CN110794378A - 用于检测对象的激光雷达设备 - Google Patents

Abstract

一种用于检测周围环境中的对象的激光雷达设备(100)，其具有至少一个发送器(101)，用于将电磁辐射(102)发送到周围环境中；至少一个旋转偏转单元(112)，用于偏转所发送的电磁辐射(102)；至少一个探测光学系统(105)，用于接收在周围环境中由对象所反射的电磁辐射(104)且将所接收到的电磁辐射(104)对准第一探测器单元(106)；至少一个第二探测器单元(109)；至少一个衍射光学元件(108，108‑1，108‑2)。至少一个衍射光学元件(108，108‑1，108‑2)具有至少一个第一衍射区域(108‑A，108‑E)和至少一个第二衍射区域(108‑B，108‑C，108‑D，108‑F)，分配给至少一个第一衍射区域(108‑A，108‑E)的第一衍射效率与分配给至少一个第二衍射区域(108‑B，108‑C，108‑D，108‑F)的第二衍射效率不同。

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周围环境中的对象的激光雷达设备和一种用于操控激光雷达设备的方法。

背景技术

DE 10 2016 220 468 A1公开一种用于检测周围环境中的对象的激光雷达传感器，其中，激光雷达传感器包括至少一个发送单元、至少一个接收单元、至少一个折射元件并且包括旋转单元，所述至少一个发送单元用于发送电磁辐射，所述至少一个接收单元用于接收由对象所反射的电磁辐射，所述至少一个折射元件对于电磁辐射至少是部分可透过的，该旋转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。所述至少一个折射元件包括至少一个光学透镜并且包括用于分离电磁辐射的分束器。在此，分束器可以通过全息光学元件来构造。在全息光学元件的情况下，通过光栅上的衍射实现对电磁辐射进行分离和对电磁辐射的一部分进行辐射偏转。

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设备出发。激光雷达设备具有：至少一个发送器，其用于将电磁辐射发送到周围环境中；至少一个旋转偏转单元，其用于对所发送的电磁辐射进行偏转；至少一个探测光学系统，其用于接收在周围环境中由对象所反射的电磁辐射并且将所接收到的电磁辐射对准第一探测器单元；至少一个第二探测器单元；和至少一个衍射光学元件。

根据本发明，至少一个衍射光学元件具有至少一个第一衍射区域和至少一个第二衍射区域，其中，分配给至少一个第一衍射区域的至少一个第一衍射效率与分配给至少一个第二衍射区域的至少一个第二衍射效率不同。

优选地，使用光栅作为衍射光学元件。衍射光学元件可以是进行成像的衍射光学元件。衍射光学元件可以是全息光学元件。

发送器可以构造为激光器、尤其激光二极管。所发送的电磁辐射可以是激光。发送器可以构造为发光二极管(英语：LED，light emitting diode)。发送器可以构造为有机发光二极管(英语：OLED，organic light emitting diode)。所发送的电磁辐射可以具有预给定的波长。发送器也可以包括至少两个激光器，其中，所述至少两个激光器可以以激光线的形式发送电磁辐射。可以按序列对所述至少两个激光器进行操控。

探测光学系统可以构造为接收光路中的镜头(Objektiv)。探测光学系统可以具有一个或多个光学透镜。第一探测器单元可以具有至少一个探测单元。

第一探测器单元的探测单元可以构造为光电二极管。第二探测器单元的探测单元可以构造为光电二极管。

旋转偏转单元可以具有转子。旋转偏转单元还可以具有静态元件。旋转偏转单元可以具有定子。激光雷达设备的发送器可以布置在转子上。至少一个探测光学系统可以布置在转子上。第一探测器单元可以布置在转子上。至少一个第二探测器单元可以布置在转子上。至少一个衍射光学元件可以布置在静态元件上。

本发明的优点在于，借助所描述的激光雷达设备可以有效地求取激光雷达设备的至少一个部件的至少一个特性。在此，可以使激光雷达设备的结构空间保持得小。衍射光学元件可以由膜材料构成。衍射光学元件占据少量的结构空间，并且该衍射光学元件在激光雷达设备内的布置是灵活的。这得出衍射光学元件在激光雷达设备内的空间布置具有较大的自由度。这得出至少一个第一衍射区域和至少一个第二衍射区域在激光雷达设备内的空间布置具有较大的自由度。

在本发明的一种有利的构型方案中设置如下：至少第一衍射区域构造用于将所发送的电磁辐射的预给定的至少一个第一分量偏转和/或集束到第二探测器单元上；并且至少一个第二衍射区域构造用于将所发送的电磁辐射的预给定的至少一个第二分量偏转和/或集束到第二探测器单元上。

在此，预给定的至少一个第一分量尤其与至少一个第一衍射效率相关。在此，预给定的至少一个第二分量尤其与至少一个第二衍射效率相关。至少一个第一衍射区域尤其构造用于借助预给定的至少一个第一偏转角将预给定的至少一个第一分量偏转和/或集束到第二探测器单元上。在此，预给定的至少一个第一偏转角尤其与至少一个第一衍射区域的光栅平面(Gitterebenen)的取向相关。在体积全息图中尤其如此构造光栅的光栅平面的间距，使得该间距与所发送的电磁辐射的波长相匹配。至少一个第二衍射区域尤其构造用于借助预给定的至少一个第二偏转角将预给定的至少一个第二分量偏转和/或集束到第二探测器单元上。在此，预给定的至少一个第二偏转角尤其与至少一个第二衍射区域的光栅平面的取向相关。在体积全息图中尤其如此构造光栅的光栅平面的间距，使得该间距与所发送的电磁辐射的波长相匹配。预给定的至少一个第一偏转角与预给定的至少一个第二偏转角可以具有相等的值。预给定的至少一个第一偏转角和预给定的至少一个第二偏转角可以具有不同的值。

该构型方案的优点在于，衍射光学元件不受反射定律的限制。在制造至少一个第一衍射区域时可以自由选择至少一个第一衍射区域的光学功能，例如绕着具有预给定的波长的入射光偏转一个角度。在制造至少一个第二衍射区域时可以自由选择至少一个第二衍射区域的光学功能，例如绕着具有预给定波长的入射光偏转一个角度。在至少一个第一衍射区域中可以成本有利且节省空间地存储附加的光学功能，例如射束集束功能。在至少一个第二衍射区域中可以成本有利且节省空间地存储附加的光学功能，例如射束集束功能。

在本发明的另一有利的构型方案中设置如下：至少一个第二探测器单元构造用于将所发送的电磁辐射的预给定的至少一个第一分量探测为至少一个第一信号；并且将所发送的电磁辐射的预给定的至少一个第二分量探测为至少一个第二信号；并且根据至少一个第一信号和至少一个第二信号的时间变化过程来求取激光雷达设备的至少一个部件的至少一个特性。在此，由第二探测器单元所探测到的信号尤其与旋转偏转单元的角速度相关、第一和第二衍射区域的大小、衍射效率和/或序列相关。至少一个第一信号和至少一个第二信号尤其是经周期性调制的和/或经非周期性调制的。

该构型方案的优点在于，能够有效地求取激光雷达设备的至少一个部件的至少一个特性。这提高激光雷达设备的安全性。可以有效地求取激光雷达设备的至少一个部件的与时间相关的至少一个特性。可以有效地求取激光雷达设备的至少一个部件的关于时间可变化的至少一个特性。

在本发明的另一有利的构型方案中设置如下：至少一个部件是旋转偏转单元；并且待求取的特性是旋转偏转单元的角速度。

该构型方案的优点在于能够有效地求取旋转偏转单元的特性。在此，能够在旋转偏转单元的转子上没有附加光源的情况下求取旋转偏转单元的特性。此外，不需要将测得的角速度从旋转偏转单元的定子转换到旋转偏转单元的转子。对于转子能够自身求取角速度。能够有效地求取旋转偏转单元的角速度。由此能够对发送器更好地进行操控。由此能够对所发送的电磁辐射更好地进行操控。可以对发送器进行如此操控，使得该发送器以正确的角度间距来发送电磁辐射。此外，可以快速地且以高的安全性识别出旋转偏转单元的功能性故障。在发生功能性故障的情况下可以快速地关断激光雷达设备。在发生功能性故障的情况下可以快速地关断激光雷达设备的发送器。这是尤其重要的，用以在使用激光雷达设备时保证眼睛安全性。这尤其在汽车领域中使用激光雷达设备的情况下具有重要的意义。通过对至少一个衍射光学元件和第二探测器单元进行校准能够对旋转偏转单元进行可靠的功能检查。通过对至少一个第一衍射区域和旋转偏转单元进行校准能够对发送器进行可靠的功能检查。通过校准至少一个第二衍射区域和旋转偏转单元能够对发送器进行可靠的功能检查。这提高激光雷达设备的安全性。

在本发明的另一有利的构型方案中设置如下：至少一个部件是发送器；并且待求取的至少一个特性是所发送的电磁辐射的功率、脉冲长度和/或波长。

该构型方案的优点在于能够有效地求取发送器的特性。能够对发送器进行有效的功能检查。功能检查可以是功率检查、能量检查、脉冲长度检查和/或波长检查。能够实现有效的功率检查。能够实现有效的能量检查。能够实现有效的脉冲长度检查。能够实现有效地波长检查。这能够对激光雷达设备进行校准，由此能够对发送器进行可靠的功能检查。通过对至少一个第一衍射区域和第二探测器单元进行校准能够对发送器进行可靠的功能检查。通过对至少一个第二衍射区域和第二探测器单元进行校准能够对发送器进行可靠的功能检查。这提高激光雷达设备的安全性。至少一个第一信号可以用作激光雷达设备的飞行时间测量的触发信号。至少一个第二信号可以用作激光雷达设备的飞行时间测量的触发信号。

在本发明的另一有利的构型方案中设置如下：激光雷达设备还具有控制设备，该控制设备构造用于根据所求取的至少一个特性对激光雷达设备的至少一个部件进行操控。控制设备尤其构造用于根据所求取的至少一个特性对激光雷达设备的至少一个发送器进行操控。控制设备尤其构造用于根据所求取的至少一个特性对激光雷达设备的旋转偏转单元进行操控。为此，控制设备可以与第二探测器单元连接。为此，控制设备可以与第一探测器单元连接。为此，控制设备可以与至少一个发送器连接。为此，控制设备可以与旋转偏转单元连接。

该构型方案的优点在于可以对激光雷达设备的功能性故障快速地做出响应。可以对旋转偏转单元的角速度的波动进行快速地平衡。可以对发送器的波动进行快速地平衡。由此，例如可以确保激光雷达设备的眼睛安全性。也可以关断激光雷达设备的至少一个部件，用以保证使用激光雷达设备时的安全性。

控制设备可以例如对旋转偏转单元进行如此操控，使得遵循预给定的角速度。控制设备可以例如对至少一个发送器进行如此操控，使得遵循这样的规范：这些规范针对激光装置定义出关于所发送的电磁辐射的极限值。尤其由此可以遵循激光雷达设备的眼睛安全性。

在本发明的另一有利的构型方案中设置如下：激光雷达设备还具有壳体，其中，至少一个衍射光学元件布置在该壳体上。壳体可以是激光雷达设备的静态元件。在此，衍射元件可以布置在壳体的内侧。衍射光学元件也可以布置在壳体的外侧。在这种情况下需要采取附加的预防措施，用以保证衍射光学元件的耐刮性并且保护衍射光学元件免受污染。替代地，衍射光学元件布置在壳体中。为此，衍射光学元件可以嵌入成壳体复合物

如果激光雷达设备具有至少两个衍射光学元件，那么可以将这至少两个衍射光学元件以不同的方式布置在壳体上和/或在壳体中。壳体可以至少部分地由玻璃和/或对所发送和所接收到的电磁辐射透明的另一种材料构成。

该构型方案的优点在于，衍射光学元件在壳体上的布置是非常灵活的。得出布置的多种可能性。这些布置可以有针对性地匹配于对激光雷达设备的至少一个部件的至少一个特性的求取的要求。

在本发明的另一有利的构型方案中设置如下：构造有对于激光雷达设备的视野已使用的角度范围和对于激光雷达设备的视野未使用的角度范围；并且至少一个衍射光学元件布置在未使用的角度范围中。

该构型方案的优点在于，壳体的对于激光雷达设备的视野未使用的角度范围可以用于求取激光雷达设备的至少一个部件的至少一个特性。壳体的该区域可以是不透明的。

在本发明的另一有利的构型方案中设置如下：布置在未使用的角度范围中的至少一个衍射光学元件的至少一个第一衍射区域和/或至少一个第二衍射区域构造为反射全息图。

该构型方案的优点在于，可以使用具有更高效率的反射全息图。相应地可以将电磁辐射以较低的强度发送到未使用的角度范围中。不需要将过多的电磁辐射发送到未使用的角度范围中。在未使用的角度范围内求取激光雷达设备的至少一个部件的至少一个特性尤其也可以在功能性故障后用于重新接通激光雷达设备。为此，可以例如首先对所发送的电磁辐射的波长、所发送的电磁辐射的功率、角旋转速度和/或第二探测器单元的功能进行检查，而电磁辐射不必离开激光雷达设备。

在本发明的另一有利的构型方案中设置如下：衍射光学元件构造为全息光学元件，尤其体积全息图、幅度全息图和/或相位全息图。

该构型方案的优点在于，这样的衍射光学元件具有角度选择性和波长选择性。这种角度选择性和波长选择性尤其通过体积调制来实现。在此，至少一个第一衍射区域可以具有与至少一个第二衍射区域不同的角度选择性。在此，至少一个第一衍射区域可以具有与至少一个第二衍射区域相同的角度选择性。在此，至少一个第一衍射区域可以具有与至少一个第二衍射区域不同的波长选择性。在此，至少一个第一衍射区域可以具有与至少一个第二衍射区域相同的波长选择性。可以通过印刷方法来制造衍射光学元件。衍射光学元件可以由薄膜材料构成。衍射光学元件可以个体化地匹配于激光雷达设备。衍射光学元件的光学特性尤其可以个体化地匹配于激光雷达设备。在制造时例如可以如此调节至少一个第一衍射区域的衍射效率，使得所发送的电磁辐射的预给定的至少一个第一分量如用以执行有说服力的功能检查所需要的那样地大，然而所述预给定的至少一个第一分量又如用以保持发送光路中的低能量损失所需要的那样地小。在制造时例如可以如此调节至少一个第二衍射区域的衍射效率，使得所发送的电磁辐射的预给定的至少一个第二分量如用以执行有说服力的功能检查所需要的那样地大，然而，所述预给定的至少一个第二分量又如用以保持发送光路中的低能量损失所需要的那样地小。

此外，本发明从一种用于对激光雷达设备进行操控的方法出发，该方法具有以下步骤：借助至少一个发送器将电磁辐射发送到周围环境中；借助旋转偏转单元对所发送的电磁辐射进行偏转；借助至少一个探测光学系统来接收在周围环境中由对象所反射的电磁辐射；并且将所接收到的电磁辐射对准第一探测器单元。

根据本发明，该方法还具有以下步骤：借助衍射光学元件的至少一个第一衍射区域将所发送的电磁辐射的预给定的至少一个第一分量偏转和/或集束到第二探测器单元上；并且借助衍射光学元件的至少一个第二衍射区域将所发送的电磁辐射的预给定的至少一个第二分量偏转和/或集束到第二探测器单元上，其中，分配给至少一个第一衍射区域的至少一个第一衍射效率与分配给至少一个第二衍射区域的至少一个第二衍射效率不同。

附图说明

以下根据附图更详细地阐述本发明的实施例。在附图中相同的附图标记表示相同的或相同作用的元件。附图示出：

图1示出激光雷达设备的第一示例；

图2示出激光雷达设备的第二示例；

图3A-D示出将至少一个第一衍射区域和至少一个第二衍射区域布置在激光雷达设备的壳体上的各种可能性；

图4A-C示出至少一个第一信号和至少一个第二信号的由第二探测器单元所探测到的时间变化过程的示例；

图5示出用于操控激光雷达设备的方法。

具体实施方式

图1和图2示例性地示出激光雷达设备100的两种实施方式。在两种所示的实施方式中的每种中，激光雷达设备100都具有旋转偏转单元112，该旋转偏转单元构造为可以绕着旋转轴线113旋转。在该旋转偏转单元112上可以布置有激光雷达设备100的所有部件。在这里未示出的另一实施方式中，旋转偏转单元112同样可以是可旋转的，其中，激光雷达设备100的其他部件可以位置固定地布置。在图1和图2中所示的实施方式的情况下，激光雷达设备100分别具有壳体111。

激光雷达设备100(参见图1和2)具有发送器101。发送器101发送电磁辐射102，借助发送光学系统103对该电磁辐射进行成形。发送光学系统103可以具有至少一个光学透镜和/或至少一个滤光器。在射束成形后将电磁辐射102发送到激光雷达设备100的周围环境中。在周围环境中所发送的电磁辐射102可以由对象反射。接下来，可以由激光雷达设备100的探测光学系统105来接收所反射的电磁辐射。借助探测光学系统105将所接收到的电磁辐射104对准第一探测器单元106。探测光学系统105可以具有至少一个光学透镜和/或至少一个滤光器。探测光学系统105可以如在图1和2中所示的那样地构造为接收光路中的镜头。第一探测器单元106可以具有至少一个探测单元。探测单元可以构造为光电二极管。

激光雷达设备100在图1和图2中所示的实施方式中的每个具有至少一个单元107，用以求取激光雷达设备100的至少一个部件的至少一个特性。在图1中，单元107具有衍射光学元件108和第二探测器单元109。衍射光学元件108对于所发送的电磁辐射102在最大程度上是透明的。在图2中，激光雷达设备100在对于激光雷达设备100的视野已使用的角度范围117中具有衍射光学元件108-1。衍射光学元件108-1对于所发送的电磁辐射102在最大程度上是透明的。衍射光学元件108-1可以构造为反射全息图。在旋转偏转单元112的在图2中所示的第一旋转位置中，单元107由衍射光学元件108-1和第二探测器单元109构成。在图2中，激光雷达设备100在对于激光雷达设备100的视野未使用的角度范围118中附加地具有衍射光学元件108-2。衍射光学元件108-2可以对于所发送的电磁辐射102在最大程度上是透明的。衍射光学元件108-2可以构造为反射全息图。在旋转偏转单元112的在此未示出的第二旋转位置中，单元107由衍射光学元件108-2和第二探测器单元109构成。借助线116-1和116-2表明已使用的角度范围117与未使用的角度范围118的界限。衍射光学元件108、108-1、108-2可以分别构造为全息光学元件，尤其体积全息图、幅度全息图和/或相位全息图。

图1中的激光雷达设备100的衍射光学元件108具有多个第一衍射区域108-A。图1中的激光雷达设备100的衍射光学元件108具有多个第二衍射区域108-B。图2中的激光雷达设备100的衍射光学元件108-1具有多个第一衍射区域108-A。图2中的激光雷达设备100的衍射光学元件108-1具有多个第二衍射区域108-B。图2中的激光雷达设备100的衍射光学元件108-2具有多个第一衍射区域108-E。图2中的激光雷达设备100的衍射光学元件108-1具有多个第二衍射区域108-F。在此，分配给第一衍射区域108-A的第一衍射效率与分配给第二衍射区域108-B的第二衍射效率不同。在此，分配给第一衍射区域108-E的第一衍射效率与分配给第二衍射区域108-F的第二衍射效率不同。在图2中，第一衍射区域108-A的第一衍射效率可以与第一衍射区域108-E的第一衍射效率不同或相同。在图2中，第二衍射区域108-B的第二衍射效率可以与第二衍射区域108-F的第二衍射效率不同或相同。第一衍射区域108-A、108-E分别构造用于将所发送的电磁辐射102的预给定的至少一个第一分量114-A、114-E(两者在此均未示出)偏转和/或集束到第二探测器单元109上。第二衍射区域108-B、108-F分别构造用于将所发送的电磁辐射102的预给定的第二分量114-B(在此示出)、114-F(在此未示出)偏转和/或集束到第二探测器单元109上。为此，每个衍射区域108-A、108-B、108-E、108-F可以具有光栅，在该光栅上对相应的预给定的分量114-A、114-B、114-E、114-F进行衍射。

第二探测器单元109可以将所发送的电磁辐射102的预给定的至少一个第一分量114-A或114-E探测为至少一个第一信号403-A或403-E。第二探测器单元109可以将所发送的电磁辐射102的预给定的至少一个第二分量114-B或114-F探测为至少一个第二信号403-B或403-F。第二探测器单元109可以根据至少一个第一信号403-A或403-E和至少一个第二信号403-B或403-F的时间变化过程来求取激光雷达设备100的至少一个部件的至少一个特性。为此，第二探测器单元109可以与计算单元连接，该计算单元是用于对发送器101进行功能检查的单元107的部分。替代地，可以将信号传输到计算单元，该计算单元是激光雷达设备100的部分并且该计算单元例如附加地构造用于对由第一探测器单元106所探测到的信号进行信号处理。激光雷达设备100的至少一个部件可以是旋转偏转单元112；其中，待求取的特性是旋转偏转单元112的角速度。激光雷达设备100的至少一个部件可以是发送器101；其中，待求取的至少一个特性是所发送的电磁辐射102的功率、能量、脉冲长度和/或波长。

除了偏转的作用外，图1和图2中所示的衍射光学元件108、108-1和108-2分别也具有射束集束作用。因此，借助第一衍射区域108-A或108-E将预给定的第一分量114-A或114-E偏转并聚焦到第二探测器单元109上。因此，借助第二衍射区域108-B或108-F将预给定的第二分量114-B或114-F偏转并聚焦到第二探测器单元109上。因此，在图1和图2所示的示例的情况下不需要额外的光学系统。在衍射光学元件没有射束集束作用或者射束集束作用不足够的情况下，附加的光学系统可以实现这种功能。

图1和2中所示的第二探测器单元109构造为探测单元、尤其光电二极管。通过第一衍射区域108-A、108-E和第二衍射区域108-B和108-F的射束集束作用可以使用小的光电二极管面。

如在图1和2中示例性所示的那样，用于功能检查的单元107还可以具有至少一个块元件110，该块元件用于屏蔽第二探测器单元109免受二次辐射。由此可以防止例如通过太阳光而干扰功能检查。附加地或替代地，借助布置在壳体111上的滤光器可以减少进行干扰的二次辐射。附加地或替代地，可以将进行干扰的、非脉冲式的二次辐射从脉冲式的、所接收到的电磁辐射的信号中除去。

如在图1和2中所示的那样，激光雷达设备100还具有控制设备115。控制设备115与发送器101、第一探测器单元106、第二探测器单元109和旋转偏转单元112(在图1中并且通过与旋转轴线113的连接来说明)连接。该控制设备构造用于根据所求取的至少一个特性对激光雷达设备100的至少一个部件进行操控。控制设备115可以构造用于根据所求取的角速度对旋转偏转单元112进行操控。控制设备115可以构造用于根据所求取的特性对至少一个发送器101进行操控。控制设备115可以构造用于根据由发送器101所发送的电磁辐射102的所求取的功率、能量、脉冲长度和/或波长对至少一个发送器101进行操控。

在图1和图2中所示的实施方式的情况下，衍射光学元件108、108-1、108-2分别布置在壳体111的内侧。第一衍射区域108-A或108-E分别对所发送的电磁辐射的预给定的第一分量114-A或114-E起反射作用。第二衍射区域108-B或108-F分别对所发送的电磁辐射的预给定的第二分量114-B或114-F起反射作用。第一衍射区域108-A或108-E分别可以将预给定的第一分量114-A或114-E以预给定的至少一个第一偏转角偏转和/或集束到第二探测器单元109上。第二衍射区域108-B或108-F分别可以将第二预给定分量114-B或114-F以预给定的至少一个第一偏转角偏转和/或集束到第二探测器单元109上。

图3示例性地示出将至少一个第一衍射区域108-A和至少一个第二衍射区域108-B、108-C、108-D布置在激光雷达设备的壳体上的各种可能性。为了更好的说明，平面地(所谓的“展开地”)绘制实际上弯曲的壳体111。激光雷达设备100的壳体111从-180°延伸至+180°。各一个如下的衍射光学元件108分别布置在壳体111上：该衍射光学元件分别具有多个第一衍射区域108-A和分别具有一个或多个第二衍射区域108-B、108-C或108-D。

图3A和图3B的衍射光学元件108分别布置在壳体111的上部区域中。在图3A中示出第一衍射区域108-A和第二衍射区域108-B的周期序列，给所述第一衍射区域分别分配一个第一衍射效率(例如1％)，给所述第二衍射区域分别分配一个第二衍射效率(例如0.5％)。借助这种布置可以测量周期性地变化的信号403-A和403-B(参见图4A)。在图3B中示出多个衍射区域的非周期序列。从左到右依次是：具有第一衍射效率(例如1％)的第一衍射区域108-A；具有第二衍射效率(例如0.5％)的第二衍射区域108-B；然后是具有第二衍射效率(例如2％)的第二衍射区域108-C；然后是具有第二衍射效率(例如0.5％)的另一第二衍射区域108-B；然后是具有另一第二衍射效率(例如3％)的第二衍射区域108-D；然后又是具有第一衍射效率(例如1％)的第一衍射区域108-A；然后是具有第二衍射效率(例如3％)的另一第二衍射区域108-D；然后是具有第二衍射效率(例如0.5％)的另一第二衍射区域108-B。借助这种布置可以测量非周期性地变化的信号403-A、403-B、403-C和403-D(未示出)。

图3C的衍射光学元件108居中地布置在壳体上。该衍射光学元件108具有多个衍射区域的非周期序列。从左到右依次是：具有第二衍射效率(例如2％)的第二衍射区域108-C；具有第二衍射效率(例如0％)的第二衍射区域108-G；具有另一第二衍射效率(例如0.5％)的第二衍射区域108-B；具有第二衍射效率(例如0％)的第二衍射区域108-G；然后是具有第一衍射效率(例如1％)的第一衍射区域108-A；具有第二衍射效率(例如0％)的第二衍射区域108-G；然后是具有另一第二衍射效率(例如3％)的第二衍射区域108-D；具有第二衍射效率(例如0％)的第二衍射区域108-G；然后是具有第二衍射效率(例如0.5％)的另一第二衍射区域108-B。借助这种布置可以测量非周期性地变化的信号403-A、403-B、403-C、403-D和403-G(未示出)。

如果衍射区域(例如在当前的示例中是衍射区域108-G)具有0％的衍射效率，那么发送到第二探测器单元109上的电磁辐射102的所属的预给定的第二分量(在此这例如分别是预给定的第二分量114-G)可以具有0的值。所属的至少一个第二信号(在此这例如分别是第二信号403-G)可以相应地具有0的值。

图3D的衍射光学元件108布置在壳体111的下部区域中。这种布置在如下情况下可以是有利的：发送器101缝隙状地、在壳体111上竖直延展地发送电磁辐射102。在图3D中示出第一衍射区域108-A和第二衍射区域108-B的周期序列，给所述第一衍射区域分别分配一个第一衍射效率(例如1％)，给所述第二衍射区域分别分配一个第二衍射效率(例如0.5％)。借助这种布置可以测量周期性地变化的信号403-A和403-B(参见图4A)。

图4A至图4C示出至少一个第一信号403-A和至少一个第二信号403-B的由第二探测器单元所探测到的时间变化过程的示例。分别关于时间绘制信号的强度。图4A示出信号403-A和403-B的周期序列，只要所属的激光雷达设备在没有功能性故障的情况下工作，就可以例如借助图3A或图3D中的衍射光学元件108来测量该周期序列。在此，例如在两个第一信号403-A的结束与开始之间的时间间距401始终相等。

图4B示出例如对于激光雷达设备的旋转偏转单元的转子处于停止的情况至少一个第一信号403-A和至少一个第二信号403-B的时间变化过程。从以402标记的时刻起仅还测量到第二信号403-B。如果识别出这种功能性故障，那么可以关断各个部件或者也可以关断整个激光雷达设备。

图4C示出例如对于激光雷达设备的旋转偏转单元的角速度减慢的情况至少一个第一信号403-A和至少一个第二信号403-B的时间变化过程。例如在两个第一信号403-A的结束与开始之间的时间间距从时间间距401扩大到时间间距404。如果识别出这种功能性故障，那么可以例如对旋转偏转单元进行操控。例如可以对角速度进行校正。附加地或替代地，可以对发送器进行如此操控，使得例如改变所发送的电磁辐射的功率。替代地，可以关断各个部件或者也可以关断整个激光雷达设备。

图5示出一种用于对激光雷达设备进行操控的方法。该方法在步骤501中开始。在步骤502中，借助至少一个发送器将电磁辐射发送到激光雷达设备的周围环境中。在步骤503中，借助发送光学系统对所发送的电磁辐射进行射束成形。在随后的步骤511中，借助旋转偏转单元对所发送的电磁辐射进行偏转。

在步骤504中，借助衍射光学元件的至少一个第一衍射区域将所发送的电磁辐射的预给定的至少一个第一分量偏转和/或集束到第二探测器单元上；并且借助衍射光学元件的至少一个第二衍射区域将所发送的电磁辐射的预给定的至少一个第二分量偏转和/或集束到第二探测器单元上。在此，分配给至少一个第一衍射区域的至少一个第一衍射效率与分配给至少一个第二衍射区域的至少一个第二衍射效率不同。在步骤504后跟随有步骤508，在该步骤508中求取激光雷达设备的至少一个部件的至少一个特性。在可选的步骤509中，根据所确定的特性借助控制设备对激光雷达设备的至少一个部件进行操控。在步骤511后与步骤504并行地也跟随有步骤505。在步骤505中，对激光雷达设备的周围环境进行扫描。在随后的步骤506中，借助至少一个探测光学系统来接收在周围环境中由对象所反射的电磁辐射。在随后的步骤507中，将所接收到的电磁辐射对准第一探测器单元。在步骤507和508后或者替代地在步骤507和509后，在步骤510中结束该方法。

Claims (10)

1.一种激光雷达设备(100)，所述激光雷达设备用于检测周围环境中的对象，所述激光雷达设备具有：

·至少一个发送器(101)，所述至少一个发送器用于将电磁辐射(102)发送到所述周围环境中；

·至少一个旋转偏转单元(112)，所述至少一个旋转偏转单元用于对所发送的电磁辐射(102)进行偏转；

·至少一个探测光学系统(105)，所述至少一个探测光学系统用于接收在所述周围环境中由对象所反射的电磁辐射(104)并且用于将所接收到的电磁辐射(104)对准第一探测器单元(106)；

·至少一个第二探测器单元(109)；

·至少一个衍射光学元件(108，108-1，108-2)；

其特征在于，

·所述至少一个衍射光学元件(108，108-1，108-2)具有至少一个第一衍射区域(108-A，108-E)和至少一个第二衍射区域(108-B，108-C，108-D，108-F，108-G)，其中，至少一个第一衍射效率与至少一个第二衍射效率不同，所述至少一个第一衍射效率分配给所述至少一个第一衍射区域(108-A，108-E)，所述至少一个第二衍射效率分配给所述至少一个第二衍射区域(108-B，108-C，108-D，108-F，108-G)。

2.根据权利要求1所述的激光雷达设备(100)，其特征在于，所述至少一个第一衍射区域(108-A，108-E)构造用于将所发送的电磁辐射(102)的预给定的至少一个第一分量(114-A，114-E)偏转和/或集束到所述第二探测器单元(109)上；并且所述至少一个第二衍射区域(108-B，108-C，108-D，108-F，108-G)构造用于将所发送的电磁辐射(102)的预给定的至少一个第二分量(114-B，114-C，114-D，114-F，114-G)偏转和/或集束到所述第二探测器单元(109)上。

3.根据权利要求2所述的激光雷达设备(100)，其特征在于，所述至少一个第二探测器单元(109)构造用于：将所发送的电磁辐射(102)的所述预给定的至少一个第一分量(114-A，114-E)探测为至少一个第一信号(403-A，403-E)；并且将所发送的电磁辐射(102)的所述预给定的至少一个第二分量(114-B，114-C，114-D，114-F，114-G)探测为至少一个第二信号(403-B，403-C，403-D，403-F，403-G)；并且根据所述至少一个第一信号(403-A，403-E)和所述至少一个第二信号(403-B，403-C，403-D，403-F，403-G)的时间变化过程来求取所述激光雷达设备(100)的至少一个部件的至少一个特性。

4.根据权利要求3所述的激光雷达设备(100)，其特征在于，所述至少一个部件是所述旋转偏转单元(112)；并且待求取的特性是所述旋转偏转单元(112)的角速度。

5.根据权利要求3或4所述的激光雷达设备(100)，其特征在于，所述至少一个部件是所述发送器(101)；并且待求取的所述至少一个特性是所发送的电磁辐射(102)的功率、能量、脉冲长度和/或波长。

6.根据权利要求3至4中任一项所述的激光雷达设备(100)，其特征在于，所述激光雷达设备还具有控制设备(115)，所述控制设备构造用于根据所求取的至少一个特性对所述激光雷达设备(100)的至少一个部件进行操控。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的激光雷达设备(100)，其特征在于，所述激光雷达设备(100)还具有壳体(111)，其中，所述至少一个衍射光学元件(108，108-1，108-2)布置在所述壳体(111)上。

8.根据权利要求7所述的激光雷达设备(100)，其特征在于，构造有对于所述激光雷达设备(100)的视野已使用的角度范围(117)和对于所述激光雷达设备(100)的所述视野未使用的角度范围(118)；并且所述至少一个衍射光学元件(108-2)布置在所述未使用的角度范围(118)中。

9.根据权利要求7所述的激光雷达装置(100)，其特征在于，布置在所述未使用的角度范围(118)中的所述至少一个衍射光学元件(108-2)的所述至少一个第一衍射区域(108-E)和/或所述至少一个第二衍射区域(108-F)构造为反射全息图。

10.一种用于对激光雷达设备进行操控的方法(500)，所述方法具有以下步骤：

·借助至少一个发送器将电磁辐射发送(502)到周围环境中；

·借助旋转偏转单元对所发送的电磁辐射进行偏转(511)；

·借助至少一个探测光学系统来接收(506)在所述周围环境中由对象所反射的电磁辐射；

·将所接收到的电磁辐射对准(507)第一探测器单元；

其特征在于，所述方法具有另外的步骤：

·借助衍射光学元件的至少一个第一衍射区域将所发送的电磁辐射的预给定的至少一个第一分量偏转和/或集束(504)到第二探测器单元上，并且借助所述衍射光学元件的至少一个第二衍射区域将所发送的电磁辐射的预给定的至少一个第二分量偏转和/或集束(504)到所述第二探测器单元上，其中，至少一个第一衍射效率与至少一个第二衍射效率不同，所述至少一个第一衍射效率分配给所述至少一个第一衍射区域，所述至少一个第二衍射效率分配给所述至少一个第二衍射区域。

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