JP2017534868A - 1次元光学エミッタの2次元走査に基づいた3次元ライダセンサ - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2014年10月20日に出願された米国特許出願第14/517,948号に対して優先権を主張する。上記文献の内容は、参照することによって本明細書において援用される。
本発明は、概して、環境感知の分野に関し、より具体的には、3次元マッピングと物体の検出、追跡、および/または分類のためのコスト効率の良い飛行時間(ToF)ライダセンサ装置に関する。
ライダセンサは、光検出および測距センサである。これは、レーザからのパルスを用いた光によって標的または地形を照射し、該標的または地形へ光子が進行し、反射後ライダモジュール内の受信機に戻るためにかかる時間を測定することにより、地形内の標的または物体までの距離の測定が可能な光学遠隔感知モジュールである。機械的運動に基づいたライダセンサは、広範囲にわたる視野を達成する。多様で個々の個別にパケージ化されたレーザを含有する機械的運動のライダセンサのコストおよび解像度は、最適ではなく、これは、複数の個別にパッケージ化されたレーザを有することが、コストがかかり、個々にコリメートされたレーザによって定義される平面環境の走査が、いくつかの用途において許容できる解像度を達成せず、特に、ライダを搭載したプラットフォームが静的である場合(例えば、道路/交差点/交通の監視に用いる柱上において)、またはライダを搭載したプラットフォームが概して動的であるが、静的な場面想定を有するとき(例えば、交差点を渡る歩行者を感知する必要がある交通信号で停止した車両、車両が移動/揺動/振動しているとき得られるレーザビームの掃引から恩恵を得られない状況)があるためである。
装置および方法は、単一エミッタと、少なくとも1つの光検知器とを有する飛行時間ライダセンサを用いる3次元感知のために使用される。該単一エミッタは、単一レーザ、単一レーザバー、またはマルチレーザ(好ましくは、集積されたマルチレーザチップ、または共パッケージ化されたレーザチップ、もしくは単一パッケージ内のマルチチップモジュールの形態)を備えることができ、3つ全ての場合において、エミッタの出力は、その包絡線が1次元感知を提供するように伸長されている放射パターンを形成するように結像される。該単一エミッタはまた、その包絡線が1次元感知を提供するように伸長されている放射パターンを結像するか、または1次元感知を提供するために1次元ビームを掃引するかのいずれかである、光学位相アレイ(OPA)に結合される単一レーザを備えることができる。該単一エミッタはまた、回折光学素子(DOE)またはホログラフィック光学素子(HOE)に結合された単一レーザを備えることができ、いずれかの光学素子が、その包絡線が1次元感知を提供するように伸長されている放射パターンを結像する。全ての単一エミッタ構成に関して、機械的運動(例えば、スピンまたは鏡/プリズム/レンズ/DOE/HOE/回折格子走査)が、エミッタによって網羅されない2つの次元を網羅するために使用され、3次元感知をもたらす。
装置および方法は、単一エミッタと、少なくとも1つの光検知器とを有する飛行時間ライダセンサを用いる3次元感知のために使用される。
該単一エミッタは
(a)単一レーザと、
(b)単一レーザバーと、
(c)マルチレーザ(好ましくは、集積されたマルチチップ、または共パッケージされたレーザチップ、または単一パッケージ内のマルチチップの形態)と、
((a)、(b)、および(c)の場合、エミッタ出力は、その包絡線が1次元感知を提供するように伸長されている放射パターンを形成するように結像される)
(d)その包絡線が1次元感知を提供するように伸長されている放射パターンを結像する、光学位相アレイ(OPA)に結合される単一レーザと、
(e)1次元感知を提供するために1次元光線を掃引する、光学位相アレイ(OPA)に結合される単一レーザと、
(f)回折光学素子(DOE)に結合される単一レーザと、
(g)ホログラフィック光学素子(HOE)に結合される単一レーザと、
(h)レンズに結合される単一レーザと
((f)、(g)、および(h)の場合、光学素子は、その包絡線が1次元感知を提供するように伸長されている放射パターンを結像する)
を備えることができる。
(a)スピンと、
(b)鏡走査と、
(c)プリズム走査と、
(d)レンズ走査と、
(e)DOE走査と、
(f)HOE走査と、
(g)回折格子走査と
を含む。
(a)集積されたマルチ光検知器チップと、
(b)共パッケージ化された光検知器チップと、
(c)光検知マルチチップモジュールと
の選択肢を備える。
光検知器のタイプは、限定ではないが、
(a)SPADアレイと、
(b)APDと、
(c)PINダイオードと
を含む。
Claims (14)
- 飛行時間ライダ装置であって、
a)1つの次元において感知する単一光学エミッタと、
b)少なくとも1つの光検知器と、
c)前記エミッタおよび少なくとも1つの光検知器を2つの次元において走査する機械的手段と
を備える、装置。 - 前記単一エミッタは、限定ではないが、
a)その包絡線が1次元感知を提供するために伸長されている放射パターンを形成するように結像される単一レーザと、
b)その包絡線が1次元感知を提供するために伸長されている放射パターンを形成するように結像される単一レーザバーと、
c)1つの基板上に集積され、その包絡線が1次元感知を提供するために伸長されている連続放射パターンを形成するように結像される、複数のレーザと、
d)共パッケージ化され、その包絡線が1次元感知を提供するために伸長されている連続放射パターンを形成するように結像される、複数のレーザと、
e)その包絡線が1次元感知を提供するために伸長されているビームフォームされた放射パターンを結像する、光学位相アレイに結合された単一レーザと、
f)1次元感知を提供するために1つの次元においてビームフォームされた放射パターンを掃引する、光学位相アレイに結合された単一レーザと、
g)その包絡線が1次元感知を提供するために伸長されている放射パターンを形成するように回折光学素子に結合された単一レーザと、
h)その包絡線が1次元感知を提供するために伸長されている放射パターンを形成するようにホログラフィック光学素子に結合された単一レーザと、
i)その包絡線が1次元感知を提供するために伸長されている放射パターンを形成するようにレンズに結合された単一レーザと
を含む一式の素子のうちの1つを備える、請求項1に記載の装置。 - 前記少なくとも1つの光検知器は、限定ではないが、
a)単一光子アバランシェダイオードアレイと、
b)アバランシェ光ダイオードと、
c)正の固有負ダイオードと
を含む一式の素子のうちの1つを備える、請求項1に記載の装置。 - 限定ではないが、
a)集積されたマルチ光検知器チップと、
b)共パッケージ化された光検知器チップと、
c)光検出マルチチップモジュールと
を含むセットから選択される形態の複数の光検知器を備える、請求項1に記載の装置。 - 前記エミッタおよび前記少なくとも1つの光検知器を2つの次元において走査する前記機械的手段は、限定ではないが、
a)スピンと、
b)鏡走査と、
c)プリズム走査と、
d)レンズ走査と、
e)DOE走査と、
f)HOE走査と、
g)回折格子走査と
を含むセットから選択される、請求項1に記載の装置。 - 静的である外部ケースを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記外部静的ケースは、外見的に不透明であり、かつ赤外線放射に本質的に透明な窓を有する、請求項6に記載の装置。
- 飛行時間ライダ装置に利用する3次元感知のための方法であって、
a)1つの次元において感知する単一光学エミッタと、
b)少なくとも1つの光検知器と、
c)前記エミッタおよび少なくとも1つの前記光検知器を2つの次元において走査する機械的手段と
を備える、方法。 - 前記装置の前記単一エミッタは、限定ではないが、
a)その包絡線が1次元感知を提供するために伸長されている放射パターンを形成するように結像される単一レーザと、
b)その包絡線が1次元感知を提供するために伸長されている放射パターンを形成するように結像される単一レーザバーと、
c)1つの基板上に集積され、その包絡線が1次元感知を提供するために伸長されている連続放射パターンを形成するように結像される、複数のレーザと、
d)共パッケージ化され、その包絡線が1次元感知を提供するために伸長されている連続放射パターンを形成するように結像される、複数のレーザと、
e)その包絡線が1次元感知を提供するために伸長されているビームフォームされた放射パターンを結像する、光学位相アレイに結合される単一レーザと、
f)1次元感知を提供するために1つの次元においてビームフォームされた放射パターンを掃引する、光学位相アレイに結合された単一レーザと、
g)その包絡線が1次元感知を提供するために伸長されている放射パターンを形成するように回折光学素子に結合された単一レーザと、
h)その包絡線が1次元感知を提供するために伸長されている放射パターンを形成するようにホログラフィック光学素子に結合された単一レーザと、
i)その包絡線が1次元感知を提供するために伸長されている放射パターンを形成するようにレンズに結合された単一レーザと
を含む一式の素子のうちの1つを備える、請求項8に記載の方法。 - 前記装置の前記少なくとも1つの光検知器は、限定ではないが、
a)単一光子アバランシェダイオードアレイと、
b)アバランシェ光ダイオードと、
c)正の固有負ダイオードと
を含む一式の素子のうちの1つを備える、請求項8に記載の方法。 - 前記装置は、限定ではないが、
a)集積されたマルチ光検知器チップと、
b)共パッケージ化された光検知器チップと、
c)光検出マルチチップモジュールと
を備えるセットから選択される形態の複数の光検知器を備える、請求項8に記載の方法。 - 前記エミッタおよび前記少なくとも1つの光検知器の2つの次元において走査する、前記装置の前記機械的手段は、限定ではないが、
a)スピンと、
b)鏡走査と、
c)プリズム走査と、
d)レンズ走査と、
e)DOE走査と、
f)HOE走査と、
g)回折格子走査と
を含むセットから選択される、請求項8に記載の装置。 - 前記装置は、静的である外部ケースを含む、請求項8に記載の方法。
- 前記装置の前記外部静的ケースは、外見的に不透明であり、かつ赤外線の放射に本質的に透明な窓を有する、請求項13に記載の方法。
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