JP2020526755A - 再結像器を有するLadar送信機 - Google Patents
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Abstract
Description
改良されたコンピュータビジョン技術に対する大きな技術的ニーズが、特に自動車コンピュータビジョンなどの領域において存在すると考えられている。しかし、これらのニーズは、自動車コンピュータビジョン市場に限られたものではなく、改良されたコンピュータビジョン技術の要望は、多種多様の分野にわたり広く普及し、これらの分野には、自律プラットフォームビジョン(例えば自律陸上車両、自律航空機などといった、空、陸(地中を含む)、水(水中を含む)および宇宙用の自律車両)、監視(例えば国境警備、空中ドローン監視など)、マッピング(例えば地下トンネルのマッピング、空中ドローンによるマッピングなど)、標的認識アプリケーション、遠隔感知および安全警告(例えばドライバに対する)などが含まれるが、これらに限定されない。
ビーム走査器コントローラ208は、ビーム走査器のミラーを所望の走査位置対形成(例えば走査角)に駆動する電圧波形216を、ビーム走査器204に提供し得る。電圧波形216は、走査領域内のLadar送信機102の標的化の走査パターンを定義する。Ladar送信機102が走査領域内の所望の測距点に向かってLadarパルスを発射するように、ビーム走査器コントローラ208により生成される発射命令214は、走査パターンと連携し得る。ビーム走査器コントローラ208の例示的な実施形態は、参照され組み込まれた上記の特許出願に記載されている。
フィールドインバータ300はまた、重複した反転/分割視野を提供するように構成され得る。この構成は、ミラー反転を視野方向と切り離すだけでなく、単一軸走査内で視野方向ごとに複数のミラー反転を可能にする。この重複効果により、視野の中央領域または中心線などの所望の領域に沿ったより長い注視が可能となる。従って、フィールドインバータ300は、視野を2つの非重複フィールドに分割する必要はないことを理解されたい。重複を達成するために、走査角φの極値で、パルス108の発射角、すなわち角Sが、負(すなわち垂直の左側)に揺動するように、ミラーピッチ角z+は修正され得る。
2Dレーザ走査パターンは、2Dビームが各軸に沿って正弦的に(時間において)走査する場合にのみ、リサージュ走査パターンと呼ばれる。方位角および仰角の両方の位相は任意であり得るが、標準のリサージュ走査では、これらは固定される。可能な限り一番速い走査を望む場合は、一般にリサージュパターンが望ましい。これは、最速のミラーが共振ミラーであり、これは周期的かつ共振的に、ゆえに正弦的に、駆動される必要があるからである。従って、リサージュ走査パターンでは、ミラー250および252の両方が、正弦波信号により駆動される。これらの正弦波の両位相は自由であるが、これらの違いは、走査性能に影響を与える。実践者の間で通常選択される位相差ξは90度であり、これは、隣接するビームが走査する場所の間にできる最大ギャップを極小化する。
発明者は、小型ビーム走査器アセンブリに対する技術的要望が存在することも認識している。例えば、自動車および航空機搭載レーダ、生物医学的結像(すなわち内視鏡検査)、仮想現実および拡張現実、並びに共焦点能動的結像のための小型2D走査ミラーに関心が高まっていると、発明者は考える。走査ミラーは、ガルバノメータ、MEMS、または他のミラーとして実装されているか否かに関係なく、その関連高速走査速度および小型フォームファクタの結果、レーザ走査システムにおいてよく使用される。面内および面外単軸(二軸とは対照的に)のMEMSデバイスの対をカスケードのように配置することにより、最速の実走査速度およびチルト角が、通常得られる。光路内の第2のミラーは、ビーム発散に起因して、第1のミラーよりも大きなスポットサイズを有する。発明者は、第2のミラー上にスポットビームを再結像する装置を開示し、これにより、必要なミラーサイズが縮小される。これにより、走査器のフォームファクタが縮小されるだけでなく、ミラー面積はトルクおよび走査速度と比例することから走査速度および/または最大チルト角、従って走査視野も増す。
Claims (41)
- 走査装置であって、
第1の走査可能ミラーと、
第2の走査可能ミラーと、
前記第1の走査可能ミラーの光学的上流に配置されたレンズと、
光学的に前記第1の走査可能ミラーと前記第2の走査可能ミラーとの間に配置された楕円体ミラーと、
を備える装置。 - 前記楕円体ミラーは、オフセット楕円体再結像器として配置される、
請求項1に記載の装置。 - 前記装置は、前記レンズの光学的上流に配置された光源をさらに備え、
前記光源は、前記レンズを通して光を前記第1の走査可能ミラーに送るように構成され、前記第1の走査可能ミラーは、前記光を前記楕円体ミラーに向けて反射し、前記楕円体ミラーは、前記光を前記第2の走査可能ミラーに向けて反射する、
請求項1または2に記載の装置。 - 前記装置は、Ladar送信機として配置され、前記装置は、
(1)第1の軸に沿って前記第1の走査可能ミラーを駆動し、(2)第2の軸に沿って前記第2の走査可能ミラーを走査して、走査領域内の走査パターンを定義するように、構成されたビーム走査器コントローラと、
前記光源および前記ビーム走査器コントローラと協働するプロセッサであって、前記第1の走査可能ミラー、前記楕円体ミラーおよび前記第2の走査可能ミラーを介した前記光源からの光で標的化する測距点の部分集合を、圧縮感知により知的に選択するように構成された前記プロセッサと、
をさらに備える、
請求項3に記載の装置。 - 前記第1の走査可能ミラー、前記第2の走査可能ミラーおよび前記楕円体ミラーは、楕円体に対して、(1)前記第1の走査可能ミラーが、その中央領域が前記楕円体の第1の焦点に配置され、(2)前記第2の走査可能ミラーが、その中央領域が前記楕円体の第2の焦点に配置され、(3)前記楕円体ミラーが、光学的に前記第1の走査可能ミラーと前記第2の走査可能ミラーとの間の位置に、前記楕円体に沿って存在するように配置される、
請求項1または2に記載の装置。 - 前記楕円体は、長軸と、前記長軸に沿った対称軸と、を有し、前記楕円体ミラーの位置は、前記対称軸から外れている、
請求項5に記載の装置。 - 前記楕円体ミラーの位置は、前記第1の走査可能ミラーからの光線ファンが前記楕円体ミラーにより反射され、前記楕円体ミラーにより反射される前記光線ファン内の全ての光線の交点が前記第2の走査可能ミラーの中心領域を含む平面上に存在するように設定される、
請求項5または6に記載の装置。 - 前記第1の走査可能ミラーおよび前記第2の走査可能ミラーには、MEMSミラーが含まれる、
請求項1から7のいずれかに記載の装置。 - 前記第1の走査可能ミラーおよび前記第2の走査可能ミラーは、サイズが等しい、
請求項1から8のいずれかに記載の装置。 - 前記装置は、光学的に前記第1の走査可能ミラーと前記第2の走査可能ミラーとの間に存在する単一の再結像ミラーを含み、前記楕円体ミラーは、前記単一の再結像ミラーとして機能する、
請求項1から8のいずれかに記載の装置。 - 前記レンズは、入射光の焦点を提供するように適合され配置され、前記焦点は、前記第1の走査可能ミラーと前記楕円体ミラーとの間に存在する、
請求項1から10のいずれかに記載の装置。 - 前記楕円体ミラーおよび前記レンズは、全体でアフォーカルレンズシステムとして機能するように適合され配置される、
請求項1から10のいずれかに記載の装置。 - 前記第2の走査可能ミラーは、中心チルト軸を有し、前記3D楕円体は、水平幅を示し、距離Aは、前記水平幅の半分に該当し、距離Cは、前記楕円体の中心から前記第2の走査可能ミラーの前記中心チルト軸までの距離に該当し、
前記第1の走査可能ミラーの同一平面角度(CPA)は、
請求項1から12のいずれかに記載の装置。 - 前記第1の走査可能ミラーは、チルト角αを有し、前記第2の走査可能ミラーは、中心チルト軸を有し、前記3D楕円体は、水平幅を示し、距離Aは、前記水平幅の半分に該当し、距離Cは、前記楕円体の中心から前記第2の走査可能ミラーの前記中心チルト軸までの距離に該当し、
前記第1の走査可能ミラーの同一平面角度(CPA)は、
請求項1から13のいずれかに記載の装置。 - 前記装置は、ビーム走査器コントローラをさらに備え
前記前記ビーム走査器コントローラは、(1)第1の軸に沿って前記第1の走査可能ミラーを駆動し、(2)第2の軸に沿って前記第2の走査可能ミラーを走査して、走査領域内の走査パターンを定義するように構成され、前記ビーム走査器コントローラは、前記第1の走査可能ミラーおよび前記第2の走査可能ミラーのうちの少なくとも1つが正弦波周波数で走査するように、前記第1および第2の走査可能ミラーを駆動するようにさらに構成される、
請求項1から14のいずれかに記載の装置。 - 前記装置は、光学フィールドスプリッタ/インバータをさらに備え、
前記光学フィールドスプリッタ/インバータは、前記第1および第2の走査可能ミラーの光学的下流に配置され、前記第1および第2の走査可能ミラーにより定義される走査領域を分割し反転する、
請求項1から15のいずれかに記載の装置。 - 前記第1および第2の走査可能ミラーは、並列構成で配置される、
請求項1から16のいずれかに記載の装置。 - 光ステアリング方法であって、
光をレンズに向けて送信するステップと、
前記レンズが、前記送信された光を、第1の走査ミラーへ通すステップと、
前記第1の走査ミラーが、前記送信された光を、楕円体ミラーに向けて反射するステップと、
前記楕円体ミラーが、前記送信された光を、第2の走査ミラーに向けて反射するステップと、
前記第2の走査ミラーが、前記送信された光を、反射するステップと、
を含む方法。 - 前記楕円体ミラーは、オフセット楕円体再結像器として配置される、
請求項18に記載の方法。 - 前記方法は、前記Ladar送信機により前記第1および第2の走査ミラーを介して標的化する測距点の部分集合を、プロセッサが、圧縮感知により知的に選択するステップをさらに含む、
請求項18または19に記載の方法。 - 楕円体に対して、(1)前記第1の走査ミラーは、その中央領域が前記楕円体の第1の焦点に配置され、(2)前記第2の走査ミラーは、その中央領域が前記楕円体の第2の焦点に配置され、(3)前記楕円体ミラーは、光学的に前記第1の走査ミラーと前記第2の走査ミラーとの間の位置に、前記楕円体に沿って存在するように、前記第1の走査ミラー、前記第2の走査ミラーおよび前記楕円体ミラーが配置される、
請求項18から20のいずれかに記載の方法。 - 前記楕円体は、長軸と、前記長軸に沿った対称軸と、を有し、前記楕円体ミラーの位置は、前記対称軸から外れている、
請求項21に記載の方法。 - 前記楕円体ミラーの位置は、前記第1の走査ミラーからの光線ファンが前記楕円体ミラーにより反射され、前記楕円体ミラーにより反射される前記光線ファン内の全ての光線の交点が前記第2の走査ミラーの中心領域を含む平面上に存在するように設定される、
請求項21または22に記載の方法。 - 前記第1の走査ミラーおよび前記第2の走査ミラーには、MEMSミラーが含まれる、
請求項18から23のいずれかに記載の方法。 - 前記第1の走査ミラーおよび前記第2の走査ミラーは、サイズが等しい、
請求項18から24のいずれかに記載の方法。 - 前記楕円体ミラーは、単一の再結像ミラーとして機能する、
請求項18から25のいずれかに記載の方法。 - 前記レンズは、入射光の焦点を提供するように適合され配置され、前記焦点は、前記第1の走査ミラーと前記楕円体ミラーとの間に存在する、
請求項18から26のいずれかに記載の方法。 - 前記楕円体ミラーおよび前記レンズは、全体でアフォーカルレンズシステムとして機能するように適合され配置される、
請求項18から26のいずれかに記載の方法。 - 前記第2の走査ミラーは、中心チルト軸を有し、前記3D楕円体は、水平幅を示し、距離Aは、前記水平幅の半分に該当し、距離Cは、前記楕円体の中心から前記第2の走査ミラーの前記中心チルト軸までの距離に該当し、
前記第1の走査ミラーの同一平面角度(CPA)は、
請求項18から28のいずれかに記載の方法。 - 前記第1の走査ミラーは、チルト角αを有し、前記第2の走査ミラーは、中心チルト軸を有し、前記3D楕円体は、水平幅を示し、距離Aは、前記水平幅の半分に該当し、距離Cは、前記楕円体の中心から前記第2の走査ミラーの前記中心チルト軸までの距離に該当し、
前記第1の走査ミラーの同一平面角度(CPA)は、
請求項18から29のいずれかに記載の方法。 - 前記方法は、
第1の軸に沿って前記第1の走査ミラーを走査し、第2の軸に沿って前記第2の走査ミラーを走査して、走査領域内の走査パターンを定義するステップと、
前記第1の走査ミラーおよび前記第2の走査ミラーのうちの少なくとも1つが正弦波周波数で走査するように、前記第1および第2の走査ミラーのうちの少なくとも1つを駆動するステップと、
をさらに含む、
請求項18から30のいずれかに記載の方法。 - 前記方法は、前記第1および第2の走査ミラーの光学的下流に配置された光学フィールドスプリッタ/インバータを介して、前記第1および第2の走査ミラーにより定義される走査領域を分割し反転するステップをさらに含む、
請求項18から31のいずれかに記載の方法。 - 前記第1および第2の走査ミラーは、並列構成で配置される、
請求項18から32のいずれかに記載の方法。 - Ladar送信機のビーム走査装置であって、
複数の走査位置を走査するように構成された第1の走査可能ミラーと、
前記第1の走査可能ミラーの光学的下流に配置された第2の走査可能ミラーであって、前記第2の走査可能ミラーは、複数の走査位置を走査するように構成され、前記第1および第2の走査可能ミラーの前記走査位置は、前記Ladar送信機が走査領域内で標的化する場所を定義する第2の走査可能ミラーと、
前記第1および第2の走査可能ミラーにより定義される前記走査領域を分割し反転するために配置された光学フィールドスプリッタ/インバータと、
光学的に前記第1の走査可能ミラーと前記第2の走査可能ミラーとの間に配置された楕円体ミラーと、
を備える装置。 - 前記第1の走査可能ミラーは、前記走査領域の第1の軸に関して、複数の走査位置を走査するようにさらに構成され、
前記第2の走査可能ミラーは、前記走査領域の第2の軸に関して、複数の走査位置を走査するようにさらに構成され、
前記装置は、ビーム走査器コントローラをさらに備え
前記ビーム走査器コントローラは、前記第1および第2の走査可能ミラーを駆動し、前記第1および第2の軸に沿って走査して、前記走査領域内で前記Ladar送信機により標的化する走査パターンを定義するように構成され、前記ビーム走査器コントローラは、前記第1の走査可能ミラーおよび前記第2の走査可能ミラーのうちの少なくとも1つが正弦波周波数で走査するように、前記第1および第2の走査可能ミラーを駆動するようにさらに構成される、
請求項34に記載の装置。 - 前記光学フィールドスプリッタ/インバータは、前記第1および第2の走査可能ミラーの光学的下流に配置される、
請求項34または35に記載の装置。 - 前記光学フィールドスプリッタ/インバータは、前記Ladar送信機の前記標的化が、前記分割され反転された走査領域の外側部分よりも、前記分割され反転された走査領域の中央部分において、比較的遅く移動するように配置される、
請求項34から36のいずれかに記載の装置。 - 前記光学フィールドスプリッタ/インバータは、三角プリズム形状を有する、
請求項34から37のいずれかに記載の装置。 - 前記三角プリズム形状は、前記三角プリズム形状の両端に第1の三角面および第2の三角面を含み、前記三角プリズム形状はさらに、第1の側面、第2の側面および第3の側面を含み、前記第1の側面、前記第2の側面および前記第3の側面は、前記第1および第2の三角面に連結し、
前記第1の側面、前記第2の側面および前記第3の側面の内側の少なくとも一部は、ミラーを備え、
前記三角プリズム形状は、前記第1および第2の走査可能ミラーから光パルスを受け取り、前記受け取った光パルスを前記内部ミラーで反射して、前記分割され反転された走査領域を実現するように構成され配置される、
請求項38に記載の装置。 - 前記光学フィールドスプリッタ/インバータは、前記第1および第2の走査可能ミラーとして配置した共振ミラーと組み合わせてビームスプリッタを備え、(1)前記ビームスプリッタは、光源から入射するLadarパルスを受け取り、前記受け取ったLadarパルスを前記共振ミラーに分割するように配置され、(2)前記共振ミラーは、左右の角度間隔を走査するように構成される、
請求項34から39のいずれかに記載の装置。 - 前記装置は、プロセッサをさらに含み、
前記プロセッサは、前記Ladar送信機により前記第1および第2の走査可能ミラーを介して標的化する測距点の部分集合を、圧縮感知により知的に選択するように構成される、
請求項34から40のいずれかに記載の装置。
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