JP2011510287A - 自己混合干渉に基づくレーザセンサシステム - Google Patents

Abstract

ターゲットまでの距離及び／又はターゲット５０の速度を測定するためのセンサモジュール１は、少なくとも１つのレーザ供給源１００と、変調されたレーザ光を検出する少なくとも１つの検出器２００と、少なくとも１つの制御要素とを有し、制御要素４００は、レーザ光の焦点、レーザ光の強度、及び／又は、レーザ光の方向を変化させる。レーザ供給源１００及び検出器２００のアレイと組み合わせて、可変フォーカスレンズ若しくは制御可能な減衰器のような能動光学デバイス、又は、受動光学要素のいずれかにより、レーザ供給源１００により放射されたレーザ光の制御は、フレキシブルで堅調なセンサモジュールを可能にする。

Description

本発明は、ターゲットまでの距離及び／又はターゲットの速度を測定するためのシステム及び方法に関する。本発明は、更に、斯様なシステムの使用に関する。

米国特許公開第２００７／００５８１５７号明細書では、ターゲットの速度を測定するためのシステムが開示されている。このシステムは、レーザデバイス、検出器及び信号プロセッサを含む。レーザデバイスは、周波数変調されたレーザビームを生成し、その周波数変調されたビームは、少なくとも２つのレーザビームに分割され、１つの分割ビームを有する反射ビームが、ターゲットに指向され、ターゲットから反射される。検出器は、反射ビームと他の分割ビームを有する基準ビームとの組み合わせを検出し、反射ビーム及び基準ビームは、異なる遅延（unequal delay）をもつ。信号プロセッサは、変調周波数のドップラー偏移された高調波の使用により、組み合わせられたビームから速度情報を取得する。開示されたセンサモジュールのダイナミックレンジ及びフレキシビリティが問題である。

本発明の目的は、ターゲットの速度及び／又はターゲットの距離を測定するための改良されたセンサモジュールを提供することにある。

本目的は、ターゲットまでの距離及び／又はターゲットの速度を測定するためのセンサモジュールであって、レーザ光を放射する少なくとも１つのレーザ供給源と、変調されたレーザ光を検出する少なくとも１つの検出器と、少なくとも１つの制御要素とを有し、前記制御要素は、前記レーザ光の焦点、前記レーザ光の強度、及び／又は、前記レーザ光の方向を変化させる、センサモジュールにより達成される。

検出器は、例えば、当業者により良く知られたビームスプリッタ、ミラー及びフォトダイオードを備えた標準的な干渉計であってもよい。レーザ光の変調は、レーザ供給源により放射されたレーザ光と干渉するターゲットの移動に起因して、反射されたレーザ光のドップラー偏移によってもたらされ得る。フォトダイオードは、変調されたレーザ光の光信号を電気信号に変換し、電気信号は、検出器又は制御要素により解析され、その結果に依存して、レーザ供給源、例えばレーザダイオードにより放射されたレーザ光が、制御要素により変化され得る。レーザ供給源は、例えば、基準軸に対して、制御される手法で傾斜され、傾斜角度は監視される。レーザ供給源の傾斜は、レーザ光と平行なターゲットの速度成分の変化をもたらし得る。基準軸に対する既知の傾斜角度とレーザ光と平行な速度成分との組み合わせは、基準軸と平行なターゲットの速度成分の決定を可能にする。ドップラー偏移の周波数、及び、フォトダイオードにより検出され得るレーザ光の生ずる周波数変調が、レーザ供給源により放射されたレーザ光のビームと平行なターゲットの速度成分に比例するという事実に起因して、レーザ供給源の制御された傾斜は、センサモジュールにより検出され得る速度の範囲を増大させることを可能にする。傾斜角度に依存して、レーザ光の同一の変調周波数は、基準軸と平行なターゲットの異なる速度を表し得る。これは、放射されたレーザ光をターゲットにフォーカスするためにレーザ供給源とレンズとを組み合わせるのに有利である。センサモジュールは、レーザ供給源、検出器及び／又は制御要素のための駆動回路又は複数の駆動回路を有してもよい。更に、例えばバッテリとしての１又はそれ以上の電源がセンサモジュールに追加されてもよい。

レーザ光の強度の変化は、レーザ供給源のパルス化された駆動を除くゼロ強度とは異なる強度間の変化を意味する。更に、変化は、連続又は不連続であり得る。

標準的な干渉計のアプローチに対する代替手段として、検出器は、レーザ供給源において共振するレーザ光の変調を検出してもよい。レーザ供給源におけるレーザ光の変調は、レーザ供給源に再び入る、ターゲットにより反射されたレーザ光により引き起こされ得る。この効果は、自己混合干渉（ＳＭＩ；Self-Mixing-Interference）として当業者により知られている。レーザ供給源の電気的な駆動スキームに依存して、ターゲットの距離及び／又は速度が検出され得る。検出器はフォトダイオードであり、レーザ供給源は、例えば、側面発光レーザダイオード、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ；Vertical Cavity Surface Emitting Laser）、又は、垂直外部共振器面発光レーザ（ＶＥＣＳＥＬ；Vertical Extended Cavity Surface Emitting Laser）のようなレーザダイオードである。特に、ＶＣＳＥＬ又はＶＥＣＳＥＬは、半導体加工によりフォトダイオード及びレーザダイオードを一のデバイスに統合することを可能にする。自己混合干渉による速度の検出に関する詳細は、例えば国際公開第０２／３７４１０号の図２〜図７及び関連する記述において理解され得る。

本発明の他の実施形態において、制御要素は光学要素を有し、光学要素は、ターゲットとレーザ供給源との間に配置される。レーザ光の強度は、例えば、レーザ供給源とターゲットとの間の可変光減衰器により変化され、これは、ターゲットにより反射された高強度のレーザ光により非線形性がもたらされるのを阻止することにより、レーザ光の検出された変調のノイズ比に対して信号を改善する。代わりに又は加えて、レーザ光の焦点は、可変焦点レンズにより変化されてもよく、これは、固定焦点をもつレンズをもつセンサモジュールと比較してセンサモジュールの検出範囲を増大させ得る。更に、レーザ光は、レーザ供給源とターゲットとの間の可動ミラーにより基準軸に対して傾斜されてもよく、これは、速度の範囲を増大させ、これらは、レーザ供給源自身の傾斜と組み合わせて前述されたように検出され得る。

本発明の他の実施形態において、センサモジュールは、少なくとも２つのレーザ供給源及び少なくとも２つのレーザ検出器を有し、これらのレーザ供給源は、本質的に同一の方向にレーザ光を放射するように適合される。本質的に同一の方向にレーザ光を放射するためのレーザ供給源の適合は、同一の方向にレーザ光を放射するためにレーザ供給源が並列に配列されることを意味する。放射後、異なるレーザ供給源により放射されたレーザ光は、例えばレーザ光の放射方向からの偏位をもたらす制御要素により操作され、これにより、レーザ光の放射方向からの偏位は、異なるレーザ供給源によって異なる。各レーザ供給源は、属するレーザ供給源により放射されたレーザ光の変調だけを検出する専用の検出器をもってもよい。レーザ供給源及び検出器は、例えば、半導体加工により製造された統合されたＳＭＩセンサであってもよい。少なくとも２つの異なるレーザ供給源のレーザ光は、レーザ光の焦点、レーザ光の強度、及び／又は、レーザ光の方向に関して、制御要素により異なるように変えられる。後者は、例えばセンサモジュールに統合された少なくとも２つ又は全てのレーザ供給源のために供給された可変光学減衰器、可変焦点レンズ又は可動ミラーにより行われる。代わりに、レーザ供給源により異なって放射されたレーザ光を変化させるか又は操作するために受動光学要素が用いられてもよい。これは、例えば、放射されたレーザ光がミラーに当たるミラー上のポイントに依存して一のレーザ供給源により放射されたレーザ光を反射させる湾曲ミラーにより行われてもよい。レーザ供給源及び検出器のアレイの使用は、可動部品を伴うことなく、基準軸に対する傾斜角度の変化を可能にする。更に、レーザ供給源のアレイにおいてレーザ供給源の焦点を変化させるために、異なる焦点距離をもつレンズが用いられてもよい。代わりに、又は、レンズ及び／若しくはミラーと組み合わせて、受動光学要素は光減衰器であってもよい。第１のレーザ供給源及び第１の検出器と組み合わせて第１の光減衰をもつ第１の光減衰器と、第２のレーザ供給源及び第２の検出器と組み合わせて第１の光減衰とは異なる第２の光減衰をもつ第２の光減衰器との使用は、センサモジュールを簡素化する。異なるレーザ供給源が並行して駆動され得るか、又は、これらのレーザ供給源が適切な電気駆動回路を用いることにより連続して駆動され得る。異なるレーザ供給源を連続して（交互に）駆動させることで、電気回路の複雑性を低減する。レーザ供給源及び検出器のアレイ（３つ、４つ、５つ又はそれ以上のレーザ供給源及び検出器）と組み合わせて受動光学要素を使用することで、柔軟性のある、コスト効率のよい、信頼性のあるセンサモジュールを可能にする。

本発明の他の実施形態において、第１の検出器の検出範囲は、少なくとも１つの第２の検出器の検出範囲と重複する。検出範囲は、ターゲットまでの距離又はターゲットの速度の範囲であり、これは、（属するレーザ供給源及び光学要素の部分にそれぞれ属する光学要素と組み合わせて）一の規定された検出器により検出され得る。これは、第１の検出器が１ｍ／ｓ〜１０ｍ／ｓの速度を検出可能であり、第２の検出器が３ｍ／ｓ〜３０ｍ／ｓの速度を検出可能であることを意味する。３ｍ／ｓ〜１０ｍ／ｓの重複する検出範囲は、第１の検出器により検出された変調されたレーザ光の検出から生ずる第１の測定信号と、アナライザにより第２の検出器により検出された変調されたレーザ光の検出から生ずる第２の測定信号とを比較することにより、第１の測定信号を確認するために用いられ得る。第１の検出器により検出された例えば７．６ｍ／ｓの速度の大きさは、第２の検出器の速度と比較され、第２の検出器の速度の大きさにより確認される。検出器及び属するレーザ供給源のアレイをもつ場合には、１つの規定された検出器の測定結果を確認するために１つよりも多い検出器が用いられ得る。

本発明の他の実施形態において、センサモジュールは、計算ユニット及びインタフェースを更に有し、計算ユニット（例えば、プロセッサ、ＡＳＩＣ等）は、少なくとも１つの検出器により検出された変調されたレーザ光の検出から生ずる複数の測定信号に基づいてターゲットの距離及び／又は速度データを計算するように構成され、インタフェースは、更に処理するためにターゲットの距離及び／又は速度データを通信するように構成される。更なる処理は、ディスプレイ上に距離及び／又は速度データを表示すること、又は、他のシステムに距離及び／又は速度データを送信することを有する。

本発明のセンサモジュールを有するシステムは、ドライバ情報システムやブレーキアシストシステムのような自動車用のアプリケーションにおいて用いられてもよい。更に、これは、自動車ドライバ情報、製造設備の部品の速度の測定、製造中の物品の速度の測定、鉄道のアプリケーション、飛行機のアプリケーション、及び、セキュリティアプリケーションのグループから選択された１つのアプリケーションにおいて用いられてもよい。

本発明の他の目的は、ターゲットの速度及び／又はターゲットの距離を測定するための改良された方法を提供することにある。

本目的は、ターゲットまでの距離及び／又はターゲットの速度を測定するための方法であって、少なくとも１つのレーザ供給源によりレーザ光を放射するステップと、少なくとも１つの制御要素により前記レーザ光の焦点、前記レーザ光の強度、及び／又は、前記レーザ光の方向を変えるステップと、少なくとも１つの検出器により変調されたレーザ光を検出するステップとを有する、方法により達成される。

各レーザ供給源のための専用の検出器及び制御要素として機能する受動光学要素と組み合わせて２つ、３つ、４つのレーザ供給源又はレーザ供給源のアレイを用いることで、ターゲットの速度及び／又はターゲットの距離を測定するための高い信頼性のある方法をもたらす。

追加の特徴は、以下で説明され、これらの態様のいずれかと組み合わせられ得る。特に他の従来技術を上回る他の利点は、当業者によって明らかになるだろう。非常に多くのバリエーション及び変更は、本発明の請求項から逸脱することなく、行われる。従って、本発明の形式は、単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲を限定することを意図されないことが明確に理解されるべきである。

本発明は、同一の参照符号が同一の部分を示す図面を参照してより詳細に説明される。

ＶＣＳＥＬ及び統合されたフォトダイオードを有するＶＥＣＳＥＬの概略図を示す。 制御要素として用いられるオートフォーカスレンズを備えた本発明の第１の実施形態の概略図を示す。 制御要素として用いられる可動ミラーを備えた本発明の第２の実施形態の概略図を示す。 制御要素として用いられる調節可能な減衰器を備えた本発明の第３の実施形態の概略図を示す レーザ供給源のアレイを備えた本発明の第４の実施形態の概略図を示す。 ２つのレーザ供給源及び制御要素として用いられる光減衰器を備えた本発明の第５の実施形態の概略図を示す。 レーザ供給源のアレイ及び制御要素として用いられるレンズの構成を備えた本発明の第６の実施形態の概略図を示す。

図１は、ＶＥＣＳＥＬを示す。ＶＥＣＳＥＬは、統合されたフォトダイオードとともにレーザ供給源１００として用いられ得る。統合されたフォトダイオードは、本発明のセンサモジュールにおいて検出器２００として用いられ得る。ＶＥＣＳＥＬは、ＶＣＳＥＬ層構造体９を有し、レーザの内部空洞を形成する２つの分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ；Distributed Bragg Reflector）２，４間に組み込まれた電気的に励起された利得媒質３（GaAsに組み込まれたInGaAs量子井戸）により形成される。下側のＤＢＲ４は、レーザ波長に対して高反射率（好ましくは＞９９．５％の反射率）である一方で、上側ＤＢＲ２は、外部空洞からのフィードバックを可能にするためにより小さな反射率をもつ。利得領域に供給する効率的な電流を可能にするために、これらのＤＢＲの一方がｐドープされ、他方がｎドープされる。この例においては、高反射率をもつ下側ＤＢＲ４がｐドープされ、上側ＤＢＲ２がｎドープされる。主として、しかしながら、逆のオーダでドープすることも可能である。利得媒質３内への電流注入のための動作電流は、電流注入を適時に変調するための制御ユニット（図示省略）に接続される適切な電源（図示省略）により供給される。所望の距離又は速度の情報を得るための放射されたレーザ放射線７の周波数シフトは、この電流変調で実現される。適切な電流形状は、ｎ型及びｐ型のＤＢＲの電気接触（図示省略）を介して利得領域内に供給される。下側のＤＢＲ４の背面側に取り付けられたフォトダイオードは、高い反射率のｐ型ＤＢＲミラー４から漏れる少量の放射線を測定し、それ故、ターゲット（図示省略）からレーザ上への後方散乱光８の影響を監視し、ターゲットオブジェクトの距離又は速度の情報が抽出され得る。ＶＣＳＥＬ層構造体９は、適切な光学的に透明な基板１上に成長される。この基板上の斯様な層構造体は、ＶＣＳＥＬチップのための低コスト生成プロセスにおいて生成され得る。それ故、フォトダイオードは、斯様なチップの背面に取り付けられる。外部空洞は、上側のＤＢＲ２の上に適切な距離で配置及び調節されたレーザミラー５により形成される。適切な小さな帯域幅のＩＲ反射特性をもつ狭帯域ボリュームブラッググレーティング（ＶＢＧ）は、このレーザミラー５、又は、例えば金属若しくは誘電材料でコーティングされたミラーを形成し得る。利得媒質は、内部レーザ空洞システムがレーザ閾値を超えるのを可能にしないが、レージングを実現するために外部空洞、即ち外部ミラー５のフィードバックを必要とするレベルで電気的に励起される。この手法において、放射されたレーザ放射線７の特性は、ＶＣＳＥＬチップ上の短い内部空洞よりむしろ、外部レーザ空洞によって決定される。従って、放射されたレーザ放射線７の発散角が減少され、モード品質は、純粋なＶＣＳＥＬベースのセンサと比較して強化される。それ故、レーザは、ターゲットオブジェクト上に良好にフォーカスされ、センシングアプリケーションのために必要とされる、レーザ空洞内へのフィードバック８（ターゲットオブジェクトからの後方散乱放射線）が向上される。それにも関わらず、レージング波長に対して高反射率（好ましくは＞９９．５％の反射率）である、ミラー５を伴わない単純なＶＣＳＥＬ、並びに、下側のＤＢＲ４及び上側ＤＢＲ２の双方が、本発明のセンサモジュールにおけるレーザ供給源として用いられてもよい。

図２は、本発明のセンサモジュール１０の第１の実施形態の概略図を示している。レーザ供給源１００、この場合におけるＶＣＳＥＬは、駆動回路（図示省略）及び電源（図示省略）に接続される。ＶＣＳＥＬにより放射されたレーザ光は、可変焦点をもつレンズ及び制御回路を有する制御要素４００を通過する。可変焦点をもつレンズ及び制御回路の双方は、電源（図示省略）に接続される。可変焦点をもつレンズを通過した後、レーザ光は、ターゲット５０に当たり、レーザ光の一部は、ターゲット５０により反射され、再びオートフォーカスレンズを通過し、ＶＣＳＥＬのレーザ空洞に再び入り、レーザ空洞においてレーザ光の変調をもたらす。レーザ空洞におけるレーザ光の変調は、前述されたＶＣＳＥＬに取り付けられたフォトダイオードである検出器２００により検出される。レーザ空洞におけるレーザ光の変調に起因してフォトダイオードにより生成される電気信号は、例えばターゲット５０の速度を決定するための情報を有する。この情報は、コンピュータにより処理され、ディスプレイによりユーザに対して表示される。更に、この情報は、この実施形態において、制御回路を介して可変焦点をもつレンズにフィードバックを与えるために用いられる。フォトダイオードにより供給された電気信号に依存して、可変焦点をもつレンズの焦点距離は、電気信号の品質を向上させるために変えられ、センサモジュールの検出範囲を強化する。代わりに、可変焦点をもつレンズは、フォトダイオードにより供給された電気信号から独立しているオートフォーカスレンズであってもよい。

本発明のセンサモジュールの第２の実施形態の概略図が図３に示される。検出器２００に取り付けられたレーザ供給源１００は、レンズ（図示省略）によりフォーカスされ得るレーザ光を放射する。レーザ供給源１００により放射されたレーザ光は、制御要素４００に当たり、これにより、制御可能なミラーに当たる前にレーザ供給源１００により放射されたレーザ光により規定された基準軸１５０に対して、図３において矢印で示されるようにミラーを傾かせるために、制御要素４００は、制御可能なミラー、制御回路（図示省略）及びモータ（図示省略）を有する。基準軸１５０に対する制御可能なミラーの傾斜角度に依存して、制御可能なミラーにより偏向されたレーザ光とターゲット５０の表面との間の入射角αが変化する。偏向されたレーザ光は、ターゲット５０により少なくとも部分的に反射され、制御可能なミラーにより再び偏向され、レーザ供給源１００のレーザ空洞に再び入り、レーザ空洞内のレーザ光の変調が検出器２００により検出される。センサモジュールは、或る道（ターゲット５０）上において或る速度Ｖ_０で走行する車両に統合され得る。入射角αに依存して、制御可能なミラーにより偏向されたレーザ光に平行な速度成分は、

とともに変化する。入射角αは、レーザ空洞内の変調されたレーザ光の変調周波数が、検出器２００に接続され検出器２００により供給された電気信号を評価する計算ユニット（図示省略）に最も適合する手法で選択され得る。レーザ空洞内のレーザ光の変調周波数の帯域は、車両の速度に従って制御可能なミラーにより入射角αを選択することにより制限され得るので、結果として計算ユニットはむしろ簡素になる。制御可能なミラーと計算ユニットとの間のフィードバックループは、センサモジュールにより測定された測定結果の品質を更に最適化するために用いられ得る。代わりに、制御可能なミラーは、車両の速度を測定するための一般的なシステムと電気的に結合されてもよい。

図４において、本発明のセンサモジュールの第３の実施形態の概略図が示されている。検出器２００に取り付けられるレーザ供給源１００は、レンズ（図示省略）によりフォーカスされ得るレーザ光を放射する。レーザ供給源１００により放射されたレーザ光は、制御要素４００に当たり、これにより、制御要素４００は、制御可能な光減衰器及び制御回路（図示省略）を有する。レーザ光は、ターゲット５０により少なくとも部分的に反射され、制御可能な光減衰器を再び通過し、レーザ供給源１００のレーザ空洞に再び入り、レーザ空洞内のレーザ光の変調が検出器２００により検出される。計算ユニット（図示省略）は、検出器２００により供給された電気信号を評価する検出器２００に接続され得る。制御可能な光減衰器は、レーザ空洞に再び入るレーザ光の量を制御することによりセンサモジュールのノイズ比に対して信号を最適化するために用いられ得る。制御用の制御信号は、別個のフォトダイオードにより、又は、計算ユニットにより供給されたフィードバック信号により、供給されてもよい。

図５は、本発明のセンサモジュールの第４の実施形態の概略図を示している。この実施形態において、レーザ供給源１００のアレイ（ＶＣＳＥＬ）が組み合わせられる。制御要素４００は、マイクロレンズ４０１及び湾曲ミラー４０２のような受動光学要素を有する。レーザ供給源１００により放射されたレーザ光は、マイクロレンズ４０１によりコリメートされ、ミラー４０２により、ターゲット５０、即ち道路に対して異なる方向にフォーカスされる。湾曲ミラー４０２の曲率は、関心のある角度範囲をカバーするように選択される。個々のマイクロレンズ４０１の焦点距離及び／又は位置は、異なる角度に対して同様のフォーカス状態をもつように選択される。即ち、入射角α_１で道路に当たる平坦な光線１２１は、入射角α_２（α_２＞α_１）で道路に当たる急な光線１１１よりも、道路に到達するための長い道をもつ。マイクロレンズ４０１の異なる位置は、焦点までの異なる距離を生じさせる。個々のマイクロレンズ４０１の異なる焦点距離もそうなるだろう。ターゲット５０は、或る量の光を後方散乱し、これは、湾曲ミラー４０２及びマイクロレンズ４０１により、レーザ供給源１００のレーザ空洞にフォーカスされる。フィードバックの量はレーザ出力を決定し、レーザ出力は、検出器２００を備えたＶＣＳＥＬの背面で監視される。検出器２００は、レーザ供給源１００と統合されるフォトダイオードである。個々の信号は増幅され、周波数スペクトルは、フォトダイオードと接続される計算ユニット５００により解析される。アナライザ６００は、計算ユニット５００の異なる結果を比較する。最も簡素な場合において、これは、適切な周波数をもつ信号だけを受け入れるバンドパスにより行われる。センサから信号が来ている当該センサ、それ故に入射角を知っている場合には、図３と組み合わせて前述した地面上の実際の速度を計算することが可能である。この結果は、インタフェース６１０を介して車両管理システム又はディスプレイに通信され、ドライバに情報を与える。更に、メモリ６２０が用いられてもよく、これは、多くの前の測定から速度を格納する。速度が連続的にのみ変化し、より大きなジャンプを伴わず変化することを知っている場合には、前の測定を推定すること、及び、"予測速度"を導出することが可能である。これは、良好な結果を与え、それ故にデータ処理の複雑性を更に低減する可能性が最も高い２つのセンサを選択するために用いられ得る。

加えて、予測された速度及びそれ故に周波数は、測定された信号と混合される周波数を電気的に生成するために用いられる。この方法により、解析されるべき信号の帯域幅を低減することが可能となる。そして、速度の差分だけが測定される。予測された速度と実際の速度との間の差分が測定され、正確な結果を与えるので、正確性は失われないことに留意すべきである。この方法は、測定された加速値を統合することを試みる如何なる方法よりも依然として優れている。この方法は、一部の冗長性も提供する。センサの１つが動作しない（例えば遮断される）場合に、２番目の最良の信号は、依然として何もないよりもよい。

この設定は、自身を速度的に多くのバリエーションに適応させる。常に良好な信号が利用可能であることが保証される。レーザ供給源１００及び検出器２００の増加は、実際のところ簡素であり、測定は非常に堅調になる。レーザ供給源１００及び検出器２００の増加は、非常に広帯域な増幅器及び信号解析電子装置に比べて、非常に費用効率が高くなる。また、統合されたマイクロ光学をもつＶＣＳＥＬのアレイは、非常に小さく（約１ｍｍ）、それ故に極端に小さなセンサモジュールを生じさせる。

図６は、本発明のセンサモジュールの第５の実施形態の概略図を示している。この実施形態において、２つのレーザ供給源１００（ＶＣＳＥＬ）が組み合わせられる。制御要素４００は、レンズ４０１及び光減衰器４０３を有する。ＶＣＳＥＬは、移動ターゲット５０、例えば道路上にレーザ光をフォーカスするレンズを介して放射する。道路は、レンズにより対応するレーザ空洞にフォーカスされる或る量のレーザ光を後方散乱する。フィードバックの量はレーザ出力を決定し、レーザ出力は、検出器２００の部分であるフォトダイオードで、ＶＣＳＥＬの背面において監視される。信号が増幅され、周波数スペクトルは、検出器２００により解析される。光減衰器４０３は、ＶＣＳＥＬの一の出力及び入力ビームを減衰する、即ち、効果が規制される。実際には、２つだけでなくそれ以上のチャンネルが存在するだろう。ＮＤフィルタは、個々のセンサ間のステージ内に設定され得る（例えば１：２：４：８）。１つのＶＣＳＥＬにより放射されたレーザ光は、或るラインに沿って連続した位置で道路上にフォーカスされ得る。実際には、ＶＣＳＥＬ間の距離は、比較的小さくなるだろう（＜１ｍｍ）。必要に応じて、レンズ４０１は、ビームを平行なビームにコリメートするマイクロレンズであってもよく、全てのレーザ要素に対する追加の大きなレンズが一緒に、ビームを正確に同一の位置にフォーカスするために用いられる。

アナライザ６００は、検出器２００の異なる結果を比較する。高調波（図面は減衰の場合における小さな高調波を示している）の寄与、及び、ノイズレベルに渡っての最初のピークの高さが解析され、最良の測定結果が選択される。この結果は、インタフェース６１０を介して、例えば車両管理システム、又は、ドライバに情報を与えるディスプレイに通信される。この方法は、信号のフィードバック及び品質に関する指示を与える。この情報は、信頼性のある指示のために、又は、路面に関する情報（極端な例は白破線に沿って大きく変化するフィードバックである）として、用いられ得る。

また、本方法は、一部の冗長性を提供する。レーザ供給源１００又は検出器２００のうち一方が動作されない（例えば遮断される）場合には、ノイズに対する２番目に最良の信号が用いられ得る。

この設定は、（例えば変化する路面のような）変化するフィードバック状態に自身を適応させる。常に良好な信号が利用可能であることが保証される。レーザ供給源１００及び検出器２００の増加は、実際には非常に簡素なものになり、測定は非常に堅調になる。

図７は、本発明のセンサモジュールの第６の実施形態の概略図を示している。この実施形態において、レーザ供給源１００のアレイ（ＶＣＳＥＬ）が組み合わせられる。制御要素４００は、マイクロレンズ４０１ａ及び共通レンズ４０１ｂとしての受動光学要素を有する。ＶＣＳＥＬにより放射されたレーザ光は、マイクロレンズ４０１ａによりコリメートされ、共通レンズ４０１ｂにより、異なる焦点７１０，７２０，７３０，７４０，７５０，７６０にフォーカスされる。マイクロレンズ４０１ａの異なる位置は、焦点までの異なる距離を生じさせる。個々のマイクロレンズ４０１ａの異なる焦点長さもそうなるだろう。ターゲット（図示省略）、例えば路面は、マイクロレンズ４０１ａ及び共通レンズ４０１ｂによりＶＣＳＥＬのレーザ空洞にフォーカスされる或る量のレーザ光を後方散乱する。フィードバックの量はレーザ出力を決定し、これは、１００においてレーザと統合される検出器２００として用いられるフォトダイオードでＶＣＳＥＬの背面上において監視される。個々の信号は増幅され、周波数スペクトルは、フォトダイオードと接続される計算ユニット５００により解析される。代わりに、一の計算ユニット５００が、費用を削減するために並列に切り替えられる全てのフォトダイオードに接続されてもよい。アナライザ６００は、異なる計算ユニット５００の異なる結果を比較する。ノイズレベル及びピーク幅に関して最良の周波数ピークの高さがアナライザ６００により比較され、最良の測定結果が選択される。この結果は、インタフェース６１０を介して、センサモジュールが車に統合される場合には車管理システム又はディスプレイに通信され、ユーザに情報を与える。代替アプローチにおいて、レーザダイオード及びフォトダイオードは、交互に（連続して）切り替えられてもよく、これは、結果が計算ユニットにより交互に導出され得るので、計算ユニット５００及びアナライザ６００の費用を削減し得る。レーザダイオードの切り替えは、例えば、固定されたスキームに従って計算ユニット５００により開始され得る。代替実施形態において、レーザダイオード及びフォトダイオードの切り替えは、レーザダイオードを意味する計算ユニット５００の結果によりトリガされ、対応するフォトダイオードのサブセットがオンに切り替えられ、これにより、レーザダイオードのこのサブセット及び対応するフォトダイオードは、測定の時間領域を向上させるために、計算ユニット５００により供給された先の測定結果の品質（ノイズレベルに関する最良の周波数ピークの高さ）に対して選択される。

道路とセンサとの間の妨害オブジェクト（disturbing object）は、異なる速度で移動し、同様にこの実施形態のセンサモジュールにより検出され得る。実際の例は雨又は道路からの水である。フォーカスされない測定の設定は、幾つかの異なる速度を生じさせる。オートフォーカスシステムは、大概失敗するだろう。提案された発明は、１つのレーザ供給源に対する制御要素４００の異なる焦点に起因して、統合された検出器２００を備えたレーザ供給源１００に対して異なる速度を生じさせるだろう。これは、速度が路面に属し雨に属さないことをアナライザ６００が決定するのを簡素にする。速度に関する追加の情報及び利用可能な妨害オブジェクトの量も存在する。

本発明の実施形態は、道路までの距離も決定される際に、道路及び走行条件に関する情報を導出するために用いられてもよい。

本方法は一部の冗長性を提供する。複数のセンサのうち１つのセンサが動作しない（例えば遮断される）場合には、２番目の信号が用いられ得る。代わりに、検出器８００の重複範囲が、異なる検出器２００により生成された測定信号を制御するために用いられてもよい。

この設定は、オブジェクトまでの変化する距離に自身を適応させる。常に良好な信号が利用可能であることが保証される。レーザ供給源１００及び検出器２００の増加は、実際には非常に簡素になり、測定結果は非常に堅調になる。

本発明は、特定の実施形態に対して、特定の図面を参照して説明されるが、これは、本発明が特許請求の範囲によってのみ限定されるので、限定される意味で考慮されるべきではない。特許請求の範囲内の如何なる参照符号も、その範囲を限定するものとして考慮されるべきではない。説明された図面は、単に概略的なものであるに過ぎず、非限定的である。図面において、幾つかの要素のサイズは、拡大されており、例示の目的のために実寸で描かれていない。"有する"という用語が本願の説明及び請求項において用いられている場合には、これは、他の要素又はステップを除外するものではない。単数表記が用いられる場合には、これは、特に別段の定めをした場合を除いて、複数のものを含む。

更に、説明及び特許請求の範囲における第１、第２、第３等の用語は、同様の要素間を区別するために用いられ、順次的又は時系列の順序を説明するために必要ではない。用いられた用語は適切な状況下で置き換え可能であり、ここで述べられた本発明の実施形態は、ここで述べられた又は示されたもの以外の他のシーケンスで動作可能であることが理解されるべきである。

更に、説明及び特許請求の範囲における上、下、第１、第２等の用語は、説明の目的のために用いられ、相対的な位置を説明するために必要ではない。用いられた用語は、適切な状況下で置き換え可能であり、ここで述べられた本発明の実施形態は、ここで述べられた又は示されたもの以外の他の方向で動作可能であることが理解されるべきである。
開示された実施形態の他のバリエーションは、図面、開示及び特許請求の範囲の研究から、当業者により理解及び達成され得る。

Claims (12)

1. ターゲットまでの距離及び／又は前記ターゲットの速度を測定するためのセンサモジュールであって、
   レーザ光を放射する少なくとも１つのレーザ供給源と、
   変調されたレーザ光を検出する少なくとも１つの検出器と、
   少なくとも１つの制御要素とを有し、
   前記制御要素は、前記レーザ光の焦点、前記レーザ光の強度、及び／又は、前記レーザ光の方向を変化させる、センサモジュール。
2. 前記検出器は、前記レーザ供給源において共振するレーザ光の変調を検出し、
   前記レーザ供給源における前記レーザ光の変調は、前記レーザ供給源に再び入る反射されたレーザ光により引き起こされ得る、請求項１に記載のセンサモジュール。
3. 前記制御要素は、光学要素を有し、
   前記光学要素は、前記ターゲットと前記レーザ供給源との間に配置される、請求項１又は請求項２に記載のセンサモジュール。
4. 当該センサモジュールは、少なくとも２つのレーザ供給源と、少なくとも２つの検出器とを有し、
   前記少なくとも２つのレーザ供給源は、本質的に同じ方向にレーザ光を放射する、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載のセンサモジュール。
5. 前記制御要素は、少なくとも２つのレーザ供給源により放射された、前記レーザ光の焦点、前記レーザ光の強度、及び／又は、前記レーザ光の方向を異なって変化させる、請求項４に記載のセンサモジュール。
6. 前記制御要素は、少なくとも１つの受動光学要素を有する、請求項５に記載のセンサモジュール。
7. 前記受動光学要素は、レンズ、ミラー、又は、光減衰器である、請求項６に記載のセンサモジュール。
8. 第１の検出器の検出範囲は、少なくとも１つの第２の検出器の検出範囲と重複する、請求項４〜６のうちいずれか一項に記載のセンサモジュール。
9. 当該センサモジュールは、アナライザを更に有し、
   前記アナライザは、前記第１の検出器により検出された変調されたレーザ光の検出から生ずる第１の測定信号と、前記第２の検出器により検出された変調されたレーザ光の検出から生ずる少なくとも第２の測定信号とを比較することにより、前記第１の測定信号を確認するように構成される、請求項８に記載のセンサモジュール。
10. 当該センサモジュールは、計算ユニット及びインタフェースを更に有し、
    前記計算ユニットは、少なくとも１つの検出器により検出された変調されたレーザ光の検出から生ずる測定信号に基づいて前記ターゲットの距離及び／又は速度データを計算するように構成され、
    前記インタフェースは、更に処理するために前記ターゲットの距離及び／又は速度データを通信するように構成される、請求項１〜９のうちいずれか一項に記載のセンサモジュール。
11. 請求項１〜１０のうちいずれか一項に記載のセンサモジュールを有するシステムであって、
    当該システムは、自動車の安全性、自動車ドライバ情報、製造設備の部品の速度の測定、製造中の物品の速度の測定、鉄道のアプリケーション、飛行機のアプリケーション、及び、セキュリティアプリケーションのグループから選択されたアプリケーションのうち少なくとも１つのアプリケーションで用いられる、システム。
12. ターゲットまでの距離及び／又はターゲットの速度を測定するための方法であって、
    少なくとも１つのレーザ供給源によりレーザ光を放射するステップと、
    少なくとも１つの制御要素により、前記レーザ光の焦点、前記レーザ光の強度、及び／又は、前記レーザ光の方向を変えるステップと、
    少なくとも１つの検出器により、変調されたレーザ光を検出するステップとを有する、方法。

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