CN110998364A - 具有用于附接发射器模块和接收器模块的安装元件的光检测和测距单元 - Google Patents

具有用于附接发射器模块和接收器模块的安装元件的光检测和测距单元 Download PDF

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CN110998364A CN201880049015.3A CN201880049015A CN110998364A CN 110998364 A CN110998364 A CN 110998364A CN 201880049015 A CN201880049015 A CN 201880049015A CN 110998364 A CN110998364 A CN 110998364A
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Abstract

本发明涉及一种光检测和测距单元(10)，特别是激光扫描仪，用于车辆的基于激光的距离测量，所述光检测和测距单元具有：发射器模块(12)，设计成发射激光束，和接收器模块(14)，设计成接收发射的激光束的反射，其中所述光检测和测距单元(10)具有用于附接所述发射器模块(12)和所述接收器模块(14)的安装元件(16)，所述安装元件(16)和所述发射器模块(12)包括对应的第一止动表面(26、28)，用于将所述发射器模块(12)在所述安装元件(16)上对准，所述安装元件(16)和所述接收器模块(14)包括对应的第二止动表面(32、34)，用于将所述接收器模块(14)在所述安装元件(16)上对准；所述发射器模块(12)相对于它的第一止动表面(26)被预校准，且所述接收器模块(14)相对于它的第二止动表面(32)被预校准。本发明还涉及一种用于组装光检测和测距单元(10)的方法，所述光检测和测距单元尤其是激光扫描仪，其用于车辆的基于激光的距离测量。

Description

具有用于附接发射器模块和接收器模块的安装元件的光检测 和测距单元
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的基于激光的距离测量的光检测和测距单元，尤其是激光扫描仪，该光检测和测距单元具有被设计为发射激光束的发射器模块和被设计成接收所发射的激光束的反射的接收器模块。
本发明还涉及一种用于安装用于车辆的基于激光的距离测量的光检测和测距单元、特别是激光扫描仪的方法。
背景技术
光检测和测距单元通常用作不同车辆中驾驶辅助系统的环境传感器。因此，光检测和测距单元用于检测车辆附近的物体和人，以提高车辆以及例如附近其他道路使用者的安全。
术语光检测和测距(lidar)一词来自英语，是“光检测和测距(light detectionand ranging)”的缩写。光检测和测距是一种与雷达有关的方法，其中使用光检测和测距激光束代替雷达中使用的无线电波。光检测和测距除距离测量外，还适用于速度测量。为此，评估激光束在物体上的反射。在两种情况下，都确定了激光束到物体的往返过渡时间，以确定到物体的距离。
除了过渡时间，还可以检测反射激光束的强度。通过这种方式，可以确定在其上反射激光束的物体的反射特性，以更详细地检测物体。
在激光扫描仪中，利用激光束对环境进行线性或网格状扫描。这允许可靠地扫描环境以检测物体。为此目的，激光束被适当地偏转以便能够完全扫描检测区域，其也称为视场。
除了距离之外，还检测反射信号的强度的激光扫描仪通常被称为成像激光扫描仪。从记录的表面反射的激光的强度值的记录例如在当今的成像激光扫描仪中以16位灰度级进行。结果，成像激光扫描仪提供与黑白照片相似的环境图像。
在当前的光检测和测距单元中，发射束和接收束相对于彼此被调节，以调节光线彼此的平行度或交点。在此期间需要高精度以实现小于一度的角度分辨率，通常约为0.1度。这使得调整既费时又费钱。
在这种情况下，从EP 2 795 362 B1中已知一种用于光电测距仪的调整方法和相关的构造方案。测距仪具有组件，该组件具有以相对于彼此的严格的空间关系布置的用于发射光透射辐射的辐射源、用于接收光接收辐射的检测器和印刷电路板，并且具有带透射光学器件和接收光学器件的光学器件载体。透射方向由辐射源以及透射光学器件定义，接收方向由探测器和接收光学器件定义。此外，透射光学器件和接收光学器件具有不同的焦距。调整方法确定透射方向相对于接收方向的预期取向。在这种情况下，通过整个组件相对于光学器件载体的位移来进行调节，其中，通过不同焦距的杠杆作用，位移引起透射方向和接收方向的相应不同尺寸的位移相关方向角度变化，由此改变了透射方向相对于接收方向的取向。
发明内容
因此，基于上述现有技术，本发明的目的在于提出一种用于车辆的基于激光的距离测量的光检测和测距单元，特别是激光扫描仪，以及一种用于组装用于车辆的基于激光的距离测量的光检测和测距单元、尤其是激光扫描仪的组装方法，其允许容易地组装和提供光检测和测距单元以在检测环境时实现高精度。
根据本发明，该目的通过独立权利要求的特征来实现。在从属权利要求中说明了本发明的有利实施例。
因此，根据本发明，提出了一种光检测和测距单元，特别是激光扫描仪，其用于车辆的基于激光的距离测量，其具有发射器模块和接收器模块，所述发射器模块被设计成发射激光束，所述接收器模块被设计为接收被发射的激光束的反射，其中，光检测和测距单元具有用于附接发射器模块和接收器模块的安装元件，安装元件和发射器模块包括用于发射器模块相对于安装元件的取向的的第一止动表面，安装元件和接收器模块包括用于将接收器模块相对于安装元件取向的对应的第二止动表面，发射器模块相对于其第一止动表面进行了预校准，并且接收器模块相对于其第二止动表面进行了预校准。
根据本发明，还提出了一种用于安装光检测和测距单元、特别是激光扫描仪的方法，所述光检测和测距单元用于车辆的基于激光的距离测量，该方法包括以下步骤：提供发射器模块，其被设计为发射激光束；提供接收器模块，其被设计为接收被发射的激光束的反射；提供用于附接发射器模块和接收器模块的安装元件；将发射器模块附接至所述安装元件，其中使所述发射器模块和所述安装元件的对应的第一止动表面彼此接触；将所述接收器模块附接到所述安装元件，其中使所述接收器模块和所述安装元件的对应的第二止动表面彼此接触；相对于第一止动表面对发射器模块进行预校准；和相对于第二止动表面对接收器模块进行预校准。
因此，本发明的基本构思是通过将发射器模块和接收器模块这两个模块安装在相应的止动表面上而对进行发射器模块和接收器模块相对于彼此的多余的校准。对应的第一止动表面或第二止动表面的对准自动导致发射器模块和接收器模块在安装状态下相对于彼此的调节。调节中的误差仅在安装元件、发射器模块和接收器模块的制造公差范围内。特别地，第一或第二止动表面的制造公差是重要的，因为发射器模块和接收器模块相对于彼此的对准是通过第一止动表面和第二止动表面进行的。因此，第一止动表面和第二止动表面的对准限定了参考位置，其中，可以基于发射器模块和接收器模块的预校准而省略在安装状态下的光检测和测距单元的校准。
为了实现对光检测和测距单元视场的正确采样，预校准对于发射器模块尤其重要。接收器模块通常对角度较不敏感，使得接收由发射器模块发射的激光束的反射需要接收器模块的不太精确的对准。
对应的第一止动表面和第二止动表面每个包括一对止动表面，其中一个止动表面形成在安装元件上，另一个止动表面对应地形成在发射器模块或接收器模块上。
在本发明的有利的实施方式中，第一止动表面和/或第二止动表面每个实施为基本上平坦的止动表面。第一止动表面和/或第二止动表面因此可以例如实施为平坦的法兰。原则上，平坦的止动表面也可以由横跨平面的多个支撑点定义。
在本发明的一个有利的实施形式中，安装元件的第一止动表面和第二止动表面基本上实施在共用平面中。因此，在安装元件上形成了连续的、共用的止动表面，该止动表面包括第一止动表面和第二止动表面。这允许两个模块与该共用止动表面对准。因此，两个模块相对于安装元件的对准可以以简单的方式进行。
在本发明的有利的实施例中，第一止动表面和/或第二止动表面每个具有多个对应的表面部段，这些表面部段彼此成角度地或者在多个平行的平面中布置。第一止动表面或第二止动表面因此可以具有任意对应的形状。例如，止动表面可以具有多个平行平面。可以使用第一止动表面或第二止动表面的对应设计，例如，以便不仅导致在平面中的对准，而且在组装期间自动导致发射器模块和接收器模块在平面中的定位。例如，第一止动表面和第二止动表面可以被设计或布置成使得它们自动地导致在多个空间轴上、优选地在所有空间轴中的对准。特别优选地，第一止动表面和第二止动表面被设计或布置成使得它们另外引起围绕空间轴的旋转对准。因此，发射器模块和接收器模块可以最多在六个自由度中对准。
替代地或附加地，第一止动表面和/或第二止动表面可以布置在安装元件上的两个平行的平面中。中间过渡部优选地被设计用于发射器模块和接收器模块的对准。
在本发明的有利的实施方式中，安装元件被构造为平坦的安装框架，并且发射器模块和接收器模块被布置在安装框架上。可以将安装框架设置为紧凑的部件，以将光检测和测距单元设置为较小的尺寸。与发射器模块和/或接收器模块相比，平坦安装框架具有较低的深度。
在本发明的有利实施例中，安装框架具有外围框架和用于接收发射器模块和/或接收器模块的插入开口。因此，发射器模块和/或接收器模块可以被定位并保持在插入开口内。可以将安装框架设置为紧凑的部件，以使光检测和测距单元整体上具有较小的尺寸。通过将发射器模块和/或接收器模块插入到插入开口中，可以实现到安装框架的简单且稳定的连接，并且便于发射器模块和/或接收器模块在安装框架上的对准。
在本发明的有利实施例中，第一止动表面和/或第二止动表面具有对应的定位元件，用于将发射器模块和/或接收器模块在安装元件上对准。由于对应的定位元件，除了在由止动表面限定的平面中的取向之外，发射器模块和/或接收器模块还可以以进一步的自由度可靠且可复制地固定到安装元件。对应的定位元件的各种实施例是可行的。
在本发明的有利的实施例中，第一止动表面和/或第二止动表面的对应的定位元件具有对应的定位销和定位接收部。定位销和定位接收部具有对应的尺寸或圆周形状，以允许发射器模块和/或接收器模块在安装元件上精确对准。另外，定位销和/或定位接收部可以被设计成促进或自动执行发射器模块和/或接收器模块在安装元件上的对准。为此，定位销例如可以具有圆锥形的形状，和/或定位接收部实施为漏斗形的。因此，在附接到安装元件期间，发射器模块和/或接收器模块被自动引导到期望位置。
在本发明的有利的实施例中，发射器模块的第一止动表面由发射器模块的第一边缘区域形成。在边缘区域中形成第一止动表面能够实现可靠的定位和支撑，特别是在各个边缘区域之间存在最大可行距离的情况下。而且，可以在发射器模块的中央区域中不受限制地形成发射器模块的功能单元。
在本发明的有利的实施例中，接收器模块的第二止动表面由接收器模块的第二边缘区域形成。在边缘区域中形成第一止动表面能够实现可靠的定位和支撑，特别是在各个边缘区域之间存在最大可行距离的情况下。而且，可以在接收器模块的中央范围中不受限制地形成接收器模块的功能单元。
在本发明的有利实施例中，安装元件具有多个安装通孔，用于将光检测和测距单元附接到车辆。由于安装通孔，光检测和测距单元可以通过安装元件容易地安装在车辆上。不需要用于安装在车辆上的发射器模块或接收器模块的附加配置。安装通孔可例如用于穿过销，螺栓，螺钉，夹子连接器或其他安装装置，以将光检测和测距单元可靠地安装在车辆上。
在本发明的有利实施例中，光检测和测距单元包括用于紧固发射器模块和/或接收器模块的紧固件。由于使用了紧固件，发射器模块和/或接收器模块可以在定位后固定以便进一步使用。紧固件可以包括例如销，螺栓，螺钉，夹子连接器或其他，其被引导穿过安装元件和发射器模块和/或接收器模块的合适的开口。替代地，紧固件可以与安装元件、发射器模块和/或接收器模块一体地实现，以促进紧固。
附图说明
下面参照附图并基于优选实施例更详细地解释本发明。所呈现的特征可以单独地或组合地代表本发明的一方面。不同实施例的特征可以从一个实施例转移到另一实施例。
在附图中：
图1示出了根据第一优选实施例的具有发射器模块和接收器模块的光检测和测距单元的后视透视图，所述发射器模块和接收器模块附接到安装元件；
图2示出了根据第一实施例的图1的光检测和测距单元的后视透视图，其中接收器模块附接到安装元件，其中未示出发射器模块；
图3示出了根据第一实施例的图1的光检测和测距单元的接收器模块的透正视视图；和
图4示出了根据第一实施例的图1的光检测和测距单元的发射器模块的后视透视图。
具体实施方式
图1至图4涉及根据第一优选实施例的光检测和测距单元10。
光检测和测距单元10在此被设计为用于车辆的基于激光的距离测量的激光扫描仪。激光扫描仪10包括被设计成发射激光束的发射器模块12和被设计成接收所发射的激光束的反射的接收器模块14。如图1所示，发射器模块12和接收器模块14附接到安装元件16。
发射器模块12包括用于产生和偏转激光束的装置18，例如如图4所示。接收器模块14在此包括三个单个的接收器20，用于接收所发射的激光束的反射。三个接收器20布置在水平面中，以根据用于产生和偏转激光束的装置18对激光束进行的可行偏转来检测尽可能宽的水平采样区域。
在此，安装元件16被设计为平坦的安装框架，在其上布置了发射器模块12和接收器模块14。与发射器模块12和接收器模块14相比，平坦的安装框架16具有低的深度。安装框架16包括外围框架22和插入开口24，发射器模块12和接收器模块14被接收在其中。发射器模块12和接收器模块14因此被定位并保持在插入开口24内，如下面详细解释的。
为了将发射器模块12附接到安装元件16，发射器模块12和安装框架16包括对应的第一止动表面26、28，用于将发射器模块12在安装框架16上对准。发射器模块12的第一止动表面26在图1和图4中仅从后面示出，并且由发射器模块12的第一边缘区域30形成。在图2中可以看到安装元件16的第一止动表面28。在此，第一止动表面26、28实施为基本上平坦的止动表面26、28。
为了将接收器模块14附接到安装框架16，接收器模块14和安装框架16包括对应的第二止动表面32、34，用于将接收器模块14在安装框架16上对准。接收器模块14的第二止动表面32在图3的图示中示出，并且由接收器模块14的第二边缘区域36形成。安装框架16的第二止动表面34在图1和2中不可见，并且被接收器模块14遮盖。第二止动表面32、34在此被实施为基本上平坦的止动表面32、34。
如图2最佳所示，安装框架16的第一止动表面28和第二止动表面34基本上在公用平面中，该公用平面包括安装框架16的第一止动表面28和第二止动表面34。
第一和第二止动表面26、28、32、34具有对应的定位元件38、40，用于将发射器模块12和接收器模块14在安装框架16上对准。定位元件38、40包括定位接收部38和定位销40，定位接收部38形成在安装框架16的第一和第二止动表面28、34上，定位销40形成在发射器模块12的第一止动表面26和接收器模块14的第二止动表面32处。定位元件38、40具有对应的尺寸和圆周形状，这导致发射器模块12和/或接收器模块14在安装框架16上的精确对准。
在发射器模块12、接收器模块14和安装框架16的第一和第二止动表面26、28、32、34中形成开口42，用于将发射器模块12和接收器模块14固定到安装元件16的紧固件(未示出)可以穿过开口42。紧固件可以包括例如销，螺栓，螺钉，夹子连接器或其他，其可以穿过安装框架16和发射器模块12或接收器模块14的开口42。
发射器模块12相对于其第一止动表面26进行了预校准。接收器模块14还相对于其第二止动表面32被预校准。因此，对应的第一和第二止动表面26、28、32、34的对准由发射器模块12和接收器模块14在安装状态下相对于彼此的调节自动地产生。因此，第一止动表面和第二止动表面26、28、32、34的对准限定了参考位置，其中，可以基于发射器模块12和接收器模块14的预校准而省略在安装状态下的光检测和测距单元10的校准。
此外，安装框架16包括用于将光检测和测距单元10附接到车辆的多个安装通孔44。安装通孔44设计成穿过销，螺栓，螺钉，夹子连接器或其他安装装置，以将光检测和测距单元10安装在车辆上。
参考标记列表
10 光检测和测距单元
12 发射器模块
14 接收器模块
16 安装元件，安装框架
18 用于产生和偏转激光束的装置
20 接收器
22 框架
24 插入开口
26 发射器模块的第一止动表面
28 安装元件的第一止动表面
30 第一边缘区域
32 接收器模块的第二止动表面
34 安装元件的第二止动表面
36 第二边缘区域
38 定位接收部，定位元件
40 定位销，定位元件
42 开口
44 安装通孔

Claims (13)

1.一种光检测和测距单元(10)，特别是激光扫描仪，用于车辆的基于激光的距离测量，所述光检测和测距单元(10)具有：
发射器模块(12)，设计成发射激光束，和
接收器模块(14)，设计成接收发射的激光束的反射，
其特征在于，
所述光检测和测距单元(10)具有用于附接所述发射器模块(12)和所述接收器模块(14)的安装元件(16)，
所述安装元件(16)和所述发射器模块(12)具有对应的第一止动表面(26、28)，用于将所述发射器模块(12)在所述安装元件(16)上对准，
所述安装元件(16)和所述接收器模块(14)具有对应的第二止动表面(32、34)，用于将所述接收器模块(14)在所述安装元件(16)上对准，
所述发射器模块(12)相对于它的第一止动表面(26)被预校准，且
所述接收器模块(14)相对于它的第二止动表面(32)被预校准。
2.根据权利要求1所述的光检测和测距单元(10)，其特征在于，
所述第一止动表面(26、28)和/或所述第二止动表面(32、34)每个实施为基本上平坦的止动表面(26、28、32、34)。
3.根据权利要求2所述的光检测和测距单元(10)，其特征在于，
所述安装元件(16)的第一止动表面(28)和第二止动表面(34)基本上位于共同平面中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的光检测和测距单元(10)，其特征在于，
所述第一止动表面(26、28)和/或所述第二止动表面(32、34)每个具有多个对应的表面区域，这些表面区域彼此成角度地布置或布置在多个平行平面中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的光检测和测距单元(10)，其特征在于，
所述安装元件(16)被实施为平坦的安装框架，并且
所述发射器模块(12)和所述接收器模块(14)布置在所述安装框架(16)上。
6.根据权利要求5所述的光检测和测距单元(10)，其特征在于，
所述安装框架(16)具有外围框架(22)和插入开口(24)，用于接收所述发射器模块(12)和/或所述接收器模块(14)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的光检测和测距单元(10)，其特征在于，
所述第一止动表面(26、28)和/或所述第二止动表面(32、34)具有对应的定位元件(38、40)，用于将所述发射器模块(12)和/或所述接收器模块(14)在所述安装元件(16)上对准。
8.根据权利要求7所述的光检测和测距单元(10)，其特征在于，
所述第一止动表面(26、28)的和/或所述第二止动表面(32、34)的对应的定位元件(38、40)具有对应的定位销(40)和定位接收部(38)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的光检测和测距单元(10)，其特征在于，
所述发射器模块(12)的第一止动表面(26)由所述发射器模块(12)的第一边缘区域(30)形成。
10.根据前述权利要求中任一项所述的光检测和测距单元(10)，其特征在于，
所述接收器模块(14)的第二止动表面(32)由所述接收器模块(14)的第二边缘区域(36)形成。
11.根据前述权利要求中任一项所述的光检测和测距单元(10)，其特征在于，
所述安装元件(16)具有多个安装通孔(44)，用于将所述光检测和测距单元(10)附接到车辆。
12.根据前述权利要求中任一项所述的光检测和测距单元(10)，其特征在于，
所述光检测和测距单元(10)具有用于紧固所述发射器模块(12)和/或所述接收器模块(14)的紧固件。
13.一种用于组装光检测和测距单元(10)的方法，所述光检测和测距单元(10)尤其是激光扫描仪，其用于车辆的基于激光的距离测量，所述方法包括以下步骤：
提供发射器模块(12)，所述发射器模块设计成发射激光束，
提供接收器模块(14)，所述接收器模块设计成接收发射的激光束的反射，
提供用于附接所述发射器模块(12)和所述接收器模块(14)的安装元件(16)，
将所述发射器模块(12)附接到所述安装元件(16)，其中使所述发射器模块(12)的和所述安装元件(16)的对应的第一止动表面(26、28)彼此接触，
将所述接收器模块(14)附接到所述安装元件(16)，其中使所述接收器模块(14)的和所述安装元件(16)的对应的第二止动表面(32、34)彼此接触，
将所述发射器模块(12)相对于所述第一止动表面(26、28)预校准，且
将所述接收器模块(14)相对于所述第二止动表面(32、34)预校准。
CN201880049015.3A 2017-07-24 2018-07-23 具有用于附接发射器模块和接收器模块的安装元件的光检测和测距单元 Active CN110998364B (zh)

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