CN112601971A - 具有可调节的扫描区域的眼睛安全的激光雷达系统 - Google Patents

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Abstract

公开一种用于对扫描区域进行扫描的激光雷达系统，该激光雷达系统具有发送单元，该发送单元用于借助至少一个辐射源来产生射束并沿着扫描区域发射所产生的射束，并且该激光雷达系统具有至少一个接收单元，该至少一个接收单元用于接收和分析处理在扫描区域中反射或反向散射的射束，其中，加载有所产生的射束的扫描区域细分为至少两个区段，其中，与该扫描区域的第二区段相比，以更高的辐射功率对至少一个第一区段进行扫描。此外，公开一种控制单元。

Description

具有可调节的扫描区域的眼睛安全的激光雷达系统
技术领域
本发明涉及一种用于对扫描区域进行扫描的激光雷达系统，该激光雷达系统具有发送单元，该发送单元用于借助至少一个辐射源产生射束并沿着扫描区域发射所产生的射束，并且该激光雷达系统具有至少一个接收单元，该接收单元用于接收和分析处理在扫描区域中反射或反向散射的射束。本发明还涉及一种控制单元。
背景技术
通常的激光雷达(Light detection and ranging，光探测和测距)系统由发送单元和接收单元组成。发送单元连续地或以脉冲方式产生并发射电磁射束。如果这些射束射到可运动的或静止的对象上，则这些射束由该对象在接收单元的方向上反射。接收单元可以探测到所反射的电磁辐射并将接收时间分配给反射射束。这例如可以在“飞行时间”分析的范畴内用于求取对象至激光雷达系统的距离。
对于激光雷达系统，作用距离、分辨率和扫描区域或所谓的视场(Field of View，FoV)是表征激光雷达系统的性能能力的重要相关的参数。特别地，激光雷达系统的作用距离主要取决于射束源的功率。经常将激光器用作射束源。具有所使用的激光的产品必须相应于IEC 60825-1标准进行分类。在眼睛安全方面，在红外波长范围内的激光中，仅将激光等级1的极限值视为安全。在激光雷达系统的需要高的作用距离的应用中，这恰好是成问题的。可以将激光雷达系统的最大作用距离视为与射束源的功率成比例。
为了满足激光安全标准，必须限制射束源的发射功率，由此也限制作用距离。
发明内容
本发明所基于的任务可以视为，提出一种具有扩大的作用距离的眼睛安全的激光雷达系统。
该任务借助独立权利要求的相应主题解决。本发明的有利构型是各个从属权利要求的主题。
根据本发明的一个方面，提供一种用于对扫描区域进行扫描的激光雷达系统。该激光雷达系统具有发送单元，该发送单元用于借助至少一个辐射源产生射束并沿着扫描区域发射所产生的射束。此外，该激光雷达系统具有至少一个接收单元，该至少一个接收单元用于接收和分析处理在扫描区域中反射或反向散射的射束，其中，加载有所产生的射束的扫描区域细分为至少两个区段，其中，与扫描区域的至少一个第二区段相比，以更高的辐射功率对至少一个第一区段进行扫描。
根据本发明的另一方面，提供一种用于控制和分析处理激光雷达系统的控制单元，其中，该控制单元设置为用于如此运行激光雷达系统，使得具有至少两个区段的扫描区域由不同辐射功率的射束所扫描。
通过激光雷达系统可以将FoV或扫描区域细分为至少两个区段。以所产生的不同射束加载或扫描相应的区段。由此例如可以实现具有高的作用距离但相对较小的打开角度
Figure BDA0002947005280000021
的区段和具有较低的作用距离但更大的打开角度的区段。
扫描区域的至少一个第一区段可以布置在至少一个第二区段内。替代地，这些区段可以彼此间隔开或者局部重叠。
扫描区域的区段可以线状地、矩形地、三角形地、圆形地等成形。
除了形状之外，相应的区段优选地可以在辐射功率方面不同，通过该辐射功率以所产生的射束扫描这些区段。由此，相应的区段可以具有不同的作用距离。
例如，扫描区域的第一区段可以如此构型，使得该第一区段满足激光等级3R。在此，第二区段可以根据激光等级1构型，从而在扫描区域的第二区段中保证人员的眼睛安全。
所产生的射束可以通过激光和/或通过LED产生。
至少一个发送单元和至少一个接收单元优选地与控制单元耦合，由此能够实现通过控制单元来控制和调整激光雷达系统的相应部件。
根据一种实施方式，扫描区域的至少一个第一区段由第二区段围绕。由此，至少一个第一区段可以布置在第二区段内。优选地，由此可以实现对至少一个辐射源的辐射功率的调节，该调节使人最多暴露于激光等级1。特别地，可以将扫描区域的加载有较低功率的区段用于探测不应通过扫描区域的加载有较高功率的区段的人和/或对象。
根据另一实施方式，当对象定位于第二扫描区域内时，扫描区域的至少一个第一区段的所产生的射束的辐射功率可以调整为第二区段的辐射功率。因此，第二区段的功率的调节导致，人最多暴露于激光等级1。为此，在接通激光雷达系统时，最初将至少一个第一区段中的功率置为扫描区域的第二区段的值。如果在扫描区域中未识别出任何对象，则可以将功率提高至原始值，因为然后也没有任何人可能处于该区域中。例如框形地构型的第二区段可以确保，没有人从侧面运动到至少一个第一区段中。但是如果是这种情况，则将第一区段中的功率向下调节到激光等级1的水平上。
可以通过至少一个第一区段中的间距测量来识别在中央FoV或中央扫描区域中从远距离靠近激光雷达系统的人员。
根据另一实施例，该激光雷达系统为了加载扫描区域的至少一个第一区段而具有以下发送单元：该发送单元具有至少一个可旋转的射束源或带有用于偏转所产生的射束的可旋转的镜的辐射源。可以通过可能基于不同技术的两个独立的系统来照射扫描区域的区段。如此，至少一个第一区段例如可以通过扫描式或旋转式激光雷达系统而加载有射束。
因此，相应的区段可以具有自己的发送单元和/或接收单元，这些发送单元和/或接收单元仅扫描和分析处理该相应的区段。
根据另一实施方式，该激光雷达系统为了加载第二区段而具有带有至少一个脉冲辐射源的发送单元。因此，可以在扫描区域的第二区段中使用所谓的闪光式激光雷达(Flash-LIDAR)。为此，闪光式激光雷达设备的FoV的低匹配能力可以用于提供外部区域或至少一个第二区段的不变的照射。相反地，至少一个第一区段可以借助在其中FoV可以动态地改变的有匹配能力的系统来实现。
根据另一实施方式，扫描区域的至少一个第一区段能够通过面式照射的脉冲射束源加载有所产生的射束，而扫描区域的第二区段能够通过扫描式射束源加载有所产生的射束。由此可以提供一种替代的可能性，在该替代的可能性中，第二区段通过扫描式或旋转式激光雷达系统加载有所产生的射束，而至少一个第一区段借助闪光式激光雷达系统来实现。这基于以下基础：借助扫描式激光雷达系统的匹配能力确保，第一区段不由照射第二区段的激光雷达系统同时观察或覆盖。由此可以实现更快的扫描和用于第二区段的更低的能耗。
根据另一构型，用于加载至少一个第一区段的所产生的射束和用于加载扫描区域的第二区段的所产生的射束具有彼此不同的波长。由此能够以不同波长的射束来照射扫描区域的不同区段。在此特别有利的是使用根据标准(IEC 60825-1)不必累加地考虑的两个波长，例如905nm和1550nm。
根据另一实施例，至少一个第一区段的位置和/或延伸能够根据情况来匹配，和/或至少一个第一区段可以分为多个第一区段。因此，在潜在地可能是人的对象接近时，可以匹配至少一个第一区段的大小。尤其可以改变或减小该区段的形状。此外，可以划分该区段，从而保护探测到的对象免于较高的辐射功率。
根据另一构型，扫描区域的第二区段细分为至少两个第二区段，其中，至少两个第二区段能够加载有不同辐射功率的射束。因此，也可以根据情况与第一区段并行地匹配至少一个第二区段。例如，可能有道路布置在下部区域或下部区段中。在此，可以定义或构型道路上方的区段，该区段施加有较高功率的射束以提供大的作用距离。探测到道路的下部区段可以以降低的功率来进行操作，因为在几米内就探测到道路并且因此将大量功率散射回去。
根据另一实施方式，基于来自至少一个传感器的测量数据来调整至少一个第一区段的和/或至少一个第二区段的位置和/或延伸。在此，例如可以将驾驶员辅助摄像机或雷达传感器的图像用于选择至少一个第一区段的位置和大小，以便对扫描区域的区段执行最佳的定向和调整。为此，附加的传感器可以与控制单元以数据传导的方式耦合。
根据另一实施例，如果在一距离范围内探测到对象，则能够匹配扫描区域的至少一个第一区段和/或至少一个第二区段。由此可以确定如下距离范围：在该距离范围内，对象必然处于第二区段或监视区域中，以便激光雷达系统对其作出反应。特别地，通过该措施可以避免错误探测。
附图说明
在下文中基于高度简化的示意图进一步阐述本发明的优选实施例。在此示出：
图1示出激光雷达系统的示意图，
图2示出具有不同区段的扫描区域的示意图，
图3示出扫描区域的示意图，以示出至少一个第一区段的匹配，并且
图4示出具有经匹配的第二区段的扫描区域的示意图。
具体实施方式
图1示出激光雷达系统1的示意图。激光雷达系统1具有发送单元2和接收单元4。为简单起见，不进一步讨论接收单元4，然而，该接收单元可以具有一个或多个探测器、接收光学器件和用于读取至少一个探测器的相应电子器件。接收单元4用于探测反向散射的或反射的射束6。
通过发送单元2可以产生射束7、8并将这些射束用于对扫描区域A进行扫描。
接收单元4和发送单元2与控制单元10连接。特别地，控制单元10与发送单元2的两个辐射源12、14耦合，并且可以基于接收单元4的测量数据来控制辐射源12、14。
第一辐射源12用于使扫描区域A的第一区段P1加载有射束7。第二辐射源14用于使扫描区域A的第二区段P2加载有射束6。
辐射源12、14产生具有不可见范围内的波长的射束7、8。例如，射束7、8的波长可以为905nm或1550nm。
优选地，辐射源可以彼此并行地运行。
通过辐射源12、14所发射的功率如此构型，使得第一区段P1中的射束7具有比第二区段P2中的射束8更高的功率。例如，第二区段P2中的射束8可以满足对人无害的激光等级1，而在第一区段P1中选为激光等级3R。
在图2中示出具有不同区段P1、P2的扫描区域A的示意图。扫描区域A尤其对应于以下扫描区域：该扫描区域通过在图1中所示出的激光雷达系统1而加载有射束7、8。
可以通过可能使用不同技术(例如可旋转的激光雷达或闪光式激光雷达)的独立系统来进行照射。两个区段P1、P2均可以以不同的波长工作。
图3示出扫描区域A的示意图，以示出至少一个第一区段P1的匹配。
在激光雷达系统1投入运行时，以第二区段P2的功率照射由区段P1和P2组成的整个扫描区域A，并且如果未识别出任何人员，则增加第一区段P1中的功率。设置，中央的场或第一区段P1由第二区段P2的框所包围。一旦可能是人员的对象16运动到框P2中，就将第一区段P1减弱到第二区段P2的水平上。替代地，可以将该场从第一区段P1中划分出来，并且仅对象16始终以第一区段P1的功率被照射。通过第一区段P1识别出在中央FoV中正在接近的人员。相应地，将扫描区域A的第一区段P1和第二区段P2的划分视情况而定地进行匹配。在此可以使用与摄像机或雷达系统的组合，以便对扫描区域A的区段P1、P2进行最佳调整。
在图3a)至3d)中尤其示出以下示例：可以如何相应于所探测到的对象16将第一区段P1细分为多个区段P1和/或可以如何匹配大小和位置。
图4以示意图示出具有经匹配的第二区段P2的扫描区域A。
在此，第二区段P2细分为两个第二区段P2，这两个第二区段竖直地彼此上下地布置。也将第一区段P1根据情况进行匹配，并且因此偏离中心地定向。例如，在下部的第二区段P2中存在道路18，从而将第一区段P1设置在激光雷达系统1的上部的扫描区域中。上部的第二区段P2可以用于执行监视，即上部的第二区段P2用于探测导致第一区段P1中的改变的对象16。
以降低功率的功率照射下部的第二区段P2，因为在几米内就探测到道路18并且因此将大量功率散射回去。在道路区域内探测到对象16不导致第一区段P1中的辐射功率中的任何变化。

Claims (12)

1.一种激光雷达系统(1)，所述激光雷达系统用于对扫描区域(A)进行扫描，所述激光雷达系统具有发送单元(2)，所述发送单元用于借助至少一个辐射源(12，14)产生射束(7，8)并沿着扫描区域(A)发射所产生的射束(7，8)，并且所述激光雷达系统具有至少一个接收单元(4)，所述至少一个接收单元用于接收和分析处理在所述扫描区域(A)中反射或反向散射的射束(6)，其特征在于，加载有所产生的射束(7，8)的扫描区域(A)细分为至少两个区段(P1，P2)，其中，与所述扫描区域(A)的第二区段(P2)相比，以更高的辐射功率对至少一个第一区段(P1)进行扫描。
2.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所述扫描区域(A)的所述至少一个第一区段(P1)由所述第二区段(P2)围绕。
3.根据权利要求1或2所述的激光雷达系统，其中，当对象(16)定位于所述第二扫描区域(P2)内时，所述扫描区域(A)的所述至少一个第一区段(P1)的所产生的射束(7)的辐射功率能够调整为所述第二区段(P2)的辐射功率。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光雷达系统，其中，所述激光雷达系统(1)为了加载所述扫描区域(A)的所述至少一个第一区段(P1)而具有以下发送单元(2)：所述发送单元具有至少一个能够旋转的辐射源或带有用于偏转所产生的射束(7，8)的能够旋转的镜的辐射源。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的激光雷达系统，其中，所述激光雷达系统(1)为了加载所述第二区段(P2)而具有带有至少一个脉冲辐射源的发送单元(2)。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的激光雷达系统，其中，所述扫描区域(A)的所述至少一个第一区段(P1)能够通过面式照射的脉冲射束源而加载有所产生的射束(7，8)，而所述扫描区域(A)的所述第二区段(P2)能够通过扫描式射束源而加载有所产生的射束。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的激光雷达系统，其中，用于加载所述至少一个第一区段(P1)的所产生的射束(7)和用于加载所述扫描区域(A)的所述第二区段(P2)的所产生的射束(8)具有彼此不同的波长。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的激光雷达系统，其中，所述至少一个第一区段(P1)的位置和/或延伸能够根据情况来进行匹配，和/或所述至少一个第一区段(P1)能够分为多个第一区段(P1)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的激光雷达系统，其中，所述扫描区域(A)的所述第二区段(P2)细分为至少两个第二区段(P2)，其中，所述至少两个第二区段(P2)能够加载有不同辐射功率的射束。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的激光雷达系统，其中，基于来自至少一个传感器的测量数据来调整所述至少一个第一区段(P1)的和/或所述至少一个第二区段(P2)的位置和/或延伸。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的激光雷达系统，其中，如果在一距离范围内探测到所述对象(16)，则能够匹配所述扫描区域(A)的所述至少一个第一区段(P1)和/或所述至少一个第二区段(P2)。
12.一种控制单元(10)，所述控制单元用于控制和分析处理根据以上权利要求中任一项所述的激光雷达系统(1)，其中，所述控制单元(10)设置为用于如此运行所述激光雷达系统(1)，使得具有至少两个区段(P1，P2)的扫描区域(A)由不同辐射功率的射束(7，8)进行扫描。
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