laserdiode 10 durchgeführt. Anschließend wird die optische Einheit 30 in der Fügerichtung 40 auf die am Grundhalter 20 aufgebrachten Klebstoffe 50 abgesenkt, so dass die Befestigungsbereiche 22, 32 und die Befestigungsbereiche 24, 34 jeweils über die Klebstoffe 50 miteinander in Kontakt stehen. Eine anschließende Feinpositionierung und Feinausrichtung der optischen Einheit 30 bezüglich der Laserdiode 10 erfolgt mittels der Montagevorrichtung entlang der Fügerichtung 40 und/oder quer zur Fügerichtung 40 (d. h., in Richtung des optischen Pfades des optischen Systems).
  • 1b zeigt eine schematische Draufsicht des erfindungsgemäßen optischen Systems in der ersten Ausführungsform. Der Draufsicht ist zu entnehmen, dass das durch die Laserdiode 10 erzeugte Laserlicht mittels der gestrichelt dargestellten (da in der Draufsicht durch den Optikhalter 38 der optischen Einheit 30 überdeckten) Zylinderlinse 36 nach Austritt aus dem Grundhalter 20 in horizontaler Richtung kollimiert wird.
  • 2a zeigt eine perspektivische Vorderansicht einer Zylinderlinse 36 eines erfindungsgemäßen optischen Systems in einer zweiten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform besteht die optische Einheit 30 lediglich aus der Zylinderlinse 36 selbst und weist folglich keinen Optikschalter 38 auf. Für die Befestigung der Zylinderlinse 36 am Grundhalter 20 ist stattdessen eine Aussparung 60 in der Zylinderlinse 36 vorgesehen, welche die Zylinderlinse 36 in dieser Ansicht vollständig von vorne nach hinten durchläuft.
  • 2b zeigt eine schematische Seitenansicht des optischen Systems in der zweiten Ausführungsform. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden nachfolgend nur die Unterschiede zwischen der zweiten Ausführungsform und der ersten Ausführungsform beschrieben. Der Grundhalter 20 weist hier im oberen Bereich einen Steg 80 auf, dessen Ausmaße in einer Vorderansicht um einen vordefinierten Wert kleiner sind, als die Querschnittsfläche der Aussparung 60. Auf diese Weise ist es möglich, die Aussparung 60 der Zylinderlinse 36 zunächst senkrecht zur Fügerichtung 40 über den Steg 80 zu führen und die Zylinderlinse 36 anschließend in Fügerichtung 40 auf jeweilige Klebstoffe 50 abzusetzen, so dass die Zylinderlinse 36 sowohl an ihrem unteren Ende, als auch im Bereich der Aussparung 60 mittels der Klebstoffe 50 mit dem Grundhalter 20 formschlüssig verbunden wird.
  • 3 zeigt eine schematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Lidar-Sensors 70. Der Lidar-Sensor 70 umfasst ein vorstehend beschriebenes erfindungsgemäßes optisches System, welches sich aus dem Grundhalter 20, einer hier innerhalb des Grundhalters 20 angeordneten Lichtquelle 10 und einer optischen Einheit 30 zusammensetzt, wobei die optische Einheit 30 eine Zylinderlinse 36 und einen Optikhalter 38 aufweist. Ein durch die Zylinderlinse 36 kollimiertes Laserlicht wird über ein Schutzglas 75 des Lidar-Sensors 70 in ein Umfeld des Lidar-Sensors 70 abgestrahlt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102008027721 A1 [0003]
    • DE 102015208276 B4 [0004]

Claims (10)

  1. Optisches System umfassend: • eine Lichtquelle (10), • einen Grundhalter (20) mit einem ersten Befestigungsbereich (22) und einem zweiten Befestigungsbereich (24), und • eine optische Einheit (30) mit einem dritten Befestigungsbereich (32) und einem vierten Befestigungsbereich (34), wobei • die optische Einheit (30) entlang einer quer, insbesondere senkrecht, zu den Befestigungsbereichen (22, 24, 32, 34) ausgerichteten Fügerichtung (40) am Grundhalter (20) befestigt ist, so dass der erste Befestigungsbereich (22) mit dem dritten Befestigungsbereich (32) und der zweite Befestigungsbereich (24) mit dem vierten Befestigungsbereich (34) verklebt ist, • die Lichtquelle (10) an einer vordefinierten Position und mit einer vordefinierten Ausrichtung bezüglich des Grundhalters (20) befestigt ist, • der dritte Befestigungsbereich (32) und der vierte Befestigungsbereich (34) in der Fügerichtung (40) zwischen der optischen Einheit (30) und dem Grundhalter (20) voneinander beabstandet an der optischen (30) Einheit vorgesehen sind, und • die optische Einheit (30) eingerichtet ist, einen durch die Lichtquelle (10) in Richtung der optischen Einheit (30) ausgesendeten Lichtstrahl zu beeinflussen.
  2. Optisches System nach Anspruch 1, wobei die optische Einheit (30) eine Linse (36) oder ein Linsensystem aufweist, an dem bevorzugt ein Optikhalter (38) vormontiert ist, wobei der dritte Befestigungsbereich (32) und/oder der vierte Befestigungsbereich (34) am Optikhalter (38) vorgesehen ist.
  3. Optisches System nach Anspruch 2, wobei die Linse (36) oder das Linsensystem • eine Zylinderlinse, und/oder • eine symmetrische Optik, insbesondere eine sphärische Linse, und/oder • ein Mikrolinsenarray, insbesondere ein zylinderförmiges Mikrolinsenarray umfasst.
  4. Optisches System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die optische Einheit (30) wenigstens einen Befestigungsbügel aufweist, welcher den Grundhalter (20) in Fügerichtung (40) überdeckt und welcher den dritten Befestigungsbereich (32) oder den vierten Befestigungsbereich (34) umfasst.
  5. Optisches System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der dritte Befestigungsbereich (32) und/oder der vierte Befestigungsbereich (34) in jeweiligen Aussparungen (60) der optischen Einheit (30) vorgesehen ist.
  6. Optisches System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei jeweilige Materialien zur Herstellung des Grundhalters (20) und der optischen Einheit (30) im Wesentlichen einheitliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.
  7. Optisches System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die optische Einheit (20) eine Kollimation in eine vordefinierte Raumrichtung bewirkt, wobei die Fügerichtung (40) und somit die Anordnung der jeweiligen Befestigungsbereiche (22, 24, 32, 24) derart festgelegt sind, dass ein Einfluss einer Bewegung der optischen Einheit (30) relativ zur Lichtquelle (10) entlang der Fügerichtung (40) auf die Kollimation minimiert ist.
  8. Lidar-Sensor (70) umfassend eine Sendeeinheit mit einem optischen System nach einem der vorstehenden Ansprüche.
  9. Verfahren zur Herstellung eines optischen Systems umfassend die Schritte: • Verwenden (100) einer Lichtquelle (10) und eines Grundhalters (20), wobei die Lichtquelle (10) an einer vordefinierten Position und mit einer vordefinierten Ausrichtung bezüglich des Grundhalters (20) befestigt ist, • Auftragen (200) eines Klebstoffes (50) auf o einen ersten Befestigungsbereich (22) des Grundhalters (20) und/oder einen dritten Befestigungsbereich (32) einer optischen Einheit (30) des optischen Systems, und o einen zweiten Befestigungsbereich (24) des Grundhalters (20) und/oder einen vierten Befestigungsbereich (34) der optischen Einheit (30), wobei der dritte Befestigungsbereich (32) und der vierte Befestigungsbereich (34) in einer Fügerichtung (40) zwischen der optischen Einheit (30) und dem Grundhalter (20) voneinander beabstandet an der optischen Einheit (30) vorgesehen sind, und • Befestigen (300) der optischen Einheit (30) entlang der quer, insbesondere senkrecht zu den Befestigungsbereichen (22, 24, 32, 34) ausgerichteten Fügerichtung (40) am Grundhalter (20), so dass der erste Befestigungsbereich (22) mit dem dritten Befestigungsbereich (32) und der zweite Befestigungsbereich (24) mit dem vierten Befestigungsbereich (34) verklebt wird, wobei die optische Einheit (30) eingerichtet ist, einen durch die Lichtquelle (10) in Richtung der optischen Einheit (30) ausgesendeten Lichtstrahl zu beeinflussen.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt zum Befestigen der optischen Einheit (30) am Grundhalter (20) umfasst: • Grobpositionieren und Grobausrichten der optischen Einheit (30) bezüglich der Lichtquelle (10), wobei die Befestigungsbereiche (22, 24) des Grundhalters (20) während dieses Schrittes noch nicht über den Klebstoff (50) in Kontakt mit den korrespondierenden Befestigungsbereichen (32, 34) der optischen Einheit (30) stehen, • Zusammenführen der optischen Einheit (30) und des Grundhalters (20) in Fügerichtung (40), so dass die jeweiligen Befestigungsbereiche (22, 24) des Grundhalters (20) über den Klebstoff (50) in Kontakt mit den korrespondierenden Befestigungsbereichen (32, 34) der optischen Einheit (30) kommen, • Feinpositionieren und Feinausrichten der optischen Einheit (30) bezüglich der Lichtquelle (10) unter Zuhilfenahme einer optischen Messung, und • Aushärten des Klebstoffes (50).
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