JP2019197044A - Lidarデバイスのファブリペロー要素 - Google Patents

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Abstract

【課題】放出されるレーザ光の波長が典型的にはレーザデバイスの温度に依存し、またその波長が長期間にわたってドリフトを呈する可能性がある。【解決手段】レーザビームの移動時間を測定するための測定構成であって、周囲環境に向かってあるレーザ波長を有するレーザ光を放出するように構成されたレーザデバイス24と、入射レーザ光を、周囲環境内の物体から測定構成に向かって反射し戻された後に吸収するように構成された1つまたは複数の光検出器23とを備える、測定構成。測定構成はまた、第1の波長範囲内のみのレーザ光を透過させるように構成されたオーダーソーティングフィルタ22と、空洞共振波長範囲内のみのレーザ光を透過するように構成された走査型ファブリペロー干渉計とをも備える。第1の波長範囲は空洞共振波長範囲よりも広く、制御ユニットが、レーザデバイスの温度が変化したときに空洞共振波長範囲の中心をシフトするように構成される。【選択図】図2

Description

本開示は、レーザデバイスの周囲に放出されるレーザ光の移動時間測定に関する。より詳細には、本開示は、光検知測距(LIDAR)デバイスのような、それらの周囲を反復移動時間測定値でマッピングするように構成され得るレーザデバイスに関する。本開示はさらに、周囲条件で行われる移動時間測定における信号対雑音比、およびその比を改善するための手段に関する。

光検知測距(LIDAR)システムは、通常、一連のレーザビームパルスまたは変調連続波レーザ光を周囲環境に放出するレーザデバイスと、入射光を、近傍の物体から反射された後に回収する光検出器とを備える。LIDARシステムはまた、出射レーザ光を複数の異なる方向に反射するための反射器と、また、入射レーザ光を光検出器に向かって反射するための反射器とを備え得る。反射器は、微小電気機械的に駆動されるMEMS反射器であり得る。同軸システムでは、レーザビームの軸は受光光学系の軸と一致する。二軸構成では、レーザビームと受光器軸とは分離されており、レーザビームはある所定の範囲を超えるものだけが受光光学系の視界に入る。

LIDARシステムは、複数の異なる方向に反射された光の放出と検出との間の経過時間、または連続波の時間依存位相シフトを測定することによって、周囲環境に関連する距離関連データを計算および解析することができる。

人がいる可能性がある周囲環境で測定を行う場合、移動時間レーザ測定には一定の制限がある。第1に、レーザ光は目の安全のために比較的低い強度を有しなければならない。第2に、日光および車のヘッドライトなどの外部光源からの光もLIDARシステムに入り、光検出器で実行される測定に影響を与える。これらの要因は、LIDARシステムの信号対雑音比に影響を与え、それらの分解能および範囲を制限する。

特許文献1は、周辺光をフィルタリングすることによって信号対雑音比を改善するために、静的バンドパスフィルタが入射レーザ光の光路に使用されるLIDARシステムを開示している。

米国特許出願公開第2017/350982号明細書

しかしながら、静的バンドパスフィルタに関する一般的な問題は、それらが比較的広い範囲の波長を検出器に通過させることを可能にしなければならないことである。これは、放出されるレーザ光の波長が典型的にはレーザデバイスの温度に依存し、またその波長が長期間にわたってドリフトを呈する可能性があるためである。特に、レーザデバイスが、気象条件が変化し、エージング効果を生じさせる屋外で使用されるとき、放出されるレーザ光の波長は長期間にわたって一定のままであることを期待することはできない。このことは、バンドパスフィルタにレーザデバイスのFWHM通過帯域よりもはるかに広い通過帯域を与えることによって、バンドパスフィルタの設計において考慮されなければならない。したがって、光検出器の信号対雑音比は静的帯域通過フィルタの使用によって改善されるが、それは理想には程遠いままである。

本開示の目的は、上述した欠点を軽減するための装置および方法を提供することである。

本開示の目的は、独立請求項に述べられていることを特徴とする装置および方法によって達成される。本発明の好ましい実施形態が、従属請求項に開示されている。

本開示は、入射レーザ光の光路上で走査型ファブリペロー干渉計を利用し、放出されるレーザ光の波長が変化する場合にこの干渉計の通過帯域を動的に調整するという着想に基づいている。

本開示に記載された方法および構成の利点は、ファブリペロー干渉計の狭い通過帯域が放出されたレーザ光の波長と一致するように連続的に調整されることである。光検出器に入る周辺光の量が減少し、移動時間測定の信号対雑音比が改善される。

以下において、添付の図面を参照しながら、好ましい実施形態によって、本開示をより詳細に説明する。

測定方法を示す図である。 測定構成を示す図である。 動作原理を示す図である。 動作原理を示す図である。 第1の実施形態に係る測定方法を示す図である。 第2の実施形態に係る測定方法を示す図である。 第3の実施形態に係る測定方法を示す図である。

本開示は、レーザビームの移動時間を測定するための測定構成を説明する。この構成は、周囲環境に向かってあるレーザ波長を有するレーザ光を放出するように構成されたレーザデバイスと、入射レーザ光を、周囲環境内の物体から測定構成に向かって反射し戻された後に吸収するように構成された1つまたは複数の光検出器とを備える。測定構成はまた、レーザデバイスにおける逐次レーザパルスの放出時刻および1つまたは複数の光検出器における各レーザパルスの吸収時刻を記録することによって、または連続波レーザ光の放出と吸収との間の位相シフトを決定することによって移動時間を計算するように構成される制御ユニットをも備える。

測定構成はまた、周囲環境内の物体から1つまたは複数の光検出器までの光路上に、第1の波長範囲内のみのレーザ光を透過させるように構成されたオーダーソーティングフィルタと、空洞共振波長範囲内のみのレーザ光を透過するように構成された走査型ファブリペロー干渉計とをも備え、第1の波長範囲は空洞共振波長範囲よりも広い。測定構成はまた、走査型ファブリペロー干渉計に接続された電圧源をも備え、その結果、空洞共振波長範囲は、走査型ファブリペロー干渉計に印加される電圧を変えることによって変更することができる。制御ユニットは、センサからレーザ波長に関する測定データを取り出し、走査型ファブリペロー干渉計に印加される電圧を変えることによって、取り出された測定データに基づいて空洞共振波長範囲の中心をシフトするように構成される。

レーザデバイスは、パルスレーザデバイスでもよいし、または、レーザ光を連続的に放出するレーザデバイスでもよい。デバイスがパルス化されている場合、レーザ光はパルスレーザビーム、すなわち一連のレーザパルスである。パルスレーザデバイスのパルス周波数は、例えば、50kHz〜200kHzであり得、その結果、放出されるパルスは、通常、次のパルスが放出される前にLIDARシステムに戻る。この場合、制御ユニットは、レーザデバイスにおける逐次レーザパルスの放出時刻と、1つまたは複数の光検出器における各レーザパルスの吸収時刻とを記録することによって移動時間を計算するように構成することができる。

レーザデバイスが連続的に光を放出する場合、レーザ光は、レーザ光の強度振幅が変調されている連続波レーザビームであり得る。この場合、制御ユニットは、光信号を復調することによって放出と吸収との間の連続波レーザ光の位相シフトを決定することによって移動時間を計算するように構成され得る。

両方の場合において、到達するレーザ光の大きさ(到達するパルスの強度または到達する連続波の振幅)は、移動時間測定が実行されるのと同時に測定され得る。

レーザデバイスは、例えば、レーザダイオードとすることができる。レーザダイオードの放出ピークの半値全幅(FWHM)値は、通常、数ナノメートル程度である。放出されるレーザ放射の波長は、近赤外領域、例えば800nm〜1600nmの範囲内にあり得る。

レーザデバイスは、単一のレーザユニットであってもよく、または、複数のレーザユニットを含むレーザアレイモジュールであってもよい。アレイ内の各レーザユニットはパルスレーザユニットであってもよく、またはレーザアレイ内の各ユニットは振幅変調されたレーザ光を連続的に放出するレーザであってもよい。

LIDARシステムの使用温度はアプリケーションによって異なる。レーザデバイスは、例えば、自動車用途において−40℃〜+125℃の範囲の温度変動を経験する可能性がある。

測定構成を用いて実施される方法を図1に示す。レーザデバイスが、周囲環境に向かってあるレーザ波長を有するレーザ光を放出し(11)、制御ユニットが、センサから上記レーザ波長に関する測定データを取り出し(12)、走査型ファブリペロー干渉計に印加される電圧を変えることによって、取り出された測定データに基づいて空洞共振波長範囲の中心をシフトする(13)。1つまたは複数の光検出器が入射レーザレーザを吸収し(14)、制御ユニットが上述の方法で移動時間を計算する(15)。

本開示において、用語「放出時刻」および「吸収時刻」は、レーザパルスの放出/吸収が生じたときに記録されるタイムスタンプを指す。移動時間は吸収時刻と放出時刻との間の差である。

レーザデバイスから放出されたレーザ光は第1の反射器に衝突し得、第1の反射器は、それらの光を走査環境に向けて反射する。反射器は、異なる方向に傾斜することができる走査反射器であり得る。代替的に、レーザ光はレーザデバイスから走査環境に向かって直接進行し得る。

図2は、本開示による測定構成20を示す。この構成は、レーザ光を放出するように構成されたレーザデバイス24と、周囲環境27に向かって光を外方に反射する任意選択の第1の走査反射器25とを含む。反射器25は、容量性アクチュエータ、ピエゾアクチュエータまたは電磁アクチュエータによって共鳴振動するように駆動されるMEMS反射器であってもよい。レーザ光はまた、それらが測定構成20を出る前に他の反射器によって反射され得る。レーザデバイスが周囲環境に向かって直接光を放出することができるようにレーザデバイスが構成されている場合、走査反射器および他の反射器は場合によっては省略されてもよい。

レーザ光は、測定構成20の周囲の周囲環境27を通過し、最終的には物体26に当たる。レーザ光の少なくとも一部は、物体26から光検出器23への光路に沿って測定構成に向かって反射し戻される。この光路はまた、図2には示されていない1つまたは複数の追加の反射器を含むこともできる。図2は、入射光路が出射光路と一致しない二軸の場合を示す。本開示に記載されている測定構成は、代替的に出射光路が入射光路と一致するように同軸であってもよい。言い換えれば、物体26から1つまたは複数の光検出器23への光路はまた、第1の走査反射器25における反射をも含み得る。

周囲環境27では、太陽光および周囲環境内の他の光源からの光などの周辺光28も、物体26または他の何らかの物体から反射された後に26〜23の光路に入ることがある。上述したように、この周辺光は、光検出器23においてレーザ光を正確に検出することをより困難にする。

測定構成は、物体26から光検出器23までの光路上にオーダーソーティングフィルタ22を備え、このフィルタはファブリペロー干渉計の側波帯が測定に影響を与えるのを防ぐ。オーダーソーティングフィルタは、例えば、幅が数百ナノメートルであり得る広い通過帯域を有する受動帯域通過または高域通過光学フィルタであり得る。測定構成はまた、オーダーソーティングフィルタの前または後の26〜23の光路上にファブリペロー干渉計21をも備える。

ファブリペロー干渉計(FPI)は、明確に定義された距離を置いて離間された2つの平坦で反射率の高い平行平面からなる光学フィルタである。反射平面表面間の空間は、本質的に、光学フィルタ通過帯域波長を規定する共振空洞である。FPIは走査型FPIとすることができ、FPIの2つの反射面間の距離は、反射面間の距離を制御する電圧端子に印加される電圧を変更することによって変えることができる。制御ユニットは、図2には示されていない電圧源を通して走査型FPIを制御するように構成されてもよい。

図3aおよび図3bは、本開示に記載されている構成および方法の動作原理を示している。W軸は波長を表し、S軸は光検出器によって測定される信号値を表す。図3aは、入射光をフィルタリングするために静的帯域フィルタのみが使用され、FPIは使用されない構成を示す。31は、高さSを有する、レーザ波長Wで放出されるレーザピークである。Wは、例えば、950nmまたは1550nmであり得る。Wは近赤外領域にあり得る。

曲線32は、静的フィルタの通過帯域を示す。レーザデバイス内のレーザ波長のドリフト間隔(典型的には温度変動または経年劣化によって引き起こされる)はΔWによって示される。測定がすべての温度で行われ得ることを確実にするために、静的フィルタの通過帯域32は、レーザデバイスのレーザ波長ドリフト間隔ΔWを包含しなければならない。上述の温度範囲内で、ΔWは、温度調整なしの典型的なレーザデバイスに対しては約50nmであり得る。信号対雑音比は、レーザデバイスから発生するものではない、通過帯域32内に入ってくる光子からのノイズのために比較的低くなる。

図3bは、オーダーソーティングフィルタおよびファブリペロー干渉計が使用されるときの同じ測定の特性を示す。33は、高さSを有する、レーザ波長Wで放出されるレーザピークである。曲線34は、第1の波長範囲を規定する、オーダーソーティングフィルタの通過帯域を示す。この帯域は、望ましくない高調波の反射後にFPIを通過する波長を遮断するのに十分に狭くあるべきであるが、実際にはこれは、その帯域がレーザ波長のドリフト間隔ΔWよりはるかに広い数百ナノメートル幅になり得ることを意味する。他方、曲線35は、FPIによって決定される空洞共振波長範囲を示す。走査型FPIは、以下に提示される実施形態で説明される方法でレーザ波長Wの変化を追跡することができるため、この空洞共振波長範囲は、ドリフト間隔ΔWよりはるかに狭くなり得る。結果として、検出器に到達する光の信号対雑音比は、この場合、曲線33および35によって決定され、この比は、空洞共振波長範囲の狭さのために比較的高くなる。

空洞共振波長範囲の幅は、例えば1〜20nm、3〜15nm、または5〜10nmの範囲内であり得る曲線35のFWHM値によって特徴付けられる。

制御ユニットは、センサから、レーザ波長、特にレーザ波長の変化に関する測定データを取り出すことができる。センサは、レーザデバイス24の温度を測定するように構成された温度センサとすることができる。代替的に、センサは、1つまたは複数の光検出器のうちの1つであってもよい。センサは、光検出器23、または光検出器23に隣接する別個の光検出器であってもよく、これは特にFPI調整のためのデータを収集するためのものである。

レーザ波長に関するデータを測定するためのセンサが光検出器である場合、空洞共振波長範囲の中心をシフトさせるために必要な測定は、周囲環境から反射されて戻ってくる光に対して行われる必要はない(ただし、そのような光に対して行われる場合はある)。レーザデバイスからレーザ光が放出されると、レーザデバイスの直近の周囲(通常は一部の種類であればケーシングの内側)は、通常、反射光および散乱光によって強く照射される。レーザ光の波長のみが重要であり、適切に配置された光検出器はこの反射し散乱した光の任意の部分から波長を検出することができる。光検出器に向かう反射は、追加のミラーによって任意選択的に援助されてもよい。さらに、レーザデバイスから放出されるレーザビームはまた、外側に向けられる前にビームスプリッタを通過してもよく、分割されたレーザビームの一部は、レーザ波長測定のための光検出器に向けられてもよい。

以下の実施形態は、センサから取り出された測定値に基づいて制御ユニットが空洞共振波長範囲の中心をどのようにシフトすることができるかを説明する。

(実施の形態1)
センサが1つまたは複数の光検出器のうちの1つであり、測定データが光強度値を含む場合、制御ユニットは、上記光検出器から一連の光強度値を取り出すように構成され得る。各光強度値は、レーザデバイスから放出されるレーザパルス、または、連続的に放出されるレーザ光に対して行われる振幅測定に対応する。

最新の光強度値が先行する光強度値よりも大きく、かつ最新の光強度値が、先行する光強度値が測定された波長より大きい波長において測定された場合、制御ユニットは空洞共振波長範囲の中心をより大きな値にシフトするように構成され得る。

最新の光強度値が先行する光強度値よりも小さく、かつ最新の光強度値が、先行する光強度値が測定された波長より小さい波長において測定された場合、制御ユニットは空洞共振波長範囲の中心をより大きな値にシフトするように構成され得る。

最新の光強度値が先行する光強度値よりも大きく、かつ最新の光強度値が、先行する光強度値が測定された波長より小さい波長において測定された場合、制御ユニットは空洞共振波長範囲の中心をより小さい値にシフトするように構成され得る。

最新の光強度値が先行する光強度値よりも小さく、かつ最新の光強度値が、先行する光強度値が測定された波長より大きい波長において測定された場合、制御ユニットは空洞共振波長範囲の中心をより小さい値にシフトするように構成され得る。

図4は、制御ユニットによって用いられる方法を示す。最初の掃引は、レーザピークを見出すために、最初にファブリペロー干渉計を用いて行うことができる。空洞共振波長範囲は最初は初期波長を中心とし得、この初期波長において測定された初期光強度値が記憶される。任意選択的に、レーザデバイスの温度を監視するように構成された温度センサから取り出された温度値を使用して、測定サイクルを開始することができる適切な初期波長を決定することができる。制御ユニットは、取り出された温度値に対応する表形式レーザ波長値を見出すように構成されてもよく、この表形式レーザ波長値は、空洞共振波長範囲が中心とする初期波長として記憶されてもよい。

ステップ45において、制御ユニットは、波長λにおいて新しい光強度値の測定を行う。この値は、ここでは文字Aで示され、ステップ41においてメモリユニットに記憶される。これにより、Aが最新の光強度値となる。ステップ42において、制御ユニットは、Aを、ここでは文字Bで示される先行する光強度値と比較する。測定シーケンスが始まるとき、Bは上述のように初期光強度値に等しく設定されてもよい。図4に示すループの1サイクルが完了した後、Bは、後述するように、ステップ44において与えられた値を有する。

図4において、λは最新の測定が行われたときの空洞共振波長範囲の中心(走査型FPIに印加される電圧によって決定される)を意味し、λは先行する測定が行われたときの空洞共振波長範囲の中心を意味する。ステップ44aおよび44bにおいて、制御ユニットは次の測定を設定する。λは最初にλの新しい値としてメモリユニットに記憶され、Aは新しいBの値としてメモリユニットに記憶される。

ステップ42の比較において、A>Bは、先行する測定が行われたときよりも、最新の測定が行われたときの方が、空洞共振波長範囲の中心がレーザ波長に近かったことを示す。他方、A<Bは、先行する測定が行われたときよりも、最新の測定が行われたときの方が、空洞共振波長範囲の中心がレーザ波長から遠かったことを示す。

したがって、比較ステップ42および43aにおいてA>Bかつλ>λである場合、λはレーザ波長により近いため、次の測定のために空洞共振波長範囲の中心をより長い波長にシフトさせるべきである。したがって、λの新しい値は、ステップ44aにおいて、λを波長増分λstepだけ増分することによって計算される。言い換えれば、走査型FPIに印加される電圧は、空洞共振波長範囲の中心が増分λstepだけシフトされるように増加または低減される。他方、比較ステップ42および43aにおいてA>BかつλA<λBである場合、次の測定のために空洞共振波長範囲の中心をより短い波長にシフトさせるべきである。したがって、λの新しい値は、ステップ44bにおいて、λを波長増分λstepだけ低減することによって計算される。

同様に、比較ステップ42および43bにおいてA<Bかつλ<λである場合、λはレーザ波長により近いため、次の測定のために空洞共振波長範囲の中心をより長い波長にシフトさせるべきである。したがって、λの新しい値は、ステップ44aにおいて、λを波長増分λstepだけ増分することによって計算される。また、比較ステップ42および43bにおいてA<Bかつλ>λである場合、ステップ44bにおける次の測定のために空洞共振波長範囲の中心をより短い波長にシフトさせるべきである。

ステップ44aおよび44bにおいてλに新しい値が割り当てられた後、測定サイクルは再びステップ45に戻り、ここで新しい光強度測定が、今回は増分されたまたは低減された波長値λにおいて行われる。この方法により、制御ユニットはレーザ波長を追跡し、レーザの温度が変化しても空洞共振波長範囲がレーザ波長に非常に近い中心に留まるように、走査型FPIに印加される電圧を連続的に調整することができる。温度較正は不要である。

先行する実施形態のように、光強度値が比較されるときに平均化が利用されてもよい。言い換えれば、「最新の光強度値」は第1のセットの光強度測定値の平均であり得、「先行する光強度値」は、第2のセットが第1のセットの前に測定されたものであるような、第2のセットの光強度測定値の平均であり得る。

(実施の形態2)
センサが1つまたは複数の光検出器のうちの1つであり、測定データが光強度値を含む場合、制御ユニットは、上記光検出器から一連の光強度値を取り出すように構成され得る。各光強度値は、レーザデバイスから放出されるレーザパルス、または、連続的に放出されるレーザ光に対して行われる振幅測定に対応する。

制御ユニットはまた、取り出された各光強度値を1つまたは複数の先行する光強度値と比較することによって光強度を監視し、取り出された光強度値が1つまたは複数の先行する光強度値からの所定のマージン内にある場合は空洞共振波長範囲の中心を元のままに保つように構成される。制御ユニットはまた、取り出された光強度値が1つまたは複数の先行する光強度値からの所定のマージン外にある場合、新たに取り出される光強度値が1つまたは複数の先行する光強度値からの所定のマージン内に入るまで、空洞共振波長範囲の中心をシフトするように構成され得る。

シフトはより長い波長への上方であっても、またはより短い波長への下方であってもよい。所望のマージン内に入る新しい光強度値が取り出された後、制御ユニットは、空洞共振波長範囲の中心をその新しい調整値に設定されたままにし、それらを先行する光強度値と比較することによって新たに取り出される光強度値の監視に戻ることができる。

制御ユニットは、メモリユニット内の2つのメモリ位置に2つの光強度値を記憶するように構成されてもよい。制御ユニットは、最新に取り出された光強度値を第1のメモリ位置に記憶し、先行する光強度値を第2のメモリ位置に記憶することができる。新しい光強度値が取り出されるたびに、最初に第2のメモリ位置にあった値が上書きされるように、第1のメモリ位置に記憶された値を第2のメモリ位置に移動させることができる。

代替的に、制御ユニットは、より長いシーケンスの先行する光強度値をメモリユニットに記憶するように構成されてもよい。このとき、最新に取り出された光強度値は、例えば、メモリユニットに記憶されているすべての先行する光強度値の平均または加重平均と比較されてもよい。この平均は、例えば、5つまたは10個の最近に記録された先行する光強度値が含まれる移動平均であり得る。

上記で概説した調整をトリガするための適切な所定のマージンは、例えば、取り出された光強度値が先行する光強度値と(または先行する光強度値の平均と)1%超または5%超異なることであり得る。

放出光強度が一定のままであるという仮定の下では、取り出される光強度値と1つまたは複数の先行する光強度値との間の、所定のマージンより大きい偏差は、レーザ波長がシフトしたこと、および、FPIの空洞共振波長範囲がもはやレーザ波長と最適に位置整合されていないことを意味する。

制御ユニットは、FPIの反射面が互いにさらに離れるようにまたは近づくようにFPI端子に印加される電圧を変更するように構成されてもよい。制御ユニットは、所定のマージンの上限または下限を超えたか否かをチェックし、それに応じて電圧を上方または下方に調整するように構成することができる。しかし、このチェックを行わなくても調整を自動化することができる、これは、調整が誤った方向に行われた場合、新しい光強度値が取り出されるときにこれが迅速に検出されるためである。制御ユニットは、調整のトリガに先行する光強度値の所定のマージン内に入るような値が再び取り出されるまで、取り出された光強度値を増加させる調整を行うように構成されてもよい。

1つまたは複数の光検出器は、移動時間を測定するための第1の光検出器と、光強度を監視するための第2の光検出器とを含み得る。この場合において、第1の光検出器は、移動時間の測定にのみ使用される場合、線形モードまたはガイガーモードのいずれにおいても動作することができるが、第2の光検出器は線形モードで動作する必要がある。両方の検出器は、測定される光パワーがファブリペローフィルタデバイスの同じ光学的開口を通るように配置されなければならない。

代替的に、1つまたは複数の光検出器は、吸収時刻を測定するとともに、光強度を監視するための1つのみの第1の光検出器を含み得る。

同じ測定構成を用いて実施される対応する方法を図5に示す。制御ユニットは、上記光検出器から一連の光強度値を取り出し(51)、各光強度値は、レーザデバイスから放出されるレーザ光に対応し、制御ユニットは、取り出される各光強度値を1つまたは複数の先行する光強度値と比較することによって光強度を監視する(52)。制御ユニットはまた、取り出される光強度値が1つまたは複数の先行する光強度値からの所定のマージン内にある場合、空洞共振波長範囲の中心を不変に保ち(53)、取り出される光強度値が1つまたは複数の先行する光強度値からの所定のマージン外にある場合、空洞共振波長範囲の中心を上方または下方にシフトする(54)。

先行する実施形態のように、光強度値が比較されるときに平均化が利用されてもよい。言い換えれば、「取り出される光強度値」は第1のセットの光強度測定値の平均であり得、「先行する光強度値」は、第2のセットが第1のセットの前に測定されたものであるような、第2のセットの光強度測定値の平均であり得る。

(実施の形態3)
センサがレーザデバイスの温度を測定するように構成された温度センサであり、測定データが温度値を含む場合、制御ユニットは上記温度センサから温度値を取り出し、記憶されている較正データから、取り出されている温度値に対応する表形式レーザ波長値を取り出すように構成される。制御ユニットはまた、空洞共振波長範囲の中心を表形式レーザ波長値にシフトするように構成されてもよい。

言い換えれば、制御ユニットは、レーザデバイス24の温度を監視する温度センサに接続することができる。レーザデバイスから放出されるレーザ光の波長の温度依存性は、デバイスが使用される前または後に較正実験において決定されていてもよい。そのような実験から得られる表形式較正データは、その後、直接温度測定に基づいて任意の時点におけるレーザ波長の現在値を決定するために利用されてもよい。

取り出されている温度値に基づいて、制御ユニットは、取り出されている温度値に対応する表形式レーザ波長値を見出すことができる。制御ユニットはまた、FPI制御端子に印加される電圧を変更するように構成されてもよく、その結果、表形式レーザ波長値が空洞共振波長範囲の現在の中心点と異なる場合、FPIの反射面は互いに対して移動される。それによって、レーザデバイスの温度が変化しても、FPIの空洞共振波長範囲は放出されるレーザ光の波長と位置整合したままである。

調整が行われた後、制御ユニットは、空洞共振波長範囲の中心をその新しい調整値に設定されたままにし、それらを先行する光強度値と比較することによって新たに取り出される光強度値の監視に戻ることができる。

同じ測定構成を用いて実施される対応する方法を図6に示す。制御ユニットは上記温度センサから温度値を取り出し(61)、記憶されている較正データから、取り出されている温度値に対応する表形式レーザ波長値を取り出し(62)、空洞共振波長範囲の中心を表形式レーザ波長値にシフトする(63)。

Claims (11)

  1. レーザビームの移動時間を測定するための測定構成であって、
    周囲環境に向かってあるレーザ波長を有するレーザ光を放出するように構成されたレーザデバイスと、
    入射レーザ光を、前記周囲環境内の物体から前記測定構成に向かって反射し戻された後に吸収するように構成された1つまたは複数の光検出器と、
    前記レーザデバイスにおける逐次レーザパルスの放出時刻および前記1つまたは複数の光検出器における各レーザパルスの吸収時刻を記録することによって、または連続波レーザ光の放出と吸収との間の位相シフトを決定することによって前記移動時間を計算するように構成されている制御ユニットと
    を備える測定構成において、
    前記測定構成がまた、前記周囲環境内の前記物体から前記1つまたは複数の光検出器までの光路上に、第1の波長範囲内のみのレーザ光を透過させるように構成されたオーダーソーティングフィルタと、空洞共振波長範囲内のみのレーザ光を透過するように構成された走査型ファブリペロー干渉計とをも備え、前記第1の波長範囲は前記空洞共振波長範囲よりも広いこと、および
    前記測定構成がまた、前記走査型ファブリペロー干渉計に接続された電圧源をも備え、結果、前記空洞共振波長範囲は、前記走査型ファブリペロー干渉計に印加される電圧を変えることによって変更することができること、および
    前記制御ユニットが、センサから前記レーザ波長に関する測定データを取り出し、前記走査型ファブリペロー干渉計に印加される電圧を変えることによって、前記取り出された測定データに基づいて前記空洞共振波長範囲の中心をシフトするように構成されることを特徴とする、測定構成。
  2. 前記センサが前記1つまたは複数の光検出器のうちの1つであり、前記測定データが光強度値を含み、前記制御ユニットが、
    前記光検出器から一連の光強度値を取り出し、各光強度値は、前記レーザデバイスから放出されるレーザ光に対応し、
    最新の光強度値が先行する光強度値よりも大きく、かつ前記最新の光強度値が、前記先行する光強度値が測定された波長より大きい波長において測定された場合、前記空洞共振波長範囲の中心をより大きな値にシフトし、
    前記最新の光強度値が前記先行する光強度値よりも小さく、かつ前記最新の光強度値が、前記先行する光強度値が測定された波長より小さい波長において測定された場合、前記空洞共振波長範囲の中心をより大きな値にシフトし、
    前記最新の光強度値が前記先行する光強度値よりも大きく、かつ前記最新の光強度値が、前記先行する光強度値が測定された波長より小さい波長において測定された場合、前記空洞共振波長範囲の中心をより小さい値にシフトし、
    前記最新の光強度値が前記先行する光強度値よりも小さく、かつ前記最新の光強度値が、前記先行する光強度値が測定された波長より大きい波長において測定された場合、前記空洞共振波長範囲の中心をより小さい値にシフトするように構成されていることを特徴とする、請求項1に記載の測定構成。
  3. 前記センサが前記1つまたは複数の光検出器のうちの1つであり、前記測定データが光強度値を含み、前記制御ユニットが、
    前記光検出器から一連の光強度値を取り出し、各光強度値は、前記レーザデバイスから放出されるレーザ光に対応し、
    取り出された各光強度値を1つまたは複数の先行する光強度値と比較することによって光強度を監視し、
    前記取り出された光強度値が前記1つまたは複数の先行する光強度値からの所定のマージン内にある場合は前記空洞共振波長範囲の中心を不変に保ち、
    前記取り出された光強度値が前記1つまたは複数の先行する光強度値からの所定のマージン外にある場合、新たに取り出される光強度値が前記1つまたは複数の先行する光強度値からの所定のマージン内に入るまで、前記空洞共振波長範囲の中心をシフトするように構成されることを特徴とする、請求項1に記載の測定構成。
  4. 前記1つまたは複数の光検出器が、前記吸収時刻を測定するための第1の光検出器と、光強度を監視するための第2の光検出器とを含むことを特徴とする、請求項2〜3のいずれか一項に記載の測定構成。
  5. 前記1つまたは複数の光検出器が、前記移動時間を測定するとともに、光強度を監視するための1つのみの第1の光検出器を含むことを特徴とする、請求項2〜3のいずれか一項に記載の測定構成。
  6. 前記センサが前記レーザデバイスの温度を測定するように構成された温度センサであり、前記測定データが温度値を含み、前記制御ユニットが、
    前記温度センサから温度値を取り出し、記憶されている較正データから、前記取り出されている温度値に対応する表形式レーザ波長値を取り出し、
    前記空洞共振波長範囲の中心を前記表形式レーザ波長値にシフトするように構成されていることを特徴とする、請求項1に記載の測定構成。
  7. 前記周囲環境内の物体から前記1つまたは複数の光検出器への光路が、前記第1の走査反射器における反射を含むことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の測定構成。
  8. パルスレーザビームの移動時間を測定するための方法であって、
    レーザデバイスが、周囲環境に向かってあるレーザ波長を有するレーザ光を放出し、
    1つまたは複数の光検出器が、入射レーザ光を、前記周囲環境内の物体から前記測定構成に向かって反射し戻された後に吸収し、
    制御ユニットが、前記レーザデバイスにおける逐次レーザパルスの放出時刻および前記1つまたは複数の光検出器における各レーザパルスの吸収時刻を記録することによって、または連続波レーザ光の放出と吸収との間の位相シフトを決定することによって移動時間を計算する、パルスレーザビームの移動時間を測定するための方法において、
    前記測定構成がまた、前記周囲環境内の物体から前記1つまたは複数の光検出器までの光路上に、最初に、第1の波長範囲内のみのレーザ光を透過させるように構成されたオーダーソーティングフィルタをも備え、次に、前記空洞共振波長範囲内のみのレーザ光を透過するように構成された走査型ファブリペロー干渉計をも備え、前記第1の波長範囲は前記空洞共振波長範囲よりも広いこと、および
    前記測定構成がまた、前記走査型ファブリペロー干渉計に接続された電圧源をも備え、結果、前記空洞共振波長範囲は、前記走査型ファブリペロー干渉計に印加される電圧を変えることによって変更することができること、および
    前記制御ユニットが、センサから前記レーザ波長に関する測定データを取り出し、前記走査型ファブリペロー干渉計に印加される電圧を変えることによって、前記取り出された測定データに基づいて前記空洞共振波長範囲の中心をシフトすることを特徴とする、方法。
  9. 前記センサが前記1つまたは複数の光検出器のうちの1つであり、前記測定データが光強度値を含み、前記制御ユニットが、
    前記光検出器から一連の光強度値を取り出し、各光強度値は、前記レーザデバイスから放出されるレーザ光に対応し、
    最新の光強度値が先行する光強度値よりも大きく、かつ前記最新の光強度値が、前記先行する光強度値が測定された波長より大きい波長において測定された場合、前記空洞共振波長範囲の中心をより大きな値にシフトし、
    前記最新の光強度値が前記先行する光強度値よりも小さく、かつ前記最新の光強度値が、前記先行する光強度値が測定された波長より小さい波長において測定された場合、前記空洞共振波長範囲の中心をより大きな値にシフトし、
    前記最新の光強度値が前記先行する光強度値よりも大きく、かつ前記最新の光強度値が、前記先行する光強度値が測定された波長より小さい波長において測定された場合、前記空洞共振波長範囲の中心をより小さい値にシフトし、
    前記最新の光強度値が前記先行する光強度値よりも小さく、かつ前記最新の光強度値が、前記先行する光強度値が測定された波長より大きい波長において測定された場合、前記空洞共振波長範囲の中心をより小さい値にシフトすることを特徴とする、請求項8に記載の方法。
  10. 前記センサが前記1つまたは複数の光検出器のうちの1つであり、前記測定データが光強度値を含み、前記制御ユニットが、
    前記光検出器から一連の光強度値を取り出し、各光強度値は、前記レーザデバイスから放出されるレーザ光に対応し、
    取り出された各光強度値を1つまたは複数の先行する光強度値と比較することによって光強度を監視し、
    前記取り出された光強度値が前記1つまたは複数の先行する光強度値からの所定のマージン内にある場合は前記空洞共振波長範囲の中心を不変に保ち、
    前記取り出された光強度値が前記1つまたは複数の先行する光強度値からの所定のマージン外にある場合、新たに取り出される光強度値が前記1つまたは複数の先行する光強度値からの所定のマージン内に入るまで、前記空洞共振波長範囲の中心をシフトすることを特徴とする、請求項8に記載の方法。
  11. 前記センサが前記レーザデバイスの温度を測定するように構成された温度センサであり、前記測定データが温度値を含み、前記制御ユニットが、
    前記温度センサから温度値を取り出し、記憶されている較正データから、前記取り出されている温度値に対応する表形式レーザ波長値を取り出し、
    前記空洞共振波長範囲の中心を前記表形式レーザ波長値にシフトすることを特徴とする、請求項8に記載の方法。
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