用于通过具有匹配的波长的射束对扫描区域进行扫描的方法和激光雷达设备技术

公开一种用于借助至少两个射束对扫描区域进行扫描的激光雷达设备，所述激光雷达设备具有用于产生至少两个射束的至少两个射束源，具有用于对所产生的至少一个射束进行成形的产生光学系统，具有用于接收和分析处理在对象上反射的至少一个射束的接收单元，并且具有用于吸收干扰反射的光学带通滤光器，其中，每个射束源产生具有一波长的至少一个射束，根据所述至少一个射束的发射角能够调节所述波长。此外，公开一种用于对扫描区域进行扫描的方法。

Method and lidar equipment for scanning a scanning area by a beam of matched wavelength

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于通过具有匹配的波长的射束对扫描区域进行扫描的方法和激光雷达设备
本专利技术涉及一种用于借助至少两个射束对扫描区域进行扫描的激光雷达设备，本专利技术还涉及一种用于借助至少两个射束对扫描区域进行扫描的方法。
技术介绍
通常的激光雷达(英语Lightdetectionandranging，光探测与测距)设备由发送装置和接收装置组成。发送装置产生并发射连续电磁射束或脉冲电磁射束。当这些射束照射到可运动的或静止的对象上时，射束被对象沿接收装置的方向进行反射。接收装置可以探测到经反射的电磁射束并给经反射的射束分配接收时间。这可以例如在“飞行时间”分析的范畴中用于求取对象至激光雷达设备的距离。为了改善信噪比，可以在激光雷达设备的接收路径中布置光学带通滤光器、尤其干涉滤光器，用以滤除干扰反射。滤光器的透射波长范围越窄，照射到探测器上的干扰光或周围环境光就越少并且信号质量就越好。在探测具有相对于光轴大于0°的入射角的射束的情况下，透射波长范围发生至更小波长的偏移。因此，需要使用具有较宽的透射波长范围的滤光器，因此具有偏离光轴的入射角的射束能够透射以便接收。在此，具有较宽的透射波长范围的滤光器可能对信噪比造成负面影响。
技术实现思路
基于本专利技术的任务可以看作实现一种激光雷达设备和一种方法，其能够使用具有较小的透射波长范围的滤光器并且具有改善的信噪比。该任务借助独立权利要求的相应的主题解决。本专利技术的有利构型是各个从属权利要求的主题。根据本专利技术的一方面，提供一种用于借助至少两个射束对扫描区域进行扫描的激光雷达设备。激光雷达设备具有用于产生至少两个射束的至少两个射束源以及具有用于对所产生的至少两个射束进行成形的产生光学系统(Erzeugungsoptik)。偏转单元用于沿扫描区域可变地偏转至少一个射束。替代地，可以通过旋转整个发送单元来实现偏转。在对象上反射的至少一个射束可以由激光雷达设备的接收单元来接收并进行分析处理。此外，激光雷达设备具有用于吸收干扰反射的光学带通滤光器，其中，每个射束源产生具有一定波长的至少一个射束，该波长可以根据至少一个射束的发射角进行调节。至少两个射束源彼此具有一定间距，因此也产生彼此间隔开的射束。为简单起见，“射束”可以理解为“至少两个射束”的意义。随后由产生光学系统对射束进行成形。产生光学系统例如可以是以透镜形式的光学元件。产生光学系统例如可以是有涂层或无涂层的圆柱形透镜、凸透镜、凹透镜或多个相同的或不同的透镜的组合。通过产生光学系统可以使所产生的射束集束(bündlen)或扇形展开与产生光学系统的光轴具有一定间距的射束在经过产生光学系统后具有一发射角。发射角尤其取决于产生光学系统的光学特性和距光轴的间距。随后，可以将如此成形的射束直接地或经过偏转单元从激光雷达设备发射到扫描区域中。优选地，射束可以沿水平角和竖直角进行曲折形地偏转。由此可以借助所产生且经成形的射束对由水平角和竖直角展开的扫描区域进行扫描。如果对象布置在扫描区域中，则经成形且发射的射束在对象上被反射。至少一个在对象上反射的射束在此同样具有更大的反射角。可以由接收单元接收并探测至少一个经反射的射束。为此，接收单元优选具有接收光学系统，该接收光学系统将至少一个经反射的射束偏转到探测器上。在接收路径中附加地布置有光学带通滤光器。从入射的经反射的射束出发，滤光器例如可以布置在接收光学系统的前方、在接收光学系统内或在接收光学系统的后方。滤光器通常是干涉滤光器，该干涉滤光器具有对于确定的波长范围的射束的透射。根据经反射的射束在滤光器上的入射角，滤光器的透射波长范围发生偏移。尤其随着经反射的入射射束的入射角增大，滤光器的透射波长变小。具有在透射波长范围之外的波长的入射射束能够通过滤光器由激光雷达设备反射或由滤光器吸收。在根据本专利技术的激光雷达设备的情况下，所产生且经成形的至少一个射束的波长可以根据其入射角借助经过产生光学系统进行调节。在此，相应于在激光雷达设备的接收路径中所使用的光学带通滤光器进行波长的选择。优选地，所产生且经成形的至少一个射束的波长可以如此进行调节，使得所述波长相应于在射束在对象上反射之后光学带通滤光器的透射波长范围的波长偏移。所产生的且与产生光学系统的光轴间隔开的至少一个射束例如可以具有较小的波长，并且因此尽管由此引起到光学带通滤光器上的更大的入射角，所述至少一个射束仍然能够处在透射波长范围内，并且优选能够无损耗地透射通过滤光器。由此，透射波长范围尤其可以实施得更小，使得较少的干扰反射可以经过滤光器并且被探测器所记录。通过具有较小透射波长范围的带通滤光器也可以有效地阻挡周围环境的从不同角度照射到接收单元和滤光器上的多重反射。由此同样导致激光雷达设备探测到“幻象(Geisterobjekte)”的概率降低。此外，通过滤光器的较小的透射波长范围也可以改善激光雷达设备的信噪比。替代地或附加地，也可以使用具有较大发射角的所产生的射束，以能够实现更大的扫描区域。根据激光雷达设备的一种实施例，通过至少一个射束源可以调节至少一个射束的波长。例如可以使用不同的射束源。射束源可以是不同的激光器(例如半导体激光器)，这些激光器可以分别以不同波长来产生射束。因此，可以以技术上简单的方式实现匹配所产生的射束的波长。根据激光雷达设备的另一实施例，通过衍射光学元件可以调节至少一个射束的波长。衍射光学元件例如可以是干涉光栅、体积布拉格光栅元件(英语Volume-Bragg-Grating-Element)、体积全息光栅元件(英语Volume-Holografic-Grating-Element)等。因此，通过多个不同的且可精确调节的衍射光学元件可以调节射束的波长。根据激光雷达设备的另一实施例，衍射光学元件布置在至少一个射束源中。可以将半导体激光器用作射束源，所述半导体激光器可以通过光栅或通过衍射光学元件进行光谱稳定化。通过光谱稳定化不仅减小所产生的射束的光谱宽度，而且精确地确定所产生的射束的中心发射的波长。在此，可以例如在分布式布拉格反射激光器(DBR)或分布式反馈激光器(DFB)的情况下使用单片的集成光栅。根据另一优选的实施例，至少两个射束源是一个激光器条的单个发射器。在此，单个发射器可以是表面发射器或边缘发射器。单个发射器优选彼此间隔开。通过产生光学系统可以对相应的单个发射器如此进行成形，使得单个发射器可以用作点状的网格或实施成线形，以便对扫描区域进行扫描。根据另一实施例，一个激光器条的多个射束源具有共同的衍射光学元件。由此，通常的激光器条例如可以用于产生多个彼此间隔开的射束。所产生的射束的相应的波长可以通过附加的衍射光学元件相应于产生光学系统和所使用的光学带通滤光器进行匹配。衍射光学元件例如可以布置在至少一个射束源与产生光学系统之间。替代地，衍射光学元件也可以例如以涂层的形式布置在产生光学系统上。根据激光雷达设备的另一实施例，衍射光学元件具有在衍射光学元件的延展上不同的波长选择性。衍射光学元件优选具有这样的延展，使得所有所产生的或经成形的射束都透射通过衍射光学元件。基于所产生的射束的数量，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于借助至少两个射束(7，9)对扫描区域进行扫描的激光雷达设备(1)，所述激光雷达设备具有至少两个射束源(2，4)并且具有产生光学系统(6)、接收单元(12)和光学带通滤光器(14)，所述至少两个射束源用于产生至少两个射束(3，5)，所述产生光学系统用于对所产生的至少一个射束(3，5)进行成形，所述接收单元用于接收和分析处理在对象(10)上反射的至少一个射束(11，13)，所述光学带通滤光器(14)用于吸收干扰反射，其特征在于，每个射束源(2，4)产生具有一波长的至少一个射束(3，5)，其中，所述至少一个射束(3，5，7，9)的波长能够根据所述至少一个射束(3，5，7，9)的发射角进行调节。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170526 DE 102017208898.21.一种用于借助至少两个射束(7，9)对扫描区域进行扫描的激光雷达设备(1)，所述激光雷达设备具有至少两个射束源(2，4)并且具有产生光学系统(6)、接收单元(12)和光学带通滤光器(14)，所述至少两个射束源用于产生至少两个射束(3，5)，所述产生光学系统用于对所产生的至少一个射束(3，5)进行成形，所述接收单元用于接收和分析处理在对象(10)上反射的至少一个射束(11，13)，所述光学带通滤光器(14)用于吸收干扰反射，其特征在于，每个射束源(2，4)产生具有一波长的至少一个射束(3，5)，其中，所述至少一个射束(3，5，7，9)的波长能够根据所述至少一个射束(3，5，7，9)的发射角进行调节。


2.根据权利要求1所述的激光雷达设备，其中，所述至少一个射束(3，5，7，9)的波长能够通过所述至少一个射束源(2，4)进行调节。


3.根据权利要求1所述的激光雷达设备，其中，所述至少一个射束(3，5，7，9)的波长能够通过衍射光学元件(20)进行调节。


4.根据权利要求1所述的激光雷达设备，其中，所述衍射光学元件(20)布置在所述至少一个射束源(2，4)中。


5.根据权利要求1或3所述的激光雷达设备，其中，所述衍...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·博加特舍尔，HJ·施瓦茨，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