[發明專利]激光雷達系統

在審

• 申請號: 201810889665.0
• 申請日: 2018-08-07
• 公開（公告）號: CN109387843A
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: I·拉姆斯特納;A·弗雷德里克森;T·格拉夫
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: G01S17/02
• 分類號: G01S17/02;G01S7/481
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 郭毅

本發明描述一種激光雷達系統，所述激光雷達系統包括用于產生相干激光射束(12)的激光射束源(10)，其中，所述激光雷達系統構造用于基本上以傳播模式發出由所述激光雷達系統發射的激光射束(12)，所述傳播模式相應于具有兩個階數的近軸Helmholtz方程的解析解，其中，所述兩個階數中的至少一個大于0。

技術領域

本發明涉及一種激光雷達系統、優選一種眼睛安全的激光雷達系統。

背景技術

激光雷達(Light Detection and Ranging)在機動車或機器人的環境識別中具有越來越重要的意義。盡管存在不同的技術實施方式，仍一般通過發出光和緊接著探測由被照明的表面反射的射束來探測其他對象的存在、距離以及必要時速度。激光射束尤其可以用于掃描環境。通常的方法基于，由相應的激光雷達系統以快速的序列發出各個激光脈沖到不同空間方向中以便掃描環境并且通過相應地反射的脈沖的運行時間測量來確定與反射表面的間距(運行時間測量)。

由文獻EP 0 648 340 B1例如已知一種激光雷達，借助該激光雷達可以實現用于直升機和飛機的障礙避讓系統。

激光雷達系統的作用距離此外受以下限制，即在與反射表面的距離的增加的情況下，越來越少的光子返回探測器并且光子的測定或反射信號的分析處理在某些時候不再可能。

通過提高激光功率雖然可以增大作用距離，然而對其設置一定的上限，因為總是必須確保對于所有位于射束的作用距離中的人員的眼睛安全。尤其在可見和近紅外光譜范圍中的波長中(在1.4μm之下的波長)這是關鍵的限制，因為這樣的光特別容易穿過眼睛的角膜和晶狀體并且因此可以集束到靈敏的視網膜上。由于眼睛安全性的要求，因此不可以任意提高激光功率。

在具有相應波長的相干激光射束中，對于眼睛的危險尤其在于，相干光可以穿過眼睛的晶狀體非常容易地聚焦到靈敏的視網膜的各個點上。由此可以在此出現非常高的功率密度，其能夠不可逆地破壞靈敏的視網膜組織。非相干激光射束的應用雖然將增大有效焦點的大小，然而這樣的射束具有顯著更高的擴散度并且因此不適用于高分辨的環境掃描。

發明內容

根據本發明提供一種激光雷達系統，其避免或至少明顯減少在現有技術中出現的關于在高功率時相干激光射束的眼睛安全的問題。根據本發明的激光雷達系統優選是非相干探測的激光雷達。在這樣的激光雷達中，保持不考慮用于掃描環境的激光射束的相位(或在射束場內的相位關系)。

根據本發明的激光雷達系統包括用于產生相干激光射束的激光射束源，其中，所述激光雷達系統構造用于基本上以傳播模式(也稱為橫向傳播模式)發出由所述激光雷達系統發射的激光射束，所述傳播模式相應于具有兩個階數的近軸亥姆霍茲方程(paraxialeHelmholtz-Gleichung)的解析解，其中，兩個階數中的至少一個大于0。與基本模式——在所述基本模式中兩個階數等于零——不同，所述模式也稱為高階傳播模式(也即比基本模式高至少一階)。由所述激光雷達系統發出的射束優選是單色的，也即基本上根據唯一的波長確定。尤其激光射束源可以是縱向單模發射器(僅僅縱向傳播模式)。

近軸Helmholtz方程是Helmholtz方程的近似形式，其由一般波方程在變量分離之后并且假定諧波時間關系的情況下得出。近軸Helmholtz方程可尤其用于描述相干激光射束的傳播。

解析解可以典型地通過在對于確定的幾何邊界條件的完整的一組正交本征函數中展開解空間來找到。這樣一組解也稱為模式系列(Modenfamilie)。因為近軸Helmholtz方程的橫向部分在數學上涉及兩維問題(在垂直于傳播方向的平面中的場分布)，所以相應的解可以借助于兩個相互獨立的橫向參數來描述。如果模式系列的每個成員通過一對整數作為橫向參數來表示，則將這些數稱為用于相應模式系列的階數，其中，由此確定相應解的或相應本征函數的階。