DE102017217764A1

DE102017217764A1 - Laser radarsystem

Info

Publication number: DE102017217764A1
Application number: DE102017217764.0A
Authority: DE
Inventors: Hoshibumi Ichiyanagi; Hidenori Miyazaki; Akira Mannami; Naoki Otani
Original assignee: Omron Automotive Electronics Co Ltd
Current assignee: Nidec Mobility Corp
Priority date: 2016-10-06
Filing date: 2017-10-06
Publication date: 2018-04-12
Also published as: JP2018059846A; US20180100738A1; CN107918134A

Abstract

Ein Laser-Radarsystem ist in einem sich bewegenden Körper installiert und enthält mehrere Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp, die Distanzen zu einem Objekt erfassen. Die Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp hat eine erste Richtung und eine zweite Richtung in einem Abtastbereich. In der ersten Richtung ist eine erfassbare Distanz zu einem Objekt mit identischem Reflexionsvermögen länger. In der zweiten Richtung ist eine erfassbare Distanz zu einem Objekt mit identischem Reflexionsvermbgen kürzer. Der Abtastbereich einer Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp überlappt mit dem Abtastbereich einer anderen Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp neben der einen Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp, sodass die erfassbare Fläche in der ersten Richtung der einen Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp mit der erfassbaren Fläche in der zweiten Richtung der anderen Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp überlappt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beruht auf der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-198289 , eingereicht beim Japanischen Patentamt am 6. Oktober 2016, deren gesamter Inhalt hiermit zum Zwecke der Bezugnahme zitiert wird.
GEBIET
Die Offenbarung betrifft ein Laser-Radarsystem und insbesondere ein Laser-Radarsystem zur Überwachung einer Peripherie eines sich bewegenden Körpers wie eines Fahrzeugs oder eines Schiffs.
HINTERGRUND
Üblicherweise ist eine Technik bekannt, die mehrere Laser-Radarvorrichtungen enthält und eine Person oder ein Objekt erfasst, die bzw. das sich in der Nähe eines sich bewegenden Körpers, wie eines Fahrzeugs befindet oder sich diesem nähert. Zum Beispiel offenbart JP 2008-224614 A eine Objekterfassungsmethode, die keiner Steuerung durch eine Steuereinrichtung bedarf und auch Ressourcen sparen kann. Bei dieser Objekterfassungsmethode sind Radarvorrichtungen, die jeweils einen Lichtsender und einen Lichtempfänger enthalten, rechts und links an der Vorderseite eines Fahrzeugs angeordnet. Sobald der Lichtempfänger der Radarvorrichtung an der rechten Seite Reflexionslicht von Laserlicht empfängt, das vom Lichtsender der Radarvorrichtung an der linken Seite ausgestrahlt wird, strahlt der Lichtsender der Radarvorrichtung an der rechten Seite Laserlicht aus. Sobald der Lichtempfänger der Radarvorrichtung an der linken Seite eine reflektierte Welle des Laserlichts empfängt, das vom Lichtsender der Radarvorrichtung an der rechten Seite ausgestrahlt wird, strahlt der Lichtsender der Radarvorrichtung an der linken Seite Laserlicht aus.
Überdies offenbart JP 2014-052274 A eine Objekterfassungsvorrichtung, die eine fälschliche Erfassung eines Objekts verhindert. Diese Objekterfassungsvorrichtung veranlasst, dass jede von mehreren Laser-Radarvorrichtungen, die an einem Fahrzeug angeordnet sind, Pulse von Laserlicht ausstrahlt, sodass Zeitpunkte, zu welchen benachbarte Laser-Radarvorrichtungen eine überlappte Fläche abtasten, übereinstimmen. Zum Beispiel tastet eine bestimmte Laser-Radarvorrichtung einen Abtastbereich in einer Richtung ab, die der Abtastrichtung einer anderen Laser-Radarvorrichtung entgegengesetzt ist, sodass ein Zeitpunkt, zu dem die bestimmte Laser-Radarvorrichtung die überlappte Fläche abtastet, mit einem Zeitpunkt übereinstimmt, zu dem die andere Laser-Radarvorrichtung die überlappte Fläche abtastet. Dann erfasst die Objekterfassungsvorrichtung ein Objekt, das sich in der überlappten Fläche zwischen den benachbarten Laser-Radarvorrichtungen befindet, die anhand von Messergebnissen, die von den benachbarten Laser-Radarvorrichtungen erhalten werden.
Überdies offenbart JP 2016-014665 A ein Multi-LADAR-Sensorsystem, das imstande ist, in einer dichten Umgebung zu arbeiten. In diesem Multi-LADAR-Sensorsystem ist jedem LADAR-Sensor eine Betriebswellenlänge zugeordnet und ein optisches Empfangsfilter blockiert Licht, das bei anderen Wellenlängen gesendet wird. Eine Pulsbreite, die aus einer Liste gewählt wird, ist ebenso jedem LADAR-Sensor zugeordnet. Jeder LADAR-Sensor verwendet eine Pulsbreitendiskriminatorschaltung zur Abtrennung eines Pulses von Interesse aus dem Wust eines anderen Senders. In einem Codemultiplex-(CDM)System ist eine Codierung höherer Ebene implementiert, die eine Pulssequenz- und Codesequenzkorrelation enthält.
Überdies offenbart JP H06-242224 A eine Hinderniserfassungsvorrichtung am Fahrzeug, die sicher Hindernisse in der Nähe beider Seiten eines Fahrzeugs erfassen kann, selbst wenn Hinderniserfassungsvorrichtung am Fahrzeug an einer lateralen Seite der Fahrzeugfront montiert ist. In dieser Hinderniserfassungsvorrichtung am Fahrzeug ist eine Lichtquelle parallel zu einer Fahrtrichtung angeordnet und eine symmetrische Linse Ist senkrecht zur Fahrtrichtung auf dem Lichtweg der Lichtquelle angeordnet. Ferner ist eine Lichtquelle in einem vorgegebenen Winkel in Bezug auf die Fahrtrichtung angeordnet und eine Weitwinkellinse ist in einem vorgegebenen Winkel geneigt und auf dem Lichtweg dieser Lichtquelle angeordnet. Die Weitwinkellinse ist so geschnitten, dass sich einen starken Laserstrahl nach links und einen schwachen Laserstrahl nach rechts ausstrahlt. Dann werden die von der Lichtquelle ausgestrahlten Laserstrahlen asymmetrisch in Bezug auf die Fahrtrichtung ausgestrahlt.
Überdies offenbart JP H06-294870 A eine Laser-Radarvorrichtung am Fahrzeug, die Blindflecken in einer Erfassungsfläche an einer Seite kurzer Distanz nahezu eliminieren kann. Diese Laser-Radarvorrichtung am Fahrzeug enthält mindestens zwei Laser-Radareinheiten. Lichtsender der Laser-Radareinheiten sind an der rechten Seite und linken Seite eines Fahrzeugs angeordnet. Die Lichtsender sind voneinander durch eine Distanz von nicht weniger als 1/2 der Fahrzeugbreite getrennt. Dann wird Laserlicht von jedem Lichtsender nach vorne ausgestrahlt und ein Lichtempfänger empfängt Reflexionslicht von einem vorangehenden Fahrzeug, um die Distanz zum vorangehenden Fahrzeug. Zu diesem Zeitpunkt arbeiten die Einheiten synchron miteinander.
JP H08-320992 A offenbart ein Fahrzeug, das mit einer optischen Abtastvorrichtung für ein kontaktloses Abtasten einer Straßenfläche an einer Seite ausgestattet ist. Die optische Abtastvorrichtung hat Funktionen zur Dämmerschlafwarnung, automatischen Spureinhaltung, Hinderniserkennung und dergleichen. In diesem Fahrzeug enthält die optische Abtastvorrichtung mehrere Infrarot-Sendeelemente, die parallel zueinander angeordnet sind, und ein zugehöriges CCD-Array. Die optische Abtastvorrichtung ist mit einer Verbindungsauswertungseinheit zur Messung einer verstrichenen Zeit ausgestattet, um eine Kontrastmessung und Konturerkennung durchzuführen.
Überdies offenbart JP H10-111360 A eine Vorrichtung zur Messung der Distanz zwischen Fahrzeugen, deren Messzuverlässigkeit verbessert ist, indem eine wechselseitige Interferenz von Messwellen verhindert wird. Diese Vorrichtung zur Messung der Distanz zwischen Fahrzeugen enthält eine Sende- und Empfangseinheit, die eine Messwelle in einer Fahrtrichtung eines Fahrzeugs projiziert und eine reflektierte Welle der Messwelle von einem vorausfahrenden Fahrzeug empfängt, und eine Einheit zur Berechnung einer Distanz zwischen Fahrzeugen, die die Distanz zum vorausfahrenden Fahrzeug gemäß einer Zeitperiode, vom Senden der Messwelle durch die Sende- und Empfangseinheit bis zum Empfang der Messwelle durch die Sende- und Empfangseinheit, berechnet. Überdies ist die Vorrichtung zur Messung der Distanz zwischen Fahrzeugen mit einer Fahrtazimut-Erfassungseinheit versehen, die den Fahrtazimut des Fahrzeugs erfasst. Die Sende- und Empfangseinheit hat eine Wellenlängenänderungsfunktion und eine selektive Empfangsfunktion. Die Wellenlängenänderungsfunktion stellt eine Wellenlänge einer Messwelle, wenn der Fahrtazimut des Fahrzeugs in einem Azimut ist und wenn der Fahrtazimut in einer Richtung liegt, die dem einen Azimut annähernd entgegengesetzt ist, gemäß dem Ausgang von der Fahrtaimut-Erfassungseinheit auf einen anderen Wert ein, Die selektive Empfangsfunktion empfängt nur reflektierte Wellen mit einer Wellenlänge, die mit der Wellenlänge einer gesendeten Messwelle annähernd identisch ist.
Überdies offenbart JP 2014-052366 A eine optische Messvorrichtung mit verbesserter Winkelauflösung in der Nähe der optischen Messvorrichtung. Diese optische Messvorrichtung enthält eine Lichtquelle und ein optisches Element, das Lichtstrahlen einfängt, die von der Lichtquelle ausgestrahlt werden. Die optische Messvorrichtung enthält ferner eine Lichtausstrahlungseinheit, die ein Objekt mit einem Lichtstrahl bestrahlt, und einen Fotodetektor, der Reflexionslicht oder Streulicht des Lichtstrahls, der auf das Objekt gestrahlt wird, über eine Bildgebungseinheit erfasst, wobei das Reflexionslicht oder Streulicht von dem Objekt reflektiert oder gestreut wird. Die Länge des Lichtwegs von der Lichtquelle zu einem konjugierten Bild der Lichtquelle, das durch das optische Element gebildet wird, unterscheidet sich mindestens in einer ersten Richtung von der Länge des Lichtwegs vom Fotodetektor zum konjugierten Bild des Fotodetektors, das durch die Abbildungseinheit gebildet wird.
Überdies offenbart JP 2015-215318 A eine Laser-Radarvorrichtung, die eine Änderung im Licht berücksichtigt, das als Störlicht wirkt. Diese Laser-Radarvorrichtung hat N Paare von Lichtquellen und Filtern, einen Schalter zum Umschalten der N Paare von Lichtquellen und Filtern und M Lichtempfangselemente zur Distanzmessung. Jedes der Paare von Lichtquellen und Filter hat eine Laserlichtquelle und ein Lichtempfangsfilter. Die Laserlichtquellen haben Emissionswellenlängen, die sich voneinander unterscheiden. Jedes der Lichtempfangsfilter leitet nur Laserlicht mit einer bestimmten Wellenlänge zu einem Lichtempfangselement zur Distanzmessung. Die bestimmte Wellenlänge ist die Emissionswellenlänge der Laserlichtquelle, die mit dem Lichtempfangsfilter gepaart ist, um ein Paar aus Lichtquelle und Filter zu bilden, oder eine Wellenlänge im Wellenlängenbereich in der Nähe der Emissionswellenlänge. Das Laserlicht bildet einen rücklaufenden Laserlichtfluss. Eine Laserlichtquelle mit einer Emissionswellenlänge, bei der eine relative Intensität im Spektrum von Sonnenlicht 20% oder weniger Ist, wird als eines der Paare von Lichtquellen und Filter verwendet. Eine Laserlichtquelle mit einer Emissionswellenlänge, bei der eine relative Intensität im Spektrum von künstlichem Licht in einer Distanzmessungsumgebung 40% oder weniger ist, wird als jedes der Paare von Lichtquellen und Filter verwendet, das nicht das eine Paar von Lichtquelle und Filter ist.
KURZDARSTELLUNG
In einer Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp könnten aufgrund von Struktureinschränkungen eines optischen Systems, das einen Laserstrahl ausstrahlt, erfassbare Distanzen eines Objekts um eine Emissionsstelle nicht bilateral symmetrisch sein und die erfassbaren Distanzen können abhängig vom Abtastwinkel variieren. Zum Beispiel kann selbst beim Erfassen einer Distanz zu einem Objekt durch Durchführung einer Abtastung nach rechts und links mit Zentrierung an der Vorderseite ein weites Objekt in der linken Richtung erfasst werden; ein Objekt jedoch, das mit identischer Distanz entfernt ist, kann in der rechten Richtung nicht erfasst werden.
In einem sich bewegenden Körper wie einem Fahrzeug oder einem Schiff, ist es notwendig, Personen und Objekte um den sich bewegenden Körper herum innerhalb erfassbarer Distanzen, die so identisch wie möglich sind, über die gesamte Peripherie zu erfassen.
Angesichts des Vorhergesagten sieht die Offenbarung ein Laser-Radarsystem vor, das Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp enthält. Selbst wenn sich erfassbare Distanzen in einem Abtastbereich aufgrund einer Struktur eines optischen Systems einer Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp unterscheiden, sind erfassbare Distanzen in allen Richtungen im Laser-Radarsystem so identisch wie möglich.
Zur Lösung des obenstehenden Problems ist ein Laser-Radarsystem vorgesehen. Das Laser-Radarsystem ist in einem sich bewegenden Körper installiert und mehrere Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp, die zum Erfassen von Distanzen zu einem Objekt konfiguriert sind. Die Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp hat eine erste Richtung und eine zweite Richtung in einem Abtastbereich. In der ersten Richtung ist eine erfassbare Distanz zu einem Objekt mit identischem Reflexionsvermögen länger. In der zweiten Richtung ist eine erfassbare Distanz zu einem Objekt mit identischem Reflexionsvermögen kürzer. Der Abtastbereich einer Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp überlappt mit dem Abtastbereich einer anderen Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp, wobei die eine Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp und die andere Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp nebeneinanderliegen, sodass die erfassbare Fläche in der ersten Richtung der einen Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp mit der erfassbaren Flache in der zweiten Richtung der anderen Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp überlappt.
Gemäß dieser Konfiguration überlappen die Abtastbereiche miteinander derart, dass die erfassbare Fläche in der Richtung, in der die erfassbare Distanz der einen Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp länger ist, mit der erfassbaren Fläche in der Richtung, in der die erfassbare Distanz der anderen Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp kürzer ist, überlappt, wobei die eine und die andere Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp nebeneinanderliegen. Daher kann ein solches Laser-Radarsystem vorgesehen werden, das, selbst wenn sich erfassbare Distanzen in den Abtastbereichen aufgrund der Struktur des optischen Systems in einer Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp unterscheiden, erfassbare Distanzen in allen Richtungen im Laser-Radarsystem mit den mehreren Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp so identisch wie möglich sind.
Ferner kann im Laser-Radarsystem, das in einem Fahrzeug installiert ist und die Peripherie des Fahrzeugs abtastet, die erfassbare Fläche in der zweiten Richtung der anderen Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp mit der erfassbaren Fläche in der ersten Richtung der einen Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp in allen der mehreren Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp überlappen.
Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, Objekte innerhalb erfassbarer Distanzen zu erfassen, die über die gesamte Peripherie des Fahrzeugs so identisch wie möglich sind.
Ferner kann die Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp ein Drehspiegelsystem anwenden.
Gemäß dieser Konfiguration sind in dem Drehspiegelsystem erfassbare Distanzen in allen Richtungen so identisch wie möglich, auch wenn sich erfassbare Distanzen im Abtastbereich aufgrund der Struktur des optischen Systems unterscheiden.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung kann ein Laser-Radarsystem, das mehrere Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp enthält, vorgesehen werden. Selbst wenn sich erfassbare Distanzen in einem Abtastbereich aufgrund einer Struktur eines optischen Systems einer Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp unterscheiden, sind erfassbare Distanzen in allen Richtungen im Laser-Radarsystem so identisch wie möglich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine Draufsicht, 1B ist eine Vorderansicht, 1C ist eine perspektivische Ansicht und 1D ist eine Seitenansicht einer Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung.
2A ist eine Draufsicht, 2B ist eine Vorderansicht, 2C ist eine perspektivische Ansieht, betrachtet in einer identischen Richtung wie in 1C, und 2D ist eine Ansicht von unten der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung, wenn eine Abdeckung und dergleichen entfernt sind.
3 ist ein Blockdiagramm der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung.
4A ist eine schematische Seitenansicht und 4B ist eine schematische Vorderansicht der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung.
5A ist eine schematische Vorderansicht in einem Fall, wo Licht in einer zweiten Richtung projiziert wird, 5B ist eine schematische Vorderansicht in einem Fall, wo Licht in einer ersten Richtung projiziert wird, 5C ist eine schematische Vorderansicht in eine Fall, wo Licht aus der zweiten Richtung empfangen wird, und 5D ist eine schematische Vorderansicht in einem Fall, wo Licht aus der ersten Richtung empfangen wird, der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung.
6 ist ein erklärendes Diagramm zur Erklärung einer erfassbaren Fläche der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung.
7 ist ein erklärendes Diagramm, das einen Fall veranschaulicht, wo das Laser-Radarsystem gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung in einem Fahrzeug installiert ist.
8 ist ein erklärendes Diagramm zur Erklärung einer erfassbaren Fläche des Laser-Radarsystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf 1A bis 3 wird eine Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100 eines Laser-Radarsystems 100S (gezeigt in 7) in einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung beschrieben. Mehrere Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp 100 sind in einem sich bewegenden Körper installiert und erfassen Distanzen zu einem Objekt OBJ. In dieser Beschreibung wird ein Fahrzeug (Auto, Zug, Motorrad oder dergleichen) das sich am Boden bewegt, als ein Beispiel für einen sich bewegenden Körper beschrieben; der sich bewegenden Körper kann jedoch ein Schiff sein, das sich auf dem Wasser bewegt, oder ein Flugzeug, das sich in der Luft bewegt.
Die Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100 misst eine Distanz und eine Richtung zu einem Messobjekt anhand einer Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt zu dem die Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100 Laserlicht ausstrahlt, und dem Zeitpunkt, zu dem die Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100 das Reflexionslicht empfängt, und einer Projektionsrichtung des ausgestrahlten Laserlichts. Laserlicht ist Licht mit ausgezeichneter Richtcharakteristik und Konvergenz. Eine Abtastrichtung ist eine Richtung, in der eine Abtastung mit Laserlicht durchgeführt wird. In einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung, wie später beschrieben wird, sind Laserdioden, die Licht ausstrahlen, eindimensional in einer Laserdiodenanordnung angeordnet und Fotodioden, die Licht empfangen, sind eindimensional in einer Fotodiodenanordnung angeordnet. Die Lichtprojektionsrichtung und die Lichtempfangsrichtung verlaufen senkrecht zur Anordnungsrichtung der Laserdiodenanordnung und der Anordnungsrichtung der Fotodiodenanordnung in einer eindimensionalen Richtung. Somit wird eine Abtastung einer Ebene (zweidimensionale Abtastung) durch einmalige Abtastung durchgeführt.
Wie in 1 dargestellt, enthält die Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100 eine Laser-Radarabdeckung 90 mit einer Bogenform in der Vorderansicht, ein Laser-Radargehäuse 91 mit einer im Wesentlichen rechteckigen, parallelflacher Form, das Komponenten wie Laserdioden und Fotodioden im Inneren enthält, die später beschrieben werden. Die Laser-Radarabdeckung 90 besteht aus einem Material, das Laserlicht und das Reflexionslicht (elektromagnetische Welle) durchlässt. Die Laser-Radarabdeckung 90 erlaubt eine Projektion von Laserlicht, das von der Laserdiode ausgestrahlt wird, auf ein Objekt OBJ und einen Empfang von Reflexionslicht vom Objekt OBJ.
2A bis 2D sind Ansichten, die nur Hauptkomponenten zeigen, die im Inneren enthalten sind, indem die Laser-Radarabdeckung 90 und das Laser-Radargehäuse 91 entfernt werden. 2A ist eine Draufsicht, betrachtet von der Laser-Radarabdeckung 90 mit einer Bogenform. Die Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100 enthält ein Laserdiodenmodul (LD-Modul) 20, das Laserlicht ausstrahlt, ein Fotodiodenmodul (PD-Modul) 30, das Reflexionslicht empfängt, und einen Drehspiegel 10, der Laserlicht, das vom Laserdiodenmodul 20 ausgestrahlt wird, projiziert, während er durch einen Motor 13 gedreht wird, und das Reflexionslicht zum Fotodiodenmodul 30 leitet.
Das Laserdiodenmodul 20 enthält eine Laserdiodenanordnung 21, die tatsächlich Laserlicht ausstrahlt, und eine Kollimatorlinse 22, die ausgestrahltes Laserlicht kollimiert. Wie in 4A und 4B dargestellt, enthält das Fotodiodenmodul 30 eine Fotodiodenanordnung 31, zwei Lichtempfangsplatten 33, und eine Lichtempfangslinse 32. Die Fotodiodenanordnung 31 empfängt tatsächlich Reflexionslicht von Laserlicht und wandelt das Reflexionslicht in ein elektrisches Signal um. Die Lichtempfangsplatte 33 leitet das Reflexionslicht zur Fotodiodenanordnung 31.
Die Lichtempfangslinse 32 ist auf einem Lichtweg des Reflexionslichts gelegen und bildet ein Bild des Reflexionslichts auf der Fotodiodenanordnung 31. Der Drehspiegel 10 enthält einen Lichtprojektionsspiegel 11 und einen Lichtempfangsspiegel 12. Der Lichtprojektionsspiegel 11 reflektiert Laserlicht, das vom Laserdiodenmodul 20 ausgestrahlt wird, und projiziert das Laserlicht, während er dreht. Der Lichtempfangsspiegel 12 dreht koaxial mit dem Lichtprojektionsspiegel 11 und leitet Reflexionslicht von einem Objekt zum Fotodiodenmodul 30, während er dreht. Daher wird ein System zur Durchführung einer Abtastung durch Drehen eines Spiegels, um Laserlicht zu projizieren und Reflexionslicht zu empfangen, als Drehspiegelsystem bezeichnet.
Wenn des Laserdiodenmodul 20 in einem oberen Teil von 2A Laserlicht nach rechts in 2A ausstrahlt, trifft das Laserlicht auf den Lichtprojektionsspiegel 11 und der Drehspiegel 10 projiziert das Laserlicht auf die Vorderseite von 2A (die Seite, die der Laser-Radarabdeckung 90 näherliegt). Reflexionslicht von der Vorderseite zur tiefen Seite in 2A trifft auf den Lichtempfangsspiegel 12 im unteren Teil von 2A, wird nach links in 2A reflektiert und zur Lichtempfangsplatte 33 geleitet. Unter Bezugnahme auf 2B wird Laserlicht, das von der Laserdiodenanordnung 21 in der Mitte von 2B nach rechts in 2B ausgestrahlt wird, von der Kollimatorlinse 22 kollimiert, durch den Lichtprojektionsspiegel 11 reflektiert und nach oben in 2B (zur Laser-Radarabdeckung 90) projiziert. Unter Bezugnahme auf 2D trifft Reflexionslicht, das von der Oberseite von 2D (von der Laser-Radarabdeckung 90) kommt, auf den Lichtempfangsspiegel 12 und wird zur Lichtempfangsplatte 33 an der rechten Seite von 2D reflektiert und geht dann durch die Lichtempfangslinse 32 und wird vom Fotodiodenmodul 30 empfangen.
Die Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100 wird unter Bezugnahme auf das Blockdiagramm von 3 ausführlicher beschrieben. Zusätzlich zu dem Laserdiodenmodul (LD-Modul) 20, dem Fotodiodenmodul (PD-Modul) 30 und dem Drehspiegel 10 wie oben beschrieben, enthält die Laser-Radarvorrichtung vorn Abtasttyp 100 ferner einen LD-Treiber 23, einen AD-Wandler 34, einen Motortreiber 14, einen Spiegelpositionsdetektor 15 und eine Steuereinrichtung 40. Der LD-Treiber 23 treibt eine Lichtausstrahlung des Laserdiodenmoduls 20 an. Der AD-Wandler 34 wandelt ein optisches Signal, das vom Fotodiodenmodul 30 empfangen wird, in ein digitales Signal um. Der Motortreiber 14 treibt eine Drehung des Motors 13 an, der den Drehspiegel 10 dreht. Der Spiegelpositionsdetektor 15 erfasst die Position (den Drehwinkel) des Spiegels im Drehspiegel 10. Die Steuereinrichtung 40 steuert die obengenannten Bauteile. Die Steuereinrichtung 40 ist ein Mikrocomputer, der einen Nur-Lese-Speichert (ROM), der ein Steuerprogramm oder dergleichen speichert, einen Direktzugriffsspeicher (RAM), der vorübergehend Daten wie ein empfangendes Signal und eine Spiegelposition speichert, und Ethernet (eingetragenes Warenzeichen) eines Netzwerkadapters für einen Austausch der obengenannten Daten und des Programms mit einem externen Mechanismus, eine Stromzufuhrüberwachung und dergleichen steuert.
Es ist zu beachten, dass das Laserdiodenmodul 20 die Laserdiodenanordnung 21 enthält, die aus acht Laserdioden besteht. Die acht Laserdioden sind in einer Reihe in der Laserdiodenanordnung 21 in einer Richtung senkrecht zu einer Abtastrichtung angeordnet. Ferner enthält das Fotodiodenmodul 30 die Fotodiodenanordnung 31, die aus 32 Fotodioden besteht. Ebenso sind die 32 Fotodioden in einer Reihe in der Fotodiodenanordnung 31 in einer Richtung senkrecht zur Abtastrichtung angeordnet. Infolgedessen ist es möglich, eine zweidimensionale Abtastung durch einmalige Abtastung durchzuführen. Die Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. Eine zweidimensionale Abtastung kann durch Wiederholen einer eindimensionalen Abtastung in mehreren Stufen durchgeführt werden.
Eine Fläche (erfassbare Fläche), in der ein Objekt in einem Abtastbereich der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100 erfasst werden kann, wird unter Bezugnahme auf 4A bis 6 beschrieben. 4A ist eine schematische Darstellung, die eine Lichtprojektionsmethode und eine Lichtempfangsmethode der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100 zeigt. 4B ist eine schematische Darstellung, die ein optisches System der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100 zeigt. Laserlicht, das durch eine Laserdiode eines lichtausstrahlenden Elements ausgestrahlt wird, das in der Laserdiodenanordnung 21 enthalten ist, geht durch die Kollimatorlinse 22, wird vom Lichtprojektionsspiegel 11 reflektiert und auf das Objekt OBJ projiziert. Ferner wird das Reflexionslicht, das durch das Objekt OBJ reflektiert und zurückgeleitet wird, vom Lichtempfangsspiegel 12 reflektiert und zurückgeleitet wird. Das Reflexionslicht wird ferner durch eine der Lichtempfangsplatten 33 reflektiert, die in 4B gezeigt sind, geht durch die Lichtempfangslinse 32 und wird durch die andere Lichtempfangsplatte 33 reflektiert. Dann empfängt die Fotodiode in der Fotodiodenanordnung 31, die ein Lichtempfangselement ist, das Reflexionslicht. Somit wird ein Bild des Reflexionslichts auf der Fotodiode gebildet.
Lichtprojektions- und Lichtempfangszustände in der Abtastrichtung werden unter Bezugnahme auf 5A bis 5D beschrieben. 5A zeigt die Projektionsrichtung (+50°), die um etwa 50° von einer zentralen Richtung CT im Bereich (Abtastbereich) abweicht, in dem eine Abtastung mit Laserlicht durchgeführt wird. Das heißt, 5A zeigt den Augenblick zu dem die Laserdiode Licht ausstrahlt und das Licht in +50° Richtung projiziert, wenn der Spiegelpositionsdetektor 15 erfasst, dass der Lichtprojektionsspiegel 11 um +50° gedreht ist. Überdies zeigt 5B die Projektionsrichtung (–50°), die nach innen um etwa 50° von der zentralen Richtung CT im Abtastbereich abweicht. Das heißt, 5B zeigt den Augenblick zu dem die Laserdiode Licht ausstrahlt und das Licht in –50° Richtung projiziert, wenn der Spiegelpositionsdetektor 15 erfasst, dass der Lichtprojektionsspiegel 11 um –50° ist. Es ist zu beachten, dass der Abtastbereich in einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung ±70° zu beiden Seiten der zentralen Richtung CT ist, das heißt, der gesamte Abtastbereich ist 140°. Die Offenbarung ist nicht darauf beschränkt und der Abtastbereich kann breiter als dies sein, kann zum Beispiel 160° insgesamt sein. Wenn dann zum Beispiel der Lichtprojektionsspiegel 11 im Uhrzeigersinn gedreht wird, wie in 5A und 5B dargestellt, wird Laserlicht im Abtastbereich von –70° bis +70° projiziert.
5C zeigt einen Zustand, in dem Laserlicht, das projiziert wird, wenn der Lichtprojektionsspiegel 11 um +50° gedreht wird, vom Objekt OBJ reflektiert wird und zum Lichtempfangsspiegel 12 zurückkehrt, der koaxial mit dem Lichtprojektionsspiegel 11 dreht. Es ist zu beachten, dass, da Zeit von der Lichtausstrahlung bis zum Lichtempfang verstreicht, der Winkel des Lichtprojektionsspiegels 11 bei Lichtprojektion und der Winkel des Lichtempfangsspiegels 12 bei Lichtempfang streng genommen unterschiedlich sind. Da aber die Zeitdifferenz geringfügig ist, sind die Winkel als identisch dargestellt. In diesem Fall ist eine Blendenfläche des Lichtempfangsspiegels 12 in Bezug auf das Objekt OBJ, die die Fläche ist, wo Licht vom Objekt OBJ eingefangen werden kann, kleiner, da der Winkel, der durch das Objekt OBJ und die Lichtempfangsplatte 33 in Bezug auf den Lichtempfangsspiegel 12 gebildet wird, größer ist.
5D zeigt einen Zustand, in dem Laserlicht, das projiziert wird, wenn der Lichtprojektionsspiegel 11 um –50° gedreht wird, vom Objekt OBJ reflektiert wird und zum Lichtempfangsspiegel 12 zurückkehrt, der koaxial mit dem Lichtprojektionsspiegel 11 dreht. In diesem Fall ist die Blendenfläche des Lichtempfangsspiegels 12 in Bezug auf das Objekt OBJ größer, da der Winkel, der durch das Objekt OBJ und die Lichtempfangsplatte 33 in Bezug auf den Lichtempfangsspiegel 12 gebildet wird, kleiner ist. Die Tatsache, dass die Blendenfläche in Bezug auf das Objekt OBJ variiert, bedeutet, dass eine Empfindlichkeit gegenüber dem Objekt OBJ variiert. Im Fall einer Durchführung einer Abtastung mit dem Drehspiegel 10 in der Recht-Links-Richtung (zum Beispiel horizontalen Richtung), wie in 5D dargestellt, wie in einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung, gibt es eine Richtung mit guter Empfindlichkeit und eine Richtung mit schlechter Empfindlichkeit strukturell im Abtastbereich, selbst wenn das Reflexionsvermögen des Objekts OBJ identisch ist, abhängig vom Winkel, der durch das Objekt OBJ und den Lichtempfangsweg in Bezug auf den Drehspiegel 10 gebildet wird. Das sogenannte Drehspiegelsystem hat solche Einschränkungen aufgrund der Struktur des optischen Systems.
6 zeigt eine erfassbare Fläche DA in der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100. Wie oben beschrieben, gibt es in der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100 in einem Abtastbereich SA eine erste Richtung D1 mit ausgezeichneter Empfindlichkeit und eine zweite Richtung D2 mit schlechter Empfindlichkeit an beiden Seiten der zentralen Richtung CT. In der ersten Richtung D1 mit ausgezeichneter Empfindlichkeit wird eine erfassbare Distanz länger und eine erfassbare Fläche DA1 in der ersten Richtung hat eine elliptische Form mit einer längeren Hauptachse. Im Gegensatz dazu wird in der zweiten Richtung D2 mit schlechter Empfindlichkeit die erfassbare Distanz kürzer und eine erfassbare Fläche DA2 in der zweiten Richtung hat eine elliptische Form mit einer kürzeren Hauptachse. Da die Empfindlichkeit des Lichtempfangselements vom Reflexionsvermögen des Objekts OBJ abhängig ist, wird angenommen, dass das Reflexionsvermögen unveränderlich ist und das Objekt OBJ ein Standardobjekt mit zum Beispiel einem Reflexionsvermögen von 10% in Bezug auf ausgestrahltes Laserlicht ist. Die erfassbare Distanz ändert sich kontinuierlich gemäß dem Drehwinkel des Drehspiegels 10 innerhalb des Abtastbereichs SA. Wenn daher erfassbare Flächen bei jeweiligen Drehwinkeln übereinandergelegt werden, ist die erfassbare Fläche in der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100 die erfassbare Fläche DA, die in 6 dargestellt ist. Wie oben beschrieben, hat die Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100 strukturelle Einschränkungen des optischen Systems. Das heißt, im Abtastbereich SA gibt es in der Abtastrichtung die erste Richtung, in der die erfassbare Distanz länger ist, und die zweite Richtung, in der die erfassbare Distanz kürzer ist, wobei die erste Richtung und die zweite Richtung an beiden Seiten der zentralen Richtung CT vorhanden sind.
7 zeigt ein Laser-Radarsystem 100S mit den Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp 100, das in einem Fahrzeug C vorgesehen ist. Das Laser-Radarsystem 100S enthält vier Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp 100. Eine Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100F, die vorwiegend eine vordere Fläche abtastet, ist an einer Vorderseite des Fahrzeugs C vorgesehen. Eine Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100B, die vorwiegend eine hintere Fläche abtastet, ist am Heck des Fahrzeugs C vorgesehen. Eine Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100R, die vorwiegend eine Fläche an der rechten Seite des Fahrzeugs C abtastet, ist an der rechten Seite des Fahrzeugs C vorgesehen. Eine Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100L, die vorwiegend eine Fläche an der linken Seite des Fahrzeugs C abtastet, ist an der linken Seite des Fahrzeugs C vorgesehen.
Der Abtastbereich SA einer Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100 überlappt mit dem Abtastbereich SA einer anderen benachbarten Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100. In einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung sind die Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp 100 an vier Stellen vorgesehen, aber die Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp 100 kann zum Beispiel in Ecken des Fahrzeugs C vorgesehen sein, um überlappte Bereiche zu vergrößern. Ferner sind im Laser-Radarsystem 100S die benachbarten Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp 100 so angeordnet, dass die Abtastbereiche SA wie folgt einander überlappen. Die erfassbare Fläche DA1 in der ersten Richtung einer der benachbarten Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp 100 überlappt mit der erfassbaren Fläche DA2 in der zweiten Richtung der anderen der benachbarten Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp 100. Zum Beispiel sind im Laser-Radarsystem 100S die Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp 100 so angeordnet, dass die erfassbare Fläche DA2 in der zweiten Richtung der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100F, die vorwiegend die vordere Fläche abtastet, mit der erfassbaren Fläche DA1 in der ersten Richtung der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100R überlappt, die vorwiegend die Fläche an der rechten Seite des Fahrzeugs C abtastet.
Die erfassbare Fläche im Laser-Radarsystem 100S wird unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. Das Laser-Radarsystem 100S enthält die Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100F, die eine vordere Fläche abtastet, die Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100R, die eine Fläche an der rechten Seite des Fahrzeugs C abtastet, die Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100B, die eine hintere Fläche abtastet, und die Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100L, die eine Fläche an der linken Seite des Fahrzeugs C abtastet. Daher, wie in 8 dargestellt, hat das Laser-Radarsystem 100S eine erfassbare Fläche, die sich in vier Richtungen vom Ursprung (Fahrzeug C) erstreckt. Das heißt, die Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100F hat eine erfassbare Fläche DAF, die Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100R hat eine erfassbare Fläche DAR, die Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100B hat eine erfassbare Fläche DAB und die Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100L hat eine erfassbare Fläche DAL.
Bezüglich der erfassbaren Fläche DAF stellt D1F die erste Richtung dar, in der die erfassbare Distanz der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100F länger ist, und D2F stellt die zweite Richtung dar, in der die erfassbare Distanz der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100F kürzer ist. Bezüglich der erfassbaren Fläche DAR stellt D1R die erste Richtung dar, in der die erfassbare Distanz der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100R länger ist, und D2R stellt die zweite Richtung dar, in der die erfassbare Distanz der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100R kürzer Ist. Bezüglich der erfassbaren Fläche DAB stellt D1B die erste Richtung dar, in der die erfassbare Distanz der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100B länger ist, und D2B stellt die zweite Richtung dar, in der die erfassbare Distanz der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100B kürzer ist. Bezüglich der erfassbaren Fläche DAL stellt D1L die erste Richtung dar, in der die erfassbare Distanz der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100L länger ist, und D2L stellt die zweite Richtung dar, in der die erfassbare Distanz der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100L kürzer ist.
Die Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100F und die Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100R sind so angeordnet, dass die erste Richtung D1R, in der die erfassbare Distanz der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100R länger ist, mit der zweiten Richtung D2F überlappt, in der die erfassbare Distanz der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100F neben der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100R kürzer ist. Ebenso sind die Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100R und die Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100B so angeordnet, dass die erste Richtung D1B, in der die erfassbare Distanz der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100B länger ist, mit der zweiten Richtung D2R, in der die erfassbare Distanz der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100R neben der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100B kürzer ist, überlappt. Ebenso sind die Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100B und die Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100L so angeordnet, dass die erste Richtung D1L, in der die erfassbare Distanz der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100L länger ist, mit der zweiten Richtung D2B, in der die erfassbare Distanz der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100B neben der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100L kürzer ist, überlappt. Ebenso sind die Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100L und die Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100F so angeordnet, dass die erste Richtung D1F, in der die erfassbare Distanz der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100F länger ist, mit der zweiten Richtung D2L, in der die erfassbare Distanz der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100L neben der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100F kürzer ist, überlappt.
Wie beschrieben, überlappen Abtastbereiche benachbarter Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp auf folgende Weise übereinander. Die erfassbare Fläche in der Richtung, in der die erfassbare Distanz einer der benachbarten Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp länger ist, überlappt mit der erfassbaren Fläche in der Richtung, in der die erfassbare Distanz der anderen Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp kürzer ist. Daher können die erfassbaren Distanzen im Laser-Radarsystem 100S, das die mehreren Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp 100 enthält, in allen Richtungen so identisch wie möglich sein, selbst wenn sich erfassbare Distanzen im Abtastbereich aufgrund der Struktur des optischen Systems in einer Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp unterscheiden.
Im Laser-Radarsystem 100S, das die Peripherie des Fahrzeugs C abtastet, wie in einer oder mehreren Ausführungsformen der Offenbarung, überlappt die erfassbare Fläche DA2 in der zweiten Richtung jeder Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100 mit der erfassbaren Fläche DA1 in der ersten Richtung der Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100 neben jeder Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100. Daher ist es möglich, Objekte innerhalb erfassbarer Distanzen zu erfassen, die über die gesamte Peripherie des Fahrzeugs C so identisch wie möglich sind. Selbst wenn die Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp 100 das Drehspiegelsystem anwendet, können die erfassbaren Distanzen in allen Richtungen so identisch wie möglich sein.
Es ist zu beachten, dass die Erfindung nicht auf die gezeigte Ausführungsform begrenzt ist und mit Konfigurationen implementiert werden kann, die im Umfang liegen und nicht von dem Inhalt abweichen, der in jedem Punkt der Ansprüche beschrieben ist. Während die Erfindung vorwiegend unter Bezugnahme auf eine bestimmte Ausführungsform dargestellt und beschrieben wurde, ist für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich, dass verschiedene Änderungen in Quantität und anderen einzelnen Konfigurationen einer veranschaulichenden Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne vom technischen Konzept und dem geplanten Umfang der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016-198289 [0001]
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Claims

Laser-Radarsystem, das in einem sich bewegenden Körper installiert ist und mehrere Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp umfasst, die konfiguriert sind, Distanzen zu einem Objekt zu erfassen, wobei jede der mehreren Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp in einem Abtastbereich eine erste Richtung hat, in der eine erfassbare Distanz zu einem Objekt mit identischem Reflexionsvermögen länger ist, und eine zweite Richtung, in der eine erfassbare Distanz zu einem Objekt mit identischem Reflexionsvermögen kürzer ist, und wobei der Abtastbereich einer der mehreren Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp mit dem Abtastbereich einer anderen der mehreren Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp überlappt, wobei die eine der mehreren Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp und die andere der mehreren Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp nebeneinanderliegen, sodass eine erfassbare Fläche in der ersten Richtung der einen der mehreren Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp mit einer erfassbaren Fläche in der zweiten Richtung der anderen der mehreren Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp überlappt.
Laser-Radarsystem nach Anspruch 1, wobei das Laser-Radarsystem in einem Fahrzeug installiert ist und eine Peripherie des Fahrzeugs abtastet, wobei die erfassbare Fläche in der zweiten Richtung der anderen der mehreren Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp mit der erfassbaren Fläche in der ersten Richtung der einen der mehreren Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp in allen der mehreren Laser-Radarvorrichtungen vom Abtasttyp überlappt.
Laser-Radarsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Laser-Radarvorrichtung vom Abtasttyp ein Drehspiegelsystem anwendet.