WO2018036795A1 - Lidar-system mit beweglicher faser - Google Patents

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WO2018036795A1
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fiber
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deflection unit
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    • G01S7/4972—Alignment of sensor

Definitions

  • Various embodiments relate to an assembly that includes a fibrous member and an actuator configured to move a first end of the fibrous member opposite a locating point of the fibrous member.
  • the arrangement also comprises a LIDAR system, which is set up to perform a scanned distance measurement of objects in the vicinity of the arrangement based on laser light.
  • the distance measurement of objects is desirable in various fields of technology. For example, in the context of autonomous driving applications, it may be desirable to detect objects around vehicles and, in particular, to determine a distance to the objects.
  • LIDAR light detection and ranging
  • LADAR LADAR
  • pulsed laser light is emitted by an emitter.
  • the objects in the environment reflect the laser light. These reflections can then be measured.
  • determining the transit time of the laser light By determining the transit time of the laser light, a distance to the objects can be determined.
  • LIDAR systems have the disadvantage that they can be comparatively expensive, heavy, maintenance-intensive and / or large.
  • LIDAR systems use a scanning mirror that can be placed in different positions. An accuracy with which the position of the scanning mirror can be determined thereby typically limits the accuracy of the spatial resolution of the LIDAR measurement.
  • the scanning mirror is often large and the adjustment mechanism can be maintenance-intensive and / or expensive.
  • techniques are known for performing a scanned LIDAR measurement by means of an adjustable curvature of an optical fiber.
  • Corresponding techniques are also from Mokhtar, MHH, and RRA Syms. "Tailored fiber waveguides for precise two-axis Lissajous scanning.” Optics express 23.16 (2015): 20804-2081 1 known.
  • An apparatus includes a flexible fibrous member having a first end and a second end.
  • the device also includes a fixation which fixes the fibrous element at a fixation site.
  • the apparatus also includes a diverter unit fixedly connected to the first end of the fibrous member and configured to redirect incident laser light.
  • the device also includes at least one actuator configured to move the fibrous element in the region between the fixation site and the first end.
  • the apparatus also includes a laser light source configured to radiate primary laser light onto the diverter. An optical path of the primary laser light to the deflection unit does not pass through the fiber-shaped element.
  • An angle between an optical path of the primary laser light and the central axis of the fiber-shaped element is in a rest position of the fiber-shaped element in the range of 120 ° - 240 °, optionally in the range of 150 ° - 210 °.
  • An apparatus includes a flexible fibrous member having a first end and a second end.
  • the device also includes a fixation which fixes the fibrous element at a location of fixation between the first end and the second end.
  • the device also comprises a deflection unit which is stationary with the first end of the fiber-shaped element is connected and which is adapted to deflect incident laser light.
  • the device also includes at least one actuator configured to move the fibrous element in the region between the fixation site and the first end.
  • the apparatus also includes a laser light source configured to radiate primary laser light onto the diverter.
  • the apparatus also includes a LIDAR system configured to perform a scanned distance measurement of objects around the array based on the primary laser light. An optical path of the primary laser light to the deflection unit does not pass through the fiber.
  • a method in one example, includes moving a fibrous member in the region between a fuser member attachment point to a fixture and a first end of the fibrous member.
  • a deflection unit is fixedly connected to the first end of the fibrous element.
  • the method also includes irradiating the deflection unit with primary laser light. The optical path of the laser light does not pass through the fibrous element.
  • the method may optionally include performing a scanned distance measurement of objects.
  • FIG. 1A schematically illustrates an arrangement configured to perform a scanned distance measurement of objects in the vicinity of the arrangement according to various embodiments, the arrangement comprising an emitter for laser light, a detector for laser light and a LIDAR system.
  • FIG. 1B schematically illustrates the arrangement of FIG. 1A in more detail, the arrangement including a scanning device configured to scan the laser light.
  • FIG. 2 schematically illustrates a scanning device having a fibrous element with a movable end according to various embodiments.
  • FIG. 3A schematically illustrates a scanning device having a fibrous element with a movable end according to various embodiments, wherein FIG. 3A illustrates a curvature of the fibrous element.
  • FIG. 3B schematically illustrates a scanning device having a fibrous element with a movable end according to various embodiments, wherein FIG. Figure 3B illustrates a twist of the fibrous element.
  • FIG. 4A schematically illustrates a scanning device having a fibrous element with a movable end according to various embodiments.
  • FIG. 4B schematically illustrates a scanning device having a fibrous element with a moveable end according to various embodiments.
  • FIG. 4C schematically illustrates a scanning device having a fibrous element with a movable end according to various embodiments.
  • FIG. 5 schematically illustrates a positioning device for determining a position of the movable end of the fibrous element according to various embodiments, wherein the positioning device comprises a fiber Bragg grating.
  • FIG. 6A schematically illustrates a positioning device for determining a position of the movable end of the fibrous element according to various embodiments, wherein the positioning device comprises two fiber Bragg gratings.
  • FIG. 6B schematically illustrates a positioning device for determining a position of the movable end of the fibrous element according to various embodiments, wherein the positioning device comprises two fiber Bragg gratings.
  • FIG. 6C schematically illustrates a positioning device for determining a position of the movable end of the fibrous element according to various embodiments, wherein the positioning device comprises four fiber Bragg gratings.
  • FIG. 7 schematically illustrates a positioning device for determining a position of the movable end of the fibrous element according to various embodiments, wherein the positioning device comprises four fiber Bragg gratings.
  • FIG. 8A schematically illustrates a positioning device for determining a position of the movable end of the fibrous member according to various embodiments, wherein the positioning device comprises four fiber Bragg gratings.
  • FIG. 8B schematically illustrates a positioning device for determining a position of the movable end of the fibrous element according to various embodiments, wherein the positioning device comprises a beam splitter and a position sensitive detector (PSD).
  • PSD position sensitive detector
  • FIG. 8C schematically illustrates a positioning device for determining a position of the movable end of the fibrous member according to various embodiments, wherein the positioning device comprises a beam splitter and a position sensitive detector (PSD).
  • FIG. 8D schematically illustrates a positioning device for determining a position of the movable end of the fibrous member according to various embodiments, wherein the positioning device comprises a beam splitter and a position sensitive detector (PSD).
  • FIG. 9 schematically illustrates an actuator for moving the movable end of the fibrous member according to various embodiments.
  • FIG. 10A schematically illustrates an actuator for moving the movable end of the fibrous member according to various embodiments.
  • FIG. 10B schematically illustrates an actuator for moving the movable end d of the fibrous member according to various embodiments.
  • FIG. 10C schematically illustrates an actuator for moving the movable end of the fibrous member according to various embodiments.
  • FIG. 1 1 schematically illustrates an actuator for moving the movable end of the fibrous member according to various embodiments.
  • FIG. 12 schematically illustrates an arrangement configured to perform a scanned distance measurement of objects in the vicinity of the assembly according to various embodiments.
  • FIG. 13 is a flowchart of a method according to various embodiments.
  • FIG. 14 schematically illustrates a first-order curvature mode and a second-order curvature mode according to various embodiments.
  • FIG. 15 schematically illustrates a device according to various embodiments.
  • FIG. 16 schematically illustrates a device according to various embodiments.
  • FIG. 17 schematically illustrates a two-dimensional scan area.
  • Scanning may refer to repeated emission of the light at different angles of radiation.
  • Scanning can be repeated scanning of different points in the environment by means of the Denote light.
  • the amount of different points in the environment and / or the amount of different radiation angles may define a scan area.
  • laser light it is possible to scan laser light.
  • coherent or incoherent laser light can be used.
  • polarized or unpolarized laser light it would be possible for the laser light to be pulsed.
  • short laser pulses with pulse widths in the range of femtoseconds or picoseconds or nanoseconds can be used.
  • a pulse duration can be in the range of 0.5-3 nanoseconds.
  • the laser light may have a wavelength in the range of 700-1800 nm.
  • broadband light sources or RGB light sources RGB light sources herein generally refer to light sources in the visible spectrum, the color space being covered by superimposing several different colors, such as red, green, blue or cyan, magenta, yellow, black.
  • a movable end of a fibrous element is used to scan the laser light.
  • the fibrous element may be elongated and could for example also be referred to as a beam.
  • the fibrous element may be straight, ie have no or no significant curvature in a resting state.
  • the fiber-shaped member will be referred to as a fiber for the sake of simplicity.
  • fibers may be used that do not have a core that conducts light.
  • light fibers can be used, which are also referred to as glass fibers.
  • the fibers are made of glass.
  • the fibers may be made of plastic, glass or other material, for example.
  • the fibers may be made of quartz glass or silicon.
  • the fibers may have a 70 GPa elastic modulus.
  • the fibers can allow up to 4% material expansion.
  • the fibers have a core in which the injected laser light is propagated and trapped at the edges by total reflection (optical fibers).
  • the fiber does not have to have a core.
  • so-called single mode fibers or multimode fibers may be used.
  • the various fibers described herein may, for example, have a circular cross-section. It would be possible, for example, that the various fibers described herein have a diameter which is not less than 50 ⁇ , optionally not ⁇ 150 ⁇ , further optional not ⁇ 500 ⁇ , further optional not ⁇ 1mm.
  • the various fibers described herein may be made bendable, ie, flexible.
  • the material of the fibers described herein may have some elasticity.
  • the movable end of the fiber could be moved in one dimension or in two dimensions.
  • the movable end of the fiber it would be possible for the movable end of the fiber to be tilted with respect to a location of fixation of the fiber; this results in a curvature of the - initially straight - fiber.
  • the movable end of the fiber it would be possible for the movable end of the fiber to travel along the fiber axis - i. the central axis of the fiber - twisted (torsion).
  • By moving the movable end of the fiber can be achieved that laser light is emitted at different angles. This allows an environment to be scanned with the laser light. Depending on the amount of movement of the movable end, scan areas of different sizes can be implemented.
  • the fiber is used as an actuator for a diverter unit.
  • the deflection unit can be attached to the movable end of the fiber rigid or stationary.
  • the fiber could be attached to a back of the diverter, with the redirection of light on the front.
  • the laser light can arrive on a different optical path to the deflection, as by the fiber.
  • the optical path and a longitudinal axis of the fiber could include an angle that is in the range of 90 ° - 270 °, optionally in the range of 170 ° - 190 °, further optionally about 180 °.
  • the fiber does not serve as an optical waveguide for the laser light on the way to the deflection unit.
  • laser light may be used, including, for example, not only the local TEM00 mode, but alternatively or additionally other modes. This may allow the use of a particularly small laser, such as a laser diode.
  • the deflection unit can be implemented as a prism or mirror.
  • the mirror could be implemented by a wafer.
  • the seal could have a thickness in the range of 0.05 ⁇ - 0.1 mm. In general, such techniques can be used to scan light in a wide variety of applications.
  • LIDAR techniques can be used.
  • the LIDAR techniques can be used to perform a spatially resolved distance measurement of objects in the environment.
  • the LIDAR technique may include transit time measurements of the laser light between the moveable end of the fiber, the object, and a detector.
  • LIDAR techniques the present application is not limited to LIDAR techniques.
  • the aspects described herein with respect to the scanning of the laser light by means of the movable end of the fiber can also be used for other applications. Examples include, for example, projecting image data in a projector - e.g. an RGB light source can be used.
  • Various examples are based on the finding that it may be desirable to carry out the scanning of the laser light with a high accuracy with respect to the emission angle.
  • spatial resolution of the distance measurement may be limited by inaccuracy of the emission angle. Typically, a higher (lower) spatial resolution is achieved the more accurate (less accurate) the radiation angle of the laser light can be determined.
  • a continuous step-and-shoot technique may be used instead of a step-and-shoot technique.
  • a LIDAR measurement can instead be implemented at any radiation angles and be interpolated by the corresponding information about the radiation angle, for example, to a fixed angle grid.
  • Various examples relate to a positioning device arranged to output a signal indicative of the angle of radiation.
  • the positioning device could be arranged to output a signal indicative of the position of the movable end of the fiber. For example, it would be possible for applications that rely on scanning the laser light to use the signal from the positioning device to achieve greater accuracy.
  • the positioning device it is unnecessary to repeatedly implement certain positions of the end of the fiber: rather, the actual position of the movable end of the fiber or the actual radiation angle can be measured.
  • the actuator may be configured, for example, to continuously reciprocate the movable end between two extreme positions - such as in contrast to so-called step-and-shoot approaches, where the Scanning process for the measurement in an intermediate position is interrupted.
  • the actuator need not be set up to implement certain positions between the extreme positions.
  • the actuator may be configured to reciprocate the movable end of the fiber between two extreme positions at a substantially constant speed.
  • the actuator may be configured such that when moving the movable fiber between two extreme positions there is no decrease in the speed to zero at intermediate positions.
  • the positioning device may be configured to perform an optical measurement.
  • the positioning device could be arranged to optically measure the curvature and / or torsion of the fiber.
  • the positioning device could be configured to optically measure the emission angle of the laser light, for example based on the laser light itself and / or based on light from a light emitting diode and / or based on further laser light from a further laser light source.
  • Such an optical measurement of the position can in particular be particularly accurate.
  • high sampling frequencies may be possible. This promotes continuous step-and-shoot scanning techniques.
  • the positioning device may be configured to determine the position of the movable end of the fiber by measuring the state of the laser light in the region of the movable end of the fiber.
  • a state measurement of the actuator such a particularly accurate determination of the angle at which the laser light is emitted to take place.
  • a particularly fast determination of the angle under which the laser light is emitted done.
  • the sampling frequency at which the positioning device outputs the signal can be particularly high.
  • the positioning device may be configured to determine the position of the movable end of the fiber by measuring the state of the fiber itself.
  • a state measurement of the actuator - such a particularly accurate determination of the angle at which the laser light is emitted to take place.
  • a particularly rapid determination of the angle at which the laser light is emitted take place.
  • the sampling frequency at which the positioning device outputs the signal can be particularly high.
  • the positioning device comprises a PSD.
  • the PSD may e.g. operated based on the lateral photoelectric effect.
  • a PIN diode can be used.
  • a discrete PSD could also be used. This could for example comprise a plurality of discrete pixels, for example in the form of a CCD sensor or a CMOS sensor.
  • a translucent PSD may be used to prevent damage.
  • the positioning device comprises at least one fiber Bragg grating.
  • the fiber Bragg grating may correspond to a periodic modulation of the refractive index of a core of a fiber.
  • the fiber Bragg grating may have a length in the range of 100 ⁇ - 1 mm.
  • a periodicity of the fiber Bragg grating may be in the range of the wavelength of light.
  • the change in length of the fiber in the region of the fiber Bragg grating may be caused by a curvature of the fiber due to the movement of the free end of the fiber.
  • a spectrometer can be used for the evaluation of the reflected light.
  • different intensities behind the edge filter can be indicative of a change in the reflection at the fiber Bragg Be grid.
  • Corresponding techniques are disclosed in DE 10 2009 014 478 B4, the relevant disclosure content being incorporated herein by reference.
  • the actuator may e.g. be set up to implement a resonant drive.
  • the actuator may be arranged to resonantly excite the mass of the end of the fiber and other elements in that region, such as the diverter and / or lenses, etc.
  • an eigenmode of first order and / or one or more eigenmodes of higher order can be resonantly excited: This applies to the curvature and / or the torsion of the fiber. It would also be possible for the actuator to implement a non-resonant drive.
  • a positioning device - in particular with a PSD and / or a fiber Bragg grating - a particularly accurate positioning of the movable end of the fiber can be performed. This may in turn make it possible to ensure a high spatial resolution for applications such as the LIDAR technique, which rely on scanning the laser light over the environment.
  • the high spatial resolution can also be achieved for continuous step-and-shoot approaches.
  • FIG. 1A illustrates aspects related to a scanned distance measurement of objects 195, 196.
  • FIG. 1A Aspects related to a distance measurement based on the LIDAR technique.
  • an arrangement 100 that includes an emitter 101 for laser light 191, 192.
  • the emitter 101 could be a laser light source and / or an end of an optical fiber that emits laser light.
  • the laser light is emitted, for example pulsed (primary radiation).
  • the primary laser light 191, 192 could be polarized. It would also be possible that the primary laser light 191, 192 is not polarized.
  • the term of a Laser light pulse between the emitter 101, an object 195, 196 and a detector 102 may be used to determine a distance between the device 100 and the objects 195, 196.
  • secondary radiation 191 B, 192 B reflected by the objects 195, 196 is measured.
  • a photodiode coupled to a wavelength filter that selectively passes light at the wavelengths of the laser light 191, 192 may be used as the detector 102.
  • the secondary laser light 191 B, 192 B reflected by the objects 195, 196 can be detected.
  • the emitter 101 and the detector 102 are implemented as separate components; However, it would also be possible that the secondary laser light 191 B, 192 B is detected via the same optics that is also implemented the emitter 101.
  • the detector 102 may be e.g. include an avalanche photodiode.
  • the detector 102 may comprise a single photon avalanche diode (SPAD).
  • the detector may comprise a SPAD array comprising not less than 500, optionally not less than 1000, further optionally not less than 10000 SPADs.
  • the detector 102 may be e.g. be operated by photon correlation.
  • the detector 102 may be e.g. be set up to detect individual photons.
  • a LIDAR system 103 is provided that is coupled to the emitter 101 and the detector 102.
  • the LIDAR system may be configured to achieve time synchronization between the emitter 101 and the detector 102.
  • the LIDAR system 103 may be configured to perform the distance measurement of the objects 195, 196 based on measurement signals obtained from the detector 102.
  • the LIDAR system 103 may be configured to output a signal indicative of the distance and / or positioning of the objects 195, 196 with respect to the assembly 100.
  • LIDAR system 103 may also output a signal indicative of a velocity of objects 195, 196 and / or a material of objects 195, 196.
  • the Doppler effect can be taken into account.
  • an optical frequency filter could be used for this purpose, for example an edge filter or a bandpass filter, the filter curve of which is arranged in the region of the spectrum of the laser light. It can then be achieved by the Doppler shift that the quantity of light transmitted through the filter varies as a function of the speed of the object 195, 196. By an intensity measurement, the speed can then be determined. For example, a reference measurement can be performed in which no filtering is performed. In order to be able to differentiate between the objects 195, 196 - that is to say in order to be able to provide spatial resolution - the emitter 101 is set up to emit the laser light 191, 192 at different angles 110 (emission angle).
  • FIG. 1 illustrates aspects relating to the arrangement 100.
  • FIG. 1B illustrates the arrangement 100 in greater detail than FIG. 1A.
  • the emitter 101 is implemented by a laser light source 599 and a scanning device 500.
  • the laser light source 599 could be a fiber laser or a laser diode.
  • the laser light source 599 could e.g. stimulate several spatial modes.
  • the laser light source 599 could have a frequency width of 5 - 15 nm.
  • the assembly 100 also includes an actuator 900 configured to operate the scanning device 500.
  • the scanning device 500 is configured to deflect the laser light 191, 192, which is emitted by the laser light source 599, so that it is emitted at different angles 110.
  • the scanning device 500 may enable one-dimensional scanning or two-dimensional scanning of the environment.
  • the actuator 900 is typically electrically operable.
  • the actuator 900 could include magnetic components and / or piezoelectric components.
  • the actuator could include a rotational magnetic field source configured to generate a magnetic field rotating as a function of time.
  • a controller 950 for example an electrical circuit, a microcontroller, an FPGA, an ASIC, and / or a processor, etc.-is provided, which is configured to send control signals to the actuator 900.
  • the controller 950 is in particular designed to control the actuator 900 in such a way that this scanning device operates to scan a specific angle range 110.
  • the controller can implement a specific scan frequency. For example, different spatial directions with different scanning frequencies could be scanned. Typical scanning frequencies can range from 0.5 kHz - 2.5 Hz, optionally in the range of 0.7 kHz - 1.5 kHz.
  • the scanning can be carried out continuously in a continuous step-and-shoot technique.
  • a positioning device 560 is provided.
  • the positioning device 560 is configured to output a signal indicative of the emission angle with which the laser light 191, 192 is emitted.
  • the positioning device 560 could also directly measure the primary laser light 191, 192.
  • the positioning device 560 may generally optically measure the emission angle, e.g. Based on the primary laser light 191, 192 and / or light of a light emitting diode.
  • the positioning device 560 in a simple implementation, could also receive control signals from the controller 950 and determine the signal based on the control signals. Combinations of the above techniques are also possible.
  • the LIDAR system 103 may use the signal provided by the positioning device 560 for scanned distance measurement of the objects.
  • the LIDAR system 103 is also coupled to the detector 102. Based on the signal of the positioning device 560 and based on the secondary laser light 191 B, 192 B detected by the detector 102, the LIDAR system 103 can then perform the distance measurement of the objects 195, 196 in the vicinity of the arrangement 100.
  • the LIDAR system 103 may implement the spatial resolution of the distance measurement based on the signal from the positioning device 560.
  • the positioning device 560 it would also be possible for the positioning device 560 to be connected to the controller 950 of the actuator 900 (not shown in FIG. 1B).
  • FIG. 2 illustrates aspects relating to the assembly 100.
  • FIG. 3 Aspects related to the scanning device 500.
  • the assembly 100 includes a fiber 201.
  • the fiber 201 implements the scanning device 500.
  • the fiber 201 extends along a central axis 202.
  • the fiber 202 includes a movable end 205 having an end surface 209.
  • the assembly 100 also includes a fixation 250.
  • the fixation 250 could be made of plastic or metal.
  • the fixation 250 could be part of a housing that receives the movable end 250 of the fiber 201.
  • the housing could be eg a DPAK or DPAK2 housing.
  • the fixation 250 fixes the fiber 201 at a fixation site 206.
  • the fixation 250 could be the fiber 201 at the fixation site 206 implemented by a clamp connection and / or a solder joint and / or an adhesive bond. In the region of the fixing point 206, the fiber 201 is therefore stationary or rigidly coupled to the fixing 250.
  • the fiber 206 could also terminate at the fixation site 206, ie, a further end of the fiber 201 opposite the moveable end 205 could coincide with the fixation site 206.
  • a length 203 of the fiber 201 between the fixing point 206 and the movable end 205 is further shown. In this area, the fiber 201 is being formed. From FIG. 2 it can be seen that the movable end 205 is spaced from the fixing point 206.
  • the length 203 could be in the range of 0.5 cm - 10 cm, optionally in the range of 1 cm - 5 cm, further optionally in the range of 1, 5 - 2.5 cm.
  • the length 203 could be in the range of 5 mm - 10 mm.
  • FIG. 3A illustrates aspects relating to the assembly 100.
  • the assembly 100 includes a fiber 201.
  • the fiber 201 implements the scanning device 500.
  • the Example of FIG. 3A corresponds to the example of FIG. 2.
  • FIG. 3A shows a dynamic state of the scanning device 500.
  • the end 205 of the fiber 201 is shown in a position 301 and a position 302 (dashed line in FIG. 3A).
  • These positions 301, 302 implement extreme positions of the fiber 201: e.g.
  • a stop could be provided which prevents further movement of the end 205 beyond the positions 301, 302 (not shown in FIG. 3A).
  • the fiber 201 may reciprocate between positions 301, 302, e.g. periodically.
  • FIG. 3A corresponds to the position 301 of a bend 31 1.
  • the position 302 corresponds to a bend 321.
  • the bends 31 1, 321 have opposite signs.
  • the actuator 900 may be provided (the actuator 900 is not shown in FIG. 3A). While in FIG. 3A, a one-dimensional motion (in the plane of the drawing of FIG. 3A) would also be possible, a two-dimensional motion (with a component perpendicular to the drawing plane of FIG. For example, a Lissajous figure can be implemented.
  • the laser light 191, 192 is emitted over the bending angle range 1 10-1. This makes it possible to scan the surrounding area of the arrangement 100 by means of the laser light 191, 192.
  • the laser light 191, 192 does not have to pass through the fiber 201: the primary laser light 191, 192 (not shown in FIG. 3A) can also reach the movable end 205 on another optical path.
  • an exemplary radius of curvature 312 for the curvature 31 1 is also illustrated.
  • an exemplary radius of curvature 322 for the bend 321 is illustrated.
  • the radii of curvature 312, 322 are each about 1.5 times as large as the length 203 of the fiber 201 between the fixing point 206 and the movable end 205.
  • weaker curvatures 31 1, 321 or larger curvatures 31 1, 321 are implemented.
  • weaker curvatures 31 1, 321 correspond to larger radii of curvature 312, 322, in particular with respect to the length 203.
  • Various implementations are based on the finding that a balance between a large scan area and small curvatures 31 1, 321 can be desirable. On the one hand, small bends 31 1, 321 with respect to a scanning frequency and / or material fatigue of the fiber 201 may be desirable. On the other hand, large bends 31 1, 321 may be desirable with respect to a large scan area.
  • the bends 31 1, 321 in the positions 301, 302 may have different radii of curvature 312, 322, depending on the position along the axis 202 of the fiber 201.
  • curvature radii 312, 322 it would be possible for curvature radii 312, 322 to be near (spaced from) the end 205 of the fiber at positions 301, 302 having a positive (negative) radius of curvature 312, 322.
  • the bends 31 1, 321 each have a turning point.
  • Such a configuration of the bends 31 1, 321 can be achieved, for example, by a suitable interaction of the actuator 900 with the fiber 201.
  • a force action of the actuator 900 could act on the fiber 201 at a point closer to the end 205 than the fixation point 206 (or closer to the fixation point 206).
  • a second order or higher order curvature mode could be resonantly excited.
  • FIG. 3B illustrates aspects relating to the assembly 100.
  • FIG. FIG. 3B illustrates aspects related to the scanning device 500.
  • the assembly 100 includes a fiber 201.
  • the fiber 201 implements the scanning device 500.
  • the example of FIG. 3B corresponds to the example of FIG. 2.
  • FIG. 3B shows a dynamic state of the scanning device 500.
  • the end 205 of the fiber 201 is moved such that the fiber 201 moves between a first torsion 371 and a second twist 372 in the region between the fixing point 206 and the movable end 205. This corresponds to a twist of the fiber 201 along the central axis 202.
  • the fiber maintains its straight shape.
  • the laser light 191, 192 (not shown in FIG. 3B) can be emitted over a corresponding torsion angle range 1 10-2, eg in connection with a deflection unit (in FIG not shown).
  • a deflection unit in FIG not shown.
  • the laser light 191, 192 must not passing through the fiber 201: the primary laser light 191, 192 (not shown in FIG. 3A) may also pass to the movable end 205 on another optical path.
  • a corresponding actuator configured to implement the various torsions 371, 372 may be provided. For example, those shown in FIG.
  • FIG. 3B further illustrates the angular range 1-10-2 which may be implemented, for example, in cooperation with a diverter unit (not shown in FIG. 3B) by means of the torsion 371, 372 of the movable end 205 of the fiber 201.
  • FIG. 4A illustrates aspects relating to the assembly 100.
  • FIG. FIG. 4A illustrates aspects related to the scanning device 500.
  • the assembly 100 includes a fiber 201.
  • the fiber 201 implements the scanning device 500.
  • FIG. 4A illustrates in particular the beam path of the primary laser light 191, 192.
  • a deflection unit 452 is connected to the movable end 205 of the fiber 201. Movement of the fiber 201 thereby causes movement of the diverter unit 452.
  • the deflection unit 452 can be tilted by a tilt 31 1, 321 of the fiber 201 and / or rotated by a torsion 371, 372 of the fiber 201. From FIG. 4A, it can be seen that the beam path of the primary laser light 191, 192 and the central axis 202 of the fiber 202 enclose an angle 866 of approximately 180 °.
  • the fiber 201 is secured to the rear side 452-2 of the diverter unit 452 on the diverter unit 452; while the laser light 191, 192 is incident on the front side 452-1.
  • Such a geometry allows particularly large scanning angles to be generated.
  • the lateral dimension of the diverter unit 452 (left-right in FIGURE 4A, i.e. perpendicular to the central axis 202 of the fiber 201) is significantly greater than the width of the fiber 201 perpendicular to the central axis 202, e.g. more than 1, 5 times as large, or more than 2 times as large, or more than 4 times as large.
  • a beam diameter of the primary laser light 191, 192 in the region of the deflection unit 451 it would be possible for a beam diameter of the primary laser light 191, 192 in the region of the deflection unit 451 to be approximately 1.5 times as large as a diameter of the deflection unit 451, optionally more than 2.5 times as large large, further optional more than 5 times as large.
  • the primary laser light 191, 192 can illuminate substantially the entire deflection unit 451 and not just a small point on the deflection unit 451.
  • a beam diameter of the primary laser light 191, 192 in the region of the deflection unit 451 could be in the range of 1-5 mm, and e.g. about 3 mm.
  • primary laser light 191, 192 is irradiated on the deflection unit 452.
  • the laser light 191, 192 does not pass through the fiber 201. This avoids complicated and lossy coupling of the laser light 191, 192 into an optical fiber of the fiber 201 (if present, not shown in FIG. A particularly simple and inexpensive construction is possible.
  • the deflection unit deflects the primary laser light 191, 192 by a deflection angle 452A.
  • the deflection angle 452A could be approximately 90 °, or in the range between 45-135 °, optionally in the range between 25 ° -155 °, further optionally in the range 5 ° -175 °.
  • the deflection unit 452 is implemented by a prism.
  • the prism could be made particularly small.
  • the prism could have a diameter of not more than 2 mm - this corresponds to the above-mentioned lateral dimension of the deflection unit 452.
  • the prism could have a diameter of not more than 1 mm. In this way it can be achieved that the fiber 201 can be moved in the region between the fixing point 206 and the movable end 205, without the inertia of a particularly large mass of the deflection unit 452 must be come over. In addition, high resonance frequencies of the movement of the fiber 201 can be achieved.
  • the deflecting unit 452 can be dimensioned large enough to be hit by the laser light 191, 192 even with slight systematic changes in position - for example, due to thermal expansion, gravity, etc. - with respect to the laser light source 599.
  • the deflecting unit 452 can be struck by the laser beam even when moving the movable end 205.
  • the redirector unit 452 could be e.g. be formed by a mirror - for example, a micromirror.
  • the diverter unit 452 is connected to the fixture 250 only via the fiber 201 - i. a 1-point coupling of the deflection unit 452 with the fixation 250 is implemented.
  • the redirector unit 452 could be e.g. by further fibers (not shown in FIG. 4B) or by a guide etc. with the fixation 250.
  • FIG. 4B illustrates aspects relating to the assembly 100.
  • FIG. FIG. 4A illustrates aspects related to the scanning device 500.
  • the assembly 100 includes a fiber 201.
  • the fiber 201 implements the scanning device 500.
  • the example of FIG. 4B particularly illustrates the beam path of the secondary laser light 191 B, 192B.
  • the secondary laser light 191 B, 192 B is deflected by a deflection angle 452 B, which corresponds to the deflection angle 452A.
  • FIG. 4C illustrates aspects relating to the assembly 100.
  • FIG. FIG. 4A illustrates aspects related to the scanning device 500.
  • the assembly 100 includes a fiber 201.
  • the fiber 201 implements the scanning device 500.
  • the example of FIG. 4C particularly illustrates the beam path of the secondary laser light 191 B, 192B.
  • the deflection unit 452 also implements an optical element that feeds secondary laser light 191 B, 192 B into an optical fiber of the fiber 201.
  • the redirector unit 452 may implement a circulator. This means that the secondary laser light 191 B, 192 B is deflected at a different deflection angle 452 C than the primary laser light 191, 192.
  • the circulator is set up to couple the secondary laser light 191 B, 192 B into an optical fiber of the fiber 201.
  • the primary laser light 191, 192 and the secondary laser light 191 B, 192 B may be polarized. This allows easy detection of the primary laser light 191, 192.
  • an optical element for coupling the secondary laser light 191 B, 192B e.g. be implemented as a further deflection unit - for example as a further prism or mirrors.
  • the further deflection unit 452 may be e.g. be arranged near the deflection unit 452.
  • the further deflection unit can be arranged adjacent to the deflection unit 452.
  • the further deflection unit may be arranged between the movable end 205 of the fiber 201 and the deflection unit 452. It can thus be achieved that the secondary laser light 191 B, 192 B can be measured almost in direct reflection. As a result, a high signal level can be achieved.
  • FIG. 5 illustrates aspects relating to the assembly 100.
  • FIG. 5 Aspects Related to Positioning Device 560.
  • the positioning device 560 is arranged to measure the movement of the end 205 of the fiber 201.
  • the positioning device 560 is arranged to measure the curvature 31 1, 321 of the fiber 201.
  • the positioning device 560 is arranged to optically measure the curvature 31 1, 321 of the fiber 201.
  • incident light 591 - for example with a different wavelength than the laser light 191, 192 - used.
  • the light 591 may be provided by a broadband light source.
  • the spectrum of the light 591 may have, for example, a spectral width of not less than 50 nm, preferably not less than 150 nm, more preferably not less than 500 nm.
  • Reflected light 592 - sometimes referred to as secondary radiation - is detected by a corresponding detector ,
  • the reflected light 592 is indicative of a curvature 31 1, 312 of the fiber 201 and thus the position 301, 302 of the end 205. Based on the reflected light 592, the signal indicative of the curvature 31 1, 321 can then be provided the fiber 201 is.
  • this signal may be used by LIDAR system 103.
  • the positioning device 560 is implemented by a fiber Bragg grating 51 1.
  • the fiber Bragg grating 51 1 is implemented in an optical fiber of the fiber 201.
  • the fiber Bragg grating 51 1 has an extension parallel to the central axis 202 of the fiber 201: Along this dimension, the refractive index of the material is periodically modulated.
  • the fiber Bragg grating 51 1 is arranged in the fiber 201 between the fixing point 206 and the end 205.
  • the fiber Bragg grating 51 1 in the fiber 201 can be achieved that the curvature 31 1, 321 of the fiber 201 results in a change in length of the fiber Bragg grating 51 1.
  • the fiber Bragg grating 51 1 could be spaced apart from the central axis 202 of the fiber 201 (not shown in FIG. 5).
  • This change in length of the fiber Bragg grating 51 1 can in turn result in a change in the amplitude of the reflected light 592 in the range of the wavelengths which fulfill the Bragg condition.
  • the periodicity of the fiber Bragg grating 51 1 is tuned to the wavelength of the light 591.
  • the positioning device 560 may then be configured to determine the signal based on an amplitude of the reflected light 592. In particular, it may be possible to determine the amplitude of the reflected light 592 particularly precisely and / or particularly quickly. This may make it possible to determine the curvature 31 1, 321 particularly accurately. As a result, it may again be possible to determine the position of the end 205 or the angle 210 in the position particularly precisely.
  • the fiber Bragg grating 51 1 has a length 525 which corresponds to approximately 80% of the length of the fiber 201 between the fixing point 206 and the end 205. Other examples would also allow the length 525 to be at least 50% of the length 203, preferably at least 70%, particularly preferably at least 90%. By such an extension of the fiber Bragg grating 51 1 along the length 203, the curvature 31 1, 321 can be determined particularly accurately.
  • the positioning device 560 may include an edge filter.
  • the edge filter it may be possible to determine the amplitude of the reflected light 592 particularly fast.
  • a transmission peak of the edge filter may be arranged in the region of an edge of the reflection curve of the fiber Bragg grating 51 1. This allows slight changes in length of the fiber Bragg grating 51 1 to a strong variation of the through the edge filter lead passed amplitude. Thereby, the amplitude of the reflected light 592 can be accurately and quickly determined.
  • Fast sampling frequencies with which the position of the end 205 is determined can be achieved.
  • the positioning device 560 it would be possible for the positioning device 560 to be set up in order to update the signal with a sampling frequency that is at least 500 Hz, preferably at least 1 kHz, particularly preferably at least 1.5 kHz.
  • the positioning device 560 it would be possible for the positioning device 560 to be configured to update the signal at a sampling frequency that is at least a factor of 1.5 greater than the scan frequency at which the actuator 900 terminates the 205 of the FIG Fiber 201 moves, preferably at least a factor of 2, more preferably at least by a factor of 3. This can be a very accurate determination of the angle 1 10, under which the laser light 191, 192 emitted. Continuous step-and-shoot techniques are possible.
  • FIG. 6A illustrates aspects relating to the assembly 100.
  • FIG. 6A Aspects related to the positioning device 560.
  • the positioning device 560 is implemented by two fiber Bragg gratings 51 1, 512.
  • the fiber Bragg grating 51 1 is located in a fiber 501 -1 different from the fiber
  • the fiber Bragg grating 512 is located in a fiber 501 -2, which is also different from the fiber 201, e.g. in a corresponding optical waveguide (not shown).
  • the fibers 501 -1, 501 -2 are attached to the fiber 201 on opposite sides 251, 252 of the fiber 201.
  • a multi-core fiber 201 could be used to implement different optical fibers in which the fiber Bragg gratings 512 are disposed.
  • the central axes 502-1, 502-2 of the fiber 501 -1, 501 -2 are parallel to the central axis 202 of the fiber 201.
  • a curvature 31 1, 321 of the fiber 201 causes a corresponding curvature of the fiber 501 -1, 501 -2.
  • the counterclockwise curvature 31 1 causes the fiber 501 -1 to compress and thus shorten the fiber Bragg grating 51 1; the curvature 31 1 counterclockwise also causes an elongation of the fiber 501 -2 and thus an extension of the fiber Bragg grating 512.
  • this shortening and lengthening of the fiber Bragg gratings 51 1, 512 can be particularly significant. This allows the position of the end 205 to be based on the fibers 51 1, 512 reflected light 592 are determined particularly accurately. Corresponding length changes can also be observed with a torsion 371, 372.
  • FIG. 6B illustrates aspects relating to the assembly 100.
  • FIG. FIG. 6B illustrates aspects related to the positioning device 560.
  • the positioning device 560 is implemented by two fiber Bragg gratings 51 1, 512.
  • the example of FIG. 6B is a plan view of the example of FIG. 6A.
  • FIG. 6C illustrates aspects relating to the assembly 100.
  • FIG. 6C aspects related to the positioning device 560.
  • the positioning device 560 is implemented by four fiber Bragg gratings (not shown in FIG. 6C).
  • the example of FIG. 6C basically corresponds to the example of FIGs. 6A, 6B.
  • a larger number of fibers 501 -1 - 501 -4 are provided with respective fiber Bragg gratings (not shown in FIG. 6C).
  • movements of the end 205 in two dimensions can be detected.
  • a two-dimensional scan area can be monitored.
  • the fiber Bragg gratings in the fibers 501 -1, 501 -2 have a sensitivity to curvatures along that shown in FIG. 6C with x direction on.
  • the fiber Bragg gratings in the fibers 501 -3, 501 -4 have a sensitivity to curvatures along that shown in FIG. 6C with y direction on.
  • FIG. 7 illustrates aspects relating to the assembly 100.
  • FIG. 7 Aspects Related to Positioning Device 560.
  • the positioning device 560 is implemented by four fiber Bragg gratings 51 1 -514.
  • fiber Bragg gratings 512 are located.
  • the fiber Bragg gratings 51 1, 513 are located in the fiber 501 -1.
  • Fiber Bragg gratings 512, 514 are in the fiber and 501 -2.
  • there would also be possible for there to be more than two serially connected fiber Bragg gratings in the respective fibers 501 -1, 501-2, 201 (see FIGURE 8A).
  • the individual fiber Bragg gratings 51 1 -514 can be individually controlled. For this purpose, enough broadband light can be used. In particular, for a case in which the radius of curvature as a function of position is variable along the length of the fiber 201, then by comparing the amplitudes of the light reflected from the serially arranged fiber Bragg gratings 51 1, 513 and 512, 514, respectively 592 a particularly accurate determination of the position of the end 205 of the fiber 201 done.
  • the positioning device 560 it would be possible, based on a difference in the amplitudes of the light 592 reflected from the serially arranged fiber Bragg gratings 51 1, 513 and 512, 514, to signal indicative of the position 301, 302 of the end 205 the fiber 201 is determined by the positioning device 560.
  • FIG. 8B illustrates aspects relating to the assembly 100.
  • the positioning device 560 is implemented by a PSD 552.
  • the PSD 552 may be implemented isotropically or discretely.
  • the PSD 552 may include multiple pixels, or e.g. include a PIN diode.
  • the apparatus 100 includes a beam splitter 801. This directs a portion of the primary laser light 191, 192 toward the PSD 552.
  • the PSD 552 is configured to measure the primary laser light 191, 192.
  • the PSD 552 measures the position of the primary laser light 191, 192 on its sensor surface.
  • a lens 551 is provided, which focuses the primary laser light 191, 192 on the sensor surface of the PSD 552.
  • the beam splitter 801 is fixedly connected to the end 205 of the fiber 201.
  • the beam splitter 801 is arranged to direct a partial beam path 802 of the primary laser light 191, 192 to the PSD 552.
  • the position of the light spot on the sensor surface of the PSD 552 is indicative of the position of the movable end 205 of the fiber 201 or for the exit angle of the primary laser light 191, 192 is. Therefore, based on this measurement, the signal which is indicative of the position of the movable end 205, and in particular indicative of the curvature 31 1, 321 and / or the torsion 371, 372 of the fiber 201 in the region between the fixing point 206 and the movable end 205.
  • the signal may be indicative of the exit angle of the laser light 191, 192.
  • FIG. 8C illustrates aspects relating to the assembly 100.
  • FIG. 8C aspects related to the positioning device 560.
  • the positioning device 560 is implemented by a PSD 552.
  • the example of FIG. 8C basically corresponds to the example of FIG. 8B.
  • the primary laser light 191, 192 is not measured by the PSD 552. Rather, light 889 from a light emitting diode 888 is used.
  • another light source could be used, for example, a light source that is also used for a fiber Bragg measurement with the fiber Bragg gratings 51 1 -516 described above.
  • the light 889 passes through an optical fiber of the fiber 201.
  • light emitting diode 888 is disposed at the fixed end of fiber 201 and injects light 889 into fiber 201.
  • a bender 852 is provided which redirects the light 889 toward the PSD 552.
  • a portion of the primary laser light 191, 192 in the region of the laser light source 599 could be branched off and passed through the fiber 201. Then, this branched laser light 191, 192 could be passed through the diverter 852 onto the PSD 552.
  • FIG. 8D illustrates aspects relating to the assembly 100.
  • FIG. 8C aspects related to the positioning device 560.
  • the positioning device 560 is implemented by a PSD 552.
  • FIG. 8D basically corresponds to the example of FIG. 8C.
  • both the primary laser light 191, 192 and the light 889 are deflected by the deflection unit 452.
  • the deflection unit 452 may, for example, have a mirrored inner surface whose front side deflects the primary laser light 191, 192 and whose rear side deflects the light 889.
  • FIG. 9 illustrates aspects relating to the assembly 100.
  • FIG. 9 Aspects Concerning the Actuator 900.
  • FIG. 9 Aspects Concerning the Actuator 900.
  • actuator 900 included a coil assembly 901 that includes conductor turns and is configured to generate a magnetic field in the region of fiber 201.
  • the fiber 201 is coated with a magnetic material 903, for example by sputtering. It would also be possible to glue or solder a magnet etc.
  • the magnetic material is eg ferromagnetic or paramagnetic or diamagnetic.
  • actuator 900 included a guide along which end 205 is guided one-dimensionally. This means that the actuator 900 according to the example of FIG. 9 is arranged to one-dimensionally scan the fiber 205.
  • a time-varying current to the coil assembly 901
  • a time-varying magnetic field can be generated in the region of the magnetic material 903.
  • the fiber 205 is deflected along the guide 902.
  • the fiber 205 may be scanned between the positions 301, 202.
  • the controller it would be possible for the controller to be arranged to drive the actuator 900 to scan the end 205 of the fiber 201 between the reversing positions 301, 302 at a scan frequency of at least 500 Hz, optionally at least 700 Hz, more optionally at least 1 , 2 kHz scans. Scanning may mean, in the various examples described herein, that the controller 950 repeatedly drives the actuator 900 to periodically cause movement of the end 205 for multiple repetitions. However, in other examples, it would also be possible for the actuator 900 to be configured to scan the fiber 201 two-dimensionally. The guide 902 can then be dispensable.
  • FIG. 10A illustrates aspects relating to the assembly 100.
  • FIG. 10A illustrates aspects related to the actuator 900.
  • the actuator 902 comprises orthogonal coil pairs 901 (only one coil pair 901 is shown in FIG. 10A; the further orthogonal coil pair is arranged in a plane perpendicular to the plane of the drawing).
  • FIG. 10B illustrates aspects relating to the assembly 100.
  • FIG. 10B aspects relating to the actuator 900.
  • FIG. 10A illustrates aspects relating to the assembly 100.
  • the actuator 902 includes levers 951, 952 attached to the opposite sides 251, 252 of the fiber 201.
  • the levers 951, 952 extend perpendicular to the central axis 202 of the fiber 201.
  • the levers 951, 952 could be made of plastic, silicon, glass, etc., for example.
  • On the levers 951, 952 spaced from the central axis 202 each have a magnet 903 is provided.
  • an eccentric deflection of the levers 951, 952 with respect to the central axis 202 can take place by means of a magnetic field generated by the coils 901.
  • a torque can act on the fiber 201.
  • FIG. 10C illustrates aspects relating to the assembly 100.
  • the actuator 900 includes a rotary magnetic field source (not shown in FIG. 10C) configured to generate a magnetic field 961 which is a function of time in a plane defined perpendicular to the central axis 202 of the fiber 201 (drawing plane of FIG. above) rotates.
  • a rotary magnetic field source not shown in FIG. 10C
  • an angle 962 is plotted, which the magnetic field 961 assumes at any desired time.
  • the actuator 900 further includes two magnets 903.
  • the magnets 903 may be adhered to the fiber 201. Sputtering would be possible.
  • the magnets 903 could be formed as thin films.
  • a first magnet 903 is disposed on the side 251 of the fiber 201.
  • a second magnet 903 is disposed on the opposite side 252 of the fiber 201.
  • the two magnets 903 are poled in opposite directions.
  • the magnetization of the first magnet 903 (shown on the left side in FIG. 10C) is oriented out of the plane of the drawing; the magnetization of the second magnet 903 (shown in time in FIG. 10C) is oriented in the plane of the drawing.
  • the magnetic field 961 causes inversely oriented force actions in the plane perpendicular to the central axis 202 (drawing plane of FIG. 10C).
  • a torsion of the fiber 201 in the region between the fixing point 206 and the movable end 205 can be effected.
  • the scan area can be adjusted due to the torsion of the fiber 201.
  • FIG. 10C illustrated below.
  • the course of the angle 962 of the rotary magnetic field 961 is shown below as a function of time. From FIG. 10C, it can be seen that the angle 962 is periodically varied between maximum values.
  • the torsion of the fiber 201 follows, for example, the angle 962, so that the angle range 1 10-2 defined by the torsion corresponds to the stroke of the angle 962.
  • a rotary magnetic field source a system of a plurality of coils whose coil axes include angles of, for example, 120 ° with each other could be used. By time-delayed driving of the coils thereby the rotating magnetic field can be generated.
  • FIG. FIG. 1 illustrates aspects relating to the assembly 100.
  • FIG. 1 1 Aspects Related to the Actuator 900.
  • the actuator 902 comprises piezoelectric conductors 913 attached to the different sides 251, 252 of the fiber 201. When current flows through the piezoelectric conductors 913, they change their length so that the curvature 31 1, 312 and the movement of the fiber 201 between, respectively the positions 301, 302 results.
  • FIG. 12 illustrates aspects relating to the assembly 100.
  • the arrangement 100 includes the broadband light source 1201 for generating the light 591 having a wavelength tuned to the grating periodicity of the one or more fiber Bragg gratings 51 1 -516, and a detector 1202 that is the one of the one or the light reflected by the plurality of fiber Bragg gratings 592 can detect.
  • detector 1202 may include one or more edge filters.
  • the arrangement 100 further includes a multiplexer 1250 configured to couple the light 591 of the broadband light source 1201 into an optical fiber of the fiber 201.
  • the multiplexer 1250 may also direct the light 592 reflected from the one or more fiber Bragg gratings to the detector 1202.
  • the light source 1201 could also be used for a measurement on the PSD 552 (see FIG 8D).
  • the fiber 201 could also comprise a plurality of optical waveguides or cores (multicore fiber).
  • FIG. 13 is a flowchart of a method according to various examples.
  • primary laser light is emitted in the direction of the deflection unit.
  • the first end of the fiber is moved. Continuous step-and-shoot techniques can be used.
  • the movable first end of the fiber can be moved in such a way that a curvature and / or torsion of the fiber is achieved in the region of the movable end.
  • the movable first end of the fiber is rigidly connected to the deflection unit: This moves the deflection unit with the movable end. Thereby, the angle at which primary laser light is radiated can be changed.
  • the primary laser light does not reach the deflection unit through the fiber.
  • FIG. 14 illustrates aspects related to the movement of the movable end 205 of the fiber 201.
  • the amplitude of the deflection of the fiber 201 for various positions between the fixing point 206 and the movable end 205 is shown.
  • the amplitude of the deflection of the fiber 201 is shown for the first-order eigen-mode (solid line) and the second-order eigen-mode (broken line).
  • the second order eigenmode has a higher natural frequency than the first order eigenmode.
  • the material loading of the fiber 201 material is lower for the second order eigenmode than for the first order eigenmode.
  • a lower material load in connection with the second-order eigenmode could be achieved.
  • the actuator 900 it is possible for the actuator 900 to be configured to resonantly move the fiber 201 in the second-order or higher eigen mode.
  • FIG. FIG. 15 illustrates aspects relating to the assembly 100.
  • the assembly 100 includes a housing 1700 having a translucent element 1701.
  • the laser light 191, 192 emerging from the movable end 205 of the fiber 201 can exit through the light-transmissive element 1701, for example a plastic disk or a glass pane.
  • the translucent element 1701 could have a refractive power and thus implement a lens (not shown in FIG. 15).
  • the translucent element 1701 could be implemented by a lens become. By means of the lens it would be possible to collect a divergent beam cross section of the laser light 191, 192 (in FIG. 15 the beam cross section of the laser light 191, 192 is not shown).
  • the beam cross section of the laser light 191, 192 behind the lens does not increase significantly as a function of the location with increasing distance to the movable end 205.
  • a particularly high spatial resolution can be provided, for example, in connection with the LIDAR technique.
  • the laser light 191, 192 is emitted in small solid angles.
  • the area in which the movable end 205 of the fiber 201 moves is evacuated.
  • the movement of the movable end 205 can be implemented without air friction.
  • external interference can be avoided.
  • the housing 1700 could have passive temperature compensation.
  • the housing 1700 could have heat storage, which can reduce large temperature fluctuations.
  • the housing 1700 could have active and / or passive shock absorption.
  • impulses from outside the assembly 100 could be absorbed or reduced in amplitude, so that a negative influence on the movement of the movable end 205 of the fiber 201 can be reduced.
  • the laser light source 599 and the detector 102 are also disposed in the housing 1700.
  • the laser light source 599 and / or the detector 102 could be located outside of the housing 1700. In such a case, it would be possible for the housing 100 to have an optical plug contact.
  • the laser light source 599 and the detector 102 are disposed substantially opposite to the fiber 201 in the housing 1700. This means that the angle between the optical path of the primary laser light 191, 192 to the deflection unit 452 and the central axis 202 of the fiber 201 in the rest position of the fiber 201 is approximately 180 °. In other examples, the laser light source 599 and / or the detector 102 could also be disposed differently with respect to the fiber 201 in the housing 1700.
  • an angle between the optical path of the primary laser light 191, 192 to the deflection unit 452 could make an angle with the central axis 202 of the fiber 201 in a rest position of the fiber 201 - ie without deflection by the actuator - in the range of 25 ° - 335 °, optionally in the range of 90 ° - 270 °, further optional in the range 120 ° - 240 °.
  • the secondary laser light 191 B, 192 B is not coupled into an optical fiber of the fiber 201. In other examples, however, it would also be possible for the secondary laser light 191 B, 192 B to be coupled into an optical fiber of the fiber 201 (see FIG.
  • FIGS. 15 and 16 may be combined with other examples described herein, e.g. with the example of FIG. 8D: other light could be directed to the PSD 552 instead of the laser light 191, 192.
  • FIG. 17 illustrates aspects relating to the two-dimensional scanning of an environment area extending along two orthogonal spatial directions x, y.
  • an environment region 1800 is scanned that has two-dimensional extent.
  • the surrounding area 1800 may be e.g. are obtained by overlaying two one-dimensional scans by a Lissajous pattern.
  • the torsion angle range 1 10-2 is thereby achieved by the torsion of the fiber 201 in the region between the fixing point 206 and the movable end 205.
  • the torsion angular range 1 10-2 is greater than the bending angle range 1 10-2, which is achieved by the curvature of the fiber 201. It has been observed that particularly good results can be achieved if the torsion angle range 1 10-2 is greater by at least a factor of 2 than the bending angle range 1 10-1, optionally by at least a factor of 3.5, further optionally by at least a factor of 5.
  • the torsion angle 1 could be 10-2> 90 °, optionally> 140 °, further optional> 170 °.
  • a smaller angle range 1 10-1 is achieved by the curvature of the fiber 201 in the region between the fixing point 206 and the movable end 205.
  • the curvature angle range 1 10-1 could be between 10 ° and 60 °.
  • Such an implementation of the surrounding area 1800 is based on the knowledge that, due to the torsion of the fiber 201, a particularly efficient scanning of large angular ranges 110-2 can be achieved. At the same time, by combining with the curvature of the fiber 201, two-dimensional scanning can be enabled.
  • the features of the previously described embodiments and aspects of the invention may be combined. In particular, the features may be used not only in the described combinations but also in other combinations or per se, without departing from the scope of the invention.

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Abstract

Eine Anordnung umfasst ein faserförmiges Element (201) mit einem ersten Ende (205) und einem zweiten Ende. Die Anordnung (100) umfasst auch eine Fixierung (250), welche das faserformige Element (201) an einer Fixierstelle (206) fixiert. Ein Aktuator ist eingerichtet, um das erste Ende (205) des faserformigen Elements (201) gegenüber der Fixierstelle (206) zu bewegen. In manchen Beispielen ist ein LIDAR-System eingerichtet, um basierend auf dem Licht (191, 192) eine gescannte Abstandsmessung von Objekten im Umfeld der Anordnung durchzuführen.

Description

LIDAR-SYSTEM MIT BEWEGLICHER FASER
TECHNISCHES GEBIET Verschiedene Ausführungsformen betreffen eine Anordnung, welche ein faserförmiges Element und einen Aktuator umfasst, der eingerichtet ist, um ein erstes Ende des faserförmigen Elements gegenüber einer Fixierstelle des faserförmigen Elements zu bewegen. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Anordnung auch ein LIDAR- System, welches eingerichtet ist, um basierend auf Laserlicht eine gescannte Abstandsmessung von Objekten im Umfeld der Anordnung durchzuführen.
HINTERGRUND
Die Abstandsmessung von Objekten ist in verschiedenen Technologiefeldern erstrebenswert. Zum Beispiel kann es im Zusammenhang mit Anwendungen des autonomen Fahrens erstrebenswert sein, Objekte im Umfeld von Fahrzeugen zu erkennen und insbesondere einen Abstand zu den Objekten zu ermitteln.
Eine Technik zur Abstandsmessung von Objekten ist die sogenannte LIDAR-Technologie (engl. Light detection and ranging; manchmal auch LADAR). Dabei wird gepulstes Laserlicht von einem Emitter ausgesendet. Die Objekte im Umfeld reflektieren das Laserlicht. Diese Reflexionen können anschließend gemessen werden. Durch Bestimmung der Laufzeit des Laserlichts kann ein Abstand zu den Objekten bestimmt werden. Um die Objekte im Umfeld ortsaufgelöst zu erkennen, kann es möglich sein, das Laserlicht zu scannen. Je nach Abstrahlwinkel des Laserlichts können dadurch unterschiedliche Objekte im Umfeld erkannt werden.
Herkömmliche ortsaufgelöste LIDAR-Systeme weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie vergleichsweise teuer, schwer, wartungsintensiv und/oder groß sein können. Typischerweise wird bei LIDAR-Systemen ein Scanspiegel verwendet, der in unterschiedliche Positionen gebracht werden kann. Eine Genauigkeit, mit der die Position des Scanspiegels ermittelt werden kann, begrenzt dabei typischerweise die Genauigkeit der Ortsauflösung der LIDAR- Messung. Außerdem ist der Scanspiegel oftmals groß und die Verstell-Mechanik kann wartungsintensiv und/oder teuer sein. Aus Leach, Jeffrey H., Stephen R. Chinn, and Lew Goldberg. "Monostatic all-fiber scanning LADAR System." Applied optics 54.33 (2015): 9752-9757 sind Techniken bekannt, um Mittels einer einstellbaren Krümmung einer Lichtfaser eine gescannte LIDAR-Messung durchzuführen. Entsprechende Techniken sind auch aus Mokhtar, M. H. H., and R. R. A. Syms. "Tailored fibre waveguides for precise two-axis Lissajous scanning." Optics express 23.16 (2015): 20804-2081 1 bekannt.
Solche Techniken weisen den Nachteil auf, dass die Krümmung der Lichtfaser vergleichsweise limitiert ist. Außerdem kann es schwierig möglich sein, eine Optik zu implementieren, die eine Strahldivergenz von Laserlicht, das aus dem Ende der Lichtfaser austritt, zu vermeiden.
ZUSAMMENFASSUNG
Deshalb besteht ein Bedarf für verbesserte Techniken zur Abstandsmessung von Objekten im Umfeld einer Anordnung. Insbesondere besteht ein Bedarf für solche Techniken, welche zumindest einige der oben genannten Einschränkungen und Nachteile beheben.
Diese Aufgabe wird von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die Merkmale der abhängigen Patentansprüche definieren Ausführungsformen.
Eine Vorrichtung umfasst ein flexibles faserförmiges Element mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende. Die Vorrichtung umfasst auch eine Fixierung, welche das faserformige Element an einer Fixierstelle fixiert. Die Vorrichtung umfasst auch eine Umlenkeinheit, die ortsfest mit dem ersten Ende des faserformigen Element verbunden ist und die eingerichtet ist, um auftreffendes Laserlicht umzulenken. Die Vorrichtung umfasst auch mindestens einen Aktuator, der eingerichtet ist, um das faserformige Element im Bereich zwischen der Fixierstelle und dem ersten Ende zu bewegen. Die Vorrichtung umfasst auch eine Laserlichtquelle, die eingerichtet ist, um primäres Laserlicht auf die Umlenkeinheit zu strahlen. Ein optischer Pfad des primären Laserlichts zur Umlenkeinheit verläuft nicht durch das faserformige Element. Ein Winkel zwischen einem optischen Pfad des primären Laserlichts und der Zentralachse des faserformigen Elements liegt in einer Ruhestellung des faserformigen Elements im Bereich von 120° - 240°, optional im Bereich von 150° - 210°.
Eine Vorrichtung umfasst ein flexibles faserförmiges Element mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende. Die Vorrichtung umfasst auch eine Fixierung, welche das faserformige Element an einer Fixierstelle zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende fixiert. Die Vorrichtung umfasst auch eine Umlenkeinheit, die ortsfest mit dem ersten Ende des faserformigen Elements verbunden ist und die eingerichtet ist, um auftreffendes Laserlicht umzulenken. Die Vorrichtung umfasst auch mindestens einen Aktuator, der eingerichtet ist, um das faserförmige Element im Bereich zwischen der Fixierstelle und dem ersten Ende zu bewegen. Die Vorrichtung umfasst auch eine Laserlichtquelle, die eingerichtet ist, um primäres Laserlicht auf die Umlenkeinheit zu strahlen. Die Vorrichtung umfasst auch ein LIDAR-System, das eingerichtet ist, um basierend auf dem primären Laserlicht eine gescannte Abstandsmessung von Objekten im Umfeld der Anordnung durchzuführen. Ein optischer Pfad des primären Laserlichts zur Umlenkeinheit nicht durch die Faser verläuft. In einem Beispiel umfasst ein Verfahren das Bewegen eines faserformigen Elements im Bereich zwischen einer Fixierstelle des faserformigen Elements an einer Fixierung und einem ersten Ende des faserformigen Elements. Eine Umlenkeinheit ist ortsfest mit dem ersten Ende des faserformigen Elements verbunden. Das Verfahren umfasst auch das Bestrahlen der Umlenkeinheit mit primären Laserlicht. Der optische Pfad des Laserlichts verläuft nicht durch das faserförmige Element. Das Verfahren kann optional das Durchführen einer gescannten Abstandsmessung von Objekten umfassen.
Die oben dargelegten Merkmale und Merkmale, die nachfolgend beschrieben werden, können nicht nur in den entsprechenden explizit dargelegten Kombinationen verwendet werden, sondern auch in weiteren Kombinationen oder isoliert, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
FIG. 1A illustriert schematisch eine Anordnung, die eingerichtet ist, um eine gescannte Abstandsmessung von Objekten im Umfeld der Anordnung gemäß verschiedener Ausführungsformen durchzuführen, wobei die Anordnung einen Emitter für Laserlicht, einen Detektor für Laserlicht und ein LIDAR-System aufweist.
FIG. 1 B illustriert schematisch die Anordnung der FIG. 1A in größerem Detail, wobei die Anordnung eine Scanvorrichtung umfasst, die eingerichtet ist, um das Laserlicht zu scannen.
FIG. 2 illustriert schematisch eine Scanvorrichtung mit einem faserformigen Element mit einem beweglichen Ende gemäß verschiedener Ausführungsformen. FIG. 3A illustriert schematisch eine Scanvorrichtung mit einem faserformigen Element mit einem beweglichen Ende gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei FIG. 3A eine Krümmung des faserformigen Elements illustriert. FIG. 3B illustriert schematisch eine Scanvorrichtung mit einem faserformigen Element mit einem beweglichen Ende gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei FIG. 3B eine Torsion des faserformigen Elements illustriert.
FIG. 4A illustriert schematisch eine Scanvorrichtung mit einem faserformigen Element mit einem beweglichen Ende gemäß verschiedener Ausführungsformen.
FIG. 4B illustriert schematisch eine Scanvorrichtung mit einem faserformigen Element mit einem beweglichen Ende gemäß verschiedener Ausführungsformen. FIG. 4C illustriert schematisch eine Scanvorrichtung mit einem faserformigen Element mit einem beweglichen Ende gemäß verschiedener Ausführungsformen.
FIG. 5 illustriert schematisch eine Positioniervorrichtung zum Bestimmen einer Position des beweglichen Endes des faserformigen Elements gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei die Positioniervorrichtung einer Faser-Bragg-Gitter umfasst.
FIG. 6A illustriert schematisch eine Positioniervorrichtung zum Bestimmen einer Position des beweglichen Endes des faserformigen Elements gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei die Positioniervorrichtung zwei Faser-Bragg-Gitter umfasst.
FIG. 6B illustriert schematisch eine Positioniervorrichtung zum Bestimmen einer Position des beweglichen Endes des faserformigen Elements gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei die Positioniervorrichtung zwei Faser-Bragg-Gitter umfasst. FIG. 6C illustriert schematisch eine Positioniervorrichtung zum Bestimmen einer Position des beweglichen Endes des faserformigen Elements gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei die Positioniervorrichtung vier Faser-Bragg-Gitter umfasst.
FIG. 7 illustriert schematisch eine Positioniervorrichtung zum Bestimmen einer Position des beweglichen Endes des faserformigen Elements gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei die Positioniervorrichtung vier Faser-Bragg-Gitter umfasst. FIG. 8A illustriert schematisch eine Positioniervorrichtung zum Bestimmen einer Position des beweglichen Endes des faserförmigen Elements gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei die Positioniervorrichtung vier Faser-Bragg-Gitter umfasst. FIG. 8B illustriert schematisch eine Positioniervorrichtung zum Bestimmen einer Position des beweglichen Endes des faserförmigen Elements gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei die Positioniervorrichtung einen Strahlteiler und einen Positions-sensitiven Detektor (PSD) umfasst. FIG. 8C illustriert schematisch eine Positioniervorrichtung zum Bestimmen einer Position des beweglichen Endes des faserförmigen Elements gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei die Positioniervorrichtung einen Strahlteiler und einen Positions-sensitiven Detektor (PSD) umfasst. FIG. 8D illustriert schematisch eine Positioniervorrichtung zum Bestimmen einer Position des beweglichen Endes des faserförmigen Elements gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei die Positioniervorrichtung einen Strahlteiler und einen Positions-sensitiven Detektor (PSD) umfasst. FIG. 9 illustriert schematisch einen Aktuator zum Bewegen des beweglichen Endes des faserförmigen Elements gemäß verschiedener Ausführungsformen.
FIG. 10A illustriert schematisch einen Aktuator zum Bewegen des beweglichen Endes des faserförmigen Elements gemäß verschiedener Ausführungsformen.
FIG. 10B illustriert schematisch einen Aktuator zum Bewegen des beweglichen Endes d des faserförmigen Elements gemäß verschiedener Ausführungsformen.
FIG. 10C illustriert schematisch einen Aktuator zum Bewegen des beweglichen Endes des faserförmigen Elements gemäß verschiedener Ausführungsformen.
FIG. 1 1 illustriert schematisch einen Aktuator zum Bewegen des beweglichen Endes des faserförmigen Elements gemäß verschiedener Ausführungsformen. FIG. 12 illustriert schematisch eine Anordnung, die eingerichtet ist, um eine gescannte Abstandsmessung von Objekten im Umfeld der Anordnung gemäß verschiedener Ausführungsformen durchzuführen. FIG. 13 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedener Ausführungsformen.
FIG. 14 illustriert schematisch eine Krümmungs-Mode erster Ordnung und eine Krümmungs- Mode zweiter Ordnung gemäß verschiedener Ausführungsformen.
FIG. 15 illustriert schematisch eine Vorrichtung gemäß verschiedener Ausführungsformen. FIG. 16 illustriert schematisch eine Vorrichtung gemäß verschiedener Ausführungsformen.
FIG. 17 illustriert schematisch einen zweidimensionalen Scanbereich.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Die Figuren sind schematische Repräsentationen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und genereller Zweck dem Fachmann verständlich wird. In den Figuren dargestellte Verbindungen und Kopplungen zwischen funktionellen Einheiten und Elementen können auch als indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert werden. Funktionale Einheiten können als Hardware, Software oder eine Kombination aus Hardware und Software implementiert werden.
Nachfolgend werden verschiedene Techniken zum Scannen von Licht beschrieben. Die nachfolgenden Techniken können zum Beispiel das zweidimensionale Scannen von Licht oder das eindimensionale Scannen von Licht ermöglichen. Das Scannen kann wiederholtes Aussenden des Lichts unter unterschiedlichen Abstrahlwinkeln bezeichnen. Das Scannen kann das wiederholte Abtasten von unterschiedlichen Punkten in der Umgebung mittels des Lichts bezeichnen. Z.B. kann die Menge der unterschiedlichen Punkte in der Umgebung und/oder die Menge der unterschiedlichen Abstrahlwinkel einen Scanbereich festlegen.
In verschiedenen Beispielen ist es möglich, Laserlicht zu scannen. Dabei kann zum Beispiel kohärentes oder inkohärentes Laserlicht verwendet werden. Es wäre möglich, polarisiertes oder unpolarisiertes Laserlicht zu verwenden. Beispielsweise wäre es möglich, dass das Laserlicht gepulst verwendet wird. Zum Beispiel können kurze Laserpulse mit Pulsbreiten im Bereich von Femtosekunden oder Pikosekunden oder Nanosekunden verwendet werden. Beispielsweise kann eine Pulsdauer im Bereich von 0,5 - 3 Nanosekunden liegen. Das Laserlicht kann eine Wellenlänge im Bereich von 700 - 1800 nm aufweisen. Aus Gründen der Einfachheit wird nachfolgend vornehmlich Bezug genommen auf Laserlicht; die verschiedenen hierin beschriebenen Beispiele können aber auch zum Scannen von Licht aus anderen Lichtquellen, zum Beispiel Breitbandlichtquellen oder RGB-Lichtquellen, angewendet werden. RGB-Lichtquellen bezeichnen hierin im Allgemeinen Lichtquellen im sichtbaren Spektrum, wobei der Farbraum durch Überlagerung mehrerer unterschiedlicher Farben - beispielsweise rot, grün, blau oder cyan, magnta, gelb, schwarz - abgedeckt wird.
In verschiedenen Beispielen wird zum Scannen des Laserlichts ein bewegliches Ende eines faserformigen Elements verwendet. Das faserformige Element kann länglich ausgebildet sein und könnte beispielsweise auch als Balken bezeichnet werden. Das faserformige Element kann gerade ausgebildet sein, d.h. in einem Ruhezustand keine oder keine signifikante Krümmung aufweisen. Nachfolgend wird das faserformige Element aus Gründen der Einfachheit als Faser bezeichnet. Beispielsweise können Fasern verwendet werden, die keinen Kern aufweisen, der Licht leitet. In anderen Beispielen können aber auch Lichtfasern verwendet werden, die auch als Glasfasern bezeichnet werden. Dabei ist es aber nicht erforderlich, dass die Fasern aus Glas hergestellt sind. Die Fasern können zum Beispiel aus Kunststoff, Glas oder einem anderen Material hergestellt sein. Beispielsweise können die Fasern aus Quarzglas oder Silizium hergestellt sein. Beispielsweise können die Fasern ein 70 GPa Elastizität-Modul aufweisen. Beispielsweise können die Fasern bis zu 4 % Materialdehnung ermöglichen. In manchen Beispielen weisen die Fasern einen Kern auf, in welchem das eingespeiste Laserlicht propagiert und durch Totalreflektion an den Rändern eingeschlossen ist (Lichtwellenleiter). Die Faser muss aber keinen Kern aufweisen. In verschiedenen Beispielen können sogenannte Einmoden-Lichtfasern (engl. Single mode fibers) oder Mehrmoden-Lichtfasern (engl, multimode fibers) verwendet werden. Die verschiedenen hierin beschriebenen Fasern können zum Beispiel einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Es wäre zum Beispiel möglich, dass die verschiedenen hierin beschriebenen Fasern einen Durchmesser aufweisen, der nicht kleiner als 50 μηι ist, optional nicht <150 μηι ist, weiter optional nicht <500 μηι ist, weiter optional nicht <1 mm ist. Zum Beispiel können die verschiedenen hierin beschriebenen Fasern verbiegbar bzw. krümmbar ausgestaltet sein, d.h. flexibel. Dazu kann das Material der hierin beschriebenen Fasern eine gewisse Elastizität aufweisen.
Beispielsweise könnte das bewegliche Ende der Faser in einer Dimension oder in zwei Dimensionen bewegt werden. Beispielsweise wäre es möglich, dass das bewegliche Ende der Faser gegenüber einer Fixierstelle der Faser verkippt wird; dies resultiert in einer Krümmung der - initial geraden - Faser. Alternativ oder zusätzlich wäre es möglich, dass das bewegliche Ende der Faser entlang der Faserachse - d.h. der Zentralachse der Faser - verdreht wird (Torsion). Durch das Bewegen des beweglichen Endes der Faser kann erreicht werden, dass Laserlicht unter verschiedenen Winkeln abgestrahlt wird. Dadurch kann ein Umfeld mit dem Laserlicht gescannt werden. Je nach Stärke der Bewegung des beweglichen Endes können unterschiedlich große Scanbereiche implementiert werden.
In den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen ist es jeweils möglich, eine Torsion des beweglichen Endes der Faser alternativ oder zusätzlich zu einer Krümmung des beweglichen Endes der Faser zu implementieren.
In verschiedenen hierein beschriebenen Beispielen wird die Faser als Aktuator für eine Umlenkeinheit verwendet. Die Umlenkeinheit kann dabei am beweglichen Ende der Faser starr bzw. ortsfest angebracht sein. Z.B. könnte die Faser an einer Rückseite der Umlenkeinheit angebracht sein, wobei die Umlenkung von Licht auf der Vorderseite geschieht. Dabei kann das Laserlicht jedoch auf einem anderem optischen Pfad zur Umlenkeinheit gelangen, als durch die Faser. Z.B. könnten in einem Ruhezustand der Faser der optische Pfad und eine Längsachse der Faser einen Winkel einschließen, der im Bereich von 90° - 270° liegt, optional im Bereich von 170° - 190°, weiter optional in etwa 180° beträgt. Die Faser dient - in anderen Worten - nicht als Lichtwellenleiter für das Laserlicht auf dem Weg zur Umlenkeinheit. Dadurch kann ein kompliziertes und aufwendiges Einkoppeln des Laserlichts in die Faser vermieden werden. Außerdem kann Laserlicht verwendet werden, was zum Beispiel nicht nur die örtliche TEM00 Mode, sondern alternativ oder zusätzlich andere Moden aufweist. Dies kann die Verwendung eines besonders kleinen Lasers, beispielsweise einer Laserdiode ermöglichen. Beispielsweise kann die Umlenkeinheit als Prisma oder Spiegel implementiert sein. Beispielsweise könnte der Spiegel durch einen Wafer implementiert sein. Beispielsweise könnte der Siegel eine Dicke im Beriech von 0,05 μ - 0,1 mm aufweisen. Im Allgemeinen können solche Techniken zum Scannen von Licht in unterschiedlichsten Anwendungsgebieten eingesetzt werden. Beispiele umfassen Endoskope und RGB- Projektoren und Drucker. In verschiedenen Beispielen können LIDAR-Techniken angewendet werden. Die LIDAR-Techniken können dazu genutzt werden, um eine ortsaufgelöste Abstandsmessung von Objekten im Umfeld durchzuführen. Zum Beispiel kann die LIDAR- Technik Laufzeitmessungen des Laserlichts zwischen dem beweglichen Ende der Faser, dem Objekt und einem Detektor umfassen.
Obwohl verschiedene Beispiele in Bezug auf LIDAR-Techniken beschrieben werden, ist die vorliegende Anmeldung nicht auf LIDAR-Techniken beschränkt. Zum Beispiel können die hierin beschriebenen Aspekte in Bezug auf das Scannen des Laserlichts mittels des beweglichen Endes der Faser auch für andere Anwendungen eingesetzt werden. Beispiele umfassen zum Beispiel das das Projizieren von Bilddaten in einem Projektor - dabei könnte z.B. eine RGB-Lichtquelle verwendet werden. Verschiedenen Beispielen liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es erstrebenswert sein kann, das Scannen des Laserlichts mit einer hohen Genauigkeit bezüglich des Abstrahlwinkels durchzuführen. Zum Beispiel kann im Zusammenhang mit LIDAR-Techniken eine Ortsauflösung der Abstandsmessung durch eine Ungenauigkeit des Abstrahlwinkels begrenzt sein. Typischerweise wird eine höhere (niedrigere) Ortsauflösung erreicht, je genauer (weniger genau) der Abstrahlwinkel des Laserlichts bestimmt werden kann.
Dabei ist es in verschiedenen Beispielen nicht erforderlich, dass bestimmte Abstrahlwinkel bzw. Positionen des beweglichen Endes der Faser in verschiedenen Scanpositionen reproduzierbar umgesetzt werden. Eine Unterbrechung des Scanvorgangs an bestimmten Positionen des beweglichen Endes der Faser ist nicht erforderlich: es kann eine continuous step-and-shoot Technik umgesetzt werden, anstatt einer step-and-shoot Technik. Durch eine genaue Messung der Position des beweglichen Endes der Faser kann vielmehr an beliebigen Abstrahlwinkeln eine LIDAR-Messung umgesetzt werden und durch die entsprechende Information über den Abstrahlwinkel z.B. auf ein fest vorgegebenes Winkelraster interpoliert werden. Verschiedene Beispiele betreffen eine Positioniervorrichtung, die eingerichtet ist, um ein Signal auszugeben, das indikativ für den Abstrahlwinkel ist. Dies bedeutet, dass die Positioniervorrichtung eingerichtet sein könnte, um ein Signal auszugeben, das indikativ für die Position des beweglichen Endes der Faser ist. Zum Beispiel wäre es möglich, dass Anwendungen, die auf das Scannen des Laserlichts zurückgreifen, das Signal der Positioniervorrichtung verwenden, um eine höhere Genauigkeit zu erzielen. Durch die Positioniervorrichtung ist es entbehrlich, bestimmte Positionen des Endes der Faser wiederholt umzusetzen: es kann vielmehr die tatsächliche Position des beweglichen Endes der Faser bzw. der tatsächliche Abstrahlwinkel gemessen werden. Dies reduziert die Komplexität der Ansteuerung des Aktuators zum Positionieren des beweglichen Endes der Faser: Der Aktuator kann z.B. eingerichtet sein, um das bewegliche Ende zwischen zwei Extremstellungen kontinuierlich hin- und herzubewegen - etwa im Gegensatz zu sogenannten Step-and-Shoot Ansätzen, wo der Scanprozess für die Messung in einer Zwischenposition unterbrochen wird. Der Aktuator muss nicht eingerichtet sein, um bestimmte Positionen zwischen den Extremstellungen aufgelöst umzusetzen. Der Aktuator kann z.B. eingerichtet sein, um das bewegliche Ende der Faser zwischen zwei Extremstellungen mit im Wesentlichen konstanter Geschwindigkeit hin- und her zu bewegen. Insbesondere kann der Aktuator eingerichtet sein, dass beim Bewegen der beweglichen Faser zwischen zwei Extremstellungen keine Abnahme der Geschwindigkeit auf Null an Zwischenpositionen stattfindet.
In manchen Beispielen kann die Positioniervorrichtung eingerichtet sein, um eine optische Messung durchzuführen. Beispielsweise könnte die Positioniervorrichtung eingerichtet sein, um die Krümmung und/oder die Torsion der Faser optisch zu messen. Alternativ oder zusätzlich könnte die Positioniervorrichtung eingerichtet sein, um den Abstrahlwinkel des Laserlichts optisch zu messen, beispielsweise basierend auf dem Laserlicht selbst und/oder basierend auf Licht einer Leuchtdiode und/oder basierend auf weiterem Laserlicht einer weiteren Laserlichtquelle. Eine solche optische Messung der Position kann insbesondere besonders genau sein. Außerdem können hohe Abtastfrequenzen möglich sein. Dies fördert continuous step-and-shoot Scantechniken.
In manchen Beispielen kann die Positioniervorrichtung eingerichtet sein, um die Position des beweglichen Endes der Faser durch eine Zustandsmessung des Laserlichts im Bereich des beweglichen Endes der Faser zu bestimmen. Im Gegensatz zu anderen indirekten Techniken - die zum Beispiel eine Zustandsmessung des Aktuators berücksichtigen - kann derart eine besonders genaue Bestimmung des Winkels, unter welchem das Laserlicht ausgesendet wird, erfolgen. Außerdem kann eine besonders schnelle Bestimmung des Winkels, unter welchem das Laserlicht ausgesendet wird, erfolgen. Die Abtastfrequenz, mit der die Positioniervorrichtung das Signal ausgibt, kann besonders hoch sein.
In manchen Beispielen kann die Positioniervorrichtung eingerichtet sein, um die Position des beweglichen Endes der Faser durch eine Zustandsmessung der Faser selbst zu bestimmen. Im Gegensatz zu anderen indirekten Techniken - die zum Beispiel eine Zustandsmessung des Aktuators berücksichtigen - kann derart eine besonders genaue Bestimmung des Winkels, unter welchem das Laserlicht ausgesendet wird, erfolgen. Außerdem kann eine besonders schnelle Bestimmung des Winkels, unter welchem das Laserlicht ausgesendet wird, erfolgen. Die Abtastfrequenz, mit der die Positioniervorrichtung das Signal ausgibt, kann besonders hoch sein.
In verschiedenen Beispielen umfasst die Positioniervorrichtung ein PSD. Der PSD kann z.B. basierend auf dem lateralen photoelektrischen Effekt betrieben werden. Dazu kann beispielsweise eine PIN-Diode verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich könnte auch ein diskreter PSD verwendet werden. Dieser könnte beispielsweise mehrere diskrete Bildpunkte umfassen, beispielsweise in Form eines CCD-Sensors oder eines CMOS-Sensors. Mittels des PSD kann es möglich sein, den aktuellen Winkel unter welchem das Laserlicht abgestrahlt wird, zu bestimmen. In manchen Beispielen kann ein lichtdurchlässiges PSD (engl, translucent PSD) verwendet werden, um eine Beschädigung zu vermeiden.
In verschiedenen Beispielen umfasst die Positioniervorrichtung mindestens ein Faser-Bragg- Gitter. Das Faser-Bragg-Gitter kann eine periodischen Modulation des Brechungsindex eines Kerns einer Faser entsprechen. Das Faser-Bragg-gitter kann eine Länge im Bereich von 100 μηη - 1 mm aufweisen. Eine Periodizität des Faser-Bragg-Gitters kann im Bereich der Wellenlänge von Licht liegen. Wenn Licht auf das Faser-Bragg-Gitter auftritt, dessen Wellenlänge die Bragg-Beziehung erfüllt, dann kann ein signifikanter Anteil des einfallenden Lichts reflektiert werden. Indem die Amplitude des reflektierten Lichts gemessen wird, kann auf eine Längenänderung der Faser im Bereich des Faser-Bragg-Gitters zurückgeschlossen werden. Beispielsweise kann die Längenänderung der Faser im Bereich des Faser-Bragg- Gitters durch eine Krümmung der Faser aufgrund der Bewegung des freien Endes der Faser hervorgerufen werden. Zur Auswertung des reflektierten Lichts kann zum Beispiel ein Spektrometer verwendet werden. Es wäre aber auch möglich, dass zur Auswertung des reflektierten Lichts ein Kantenfilter verwendet wird, der einen Bandpass im Bereich einer Flanke der Filterkurve des Faser-Bragg-Gitters aufweist. Derart können unterschiedliche Intensitäten hinter dem Kantenfilter indikativ für eine Änderung der Reflexion am Faser-Bragg- Gitter sein. Entsprechende Techniken sind in DE 10 2009 014 478 B4 offenbart, wobei der entsprechende Offenbarungsgehalt hierin durch Querverweis übernommen wird.
Der Aktuator kann z.B. eingerichtet sein, um einen resonanten Antrieb zu implementieren. Dies bedeutet, dass der Aktuator eingerichtet sein kann, um die Masse des Endes der Faser und weiterer Elemente in diesem Bereich - wie beispielsweise der Umlenkeinheit und/oder Linsen, etc. - resonant anzuregen. Dabei kann grundsätzlich eine Eigenmode erster Ordnung und/oder eine oder mehrere Eigenmoden höherer Ordnung resonant angeregt werden: Dies betrifft die Krümmung und/oder die Torsion der Faser. Es wäre aber auch möglich, dass der Aktuator einen nicht-resonanten Antrieb implementiert.
Mittels der hierin beschriebenen Techniken können verschiedene Effekte erzielt werden. Zum Beispiel kann es möglich sein, eine Anordnung zu implementieren, die das Scannen von Laserlicht besonders einfach, robust und mit kleinem Bauraum implementiert. Insbesondere im Vergleich zu Referenzimplementierungen, die einen makroskopischen Scanspiegel verwenden - der z.B. an mehreren Aufhängungspunkten mit einer Fixierung verbunden ist - , kann die Bewegung des freien Endes der Faser mit einfachen Bauteilen und besonders hoch integriert umgesetzt werden. Außerdem kann eine Abnutzung einer entsprechenden Anordnung im Verlauf des Betriebs weniger stark sein, im Vergleich zu herkömmlichen Scanspiegeln.
Durch die Verwendung einer Positioniervorrichtung - insbesondere mit einem PSD und/oder einem Faser-Bragg-Gitter - kann eine besonders genaue Positionierung des beweglichen Endes der Faser durchgeführt werden. Dadurch kann es wiederum möglich sein, eine hohe Ortsauflösung für Anwendungen wie beispielsweise die LIDAR-Technik, die auf das Scannen des Laserlichts über das Umfeld zurückgreifen, zu gewährleisten. Die hohe Ortsauflösung kann auch für continuous step-and-shoot Ansätze erreicht werden.
FIG. 1A illustriert Aspekte in Bezug auf eine gescannte Abstandsmessung von Objekten 195, 196. Insbesondere illustriert FIG. 1A Aspekte in Bezug auf eine Abstandsmessung auf Grundlage der LIDAR-Technik.
In FIG. 1A ist eine Anordnung 100 dargestellt, die einen Emitter 101 für Laserlicht 191 , 192 umfasst. Der Emitter 101 könnte z.B. eine Laserlichtquelle sein und / oder ein Ende einer Lichtfaser, die Laserlicht aussendet. Das Laserlicht wird beispielsweise gepulst ausgesendet (Primärstrahlung). Beispielsweise könnte das primäre Laserlicht 191 , 192 polarisiert sein. Es wäre auch möglich, dass das primäre Laserlicht 191 , 192 nicht polarisiert ist. Die Laufzeit eines Laserlicht-Pulses zwischen dem Emitter 101 , einem Objekt 195, 196 und einem Detektor 102 kann dazu verwendet werden, um einen Abstand zwischen der Anordnung 100 und den Objekten 195, 196 zu bestimmen. Dazu wird von den Objekten 195, 196 reflektierte Sekundärstrahlung 191 B, 192B gemessen. Als Detektor 102 kann zum Beispiel eine Fotodiode eingesetzt werden, die mit einem Wellenlängen-Filter gekoppelt ist, der selektiv Licht mit den Wellenlängen des Laserlichts 191 , 192 passieren lässt. Dadurch kann das von den Objekten 195, 196 reflektierte sekundäre Laserlicht 191 B, 192B detektiert werden.
Grundsätzlich ist es möglich, dass der Emitter 101 und der Detektor 102 als separate Bauteile implementiert sind; es wäre aber auch möglich, dass das sekundäre Laserlicht 191 B, 192B über dieselbe Optik detektiert wird, die auch den Emitter 101 implementiert wird.
Der Detektor 102 kann z.B. eine Avalanche-Photodiode umfassen. Beispielsweise kann der Detektor 102 eine Single Photon Avalanche Diode (SPAD) umfassen. Beispielsweise kann der Detektor ein SPAD-Array umfassend nicht weniger als 500, optional nicht weniger als 1000, weiter optional nicht weniger als 10000 SPADs umfassen. Der Detektor 102 kann z.B. mittels Photon-Korrelation betrieben werden. Der Detektor 102 kann z.B. eingerichtet sein, um einzelne Photonen zu detektieren. Ein LIDAR-System 103 ist vorgesehen, dass mit dem Emitter 101 und dem Detektor 102 gekoppelt ist. Zum Beispiel kann das LIDAR-System eingerichtet sein, um eine Zeitsynchronisation zwischen dem Emitter 101 und dem Detektor 102 zu erzielen. Das LIDAR- System 103 kann eingerichtet sein, um die Abstandsmessung der Objekte 195, 196 basierend auf Messsignalen, die von dem Detektor 102 erhalten werden, durchzuführen. Zum Beispiel kann das LIDAR-System 103 eingerichtet sein, um ein Signal auszugeben, welches indikativ für den Abstand und/oder die Positionierung der Objekte 195, 196 in Bezug auf die Anordnung 100 ist. In manchen Beispielen kann das LIDAR-System 103 auch ein Signal ausgeben, welches indikativ für eine Geschwindigkeit der Objekte 195, 196 und/oder ein Material der Objekte 195, 196 ist. Dazu kann beispielsweise der Doppler-Effekt berücksichtigt werden.
In den verschiedenen Beispielen könnte dazu ein optischer Frequenzfilter - beispielsweise ein Kantenfilter oder ein Bandpass-Filter - verwendet werden, dessen Filterkurve im Bereich des Spektrums des Laserlichts angeordnet ist. Durch die Doppler-Verschiebung kann dann erreicht werden, dass die durch den Filter transmittierte Lichtmenge in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Objekts 195, 196 variiert. Durch eine Intensitätsmessung kann dann die Geschwindigkeit bestimmt werden. Beispielsweise kann eine Referenz-Messung durchgeführt werden, bei der keine Filterung durchgeführt wird. Um zwischen den Objekten 195, 196 unterscheiden zu können - das heißt, um eine Ortsauflösung bereitstellen zu können - ist der Emitter 101 eingerichtet, um das Laserlicht 191 , 192 unter verschiedenen Winkeln 1 10 abzustrahlen (Abstrahlwinkel). Je nach eingestelltem Winkel 1 10 wird dadurch das Laserlicht 191 , 192 entweder von vom Objekt 196 oder von dem Objekt 195 reflektiert. Indem das LIDAR-System 103 Information über den jeweiligen Winkel 1 10 erhält, kann die Ortsauflösung bereitgestellt werden. In FIG. 1 ist der Scanbereich, innerhalb dessen die Winkel 1 10 variiert werden können, mit einer gepunkteten Linie illustriert. FIG. 1 B illustriert Aspekte in Bezug auf die Anordnung 100. FIG. 1 B illustriert die Anordnung 100 in größerem Detail als die FIG. 1A.
In dem Beispiel der FIG. 1 B ist der Emitter 101 durch eine Laserlichtquelle 599 und eine Scanvorrichtung 500 implementiert. Z.B. könnte die Laserlichtquelle 599 ein Faserlaser oder eine Laserdiode sein. Die Laserlichtquelle 599 könnte z.B. mehrere räumliche Moden anregen. Die Laserlichtquelle 599 könnte beispielsweise eine Frequenzbreite von 5 - 15 nm aufweisen.
Die Anordnung 100 umfasst auch einen Aktuator 900, der eingerichtet ist, um die Scanvorrichtung 500 zu betätigen. Die Scanvorrichtung 500 ist eingerichtet, um das Laserlicht 191 , 192, welches von der Laserlichtquelle 599 ausgesendet wird, abzulenken, so dass dieses unter verschiedenen Winkeln 1 10 abgestrahlt wird. Die Scanvorrichtung 500 kann ein eindimensionales Scannen oder ein zweidimensionales Scannen der Umgebung ermöglichen.
Der Aktuator 900 ist typischerweise elektrisch betreibbar. Der Aktuator 900 könnte magnetische Komponenten und/oder piezoelektrische Komponenten umfassen. Beispielsweise könnte der Aktuator eine Rotationsmagnetfeldquelle umfassen, die eingerichtet ist, um ein als Funktion der Zeit rotierendes magnetisches Feld zu erzeugen.
Zur Ansteuerung des Aktuators 900 ist eine Steuerung 950 - beispielsweise eine elektrische Schaltung, ein Mikrokontroller, ein FPGA, ein ASIC, und/oder ein Prozessor, etc. - vorgesehen, die eingerichtet ist, um Steuersignale an den Aktuator 900 zu senden. Die Steuerung 950 ist insbesondere eingerichtet, um den Aktuator 900 derart anzusteuern, so dass dieser Scanvorrichtung zum Abscannen der eines bestimmten Winkelbereichs 1 10 betätigt. Dabei kann die Steuerung eine bestimmte Scanfrequenz implementieren. Beispielsweise könnten unterschiedliche Raumrichtungen mit unterschiedlichen Scanfrequenzen gescannt werden. Typische Scanfrequenzen können im Bereich von 0,5 kHz - 2,5 Hz, optional im Bereich von 0,7 kHz - 1 ,5 kHz liegen. Das Abscannen kann kontinuierlich in einer continuous step-and- shoot Technik erfolgen.
Außerdem ist in FIG. 1 B eine Positioniervorrichtung 560 vorgesehen. Die Positioniervorrichtung 560 ist eingerichtet, um ein Signal auszugeben, das indikativ für den Abstrahlwinkel ist, mit welchem das Laserlicht 191 , 192 abgestrahlt wird. Dazu wäre es zum Beispiel möglich, dass die Positioniervorrichtung 560 eine Zustandsmessung des Aktuators 900 und/oder der Scanvorrichtung 500 vornimmt. Die Positioniervorrichtung 560 könnte beispielsweise auch direkt das primäre Laserlicht 191 , 192 messen. Die Positioniervorrichtung 560 kann im Allgemeinen den Abstrahlwinkel optisch messen, z.B. Basierend auf dem primären Laserlicht 191 , 192 und/oder Licht einer Leuchtdiode. Die Positioniervorrichtung 560 könnte in einer einfachen Implementierung auch Steuersignale von der Steuerung 950 empfangen und basierend auf den Steuersignalen das Signal bestimmen. Es sind auch Kombinationen der oben genannten Techniken möglich.
Das LIDAR-System 103 kann zur gescannten Abstandsmessung der Objekte das Signal, welches von der Positioniervorrichtung 560 bereitgestellt wird, verwenden. Das LIDAR-System 103 ist auch mit dem Detektor 102 gekoppelt. Basierend auf dem Signal der Positioniervorrichtung 560 und basierend auf dem von dem Detektor 102 detektierten sekundären Laserlicht 191 B, 192B kann das LIDAR-System 103 dann die Abstandsmessung der Objekte 195, 196 im Umfeld der Anordnung 100 vornehmen. Das LIDAR-System 103 kann beispielsweise basierend auf dem Signal der Positioniervorrichtung 560 die Ortsauflösung der Abstandsmessung implementieren. In einem Beispiel wäre es auch möglich, dass die Positioniervorrichtung 560 mit der Steuerung 950 des Aktuators 900 verbunden ist (in FIG. 1 B nicht dargestellt). Dann könnte eine Regelschleife implementiert werden, wobei die Scanvorrichtung 500 basierend auf dem Signal der Positioniervorrichtung 560 geregelt wird. Die Regelschleife könnte analog und/oder digital implementiert werden. Dies bedeutet, dass die Steuerung 950 den Aktuator 900 basierend auf dem Signal der Positioniervorrichtung 560 ansteuern kann. Dann kann ein reproduzierbares Scannen des Umfelds ermöglicht werden. Z.B. können Messpunkte der LIDAR-Messung an wiederholt an denselben Abstrahlwinkeln erfasst werden. Dies kann eine besonders einfache Auswertung ermöglichen. FIG. 2 illustriert Aspekte in Bezug auf die Anordnung 100. Insbesondere illustriert FIG. 3 Aspekte in Bezug auf die Scanvorrichtung 500. In dem Beispiel der FIG. 2 umfasst die Anordnung 100 eine Faser 201 . Die Faser 201 implementiert die Scanvorrichtung 500. Die Faser 201 erstreckt sich entlang einer Zentralachse 202. Die Faser 202 umfasst ein bewegliches Ende 205 mit einer Endfläche 209. Die Anordnung 100 umfasst auch eine Fixierung 250. Beispielsweise könnte die Fixierung 250 aus Kunststoff oder Metall gefertigt sein. Die Fixierung 250 könnte zum Beispiel Teil eines Gehäuses sein, welches das bewegliche Ende 250 der Faser 201 aufnimmt. Das Gehäuse könnte z.B. ein DPAK oder DPAK2 Gehäuse sein. Die Fixierung 250 fixiert die Faser 201 an einer Fixierstelle 206. Zum Beispiel könnte die Fixierung 250 die Faser 201 an der Fixierstelle 206 durch eine Klemmverbindung und/oder eine Lötverbindung und/oder eine Klebeverbindung implementiert sein. Im Bereich der Fixierstelle 206 ist die Faser 201 deshalb ortsfest bzw. starr mit der Fixierung 250 gekoppelt. Die Faser 206 könnte auch an der Fixierstelle 206 enden, d.h. ein dem beweglichen Ende 205 gegenüberliegendes weiteres Ende der Faser 201 könnte mit der Fixierstelle 206 übereinstimmen.
In FIG. 2 ist weiterhin eine Länge 203 der Faser 201 zwischen der Fixierstelle 206 und dem beweglichen Ende 205 dargestellt. In diesem Bereich ist die Faser 201 gerade ausgebildet. Aus FIG. 2 ist ersichtlich, dass das bewegliche Ende 205 gegenüber der Fixierstelle 206 beabstandet ist. Zum Beispiel könnte in verschiedenen Beispielen die Länge 203 im Bereich von 0,5 cm - 10 cm liegen, optional im Bereich von 1 cm - 5 cm, weiter optional im Bereich von 1 ,5 - 2,5 cm. Beispielsweise könnte die Länge 203 im Bereich von 5 mm - 10 mm liegen. Durch eine solche Dimensionierung der Länge 203 der geraden Faser 201 kann insbesondere im Zusammenhang mit der Torsion der Faser ein besonders großer Torsionswinkel erzielt werden.
Das bewegliche Ende 205 steht also frei im Raum. Durch diesen Abstand des beweglichen Endes 205 gegenüber der Fixierstelle 206 kann erreicht werden, dass die Position des beweglichen Endes 205 der Faser 201 gegenüber der Fixierstelle 206 verändert werden kann. Dabei ist es beispielsweise möglich, die Faser 201 im Bereich zwischen der Fixierstelle 206 und dem beweglichen Ende 205 zu krümmen und/oder zu verdrehen. In FIG. 2 ist ein Ruhezustand der Faser 201 ohne Bewegung bzw. Auslenkung dargestellt. FIG. 3A illustriert Aspekte in Bezug auf die Anordnung 100. Insbesondere illustriert FIG. 3A Aspekte in Bezug auf die Scanvorrichtung 500. In dem Beispiel der FIG. 3A umfasst die Anordnung 100 eine Faser 201. Die Faser 201 implementiert die Scanvorrichtung 500. Das Beispiel der FIG. 3A entspricht dem Beispiel der FIG. 2. FIG. 3A zeigt einen dynamischen Zustand der Scanvorrichtung 500.
In dem Beispiel der FIG. 3A ist das Ender 205 der Faser 201 in einer Position 301 und einer Position 302 (gestrichelte Linie in FIG. 3A) dargestellt. Diese Positionen 301 , 302 implementieren Extrempositionen der Faser 201 : Z.B. könnte ein Anschlag vorgesehen sein, welcher eine weitere Bewegung des Endes 205 über die Positionen 301 , 302 hinaus verhindert (in FIG. 3A nicht dargestellt). Die Faser 201 kann sich zwischen den Positionen 301 , 302 hin- und herbewegen, z.B. periodisch. In dem Beispiel der FIG. 3A entspricht die Position 301 einer Krümmung 31 1. Die Position 302 entspricht einer Krümmung 321. Die Krümmungen 31 1 , 321 weisen entgegengesetzte Vorzeichen auf. Zum Bewegen der Faser 201 zwischen den Positionen 301 , 302 kann der Aktuator 900 vorgesehen sein (der Aktuator 900 ist in FIG. 3A nicht dargestellt). Während in FIG. 3A eine eindimensionale Bewegung (in der Zeichenebene der FIG. 3A) dargestellt ist, wäre auch eine zweidimensionale Bewegung (mit einer Komponente senkrecht zur Zeichenebne der FIG. 3A) möglich. Beispielsweise kann eine Lissajous-Figur implementiert werden. Durch das Bereitstellen der Krümmungen 31 1 ,321 in den Positionen 301 , 302 wird erreicht, dass das Laserlicht 191 , 192 über den Krümmungs-Winkelbereich 1 10-1 abgestrahlt wird. Dadurch ist es möglich, den Umfeldbereich der Anordnung 100 mittels des Laserlichts 191 , 192 abzuscannen. Das Laserlicht 191 , 192 muss dabei nicht durch die Faser 201 laufen: das primäre Laserlicht 191 , 192 (in FIG. 3A nicht dargestellt) kann auch auf einem anderen optischen Pfad zum beweglichen Ende 205 gelangen.
In dem Beispiel der FIG. 3A ist auch ein beispielhafter Krümmungsradius 312 für die Krümmung 31 1 illustriert. Außerdem ist ein beispielhafter Krümmungsradius 322 für die Krümmung 321 illustriert. Die Krümmungsradien 312, 322 sind jeweils ca. 1 ,5-fach so groß wie die Länge 203 der Faser 201 zwischen der Fixierstelle 206 und dem beweglichen Ende 205. In anderen Beispielen könnten auch schwächere Krümmungen 31 1 , 321 oder stärkere Krümmungen 31 1 , 321 implementiert werden. Dabei entsprechen schwächere Krümmungen 31 1 , 321 größeren Krümmungsradien 312, 322, insbesondere in Bezug auf die Länge 203. Verschiedenen Implementierungen liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Abwägung zwischen einem großen Scanbereich und kleinen Krümmungen 31 1 , 321 erstrebenswert sein kann. Einerseits können kleine Krümmungen 31 1 , 321 in Bezug auf eine Scanfrequenz und/oder eine Materialermüdung der Faser 201 erstrebenswert sein. Andererseits können große Krümmungen 31 1 , 321 in Bezug auf einen großen Scanbereich erstrebenswert sein.
In manchen Beispielen kann es möglich sein, dass die Krümmungen 31 1 , 321 in den Positionen 301 , 302 je nach Position entlang der Achse 202 der Faser 201 unterschiedliche Krümmungsradien 312, 322 aufweisen. Beispielsweise wäre es möglich, dass nahe bei (beabstandet von) dem Ende 205 der Faser 201 größere (kleinere) Krümmungsradien 312, 322 in den Positionen 301 , 302 vorliegen, oder andersherum. Beispielsweise wäre es möglich, dass nahebei (beabstandet von) dem Ende 205 der Faser Krümmungsradien 312, 322 in den Positionen 301 , 302 vorliegen, die einen positiven (negativen) Krümmungsradius 312, 322 aufweisen. In anderen Worten wäre es möglich, dass die Krümmungen 31 1 , 321 jeweils einen Wendepunkt aufweisen. Eine derartige Ausgestaltung der Krümmungen 31 1 , 321 kann beispielsweise durch ein geeignetes Zusammenwirken des Aktuators 900 mit der Faser 201 erreicht werden. Zum Beispiel könnte eine Kraftwirkung des Aktuators 900 an einem Punkt auf die Faser 201 einwirken, welcher näher bei dem Ende 205, als bei der Fixierstelle 206 liegt (oder aber näher bei der Fixierstelle 206 liegt). Zum Beispiel könnte eine Krümmung-Mode zweiter Ordnung oder höherer Ordnung resonant angeregt werden. Mittels solcher Techniken kann erreicht werden, dass ein besonders großer Scanbereich mittels des Laserlichts 191 , 192 abgescannt werden kann.
FIG. 3B illustriert Aspekte in Bezug auf die Anordnung 100. Insbesondere illustriert FIG. 3B Aspekte in Bezug auf die Scanvorrichtung 500. In dem Beispiel der FIG. 3B umfasst die Anordnung 100 eine Faser 201. Die Faser 201 implementiert die Scanvorrichtung 500. Das Beispiel der FIG. 3B entspricht dem Beispiel der FIG. 2. FIG. 3B zeigt einen dynamischen Zustand der Scanvorrichtung 500.
In dem Beispiel der FIG. 3B wird das Ende 205 der Faser 201 derart bewegt, dass sich die Faser 201 im Bereich zwischen der Fixierstelle 206 und dem beweglichen Ende 205 zwischen einer ersten Torsion 371 und einer zweiten Torsion 372 bewegt. Dies entspricht einer Verdrillung der Faser 201 entlang der Zentralachse 202. Die Faser behält ihre gerade Form bei.
Durch das Bereitstellen der Torsionen 371 , 372 wird erreicht, dass das Laserlicht 191 , 192 (in FIG. 3B nicht dargestellt) über einem entsprechenden Torsions-Winkelbereich 1 10-2 abgestrahlt werden kann, z.B. im Zusammenhang mit einer Umlenkeinheit (in FIG. 3B nicht dargestellt). Dadurch ist es möglich, den Umfeldbereich der Anordnung 100 mittels des Laserlichts 191 , 192 abzuscannen (in FIG. 3B nicht dargestellt). Das Laserlicht 191 , 192 muss dabei nicht durch die Faser 201 laufen: das primäre Laserlicht 191 , 192 (in FIG. 3A nicht dargestellt) kann auch auf einem anderen optischen Pfad zum beweglichen Ende 205 gelangen. Es kann wiederum ein entsprechender Aktuator vorgesehen sein, der eingerichtet ist, um die verschiedenen Torsionen 371 , 372 zu implementieren. Zum Beispiel können die in FIG. 3B dargestellten Torsionen 371 , 372 Extrempositionen des beweglichen Endes 205 entsprechen. Es wäre zum Beispiel möglich, dass ein entsprechender Anschlag vorgesehen ist, der eine weitere Verdrehung des beweglichen Endes 205 über die Torsionen 371 , 372 hinaus verhindert (in FIG. 3B nicht dargestellt). Alternativ oder zusätzlich wäre es auch möglich, dass der Aktuator eingerichtet ist, um eine weitere Verdrehung des beweglichen Endes 205 über die Torsionen 371 , 372 hinaus zu vermeiden. In FIG. 3B ist weiterhin der Winkelbereich 1 10- 2 dargestellt, der zum Beispiel im Zusammenwirken mit einer Umlenkeinheit (in FIG. 3B nicht dargestellt) mittels der Torsion 371 , 372 des beweglichen Endes 205 der Faser 201 implementiert werden kann.
FIG. 4A illustriert Aspekte in Bezug auf die Anordnung 100. Insbesondere illustriert FIG. 4A Aspekte in Bezug auf die Scanvorrichtung 500. In dem Beispiel der FIG. 4A umfasst die Anordnung 100 eine Faser 201 . Die Faser 201 implementiert die Scanvorrichtung 500.
Das Beispiel der FIG. 4A illustriert insbesondere den Strahlengang des primären Laserlichts 191 , 192. In dem Beispiel der FIG. 4A ist eine Umlenkeinheit 452 mit dem beweglichen Ende 205 der Faser 201 verbunden. Eine Bewegung der Faser 201 bewirkt dadurch eine Bewegung der Umlenkeinheit 452. Z.B. kann die Umlenkeinheit 452 durch eine Verkippung 31 1 , 321 der Faser 201 verkippt werden und/oder durch eine Torsion 371 , 372 der Faser 201 gedreht werden. Aus FIG. 4A ist ersichtlich, dass der Strahlengang des primären Laserlichts 191 , 192 und die Zentralachse 202 der Faser 202 einen Winkel 866 von in etwa 180° einschließen. Die Faser 201 ist auf der Rückseite 452-2 der Umlenkeinheit 452 an der Umlenkeinheit 452 befestigt; während das Laserlicht 191 , 192 auf die Vorderseite 452-1 einfällt. Durch eine solche Geometrie können besonders große Scanwinkel erzeugt werden. Insbesondere kann es möglich sein, das primäre Laserlicht 191 , 192 beispielsweise mit einem Scanwinkel im Bereich von > 120° oder sogar > 160° auszusenden.
Aus einem Vergleich der FIGs. 4A und 3B ist ersichtlich, dass bei Torsion der Faser 201 der Winkel 866 konstant bleibt. Dies ist der Fall, da die Torsionsachse mit der Zentralachse 202 der Faser 201 koinzident ist. Dies bewirkt, dass die effektive Fläche der Umlenkeinheit, die zum Umlenken des Lichts 191 , 192 zur Verfügung steht, keine Abhängigkeit vom Torsions- Winkel der Faser 201 zeigt. Dies hat insbesondere bei einem Szenario, bei welchem das sekundäre Laserlicht 191 B, 192B entsprechend dem primären Laserlicht 191 , 192 umgelenkt wird (cf. FIG. 15), den Vorteil, dass die Detektorapertur nicht durch größere Scanwinkel herabgesetzt wird. Damit können z.B. LIDAR-Messungen mit besonders großer Reichweite durchgeführt werden. Gleitender Einfall wird vermieden.
Die laterale Abmessung der Umlenkeinheit 452 (links-rechts in FIG. 4A; d.h. senkrecht zur Zentralachse 202 der Faser 201 ) ist signifikant größer als die Breite der Faser 201 senkrecht zur Zentralachse 202, z.B. mehr als 1 ,5-fach so groß, oder mehr als 2-fach so groß, oder mehr als 4-fach so groß.
In den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen wäre es möglich, dass ein Strahldurchmesser des primären Laserlichts 191 , 192 im Bereich der Umlenkeinheit 451 ca. 1 ,5-fach so groß ist wie ein Durchmesser der Umlenkeinheit 451 , optional mehr als 2,5-fach so groß, weiter optional mehr als 5-fach so groß. Dies bedeutet, dass das primäre Laserlicht 191 , 192 im Wesentlichen die ganze Umlenkeinheit 451 beleuchten kann und nicht nur einen kleinen Punkt auf der Umlenkeinheit 451 . Beispielsweise könnte ein Strahldurchmesser des primären Laserlichts 191 , 192 im Bereich der Umlenkeinheit 451 im Bereich von 1 - 5 mm liegen und z.B. ca. 3 mm betragen.
In dem Beispiel der FIG. 4A wird primäres Laserlicht 191 , 192 auf die Umlenkeinheit 452 gestrahlt. Das Laserlicht 191 , 192 läuft dabei nicht durch die Faser 201 . Dadurch wird eine komplizierte und Verlust-behaftete Einkopplung des Laserlichts 191 , 192 in einen Lichtwellenleiter der Faser 201 (sofern überhaupt vorhanden; in FIG. 4A nicht dargestellt) vermieden. Ein besonders einfacher und kostengünstiger Aufbau ist möglich.
Die Umlenkeinheit lenkt das primäre Laserlicht 191 , 192 um einen Umlenkwinkel 452A um. Z.B. könnte der Umlenkwinkel 452A in etwa 90° betragen, oder im Bereich zwischen 45 - 135°, optional im Bereich zwischen 25° - 155°, weiter optional im Bereich 5° - 175°.
In dem Beispiel der FIG. 4A ist die Umlenkeinheit 452 durch ein Prisma implementiert. Beispielsweise könnte das Prisma besonders klein ausgebildet sein. Beispielsweise könnte das Prisma einen Durchmesser von nicht mehr als 2 mm aufweisen - dies entspricht der oben genannten lateralen Abmessung der Umlenkeinheit 452. Optional könnte das Prisma einen Durchmesser von nicht mehr als 1 mm aufweisen. Derart kann erreicht werden, dass die Faser 201 im Bereich zwischen der Fixierstelle 206 und dem beweglichen Ende 205 bewegt werden kann, ohne dass die Trägheit einer besonders großen Masse der Umlenkeinheit 452 überkommen werden muss. Außerdem können hohe Resonanzfrequenzen der Bewegung der Faser 201 erreicht werden. Auf der anderen Seite kann die Umlenkeinheit 452 genügend groß dimensioniert sein, um auch bei leichten systematischen Positionsveränderungen - z.B. aufgrund von thermischer Ausdehnung, Schwerkraft, etc. - gegenüber der Laserlichtquelle 599 noch vom Laserlicht 191 , 192 getroffen zu werden. Außerdem kann die Umlenkeinheit 452 auch bei Bewegung des beweglichen Endes 205 vom Laserstrahl getroffen werden.
In anderen Beispielen könnte die Umlenkeinheit 452 z.B. durch einen Spiegel - beispielsweise einen Mikrospiegel - ausgebildet sein.
In dem Beispiel der FIG. 4B ist die Umlenkeinheit 452 nur über die Faser 201 mit der Fixierung 250 verbunden - d.h. es wird eine 1 -Punkt Kopplung der Umlenkeinheit 452 mit der Fixierung 250 implementiert. In anderen Beispielen könnte die Umlenkeinheit 452 z.B. durch weitere Fasern (in FIG. 4B nicht dargestellt) oder durch eine Führung etc. mit der Fixierung 250 verbunden sein. Durch die Verbindung der Umlenkeinheit 452 nur über die Faser 201 kann eine besonders hohe Beweglichkeit der Umlenkeinheit 452 ermöglicht werden. Dies kann große Scanwinkel 1 10, 1 10-1 , 1 10-2 ermöglichen.
FIG. 4B illustriert Aspekte in Bezug auf die Anordnung 100. Insbesondere illustriert FIG. 4A Aspekte in Bezug auf die Scanvorrichtung 500. In dem Beispiel der FIG. 4B umfasst die Anordnung 100 eine Faser 201. Die Faser 201 implementiert die Scanvorrichtung 500. Das Beispiel der FIG. 4B illustriert insbesondere den Strahlengang des sekundären Laserlichts 191 B, 192B. In dem Beispiel der FIG. 4B wird das sekundäre Laserlicht 191 B, 192B um einen Umlenkwinkel 452B umgelenkt, der dem Umlenkwinkel 452A entspricht. Dadurch kann erreicht werden, dass das sekundäre Laserlicht 191 B, 192B denselben optischen Pfad nimmt, wie das primäre Laserlicht 191 , 192. FIG. 4C illustriert Aspekte in Bezug auf die Anordnung 100. Insbesondere illustriert FIG. 4A Aspekte in Bezug auf die Scanvorrichtung 500. In dem Beispiel der FIG. 4B umfasst die Anordnung 100 eine Faser 201. Die Faser 201 implementiert die Scanvorrichtung 500. Das Beispiel der FIG. 4C illustriert insbesondere den Strahlengang des sekundären Laserlichts 191 B, 192B.
In dem Beispiel der FIG. 4C implementiert die Umlenkeinheit 452 auch ein optisches Element, das sekundäres Laserlicht 191 B, 192B in einen Lichtwellenleiter der Faser 201 einspeist. Beispielsweise kann die Umlenkeinheit 452 einen Zirkulator implementieren. Dies bedeutet, dass das sekundäre Laserlicht 191 B, 192B unter einem anderen Umlenkwinkel 452C umgelenkt wird, als das primäre Laserlicht 191 , 192. Insbesondere ist der Zirkulator eingerichtet, um das sekundäre Laserlicht 191 B, 192B in einen Lichtwellenleiter der Faser 201 einzukoppeln. Dazu kann das primäre Laserlicht 191 , 192 und das sekundäre Laserlicht 191 B, 192B polarisiert sein. Dies ermöglicht eine einfache Detektion des primären Laserlichts 191 , 192.
In einem weiteren Beispiel kann ein optisches Element zum Einkoppeln des sekundären Laserlichts 191 B, 192B z.B. als weitere Umlenkeinheit - beispielsweise als weiteres Prisma oder weiterer Spiegel - implementiert sein. Die weitere Umlenkeinheit 452 kann z.B. nahe bei der Umlenkeinheit 452 angeordnet sein. Z.B. kann die weitere Umlenkeinheit angrenzend an die Umlenkeinheit 452 angeordnet sein. Beispielsweise kann die weitere Umlenkeinheit zwischen dem beweglichen Ende 205 der Faser 201 und der Umlenkeinheit 452 angeordnet sein. Derart kann erreicht werden, dass das sekundäre Laserlicht 191 B, 192B nahezu in direkter Reflektion gemessen werden kann. Dadurch kann ein hohes Signalniveau erzielt werden.
Entsprechende Funktionalität könnte auch durch ein von der Umlenkeinheit 452 separates optisches Element implementiert werden.
FIG. 5 illustriert Aspekte in Bezug auf die Anordnung 100. Insbesondere illustriert FIG. 5 Aspekte in Bezug auf die Positioniervorrichtung 560. In dem Beispiel der FIG. 5 ist die Positioniervorrichtung 560 eingerichtet, um die Bewegung des Endes 205 der Faser 201 zu messen. Insbesondere ist die Positioniervorrichtung 560 eingerichtet, um die Krümmung 31 1 , 321 der Faser 201 zu messen. Insbesondere ist die Positioniervorrichtung 560 eingerichtet, um die Krümmung 31 1 , 321 der Faser 201 optisch zu messen.
Dazu wird einfallendes Licht 591 - z.B. mit einer anderen Wellenlänge als das Laserlicht 191 , 192 - verwendet. Z.B. kann das Licht 591 durch eine Breitbandlichtquelle bereitgestellt werden. Das Spektrum des Lichts 591 kann z.B. eine Spektralbreite von nicht weniger als 50 nm aufweisen, bevorzugt von nicht weniger als 150 nm, besonders bevorzugt von nicht weniger als 500 nm. Reflektiertes Licht 592 - manchmal auch als Sekundärstrahlung bezeichnet - wird von einem entsprechenden Detektor detektiert. Das reflektierte Licht 592 ist indikativ für eine Krümmung 31 1 , 312 der Faser 201 und damit für die Position 301 , 302 des Endes 205. Basierend auf dem reflektierten Licht 592 kann dann das Signal bereitgestellt werden, welches indikativ für die Krümmung 31 1 , 321 der Faser 201 ist. Zum Beispiel kann dieses Signal von dem LIDAR-System 103 verwendet werden. Durch die optische Messung kann der Abstrahlwinkel unter welchem das Laserlicht 191 , 192 abgestrahlt wird, besonders genau bestimmt werden. In dem Beispiel der FIG. 5 ist die Positioniervorrichtung 560 durch ein Faser-Bragg-Gitter 51 1 implementiert. Das Faser-Bragg-Gitter 51 1 ist in einem Lichtwellenleiter der Faser 201 implementiert. Das Faser-Bragg-Gitter 51 1 weist eine Ausdehnung parallel zur Zentralachse 202 der Faser 201 auf: Entlang dieser Ausdehnung ist die Brechzahl des Materials periodisch moduliert. Das Faser-Bragg-Gitter 51 1 ist in der Faser 201 zwischen der Fixierstelle 206 und dem Ende 205 angeordnet. Durch eine geeignete Anordnung des Faser-Bragg-Gitters 51 1 in der Faser 201 kann erreicht werden, dass die Krümmung 31 1 , 321 der Faser 201 in einer Längenänderung des Faser-Bragg-Gitters 51 1 resultiert. Z.B. könnte das Faser-Bragg-Gitter 51 1 beabstandet gegenüber der Zentralachse 202 der Faser 201 angeordnet sein (in FIG. 5 nicht dargestellt). Diese Längenänderung des Faser-Bragg-Gitters 51 1 kann wiederum in einer Änderung der Amplitude des reflektierten Lichts 592 im Bereich der Wellenlängen, welche die Bragg-Bedingung erfüllen, resultieren. Dazu ist die Periodizität des Faser-Bragg-Gitters 51 1 abgestimmt auf die Wellenlänge des Lichts 591 . Die Positioniervorrichtung 560 kann dann eingerichtet sein, um das Signal basierend auf einer Amplitude des reflektierten Lichts 592 zu bestimmen. Insbesondere kann es möglich sein, die Amplitude des reflektierten Lichts 592 besonders genau und/oder besonders schnell zu bestimmen. Dadurch kann es möglich sein, die Krümmung 31 1 , 321 besonders genau zu bestimmen. Dadurch kann es wiederum möglich sein, die Position des Endes 205 bzw. den Winkel 210 in der Position besonders genau zu bestimmen. Das Faser-Bragg-Gitter 51 1 weist eine Länge 525 auf, die in etwa 80 % der Länge der Faser 201 zwischen der Fixierstelle 206 und dem Ende 205 entspricht. Anderen Beispielen wäre es auch möglich, dass die Länge 525 mindestens 50 % der Länge 203 beträgt, bevorzugt mindestens 70 %, besonders bevorzugt mindestens 90 %. Durch eine solche Ausdehnung des Faser-Bragg-Gitters 51 1 entlang der Länge 203 kann die Krümmung 31 1 , 321 besonders genau bestimmt werden.
In manchen Beispielen kann es möglich sein, dass die Positioniervorrichtung 560 einen Kantenfilter aufweist. Mittels des Kantenfilters kann es möglich sein, die Amplitude des reflektierten Lichts 592 besonders schnell zu bestimmen. Zum Beispiel kann eine Transmissionsspitze des Kantenfilters im Bereich einer Flanke der Reflektionskurve des Faser-Bragg-Gitters 51 1 angeordnet sein. Dadurch können leichte Längenänderungen des Faser-Bragg-Gitters 51 1 zu einer starken Variation der durch den Kantenfilter hindurchgelassenen Amplitude führen. Dadurch kann die Amplitude des reflektierten Lichts 592 genau und schnell bestimmt werden. Es können schnelle Abtastfrequenzen, mit denen die Position des Endes 205 bestimmt wird, erreicht werden. Beispielsweise wäre es möglich, dass die Positioniervorrichtung 560 eingerichtet ist, um das Signal mit einer Abtastfrequenz zu aktualisieren, die mindestens 500 Hz beträgt, bevorzugt mindestens 1 kHz, besonders bevorzugt mindestens 1 ,5 kHz.
In den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen wäre es möglich, dass die Positioniervorrichtung 560 eingerichtet ist, um das Signal mit einer Abtastfrequenz zu aktualisieren, die mindestens um einen Faktor 1 ,5 größer ist, als die Scanfrequenz, mit welcher der Aktuator 900 das Ende 205 der Faser 201 bewegt, bevorzugt mindestens um einen Faktor 2, besonders bevorzugt mindestens um einen Faktor 3. Dadurch kann eine sehr genaue Bestimmung des Winkels 1 10, unter welchem das Laserlicht 191 , 192 abgestrahlt wird, erfolgen. Continuous step-and-shoot Techniken werden ermöglicht.
FIG. 6A illustriert Aspekte in Bezug auf die Anordnung 100. Insbesondere illustriert FIG. 6A Aspekte in Bezug auf die Positioniervorrichtung 560. In dem Beispiel der FIG. 6A ist die Positioniervorrichtung 560 durch zwei Faser-Bragg-Gitter 51 1 , 512 implementiert. Das Faser-Bragg-Gitter 51 1 befindet sich in einer Faser 501 -1 , die verschieden von der Faser
201 ist, z.B. in einem entsprechenden Lichtwellenleiter (nicht dargestellt). Das Faser-Bragg- Gitter 512 befindet sich in einer Faser 501 -2, die auch verschieden von der Faser 201 ist, z.B. in einem entsprechenden Lichtwellenleiter (nicht dargestellt). In einem Beispiel sind die Fasern 501 -1 , 501 -2 an gegenüberliegenden Seiten 251 , 252 der Faser 201 an der Faser 201 angebracht. In einem weiteren Beispiel könnte eine Mehrkern-Faser 201 verwendet werden, um unterschiedliche Lichtwellenleiter zu implementieren, in denen die Faser-Bragg-Gitter 512 angeordnet sind.
Die Zentralachsen 502-1 , 502-2 der Faser 501 -1 , 501 -2 verlaufen parallel zu Zentralachse 202 der Faser 201 . Dadurch bewirkt eine Krümmung 31 1 , 321 der Faser 201 eine entsprechende Krümmung der Faser 501 -1 , 501 -2. Zum Beispiel bewirkt die Krümmung 31 1 im Gegenuhrzeigersinn (vergleiche FIG. 3A) eine Stauchung der Faser 501 -1 und damit eine Verkürzung des Faser-Bragg-Gitters 51 1 ; die Krümmung 31 1 im Gegenuhrzeigersinn bewirkt auch eine Dehnung der Faser 501 -2 und damit eine Verlängerung des Faser-Bragg-Gitters 512. Durch die exzentrische Anordnung der Faser 501 -1 , 501 -2 in Bezug auf die Zentralachse
202 können diese Verkürzung und Verlängerung der Faser-Bragg-Gitter 51 1 , 512 besonders signifikant ausfallen. Dadurch kann die Position des Endes 205 basierend auf von den Fasern 51 1 , 512 reflektierten Licht 592 besonders genau bestimmt werden. Entsprechende Längenänderungen können auch bei einer Torsion 371 , 372 beobachtet werden.
FIG. 6B illustriert Aspekte in Bezug auf die Anordnung 100. Insbesondere illustriert FIG. 6B Aspekte in Bezug auf die Positioniervorrichtung 560. In dem Beispiel der FIG. 6B ist die Positioniervorrichtung 560 durch zwei Faser-Bragg-Gitter 51 1 , 512 implementiert. Das Beispiel der FIG. 6B ist dabei eine Aufsicht auf das Beispiel der FIG. 6A.
Wiederum wäre es möglich, eine Mehrkern-Faser 201 zu verwenden, um unterschiedliche Lichtwellenleiter zu implementieren, in denen die Faser-Bragg-Gitter 512 angeordnet sind.
FIG. 6C illustriert Aspekte in Bezug auf die Anordnung 100. Insbesondere illustriert FIG. 6C Aspekte in Bezug auf die Positioniervorrichtung 560. In dem Beispiel der FIG. 6C ist die Positioniervorrichtung 560 durch vier Faser-Bragg-Gitter implementiert (in FIG. 6C nicht dargestellt). Das Beispiel der FIG. 6C entspricht dabei grundsätzlich dem Beispiel der FIGs. 6A, 6B. Dabei ist aber in dem Beispiel der FIG. 6C eine größere Anzahl an Fasern 501 -1 - 501 -4 mit jeweiligen Faser-Bragg-Gittern (in FIG. 6C nicht dargestellt) vorgesehen.
Wiederum wäre es möglich, eine entsprechende Mehrkern-Faser 201 zu verwenden, um unterschiedliche Lichtwellenleiter zu implementieren, in denen die Faser-Bragg-Gitter 512 angeordnet sind.
Mittels der Implementierung der FIG. 6C können insbesondere Bewegungen des Endes 205 in zwei Dimensionen (in der Zeichenebene der FIG. 6C) detektiert werden. Ein zweidimensionaler Scanbereich kann überwacht werden. Zum Beispiel weisen die Faser- Bragg-Gitter in den Fasern 501 -1 , 501 -2 eine Sensitivität für Krümmungen entlang der in FIG. 6C mit x bezeichneten Richtung auf. Zum Beispiel weisen die Faser-Bragg-Gitter in den Fasern 501 -3, 501 -4 eine Sensitivität für Krümmungen entlang der in FIG. 6C mit y bezeichneten Richtung auf.
FIG. 7 illustriert Aspekte in Bezug auf die Anordnung 100. Insbesondere illustriert FIG. 7 Aspekte in Bezug auf die Positioniervorrichtung 560. In dem Beispiel der FIG. 7 ist die Positioniervorrichtung 560 durch vier Faser-Bragg-Gitter 51 1 - 514 implementiert.
Wiederum wäre es möglich, eine Mehrkern-Faser 201 zu verwenden, um unterschiedliche Lichtwellenleiter zu implementieren, in denen die Faser-Bragg-Gitter 512 angeordnet sind. Die Faser-Bragg-Gitter 51 1 , 513 befinden sich in der Faser 501 -1. Die Faser-Bragg-Gitter 512, 514 befinden sich in der Faser und 501 -2. In manchen Beispielen wäre es auch möglich, dass sich mehr als zwei seriell geschaltete Faser-Bragg-Gitter in den jeweiligen Fasern 501 -1 , 501 - 2, 201 befinden (vergleiche FIG. 8A).
Durch Verwendung unterschiedlicher Gitterkonstanten für die jeweils seriell geschalteten Faser-Bragg-Gitter 51 1 -514 können die einzelnen Faser-Bragg-Gitter 51 1 -514 individuell angesteuert werden. Dazu kann genügend breitbandiges Licht verwendet werden. Insbesondere für einen Fall, in welchem der Krümmungsradius als Funktion der Position entlang der Länge der Faser 201 veränderlich ist, kann dann durch einen Vergleich der Amplituden des von den seriell angeordneten Faser-Bragg-Gittern 51 1 , 513 bzw. 512, 514 reflektierten Lichts 592 eine besonders genaue Bestimmung der Position des Endes 205 der Faser 201 erfolgen. Zum Beispiel wäre es nämlich möglich, dass basierend auf einer Differenz der Amplituden des von den seriell angeordneten Faser-Bragg-Gittern 51 1 , 513 bzw. 512, 514 reflektierten Lichts 592 das Signal, welches indikativ für die Position 301 , 302 des Endes 205 der Faser 201 ist, von der Positioniervorrichtung 560 bestimmt wird.
FIG. 8B illustriert Aspekte in Bezug auf die Anordnung 100. Insbesondere illustriert FIG. 8B Aspekte in Bezug auf die Positioniervorrichtung 560. In dem Beispiel der FIG. 8B ist die Positioniervorrichtung 560 durch ein PSD 552 implementiert. Der PSD 552 kann isotrop oder diskret implementiert sein. Beispielsweise kann der PSD 552 mehrere Bildpunkte umfassen oder z.B. eine PIN-Diode umfassen. In dem Beispiel der FIG. 8B umfasst die Vorrichtung 100 einen Strahlteiler 801. Dieser lenkt einen Teil des primären Laserlichts 191 , 192 in Richtung des PSDs 552. Der PSD 552 ist eingerichtet, um das primäre Laserlicht 191 , 192 zu messen. Der PSD 552 misst die Position des primären Laserlichts 191 , 192 auf seiner Sensorfläche. Dazu ist eine Linse 551 vorgesehen, die das primäre Laserlicht 191 , 192 auf der Sensorfläche des PSD 552 fokussiert. Der Strahlteiler 801 ist ortsfest mit dem Ende 205 der Faser 201 verbunden. Der Strahlteiler 801 ist eingerichtet, um einen Teilstrahlengang 802 des primären Laserlichts 191 , 192 zum PSD 552 zu lenken.
Durch eine entsprechende Anordnung des PSD 552 in Bezug auf das bewegliche Ende 205 kann erreicht werden, dass die Position des Lichtpunkts auf der Sensorfläche des PSD 552 indikativ für die Position des beweglichen Endes 205 der Faser 201 bzw. für den Austrittswinkel des primären Laserlichts 191 , 192 ist. Deshalb kann basierend auf dieser Messung das Signal bereitgestellt werden, welches indikativ für die Position des beweglichen Endes 205 ist, und insbesondere indikativ für die Krümmung 31 1 , 321 und/oder die Torsion 371 , 372 der Faser 201 im Bereich zwischen der Fixierstelle 206 und dem beweglichen Ende 205 ist. Das Signal kann indikativ für den Austrittswinkel des Laserlichts 191 , 192 sein.
FIG. 8C illustriert Aspekte in Bezug auf die Anordnung 100. Insbesondere illustriert FIG. 8C Aspekte in Bezug auf die Positioniervorrichtung 560. In dem Beispiel der FIG. 8C ist die Positioniervorrichtung 560 durch ein PSD 552 implementiert. Das Beispiel der FIG. 8C entspricht grundsätzlich dem Beispiel der FIG. 8B. In dem Beispiel der FIG. 8C wird nicht das primäre Laserlicht 191 , 192 mittels des PSD 552 gemessen. Es wird vielmehr Licht 889 aus einer Leuchtdiode 888 verwendet. In anderen Beispielen könnte anstatt einer Leuchtdiode 888 auch eine andere Lichtquelle verwendet werden, beispielsweise eine Lichtquelle, die auch für eine Faser-Bragg-Messung mit den voranstehend beschriebenen Faser-Bragg-Gittern 51 1 -516 eingesetzt wird.
Das Licht 889 durchläuft einen Lichtwellenleiter der Faser 201. In dem Beispiel der FIG. 8C ist die Leuchtdiode 888 am festen Ender der Faser 201 angeordnet und speist das Licht 889 in die Faser 201 ein. Eine Umlenkeinheit 852 ist vorgesehen, die das Licht 889 in Richtung des PSD 552 umlenkt. Durch eine solche Anordnung kann eine besonders einfache Optik im Bereich des beweglichen Endes 205 ermöglicht werden.
In einem weiteren Beispiel könnte ein Teil des primären Laserlichts 191 , 192 im Bereich der Laserlichtquelle 599 abgezweigt werden und durch die Faser 201 geleitet werden. Dann könnte dieses abgezweigte Laserlicht 191 , 192 durch die Umlenkeinheit 852 auf den PSD 552 geleitet werden.
FIG. 8D illustriert Aspekte in Bezug auf die Anordnung 100. Insbesondere illustriert FIG. 8C Aspekte in Bezug auf die Positioniervorrichtung 560. In dem Beispiel der FIG. 8D ist die Positioniervorrichtung 560 durch ein PSD 552 implementiert.
Das Beispiel der FIG. 8D entspricht grundsätzlich dem Beispiel der FIG. 8C. In dem Beispiel der FIG. 8D wird sowohl das primäre Laserlicht 191 , 192, als auch das Licht 889 durch die Umlenkeinheit 452 umgelenkt. Die Umlenkeinheit 452 kann z.B. eine verspiegelte Innenfläche aufweisen, deren Vorderseite das primäre Laserlicht 191 , 192 umlenkt und deren Rückseite das Licht 889 umlenkt. Dadurch kann eine besonders platzsparende Optik am beweglichen Ende 205 bereit gestellt werden. FIG. 9 illustriert Aspekte in Bezug auf die Anordnung 100. Insbesondere illustriert FIG. 9 Aspekte in Bezug auf den Aktuator 900. In dem Beispiel der FIG. 9 umfasste Aktuator 900 eine Spulenanordnung 901 , die Leiterwindungen umfasst und eingerichtet ist, um ein Magnetfeld im Bereich der Faser 201 zu erzeugen. Die Faser 201 ist mit einem magnetischen Material 903 beschichtet, z.B. durch Sputtern. Es wäre auch möglich, einen Magneten aufzukleben oder aufzulöten etc. Das magnetische Material ist z.B. ferromagnetisch oder paramagnetisch oder diamagnetisch. Außerdem umfasste Aktuator 900 eine Führung, entlang welcher das Ende 205 eindimensional geführt wird. Dies bedeutet, dass der Aktuator 900 gemäß dem Beispiel der FIG. 9 eingerichtet ist, um die Faser 205 eindimensional zu scannen. Durch Anwenden eines zeitvariablen Stroms auf die Spulenanordnung 901 kann im Bereich des magnetischen Materials 903 ein zeitvariables Magnetfeld erzeugt werden. Dadurch wird die Faser 205 entlang der Führung 902 ausgelenkt. Die Faser 205 kann insbesondere zwischen den Positionen 301 , 202 gescannt werden.
Es wäre möglich, dass die Steuerung eingerichtet ist, um den Aktuator 900 anzusteuern, sodass dieser das Ende 205 der Faser 201 zwischen den Umkehrpositionen 301 , 302 mit einer Scanfrequenz von mindestens 500 Hz scannt, optional von mindestens 700 Hz, weiter optional von mindestens 1 ,2 kHz scannt. Scannen kann in den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen bedeuten, dass die Steuerung 950 den Aktuator 900 wiederholt ansteuert, so dass dieser für mehrere Wiederholungen bzw. periodisch die Bewegung des Endes 205 bewirkt. In anderen Beispielen wäre es aber auch möglich, dass der Aktuator 900 eingerichtet ist, um die Faser 201 zweidimensional zu scannen. Die Führung 902 kann dann entbehrlich sein.
FIG. 10A illustriert Aspekte in Bezug auf die Anordnung 100. Insbesondere illustriert FIG. 10A Aspekte in Bezug auf den Aktuator 900. in dem Beispiel der FIG. 10A umfasst der Aktuator 902 orthogonale Spulenpaare 901 (in FIG. 10A ist lediglich ein Spulenpaar 901 dargestellt; das weitere orthogonale Spulenpaar ist in einer Ebene senkrecht zur Zeichenebene angeordnet). Durch abwechselndes Bestromen der orthogonale Spulenpaare 901 kann eine zweidimensionale Bewegung des Endes 205 der Faser 201 erreicht werden. FIG. 10B illustriert Aspekte in Bezug auf die Anordnung 100. Insbesondere illustriert FIG. 10B Aspekte in Bezug auf den Aktuator 900. in dem Beispiel der FIG. 10B umfasst der Aktuator 902 an den gegenüberliegenden Seiten 251 , 252 der Faser 201 angebrachte Hebel 951 , 952. Die Hebel 951 , 952 erstrecken sich senkrecht zur zentralen Achse 202 der Faser 201. Die Hebel 951 , 952 könnten beispielsweise aus Kunststoff, Silizium, Glas, etc. gefertigt sein. An den Hebeln 951 , 952 ist beabstandet von der Zentralachse 202 jeweils ein Magnet 903 vorgesehen. Dadurch kann durch ein durch die Spulen 901 erzeugte Magnetfeld eine exzentrische Auslenkung der Hebel 951 , 952 in Bezug auf die Zentralachse 202 erfolgen. Dadurch kann ein Drehmoment auf die Faser 201 wirken. Dadurch kann insbesondere eine Torsion der Faser 201 im Bereich zwischen der Fixierstelle 206 und dem beweglichen Ende 205 bewirkt werden. FIG. 10C illustriert Aspekte in Bezug auf die Anordnung 100. Insbesondere illustriert FIG. 10C Aspekte in Bezug auf den Aktuator 900. In dem Beispiel der FIG. 10C umfasst der Aktuator 900 eine Drehmagnetfeldquelle (in FIG. 10C nicht dargestellt), die eingerichtet ist, um ein Magnetfeld 961 zu erzeugen, welches als Funktion der Zeit in einer senkrecht zur Zentralachse 202 der Faser 201 definierten Ebene (Zeichenebene der FIG. 10C, oben) rotiert. In FIG. 10C ist ein Winkel 962 eingezeichnet, den das Magnetfeld 961 zu zwei beliebigen Zeitpunkten einnimmt.
In dem Beispiel der FIG. 10C umfasst der Aktuator 900 weiterhin zwei Magnete 903. Die Magnete 903 könnten auf die Faser 201 aufgeklebt sein. Sputtern wäre möglich. Die Magnete 903 könnten als dünne Filme ausgebildet sein. Ein erster Magnet 903 ist auf der Seite 251 der Faser 201 angeordnet. Ein zweiter Magnet 903 ist auf der gegenüberliegenden Seite 252 der Faser 201 angeordnet. Die beiden Magnete 903 sind gegenläufig gepolt. In dem Beispiel der FIG. 10C ist die Magnetisierung des ersten Magneten 903 (in FIG. 10C linksseitig dargestellt) aus der Zeichenebene herausorientiert; die Magnetisierung des zweiten Magneten 903 (in FIG. 10C rechtzeitig dargestellt) ist in die Zeichenebene hineinorientiert. Deshalb bewirkt das Magnetfeld 961 gegenläufig orientierte Kraftwirkungen in der Ebene senkrecht zur Zentralachse 202 (Zeichenebene der FIG. 10C). Dadurch kann insbesondere eine Torsion der Faser 201 im Bereich zwischen der Fixierstelle 206 und dem beweglichen Ende 205 bewirkt werden.
Durch die Dimensionierung des Winkels 962 kann der Scanbereich aufgrund der Torsion der Faser 201 eingestellt werden. Dies ist in FIG. 10C, unten illustriert. In FIG. 10C, unten ist der Verlauf des Winkels 962 des Drehmagnetfelds 961 als Funktion der Zeit dargestellt. Aus FIG. 10C ist ersichtlich, dass der Winkel 962 zwischen Maximalwerten periodisch variiert wird. Die Torsion der Faser 201 folgt beispielsweise dem Winkel 962, so dass der durch die Torsion definierte Winkelbereich 1 10-2 dem Hub des Winkels 962 entspricht. Beispielsweise könnte als Drehmagnetfeldquelle ein System aus mehreren Spulen, deren Spulenachsen Winkel von beispielsweise 120° miteinander einschließen, verwendet werden. Durch zeitversetztes Ansteuern der Spulen kann dadurch das Drehmagnetfeld erzeugt werden.
FIG. 1 1 illustriert Aspekte in Bezug auf die Anordnung 100. Insbesondere illustriert FIG. 1 1 Aspekte in Bezug auf den Aktuator 900. In dem Beispiel der FIG. 1 1 umfasst der Aktuator 902 an den unterschiedlichen Seiten 251 , 252 der Faser 201 angebrachte piezoelektrische Leiter 913. Bei Aufprägen eines Stromflusses durch die piezoelektrische Leiter 913 verändern diese ihre Länge, sodass die Krümmung 31 1 , 312 bzw. die Bewegung der Faser 201 zwischen den Positionen 301 , 302 resultiert.
Es können auch andere Anordnungen von piezoelektrischen Leitern verwendet werden. FIG. 12 illustriert Aspekte in Bezug auf die Anordnung 100. In dem Beispiel der FIG. 12 umfasst die Anordnung 100 die Breitbandlichtquelle 1201 zum Erzeugen des Lichts 591 , das eine Wellenlänge aufweist, die abgestimmt ist auf die Gitterperiodizität des einen oder der mehreren Faser-Bragg-Gitter 51 1 -516, sowie einen Detektor 1202, der das von dem einen oder den mehreren Faser-Bragg-Gittern reflektierte Licht 592 detektieren kann. Zum Beispiel kann der Detektor 1202 ein oder mehrere Kantenfilter aufweisen. Die Anordnung 100 umfasst außerdem einen Multiplexer 1250, der eingerichtet ist, um das Licht 591 der Breitbandlichtquelle 1201 in einen Lichtwellenleiter der Faser 201 einzukoppeln. Der Multiplexer 1250 kann auch das von dem einen oder den mehreren Faser-Bragg-Gittern reflektierte Licht 592 zum Detektor 1202 lenken.
Beispielsweise könnte die Lichtquelle 1201 auch für eine Messung am PSD 552 verwendet werden (cf. FIG. 8D).
Während in dem Beispiel der FIG. 12 ein Szenario dargestellt ist, in dem lediglich die Faser 201 vorhanden ist, wären Beispiele mit mehreren dedizierten Fasern 501 -1 - 501 -4 für das oder die Faser-Bragg-Gitter wie obenstehend diskutiert, entsprechend möglich. Entsprechend könnte die Faser 201 auch mehrere Lichtwellenleiter bzw. Kerne umfassen (Mehrkern-Faser).
FIG. 13 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedener Beispiele. In Block 5001 wird primäres Laserlicht in Richtung der Umlenkeinheit ausgesendet. In Block 5002 wird das erste Ende der Faser bewegt. Dabei können continuous step-and-shoot Techniken eingesetzt werden. Das bewegliche erste Ende der Faser kann dabei derart bewegt werden, dass eine Krümmung und/oder Torsion der Faser im Bereich des beweglichen Endes erreicht wird. Das bewegliche erste Ende der Faser ist starr mit der Umlenkeinheit verbunden: Dadurch wird die Umlenkeinheit mit dem beweglichen Ende mitbewegt. Dadurch kann der Winkel, unter dem primäres Laserlicht abgestrahlt wird, verändert werden. Das primäre Laserlicht erreicht die Umlenkeinheit dabei nicht durch die Faser.
In Block 5003 wird optional eine LIDAR-Abstandsmessung basierend auf dem in Block 5002 implementierten Umfeldscanning mittels des primären Laserlichts implementiert. Dabei wird reflektiertes sekundäres Laserlicht detektiert, beispielsweise durch die gleiche Blende oder Optik. Es könnten auch Anwendungen wie Projizieren von Licht oder Endoskopie umgesetzt werden. FIG. 14 illustriert Aspekte in Bezug auf die Bewegung des beweglichen Endes 205 der Faser 201 . In dem Beispiel der FIG. 14 ist die Amplitude der Auslenkung der Faser 201 für verschiedene Positionen zwischen der Fixierstelle 206 und dem beweglichen Ende 205 dargestellt. In dem Beispiel der FIG. 14 ist die Amplitude der Auslenkung der Faser 201 für die Eigenmode erster Ordnung (durchgezogene Linie) und die Eigenmode zweiter Ordnung (gestrichelte Linie) dargestellt. Aus FIG. 14 ist ersichtlich, dass mittels der Eigenmode zweiter Ordnung kleinere Krümmungsradien und damit größere Winkel 1 10-1 unter denen das Laserlicht 191 , 192 abgestrahlt wird, implementiert werden können. Typischerweise weist die Eigenmode zweiter Ordnung eine höhere Eigenfrequenz auf, als die Eigenmode erster Ordnung. Darüber hinaus wurde beobachtet, dass die Materialbelastung des Materials der Faser 201 für die Eigenmode zweiter Ordnung geringer ist, als für die Eigenmode erster Ordnung. Insbesondere im Bereich der Fixierstelle 206 konnte eine geringere Materialbelastung im Zusammenhang mit der Eigenmode zweiter Ordnung erzielt werden. In manchen Beispielen ist es deshalb möglich, dass der Aktuator 900 eingerichtet ist, um die Faser 201 resonant in der Eigenmode zweiter Ordnung oder höher zu bewegen.
FIG. 15 illustriert Aspekte in Bezug auf die Anordnung 100. In dem Beispiel der FIG. 15 umfasst die Anordnung 100 ein Gehäuse 1700, welches ein lichtdurchlässiges Element 1701 aufweist. Das aus dem beweglichen Ende 205 der Faser 201 austretendes Laserlicht 191 , 192 kann durch das lichtdurchlässiges Element 1701 - beispielsweise eine Kunststoffscheibe oder eine Glasscheibe - austreten. In manchen Beispielen könnte das lichtdurchlässiges Element 1701 eine Brechkraft aufweisen und damit eine Linse implementieren (in FIG. 15 nicht dargestellt). Zum Beispiel könnte das lichtdurchlässiges Element 1701 durch eine Linse implementiert werden. Mittels der Linse wäre es möglich, einen divergenten Strahlquerschnitt des Laserlichts 191 , 192 (in FIG. 15 ist der Strahlquerschnitt des Laserlichts 191 , 192 nicht dargestellt) zu sammeln. Insbesondere kann erreicht werden, dass der Strahlquerschnitt des Laserlichts 191 , 192 hinter der Linse nicht als Funktion des Ortes mit zunehmender Entfernung zu dem beweglichen Ende 205 signifikant zunimmt. Dadurch kann eine besonders hohe Ortsauflösung zum Beispiel im Zusammenhang mit der LIDAR-Technik bereitgestellt werden. Das Laserlichts 191 , 192 wird in kleine Raumwinkel abgestrahlt.
In dem Beispiel der FIG. 15 ist der Bereich, in welchem sich das bewegliche Ende 205 der Faser 201 bewegt, evakuiert. Dies bedeutet, dass der Raum 450 zwischen dem lichtdurchlässiges Element 1701 und der Fixierung 250 luftdicht ausgebildet ist. Dadurch kann die Bewegung des beweglichen Endes 205 ohne Luftreibung implementiert werden. Außerdem können äußere Störeinflüsse vermieden werden. Beispielsweise könnte das Gehäuse 1700 eine passive Temperaturkompensation aufweisen. Zum Beispiel könnte das Gehäuse 1700 Wärmespeicher aufweisen, welche starke Temperaturschwankungen reduzieren können.
Zum Beispiel könnte das Gehäuse 1700 eine aktive und/oder passive Stoßdämpfung aufweisen. Dadurch könnten Kraftstöße von außerhalb der Anordnung 100 absorbiert oder in der Amplitude herabgesetzt werden, sodass eine negative Beeinflussung der Bewegung des beweglichen Endes 205 der Faser 201 reduziert werden kann.
In dem Beispiel der FIG. 15 sind die Laserlichtquelle 599 und der Detektor 102 auch in dem Gehäuse 1700 angeordnet. In anderen Beispielen könnten die Laserlichtquelle 599 und/oder der Detektor 102 außerhalb des Gehäuses 1700 angeordnet sein. In einem solchen Fall wäre es möglich, dass das Gehäuse 100 einen optischen Steckkontakt aufweist.
In dem Beispiel der Fig. 15 sind die Laserlichtquelle 599 und der Detektor 102 im Wesentlichen gegenüberliegend zu der Faser 201 im Gehäuse 1700 angeordnet. Dies bedeutet, dass der Winkel zwischen dem optischen Pfad des primären Laserlichts 191 , 192 zur Umlenkeinheit 452 und der Zentralachse 202 der Faser 201 in Ruhestellung der Faser 201 ca. 180° beträgt. In anderen Beispielen könnten die Laserlichtquelle 599 und/oder der Detektor 102 auch anders in Bezug auf die Faser 201 im Gehäuse 1700 angeordnet sein. Beispielsweise könnte ein Winkel zwischen dem optischen Pfad des primären Laserlichts 191 , 192 zur Umlenkeinheit 452 einen Winkel mit der Zentralachse 202 der Faser 201 in einer Ruhestellung der Faser 201 - d.h. ohne Auslenkung durch den Aktuator - im Bereich von 25° - 335° liegen, optional im Bereich von 90° - 270°, weiter optional im Bereich 120° - 240°.
In dem Beispiel der Fig. 15 wird das sekundäre Laserlicht 191 B, 192B nicht in einen Lichtwellenleiter der Faser 201 eingekoppelt. In anderen Beispielen wäre es aber auch möglich, dass das sekundäre Laserlicht 191 B, 192B in einen Lichtwellenleiter der Faser 201 eingekoppelt wird (cf. FIG. 16).
Das Beispiel der FIGs. 15 und 16 kann mit anderen hierin beschriebenen Beispielen kombiniert werden, z.B. mit dem Beispiel der der FIG. 8D: anstatt des Laserlichts 191 , 192 auch anderes Licht auf den PSD 552 gelenkt werden könnte.
FIG. 17 illustriert Aspekte in Bezug auf das zweidimensionale Scannen eines Umfeldbereichs, der sich entlang zweier orthogonaler Raumrichtungen x,y erstreckt. In dem Beispiel der FIG. 17 wird ein Umfeldbereich 1800 gescannt, der zweidimensionale Ausdehnung aufweist. Der Umfeldbereich 1800 kann z.B. durch ein Lissajous-Muster aus der Überlagerung zweier eindimensionaler Scan-Vorgänge erhalten werden.
Der Torsions-Winkelbereich 1 10-2 wird dadurch durch die Torsion der Faser 201 im Bereich zwischen der Fixierstelle 206 und dem beweglichen Ende 205 erreicht. Der Torsions- Winkelbereich 1 10-2 ist größer als der Krümmungs-Winkelbereich 1 10-2, der durch die Krümmung der Faser 201 erreicht wird. Es wurde beobachtet, dass besonders gute Ergebnisse erzielt werden können, wenn der Torsion-Winkelbereich 1 10-2 um mindestens einen Faktor 2 größer ist als der Krümmung-Winkelbereich 1 10-1 , optional um mindestens einen Faktor 3,5, weiter optional um mindestens einen Faktor 5.
Beispielsweise könnte der Torsion-Winkel 1 10-2 > 90° sein, optional >140° sein, weiter optional >170° sein. Ein kleinerer Winkelbereich 1 10-1 wird durch die Krümmung der Faser 201 im Bereich zwischen der Fixierstelle 206 und dem beweglichen Ende 205 erreicht. Beispielsweise könnte der Krümmung-Winkelbereich 1 10-1 zwischen 10° und 60° betragen.
Einer solchen Implementierung des Umfeldbereichs 1800 liegt die Erkenntnis zugrunde, dass aufgrund der Torsion der Faser 201 ein besonders effizientes Scannen von großen Winkelbereichen 1 10-2 erreicht werden kann. Gleichzeitig kann durch die Kombination mit der Krümmung der Faser 201 ein zweidimensionales Scannen ermöglicht werden. Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.
Während voranstehend verschiedene Beispiele in Bezug auf eine LIDAR-Anwendung beschrieben wurden, wäre es in anderen Beispielen auch möglich, andere Anwendungen zu implementieren. Beispiele umfassen z.B. einen Projektor mit einer RGB-Lichtquelle etc. Während voranstehend verschiedene Techniken in Bezug auf magnetische Aktuatoren beschrieben wurden, kann es in anderen Beispielen auch möglich sein, andere Typen von Aktuatoren zu verwenden, z.B. piezoelektrische Aktuatoren wie beispielsweise Biegepiezoaktuatoren. Diese können im Bereich der Fixierstelle angeordnet sein und eingerichtet sein, um z.B. die Torsion der Faser zu bewirken.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Vorrichtung, die umfasst:
- ein flexibles faserförmiges Element (201 ) mit einem ersten Ende (205) und einem zweiten Ende,
- eine Fixierung (250), welche das faserförmige Element an einer Fixierstelle (206) fixiert,
- eine Umlenkeinheit (452), die ortsfest mit dem ersten Ende des faserformigen Element verbunden ist und die eingerichtet ist, um auftreffendes Laserlicht (191 , 192, 191 B, 192B) umzulenken,
- mindestens einen Aktuator (900), der eingerichtet ist, um das faserförmige Element im Bereich zwischen der Fixierstelle und dem ersten Ende zu bewegen, und
- eine Laserlichtquelle (599), die eingerichtet ist, um primäres Laserlicht (191 , 192) auf die Umlenkeinheit zu strahlen,
wobei ein optischer Pfad des primären Laserlichts zur Umlenkeinheit nicht durch das faserförmige Element (201 ) verläuft,
wobei ein Winkel (866) zwischen dem optischen Pfad des primären Laserlichts (191 , 192) und einer Zentralachse (202) des faserformigen Elements (201 ) in einer Ruhestellung des faserformigen Elements (201 ) im Bereich von 120° - 240° liegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
wobei der Winkel (866) zwischen dem optischen Pfad des primären Laserlichts (191 , 192) und der Zentralachse (202) des faserformigen Elements (201 ) in der Ruhestellung des faserformigen Elements (201 ) 180° beträgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Umlenkeinheit (452) eingerichtet ist, um das primäre Laserlicht (191 , 192) durch Reflektion an einer Vorderseite (452-1 ) der Umlenkeinheit (452) umzulenken,
wobei das erste Ende (205) des faserformigen Elements (201 ) mit einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite (452-2) der Umlenkeinheit (452) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei der mindestens eine Aktuator eingerichtet ist, um das faserförmige Element (201 ) im Bereich zwischen der Fixierstelle und dem ersten Ende zwischen einer ersten Torsion (371 , 372) und einer zweiten Torsion (371 , 372) zu bewegen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Bewegung zwischen der ersten Torsion (371 , 372) und der zweiten Torsion (371 , 372) einer Verdrillung des faserformigen Elements (201 ) entlang der Zentralachse (202) entspricht.
6. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei der mindestens eine Aktuator eingerichtet ist, um das faserförmige Element (201 ) im Bereich zwischen der Fixierstelle und dem ersten Ende zwischen einer ersten Krümmung (31 1 , 321 ) und einer zweiten Krümmung zu bewegen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
wobei der mindestens eine Aktuator eingerichtet ist, um das faserförmige Element (201 ) zwischen der ersten Krümmung und der zweiten Krümmung resonant in einer Eigenmode zweiter Ordnung oder höher zu bewegen.
8. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, die weiterhin umfasst:
- eine Positioniervorrichtung, die eingerichtet ist, um ein Signal auszugeben, das indikativ für einen Abstrahlwinkel des primären Laserlichts aus der Anordnung ist,
wobei die Positioniervorrichtung eingerichtet ist, um den Abstrahlwinkel optisch zu messen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
wobei die Positioniervorrichtung einen Positions-sensitiven Detektor (552), PSD, umfasst, der eingerichtet ist, um das primäre Laserlicht zu messen,
wobei die Positioniervorrichtung weiterhin einen Strahlteiler umfasst, der ortsfest mit dem ersten Ende des faserformigen Elements (201 ) verbunden ist und der eingerichtet ist, um einen Teilstrahlengang des primären Laserlichts zum PSD zu lenken.
10. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das faserförmige Element (201 ) eine 1 -Punkt-Kopplung der Umlenkeinheit (452) mit der Fixierung (250) implementiert.
1 1 . Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei die Umlenkeinheit nur über das faserförmige Element (201 ) mit der Fixierung verbunden ist.
12. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das faserförmige Element (201 ) zwischen der Fixierstelle und dem ersten Ende
(205) in einer Ruhestellung des faserformigen Elements (201 ) gerade ausgebildet ist.
13. Vorrichtung, die umfasst:
- eine flexibles faserförmiges Element (201 ) mit einem beweglichen Ende (205),
- eine Umlenkeinheit (452), die ortsfest mit dem beweglichen Ende (205) des faserformigen Elements (201 ) verbunden ist und die eingerichtet ist, um auftreffendes Laserlicht (191 , 192, 191 B, 192B) umzulenken,
- mindestens einen Aktuator (900), der eingerichtet ist, um das bewegliche Ende des faserformigen Elements (201 ) gegenüber einer Fixierung (250) zu bewegen,
- eine Laserlichtquelle (599), die eingerichtet ist, um primäres Laserlicht (191 , 192) auf die Umlenkeinheit (452) zu strahlen,
wobei ein Winkel (866) zwischen einem optischen Pfad des primären Laserlichts (191 , 192) und einer Zentralachse (202) des faserformigen Elements (201 ) in einer Ruhestellung des faserformigen Elements (201 ) im Bereich von 120° - 240° liegt.
14. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, die weiterhin umfasst:
- ein LIDAR-System, das eingerichtet ist, um basierend auf dem primären Laserlicht eine gescannte Abstandsmessung von Objekten (195, 196) im Umfeld der Anordnung durchzuführen.
15. Verfahren, das umfasst:
- Bewegen eines faserformigen Elements (201 ) im Bereich zwischen einer Fixierstelle
(206) des faserformigen Elements (201 ) an einer Fixierung (250) und einem ersten Ende (205) des faserformigen Elements, wobei eine Umlenkeinheit (452) ortsfest mit dem ersten Ende des faserformigen Elements verbunden ist, und
- Bestrahlen der Umlenkeinheit (452) mit primären Laserlicht (191 , 192), wobei der optische Pfad des Laserlichts nicht durch das faserförmige Element (201 ) verläuft,
wobei ein Winkel (866) zwischen dem optischen Pfad des primären Laserlichts (191 , 192) und einer Zentralachse (202) des faserformigen Elements (201 ) in einer Ruhestellung des faserformigen Elements (201 ) im Bereich von 120° - 240° liegt.
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