用于根据情况来扫描立体角的激光雷达设备制造技术

本发明专利技术公开一种用于借助至少一个射束来扫描立体角的激光雷达设备，该激光雷达设备具有用于产生至少一个射束的可水平旋转地布置的至少一个射束源，用于对所述所产生的至少一个射束进行成形的至少一个产生光学器件，可水平旋转的接收光学器件，该接收光学器件用于接收在对象上反射的至少一个射束并将所述反射的至少一个射束引导到探测器上，其中，所产生的至少一个射束能够可变地成形。

Lidar equipment for scanning solid angle according to situation

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于根据情况来扫描立体角的激光雷达设备
本专利技术涉及一种激光雷达(英语：lightdetectionandranging，光探测和测距)设备，该激光雷达设备用于借助至少一个射束来扫描立体角，该激光雷达设备具有：用于产生至少一个射束的可水平旋转地布置的至少一个射束源、用于对所产生的至少一个射束进行成形的至少一个产生光学器件、可水平旋转的接收光学器件，该接收光学器件用于接收在对象上反射的至少一个射束，并且用于将经反射的至少一个射束偏转到探测器上。
技术介绍
常见的激光雷达设备基于不同的构思。一方面可以使用所谓的微扫描仪，另一方面可以使用宏扫描仪。在宏扫描仪的情况下，发送单元和接收单元可以布置在转子上，并且可以围绕旋转轴线一起旋转或枢转。由此例如可以曝光和扫描360°的水平扫描角。由文献DE102006049935A1例如已知一种激光雷达设备或宏扫描仪，该宏扫描仪使用聚焦的单个射束来对扫描区域进行扫描并且在信号处理的范畴内对反射射束进行评估和分析处理。这种激光雷达设备通常具有有限的竖直分辨率和相对较小的竖直扫描角，无法根据情况来改变所述竖直分辨率和竖直扫描角。
技术实现思路
本专利技术所基于的任务可以视为实现如下激光雷达设备：该激光雷达设备可以根据情况来匹配立体角的曝光。借助独立权利要求的相应的主题来解决该任务。本专利技术的有利的构型分别是从属权利要求的主题。根据本专利技术的一个方面，提供一种用于借助至少一个射束来扫描立体角的激光雷达设备。该激光雷达设备具有用于产生至少一个射束的可水平旋转地布置的至少一个射束源。产生光学器件用于对所产生的至少一个射束进行成形。产生光学器件可以包括多个光学元件——例如透镜、衍射光学元件、全息光学元件等。此外，激光雷达设备具有可水平旋转的接收光学器件，该接收光学器件接收在对象上反射的至少一个射束并将所述至少一个射束偏转到探测器上。射束源可以与产生光学器件或产生光学器件的一部分共同构成发送单元。射束源例如可以是红外半导体激光器、激光器条(Laserbarren)等。射束源因此可以连续地或脉冲地产生电磁射束。接收单元包括接收光学器件和探测器。探测器例如可以是列探测器，该列探测器被划分为探测器像素。该探测器可以是单光子雪崩二极管探测器(英语：SinglePhotonAvalancheDiode或SPAD)。由于高灵敏度，SPAD探测器可以使用时间相关的单光子计数(英语：time-correlatedsinglephotoncounting，缩写：TCSPC)来实现在低有效光情况下的高分辨率。由此可以在探测器侧改善激光雷达设备的竖直分辨率。发送单元和接收单元可以彼此同步地水平旋转，从而曝光和探测一水平扫描角。可以不仅时间上并行地而且在时间上串行地运行发送单元和接收单元。例如，发送单元和接收单元可以彼此并联地可旋转地布置或者沿着旋转轴线轴向地互相上下地布置。发送单元可以产生竖直方向上互相上下地延伸的一个或多个射束，所述一个或多个射束定义并曝光一竖直的扫描角度。接着，可以通过列探测器来实现激光雷达设备的竖直分辨率。产生光学器件用于使所产生的至少一个射束成形，并且产生光学器件具有可以匹配或改变所产生的至少一个射束的至少一个可变透镜。通过这种可变的产生光学器件例如可以在发送侧改变焦点和/或偏转方向。产生光学器件不仅可以与射束源一起作为整体可旋转地布置，而且可以部分可旋转且部分固定地布置。因此，可以如此影响由射束源产生的射束和使由射束源产生的射束可变化地成形，使得激光雷达设备可以最佳地匹配于确定的周围环境、速度、定向等。在这种激光雷达设备的情况下，例如可以根据情况而使竖直分辨率和/或作用范围发生变化。例如，可以通过更强的聚焦来减小竖直扫描角并增大扫描区域的作用范围。另一方面，可以在同时减小作用范围的情况下增大竖直扫描角，或者可以使竖直扫描角轴向地移动或偏移。因此，例如在车辆中，可以通过具有由于探测器引起的较低分辨率的激光雷达设备并以较大的竖直扫描角对侧面区域进行扫描。在探测器中，在此例如可以将每隔一个或每隔两个探测器像素用于分析处理。反之，在行驶方向上，在小的竖直扫描角的情况下的大作用范围是有意义且可实现的。可以根据情况使激光雷达设备的曝光发生变化。例如，曝光可以匹配于上坡行驶、下坡行驶、乡村道路行驶、高速公路行驶、城市行驶等。产生光学器件还可以包括多个可变和不可变的透镜和/或光学元件。此外，激光雷达设备可以实现在不同的曝光状态之间进行切换——例如切换到用于附近环境的大面积覆盖的较大的竖直扫描角度，并且因此可以用于复杂周围环境中的定位。例如，可以使用基于电活性聚合物的可变化的透镜作为可变透镜或自适应光学器件。根据激光雷达设备的一种实施例，射束源具有单个发射器并且产生竖直方向上彼此角度偏移或位置偏移的至少两个射束。射束源例如可以是具有多个单个发射器的激光器条。因此，每个发射器可以产生至少一个电磁射束。替代地，多个半导体激光器例如可以彼此并排地布置。在发射器的行状布置的情况下，射束源尤其可以实现扫描区域的逐像素或点状或线状的竖直的照明。因此，可以通过所产生的射束部分地或完全地曝光竖直的扫描角。根据激光雷达设备的另一实施例，至少一个射束能够径向可变地聚焦。产生光学器件的可变透镜可以改变其焦距，从而将所产生的至少一个射束在焦平面中例如点状地聚焦。通过可变透镜可以影响和调节焦平面与激光雷达设备的径向间距。根据激光雷达设备的另一实施例，至少一个射束能够轴向可变地聚焦。尤其可以改变可变透镜的形状。由此可以使所产生的至少一个射束轴向地偏转或偏移。因此例如可以实现更高或更深地延伸的竖直扫描角。由此，例如在上坡行驶时的激光雷达设备的汽车应用中，可以主动地改变竖直扫描范围的高度和位置。根据激光雷达设备的另一实施例，所述至少一个射束能够根据时间可变地成形。借助所述至少一个可变透镜，可以在发送侧如此改变所产生的至少一个射束，使得例如在发送单元的每隔一圈旋转的情况下改变所产生的射束或者在两个或多个定义的曝光模式之间进行切换。替代地或附加地，所产生的射束的匹配也可以在发送单元的一圈旋转内进行。根据激光雷达设备的另一实施例，至少一个射束能够根据射束源的旋转位置可变地成形。由此可以使所产生的至少一个射束在发送单元的一圈旋转或转动内匹配或变化至少一次。因此，在行驶期间，例如布置在车顶上的激光雷达设备在朝车辆前部的方向上的旋转位置中可以将所产生的射束尽可能远离激光雷达设备地聚焦，从而实现曝光的最大作用范围。在激光雷达设备的作用范围相对较小的情况下，所产生的射束可以在车辆侧面具有尽可能大的竖直扫描角度。在泊车过程期间，所产生的射束可以沿着发送单元的整个旋转而限制在小的作用范围。因此可以将360°的水平扫描角划分为多个角度区段。因此，在相应的角度区段内，所产生的至少一个射束可以是恒定的或者可以变化或改变。根据激光雷达设备的另一实施例，射束源根据时间产生角度偏移的或位置偏移的至少一个射束。作为通过探测器来控制分辨率的附加或替代，通过使用有限数量的探测器像本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光雷达设备(1)，所述激光雷达设备(1)用于借助至少一个射束(5)来扫描立体角(A)，所述激光雷达设备具有：/n至少一个射束源(2)，所述至少一个射束源可水平旋转地布置并且用于产生至少一个射束(3)；/n至少一个产生光学器件(4)，所述至少一个产生光学器件用于对所产生的至少一个射束(3)进行成形；/n接收光学器件(10)，所述接收光学器件是可水平旋转的，所述接收光学器件用于接收在对象(8)上反射的至少一个射束(7)并将经反射的所述至少一个射束(7)偏转到探测器(12)上；/n其特征在于，所产生的至少一个射束(3)能够可变地成形。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170711 DE 102017211817.21.一种激光雷达设备(1)，所述激光雷达设备(1)用于借助至少一个射束(5)来扫描立体角(A)，所述激光雷达设备具有：
至少一个射束源(2)，所述至少一个射束源可水平旋转地布置并且用于产生至少一个射束(3)；
至少一个产生光学器件(4)，所述至少一个产生光学器件用于对所产生的至少一个射束(3)进行成形；
接收光学器件(10)，所述接收光学器件是可水平旋转的，所述接收光学器件用于接收在对象(8)上反射的至少一个射束(7)并将经反射的所述至少一个射束(7)偏转到探测器(12)上；
其特征在于，所产生的至少一个射束(3)能够可变地成形。


2.根据权利要求1所述的激光雷达设备，其中，所述射束源(2)具有单个发射器(16)并且产生至少两个射束(3)，所述至少两个射束竖直地彼此角度偏移或位置偏移。


3.根据权利要求1或2所述的激光雷达设备，其中，所产生的至少一个射束(3)能够径向可变地聚焦。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光雷达设备，其中，所产生的至少一个射束(3)能够轴向可变地聚焦。


5.根据权利要求1至4中任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·比特纳，A·弗雷泽里克森，
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