WO2020043579A1 - Optische linse für einen laserscanner für ein fahrunterstützungssystem - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an optical lens for a laser scanner.
  • the present invention relates in particular to a biconical lens with a
  • the present invention relates to a laser scanner for a driving support system of a motor vehicle and a
  • Driving support system comprising such a laser scanner.
  • the present invention relates in particular to a laser scanner which has reduced scattered radiation and thereby reduces the risk to persons or animals who are in the detection range of the laser scanner.
  • Laser scanners are widely used for motor vehicle driving support systems.
  • laser scanners are used to detect the surroundings of a vehicle and, for example, to detect objects, such as objects, animals or people, in order to determine their spatial position and their distance from the vehicle.
  • laser scanners Since eye safety is therefore of great importance for laser scanners, laser scanners currently have to be certified with laser class 1 in order to enable operation in road traffic.
  • US 2017/0108582 A1 describes a photoelectric sensor.
  • a lens is provided which is positioned on a light-emitting element and is designed as a biconical lens.
  • the lens is provided which is positioned on a light-emitting element and is designed as a biconical lens.
  • Bending radii can be set according to a specific pattern.
  • US 2017/059838 A1 also describes a light-emitting device, in particular for a camera. It is provided that such a device is equipped with a biconical lens.
  • the biconical lens is made of a polymer.
  • the object of the present invention to at least partially overcome the disadvantages known from the prior art. It is in particular the object of the present invention to provide a solution by means of which a laser scanner can be provided which, with an advantageous property profile, has a low risk of glare for animals and / or people.
  • the object is achieved by a lens with the features of claim 1 and by a laser scanner with the features of claim 5
  • optical lens for a laser scanner is proposed, the optical lens being designed as a biconical lens, the biconical lens being designed as a biconical hybrid lens, the biconical hybrid lens having a glass body which is provided with a polymer coating.
  • Such a lens allows in particular the generation of a laser scanner that has a low risk of glare with a lens that has a balanced property profile.
  • a lens for a laser scanner is thus described.
  • Such a lens can fundamentally be arranged at different points in a beam path in a laser scanner and in particular serve to influence laser radiation.
  • the lens described here is designed as a biconical lens.
  • a biconical lens is to be understood in particular as a lens of this type which has a curvature in two planes which are different from one another and in particular are arranged at right angles to one another.
  • a curvature can be formed in the horizontal and vertical planes, so that radiation passing through the lens, in particular laser radiation from a laser scanner, can focus both in the vertical and in the horizontal plane.
  • the biconical lens is thus a conical lens with radii in two planes. It can be provided that the first curvature defines the focus length of the hybrid lens and that the second curvature defines aspherical parameters.
  • the biconical lens is designed as a biconical hybrid lens.
  • a biconical hybrid lens is to be understood in particular as a lens of this type which is formed from at least two materials.
  • the lens is in particular designed such that a first material forms a first curvature and that a second material different from the first material forms a second curvature of the biconical lens.
  • the first material is glass and the second material is a plastic or a polymer, it being provided in particular that the biconical hybrid lens has a glass body which is provided with a polymer coating.
  • This configuration in particular can have significant advantages over the solutions from the prior art.
  • such a biconical lens can focus the laser radiation in the beam path of a laser scanner particularly effectively. This means that When passing or hitting a large number of components of the laser scanner, there is an exact optical influencing of the laser radiation, which in turn can enable particularly defined radiation properties.
  • the property profile of the lens can be very balanced.
  • the glass body defines the focus length of the hybrid lens and that the polymer coating defines aspherical parameters.
  • the polymer coating is not a mere coating and thus roughly follows the curvature of the glass lens, but that the glass body and the polymer coating define different optical properties of the biconical lens. This can be advantageous with regard to the optical properties and in particular with regard to an effective focusing of a focusing of laser radiation when using the biconical lens when used in a laser scanner.
  • a glass body of the hybrid lens can enable particularly high stability and, in particular, long-term stability, since glass forms a very stable body and in particular has high thermal stability.
  • a hybrid lens with a vitreous body and a polymer coating can be significantly more stable and in particular has improved thermal properties than a biconical lens which is only made of a polymer.
  • the provision of the polymer coating makes it possible for the hybrid lens to have optical properties which are comparable to those of a pure glass lens, but can be produced more cost-effectively than a pure glass lens.
  • a biconical hybrid lens can combine effective focusing of laser radiation with good stability, good thermal properties and cost-effective manufacture.
  • the polymer coating can furthermore be preferred for the polymer coating to have a material which is selected from the group consisting of polyimide, polycarbonate, cyclic olefin polymers, cyclic olefin copolymers and polymethyl methacrylate.
  • these polymers can enable a preferred property profile of the biconical lens, which comprises good stability and good optical properties.
  • these polymers have a refractive index similar to that of glass, so that the laser radiation does not experience any significant deflection during the glass / polymer transition.
  • polycarbonates in particular a high thermal resistance in a range from -137 ° C. to + 124 ° C. can be allowed and, in addition, good mechanical properties can also be made possible.
  • Cyclic olefin copolymers as well as cyclic olefin polymers (COP) are a basically known class of polymers. By changing the polymer structure, such as the installation ratios of cyclic and linear olefins in the COCs, these allow their properties to be changed over a wide range. Essentially, the heat resistance is set in a range from 65 to 190 ° C. Furthermore, all COPs and COCs share a number of properties such as good thermoplastic flowability, high rigidity, strength and hardness, as well as low density and high transparency with good acid and alkali resistance.
  • the other polymers mentioned, polymethyl methacrylate and polyimide are also distinguished by high transparency and other optical properties and advantageous mechanical properties.
  • the biconical lens is designed as a Zernike lens. It has surprisingly been found that, in particular, a biconical lens, which is designed as a Zernike lens, can enable a particularly effective focusing of the laser radiation and can thus particularly effectively reduce scattered radiation and thus the risk of glare in a laser scanner.
  • a Zernike lens can be understood to mean a lens with a surface that has a Zernike surface or a surface that corresponds to a Zernike polynomial.
  • a conical surface is not, like a conventional conical lens, defined only by the radius and the conical constant, but in addition to the radius and the conical constant also by additional aspherical parameters.
  • Such lenses are generally known to the person skilled in the art and are described below purely by way of example.
  • the standard Zernike surface is defined by polynomials corresponding to flat aspherical surfaces and additionally by aspherical parameters, which are defined by the Zernike standard coefficients.
  • ai (a1 - a8) are the aspheric coefficients.
  • the present invention further relates to a laser scanner, in particular for a driving support system of a motor vehicle, comprising a laser source for emitting laser radiation along a beam path, wherein at least one lens for influencing the cross section of the laser radiation is arranged in the beam path of the laser radiation, it further being it is provided that at least one biconical lens, which is designed as a biconical hybrid lens, is arranged in the beam path of the laser radiation as a lens for influencing the cross section of the laser radiation, the biconical hybrid lens having a glass body which is provided with a polymer coating.
  • the laser scanner described here is used in particular in a
  • the laser scanner can, for example, in the front area of the vehicle or in the rear area of the
  • the laser scanner can be arranged in the front or rear bumper or in a headlight housing.
  • the driving support system which is equipped with such a laser scanner, can thus serve in particular to monitor the surroundings and, for example, warn of collisions, give driving instructions or support autonomous driving.
  • driving support systems are known in principle and are always being used.
  • Driving support system can be provided that it has a laser source for emitting laser radiation along a beam path.
  • a laser source is therefore to be understood in the sense of the present invention in particular a unit that can emit laser radiation.
  • the specific configuration of the laser source is not restricted, but the laser source can preferably be a laser diode, for example.
  • the laser source can be configured as an arrangement of a large number of laser diodes. From the laser source is accordingly
  • Laser radiation guided along a beam path runs in particular from the laser source into a detection area of the laser scanner.
  • Objects located in the detection area can reflect the laser radiation and can thus be detected by a detector, which can also be part of the driving support system.
  • the laser scanner can be configured as a LIDAR.
  • optical components are provided in the beam path of the laser scanner in a manner known per se.
  • At least one optical deflection element for deflecting the laser radiation is preferably provided in the beam path of the laser radiation, that is to say the laser radiation emitted by the laser source.
  • a deflection element is to be understood in particular to mean an element of this type which can deflect the laser radiation in the desired manner and, as such, can reflect it, for example.
  • Deflection element for example, at least one microscanner can be provided.
  • a microscanner in particular includes a MEMS scanner
  • MEMS mirror which serves to reflect the laser radiation and can thereby scan the detection area of the laser scanner by means of mobility.
  • Microscanners or MEMS mirrors are thus, in particular, microassemblies comprising an actuator motor and a mirror element. This makes it possible to set discrete angles between the negative and the positive maximum of an actuator chip
  • microscanner can be used to modulate the laser radiation, as is immediately apparent to the person skilled in the art.
  • a reflector can also be provided in front of the MEMS mirror in order to
  • a device for influencing the cross section of the laser radiation is preferably, but not limited to, arranged in the beam path of the laser radiation in front of the deflection element.
  • the cross section of the laser radiation can be set in the desired manner and thus in accordance with the desired one
  • the laser scanner described here is also designed such that in the
  • Beam path of the laser radiation as a lens for influencing the cross section of the laser radiation is arranged at least one biconical lens which is designed as a biconical hybrid lens, the biconical hybrid lens having a glass body which is provided with a polymer coating.
  • Deflection element can occur that, on the one hand, due to the divergence of the laser beam and, on the other hand, due to the effective area of the microscanner, depending on the deflection angle of the mirror, part of the laser beam is not reflected by the mirror itself, but rather by a mirror support.
  • the light reflected on the mirror carrier now emerges from the laser scanner, in particular from a housing of the laser scanner, eye safety can be limited. This is particularly so because the light reflected by the mirror carrier exits undefined and is therefore not focused in the desired manner. About this undefined emerging part of the laser radiation can be called scattered radiation. The occurrence of this scattered radiation can thus in particular reduce eye safety with regard to any that may occur
  • the above-described adaptation is particularly advantageous because the distances and the spatial geometry of the optical components are fixed in the configuration of the laser scanner, in order to reduce the diameter of the optical component
  • the scattered radiation can then be determined by measurements or computer simulation and thus counteracted by the biconical lens.
  • Laser scanner in its arrangement of the optical components to each other, for example to work with existing collimator elements or other components and thereby block the scattered radiation via the relative arrangement of the optical elements to one another, is not or only with difficulty and precisely with influencing the diameter of the beam of the laser radiation or focusing possible.
  • the biconical hybrid lens can also be advantageous for the biconical hybrid lens to be arranged in the beam path of the laser radiation immediately after the radiation source. In this embodiment, the tendency towards glare of the laser scanner can be reduced particularly effectively. Because in this embodiment, the lens is in particular in front of the
  • Deflection element and thus arranged in front of the MEMS mirror or microscanner. This makes it possible to reduce a divergent portion of the laser radiation in front of the deflecting element, so that only focused and in particular parallel laser radiation is directed onto the laser beam
  • Deflection element meets.
  • the laser radiation even before the laser radiation hits the deflection element, it is possible for the laser radiation to be arranged in such a way that it only hits the desired optical region of the deflection element and is thus reflected in a defined manner by the deflection element, such as the microscanner. This can, for example, effectively prevent laser radiation from hitting the mirror carrier of a microscanner as a deflection element and from there
  • scatter radiation can thus be effectively blocked before the deflecting element, which can reduce eye safety with regard to a possible risk of glare for people and animals.
  • the divergent portion of the laser radiation in front of the deflection element can still be comparatively small, so that the dimensions are comparatively small
  • Components can be worked as lenses. This configuration can thus, for example, in the case of small-sized laser scanners or in
  • an already provided component can also be replaced by the above-described biconical lens, such as a FAC lens, which can enable simple implementation in existing systems.
  • the radiation source has a laser diode.
  • a high long-term stability can be combined with a low tendency of the laser scanner to glare.
  • a beam can be emitted by a laser diode, which is very narrow
  • laser diodes Has beam path, so that laser radiation emanating from a laser diode already has a very low glare potential.
  • laser diodes are characterized by a long, damage-free working time, so that the
  • laser scanners have a high long-term stability.
  • a laser diode it can be made possible to provide a compact laser source. This allows such a laser scanner to be arranged well even with a small space requirement, as is often the case in particular in motor vehicles. This can also be further favored by the fact that laser diodes can be manufactured in so-called SMT technology (Surface Mount Technology). In this embodiment, the diode can be arranged directly on the circuit board, which favors a simple structure. Finally, a laser diode offers high performance, which is particularly advantageous for effective environment detection over a large area of the laser scanner.
  • the provision of the biconical lens as described above can also make it possible to enable effective focusing of the laser radiation with a balanced property profile, in particular of the biconical lens.
  • the present invention furthermore relates to a driving support system for monitoring the surroundings, in particular for a vehicle, comprising a laser scanner for emitting laser radiation and a detector for detecting laser radiation reflected from an object to be detected, the driving support system also providing a control unit for evaluating the detector Has data, the laser scanner being designed as described in detail above.
  • Such a driving support system thus serves to monitor the surroundings of a vehicle in a manner known per se.
  • objects such as people, animals or objects are to be detected thereby, for example to prevent collisions.
  • a laser scanner is provided which emits laser radiation and thus directs the objects located in the detection area of the laser scanner.
  • the laser radiation is reflected by the objects and can be detected by a detector.
  • a spatial arrangement of the objects to the vehicle and a distance measurement are possible.
  • the data in particular of the detector, can be evaluated by a control unit. This makes it possible, for example, to issue driving instructions, initiate driving interventions, such as emergency braking, or even enable fully autonomous driving.
  • the laser scanner can be problematic when emitting laser radiation that there is an increased risk of glare for people or animals located in the detection area, in particular due to scattered rays. Because the laser scanner is configured as described above, such a risk of glare can be significantly reduced. Accordingly, the eye security of the laser scanner can be improved. Furthermore, the laser scanner can have a very balanced property profile.
  • the present invention also relates to a vehicle, in particular a motor vehicle, comprising a driving support system for monitoring the surroundings of the vehicle, the driving support system being designed as described above.
  • the vehicle described here can in principle be any vehicle, such as a motor vehicle, which is to be equipped with environmental monitoring.
  • the vehicle has a driving support system with a laser scanner, in particular LIDAR, as described above in detail.
  • the vehicle has a driving support system with a laser scanner as described above, such a risk of glare can be significantly reduced.
  • the eye safety of the laser scanner can be improved accordingly.
  • the laser scanner can have a very balanced property profile.
  • Fig. 1 shows schematically the beam path of a laser scanner at a
  • FIG. 2 shows, in a schematic manner, an embodiment of a biconical lens according to the invention.
  • Fig. 3 shows schematically another view of the embodiment of Fig. 2 as a sectional view from the side.
  • FIG. 1 shows a laser scanner 10 in a schematic manner.
  • the laser scanner 10 is used, in particular, for use in a driving support system of a motor vehicle, such as a passenger car, and in particular for one
  • the laser scanner 10 serves to detect objects, such as people, animals or even objects, in the detection area of the laser scanner 10 and thereby to obtain information about the distance and the spatial position of the objects from the laser scanner 10 and thus from the vehicle. Accordingly, the laser scanner 10 can serve to issue warnings when there is a risk of a collision, or also to issue driving instructions,
  • the laser scanner 10 comprises a laser source 12, such as a laser diode or a plurality of laser diodes, which is designed to emit laser radiation 14.
  • the laser radiation 14 runs in a beam path which is defined or influenced by optical elements arranged in it.
  • the laser scanner has, for example, a microscanner 16 as a deflection element, to which the laser radiation is directed, for example by a reflector 15.
  • the microscanner 16 comprises an in particular movable mirror 18 around which To direct laser radiation 14 in the desired manner into the detection range of laser scanner 10 or to modulate laser radiation 14.
  • the mirror 18 is arranged on a mirror carrier 20.
  • an optical lens 22 is provided in the beam path of the laser radiation 14 as a device for influencing the cross section of the laser radiation 14. Following the beam path of the laser radiation 14, the lens 22 is arranged immediately after the laser source 12.
  • the lens 22 is designed as a biconical hybrid lens 24, the biconical hybrid lens 24 having a glass body 26 which is provided with a polymer coating 28.
  • the lens 22 is designed as a biconical hybrid lens 24, a more complicated configuration comprising a FAC collimator element and an SAC collimator element can be dispensed with, which significantly simplifies the construction. Because the biconical hybrid lens can already focus the laser radiation in a horizontal plane as well as in a vertical plane.
  • the lens 22 As a biconical hybrid lens 24, the biconical hybrid lens 24 having a glass body 26 which is provided with a polymer coating 28, as described above.
  • a prism 30 is provided in the radiation direction behind the microscanner 16, from which the laser radiation 14 can radiate into the detection area of the laser scanner 10. If the laser radiation 14 is reflected by an object to be detected, it arrives at a detector, not shown
  • FIG. 2 shows the biconical hybrid lens 24 in a larger view. It can be seen here that the biconical hybrid lens 24 has a first curvature 32 in a first plane and furthermore has a second curvature 34 in a second plane arranged at right angles to the first plane.
  • the biconical hybrid lens 24 influences the laser radiation 14 in such a way that it is focused and in particular has no or only a very limited diverging component.
  • FIG. 3 also shows a cross section through the biconical hybrid lens 24. It is shown that the biconical hybrid lens 24 has a glass body 26 which is provided with a polymer coating 28. In particular, in combination with FIG. 2, it is indicated that the glass body 26 defines the focal length of the biconical hybrid lens 24 and that the polymer coating 28 defines aspherical parameters of the biconical hybrid lens 24. In particular, the biconical lens is designed as a Zernike lens.
  • the polymer coating 28 is formed from a material that is selected from the group consisting of polyimide, polycarbonate, cyclic olefin polymers, cyclic olefin copolymers and polymethyl methacrylate.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optische Linse für einen Laserscanner (10), wobei die optische Linse (22) als bikonische Linse ausgestaltet ist, wobei die bikonische Linse als bikonische Hybridlinse (24) ausgestaltet ist, wobei die bikonische Hybridlinse (24) ferner einen Glaskörper (26) aufweist, der mit einer Polymerbeschichtung (28) versehen ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Laserscanner (10), der eine derartige bikonische Hybridlinse (24) aufweist.

Description

Optische Linse für einen Laserscanner für ein Fahrunterstützungssystem
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Linse für einen Laserscanner. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine bikonische Linse mit einem
verbesserten Aufbau. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung einen Laserscanner für ein Fahrunterstützungssystem eines Kraftfahrzeugs und ein
Fahrunterstützungssystem aufweisend einen derartigen Laserscanner. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen Laserscanner, der reduzierte Streustrahlung aufweist und dadurch die Gefahr für Personen oder Tiere, die sich im Erfassungsbereich des Laserscanners befinden, reduziert.
Laserscanner sind für Fahrunterstützungssysteme von Kraftfahrzeugen weit verbreitet. Insbesondere dienen Laserscanner dazu, das Umfeld eines Fahrzeugs zu erfassen und etwa Objekte, wie beispielsweise Gegenstände, Tiere oder Personen zu detektieren, um deren räumliche Lage und deren Entfernung zum Fahrzeug zu bestimmen.
Problematisch insbesondere bei Laserscannern kann es sein, dass diese oftmals mit einer hohen Intensität betrieben werden sollten, um die Reflektionen der Objekte in geeigneter Weise zu detektieren. Dabei kann es grundsätzlich auftreten, dass
Personen oder Tiere, die sich im Erfassungsbereich des Laserscanners befinden, durch die starke emittierte Laserstrahlung geblendet werden können. Somit liegt ein einzuhaltender Kompromiss bei Laserscannern oftmals in dem Einstellen der Intensität der emittierten Laserstrahlen derart, dass diese eine ausreichende Detektion von Objekten ermöglicheOn, gleichzeitig aber die Gefährdung von Tieren oder Personen gering halten oder ausschließen können.
Da somit die Augensicherheit bei Laserscannern von großer Bedeutung ist, müssen Laserscanner derzeit, um einen Betrieb im Straßenverkehr zu ermöglichen, mit der Laserklasse 1 zertifiziert werden.
US 2017/0108582 A1 beschreibt einen photoelektrischen Sensor. Bei einem derartigen Sensor ist eine an einem lichtemittierenden Element positioniere Linse vorgesehen, die als bikonische Linse ausgestaltet ist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die
Biegeradien nach einem bestimmten Muster eingestellt werden. US 2017/059838 A1 beschreibt ferner eine lichtgebende Einrichtung insbesondere für eine Kamera. Dabei ist es vorgesehen, dass eine derartige Einrichtung mit einer bikonischen Linse ausgestattet ist. Die bikonische Linse ist aus einem Polymer ausgebildet.
Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen können jedoch noch weiteres Verbesserungspotential bieten, insbesondere hinsichtlich eines ausgewogenen
Eigenschaftsprofil des Laserscanners.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, durh welche ein Laserscanner bereitgestellt werden kann, der mit einem vorteilhaften Eigenschaftsprofil eine geringe Blendgefahr für Tiere und/oder Personen aufweist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Linse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch einen Laserscanner mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß ferner durch ein
Fahrunterstützungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung oder den Figuren beschrieben, wobei weitere in den Unteransprüchen oder in der Beschreibung oder den Figuren
beschriebene oder gezeigte Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination einen Gegenstand der Erfindung darstellen können, wenn sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt.
Es wird vorgeschlagen eine optische Linse für einen Laserscanner, wobei die optische Linse als bikonische Linse ausgestaltet ist, wobei die bikonische Linse als bikonische Hybridlinse ausgestaltet ist, wobei die bikonische Hybridlinse einen Glaskörper aufweist, der mit einer Polymerbeschichtung versehen ist.
Eine derartige Linse erlaubt insbesondere das Erzeugen eines Laserscanners, der eine geringe Blendgefahr aufweist mit einer Linse, die ein ausgewogenes Eigenschaftsprofil aufweist. Es wird somit beschrieben eine Linse für einen Laserscanner. Eine derartige Linse kann grundsätzlich an verschiedenen Stellen eines Strahlengangs in einem Laserscanner angeordnet sein und dabei insbesondere dazu dienen, Laserstrahlung zu beeinflussen. Somit kann die zwischen einer Strahlungsquelle und einem Austritt der Laserstrahlung aus dem Laserscanner positioniert sein, wie dies nachfolgend in größerem Detail be schrieben ist.
Die hier beschriebene Linse ist dabei als bikonische Linse ausgestaltet. Unter einer bi- konischen Linse ist insbesondere eine derartige Linse zu verstehen, die eine Krüm mung in zwei voneinander unterschiedlichen und insbesondere rechtwinklig zueinander angeordneten Ebenen aufweist. Beispielsweise kann eine Krümmung in horizontaler und vertikaler Ebene ausgebildet werden, so dass die Linse durchtretende Strahlung wie insbesondere Laserstrahlung eines Laserscanner sowohl in der vertikalen als auch in der horizontalen Ebene fokussieren kann. Dabei ist die bikonische Linse somit eine konische Linse mit Radien in zwei Ebenen. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die erste Krümmung die Fokuslänge der Hybridlinse definiert und dass die zweite Krüm mung asphärische Parameter definiert.
Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass die bikonische Linse als bikonische Hybrid linse ausgestaltet ist. Unter einer bikonischen Hybridlinse ist dabei insbesondere eine derartige Linse zu verstehen, welche aus wenigsten zwei Materialien ausgebildet ist. Dabei ist die Linse insbesondere derart ausgestaltet, dass jeweils ein erstes Material ei ne erste Krümmung ausbildet und dass ein zweites von dem ersten Material verschie denes zweites Material eine zweite Krümmung der bikonischen Linse ausbildet.
Das erste Material ist dabei Glas und das zweite Material ist ein Kunststoff beziehungs weise ein Polymer, wobei es insbesondere vorgesehen ist, dass die bikonische Hybrid linse einen Glaskörper aufweist, der mit einer Polymerbeschichtung versehen ist.
Insbesondere diese Ausgestaltung kann gegenüber den Lösungen aus dem Stand der Technik signifikante Vorteile aufweisen.
Denn zum einen kann eine derartige bikonische Linse die Laserstrahlung in dem Strah lengang eines Laserscanners besonders effektiv fokussieren. Dadurch kann grundsätz- lieh bei dem Passieren von beziehungsweise Auftreffen auf eine Vielzahl von Bauteilen des Laserscanners eine exakte optische Beeinflussung der Laserstrahlung erfolgen, was wiederum besonders definierte Strahlungseigenschaften ermöglichen kann.
Darüber hinaus kann durch das Verwenden von hochgradig fokussierter Laserstrahlung insbesondere bei der Verwendung in einem Laserscanner das Auftreten von Streustrah lung und damit die Gefährdung von Tieren und Menschen signifikant reduzieren.
Insbesondere mit Bezug auf das Verwenden einer bikonischen Hybridlinse kann das Ei genschaftsprofil der Linse sehr ausgewogen sein.
Bezüglich der Ausgestaltung der Hybridlinse kann es dabei von Vorteil sein, dass der Glaskörper die Fokuslänge der Hybridlinse definiert und dass die Polymerbeschichtung asphärische Parameter definiert. Somit ist es insbesondere vorgesehen, dass die Poly merbeschichtung nicht eine bloße Beschichtung darstellt und somit etwa der Krümmung der Glaslinse folgt, sondern dass der Glaskörper und die Polymerbeschichtung unter schiedlichen optischen Eigenschaften der bikonischen Linse definieren. Dies kann hin sichtlich der optischen Eigenschaften und insbesondere hinsichtlich einer effektiven Fo kussierung einer Fokussierung von Laserstrahlung bei der Verwendung der bikonischen Linse bei der Verwendung in einem Laserscanner vorteilhaft sein.
Darüber hinaus kann in dieser Ausgestaltung es ermöglicht werden, dass beispielsweise von einer herkömmlichen konischen Glaslinse ausgegangen wird und dann eine ent sprechende Kunststoffbeschichtung aufgebracht wird, um so die bikonische Linse aus zubilden.
Das Vorsehen eines Glaskörpers der Hybridlinse kann eine besonders hohe Stabilität und dabei insbesondere Langzeitstabilität ermöglicht werden, da Glas einen sehr stabi len Körper ausbildet und dabei insbesondere eine hohe thermische Stabilität aufweist. Insbesondere kann eine Hybridlinse mit einem Glaskörper und einer Polymerbeschich tung deutlich stabiler sein und insbesondere verbesserte thermische Eigenschaften aufweist, als eine bikonische Linse, die nur aus einem Polymer ausgestaltet ist. Darüber hinaus kann durch das Vorsehen der Polymerbeschichtung es ermöglicht wer den, dass die Hybridlinse zu einer reinen Glaslinse vergleichbare optische Eigenschaf ten aufweist, jedoch kostengünstiger herstellbar ist, als eine reine Glaslinse.
Somit kann insbesondere eine bikonische Hybridlinse eine effektive Fokussierung von Laserstrahlung kombinieren mit einer guten Stabilität mit guten thermischen Eigen schaften und einer kostengünstigen Herstellbarkeit.
Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass die Polymerbeschichtung ein Material aufweist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyimid, Polycarbonat, cyclischen Olefinpolymeren, cyclischen Olefincopolymeren und Polymethylmethacrylat. Insbeson dere diese Polymere können ein bevorzugtes Eigenschaftsprofil der bikonischen Linse ermöglichen, welches eine gute Stabilität und gute optische Eigenschaften umfasst. Darüber hinaus weisen diese Polymere einen zu Glas ähnlichen Brechungsindex auf, so dass die Laserstrahlung bei dem Übergang Glass/Polymer keine signifikante Ablenkung wiederfährt.
Bezüglich Polycarbonaten kann insbesondere eine hohe thermische Beständigkeit in ei nem Bereich von -137°C bis +124°C erlaubt werden und darüber hinaus können auch gute mechanische Eigenschaften ermöglicht werden.
Cyclische Olefin-Copolymere (COP) wie auch cyclische Olefin-Polymere (COP) sind ei ne grundsätzlich bekannte Klasse an Polymeren. Diese erlauben durch Veränderung der Polymerstruktur, wie etwa der Einbauverhältnisse von zyklischen und linearen Ole finen bei den COCs in einem weiten Bereich ein Verändern Ihrer Eigenschaften. Im We sentlichen wird damit die Wärmeformbeständigkeit in einem Bereich von 65 bis 190 °C eingestellt. Ferner ist allen COPs beziehungsweise COCs gemeinsam eine Reihe von Eigenschaften wie gute thermoplastische Fließfähigkeit, hohe Steifigkeit, Festigkeit und Härte sowie niedrige Dichte und hohe Transparenz bei guter Säure- und Laugenbestän digkeit.
Aber auch die weiteren genannten Polymere Polymethylmethacrylat und Polyimid zeichnen sich durch hohe Transparenz und andere optischen Eigenschaften und vor teilhafte mechanische Eigenschaften aus. Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass die bikonische Linse als Zernike-Linse ausge staltet ist. Es konnte in überraschender weise gefunden werden, dass insbesondere ei ne bikonische Linse, die als Zernike-Linse ausgebildet ist, ein besonders effektives Fo kussieren der Laserstrahlung ermöglichen kann und so Streustrahlung und damit die Gefahr einer Blendwirkung in einem Laserscanner besonders effektiv reduzieren kann.
Unter einer Zernike-Linse kann dabei eine Linse mit einer Oberfläche verstanden wer den, die eine Zernike-Oberfläche aufweist beziehungsweise eine Oberfläche, welche ei nem Zernike-Polynom entspricht. Eine derartige konische Oberfläche ist nicht, wie eine herkömmliche konische Linse, nur durch den Radius und die konische Konstante defi niert, sondern neben dem Radius und der konischen Konstante ferner durch zusätzliche asphärische Parameter. Derartige Linsen sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt und werden im Weiteren rein beispielhaft beschrieben.
Die Standard-Zernike Oberfläche wird definiert durch zu ebenen asphärischen Oberflä chen entsprechenden Polynomen und zusätzlich durch asphärischen Parameter, wel che definiert sind durch die Zernike-Standard Koeffizienten. Die Oberfläche bezie hungsweise die Oberflächenkrümmung kann die folgende Form aufweisen:
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wobei die Parameter wie folgt definiert sind: z: ist die Standard-Zernike-Oberfläche (Zernike Standard Sag surface); c: ist der reziproke Radius (c = 1/R); r ist die radiale Strahlungskoordinate (ray cordinate) in der Linseneinheit; k ist die konische Konstante (conic constant); N ist die Nummer der Zernike Koeffizienten (number of Zernike coef- ficients in the series); Ar. ist der Koeffizient des ten Zernike Standard Polynomi- als (coefficient on the ith Zernike Standard polynomial); Z ist der Zernike Koeffi zient; p ist die normierte radiale Strahlungskoordinate (the normalized radial ray coordinate) und f ist die Winkel-Strahlungskoordinate (angular ray coordinate); und ai (a1 - a8) sind die asphärischen Koeffizienten (aspheric coefficients).
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der bikonischen Linse wird auf die Beschreibung des Laserscanners , des Fahrunterstützungssystems, des Fahrzeugs, auf die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen, und umgekehrt. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Laserscanner, insbesondere für ein Fahr unterstützungssystem eines Kraftfahrzeugs, aufweisend eine Laserquelle zum Emittie ren von Laserstrahlung entlang eines Strahlengangs, wobei in dem Strahlengang der Laserstrahlung wenigstens eine Linse zum Beeinflussen des Querschnitts der Laser strahlung angeordnet ist, wobei es ferner vorgesehen ist, dass in dem Strahlengang der Laserstrahlung als Linse zum Beeinflussen des Querschnitts der Laserstrahlung wenigs tens eine bikonische Linse angeordnet ist, die als bikonische Hybridlinse ausgestaltet ist, wobei die bikonische Hybridlinse einen Glaskörper aufweist, der mit einer Polymer beschichtung versehen ist.
Ein derartiger Laserscanner ermöglicht auf einfache Weise das Reduzieren von Streustrahlung der Laserstrahlung und kann so mit einem vorteilhaften
Eigenschaftsprofil die Blendsicherheit für Personen und Tiere in dem Erfassungsbereich des Laserscanners reduzieren.
Der hier beschriebene Laserscanner dient insbesondere dem Einsatz in einem
Fahrunterstützungssystem eines Kraftfahrzeugs. Als solches kann der Laserscanner beispielsweise im Frontbereich des Fahrzeugs oder auch im Heckbereich des
Fahrzeugs angeordnet sein und derart positioniert beziehungsweise ausgerichtet sein, dass durch den Laserscanner eine Umfeldbeobachtung in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug, also insbesondere vor der Vorderseite des Fahrzeugs, oder auch vor der Rückseite des Fahrzeugs, möglich ist. Beispielsweise kann der Laserscanner in der vorderen oder hinteren Stoßstange oder auch in einem Scheinwerfergehäuse angeordnet sein.
Das Fahrunterstützungssystem, welches mit einem derartigen Laserscanner ausgestattet ist, kann somit insbesondere einer Umfeldbeobachtung dienen und etwa vor Kollisionen warnen, Fahrhinweise geben oder ein autonomes Fahren unterstützen. Derartige Fahrunterstützungssysteme sind grundsätzlich bekannt und finden immer weitere Anwendung.
Zurückkommend auf den Laserscanner, der Bestandteil eines derartigen
Fahrunterstützungssystems sein kann, ist es vorgesehen, dass dieser eine Laserquelle zum Emittieren von Laserstrahlung entlang eines Strahlengangs aufweist. Unter einer Laserquelle ist im Sinne der vorliegenden Erfindung somit insbesondere zu verstehen eine Einheit, welche Laserstrahlung emittieren kann. Die spezifische Ausgestaltung der Laserquelle ist nicht beschränkt, jedoch kann die Laserquelle bevorzugt beispielsweise eine Laserdiode sein. Beispielsweise kann die Laserquelle als Anordnung einer Vielzahl von Laserdioden ausgestaltet sein. Von der Laserquelle wird entsprechend
Laserstrahlung entlang eines Strahlengangs geführt. Der Strahlengang verläuft insbesondere von der Laserquelle in einen Erfassungsbereich des Laserscanners. In dem Erfassungsbereich befindliche Objekte können die Laserstrahlung reflektieren und so von einem Detektor, der ebenfalls Bestandteil des Fahrunterstützungssystems sein kann, detektiert werden. Beispielsweise kann der Laserscanner als LIDAR ausgestaltet sein.
Um die Laserstrahlung entsprechend zu modulieren und den Strahlengang zu definieren sind in dem Strahlengang des Laserscanners in an sich bekannter Weise optische Bauteile vorgesehen.
Bevorzugt ist in dem Strahlengang der Laserstrahlung, also der von der Laserquelle emittierten Laserstrahlung, wenigstens ein optisches Ablenkelement zum Ablenken der Laserstrahlung vorgesehen. Unter einem Ablenkelement ist dabei insbesondere ein derartiges Element zu verstehen, das die Laserstrahlung in gewünschter Weise ablenken und als solches beispielsweise reflektieren kann. Als ein solches
Ablenkelement kann beispielsweise wenigstens ein Mikroscanner vorgesehen sein. Unter einem Mikroscanner ist insbesondere ein auch als MEMS-Scanner
beziehungsweise MEMS-Spiegel bezeichnetes Objekt zu verstehen, welches dem Reflektieren der Laserstrahlung dient und dabei durch eine Beweglichkeit ein Abtasten des Erfassungsbereichs des Laserscanners ermöglichen kann. Mikroscanner beziehungsweise MEMS-Spiegel sind somit insbesondere Mikrobaugruppen aufweisend einen Aktuatormotor und ein Spiegelelement. Dadurch ist es möglich, diskrete Winkel zwischen dem negativen und dem positiven Maximum eines Aktuatorchips
wiederholgenau anzusteuern.
Weiterhin kann der Mikroscanner der Modulation der Laserstrahlung dienen, wie dies für den Fachmann unmittelbar ersichtlich ist. Vor dem MEMS-Spiegel kann ferner ein Reflektor vorgesehen sein, um die
Laserstrahlung von der Laserquelle auf den MEMS-Spiegel beziehungsweise den Mikroscanner zu richten.
Weiterhin ist in dem Strahlengang der Laserstrahlung bevorzugt aber nicht beschränkt hierauf vor dem Ablenkelement eine Vorrichtung zum Beeinflussen des Querschnitts der Laserstrahlung angeordnet. Hierdurch kann der Querschnitt der Laserstrahlung in gewünschter Weise eingestellt werden und so entsprechend der gewünschten
Anwendung moduliert werden.
Der hier beschriebene Laserscanner ist ferner derart ausgestaltet, dass in dem
Strahlengang der Laserstrahlung als Linse zum Beeinflussen des Querschnitts der Laserstrahlung wenigstens eine bikonische Linse angeordnet ist, die als bikonische Hybridlinse ausgestaltet ist, wobei die bikonische Hybridlinse einen Glaskörper aufweist, der mit einer Polymerbeschichtung versehen ist.
Es konnte gefunden werden, dass durch die vorbeschriebene Ausgestaltung und grundsätzlich durch das Vorsehen einer vorbeschriebenen bikonischen Linse dem entgegengewirkt werden kann, dass es insbesondere bei Mikroscannern als
Ablenkelement auftreten kann, dass zum einen durch die Divergenz des Laserstrahls und zum anderen durch die effektive Fläche des Mikroscanners in Abhängigkeit des Auslenkwinkels des Spiegels ein Teil des Laserstrahls nicht vom Spiegel selbst, sondern etwa durch einen Spiegelträger reflektiert wird.
Tritt nun beispielsweise das am Spiegelträger reflektierte Licht aus dem Laserscanner, insbesondere aus einem Gehäuse des Laserscanners, aus, kann die Augensicherheit begrenzt sein. Dies insbesondere deshalb, weil das von dem Spiegelträger reflektierte Licht Undefiniert austritt und somit nicht in der gewünschten Weise fokussiert ist. Etwa dieser Undefiniert austretende Teil der Laserstrahlung kann als Streustrahlung bezeichnet werden. Durch das Auftreten dieser Streustrahlung kann somit insbesondere eine reduzierte Augensicherheit hinsichtlich einer gegebenenfalls auftretenden
Blendgefahr für Personen und Tiere auftreten. Dadurch, dass die vorbeschriebene bikonische Linse vorgesehen ist, lassen sich die vorbeschriebenen Probleme bezüglich der Augensicherheit insbesondere eines mit einem Mikroscanner ausgestatteten Laserscanners deutlich verbessern.
Diesbezüglich ist die vorbeschriebene Anpassung insbesondere deshalb von Vorteil, da bei der Ausgestaltung des Laserscanners die Abstände und die räumliche Geometrie der optischen Bauteile festgelegt ist, um so einen geringen Durchmesser des
Strahlenbündels beziehungsweise einen kleinen Spot zu erhalten. Anschließend kann durch Messungen oder Computersimulation die Streustrahlung ermittelt und so dieser durch die bikonische Linse entgegengewirkt werden. Eine Anpassung des
Laserscanners in seiner Anordnung der optischen Bauteile zueinander, um etwa mit bestehenden Kollimatorelementen oder anderen Bauteilen zu arbeiten und dabei über die relative Anordnung der optischen Elemente zueinander die Streustrahlung zu blockieren, ist nicht oder nur schwer und eben mit Beeinflussung des Durchmessers des Strahlenbündels der Laserstrahlung beziehungsweise der Fokussierung möglich.
Es kann ferner von Vorteil sein, dass die bikonische Hybridlinse in dem Strahlengang der Laserstrahlung unmittelbar nach der Strahlungsquelle angeordnet ist. In dieser Ausgestaltung kann die Blendneigung des Laserscanners besonders effektiv reduziert werden. Denn in dieser Ausgestaltung ist die Linse insbesondere vor dem
Ablenkelement und damit vor dem MEMS-Spiegel beziehungsweise Mikroscanner angeordnet. Dadurch kann es ermöglicht werden, dass bereits vor dem Ablenkelement ein divergierender Anteil der Laserstrahlung reduziert wird, so dass lediglich eine fokussierte und insbesondere parallel ausgerichtete Laserstrahlung auf das
Ablenkelement trifft. Dadurch kann bereits vor einem Auftreffen der Laserstrahlung auf das Ablenkelement es ermöglicht werden, dass die Laserstrahlung derart angeordnet sind, dass diese nur in den gewünschten optischen Bereich des Ablenkelements treffen und so von dem Ablenkelement wie etwa dem Mikroscanner definiert reflektiert werden. Dadurch kann es beispielsweise effektiv verhindert werden, dass Laserstrahlung auf den Spiegelträger eines Mikroscanners als Ablenkelement treffen und von dort
Undefiniert reflektiert werden kann. Somit kann in dieser Ausgestaltung effektiv bereits vor dem Ablenkelement Streustrahlung blockiert werden was die Augensicherheit bezüglich einer etwaigen Blendgefahr für Personen und Tiere reduzieren kann. Dabei kann der divergierende Anteil der Laserstrahlung vor dem Ablenkelement noch vergleichsweise gering sein, so dass mit vergleichsweise klein dimensionierten
Bauteilen als Linsen gearbeitet werden kann. Diese Ausgestaltung kann somit beispielsweise bei klein dimensionierten Laserscannern beziehungsweise in
begrenztem Bauraum von Vorteil sein.
Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann ferner ein ohnehin vorgesehenes Bauteil durch die vorbeschriebene bikonische Linse ersetzt werden, wie etwa eine FAC-Linse, was eine einfache Implementierung in bestehende Systeme ermöglichen kann.
Schließlich kann es besonders effektiv ermöglicht werden, dass eine Blendneigung effektiv reduziert wird, da eine FAC-Linse meist unmittelbar hinter der Strahlungsquelle angeordnet ist, was signifikante Vorteile aufweisen kann, wie dies nachfolgend im Detail beschrieben ist.
Ferner kann es so gegebenenfalls ermöglicht werden, dass auf ein SAC- Kollimatorelement verzichtet wird, was Kosten und Bauraum einsparen kann.
Es kann bevorzugt sein, dass die Strahlungsquelle eine Laserdiode aufweist.
Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann eine hohe Langzeitstabilität mit einer geringen Blendneigung des Laserscanners kombiniert werden. Denn insbesondere kann durch eine Laserdiode bereits ein Strahl emittiert werden, der einen sehr engen
Strahlengang aufweist, so dass von einer Laserdiode ausgehende Laserstrahlung bereits ein recht geringes Blendpotential aufweist. Darüber hinaus zeichnen sich Laserdioden durch eine hohe beschädigungsfreie Arbeitszeit aus, so dass der
Laserscanner diesbezüglich eine hohe Langzeitstabilität aufweist.
Darüber hinaus kann es unter Verwendung einer Laserdiode ermöglicht werden, dass eine kompakte Laserquelle bereitgestellt wird. Dies erlaubt es, dass auch bei geringem Raumbedarf, wie es insbesondere bei Kraftfahrzeugen oftmals der Fall ist, ein derartiger Laserscanner gut anordbar ist. Dies kann ferner deshalb weiter begünstigt werden, dass Laserdioden in der sogenannten SMT-Technologie (Surface Mount Technology) gefertigt werden können. In dieser Ausgestaltung kann die Diode unmittelbar auf der Leiterplatte angeordnet werden, was einen einfachen Aufbau begünstigt. Schließlich bietet eine Laserdiode eine hohe Leistung, was insbesondere für eine effektive Umfelderfassung über einen großen Bereich des Laserscanners von Vorteil ist.
Durch das Vorsehen der bikonischen Linse wie vorstehend beschrieben kann es ferner ermöglicht werden, dass eine effektive Fokussierung der Laserstrahlung mit einem ausgewogenen Eigenschaftsprofil insbesondere der bikonischen Linse ermöglicht werden kann.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des Laserscanners wird auf die Beschreibung der bikonischen Linse, des Fahrunterstützungssystems, des Fahrzeugs, auf die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen, und umgekehrt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Fahrunterstützungssystem für ei ne Umfeldbeobachtung, insbesondere für ein Fahrzeug, aufweisend einen Laserscanner zum Emittieren von Laserstrahlung und einen Detektor zum Detektieren von einem zu detektierenden Objekt reflektierter Laserstrahlung, wobei das Fahrunterstützungssystem ferner eine Steuereinheit zum Auswerten von dem Detektor gelieferter Daten aufweist, wobei der Laserscanner ausgestaltet ist, wie dies vorstehend im Detail beschrieben ist.
Ein derartiges Fahrunterstützungssystem dient somit in an sich bekannter Weise einer Umfeldbeobachtung eines Fahrzeugs. Dadurch sollen insbesondere Objekte, wie bei spielsweise Personen, Tiere oder Gegenstände, detektiert werden, etwa um Kollisionen zu verhindern. Hierzu ist ein Laserscanner vorgesehen, welcher Laserstrahlung emittiert und so auf die in dem Erfassungsbereich des Laserscanners befindlichen Objekte rich tet. Die Laserstrahlung wird von den Objekten reflektiert und kann von einem Detektor detektiert werden. Dadurch sind eine räumliche Anordnung der Objekte zu dem Fahr zeug und ferner eine Abstandsmessung möglich. Entsprechend können die Daten ins besondere des Detektors von einer Steuereinheit ausgewertet werden. Dies ermöglicht es beispielsweise, Fahrhinweise auszugeben, Fahreingriffe, wie etwa eine Notbrem sung, zu initiieren oder auch ein vollständig autonomes Fahren zu ermöglichen.
Problematisch bei dem Emittieren von Laserstrahlung kann es sein, dass insbesondere bedingt durch Streustrahlen eine vergrößerte Blendgefahr für in dem Erfassungsbereich befindliche Personen oder Tiere bestehen kann. Dadurch, dass der Laserscanner wie vorstehend beschrieben ausgestaltet ist, kann eine derartige Blendgefahr signifikant reduziert werden. Entsprechend kann die Augensi cherheit des Laserscanners verbessert werden. Ferner kann der Laserscanner ein sehr ausgewogenes Eigenschaftsprofil aufweisen.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des Fahrunterstützungssystems wird auf die Beschreibung der Linse, des Laserscanners, des Fahrzeugs, die Figuren und die Beschreibung der Figuren verweisen, und umgekehrt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraft fahrzeug, aufweisend ein Fahrunterstützungssystem zur Umfeldbeobachtung des Fahr zeugs, wobei das Fahrunterstützungssystem ausgestaltet ist, wie dies vorstehend be schrieben ist.
Das hier beschriebene Fahrzeug kann grundsätzlich jedes Fahrzeug, wie etwa Kraft fahrzeug sein, welches mit einer Umfeldbeobachtung ausgestattet werden soll. Hierzu weist das Fahrzeug ein Fahrunterstützungssystem mit einem Laserscanner, insbeson dere LIDAR, auf, wie dieses vorstehend im Detail beschrieben ist.
Problematisch bei dem Emittieren von Laserstrahlung eines Laserscanners kann es wie vorstehend beschrieben sein, dass insbesondere bedingt durch Streustrahlen eine ver größerte Blendgefahr für in dem Erfassungsbereich befindliche Personen oder Tiere be stehen kann.
Dadurch, dass Das Fahrzeug ein Fahrunterstützungssystem mit einem Laserscanner wie vorstehend beschrieben aufweist, kann eine derartige Blendgefahr signifikant redu ziert werden. Entsprechend kann die Augensicherheit des Laserscanners verbessert werden. Ferner kann der Laserscanner ein sehr ausgewogenes Eigenschaftsprofil auf weisen.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des Fahrzeugs wird auf die Beschreibung der bikonischen Linse, des Laserscanners, des
Fahrunterstützungssystems, die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen, und umgekehrt. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert, wobei die beschriebenen Merkmale einzeln oder in einer beliebigen
Kombination ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung sein können, insoweit sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
Fig. 1 in schematischer Weise den Strahlengang eines Laserscanners bei einer
Ausgestaltung eines Laserscanner gemäß der Erfindung;
Fig. 2 in schematischer Weise eine Ausgestaltung einer bikonischen Linse gemäß der Erfindung; und
Fig. 3 in schematischer Weise eine weitere Ansicht der Ausgestaltung aus Fig. 2 als Schnittansicht von der Seite.
Figur 1 zeigt in schematischer Weise einen Laserscanner 10. Der Laserscanner 10 dient insbesondere dem Einsatz in einem Fahrunterstützungssystem eines Kraftfahrzeugs, wie etwa eines Personenkraftwagens, und dabei insbesondere, um eine
Umfeldbeobachtung durchzuführen. Insbesondere dient der Laserscanner 10 dazu, Objekte, wie etwa Personen, Tiere oder auch Gegenstände in dem Erfassungsbereich des Laserscanners 10 zu detektieren und dadurch Hinweise auf den Abstand und die räumliche Position der Objekte zu dem Laserscanner 10 und damit zu dem Fahrzeug zu erhalten. Demgemäß kann der Laserscanner 10 dazu dienen, Warnungen auszugeben, wenn die Gefahr einer Kollision besteht, oder auch Fahrhinweise auszugeben,
Fahreingriffe durchzuführen oder auch ein teilweise oder vollständig autonomes Fahren zu unterstützen.
Hierzu umfasst der Laserscanner 10 eine Laserquelle 12, wie etwa eine Laserdiode oder eine Mehrzahl an Laserdioden, die dazu ausgestaltet ist, Laserstrahlung 14 zu emittieren. Die Laserstrahlung 14 verläuft dabei in einem Strahlengang, der durch in diesem angeordnete optische Elemente definiert beziehungsweise beeinflusst wird. Als ein optisches Element weist der Laserscanner beispielsweise einen Mikroscanner 16 als Ablenkelement auf welchen die Laserstrahlung etwa durch einen Reflektor 15 gerichtet wird. Der Mikroscanner 16 umfasst einen insbesondere beweglichen Spiegel 18, um die Laserstrahlung 14 in gewünschter Weise in den Erfassungsbereich des Laserscanners 10 zu richten beziehungsweise um die Laserstrahlung 14 zu modulieren. Der Spiegel 18 ist dabei auf einem Spiegelträger 20 angeordnet.
Weiterhin ist in den Strahlengang der Laserstrahlung 14 eine optische Linse 22 vorgesehen als Vorrichtung zum Beeinflussen des Querschnitts der Laserstrahlung 14. Dem Strahlengang der Laserstrahlung 14 folgend ist die Linse 22 dabei unmittelbar nach der Laserquelle 12 angeordnet. Die Linse 22 ist dabei als bikonische Hybridlinse 24 ausgestaltet, wobei die bikonische Hybridlinse 24 einen Glaskörper 26 aufweist, der mit einer Polymerbeschichtung 28 versehen ist.
Dadurch, dass die Linse 22 als bikonische Hybridlinse 24 ausgestaltet ist, kann etwa auf eine kompliziertere Ausgestaltung umfassend ein FAC-Kollimatorelement und ein SAC- Kollimatorelement verzichtet werden, was den Aufbau deutlich vereinfacht. Denn bereits die bikonische Hybridlinse kann eine Fokussierung der Laserstrahlung in einer horizontalen Ebene wie auch in einer vertikalen Ebene ermöglichen.
Problematisch bei einem Laserscanner 10 kann es grundsätzlich sein, dass etwa durch beispielsweise an dem Spiegelträger 20 Undefiniert reflektierte Laserstrahlung 14 oder durch anderweitige Streustrahlung, die Gefahr einer Blendwirkung für in dem
Erfassungsbereich des Laserscanners 10 befindliche Personen und Tiere besteht. Diesem negativen Effekt kann dadurch effektiv begegnet werden, dass die Linse 22 als bikonische Hybridlinse 24 ausgestaltet ist, wobei die bikonische Hybridlinse 24 einen Glaskörper 26 aufweist, der mit einer Polymerbeschichtung 28 versehen ist, wie dies vorstehend beschrieben ist.
In Strahlungsrichtung hinter dem Mikroscanner 16 ist ein Prisma 30 vorgesehen, von welchem die Laserstrahlung 14 in den Erfassungsbereich des Laserscanners 10 strahlen kann. Wird die Laserstrahlung 14 von einem zu detektierenden Objekt reflektiert, gelangt diese zu einem nicht gezeigten Detektor des
Fahrunterstützungssystems, von welchem Daten zu einer Steuereinheit gelangen und wie vorstehend beschrieben für eine Umfeldüberwachung ausgewertet werden können. Figur 2 zeigt dabei die bikonische Hybridlinse 24 in größerer Ansicht. Dabei ist zu erkennen, dass die bikonische Hybridlinse 24 eine erste Krümmung 32 in einer ersten Ebene aufweist und ferner eine zweite Krümmung 34 in einer zu der ersten Ebene rechtwinklig angeordneten zweiten Ebene aufweist.
Es ist ferner angedeutet, dass die bikonische Hybridlinse 24 die Laserstrahlung 14 derart beeinflusst, dass diese fokussiert wird und insbesondere keinen oder nur einen sehr begrenzten divergierenden Anteil aufweist.
Figur 3 zeigt ferner einen Querschnitt durch die bikonische Hybridlinse 24. Dabei ist gezeigt, dass die bikonische Hybridlinse 24 einen Glaskörper 26 aufweist, der mit einer Polymerbeschichtung 28 versehen ist. Dabei ist insbesondere in Kombination mit Figur 2 angedeutet, dass der Glaskörper 26 die Fokuslänge der bikonischen Hybridlinse 24 definiert und dass die Polymerbeschichtung 28 asphärische Parameter der bikonischen Hybridlinse 24 definiert. Insbesondere ist die bikonische Linse als Zernike-Linse ausgestaltet.
Bezüglich der Polymerbeschichtung 28 ist es dabei ferner vorgesehen, dass diese ausgebildet ist aus einem Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyimid, Polycarbonat, cyclischen Olefinpolymeren, cyclischen Olefincopolymeren und Polymethylmethacrylat. Dadurch können die optischen Eigenschaften der bikonischen Hybridlinse 24 sehr definiert eingestellt werden und ferner hervorragende mechanische Eigenschaften ermöglicht werden.
Dadurch wird es ermöglicht, dass es gelöst wird, dass Laserstrahlung 14 mit einer hohen Kraft effektiv fokussiert wird auf einen sehr gering dimensionierten Spiegel, wie insbesondere den Mikroscanner 16, mit einer Größe von beispielhaft 4x2mm, um so Risiken für Augen durch Streulicht zu reduzieren. Bezugszeichen
Laserscanner
Laserquelle
Laserstrahlung
Reflektor
Mikroscanner
Spiegel
Spiegelträger
Linse
bikonische Hybridlinse
Glaskörper
Polymerbeschichtung
Prisma
erste Krümmung
zweite Krümmung

Claims

Patentansprüche
1. Optische Linse für einen Laserscanner (10), dadurch gekennzeichnet, dass die optische Linse (22) als bikonische Linse ausgestaltet ist, wobei die bikonische Linse als bikonische Hybridlinse (24) ausgestaltet ist, wobei die bikonische Hybridlinse (24) ferner einen Glaskörper (26) aufweist, der mit einer
Polymerbeschichtung (28) versehen ist.
2. Linse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskörper (26) die Fokuslänge der bikonischen Hybridlinse (24) definiert und dass die
Polymerbeschichtung (28) asphärische Parameter der bikonischen Hybridlinse (24) definiert.
3. Linse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Polymerbeschichtung (28) ein Material aufweist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyimid, Polycarbonat, cyclischen Olefinpolymeren, cyclischen Olefincopolymeren und Polymethylmethacrylat.
4. Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
bikonische Hybridlinse (24) als Zernike-Linse ausgestaltet ist.
5. Laserscanner, insbesondere für ein Fahrunterstützungssystem eines
Kraftfahrzeugs, aufweisend eine Laserquelle (12) zum Emittieren von
Laserstrahlung (14) entlang eines Strahlengangs, wobei in dem Strahlengang der Laserstrahlung (14) wenigstens eine Linse (22) zum Beeinflussen des
Querschnitts der Laserstrahlung (14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strahlengang der Laserstrahlung (14) als Linse (22) zum
Beeinflussen des Querschnitts der Laserstrahlung (14) wenigstens eine bikonische Hybridlinse (24) angeordnet ist, wobei die bikonische Hybridlinse (24) einen Glaskörper (26) aufweist, der mit einer Polymerbeschichtung (28) versehen ist.
6. Laserscanner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die bikonische Hybridlinse (24) in dem Strahlengang der Laserstrahlung (14) unmittelbar nach der Strahlungsquelle (12) angeordnet ist.
7. Laserscanner nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der
Laserscanner (10) in dem Strahlengang der Laserstrahlung (14) einen
Mikroscanner (16) aufweist, wobei die bikonische Hybridlinse (24) in dem
Strahlengang der Laserstrahlung (14) vor dem Mikroscanner (16) angeordnet ist.
8. Laserscanner nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (12) eine Laserdiode aufweist.
9. Fahrunterstützungssystem für eine Umfeldbeobachtung eines Fahrzeugs,
aufweisend einen Laserscanner (10) zum Emittieren von Laserstrahlung (14) und einen Detektor zum Detektieren von einem zu detektierenden Objekt reflektierter Laserstrahlung (14), wobei das Fahrunterstützungssystem ferner eine
Steuereinheit zum Auswerten von dem Detektor gelieferter Daten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserscanner (10) ausgestaltet ist, nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, aufweisend ein Fahrunterstützungssystem zur Umfeldbeobachtung des Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrunterstützungssystem ausgestaltet ist nach Anspruch 9.
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