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)，该光学装置具有(i)接收器光学器件(30)和发送器光学器件(60)，所述接收器光学器件和发送器光学器件构造成具有部分同轴射束路径(31，61)；(ii)带有线定向(65‑2)的线光源(65‑1)，所述线定向尤其构造在所基于的激光雷达系统的视场(50)中；(iii)为了在接收器光学器件(30)的射束路径(31)的探测器侧区域上进行双轴分岔，在从接收器光学器件(30)与发送器光学器件(60)的射束路径(31，61)的共同同轴区域到独立的双轴区域的过渡区域中具有偏转单元(80)。偏转单元(80)具有孔镜(81)，该孔镜具有长孔(83)，该长孔在纵向延伸方向(84')上具有较大延伸(84)、在横向延伸方向(85')上具有较小延伸(85)，并且该长孔(83)的纵向延伸方向(84')垂直于线光源(65‑1)的线定向(65‑2)地取向。

Optical device, lidar system and working equipment for lidar system

【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、一种上述的激光雷达系统、一种工作设备以及尤其一种车辆。
技术介绍
在使用工作设备、车辆和其他机器与设备时，越来越多地使用运行辅助系统或传感器装置来检测运行环境。除了基于雷达的系统或基于超声的系统之外，还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和所述激光雷达系统的光学装置中存在如下缺点：在发送器光学器件和接收器光学器件的同轴射束路径中，在射束出口侧或射束入口侧通常使用分束器，该分束器在线照明的情况下导致激光雷达系统的结构空间增大，从而导致在射束出射时接收孔口(Empfangsapertur)减小和/或射束直径减小。
技术实现思路
相比之下，具有权利要求1的特征的根据本专利技术的用于激光雷达系统的光学装置具有以下优点：在不增加结构空间的线照明中，可以在激光雷达系统的射束出射处发送不会在大射束直径的情况下减小接收孔口的线照明射束。根据本专利技术，这借助权利要求1的特征通过建立用于激光雷达系统的光学装置而实现的，该光学装置构造为(i)具有接收器光学器件和发送器光学器件，所述接收器光学器件和发送器光学器件具有部分同轴的射束路径，(ii)具有带有线定向(Linienorientierung)的线光源，其中，该线定向尤其构造在所基于的激光雷达系统的视场中，(iii)在从接收器光学器件与发送器光学器件的射束路径的共同的同轴区域——尤其在发送器光学器件的射束出射侧上或在接收器光学器件的射束入射侧上——到分离的双轴区域——尤其在探测器侧或源侧上——的过渡区域中具有偏转单元作为分束器单元，用以对接收器光学器件的射束路径的探测器侧区域进行双轴分岔(Abzweigung)。在此，根据本专利技术，该偏转单元具有孔镜，该孔镜具有长孔，该长孔在纵向延伸方向上具有较大的延伸，而在横向延伸方向上具有较小的延伸，尤其用以引导通过来自线光源的初级光。此外，根据本专利技术，该长孔的纵向延伸方向垂直于所基于的线光源的线定向地取向。结合本专利技术，也可以将偏转单元分别同义地称为转向单元、分束器单元或分束器。结合本专利技术，所谓的激光线优选地与光源单元相距一定距离并且在穿过具有偏转单元的区域之后才以期望的质量构成——即具有由光源单元预给定并由偏转单元进一步实现的线定向。从属权利要求示出本专利技术的优选扩展方案。在根据本专利技术的用于激光雷达系统的光学装置的一种优选的构型方式中，相应的偏转单元的纵向延伸和横向延伸以合适的方式彼此成比例和/或与发送器光学器件和接收器光学器件的孔口和其他几何特性成比例。在此尤其设置，在偏转单元处的纵向延伸相对于横向延伸的比例至少为2∶1、优选为至少3∶1、进一步优选为至少4∶1。在根据本专利技术的用于激光雷达系统的光学装置的另一附加或替代的构型方式中，发送器光学器件的射束路径的孔口直径或在偏转单元处的纵向延伸相对于接收器光学器件的射束路径的孔口的比例在大约1:14至大约1:7的范围内。在偏转单元的构型中和在长孔的相应几何形状的选择中，提供不同的且与接收器光学器件和发送器光学器件的相应的应用和几何形状相匹配的几何构型。因此，根据按照本专利技术的用于激光雷达系统的光学装置的一种优选的扩展方案设置，在偏转单元的俯视图中，偏转单元的长孔具有矩形形状、双凸椭圆形状、双凹形形状或双弯月形形状。在根据本专利技术的用于激光雷达系统的光学装置的另一有利的构型方式中，发送器光学器件和接收器光学器件构造成在发送器光学器件的射束出射侧上和/或在接收器光学器件的射束入射侧上具有至少部分地或区段式地彼此同轴的射束路径。在此特别有利的是，偏转单元在发送器光学器件的光源单元的一侧上和在接收器光学器件的探测器装置的一侧上形成至少部分地或区段式地双轴的射束路径。为了实现根据本专利技术的光学装置的特别紧凑的结构，根据另一有利的构型方式设置，接收器光学器件具有多次折叠的射束路径、尤其具有两个或三个副镜(Fangspiegeln)，输入侧的第一副镜是偏转单元的一部分或构成偏转单元，一个或多个副镜作为凹面镜和/或副镜中的一个根据进行反射的带通滤光器的形式、尤其以平面型的形状来构造。此外，本专利技术涉及一种用于对视场进行光学检测的激光雷达系统、尤其用于工作设备和/或车辆。该激光雷达系统构造成具有根据本专利技术的光学装置。此外，本专利技术涉及一种工作设备以及尤其一种车辆，所述工作设备和车辆构造成具有根据本专利技术的激光雷达系统并且用于对视场进行光学检测。附图说明参考附图来详细地描述本专利技术的实施方式。图1是示意性地示出与根据本专利技术的激光雷达系统的一种实施方式相结合的根据本专利技术的光学装置的一种实施方式的方框图。图2至图4示出根据本专利技术的光学装置的实施方式的示意性的、部分截取的侧视图，该光学装置用于根据本专利技术地构型的具有偏转单元的激光雷达系统，该偏转单元具有带有长孔的孔镜。图5至图7示出偏转单元的示意性俯视图，所述偏转单元可以在根据本专利技术的用于激光雷达系统的光学装置的实施方式中使用。图8至图10示出根据本专利技术地构型的具有折叠式接收器光学器件的激光雷达系统的示意性的、部分截取的侧视图。具体实施方式在下文中，参考图1至图10来详细地描述本专利技术的实施例和技术背景。相同且等效的以及作用相同或作用等效的元件和组件由相同的附图标记标识。并非在所述元件和组件出现的每种情况下都再次给出所标识的元件和组件的详细描述。在不脱离本专利技术的核心的情况下，所示出的特征和其他特性可以以任意形式彼此隔离并且可以任意地彼此组合。图1以示意性方框图的形式示出在使用根据本专利技术的光学装置10的实施方式的情况下根据本专利技术的激光雷达系统1的一种实施方式。根据图1，激光雷达系统1具有发送器光学器件60，该发送器光学器件例如由光源单元65(例如借助激光器作为具有线定向65-2的线光源65-1)馈送，该发送器光学器件产生初级光57并且将该初级光——必要时在穿过射束成形光学器件66之后——发送到视场50中，以检测和/或检查场景53和位于那里的对象52。此外，根据图1，激光雷达系统1具有接收器光学器件30，该接收器光学器件通过作为初级光学器件的镜头34来接收光和尤其由视场50中的对象52反射的光作为次级光58，然后通过作为次级光学器件的探测器光学器件35来将该次级光传输到具有探测器元件或传感器元件22的探测器装置20。通过控制线路42或41借助控制和分析处理单元40来对光源单元65和探测器装置20进行控制。可以将共同的视场侧的转向光学器件62理解为接收器光学器件30的初级光学器件34的一部分，并且该转向光学器件具有带有相应的偏转单元80的光学装置10的根据本专利技术的构型，该构型在图1中仅示意性地示出。可选地且有利地，在视场侧设置孔口光学器件70用于适当地输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于激光雷达系统(1)的光学装置(10)，所述光学装置具有：/n-接收器光学器件(30)和发送器光学器件(60)，所述接收器光学器件和发送器光学器件构造成具有部分同轴的射束路径(31，61)；/n-线光源(65-1)，所述线光源具有线定向(65-2)，所述线定向尤其构造在所述激光雷达系统(1)的视场(50)中；/n-偏转单元(80)，所述偏转单元在从所述接收器光学器件(30)和所述发送器光学器件(60)的射束路径(31，61)的共同的同轴区域到分离的双轴区域的过渡区域中，用以对所述接收器光学器件(30)的射束路径(31)的探测器侧的区域进行双轴分岔；/n其中：/n-所述偏转单元(80)具有孔镜(81)，所述孔镜具有长孔(83)，所述长孔在纵向延伸方向(84')上具有较大的延伸(84)而在横向延伸方向(85')上具有较小的延伸(85)；/n-所述长孔(83)的纵向延伸方向(84')垂直于所述线光源(65-1)的线定向(65-2)地取向。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170823 DE 102017214705.91.一种用于激光雷达系统(1)的光学装置(10)，所述光学装置具有：
-接收器光学器件(30)和发送器光学器件(60)，所述接收器光学器件和发送器光学器件构造成具有部分同轴的射束路径(31，61)；
-线光源(65-1)，所述线光源具有线定向(65-2)，所述线定向尤其构造在所述激光雷达系统(1)的视场(50)中；
-偏转单元(80)，所述偏转单元在从所述接收器光学器件(30)和所述发送器光学器件(60)的射束路径(31，61)的共同的同轴区域到分离的双轴区域的过渡区域中，用以对所述接收器光学器件(30)的射束路径(31)的探测器侧的区域进行双轴分岔；
其中：
-所述偏转单元(80)具有孔镜(81)，所述孔镜具有长孔(83)，所述长孔在纵向延伸方向(84')上具有较大的延伸(84)而在横向延伸方向(85')上具有较小的延伸(85)；
-所述长孔(83)的纵向延伸方向(84')垂直于所述线光源(65-1)的线定向(65-2)地取向。


2.根据权利要求1所述的光学装置(10)，在所述光学装置中，在所述偏转单元(80)处的纵向延伸(84，88)相对于横向延伸(85，89)的比例至少为2∶1、优选为至少3∶1并且进一步优选为至少4∶1。


3.根据权利要求1或2所述的光学装置(10)，在所述光学装置中，所述发送器光学器件(60)的射束路径(61)的孔口直径或所述偏转单元(80)处的纵向延伸(84，88)相对于所述接收器光学器件(30)的射束路径(31)的孔口的比例在大约1:14至大约1:7的范围内。
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【专利技术属性】
技术研发人员：S·博加特舍尔，J·斯帕贝尔特，A·霍莱切克，T·彼得塞姆，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