激光雷达系统和用于机动车的控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种激光雷达系统和一种用于机动车的控制装置。所述激光雷达系统(10)包括具有线性热波长偏移的单片频率稳定的半导体激光器(100)并且包括带通滤波器(200)。该激光雷达系统的特征在于，该带通滤波器(200)包括引起如下热波长偏移的元件：该热波长偏移与所述半导体激光器(100)的线性热波长偏移偏差不超过40％、优选不超过20％、更优选不超过5％。通过使用本发明专利技术可以省去所述半导体激光器的温度稳定装置。

Lidar System and Control System for Motor Vehicles

【技术实现步骤摘要】
激光雷达系统和用于机动车的控制系统
本专利技术涉及一种激光雷达系统和一种用于机动车的控制系统。
技术介绍
激光雷达系统(LIDAR英语：lightdetectionandranging，德语：Lichtdetektionund–entfernungsmessung，光探测和测距)是能够根据反射光传播时间来确定与对象的距离的系统。激光雷达系统在机动车中例如用于避开障碍物。在此，所述激光雷达系统将所探测的障碍物距离提供给控制装置，该控制装置使用该障碍物距离来避开障碍物。为了能够识别出所探测的光之前已经被发送并且相应地已经由对象所反射，在此将激光器与光学带通滤波器结合使用，该激光器原则上发射具有恒定波长的光。该带通滤波器用于通过滤除背景光来改善信噪比，并且该带通滤波器例如包括干涉滤波器或如下滤波器：该滤波器利用干涉效应和吸收效应的组合。通常使用纯介电干涉滤波器，该纯介电干涉滤波器具有0.01nm/K的较低的温度引起的波长偏移。相反，通常用作激光源的半导体激光器具有0.3nm/K的较大的温度相关性。即使是具有单片集成频率稳定装置的半导体激光器仍具有0.07nm/K的热波长偏移。为了能够在激光雷达系统中使用不带有温度稳定装置的激光器，必须使用具有相应较宽的通带的带通滤波器，因为否则由运行温度决定地，激光器的波长会超出通带。这限制了能够实现的信号质量，因为通带越宽，则照射到探测器上的干扰光越多。由DE4424717A1已知一种多层干涉滤波器，该多层干涉滤波器包括由含氢非晶硅构成的层，其中，两个反射层的dλ/dT可以相等，使得在传输宽度恒定的情况下，温度的变化导致中心波长发生偏移。
技术实现思路
根据本专利技术，提供一种激光雷达系统和一种用于机动车的控制系统。该激光雷达系统包括单片频率稳定的半导体激光器和带通滤波器，该半导体激光器具有线性热波长偏移。该带通滤波器的特征在于，带通滤波器包括引起如下热波长偏移的元件：该热波长偏移与半导体激光器的线性热波长偏移偏差不超过40％、优选不超过20％、更优选不超过5％。该控制系统包括根据本专利技术的激光雷达系统和控制单元，该激光雷达系统配置用于确定障碍物距离，该控制单元配置用于在使用所确定的障碍物距离的情况下使机动车避开障碍物。借助在其热波长偏移方面匹配于半导体激光器的带通滤波器，可以实现如下激光雷达系统：该激光雷达系统能够在没有半导体激光器的温度稳定装置的情况下适用于宽的温度范围，而带通滤波器为此无须是宽频带的。因此，通过使用本专利技术可以省去半导体激光器的温度稳定装置。由此可以降低复杂性、降低成本并且降低功率消耗。在一种优选实施方式中，该元件完全地或部分地由如下材料构成：所述材料具有中心波长与温度的相关性，这种相关性比玻璃的相关性大得多(优选是至少两倍)。该材料可以包括非晶硅。这是一种特别简单的构型，以便引起带通滤波器的如下热波长偏移：所述热波长偏移相应于半导体激光器的波长偏移。带通滤波器可以是腔体滤波器并且所述元件可以包括具有热长度膨胀的间距保持件，该间距保持件引起带通滤波器的如下波长偏移：该波长偏移相应于半导体激光器的线性热波长偏移。这是另一简单构型，以便引起相应于半导体激光器的波长偏移的热波长偏移。带通滤波器可以包括具有不同传输特性的带通滤波器段，并且所述元件可以包括移位元件，其中，该移位元件可以根据带通滤波器的温度而将带通滤波器中的一个置于光学路径上。这是另一简单构型，以便引起带通滤波器的相应于激光器的热波长偏移。带通滤波器段可以具有不同的层厚度。因此，可以容易地实现带通滤波器段的不同传输特性。此外，带通滤波器可以具有窄的光学通带。因此，可以高效地滤除背景光。该元件的热波长偏移可以与半导体激光器的线性热波长偏移至多偏差0.01nm/K。在以下说明书中描述了本专利技术的有利扩展方案。附图说明根据附图和以下说明书进一步阐述本专利技术的实施例。附图示出：图1示出半导体激光器的以及带通滤波器类型的热波长偏移的概览；图2示出本专利技术的一种实施例的示例性用途。具体实施方式根据一方面，本专利技术提出，在激光雷达系统中，将基于温度敏感材料的带通滤波器方案与单片频率稳定的半导体激光器组合使用。通过所匹配的热波长偏移，可以在没有激光源的温度稳定装置的情况下，在宽温度范围上使用这种激光雷达系统。一种温度敏感材料的示例是非晶硅。在使用非晶硅的情况下可以制造如下带通滤波器：该带通滤波器表现出通带的中心波长的约0.07nm/K的热偏移，这种热偏移类似于典型的单片频率稳定的半导体激光器的热偏移。这能够允许相对较窄的通带，在没有通带的中心波长的热相关性的情况下，这只能借助半导体激光器的温度稳定装置实现。因此，在没有温度稳定装置的情况下，该激光雷达系统可以借助窄的光学带通滤波器运行在宽温度范围上。在此，窄的通带补偿了(überkompensieren)单片频率稳定的半导体激光器的低效率。在图1中，根据温度T示出半导体激光器的以及带通滤波器类型的中心波长λ的概览。黑线示出不稳定的半导体激光器的中心波长的温度特性。点划线示意性示出干涉滤波器的中心波长的温度特性。点状线示出稳定的半导体激光器的中心波长。虚线示出基于非晶硅的带通滤波器的中心波长的温度特性。能够看出，基于非晶硅的带通滤波器的温度特性与稳定的半导体激光器的温度特性几乎相等。因此，通过适当的构型，能够实现由具有如下热波长偏移的非晶硅构成的带通滤波器：该热波长偏移与稳定的半导体激光器的线性热波长偏移偏差不超过40％。也能够实现将偏差限于不超过20％、不超过10％或不超过5％、甚至不超过1％。总体上，似乎也能够实现由具有如下热波长偏移的非晶硅构成的带通滤波器：所述热波长偏移与半导体激光器的线性热波长偏移偏差不超过0.01nm/K。图2示例性地示出在机动车1的控制系统2中使用根据本专利技术的一种实施例的激光雷达系统。控制系统2包括激光雷达系统10和控制单元20。激光雷达系统10配置用于确定障碍物与机动车1的障碍物距离。控制单元20构造用于避开障碍物，即构造用于在使用所确定的障碍物距离的情况下如此控制机动车1，使得避免与障碍物发生碰撞。该激光雷达系统包括具有线性热波长偏移的单片频率稳定的半导体激光器100并且包括带通滤波器200。带通滤波器200包括引起热波长偏移的非晶硅。这种热波长偏移与半导体激光器100的波长偏移至多很小地偏差。根据另一方面，本专利技术提出一种对专门协调于激光源的带通滤波器方案的应用。因此，除了频谱要求以外，带通滤波器的设计要求还补充了其他要求，也就是说，如此构型传输频谱的热偏移，使得该热偏移匹配于激光源的热偏移。在本专利技术的另一实施例中，带通滤波器包括腔体带通滤波器和间距保持件。该间距保持件如此构造，使得该间距保持件的热膨胀引起腔体滤波器的中心波长的热偏移，该热偏移相应于激光器的热偏移。在本专利技术的另一实施例中，带通滤波器包括具有不同层厚度并且因此具有不同传输特性的带通滤波器段。移位元件(例如一种热悬挂装置)根据带通滤波器的温度而将带通滤波器段中的一个置于光学路径上或置于接收光学器件前面。本专利技术可以在商业上多方面地得以应用，例如用于旨在覆盖宽温度范围的激光雷达系统中。一种特别的应用示例是汽车激光雷达(即用于机动车的激光雷达系统)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光雷达系统(10)，所述激光雷达系统包括单片频率稳定的半导体激光器(100)并且包括带通滤波器(200)，所述半导体激光器具有线性热波长偏移，其特征在于，所述带通滤波器(200)包括引起如下热波长偏移的元件：所述热波长偏移与所述半导体激光器(100)的线性热波长偏移偏差不超过40％、优选不超过20％、更优选不超过5％。

【技术特征摘要】
2018.02.01 DE 102018201507.41.一种激光雷达系统(10)，所述激光雷达系统包括单片频率稳定的半导体激光器(100)并且包括带通滤波器(200)，所述半导体激光器具有线性热波长偏移，其特征在于，所述带通滤波器(200)包括引起如下热波长偏移的元件：所述热波长偏移与所述半导体激光器(100)的线性热波长偏移偏差不超过40％、优选不超过20％、更优选不超过5％。2.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所述元件完全地或部分地由如下材料构成：所述材料具有中心波长与温度的相关性，所述材料的这种相关性比玻璃的相关性大得多——优选是至少两倍，并且所述材料优选包括非晶硅。3.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所述带通滤波器(200)是腔体滤波器，并且所述元件包括具有热长度膨胀的间距保持件，所述热长度膨胀引起如下波长偏移：所述波长偏移相应于所述半导体激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·霍伊斯纳，S·施皮斯贝格尔，
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