CN110031853A - 用于检测对象的激光雷达设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于检测对象的激光雷达设备(100)，所述激光雷达设备具有：发送单元(101)，所述发送单元具有用于发送至少一个激光射束(103‑1)的至少一个激光器(102，102‑A至102‑G)；和接收单元(104)，所述接收单元用于接收已经被所述对象反射的激光(201)。所述发送单元(101)此外具有用于将所述至少一个激光射束(103‑1)复制成至少两个复制射束(103‑2)的至少一个射束复制单元(105)。

Description

用于检测对象的激光雷达设备
技术领域
本发明涉及一种用于检测对象的激光雷达设备、工作设备和/或车辆，所述工作设备或者车辆构造有激光雷达设备，并且，本发明涉及一种用于借助激光雷达设备检测对象的方法。
背景技术
EP 2 388 615 A1公开一种基于激光雷达的3D点云测量系统。测量系统包括基底、壳体、多个光子发送器和光子探测器，所述光子发送器和光子探测器包含在壳体中。此外，测量系统包括使壳体环绕基底转动的转动发动机和实现信号从光子探测器向外部部件传输的通信部件。
发明内容
本发明从一种用于检测对象的激光雷达设备出发，所述激光雷达设备具有发送单元和接收单元，所述发送单元具有用于发送至少一个激光射束的至少一个激光器，所述接收单元用于接收已经被对象反射的激光。
此外，根据本发明，所述发送单元此外具有用于将所述至少一个激光射束复制成至少两个复制射束的至少一个射束复制单元。
本发明的优点在于，可以提高激光雷达设备在至少一个平面内的分辨率，而不提高对此所需的激光器的数目。可能的是，借助在发送单元中保持不变的数目的激光器实现比在已知的激光雷达设备中更高的分辨率。可能的是，借助在发送单元中的更小的数目的激光器实现与在已知的激光雷达设备中相同的分辨率。替代使用数目n个激光器用于数目n个分辨平面地，在发送单元中唯一的激光器可以足够用于实现相同的数目n个分辨平面。因此，可能的是，节省激光雷达设备的大的数目的另外的电子部件。由此，可以成本便宜地实现激光雷达设备。可以降低激光雷达设备的安装空间。可以使调准步骤的数目最小。
通过将至少一个激光射束复制成至少两个复制射束来产生射束扇。射束扇可以由发散的复制射束组成。至少两个复制射束可以相对于至少一个激光射束以不同的角度发送。基于复制射束的角度分布形成在一平面内的不同的分辨平面。因此，可以提高激光雷达设备在至少一个平面内的分辨率。
借助接收单元接收的激光可以借助常见的光传播时间方法来分析处理。为此，激光雷达设备可以具有合适的分析处理单元。分析处理单元可以构造用于确定所发送的并且又接收的激光的光传播时间。脉冲方法或者相位方法算作这样的光传播时间方法，所述脉冲方法确定被反射的激光脉冲的接收时刻，所述相位方法发送幅度调制的激光并且确定相对于所接收的激光的相位偏差。
在本发明的一种有利的构型中设置，射束复制单元此外构造用于使至少两个复制射束在竖直平面内并且附加地或者替代地在水平平面内偏转。在此，水平平面可以理解为以下平面：所述平面相对于垂线方向(Lotrichtung)成直角。在此，竖直平面可以理解为以下平面：所述平面平行于垂线方向。
该构型的优点在于，可以提高激光雷达设备的竖直分辨率并且附加地或者替代地提高水平分辨率。在此，分辨率的提高可以成本便宜地实现。
在本发明的一种另外的有利的构型中设置，射束复制单元透射性地或者反射性地构造。
该构型的优点在于，可以使射束复制单元分别与激光雷达设备的光路相匹配。
在本发明的一种另外的有利的构型中设置，射束复制单元构造为光学衍射元件。光学衍射元件可以是例如光学栅格。光学衍射元件可以是全息摄影的光学元件。不但相位移动(例如相栅)而且吸收的(例如振幅型光栅)实施方案是可能的。由于在光学衍射元件上的干涉，产生至少两个复制射束。
该构型的优点在于，实现对在至少一个平面内的分辨率的良好控制。光学衍射元件能够实现对激光雷达设备的竖直分辨率的良好控制。光学衍射元件能够实现对激光雷达设备的竖直视域的良好控制。光学衍射元件可以以简单的方式并且分别地与激光雷达设备的要求相匹配。因此，例如可以通过匹配栅格参数(栅格周期、间隙宽度、被照亮的间隙的数目)来控制角度距离以及在角度上的强度分布。可以使复制射束的角度分布与接收单元相匹配。光学衍射元件可以如此设计，使得光学衍射元件的反射函数或者透射函数的傅立叶变换与在远场中的所期望的光强度分布一致。
在本发明的一种另外的有利的构型中设置，射束复制单元构造为光学折射元件。由于在光学折射元件上的光折射，产生至少两个复制射束。
该构型的优点在于，能够实现对至少一个平面的分辨率的良好控制。
在本发明的一种另外的有利的构型中设置，光学折射元件的至少一侧构造为平面。光学折射元件的与平面对置的一侧具有彼此邻近的至少两个区域，其中，所述至少两个区域具有相互不同的斜率。
该构型的优点在于，不但可以提高在竖直平面内的分辨率而且可以提高水平平面的分辨率。
在本发明的一种另外的有利的构型中设置，激光雷达设备此外具有控制单元，所述控制单元构造用于操控至少一个激光器。此外，控制单元可以构造用于操控激光雷达设备的另外的部件。例如，激光雷达设备可以具有偏转单元。控制单元可以构造用于操控偏转单元。
在本发明的一种另外的有利的构型中设置，发送单元具有至少两个激光器。
该构型的优点在于，还可以进一步提高激光雷达设备在至少一个平面内的分辨率。
在本发明的一种另外的有利的构型中设置，所述至少两个激光器可以在时间上错开地操控。所述至少两个激光器可以借助激光雷达设备的控制单元来操控。
该构型的优点在于，通过至少两个激光器的相应的激光射束的在时间上错开的发送，能够实现由接收单元接收的激光的更简单的区分。
也要求保护一种工作设备和/或一种车辆，所述工作设备和/或所述车辆构造有以上描述的激光雷达设备。尤其在高度自动化的车辆中，所描述的激光雷达设备对于高度自动化的行驶功能可以是有利的。在全自动化的车辆中，所描述的激光雷达设备对于自动化的行驶功能也可以是有利的。对于高度自动化的或者对于全自动化的车辆而言，在至少一个平面内的更高的分辨率导致车辆的周围环境的更好的识别。
也要求保护一种用于借助激光雷达设备检测对象的方法。所述方法具有以下步骤：操控发送单元，所述发送单元具有用于发送至少一个激光射束的至少一个激光器；以及接收被所述对象反射的激光。所述方法具有另外的步骤：借助射束复制单元将所述至少一个激光射束复制成至少两个复制射束。发送单元的操控可以借助控制单元来进行。
附图说明
接下来，根据附图详细地阐述本发明的实施例。在附图中的相同的附图标记表示相同的或者起相同作用的元件。附图示出：
图1示出激光雷达设备的第一实施例的侧视图；
图2示出激光雷达设备的第一实施例的俯视图；
图3示出激光雷达设备的第二实施例的俯视图；
图4示出激光雷达设备的第三实施例的侧视图；
图5示出激光雷达设备的第四实施例的俯视图；
图6示出射束复制单元的实施例；
图7示出用于借助激光雷达设备检测对象的方法的实施例。
具体实施方式
图1示例性地示出激光雷达设备100的第一实施例的侧视图。激光雷达设备100具有发送单元101，所述发送单元具有激光器102。激光器102发送激光射束103-1。此外，激光雷达设备100具有射束复制单元105。射束复制单元105可以构造为光学衍射元件或者构造为光学折射元件。激光射束103-1射到射束复制单元105上并且被复制成复制射束103-2。在此，激光射束103-1在竖直平面内被复制。以箭头108标记激光雷达设备100的视域，复制射束103-2被发送到该视域中。如果一对象位于视域108中，则复制射束103-2可以被该对象散射。复制射束103-2可以被该对象反射。此外，激光雷达设备100具有接收单元104。借助接收单元104可以接收被对象反射的激光。借助在此未示出的分析处理单元可以分析处理基于所接收的激光生成的信号。激光雷达设备100布置在可旋转的单元106上。可旋转的单元106可环绕旋转轴线107旋转。通过所述旋转可以使复制射束103-2在水平平面内偏转。因此，也在水平平面内实现分辨。此外，激光雷达设备100可以具有在此未示出的控制单元，控制单元可以构造用于操控可旋转的控制单元。控制单元可以构造用于操控可旋转的单元106。控制单元可以构造用于操控激光器102。在此未示出地，激光雷达设备100也可以具有附加的光学元件，如例如光学透镜、平面镜，等等。
图2以俯视图示出图1中的激光雷达设备100。相同的附图标记标出相同的或者起相同作用的元件。如在图2中变得明显的是，射束复制单元105透射性地构造。箭头201说明被对象反射并且被接收单元104接收的激光。
图3示例性地示出激光雷达设备的发送单元101的第二实施例的俯视图。相同的附图标记表示与在图1或图2中相同的或者起相同作用的元件。射束复制单元105可以构造为光学衍射元件或者构造为光学折射元件。在该实施例中，射束复制单元105反射性地构造。
图4示出激光雷达设备100的第三实施例的侧视图。发送单元101具有多个激光器102。发送单元101在图4中纯示例性地具有七个激光器102-A至102-G。激光器102-A至102-G上下相叠地布置。每个激光器发送激光射束。示例性地，对于激光器102-A标记所发送的激光射束103-1-A。此外，示出射束复制单元105。射束复制单元105可以构造为光学衍射元件或者构造为光学折射元件。由激光器102-A至102-G发送的激光射束103-1-A至103-1-G中的每一个射到射束复制单元105上并且分别被复制。所发送的激光射束103-1-A至103-1-G被复制成复制射束103-2-A至103-3-G。在此，所发送的激光射束103-1-A至103-1-G中的每一个分别被复制成由三个复制射束组成的射束聚束(Strahlenbündel)103-2-A至103-2-G。在此，激光射束103-1-A至103-1-G在竖直平面内被复制。射束复制单元105透射性地构造。替代地，射束复制单元105可以反射性地构造。发送单元101可以如所示出的那样与激光雷达设备的控制单元401连接。控制单元401可以操控激光器102-A至102-G。在此，控制单元可以单独地操控激光器102-A至102-G。激光雷达设备100布置在可旋转的单元106上。可旋转的单元106可环绕在此未示出的旋转轴线旋转。通过旋转可以使复制射束103-2-A至103-2-G在水平平面内偏转。因此，也在水平平面内实现分辨。
图5示出激光雷达设备的第四实施例的俯视图。发送单元101纯示例性地具有两个激光器102-A和102-B。激光器102-A和102B并排地布置。每个激光器发送激光射束(103-1-a和103-1-B)。此外，示出射束复制单元105。射束复制单元105可以构造为光学衍射元件或者构造为光学折射元件。所发送的激光射束103-1-A和103-1-B中的每一个射到射束复制单元105上并且分别被复制。所发送的激光射束103-1-A和103-1-B被复制成复制射束103-2-A和103-2-B。在此，所发送的激光射束103-1-A和103-1-B中的每一个分别被复制成由三个复制射束组成的射束聚束103-2-A和103-2-B。在此，激光射束103-1-A和103-1-B在水平平面内被复制。射束复制单元105透射性地构造。替代地，射束复制单元105可以反射性地构造。发送单元101可以如所示出的那样与激光雷达设备的控制单元401连接。控制单元401可以操控激光器102-A和102-B。在此，控制单元可以单独地操控激光器102-A和102B。激光雷达设备100布置在可旋转的单元106上。可旋转的单元106可以环绕在此未示出的旋转轴线旋转。通过旋转可以使复制射束103-2-A和103-2-B在水平平面内偏转。因此，在水平平面内实现还更高的分辨率。
图6示出射束复制单元的实施例，其中，射束复制单元构造为光学折射元件600。光学折射元件可以例如构造为玻璃薄板。光学折射元件600具有多个侧。在此，以604标记的侧构造为平面。与平面604对置的侧605具有彼此邻近的三个区域601、602和603。这三个区域601、602和603具有相互不同的斜率。替代地并且在此未示出地，也会可能的是，将三个玻璃薄板如此安装在保持装置中，使得三个玻璃薄板具有相互不同的斜率。替代地并且在此未示出地，也会可能的是，光学折射元件600构造为具有至少两个区域的转向镜，其中，所述至少两个区域具有相互不同的斜率。
图7示出用于借助激光雷达设备检测对象的方法700的实施例。方法700在步骤701中开始。在步骤702中，操控发送单元，所述发送单元具有用于发送至少一个激光射束的至少一个激光器。在步骤703中，借助射束复制单元将至少一个激光射束复制成至少两个复制射束。在步骤704中，接收已经被对象反射的激光。该方法在步骤705中结束。

Claims (10)

1.一种用于检测对象的激光雷达设备(100)，所述激光雷达设备具有：
发送单元(101)，所述发送单元具有用于发送至少一个激光射束(103-1)的至少一个激光器(102，102-A至102-G)；和
接收单元(104)，所述接收单元用于接收已经被所述对象反射的激光(201)；
其特征在于，所述发送单元(101)此外具有用于将所述至少一个激光射束(103-1)复制成至少两个复制射束(103-2)的至少一个射束复制单元(105)。
2.根据权利要求1所述的激光雷达设备(100)，其特征在于，所述射束复制单元(105)此外构造用于使所述至少两个复制射束(103-2)在竖直平面内和/或在水平平面内偏转。
3.根据权利要求1或2所述的激光雷达设备(100)，其特征在于，所述射束复制单元(105)透射性地或者反射性地构造。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光雷达设备(100)，其特征在于，所述射束复制单元(105)构造为光学衍射元件。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的激光雷达设备(100)，其特征在于，所述射束复制单元构造为光学折射元件(600)。
6.根据权利要求5所述的激光雷达设备(100)，其特征在于，所述光学折射元件(600)的至少一侧构造为平面(604)；并且，所述光学折射元件的与所述平面(604)对置的一侧(605)具有彼此邻近的至少两个区域(601，602，603)，其中，所述至少两个区域(601，602，603)具有相互不同的斜率。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的激光雷达设备(100)，其中，所述发送单元(101)具有至少两个激光器(102A至102-G)。
8.根据权利要求7所述的激光雷达设备(100)，其特征在于，所述至少两个激光器(102-A至102-G)能够在时间上错开地操控。
9.一种工作设备和/或车辆，所述工作设备和/或车辆构造有根据权利要求1至8中任一项所述的激光雷达设备(100)。
10.一种用于借助激光雷达设备(100)检测对象的方法(700)，其具有以下步骤：
操控(702)发送单元(101)，所述发送单元具有用于发送至少一个激光射束(103-1)的至少一个激光器(102，102-A至102-G)；以及
接收(704)被所述对象反射的激光(201)；
其特征在于另外的步骤：
借助射束复制单元(105)将所述至少一个激光射束(103-1)复制(702)成至少两个复制射束(103-2)。
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