用于激光雷达系统的光学装置、激光雷达系统和工作设备制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于激光雷达系统(1)的光学装置(10)，所述激光雷达系统用于光学地检测尤其工作设备或车辆的视野(50)，所述光学装置：具有探测器装置(20)和接收器光学系统(30)；其中，所述接收器光学系统(30)构造用于使所述视野(50)光学成像到所述探测器装置(20)上以及为此具有光纤光学系统(36)，所述光纤光学系统具有一个或多个光纤光学元件(37)，以便与所述探测器装置(20)光学地连接。

Optical devices, lidar systems and working equipment for lidar systems

The present invention relates to an optical device (10) for a lidar system (1), which is used for optical detection of the field of view (50) of a particular working device or vehicle. The optical device includes a detector device (20) and a receiver optical system (30), wherein the receiver optical system (30) is constructed for optical imaging of the field of view (50) onto the detector device (20). For this purpose, there is an optical fiber optical system (36), which has one or more optical fiber elements (37) for optical connection with the detector device (20).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于激光雷达系统的光学装置、激光雷达系统和工作设备
本专利技术涉及一种用于激光雷达系统的光学装置、一种激光雷达系统以及一种工作设备。本专利技术尤其涉及一种用于激光雷达系统的光学装置，所述激光雷达系统用于光学地检测尤其工作设备、车辆等的视野。此外，本专利技术涉及一种像这样的用于光学地检测尤其工作设备、车辆等的视野的激光雷达系统。此外，通过本专利技术提供一种具有所述激光雷达系统的车辆。
技术介绍
在工作设备、车辆以及其他的机器和设施的应用中，越来越多地使用运行辅助系统或用于检测运行环境的传感器装置。除了基于雷达的系统或基于超声波的系统以外，也越来越多地使用基于光的检测系统，例如所谓的激光雷达系统(英语：LiDAR：lightdetectionandranging，光探测和测距)。在已知的激光雷达系统的情况下，存在以下缺点：激光雷达系统的在扫描视野时所需的大的接收孔径或输入孔径以常规的方式仅仅可以以相应的用于构造具有接收器光学系统的光学装置的结构大小实现。此外，在接收器光学系统、尤其镜头至探测器装置之间的分配的常规实现导致常规的激光雷达系统的另外的、结构上的限制。两个边界条件降低已知的激光雷达系统的应用的灵活性。
技术实现思路
相比之下，具有独立权利要求1的特征的根据本专利技术的光学装置具有以下优点：尽管在接收器侧的大的孔径，在缩小的结构高度或结构宽度的情况下得出光学装置的灵活的可布置性。根据本专利技术，这借助根据独立权利要求1所述的特征通过以下方式来实现：提供一种用于激光雷达系统的光学装置，所述激光雷达系统用于光学地检测尤其工作设备、车辆等的视野，所述光学装置具有探测器装置和接收器光学系统，其中，该接收器光学系统(i)构造用于使所述视野光学成像到所述探测器装置上并且(ii)为此具有光纤光学系统或光导体光学系统，所述光纤光学系统或光导体光学系统具有一个或多个光纤元件或光导体元件，以便与探测器装置光学地连接。通过设置用于将接收器光学系统与探测器装置光学地连接的光纤光学系统或光导体光学系统，一方面基于光纤光学系统的部件的机械灵活性并且另一方面基于长度匹配的可能性得出对相应的应用情况的结构条件的与常规的激光雷达系统相比更高的可匹配性。从属权利要求示出本专利技术的优选的扩展方案。接收器光学系统尤其可以设置用于，在中间平面上产生视野的图像或该视野的一部分的图像。光纤光学系统的输入端或初始端可以处于中间平面，该中间平面构造用于将光传导至探测器装置。在一种优选的实施方式中，光学装置具有镜头。在此，光纤光学系统构造为连接在镜头之后的次级光学系统。实际的光学成像首先通过镜头实现，相反，与探测器装置的光学耦合通过具有作为其组成部分的光纤光学系统的次级光学系统来进行。对此替代地，只要需要，基本上可以在光纤光学系统或光导体光学系统的光输入侧的区域内实现镜头的功能。根据本专利技术的光学装置的另一优选的构型方式，可以实现特别紧凑的结构型式，其方式是，光纤光学系统构造为锥体状光学系统，所述锥体状光学系统具有光学横截面较大的光输入侧和光学横截面较小的光输出侧。在此，尤其相应的光纤光学元件可以从光输入侧向光输出侧缩细。通过使用锥体状光学系统，可以使在光输入侧入射的总光功率以灵活的方式和方法在大的输入孔径的情况下成像到缩小的面上，以便由此可以进一步降低探测器装置的结构高度。在根据本专利技术的光学装置的另一有利的构型方式的情况下，接收器光学系统以多个、尤其奇数个光学成像区段分区段地构造。接收器光学系统的光学成像区段尤其可以彼此并排地布置。通过具有多个光学成像区段的接收器光学系统的经分区段的构型和接收器光学系统的区段彼此并排的可布置性，根据应用情况的结构条件，接收器光学系统的光学成像区段中的多个可以以合适的方式分布式地布置，从而可以通过划分来有效地利用现有的结构空间。在接收器光学系统的区段的布置的情况下，各种几何的可能性适合，以便符合相应的应用情况。在光学装置的一种有利的扩展方案中设置，接收器光学系统的光学成像区段布置成或被布置成：在与接收器光学系统的接收方向垂直的方向上；在与接收器光学系统的光路的方向垂直的方向上；沿着线、优选直线；关于所基于的激光雷达系统的或所基于的工作设备的定向水平地和/或竖直地彼此相邻。所有措施可以任意地彼此组合，并且，必要时补充附加的措施。表述“竖直”和“水平”涉及相应的应用情况的几何形状或参考系统并且尤其重力场——例如地球的重力场——的定向。激光雷达系统的光学结构的作用恰好在接收器光学系统与探测器装置的共同作用下进行扩展，其方式是，接收器光学系统构造用于使视野光学成像到探测器装置上。相应地特别有利的是，接收器光学系统的每个区段构造用于使视野的所分配的区段光学成像到探测器装置上。通过该措施，进行在接收器光学系统的光学成像区段与视野的区段之间的分配。如果按照根据本专利技术的光学装置的另一扩展方案视野的所有——分配给接收器光学系统的光学成像区段的——区段的全体在整体上覆盖该视野，则得出待扫描的视野的特别精确的检测。如果按照根据本专利技术的光学装置的另一扩展方案，视野的分配给接收器光学系统的光学成像区段的区段不具有重叠或具有分别扫过(überstrichen)的空间角度的小于10％、优选地小于5％、进一步优选地小于2％的重叠，则鉴于接收器光学系统的可供使用的区段的良好的充分使用，提供特别有利的成像关系。特别紧凑的光学装置可以通过以下方式来实现：分配给接收器光学系统的光学成像区段的区段直接彼此相邻，尤其以彼此邻接的方式和方法直接彼此相邻。对此替代地可能的是，视野的分配给接收器光学系统的光学成像区段的区段在空间上彼此间隔开地布置。以这种方式，可以实现在空间上分布式的结构型式，该结构型式可以匹配于相应的应用情况。除了在接收器光学系统的范围内——必要时与锥体状光学系统组合地——使用光纤光学系统，本专利技术的另一方面是接收器光学系统的分区段和重新布置的方案。然而，替代地或附加地也可以将分区段的方案转移到探测器装置的结构上。因此，根据光学装置的另一优选的实施方式设置，探测器装置以多个探测器区段分区段地构造，并且，在接收器光学系统的光学成像区段与探测器区段之间存在一对一的对应性，和/或，探测器区段具有与接收器光学系统的光学成像区段的空间布置对应的空间布置。在此，“空间布置的可能的对应性”例如在前面和接下来应理解为布置的相同定向，例如水平地，竖直地或任何其他的方向。此外可设想，替代地或附加地，将分区段的和分布式布置的方案转移到根据本专利技术的光学装置的发送器光学系统上。因此，特别有利的是，根据本专利技术的光学装置构造具有以多个光学区段分区段地构造的发送器光学系统，所述发送器光学系统用于以光、尤其以经划分的光路照亮视野，其中，在接收器光学系统的光学成像区段与发送器光学系统的光学区段之间存在一对一的对应性，和/或，发送器光学系统的光学区段具有与接收器光学系统的光学成像区段的空间布置对应的空间布置。在此，“光”除了在对于人可见的范围内的电磁辐射以外也应理解为IR辐射。在应用中，发送器光学系统的分区段提供特别的优点，其方式是，为了利用视差效果，发送器光学系统的光学区段和接收器光学系统的光学成像区段在与发送器光学系统或接收器光学系统的发送方向和/或接收方向垂直的方向上和/或在与接收器光学系统和/或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于激光雷达系统(1)的光学装置(10)，所述激光雷达系统用于光学地检测尤其工作设备或车辆的视野(50)，所述光学装置：具有探测器装置(20)和接收器光学系统(30)；其中，所述接收器光学系统(30)：‑构造用于使所述视野(50)光学成像到所述探测器装置(20)上；以及‑为此具有光纤光学系统(36)，所述光纤光学系统具有一个或多个光纤光学元件(37)，以便与所述探测器装置(20)光学地连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.21 DE 102016213344.61.一种用于激光雷达系统(1)的光学装置(10)，所述激光雷达系统用于光学地检测尤其工作设备或车辆的视野(50)，所述光学装置：具有探测器装置(20)和接收器光学系统(30)；其中，所述接收器光学系统(30)：-构造用于使所述视野(50)光学成像到所述探测器装置(20)上；以及-为此具有光纤光学系统(36)，所述光纤光学系统具有一个或多个光纤光学元件(37)，以便与所述探测器装置(20)光学地连接。2.根据权利要求1所述的光学装置(10)，所述光学装置：具有镜头(34)；其中，所述光纤光学系统(36)构造为连接在所述镜头(34)之后的次级光学系统(35)。3.根据权利要求1或2所述的光学装置(10)，其中，所述光纤光学系统(36)构造为锥体状光学系统，所述锥体状光学系统具有光学横截面较大的光输入侧(36-1)和光学横截面较小的光输出侧(36-2)；其中，尤其相应的光纤光学元件(37)从所述光输入侧(36-1)向所述光输出侧(36-2)缩细。4.根据以上权利要求中任一项所述的光学装置(10)，其中，所述接收器光学系统(30)以多个、尤其奇数个光学成像区段(31)分区段地构造。5.根据权利要求4所述的光学装置(10)，其中，所述接收器光学系统(30)的光学成像区段(31)和尤其所述镜头(34)的光学成像区段(31)彼此并排地布置，优选在与所述接收器光学系统(30)的接收方向垂直的方向上；在与所述接收器光学系统(30)的光路的方向垂直的方向上；沿着线、优选直线；关于所基于的激光雷达系统(1)的或所基于的工作设备的定向水平地和/或竖直地彼此相邻。6.根据权利要求4或5所述的光学装置(10)，其中，所述接收器光学系统(30)的每个光学成像区段(31)构造用于使所述视野(50)的所分配的区段(51)光学成像到所述探测器装置(20)上；所述视野(50)的所有——分配给所述接收器光学系统(30)的光学成像区段(31)的——区段(51)的整体覆盖所述视野(50)；所述视野(50)的分配给所述接收器光学系统(30)的光学成像区段(31)的区段(51)不具有重叠或具有分别扫...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·施拓佩尔，F·克斯特纳，A·弗雷泽里克森，J·奥斯特林斯凯，R·施尼策尔，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE