激光雷达设备
技术领域
本发明涉及一种激光雷达设备。本发明还涉及一种用于制造激光雷达设备的方法。
背景技术
激光雷达传感器将在未来几年内在高速公路和城市周围环境实现高度自动化的驾驶功能中建立自己的地位。这些传感器的基本特性是：仅当朝向周围环境的光学出射窗基本上没有污物和/或遮盖时，才能实现预期的性能。
已知光电3D扫描仪的不同变型方案。对此理解为：旋转式宏扫描仪、基于MEMS的扫描仪、OPA(光学相阵列，英文：Optical Phase Array)激光雷达、闪光激光雷达(Flash-LIDAR)。所提及的所有系统的共同点是：它们收集所发射的激光。在此得到由一个或多个透镜组成的光学系统。它们都有的共同点是：它们具有长的光学接收路径或大量的透镜。
具有旋转的发送和接收路径的激光雷达传感器将一个或多个光束发送到待观察的空间中。在此，扇形展开的光束“越过空间摆动”。该光束由发送单元发散地发射到空间中，并且因此需要大于发射器占据的面积的出射窗。
发明内容
本发明的任务是提供一种改善的激光雷达设备。
根据第一方面，本发明提出一种激光雷达设备，该激光雷达设备具有：
-壳体；
-围绕旋转轴线可旋转地布置的发射器装置，该发射器装置构造为使得发射器装置的测量射线在激光雷达设备的出射孔的区域中相交。
有利地，可以由此将出射孔或者说出射窗或者说出射透镜在几何高度方面构造得最小，由此可以有利地最小化用于掩盖机动车中的激光雷达设备的费用。有利地，由此可以更容易地将激光雷达设备安装在车辆的不同位置处。此外，也可以有利地最小化用于提供出射孔的开销。
根据第二方面，该任务借助一种用于制造激光雷达设备的方法来解决，该方法具有以下步骤：
-提供壳体；
-提供围绕旋转轴线可旋转地布置的发射器装置，该发射器装置构造为使得发射器装置的测量射线在激光雷达设备的出射孔的区域中相交。
激光雷达设备的优选实施方式也是要保护的主题。
该激光雷达设备的一种有利扩展方案的特征在于，测量射线的几何方向可以通过发射器装置的发射器元件的限定的几何定向来调整。以这种方式，通过以合适的角度安装发射器元件来提供不同定向的测量射线。
该激光雷达设备的另一有利扩展方案的特征在于，测量射线的几何方向可以借助发射器装置前面的光学射束成形元件来调整。以这种方式，提供发射器装置的测量射线的方向调整的替代方式。
该激光雷达设备的另一有利扩展方案设置，光学射束成形元件构造为透镜或光栅。有利地，由此提供不同的光学射束成形元件。
该激光雷达设备的另一有利扩展方案设置，发射器装置构造为垂直的闪光激光雷达。有利地，由此可以在没有光学射束成形元件的情况下构成该发射器装置。
该激光雷达设备的另一有利扩展方案的特征在于，发射器装置的测量射线形成焦散线。有利地，对于激光雷达设备，由此可以在不同的空间区域中实现不同的角度分辨率，例如可以在中部实现较高的分辨率以及在上部和下部实现较低的分辨率。有利地，以这种方式可以避免在一个点的极高功率密度。
该激光雷达设备的另一有利实施方式的特征在于，测量射线的交点位于壳体的内部或外部。由此提供用于发射器装置的测量射线的射束成形的不同技术解决方案。
该激光雷达设备的另一有利实施方式的特征在于，借助发射器装置，测量射线可以水平地在不同方向上发射。有利地，以这种方式可以改善激光雷达设备的眼睛安全性，因为在水平方向上在不同方向上发射测量射线。有利地，由此可以最大程度地避免在单个点上的过高功率密度。
该激光雷达设备的另一有利扩展方案的特征在于，在对象限定地靠近激光雷达设备的情况下，发射器装置可关断。例如，这可以通过以下方式实现：探测器识别到非常近的对象并且因此出于安全原因关断激光雷达设备。以这种方式，由此提供激光雷达设备的安全性关断。
该激光雷达设备的另一有利扩展方案的特征在于，出射孔的最小高度受到激光雷达设备的接收路径限定。出射孔的最小几何高度也由接收结构来确定。接收结构也强烈取决于激光雷达传感器的类型，例如在其前面是否还布置有光学器件等。结果，以这种方式不能任意小地构造输出孔(Ausgangsapertur)的高度，而是也强烈取决于激光雷达设备的接收结构的技术构型。
附图说明
下面基于多个附图借助另外的特征和优点详细地描述本发明。在此，相同的或功能相同的构件具有相同的附图标记。附图尤其旨在表明本发明的基本原理，并且不非必定按比例实现。
所公开的设备特征类似地由相应的公开的方法特征得出，反之亦然。这尤其意味着，关于激光雷达设备的特征、技术优点和实施方案以类似的方式由用于制造激光雷达设备的方法的相应的实施方案、特征和优点得出，反之亦然。
在附图中示出：
图1：传统激光雷达设备的横截面图；
图2-6：所提出的激光雷达设备的实施方式的原理性视图；
图7：所提出的用于制造所提出的激光雷达设备的方法的流程图。
具体实施方式
本发明的核心思想尤其在于，提供一种改善的激光雷达设备，尤其在几何形状所涉及的方面。
图1示出传统的激光雷达设备100的横截面图。可以看到壳体10，在所述壳体中，发射器装置20围绕旋转轴线A可旋转地布置，所述发射器装置将测量射线S1…Sn通过出射孔30或出射窗向外发射到周围环境中。以这种方式构造可旋转的或旋转的激光雷达设备100(旋转激光雷达，英文：spinning lidar)，其发送和接收装置围绕旋转轴线A旋转地布置。这类旋转的激光雷达传感器通常具有测量辐射的发散分布，由此它们需要相对较大的出射孔30。对于出射孔30，通常将例如呈聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，“丙烯酸玻璃”，“有机玻璃”)形式的合成塑料用作光学元件，因为与玻璃材料相比，该材料更易于制造。
提出：通过射线路径的有针对性的设计使激光雷达设备100配备有测量射线S1...Sn的会聚性射线路径，其中，各个测量射线S1...Sn在横截面图中相交。测量辐射分布的最窄点越接近出射孔30，则可以将出射孔设计得越小或高度越小。由此在某些情况下出射孔30的高度可以有利地小于转子(未示出)上的发射器装置20的高度，如在图2的所提出的激光雷达设备100的横截面图中看到的那样。测量射线S1...Sn可以直接在焦点中相交或类似于焦散线地形成射线腰。
在图2的激光雷达设备100的横截面图中可以看到，测量射线S1...Sn在出射孔30内的焦点中相交。在此，出射孔30的窗口开口的高度在相同打开角度的情况下可以有利地比在图1的传统激光雷达设备100中小。
在图3的激光雷达设备100的实施方式的横截面图中可看到，测量射线S1...Sn并非必定必须在单个的、共同的焦点中相交。在这种情况下，测量射线S1...Sn的走向类似于焦散线地形成，其中，通过所述测量射线S1…Sn的走向，可以改变测量射线S1...Sn的“扇形”上的射线密度。
在图4的激光雷达设备100的实施方式的横截面图中可看到，测量射线S1...Sn的射线腰或者说交点不仅可以如在图2和3中的情况那样位于出射孔30的内部，而且也可以位于出射孔30的外部或壳体10的外部。在此，也可以类似于图3的布置实现测量射线S1…Sn的尖刻(kaustisch)的射线走向，所述射线走向在处于激光雷达设备100前面的人的眼睛安全性的意义上是有利的。这主要由以下原因引起：在射线腰中每单位面积或单位空间的测量射线S1...Sn的强度较小。
在某些情况下，狭窄空间上的测量射线S1...Sn成束可能对眼睛安全性或对激光雷达设备100的发射器装置20或配备有此发射器装置的激光雷达传感器的最大允许发送功率产生不利影响。为了避免或至少削弱该缺点，可以提出几种不同的可能性：
为此目的例如可以设置：如果由激光雷达设备100识别到处于非常接近激光雷达设备100处的对象或人，则执行发射器装置20的自动关断。这可以通过探测和分析评价激光雷达设备100的传感器数据或者可选地通过激光雷达设备100上或车辆上的附加的接近传感器(未示出)来实现。
此外，也可以将测量射线S1…Sn扇形展开成对眼睛更安全的、围绕旋转轴线A的测量辐射分布，这在图5的激光雷达设备100的俯视图中可以看到。在这种情况下设置，三个示范性的测量射线S1、S2和S3在俯视图中分别相对彼此错开一个限定的角度，这不会对激光雷达设备100的测量射线S1、S2、S3的图6所示横截面分布产生不利影响。在这种情况下，测量射线S1...Sn仅围绕激光雷达设备100的旋转轴线A“扇形展开”。
发射器装置20可以包括例如多个发射器元件(例如呈激光二极管的形式，未示出)，所述发射器元件分别被适当地定向以实现所设置的辐射方向。替换地，测量射线S1…Sn的方向特性也可以借助光学射束成形元件(未示出)来实现，所述光学射束成形元件例如以光栅、透镜等形式来构造。
所提出的激光雷达设备100由此不仅可以用于在每个测量点具有单个测量脉冲的传感器，而且可以用于具有带状测量辐射分布的激光雷达设备100，所述带状测量辐射分布借助垂直的闪光激光雷达来实现。借助垂直的闪光激光雷达可以发射适当定向的“测量辐射平面”。
出射孔30的窗口的最小尺寸可以通过激光雷达设备100的探测或接收路径(未示出)来限定，因为小的出射孔30可以对接收信号的信噪比产生负面影响。在这里，在设计中，必须确定出射孔30的最佳窗口尺寸，或者必须使探测器匹配于出射孔30的给定开口。
不言而喻，在激光雷达设备100的所有所提及的变型方案中，测量射线S1...Sn仅为示范性地示出或示例性地选择出，并且由发射器装置20还可以发射比在附图中所示明显更多的测量射线S1...Sn。
有利地，所提出的激光雷达设备100例如可以用于在高度或完全自动化的车辆(3-5级)中探测周围环境。
图7示出所提出的用于制造激光雷达设备100的方法的实施方式的基本流程。
在步骤200中，提供壳体10。
在步骤210中，提供围绕旋转轴线A可旋转地布置的发射器装置20，该发射器装置20构造为使得发射器装置20的测量射线S1…Sn在激光雷达设备100的出射孔30的区域中相交。
有利地，步骤200和210的顺序也可以交换。
有利地，借助所提出的激光雷达设备可以明显更容易地实现在车辆中的集成，因为要掩盖的出射孔(例如在散热器格栅中)可以比在常规激光雷达设备中小得多，使得由此从外部看不到激光雷达设备。
尽管结合呈用于车辆的激光雷达传感器形式的光电3D扫描仪阐述了本发明，但是例如也可以想到，将所提出的激光雷达设备100设置为用于其他用途，例如构造为用于建筑物监控等的应用。
因此，本领域技术人员看到，在不背离本发明的核心的情况下可以进行大量修改。
