CN114137498A - 具有扩大检测区域的激光雷达传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光雷达传感器(1)，所述激光雷达传感器具有：具有窗(3)的壳体(2)、固定安装在所述壳体(2)中的、用于激光的发射和接收的发送与接收单元(4)，以及可旋转地支承在所述壳体(2)上的镜设备(5)，所述镜设备构造用于：使光路(100)从所述发送与接收单元(4)偏转至不同的第一方向(200)直接穿过所述窗(3)，其中，在所述壳体(2)上位置固定地布置有附加镜单元(6)，如此，所述光路(100)能够从所述镜设备(5)到所述附加镜单元(6)、并且从所述附加镜单元(6)偏转至不同的第二方向(300)穿过所述窗(3)。

Description

具有扩大检测区域的激光雷达传感器

技术领域

本发明涉及一种激光雷达传感器。在此，尤其涉及旋转地进行测量的激光雷达传感器。该激光雷达传感器有利地具有扩大的检测区域。

背景技术

从现有技术中已知各种类型的旋转激光雷达传感器。一方面，可以将整体的发送与接收单元装配在转子上，以便因此将光发射至不同方向，并且从不同方向接收光。但这种***具有以下缺点：由于发送与接收单元的旋转，难以由供能线以及数据传输线进行输送。发送与接收单元的散热也仅能开销很大地执行。因此，由现有技术已知具有旋转镜的激光雷达传感器。在此，发送与接收单元被位置固定地安装，如此使得上述问题得到避免。因此，通过旋转镜的布置和构型，预给定激光雷达传感器的检测区域。

发明内容

根据本发明的激光雷达传感器具有扩大的检测区域，在该检测区域中，测量时间段内的死区(Totbereich)得到避免。如此，设置有附加镜单元，即使旋转镜设备不将视场偏转到周围环境中，也能够通过该附加镜单元实现测量。换句话说，通过附加镜单元避免以下情况或者至少减少以下情况的发生：在所述情况下，由于旋转的镜设备，发送与接收单元的视野区域定向到激光雷达传感器的壳体部分，而非定向到周围环境中。因此，提供扩大的检测区域，该检测区域要么能够用于将激光雷达传感器的空间视野区域扩大，要么多次地(即以更高的采样率)对确定的区域进行采样。

激光雷达传感器具有壳体，在该壳体中安装有窗。发送与接收单元位置固定地安装在该壳体内。因此尤其实现，壳体与发送与接收单元之间不可能有相对运动。发送与接收单元用于发射并且用于接收激光。

在壳体上此外安装有可旋转地支承的镜设备。镜设备因此能够相对于壳体旋转。因此也能够实现相对于固定安装在壳体上的发送与接收单元的旋转。发送与接收单元的光路指向镜设备，如此使得镜设备构造用于，使所述光路偏转至不同的第一方向直接穿过窗。因此能够实现：激光雷达传感器朝向第一方向执行测量，以便因此检测空间视野区域。所述测量尤其涉及飞行时间测量，即，求取发射的、反射的和重新接收的激光信号的传播时间。根据该飞行时间，能够求取到激光雷达传感器的周围环境中的对象的距离。通过旋转的镜设备，经偏转的光路因此扫描(überstreichen)预定义的区域，该区域通过镜设备的布置确定。该扫描区域相应于与前述的第一方向。所有第一方向从镜设备直接穿过窗。在此，“直接”理解为，在镜设备与窗之间无其他偏转。

若镜设备处于如下取向：在该取向上，光路不偏转至第一方向之一，如此，则不能够穿透窗，并且发送与接收单元的视野区域尤其指向壳体的部分。在这种情况下存在死区，激光雷达传感器在该死区内不能够执行测量。为最小化这种死区，在壳体上位置固定地布置有附加镜单元。因此，壳体与附加镜单元之间的相对运动再次得到避免。因此特别有利地，仅仅剩余镜设备作为唯一的可移元件。附加镜单元尤其如此布置，使得光路能够由镜设备偏转到附加镜单元。又从附加镜单元偏转至不同的第二方向穿过窗。替代于因此由镜设备使光路偏转到壳体的部分，优选进行到附加镜单元的偏转，由此此外能够实现窗的穿透。因此，镜设备此外能够执行旋转运动，其中，在这种旋转运动期间的死区被最小化，死区即以下区域：在该区域中，具有或不具有附加偏转的光路不能穿透通过窗。由此，在镜设备的每次旋转中，可供激光雷达传感器用于测量的时间段更长。该增加的时间段能够用于扩大激光雷达传感器的空间检测区域，和/或对激光雷达传感器的检测区域的部分区域多次进行采样。因此能够将激光雷达传感器用于经改善的测量。

以下示出本发明的优选扩展方案。

优选设置，镜设备在转动期间，至少经过(durchlaufen)一个第一角范围以及一个第二角范围。镜设备构造用于：在第一角范围期间使光路偏转直接穿过窗，并且在第二角范围期间使光路偏转到附加镜单元上。换句话说，在第一角范围期间光路偏转至第一方向穿过窗，并且在第二角范围期间光路偏转至第二方向穿过窗。为实现该第二方向，通过附加镜单元进行附加的偏转。

第一角范围和第二角范围优选合计至少270°，尤其至少300°。以这种方式能够如前述的那样，将死区以尤其有利的方式最小化。

第一方向和第二方向优选至少部分地相同。在这种情况下因此能够实现，对第一方向和第二方向的相同区域多次进行采样，即，在镜设备的每次旋转中，对第一方向和第二方向的相同区域两次进行采样。因此能够对围绕激光雷达传感器周围的重要相关区域进行改善的检测。激光雷达传感器例如可以作为自主或者至少自动行驶的车辆的周围环境传感器，如此使得，例如在镜设备的每次旋转中，对车辆正前方的区域多次进行采样，用于探测前方行驶的车辆。

此外优选设置，第一方向和第二方向至少部分地不同。以这种方式，能够将激光雷达传感器的总视野区域扩大。因此，相比于使用现有技术中的相应激光雷达传感器能够采样的周围环境的区域，能够借助激光雷达传感器对周围环境的更大的区域进行采样。由此，在相同或者至少相似的总检测区域的情况下，能够降低激光雷达传感器的数量。

在一种优选构型中，附加镜单元具有多个单镜。多个单镜是至少两个单镜，如此使得存在至少有第一单镜和至少一个第二单镜。在这种情况下，由镜设备使光路偏转到附加镜单元的第一单镜。从第一单镜直接、或者通过其他单镜元件进行偏转至第二单镜。最后，第二单镜用于偏转穿过窗。因此能够将任意数量的其他的单镜***第一单镜与第二单镜之间。通过使用多个单镜实现：一方面，进一步最小化在镜设备旋转的期间死区，另一方面，能够简单灵活地实现第二方向的确定。

优选设置，窗具有弯曲或者弯折(Knick)。因此尤其实现，窗布置在镜设备的转动的至少60°，尤其至少90°的角范围内。窗由此在如下区域内延伸：该区域能够为第一方向和/或第二方向实现较大的检测区域。

此外优选设置，附加镜单元相对于镜设备的旋转轴倾斜。因此，附加镜单元非平行于旋转轴定向。以这种方式，能够使第二方向相对于第一方向形成角度(abwinkeln)，其中，第一方向全部布置在一垂直于旋转轴的平面内，而由于该弯曲，第二方向相对于所述垂直于旋转轴的平面形成角度。因此能够将激光雷达传感器的视野区域扩大。旋转轴尤其垂直定向，如此使得激光雷达传感器的垂直视野区域由于附加镜单元的相应的角度形成而被扩大。

在另一优选构型中，附加镜单元具有弯曲的镜面。以这种方式，能够对激光雷达特性，例如第一方向和/或第二方向的分辨率或者打开角度

进行修改。

最后优选设置，发送与接收单元具有激光光源和探测器。激光光源和探测器可以是单独的构件，替代地，所述元件也可以实现在单个单元中。激光光源构造用于，将激光沿光路发射到镜设备。探测器构造用于至少通过镜设备检测由激光雷达传感器的周围环境所反射的激光。因此，经反射的激光也从镜设备沿光路导向至探测器。因此能够借助发送与接收单元执行距离测量，该距离测量尤其基于所发射的激光的传播时间。

附图说明

以下参照附图详细描述本发明的实施例。在附图中示出：

图1：根据本发明的第一实施例的激光雷达传感器的第一示意图；

图2：根据本发明第一实施例的激光雷达传感器的第二示意图；

图3：根据本发明的第二实施例的激光雷达传感器的示意图，和

图4：根据本发明的第三实施例的激光雷达传感器的示意图。

具体实施方式

图1示意性示出根据本发明的第一实施例的激光雷达传感器1。激光雷达传感器1具有旋转镜设备5。同样的激光雷达传感器1也在图2中示出，其中，图1和图2仅仅在旋转镜设备5的定向上不同，即，示出镜设备5旋转期间的不同时刻。

根据本发明的第一实施例，激光雷达传感器1具有壳体2。壳体2又具有窗3，激光能够从激光雷达传感器1穿过该窗向周围环境发射，并且激光能够从周围环境穿过该窗到达激光雷达传感器1。此外，在壳体2上位置固定地布置有发送与接收单元4，以及所述旋转镜设备5被可旋转地支承。镜设备5如此构造，使得该镜设备可围绕旋转轴400旋转，其中，旋转轴400在激光雷达传感器1的运行中优选垂直取向。

发送与接收单元4具有激光光源以及探测器。激光光源用于将激光沿光路100发射到镜设备5。探测器用于检测经反射的激光，其中，经反射的激光从镜设备5沿光路100导向至探测器。光源和探测器的确切结构和布置对于本发明并非重要相关，因此以下由发送与接收单元4概括所述光源和探测器。

在镜设备5围绕旋转轴400旋转期间，镜设备5经过不同的角范围，其中，在图1中示出第一角范围。该第一角范围能够实现光路100通过镜设备5的偏转，以便因此直接穿过窗3延伸。换句话说，发送与接收单元4向镜设备发射激光，该镜设备使所述激光直接穿过窗3导向至周围环境中。相反地，这对于经反射的激光同样有效，经反射的激光穿过窗3直接照射到镜设备5，并且由该镜设备导向至发送与接收单元4。光路100因此沿第一方向200转向直接穿过窗3。

第一方向200因此相应于如下区域：该区域可能通过旋转期间在镜设备5的不同定向中的、镜设备5的偏转产生。

在镜设备5的旋转期间也可能出现死区，在所述死区中，光路100不能偏转穿过窗3，如此使得光路100将偏转到壳体2的壳体部分。为将所述死区最小化，设置有附加镜单元6。尤其在图2中示出附加镜单元6的工作方式。

图2示出镜设备5的定向，该定向在传统激光雷达传感器1的情况下将导致死区，因为光路100将通过镜设备5直接导向至壳体2的壳体区域。但通过附加镜单元6实现，光路100仍能够转向穿过窗3。为此，镜设备5使光路100偏转到附加镜单元6，其中，从那里偏转至第二方向300穿过窗3。在该第一实施例中，第一方向200和第二方向300有利地至少区域性地不同，如此使得激光雷达传感器1的视野区域总体上得到增加。因此，一方面，死区得到避免，另一方面，激光雷达传感器的性能得到改善。

为能够实现激光雷达传感器1的最大化的检测区域，此外优选设置，关于镜设备5的旋转，窗3覆盖至少60°，尤其至少90°的角范围。换句话说，窗3是弯曲的，并且关于旋转轴400以前述角范围延伸。替代地，窗也可以是弯折的，其中，弯曲有利地使得弯折点处的光学影响得到避免。

附加镜单元6可以如在图1和图2中所示的那样，是平面镜元件。同样可能的是，以弯曲的镜面设置附加镜单元6，以便尤其校准激光雷达传感器的参数，如分辨率或者检测区域。

此外，在图1和图2中示出一种替代方案，其中，第一方向200和第二方向300全部处于同样的平面内，即，在垂直于旋转轴400的平面内。镜单元6也可以关于所述旋转轴400倾斜定位，如此使得附加镜单元6不布置在平行于旋转轴400的平面内。在这种情况下，第一方向200和第二方向300至少区域性地在垂直取向方面具有差异。在第一方向200继续布置在绘图平面(即垂直于旋转轴400的平面)内的同时，第二方向300与所述平面成角度地定向。因此能够使得激光雷达传感器1的垂直检测区域得到增加。

通过附加镜单元6，能够如所述地那样使得激光雷达传感器测量期间的死区减少。因此，在镜设备5的旋转期间存在如下第一角范围：在该范围内形成第一方向100，以及存在如下第二角范围：在该范围内形成第二方向300。第一角范围和第二角范围优选合计至少为270°，尤其至少为300°。以这种方式能够将死区以有利的方式最小化。

图3示出根据本发明的第二实施例的激光雷达传感器1。与第一实施例的区别在于仅对附加镜单元6进行修改。通过不同于第一实施例中的取向，在第二实施例中实现：第二方向300至少区段性地与第一方向200相同。由此，激光雷达传感器1的检测区域的一定区域——即第一方向200和第二方向300在其中重叠的区域——在镜设备5每次旋转中被多次进行采样。因此，在该区域处的检测的准确性得到提高。此外，激光雷达传感器类似于第一实施例地构造。

最后，图4示出激光雷达传感器1的第三实施例。与第一实施例和与第二实施例的区别再次仅仅通过附加镜单元6构成，因为区别于第一实施例和第二实施例，第三实施例中的激光雷达传感器1具有第一单镜6a和第二单镜6b作为附加镜单元6。

因此在第三实施例中设置，光路100从发送与接收单元4到达旋转镜设备5，并且从那里转向到第一单镜6a。在第一单镜6a处进行到第二单镜6b的转向，其中，从那里转向穿过窗3，以便因此实现第二方向300。因此，通过使用多个单镜6a、6b作为附加镜单元6，能够在壳体2中实现附加镜单元6的灵活布置，其中，一方面能够继续将死区最小化，另一方面能够实现第二方向300的灵活定向。

激光雷达传感器1尤其能够用于自主或者至少自动行驶的车辆。由于经最小化的死区，能够因此实现相比于现有技术水平中的情况性能更卓越的测量。

Claims (10)

1.一种激光雷达传感器(1)，所述激光雷达传感器具有：

具有窗(3)的壳体(2)；

固定安装在所述壳体(2)中的、用于激光的发射和接收的发送与接收单元(4)；

可旋转地支承在所述壳体(2)上的镜设备(5)，所述镜设备构造成使光路(100)从所述发送与接收单元(4)偏转至不同的第一方向(200)直接穿过所述窗(3)，

其中，在所述壳体(2)上位置固定地布置有附加镜单元(6)，使得所述光路(100)能够从所述镜设备(5)偏转到所述附加镜单元(6)，并且从所述附加镜单元(6)偏转至不同的第二方向(300)穿过所述窗(3)。

2.根据权利要求1所述的激光雷达传感器(1)，其特征在于，所述镜设备(5)在转动期间经过至少一个第一角范围以及一个第二角范围，其中，所述镜设备(5)构造成在所述第一角范围期间使所述光路(100)偏转直接穿过所述窗(3)，并且在所述第二角范围期间使所述光路(100)偏转到所述附加镜单元(6)上。

3.根据权利要求2所述的激光雷达传感器(1)，其特征在于，所述第一角范围和所述第二角范围合计至少270°，尤其至少300°。

4.根据前述权利要求中任一项所述的激光雷达传感器(1)，其特征在于，所述第一方向(200)和所述第二方向(300)至少部分地相同。

5.根据前述权利要求中任一项所述的激光雷达传感器(1)，其特征在于，所述第一方向(200)和所述第二方向(300)至少部分地不同。

6.根据前述权利要求中任一项的激光雷达传感器(1)，其特征在于，所述附加镜单元(6)具有至少两个单镜(6A，6B)，使得所述光路(100)能够从所述镜设备(5)偏转到所述附加镜单元(6)的第一单镜(6A)上、从所述第一单镜(6A)直接或者通过其他单镜偏转到所述附加镜单元(6)的第二单镜(6B)并且从所述第二单镜(6B)偏转穿过所述窗(3)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的激光雷达传感器(1)，其特征在于，所述窗(3)布置在所述镜设备(5)的所述转动的至少60°、尤其至少90°的角范围内。

8.根据前述权利要求中任一项所述的激光雷达传感器(1)，其特征在于，所述附加镜单元(6)相对于所述镜设备(5)的旋转轴(400)倾斜，使得所述附加镜单元(6)不平行于所述旋转轴(400)地定向。

9.根据前述权利要求中任一项所述的激光雷达传感器(1)，其特征在于，所述附加镜单元(6)具有弯曲的镜面。

10.根据前述权利要求中任一项所述的激光雷达传感器(1)，其特征在于，所述发送与接收单元(4)具有激光光源和探测器，其中，所述激光光源构造用于将激光发射到所述镜设备(5)上，并且其中，所述探测器构造用于至少通过所述镜设备(5)检测由所述激光雷达传感器的周围环境所反射的激光。

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