JP2021530716A - レーザーレーダー - Google Patents

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Abstract

レーザー光線を放射するために使用されるレーザー(10)、反射されたレーザー光線を受信するために使用されるプローブ(20)、及びプリセット方向に沿って放射されたレーザー光ビームを受信し、レーザー光ビームをプローブ(20)に伝送させるために使用されるトランシーバ構造(30)を具備するレーザーレーダーである。ここでトランシーバ構造(30)は、レーザー(10)と同軸に配置され、トランシーバ構造(30)は垂直視野調整ユニットを具備し、垂直視野調整ユニットは、レーザー光ビームを垂直視野範囲内に不均一に分布させ、及び/又はレーザーの垂直視野範囲を調整する。【選択図】図1

Description

本発明は、レーダーの分野に属し、具体的にはレーザーレーダーに関する。
レーザービームを放射及び受信し、レーザービームがターゲットにぶつかってから戻ってくるまでにかかる時間を測定し、ターゲットとレーザーレーダーの位置(例えば、車両、低空飛行ヘリコプター、又は固定式検出器)との間の距離を計算し、そして、ターゲットの表面上の多数の密集したドット又はポイントの3D座標、反射率、その他の情報を収集することで、レーザーレーダーはターゲットの3Dモデルを再構成することができる。
より多くのレーザービームを使用することで測定はより正確になるが、マルチビーム走査に複数のレーザー検出器を使用することは、レーザーレーダーが構造的に複雑になり、組み立てが難しくなり、システムの安定性が低下することを意味する。一方、マルチビームレーザーレーダーの複数のレーザーエミッターは本質的に同じ出力パルスエネルギーと周波数を持っているため、検出範囲は一般に固定されており、検出距離と角分解能(垂直/水平)も均一であり、結果として端部でのレーザーエネルギーの浪費及び中央での不十分な角分解能が生じ、レーザーレーダーのエネルギーを有効に活用することができない。
従来技術に存在する技術的課題を解決するために、本発明は、以下を具備するレーザーレーダーを提供する。
レーザー:レーザービームを放射するために使用される。
検出器:反射レーザービームを受信するために使用される。
トランシーバ構造のセット:プリセット方向に放射された前記レーザービームを受信し、前記レーザービームを検出器に送信するために使用される。前記トランシーバ構造は、前記レーザーと同軸であり、垂直視野調整ユニットを含み、前記垂直視野調整ユニットは、前記レーザービームを垂直視野内に不均一に分配し、及び/又は、前記レーザービームの垂直視野を調整する。
本発明の有益な効果:単一のレーザー、単一の検出器、及びトランシーバ構造のセットがレーザーレーダー内に配置され、トランシーバ構造はレーザーと同軸となっている。このレーザーレーダーは構造的にシンプルで組み立てが簡単なため、コンポーネントの障害を簡単に検出することができ、障害のあるコンポーネントをすばやく交換することができる。使用時には、レーザー及び垂直視野調整ユニットを介してターゲットに合わせて柔軟に調整できるので、無駄を効果的に省くことができる。レーザーレーダーの数及び位置も、検出の目的に応じて調整することができる。
本発明の具体的な実施形態は、図面と組み合わせて以下でさらに詳細に説明される。
本明細書に開示されたいくつかの実施形態によるレーザーレーダーの概略図である。 本明細書に開示されたいくつかの実施形態によって提供される垂直視野調整ユニットの振動の振幅と垂直検出範囲との間の関係を示す概略図である。 本明細書に開示されたいくつかの実施形態によって提供される垂直視野調整ユニットの振動周波数と垂直検出分解能との間の関係を示す概略図である。 本明細書に開示されたいくつかの実施形態によって提供されるレーザーのレーザーパルス出力エネルギーと水平検出範囲との間の関係を示す概略図である。 本明細書に開示されたいくつかの実施形態によって提供されるレーザーのレーザーパルス出力周波数と水平検出分解能との間の関係を示す概略図である。 本明細書に開示されたいくつかの実施形態によって提供されるレーザーレーダー走査モードの概略図である。 本明細書に開示された不均一なレーザービームを放射するいくつかの実施形態によるレーザーレーダーの概略図である。 本明細書に開示されたターゲットを検出するためのいくつかの実施形態による、レーザーレーダーによって放射されたビームの経路の概略図である。 本明細書に開示されたターゲットを検出するためのいくつかの実施形態による、別のタイプのレーザーレーダーによって放射されたビームの経路の概略図である。
図面に関する追加情報は次のとおりである。
10はレーザー、20は検出器、30はトランシーバ構造、31は一次元ミラー検流計、32はミラー、33は偏光ビームスプリッタ、34は4分の1波長板、40はターゲット、50は出射ビームの経路、60は反射ビームの経路、70はコリメートレンズ、80はフィルター、90は凸レンズである。
当業者が本明細書に開示された実施形態での技術提案をよく理解できるように、本明細書に開示された実施形態での技術提案を、実施形態の図面と組み合わせて以下に明確かつ十分に説明する。明らかなことではあるが、記載された実施形態は、本明細書に開示された実施形態の一部にすぎず、実施形態のすべてではない。明細書に開示された実施形態に基づいて創造的労力を使わずに当業者によって得られた他のすべての実施形態は、明細書の保護の範囲内にあるものとする。
本明細書に開示される1つの実施形態では、図1に示されるように、レーザーレーダーは以下を具備する。
レーザー10:レーザービームを放射するために使用される。
検出器20:反射し戻ってきた前記レーザービームを受信するために使用される。
トランシーバ構造のセット30:プリセット方向に放射された前記レーザービームを受信し、前記レーザービームを検出器に送信するために使用される。前記トランシーバ構造は、前記レーザーと同軸であり、垂直視野調整ユニットを含む。前記垂直視野調整ユニットは、前記レーザービームを垂直視野内に不均一に分配し、及び/又は前記レーザービームの垂直視野を調整する。
図2に示されるように、代替的実施形態では、前記垂直視野調整ユニットは、振動することによって前記レーザービームを偏向させる。前記レーザービームの垂直視野を調整することには、プリセット垂直視野が増加するとき、前記垂直視野調整ユニットの振動の振幅を増加させること、又はプリセット垂直視野が減少するとき、前記垂直視野調整ユニットの振動の振幅を減少させることが含まれる。検出の必要性に応じて、垂直視野調整ユニットの振動の振幅を増加又は減少させることにより、垂直視野を増加又は減少させることができる。
図3に示すように、代替的実施形態では、垂直視野における前記レーザービームを不均一に分布させることには、前記垂直視野調整ユニットが特定の出口方向における前記レーザービームの分布密度を増加させることを含む。前記垂直視野調整ユニットは、振動することによって前記レーザービームを偏向させる。
具体的には、特定の出口方向において、前記垂直視野調整ユニットによる前記レーザービームの分布密度を増加させることには、前記レーザービームが垂直視野の中心に向かって動くにつれて、前記垂直視野調整ユニットの振動周波数を増加させること、及び前記レーザービームが垂直視野の中心から離れるにつれて、前記垂直視野調整ユニットの振動周波数を減少させることが含まれる。垂直視野の中心にある高密度のレーザービーム分布により、高い垂直解像度が保証される。垂直視野の上端と下端の希薄なレーザービーム分布により、空や地面を照らすレーザービームによって引き起こされる無駄を省く。
垂直視野の中心に向かって動くレーザービーム同士の間隔は、均一とすることも不均一とすることもできる。垂直視野の中心から離れる方向に動くレーザービーム同士の間隔は、均一とすることも不均一とすることもできる。
図6は、レーザーレーダーの走査プロセスの上面図である。極座標系がこの平面上に定められ、走査角度aは偏角である。垂直視野調整ユニットの振動周波数がS=Acos(a/2)+Bの場合、位置a=0°での振動周波数が最大となり、位置a=180°での振動周波数が最小となる。走査方向において、レーザーレーダーは、垂直視野調整ユニットの振動の周波数が異なる分布となるようにすることができ、これは、正弦又は余弦分布だけでなく、以下のモード従っても走査することができることが分かる。
x(θ)=asinθ; y(θ)=bsin(nθ+φ)
ここで、n≧1、及び0≦φ≦π/2
Nは曲線のパラメータであり、2つの正弦波振動の周波数比である。
この比が有理数の場合、n=q/pとなる。
パラメータ方程式は、x(θ)= asin(pθ); y(θ)= bsin(qθ+φ)、0≦θ≦2πと書くことができる。ここで、θは走査変数であり、他のパラメータは定数となる。
図2及び図3に示すように、レーザーレーダーのトランシーバ構造はローター内に配置され、モーターで駆動されるローターは中心軸を中心に360度回転し、水平方向への360度回転を行い、垂直方向の広い走査視野を達成する。図2に示すように、垂直視野調整ユニットの振動の振幅が増加すると、レーザーレーダーの垂直視野が増加する。図3に示すように、垂直視野調整ユニットの発振周波数を上げると、レーザーレーダーの垂直解像度が上がる。
代替的実施形態では、前記垂直視野調整ユニットは、振動することによって前記レーザービームを偏向させ、前記垂直視野調整ユニットの振動は、駆動信号によって駆動され、前記駆動信号は、時間領域でコード化され、前記コード化された駆動信号によって駆動される前記垂直視野調整ユニットの振動は、時間的に連続している。
前記垂直視野調整ユニットの時間的に連続する振動の周波数及び振幅は、時系列的に不均一である。
具体的には、垂直視野調整ユニットによって受信される駆動信号の出力周波数は、同じままであっても変化してもよい。駆動信号には異なるコードがあり、異なる周波数や強度を持っていてもよい。
図4に示すように、代替的実施形態では、前記垂直視野調整ユニットは、振動することによって前記レーザービームを偏向させ、前記レーザーは、感知された前記垂直視野調整ユニットの振動に従ってレーザーパルスの出力エネルギーを以下のように調整する。
前記垂直視野調整ユニットの振動によって偏向されたレーザービームが垂直視野の中心に向かって動いていることを前記レーザーレーダーが感知すると、前記レーザーによって放射されるパルスの出力エネルギーが増加する。
前記垂直視野調整ユニットの振動によって偏向されたレーザービームが垂直視野の中心から離れる方向に動いていることをレーザーレーダーが感知すると、前記レーザーによって放射されるパルスの出力エネルギーは減少する。
もちろん、前記レーザーは、感知された、前記垂直視野調整ユニットの振動に従ってレーザーパルスの出力エネルギーを調整する。レーザーパルスの出力エネルギーは、前記垂直視野調整ユニットの振動によって偏向された前記レーザービームの感知された方向に従って変化する。
図5に示すように、代替的実施形態では、前記垂直視野調整ユニットは、振動することによって前記レーザービームを偏向させ、前記レーザーは、感知された、前記垂直視野調整ユニットの振動に従ってレーザーパルスの出力周波数を以下のように調整する。
垂直視野調整ユニットの前記振動によって偏向されたレーザービームが垂直視野の中心に向かって動いていることを前記レーザーレーダーが感知すると、前記レーザーによって放射されるパルスの出力周波数が増加する。
前記垂直視野調整ユニットの振動によって偏向されたレーザービームが垂直視野の中心から離れる方向に動いていることを前記レーザーが感知すると、前記レーザーによって放射されるパルスの出力周波数が減少する。
もちろん、前記レーザーは、感知された、前記垂直視野調整ユニットの振動に従ってレーザーパルスの出力周波数を調整する。レーザーパルスの出力周波数は、前記垂直視野調整ユニットの振動によって偏向されたレーザービームの感知された方向に従って変化する。
図4及び図5に示すように、前記垂直視野調整ユニットを通過するレーザービームが水平面に向かって動いているとき、レーザーパルスの出力エネルギー及び周波数が増加する。レーザーパルスの出力エネルギーと周波数は、レーザービームが水平面に向かって偏向された場合にのみ増加するため、水平面(レーザーレーダーの焦点領域)上の遠くの物体をより高い解像度で検出できる。遠方の障害物のほとんどは水平面上にあるため、レーザービームを水平面に向けて偏向させたとき、レーザーパルスの出力エネルギーと周波数を上げると、検出範囲と精度を向上させることができる。レーザービームが水平面から離れる方向に偏向されると、レーザービームは遠くの空や地面を照らすため、無駄になる。したがって、それほど正確に測定する必要がないため、出力エネルギーとレーザーパルスの周波数の利用率を向上させるために、レーザーパルスの出力エネルギーと周波数を適度に低減することができる。もちろん、垂直視野調整ユニットの振動の振幅と周波数の具体的な調整範囲、及びレーザーパルスの出力エネルギーと周波数は、アプリケーションの要件に応じて柔軟に設定できる。
加えて、前記レーザーレーダーが、前記垂直視野調整ユニットによって偏向されたレーザービームが特定の垂直出口方向にあることを感知すると、レーザーパルスの出力エネルギー又は周波数が増加し、レーザーから放射されるパルスの出力エネルギー又は周波数は出口方向によって変化する。
レーザーパルス励起信号によって駆動されるレーザーは、レーザービームを放射し、レーザーパルス励起信号は時間領域でコード化され、コード化されたレーザーパルス励起信号によって駆動されるレーザーによって放射されるレーザービームは、時間的に連続している。時間的に連続するレーザービームのレーザーパルスの出力エネルギーは、時間的に不均一である。
もちろん、代替的実施形態では、レーザーパルスの出力周波数及び垂直視野調整ユニットの振動周波数もまた、特定の方向で同時に増加させることができる。このようにして、走査方向の水平解像度と垂直解像度を同時に改善することができる。
図7に示すように、代替的実施形態では、レーザービームの本数及び走査周波数を方向毎に別々に設定することができる。例えば、前方の方向へは、レーザーパルスの出力エネルギーと周波数、及び視野の中央部分での振動周波数が高くなり、その結果、走査密度が高くなり、その結果、視野の前方部分での検出が強化される。一方、逆方向では、レーザーパルスの出力エネルギーと周波数、及び視野の中央部分での発振周波数が高くなり、その結果、走査密度が高くなり、その結果、視野の後方部分での検出が強化される。もちろん、図7は一例にすぎない。実際、レーザーパルスの出力エネルギーと周波数、及びさまざまな方向のさまざまな位置での発振周波数を調整することができる。
図8に示されるように、代替的実施形態では、前記トランシーバ構造30はまた、ミラー32を含む。前記ミラー32は、ミラー32の本体及び開口を含む。前記開口は、前記レーザー10と同軸である。一次元ミラー検流計31は、前記垂直視野調整ユニットとして使用することができる。前記ミラー32は、前記トランシーバ構造30の、前記レーザー10に近い端に配置され、前記一次元ミラー検流計31は、前記トランシーバ構造30の、前記レーザー10に対して遠い端に配置される。弱いレーザービームの場合、アパーチャサイズは1〜2mmに設定することができる。もちろん、アパーチャサイズはレーザービームのサイズに応じて調整できる。
具体的には、図8(発信ビームの経路50;反射ビームの経路60)に示すように、前記レーザーレーダーは、コリメートレンズ(前記レーザー10によって放射されたレーザービームは、前記コリメートレンズを通過し、次いで、プリセット方向に伝搬する)、フィルター、及び凸レンズも含む。前記レーザー10によって放射されたレーザービーム(例えば、弱いレーザービーム)は、前記コリメートレンズでコリメートされ、次いで、レーザービームは、前記ミラー32の開口を直接通過して、前記一次元ミラー検流計31に到達する。前記一次元ミラー検流計31の振幅及び周波数は調整可能である(前記一次元ミラー検流計31は、高周波及び大角度で走査を行うことができる)。レーザービームは、前記一次元ミラー検流計31を通過した後、ターゲット40に当たる。レーザービームは、ターゲット40によって拡散反射されて戻り、前記一次元ミラー検流計31によって走査及び受信される。レーザービームは、前記ミラー32の本体に放射される。前記ミラー32の本体によって反射された後、レーザービームは、前記フィルター80及び前記凸レンズ90を連続的に通過し、前記凸レンズ90を介して前記検出器20に集光する。
実際の用途では、一次元ミラー検流計31を通過する前記レーザービームが前記水平面に向かって動くと、前記レーザー10によって放射されるパルスの出力エネルギー及び周波数が増加する。レーザー制御モジュールを介して、レーザー10によって放射されるパルスの出力エネルギーを調整して、レーザーレーダーの垂直視野の異なる領域及び異なる方向にある、異なる範囲におけるターゲットを区別することができる。一方、レーザー10によって放射されるパルスの出力周波数は、レーザーレーダーが異なる水平解像度で異なる領域を走査できるように調整することができる。前記一次元ミラー検流計31は、回転シャフトを含む。前記一次元ミラー検流計31は、前記回転軸の周りの前記水平面に対して垂直に振動し、前記一次元ミラー検流計31の振動の振幅及び周波数は調整可能である。ミラー検流計制御モジュールを介して、一次元ミラー検流計31の振動の振幅を調整して、レーザーレーダーが異なる垂直視野を走査できるようにすることができる。一方、一次元ミラー検流計31の振動周波数は、レーザーレーダーが異なる垂直解像度で走査できるように調整することができる。
図9に示すように、代替的実施形態では、前記トランシーバ構造30はまた、偏光ビームスプリッタ33及び4分の1波長板34を含む。一次元ミラー検流計31は、前記垂直視野調整ユニットとして使用することができる。前記偏光ビームスプリッタ33は、前記トランシーバ構造30の、前記レーザー10に近い端に配置される。前記一次元ミラー検流計31は、前記トランシーバ構造30の、前記レーザー10に対して遠い端に配置される。そして、前記4分の1波長板34は、前記偏光ビームスプリッタ33と前記一次元ミラー検流計31との間に配置される。
具体的には、図9(発信ビームの経路50;反射ビームの経路60)に示すように、前記レーザーレーダーは、コリメートレンズ(前記レーザー10によって放射されたレーザービームは、前記コリメートレンズ70を通過し、次いで、プリセット方向に伝搬する)、フィルター80、及び凸レンズ90も含む。前記レーザー10によって放射されたレーザービームは、前記コリメートレンズ70でコリメートされ、次いで、レーザービームは、前記偏光ビームスプリッタ33(例えば、偏光は、偏光ビームスプリッタ33を通過する)及び前記4分の1波長プレート34(直線偏光は4分の1波長プレート34を通過した後、円偏光となる)を通過して、前記一次元ミラー検流計31に到達する。前記一次元ミラー検流計31の振幅及び周波数は調整可能である(前記一次元ミラー検流計31は、高周波及び大角度の走査を実行することができる)。レーザービームは、前記一次元ミラー検流計31を通過した後、ターゲット40に当たる。レーザービームは、ターゲット40によって拡散反射されて戻り、前記一次元ミラー検流計31によって走査及び受信される。レーザービームは、前記4分の1波長板34(円偏光は、前記4分の1波長板34を再び通過した後、直線偏光となり、偏光方向が再び変更される)及び前記偏光ビームスプリッタ33に放射される。前記偏光ビームスプリッタ33によって反射された後(例えば、前記偏光ビームスプリッタ33を最初に通過したp偏光は、四分の一波長板を2回通過した後、s偏光に変化し、s偏光は、前記偏光ビームスプリッタ33を通過できないために反射され)、レーザービームは、前記フィルター80及び凸レンズ90を連続的に通過し、前記凸レンズ90を介して前記検出器20に集光する。
実際の用途では、前記レーザービームが一次元ミラー検流計31を通過し、前記水平面に向かって動くとき、前記レーザー10によって放射されるパルスの出力エネルギー及び周波数が増加する。レーザー制御モジュールを介して、レーザー10によって放射されるパルスの出力エネルギーを調整して、レーザーレーダーの垂直視野の異なる領域及び異なる方向の異なる範囲にあるターゲットを区別することができる。一方、レーザー10によって放射されるパルスの出力周波数は、レーザーレーダーが異なる水平解像度で異なる領域を走査できるように調整することができる。前記一次元ミラー検流計31は、回転シャフトを含む。前記一次元ミラー検流計31は、前記回転軸の周りの前記水平面に対して垂直に振動し、前記一次元ミラー検流計31の振動の振幅及び周波数は調整可能である。ミラー検流計制御モジュールを介して、一次元ミラー検流計31の振動の振幅を調整して、レーザーレーダーが異なる垂直視野を走査できるようにすることができる。一方、一次元ミラー検流計31の振動の周波数は、レーザーレーダーが異なる垂直解像度で走査できるように調整することができる。
レーザーレーダーは構造的に単純で、1つのレーザー10と1つの検出器20のみを使用し、製造、設置、試運転が容易であるため、コストが大幅に削減される。一方、コンポーネントの障害の検出も容易であり、障害が発生したコンポーネントの交換も迅速におこなうことができる。同軸トランシーバ構造30により、送受信の不一致の問題が解決し、システムの安定性が改善される。トランシーバ構造30によって受信されるレーザービームは、プリセット方向に放射されるレーザービームである。ここでのレーザービームは、プリセット方向にレーザー10によって放射されるレーザービーム、又はレーザー10とトランシーバ構造30との間でコリメートされたレーザー10によって放射されるレーザービームとすることができる。プリセット方向に放射されるレーザービームによりトランシーバ構造30とレーザー10との間のより良い同軸性が保証される。使用中、レーザー10は、効果的に無駄をなくすために、ターゲット40に対する柔軟性を調整することができる。垂直視野調整ユニットの振動の振幅及び周波数、ならびにレーザー10によって放射されるパルスの出力エネルギー及び周波数を調整可能にすることで、垂直視野、(垂直/水平)分解能、及びレーザーレーダーの検出範囲を柔軟に設定することが保証され、レーザーレーダーのエネルギー利用率と全体的なパフォーマンスが向上する。レーザーレーダーの数及び位置も、検出の目的に応じて調整できる。
可能な実施形態では、一次元ミラー検流計、二次元ミラー検流計などを垂直視野調整ユニットに使用することができる。微小電気機械システム(MEMS)を、一次元ミラー検流計31に使用することができる。
可能な実施形態では、検出器20は、アバランシェフォトダイオード(APD)、PN/PIN光検出器、光電子増倍管、CCD(電荷結合デバイス)、又はCMOS(相補型金属酸化物半導体)とすることができる。
上記の開示された実施形態の説明により、当業者は本発明を実施又は使用することが可能になる。これらの実施形態への変更は当業者には明らかであり、本明細書で明確にした全般的原理は、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、他の実施形態で実施することができる。したがって、本発明は、本明細書に示された実施形態に限定することを意図するものではなく、本明細書に開示された原理及び新規の特徴と一致する最も広い範囲を与えられるべきである。

Claims (10)

  1. レーザービームを放射するために使用されるレーザーと、
    反射されたレーザービームを受信するために使用される検出器と、
    プリセット方向に放出された前記レーザービームを受信し、前記レーザービームを前記検出器に送信するために使用されるトランシーバ構造のセットであって、前記トランシーバ構造は、前記レーザーと同軸であり垂直視野調整ユニットを含み、前記垂直視野調整ユニットは、前記レーザービームを垂直視野内に不均一に分配し、及び/又は前記レーザービームの前記垂直視野を調整する、トランシーバ構造のセットと、
    を具備することを特徴とする、レーザーレーダー。
  2. 前記垂直視野における前記レーザービームを不均一に分布させることには、前記垂直視野調整ユニットが特定の出口方向における前記レーザービームの分布密度を増加させることを含むことを特徴とする、請求項1に記載のレーザーレーダー。
  3. 前記垂直視野調整ユニットは、振動することによって前記レーザービームを偏向させ、
    特定の出口方向において、前記垂直視野調整ユニットによる前記レーザービームの分布密度の増加には、前記レーザービームが前記垂直視野の中心に向かって動くとき、前記垂直視野調整ユニットの振動の周波数が増加すること、及び前記レーザービームが前記垂直視野の中心から離れるように動くとき、前記垂直視野調整ユニットの振動の周波数が減少することが含まれることを特徴とする、請求項2に記載のレーザーレーダー。
  4. 前記垂直視野調整ユニットは、振動することによって前記レーザービームを偏向させ、
    前記レーザービームの前記垂直視野の調整には、プリセット垂直視野が増加するとき前記垂直視野調整ユニットの振動の振幅が増大すること、又は前記プリセット垂直視野が減少するとき前記垂直視野調整ユニットの振動の振幅が減少することが含まれることを特徴とする、請求項1に記載のレーザーレーダー。
  5. 前記垂直視野調整ユニットは、振動することによって前記レーザービームを偏向させ、前記垂直視野調整ユニットの前記振動は、駆動信号によって駆動され、前記駆動信号は時間領域で符号化され、前記符号化された前記駆動信号によって駆動される前記垂直視野調整ユニットの前記振動は、時間的に連続していることを特徴とする、請求項1に記載のレーザーレーダー。
  6. 前記垂直視野調整ユニットの時間的に連続する振動の周波数及び振幅は、時系列的に不均一であることを特徴とする、請求項5に記載のレーザーレーダー。
  7. 前記垂直視野調整ユニットは、振動することによって前記レーザービームを偏向させ、前記レーザーは、感知された前記垂直視野調整ユニットの振動に従ってレーザーパルスの出力エネルギーを、
    前記垂直視野調整ユニットの振動によって偏向された前記レーザービームが前記垂直視野の中心に向かって動いていることを前記レーザーが感知すると、前記レーザーによって放射されるパルスの出力エネルギーが増加し、
    前記垂直視野調整ユニットの振動によって偏向されたレーザービームが垂直視野の中心から離れる方向に動いていることを前記レーザーが感知すると、前記レーザーによって放射されるパルスの出力エネルギーは減少する、
    ように調整することを特徴とする、請求項1に記載のレーザーレーダー。
  8. 前記垂直視野調整ユニットは、振動することによって前記レーザービームを偏向させ、前記レーザーは、感知された前記垂直視野調整ユニットの振動に従ってレーザーパルスの出力周波数を、
    前記垂直視野調整ユニットの振動によって偏向された前記レーザービームが前記垂直視野の中心に向かって動いていることを前記レーザーが感知すると、前記レーザーによって放射されるパルスの出力周波数が増加し、
    前記垂直視野調整ユニットの振動によって偏向された前記レーザービームが前記垂直視野の中心から離れる方向に動いていることを前記レーザーが感知すると、前記レーザーによって放射されるパルスの出力周波数が減少する、
    ように調整することを特徴とする、請求項1に記載のレーザーレーダー。
  9. 前記トランシーバ構造はまた、ミラーを含み、前記ミラーは、前記ミラーの本体及び開口を含み、前記開口は前記レーザーと同軸であり、前記ミラーは、前記トランシーバ構造の前記レーザーに近い端に配置され、そして、前記垂直視野調整ユニットは、前記トランシーバ構造の前記レーザーに対して遠い端に配置され、
    あるいは、前記トランシーバ構造はまた、偏光ビームスプリッタ及び4分の1波長板を含み、前記偏光ビームスプリッタは、前記トランシーバ構造の前記レーザーに近い端に配置され、前記垂直視野調整ユニットは前記トランシーバ構造の前記レーザーに対して遠い端に配置され、そして、前記4分の1波長板は、前記偏光ビームスプリッタと前記垂直視野調整ユニットとの間に配置される、
    ことを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載のレーザーレーダー。
  10. 一次元ミラー検流計または二次元ミラー検流計が前記垂直視野調整ユニットとして使用され、
    前記検出器はアバランシェフォトダイオードを使用することを特徴とする、請求項1に記載のレーザーレーダー。
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Families Citing this family (55)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USRE46672E1 (en) 2006-07-13 2018-01-16 Velodyne Lidar, Inc. High definition LiDAR system
US11609336B1 (en) 2018-08-21 2023-03-21 Innovusion, Inc. Refraction compensation for use in LiDAR systems
US10627490B2 (en) 2016-01-31 2020-04-21 Velodyne Lidar, Inc. Multiple pulse, LIDAR based 3-D imaging
WO2017164989A1 (en) 2016-03-19 2017-09-28 Velodyne Lidar, Inc. Integrated illumination and detection for lidar based 3-d imaging
US10393877B2 (en) 2016-06-01 2019-08-27 Velodyne Lidar, Inc. Multiple pixel scanning LIDAR
EP3563180A4 (en) 2016-12-30 2020-08-19 Innovusion Ireland Limited MULTI-WAVELENGTH LIDAR DESIGN
US10942257B2 (en) 2016-12-31 2021-03-09 Innovusion Ireland Limited 2D scanning high precision LiDAR using combination of rotating concave mirror and beam steering devices
US10969475B2 (en) 2017-01-05 2021-04-06 Innovusion Ireland Limited Method and system for encoding and decoding LiDAR
US11009605B2 (en) 2017-01-05 2021-05-18 Innovusion Ireland Limited MEMS beam steering and fisheye receiving lens for LiDAR system
US11054508B2 (en) 2017-01-05 2021-07-06 Innovusion Ireland Limited High resolution LiDAR using high frequency pulse firing
US10386465B2 (en) * 2017-03-31 2019-08-20 Velodyne Lidar, Inc. Integrated LIDAR illumination power control
CN115575928A (zh) 2017-05-08 2023-01-06 威力登激光雷达美国有限公司 Lidar数据获取与控制
US11294041B2 (en) 2017-12-08 2022-04-05 Velodyne Lidar Usa, Inc. Systems and methods for improving detection of a return signal in a light ranging and detection system
US11675050B2 (en) 2018-01-09 2023-06-13 Innovusion, Inc. LiDAR detection systems and methods
WO2019139895A1 (en) 2018-01-09 2019-07-18 Innovusion Ireland Limited Lidar detection systems and methods that use multi-plane mirrors
US11391823B2 (en) 2018-02-21 2022-07-19 Innovusion, Inc. LiDAR detection systems and methods with high repetition rate to observe far objects
WO2019164961A1 (en) 2018-02-21 2019-08-29 Innovusion Ireland Limited Lidar systems with fiber optic coupling
US11808888B2 (en) 2018-02-23 2023-11-07 Innovusion, Inc. Multi-wavelength pulse steering in LiDAR systems
CN112292608B (zh) 2018-02-23 2024-09-20 图达通智能美国有限公司 用于lidar系统的二维操纵系统
US12085673B2 (en) 2018-02-23 2024-09-10 Seyond, Inc. Distributed LiDAR systems
WO2019199775A1 (en) 2018-04-09 2019-10-17 Innovusion Ireland Limited Lidar systems and methods for exercising precise control of a fiber laser
US11675053B2 (en) 2018-06-15 2023-06-13 Innovusion, Inc. LiDAR systems and methods for focusing on ranges of interest
CN109116367B (zh) * 2018-06-27 2020-05-19 上海禾赛光电科技有限公司 一种激光雷达
US11579300B1 (en) 2018-08-21 2023-02-14 Innovusion, Inc. Dual lens receive path for LiDAR system
US11614526B1 (en) 2018-08-24 2023-03-28 Innovusion, Inc. Virtual windows for LIDAR safety systems and methods
US11796645B1 (en) 2018-08-24 2023-10-24 Innovusion, Inc. Systems and methods for tuning filters for use in lidar systems
US11579258B1 (en) 2018-08-30 2023-02-14 Innovusion, Inc. Solid state pulse steering in lidar systems
US10712434B2 (en) 2018-09-18 2020-07-14 Velodyne Lidar, Inc. Multi-channel LIDAR illumination driver
US11082010B2 (en) 2018-11-06 2021-08-03 Velodyne Lidar Usa, Inc. Systems and methods for TIA base current detection and compensation
CN114114606B (zh) 2018-11-14 2024-09-06 图达通智能美国有限公司 使用多面镜的lidar系统和方法
US11885958B2 (en) 2019-01-07 2024-01-30 Velodyne Lidar Usa, Inc. Systems and methods for a dual axis resonant scanning mirror
CN113302515B (zh) 2019-01-10 2024-09-24 图达通智能美国有限公司 具有光束转向和广角信号检测的lidar系统和方法
CN109782254A (zh) * 2019-01-28 2019-05-21 上海禾赛光电科技有限公司 扫描装置及其扫描方法、激光雷达
US11486970B1 (en) 2019-02-11 2022-11-01 Innovusion, Inc. Multiple beam generation from a single source beam for use with a LiDAR system
US11977185B1 (en) 2019-04-04 2024-05-07 Seyond, Inc. Variable angle polygon for use with a LiDAR system
CN110133620B (zh) * 2019-04-19 2021-10-19 深圳市速腾聚创科技有限公司 多线激光雷达
CN113924510A (zh) 2019-05-06 2022-01-11 上海禾赛科技有限公司 用于激光雷达系统的扫描器控制
CN112835012A (zh) * 2019-11-22 2021-05-25 北京万集科技股份有限公司 三维激光雷达探测装置及方法
CN113219438B (zh) * 2020-01-21 2023-03-31 苏州一径科技有限公司 一种高精度mems激光雷达发射装置和方法
CN113359142A (zh) * 2020-03-06 2021-09-07 上海禾赛科技有限公司 激光雷达及其测距方法
CN113640812A (zh) * 2020-04-26 2021-11-12 上海禾赛科技有限公司 基于一维振镜和多面转镜的同轴激光雷达系统
CN112099053A (zh) * 2020-08-21 2020-12-18 上海禾赛光电科技有限公司 激光雷达的探测方法、激光雷达及包括其的车辆系统
US12061289B2 (en) 2021-02-16 2024-08-13 Innovusion, Inc. Attaching a glass mirror to a rotating metal motor frame
US11422267B1 (en) 2021-02-18 2022-08-23 Innovusion, Inc. Dual shaft axial flux motor for optical scanners
US11789128B2 (en) 2021-03-01 2023-10-17 Innovusion, Inc. Fiber-based transmitter and receiver channels of light detection and ranging systems
CN117063089A (zh) * 2021-03-11 2023-11-14 深圳市速腾聚创科技有限公司 固态激光雷达的微振镜控制方法、装置和固态激光雷达
US11555895B2 (en) 2021-04-20 2023-01-17 Innovusion, Inc. Dynamic compensation to polygon and motor tolerance using galvo control profile
US11614521B2 (en) 2021-04-21 2023-03-28 Innovusion, Inc. LiDAR scanner with pivot prism and mirror
US11662439B2 (en) 2021-04-22 2023-05-30 Innovusion, Inc. Compact LiDAR design with high resolution and ultra-wide field of view
WO2022225859A1 (en) 2021-04-22 2022-10-27 Innovusion, Inc. A compact lidar design with high resolution and ultra-wide field of view
EP4314884A1 (en) 2021-05-21 2024-02-07 Innovusion, Inc. Movement profiles for smart scanning using galvonometer mirror inside lidar scanner
US11768294B2 (en) 2021-07-09 2023-09-26 Innovusion, Inc. Compact lidar systems for vehicle contour fitting
CN216356147U (zh) 2021-11-24 2022-04-19 图达通智能科技(苏州)有限公司 一种车载激光雷达电机、车载激光雷达及车辆
US11871130B2 (en) 2022-03-25 2024-01-09 Innovusion, Inc. Compact perception device
CN116719040B (zh) * 2022-09-16 2024-06-14 荣耀终端有限公司 传感器组件及电子设备

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003028960A (ja) * 2001-07-12 2003-01-29 Nissan Motor Co Ltd 障害物検出装置
JP2006258604A (ja) * 2005-03-17 2006-09-28 Sanyo Electric Co Ltd 検出装置
JP2008241535A (ja) * 2007-03-28 2008-10-09 Ihi Corp レーザ監視装置
JP2015200566A (ja) * 2014-04-08 2015-11-12 富士通株式会社 距離測定装置、距離測定方法および距離測定プログラム
JP2015535337A (ja) * 2012-09-14 2015-12-10 ファロ テクノロジーズ インコーポレーテッド 角度スキャン速度の動的調整を伴うレーザスキャナ
WO2017060965A1 (ja) * 2015-10-06 2017-04-13 パイオニア株式会社 光制御装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体
JP2017090728A (ja) * 2015-11-12 2017-05-25 船井電機株式会社 光走査装置
WO2018031266A1 (en) * 2016-08-12 2018-02-15 Microvision, Inc. Devices and methods for adjustable resolution depth mapping

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8946637B2 (en) * 2010-11-23 2015-02-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Compact fiber-based scanning laser detection and ranging system
CN102565808B (zh) * 2010-12-17 2015-10-21 上海无线电设备研究所 一种稀疏阵列高速三维成像激光雷达的实现方法
KR20150095033A (ko) * 2014-02-12 2015-08-20 한국전자통신연구원 레이저 레이더 장치 및 그것의 영상 획득 방법
WO2016187330A1 (en) * 2015-05-18 2016-11-24 Lasermotive, Inc. Diffusion safety system
US20170113790A1 (en) * 2015-10-21 2017-04-27 Sikorsky Aircraft Corporation Fairing with integrated sensory system of a rotary-wing aircraft
US9869754B1 (en) * 2017-03-22 2018-01-16 Luminar Technologies, Inc. Scan patterns for lidar systems
CN107037444A (zh) * 2017-06-07 2017-08-11 深圳大学 光学系统及激光雷达
CN206863223U (zh) * 2017-07-08 2018-01-09 刘鹏 一种基于变频发射脉冲的红外激光成像装置
CN207457508U (zh) * 2017-08-08 2018-06-05 上海禾赛光电科技有限公司 基于二维扫描振镜的激光雷达系统
CN108089174B (zh) * 2017-11-10 2021-12-03 无锡英菲感知技术有限公司 一种基于微镜的加倍扫描视场共享窗口激光雷达系统
CN108061884B (zh) * 2017-11-10 2021-12-03 无锡英菲感知技术有限公司 一种基于微镜的共享窗口激光雷达系统
CN207457499U (zh) * 2017-11-14 2018-06-05 北京万集科技股份有限公司 一种mems振镜同步信号反馈装置及激光雷达
CN108132471B (zh) * 2017-12-08 2021-03-30 上海禾赛科技股份有限公司 发射及接收激光脉冲的方法、介质及激光雷达系统
CN109116367B (zh) * 2018-06-27 2020-05-19 上海禾赛光电科技有限公司 一种激光雷达

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003028960A (ja) * 2001-07-12 2003-01-29 Nissan Motor Co Ltd 障害物検出装置
JP2006258604A (ja) * 2005-03-17 2006-09-28 Sanyo Electric Co Ltd 検出装置
JP2008241535A (ja) * 2007-03-28 2008-10-09 Ihi Corp レーザ監視装置
JP2015535337A (ja) * 2012-09-14 2015-12-10 ファロ テクノロジーズ インコーポレーテッド 角度スキャン速度の動的調整を伴うレーザスキャナ
JP2015200566A (ja) * 2014-04-08 2015-11-12 富士通株式会社 距離測定装置、距離測定方法および距離測定プログラム
WO2017060965A1 (ja) * 2015-10-06 2017-04-13 パイオニア株式会社 光制御装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体
JP2017090728A (ja) * 2015-11-12 2017-05-25 船井電機株式会社 光走査装置
WO2018031266A1 (en) * 2016-08-12 2018-02-15 Microvision, Inc. Devices and methods for adjustable resolution depth mapping

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