激光雷达传感器pdf 

　　本发明涉及一种激光雷达传感器，包括：光学发送单元，用于在其光轴方向上发射扫描射束；光学接收单元，用于在扫描射束在激光雷达传感器周围环境中反射之后接收反射扫描射束，光学接收单元具有沿其光轴定向的主接收方向；偏转光学器件，包括第一镜面和第二镜面，光学发送单元的光轴定向到第一镜面上且光学接收单元的光轴定向到第二镜面上，光学发送单元与光学接收单元在激光雷达传感器的光学路径中布置在偏转光学器件的第一侧面上；扫描单元，在光学路径中布置在偏转光学器件的第二侧面上并且设置用于将由偏转光学器件反射的扫描射束转向到

　　(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 112946664 A (43)申请公布日 2021.06.11 (21)申请号 8.4 G01S 7/48 (2006.01) (22)申请日 2020.11.23 (30)优先权数据 5.1 2019.11.22 DE (71)申请人 罗伯特 ·博世有限公司 地址 德国斯图加特 (72)发明人 A ·诺伊施塔特 (74)专利代理机构 永新专利商标代理有限公司 72002 代理人 郭毅 (51)Int.Cl. G01S 17/02 (2020.01) G01S 17/931 (2020.01) G01S 7/497 (2006.01) G01S 7/481 (2006.01) 权利要求书2页 说明书9页 附图4页 (54)发明名称 激光雷达传感器 (57)摘要 本发明涉及一种激光雷达传感器，包括：光 学发送单元，用于在其光轴方向上发射扫描射 束；光学接收单元，用于在扫描射束在激光雷达 传感器周围环境中反射之后接收反射扫描射束， 光学接收单元具有沿其光轴定向的主接收方向； 偏转光学器件，包括第一镜面和第二镜面，光学 发送单元的光轴定向到第一镜面上且光学接收 单元的光轴定向到第二镜面上，光学发送单元与 光学接收单元在激光雷达传感器的光学路径中 布置在偏转光学器件的第一侧面上；扫描单元， 在光学路径中布置在偏转光学器件的第二侧面 上并且设置用于将由偏转光学器件反射的扫描 A 射束转向到不同方向上，以借助扫描射束采样激 4 光雷达传感器的周围环境并将反射扫描射束转 6 6 6 向回偏转光学器件上。 4 9 2 1 1 N C CN 112946664 A 权利要求书 1/2页 1.一种激光雷达传感器(1)，所述激光雷达传感器包括： 光学发送单元(2)，所述光学发送单元设置为用于沿所述光学发送单元(2)的光轴(4) 的方向发射扫描射束(3)， 光学接收单元(5)，所述光学接收单元设置为用于，在所述扫描射束(3)已经在所述激 光雷达传感器(1)的周围环境中发生反射之后接收反射扫描射束(6)，其中，所述光学接收 单元(5)具有沿所述光学接收单元(5)的光轴(7)定向的主接收方向， 偏转光学器件(8)，所述偏转光学器件包括第一镜面(9)和第二镜面(10)，其中，所述光 学发送单元(2)的光轴(4)定向到所述第一镜面(9)上，并且所述光学接收单元(5)的光轴 (7)定向到所述第二镜面(10)上，其中，所述光学发送单元(2)连同所述光学接收单元(5)一 起在所述激光雷达传感器(1)的光学路径中布置在所述偏转光学器件(8)的共同的第一侧 面上， 扫描单元(11)，所述扫描单元在所述激光雷达传感器(1)的光学路径中布置在所述偏 转光学器件(8)的第二侧面上，并且所述扫描单元设置为用于将由所述偏转光学器件(8)反 射的所述扫描射束(3)转向到不同的方向上，以便借助所述扫描射束(3)来对所述激光雷达 传感器(1)的周围环境进行采样，并且将所述反射扫描射束(6)转向回到所述偏转光学器件 (8)上。 2.根据权利要求1所述的激光雷达传感器(1)，其特征在于，所述光学发送单元(2)的光 轴(4)平行于所述光学接收单元(5)的光轴(7)。 3.根据以上权利要求中任一项所述的激光雷达传感器(1)，其特征在于， 所述光学发送单元(2)的光轴(4)与所述第一镜面(9)的光轴之间的入射角(α)等于45 度或小于45度，和/或 所述光学接收单元(5)的光轴(7)与所述第二镜面(10)的光轴之间的入射角(β)等于45 度或小于45度。 4.根据以上权利要求中任一项所述的激光雷达传感器(1)，其特征在于，所述光学发送 单元(2)的光轴(4)和/或所述光学接收单元(5)的光轴(7)取向为平行于所述扫描单元(11) 的旋转平面。 5.根据以上权利要求中任一项所述的激光雷达传感器(1)，其特征在于，所述光学发送 单元(2)是线激光器，其中，所述线激光器的激光线取向为平行于所述扫描单元(11)的旋转 轴(12)。 6.根据以上权利要求中任一项所述的激光雷达传感器(1)，其特征在于，所述激光雷达 传感器(1)的发送路径和接收路径在所述扫描单元(11)与所述偏转光学器件(8)之间是彼 此交错的。 7.根据以上权利要求中任一项所述的激光雷达传感器(1)，其特征在于，所述光学发送 单元(2)的光轴(4)在所述扫描单元(11)的旋转轴(12)的方向上相对于所述光学接收单元 (5)的光轴(7)偏移。 8.根据以上权利要求中任一项所述的激光雷达传感器(1)，其特征在于，所述光学发送 单元(2)的光轴(4)与所述扫描单元(11)的旋转轴(12)的最小间距不等于所述光学接收单 元(5)的光轴(7)与所述扫描单元(11)的所述旋转轴(12)的最小间距。 9.根据以上权利要求中任一项所述的激光雷达传感器(1)，其特征在于，所述激光雷达 2 2 CN 112946664 A 权利要求书 2/2页 传感器(1)具有清洁单元(13)，所述清洁单元设置为用于清洁所述激光雷达传感器(1)的观 察窗(14)，其中，所述清洁单元(13)基于所述光学发送单元(2)和所述光学接收单元(5)布 置在所述偏转光学器件(8)的后方。 10.根据以上权利要求中任一项所述的激光雷达传感器(1)，其特征在于，所述激光雷 达传感器(1)具有壳体(15)，所述壳体具有观察窗(14)，其中，所述扫描射束通过所述观察 窗发射到所述激光雷达传感器(1)的周围环境中，其中，所述观察窗(14)具有曲面，并且所 述扫描单元(11)的旋转轴(12)如此布置，使得所述扫描单元(11)的旋转圆周(16)在位于所 述观察窗(14)的所述曲面内的空间中延伸。 11.根据以上权利要求中任一项所述的激光雷达传感器(1)，其特征在于，所述激光雷 达传感器(1)的作用距离在所述激光雷达传感器的视场上是可变的，尤其是，所述激光雷达 传感器(1)的作用距离在所述视场的侧向区域中比在所述视场的中心区域中小。 3 3 CN 112946664 A 说明书 1/9页 激光雷达传感器 技术领域 [0001] 本发明涉及一种具有光学发送单元、光学接收单元和扫描单元的激光雷达传感 器。 背景技术 [0002] 迄今在汽车领域中基本上存在设计用于驾驶员辅助系统的激光雷达传感器。这些 激光雷达传感器在此通常具有向前定向的视野。这些激光雷达传感器在此虽然具有大的水 平视场，但是作用距离随着与中轴的距离的增加而大幅减小。 [0003] 在将激光雷达传感器用于自主驾驶时，在测试车辆中使用具有主动转子的系统。 这些系统自然具有非常大的水平打开角度，并且在该打开角度上具有恒定的作用距离。但 是，该系统对于在车辆中的系列使用而言具有多个缺点。这样，电子设备的一部分是旋转 的，而另一部分则是静止的。由此需要显著更多的电子设备，包括定子与转子之间的能量和 数据传输。这导致成本增加并且缩短使用寿命。此外，由于由车辆造成的振动而对激光雷达 传感器的稳定性的要求导致重的转子结构。因此需要大型轴承和非常强劲的发动机。此外， 转子的电子设备只能通过激光雷达传感器中的空气进行冷却。因此，在电子构件极限温度 给定的情况下，激光雷达传感器的允许的壳体温度大多很低。然而，伴随着高的功率消耗， 车辆的冷却方面的要求非常高。此外，激光雷达传感器在结构上非常大。这使得难以集成到 车辆中。 [0004] 此外，在这种具有主动转子的激光雷达传感器中，采样系统的起点位于传感器中 轴上。因此，如果应在车辆上使用激光雷达传感器，则必须使车身上激光雷达传感器周围的 大的区域保持空闲。 发明内容 [0005] 根据本发明的激光雷达传感器包括光学发送单元、光学接收单元、偏转光学器件 和扫描单元。光学发送单元设置为用于在光学发送单元的光轴的方向上发射扫描射束。光 学接收单元设置为用于在扫描射束已经在激光雷达传感器的周围环境中发生反射之后接 收反射扫描射束，其中，光学接收单元具有沿光学接收单元的光轴定向的主接收方向。偏转 光学器件包括第一镜面和第二镜面，其中，光学发送单元的光轴定向到第一镜面上，光学接 收单元的光轴定向到第二镜面上，其中，光学发送单元连同光学接收单元一起在激光雷达 传感器的光学路径上布置在偏转光学器件的共同的第一侧面上。扫描单元在激光雷达传感 器的光学路径中布置在偏转光学器件的第二侧面上，并且设置为用于将由偏转光学器件反 射的扫描射束转向到不同的方向中，以便借助扫描射束对激光雷达传感器的周围环境进行 采样，并将反射扫描射束转向回到偏转光学器件中。 [0006] 光学发送单元尤其是激光器，通过该激光器发射扫描射束。在此，光学发送单元的 光轴是定义扫描射束的中心传播方向的方向。光学接收单元是光学传感器，该光学传感器 尤其设置为用于接收以下波长中的光：由光学发送单元发射该波长的光。光学接收单元具 4 4 CN 112946664 A 说明书 2/9页 有沿光学接收单元的光轴定向的主接收方向。这意味着，光学接收单元可以取向为确定的 方向，以便探测从该方向入射的光。该方向是主接收方向。光学接收单元的光轴在取向上对 应于该主接收方向。如果光学发送单元和/或光学接收单元包括布置在光学发送单元或光 学接收单元的主动发送或接收区域前方的透镜，则光学发送单元或光学接收单元的光轴对 应于布置在其前方的透镜的光轴。 [0007] 在扫描射束已经在激光雷达传感器的周围环境中发生散射之后，由扫描射束产生 反射扫描射束。因此，反射扫描射束是扫描射束的反射部分。 [0008] 偏转光学器件包括一个或多个光学元件，该一个或多个光学元件适合于影响所发 射的扫描射束和所接收的反射扫描射束的走向。因此，偏转光学器件具有第一镜面和第二 镜面。第一镜面优选为第一镜的表面，第二镜面优选为第二镜的表面。然而，可选地，第一镜 面和第二镜面是单个镜的共同镜面的不同部分。光学发送单元连同光学接收单元一起在激 光雷达传感器的光学路径中布置在偏转光学器件的共同的第一侧面上。这意味着，光学发 送单元和光学接收单元从共同的侧面定向到偏转光学器件上。在此，光学路径要么是光学 发送路径要么是光学接收路径。光学路径尤其是光学发送路径和光学接收路径的组合。在 此，共同的侧面通过以下共同的方向来定义：扫描射束从该共同的方向射到偏转光学器件 上，并且反射扫描射束在该共同的方向上被投射以射到光学接收单元上。激光雷达传感器 的光学路径是光学发送单元与光学接收单元之间通过偏转光学器件和扫描单元直至以下 点的连接：在该点处扫描射束从激光雷达传感器出射，并且反射扫描射束在该点处入射到 激光雷达传感器中。 [0009] 扫描单元在激光雷达传感器的光学路径中布置在偏转光学器件的第二侧面上。这 意味着，扫描射束从光学发送单元通过偏转光学器件的第一镜面投射到扫描单元上。以相 反的方式，反射扫描射束从扫描单元投射到偏转光学器件的第二镜面上并从那里反射到光 学接收单元上。扫描单元尤其是旋转镜系统或振荡镜。 [0010] 由于光学发送单元和光学接收单元从相同的方向定向到偏转光学器件上，因此可 能发生：由光学发送单元作为扫描射束发射的光直接反射到光学接收单元中，由此在一定 的时间范围内该光学接收单元是失明的(geblendet)。因此，如果光学接收单元是具有特别 短的再生时间的接收单元、尤其是基于SPAD的接收器，则是有利的。以这种方式，激光雷达 传感器的发送路径和接收路径可以以特别紧凑的方式彼此交错 因此 实现特别紧凑的激光雷达传感器。此外，通过光学发送单元与光学接收单元相对于扫描单 元的根据本发明的布置实现特别紧凑的系统，因为这种激光雷达传感器的基面 特别小。如此，光学发送单元和光学接收单元的光轴并非直接定向到扫描 单元上。因此，扫描单元可以布置在光学发送单元和光学接收单元的旁边，并且扫描射束或 反射扫描射束通过偏转光学器件转向到扫描单元上。 [0011] 通过偏转光学器件，出射扫描射束和反射扫描射束的光学路径如此转向，使得如 果从发送单元出发遵循光学发送单元的光轴，则扫描射束以确定的方向转向到扫描单元 上。相应地，如果反射扫描射束从确定方向从扫描单元反射到偏转光学器件上，则反射扫描 射束通过偏转光学器件转向到光学接收单元的光轴上。 [0012] 因此实现具有特别大的水平可见范围的激光雷达传感器。在此，可见范围是激光 雷达传感器的周围环境中的通过激光雷达传感器的扫描射束进行采样的范围。激光雷达传 5 5 CN 112946664 A 说明书 3/9页 感器的扫描射束在水平方向上穿过(durchlaufen)可见范围，因为扫描射束从扫描单元出 发在该方向中移动。因此，水平方向尤其是垂直于扫描单元的旋转轴的方向。光学发送单元 和光学接收单元由于偏转光学器件而可以如此布置，使得该光学发送单元和光学接收单元 不限制可见范围，因此水平可见范围特别大。因此能够实现特别大的可见范围，其中，在相 对较大的垂直可见范围下能够实现几乎恒定的作用距离。 [0013] 至今，具有旋转镜的激光雷达传感器不适合用于具有恒定作用距离的设计，因为 在以前的技术中光学发送和接收区域必须严格分离，因为接收器(或者说放大器电子设备) 具有长的恢复时间(Erholzeit)并且传感器中的发送/接收耦合在传感器的近场中导致大 的死区(Totbereich)。通过根据本发明的激光雷达传感器保证大的作用距离，其中，不仅能 够实现大的发送孔以便保证激光等级1的要求和限制，而且能够实现大的接收孔以便从目 标接收尽可能多的光。在此，避免由于大的垂直视场而使得对于发送和接收区域所需的结 构空间在结构上变得不必要地大，因为至今需要大量空间来分离发送和接收区域。 [0014] 优选的实施方式示出本发明的优选扩展方案。 [0015] 优选地，光学发送单元的光轴与光学接收单元的光轴平行。这意味着，光学发送单 元和光学接收单元取向为相同的方向，借此能够实现激光雷达传感器的特别紧凑的构造方 式。 [0016] 同样有利的是：光学发送单元的光轴与第一镜面的光轴之间的入射角等于45°或 小于45°，和/或光学接收单元的光轴与第二镜面的光轴之间的入射角等于45°或小于45°。 尤其当入射角小于45°时，扫描单元可以在很大程度上与光学发送单元和/或光学接收单元 重叠地布置。因此降低激光雷达传感器的壳体中所需的结构空间。这尤其适用于以下情况： 光学发送单元的光轴与第一镜面的光轴之间的入射角小于45°，并且同时光学接收单元的 光轴与第二镜面的光轴之间的入射角小于45°，并且在此同时光学发送单元和光学接收单 元的光轴相互平行。在此，入射角是各个位于镜面之一上的垂直线与定向于该镜面上的光 轴之间产生的角度。 [0017] 有利的是：扫描单元的旋转轴沿着光学发送单元的光轴的方向，从光学发送单元 中的光轴射到第一镜面上的点出发，布置在第一镜面的以下侧面上，光学发送单元也位于 该侧面上；和/或扫描单元的旋转轴沿着光学接收单元的光轴的方向，从光学接收单元的光 轴射到第二镜面上的点出发，布置在第一镜面的以下侧面上：在所述侧面上还布置有光学 接收单元。换句话说，这意味着，扫描单元的旋转轴如此布置，使得从光学发送单元出发的 扫描射束以及返回到光学接收单元的反射扫描射束都在偏转光学器件的相应的镜面上以 锐角反射以射到扫描单元上。根据偏转光学器件与扫描单元之间的距离，在此可以将扫描 单元沿着激光雷达传感器中的光轴移动到光学发送单元或光学接收单元的侧面上。因此， 可以对激光雷达传感器的壳体形状进行优化，以便实现尽可能紧凑的激光雷达传感器。 [0018] 此外有利的是：光学发送单元的光轴和/或光学接收单元的光轴取向为平行于扫 描单元的旋转平面。在此，旋转平面是激光雷达传感器的视场延伸所在的平面。因此，旋转 平面是垂直于扫描单元的旋转轴的平面，其中，扫描单元尤其是旋转镜系统或振荡镜系统。 在此，光学发送单元的光轴和光学接收单元的光轴通常布置在扫描单元的不同旋转平面 上，这些旋转平面相互平行。扫描单元的旋转轴在此尤其垂直于扫描单元的光轴和/或接收 单元的光轴。 6 6 CN 112946664 A 说明书 4/9页 [0019] 进一步优选地，光学扫描单元是线激光器，其中，线激光器的激光线取向为平行于 扫描单元的旋转轴。这意味着，扫描射束具有线状的射束形状，其中，扫描射束以与扫描射 束的线形状的取向成直角的方式运动。因此，可以对激光雷达传感器的周围环境中的区域 进行采样，其中，扫描射束通过扫描单元围绕扫描单元的旋转轴的运动足以检测多个平面 中的点。在此，扫描单元的反射区域可以由出射扫描射束和反射扫描射束共同使用。换句话 说，这意味着，扫描单元的镜完全被光学发送单元照射，即线状的扫描射束也发射到扫描单 元的用于将反射扫描射束转向到偏转单元上的区域上。因此，使用特别大的镜面以便使足 够的光转向回到光学接收单元。 [0020] 同样有利的是：激光雷达传感器的光学发送路径和光学接收路径在扫描单元与偏 转光学器件之间相互交错。这意味着，有利的是扫描射束的路径与反射扫描射束的路径重 合。以这种方式能够实现激光雷达传感器的特别紧凑的结构。 [0021] 此外有利的是：光学发送单元的光轴在扫描单元的旋转轴的方向上与光学接收单 元的光轴偏移。换句话说，这意味着，光学发送单元的光轴和光学接收单元的光轴布置在不 同的平面上，这些平面均垂直于扫描单元的旋转轴。因此，光学发送单元和光学接收单元布 置在激光雷达传感器的不同平面上。如果将旋转轴视为激光雷达传感器的垂直轴，则光学 发送单元和光学接收单元因此上下重叠地布置。因此可以使激光雷达传感器的基面最小 化。替代地，光学发送单元和光学接收单元并排布置在激光雷达传感器的共同的平面上。如 此，光学发送单元的光轴和光学接收单元的光轴尤其布置在垂直于扫描单元的旋转轴的共 同的平面上。 [0022] 此外有利的是：光学发送单元的光轴到扫描单元的旋转轴的最小间距不等于光学 接收单元的光轴到扫描单元的旋转轴的最小间距。这意味着，相比于光学接收单元，光学发 送单元优选距离扫描单元更远或更近。光学发送单元和光学接收单元在此优选上下重叠地 布置。这意味着，如果将扫描单元的旋转轴视为激光雷达传感器的垂直轴，则光学发送单元 和光学接收单元在考虑它们的光轴的情况下优选彼此对角地偏移。尤其当光学发送单元和 光学接收单元具有圆柱形的结构时(其中圆柱形的形状以相应的光轴为圆柱轴)，光学发送 单元和光学接收单元在此可以特别接近彼此地布置，由此使激光雷达传感器的结构尺寸最 小化。光学发送单元和光学接收单元优选为直接彼此邻接地布置。 [0023] 同样有利的是：激光雷达传感器具有设置为用于清洁激光雷达传感器的观察窗 (Sichtfenster)的清洁单元，其中，该清洁单元从光学发送单元和光学接收单元出发布置 在偏转光学器件的后方。由于从光学发送单元发射的扫描射束并没有射到该区域上(因为 该扫描射束先前已被偏转光学器件所偏转)，观察窗的该区域不必为了避免扫描射束的中 断而保持空闲。因此，该区域特别适合于在不需要该清洁单元时停放该清洁单元。清洗单元 在此尤其是雨刮单元，例如在雨刮器中。 [0024] 此外有利的是：激光雷达传感器具有带有观察窗的壳体，其中，扫描射束通过观察 窗发射到激光雷达传感器的周围环境中，其中，观察窗具有曲面，并且扫描单元的旋转轴如 此布置，使得扫描单元的旋转圆周(Rotationsumfang)在位于观察窗的曲面内的空间中延 伸。在此，观察窗曲面内的空间是在观察窗与将观察窗的两个点直接相互连接的直线之间 产生的空间。因此，观察窗围绕扫描单元弯曲，由此能够进一步减少激光雷达传感器的壳体 中所需的结构空间。 7 7 CN 112946664 A 说明书 5/9页 [0025] 同样有利的是：激光雷达传感器的作用距离在其视场上是可变的，尤其是激光雷 达传感器的作用距离在视场的侧向区域中比在视场的中心区域中小。在此，侧向区域尤其 是视场的水平方向上的侧向区域。以这种方式可以实现：能够特别紧凑地实施激光雷达传 感器。 附图说明 [0026] 下面参照附图详细描述本发明的实施例。在附图中示出： [0027] 图1示出根据本发明的一种实施方式的根据本发明的激光雷达传感器的示意图， [0028] 图2示出根据本发明的激光雷达传感器中的扫描射束的光学路径和反射扫描射束 的光学路径的示意图， [0029] 图3以正视图示出激光雷达传感器的示意图， [0030] 图4示出本发明的另一实施方式的根据本发明的激光雷达传感器。 具体实施方式 [0031] 图1示出根据本发明的一种实施方式的激光雷达传感器1。在此，以映射XY平面的 俯视图示出激光雷达传感器1。激光雷达传感器1包括光学发送单元2、光学接收单元5、偏转 光学器件8和扫描单元11。光学发送单元2、光学接收单元5、偏转光学器件8和扫描单元11布 置在激光雷达传感器的壳体15上。壳体15的侧面具有观察窗14。 [0032] 光学发送单元2设置为用于在光学发送单元2的光轴4的方向上发送扫描射束3。在 该实施方式中，光学发送单元2是线激光器，其中，该线激光器的激光线取向为平行于扫描 单元11的旋转轴12并作为扫描射束3发射。这意味着，在图1中所示的激光雷达传感器1的图 示中，由光学发送单元2产生的激光线取向为沿着激光雷达传感器的垂直轴，该垂直轴对应 于垂直于在图1中所示的绘图平面的Z轴。在此处所描述的实施方式中，光学发送单元2的光 轴4位于由线激光器所发射的激光线的中心。因此，光学发送单元2的光轴4是光学发送单元 2的主发送方向。 [0033] 光学接收单元5设置为用于接收反射扫描射束6。光学接收单元5优选为基于SPAD 的传感器。在此，在所发射的扫描射束3已在激光雷达传感器的周围环境中被反射并且已投 射回激光雷达传感器之后，反射扫描射束6是所发射的扫描射束的反射部分。光学接收单元 具有主接收方向，该主接收方向定向为沿着光学接收单元的光轴。光学接收单元5是以下光 学传感器：该光学传感器将接收到的光学信号(在此为反射扫描射束6)转换为电信号。光学 接收单元5例如是光电传感器。光学接收单元5的光轴7在其位置方面对应于光学接收单元5 的主接收方向。在该实施方式中，在光学接收单元的前侧面上布置有透镜。该透镜例如是凸 透镜或凹透镜。光学接收单元5的光轴7对应于布置在光学接收单元5的输入处的透镜的光 轴。 [0034] 应指出，光学发送单元2的光轴4和光学接收单元5的光轴7都只是虚拟的轴，并不 是激光雷达传感器1的结构元件。光学发送单元2和光学接收单元5如此布置，使得光学发送 单元2的光轴4与光学接收单元5的光轴7平行。在此，光学发送单元2和光学接收单元5直接 彼此相邻地布置。在此，在图1中所示的图示中，光轴4、7在X方向和Z方向上均彼此偏移。 [0035] 偏转光学器件8具有第一镜面9和第二镜面10。在此，第一镜面9为第一镜的表面， 8 8 CN 112946664 A 说明书 6/9页 第二镜面10为第二镜的表面。这意味着，在该实施方式中，偏转光学器件8具有两个单独的 镜，其具有单独的镜面9、10镜。在其他实施方式中可以如此构型激光雷达传感器1，使得第 一镜面9和第二镜面10布置在共同的镜上。 [0036] 光学发送单元2的光轴4定向到第一镜面9上，光学接收单元5的光轴7定向到第二 镜面10上。这意味着，通过偏转光学器件8对激光雷达传感器的光学发送路径和光学接收路 径进行偏转。如此，由光学发送单元2发射的扫描射束3在第一镜面9处被反射并投射到扫描 单元11上。以相应的方式，所接收的来自扫描单元11的反射扫描射束6在第二镜面10处被反 射并投射到光学接收单元5上。光学发送单元2连同光学接收单元5一起在激光雷达传感器1 的光学路径中布置在偏转光学器件8的共同的第一侧面上。在此，光学路径是光学发送路径 和光学接收路径的组合。由于光学发送单元2连同光学接收单元5一起在激光雷达传感器1 的光学路径中布置在偏转光学器件8的共同的第一侧面上，光学发送单元与光学接收单元 从共同的方向看向(blicken)偏转光学器件8。这意味着，光学发送单元2和光学接收单元5 的光轴4、7从各个所属的光学单元2、5出发，然后从共同的方向射到偏转光学器件8上。在 此，尤其当扫描射束3的光学路径和反射扫描射束的光学路径在偏转光学器件8与光学发送 单元2或光学接收单元5之间并排延伸时，即两个光学路径均与一个平面相交(该平面要么 垂直于光学发送单元2的光轴4，要么垂直于光学接收单元7的光轴7)，可以将共同的方向视 为共同的方向。 [0037] 扫描单元11布置在激光雷达传感器1的光学路径中，并且在此布置在偏转光学器 件8的第二侧面上。因此，激光雷达传感器1的光学路径在光学发送单元2和光学接收单元5 处开始，并通过偏转光学器件8延伸到扫描单元11上，并从那里通过观察窗14延伸到激光雷 达传感器1的周围环境中。在该实施方式中，扫描单元11是旋转镜系统，该旋转镜系统包括 两个单独的旋转镜，在此为第一旋转镜11a和第二旋转镜11b。扫描单元11的旋转镜11a、11b 围绕旋转轴12旋转。在此，旋转镜11a、11b取向为平行于旋转轴12。通过旋转所述扫描单元 11的旋转镜系统在不同的方向中发射扫描射束3，例如在从‑60°至+60°的角度范围内发射， 以便检测120°的视场。根据扫描单元11的旋转镜系统的旋转镜11a、11b的位置，从相同的区 域(扫描射束3发送至该区域中)接收反射扫描射束6，如此，扫描射束3在对象处散射。 [0038] 第一镜并且因此第一镜面9如此布置在光学发送单元2的前方，使得在光学发送单 元2的光轴4与第一镜面9之间得到小于45°的入射角α。在替代的实施方式中，入射角α等于 45°。以相应的方式，第二镜与第二镜面10如此布置在光学接收单元5的前方，使得在光学接 收单元5的光轴7与第二镜面10之间得到小于45°的入射角β。在替代的实施方式中，入射角β 等于45°。因此，从图1可以看出，通过偏转光学器件8将扫描射束3和反射扫描射束6偏转小 于90°的角度。由此使得扫描单元11能够在光轴4、7的方向上在光学发送单元2和/或光学接 收单元5的方向上移动。因此，镜面14可以更近地靠近(heranrücken)光学发送单元2和光学 接收单元5，由此实现特别紧凑的激光雷达传感器1。换句话说，这意味着，扫描单元的旋转 轴12沿着光学发送单元2的光轴4的方向，从光学发送单元2的光轴4射到第一镜面9的点出 发，布置在第一镜面9的以下侧面上：光学发送单元2也位于该侧面上。这同时意味着，扫描 单元11的旋转轴12沿着光学接收单元的光轴7的方向，从光学接收单元5的光轴7射到第二 镜面10的点出发，布置在第一镜面10的以下侧面上：在该侧面上还布置有光学接收单元。 [0039] 光学发送单元2的光轴4和光学接收单元5的光轴7取向为平行于扫描单元11的旋 9 9 CN 112946664 A 说明书 7/9页 转平面。扫描单元11的旋转平面垂直于扫描单元11的旋转轴12并且在图1中对应于一个平 行于XY平面的平面。扫描单元11和光学发送单元2在激光雷达传感器1中沿垂直轴并且因此 沿激光雷达传感器1的旋转轴12布置在相同的平面中。扫描单元11和光学接收单元5在激光 雷达传感器1中沿垂直轴并且因此沿激光雷达传感器1的旋转轴12布置在相同的平面中。在 此，光学发送单元2沿旋转轴12位于光学接收单元5的上方，扫描单元11位于光学扫描单元2 以及光学接收单元5旁边。 [0040] 激光雷达传感器1的光学发送路径和光学接收路径至少在扫描单元11与偏转光学 器件8之间是彼此交错的。这意味着，所发射的扫描射束3和所接收的扫描射束6在扫描单元 11与偏转光学器件8之间穿过激光雷达传感器1的共同的空间区域。对此参考图2。 [0041] 图2是激光雷达传感器1的光学路径的示意图。在此阐明激光雷达传感器1的光学 路径，由此可以看出，激光雷达传感器1的光学发送路径和光学接收路径是彼此交错的。可 以看出，扫描射束3从光学发送单元2出发投射到第一镜面9上，并且从那里投射到扫描单元 11上，尤其是投射到扫描单元11的旋转镜11a、11b之一上。扫描射束3从扫描单元11出发通 过观察窗14发射到激光雷达传感器1的周围环境中。 [0042] 还可以看出，反射扫描射束6从扫描单元11投射到第二镜面10上，并且从那里投射 到光学接收单元5上。在此可以看出，扫描射束3和反射扫描射束6使用扫描单元11的旋转镜 系统的镜的相同区域。在偏转光学器件8与扫描单元11之间，扫描射束3和反射扫描射束6穿 过激光雷达传感器1内的相同区域。因此，光学发送路径(即由扫描射束3穿过的区域)和光 学接收路径(即由反射扫描射束6穿过的区域)是彼此交错的。 [0043] 应指出，光学发送路径(即扫描射束3所遵循的路径)和光学接收路径(即反射扫描 射束6所遵循的路径)都可以包括其他光学元件、尤其是透镜。因此，在图1中，例如第一透镜 17和第二透镜18布置在光学发送路径中。在此，第一透镜17布置在偏转光学器件8与光学发 送单元2之间，而第二透镜18布置在偏转光学器件8与扫描单元11之间。应注意的是，在其他 实施方式中例如仅第二透镜18布置在激光雷达传感器1中，如在图2中所示的那样。光学发 送单元2以及光学接收单元5还可以包括其他透镜，如在图2中所示的那样，在图2中，光学接 收单元5包括聚光透镜或接收物镜19。在此，一个和多个透镜都可以在激光雷达传感器1的 光学路径中布置在偏转光学器件8的前方或后方，并且因此要么布置在光学发送路径中要 么布置光学接收路径中。 [0044] 图2示出发送区域和接收区域的交错。在第二透镜18的平面中并且在位于其下方 的第二镜(也称为接收转向镜)中有接收孔。从该平面直至前窗玻璃，具有最大垂直入射角 的区域保持空闲。由于交错，仅从光学接收单元5的下边缘到光学发送单元2的上边缘的区 域是重要相关的。在具有待分离的路径的系统中，发送器必须向上移动较远，使得前窗玻璃 上的发送器的下边缘位于前窗玻璃上的接收器的上边缘之上。 [0045] 在图3中再次详细示出光学发送单元2相对于光学接收单元5的布置。在此，图3以 第二视图示出从图1已知的激光雷达传感器1，其中，映射XZ平面。光学发送单元2的光轴4在 扫描单元11的旋转轴12的方向上相对于光学接收单元5的光轴7偏移。如此，在图3中，光学 发送单元2布置在光学接收单元5的上方，其中，光学发送单元2和光学接收单元5都布置在 扫描单元11的旁边。 [0046] 同时，光学发送单元2的光轴4与扫描单元11的旋转轴12的最小间距不等于光学接 10 10 CN 112946664 A 说明书 8/9页 收单元5的光轴7与扫描单元11的旋转轴12的最小间距。换句话说，这意味着光学发送单元2 比光学接收单元5距离扫描单元11更远。因此，光学发送单元2和光学接收单元5在激光雷达 传感器1的XZ平面中彼此偏移地布置。以这种方式，可以最佳地充分利用激光雷达传感器1 的壳体15中的结构空间，因为尤其当光学发送单元和光学接收单元5具有圆柱形的形状或 者至少具有基本上为圆柱形的形状时，需要的总结构高度小于光学发送单元2的共同高度 加上光学接收单元5的高度。 [0047] 因此，图3示出激光雷达传感器1的正视图。通过在接收侧使用转向镜(即第二镜)， 可以使透镜系统非常近地靠近接收孔处而不干扰相对较大的接收物镜19。激光器可以侧向 地布置在接收物镜19的上方，从而能够优化结构宽度以及结构高度。 [0048] 激光雷达传感器1可选地具有清洁单元13，该清洁单元设置为用于清洁激光雷达 传感器1的观察窗14，其中，清洁单元13基于光学发送单元2和光学接收单元5布置在偏转光 学器件8的后方。由于通过偏转光学器件8将所发射的扫描射束3偏转，从光学发送单元2的 角度来看，在偏转单元8的后方出现死区，在扫描过程中扫描射束3不会穿过该死区。因此有 利的是：在该区域中清洁单元13、尤其雨刮单元具有停放位置，在不需要该清洁单元时，则 可以将该清洁单元放置在该停放位置中。 [0049] 可选地，激光雷达传感器1的作用距离在其视场上是可变的。在此，激光雷达传感 器1的作用距离在视场的侧向区域中比在视场的中心区域中小。侧向区域在此尤其是视场 的水平方向上的侧向区域。 [0050] 图4示出根据本发明的另一实施方式的激光雷达传感器1。本发明的所述另一实施 方式基本上对应于本发明的先前所描述的实施方式。在此，亦如在之前的实施方式中，激光 雷达传感器1具有带有观察窗14的壳体15。扫描射束3通过观察窗14发射到激光雷达传感器 1的周围环境中。然而，在此，观察窗14如此成形，使得该观察窗具有曲面，该曲面在围绕扫 描单元11的旋转轴12的方向上弯曲。在此，旋转轴12不一定是曲面中心。扫描单元11或观察 窗14相对于彼此如此布置，使得扫描单元11的旋转圆周16在位于观察窗14的曲面内的空间 中延伸。如此可以看出，连接观察窗14外端的线] 根据本发明的激光雷达传感器1利用基于SPAD的集成接收器的短恢复时间，以便 使发送路径和接收路径彼此交错。由此显著节省空间。附加地，将孔做成矩形且具有小的宽 度。发送孔和接收孔具有相同的宽度。 [0052] 为了优化扫描单元11的镜的宽度，将主光轴相对于激光雷达传感器1的Y轴旋转一 个角度。旋转镜11a、11b的宽度为孔宽度/sin(入射角)。该入射角由最大的水平扫描角和主 轴的旋转来定义。 [0053] 为了实现主轴的旋转并且为了最小化激光雷达传感器1的宽度，发送和接收单元 2、5的光轴4、7设计成在X轴方向上。借助各一个固定转向镜从光学发送/接收单元2、5转向 到光学主轴上。 [0054] 为了优化发送孔的高度，最后一个(散射)透镜与接收器的转向镜(即第二镜)位于 一条线上。可选地，也可以将共同的转向镜用于发送器和接收器。但是，这将导致发送区域 与接收区域之间的相对较大的间距。因此，略微侧向于光学接收单元5的中轴地放置光学发 送单元2。 [0055] 为了尽可能少地干扰前窗玻璃方向上的射束路径并且因此尽可能少地干扰观察 11 11 CN 112946664 A 说明书 9/9页 窗14方向上的射束路径，非常接近壳体壁地放置用于扫描单元11的镜的角度传感器。为了 优化激光雷达传感器1的高度，可以接受稍微降低角落(大的水平和垂直打开角度)中的作 用距离。 [0056] 发送和接收转向镜(即偏转光学器件8的第一和第二镜)的布置导致前窗玻璃具有 不位于激光雷达传感器1的视场中的区域。在该区域中可以停放雨刮器，并且在这个区域中 还可以接通窗玻璃的可选加热装置。 [0057] 来自先前所描述的实施方式的激光雷达传感器例如具有以下特征： [0058] 水平可见范围：120° [0059] 垂直可见范围21° [0060] 水平发散+‑0.1° [0061] 孔宽度16毫米 [0062] 光学主轴的旋转：6° [0063] 孔高度(发送器)34毫米 [0064] 孔高度(接收器)28毫米 [0065] 接收孔上边缘至发送孔下边沿的间距2毫米 [0066] 前窗玻璃高度(光学透明区域)94毫米 [0067] 除上述书面公开内容以外，还明确参考图1至4的公开内容。 12 12 CN 112946664 A 说明书附图 1/4页 图1 13 13 CN 112946664 A 说明书附图 2/4页 图2 14 14 CN 112946664 A 说明书附图 3/4页 图3 15 15 CN 112946664 A 说明书附图 4/4页 图4 16 16

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