JP2018511799A - ビームステアリングladarセンサ - Google Patents
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Abstract
Description
背景技術
発明の分野
本明細書において開示する実施の形態は、一般的には、3D画像生成および対象物の識別およびトラッキングに関し、また特に、交通災害回避、衝突回避および自律航法のような自動車用途のためのLADARセンサに関する。本発明は、光出力が制限されているLADARセンサの動作に起因して生じる問題を補償する。
ステットナー等の米国特許第5,446,529号、第6,133,989号および第6,414,746号に開示されている3D撮像技術では、単一の光パルス、一般的にはパルスレーザ光を用いることにより、慣例の2D写真のすべての情報が3次元座標に沿って提供される。つまり、視野(field of view)内のあらゆるものの3D座標がもたらされる。この使用形態は、一般的には、フラッシュ3D撮像(Flash 3D imaging)と称され、自己完結型の光源のためにフラッシュ装置を使用する通常のディジタル2Dカメラに類似するものである。通常の2Dディジタルカメラを用いる場合と同様に、光はレンズによって、LADARセンサの焦平面に焦点合わせされる。このLADARセンサは、焦平面アレイ(FPA:Focal Plane Array)と称される複数のピクセルから成るアレイを含んでいる。LADARセンサの場合には、それらのピクセルは「スマート」であって、データを収集することができ、プロセッサは、それらのデータを用いることによって、関心のある対象物における反射性の特徴部までのレーザパルスの飛行のラウンドトリップタイムを計算することができる。
本発明の実施の形態によるLADARセンサには、LADARセンサの視野内のシーンを照明するためのパルス半導体レーザが組み込まれている。一般的には、非常に出力が高い単一のレーザパルスが、固定された拡散光学系によって視野全体にわたり光学的に拡散される。半導体レーザの低減された出力を、LADAR受信器の改善された感度によって、または半導体レーザの出力を空間的に集中させて、その集中させたビームで視野を掃引することによって相殺することができる。光学検出器の焦平面アレイは、受光および集束レンズの後方に配置されており、また読出し集積回路が焦平面アレイの検出器の電気的な出力に接続されている。読出し集積回路内では、ユニットセル電気回路のアレイが、焦平面アレイの検出素子において電気パルスに変換されている、到来した光パルスを増幅および検出する。各ユニットセル電気回路は、高速タイミングクロックに接続されており、各ユニットセル内においてディジタルタイマである。ディジタルタイマは、シーン照明光パルスのフラッシュによって計数を開始し、タイミングクロックの周期の数を計数する。ディジタルカウンタは、到来する光パルスの到着時点に発生する電気パルスがユニットセルにおいて検出された時点に停止される。したがって、LADARシステムの視野内の各反射性の表面までの射程距離をセンシングして、ディジタル式に測定することができる。
本出願は、先行特許第5,696,577号、第6,133,989号、第5,629,524号、第6,414,746号、第6,362,482号、第D463,383号、および2002年1月31日に出願され、米国特許出願公開第2002/0117340号明細書(US2002/0117340A1)として公開されている、米国特許出願第10/066340号に関連する新たな発明の主題を含むものである。ここに挙げた刊行物の開示内容は、参照により本願に含まれる。
Claims (33)
- LADARシステムにおいて、
前記LADARシステムは、
第1のLADARセンサおよび第2のLADARセンサを含んでおり、
前記第1のLADARセンサは、
前記第1のLADARセンサの第1の視野内の反射性の表面を照明するように適合されている拡散光学系を介して第1の波長で光を伝送するパルスレーザ光出力を備えている、レーザ送信器と、
前記パルスレーザ光出力の開始をシグナリングするように適合されており、かつケーブルを介して前記第2のLADARセンサに接続されている、時間ゼロ基準出力と、
を有しており、
前記第2のLADARセンサは、
前記第1の視野と重畳する、第2の視野と、
前記ケーブルに接続されている、時間ゼロ基準入力と、
時間ゼロ基準電気出力を備えており、かつ前記時間ゼロ基準入力に接続されている、時間ゼロ基準回路と、
前記反射性の表面から反射されたパルスレーザ光を収集および調整するように適合されている、受信光学系と、
前記受信光学系の焦平面に配置されている複数の感光性検出器から成る2次元アレイであって、前記感光性検出器のそれぞれが、前記表面から反射された前記パルスレーザ光出力のピクセル化された一部を捕捉し、かつ電気応答信号を形成する出力を備えている、2次元アレイと、
前記感光性検出器のアレイの電圧分配グリッドに接続されている、検出器バイアス回路と、
クロック回路および複数のユニットセル電気回路を備えている、読出し集積回路と、
を有しており、
前記ユニットセル電気回路はそれぞれ、前記クロック回路および前記時間ゼロ基準電気出力に接続されている入力と、前記感光性検出器の出力のうちの1つに接続されている入力を備えている増幅器と、を有しており、各増幅器は出力を有しており、該増幅器の出力にはパルス検出回路が接続されており、該パルス検出回路は、終了出力と、前記時間ゼロ基準電気出力および前記クロック回路に接続されているカウンタと、を有しており、前記カウンタは、前記時間ゼロ基準電気出力によって計数を開始し、かつ前記終了出力に接続されており、該終了出力によって計数を停止し、かつ前記表面までの距離に比例する出力を有する、
LADARシステム。 - 前記第2のLADARセンサは、車両に取り付けられている、
請求項1記載のLADARシステム。 - 前記第2のLADARセンサは、前記増幅器それぞれの出力に接続されている電圧サンプリング回路を有している、
請求項1記載のLADARシステム。 - 前記ケーブルは、光ファイバケーブルである、
請求項1記載のLADARシステム。 - 前記ケーブルは、少なくとも1つの導電体を有している、
請求項1記載のLADARシステム。 - 前記レーザ送信器は、少なくとも1つの半導体レーザを含んでいる、
請求項1記載のLADARシステム。 - 前記レーザ送信器は、固体レーザである、
請求項1記載のLADARシステム。 - 前記第2のLADARセンサは、ヘッドライト、ウィンカ、テールライト、パーキングライトおよびブレーキライトから成るセットから選択されたアセンブリに統合されている、
請求項1記載のLADARシステム。 - LADARセンサにおいて、
前記LADARセンサは、
前記LADARセンサの視野内の反射性の表面を照明するように適合されている、パルスレーザ光のビームを生成するレーザ送信器と、
反射面を有しており、かつレーザ光出力ビームを少なくとも1つの軸において前記視野にわたり操作するように適合されている、ビームステアリングメカニズムと、
パルスレーザ光の伝送の開始をシグナリングするように適合されている時間ゼロ基準電気出力を備えている、時間ゼロ基準回路と、
前記反射性の表面から反射されたパルスレーザ光を収集および調整するように適合されている、受信光学系と、
前記受信光学系の焦平面に配置されている複数の感光性検出器から成る2次元アレイであって、前記感光性検出器のそれぞれが、前記表面から反射された前記パルスレーザ光のピクセル化された一部を捕捉し、かつ電気応答信号を形成する出力を備えている、2次元アレイと、
前記感光性検出器のアレイの電圧分配グリッドに接続されている、検出器バイアス回路と、
クロック回路および複数のユニットセル電気回路を備えている、読出し集積回路と、
を有しており、
前記ユニットセル電気回路はそれぞれ、前記クロック回路および前記時間ゼロ基準電気出力に接続されている入力と、前記感光性検出器の出力のうちの1つに接続されている入力を備えている増幅器と、を有しており、各増幅器は出力を有しており、該増幅器の出力にはパルス検出回路が接続されており、該パルス検出回路は、終了出力と、前記時間ゼロ基準電気出力および前記クロック回路に接続されているカウンタと、を有しており、前記カウンタは、前記時間ゼロ基準電気出力によって計数を開始し、かつ前記終了出力に接続されており、該終了出力によって計数を停止し、かつ前記表面までの距離に比例する出力を有している、
LADARセンサ。 - 前記LADARセンサは、車両に取り付けられている、
請求項9記載のLADARセンサ。 - 前記レーザ送信器は、半導体レーザのアレイである、
請求項9記載のLADARセンサ。 - 前記LADARセンサは、ヘッドライト、ウィンカ、テールライト、パーキングライトおよびブレーキライトから成るセットから選択されたアセンブリに統合されている、
請求項9記載のLADARセンサ。 - 前記受信光学系は、光受信経路内に取り付けられている電気機械式のシャッタを有している、
請求項9記載のLADARセンサ。 - 感光性検出器の前記2次元アレイは、ヒ化インジウムガリウムアルミニウムの変性層にわたり成長されたヒ化インジウムガリウムのエピタキシャル層に形成されている、
請求項9記載のLADARセンサ。 - 前記ビームステアリングメカニズムは、MEMSタイプの撓み部材である、
請求項9記載のLADARセンサ。 - 前記ビームステアリングメカニズムは、シリコン基板上に形成されている、
請求項9記載のLADARセンサ。 - LADARセンサにおいて、
前記LADARセンサの視野内の反射性の表面を照明するように適合されている、パルスレーザ光の出力を備えているレーザ送信器と、
パルスレーザ光の伝送の開始をシグナリングするように適合されている時間ゼロ基準電気出力を備えている、時間ゼロ基準回路と、
前記反射性の表面から反射されたパルスレーザ光を収集および調整するように適合されている、受信光学系と、
前記収集および調整されたパルスレーザ光を受信するように配置されている入力面を備えており、かつ、前記パルスレーザ光を光学的に増幅し、該光学的に増幅されたパルスレーザ光を出力面に伝送する、光学利得ブロックと、
前記光学利得ブロックの前記出力面からの光を捕捉するように配置されている複数の感光性検出器から成る2次元アレイであって、前記感光性検出器のそれぞれが、前記表面から反射された前記パルスレーザ光のピクセル化された一部を捕捉し、かつ電気応答信号を形成する出力を備えている、2次元アレイと、
前記感光性検出器のアレイの電圧分配グリッドに接続されている、検出器バイアス回路と、
クロック回路および複数のユニットセル電気回路を備えている、読出し集積回路と、
を有しており、
前記ユニットセル電気回路はそれぞれ、前記クロック回路および前記時間ゼロ基準電気出力に接続されている入力と、前記感光性検出器の出力のうちの1つに接続されている入力を備えている増幅器と、を有しており、各増幅器は出力を有しており、該増幅器の出力にはパルス検出回路が接続されており、該パルス検出回路は、終了出力と、前記時間ゼロ基準電気出力および前記クロック回路に接続されているカウンタと、を有しており、前記カウンタは、前記時間ゼロ基準電気出力によって計数を開始し、かつ前記終了出力に接続されており、該終了出力によって計数を停止し、かつ前記表面までの距離に比例する出力を有する、
LADARセンサ。 - 前記LADARセンサは、車両に取り付けられている、
請求項17記載のLADARセンサ。 - 前記レーザ送信器は、半導体レーザのアレイである、
請求項17記載のLADARセンサ。 - 前記LADARセンサは、ヘッドライト、ウィンカ、テールライト、パーキングライトおよびブレーキライトから成るセットから選択されたアセンブリに統合されている、
請求項17記載のLADARセンサ。 - 前記受信光学系は、光受信経路内に取り付けられている電気機械式のシャッタを有している、
請求項17記載のLADARセンサ。 - 感光性検出器の前記2次元アレイは、ヒ化インジウムガリウムアルミニウムの変性層にわたり成長されたヒ化インジウムガリウムのエピタキシャル層に形成されている、
請求項17記載のLADARセンサ。 - 感光性検出器の前記2次元アレイは、シリコン基板に接合されているヒ化インジウムガリウムのエピタキシャル層に形成されている、
請求項21記載のLADARセンサ。 - 前記光学利得ブロックは、エルビウムドープ型ファイバのバンドルである、
請求項17記載のLADARセンサ。 - 前記光学利得ブロックは、垂直キャビティ型の半導体光増幅器である、
請求項17記載のLADARセンサ。 - LADARセンサにおいて、
前記LADARセンサの視野内の反射性の表面を照明するように適合されている、パルスレーザ光の出力を備えているレーザ送信器と、
パルスレーザ光の伝送の開始をシグナリングするように適合されている時間ゼロ基準電気出力を備えている、時間ゼロ基準回路と、
前記視野内の前記反射性の表面から反射されたパルスレーザ光を収集および調整するように適合されている、受信光学系と、
前記受信光学系の焦平面に配置されている複数の感光性検出器から成る2次元アレイであって、前記感光性検出器のそれぞれが、前記表面から反射されたパルスレーザ光のピクセル化された一部を捕捉し、かつ電気応答信号を形成する出力を備えている、2次元アレイと、
前記感光性検出器のアレイの電圧分配グリッドに接続されている、検出器バイアス回路と、
それぞれが前記感光性検出器のうちの1つの出力に接続されている入力と、ピクセル増幅器電気出力と、を備えているピクセル増幅器を複数有している、増幅器アレイと、
クロック回路および複数のユニットセル電気回路を備えている読出し集積回路であって、前記ユニットセル電気回路のそれぞれが、前記クロック回路に接続されている入力と、前記ピクセル増幅器電気出力のうちの1つに接続されているアナログ入力と、該アナログ入力に接続されており、かつ出力を有しているパルス増幅器と、を備えている、読出し集積回路と、
終了出力と、前記時間ゼロ基準電気出力および前記クロック回路に接続されているカウンタと、を備えており、かつ前記パルス増幅器の出力に接続されているパルス検出回路であって、前記カウンタは、前記時間ゼロ基準電気出力によって計数を開始し、かつ前記終了出力に接続されており、該終了出力によって計数を停止し、かつ前記表面までの距離に比例する出力を備えている、パルス検出回路と、
を有している、
LADARセンサ。 - 前記LADARセンサは、車両に取り付けられている、
請求項26記載のLADARセンサ。 - 前記レーザ送信器は、半導体レーザのアレイである、
請求項26記載のLADARセンサ。 - 前記LADARセンサは、ヘッドライト、ウィンカ、テールライト、パーキングライトおよびブレーキライトから成るセットから選択されたアセンブリに統合されている、
請求項26記載のLADARセンサ。 - 前記受信光学系は、光受信経路内に取り付けられている電気機械式のシャッタを有している、
請求項26記載のLADARセンサ。 - 感光性検出器の前記2次元アレイは、シリコン基板に接合されているヒ化インジウムガリウムのエピタキシャル層に形成されている、
請求項26記載のLADARセンサ。 - 前記ピクセル増幅器は、オフセット制御部を有している、
請求項26記載のLADARセンサ。 - 前記ピクセル増幅器は、利得制御部を有している、
請求項26記載のLADARセンサ。
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