WO2022152506A1

WO2022152506A1 - Strahlung emittierende vorrichtung, messsystem mit der strahlung emittierenden vorrichtung und fahrzeug mit dem messsystem

Info

Publication number: WO2022152506A1
Application number: PCT/EP2021/086525
Authority: WO
Inventors: Peter Brick; Farhang Ghasemi Afshar; Martin Hetzl; Simon Lankes; Reiner Windisch; Ralph Wirth
Original assignee: Ams-Osram International Gmbh
Priority date: 2021-01-14
Filing date: 2021-12-17
Publication date: 2022-07-21
Also published as: DE102021100663A1; US20240085563A1; CN116783503A

Abstract

Es wird eine Strahlung emittierende Vorrichtung (100) zur Abstrahlung von Licht angegeben, die eine Laserlichtquelle (1), die im Betrieb das Licht entlang einer Abstrahlrichtung (91) abstrahlt, und ein der Laserlichtquelle in Abstrahlrichtung nachgeordnetes nicht-abbildendes Optiksystem (2) aufweist, wobei das Optiksystem eine Mehrzahl von entlang der Abstrahlrichtung angeordneten Optikelementen (21, 22, 23) aufweist zur Formung einer Abstrahlcharakteristik der Strahlung emittierenden Vorrichtung in einer horizontalen Richtung (92) und in einer vertikalen Richtung (93), die senkrecht zur horizontalen Richtung steht, derart, dass die Abstrahlcharakteristik entlang der vertikalen Richtung asymmetrisch ist, ein erstes Optikelement (21) des Optiksystems dazu vorgesehen und ausgebildet ist, eine Aufspreizung des Lichts entlang der horizontalen Richtung zu bewirken, ein zweites Optikelement (22) des Optiksystems dazu vorgesehen und ausgebildet ist, eine Kollimierung des Lichts entlang der vertikalen Richtung zu bewirken, ein drittes Optikelement (23) des Optiksystems dazu vorgesehen und ausgebildet ist, eine Abstrahlasymmetrie entlang der vertikalen Richtung zu bewirken. Weiterhin werden ein Messsystem (1000) mit der Strahlung emittierenden Vorrichtung und ein Fahrzeug (2000) mit dem Messsystem angegeben.

Description

Beschreibung

STRAHLUNG EMITTIERENDE VORRICHTUNG, MESSSYSTEM MIT DER STRAHLUNG EMITTIERENDEN VORRICHTUNG UND FAHRZEUG MIT DEM

MESSSYSTEM

Es wird eine Strahlung emittierende Vorrichtung angegeben . Insbesondere kann die Strahlung emittierende Vorrichtung für ein Messsystem verwendet werden, besonders bevorzugt zur Durchführung eines unter dem Begri f f LIDAR ( „light detection and ranging" , Lichtdetektion und Abstandsmessung) bekannten Verfahrens , das zu einem oder mehreren optischen Messverfahren, beispielsweise optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessungen, eingesetzt werden kann . Weiterhin kann das Messsystem in einer Vorrichtung wie einem Fahrzeug verwendet werden .

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102021100663 . 5 , deren Of fenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird .

Insbesondere in Bezug auf LIDAR-Systeme im Automotive-Bereich erfordern viele Anwendungs fälle eine hohe detektierbare Reichweite in eine Vorzugsrichtung, während eine reduzierte detektierbare Reichweite in einer oder mehreren anderen Richtungen oft ausreichend ist . Beispielsweise kann eine hohe detektierbare Reichweite für die zentrale Vorwärtsrichtung und eine reduzierte detektierbare Reichweite in der Peripherie oder umgekehrt gewünscht sein . Um die Reichweite in eine bestimmte Richtung zu erhöhen, muss prinzipiell die in diese Richtung abgestrahlte Lichtleistung erhöht werden . Wird das System über einen Blitzsystemtyp realisiert , wird die komplette S zene gleichzeitig durch einen Lichtpuls beleuchtet und das reflektierte Licht wird durch ein zeitaufgelöstes Kamerasystem detektiert . Das Gleiche gilt für LIDAR-Systeme vom CW-Typ ( CW : „continuous wave" , kontinuierliche Welle ) , bei denen anstelle von Lichtpulsen ein kontinuierlich modulierter Lichtstrahl ausgesendet wird und beispielsweise die Phasenverschiebung des zurückkehrenden Lichts erfasst wird .

Typischerweise wird in Automotive-Anwendungen eine Matrix, auch als Array bezeichnet , von Emittern zur Beleuchtung verwendet . Das emittierte Licht wird in Richtung des potenziellen Ziels üblicherweise mit einer Abbildungs- oder Proj ektionsoptik proj i ziert , die die Intensitätsverteilung der Lichtquelle beispielsweise auf die Straße überträgt . Da es sich bei der Lichtquelle typischerweise um eine Matrix aus gleichmäßig verteilten Strahlern handelt , ergibt sich eine homogene Intensitätsverteilung über alle Winkel . Dies hat zur Folge , dass die Intensität in der Mitte oft nicht für den gewünschten Messbereich ausreicht , während in der Peripherie eine zu hohe Lichtintensität bereitgestellt wird . Insbesondere in vertikaler Richtung führt dies zu einer Energieverschwendung, da der Lichtstrahl nach unten hin schon nach einigen Metern auf die Fahrbahnoberfläche tri f ft , was die gewünschte Reichweite einschränkt , da nur Obj ekte , die näher als die Fahrbahnoberfläche liegen, erfasst werden sollen . Auch in Winkelrichtungen, die nach oben zeigen, ist nur eine begrenzte Reichweite erforderlich, da Obj ekte in einer Höhe von mehr als etwa fünf Metern über der Straße für das Fahren nicht von Interesse sind . Bei geringeren Entfernungen ist die Erkennung von Obj ekten unter solchen Winkeln j edoch zwingend erforderlich . Daher müssen LIDAR- Systeme ein großes Sichtfeld abdecken, was zu einer Menge unnötiger Lichtemission unter solch großen Winkeln führt , wenn die Systeme auf homogene Abstrahlung ausgelegt sind .

Eine etablierte Methode , um dieses Problem zu umgehen, ist die Verwendung von Arrays aus einzeln adressierbaren Emittern, oder zumindest Gruppen von Emittern, die separat angesteuert werden können . In solchen Systemen kann eine größere Anzahl von Impulsen in die relevantesten Richtungen abgestrahlt werden, was aufgrund der Rauschreduzierung durch Mittelung über mehrere Impulse zu einer größeren Reichweite führt . Die Senderemitter, die nur zu demj enigen Winkelbereich beitragen, in dem eine reduzierte Reichweite ausreicht , werden mit einer reduzierten Frequenz gepulst , was die Sendeleistung und damit die maximal detektierbare Reichweite reduziert . Diese Methode erfordert j edoch einzeln adressierbare Arrays , die in der Herstellung teurer sind als Arrays mit vollständiger Parallelschaltung aller Emitter .

Außerdem ist diese Methode nicht geeignet , wenn die Auflösung des Emitter-Arrays nicht ausreicht , um die gewünschte Intensität entsprechend zu modulieren . Insbesondere ist sie nicht praktisch anwendbar, wenn nur wenige Hochleistungsemitter wie etwa kantenemittierende Laser eingesetzt werden .

Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Aus führungs formen ist es , eine Strahlung emittierende Vorrichtung anzugeben . Weitere Aufgaben von bestimmten Aus führungs formen sind es , ein Messsystem mit der Strahlung emittierenden Vorrichtung und ein Fahrzeug mit dem Messsystem anzugeben .

Diese Aufgaben werden durch Gegenstände gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst . Vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterbildungen der Gegenstände sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist eine Strahlung emittierende Vorrichtung eine Laserlichtquelle zur Abstrahlung von elektromagnetischer Strahlung, die hier und im Folgenden auch als Licht bezeichnet werden kann, auf , wobei die Laserlichtquelle im Betrieb das Licht entlang einer Abstrahlrichtung abstrahlt . Hier und im Folgenden kann „Strahlung" oder „Licht" insbesondere elektromagnetische Strahlung mit einer oder mehreren Wellenlängen oder Wellenlängenbereichen aus einem ultravioletten bis infraroten Spektralbereich bezeichnen . Insbesondere kann hier und im Folgenden beschriebenes Licht oder beschriebene Strahlung infrarotes Licht oder sichtbares Licht sein und Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche aus einem infraroten Spektralbereich zwischen etwa 800 nm und etwa 3 pm oder aus einem sichtbaren Spektralbereich zwischen etwa 350 nm und etwa 800 nm aufweisen oder sein . Weiterhin weist die Strahlung emittierende Vorrichtung ein der Laserlichtquelle in Abstrahlrichtung nachgeordnetes nicht-abbildendes Optiksystem auf .

Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form weist ein Messsystem eine solche Strahlung emittierende Vorrichtung auf . Weiterhin weist das Messsystem eine Detektoreinheit auf . Die Detektoreinheit ist dazu vorgesehen und eingerichtet , von der Strahlung emittierenden Vorrichtung abgestrahltes und zur Detektoreinheit reflektiertes Licht zu detektieren . Die Strahlung emittierende Vorrichtung kann insbesondere eine Sendereinheit des Messsystems bilden und dazu vorgesehen und eingerichtet sein, im Betrieb zumindest einen Lichtpuls oder ein kontinuierlich emittiertes Licht als Sendersignal abzustrahlen . Ein Lichtpuls kann j e nach gewünschter Anwendung beispielsweise die Form eines Rechteckpulses , eines Sägezahnpulses , eines Dreieckspulses , einer Halbwelle oder eine Kombination hieraus aufweisen . Ein kontinuierlich emittiertes Licht kann insbesondere moduliert sein, beispielsweise amplituden- und/oder phasenmoduliert . Die Detektoreinheit ist dazu vorgesehen und eingerichtet , ein Rücksignal zu empfangen, das zumindest einen Teil des von einem externen Obj ekt zurückgestrahlten Sendersignals aufweist . Das Rücksignal kann demensprechend beispielsweise einem zumindest in Bezug auf einige spektrale Komponenten abgeschwächten und/oder zumindest teilweise frequenzverschobenen und/oder zumindest teilweise phasenverschobenen Sendersignal entsprechen, was durch Interaktionen des Sendersignals mit dem Obj ekt hervorgerufen werden kann . Bei einem Verfahren zum Betrieb eines solchen Messsystems sendet die als Sendereinheit ausgebildete Strahlung emittierende Vorrichtung ein Sendersignal aus . Die Empfängereinheit detektiert das Rücksignal . Beispielsweise kann das Verfahren dazu verwendet werden, einen oder mehrere Parameter in Bezug auf das Sendersignal und/oder das Rücksignal zu bestimmen . Der eine oder die mehreren Parameter können beispielsweise ausgewählt sein aus einem Zeitunterschied zwischen dem Sendersignal und dem Rücksignal , einer Wellenlängenverschiebung und/oder Phasenverschiebung zwischen dem Sendersignal und dem Rücksignal , einer spektralen Änderungen zwischen dem Sendersignal und dem Rücksignal . Aus dem einen oder den mehreren durch Auswertung bestimmten Parametern können eine oder mehrere Zustandsgrößen in Bezug auf das das Sendersignal zumindest teilweise reflektierende Obj ekt abgeleitet werden, beispielsweise ein Abstand und/oder eine Geschwindigkeit und/oder zumindest eine oder mehrere Geschwindigkeitskomponenten und/oder zumindest ein Teil einer chemischen und/oder physikalischen Zusammensetzung . Zur Parameterbestimmung kann das Messsystem weiterhin eine dafür vorgesehene und eingerichtete Auswertungseinheit aufweisen . Insbesondere kann das Messsystem Eigenschaften und Merkmale eines LIDAR-Systems aufweisen oder ein LIDAR-System sein .

Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form weist ein Fahrzeug ein solches Messsystem auf . Das Fahrzeug kann beispielsweise ein Straßenfahrzeug, ein schienengebundenes Fahrzeug, ein Wasserfahrzeug oder ein Luftfahrzeug sein . Besonders bevorzugt ist das Fahrzeug ein Kraftfahrzeug wie etwa ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen . Weiterhin ist es auch möglich, das Messsystem beispielsweise in einer anderen Vorrichtung wie einer festen Installation, etwa in einer Überwachungsvorrichtung, zu verwenden . Entsprechend kann eine solche Vorrichtung, etwa eine Überwachungsvorrichtung, beispielsweise für ein Verkehrsmanagement , eine Parkplatzmanagement , eine Sicherheitsanwendung oder industrielle Zwecke , das Messsystem aufweisen .

Die vorherige und nachfolgende Beschreibung bezieht sich gleichermaßen auf die Strahlung emittierende Vorrichtung, das Messsystem mit der Strahlung emittierenden Vorrichtung und Verwendungen des Messsystems , also beispielsweise ein Fahrzeug oder eine fest installierte Vorrichtung mit dem Messsystem .

In der nachfolgenden Beschreibung werden Richtungsangaben wie „hori zontal" und „vertikal" verwendet . Diese Begri f fe beziehen sich bevorzugt auf eine solche Anordnung, in der das Messsystem und insbesondere die Strahlung emittierende Vorrichtung im Messsystem für den bestimmungsgemäßen Gebrauch relativ zur Umgebung ausgerichtet sind . Wird das Messsystem beispielsweise in einem Fahrzeug wie einem Straßenfahrzeug verwendet , bezeichnet die hori zontale Richtung eine Richtung parallel oder zumindest im Wesentlichen parallel zur Fahrbahnoberfläche . Die vertikale Richtung, die senkrecht zur hori zontalen Richtung steht , entspricht dann einer Richtung senkrecht oder zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Fahrbahnoberfläche . Die Abstrahlrichtung steht bevorzugt senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur vertikalen Richtung und zur hori zontalen Richtung .

Begri f fe wie „senkrecht" oder „parallel" können hier und im Folgenden j eweils eine genaue senkrechte oder parallele Anordnung bezeichnen . Weiterhin können senkrechte oder parallele Anordnungen j eweils auch um einen geringen Winkel , der beispielsweise einer Montagetoleranz oder äußeren Umständen geschuldet sein kann und der beispielsweise kleiner oder gleich 10 ° oder kleiner oder gleich 5 ° oder kleiner oder gleich 3 ° oder kleiner oder gleich 1 ° sein kann, von der j eweils genauen Anordnung abweichen .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist die Laserlichtquelle zumindest eine Laseremittereinheit auf . Besonders bevorzugt weist die Laserlichtquelle eine Mehrzahl von Laseremittereinheiten auf . Insbesondere weist die Laserlichtquelle zumindest eine Halbleiterlaserdiode auf . Die Halbleiterlaserdiode , die insbesondere als Laserdiodenchip ausgebildet sein kann, ist dazu vorgesehen und eingerichtet , im Betrieb Licht abzustrahlen, das zumindest bei Überschreiten bestimmter Schwellenbedingungen Laserlicht ist . Vereinfachend wird daher im Folgenden davon ausgegangen, dass die Strahlung emittierende Vorrichtung im Betrieb Laserlicht abstrahlt .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist die zumindest eine Halbleiterlaserdiode zumindest eine aktive Schicht auf , die dazu eingerichtet und vorgesehen ist , im Betrieb in einem aktiven Bereich Licht zu erzeugen . Die aktive Schicht kann insbesondere Teil einer Halbleiterschichtenfolge mit einer Mehrzahl von Halbleiterschichten sein und eine Haupterstreckungsebene aufweisen, die senkrecht zu einer Anordnungsrichtung der Schichten der Halbleiterschichtenfolge ist . Beispielsweise kann die aktive Schicht genau einen aktiven Bereich aufweisen . Weiterhin kann die Halbleiterlaserdiode auch eine Mehrzahl von aktiven Schichten aufweisen, die innerhalb der Halbleiterschichtenfolge übereinander gestapelt und beispielsweise über Tunnelübergänge miteinander in Serie geschaltet sein können . Besonders bevorzugt ist das von der Laserlichtquelle erzeugte Licht langwelliges Licht im infraroten Spektralbereich und weist eine Wellenlänge von größer oder gleich 800 nm oder größer oder gleich 850 nm auf . Weiterhin kann das Licht eine Wellenlänge von kleiner oder gleich 2 pm oder kleiner oder gleich 1 , 5 pm oder kleiner oder gleich 1 pm aufweisen . Eine bevorzugte Wellenlänge des von der Laserlichtquelle erzeugten Lichts kann bei etwa 940 nm liegen . Für eine langwellige , infrarote Strahlung ist beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge oder zumindest eine aktive Schicht auf Basis von In_xGa_yAli-_x_yAs oder auf Basis von In_xGa_yAli-_x-yP geeignet , wobei j eweils 0 < x < 1 , 0 < y < 1 und x + y < 1 gilt .

Die Halbleiterlaserdiode kann beispielsweise als kantenemittierende Laserdiode ausbildet sein, bei der das in der zumindest einen aktiven Schicht im Betrieb erzeugte Licht über eine als Facette ausgebildete Seitenfläche abgestrahlt wird, die senkrecht zur zumindest einen aktiven Schicht ausgebildet sein kann . Alternativ hierzu kann die Halbleiterlaserdiode beispielsweise auch als vertikal emittierende Laserdiode wie etwa eine VCSEL-Diode (VCSEL : „vertical-cavity surface-emitting laser" , oberflächenemittierender Laser mit vertikaler Kavität ) ausgebildet sein, bei der das in der zumindest einen aktiven Schicht im Betrieb erzeugte Licht über eine parallel zur aktiven Schicht angeordnete Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge abgestrahlt wird . Weiterhin ist beispielsweise auch eine vertikal emittierende Laserdiode in Form einer kantenemittierenden Laserdiode mit einer integrierten Umlenkoptik möglich .

Eine Laseremittereinheit kann beispielsweise durch eine Halbleiterlaserdiode gebildet werden . Weist die Laserlichtquelle eine Mehrzahl von Laseremittereinheiten auf , bedeutet das beispielsweise , dass die Laserlichtquelle eine Mehrzahl von Halbleiterlaserdioden aufweist . Weiterhin kann eine Halbleiterlaserdiode auch eine Mehrzahl von aktiven Bereichen und/oder aktiven Schichten aufweisen, die eine Mehrzahl von Laseremittereinheiten bilden können . Beispielsweise kann eine solche Halbleiterlaserdiode im Fall einer kantenemittierenden Laserdiode als Laserbarren mit zumindest einer aktiven Schicht mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten aktiven Bereichen und/oder als gestapelte Halbleiterlaserdiode mit einer Mehrzahl von übereinander angeordneten aktiven Schichten ausgebildet sein . In diesem Fall kann die Laserlichtquelle somit ein eindimensionales Array von Laseremittereinheiten aufweisen . Weist j ede aktive Schicht einer Mehrzahl von aktiven Schichten j eweils eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten aktiven Bereichen auf , ist die Halbleiterlaserdiode also als Laserbarren mit gestapelten aktiven Schichten ausgebildet , kann die Laserlichtquelle ein zweidimensionales Array von Laseremittereinheiten aufweisen . Weiterhin kann eine Halbleiterlaserdiode mit einer Mehrzahl von Laseremittereinheiten im Fall einer vertikal emittierenden Laserdiode eine Mehrzahl von besonders bevorzugt matrixartig angeordneten aktiven Bereichen in der Halbleiterschichtenfolge aufweisen . In diesem Fall kann die Laserlichtquelle somit ein zweidimensionales Array von Laseremittereinheiten aufweisen . Besonders bevorzugt weist die Laserlichtquelle eine Mehrzahl von Laseremittereinheiten auf und die Mehrzahl von Laseremittereinheiten ist als eindimensionales Array entlang der hori zontalen Richtung angeordnet . Weiterhin kann die Laserlichtquelle besonders bevorzugt eine Mehrzahl von Laseremittereinheiten aufweisen und die Mehrzahl der Laseremittereinheiten ist matrixartig in einer durch die hori zontale und vertikale Richtung auf gespannten Ebene angeordnet . Die Laseremittereinheiten können j e nach Ausgestaltung der Laserlichtquelle , also insbesondere der Halbleiterlaserdiode (n) , individuell , in Gruppen oder alle gemeinsam ansteuerbar sein . Besonders bevorzugt werden die Laseremittereinheiten im Betrieb alle gemeinsam und damit parallel angesteuert .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist die Strahlung emittierende Vorrichtung einen Gehäusekörper auf , in dem die Laserlichtquelle angeordnet ist . Das kann insbesondere bedeuten, dass j e nach Ausbildung der Laserlichtquelle eine Halbleiterlaserdiode oder eine Mehrzahl von Halbleiterlaserdioden im Gehäusekörper angeordnet und besonders bevorzugt elektrisch angeschlossen ist . Die Detektoreinheit des Messsystems kann ebenfalls einen Gehäusekörper aufweisen, in dem ein Detektorelement , beispielsweise in Form einer Fotodiode oder eines Fotodiodenarrays angeordnet ist . Beispielsweise kann die Detektoreinheit ein SPAD-Array ( SPAD : „single-photon avalanche diode" , Einzelphotonenlawinendiode ) , ein APD-Array (APD : „avalanche photodiode" , Lawinenfotodiode ) oder ein sogenanntes Gated- Imaging-System aufweisen . Weiterhin können die Laserlichtquelle und die Detektoreinheit in einem gemeinsamen Gehäusekörper angeordnet sein . Hierbei kann es vorteilhaft sein, wenn der Gehäusekörper eine optische Trennung zwischen der Laserlichtquelle und der Detektoreinheit aufweist , beispielsweise in Form einer Trennwand .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form ist das Optiksystem zur Formung einer Abstrahlcharakteristik der Strahlung emittierenden Vorrichtung, also zur Formung der Abstrahlcharakteristik des von der Strahlung emittierenden Vorrichtung abgestrahlten Lichts , in einer hori zontalen Richtung und in einer vertikalen Richtung ausgebildet . Insbesondere ist das Optiksystem zur Formung der Abstrahlcharakteristik derart vorgesehen und eingerichtet , dass die Abstrahlcharakteristik entlang der vertikalen Richtung bevorzugt asymmetrisch und weiterhin entlang der hori zontalen Richtung bevorzugt symmetrisch ist . Die Strahlung emittierende Vorrichtung strahlt somit im Betrieb bevorzugt Licht in die Umgebung ab, das ein asymmetrisches Strahlprofil in vertikaler Richtung aufweist . Dadurch kann erreicht werden, dass das Licht mit einer gewünschten Intensitätsverteilung in diej enige Richtung gelenkt wird, in der es benötigt wird, während in hori zontaler Richtung eine möglichst gleichmäßige Abstrahlung nach links und rechts erfolgt .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist das Optiksystem eine Mehrzahl von entlang der Abstrahlrichtung angeordneten Optikelementen zur Formung der Abstrahlcharakteristik der Strahlung emittierenden Vorrichtung auf . Die Optikelemente sind bevorzugt die einzigen Komponenten des Optiksystems , die zur Formung der Abstrahlcharakteristik des von der Laserlichtquelle abgestrahlten Lichts beitragen und die eine nicht-abbildende Optik bilden . Mit anderen Worten weist die Strahlung emittierende Vorrichtung zusätzlich zur Laserlichtquelle und zum Optiksystem keine weitere Komponente auf , die die Abstrahlcharakteristik wesentlich beeinflusst . Die Optikelemente des Optiksystems sind bevorzugt hintereinander entlang der Abstrahlrichtung angeordnet .

Die Optikelemente können besonders bevorzugt voneinander unabhängige optische Ef fekte in Bezug auf das von der Laserlichtquelle abgestrahlte Licht haben, wobei die Gesamtheit dieser Ef fekte die gewünschte Abstrahlcharakteristik der Strahlung emittierenden Vorrichtung ergibt . Insbesondere ist die Abstrahlcharakteristik der Strahlung emittierenden Vorrichtung von der Abstrahlcharakteristik der Laserlichtquelle verschieden .

Halbleiterlaserdioden weisen typische Abstrahlcharakteristiken auf , die abhängig vom j eweiligen Aufbau und der Beschaf fenheit sind . Beispielsweise strahlen kantenemittierende Laserdioden das in einem aktiven Bereich erzeugte Licht in einer Ebene parallel zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht mit einem anderen Öf fnungswinkel ab als in einer Ebene senkrecht zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht . Mit anderen Worten können die Öf fnungswinkel des Strahlprofils einer Halbleiterlaserdiode in den beiden besagten Ebenen unterschiedlich sein . Die Ebene beziehungsweise Richtung, in der das Strahlprofil den größten Öf fnungswinkel aufweist , wird auch als schnelle Achse ( „fast axis" ) bezeichnet , während die Ebene beziehungsweise Richtung, in der das Strahlprofil den kleinsten Öf fnungswinkel aufweist , als langsame Achse ( „slow axis" ) bezeichnet wird . Besonders bevorzugt ist die Laserlichtquelle in der Strahlung emittierenden Vorrichtung und weiterhin im Messsystem so ausgerichtet , dass die schnelle Achse des von der Laserlichtquelle abgestrahlten Lichts entlang der hori zontalen Richtung ausgerichtet ist .

Insbesondere kann ein erstes Optikelement des Optiksystems dazu vorgesehen und ausgebildet sein, eine Aufsprei zung des Lichts entlang der hori zontalen Richtung zu bewirken . Das kann insbesondere bedeuten, dass das erste Optikelement in der hori zontalen Richtung den Öf fnungswinkel des von der Laserlichtquelle abgestrahlten Lichts , also den hori zontalen Öf fnungswinkel , so verändert , dass ein gewünschter Winkelbereich in hori zontaler Richtung ausgeleuchtet wird . Bevorzugt bewirkt die hori zontale Aufsprei zung eine möglichst gleichförmige winkelabhängige Abstrahlintensität in einem gewünschten Winkelbereich, der besonders bevorzugt insbesondere größer als der Öf fnungswinkel des Strahlprofils der Laserlichtquelle entlang der hori zontalen Richtung ist . Insbesondere ist die hori zontale Aufsprei zung bevorzugt symmetrisch . Das kann insbesondere bedeuten, dass die winkelabhängige Abstrahlintensitätsverteilung in hori zontaler Richtung symmetrisch nach links und rechts ist . Weiterhin kann ein zweites Optikelement des Optiksystems dazu vorgesehen und ausgebildet sein, eine Kollimierung des Lichts entlang der vertikalen Richtung zu bewirken . Das kann insbesondere bedeuten, dass das zweite Optikelement den Öf fnungswinkel des von der Laserlichtquelle abgestrahlten Lichts in vertikaler Richtung, also den vertikalen Öf fnungswinkel , so verändert , dass der ausgeleuchtete Winkelbereich kleiner ist als der Öf fnungswinkel des Strahlprofils der Laserlichtquelle .

Weiterhin kann ein drittes Optikelement des Optiksystems dazu vorgesehen und ausgebildet sein, eine Abstrahlasymmetrie entlang der vertikalen Richtung zu bewirken . Das kann insbesondere bedeuten, dass die Abstrahlrichtung des von der Strahlung emittierenden Vorrichtung abgestrahlten Lichts , also des Lichts , das vom Optiksystem austritt , zur Abstrahlrichtung der Laserlichtquelle in vertikaler Richtung geneigt ist .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist das erste Optikelement und/oder das zweite Optikelement einen Linsenkörper auf . Ein solcher Linsenkörper kann auch als Bulk-Linse bezeichnet werden . Insbesondere kann das erste Optikelement und/oder das zweite Optikelement eine makroskopische Linsenfläche aufweisen oder dadurch gebildet sein . Das erste Optikelement kann beispielsweise eine konkave Linsenfläche , insbesondere eine zylinderlinsenartigen Linsenfläche , aufweisen oder dadurch gebildet sein . Das zweite Optikelement kann beispielsweise eine konvexe Linsenfläche , insbesondere eine zylinderlinsenartigen Linsenfläche , aufweisen oder dadurch gebildet sein .

„zylinderlinsenartig" kann hier und im Folgenden insbesondere bedeuten, dass die Form eines Schnitts durch eine Oberfläche des Optikelements zumindest abschnittsweise als Kegelschnitt , als Konik, als Asphäre , als Polynom oder als Kombination dieser beschreibbar ist . Weisen das erste und zweite Optikelement einen Linsenkörper auf , kann dieser ein gemeinsamer Linsenkörper sein, dessen eine Linsenfläche das erste Optikelement und dessen andere Linsenfläche das zweite Optikelement bildet .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form weisen das erste Optikelement und/oder das dritte Optikelement ein Mikrolinsenarray mit einer Mehrzahl von Mikrolinsen auf . Die Laserlichtquelle weist zumindest eine Laseremittereinheit und bevorzugt eine Mehrzahl von Laseremittereinheiten auf und j ede Laseremittereinheit strahlt im Betrieb Licht bevorzugt auf eine Mehrzahl der Mikrolinsen ab . Die Mikrolinsen weisen, während ein Abstand zwischen der Laserlichtquelle und den Mikrolinsen ausreichend groß gewählt ist , zumindest in die hori zontale Richtung oder in die vertikale Richtung eine Dimension auf , die derart klein ist , dass das Licht der Laserlichtquelle und insbesondere das Licht j eder Laseremittereinheit auf mehrere Mikrolinsen fällt . Die Mikrolinsen werden bevorzugt durch sich eindimensional in eine Richtung erstreckende Strukturen gebildet . Mit anderen Worten kann j ede der Mikrolinsen durch eine Zylinderlinse gebildet werden . Als Zylinderlinsen können hier und im Folgenden Strukturen bezeichnet werden, die wie weiter oben beschrieben zylinderlinsenartig ausgebildet sind . Beispielsweise kann eine Zylinderlinse eine Linsenfläche aufweisen, die einer entlang einer Richtung extrudierten Form entspricht , wobei die Linsenfläche einem Teil einer Mantel fläche eines Zylinders mit runder und/oder eckiger Grundfläche entsprechen kann . Eine „entlang einer Richtung extrudierte Form" bezieht sich insbesondere auf eine geometrische Beschreibung der Form und ist nicht beschränkend in Bezug auf das Herstellungsverfahren zu verstehen . Insbesondere kann sich eine solche Form entlang eines Extrusionspfads , auch als Extrusionsrichtung bezeichenbar , erstrecken, dessen Richtungsvektor um maximal 30 ° oder maximal 20 ° oder maximal 10 ° von der Symmetrieebene abweicht .

Insbesondere kann das erste Optikelement sich in die vertikale Richtung erstreckende Strukturen, die insbesondere zylinderlinsenartig sind, aufweisen . Diese die Mikrolinsen bildenden Strukturen können in hori zontaler Richtung besonders bevorzugt symmetrisch sein . Eine symmetrische Ausbildung einer zylinderlinsenartigen Mikrolinse in eine bestimmte Richtung bedeutet hier und im Folgenden, dass eine Symmetrieebene senkrecht zu dieser bestimmten Richtung existiert , zu der die Mikrolinse symmetrisch ist , wobei die Extrusionsrichtung der Mikrolinse in der Symmetrieebene liegt . Weiterhin kann das dritte Optikelement sich in die hori zontale Richtung erstreckende Strukturen, die insbesondere zylinderlinsenartig sind, aufweisen . Diese die Mikrolinsen bildenden Strukturen können in vertikaler Richtung besonders bevorzugt asymmetrisch sein .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form ist das zweite Optikelement in der vertikalen Richtung verschiebbar . Dadurch kann erreicht werden, dass die Abstrahlrichtung des von der Strahlung emittierenden Vorrichtung abgestrahlten Lichts geändert werden kann, wodurch eine Richtungsadaption in Form einer Nivellierung entlang der vertikalen Richtung erreicht werden kann . Beispielsweise kann eine mechanische Vorrichtung in Form eines mechanischen Antriebs vorhanden sein, mit dem das zweite Optikelement in der vertikalen Richtung verschiebbar ist . Zusätzlich können auch weitere oder alle Optikelemente des Optiksystems zusammen mit dem zweiten Optikelement in der vertikalen Richtung verschiebbar sein .

Das erste , zweite und dritte Optikelement können besonders bevorzugt die einzigen Optikelemente des Optiksystems und insbesondere der Strahlung emittierenden Vorrichtung sein .

Die Optikelemente des Optiksystems , also insbesondere das erste , zweite und dritte Optikelement , können getrennt voneinander ausgebildet und in der Strahlung emittierenden Vorrichtung montiert sein . Mit anderen Worten sind die Optikelemente als separate Komponenten ausgebildet . Weiterhin können das erste und zweite Optikelement oder das erste und dritte Optikelement oder das zweite und dritte Optikelement oder das erste , zweite und dritte Optikelement einstückig ausgebildet sein . Eine einstückige Ausbildung kann insbesondere bedeuten, dass einstückig ausgebildete Elemente gemeinsam durch eine einzige Komponente gebildet werden . Eine solche einstückige Komponente kann durch ein einzelnes Bauteil gebildet werden . Beispielsweise können einstückig ausgebildete Optikelemente durch unterschiedliche Oberflächen eines solchen Bauteils gebildet werden . Weiterhin kann eine einstückige Komponente durch fest miteinander verbundene , zuvor separat hergestellte Bauteile , beispielsweise verschmol zene oder verklebte Bauteile , gebildet werden .

Weist die Strahlung emittierende Vorrichtung einen vorab beschriebenen Gehäusekörper auf , in dem die Laserlichtquelle angeordnet ist , können ein Optikelement , mehrere Optikelemente oder alle Optikelemente des Optiksystems in oder am Gehäusekörper angeordnet und insbesondere montiert sein, beispielsweise durch verkleben . Sind alle Optikelement des Optiksystems in oder am Gehäusekörper angeordnet , kann eine große Kompaktheit der Strahlung emittierenden Vorrichtung erreicht werden . Besonders bevorzugt kann es sein, wenn zumindest ein Optikelement des Optiksystems mit dem Gehäusekörper einen hermetisch dichten Innenraum umschließt , in dem zumindest die Laserlichtquelle angeordnet ist . „Hermetisch dicht" kann hier und im Folgenden insbesondere bedeuten, dass schädigende Substanzen oder andere schädigenden Einflüsse aus der Umgebung nicht in einem solchen Maß in den Innenraum gelangen können, dass dadurch beispielsweise im Laufe einer üblichen zu erwartenden oder spezi fi zierten Lebensdauer ein schädigender Ef fekt hervorgerufen wird . Weiterhin kann ein Optikelement des Optiksystems ein Austritts fenster der Strahlung emittierenden Vorrichtung bilden, durch das das Licht in die Umgebung abgestrahlt wird .

Die hier beschriebene Strahlung emittierende Vorrichtung kann besonders bevorzugt ein Emitter-Optik-System für ein Messsystem, insbesondere für ein LIDAR-Messsystem, bilden und sich durch eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften aus zeichnen :

- Das von der Strahlung emittierenden Vorrichtung im Betrieb abgestrahlte Licht weist ein asymmetrisches Strahlprofil durch eine asymmetrische Abstrahlcharakteristik in vertikaler Richtung auf . Das Licht kann dadurch auf vorteilhafte Weise mit der gewünschten Intensitätsverteilung in diej enige Richtung gelenkt werden, in der es benötigt wird .

- Die Strahlung emittierende Vorrichtung weist ein Array von Emittern in Form einer Mehrzahl von Laseremittereinheiten auf . Das Array kann ein eindimensionales oder ein zweidimensionales Array sein . Die Laseremittereinheiten können beispielsweise durch oberflächenemittierende Laserdioden, also insbesondere VCSEL-Laserdioden, kantenemittierende Laserdioden, kantenemittierende Laserdioden mit Strahlumlenkung oder Teile davon gebildet sein .

- Mindestens ein Optikelement des Optiksystems weist ein Mikrolinsenarray mit eindimensionalen, hori zontal oder vertikal extrudierten Strukturen auf oder ist daraus gebildet . Der Abstand zwischen j eder Laseremittereinheit und der Oberfläche des Mikrolinsenarrays ist so groß , dass der Strahl j eder Laseremittereinheit mehrere Mikrolinsenstrukturen beleuchtet . Dies kann zu einer nahezu identischen vertikalen oder hori zontalen Lichtverteilung für j ede Laseremittereinheit des Laseremittereinheiten-Arrays führen und im Falle des dritten Optikelements das asymmetrische Strahlprofil in vertikaler Richtung definieren .

- Das erste Optikelement definiert die Ausbreitung des Lichts in hori zontaler Richtung, wobei das erste Optikelement Teil einer Bulk-Linse oder ein Mikrolinsenarray oder Teil eines kombinierten Mikrolinsenarrays sein kann .

- Die Strahlung emittierende Vorrichtung kann ein Laserpackage mit einem Gehäusekörper sein, der die Laserlichtquelle und zumindest ein Optikelement oder mehrere oder alle Optikelemente des Optiksystems enthält , das ein vorgeformtes asymmetrisches Strahlprofil erzeugt . Zumindest ein Optikelement kann ein Austritts fenster für das Licht und/oder eine hermetische Abdichtung des Gehäusekörpers bilden, die eine Kontamination der Laserf acetten durch schädliche Einflüsse aus der Umgebung verhindern kann . Durch die Verwendung zumindest eines Optikelements als Austritts fenster kann der Einsatz eines zusätzlichen optischen Fensters vermieden werden, wodurch Fresnel-Reflexionen und Systemkosten reduziert werden können .

- Der Gehäusekörper kann mindestens zwei elektrische Kontakte aufweisen, über die die Laserlichtquelle elektrisch kontaktiert und betrieben werden kann .

- Die Strahlung emittierende Vorrichtung kann zusätzlich ein Nivelliersystem aufweisen, das beispielsweise die Laserlichtquelle und zumindest ein Optikelement mechanisch ausrichtet und so sicherstellt , dass die höchste Intensität in die gewünschte vertikale Richtung emittiert wird . Dies kann beispielsweise den Einsatz der Strahlung emittierenden Vorrichtung, insbesondere ein einem Messsystem für ein Fahrzeug, auf Straßen mit unterschiedlichem Gefälle oder bei unterschiedlicher Beladung des Fahrzeugs ermöglichen .

- Die Strahlung emittierende Vorrichtung und insbesondere das Messsystem mit der Strahlung emittierenden Vorrichtung können in einem Fahrzeug wie beispielsweise einem Kraftfahrzeug, etwa einem Personenkraftwagen oder einem Lastkraftwagen, verwendet werden .

- Die Strahlung emittierende Vorrichtung und insbesondere das Messsystem mit der Strahlung emittierenden Vorrichtung können in einer Vorrichtung in Form einer festen Installation für Verkehrs- oder Parkplatzmanagement , Überwachung oder industrielle Zwecke verwendet werden .

Weitere Vorteile , vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Aus führungsbeispielen . Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Messsystems gemäß einem Aus führungsbeispiel ,

Figuren 2A und 2B zeigen schematische Darstellungen eines Fahrzeugs und einer Vorrichtung mit einem Messsystem gemäß weiteren Aus führungsbeispielen,

Figuren 3A bis 6B zeigen schematische Darstellungen von Laserlichtquellen und Eigenschaften dieser gemäß weiteren Aus führungsbeispielen,

Figuren 7A bis 10 zeigen schematische Darstellungen von Strahlung emittierenden Vorrichtungen gemäß weiteren Aus führungsbeispielen,

Figur 11 zeigt eine Abstrahlcharakteristik einer Strahlung emittierenden Vorrichtung gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel ,

Figuren 12A bis 12T zeigen schematische Darstellungen von Strahlung emittierenden Vorrichtungen gemäß weiteren Aus führungsbeispielen .

In den Aus führungsbeispielen und Figuren können gleiche , gleichartige oder gleich wirkende Elemente j eweils mit denselben Bezugs zeichen versehen sein . Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente , wie zum Beispiel Schichten, Bauteile , Bauelemente und Bereiche , zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein .

In Figur 1 ist ein Aus führungsbeispiel für ein Messsystem 1000 mit einer Strahlung emittierenden Vorrichtung 100 als Sendereinheit und einer Detektoreinheit 200 als Empfängereinheit gezeigt , mit dem nicht zum Messsystem 1000 gehörende , in Figur 1 durch die gepunkteten Elemente angedeutete Obj ekte 99 detektiert werden können . Bei den Obj ekten 99 kann es sich beispielsweise um Gegenstände oder Personen oder um andere mittels Licht untersuchbare Obj ekte handeln .

Die Strahlung emittierende Vorrichtung 100 des Messsystems 1000 ist dazu vorgesehen und eingerichtet , im Betrieb ein Sendersignal L abzustrahlen, wie durch die entsprechend gekennzeichneten Pfeile in Figur 1 angedeutet ist . Hierzu weist die Strahlung emittierende Vorrichtung 100 eine Laserlichtquelle 1 auf , die im Betrieb Licht entlang einer Abstrahlrichtung 91 abstrahlt . Weiterhin weist die Strahlung emittierende Vorrichtung 100 ein Optiksystem 2 auf , das zur Formung einer Abstrahlcharakteristik der Strahlung emittierenden Vorrichtung 100 ausgebildet ist . Besonders bevorzugt ist das Optiksystem 2 ein nicht-abbildendes Optiksystem . Weitere Merkmale der Strahlung emittierenden Vorrichtung 100 werden in Verbindung mit nachfolgenden Figuren erläutert .

Beispielsweise kann die Strahlung emittierende Vorrichtung 100 so ausgebildet sein, dass ein Bereich mit einer Breite B von mehreren 10 m in einer hori zontalen Richtung 92 , beispielsweise mit einer Breite B von mindestens 20 m oder mindestens 30 m oder mindestens 50 m, in einer Entfernung D von mehreren 10 m, beispielsweise in einer Entfernung D von mindestens 50 m oder mindestens 100 m oder mindestens 200 m, ausleuchtet wird . Weiterhin kann der vom Sendersignal L ausgeleuchtete Bereich in einer vertikalen Richtung eine Höhe von mehreren Metern, beispielsweise eine Höhe von mindestens 2 m oder mindestens 5 m, ausleuchten .

Die Richtungsangaben „hori zontal" und „vertikal" beziehen sich bevorzugt auf eine derartige Anordnung des Messsystems 1000 , in der das Messsystem 1000 und insbesondere die Strahlung emittierende Vorrichtung 100 im Messsystem 1000 für den bestimmungsgemäßen Gebrauch relativ zur Umgebung ausgerichtet sind . Wird das Messsystem 1000 beispielsweise in einem Fahrzeug wie einem Straßenfahrzeug oder in einer Uberwachungsvorrichtung verwendet , wie in Verbindung mit den Figuren 2A und 2B gezeigt ist , bezeichnet die hori zontale Richtung 92 bevorzugt eine Richtung parallel oder zumindest im Wesentlichen parallel zur Fahrbahnoberfläche . Die vertikale Richtung 93 , die beispielsweise in Figur 2B angedeutet ist und die senkrecht zur hori zontalen Richtung steht , entspricht dann bevorzugt einer Richtung senkrecht oder zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Fahrbahnoberfläche . Die Abstrahlrichtung 91 steht bevorzugt senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur hori zontalen Richtung 92 und zur vertikalen Richtung 93 . In nachfolgenden Figuren sind zum besseren Verständnis die Richtungen 91 , 92 , 93 j e nach Ansicht und Perspektive angedeutet .

Das Sendersignal L kann beispielsweise ein Lichtpuls sein, der in Form eines Einzelpulses mit einer bestimmten Puls frequenz abgestrahlt wird . Weiterhin kann das Sendersignal L anstelle eines Einzelpulses beispielsweise auch einen Puls zug, also eine Mehrzahl von Pulsen, und/oder einen in seiner Amplitude modulierten Puls oder einen amplituden- und/oder phasenmodulierten kontinuierlichen Lichtstrahl aufweisen .

Die Detektoreinheit 200 ist dazu vorgesehen und eingerichtet , ein Rücksignal R zu empfangen, das zumindest einen Teil des von einem externen Obj ekt 99 zurückgestrahlten Sendersignals L aufweist . Das Rücksignal R kann durch Interaktion des Sendersignals L mit einem Obj ekt 99 vom Sendersignal L abweichen, beispielsweise im Hinblick auf den zeitlichen Verlauf , auf eine spektrale Zusammensetzung, eine Amplitude und/oder eine Phase . So kann das Rücksignal R etwa einem zumindest in Bezug auf einige spektrale Komponenten abgeschwächten und/oder zumindest teilweise frequenzverschobenen und/oder phasenverschobenen Sendersignal L entsprechen .

Die Detektoreinheit 200 weist zumindest ein Detektorelement 3 auf , beispielsweise in Form einer Fotodiode oder einem Fotodiodenarray . Beispielsweise kann die Detektoreinheit 200 ein SPAD-Array, ein APD-Array oder ein Gated- Imaging-System aufweisen oder sein . Weiterhin kann die Detektoreinheit 200 ein Optiksystem 4 aufweisen, das besonders bevorzugt ein abbildendes Optiksystem ist .

Die Strahlung emittierende Vorrichtung 100 und die Detektoreinheit 200 und damit die Laserlichtquelle 1 , das Optiksystem 2 , das Detektorelement 3 und das Optiksystem 4 , können, wie in Figur 1 entsprechend gestrichelt angedeutet ist , in oder an einem oder mehreren Gehäusekörpern angeordnet sein . Insbesondere können die Strahlung emittierende Vorrichtung 100 und die Detektoreinheit 200 auch in oder an einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein .

Bei einem Verfahren zum Betrieb des Messsystems 1000 sendet die Strahlung emittierende Vorrichtung 100 wie beschrieben als Sendersignal L zumindest einen Lichtpuls aus . Die Detektoreinheit 200 detektiert das Rücksignal R . Beispielsweise kann das Verfahren dazu verwendet werden, einen oder mehrere Parameter in Bezug auf das Sendersignal L und/oder das Rücksignal R zu bestimmen, um so Rückschlüsse auf ein Obj ekt 99 ziehen zu können . Beispielsweise können ein Zeitunterschied zwischen dem Sendersignal L und dem Rücksignal R und/oder eine Wellenlängenverschiebung und/oder Phasenverschiebung zwischen dem Sendersignal L und dem Rücksignal R und/oder eine spektralen Änderung zwischen dem Sendersignal L und dem Rücksignal R bestimmt werden . Aus dem einen oder den mehreren aus dem Rücksignal R bestimmten Parametern können eine oder mehrere Zustandsgrößen in Bezug auf das Obj ekt 99 abgeleitet werden, beispielsweise ein Abstand und/oder eine Geschwindigkeit und/oder zumindest eine oder mehrere Geschwindigkeitskomponenten . Insbesondere können mit einem abbildenden Optiksystem 4 und einem Detektorarray als Detektorelement 3 mehrere Obj ekte gleichzeitig detektiert werden . Zur Parameterbestimmung kann das Messsystem 1000 weiterhin eine dafür vorgesehene und eingerichtete Auswertungseinheit aufweisen (nicht gezeigt ) . Bevorzugt weist das Messsystem 1000 Eigenschaften und Merkmale eines LIDAR- Systems auf und ist besonders bevorzugt ein LIDAR-System .

In den Figuren 2A und 2B sind ein Fahrzeug 2000 mit einem Messsystem 1000 und eine Überwachungsvorrichtung 3000 mit einem Messsystem 1000 angedeutet . Das Fahrzeug 2000 kann beispielsweise ein Straßenfahrzeug, ein schienengebundenes Fahrzeug, ein Wasserfahrzeug oder ein Luftfahrzeug sein . Besonders bevorzugt ist das Fahrzeug 2000 ein Kraftfahrzeug, wie in Figur 2A angedeutet ist . Wie in Figur 2B angedeutet ist , kann das Messsystem 1000 in einer Vorrichtung in Form einer festen Installation, etwa der gezeigten Überwachungsvorrichtung 3000 , verwendet werden . Die Überwachungsvorrichtung 3000 kann beispielsweise für ein Verkehrsmanagement , eine Parkplatzmanagement , eine Sicherheitsanwendung oder industrielle Zwecke das Messsystem 1000 aufweisen . In Verbindung mit den Figuren 3A bis 6B sind Aus führungsbeispiele für Laserlichtquellen 1 gezeigt , die in der Strahlung emittierenden Vorrichtung 100 des Messsystems 1000 verwendet werden können . Insbesondere kann die Laserlichtquelle 1 der Strahlung emittierenden Vorrichtung 100 eine oder mehrere Laseremittereinheiten 10 aufweisen .

In Figur 3A ist als Laserlichtquelle 1 eine Halbleiterlaserdiode gezeigt , die als kantenemittierende Laserdiode ausgebildet ist und die eine Laseremittereinheit 10 bildet . Die Halbleiterlaserdiode weist eine Halbleiterschichtenfolge 11 mit einer aktiven Schicht 12 auf , die dazu eingerichtet und vorgesehen ist , im Betrieb in zumindest einem aktiven Bereich Licht zu erzeugen . Die aktive Schicht 12 kann zusammen mit einer Mehrzahl von Halbleiterschichten die Halbleiterschichtenfolge 11 bilden und eine Haupterstreckungsebene aufweisen, die senkrecht zu einer Anordnungsrichtung der Schichten der Halbleiterschichtenfolge 11 ist . Die Halbleiterlaserdiode weist eine Lichtauskoppel fläche und eine der Lichtauskoppel fläche gegenüberliegende Rückseitenfläche auf . Die Lichtauskoppel fläche und die Rückseitenfläche können insbesondere Seitenflächen der Halbleiterlaserdiode , besonders bevorzugt Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge 11 , sein, die auch als sogenannte Facetten bezeichnet werden können . Über die Lichtauskoppel fläche kann die Halbleiterlaserdiode im Betrieb das im zumindest einen aktiven Bereich der aktiven Schicht 12 erzeugte Licht abstrahlen . Auf der Lichtauskoppel fläche und der Rückseitenfläche können geeignete optische Beschichtungen, insbesondere reflektierende oder teilreflektierende Schichten oder Schichtenfolgen, aufgebracht sein, die einen optischen Resonator für das in der aktiven Schicht 12 erzeugte Licht bilden können . Der zumindest eine aktive Bereich der aktiven Schicht 12 kann sich zwischen der Rückseitenfläche und der Lichtauskoppel fläche entlang einer Richtung erstrecken, die die Resonatorrichtung definiert .

Die aktive Schicht 12 und insbesondere die Halbleiterschichtenfolge 11 mit der aktiven Schicht 12 können auf einem Substrat (nicht gezeigt ) aufgebracht sein . Beispielsweise kann das Substrat als Aufwachssubstrat ausgebildet sein, auf dem die Halbleiterschichtenfolge 11 aufgewachsen wird . Die aktive Schicht 12 und insbesondere die Halbleiterschichtenfolge 11 mit der aktiven Schicht 12 können mittels eines Epitaxieverfahrens , beispielsweise mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE ) oder Molekularstrahlepitaxie (MBE ) , aufgewachsen werden . Weiterhin kann die Halbleiterschichtenfolge 11 mit elektrischen Kontakten (nicht gezeigt ) in Form von einem oder mehreren Kontaktelementen versehen werden . Darüber hinaus kann es auch möglich sein, dass das Aufwachssubstrat nach dem Aufwachsprozess entfernt wird . Hierbei kann die Halbleiterschichtenfolge 11 beispielsweise auch nach dem Aufwachsen auf ein als Trägersubstrat ausgebildetes Substrat übertragen werden . Das Substrat kann beispielsweise Saphir, GaAs , GaP, GaN, InP, SiC, Si , Ge und/oder ein Keramikmaterial wie beispielsweise SiN oder AIN aufweisen oder aus einem solchen Material sein .

Besonders bevorzugt ist das von der Laserlichtquelle 1 im Betrieb erzeugte Licht langwelliges Licht im infraroten Spektralbereich und weist eine Wellenlänge von größer oder gleich 800 nm oder größer oder gleich 850 nm auf . Weiterhin kann das Licht eine Wellenlänge von kleiner oder gleich 2 pm oder kleiner oder gleich 1 , 5 pm oder kleiner oder gleich 1 pm aufweisen . Eine bevorzugte Wellenlänge kann bei etwa 940 nm liegen . Für eine langwellige , infrarote Strahlung ist beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge 11 oder zumindest eine aktive Schicht 12 auf Basis von In_xGa_yAli-_x-yAs oder auf Basis von In_xGa_yAli-_x-yP geeignet , wobei j eweils 0 < x < 1 , 0 < y < 1 und x + y < 1 gilt .

Die aktive Schicht 12 kann beispielsweise einen herkömmlichen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach- Quantentopfstruktur ( SQW-Struktur ) oder eine Mehrfach- Quantentopfstruktur (MQW-Struktur ) oder andere dafür geeignete Strukturen zur Lichterzeugung aufweisen . Die Halbleiterschichtenfolge 11 kann zusätzlich zur aktiven Schicht 12 weitere funktionale Schichten und funktionelle Bereiche aufweisen, etwa p- oder n-dotierte Ladungsträgertransportschichten, also Elektronen- oder Löchertransportschichten, undotierte oder p- oder n-dotierte Confinement- , Cladding- oder Wellenleiterschichten, Barriereschichten, Planarisierungsschichten, Puf ferschichten, Schutzschichten und/oder Elektrodenschichten sowie Kombinationen daraus . Darüber hinaus können zusätzliche Schichten, etwa Puf ferschichten, Barriereschichten und/oder Schutzschichten auch senkrecht zur Aufwachsrichtung der Halbleiterschichtenfolge 11 beispielsweise um die Halbleiterschichtenfolge 11 herum angeordnet sein, also etwa auf den Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge 11 .

In der aktiven Schicht 12 können auch mehrere senkrecht zur Resonatorrichtung nebeneinander angeordnete aktive Bereiche ausgebildet sein, die unabhängig voneinander oder bevorzugt gemeinsam ansteuerbar sein können . Bei einer derartigen, auch als Laserbarren bezeichneten Aus führung weist die Halbleiterlaserdiode 1 und damit die Laserlichtquelle eine Mehrzahl von Laseremittereinheiten 10 auf .

Wie in Figur 3A angedeutet ist , weist das Strahlprofil des von der kantenemittierenden Laserdiode im Betrieb erzeugten Lichts in einer Ebene senkrecht zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht 12 einen anderen Öf fnungswinkel als in einer Ebene parallel zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht 12 auf . Dies gilt sowohl für Laserdioden, die im sogenannten TM-Mode ( TM : transversal magnetisch) oder im sogenannten TE-Mode ( TE : transversal elektrisch) os zillieren . Die Ebene beziehungsweise Richtung, in der das Strahlprofil den größten Öf fnungswinkel aufweist und die im gezeigten Aus führungsbeispiel der zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht 12 senkrechten Ebene entspricht , wird auch als schnelle Achse 13 ( „fast axis" ) bezeichnet , während die Ebene beziehungsweise Richtung, in der das Strahlprofil den kleinsten Öf fnungswinkel aufweist und die im gezeigten Aus führungsbeispiel der zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht 12 parallelen Ebene entspricht , als langsame Achse 14 ( „slow axis" ) bezeichnet wird .

In den Figuren 3B und 3C sind typische Beispiele für die vom Abstrahlwinkel ö abhängigen normierten Intensität I entlang der schnellen Achse 13 und der langsamen Achse 14 im Fernfeld gezeigt . Der unterschiedliche Öf fnungswinkel spiegelt sich in den Breiten der Intensitätsverteilungen beispielsweise in halber Höhe ( FWHM : „full width at hal f maximum" , volle Breite bei halbem Maximum) oder bei einer Intensität von 10% ( FW10M : „full width at 10% of maxiumum" , volle Breite bei 10% des Maximums ) wieder . Im gezeigten Aus führungsbeispiel beträgt die FWHM entlang der schnellen Achse 25 ° und entlang der langsamen Achse 5 ° , während die FW10M entlang der schnellen Achse 45 ° und entlang der langsamen Achse 12 ° beträgt . Besonders bevorzugt sind Laserlichtquellen 1 mit derartigen Strahlprofilen mit schneller und langsamer Achse in der Strahlung emittierenden Vorrichtung gemäß den hier beschriebenen Aus führungsbeispielen so ausgerichtet , dass bei einem Strahlprofil mit schneller und langsamer Achse die schnelle Achse des von einer Laserlichtquelle 1 abgestrahlten Lichts entlang der hori zontalen Richtung ausgerichtet ist .

In Figur 4 ist ein weiteres Aus führungsbeispiel für eine Laserlichtquelle 1 gezeigt , die mehrere Laseremittereinheiten 10 aufweist . Hierbei handelt es sich um eine sogenannte vertikal emittierende Laserdiode mit hori zontaler Kavität , wobei sich die Bezeichnungen „hori zontal" und „vertikal" allein auf die Halbleiterlaserdiode und nicht auf die in Verbindung mit der Strahlung emittierenden Vorrichtung definierten Richtungen bezieht . Entsprechend ist die vertikale Emissionsrichtung der in Figur 4 gezeigten Laserlichtquelle 1 die Abstrahlrichtung 91 in Bezug auf die Strahlung emittierende Vorrichtung .

Die in Figur 4 gezeigte Laserlichtquelle 1 basiert auf dem Aufbau einer kantenemittierenden Laserdiode , bei der durch Gräben in der Halbleiterschichtenfolge 11 mehrere Facetten ausgebildet sind, über die im Betrieb Licht parallel zur aktiven Schicht 12 abgestrahlt werden kann . Den Facetten gegenüber liegende , durch die Gräben erzeugte Flächen der Halbleiterschichtenfolge 11 sind beispielsweise in einem Winkel von 45 ° geneigt und reflektierend ausgebildet , so dass das auf diese von den Facetten abgestrahlte Licht in eine Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht stehende Richtung abgestrahlt wird, wie in Figur 4 durch die gestrichelten Pfeile angedeutet ist . Zur Herstellung der in Figur 4 gezeigten Laserlichtquelle 1 können nach dem Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge 11 Teile dieser beispielsweise durch Ätzen in monolithisch integrierte Umlenkelemente mit einer Reflektorf lache strukturiert werden . Den Reflektorf lachen gegenüberliegend werden die Lichtauskoppel flächen ausgebildet , so dass im Betrieb Licht , das von den Lichtauskoppel flächen emittiert wird, auf die Reflektorf lächen gestrahlt wird . Die Reflektorf lächen können bevorzugt mit einer reflektierenden Beschichtung, beispielsweise einer Metallbeschichtung oder einer Bragg-Spiegel-Schichtenfolge , beschichtet werden . Die so hergestellten Umlenkelemente können beispielsweise als gerade Prismen mit einer ebenen Ref lektorf läche oder als gekrümmte Prismen mit einer gekrümmten Reflektorfläche , die beispielsweise zur Erzeugung eines zirkularen Lichtflecks dienen kann, ausgebildet werden .

Alternativ zu wie in Figur 4 gezeigten externen Ref lektorf lächen kann die Laserlichtquelle 1 beispielsweise auch Ref lektorf lächen aufweisen, die über Totalreflexion das in der aktiven Schicht 12 im Betrieb erzeugte Licht vor dem Austritt aus der Halbleiterschichtenfolge 11 in eine Richtung senkrecht zur Resonatorrichtung umlenken . Ausbildungs formen für derartige Laserdioden sind in den Druckschri ften DE 10 2007 062 050 B4 und US 2009/ 0097519 Al aus derselben Patent familie beschrieben, deren Of fenbarungsgehalte hiermit vollumfänglich auf genommen werden .

In Verbindung mit den Figuren 5A und 5B ist ein weiteres Aus führungsbeispiel für eine Laserlichtquelle 1 gezeigt , die im Vergleich zu den vorherigen Aus führungsbeispielen eine Mehrzahl von Laseremittereinheiten 10 in Form einer Mehrzahl von aktiven Schichten 12 aufweist , die innerhalb der Halbleiterschichtenfolge 11 übereinander gestapelt und beispielsweise über Tunnelübergänge miteinander in Serie geschaltet sein können . Weiterhin können auch für j ede aktive Schicht 12 Kontaktelemente , beispielsweise in Form von Elektrodenschichten, vorgesehen sein, über die die aktiven Schichten 12 getrennt ansteuerbar sein können . Besonders bevorzugt sind die aktiven Schichten 12 sowie die übrigen Schichten der Halbleiterschichtenfolge 11 verspannungsoptimiert auf gewachsen .

Weiterhin können in j eder aktiven Schicht 12 auch mehrere aktive Bereiche nebeneinander ausgebildet sein, so dass sich eine zweidimensionale Matrix von Laseremittereinheiten 10 ergibt . Die übereinander angeordneten aktiven Bereiche können beispielsweise gemeinsam ansteuerbar sein und einen Kanal bilden, so dass eine solche Laserlichtquelle mehrere Multiemitter-Kanäle aufweisen kann . Rein beispielhaft weist die in Figur 5A gezeigte Laserlichtquelle 1 sieben übereinander gestapelte aktive Schichten 12 auf . Alternativ hierzu können auch mehr oder weniger aktiven Schichten 12 vorhanden sein, beispielsweise drei oder fünf aktive Schichten .

In Figur 5B ist rein beispielhaft ein typisches Diagramm für die Ausgangsleistung P in Abhängigkeit des Betriebsstroms C für eine solche Laserlichtquelle 1 für eine gepulste Lichtemission mit einer Pulslänge von 100 ns und einem Tastverhältnis ( „duty cycle" ) von 0 . 001 % gezeigt . Es konnte ebenfalls gezeigt werden, dass ein Betriebsstrom von beispielsweise 100 A und eine Ausgangsleistung von 560 W pro Kanal möglich sind . Für eine Ausleuchtung eines 30 m breiten Bereichs in 120 m Entfernung können vier Kanäle ausreichend sein . Eine solche Laserlichtquelle 1 kann beispielsweise in einer in Verbindung mit den Figuren 7A und folgende gezeigten Strahlung emittierenden Vorrichtung verwendet werden und eine äußerst kompakte Packagegröße mit beispielsweise einem Linsendurchmesser von deutlich weniger als 1 mm und einer Brennweite von weniger als 3 mm aufweisen . Die Länge der Laserlichtquelle 1 entlang der langsamen Achse kann etwa 200 pm betragen, die Höhe entlang der schnellen Achse etwa 28 pm

In Verbindung mit den Figuren 6A und 6B ist ein weiteres Aus führungsbeispiel für eine Laserlichtquelle 1 gezeigt , die als vertikal emittierende Laserdiode in Form einer als VCSEL ausgebildeten Halbleiterlaserdiode ausgeführt ist . Wie in Figur 6A in einer Aufsicht auf die Lichtauskoppel fläche und damit entgegen der Abstrahlrichtung angedeutet ist , kann die Laserlichtquelle 1 eine Mehrzahl von Laseremittereinheiten 10 aufweisen, die durch vertikal in der Halbleiterschichtenfolge ausgebildete aktive Bereich gebildet werden und die matrixartig, beispielsweise in einer rechteckigen oder hexagonalen Matrix, angeordnet sind . In Figur 6B ist ein Diagramm mit typischen winkelabhängigen Intensitätsverteilungen für unterschiedliche Betriebsströme gezeigt .

Den in Verbindung mit den Figuren 3A bis 6B beispielhaft gezeigten Laserlichtquellen 1 ist gemein, dass im Falle von mehreren Laseremittereinheiten bevorzugt alle Laseremittereinheiten parallel und damit nicht getrennt voneinander betrieben werden, um eine möglichst einfache Ansteuerung zu erhalten . Dadurch entspricht das j eweilige Abstrahlprofil des oder der aktiven Bereiche im Wesentlichen dem Abstrahlprofil der Laserlichtquelle 1 . Um dieses Abstrahlprofil in eine für das Messsystem, beispielsweise für die in Verbindung mit den Figuren 1 bis 2B beschriebenen Verwendungen, geeignete Abstrahlcharakteristik zu wandeln, weist die Strahlung emittierende Vorrichtung 100 gemäß den in Verbindung mit den folgenden Figuren beschriebenen Aus führungsbeispielen ein nicht-abbildendes Optiksystem 2 auf , das zur Formung einer Abstrahlcharakteristik der Strahlung emittierenden Vorrichtung 100 in einer hori zontalen Richtung und in einer vertikalen Richtung ausgebildet ist . Insbesondere ist das Optiksystem 2 zur Formung der Abstrahlcharakteristik derart eingerichtet , dass die Abstrahlcharakteristik entlang der vertikalen Richtung 93 in einer gewünschten Weise asymmetrisch und entlang der hori zontalen Richtung 92 bevorzugt symmetrisch ist , so dass die Strahlung emittierende Vorrichtung 100 im Betrieb bevorzugt Licht in die Umgebung abstrahlt , das ein asymmetrisches Strahlprofil in vertikaler Richtung 93 aufweist . Dadurch kann erreicht werden, dass das Licht mit einer gewünschten Intensitätsverteilung in diej enigen Richtungen gelenkt wird, in denen es im Hinblick auf die j eweilige Anwendung benötigt wird, während in hori zontaler Richtung 92 eine möglichst gleichmäßige Abstrahlung nach links und rechts erfolgt .

In Verbindung mit den nachfolgenden Figuren sind Aus führungsbeispiele für die Strahlung emittierende Vorrichtung 100 gezeigt , bei denen das Optiksystem 2 j eweils eine Mehrzahl von entlang der Abstrahlrichtung der Laserlichtquelle 1 angeordneten Optikelementen 21 , 22 , 23 zur Formung der Abstrahlcharakteristik der Strahlung emittierenden Vorrichtung 100 aufweist . Die Optikelemente 21 , 22 , 23 sind bevorzugt die einzigen Komponenten des Optiksystems 2 , die zur Formung der Abstrahlcharakteristik des von der Laserlichtquelle 1 abgestrahlten Lichts beitragen . Somit weist die Strahlung emittierende Vorrichtung 100 bevorzugt zusätzlich zum Optiksystem 2 keine weiteren Komponenten auf , die die Abstrahlcharakteristik wesentlich beeinflussen . Die Optikelemente 21 , 22 , 23 des Optiksystems 2 sind, wie im Folgenden beschrieben ist , bevorzugt hintereinander entlang der Abstrahlrichtung 91 angeordnet , wobei die gezeigten Reihenfolgen auch variieren können . Um die gewünschte , von der Abstrahlcharakteristik der Laserlichtquelle 1 verschiedene Abstrahlcharakteristik für die Strahlung emittierende Vorrichtung 100 zu erreichen, können die Optikelemente 21 , 22 , 23 besonders bevorzugt voneinander unabhängige optische Ef fekte in Bezug auf das von der Laserlichtquelle 1 abgestrahlte Licht aufweisen, wobei die Gesamtheit dieser Ef fekte die gewünschte Abstrahlcharakteristik der Strahlung emittierenden Vorrichtung 100 ergibt . Der Übersichtlichkeit halber sind in den nachfolgenden Figuren zumeist nur die Laserlichtquelle 1 und die Komponenten des Optiksystems 2 gezeigt . Diese sind, wie in Verbindung mit der Figur 1 erläutert , bevorzugt in oder an einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet . Die folgenden Aus führungsbeispiele zeigen j eweils Optiksysteme 2 mit einem ersten Optikelement 21 , einem zweiten Optikelement 22 und einem dritten Optikelement 23 .

Das erste Optikelement 21 des Optiksystems 2 ist dazu vorgesehen und ausgebildet , eine Aufsprei zung des von der Laserlichtquelle 1 abgestrahlten Lichts entlang der hori zontalen Richtung 92 zu bewirken . Das kann insbesondere bedeuten, dass das erste Optikelement 21 entlang der hori zontalen Richtung 92 den Öf fnungswinkel des von der Laserlichtquelle 1 abgestrahlten Lichts so verändert , dass ein gewünschter Winkelbereich in hori zontaler Richtung 92 ausgeleuchtet wird . Bevorzugt bewirkt die hori zontale Aufsprei zung eine möglichst gleichförmige winkelabhängige Abstrahlintensität in einem gewünschten Winkelbereich, der besonders bevorzugt insbesondere größer als der

Öf fnungswinkel des Strahlprofils der Laserlichtquelle 1 entlang der hori zontalen Richtung 92 ist . Insbesondere ist die hori zontale Aufsprei zung bevorzugt symmetrisch . Das kann insbesondere bedeuten, dass die winkelabhängige Abstrahlintensitätsverteilung in hori zontaler Richtung 92 symmetrisch nach links und rechts ist .

Das zweite Optikelement 22 des Optiksystems 2 ist dazu vorgesehen und ausgebildet , eine Kollimierung des Lichts entlang der vertikalen Richtung 93 zu bewirken . Das kann insbesondere bedeuten, dass das zweite Optikelement 22 entlang der vertikalen Richtung 93 den Öf fnungswinkel des von der Laserlichtquelle 1 abgestrahlten Lichts so verändert , dass der ausgeleuchtete Winkelbereich kleiner ist als der Öf fnungswinkel des Strahlprofils der Laserlichtquelle 1 in der vertikalen Richtung 93 .

Das dritte Optikelement 23 des Optiksystems 2 ist dazu vorgesehen und ausgebildet , eine Abstrahlasymmetrie entlang der vertikalen Richtung 93 zu bewirken . Das kann insbesondere bedeuten, dass die Abstrahlrichtung des von der Strahlung emittierenden Vorrichtung 100 abgestrahlten Lichts , also des Lichts , das vom Optiksystem 2 austritt , geneigt zur Abstrahlrichtung 91 der Laserlichtquelle 1 ist .

In Verbindung mit den nachfolgend beschriebenen Aus führungsbeispielen sind verschiedene Kombinationen der Optikelemente 21 , 22 , 23 dargestellt . Unterschiedliche Dimensionen der Strahlung emittierenden Vorrichtung 100 ergeben sich durch Permutationen der Optikelemente 21 , 22 , 23 und der Verwendung von verschiedenen Laserlichtquellen 1 . Im Allgemeinen wird das kleinste System mit einer als einzelnem kantenemittierenden Wellenleiterlaser ausgebildeten Laserlichtquelle 1 aufgrund der hohen Leuchtdichte der Lichtquelle erreicht . Kantenemittierende Laserdioden oder vertikal emittierende Laserdioden mit hori zontalem Resonator werden, wie weiter oben erwähnt , vorzugsweise mit der schnellen Achse parallel zur hori zontalen Richtung 92 angeordnet .

Die Optikelemente 21 , 22 , 23 können j eweils einen oder mehrere transparente Kunststof fe und/oder ein oder mehrere geeignete Gläser aufweisen oder beispielsweise auch eine Laminatstruktur mit Schichten und/oder Bereichen mit oder aus unterschiedlichen Materialien aufweisen, um die gewünschten optischen Eigenschaften auf zuweisen . Die Optikelemente 21 , 22 , 23 können wie nachfolgend beschrieben voneinander separate Komponenten oder auch paarweise oder alle gemeinsam als einstückige Komponente ausgebildet sein . Bei derartig verschmol zenen, verklebten oder als gemeinsames Bauteil hergestellten Optikelementen kann in allen Fällen die Orientierung in Bezug auf die Abstrahlrichtung 91 umgedreht werden, wobei der Übersichtlichkeit halber nicht alle Varianten im Folgenden dargestellt sind . Zur Verringerung von optischen Verlusten sind die Optikelemente bevorzugt einstückig ausgeführt , sofern dies möglich ist , um die Anzahl der Oberflächen und damit Fresnel-Reflexionsverluste zu reduzieren . Insbesondere die Integration der optischen Funktion in einen Gehäusekörper führt zur Miniaturisierung und reduziert gleichzeitig die Anzahl der Flächen .

In Verbindung mit den Figuren 7A bis 7D ist ein Aus führungsbeispiel für die Strahlung emittierende Vorrichtung 100 in verschiedenen Ansichten gemäß der j eweils angedeuteten Richtungen 91 , 92 , 93 gezeigt , bei der in Abstrahlrichtung 91 des von der Laserlichtquelle 1 angestrahlten Lichts das erste Optikelement 21 , das zweite Optikelement 22 und das dritte Optikelement 23 in dieser Reihenfolge nacheinander der Laserlichtquelle 1 nachgeordnet sind . Der Strahlengang in unterschiedlichen Richtungen entlang der Abstrahlrichtung 91 der Laserlichtquelle 1 ist in den Figuren 7A bis 9C j eweils angedeutet .

Das erste und zweite Optikelement 21 , 22 sind einstückig ausgebildet und weisen einen gemeinsamen Linsenkörper, auch als Bulk-Linse bezeichenbar , auf . Insbesondere weisen das erste Optikelement 21 und das zweite Optikelement 22 j eweils eine makroskopische Linsenfläche auf , wobei im gezeigten Aus führungsbeispiel das erste Optikelement 21 durch die Eintritts fläche in den Linsenkörper gebildet wird, während das zweite Optikelement 22 durch die Austritts fläche des Linsenkörpers gebildet wird .

Das erste Optikelement 21 ist als konkave Linsenfläche in Form einer zylinderlinsenartigen Linsenfläche mit einem teilelliptischen oder parabolischen Querschnitt ausgebildet , die sich in die vertikale Richtung 93 erstreckt . Dadurch kann eine symmetrische Aufsprei zung des von der Laserlichtquelle 1 abgestrahlten Lichts entlang der hori zontalen Richtung 92 erreicht werden . Das zweite Optikelement 22 ist als konvexe Linsenfläche in Form einer zylinderlinsenartigen Linsenfläche ausgebildet , die sich in die hori zontale Richtung 92 erstreckt . Dadurch kann eine Kollimierung des Lichts entlang der vertikalen Richtung 93 erreicht werden .

Das dritte Optikelement 23 weist , wie insbesondere in den Figuren 70 und 7D erkennbar ist , ein Mikrolinsenarray mit einer Mehrzahl von Mikrolinsen 231 auf . Die Mikrolinsen 231 weisen, während ein Abstand zwischen der Laserlichtquelle 1 und den Mikrolinsen ausreichend groß gewählt ist , in die vertikale Richtung 93 eine derart kleine Dimension auf , dass das Licht der Laserlichtquelle 1 und insbesondere das Licht j eder Laseremittereinheit der Laserlichtquelle 1 auf mehrere Mikrolinsen 231 fällt . Die Mikrolinsen 231 werden, wie in Figur 70 erkennbar ist , durch sich eindimensional in die hori zontale Richtung 92 erstreckende Strukturen gebildet . Insbesondere ist j ede der Mikrolinsen 231 durch eine Zylinderlinse gebildet , die j eweils eine Linsenfläche aufweist , die einer in die hori zontale Richtung 92 extrudierten Form entspricht , wobei die Linsenflächen einem Teil einer Mantel fläche eines Zylinders mit zumindest teilweise runder und/oder eckiger Grundfläche entsprechen . Die die Mikrolinsen bildenden Strukturen sind in vertikaler Richtung 93 besonders bevorzugt asymmetrisch, wie in Figur 7D zu erkennen ist , so dass die Abstrahlrichtung des vom dritten Optikelement 23 und damit vom Optiksystem 2 abgestrahlten Lichts in vertikaler Richtung 93 geneigt zur Abstrahlrichtung 91 der Laserlichtquelle 1 ist , wie insbesondere in Figur 7A zu erkennen ist .

In Verbindung mit den Figuren 8A bis 8D ist ein weiteres Aus führungsbeispiel gezeigt , bei dem im Vergleich zum vorherigen Aus führungsbeispiel das erste Optikelement 21 ähnlich wie das dritte Optikelement 23 als Mikrolinsenarray mit einer Mehrzahl von Mikrolinsen 211 ausgebildet ist , wie insbesondere in Figur 8D erkennbar ist . Im Vergleich zum dritten Optikelement 23 erstrecken sich die Mikrolinsen 211 des ersten Optikelements 21 in Form von Zylinderlinsen entlang der vertikalen Richtung 93 und sind entlang der hori zontalen Richtung 92 symmetrisch ausgebildet . Weiterhin sind die Mikrolinsen 211 des ersten Optikelements 21 nicht wie die Mikrolinsen 231 des dritten Optikelements 23 konvex sondern konkav ausgebildet . Die Mikrolinsen 211 des ersten Optikelements 21 sind in Verbindung mit einem geeigneten Abstand des ersten Optikelements 21 zur Laserlichtquelle 1 derart klein entlang der hori zontalen Richtung 92 dimensioniert ausgebildet , dass das Licht j eder Laseremittereinheit des Laserlichtquelle 1 auf mehrere Mikrolinsen fällt . Dadurch ist es möglich, insbesondere entlang der hori zontalen Richtung 92 weitere Laseremittereinheiten, beispielsweise in Form von zusätzlichen Halbleiterlaserdioden oder von breiteren Laserbarren mit zusätzlichen aktiven Bereichen, hinzuzufügen, ohne dass das Optiksystem 2 verändert werden muss . Somit ist auf einfache Weise eine Anpassung der Lichtintensität der Laserlichtquelle 1 möglich, ohne dass aufgrund einer veränderten Größe der Laserlichtquelle 1 , insbesondere in die hori zontale Richtung 92 , das Optiksystem 2 verändert werden müsste .

Die gezeigten Reihenfolgen der Optikelemente 21 , 22 , 23 können von den in den Figuren 7A bis 8D gezeigten Reihenfolgen abweichen . In Verbindung mit den Figuren 9A bis 90 ist entsprechend ein weiteres Aus führungsbeispiel gezeigt , bei dem rein beispielhaft in der Abstrahlrichtung 91 das dritte Optikelement 23 unmittelbar der Laserlichtquelle 1 nachgeordnet ist und die einstückig ausgebildeten weiteren Optikelemente 21 , 22 dem dritten Optikelement 23 in der Abstrahlrichtung 91 nachgeordnet sind, wobei die vorab beschriebenen Merkmale und Eigenschaften erhalten bleiben . Weiterhin kann es beispielsweise auch möglich sein, das erste und dritte Optikelement 21 , 23 einstückig aus zubilden, denen dann das zweite Optikelement 22 in der Abstrahlrichtung 91 nachgeordnet ist , wobei auch eine umgekehrte Reihenfolge möglich ist , also dass das kombinierte erste und dritte Optikelement 21 , 23 dem zweiten Optikelement 22 in der Abstrahlrichtung 91 nachgeordnet ist .

In Figur 10 ist ein weiteres Aus führungsbeispiel gezeigt , bei dem rein beispielhaft das erste und dritte Optikelement 21 , 23 einstückig ausgebildet sind und das zweite Optikelement 22 diesen in der Abstrahlrichtung 91 nachgeordnet ist . Das zweite Optikelement 22 ist weiterhin entlang der vertikalen Richtung 93 insbesondere relativ zur Laserlichtquelle 1 verschiebbar, wie durch den gestrichelten Doppelpfeil angedeutet ist . Dadurch kann erreicht werden, dass die Abstrahlrichtung des von der Strahlung emittierenden Vorrichtung 100 abgestrahlten Lichts geändert werden kann, wodurch eine Richtungsadaption in Form einer Nivellierung entlang der vertikalen Richtung 93 erreicht werden kann . Beispielsweise kann eine mechanische Vorrichtung in Form eines mechanischen Antriebs vorhanden sein, mit dem das zweite Optikelement 22 in der vertikalen Richtung 93 verschiebbar ist . Zusätzlich können auch weitere oder alle Optikelemente des Optiksystems 2 zusammen mit dem zweiten Optikelement 22 in der vertikalen Richtung 93 verschiebbar sein .

In Figur 11 ist beispielhaft eine mit der hier beschriebenen Strahlung emittierenden Vorrichtung erzielbare winkelabhängige Intensitätsverteilung I im Fernfeld in Abhängigkeit vom Abstrahlwinkel

in hori zontaler Richtung 92 und in Abhängigkeit vom Abstrahlwinkel d_y in vertikaler Richtung 93 gezeigt . Mit dem hier beschriebenen Optiksystem kann eine Ef fi zienz von mehr als 70% oder sogar mehr als 80% erreicht werden . Es ist leicht zu erkennen, dass eine gleichmäßige Aufsprei zung entlang der hori zontalen Richtung 92 in einem breiten Winkelbereich erreicht werden kann, der deutlich größer als der Öf fnungswinkel des Strahlprofils der Laserlichtquelle 1 in der auf die Strahlung emittierende Vorrichtung bezogenen hori zontalen Richtung 92 ist . Gleichzeitig kann eine Kollimierung und zusätzlich eine Asymmetrie entlang der vertikalen Richtung 93 erzielt werden .

In Verbindung mit den Figuren 12A bis 12T sind weitere Aus führungsbeispiele für die Strahlung emittierende Vorrichtung 100 gezeigt , anhand derer einige mögliche Anordnungskonzepte der Laserlichtquelle 1 und des Optiksystems 2 veranschaulicht werden sollen . In allen Aus führungsbeispielen ist zumindest die Laserlichtquelle 1 , die rein beispielhaft in Form von drei Halbleiterlaserdioden angedeutet ist , die j eweils zumindest eine Laseremittereinheit bilden, in einem Gehäusekörper 5 angeordnet . Der Gehäusekörper 5 kann beispielsweise ein Kunststof f gehäuse , einen Leiterrahmen, eine Leiterplatte , einen Keramikträger oder Kombinationen daraus aufweisen und eine Montage und einen elektrischen Anschluss der Laserlichtquelle 1 mittels geeigneter elektrische Kontakte ermöglichen .

Wie in Figur 12A erkennbar ist , weist der Gehäusekörper 5 in diesem Aus führungsbeispiel eine transparente Abdeckung 6 auf , beispielsweise mit oder aus einem Kunststof f oder Glas , durch die das von der Laserlichtquelle 1 im Betrieb erzeugte Licht aus dem Gehäusekörper 5 ausgekoppelt wird . Die Abdeckung 6 kann besonders bevorzugt eine hermetische Versiegelung des Gehäusekörpers 5 ermöglichen, um die Laserlichtquelle 1 vor schädigenden äußeren Einflüssen zu schützen . Das dritte Optikelement 23 , das erste Optikelement 21 und das zweite Optikelement 22 sind in diesem Aus führungsbeispiel als separate Komponenten ausgebildet und in dieser Reihenfolge der Laserlichtquelle 1 entlang der Abstrahlrichtung der Laserlichtquelle 1 nachgeordnet . Die Strahlung emittierende Vorrichtung 100 kann einen weiteren Gehäusekörper aufweisen, in oder an dem der Gehäusekörper 5 und das Optiksystem 2 angeordnet sind .

Beim in Figur 12B gezeigten Aus führungsbeispiel sind das erste und zweite Optikelement 21 , 22 einstückig ausgebildet und dem dritten Optikelement 23 nachgeordnet , wie beispielsweise auch in Verbindung mit den Figuren 9A bis 9C beschrieben ist .

In den Figuren 12C und 12D sind dieselben Reihenfolgen der Optikelemente 21 , 22 , 23 in Bezug auf die Abstrahlrichtung gezeigt , wobei das dritte Optikelement 23 j eweils als Abdeckung für den Gehäusekörper 5 ausgebildet ist und entsprechend als Austritts fenster am oder im Gehäusekörper 5 montiert ist .

Das in Figur 12E gezeigte Aus führungsbeispiel entspricht dem in Figur 12A gezeigten Aus führungsbeispiel , wobei die Reihenfolge der Optikelemente 21 , 22 , 23 vertauscht ist . Insbesondere sind das erste Optikelement 21 , das dritte Optikelement und das zweite Optikelement 22 in dieser Reihenfolge der Laserlichtquelle 1 nachgeordnet .

Im in Figur 12 F gezeigten Aus führungsbeispiel ist das erste Optikelement 21 einstückig mit der Abdeckung 6 ausgebildet und im Gehäusekörper 5 angeordnet . Im Aus führungsbeispiel der Figur 12G sind weiterhin das zweite und dritte Optikelement 22 , 23 einstückig ausgebildet , während im Vergleich dazu im Aus führungsbeispiel der Figur 12H das erste Optikelement 21 einstückig mit der Abdeckung 6 ausgebildet ist , aber außerhalb des Gehäusekörpers 5 angeordnet ist .

In den Aus führungsbeispielen der Figuren 121 und 12 J sind das erste und dritte Optikelement 21 , 23 einstückig ausgebildet und das zweite Optikelement 22 ist diesen j eweils in Abstrahlrichtung nachgeordnet , wobei in Figur 121 das dritte Optikelement 23 dem ersten Optikelement 21 nachgeordnet ist , während in Figur 12 J das erste Optikelement 21 dem dritten Optikelement 23 nachgeordnet ist .

In den Aus führungsbeispielen der Figuren 12K und 12L bilden die einstückig ausgebildeten Optikelemente 21 , 23 im Vergleich zu den Aus führungsbeispielen der Figuren 121 und 12 J die Abdeckung des Gehäusekörpers 5 und sind somit an oder in diesem montiert .

Im Aus führungsbeispiel der Figur 12M sind das erste und zweite Optikelement 21 , 22 einstückig ausgebildet und das dritte Optikelement 23 ist diesen nachgeordnet . Diese Anordnung entspricht somit der in Verbindung mit den Figuren 7A bis 8D gezeigten Anordnung .

Im Aus führungsbeispiel der Figur 12N ist das erste Optikelement 21 einstückig mit der Abdeckung 6 ausgebildet , während diesem nachgeordnet das zweite und dritte Optikelement 22 , 23 ebenfalls einstückig ausgebildet sind .

In Figur 120 ist ein Aus führungsbeispiel gezeigt , bei dem das erste , zweite und dritte Optikelement 21 , 22 , 23 einstückig ausgebildet sind, also ein einstückiges Optikelement 2 bilden, das ein Abdeckelement für den Gehäusekörper 5 bildet , wobei das erste und zweite Optikelement 21 , 22 wie in Figur 12B gezeigt unmittelbar aneinander angrenzen, während das dritte Optikelement 23 beabstandet vom ersten Optikelement 21 ist . Im Aus führungsbeispiel der Figur 12P sind das erste und dritte Optikelement 21 , 23 im Vergleich dazu miteinander vertauscht .

Im Aus führungsbeispiel der Figur 12Q bilden die Optikelemente 21 , 22 , 23 zwar ebenfalls ein einstückige Optiksystem 2 , die Optikelemente 21 , 22 , 23 sind aber j eweils voneinander beabstandet ausgebildet .

Im Aus führungsbeispiel der Figur 12R grenzen hingegen das erste und dritte Optikelement 21 , 23 unmittelbar aneinander an . In Figur 12S ist in einer dreidimensionalen Darstellung eine beispielhafte Ausbildung für ein derartiges Optiksystem 2 gezeigt , das im Vergleich zum Aus führungsbeispiel der Figur 12R in Verbindung mit einer Abdeckung auf dem Gehäusekörper verwendet werden kann und das auf der Abdeckung und/oder dem Gehäusekörper montiert werden kann . Insbesondere kann das in Figur 12S gezeigte Optiksystem 2 bevorzugt einstückig und somit als ein Teil hergestellt werden . Dies weist den Vorteil auf , dass die Optikelemente nicht gegeneinander j ustiert werden müssen und der Aufbau einer solchen Komponente wesentlich vereinfacht werden kann .

In Figur 12T ist ein Aus führungsbeispiel für die Strahlung emittierende Vorrichtung 100 gezeigt , die einen gemeinsamen Gehäusekörper 5 mit einer Detektoreinheit 200 , die ein Detektorelement 3 und ein Optiksystem 4 aufweist , wie beispielsweise auch in Verbindung mit der Figur 1 erläutert ist . Hierbei ist es vorteilhaft , wenn der Gehäusekörper 5 wie gezeigt eine optische Trennung zwischen der Laserlichtquelle 1 und der Detektoreinheit 3 aufweist , beispielsweise in Form einer Trennwand . Rein beispielhaft ist das Optiksystem 2 der Strahlung emittierenden Vorrichtung 100 wie im Aus führungsbeispiel der Figur 12R ausgebildet . Alternativ dazu kann das Optiksystem 2 auch wie in Verbindung mit den anderen Figuren erläutert ausgebildet sein . Das Optiksystem 4 der Detektoreinheit 200 kann eine oder mehrere Optikelemente aufweisen und ist im Gegensatz zum Optiksystem 2 der Strahlung emittierenden Vorrichtung 100 bevorzugt ein abbildendes Optiksystem .

Die in den in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Aus führungsbeispiele können gemäß weiteren Aus führungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen expli zit beschrieben sind . Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Aus führungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen .

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Aus führungsbeispiele auf diese beschränkt . Vielmehr umfasst die Erfindung j edes neue Merkmal sowie j ede Kombination von Merkmalen, was insbesondere j ede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet , auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht expli zit in den Patentansprüchen oder Aus führungsbeispielen angegeben ist . Bezugs zeichenliste

1 Laserlichtquelle

2 Optiksystem

3 Detektorelement

4 Optiksystem

5 Gehäusekörper

6 Abdeckung

10 Laseremittereinheit

11 Halbleiterschichtenfolge

12 aktive Schicht

13 schnelle Achse

14 langsame Achse

21 , 22 , 23 Optikelement

91 Abstrahlrichtung

92 hori zontale Richtung

93 vertikale Richtung

99 Obj ekt

100 Strahlung emittierende Vorrichtung

200 Detektoreinheit

211 Mikrolinse

231 Mikrolinse

1000 Messsystem

2000 Fahrzeug

3000 Überwachungsvorrichtung

B Breite

D Entfernung

L Sendersignal

R Rücksignal

Claims

48 Patentansprüche

1. Strahlung emittierende Vorrichtung (100) zur Abstrahlung von Licht, aufweisend eine Laserlichtquelle (1) , die im Betrieb das Licht entlang einer Abstrahlrichtung (91) abstrahlt, und ein der Laserlichtquelle in Abstrahlrichtung nachgeordnetes nicht-abbildendes Optiksystem (2) , wobei

- das Optiksystem eine Mehrzahl von entlang der

Abstrahlrichtung angeordneten Optikelementen (21, 22, 23) aufweist zur Formung einer Abstrahlcharakteristik der Strahlung emittierenden Vorrichtung in einer horizontalen Richtung (92) und in einer vertikalen Richtung (93) , die senkrecht zur horizontalen Richtung steht, derart, dass die Abstrahlcharakteristik entlang der vertikalen Richtung asymmetrisch ist,

- ein erstes Optikelement (21) des Optiksystems dazu vorgesehen und ausgebildet ist, eine Aufspreizung des Lichts entlang der horizontalen Richtung zu bewirken,

- ein zweites Optikelement (22) des Optiksystems dazu vorgesehen und ausgebildet ist, eine Kollimierung des Lichts entlang der vertikalen Richtung zu bewirken,

- ein drittes Optikelement (23) des Optiksystems dazu vorgesehen und ausgebildet ist, eine Abstrahlasymmetrie entlang der vertikalen Richtung zu bewirken.

2. Strahlung emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Optikelement und/oder das dritte Optikelement ein Mikrolinsenarray mit einer Mehrzahl von Mikrolinsen (211, 231) aufweist.

3. Strahlung emittierende Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Laserlichtquelle zumindest eine 49

Laseremittereinheit ( 10 ) aufweist und j ede der zumindest einen Laseremittereinheit im Betrieb Licht auf eine Mehrzahl der Mikrolinsen abstrahlt . Strahlung emittierende Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3 , wobei die Mikrolinsen durch sich in eine Richtung erstreckende Strukturen gebildet werden . Strahlung emittierende Vorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei j ede der Mikrolinsen durch eine Zylinderlinse gebildet wird . Strahlung emittierende Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5 , wobei das erste Optikelement sich in die vertikale Richtung erstreckende Strukturen aufweist . Strahlung emittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6 , wobei das dritte Optikelement sich in die hori zontale Richtung erstreckende Strukturen aufweist . Strahlung emittierende Vorrichtung nach Anspruch 7 , wobei die Strukturen in vertikaler Richtung asymmetrisch sind . Strahlung emittierende Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche , wobei das zweite Optikelement einen Linsenkörper aufweist . Strahlung emittierende Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche , wobei das zweite Optikelement in der vertikalen Richtung verschiebbar ist . 50 Strahlung emittierende Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche , wobei das erste , zweite und dritte Optikelement getrennt voneinander ausgebildet ist . Strahlung emittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 , wobei zumindest zwei Optikelemente einstückig ausgebildet sind . Strahlung emittierende Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche , wobei das Licht eine Wellenlänge von größer oder gleich 800 pm aufweist . Strahlung emittierende Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche , weiterhin aufweisend einen Gehäusekörper ( 5 ) , in dem die Laserlichtquelle angeordnet ist , wobei die Optikelemente des Optiksystems in oder am Gehäusekörper angeordnet sind . Strahlung emittierende Vorrichtung nach Anspruch 14 , wobei zumindest ein Optikelement des Optiksystems mit dem Gehäusekörper einen hermetisch dichten Innenraum umschließt , in dem zumindest die Laserlichtquelle angeordnet ist . Strahlung emittierende Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche , wobei ein Optikelement des Optiksystems ein Austritts fenster der Strahlung emittierenden Vorrichtung bildet , durch das das Licht in die Umgebung abgestrahlt wird . Strahlung emittierende Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche , wobei die Laserlichtquelle so ausgerichtet ist , dass eine schnelle Achse ( 13 ) des 51 abgestrahlten Lichts entlang der horizontalen Richtung ausgerichtet ist. Messsystem (1000) aufweisend eine Strahlung emittierende Vorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche und eine Detektoreinheit (200) . esssystem nach Anspruch 18, wobei die Laserlichtquelle und die Detektoreinheit in einem gemeinsamen Gehäusekörper (5) angeordnet sind. Fahrzeug (2000) mit einem Messsystem (1000) nach einem der Ansprüche 18 und 19.