激光雷达传感器的制作方法

1.本发明涉及一种激光雷达传感器并且尤其涉及一种用于交通工具(fortbewegungsmittel)的激光雷达传感器。


背景技术：

2.由现有技术已知激光雷达传感器，所述激光雷达传感器设置用于基于单个的激光扫描线以扫描的方式检测激光雷达传感器的环境。这种激光雷达传感器能够构造为微扫描器或者宏扫描器，所述微扫描器或者宏扫描器分别在其射束偏转装置(例如转动的反射镜或者转动的光学器件/电子装置)的类型方面有所不同。这些激光雷达传感器的探测器单元探测具有多个像素，借助所述多个像素，探测器单元设置用于完整地检测扫描线的在激光雷达传感器中接收的图像(abbild)。由于这种激光雷达传感器的相对慢的转动速度可能的是，对于每个待检测的空间角度执行多个扫描，能够相互补偿(verrechnen)所述多个扫描尤其以便减少错误探测和/或噪声。
3.此外，由现有技术已知激光雷达传感器，所述激光雷达传感器借助多个点状的扫描射束分别并行地扫描激光雷达传感器的视场的相应预定义的子区域。借助独立的光探测器在激光雷达传感器的接收路径中接收多个扫描线的在这种激光雷达传感器的环境中经反射的或经散射的部分。换言之，在由现有技术已知的这种激光雷达传感器中，光发射器的数量相应于单独的光探测器的数量。由于这种并行的扫描，可能的是，以每秒钟特别高数量的像点来扫描环境。
4.此外已知所谓的spad二极管(single photon avalanche diode，单光子雪崩二极管)，所述spad二极管主要在具有特别高的光敏性的激光雷达探测器中使用。通常，多个spad单元(所述spad单元在这种背景中也被称为微像素或者子像素)逻辑地合并成一个像素或一个宏像素，其方式是，将所述spad单元的相应的测量信号相互补偿成每个宏像素一个总结果。


技术实现要素：

5.提出一种激光雷达传感器，该激光雷达传感器包括发送单元、可运动的(beweglich)偏转单元、静止的偏转单元和至少一个探测器单元。优选地，激光雷达传感器是交通工具的环境传感器，其中，该交通工具例如是道路车辆(例如摩托车、pkw(客车)、运输车、lkw(卡车))或者轨道车辆或者飞行器/飞机和/或水运工具，然而根据本发明的激光雷达传感器并不由此局限于仅与交通工具一起使用。进一步优选地，激光雷达传感器是具有同轴结构的激光雷达传感器，在该激光雷达传感器中，发送路径和接收路径至少部分地使用激光雷达传感器的共同的光学路径。
6.发送单元设置用于产生多个扫描线。换言之，借助发送单元产生线形的扫描射束，所述扫描射束在一个空间方向(例如竖直)上的延展尺度(ausdehnung)优选是在垂直于该空间方向(例如竖直)的空间方向上的延展尺度的两倍。多个扫描线优选借助多个光发射器
(例如激光二极管)产生，所述光发射器进一步优选地布置在共同的衬底上。发送单元中的相应的光发射器的布置类型和数量原则上能够任意地确定，但是优选遵循对激光雷达传感器的总系统的相应的技术要求。例如，相应的光发射器以一维阵列的形式线形地相对于彼此布置。替代地，在多个相叠的(
ü
bereinanderliegend)或者并排的(nebeneinanderliegend)行中二维地布置相应的光发射器也是可能的。
7.可运动的偏转单元设置用于使相应的扫描线同时偏转到激光雷达传感器的环境中，使得通过扫描线中的每个扫描线来扫描激光雷达传感器的视场的相应的子区域，其中，通过子区域的总体来完整地检测视场。应指出的是，各个子区域分别彼此有所不同，并且所述子区域要么完全不相交，要么相互之间具有预定义的重合部分。通过后一种情况能够保证，在子区域之间的视场的区域中不出现扫描空隙。此外，可运动的偏转单元设置用于使相应的扫描线的在环境中经反射的和/或经散射的部分共同地偏转到静止的偏转单元上。
8.在此，激光雷达传感器的探测器单元的数量始终选择得比产生的扫描线的数量小，使得激光雷达传感器的至少一个探测器单元同时接收多个扫描线中的至少两个扫描线。特别优选地，激光雷达传感器只具有单个的探测器单元，该探测器单元设置用于接收通过激光雷达传感器发出的全部扫描线的图像。
9.静止的偏转单元例如包含一个或者多个反射镜和/或一个或者多个棱镜等，该静止的偏转单元设置用于使所接收的扫描线偏转到探测器单元的接收面的分别不相交的接收区域上。原则上，同样能够任意地选择探测器单元的相应的接收区域的布置类型，从而在探测器单元的接收面内的相应的接收区域的不仅一维布置而且二维布置都是可能的。应指出的是，发送单元的相应的光发射器的布置类型原则上是与探测器单元的相应的接收区域的布置类型无关的，因为通过静止的偏转单元的构型能够确定相应的光发射器与分别相对应的接收区域之间的相应的分配(zuordnung)。
10.此外，所述探测器单元设置用于以基于像素的方式检测相应的扫描线的光的传播时间信息。根据本发明的激光雷达传感器主要提供如下优点：每秒能够检测和处理高数量的像点，并且根据本发明的原理能够用于在时间分辨率和/或空间分辨率方面灵活地实现对激光雷达传感器的相应的要求，其方式是，例如改变激光雷达传感器的视场的子区域的数量和/或相应的扫描线的长度。此外尤其是，与使用单独的探测器单元相比，使用单个的探测器单元来同时检测全部扫描线能够降低制造成本。
11.以下示出本发明的优选的扩展方案。
12.特别优选地，静止的偏转单元具有多个反射镜和/或棱镜(例如以磨光的多棱镜的形式)，所述反射镜和/或棱镜分别设置用于，使所接收的扫描线分别彼此独立地偏转到接收面的分别不相交的接收区域上，并且保证相应的扫描线的相应的光学路径的统一的长度。扫描线偏转到接收面的分别不相交的接收区域上在此优选如此进行：通过静止的偏转单元减小多个所接收的扫描线相互之间的相应的间距，使得能够减小接收面的所需要的尺寸。与使用在现有技术中为此使用的进行缩小的光学器件相比，使用根据本发明的这种静止的偏转单元以减小接收面的尺寸提供如下优点：各个扫描线紧密地聚集，然而同时所述扫描线在接收面上的图像的延展尺度不会减小。由此可能的是，以更小的信噪比检测相应的扫描线。由于如此程度的被缩小的接收面，能够相应地降低用于探测器单元的制造成本。除此之外可能的是，减少以下不期望的噪声部分，所述噪声部分通过尺寸确定
(dimensioniert)得较大的探测器单元中大量的对于扫描未使用的像素产生。通过静止的偏转单元能够通过下述方式产生相应的光学路径的统一长度：静止的偏转单元的相应的反射镜和/或棱镜关于相应的接收区域以相应的特定匹配的间距布置。
13.优选地，探测器单元的接收面由多个spad单元(微像素)构成，并且该探测器单元设置用于分别将接收面的至少两个spad单元逻辑地组合成探测器单元的相应的像素(宏像素)。原则上，能够任意地确定分别组合成一个像素的spad单元的数量，适合的组合例如具有每像素3x 3至9x 9个spad单元、或者与此不同的值。
14.有利地，探测器单元设置用于，借助对以下的匹配：将相应的像素的spad单元组合以用于相应的像素，以静态的和/或动态的方式补偿相应的扫描线在探测器单元的接收面上的由于制造引起的和/或由于温度引起的和/或由于扫描运动引起(尤其是在非常快速的射束偏转的情况下)的位置移位(positionsverschiebung)。通过这种方式保证，扫描线始终以优化的方式或完整地照亮其分别相对应的像素。与相应的扫描线在接收面上的期望的位置的、由于制造引起的偏差通常只需要测量一次并且因此必须以静态的方式来补偿，而有意义的是，以动态的方式补偿由于温度引起的和/或由于扫描运动引起的位置移位。为了补偿由于扫描引起的位置偏移，能够考虑，在相应的测量期间在相应的接收区域内使相应的像素的位置移位。由于偏转速度随着时间的推移能够变化，因此，此外可能的是，在预定义的表格中记录用于相应的像素的不同的移位规则并且以适合的方式选择和应用这些移位规则。
15.优选地，所述扫描线在探测器单元的接收面上的相应的图像具有1个像素的宽度和2至10个像素的、优选4至8个像素的并且尤其优选6个像素的高度。
16.在根据本发明的激光雷达传感器的一种优选的构型中，探测器单元的接收面细长地构造，而静止的偏转单元设置用于沿着接收面的纵向延伸方向将相应的扫描线布置在不相交的接收区域中。探测器单元的接收面的这种细长的构造提供如下优点：这种探测器单元也能够用于构造为线扫描器的传统激光雷达传感器，并且因此能够制造为用于多个不同类型的传感器的通用件，由此不仅能够降低成本、还能够降低物流费用。视所使用的接收像素技术而定地，能够通过使用细长的探测器单元更快速地执行相应的像素的读取过程。
17.有利地，接收面的不相交的接收区域分别通过预定义数量的像素彼此分开。这提供如下优点：能够在更大的范围中补偿扫描线关于其相应的接收区域的上述位置偏差，因为通过这些附加像素能够实现相应的接收像素在接收区域内的更大的移位，而在此不产生用于不同的扫描线的接收像素之间的重叠。
18.在另一种优选的构型中，探测器单元具有多个处理单元，所述处理单元分别设置用于处理扫描线的光的借助像素检测的传播时间信息。
19.通过下述方式产生一个特别的优点：探测器单元设置用于根据处理单元的相应的可用性将不同的处理单元分配给相应的像素。这尤其在接收面的可供使用的像素比用于检测多个扫描线最小所需要的像素的数量大时是可能的。因此，在这种情况下，对于扫描线的检测未使用的或在当前时间点未使用的像素可供使用，所述像素的处理单元相应地同样未使用并且因此能够用于处理实际所使用的像素的信息。尤其是在使用高扫描率的情况下，这能够实现对通过像素产生的信息进行的相应快速的处理。通过以能够激活的和能够停用
的方式构型处理单元与相应的像素的这种多重分配的方式，又实现如下可能性：在传统线扫描器中使用根据本发明的探测器单元，该传统线扫描器通常使用接收像素和处理单元的1:1分配。
20.除此之外可能的是，激光雷达传感器的相应的发送射束和相应的接收射束借助唯一的光学器件或者借助多个接收射束特定的光学器件成形。尤其在使用高数量的发送射束和接收射束的情况下，出于成本原因有意义的是，将唯一的光学器件用于激光雷达传感器的全部发送射束和接收射束。
附图说明
21.以下参考所附附图详细描述本发明的实施例。在此示出：
22.图1示出根据本发明的激光雷达传感器的部件的示意性概貌；
23.图2示出根据本发明的激光雷达传感器的发送单元和探测器单元的示意性视图；
24.图3示出根据本发明的激光雷达传感器的接收路径的一种实施方式的透视性视图；
25.图4示出根据本发明的激光雷达传感器的探测器单元的接收面的示意性视图；
26.图5示出根据本发明的激光雷达传感器的探测器单元的信号处理链的示例；和
27.图6示出用于对扫描线的由扫描引起的位置移位进行补偿的示例。
具体实施方式
28.图1示出根据本发明的激光雷达传感器的部件的示意性概貌。激光雷达器的发送路径和接收路径构造为基本上同轴，该激光雷达器具有发送单元10，该发送单元在此示范性地包括两个激光二极管15和一个准直光学器件100。激光二极管15分别产生非移动发送射束17，所述发送射束通过分束器110和准直光学器件100传导到可运动的反射镜20上，该准直光学器件将发送射束转变为扫描线50。借助可运动的反射镜20，扫描线50通过另外的转向镜120共同地通过激光雷达传感器的窗口130偏转到激光雷达传感器的环境中。如此确定扫描线50的相应的发射方向，使得所述相应的发射方向在通过可运动的反射镜20造成的扫描运动的过程中被偏转到环境的相应的子区域中，其中，所述相应的子区域彼此不同。通过子区域的总体完整地检测激光雷达传感器的视场60。相应的扫描线50的在激光雷达传感器的环境中经反射和/或经散射的部分在相反的方向上通过转向镜120朝向可运动的反射镜20偏转，并且从这个可运动的反射镜通过光学器件100和分束器110偏转到静止的偏转单元30的多个反射镜的方向上。静止的偏转单元30的反射镜设置用于使所接收的扫描线50偏转到激光雷达传感器的探测器单元(40)的共同的接收面(70)的分别不相交的接收区域(75)上。通过静止的偏转单元30的反射镜的预定义的布置，相应的扫描线50的相应的光学路径的长度是相同的。借助探测器单元40，激光雷达传感器设置用于以基于像素的方式检测相应的扫描线50的光的传播时间信息。
29.探测器单元40的相应的像素90分别由多个spad单元组成，所述spad单元能够借助探测器单元40的逻辑单元灵活地组合成相应的像素90。
30.所检测的传播时间信息例如由用于环境检测的系统接收，该系统基于传播时间信息对激光雷达传感器的环境中的对象进行定位。
31.除此之外可能的是，基于这种配置借助发送单元10产生更多数量的扫描线50(例如12个扫描线或者与此不同的数量)并且借助探测器单元40接收所述扫描线。
32.图2示出根据本发明的激光雷达传感器的发送单元10和探测器单元40的示意性视图。发送单元10包括多个光发射器15，所述光发射器分别设置用于发出扫描线50。基于两个相叠的行的光发射器15，发送单元10具有二维的布置。根据本发明的探测器单元40由多个spad单元80(微像素)组成，所述spad单元能够互联(zusammenschalten)成相应的接收像素90(宏像素)，该探测器单元设置用于通过静止的偏转单元30在共同的细长的接收面70上接收所发射的扫描线50的从激光雷达传感器的环境中接收的部分。相应的光发射器15与接收面70上分别相对应的接收区域75之间的示例性的分配通过静止的偏转单元30实现。发送单元10、激光雷达传感器的相应的射束成形的和/或射束偏转的光学元件、探测器单元40和用于使相应的spad单元80互联成相应的像素90的逻辑单元如此相互协调，使得照射在探测器单元40上的扫描线50在此具有一个像素的宽度和两个像素的高度。
33.此外可能的是，如此构型相应的扫描线50，使得相应的扫描线具有2至10个像素、优选是4至8个像素并且尤其优选是6个像素的高度。此外，在相应的扫描线50的高度和/或宽度方面能够考虑与此不同的数量的像素。
34.图3示出根据本发明的激光雷达传感器的接收路径的一种实施方式的透视性视图。示出发送与接收光学器件100，通过该发送与接收光学器件将相应的所接收的扫描线50引导至分束器110。分束器110设置用于使所接收的扫描线50偏转到静止的偏转单元30的相应的反射镜的方向上。如此布置相应的反射镜，使得所述反射镜在保证扫描线的光学路径的相应相同的长度的情况下将所接收的扫描线50转向到细长地构造的探测器单元40上。
35.图4示出根据本发明的激光雷达传感器的探测器单元40的接收面70的示意性视图。细长地构造的接收面70具有多个不相交的接收区域75，通过所述接收区域从激光雷达传感器的环境中接收相应的扫描线50。由于由制造引起的公差并且由于温度影响，相应的扫描线50至少部分地成像在关于其相应的接收区域75的不同的位置上。借助探测器单元的逻辑单元，相应地如此定位接收区域75的相应的接收像素90，使得所述接收像素以优化的方式检测相应的扫描线50。为此，匹配每个接收区域75的相应的spad单元80与相应的接收像素90的分配(参见接收区域75中的一个接收区域的放大视图)。换言之，可能的是，在接收区域75内如此逻辑地使接收像素90移位，使得所述接收像素分别能够实现对扫描线50的优化的检测。为了保证用于相应的接收像素90的足够大的移位区域，接收面70在水平方向和竖直方向上具有相应数量的附加像素或附加spad单元，所述附加像素或附加spad单元包围真正所使用的接收像素90。
36.图5示出根据本发明的激光雷达传感器的探测器单元40的信号处理链的示例。示出探测器单元40的接收面70的相应的像素组95，所述像素组分别代表接收面70上的当前被使用的像素90的组合，并且所述像素组与多路分解器140信息技术地连接(在此仅示出多路分解器140的一种选择)。多路分解器140设置用于将像素组95的各个像素90的相应的测量信号进一步引导到相应空闲的处理单元45上，所述处理单元针对通过像素90检测到的信息执行相应的信号处理。通过这种方式可能的是，借助一个像素90或借助多个像素90对所基于的spad单元80执行非常快速的连续的测量，因为通过多个处理单元45能够并行地或准并行地执行对相应的像素90的测量信号的处理(所述处理通常需要比借助像素90本身进行的
测量更多的时间)。应指出的是，优选以可变的方式构型像素90或像素组95与相应的多路分解器140的相应的分配。
37.图6示出用于对扫描线50的在接收面70的相应的接收区域75中由扫描引起的位置移位进行补偿的示例。在相应的测量开始时，将相应的接收区域75的spad单元80组合成接收像素90，其通过区域t0代表。在正在进行的测量期间，spad单元80的组合与预定义的移位规则一致地如此在图6中的箭头方向上移位，使得由此被移位的接收像素90跟随扫描线50的由于扫描运动引起的移位，直到到达相应的测量的通过区域t
x
所代表的终点。因此，这始终能够实现在接收面70的相应的接收区域75中对扫描线50的优化的接收。