DE102021208949A1

DE102021208949A1 - LiDAR-Vorrichtung

Info

Publication number: DE102021208949A1
Application number: DE102021208949.6A
Authority: DE
Inventors: Stefan Spiessberger; Albert Groening
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-08-16
Filing date: 2021-08-16
Publication date: 2023-02-16
Also published as: WO2023020736A1

Abstract

Er wird eine LiDAR-Vorrichtung mit einer Laserlichtquelle (1), die eine Vielzahl von Laseremittern (2) aufweist, die jeweils dazu eingerichtet sind, ein Laserlichtsignal (3) zu erzeugen und auszugeben, und mit einer Strahlformungsoptik (4), die dazu eingerichtet ist, die Laserlichtsignale (3) in ein Sichtfeld (10) der LiDAR-Vorrichtung aufzuweiten, angegeben. Dabei ist die Strahlformungsoptik (4) dazu eingerichtet, jedes Laserlichtsignal (3) derartig aufzuweiten, dass es das gesamte Sichtfeld (10) ausleuchtet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine LiDAR-Vorrichtung mit einer Laserlichtquelle, die eine Vielzahl von Laseremittern aufweist, die jeweils dazu eingerichtet sind, ein Laserlichtsignal zu erzeugen und auszugeben, und mit einer Strahlformungsoptik, die dazu eingerichtet ist, die Laserlichtsignale in ein Sichtfeld der LiDAR-Vorrichtung aufzuweiten.
Stand der Technik
Derartige LiDAR-Vorrichtungen sind im Stand der Technik bekannt. In diesen LiDAR-Vorrichtungen wird der Sendepfad mit einer Strahlformungsoptik realisiert. Dies bedeutet, jedes Laserlichtsignal wird abhängig von seiner Position in einen dazugehörigen Raumwinkel ausgesendet. Dabei beleuchtet dann beispielsweise ein oberster Laseremitter den unteren Teil des Sichtfeldes, ein mittlerer Laseremitter den mittleren Teil des Sichtfeldes und ein unterster Laseremitter den obersten Teil des Sichtfeldes. Fällt einer dieser Laseremitter aus, dann wird der korrespondierende Teil des Sichtfeldes der LiDAR-Vorrichtung nicht mehr ausgeleuchtet.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine LiDAR-Vorrichtung zur Verfügung gestellt, bei der die Strahlformungsoptik dazu eingerichtet ist, jedes Lasersignal derartig aufzuweiten, dass es das gesamte Sichtfeld ausleuchtet.
Vorteile der Erfindung
Die LiDAR-Vorrichtung hat den Vorteil, dass der Ausfall eines oder mehrerer Laseremitter der Laserquelle nicht dazu führt, dass ein Teil des Sichtfeldes nicht mehr ausgeleuchtet wird. Die Entstehung blinder Flecken im Sichtfeld der LiDAR-Vorrichtung kann vermieden werden. Er wird eine hohe Homogenität der durch die Laserlichtsignale erzeugten Laserlinie erreicht.
Dabei ist es möglich, dass die Strahlformungsoptik eine Mikrolinsenoptik mit einer Vielzahl von Mikrolinsenelementen aufweist, wobei jedes Laserlichtsignal an mindestens einem Mikrolinsenelement aufgeweitet wird.
Hierdurch kann zum einen die Strahlformungsoptik auf eine konstruktiv einfache Weise realisiert werden. Zum anderen ist die Strahlformungsoptik auch redundant ausgelegt. Denn falls einer der Laseremitter ausfällt, so wird nach wie vor das gesamte Sichtfeld der LiDAR-Vorrichtung ausgeleuchtet. Dies geschieht allerdings mit etwas weniger Leistung, was beispielsweise durch eine Erhöhung der Leistung der Laseremitter ausgeglichen werden kann.
In einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich die einzelnen an dem Mikrolinsenelement aufgeweiteten Laserlichtsignale in einem Fernfeld der Strahlformungsoptik gegenseitig überlagern.
Die Strahlformungsoptik kann daher beispielsweise derartig ausgestaltet sein, dass sie an jeder vertikalen (oder horizontalen) Position der Strahlformungsoptik das gesamte vertikale (oder horizontale) Sichtfeld ausleuchtet. Unmittelbar nach den einzelnen Mikrolinsenelementen sind die einzelnen Laserlichtsignale zwar noch räumlich getrennt. Allerdings überlagern sich die Laserlichtsignale in einem Fernfeld der Strahlformungsoptik (typischerweise bei Abständen, die größer als 50 cm sind) dann nahezu vollständig. Es entsteht eine Durchmischung der einzelnen Laserlichtsignale. Wiederum gilt, dass wenn einer der Laseremitter ausfällt, dennoch eine vollständige Ausleuchtung des gesamten Sichtfeldes erreicht werden kann.
Dabei ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Mikrolinsenoptik auf einer oder auf beiden Seiten einer Linse der Strahlformungsoptik angeordnet ist.
Die erwähnte Art der Durchmischung der Laserlichtsignale kann vorteilhaft auf konstruktiv einfache Weise dadurch erreicht werden, dass die Mikrolinsenoptik auf einer oder auf beiden Seiten einer Linse der Strahlformungsoptik angeordnet ist.
Weiter ist sehr vorteilhaft, dass die Mikrolinsenoptik als ein Wabenkondensor ausgebildet ist oder die Mikrolinsenelemente eine sinusförmige Struktur aufweisen.
Ein Wabenkondensor (Fly's Eye Linse) stellt eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Mikrolinsenoptik dar, die auf beiden Seiten der Linse der Strahlformungsoptik angeordnet ist. Die sinusförmige Struktur der Mikrolinsenelemente der Mikrolinsenoptik ist besonders vorteilhaft, falls die Mikrolinsenoptik nur auf einer Seite der Linse der Strahlformungsoptik angeordnet ist.
Schließlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Laseremitter punktförmig oder flächenförmig ausgebildet sind und dazu eingerichtet sind, eine Laserlinie oder einen zweidimensionalen Laserflash zu erzeugen und auszugeben.
Die Laserquelle der LiDAR-Vorrichtung kann aus mehreren einzelnen punktförmigen Laseremittern bestehen. Sie kann ebenso langgezogene flächige Laseremitter aufweisen. Die Laseremitter erzeugen eine Laserlinie durch die Aussendung des Laserlichtsignals. Es ist jedoch ebenso möglich, mit einem zweidimensionalen Laserflash einen zweidimensionalen Bereich auszuleuchten.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 den optischen Pfad einer erfindungsgemäßen LiDAR-Vorrichtung;
2 eine erfindungsgemäße Mikrolinsenstruktur.

Ausführungsformen der Erfindung
In der 1 ist der optische Pfad einer erfindungsgemäßen LiDAR-Vorrichtung gezeigt. Die LiDAR-Vorrichtung weist eine Laserlichtquelle 1 auf, die eine Vielzahl von Laseremittern 2 umfasst. Die Laseremitter 2 senden jeweils ein Laserlichtsignal 3 aus. Weiter weist die LiDAR-Vorrichtung eine Strahlformungsoptik 4 mit einer Linse 5 auf. Auf der Linse 5 ist eine Mikrolinsenoptik 6 angeordnet. Die Mikrolinsenoptik 6 weist eine Vielzahl von Mikrolinsenelementen 7 auf.
Es ist nun in 1 erkennbar, dass die Laserlichtsignale 3 der einzelnen Laseremitter 2 der Laserquelle 1 in der Strahlformungsoptik 4 auf die Linse 5 mit der Mikrolinsenoptik 6 treffen. Dabei trifft im gezeigten Beispiel jedes Laserlichtsignal 3 auf mehrere Mikrolinsenelemente 7. Jedes dieser Mikrolinsenelemente 7 erzeugt aus dem auftreffenden Laserlichtsignal 3 ein aufgeweitetes Laserlichtsignal 8. Die derartig aufgeweiteten Laserlichtsignale 8 überlappen sich in einem Fernfeld 9 der Strahlformungsoptik 4 nahezu vollständig.
In dem gezeigten Beispiel der 1 ist die Strahlformungsoptik 4 derartig ausgeführt, dass an jeder vertikalen Position der Strahlformungsoptik 4 ein gesamtes Sichtfeld 10 der LiDAR-Vorrichtung von jedem Laseremitter 2 ausgeleuchtet wird. Unmittelbar nach der Mikrolinsenoptik 6 sind die einzelnen aufgeweiteten Laserlichtsignale 8 zwar noch räumlich getrennt. Diese überlagern sich aber bei größeren Abständen (typischerweise bei Abständen größer als 50 cm) im Fernfeld 9 nahezu vollständig. Fällt also einer der Laseremitter 2 aus, so wird dennoch nach wie vor das gesamte Sichtfeld 10 der LiDAR-Vorrichtung ausgeleuchtet. Dies geschieht zwar mit einer etwas reduzierten Leistung. Dieser Nachteil kann jedoch beispielsweise durch die Erhöhung der Laserleistung der verbliebenen Laseremitter 2 kompensiert werden.
Die beschriebene Art der Durchmischung der Laserlichtsignale 3 kann am besten durch eine Mikrolinsenoptik 6 erreicht werden, die - wie in 1 gezeigt - auf beiden Seiten der Linse 5 angeordnet ist. Die Mikrolinsenoptik 6 kann hierzu beispielweise als Wabenkondensor (Fly's Eye Linse) ausgeführt sein.
2 zeigt eine alternative Ausführungsform der Mikrolinsenoptik 6. Diese ist hier auf der Linse 5 nur einseitig ausgeführt. Die Struktur der Anordnung der Mikrolinsenelemente 7 ist hier sinusförmig ausgebildet.
In den gezeigten Ausführungsformen der 1 und 2 ist die Erfindung am Beispiel eines vertikalen Sichtfelds 10 mit Laserlichtsignalen 3 in der Form von Laserlinien gezeigt. Die Erfindung kann jedoch ebenso für ein horizontales Sichtfeld 10 und einem zweidimensionalen Flash als Laserlichtsignal 3 realisiert werden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

LiDAR-Vorrichtung mit einer Laserlichtquelle (1), die eine Vielzahl von Laseremittern (2) aufweist, die jeweils dazu eingerichtet sind, ein Laserlichtsignal (3) zu erzeugen und auszugeben, und mit einer Strahlformungsoptik (4), die dazu eingerichtet ist, die Laserlichtsignale (3) in ein Sichtfeld (10) der LiDAR-Vorrichtung aufzuweiten, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlformungsoptik (4) dazu eingerichtet ist, jedes Laserlichtsignal (3) derartig aufzuweiten, dass es das gesamte Sichtfeld (10) ausleuchtet.
LiDAR-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Strahlformungsoptik (4) eine Mikrolinsenoptik (6) mit einer Vielzahl von Mikrolinsenelementen (7) aufweist, wobei jedes Laserlichtsignal (3) an mindestens einem Mikrolinsenelement (7) aufgeweitet wird.
LiDAR-Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei sich die einzelnen an dem Mikrolinsenelement (7) aufgeweiteten Laserlichtsignale (3) in einem Fernfeld (9) der Strahlformungsoptik (4) gegenseitig überlagern.
LiDAR-Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Mikrolinsenoptik (6) auf einer oder auf beiden Seiten einer Linse (5) der Strahlformungsoptik (4) angeordnet ist.
LiDAR-Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Mikrolinsenoptik (6) als ein Wabenkondensor ausgebildet ist oder die Mikrolinsenelemente (7) eine sinusförmige Struktur aufweisen.
LiDAR-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Laseremitter (2) punktförmig oder flächenförmig ausgebildet sind und dazu eingerichtet sind, eine Laserlinie oder einen zweidimensionalen Laserflash zu erzeugen und auszugeben.