JP2021535996A - 光検出および測距、すなわち、lidar測定のための同軸設定 - Google Patents
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Abstract
一次光および物体(110)において反射される二次光を使用して物体(110)を測距するためのLIDARシステム(100)は、送信ビーム(210)に沿って、LIDARシステムの走査要素(800)に向けて一次光を放出するように適合されているレーザ(200)であって、走査要素に隣接する送信ビームの少なくとも一部分が中心線(300)を規定する、レーザ(200)と、受信ビーム(500)に沿って二次光を検出するように適合されている検出器(400)であって、受信ビームは、中心線と位置整合される第1の部分(510)と、中心線(300)に対する傾き(530)を有する第2の部分(520)とを含み、受信ビームの第2の部分(520)は、受信ビームの第1の部分(520)と検出器(400)との間にある、検出器(400)と、受信ビームの第1の部分(510)と受信ビームの第2の部分(520)との間で中心線(300)上に位置決めされているセグメント型レンズ(600)であって、セグメント型レンズ(600)は、送信ビームと関連付けられる送信レンズセグメント(610)と、受信ビームと関連付けられる受信レンズセグメント(620)とを含む、セグメント型レンズ(600)とを含み、受信レンズセグメント(620)は、受信ビームを検出器に集束させるように設計されている。【選択図】図1A
Description
様々な実施例は、一般に、光検出および測距、すなわち、LIDARに関する。様々な実施例は、特に、LIDARのための軸外同軸設定に関する。
光検出および測距(LIDAR、レーザ測距すなわちLADARと呼ばれることもある)は、シーンの3D点群を提供することを可能にする。物体を正確に検出することができる。測距が可能である。パルスレーザ光または連続波レーザ光が送信ビームに沿って伝送され、物体における反射の後、受信ビームに沿って検出される。これによって、物体までの距離(z位置)を決定することが可能になる。
物体を探査するために使用される一次光が、光源から発し、物体において反射される二次光が、検出器へと案内される。いわゆる同軸設定は、同軸に位置整合される、一次光のための送信ビームと、二次光のための受信ビームとを使用する。典型的には、これは、送信ビームおよび受信ビーム内に同じ走査要素が配置されることを意味する。同軸設定には、デバイスがコンパクトであることのような利点があるが、光学系の複雑度が増大する。このように複雑度が増大することによって、レーザシステム、検出器および光学機器のような構成要素の複雑度も大きくなり、それにより、ユニットコストが増大し、デバイス体積が増大することになり得る。
米国特許出願公開第2010180722(A1)号から、レンズアセンブリおよび電気光学アセンブリを有する走査LIDARシステムが知られている。レンズアセンブリは、複数の第1の位置へと並進することができ、電気光学アセンブリは、複数の第2の位置へと並進することができる。走査LIDARシステムによって取得されるデータから、決定される飛行時間に基づいて1つまたは複数の物体の三次元画像を決定することができる。
LIDARシステムのための改善された同軸設定が必要とされている。上記の制約および欠点のうちの少なくとも一部を克服または軽減する技法が必要とされている。
この必要は、独立請求項の特徴によって満たされる。従属請求項の特徴は、実施例を規定する。
一次光および物体において反射される二次光を使用して物体を測距するためのLIDARシステムは、送信ビームに沿って、LIDARシステムの走査要素に向けて一次光を放出するように適合されているレーザであって、走査要素に隣接する送信ビームの少なくとも一部分が中心線を規定する、レーザを含む。LIDARシステムは、受信ビームに沿って二次光を検出するように適合されている検出器をさらに含む。受信ビームは、中心線と位置整合される第1の部分と、中心線に対する傾きを有する第2の部分とを含む。受信ビームの第2の部分は、受信ビームの第1の部分と、検出器との間にある。LIDARシステムはまた、受信ビームの第1の部分と受信ビームの第2の部分との間で中心線上に位置決めされる、セグメント型レンズをも含む。セグメント型レンズは、送信ビームと関連付けられる送信レンズセグメントと、受信ビームと関連付けられる受信レンズセグメントとを含む。受信レンズセグメントは、受信ビームを検出器に集束させるように適合される。
走査要素に隣接する送信ビームの部分は、走査要素とレーザとの間の送信ビームの部分であってもよい。
一次光および物体において反射される二次光を使用して物体を測距するためのLIDARシステムは、送信ビームに沿って、LIDARシステムの走査要素に向けて一次光を放出するように適合されているレーザであって、走査要素に隣接する送信ビームの少なくとも一部分が中心線を規定する、レーザを含む。LIDARシステムは、受信ビームに沿って二次光を検出するように適合されている検出器をさらに含む。送信ビームは、中心線と位置整合される第1の部分と、中心線に対する傾きを有する第2の部分とを含む。送信ビームの第2の部分は、送信ビームの第1の部分と、レーザとの間にある。LIDARシステムはまた、送信ビームの第1の部分と送信ビームの第2の部分との間で中心線上に位置決めされる、セグメント型レンズをも含む。セグメント型レンズは、送信ビームと関連付けられる送信レンズセグメントと、受信ビームと関連付けられる受信レンズセグメントとを含む。受信レンズセグメントは、受信ビームを検出器に集束させるように適合される。
一次光および物体において反射される二次光を使用して物体を測距するためのLIDARシステムは、送信ビームに沿って、LIDARシステムの走査要素に向けて一次光を放出するように適合されているレーザを含む。LIDARシステムは、受信ビームに沿って二次光を検出するように適合されている検出器をさらに含む。レーザは、第1の平面内に延在する第1の基板を有する。検出器は、第2の平面内に延在する第2の基板を有し、第1の平面と第2の平面とは互いに平行である。
上述した様々な実施例は、組み合わされてさらなる実施例を形成することもできる。例えば、送信ビームと受信ビームの両方が、中心線に対する傾きを有することも可能である。
以下において、添付の図面を参照して実施例を詳細に説明する。以下の実施例の説明は、限定する意味において解釈されるべきではないことは理解されたい。本発明の範囲は、例示としてのみ解釈されるべきである、以降にまたは図面によって説明される実施例によって限定されるようには意図されていない。
図面は、概略表現であるものとして考えられるべきであり、図面に示す要素は、必ずしも原寸に比例するようには示されていない。むしろ、様々な要素は、それらの機能および一般的な目的が当業者に明らかになるように表されている。機能ブロック、デバイス、構成要素、または図面に示すかもしくは本明細書において説明されている他の物理もしくは機能ユニット間の任意の接続または結合はまた、間接接続または結合によって実施されてもよい。構成要素間の結合はまた、無線接続を介して確立されてもよい。機能ブロックは、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせにおいて実施することができる。
以降、LIDARのための様々な技法が説明される。具体的には、それぞれの光学系の送信ビームおよび受信ビームの同軸設定を使用する、コンパクトでロバストなLIDARシステムを構築するのを容易にする技法が説明される。LIDARは、物体までの距離を測るために使用される。例えば、パルスLIDARが使用されてもよく、または、連続波LIDARが使用されてもよい。
様々な実施例によれば、LIDARシステムは、セグメント型レンズを含む。セグメント型レンズは、例えば、送信レンズセグメントおよび受信レンズセグメントなどの、多数のセグメントを含む。送信レンズセグメントは送信ビームと関連付けられ、受信レンズセグメントは受信ビームと関連付けられる。例えば、受信レンズセグメントは、受信ビームを検出器に集束させるための集束レンズ素子を実装することができる。例えば、送信レンズセグメントは、送信ビームの少なくとも1つの軸をコリメートするためのコリメータレンズ素子を実装することができる。
本開示内で、光学系のレンズのレンズ素子は、一般的に、例えば、焦点距離および光軸など、それぞれの光学特性によって規定される。これらは、それぞれのレンズ素子の表面の幾何学形状と相関し得る。例としては、円柱レンズ素子および二焦点レンズ素子が挙げられる。レンズは、多数のレンズ素子を含み得る。異なるレンズ素子が、そのようなセグメント型レンズの異なるレンズセグメントによって形成される。異なるレンズセグメントは、次いで、例えば、送信ビームおよび受信ビームなど、異なるビームと関連付けられ得る(すなわち、異なるビームに対して作用する)。様々な実施例によれば、セグメント型レンズは、送信ビームと関連付けられる送信レンズセグメントと、受信ビームと関連付けられる受信レンズセグメントとを含む。
以下において、まず、セグメント型レンズの可能な構造を詳述する様々な実施例を説明する。次いで、セグメント型レンズを動かすために使用することができるレンズアクチュエータに関する様々な実施例を説明する。これらの節において論じる特徴は、組み合わされてもよいことは諒解されたい。例えば、セグメント型レンズに関する以下の節において説明する様々な実施例は、レンズアクチュエータの様々な実施例によって、後続の節において説明されるように作動することができる。さらに、セグメント型レンズおよびレンズアクチュエータを、同軸光学設定に適用することができることは諒解されたい。
セグメント型レンズの実施例
本明細書において説明されている様々な実施例によれば、受信レンズセグメントのレンズ素子の少なくとも1つの表面は、中心線に対する回転対称性を保持しない。それによって、受信ビームは、中心線から軸外に集束され得る(以降、軸外検出)。中心線は、例えば、例としてレンズを通り過ぎた、すなわち、物体に向かう送信ビームの中心軸など、送信ビームによって規定され得る。代替的にまたは付加的に、中心線は、例えば、レンズの上流、すなわち、物体に向かってなど、受信ビームに対して規定され得る。中心線は、例えば、送信ビームと受信ビームの共通の開口など、光学系の開口に対して規定され得る。開口は、送信ビームをステアリングするためのミラー(ステアリングミラー)によって形成することができる。それゆえ、一般的に、中心線は、ステアリングミラーを含む走査要素に隣接する送信ビームおよび/または受信ビームに対して規定され得る。中心線は、横方向において、セグメント型レンズのレンズ本体全体の幾何学的中心にまたはその近くに位置し得る。いくつかの実施例において、中心線は、走査要素に隣接する送信ビームの光軸と一致してもよい、すなわち、送信ビームに沿って進行する一次光の横方向光場分布の中心に位置してもよい。中心線は、一般的に、LIDARシステムの座標系のz軸と位置整合され得る。
本明細書において説明されている様々な実施例によれば、受信レンズセグメントのレンズ素子の少なくとも1つの表面は、中心線に対する回転対称性を保持しない。それによって、受信ビームは、中心線から軸外に集束され得る(以降、軸外検出)。中心線は、例えば、例としてレンズを通り過ぎた、すなわち、物体に向かう送信ビームの中心軸など、送信ビームによって規定され得る。代替的にまたは付加的に、中心線は、例えば、レンズの上流、すなわち、物体に向かってなど、受信ビームに対して規定され得る。中心線は、例えば、送信ビームと受信ビームの共通の開口など、光学系の開口に対して規定され得る。開口は、送信ビームをステアリングするためのミラー(ステアリングミラー)によって形成することができる。それゆえ、一般的に、中心線は、ステアリングミラーを含む走査要素に隣接する送信ビームおよび/または受信ビームに対して規定され得る。中心線は、横方向において、セグメント型レンズのレンズ本体全体の幾何学的中心にまたはその近くに位置し得る。いくつかの実施例において、中心線は、走査要素に隣接する送信ビームの光軸と一致してもよい、すなわち、送信ビームに沿って進行する一次光の横方向光場分布の中心に位置してもよい。中心線は、一般的に、LIDARシステムの座標系のz軸と位置整合され得る。
ステアリングミラー、またはより一般的に、走査要素は、例えば、圧電性駆動装置、磁気駆動装置、または静電駆動装置など、アクチュエータ要素によって作動することができる。
送信レンズセグメントのレンズ素子の少なくとも1つの表面は、例えば、180°の回転対称性など、回転対称性を保持することができる。
セグメント型レンズの受信レンズセグメントのレンズ素子の少なくとも1つの表面が中心線に対する回転対称性を保持しない、そのような軸外検出を用いることによって、送信ビームと受信ビームとを分離することが可能であり、具体的には、検出器とセグメント型レンズとの間の受信ビームの一部分の、中心線に対する傾きを達成することができる。他のシナリオにおいて、例えば、中心線に対する回転対称性を保持しないように送信レンズセグメントを作成することによって、レーザとセグメント型レンズとの間の送信ビームの一部分の傾きを実施することが可能となる。それゆえ、軸外検出を、軸外送信と組み合わせるか、または、置き換えることができる。
そのような軸外検出および/または軸外送信には、必要な構成要素および/または製造プロセスの機械的設定ならびにデバイスのサイズが単純化されるという効果があり得る。送信ビームと受信ビームとを分離するためのビームスプリッタは、必須でなくてもよい。検出器およびレーザは、傾きに起因して互いからオフセットされて置かれ得る。
いくつかの実施例において、送信レンズセグメントは、送信ビームのスロー軸を少なくとも部分的にコリメートするように設計される。
いくつかの実施例において、一次光はファスト軸FAおよびスロー軸SAを有することができ、ファスト軸は、レーザの隣にあるスロー軸よりも発散が大きい。典型的には、レーザの活性領域(レーザ共振器を形成するエミッタ領域)は、FAおよびSAとは異なる。すなわち、活性領域は、長さの異なる2つの辺を有することができる。活性領域の長辺はSAに対応することができ、活性領域の短辺は、FAに対応することができる。
スロー軸に沿った一次光のスロー軸場幅は、ステアリングミラーにおいて、送信ビームに垂直なステアリングミラーのそれぞれの幅の90%以上であってもよい。
FAおよびSAは、送信ビームに垂直に向けられてもよい。
送信レンズセグメントを使用して送信ビームのSAをコリメートすることによって、スロー軸コリメーションは、光源からさらに離間することができ、コリメーションの品質が向上する。
いくつかの実施例において、LIDARシステムは、レーザとセグメント型レンズとの間に位置決めされ、送信ビームの少なくともSAを拡大するように適合されているさらなるレンズをさらに含む。したがって、言い換えれば、さらなるレンズおよびセグメント型レンズの送信レンズセグメントを用いることによって、2段階コリメーションを実施することができる。
これには、送信レンズセグメントおよびさらなるレンズの各々の公差要件が低減され、かつ/または、2つの光学素子を使用することによって例えば収差などの歪みを補償することができ、場合によってはシステム全体のコストが低減するという利点があり得る。代替的にまたは付加的に、これには、さらなるレンズおよびセグメント型レンズの送信レンズセグメントが、例えば、走査要素に隣接する送信ビームの一次光のコリメーション品質などの、一次光のコリメーション品質を維持しながら、一次光コリメーションのためのよりコンパクトな光学設定を可能にすることができる、ガリレオ式望遠鏡またはケプラー式望遠鏡としてともに作用することができるという利点があり得る。
いくつかの実施例において、セグメント型レンズの送信レンズセグメントおよび受信レンズセグメントは、一体的に形成される。
これには、送信レンズセグメントおよび受信レンズセグメントの高い光学的品質、ならびに、送信レンズセグメントの光学面と受信レンズセグメントの光学面との間の良好に位置整合された幾何学的関係を達成することができるという利点があり得る。
代替的な実施例において、送信レンズセグメントは、受信レンズセグメントに取り囲まれてもよく、または、その中に埋め込まれてもよい。
これには、各セグメントを独立して製造および選択することができ、これによって、コストを低減することができるという利点があり得る。
これらの実施例の一部において、送信レンズセグメントおよび受信レンズセグメントの材料は、異なる屈折率を有してもよい。これには、各セグメントの光学特性を独立して選定することができるという利点があり得る。しかしながら、これはまた、セグメント型レンズの送信レンズセグメントおよび受信レンズセグメントが、例えば、視力矯正のための多焦点レンズの分野など、当該技術分野において知られているガラス製造技法によって一体的に形成される場合にも可能であることに留意されたい。
いくつかの実施例において、送信レンズセグメントは、円柱レンズ素子または二焦点レンズ素子である。円柱レンズは、一般的に、円筒形の形状を有し得る。
いくつかの実施例において、セグメント型レンズは、中心線に垂直に向けられた平坦な表面を含む。
これには、セグメント型レンズの製造のコストを低減することができるという利点があり得る。これにはまた、セグメント型レンズの機械的位置整合を単純化することができ、とりわけ、例えば自動車またはロボット工学のような移動用途など、振動を伴う作業環境において、位置整合をよりロバストにすることができるという利点もあり得る。
いくつかの実施例において、セグメント型レンズは、送信レンズセグメントを形成する第1の表面と、受信レンズセグメントを形成する第2の表面とを含み、第1の表面および第2の表面は、連続的な遷移によって接続されている。連続的な遷移は、中心線に平行なレンズ本体の厚さの急激な変化が観察される段階的な遷移とは区別され得る。
これには、製造を単純化することができ、かつ/または、不連続面における反射に起因する迷光を低減もしくはさらには回避することができるという利点があり得る。
いくつかの実施例において、受信レンズセグメントは、第1のレンズ素子および第2のレンズ素子を含み、第1のレンズ素子および第2のレンズ素子は、異なる幾何学的レンズパラメータを有する。異なる幾何学的レンズパラメータを実施することによって、収差を低減することができる。
送信レンズセグメントは、受信レンズセグメントの第1のレンズ素子と受信レンズセグメントの第2のレンズ素子との間に位置決めすることができるレンズ素子を含むことができる。
いくつかの実施例において、レーザは、第1の平面内に延在する第1の基板を有し、検出器は、第2の平面内に延在する第2の基板を有し、第1の平面と第2の平面とは互いに平行である。
これには、光学設定の幾何形状が改善されるという利点があり得る。また、いくつかの実施例においては、単一の方向から両方の基板を製造、装着および/または設置することが可能であり得るため、製造のコストを低減することもできる。
いくつかの実施例において、第1の平面と第2の平面とは一致する。
これには、製造、設置、および/または装着プロセスをさらに単純化することができるという利点があり得る。
いくつかの実施例において、レーザは、第1の平面に平行に一次光を放出するように構成されている端面放射型レーザダイオードである。端面放射型レーザダイオードは、基板上に組み込まれ、ここで、光は、基板を破断または切断することによって取得される、基板に垂直な端面に沿って放出することができる。
いくつかの実施例において、LIDARシステムは、レーザに隣接して第2の平面内に位置し、一次光を中心線に向けて偏向させるように適合されているミラーをさらに含む。
これには、コンパクトな設計が可能になるという利点があり得る。加えて、迷光を低減することができる。
いくつかの実施例において、レーザおよび検出器は、単一の回路基板上に設けられる。これによって、LIDARデバイスの製造コストをさらに低減することができる。
いくつかの実施例において、中心線は、走査要素に隣接する送信ビームおよび受信ビームの光軸を形成する、すなわち、受信ビームに沿って進行する二次光の横方向光場分布の中心に配置される。
これには、走査要素を使用して送信ビームと受信ビームの両方を偏向させることができるという利点があり得る。
いくつかの実施例において、セグメント型レンズは、射出成形によって製造される。これには、セグメント型レンズの製造のコストを低減することができ、かつ/または、セグメント型レンズのための複雑な形状を使用することができるという利点があり得る。
以下において、セグメント型レンズを動かすために使用することができるレンズアクチュエータに関する様々な実施例を説明する。いくつかの実施例において、本明細書において説明されているように作動されるセグメント型レンズは、先に説明したおよび以下に説明する様々な実施例から選定することができる。他の実施例において、本明細書において説明されている作動方法およびデバイスは、本明細書において説明されているセグメント型レンズとは異なるセグメント型レンズに適用されてもよい。さらなる実施例において、セグメント型レンズの代わりに、例えば、例として市販の在庫品レンズから選定される、レンズの集合、自由形状レンズまたは1つもしくは複数の通常のレンズなど、非セグメント型レンズが、セグメント型レンズの代わりに使用されてもよい。言い換えれば、セグメント型レンズの作動に関して開示されている技法はまた、例えば、集束または非集束ミラー、回折素子など、一般に他の光学的対象またはシステムにも適用されてもよいことは諒解されたい。
アクチュエータは、例えば、マウントおよびアクチュエータ要素など、さらなる要素を備えることができる。そのような実施例において、アクチュエータ要素は、動きを与えることができ、マウントは、アクチュエータ要素の少なくとも可動部分をセグメント型レンズと接続することができる。アクチュエータ要素は、1つまたは複数の圧電アクチュエータを含んでもよい。アクチュエータ要素は、1D並進自由度を有することができる。マウントは、ボールベアリングなどを含んでもよい。
セグメント型レンズの作動に関する実施例
いくつかの実施例において、LIDARシステムは、セグメント型レンズを動かすように構成されているレンズアクチュエータを備える。
いくつかの実施例において、LIDARシステムは、セグメント型レンズを動かすように構成されているレンズアクチュエータを備える。
セグメント型レンズを動かすことによって、一次光および/または二次光を方向付けるための少なくとも1自由度(追加の、すなわち、走査要素によって与えられる自由度を超える)を与える。同軸設定を有する実施例において、作動には、光学素子の他の側で、すなわち、レーザ/検出器と光学素子との間でビームのそれぞれの部分を実質的に動かさないようにしながら、作動が、光学素子と物体との間のビームのそれぞれの部分において、送信ビームおよび受信ビームに影響を及ぼすという効果があり得る。これは、光学的共役構成と呼ばれることがある。
いくつかの実施例において、検出器は、レーザに対して、中心線に垂直な第2の軸に沿って一定の距離をおいて配置され、結果、受信ビームの第2の部分の傾きを規定する。さらに、レンズアクチュエータは、第3の軸に沿ったセグメント型レンズの運動を可能にするように構成することができる。第3の軸は、中心線と第2の軸の両方に実質的に垂直であり得る。
第2の軸は、以降、y軸として定義され、第3の軸は、以降、x軸として定義される。中心線は、z軸を規定する。
いくつかの実施例において、LIDARシステムは、走査要素のさらなるアクチュエータを備える。さらなるアクチュエータは、走査要素の1つまたは複数のステアリングミラーのマウントに対して作用して、1つまたは複数のステアリングミラーに偏向を与えるように構成することができるアクチュエータ要素を含み得る。さらなるアクチュエータのアクチュエータ要素は、1つもしくは複数の圧電アクチュエータ、または、具体的には曲げ圧電アクチュエータを含んでもよい。さらなるアクチュエータのアクチュエータ要素は、1D並進自由度を有することができる。
レンズアクチュエータによって与えられるレンズの運動の動作周波数は、さらなるアクチュエータによって与えられる1つまたは複数のステアリングミラーの偏向の動作周波数よりも小さくてもよい。いくつかの実施例において、運動の動作周波数は、偏向の動作周波数と比較した場合、50%以下である。いくつかの実施例において、運動の動作周波数は、偏向の動作周波数と比較した場合、5%以下である。
レンズアクチュエータは、セグメント型レンズの運動を非共振的に可能にするように構成することができる。
これには、セグメント型レンズの作動に対するセグメント型レンズの質量の影響力を限定することができるという利点があり得る。
しかしながら、他の実施例において、レンズアクチュエータは、セグメント型レンズの運動を共振的に可能にするように構成することができる。これは、例えば、セグメント型レンズに取り付けられており、動作に適した共振周波数を与えるために、例えば、直接的または間接的に励起されるなど、アクチュエータによって励起される、例えば、フレクシャばね要素またはねじりばね要素などの、ばね要素によって達成することができる。
さらなるアクチュエータは、1つまたは複数のステアリングミラーの偏向を共振的に、すなわち、1つまたは複数のステアリングミラーおよびそれらのマウントによって形成される質量−ばね系の固有周波数において、または、それに近い周波数で与えるように構成することができる。
これには、ステアリングミラーの偏向の高い周波数を達成することができるという利点があり得る。共振偏向には、非共振偏向と比較して増大したエネルギー効率で偏向を実行することができるという利点があり得る。
マウントおよび1つまたは複数のステアリングミラーの質量は、セグメント型レンズの質量よりも小さくてもよい。例えば、マウントおよび1つまたは複数のステアリングミラー(質量−ばね系)の質量は、例えば、セグメント型レンズの質量の1%以下であってもよく、例えば20%以下、例えば60%以下であってもよい。
いくつかの実施例において、走査要素と物体との間の送信ビームの少なくとも第2の部分は、送受信方向を規定し、また、受信ビームは、送受信方向と関連付けられる。送受信方向は、受信ビームの第2の部分を規定することができる。
送受信方向は、一次光が、走査要素の最後の光学面を出射した後にLIDARシステムによって案内される方向として定義することができる。これに関連して最後の光学面は、典型的には、スキャナの後の光学機器が設けられない限り、一次光がLIDARシステム開口を出る前に相互作用する最後の光学的に活性な表面である。
一般原則として、送受信方向は、時間の関数として、x軸、y軸、およびz軸によって規定される座標系内で動く。アクチュエータまたは走査要素が動いており、動作しているとき、送受信方向は時間の関数として変化し得る。
走査および受信方向の向きは、(i)さらなるアクチュエータによる作動を受けた走査要素の偏向、および(ii)レンズアクチュエータによる作動を受けたセグメント型レンズの運動によって規定され得る。
そのような実施例において、セグメント型レンズの作動は、送受信方向についての少なくとも1つのさらなる自由度を与えることができる。言い換えれば、レンズアクチュエータを使用することによって、送受信方向に対する走査要素の影響を、反対にするかまたは増幅することができる。したがって、送受信方向の運動は、第1に、走査要素を偏向させるための走査要素の作動、および、第2に、セグメント型レンズを動かすためのセグメント型レンズのレンズ作動によって与えられる運動の重ね合わせであり得る。
そのような重ね合わせは、例えば、閉ループ制御設定において衝撃を補償するために使用することができる。
いくつかの実施例において、そのような重ね合わせは、走査要素の作動要素によって与えられる作動および/またはレンズ作動の振幅を増大させるために使用することができる。
いくつかの実施例において、レンズアクチュエータの第1の並進自由度は、さらなるアクチュエータの第2の並進自由度に直交する成分を有する。
いくつかの実施例において、レンズアクチュエータの第1の並進自由度は、さらなるアクチュエータの第2の並進自由度に直交する。
例えば、走査要素のアクチュエータのアクチュエータ要素は、作動振幅または作動され得る自由度に関して制限され得る(劣駆動系と呼ばれることがある)。例えば、作動要素は、X軸に沿って走査要素の運動を作動することのみが可能であり、Y軸に沿っては可能でなくてもよい。このとき、そのような劣駆動は、セグメント型レンズの作動によって補償することができる。そのような実施例および他の実施例において、レンズアクチュエータの作動方向は、走査要素のさらなるアクチュエータのアクチュエータ要素の動作方向と位置整合されてもよく、または、当該動作方向からオフセットされてもよく、レンズアクチュエータの作動方向は、走査要素のさらなるアクチュエータのアクチュエータ要素の動作方向に実質的に垂直であってもよい。例えば、レンズアクチュエータの作動方向は、アクチュエータ要素の圧電曲げの向きと少なくとも部分的に位置整合されてもよく、または、当該方向からオフセットされてもよい。
一例として、セグメント型レンズのレンズアクチュエータ、ならびに、走査要素の1つまたは複数のミラーおよびマウントによって形成される質量−ばね系のさらなるアクチュエータは、各々、1D並進自由度を有する。この実施例において、レンズアクチュエータの第1の並進自由度は、さらなるアクチュエータの第2の並進自由度に直交する。この事例において、例えば、さらなるアクチュエータの第2の並進自由度に垂直な機械的衝撃事象が系において発生する場合、さらなるアクチュエータは、この衝撃を補償することが可能でない場合がある。しかしながら、レンズアクチュエータの第1の並進自由度は、さらなるアクチュエータの第2の並進自由度に直交するため、機械的衝撃事象の少なくとも部分的な補償は、レンズアクチュエータによって可能であり得る。
この実施例の論法は、レンズアクチュエータの第1の並進自由度が、さらなるアクチュエータの第2の並進自由度に直交する成分を有する、他の実施例にも同様に当てはまる。
また、例えば、例として車などのデバイスに設置した後に、LIDARシステムの精細な位置整合のために低速アクチュエータが使用されてもよい。
いくつかの実施例において、LIDARシステムは、ビームをステアリングするための、例えば第1の角度および第2の角度などの2自由度を有する。いくつかの実施例において、例えば、第1の角度などの1自由度は走査要素によって与えられ、例えば、第2の角度などの残りの自由度は、レンズアクチュエータによって与えられる。これには、2自由度を与えるように構成されている走査要素と比較して、走査要素を単純化することができるという利益があり得る。
いくつかの実施例において、2自由度を与える走査要素は、2つの作動ミラーを含んでもよく、1自由度を与える走査要素は、1つの作動ミラーを含んでもよく、または、1つの作動ミラーのみを有してもよい。それらの実施例において、1自由度を与える走査要素は、2自由度を与える走査要素よりも安価に製造することができる。
いくつかの実施例において、投影面は、x軸および中心線によって規定される。投影面への送信レンズセグメントの有効焦点距離の第1の投影長、および、投影面内に投影される受信レンズセグメントの有効焦点距離の第2の投影長は、実質的に同一であってもよい。
l2≧l1が真である第1の長さl1および第2の長さl2は、例えばl1/l2≧0.8、例えばl1/l2≧0.99が真である場合に、実質的に同一である。
送信レンズセグメントの有効焦点距離は、それ自体がとる送信レンズセグメントの焦点距離であり得る。他の実施例において、送信レンズセグメントの有効焦点距離は、例えば、ファスト軸および/またはスロー軸など、一次ビームプロファイルの軸上でのみ考慮され得る。さらなる実施例または以前の実施例と組み合わされる実施例において、送信レンズセグメントの有効焦点距離は、例えば、送信レンズセグメントとレーザとの間のさらなるレンズなど、さらなる光学素子と組み合わされた送信レンズセグメントの焦点距離として定義することができる。追加の光学素子を有するそのような実施例において、焦点距離はまた、スロー軸において異なり得る。
これには、送信レンズセグメントおよび受信レンズセグメントの焦点距離が、この投影面において実質的に同一であるという効果があり得る。これには、同軸設定において、レンズが動かされるとき、光学系の焦点が検出器上で位置整合されたままになり得るという効果があり得る。
例えば、レンズがスロー軸のみに沿って作動される場合、焦点距離は、スロー軸に対してのみ実質的に同一であり得る。したがって、光学的共役構成を達成することができる。いくつかの実施例において、ファスト軸に沿った運動中の受信レンズセグメントのフォーカスポイントの位置の変化は許容することができる。
図1Aは、様々な実施例による軸外検出を利用する同軸設定を含むLIDARシステムを概略的に示す。
LIDARシステム100は、一次光および物体110において反射される二次光を使用して物体110を測距するために使用することができる。
例えばパルスレーザ光またはCW(連続波)レーザ光などのレーザ光を使用することができる。
図1Aの実施例において、座標系x、y、およびzが規定され、zは二次光の伝播する方向にある。
LIDARシステム100は、送信ビーム210に沿って、LIDARシステムの走査要素800に向けて一次光を放出するように適合されているレーザ200を含む。走査要素800は、送信ビームをステアリングするための1つまたは複数のミラー800−1を含むことができる。アクチュエータ800−3が、1つまたは複数のステアリングミラー800−1のマウント800−2に作用して、ステアリングミラーを偏向させることができる。他の実施例において、1つまたは複数のステアリングミラーは、アクチュエータに直接的に取り付けることができる。マウントは、1つまたは複数のばね要素を備える弾性マウントであってもよい。1つまたは複数のばね要素は、弾性的に変形することができる。例えば、アクチュエータは、例えば、1つまたは複数のばね要素の屈曲またはねじりに対応する固有周波数において、またはそれに近い周波数において、マウントおよび1つまたは複数のステアリングミラーによって形成される質量−ばね系を操作することができる。
LIDARシステム100は、受信ビーム500に沿って二次光を検出するように適合されている検出器400をさらに含む。例えば、単一光子アバランシェ検出器アレイを、検出器400として使用することができる。
図1Aの実施例に示すような同軸設定において、物体110と走査要素800のミラーとの間の受信ビーム500の方向、ならびに、走査要素800のミラーと物体110との間の送信ビーム210の方向は、送受信方向350Aとして示され得る。図1Aの実施例において、送受信方向350Aは、座標系のz軸と位置整合される。z軸を含む座標系は一般的に静止しており、一方、送受信方向は時間の関数として動き得る。それによって、走査LIDARが実施される。
図1Aの実施例において、レーザは第1の平面P1上に位置し、検出器は第2の平面P2上に位置し、図1Aの実施例においては、P1とP2とは一致する。一般原則として、第1の平面P1および第2の平面P2は、互いに平行であってもよいが、互いからオフセットされてもよい。
図1Aの実施例において、受信ビームは第1の部分510および第2の部分520を含み、受信ビーム500の第2の部分520は、受信ビーム500の第1の部分510と検出器400との間にある。第2の部分520は、第1の部分510および中心線300に対する傾き530を有する。
LIDARシステム100は、セグメント型レンズ600をさらに含む。セグメント型レンズ600は、受信ビーム500の部分510と520との間に位置決めされる。セグメント型レンズ600は、ビームスプリッタとして作用する。セグメント型レンズ600は、受信ビーム500を検出器400に集束させる。これは、受信ビーム500の第2の部分520を中心線300に対して傾けることによって達成される。
セグメント型レンズ600に関する詳細は、図2A、図3A〜図3B、および図4A〜図4Cを参照して後述する。
セグメント型レンズ600は、受信ビームの第1の部分510と受信ビームの第2の部分520との間で中心線300上に位置決めされる。セグメント型レンズ600は、送信ビームと関連付けられる送信レンズセグメント610と、受信ビームと関連付けられる受信レンズセグメント620とを含む。これらの実施例において、送信レンズセグメント610は、送信ビーム210のSAをコリメートするように適合されているレンズ素子611を実装し、受信レンズセグメントは、図1Aに示すように、受信ビームを検出器400に集束させるように設計されているレンズ素子621、622を実装する。
図1Bは、レンズアクチュエータ1000を有する、図1AのLIDARシステムの修正された実施例を示す。レンズアクチュエータ1000は任意選択である。
LIDARシステム100は、レンズアクチュエータ1000を付加的に備える、図1AのLIDARシステム100であってもよい。レンズアクチュエータ1000は、セグメント型レンズ600を動かすように構成することができる。セグメント型レンズ600の運動は、1つ、2つ、または3つの方向における横方向並進として与えることができる。加えてまたは代替的に、セグメント型レンズの回転を、レンズアクチュエータ1000によって与えることができる。
したがって、LIDARシステム100の走査を、種々の方法によって達成することができる。走査は、走査要素800のみを作動させること、レンズアクチュエータ1000のみを作動させること、または、レンズアクチュエータ1000と走査要素800とを組み合わせて作動させることによって、達成されてもよい。
走査には、送受信方向が時間の関数として修正され得るという効果があり得る。図1Bの実施例において、3つの異なる送受信方向350A、350B、350Cが、例示を目的として概略的に示されている。例えば、第1の時点において、LIDARシステムは、送受信方向350Aを規定することができ、第2の時点において、LIDARシステムは、送受信方向350Bを規定することができ、第3の時点において、LIDARシステムは、送受信方向350Cを規定することができる。
いくつかの実施例において、LIDARシステム100は、セグメント型レンズ600とレーザ/検出器との間のそれぞれの区画において、走査が、送信ビーム210および受信ビーム500(すなわち、受信ビームの第2の部分520)を実質的に変化しないままにするように設計されてもよい。
図2Aは、様々な実施例による軸外検出を利用する同軸設定の例示的な実装を概略的に示す。
図2Aは、レーザ200から放出される一次光および物体110によって反射される二次光のレイトレーシングされた光線を示す概略側面図である。図2Aの実施例において、送信ビーム210は、FAコリメータを実装するレンズ688、および、SAコリメータを形成するセグメント型レンズ600の送信レンズセグメント610のレンズ素子611によって、ファスト軸においてコリメートされる。図2Aの実施例において、光学設定の中心線300は、送信ビーム210と一致する。
いくつかの実施例において、FAおよび/またはSAのコリメーションは、付加的に、任意選択のさらなるレンズ690を使用して行われる。これは、コリメートレンズついての光学的要件を緩和することができ、したがって、デバイスのコストを低減することができる。
レーザは、物体(図示せず)と相互作用する一次光を放出し、一次光の一部分は、第1の部分510および第2の部分520を含む受信ビーム500に沿って進行する。受信ビーム500の第1の部分510は、セグメント型レンズ600に衝突する。受信ビーム500の第1の部分510は、特に逆平行アラインメントにおいて、送信ビームと位置整合される(同軸設定)。
同軸設定は図2Aに示されており、送信ビーム210と受信ビーム500の両方が、例えば、走査要素800の1つまたは複数のミラー800−1によって実施される共通の開口980を通る。中心線300は、開口980の中心に配置される。
セグメント型レンズ600のレンズ素子611は、送信レンズセグメント610を形成する第1の表面612を含み、レンズ素子621、622は、受信レンズセグメント620を形成する第2の表面623、624を含む。レンズ素子621、622は、受信ビームを検出器400のピンホール401に集束させる。一点鎖線によって示すように、受信ビーム500の第2の部分520は、中心線300に対する傾き530を有する。
送信レンズセグメント610のレンズ素子611は、二焦点レンズ素子または円柱レンズ素子であってもよい。
図示されている実施例において、第1の表面612および第2の表面623、624は、連続的な遷移650によって接続されており、第1の表面612および第2の表面623、624の間の境界に、中心線300に平行な段差またはオフセットまたはファセットは存在しない。これは、レーザからの迷光が検出器に入るのを回避するのに役立つことができ、レンズの製造を単純化することができる。
図2Aの実施例において、受信ビーム500の第2の部分520の傾き530は、中心線300に対する回転対称性を保持しない第2の表面623、624によって達成される。また、第2の表面624および第2の表面623は、異なる幾何学的レンズパラメータを有し、結果、非対称設計に起因する収差を回避することができる。
セグメント型レンズ600の裏面は平坦な表面630であり、結果、位置整合が簡単になり、システムが振動に対してよりロバストになる。
図2Bは、図2Aに示す実施例の修正された実施例を示す。
可能な実施例を、図1Bおよび図2Bのビューによって説明する。
いくつかの実施例において、検出器400は、中心線300に対して軸外に置かれる。図1Bおよび図2Bによる実施例において、検出器400は、y方向において距離dだけオフセットされる。他の実施例において、オフセットは、異なる軸または複数軸の組み合わせに沿ってもよく、例えば、x方向またはx方向とy方向の両方に沿った方向にあってもよい。
検出器400は、受信ビームの傾き530を規定するために、レーザ400に関して中心線300に対して垂直なy軸に沿って距離dをおいて配置されてもよい。
言い換えれば、レーザと検出器は両方とも、中心線に垂直な平面P1上に位置してもよい。
いくつかの実施例において、図1Bに示すように、レンズアクチュエータ100は、中心線300とy軸の両方に実質的に垂直である作動方向1010に沿ってセグメント型レンズ600を動かすように構成され、すなわち、作動方向1010はx軸と位置整合される。これは、下記において図6A、図6B、および図6Cを参照してさらに示す。
いくつかの実施例において、投影面は、x軸および中心線300によって規定され得る。図1Bおよび図2Bの実施例において、投影面はxz平面である。
図2B、図6A〜図6Bの図において例示するように、第1の平面xyへの送信レンズセグメントの有効焦点距離の第1の投影長PLaserLens、および、第1の平面xy内に投影される受信レンズセグメントの焦点距離の第2の投影長PDetectorLensは、実質的に同一であってもよい。
そのような構成には、セグメント型レンズ600がレンズアクチュエータ1000によって動かされた場合に、二次光が依然として検出器に到達することができるという利点があり得る。
言い換えれば、LIDARシステムは、受信レンズセグメントおよび送信レンズセグメントが光学設定の少なくとも1つの投影面において光学的に共役であるように構成することができる。
いくつかの実施例において、作動方向1010に沿ってレンズアクチュエータ1000によって作動されるセグメント型レンズ600の運動は、実質的にxz平面内で、一次光および二次光の送受信方向350A、350B、350Cを動かすように作用することができる。いくつかの実施例において、走査要素800は、1自由度のみを有し、xy平面内で送受信方向350A、350B、350Cを修正するように作用する。セグメント型レンズ600の運動が走査要素800の1つまたは複数の走査ミラーの偏向を補完するため、これによって、設定を単純化することが可能になり得る。
図3Aおよび図3Bは、様々な実施例によるセグメント型レンズを概略的に示す。
図3Aは、セグメント型レンズ600の一実施例の正面図を示す。
図3Bは、図3Aのセグメント型レンズ600の側面図を示す。
図4A、図4B、および図4Cは、様々な実施例による例示のセグメント型レンズを概略的に示す。
図4A〜図4Cのセグメント型レンズ600は、図2Aおよび図3A、図3Bと比較される代替的な実施例である。
図6A、図6B、および図6Cは、図1Bおよび図2Bの実施例のxz平面のビューを示す。
図4A〜図4Cの実施例は、2つの異なるレンズから製造される。送信レンズセグメント610は、受信レンズセグメント620として作用するより大きい軸外レンズ内に製造される溝の中に設置される。受信レンズセグメント620の表面625は、中心線300に対する傾きを規定せず、したがって、中心線300に対する回転対称性を保持しない。
中心線300に対して傾いた受信ビーム500の第2の部分520を設けることによって、いくつかの実施例において、必要な体積を低減し、検出器およびレーザの機械的設定を単純化することが可能である。さらに、検出器400およびレーザ200を相対的に適切に位置決めすることによって、必要な体積をさらに低減することができる。これは、図5を参照して以下に示す。
図5は、様々な実施例によるレーザ/検出器構成の概略的に示す。この実施例において、レーザ200は、第1の平面P1に延在する第1の基板220を有する。この実施例において、レーザは、第1の平面P1に平行に一次光を放出するように構成されている端面放射型レーザダイオード201である。レーザ光はファスト軸コリメータレンズ688を通過し、その後、ミラー230によって中心線へと案内されて、送信ビーム210を与える。
検出器400は、第2の平面P2に延在する第2の基板420を有する。図5の実施例において、第1の平面P1と第2の平面P2とは一致する。この実施例において、例えば、レーザ200、検出器400、および他の電気的構成要素901、902、903、904への基板の装着は、大幅に単純化される。いくつかの実施例において、P1およびP2は、例えば、光学設定を最適化するときに追加の自由度を可能にするために、分離される。迷光を回避するために、ハウジング900を設けることができる。検出器400は、いくつかの実施例において設けられてもよいピンホール開口を省いて示されていることに留意されたい。
図5の実施例においては、座標系が示されている。図5の座標系は、図1Aおよび/または図1Bの座標系に対応する。図1Aおよび図1Bにおいて、送信ビーム210はレーザ200とセグメント型レンズ600との間で直線的に、したがって負のz方向において方向付けられているが、図5において、送信ビームはまずy軸に平行に伝播し、その後、ミラー230と相互作用することに留意されたい。次いで、ミラーが送信ビームを、図1Aおよび図1Bの実施例に示す伝播方向に対応する、z軸に平行な方向に偏向する。
図6A、図6B、および図6Cは、図1Bおよび図2Bの実施例のxz平面のビューを示す。
図6Aは、第1の位置1600にあるセグメント型レンズ600を示す。図示されている実施例において、一次光および二次光は、実質的に中心線300に沿って伝播する。したがって、送受信方向350Aは、中心線300と位置整合される。
図6Bにおいて、セグメント型レンズは、第1の位置1600に対して動かされる。そのような運動は、図1Bに示すレンズアクチュエータ1000によって達成することができる。
図6Bにおいて、第1の位置1600におけるセグメント型レンズが、参照のために破線として示されている。図6Bの実施例において、セグメント型レンズは、第1の位置1600と比較して正のx方向に変位され、第2の位置へと動かされている。結果として、セグメント型レンズ600と物体110との間の一次光と二次光が両方とも偏向され、送受信方向350Bは中心線300に対して傾く。
図6Cは、セグメント型レンズ600の変位が、第1の位置1600と比較してx軸に沿って負の方向において実行される実施例を示している。送受信方向350Cも、中心線300に対して傾いている。
図1Bおよび図2Cに関連して説明されている実施例によれば、xz平面内の投影距離PDetectorLensおよびPLaserLensは同一である。
そのため、図6A〜図6Cによる実施例において、レーザ200と検出器400の両方の位置は、セグメント型レンズ600の位置にかかわらず固定されたままであり得る。
図7は、第1の角度901および第2の角度902の関数としての運動パターン900を示す。運動パターン900は、送受信方向の方向を示す。運動パターン900は、走査エリア915を画定する。
例えば、図1Aに示すような第1の実施例において、運動パターン900は、走査要素800のみによって与えることができる。走査要素800は、本明細書において説明されているような走査要素のさらなるアクチュエータによって作動することができる。さらなるアクチュエータは、ねじりモードおよび/または横断モードを励起することができる。
第2の実施例において、運動パターン900は、走査要素800によって与えることができ、レンズアクチュエータは、第1の角度901に沿った衝撃または外部干渉を補償する。
第3の実施例において、例えば、図1Bのレンズアクチュエータ1000などのレンズアクチュエータが、第1の角度901に沿った送受信方向の偏向を与えるために使用され、一方、走査要素800は、第2の角度902に沿った送受信方向の偏向を与える。
そのような運動パターン900は、例えば、2自由度のうちの1つまたは2つが、例えば、ミラーの共振偏向および/または上述したようなセグメント型レンズの共振作動など、共振プロセスによって与えられる場合に使用され得る。
図7の実施例における運動パターン900のこの形状は、限定ではない。他の実施例において、例えば、走査形状、らせん状形状または蛇行形状のような異なる形状が使用されてもよい。特に、レンズアクチュエータ1000は、第1の角度901に沿って段階的動きを与え、その結果として、蛇行形状がもたらすことができる。
図8は、それぞれの方法を示す。図8は、様々な実施例による方法の流れ図である。図8の方法は、デバイスの制御回路機構によって実行することができる。図8の方法は、上述したようなLIDARシステム100の、例えばASICまたはFPGAなどの、制御ユニットによって実行されてもよい。
ボックス6001において、1つまたは複数のミラー800−1および弾性マウント800−2を含む質量−ばね系が共振的に作動される。例えば、弾性マウント800−2の1つまたは複数のばね要素のねじりまたは屈曲固有モードが作動され得る。
ボックス6002において、セグメント型レンズ600(または送信ビーム210および/または受信ビーム500内の別のレンズ)が、例えば、非共振的に作動される。
例えば、作動は、直交する自由度に従い得る。
レンズアクチュエータの第1の並進自由度は、質量−ばね系のさらなるアクチュエータの第2の並進自由度に直交する成分を有することができる。
それによって、重ねられた走査パターン900および/または衝撃吸収が可能にされ得る。
本発明は、特定の好ましい実施例に関して図示および説明されてきたが、本明細書の読解および理解を受けて、均等物および修正形態が当業者には想起される。本発明は、すべてのそのような均等物および修正形態を含み、別添の特許請求項の範囲によってのみ限定される。
例示のために、受信ビームが軸外成分、すなわち、中心線に対する傾きを有する第2の部分を含む上記のシナリオが説明されている。しかしながら、他の実施例においては、一次光と関連付けられる送信ビームが中心線に対する傾きを有すること、または、送信ビームおよび受信ビームの両方が軸外成分を含む、すなわち、中心線に対する傾きを有することも可能となる。言い換えれば、軸外検出の代替としてまたはそれに付加して、軸外放出を利用することが可能となる。軸外放出と軸外検出とを組み合わせることには、光学設定をよりコンパクトにすることができること、ならびに/または、例えば、限定ではないが、セグメント型レンズなどの、より薄くおよび/もしくは製造しやすいレンズを使用することができるというさらなる利点があり得る。
さらなる例示のために、上記において、軸外検出および/または軸外送信が、レーザおよび検出器が搭載される平行な平面と組み合わされる様々なシナリオが説明されている。レーザおよび検出器を平行な平面上に搭載するそのような技法はまた、例えば、送信ビームおよび受信ビームを分離するために従来のビームスプリッタなどを使用して、軸外検出および/または軸外送信なしで実施することもできる。
Claims (27)
- 一次光および物体(110)において反射される二次光を使用して前記物体(110)を測距するためのLIDARシステム(100)であって、
送信ビーム(210)に沿って、前記LIDARシステムの走査要素(800)に向けて前記一次光を放出するように適合されているレーザ(200)であって、前記走査要素に隣接する前記送信ビームの少なくとも一部分が中心線(300)を規定する、レーザ(200)と、
受信ビーム(500)に沿って前記二次光を検出するように適合されている検出器(400)であって、前記受信ビームは、前記中心線と位置整合される第1の部分(510)と、前記中心線(300)に対する傾き(530)を有する第2の部分(520)とを含み、前記受信ビームの前記第2の部分(520)は、前記受信ビームの前記第1の部分(510)と前記検出器(400)との間にある、検出器(400)と、
前記受信ビームの前記第1の部分(510)と前記受信ビームの前記第2の部分(520)との間で前記中心線(300)上に位置決めされているセグメント型レンズ(600)であって、前記セグメント型レンズ(600)は、前記送信ビームと関連付けられる送信セグメント(610)と、前記受信ビームと関連付けられる受信セグメント(620)とを含む、セグメント型レンズ(600)と
を備え、
前記受信セグメントは、前記受信ビームを前記検出器に集束させるように適合されている、LIDARシステム(100)。 - 前記セグメント型レンズ(600)の運動を可能にするように構成されているレンズアクチュエータ(1000)をさらに備える、請求項1に記載のLIDARシステム(100)。
- 前記検出器(400)は、前記受信ビームの前記第2の部分(520)の前記傾き(530)を規定するために、前記レーザ(200)に対して前記中心線(300)に垂直な第2の軸(y)に沿って距離(d)をおいて配置され、
前記レンズアクチュエータ(1000)は、第3の軸(1010、x)に沿った前記セグメント型レンズ(600)の前記運動を可能にするように構成されており、前記第3の軸は、前記中心線(300)と前記第2の軸(y)の両方に実質的に垂直である、請求項2に記載のLIDARシステム(100)。 - 前記LIDARシステム(100)は、前記走査要素(800)の1つまたは複数のステアリングミラー(800−1)に対して作用して、前記1つまたは複数のステアリングミラー(800−1)に偏向を与えるように構成されている、前記走査要素(800)のさらなるアクチュエータ(800−3)をさらに備え、
前記運動の動作周波数は、前記偏向の動作周波数と比較した場合、50%以下である、請求項2または3に記載のLIDARシステム(100)。 - 前記レンズアクチュエータの第1の並進自由度は、前記さらなるアクチュエータの第2の並進自由度に直交する成分を有する、請求項4に記載のLIDARシステム(100)。
- 前記レンズアクチュエータは、前記セグメント型レンズの前記運動を非共振的に可能にするように構成されており、
前記さらなるアクチュエータ(800−3)は、前記1つまたは複数のステアリングミラーの前記偏向を共振的に可能にするように構成されている、請求項4または5に記載のLIDARシステム(100)。 - マウントおよび前記1つまたは複数のステアリングミラーの質量は、前記セグメント型レンズの質量の20%以下である、請求項4から6のいずれか一項に記載のLIDARシステム(100)。
- 前記走査要素(800)と前記物体(110)との間の前記送信ビームの少なくとも第2の部分は、前記LIDARシステム(100)と前記物体(110)との間の送受信方向(350A、350B、350C)を規定し、前記受信ビーム(500)は、前記送受信方向(350A、350B、350C)と関連付けられる、請求項1から7のいずれか一項に記載のLIDARシステム。
- 前記第3の軸(x)および中心軸(300、z)によって投影面(xy)が画定され、
前記投影面(xy)への前記送信セグメントの有効焦点距離の第1の投影長(PLaserLens)と、
前記投影面(xy)内に投影される前記受信セグメントの焦点距離の第2の投影長(PDetectorLens)と
は、実質的に同一である、請求項1から8のいずれか一項に記載のLIDARシステム。 - 前記送信セグメント(610)および前記受信セグメント(620)は実効的に、少なくとも1つの投影面(xy)において光学的に共役である、請求項1から9のいずれか一項に記載のLIDARシステム。
- 前記受信セグメント(620)の少なくとも1つのレンズ素子(621、622)の少なくとも1つの表面(623、624;625)は、前記中心線(300)に対する回転対称性を保持しない、請求項1から10のいずれか一項に記載のLIDARシステム。
- 前記受信セグメントの前記少なくとも1つのレンズ素子(621、622)の前記少なくとも1つの表面(623、624;625)は、前記中心線(300)に対する前記受信ビームの前記第2の部分(520)の傾き(530)を規定する、請求項11に記載のLIDARシステム。
- 前記送信セグメントは、前記送信ビームのスロー軸を少なくとも部分的にコリメートするように適合されている、請求項1から12のいずれか一項に記載のLIDARシステム。
- 前記レーザと前記セグメント型レンズとの間に位置決めされ、前記送信ビームの少なくとも前記スロー軸を拡大するように適合されているさらなるレンズ(690)をさらに備える、請求項13に記載のLIDARシステム。
- 前記セグメント型レンズ(600)の前記送信セグメント(610)および前記受信セグメント(620)が、一体的に形成され、または
前記送信セグメント(610)が、前記受信セグメント(620)に埋め込まれる、請求項1から14のいずれか一項に記載のLIDARシステム。 - 前記送信セグメント(610)および前記受信セグメント(620)の材料は、異なる屈折率を有する、請求項1から15のいずれか一項に記載のLIDARシステム。
- 前記送信セグメントは、円柱レンズ素子(611)または二焦点レンズ素子(611)を実装する、請求項1から16のいずれか一項に記載のLIDARシステム。
- 前記セグメント型レンズは、前記中心線に垂直に向けられた平坦な表面(630)を含む、請求項1から17のいずれか一項に記載のLIDARシステム。
- 前記送信セグメントは、第1の表面(621)を含み、前記受信セグメントは、少なくとも1つの第2の表面(623、624)を含み、前記第1の表面および前記少なくとも1つの第2の表面は、連続的な遷移(650)によって接続されている、請求項1から18のいずれか一項に記載のLIDARシステム。
- 前記受信セグメントは、異なる幾何学的レンズパラメータを有する第1のレンズ素子(621)および第2のレンズ素子(622)を備える、請求項1から19のいずれか一項に記載のLIDARシステム。
- 前記レーザ(200、201)は、第1の平面(P1)に延在する第1の基板(220)を有し、前記検出器(400)は、第2の平面(P2)に延在する第2の基板(420)を有し、前記第1の平面と前記第2の平面とは互いに平行である、請求項1から20のいずれか一項に記載のLIDARシステム。
- 前記第1の平面と前記第2の平面とは一致する、請求項21の記載のLIDARシステム。
- 前記レーザは、前記第1の平面(P1)に平行に前記一次光を放出するように構成されている端面放射型レーザダイオード(201)である、請求項21または22に記載のLIDARシステム。
- 前記レーザに隣接して前記第2の平面(P2)に位置し、前記一次光を前記中心線(300)に向けて偏向させるように適合されているミラー(230)をさらに備える、請求項21から23のいずれか一項に記載のLIDARシステム。
- 前記中心線(300)は、前記走査要素(800)に隣接する前記送信ビームおよび前記受信ビームの光軸(350)を形成する、請求項1から24のいずれか一項に記載のLIDARシステム。
- 一次光および物体(110)において反射される二次光を使用して前記物体を測距するためのLIDARシステム(100)を制御する方法であって、
1つまたは複数のミラー(800−1)と、1つまたは複数のばね要素を備える前記1つまたは複数のミラー(800−2)の弾性マウント(800−2)とを備える、前記LIDARシステムの質量−ばね系を共振的に作動させることであって、前記1つまたは複数のミラー(800−1)は、前記一次光の送信ビームおよび前記二次光の受信ビーム内に位置決めされる、前記LIDARシステムの質量−ばね系を共振的に作動させることと、
前記送信ビームおよび前記受信ビーム内に位置決めされているレンズ(600)を非共振的に作動させることと
を含む、方法。 - 前記方法は、請求項1から25のいずれか一項に記載のLIDARシステム(100)の制御ユニットによって実行される、請求項26に記載の方法。
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