DE112019000517T5

DE112019000517T5 - Lidarvorrichtung, fahrassistenzsystem und fahrzeug

Info

Publication number: DE112019000517T5
Application number: DE112019000517.0T
Authority: DE
Inventors: Shunpei Suzuki
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-01-24
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2020-10-08
Also published as: CN111656215B; US11874400B2; JP2019128232A; US20200355805A1; WO2019146647A1; JP7043848B2; CN111656215A

Abstract

Ein Scanner hat eine Rotationsachse und Reflexionsoberflächen. Der Scanner rotiert die Reflexionsoberflächen um die Rotationsachse. Die Reflexionsoberflächen sind parallel zu einer Richtung der Rotationsachse. Der Scanner ändert eine Richtung von jedem der Lichtstrahlen, die von dem Fototransmitter gesendet werden und auf den Scanner einfallen, um dabei geänderte Lichtstrahlen in einer Hauptabtastrichtung auszugeben, die orthogonal zu der Richtung der Rotationsachse ist. Der Scanner reflektiert Lichtstrahlen, die von einem Zielobjekt basierend auf Reflexion der geänderten Lichtstrahlen ankommen, um dabei die Lichtstrahlen zu veranlassen, hin zum Empfänger gerichtet zu sein. Die erste und zweite Lichtquelle sind so angeordnet, dass die optische Achse von mindestens einem der Lichtstrahlen, die von der ersten und zweiten Lichtquelle gesendet werden, schräg bezüglich einer Referenzebene geneigt ist, die orthogonal zur Rotationsachse ist.

Description

Die vorliegende Anmeldung basiert auf der und beansprucht die Priorität der am 24. Januar, 2018 eingereichten japanischen Patentanmeldung mit der Nummer 2018-009657 auf deren gesamte Offenbarung vollinhaltlich Bezug genommen wird.
[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Lidarvorrichtung einschließlich eines Lichtablenkers, ein Fahrassistenzsystem unter Verwendung so einer Lidarvorrichtung und ein Fahrzeug, das so eine Lidarvorrichtung verwendet.
[Stand der Technik]
Lidarvorrichtungen können einen Ablenkungsspiegel beinhalten, der als Lichtablenkungsvorrichtung verwendet wird, die rotiert wird, um Licht zum Abtasten abzulenken. Der Ausdruck „Lidar“ wird auch als LIDAR geschrieben, was eine Abkürzung für „Light Detection and Ranging“ ist. So eine Lidarvorrichtung ist konfiguriert, um einen Einfallswinkel von Licht zu ändern, das auf einen rotierenden Ablenkungsspiegel einfällt, um dadurch einen Ausgangswinkel von Licht zu ändern, das von dem Ablenkungsspiegel in einer horizontalen Ebene senkrecht zu einer Rotationsachse des Ablenkungsspiegels ausgegeben wird.
Ein anderer Typ einer Lidarvorrichtung ist konfiguriert, um zweidimensionale Lichtabtastung unter Verwendung mindestens eines ersten und zweiten Ablenkungsspiegels auszuführen. Jeder des ersten und zweiten Ablenkungsspiegels hat eine Rotationsachse und eine Ablenkungsoberfläche, die schräg bezüglich der Rotationsachse mit einem vorbestimmten Neigungswinkel geneigt ist, wobei sich der Neigungswinkel des ersten Ablenkungsspiegels von dem Neigungswinkel des zweiten Ablenkungsspiegels unterscheidet.
Insbesondere ist die Lidarvorrichtung, die zweidimensionales Lichtabtasten ausführt, konfiguriert, um einen Ausgangswinkel von Licht zu ändern, das von jedem des ersten und zweiten Ablenkungsspiegels in einer vertikalen Ebene senkrecht zur horizontalen Ebene ausgegeben wird, wodurch das ausgegebene Licht zweidimensional abtastet.
Ändern des Einfallswinkels von Licht, wie Laserlicht, das auf jedem Ablenkungsspiegel einfällt, dessen Ablenkungsoberfläche schräg bezüglich seiner Rotationsachse geneigt ist, kann verursachen, dass ein Ausgangswinkel von Laserlicht von dem entsprechenden Ablenkungsspiegel in der vertikalen Ebene abhängig von der Rotationsposition des entsprechenden Ablenkungsspiegels geändert wird. Dies kann zu einer oder mehreren Totzonen in einem zweidimensionalen Abtastbereich führen, der durch eine Hauptabtastrichtung entlang der horizontalen Ebene und eine Nebenabtastrichtung entlang der vertikalen Ebene definiert ist. Die eine oder die mehreren Totzonen repräsentieren jeweils eine Zone in dem zweidimensionalen Abtastbereich, der mit keinem Laserlicht bestrahlt wird, das heißt, eine Zone, wo kein Objekt erfasst wird.
Unter diesem Gesichtspunkt offenbart Patentdokument 1eine Technologie, die die Form der Ablenkungsoberfläche jedes Ablenkungsspiegels gestaltet, um dabei eine Abweichung von Laserlicht, das durch jeden Ablenkungsspiegel abgelenkt wird, von einem bestimmten Ort zu reduzieren.
[Literaturliste]
[Patentdokument 1] Japanische Patentveröffentlichung Nr. 6025014
[Überblick über die Erfindung]
Die offenbarenden Personen haben jedoch die folgenden Probleme mit der herkömmlichen Technik, die in Patentdokument 1 offenbart ist, als Ergebnis einer detaillierten Betrachtung der herkömmlichen Technik entdeckt.
Die Ablenkungsoberfläche jedes Ablenkungsspiegels kann eine nichtplanare Form aufweisen, was zu einer höheren Schwierigkeit beim Entwerfen und Herstellen der Ablenkungsspiegel führt. Die Ablenkungsoberfläche jedes Ablenkungsspiegels kann ebenso eine nichteinheitliche Form haben, was zu einer Hürde einer präzisen Einstellung der Position von Licht führt, das auf die Ablenkungsoberfläche jedes Ablenkungsspiegels fällt. Fehlausrichtung eines Ablenkungsspiegels in der vorstehenden Lidarvorrichtung kann die Erfassungsgenauigkeit der Lidarvorrichtung verschlechtern, was dazu führt, dass regelmäßige Wiedereinstellungsarbeiten für die Ablenkungsspiegel erforderlich sind, um die Erfassungsgenauigkeit der Lidarvorrichtung beizubehalten.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt Lidarvorrichtungen bereit, von denen jede eine einfachere Konfiguration hat, die einfacher einstellbar ist.
Eine Lidarvorrichtung gemäß einem ersten beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet einen Fototransmitter, einen Fotoempfänger und einen Scanner.
Der Fototransmitter beinhaltet mindestens eine erste und eine zweite Lichtquelle, wobei jede der ersten und der zweiten Lichtquelle konfiguriert ist, um einen Lichtstrahl zu senden, der eine optische Achse hat. Jede der ersten und zweiten Lichtquelle kann eine oder mehrere optische Vorrichtungen wie Linsen oder Spiegel beinhalten. Der Fotoempfänger ist konfiguriert, um Licht zu empfangen, das von einer vorbestimmten Richtung ankommt. Der Scanner hat eine Rotationsachse und mehrere Reflexionsoberflächen, die parallel zu einer Richtung der Rotationsachse sind. Der Scanner ist konfiguriert, um die Reflexionsoberflächen um die Rotationsachse zu rotieren, um dabei

(1) eine Richtung von jedem der Lichtstrahlen, die von dem Fototransmitter gesendet werden und auf den Scanner einfallen, zu ändern, um dabei geänderte Lichtstrahlen in einer Hauptabtastrichtung auszugeben, die orthogonal zu der Richtung der Rotationsachse ist,
(2) Lichtstrahlen, die von einem Zielobjekt basierend auf Reflexion der geänderten Lichtstrahlen ankommen, zu reflektieren, um dabei die Lichtstrahlen zu veranlassen hin zum Fotoempfänger gerichtet zu sein.

Die erste und zweite Lichtquelle sind so angeordnet, dass die optische Achse von mindestens einem der Lichtstrahlen, die von der ersten und zweiten Lichtquelle gesendet werden, schräg bezüglich einer Referenzebene geneigt ist, die orthogonal zur Rotationsachse ist.
Ein Fahrassistenzsystem gemäß einem zweiten exemplarischen Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet die Lidarvorrichtung.
Ein Fahrzeug gemäß einem dritten exemplarischen Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet die Lidarvorrichtung.
Da die Reflexionsoberflächen angeordnet sind, um parallel zur Richtung der Rotationsachse zu sein, behält die Lidarvorrichtung den Ausgangswinkel jedes Lichtstrahls in einer Ebene, die den Einfallspfad der Lichtstrahlen und die Rotationsachse beinhaltet, konstant bei. In anderen Worten hält die Lidarvorrichtung den Ausgangswinkel jedes Lichtstrahls in der Nebenabtastrichtung unabhängig von dem Ausgangswinkel des entsprechenden der Lichtstrahlen in einer Hauptabtastrichtung unverändert bei. Dies verhindert, dass eine oder mehrere Totzonen in dem zweidimensionalen Abtastbereich erzeugt werden, wobei die eine oder die mehreren Totzonen jeweils eine Zone repräsentieren, die mit keinem Laserlicht bestrahlt wird. Die Lidarvorrichtung macht es einfacher, die vorstehende vorteilhafte Wirkung zu erreichen, ohne dass die Reflexionsoberflächen kompliziert sind.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht einer Lidarvorrichtung.
2 ist eine perspektivische Ansicht der Lidarvorrichtung und illustriert die Struktur eines Lichterfassungsmoduls, das in einem Gehäuse der Vorrichtung angeordnet ist.
3 ist eine Vorderansicht des Lichterfassungsmoduls, deren Komponenten integral in einem Rahmen installiert sind, der teilweise illustriert ist.
4 ist eine Draufsicht der Lidarvorrichtung, wobei das Gehäuse weggelassen ist.
5 ist eine erläuternde Querschnittsansicht, die eine Struktur eines Spiegelmoduls illustriert.
6 ist eine Ansicht, die eine Struktur einer Lichtquelle illustriert.
7 ist eine Ansicht, die eine Struktur einer Lichtempfangsvorrichtung illustriert.
8 ist ein Diagramm, das den Pfad von Licht, das gesendet wird, und die Anordnung eines Sendelichtablenkungsspiegels bezüglich des Pfads von Licht illustriert.
9 ist ein Diagramm das den Pfad eines Lichtstrahls illustriert, der empfangen wird.
10 ist eine Ansicht, die illustriert, wie Positionen der optischen Quelle und Lichtempfangsvorrichtung eingestellt sind.
11 ist ein Diagramm, das einen Abstrahlungsbereich eines Lichtstrahls illustriert, der von einem Ablenkungsspiegel abgestrahlt wird.
12 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen Lichtquellen und einem Lichtempfangsbereich der Lichtempfangsvorrichtung illustriert.
13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Einstellung von Positionen der jeweiligen Lichtquellen illustriert.
14 ist ein Diagramm, das eine Modifikation eines Fototransmitters illustriert.
15 ist eine Ansicht, die Positionen jeweiliger Lichtquellen gemäß der in 14 illustrierten Modifikation illustriert.
16 ist ein Diagramm, das ein Modifikation einer Lichtquelle illustriert.
17 ist ein Blockschaltbild das ein Fahrassistenzsystem illustriert.

[Beschreibung von Ausführungsformen]
Eine exemplarische Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
[Konfiguration]
17 illustriert ein Fahrsystem 70, das in einem Fahrzeug 60 installierbar ist. Das Fahrsystem 70 beinhaltet eine Lidarvorrichtung 1, eine Umgebungsüberwachungsvorrichtung 72 und eine Fahrassistenzvorrichtung 74.
Die Lidarvorrichtung 1 ist beispielsweise in der Fahrgastzelle des Fahrzeugs 60 installiert. Die Lidarvorrichtung 1 ist konfiguriert, um Licht zur Umgebung des Fahrzeugs 60 zu senden und Licht von der Umgebung zu empfangen, um dabei unterschiedliche Objekte um das Fahrzeug 60 herum zu erfassen. Der Ausdruck „Lidar“ wird auch als LIDAR geschrieben, was eine Abkürzung für „Light Detection and Ranging“ ist. Die Lidarvorrichtung 1 ist nicht darauf beschränkt, in der Fahrgastzelle des Fahrzeugs 60 installiert zu werden, und kann an der Karosserie des Fahrzeugs 60 montiert werden, wobei mindestens ein Teil davon von der Karosserie des Fahrzeugs 60 freigelegt ist.
Die Umgebungsüberwachungsvorrichtung 72 ist konfiguriert, um basierend auf Messungen, die durch die Lidarvorrichtung 1 erlangt werden, Umgebungsinformationen zu erzeugen, die ermöglichen, dass die Situationen um das Fahrzeug 60 herum überwacht werden. Die Umgebungsüberwachungsvorrichtung 72 kann konfiguriert sein, um zusätzlich zu den Messungen, die durch die Lidarvorrichtung 1 erlangt werden, Umgebungsinformationen gemäß Messungen, die durch mindestens eine von einer oder mehreren Kameras, einem oder mehreren Millimeterwellenradaren, Sonaren erlangt werden, zu erzeugen, wobei diese Kameras, Radare und Sonare an dem Fahrzeug 60 installiert sind.
Die Fahrassistenzvorrichtung 74 ist konfiguriert, um Steuerung von Operationen des Fahrzeugs 60 gemäß den Umgebungsinformationen, die durch die Umgebungsüberwachungsvorrichtung 72 erzeugt werden, und Fahrzeugzustandsinformationen/Fahrzeugverhaltensinformationen durchzuführen, die durch unterschiedliche Sensoren gemessen werden, die in dem Fahrzeug 60 installiert sind, wobei die Fahrzeugzustandsinformationen/Fahrzeugverhaltensinformationen mindestens einen des Zustands des Fahrzeugs 60 und des Verhaltens des Fahrzeugs 60 repräsentieren. Diese Steuerung von Operation des Fahrzeugs 60 ermöglicht, dass unterschiedliche Unterstützungsaufgaben für das Fahren des Fahrzeugs 60 ausgeführt werden. Die unterschiedlichen Unterstützungsaufgaben, die durch die Fahrassistenzvorrichtung 74 ausgeführt werden, beinhalten beispielsweise eine Aufgabe zum Steuern einer Distanz eines folgenden Fahrzeugs, in anderen Worten eine Aufgabe einer automatischen Geschwindigkeitsregelung (ACC), eine Spurhalteassistenzaufgabe (LKA), eine Spurverlassenswarnaufgabe, eine Überholassistenzaufgabe, eine Interventionsassistenzaufgabe, eine Aufgabe zum automatischen Bremsen und eine Aufgabe zum autonomen Fahren.
Wie in 1 illustriert ist, beinhaltet die Lidarvorrichtung 1 ein Gehäuse 100 und ein optisches Fenster 200.
Das Gehäuse 100 ist ein Kasten mit einer rechteckigen Parallelepipedform. Der Kasten hat eine im Wesentlichen rechteckige Seite, die eine Öffnung hat. Das Gehäuse 100 hat darin angeordnet ein später beschriebenes Lichterfassungsmodul 2.
Das optische Fenster 200 ist ein Harzdeckel, der an dem Gehäuse 100 fixiert ist, um dessen Öffnung zu schließen. Das optische Fenster 200 ermöglicht, dass Laserlicht, das von dem Lichterfassungsmodul 2 innerhalb des Gehäuses 100 gesendet wird, passiert.
In der folgenden Beschreibung ist eine X-Achsenrichtung als sich entlang einer längeren Seite der im Wesentlichen rechteckigen Öffnung des Gehäuses 100 erstreckend definiert; eine Y-Achsenrichtung ist als sich entlang einer kürzeren Seite der Öffnung erstreckend definiert; und eine Z-Achsenrichtung ist als sich orthogonal zur X-Y-Ebene erstreckend definiert.
Es ist zu beachten, dass die X-Achsenrichtung betrachtet von einem Punkt, der der Öffnung des Gehäuses 100 zugewandt ist, eine linke Seite und eine rechte Seite hat und die Y-Achsenrichtung betrachtet von einem Punkt, der der Öffnung des Gehäuses 100 zugewandt ist, eine obere Seite und eine untere Seite hat. Eine Seite der Öffnung des Gehäuses 100 ist als eine Vorderseite definiert und eine Seite des Gehäuses 100, die gegenüberliegend zur Seite der Öffnung ist, ist als eine Rückseite definiert. Die Z-Achsenrichtung hat eine Vorderseite und eine Rückseite die sich jeweils auf die Vorderseite des Gehäuses 100 und dessen Rückseite beziehen.
Wie in 2 bis 4 illustriert ist, beinhaltet das Lichterfassungsmodul 2 einen Fototransmitter 10, einen Scanner 20 und einen Fotoempfänger 30. Das Lichterfassungsmodul 2 ist an dem Gehäuse 100 mittels eines Rahmens 40 montiert.
[Scanner]
Der Scanner 20 beinhaltet ein Spiegelmodul 21, eine Trennplatte 22 und einen Motor 23.
Das Spiegelmodul 21, wie es in 5 illustriert ist, beinhaltet ein Paar Ablenkungsspiegel 211 und 212 und einen Spiegelrahmen 213.
Jeder der Ablenkungsspiegel 211 und 212 ist ein flaches Plattenelement mit einer reflektierenden Oberfläche, die Licht reflektieren kann. Der Spiegelrahmen 213 beinhaltet ein Scheibenelement 213a und ein Montageelement 213b. Das Scheibenelement 213a ist wie eine kreisförmige flache Platte geformt und hat einen Mittenabschnitt, der an einer Rotationswelle des Motors 23 befestigt ist.
Das Montageelement 213b, das eine plattenartige Form hat, hat zwei gegenüberliegende Hauptoberflächen, an denen die Ablenkungsspiegel 211 und 212 entsprechend zugeordnet fixiert sind. Das Montageelement 213b ist vertikal auf dem Scheibenelement 213a angeordnet.
Jeder des ersten und zweiten Ablenkungsspiegels 211 und 212 und des Montageelements 213b hat eine kombinierte Form von zwei Rechtecken, die jeweils einander gegenüberliegende längere Seiten haben. Die Länge der längeren Seite von einem der beiden Rechtecke unterscheidet sich von der Länge der längeren Seite des anderen Rechtecks.
Insbesondere sind die zwei Rechtecke, von denen jedes gegenüberliegende kürzere Seiten hat, so miteinander kombiniert, dass ihre Mittelachsen, von denen jede parallel zu den kürzeren Seiten ist, zueinander ausgerichtet sind.
Wie vorstehend beschrieben ist, sind der erste und der zweite Ablenkungsspiegel 211 und 212 und das Montageelement 213b, von denen jedes als die Kombination der zwei Rechtecke geformt ist, miteinander integriert, um eine Spiegelanordnung zu bilden, die aus einem rechteckigen Abschnitt mit einer schmäleren Breite und einem rechteckigen Abschnitt mit einer größeren Breite besteht. Der rechteckige Abschnitt mit der schmäleren Breite hat in seiner Längsrichtung eine schmälere Breite und der rechteckige Abschnitt mit der größeren Breite hat in seiner Längsrichtung eine größere Breite.
Der erste und zweite Ablenkungsspiegel 211 und 212, die miteinander mittels des Spiegelrahmens 213 kombiniert sind, sind so angeordnet, dass (i) der rechteckige Abschnitt mit der größeren Breite niedriger ist als der rechteckige Abschnitt mit der schmäleren Breite ist und (ii) die Mittelachse der Spiegelanordnung des kombinierten ersten Ablenkungsspiegels und zweiten Ablenkungsspiegels 211 und 212 mit der Mitte des scheibenartigen Elements 213a ausgerichtet ist. Rotierbares Antreiben des Motors 23 ermöglicht demnach der Spiegelanordnung des kombinierten ersten und zweiten Ablenkungsspiegels 211 und 212, um die Rotationswelle des Motors 23 zu rotieren.
Das heißt, das Spiegelmodul 21 ist konfiguriert, um um die Mittelachse des Spiegelrahmens 213 zu rotieren. Die reflektierenden Oberflächen des ersten und zweiten Ablenkungsspiegels 211 und 212 sind parallel zur Rotationswelle des Motors 23 unabhängig von der Rotationsposition des Motors 23.
Die Trennplatte 22 ist ein kreisförmiges plattenartiges Element, dessen Durchmesser gleich der Länge des Abschnitts mit der größeren Breite in dessen Längsrichtung ist. Die Trennplatte 22 ist in zwei halbkreisförmige Abschnitte unterteilt. Die Trennplatte 22 ist an dem Spiegelmodul 21 befestigt, während die halbkreisförmigen Abschnitte

1. den rechteckigen Abschnitt mit der schmäleren Breite des Spiegelmoduls 21 von beiden Hauptseiten des rechteckigen Abschnitts mit der schmäleren Breite sandwichartig umgeben,
2. auf Schultern des rechteckigen Abschnitts mit der größeren Breite des Spiegelmoduls 21 anliegen.

Jeder des ersten und zweiten Ablenkungsspiegels 211 und 212 besteht aus

1. einem oberen Abschnitt, der sich oberhalb der Trennplatte 22 befindet und den rechteckigen Abschnitt mit der schmäleren Breite der Spiegelanordnung bildet,
2. einen unteren Abschnitt, der sich unterhalb der Trennplatte 22 befindet und den rechteckigen Abschnitt mit der größeren Breite der Spiegelanordnung bildet.

Der obere Abschnitt des ersten und zweiten Ablenkungsspiegels 211 und 212 wird als ein Sendelichtablenker (Ablenker für gesendetes Licht) 20a bezeichnet und der untere Abschnitt jedes des ersten und zweiten Ablenkungsspiegels 211 und 212 wird als ein Empfangslichtablenker (Ablenker für empfangendes Licht) 20b bezeichnet.
[Lichtemittierer]
Wie in 2 bis 4 illustriert ist, beinhaltet der Fototransmitter 10 ein Paar Lichtquellen 11 und 12. Der Fototransmitter 10 kann ebenso ein Paar Fotoübertragungslinsen 13 und 14 und einen Sendelichtablenkungsspiegel 15 beinhalten.
Da die Lichtquellen 11 und 12 die gleiche Konfiguration haben, wird nachfolgend der Einfachheit halber die Konfiguration der Lichtquelle 11 beschrieben.
Gemäß 6 ist die Lichtquelle 11 als ein Mehrstreifen-Halbleiterlaser entworfen, der mindestens zwei lichtemittierende Bereiche A1 und A2 beinhaltet. Die lichtemittierenden Bereiche A1 und A2 sind in einer vorbestimmten Richtung, die als eine Ausrichtungsrichtung definiert ist, ausgerichtet und jeder der lichtemittierenden Bereiche A1 und A2 hat eine im Wesentlichen rechteckige Form deren Längsseite sich in der Ausrichtungsrichtung erstreckt. Jeder der lichtemittierenden Bereiche A1 und A2 hat eine Bereichsbreite L in der Ausbreitungsrichtung und die lichtemittierenden Bereiche A1 und A2 haben ein Intervall S zwischen ihnen. Die lichtemittierenden Bereiche A1 und A2 sind angeordnet, um der Bereichsbreite L und dem Intervall S zu ermöglichen, die folgende Beziehung L ≥ S zu erfüllen.
Die lichtemittierenden Bereiche A1 und A2 sind konfiguriert, um Lichtstrahlen zu emittieren, die Lichtachsen haben, die jeweils parallel zueinander sind. Das heißt, die Lichtstrahlen die von den jeweiligen lichtemittierenden Bereichen A1 und A2 emittiert werden, dienen ebenso als Sendestrahlen.
In der folgenden Beschreibung hat der Sendelichtablenker 20a gegenüberliegende Oberflächen und hat auf jeder der gegenüberliegenden Oberflächen einen Reflexionspunkt, auf dem ein Lichtstrahl von jeder der Lichtquellen 11 und 12 einfällt. Jede der gegenüberliegenden Oberflächen des Sendelichtablenkers 20a ist als eine Referenzoberfläche definiert, die den Reflexionspunkt beinhaltet und orthogonal zur Rotationsachse des Spiegelmoduls 21 ist.
Die Lichtquelle 11 die eine lichtemittierende Oberfläche jedes lichtemittierenden Bereichs derselben hat, befindet sich weg von dem Reflexionspunkt auf der linken Seite der X-Achsenrichtung, wobei ihre Lichtemissionsoberflächen dem Sendelichtablenker 20a zugewandt sind.
Die Lichtquelle 12, die eine Lichtemissionsoberfläche jedes lichtemittierenden Bereichs derselben hat, befindet sich weg von einem entsprechenden Ablenkungspunkt in der Richtung hin zur Rückseite der Z-Achsenrichtung, wobei ihre Lichtemissionsoberflächen der Vorderseite der Z-Achsenrichtung zugewandt sind. Der Ablenkungspunkt ist in einer Mittenregion eines vorbestimmten Lichtstrahlpfads zwischen dem Reflexionspunkt und der Lichtquelle 11 angeordnet.
Die Lichtquelle 11 hat eine erste vertikale Position in der vertikalen Richtung (das heißt, der Y-Achsenrichtung) und die Lichtquelle 12 hat eine zweite vertikale Position in der vertikalen Richtung, das heißt, der y-Achsenrichtung. Die vertikale Position der Lichtquelle 11 ist angeordnet, um niedriger als die Referenzoberfläche des Sendelichtreflektors 20a in der Y-Achsenrichtung zu sein, und die zweite vertikale Position der Lichtquelle 12 ist angeordnet, um höher als die Referenzoberflächen des Sendelichtreflektors 20a zu sein. Die Lichtquellen 11 und 12 sind mit der Ausrichtungsrichtung der Lichtquellen 11 und 12 angeordnet, die mit der Y-Achsenrichtung übereinstimmt.
Die Lichtübertragungslinse 13 ist angeordnet, um den Lichtemissionsoberflächen der Lichtquelle 11 zugewandt zu sein. Ähnlich ist die Lichtübertragungslinse 14 ist angeordnet, um den Lichtemissionsoberflächen der Lichtquelle 12 zugewandt zu sein. Die Lichtquellen 11 und 12 sind nahe den Brennpunkten der Lichtübertragungslinsen 13 bzw. 14 angeordnet.
Der Sendelichtablenkungsspiegel 15 ist an den Ablenkungspunkten angeordnet und konfiguriert, um Lichtstrahlen abzulenken, die von der Lichtquelle 12 gesendet wurden und die Lichtübertragungslinse 14 passiert haben, um dabei jeden der abgelenkten Lichtstrahlen zu dem entsprechenden Reflexionspunkt zu führen. In 5 ist der Sendelichtablenkungsspiegel 15 weggelassen.
Der Sendelichtablenkungsspiegel 15, wie in 8 illustriert ist, ist oberhalb des Pfads jedes Lichtstrahls, der von der Lichtquelle 11 gesendet wird, die Lichtübertragungslinse 13 passiert hat und sich hin zum entsprechenden Reflexionspunkt ausbreitet, angeordnet. Diese Anordnung des Sendelichtablenkungsspiegels 15 verhindert, dass der Sendelichtablenkungsspiegel 15 den Pfad jedes Lichtstrahls blockiert. Der Pfad jedes Lichtstrahls von der Lichtquelle 11 zum Reflexionspunkt hat die gleiche Länge wie der Pfad jedes Lichtstrahls von der Lichtquelle 12 durch den Sendelichtablenkungsspiegel 15 zu dem entsprechenden Reflexionspunkt.
Insbesondere ist jede der Lichtquellen 11 und 12 so konfiguriert, dass die optischen Achsen der lichtemittierenden Bereiche jeweils aufwärts um einen vorbestimmten Winkel bezüglich der Referenzoberflächen geneigt sind. Der vorbestimmte Winkel ist selektiv innerhalb des Bereichs von 1 Grad bis 2 Grad festgelegt. Der vorbestimmte Winkel ist nicht darauf beschränkt, innerhalb des Bereichs von 1 Grad bis 2 Grad zu sein. Inbesondere kann der Winkel von jeder der Lichtquellen 11 und 12 bevorzugt gemäß einem Lichtstrahlabstrahlwinkel festgelegt sein, der für die Nebenabtastrichtung benötigt wird.
[Fotoempfänger]
Der Fotoempfänger 30 beinhaltet eine Lichtempfangsvorrichtung 31. Der Fotoempfänger 30 kann ebenso eine Lichtempfangslinse 32 und einen Empfangslichtablenkungsspiegel 33 beinhalten.
Wie in 7 gezeigt ist, beinhaltet die Lichtempfangsvorrichtung 31 ein APD-Array 311 und ein Linsenarray 312. Das APD-Array 311 besteht aus zwölf APDs, die in einer Linie angeordnet sind. „APD“ bezeichnet eine Lawinenfotodiode. Das Linsenarray 312 besteht aus zwölf Linsen, die angeordnet sind, um den jeweiligen APDs des APD-Arrays 311 zugewandt zu sein. Jede der Linsen des Linsenarrays 312 ist konfiguriert, um einen Lichtstrahl, der auf der Lichtempfangsvorrichtung 31 einfällt, auf die entsprechende der APDs zu fokussieren.
Wie in 3 und 9 illustriert ist, ist die Lichtempfangsvorrichtung 31 unterhalb des Empfangslichtablenkungsspiegels 33 derart angeordnet, dass

1. eine Lichtempfangsoberfläche von jedem der APDs nach oben entlang der Y-Achsenrichtung zeigt,
2. die APDs des APD-Arrays 311 in der X-Achsenrichtung angeordnet sind.

In 3 ist ein Teil des Rahmens 40 weggelassen, um klar die Anordnung der Komponenten des Fotoempfängers 30 zu illustrieren.
Der Empfangslichtablenkungsspiegel 33 befindet sich auf der linken Seite der X-Achsenrichtung bezüglich des Empfangslichtablenkers 20b. Der Empfangslichtablenkungsspiegel 33 ist angeordnet, um Lichtstrahlen, von denen jeder darauf durch die Fotoempfangslinse 32 einfällt, nach unten im Wesentlichen rechtwinklig bezüglich der Y-Achsenrichtung abzulenken, wodurch verursacht wird, dass jedes abgelenkte Licht die Lichtempfangsvorrichtung 31 erreicht.
Die Lichtempfangslinse 32 ist zwischen dem Empfangslichtablenker 20b und dem Empfangslichtablenkungsspiegel 33 angeordnet. Die Empfangslichtlinse 32 hat eine vorbestimmte Apertur, die jedem Lichtstrahl ermöglicht, der die Apertur der Empfangslichtlinse 32 passiert hat, um auf die Lichtempfangsvorrichtung 31 zu treffen, eine reduzierte Breite in der Z-Achsenrichtung zu haben. Die reduzierte Breite des entsprechenden Lichtstrahls in der Z-Achsenrichtung liegt in der Größenordnung der Breite des APD in der Z-Achsenrichtung.
[Rahmen]
Der Rahmen 40 ist konfiguriert, um die Komponenten des Fototransmitters 10, des Scanners 20 und des Fotoempfängers 30 miteinander zu kombinieren und die kombinierten Komponenten innerhalb des Gehäuses 100 zu montieren, während diese Komponenten fest an vorbestimmten jeweiligen Positionen in dem Gehäuse 100 angeordnet sind.
Wie in 2 bis 4 gezeigt ist, beinhaltet der Rahmen 40 einen unteren Abschnitt 41, einen Seitenabschnitt 42 und einen hinteren Abschnitt 43. Der Rahmen 40 beinhaltet auch einen Trennabschnitt 44.
Eine Lichtempfangsplatte 51 hat eine Montageoberfläche, auf der der Fotoempfänger 30 montiert ist, und eine Motorplatte 52 hat eine Montageoberfläche, auf der der Motor 23 montiert ist. Die Lichtempfangsplatte 51 und die Motorplatte 52 sind an einem Boden des unteren Rahmenabschnitts 41 angebracht.
Der untere Rahmenabschnitt 41 hat durch sich ein erstes Loch ausgebildet, durch das sich Licht von dem Empfangslichtablenkungsspiegel 33 zur Lichtempfangsvorrichtung 31 ausbreitet. Der untere Rahmenabschnitt 41 hat ebenso durch sich ein zweites Loch ausgebildet, durch das der Motor 23 des Scanners 20 angeordnet ist.
Der Rahmenseitenabschnitt 42 hat gegenüberliegende vordere und hintere Oberflächen und ist so angeordnet, dass die vordere Oberfläche dem Scanner 20 zugewandt ist. Ein zylindrischer Halter 421 steht von der vorderen Oberfläche des Rahmenseitenabschnitts 42 hervor. Der zylindrische Halter 421 hat eine zylindrische Öffnung mit einem gegenüberliegenden vorderen und hinteren Ende, das heißt, gegenüberliegende rechte und linke Enden in der X-Achsenrichtung. Die Lichtübertragungslinse 13 ist in das vordere Ende der zylindrischen Öffnung des zylindrischen Halters 421 eingepasst.
Eine Lichtemissionsplatte 53, an die die Lichtquelle 11 angebaut wurde, ist an der hinteren Oberfläche des Rahmenseitenabschnitts 42 montiert. Wenn die Lichtemissionsplatte 53 an dem Rahmenseitenabschnitt 42 montiert ist, ist die Lichtquelle 11 an dem hinteren Ende der zylindrischen Öffnung des zylindrischen Halters 421 angeordnet, das heißt, dem linken Ende der zylindrischen Öffnung des zylindrischen Halters 421 in der X-Achsenrichtung.
Wie beim Rahmenseitenabschnitt 42 steht ein zylindrischer Halter 431 von der vorderen Oberfläche des hinteren Rahmenabschnitts 43 hervor. Der zylindrische Halter 431 hat eine zylindrische Öffnung mit einem gegenüberliegenden vorderen und hinteren Ende, das heißt, gegenüberliegende rechte und linke Enden in der X-Achsenrichtung. Die Lichtübertragungslinse 13 ist in das vordere Ende der zylindrischen Öffnung des zylindrischen Halters 431 eingepasst.
Eine Lichtemissionsplatte 54, an die die Lichtquelle 12 angebaut wurde, ist an der hinteren Oberfläche des hinteren Rahmenabschnitts 43 montiert. Wenn die Lichtemissionsplatte 5 an dem hinteren Rahmenabschnitt 43 montiert ist, ist die Lichtquelle 12 an dem hinteren Ende der zylindrischen Öffnung des zylindrischen Halters 431 angeordnet.
Der Trennabschnitt 44 ist an einer vorbestimmten Position zum Platzieren einer Trennung zwischen einem Raum, in dem Komponenten des Fototransmitters 10 angeordnet sind, und eines Raums, in dem Komponenten des Fotoempfängers 30 angeordnet sind, vorgesehen. An den Trennabschnitt 44 sind der Sendelichtreflektionsspiegel 15, der Empfangslichtablenkungsspiegel 33 und die Lichtempfangslinse 32 angebaut.
Die Lichtempfangsplatte 51 und das Paar Lichtübertragungsplatten 53 und 54 sind an dem Rahmen 40 mit Schrauben montiert. Das heißt, Einstellen mindestens eines des Orts und Winkels der Lichtempfangsplatte 51 mit Schrauben ermöglicht, dass mindestens einer des Orts und des Winkels der Lichtempfangsvorrichtung 31 fein dreidimensional eingestellt werden kann. Das heißt, Einstellen mindestens eines des Orts und Winkels jeder der Lichtemissionsplatten 53 und 54 ermöglicht, dass mindestens einer des Orts und des Winkels entsprechend einer der Lichtquellen 11 und 12 fein dreidimensional eingestellt werden kann.
Der Halter 421 ist mit dem Rahmenseitenabschnitt 4 integriert, aber kann mit der Lichtemissionsplatte 53 integriert werden. Der Halter 431 ist mit dem hinteren Rahmenabschnitt 43 integriert, aber kann mit der Lichtemissionsplatte 54 integriert werden.
[Steuerung]
Eine Steuervorrichtung 60 ist beispielsweise an dem Gehäuse 100 installiert. Die Steuervorrichtung 60 ist konfiguriert, um die Zeit zu steuern, wenn jede der Lichtquellen 11 und 12 entsprechende Lichtstrahlen synchron mit der Rotation des Spiegelmoduls 21 des Scanners 20 emittiert. Insbesondere veranlasst diese Steuerung die Lichtquelle 11, die Lichtstrahlen zu emittieren, so dass die emittierten Lichtstrahlen auf den Ablenkungsspiegel 211 treffen, und veranlasst die Lichtquelle 12, die Lichtstrahlen zu emittieren, so dass die emittierten Lichtstrahlen auf den Ablenkungsspiegel 212 treffen.
[Operation]
Wie in 8 illustriert ist, passiert jeder Lichtstrahl, der von der Lichtquelle 11 gesendet wird, die Lichtübertragungslinse 13 und erreicht danach den entsprechenden Reflexionspunkt P auf einer der Reflexionsoberflächen des Sendelichtablenkers 20a. Ferner passiert jeder Lichtstrahl, der von der Lichtquelle 12 gesendet wird, die Lichtübertragungslinse 14 und wird durch den Sendelichtablenkungsspiegel 15 im Wesentlichen rechtwinklig abgelenkt. Der Lichtstrahl, der durch den Spiegel 15a abgelenkt wird, bewegt sich danach fort, um auf den entsprechenden Reflexionspunkt P auf der anderen der Reflexionsoberflächen der Sendelichtablenkungseinheit 20a zu treffen.
Die Lichtstrahlen, die auf die Sendelichtablenkungseinheit 20a einfallen, werden jeweils in einer entsprechenden Richtung gesendet, die durch die Rotationsposition des Spiegelmoduls 21 bestimmt ist.
Wie in 9 illustriert ist, kommen reflektierte Lichtstrahlen von einem Erfassungsziel, das sich in einer vorbestimmten Richtung befindet, abhängig von der Rotationsposition des Spiegelmoduls 21 an der Empfangslichterfassungseinheit 20b als Ankunftslichtstrahlen an. Die Ankunftslichtstrahlen werden jeweils durch die Empfangslichtablenkeinheit 20b reflektiert, um dabei abgelenkt zu werden. Die abgelenkten Lichtstrahlen werden danach durch die Lichtempfangsvorrichtung 31 mittels der Lichtempfangslinse 32 und dem Empfangslichtablenkungsspiegel 33 empfangen. Die vorbestimmte Richtung abhängig von der Rotationsposition des Spiegelmoduls 21 bezieht sich auf eine Richtung eines Lichtstrahls, der von der Sendelichtablenkungseinheit 20a emittiert wird.
Das heißt, die Lidarvorrichtung 1 ist konfiguriert, um das Spiegelmodul 21 zu rotieren, um dabei mechanisch die horizontale Abtastung, das heißt, die Hauptabtastung mit den Laserstrahlen auszuführen.
Ferner ist die Lidarvorrichtung 1 konfiguriert, um die Lichtquellen 11 und 12 zu steuern, die vier Lichtstrahlen senden, die in der vertikalen Richtung ausgerichtet sind, während das APD-Array 31 gesteuert wird, wodurch das vertikale Abtasten, das heißt, das Nebenabtasten mit den Laserstrahlen elektronisch ausgeführt wird.
[Positionelle Einstellung der Lichtquellen und der Lichtempfangsvorrichtung]
Wie in 8 bis 10 illustriert ist, sind die Lichtquellen 11 und 12 so angeordnet, dass

1. die Lichtpfadlänge jedes Lichtstrahls von der Lichtquelle 11 zu dem entsprechenden Reflexionspunkt P des Sendelichtablenkers 20a identisch zu der Lichtpfadlänge jedes Lichtstrahls von der Lichtquelle 12 zu dem entsprechenden Reflexionspunkt P des Sendelichtablenkers 20a ist,
2. die optischen Achsen der jeweiligen Lichtstrahlen von der Lichtquelle 11 sich im Wesentlichen an dem entsprechenden Reflexionspunkt P kreuzen.

Die Lichtempfangsvorrichtung 31 ist an einer vorbestimmten Region angeordnet, die einen Brennpunkt der Lichtempfangslinse 32 beinhaltet.
Nachfolgend wird der Lichtstrahl, der von dem lichtemittierenden Bereich A1 der Lichtquelle 11 emittiert wird, als ein Lichtstrahl B11 definiert, der Lichtstrahl, der von dem lichtemittierenden Bereich A2 der Lichtquelle 11 emittiert wird, wird als ein Lichtstrahl B12 definiert, der Lichtstrahl, der von dem lichtemittierenden Bereich A1 der Lichtquelle 12 emittiert wird, wird als ein Lichtstrahl B21 definiert, und der Lichtstrahl, der von dem lichtemittierenden Bereich A2 der Lichtquelle 12 emittiert wird, wird als ein Lichtstrahl B22 definiert.
Wie in 11 illustriert ist, sind die Lichtstrahlen B11 und B12, die von dem entsprechenden Reflexionspunkt P des Sendelichtablenkers 20a abgelenkt werden, und die Lichtstrahlen B21 und B22, die von dem entsprechenden Reflexionspunkt P des Sendelichtablenkers 20a abgelenkt werden, entlang einer Y-Z-Ebene ausgerichtet, die durch die Y-Achsenrichtung und die Z-Achse definiert ist, so, dass

1. der Lichtstrahl B21 basierend auf der Lichtquelle 12 in einer Lücke zwischen den Lichtstrahlen B11 und B12 basierend auf der Lichtquelle 11 angeordnet ist,
2. der Lichtstrahl B12 basierend auf der Lichtquelle 11 in einer Lücke zwischen den Lichtstrahlen B21 und B22 basierend auf der Lichtquelle 12 angeordnet ist.

Insbesondere ermöglicht die feine Einstellung der Position jeder der Lichtquellen 11 und 12, dass die Lichtstrahlen B11, B21, B12 und B22 ohne Lücken dazwischen ausgerichtet sind.
Gemäß 12 wird ein Reflexionslichtstrahl, der basierend auf einer Reflexion jeder der Lichtstrahlen B11, B21, B12 und B22 erzeugt wird, auf das APD-Array 31 als ein empfangener Lichtstrahl abgestrahlt, so dass der Reflexionslichtstrahl entsprechend jeder der Lichtstrahlen B11, B21, B12 und B22 auf die Mittenabschnitte entsprechender APDs des APD-Arrays 31 in der Z-Achsenrichtung einfallen.
Insbesondere wird gemäß 12 der empfangene Lichtstrahl entsprechend dem Lichtstrahl B11 auf einen ersten Satz entsprechender drei APDs in dem APD-Array 31 abgestrahlt und der empfangene Lichtstrahl entsprechend dem Lichtstrahl B21 wird auf einen zweiten Satz entsprechender drei APDs in dem APD-Array 31 abgestrahlt. Auf ähnliche Weise wird der empfangene Lichtstrahl entsprechend dem Lichtstrahl B12 auf einen dritten Satz entsprechender drei APDs in dem APD-Array 31 abgestrahlt und der empfangene Lichtstrahl entsprechend dem Lichtstrahl B22 wird auf einen vierten Satz entsprechender drei APDs in dem APD-Array 31 abgestrahlt. Die drei APDs des ersten Satzes, die drei APDs des zweiten Satzes, die drei APDs des dritten Satzes und die drei APDs des vierten Satzes unterscheiden sich voneinander.
Die Reflexionsoberflächen des Sendelichtablenkers 20a sind angeordnet, um parallel zur Rotationsachse des Spiegelmoduls 21 zu sein. Aus diesem Grund wird ein Neigungswinkel der optischen Achse jedes Lichtstrahls, der von der entsprechenden Reflexionsoberfläche des Sendelichtablenkers 20a abgelenkt wird, zur entsprechenden Reflexionsoberfläche entlang einer vertikalen Ebene unabhängig von irgendeiner Rotationsposition des Spiegelmoduls 21 konstant. Die Vertikale Ebene beinhaltet einen Einfallspfad des entsprechenden Lichtstrahls auf der entsprechenden Reflexionsoberfläche entlang der Y-Achsenrichtung.
Das heißt, wie durch einen Graph in 11 illustriert ist, wird ein Ausgangswinkel, das heißt, ein vertikaler Winkel von jedem der Lichtstrahlen B11, B21, B12 und B22, die von dem Sendelichtablenker 20a in der Y-Achsenrichtung entsprechend der Nebenabtastrichtung ausgegeben werden, unabhängig von einem Ausgangswinkel, das heißt, einem horizontalen Winkel der entsprechenden der Lichtstrahlen B11, B21, B12 und B22, die von dem Sendelichtablenker 20a in der X-Achsenrichtung entsprechend der Hauptabtastrichtung ausgegeben werden, konstant.
Dies ermöglicht, dass die Lichtstrahlen in der zweidimensional definierten Abtastregion ohne Lücken dazwischen abgestrahlt werden können.
13 illustriert ein erstes Beispiel der Beziehung zwischen dem APD-Array 311 der Lichtempfangsvorrichtung 31 und den empfangenen Lichtstrahlen vor Feineinstellung der Position der Lichtquellen 11 und 12 und ein zweites Beispiel der Beziehung zwischen dem APD-Array 311 der Lichtempfangsvorrichtung 31 und den empfangenen Lichtstrahlen nach Feineinstellung der Position der Lichtquellen 11 und 12.
Einstellen der Position der Lichtquelle 11 ermöglicht, dass die bestrahlten Positionen der empfangenen Lichtstrahlen, die jeweils den Lichtstrahlen B11 und B12 entsprechen, integral als ein Stück geändert werden. Auf ähnliche Weise ermöglicht Einstellen der Position der Lichtquelle 12, dass die bestrahlten Positionen der empfangenen Lichtstrahlen, die jeweils den Lichtstrahlen B21 und B22 entsprechen, integral als ein Stück geändert werden.
Ferner fallen die Lichtstrahlen B11 und B12 auf dem Ablenkungsspiegel 211 ein und die Lichtstrahlen B21 und B22 fallen auf dem Ablenkungsspiegel 212 ein, der sich von dem Ablenkungsspiegel 211 unterscheidet. Dies ermöglicht, dass Einstellen der Position der empfangenen Lichtstrahlen basierend auf den jeweiligen Lichtstrahlen B11 und B12 von der Lichtquelle 11 unabhängig ausgeführt wird, und Einstellen der Position der empfangenen Lichtstrahlen basierend auf den jeweiligen Lichtstrahlen B21 und B22 von der Lichtquelle 12 unabhängig ausgeführt wird. Die Position der Lichtempfangsvorrichtung 31 kann eingestellt werden, um zu ermöglichen, dass der Betrag positioneller Einstellung der Lichtquellen 11 und 12 minimiert wird, und/oder zu ermöglichen, dass Einstellen nur einer der Lichtquellen 11 und 12 ausgeführt wird.
[Vorteilhafte Wirkungen]
Die Lidarvorrichtung 1, die vorstehend im Detail beschrieben ist, erzielt die folgenden vorteilhaften Wirkungen.
(5a) Die Lidarvorrichtung 1 beinhaltet den Scanner 20 und der Scanner 20 beinhaltet die Ablenkungsspiegel 211 und 212, die jeweils als Reflexionsoberflächen des Scanners 20 dienen. Die Ablenkungsspiegel 211 und 212 sind jeweils angeordnet, um parallel zur axialen Richtung der Rotationsachse des Motors 23 zu sein. Diese Konfiguration der Lidarvorrichtung 1 behält den Ausgangswinkel, das heißt, den vertikalen Winkel jedes Lichtstrahls in der Nebenabtastrichtung konstant bei, wodurch es möglich wird, die zweidimensional definierte Abtastregion mit den Lichtstrahlen ohne irgendwelche Lücken dazwischen zu bestrahlen.
Die Lidarvorrichtung 1 hält den Ausgangswinkel von jedem der Lichtstrahlen in der Nebenabtastrichtung unabhängig von der Einfallsposition eines entsprechenden von einfallenden Lichtstrahlen auf dem Sendelichtablenker 20a unverändert bei, wodurch es einfacher ist, die Einfallsposition von jedem der einfallenden Lichtstrahlen auf dem Sendelichtablenker 20a verglichen mit herkömmlichen Lidarvorrichtungen zu steuern.
(5b) Die Lichtquellen 11 und 12 des Fototransmitters 10, die in der Lidarvorrichtung 1 beinhaltet sind, haben die optischen Achsen und die optische Achse jeder der Lichtquellen 11 und 12 ist angeordnet, um schräg bezüglich den Referenzoberflächen des Sendelichtablenkers 20a geneigt zu sein. Insbesondere ist der Sendelichtablenker 15 konfiguriert, um den Pfad jedes Lichtstrahls, der von der Lichtquelle 12 gesendet wird, zum Sendelichtablenker 20a abzulenken. Dies ermöglicht, dass die Lichtquellen 11 und 12 so angeordnet sind, dass die Lichtstrahlen, die von den jeweiligen Lichtquellen 11 und 12 gesendet werden, sich einander in der Y-Achsenrichtung überlappen, wodurch die Größe der Lidarvorrichtung 1 in der Y-Achsenrichtung kleiner wird.
(5c) Die Lidarvorrichtung 1 ist konfiguriert, um

1. die Lichtquelle 11 zu steuern, um das Senden der Lichtstrahlen, die von der Lichtquelle 11 emittiert werden, und Empfangen reflektierter Lichtstrahlen auszuführen,
2. die Lichtquelle 12 zu steuern, um das Senden der Lichtstrahlen, die von der Lichtquelle 12 emittiert werden, und Empfangen reflektierter Lichtstrahlen auszuführen.

Diese Konfiguration ermöglicht, dass die erste Beziehung zwischen der Lichtempfangsvorrichtung 31 und den empfangenen reflektierten Lichtstrahlen für die Lichtquelle 11 und die zweite Beziehung zwischen der Lichtempfangsvorrichtung 31 und den empfangenen reflektierten Lichtstrahl für die Lichtquelle 12 individuell eingestellt werden, sogar, wenn die Reflexionsoberflächen der jeweiligen Ablenkungsspiegel 211 und 212 geringfügig schräg bezüglich der Rotationsachse des Motors 23 beispielsweise aufgrund von Herstellungstoleranzen der Spiegel 211 und 212 geneigt wurden.
(5d) Die Lidarvorrichtung 1 hat eine kleinere Größe und eine Konfiguration, die ermöglicht, dass unterschiedliche Einstellungen einfach ausgeführt werden, was zu einer besseren Montagefunktion führt. Dadurch wird es möglich, ein Fahrassistenzsystem 70 bereitzustellen, das die Lidarvorrichtung 1 beinhaltet, das eine kleinere Systemgröße und eine einfachere Konfiguration hat. Auf ähnliche Weise wird es dadurch möglich, ein Fahrzeug 60 bereitzustellen, das die Lidarvorrichtung 1 beinhaltet, das eine kleinere Größe und eine einfachere Konfiguration hat.
[Modifikationen]
Die vorliegende Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung wurde beschrieben. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf die vorstehend beschriebene vorliegende Ausführungsform beschränkt und kann unterschiedlich modifiziert werden.
Die Positionen der Lichtquellen 11 und 12 in der Y-Achsenrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden bestimmt, um zu verhindern, dass der Sendelichtablenkungsspiegel 15 den Pfad jedes Lichtstrahls von der Lichtquelle 11 unterbricht, jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise, wie in 14 illustriert ist, kann ein Polarisationsstrahlteiler 16 anstelle des Sendelichtablenkungsspiegels 15 bereitgestellt werden. In dieser Modifikation ist die Lichtquelle 11 konfiguriert, um die Lichtstrahlen zu senden, die jeweils eine vorbestimmte erste Polarisationsrichtung haben, und die Lichtquelle 12 ist konfiguriert, um die Lichtstrahlen zu senden, die jeweils eine vorbestimmte zweite Polarisationsrichtung haben. Die erste und die zweite Polarisationsrichtung haben eine Differenz von 90 Grad zueinander.
Das heißt, der Polarisationsstrahlteiler 16 ist angeordnet, um zu ermöglichen, dass die Lichtstrahlen von der Lichtquelle 11 durch ihn gesendet werden, während die Lichtstrahlen reflektiert werden, die von der Lichtquelle 12 gesendet werden. In anderen Worten kann der Polarisationsstrahlteiler 16 auf den Pfaden der jeweiligen Lichtstrahlen von der Lichtquelle 11 zum Reflexionspunkt P angeordnet sein. Dies ermöglicht, wie in 15 illustriert ist, dass die Position der Lichtquelle 11 und die Position der Lichtquelle 12 in der Y-Achsenrichtung im Wesentlichen identisch zu einander sind, wodurch die Größe der Lidarvorrichtung 1 in der Y-Achsenrichtung kleiner ist.
Die Lichtquellen 11 und 12 können konfiguriert sein, um die Lichtstrahlen auszugeben, die die gleiche Polarisationsrichtung haben, und eine Wellenlängenplatte kann verwendet werden, um einen der Lichtstrahlen zu ändern, die von den Lichtquellen 11 und 12 ausgegeben werden. Der Polarisationsstrahlteiler 16 ist ein Beispiel einer optischen Vorrichtung.
(6b) Die vorliegende Ausführungsform verwendet zwei Lichtquellen, aber die Anzahl der Lichtquellen kann auf drei oder mehr festgelegt werden. Die lichtemittierenden Bereiche von jeder von zwei Lichtquellen haben ein Intervall zwischen ihnen und sind angeordnet, um die folgende Gleichung zu erfüllen: $(M - 1) \times L \geq S$
wobei:

M die Anzahl der mindestens zwei Lichtquellen repräsentiert;
L die Breite von jedem der lichtemittierenden Bereiche in jedem der mindestens zwei Lichtquellen repräsentiert; und
S das Intervall zwischen den lichtemittierenden Bereichen repräsentiert.

(6c) Die vorliegende Ausführungsform verwendet als die Lichtquellen 11 und 12 Mehrstreifen-Halbleiterlaser, von denen jeder die zwei lichtemittierenden Bereiche A1 und A2 hat, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt.
Beispielsweise, wie in 16 illustriert ist, kann die vorliegende Offenbarung als jede der Lichtquellen 11 und 12 einen Mehrstreifenlaser mit drei lichtemittierenden Bereichen A1 bis A3 verwenden. In dieser Modifikation können wie bei der vorliegende Ausführungsform die lichtemittierenden Bereiche A1 bis A3 angeordnet werden, um die folgende Gleichung zu erfüllen:
L≥S wobei:

L die Breite von jedem der lichtemittierenden Bereiche A1 bis A3 repräsentiert; und
S Intervalle zwischen lichtemittierenden Bereiche A1 bis A3 repräsentiert.

Ein bestimmter Pegel des Werts (L - S) kann sicher das Auftreten von Lücken aufgrund eines Produktionsfehlers verhindern.
(6d) Die Lichtquellen 11 und 12 sind so angeordnet, dass ihre optischen Achsen sich kreuzen, aber können so angeordnet sein, dass ihre optischen Achsen voneinander separiert sind, während sie sich von den Lichtquellen 11 und 12 erstrecken.
(6e) Der Scanner 20 der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet die zwei Ablenkungsspiegel 211 und 212, aber kann mindestens drei Ablenkungsspiegel beinhalten. Der Scanner 20 der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet den Sendelichtablenker 20a und den Empfangslichtablenker 20b auf demselben Ablenkungsspiegelmodul, aber kann den Sendelichtablenker 20a und den Empfangslichtablenker 20b auf jeweils unterschiedlichen Spiegelmodulen beinhalten.
(6f) Eine Vielzahl von Funktionen einer Komponente in der vorstehenden Ausführungsform kann durch eine Vielzahl von Komponenten implementiert werden und eine Funktion einer Komponente kann durch eine Vielzahl von Komponenten implementiert werden. Mehrere Funktionen mehrerer Komponenten können durch eine Komponente implementiert sein und eine Funktion, die durch mehrere Komponenten implementiert ist, kann durch eine Komponente implementiert werden. Ein Teil der Konfiguration der vorstehenden Ausführungsform kann weggelassen werden. Einem Teil der Konfiguration der vorstehenden Ausführungsform kann ein Teil einer Konfiguration mindestens einer der Modifikationen hinzugefügt werden oder er kann durch diesen ersetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018009657 [0001]

Claims

Lidarvorrichtung, aufweisend: einen Fototransmitter (10), der mindestens eine erste und eine zweite Lichtquelle (11, 12) beinhaltet, wobei jede der ersten und der zweiten Lichtquelle konfiguriert ist, um einen Lichtstrahl zu senden, der eine optische Achse hat; einen Fotoempfänger (30), der konfiguriert ist, um Licht zu empfangen, das von einer vorbestimmten Richtung ankommt; einen Scanner (20), der eine Rotationsachse und mehrere Reflexionsoberflächen hat, die parallel zu einer Richtung der Rotationsachse sind, wobei der Scanner konfiguriert ist, um die Reflexionsoberflächen um die Rotationsachse zu rotieren, um dabei: eine Richtung von jedem der Lichtstrahlen, die von dem Fototransmitter gesendet werden und auf den Scanner einfallen, zu ändern, um dabei geänderte Lichtstrahlen in einer Hauptabtastrichtung auszugeben, die orthogonal zu der Richtung der Rotationsachse ist; und Lichtstrahlen, die von einem Zielobjekt basierend auf Reflexion der geänderten Lichtstrahlen ankommen, zu reflektieren, um dabei die Lichtstrahlen zu veranlassen, hin zum Fotoempfänger gerichtet zu sein, die erste und zweite Lichtquelle so angeordnet sind, dass die optische Achse von mindestens einem der Lichtstrahlen, die von der ersten und zweiten Lichtquelle gesendet werden, schräg bezüglich einer Referenzebene geneigt ist, die orthogonal zur Rotationsachse ist.
Lidarvorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Steuervorrichtung, die konfiguriert ist, um jede der ersten und zweiten Lichtquelle zu veranlassen, synchron zur Rotation des Scanners den Lichtstrahl zu senden, so dass das der gesendete Lichtstrahl von jeder der ersten und zweiten Lichtquelle auf eine entsprechende der Reflexionsoberflächen einfällt.
Lidarvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend: eine ersten Lichtablenker, der an jeder der Reflexionsoberflächen montiert ist und konfiguriert ist, um zu ermöglichen, dass die Lichtstrahlen, die von dem Fototransmitter gesendet werden, darauf einfallen; und einen zweiten Lichtablenker, der an jeder der Reflexionsoberflächen montiert ist und konfiguriert ist, um zu ermöglichen, dass die Lichtstrahlen, die von dem Zielobjekt reflektiert werden, darauf einfallen.
Lidarvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: die optischen Achsen der Lichtstrahlen von der ersten und zweiten Lichtquelle jeweils schräg mit unterschiedlichen Winkeln bezüglich der Referenzebene geneigt sind.
Lidarvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei: die optische Achse des Lichtstrahls von einer der ersten und zweiten Lichtquelle die optische Achse des Lichtstrahls der anderen der ersten und zweiten Lichtquelle kreuzt.
Lidarvorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei: die optische Achse des Lichtstrahls von einer der ersten und zweiten Lichtquelle gerichtet ist, um symmetrisch mit der optischen Achse des Lichtstrahls von der anderen der ersten und zweiten Lichtquelle zu sein.
Lidarvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei: der Fototransmitter ferner mindestens eine optische Vorrichtung (15) beinhaltet, die zwischen dem Scanner und der ersten und zweiten Lichtquelle angeordnet ist, die mindestens eine optische Vorrichtung konfiguriert ist, um die Lichtstrahlen zu reflektieren, die von der jeweiligen ersten und zweiten Lichtquelle gesendet werden, so dass ein Pfad jedes der reflektierten Lichtstrahlen gegenüber einem Pfad eines entsprechenden der Lichtstrahlen, der von der jeweiligen ersten und zweiten Lichtquelle gesendet werden, geändert wird.
Lidarvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei: die erste und zweite Lichtquelle konfiguriert sind, um jeweils die Lichtstrahlen zu senden, die unterschiedliche Polarisationsrichtungen zueinander haben; und der Fototransmitter ferner mindestens eine optische Vorrichtung (16) beinhaltet, die zwischen dem Scanner und der ersten und zweiten Lichtquelle angeordnet ist, die mindestens eine optische Vorrichtung konfiguriert ist, um: einem oder mehreren Lichtstrahlen, die jeweils eine vorbestimmte erste Polarisationsrichtung haben, zu ermöglichen, zu passieren; und einen oder mehrere Lichtstrahlen, die jeweils eine vorbestimmte zweite Polarisationsrichtung haben, zu reflektieren.
Lidarvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei: die erste und zweite Lichtquelle an unterschiedlichen Positionen in der Richtung der Rotationsachse angeordnet sind.
Lidarvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei: der Fototransmitter ferner eine erste und zweite Einstellvorrichtung (13, 14) beinhaltet, die für die jeweilige erste und zweite Lichtquelle vorgesehen sind, der Lichtstrahl, der von jeder der ersten und zweiten Lichtquelle gesendet wird, einen Durchmesser und eine Ausbreitungsrichtung hat; und jede der ersten und zweiten Einstellvorrichtung konfiguriert ist, um dem Lichtstrahl, der von der entsprechenden der ersten und zweiten Lichtquelle gesendet wird, zu ermöglichen, zu passieren, während optisch mindestens einer des Durchmessers und der Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls, der von der entsprechenden der ersten und zweiten Lichtquelle gesendet wird, gemäß einer Position der entsprechenden der ersten und zweiten Einstellvorrichtung relativ zu der entsprechenden der ersten und der zweiten Lichtquelle geändert wird.
Lidarvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei: jede der ersten und zweiten Lichtquelle ein Halbleiterlaser ist, der mindestens zwei lichtemittierende Bereiche beinhaltet, die entlang einer vorbestimmten Ausrichtungsrichtung ausgerichtet sind; jede der ersten und zweiten Lichtquelle eine Breite in der Ausrichtungsrichtung hat; die mindestens zwei lichtemittierenden Bereiche von jeder von zwei Lichtquellen ein Intervall zwischen ihnen haben und angeordnet sind, um die folgende Gleichung zu erfüllen: $(M - 1) \times L \geq S$
wobei: M die Anzahl der mindestens ersten und zweiten Lichtquelle repräsentiert; L die Breite von jedem der der mindestens zwei lichtemittierenden Bereiche repräsentiert; und S das Intervall zwischen den mindestens zwei lichtemittierenden Bereichen repräsentiert; die mindestens zwei lichtemittierenden Bereiche von jeder der ersten und zweiten Lichtquelle konfiguriert sind, um jeweils Lichtstrahlen als die Lichtstrahlen zu emittieren, die von der entsprechenden der ersten und zweiten Lichtquelle emittiert werden, während die Lichtstrahlen eine Lücke zwischen ihnen haben; und die erste und zweite Lichtquelle so angeordnet sind, dass: einer der Lichtstrahlen von den mindestens zwei lichtemittierenden Bereichen der ersten Lichtquelle in der Lücke zwischen den Lichtstrahlen angeordnet ist, die von den mindestens zwei lichtemittierenden Bereichen der zweiten Lichtquelle emittiert werden.
Fahrassistenzsystem, aufweisend: eine Lidarvorrichtung, aufweisend: einen Fototransmitter (10), der mindestens eine erste und eine zweite Lichtquelle (11, 12) beinhaltet, wobei jede der ersten und der zweiten Lichtquelle konfiguriert ist, um einen Lichtstrahl zu senden, der eine optische Achse hat; einen Fotoempfänger (30), der konfiguriert ist, um Licht zu empfangen, das von einer vorbestimmten Richtung ankommt; einen Scanner (20), der eine Rotationsachse und mehrere Reflexionsoberflächen hat, die parallel zu einer Richtung der Rotationsachse sind, wobei der Scanner konfiguriert ist, um: die Reflexionsoberflächen um die Rotationsachse zu rotieren; eine Richtung von jedem der Lichtstrahlen, die von dem Fototransmitter gesendet werden und auf den Scanner einfallen, zu ändern, um dabei geänderte Lichtstrahlen in einer Hauptabtastrichtung auszugeben, die orthogonal zu der Richtung der Rotationsachse ist; und Lichtstrahlen, die von einem Zielobjekt basierend auf Reflexion der geänderten Lichtstrahlen ankommen, zu reflektieren, um dabei die Lichtstrahlen zu veranlassen, hin zum Fotoempfänger gerichtet zu sein, die erste und zweite Lichtquelle so angeordnet sind, dass die optische Achse von mindestens einem der Lichtstrahlen, die von der ersten und zweiten Lichtquelle gesendet werden, schräg bezüglich einer Referenzebene geneigt ist, die orthogonal zur Rotationsachse ist.
Fahrzeug, das darin installiert eine Lidarvorrichtung aufweist, wobei die Lidarvorrichtung aufweist: einen Fototransmitter (10), der mindestens eine erste und eine zweite Lichtquelle (11, 12) beinhaltet, wobei jede der ersten und der zweiten Lichtquelle konfiguriert ist, um einen Lichtstrahl zu senden, der eine optische Achse hat; einen Fotoempfänger (30), der konfiguriert ist, um Licht zu empfangen, das von einer vorbestimmten Richtung ankommt; einen Scanner (20), der eine Rotationsachse und mehrere Reflexionsoberflächen hat, die parallel zu einer Richtung der Rotationsachse sind, wobei der Scanner konfiguriert ist, um die Reflexionsoberflächen um die Rotationsachse zu rotieren, um dabei: eine Richtung von jedem der Lichtstrahlen, die von dem Fototransmitter gesendet werden und auf den Scanner einfallen, zu ändern, um dabei geänderte Lichtstrahlen in einer Hauptabtastrichtung auszugeben, die orthogonal zu der Richtung der Rotationsachse ist; und Lichtstrahlen, die von einem Zielobjekt basierend auf Reflexion der geänderten Lichtstrahlen ankommen, zu reflektieren, um dabei die Lichtstrahlen zu veranlassen, hin zum Fotoempfänger gerichtet zu sein, die erste und zweite Lichtquelle so angeordnet sind, dass die optische Achse von mindestens einem der Lichtstrahlen, die von der ersten und zweiten Lichtquelle gesendet werden, schräg bezüglich einer Referenzebene geneigt ist, die orthogonal zur Rotationsachse ist.