CN108474850A - 激光雷达扫描装置和激光雷达扫描装置系统 - Google Patents

Abstract

一种用于应用在机动车中的激光雷达扫描装置包括用于发送光到对象上的光源；用于接收被所述对象反射的光的光探测器；和在所述对象和所述光探测器之间的光路中的多个光学成像元件。

Description

激光雷达扫描装置和激光雷达扫描装置系统

技术领域

本发明涉及一种激光雷达扫描装置。本发明尤其涉及一种用于应用在机动车上的激光雷达扫描装置。

背景技术

激光雷达扫描装置系统包括光源和光探测器。光源在预先确定的观察区域内发送光并且光探测器接收所发送的光，所发送的光在观察区域中的对象上反射。可以例如基于所探测到的被反射的光确定对象的延展和/或距离。

对于不同的目的，不同的观察区域是有利的。如果机动车例如在高速公路上行驶，则可以在以下观察区域内检测在前面行驶的机动车：所述观察区域具有小的张角和大的作用距离。而如果机动车缓慢地行驶，则可以改进地以大的张角和小的作用距离扫描附近区域。

通常，在对象和光探测器之间的光路中设置有光学成像元件，所述光学成像元件确定观察区域。在此，光学成像元件固定地选择，从而激光雷达扫描装置通常固定地分配给一个目的或者一组类似的应用。

发明内容

本发明基于以下任务：提供一种改进的激光雷达扫描装置和一种激光雷达扫描装置系统。本发明借助于独立权利要求的主题解决该任务。从属权利要求复述优选的实施方式。

一种用于应用在机动车中的激光雷达扫描装置包括用于发送光到对象上的光源；用于接收被对象反射的光的光探测器；和在对象和光探测器之间的光路中的多个光学成像元件。

通过使用不仅仅一个、而是多个成像元件，可以将相同的激光雷达扫描装置用于不同的目的。例如机动车车载的不同的驾驶员辅助系统可以访问激光雷达扫描装置。

光学成像元件可以包括锥状光学系统、折射元件或衍射元件。锥状光学系统通常由大数量的导光纤维构成，所述导光纤维使来自入射面的光在出射面上成像。这些纤维优选是单模的并且可以这样紧密地成束(gebündelt)，使得有效地形成一个稳健的块。折射元件基于光折射并且可以包括例如透镜或者棱镜。衍射元件基于光衍射并且可以例如借助于微结构工作。本发明也允许将同类的或者不同的光学成像元件相互组合。

特别优选地，光学成像元件具有不同的观察区域。由此，激光雷达扫描装置可以改进地用于不同的目的。

在一种变型中，观察区域在张角或者作用距离方面不同。在另一种变型中，观察区域中其边界的定向方面不同。换言之，观察区域在其张角或者其作用距离方面和/或在其相对于机动车的取向的方向方面不同。这些变型可以相互组合，从而例如第一观察区域在行驶方向上朝向前方并且具有窄的张角，而第二观察区域横向(侧向)地取向并且具有大的张角。因此，例如防碰撞辅助和泊车辅助装置可以使用具有分别分配的观察区域的激光雷达扫描装置。

在一种优选的实施方式中，成像元件成像到光探测器的不同区域上。由此可以竞争地、即同时地充分利用观察区域。

在另一种实施方式中，所述光探测器的以下区域重叠：所述成像元件成像到所述区域上，并且优选地，设有用于遮暗所述观察区域中的一个的可控的遮光板。尤其可以控制遮光板用于，遮暗观察区域中的除一个观察区域以外的所有观察区域。为此，可以设置两个单独可控的遮光板或者一个共同的遮光板。共同的遮光板尤其可以包括一个简单的孔板，可以如此使所述孔板移位，使得其孔位于以下光路中：所述光路的所分配的观察区域应被充分利用。由此可以在时间上相继地使用不同的观察区域，所述观察区域分别可以充分利用整个光探测器。

在又一种另外的实施方式中，在成像元件的光路中分别设有一个光学带通滤波器，其中，这些带通滤波器的带宽和/或平均波长不同。优选地，带通滤波器的带宽和/或平均波长与所分配的观察区域相匹配。尤其可以进行在张角或者作用距离方面的匹配。张角越小，则带通滤波器的带宽可以越小，从而可以产生改善的信噪比(Sigal to NoiseRatio，SNR)。

一种激光雷达扫描装置系统包括用于发送光到对象上的光源；用于接收被对象反射的光的光探测器；和多个光学成像元件，所述光学成像元件中的一个光学成像元件能够布置在对象和光探测器之间的光路中。

光学成像元件可以根据激光雷达扫描装置的所计划的应用来选择，所述激光雷达扫描装置由于成像元件的安装而产生。特别优选地，多个光学成像元件可以同时布置在光路中，如以上更准确地描述的那样。

有利地，激光雷达扫描装置的观察区域的作用距离和/或张角可以通过相应地选择合适的光学成像元件来分立地改变。尤其是可以分立地匹配在预先确定的张角内的作用距离。可以根据所安装的光学成像元件改进地匹配传感器壳体。观察区域可以通过添加另外的光学成像元件、尤其锥状光学系统、折射元件或者衍射元件来扩展。包括多个分立的光探测器的光探测器阵列可以通过分立的单探测器取代。每个单探测器可以分配有一个光学成像元件。所述分立的单探测器可以是更加成本便宜和/或更稳健的。可以如此选择光学成像元件，使得观察区域相互重叠，从而扫描可以例如相对于灰尘或者其他干扰更稳健。此外，可以规定一个区域，其方式是，多个观察区域相互重叠，从而在该特别让人感兴趣的区域(Region of Interest，ROI)中能够实现冗余的扫描。由此可以提高激光雷达扫描装置的ASIL能力。

附图说明

现在，参照附图更准确地描述本发明，在附图中：

图1示出安装在机动车上的激光雷达扫描装置的示图；

图2示出根据图1的激光雷达扫描装置的不同的观察区域；以及

图3示出用于应用在图1的激光雷达扫描装置上的不同的带通滤波器的曲线图。

具体实施方式

图1示出尤其应用在机动车上的激光雷达扫描装置100的示图。扫描装置100包括光源105和光探测器110以及优选多个光学成像元件115。扫描装置100设置用于光学地扫描对象120。为此，光源105发送光，所述光可以在对象120上反射并且射到光探测器110上。在一种实施方式中，光源105和光探测器110相互集成地实施，从而它们在很大程度上相互共享相同的光路。光源105优选地包括一个激光器，在一种实施方式中，所述激光器的光在预先确定的区域上行状地或者行状和列状地导向。光探测器110或者包括分立的元件或者包括分立的传感器元件的一维的或二维的布置。光学成像元件115布置在对象120和光探测器110之间的光路中并且设置用于以预先确定的方式聚焦或者扩宽通过其投下的光。光学成像元件115尤其可以包括锥状光学系统、折射元件、衍射元件或者它们的组合。

以下观察区域125通常主要通过成像元件115的光学特性来确定：光可以从观察区域125通过成像元件115射到光探测器110上。张角130或者张角130的边界135的定向尤其可以通过成像元件115来限定。

提出，将至少两个光学成像元件115同时设置在对象120和光探测器110之间的光路中。如从图1的示图中显而易见地，每个成像元件115可以分配有一个观察区域125，其中，激光雷达扫描装置100的整个观察区域125可以由两个观察区域125的组合产生。

可选地，遮光板140和/或带通滤波器145设置在对象120和光探测器110之间的光路中。优选地，每个成像元件115分配有自身的带通滤波器145。也可以使用所分配的遮光板140或者一个共同的遮光板用于两个成像元件115。在一种实施方式中，遮光板140包括简单的孔板，所述孔板设置用于，允许在光学成像元件115中的仅仅一个光学成像元件和光探测器110之间的光路并且遮暗其他的光路。在还一种另外的实施方式中，一个或多个可变光圈与孔板140共同地构成遮光板140。

优选地，观察区域125在其定向、其张角130和/或其作用距离方面不同。在此，观察区域125可以重叠或者相互不相交。观察区域的定向可以通过在边界135之间延伸的张角130的角平分线来给定。在不同的实施方式中，观察区域125可以相互不同或者重叠。在另外的实施方式中，观察区域125也可以相互等同，或者观察区域125中的一个可以是其他的观察区域125的一部分。

每个光学成像元件115设置用于使光成像到光探测器110的预先确定的、所分配的探测区域150上。探测区域150可以独立于观察区域125的相对位置地相互重叠、相互等同、不相交，或者，探测区域150可以构成其他的探测区域150的一部分。在一种实施方式中，两个探测区域150位于相同的光探测器110上，在另一种实施方式中，设有两个分立的光探测器110，所述两个分立的光探测器中的每一个具有自身的探测区域150。

由于使观察区域125和探测区域150相互协调的不同的可能性，可以通过选择分别合适的光学成像元件115来导致大量不同的、具有在其他方面相同的部件的实施方式。

激光雷达扫描装置系统160包括多个光学成像元件115，所述多个成像元件中的至少一个、但优选地至少两个被用于以构成以上所描述的激光雷达扫描装置100。借助于系统160，可以根据组合构件的方式构造激光雷达扫描装置100，所述激光雷达扫描装置可以有针对性地与多种不同的目的相匹配。在一种另外的实施方式中，在激光雷达扫描装置100中设有三个或者更多个光学成像元件115，其中，以上的阐述以相应的方式适用。

图2示出根据图1的激光雷达扫描装置100的不同的示例性的观察区域125。在上方的区域中示出观察区域125的俯视图以及在下方的区域中示出观察区域125的侧视图。

分配给第一光学成像元件115.1的第一观察区域125.1具有小的第一张角130.1。作用距离相对大，并且第一观察区域125.1相对于行驶方向205水平地和竖直地对称地定向。

第二观察区域125.2分配给第二光学成像元件115.2。第二张角130.2小于第一张角130.1，并且第二观察区域125.2的定向在水平方向上与行驶方向205围成一角度，而第二观察区域125.2在竖直的方向上平行于行驶方向205延伸。

第三观察区域125.2分配给第三光学元件115.3。所分配的第三张角130.3大于第二张角130.2，并且，相比第二观察区域125.2，第三观察区域125.3的水平定向在水平方向上与行驶方向205围成更大的角度。在竖直的方向上，第三观察区域125.3平行于行驶方向205定向。

成像元件115.1、115.2和115.3可以同时或者相继地使用，以扫描观察区域125.1、125.2或者125.3。优选地，所有成像元件115分别为相同的激光雷达扫描装置100的一部分，从而借助于相同的扫描装置100可以进行不同的扫描。

图3示出用于应用在图1的激光雷达扫描装置100上的不同的带通滤波器145的曲线图。在上方的区域中示出第一曲线图305以及在下方的区域中示出第二曲线图310。第一曲线图305分配给第一带通滤波器145，所述第一带通滤波器分配给第一观察区域125，并且，第二曲线图310分配给第二带通滤波器145，所述第二带通滤波器分配给第二观察区域125(比较图1)。在一种实施方式中，带通滤波器145可以与分别分配的光学成像元件115集成地实施。

在两个曲线图305、310中，在水平方向上说明波长和在竖直方向上说明相应的带通滤波器145的透射、即穿透性。

在每个曲线图305、310中，以实线绘出第一穿透曲线315以及以虚线绘出第二穿透曲线320以及分别绘出包络曲线325。从以下出发：第一曲线图305的带通滤波器145分配给具有小的张角130的观察区域125，并且，第二曲线图310分配给具有较大的张角130的观察区域125。第一穿透曲线315分别表示当光从张角130的角平分线的方向入射时穿过所述带通滤波器145的光。第二穿透曲线320与此类似地表示来自接近边界135之一的方向的穿过带通滤波器145的光。包络曲线325表示这两个带通滤波器145的相应的穿透区域。可见，在第一曲线图305中可以比在第二曲线图310中使用更窄的包络曲线325。

换言之，带通滤波器145的包络曲线325可以根据分别分配的观察区域125的张角130来选择。因此，在示图中相当于包络曲线125在半高度上的宽度的带宽(半值宽度＝在最大值的一半上的完整宽度，Full Width at Maximum Half，FWHM)可以匹配地窄地保持。由此可以实现相对于干扰光的更好的保护，所述干扰光可以例如由太阳或者其他的光源导致。

Claims (10)

1.一种用于应用在机动车中的激光雷达扫描装置(100)，其中，所述激光雷达扫描装置(100)包括以下：

用于发送光到对象(120)上的光源(105)；

用于接收被所述对象(120)反射的光的光探测器(110)；

在所述对象(120)和所述光探测器(110)之间的光路中的多个光学成像元件(115)。

2.根据权利要求1所述的激光雷达扫描装置(100)，其中，光学成像元件(115)包括锥状光学系统、折射元件或者衍射元件。

3.根据权利要求1或2所述的激光雷达扫描装置(100)，其中，所述光学成像元件(115)具有不同的观察区域(125)。

4.根据权利要求3所述的激光雷达扫描装置(100)，其中，所述观察区域(125)在张角(130)或者作用距离方面不同。

5.根据权利要求3或4所述的激光雷达扫描装置(100)，其中，所述观察区域(125)在其边界(135)的定向方面不同。

6.根据以上权利要求中任一项所述的激光雷达扫描装置(100)，其中，所述成像元件(115)成像到所述光探测器(110)的不同区域(150)上。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的激光雷达扫描装置(100)，其中，所述光探测器(110)的以下区域(150)重叠：所述成像元件(115)成像到所述区域上，并且，设有用于遮暗所述观察区域(125)中的一个的可控的遮光板(140)。

8.根据以上权利要求中任一项所述的激光雷达扫描装置(100)，其中，在所述成像元件(115)的所述光路中分别设有一个光学带通滤波器(145)，其中，这些带通滤波器(145)的带宽和/或平均波长不同。

9.一种用于应用在机动车中的激光雷达扫描装置系统(100)，其中，所述激光雷达扫描装置系统(100)包括以下：

用于发送光到对象(120)上的光源(105)；

用于接收被所述对象(120)反射的光的光探测器(110)；和

多个光学成像元件(115)，所述多个光学成像元件中的一个光学成像元件能够布置在所述对象(120)和所述光探测器(110)之间的光路中。

10.根据权利要求9所述的激光雷达扫描装置系统(100)，其中，多个光学成像元件(115)能够同时地布置在所述光路中。