用于对视场进行光学检测的激光雷达传感器和方法

技术领域

本发明涉及根据独立撰写的权利要求的前序部分的、用于对视场进行光学检测的一种激光雷达传感器和一种方法。

背景技术

US2007/0159683A1公开一种用于借助具有脉冲发射的激光源在光路中产生频移的方法。在每n第个激光束发射脉冲期间，包含光传播载体的至少一个频移模块的光路长度根据期望频移发生周期性变化，其中n≥1，其通过如下方式实现：向所述(一个或多个)模块施加控制电压或者机械负载，所述电压和负载在该第n个脉冲期间根据时间线性演变。

发明内容

本发明基于一种用于对视场进行光学检测的激光雷达传感器。该传感器具有用于将初级光发射到视场内的至少一个发送单元；和用于接收在视场内已由对象反射的次级光的至少一个接收单元。在此，接收单元具有探测器单元和探测器光学器件，该探测器单元具有至少一个探测器元件，该探测器光学器件具有非线性光学元件。

根据本发明，非线性光学元件构造用于使所接收的次级光的频率翻倍(verdoppeln)，并且将经频率翻倍的次级光定向到探测器单元。

借助激光雷达传感器，能够基于信号传播时间(Time of Flight，TOF，飞行时间)确定激光雷达传感器与该激光雷达传感器的视场内的对象之间的间距。借助激光雷达传感器，能够基于调频持续波信号(Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW)确定激光雷达传感器与该激光雷达传感器的视场内的对象之间的距离。能够借助所发射的初级光对激光雷达传感器的视场进行扫描。发送单元可以构造为至少一个激光器。接收单元的探测器单元可以构造用于探测所接收的次级光。激光雷达传感器可选地具有至少一个分析处理单元。借助该分析处理单元能够对所探测的次级光进行分析处理。该分析处理的结果例如可以用于车辆的驾驶辅助功能。该分析处理的结果例如可以用于控制自主行驶的车辆。激光雷达传感器尤其可以构造用于在至少部分地自主行驶的车辆中的使用。借助激光雷达传感器能够实现车辆在高速公路上和在城市交通中的部分自主行驶或者自主行驶。

本发明的优点在于，能够将用于发射较高的波长的初级光的发送单元与低成本的接收单元进行结合。与例如发射波长为905nm的初级光的已知激光雷达传感器相反，在此处所述的激光雷达传感器中能够使用用于发射具有大于905nm的波长的初级光的发送单元。所发射的初级光的波长越高，在考虑激光雷达传感器的人眼安全性的情况下，允许的所发射的初级光的功率越高。这由如下原因引起：较高波长的初级光不能穿透人眼的视网膜，而因此不能通过晶状体聚焦。激光雷达传感器的人眼安全可通过如IEC60825-1的标准预先规定。若以更高功率发射激光雷达传感器的初级光，则又为检测视场带来优势。如此例如能够使得激光雷达传感器的视距增加。这在将这种激光雷达传感器用于至少部分地自主行驶的车辆中的情况下尤其有利。

通过所接收的次级光的频率翻倍(Frequenzverdopplung)，以及次级光的波长的减半，又能够实现使用构造用于探测较短波长的次级光的至少一个探测器元件。这类探测器元件可以较低成本地获得。然而，这种探测器元件大多仅能够很差地甚至完全不能够探测较高的波长。借助所描述的激光雷达传感器能够避免使用构造用于探测更高波长的次级光的高成本探测器元件。在运行中对这类探测器元件的冷却能够避免。

本发明能够用于激光雷达传感器的各种概念。激光雷达传感器例如可以构建为同轴的或者双轴的。为了对视场进行扫描式检测，激光雷达传感器可以具有偏转装置，例如微镜。为了对视场进行扫描式检测，也可以借助转子-定子单元移动激光雷达传感器的至少一个部件。

在本发明的一个有利构型中设置，非线性光学元件布置为与探测器单元处于直接接触。该构型的优点在于，能够避免其他光学元件。例如能够避免接收单元的覆盖玻璃(Deckglas)。紧凑结构方式能够得以实现。

在本发明的另一有利构型中设置，探测器光学元件另外还具有至少一个光学透镜，所述光学透镜构造用于将所接收的次级光聚焦到非线性光学元件中。该构型的优点在于，在非线性光学元件内部能够获得对于频率翻倍所需的、射束中的能量密度。在焦点处可以实现次级光的高场强。

在本发明的另一有利构型中设置，非线性光学元件构造为非线性晶体。其例如可以是是AgGaS

在本发明的另一有利构型中设置，在非线性光学元件周围布置有谐振器。该构型的优点在于，能够增强

在本发明的另一有利构型中设置，探测器单元构造为半导体探测器单元。该探测器单元例如可以是硅基的。该构型的优点在于，半导体探测器可以在可探测的波长的范围内以高效率工作。

本发明另外还基于一种用于借助激光雷达传感器对视场进行光学检测的方法，该方法具有以下步骤：借助发送单元将初级光发射到视场内；借助接收单元接收在视场内已由对象反射的次级光；其中，接收单元具有探测器单元和探测器光学器件，该探测器单元具有至少一个探测器元件，该探测器光学器件具有非线性光学元件。根据本发明地，该方法另外还具有步骤：使所接收的次级光的频率翻倍；借助非线性光学元件将经频率翻倍的次级光定向到探测器单元。

附图说明

以下参照附图对本发明的实施例进行详细阐述。附图中的相同附图标记表示相同的或者作用相同的元素。附图示出：

图1：示出根据本发明的激光雷达传感器的一种实施方式；

图2：示出激光雷达传感器的接收单元的第一实施例；

图3：示出激光雷达传感器的接收单元的第二实施例；

图4：示出根据本发明的用于借助激光雷达传感器对视场进行光学检测的方法的一种实施方式。

具体实施方式

图1以示意性框图的形式示出根据本发明的激光雷达传感器100的一种实施方式。激光雷达传感器100构造用于对视场106进行光学检测，尤其针对工作设备、车辆等类似物。根据图1的激光雷达传感器100具有用于发射初级光104的发送单元101。发送单元例如具有光源单元102。光源单元102产生初级光104，并且将其(必要时，在通过射束成型光学器件105之后)发射到视场106内，用于检测和/或检查场景108和位于那里的对象107。此外，根据图1的激光雷达传感器100具有接收单元110，该接收单元将光，尤其将由视场106中的对象107所反射的光作为次级光109通过探测器光学元件112作为经频率翻倍的次级光111传输到具有至少一个探测器114的探测器单元113。在图2和图3中对接收单元110的两种实施方式更准确地进行描述。借助控制和分析处理单元115通过控制线路117或116进行光源单元102以及探测器单元113的控制。

发送单元101和接收单元110可以如图1中所示布置为双轴的。发送单元101和接收单元110替代地可以布置为同轴的。在同轴的布置的情况下，射束成型光学器件105的元件也可以构造为探测器光学器件112的元件，反之亦然。发送单元101可以具有未在此示出的偏转装置，该偏转装置用于将初级光104偏转到视场106内。可以由发送单元101的偏转装置以预给定的偏转角将初级光104偏转到视场106内。接收单元110可以具有未在此示出的偏转装置，该偏转装置用于将次级光109偏转到探测器单元113上。可以由接收单元110的偏转装置将以不同角度入射的次级光109偏转到探测器单元113上。发送单元101和接收单元110可以具有共同的偏转设备。替代地，发送单元101和接收单元110可以布置在可转动的单元118上。也能够将发送单元101的单个元件和/或接收单元110的单个元件布置在可转动的单元118上。

图2示出图1中示例性描述的激光雷达传感器100的接收单元110的第一实施例。接收单元110具有探测器单元113和探测器光学元件112，所述探测器光学元件具有非线性光学元件201。非线性光学元件201构造用于：使所接收的次级光109的频率翻倍，并且将经频率翻倍的次级光111定向到探测器单元113。

如图2中所示，非线性光学元件201优选布置为与探测器单元113处于直接接触。探测器光学元件112另外还可以具有至少一个光学透镜202，该光学透镜构造用于将所接收的次级光109聚焦到非线性光学元件201中。

图3示出图1中示例性描述的激光雷达传感器100的接收单元110的第二实施例。该实施例与图2中所描述的实施例的区别仅在于：在非线性光学元件周围附加地布置有谐振器301。这能够实现：能够增强所述频率翻倍。在谐振器中的、未在此示出的、可选存在的lambda/2板能够实现：在每个循环中旋转次级光的偏振。由此能够尽可能地对全部所接收的次级光进行频率翻倍。

图4示出根据本发明的用于借助激光雷达传感器对视场进行光学检测的方法400的一种实施方式。该方法开始于步骤401。在步骤402中，借助发送单元将初级光发射到视场内。在步骤403中，借助接收单元接收在视场内已由对象反射的次级光。在此，接收单元具有探测器单元和探测器光学器件，该探测器单元具有至少一个探测器元件，该探测器光学器件具有非线性光学元件。在步骤404中，使所接收的次级光的频率翻倍。在步骤405中，借助非线性光学元件，将经频率翻倍的次级光定向到探测器单元。该方法结束于步骤406。