用于光学检测视场的激光雷达传感器和用于操控激光雷达传感器的方法与流程

1.本发明涉及一种用于光学检测视场的激光雷达传感器和一种用于操控激光雷达传感器的方法。


背景技术：

2.激光雷达传感器主要在机动车的驾驶员辅助系统中用于检测交通环境，例如用于定位前方行驶的车辆或其他障碍/对象。
3.已知的激光雷达传感器通常使用可旋转的和/或可摆动的偏转单元，例如镜，以便在一个维度上偏转所输出的初级光和所接收到的次级光。在此，视场在角度范围中的延伸可以例如通过可旋转的镜的扫描方向预先给定。若激光雷达传感器布置在机动车中或机动车上，则在方位角上的角度范围例如可以通过可旋转的镜的扫描方向预先给定。可以根据激光雷达传感器的壳体尺寸、镜的尺寸和/或初级光的射束直径的尺寸来预先给定视场在与该角度范围正交的角度范围、例如在评估中的角度范围中的延伸。


技术实现要素：

4.本发明从一种用于光学检测视场的激光雷达传感器出发，该激光雷达传感器具有：具有至少一个光源的发送单元，该发送单元用于产生和输出初级光到视场的第一角度范围中；围绕旋转轴可旋转和/或可摆动的偏转单元，该偏转单元用于将照射到偏转单元上的初级光偏转到视场的第二角度范围中；和具有至少一个探测器单元的接收单元，该接收单元用于接收在视场中已由对象所反射和/或所散射的次级光。在此，第一角度范围在平行于偏转单元的旋转轴地布置的平面中延伸。发送单元构造用于，将初级光作为具有两个边缘射束的第一发送射束聚束和作为具有两个边缘射束的至少一个第二发送射束聚束输出到第一角度范围的至少两个部分区域中。发送单元另外还构造用于，如此输出第一发送射束聚束，使得第一发送射束聚束的第一边缘射束照射到偏转单元的表面的第一边缘区域上；并且如此输出至少一个第二发送射束聚束，使得第二发送射束聚束的第一边缘射束照射到偏转单元的表面的与第一边缘区域相对置的第二边缘区域上。
5.借助激光雷达传感器，能够基于信号传播时间(time of flight，飞行时间，tof)直接或间接地确定该激光雷达传感器与该激光雷达传感器的视场中的对象之间的间距。借助激光雷达传感器，能够例如基于调频连续波信号(frequency modulated continuous wave，fmcw)来确定该激光雷达传感器与该激光雷达传感器的视场中的对象之间的间距。
6.发送单元的光源可以构造为至少一个激光单元。激光雷达传感器的视场可以借助所输出的初级光进行扫描。在此，视场的延伸可以通过第一角度范围和第二角度范围以及通过初级光的作用距离来预先给定。初级光可以输出到视场的不同扫描角度中并再次接收。从这些与角度相关的单个测量中随后可以导出环境图像。将初级光发射到第二角度范围的不同扫描角度中借助可旋转和/或可摆动的偏转单元进行。
7.该激光雷达传感器可选地具有至少一个分析处理单元。借助分析处理单元可以对接收到的次级光进行分析处理。分析处理的结果可以例如用于车辆的驾驶员辅助功能。分析处理的结果可以例如用于控制自主驾驶的车辆。激光雷达传感器尤其可以构造用于在至少部分自主驾驶的车辆中使用。借助该激光雷达传感器可以在高速公路上和/或在城市交通中实现车辆的部分自主的或自主的驾驶。
8.偏转单元可以是围绕旋转轴可旋转和/或可摆动的镜。偏转单元可以构造为三维体。第一发送射束聚束照射到其上的偏转单元表面可以构造为偏转单元的侧表面。第二发送射束聚束照射到其上的偏转单元表面可以构造为偏转单元的侧表面。偏转单元表面的第一边缘区域可以是偏转单元的侧表面的第一边缘区域。第一边缘区域例如可以布置在该表面的以下区域中：该区域靠近偏转单元的顶部表面地布置。偏转单元表面的第二边缘区域可以是偏转单元的侧表面的第二边缘区域。第二边缘区域例如可以布置在该表面的以下区域中：该区域靠近偏转单元的基面地布置。
9.本发明的优点在于，能够使激光雷达传感器的视场增加。尤其可以沿着第一角度范围增加视场。由于第一发送射束聚束的第一边缘射束照射到偏转单元表面的第一边缘区域上并且第二发送射束聚束的第一边缘射束照射到偏转单元表面的与第一边缘区域相对置的第二边缘区域上，因此能够减少或避免渐晕(vignettierung)。在此，渐晕可以理解为所输出的初级光和/或所接收到的次级光由激光雷达传感器的壳体边缘遮暗(abschattung)。所产生的初级光可以在激光雷达传感器的出射窗口的整个长度上输出到第一角度范围中。所产生的初级光的射束直径可以增加到出射窗口的整个长度。在输出到第一角度范围中时，在壳体的边缘处几乎不损失直至未损失所产生的初级光。尤其可以改善激光雷达传感器在视场的第一角度范围的中心区域中的眼睛安全性。能够以增加的功率将初级光输出到视场的第一角度范围的中心区域中并且由此增加作用距离。
10.针对第一角度范围的至少两个部分区域的初级光的作用距离尤其可以分别单独地设置。
11.可以减少激光雷达传感器的结构体积。这可以通过增加所输出的初级光的射束直径同时增加初级光的发射功率来实现。
12.在本发明的一种有利构型中设置，发送单元另外还构造用于，如此输出所述第一发送射束聚束，使得第一发送射束聚束的第二边缘射束照射到偏转单元的表面的中心区域上；并且如此输出至少一个第二发送射束聚束，使得第二发送射束聚束的第二边缘射束照射到偏转单元的表面的中心区域上。
13.该构型的优点在于，所产生的初级光可以在激光雷达传感器的出射窗口的整个长度上输出到第一角度范围中。所产生的初级光的射束直径可以增加到出射窗口的整个长度。初级光可以以线的形式输出。该线可以如此构造，使得其在激光雷达传感器的出射窗口的整个长度上延伸。
14.在本发明的一种有利构型中设置，第一发送射束聚束的第一边缘射束和第二发送射束聚束的第一边缘射束正交于旋转轴地照射到偏转单元的表面上。
15.该构型的优点在于，能够更可靠地避免渐晕。在输出到第一角度范围中时，在壳体边缘处未损失所产生的初级光。
16.在本发明的一种有利构型中设置，激光雷达传感器另外还具有至少一个第一偏转
镜，所述至少一个第一偏转镜用于将由发送单元所输出的初级光偏转到偏转单元上和/或用于将照射到偏转单元上的次级光偏转到至少一个探测器单元上。
17.该构型的优点在于，能够将初级光的射束路径和次级光的射束路径带入一个轴中。由此能够将偏转单元的尺寸减少。
18.在本发明的一种有利构型中设置，至少一个光源构造用于将初级光的第一部分作为至少一个发送射束聚束输出到第一角度范围的第一部分区域中；并且其中，发送单元另外还具有至少一个半透镜和至少一个第二偏转镜；并且其中，所述半透镜和所述第二偏转镜构造用于将由光源所输出的初级光的至少一个第二部分输出到第一角度范围的至少一个第二部分区域中。
19.该构型的优点在于，一个光源足以用于将至少两个发送射束聚束发射到第一角度范围的至少两个部分区域中。由此能够更加成本有利地实现激光雷达传感器。
20.在本发明的另一有利构型中设置，发送单元至少具有两个光源。在此，所述至少两个光源例如可以构造为激光棒。
21.该构型的优点在于，能够避免附加的光学元件，例如半透镜或第二偏转镜。能够减少激光雷达传感器的结构体积。
22.在本发明的另一有利构型中设置，发送单元的光源的数量对应于第一角度范围的部分区域的数量。这些光源在此例如可以构造为激光棒。
23.该构型的优点在于，光源处的电压可以分别以对应于光源数量的系数减少。由此能够以该系数总地减少光源的功耗。替代地，可以在保持功耗的情况下将光源的总功率以第一预先给定的系数增加。该第一预先给定的系数可以从光源数量的平方根得出。这可能导致初级光的作用距离以第二预先给定的系数增加。该第二预先给定的系数可以从光源数量的平方根的平方根得出。
24.本发明另外还从一种用于操控用于光学检测视场的激光雷达传感器的方法出发。该方法具有以下步骤：借助发送单元产生和输出初级光到视场的第一角度范围中；借助围绕旋转轴可旋转和/或可摆动的偏转单元将照射到偏转单元上的初级光偏转到视场的第二角度范围中；并且借助接收单元接收在视场中已由对象所反射和/或所散射的次级光。在此，第一角度范围在平行于偏转单元的旋转轴地布置的平面中延伸。将初级光作为具有两个边缘射束的第一发送射束聚束和作为具有两个边缘射束的至少一个第二发送射束聚束借助发送单元输出到第一角度范围的至少两个部分区域中。借助发送单元，如此输出第一发送射束聚束，使得第一发送射束聚束的第一边缘射束照射到偏转单元的表面的第一边缘区域上；并且其中，如此输出至少一个第二发送射束聚束，使得第二发送射束聚束的第一边缘射束照射到偏转单元的表面的与第一边缘区域相对置的第二边缘区域上。
25.在本发明的一种有利构型中设置，借助发送单元另外还如此输出第一发送射束聚束，使得第一发送射束聚束的第二边缘射束照射到偏转单元的表面的中心区域上；并且其中，如此输出至少一个第二发送射束聚束，使得第二发送射束聚束的第二边缘射束照射到偏转单元的表面的中心区域上。
附图说明
26.以下基于附图更详细地阐述本发明的实施例。附图中的相同参考标记表示相同的
或起相同作用的元件。附图示出：
27.图1示出激光雷达传感器的第一实施例的侧视图；
28.图2示出激光雷达传感器的第二实施例的侧视图；
29.图3示出激光雷达传感器的第三实施例的侧视图；
30.图4示出激光雷达传感器的第四实施例的侧视图；
31.图5示出激光雷达传感器的一个实施例的俯视图；
32.图6示出根据本发明的方法的一个实施例。
具体实施方式
33.图1至4示出激光雷达传感器100的不同实施例。在此，图1至4示范性示出将各两个发送射束聚束输出到第一角度范围的各两个部分区域中。然而，也可以将多于两个的发送射束聚束输出到第一角度范围的多于两个的部分区域中。此外，为了更好地理解本发明，图1至图5分别示出已带入平面中的展开的射束路径。
34.图1示例性示出用于光学检测视场的激光雷达传感器100的第一实施例的侧视图。激光雷达传感器100具有发送单元，该发送单元具有光源101-1和101-2，其用于产生并将初级光输出到视场的第一角度范围111中。激光雷达传感器100还具有围绕旋转轴106可旋转和/或可摆动的偏转单元105，该偏转单元用于将照射到偏转单元105上的初级光偏转到激光雷达传感器100的视场的第二角度范围中。第一角度范围111在平行于偏转单元105的旋转轴106布置的平面中延伸。
35.光源101-1产生初级光并将其作为第一发送射束聚束102-1输出到第一角度范围111的第一部分区域111-1中。第一发送射束聚束102-1具有两个边缘射束103-1和103-2。发送单元构造用于如此输出第一发送射束聚束102-1，使得第一发送射束聚束102-1的第一边缘射束103-1照射到偏转单元105的表面的第一边缘区域112-1上。光源101-1构造用于如此输出第一发送射束聚束102-1，使得第一发送射束聚束102-1的第一边缘射束103-1照射到偏转单元105的表面的第一边缘区域112-1上。如在图1中所示出的那样，第一发送射束聚束102-1的第一边缘射束103-1尤其正交于旋转轴106地照射到偏转单元105的表面上。发送单元另外还构造用于，如此输出第一发送射束聚束102-1，使得第一发送射束聚束102-1的第二边缘射束103-2照射到偏转单元105的表面的中心区域113上。光源101-1另外还构造用于如此输出第一发送射束聚束102-1，使得第一发送射束聚束102-1的第二边缘射束103-2照射到偏转单元105的表面的中心区域113上。第二边缘射束103-2在此尤其以相对于旋转轴106呈不同于90
°
的角度照射到偏转单元105上。
36.光源101-2产生初级光并将其作为第二发送射束聚束102-2输出到第一角度范围111的第二部分区域111-2中。第二发送射束聚束102-2具有两个边缘射束104-1和104-2。发送单元构造用于如此输出第二发送射束聚束102-2，使得第二发送射束聚束102-2的第一边缘射束104-1照射到偏转单元105的表面的第二边缘区域112-2上。第二边缘区域112-2在此在偏转单元105的表面上与第一边缘区域112-1相对置。光源101-2构造用于如此输出第二发送射束聚束102-2，使得第二发送射束聚束102-2的第一边缘射束104-1照射到偏转单元105的表面的第二边缘区域112-2上。如在图1中所示出的那样，所述第二发送射束聚束102-2的第一边缘射束104-1尤其正交于旋转轴106地照射到偏转单元105的表面上。发送单元另
外还构造用于，如此输出第二发送射束聚束102-2，使得第二发送射束聚束102-2的第二边缘射束104-2照射到偏转单元105的表面的中心区域113上。光源101-2另外还构造用于如此输出第二发送射束聚束102-2，使得第二发送射束聚束102-2的第二边缘射束104-2照射到偏转单元105的表面的中心区域113上。第二边缘射束104-2在此尤其以相对于旋转轴106呈不同于90
°
的角度照射到偏转单元105上。
37.在图1中所示出的激光雷达传感器100的光源的数量为两个。这对应于第一角度范围111的部分区域(111-1和111-2)的数量，其同样为两个。然而，也可以将多于两个的发送射束聚束输出到第一角度范围111的多于两个的部分区域中。为此，激光雷达传感器100例如可以具有一个或多个另外的光源。这种另外的光源可以布置在光源101-1与101-2之间。在这种情况下，由另外的光源所输出的光束聚束的边缘射束能够以相对于旋转轴106呈不同于90
°
的角度照射到偏转单元105上。
38.所产生的初级光可以在激光雷达传感器100的出射窗口107的整个长度上输出到第一角度范围111中。出射窗口107布置在壳体114中。所产生的初级光可以以线的形式输出。所输出的初级光可以在激光雷达传感器100的视场中由对象反射和/或散射。所反射和/或所散射的初级光可以作为次级光由激光雷达传感器100的接收单元110接收。接收单元110布置在光源101-1与101-2之间。在此，接收单元110具有至少一个、未在图1中示出的探测器单元。次级光可以作为接收射束聚束109被接收。接收射束聚束109具有边缘射束108-1和108-2。接收单元110优选如此构型，使得其能接收来自整个第一角度范围111的次级光。
39.图2示例性示出激光雷达传感器100的第二实施例的侧视图。图2中的激光雷达传感器100在此基本上对应于图1中的激光雷达传感器。对应地，相同的或起相同作用的元件设有相同的参考标记。然而，图2示出更详细的图示，其中还示出第一射束聚束的、第二射束聚束的和接收射束聚束的单个射束。如此，在图2中也由光源101-1产生初级光并将其作为第一发送射束聚束102-1输出到第一角度范围111-1的第一部分区域中。初级光首先通过光学元件205-1。光学元件205-1可以构造为光学透镜。第一发送射束聚束102-1又具有第一边缘射束103-1，其具有如在图1中所描述的特征。第一发送射束聚束102-1又具有第二边缘射束103-2，其具有如在图1中所描述的特征。此外，示出第一发送射束聚束102-1的单个射束201-1和201-2。单个射束201-1尤其正交于旋转轴106地照射到偏转单元105的表面上。单个射束201-2尤其以相对于旋转轴106呈不同于90
°
的角度照射到偏转单元105上。
40.还由光源101-2产生初级光，并将其作为第二发送射束聚束102-2输出到第一角度范围111的第二部分区域111-2中。初级光首先通过光学元件205-2。光学元件205-2可以构造为光学透镜。第二发送射束聚束102-2又具有第一边缘射束104-1，其具有如在图1中所描述的特征。第二发送射束聚束102-2又具有第二边缘射束104-2，其具有如在图1中所描述的特征。此外，示出第二发送射束聚束102-2的单个射束202-1和202-2。单个射束202-1尤其正交于旋转轴106地照射到偏转单元105的表面上。单个射束202-2以相对于旋转轴106呈不同于90
°
的角度照射到偏转单元105上。
41.此外，以更详细的方式示出接收单元110。示出接收单元110的探测器单元204。接收射束聚束109借助光学元件203偏转到探测器单元204上。光学元件203可以构造为光学透镜。还针对接收射束聚束109附加地示出另外的单个射束206-1和206-2。
42.图3示例性示出激光雷达传感器100的第三实施例的侧视图。在此，该激光雷达传
感器100与在图1中所示出的激光雷达传感器100相似。相同的或起相同作用的元件设有相同的参考标记。与图1中的激光雷达传感器100不同，在图3中所示出的激光雷达传感器100的发送单元具有恰好一个光源101。光源101构造用于将初级光的第一部分作为至少一个发送射束聚束102-1输出到第一角度范围111-1的第一部分区域中。该发送单元另外还具有半透镜301。由光源101所输出的初级光的第二部分借助半透镜301偏转到偏转镜302上。这是通过边缘射束303-1和303-2来说明的。从偏转镜302出发，将初级光的第二部分输出到第一角度范围111的第二部分区域111-2中。因此，半透镜301和第二偏转镜302构造用于将由光源101所输出的初级光的第二部分输出到第一角度范围111的第二部分区域111-2中。
43.图4示例性示出激光雷达传感器100的第四实施例的侧视图。在此，图4中的激光雷达传感器100基本上对应于图3中的激光雷达传感器。对应地，相同的或起相同作用的元件设有相同的参考标记。然而，图4再次示出比图3更详细的图示，其中还示出第一射束聚束的、第二射束聚束的和接收射束聚束的单个射束。关于对这些单个射束的阐述以及接收单元110的更详细的图示参见对图2的阐述。在那里所描述的特征类似地适用于图4中的激光雷达传感器100。
44.图5示例性示出激光雷达传感器100的一个实施例的俯视图。如在图4和5中的实施例中的那样，示例性地仅示出光源101。然而，在此所示出的俯视图也对应于根据图1和图2的激光雷达传感器100的实施例的俯视图。在此将替代于在图5中所示出的光源101例如可以看到第一光源101-1。然后，光源101-2将在绘图平面中布置在光源101-1后方并且因此由其掩盖。
45.图5中的激光雷达传感器100另外还具有两个第一偏转镜501和502。图1至4中的激光雷达传感器100能够可选地具有这种第一偏转镜；其未在图1至4中示出。第一偏转镜501和502区别于发送单元的在图3和图4中所示出的第二偏转镜302。第一偏转镜501构造用于将由发送单元所输出的初级光偏转到偏转单元105上。偏转单元105构造用于将照射的初级光偏转到视场的第二角度范围505中。在此可以将照射的初级光偏转到第二角度范围505的不同部分区域中。示范性地标记出部分区域503、504。其他的第一偏转镜502构造用于将照射到偏转单元105上的次级光偏转到接收单元110的至少一个探测器单元上。借助第一偏转镜501和502，能够将初级光的射束路径和次级光的射束路径带入一个轴中。
46.图6示出根据本发明的用于操控用于光学检测视场的激光雷达传感器的方法600的一个实施例。方法600在步骤601中开始。在步骤602中，借助发送单元产生初级光并输出到视场的第一角度范围中。在此，第一角度范围是在平行于围绕旋转轴可旋转和/或可摆动的偏转单元的旋转轴的表面中延伸。将初级光作为具有两个边缘射束的第一发送射束聚束和作为具有两个边缘射束的至少一个第二发送射束聚束借助发送单元输出到第一角度范围的至少两个部分区域中。借助发送单元，如此输出第一发送射束聚束，使得第一发送射束聚束的第一边缘射束照射到偏转单元的表面的第一边缘区域上；并且其中，如此输出至少一个第二发送射束聚束，使得第二发送射束聚束的第一边缘射束照射到偏转单元的表面的与第一边缘区域相对置的第二边缘区域上。在步骤603中，借助围绕旋转轴可旋转和/或可摆动的偏转单元将照射到偏转单元上的初级光偏转到视场的第二角度范围中。在步骤604中，借助接收单元接收在视场中已由对象反射和/或散射的次级光。该方法在步骤605中结束。
47.在一种有利的构型中，借助发送单元如此输出第一发送射束聚束，使得第一发送射束聚束的第二边缘射束照射到偏转单元的表面的中心区域上；并且其中，如此输出至少一个第二发送射束聚束，使得所述第二发送射束聚束的第二边缘射束照射到偏转单元的表面的中心区域上。