CN108474855A - 激光雷达传感器的偏转装置 - Google Patents

Abstract

用于激光雷达传感器的偏转装置（30），具有：光学主元件（30）；和至少一个光学安置元件（32a...32d）；其中所述偏转装置（30）被构造用于以限定的方式照亮所述激光雷达传感器的视场（200）；其中借助所述光学安置元件（32a...32d）能够以限定的方式安置视场（200）的限定数量的像点（P）。

Description

激光雷达传感器的偏转装置

技术领域

本发明涉及一种用于激光雷达传感器的偏转装置。本发明还涉及一种激光雷达传感器。本发明还涉及一种用于制造激光雷达传感器的偏转装置的方法。

背景技术

在现有技术中，激光雷达传感器（例如在机动车辆领域中）是已知的，其通过偏转镜（或透射光学器件）将发射光传导到环境中并在此检测反射的辐射。在此，镜或成像端可以是平面或“简单”曲面。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于激光雷达传感器的改进的偏转装置。

根据第一方面，本发明实现一种用于激光雷达传感器的偏转装置，其具有：

- 光学主元件;和

- 至少一个光学安置元件;

- 其中所述偏转装置被构造用于以限定的方式照亮激光雷达传感器的视场;

- 其中视场的限定数量的像点可以借助光学安置元件以限定的方式安置。

由此，有利地支持激光雷达传感器的照明区域可以特别地扩展，其中尤其可补充可运动微镜的受限运动可能性。由此可以照亮视场的边缘区域，尽管这些边缘区域不是高分辨率的，但能够识别边缘区域中的物体或人的存在。具有带所提出的偏转装置的激光雷达传感器的机动车的安全性可以以这种方式有利地提高。

根据第二方面，该目的通过一种用于制造激光雷达传感器的偏转装置的方法来实现，该方法具有以下步骤：

- 提供光学主元件;

- 提供至少一个光学安置元件;

- 其中所述光学安置元件相对于所述光学主元件布置成，使得借助于所述偏转装置能够照亮限定的视场;

- 其中视场的限定数量的像点可以借助光学安置元件以限定的方式安置。

偏转装置的优选实施例是从属权利要求的主题。

偏转装置的一种优选实施方式的特征在于，光学安置元件布置在光学主元件的角部区域中。由此可以提供光学主元件的主照明区域的特别限定的扩展。此外，由此有利地支持，必须将所述区域重新安置或重新排列尽可能小的角度。

偏转装置的另一个优选实施方式的特征在于，视场的水平范围可以借助光学安置元件扩展。以这种方式，可以有利地扩展激光雷达传感器的识别范围，由此有利地提高机动车的安全等级。

照明设备的另一优选实施方式的特征在于，视场的借助光学安置元件安置的像点长条形地构造。该方式可以实现激光雷达传感器的检测范围的有利扩展，因为虽然借助长条形像点，分辨率并不高，但得出识别运动物体的可能性。通过这种方式，机动车中的安全或辅助系统可以相应地进行匹配。

偏转装置的另一优选实施方式的特征在于，光学安置元件被构造为反射或折射或衍射光学元件。由此支持了可以使用不同光学原理来实现视场的有针对性的构造。

偏转装置的另一优选实施方式的特征在于，偏转装置具有反射和/或折射和/或作为衍射光学安置元件。由此支持了可以使用不同光学原理来实现视场的有针对性的构造。

偏转装置的另一优选实施方式的特征在于，偏转装置从偏转装置与视场之间的限定距离起才具有安置的特性。有利地由此支持，不需要多个单独的光学主元件。由此支持了偏转装置在技术上可以与集成安置元件一体地实现。

下面借助多个附图利用其他特征和优点详细描述本发明。在此，所有公开的特征，与它们在权利要求中的追溯无关地以及与它们在说明书和附图中的表示形式无关地构成本发明的主题。相同或功能相同的器件具有相同的附图标记。附图特别是旨在阐明对于本发明来说重要的原理，并且不一定严格按照比例示出。

公开的设备特征类似地从相应公开的方法特征中产生，并且反之亦然。这尤其意味着，与偏转装置相关的特征、技术优点和实施方案类似地从用于制造偏转装置的方法的相应实施方案、特征和优点中得出，并且反之亦然。

附图说明

在附图中：

图1示出了具有用于激光雷达传感器的常规偏转装置的照明设备;

图2示出了具有用于激光雷达传感器的另一常规偏转装置的另一照明设备;

图3-5示出了不同的示例性视场或照明区域，所述视场或照明区域可以利用所提出的偏转装置实现;

图6示出了具有用于激光雷达传感器的偏转装置的第一实施方式的照明设备;

图7示出了具有用于激光雷达传感器的偏转装置的第二实施方式的照明设备;

图8示出了偏转装置的原理工作方式的原理图; 以及

图9示出了用于制造激光雷达传感器的偏转装置的方法的一种实施方式的根本流程。

具体实施方式

图1原理上示出了具有用于激光雷达传感器的常规偏转装置30的照明设备100的结构。照明设备100包括辐射生成装置10，优选为激光器，其将光形式的电磁发射束S发射到可运动微镜20上。发射束S由微镜20反射到照亮视场或照明区域200（英文，field of view，FOV）的反射镜形式的偏转装置30上。借助偏转装置30，可以在其尺寸上限定地构造视场200。视场200的基本形状在此基本上对应于偏转装置30的基本形状。通过微镜20的周期性运动实现了发射束S通过偏转装置30来引导并且由此照亮整个视场200。在布置在视场200中的物体（未示出）处，发射束S被反射，其中反射的辐射被检测并用于确定物体的距离。图1示出了根据反射原理的偏转装置30。

图2示出了具有根据透射原理构造的另一常规偏转装置30的另一照明设备100。在这种情况下，偏转装置30由透射光学器件组成，该透射光学器件对于发射束S来说具有在中间汇聚并且在边缘扩散或扩展的特性。以这种方式，可以实现的是，如图2中原理上示出地，视场200的中心区域A具有圆形像点或扫描点P并且视场200的边缘区域B、C具有扩散的或长椭圆形构造的像点或扫描点P。

提出：改变照明区域或视场200，使得可以为激光雷达传感器实现预定义的检测区域。结果，因此可以实现激光雷达传感器的发射和接收光学器件的匹配，其能够实现在视场200中的扫描点P的任意重新分布和形状改变。

由可运动微镜20形式的偏转单元预先确定的“机械”视场由安装在光路中的光学元件调整成，使得像点形成在实际感兴趣的检测区域中。对于光学元件，为此存在多个物理可能性：反射（镜），折射（例如透射光学器件），衍射（例如衍射的光学元件DOE）。

通常，在高分辨率中不需要视场200的边缘区域。例如，在机动车中使用具有偏转装置的激光雷达传感器时，重要的是，及早识别车辆驶入到车辆的行驶线路中。越近驶入，这对自我车辆来说就越危险。驶入越接近自我车辆，它看起来就是越大的物体。因为涉及大的物体，所以填满整个垂直视场。因此，在这种情况下，不需要高的垂直分辨率。更重要的是扩展激光雷达传感器的水平视场。在图像中间，根据机械视场的所有垂直像点于是被再次检测，以便能够实现尽可能高分辨率的物体检测或空地识别。

图3至5示出了改变视场200的不同的可能性，并且特别是关于视场200的水平扩展。改变后的视场200的像点P的数目在所有示出的变型中优选与原始视场100的像点P的数目相同。

图3在左边示出了例如可以用图1的偏转装置30实现的常规视场200。在图3的右侧区域中，可以看到在上部区域中缺失像点P的改变后的视场200，所述缺失像点被添加到中间区域的左侧和右侧。

图4示出改变后的视场200的另一变型。在这种情况下，视场200的像点P的最上面的和最下面的线位分别上和下错位地加入到该视场200。

图5示出改变后的视场200的另一变型，其中在该变型中，具有在垂直方向上展开的像点P的区域被插入在主场的左侧和右侧。以这种方式，支持照明设备100（未示出）的低垂直灵敏度和增加的水平灵敏度。

以这种方式，利用所有上述改变后的视场200能够检测在左侧和右侧超出视场200的原始区域的区域，这意味着视场200的水平扩展。结果，由此能够实现具有更宽的视场或识别区域的激光雷达系统，该激光雷达系统能够更好地检测尤其是运动的物体。

图6示出了具有用于激光雷达传感器的偏转装置30的第一实施方式的照明设备100。看得出，偏转装置30包括光学主元件31和光学安置元件32a、32b，其作为光学楔形光学器件被添加到光学主元件32上或集成到光学主元件32中。结果，以这种方式提供了偏转装置30的一种“分裂的”光学器件。以这种方式支持上安置元件32a照亮视场200的左侧区域200a。下安置元件32b能够实现，发射束照亮视场200的右侧区域200b。结果，由此能够实现总视场水平扩展。

图7示出具有辐射生成装置10与所提出的偏转装置30的另一实施方式的照明设备100。可以看出，设有总共四个安置元件32a ... 32d，它们被布置在偏转装置30的角部区域中，它们照亮视场200（未示出）的角部区域。

利用所提及的偏转装置30经由反射光学元件可以实现从“机械的”到“真实的”检测区域的任意变换（矩形至圆形，等等），所述反射光学元件的反射区域可以是限定的几何的或限定的光学的自由形状面。为了实现所力求的效果，可以使用限定数量的反射和/或透射和/或衍射改变的元件。此外，为此目的，所述元件的任意组合也是可能的。

图8原理上示出为了实现偏转装置30的所提出的效果，需要视场200与偏转装置30的限定的最小距离z2。在距离z1过低的情况下，视场200区域A、B、C彼此重叠地布置（“近区域”）。直到距离z2（该距离大约对应于偏转装置30的十倍几何直径x）下的“远区域”中，视场200的区域A、B、C才分开可见。以这种方式支持偏转装置30可以构造为具有分开的或集成构造的安置元件32a ... 32d的一件式装置。

图9示出了所提出的用于制造用于激光雷达传感器的偏转装置30的方法的实施方式的根本流程。

在步骤300中，提供光学主元件30。

在步骤310中，提供至少一个光学安置元件32a ... 32d。

在步骤320中，光学安置元件31a ... 31d相对于光学主元件30布置成，使得借助偏转装置30可以照亮限定的视场200，其中借助光学安置元件32a ... 32d可以以限定的方式安置视场的限定数目的像点。

有利地，提供光学主元件30和至少一个光学安置元件32a ... 32d的顺序是可自由选择的。

结果，以这种方式提供了用于激光雷达传感器的改进的发射光学器件，其中本身易于理解的是，也可以将多个发射光学器件组合地用于激光雷达传感器。

总之，利用本发明提供了一种用于激光雷达传感器的改进的偏转装置，利用该偏转装置能够在激光雷达系统中实现多种可能的光分布，其中偏转装置能够实现微镜运动的受限可能的扩展。具有所提出的偏转装置的激光雷达传感器可以优选地在汽车领域中用于物体的距离和速度测量。

结果，由此可以实现改进的激光雷达传感器，其提供特别扩展的检测区域并且由此可以显著提高机动车的安全水平。例如特别是可以设想，在识别到物体时，对机动车的制动助力器或其他辅助系统进行预处理。

本领域技术人员认识到，在不偏离本发明的核心的情况下，可以对本发明进行各种修改。

Claims (10)

1. 用于激光雷达传感器的偏转装置（30），具有：

- 光学主元件（30）;和

- 至少一个光学安置元件（32a ... 32d）;

- 其中所述偏转装置（30）被构造用于以限定的方式照亮所述激光雷达传感器的视场（200）;

- 其中借助所述光学安置元件（32a ... 32d）能够以限定的方式安置视场（200）的限定数量的像点（P）。

2.根据权利要求1所述的偏转装置（30），其特征在于，所述光学安置元件（32a ...32d）布置在所述光学主元件（30）的角部区域中。

3.根据权利要求1或2所述的偏转装置（30），其特征在于，借助所述光学安置元件（32a... 32d）能够扩展所述视场（200）的水平范围。

4.根据前述权利要求中任一项所述的偏转装置（30），其特征在于，长条形地构造所述视场（200）的借助所述光学安置元件（32a ... 32d）安置的像点（P）。

5.根据前述权利要求中任一项所述的偏转装置（30），其特征在于，所述光学安置元件（32a ... 32d）构造为反射或折射或衍射光学元件。

6.根据权利要求5所述的偏转装置（30），其特征在于，所述偏转装置（30）具有反射和/或折射和/或衍射光学安置元件（32a ... 32d）。

7.根据前述权利要求中任一项所述的偏转装置（30），其中所述偏转装置（100）从所述偏转装置（30）与所述视场（200）之间的限定距离起才具有安置的特性。

8.根据权利要求7所述的偏转装置（30），其特征在于，所述偏转装置（30）与所述视场（200）之间的距离大致为所述偏转装置（30）的光学范围的十倍。

9.一种激光雷达传感器，具有根据前述权利要求中任一项所述的偏转装置（30）。

10.一种用于制造用于激光雷达传感器的偏转装置（30）的方法，具有以下步骤：

- 提供光学主元件（30）;

- 提供至少一个光学安置元件（32a ... 32d）;

- 其中所述光学安置元件（32a ... 32d）相对于所述光学主元件（30）布置成，使得借助所述偏转装置（30）能够照亮限定的视场（200）；

- 其中借助所述光学安置元件（32a ... 32d）能够以限定的方式安置视场（200）的限定数量的像点。