JP2021532368A - 分散型モジュール式ソリッドステートlidarシステム - Google Patents
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Abstract
LIDARシステムは、複数の第1のエミッタを含む第1の光学伝送器を含み、第1のエミッタのそれぞれは、標的範囲においてFOVを伴う光ビームを発生させるように位置付けられる。第2の光学伝送器は、複数の第2のエミッタを含み、第2のエミッタのそれぞれは、標的範囲においてFOVを伴う光ビームを発生させるように位置付けられる。第1および第2の光学伝送器は、光ビームの少なくとも一部のFOVが標的範囲において重複するように位置付けられる。コントローラは、標的範囲において重複するFOVを伴う光ビームを発生させる複数の第1のエミッタおよび複数の第2のエミッタのうちの選択されたものを通電させることを制御する制御信号を発生させ、複数の光学検出器のうちの選択されたものをアクティブ化し、標的範囲において物体から反射される光ビームを検出する制御信号を発生させる。
Description
本明細書で使用される節の見出しは、組織する目的のためにすぎず、いかようにも本願に説明される主題を限定するものとして解釈されるべきではない。
(関連技術の相互参照)
(関連技術の相互参照)
本願は、2018年8月3日に出願され、「Distributed Modular Solid−State LIDAR System」と題された、同時係属米国仮特許出願第62/714,463号の非仮出願である。米国特許出願第62/714,463号の内容全体は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
自律、自動運転、および半自律自動車は、周辺の物体の検出および位置特定のためのレーダ、画像認識カメラ、およびソーナ等の異なるセンサおよび技術の組み合わせを使用する。これらのセンサは、衝突警告、自動緊急制動、車線逸脱警告、車線保持支援、適応クルーズ制御、および有人運転を含む、運転者の安全性の多数の改良を可能にする。これらのセンサ技術のうち、光検出および測距(LIDAR)システムは、重要な役割を果たし、周辺環境のリアルタイム高分解能3Dマッピングを可能にする。
現在、自律走行車のために使用されている、市販のLIDARシステムの大部分は、環境を機械的に走査するある方法と組み合わせた、少数のレーザを利用する。例えば、いくつかの製造業者は、360°水平視野を提供するために、回転するモータ上に位置する伝送/受信光学系を伴う回転LIDARシステムを提供する。レーザの1次元(1D)固定アレイが、垂直方向のために使用され、水平走査が、回転を通して遂行される。現在、市場における最大の1Dアレイは、128個のレーザを含有する。一部のベンダは、可動ミラーを利用し、FOVを走査する。例えば、ミラーは、MEMSまたは検流計を使用して、作動されることができる。これらのシステムでは、多くの場合、1つまたは2つだけのレーザが、水平方向に1つ、垂直方向に1つである、2つのミラーと組み合わせて使用される。
機械的走査型LIDARシステムでは、走査方法は、受信機および伝送機光学系に物理的制約を課す。例えば、回転モータ走査型LIDARシステムでは、受信機は、典型的には、伝送機および受信機が動作の間に「同一のスポットに注目する」ことを可能にするために、同一のモータ上に伝送機とともに設置される。同様に、走査ミラーデバイス内の受信機は、多くの場合、標的から反射される光が、共有ミラー光学系を通して戻るように進行し、受信機に到達するように、伝送機と同一の可動ミラーを利用するように位置付けられる。これらの物理的制約は、LIDARシステムのサイズおよび個々のコンポーネントのサイズならびに場所に制限を課し得る。加えて、これらの物理的制約は、測定範囲およびSNR/クロストークのような性能特徴に影響を及ぼす。
可動部品を伴う公知のLIDARシステムは、信頼性の問題を起こしやすいことを含む、多くの理由により、問題である。本教示の一側面は、視野を走査するための可動部品を要求しないソリッドステートLIDARシステムが、より少ない物理的制約を伴って設計され得、性能の改良および自律走行車内のLIDARシステムの統合の融通性の増加の両方を可能にするという認識である。加えて、実質的により多くのレーザを伴うソリッドステートシステムは、走査パターンにいずれの機械的制約も伴わずに視野を無作為に走査する能力等の機械的走査では達成可能ではない、動作モードを可能にする。
多くの理由により、LIDARシステムは、概して、測定要件をサポートするために、複数の別個のユニットを要求する。これらの理由は、例えば、サイズ限界、搭載制限、測定要件、他のシステムとの統合、および他の多くの理由を含む。したがって、モジュール式であり、容易に分散される、LIDARシステムが、必要とされる。
本教示は、各レーザが、単一の固定投影角に対応し得る、複数のレーザを伴う、可動部品を含有しないソリッドステートLIDARシステムに関する。ソリッドステートレーザの使用は、それ自体では、MEMSデバイスが、多くの場合、ソリッドステートと称されるため、可動部品が存在しないことを意味しない。しかしながら、LIDARシステム内のMEMSデバイスは、典型的には、信頼性およびデバイス寿命の懸念であり得る、物理的運動を組み込む。本教示によるLIDARシステムの1つの特徴は、モジュール式分散型システム設計が、ソリッドステートレーザアレイを使用するそれらのシステムおよび/またはMEMSデバイスを伴わないシステムを含む、全てのソリッドステートシステムと互換性があることである。これは、物理的運動がないシステムを含む。
好ましい例示的実施形態による、本教示は、そのさらなる利点とともに、付随する図面と併せて解釈される、以下の詳細な説明により具体的に説明される。当業者は、下記に説明される図面が例証目的のためにすぎないことを理解するであろう。図面は、必ずしも一定の縮尺ではなく、代わりに、概して、本教示の原理を図示することが強調されている。図面は、いかようにも本出願者の教示の範囲を限定することを意図していない。
本教示は、ここで、付随する図面に示されるような、その例示的実施形態を参照して、より詳細に説明されるであろう。本教示は、種々の実施形態および実施例と併せて説明されるが、本教示がそのような実施形態に限定されることは意図されない。対照的に、本教示は、当業者によって理解されるであろうように、種々の代替物、修正、および均等物を包含する。本明細書の教示へのアクセスを有する、当業者は、付加的実装、修正、および実施形態、ならびに本明細書に説明されるような本開示の範囲内に該当する他の使用分野を認識するであろう。
本明細書内の「一実施形態」または「ある実施形態」の言及は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が、本教示の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書内の種々の場所における語句「一実施形態では」の表出は、必ずしも全て同一の実施形態を指しているわけではない。
本教示の方法の個々のステップは、本教示が動作可能なままである限り、任意の順序で、および/または同時に実施され得ることを理解されたい。さらに、本教示の装置および方法は、本教示が動作可能なままである限り、任意の数または全ての説明される実施形態を含み得ることを理解されたい。
図1は、車両に実装されるLIDARシステムの動作を図示する。LIDARシステム100は、標的場面に向かって光源によって発生される光ビーム102を投影する、照明器とも称されるレーザプロジェクタと、その標的場面内の人物106として示される物体から反射する光104を受光する、受信機とを含む。LIDARシステムはまた、典型的には、反射光から物体106についての距離情報を算出する、コントローラおよび/またはシステムプロセッサと、所望の範囲および視野を横断する静的パターンであり得る、光の特定のパターンを走査もしくは提供し得る要素とを含む。受信機、コントローラ、およびシステムプロセッサは、受信された信号光を、LIDARシステム範囲および視野内に入る周辺環境の点別3Dマップを表す測定に変換するために、使用される。種々の実施形態では、コントローラは、特定の用途および所望の性能に応じて、単純な電気回路であり得る、またはより複雑なプロセッサであり得る。
照明器および受信機を形成する、レーザ源および光ビーム投影システムは、車両108の前側に位置してもよい。レーザ源および光ビーム投影システムはまた、伝送機とも称され得る。人物106および/または車もしくは街灯等の別の物体が、源から受信機に戻るように反射される光を提供するであろう。コントローラまたはプロセッサが、次いで、物体までの範囲または距離を決定する。当技術分野で公知であるように、LIDAR受信機が、光源から放射される光パルスの飛行時間測定に基づいて、範囲情報を計算する。加えて、特定の範囲と関連付けられる標的面内の場面を照明し、源およびプロジェクタシステムの特定の設計に基づく、ビームプロファイルについての既知の情報が、反射表面についての場所情報を決定するために使用され、それによって、場面の完全なX、Y、Zまたは3次元像を生成する。換言すると、周辺環境の点別3次元(3D)マップは、源からの照明をLIDARシステムの視野内の受信機に反射する全ての表面からの位置情報を示す、測定データの集合を表す。このように、LIDARシステムの視野内の物体の3D表現が、取得される。点別3Dデータマップはまた、測定点群とも称され得る。
図2は、複数のタイプの公知のセンサ204、206、208、210、212、214、216、218を利用する、自律走行車202のための分散型センサシステム200を図示する。各センサ技術は、長所および短所を有する。異なるセンサ204、206、208、210、212、214、216、218から出力される測定の組み合わせが、場面からデータのセットを生成するために使用される。場面からの種々の測定を含む、分散型センサシステム200からのデータセットは、ともに処理され、全ての条件下でエラーのない安全で確実なナビゲーションを可能にする。分散型センサシステム200は、複数のカメラ204、206、208と、複数の超音波センサ210、212と、複数のレーダ214、216と、回転LIDARシステム218と、コントローラ220とを含む。自律走行車202は、色を区別し得る、カメラ204、206、208を使用する。カメラ204、206、208はまた、交通信号灯、方向指示器、および測定されている場面からの他の放射光を見るために使用されてもよい。カメラ204、206、208はまた、小型物理的分離を搭載されることもでき、それらの画像は、立体画像を生成するために組み合わせられることができる。超音波センサ210、212は、車の数メートル以内の物体の近接性を検出するために使用される。レーダ214、216は、長距離における移動物体を検出するために使用される。一般に、レーダ214、216は、LIDARシステム218の高分解能とともに動作しない。LIDARシステム218は、リアルタイムで環境の高分解能3D点群を生成するために使用される。コントローラ220は、全ての種々のセンサ204、206、208、210、212、214、216、218からの測定の出力によって提供される、データセットを発生させ、処理するために使用される。コントローラはまた、種々のセンサ204、206、208、210、212、214の動作を調整するために使用されてもよい。
図3は、自動車302のための複数の2次元視野および範囲を伴うマルチセンサLIDARシステム300を表す、概略図を図示する。本システムは、複数のLIDARモジュールを含む。モジュールは、示されておらず、結果として生じる視野および範囲のみが、示されている。例えば、適応クルーズ制御機能は、側方監視「サラウンドビュー」視野および範囲306、308を用いた、より広い視野およびより短い範囲を伴うシステムと比較して、狭い視野を伴うが、より長距離の範囲要件を伴う、視野および範囲304を要求し得る。自動車に関する複合視野は、モジュールのうちのいくつかまたは全ての性能特性が異なり得る、車両の周囲に位置付けられる全てのLIDARモジュールの組み合わせられた視野である。図3に図示されるシステム300では、5つのLIDARモジュール(図示せず)が、複合視野を生成するために使用される。長距離前方監視LIDARシステムの視野および範囲304は、より広い視野を伴うが、より短い範囲能力を伴う、視野および範囲310を有する、第2のLIDARモジュールと重複する視野を有する。また、第2のLIDARシステムの視野および範囲310の類似寸法を伴う視野および範囲312を有する、リアビューモジュールも存在する。
本教示は、LIDARが、自律、または自動運転、もしくは運転者支援車両のために広く使用される、自動車車両との関連でLIDARシステムを説明するが、実施形態は、任意のタイプの車両に適用可能であり得ることを理解されたい。他のタイプの車両は、ロボット、トラクタ、トラック、飛行機、ドローン、ボート、船、およびその他を含み得る。本教示はまた、種々の定常用途にも適用可能である。例えば、高密度の大都市圏では、LIDARが、車両および歩行者の両方の交通を監視するために採用されることができる。特に、LIDARシステムのコストが、近い将来に削減されるにつれて、LIDARシステムは、多くの異なる用途で展開されるであろうことが予想される。当業者は、本教示が、検出および測距されるものとして本明細書に説明される標的物体のタイプによって限定されず、より広義には、任意のタイプの標的に適用可能であることを理解するであろう。
図4は、車両のための公知の回転LIDARシステム400の概略図を図示する。LIDARシステム400は、回転モータを使用し、環境の360°水平走査を提供する。LIDARシステム400は、基部402を有する。例えば、基部402は、自動車(図示せず)に固定されることができる。LIDARシステムの上部分404は、基部に対して回転し、受信機光学系および伝送機光学系を含有する。伝送機の視野および受信機の視野は、標的画像面に対応する距離にわたって重複する。受信機および伝送機光学系は、所望の垂直視野を網羅するような様式で固定される、レーザおよび検出器の1Dアレイであってもよい。16、32、64、およびさらに128個のレーザのアレイが、時として、図4に示されるLIDARシステム400等の回転LIDARシステムと併用される。垂直角分解能は、固定され、典型的には、固定アレイ内のレーザの数に対する垂直視野の比と等しい。水平角分解能は、システムの回転速度および動作パラメータの関数であり、用途および所望の性能に基づいて変動されることができる。
概念上、単一の回転LIDARシステムは、全360°視界を提供し、単一のLIDARシステムの使用を可能にすることができる。しかしながら、実践では、複数の回転LIDARシステムが、車両の周囲の視野を分割するために使用される。図5は、複数の公知の回転LIDARシステム500を装備する自律走行車を図示する。図5に図示されるシステムは、それぞれ、180°未満である別個の視野を達成するように構成される、ルーフラック上に搭載される複数の別個の回転LIDARシステム502を含む。いくつかのシステムは、12個を上回る別個の回転LIDARシステム502を含む。一般に、各回転LIDARユニットの実質的な部分は、複数の回転LIDARユニットの光学クロストークを最小限にするように、ある方向に遮断された視野を有することに留意されたい。回転ユニットが、視野が遮断される方向に向けられるとき、いかなる有用なデータも、その特定のLIDARユニットによって発生されていない。その点に関して、コストおよび効率の有意な不利益が、180°未満の視野とともに連続的に動作するLIDARシステムと対比した回転LIDARの使用に起因する。
図6は、複数の可動部品を伴う公知のLIDARシステム600を図示する。システム600は、垂直および水平方向の両方で環境を走査する、X−Y検流計606上に搭載される第1のミラー602および第2のミラー604を使用する。典型的には、1つまたは2つのレーザを含む、レーザ伝送機608からの光が、第1のミラー602から第2のミラー604上に反射し、2つのミラー602、604の組み合わせが、投影角を決定する。1つまたは2つのレーザが、典型的には、実質的な光学損失および複雑性を伴わずにミラーシステム上に複数のレーザ/受信機を整合させることの物理的困難により、回転LIDARシステム内のようなより大型のレーザアレイの代わりに、これらのシステムで使用される。透過光は、画像面610における標的から反射し、受信機612は、受信機612が反射光を捕捉するように、画像面610における標的と重複する視野を有するように構成される。ミラーのサイズおよび物理的配向は、設計に種々の機械的制約を課する。例えば、ミラーのサイズは、収集され得る反射光の量を制約し、有効最大開口として作用する。ミラーサイズはまた、電力消費量、走査速度、およびシステム性能のトレードオフを伴って、性能に影響を及ぼす。
図7Aは、ソリッドステートLIDARシステムの概略図を図示する。伝送機702は、アレイに構成され得る、複数のレーザを含む。各個々のレーザが、独立して発射されることができ、各レーザによって放射される光ビームは、全システム視野の一部のみに対する3D投影角に対応する。したがって、各レーザエミッタは、通電された(発射された)ときに、標的範囲における対応する視野を照明する、光ビームを発生させる。伝送機視野は、種々の通電されたエミッタ視野の組み合わせである。本教示のいくつかの実施形態は、レーザエミッタを使用するが、他のエミッタ、例えば、LEDまたは通電されたときに光ビームを発生させる他のデバイスも使用され得ることを理解されたい。本教示のLIDARシステムのいくつかの実施形態では、レーザアレイ内のレーザからの光ビームの全ては、伝送機光学系704を共有し、投影光(照明)706を生成する。標的範囲710からの反射光708は、受信機光学系712を共有する。本実施例では、自動車714が、標的範囲710内に示される。伝送機の一実施例が、本出願人に譲渡される、米国特許公開第2017/0307736A1号に詳細に説明されている。米国特許公開第2017/0307736A1号の内容全体は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
図7Aに図示されるLIDARシステム700は、典型的には、伝送機アレイが個々のレーザを有するよりも少数の個々の検出器要素を有する、検出器アレイ716を使用する。これらの検出器は、標的範囲における特定の受信機視野にわたって光を検出する個々の検出器または検出器の群が、アクティブ化されるように、個別に制御されることができる。受信機視野は、アクティブ化された検出器視野の複合物を表す。アクティブ化は、例えば、標的範囲における特定の視野から光のみを通過させる、検出器の前の制御可能なシャッタ、または特定の検出器もしくは検出器の群に印加されるバイアスを含んでもよい。
図7Bは、図7Aに関連して説明されるLIDARシステム700のシステム視野750の2次元投影を図示する。検出器アレイの個々の検出器視野は、小さい正方形752として示される。伝送機内で通電される個々のレーザと関連付けられる照射測定点は、円754として図示される。
図7Bでは、検出器の数(すなわち、小さい正方形752の数)対各アレイ内のレーザの数(すなわち、円754の数)の比は、1対9である。図7Bに示される特定の実施例では、検出器アレイは、5×5アレイである。同等の角分解能を伴う従来技術のフラッシュLIDARシステムと比較して、要求される検出器の数が、有意に少なくあり得るため、検出器アレイのコストは、有意に低くあり得る。図7Aのシステムの測定分解能は、検出器要素のサイズによって決定されないが、代わりに、伝送機内のレーザの数および個々のレーザビームのコリメーションによって決定される。これらのパラメータは、既知の方法で、標的範囲における円754のサイズ、および検出器要素の視野を表す円754ならびに正方形752の相対サイズに変換される。
図7Bは、図7AのLIDARシステムの重要側面を図示する。図7AのLIDARシステムの全体的視野内の単一の3D測定点が、特定の正方形756内のハッシュマークによって強調表示され、その測定点は、レーザアレイ内の具体的な個々のレーザに対応する、特定の濃い円758として示される。図7Bから、本測定点が本個々の検出器内に入り、その個々の検出器の視野が識別のために斜線パターンで示されていることが、さらに分かり得る。本図は、各レーザが、標的範囲における円754のサイズ、および検出器要素の視野を表す円754ならびに正方形752の相対サイズを生じさせる、具体的角投影角に対応するため、LIDARシステム700の3D分解能がレーザの数によって決定されることを図示する。
本教示の1つの特徴は、LIDARモジュールが可動部品のないソリッドステートであることである。LIDARモジュールは、複数のレーザを組み込み、各レーザは、固定投影角で光ビームを発生させる。結果として生じる複合視野、および1つ以上のモジュールを含む、LIDARシステムの角分解能は、光学系およびレーザならびにモジュールの配列によって決定される。各モジュール内のレーザは、対応する光学系と組み合わせられると、所望のモジュール複合視野ならびに所望のモジュール角分解能の両方を提供するように位置付けられる、2Dアレイに群化される。各個々のレーザは、単一の指向角に対応する光ビームを発生させる。角分解能は、2つ以上の2Dレーザアレイの視野を交互配置することによって達成されることができる。2つの別個の2Dレーザアレイによって発生される2つの視野が、空間内で重複されるとき、結果として生じる複合視野が、より微細な角分解能を伴って発生される。
LIDARシステムの物理的サイズは、自律走行車への統合のために重要である。現在の最先端のシステムは、概して、嵩張り、多くの場合、ルーフラック上に搭載されるが、目標は、外部が視覚的にシームレスであり、外見上魅力的であり得るように、最終的にLIDARシステムをシャーシの中に統合することである。相乗効果が、LIDARシステムの一部または全体と共同パッケージ化することによって獲得され得る、ヘッドライト等のあるコンポーネントが存在する。本明細書に説明されるLIDARシステムの一側面は、それが、将来、LIDARを視覚的に目立たなくする所望をサポートするように、小型モジュール式コンポーネントに分離され得ることである。
図8Aは、視野を照明する単一の2Dレーザアレイ源に関する測定点群800を図示する。各測定点802は、アレイ内の特定のレーザ要素によって放射される光に基づく測定信号を表す。測定点802の垂直間隔の間の距離804は、垂直角分解能を決定する。点群上の点802の水平間隔806は、点群800の水平角分解能を決定する。
図8Bは、第2の2Dレーザアレイの照明が第1の2Dレーザアレイと実質的に重複するように投影された、本教示の実施形態に関する測定点群850を図示する。第1の2D VCSELアレイに対応する測定点852は、円として示され、第2の2D VCSELアレイからの測定点854は、三角形として示される。複合点群850は、水平、垂直、または水平および垂直方向の組み合わせで、より微細な角分解能を達成するために、2つの別個の2Dアレイの視野を交互配置することによって、形成される。そのような伝送機の一実施例が、本出願人に譲渡される、「VCSEL Array LIDAR With Small Angular Divergence」と題された、米国特許出願第62/538,149号に説明されている。米国特許出願第62/538,149号の内容全体は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
本教示のLIDARシステムは、各レーザが具体的投影角に対応するため、従来技術の機械的走査型LIDARシステムよりも実質的に多くのレーザを利用することができる。例えば、自律走行車が、20°の一様な垂直視野を伴う、全360°水平視野を要求し、両方向での平均角分解能が、0.5°である場合には、要求されるレーザの数は、28,800に等しい。全てのタイプのレーザが、数千個の個々のレーザを要求するLIDARシステムに関して、実用的様式で実装されることができるわけではない。実践では、多数のレーザを要求する本教示のLIDARシステムの種々の実施形態は、おそらく、それらの現在のサイズ、コスト、および性能の能力に起因して、垂直キャビティ面発光レーザ(VCSEL)の2Dアレイを使用するであろう。しかしながら、他の種類の伝送機アレイもまた、使用されることができる。当業者は、多数のタイプのレーザが、本教示によるLIDARシステムで使用され得ることを理解するであろう。
本教示の1つの特徴は、上部発光VCSEL、底部発光VCSELS、および種々のタイプの高出力VCSELを含む、種々の公知のVCSELデバイスを使用し得ることである。図9は、本教示のLIDARシステムで使用され得る、公知の底部発光VCSELレーザ900の構造の断面の概略図を図示する。VCSELレーザ900の放射開口902の面積は、典型的には、mW電力動作のための数ミクロンの直径から、100mWおよびそれを上回るCW電力動作のための最大100ミクロン以上の直径に及ぶ。VCSEL900は、例えば、GaAsまたは多数の他の半導体材料であり得る、基板904上に加工される。n型分散ブラッグ反射器(DBR)層906が、基板上に位置付けられる。アクティブ領域908が、n型DBR層906上に構築され、その後に、酸化物材料で形成されて作製され得る、開口が続く。p型分散ブラッグ格子DBR層912が、次いで、アクティブ領域上に成長される。典型的には、p型DBRは、高度に反射性であり、n型DBRは、部分的に反射性であり、層構造の底部基板側から光出力914をもたらす。アクティブ領域908、酸化物開口910、およびp型DBR層912は、メサ構造に形成される。上部接点916および底部接点918が、電流をアクティブ領域に提供し、出力光を発生させるために使用される。酸化物開口910は、電流閉じ込めをアクティブ領域908に提供する。上部接点916は、p型であり、底部接点918は、n型である。放射開口902は、出力光914が底部発光VCSELの底部基板側から出現することを可能にするように、底部接点918に形成される。1つだけの放射開口902が、多要素アレイの1つの要素を図示する図9に示されることに留意されたい。本タイプのVCSEL900は、単一の要素、または基板904上に1もしくは2次元アレイとして加工され得る複数の要素VCSELであってもよい。
いくつかの実施形態では、VCSELアレイは、モノリシックであり、レーザは全て、共通基板を共有する。種々の共通基板タイプが、使用されることができる。例えば、共通基板は、半導体材料であり得る。共通基板はまた、セラミック材料を含むこともできる。いくつかの実施形態では、2D VCSELアレイは、1Dレーザバーの群から組み立てられる。
いくつかの実施形態では、VCSELは、上部発光VCSELSである。他の実施形態では、VCSELは、底部発光VCSELSである。個々のVCSELSは、単一の大型放射開口を有することができるか、または個々のVCSELSは、より大型の有効放射直径内の2つ以上のサブ開口から形成されることができるかのいずれかである。より大型の有効放射領域を形成するサブ開口の群は、時として、クラスタと称されることもある。VCSELS上の接点は、駆動信号を、1つ以上の個々の要素もしくは全ての要素、または要素のサブセットに接続し、1つ以上の電気駆動信号が接点に供給されるときに、種々の異なる照明パターンを提供する。
図10は、本教示による、256個の別個のレーザエミッタ1002を伴う2DモノリシックVCSELアレイ1000の実施形態の概略図を図示する。各レーザエミッタ1002は、直径「a」1004の放射開口を有する。各単一のレーザエミッタ1002からの放射は、全放射開口を実質的に充填する。各レーザエミッタ1002は、したがって、放射開口の直径1004に等しい初期直径「a」を伴うレーザビームを発生させる。レーザエミッタ1002は、間隔dx1006を伴って水平方向に一様に離間される。レーザエミッタは、間隔dy1008を伴って垂直方向に一様に離間される。最外レーザの中心から測定されるアレイの全体的サイズは、水平方向に距離Dx1010であり、垂直方向に距離Dy1012である。実際のチップサイズは、距離Dx1010および距離Dy1012よりも寸法がわずかに大きいであろう。種々の実施形態では、エミッタ1002は、円形エミッタ形状以外の種々の形状を伴うビームを生成してもよい。例えば、卵形、正方形、長方形、および種々の独特な形状が、種々の実施形態で実現され得る。レーザが2Dアレイとして配列される実施形態では、レーザの行および列は、マトリクスアドレス指定可能様式で電気的に駆動されることができる。
本教示のいくつかの実施形態は、図9に示される構成等のレーザあたりの単一の大型開口を伴うVCSELの底部発光高出力アレイを利用する。本教示の他の実施形態は、サブ開口を備える、全体的放射面積を伴うVCSELの上部発光または底部発光高出力アレイを利用する。しかしながら、当業者は、本教示が、上部および底部発光VCSELならびに関連付けられる放射開口のいずれの単一の構成にも限定されないことを理解するであろう。
本明細書に説明されるLIDARシステムの構成単位としての2D VCSELアレイの使用は、伝送機のための小さい物理的サイズを可能にするプラットフォームを確立する。256個の高出力の個々のレーザを伴う典型的2Dアレイが、約4mm×4mmのモノリシックチップを用いて可能であろう。レーザ2Dアレイは、次いで、例えば、実施例として、マイクロレンズアレイ、<20mmの寸法の共有レンズ、または20mmの最大寸法の回折光学系の使用を通して、物理的寸法を可能な限り小さく保つように選定される光学系とともに、使用される。
図11は、モジュールあたり単一の伝送機および単一の受信機を含む、本教示によるモジュール式LIDARシステム1100の実施形態の概略図を図示する。伝送機、受信機、およびコントローラは、物理的に別個のモジュール1102、1104、1106、1108である。2つの伝送機モジュール1102、1104、受信機モジュール1106、およびコントローラモジュール1108が存在する。接続1110が、電力の提供、およびコントローラモジュール1108と他のモジュール1102、1104、1106との間の通信のために、モジュール1102、1104、1106、1108の間に存在する。モジュール1102、1104、1106、1108の間の通信は、光学的に、または電気的にのいずれかで生じ得、それらは、イーサネット(登録商標)または他の種々の他の通信プロトコルを含む、種々の通信プロトコルを使用してもよい。伝送機および受信機モジュール1102、1104、1106への電力は、示されるようにコントローラモジュール1108を通して供給され得る、または別個に供給されることができる。モジュール式LIDARシステム1100は、2つだけの伝送機モジュール1102、1104と、単一の受信機モジュール1106とを含む、比較的に単純な構成である。他の実施形態では、単一のコントローラモジュール1108が、1つ以上の伝送機および/または1つ以上の受信機を制御するために使用される。
図12は、図11に関連して説明されるモジュール式LIDARシステム1100によって発生される例示的複合視野1200の実施形態を図示する。図11および12の両方を参照すると、一方の伝送機モジュール1102に関する視野1202を表す領域、および他方の伝送機モジュール1104に関する視野1204を表す領域が存在する。前述で説明されたように、各伝送機モジュール1102、1104は、より微細な角度測定分解能を生成するために、視野内で実質的に重複される少なくとも2つの2Dレーザアレイを使用する。第1のアレイからの個々のレーザ要素に関する視野は、円1206によって図示される。第2のアレイからの個々のレーザ要素に関する視野は、正方形1208によって図示される。図に示されるように、各伝送モジュール1102、1104に、256個のレーザの2つの16×16アレイが存在する。それらは、対応する円1206および正方形1208の密接に充塞されたアレイによって示される、実質的に重複した視野を生成する。両方のモジュール1102、1104のための二重アレイ構成は、本実施形態では同一である。また、対応する伝送機に関する視野1202、1204は、標的範囲において並んで位置するように構成される。
2つの伝送機の全複合視野は、1,024個のレーザ視野で構成される。いくつかの実施形態では、第1の伝送モジュール1102および第2の伝送モジュール1104内のレーザアレイの放射波長は、同一ではない。また、いくつかの実施形態では、単一の伝送機モジュール1102、1104内のレーザ波長も、同一ではない。例えば、各レーザアレイは、異なる波長において放射してもよい。本構成では、円1206によって表されるレーザ視野は、正方形1208によって表されるレーザ視野と波長が異なり得る。一般に、アレイまたはモジュールのいずれの内側の波長の数および分布への限界も存在しない。異なるレーザ波長の数および位置は、測定標的範囲における視野への所望の影響に基づいて選定される。複合視野1200に関して、単一の受信機モジュールの視野が、組み合わせられた伝送機視野1202、1204の視野よりもわずかに大きい、鎖線のボックス1210によって示される。いくつかの実施形態では、受信機視野1210は、アレイとして構成される、複数の検出器からの複数の検出器視野を備える。典型的には、伝送機視野1202、1204よりもわずかに大きい受信機視野1210を有し、受信機および伝送機視野の整合を単純化することが所望される。
コントローラモジュール1108は、光学クロストークを最小限にするための2つの伝送機モジュール1102、1104の動作、ならびに眼に安全な動作のための屈折力レベルを管理する。コントローラモジュール1108はまた、いくつかの実施形態では、検出器の少なくとも1つの2Dアレイを使用し、他の実施形態では、検出器の複数の2Dアレイを使用する、受信機モジュール1106も管理する。種々の検出器アレイの数および位置は、標的範囲において特定の受信視野を達成するように選定される。例えば、2つの波長が、使用される場合には、受信機は、波長毎に1つずつ、検出器の2つの別個の2Dアレイを有することができる。
一般に、本教示の伝送機モジュールは、複数のレーザエミッタを含む。各レーザエミッタは、標的範囲における特定のエミッタ視野を照明するように位置付けられる。種々の実施形態では、複数のエミッタは、種々のパターンで位置付けられる。例えば、複数のエミッタは、垂直および/または水平方向にエミッタの間に特定の間隔を伴う1ならびに/もしくは2次元アレイであり得る。本発明の中心となるものは、個々のエミッタおよび/またはエミッタの群が、標的範囲における特定のエミッタ視野を照明するように位置付けられるという事実である。本情報は、典型的には、コントローラによって把握され、個々のエミッタおよび/またはエミッタの群の通電を制御することによって、標的範囲における特定の視野内で照明を生成するために使用される。任意の特定の時間においてコントローラからの信号に基づいて照明される、特定の伝送機に含有される1つ以上のエミッタ視野の視野は、伝送機視野と称される。
一般に、本教示の受信機モジュールは、複数の検出器要素を含む。各検出器要素は、標的範囲における特定の検出器視野から光を検出するように位置付けられる。種々の実施形態では、複数の検出器は、種々のパターンで位置付けられる。例えば、複数の検出器は、垂直および/または水平方向に検出器の間に特定の間隔を伴う1ならびに/もしくは2次元アレイであってもよい。本教示の一側面は、個々の検出器および/または検出器の群が、標的範囲における特定の検出視野から光を検出するように位置付けられ得るという事実である。視野についての本情報は、コントローラによって把握されることができ、選択された検出器が、1つまたは複数のアクティブ化された検出器の視野内の標的範囲から反射される光を検出するためにアクティブ化されるように、検出器/受信機を制御することによって、標的範囲における特定の視野から照明を検出するために使用される。任意の特定の時間においてコントローラからの信号に基づいて検出するようにアクティブ化される、特定の受信機に含有される1つ以上の検出器視野の視野は、受信機視野と称される。
コントローラは、いくつかの公知の制御機構のうちのいずれかによって、特定の検出器のアクティブ化を制御してもよい。例えば、制御可能な開口が、受信機視野内の1つ以上の検出器視野のアクティブ化を制御するために使用されてもよい。個々の検出器バイアスもまた、受信視野内の個々の検出器視野のアクティブ化を制御するように制御されることができる。
異なる伝送機および/または異なる受信機の間の重複領域が、多くの場合、特定の複合視野を横断して物体の連続追跡を提供するように、システムの中に設計される。例えば、各伝送機のエミッタの視野のうちの少なくともいくつかが、ある程度重複するときに、連続複合視野が、2つの伝送機によって提供される。さらに、少なくとも1つの検出器視野が、重複したエミッタ視野と重複されるときに、連続伝送・受信複合視野が、提供される。2つの受信機からの少なくともいくつかの個々の検出器視野の重複もまた、2つの異なる受信機を横断して連続複合受信視野を提供するために使用される。
重複領域では、コントローラが、システムから性能目標を達成するために使用される。例えば、コントローラは、2つの重複した伝送機のそれぞれからの1つだけのエミッタが、標的範囲における物体から反射されたときに、特定の光検出および測距測定の間に複数の光学検出器のうちの1つによって検出される、光ビームを発生させるように、標的範囲において重複する視野を伴う光ビームを発生させる、選択されたエミッタを通電させることを制御することができる。これは、特に、同一の波長において動作するそれらの伝送機のクロストークを排除する、または実質的に低減させる。
本教示の1つの特徴は、エミッタおよび検出器の制御が、モジュール式LIDARシステムの性能をサポートするために使用され得ることである。コントローラは、種々のFOV位置についての情報、ならびに個々のレーザエミッタおよびレーザエミッタの群の通電を制御し、個々の検出器のアクティブ化を制御する能力を有する。知識は、個々の伝送機および/または受信機を超えて拡張し、全ての接続されたモジュールを含むことができる。したがって、コントローラは、全ての接続された伝送、受信、および/または伝送/受信モジュールから、任意の特定の時間において、ならびに/もしくは標的範囲における任意の所望の測定シーケンスに関して、特定の伝送機視野および特定の受信機視野を提供することができる。異なる波長が、単一の伝送機内で、または複数の伝送機を横断して使用される場合、複数の波長に関する伝送および検出の詳細は、典型的には、コントローラによって把握され、また、能動的に管理される。
本教示のLIDARシステムのいくつかの実施形態では、受信機は、別個に異なる波長を検出することができる。これらの実施形態では、レーザエミッタは、重複する視野内で同時に通電され、それによって、図8Bに関連して説明されるように、同時測定および角分解能の改良を可能にすることができる。本教示の一側面は、特定のエミッタの通電および特定の検出器のアクティブ化を制御する能力を有するコントローラを伴ってLIDARシステムを制御することが、システムのいくつかの重要な性能パラメータに対する制御を設計者に提供するという認識である。例えば、コントローラは、標的範囲における照明が、特定の開口サイズ内の屈折力に関する眼に安全な最大許容露光量(MPE)を超えないように、伝送機野の通電を制御するように構成されることができる。最大許容露光量は、例えば、眼の安全性規格によって定義される開口内の屈折力の総和が、過剰に高いように、2つ以上のエミッタ視野が重複する場合に、超えられ得る。
コントローラはまた、1対1の対応が、通電されたエミッタと検出するように構成される検出器との間で維持されるように、伝送機エミッタおよび受信機検出器を制御するように構成されることもできる。コントローラは、1対1の対応が、エミッタの群からの通電された伝送機視野と検出するように構成される検出器の群からの受信機視野との間で維持されるように、伝送機エミッタおよび受信機検出器を制御することができる。コントローラはまた、エミッタの通電および/または検出器の検出を制御し、測定クロストークを低減させること等の種々の性能メトリックを改良するように構成されることもできる。例えば、測定クロストークは、1つを上回るエミッタの視野が検出器および/または受信機視野と重複するときに、生じ得る。これらの重複領域は、多くの場合、複合視野を横断して物体の連続追跡を提供するように、システムの中に設計される。すなわち、各伝送機のエミッタの視野のうちの少なくともいくつかが、ある程度重複するときに、連続複合視野が、2つの伝送機によって提供される。さらに、少なくとも1つの検出器視野が、エミッタ視野と重複される。一般に、2つの受信機からの少なくともいくつかの個々の検出器視野の重複もまた、2つの異なる受信機を横断して連続複合視野を提供するために使用される。
加えて、コントローラは、エミッタの通電および/または検出器のアクティブ化を制御し、標的範囲において所望ならびに/もしくは種々の角分解能を生成するように構成されることができる。コントローラはまた、エミッタの通電および/または検出器のアクティブ化を制御し、複合視野を横断して物体を追跡するように構成されることもできる。複合視野は、1つ以上の伝送機、1つ以上の受信機、および/またはモジュール式LIDARシステムからの1つ以上のモジュールによって提供されることができる。
本教示による、LIDARシステム設計へのモジュール式アプローチの1つの特徴は、種々のモジュールを自律走行車の中に容易に統合する能力である。図13は、本教示による、モジュール式LIDARシステム1300の実施形態と統合された自律走行車を図示する。3つの受信機モジュール1302、1304、1306が、車1306の屋根の近傍に描写される。8つの伝送機モジュール1310、1312、1314、1316、1318、1320、1322、1324が、自動車1308のサイドミラー、ヘッドライト、およびグリル等の種々の面積内に位置して示される。コントローラモジュール1326は、自動車1308のトランク面積内に別個に位置する。比較的に小型のサイズの複数のモジュールを有する能力は、伝送機の位置特定を可能にし、自動車1308の事実上あらゆる場所内で受信し、これは、車両の中へのシームレスな統合を可能にする。コントローラモジュール1326は、種々の受信機モジュール1302、1304、1306および伝送機モジュール1310、1312、1314、1316、1318、1320、1322、1324の動作を調整し、光学クロストークを最小限にするように、かつ眼の安全性を制御するように作用する。
単一のコントローラモジュール1326の使用はまた、ソリッドステートシステムを用いると、システムが種々の伝送機モジュール1310、1312、1314、1316、1318、1320、1322、1324内のレーザアレイ内の要素のレーザ通電パターンを制御し、着目物体を連続的に測定することができるため、車両の前を横切る物体の円滑な追跡も可能にする。物体が、1つの伝送機視野から次の伝送機視野まで境界を横切るにつれて、コントローラモジュール1326は、伝送機モジュール1310、1312、1314、1316、1318、1320、1322、1324および受信機モジュール1302、1304、1306を協調させ、測定においていずれの相違も防止することができる。本明細書に説明されるモジュール式設計はまた、物理的サイズが比較的に小型であるため、異なるタイプの車両の中に統合することがより容易である。より多くの空間を占有する、より大型の単一のユニットを伴う公知のLIDARシステムは、図5に関連して説明されるシステムに示されるように車両の外部に位置する必要があり得る。明確なこととして、図5に関連して説明される自動車は、機械的回転LIDARを伴う大型ルーフラックを有する必要性によって、魅力的ではない様式で外見上影響を受け、自動車の効率に影響を及ぼす望ましくない空気流動態を有するであろう。
本教示のモジュール式LIDARシステムの1つの特徴は、伝送機要素と受信機要素との間の電気クロストークを最小限にする能力である。自動車用LIDARのために使用されるレーザは、典型的には、比較的に高出力であり、眼の安全性の限界において動作し、多くの場合、光学パルスを発生させるために大きい電気駆動パルス電流を要求する。伝送機からの電気信号は、受信回路に電磁的に結合することを可能にされた場合、誤った帰還信号を提供し得る、過剰な雑音を生成し得る。これは、異なる波長を使用して1つを上回るレーザパルスを通電させる能力を有する、LIDARシステムの場合、特に困難な問題である。これらのシステム構成では、任意の特定の伝送レーザの通電時間は、受信機タイミングから完全に独立し得る。本教示のモジュール式LIDARシステムは、伝送および受信信号を分離し、いずれの電気クロストーク懸念も実質的に軽減することができる。本分離はまた、EMI放射を改良するために使用されることもできる。
図14は、モジュールあたり複数の伝送機を含む、本教示によるモジュール式LIDARシステム1400の実施形態の概略図を図示する。図14では、1つのモジュール式ユニット1402、1404は、いくつかの伝送機1406および単一の受信機1408を含有する。コントローラモジュール1410は、別個のモジュールである。接続が、電力の提供のため、かつ通信のためのケーブル1412を使用して、モジュールの間に存在する。モジュール1402、1404、1410の間の通信は、光学的に、または電気的にのいずれかで、イーサネット(登録商標)または他の通信プロトコルを含む、種々の通信プロトコルで生じ得る。伝送/受信モジュールへの電力が、示されるようにコントローラモジュール1410を通して、または別個に供給され得る。
図15は、図14のモジュール式LIDARシステム1400によって発生される複合視野1500の実施形態を図示する。図14および15の両方を参照すると、伝送/受信モジュール1402のために発生される視野1502および伝送/受信モジュール1404のために発生される視野1504が存在する。これらの視野1502、1504はそれぞれ、各モジュール1402、1404内の2つの伝送機毎の伝送視野1506、1508、1510、1512と、各モジュール1402、1404内の受信機毎の受信視野1514、1516とを含む。モジュール1402、1404毎の伝送/受信視野1502、1504は、図12に示されるものと公称上同一であり、実質的に重複される1,024個のレーザ毎に視野を含む。複合視野は、したがって、2,048個のレーザ毎に視野を有する。2つのモジュール1402、1404の視野1500は、1つの個々のユニットに関して水平方向に全視野の正確に2倍を提供するように配列されている。種々の実施形態では、2つの伝送/受信モジュールの波長は、同一であり得る、または異なり得る。当業者は、本教示がシステムによって採用される波長の数によって限定されないことを理解するであろう。コントローラモジュール1410は、両方の伝送・受信モジュール1402、1404を動作させ、モジュールの間の光学クロストークを最小限にするように、また、伝送アレイに関するレーザ駆動通電パターンを制御することによって眼の安全性を維持するように作用する。
本教示のモジュール式LIDARシステムの1つの特徴は、複合視野が視野を横断して物体の連続追跡を可能にするように設計されることである。図15に関連して説明される複合視野1500を参照すると、連続追跡の利点は、伝送視野1506、1508、1510、1512の間に間隙が存在しないことである。しかしながら、受信視野1514、1516に重複が存在する。これは、受信視野1514、1516の両方が両方の伝送視野1508、1510から光を検出し得る、重複領域1518を生成する。コントローラモジュール1410は、最小限のクロストークのみが存在するように、重複領域1518内で光を生成する、伝送アレイ内の特定のレーザの通電を管理するために使用される。その結果として、伝送視野1510内で生成されるレーザ光は、受信視野1514内で最小限にされる。また、伝送視野1508からのレーザ光は、受信視野1516内で最小限にされる。加えて、コントローラモジュール1410は、複合視野1500内のピーク電力が、眼に安全な閾値電力を決して超えないように、伝送機アレイ内の特定のレーザを通電させることを管理する。加えて、コントローラは、伝送/受信モジュール1402内の第1の伝送機および伝送/受信モジュール1404内の第2の伝送機のうちの1つのみが、標的範囲における物体から反射されたときに、特定の光検出および測距測定の間に第1および第2の伝送/受信モジュール1402、1404のうちの1つの中の複数の光学検出器のうちの1つによって検出される、光ビームを発生させるように、標的範囲において重複領域1518を伴う光ビームを発生させる、伝送機アレイ内の特定のレーザを通電させることを制御する。
図16は、自律走行車1602の中に統合される、本教示によるモジュール式LIDARシステム1600の実施形態を図示する。図16は、モジュール式伝送/受信モジュール1604、1606、1608が自動車1602上に位置付けられ得る方法を示す。2つの伝送/受信モジュール1604、1606が、屋根1610,の近くに設置される一方で、単一のモジュール1606は、車1602のグリル1612内に設置される。コントローラモジュール1614は、車1602のトランク内にある。本配列は、公知の大型機械的回転LIDARシステムと比較して、種々の車両の中へのより容易な統合を可能にする。
本教示の1つの特徴は、伝送、受信、および/または伝送/受信モジュールが、必ずしもコントローラモジュールと別個にパッケージ化される必要がないことである。したがって、伝送、受信、および/または伝送/受信モジュール、ならびにコントローラモジュールは、物理的に異なる場所に位置する必要はない。図17は、共同設置コントローラモジュール1702を伴う、本教示のモジュール式LIDARシステム1700の実施形態の概略図を図示する。単一のエンクロージャ1704が、単一のコントローラモジュール1702とともに伝送/受信モジュール1706、1708、1710、1712、1714、1716のセットを群化するために使用される。例えば、セミトレーラトラックまたはごみ収集車等の大型車両の場合、単一の共通エンクロージャ1704とモジュール式システムを併用することが所望され得る。そのような共通エンクロージャ1704は、環境因子への付加的堅牢性を提供し得る。
図18は、図17のモジュール式LIDARシステム1700によって発生される複合視野1800の実施形態を図示する。図17および18の両方を参照すると、各伝送/受信モジュール1706、1708、1710、1712、1714、1716は、対応する受信視野1802、1804、1806、1808、1810、1812と、2つの対応する伝送視野1814、1816、1818、1820、1822、1824、1826、1828、1830、1832、1834、1836とを有する。伝送/受信モジュール1706、1708、1710、1712、1714、1716は、それぞれ256個のレーザを伴う24個の2Dレーザアレイを使用する。図18は、受信機視野1802、1804、1806、1808、1810、1812内に複数の重複が存在することを図示する。受信視野1802、1804、1806、1808、1810、1812は、重複を図示することに役立つように、異なる線タイプを用いて示される。本構成では、伝送視野の間の複数の縁または重複領域は、光学クロストークを回避するため、また、眼の安全性を確実にするために、管理される必要がある。コントローラモジュール1702は、全ての伝送/受信モジュール1706、1708、1710、1712、1714、1716を動作させ、安全性および性能仕様が満たされていることを確実にするとともに、複合視野1800内の物体の追跡のような機能の最適化を可能にする。
図19は、2つの別個の受信機1902、1904および2つの別個の伝送機1906、1908を伴う、本教示によるモジュール式LIDARシステムを備える、動作シナリオ1900の実施形態を図示する。本動作シナリオ1900では、2つの受信機1902、1904はそれぞれ、30°に等しい全体的視野を有し、被覆に間隙がないことを確実にするために、それらの視野にある程度の重複を有するように構成される。これは、例えば、歩行者1910、1912、1914の連続追跡を可能にする。2つの別個の伝送機1906、1908はそれぞれ、複数のレーザを含有する。各伝送機からの2対の鎖線1916、1918、1920、1922は、各伝送機内の2つのレーザの投影角を示す。2つのレーザは、歩行者1910、1912、1914に対応するように選定される。歩行者#1 1910のみが、伝送機#1 1906および受信機#1 1902の視野内にある。歩行者#3 1914のみが、伝送機#2 1908および受信機#2 1904の視野内にある。しかしながら、歩行者#2 1912は、両方の伝送機1906、1908および両方の受信機1902、1904の視野内にある。
両方の受信機1902、1904は、検出器のアレイを使用する。検出器のアレイ内の各検出器は、全体的受信機視野のサブセットである視野を有する。例えば、図7Bおよび関連付けられる説明を参照されたい。示される動作シナリオ1900では、各受信機の視野は、それぞれ10°の視野を伴う3つの区分に分割されたものとして図示される。受信機#1 1902に関して、これらは、領域1A1924、1B1926、および1C1928である。受信機#2 1904に関して、これらは、領域2A1930、2B1932、および2C1934である。水平面内の一様な寸法の3要素検出器アレイが、いずれかの受信機1902、1904に関する視野1924、1926、1928、1930、1932、1934に対応するであろう。動作シナリオ1900は、簡単にするために描かれ、検出器アレイサイズは、個々の検出器あたりより小さい視野を有するために、実際の実践ではより大型であり得ることを理解されたい。各検出器の視野は、参考として一意に標識される(1A、1B、1C、2A、2B、2C)。
単一のコントローラ1938が、両方の受信機1902、1904および両方の伝送機1906、1908を制御するために使用されることができる。図19に示される動作シナリオ1900は、歩行者#1が、受信機#1のみによって見られるが、両方の検出器1Aおよび1Bによって見られることを図示する。歩行者#2は、検出器1Cおよび検出器2Aの視野が実質的な重複を有するため、両方の受信機#1および受信機#2によって見られることができる。重複は、対角線上に斜線の入った領域1936によって示される。コントローラ1938は、両方の受信機1902、1904に関する検出器要素に対応する、特定の視野1924、1926、1928、1930、1932、1934の知識を有し、したがって、本重複の領域の知識を有する。コントローラ1938はまた、伝送機#1 1906内および伝送機#2 1908内のレーザの投影角1916、1918、1920、1922の知識も有し、したがって、各伝送機1906、1908内の各レーザからの反射パルスを測定するために範囲距離が使用され得る、検出器を算出することができる。
コントローラ1938は、2つの伝送機1906、1908内のレーザに関するレーザ通電パターンを設定し、帰還信号パルスを測定するための全ての可能性として考えられる受信機1902、1904内の検出器または検出器の組み合わせを選択する。各レーザおよび範囲を測定するための最適な検出器の選択のための典型的基準は、最大受信信号電力または最高SNRを含み得る。コントローラ1938が、2つの受信機1902、1904内の検出器の間の重複領域1936内の通電パターンを制御しない場合、誤った測定をもたらす光学クロストークの可能性が存在する。例えば、歩行者#2 1912は、伝送機1906、1908のいずれかを使用して測定されることができる。コントローラ1938が、歩行者#2 1912における伝送機#1 1906からパルスを通電し、そのパルスが受信機1902、1904によって測定される前に、伝送機#2 1908から第2のパルスを通電した場合には、両方のパルスが、単一の測定の間に単一の検出器において観察されるであろう。これは、距離の誤差および/または誤った物体が検出されることをもたらすであろう。コントローラ1938は、その選定された検出器の視野内で、単一の測定の間にレーザと検出器との間の厳密な1対1のマッピングを維持するように、通電パターンを制御する。これは、モジュール式LIDARシステム内の光学クロストークおよび測定の誤差を防止する。
図20は、本教示のコントローラ2002の実施形態のブロック図2000を図示する。簡単にするために、コントローラ2002が、2つの受信機2004、2006および2つの伝送機2008、2010と通信して示されるが、実際の使用時には、任意の数の受信機およびコントローラが、存在し得る。コントローラ2002は、情報の種々のセットを記憶させ、利用可能にする。本情報は、設定/較正の間に決定される、および/またはシステムの動作の間に更新されることができる。本情報は、システム制約2012を含む。例えば、システム制約は、単一のレーザに関する最大デューティサイクルと、システム動作への眼の安全性の制約と、他のタイプの制約とを含むことができる。また、対応する伝送機に対する各レーザの投影角および原点を含む、レーザデータ2014も存在する。加えて、各検出器の視野およびその対応する受信機に対する各検出器の原点を含む、検出器データ2016が存在する。さらに、コントローラ2002は、システム位置情報2018、例えば、ある大域的原点および/または軸に対するシステム内の各伝送機および受信機モジュールの位置についての情報を有する。
コントローラ2002は、付加的入力として受信機からのTOF測定情報を利用し、レーザ選択および通電パターンアルゴリズム/プロセスを決定することができる。TOF算出が、光学受信機と同一の物理的ユニット内で実施されることができる、または他の場所で実施されることができる。
コントローラ2002は、レーザ選択および通電パターンを制御するアルゴリズムを実行する。これは、ソリッドステートシステムであるため、多くのタイプの通電および走査パターンが、視野内で可能である。本教示による方法の一実施形態では、コントローラ2002は、伝送機毎に発射されるべきレーザを選択する第1のステップ2020を実行する。第2のステップ2022では、コントローラは、対応する検出器を選択する。第3のステップ2024では、コントローラは、それらのレーザおよび検出器の視野内の重複をチェックする。誤差および/または光学クロストークをもたらし得る重複が存在しない場合、コントローラは、レーザが通電される第4のステップ2026に進む。対応する帰還パルスが、受信機#1 2004および/または受信機#2 2006において受信される。重複が存在する場合には、コントローラ2002は、第1のステップ2020に戻るように進み、それに応じて通電させるレーザの新しいセットを選定し、所望の重複条件に適応するように、要求に応じて通電パターンを調節する。帰還パルスが、受信機#1 2004および/または受信機#2 2006において受信された後、TOF分析2028が、実施される。分析2028の結果は、次に進める通電パターンを決定するために、ステップ1 2020で使用されることができる。
(均等物)
(均等物)
本出願者の教示は、種々の実施形態と併せて説明されるが、本出願者の教示がそのような実施形態に限定されることは意図されない。対照的に、本出願者の教示は、当業者によって理解されるであろうように、本教示の精神および範囲から逸脱することなくそれに行われ得る、種々の代替物、修正、および均等物を包含する。
Claims (44)
- モジュール式光検出および測距(LIDAR)システムであって、
a)複数の第1のエミッタを備える第1の光学伝送機であって、前記複数の第1のエミッタはそれぞれ、通電されたときに、標的範囲に視野(FOV)を伴う光ビームを発生させるように位置付けられる、第1の光学伝送機と、
b)複数の第2のエミッタを備える第2の光学伝送機であって、前記複数の第2のエミッタはそれぞれ、通電されたときに、前記標的範囲に視野を伴う光ビームを発生させるように位置付けられ、前記第1および第2の光学伝送機は、通電されたときに前記第1および第2の光学伝送機によって発生される前記光ビームのうちの少なくともいくつかの視野が、前記標的範囲において重複するように、相互に対して位置付けられる、第2の光学伝送機と、
c)複数の光学検出器を備える光学受信機であって、前記複数の光学検出器のうちの個別のものは、前記第1および第2の光学伝送機のうちの少なくとも1つによって発生され、前記標的範囲における前記視野内の標的によって反射される個別の光ビームを検出するように位置付けられる、光学受信機と、
d)前記第1および第2の光学伝送機の個別の制御入力に接続されている第1および第2の出力と、前記光学受信機の制御入力に接続されている第3の出力とを備えるコントローラであって、前記コントローラは、前記標的範囲において重複する前記視野を伴う光ビームを発生させる前記複数の第1のエミッタおよび複数の第2のエミッタのうちの選択されたものを通電させることを制御する制御信号を前記第1および第2の出力において発生させ、前記複数の光学検出器のうちの選択されたものをアクティブ化し、前記標的範囲における物体から反射される光ビームを検出する制御信号を前記第3の出力において発生させる、コントローラと
を備える、モジュール式光検出および測距(LIDAR)システム。 - 前記コントローラは、前記第1および第2の伝送機のうちの1つのみが、前記標的範囲における前記物体から反射されたときに、特定の光検出および測距測定の間に前記複数の光学検出器のうちの1つによって検出される光ビームを発生させるように、前記標的範囲において重複する前記視野を伴う光ビームを発生させる前記複数の第1のエミッタおよび複数の第2のエミッタのうちの選択されたものを通電させることを制御する、請求項1に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- 前記コントローラは、前記標的範囲において重複する視野を伴う光ビームに起因するクロストークが低減されるように、前記標的範囲において重複する視野を伴う光ビームを発生させる前記複数の第1のエミッタおよび複数の第2のエミッタのうちの選択されたものを通電させることを制御する、請求項1に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- 前記コントローラは、前記標的範囲において重複する視野を伴う光ビームに起因するクロストークが最小限にされるように、前記標的範囲において重複する視野を伴う光ビームを発生させる前記複数の第1のエミッタおよび複数の第2のエミッタのうちの選択されたものを通電させることを制御する、請求項1に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- 前記コントローラは、前記標的範囲における開口内の屈折力が、事前決定された量未満であるように、前記標的範囲において重複する視野を伴う光ビームを発生させる前記複数の第1のエミッタおよび複数の第2のエミッタのうちの選択されたものを通電させることを制御する制御信号を前記第1および第2の出力において発生させる、請求項1に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- 前記事前決定された量は、最大許容露光量(MPE)未満である、請求項5に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- a)複数の光学検出器を備える第2の光学受信機であって、前記第2の光学受信機内の前記複数の光学検出器のうちの個別のものは、前記第1および第2の光学伝送機のうちの少なくとも1つによって発生され、前記標的範囲における前記視野内の前記標的によって反射される個別の光ビームを検出するように位置付けられる、第2の光学受信機と、
b)前記第2の光学受信機の制御入力に接続されている第4の出力をさらに備える前記コントローラであって、前記コントローラは、前記第2の光学受信機内の前記複数の光学検出器のうちの選択されたものをアクティブ化し、前記標的範囲における前記物体から反射される光ビームを検出する制御信号を前記第4の出力において発生させる、前記コントローラと
をさらに備え、
前記コントローラは、前記第1の光学受信機内の前記複数の光学検出器または前記第2の光学受信機内の前記複数の光学検出器のいずれかのうちの選択されたもののみが、一度に前記標的範囲における前記物体から反射される光ビームを検出するように、制御信号を前記第3および第4の出力において発生させる、
請求項1に記載のモジュール式光検出および測距システム。 - 前記第1および第2の光学伝送機は、単一のエンクロージャ内に収納される、請求項1に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- 前記第1および第2の光学伝送機は、物理的に別個のエンクロージャ内に収納される、請求項1に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- 前記光学受信機は、前記第1および第2の光学伝送機を収納するエンクロージャから物理的に分離しているエンクロージャ内に収納される、請求項1に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- 前記第1および第2の光学伝送機ならびに前記光学受信機のうちの少なくとも1つは、同一のエンクロージャ内に収納される、請求項1に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- 前記第1および第2の光学伝送機、前記光学受信機、ならびに前記コントローラのうちの少なくとも1つは、同一のエンクロージャ内に収納される、請求項1に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- 前記光学受信機内の前記複数の光学検出器は、2次元アレイを備える、請求項1に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- 前記第1の光学伝送機内の前記複数の第1のエミッタは、エミッタの2次元アレイを備える、請求項1に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- 前記エミッタの2次元アレイは、エミッタのマトリクスアドレス指定可能アレイを備える、請求項14に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- 前記第1の光学伝送機内の前記複数の第1のエミッタは、エミッタの第1および第2の2次元アレイを備える、請求項1に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- 前記エミッタの第1および第2の2次元アレイは、交互配置された視野を伴う光ビームを発生させる、請求項16に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- 前記第1の光学伝送機内の前記複数の第1のエミッタは、VCSELアレイを備える、請求項1に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- 前記複数の第1のエミッタは、第1の波長における光ビームを発生させ、前記複数の第2のエミッタは、第2の波長における光ビームを発生させる、請求項1に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- 前記複数の第1のエミッタのうちの少なくとも2つは、異なる波長における光ビームを発生させる、請求項1に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- 前記コントローラは、前記第1および第2の光学伝送機の相対位置に基づいて、前記複数の第1のエミッタおよび複数の第2のエミッタのうちの選択されたものを通電させることを制御する前記制御信号を前記第1および第2の出力において発生させる、請求項1に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- 前記コントローラは、前記複数の第1のエミッタおよび複数の第2のエミッタのうちの選択されたものを通電させることを制御する制御信号を前記第1、第2、および第3の出力において発生させ、前記第1の光学伝送機、前記第2の光学伝送機、および前記光学受信機の相対位置に基づいて、前記複数の光学検出器のうちの選択されたもののアクティブ化を制御する、請求項1に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- モジュール式光検出および測距(LIDAR)システムであって、
a)第1の光学伝送機であって、前記第1の光学伝送機は、通電されたときに、標的範囲に交互配置された視野を伴う光ビームの第1および第2のアレイを発生させるエミッタの第1および第2の2次元アレイを備える、第1の光学伝送機と、
b)第2の光学伝送機であって、前記第2の光学伝送機は、通電されたときに、前記標的範囲に交互配置された視野を伴う光ビームの第1および第2のアレイを発生させるエミッタの第1および第2の2次元アレイを備え、前記第1および第2の光学伝送機は、通電されたときに前記第1の光学伝送機によって発生される前記光ビームの第1および第2のアレイ内の前記光ビームのうちの少なくともいくつか、および通電されたときに前記第2の光学伝送機によって発生される前記光ビームの第1および第2のアレイ内の前記光ビームのうちの少なくともいくつかが、前記標的範囲において重複するように、位置付けられる、第2の光学伝送機と、
c)複数の光学検出器を備える光学受信機であって、前記複数の光学検出器のうちの個別のものは、前記第1および第2の光学伝送機のうちの少なくとも1つによって発生され、前記標的範囲における前記視野内の標的によって反射される個別の光ビームを検出するように位置付けられる、光学受信機と、
d)コントローラであって、前記コントローラは、前記第1および第2の光学伝送機の個別の制御入力に接続されている第1および第2の出力と、前記光学受信機の制御入力に接続されている第3の出力とを備え、前記コントローラは、通電されたときに、前記標的範囲に交互配置された視野を伴う前記光ビームの第1および第2のアレイを発生させる前記第1および第2の光学伝送機の両方の中の前記エミッタの第1および第2の2次元アレイ内の前記エミッタのうちの選択されたものを通電させることを制御する制御信号を前記第1および第2の出力において発生させ、前記複数の光学検出器のうちの選択されたものをアクティブ化し、前記標的範囲における物体から反射される光ビームを検出する制御信号を前記第3の出力において発生させる、コントローラと
を備える、モジュール式光検出および測距(LIDAR)システム。 - 前記第1および第2の光学伝送機のうちの少なくとも1つの前記第1および第2のアレイの相対位置は、前記モジュール式光検出および測距システムの所望の角分解能を提供するように選択される、請求項23に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- 前記エミッタの第1の2次元アレイの波長は、前記第1および第2の光学伝送機のうちの少なくとも1つの中の前記エミッタの第2の2次元アレイの波長と異なる、請求項23に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- 前記コントローラは、前記第1および第2の伝送機のうちの1つのみが、前記標的範囲における前記物体から反射されたときに、特定の光検出および測距測定の間に前記複数の光学検出器のうちの1つによって検出される光ビームを発生させるように、通電されたときに、前記標的範囲に交互配置された視野を伴う前記光ビームの第1および第2のアレイを発生させる前記第1および第2の光学伝送機の両方の中の前記エミッタの第1および第2の2次元アレイ内の前記エミッタのうちの選択されたものを通電させることを制御する、請求項23に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- 前記コントローラは、前記標的範囲において重複する視野を伴う光ビームに起因するクロストークが低減されるように、通電されたときに、前記標的範囲に交互配置された視野を伴う前記光ビームの第1および第2のアレイを発生させる前記第1および第2の光学伝送機の両方の中の前記エミッタの第1および第2の2次元アレイ内の前記エミッタのうちの選択されたものを通電させることを制御する、請求項23に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- 前記コントローラは、前記標的範囲において重複する視野を伴う光ビームに起因するクロストークが最小限にされるように、通電されたときに、前記標的範囲に交互配置された視野を伴う前記光ビームの第1および第2のアレイを発生させる前記第1および第2の光学伝送機の両方の中の前記エミッタの第1および第2の2次元アレイ内の前記エミッタのうちの選択されたものを通電させることを制御する、請求項23に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- 前記コントローラは、前記標的範囲における開口内の屈折力が、事前決定された量未満であるように、通電されたときに、前記標的範囲に交互配置された視野を伴う前記光ビームの第1および第2のアレイを発生させる前記第1および第2の光学伝送機の両方の中の前記エミッタの第1および第2の2次元アレイ内の前記エミッタのうちの選択されたものを通電させることを制御する、請求項23に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- 前記事前決定された量は、最大許容露光量(MPE)未満である、請求項29に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- a)複数の光学検出器を備える第2の光学受信機であって、前記複数の光学検出器のうちの個別のものは、前記第1および第2の光学伝送機のうちの少なくとも1つによって発生され、前記標的範囲における前記視野内の前記標的によって反射される個別の光ビームを検出するように位置付けられる、第2の光学受信機と、
b)前記第2の光学受信機の制御入力に接続されている第4の出力をさらに備える前記コントローラであって、前記コントローラは、前記第2の光学受信機内の前記複数の光学検出器のうちの選択されたものをアクティブ化し、前記標的範囲における前記物体から反射される光ビームを検出する、制御信号を前記第4の出力において発生させる、前記コントローラと
をさらに備え、
前記コントローラは、前記第1の光学受信機内の前記複数の光学検出器または前記第2の光学受信機内の前記複数の光学検出器のいずれかのうちの選択されたもののみが、一度に前記標的範囲における前記物体から反射される光ビームを検出するように、制御信号を前記第3および第4の出力において発生させる、
請求項23に記載のモジュール式光検出および測距システム。 - 前記第1および第2の光学伝送機は、単一のエンクロージャ内に収納される、請求項23に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- 前記第1および第2の光学伝送機は、物理的に別個のエンクロージャ内に収納される、請求項23に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- 前記光学受信機は、前記第1および第2の光学伝送機を収納するエンクロージャから物理的に分離しているエンクロージャ内に収納される、請求項23に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- 前記第1および第2の光学伝送機ならびに前記光学受信機のうちの少なくとも1つは、同一のエンクロージャ内に収納される、請求項23に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- 前記第1および第2の光学伝送機、前記光学受信機、ならびに前記コントローラのうちの少なくとも1つは、同一のエンクロージャ内に収納される、請求項23に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- 前記光学受信機内の前記複数の光学検出器は、2次元アレイを備える、請求項23に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- 前記第1および第2の光学伝送機のうちの少なくとも1つの前記第1および第2の2次元アレイのうちの少なくとも1つは、VCSELアレイを備える、請求項23に記載のモジュール式光検出および測距システム。
- モジュール式光検出および測距(LIDAR)の方法であって、前記方法は、
a)第1の伝送機内の複数の第1のエミッタを用いて、通電されたときに、標的範囲に視野(FOV)を有する複数の光ビームを発生させることと、
b)第2の伝送機内の複数の第2のエミッタを用いて、通電されたときに、前記標的範囲に視野を有する複数の光ビームを発生させることと、
c)通電されたときに、前記第1および第2の光学伝送機によって発生される前記光ビームのうちの少なくともいくつかの視野が、前記標的範囲において重複するように、相互に対して前記第1および第2の光学伝送機を位置付けることと、
d)複数の光学検出器のうちの個別のものが、前記標的範囲における前記視野内の標的によって反射される前記第1および第2の光学伝送機のうちの少なくとも1つによって発生される個別の光ビームを検出するように、複数の光学検出器を位置付けることと、
e)前記標的範囲において重複する視野を伴う光ビームを発生させる前記複数の第1のエミッタおよび複数の第2のエミッタのうちの選択されたものを通電させ、前記複数の光学検出器のうちの選択されたものをアクティブ化し、前記標的範囲における物体から反射される光ビームを検出することと
を含む、方法。 - 前記第1および第2の伝送機のうちの1つのみが、前記標的範囲における前記物体から反射されたときに、特定の光検出および測距測定の間に前記複数の光学検出器のうちの1つによって検出される光ビームを発生させるように、前記標的範囲において重複する前記視野を伴う光ビームを発生させる前記複数の第1のエミッタおよび前記複数の第2のエミッタのうちの選択されたものを通電させることをさらに含む、請求項39に記載のモジュール式LIDARの方法。
- 前記標的範囲において重複する視野を伴う光ビームに起因するクロストークが、低減されるように、前記標的範囲において重複する視野を伴う光ビームを発生させる前記複数の第1のエミッタおよび複数の第2のエミッタのうちの選択されたものを通電させることをさらに含む、請求項39に記載のモジュール式LIDARの方法。
- 特定の眼に安全な測定開口内の屈折力が、事前決定された量未満であるように、前記標的範囲において重複する視野を伴う光ビームを発生させる前記複数の第1のエミッタおよび複数の第2のエミッタのうちの選択されたものを通電させることをさらに含む、請求項39に記載のモジュール式LIDARの方法。
- 前記第1のエミッタによって発生される前記複数の光ビームは、第1の波長を有し、前記第2のエミッタによって発生される前記複数の光ビームは、第2の波長を有する、請求項39に記載のモジュール式LIDARの方法。
- 前記複数の第1のエミッタのうちの少なくとも2つは、異なる波長における光ビームを発生させる、請求項39に記載のモジュール式LIDARの方法。
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Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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WO2023135943A1 (ja) * | 2022-01-17 | 2023-07-20 | 株式会社小糸製作所 | 測定装置 |
US11740331B2 (en) | 2017-07-28 | 2023-08-29 | OPSYS Tech Ltd. | VCSEL array LIDAR transmitter with small angular divergence |
US11762068B2 (en) | 2016-04-22 | 2023-09-19 | OPSYS Tech Ltd. | Multi-wavelength LIDAR system |
US11802943B2 (en) | 2017-11-15 | 2023-10-31 | OPSYS Tech Ltd. | Noise adaptive solid-state LIDAR system |
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WO2024047697A1 (ja) * | 2022-08-29 | 2024-03-07 | 富士通株式会社 | センサシステム、マスタ装置、及びスレーブ装置 |
US11927694B2 (en) | 2017-03-13 | 2024-03-12 | OPSYS Tech Ltd. | Eye-safe scanning LIDAR system |
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KR102220950B1 (ko) * | 2019-07-31 | 2021-02-26 | 엘지전자 주식회사 | 자율 주행 시스템에서 차량을 제어하기 위한 방법 및 장치 |
US11047982B2 (en) * | 2019-08-08 | 2021-06-29 | Neural Propulsion Systems, Inc. | Distributed aperture optical ranging system |
JP2023085576A (ja) * | 2020-04-27 | 2023-06-21 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 測距装置 |
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KR20230150331A (ko) * | 2021-04-08 | 2023-10-30 | 헤사이 테크놀로지 씨오., 엘티디. | 고체 레이저 레이더 및 이를 사용한 탐지 방법 |
US20220350000A1 (en) * | 2021-05-03 | 2022-11-03 | Velodyne Lidar Usa, Inc. | Lidar systems for near-field and far-field detection, and related methods and apparatus |
CN113189609A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-07-30 | 阿波罗智联(北京)科技有限公司 | 基座、路侧传感设备以及智能交通系统 |
CN116008949B (zh) * | 2021-10-22 | 2024-02-27 | 深圳市速腾聚创科技有限公司 | 一种雷达数据处理方法、终端设备及计算机可读存储介质 |
WO2023143983A1 (en) * | 2022-01-25 | 2023-08-03 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Time-of-flight system and method |
WO2023143985A1 (en) * | 2022-01-25 | 2023-08-03 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Wide field-of-view time-of-flight camera and method |
Family Cites Families (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999042856A2 (en) * | 1998-02-19 | 1999-08-26 | Amerigon Inc. | High performance vehicle radar system |
US7209502B2 (en) * | 2004-02-12 | 2007-04-24 | Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Open loop laser power control for optical navigation devices and optical systems |
WO2006083349A2 (en) * | 2004-11-19 | 2006-08-10 | Science & Engineering Services, Inc. | Enhanced portable digital lidar system |
US20090154306A1 (en) * | 2006-06-01 | 2009-06-18 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Optimizing focus crosstalk cancelling |
JP5515445B2 (ja) * | 2009-06-19 | 2014-06-11 | 富士ゼロックス株式会社 | 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置 |
CN101692126B (zh) * | 2009-09-30 | 2012-12-05 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 激光雷达对称分布式光束发射接收方法与装置 |
US9915726B2 (en) * | 2012-03-16 | 2018-03-13 | Continental Advanced Lidar Solutions Us, Llc | Personal LADAR sensor |
US9110169B2 (en) | 2013-03-08 | 2015-08-18 | Advanced Scientific Concepts, Inc. | LADAR enabled impact mitigation system |
WO2014200589A2 (en) * | 2013-03-15 | 2014-12-18 | Leap Motion, Inc. | Determining positional information for an object in space |
US9069080B2 (en) * | 2013-05-24 | 2015-06-30 | Advanced Scientific Concepts, Inc. | Automotive auxiliary ladar sensor |
US9831630B2 (en) * | 2014-02-06 | 2017-11-28 | GM Global Technology Operations LLC | Low cost small size LiDAR for automotive |
US9575184B2 (en) * | 2014-07-03 | 2017-02-21 | Continental Advanced Lidar Solutions Us, Inc. | LADAR sensor for a dense environment |
US10036801B2 (en) * | 2015-03-05 | 2018-07-31 | Big Sky Financial Corporation | Methods and apparatus for increased precision and improved range in a multiple detector LiDAR array |
US9992477B2 (en) * | 2015-09-24 | 2018-06-05 | Ouster, Inc. | Optical system for collecting distance information within a field |
WO2017095817A1 (en) * | 2015-11-30 | 2017-06-08 | Luminar Technologies, Inc. | Lidar system with distributed laser and multiple sensor heads and pulsed laser for lidar system |
US10761195B2 (en) * | 2016-04-22 | 2020-09-01 | OPSYS Tech Ltd. | Multi-wavelength LIDAR system |
US10305247B2 (en) * | 2016-08-30 | 2019-05-28 | Apple Inc. | Radiation source with a small-angle scanning array |
US11899112B2 (en) * | 2017-07-04 | 2024-02-13 | Mitsubishi Electric Corporation | Laser radar device |
-
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Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11762068B2 (en) | 2016-04-22 | 2023-09-19 | OPSYS Tech Ltd. | Multi-wavelength LIDAR system |
US11927694B2 (en) | 2017-03-13 | 2024-03-12 | OPSYS Tech Ltd. | Eye-safe scanning LIDAR system |
US11740331B2 (en) | 2017-07-28 | 2023-08-29 | OPSYS Tech Ltd. | VCSEL array LIDAR transmitter with small angular divergence |
US11802943B2 (en) | 2017-11-15 | 2023-10-31 | OPSYS Tech Ltd. | Noise adaptive solid-state LIDAR system |
US11906663B2 (en) | 2018-04-01 | 2024-02-20 | OPSYS Tech Ltd. | Noise adaptive solid-state LIDAR system |
US11965964B2 (en) | 2019-04-09 | 2024-04-23 | OPSYS Tech Ltd. | Solid-state LIDAR transmitter with laser control |
US11846728B2 (en) | 2019-05-30 | 2023-12-19 | OPSYS Tech Ltd. | Eye-safe long-range LIDAR system using actuator |
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WO2023135943A1 (ja) * | 2022-01-17 | 2023-07-20 | 株式会社小糸製作所 | 測定装置 |
WO2024047697A1 (ja) * | 2022-08-29 | 2024-03-07 | 富士通株式会社 | センサシステム、マスタ装置、及びスレーブ装置 |
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