JP2021131539A - センサーシステム及びその方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ライダー検出システムで、複数の物体に光パルスを照射する。【解決手段】センサーシステム２００は、第１プリズム及２１２び第２プリズム２１１と、第１プリズム２１２及び第２プリズム２１１を介して、センサーシステム２００の画角で１つ又は複数の物体から反射してきた光パルスの光子エネルギーを受信し、受信した光子エネルギーを電気信号に変換する検出器１０５とを含む。第１プリズム２１２は、コリメートされた光パルスが入射される第１面と、第１面に対して傾斜し、第１面から入射された光パルスが出射される第２面とを有し、第２プリズム２１１は、第２面に対向し、第２面から出射された光パルスが入射される第３面と、第３面に対して傾斜し、第３面から入射された光パルスが出射される第４面とを有し、第１プリズム２１２及び第２プリズム２１１の回転軸である軸は、第１面に入射する光パルスの光軸に対して傾斜している。【選択図】図２

Description

開示の実施形態は一般的に、光検出に関し、より詳細には、光走査及び測距（但し、限定されない）に関する。
センサーは、例えば、可動又は静止物体によって、様々なタイプの動作を実行するために重要である。特に、ロボット、有人機及び無人機などの可動物体は、複雑な環境でナビゲートするための様々なセンサーを利用することができる。例えば、可動物体は、経路計画、未知の環境における障害物検出及び回避を実行するために、周囲の状況に気付く必要がある。このことが、本発明の実施形態が取り組むことを意図している一般的な分野である。
光検出及び測距を実行する技術的解決策を提供するシステム及び方法を、ここで説明する。センサーシステムは、コリメートされた光パルスを生成する光源と、複数の光学素子とを含むことができる。複数の光学素子の各々は、実質的に共通である軸を中心に独立して回転するように構成されており、複数の光学素子は、センサーシステムの画角で１つ又は複数の物体に光パルスを一括して向けるように動作する。更に、センサーシステムは、複数の光学素子を介して、センサーシステムの画角で１つ又は複数の物体から反射してきた光パルスの光子エネルギーの少なくとも一部を受信し、受信された光子エネルギーを少なくとも１つの電気信号に変換するように構成されている検出器を含むことができる。
本発明の様々な実施形態による、例示的なライダー（ＬＩＤＡＲ）検出システムの概略図を示す。 本発明の様々な実施形態による、リズレープリズム対を用いた例示的なライダーセンサーシステムの概略図を示す。 本発明の様々な実施形態による、リズレープリズム対を使用するための例示的な屈折モデルを示す。 本発明の様々な実施形態による、ライダーセンサーシステムにおける回転プリズムの例示的な説明を示す。 本発明の様々な実施形態による、ビームスプリッタを用いた例示的なライダーセンサーシステムの構成を示す。 本発明の様々な実施形態による、代替の例示的なライダー検出方式を示す。 本発明の様々な実施形態による、代替のライダーセンサーシステムの例示的な説明を示す。 本発明の様々な実施形態による、異なる発光構成を有するライダーセンサーシステムの例示的な説明を示す。 本発明の様々な実施形態による、ライダーセンサーシステムにおける発光構造体を最適化する例示的な説明を示す。 本発明の様々な実施形態による、例示的なライダーセンサーシステムにおける光学的汚染を防止する概略図を示す。 本発明の様々な実施形態による、狭い通過帯域を有する帯域通過フィルタを生成する概略図を示す。 本発明の様々な実施形態による、例示的なライダーシステムにおける空間フィルタリングの概略図を示す。 本発明の様々な実施形態による、例示的なライダーセンサーシステムにおいて空間フィルタリングを与えるための代替手法を使用する概略図を示す。 本発明の様々な実施形態による、例示的なライダーセンサーシステムにおいて視野絞り開口部（ＦＳＡ）を使用する概略図を示す。 本発明の様々な実施形態による、望ましくない後方反射を減少可能なライダーセンサーシステムの例示的な構成を示す。 本発明の様々な実施形態による、ライダーセンサーシステムを用いた検出のフローチャートを示す。 本発明の様々な実施形態による、ライダーセンサーシステムを制御する例示的な説明を示す。 本発明の様々な実施形態による、リズレープリズム対を回転させる偏差モデルの例示的な説明を示す。 本発明の様々な実施形態による、ライダーセンサーシステムを用いた異なる走査パターンの例示的な説明を示す。 本発明の様々な実施形態による、ライダーセンサーシステムを用いた均一走査パターンの例示的な説明を示す。 本発明の様々な実施形態による、ライダーセンサーシステム用のビームステアリングを制御する例示的な説明を示す。 本発明の様々な実施形態による、代替のライダーセンサーシステムの例示的な説明を示す。 本発明の様々な実施形態による、ライダーセンサーシステムを様々な可動プラットフォームに装着することの例示的な説明を示す。 本発明の様々な実施形態による、三次元走査を実行するライダーセンサーシステムを使用することの例示的な説明を示す。 本発明の様々な実施形態による、複数のライダーセンサーシステムを組み合わせることの例示的な説明を示す。 本発明の様々な実施形態による、ライダーセンサーシステムを用いた走査のフローチャートを示す。
本発明は、同じ参照符号が同じ要素を示す添付図面で、限定の目的でなく、一例として例示される。この開示における「１つの（ａｎ）」又は「１つの（ｏｎｅ）」又は「幾つかの（ｓｏｍｅ）」実施形態への言及は、必ずしも同じ実施形態への言及である必要はなく、このような言及は少なくとも１つを意味することに留意すべきである。
下記の本発明の説明では、センサーシステムの例として光検出及び測距（ＬＩＤＡＲ）センサーシステムを使用する。他のタイプのセンサーシステムを制限なく使用可能であることが、当業者に明らかである。
様々な実施形態によれば、光検出及び測距を実行する技術的解決策を提供することができる。センサーシステムは、コリメートされている光パルスを生成する光源と、複数の光学素子とを含むことができる。複数の光学素子の各々は、実質的に共通である軸を中心に独立して回転するように構成されており、複数の光学素子は、センサーシステムの画角で１つ又は複数の物体に光パルスを一括して向けるように動作する。更に、センサーシステムは、複数の光学素子を介して、センサーシステムの画角で１つ又は複数の物体から反射してきた光パルスの光子エネルギーの少なくとも一部を受信し、受信した光子エネルギーを少なくとも１つの電気信号に変換するように構成されている検出器を含むことができる。
様々な実施形態によれば、光検出及び測距を実行する技術的解決策を提供することができる。センサーシステムは、異なる時点で一連の光パルスを生成するように動作する光源と、実質的に共通である軸を中心に独立して回転するように各々が構成されている複数の光学素子とを含むことができる。更に、センサーシステムは、センサーシステムの画角で異なる方向に一連の光パルスを一括して向けるために、複数の光学素子の各々の各回転を制御するように動作する制御器と、画角内の複数の目標点を検出するように構成される検出器とを含むことができ、各目標点は、画角内の１つまたは複数の物体から反射されてきる一連の光パルスのうちの光パルスの光子エネルギーの少なくとも一部を受信することに基づいて検出される。
図１は、本発明の様々な実施形態による例示的なライダー（ＬＩＤＡＲ）検出システムの概略図１００を示す。図１に示すように、センサーシステム１１０は、センサーシステム１００の画角内でセンサーシステム１１０と物体１０４との間の距離を検出するために使用可能である。例えば、センサーシステム１１０は、センサーシステム１１０と物体１０４との間を光が進む時間、即ち、飛行時間（ＴＯＦ）の測定に基づいて物体１０４の距離を検出することができるライダーセンサーシステムとすることができる。
様々な実施形態によれば、異なる方式を用いて、ライダーセンサーシステムを実装することができる。例えば、ライダーセンサーシステムは、モノスタティック（即ち、同軸又はインライン）方式に基づくことができ、この場合、出射ビーム１１１及び戻りビーム１１２は、光路の少なくとも一部を共用してもよい。あるいは、ライダーセンサーシステムは、バイスタティック（即ち、２軸）方式などの異なる方式に基づくことができ、この場合、出射ビーム１１１及び戻りビーム１１２は、異なる光路に沿って進むように構成されてもよい。
図１に示すように、センサーシステム１１０は、レーザービームを生成することができる光源１０１を含むことができる。例えば、レーザービームは、単一レーザーパルス又は一連のレーザーパルスとすることができる。更に、生成レーザービームをコリメートすることができる。当業者に知られているように、コリメート光は、光が伝搬する時に実質的に広がらない可能性のある平行光線を有する光を意味する。
様々な実施形態によれば、コリメータを使用して、点光源によって生成された光をコリメートすることができる。例えば、レンズ１０２を使用して、光源１０１によって生成された光をコリメートすることができる。あるいは、球面鏡及び／又は放物面鏡などの鏡を使用して、点光源によって生成された光をコリメートすることができる。例えば、レンズ１０２を使用するあるいは、鏡（図示せず）を、光源１０１の後方に置いて、光線を実質的に出射方向に平行に反射してもよい。
図１に示すように、入射光の偏差を誘導することができるビームステアリング／走査デバイス１０３にコリメート光を向けることができる。様々な実施形態によれば、ビームステアリング／走査デバイス１０３は、レーザー光をステアリングして、センサーシステム１１０を取り囲む環境を走査することができる。例えば、ビームステアリングデバイス１０３は、プリズム、鏡、格子、光フェーズドアレイ（例えば、液晶制御格子）、又はこれらの組み合わせなどの様々な光学素子を含むことができる。更に、これらの異なる光学素子の各々は、異なる方向に光をステアリングするために、実質的に共通である軸１０９（以下、過度の制約なしに共通軸と呼ばれる）を中心に回転することができる。即ち、異なる光学素子に対する回転軸の間の角度は、同じ又はわずかに異なることができる。例えば、異なる光学素子に対する回転軸の間の角度は、０．０１度、０．１度、１度、２度、５度以上の範囲内にあることができる。
図１に示すようなモノスタティック方式を用いて、一旦出射ビーム１１１が物体１０４に当たると、光の後方反射部分は、ライダーセンサーシステム１１０に向かって正反対方向に戻り、検出器１０５の受信デバイスによって最終的に収集可能である。従って、モノスタティック方式を用いて、ライダーセンサーシステム１００は、送信（又は出射）視野（ＦＯＶ）（又は画角）は受信ＦＯＶ（又は画角）と常時整列するという利点を有する。従って、ライダーセンサーシステム１１０は、ライダーセンサーシステム１１０から近い距離でもブラインドエリアが殆どない。
様々な実施形態によれば、異なる機構を使用して、モノスタティックシステムを実施してもよい。例えば、ビームスプリッタ１０８を、光源１０１（レンズ１０２と一緒に）とビームステアリング／走査デバイス１０３との間に配置することができる。あるいは、図６に示すような異なる同時整列手法を用いて、ライダーセンサーシステムを構成することができる。
図１に示すように、コリメート光は、ビームスプリッタ１０８を通過して、ビームステアリング／走査デバイス１０３に当たることができる。その後、ビームステアリング／走査デバイス１０３を制御して、方向１１１及び１１１'などの異なる方向に光を向けることができる。更に、ビームスプリッタ１０８は、ビームスプリッタ１０８に達した戻りビームを検出器１０５に向け直すように構成可能である。例えば、ビームスプリッタ１０８は、開口部を有する鏡を含むことができる。ビームスプリッタ１０８の開口部は、光源１０１からのコリメート光が、（ビームステアリング／走査デバイス１０３の方へ）通過することを可能にする一方、ビームスプリッタ１０８の鏡部分は、戻りビームを収集して検出器１０５に集束させることができる受信レンズ１０６の方へ戻りビーム１１２を反射することができる。
本発明の様々な実施形態によれば、検出器１０５は、戻り光を受信して、この光を電気信号に変換することができる。例えば、検出器１０５は、高感度半導体電子デバイスであるアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）などの受信デバイスを利用することができる。ＡＰＤは、光電流効果を活用することによって、光を電気に変換することができる。
本発明の様々な実施形態によれば、飛行時間（ＴＯＦ）ユニット１０７などの測定回路は、物体１０４までの距離を検出するために、ＴＯＦを測定するために使用可能である。例えば、ＴＯＦユニット１０７は、式ｔ＝２Ｄ／ｃ（但し、Ｄは、センサーシステムと物体との間の距離であり、ｃは、光速度であり、ｔは、光がセンサーシステムから物体へ更にセンサーシステムに戻って往復するのにかかる時間である）に基づいて、ＴＯＦから距離を計算することができる。従って、センサーシステム１１０は、光源１０１による光パルス１１１の生成と検出器１０５による戻りビーム１１２の受信との間の時間差に基づいて、物体１０４までの距離を測定することができる。
様々な実施形態において、発光を、ナノ秒（ｎｓ）レベルにおけるレーザーダイオードによって発生してもよい。例えば、光源１０１は、１０ｎｓに近い持続時間を有するレーザーパルスを生成してもよく、検出器１０５は、同様な持続時間に対する戻り信号を検出することができる。更に、受信過程は、例えば、測定電気パルスの立ち上がりを検出することによって、パルス受信時間を判定することができる。ここで、検出は、多段増幅過程を利用してもよい。従って、センサーシステム１１０は、距離を判定するために、飛行時間情報を計算するパルス受信時間情報及びパルス放射情報を使用することができる。
図２は、本発明の様々な実施形態による、リズレープリズム対を用いた例示的なライダーセンサーシステムの概略図を示す。図２に示すように、ライダーセンサーシステム２００は、光ステアリング／走査（即ち、図１に示すような方式でビーム走査／ステアリングデバイス１０３としての機能）のための、２つのプリズム２１１及び２１２を含んでもよいリズレープリズム対を使用することができる。例えば、２つのプリズム２１１及び２１２を、平行に互いに隣接して置いてもよい。様々な実施形態において、プリズム２１１及び２１２は、円形の断面を有してもよく、プリズム２１１及び２１２の中心軸は、互いに一致してもよく、又は小さい角度で一致してもよい。様々な実施形態において、モーター（及び／又は他の電力／制御ユニット）により、プリズム２１１及び２１２が共通軸２０９（例えば、中心軸）を中心に回転することができる。即ち、異なる光学素子に対する回転軸の間の角度は、同じでもよく、わずかに異なってもよい。例えば、異なる光学素子に対する回転軸の間の角度は、０．０１度、０．１度、１度、２度、５度以上の範囲内にあることができる。
様々な実施形態において、２つのプリズム間の相対角度が時間と共に変化できるように、２つのプリズムの回転周波数、形状及び方位は、異なってもよい。従って、レーザービームがプリズム対２１１及び２１２を通過する場合、それに応じて、出射ビームの方向は変化してもよい。
モノスタティック方式を用いて、一旦出射ビーム１１１が物体１０４に当たると、光の後方反射部分は、反対方向にライダーセンサーシステム１１０の方へ戻り、検出器１０５の受信デバイスによって最終的に収集可能である。時間スケール差（即ち、光速度は、プリズムの回転速度よりも非常に速い）のために、測定時間（又はＴＯＦ）中にプリズムの回転によって生じる角度変化は、無視できる。更に、モノスタティック方式を用いて、ライダーセンサーシステム１００は、送信ＦＯＶは受信ＦＯＶと常時整列するという利点を有する。従って、ライダーセンサーシステム１００は、近い距離でもブラインドエリアが殆どない。
本発明の様々な実施形態によれば、検出器１０５は、戻り光を受信して、この光を電気信号に変換することができる。更に、飛行時間（ＴＯＦ）ユニット１０７などの測定回路は、物体１０４までの距離を検出するために、ＴＯＦを測定するために使用可能である。従って、センサーシステム１１０は、光源１０１による光パルス１１１の生成と検出器１０５による戻りビーム１１２の受信との間の時間差に基づいて、物体１０４までの距離を測定することができる。
本発明の様々な実施形態によれば、制御器２０８は、レーザービームのステアリングを制御するために使用可能である。例えば、制御器２０８は、回転軸２０９を中心として、独立して、各プリズム２１１又は２１２の各回転（例えば、角位置及び／又は角速度）を制御することができる。場合によっては、各プリズムを、別々の制御器によって制御することができる。更に、ライダーセンサーシステム２００は、出射ビームの正確な方向を計算するために、リアルタイムで各プリズム２１１又は２１２の角位置を取得することができる。このような過程をプリズム２１１及び２１２の回転中に繰り返すことができ、ライダーセンサーシステム２００の画角に関する情報を取得することができる。
図３は、本発明の様々な実施形態による、リズレープリズム対を使用するための例示的な屈折モデル３００を示す。
図３（ａ）に示すように、光線３０１（単位ベクトル
Figure 2021131539
 を有する）は、屈折率ｎ２を有する第１の媒質を通って屈折率ｎ１を有する第２の媒質に伝わってもよい。スネルの法則によれば、屈折後の光線３０２を表す単位ベクトル
Figure 2021131539
 を、次式で表すことができる。
Figure 2021131539
 但し、
Figure 2021131539
 が、２つの媒質を分離する平面の法線方向３１０に対する単位ベクトルを表す場合、ｒ＝ｎ１／ｎ２、
Figure 2021131539
 である。
従って、屈折率の差のために（即ち、プリズムは、空気と異なる屈折率を有する）、ビームがプリズムを通過する時に、屈折が様々な空気／基板界面で生じることがある。
図３（ｂ）に示すような例において、ビーム
Figure 2021131539
 は、垂直角で空気から第１の面で第１のプリズムに入射することがある。ビーム
Figure 2021131539
 は、第１の面と垂直であるので、屈折が生じない（即ち、第１のプリズムで伝わるビーム
Figure 2021131539
 は、入射ビーム
Figure 2021131539
 と同じである）。（他の例において、入射角が直角でない場合、屈折が第１の面で生じることもある）。
更に、ビーム
Figure 2021131539
 が第１のプリズムから出る場合、ビーム
Figure 2021131539
 及び表面法線方向
Figure 2021131539
 は非垂直角を有するので、屈折が第２の面で生じることがある。第１のプリズムの屈折率がｎであると仮定して、屈折ビームに対する単位ベクトル
Figure 2021131539
 を、次式で決定することができる。
Figure 2021131539
更に、ビーム
Figure 2021131539
 が第２のプリズムに入射する場合、屈折が第３の面（表面法線ベクトル
Figure 2021131539
 を有する）で生じる。２つのプリズムが同じ屈折率ｎを有すると仮定して、屈折ビーム
Figure 2021131539
 を、屈折則に基づいて計算することができる。
Figure 2021131539
次に、ビーム
Figure 2021131539
 が第４の面（表面法線ベクトル
Figure 2021131539
 を有する）を通過する場合、出射ビームを、次式で計算することができる。
Figure 2021131539
従って、屈折光３１１'の最終的な指向方向は、最初の入射方向３１１から偏差角を有することができる。ここで、出射ビーム
Figure 2021131539
 と入射ビーム
Figure 2021131539
 との間の偏差角θを、次式を用いて計算することができる。
Figure 2021131539
上述の式で示すように、偏差角θの値を、４つのプリズム面に対する法線ベクトル
Figure 2021131539
 及び
Figure 2021131539
 に基づいて決定することができる。更に図３（ｃ）に示すように、プリズムが回転する時に、出射角３１１''はそれに応じて変化する。
図１に戻って説明する。出射ビーム１１１が物体１０４に当たると、反射又は散乱光は、大角度１２０にわたって広がることがあり、ほんのわずかのエネルギーがセンサーシステム１１０の方へ反射してきたことがある。例えば、ランバーティアン散乱モデル（又は他の同様な拡散モデル）を用いて、後方反射を説明することができる。検出器１０５が受信する反射エネルギー（Ｉ）は、受信器の直径（ｄ）の２乗に比例し、距離（Ｄ）の２乗に反比例する。即ち、Ｉ〜（ｄ／Ｄ）∧２である。従って、長距離の測距に対する受信光の強度は、非常に小さい。
更に、遠く離れた物体を検出する受信信号レベルを上げるために、測定信号が受信器の直径ｄの２乗に比例するので、より大きい光学的開口が望ましい。従って、比較的大きい光学的開口サイズを維持しながら、システムフォームファクタを最小化することができることが好ましい。
本発明の様々な実施形態によれば、様々な機構を使用して、プリズムの回転を駆動することができる。例えば、中空コアモーターを使用して、各プリズムの回転を作動させることができる。従って、センサーシステムは、後方反射光信号を収集するプリズムサイズを最大化することができ、これらのプリズムからの最小負荷のために高走査速度を達成することができる。あるいは、ギア又はベルトによる伝動を使用して、各プリズムの回転を作動させることができ、同様な効果が達成される。
図４は、本発明の様々な実施形態による、ライダーセンサーシステム４００における回転プリズムの例示的な説明を示す。図４（ａ）に示すように、リズレープリズム対は、中空コアモーター４１３又は４１４に各々が組み込まれた複数のプリズム４１１及び４１２を含むことができる。
本発明の様々な実施形態によれば、中空コアモーターの各々は、内部回転翼モーター又は外部回転翼モーターとすることができる。例えば、中空コアモーター４１３及び４１４の両方は、内部回転翼モーター又は外部回転翼モーターとすることができる。あるいは、中空コアモーター４１３及び４１４は、異なるタイプ、即ち、１つの内部回転翼モーター及び１つの外部回転翼モーターであってもよい。
図４（ａ）に示すような例において、中空コアモーター４１３及び４１４の両方は、内部回転翼モーターとすることができる。中空コアモーター４１３又は４１４の各々は、軸受支持体を介して回転翼の外側に配置された固定子を含むことができる。例えば、プリズム４１１を中空コアモーター４１３に組み込むことができ、プリズム４１２を中空コアモーター４１４に組み込むことができる。従って、独立して、中空コアモーター４１３は、プリズム４１１を作動させて、共通軸２０９を中心に回転することができ、中空コアモーター４１４は、プリズム４１２を作動させて、共通軸２０９を中心に回転することができる。
更に、プリズム４１１及び４１２のくさび（又は角度付き）形状のために、回転軸に対する質量分布が不均衡であるので、各プリズムの回転は、不安定であることがある。図４に示すように、回転軸に対する質量分布の均衡を保つために、小さい塊４１５及び４１６を、プリズム４１１及び４１２（例えば、それらの外側締付リング）にそれぞれ追加してもよい。従って、ライダーセンサーシステムは、回転プリズムのための安定性を向上させることができ、更に雑音を減らして回転プリズムの寿命を延ばすこともできる。
本発明の様々な実施形態によれば、様々な機構を使用して、各プリズムの正確な角度（又は角位置）を取得することができる。共通回転軸２０９と垂直な面とすることができる、各プリズムの回転面で、各プリズムの角度（又は角位置）を定義することができる。高い指向精度を達成するために、各プリズムの角度（又は角位置）を正確に測定するライダーセンサーシステムによって、例えば、ホールセンサー、光学エンコーダー、及び他の同様なセンサーを使用することができる。
図４（ｂ）に示すように、出射ビーム４０１及びまた戻りビーム４０２に対する偏差角は、プリズムの傾斜角及び屈折率の両方によって達成可能である。従って、材料の屈折率が同じであると仮定すれば、この傾斜角が大きければ大きいほど、走査角（又はＦＯＶ）も大きくなる。
一方、ライダーセンサーシステムに対する大きい画角を達成するために、大きい屈折率を有する材料を使用して、プリズムを形成することができる。例えば、屈折率（ｎ＝１．５６７＠９００ｎｍ）を有するプラスチック材料、ポリカーボネートを使用することができる。あるいは、より高い屈折率（ｎは、約１．８）を有するガラスを使用することができる。例えば、２つの同じ回転プリズムを有するリズレープリズム対の例を用いて、各回転プリズムが１７度（又は２３度）の傾斜角を有する場合、このようなライダーセンサーシステムに対するＦＯＶは、約±２０度（又は±３０度）であってもよい。更に、より高い屈折率を有することがある液体入りプリズムなどの他の材料を使用することができる。あるいは、様々な回折又は反射光学デバイス（例えば、透過格子、反射格子、及び鏡など）を使用して、このような光学デバイスが同様な方法でビームをそらすことができる限り、プリズムを交換してもよい。
図５は、本発明の様々な実施形態による、ビームスプリッタを用いた例示的なライダーセンサーシステムの構成を示す。図５に示すように、ライダーセンサーシステム５００は、１対のプリズム５１１及び５１２を含むリズレープリズム対を利用することができる。更に、各プリズム５１１及び５１２を中空モーター５１３及び５１４にそれぞれ組み込むことができ、各プリズムは、共通軸（図示せず）を中心に独立して回転することができる。
モノスタティック方式を用いて、送信光学部品及び受信光学部品を、同じ光路に沿って整列させることができる。例えば、光源５０１は、コリメート可能なレーザービームを生成することができる。更に、ビームスプリッタ５０３は、コリメート光が光ステアリングのために１対のプリズム５１１及び５１２の方へ通過することができるように構成可能である。更に、ビームスプリッタ５０３は、戻り光を収集する１つ又は複数のレンズ及び検出器を含んでもよい受信ユニット５０２に戻りビームを向け直すように構成可能である。従って、モノスタティック構成は、限定フォームファクタ（又はサイズ）を有するライダーセンサーシステムに大きい光学的開口を与えることができる。更に、モノスタティック構成を用いて、ライダーセンサーシステムは、十分な光信号を収集して優れた信号対雑音比を確保することができ、これは、小さいフォームファクタのライダーセンサーシステムに重要である。
本発明の様々な実施形態によれば、リズレープリズムは、簡潔さ、振動の影響を比較的受けないこと、高走査速度、及び低慣性モーメントなどの様々な利点を享受する。更に、リズレープリズム対における個々のプリズムは、独立回転軸で構成可能である。図５に示すように、ライダーセンサーシステムは、長さ（Ｌ）、幅（Ｗ）及び高さ（Ｈ）の寸法（又はフォームファクタ）を有する。更に、直径ｄを有する円として推定可能な光学的開口面積は、断面積（Ｌ×Ｗ）の大部分を占める。従って、ライダーセンサーシステムは、ライダーシステムフォームファクタに対する光学的開口サイズの比として定義可能な大きいフォームファクタ効率を有することができる。
図６は、本発明の様々な実施形態による代替の例示的なライダー検出方式６００を示す。図６に示すように、センサーシステム６１０は、センサーシステム６１０の画角内でセンサーシステム６１０と物体６０４との間の距離を検出するために使用可能である。例えば、センサーシステム６１０は、センサーシステム６１０と物体６０４との間を光が進む時間、即ち、飛行時間（ＴＯＦ）の測定に基づいてセンサーシステム６１０と物体６０４との間の距離を検出することができるライダーセンサーシステムとすることができる。
様々な実施形態によれば、ライダーセンサーシステムは、モノスタティック方式に基づくことができ、この場合、（即ち、同軸又はインラインシステムにおいて）、出射ビーム６１１及び戻りビーム６１２は、光路の少なくとも一部を共用することができる。
図６に示すように、センサーシステム６１０は、単一レーザーパルス又は一連のレーザーパルスなどのレーザービームを生成することができる光源６０１を含むことができる。更に、生成レーザービームを、任意選択的に、（例えば、レンズ６０２を用いて）コリメートすることができる。光源６０１（コリメートレンズ６０２を含む）を、検出器６０５とビームステアリング／走査デバイス６０３との間に配置することができる。
図６に示すように、コリメート光をビームステアリング／走査デバイス６０３に向けることができる。その後、ビームステアリング／走査デバイス６０３は、光をステアリングして、異なる方向、例えば方向６１１及び６１１'に走査することができる。
様々な実施形態によれば、様々なタイプの光学素子を使用して、レーザー光をステアリングし、センサーシステムを取り囲む環境を走査することができる。例えば、ビームステアリング／走査デバイス６０３は、プリズム、鏡、格子、光フェーズドアレイ、又はこれらの組み合わせなどの様々な光学素子を含むことができる。更に、これらの異なる光学素子の各々は、異なる方向に光をステアリングするために、実質的に共通である軸（以下、過度の制約なしに共通軸と呼ばれる）を中心に回転することができる。即ち、異なる光学素子に対する回転軸の間の角度は、同じ又はわずかに異なることができる。例えば、異なる光学素子に対する回転軸の間の角度は、０．０１度、０．１度、１度、２度、５度以上の範囲内にあることができる。
１つの例において、ビームステアリング／走査デバイス６０３は、２つのプリズム（空気と異なる屈折率を各々が有する）を含むリズレープリズム対とすることができる。ビームを、異なる空気／基板界面で屈折させてもよい。１対のプリズムが共通軸（図示せず）を中心に回転する時に、最終指向方向６１１又は６１１'と最初の入射方向との間の偏差角は、変化していてもよい。このような変化する偏差は、プリズムを回転させることによってセンサーシステムを取り囲む環境を走査するために使用可能である。
図６に示すように、モノスタティック方式を用いて、一旦出射ビーム６１１が物体６０４に当たると、戻りビーム、即ち、光の後方反射部分は、反対方向にセンサーシステム６１０の方へ戻り、検出器６０５によって収集可能である。更に、受信レンズ６０６を使用して、戻り光を収集して検出器６０５に集束させることができる。検出器６０５は、光が戻る方向から、ビームステアリング／走査デバイス６０３に面して配置されているので、図１に示すようなビームスプリッタなどの追加の光学デバイスの必要はない。
様々な実施形態によれば、異なる構成を使用して、戻りビームを収集して検出器６０５の方へ集束させることができる受信レンズ６０６を配置することができる。例えば、受信レンズ６０６を、図６に示すように光源６０１と検出器６０５との間に配置することができる。あるいは、受信レンズ６０６を、レンズ６０２のそばに又は前に配置してもよい。
あるいは、開口に直接光源を配置するあるいは、鏡を有する放射構造体を、検出器６０５とビームステアリング／走査デバイス６０３との間に位置決めすることができる。更に、センサーシステム６１０は、戻りビームの遮断を一層減らすために、光源又は放射構造体のサイズを最適化することができる。
本発明の様々な実施形態によれば、検出器６０５は、戻り光を受信して、この光を電気信号に変換することができる。例えば、検出器６０５は、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）などの受信デバイスを利用することができる。ＡＰＤは、光電流効果を活用することによって光を電気信号に変換することができる高感度半導体電子デバイスである。
本発明の様々な実施形態によれば、飛行時間（ＴＯＦ）ユニット６０７などの測定回路は、物体６０４までの距離を測定するために使用可能である。例えば、ＴＯＦユニット６０７は、センサーシステムと物体との間を光が進むのにかかる時間に基づいて、ＴＯＦを計算することができる。従って、センサーシステムは、物体６０４の距離を測定することができる。
図７は、本発明の様々な実施形態による代替のライダーセンサーシステムの例示的な説明を示す。図７（ａ）に示すように、ライダーセンサーシステム７００は、１対のプリズム７１１及び７１２（例えば、リズレープリズム対）を利用することができ、プリズムの各々を、中空モーター７１３又は７１４にそれぞれ組み込むことができる。更に、各プリズム７１１又は７１２は、共通軸（図示せず）を中心に独立して回転することができる。
本発明の様々な実施形態によれば、リズレープリズムは、簡潔さ、振動の影響を比較的受けないこと、及び低慣性モーメントなどの様々な利点を享受する。更に、リズレープリズム対における個々のプリズムは、独立回転軸で構成可能である。
モノスタティック方式を用いて、送信光学部品及び受信光学部品を、同じ光路に沿って整列させることができる。例えば、放射構造体７２０を、受信レンズ７０５とプリズム７１２との間に配置することができる。放射構造体７２０は、放射構造体７２０の一端（例えば、末端）に装着又は統合可能な鏡を含むことができる。更に、センサーシステム７１０は、戻りビームの遮断を一層減らすために、放射構造体のサイズを最適化することができる。
図７（ａ）に示すように、ライダーセンサーシステムの側面（例えば、放射構造体７２０の基端などの他端）に近くに配置された光源７０１は、コリメートされるレーザービームを生成することができる。鏡７０２は、コリメート光をプリズム７１１及び７１２の方へ反射することができ、次に、光を出射方向に走査することができる。次に、受信レンズ７０５は、戻りビームを収集して検出器７０６に向けることができる。
図７に示すような例において、ライダーセンサーシステムは、Ｄ及びＨの寸法（又はフォームファクタ）を有し、光学的開口面積を、直径ｄを有する円として推定することができる。光学的開口は、システムの断面積の大部分を占める。従って、ライダーセンサーシステムは、光学的開口サイズ／ライダーシステムフォームファクタとして表現可能な大きいフォームファクタ効率を有することができる。
図７に示すように、ライダーセンサーシステムは、後方反射光信号を収集するために、ほぼ全てのプリズム面積を使用することができる。プリズム面積はシステムフォームファクタの大部分を構成するので、大きい光学的開口を維持しながら、ライダーセンサーシステムのフォームファクタを最小化することができる。ライダーセンサーシステム７００は、大きい光学的開口を利用することによって、遠く離れた物体を検出する信号レベルを上げることができる。従って、軽量で、小さいフォームファクタのライダーセンサーシステムを、達成することができる。このようなモノスタティック構成を用いて、小さいフォームファクタを有するライダーセンサーシステムは、使用可能な大きい光学的開口を達成することができ、十分な光信号を収集して優れた信号対雑音比を確保することができ、これは、周囲環境で物体を検出するために重要である。
図８は、本発明の様々な実施形態による、異なる発光構成を有するライダーセンサーシステムの例示的な説明を示す。図８（ａ）に示すように、放射構造体７２０の一部に装着又は統合された鏡８０１は、光源によって生成された光を放射方向に反射することができる。放射構造体７２０を開口内に位置決めするので、放射構造体７２０は、戻りビームを受信するために別の方法で使用できる、開口面積の一部を遮断し得る。
図８（ａ）に示すように、鏡８０１を開口の中心に位置決めすることができる。それに対応して、放射構造体７２０は、開口の中心まで延在してもよく、光学的開口におけるかなりの面積を遮断し得る。一方、図８（ｂ）に示すように、鏡８０２を、反射光が出射方向で何にも当たらない程度まで中心から外れて位置決めすることができる。従って、放射構造体７２１によって、開口面積の遮断を減らすことができる。
図９は、本発明の様々な実施形態による、ライダーセンサーシステムにおける発光構造体を最適化する例示的な説明を示す。図９（ａ）に示すように、レーザーダイオードの内部構造のために、レーザービームプロファイル９０１は、長方形又は楕円形（即ち、長軸９０２及び短軸９０３を有する）を有してもよい。
本発明の様々な実施形態によれば、放射構造体９０４は、受信システムに対する光の遮断を一層減らすためにレーザービームプロファイル９０１を利用することができる形状で構成可能である。
図９（ｂ）に示すように、放射構造体９０４は、長方形ブロック形状で構成可能である。戻りビーム９１２に面する放射構造体９０４の長方形の表面は、レーザービームプロファイル９０１の短軸９０３と一致させる幅を有するように構成可能である。更に、放射構造体９０４は、レーザービームプロファイル９０１の長軸９０２と一致させる寸法を有するように構成可能である。従って、放射構造体９０４上の鏡９０５は、放射方向９１１の方へレーザービームの全プロファイルを反射することができる。
図９（ｂ）に示すように、光源（図示せず）は、コリメートされたビームプロファイル９０１を有するレーザービーム９１０を生成することができる。コリメート光９１０は、鏡９０５によって放射方向（即ち、出射方向９１１）の方へ反射される前に、放射構造体９０４を通って伝搬することができる。その後、戻りビーム９１２は、光路の少なくとも一部を出射ビーム９１１と共用することができ、受信ユニット９２０（レンズ及び検出器を含んでもよい）によって最終的に収集可能である。放射構造体の断面は、出射レーザービームプロファイルと厳密に一致させるので、放射構造体は、戻りビームの不必要な遮断を最小化しながら、出射ビームを最大化する。
本発明の様々な実施形態によれば、モノスタティック方式を用いて、ライダーセンサーシステムは、ブラインドエリアなしで光源及び受信器を整列させるのがより容易であるという利点を有することができる。更に、モノスタティックシステムは、優れた信号対雑音比に対する光学的開口を最適化しながら、全システムフォームファクタを最小化することができる。モノスタティックシステムは、広い視野（ＦＯＶ）を有することができ、１対のレーザー放射器及び検出器に対する高解像度及び高走査速度を達成することができる。従って、モノスタティックシステムは、低コスト及び小サイズを享受しながら、高性能を有することができる。更に、モノスタティックシステムは、動的に調整可能な指向機能を可能にし、異なる走査パターンを支援する。
本発明の様々な実施形態によれば、異なる手法を別々に又は一括して使用して、様々なタイプの迷光によって生じる光学的汚染（例えば、望ましくない後方反射）を防止することができる。
図１０は、本発明の様々な実施形態による、例示的なライダーセンサーシステムにおける光学的汚染を防止する概略図を示す。図１０に示すように、ライダーセンサーシステム１０００は、様々なタイプの迷光を除去することができる。
光学的汚染は、反射光及び／又は散乱光などの様々なタイプの迷光によって生じることがある。図５及び図７に示すような例において、ライダー透過光は、検出器による戻りビームの受信で汚染する（又は干渉する）ことがある。このような汚染（又は干渉）は、近距離エコー（即ち、Ｔ＝０問題）の認識にトラブルを引き起こすことがある。更に、伝搬経路（例えば、ガラスカバー、光学素子、及び光路に沿った側壁など）の上の放射光信号の散乱及び反射のために、透過レーザー光の一部を検出器１００５によって収集してもよい。
光学的汚染（又は干渉）に対する光強度はかなり高いことがあり、これは、回路システム飽和（例えば、高倍率のシナリオで）を引き起こすことがある。光学的汚染（又は干渉）は、ある期間（例えば、１５ｍの範囲に対して約１００ｎｓ）にわたって増幅器の故障の原因となることがある。その結果、ライダーセンサーシステムは、すぐ近くで、周囲環境における物体を検出することができないこともある。更に、光学的汚染（又は干渉）は、受信光に対する電気信号の立ち上がりの認識に困難を引き起こすことがあり、これは、光パルス受信時間（約１０ｎｓ）の判定に問題となることがある。更に、光学的汚染は、不定期に疑似信号を引き起こすことがあり、これは、真の光信号、従ってＴＯＦの検出を阻止することがある。更に、（電磁波は、光源放射開口部と検出器との間の近接のために干渉しやすいので、）電気信号干渉があることもある。
本発明の様々な実施形態によれば、Ｔ＝０問題を解決するために、様々な手法を使用して、ライダーセンサーシステムにおける散乱光及び反射光を除去することができる。
例えば、レーザー光が光路に沿って透過されるライダーセンサーシステムにおける様々な光学素子を、わずかに傾斜させて、正反射を回避してもよい。図１０に示すように、プリズム１０１１は、角度１０２１で構成可能であり、プリズム１０１２は、角度１０２２で構成可能である。従って、例えば共通軸１００９を中心にプリズム１００７及び１００８が回転する時に、様々な反射面から後方反射された光パルス１０１０の一部、例えば、ビーム１０１６、１０１８及び１０２３が、検出器１００５に当たらないようにすることができる。様々な実施形態において、異なるプリズム１０１１及び１０１２は、同じ傾斜角で構成可能である。あるいは、異なるプリズム１０１１及び１０１２を、異なる傾斜角で構成して、同じ又はより良い結果を達成してもよい。
更に、封入窓１０１３は、角度１０２３で構成可能であり、その結果、正反射光１０１８は、検出器を回避するために真っ直ぐとすることができる。
更に、反射防止膜を、ライダーセンサーシステムにおける様々な光学素子の表面に塗布して、正反射及び散乱光を減らすことができる。図１０に示すように、プリズム１０１１及び１０１２の様々な表面に、膜１００８を塗布することができる。更に、膜１００８を、封入ハウジング１０１５の放射窓１０１３の２つの表面に塗布してもよい。
その上、汚染（又は干渉）を更に減らすために、レーザー波長に集中した帯域通過フィルタを使用して、帯域外光を除去することができる。図１１に示すように、多層膜を塗布して、狭い通過帯域を有する帯域通過フィルタ１１００を生成することができる。図１１（ａ）に示すような例において、第１の層の膜１１０１は、比較的長い波長を有する光が通過することができるだけでよく、第２の層の膜１１０２は、比較的短い波長を有する光が通過することができるだけでよい。一括して、狭い通過帯域１１１０を有する帯域通過フィルタを達成することができる。あるいは、図１１（ｂ）に示すような例において、第１の層の膜１１１１は、比較的広い帯域の波長を有する光が通過することができ、第２の層の膜１１１２は、複数の狭い帯域の波長を有する光が通過することができる。一括して、狭い通過帯域１１１０を有する帯域通過フィルタを達成することができる。更に、任意選択の層１１２０を塗布して、狭い通過帯域１１１０を更に修正することができる。
更に、エタロン又はファブリ・ペロー干渉計（ＦＰＩ）などの他の光学デバイスを、（例えば、様々なタイプの膜と一緒に）プリズム１０１１及び１０１２の表面に塗布することができる。例えば、ＦＰＩは、スタンドアロンＦＰＩ又は固定ＦＰＩとすることができる。スタンドアロンＦＰＩは、ピーク波長が変化できるように電気的に制御可能であり、レーザー波長の変化を追跡するのに役立ち、全ての他の干渉を絶えず遮断する。一方、固定ＦＰＩは、表面に塗布された薄膜を利用することができる。薄膜は、スペーサーによって分離された２つの高反射率膜を含むことができる。
図１０に戻って説明する。異なる手法を使用して、散乱光を減らすことができる。例えば、酸化又は暗い塗料１００７を、光学構成要素の側壁又は支持構造体の内面に塗布して、散乱迷光を減らすことができる。
本発明の様々な実施形態によれば、特定の光学構造体又は素子を使用して、迷光を更に除去することができる。図１０に示すように、ライダーセンサーシステム１０００は、ビームスプリッタ１００３上のレーザー出口開口部（例えば、鏡上の開口部）を延在させるバッフル管１００６（例えば、黒くて薄いレーザービーム管）を使用することができる。バッフル管１００６は、レーザー出口開口部を延在させて、検出器１００５における戻りビームの受信と潜在的に干渉することがある迷光を大幅に減らすことができる。
従って、ライダーセンサーシステム１０００は、散乱又は後方反射透過ビームから実際のエコーを分離して、Ｔ＝０問題を解決することができる。
更に、太陽光などの他のタイプの汚染（又は干渉）が、ライダーセンサーシステム１０００で現れることがある。直射太陽光又は散乱太陽光は、検出器１００５の受信器に入り、受信器飽和又はトリガ疑似信号を引き起こすことがある。例えば、対象物体の後方の壁又は他の面で輝く太陽は、ライダーセンサーシステムの方へ反射されることがある。反射太陽光は、物体から後方反射されたレーザー光よりも強いことがあり、これは、測定エラーを引き起こすことがある。
本発明の様々な実施形態によれば、様々な手法を別々に又は一括して使用して、太陽光による汚染（又は干渉）を防止することができる。例えば、光分離（例えば、様々な光学構成要素及び検出器１００５を封入するハウジング１０１５）を使用して、太陽光によって生じる汚染（又は干渉）を減らすことができる。更に、ライダーセンサーシステムは、（例えば、図１１に示すように）特定の波長範囲（例えば、レーザー波長±１０ｎｍ）を有する光だけが通過することができる光学フィルタを使用することができる。従って、光学フィルタにより、太陽光の影響を減らしながら、戻りビームが通過することができる。
別の手法は、レーザー電力を増やすことである。更に、ライダーセンサーシステムは、非常に小さい瞬時視野（ＩＦＯＶ）、又はパルス光出力を使用することができる。戻りビームの強度が、太陽光の強度と同等又は太陽光の強度よりも強くなるように、ライダーセンサーシステムは瞬時電力を増やすことができる。
本発明の様々な実施形態によれば、検出器１００５用の受信デバイスは、迷光を除去するレーザービームプロファイル（即ち、放射及び受信ＩＦＯＶ）と一致させるプロファイルで構成可能である。例えば、式Ｉ／ｆ１＝Ｌ／ｆ２（但し、Ｉは、受信デバイスの寸法を示し、Ｌは、レーザービームのプロファイルを示し、ｆ１は、レンズ１００４の焦点距離であり、ｆ２は、レンズ１００２の焦点距離である）を用いて、レーザービームプロファイル（及び対応する光学的構成）に基づいて、検出器１００５用のプロファイルを決めることができる。従って、戻りビーム以外の光信号を除去することができる。
本発明の様々な実施形態によれば、様々な迷光を除去するために、空間フィルタリングデバイス及び／又は視野絞り開口デバイスなどの様々なタイプの光学デバイスを、戻りビームの光路に沿って配置することができる。例えば、空間フィルタリング及び視野絞り開口を使用して、散乱太陽光を除去することができる。更に、ライダーセンサーシステムは、太陽光検出でＡＰＤ利得を動的に調整可能な回路を使用することができる。
図１２は、本発明の様々な実施形態による、例示的なライダーシステムにおける空間フィルタリングの略図を示す。図１２（ａ）に示すように、空間フィルタリングデバイス１２１０を、受信レンズ１０６と検出器１０５との間に配置することができる。空間フィルタリングデバイス１２１０は、開口部１２２０を有するスクリーン１２１０を含むことができる。迷光を除去するために、開口部１２２０を、受信レンズ１０６の焦点に配置してもよい。従って、受信レンズ１０６の方へ「正しい」方向に進むライダーセンサーシステムの画角で物体から後方反射された戻りビームだけが、この開口部を通過することができると共に、他の不規則な方向の散乱光を遮断することができる。同様に、散乱太陽光も遮断することができる。
図１２（ｂ）に示すように、空間フィルタリングデバイス１２１０上の開口部は、小さいピンホール１２２１（例えば、円形）又はスリット１２２２（例えば、長方形）とすることができる。例えば、空間フィルタリングデバイス１２１０上の開口部１２２０の形状は、レーザービームプロファイルと一致させるように構成可能である。様々な実施形態によれば、殆どの半導体レーザー放射器（又はダイオード）の内部構造のために、レーザービームプロファイルは、長方形又は楕円形とすることができる。ピンホールの場合、円形１２２１は、レーザービームプロファイルとあまり一致しない。従って、より多くの迷光が、開口部を通過して受信デバイスに到達することがある。一方、長方形スリットを使用する場合、開口部を通過する迷光の量は、大幅に減少することがある。従って、図１２（ｂ）に示すような例において、開口部１２２０を、長方形スリット１２２２、又はレーザービームプロファイルと一致させる他の適切な形状として構成することが好ましい。
図１３は、本発明の様々な実施形態による、例示的なライダーセンサーシステムにおいて空間フィルタリングを与える代替の手法を使用する概略図を示す。
図１３（ａ）に示すように、空間フィルタリングデバイス１３２０及び追加レンズ１３２２を、受信レンズ１０６と検出器１３０５との間に配置することができる。追加レンズ１３２２を使用して、空間フィルタリングデバイス１３２０を通過したフィルタ光を受信デバイス１３０５に集束させることができる。従って、検出器１３０５は、実質的に一層小さい受信面積を有する受信デバイス１２０５を使用する余裕がある。
更に図１３（ｂ）に示すように、空間フィルタリングデバイス１３３０を、受信レンズ１０６とプリズム２１１及び２１２との間に配置することができる。従って、空間フィルタリング機構を適用して、出射ビーム及び戻りビームの両方で望ましくない光を遮断することができ、これによって、効率が向上する。
図１４は、本発明の様々な実施形態による、例示的なライダーセンサーシステムにおいて視野絞り開口部（ＦＳＡ）を使用する概略図を示す。図１４に示すように、一連の視野絞り開口部１４１１〜１４１３を、検出器１０５の前に配置することができ、これらの構造体に当たる迷光を後方反射してもよい。従って、検出器１０５上の干渉を減らすことができる。
図１５は、本発明の様々な実施形態による、望ましくない後方反射を減少可能なライダーセンサーシステムの例示的な構成を示す。図１５に示すように、ライダーセンサーシステム１５００は、１対のプリズム１５１１及び１５１２を利用することができ、プリズムの各々を、中空モーター１５１３又は１５１４にそれぞれ組み込むことができる。更に、各プリズムは、共通軸１５０７を中心に独立して回転することができる。共通軸１５０７は、光軸１５０６に対して（ある角度で）傾斜されて、検出器１５０５の受信デバイスへの放射光の正反射を減少する。
更に、光源１５０１は、１つ又は複数のレンズ１５０２を用いてコリメート可能なレーザービームを生成することができる。その上、ビームスプリッタ１５０３は、バッフル管１５１５で構成可能である。バッフル管１５１５は、コリメート光が、通過することができ、光ステアリングのために１対のプリズム１５１１及び１５１２に向けられることができる。一方、ビームスプリッタ１５０３は、戻り光を収集する１つ又は複数のレンズ１５０４及び検出器１５０５を含んでもよい受信ユニットに戻りビームを向け直すことができる。更に、様々な光学構成要素をハウジング１５１５に封入して、光分離を確保することができ、これは、検出器１５０５に対する光学的汚染（又は干渉）を減らすのに役立つことができる。
図１６は、本発明の様々な実施形態による、ライダーセンサーシステムを用いて検出するフローチャートを示す。図１６に示すように、ステップ１６０１で、ライダーセンサーシステムは、コリメートされる光を生成することができる。ステップ１６０２で、ライダーセンサーシステムは、光を複数の光学素子に向けることができ、各光学素子は、共通軸を中心に独立して回転することができ、複数の光学素子は、センサーシステムの画角で１つ又は複数の物体に光パルスを一括して向けるように動作する。ステップ１６０３で、ライダーセンサーシステムは、複数の光学素子を介して、画角で１つ又は複数の物体から反射してきた光の光子エネルギーの少なくとも一部を受信することができる。更に、ステップ１６０４で、ライダーセンサーシステムは、受信した光子エネルギーを少なくとも１つの電気信号に変換することができる。
図１７は、本発明の様々な実施形態による、ライダーセンサーシステムを制御する例示的な説明を示す。図１７に示すように（上述の様々な例示的な説明にも示すように）、ライダーセンサーシステム１７１０は、光源１７０１、走査デバイス１７０２、及び受信デバイス１７０３を含むことができる。光源１７０１は、コリメート可能な単一レーザーパルス又は一連のレーザーパルスなどのレーザービームを生成することができる。走査デバイス１７０２は、周囲環境において物体を検出するためにコリメート光をステアリングすることができる。次に、周囲環境において画角１７３０で１つ又は複数の物体から後方反射された光の一部を、受信デバイス１７０３（例えば、検出器）に向けることができる。
更に、ライダーセンサーシステム制御器１７２０などの制御器を使用して、ライダーセンサーシステム１７１０の動作を制御することができる。例えば、レーザーパルストリガ１７１１を使用して、レーザーパルスの生成を制御することができる。走査器１７１２を使用して、走査デバイスを制御することができる。測定ユニット１７１３を使用して、受信信号を処理し、画角１７３０で１つ又は複数の物体１７２１〜１７２３までの距離を測定することができる。
様々な実施形態によれば、レーザーパルストリガ１７１１を使用して、光源１７０１を制御し、環境を走査するために一連のレーザーパルスの生成することができる。レーザーパルスを、異なる方法でトリガすることができる。例えば、レーザーパルスを、特定の時間間隔でトリガすることができる。例えば、時間間隔を事前設定又は事前決定することができる。あるいは、（例えば、最初に、指向方向を検出し、次に、パルスを発射するかどうかを判定することによって）光パルスを動的に飛行中トリガすることができる。
様々な実施形態によれば、ライダーセンサーシステム１７１０の周囲環境を走査するために、走査器１７１２は、走査デバイス１７０２を制御して、光パルスを異なる方向にステアリングすることができる。例えば、走査デバイス１７０２は、空気と異なる屈折率を各々が有する２つのプリズムを含むリズレープリズム対とすることができる。光パルスを、異なる空気／基板界面で屈折させてもよい。従って、各光パルスに対する最終指向方向は、最初の入射角度から偏差を有することができる。この偏差は、２つのプリズムが回転する時に、センサーシステムを取り囲む環境を走査するために使用可能である。
様々な実施形態によれば、ライダーセンサーシステム１７１０は、検出物体と光源１７０１／受信デバイス１７０３との間をレーザー光が進むのにかかる時間を測定することによって画角１７３０で１つ又は複数の物体１７２１〜１７２３までの距離を判定するＴＯＦユニットなどの測定ユニット１７１３を使用することができる。
様々な実施形態によれば、ライダーセンサーシステム１７１０は、周囲環境の走査に基づいてポイントクラウド１７３１を取得することができる。例えば、ポイントクラウドにおける各点は、出射信号（即ち、光パルス）の送信、及び画角１７３０で物体１７２１、１７２２又は１７２３から後方反射された対象信号の受信に対応することができる。
様々な実施形態によれば、ポイントクラウドにおける各目標点を、座標系内で取得することができる。例えば、ライダーセンサーシステムは、各光学素子の瞬間角位置に基づいて、ある時点における出射信号の角度を判定することができる。更に、ライダーセンサーシステムは、出射信号の送信と対象信号の受信との間のＴＯＦに基づいて、目標点に対応付けられた距離を判定することができる。従って、各光学素子の瞬間角位置、及び目標点に対応付けられた距離に基づいて、座標系における各目標点の座標又は空間位置を判定することができる。
様々な実施形態において、潜在的に複雑な形状のために、複数の目標点を、各物体１７２１、１７２２又は１７２３に対して検出してもよい。従って、ポイントクラウドにおける多数の目標点を取得することによって、ライダーセンサーシステム１７１０は、周囲環境に関する詳細情報を明らかにすることができる。
様々な実施形態によれば、ライダーセンサーシステム１７１０は、様々な制約を満たすように構成可能である。例えば、眼の安全性のために規定された制約を満たすために、ライダーセンサーシステム１７１０は、特定の期間中に最大エネルギー量を制御する瞬時レーザーパルスエネルギー強度及び／又はレーザー繰り返し率を調整するように構成されてもよい。更に、ライダーセンサーシステム１７１０は、異なる幅又はエネルギーレベルを有するレーザーパルスを生成することができる。
様々な実施形態によれば、ライダーセンサーシステム１７１０は、異なる戦略又は走査モードに基づいて、レーザー放射をトリガすることができる。例えば、ライダーセンサーシステム１７１０は、粗走査モード、微走査モード、又は固定点走査モードで動作してもよい。
粗走査モードにおいて、ライダーセンサーシステム１７１０は、長距離及び高精度で個々の目標点を検出するために、低頻度でより強力なレーザーパルスを発射することによって、疎ポイントクラウドを取得することができる。従って、システムは、例えば空間に応じて走査方向をランダム化することによって、周囲環境に関する大きい画像を取得することができる。
微走査モードにおいて、ライダーセンサーシステム１７１０は、高頻度で（即ち、高いレーザー放射速度で）レーザーパルスを発射することによって、状況に関するより詳細な情報を明らかにすることができるより多くの目標点を取得することができる。ここで、眼の安全性の制約を満たすために、各パルスを、より強力でないように構成することができる。
更に、周囲環境における特定の角度又は方向が関心のある場合、ライダーセンサーシステム１７１０は、固定点走査を実行することができる。例えば、周囲環境における特定の方向が、例えば、粗走査及び／又は微走査の後、道路を横断する人を検出した後に、関心を持ってもよい。ライダーセンサーシステムは、プリズムを回転させて、特定の方向の方へレーザーパルスをステアリングし、その特定の方向に（及びその特定の方向を中心に）一連のレーザーパルスを発射することができる。このような場合、小さい領域を走査するためにレーザーをステアリングするので、比較的多くのレーザーパルスを使用して、特定の方向に物体を検出することができる。レーザーエネルギーは、測定の範囲及び精度の両方を確保するのに十分高くすることができる。より小さい領域を走査するので、比較的多くの繰り返しを使用して、より優れた雑音指数を有する平均信号を取得することができる。従って、眼の安全性のために、レーザー繰り返し率が制限されている場合でも、ライダーセンサーシステム１７１０は、一般的な走査よりも優れた信号対雑音比を達成することができる。
図１８は、本発明の様々な実施形態による、リズレープリズム対を回転させる偏差モデルの例示的な説明を示す。図１８（ａ）に示すように、単一プリズムの場合、プリズムが均一の屈折率を有すると仮定して、一旦プリズムが３６０度回転すると、屈折ビームは、完全円１８１０を走査することができる。プリズムが回転する時に、ベクトル１８０１に対応付けられた点１８０２、プリズムの回転によって生じる回転面で偏差ビームの角度を表す方向、及び偏差角を表す振幅を用いて、レーザービームの瞬時偏差を表すことができる。
更に、２つのプリズムを、光路に沿って平行に（又は積み重ねて）配置することができる。従って、第１のプリズムベクトル及び第２のプリズムベクトルを合計することによって得られる最終点を用いて、２つのプリズムの回転によって生じる偏差ビームの最終指向方向を表すことができる。スネルの法則によれば、第２のベクトルの長さは、相対角度に対してわずかに変化することがあるけれども、近軸近似（小さい角度に適用する）を用いて、ベクトルの長さを一定として処理してもよい。
図１８（ｂ）に示すように、２つのプリズムを同じ方法で方向付ける場合（即ち、第１のプリズムベクトル１８１１及び第２のプリズムベクトル１８１２を同じ方向に整列させる場合）、最大偏差を表す外円１８２０上の点１８１３に到達することができる。一方、点１８２３は、２つのプリズムを同じ方法で方向付けない場合（即ち、第１のプリズムベクトル１８２１及び第２のプリズムベクトル１８２２が異なる同じ方向にある場合）に到達できる偏差を表す。従って、２つのプリズムが同じである場合、ライダーセンサーシステムは、特定のベクトル構成を用いて（即ち、２つのプリズムを適切に方向付けて）、外円１８２０内で任意の点に到達することができる。
本発明の様々な実施形態によれば、１対のプリズムが回転する時に、ステアリングビームは、回転軸を中心に進むことができる。図２に示すような例において、制御器２０８を使用して、個々のプリズムの回転を制御することができる。各プリズムは、独立して回転し、プリズムの瞬時位置及び（入射）ビームの入射角で決まる方向にビームを一括してステアリングする。従って、ステアリングビームを使用して、画角内で周囲環境を走査することができる。個々のプリズムのそれぞれの回転によって、近軸近似を用いて、最終ビーム角度に対する数式を、次式で表すことができる。
Figure 2021131539
 但し、
Figure 2021131539
 及び
Figure 2021131539
 は、２つのプリズムによってそれぞれ定義される２つのベクトルである。
従って、デカルト座標において、最終ビーム角度は、次式の通りである。
Ａｘ＝Ａｃｏｓ（ωＡｔ＋φＡ）
Ａｙ＝Ａｓｉｎ（ωＡｔ＋φＡ）
Ｂｘ＝Ｂｃｏｓ（ωＢｔ＋φＢ）
Ｂｙ＝Ｂｓｉｎ（ωＢｔ＋φＢ）
但し、Ａ及びＢは、振幅（１対の同じプリズムに対して同一とすることができる）であり、ωは、回転角速度であり、φは、各プリズムに対する初期角度である。
様々な実施形態によれば、２つのプリズム間の相対回転速度などの個々のプリズムの各回転によって、走査を異なるパターンで実行してもよい。図１９は、本発明の様々な実施形態による、ライダーセンサーシステムを用いた異なる走査パターンの例示的な説明を示す。２つのプリズムの回転を制御することによって、ライダーセンサーシステムは、リサージュ図形として特徴付けられる異なる走査パターンを達成することができる。
図１９（ａ）に示すように、２つの角速度間の差が小さい場合（即ち、相対速度が小さい場合）、螺旋形走査パターンが得られ得る（即ち、光パルスは、走査に有利な画角全体に広がる）。一方、図１９（ｂ）に示すように、差が大きい場合（又は、２つのプリズムが異なる方向に回転している場合）、花形走査パターンを得ることができる（即ち、光パルスは、測距に有利な画角の中心の方へ一層密集している）。
様々な実施形態によれば、ライダーセンサーシステムは、様々な走査ニーズのために、２つのプリズムの角位置又は角速度を動的に調整することができる。例えば、動的制御手法を使用して、異なるポイントクラウドパターンを達成することができる。
図３に示すような例を用いて、両方のプリズムが定角速度で回転する場合、レーザーパルスは、中心の方へ一層密集していてもよい。幾つかの実施形態において、ライダーセンサーシステムは、異なる走査領域の中でレーザーパルスを均一に分布させるために、プリズムが反対方向に近い場合（即ち、そのビームが中心に近い場合）、モーター間の角速度差を増大することができる。
様々な実施形態によれば、環境の均一走査を達成するために、放射周波数を動的に調整してもよい。例えば、各プリズムに対する偏差角が一定であり、回転速度が一定である場合、放射周波数は、ｓｉｎ（φ１−φ２）（但し、φ１及びφ２は、各プリズムに対するそれぞれの瞬時角度であり、φ１−φ２は、任意の所与の時点における角度差である）に比例しているように構成可能である。例えば、φ１−φ２＝０である場合、２つのプリズムは、同じ方位を有する。一方、φ１−φ２＝１８０度である場合、２つのプリズムは、逆の方位を有する。
従って、ライダーセンサーシステムは、均一走査（又は分布）ポイントクラウドを得るために、画角を有する異なる方向に同様又は均一の走査速度を達成することができる。図２０は、本発明の様々な実施形態による、ライダーセンサーシステムを用いた均一走査パターンの例示的な説明を示す。
様々な実施形態によれば、ライダーシステムは、各プリズムの角位置を動的に調整して、レーザービームを特定の関心領域（ＲＯＩ）にステアリングすることができる。このような方法を用いて、ライダーシステムは、２つのプリズムの角位置を正確に制御することによって、指向性ビーム走査を達成することができる。その結果、ライダーセンサーシステムは、レーザービームを特定の方向に正確に指向して、その角度で物体に対する距離を測定することができる。更に、ライダーシステムは、２つのプリズムの角位置を正確に制御することによって、物体追跡を達成することができる。その結果、ライダーセンサーシステムは、（例えば、フィードバック制御ループを用いて）特定の移動物体を追跡することができる。
図２１は、本発明の様々な実施形態による、ライダーセンサーシステム用のビームステアリングを制御する例示的な説明を示す。図２１に示すように、偏差ベクトル
Figure 2021131539
 に対応付けられた点２１１３は、望ましい方位角α２１０２を表す。従って、ライダーセンサーシステム２１００は、
Figure 2021131539
 及び
Figure 2021131539
 によってそれぞれビームをそらすことができる角位置に２つのプリズムを回転させることができる。従って、
Figure 2021131539
 の振幅と
Figure 2021131539
 及び
Figure 2021131539
 の振幅とに基づいて、角度β２１０３を得ることができ、２つのプリズムに対する角度（又は方位）を、それぞれα＋β及びα−βとして決定することができる。
Figure 2021131539
 が変化する時に、即ち、望ましい指向方向を、（振幅又は角度、又は振幅及び角度の両方で）変える場合、ライダーセンサーシステムは、変化に応じて調整するために、計算されたβに従って再構成可能である。更に、ライダーセンサーシステムは、角度αを直接変えて、方位角変化に追従してもよい。例えば、プリズムが同じであると仮定して、近軸近似（即ち、
Figure 2021131539
 及び
Figure 2021131539
 は同じ振幅を有する、又は
Figure 2021131539
 である）を用いて、角度β２１０３を、
Figure 2021131539
 として計算することができる。更に、２つのプリズムに対する角度を交換することができ、最終指向ベクトル
Figure 2021131539
 は、同じままである。
様々な実施形態によれば、様々な手法を使用して、三次元走査を達成することができる。様々な実施形態において、２つのプリズムは、同じでない場合もある。例えば、一方のプリズムは、他方のプリズムよりも大きい傾斜角を有することがある。更に、プリズムを、同じ又は同様の効果をねらって、透過格子と交換することができる。更に、回転プリズムを、他の走査方法と組み合わせることができる。
図２２は、本発明の様々な実施形態による、代替のライダーセンサーシステムの例示的な説明を示す。図２２（ａ）に示すように、光源によって生成された光は、まず、プリズムを通過することができ、光を走査鏡に向けることができる。次に、走査鏡は、光を向け直して周囲環境を検出することができる。同様に、図２２（ｂ）に示すように、光源によって生成された光は、まず、光をプリズムに反射する働きをする走査鏡を通過することができ、次に、光を異なる方向にステアリングすることができる。
上述の例の場合、ライダーシステムは、反射のために、最初の放射方向と実質的に異なる出射方向に光をステアリングすることができる。更に、一方の例において、プリズム及び鏡の両方が回転可能であってもよい。従って、センサーシステムは、環境で異なる方向に光を調整してステアリングすることができる。
更に、図２２（ｃ）に示すように、ライダーセンサーシステムは、複数のプリズムを利用することができ、各プリズムを個別に制御して、共通軸を中心に独立して回転することができる。従って、ライダーセンサーシステムは、周囲環境の走査においてより多く制御することができる。
様々な実施形態によれば、ライダーセンサーシステムのＦＯＶが制限されていても（即ち、画角が狭い）、ライダーセンサーシステムは、周囲環境で大きい領域を走査することができる。
様々な実施形態によれば、ライダーセンサーシステムは、様々なタイプのセンサーと一緒に使用可能である。例えば、ライダーセンサーシステムは、拡張カルマンフィルタ（ＥＫＦ）アルゴリズムなどの様々なデータ融合アルゴリズムを利用することによって、周囲環境をマップする慣性測定ユニット（ＩＭＵ）／Ｇｙｒｏ／ＧＰＳと一緒に使用可能である。更に、周囲環境の検出を向上させるために、ライダーセンサーシステムをあちこち移動させることができる。更に、より多くの情報を取得することによって（例えば、ある期間にわたって情報を蓄積することによって）、ライダーセンサーシステムは、周囲環境の検出を向上させることができる。
図２３は、本発明の様々な実施形態による、ライダーセンサーシステムを様々な可動プラットフォームに装着する例示的な説明を示す。
図２３（ａ）に示すように、１つ又は複数の回転プリズム（例えば、リズレープリズム対又は他の光学素子）を有するライダーセンサーシステムを、並進運動を可能にする移動車両などの装着プラットフォームに装着することができる。例えば、装着プラットフォームは、それ自体の位置及び運動の両方に気付いていることができる。更に、装着プラットフォームは、各プリズム又は各光学素子の位置及び方位（即ち、角位置）に気付いていることができる。
同様に、図２２（ｂ）に示すように、１つ又は複数の回転プリズムを有するライダーセンサーシステムを、回転ベースに装着することができる。例えば、装着プラットフォームは、それ自体の位置及び運動の両方に気付いていることができる。更に、装着プラットフォームは、各プリズム又は光学素子の位置及び方位（即ち、角位置）に気付いていることができる。
従って、ライダーセンサーシステムは、並進又は回転の方法で周囲環境における移動領域を走査することができる。
図２４は、本発明の様々な実施形態による、三次元走査を実行するライダーセンサーシステムを使用する例示的な説明を示す。図２４（ａ）に示すように、ライダーセンサーシステムを、２軸ジンバルによって支えることができる。更に、図２４（ｂ）に示すように、１軸ジンバルを使用して、ライダーセンサーシステムを支えることができる。あるいは、他のタイプのジンバルを、制限なく使用可能である。
ライダーセンサーシステムにおける光学素子（例えば、リズレープリズム）の回転運動、及びジンバルによって生じる回転運動を組み合わせて、図２４（ａ）又は図２４（ｂ）に示すようなセンサーシステムを使用して、三次元空間でランダム方向にライダーセンサーシステムのＦＯＶ（又は画角）を向けることができる。
様々な実施形態によれば、他の手法を使用して、大きいＦＯＶ（又は画角）を取得することができる。図２５は、本発明の様々な実施形態による、複数のライダーセンサーシステムを組み合わせる例示的な説明を示す。図２５に示すように、ライダーセンサーシステムの複数のユニットを組み合わせることができ、各ユニットは、異なる方向に向かい合って、より大きい結合ＦＯＶを達成する。更に、ライダーセンサーシステムの複数のユニットを、ベース／車両の異なる位置に配置して、同じ又は同様の効果を達成することができる。更に、ライダーセンサーシステムの複数のユニットを、重複ＦＯＶで配置して、特定の角度範囲内でより高い点密度を与えることができる。
図２６は、本発明の様々な実施形態による、ライダーセンサーシステムを用いて走査するフローチャートを示す。図２６に示すように、ステップ２６０１で、ライダーセンサーシステムは、異なる時点で一連の光パルスを生成することができる。ステップ２６０２で、ライダーセンサーシステムは、一連の光パルスを複数の光学素子に向けることができ、各光学素子は、実質的に共通である軸を中心に回転することができる。ステップ２６０３で、ライダーセンサーシステムは、各前記光学素子の各回転を制御して、画角で異なる方向に一連の光パルスを一括して向けることができる。更に、ステップ２６０４で、ライダーセンサーシステムは、画角で１つ又は複数の物体から反射してきた前記光パルスの光子エネルギーの少なくとも一部を受信することに基づいて各々が検出される複数の目標点を取得することができる。
ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせを用いて、又はこれらの援助によって、本発明の多くの特徴を実現することができる。その結果、処理システム（例えば、１つ又は複数のプロセッサを含む）を用いて、本発明の特徴を実現してもよい。例示的なプロセッサは、１つ又は複数の汎用マイクロプロセッサ（例えば、シングル又はマルチコアプロセッサ）、特定用途向け集積回路、特定用途用命令セットプロセッサ、グラフィックス処理ユニット、物理処理ユニット、デジタル信号処理ユニット、コプロセッサ、ネットワーク処理ユニット、音声処理ユニット、暗号化処理ユニットなどを含むことができるが、これらに限定されない。
ここに示す特徴の何れかを実現する処理システムをプログラム化するのに使用可能な命令が記憶された記憶媒体（媒体）又はコンピュータ可読媒体（媒体）であるコンピュータプログラム製品を用いて、又はコンピュータプログラム製品の援助によって、本発明の特徴を実現することができる。記憶媒体は、フロッピーディスク、光ディスク、ＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、マイクロドライブ、及び光磁気ディスクを含む任意のタイプのディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＤＲＡＭ、ＶＲＡＭ、フラッシュメモリデバイス、磁気又は光カード、ナノシステム（分子メモリＩＣを含む）、又は、命令及び／又はデータを記憶するのに適した任意のタイプの媒体又はデバイスを含むことができるが、これらに限定されない。
機械可読媒体（媒体）の何れか１つに記憶される場合、処理システムのハードウェアを制御し、本発明の結果を活用する他の機構と処理システムが対話できるソフトウェア及び／又はファームウェアに、本発明の特徴を組み込むことができる。このようなソフトウェア又はファームウェアは、アプリケーションコード、デバイスドライバ、オペレーティングシステム及び実行環境／容器を含んでもよいが、これらに限定されない。
例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣｓ）及びフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）デバイスなどのハードウェア構成要素を用いたハードウェアで、本発明の特徴を実現してもよい。ここに記載の機能を実行するようなハードウェア状態機械の実装形態は、当業者に明らかである。
更に、１つ又は複数のプロセッサ、本開示の教示に従ってプログラム化されたコンピュータ可読記憶媒体及び／又はメモリを含む、１つ又は複数の従来の汎用又は専用デジタルコンピュータ、計算デバイス、機械、又はマイクロプロセッサを用いて、本発明を都合よく実行してもよい。ソフトウェア業界の当業者に明らかであるように、本開示の教示に基づいて、熟練プログラマによって、適切なソフトウェアコーディングを容易に準備することができる。
本発明の様々な実施形態が上述されているが、実施形態は、一例として提示されており、限定されないものとする。本発明の精神と範囲から逸脱することなく、形態及び詳細の様々な変更を加えることができることが、当業者に明らかである。
本発明は、特定機能の性能及びこの特定機能の関係を例示する機能ビルディングブロックの援助によって上述されている。これらの機能ビルディングブロックの境界は、説明の便宜上、ここで任意に定義されていることが多い。特定機能及びこの特定機能の関係を適切に実行する限り、代わりの境界を定義することができる。従って、このような任意の代わりの境界は、本発明の範囲と精神の範囲内である。
本発明の上述の説明は、例示及び説明の目的で提供されている。完全に網羅されているものではなく、又は、開示の正確な形態に本発明を限定するものでもない。本発明の範囲は、上述の例示的な実施形態の何れかによって限定されるべきではない。多くの変更及び変型は、当業者に明らかである。変更及び変型は、開示の特徴の任意の関連組み合わせを含む。本発明の原理及びその実際の用途を最も良く説明するために、実施形態は、選択され記載された。これにより、考えられる特定の用途に適した様々な変更を有する、様々な実施形態に対する本発明を、他の当業者は理解することができる。下記の特許請求の範囲及びそれらの均等物によって、本発明の範囲を規定することを意図している。
［項目１］
センサーシステムであって、コリメートされている光パルスを生成する光源と、
実質的に共通である軸を中心に独立して回転するように各々が構成されている複数の光学素子であって、センサーシステムの画角で１つ又は複数の物体に上記コリメートされた光パルスを一括して向けるように動作する複数の光学素子と、
上記複数の光学素子を介して、上記センサーシステムの上記画角で上記１つ又は複数の物体から反射してきた上記光パルスの光子エネルギーの少なくとも一部を受信し、上記受信した光子エネルギーを少なくとも１つの電気信号に変換する検出器と、を含む、
センサーシステム。
［項目２］
上記複数の光学素子のうち少なくとも１つは、プリズム、格子、鏡、又は光フェーズドアレイである、項目１に記載のセンサーシステム。
［項目３］
上記複数の光学素子は、回転を介して少なくとも２つの異なる方向に上記光パルスを向ける、項目２に記載のセンサーシステム。
［項目４］
上記複数の光学素子のうち少なくとも２つの光学素子は、異なる角速度で回転する、項目３に記載のセンサーシステム。
［項目５］
上記複数の光学素子のうち少なくとも２つの光学素子は、異なる初期位置から回転を開始する、項目３に記載のセンサーシステム。
［項目６］
上記光源と上記複数の光学素子との間に配置されているビームスプリッタを更に含み、上記ビームスプリッタは、光パルスを上記複数の光学素子に向け、そして１つまたは複数の物体から反射された光パルスの光子エネルギーを検出器に向けるように構成される、項目１に記載のセンサーシステム。
［項目７］
上記光源の散乱光が上記検出器と干渉するのを防止するために上記ビームスプリッタ上の光出口を延在させるバッフル管を更に含む、項目６に記載のセンサーシステム。
［項目８］
上記複数の光学素子のうち少なくとも１つの光学素子は、上記光源から上記検出器への入射光の反射を減らすために傾斜されている、項目６に記載のセンサーシステム。
［項目９］
上記検出器と上記複数の光学素子との間に配置されている放射構造体を更に含み、上記放射構造体は上記光源によって生成された上記光パルスを上記複数の光学素子に向ける鏡を含む、項目１に記載のセンサーシステム。
［項目１０］
上記放射構造体は、上記光パルスのビームプロファイルと一致させる狭いプロファイルを有する、項目９に記載のセンサーシステム。
［項目１１］
上記放射構造体は、上記１つ又は複数の物体から反射してきた戻り光パルスの遮断を減らすために中心から外れて配置されている、項目９に記載のセンサーシステム。
［項目１２］
上記光学素子の各々に、反射を減らす膜が塗布されている、項目１に記載のセンサーシステム。
［項目１３］
上記光パルスの波長と一致させる帯域通過フィルタを更に含む、項目１に記載のセンサーシステム。
［項目１４］
上記検出器用の受信デバイスは、上記光パルスのビームプロファイルと一致させるプロファイルで構成されている、項目１に記載のセンサーシステム。
［項目１５］
散乱光又は反射光が上記検出器に到達するのを防止する空間フィルタリング装置を更に含み、上記空間フィルタリング装置は上記光パルスのビームプロファイルと一致させる少なくとも１つのピンホール又はスリットを含む、項目１に記載のセンサーシステム。
［項目１６］
上記検出器の前に配置されている視野絞り開口部を更に含む、項目１４に記載のセンサーシステム。
［項目１７］
上記光パルスは、太陽光の強度と少なくとも同等の強度で放射される、項目１に記載のセンサーシステム。
［項目１８］
上記センサーシステムが放射窓を有するハウジングに封入されている、項目１に記載のセンサーシステム。
［項目１９］
画角で１つ又は複数の物体を検出する方法であって、
コリメートされる光パルスを生成するステップと、
上記光パルスを複数の光学素子に向けるステップであって、上記光学素子の各々は、実質的に共通である軸を中心に独立して回転することができ、上記複数の光学素子は、上記画角で上記１つ又は複数の物体に上記光パルスを一括して向けるように動作するステップと、
上記複数の光学素子を介して、上記画角で上記１つ又は複数の物体から反射してきた上記光の光子エネルギーの少なくとも一部を受信するステップと、
上記受信した光子エネルギーを少なくとも１つの電気信号に変換するステップと
を含む、方法。
［項目２０］
コリメートされている光パルスを生成する光源と、
実質的に共通である軸を中心に独立して回転するように各々が構成されている１対のプリズムであって、センサーシステムの画角で１つ又は複数の物体に上記光パルスを一括して向けるように動作する１対のプリズムと、
上記１対のプリズムを介して、上記センサーシステムの上記画角で上記１つ又は複数の物体から反射してきた上記光パルスの光子エネルギーの少なくとも一部を受信し、
上記受信光子エネルギーを少なくとも１つの電気信号に変換する
検出器と
を含む、センサーシステム。

Claims (19)

  1. センサーシステムであって、コリメートされている光パルスを生成する光源と、
    実質的に共通である軸を中心に独立して回転するように各々が構成され、センサーシステムの画角で１つ又は複数の物体に前記コリメートされた光パルスを一括して向けるように動作する第１プリズム及び第２プリズムと、
    前記第１プリズム及び前記第２プリズムを介して、前記センサーシステムの前記画角で前記１つ又は複数の物体から反射してきた前記光パルスの光子エネルギーの少なくとも一部を受信し、前記受信した光子エネルギーを少なくとも１つの電気信号に変換する検出器と、を含み、
    前記第１プリズムは、コリメートされた前記光パルスが入射される第１面と、前記第１面に対して傾斜し、前記第１面から入射された前記光パルスが出射される第２面とを有し、
    前記第２プリズムは、前記第２面に対向し、前記第２面から出射された前記光パルスが入射される第３面と、前記第３面に対して傾斜し、前記第３面から入射された前記光パルスが出射される第４面とを有し、
    前記第１プリズム及び前記第２プリズムの回転軸である前記軸は、前記第１面に入射する前記光パルスの光軸に対して傾斜している、センサーシステム。
  2. 前記検出器と、前記第１プリズム及び前記第２プリズムとの間に配置されている放射構造体を更に含み、前記放射構造体は前記光源によって生成された前記光パルスを前記第１プリズム及び前記第２プリズムに向ける鏡を含み、
    前記鏡は、前記１つ又は複数の物体から反射してきた戻り光パルスの遮断を減らすために前記センサーシステムの光学的開口の中心から外れて配置されている、請求項１に記載のセンサーシステム。
  3. 前記放射構造体は、前記光パルスのビームプロファイルと一致させる狭いプロファイルを有する、請求項２に記載のセンサーシステム。
  4. 前記放射構造体は、長方形ブロック形状であり、前記放射構造体は、前記光パルスのビームプロファイルの短軸と一致する幅を有し、前記光パルスのビームプロファイルの長軸と一致する高さを有する、請求項２に記載のセンサーシステム。
  5. 前記第３面は、前記第２面に対して傾斜する、請求項１から４の何れか１つに記載のセンサーシステム。
  6. 前記第３面は、前記第１面と平行に配置されている、請求項１から５の何れか１つに記載のセンサーシステム。
  7. 前記第１プリズム及び前記第２プリズムは、回転を介して少なくとも２つの異なる方向に前記光パルスを向ける、請求項１から６の何れか１つに記載のセンサーシステム。
  8. 前記第１プリズム及び前記第２プリズムは、異なる角速度で回転する、請求項１から請求項７の何れか１項に記載のセンサーシステム。
  9. 前記第１プリズム及び前記第２プリズムは、異なる初期位置から回転を開始する、請求項１から請求項８の何れか１項に記載のセンサーシステム。
  10. 前記光源と、前記第１プリズム及び前記第２プリズムとの間に配置されているビームスプリッタを更に含み、前記ビームスプリッタは、光パルスを前記第１プリズム及び前記第２プリズムに向け、そして１つまたは複数の物体から反射された光パルスの光子エネルギーを検出器に向けるように構成される、請求項１から請求項９の何れか１項に記載のセンサーシステム。
  11. 前記光源の散乱光が前記検出器と干渉するのを防止するために前記ビームスプリッタ上の光出口を延在させるバッフル管を更に含む、請求項１０に記載のセンサーシステム。
  12. 前記第１プリズム及び前記第２プリズムの各々に、反射を減らす膜が塗布されている、請求項１から請求項１１の何れか１項に記載のセンサーシステム。
  13. 前記光パルスの波長と一致させる帯域通過フィルタを更に含む、請求項１から請求項１２の何れか１項に記載のセンサーシステム。
  14. 前記検出器用の受信デバイスは、前記光パルスのビームプロファイルと一致させるプロファイルで構成されている、請求項１から請求項１３の何れか１項に記載のセンサーシステム。
  15. 散乱光又は反射光が前記検出器に到達するのを防止する空間フィルタリング装置を更に含み、前記空間フィルタリング装置は前記光パルスのビームプロファイルと一致させる少なくとも１つのピンホール又はスリットを含む、請求項１から請求項１４の何れか１項に記載のセンサーシステム。
  16. 前記検出器の前に配置されている視野絞り開口部を更に含む、請求項１４に記載のセンサーシステム。
  17. 前記光パルスは、太陽光の強度と少なくとも同等の強度で放射される、請求項１から請求項１６の何れか１項に記載のセンサーシステム。
  18. 前記センサーシステムが放射窓を有するハウジングに封入されている、請求項１から請求項１７の何れか１項に記載のセンサーシステム。
  19. 画角で１つ又は複数の物体を検出する方法であって、
    コリメートされる光パルスを生成するステップと、
    前記光パルスを第１プリズム及び第２プリズムに向けるステップであって、前記第１プリズム及び前記第２プリズムは、実質的に共通である軸を中心に独立して回転することができ、前記第１プリズム及び前記第２プリズムは、前記画角で前記１つ又は複数の物体に前記光パルスを一括して向けるように動作するステップと、
    前記第１プリズム及び前記第２プリズムを介して、前記画角で前記１つ又は複数の物体から反射してきた前記光パルスの光子エネルギーの少なくとも一部を受信するステップと、
    前記受信した光子エネルギーを少なくとも１つの電気信号に変換するステップと
    を含み、
    前記第１プリズムは、コリメートされた前記光パルスが入射される第１面と、前記第１面に対して傾斜し、前記第１面から入射された前記光パルスが出射される第２面とを有し、
    前記第２プリズムは、前記第２面に対向し、前記第２面から出射された前記光パルスが入射される第３面と、前記第３面に対して傾斜し、前記第３面から入射された前記光パルスが出射される第４面とを有し、
    前記第１プリズム及び前記第２プリズムの回転軸である前記軸は、前記第１面に入射する前記光パルスの光軸に対して傾斜している、方法。
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