作用范围优化型激光雷达系统以及激光雷达设备和用于该激光雷达系统的控制装置的制作方法

本发明涉及一种作用范围优化型激光雷达系统。此外，本发明涉及一种激光雷达设备和一种用于这样的激光雷达系统的控制装置。

背景技术：

1、当前的激光雷达系统通常实施为旋转扫描仪、微扫描仪(mems镜)或者闪光系统。在扫描式激光雷达系统中，视场(英语：field of view，fov)在时间上借助强准直激光射束扫描。水平方向上的分辨率借助角度测量在精细的步骤中实现。相反，在竖直方向上分辨率通过发送/接收单元的数量来确定。在此，由现有技术已知不同的宏扫描仪。这涉及光电传感器，在光电传感器中，宏观单元旋转，例如发送器或者探测器。每个测量脉冲的激光功率在扫描式激光雷达系统中明显比在闪光系统中小，因为在此使用强聚束激光器，并且接收器在理想情况下始终只观察fov的小片段，该小片段当前也实际上被激光器照射。替代地，宏扫描仪也可以具有位置固定的发送器和接收器，其中，射束偏转在此通过旋转的宏观镜实现。当需要发散许多热量时，后一种传感器类型是特别有利的，因为位置固定的(即不旋转的)发送器能够特别高效地与较大的散热片或别的冷却部件连接。

技术实现思路

1、因此，本发明所基于的任务可以被视为，提供如下可能性：尤其为具有本车辆的高行驶速度或者大制动质量的应用改进激光雷达系统的作用范围。该任务借助独立权利要求的相应的主题来解决。本发明的有利构型分别是从属权利要求的主题。

2、根据本发明，设置一种激光雷达系统，该激光雷达系统用于探测在包括多个探测区域的观察区域内的对象，该激光雷达系统包括固定的发送装置，该发送装置包括初级发送模块和次级发送模块，所述初级发送模块构造为用于发射呈初级光脉冲形式的初级激光射束，所述初级光脉冲分别照射观察区域的当前的探测区域，所述次级发送模块相对于初级发送模块能够在时间上选择性地被接通，所述次级发送模块构造为用于发射呈次级光脉冲形式的次级激光射束，所述次级光脉冲与所述初级光脉冲同时地照射相应当前的探测区域。此外，激光雷达系统包括光学射束组合装置、扫描装置和接收装置，所述光学射束组合装置构造为用于将初级激光射束和次级激光射束组合成组合式激光射束，所述扫描装置构造为用于产生所述组合式激光射束的扫描运动，通过该扫描运动，依次照射观察区域的不同的探测区域，所述接收装置具有至少一个光探测器，所述光探测器用于探测由来自相应当前的探测区域的对象反射回的光脉冲。最后，激光雷达系统包括控制装置，所述控制装置用于控制发送装置，其中，所述控制装置构造为用于与初级激光射束的通过初级发送模块的发射独立地控制次级激光射束的通过次级发送模块的发射。能够接通的次级发送模块的使用能够实现激光雷达系统的改进的最大作用范围。在此，由于较高的脉冲峰值功率，表现出对信噪比(snr，signal noise ratio)的改进并且因此表现出激光雷达系统在背景光和干扰光的情况下的更好的性能。在此，次级发送模块可以用作“增强模式”，该增强模式可以在很多背景光的情况下有针对性地接通，用以改进snr。此外，从能够与初级发送模块独立地被控制的发送模块的使用得出冗余度，通过该冗余度，可以补偿两个发送模块中的一个发送模块的失效。在失效的初级或者次级发送模块的情况下，使相应正常工作的发送模块在正常运行模式中继续运行，使得不出现激光雷达系统的停止运转。可能仅导致行驶功能的退化，因为相应的车辆可能不再能够如此快速的行驶。

3、在一种实施方式中设置，该控制装置构造为用于在扫描过程期间在时间上选择性地相对于初级发送模块接通次级发送模块，以便借助相对高的脉冲峰值功率照射观察区域的所选择的区域，相对高的脉冲峰值功率由初级和次级光脉冲的相加得出。在此，所述控制装置此外构造为用于在扫描过程期间在时间上选择性地停用次级发送模块，以便借助仅通过初级发送模块的初级光脉冲提供的相对低的脉冲峰值功率照射观察区域的未被选择的区域。通过在所挑选的区域中有针对性地接通附加的发送模块，能够改变通常的视场。因此，可以在确定的区域中有针对性地看得更远，以便更早地求取潜在的危险源。此外，该方案也可以用于在确定的区域中有针对性地提高信噪比。例如，在具有如下对象的区域中可以通过增加脉冲峰值功率实现可用信号：所述对象仅具有较低的反射率。因此，例如与雷达系统相似地，可以在中央在中间比在侧面看得更远，或者可以在交叉路口状况的情况下选择性地在右侧和在左侧以更大的作用范围观察以发现快速驶近的车辆。此外，对于自动驾驶仪应用(hwp，highway pilot，高速公路驾驶仪)可以选择性地仅以长作用范围测量自己的车道。通过对次级脉冲进行计时，可以在水平扫描过程中选择激活并从外部进行控制。此外，也可以前瞻性地扫描弯曲的高速公路区段，以发现对象、例如“丢失货物”。

4、在另一种实施方式中设置，所述控制装置构造为用于接通第二发送模块，以便以长作用范围照射下述区域中的至少一个区域，即在本车辆前方的窄的中央区域，用于监控自己的车道，和在本车辆侧面的至少一个区域，用于探测在交叉道路或者汇入道路(querenden oder einmündenden straβen)上靠近的车辆。借助这些措施能够提高自动化车辆的驾驶安全性。在第一种情况下，例如与雷达系统相似地，可以在中央在中间比在侧面看得更远，由此例如对于hwp应用能够选择性地只有自己的车道以长作用范围被测量。相反，在交叉路口状况中，可以选择性地在右侧和在左侧以更大的作用范围观察以发现快速驶近的车辆。整体上，可以通过在确定的区域中有针对性地接通次级模块实现对交通情况的更好的概览，这伴随着尤其在自动化车辆的情况下驾驶安全性的提高。

5、在另一种实施方式中设置，光学射束组合装置构造呈具有通道口的转向镜的形式。在此，转向镜、初级激光射束和次级激光射束如此相对于彼此定向，使得两个激光射束中的一个激光射束穿过通道口，而两个激光射束中的相应的另一个激光射束在通道口的边缘区域中被转向镜如此转向，使得两个激光射束叠加成组合式激光射束。这种类型的射束组合装置能够在器具中已经实现两个激光射束的组合，由此实现两个激光射束的特别好的空间叠加并且因此也实现特别好的脉冲峰值功率。在此，构造为孔镜的转向镜能够实现在接收路径中的仅非常低的损失的同时高效地使两个激光射束相加。除此之外，用于射束组合的单个构件的使用能够实现该器具的相对小的或平坦的构造方式。

6、在另一种实施方式中设置，发送装置和/或在光学上连接在发送装置后方的至少一个光学装置构造为用于在初级和次级激光射束的情况下分别产生呈竖直线形式的射束轮廓。在此，转向镜的通道口构造呈竖直缝隙的形式。通过这些措施可以逐列地扫描观察空间。除此之外，特定成形的贯通开口能够实现两个线状激光射束的特别好的叠加。

7、在另一种实施方式中设置，第二发送模块构造为与第一发送模块基本上相同。借助相同的发送模块可以相对简单地产生相同且同步的光脉冲，所述光脉冲能够特别好地相加。由此实现特别高的脉冲峰值功率。此外，通过使用相同的发送模块，也在制造时产生成本优点。

8、在另一种实施方式中设置，所述控制装置构造为用于将两个发送模块中的满足下述标准中的至少一个标准的发送模块用作次级发送模块，即相应的发送模块基于其结构类型、其安装地点和/或其与散热片较差的热连接而具有较大的冷却需求，或者相应的发送模块由状况决定地具有当前较高的温度。通过这些措施可以保证特别高效的且对于涉及的部件而言温和的运行。尤其是，在第一种情况下，可以选择两个发送模块中的如下发送模块用于次级运行：该发送模块在正常运行中发热较多。如果发送模块设计得相同，则在正常运行模式中(即中等作用范围)，两个发送模块中的哪个发送模块发射初级激光射束都一样。因此，在第二种情况下，产生用于热管理的优点，因为一般来说更需要被冷却的发送模块被置于次级运行中，并且由于该发送模块的降低的脉冲数量只还微不足道地发热。原则上，由此也能够设置灵活模式，在该灵活模式中，两个发送模块中的每个发送模块交替地在初级运行和次级运行中运行。

9、根据另一种实施方式，控制装置构造为用于，在配备有激光雷达系统的本车辆的大于预给定的行驶速度的情况下才接通第二发送模块。由于仅在较高的速度的情况下需要借助接通的次级发送模块实现的、用于自动化驾驶功能的长作用范围，并且在这些速度的情况下如预期的那样没有人类位于激光雷达系统的紧邻的环境中，因此，可以设置智能运行模式，在该智能运行模式中，次级模块只有在较高的速度的情况下才被接通。由此，尽管脉冲峰值功率相对高，但是能够确保眼睛安全性。

10、根据另一种实施方式，激光雷达系统包括外部接口，所述外部接口构造为用于经由外部信号线路接收控制信号。在此，所述控制装置构造为用于，当经由所述外部接口接收到相应的控制信号时，激活和停用所述次级发送模块。由于外部可控制性有利地在系统接口上可供使用，因此，本车辆的驾驶功能或中央主导计算机可以根据状况影响作用范围的增加。因此，激光雷达系统能够特别好地集成到自动化车辆的控制方案中。

11、此外，根据另一方面，设置一种用于上文描述的激光雷达系统的激光雷达设备，该激光雷达设备包括固定的发送装置，该发送装置包括初级发送模块和次级发送模块，所述初级发送模块构造为用于发射呈初级光脉冲形式的初级激光射束，所述初级光脉冲分别照射观察区域的当前的探测区域，所述次级发送模块能够在时间上选择性地相对于初级发送模块被接通，所述次级发送模块构造为用于发射呈次级光脉冲形式的次级激光射束，所述次级光脉冲与所述初级光脉冲同时地照射相应当前的探测区域。此外，激光雷达系统包括光学射束组合装置、扫描装置和接收装置，所述光学射束组合装置构造为用于将初级激光射束和次级激光射束组合成组合式激光射束，所述扫描装置构造为用于产生所述组合式激光射束的扫描运动，通过该扫描运动，依次照射观察区域的不同的探测区域，所述接收装置具有至少一个光探测器，所述光探测器用于探测由来自相应当前的探测区域的对象反射回的光脉冲。对于激光雷达设备装置，得出在激光雷达系统的背景下提到的优点。

12、此外，根据另一方面，设置一种用于上文提到的激光雷达系统的控制装置，该控制装置构造为用于在扫描过程期间在时间上选择性地相对于初级发送模块接通次级发送模块，以便借助相对高的脉冲峰值功率照射观察区域的所选择的区域，所述相对高的脉冲峰值功率由初级和次级光脉冲的相加得出。所述控制装置此外构造为用于在扫描过程期间在时间上选择性地停用次级发送模块，以便借助仅通过初级发送模块的初级光脉冲提供的相对低的脉冲峰值功率照射观察区域的未被选择的区域。对于控制装置，得出在激光雷达系统的背景下提到的优点。