CN107976664B - 激光雷达传感器和用于对周围进行光学扫描的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光雷达传感器（1），其包括至少一个发送单元（S1‑S4）和至少一个接收单元（E1‑E4），其中所述发送单元（S1‑S4）被构造为使光信号沿水平方向偏转，其中所述光信号以与地面（5）成角度α的方式被调整，其中所述发送单元（S1‑S4）和所述接收单元（E1‑E4）被构造为一个结构单元（2）而且所述激光雷达传感器（1）具有调节装置（3），所述调节装置被构造为使得所述结构单元（2）能够沿垂直方向以至少一个角度β被倾斜，以及本发明涉及一种用于借助于激光雷达传感器（1）对周围进行光学扫描的方法。

Description

激光雷达传感器和用于对周围进行光学扫描的方法
技术领域
本发明涉及一种激光雷达传感器（Lidar-Sensor）和一种用于对周围进行光学扫描的方法。
背景技术
激光雷达（激光探测与测距（Light Detection and Ranging））传感器被用于检测对象及其距离。这种激光雷达传感器的优选的应用领域是机动车技术。在此，已知不同的结构形式。
因此，例如已知如下结构形式，在那里设置多个发送单元，其中所述发送单元的光束经由旋转的镜以360°在水平方向上被转向，其中所述发送单元沿垂直方向以与地面成不同的角度的方式来取向。通过光束这样被扫描的水平区域也可以被称作扫描平面。替代旋转的镜，也已知MEMS或者固态的激光雷达***（MEMS-oder Solid-state-Lidarsysteme），在那里水平的转向运动以不同方式被实现。这种具有直至64个发送单元的激光雷达***从WO 2011/146523 A2或者WO 2008/008970 A2中已知。然而，这样的***目前还很贵并且复杂。商业通用的激光雷达***因而常常只具有四个扫描平面。
从DE 10 2014 104 027 A1中已知一种用于检测来自监控范围的对象信息的光电子装置，所述光电子装置具有：光接收器；被分配给所述光接收器的接收光学装置，所述接收光学装置具有带有可变倾斜的自适应透镜；和分析单元，用于由光接收器的接收信号生成对象信息。在此，分析单元被构造用于将自适应透镜引到多个不同的倾斜位置，并且由此从被增大的监控范围中获得附加的对象信息。
从DE 10 2011 001 387 A1中已知一种光学扫描***，其中发送器在发送测试光束时被转移（verlagern）和/或接收器在接收测量光束时被转移，以便扫描水平区域，使得可以省去旋转的镜。所述转移例如可以通过预摆动（vorschwenken）或者倾斜来进行。
发明内容
本发明所基于的技术问题在于：提供一种激光雷达传感器，借助于所述激光雷达传感器能简单地实现扫描平面的数目增加；以及提供一种用于借助于这种激光雷达传感器对周围进行光学扫描的方法。
所述技术问题的解决方案通过根据本发明的激光雷达传感器和方法来得出。也说明了本发明的其他有利的设计方案。
为此，所述激光雷达传感器包括至少一个发送单元和至少一个接收单元，其中所述发送单元被构造为，使得光信号沿水平方向偏转，其中所述光信号以与地面成角度的方式被调整。在此，所述发送单元和所述接收单元都被构造为结构单元。激光雷达传感器具有调节装置，所述调节装置被构造为，使得结构单元可以沿垂直方向以至少一个角度被倾斜。在此，根据调节装置的可能倾斜位置数目而定地，可以提高扫描平面数目。在此，这种垂直的调节装置的优点是所述调节装置是相对鲁棒的并且在结构上简单的。在此，所述调节装置可以被构造为摆动/旋转模块或者被构造为线性驱动装置，其中经由适当的传动机构以小的转角来实施线性运动。尤其是压电式执行电动机适合于此，因为所述压电式调节电机可以很简单地以高的精确度来***控。
原则上，可以用唯一的发送单元和接收单元来构造激光雷达传感器。不过，这限制了测量频率。如果例如针对扫描平面的测量时间为T0并且应该实现20个扫描平面，那么针对整个检测范围的测量时间变成二十倍。对此还有所述调节装置的调节时间。
在另一实施方式中，激光雷达传感器具有至少两个发送单元和接收单元，其中所述发送单元的光信号以与地面成不同的角度的方式被调整。在此，所提出的任务分别是要达到在发送单元的数目与角位置（扫描平面）的数目之间并因此与测量时间之间的相对应的折衷。在此，激光雷达传感器优选地具有至少四个发送单元。
原则上，由发送单元和接收单元构成的结构单元分别可以具有自己的调节装置（Verstelleinrichtung），使得所有发送单元都可以以彼此无关的方式***控。不过，用于调节装置的花费是相对应地高的。因而，优选地，至少两个发送单元和接收单元被构造为一个结构单元，一个共同的调节装置被分配给它们。进一步优选地，所有发送单元和接收单元都被构造为一个结构单元，一个共同的调节装置被分配给所述结构单元。
在另一实施方式中，所述调节装置被构造为使结构单元以多个角度沿垂直方向倾斜。
在一种实施方式中，发送单元的光束沿垂直方向限定张角，其中所述调节装置被构造为，使得结构单元至少以所述张角来倾斜。于是，如果所述结构单元可以例如以所述张角或所述张角的多倍被倾斜，由此总张角可以相对应地被增大。例如，如果四个发送单元在初始位置（Ausgangsstellung）的张角总共为4°而且所述调节装置可以在四个不同的位置分别相对先前的位置以4°被倾斜，那么可以达到20°的总张角。
可替代地，相邻的发送单元的光束可以限定部分张角，其中所述调节装置被构造为，使结构单元至少以所述部分张角的一个分数（Bruchteil）来倾斜。因此，可以提高分辨率，其中附加地使总张角略微增大。例如，如果在两个发送单元之间的部分张角为1°并且所述调节装置具有三个角位置，那么结构单元在第二位置相对于初始状态（Ausgangslage）以1/3°被倾斜而在第三位置相对于初始状态以2/3°被倾斜。
附图说明
随后，根据优选的实施例进一步阐述本发明。附图：
图1示出激光雷达传感器在第一位置的示意图，和
图2示出激光雷达传感器在第二位置的示意图。
具体实施方式
在图1中示意性地示出激光雷达传感器1。激光雷达传感器1包括四个发送单元S1至S4和四个接收单元E1至E4，所述四个发送单元S1至S4和四个接收单元E1至E4被组成一个结构单元2。结构单元2与调节装置3连接，借助于所述调节装置3可以使结构单元2垂直地被倾斜。此外，激光雷达传感器1还具有控制单元4，所述控制单元4操控发送单元S1-S4、接收单元E1-E4和调节装置3。在此，第一发送单元S1的光信号以与地面5成一个角度α的方式被调整。相对应地，第二发送单元S2的光信号以相对地面5成2·α的方式被调整，并且最后第四发送单元S4的光信号以相对地面5成4·α的方式被调整。在此应注意：不是强制性地使所述光信号的角度分别是α的多倍。也可能的是，所述光信号通过固定的角间隔Δα而得以区别，即α、α+Δα、α+2Δα和α+3Δα。在所述第一位置，激光雷达传感器的垂直的张角γ为4·α。
现在为了提高激光雷达传感器1的总张角γges，借助于调节装置3使激光雷达传感器1的结构单元2垂直地以角度β被倾斜（参见图2）。由此，传感器单元S1-S4现在以相对地面5分别成角度α+β、2α+β、3α+β或4α+β的方式被调整。现在如果选择β=4·α，那么总张角γges被提高到2·γ。如果接着借助于调节装置3使结构单元2垂直地以另一角度β被倾斜并且测量被重复，那么总张角γges被提高到3·φ并以此类推。
因此，在具有张角4·α的四个发送单元S1-S4和可以总共以4·β被倾斜的调节装置3的情况下，在总张角γges=5γ=20α的情况下因此总共得出20个扫描平面。为此，测量时间已经成五倍，其中附加地还必须考虑由调节装置3进行倾斜的时间。
可替代地，调节装置3首要可以被用于提高分辨率。这应简短地示例性地来阐述。在两个相邻的发送单元S1-S4的光束之间（即例如在S2与S3之间）的角度为α。现在，β可以被选择作为α的一个分数。如果调节装置3现在有能力总共占据五个位置（90°、90°-β、90°-2β、90°-3β和90°-4β），那么β被选为β=α/5。

Claims (7)

1.一种激光雷达传感器（1），所述激光雷达传感器包括至少四个发送单元和至少四个接收单元，其中所述至少四个发送单元被构造为，使得光信号沿水平方向偏转，其中所述光信号以与地面（5）成角度α的方式被调整，
其特征在于，
所述至少四个发送单元的光信号以与所述地面（5）成不同的角度的方式被调整，所述至少四个发送单元和所述至少四个接收单元被构造为一个结构单元（2）而且所述激光雷达传感器（1）具有调节装置（3），所述调节装置被构造为，使得所述结构单元（2）能够沿垂直方向以至少一个角度β被倾斜。
2.根据权利要求1所述的激光雷达传感器，其特征在于，一个共同的调节装置（3）被分配给所述至少四个发送单元和所述至少四个接收单元。
3.根据权利要求2所述的激光雷达传感器，其特征在于，所有发送单元和接收单元被构造为一个结构单元（2），一个唯一的所述调节装置（3）被分配给所述结构单元（2）。
4.根据前述权利要求之一所述的激光雷达传感器，其特征在于，所述调节装置（3）被构造为，使得所述结构单元（2）以多个角度β沿垂直方向倾斜。
5.根据权利要求1至3之一所述的激光雷达传感器，其特征在于，所述发送单元的光束沿垂直方向限定张角γ，其中所述调节装置（3）被构造为，使得所述结构单元（2）至少以所述张角γ来倾斜。
6.根据权利要求1至3之一所述的激光雷达传感器，其特征在于，相邻的发送单元的所述光束限定部分张角α，其中所述调节装置（3）被构造为，使得所述结构单元（2）至少以所述部分张角α的分数来倾斜。
7.一种用于借助于根据权利要求1所述的激光雷达传感器（1）对周围进行光学扫描的方法，其特征在于，在所述结构单元（2）的第一位置执行第一测量系列，所述调节装置（3）将所述结构单元（2）移动到至少一个第二位置，在所述第二位置，所述结构单元（2）以垂直的角度β被倾斜，其中随后在所述第二位置执行至少一个测量系列。
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