[发明专利]激光雷达设备

说明书

说明一种具有集成光学器件的激光雷达设备，所述激光雷达设备具有带有光学相位阵列(1)的射束偏转单元，所述光学相位阵列具有多个天线(2)，所述多个天线设置为用于在预先确定的辐射角度下发射电磁辐射，其中，所述辐射角度覆盖所述激光雷达设备的预先确定的视野，其中，所述辐射角度具有第一辐射角度子范围，将具有偏振A的电磁辐射发射到所述第一辐射角度子范围中，并且具有第二辐射角度子范围，将具有偏振B的电磁辐射发射到所述第二辐射角度子范围中。

技术领域

本发明涉及一种具有集成光学器件的激光雷达设备，该激光雷达设备具有射束偏转单元，所述射束偏转单元具有光学相位阵列，该光学相位阵列具有多个天线，这些天线设置为用于在预先确定的辐射角度下发射电磁辐射，其中，该辐射角度覆盖激光雷达设备的预先确定的视野。

背景技术

微型光学系统是微系统技术领域中众多当前研究的主题。在此，特别地，所谓的集成光学器件提供在非常紧凑的平面波导中引导和处理电磁辐射(光)的可能性。在此，引导电磁辐射的物理基础类似于本身已知的光缆。激光雷达设备具有带有光学相位阵列的射束偏转单元。该射束偏转单元可以用作常规的机械镜的代替。该射束偏转单元对机械冲击的抵抗力明显更高，而且潜在地也能够更加成本有利地制造。该射束偏转单元也可以明显更加紧凑地实现。

这种激光雷达设备可以借助所发射的电磁辐射来测量对象的形状及其距离，并且尤其是对于自动化驾驶而言是必需的。在汽车领域中，对这种激光雷达设备的典型要求是60°x20°的视野(Sichtbereich)。在此，电磁辐射的偏转通常通过光的波长进行。这基于在射束偏转单元中所使用的天线的布拉格效应。天线实施为栅格耦合器(Gitterkoppler)。在此，所获得的辐射角度取决于栅格耦合器的栅格周期、栅格区域中的平均有效折射率、电磁辐射的光学真空波长和衍射级数。在此，栅格耦合器通常以第一衍射级数工作，因为第一衍射级数具有最大的强度。因此能够确定：为了覆盖给定视野，需要哪些波长范围。栅格耦合器的典型材料是硅。在这种基于硅的系统中，20°的覆盖范围(10°的起始辐射角度和30°的终止辐射角度)需要激光雷达设备的波长可调性大于200nm。然而，目前不能够实现这种波长可调性。虽然在50°和70°之间的辐射角度范围内，对波长可调性的要求能够降低至大约180nm。但是，在辐射角度的该范围内，光学相位阵列的有效孔径也降低50％，并且因此射束发散度提高。这降低激光雷达设备的作用距离。

发明内容

根据本发明，提供一种激光雷达设备，在该激光雷达设备中，辐射角度具有第一辐射角度子范围并且具有第二辐射角度子范围，具有偏振A的电磁辐射发射到该第一辐射角度子范围中，具有偏振B的电磁辐射发射到该第二辐射角度子范围中。

本发明的优点

该激光雷达设备具有以下优点：能够实现对20°的辐射角度的高要求。为此，如此设计光学相位阵列，使得将具有偏振A的电磁辐射发射到第一辐射角度子范围中，并且将具有偏振B的电磁辐射发射到第二辐射角度子范围中。在此，光学相位阵列例如可以如此设计，使得偏振A覆盖0°-10°的第一辐射角度子范围，并且偏振B覆盖10°-20°的第二辐射角度子范围。如此，在正确设计光学相位阵列的情况下，可以将所需的光谱带宽降低至一半，因为每个偏振仅需覆盖一个辐射角度子范围。因此，在波长范围相同的情况下，两个偏振覆盖相邻的辐射角度子范围。

也可能的是，偏振A(优选地构造为横电(transversal elektrisch))和偏振B(优选地构造为横磁(transversal magnetisch))彼此正交地构造。天线的辐射角度尤其由电磁辐射的光学真空波长和有效折射率确定。现在，对于在光学相位阵列的预给定的波导中所使用的正交偏振，有效折射率有所不同。有效折射率中的这种差异可以用于降低光谱带宽。在此，计算出覆盖20°视野所需的光谱带宽，其方式为执行检查：为了分别覆盖两个相邻的10°范围(第一和第二辐射角度子范围)需要哪些波长范围以及这些波长范围是否相同。