CN107238827B - 激光扫描器装置 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种激光扫描器装置。本发明关于一种适于安装到车辆的激光扫描器装置，该激光扫描器装置包括LIDAR模块，该LIDAR模块具体基于所发出的激光脉冲和飞行时间测量原理来工作，更具体地使用波形数字化技术来工作，该LIDAR模块包括至少一个激光光源，该激光扫描器装置的特征在于：至少60°的水平视场、至少±2°的瞬时垂直视场、在水平方向和垂直方向上至少为每0.8°一个点的扫描分辨率，以及以所述扫描分辨率扫描至少整个水平视场和至少整个瞬时垂直视场的至少10Hz的帧率。

Description

激光扫描器装置
技术领域
本发明关于激光扫描器装置，该激光扫描器装置具有基于飞行时间波形数字化(TOF-WFD)工作的光探测和测距(LIDAR)模块。
背景技术
本领域中已知基于TOF-WFD工作的LIDAR模块，并且该模块例如在LeicaGeosystem的Scanstation P20、P30以及P40内实现。
基于TOF-WFD技术的这种LIDAR模块可以被装配有衍射受限光束发散度的激光器和具有至少一个雪崩光电二极管的接收单元。
对于行驶的自主驾驶汽车，优选的是将道路被提前完全映射。这可以由具有扫描并映射各区域的某种扫描器装置的专用车来进行。
为了在这种汽车上用于映射道路，LIDAR模块对扫描视场(FOV)结合高的帧率具有特殊要求。水平视场(HFOV)应大约为80°，而垂直视场(VFOV)可以显著较小(大约±25°)。瞬时垂直视场(iVFOV)需要仅为大约±5°。用于扫描该FOV的帧率应至少为25Hz。为了对于该特殊请求进行调整，新部件和技术平台是必要的。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种改进的LIDAR扫描器装置。
具体目的是提供一种满足上述要求的这种装置。
另一个目的是提供一种可用于自主驾驶汽车或类似车辆中的这种LIDAR扫描器装置。
这些目的中的至少一个由本发明要求保护的激光扫描器装置来实现。
根据本发明，一种适于安装到车辆的激光扫描器装置包括LIDAR模块，具体地该LIDAR模块基于所发出的激光脉冲和飞行时间测量原理来工作，更具体地使用波形数字化技术来工作，LIDAR模块包括至少一个激光光源。装置具有至少60°的水平视场、至少±2°的瞬时垂直视场、在水平方向和垂直方向上至少为每0.8°一个点的扫描分辨率以及以该扫描分辨率扫描至少整个水平视场和至少整个瞬时垂直视场的至少10Hz的帧率。
在一个实施方式中，装置包括用于以均匀方式使扫描光束水平转向的旋转镜。
在一个实施方式中，装置包括用于以非均匀方式使扫描光束水平转向的电流镜(galvano)。
根据又一个实施方式，为了在瞬时垂直视场中使扫描光束垂直转向，装置包括多面体(polygon)、反射镜和/或MEMS。
在一个实施方式中，装置包括倾斜机构，该倾斜机构用于使装置倾斜以实现至少±25°的整体垂直视场。
在一个实施方式中，装置包括壳体，该壳体包围至少一个激光器模块和全部光束转向元件。
在一个实施方式中，壳体具体被可倾斜地悬挂，具体地借助于倾斜机构，该倾斜机构适于使壳体倾斜以实现至少±25°的整体垂直视场。
在一个实施方式中，装置包括固定接收器，该固定接收器具有至少32个检测器，具体具有至少64个检测器。
在一个实施方式中，装置包括至少0.15°的均匀扫描分辨率。
在一个实施方式中，装置包括非均匀扫描分辨率，具体地在0.15°至0.3°之间，具体地其中，非均匀扫描的点密度向视场的边缘增大。
在一个实施方式中，装置包括矩形接收器光学器件口径，具体为大约25*30mm。
在一个实施方式中，装置包括具体包括光纤分束器的至少两个激光光源。
在一个实施方式中，装置具有至少70°的水平视场，具体为至少80°。
在一个实施方式中，装置具有至少±3°的瞬时垂直视场，具体为至少±5°。
在一个实施方式中，装置具有在水平方向和垂直方向上至少为每0.5°一个点的扫描分辨率，具体为每0.3°一个点。
在一个实施方式中，装置具有用于以所述扫描分辨率扫描至少整个水平视场和至少整个瞬时垂直视场的至少20Hz的帧率，具体为至少25Hz。
附图说明
将参照伴有附图的示例性实施方式来详细描述下文中的本发明，附图中：
图1示出了作为根据本发明的扫描器装置的第一示例性实施方式的用于水平激光扫描器操作的定制机械底座；
图2a至图2c示出了具有内部部件的根据本发明的扫描器装置的第二示例性实施方式；
图3a至图3b示出了第二实施方式的机械尺寸；
图4示出了具有振荡电流镜的第二实施方式的水平方向上的非均匀点分布；
图5示出了用于第二实施方式的第一示例性解决方案路径；
图6示出了用于第二实施方式的第二示例性解决方案路径；以及
图7示出了用于根据本发明的扫描器的示例性实施方式的参数值。
具体实施方式
图1示出了以合适高度水平安装在汽车前部的定制激光扫描器(例如，LeicaGeosystem ScanStation P40))。该装置允许范围性能、准确度、动态范围(路标扫描)以及路面扫描(在高高范围和低入射角下低反射率)的定性分析。
用于后处理的全VFOV和HFOV扫描可以以0.15°的角分辨率(垂直和水平)来实现。用于水平扫描器应用的定制机械底座可以提供用于在动态应用内评价LIDAR性能的评估平台。用于单轨迹扫描的固定构造和用于利用单轨迹的全FOV扫描的可旋转构造是可以的。
图2a、图2b以及图2c示出了根据本发明的激光扫描器装置的第二示例性实施方式。与图1所示的解决方案相反，该实施方式包括包围全部光束转向元件的共用且紧凑的壳体。从构思上讲，所示的实施方式基于投射瞬时视场(iVFOV)的快速旋转多面体轮，以及投射水平视场(HFOV)的固定旋转镜或动态旋转电流镜二者之一。图3a和图3b以mm为单位示出了装置的可实现的有利尺寸。
图4示出了由于电流镜扫描机构而引起的沿着水平方向(HFOV)的非均匀点分布。iVFOV和VFOV扫描模式保持均匀。从应用的角度，向窗口边缘的非均匀点密度提供以下优点：
1、用于例如沿着道路的建筑物这样的在低入射角以下看到的对象的、增大的投射点模式；和
2、增大了信息密度，例如，对偶然过街道的对象的检测。
图5和图6各示出了可以用于构成根据第二实施方式的装置的技术的形态分析。有利的示例由黑体来指示。
图7示出了用于根据本发明的扫描器的示例性实施方式的参数值。
虽然上面部分参照一些优选实施方式例示了本发明，但必须理解的是，可以进行实施方式不同特征的大量修改和组合。所有这些修改位于所附权利要求的范围内。

Claims (19)

1.一种适于安装到车辆的激光扫描器装置，该激光扫描器装置包括光探测和测距LIDAR模块，该LIDAR模块基于所发出的激光脉冲和飞行时间测量原理来工作，所述LIDAR模块包括至少一个激光光源，
所述激光扫描器装置具有：
-至少60°的水平视场，
-至少±2°的瞬时垂直视场，
-在水平方向和垂直方向上至少为每0.8°一个点的扫描分辨率，以及
-以所述扫描分辨率扫描至少整个水平视场和至少整个瞬时垂直视场的至少10Hz的帧率，
其中，所述激光扫描器装置还包括：
电流镜，所述电流镜以非均匀方式使扫描光束水平转向，
多面体，所述多面体在所述瞬时垂直视场中使所述扫描光束垂直转向，
固定接收器，所述固定接收器具有至少32个检测器，
矩形接收器光学器件口径，以及
倾斜机构，所述倾斜机构用于使所述激光扫描器装置倾斜以实现至少±25°的整体垂直视场。
2.根据权利要求1所述的激光扫描器装置，
所述激光扫描器装置的特征在于：
所述LIDAR模块使用波形数字化技术来工作。
3.根据权利要求1所述的激光扫描器装置，
所述激光扫描器装置的特征在于：
用于以均匀方式使扫描光束水平转向的旋转镜。
4.根据权利要求1所述的激光扫描器装置，
所述激光扫描器装置的特征在于：
在0.15°至0.3°之间的非均匀扫描分辨率，其中，非均匀扫描的点密度向视场的边缘增大。
5.根据权利要求1所述的激光扫描器装置，
所述激光扫描器装置的特征在于：
所述固定接收器具有至少64个检测器。
6.根据权利要求1所述的激光扫描器装置，
所述激光扫描器装置的特征在于：
至少0.15°的均匀扫描分辨率。
7.根据权利要求1所述的激光扫描器装置，
所述激光扫描器装置的特征在于：
壳体，该壳体包围所述至少一个激光器模块和全部光束转向元件。
8.根据权利要求7所述的激光扫描器装置，
所述激光扫描器装置的特征在于：
所述壳体借助于倾斜机构能够倾斜地悬挂，该倾斜机构适于倾斜所述壳体以实现至少±25°的整体垂直视场。
9.根据权利要求1所述的激光扫描器装置，
所述激光扫描器装置的特征在于：
所述矩形接收器光学器件口径为25×30mm。
10.根据权利要求1所述的激光扫描器装置，
所述激光扫描器装置的特征在于：
至少两个激光光源。
11.根据权利要求10所述的激光扫描器装置，
所述激光扫描器装置的特征在于：
所述至少两个激光光源包括光纤分束器。
12.根据权利要求1所述的激光扫描器装置，
所述激光扫描器装置的特征在于：
至少70°的水平视场。
13.根据权利要求12所述的激光扫描器装置，
所述激光扫描器装置的特征在于：
所述水平视场为至少80°。
14.根据权利要求1所述的激光扫描器装置，
所述激光扫描器装置的特征在于：
至少±3°的瞬时垂直视场。
15.根据权利要求14所述的激光扫描器装置，
所述激光扫描器装置的特征在于：
所述瞬时垂直视场为至少±5°。
16.根据权利要求1所述的激光扫描器装置，
所述激光扫描器装置的特征在于：
在水平方向和垂直方向上至少为每0.5°一个点的扫描分辨率。
17.根据权利要求16所述的激光扫描器装置，
所述激光扫描器装置的特征在于：
在水平方向和垂直方向上至少为每0.3°一个点的扫描分辨率。
18.根据权利要求1所述的激光扫描器装置，
所述激光扫描器装置的特征在于：
以所述扫描分辨率扫描至少整个水平视场和至少整个瞬时垂直视场的至少20Hz的帧率。
19.根据权利要求18所述的激光扫描器装置，
所述激光扫描器装置的特征在于：
以所述扫描分辨率扫描至少整个水平视场和至少整个瞬时垂直视场的至少25Hz的帧率。
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