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WO2019038063A1 - Optische anordnung für ein lidar-system, lidar-system und arbeitsvorrichtung - Google Patents

Optische anordnung für ein lidar-system, lidar-system und arbeitsvorrichtung Download PDF

Info

Publication number
WO2019038063A1
WO2019038063A1 PCT/EP2018/071125 EP2018071125W WO2019038063A1 WO 2019038063 A1 WO2019038063 A1 WO 2019038063A1 EP 2018071125 W EP2018071125 W EP 2018071125W WO 2019038063 A1 WO2019038063 A1 WO 2019038063A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optics
lidar system
deflection unit
light source
transmitter
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/071125
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Annemarie Holleczek
Tobias PETERSEIM
Stefan Spiessberger
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2019038063A1 publication Critical patent/WO2019038063A1/de

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    • G01S7/4814—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
    • G01S7/4815—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone using multiple transmitters

Definitions

  • the present invention relates to an optical arrangement for a LiDAR system, a LiDAR system as such, and a working device, and more particularly to a vehicle.
  • Sensor arrays used to detect the operating environment.
  • light-based detection systems are also increasingly used, e.g. so-called LiDAR systems (English: LiDAR: light detection and ranging).
  • the optical arrangement according to the invention for a LiDAR system with the features of claim 1 has the advantage that with line illumination without increased installation space, a line illumination beam without reduction in the receiving aperture with a large beam diameter at Beam exit of the LiDAR system can be emitted.
  • an optical arrangement for a LiDAR system is provided which is formed (i) with a receiver optics and transmitter optics, which partially coaxial beam paths, (ii) with a line light source with a line orientation, wherein the line orientation is formed in particular in a field of view of the underlying LiDAR system, and (iii) with a deflection unit as a beam splitter unit in a transition region of a common coaxial region - in particular on a beam exit side of the transmitter optics or on a beam entrance side Receiver optics - to a separate biaxial region of the beam paths of the receiver optics and the transmitter optics - in particular on a detector side or on a source side - for biaxial branching of a light source side region of the beam path of the transmitter optics.
  • the deflection unit has a long mirror, which is formed with a larger extent in a longitudinal direction and with a smaller extent in a transverse direction of extension and in particular for deflecting primary light from the line light source. Furthermore, the longitudinal extension direction of the long mirror is aligned perpendicular to
  • the deflection unit can also be used synonymously as a deflection unit, as a beam splitter unit or as
  • Beam splitter can be called.
  • the so-called laser line is preferably formed at some distance from the light source unit and after passing through the area with the deflection unit in the desired quality, namely with the line orientation predetermined by the light source unit and further converted by the deflection unit.
  • optical arrangement according to the invention for a LiDAR system have a diameter of the aperture of the beam path of the transmitter optics or the
  • Beam path of the receiver optics in the range of about 1: 14 to about 1: 7.
  • the long mirror of the deflection in the form of a rectangle, a biconvex elliptical shape, a biconcave shape or a plan view of the deflection
  • Receiver optics formed with at least partially or partially mutually coaxial beam paths on the beam exit side of the transmitter optics and / or beam entrance side of the receiver optics.
  • Light source unit forms the transmitter optics and on the side of a detector array of the receiver optics. Furthermore, the present invention relates to a LiDAR system for optically detecting a field of view, in particular for a working device and / or a vehicle.
  • the LiDAR system is formed with an optical arrangement according to the invention.
  • the present invention relates to a working device and in particular a vehicle, which are formed with a LiDAR system according to the invention and for the optical detection of a field of view.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing a
  • FIGS. 2 to 4 are schematic plan views of diverter units which may be used in embodiments of the optical arrangement for a LiDAR system according to the present invention.
  • Figure 5 shows a schematic and partially sectioned
  • Figure 1 shows in the form of a schematic block diagram a
  • the LiDAR system 1 has a transmitter optics 60, which are provided by a light source unit 65, e.g. with a laser as a line light source 65-1 with line orientation 65-2, and primary light 57 is generated and this - possibly after passing through a beam shaping optics 66 - in a field of view 50 for detecting and / or investigation of a scene 53 and an object 52 there sending out.
  • a light source unit 65 e.g. with a laser as a line light source 65-1 with line orientation 65-2
  • primary light 57 is generated and this - possibly after passing through a beam shaping optics 66 - in a field of view 50 for detecting and / or investigation of a scene 53 and an object 52 there sending out.
  • the LiDAR system 1 has a receiver optics 30, which receive light and, in particular, reflected light from the object 52 in the field of view 50 as a secondary light 58 via a lens 34 as a primary optic and with a detector optics 35 as secondary optics to a detector arrangement 20 Detector or sensor elements 22 transmits.
  • control of the light source unit 65 and the detector arrangement 20 via control lines 42 and 41 by means of a control and evaluation unit 40th
  • the common field of view deflection optics 62 can be considered as part of a primary optics 34 of the receiver optics 30 and has the inventive design of the optical assembly 10 with a corresponding
  • Deflection unit 80 which is shown purely schematically in Figure 1.
  • the detector arrangement 20 may be formed with one or more sensor elements 22, which may also be arranged according to the line orientation 65-2 of the line light source 65-1 in the manner of a line detector.
  • the optical arrangement 10 is designed for a LiDAR system 1 for the optical detection of a field of view 50, in particular for a working device, a vehicle or the like, and is formed with a transmitter optics 60 for emitting a transmission light signal in the field of view 50, a detector array 20 and a Receiver optics 30 for optically imaging the field of view 50 on the detector assembly 20th
  • the receiver optics 30 and the transmitter optics 60 are visible in the field of view
  • the receiver optics 30 has a secondary optics 35 on the detector side, which is embodied and comprises means for directing light incident on the deflector 62 from the field of view 50 to the detector arrangement 20 in an inherent manner.
  • the transmitter optics 60 is generally formed and has means for emitting primary light 57 into the field of view 50.
  • the receiver optics 30 are formed and have means for optically imaging the field of view 50 on the
  • FIGS. 2 to 4 show schematic plan views of deflection units 80 which can be used in embodiments of the optical arrangement 10 according to the invention for a LiDAR system 1.
  • the deflection unit 80 has a long mirror 86 in each case.
  • Each long mirror 86 has a
  • the transverse extent 89 is less than the longitudinal extent 88.
  • the long mirror 86 of the embodiment of the deflection unit 80 according to FIG. 2 has the shape of a rectangle.
  • the long edge of the rectangle is aligned parallel to the longitudinal extension direction 88 '.
  • the short edge of the rectangle is aligned parallel to the transverse extension direction 89 '.
  • the long mirror 86 of the embodiment of the deflection unit 80 according to FIG. 3 has the shape of an ellipse with the orientation of the large semiaxis parallel to the longitudinal extension direction 88 '.
  • the small semi-axis of the ellipse is aligned parallel to the transverse extension direction 89 '.
  • the long mirror 86 of the embodiment of the deflection unit 80 according to FIG. 4 has in plan view a double concave shape or the shape of a
  • FIG. 5 shows a schematic and partially sectioned side view of FIG
  • Embodiment of the optical arrangement 10 according to the invention for a designed according to the invention LiDAR system 1 with a deflection unit 80 with long mirror 86.
  • the focus of the beam of the primary light 57 lies in the plane of the long mirror 86, as shown schematically in Figure 5.
  • the long mirror 86 may be configured according to one of FIGS. 2 to 4.
  • the vertical and the axial deflection take place in relation to the beam path 61 of the transmitter optics 60, whereas the
  • Beam path 31 of the receiver optics 30 is not deflected, but runs linear.
  • the entire optical arrangement 10 of the LiDAR system 1 according to the invention can be rotatable about an axis of rotation by means of a corresponding mechanism. It can have an effective diameter during rotation.
  • the spatial resolution can be realized in a LiDAR system 1 by the simultaneous or sequential illumination of a larger area, for example a line, and a reception-side differentiation on the basis of an imaging optics and a detector array or a detector row.
  • Particularly space-saving and low-cost can be constructed coaxial embodiments with each other at the output and input side, in which the output-side transmission path 61 and the input side
  • Receive path 31 partially coincide.
  • the long mirror 86 is used to reflect the transmission beam as primary light 57 into the environment. A signal thrown back from the environment is received in the sense of secondary light 58.
  • a collimated laser beam is emitted as the primary light 57.
  • it is favorable to emit a large beam diameter, since this is advantageous for eye safety reasons and, moreover, enables lower beam divergences for a given beam quality.
  • a procedure is now described how, in the case of a coaxial LiDAR system 1, as a beam splitter 80, a line illumination beam (flash line or line flash) can be emitted without significantly reducing the receiving aperture and at the same time a large beam diameter at the exit surface of the To ensure system.
  • a line illumination beam flash line or line flash
  • essential features of the invention are: the formation of a coaxial LiDAR system 1, the imaging of a line, namely by collimating a beam as a primary light 57 in a first direction perpendicular to the propagation direction and diverging it in a second direction perpendicular to the propagation direction and in particular also perpendicular to the first direction,
  • the emitted beam as the primary light 57 has at the location of the beam exit already a large beam diameter, which is important for eye safety.
  • the collimated beam also has a large beam diameter, which makes it possible to emit a beam with little divergence.
  • Beam diameter so the minimum beam diameter, softer than Beam waist or beam Waist is called, and the beam quality of the beam 57 from.
  • the beam should have a relatively large divergence, so that after a certain distance from the LiDAR system a linear

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Anordnung (10) für ein LiDAR- System (1), mit (i) einer Empfängeroptik (30) und einer Senderoptik (60), welche mit teilweise koaxialen Strahlengängen (31, 61) ausgebildet sind, (ii) einer Linienlichtquelle (65-1) mit einer Linienorientierung (65-2), und (iii) einer Umlenkeinheit (80) in einem Übergangsbereich von einem gemeinsamen koaxialen Bereich zu einem getrennten biaxialen Bereich der Strahlengänge (31, 61) der Empfängeroptik (30) und der Senderoptik (60) zur biaxialen Abzweigung eines lichtquellenseitigen Bereichs des Strahlengangs (61) Senderoptik (60). Die Umlenkeinheit (80) weist einen Langspiegel (86) mit einer größeren Erstreckung (88) in einer Längserstreckungsrichtung (88') und mit einer geringeren Erstreckung (89) in einer Quererstreckungsrichtung (89') auf, wobei die Längserstreckungsrichtung (88') des Langspiegels (86) senkrecht ausgerichtet ist zur Linienorientierung (65-2) der Linienlichtquelle (65-1).

Description

Beschreibung
Titel
Optische Anordnung für ein LiDAR-Svstem, LiDAR-Svstem und
Arbeitsvorrichtung
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Anordnung für ein LiDAR- System, ein LiDAR-System als solches sowie eine Arbeitsvorrichtung und insbesondere ein Fahrzeug.
Beim Einsatz von Arbeitsvorrichtungen, von Fahrzeugen und anderen Maschinen und Anlagen werden vermehrt Betriebsassistenzsysteme oder
Sensoranordnungen zur Erfassung der Betriebsumgebung eingesetzt. Neben radarbasierten Systemen oder Systemen auf der Grundlage von Ultraschall kommen vermehrt auch lichtbasierte Erfassungssysteme zum Einsatz, z.B. so genannte LiDAR-Systeme (englisch: LiDAR : light detection and ranging).
Bei bekannten LiDAR-Systemen und deren optischen Anordnungen besteht ein Nachteil dahingehend, dass bei koaxialen Strahlengängen der Senderoptik und der Empfängeroptik auf der Strahlausgangsseite bzw. der Strahleingangsseite herkömmlicherweise Strahlteiler verwendet werden, die bei Linienbeleuchtung zu einem vergrößerten Bauraum des LiDAR-Systems zu einer reduzierten
Empfangsapertur und/oder zu einer Verminderung im Strahldurchmesser beim Strahlaustritt führen.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße optische Anordnung für ein LiDAR-System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass bei Linienbeleuchtung ohne Bauraumvergrößerung ein Linienbeleuchtungsstrahl ohne Reduktion in der Empfangsapertur bei großem Strahldurchmesser am Strahlaustritt des LiDAR-Systems ausgesandt werden kann. Dies wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch erreicht, dass eine optische Anordnung für ein LiDAR-System geschaffen wird, welche ausgebildet ist (i) mit einer Empfängeroptik und einer Senderoptik, welche teilweise koaxiale Strahlengänge aufweisen, (ii) mit einer Linienlichtquelle mit einer Linienorientierung, wobei die Linienorientierung insbesondere in einem Sichtfeld des zu Grunde liegenden LiDAR-Systems ausgebildet ist, und (iii) mit einer Umlenkeinheit als Strahlteilereinheit in einem Übergangsbereich von einem gemeinsamen koaxialen Bereich - insbesondere auf einer Strahlaustrittsseite der Senderoptik bzw. auf einer Strahleintrittsseite der Empfängeroptik - zu einem getrennten biaxialen Bereich der Strahlengänge der Empfängeroptik und der Senderoptik - insbesondere auf einer Detektorseite bzw. auf einer Quellenseite - zur biaxialen Abzweigung eines lichtquellenseitigen Bereichs des Strahlengangs der Senderoptik.
Erfindungsgemäß weist die Umlenkeinheit einen Langspiegel auf, welcher mit einer größeren Erstreckung in einer Längserstreckungsrichtung und mit einer geringeren Erstreckung in einer Quererstreckungsrichtung und insbesondere zur Umlenkung von Primärlicht aus der Linienlichtquelle ausgebildet ist. Ferner ist die Längserstreckungsrichtung des Langspiegels senkrecht ausgerichtet zur
Linienorientierung der zu Grunde liegenden Linienlichtquelle.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung kann die Umlenkeinheit jeweils synonym auch als Ablenkeinheit, als Strahlteilereinheit oder als
Strahlteiler bezeichnet werden.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bildet sich die so genannte Laserlinie vorzugsweise erst in einiger Entfernung von der Lichtquelleneinheit und nach Durchlaufen des Bereichs mit der Umlenkeinheit in der gewünschten Qualität aus, nämlich mit der von der Lichtquelleneinheit vorgegebenen und von der Umlenkeinheit weiter umgesetzten Linienorientierung.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen optischen Anordnung für ein LiDAR-System werden die Längserstreckung und die
Quererstreckung der Umlenkeinheit in geeigneter Weise ins Verhältnis gesetzt zueinander und/oder zu den Aperturen und den weiteren geometrischen
Eigenschaften der Senderoptik und der Empfängeroptik.
Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass das Verhältnis von
Längserstreckung zu Querstreckung an der Umlenkeinheit mindestens den Wert 2:1 , vorzugsweise mindestens den Wert 3:1 und weiter bevorzugt mindestens den Wert 4:1 aufweist.
Bei einer anderen zusätzlichen oder alternativen Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen optischen Anordnung für ein LiDAR-System, weisen ein Durchmesser der Apertur des Strahlengangs der Senderoptik oder die
Längserstreckung an der Umlenkeinheit im Verhältnis zur Apertur des
Strahlengangs der Empfängeroptik einen Wert auf im Bereich von etwa 1 :14 bis etwa 1 :7.
Bei der Ausgestaltung der Umlenkeinheit und bei der Wahl der entsprechenden Geometrie des Langspiegels bieten sich verschiedene und an die jeweilige Anwendung und die Geometrien von Empfängeroptik und Senderoptik angepasste geometrische Ausgestaltungen an.
So ist es gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen optischen Anordnung für ein LiDAR-System vorgesehen, dass der Langspiegel der Umlenkeinheit in Draufsicht auf die Umlenkeinheit die Form eines Rechtecks, eine bikonvex elliptische Form, eine bikonkave Form oder eine
Doppelmeniskusform aufweist.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen optischen Anordnung für ein LiDAR-System sind die Senderoptik und die
Empfängeroptik mit zumindest teilweise oder abschnittsweise zueinander koaxialen Strahlengängen auf der Strahlaustrittsseite der Senderoptik und/oder Strahleintrittsseite der Empfängeroptik ausgebildet.
Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Umlenkeinheit zumindest teilweise oder abschnittsweise biaxiale Strahlengänge auf der Seite der
Lichtquelleneinheit der Senderoptik und auf der Seite einer Detektoranordnung der Empfängeroptik bildet. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein LiDAR-System zur optischen Erfassung eines Sichtfeldes, insbesondere für eine Arbeitsvorrichtung und/oder ein Fahrzeug. Das LiDAR-System ist mit einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung ausgebildet.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Arbeitsvorrichtung und insbesondere ein Fahrzeug, welche mit einem erfindungsgemäßen LiDAR- System und zur optischen Erfassung eines Sichtfeldes ausgebildet sind. Kurzbeschreibung der Figuren
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren werden Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben. Figur 1 ist ein Blockdiagramm, welches schematisch eine
Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Anordnung im Zusammenhang mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen LiDAR-Systems zeigt. Figuren 2 bis 4 zeigen schematische Draufsichten auf Umlenkeinheiten, die bei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen optischen Anordnung für ein LiDAR-System verwendet werden können. Figur 5 zeigt eine schematische und teilweise geschnittene
Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Anordnung für ein erfindungsgemäß ausgestaltetes LiDAR-System mit einer Umlenkeinheit mit Langspiegel.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 5
Ausführungsbeispiele und der technische Hintergrund der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche und äquivalente sowie gleich oder äquivalent wirkende
Elemente und Komponenten werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall ihres Auftretens wird die Detailbeschreibung der bezeichneten Elemente und Komponenten wiedergegeben.
Die dargestellten Merkmale und weiteren Eigenschaften können in beliebiger Form voneinander isoliert und beliebig miteinander kombiniert werden, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.
Figur 1 zeigt in Form eines schematischen Blockdiagramms eine
Ausführungsform des erfindungsgemäßen LiDAR-Systems 1 unter Verwendung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Anordnung 10.
Das LiDAR-System 1 gemäß Figur 1 weist eine Senderoptik 60 auf, welche von einer Lichtquelleneinheit 65, z.B. mit einem Laser als Linienlichtquelle 65-1 mit Linienorientierung 65-2, gespeist wird und Primärlicht 57 erzeugt und dieses - ggf. nach Durchlaufen einer Strahlformungsoptik 66 - in ein Sichtfeld 50 zur Erfassung und/oder Untersuchung einer Szene 53 und eines dort befindlichen Objekts 52 aussendet.
Des Weiteren weist das LiDAR-System 1 gemäß Figur 1 eine Empfängeroptik 30 auf, welche Licht und insbesondere vom Objekt 52 im Sichtfeld 50 reflektiertes Licht als Sekundärlicht 58 über ein Objektiv 34 als Primäroptik empfängt und über eine Detektoroptik 35 als Sekundäroptik an eine Detektoranordnung 20 mit Detektor- oder Sensorelementen 22 überträgt.
Die Steuerung der Lichtquelleneinheit 65 sowie der Detektoranordnung 20 erfolgt über Steuerleitungen 42 bzw. 41 mittels einer Steuer- und Auswerteeinheit 40.
Die gemeinsame sichtfeldseitige Ablenkoptik 62 kann als Teil einer Primäroptik 34 der Empfängeroptik 30 aufgefasst werden und weist die erfindungsgemäße Ausgestaltung der optischen Anordnung 10 mit einer entsprechenden
Umlenkeinheit 80 auf, die in Figur 1 rein schematisch dargestellt ist.
Optional und vorteilhaft ist das sichtfeldseitige Vorsehen einer Aperturoptik 70 zum geeigneten Ausgeben des Primärlichts 57 und zum bündelnden Empfangen des Sekundärlichts 58. Die Detektoranordnung 20 kann mit einem oder mehreren Sensorelementen 22 ausgebildet sein, welche auch entsprechend der Linienorientierung 65-2 der Linienlichtquelle 65-1 nach Art eines Liniendetektors angeordnet sein können.
Die optische Anordnung 10 ist ausgebildet für ein LiDAR-System 1 zur optischen Erfassung eines Sichtfeldes 50, insbesondere für eine Arbeitsvorrichtung, ein Fahrzeug oder dergleichen, und ist ausgebildet mit einer Senderoptik 60 zum Aussenden eines Sendelichtsignals in das Sichtfeld 50, einer Detektoranordnung 20 und einer Empfängeroptik 30 zum optischen Abbilden des Sichtfeldes 50 auf die Detektoranordnung 20.
Die Empfängeroptik 30 und die Senderoptik 60 sind sichtfeldseitig mit im
Wesentlichen koaxialen optischen Achsen ausgebildet und weisen eine gemeinsame Ablenkoptik 62 auf.
Die Empfängeroptik 30 weist detektorseitig eine Sekundäroptik 35 auf, welche ausgebildet ist und Mittel umfasst, über die Ablenkoptik 62 aus dem Sichtfeld 50 einfallendes Licht inhärent auf die Detektoranordnung 20 zu richten.
Bei der optischen Anordnung 10 ist die Senderoptik 60 allgemein ausgebildet und weist Mittel auf zum Aussenden von Primärlicht 57 in das Sichtfeld 50.
Ferner ist bei der optischen Anordnung 10 die Empfängeroptik 30 ausgebildet und weist Mittel auf zum optischen Abbilden des Sichtfeldes 50 auf die
Detektoranordnung 20.
Figuren 2 bis 4 zeigen schematische Draufsichten auf Umlenkeinheiten 80, die bei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen optischen Anordnung 10 für ein LiDAR-System 1 verwendet werden können.
Bei den Ausführungsformen der Figuren 2 bis 4 weist die Umlenkeinheit 80 jeweils einen Langspiegel 86 auf. Jeder Langspiegel 86 besitzt eine
Längserstreckung 88 in einer Längserstreckungsrichtung 88' und eine
Quererstreckung 89 in einer Quererstreckungsrichtung 89'. Die Quererstreckung 89 ist geringer als die Längserstreckung 88. Eine jeweilige
Längserstreckungsrichtung 88' ist senkrecht ausgebildet zur Linienorientierung 65-2 der zu Grunde liegenden Linienlichtquelle 65-1 . Die Quererstreckungsrichtungen 89' senkrecht ausgebildet zur
Längserstreckungsrichtung 88' und parallel zur Linienorientierung 65-2.
Der Langspiegel 86 der Ausführungsform der Umlenkeinheit 80 gemäß Figur 2 besitzt die Form eines Rechtecks. Die lange Kante des Rechtecks ist dabei parallel zur Längserstreckungsrichtung 88' ausgerichtet. Die kurze Kante des Rechtecks ist parallel zur Quererstreckungsrichtung 89' ausgerichtet.
Der Langspiegel 86 der Ausführungsform der Umlenkeinheit 80 gemäß Figur 3 besitzt die Form einer Ellipse mit der Orientierung der großen Halbachse parallel zur Längserstreckungsrichtung 88'. Die kleine Halbachse der Ellipse ist parallel zur Quererstreckungsrichtung 89' ausgerichtet.
Der Langspiegel 86 der Ausführungsform der Umlenkeinheit 80 gemäß Figur 4 weist in Draufsicht eine doppelt konkave Form oder die Form eines
Doppelmeniskus auf. Das bedeutet, dass die Querstreckung 88 an den Enden des Langspiegels 86 größer ist als die Quererstreckungsrichtung 89" in einem zentralen Bereich des Langspiegels 86. Figur 5 zeigt eine schematische und teilweise geschnittene Seitenansicht einer
Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Anordnung 10 für ein erfindungsgemäß ausgestaltetes LiDAR-System 1 mit einer Umlenkeinheit 80 mit Langspiegel 86. Vorzugsweise liegt dabei der Fokus des Strahls des Primärlichts 57 in der Ebene des Langspiegels 86, wie dies schematisch in Figur 5 dargestellt ist.
Der Langspiegel 86 kann gemäß einer der Figuren 2 bis 4 ausgestaltet sein.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 5 erfolgt die senkrechte und die axiale Auslenkung in Bezug auf den Strahlengang 61 der Senderoptik 60, wogegen der
Strahlengang 31 der Empfängeroptik 30 nicht ausgelenkt wird, sondern linear verläuft.
Die gesamte optische Anordnung 10 des erfindungsgemäßen LiDAR-Systems 1 kann mittels eines entsprechenden Mechanismus um eine Drehachse drehbar sein. Sie kann dabei einen bei der Drehung wirksamen Durchmesser aufweisen. Die Ortsauflösung kann bei einem LiDAR-System 1 durch die gleichzeitige oder sequentielle Beleuchtung eines größeren Bereiches, z.B. einer Linie, und einer empfangsseitigen Unterscheidung anhand einer abbildenden Optik und eines Detektorarrays oder einer Detektorzeile realisiert werden.
Besonders platzsparend und mit geringen Kosten können dabei ausgangs- und eingangsseitige miteinander koaxiale Ausführungen aufgebaut werden, bei welchen der ausgangseitige Sendepfad 61 und der eingangsseitige
Empfangspfad 31 teilweise zusammenfallen.
Der Langspiegel 86 wird verwendet um den Sendestrahl als Primärlicht 57 in die Umgebung zu reflektieren. Ein aus der Umgebung zurückgeworfenes Signal wird im Sinne von Sekundärlicht 58 empfangen.
Dazu wird zum Beispiel ein kollimierter Laserstrahl als Primärlicht 57 emittiert. In der Regel ist es günstig, einen großen Strahldurchmesser auszusenden, da dies aus Augensicherheitsgründen vorteilhaft ist und darüber hinaus bei einer gegebenen Strahlqualität geringere Strahldivergenzen ermöglicht. Des
Weiteren ist es wünschenswert, möglichst viel Fläche für die Detektion des am Target oder Objekt 52 reflektierten Lichtes 58 zur Verfügung zu haben, um bei großen Messdistanzen eine ausreichend hohe Signalintensität zu erhalten.
Diese Kombination dieser beiden Anforderungen stellt bei herkömmlichen Anordnungen für LiDAR-Systeme einen Widerspruch dar, da die Aussendung eines größeren Strahls die Empfangsapertur verringert.
Erfindungsgemäß wird nunmehr ein Vorgehen beschrieben, wie bei einem koaxialen LiDAR-System 1 über einen Langspiegel als Strahlteiler 80 ein Linienbeleuchtungsstrahl (flash line oder line flash) ausgesendet werden kann, ohne dabei die Empfangsapertur maßgeblich zu reduzieren und gleichzeitig einen großen Strahldurchmesser an der Austrittsfläche des Systems zu gewährleisten.
Wesentliche Merkmale der Erfindung sind dementsprechend: - das Ausbilden eines koaxialen LiDAR-Systems 1 , - das Abbilden einer Linie, indem nämlich ein Strahl als Primärlicht 57 in einer ersten Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung kollimiert und in einer zweiten Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung und insbesondere auch senkrecht zur ersten Richtung divergent geformt wird,
- das Führen des Laserstrahls als Primärlicht 57 über einen Langspiegel 86 als Strahlteiler 80,
- das Fokussieren der divergenten Achse auf den Langspiegel 86 oder in der Nähe des Langspiegels 86, insbesondere auf die oder auf eine schmale Seite des Langspiegels 86,
- das Kollimieren der nicht divergenten Achse, entsprechend der langen Seite des Langspiegels 86,
- das Ausbilden der langen Seite des Langspiegels 86 um mindestens einen Faktor 2 im Vergleich zur schmalen Seite des Langspiegels 86 und/oder
- das Erreichen einer Drehung der Linie im Fernfeld im Vergleich zur
Orientierung des Langspiegels 86.
Als Vorteile stellen sich unter anderem ein:
- Es kann ein koaxiales Lasersystem mit geringen Abmessungen verwendet werden, wobei ein Großteil der Geräteapertur für die Detektion von Signalen eingesetzt werden kann.
- Der ausgesendete Strahl als Primärlicht 57 besitzt am Ort des Strahlaustrittes bereits einen großen Strahldurchmesser, was für die Augensicherheit wichtig ist.
- Der kollimierte Strahl besitzt dabei ebenfalls einen großen Strahldurchmesser, wodurch das Aussenden eines Strahls mit geringer Divergenz möglich wird.
Besonders vorteilhaft ist dabei eine Kollimation des Strahls des Primärlichts 57. Die Divergenz des Strahls des Primärlichts 57 hängt dabei vom
Strahldurchmesser, also dem minimalen Strahldurchmesser, weicher auch als Strahltaillie oder Beam-Waist bezeichnet wird, und der Strahlqualität des Strahles 57 ab.
Je größer der Strahldurchmesser ist, desto geringer ist die Divergenz.
In der Regel werden sehr geringe Divergenzen angestrebt, wodurch ein großer Strahldurchmesser in dieser Raumrichtung von Vorteil ist. In der anderen Raumrichtung soll der Strahl eine relativ große Divergenz aufweisen, damit sich nach einem gewissen Abstand vom LiDAR-System eine linienförmige
Lichtverteilung oder eine Beleuchtung nach Art einer Linie ergibt.
Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen LiDAR-Systems 1 befindet sich zwischen Umlenkspiegel als Strahlteiler 80 und der Austrittsfläche aus dem System 1 keine weitere Optik, welche den Strahl signifikant ändert.

Claims

Ansprüche
1 . Optische Anordnung (10) für ein LiDAR-System (1 ), mit:
- einer Empfängeroptik (30) und einer Senderoptik (60), welche mit teilweise koaxialen Strahlengängen (31 , 61 ) ausgebildet sind,
- einer Linienlichtquelle (65-1 ) mit einer Linienorientierung (65-2) und
- einer Umlenkeinheit (80) in einem Übergangsbereich von einem
gemeinsamen koaxialen Bereich zu einem getrennten biaxialen Bereich der Strahlengänge (31 , 61 ) der Empfängeroptik (30) und der
Senderoptik (60) zur biaxialen Abzweigung eines lichtquellenseitigen Bereichs des Strahlengangs (61 ) der Senderoptik (60),
wobei:
- die Umlenkeinheit (80) einen Langspiegel (86) mit einer größeren
Erstreckung (88) in einer Längserstreckungsrichtung (88') und mit einer geringeren Erstreckung (89) in einer Quererstreckungsrichtung (89') aufweist und
- die Längserstreckungsrichtung (88') des Langspiegels (86) senkrecht ausgerichtet ist zur Linienorientierung (65-2) der Linienlichtquelle (65-1 ).
2. Optische Anordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher das Verhältnis aus Längserstreckung (88) zu Querstreckung (89) an der Umlenkeinheit (80) mindestens 2:1 , vorzugsweise mindestens 3:1 und weiter bevorzugt mindestens 4:1 beträgt.
3. Optische Anordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher ein Durchmesser der Apertur des Strahlengangs (61 ) der Senderoptik (60) oder die Längserstreckung (88) an der Umlenkeinheit (80) im Verhältnis zur Apertur des Strahlengangs (31 ) der Empfängeroptik (30) einen Wert aufweist im Bereich von etwa 1 :14 bis etwa 1 :7.
4. Optische Anordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher der Langspiegel (86) der Umlenkeinheit (80) in Draufsicht auf die Umlenkeinheit (80) die Form eines Rechtecks, eine bikonvex elliptische Form, eine bikonkave Form oder eine Doppelmeniskusform aufweisen.
Optische Anordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher
- die Senderoptik (60) und die Empfängeroptik (30) mit zumindest teilweise oder abschnittsweise zueinander koaxialen Strahlengängen (31 , 61 ) auf der Strahlaustrittsseite der Senderoptik (60) und/oder Strahleintrittsseite der Empfängeroptik (30) ausgebildet sind und
- die Umlenkeinheit (80) zumindest teilweise oder abschnittsweise
biaxiale Strahlengänge (31 , 61 ) auf der Seite der Lichtquelleneinheit (65) der Senderoptik (60) und auf der Seite einer Detektoranordnung (20) der Empfängeroptik (30) bildet.
6. LiDAR-System (1 ) zur optischen Erfassung eines Sichtfeldes (50),
insbesondere für eine Arbeitsvorrichtung und/oder ein Fahrzeug, mit einer optischen Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Arbeitsvorrichtung und insbesondere ein Fahrzeug,
mit einem LiDAR-System (1 ) nach Anspruch 6 zur optischen Erfassung eines Sichtfeldes (50).
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