用于以至少一个恒定定向的射束对扫描角进行扫描的激光雷达设备和方法技术

本发明专利技术涉及一种激光雷达设备(1)，所述激光雷达设备用于以至少一个射束(16)对扫描角进行扫描，所述激光雷达设备具有至少一个射束源(2)、能够旋转的偏转单元(18)并且具有探测器，所述至少一个射束源用于产生所产生的至少一个射束(4)，所述能够旋转的偏转单元用于使所产生的至少一个射束(4)偏转，所述探测器用于接收在对象上反射的至少一个射束，其中，在至少一个射束(8)的光路中在所述射束源(2)与所述偏转单元(18)之间布置有至少两个柱形透镜(12，14)，其中，至少一个柱形透镜(12，14)是能够旋转的。此外，公开一种用于运行激光雷达设备(1)的方法。

Lidar apparatus and method for scanning the scanning angle with at least one beam of constant orientation

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于以至少一个恒定定向的射束对扫描角进行扫描的激光雷达设备和方法
本专利技术涉及一种用于以至少一个射束对扫描角进行扫描的激光雷达设备以及一种用于运行激光雷达设备的方法。
技术介绍
当前的激光雷达(lightdetectionandranging：光检测和测距)设备利用激光器或射束源来产生激光射束，接着可以通过偏转单元——例如可旋转的镜并且通过扫描区域来使激光射束偏转。通常，由射束源如此产生射束，使得射束延伸穿过偏转单元的旋转轴线并垂直于旋转轴线偏转大约45°的角。通过旋转可以以环绕激光雷达设备360°的水平角对扫描区域进行扫描。探测器可以接收和分析处理所反射的射束。在此，不仅激光源而且探测器可以位置固定地布置。然而，在这样的激光雷达设备中，由偏转单元反射的射束通过偏转单元的旋转例如将其取向改变例如360°的水平角。如果例如产生线形的射束，则在线取向不旋转通过大的空间角的情况下不可以实现线照明。在较大的水平角的情况下，通过偏转单元在其旋转时如此旋转最初竖直定向的线形射束，使得可以将该线形射束水平定向地或对角线定向地发射到扫描区域中。
技术实现思路
本专利技术所基于的任务可以在于，提供用于以至少一个射束对扫描区域进行扫描的一种方法和一种激光雷达设备，所述至少一个射束在整个扫描范围上具有恒定的取向。所述任务借助独立权利要求的相应的主题来解决。本专利技术的有利的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，提供一种用于以至少一个射束对扫描角进行扫描的激光雷达设备。所述激光雷达设备具有：至少一个射束源，其用于产生至少一个射束；可选的产生光学器件，其用于对所产生的至少一个射束进行成形；和可旋转的偏转单元，其用于使所产生的至少一个射束偏转。此外，激光雷达设备具有用于接收在对象上反射的至少一个射束的探测器，其中，在至少一个射束的射束路径中在可选的产生光学器件或射束源与偏转单元之间布置有至少两个柱形透镜(Zylinderlinse)，其中，至少一个柱形透镜是可旋转的。在此，可以通过至少一个射束源产生至少一个电磁射束。射束源可以是例如激光器。通过可选的产生光学器件可以成形至少一个射束。点状或圆形地实施的射束例如可以聚焦成线。因此，可选的产生光学器件可以是例如柱形透镜、菲涅耳透镜、衍射光学元件、串列式柱形透镜(Tandemzylinderlinse)等。替代地或附加地，所产生的至少一个射束可以成形为点网格(Punktraster)。在此，可选的产生光学器件具有附加的分束器或者通过多个射束源产生多个射束。在点网格中，各个点分别由所产生的射束成形。点网格例如可以成形为线、圆、矩形等。通过在可旋转的偏转单元前插入合适的射束偏转，可以在保持线取向的情况下将线或点网格越过所有空间方向发射到周围环境或扫描区域中。因此，可以与所产生的并且通过偏转单元偏转的射束的取向的旋转起反作用。这可以类似地应用在所产生的点网格的情况下。在此，在偏转单元旋转例如360°期间，将点网格的所产生的点在其顺序方面调换两次。所产生的至少一个射束的倾斜或旋转引起所产生并且成形的至少一个射束的面积的持续变化，并且因此也引起激光雷达设备的扫描范围的变化或激光雷达设备的竖直扫描角的变化。至少两个经组合的柱形透镜布置成以一角度彼此旋转。柱形透镜彼此具有小于柱形透镜的焦距的间距。有利地，柱形透镜具有相同的光学特性，例如焦距、几何尺寸和折射率。替代地，柱形透镜在其光学特性方面可以彼此不同。在此，至少一个柱形透镜布置成可以绕其光学轴线旋转。在此，多个柱形透镜也可以作为复合体可共同旋转地布置。在复合体中，柱形透镜可以彼此具有限定的恒定的或可变的角度偏移(Winkelversatz)。柱形透镜的光学轴线优选地同时是所产生的至少一个射束的光学轴线。在此，至少一个柱形透镜或至少两个柱形透镜的复合体可以与偏转单元的旋转同步地旋转。替代地或附加地，可以根据激光雷达设备的应用领域来降低或提高转速。由此，例如可以改变竖直的扫描角度并且例如可以减小或增大扫描区域的竖直扫描宽度。因为至少一个射束在整个旋转期间以相同的定向射到偏转单元上，所以至少一个射束的取向和分布在偏转设备的所有辐射角的情况下不变化或以限定的方式变化。通过使用彼此旋转地布置的至少两个柱形透镜使所产生的并且已经成形的至少一个射束在至少两个步骤中旋转。由此，所产生和成形的射束的尽可能多的光学信息被传输通过柱形透镜并且损耗被最小化。根据激光雷达设备的一个实施例，偏转单元具有至与偏转单元相邻的柱形透镜的如下间距：所述间距相应于相邻的柱形透镜的焦距。由此，将通过与偏转单元相邻的柱形透镜聚束的射束聚焦到偏转单元上。因此，偏转单元位于相邻的柱形透镜的焦点处并且能够实现射束通过偏转单元在扫描区域中的最佳成像。根据激光雷达设备的另一实施例，至少两个柱形透镜在此彼此旋转45°角地布置。由射束源产生的原来圆形的射束通过可选的生成光学器件或第一柱形透镜成形为线。通过布置成彼此旋转45°的两个另外的柱形透镜，可以使线形射束在偏转单元上旋转。偏转单元例如可以是可旋转的镜。根据设备的另一实施例，偏转单元具有至与所述偏转单元相邻的柱形透镜的如下间距：所述间距大于所述相邻的柱形透镜的焦距。由此，偏转单元可以具有至柱形透镜的以下间距：所述间距大于至最靠近偏转单元地布置的柱形透镜的焦距。由此，可以灵活地构建激光雷达设备并且激光雷达设备不受柱形透镜的光学特性的限制。在此，至少两个柱形透镜优选彼此旋转90°角地布置。由于偏转单元离与偏转单元相邻的柱形透镜比其焦距更远，所以柱形透镜必须布置成彼此旋转90°的角，以便使射束的旋转可以在偏转单元上成像。根据激光雷达设备的一个优选的实施例，至少一个柱形透镜可以与偏转单元同步地旋转。为此，至少两个柱形透镜可以例如与偏转单元机械地或电子地连接。因此，柱形透镜可以作为复合体与偏转单元以相同的角速度进行旋转。偏转单元尤其可以用作用于至少两个柱形透镜的复合体的机械驱动器或者用于单个柱形透镜的机械驱动器。替代地，至少两个柱形透镜可以作为复合体地或者所述柱形透镜中的一个可以单独地配备有适用于旋转的单独的驱动器，从而可以相应于偏转单元的电子信号使柱形透镜旋转或同步。根据另一实施例，至少一个柱形透镜固定地布置。因此，至少一个柱形透镜与射束源和探测器共同固定地布置并且不一同旋转。因此，至少一个柱形透镜进一步实施成可旋转的，以便能够校正射束的取向。由此，仅仅必须使一个柱形透镜一同旋转，从而可以减小旋转质量。根据另一实施例，所产生的至少一个射束具有线形。所产生的射束可以根据应用领域和由此得出的要求、通过可选的产生光学器件任意成形。射束例如可以实施成线性。优选地，射束具有二维线形，借助该二维线形可以对扫描区域进行扫描。有利地，在这种情况下，可选的产生光学器件是柱形透镜或者是由柱形透镜与另外的光学元件构成的组合。因此，可选的产生光学器件可以在技术上简单地以唯一的柱形透镜的形式实施。根据激光雷达设备的另一实施方式，所产生的至少一个射束具有点形。由此，可选的生成光学器件可以具有分束器、衍射光学元件等，其可以将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光雷达设备(1)，所述激光雷达设备用于以至少一个射束(16)对扫描角进行扫描，所述激光雷达设备具有至少一个射束源(2)、能够旋转的偏转单元(18)并且具有探测器，所述至少一个射束源用于产生所产生的至少一个射束(4)，所述能够旋转的偏转单元用于使所产生的至少一个射束(4)偏转，所述探测器用于接收在对象上反射的至少一个射束，其特征在于，在至少一个射束(8)的光路中在所述射束源(2)与所述偏转单元(18)之间布置有至少两个柱形透镜(12，14)，其中，至少一个柱形透镜(12，14)是能够旋转的。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170524 DE 102017208860.51.一种激光雷达设备(1)，所述激光雷达设备用于以至少一个射束(16)对扫描角进行扫描，所述激光雷达设备具有至少一个射束源(2)、能够旋转的偏转单元(18)并且具有探测器，所述至少一个射束源用于产生所产生的至少一个射束(4)，所述能够旋转的偏转单元用于使所产生的至少一个射束(4)偏转，所述探测器用于接收在对象上反射的至少一个射束，其特征在于，在至少一个射束(8)的光路中在所述射束源(2)与所述偏转单元(18)之间布置有至少两个柱形透镜(12，14)，其中，至少一个柱形透镜(12，14)是能够旋转的。


2.根据权利要求1所述的激光雷达设备，其中，所述偏转单元(18)具有至与所述偏转单元(18)相邻的柱形透镜(14)的如下间距：所述间距相应于所述相邻的柱形透镜(14)的焦距。


3.根据权利要求2所述的激光雷达设备，其中，所述至少两个柱形透镜(12，14)彼此旋转45°角地布置。


4.根据权利要求1所述的激光雷达设备，其中，所述偏转单元(18)具有至与所述偏转单元(18)相邻的柱形透镜(14)的如下间距：所述间距大于所述相邻的柱形透镜(14)的焦距。


5.根据权利要求4所述的激光雷达设备，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·霍莱切克，M·拜尔，
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