DE102021203405A1

DE102021203405A1 - LIDAR-Sensor zum Erfassen eines Sichtfeldes und Verfahren zum Erfassen eines Sichtfeldes

Info

Publication number: DE102021203405A1
Application number: DE102021203405.5A
Authority: DE
Inventors: Alexander Huebel; Eugen Baumgart; Hadi Zahir; Jan Niklas Caspers; Oliver Kern; Matthias Wichmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-04-07
Filing date: 2021-04-07
Publication date: 2022-10-13

Abstract

LIDAR-Sensor (100) zum Erfassen eines Sichtfeldes (101), umfassend eine Sendeeinheit mit mindestens einer Lichtquelle, welche dazu ausgebildet ist, frequenzmoduliertes und/oder phasenmoduliertes Laserlicht auszusenden; mindestens einer ersten integrierten photonischen Schaltung (PIC, PIC2) umfassend mindestens drei integrierte Wellenleiter (LG1-LGM), die das Laserlicht von der mindestens einen Lichtquelle zu je einem Emitterausgang (EC1-ECM) in einer gemeinsamen Emitterfläche (301, 403, 603) der ersten integrierten photonische Schaltung leiten (PIC, PIC2); und einem Kollimator (O), umfassend mindestens eine Linse (302), der dazu ausgebildet ist, von den Emitterausgängen (EC1-ECM) emittiertes Laserlicht (CF, CF1-CFM) zu kollimieren und auf ein gemeinsames Ziel, insbesondere einen Spiegel (M), zu richten; und weiterhin umfassend eine Empfangseinheit mit mindestens einem Detektor zum Empfangen von aus dem Sichtfeld (101) rückgestreuten und/oder reflektierten Strahlen. Hierbei weist die Emitterfläche (301, 403, 603) eine Krümmung auf, die einer gekrümmten Fokalebene (FP) des Kollimators (O) entspricht, wobei die erste integrierte photonische Schaltung (PIC, PIC2) derart im LIDAR-Sensor (100) angeordnet ist, dass die Emitterausgänge (EC1-ECM) auf der gekrümmten Fokalebene (FP) angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen LIDAR-Sensor zum Erfassen eines Sichtfeldes und ein Verfahren zum Erfassen eines Sichtfeldes mittels eines LIDAR-Sensors.
Stand der Technik
Die WO 2018/160729 A2 offenbart ein dreidimensionales (3D) optisches Erfassungssystem für ein Fahrzeug, bei welchem Licht zu einem optischen Signalverarbeitungsmodul übertragen werden kann, das eine integrierte photonische Schaltung (PIC) enthalten kann, die ein oder mehrere Signale mit maßgeschneiderten Amplituden-, Phasen- und Spektraleigenschaften erzeugen kann. Die Vielzahl von optischen Signalen kann an Strahllenkeinheiten gesendet werden, die um das Fahrzeug verteilt sind. Die Lenkeinheiten können mehrere optische Strahlen auf Ziele richten. Das optische Rücksignal kann von einem Empfänger-PIC mit einer Anordnung von Sensoren und unter Verwendung einer direkten Intensitätserfassungstechnik oder einer kohärenten Erfassungstechnik erfasst werden. Das optische Rücksignal kann durch die Anordnung von Sensoren in ein elektrisches Signal umgewandelt werden, das dann von der elektronischen Signalverarbeitungseinheit verarbeitet werden kann. Informationen über den Ort und die Geschwindigkeit der Ziele können quantifiziert werden.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem LIDAR-Sensor zum Erfassen eines Sichtfeldes, umfassend eine Sendeeinheit mit mindestens einer Lichtquelle, welche dazu ausgebildet ist, frequenzmoduliertes und/oder phasenmoduliertes Laserlicht auszusenden; mindestens einer ersten integrierten photonischen Schaltung umfassend mindestens drei integrierte Wellenleiter, die das Laserlicht von der mindestens einen Lichtquelle zu je einem Emitterausgang in einer gemeinsamen Emitterfläche der ersten integrierten photonischen Schaltung leiten; und einem Kollimator, umfassend mindestens eine Linse, der dazu ausgebildet ist, von den Emitterausgängen emittiertes Laserlicht zu kollimieren und auf ein gemeinsames Ziel, insbesondere einen Spiegel, zu richten. Weiterhin umfasst der LIDAR-Sensor eine Empfangseinheit mit mindestens einem Detektor zum Empfangen von aus dem Sichtfeld rückgestreuten und/oder reflektierten Strahlen.
Erfindungsgemäß weist die Emitterfläche eine Krümmung auf, die einer gekrümmten Fokalebene des Kollimators entspricht, wobei die erste integrierte photonische Schaltung derart im LIDAR-Sensor angeordnet ist, dass die Emitterausgänge auf der gekrümmten Fokalebene angeordnet sind.
Der LIDAR-Sensor ist insbesondere als ein FMCW-(frequency modulated continuous wave, frequenzmodulierte kontinuierliche Wellen)-LIDAR-Sensor ausgebildet. Die gemeinsame Emitterfläche der ersten integrierten photonischen Schaltung ist so aufzufassen, dass die mindestens drei Emitterausgänge in der gemeinsamen Emitterfläche angeordnet sind. Hierbei weist die erste integrierte photonische Schaltung die gekrümmte Emitterfläche auf. Insbesondere ist ein Wafer, auf der die erste photonische integrierte Schaltung angeordnet ist, an einer Seite gekrümmt ausgebildet. Ein derart gekrümmter Wafer kann beispielsweise mittels Laser-Schneidverfahren hergestellt werden. Die Krümmung der Emitterfläche ist insbesondere konkav ausgebildet. Die Krümmung der Emitterfläche kann alternativ auch als Freiformfläche ausgebildet sein. Die Krümmung der Emitterfläche kann als polynominielle Kurve ausgebildet sein. Die gekrümmte Fokalebene des Kollimators ist hierbei insbesondere die erste Fokalebene des Kollimators. Der Radius der gekrümmten Fokalebene des Kollimators kann einen Radius von ca. 40 mm aufweisen.
Das Sichtfeld des LIDAR-Sensors kann beispielsweise 45° x 15° betragen. Aufgrund der mindestens drei Wellenleiter und der somit mindestens drei Emitterausgänge, von denen aus synchron Laserlicht emittiert werden kann, kann das gesamte Sichtfeld des LIDAR-Sensors in mindestens drei Teil-Sichtfelder aufgeteilt werden. Insbesondere entspricht die Anzahl der Teil-Sichtfelder der Anzahl der Wellenleiter bzw. der Anzahl der Emitterausgänge. Jedes der Teil-Sichtfelder kann von einem kollimiertem, Gauß-förmigen Laserstrahl adressiert werden. Insbesondere können die mindestens drei Emitterausgänge horizontal auf der ersten integrierten photonische Schaltung angeordnet sein. Hierdurch können mindestens drei Laserlicht-Strahlen in horizontaler Richtung ausgesendet werden.
Die Empfangseinheit kann eine Anordnung von Einzeldetektoren aufweisen. Der Detektor der Empfangseinheit, insbesondere jeder Einzeldetektor, kann dazu ausgebildet sein, rückgestreutes und/oder reflektiertes Laserlicht zu erfassen. Das Laserlicht wird somit bevorzugt von der Sendeeinheit ausgesandt, an einem Objekt in einer Umgebung des LIDAR-Sensors gestreut und/oder reflektiert und dann von der Empfangseinheit erfasst. Dadurch ist das Objekt von dem LIDAR-Sensor erkennbar.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine sogenannte Flat-Field-Anforderung des Kollimators entfällt. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die Emitterfläche eine Krümmung aufweist, die einer gekrümmten Fokalebene des Kollimators entspricht. Hierdurch wird eine wesentliche Vereinfachung des optischen Designs des Kollimators ermöglicht. Die Anordnung der Emitterausgänge kann eine Bildfeldwölbung des Kollimators kompensieren. Der Einsatz von Field-Flattener-Linsen zur Kompensation einer Petzval-Krümmung kann vermieden werden. Hierdurch können Herstellungskosten reduziert werden. Außerdem kann hierdurch die Gesamtlänge des LIDAR-Sensors verringert werden. Die Anordnung der Emitterausgänge kann insbesondere eine Bildfeldwölbung des Kollimators entlang einer ersten, beispielsweise horizontalen Richtung, kompensieren. Darüber hinaus kann durch das synchrone Aussenden wenigstens dreier Laserlicht-Strahlen eine wesentlich höhere Bildrate erzielt werden, als mit vergleichbaren LIDAR-Sensoren, die nur einen einzelnen Laserlicht-Strahl zum Abtasten des gesamten Sichtfeldes nutzen. Würde beispielsweise ein LIDAR-Sensor, welcher einen einzelnen Laserstrahl aussendet, eine Bildrate von 1 Hz aufweisen, so könnte im Vergleich dazu die Bildrate des hier vorgestellten LIDAR-Sensors bei Verwendung von beispielsweise zehn Wellenleitern und zehn Emitterausgänge auf 10 Hz erhöht werden. Die Bildrate kann um einen Faktor erhöht werden, der der Anzahl der ausgesendeten Laserlicht-Strahlen entspricht.
Bei Ausbildung des LIDAR-Sensors als FMCW-LIDAR-Sensor können außerdem wesentlich Vorteile bei der Unterdrückung von bzw. Hintergrundlicht im Empfangspfad erreicht werden. Es kann eine Unempfindlichkeit gegenüber Hintergrundlicht im Empfangspfad erreicht werden. Damit ist ein höherer Anteil von Nutz- zu Störlicht vorhanden. Die Reichweite des LIDAR-Sensors kann hierdurch erhöht werden. Insgesamt werden dadurch eine höhere Performance und Verfügbarkeit des LIDAR-Sensors erreicht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sendeeinheit wenigstens eine zweite integrierte photonische Schaltung umfassend mindestens drei integrierte Wellenleiter, die Laserlicht von der mindestens einen Lichtquelle zu je einem Emitterausgang in einer gemeinsamen Emitterfläche der zweiten integrierten photonischen Schaltung leiten, aufweist; wobei die Emitterfläche der wenigstens einen zweiten integrierten photonischen Schaltung eine Krümmung aufweist, die der gekrümmten Fokalebene des Kollimators entspricht, wobei die wenigstens eine zweite integrierte photonische Schaltung derart im LIDAR-Sensor angeordnet ist, dass die Emitterausgänge auf der gekrümmten Fokalebene angeordnet sind; und wobei die zweite integrierte photonische Schaltung entlang einer Achse über oder unter der ersten integrierten photonischen Schaltung angeordnet ist.
Die erste integrierte photonische Schaltung und die wenigstens eine zweite integrierte photonische Schaltung können somit entlang einer Achse übereinandergestapelt angeordnet sein. Die gemeinsame Emitterfläche der zweiten integrierten photonischen Schaltung ist so aufzufassen, dass die mindestens drei Emitterausgänge in der gemeinsamen Emitterfläche angeordnet sind. Hierbei weist die zweite integrierte photonische Schaltung die gekrümmte Emitterfläche auf. Insbesondere ist ein Wafer, auf der die zweite photonische integrierte Schaltung angeordnet ist, an einer Seite gekrümmt ausgebildet. Ein derart gekrümmter Wafer kann beispielsweise mittels Laser-Schneidverfahren hergestellt werden. Die Krümmung der Emitterfläche der zweiten integrierten photonischen Schaltung ist insbesondere konkav ausgebildet. Die Krümmung der Emitterfläche kann alternativ auch als Freiformfläche ausgebildet sein. Die Krümmung der Emitterfläche kann als polynominielle Kurve ausgebildet sein. Die gekrümmte Fokalebene des Kollimators ist hierbei insbesondere die erste Fokalebene des Kollimators.
Aufgrund der mindestens drei Wellenleiter und der somit mindestens drei Emitterausgänge der ersten integrierten photonischen Schaltung und der mindestens drei Wellenleiter und der somit mindestens drei Emitterausgänge der wenigstens einen zweiten integrierten photonischen Schaltung, von denen aus synchron Laserlicht emittiert werden kann, kann das Sichtfeld des LIDAR-Sensors in mindestens sechs Teil-Sichtfelder aufgeteilt werden. Insbesondere entspricht die Anzahl der Teil-Sichtfelder der Summe der Wellenleiter bzw. der Summe der Emitterausgänge aller integrierten photonischen Schaltungen. Jedes der Teil-Sichtfelder kann von einem kollimiertem, Gauß-förmigen Laserstrahl adressiert werden. Insbesondere können die erste integrierte photonische Schaltung und die wenigstens eine zweite integrierte photonische Schaltung entlang einer vertikalen Achse übereinandergestapelt angeordnet sein. Hierdurch kann eine Parallelisierung von Laserlicht-Strahlen in vertikaler Richtung erreicht werden.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht zum einen darin, dass eine Bildfeldwölbung des Kollimators auch entlang einer zweiten, beispielsweise vertikalen Richtung, kompensiert werden kann. Außerdem kann durch das synchrone Aussenden von wenigstens sechs Laserlicht-Strahlen eine wesentlich höhere Bildrate erzielt werden kann, als mit vergleichbaren LIDAR-Sensoren, die nur einen einzelnen Laserlicht-Strahl zum Abtasten des gesamten Sichtfeldes nutzen. Die Bildrate kann um einen Faktor erhöht werden, der der Anzahl der ausgesendeten Laserlicht-Strahlen entspricht. Es kann außerdem das Sichtfeld des LIDAR-Sensors bei gleichbleibender Bildrate vergrößert werden. So kann beispielsweise bei einer Anzahl von N integrierten photonischen Schaltungen eine Anzahl N vertikaler Sichtfelder erfasst werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Emitterausgänge der ersten und/oder der wenigstens einen zweiten integrierten photonischen Schaltung jeweils als Facetten von Kantenemittern ausgebildet sind. Die Facetten können jeweils als glatte Kante an einem Ende des jeweiligen Wellenleiters ausgebildet sein. Die Facetten der Kantenemitter können eine numerische Apertur von 0,1 - 0,3 aufweisen. Die Kantenemitter sind insbesondere in der ersten Fokalebene des Kollimators angeordnet. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass eine ausreichend gute Kopplungseffizienz der rückgestreuten und/oder reflektierten Strahlen gewährleistet werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wellenleiter und Emitterausgänge der ersten und/oder wenigstens einen zweiten integrierten photonischen Schaltung derart angeordnet sind, dass von den Emitterausgängen emittierte Laserlicht-Strahlen an eine lokale Abweichung des Kollimators vom telezentrischen Winkel angepasst sind. Die Wellenleiter und Emitterausgänge der ersten und/oder wenigstens einen zweiten integrierten photonischen Schaltung können derart angeordnet sein, dass sie weder parallel zueinander noch senkrecht zu der Emitterfläche der jeweiligen integrierten photonischen Schaltung ausgerichtet sind. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass der Kollimator als ein nicht-telezentrisches Objektiv ausgebildet sein kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens drei integrierten Wellenleiter und die Emitterausgänge der ersten integrierten photonischen Schaltung in einer gemeinsamen ersten Ebene angeordnet sind. Die gemeinsame erste Ebene wird insbesondere durch die erste integrierte photonische Schaltung aufgespannt. Hierbei ist die erste integrierte photonische Schaltung auf einem ersten Wafer angeordnet und die mindestens drei integrierten Wellenleiter und die Emitterausgänge sind gleichmäßig verteilt auf dem ersten Wafer angeordnet. Die mindestens drei integrierten Wellenleiter und die Emitterausgänge sind insbesondere flachliegend auf dem ersten Wafer angeordnet. Die Emitterausgänge sind hierbei an einer gekrümmt ausgebildeten Seite des ersten Wafers angeordnet. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die erste integrierte photonische Schaltung einfach und kostengünstig hergestellt werden kann. Hierdurch kann der LIDAR-Sensor einfach und kostengünstig hergestellt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens drei integrierten Wellenleiter und die Emitterausgänge der wenigstens einen zweiten integrierten photonischen Schaltung in wenigstens einer zweiten Ebene angeordnet sind. Die zweite Ebene kann parallel zur ersten Ebene angeordnet sein. Die zweite Ebene kann eine gemeinsame zweite Ebene sein, die durch die zweite integrierte photonische Schaltung aufgespannt wird. Hierbei ist die zweite integrierte photonische Schaltung auf einem zweiten Wafer angeordnet und die mindestens drei integrierten Wellenleiter und die Emitterausgänge der zweiten integrierten photonischen Schaltung sind gleichmäßig verteilt auf dem zweiten Wafer angeordnet. Die mindestens drei integrierten Wellenleiter und die Emitterausgänge sind hierbei insbesondere flachliegend auf dem zweiten Wafer angeordnet. Die Emitterausgänge sind hierbei an einer gekrümmt ausgebildeten Seite des zweiten Wafers angeordnet. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die wenigstens eine zweite integrierte photonische Schaltung einfach und kostengünstig hergestellt werden kann. Hierdurch kann der LIDAR-Sensor einfach und kostengünstig hergestellt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine zweite integrierte photonische Schaltung auf wenigstens zwei Wafern ausgebildet ist, welche verkippt zueinander angeordnet sind; und wobei die mindestens drei integrierten Wellenleiter und die Emitterausgänge gleichmäßig verteilt auf den wenigstens zwei Wafern angeordnet sind. Die wenigstens zwei Wafer sind hierbei insbesondere aneinander angrenzend angeordnet. Die mindestens drei integrierten Wellenleiter und die Emitterausgänge der wenigstens einen zweiten integrierten photonischen Schaltung sind durch die Verkippung der wenigstens zwei Wafer in wenigstens zwei Ebenen angeordnet. Die wenigstens zwei Wafer spannen hierbei die wenigstens zwei Ebenen auf. Zwei dieser Ebenen schneiden sich jeweils in einer Geraden und weisen einen Winkel zwischen sich auf. Wenigstens eine der wenigstens zwei Ebenen kann hierbei nicht parallel zur ersten Ebene der ersten integrierten photonischen Schaltung angeordnet sein. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass auf einfache Art und Weise eine durch den Kollimator verursachte Bildverzerrung ausgeglichen werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Spiegel ein kardanisch gelagerter, um wenigstens zwei Achsen beweglich gelagerter Spiegel ist. Der Spiegel ist insbesondere in einer zweiten Fokalebene des Kollimators angeordnet. Die kollimierten Laserlichtstrahlen können auf dem Spiegel überlappen. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass von den Emitterausgängen emittiertes Laserlicht einfach und schnell abgelenkt werden kann. Es kann ein abtastender LIDAR-Sensor, auch scannender LIDAR-Sensor genannt, bereitgestellt werden. Laserlicht aus einem Wellenleiter kann hierbei mehrere Pixel des Sichtfeldes adressieren, da es mittels des beweglichen Spiegels im Sichtfeld bewegt wird. Im Vergleich zu FMCW-LIDAR-Sensoren, bei denen eine Vielzahl Emitterausgänge individuell angesteuert werden, um das gesamte Sichtfeld zu erfassen, reichen bei dem hier vorgestellten LIDAR-Sensor hierfür weniger Emitterausgänge aus. Es sind weniger Emitterausgänge nötig, als Pixel in einem Bild erfasst werden. Durch diese reduzierte Anzahl an Emitterausgängen kann die Anordnung der Emitterausgänge auf der gekrümmten Fokalebene einfacher ermöglicht werden.
Die Erfindung geht weiterhin aus von einem Verfahren zum Erfassen eines Sichtfeldes mittels eines LIDAR-Sensors. Das Verfahren weist die Schritte auf der Ansteuerung einer Lichtquelle zur Aussendung von frequenzmoduliertem und/oder phasenmoduliertem Laserlicht; des Leitens des ausgesendeten Laserlichts durch mindestens drei integrierte Wellenleiter einer ersten integrierten photonischen Schaltung zu je einem Emitterausgang in einer gemeinsamen Emitterfläche der ersten integrierten photonischen Schaltung; der Kollimation des von den Emitterausgängen emittierten Laserlichts und Richtens auf ein gemeinsames Ziel, insbesondere einen Spiegel, mittels eines Kollimators, welcher mindestens eine Linse umfasst; und des Empfangens von aus dem Sichtfeld rückgestreuten und/oder reflektierten Strahlen mittels eines Detektors. Hierbei weist die Emitterfläche eine Krümmung auf, die einer gekrümmten Fokalebene des Kollimators entspricht, wobei die erste integrierte photonische Schaltung derart im LIDAR-Sensor angeordnet ist, dass die Emitterausgänge auf der gekrümmten Fokalebene angeordnet sind. Die mindestens drei Emitterausgänge sind insbesondere in der gemeinsamen Emitterfläche angeordnet.
Die Erfindung geht weiterhin aus von einem Verfahren zum Herstellen einer Sendeeinheit für einen oben beschriebenen LIDAR-Sensor aufweisend den Schritt des Bereitstellens mindestens eines Wafers zur Herstellung mindestens einer ersten oder einer wenigstens zweiten integrierten photonischen Schaltung und des Schritts des Laser-Schneidens des mindestens einen Wafers derart, dass eine gekrümmte Seite ausgebildet wird, die der Krümmung der Emitterfläche der ersten integrierten photonischen Schaltung oder der Krümmung der Emitterfläche der wenigstens einen zweiten integrierten photonischen Schaltung entspricht.
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 Ausführungsbeispiel eines LIDAR-Sensors zur Erfassung eines Sichtfeldes;
2 Blick in ein Gehäuse eines beispielhaften LIDAR-Sensors und ein Beispiel eines Scan-Musters;
3 Strahlengang für eine beispielhafte Sendeeinheit;
4 Isometrische Sicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Stapels dreier integrierter photonischer Schaltungen;
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Stapels dreier integrierter photonischer Schaltungen;
6 Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel einer integrierten photonischen Schaltung;
7 Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Erfassung eines Sichtfeldes;
8 Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen einer Sendeeinheit für einen LIDAR-Sensor.

1 zeigt beispielhaft ein Ausführungsbeispiel eines LIDAR-Sensors 100 zur Erfassung eines Sichtfeldes 101. Der LIDAR-Sensor 100 kann frequenzmoduliertes und/oder phasenmoduliertes Laserlicht in der Art eines Fächers 103 aussenden. Die Laserlichtstrahlen können hierbei um die Winkel δθ und δφ verkippt sein. Die Winkel δθ und δφ sind hierbei für einen Laserlichtstrahl jeweils in einer Größenordnung, dass der einzelne Laserlichtstrahl nicht das gesamte Sichtfeld 101 erfasst. Durch die Verwendung von wenigstens drei integrierten Wellenleitern und wenigstens drei Emitterausgänge (nähere Erläuterungen hierzu in der Beschreibung der folgenden Figuren) kann dennoch das gesamte Sichtfeld 101 mittels des LIDAR-Sensors 100 erfasst werden.
In den folgenden Figuren wird insbesondere die Sendeeinheit eines LIDAR-Sensors 100 näher beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass der hier gezeigte LIDAR-Sensor 100 auch eine Empfangseinheit mit mindestens einem Detektor zum Empfangen von aus dem Sichtfeld 101 rückgestreuten und/oder reflektierten Strahlen umfasst.
2 zeigt einen Blick in ein Gehäuse H eines beispielhaften LIDAR-Sensors 100. Das Gehäuse H kann beispielsweise eine Größe von 50 mm x 60 mm x 120 mm haben. In dem Gehäuse H sind unter anderem die Komponenten der Sendeeinheit des LIDAR-Sensors 100 angeordnet. Der LIDAR-Sensor 100 weist mindestens eine Lichtquelle auf, welche dazu ausgebildet ist, frequenzmoduliertes und/oder phasenmoduliertes Laserlicht auszusenden. Weiterhin weist der LIDAR-Sensor 100 die erste integrierte photonische Schaltung PIC2, sowie eine erste zweite integrierte photonische Schaltung PIC1 und eine weitere zweite integrierte photonische Schaltung PIC3 auf. Jede der integrierten photonischen Schaltungen PIC1 bis PIC3 umfasst mindestens drei Wellenleiter, die das Laserlicht von der mindestens einen Lichtquelle zu je einem Emitterausgang in einer gemeinsamen Emitterfläche der jeweiligen integrierten photonischen Schaltung PIC1 bis PIC3 leiten. Dies wird später in den auf 2 folgenden Figuren näher erläutert werden.
Wie in der Vergrößerung im linken Teil der 2 dargestellt, ist die erste zweite integrierte photonische Schaltung PIC1 im Beispiel entlang der Achse y über der ersten integrierten photonischen Schaltung PIC2 angeordnet. Die weitere zweite integrierte photonische Schaltung PIC3 ist im Beispiel entlang der Achse y unter der ersten integrierten photonische Schaltung PIC2 angeordnet. Die drei integrierten photonischen Schaltungen PIC1 bis PIC3 sind somit gestapelt aufeinander angeordnet. Jede der drei integrierten photonischen Schaltungen PIC1 bis PIC3 kann jeweils ein vertikales (Teil-)Sichtfeld adressieren. Die erste integrierte photonische Schaltung PIC2 adressiert beispielsweise das oben in 2 dargestellte vertikale Teil-Sichtfeld F_M0. Die erste zweite integrierte photonische Schaltung PIC1 adressiert beispielsweise das vertikale Teil-Sichtfeld F_M2. Die weitere zweite integrierte photonische Schaltung PIC3 adressiert beispielsweise das vertikale Teil-Sichtfeld F_M1.
Sowohl die Lichtquelle, als auch die integrierten photonischen Schaltungen PIC1 bis PIC3 sind in einem integrierten optischen Modul iom umfasst. Die integrierten photonischen Schaltungen PIC1, PIC2 und PIC3 emittieren Laserlicht CF, was hier beispielhaft nur für die erste integrierte photonische Schaltung PIC2 dargestellt ist. Das emittierte Laserlicht CF trifft anschließend auf den Kollimator O, der dazu ausgebildet ist, das Laserlicht CF zu kollimieren und auf ein gemeinsames Ziel, hier im Beispiel den Spiegel M, zu richten. Der Spiegel M kann, wie in der Vergrößerung im rechten Teil der 2 dargestellt, ein kardanisch gelagerter, um die zwei Achsen 201 und 202 beweglich gelagerter Spiegel sein. Das auf den Spiegel M treffende Laserlicht CF wird von dem Spiegel M abgelenkt. Das Laserlicht CF verlässt das Gehäuse H über die Apertur A als Laserstrahlen R1 bis RM, zentriert im jeweiligen Teil-Sichtfeld F₁ bis F_M und mit einem Winkelversatz θ₁ bis θ_M in Bezug auf eine optische Achse OA der Apertur A des LIDAR-Sensors 100. Beispielhaft hierfür ist der Winkel θ₁ in 2 eingezeichnet. Die Winkel θ₁ bis θ_M können hierbei abhängig sein von einer Fokallänge des Kollimators O und von einer lateralen Position der Emitterausgänge an einer gemeinsamen Emitterfläche der ersten integrierten photonischen Schaltung PIC2. Gleiches gilt auch für Laserlichtstrahlen, die von den beiden zweiten integrierten photonischen PIC1 und PIC3 emittiert werden. Laserlichtstrahlen, die von den beiden zweiten integrierten photonischen PIC1 und PIC3 emittiert werden, können einen, hier nicht gezeigten, Winkelversatz φ in einer zu θ orthogonal angeordneten Richtung haben. Dieser Winkelversatz ist abhängig vom Abstand 203-1 bzw. 203-2 der jeweiligen zweiten integrierten photonischen Schaltung PIC1 bzw. PIC3 zur ersten integrierten photonischen Schaltung PIC2.
Das in 2 oben dargestellte Teilbild zeigt ein Bespiel eines Scanmusters, welches mittels des von der ersten integrierten photonische Schaltung PIC2 emittierten Laserlichts realisiert werden kann. Entlang einer ersten, sogenannten schnellen Achse kann ein sinusförmiger oder triangulärer Scan in horizontaler Richtung (θ-Richtung) realisiert werden. Entlang einer zweiten, sogenannten langsamen Achse kann ein linearer Scan in vertikaler Richtung (φ-Richtung) realisiert werden. Das Scannen kann mittels einer kontinuierlichen Bewegung oder auch schrittweise, mit einem kurzen Verweilen bei jedem Pixel erfolgen.
3 zeigt einen Strahlengang für eine beispielhafte Sendeeinheit eines LIDAR-Sensors mit einer ersten integrierten photonischen Schaltung PIC. Die erste integrierte photonische Schaltung PIC kann Teil eines Stapels mehrerer integrierter photonischer Schaltungen, wie sie beispielsweise in 2 gezeigt wurden oder in den 4 und 5 gezeigt werden, sein. In 3 ist gut erkennbar, dass die erste integrierte photonische Schaltung PIC mehrere integrierte Wellenleiter LG1 bis LGM umfasst. Hier sind beispielhaft sechs integrierte Wellenleiter LG gezeigt. Die integrierten Wellenleiter LG1 bis LGM leiten das von der hier nicht gezeigten Lichtquelle ausgesendete Laserlicht zu je einem Emitterausgang EC1 bis ECM. Jedem der integrierten Wellenleiter LG1 bis LGM kann je ein Emitterausgang EC1 bis ECM zugeordnet sein. Die Emitterausgänge EC1 bis ECM sind hierbei in einer gemeinsamen Emitterfläche 301 der ersten integrierten photonischen Schaltung PIC angeordnet. Die Emitterfläche 301 weist hierbei eine Krümmung auf, die einer gekrümmten Fokalebene FP des Kollimators O entspricht. Zum Beispiel kann die erste integrierte photonische Schaltung PIC auf einem Wafer angeordnet sein und dieser Wafer kann an einer Seite/einer Seitenfläche gekrümmt ausgebildet sein. Die Krümmung der Emitterfläche 301 ist im hier gezeigten Beispiel konkav ausgebildet. Die Krümmung der Emitterfläche 301 kann alternativ zum Beispiel auch als Freiformfläche ausgebildet sein. Die erste integrierte photonische Schaltung PIC ist hierbei derart in der Sendeeinheit des LIDAR-Sensors angeordnet, dass die Emitterausgänge EC1 bis ECM auf der gekrümmten Fokalebene FP angeordnet sind. Die Emitterausgänge EC1 bis ECM der ersten integrierten photonischen Schaltung PIC können hierbei als Facetten von Kantenemittern ausgebildet sein. Die erste integrierte photonische Schaltung PIC kann derart in der Sendeeinheit angeordnet sein, dass die Emitterfläche 301 in einem hinteren Arbeitsabstand (back working distance) BWD des Kollimators O angeordnet ist. Der Kollimator O kann mindestens eine oder wie hier im Beispiel gezeigt mehrere optische Linsen 302 aufweisen. Das von den Emitterausgängen EC1 bis ECM emittierte, insbesondere kegelförmig emittierte, Laserlicht CF1 bis CFM wird von dem Kollimator kollimiert und wie hier anhand der Laserstrahlen LF1 und LFM beispielhaft gezeigt auf den Spiegel M gerichtet. Der Kollimator O kann somit simultan das ausgesendete Laserlicht CF1 bis CFM kollimieren. Der jeweils von einem Emitterausgang ausgesendete Laserlichtstrahl CF1 bis CFM kann hier in Bezug auf die optische Achse des Kollimators abgelenkt werden. Die Ablenkung hängt hierbei von der Position des jeweiligen Emitterausgangs EC1 bis ECM in der Emitterfläche 301 bzw. in der Fokalebene des Kollimators O ab. Insbesondere sind die Emitterausgänge EC1 bis ECM derart in der Fokalebene des Kollimators O angeordnet, dass die kollimierten Laserlichtstrahlen LF1 bis LM jeweils einen Winkelversatz δϕ in vertikaler Richtung und einen Winkelversatz δθ in horizontaler Richtung haben. Die kollimierten Strahlen LF1 bis LFM können dann in einer zweiten Fokalebene des Kollimators O überlappen. Wie im Beispiel gezeigt kann in dieser zweiten Fokalebene ein Spiegel M angeordnet sein. Vom Spiegel M können die Laserstrahlen LF1 bis LFM jeweils um einen Winkel θF1 bis θFM in Bezug auf die optische Achse OA der Apparatur der Sendeeinheit des LIDAR-Sensors abgelenkt werden. Jeder Laserstrahl LF1 bis LFM kann dadurch ein ihm zugeordnetes Teil-Sichtfeld adressieren. Anders gesagt, kann mittels der Sendeeinheit Laserlicht LF1 bis LFM in der Art eines Fächers ausgesendet werden. Wenn der Spiegel M um zwei Achsen beweglich gelagert ist, kann außerdem mittels einer Bewegung des Spiegels M um eine oder beide dieser zwei Achsen das Laserlicht CF1 bis CFM weiter in horizontaler Richtung (θ-Richtung) und vertikaler Richtung (Φ-Richtung) bewegt werden. Es kann der Fächer um δθ/2 und δφ/2 mittels der Bewegung des Spiegels M bewegt werden. Hierdurch kann das gesamte Sichtfeld erfasst werden.
4 zeigt eine isometrische Sicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Stapels dreier integrierter photonischer Schaltungen PIC1, PIC2 und PIC3. Die drei integrierten photonischen Schaltungen PIC1 bis PIC3 sind hierbei übereinandergestapelt angeordnet. Die erste zweite integrierte photonische Schaltung PIC1 ist entlang der eingezeichneten y-Achse über der ersten integrierten photonischen Schaltung PIC2, die weitere zweite integrierte photonische Schaltung PIC3 ist entlang der y-Achse unter der ersten integrierten photonische Schaltung PIC2 angeordnet.
Die erste integrierte photonische Schaltung PIC2 umfasst mehrere, hier nicht extra eingezeichnete, integrierte Wellenleiter LG, die Laserlicht einer hier nicht gezeigten Lichtquelle zu je einem Emitterausgang EC (hier als Punkte dargestellt) in einer gemeinsamen Emitterfläche 403 der ersten integrierten photonischen Schaltung PIC2 leiten. Die Emitterfläche 403 weist eine Krümmung auf, die einer gekrümmten Fokalebene des hier nicht gezeigten Kollimators entspricht. Die Emitterausgänge EC sind auf dieser gekrümmten Fokalebene angeordnet. Auch die zweiten integrierten photonischen Schaltungen PIC1 und PIC3 weisen jeweils mehrere integrierte Wellenleiter LG auf (in 4 für die erste zweite integrierte photonische Schaltung PIC1 eingezeichnet), die Laserlicht von der hier nicht gezeigten Lichtquelle zu je einem Emitterausgang EC (jeweils als Punkte dargestellt) in jeweils einer gemeinsamen Emitterfläche 402 bzw. 403 der ersten zweiten integrierten photonische Schaltung PIC1 bzw. der weiteren zweiten integrierten photonische Schaltung PIC3 leiten. Die Emitterfläche 402 der ersten zweiten integrierten photonischen Schaltung PIC1 weist eine Krümmung auf, die der gekrümmten Fokalebene des hier nicht gezeigten Kollimators entspricht. Und auch die Emitterfläche 403 der weiteren zweiten integrierten photonischen Schaltung PIC3 weist eine Krümmung auf, die der gekrümmten Fokalebene des hier nicht gezeigten Kollimators entspricht. Die Emitterausgänge EC der beiden zweiten integrierten photonischen Schaltungen PIC1 und PIC3 sind jeweils auf dieser gekrümmten Fokalebene angeordnet.
Für die weitere zweite integrierte photonische Schaltung PIC3 ist beispielhaft gezeigt, wie rein von deren Emitterausgängen EC Laserlicht CF emittiert wird. Es kann jedoch synchron von allen Emitterausgängen aller drei hier gezeigten integrierten photonischen Schaltungen PIC1 bis PIC3 synchron Laserlicht CF emittiert werden. Der Pfeil 401 markiert die Ebene, in der eine erste Linse des hier nicht gezeigten Kollimators O angeordnet sein kann.
In 4 ist weiterhin beispielhaft erkennbar, dass die mindestens drei integrierten Wellenleiter LG (hier nicht extra eingezeichnet) und die Emitterausgänge EC (hier als Punkte dargestellt) der ersten integrierten photonischen Schaltung PIC2 in einer gemeinsamen ersten Ebene 406 angeordnet sein können. Die gemeinsame erste Ebene 406 wird insbesondere durch die erste integrierte photonische Schaltung PIC2 aufgespannt. Die erste Ebene 406 erstreckt sich hierbei in der gezeigten x-z-Ebene. Die mindestens drei integrierten Wellenleiter LG und die Emitterausgänge EC der ersten zweiten integrierten photonischen Schaltung PIC1 sind im Beispiel in einer gemeinsamen zweiten Ebene 405 angeordnet. Die gemeinsame zweite Ebene 405 wird insbesondere durch die erste zweite integrierte photonische Schaltung PIC1 aufgespannt. Die mindestens drei integrierten Wellenleiter LG (hier nicht extra eingezeichnet) und die Emitterausgänge EC (hier als Punkte dargestellt) der weiteren zweiten integrierten photonischen Schaltung PIC3 sind im Beispiel in einer gemeinsamen zweiten Ebene 407 angeordnet. Die gemeinsame zweite Ebene 407 wird insbesondere durch die weitere zweite integrierte photonische Schaltung PIC3 aufgespannt. Auch die zweiten Ebenen 405 und 407 erstrecken sich im Beispiel in der gezeigten x-z-Ebene. Die Ebenen 405, 406 und 407 sind somit parallel zueinander angeordnet. Die Ebenen 405, 406 und 407 können auch jeweils als Wafer aufgefasst werden, auf denen die jeweilige integrierte photonische Schaltung PIC, PIC2 bzw. PIC3 angeordnet ist.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Stapels dreier integrierter photonischer Schaltungen PIC1, PIC2 und PIC3. Die drei integrierten photonischen Schaltungen PIC1 bis PIC3 sind hierbei übereinandergestapelt angeordnet. Die erste zweite integrierte photonische Schaltung PIC1 ist entlang der eingezeichneten y-Achse über der ersten integrierten photonischen Schaltung PIC2, die weitere zweite integrierte photonische Schaltung PIC3 ist entlang der y-Achse unter der ersten integrierten photonischen Schaltung PIC2 angeordnet.
5A zeigt eine Draufsicht auf den Stapel der drei integrierten photonischen Schaltungen PIC1 bis PIC3. Es sind beispielhaft einige integrierte Wellenleiter LG und Emitterausgänge EC (hier als Punkte dargestellt) der ersten zweiten integrierten photonischen Schaltung PIC1 erkennbar, von denen aus Laserlicht CF emittiert wird.
5B zeigt eine Frontalansicht des Stapels. Es ist erkennbar, dass bei diesem Ausführungsbeispiel die integrierten Wellenleiter und die Emitterausgänge EC (als Punkte dargestellt) der ersten integrierten photonischen Schaltung PIC2 in der gemeinsamen ersten Ebene 506 angeordnet sind. Die erste integrierte photonische Schaltung PIC2 ist auf dem Wafer 502 angeordnet. Die erste Ebene 506 bzw. der Wafer 502 erstrecken sich in der x-z-Ebene.
Die zweiten integrierten photonischen Schaltung PIC1 und PIC3 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel auf jeweils zwei Wafern angeordnet. Die erste zweite integrierte photonische Schaltung PIC1 ist auf den Wafern 501-1 und 501-2 angeordnet, welche verkippt zueinander angeordnet sind. Die integrierten Wellenleiter LG und die Emitterausgänge EC der ersten zweiten integrierten photonischen Schaltung PIC1 sind durch die Verkippung der zwei Wafer 501-1 und 501-2 in den zwei Ebenen 504-1 und 504-2 angeordnet. Die integrierten Wellenleiter LG und die Emitterausgänge EC der ersten zweiten integrierten photonischen Schaltung PIC1 sind gleichmäßig verteilt auf den zwei Wafern 501-1 und 501-2 angeordnet.
Die weitere zweite integrierte photonische Schaltung PIC3 ist auf den Wafern 503-1 und 503-2 angeordnet, welche verkippt zueinander angeordnet sind. Die integrierten Wellenleiter und die Emitterausgänge EC (als Punkte dargestellt) der weiteren zweiten integrierten photonischen Schaltung PIC3 sind durch die Verkippung der zwei Wafer 503-1 und 503-2 in den zwei Ebenen 507-1 und 507-2 angeordnet. Die integrierten Wellenleiter und die Emitterausgänge EC der weiteren zweiten integrierten photonischen Schaltung PIC3 sind gleichmäßig verteilt auf den zwei Wafern 503-1 und 503-2 angeordnet.
Sowohl die Ebenen 504-1 und 504-2, als auch die Ebenen 507-1 und 507-2 sind hierbei nicht parallel zur ersten Ebene 506 der ersten integrierten photonischen Schaltung angeordnet.
6 zeigt eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel einer ersten integrierten photonischen Schaltung PIC. Die erste integrierte photonische Schaltung PIC kann Teil eines Stapels mehrerer integrierter photonischer Schaltungen, wie sie beispielsweise in den 2, 4 und 5 gezeigt wurden, sein. Hierbei ist anzumerken, dass auch zweite integrierte photonische Schaltungen einer Sendeeinheit die im Folgenden erläuterten Merkmale aufweisen können.
Die hier gezeigte erste integrierte photonische Schaltung PIC weist die Wellenleiter LG auf, die Licht von einer hier nicht gezeigten Lichtquelle zu je einem Emitterausgang EC in der gemeinsamen Emitterfläche 603 der ersten integrierten photonischen Schaltung PIC leiten. Die Emitterfläche 603 weist eine Krümmung auf, die einer gekrümmten Fokalebene eines hier nicht gezeigten Kollimators entspricht, wobei die erste integrierte photonische Schaltung PIC derart in einem LIDAR-Sensor angeordnet ist, dass die Emitterausgänge EC auf der gekrümmten Fokalebene angeordnet sind. Die Wellenleiter LG und die Emitterausgänge EC der ersten integrierten photonischen Schaltung PIC sind in diesem Ausführungsbeispiel derart angeordnet, dass von den Emitterausgängen EC emittierte Lichtstrahlen CF an einen lokalen nicht-telezentrischen Winkel des Kollimators angepasst sind. Die Orientierung jedes Wellenleiters LG und jedes zugehörigen Emitterausgangs EC ist hier derart gewählt, dass die Richtung des ausgesandten Laserlichts CF mit einem lokalen nicht-telezentrischen Winkel des Kollimators zusammenfällt. Die Richtung des ausgesandten Laserlichts CF wird hierbei insbesondere dadurch angepasst, dass für jeden Wellenleiter LG und den zugehörigen Emitterausgang ein geeigneter Winkel γ zwischen einer Orientierung 602 eines jeden Wellenleiters LG und einer Normalen 601 auf der Emitterfläche 603 an der Stelle des zugehörigen Emitterausgangs EC gewählt wird. Hierbei kann noch das Brechungsgesetz beachtet werden, welche beeinflusst, wie das ausgesandte Laserlicht an der Kante der integrierten photonischen Schaltung PIC, bzw. an der Kante eines Wafers, auf der die integrierte photonische Schaltung PIC angeordnet ist, gebrochen wird, um letztlich zu erreichen, dass das Laserlicht CF in die gewünschte Richtung ausgesendet wird.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Erfassung eines Sichtfeldes mittels eines LIDAR-Sensors. Der LIDAR-Sensor kann ein LIDAR-Sensor, wie er in den vorherigen Figuren beschrieben wurde, sein. Das Verfahren 700 startet im Schritt 701. Im Schritt 702 wird eine Lichtquelle zur Aussendung von frequenzmoduliertem und/oder phasenmoduliertem Laserlicht angesteuert. Im Schritt 703 wird das ausgesendete Laserlicht durch mindestens drei integrierte Wellenleiter einer ersten integrierten photonischen Schaltung zu je einem Emitterausgang in einer gemeinsamen Emitterfläche der ersten integrierten photonische Schaltung geleitet. Im Schritt 704 wird das von den Emitterausgängen emittierte Laserlicht kollimiert und auf ein gemeinsames Ziel, insbesondere einen Spiegel, mittels eines Kollimators gerichtet, welcher mindestens eine Linse umfasst. Hierbei weist die Emitterfläche eine Krümmung auf, die einer gekrümmten Fokalebene des Kollimators entspricht, wobei die erste integrierte photonische Schaltung derart im LIDAR-Sensor angeordnet ist, dass die Emitterausgänge auf der gekrümmten Fokalebene angeordnet sind. Im Schritt 705 werden aus dem Sichtfeld rückgestreute und/oder reflektierte Strahlen mittels eines Detektors empfangen. Das Verfahren 700 endet im Schritt 706.
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen einer Sendeeinheit für einen oben beschriebenen LIDAR-Sensor. Das Verfahren 800 startet im Schritt 801. Im Schritt 802 wird mindestens ein Wafer zur Herstellung mindestens einer ersten oder einer wenigstens zweiten integrierten photonischen Schaltung bereitgestellt. Im Schritt 803 kommt es zum Laser-Schneiden des mindestens einen Wafers derart, dass eine gekrümmte Seite ausgebildet wird, die der Krümmung der Emitterfläche der ersten integrierten photonischen Schaltung oder der Krümmung der Emitterfläche der wenigstens einen zweiten integrierten photonischen Schaltung entspricht. Das Verfahren 800 endet im Schritt 804.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2018/160729 A2 [0002]

Claims

LIDAR-Sensor (100) zum Erfassen eines Sichtfeldes (101), umfassend eine Sendeeinheit mit: • mindestens einer Lichtquelle, welche dazu ausgebildet ist, frequenzmoduliertes und/oder phasenmoduliertes Laserlicht auszusenden; • mindestens einer ersten integrierten photonischen Schaltung (PIC, PIC2) umfassend mindestens drei integrierte Wellenleiter (LG1-LGM), die das Laserlicht von der mindestens einen Lichtquelle zu je einem Emitterausgang (EC1-ECM) in einer gemeinsamen Emitterfläche (301, 403, 603) der ersten integrierten photonische Schaltung leiten (PIC, PIC2); und • einem Kollimator (O), umfassend mindestens eine Linse (302), der dazu ausgebildet ist, von den Emitterausgängen (EC1-ECM) emittiertes Laserlicht (CF, CF1-CFM) zu kollimieren und auf ein gemeinsames Ziel, insbesondere einen Spiegel (M), zu richten; und weiterhin umfassend eine Empfangseinheit mit mindestens einem Detektor zum Empfangen von aus dem Sichtfeld (101) rückgestreuten und/oder reflektierten Strahlen; dadurch gekennzeichnet, dass • die Emitterfläche (301, 403, 603) eine Krümmung aufweist, die einer gekrümmten Fokalebene (FP) des Kollimators (O) entspricht, wobei die erste integrierte photonische Schaltung (PIC, PIC2) derart im LIDAR-Sensor (100) angeordnet ist, dass die Emitterausgänge (EC1-ECM) auf der gekrümmten Fokalebene (FP) angeordnet sind.
LIDAR-Sensor (100) nach Anspruch 1, wobei die Sendeeinheit wenigstens eine zweite integrierte photonische Schaltung (PIC1, PIC3) umfassend mindestens drei integrierte Wellenleiter (LG), die Laserlicht von der mindestens einen Lichtquelle zu je einem Emitterausgang (EC) in einer gemeinsamen Emitterfläche (402, 403) der zweiten integrierten photonische Schaltung (PIC1, PIC3) leiten, aufweist; wobei die Emitterfläche (402, 403) der wenigstens einen zweiten integrierten photonischen Schaltung (PIC1, PIC3) eine Krümmung aufweist, die der gekrümmten Fokalebene (FP) des Kollimators (O) entspricht, wobei die wenigstens eine zweite integrierte photonische Schaltung (PIC1, PIC3) derart im LIDAR-Sensor (100) angeordnet ist, dass die Emitterausgänge (EC) auf der gekrümmten Fokalebene (FP) angeordnet sind; und wobei die zweite integrierte photonische Schaltung (PIC1, PIC3) entlang einer Achse (y) über oder unter der ersten integrierten photonischen Schaltung (PIC2) angeordnet ist.
LIDAR-Sensor (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Emitterausgänge (EC) der ersten (PIC, PIC2) und/oder der wenigstens einen zweiten integrierten photonischen Schaltung (PIC1, PIC3) jeweils als Facetten von Kantenemittern ausgebildet sind.
LIDAR-Sensor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wellenleiter (LG1-LGM) und Emitterausgänge (EC1-ECM) der ersten (PIC, PIC2) und/oder wenigstens einen zweiten integrierten photonischen Schaltung (PIC1, PIC3) derart angeordnet sind, dass von den Emitterausgängen (EC1-ECM) emittierte Lichtstrahlen (CF) an eine lokale Abweichung des Kollimators (O) vom telezentrischen Winkel angepasst sind.
LIDAR-Sensor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die mindestens drei integrierten Wellenleiter (LG1-LGM) und die Emitterausgänge (EC1-ECM) der ersten integrierten photonischen Schaltung (PIC, PIC2) in einer gemeinsamen ersten Ebene (406, 506) angeordnet sind.
LIDAR-Sensor (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die mindestens drei integrierten Wellenleiter (LG1-LGM) und die Emitterausgänge (EC1-ECM) der wenigstens einen zweiten integrierten photonischen Schaltung (PIC1, PIC3) in wenigstens einer zweiten Ebene (405, 407, 504-1, 504-2, 507-1, 507-2) angeordnet sind.
LIDAR-Sensor (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die wenigstens eine zweite integrierte photonische Schaltung (PIC1, PIC3) auf wenigstens zwei Wafern (501-1 und 501-2; 503-1 und 503-2) ausgebildet ist, welche verkippt zueinander angeordnet sind; und wobei die mindestens drei integrierten Wellenleiter (LG) und die Emitterausgänge (EC) gleichmäßig verteilt auf den wenigstens zwei Wafern (501-1 und 501-2; 503-1 und 503-2) angeordnet sind.
LIDAR-Sensor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Spiegel (M) ein kardanisch gelagerter, um wenigstens zwei Achsen (201, 202) beweglich gelagerter Spiegel (M) ist.
Verfahren (700) zum Erfassen eines Sichtfeldes mittels eines LIDAR-Sensors aufweisend die Schritte: • Ansteuerung (702) einer Lichtquelle zur Aussendung von frequenzmoduliertem und/oder phasenmoduliertem Laserlicht; • Leiten (703) des ausgesendeten Laserlichts durch mindestens drei integrierte Wellenleiter einer ersten integrierten photonischen Schaltung zu je einem Emitterausgang in einer gemeinsamen Emitterfläche der ersten integrierten photonische Schaltung; • Kollimation (704) des von den Emitterausgängen emittierten Laserlichts und Richten auf ein gemeinsames Ziel, insbesondere einen Spiegel, mittels eines Kollimators, welcher mindestens eine Linse umfasst; • Empfangen (705) von aus dem Sichtfeld rückgestreuten und/oder reflektierten Strahlen mittels eines Detektors; dadurch gekennzeichnet, dass • die Emitterfläche eine Krümmung aufweist, die einer gekrümmten Fokalebene des Kollimators entspricht, wobei die erste integrierte photonische Schaltung derart im LIDAR-Sensor angeordnet ist, dass die Emitterausgänge auf der gekrümmten Fokalebene angeordnet sind.
Verfahren zum Herstellen (800) einer Sendeeinheit für einen LIDAR-Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweisend die Schritte: • Bereitstellen (802) mindestens eines Wafers zur Herstellung mindestens einer ersten oder einer wenigstens zweiten integrierten photonischen Schaltung; und • Laser-Schneiden (803) des mindestens einen Wafers derart, dass eine gekrümmte Seite ausgebildet wird, die der Krümmung der Emitterfläche der ersten integrierten photonischen Schaltung oder der Krümmung der Emitterfläche der wenigstens einen zweiten integrierten photonischen Schaltung entspricht.