用于激光雷达系统的激光雷达传感器技术方案

本发明专利技术涉及一种激光雷达传感器(1)，其包括：收发器阵列(2)，收发器阵列包括多个光学收发器，收发器阵列(2)是开关阵列光子集成电路，光学收发器中的每一个都设置为用于分别检测激光雷达传感器的第一视野中的第一采样点；微透镜阵列(4)，其具有多个微透镜，其在激光雷达传感器的光学路径中布置在收发器阵列的前面，微透镜之一在光学路径中分别布置在光学收发器之一的前面；透镜，透镜在光学路径中布置在微透镜阵列的前面；光学扫描单元，其设置为用于这样改变由所述光学收发器之一发出的光学射束路径，使得通过所述光学收发器分别检测所述激光雷达传感器的所述第一视野中的第二采样点，所述第一采样点位于所述第二采样点之间。

【技术实现步骤摘要】
用于激光雷达系统的激光雷达传感器
本专利技术涉及一种激光雷达传感器。
技术介绍
对于激光雷达传感器存在不同的方案。一方面，使用所谓的宏扫描仪。在此，例如旋转的宏反射镜具有处于厘米范围内的直径。由此，具有处于厘米范围内的直径的扫描射束也可以经由该反射镜在发送路径中而且在接收路径中被引导。这种大的射束直径在遵守眼睛安全性方面具有优势，因为在标准中假定的瞳孔直径仅能捕获射束的一小部分。另外，较大的射束直径相对于干扰、例如雨或灰尘是稳健的。激光雷达传感器的另一方案在于使用微扫描仪。在此涉及具有处于毫米范围、典型地处于1mm至3mm范围内的直径的小反射镜，所述小反射镜以MEMS技术制成并且可以在一个或两个轴上振动，以实现射束偏转。在此，小的结构尺寸和缺少宏观运动的元件是有利的。不利之处在于，小的反射镜直径对眼睛安全性和稳健性产生影响。此外，这些基于微反射镜的系统难以同轴地实施，这意味着发送路径和接收路径走过相同的光学路径。这是因为微反射镜过强地限制了接收孔径，并且不能够收集到足够的光子。此外，已知桶状的激光雷达传感器(Velodyne公司)、鞋盒状的激光雷达传感器(ValeoScala公司)或罐状的激光雷达传感器(VelodynePuck公司)。当前正在开发各种所谓的固态系统(SSS：SolidStateSystem)，即没有用于射束偏转的机械运动的系统。除了成本降低以外，这些系统还可以提供例如在振动方面的优势，这些优势在汽车领域发挥作用。SSS的一种方案基于通过所谓的“光学相控阵”(英语OptischePhasedArrays，缩写OPA)实现的射束偏转。在此，对光子芯片上的天线阵列的各个天线元件的相位如此进行匹配，使得所有天线元件的分波的叠加在优选方向上具有最大强度。然而，这种方案的重大挑战是，不仅精确地调节每个单个元件的相位、而且精确地调节干涉图案(Interferenzmuster)在其他方向上发射的次级(Nebenordnung)的相位。激光雷达系统例如通过对所发送的光脉冲直接进行传播时间测量(英语：TimeOfFlight，飞行时间)来测量对象的间距。激光源发送光脉冲，该光脉冲通过合适的单元被偏转到对象上。该对象将光脉冲反射，其中，由探测器对经反射的光脉冲进行测量和分析处理。在利用传播时间测量的情况下，该系统可以根据所发送和所接收的光脉冲的时刻并且通过光速来求取对象至发送器/探测器的间距。其他方法基于通过对光强度或光频率本身的调制实现的间接传播时间测量。在此，一种方案是由频率调制和相干探测(英语coherentfrequencymodulatedcontinouswave，相干频率调制连续波(缩写FMCW))构成的组合。
技术实现思路
根据本专利技术的激光雷达传感器包括收发器阵列，该收发器阵列包括多个光学收发器，其中，该收发器阵列是开关阵列光子集成电路，其中，光学收发器中的每一个设置用于分别检测激光雷达传感器的第一视野中的第一采样点(Abtastpunkt)；所述激光雷达还包括微透镜阵列，该微透镜阵列具有多个微透镜，其中，微透镜阵列在激光雷达传感器的光学路径中布置在收发器阵列的前面，其中，微透镜之一在光学路径中分别布置在光学收发器之一的前面；所述激光雷达还包括透镜，该透镜在光学路径中布置在微透镜阵列的前面；所述激光雷达还包括光学扫描单元，该扫描单元设置用于这样改变从光学收发器之一出发的光学射束路径，使得通过光学收发器分别检测激光雷达传感器的第一视野中的第二采样点，其中，第一采样点位于第二采样点之间。收发器阵列尤其设置用于将收发器阵列的光学收发器之一与光源、尤其激光器进行耦合，从而光学收发器发射光。在此，由相应的光学收发器发射的光是由激光雷达传感器产生的扫描射束。扫描射束经过激光雷达传感器的光学路径并被发出到激光雷达传感器的周围环境中。另外，收发器阵列设置为用于将收发器阵列的光学收发器之一与接收传感器耦合，该接收传感器适用于对由相应的光学收发器所捕获的反射光进行探测。收发器阵列的光学收发器之一尤其不仅与光源耦合而且与接收传感器耦合。因此，光学收发器中的仅一个尤其始终能够发送和接收光。收发器阵列优选包括光源和所属的接收传感器。因此，尤其始终利用光学收发器中的单个光学收发器来发送和接收光，其中，如果光在激光雷达传感器的周围环境中被反射，则由相应的光学收发器接收到先前由相同的光学收发器作为扫描射束发射的光。收发器阵列是所谓的开关阵列光子集成电路，并且优选是一维阵列或二维阵列。在一维阵列中，收发器阵列的所有光学收发器布置成一排。在二维阵列中，多排光学收发器彼此并排地布置。微透镜阵列包括多个微透镜，其中，微透镜阵列优选地具有的微透镜与收发器阵列具有的光学收发器一样多。微透镜阵列布置在激光雷达传感器的光学路径中。这意味着，微透镜阵列被由收发器阵列的收发器中的任意一个发射的扫描射束穿过，以发出到激光雷达传感器的周围环境中。微透镜阵列的微透镜之一分别布置在光学收发器之一的前面。这意味着，由任意一个收发器发出的扫描射束总是穿过微透镜阵列的所属的微透镜。透镜在光学路径中布置在微透镜阵列的前面。透镜优选在光学路径中完全覆盖微透镜阵列。这意味着，由光学收发器阵列发射的光无论如何都会穿过透镜，而与由光学收发器中的哪个发射该激光射束无关。这意味着，由收发器阵列发出的扫描射束在其被发出到激光雷达传感器的周围环境中之前首先穿过微透镜阵列，然后穿过透镜。收发器阵列优选布置在第一平面中。这意味着，所有收发器都处在第一平面中。微透镜阵列优选布置在第二平面中。这意味着，所有微透镜都处在第二平面中。透镜优选位于第三平面中。这意味着，透镜的光轴垂直于第三平面。优选地，第一平面、第二平面和第三平面相互平行。光学扫描单元设置为用于这样改变从光学收发器之一出发的光学射束路径，使得通过光学收发器在激光雷达传感器的第一视野中分别检测第二采样点，其中，第一采样点不同于第二个采样点。这意味着，扫描射束的射束方向被光学扫描单元改变。因此，由光学收发器之一发出的扫描射束选择性地在不同的方向上进行偏转并因此适用于对激光雷达传感器的周围环境中的其他点进行采样并将其转换为采样点。然而在此，仅如此程度地改变扫描射束的射束方向，使得如果扫描射束未被改变，那么在射束方向改变之后，在激光雷达传感器的周围环境中所采样的点处于分别由相邻收发器所采样的两个点之间。因此，通过在改变射束方向之前检测到的第一采样点与在改变射束方向之后检测到的第二采样点的组合来提高采样点的密度，通过该密度来反映激光雷达传感器的第一视野。这意味着，通过扫描单元来提高激光雷达传感器的扫描分辨率，其方式是：通过单个收发器以时间顺序对激光雷达传感器的周围环境中的不同点进行采样。因此，实现了一种激光雷达传感器，其可以通过各个光学收发器来检测所属的激光雷达系统的周围环境中的不同点。通过以下方式对激光雷达传感器的视野进行扫描：以时间顺序激活不同的光学收发器并因此以时间顺序不是分别由彼此相继的光学收发器发射和反射的光被探测。因此，实现一种紧凑的扫描式激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光雷达传感器(1)，所述激光雷达传感器包括：/n收发器阵列(2)，所述收发器阵列包括多个光学收发器(3a，3b，3c，3d，3e)，其中，所述收发器阵列(2)是开关阵列光子集成电路，其中，所述光学收发器(3a，3b，3c，3d，3e)中的每一个都设置用于分别检测所述激光雷达传感器(1)的第一视野(21)中的第一采样点；/n微透镜阵列(4)，所述微透镜阵列具有多个微透镜(5a，5b，5c，5d，5e)，其中，所述微透镜阵列(4)在所述激光雷达传感器(1)的光学路径(6)中布置在所述收发器阵列(2)的前面，其中，所述微透镜(5a，5b，5c，5d，5e)之一在所述光学路径中分别布置在所述光学收发器(3a，3b，3c，3d，3e)之一的前面；/n透镜(7)，所述透镜在所述光学路径(6)中布置在所述微透镜阵列(4)的前面；/n光学扫描单元(8)，所述光学扫描单元设置用于这样改变从所述光学收发器(3a，3b，3c，3d，3e)之一出发的光学射束路径，使得通过所述光学收发器(3a，3b，3c，3d，3e)分别检测所述激光雷达传感器(1)的第一视野(21)中的第二采样点，其中，所述第一采样点位于所述第二采样点之间。/n...

【技术特征摘要】
20181221 DE 102018222721.71.一种激光雷达传感器(1)，所述激光雷达传感器包括：
收发器阵列(2)，所述收发器阵列包括多个光学收发器(3a，3b，3c，3d，3e)，其中，所述收发器阵列(2)是开关阵列光子集成电路，其中，所述光学收发器(3a，3b，3c，3d，3e)中的每一个都设置用于分别检测所述激光雷达传感器(1)的第一视野(21)中的第一采样点；
微透镜阵列(4)，所述微透镜阵列具有多个微透镜(5a，5b，5c，5d，5e)，其中，所述微透镜阵列(4)在所述激光雷达传感器(1)的光学路径(6)中布置在所述收发器阵列(2)的前面，其中，所述微透镜(5a，5b，5c，5d，5e)之一在所述光学路径中分别布置在所述光学收发器(3a，3b，3c，3d，3e)之一的前面；
透镜(7)，所述透镜在所述光学路径(6)中布置在所述微透镜阵列(4)的前面；
光学扫描单元(8)，所述光学扫描单元设置用于这样改变从所述光学收发器(3a，3b，3c，3d，3e)之一出发的光学射束路径，使得通过所述光学收发器(3a，3b，3c，3d，3e)分别检测所述激光雷达传感器(1)的第一视野(21)中的第二采样点，其中，所述第一采样点位于所述第二采样点之间。


2.根据权利要求1所述的激光雷达传感器(1)，其特征在于，所述扫描单元(8)包括运动单元(8a)，所述运动单元设置用于在分别所属的平面中移动所述收发器阵列(2)、所述微透镜阵列(4)和/或所述透镜(7)，以便改变所述收发器阵列(2)相对于所述微透镜阵列(4)或相对于所述透镜(7)的位置。


3.根据权利要求2所述的激光雷达传感器(1)，其特征在于，所述运动单元(8a)包括压电调节器和/或基于MEMS的定位器，以便移动所述收发器阵列(2)、所述微透镜阵列(4)和/或所述透镜(7)。


4.根据权利要求2或3所述的激光雷达传感器(1)，其特征在于，所述运动单元(8a)设置用于选择性地在X方向或Y方向上移动所...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·A·迈尔，M·维希曼，
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