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CN111373278A - 带有通过准直性的遮盖元件覆盖的扫描镜的发射装置 - Google Patents

带有通过准直性的遮盖元件覆盖的扫描镜的发射装置 Download PDF

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CN111373278A
CN111373278A CN201880054016.7A CN201880054016A CN111373278A CN 111373278 A CN111373278 A CN 111373278A CN 201880054016 A CN201880054016 A CN 201880054016A CN 111373278 A CN111373278 A CN 111373278A
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Jenoptik Optical Systems GmbH
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Abstract

本发明涉及一种发射装置，发射装置优选地包含至少两个激光二极管(l1,…,ln)和可围绕其中心点(MP)偏转的扫描镜(2)，扫描镜布置在带有透明的遮盖元件(4)的壳体(3)内。遮盖元件(4)至少在耦出区域(4.2)内通过带有曲率中心点(K)的单中心的半球壳(HK)的片段形成，半球壳(HK)覆盖扫描镜(2)地布置，使得曲率中心点(K)和扫描镜(2)的中心点(MP)重合，并且遮盖元件(4)在耦入区域(4.1)内通过光学组块(5)形成，光学组块带有：环面形的进入面(5.1)，至少一个环面形的离开面(5.21)，和至少两个布置在其间的第一镜面(5.31)以用于转向和预准直激光束(S1,…,Sn)。

Description

带有通过准直性的遮盖元件覆盖的扫描镜的发射装置
技术领域
本发明涉及用于LIDAR(激光雷达)扫描器的发射装置，LIDAR扫描器以被准直的激光辐射扫描至少一个扫描角范围。
背景技术
在其中单独的扫描点近似于成像到无限远的距离测量中，单独的角范围通过扫描二维的扫描场具有三维的延展，或通过扫描一维的扫描线具有二维的延展。
虽然扫描场或扫描线的延展受到扫描镜的最大偏转角的限制，但是其深度基本上一方面由朗伯比尔定律确定(根据朗伯比尔定律辐射的强度随行进路径以指数方式降低)，并且通过所要求的激光等级确定，激光等级限制了辐射源的功率。
大的扫描角范围在如下地点例如是有意义的，即其中应无缝地监测大的空间范围。与此相关的应用领域可以例如是航空、航运、军事技术或公路车辆的自动驾驶。
通过使用可以扫过大的扫描角的旋转镜作为扫描镜，还需要另外的分立构件，例如将镜轴支承在其内的支架。随旋转产生的摩擦导致磨损并且因此导致因磨损引起的打滑。目前，由分立构件制成的组件通常制造更为复杂，并且因此比单块制造的组件更昂贵。由分立构件制成的组件也不太容易小型化，并且通常较重。
完全无磨损地工作的MEMS镜(MEMS＝微机电系统)通过固体铰链与框架连接成单块，其中围绕MEMS镜的中心点相互错开180°布置的两个固体铰链形成从机械角度来看的转动轴。存在市售的MEMS镜，MEMS镜可以围绕仅一个转动轴、围绕两个相互垂直的转动轴或围绕三个或更多的、形成单独的悬挂部的铰链偏转。由于固体铰链连接，MEMS镜相对于框架的偏转角在此分别被限制到未偏转的零位置周围的大约+/-10°。无摩擦的运行、其可实现的高的运行频率以及相对低的价格使得MEMS镜对于动态、紧凑和坚固的设备很有吸引力。
但是，当使用MEMS镜作为用于LIDAR扫描仪的发射装置的扫描镜时，有限的小偏转角是不利的。通过MEMS镜被反射的激光束的最大扫描角范围是最大偏转角的四倍，并且因此最大大约为40°。显而易见的是，使用多个MEMS镜以从单独的MEMS镜的扫描角范围实现组合的更大的扫描角范围，或造成相互间隔开的多个扫描角范围。但是，一方面由此影响设备的紧凑性，而另一方面将必须采取技术措施以使MEMS镜在其运动顺序中同步。作为替代，将多个激光束以不同的入射角对准MEMS镜以使得这些激光束扫描多个相邻的单独扫描角范围，扫描角范围组合为大的扫描角范围，其缺点是布置在MEMS镜前方的遮盖元件，该遮盖元件根据现有技术仅以平板的形式已知，平板对于单独的激光束具有不同的影响。此外，每个激光束都需要一个激光束源，激光束源分别带有沿射出方向相继的准直器，其中激光束源的射出方向必须相互对齐，以使得激光束源以确定的不同的入射角到达MEMS镜上。
无论扫描镜是否是MEMS镜，都有理由将扫描镜包罩在壳体内并且被遮盖元件覆盖，并且因此使其受到保护。就已知而言，遮盖元件总是与未偏转的镜平行或倾斜地布置的透明的平板。
到达遮盖元件上的激光束(其也可能涉及指向到扫描镜上的多个激光束)以及每个在扫描镜上反射之后的激光束因此取决于到平板上的入射角或多或少地经受菲涅耳损耗，这取决于位置或多或少地降低了激光束的强度。另外，在遮盖元件上可能出现不希望的反射。
从DE 10 2012 025 281 A1中已知带有发射单元的光学对象检测单元，发射单元包含：用于辐射出激光束的发射器，可绕其中心点围绕一个或两个枢转方向枢转的微镜，和在发射光束路径中布置在微镜后方并覆盖微镜的发射透镜。被实施为弯月形透镜的发射透镜在此也可以用作发射单元的壳体的遮盖部。在此，缺点在于，由于激光束不能通过发射透镜被引导向微镜，因此不能仅包罩微镜本身。
从DE 10 2011 006 159 A1中已知一种投影设备，投影设备带有可枢转到至少在两个切换位置中的MEMS镜，MEMS镜被梯度折射率透镜覆盖。梯度折射率透镜是平凸透镜，其平坦面面对MEMS镜布置。通过梯度折射率透镜射入的估计平行的激光束簇聚焦到MEMS镜上，并且在反射之后在重新通过梯度折射率透镜时如需要的话则被再次准直。缺点在于：一方面，由于受到梯度折射率透镜的平坦面的限制，MEMS镜仅具有很小的枢转范围；另一方面，由于梯度折射率透镜的平坦面上的折射，可能来自不同的入射角的激光束不能在相同的点上入射在MEMS镜上。
发明内容
因此，本发明的任务是找到一种用于LIDAR扫描器的带有被遮盖元件保护的扫描镜的发射装置，其中，在遮盖元件上出现最低的菲涅耳损耗并且不出现不希望的反射。此外，发射装置应具有紧凑的结构形式以及在制造中的低校准。
本发明的任务通过权利要求1的特征来解决。在从属权利要求中给出了有利的设计。
附图说明
如下根据实施例和附图更详细地解释本发明。在附图中：
图1a至图1c示出发射装置的第一实施例的原理草图，
图2a至图2b示出发射装置的第二实施例的原理草图，
图3a至图3b示出发射装置的第三实施例的原理草图，
图4以透视图示出发射装置的第二实施例的设计方案，和
图5以透视图示出发射装置的第三实施例的设计方案。
具体实施方式
譬如从图1a至图1c中可见，根据本发明的发射装置在所有的实施方式中包含单独的激光二极管1.1或至少两个激光二极管1.1,…,1.n，激光二极管分别射出具有光束轴A1,…,An以及沿快轴fa和慢轴sa的不同射出角的激光束S1,…,Sn。
在发射装置包含至少两个激光二极管1.1,…,1.n的情况中，激光二极管沿其慢轴sa方向相互并列成行地布置，并且光束轴A1,…,An相互平行地走向。因此，与其中光束轴相互成角度的布置相比，激光二极管1.1,…,1.n可以相互更紧凑地布置，并且不需要校准来调节角位置。
此外，发射装置包含可围绕其中心点MP偏转的扫描镜2，扫描镜布置在带有透明的遮盖元件4的壳体3内。至少一个激光束S1,…,Sn的光束轴A1,…,An指向遮盖元件4，使得当至少一个激光束S1,…,Sn在耦入区域4.1内穿过遮盖元件4之后光束轴A1,…,An到达中心点MP上，并且使得至少一个激光束S1,…,Sn在扫描镜2上反射之后在耦出区域4.2内又穿过遮盖元件4.2。
根据本发明关键的是遮盖元件4在耦入区域4.1内具有：环面形的进入面5.1，以用于沿快轴fa的方向预准直至少一个激光束S1,…,Sn；分别配属于至少两个激光二极管1.1,…,1.n的第一镜面5.31,…,5.3n，以用于将激光束S1,…,Sn转向到中心点MP上；和至少一个环面形的离开面5.21,…,5.2n，以用于将至少一个激光束S1,…,Sn沿慢轴sa的方向预准直。环面形面(toroidal surface)被理解为如下体的表面或表面的片段，即，该体可以通过平面图形围绕与平面图形本身处于相同的平面内的旋转轴线的旋转产生。此体也被称为环体。环体的重要的特殊情况或极限情况是圆环体、球或圆柱体以及带有任意的(特别地也为抛物线形的)横截面的柱体。此特殊情况或极限情况的表面或表面的片段因此也被视作环面形面的示例。本领域技术人员熟悉的是容易地修改用于校正图像误差的面。
环面形(折射或反射)光学面一般地沿两个相互垂直的方向不同地影响光束形状。在柱形透镜(其横截面形状在此不必是球形)的特殊情况或极限情况中，光束形状沿一个方向保持不被影响。在通常的球形透镜的特殊情况或极限情况中，光束形状沿两个方向被相同地影响。
进一步根据本发明关键的是遮盖元件4至少在耦出区域4.2内通过单中心的半球壳HK的片段形成，并且遮盖元件4被布置为覆盖扫描镜2，使得假想的单中心的半球壳HK(下文中仅称为半球壳HK)的曲率中心点K与扫描镜2的中心点MP重合。“单中心”即半球壳HK的两个表面的曲率中心点重合。取决于制造和安装的公差、长时间的漂移以及曲率中心点K与中心点MP的位置之间的公差偏差导致恶化的光束质量，但是在极限内是可允许的。
与至少一个激光束S1,…,Sn相对于未偏转的扫描镜4的垂线L到达扫描镜4上的入射角α1,…,αn完全无关地，激光束的光束轴A1,…,An当在扫描镜4上反射之后与其位置无关地在扫描镜2偏转时总是垂直地到达在耦出区域4.2内形成的半球壳HK的片段。
到达遮盖元件上的激光束S1,…,Sn当穿过耦入区域4.1内的遮盖元件4时一方面被转向并且另一方面沿激光二极管1.1,…,1.n的快轴fa和慢轴sa的方向被预准直，使得沿快轴fa和慢轴sa的方向到达扫描镜2的中心点MP上而形成相同的小的会聚角，并且激光束当穿过耦出区域4.2内的遮盖元件4之后被完全地准直。
有利地，遮盖元件4通过壳6和如在图4中所示的整合到壳内的光学组块5形成。遮盖元件4也可以有利地通过壳6和邻接在壳上的光学组块5形成，如在图5中图示。在此，在壳6上形成半球壳HK的片段，并且在光学组块5上构成环面形的进入面5.1、至少两个第一镜面5.31,…,5.3n和至少一个环面形的离开面5.21,…,5.2n。壳6有利地是半球壳HK的部分。
在图1a至图1c中图示了第一实施例，其示例性地带有三个激光二极管1.1、1.2、1.3，包括从激光二极管1.2发出的激光束S2，以及激光二极管1.1、1.2、1.3的光束轴A1、A2、A3。激光束S1、S2、S3通过在环面形的进入面5.11处的折射沿快轴fa方向被预准直。环面形进入面5.11在此是柱形面。
存在与激光束S1、S2、S3相同数量的第一镜面5.31、5.32、5.33。第一镜面5.31、5.32、5.33是相互倾斜的平坦面，其中，平坦面的尺寸和平面的中心点的间隔以及相邻的平坦面之间的倾斜角分别从激光二极管1.1、1.2、1.3的间隔得到。三个激光束的中间的激光束S2仅在快轴fa位于其内的平面内被转向，而外部的激光束S1、S3也在与平面垂直的平面内被转向，使得所有三个激光束S1、S2、S3到达扫描镜2的中心点MP上。第一镜面5.31、5.32、5.33在此不影响激光束S1、S3的准直。第一镜面5.31、5.32、5.33的每个配属于环面形离开面5.21、5.22、5.23。环面形离开面5.21、5.22、5.23可以分别是柱形面，并且因此仅沿慢轴sa的方向被准直，但是优选地可以是环面形的面，该面沿慢轴sa并且附加地沿快轴fa被准直，使得进入面5.1可以具有更低的折光力。有利地，当通过激光束S1、S2、S3在环面形进入面5.1上的预准直使得激光束S1、S2、S3的沿快轴fa的方向的光束角已与沿慢轴sa的方向的光束角匹配时，为此可以设有球形面。被预准直的激光束S1、S2、S3必须是略微会聚的，以便然后通过折射在具有负的折光力的耦出区域4.2内被完全地准直。
图2a和图2b中所图示的第二实施例与第一实施例的区别在于，在耦入区域4.1内存在第二镜面5.4。第二镜面5.4仅用于激光束S1、S2、S3的折叠，以最小化空间需求并且可以改变进入面5.1和激光二极管1.1、1.2、1.3的位置。
在图4中示出第二实施例的设计方案。在此显见，遮盖元件4在耦入区域4.1和耦出区域4.2之外的形状针对空间需求的最小化进行了匹配。
对于较大数量的激光二极管1.1,…,1.n或对于预先给定的光束轴A1,…,An的间隔的情况，在图3a和图3b中所示的第三实施例是特别地有利的。作为存在与激光二极管1.1,…,1.n的数量相同的第一镜面5.31,…,5.3n的替代，在此仅存在第一镜面5.31，第一镜面5.31是带有焦点FPS的抛物线镜面PS，并且将抛物线镜面布置为使得当理论上忽略在此布置在后方的环面形离开面5.21的折光力时焦点FPS与曲率中心点K和中心点MP重合。与激光二极管1.1,…,1.n的相互间隔无关地，并且因此与光束轴A1,…,An的相互间隔无关地，光束轴A1,…,An反射到焦点FPS内并且因此反射到扫描镜2的中心点MP。抛物线镜面PS可以是环面形的抛物线镜面，以此得到了严格而言的焦线，但是焦线包含如下点，即所有光束轴A1,…,An会聚在该点内并且点被理解为焦点FPS。
在此情况中，环面形的离开面5.21是非球形的柱形面，其中，进入面5.1和离开面5.21的柱轴线相互垂直。
壳6和光学组块5可以被单独地制造，并且优选地通过粘合相互连接。但是有利地，壳和光学组块由一个件以单块方式制成。
带有仅一个激光二极管1.1的发射装置是在图中未图示的特殊情况。在此不需要第一镜面5.31，这是因为可以将仅一个激光束S1的光束轴A1直接指向扫描镜2的中心点MP。然后，在耦入区域4.1内，激光束S1仅通过进入面5.1和离开面5.21被引导。
根据本发明的发射装置的所有实施方案的优点在于，用于准直的全部光束形成和激光二极管束S1,…,Sn向扫描镜2的光束转向在遮盖元件4内进行，以此遮盖元件4具有低校准的、紧凑的结构形式。
附图标记列表
1.1,…,1.n 激光二极管
2 扫描镜
3 壳体
4 遮盖元件
4.1 (遮盖元件4的)耦入区域
4.2 (遮盖元件4的)耦出区域
5 光学组块
5.1 (光学组块5的)进入面
5.21,…,5.2n (光学组块5的)离开面
5.31,…,5.3n (光学组块5的)第一镜面
5.4 (光学组块5的)第二镜面
6 壳
S1,…,Sn 激光束
A1,…,An (激光束S1,…,Sn的)光束轴
fa (激光二极管1.1,…,1.n的)快轴
sa (激光二极管1.1,…,1.n的)慢轴
MP (扫描镜2的)中心点
L 垂线
HK 单中心的半球壳
PS 抛物线镜面
FPS 抛物线镜面的焦点
α1,…,αn 入射角

Claims (8)

1.发射装置，所述发射装置包含：单独的激光二极管(1.1)或至少两个激光二极管(l.1,…,l.n)，所述至少两个激光二极管分别射出具有光束轴(A1,…,An)以及沿快轴(fa)和慢轴(sa)的不同射出角的激光束(S1,…,Sn)，其中，所述至少两个激光二极管(l.1,…,l.n)沿其慢轴(sa)的方向并列成行地布置，并且所述光束轴(A1,…,An)相互平行地延伸；
能围绕其中心点(MP)偏转的扫描镜(2)，所述扫描镜布置在带有透明的遮盖元件(4)的壳体(3)内，其中，所述至少一个激光束(S1,…,Sn)的光束轴(A1,…,An)指向所述遮盖元件(4)，从而使得当所述至少一个激光束(S1,…,Sn)在耦入区域(4.1)内穿过所述遮盖元件(4)之后所述光束轴(A1,…,An)到达所述中心点(MP)，并且使得所述至少一个激光束(S1,…,Sn)在所述扫描镜(2)上反射之后在耦出区域(4.2)内又穿过所述遮盖元件(4.2)，其特征在于，
所述遮盖元件(4)在所述耦入区域(4.1)内具有：环面形的进入面(5.1)，以用于沿所述快轴(fa)的方向预准直所述至少一个激光束(S1,…,Sn)；分别配属于所述至少两个激光二极管(1.1,…,1.n)的第一镜面(5.31,…,5.3n)，以用于将所述激光束(S1,…,Sn)转向到所述中心点(MP)上；和至少一个环面形的离开面(5.21,…,5.2n)，以用于将所述至少一个激光束(S1,…,Sn)沿所述慢轴(sa)的方向预准直，并且
所述遮盖元件(4)在所述耦出区域(4.2)内通过带有曲率中心点(K)的单中心的半球壳(HK)的片段形成，并且布置成覆盖所述扫描镜(2)，从而使得所述曲率中心点(K)与所述扫描镜(2)的中心点(MP)重合。
2.根据权利要求1所述的发射装置，其特征在于，所述遮盖元件(4)通过壳(6)和整合到所述壳(6)内的或邻接所述壳(6)的光学组块(5)形成，其中，在所述壳(6)上构造有所述单中心的半球壳(HK)的片段，并且在所述光学组块(5)上构造有环面形的进入面(5.1)、至少一个第一镜面(5.21,…,5.2n)和至少一个环面形的离开面(5.21,…,5.2n)。
3.根据权利要求1所述的发射装置，其特征在于，所述壳(6)是所述单中心的半球壳(HK)的部分。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的发射装置，其特征在于，所述发射装置包含至少两个激光二极管(1.1,…,1.n)并且所述第一镜面(5.31,…,5.3n)是相互倾斜的平坦面，从而使得所述至少两个激光束(S1,…,Sn)被转向不同的角度。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的发射装置，其特征在于，所述发射装置包含至少两个激光二极管(1.1,…,1.n)，并且恰好存在第一镜面(5.21)，所述第一镜面(5.21)是抛物面(PS)，从而使得所述至少两个激光束(S1,…,Sn)被转向不同的角度。
6.根据权利要求4或5所述的发射装置，其特征在于，所述光学组块(5)具有第二镜面(5.4)，以此将所述至少两个激光束(S1,…,Sn)折叠。
7.根据前述权利要求中任一项所述的发射装置，其特征在于，所述遮盖元件(4)被制造为单块。
8.根据权利要求1所述的发射装置，其特征在于，存在仅一个激光二极管(1.1)，并且第一镜面(5.31)配属于所述激光二极管，用以将激光束(S1)偏转到所述扫描镜(2)的中心点(MP)。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110959130A (zh) * 2017-07-28 2020-04-03 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 Mems镜组件和用于制造mems镜组件的方法

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107656258A (zh) * 2017-10-19 2018-02-02 深圳市速腾聚创科技有限公司 激光雷达及激光雷达控制方法
EP3608625B1 (de) 2018-08-07 2023-10-25 Hexagon Technology Center GmbH Oct vermessung
US11726182B2 (en) * 2018-10-11 2023-08-15 GM Global Technology Operations LLC Multiple beam, single MEMS lidar
CN109270552B (zh) * 2018-11-07 2022-12-30 山东理工大学 一种直升机载激光雷达激光扫描姿态角稳定方法与装置
US11262575B2 (en) 2019-03-01 2022-03-01 Beijing Voyager Technology Co., Ltd. MEMS package with double-sided mirror
US11493609B2 (en) 2019-03-01 2022-11-08 Beijing Voyager Technology Co., Ltd. MEMS device with integrated mirror position sensor
DE102019207073B4 (de) * 2019-05-15 2021-02-18 OQmented GmbH Bilderzeugungseinrichtung für ein scannendes Projektionsverfahren mit Bessel-ähnlichen Strahlen
EP3865895A1 (en) * 2020-02-17 2021-08-18 Leica Geosystems Technology A/S Construction machine with measuring system and construction site measuring system
KR102615202B1 (ko) * 2020-03-26 2023-12-19 주식회사 위멤스 광스캐너 패키지 및 제조 방법
JP2023519917A (ja) * 2020-03-26 2023-05-15 ウィメムス カンパニー リミテッド 光スキャナーパッケージ及び製造方法
DE102020113647A1 (de) 2020-05-20 2021-11-25 Blickfeld GmbH Optical System for Light Detection and Ranging, LIDAR
US12000932B2 (en) 2020-07-31 2024-06-04 Uatc, Llc Light detection and ranging (LIDAR) system having rotatable prism disk for beam steering of lasers
DE102020211784A1 (de) 2020-09-21 2022-03-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Optische messvorrichtung zur ortsaufgelösten abstandsbestimmung
US20220123527A1 (en) * 2020-10-19 2022-04-21 Osram Opto Semiconductors Gmbh Laser package and method for operating a laser package
US12224551B2 (en) 2020-12-10 2025-02-11 Osram Opto Semiconductors Gmbh Laser package and projector with the laser package
DE102020216026A1 (de) 2020-12-16 2022-06-23 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Sendeeinheit für einen LIDAR-Sensor, LIDAR-Sensor und ein Verfahren zur Aussendung von Primärlicht in ein Sichtfeld mittels eines LIDAR-Sensors
DE102020216012A1 (de) 2020-12-16 2022-06-23 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Sendeeinheit für einen LIDAR-Sensor, ein LIDAR-Sensor und ein Verfahren zur Aussendung von Primärlicht in ein Sichtfeld mittels eines LIDAR-Sensors
DE102021200968A1 (de) 2021-02-03 2022-08-04 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung LiDAR-System sowie Mehrfachpolygonspiegel
CN113985600A (zh) * 2021-11-04 2022-01-28 珩图科技(上海)有限公司 一种大尺寸mems微镜结构及制作方法
CN117784399A (zh) * 2024-02-28 2024-03-29 安徽瑞控信光电技术股份有限公司 一种阵列快反镜

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003021801A (ja) * 2001-07-10 2003-01-24 Canon Inc 画像表示装置
FR2862766A1 (fr) * 2003-11-21 2005-05-27 Schott Ag Lentille cylindrique, systeme de lentille, ensemble de lentilles cylindriques, systeme de laser a semiconducteur et systeme de traitement de matiere
CN101241182A (zh) * 2007-02-06 2008-08-13 电装波动株式会社 测量物体方向和距离的激光雷达设备
CN101506684A (zh) * 2006-08-18 2009-08-12 莱卡地球系统公开股份有限公司 激光扫描器
US9086273B1 (en) * 2013-03-08 2015-07-21 Google Inc. Microrod compression of laser beam in combination with transmit lens

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3899145A (en) * 1973-07-20 1975-08-12 Us Navy Laser transmitting and receiving lens optics
JPS58192015A (ja) * 1982-05-04 1983-11-09 Toshiba Corp 複数光束走査装置
FR2682791B1 (fr) * 1991-10-18 1995-04-28 Thomson Csf Procede d'evitement des collisions entre aeronefs et ensemble optique destine a sa mise en óoeuvre.
JP3698794B2 (ja) * 1995-02-27 2005-09-21 オリンパス株式会社 光学スキャナ
DE19939750C2 (de) * 1999-08-21 2001-08-23 Laserline Ges Fuer Entwicklung Optische Anordnung zur Verwendung bei einer Laserdiodenanordnung sowie Laserdiodenanordnung mit einer solchen optischen Anordnung
JP2004340880A (ja) * 2003-05-19 2004-12-02 Soatec Inc レーザ測定装置
DE202005015719U1 (de) * 2005-10-07 2005-12-08 Trumpf Laser Gmbh + Co. Kg F/theta-Objektiv und Scannervorrichtung damit
US7697120B2 (en) 2006-11-27 2010-04-13 Riegl Laser Measurement Systems Gmbh Scanning apparatus
JP2009116151A (ja) 2007-11-08 2009-05-28 Canon Inc 光偏向器、及びそれを用いた光学機器
JP2010060689A (ja) 2008-09-02 2010-03-18 Panasonic Corp 光学反射素子ユニット
DE102008049477A1 (de) * 2008-09-29 2010-04-08 Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren und Vorrichtung zur Projektion mindestens eines Lichtstrahls
JP5257053B2 (ja) * 2008-12-24 2013-08-07 株式会社豊田中央研究所 光走査装置及びレーザレーダ装置
DE102011006159A1 (de) * 2011-03-25 2012-09-27 Osram Ag Gradientenlinse, Projektionsvorrichtung und Verfahren zum Projizieren von Licht
JP2013241308A (ja) * 2012-05-22 2013-12-05 Panasonic Corp 成形金型
CN102914872B (zh) * 2012-11-20 2015-06-03 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 半导体激光器椭圆光斑的整形和准直装置
DE102012025281A1 (de) * 2012-12-21 2014-06-26 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Optische Objekterfassungseinrichtung mit einem MEMS und Kraftfahrzeug mit einer solchen Erfassungseinrichtung
JP2014186136A (ja) * 2013-03-22 2014-10-02 Denso Corp 鏡面を有する半導体装置
CN103543495B (zh) * 2013-08-05 2015-06-03 华中科技大学 一种图像采集和原位投影的光学装置
US8836922B1 (en) * 2013-08-20 2014-09-16 Google Inc. Devices and methods for a rotating LIDAR platform with a shared transmit/receive path
JP2016033529A (ja) * 2014-07-30 2016-03-10 リコー光学株式会社 光偏向器のカバー用光透過性部材、光偏向器、光学レンズ及び光学ミラー
JP2016054295A (ja) 2014-09-01 2016-04-14 三菱電機株式会社 波長結合外部共振器型レーザ装置
JP6671629B2 (ja) 2015-03-18 2020-03-25 株式会社リコー 物体検出装置、センシング装置、及び移動体装置
DE102015110141A1 (de) * 2015-06-24 2016-12-29 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Sendeeinheit für eine optische Sensorvorrichtung
US10520602B2 (en) * 2015-11-30 2019-12-31 Luminar Technologies, Inc. Pulsed laser for lidar system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003021801A (ja) * 2001-07-10 2003-01-24 Canon Inc 画像表示装置
FR2862766A1 (fr) * 2003-11-21 2005-05-27 Schott Ag Lentille cylindrique, systeme de lentille, ensemble de lentilles cylindriques, systeme de laser a semiconducteur et systeme de traitement de matiere
CN101506684A (zh) * 2006-08-18 2009-08-12 莱卡地球系统公开股份有限公司 激光扫描器
CN101241182A (zh) * 2007-02-06 2008-08-13 电装波动株式会社 测量物体方向和距离的激光雷达设备
US9086273B1 (en) * 2013-03-08 2015-07-21 Google Inc. Microrod compression of laser beam in combination with transmit lens

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110959130A (zh) * 2017-07-28 2020-04-03 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 Mems镜组件和用于制造mems镜组件的方法
US11531196B2 (en) 2017-07-28 2022-12-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. MEMS mirror arrangement for detecting a large angular range

Also Published As

Publication number Publication date
US11522335B2 (en) 2022-12-06
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EP3673291A1 (de) 2020-07-01
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EP3673291B1 (de) 2024-02-14
KR20200040288A (ko) 2020-04-17
WO2019037809A1 (de) 2019-02-28
US11764539B2 (en) 2023-09-19
IL272804B2 (en) 2023-04-01
DE102017123878A1 (de) 2019-02-21
US20200355801A1 (en) 2020-11-12
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US20200355798A1 (en) 2020-11-12
CN111373278B (zh) 2024-11-08
WO2019037810A1 (de) 2019-02-28
EP3673290A1 (de) 2020-07-01
JP7232818B2 (ja) 2023-03-03
KR20200041365A (ko) 2020-04-21

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