DE102020216026A1

DE102020216026A1 - Sendeeinheit für einen LIDAR-Sensor, LIDAR-Sensor und ein Verfahren zur Aussendung von Primärlicht in ein Sichtfeld mittels eines LIDAR-Sensors

Info

Publication number: DE102020216026A1
Application number: DE102020216026.0A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jochen Schwarz; Alf Neustadt; Mirko Hattass; Annette Frederiksen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2022-06-23
Also published as: CN114636990A

Abstract

Sendeeinheit (300-A bis 300-E) für einen LIDAR-Sensor (700) zur Aussendung von Primärlicht (302) in ein Sichtfeld (306) des LIDAR-Sensors (700) aufweisend wenigstens eine Emittereinheit (301), welche dazu ausgebildet ist, Primärlicht (302) in Form eines Ausleuchtungsmusters (507) auszusenden, wobei das Ausleuchtungsmuster (507) wenigstens eine erste (311, 501) und eine zweite Ausdehnung (401, 502) aufweist, welche orthogonal zueinander ausgerichtet sind, und wobei die erste Ausdehnung (311, 501) größer oder kleiner ist als die zweite Ausdehnung (401, 502), und wobei das ausgesendete Ausleuchtungsmuster (507) entlang eines Orientierungsvektors (508) ausgerichtet ist, der parallel zur ersten Ausdehnung (311, 501) ist; und wenigstens einen ersten Umlenkspiegel (303) und wenigstens einen beweglichen Spiegel (304); wobei der erste Umlenkspiegel (303) dazu ausgebildet ist, das Primärlicht (302) auf den beweglichen Spiegel (304) umzulenken; wobei der bewegliche Spiegel (304) dazu ausgebildet ist, das Primärlicht (302) im Sichtfeld (306) entlang einer ersten Richtung (403) und entlang einer zweiten Richtung (314), welche senkrecht zur ersten Richtung orientiert ist, abzutasten; und wobei der erste Umlenkspiegel (303) derart in einem Strahlengang des Primärlichts (302) angeordnet ist, dass das von der Emittereinheit (301) ausgesendete Primärlicht (302) unter einem ersten Einfallswinkel (312) zu einer Flächennormale (317) des ersten Umlenkspiegels (303) von weniger als ± 12°, bevorzugt weniger als ± 9°, besonders bevorzugt weniger als ± 7° einfällt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sendeeinheit für einen LIDAR-Sensor, einen LIDAR-Sensor und ein Verfahren zur Aussendung von Primärlicht in ein Sichtfeld mittels eines LIDAR-Sensors gemäß der unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
Die DE 10 2017 123 878 A1 offenbart eine Sendeeinrichtung enthaltend bevorzugt wenigstens zwei Laserdioden und einen um seinen Mittelpunkt auslenkbaren Scanspiegel, der innerhalb eines Gehäuses mit einem transparenten Abdeckelement angeordnet ist. Das Abdeckelement ist wenigstens in einem Auskoppelbereich durch einen Ausschnitt einer monozentrischen Halbkugelschale mit einem Krümmungsmittelpunkt gebildet, die so den Scanspiegel überdeckt und angeordnet ist, dass der Krümmungsmittelpunkt und der Mittelpunkt des Scanspiegels zusammenfallen und wird in einem Einkoppelbereich durch einen optischen Block gebildet, mit einer torodialen Eintrittsfläche, wenigstens einer torodialen Austrittsfläche und wenigstens einer dazwischen angeordneten ersten Spiegelfläche zur Umlenkung und Vorkollimation der Laserstrahlen.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung geht aus von einer Sendeeinheit für einen LIDAR-Sensor zur Aussendung von Primärlicht in ein Sichtfeld des LIDAR-Sensors. Die Sendeeinheit weist wenigstens eine Emittereinheit auf, welche dazu ausgebildet ist, Primärlicht in Form eines Ausleuchtungsmuster auszusenden, wobei das Ausleuchtungsmuster wenigstens eine erste und eine zweite Ausdehnung aufweist, welche orthogonal zueinander ausgerichtet sind, und wobei die erste Ausdehnung größer oder kleiner als die zweite Ausdehnung ist, und wobei das ausgesendete Ausleuchtungsmuster entlang eines Orientierungsvektors ausgerichtet ist, der parallel zur ersten Ausdehnung ist. Die Sendeeinheit weist weiterhin wenigstens einen ersten Umlenkspiegel und wenigstens einen beweglichen Spiegel auf. Der erste Umlenkspiegel ist dazu ausgebildet, das Primärlicht auf den beweglichen Spiegel umzulenken. Der bewegliche Spiegel ist dazu ausgebildet, das Primärlicht im Sichtfeld entlang einer ersten Richtung und entlang einer zweiten Richtung, welche senkrecht zur ersten Richtung orientiert ist, abzutasten. Der erste Umlenkspiegel ist derart in einem Strahlengang des Primärlichts angeordnet, dass das von der Emittereinheit ausgesendete Primärlicht unter einem ersten Einfallswinkel zu einer Flächennormalen des ersten Umlenkspiegels von weniger als ± 12°, bevorzugt weniger als ± 9°, besonders bevorzugt weniger als ± 7° einfällt.
Der erste Einfallswinkel zu der Flächennormalen des ersten Umlenkspiegels ist hierbei insbesondere als vertikaler Einfallswinkel aufzufassen. Das Primärlicht kann gleichzeitig unter einem zweiten Einfallswinkel zu der Flächennormalen des ersten Spiegels auf den Umlenkspiegel einfallen. Der zweite Einfallswinkel ist hierbei insbesondere als horizontaler Einfallswinkel aufzufassen. Der zweite Einfallswinkel kann beispielsweise bis zu ± 20° betragen.
Die erste Richtung ist bevorzugt senkrecht zum Orientierungsvektor des Ausleuchtungsmusters orientiert. Die zweite Richtung ist bevorzugt parallel zum Orientierungsvektor des Ausleuchtungsmusters orientiert. Der Orientierungsvektor des Ausleuchtungsmusters ist bevorzugt senkrecht zur ersten Richtung und parallel zur zweiten Richtung orientiert.
Die Emittereinheit kann wenigstens einen Laser aufweisen. Der wenigstens eine Laser kann als DFB-Laser (DFB: engl. für Distributed feedback, DFB), als DBR-Laser (DBR: engl. für Distributed Bragg Reflector), als Kanten- oder Oberflächenemitter oder als Festkörperlaser ausgebildet sein. Ein Laser der Emittereinheit kann temperaturstabilisiert ausgebildet sein. Die Emittereinheit kann einen einzigen Laser mit hoher Divergenz entlang der ersten Richtung aufweisen. Die Emittereinheit kann einen einzigen Laser mit hoher Divergenz entlang der zweiten Richtung aufweisen. Die Emittereinheit kann eine Mehrzahl Laser aufweisen, die dazu ausgebildet sind, das Ausleuchtungsmuster zu erzeugen. Hierfür kann die Mehrzahl Laser beispielsweise in einer Spalte oder in einer Zeile angeordnet sein. Die Sendeeinheit kann weitere optische Elemente, wie zum Beispiel optische Linsen, Spiegel, Strahlteiler oder ähnliches aufweisen. Das Ausleuchtungsmuster kann auch mittels eines solchen optischen Elements ausgebildet werden. In einem optischen Pfad der Sendeeinheit kann relativ bald nach Austritt aus dem LIDAR-Sensor (unmittelbar oder nach wenigen Zentimetern) eine zusammenhängende, über den Abstand zum LIDAR-Sensor zunehmend homogenere Beleuchtung des Sichtfeldes mit dem Ausleuchtungsmuster entstehen. Die Emittereinheit ist insbesondere dazu ausgebildet, das Primärlicht gepulst auszusenden. Die Emittereinheit ist insbesondere dazu ausgebildet, das Ausleuchtungsmuster gepulst auszusenden. Das Ausleuchtungsmuster ist insbesondere als eine Linie, ein Rechteck oder ein Muster, zum Beispiel ein Karomuster, ausgebildet.
Der erste Umlenkspiegel ist insbesondere unbeweglich ausgebildet. Der erste Umlenkspiegel kann auch als Faltspiegel bezeichnet werden. Alternativ zum ersten Umlenkspiegel könnte die Sendeeinheit auch ein anderes erstes Umlenkelement aufweisen. Ein solches erstes Umlenkelement könnte zum Beispiel ein Prisma oder ein diffraktives optisches Element mit einer Umlenkfunktion sein. Der bewegliche Spiegel kann mittels einer elektrischen, einer elektromagnetischen und/oder mittels einer piezo-elektrischen Antriebseinheit bewegt werden. Der bewegliche Spiegel kann als mikromechanischer Spiegel ausgebildet sein. Der bewegliche Spiegel kann Abmessungen von wenigen bis mehreren 100 µm aufweisen. Der bewegliche Spiegel kann Abmessungen im mm-Bereich aufweisen. Durch ein Bewegen des beweglichen Spiegels in seinen zwei Achsen kann das Sichtfeld des LIDAR-Sensors abgetastet werden.
Die erste Richtung, entlang derer das Primärlicht im Sichtfeld abgetastet wird, ist insbesondere vertikal im Sichtfeld angeordnet. Die zweite Richtung entlang derer das Primärlicht im Sichtfeld abgetastet wird ist insbesondere horizontal im Sichtfeld angeordnet. Alternativ ist es auch möglich, dass die erste Richtung horizontal und die zweite Richtung vertikal im Sichtfeld angeordnet sind.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mittels des ersten Umlenkspiegels die Baugröße der Sendeeinheit geringgehalten werden kann. Mittels des ersten Umlenkspiegels kann entsprechend auch die Baugröße des LIDAR-Sensors geringgehalten werden. Dadurch, dass das von der Emittereinheit ausgesendete Primärlicht unter einem Einfallswinkel zu einer Flächennormalen des ersten Umlenkspiegels von weniger als ± 12° einfällt, kann ermöglicht werden, dass sich der Orientierungsvektor durch die Reflexion am ersten Umlenkspiegel nur um einen Winkel von nahe 0° oder nahe 90° dreht. Andere Winkeldrehungen, insbesondere solche, die deutlich verschieden von 0° oder 90° sind, können vermieden werden. Der Orientierungsvektor des Ausleuchtungsmusters kann hierdurch beim Austritt aus dem LIDAR-Sensor senkrecht zur ersten Richtung und parallel zur zweiten Richtung orientiert sein. Der Orientierungsvektor des Ausleuchtungsmusters kann beim Austritt aus dem LIDAR-Sensor nahezu senkrecht zur ersten Richtung und nahezu parallel zur zweiten Richtung orientiert sein. Es kann vermieden werden, dass eine Verdrehung der Orientierung des Orientierungsvektors auftritt. Insbesondere bei einem größeren Sichtfeld kann dies zu einer homogeneren Abtastung des Sichtfeldes führen. Vor allem Bereiche des Sichtfeldes des LIDAR-Sensors, die weiter weg vom LIDAR-Sensor sind (zum Beispiel in einer Entfernung von 100 m), können homogen abgetastet werden. Hierdurch kann beim Abtasten des Sichtfeldes eine nahezu lückenlose Beleuchtung erreicht werden. Unbeleuchtete Bereiche im Sichtfeld können vermieden werden. Hierdurch kann das Risiko, dass kleine Objekte im Sichtfeld nicht erfasst werden, wesentlich verringert werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der bewegliche Spiegel derart im Strahlengang des Primärlichts angeordnet ist, dass das vom ersten Umlenkspiegel umgelenkte Primärlicht unter einem ersten Einfallswinkel zu einer Flächennormalen des beweglichen Spiegels von weniger als ± 12° einfällt. Der erste Einfallswinkel zu der Flächennormalen des beweglichen Spiegels ist hierbei insbesondere als vertikaler Einfallswinkel aufzufassen. Das Primärlicht kann gleichzeitig unter einem zweiten Einfallswinkel zu der Flächennormalen des beweglichen Spiegels auf den beweglichen Spiegel einfallen. Der zweite Einfallswinkel ist hierbei insbesondere als horizontaler Einfallswinkel aufzufassen. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass auch hierdurch eine Winkeldrehung des Orientierungsvektors des Ausleuchtungsmusters, die deutlich verschieden von 0° oder 90° ist, vermieden werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Ausdehnung größer als 7 mm ist und dass die zweite Ausdehnung größer als 7 mm ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die Ausdehnung des Ausleuchtungsmusters damit größer als eine Augenpupille ist. Es ist möglich mittels der Sendeeinheit Primärlicht mit höherer Enrgie und somit höherer Reichweite auszusenden und dabei trotzdem Anforderungen an die Augensicherheit einzuhalten. Die Größe der Ausdehnung steht hierbei auch nicht einer kleinen Baugröße eines LIDAR-Sensors entgegen, der eine solche Sendeeinheit aufweist. Vielmehr ist es mit der vorliegenden Sendeeinheit möglich, eine Baugröße des LIDAR-Sensors von weniger als 20 cm Kantenlänge zu realisieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der bewegliche Spiegel dazu ausgebildet ist, das Primärlicht im Sichtfeld entlang der ersten Richtung um mehr als ± 3° abzutasten. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass ein möglichst großes Sichtfeld abgetastet werden kann. Auch hierdurch kann eine homogene Ausleuchtung des Sichtfeldes realisiert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sendeeinheit eine erste und wenigstens eine zweite Emittereinheit aufweist. Die erste Emittereinheit kann dazu ausgebildet sein, Primärlicht in Form eines ersten Ausleuchtungsmusters auszusenden. Die zweite Emittereinheit kann dazu ausgebildet sein, Primärlicht in Form eines zweiten Ausleuchtungsmusters auszusenden. Das erste Ausleuchtungsmuster und das zweite Ausleuchtungsmuster können hinsichtlich ihrer Ausdehnungen und ihrer Orientierung im Raum ähnlich oder nahezu identisch sein. Die erste Emittereinheit kann hierbei dazu ausgebildet sein, einen ersten Ausschnitt des Sichtfeldes abzutasten. Die zweite Emittereinheit kann dazu ausgebildet sein, einen zweiten Ausschnitt des Sichtfeldes abzutasten. Es kann der erste Ausschnitt des Sichtfeldes direkt an den zweiten Ausschnitt des Sichtfeldes angrenzen. Es können der erste Ausschnitt des Sichtfeldes und der zweite Ausschnitt des Sichtfeldes wenigstens teilweise überlappen. Das von der ersten Emittereinheit ausgesendete Ausleuchtungsmuster kann an das von der zweiten Emittereinheit ausgesendete Ausleuchtungsmuster angrenzen oder mit diesem überlappen. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass ein größeres Sichtfeld abgetastet werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Umlenkspiegel dazu ausgebildet ist, das von der ersten und das von der wenigstens einen zweiten Emittereinheit ausgesendete Primärlicht auf den beweglichen Spiegel umzulenken. Sowohl Primärlicht, welches von der ersten Emittereinheit ausgesendet wird, als auch Primärlicht welches von der wenigstens einen zweiten Emittereinheit ausgesendet wird, kann somit über einen ersten Spiegel umgelenkt werden. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die Baugröße der Sendeeinheit und somit auch die Baugröße des LIDAR-Sensors geringgehalten werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sendeeinheit weiterhin wenigstens einen zweiten ersten Umlenkspiegel aufweist, wobei der eine erste Umlenkspiegel dazu ausgebildet ist, das von der ersten Emittereinheit ausgesendete Primärlicht auf den beweglichen Spiegel umzulenken; und wobei der wenigstens eine zweite erste Umlenkspiegel dazu ausgebildet ist, das von der wenigstens einen zweiten Emittereinheit ausgesendete Primärlicht auf den beweglichen Spiegel umzulenken. Der wenigstens eine zweite erste Umlenkspiegel kann unbeweglich ausgebildet sein. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die Anordnung der ersten Emittereinheit und der zweiten Emittereinheit, sowie weiterer optischer Elemente der Sendeeinheit flexibler gestaltet werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sendeeinheit wenigstens einen zweiten Umlenkspiegel aufweist, wobei der zweite Umlenkspiegel dazu ausgebildet ist, das von der Emittereinheit ausgesendete Primärlicht unter Drehung des Orientierungsvektors um einen ersten Winkel auf den ersten Umlenkspiegel umzulenken, und wobei der erste Umlenkspiegel weiterhin dazu ausgebildet ist, das Primärlicht unter Drehung des Orientierungsvektors um einen zweiten Winkel auf den beweglichen Spiegel umzulenken; und wobei der erste und der zweite Winkel jeweils von 0° und von 90° verschieden sind. Der zweite Umlenkspiegel kann unbeweglich ausgebildet sein. Alternativ zum zweiten Umlenkspiegel könnte die Sendeeinheit auch ein anderes zweites Umlenkelement aufweisen. Ein solches zweites Umlenkelement könnte zum Beispiel ein Prisma oder ein diffraktives optisches Element mit einer Umlenkfunktion sein. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass hierdurch noch besser erreicht werden kann, dass der Orientierungsvektor des wenigstens einen Ausleuchtungsmusters beim Austritt aus dem LIDAR-Sensor senkrecht zur ersten Richtung und parallel zur zweiten Richtung orientiert ist. Eine Winkeldrehung des Orientierungsvektors um einen Winkel deutlich verschieden von 0° oder 90° kann noch effektiver vermieden werden. Beispielsweise kann einer der Umlenkspiegel dazu ausgebildet sein, eine an dem anderen Umlenkspiegel auftretende, von 0° oder 90° verschiedene Winkeldrehung zu kompensieren. Beispielsweise kann der erste Umlenkspiegel dazu ausgebildet sein, eine an dem zweiten Umlenkspiegel auftretende, von 0° oder 90° verschiedene Winkeldrehung zu kompensieren. Beispielsweise kann der zweite Umlenkspiegel dazu ausgebildet sein, eine an den ersten Umlenkspiegel auftretende, von 0° oder 90° verschiedene Winkeldrehung zu kompensieren. Besonders bevorzugt kann einer der Umlenkspiegel dazu ausgebildet sein, eine an dem anderen Umlenkspiegel auftretende, von 0° oder 90° verschiedene Winkeldrehung aufzuheben.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Sendeeinheit wenigstens einen dritten Umlenkspiegel auf, wobei der dritte Umlenkspiegel derart in einem optischen Strahlengang der Sendeeinheit zwischen dem zweiten und dem ersten Umlenkspiegel angeordnet ist, dass das von zweiten Umlenkspiegel umgelenkte Primärlicht auf den dritten Umlenkspiegel trifft und wobei der dritte Umlenkspiegel dazu ausgebildet ist, das Primärlicht unter Drehung des Orientierungsvektors um einen dritten Winkel auf den ersten Umlenkspiegel umzulenken, und wobei der dritte Winkel von 0° und von 90° verschieden ist. Alternativ zum dritten Umlenkspiegel könnte die Sendeeinheit auch ein anderes drittes Umlenkelement aufweisen. Ein solches drittes Umlenkelement könnte zum Beispiel ein Prisma oder ein diffraktives optisches Element mit einer Umlenkfunktion sein. Der dritte Umlenkspiegel kann unbeweglich ausgebildet sein. Hierdurch ist es möglich, dass eine Kompensation einer von 0° oder 90° verschiedenen Winkeldrehung, mittels mehr als zweier Umlenkspiegel realisiert wird. Hierdurch wird vorteilhafter Weise eine größere Flexibilität beim Aufbau der Sendeeinheit erreicht.
Die Erfindung geht weiterhin aus von einem LIDAR-Sensor zur optischen Erfassung eines Sichtfeldes aufweisend eine Sendeeinheit, wie sie oben beschrieben wurde, und wenigstens eine Detektoreinheit zum Detektieren von im Sichtfeld von einem Objekt reflektierten und/oder gestreuten Sekundärlicht.
Die Detektoreinheit kann als Einzelphotonendetektoreinheit ausgebildet sein. Eine Einzelphotonendetektoreinheit kann wenigstens einen Einzelphotonendetektor aufweisen. Der wenigstens eine Einzelphotonendetektor kann beispielsweise als SPAD (engl. für Single Photon Avalanche Diode) oder als SiPM (engl. für Silicon photon multiplier) ausgebildet sein. Eine SiPM-Detektoreinheit weist im Besonderen eine Vielzahl von SPADs in spezieller Schaltung auf. Die Einzelphotonendetektoreinheit ist zur Einzelphotonenzählung ausgebildet. Die Einzelphotonendetektoreinheit kann mehrere Einzelphotonendetektorzellen aufweisen. Die Einzelphotonendetektoreinheit kann beispielsweise als eine eindimensionale Anordnung mehrerer Einzelphotonendetektorzellen ausgebildet sein. Die Einzelphotonendetektoreinheit kann in BSI-Technik (BSI: engl. für backside illumination) aufgebaut sein. Hierfür können einzelne Einzelphotonendetektorzellen an nur äußerst kleinen Chipflächen, quasi lückenlos, angeordnet sein. Insbesondere ist die Detektoreinheit dazu ausgebildet, ein Erfassungsmuster zu erfassen, welches dem Ausleuchtungsmuster gleicht. Die Detektoreinheit empfängt hierbei insbesondere Sekundärlicht aus einem vorgegebenen Ausschnitt des Sichtfeldes, in welchen zuvor das Primärlicht mittels der Emittereinheit ausgesandt wurde. Die Aussendung des Primärlichts und das Empfangen des Sekundärlicht erfolgt dabei vorzugsweise gleichzeitig über den vorgegebenen Ausschnitt des Sichtfeldes.
Der optische Pfad der Sendeeinheit und der optische Pfad der Detektoreinheit können biaxial, koaxial oder teilweise koaxial zueinander verlaufen.
Der LIDAR-Sensor weist weiterhin insbesondere wenigstens eine Auswerteeinheit auf. Die wenigstens eine Auswerteeinheit kann dafür ausgebildet sein, eine Lichtlaufzeit des ausgesandten Primärlichts und des wieder empfangenen Sekundärlichts zu bestimmen. Der Abstand zwischen dem LIDAR-Sensor und einem Objekt im Sichtfeld kann beispielsweise auf der Basis einer Signallaufzeit (Time of Flight, TOF) bestimmt werden. Zu den Lichtlaufzeitverfahren zählen Pulsverfahren, die den Empfangszeitpunkt eines reflektierten Laserpulses bestimmen, oder Phasenverfahren, die ein amplitudenmoduliertes Lichtsignal aussenden und den Phasenversatz zu dem empfangenen Lichtsignal bestimmen. Eine zeitkorrelierte Einzelphotonenzählung (engl.: time-correlated single photon counting, TCSPC) kann für ein ToF-System realisierbar sein.
Die Erfindung geht weiterhin aus von einem Verfahren zur Aussendung von Primärlicht in ein Sichtfeld eines LIDAR-Sensors. Das Verfahren weist den Schritt des Aussendens von Primärlicht in Form eines Ausleuchtungsmusters mittels einer Emittereinheit auf, wobei das Ausleuchtungsmuster wenigstens eine erste und eine zweite Ausdehnung aufweist, welche orthogonal zueinander ausgerichtet sind, und wobei die erste Ausdehnung größer oder kleiner ist als die zweite Ausdehnung, und wobei das ausgesendete Ausleuchtungsmuster entlang eines Orientierungsvektors ausgerichtet ist, der parallel zur ersten Ausdehnung ist. In einem weiteren Schritt kommt es zum Einfallen des von der Emittereinheit ausgesendeten Primärlichts auf einen ersten Umlenkspiegel unter einem ersten Einfallswinkel zu einer Flächennormalen des ersten Umlenkspiegels von weniger als ± 12°, bevorzugt weniger als ± 9°, besonders bevorzugt weniger als ± 7°. In einem weiteren Schritt kommt es zum Umlenken des Primärlichts mittels des ersten Umlenkspiegels auf einen beweglichen Spiegel. In einem weiteren Schritt kommt es zum Abtasten des Primärlichts im Sichtfeld entlang einer ersten Richtung und entlang einer zweiten Richtung, welche senkrecht zur ersten Richtung orientiert ist, mittels des beweglichen Spiegels.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Figurenliste
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente. Es zeigen:

1: Beispiel eine Sendeeinheit mit auftretender Drehung eines Orientierungsvektors eines Ausleuchtungsmusters;
2: A: ideale Beleuchtung des Sichtfeldes eines LIDAR-Sensors und B: reale Beleuchtung des Sichtfeldes eines LIDAR Sensors;
3: A: Ausführungsbeispiel einer Sendeeinheit mit vorteilhafter Anordnung eines ersten Umlenkspiegels in der Übersicht, B: Details;
4: weiteres Ausführungsbeispiel einer Sendeeinheit mit vorteilhafter Anordnung eines ersten Umlenkspiegels;
5: A: Ausleuchtungsmuster einer ersten Emittereinheit und B: Ausleuchtungsmuster einer zweiten Emittereinheit;
6: weiteres Ausführungsbeispiel einer Sendeeinheit mit vorteilhafter Anordnung eines ersten Umlenkspiegels;
7: Ausführungsbeispiel eines LIDAR-Sensors mit einer Sendeeinheit mit vorteilhafter Anordnung eines ersten Umlenkspiegels;
8: weiteres Ausführungsbeispiel einer Sendeeinheit mit vorteilhafter Anordnung eines ersten Umlenkspiegels;
9: weiteres Ausführungsbeispiel einer Sendeeinheit mit vorteilhafter Anordnung eines ersten Umlenkspiegels;
10: Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Aussendung von Primärlicht in ein Sichtfeld; und
11: mögliche Orientierungsvektoren eines Ausleuchtungsmusters.

1 zeigt beispielhaft die Sendeeinheit 100 für einen LIDAR-Sensor zur Aussendung von Primärlicht 102 in ein Sichtfeld 106. Die Sendeeinheit 100 weist die erste Emittereinheit 101-1 und die zweite Emittereinheit 101-2, den Umlenkspiegel 103 und den beweglichen Spiegel 104 auf. Die erste Emittereinheit 101-1 und die zweite Emittereinheit 101-2 sind dazu ausgebildet, Primärlicht 102-1 in Form eines ersten Ausleuchtungsmusters 107-1 und Primärlicht 102-2 in Form eines zweiten Ausleuchtungsmuster 107-2 auszusenden. Die Ausleuchtungsmuster 107-1 und 107-2 sind im hier gezeigten Beispiel jeweils in Form einer Linie ausgebildet, welche entlang des Orientierungsvektors 108-1 bzw. des Orientierungsvektors 108-2 ausgerichtet sind. Das von den Emittereinheiten 101-1 und 101-2 ausgesendete Primärlicht 102-1 und 102-2 trifft hierbei auf den Umlenkspiegel 103, welcher dazu ausgebildet ist, das Primärlicht 102-1 und 102-2 auf den beweglichen Spiegel 104 umzulenken. Der bewegliche Spiegel 104 ist dazu ausgebildet, das Primärlicht 102-1 und 102-2 im Sichtfeld 106 entlang einer ersten Richtung x und entlang einer zweiten Richtung y, welche senkrecht zur ersten Richtung x orientiert ist, abzutasten. Der bewegliche Spiegel 104 kann durch ein Bewegen in seinen zwei Achsen 105-1 und 105-2 das Sichtfeld 106 abtasten. Der bewegliche Spiegel 104 ist hierbei derart ausgebildet, dass er das Primärlicht 102-1 derart umlenken kann, dass ein erster Ausschnitt 106-1 des Sichtfeldes 106 mit dem Primärlicht 102-1 abgetastet wird; und dass er das Primärlicht 102-2 derart umlenken kann, dass ein zweiter Abschnitt 106-2 des Sichtfeldes 106 mit dem Primärlicht 102-2 abgetastet wird. In 1 ist erkennbar, dass die Orientierungsvektoren 108-1 und 108-2 nicht mehr senkrecht und auch nicht mehr parallel zur ersten Richtung x bzw. zur zweiten Richtung y orientiert sind. Dies führt zu einer Problematik die in 2 deutlich wird.
2A zeigt eine ideale Beleuchtung 200-A eines mittels einer Sendeeinheit eines LIDAR-Sensors ausgeleuchteten Sichtfeldes. Eine derartige, lückenlose Beleuchtung 200-A kann erreicht werden, wenn die Orientierungsvektoren 108-1 und 108-2 in 1 parallel oder senkrecht zur ersten Richtung x bzw. zur zweiten Richtung y orientiert wären. Die Linien 201-A verdeutlichen hierbei das Abtasten parallel zur x-Achse während zum Beispiel einer Bewegung des beweglichen Spiegels 104 in 1 in seiner Achse 105-2 entlang einer Hin-Richtung und die Linien 201-B das Abtasten parallel zur x-Achse während einer Bewegung des beweglichen Spiegels 104 in seiner Achse 105-2 entlang einer Rück-Richtung. Nach dem Abtasten einer Linie 201-A entlang der Hin-Richtung wird der bewegliche Spiegel 104 in seiner Achse 105-1 derart bewegt, dass eine Linie 202-A in Bezug auf die vorher abgetastete Linien 201-A entlang der y-Achse verschoben ist. Nach dem Abtasten einer Linie 201-B entlang der Rück-Richtung wird der bewegliche Spiegel 104 in seiner Achse 105-1 derart bewegt, dass eine Linie 201-A in Bezug auf die vorher abgetastete Linie 202-A entlang der y-Achse verschoben ist. Auf diese Weise kann mittels der Bewegung des beweglichen Spiegels 104 das gesamte Sichtfeld 106 abgetastet werden. Das Sichtfeld 106 kann rasterförmig abgetastet werden. Alternativ kann 2A auch so verstanden werden, dass sowohl die Linien 201-A als auch die Linien 202-A das Abtasten parallel zur x-Achse während zum Beispiel einer Bewegung des beweglichen Spiegels 104 in 1 in seiner Achse 105-2 entlang einer Hin-Richtung verdeutlichen. Bei der Bewegung entlang der Rück-Richtung wird in diesem Fall kein Primärlicht ausgesendet. Der bewegliche Spiegel 104 könnte sich bei dieser Alternative zum Beispiel sägezahnartig bewegen.
2B zeigt hingegen eine reale Beleuchtung 200-B eines mittels einer Sendeeinheit 100 eines LIDAR-Sensors ausgeleuchteten Sichtfeldes 106, wie sie in 1 dargestellt ist. Durch die Anordnung der Emittereinheiten 101-1 und 101-2, des Umlenkspiegels 103 und des beweglichen Spiegels 104 und der dadurch bedingten Verkippung der Orientierungsvektoren 108-1 und 108-2 kann eine lückenlose Beleuchtung nicht mehr gewährleistet werden. Dadurch, dass die Orientierungsvektoren 108-1 und 108-2 am Umlenkspiegel um einen Winkel, der deutlich verschieden von 0° oder 90° ist, gedreht werden, kommt es zu unbeleuchteten Bereichen im Sichtfeld 106. Insbesondere bei großen Sichtfeldern kann diese Problematik verstärkt auftreten. Dadurch besteht das Risiko, dass kleine Objekte 203 im Sichtfeld 106 übersehen werden.
3A zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Sendeeinheit 300-A zur Aussendung von Primärlicht 302-1 in ein Sichtfeld 306, die derart ausgestaltet ist, dass dieses Problem verhindert werden kann. Die Sendeeinheit 300-A weist die Emittereinheit 301-1 auf, welche dazu ausgebildet ist, das Primärlicht 302-1 in Form eines Ausleuchtungsmusters auszusenden. Hierbei weist das Ausleuchtungsmuster eine erste Ausdehnung 311 und eine hier nicht gezeigte zweite Ausdehnung auf, welche orthogonal zueinander ausgerichtet sind. Hierbei kann die erste Ausdehnung 311 größer oder kleiner als die zweite Ausdehnung sein. Das ausgesendete Ausleuchtungsmuster ist weiterhin entlang eines Orientierungsvektors ausgerichtet ist (siehe Beschreibung zu 5), der parallel zur ersten Ausdehnung ist. Die Sendeeinheit 300-A weist weiterhin den ersten Umlenkspiegel 303-1 und den beweglichen Spiegel 304 auf. Der erste Umlenkspiegel 303-1 ist dazu ausgebildet, das Primärlicht 302-1 auf den beweglichen Spiegel 304 umzulenken. Der bewegliche Spiegel 304 ist dazu ausgebildet, das Primärlicht 302-1 im Sichtfeld 106 entlang einer, hier nicht eingezeichneten, ersten Richtung und entlang einer zweiten Richtung 314, welche senkrecht zur ersten Richtung orientiert ist, abzutasten. Die gestrichelte Linie 310 markiert in diesem Beispiel eine zentrale optische Achse eines Ausgangsstrahls des Primärlichts 102-1 aus der Sendeeinheit 300-A. Der bewegliche Spiegel 304 kann ausgebildet sein, das Primärlicht 302-1 im Sichtfeld 306 entlang der ersten Richtung um einen Winkel von mehr als ± 3° abzutasten. Der bewegliche Spiegel 304 kann ausgebildet sein, das Primärlicht 302-1 im Sichtfeld 306 entlang der zweiten Richtung 314 um einen Winkel 313 von mehr als ± 3° abzutasten.
Die Sendeeinheit 300-A weist außerdem die optischen Elemente 309-1 auf. Die optischen Elemente 309-1 können beispielsweise optische Linsen, Spiegel oder Strahlteiler sein. Das Ausleuchtungsmuster kann zum Beispiel mittels der optischen Elemente 309-1 ausgebildet werden. Die optischen Elemente 309-1 können alternativ oder zusätzlich zur Strahlführung ausgebildet sein.
Der in 3A mit dem Kasten 318 markierte Bereich ist in 3B vergrößert dargestellt. Hier ist ersichtlich, dass der erste Umlenkspiegel 303-1 derart in dem Strahlengang des Primärlichts 302-1 angeordnet ist, dass das von der Emittereinheit 301-1 ausgesendete Primärlicht 302-1 unter einem ersten Einfallswinkel 312 zu einer Flächennormalen 317 des ersten Umlenkspiegel 303 von weniger als ± 7° einfällt. Der erste Einfallswinkel 312 beträgt im hier gezeigten Beispiel 6°. Zur besseren Verdeutlichung wird ein mittlerer Bereich des auf den Umlenkspiegel 303-1 einfallenden Primärlichts 302-1 und des vom Umlenkspiegel 303-1 umgelenkten Primärlichts 302-1 als Pfeile 316 dargestellt. Der erste Einfallswinkel 312 zu der Flächennormalen 317 des Umlenkspiegels 303-1 kann hierbei insbesondere als vertikaler Einfallswinkel aufgefasst werden. Weiterhin ist in 3A erkennbar, dass das vom ersten Umlenkspiegel 303-1 umgelenkte Primärlicht 302-1 unter einem ersten Einfallswinkel 315 zu einer Flächennormalen des beweglichen Spiegels 304 von weniger als ± 12° einfallen kann. Der erste Einfallswinkel 315 zu der Flächennormalen des beweglichen Spiegels 304 kann hierbei als vertikaler Einfallswinkel aufgefasst werden.
Dadurch, dass der Einfallswinkel 312 zu einer Flächennormalen 317 des ersten Umlenkspiegel 303 weniger als ± 7° beträgt, kann ermöglicht werden, dass sich der Orientierungsvektor durch die Reflexion am ersten Umlenkspiegel nur um einen Winkel von 0° oder 90° dreht. Dies ist in 11 beispielhaft dargestellt. 11A zeigt mögliche Orientierungsvektoren eines Ausleuchtungsmusters und auftretende Winkeldrehungen der Orientierungsvektoren bei einer Reflexion an einem Spiegel. Der Spiegel kann ein oben beschriebener Umlenkspiegel oder auch ein oben beschriebener beweglicher Spiegel sein. Der Orientierungsvektor kann parallel zu einer ersten Ebene sein, wie es die Linie 706 schematisch darstellt. Der Orientierungsvektor kann auch senkrecht zu dieser Ebene sein, wie es der Kreis 705 schematisch darstellt. Trifft das Ausleuchtungsmuster nun entlang der Richtung 708-1 auf einen Spiegel 709, so kann es vom Spiegel 709 in die Richtung 708-2 reflektiert werden. Der Orientierungsvektor kann durch die Reflexion am Spiegel 709 um einen Winkel von 0° oder 90° gedreht werden. In diesem Fall ist der Orientierungsvektor nach der Reflexion parallel zu der ersten Ebene, wie es die Linie 711 schematisch darstellt oder senkrecht zu dieser Ebene, wie es der Kreis 710 schematisch darstellt. Wie 11B zeigt, kann die Linie 711, welche parallel zu der ersten Ebene ausgerichtet ist, die gleiche Orientierung aufweisen wie vor der Reflexion oder eben auch um 90° verdreht sein. Dies ist durch die Linien 711-A und 711-B verdeutlicht. War der Orientierungsvektors 706 vor der Reflexion parallel zu der ersten Ebene, so kann er nach der Reflexion auch senkrecht zu der ersten Ebene sein, und umgekehrt. Auch dies entspricht einer Drehung um einen Winkel von 90°. In all diesen Varianten kann ermöglicht werden, dass eine möglichst lückenlose Beleuchtung des Sichtfeldes mittels der Sendeeinheit realisiert. Andere Winkeldrehungen, zum Beispiel solche, die deutlich verschieden von 0° oder 90° sind, wie es beispielhaft die Linie 707 in 11B darstellt, und durch die es zu unbeleuchteten Bereichen im Sichtfeld kommen würde, können vermieden werden.
Das Ausführungsbeispiel aus 3 kann als eine Sendeeinheit mit nur einer Emittereinheit 301-1 verstanden werden. Alternativ kann das Ausführungsbeispiel aus 3 auch als Seitenansicht einer Sendeeinheit mit wenigstens zwei Emittereinheiten (301-1 und 301-2), wie sie beispielsweise in 4 dargestellt ist, aufgefasst werden.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Sendeeinheit 300-B. Der Aufbau der Sendeeinheit 300-B weist hierbei Ähnlichkeiten zur Sendeeinheit 300-A aus 3 auf, so das im Folgenden vor allem auf die Unterschiede eingegangen wird. Zusätzlich zur oben bereits beschriebenen Emittereinheit 301-1, den optischen Elementen 309-1, dem im ersten Umlenkspiegel 303-1 und dem beweglichen Spiegel 304 weist die Sendeeinheit 300-B die zweite Emittereinheit 301-2 auf, welche dazu ausgebildet ist das Primärlicht 302-2 in Form eines Ausleuchtungsmusters auszusenden. Auch dieses Ausleuchtungsmuster weist wenigstens eine erste Ausdehnung und eine zweite Ausdehnung 401 auf, welche orthogonal zueinander ausgerichtet sind. Auch hier ist die erste Ausdehnung größer oder kleiner als die zweite Ausdehnung. Auch das von der Sendeeinheit 301-2 ausgesendete Ausleuchtungsmuster ist entlang eines Orientierungsvektors ausgerichtet, der parallel zur ersten Ausdehnung ist. Die Sendeeinheit 300-B weist nun einen zweiten ersten Umlenkspiegel 303-2 auf. Der zweite erste Umlenkspiegel 303-2 ist dazu ausgebildet, das von der zweiten Emittereinheit 301-2 ausgesendete Primärlicht 302-2 auf den beweglichen Spiegel 304 umzulenken. Auch der zweite erste Umlenkspiegel 303-2 ist derart in einem Strahlengang des Primärlichts 302-2 angeordnet, dass das von der Emittereinheit 301-2 ausgesendete Primärlicht 302-2 unter einem ersten Einfallswinkel zu einer Flächennormalen des zweiten ersten Umlenkspiegels 303-2 von weniger als ± 12° einfällt. Der bewegliche Spiegel 304 ist dazu ausgebildet, das Primärlicht 302-2 im Sichtfeld 306 entlang einer ersten Richtung 403 und entlang einer zweiten Richtung, welche senkrecht zur ersten Richtung orientiert ist, abzutasten. Somit wird letztlich sowohl das Primärlicht 302-1 als auch das Primärlicht 302-2 vom selben beweglichen Spiegel 304 in das Sichtfeld umgelenkt. Es wird ein erster Ausschnitt 403-1 des Sichtfeldes 306 mittels des Primärlichts 302-1 abgetastet. Es wird ein zweiter Ausschnitt 403-2 des Sichtfeldes 306 mittels des Primärlichts 302-2 abgetastet. Der bewegliche Spiegel 304 kann dabei dazu ausgebildet sein, das Primärlicht 302-1 im Sichtfeld entlang der ersten Richtung 403, insbesondere in dem ersten Ausschnitt 403-1, um einen Winkel von 402-1, der mehr als ± 3° beträgt, abzutasten. Der bewegliche Spiegel 304 kann dabei auch dazu ausgebildet sein, das Primärlicht 302-2 im Sichtfeld entlang der ersten Richtung 403, insbesondere in dem zweiten Ausschnitt 403-2, um einen Winkel 402-2, der mehr als ± 3° beträgt, abzutasten. Die Sendeeinheit 300-B kann außerdem im Strahlengang des Primärlichts 302-2, wie hier beispielhaft gezeigt, die optischen Elemente 309-2 aufweisen.
Die in 4 gezeigte Sendeeinheit 300-B kann auch als Draufsicht einer Sendeeinheit mit den zwei Emittereinheiten 301-1 und 301-2 aufgefasst werden. Die passende Seitenansicht hierzu wäre die in 3 dargestellte Sendeeinheit 300-A. Die in 4 gezeigte Sendeeinheit 300-B kann auch mehr als zwei Emittereinheiten aufweisen. Beispielsweise könnte der Aufbau an der gestrichelten Linien 404 gespiegelt sein. In diesem Fall würde die Sendeeinheit 300-B vier Emittereinheiten, vier erste Umlenkspiegel 303, vier Mal optische Elemente 309, sowie den gemeinsamen beweglichen Spiegel 304 aufweisen.
5 zeigt Ausleuchtungsmuster der beschriebenen Sendeeinheiten 300, wie sie beispielsweise auf einem Bildschirm in 100 m Abstand zu der jeweiligen Sendeeinheit projiziert werden könnten. 5A zeigt hierbei ein Ausleuchtungsmuster 507-1, wie es von einer ersten Emittereinheit 301-1 ausgesendet werden kann. Das Ausleuchtungsmuster 507-1 weist eine erste Ausdehnung 501 und eine zweite Ausdehnung 502 auf, welche orthogonal zueinander ausgerichtet sind. Im hier gezeigten Beispiel ist die erste Ausdehnung 501 größer als die zweite Ausdehnung 502. Die erste Ausdehnung 501 kann hierbei größer als 7 mm sein. Auch die zweite Ausdehnung 502 kann größer als 7 mm sein. Das ausgesendete Ausleuchtungsmuster 507-1 ist entlang des Orientierungsvektors 508-1 ausgerichtet. Der Orientierungsvektor 508-1 ist parallel zur ersten Ausdehnung 501. 5B zeigt ein Ausleuchtungsmuster 507-2 mit einem Orientierungsvektors 508-2, wie es von einer zweiten Emittereinheit 301-2 einer beschriebenen Sendeeinheit 300 ausgesendet werden kann. Der Orientierungsvektors 508-1 ist hierbei parallel zur x-Achse ausgerichtet. Auch der Orientierungsvektors 508-2 ist nahezu parallel zur x-Achse ausgerichtet. Beim Aussenden von Primärlicht 302-1 mittels einer Sendeeinheit 300 hat sich somit der Orientierungsvektors 507-1 bei einer
Reflexion am ersten Umlenkspiegel 303 nur um einen Winkel von 0° oder 90° gedreht. Beim Aussenden von Primärlicht 302-2 mittels einer Sendeeinheit 300 hat sich der Orientierungsvektors 507-2 um einen Winkel gedreht, der nahezu 0° oder 90° beträgt. Hierdurch ist es möglich mittels einer beschriebenen Sendeeinheit 300 eine möglichst lückenlose Beleuchtung eines Sichtfeldes 306 zu realisieren.
6 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiel die Sendeeinheit 300-C, welche ähnlich zur Sendeeinheit 300-A aus 3A ist. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede eingegangen. Die Sendeeinheit 300-C weist neben dem hiermit 303-A gekennzeichneten ersten Umlenkspiegel einen zweiten Umlenkspiegel 303-B auf. Der zweite Umlenkspiegel 303-B ist dabei dazu ausgebildet, das von der Emittereinheit 301-1 ausgesendete Primärlicht 302-1 unter Drehung des Orientierungsvektors um einen ersten Winkel auf den ersten Umlenkspiegel 303-A umzulenken. Der erste Umlenkspiegel 303-A ist dazu ausgebildet, das Primärlicht 102-1 unter Drehung des Orientierungsvektors um einen zweiten Winkel auf den beweglichen Spiegel 304 umzulenken. Hierbei sind der erste und der zweite Winkel jeweils von 0° und von 90° verschieden. Auch bei der hier gezeigten Sendeeinheit 300-C ist der erste Umlenkspiegel 303-A derart im Strahlengang des Primärlichts 302-1 angeordnet, dass das von der Emittereinheit 301-1 ausgesendete Primärlicht 302-1 unter einem ersten Einfallswinkel 312-A zu einer Flächennormalen 317 des ersten Umlenkspiegels 303-A von weniger als ± 12° einfällt. Im hier gezeigten Beispiel beträgt der Winkel 312-A 8°. Das von der Emittereinheit 101-1 ausgesendete Primärlicht 302-1 kann unter einem Einfallswinkel 312-B zu einer Flächennormalen des zweiten Umlenkspiegels 303-B von mehr als ± 12° einfallen. Im hier gezeigten Beispiel beträgt der Winkel 312-B 29°. Der Pfeil 601 kann eine Ausdehnung der Sendeeinheit 300-C darstellen. Beispielsweise ist die Sendeeinheit in dieser Richtung 200 mm groß.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines LIDAR-Sensors 700 mit einer Sendeeinheit 300-D. Die Sendeeinheit 300-D weist im vorliegenden Beispiel vier Emittereinheiten 301 auf. Der Einfachheit halber ist in der 7 nur die Emittereinheit 301-1 gezeigt. Das von der Emittereinheit 301-1 ausgesendete Primärlicht 302-1 passiert den Strahlteiler 309-1-A und die optische Linse 109-1-B, bevor es auf den Spiegel 309-1-C trifft. Der Spiegel 309-1-C lenkt das Primärlicht 302-1 durch eine weitere optische Linse 309-1-B auf einen weiteren Spiegel 309-1-C. Vom weiteren Spiegel 309-1-C wird das Primärlicht 302-1 auf den Spiegel 309-D gelenkt. Der Spiegel 309-D ist dazu ausgebildet, das Primärlicht 302-1 durch die optische Linse 309-1-B hindurch auf den Spiegel 309-1-E umzulenken. Ein Einfallswinkel auf den Spiegeln 309-1-A, 309-1-C. 309-1-D und 309-1-E ist hierbei so gewählt, dass sich der Orientierungsvektor durch die jeweilige Reflexion nur um einen Winkel von nahe 0° oder 90° dreht. Der Spiegel 309-E-1 wiederum ist dazu ausgelegt, das Primärlicht 302-1 derart auf den ersten Umlenkspiegel 303 umzulenken, dass das Primärlicht 302-1 unter einem ersten Einfallswinkel zu einer Flächennormalen des ersten Umlenkspiegel 303 von weniger als ± 12° auf den ersten Umlenkspiegel 303 einfällt. Der erste Umlenkspiegel 303 ist dazu ausgebildet, das Primärlicht 302-1 auf den beweglichen Spiegel 304 umzulenken. Der bewegliche Spiegel wiederum ist dazu ausgebildet, das Primärlicht 102-1 im Sichtfeld 306 entlang einer ersten Richtung und entlang einer zweiten Richtung, welche senkrecht zur ersten Richtung orientiert ist, abzutasten. Hierbei kann das Primärlicht 102-1 eine Frontscheibe 703 des LIDAR Sensors 700 passieren. Die Strahlengänge für das Primärlicht der weiteren, hier nicht gezeigten Emittereinheiten, entspricht dem eben beschriebenen Strahlengang. Hierbei weist die Sendeeinheit 300-D den für sämtliches Primärlicht gemeinsamen Spiegel 309-D und den für sämtliches Primärlicht gemeinsamen ersten Umlenkspiegel 303 auf. Die anderen optischen Elemente, wie zum Beispiel die Spiegel 309-E-2 bis 309-E-4 hingegen sind in jedem Strahlengang separat vorhanden. Der LIDAR-Sensor 700 weist weiterhin die Detektoreinheit 701 zum Detektieren von im Sichtfeld 306 von einem Objekt reflektierten und/oder gestreuten Sekundärlicht auf. Die in 7 gezeigte Detektoreinheit 701 detektiert hierbei Sekundärlicht 704, dessen Strahlengang weitestgehend koaxial zum Primärlicht 302-1 verläuft. Am Strahlteiler 309-1-A wird das Sekundärlicht 704 auf die Detektoreinheit 701 umgelenkt. Der LIDAR-Sensor 700 kann weitere Detektoreinheiten aufweisen. Insbesondere weist der LIDAR-Sensors 700 weitere Detektoreinheiten auf, deren Strahlengang jeweils koaxial zum von den weiteren drei Emittereinheiten ausgesendetem Primärlicht verläuft.
Die in 7 mit den Boxen 702 umrandeten Bauteile des LIDAR-Sensors 700 sind hierbei derart angeordnet, dass sie aus der Papierebene herausragen.
Sämtliche Bauteile, die nicht umrandet sind, sind räumlich gesehen in der Papierebene angeordnet. Diese spezielle Ausgestaltung der Sendeeinheit 300-D bzw. des LIDAR-Sensors 700 bietet geometrische Vorteile. Die Sendeeinheit 300-D bzw. der LIDAR-Sensors 700 können bei dieser Ausgestaltung flacher realisiert werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn der LIDAR-Sensor in einem kleinen Einbauort verwendet werden soll.
8 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiel die Sendeeinheit 300-E. Diese Sendeeinheit ähnelt in weiten Teilen der Sendeeinheit 300-D aus 7. Der Einfachheit halber wird hier der erste Teil des Strahlengangs weggelassen und nur noch der zweite Teil des Strahlengangs ab dem Spiegel 309-D gezeigt. Im Unterschied zur Sendeeinheit 300-D weist die Sendeeinheit 300-E keinen gemeinsamen Spiegel 309-D, sondern jeweils einen einzelnen Spiegel 309-D-1 bis 309-D-4 im jeweiligen Strahlengang des von den vier Emittereinheiten ausgesendetem Primärlicht auf. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass sie auch in der Breite nicht so viel Platz braucht wie die Sendeeinheit 300-D. Ein noch kleinerer LIDAR-Sensor kann realisiert werden.
Auch eine Sendeeinheit mit einem ersten Umlenkspiegel 303-A und mit einem zweiten Umlenkspiegel 303-B kann mehrere Emittereinheiten aufweisen. Dies ist beispielsweise mittels der in 9 gezeigten Sendeeinheit 300-F dargestellt. Die Sendeeinheit 300-F weist die erste Emittereinheit 301-1 zur Aussendung von Primärlicht 302-1 und die zweite Emittereinheit 301-2 zur Aussendung von Primärlicht 302-2 auf. Das ausgesendete Primärlicht 302-1 und 302-2 trifft auf den gemeinsamen Umlenkspiegel 303-B, welcher dazu ausgebildet ist das Primärlicht 302-1 und das Primärlicht 302-2 unter Drehung des Orientierungsvektors um einen ersten Winkel auf den jeweiligen ersten Umlenkspiegel umzulenken. Hierbei wird das Primärlicht 302-1 auf den ersten Umlenkspiegel 303-A-1 umgelenkt. Das Primärlicht 302-2 wird auf den ersten Umlenkspiegel 303-A-2 umgelenkt. Der jeweilige erste Umlenkspiegel 303-A-1 und 303-A-2 ist weiterhin dazu ausgebildet das Primärlicht 302-1 bzw. 302-2 unter Drehung des Orientierungsvektors um einen zweiten Winkel auf den beweglichen Spiegel 304 umzulenken. Der erste und der zweite Winkel sind hierbei von 0° und von 90° verschieden.
10 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 1000 zur Aussendung von Primärlicht in ein Sichtfeld. Das Verfahren startet im Schritt 1001. Im Schritt 1002 kommt es zum Aussenden von Primärlicht in Form eines Ausleuchtungsmusters mittels einer Emittereinheit, wobei das Ausleuchtungsmuster wenigstens eine erste und eine zweite Ausdehnung aufweist, welche orthogonal zueinander ausgerichtet sind. Hierbei ist die erste Ausdehnung größer oder kleiner als die zweite Ausdehnung. Außerdem ist das ausgesendete Ausleuchtungsmuster entlang eines Orientierungsvektors ausgerichtet, der parallel zur ersten Ausdehnung ist. In einem weiteren Schritt 1003 kommt es zum Einfallen des von der Emittereinheit ausgesendeten Primärlichts auf einen ersten Umlenkspiegel unter einem ersten Einfallswinkel zu einer Flächennormalen des ersten Umlenkspiegels von weniger als ± 12°, bevorzugt weniger als ± 9°, besonders bevorzugt weniger als ± 7°. In einem weiteren Schritt 1004 kommt es zum Umlenken des Primärlichts mittels des ersten Umlenkspiegels auf einen beweglichen Spiegel. Im Schritt 1005 kommt es zum Abtasten des Primärlichts im Sichtfeld entlang einer ersten Richtung und entlang einer zweiten Richtung, welche senkrecht zur ersten Richtung orientiert ist, mittels des beweglichen Spiegels. Das Verfahren endet im Schritt 1006.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017123878 A1 [0002]

Claims

Sendeeinheit (300-A bis 300-E) für einen LIDAR-Sensor (700) zur Aussendung von Primärlicht (302) in ein Sichtfeld (306) des LIDAR-Sensors (700) aufweisend: • wenigstens eine Emittereinheit (301), welche dazu ausgebildet ist, Primärlicht (302) in Form eines Ausleuchtungsmusters (507) auszusenden, wobei das Ausleuchtungsmuster (507) wenigstens eine erste (311, 501) und eine zweite Ausdehnung (401, 502) aufweist, welche orthogonal zueinander ausgerichtet sind, und wobei die erste Ausdehnung (311, 501) größer oder kleiner ist als die zweite Ausdehnung (401, 502) ist, und wobei das ausgesendete Ausleuchtungsmuster (507) entlang eines Orientierungsvektors (508) ausgerichtet ist, der parallel zur ersten Ausdehnung (311, 501) ist; und • wenigstens einen ersten Umlenkspiegel (303) und wenigstens einen beweglichen Spiegel (304); wobei • der erste Umlenkspiegel (303) dazu ausgebildet ist, das Primärlicht (302) auf den beweglichen Spiegel (304) umzulenken; wobei • der bewegliche Spiegel (304) dazu ausgebildet ist, das Primärlicht (302) im Sichtfeld (306) entlang einer ersten Richtung (403) und entlang einer zweiten Richtung (314), welche senkrecht zur ersten Richtung orientiert ist, abzutasten; und wobei • der erste Umlenkspiegel (303) derart in einem Strahlengang des Primärlichts (302) angeordnet ist, dass das von der Emittereinheit (301) ausgesendete Primärlicht (302) unter einem ersten Einfallswinkel (312) zu einer Flächennormalen (317) des ersten Umlenkspiegels (303) von weniger als ± 12°, bevorzugt weniger als ± 9°, besonders bevorzugt weniger als ± 7° einfällt.
Sendeeinheit (300-A bis 300-E) nach Anspruch 1, wobei der bewegliche Spiegel (304) derart im Strahlengang des Primärlichts (302) angeordnet ist, dass das vom ersten Umlenkspiegel (303) umgelenkte Primärlicht (302) unter einem ersten Einfallswinkel (315) zu einer Flächennormalen des beweglichen Spiegels (304) von weniger als ± 12° einfällt.
Sendeeinheit (300-A bis 300-E) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste (311, 501) Ausdehnung größer als 7 mm ist und wobei die zweite Ausdehnung (401, 502) größer als 7 mm ist.
Sendeeinheit (300-A bis 300-E) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der bewegliche Spiegel (304) dazu ausgebildet ist, das Primärlicht (302) im Sichtfeld (306) entlang der ersten Richtung (403) um mehr als ± 3° abzutasten.
Sendeeinheit (300-B, 300-D, 300-E) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sendeeinheit (300-B, 300-D, 300-E) eine erste (301-1) und wenigstens eine zweite Emittereinheit (301-2) aufweist.
Sendeeinheit (300-C, 300-D, 300-E) nach Anspruch 5, wobei der erste Umlenkspiegel (303) dazu ausgebildet ist, das von der ersten (301-1) und das von der wenigstens einen zweiten Emittereinheit (301-2) ausgesendete Primärlicht (302-1, 302-2) auf den beweglichen Spiegel (304) umzulenken.
Sendeeinheit (300-B) nach Anspruch 5, weiterhin aufweisend wenigstens einen zweiten ersten Umlenkspiegel (303-2); und wobei der eine erste Umlenkspiegel (303-1) dazu ausgebildet ist, das von der ersten Emittereinheit (301-1) ausgesendete Primärlicht (302-1) auf den beweglichen Spiegel (304) umzulenken; und wobei der wenigstens eine zweite erste Umlenkspiegel (303-2) dazu ausgebildet ist, das von der wenigstens einen zweiten Emittereinheit (301-2) ausgesendete Primärlicht (302-2) auf den beweglichen Spiegel (304) umzulenken.
Sendeeinheit (300-C bis 300-E) nach einem der vorherigen Ansprüche, aufweisend wenigstens einen zweiten Umlenkspiegel (303-B), wobei der zweite Umlenkspiegel (303-B) dazu ausgebildet ist, das von der Emittereinheit (301) ausgesendete Primärlicht (302) unter Drehung des Orientierungsvektors (508) um einen ersten Winkel auf den ersten Umlenkspiegel (303) umzulenken, und wobei der erste Umlenkspiegel (303) weiterhin dazu ausgebildet ist, das Primärlicht (302) unter Drehung des Orientierungsvektors (508) um einen zweiten Winkel auf den beweglichen Spiegel (304) umzulenken; und wobei der erste und der zweite Winkel jeweils von 0° und von 90° verschieden sind.
LIDAR-Sensor (700) zur optischen Erfassung eines Sichtfeldes aufweisend • eine Sendeeinheit (300-A bis 300-E) nach einem der vorherigen Ansprüche; und • wenigstens eine Detektoreinheit (701) zum Detektieren von im Sichtfeld von einem Objekt reflektierten und/oder gestreuten Sekundärlicht (704).
Verfahren (1000) zur Aussendung von Primärlicht in ein Sichtfeld mittels eines LIDAR-Sensors aufweisend die Schritte: • Aussenden (1002) von Primärlicht in Form eines Ausleuchtungsmusters mittels einer Emittereinheit, wobei das Ausleuchtungsmuster wenigstens eine erste und eine zweite Ausdehnung aufweist, welche orthogonal zueinander ausgerichtet sind, und wobei die erste Ausdehnung größer oder kleiner ist als die zweite Ausdehnung, und wobei das ausgesendete Ausleuchtungsmuster entlang eines Orientierungsvektors ausgerichtet ist, der parallel zur ersten Ausdehnung ist; • Einfallen (1003) des von der Emittereinheit ausgesendeten Primärlichts auf einen ersten Umlenkspiegel unter einem ersten Einfallswinkel zu einer Flächennormalen des ersten Umlenkspiegels von weniger als ± 12°, bevorzugt weniger als ± 9°, besonders bevorzugt weniger als ± 7°; • Umlenken (1004) des Primärlichts mittels des ersten Umlenkspiegels auf einen beweglichen Spiegel; • Abtasten (1005) des Primärlichts im Sichtfeld entlang einer ersten Richtung und entlang einer zweiten Richtung, welche senkrecht zur ersten Richtung orientiert ist, mittels des beweglichen Spiegels.