Title:
Lidar-Sensor zur Erfassung eines Objektes
Kind Code:
A1


Abstract:

Lidar-Sensor zur Erfassung eines Objektes in der Umgebung, sowie ein Verfahren zur Ansteuerung des Lidar-Sensors, wobei der Lidar-Sensor eine Lichtquelle (101) zur Emission elektromagnetischer Strahlung, einen Ablenkspiegel (104) zum Ablenken der emittierten elektromagnetischen Strahlung (105) als abgelenkte emittierte elektromagnetische Strahlung (105-1) um wenigstens einen Winkel (109) in die Umgebung, und einen optischen Empfänger (107) zum Empfangen elektromagnetischer Strahlung (106), die vom Objekt reflektiert wurde, aufweist. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass der optische Empfänger (107) einen Aussparungsbereich (103) aufweist, wobei der Aussparungsbereich (103) auf einer Hauptstrahlachse (108) der Lichtquelle (101) angeordnet ist. embedded image




Inventors:
Stoppel, Klaus (74395, Mundelsheim, DE)
Fersch, Thomas (72764, Reutlingen, DE)
Schwarz, Hans-Jochen (70567, Stuttgart, DE)
Sparbert, Jan (71277, Rutesheim, DE)
Schnitzer, Reiner (72762, Reutlingen, DE)
Balslink, Thorsten (72138, Kirchentellinsfurt, DE)
Application Number:
DE102017202635A
Publication Date:
08/23/2018
Filing Date:
02/20/2017
Assignee:
Robert Bosch GmbH, 70469 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102008055159A1N/A2010-07-01



Foreign References:
201501021102015-04-16
WO2013177650A12013-12-05
Claims:
Lidar-Sensor zur Erfassung eines Objektes in der Umgebung mit wenigstens
• einer Lichtquelle (101) zur Emission elektromagnetischer Strahlung,
• einem Ablenkspiegel (104) zum Ablenken der emittierten elektromagnetischen Strahlung (105) als abgelenkte emittierte elektromagnetische Strahlung (105-1) um wenigstens einen Winkel (109) in die Umgebung, und
• einem optischen Empfänger (102) zum Empfangen elektromagnetischer Strahlung (106), die vom Objekt reflektiert wurde, dadurch gekennzeichnet, dass
• der optische Empfänger (102) einen Aussparungsbereich (103, 301) aufweist, wobei
• der Aussparungsbereich auf einer Hauptstrahlachse (108) der Lichtquelle (101) angeordnet ist.

Lidar-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Empfänger (102) wenigstens ein Detektorelement (107) aufweist, welches den Aussparungsbereich (103, 301) zumindest anteilig umfasst.

Lidar-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Empfänger (102) wenigstens zwei Detektorelemente (107-1 bis 107-4) aufweist, welche an wenigstens einem Teil des Umfangs (110) des optischen Empfängers (102) angeordnet sind.

Lidar-Sensor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussparungsbereich als Durchlass (103) ausgebildet ist.

Lidar-Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (101) auf der der Umgebung abgewandten Seite des optischen Empfängers (102) angeordnet ist.

Lidar-Sensor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussparungsbereich als Spiegel (301) ausgebildet ist.

Lidar-Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (101) auf der der Umgebung zugewandten Seite des optischen Empfängers (102) angeordnet ist.

Lidar-Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablenkspiegel (104) als mikromechanischer Ablenkspiegel ausgebildet ist.

Lidar-Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, weiterhin aufweisend
• ein Feld (404) mikro-optischer Elemente (408-1, 408-2); wobei
• der Ablenkspiegel (104) und das Feld (404) derart angeordnet sind, dass der wenigstens eine Winkel (109) genau einem mikro-optischen Element (408-1, 408-2) zugeordent ist.

Lidar-Sensor nach Anspruch 9, weiterhin aufweisend
• ein Licht-bündelndes Element (405) angeordnet in einem Abstand (y) zu dem Feld (404) mikro-optischer Elemente (408-1, 408-2); wobei
• jedes der mikro-optischen Elemente (408-1, 408-2), wenn es von der abgelenkten emittierten elektromagnetischen Strahlung (105-1) getroffen wird, diese abgelenkte emittierte elektromagnetische Strahlung (105-1) zu einem divergenten Strahl (406) aufweitet; und wobei
• das Licht-bündelnde Element (405) den divergenten Strahl (406) in einen die Taststrahl (407) umformt.

Lidar-Sensor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mikro-optischen Elemente (408-1, 408-2) Mikrolinsen oder reflektierende Elemente oder Licht-beugende Elemente sind.

Lidar-Sensor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht-bündelnde Element (405) zugleich ein Objektiv des optischen Empfängers (102) bildet.

Lidar-Sensor nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf der optischen Achse des Licht-bündelnden Elements (405) eine Spiegeleinheit (403) angeordnet ist, die die abgelenkte emittierte elektromagnetische Strahlung (105-1) auf das Feld (404) mikrooptischer Elemente (408-1, 408-2) umlenkt.

Lidar-Sensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegeleinheit (403) gewölbt ausgebildet ist.

Verfahren zur Ansteuerung eines Lidar-Sensors zur Erfassung eines Objektes in der Umgebung mit den Schritten:
• Ansteuerung einer Lichtquelle (101) zur Emission elektromagentischer Strahlung (105);
• Ansteuerung eines Ablenkspiegels (104) zur Ablenkung der emittierten elektromagnetischen Strahlung (105) als abgelenkte emittierte elektromagnetische Strahlung (105-1) um wenigstens einen Winkel (109) in die Umgebung; und
• Empfangen elektromagnetischer Strahlung (106), die vom Objekt reflektiert wurde, mittels eines optischen Empfängers (102); dadurch gekennzeichnet, dass
• der optische Empfänger (102) einen Aussparungsbereich (103, 301) aufweist, wobei
• der Aussparungsbereich auf einer Hauptstrahlachse (108) der Lichtquelle (101) angeordnet ist.

Description:

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lidar-Sensor und ein Verfahren zur Ansteuerung eines Lidar-Sensors gemäß dem Oberbegriff der unabhängig formulierten Ansprüche.

Stand der Technik

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Sensoreinrichtungen bekannt, die es ermöglichen, Objekte innerhalb eines Abtastraumes in der Umgebung beispielsweise eines Fahrzeugs zu erfassen. Hierzu gehören Lidar-Sensoren (LIDAR, Light Detection And Ranging), mit denen die Umgebung des Fahrzeugs abgetastet wird. Die von einem Lidar-Sensor emittierte elektromagnetische Strahlung wird von Objekten in der Umgebung reflektiert bzw. zurückgestreut und von einem optischen Empfänger des Lidar-Sensors empfangen. Anhand dieser empfangenen Strahlung können die Position und die Entfernung von Objekten in der Umgebung bestimmt werden.

Aus der DE102008055159 A1 ist eine Vorrichtung zur Aufnahme der Geometrie der Umgebung der Vorrichtung in einem Detektionsfeld mittels Laserabtastung mit einem durch einen schwingenden mikromechanischen Spiegel gelenkten Laserstrahl bekannt. Hierbei ist das Detektionsfeld in vertikaler und in horizontaler Richtung durch eine Anpassung der Schwingungsamplitude und/oder Schwingungsfrequenz des mikromechanischen Spiegels vorgebbar.

Um Lidar-Sensoren platzsparend in oder an bestimmten Bereichen eines Fahrzeugs anzubringen, wären Lidar-Sensoren von Vorteil, die ein geringeres Bauvolumen bzw. eine geringere Bauhöhe als bisher bekannte Lösungen aufweisen. Weiterhin ist ein Bedarf an mechanisch robusten Lidar-Sensoren insbesondere für die Verwendung in Fahrzeugen vorhanden.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Lidar-Sensor zur Erfassung eines Objektes in der Umgebung mit wenigstens einer Lichtquelle zur Emission elektromagnetischer Strahlung, wenigstens einem Ablenkspiegel zum Ablenken der emittierten elektromagnetischen Strahlung als abgelenkte emittierte elektromagnetische Strahlung um wenigstens einen Winkel in die Umgebung, und wenigstens einem optischen Empfänger zum Empfangen elektromagnetischer Strahlung, die vom Objekt reflektiert wurde.

Erfindungsgemäß weist der optische Empfänger einen Aussparungsbereich auf, wobei der Aussparungsbereich auf einer Hauptstrahlachse der Lichtquelle angeordnet ist.

Der Ablenkspiegel kann entlang einer Achse oszillierend bewegt werden. Es handelt sich in diesem Fall um einem eindimensionalen Ablenkspiegel. Der Ablenkspiegel kann alternativ entlang zweier Achsen oszillierend bewegt werden. Es handelt sich in diesem Fall um einen zweidimensionalen Ablenkspiegel.

Anhand der Position und der Leistung der empfangenen elektromagnetischen Strahlung auf dem optischen Empfänger kann eine Plausibilisierung einer gemessenen Entfernung eines in der Umgebung erfassten Objektes durchgeführt werden. Diese Möglichkeit ergibt sich dadurch, dass der Ablenkspiegel eine Verschiebung der empfangenen elektromagnetischen Strahlung entsprechend der Laufzeit der elektromagnetischen Strahlung bewirkt.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein Lidar-Sensor mit geringem Bauvolumen, insbesondere einer geringen Bauhöhe realisiert werden kann. Dadurch, dass der Aussparungsbereich auf einer Hauptstrahlachse der Lichtquelle angeordnet ist, können der Strahlengang der emittierten elektromagnetischen Strahlung und der Strahlengang der empfangenen elektromagnetischen Strahlung koaxial zueinander verlaufen. Optische Verluste im Strahlengang der emittierten und der empfangenen elektromagnetischen Strahlung können weitestgehend vermieden werden. Vor allem die empfangene elektromagnetische Strahlung kann weitestgehend verlustfrei vom optischen Empfänger empfangen werden. Der optische Empfänger kann ausreichend groß und ausreichend sensitiv sein.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der optische Empfänger wenigstens ein Detektorelement aufweist, welches den Aussparungsbereich zumindest anteilig umfasst. Der optische Empfänger kann beispielsweise als ein einzelnes, ringförmiges Detektorelement ausgebildet sein. Der optische Empfänger kann beispielsweise als ein einzelnes, halbringförmiges Detektorelement ausgebildet sein. Der optische Empfänger kann weiterhin als ein einzelnes, vieleckiges Detektorelement ausgebildet sein. Derartige Detektorelemente sind in ihrer Herstellung einfach zu realisieren.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der optische Empfänger wenigstens zwei Detektorelemente aufweist, welche an wenigstens einem Teil des Umfangs des optischen Empfängers angeordnet sind. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass je nach Anforderungen an den Lidar-Sensor verschiedene Bauweisen und Geometrien des optischen Empfängers realisiert werden können.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Aussparungsbereich als Durchlass ausgebildet ist. Bei den Durchlass kann es sich um ein Loch handeln. Alternativ kann es sich bei den Durchlass um ein Material handeln, welches für die emittierte elektromagnetische Strahlung weitestgehend durchlässig ist.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lichtquelle auf der der Umgebung abgewandten Seite des optischen Empfängers angeordnet ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass ein sehr kompakter koaxialer Lidar-Sensor realisiert werden kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Aussparungsbereich als Spiegel ausgebildet ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass je nach Anforderungen an den Lidar-Sensor weitere Geometrien des Strahlengang realisiert werden können.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lichtquelle auf der der Umgebung zugewandten Seite des optischen Empfängers angeordnet ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass ein sehr kompakter koaxialer Lidar-Sensor realisiert werden kann.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ablenkspiegel als mikromechanischer Ablenkspiegel ausgebildet ist. Sowohl die emittierte elektromagnetische Strahlung, welche auf den Ablenkspiegel trifft, als auch die empfangene elektromagnetische Strahlung, welche auf den Ablenkspiegel trifft, können einen kleinen Strahldurchmesser aufweisen. Hierdurch kann ein kleinbauender Ablenkspiegel mit entsprechend hoher Abtastfrequenz verwendet werden. Es kann ein Lidar-Sensor realisiert werden, welcher ausreichend mechanisch robust ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Lidar-Sensor weiterhin ein Feld mikro-optischer Elemente aufweist. Der Ablenkspiegel und das Feld sind derart angeordnet, dass jeder der wenigstens eine Winkel genau einem mikro-optischen Element zugeordnet ist. Es können jedem Element mehrere Winkel verschiedener Beträge zugeordnet sein.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Lidar-Sensor weiterhin ein Licht-bündelndes Element auf, welches in einem Abstand zu dem Feld mikro-optischer Elemente angeordnet ist. Jedes der mikro-optischen Elemente weitet, wenn es von der abgelenkten emittierten elektromagnetischen Strahlung getroffen wird, diese abgelenkte emittierte elektromagnetische Strahlung zu einem divergenten Strahl auf. Das Licht-bündelnde Element formt den divergenten Strahl in einen Taststrahl um. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die Augensicherheit auch bei erhöhter Gesamtleistung der emittierten elektromagnetischen Strahlung gewährleistet werden kann. Der Strahldurchmesser des Taststrahls kann größer als der Pupillendurchmesser des menschlichen Auges sein. Die Empfindlichkeit gegenüber Streupartikeln kann gering gehalten werden.

Die am Ablenkspiegel abgelenkte emittierte elektromagnetische Strahlung tastet nicht unmittelbar die Umgebung ab, sondern das Feld mikro-optischer Elemente. Die Richtung, in die der Taststrahl abgestrahlt wird, ist von der Lage des jeweils getroffenen mikro-optischen Elements relativ zur optischen Achse des Licht-bündelnden Elements abhängig. Der Öffnungswinkel des Lidar-Sensors kann deshalb deutlich größer sein als der Winkel, um den die elektromagnetische Strahlung am Ablenkspiegel maximal abgelenkt wird. Auf diese Weise wird eine Abtastung mit weitem Öffnungswinkel ermöglicht.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mikro-optischen Elemente Mikrolinsen oder reflektierende oder Licht-beugende Elemente sind.

Das bündelnde Element kann eine optische Linse sein, in deren Fokusebene das Feld mikro-optischer Elemente liegt. Hierdurch wird der divergente Strahl in einen Taststrahl umgeformt, bei dem die Strahlen nahezu parallel sind. Alternativ wäre anstelle einer Linse auch ein Hohlspiegel denkbar.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Licht-bündelnde Element zugleich ein Objektiv des optischen Empfängers bildet. Hierdurch kann die empfangene elektromagnetische Strahlung mit der emittierten elektromagnetischen Strahlung koaxial sein. Dadurch müssen bei der Auswertung der empfangenen elektromagnetischen Strahlung keine Paradoxenfehler berücksichtigt werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass auf der optischen Achse des Licht-bündelnden Elements eine Spiegeleinheit angeordnet ist, die die abgelenkte emittierte elektromagnetische Strahlung auf das Feld mikro-optischer Elemente umlenkt. Mittels der Spiegeleinheit kann ebenfalls empfangene elektromagnetische Strahlung auf den Ablenkspiegel umgelenkt werden. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass der Strahlengang des Lidar-Sensors angepasst werden kann.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Spiegeleinheit gewölbt ausgebildet ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass Abbildungsfehler ausgeglichen werden können.

Erfindungsgemäß wird außerdem ein Verfahren zur Ansteuerung eines Lidar-Sensors zur Erfassung eines Objektes in der Umgebung beansprucht. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Ansteuerung einer Lichtquelle zur Emission elektromagnetischer Strahlung, Ansteuerung eines Ablenkspiegel zur Ablenkung der emittierten elektromagnetischen Strahlung als abgelenkte emittierte elektromagnetische Strahlung um wenigstens einen Winkel in die Umgebung und Empfangen elektromagnetischer Strahlung, die vom Objekt reflektiert wurde, mittels eines optischen Empfängers. Hierbei weist der optische Empfänger einen Aussparungsbereich auf, wobei der Aussparungsbereich auf einer Hauptstrahlachse der Lichtquelle angeordnet ist.

Figurenliste

Nachfolgend werden vier Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

  • 1 eine Skizze eines erfindungsgemäßen Lidar-Sensors;
  • 2 eine Skizze eines Lidar-Sensors gemäß einer zweiten Ausführungsform;
  • 3 eine Skizze eines Lidar-Sensors gemäß einer dritten Ausführungsform;
  • 4 eine Skizze eines Lidar-Sensors gemäß einer vierten Ausführungsform;

Der in 1 gezeigte Lidar-Sensor weist als Lichtquelle 101 einen Laser auf, der elektromagnetische Strahlung 105 im sichtbaren Bereich des Spektrums oder wahlweise auch im Infrarotbereich emittiert. Der Lidar-Sensor weist weiterhin den optischen Empfänger 102 auf. Der optische Empfänger 102 ist im Beispiel als ringförmiges Detektorelement 107 ausgebildet. Der optische Empfänger 102 weist das Detektorelement 107 auf, welches einen Aussparungsbereich 103 wenigstens anteilig umfasst. Um den Aussparungsbereich 103 kann ganz oder auch anteilig eine sensitive Fläche des Detektorelements vorliegen. Das Detektorelement 107 weist in seinem Zentrum den Aussparungsbereich 103 auf. Der Aussparungsbereich 103 ist als Durchlass ausgebildet. Die Lichtquelle 101 ist auf der der Umgebung abgewandten Seite des optischen Empfängers 102 angeordnet. Der optische Empfänger 102 ist so angeordnet, dass der Durchlass 103 auf der Hauptstrahlachse 108 der Lichtquelle 101 angeordnet ist. Die von der Lichtquelle 101 entlang der Hauptstrahlachse 108 emittierte elektromagnetische Strahlung 105 wird weitestgehend verlustfrei durch den Durchlass 103 auf den Ablenkspiegel 104 gerichtet. In 1 ist beispielhaft eine Freistrahloptik gezeigt. Alternativ kann die emittierte elektromagnetische Strahlung 105 auch mittels einer Lichtleitfaser durch den Durchlass 103 auf den Ablenkspiegel 104 gerichtet werden.

Der Ablenkspiegel 104 ist ein mikromechanischer Ablenkspiegel. Wie durch den Doppelpfeil angedeutet, wird der Ablenkspiegel 104 entlang einer Achse oszillierend oder statisch bewegt. Es ist weiterhin möglich, dass der Ablenkspiegel 104 um eine zweite Achse, die rechtwinklig zur ersten Achse verläuft, oszillierend oder statisch bewegt wird. Der Ablenkspiegel 104 lenkt die emittierte elektromagnetische Strahlung 105 als abgelenkte emittierte elektromagnetische Strahlung 105-1 in die Umgebung ab. Die Ansteuerung des Ablenkspiegels 104 erfolgt hierbei derart, dass die emittierte elektromagnetische Strahlung 105 bei einer ersten Ausrichtung um wenigstens einen Winkel als abgelenkte emittierte elektromagnetische Strahlung 105-1 in die Umgebung abgelenkt wird. In 1 ist dieser eine Winkel 109 markiert. Bei einer zweiten Ausrichtung des Ablenkspiegels kann die emittierte elektromagnetische Strahlung 105 um wenigstens einen weiteren, vom ersten Winkel verschiedenen, Winkel als abgelenkte emittierte elektromagnetische Strahlung 105-1 in die Umgebung abgelenkt werden.

Trifft die abgelenkte emittierte elektromagnetische Strahlung 105-1 in der Umgebung auf ein Objekt, so wird die elektromagnetische Strahlung von dem Objekt reflektiert und/oder zurück gestreut. Die reflektierte und/oder zurückgestreute elektromagnetische Strahlung 106 wird vom Lidar-Sensor empfangen. Die elektromagnetische Strahlung 106 fällt über den Ablenkspiegel 104 auf den optischen Empfänger 102.

2 zeigt als modifiziertes Ausführungsbeispiel einen Lidar-Sensor, der den gleichen grundsätzlichen Aufbau wie der Lidar-Sensor in 1 aufweist. Er unterscheidet sich dadurch, dass der optische Empfänger 102 die Detektorelemente 107-1 bis 107-4 aufweist, welche an wenigstens einem Teil des Umfangs des optischen Empfängers 102 angeordnet sind. Die Detektorelemente 107-1 bis 107-4 sind um den Aussparungsbereich 103 herum angeordnet. Möglich ist auch, dass der optische Empfänger 102 beispielsweise lediglich drei der Detektorelemente aufweist. Es ist beispielsweise möglich, dass der optische Empfänger 102 lediglich die Detektorelemente 107-1 bis 107-3 aufweist. In diesem Fall wäre an einem Teil des Umfangs des optischen Empfängers 102 kein Detektorelement angeordnet. Es ist ebenfalls möglich, dass der optische Empfänger 102 lediglich zwei Detektorelemente oder lediglich ein Detektorelement aufweist. Um den Aussparungsbereich 103 können ganz oder auch anteilig sensitive Fläche der Detektorelemente vorliegen.

3 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel einen Lidar-Sensor, der ebenfalls eine Lichtquelle 101, einen optischen Empfänger 102 und einen Ablenkspiegel 104 aufweist. Die Merkmale dieser Komponenten entsprechen den Merkmalen der gleichen Komponenten der bereits beschriebenen Ausführungsbeispiele. Insbesondere der optische Empfänger kann hierbei so ausgebildet sein, wie es bereits für die Beispiele der 1 und 2 aufgezeigt wurde. Der optische Empfänger 102 ist im Beispiel als ringförmiges Detektorelement 107 ausgebildet. Der optische Empfänger 102 weist das Detektorelement 107 auf, welches einen Aussparungsbereich 301 zumindest anteilig umfasst.

Das Detektorelement 107 weist in seinem Zentrum den Aussparungsbereich 301 auf. Der Aussparungsbereich 301 ist als Spiegel ausgebildet. Die Lichtquelle 101 ist auf der der Umgebung zugewandten Seite des optischen Empfängers 102 angeordnet. Der optische Empfänger 102 ist so angeordnet, dass der Spiegel 301 auf der Hauptstrahlachse 108 der Lichtquelle 101 angeordnet ist.

Die von der Lichtquelle 101 entlang der Hauptstrahlachse 108 emittierte elektromagnetische Strahlung 105 wird weitestgehend verlustfrei vom Spiegel 301 auf den Ablenkspiegel 104 umgelenkt. In 3 ist beispielhaft eine Freistrahloptik gezeigt. Alternativ kann die emittierte elektromagnetische Strahlung 105 auch mittels einer Lichtleitfaser auf den Spiegel 301 gerichtet und auf den Ablenkspiegel 104 umgelenkt werden.

4 zeigt einen Lidar-Sensor gemäß einer weiteren Ausführungsform, der ebenfalls eine Lichtquelle 101, einen optischen Empfänger 102 und einen Ablenkspiegel 104 aufweist. Die Merkmale dieser Komponenten entsprechen den Merkmalen der gleichen Komponenten der bereits beschriebenen Ausführungsbeispiele. Insbesondere der optische Empfänger kann hierbei so ausgebildet sein, wie es bereits für die Beispiele der 1, 2 und 3 aufgezeigt wurde. Der optische Empfänger 102 weist das Detektorelement 107 auf. Das Detektorelement 107 weist in seinem Zentrum den Aussparungsbereich 301 auf. Der Aussparungsbereich 301 ist als Spiegel ausgebildet. Der optische Empfänger 102 weist weiterhin den optischen Filter 401 zur Einschränkung/Reduzierung der unerwünschen elektromagnetischen Strahlung auf. Der optische Empfänger 102 weist weiterhin eine Freiform-Kunststoffoptik 402 auf. Diese dient dazu, dass empfangene Licht auf die sensitiven Flächen des Detektors zu bündeln.

Bei dem in 4 gezeigten Lidar-Sensor wird die von der Lichtquelle 101 entlang der Hauptstrahlachse 108 auf den Spiegel 301 gerichtete und weitestgehend verlustfrei auf den Ablenkspiegel 104 des Lidar-Sensors umgelenkte, emittierte elektromagnetische Strahlung 105 mittels des Ablenkspiegel 104 als abgelenkte emittierte elektromagnetische Strahlung 105-1 auf ein Feld 404 mikrooptischer Elemente 408 geführt. Als mikrooptische Elemente sind in diesem Beispiel Licht-beugende Elemente 408 vorgesehen. Wahlweise könnten jedoch auch Licht-brechende oder -reflektierende Elemente vorgesehen sein.

Der wenigstens eine Winkel, um den die emittierte elektromagnetische Strahlung 105 als abgelenkte emittierte elektromagnetische Strahlung 105-1 abgelenkt wird, ist genau einem mikro-optischen Elemente 408-1, 408-2 zugeordent. Der in 4 eingezeichnete Winkel 109 ist dem mikro-optischen Elemente 408-1 zugeordnet. Es können jedem Element 408 mehrere Winkel verschiedener Beträge zugeordnet sein. Wird beispielsweise die emittierte elektromagnetische Strahlung 105 vom Ablenkspiegel 104 um einen Winkel abgelenkt, dessen Betrag sich geringfügig vom Betrag des Winkels 109 unterscheidet, so trifft die abgelenkte emittierte elektromagnetische Strahlung 105-1 ebenso auf das mikro-optische Elemente 408-1. Überschreitet die Differenz der Beträge des Winkels 109 und eines weiteren Ablenkwinkels einen vorgegebenen Wert, so trifft die abgelenkte emittierte elektromagnetische Strahlung 105-1 beispielsweise auf das benachbarte mikro-optische Element 408-2.

Dasjenige der Licht-beugenden Elemente 408, das von der abgelenkten elektromagnetischen Strahlung 105-1 getroffen wird, weitet die abgelenkte emittierte elektromagnetische Strahlung 105-1 zu einem divergenten Strahl 406 auf. Der divergente Strahl 406 trifft auf ein Licht-bündelndes Element in Form einer Linse 405. Der Abstand y zwischen dem Feld 404 und der Linse 405 entspricht etwa der Brennweite der Linse 405. Die Linse 405 formt den divergenten Strahl 406 in einen annähernd parallelen Taststrahl 407 um. Der Strahldurchmesser des Taststrahls 407 ist größer als der Strahldurchmesser des Strahls der emittierten elektromagnetischen Strahlung 105. Der Strahldurchmesser des Taststrahls 407 ist größer als der Strahldurchmesser des Strahls der abgelenkten emittierten elektromagnetischen Strahlung 105-1.

Die Abstrahlrichtung des Taststrahls 407 ist von der Lage des mikrooptischen Elements 408, in Bezug auf die optische Achse des Licht-bündelnden Elements 405, abhängig, dass gerade von der abgelenkten emittierten elektromagnetischen Strahlung 105-1 getroffen wird. Auf diese Weise bewirkt der Ablenkspiegel 104 mittelbar auch eine Ablenkung des Taststrahls 407. Der Taststrahl 407 überstreicht die Umgebung des Lidar-Sensors. Der Winkelbereich, der von dem Taststrahl 407 überstrichen wird, ist von der Brennweite der Linse 405 abhängig. Er kann deutlich mehr als das zweifache des Winkelbereichs betragen, in dem der Ablenkspiegel 104 bewegt wird.

Zwischen dem Ablenkspiegel 104 und dem Feld 404 ist eine weitere Spiegeleinheit 403 vorgesehen. Die Spiegeleinheit 403 ist in einem Abstand x zum Feld 404 angeordnet. Diese weitere Spiegeleinheit 403 ist zum Ausgleich von Abbildungsfehlern als gewölbter Spiegel ausgebildet. Die Spiegeleinheit 403 lenkt die vom Ablenkspiegel 104 abgelenkte elektromagnetische Strahlung 105 so um, dass sie längs der optischen Achse der Linse 405 auf das Feld 404 fällt. Mittels der Spiegeleinheit 403 kann ebenfalls empfangene elektromagnetische Strahlung 106 auf den Ablenkspiegel 104 umgelenkt werden.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 102008055159 A1 [0003]