CN107966704B - 用于检测对象的激光雷达传感器 - Google Patents

Abstract

一种用于检测周围环境中的对象的激光雷达传感器和一种用于控制激光雷达传感器的方法，其中，所述激光雷达传感器包括：用于发送电磁射束的至少一个发送单元；用于接收由所述对象反射的电磁射束的至少一个接收单元；至少一个折射元件，所述至少一个折射元件对于所述电磁射束是至少部分地可穿透的；转动单元，所述转动单元至少包含所述至少一个折射元件、所述至少一个发送单元和所述至少一个接收单元。本发明的核心在于，所述至少一个折射元件包括至少一个光学透镜和用于分开所述电磁射束的分束器，其中，存在两个焦平面。在此，所述至少一个发送单元和所述至少一个接收单元定位在至少一个折射元件的至少一个焦平面中。

Description

用于检测对象的激光雷达传感器

技术领域

本发明涉及一种用于检测周围环境中的对象的激光雷达传感器和一种用于借助根据本发明的激光雷达传感器检测对象的方法。

背景技术

由现有技术已知LIDAR(光探测和测距)传感器，借助其可以检测激光雷达传感器的周围环境中的对象。在此，由发送单元发送射束到周围环境中，所述射束在那由对象反射或者反向散射并且由激光雷达传感器的接收单元接收。在此，已知转动的激光雷达传感器，所谓的宏扫描仪，在所述宏扫描仪中，发送单元的光学轴线和接收单元的光学轴线在一定的间距下平行地延伸。在这样的宏扫描仪中，例如偏转单元可以以镜或镜系统的形式转动地布置。此外已知相应的宏扫描仪，在所述宏扫描仪中，发送单元和接收单元位于转动单元上。这些宏扫描仪具有相对大的结构体积或者尤其相对大的结构高度。

由WO15026471已知一种激光雷达组件。该组件包括壳体，所述壳体定向用于围绕轴线转动。该壳体具有内部空间，所述内部空间包括透射单元、接收单元和共同的区域。在共同的区域中，透射单元具有出射孔并且接收单元具有进入孔。该组件还包括多个光源。所述多个光源构造用于发射多个光束，所述多个光射束通过出射孔进入到共同的区域中并且通过透射路径穿过共同的区域。光束具有在波长范围内的波长的光。该组件还包括在接收单元中的多个探测器。所述多个探测器构造用于探测具有在波长范围内的波长的光。该组件还包括光学透镜，所述光学透镜固定在壳体上。光学透镜构造用于通过透射路径接收光束并且对光束进行准直以便透射到激光雷达组件的周围环境中。经准直的光束由一个或多个对象反射到激光雷达组件的周围环境中并且被反射的光由光学透镜聚集。该光学透镜将所聚集的光通过接收路径聚焦到探测器上，所述接收路径穿过共同的区域和接收单元的接收孔地延伸。

发明内容

本发明从一种用于检测周围环境中的对象的激光雷达传感器出发。所述激光雷达传感器包括用于发送电磁射束的至少一个发送单元和用于接收由所述对象反射的电磁射束的至少一个接收单元。所述激光雷达传感器还包括至少一个折射元件，所述至少一个折射元件对于所述电磁射束是至少部分地可穿透的，并且所述激光雷达传感器包括转动单元，所述转动单元至少包含所述至少一个折射元件、所述至少一个发送单元和所述至少一个接收单元。

根据本发明，所述至少一个折射元件包括至少一个光学透镜和用于分开所述电磁射束的分束器，其中，存在两个焦平面。所述至少一个发送单元和所述至少一个接收单元定位在至少一个折射元件的至少一个焦平面中。

所述至少一个光学透镜作为折射元件的一部分分别具有仅仅一个焦平面。通过分束器同样是折射元件的一部分的方式，对于折射元件而言存在总共两个焦平面。激光雷达传感器例如可以包括由一个分束器和一个光学透镜构造的折射元件。激光雷达传感器例如可以包括由一个分束器和两个光学透镜构造的折射元件。激光雷达传感器还可以包括例如两个折射元件。这两个折射元件中的每一个可以分别由一个分束器和一个光学透镜构造。这两个折射元件中的每一个可以分别由一个分束器和各两个光学透镜构造。这两个折射元件中的一个可以由一个分束器和一个光学透镜构造并且这两个折射元件中的另一个可以由一个分束器和两个光学透镜构造。

本发明的优点在于，相比于现有技术中的已知的解决方案，可以减小所述激光雷达传感器的结构体积和/或结构高度。可能的是，减小转动单元的直径。此外可以不用某些光学元件。因此可能的是，分别对于发送光路和接收光路不需要单独的光学透镜。可能的是，对于发送光路和接收光路可以使用相同的光学透镜。通过转动单元的转动可以实现在直至360°的角度范围上的测量。也可以实现在小于360°的角度范围上的测量。

光学透镜作为折射元件的一部分可以是对于电磁射束可穿透的。此外，光学透镜可以折射地作用于电磁射束。在电磁射束穿过光学透镜时，可能发生折射。分束器可以是对于电磁射束的一部分是可穿透的并且对于另外的部分是反射性的。分束器可以以所定义的比例分开射束。该比例可能与分束器的结构和/或材料以及电磁射束的物理特性相关。

本发明意义上的对象可以具有边界面，在该边界面上电磁射束可能被反射。电磁射束也可以在对象的散射中心处被散射。本发明意义上的对象可以是可运动的或者也可以是不可运动的。对象例如可以是周围环境中的生物或者无生命的障碍物。对象可以是例如交通参与者、车辆和/或交通调节装置。对象也可以例如是周围环境中的原子、灰层颗粒或水滴。

本发明意义上的对象的检测可以理解为，由激光雷达传感器检测对象的间距。也可以检测对象的运动特性。也可以检测对象的位置。也可以检测对象的取向。可以检测对象的速度。可以检测对象的加速度。可以检测对象的运动方向。可以检测对象的尺寸。可以检测对象的物理特性。可以推断出对象的材料。可以推断出对象的反射率(Reflexionsgrad)。可以推断出对象的反射性。可以确定，对象是否是潮湿的。可以确定，在对象的表面上是否存在水。可以确定，对象是否是结冰的。可以确定，在对象的表面上是否存在冰。

在本发明的一个有利的构型中设置，所述分束器偏振选择性地和/或波长选择性地分开所述电磁射束。所述构型的优点在于，可以推断出以下对象的物理特性：在所述对象上电磁射束被反射。例如可以检测所测量的对象的偏振存储特性(Polarisationserhaltungseigenschaft)。

在本发明的另一个有利的构型中设置，在所述发送单元的和/或所述接收单元的光路中设有另外的波长选择性的和/或偏振选择性的和/改变偏振的组件。在激光雷达传感器中可以存在一个或多个波长选择性的滤波元件。在激光雷达传感器中可以存在一个或多个偏振选择性的滤波元件。在激光雷达传感器的发送单元可以存在一个或多个带通滤波器。在激光雷达传感器的接收单元可以存在一个或多个带通滤波器。在激光雷达传感器的发送单元可以存在一个或多个偏振滤波器。在激光雷达传感器的接收单元可以存在一个或多个偏振滤波器。这样的组件可以有助于，激光雷达传感器发送预给定的波长的电磁射束到周围环境中。这样的组件可以有助于，激光雷达传感器发送预给定的偏振的电磁射束到周围环境中。所述组件也可以有助于，优选预给定的波长的电磁射束到达激光雷达传感器的接收单元。这样的组件也可以有助于，优选预给定的偏振的电磁射束到达激光雷达传感器的接收单元。由此可以确保，优选被反射到对象的周围环境中的电磁射束到达激光雷达传感器的接收单元。具有另外的波长和/或另外的偏振的干扰性的背景射束不到达或者仅仅经显著衰减地到达激光雷达传感器的接收单元。通过这种方式可以改善信号噪声比。改变偏振的组件可以是例如延迟板所述延迟板也可以称作λ/n薄片/>如果电磁射束通过这样的组件，则可以改变射束的偏振和相位。已知的例如是λ/4薄片，其可以将线性偏振的电磁射束转换成圆周形偏振的或椭圆形偏振的电磁射束。λ/4薄片也可以将圆周形偏振的电磁射束转换成线性偏振的电磁射束。λ/2薄片可以使线性偏振的电磁射束的偏振方向旋转一可选的角度。

在本发明的另一种有利的构型中可以设置，所述分束器通过偏振选择性的和/或波长选择性的全息元件来构造。所述构型的优点在于，可以还更显著地减小激光雷达传感器的结构体积和/或结构高度。在全息光学元件中，电磁射束的分开和电磁射束的一部分的射束偏转通过在体积格栅上的衍射引起。体积格栅是薄膜，其例如干涉光刻地(interferenzlithographisch)被曝光。通过曝光和接着的显影过程(Entwicklungsprozess)，体积格栅可以获得不同的光学功能性。一个光学功能性可以是偏振选择性。一个光学功能性可以是波长选择性。全息光学元件也可以通过成本有利的印刷方法来制造。全息光学元件的制造可以借助全息多路复用来避免。全息光学元件可以具有高的衍射效率。通过薄的薄膜的使用可以减小激光雷达传感器的结构体积。通过可成型的薄膜的使用可以减小激光雷达传感器的结构体积。通过薄的薄膜的使用可以减小激光雷达传感器的结构高度。通过可成型的薄膜的使用可以减小激光雷达传感器的结构高度。全息光学元件可以透射性地作用于电磁射束。全息光学元件可以反射性地作用于电磁射束。全息光学元件可以有针对性地对于确定的入射角和出射角来制造。全息光学元件可以有针对性地对于确定的衍射角来制造。由此，全息光学元件能够实现激光雷达传感器的新的结构型式。全息光学元件也可以具有另外的光学功能性。除了其滤波功能之外，全息光学元件例如可以将电磁射束聚焦到接收单元的探测器上。或者全息光学元件可以改变电磁射束的射束形状。

在本发明的另一个有利的构型中设置，所述至少一个发送单元设计用于发送选择性的波长范围的和/或选择性的偏振方向的电磁射束。所述构型的优点在于，可以以更好的准确度检测周围环境中的对象。因此可以如此选择所发送的电磁射束的波长，使得在已知的周围环境条件例如确定的大气衰减的情况下取得尽可能准确的测量结果。不同的波长也可以具有关于不同的对象的反射性的特定的优点和/或缺点。通过有针对性地选择所发送的电磁射束的波长，又可以取得尽可能准确的测量结果。

在本发明的另一个有利的构型中设置，激光雷达传感器包括至少两个发送单元。在此，所述第一发送单元的所发送的电磁射束的波长范围和/或偏振方向区别于所述第二发送单元的所发送的电磁射束的波长范围和/或偏振方向。所述构型的优点在于，可以同时测量两个不同的波长。所述构型的另一个优点在于，可以测量两个不同的偏振方向。已经识别的对象可以通过借助另外的波长的第二测量来第二次测量。已经识别的对象可以通过借助另外的偏振方向的第二测量来第二次测量。由此可以检验第一测量。

在本发明的另一个有利的构型中设置，所述至少一个接收单元设计用于接收确定的波长范围的和/或确定的偏振方向的电磁射束。这可以通过以下方式来实现：在接收单元中存在相应的波长选择性的组件。波长选择性的组件可以是例如带通滤波器。或者至少一个探测器作为接收单元的组成部分可以是波长选择性的。探测器可以是对于不同的波长不一样敏感。所述构型的优点在于，可以以更好的准确度检测周围环境中的对象。可以选择以下波长范围：在所述波长范围的情况下，在已知的周围环境条件例如确定的大气衰减地情况下取得尽可能准确的测量结果。不同的波长可以具有关于不同对象的反射性的特定的优点和/或缺点。通过所接收的电磁射束的波长的有针对性的选择，可以控制，检测哪些对象。又可以取得尽可能准确的测量结果。

在本发明的另一个有利的构型中设置，所述激光雷达传感器包括至少两个接收单元。在此，由所述第一接收单元接收的电磁射束的波长范围和/或偏振方向区别于由所述第二接收单元接收的电磁射束的波长范围和/或偏振方向。所述构型的优点在于，可以同时测量两个不同的波长。所述构型的另一个优点在于，可以同时测量两个不同的偏振方向。已经识别的对象可以通过借助另外的波长的第二测量来第二次测量。已经识别的对象可以通过借助另外的偏振方向的第二测量来第二次测量。由此可以检验第一测量。

所发送的电磁射束的和所接收的电磁射束的波长范围和/或偏振方向可以相互协调。这有利地如此进行，使得接收单元对于所发送的电磁射束的波长范围和/或偏振方向是敏感的。

在本发明的另一个有利的构型中设置，所述至少一个发送单元是激光器。所述至少一个发送单元在此优选是一维的激光器条(Laserbarren)或二维的激光器矩阵(Lasermatrix)。一维的激光器条在此可以由布置成线性的布置、即在一行中的多个激光二极管或发送激光器组成。在二维的激光器矩阵中，多个激光二极管布置在一个矩阵中，即二维的布置中。此外设置，所述至少一个接收单元是线性(linear)的探测器阵列(Detektorarray)或二维的探测器阵列。所述至少一个接收单元可以具有多个探测通道，所述多个探测通道布置成线性的布置、即在一行中。或者所述多个探测通道布置在一个矩阵中，即二维的布置中。接收单元对于电磁射束是敏感的。所述构型的优点在于，通过使用激光器条或激光器矩阵以及使用线性的探测器阵列或二维的探测器阵列能够实现沿另外的轴线的光学分辨率。激光雷达传感器可以具有一维的激光器条和线性的探测器阵列。激光雷达传感器可以具有一维的激光器条和二维的探测器阵列。激光雷达传感器可以具有二维的激光器矩阵和线性的探测器阵列。激光雷达传感器可以具有二维的激光器矩阵和二维的探测器阵列。

激光雷达传感器的沿与转动单元的转动轴线垂直的轴线的光学分辨率可以通过转动单元的转动来实现。沿其他轴线的光学分辨率可以通过以下方式来实现，即例如使激光器条和线性的探测器阵列与转动单元的转动轴线平行地定向。由此，可以与转动单元的转动轴线垂直地发送并且也与该转动轴线垂直地接收电磁射束。可以同时或者在不同时刻激活激光器条的或激光器矩阵的各个激光二极管。由此可以产生独立地可调节的辐射角。同时可以激活探测器阵列的或探测器矩阵的分别与激光器矩阵对应的探测通道。也可能的是，如此控制激光二极管和探测通道，使得可以在多个角度下同时进行测量。

在本发明的另一个有利的构型中设置，所述激光雷达传感器包括至少两个接收单元。在此，一个接收单元定位在第一焦平面中并且另一个接收单元定位在平行于所述第一焦平面地定向的第二焦平面中。所述两个接收单元沿着所述焦平面的定向以一预给定的间距相互错开地布置。所述构型的优点在于，可以使激光雷达传感器沿一个轴线的角分辨率倍增。

此外，根据本发明要求保护一种用于控制用于检测周围环境中的对象的激光雷达传感器的方法。所述激光雷达传感器在此包括用于发送电磁射束的至少一个发送单元和用于接收由所述对象反射的电磁射束的至少一个接收单元。所述激光雷达传感器还包括至少一个折射元件和转动单元，所述至少一个折射元件对于所述电磁射束是至少部分地可穿透的，所述转动单元至少包含所述至少一个折射元件、所述至少一个发送单元和所述至少一个接收单元。此外，所述至少一个折射元件包括至少一个光学透镜和用于分开所述电磁射束的分束器，其中，存在两个焦平面。所述至少一个发送单元和所述至少一个接收单元定位在至少一个折射元件的至少一个焦平面中。

本发明意义上的激光雷达传感器的控制可以包括将电磁射束发送到周围环境中的步骤。通过转动单元的控制，可以将电磁射束沿不同方向或者在不同角度下发送到周围环境中。通过控制发送单元的不同的发送激光器，可以将电磁射束沿不同方向或在不同角度下发送到周围环境中。激光雷达传感器的控制还可以包括从周围环境中接收电磁射束的步骤。通过转动单元的控制可以有针对性地由接收单元接收电磁射束，所述电磁射束从不同的方向或者在不同的角度下入射到激光雷达传感器上。通过接收器单元的不同的探测通道的控制，可以有针对性地由接收单元接收电磁射束，所述电磁射束从不同的方向或者在不同的角度下入射到激光雷达传感器上。激光雷达传感器的控制可以包括用于控制至少一个波长选择性的组件的步骤。激光雷达传感器的控制可以包括用于控制至少一个偏振选择性的组件的步骤。激光雷达传感器的控制可以包括用于控制至少一个改变偏振的组件的步骤。例如，偏振选择性的组件可以以液晶延迟器单元的形式存在于激光雷达传感器中。可以如此控制偏振选择性的组件，使得预给定的偏振的电磁射束被反射。也可以如此控制偏振选择性的组件，使得预给定的偏振的电磁射束被透射。

在本发明的一个有利的构型中，设置一种用于控制激光雷达传感器的方法，其中，所述激光雷达传感器包括至少两个接收单元。在此，由所述第一接收单元接收的电磁射束的波长范围和/或偏振方向区别于由所述第二接收单元接收的电磁射束的波长范围和/或偏振方向。在此如此进行所述电磁射束的接收，使得由在角度范围内的对象反射的电磁射束在一个步骤中由一个接收单元接收并且在另一个步骤中由另一个接收单元接收。所述构型的优点在于，在激光雷达传感器的周围环境中位于角度范围内的对象不仅可以由一个接收单元检测而且可以由另一个接收单元检测。对象的借助第一接收单元的检测可以通过同一对象的借助第二接收单元的检测来检验。

在本发明的一个有利的构型中，设置一种用于控制激光雷达传感器的方法，其中，如此进行所述电磁射束的接收，使得所述电磁射束以随机确定的时间顺序在所述角度范围的每个角下由所述至少一个接收单元接收。替代地或附加地，可以如此进行所述电磁射束的发送，使得所述发送单元的发送激光器以随机确定的时间顺序运行。所述构型的优点在于，可以实现随机的扫描图案。因此，例如可以随机地进行发送单元的各个发送激光器的控制。也可以如此进行转动单元的控制，使得实现随机的扫描图案。在具有两个接收单元的激光雷达传感器中，例如可以如此进行转动单元的、以及第一与第二接收单元的控制，使得电磁射束以随机的顺序交替地由第一接收单元和第二接收单元接收。在周围环境的角度范围内的对象例如可以在随机确定的数目的测量步骤内借助第一接收单元来检测。紧接着，可以如此控制转动单元，使得在周围环境的同一角度范围内的同一对象在随机确定的数目的测量步骤内借助第二接收单元来检测。扫描图案可以通过在第一接收单元与第二接收单元之间的随机的来回切换来非常灵活地或者很少可预见地设计。使得幽灵对象(Geisterobjekt)的例如通过位于激光雷达传感器之外的激光器的电磁射束的检测大大变得困难。通过脉冲速率——以该脉冲速率发送激光雷达传感器的电磁射束——的改变，进一步使得位于激光雷达传感器之外的射束源的电磁射束的检测变得困难或者不可能。

附图说明

下面根据附图详细阐述本发明的一个实施例。在此示出：

图1示出一种激光雷达传感器，其具有转动单元、发送单元、接收单元和光学透镜；

图2示出一种激光雷达传感器，其具有分束器作为折射元件的一部分；

图3示出发送单元和接收单元的空间布置的可能性；

图4示出发送单元和接收单元的空间布置的另外的可能性；

图5示出一种激光雷达传感器，其具有分束器作为折射元件的一部分，以及具有两个接收单元和两个发送单元；

图6示出一种激光雷达传感器，其具有分束器作为折射元件的一部分，以及具有两个接收单元、两个发送单元和一个液晶延迟器单元；

图7示出用于控制激光雷达传感器的方法，所述激光雷达传感器具有两个发送单元和两个接收单元；

图8示出一种激光雷达传感器，其具有分束器作为折射元件的一部分以及具有各两个在空间上相互分离的发送单元和接收单元；

图9示出一种激光雷达传感器，其具有分束器作为折射元件的一部分以及具有一个发送单元和两个在空间上相互分离的接收单元；

图10示出一种激光雷达传感器，其具有两个折射元件，所述两个折射元件分别包括光学透镜和分束器；

图11示出用于借助激光雷达传感器检测近区域的可能性；

图12示出一种激光雷达传感器，其具有全息光学元件作为分束器。

具体实施方式

图1示例性地示出激光雷达传感器的结构。激光雷达传感器包括转动单元101，发送单元102、接收单元103和光学透镜107位于转动单元上。发送单元102和接收单元103两者都位于光学透镜107的焦平面109中。发送单元102发送电磁射束105。电磁射束105通过光学透镜107到达激光雷达传感器的周围环境中。在周围环境中，电磁射束105在对象上被反射并且接着作为电磁射束106由激光雷达传感器接收。在此，电磁射束106由光学透镜107透射并且聚焦到光学透镜107的焦平面109上。所发送的电磁射束105的光路和所接收的电磁射束106的光路相叠地定位，也即在一个共同的光学轴线上同轴地布置。可能发生，借助接收单元103仅仅能够不准确地实现或者甚至不能够实现：如此接收先前在激光雷达传感器的近区域中的对象上被反射的电磁射束106，使得能够实现该对象的准确检测。激光雷达传感器的近区域例如是以下区域：该区域位于围绕激光雷达传感器的光学透镜107的焦距的100倍的距离之内。在光学透镜107的焦距为2cm的情况下，距离激光雷达传感器2m以内的对象位于该激光雷达传感器的近区域中。在近区域中的对象的检测困难的原因在此可以在于，接收单元103受由发送单元102发送的电磁射束105的一部分干扰。为了尽管如此也检测激光雷达传感器的近区域中的对象，激光雷达传感器还可以包含第二接收单元104。接收单元104可以构造为近区域探测器或构造为近区域探测器阵列。接收单元可以将所接收的电磁射束106的一部分耦合输出。

图2示例性地示出在转动单元101上的激光雷达传感器，其中，所述折射元件包括光学透镜107和用于分开电磁射束的分束器201。通过分束器201，存在这两个焦平面109-1和109-2。发送单元和接收单元定位在这两个焦平面中。

对于至少一个发送单元102和至少一个接收单元103在激光雷达传感器中的空间布置，具有不同的可能性。因此，至少一个发送单元102和至少一个接收单元103可以在空间上相互分离地定位。发送单元102例如可以构造为线性的激光器条或二维的激光器矩阵，其分别由多个激光二极管102-1至102-x构造。在此，x表示激光二极管的数目。接收单元103例如可以构造为线性的探测器阵列或二维的探测器矩阵，其分别由多个探测通道103-1至103-y构造。在此，y表示探测通道的数目。空间布置也可以是以下方式，即线性的激光器条102和线性的探测器阵列103具有触碰的边界面。由此形成由发送单元102和接收单元103组成的组合204，如其在图3A中示出的那样。至少一个发送单元102和至少一个接收单元103的空间布置的另一种可能性在于，发送单元102的激光二极管102-1至102-x和接收单元103的探测通道103-1至103-y共同布置在一个线性阵列中。由发送单元102和接收单元103组成的这样的组合204在图3B中示出。

发送单元102或由发送单元102和接收单元103组成的一个组合204a可以定位在图2中示出的焦平面109-1中。接收单元103或由发送单元102和接收单元103组成的第二组合204b可以定位在焦平面109-2中。在示出的例子中，由定位在焦平面109-1中的发送单元102或者由组合204a发送电磁射束105。因此例如可能的是，所发送的电磁射束105是线性偏振的。偏振选择性的分束器201可以如在所述例子中示出的那样对于例如垂直地线性偏振的电磁射束几乎完全可穿透。在电磁射束105穿过分束器201时，在分束器201上没有丢失能量。在所示的例子中，电磁射束105还穿过光学组件202，该光学组件作用于电磁射束的相位。在此例如可以涉及λ/4薄片，其在示例中可以将垂直地线性偏振的电磁射束转化成例如向右圆周形地偏振的电磁射束105。此外，电磁射束105可以穿过光学透镜107。此外，电磁射束105可以穿过光学滤波器203。在示例中，现在例如向右圆周形地偏振的电磁射束105被发送到激光雷达传感器的周围环境中。在那，电磁射束在对象上被散射和/或反射。由对象反向散射和/或反射的电磁射束106可以是或者偏振、部分地偏振或未偏振。如果在示例中被发送的、圆周形地偏振的电磁射束105例如在金属对象上被反射，则该电磁射束获得半个波长的相位跳跃并且接着向左圆周形地偏振。经反向散射和/或反射的电磁射束106可以到达激光雷达传感器上。该电磁射束例如穿过光学滤波器203并且可以由光学透镜107折射。如果电磁射束106在至接收单元的路径上又穿过组件202，则电磁射束106的相位可以被改变。在示例中，向左圆周形地偏振的电磁射束106可以通过λ/4薄片202被转化成水平地线性偏振的电磁射束106。该电磁射束接着可以在分束器201上被反射，所述分束器对于水平地线性偏振的电磁射束106是反射性的。该电磁射束可以作为电磁射束106b聚焦到位于焦平面109-2中的接收单元103上或聚焦到组合204b上。相应地，可以从以下出发：由接收单元103或组合204b接收的信号通过在金属对象上的反射而引起。如果所发送的电磁射束105与此相反在非金属的对象上被反射，则例如向右圆周形的偏振可以作为未经偏振的光由该对象反射。在示例中，经反向散射的和/或经反射的电磁射束106通过λ/4薄片202未改变并且接着在分束器201上分开成两个分射束。一个部分可以作为射束106a聚焦到位于焦平面109-1的组合204a上并且另一个部分作为射束106b聚焦到位于焦平面109-2中的组合204b上。

在图4中示出发送单元102和接收单元103的空间布置的另一种可能性。例如，激光雷达传感器可以具有在焦平面109-1(见图3)中的组合204a和在焦平面109-2(见图3)中的组合204b。这两个组合204a和204b可以与转动单元101的转动轴线平行地定向并且在焦平面109-1和109-2中相互错开一间距402地布置。该间距402可以例如相应于恰恰半个条-节距(Barren-Pitch)。条-节距可以理解为在激光器条的或激光器矩阵的激光二极管之间的中心间距。条-节距也可以理解为激光二极管沿着一维激光器条的轴线或沿着二维激光器矩阵的轴线的空间延展。在图4中示例性地示出激光器条102的激光二极管102-1的条-节距401。通过这两个组合204a和204b的错开，可以使沿着与转动单元101的转动轴线平行地设置的轴线的角分辨率倍增。

在图5中示出在转动单元101上的激光雷达传感器，其具有分束器201作为折射元件的一部分，以及具有两个接收单元和两个发送单元。这两个发送单元和这两个接收单元分别是两个组合204a和204b的一部分。此外，在该实施例中，激光雷达传感器具有两个光学透镜107a和107b。第一光学透镜107a因此可以与分束器201一起构成第一折射元件。光学透镜107a可以折射性地作用于以下电磁射束：该电磁射束沿着光学透镜107a的光学轴线108a被发送或接收。第二光学透镜107b可以与分束器201一起构成第二折射元件。光学透镜107b可以折射性地作用于以下电磁射束：该电磁射束沿着光学透镜107b的光学轴线108b被发送或接收。通过分束器201的存在，这两个折射元件中的每一个具有两个焦平面。第一折射元件形成第一焦平面109a-l和第二焦平面109a-2。第二折射元件形成第一焦平面109b-l和第二焦平面109b-2。因为在所示的例子中，相同的分束器201分别是两个折射元件的一部分，所以焦平面109a-l可以与焦平面109b-2相同并且焦平面109a-2可以与焦平面109b-l相同。沿着光学透镜107a的光学轴线还可以有光学滤波器203a和/或光学组件202a，该光学组件作用于被透射的电磁射束的相位。此外，沿着光学透镜107b的光学轴线可以有光学滤波器203b和/或光学组件202b，该光学组件作用于被透射的电磁射束的相位。不同的光学组件沿着光学轴线的布置在此可以相应于如在图2中所示那样的布置。替代地，也可以选择在图5中示出的布置。与图2相比，在此，光学组件的顺序不同。此外，这些组件非常紧凑地安装。通过这种方式，许多调准自由度可以通过机械止挡来消除。

在图5中示出的这两个组合204a和204b可以具有激光二极管，所述激光二极管是如此方式，使得由组合204a的激光二极管发送的电磁射束105区别于由组合204b的激光二极管发送的电磁射束105。光学滤波器203a和203b可以分别具有一个对于不同的波长合适的通带。组合204a和204b的探测通道可以是对于所接收的电磁射束106的两个波长敏感的。组合204a和204b的探测通道可以是对于所接收的电磁射束106的两个波长中的各一个敏感的。可能的是，两个组合204a和204b对于所接收的电磁射束106的两个波长具有不同的敏感性。借助这样的激光雷达传感器可以同时实施借助两个波长的电磁射束的测量。通过这样的第二测量，可以借助第二波长的电磁射束的测量来检验所检测的对象的存在。不同波长的电磁射束的应用可以视波长而定地具有例如关于大气衰减和/或对象反射性的特定的优点和/或缺点。通过不同波长的电磁射束的应用，因此可以检测更多的对象，必要时也以更高的准确度检测。

激光雷达传感器的在图6中示出的实施例相应于在图5中示出的实施例，其中，组合204b通过接收单元103来取代。此外，可以在分束器201与组合204a之间存在液晶延迟器单元601。可以如此控制液晶延迟器单元601，使得液晶延迟器单元作用于由组合204a发送的电磁射束105的偏振。可以如此调节所发送的电磁射束105的偏振，使得该电磁射束由偏振选择性的分束器201透射并且沿着光学透镜107a的光学轴线108a发送到周围环境中。替代地，可以如此调节所发送的电磁射束105的偏振，使得该电磁射束由偏振选择性的分束器201反射并且沿着光学透镜107b的光学轴线108b发送到周围环境中。

已经提到的、位于激光雷达传感器的周围环境中的角度范围内的对象不仅由一个接收单元而且由另一个接收单元检测的可能性在图7中详细示出。在那示出的方法例如利用激光雷达传感器，如在图5或6中描述的那样。激光雷达传感器可以具有两个发送单元，其或者作为两个发送单元102a和102b或者作为两个组合204a和204b的一部分。激光雷达传感器还可以具有两个接收单元，或者作为两个接收单元103a和103b或者作为两个组合204a和204b的一部分。为简单起见，在图7中分别仅仅示出一个组合204a和一个组合204b。在示出的实施例中，激光雷达传感器可以检测以下角度范围701：该角度范围可以在一侧通过边界703限定并且在另一侧通过边界704限定。该角度范围可以如在图7中所示的那样是120°。然而，该角度范围也可以是在0°与360°之间的每一个其他的任意角。该角度范围也可以是360°。角度范围701的检测可以通过以下方式来实现：即如此控制转动单元101，使得在角度范围701下发送电磁射束。激光雷达传感器还可以接收来自角度范围701的电磁射束。在所示实施例中，在第一步骤中，可以由组合204a例如透射并且沿着光学透镜107a的光学轴线108a发送分束器201的第一波长的电磁射束105a。图7A示出该步骤。在周围环境中，电磁射束在对象上被反射并且接着由激光雷达传感器接收。视偏振和/或波长而定地，电磁射束例如可以由组合204a或204b接收。接着，例如可以如此控制转动单元101，使得转动单元沿方向702转动。可以如此控制该转动，使得在下一步骤中由组合204b例如透射并且可以沿着光学透镜107b的光学轴线108b发送分束器201的第二波长的电磁射束105b。在周围环境中，电磁射束在对象上被反射并且接着由激光雷达传感器接收。视偏振和/或波长而定地，电磁射束例如可以由组合204a或204b接收。

在第二步骤中电磁射束的发送可以沿相同的方向或者在角度范围701内的相同的角下如在第一步骤中那样进行。在该实施例中，这将意味着，在两个步骤中，与角度范围701的边界703平行地发送所发送的电磁射束105a或105b。替代地，在第二步骤中发送的电磁射束105b也可以如在图7B中示出的那样在另一角下或者沿着另一方向705发送到角度范围701中。也可以如此实现转动单元101的控制，使得电磁射束以随机确定的时间顺序在所述角度范围的每个角下发送和/或接收。替代地或附加地，每个发送单元102a和/或102b的各个发送激光器可以以随机确定的时间顺序运行。

图8示出激光雷达传感器的另一个实例。与在图5或图6中示出的类似地，激光雷达传感器具有分束器201，该分束器分别为两个折射元件的一部分。在图8的实施例中，激光雷达传感器具有空间上相互分离的发送单元102a和102b和接收单元103a和103b。通过发送单元102a和102b与接收单元103a和103b的空间分离，接收单元103a和103b的电磁干扰可以通过发送单元102a和102b的所发送的电磁射束105来避免。该空间分离可以在该实施例中通过以下方式来实现：即相比于光学透镜107a和107b，分束器201在其空间延展方面更大。图8A示出，例如电磁射束105a可以如何由发送单元102a发送到周围环境中。所接收的电磁射束106a可以例如在分束器201上被反射并且射到接收单元103a上。图8B示出，例如电磁射束105b可以如何由发送单元102b发送到周围环境中。所接收的电磁射束106b可以例如在分束器201上被反射并且射到接收单元103b上。不仅所发送的电磁射束105a和105b，而且所接收的电磁射束106a和106b可以分别具有相互不同的波长和/或偏振。

在图9中示出激光雷达传感器的另一个实施例。该激光雷达传感器具有分束器201作为折射元件的一部分。此外，激光雷达传感器具有一个发送单元102和与发送单元102以及相互在空间上分离的两个接收单元103a和103b。该空间分离也可以在此又对于以下是有利的：可以避免接收单元103a和103b的电磁干扰。在该实施例中，发送单元102沿通过双箭头标记的方向偏振。由发送单元102发送的电磁射束105在偏振选择性的分束器201上被反射并且发送到周围环境中。视在周围环境中的对象——在该对象上电磁射束被反射——的物理特性而定地，电磁射束的偏振通过反射发生改变。接收单元103a可以构造用于接收电磁射束106a，该电磁射束在射到接收单元103a上时沿着通过双箭头标记的方向偏振。在该实施例中，这区别于由发送单元102发送的电磁射束105的偏振。电磁射束106a——该电磁射束在射到接收单元103a上时沿着通过定位在那的双箭头标记的方向偏振——可以由接收单元103b接收。借助这样的激光雷达传感器，位于激光雷达传感器的周围环境的角度范围内的对象不仅可以由一个接收单元103a而且可以由另一个接收单元103b检测。在此也可以通过第二测量实现第一测量的检验。

在图10中示出激光雷达传感器的另一个实施例。该激光雷达传感器具有两个折射元件，其分别具有光学透镜107a或107b和分束器201a或201b。发送单元102a在此可以发送电磁射束105，该电磁射束的偏振可以区别于由发送单元102b发送的电磁射束105b的偏振。此外，激光雷达传感器具有两个发送单元102a和102b和与发送单元102a和102b以及也相互在空间上分离的两个接收单元103a和103b。空间分离在此也可以又对于以下是有利的：可以避免接收单元103a和103b的电磁干扰。借助这样的激光雷达传感器，位于激光雷达传感器的周围环境中的角度范围内的对象不仅可以由一个接收单元103a而且可以由另一个接收单元103b检测。

图11示出一种用于借助激光雷达传感器检测近区域的另一种可能性。定位在接收单元103附近的发送单元102的电磁干扰可以是可能的。这可能通过在发送单元102中的所谓的自混合干涉(Selfmixing Interference)的充分利用来实现。发送单元102可以构造为表面发射装置(VCSEL，vertical-cavitysurface-emittinglaser：垂直腔面发射激光器)。

图12示出激光雷达传感器的一个实施例，其具有全息光学元件1201作为分束器。如在另一个实施例中描述的那样，激光雷达传感器具有转动单元101。定位在折射元件的一个焦平面109-1中的接收单元102位于该转动单元上。接收单元103定位在第二焦平面109-2中。又可能的是，替代地，由发送单元和接收单元组成的组合204a和/或204b定位在一个和/或两个焦平面中。在该实施例中，该折射元件由光学透镜107与全息光学元件1201构造。在全息光学元件1201的表面和光学透镜107的光学轴线108之间形成角1202。全息光学元件1201可以是偏振选择性的。该全息光学元件可以由堆叠组成，该堆叠由用于第一偏振的透射全息光学元件和用于第二偏振的反射全息光学元件组成。替代地，也可以使用各向异性的全息材料用于构成全息光学元件1201。在这种情形中可能的是，始终仅仅电磁射束的限定的偏振在全息光学结构上被衍射。激光雷达传感器可以具有光学组件202，该光学组件作用于被透射的电磁射束的相位。各个光学元件对所发送的电磁射束105和所接收的电磁射束106的作用相应于在那里的光学元件的在先前的实施例中描述的作用。接收单元102也可以定位在第二焦平面109-2，其中，那么，接收单元103定位在焦平面109-1中。可能有利的是，全息光学元件1201的衍射效率不是100％。在这种情形中，由发送单元102发送的电磁射束105不是100％地在全息光学元件1201上被衍射并发送到周围环境中。该损耗可以通过发送单元102的更高的功率来均衡。在该实例中，较低的衍射效率将不是消极地作用于接收路径，而是相反甚至积极地作用于接收路径。可以让所接收的电磁射束106高效地穿过全息光学元件1201。

在图12A中示出一个实施例，其中，发送单元102定位在光学透镜107的光学轴线108上。这可以称作所谓的内嵌几何结构(Inline-Geometrie)。因为可以借助不同的入射角和出射角来示出全息光学元件，所以例如也可以实现不同的结构型式。因此，发送单元102在图12B示出的实施例中不是定位在光学透镜107的光学轴线108上，而是与该光学轴线错开地布置在焦平面109-1上。这可以称作所谓的离轴线结构型式(Off-Axis-Bauform)。在图12B中示出的实施例的角1202在此不同于在图12A中示出的实施例的角1202。附加地，接收单元103的位置也可以不同地选择。光学透镜107可以在所示的实施例中是可选的。该光学透镜的功能也可以由偏振选择性的全息光学元件1201接管。为此，全息光学元件1201自身可以具有聚焦功能。全息光学元件1201此外也可以具有波长选择性。由此，全息光学元件也可以具有滤波功能，并且视激光雷达传感器的准确的结构或者测量应用而定地取代光学滤波器203。

Claims (12)

1.一种用于检测周围环境中的对象的激光雷达传感器，所述激光雷达传感器具有：

用于发送电磁射束(105，105a，105b)的至少一个发送单元，

用于接收由所述对象反射的电磁射束(106，106a，106b)的至少一个接收单元，

至少一个折射元件，所述至少一个折射元件对于所述电磁射束(105，105a，105b，106，106a，106b)是至少部分地可穿透的，

转动单元(101)，所述转动单元至少包含所述至少一个折射元件、所述至少一个发送单元和所述至少一个接收单元，

其特征在于，所述至少一个折射元件包括至少一个光学透镜(107，107a，107b)和用于分开所述电磁射束(105，105a，105b，106，106a，106b)的分束器(201，201a，201b)，其中，通过所述分束器，存在两个焦平面，以及

所述至少一个发送单元和所述至少一个接收单元定位在至少一个折射元件的至少一个焦平面中，

其中，所述激光雷达传感器包括至少两个接收单元，其中，由所述至少两个接收单元中的第一接收单元接收的电磁射束(106a)的波长范围和/或偏振方向区别于由所述至少两个接收单元中的第二接收单元接收的电磁射束(106b)的波长范围和/或偏振方向，

其中，

所述至少两个接收单元中的一个接收单元定位在第一焦平面中，其中，

所述至少两个接收单元中的另一个接收单元定位在平行于所述第一焦平面地定向的第二焦平面中，其中，

所述一个接收单元和所述另一个接收单元沿着所述焦平面的定向以一预给定的间距(402)相互错开地布置。

2.根据权利要求1所述的激光雷达传感器，其特征在于，所述分束器(201，201a，201b)偏振选择性地和/或波长选择性地分开所述电磁射束(105，105a，105b，106，106a，106b)。

3.根据权利要求1或2所述的激光雷达传感器，其特征在于，在所述发送单元的和/或所述接收单元的光路中设有另外的波长选择性的和/或偏振选择性的和/改变偏振的组件(202，202a，202b，203，203a，203b，601)。

4.根据权利要求1或2所述的激光雷达传感器，其特征在于，所述分束器通过偏振选择性的和/或波长选择性的全息元件(1201)来构造。

5.根据权利要求1或2所述的激光雷达传感器，其特征在于，所述至少一个发送单元设计用于发送选择性的波长范围的和/或选择性的偏振方向的电磁射束(105，105a，105b)。

6.根据权利要求5所述的激光雷达传感器，其特征在于，所述激光雷达传感器包括至少两个发送单元，其中，所述至少两个发送单元中的第一发送单元的所发送的电磁射束(105a)的波长范围和/或偏振方向区别于所述至少两个发送单元中的第二发送单元的所发送的电磁射束(105b)的波长范围和/或偏振方向。

7.根据权利要求1或2所述的激光雷达传感器，其特征在于，所述至少一个接收单元设计用于接收确定的波长范围的和/或确定的偏振方向的电磁射束(106，106a，106b)。

8.根据权利要求1或2所述的激光雷达传感器，其特征在于，所述至少一个发送单元是激光器，以及

所述至少一个接收单元是线性的探测器阵列或二维的探测器阵列。

9.根据权利要求8所述的激光雷达传感器，其特征在于，所述至少一个发送单元是是激光器条或激光器矩阵。

10.一种用于控制根据权利要求1至9中任一项所述的用于检测周围环境中的对象的激光雷达传感器的方法，所述方法至少包括以下步骤：

将电磁射束发送到周围环境中；

从所述周围环境中接收电磁射束。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述激光雷达传感器包括至少两个接收单元，

如此进行所述电磁射束(106a，106b)的接收，使得由在角度范围(701)内的对象反射的电磁射束(106a，106b)在一个步骤中由所述至少两个接收单元中的一个接收单元接收并且在另一个步骤中由所述至少两个接收单元中的另一个接收单元接收。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，如此进行所述电磁射束(106a，106b)的接收，使得所述电磁射束(106，106a，106b)以随机确定的时间顺序在所述角度范围(701)的每个角(705)下由所述至少一个接收单元接收，和/或，

如此进行所述电磁射束(105，105a，105b)的发送，使得所述发送单元的发送激光器(102-1，102-2，102-3，102-4)以随机确定的时间顺序运行。