DE102021203405A1

DE102021203405A1 - LIDAR sensor for capturing a field of view and method for capturing a field of view

Info

Publication number: DE102021203405A1
Application number: DE102021203405.5A
Authority: DE
Inventors: Alexander Huebel; Eugen Baumgart; Hadi Zahir; Jan Niklas Caspers; Oliver Kern; Matthias Wichmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-04-07
Filing date: 2021-04-07
Publication date: 2022-10-13

Abstract

LIDAR-Sensor (100) zum Erfassen eines Sichtfeldes (101), umfassend eine Sendeeinheit mit mindestens einer Lichtquelle, welche dazu ausgebildet ist, frequenzmoduliertes und/oder phasenmoduliertes Laserlicht auszusenden; mindestens einer ersten integrierten photonischen Schaltung (PIC, PIC2) umfassend mindestens drei integrierte Wellenleiter (LG1-LGM), die das Laserlicht von der mindestens einen Lichtquelle zu je einem Emitterausgang (EC1-ECM) in einer gemeinsamen Emitterfläche (301, 403, 603) der ersten integrierten photonische Schaltung leiten (PIC, PIC2); und einem Kollimator (O), umfassend mindestens eine Linse (302), der dazu ausgebildet ist, von den Emitterausgängen (EC1-ECM) emittiertes Laserlicht (CF, CF1-CFM) zu kollimieren und auf ein gemeinsames Ziel, insbesondere einen Spiegel (M), zu richten; und weiterhin umfassend eine Empfangseinheit mit mindestens einem Detektor zum Empfangen von aus dem Sichtfeld (101) rückgestreuten und/oder reflektierten Strahlen. Hierbei weist die Emitterfläche (301, 403, 603) eine Krümmung auf, die einer gekrümmten Fokalebene (FP) des Kollimators (O) entspricht, wobei die erste integrierte photonische Schaltung (PIC, PIC2) derart im LIDAR-Sensor (100) angeordnet ist, dass die Emitterausgänge (EC1-ECM) auf der gekrümmten Fokalebene (FP) angeordnet sind.LIDAR sensor (100) for detecting a field of view (101), comprising a transmission unit with at least one light source, which is designed to emit frequency-modulated and/or phase-modulated laser light; at least one first integrated photonic circuit (PIC, PIC2) comprising at least three integrated waveguides (LG1-LGM), which guide the laser light from the at least one light source to an emitter output (EC1-ECM) each in a common emitter area (301, 403, 603) conduct the first integrated photonic circuit (PIC, PIC2); and a collimator (O), comprising at least one lens (302), which is designed to collimate laser light (CF, CF1-CFM) emitted by the emitter outputs (EC1-ECM) and direct it to a common target, in particular a mirror (M ), to judge; and further comprising a receiving unit with at least one detector for receiving beams scattered back and/or reflected from the field of view (101). Here, the emitter surface (301, 403, 603) has a curvature that corresponds to a curved focal plane (FP) of the collimator (O), the first integrated photonic circuit (PIC, PIC2) being arranged in the LIDAR sensor (100) in this way , that the emitter outputs (EC1-ECM) are arranged on the curved focal plane (FP).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen LIDAR-Sensor zum Erfassen eines Sichtfeldes und ein Verfahren zum Erfassen eines Sichtfeldes mittels eines LIDAR-Sensors.The present invention relates to a LIDAR sensor for detecting a field of view and a method for detecting a field of view using a LIDAR sensor.

Stand der TechnikState of the art

Die WO 2018/160729 A2 offenbart ein dreidimensionales (3D) optisches Erfassungssystem für ein Fahrzeug, bei welchem Licht zu einem optischen Signalverarbeitungsmodul übertragen werden kann, das eine integrierte photonische Schaltung (PIC) enthalten kann, die ein oder mehrere Signale mit maßgeschneiderten Amplituden-, Phasen- und Spektraleigenschaften erzeugen kann. Die Vielzahl von optischen Signalen kann an Strahllenkeinheiten gesendet werden, die um das Fahrzeug verteilt sind. Die Lenkeinheiten können mehrere optische Strahlen auf Ziele richten. Das optische Rücksignal kann von einem Empfänger-PIC mit einer Anordnung von Sensoren und unter Verwendung einer direkten Intensitätserfassungstechnik oder einer kohärenten Erfassungstechnik erfasst werden. Das optische Rücksignal kann durch die Anordnung von Sensoren in ein elektrisches Signal umgewandelt werden, das dann von der elektronischen Signalverarbeitungseinheit verarbeitet werden kann. Informationen über den Ort und die Geschwindigkeit der Ziele können quantifiziert werden.the WO 2018/160729 A2 discloses a three-dimensional (3D) optical sensing system for a vehicle in which light can be transmitted to an optical signal processing module that can include a photonic integrated circuit (PIC) that can generate one or more signals with tailored amplitude, phase, and spectral characteristics . The plurality of optical signals can be sent to beam steering units distributed around the vehicle. The guidance units can aim multiple optical beams at targets. The optical return signal can be detected by a receiver PIC with an array of sensors and using a direct intensity detection technique or a coherent detection technique. The optical return signal can be converted into an electrical signal by the arrangement of sensors, which can then be processed by the electronic signal processing unit. Information about the location and speed of the targets can be quantified.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem LIDAR-Sensor zum Erfassen eines Sichtfeldes, umfassend eine Sendeeinheit mit mindestens einer Lichtquelle, welche dazu ausgebildet ist, frequenzmoduliertes und/oder phasenmoduliertes Laserlicht auszusenden; mindestens einer ersten integrierten photonischen Schaltung umfassend mindestens drei integrierte Wellenleiter, die das Laserlicht von der mindestens einen Lichtquelle zu je einem Emitterausgang in einer gemeinsamen Emitterfläche der ersten integrierten photonischen Schaltung leiten; und einem Kollimator, umfassend mindestens eine Linse, der dazu ausgebildet ist, von den Emitterausgängen emittiertes Laserlicht zu kollimieren und auf ein gemeinsames Ziel, insbesondere einen Spiegel, zu richten. Weiterhin umfasst der LIDAR-Sensor eine Empfangseinheit mit mindestens einem Detektor zum Empfangen von aus dem Sichtfeld rückgestreuten und/oder reflektierten Strahlen.The present invention is based on a LIDAR sensor for detecting a field of view, comprising a transmission unit with at least one light source, which is designed to emit frequency-modulated and/or phase-modulated laser light; at least one first photonic integrated circuit comprising at least three integrated waveguides guiding the laser light from the at least one light source to an emitter output each in a common emitter area of the first photonic integrated circuit; and a collimator, comprising at least one lens, which is designed to collimate laser light emitted by the emitter outputs and direct it onto a common target, in particular a mirror. Furthermore, the LIDAR sensor includes a receiving unit with at least one detector for receiving beams scattered back and/or reflected from the field of view.

Erfindungsgemäß weist die Emitterfläche eine Krümmung auf, die einer gekrümmten Fokalebene des Kollimators entspricht, wobei die erste integrierte photonische Schaltung derart im LIDAR-Sensor angeordnet ist, dass die Emitterausgänge auf der gekrümmten Fokalebene angeordnet sind.According to the invention, the emitter surface has a curvature that corresponds to a curved focal plane of the collimator, the first integrated photonic circuit being arranged in the LIDAR sensor in such a way that the emitter outputs are arranged on the curved focal plane.

Der LIDAR-Sensor ist insbesondere als ein FMCW-(frequency modulated continuous wave, frequenzmodulierte kontinuierliche Wellen)-LIDAR-Sensor ausgebildet. Die gemeinsame Emitterfläche der ersten integrierten photonischen Schaltung ist so aufzufassen, dass die mindestens drei Emitterausgänge in der gemeinsamen Emitterfläche angeordnet sind. Hierbei weist die erste integrierte photonische Schaltung die gekrümmte Emitterfläche auf. Insbesondere ist ein Wafer, auf der die erste photonische integrierte Schaltung angeordnet ist, an einer Seite gekrümmt ausgebildet. Ein derart gekrümmter Wafer kann beispielsweise mittels Laser-Schneidverfahren hergestellt werden. Die Krümmung der Emitterfläche ist insbesondere konkav ausgebildet. Die Krümmung der Emitterfläche kann alternativ auch als Freiformfläche ausgebildet sein. Die Krümmung der Emitterfläche kann als polynominielle Kurve ausgebildet sein. Die gekrümmte Fokalebene des Kollimators ist hierbei insbesondere die erste Fokalebene des Kollimators. Der Radius der gekrümmten Fokalebene des Kollimators kann einen Radius von ca. 40 mm aufweisen.The LIDAR sensor is designed in particular as an FMCW (frequency modulated continuous wave) LIDAR sensor. The common emitter area of the first integrated photonic circuit is to be interpreted in such a way that the at least three emitter outputs are arranged in the common emitter area. In this case, the first integrated photonic circuit has the curved emitter surface. In particular, a wafer on which the first photonic integrated circuit is arranged is curved on one side. Such a curved wafer can be produced, for example, by means of laser cutting processes. The curvature of the emitter surface is in particular concave. Alternatively, the curvature of the emitter surface can also be in the form of a free-form surface. The curvature of the emitter surface can be in the form of a polynomial curve. In this case, the curved focal plane of the collimator is in particular the first focal plane of the collimator. The radius of the curved focal plane of the collimator can have a radius of about 40 mm.

Das Sichtfeld des LIDAR-Sensors kann beispielsweise 45° x 15° betragen. Aufgrund der mindestens drei Wellenleiter und der somit mindestens drei Emitterausgänge, von denen aus synchron Laserlicht emittiert werden kann, kann das gesamte Sichtfeld des LIDAR-Sensors in mindestens drei Teil-Sichtfelder aufgeteilt werden. Insbesondere entspricht die Anzahl der Teil-Sichtfelder der Anzahl der Wellenleiter bzw. der Anzahl der Emitterausgänge. Jedes der Teil-Sichtfelder kann von einem kollimiertem, Gauß-förmigen Laserstrahl adressiert werden. Insbesondere können die mindestens drei Emitterausgänge horizontal auf der ersten integrierten photonische Schaltung angeordnet sein. Hierdurch können mindestens drei Laserlicht-Strahlen in horizontaler Richtung ausgesendet werden.The field of view of the LIDAR sensor can be 45° x 15°, for example. Due to the at least three waveguides and thus at least three emitter outputs from which laser light can be emitted synchronously, the entire field of view of the LIDAR sensor can be divided into at least three partial fields of view. In particular, the number of partial fields of view corresponds to the number of waveguides or the number of emitter outputs. Each of the sub-fields of view can be addressed by a collimated, Gaussian-shaped laser beam. In particular, the at least three emitter outputs can be arranged horizontally on the first integrated photonic circuit. This allows at least three laser light beams to be emitted in the horizontal direction.

Die Empfangseinheit kann eine Anordnung von Einzeldetektoren aufweisen. Der Detektor der Empfangseinheit, insbesondere jeder Einzeldetektor, kann dazu ausgebildet sein, rückgestreutes und/oder reflektiertes Laserlicht zu erfassen. Das Laserlicht wird somit bevorzugt von der Sendeeinheit ausgesandt, an einem Objekt in einer Umgebung des LIDAR-Sensors gestreut und/oder reflektiert und dann von der Empfangseinheit erfasst. Dadurch ist das Objekt von dem LIDAR-Sensor erkennbar.The receiving unit can have an arrangement of individual detectors. The detector of the receiving unit, in particular each individual detector, can be designed to detect backscattered and/or reflected laser light. The laser light is thus preferably emitted by the transmitter unit, scattered and/or reflected on an object in the vicinity of the LIDAR sensor and then detected by the receiver unit. This makes the object recognizable by the LIDAR sensor.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine sogenannte Flat-Field-Anforderung des Kollimators entfällt. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die Emitterfläche eine Krümmung aufweist, die einer gekrümmten Fokalebene des Kollimators entspricht. Hierdurch wird eine wesentliche Vereinfachung des optischen Designs des Kollimators ermöglicht. Die Anordnung der Emitterausgänge kann eine Bildfeldwölbung des Kollimators kompensieren. Der Einsatz von Field-Flattener-Linsen zur Kompensation einer Petzval-Krümmung kann vermieden werden. Hierdurch können Herstellungskosten reduziert werden. Außerdem kann hierdurch die Gesamtlänge des LIDAR-Sensors verringert werden. Die Anordnung der Emitterausgänge kann insbesondere eine Bildfeldwölbung des Kollimators entlang einer ersten, beispielsweise horizontalen Richtung, kompensieren. Darüber hinaus kann durch das synchrone Aussenden wenigstens dreier Laserlicht-Strahlen eine wesentlich höhere Bildrate erzielt werden, als mit vergleichbaren LIDAR-Sensoren, die nur einen einzelnen Laserlicht-Strahl zum Abtasten des gesamten Sichtfeldes nutzen. Würde beispielsweise ein LIDAR-Sensor, welcher einen einzelnen Laserstrahl aussendet, eine Bildrate von 1 Hz aufweisen, so könnte im Vergleich dazu die Bildrate des hier vorgestellten LIDAR-Sensors bei Verwendung von beispielsweise zehn Wellenleitern und zehn Emitterausgänge auf 10 Hz erhöht werden. Die Bildrate kann um einen Faktor erhöht werden, der der Anzahl der ausgesendeten Laserlicht-Strahlen entspricht.The advantage of the invention is that a so-called flat field requirement of the collimator is eliminated. This can be achieved in particular in that the emitter surface has a curvature that corresponds to a curved focal plane of the collimator. This allows a significant simplification of the optical design of the collimator. The Arrangement of the Emit ter outputs can compensate for field curvature of the collimator. The use of field flattener lenses to compensate for a Petzval curvature can be avoided. Manufacturing costs can be reduced as a result. In addition, this can reduce the overall length of the LIDAR sensor. The arrangement of the emitter outputs can in particular compensate for an image field curvature of the collimator along a first, for example horizontal, direction. In addition, by synchronously emitting at least three laser light beams, a significantly higher frame rate can be achieved than with comparable LIDAR sensors that only use a single laser light beam to scan the entire field of view. If, for example, a LIDAR sensor that emits a single laser beam had a frame rate of 1 Hz, the frame rate of the LIDAR sensor presented here could be increased to 10 Hz when using, for example, ten waveguides and ten emitter outputs. The frame rate can be increased by a factor that corresponds to the number of laser light beams emitted.

Bei Ausbildung des LIDAR-Sensors als FMCW-LIDAR-Sensor können außerdem wesentlich Vorteile bei der Unterdrückung von bzw. Hintergrundlicht im Empfangspfad erreicht werden. Es kann eine Unempfindlichkeit gegenüber Hintergrundlicht im Empfangspfad erreicht werden. Damit ist ein höherer Anteil von Nutz- zu Störlicht vorhanden. Die Reichweite des LIDAR-Sensors kann hierdurch erhöht werden. Insgesamt werden dadurch eine höhere Performance und Verfügbarkeit des LIDAR-Sensors erreicht.If the LIDAR sensor is designed as an FMCW LIDAR sensor, significant advantages can also be achieved in the suppression of or background light in the reception path. Insensitivity to background light in the receive path can be achieved. This means that there is a higher proportion of useful to stray light. This can increase the range of the LIDAR sensor. Overall, this achieves higher performance and availability of the LIDAR sensor.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sendeeinheit wenigstens eine zweite integrierte photonische Schaltung umfassend mindestens drei integrierte Wellenleiter, die Laserlicht von der mindestens einen Lichtquelle zu je einem Emitterausgang in einer gemeinsamen Emitterfläche der zweiten integrierten photonischen Schaltung leiten, aufweist; wobei die Emitterfläche der wenigstens einen zweiten integrierten photonischen Schaltung eine Krümmung aufweist, die der gekrümmten Fokalebene des Kollimators entspricht, wobei die wenigstens eine zweite integrierte photonische Schaltung derart im LIDAR-Sensor angeordnet ist, dass die Emitterausgänge auf der gekrümmten Fokalebene angeordnet sind; und wobei die zweite integrierte photonische Schaltung entlang einer Achse über oder unter der ersten integrierten photonischen Schaltung angeordnet ist.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the transmission unit has at least one second integrated photonic circuit comprising at least three integrated waveguides that conduct laser light from the at least one light source to an emitter output in a common emitter area of the second integrated photonic circuit; wherein the emitter surface of the at least one second photonic integrated circuit has a curvature corresponding to the curved focal plane of the collimator, wherein the at least one second photonic integrated circuit is arranged in the LIDAR sensor such that the emitter outputs are arranged on the curved focal plane; and wherein the second photonic integrated circuit is disposed along an axis above or below the first photonic integrated circuit.

Die erste integrierte photonische Schaltung und die wenigstens eine zweite integrierte photonische Schaltung können somit entlang einer Achse übereinandergestapelt angeordnet sein. Die gemeinsame Emitterfläche der zweiten integrierten photonischen Schaltung ist so aufzufassen, dass die mindestens drei Emitterausgänge in der gemeinsamen Emitterfläche angeordnet sind. Hierbei weist die zweite integrierte photonische Schaltung die gekrümmte Emitterfläche auf. Insbesondere ist ein Wafer, auf der die zweite photonische integrierte Schaltung angeordnet ist, an einer Seite gekrümmt ausgebildet. Ein derart gekrümmter Wafer kann beispielsweise mittels Laser-Schneidverfahren hergestellt werden. Die Krümmung der Emitterfläche der zweiten integrierten photonischen Schaltung ist insbesondere konkav ausgebildet. Die Krümmung der Emitterfläche kann alternativ auch als Freiformfläche ausgebildet sein. Die Krümmung der Emitterfläche kann als polynominielle Kurve ausgebildet sein. Die gekrümmte Fokalebene des Kollimators ist hierbei insbesondere die erste Fokalebene des Kollimators.The first integrated photonic circuit and the at least one second integrated photonic circuit can thus be stacked on top of one another along an axis. The common emitter area of the second integrated photonic circuit is to be interpreted in such a way that the at least three emitter outputs are arranged in the common emitter area. In this case, the second integrated photonic circuit has the curved emitter surface. In particular, a wafer on which the second photonic integrated circuit is arranged is curved on one side. Such a curved wafer can be produced, for example, by means of laser cutting processes. The curvature of the emitter surface of the second integrated photonic circuit is, in particular, concave. Alternatively, the curvature of the emitter surface can also be in the form of a free-form surface. The curvature of the emitter surface can be in the form of a polynomial curve. In this case, the curved focal plane of the collimator is in particular the first focal plane of the collimator.

Aufgrund der mindestens drei Wellenleiter und der somit mindestens drei Emitterausgänge der ersten integrierten photonischen Schaltung und der mindestens drei Wellenleiter und der somit mindestens drei Emitterausgänge der wenigstens einen zweiten integrierten photonischen Schaltung, von denen aus synchron Laserlicht emittiert werden kann, kann das Sichtfeld des LIDAR-Sensors in mindestens sechs Teil-Sichtfelder aufgeteilt werden. Insbesondere entspricht die Anzahl der Teil-Sichtfelder der Summe der Wellenleiter bzw. der Summe der Emitterausgänge aller integrierten photonischen Schaltungen. Jedes der Teil-Sichtfelder kann von einem kollimiertem, Gauß-förmigen Laserstrahl adressiert werden. Insbesondere können die erste integrierte photonische Schaltung und die wenigstens eine zweite integrierte photonische Schaltung entlang einer vertikalen Achse übereinandergestapelt angeordnet sein. Hierdurch kann eine Parallelisierung von Laserlicht-Strahlen in vertikaler Richtung erreicht werden.Due to the at least three waveguides and thus at least three emitter outputs of the first integrated photonic circuit and the at least three waveguides and thus at least three emitter outputs of the at least one second integrated photonic circuit, from which laser light can be emitted synchronously, the field of view of the LIDAR Sensors are divided into at least six partial fields of view. In particular, the number of partial fields of view corresponds to the sum of the waveguides or the sum of the emitter outputs of all integrated photonic circuits. Each of the sub-fields of view can be addressed by a collimated, Gaussian-shaped laser beam. In particular, the first integrated photonic circuit and the at least one second integrated photonic circuit can be stacked on top of one another along a vertical axis. In this way, parallelization of laser light beams in the vertical direction can be achieved.

Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht zum einen darin, dass eine Bildfeldwölbung des Kollimators auch entlang einer zweiten, beispielsweise vertikalen Richtung, kompensiert werden kann. Außerdem kann durch das synchrone Aussenden von wenigstens sechs Laserlicht-Strahlen eine wesentlich höhere Bildrate erzielt werden kann, als mit vergleichbaren LIDAR-Sensoren, die nur einen einzelnen Laserlicht-Strahl zum Abtasten des gesamten Sichtfeldes nutzen. Die Bildrate kann um einen Faktor erhöht werden, der der Anzahl der ausgesendeten Laserlicht-Strahlen entspricht. Es kann außerdem das Sichtfeld des LIDAR-Sensors bei gleichbleibender Bildrate vergrößert werden. So kann beispielsweise bei einer Anzahl von N integrierten photonischen Schaltungen eine Anzahl N vertikaler Sichtfelder erfasst werden.The advantage of this configuration is, on the one hand, that an image field curvature of the collimator can also be compensated for along a second, for example vertical, direction. In addition, by synchronously emitting at least six laser light beams, a significantly higher frame rate can be achieved than with comparable LIDAR sensors that only use a single laser light beam to scan the entire field of view. The frame rate can be increased by a factor that corresponds to the number of laser light beams emitted. It can also increase the field of view of the LIDAR sensor while maintaining the same frame rate. For example, with a number N of integrated photonic circuits, a number N of vertical fields of view can be acquired.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Emitterausgänge der ersten und/oder der wenigstens einen zweiten integrierten photonischen Schaltung jeweils als Facetten von Kantenemittern ausgebildet sind. Die Facetten können jeweils als glatte Kante an einem Ende des jeweiligen Wellenleiters ausgebildet sein. Die Facetten der Kantenemitter können eine numerische Apertur von 0,1 - 0,3 aufweisen. Die Kantenemitter sind insbesondere in der ersten Fokalebene des Kollimators angeordnet. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass eine ausreichend gute Kopplungseffizienz der rückgestreuten und/oder reflektierten Strahlen gewährleistet werden kann.A further advantageous embodiment of the invention provides that the emitter outputs of the first and/or the at least one second integrated photonic circuit are each designed as facets of edge emitters. The facets can each be formed as a smooth edge at one end of the respective waveguide. The facets of the edge emitters can have a numerical aperture of 0.1 - 0.3. In particular, the edge emitters are arranged in the first focal plane of the collimator. The advantage of this configuration is that a sufficiently good coupling efficiency of the backscattered and/or reflected beams can be ensured.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wellenleiter und Emitterausgänge der ersten und/oder wenigstens einen zweiten integrierten photonischen Schaltung derart angeordnet sind, dass von den Emitterausgängen emittierte Laserlicht-Strahlen an eine lokale Abweichung des Kollimators vom telezentrischen Winkel angepasst sind. Die Wellenleiter und Emitterausgänge der ersten und/oder wenigstens einen zweiten integrierten photonischen Schaltung können derart angeordnet sein, dass sie weder parallel zueinander noch senkrecht zu der Emitterfläche der jeweiligen integrierten photonischen Schaltung ausgerichtet sind. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass der Kollimator als ein nicht-telezentrisches Objektiv ausgebildet sein kann.Another advantageous embodiment of the invention provides that the waveguides and emitter outputs of the first and/or at least one second integrated photonic circuit are arranged in such a way that laser light beams emitted by the emitter outputs are adapted to a local deviation of the collimator from the telecentric angle. The waveguides and emitter outputs of the first and/or at least one second integrated photonic circuit can be arranged in such a way that they are oriented neither parallel to one another nor perpendicular to the emitter surface of the respective integrated photonic circuit. The advantage of this configuration is that the collimator can be designed as a non-telecentric lens.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens drei integrierten Wellenleiter und die Emitterausgänge der ersten integrierten photonischen Schaltung in einer gemeinsamen ersten Ebene angeordnet sind. Die gemeinsame erste Ebene wird insbesondere durch die erste integrierte photonische Schaltung aufgespannt. Hierbei ist die erste integrierte photonische Schaltung auf einem ersten Wafer angeordnet und die mindestens drei integrierten Wellenleiter und die Emitterausgänge sind gleichmäßig verteilt auf dem ersten Wafer angeordnet. Die mindestens drei integrierten Wellenleiter und die Emitterausgänge sind insbesondere flachliegend auf dem ersten Wafer angeordnet. Die Emitterausgänge sind hierbei an einer gekrümmt ausgebildeten Seite des ersten Wafers angeordnet. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die erste integrierte photonische Schaltung einfach und kostengünstig hergestellt werden kann. Hierdurch kann der LIDAR-Sensor einfach und kostengünstig hergestellt werden.A further advantageous embodiment of the invention provides that the at least three integrated waveguides and the emitter outputs of the first integrated photonic circuit are arranged in a common first plane. The common first level is spanned in particular by the first integrated photonic circuit. In this case, the first integrated photonic circuit is arranged on a first wafer and the at least three integrated waveguides and the emitter outputs are arranged in a uniformly distributed manner on the first wafer. The at least three integrated waveguides and the emitter outputs are arranged in particular lying flat on the first wafer. In this case, the emitter outputs are arranged on a curved side of the first wafer. The advantage of this configuration is that the first integrated photonic circuit can be manufactured simply and inexpensively. As a result, the LIDAR sensor can be manufactured simply and inexpensively.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens drei integrierten Wellenleiter und die Emitterausgänge der wenigstens einen zweiten integrierten photonischen Schaltung in wenigstens einer zweiten Ebene angeordnet sind. Die zweite Ebene kann parallel zur ersten Ebene angeordnet sein. Die zweite Ebene kann eine gemeinsame zweite Ebene sein, die durch die zweite integrierte photonische Schaltung aufgespannt wird. Hierbei ist die zweite integrierte photonische Schaltung auf einem zweiten Wafer angeordnet und die mindestens drei integrierten Wellenleiter und die Emitterausgänge der zweiten integrierten photonischen Schaltung sind gleichmäßig verteilt auf dem zweiten Wafer angeordnet. Die mindestens drei integrierten Wellenleiter und die Emitterausgänge sind hierbei insbesondere flachliegend auf dem zweiten Wafer angeordnet. Die Emitterausgänge sind hierbei an einer gekrümmt ausgebildeten Seite des zweiten Wafers angeordnet. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die wenigstens eine zweite integrierte photonische Schaltung einfach und kostengünstig hergestellt werden kann. Hierdurch kann der LIDAR-Sensor einfach und kostengünstig hergestellt werden.A further advantageous embodiment of the invention provides that the at least three integrated waveguides and the emitter outputs of the at least one second integrated photonic circuit are arranged in at least one second level. The second plane can be arranged parallel to the first plane. The second level may be a common second level spanned by the second photonic integrated circuit. In this case, the second integrated photonic circuit is arranged on a second wafer and the at least three integrated waveguides and the emitter outputs of the second integrated photonic circuit are arranged in a uniformly distributed manner on the second wafer. In this case, the at least three integrated waveguides and the emitter outputs are arranged in particular lying flat on the second wafer. In this case, the emitter outputs are arranged on a curved side of the second wafer. The advantage of this configuration is that the at least one second integrated photonic circuit can be produced simply and inexpensively. As a result, the LIDAR sensor can be manufactured simply and inexpensively.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine zweite integrierte photonische Schaltung auf wenigstens zwei Wafern ausgebildet ist, welche verkippt zueinander angeordnet sind; und wobei die mindestens drei integrierten Wellenleiter und die Emitterausgänge gleichmäßig verteilt auf den wenigstens zwei Wafern angeordnet sind. Die wenigstens zwei Wafer sind hierbei insbesondere aneinander angrenzend angeordnet. Die mindestens drei integrierten Wellenleiter und die Emitterausgänge der wenigstens einen zweiten integrierten photonischen Schaltung sind durch die Verkippung der wenigstens zwei Wafer in wenigstens zwei Ebenen angeordnet. Die wenigstens zwei Wafer spannen hierbei die wenigstens zwei Ebenen auf. Zwei dieser Ebenen schneiden sich jeweils in einer Geraden und weisen einen Winkel zwischen sich auf. Wenigstens eine der wenigstens zwei Ebenen kann hierbei nicht parallel zur ersten Ebene der ersten integrierten photonischen Schaltung angeordnet sein. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass auf einfache Art und Weise eine durch den Kollimator verursachte Bildverzerrung ausgeglichen werden kann.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the at least one second integrated photonic circuit is formed on at least two wafers, which are arranged tilted relative to one another; and wherein the at least three integrated waveguides and the emitter outputs are evenly distributed on the at least two wafers. In this case, the at least two wafers are in particular arranged adjacent to one another. The at least three integrated waveguides and the emitter outputs of the at least one second integrated photonic circuit are arranged in at least two planes due to the tilting of the at least two wafers. The at least two wafers span the at least two levels. Two of these planes each intersect in a straight line and have an angle between them. In this case, at least one of the at least two levels cannot be arranged parallel to the first level of the first integrated photonic circuit. The advantage of this configuration is that an image distortion caused by the collimator can be compensated for in a simple manner.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Spiegel ein kardanisch gelagerter, um wenigstens zwei Achsen beweglich gelagerter Spiegel ist. Der Spiegel ist insbesondere in einer zweiten Fokalebene des Kollimators angeordnet. Die kollimierten Laserlichtstrahlen können auf dem Spiegel überlappen. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass von den Emitterausgängen emittiertes Laserlicht einfach und schnell abgelenkt werden kann. Es kann ein abtastender LIDAR-Sensor, auch scannender LIDAR-Sensor genannt, bereitgestellt werden. Laserlicht aus einem Wellenleiter kann hierbei mehrere Pixel des Sichtfeldes adressieren, da es mittels des beweglichen Spiegels im Sichtfeld bewegt wird. Im Vergleich zu FMCW-LIDAR-Sensoren, bei denen eine Vielzahl Emitterausgänge individuell angesteuert werden, um das gesamte Sichtfeld zu erfassen, reichen bei dem hier vorgestellten LIDAR-Sensor hierfür weniger Emitterausgänge aus. Es sind weniger Emitterausgänge nötig, als Pixel in einem Bild erfasst werden. Durch diese reduzierte Anzahl an Emitterausgängen kann die Anordnung der Emitterausgänge auf der gekrümmten Fokalebene einfacher ermöglicht werden.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the mirror is a cardanically mounted mirror that is mounted so as to be movable about at least two axes. In particular, the mirror is arranged in a second focal plane of the collimator. The collimated laser light beams can overlap on the mirror. The advantage of this configuration is that laser light emitted by the emitter outputs can be deflected quickly and easily. A scanning LIDAR sensor, also called a scanning LIDAR sensor, can be provided. Laser light from a waveguide can transmit several pixels of the addressing the field of view, as it is moved in the field of view by means of the movable mirror. Compared to FMCW LIDAR sensors, in which a large number of emitter outputs are individually controlled in order to cover the entire field of view, fewer emitter outputs are sufficient for the LIDAR sensor presented here. Fewer emitter outputs are required than pixels captured in an image. This reduced number of emitter outputs makes it easier to arrange the emitter outputs on the curved focal plane.

Die Erfindung geht weiterhin aus von einem Verfahren zum Erfassen eines Sichtfeldes mittels eines LIDAR-Sensors. Das Verfahren weist die Schritte auf der Ansteuerung einer Lichtquelle zur Aussendung von frequenzmoduliertem und/oder phasenmoduliertem Laserlicht; des Leitens des ausgesendeten Laserlichts durch mindestens drei integrierte Wellenleiter einer ersten integrierten photonischen Schaltung zu je einem Emitterausgang in einer gemeinsamen Emitterfläche der ersten integrierten photonischen Schaltung; der Kollimation des von den Emitterausgängen emittierten Laserlichts und Richtens auf ein gemeinsames Ziel, insbesondere einen Spiegel, mittels eines Kollimators, welcher mindestens eine Linse umfasst; und des Empfangens von aus dem Sichtfeld rückgestreuten und/oder reflektierten Strahlen mittels eines Detektors. Hierbei weist die Emitterfläche eine Krümmung auf, die einer gekrümmten Fokalebene des Kollimators entspricht, wobei die erste integrierte photonische Schaltung derart im LIDAR-Sensor angeordnet ist, dass die Emitterausgänge auf der gekrümmten Fokalebene angeordnet sind. Die mindestens drei Emitterausgänge sind insbesondere in der gemeinsamen Emitterfläche angeordnet.The invention is also based on a method for detecting a field of view using a LIDAR sensor. The method has the steps of driving a light source to emit frequency-modulated and/or phase-modulated laser light; guiding the emitted laser light through at least three integrated waveguides of a first integrated photonic circuit to an emitter output each in a common emitter area of the first integrated photonic circuit; the collimation of the laser light emitted by the emitter outputs and directing it to a common target, in particular a mirror, by means of a collimator which comprises at least one lens; and receiving by means of a detector rays backscattered and/or reflected from the field of view. In this case, the emitter surface has a curvature which corresponds to a curved focal plane of the collimator, the first integrated photonic circuit being arranged in the LIDAR sensor in such a way that the emitter outputs are arranged on the curved focal plane. The at least three emitter outputs are arranged in particular in the common emitter area.

Die Erfindung geht weiterhin aus von einem Verfahren zum Herstellen einer Sendeeinheit für einen oben beschriebenen LIDAR-Sensor aufweisend den Schritt des Bereitstellens mindestens eines Wafers zur Herstellung mindestens einer ersten oder einer wenigstens zweiten integrierten photonischen Schaltung und des Schritts des Laser-Schneidens des mindestens einen Wafers derart, dass eine gekrümmte Seite ausgebildet wird, die der Krümmung der Emitterfläche der ersten integrierten photonischen Schaltung oder der Krümmung der Emitterfläche der wenigstens einen zweiten integrierten photonischen Schaltung entspricht.The invention is also based on a method for producing a transmission unit for a LIDAR sensor as described above, comprising the step of providing at least one wafer for producing at least one first or at least one second integrated photonic circuit and the step of laser cutting the at least one wafer such that a curved side is formed corresponding to the curvature of the emitter surface of the first photonic integrated circuit or the curvature of the emitter surface of the at least one second photonic integrated circuit.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Figurenlistecharacter list

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente. Es zeigen:

1 Ausführungsbeispiel eines LIDAR-Sensors zur Erfassung eines Sichtfeldes;
2 Blick in ein Gehäuse eines beispielhaften LIDAR-Sensors und ein Beispiel eines Scan-Musters;
3 Strahlengang für eine beispielhafte Sendeeinheit;
4 Isometrische Sicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Stapels dreier integrierter photonischer Schaltungen;
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Stapels dreier integrierter photonischer Schaltungen;
6 Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel einer integrierten photonischen Schaltung;
7 Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Erfassung eines Sichtfeldes;
8 Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen einer Sendeeinheit für einen LIDAR-Sensor.

Exemplary embodiments of the present invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. The same reference symbols in the figures denote the same or equivalent elements. Show it:

1 Embodiment of a LIDAR sensor for detecting a field of view;
2 Looking inside an exemplary LIDAR sensor housing and an example of a scan pattern;
3 Beam path for an exemplary transmission unit;
4 Isometric view of an embodiment of a stack of three photonic integrated circuits;
5 another embodiment of a stack of three photonic integrated circuits;
6 Plan view of another embodiment of an integrated photonic circuit;
7 Embodiment of a method for detecting a field of view;
8th Embodiment of a method for producing a transmission unit for a LIDAR sensor.

1 zeigt beispielhaft ein Ausführungsbeispiel eines LIDAR-Sensors 100 zur Erfassung eines Sichtfeldes 101. Der LIDAR-Sensor 100 kann frequenzmoduliertes und/oder phasenmoduliertes Laserlicht in der Art eines Fächers 103 aussenden. Die Laserlichtstrahlen können hierbei um die Winkel δθ und δφ verkippt sein. Die Winkel δθ und δφ sind hierbei für einen Laserlichtstrahl jeweils in einer Größenordnung, dass der einzelne Laserlichtstrahl nicht das gesamte Sichtfeld 101 erfasst. Durch die Verwendung von wenigstens drei integrierten Wellenleitern und wenigstens drei Emitterausgänge (nähere Erläuterungen hierzu in der Beschreibung der folgenden Figuren) kann dennoch das gesamte Sichtfeld 101 mittels des LIDAR-Sensors 100 erfasst werden. 1 shows an exemplary embodiment of a LIDAR sensor 100 for detecting a field of view 101. The LIDAR sensor 100 can emit frequency-modulated and/or phase-modulated laser light in the manner of a fan 103. In this case, the laser light beams can be tilted by the angles δθ and δφ. In this case, the angles δθ and δφ for a laser light beam are each of such a magnitude that the individual laser light beam does not cover the entire field of view 101 . The use of at least three integrated waveguides and at least three emitter outputs (more detailed explanations on this in the description of the following figures) can nevertheless be used to capture the entire field of view 101 using the LIDAR sensor 100 .

In den folgenden Figuren wird insbesondere die Sendeeinheit eines LIDAR-Sensors 100 näher beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass der hier gezeigte LIDAR-Sensor 100 auch eine Empfangseinheit mit mindestens einem Detektor zum Empfangen von aus dem Sichtfeld 101 rückgestreuten und/oder reflektierten Strahlen umfasst.The transmission unit of a LIDAR sensor 100 in particular is described in more detail in the following figures. However, it goes without saying that the LIDAR sensor 100 shown here also includes a receiving unit with at least one detector for receiving beams scattered back and/or reflected from the field of view 101 .

2 zeigt einen Blick in ein Gehäuse H eines beispielhaften LIDAR-Sensors 100. Das Gehäuse H kann beispielsweise eine Größe von 50 mm x 60 mm x 120 mm haben. In dem Gehäuse H sind unter anderem die Komponenten der Sendeeinheit des LIDAR-Sensors 100 angeordnet. Der LIDAR-Sensor 100 weist mindestens eine Lichtquelle auf, welche dazu ausgebildet ist, frequenzmoduliertes und/oder phasenmoduliertes Laserlicht auszusenden. Weiterhin weist der LIDAR-Sensor 100 die erste integrierte photonische Schaltung PIC2, sowie eine erste zweite integrierte photonische Schaltung PIC1 und eine weitere zweite integrierte photonische Schaltung PIC3 auf. Jede der integrierten photonischen Schaltungen PIC1 bis PIC3 umfasst mindestens drei Wellenleiter, die das Laserlicht von der mindestens einen Lichtquelle zu je einem Emitterausgang in einer gemeinsamen Emitterfläche der jeweiligen integrierten photonischen Schaltung PIC1 bis PIC3 leiten. Dies wird später in den auf 2 folgenden Figuren näher erläutert werden. 2 shows a view into a housing H of an exemplary LIDAR sensor 100. The housing H can, for example, have a size of 50 mm x 60mm x 120mm. The components of the transmission unit of the LIDAR sensor 100 are arranged in the housing H, among other things. The LIDAR sensor 100 has at least one light source which is designed to emit frequency-modulated and/or phase-modulated laser light. Furthermore, the LIDAR sensor 100 has the first integrated photonic circuit PIC2, as well as a first second integrated photonic circuit PIC1 and a further second integrated photonic circuit PIC3. Each of the integrated photonic circuits PIC1 to PIC3 comprises at least three waveguides which conduct the laser light from the at least one light source to an emitter output in each case in a common emitter area of the respective integrated photonic circuit PIC1 to PIC3. This will be discussed later in the on 2 the following figures are explained in more detail.

Wie in der Vergrößerung im linken Teil der 2 dargestellt, ist die erste zweite integrierte photonische Schaltung PIC1 im Beispiel entlang der Achse y über der ersten integrierten photonischen Schaltung PIC2 angeordnet. Die weitere zweite integrierte photonische Schaltung PIC3 ist im Beispiel entlang der Achse y unter der ersten integrierten photonische Schaltung PIC2 angeordnet. Die drei integrierten photonischen Schaltungen PIC1 bis PIC3 sind somit gestapelt aufeinander angeordnet. Jede der drei integrierten photonischen Schaltungen PIC1 bis PIC3 kann jeweils ein vertikales (Teil-)Sichtfeld adressieren. Die erste integrierte photonische Schaltung PIC2 adressiert beispielsweise das oben in 2 dargestellte vertikale Teil-Sichtfeld F_M0. Die erste zweite integrierte photonische Schaltung PIC1 adressiert beispielsweise das vertikale Teil-Sichtfeld F_M2. Die weitere zweite integrierte photonische Schaltung PIC3 adressiert beispielsweise das vertikale Teil-Sichtfeld F_M1.As in the enlargement in the left part of the 2 shown, the first second integrated photonic circuit PIC1 is arranged in the example along the axis y above the first integrated photonic circuit PIC2. In the example, the further second integrated photonic circuit PIC3 is arranged along the y-axis below the first integrated photonic circuit PIC2. The three integrated photonic circuits PIC1 to PIC3 are thus stacked one on top of the other. Each of the three integrated photonic circuits PIC1 to PIC3 can address a vertical (partial) field of view. For example, the first photonic integrated circuit PIC2 addresses the above in 2 shown vertical partial field of view F _M0 . For example, the first second integrated photonic circuit PIC1 addresses the partial vertical field of view F _M2 . The additional second integrated photonic circuit PIC3 addresses, for example, the vertical partial field of view F _M1 .

Sowohl die Lichtquelle, als auch die integrierten photonischen Schaltungen PIC1 bis PIC3 sind in einem integrierten optischen Modul iom umfasst. Die integrierten photonischen Schaltungen PIC1, PIC2 und PIC3 emittieren Laserlicht CF, was hier beispielhaft nur für die erste integrierte photonische Schaltung PIC2 dargestellt ist. Das emittierte Laserlicht CF trifft anschließend auf den Kollimator O, der dazu ausgebildet ist, das Laserlicht CF zu kollimieren und auf ein gemeinsames Ziel, hier im Beispiel den Spiegel M, zu richten. Der Spiegel M kann, wie in der Vergrößerung im rechten Teil der 2 dargestellt, ein kardanisch gelagerter, um die zwei Achsen 201 und 202 beweglich gelagerter Spiegel sein. Das auf den Spiegel M treffende Laserlicht CF wird von dem Spiegel M abgelenkt. Das Laserlicht CF verlässt das Gehäuse H über die Apertur A als Laserstrahlen R1 bis RM, zentriert im jeweiligen Teil-Sichtfeld F₁ bis F_M und mit einem Winkelversatz θ₁ bis θ_M in Bezug auf eine optische Achse OA der Apertur A des LIDAR-Sensors 100. Beispielhaft hierfür ist der Winkel θ₁ in 2 eingezeichnet. Die Winkel θ₁ bis θ_M können hierbei abhängig sein von einer Fokallänge des Kollimators O und von einer lateralen Position der Emitterausgänge an einer gemeinsamen Emitterfläche der ersten integrierten photonischen Schaltung PIC2. Gleiches gilt auch für Laserlichtstrahlen, die von den beiden zweiten integrierten photonischen PIC1 und PIC3 emittiert werden. Laserlichtstrahlen, die von den beiden zweiten integrierten photonischen PIC1 und PIC3 emittiert werden, können einen, hier nicht gezeigten, Winkelversatz φ in einer zu θ orthogonal angeordneten Richtung haben. Dieser Winkelversatz ist abhängig vom Abstand 203-1 bzw. 203-2 der jeweiligen zweiten integrierten photonischen Schaltung PIC1 bzw. PIC3 zur ersten integrierten photonischen Schaltung PIC2.Both the light source and the integrated photonic circuits PIC1 to PIC3 are included in an integrated optical module iom. The integrated photonic circuits PIC1, PIC2 and PIC3 emit laser light CF, which is only shown here as an example for the first integrated photonic circuit PIC2. The emitted laser light CF then hits the collimator O, which is designed to collimate the laser light CF and to direct it to a common target, in this example the mirror M. The mirror M can, as in the enlargement in the right part of the 2 shown, be a gimballed mirror movably mounted about the two axes 201 and 202. The laser light CF impinging on the mirror M is deflected by the mirror M. The laser light CF leaves the housing H via the aperture A as laser beams R1 to RM, centered in the respective partial field of view F ₁ to F _M and with an angular offset θ ₁ to θ _M in relation to an optical axis OA of the aperture A of the LIDAR Sensor 100. An example of this is the angle θ ₁ in 2 drawn. In this case, the angles θ ₁ to θ _M can depend on a focal length of the collimator O and on a lateral position of the emitter outputs on a common emitter surface of the first integrated photonic circuit PIC2. The same also applies to laser light beams that are emitted by the two second integrated photonics PIC1 and PIC3. Laser light beams emitted by the two second integrated photonics PIC1 and PIC3 may have an angular displacement φ, not shown here, in a direction orthogonal to θ. This angular offset depends on the distance 203-1 or 203-2 of the respective second integrated photonic circuit PIC1 or PIC3 from the first integrated photonic circuit PIC2.

Das in 2 oben dargestellte Teilbild zeigt ein Bespiel eines Scanmusters, welches mittels des von der ersten integrierten photonische Schaltung PIC2 emittierten Laserlichts realisiert werden kann. Entlang einer ersten, sogenannten schnellen Achse kann ein sinusförmiger oder triangulärer Scan in horizontaler Richtung (θ-Richtung) realisiert werden. Entlang einer zweiten, sogenannten langsamen Achse kann ein linearer Scan in vertikaler Richtung (φ-Richtung) realisiert werden. Das Scannen kann mittels einer kontinuierlichen Bewegung oder auch schrittweise, mit einem kurzen Verweilen bei jedem Pixel erfolgen.This in 2 The partial image shown above shows an example of a scan pattern that can be implemented using the laser light emitted by the first integrated photonic circuit PIC2. A sinusoidal or triangular scan in the horizontal direction (θ-direction) can be realized along a first, so-called fast axis. A linear scan in the vertical direction (φ-direction) can be realized along a second, so-called slow axis. Scanning can be done in a continuous motion or it can be stepwise, dwelling briefly on each pixel.

3 zeigt einen Strahlengang für eine beispielhafte Sendeeinheit eines LIDAR-Sensors mit einer ersten integrierten photonischen Schaltung PIC. Die erste integrierte photonische Schaltung PIC kann Teil eines Stapels mehrerer integrierter photonischer Schaltungen, wie sie beispielsweise in 2 gezeigt wurden oder in den 4 und 5 gezeigt werden, sein. In 3 ist gut erkennbar, dass die erste integrierte photonische Schaltung PIC mehrere integrierte Wellenleiter LG1 bis LGM umfasst. Hier sind beispielhaft sechs integrierte Wellenleiter LG gezeigt. Die integrierten Wellenleiter LG1 bis LGM leiten das von der hier nicht gezeigten Lichtquelle ausgesendete Laserlicht zu je einem Emitterausgang EC1 bis ECM. Jedem der integrierten Wellenleiter LG1 bis LGM kann je ein Emitterausgang EC1 bis ECM zugeordnet sein. Die Emitterausgänge EC1 bis ECM sind hierbei in einer gemeinsamen Emitterfläche 301 der ersten integrierten photonischen Schaltung PIC angeordnet. Die Emitterfläche 301 weist hierbei eine Krümmung auf, die einer gekrümmten Fokalebene FP des Kollimators O entspricht. Zum Beispiel kann die erste integrierte photonische Schaltung PIC auf einem Wafer angeordnet sein und dieser Wafer kann an einer Seite/einer Seitenfläche gekrümmt ausgebildet sein. Die Krümmung der Emitterfläche 301 ist im hier gezeigten Beispiel konkav ausgebildet. Die Krümmung der Emitterfläche 301 kann alternativ zum Beispiel auch als Freiformfläche ausgebildet sein. Die erste integrierte photonische Schaltung PIC ist hierbei derart in der Sendeeinheit des LIDAR-Sensors angeordnet, dass die Emitterausgänge EC1 bis ECM auf der gekrümmten Fokalebene FP angeordnet sind. Die Emitterausgänge EC1 bis ECM der ersten integrierten photonischen Schaltung PIC können hierbei als Facetten von Kantenemittern ausgebildet sein. Die erste integrierte photonische Schaltung PIC kann derart in der Sendeeinheit angeordnet sein, dass die Emitterfläche 301 in einem hinteren Arbeitsabstand (back working distance) BWD des Kollimators O angeordnet ist. Der Kollimator O kann mindestens eine oder wie hier im Beispiel gezeigt mehrere optische Linsen 302 aufweisen. Das von den Emitterausgängen EC1 bis ECM emittierte, insbesondere kegelförmig emittierte, Laserlicht CF1 bis CFM wird von dem Kollimator kollimiert und wie hier anhand der Laserstrahlen LF1 und LFM beispielhaft gezeigt auf den Spiegel M gerichtet. Der Kollimator O kann somit simultan das ausgesendete Laserlicht CF1 bis CFM kollimieren. Der jeweils von einem Emitterausgang ausgesendete Laserlichtstrahl CF1 bis CFM kann hier in Bezug auf die optische Achse des Kollimators abgelenkt werden. Die Ablenkung hängt hierbei von der Position des jeweiligen Emitterausgangs EC1 bis ECM in der Emitterfläche 301 bzw. in der Fokalebene des Kollimators O ab. Insbesondere sind die Emitterausgänge EC1 bis ECM derart in der Fokalebene des Kollimators O angeordnet, dass die kollimierten Laserlichtstrahlen LF1 bis LM jeweils einen Winkelversatz δϕ in vertikaler Richtung und einen Winkelversatz δθ in horizontaler Richtung haben. Die kollimierten Strahlen LF1 bis LFM können dann in einer zweiten Fokalebene des Kollimators O überlappen. Wie im Beispiel gezeigt kann in dieser zweiten Fokalebene ein Spiegel M angeordnet sein. Vom Spiegel M können die Laserstrahlen LF1 bis LFM jeweils um einen Winkel θF1 bis θFM in Bezug auf die optische Achse OA der Apparatur der Sendeeinheit des LIDAR-Sensors abgelenkt werden. Jeder Laserstrahl LF1 bis LFM kann dadurch ein ihm zugeordnetes Teil-Sichtfeld adressieren. Anders gesagt, kann mittels der Sendeeinheit Laserlicht LF1 bis LFM in der Art eines Fächers ausgesendet werden. Wenn der Spiegel M um zwei Achsen beweglich gelagert ist, kann außerdem mittels einer Bewegung des Spiegels M um eine oder beide dieser zwei Achsen das Laserlicht CF1 bis CFM weiter in horizontaler Richtung (θ-Richtung) und vertikaler Richtung (Φ-Richtung) bewegt werden. Es kann der Fächer um δθ/2 und δφ/2 mittels der Bewegung des Spiegels M bewegt werden. Hierdurch kann das gesamte Sichtfeld erfasst werden. 3 shows a beam path for an exemplary transmission unit of a LIDAR sensor with a first integrated photonic circuit PIC. The first integrated photonic circuit PIC can be part of a stack of several integrated photonic circuits, as for example in 2 were shown or in the 4 and 5 to be shown. In 3 it is clearly recognizable that the first integrated photonic circuit PIC comprises a plurality of integrated waveguides LG1 to LGM. Six integrated waveguides LG are shown here as an example. The integrated waveguides LG1 to LGM guide the laser light emitted by the light source (not shown here) to an emitter output EC1 to ECM. An emitter output EC1 to ECM can be assigned to each of the integrated waveguides LG1 to LGM. In this case, the emitter outputs EC1 to ECM are arranged in a common emitter area 301 of the first integrated photonic circuit PIC. In this case, the emitter surface 301 has a curvature that corresponds to a curved focal plane FP of the collimator O. FIG. For example, the first integrated photonic circuit PIC can be arranged on a wafer and this wafer can be curved on one side/side surface. The curvature of the emitter surface 301 is in the case shown here game concave. Alternatively, the curvature of the emitter surface 301 can also be designed as a free-form surface, for example. The first integrated photonic circuit PIC is arranged in the transmission unit of the LIDAR sensor in such a way that the emitter outputs EC1 to ECM are arranged on the curved focal plane FP. In this case, the emitter outputs EC1 to ECM of the first integrated photonic circuit PIC can be in the form of facets of edge emitters. The first integrated photonic circuit PIC can be arranged in the transmission unit in such a way that the emitter surface 301 is arranged in a back working distance BWD of the collimator O. The collimator O can have at least one optical lens 302 or, as shown here in the example, multiple optical lenses. The laser light CF1 to CFM emitted by the emitter outputs EC1 to ECM, in particular emitted conically, is collimated by the collimator and directed onto the mirror M, as shown here using the laser beams LF1 and LFM as an example. The collimator O can thus simultaneously collimate the emitted laser light CF1 to CFM. The laser light beam CF1 to CFM emitted by an emitter output can be deflected here in relation to the optical axis of the collimator. In this case, the deflection depends on the position of the respective emitter output EC1 to ECM in the emitter surface 301 or in the focal plane of the collimator O. FIG. In particular, the emitter outputs EC1 to ECM are arranged in the focal plane of the collimator O such that the collimated laser light beams LF1 to LM each have an angular offset δφ in the vertical direction and an angular offset δθ in the horizontal direction. The collimated beams LF1 to LFM can then overlap in a second focal plane of the collimator O. As shown in the example, a mirror M can be arranged in this second focal plane. The laser beams LF1 to LFM can be deflected by the mirror M, respectively, by an angle θF1 to θFM with respect to the optical axis OA of the apparatus of the transmission unit of the LIDAR sensor. Each laser beam LF1 to LFM can thereby address a partial field of view assigned to it. In other words, laser light LF1 to LFM can be emitted in a fan-like manner by means of the emission unit. In addition, when the mirror M is movably supported about two axes, by moving the mirror M about one or both of these two axes, the laser lights CF1 to CFM can be further moved in the horizontal direction (θ direction) and vertical direction (Φ direction). . The fan can be moved by δθ/2 and δφ/2 by moving the mirror M. As a result, the entire field of view can be covered.

4 zeigt eine isometrische Sicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Stapels dreier integrierter photonischer Schaltungen PIC1, PIC2 und PIC3. Die drei integrierten photonischen Schaltungen PIC1 bis PIC3 sind hierbei übereinandergestapelt angeordnet. Die erste zweite integrierte photonische Schaltung PIC1 ist entlang der eingezeichneten y-Achse über der ersten integrierten photonischen Schaltung PIC2, die weitere zweite integrierte photonische Schaltung PIC3 ist entlang der y-Achse unter der ersten integrierten photonische Schaltung PIC2 angeordnet. 4 12 shows an isometric view of an embodiment of a stack of three photonic integrated circuits PIC1, PIC2 and PIC3. The three integrated photonic circuits PIC1 to PIC3 are arranged stacked on top of one another. The first second integrated photonic circuit PIC1 is arranged along the y-axis shown above the first integrated photonic circuit PIC2, the further second integrated photonic circuit PIC3 is arranged along the y-axis below the first integrated photonic circuit PIC2.

Die erste integrierte photonische Schaltung PIC2 umfasst mehrere, hier nicht extra eingezeichnete, integrierte Wellenleiter LG, die Laserlicht einer hier nicht gezeigten Lichtquelle zu je einem Emitterausgang EC (hier als Punkte dargestellt) in einer gemeinsamen Emitterfläche 403 der ersten integrierten photonischen Schaltung PIC2 leiten. Die Emitterfläche 403 weist eine Krümmung auf, die einer gekrümmten Fokalebene des hier nicht gezeigten Kollimators entspricht. Die Emitterausgänge EC sind auf dieser gekrümmten Fokalebene angeordnet. Auch die zweiten integrierten photonischen Schaltungen PIC1 und PIC3 weisen jeweils mehrere integrierte Wellenleiter LG auf (in 4 für die erste zweite integrierte photonische Schaltung PIC1 eingezeichnet), die Laserlicht von der hier nicht gezeigten Lichtquelle zu je einem Emitterausgang EC (jeweils als Punkte dargestellt) in jeweils einer gemeinsamen Emitterfläche 402 bzw. 403 der ersten zweiten integrierten photonische Schaltung PIC1 bzw. der weiteren zweiten integrierten photonische Schaltung PIC3 leiten. Die Emitterfläche 402 der ersten zweiten integrierten photonischen Schaltung PIC1 weist eine Krümmung auf, die der gekrümmten Fokalebene des hier nicht gezeigten Kollimators entspricht. Und auch die Emitterfläche 403 der weiteren zweiten integrierten photonischen Schaltung PIC3 weist eine Krümmung auf, die der gekrümmten Fokalebene des hier nicht gezeigten Kollimators entspricht. Die Emitterausgänge EC der beiden zweiten integrierten photonischen Schaltungen PIC1 und PIC3 sind jeweils auf dieser gekrümmten Fokalebene angeordnet.The first integrated photonic circuit PIC2 includes several integrated waveguides LG (not shown here), which guide laser light from a light source (not shown here) to an emitter output EC each (shown here as points) in a common emitter area 403 of the first integrated photonic circuit PIC2. The emitter surface 403 has a curvature that corresponds to a curved focal plane of the collimator, not shown here. The emitter outputs EC are arranged on this curved focal plane. The second integrated photonic circuits PIC1 and PIC3 each have a number of integrated waveguides LG (in 4 drawn in for the first second integrated photonic circuit PIC1), the laser light from the light source not shown here to one emitter output EC each (each shown as a point) in a common emitter area 402 or 403 of the first second integrated photonic circuit PIC1 or the others second integrated photonic circuit PIC3 conduct. The emitter surface 402 of the first second integrated photonic circuit PIC1 has a curvature that corresponds to the curved focal plane of the collimator, which is not shown here. And the emitter surface 403 of the further second integrated photonic circuit PIC3 also has a curvature that corresponds to the curved focal plane of the collimator, which is not shown here. The emitter outputs EC of the two second integrated photonic circuits PIC1 and PIC3 are each arranged on this curved focal plane.

Für die weitere zweite integrierte photonische Schaltung PIC3 ist beispielhaft gezeigt, wie rein von deren Emitterausgängen EC Laserlicht CF emittiert wird. Es kann jedoch synchron von allen Emitterausgängen aller drei hier gezeigten integrierten photonischen Schaltungen PIC1 bis PIC3 synchron Laserlicht CF emittiert werden. Der Pfeil 401 markiert die Ebene, in der eine erste Linse des hier nicht gezeigten Kollimators O angeordnet sein kann.For the additional second integrated photonic circuit PIC3, it is shown by way of example how laser light CF is emitted purely from its emitter outputs EC. However, laser light CF can be emitted synchronously from all emitter outputs of all three integrated photonic circuits PIC1 to PIC3 shown here. The arrow 401 marks the plane in which a first lens of the collimator O, not shown here, can be arranged.

In 4 ist weiterhin beispielhaft erkennbar, dass die mindestens drei integrierten Wellenleiter LG (hier nicht extra eingezeichnet) und die Emitterausgänge EC (hier als Punkte dargestellt) der ersten integrierten photonischen Schaltung PIC2 in einer gemeinsamen ersten Ebene 406 angeordnet sein können. Die gemeinsame erste Ebene 406 wird insbesondere durch die erste integrierte photonische Schaltung PIC2 aufgespannt. Die erste Ebene 406 erstreckt sich hierbei in der gezeigten x-z-Ebene. Die mindestens drei integrierten Wellenleiter LG und die Emitterausgänge EC der ersten zweiten integrierten photonischen Schaltung PIC1 sind im Beispiel in einer gemeinsamen zweiten Ebene 405 angeordnet. Die gemeinsame zweite Ebene 405 wird insbesondere durch die erste zweite integrierte photonische Schaltung PIC1 aufgespannt. Die mindestens drei integrierten Wellenleiter LG (hier nicht extra eingezeichnet) und die Emitterausgänge EC (hier als Punkte dargestellt) der weiteren zweiten integrierten photonischen Schaltung PIC3 sind im Beispiel in einer gemeinsamen zweiten Ebene 407 angeordnet. Die gemeinsame zweite Ebene 407 wird insbesondere durch die weitere zweite integrierte photonische Schaltung PIC3 aufgespannt. Auch die zweiten Ebenen 405 und 407 erstrecken sich im Beispiel in der gezeigten x-z-Ebene. Die Ebenen 405, 406 und 407 sind somit parallel zueinander angeordnet. Die Ebenen 405, 406 und 407 können auch jeweils als Wafer aufgefasst werden, auf denen die jeweilige integrierte photonische Schaltung PIC, PIC2 bzw. PIC3 angeordnet ist.In 4 It can also be seen, for example, that the at least three integrated waveguides LG (not shown separately here) and the emitter outputs EC (shown here as points) of the first integrated photonic circuit PIC2 are arranged in a common first level 406 be able. The common first level 406 is spanned in particular by the first integrated photonic circuit PIC2. In this case, the first plane 406 extends in the xz plane shown. The at least three integrated waveguides LG and the emitter outputs EC of the first second integrated photonic circuit PIC1 are arranged in a common second level 405 in the example. The common second level 405 is spanned in particular by the first second integrated photonic circuit PIC1. The at least three integrated waveguides LG (not shown separately here) and the emitter outputs EC (shown here as points) of the further second integrated photonic circuit PIC3 are arranged in a common second plane 407 in the example. The common second level 407 is spanned in particular by the further second integrated photonic circuit PIC3. The second planes 405 and 407 also extend in the xz plane shown in the example. The planes 405, 406 and 407 are thus arranged parallel to one another. The levels 405, 406 and 407 can also be regarded as wafers on which the respective integrated photonic circuit PIC, PIC2 or PIC3 is arranged.

5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Stapels dreier integrierter photonischer Schaltungen PIC1, PIC2 und PIC3. Die drei integrierten photonischen Schaltungen PIC1 bis PIC3 sind hierbei übereinandergestapelt angeordnet. Die erste zweite integrierte photonische Schaltung PIC1 ist entlang der eingezeichneten y-Achse über der ersten integrierten photonischen Schaltung PIC2, die weitere zweite integrierte photonische Schaltung PIC3 ist entlang der y-Achse unter der ersten integrierten photonischen Schaltung PIC2 angeordnet. 5 12 shows another embodiment of a stack of three integrated photonic circuits PIC1, PIC2 and PIC3. The three integrated photonic circuits PIC1 to PIC3 are arranged stacked on top of one another. The first second integrated photonic circuit PIC1 is arranged along the y-axis shown above the first integrated photonic circuit PIC2, the further second integrated photonic circuit PIC3 is arranged along the y-axis below the first integrated photonic circuit PIC2.

5A zeigt eine Draufsicht auf den Stapel der drei integrierten photonischen Schaltungen PIC1 bis PIC3. Es sind beispielhaft einige integrierte Wellenleiter LG und Emitterausgänge EC (hier als Punkte dargestellt) der ersten zweiten integrierten photonischen Schaltung PIC1 erkennbar, von denen aus Laserlicht CF emittiert wird. 5A FIG. 1 shows a top view of the stack of the three integrated photonic circuits PIC1 to PIC3. A few integrated waveguides LG and emitter outputs EC (represented here as points) of the first second integrated photonic circuit PIC1 can be seen by way of example, from which laser light CF is emitted.

5B zeigt eine Frontalansicht des Stapels. Es ist erkennbar, dass bei diesem Ausführungsbeispiel die integrierten Wellenleiter und die Emitterausgänge EC (als Punkte dargestellt) der ersten integrierten photonischen Schaltung PIC2 in der gemeinsamen ersten Ebene 506 angeordnet sind. Die erste integrierte photonische Schaltung PIC2 ist auf dem Wafer 502 angeordnet. Die erste Ebene 506 bzw. der Wafer 502 erstrecken sich in der x-z-Ebene. 5B shows a front view of the stack. It can be seen that in this exemplary embodiment the integrated waveguides and the emitter outputs EC (represented as dots) of the first integrated photonic circuit PIC2 are arranged in the common first plane 506 . The first photonic integrated circuit PIC2 is arranged on the wafer 502 . The first plane 506 or the wafer 502 extends in the xz plane.

Die zweiten integrierten photonischen Schaltung PIC1 und PIC3 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel auf jeweils zwei Wafern angeordnet. Die erste zweite integrierte photonische Schaltung PIC1 ist auf den Wafern 501-1 und 501-2 angeordnet, welche verkippt zueinander angeordnet sind. Die integrierten Wellenleiter LG und die Emitterausgänge EC der ersten zweiten integrierten photonischen Schaltung PIC1 sind durch die Verkippung der zwei Wafer 501-1 und 501-2 in den zwei Ebenen 504-1 und 504-2 angeordnet. Die integrierten Wellenleiter LG und die Emitterausgänge EC der ersten zweiten integrierten photonischen Schaltung PIC1 sind gleichmäßig verteilt auf den zwei Wafern 501-1 und 501-2 angeordnet.In the exemplary embodiment shown, the second integrated photonic circuits PIC1 and PIC3 are each arranged on two wafers. The first second integrated photonic circuit PIC1 is arranged on the wafers 501-1 and 501-2, which are arranged tilted relative to one another. The integrated waveguides LG and the emitter outputs EC of the first second integrated photonic circuit PIC1 are arranged in the two planes 504-1 and 504-2 due to the tilting of the two wafers 501-1 and 501-2. The integrated waveguides LG and the emitter outputs EC of the first second integrated photonic circuit PIC1 are distributed uniformly on the two wafers 501-1 and 501-2.

Die weitere zweite integrierte photonische Schaltung PIC3 ist auf den Wafern 503-1 und 503-2 angeordnet, welche verkippt zueinander angeordnet sind. Die integrierten Wellenleiter und die Emitterausgänge EC (als Punkte dargestellt) der weiteren zweiten integrierten photonischen Schaltung PIC3 sind durch die Verkippung der zwei Wafer 503-1 und 503-2 in den zwei Ebenen 507-1 und 507-2 angeordnet. Die integrierten Wellenleiter und die Emitterausgänge EC der weiteren zweiten integrierten photonischen Schaltung PIC3 sind gleichmäßig verteilt auf den zwei Wafern 503-1 und 503-2 angeordnet.The additional, second integrated photonic circuit PIC3 is arranged on the wafers 503-1 and 503-2, which are arranged tilted relative to one another. The integrated waveguides and the emitter outputs EC (represented as points) of the further second integrated photonic circuit PIC3 are arranged in the two planes 507-1 and 507-2 due to the tilting of the two wafers 503-1 and 503-2. The integrated waveguides and the emitter outputs EC of the further second integrated photonic circuit PIC3 are arranged in a uniformly distributed manner on the two wafers 503-1 and 503-2.

Sowohl die Ebenen 504-1 und 504-2, als auch die Ebenen 507-1 und 507-2 sind hierbei nicht parallel zur ersten Ebene 506 der ersten integrierten photonischen Schaltung angeordnet.In this case, both the levels 504-1 and 504-2 and the levels 507-1 and 507-2 are not arranged parallel to the first level 506 of the first integrated photonic circuit.

6 zeigt eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel einer ersten integrierten photonischen Schaltung PIC. Die erste integrierte photonische Schaltung PIC kann Teil eines Stapels mehrerer integrierter photonischer Schaltungen, wie sie beispielsweise in den 2, 4 und 5 gezeigt wurden, sein. Hierbei ist anzumerken, dass auch zweite integrierte photonische Schaltungen einer Sendeeinheit die im Folgenden erläuterten Merkmale aufweisen können. 6 shows a plan view of a further exemplary embodiment of a first integrated photonic circuit PIC. The first integrated photonic circuit PIC can be part of a stack of several integrated photonic circuits, such as those shown in FIGS 2 , 4 and 5 were shown to be. It should be noted here that second integrated photonic circuits of a transmission unit can also have the features explained below.

Die hier gezeigte erste integrierte photonische Schaltung PIC weist die Wellenleiter LG auf, die Licht von einer hier nicht gezeigten Lichtquelle zu je einem Emitterausgang EC in der gemeinsamen Emitterfläche 603 der ersten integrierten photonischen Schaltung PIC leiten. Die Emitterfläche 603 weist eine Krümmung auf, die einer gekrümmten Fokalebene eines hier nicht gezeigten Kollimators entspricht, wobei die erste integrierte photonische Schaltung PIC derart in einem LIDAR-Sensor angeordnet ist, dass die Emitterausgänge EC auf der gekrümmten Fokalebene angeordnet sind. Die Wellenleiter LG und die Emitterausgänge EC der ersten integrierten photonischen Schaltung PIC sind in diesem Ausführungsbeispiel derart angeordnet, dass von den Emitterausgängen EC emittierte Lichtstrahlen CF an einen lokalen nicht-telezentrischen Winkel des Kollimators angepasst sind. Die Orientierung jedes Wellenleiters LG und jedes zugehörigen Emitterausgangs EC ist hier derart gewählt, dass die Richtung des ausgesandten Laserlichts CF mit einem lokalen nicht-telezentrischen Winkel des Kollimators zusammenfällt. Die Richtung des ausgesandten Laserlichts CF wird hierbei insbesondere dadurch angepasst, dass für jeden Wellenleiter LG und den zugehörigen Emitterausgang ein geeigneter Winkel γ zwischen einer Orientierung 602 eines jeden Wellenleiters LG und einer Normalen 601 auf der Emitterfläche 603 an der Stelle des zugehörigen Emitterausgangs EC gewählt wird. Hierbei kann noch das Brechungsgesetz beachtet werden, welche beeinflusst, wie das ausgesandte Laserlicht an der Kante der integrierten photonischen Schaltung PIC, bzw. an der Kante eines Wafers, auf der die integrierte photonische Schaltung PIC angeordnet ist, gebrochen wird, um letztlich zu erreichen, dass das Laserlicht CF in die gewünschte Richtung ausgesendet wird.The first integrated photonic circuit PIC shown here has the waveguides LG, which guide light from a light source (not shown here) to an emitter output EC in the common emitter area 603 of the first integrated photonic circuit PIC. The emitter surface 603 has a curvature that corresponds to a curved focal plane of a collimator, not shown here, the first integrated photonic circuit PIC being arranged in a LIDAR sensor such that the emitter outputs EC are arranged on the curved focal plane. In this exemplary embodiment, the waveguides LG and the emitter outputs EC of the first integrated photonic circuit PIC are arranged in such a way that light beams CF emitted by the emitter outputs EC are directed at a local non-telecentric angle of the collimator are adjusted. The orientation of each waveguide LG and each associated emitter output EC is chosen here in such a way that the direction of the emitted laser light CF coincides with a local non-telecentric angle of the collimator. The direction of the emitted laser light CF is adjusted here in particular by selecting a suitable angle γ between an orientation 602 of each waveguide LG and a normal 601 on the emitter surface 603 at the point of the associated emitter output EC for each waveguide LG and the associated emitter output . The law of refraction can also be observed here, which influences how the emitted laser light is refracted at the edge of the integrated photonic circuit PIC, or at the edge of a wafer on which the integrated photonic circuit PIC is arranged, in order to ultimately achieve that the laser light CF is emitted in the desired direction.

7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Erfassung eines Sichtfeldes mittels eines LIDAR-Sensors. Der LIDAR-Sensor kann ein LIDAR-Sensor, wie er in den vorherigen Figuren beschrieben wurde, sein. Das Verfahren 700 startet im Schritt 701. Im Schritt 702 wird eine Lichtquelle zur Aussendung von frequenzmoduliertem und/oder phasenmoduliertem Laserlicht angesteuert. Im Schritt 703 wird das ausgesendete Laserlicht durch mindestens drei integrierte Wellenleiter einer ersten integrierten photonischen Schaltung zu je einem Emitterausgang in einer gemeinsamen Emitterfläche der ersten integrierten photonische Schaltung geleitet. Im Schritt 704 wird das von den Emitterausgängen emittierte Laserlicht kollimiert und auf ein gemeinsames Ziel, insbesondere einen Spiegel, mittels eines Kollimators gerichtet, welcher mindestens eine Linse umfasst. Hierbei weist die Emitterfläche eine Krümmung auf, die einer gekrümmten Fokalebene des Kollimators entspricht, wobei die erste integrierte photonische Schaltung derart im LIDAR-Sensor angeordnet ist, dass die Emitterausgänge auf der gekrümmten Fokalebene angeordnet sind. Im Schritt 705 werden aus dem Sichtfeld rückgestreute und/oder reflektierte Strahlen mittels eines Detektors empfangen. Das Verfahren 700 endet im Schritt 706. 7 shows an embodiment of a method for detecting a field of view using a LIDAR sensor. The LIDAR sensor can be a LIDAR sensor as described in the previous figures. The method 700 starts in step 701. In step 702, a light source is controlled to emit frequency-modulated and/or phase-modulated laser light. In step 703, the emitted laser light is guided through at least three integrated waveguides of a first integrated photonic circuit to an emitter output each in a common emitter area of the first integrated photonic circuit. In step 704 the laser light emitted by the emitter outputs is collimated and directed onto a common target, in particular a mirror, by means of a collimator which comprises at least one lens. In this case, the emitter surface has a curvature which corresponds to a curved focal plane of the collimator, the first integrated photonic circuit being arranged in the LIDAR sensor in such a way that the emitter outputs are arranged on the curved focal plane. In step 705, rays scattered back and/or reflected from the field of view are received by a detector. The method 700 ends in step 706.

8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen einer Sendeeinheit für einen oben beschriebenen LIDAR-Sensor. Das Verfahren 800 startet im Schritt 801. Im Schritt 802 wird mindestens ein Wafer zur Herstellung mindestens einer ersten oder einer wenigstens zweiten integrierten photonischen Schaltung bereitgestellt. Im Schritt 803 kommt es zum Laser-Schneiden des mindestens einen Wafers derart, dass eine gekrümmte Seite ausgebildet wird, die der Krümmung der Emitterfläche der ersten integrierten photonischen Schaltung oder der Krümmung der Emitterfläche der wenigstens einen zweiten integrierten photonischen Schaltung entspricht. Das Verfahren 800 endet im Schritt 804. 8th shows an exemplary embodiment of a method for producing a transmission unit for a LIDAR sensor described above. The method 800 starts in step 801. In step 802, at least one wafer for producing at least a first or at least a second integrated photonic circuit is provided. In step 803 the at least one wafer is laser cut in such a way that a curved side is formed which corresponds to the curvature of the emitter surface of the first integrated photonic circuit or the curvature of the emitter surface of the at least one second integrated photonic circuit. The method 800 ends in step 804.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

WO 2018/160729 A2 [0002]

Claims

LIDAR sensor (100) for detecting a field of view (101), comprising a transmission unit with: • at least one light source, which is designed to emit frequency-modulated and/or phase-modulated laser light; • at least one first integrated photonic circuit (PIC, PIC2) comprising at least three integrated waveguides (LG1-LGM), which guide the laser light from the at least one light source to an emitter output (EC1-ECM) each in a common emitter area (301, 403, 603 ) of the first integrated photonic circuit (PIC, PIC2); and • a collimator (O), comprising at least one lens (302), which is designed to collimate the laser light (CF, CF1-CFM) emitted by the emitter outputs (EC1-ECM) and focus it on a common target, in particular a mirror ( M), to direct; and further comprising a receiving unit with at least one detector for receiving beams scattered back and/or reflected from the field of view (101); characterized in that • the emitter surface (301, 403, 603) has a curvature that corresponds to a curved focal plane (FP) of the collimator (O), the first integrated photonic circuit (PIC, PIC2) being installed in the LIDAR sensor (100th ) is arranged such that the emitter outputs (EC1-ECM) are arranged on the curved focal plane (FP).

LIDAR sensor (100) after claim 1 , wherein the transmission unit has at least one second integrated photonic circuit (PIC1, PIC3) comprising at least three integrated waveguides (LG) that transmit laser light from the at least one light source to an emitter output (EC) each in a common emitter area (402, 403) of the second integrated conducting photonic circuitry (PIC1, PIC3); wherein the emitter surface (402, 403) of the at least one second photonic integrated circuit (PIC1, PIC3) has a curvature corresponding to the curved focal plane (FP) of the collimator (O), wherein the at least one second photonic integrated circuit (PIC1, PIC3 ) is arranged in the LIDAR sensor (100) such that the emitter outputs (EC) are arranged on the curved focal plane (FP); and wherein the second photonic integrated circuit (PIC1, PIC3) is arranged along an axis (y) above or below the first photonic integrated circuit (PIC2).

LIDAR sensor (100) after claim 1 or 2 , wherein the emitter outputs (EC) of the first (PIC, PIC2) and/or the at least one second integrated photonic circuit (PIC1, PIC3) are each formed as facets of edge emitters.

LIDAR sensor (100) according to one of the Claims 1 until 3 , wherein the waveguides (LG1-LGM) and emitter outputs (EC1-ECM) of the first (PIC, PIC2) and/or at least one second integrated photonic circuit (PIC1, PIC3) are arranged such that the emitter outputs (EC1-ECM) emitted light rays (CF) are adapted to a local deviation of the collimator (O) from the telecentric angle.

LIDAR sensor (100) according to one of the Claims 1 until 4 , The at least three integrated waveguides (LG1-LGM) and the emitter outputs (EC1-ECM) of the first integrated photonic circuit (PIC, PIC2) being arranged in a common first level (406, 506).

LIDAR sensor (100) according to one of the claims 2 until 5 , wherein the at least three integrated waveguides (LG1-LGM) and the emitter outputs (EC1-ECM) of the at least one second integrated photonic circuit (PIC1, PIC3) in at least one second level (405, 407, 504-1, 504-2, 507-1, 507-2) are arranged.

LIDAR sensor (100) according to one of the claims 2 until 6 , wherein the at least one second integrated photonic circuit (PIC1, PIC3) is formed on at least two wafers (501-1 and 501-2; 503-1 and 503-2) which are arranged tilted to one another; and wherein the at least three integrated waveguides (LG) and the emitter outputs (EC) are arranged in a uniformly distributed manner on the at least two wafers (501-1 and 501-2; 503-1 and 503-2).

LIDAR sensor (100) according to one of the Claims 1 until 6 , wherein the mirror (M) is a gimballed mirror (M) that is movably mounted about at least two axes (201, 202).

Method (700) for detecting a field of view by means of a LIDAR sensor, comprising the steps: • activation (702) of a light source for emitting frequency-modulated and/or phase-modulated laser light; • Conducting (703) the emitted laser light through at least three integrated waveguides of a first integrated photonic circuit to an emitter output each in a common emitter area of the first integrated photonic circuit; • collimating (704) the laser light emitted by the emitter outputs and directing it to a common target, in particular a mirror, by means of a collimator which comprises at least one lens; • Receiving (705) from the field of view backscattered and / or reflected beams by means of a detector; characterized in that • the emitter surface has a curvature corresponding to a curved focal plane of the collimator, the first photonic integrated circuit being arranged in the LIDAR sensor such that the emitter outputs are arranged on the curved focal plane.

Method for producing (800) a transmission unit for a LIDAR sensor according to one of Claims 1 until 8th comprising the steps of: • providing (802) at least one wafer for producing at least a first or at least a second integrated photonic circuit; and • laser cutting (803) the at least one wafer to form a curved side corresponding to the curvature of the emitter surface of the first photonic integrated circuit or the curvature of the emitter surface of the at least one second photonic integrated circuit.