BESCHREIBUNG

Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen eine optische Anordnung für ein LIDAR-System (d.h., für ein „Light Detection And Ranging" System).

In einem LIDAR-System mit Strahlablenkung sind nicht immer die Komponenten verfügbar, die zur Applikation passen. Insbesondere sind MEMS-Spiegel aufwändig zu qualifizieren und nur für wenige verschiedene Ablenkwinkel verfügbar (beispielsweise von -15° bis +15°). Diese Ablenkwinkel passen dann häufig nicht zum geforderten Sichtfeld, weil jede Anwendung andere Sichtfelder hat (beispielsweise von 10° bis 150°). Wenn zusätzliche optische Strahlablenkungskomponenten eingesetzt werden (beispielsweise ein Flüssigkristall-Polarisationsgitter, auf Englisch „Liquid Crystal Polarization Gräting", LCPG), kann das Sichtfeld auch Werte um 6° betragen. Diese Problematik besteht sowohl für ID als auch für 2D Strahlablenkungssysteme. Ein Strahlablenkungssystem kann beispielsweise auf MEMS, Galvo-Scanner, Meta-Materialien oder induktiv bewegten Linsen oder Spiegel basieren.

Verschiedene Ausführungsformen beziehen sich auf eine optische Anordnung für ein LIDAR-System, welche eine flexible und einfache Anpassung des Sichtfeldes des LIDAR-Systems ermöglicht. Die optische Anordnung ist derart eingerichtet, dass das Sichtfeld des LIDAR-Systems von dem Strahlablenkungsbereich (auch als Emissionsfeld bezeichnet) einer Strahlablenkungskomponente entkoppelt wird. Der Betrieb der Strahlablenkungskomponente (auch als Strahlablenkungselement bezeichnet) schränkt somit das erreichbare Sichtfeld des LIDAR-Systems nicht ein. Die Entkopplung des Emissionsfeldes des Strahlablenkungselements von dem Sichtfeld des LIDAR-Systems wird durch die relative Anordnung der Strahlablenkungskomponente und einer Parallelisierungslinse zu einem Fokuspunkt einer Fokussierungsanordnung erreicht. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine optische Anordnung für ein LIDAR System Folgendes aufweisen: eine Fokussierungsanordnung derart eingerichtet, dass sie Licht auf einen Fokuspunkt der Fokussierungsanordnung fokussiert; eine Strahlablenkungskomponente, welches stromabwärts der Fokussierungsanordnung in einem ersten Abstand von dem Fokuspunkt der Fokussierungsanordnung angeordnet ist, wobei die Strahlablenkungskomponente derart eingerichtet ist, dass sie das Licht unter einem Ablenkungswinkel (auch als Ablenkwinkel bezeichnet) auf ein Sichtfeld ablenkt; und eine Parallelisierungslinse, welche stromabwärts der Strahlablenkungskomponente in einem zweiten Abstand vom Fokuspunkt der Fokussierungsanordnung angeordnet ist, wobei der zweite Abstand einer Brennweite der Parallelisierungslinse entspricht, und wobei die Parallelisierungslinse derart eingerichtet ist, dass sie das Licht aus dem Fokuspunkt der Fokussierungsanordnung parallelisiert (mit anderen Worten kollimiert) . Die in diesem Absatz beschriebene optische Anordnung stellt ein erstes Beispiel bereit.

Die Parallelisierung des in das Sichtfeld emittierten Lichts (z.B. der emittierten Lichtstrahlen) wird durch die Anordnung der Parallelisierungslinse in einem Abstand vom Fokuspunkt ermöglicht, welcher Abstand der Brennweite der Parallelisierungslinse entspricht. Die Anordnung der Strahlablenkungskomponente außerhalb des Fokuspunktes ermöglicht es, die (virtuelle) Position des Fokuspunktes aus der Sicht der Parallelisierungslinse zu variieren und den Ausgangswinkel des Lichtes stromabwärts der

Parallelisierungslinse entsprechend zu verändern. Im Rahmen dieser Beschreibung kann der Begriff „Parallelisierungslinse" verstanden werden als eine Anordnung aufweisend ein oder mehrere optische Komponenten (z.B. ein oder mehrere Linsen), welche eingerichtet ist (sind), das Licht kommend aus dem Fokuspunkt der Fokussierungsanordnung zu parallelisieren.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Ablenkungswinkel des abgelenkten Lichts stromabwärts der Strahlablenkungskomponente eine virtuelle Position des Fokuspunktes der Fokussierungsanordnung in Bezug auf die Parallelisierungslinse definieren. Beispielsweise kann der Ablenkungswinkel ein Winkel in Bezug auf eine optische Achse der optischen Anordnung sein. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem ersten Beispiel stellen ein zweites Beispiel bereit.

Jede virtuelle Position kann in gleichem Abstand von der Parallelisierungslinse wie jede andere virtuelle Position sein. Der Abstand kann die Brennweite der Parallelisierungslinse sein bzw. der Brennweite der Parallelisierungslinse entsprechen.

Jede virtuelle Position kann einem Ausgangswinkel des Lichtes stromabwärts der Parallelisierungslinse definieren bzw. zugeordnet sein.

Die Parallelisierungslinse kann für jeden unterschiedlichen Ablenkwinkel (z.B. für jeden Betriebszustand der Strahlablenkungskomponente) eine andere Position für den Fokuspunkt der Fokussierungsanordnung sehen. Anschaulich kann die Variation des Ablenkwinkels bewirken, dass die Parallelisierungslinse das empfangene Licht so sieht, als käme das Licht von verschiedenen Ursprungspunkten (den verschiedenen Positionen des Fokuspunkts), und dementsprechend das Licht unter unterschiedlichen Ausgangswinkeln parallelisiert (z.B. um das Sichtfeld abzutasten).

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Strahlablenkungskomponente mindestens zwei Betriebszustände aufweisen, wobei jedem Betriebszustand der mindestens zwei Betriebszustände jeweils ein Ablenkungswinkel des abgelenkten Lichts stromabwärts der Strahlablenkungskomponente zugeordnet ist. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem ersten oder dem zweiten Beispiel stellen ein drittes Beispiel bereit.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Strahlablenkungskomponente derart eingerichtet sein, dass sie das Licht mit einem ersten Ablenkungswinkel in Bezug auf die optische Achse der optischen Anordnung in einem ersten Betriebszustand der mindestens zwei Betriebszustände ablenkt, und dass sie das Licht mit einem zweiten Ablenkungswinkel in Bezug auf die optische Achse der optischen Anordnung in einem zweiten Betriebszustand der mindestens zwei Betriebszustände ablenkt. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem der ersten bis dritten Beispiele stellen ein viertes Beispiel bereit.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Parallelisierungslinse derart eingerichtet sein, dass sie das Licht, welches in die Parallelisierungslinse aus dem Fokuspunkt der Fokussierungsanordnung kommt, auf kollimiertes (parallelisiertes) Licht unter einem Ausgangswinkel (z.B. ein Winkel in Bezug auf die optische Achse der optischen Anordnung) abbildet. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem der ersten bis vierten Beispiele stellen ein fünftes Beispiel bereit

Als ein Beispiel kann die Parallelisierungslinse derart eingerichtet sein, dass sie Licht, welches mit einem ersten Ablenkungswinkel abgelenkt wird und in die Parallelisierungslinse aus einem ersten (z.B. virtuellen) Fokuspunkt der Fokussierungsanordnung kommt, auf kollimiertes Licht unter einem ersten Ausgangswinkel abbildet, und dass sie Licht, welches mit einem zweiten Ablenkungswinkel abgelenkt wird und aus einem zweiten (z.B. virtuellen) Fokuspunkt der Fokussierungsanordnung kommt, auf kollimiertes Licht unter einem zweiten Ausgangswinkel abbildet.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Ausgangswinkel des kollimierten Lichts stromabwärts der Parallelisierungslinse von einem Verhältnis zwischen dem ersten Abstand und dem zweiten Abstand (z.B. von einem Verhältnis des ersten Abstands zum zweiten Abstand) abhängen (z.B. proportional sein). Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem fünften Beispiel stellen ein sechstes Beispiel bereit. Beispielsweise kann der Ausgangswinkel des kollimierten Lichts stromabwärts der Parallelisierungslinse von dem Ablenkungswinkel des abgelenkten Lichts stromabwärts der Strahlablenkungskomponente abhängen (z.B. kann der Ausgangswinkel proportional zum Ablenkungswinkel sein).

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Ablenkungswinkel einen Wert in einem Bereich von ungefähr -60° bis ungefähr +60° in Bezug auf die optische Achse der optischen Anordnung aufweisen, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr -30° bis ungefähr +30°. Es versteht sich, dass die hierein beschriebenen Bereiche (Strahlablenkungsbereiche) nur als numerisches Beispiel dienen und weitere Bereiche möglich sind, z.B. in Abhängigkeit zu einer Konfiguration (z.B. einer Art) der Strahlablenkungskomponente. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem der ersten bis sechsten Beispiele stellen ein siebtes Beispiel bereit.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Ablenkungswinkel ein erstes Ablenkungswinkelelement in einer ersten Richtung und ein zweites Ablenkungswinkelelement in einer zweiten Richtung aufweisen. Anschaulich kann das erste Ablenkungswinkelelement zum Abtasten des Sichtfeldes in der ersten Richtung zugeordnet sein und das zweite Ablenkungswinkelelement zum Abtasten des Sichtfeldes in der zweiten Richtung zugeordnet sein. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem der ersten bis siebten Beispiele stellen ein achtes Beispiel bereit.

Beispielsweise kann das erste Ablenkungswinkelelement einen Wert in einem Bereich von ungefähr -60° bis ungefähr +60° in Bezug auf die optische Achse der optischen Anordnung aufweisen, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr -30° bis ungefähr +30°. Das zweite Ablenkungswinkelelement kann einen Wert in einem Bereich von ungefähr -60° bis ungefähr +60° in Bezug auf die optische Achse der optischen Anordnung aufweisen, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr -30° bis ungefähr +30°. Die zweite Richtung kann beispielsweise senkrecht zu der ersten Richtung sein. Als ein nicht einschränkendes Beispiel können die erste Sichtfeldrichtung die horizontale Richtung und die zweite Sichtfeldrichtung die vertikale Richtung sein.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mindestens eines des ersten Ablenkungswinkelelements oder des zweiten Ablenkungswinkelelements einen Wert von 0° unabhängig von einem Betriebszustand der Strahlablenkungskomponente aufweisen. Dies kann der Fall sein, wenn die optische Anordnung zum eindimensionalen Abtasten des Sichtfeldes eingerichtet wird bzw. ist. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem der ersten bis achten Beispiele stellen ein neuntes Beispiel bereit.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Ausgangswinkel des kollimierten Lichts stromabwärts der Parallelisierungslinse einen Wert in einem Bereich von ungefähr -20° bis ungefähr +20° in Bezug auf die optische Achse der optischen Anordnung aufweisen, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr -5° bis ungefähr +5°, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr -50° bis ungefähr +50°. Es versteht sich, dass die hierein beschriebenen Bereiche nur als numerisches Beispiel dienen und weitere Bereiche möglich sind, z.B. in Abhängigkeit zu einer Konfiguration (z.B. einer Art) der Parallelisierungslinse bzw. zu einer gewünschten Anpassung des Sichtfeldes in Bezug auf den Strahlablenkungsbereich. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem der ersten bis neunte Beispiele stellen ein zehntes Beispiel bereit.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Ausgangswinkel ein erstes Ausgangswinkelelement in einer ersten Richtung (z.B. in der horizontalen Richtung) und ein zweites

Ausgangswinkelelement in einer zweiten Richtung (z.B. in der vertikalen Richtung) aufweisen (in ähnlicher Weise wie oben bezüglich des Ablenkungswinkels dargestellt wurde). Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem zehnten Beispiel stellen ein elftes Beispiel bereit. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die optische Anordnung ferner ein oder mehrere Prozessoren aufweisen, welche eingerichtet sind, die Strahlablenkungskomponente derart zu steuern, dass sie in einen Betriebszustand von mindestens zwei Betriebszuständen (z.B. von einer Mehrzahl von Betriebszustände) geht, wobei jeder Betriebszustand mit einem jeweiligen Ablenkungswinkel zugeordnet ist. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem der ersten bis elften Beispiele stellen ein zwölftes Beispiel bereit.

Beispielsweise können die ein oder mehreren Prozessoren eingerichtet sein, die Strahlablenkungskomponente derart zu steuern, dass sie nacheinander in jeden Betriebszustand der mindestens zwei Betriebszustände geht (z.B. in jeden bzw. in einigen der Betriebszustände der Mehrzahl von Betriebszuständen) .

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die ein oder mehreren Prozessoren ferner derart eingerichtet sein, die Strahlablenkungskomponente derart zu steuern, dass sie in einen Betriebszustand geht, um eine vordefinierte virtuelle Position des Fokuspunktes der Fokussierungsanordnung in Bezug auf die Parallelisierungslinse zu definieren. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem zwölften Beispiel stellen ein dreizehntes Beispiel bereit.

Mit anderen Worten, die ein oder mehreren Prozessoren können eingerichtet sein, um die Strahlablenkungskomponente derart zu steuern, dass sie einen Ablenkwinkel bereitstellt, bei dem die Parallelisierungslinse den Fokuspunkt der Fokussierungsanordnung an einer vordefinierten (z.B. gewünschten) Position sieht. Die Steuerung der Strahlablenkungskomponente kann somit eine Anpassung der (virtuellen) Position des Fokuspunkts, wie er von der Parallelisierungslinse gesehen wird, ermöglichen, um einen eventuellen Positionierungsfehler der Parallelisierungslinse in Bezug auf den Fokuspunkt auszugleichen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Parallelisierungslinse eine zylindrische Linse, eine azylindrische Linse, oder eine asphärische Linse sein bzw. aufweisen. Die Konfiguration der Parallelisierungslinse (z.B. die Art der Linse oder der optischen Komponenten) kann je nach Art der Abtastung des Sichtfeldes (z.B. eindimensional oder zweidimensional) gewählt werden. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem einem der ersten bis dreizehnten Beispiele stellen ein vierzehntes Beispiel bereit.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Fokussierungsanordnung derart eingerichtet sein, dass der Fokuspunkt der Fokussierungsanordnung zwischen der Fokussierungsanordnung und der Strahlablenkungskomponente liegt oder dass der Fokuspunkt der Fokussierungsanordnung zwischen der Strahlablenkungskomponente und der Parallelisierungslinse liegt. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem einem der ersten bis vierzehnten Beispiele stellen ein fünfzehntes Beispiel bereit.

Die Lage des Fokuspunkts der Fokussierungsanordnung (stromaufwärts oder stromabwärts der

Strahlablenkungskomponente) beeinträchtigt daher die Funktion der optischen Anordnung nicht, sofern die relative Anordnung zwischen dem Fokuspunkt, der Parallelisierungslinse und der Strahlablenkungskomponente gewährleistet ist.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die

Fokussierungsanordnung ein oder mehrere optischen Komponenten (z.B. ein oder mehrere Linsen) aufweisen. Die ein oder mehreren Linsen können eine erste Kollimatorlinse (auch als erste Kollimationslinse bezeichnet) aufweisen. Beispielsweise kann die erste Kollimatorlinse eine zylindrische Linse sein oder aufweisen, z.B. eine „schnelle Achse"-Kollimatorlinse. Die ein oder mehrere Linsen können ferner (optional) eine zweite Kollimatorlinse (auch als zweite Kollimationslinse bezeichnet) aufweisen. Beispielsweise kann die zweite Kollimatorlinse eine zylindrische Linse sein oder aufweisen, z.B. eine „langsame Achse" Kollimatorlinse. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem der ersten bis fünfzehnten Beispiele stellen ein sechszehntes Beispiel bereit.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die

Strahlablenkungskomponente ein mikroelektromechanisches System sein bzw. aufweisen. Beispielsweise kann das mikroelektromechanische System ein optisches „Phased-Array", eine Metamaterialoberfläche oder ein Spiegel sein. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem der ersten bis sechszehnten Beispiele stellen ein siebzehntes Beispiel bereit.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die

Strahlablenkungskomponente ein mikroelektromechanischer Spiegel sein, welcher derart eingerichtet ist, dass er um eine Betätigungsachse (z.B. senkrecht zu der optischen Achse der optischen Anordnung und/oder senkrecht zu der Scanrichtung) des mikroelektromechanischen Spiegels schwingt. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem siebzehnten Beispiel stellen ein achtzehntes Beispiel bereit.

Ein Kippwinkel des mikroelektromechanischen Spiegels in Bezug auf die Betätigungsachse kann den Ablenkungswinkel des umgelenkten Lichts stromabwärts des mikroelektromechanischen Spiegels definieren. Der mikroelektromechanische Spiegel kann derart eingerichtet sein, dass er Licht mit einem ersten Ablenkwinkel ablenkt, falls der mikroelektromechanische Spiegel sich in einem ersten Kippwinkel in Bezug auf die Betätigungsachse befindet, und dass er Licht mit einem zweiten Ablenkwinkel ablenkt, falls der mikroelektromechanische Spiegel sich in einem zweiten Kippwinkel in Bezug auf die Betätigungsachse befindet.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können ein oder mehrere Prozessoren der optischen Anordnung eingerichtet sein, eine Schwingung des mikroelektromechanischen Spiegels um die Betätigungsachse zu steuern. Beispielsweise können die ein oder mehreren Prozessoren ferner eingerichtet sein, jedem Kippwinkel des mikroelektromechanischen Spiegels einen Versatzwinkel zuzuordnen, so dass jeder Kippwinkel eine vordefinierte virtuelle Position des Fokuspunktes der Fokussieranordnung in Bezug auf die Parallelisierungslinse definiert (z.B. um einen Positionierungsfehler der Parallelisierungslinse auszugleichen) . Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem achtzehnten Beispiel stellen ein neunzehntes Beispiel bereit.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die optische Anordnung ferner eine Lichtquelle aufweisen, welche derart eingerichtet ist, dass sie Licht in Richtung der Fokussierungsanordnung aussendet. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem der ersten bis neunzehnten Beispiele stellen ein zwanzigstes Beispiel bereit.

Als ein Beispiel kann die Lichtquelle eine Laserlichtquelle (z.B. eine Laserdiode oder einen Laserbarren) sein bzw. aufweisen .

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können ein oder mehrere Prozessoren der optischen Anordnung eingerichtet sein, die Lichtquelle derart zu steuern, dass sie Licht in Übereinstimmung (z.B. in Synchronisation) mit einem Betriebszustand der Strahlablenkungskomponente aussendet. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem zwanzigsten Beispiel stellen ein einundzwanzigstes Beispiel bereit.

Die ein oder mehreren Prozessoren können eingerichtet sein, die Lichtquelle (z.B. ein Timing der Lichtemission) derart zu steuern, dass die Lichtquelle Licht in Synchronisation mit einem Betriebszustand der Strahlablenkungskomponente aussendet, welcher eine vordefinierte Position des Fokuspunkts der Fokussierungsanordnung in Bezug auf die Parallelisierungslinse definiert bzw. einer vordefinierten Position des Fokuspunkts zugeordnet ist.

Mit anderen Worten, können die ein oder mehreren Prozessoren die Lichtquelle derart steuern, dass sie Licht in einem Zeitpunkt emittiert, in dem die Strahlablenkungskomponente einen Ablenkungswinkel bereitstellt, welcher eine vordefinierte (z.B. gewünschte) Position des Fokuspunkts der Fokussierungsanordnung definiert, wie er von der Parallelisierungslinse gesehen wird. Anschaulich kann die Steuerung der Lichtemission eventuelle Positionierungsfehler der Parallelisierungslinse ausgleichen.

Beispielsweise können die ein oder mehreren Prozessoren derart eingerichtet sein, dass sie das Timing der Lichtemission (wie oben beschrieben) steuern, falls eine Fehlausrichtung der Parallelisierungslinse erkannt (z.B. eingemessen) wird, z.B. durch ein Detektionssystem der optischen Anordnung (oder des LIDAR-Systems aufweisend der optischen Anordnung).

Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.

Es zeigen

Figur 1A und 1B jeweils eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung für ein LIDAR-System, gemäß verschiedenen Ausführungsformen .

Figur 2A und 2B jeweils eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung für ein LIDAR-System, gemäß verschiedenen Ausführungsformen .

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.

Fig . 1A und Fig . 1B zeigen jeweils eine Draufsicht einer optischen Anordnung 100 für ein LIDAR-System in einer schematischen Darstellung.

Die optische Anordnung 100 kann eine Strahlablenkungskomponente 102 aufweisen, zum Ablenken von Licht in Richtung eines Sichtfeldes 104 (z.B., eines Sichtfeldes der optischen

Anordnung 100 bzw. eines Sichtfeldes des LIDAR-Systems). Die Strahlablenkungskomponente 102 kann gesteuert werden, um Licht unter verschiedenen Ablenkwinkeln abzulenken. Anschaulich kann die Strahlablenkungskomponente 102 eingerichtet sein, das Sichtfeld 104 in einer Abtastrichtung (oder in zwei Abtastrichtungen) abzutasten. Beispielsweise kann die Strahlablenkungskomponente 102 gesteuert werden, um einen Eingangslichtstrahl (der Übersichtlichkeit halber nicht in der Figur gezeigt) in einem ersten Betriebszustand in einen ersten Lichtstrahl 106 unter einem ersten Ablenkwinkel abzulenken (z.B. 0°) und in einem zweiten Betriebszustand in einen zweiten Lichtstrahl 108 unter einem zweiten Ablenkwinkel 110 abzulenken (z.B. 30° wie in Fig. 1A gezeigt ist oder 20° wie in Fig. 1B gezeigt ist). Von der Strahlablenkungskomponente 102 können parallele Strahlen ausgehen. In dem Fall, dass das Sichtfeld 104 nicht identisch mit dem Ablenkwinkel der Strahlablenkungskomponente 102 ist, kann das Sichtfeld 104 mit Korrekturlinsen hinter (mit anderen Worten, stromabwärts) der Strahlablenkungskomponente 102 angepasst werden. Anschaulich kann der Winkelbereich des Sichtfeldes 104 (auch als Sichtfeidbereich bezeichnet) mittels ein oder mehreren Korrekturlinsen angepasst werden, falls der gewünschte Winkelbereich im Sichtfeld 104 nicht mit dem Strahlablenkungsbereich übereinstimmt.

Beispielsweise kann die Anpassung durch eine Streulinse 112, welche den (z.B. ersten und/oder zweiten) Lichtstrahl aufweitet, und eine Sammellinse 114, welche den Lichtstrahl wieder parallelisiert, erfolgen (wie beispielsweise in Fig. 1A gezeigt ist). Dadurch wird der Lichtstrahl breiter und der Winkelbereich verkleinert sich (z.B. ein Ausgangswinkel 116 des Lichts stromabwärts der Sammellinse 114 kann kleiner als der Ablenkwinkel 110 sein, beispielsweise kann der Ausgangswinkel 116 einen Wert von 20° haben). Anschaulich kann die Anpassungsoptik den Winkel des Lichtstrahls von +/-20° auf +/-30° anpassen. Anders herum funktioniert es äquivalent, wie beispielsweise in Fig. 1B gezeigt ist, wobei der Lichtstrahl enger wird und sich der Winkelbereich vergrößert (beispielsweise kann der Ausgangswinkel 116 einen Wert von 30° haben). Anschaulich kann die Anpassungsoptik den Winkel des Lichtstrahls von +/-30° auf +/-20° anpassen.

Der Ablenkwinkel und der Ausgangswinkel können in Bezug auf eine optische Achse der optischen Anordnung 100 gemessen werden. In der Konfiguration in Fig. 1A und Fig. 1B kann die optische Achse entlang einer ersten Richtung 152 liegen. Der Ablenkwinkel und der Ausgangswinkel können als Winkel verstanden werden, die von den Lichtstrahlen mit der optischen Achse der optischen Anordnung 100 in Abtastrichtung gebildet werden. Beispielsweise kann die Abtastrichtung die horizontale Richtung (z.B. eine zweite Richtung 154 in Fig. 1A und Fig. 1B) sein, wie in den Figuren gezeigt ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Abtastrichtung die vertikale Richtung (z.B. eine dritte Richtung 156 in Fig. 1A und Fig. 1B) sein.

Die Konfiguration der optischen Anordnung 100 erfordert üblicher Weise große Linsen, da der Sichtfeidbereich bzw. die Strahlablenkungskomponente 102 große Winkel überstreicht. Insbesondere Winkelverkleinerungen benötigen große Optiken. Beispielsweise, wenn ein MEMS-Spiegel als

Strahlablenkungskomponente verwendet wird, hat dieser typischer Weise mechanische Ablenkwinkel von +/-15°, wodurch sich ein Winkel des Sichtfeldes von 60° ergibt. Korrekturlinsen hinter dem MEMS müssen daher für große Winkel ausgelegt werden, wodurch sich bei einfachen Optiken Abbildungsfehler ergeben, bzw. aufwändige Linsen-System entworfen werden müssen.

Alternativ, wenn nur ein kleinerer Sichtfeidbereich gewünscht wird, kann auch nur ein Teil des Ablenkungsbereichs der Strahlablenkungskomponente 102 genutzt werden, indem das Timing der Lichtemission (z.B. von Laser-Pulsen) entsprechend angepasst werden kann. In diesem Fall würde jedoch für die Messungen nur ein kleinerer Zeit-Slot zur Verfügung stehen. Dadurch können weniger Messungen durchgeführt werden (z.B. bei gegebener maximaler Pulsrate eines Lasers).

Eine flexiblere und einfachere Anpassung des Sichtfeldes kann durch die Implementierung der hierin beschriebenen optischen Anordnung erreicht werden, wie im Folgenden noch näher erläutert wird (z.B. in Bezug auf die Fig. 2A und Fig. 2B).

Fig . 2A und Fig . 2B zeigen jeweils eine optische Anordnung 200 für ein LIDAR-System in einer schematischen Darstellung, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die optische Anordnung 200 kann in einem LIDAR-System angeordnet (z.B. integriert bzw. eingebettet) sein oder werden.

Es versteht sich, dass die in Fig. 2A und Fig. 2B gezeigte Konfiguration der optischen Anordnung 200 nur beispielhaft dargestellt ist und andere Konfigurationen möglich sein können (z.B. andere Arten von Komponenten oder Komponenten mit einer anderen Konfiguration), wie im Folgenden noch näher erläutert wird. Beispielsweise kann jede optische Komponente, die als eine Linse dargestellt ist, als eine Optik mit ein oder mehreren optischen Komponenten verstanden werden.

Die optische Anordnung 200 kann eine Fokussierungsanordnung 202, eine Strahlablenkungskomponente 204 (auch Strahlablenkungselement genannt) und eine Parallelisierungslinse 206 (auch Kollimatorlinse bzw. Kollimationslinse genannt) aufweisen, welche im Folgenden noch näher beschrieben werden.

Die Fig. 2A und Fig. 2B können als eine Draufsicht für ein ID scannendes System (z.B. eine Draufsicht entlang der MEMS-Achse) bzw. als eine Darstellung für ein 2D scannendes System verstanden werden. Aus Darstellungsgründen ist der Teil, der sich auf der Lichtquelle-Seite (z.B. Laser-Seite) der Strahlablenkungskomponente 204 (z.B. des MEMS) befindet, in

Fig. 2B an der Strahlablenkungskomponente 204 gespiegelt dargestellt. Dieser Teil dreht sich beispielsweise um die MEMS-Achse mit dem doppelten MEMS-Winkel. Die Anordnung sieht so aus, wie es von der Parallelisierungslinse 206 her erscheint, wenn man entgegen der Strahlrichtung in die Lichtquelle 208 (z.B. in den Laser) schaut.

In Fig. 2A und Fig. 2B ist die Strahlablenkungskomponente 204 als ein Spiegel (z.B. als ein „mikro-elektromechanischer System"-Spiegel, MEMS-Spiegel) veranschaulicht. Es versteht sich, dass die Darstellung nur zur Veranschaulichung dient und nur eine beispielhafte Implementierung der Strahlablenkungskomponente 204 zeigt. Andere mögliche Implementierungen werden im Folgenden noch näher erläutert.

In Fig. 2A und Fig. 2B ist eine Fokussierungsanordnung 202 gezeigt, welche zwei optischen Komponenten (z.B. zwei Linsen) aufweist. Es versteht sich, dass die Darstellung nur zur Veranschaulichung dient und nur eine beispielhafte Implementierung der Fokussierungsanordnung 202 zeigt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Fokussierungsanordnung 202 weniger als zwei Linsen (z.B. nur eine Fokussierungslinse) oder mehr als zwei Linsen aufweisen (und/oder weitere optische Komponenten aufweisen).

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die optische Anordnung 200 optional eine Lichtquelle 208 aufweisen, welche zum Emittieren von Licht eingerichtet ist. Die optische Anordnung 200 kann beispielsweise keine Lichtquelle 208 aufweisen, im Fall dass das LIDAR-System, in welches die optische Anordnung 200 integriert werden sollte, bereits eine Lichtquelle aufweist.

Der Begriff "Licht" kann hierin verwendet werden, um ein Bündel von Lichtstrahlen zu beschreiben, die sich gemeinsam ausbreiten (z.B. durch die optische Anordnung 200). Zum Beispiel kann der Begriff "Licht" hierin verwendet werden, um eine Mehrzahl von Lichtstrahlen zu beschreiben, welche von der Lichtquelle 208 emittiert werden (z.B. eine Mehrzahl von Laserpulsen), eine Mehrzahl von Lichtstrahlen, welche von der

Fokussierungsanordnung 202 fokussiert werden, eine Mehrzahl von Lichtstrahlen, welche von der Strahlablenkungskomponente 204 abgelenkt werden, eine Mehrzahl von Lichtstrahlen, welche von der Parallelisierungslinse 206 kollimiert (z.B. parallelisiert) werden, und Ähnliches.

Die Lichtquelle 208 kann derart eingerichtet sein, dass die Lichtquelle 208 Licht (z.B. Lichtstrahlen) in Richtung der Fokussierungsanordnung 202 (anschaulich, in Richtung der Strahlablenkungskomponente 204 durch die Fokussierungsanordnung 202 hindurch) aussendet.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Lichtquelle 208 eingerichtet sein, Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich und/oder im infraroten Wellenlängenbereich auszusenden. Beispielsweise kann die Lichtquelle 208 eingerichtet sein,

Licht in dem Wellenlängenbereich von ungefähr 700 nm bis ungefähr 2000 nm auszusenden, beispielsweise Licht mit einer Wellenlänge von ungefähr 905 nm oder von ungefähr 1550 nm.

Die Lichtquelle 208 kann eine Halbleiterlichtquelle (z.B., eine kantenemittierende Laserquelle) mit einer schnellen Achse und einer langsamen Achse für das Aussenden des Lichts aufweisen. Das von der Lichtquelle 208 ausgesandte Licht kann in einer ersten Richtung (z.B. der Richtung der schnellen Achse) eine stärkere Divergenz aufweisen als in einer zweiten Richtung (z.B. der Richtung der langsamen Achse), welche senkrecht zur ersten Richtung sein kann. Als Beispiel kann die schnelle Achse in horizontaler Richtung (wie durch den Pfeil 210 in Fig. 2A angezeigt) und die langsame Achse in vertikaler Richtung ausgerichtet sein (wie durch den Pfeil 212 in Fig. 2A angezeigt, welcher aus der Figur herauskommt). Es wird jedoch davon ausgegangen, dass jede andere Konfiguration möglich ist, z.B. kann die schnelle Achse in vertikaler Richtung und die langsame Achse in horizontaler Richtung ausgerichtet werden (z.B. wenn die Lichtquelle 208 um 90° gedreht wird).

Als ein Beispiel kann die Lichtquelle 208 eine Laserlichtquelle sein oder aufweisen. Beispielsweise kann die Lichtquelle 208 mindestens eine Laserdiode aufweisen (z.B. eine kantenemittierende Laserdiode bzw. eine Bauteilseite lichtemittierende Laserdiode). Beispielsweise kann die Lichtquelle 208 mindestens einen Laserbarren aufweisen (in diesem Fall kann die schnelle Achse in Richtung einer Höhe einer aktiven Fläche des Laserbarrens ausgerichtet und kann die langsame Achse in Richtung einer Breite der aktiven Fläche des Laserbarrens ausgerichtet sein).

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die

Fokussierungsanordnung 202 derart eingerichtet sein, dass die Fokussierungsanordnung 202 Licht auf einen Fokuspunkt 214 (auch als Brennpunkt oder Zwischenfokus bezeichnet) der Fokussierungsanordnung 202 fokussiert. Die

Fokussierungsanordnung 202 kann derart eingerichtet sein, dass der Fokuspunkt 214 nicht auf der Strahlablenkungskomponente 204 liegt.

Die Strahlablenkungskomponente 204 kann stromabwärts der Fokussierungsanordnung 202 in einem ersten Abstand (anschaulich, anders als 0 m) von dem Fokuspunkt 214 der Fokussierungsanordnung 202 angeordnet sein. Der erste Abstand ist mit dem Bezugszeichen 216 in Fig. 2B gekennzeichnet. Der erste Abstand 216 kann ein geometrischer Abstand zwischen dem Fokuspunkt 214 und einem Zentrum der Strahlablenkungskomponente 204 sein.

Die Parallelisierungslinse 206 kann stromabwärts der Strahlablenkungskomponente 204 in einem zweiten Abstand vom Fokuspunkt 214 der Fokussierungsanordnung 202 angeordnet sein. Der zweite Abstand ist mit dem Bezugszeichen 218 in Fig. 2B gekennzeichnet. Der zweite Abstand 218 kann eine Brennweite (auch als Fokuslänge bezeichnet) der Parallelisierungslinse 206 sein bzw. einer Brennweite der Parallelisierungslinse 206 entsprechen. Anschaulich kann der Zwischenfokus 214 im Fokuspunkt der Parallelisierungslinse 206 liegen, so dass die Strahlen, die aus dem Zwischenfokus kommen, nach der Parallelisierungslinse 206 parallel verlaufen. Der zweite Abstand 218 kann ein geometrischer Abstand zwischen dem Fokuspunkt 214 und einem Zentrum der Parallelisierungslinse 206 sein.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die

Fokussierungsanordnung 202 derart eingerichtet sein, dass der Fokuspunkt 214 der Fokussierungsanordnung 202 zwischen der Fokussierungsanordnung 202 und der Strahlablenkungskomponente 204 liegt (anschaulich stromaufwärts der

Strahlablenkungskomponente 204, wie in Fig. 2A und Fig. 2B gezeigt ist). Alternativ dazu kann die Fokussierungsanordnung 202 derart eingerichtet sein, dass der Fokuspunkt 214 der Fokussierungsanordnung 202 zwischen der

Strahlablenkungskomponente 204 und der Parallelisierungslinse 206 liegt (anschaulich stromabwärts der Strahlablenkungskomponente 204).

In dem Fall, dass der Zwischenfokus 214 zwischen der Fokussierungsanordnung 202 und der Strahlablenkungskomponente 204 (z.B. zwischen einer „schnelle-Achse"-Kollimatorlinse und einem MEMS) liegt, ist der Ort der Fokuspunkte über dem Ablenkungswinkel der Strahlablenkungskomponente 204 und die Bildfeldkrümmung der Parallelisierungslinse 206 ähnlich, sodass sich die Abbildungsfehler der Parallelisierungslinse 206 verringern im Vergleich dazu, dass der Zwischenfokus 214 zwischen der Strahlablenkungskomponente 204 und der Parallelisierungslinse 206 liegt.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die

Fokussierungsanordnung 202 ein oder mehrere Linsen aufweisen. Die Konfiguration der Fokussierungsanordnung 202 kann abhängig von dem Typ des LIDAR-Systems (z.B. von der Art der Abtastung) angepasst werden. In einem LIDAR-System, bei dem das Licht (z.B. der Laser) nur in einer Dimension über das Sichtfeld 220 (z.B. das Sichtfeld 220 der optischen Anordnung 200 bzw. das Sichtfeld des LIDAR-Systems) gescannt wird, wird das Licht (z.B. ein gepulster Laser-Strahl) mit einer Linse zumindest in Bezug auf die schnelle Achse parallelisiert und damit auf der Strahlablenkungskomponente 204 gestrahlt. Dadurch wird das Sichtfeld 220 abgetastet. In einem LIDAR-System, bei dem zwei Dimensionen mit dem Licht (z.B. mit dem Laser) gescannt werden, werden die Strahlen in beiden Achsen parallelisiert, bevor diese auf die Strahlablenkungskomponente 204 gestrahlt werden.

Die ein oder mehreren Linsen können eine erste Kollimatorlinse 222-1 (z.B. eine erste zylindrische Linse) aufweisen. Die erste

Kollimatorlinse 222-1 kann eingerichtet sein, Licht in Richtung der schnellen Achse der Lichtquelle 208 zu kollimieren. Anschaulich kann die erste Kollimatorlinse 222-1 eine „schnelle Achse" Kollimatorlinse (auf Englisch „Fast Axis Collimator",

FAC) sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, beispielsweise im Fall der LIDAR-System ein 1D-Abtastsystem ist, kann die Fokussierungsanordnung 202 nur eine „schnelle Achse" Kollimatorlinse aufweisen.

Die ein oder mehreren Linsen können eine zweite Kollimatorlinse 222-2 (z.B. eine zweite zylindrische Linse) aufweisen. Die zweite Kollimatorlinse 222-2 kann eingerichtet sein, Licht in Richtung der langsamen Achse der Lichtquelle 208 zu kollimieren. Anschaulich kann die zweite Kollimatorlinse 222-2 eine „langsame Achse" Kollimatorlinse (auf Englisch „Slow Axis Collimator", SAC) sein. Die zweite Kollimatorlinse 222-2 kann stromabwärts der ersten Kollimatorlinse 222-1 angeordnet sein.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die

Fokussierungsanordnung 202 (z.B. die ein oder mehreren Linsen) gesteuert werden, um die Position des Fokuspunktes zu ändern. Die optische Anordnung 200 kann ein oder mehrere Prozessoren (nicht dargestellt) aufweisen welche eingerichtet sind, die Position von mindestens einer Linse zu steuern, um die Position des Fokuspunktes 214 der Fokussierungsanordnung zu ändern. Beispielsweise kann mindestens eine Linse auf einer bewegbaren Halterung (z.B. einer justierbaren Halterung) montiert sein oder werden, und die ein oder mehreren Prozessoren können eingerichtet sein, eine Bewegung der Halterung zu steuern (z.

B. eine Drehung und/oder einer Linearbewegung einer beispielsweise kreisförmigen Halterung).

Die ein oder mehreren Prozessoren können eingerichtet sein, die Parallelisierungslinse 206 in Übereinstimmung mit der Position des Fokuspunktes 214 der Fokussierungsanordnung 202 zu steuern (z.B. in Übereinstimmung mit der Steuerung der

Fokussierungsanordnung 202). Die ein oder mehreren Prozessoren können eingerichtet sein, die Position der

Parallelisierungslinse 206 (z.B. die Position einer Halterung der Parallelisierungslinse 206) derart zu steuern, dass der zweite Abstand der Brennweite der Parallelisierungslinse 206 (stets) entspricht. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Position des Zwischenfokus 214 von der Justage der Linse und von dem Timing der Lichtemission (z.B. der Laser-Pulse) relativ zu einem Zustand der Strahlablenkungskomponente 204 (z.B. zur MEMS-

Position) abhängen. Somit kann auf eine aktive Justage der ersten Linse hinter der Lichtquelle 208 verzichtet werden und die Ungenauigkeit der Position dieser Linse mit einer Software- Kalibrierung der Strahlablenkungskomponente 204 (z.B. einer

Kalibrierung eines Offset-Winkels der MEMS-Position) korrigiert werden, wie im Folgenden noch näher erläutert wird.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Strahlablenkungskomponente 204 derart eingerichtet sein, dass die Strahlablenkungskomponente 204 Licht (z.B. das fokussierte Licht, wenn der Fokuspunkt 214 stromaufwärts der Strahlablenkungskomponente 204 liegt, oder das (noch) nicht-fokussierte Licht, wenn der Fokuspunkt 214 stromabwärts der Strahlablenkungskomponente 204 liegt) unter einem Ablenkungswinkel auf das Sichtfeld 220 ablenkt.

Die Strahlablenkungskomponente 204 kann eingerichtet sein, das Sichtfeld 220 mit dem abgelenkten Licht abzutasten (anders ausgedrückt, zu scannen). Anders ausgedrückt kann die Strahlablenkungskomponente 204 eingerichtet (z.B. gesteuert) sein, Licht auf verschiedene Bereiche des Sichtfeldes 220 sequentiell zu richten (z.B. abzulenken). Anschaulich kann die Strahlablenkungskomponente 204 eingerichtet sein, Licht unter verschiedenen Ablenkungswinkeln abzulenken, um verschiedene Bereiche des Sichtfeldes 220 zu beleuchten. Beispielsweise kann die Strahlablenkungskomponente 204 Licht unter einem ersten Ablenkungswinkel ablenken, um das Licht (z.B. erste Lichtstrahlen 224-1) in eine erste Richtung zu richten, und Licht unter einem zweiten Ablenkungswinkel abzulenken (der zweite Ablenkungswinkel ist mit dem Bezugszeichen 228 in Fig. 2B gekennzeichnet), um das Licht (z.B. zweite Lichtstrahlen 224-2) in eine zweite Richtung zu richten. Nur als ein Beispiel kann der erste Ablenkungswinkel einen Wert von 0° haben und kann der zweite Ablenkungswinkel 218 einen Wert von 20° haben.

Die Strahlablenkungskomponente 204 kann eingerichtet (z.B. gesteuert) sein, das Sichtfeld 220 mit dem abgelenkten Licht in einer Richtung (z.B. in einem ID scannenden LIDAR-System) bzw. in zwei Richtungen (z.B. in einem 2D scannenden LIDAR-System) abzutasten. Die Scanrichtung kann beispielsweise die horizontale Richtung bzw. die vertikale Richtung sein. Der Ablenkungswinkel kann ein Winkel sein, den das Licht mit einer Senkrechten auf die Oberfläche der Strahlablenkungskomponente 204 bildet (z.B. ein Winkel in Bezug auf die optische Achse der optischen Anordnung 200 in horizontaler bzw. vertikaler Richtung) .

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Scanrichtung der Strahlablenkungskomponente 204 parallel zu einer der Achsen der Lichtquelle 208 sein. Beispielsweise kann die Strahlablenkungskomponente 204 eingerichtet sein, in der Richtung der schnellen Achse der Lichtquelle 208 zu scannen. In dieser Konfiguration kann der Ablenkungswinkel ein Winkel sein, in Bezug auf die optische Achse der optischen Anordnung 200 in Richtung der schnellen Achse. Alternativ oder zusätzlich kann die Strahlablenkungskomponente 204 eingerichtet sein, in der Richtung der langsamen Achse der Lichtquelle 208 zu scannen. In dieser Konfiguration kann der Ablenkungswinkel ein Winkel sein, in Bezug auf die optische Achse der optischen Anordnung 200 in Richtung der langsamen Achse.

Als ein Beispiel kann der Ablenkungswinkel (z.B. ein erstes und/oder ein zweites Ablenkungswinkelelement) einen Wert in einem Bereich von ungefähr -60° bis ungefähr +60° in Bezug auf die optische Achse der optischen Anordnung 200 aufweisen, z.B. in einem Bereich von ungefähr -30° bis ungefähr +30°.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Strahlablenkungskomponente 204 eine Mehrzahl (z.B. mindestens zwei) von Betriebszuständen aufweisen (auch als Betätigungszustände bezeichnet). Jeder Betriebszustand kann einem jeweiligen Ablenkungswinkel zugeordnet sein. Beispielsweise kann die Strahlablenkungskomponente 204 derart eingerichtet sein, dass sie das Licht mit dem ersten Ablenkungswinkel in einem ersten Betriebszustand ablenkt und dass sie das Licht mit dem zweiten Ablenkungswinkel in einem zweiten Betriebszustand ablenkt.

Die ein oder mehreren Prozessoren (z.B. die Prozessoren, welche oben beschrieben wurden, bzw. weitere Prozessoren) der optischen Anordnung 200 können eingerichtet sein, die Strahlablenkungskomponente 204 zu steuern (z.B., um den Ablenkungswinkel zu definieren). Beispielsweise können die ein oder mehreren Prozessoren eingerichtet sein, die Strahlablenkungskomponente 204 derart zu steuern, dass sie in einen Betriebszustand der Mehrzahl von Betriebszustände geht. Anschaulich können die ein oder mehreren Prozessoren eingerichtet sein, die Strahlablenkungskomponente 204 derart zu steuern, dass sie sequentiell in jeden Betriebszustand der Mehrzahl von Betriebszustände geht.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die ein oder mehreren Prozessoren eingerichtet sein, die Lichtquelle 208 derart zu steuern, dass sie Licht in Übereinstimmung (z.B. in Synchronisation) mit einem Betriebszustand der

Strahlablenkungskomponente 204 aussendet. Anschaulich kann die Lichtquelle 208 derart gesteuert werden, dass sie gepulstes Licht aussendet in Synchronisation mit dem sequentiellen Scannen der Betriebszustände.

Als ein Beispiel kann die Strahlablenkungskomponente 204 ein mikroelektromechanischer Spiegel sein, welcher derart eingerichtet ist, dass er um eine Betätigungsachse (z.B. in vertikaler Richtung ausgerichtet) des mikroelektromechanischen Spiegels (auch als MEMS-Achse bezeichnet) schwingt. Der mikroelektromechanische Spiegel kann Licht (z.B. die ersten Lichtstrahlen 224-1) mit einem ersten Ablenkungswinkel ablenken, falls der mikroelektromechanische Spiegel sich in einem ersten Kippwinkel in Bezug auf die Betätigungsachse befindet, und er kann Licht (z.B. die zweiten Lichtstrahlen 224-2) mit einem zweiten Ablenkwinkel ablenken, falls der mikroelektromechanische Spiegel sich in einem zweiten Kippwinkel in Bezug auf die Betätigungsachse befindet.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Strahlablenkungskomponente 204 (z.B. der MEMS) bewirken, dass aus Sicht der Parallelisierungslinse 206 der Fokuspunkt 214 in Richtung der Scanrichtung (z.B. in Richtung der schnellen bzw. langsamen Achse) verschoben wird und somit die Richtung der parallelen Strahlen hinter der Parallelisierungslinse 206, wie in Fig. 2A und Fig. 2B dargestellt ist. Jede Position des Fokuspunkts 214 kann einem Ausgangswinkel stromabwärts der Parallelisierungslinse 206 zugeordnet sein (mit anderen Worten kann der Ausgangswinkel des parallelisierten Lichts von der Position des Fokuspunkts 214 abhängen). Die Verschiebung zwischen der (virtuellen) Position eines ersten Fokuspunktes 214-1 und der (virtuellen) Position eines zweiten Fokuspunktes 214-2 ist in Fig. 2B mit dem Bezugszeichen 226 gekennzeichnet.

Der Ablenkungswinkel des abgelenkten Lichts stromabwärts der Strahlablenkungskomponente 204 kann eine virtuelle Position des Fokuspunktes 214 der Fokussierungsanordnung 202 in Bezug auf die Parallelisierungslinse 206 definieren. Jede virtuelle Position kann in gleichem Abstand (z.B. entsprechend der Brennweite der Parallelisierungslinse 206) von der Parallelisierungslinse 206 wie jede andere virtuelle Position sein. Anschaulich kann ein Ort 215 aller Zwischenfokusse (jeweils einem Ablenkungswinkel zugeordnet) definiert werden (gezeigt in Fig. 2B als von der Parallelisierungslinse 206 betrachtet) .

Beispielsweise kann der erste Ablenkungswinkel eine erste virtuelle Position des Fokuspunktes 214 in Bezug auf die Parallelisierungslinse 206 definieren bzw. zugeordnet sein (der erste Ablenkungswinkel kann einen ersten virtuellen Fokuspunkt 214-1 definieren, und somit einen ersten Ausgangswinkel stromabwärts der Parallelisierungslinse 206). Die Parallelisierungslinse 206 kann somit eine erste „virtuelle" Fokussierungsanordnung 202-1 (aufweisend eine erste Linse 222-3 und eine zweite Linse 222-4) und eine erste „virtuelle" Lichtquelle 208-1 betrachten.

Der zweite Ablenkungswinkel kann eine zweite virtuelle Position des Fokuspunktes 214 in Bezug auf die Parallelisierungslinse 206 definieren bzw. zugeordnet sein (anders ausgedrückt kann der zweite Ablenkungswinkel einen zweiten virtuellen Fokuspunkt 214-2 definieren und somit einen zweiten Ausgangswinkel stromabwärts der Parallelisierungslinse 206). Die Parallelisierungslinse 206 kann somit eine zweite „virtuelle" Fokussierungsanordnung 202-2 (aufweisend eine erste Linse 222-5 und eine zweite Linse 222-6) und eine zweite „virtuelle" Lichtquelle 208-2 betrachten.

Im Fall, dass die Strahlablenkungskomponente 204 ein MEMS-Spiegel ist, kann die Verschiebung des Fokuspunkts 214 näherungsweise proportional zum Abstand des Fokuspunkts 214 zur MEMS-Achse (auch als MEMS-Drehachse bezeichnet) sein, multipliziert mit dem Tangens des doppelten MEMS-Ablenkungswinkel . In dieser Konfiguration kann die Änderung der Strahlrichtung nach der Parallelisierungslinse 206 näherungsweise proportional zum Arcustangens von dem Quotienten zwischen Ablenkung des Fokuspunkts 214 in Richtung senkrecht zur Scanrichtung (z.B. in Richtung der langsamen Achse) und Brennweite der Parallelisierungslinse 206 sein. Durch diese Zusammenhänge lassen sich in erster Näherung beliebige Strahlrichtungen aus beliebigen MEMS-Auslenkungswinkeln erzeugen .

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die ein oder mehreren Prozessoren eingerichtet sein, die

Strahlablenkungskomponente 204 derart zu steuern, dass sie in einen Betriebszustand geht, um eine vordefinierte virtuelle Position des Fokuspunkts 214 der Fokussierungsanordnung 204 in Bezug auf die Parallelisierungslinse 206 zu definieren. Anschaulich können die ein oder mehreren Prozessoren eingerichtet sein, die Ablenkungswinkel derart zu ändern, um Ungenauigkeiten der Fokussierungsanordnung 202 zu kompensieren. Beispielsweise können die ein oder mehreren Prozessoren der optischen Anordnung 200 eingerichtet sein, jedem Kippwinkel des mikroelektromechanischen Spiegels einen Versatzwinkel zuzuordnen, so dass jeder Kippwinkel eine vordefinierte virtuelle Position des Fokuspunkts 214 der Fokussieranordnung 202 in Bezug auf die Parallelisierungslinse 206 definiert.

Die ein oder mehreren Prozessoren können ferner eingerichtet sein, das Timing der Lichtemission von der Lichtquelle 208 derart zu steuern, dass die Lichtquelle 208 Licht in Synchronisation mit einem Betriebszustand der Strahlablenkungskomponente 204 aussendet, welcher eine vordefinierte Position des Fokuspunkts 214 in Bezug auf die Parallelisierungslinse 206 definiert. Anders ausgedrückt können die ein oder mehreren Prozessoren eingerichtet sein, die Lichtquelle 208 derart zu steuern, dass sie Licht aussendet, nur wenn sich die Strahlablenkungskomponente 204 in einem Betriebszustand befindet, welcher eine vordefinierte (z.B. gewünschte) Position des Fokuspunkts 214 definiert.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Parallelisierungslinse 206 eingerichtet sein, den Ausgangswinkel des Lichts in das Sichtfeld 220 anzupassen. Anschaulich kann die Parallelisierungslinse 206 verwendet werden, um den Ablenkungswinkelbereich der Strahlablenkungskomponente 204 an einen beliebigen (z.B. vordefinierten) Ausgangswinkelbereich anzupassen.

Als ein Beispiel kann die Parallelisierungslinse 206 eine zylindrische oder azylindrische Linse (z.B. für ein lD-scannendes LIDAR-System) bzw. eine asphärische Linse (z.B. für ein 2D-scannendes LIDAR-System) sein bzw. aufweisen. Beispielsweise kann die Parallelisierungslinse 206 eine Zylinderlinse mit Brechkraft in Richtung der Scanrichtung (z.B. in Richtung der schnellen Achse) sein. Die Parallelisierungslinse 206 kann derart eingerichtet sein, dass sie das abgelenkte Licht, welches aus dem Fokuspunkt 214 kommt, auf kollimiertes Licht unter einem Ausgangswinkel abbildet. Beispielsweise kann die Parallelisierungslinse 206 derart eingerichtet sein, dass sie Licht (z.B. die ersten Lichtstrahlen 224-1), welches mit einem ersten Ablenkungswinkel abgelenkt wird und in die Parallelisierungslinse 206 aus einem ersten Fokuspunkt 214-1 kommt (und unter einem ersten Eingangswinkel eintritt), auf kollimiertes Licht unter einem ersten Ausgangswinkel abbildet, und dass sie Licht (z.B. die zweiten Lichtstrahlen 224-2), welches mit einem zweiten Ablenkungswinkel abgelenkt wird und in die

Parallelisierungslinse 206 aus einem zweiten Fokuspunkt 214-2 kommt (und unter einem zweiten Eingangswinkel eintritt), auf kollimiertes Licht unter einem zweiten Ausgangswinkel abbildet (der zweite Ausgangswinkel ist in der Fig. 2B mit dem Bezugszeichen 230 gekennzeichnet). Der Ausgangswinkel kann beispielsweise ausgerechnet werden, als der Arkustangens des Tangens des doppelten Ablenkungswinkel multipliziert mit dem Verhältnis des ersten Abstands 216 zum zweiten Abstand 218.

Als ein Beispiel kann die Parallelisierungslinse 206 derart eingerichtet sein, dass der Ausgangswinkel einen Wert in einem Bereich von ungefähr -20° bis ungefähr +20° in Bezug auf die optische Achse der optischen Anordnung 200 aufweist, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr -5° bis ungefähr +5°, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr -50° bis ungefähr +50°. Bei der optischen Anordnung 200 lassen somit sich die Winkel-Anpassungen insbesondere zu kleinen Sichtfeld- Winkeln mit einfachen Linsen realisieren.

Würde nur ein kleiner Winkelbereich von der

Strahlablenkungskomponente 204 (z.B. vom MEMS) genutzt, wäre die Strahlablenkungskomponente 204 zu einem großen Teil der Zeit nicht benutzbar, da sonst Winkel ausgestrahlt würden, die nicht im Sichtbereich liegen. Unter Verwendung der optischen Anordnung 200 hingegen steht mehr Zeit für die Messungen zur Verfügung, wodurch entweder eine höhere Bildwiederholrate oder über mehr Mittelungen eine höhere Reichweite erreicht werden kann. Als ein Beispiel, steht bei einer Sichtfeld-Anpassung von 60° (MEMS) auf 6° (gefordertes Sichtfeld) durchaus 5-10 Mal so viel Zeit für die Messung zur Verfügung, was eine Erhöhung der Frame-Rate um diesen Faktor zur Folge hat, bzw., wenn die Zeit für mehr Mittelungen genutzt wird, kann die Reichweite um den Faktor 1,2 bis 1,8 erhöht werden. Bei einer Verkleinerung des Sichtbereichs, kann mit einem engeren Lichtbündel auf die Strahlablenkungskomponente 204 (z.B. auf den MEMS) gestrahlt werden. Dadurch können größer ausgedehnte Lichtquellen, bzw. größere Abstrahlwinkel der Lichtquelle, bzw. kleinere MEMS- Spiegel genutzt werden.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die optische Anordnung 200 optional ein oder mehrere weitere optische Elemente (nicht dargestellt) aufweisen, zum Anpassen des Lichts stromabwärts der Parallelisierungslinse 206.

Als ein Beispiel kann die optische Anordnung 200 eine Grobwinkelsteuerkomponente (z.B. ein

Flüssigkristall-Polarisationsgitter) aufweisen zum Steuern der Ausbreitungsrichtung des Lichts in das Sichtfeld 220. Das Grobwinkelsteuerelement kann eingerichtet sein, um eine grobe Anpassung des Ausgangswinkels bereitzustellen (z.B. um das von der Parallelisierungslinse ausgegebene Licht unter einem diskreten Ablenkungswinkel abzulenken).

Als weiteres Beispiel kann die optische Anordnung 200 eine Korrekturlinse (z.B. ein Zoom-Objektiv) aufweisen, welche derart eingerichtet ist, dass sie das von der Parallelisierungslinse 206 empfangene Licht mit einem korrigierten Ausgangswinkel ausgibt (anschaulich kann die Korrekturlinse den Ausgangswinkel stromabwärts der Parallelisierungslinse 206 variabel anpassen). Die ein oder mehrere Prozessoren der optischen Anordnung 200 können eingerichtet sein, die Korrekturlinse zu steuern, um den korrigierten Ausgangswinkel stromabwärts der Korrekturlinse zu ändern. BEZUGSZEICHENLISTE optische Anordnung 100

Strahlablenkungskomponente 102 Sichtfeld 104 erster Lichtstrahl 106 zweiter Lichtstrahl 108

Ablenkwinkel 110

Streulinse 112

Sammellinse 114

Ausgangswinkel 116 erste Richtung 152 zweite Richtung 154 dritte Richtung 156 optische Anordnung 200

Fokussierungsanordnung 202 erste Fokussierungsanordnung 202-1 zweite Fokussierungsanordnung 202-2 Strahlablenkungskomponente 204 Parallelisierungslinse 206

Lichtquelle 208 erste Lichtquelle 208-1 zweite Lichtquelle 208-2

Pfeil / schnelle Achse 210

Pfeil / langsame Achse 212

Fokuspunkt 214 erster Fokuspunkt 214-1 zweiter Fokuspunkt 214-2

Ort der Zwischenfokusse 215 erster Abstand 216 zweiter Abstand 218

Sichtfeld 220 erste Kollimatorlinse 222-1 zweite Kollimatorlinse 222-2 erste Kollimatorlinse 222-3 zweite Kollimatorlinse 222-4 erste Kollimatorlinse 222-5 zweite Kollimatorlinse 222-6 erste Lichtstrahlen 224-1 zweite Lichtstrahlen 224-2

Verschiebung 226

Ablenkungswinkel 228 Ausgangswinkel 230