JP2023509853A - Ｌｉｄａｒ閉塞検出方法およびシステム - Google Patents

Ｌｉｄａｒ閉塞検出方法およびシステム Download PDF

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Abstract

Figure 2023509853000001
本開示は、閉塞検出のためのシステムおよび方法に関する。１つの例示的な方法は、光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）デバイスの視野（ＦＯＶ）内の外部構造の少なくとも一部分を走査するＬＩＤＡＲデバイスを含む。ＬＩＤＡＲデバイスは、外部構造に物理的に結合される。走査することは、光学窓を通して光パルスを外部構造に向かって送信することと、光学窓を通して反射光パルスを受信することと、を含む。反射光パルスは、外部構造からＬＩＤＡＲデバイスに戻る送信された光パルスの反射を含む。方法はまた、閉塞ダイヤルの存在を検出することを含み、少なくとも、外部構造の少なくとも一部分の走査に基づいて、ＦＯＶを走査することからＬＩＤＡＲデバイスを少なくとも部分的に閉塞する。
【選択図】図２

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年１２月２２日に出願された米国特許出願第１７／１３１，５９４号および２０１９年１２月２７日に出願された米国仮特許出願第６２／９５４，３３８号に対する優先権を主張するものである。
いくつかの光検出および測距（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ、ライダー（ｌｉｄａｒ））システムは、発光送信機（例えば、レーザダイオード）を利用して、環境内に光パルスを放射する。次いで、環境内の物体と相互作用する（例えば、物体から反射する）放射された光パルスが、ライダーシステムの受信機（例えば、光検出器）によって受信され得る。次に、環境内の物体に関する距離情報が、光パルスの放射時間と、放射された光パルスの戻り反射の受信時間との間の時間差に基づいて、決定され得る。
一例では、方法が提供される。方法は、外部構造に物理的に結合された光検出および測距（ｌｉｇｈｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｒａｎｇｉｎｇ、ＬＩＤＡＲ）デバイスによって、ＬＩＤＡＲデバイスの視野（ｆｉｅｌｄ－ｏｆ－ｖｉｅｗ、ＦＯＶ）内にある外部構造の少なくとも一部分を走査することを含む。走査することは、光学窓を通して、光パルスを外部構造に向かって様々な方向に送信することを含む。走査することはまた、光学窓を通して、外部構造からＬＩＤＡＲデバイスに戻る送信された光パルスの反射を含む反射光パルスを受信することを含む。方法はまた、少なくとも、外部構造の少なくとも一部分の走査に基づいて、ＦＯＶを走査することからＬＩＤＡＲデバイスを少なくとも部分的に閉塞する閉塞の存在を検出することを含む。
別の例では、システムが、提供される。システムは、取り付け構造と、取り付け構造に取り付けられた光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）デバイスと、光学窓と、１つ以上のプロセッサと、データストレージとを含む。データストレージは、１つ以上のプロセッサによって実行されたときに、システムに動作を実行させる命令を記憶する。動作は、ＬＩＤＡＲデバイスの視野（ＦＯＶ）内にある取り付け構造の少なくとも一部分を走査することを含む。走査することは、光学窓を通して、光パルスをＬＩＤＡＲデバイスから取り付け構造に向かって様々な方向に送信することを含む。走査することはまた、光学窓を通して、取り付け構造からＬＩＤＡＲデバイスに戻る送信された光パルスの反射を含む反射光パルスを受信することを含む。動作はまた、少なくとも、取り付け構造の少なくとも一部分の走査に基づいて、ＦＯＶを走査することからＬＩＤＡＲデバイスを少なくとも部分的に閉塞する閉塞の存在を検出することを含む。
さらに別の例では、非一時的なコンピュータ可読媒体が、提供される。非一時的なコンピュータ可読媒体は、１つ以上のプロセッサによって実行されたときに、システムに動作を実行させる命令を記憶する。動作は、外部構造に物理的に結合された光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）デバイスを使用して、ＬＩＤＡＲデバイスの視野（ＦＯＶ）内にある外部構造の少なくとも一部分を走査することを含む。走査することは、ＬＩＤＡＲデバイスの光学窓を通して、光パルスを外部構造に向かって様々な方向に送信することを含む。走査することはまた、光学窓を通して、外部構造からＬＩＤＡＲデバイスに戻る送信された光パルスの反射を含む反射光パルスを受信することを含む。動作はまた、少なくとも、外部構造の少なくとも一部分の走査に基づいて、ＦＯＶを走査することからＬＩＤＡＲデバイスを少なくとも部分的に閉塞する閉塞の存在を検出することを含む。
さらに別の例では、システムが提供される。システムは、外部構造に物理的に結合された光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）デバイスによって、ＬＩＤＡＲデバイスの視野（ＦＯＶ）内にある外部構造の少なくとも一部分を走査するための手段を含む。走査することは、光学窓を通して、光パルスを外部構造に向かって様々な方向に送信することを含む。走査することはまた、光学窓を通して、外部構造からＬＩＤＡＲデバイスに戻る送信された光パルスの反射を含む反射光パルスを受信することを含む。システムはまた、少なくとも、取り付け構造の少なくとも一部分の走査に基づいて、ＦＯＶを走査することからＬＩＤＡＲデバイスを少なくとも部分的に閉塞する閉塞の存在を検出するための手段を含む。
他の態様、実施形態、および実施態様は、添付図面を適宜参照して、以下の詳細な説明を読み取ることによって、当業者には明らかになるであろう。
例示的な実施形態による、システムの簡略ブロック図である。 例示的な実施形態による、取り付け構造に取り付けられたＬＩＤＡＲデバイスを示す。 例示的な実施形態による、車両の第１のビューを示す。 例示的な実施形態による、車両の第２のビューを示す。 例示的な実施形態による、車両の第３のビューを示す。 例示的な実施形態による、車両の第４のビューを示す。 例示的な実施形態による、車両の第５のビューを示す。 例示的な実施形態による、方法を示す。 例示的な実施形態による、別の方法を示す。
例示的な方法、デバイス、およびシステムが本明細書において説明される。「例」および「例示的」という語は、本明細書においては、「例、事例、または例示としての役割を果たす」ことを意味するために使用されることを理解されたい。本明細書において「例」または「例示的」であるとして説明されるいずれの実施形態または特徴も、他の実施形態または特徴よりも好ましい、または有利であると必ずしも解釈されるべきではない。本明細書に提示される主題の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用することができ、他の変更を行うことができる。したがって、本明細書に記載される例示的な実施形態は、限定的であることを意味するものではない。本明細書において概して説明され、図に示される本開示の態様は、多種多様な異なる構成で配置、置換、組み合わせ、分離、および設計されることが可能であり、これらの構成の全てが、本明細で想定されている。さらに、文脈で特に示唆しない限り、各図に示された特徴を、互いに組み合わせて使用することができる。したがって、図は、概して、図示された特徴のすべてが、必ずしも各実施形態に必要であるとは限らないという理解のもとで、１つ以上の実施形態全体のうちの部分的な態様として見なされるべきである。
Ｉ．概要
本明細書の一例のライダーシステムは、送信機と、受信機とを含む。送信機は、送信経路内の１つ以上の光学要素（例えば、送信レンズ、回転可能ミラー、および光学窓）を介して、ライダーシステムの環境内に光を送信するように構成されている１つ以上の発光デバイス（例えば、各々１～８個のレーザダイオードを有する１つ以上のレーザバー）を含み得る。回転可能ミラーは、ミラーの回転軸を中心に回転するように構成され得る。回転可能ミラーは、ＬＩＤＡＲシステムの視野（ＦＯＶ）に向かって様々な方向に光パルスを向けるように、１つ以上の発光デバイスによって放射される光パルスと相互作用するように構成され得る。さらに、回転可能ミラーは、そのような光パルスが、環境と相互作用して戻り光パルスを形成した後、光パルスを受信機に向けるように構成され得る。
例の中で、閉塞検出のためのシステムおよび方法が、提供される。例えば、例示的な閉塞検出システムは、光学窓上のほこり、汚れ、および／または亀裂、ならびに／もしくは光学窓を介してＦＯＶを走査することからＬＩＤＡＲシステムを少なくとも部分的に閉塞する他のタイプの閉塞の存在を決定する方法を提供し得る。
上記の例を続けると、ＬＩＤＡＲシステムは、送信機と受信機とを含む光共振器の少なくとも部分的に外側に配設された反射型取り付けブラケットを含み得る。いくつかの実装例では、反射型取り付けブラケットは、ＬＩＤＡＲシステムを取り付け面に物理的に結合し得る。取り付け面は、例えば、車両の車体を含み得る。
一実装例では、反射型取り付けブラケットは、（送信機から光学窓を通して送信された）放射光の少なくとも一部分を、（光学窓を通して）受信機による受信のために、反射してＬＩＤＡＲシステムに戻すように構成された反射面を含み得る。例えば、反射面は、ＬＩＤＡＲシステムによって走査されるＦＯＶ内にある反射型取り付けブラケットの一部分に対応し得る。いくつかの実施形態では、取り付けブラケット（またはその走査される部分）は、光学窓に対して所与の距離（例えば、５０ミリメートルなど）内にある。
別の実装例では、ＬＩＤＡＲデバイスに物理的に結合された任意の他の外部構造の外面が、放射光の少なくとも一部分を、取り付けブラケットで反射される代わりに、またはそれに加えて、反射し得る。一例では、取り付けブラケットは、ＬＩＤＡＲデバイスを車両の車体上に取り付けるように構成され得る。この例では、外面は、ＬＩＤＡＲデバイスのＦＯＶ内にある車両の任意の外面（例えば、ボディパネル、サイドミラー構造、バンパー、フェンダーなど）に対応し得る。したがって、この例では、車両が環境内を移動する場合でも、外面は、ＬＩＤＡＲデバイスに対して固定位置に留まり得る。別の例では、ＬＩＤＡＲデバイスは、建物に取り付けられ得る意。この例では、外部構造／表面は、代わりに、壁、ドア、窓枠、またはＬＩＤＡＲデバイスのＦＯＶ内の建物の他の外部特徴を含み得る。他の例も可能である。
いくつかの例では、反射型取り付けブラケット（または他の外部構造）の走査を使用して、光学窓上またはその近くの閉塞の存在を検出することができる。例えば、反射型取り付けブラケット（または外部構造）から反射され、ＬＩＤＡＲデバイスによって受信される光が、予想よりも低い強度を有する場合、例示的なシステムは、閉塞（例えば、汚れ、ほこり、泥、水、など）が、取り付けブラケット（または外部構造）の反射面に送信される、および／またはそれから受信されるエネルギーの量を低減していると判断し得る。したがって、取り付けブラケットの反射面にわたって走査することにより、例示的なシステムは、閉塞が、光学窓上に存在するか、それともＬＩＤＡＲデバイスと、取り付けブラケット（または外部構造）との間の光路に沿った他の場所に存在するかを決定するように構成され得る。
追加的または代替的に、いくつかの例では、走査を使用して、ＬＩＤＡＲデバイスの光学的欠陥を検出することができる。例えば、外部構造（例えば、取り付けブラケット）から反射され、ＬＩＤＡＲデバイスによって受信される光が、予想されるよりも低い強度を有する場合、例示的なシステムは、光強度の減少に関連付けられた光学的欠陥（例えば、レーザの減光）が存在すると判断し得る。例えば、光学的欠陥は、ＬＩＤＡＲデバイス内の１つ以上の光学構成要素の相対位置の変化（例えば、光学的ミスアライメント）、ＬＩＤＡＲデバイス内の１つ以上の発光体（例えば、レーザダイオード）の経年劣化に、および／またはＬＩＤＡＲデバイスによって送信および／または受信された光の減光（例えば、光強度の低下）を引き起こす可能性のある任意の他のタイプの光学的欠陥に関連し得る。
ＩＩ．システム例
図１は、例示的な実施形態によるシステム１００を示す。いくつかの実施形態では、システム１００は、レーザベースの距離および測距（ライダー）システム、またはその一部分であり得る。そのようなシナリオでは、システム１００は、視野（ＦＯＶ）１７内の物体１２を示す情報を提供するように、環境１０内に光パルスを放射するように構成され得る。示されるように、システム１００は、外部構造１９０を含むか、または外部構造１９０に物理的に結合され得る。例えば、システム１００は、システム１００および外部構造１９０が、互いに対して所定の物理的配置に留まるように、外部構造１９０に対して所与の位置に取り付けられ得る。
いくつかの例では、システム１００は、車両の外部環境に関する情報を提供するように、車両（または他のシステム）に結合され得る。一例では、外部構造１９０は、システム１００を車両に物理的に結合する取り付け構造（例えば、取り付けブラケット）を含み得る。したがって、この例では、システム１００は、（例えば、車両が環境内を移動するときでも）取り付け構造に対して所与の位置に留まり得る。他の例では、外部構造１９０は、外部構造の外面が、（例えば、車両が環境内を移動するときでも）システム１００の所与の位置に対して固定された位置に留まるように、システム１００に物理的に結合された任意の構造（例えば、車両のサイドミラー構造、車両のボディパネル、車両のバンパーなど）を含み得る。
示されるように、外部構造１９０は、任意選択で、１つ以上の較正ターゲット１９２を含み得る。較正ターゲット１９２は、例えば、他の可能性の中でも、特定のテクスチャを有する１つ以上の表面、変化する反射率および／または放射率の表面、パターン化されたターゲットを含み得る。例として、特定の較正ターゲットは、入射ビームエネルギーの所与の部分を除くすべてを受信機１２１から離れるようにリダイレクトまたは吸収するように構成され得る（例えば、傾斜ミラー上に配設された黒い点状の表面など）。様々な他の例示的な較正ターゲット構成も、可能である。いくつかの例では、較正ターゲット１９２は、ＦＯＶ１７内にある、外部構造１９０の少なくとも一部分に配設され得る。したがって、システム１００は、ＦＯＶ１７を走査しながら、（較正ターゲット１９２が位置する）外部構造１９０の少なくとも一部分を走査するように構成され得る。
示されるように、システム１００は、第１の軸１０２を中心に回転するように構成されている回転可能なベース１１０を含む。いくつかの実施形態では、ベースアクチュエータ１１２は、３ヘルツ～６０ヘルツ（例えば、１８０回転毎分（ＲＰＭ）～３６００ＲＰＭ）の方位角回転速度で、第１の軸１０２を中心に回転可能なベース１１０を回転させるように動作可能であり得る。しかしながら、他の方位角回転速度が、可能であり、企図される。いくつかの実施形態では、ベースアクチュエータ１１２は、所望の回転速度で回転するように、コントローラ１５０によって制御され得る。そのようなシナリオでは、コントローラ１５０は、単一の目標回転速度で回転するようにベースアクチュエータ１１２を制御し得、および／またはコントローラ１５０は、可能な回転速度の範囲内でベースアクチュエータ１１２の所望の回転速度を動的に調整し得る。
いくつかの実施形態では、ベースアクチュエータ１１２は、電気モータを含み得る。例えば、電気モータは、回転可能なベース１１０のシャフト１１８を回転させるように動作可能であり得る固定子１１６および回転子１１４を含み得る。様々な実施形態では、ベースアクチュエータ１１２は、直流（ＤＣ）モータ、ブラシレスモータ、または別のタイプの回転アクチュエータであり得る。いくつかの実施形態では、シャフト１１８は、１つ以上のベアリング１１９を介して、回転可能なベース１１０に結合され得る。ベアリング１１９は、回転ベアリングまたは別のタイプの低摩擦ベアリングを含み得る。
いくつかの実施形態では、システム１００は、回転可能なベース１１０を含む必要はない。そのようなシナリオでは、ハウジング１６０内のシステム１００の１つ以上の要素は、第１の軸１０２を中心に回転するように構成され得る。しかしながら、他の場合には、システム１００のいくつかの要素は、第１の軸１０２を中心に回転する必要はない。したがって、そのような実施形態では、システム１００は、他の可能性の中でも、ライン走査用途、単一点走査用途で利用され得る。
システム１００はまた、シャフト１３４を備えたミラーアセンブリ１３０と、ミラー回転軸１３１を中心に回転するように構成されているミラー本体１３３とを含む。いくつかの実施形態では、ミラー回転軸１３１は、第１の軸１０２に対して実質的に垂直（例えば、垂直の０～１０度以内）であり得る。例示的な一実施形態では、ミラーアクチュエータ１３６は、ミラー本体１３３を１００Ｈｚ～１０００Ｈｚ（例えば、６，０００ＲＰＭ～６０，０００ＲＰＭ）のミラー回転速度で、ミラー回転軸１３１を中心に回転させるように構成され得る。いくつかの文脈では、ミラー本体１３３は、回転期間内（例えば、３．３ミリ秒～１ミリ秒）にミラー回転軸１３１を中心に回転するように構成され得る。
ミラーアクチュエータ１３６は、ＤＣモータ、ブラシレスＤＣモータ、ＡＣモータ、ステッピングモータ、サーボモータ、または別のタイプの回転アクチュエータであり得る。ミラーアクチュエータ１３６は、様々な回転速度で、または所望の回転速度で動作され得ること、およびミラーアクチュエータ１３６は、コントローラ１５０によって制御され得ることが理解されよう。
いくつかの実施形態では、ミラーアセンブリ１３０は、複数の反射面１３２を含む。例えば、複数の反射面１３２は、４つの反射面を含み得る。様々な実施形態では、反射面１３２は、金、酸化ケイ素、酸化チタン、チタン、白金、またはアルミニウムのうちの少なくとも１つから形成され得る。そのようなシナリオでは、ミラーアセンブリ１３０のミラー本体１３３が、長方形のプリズム形状を有するように、４つの反射面は、ミラー回転軸１３１に対して対称に配置され得る。ミラーアセンブリ１３０は、４つよりも多いか、または少ない反射面を含んでもよいことが理解されよう。したがって、ミラーアセンブリ１３０は、４つよりも多いか、または少ない側面を有する多面プリズム形状として成形され得る。例えば、ミラーアセンブリ１３０は、３つの反射面を有し得る。そのようなシナリオでは、ミラー本体１３３は、三角形の断面を有し得る。
いくつかの実施形態では、ミラー本体１３３は、複数の反射面１３２をシャフト１３４に結合するように構成され得る。そのようなシナリオでは、ミラー本体１３３は、実質的に中空であり得る。様々な実施形態では、ミラー本体１３３の少なくとも一部分は、八角形の断面および／または４回対称性を有し得る。一例では、ミラー本体１３３は、ポリカーボネート材料を含み得る。この例では、ミラー本体１３３の八角形および／または４回対称構成が、ミラー本体の回転中のシャフト１３４上のミラー本体１３３のポリカーボネート材料の潜在的滑りを低減することを容易にし得る。他の例も、同様に可能である。
いくつかの実施形態では、ミラー本体１３３は、複数の可撓性支持部材１３８を含み得る。そのようなシナリオでは、少なくとも１つの可撓性支持部材１３８は、真っ直ぐであり得る。追加的または代替的に、少なくとも１つの可撓性支持部材１３８は、湾曲され得る。いくつかの実施形態では、可撓性支持部材のシステムの形状に基づいて、ミラー本体１３３は、（例えば、荷重を伝達するために）いくつかの方向に剛性で、熱膨張に対応するためにいくつかの方向に弾性であり得る。例えば、可撓性支持部材１３８は、ねじれているときに実質的に剛性であり、回転軸に対して垂直な力に応答して実質的に弾性であるように構成され得る。様々な実施形態では、ミラー本体１３３は、射出成形された材料から形成され得る。さらに、シャフト１３４は、鋼または別の構造材料から形成され得る。
いくつかの実施形態では、ミラーアセンブリ１３０は、シャフト１３４に結合され得るエンコーダ磁石１３９を含み得る。そのようなシナリオでは、エンコーダ磁石１３９は、送信機１２７および受信機１２１に対する、回転可能なミラーアセンブリ１３０の回転位置を示す情報を提供するように構成される。
いくつかの実施形態では、エンコーダ磁石１３９はまた、（例えば、ミラーアクチュエータ１３６に含まれる）ミラーモータ磁石として構成され得る。これらの実施形態では、システム１００は、磁石１３９を使用して、回転可能なミラーアセンブリ１３０の回転位置の測定および調整の両方を容易にし得る。一例示的実施形態では、磁石１３９は、円形配置に配設され、（例えば、アクチュエータ１３６で生成される）磁場と相互作用してミラーアセンブリの回転を引き起こすように構成されている複数の磁石（例えば、磁石リングなど）のうちの１つであり得る。他の実施形態が、可能である。
様々な例では、ミラーアセンブリ１３０は、追加的または代替的に、ミラーアセンブリ１３０の少なくとも一部分をハウジング１６０などのシステム１００の他の要素に結合するように構成された結合ブラケット１３５を含み得る。結合ブラケット１３５は、１つ以上のコネクタ１３７を通して、ミラーアセンブリ１３０をハウジング１６０に取り付けるように構成され得る。そのようなシナリオでは、結合ブラケット１３５およびコネクタ１３７は、システム１００の他の要素から容易に取り外し可能であるように構成され得る。そのような取り外しの容易さは、より良好な再較正、サービス、および／または修理オプションを提供し得る。
システム１００は、回転可能なベース１１０に結合された光共振器１２０をさらに含む。光共振器は、少なくとも１つの発光デバイス１２６と、発光レンズ１２８とを有する送信機１２７を含む。例示的な実施形態では、少なくとも１つの発光デバイス１２６は、１つ以上のレーザダイオードを含み得る。他のタイプの光源が可能であり、企図される。少なくとも１つの発光デバイス１２６および発光レンズ１２８は、発光軸１８を画定するように配置される。
様々な実施形態では、回転可能なミラーアセンブリ１３０は、環境１０内の位置に向かって放射光を送信し、かつそこからの戻り光を受信するように、ミラー回転軸１３１を中心に制御可能に回転するように構成され得る。
光共振器１２０はまた、環境１０からの戻り光１６を検出するように構成された受信機１２１を含む。受信機１２１は、複数の光検出器１２２を含む。一例として、複数の光検出器１２２は、少なくとも１つの固体単一光子感受性デバイスを含み得る。例えば、いくつかの実施形態では、複数の光検出器１２２は、１つ以上のシリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）を含み得る。そのようなシナリオでは、ＳｉＰＭは各々、複数（例えば、二次元アレイ）の単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）を含み得る。追加的または代替的に、複数の光検出器１２２は、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、赤外線フォトダイオード、光伝導体、または別のタイプの光検出器を含み得る。さらに、焦点面アレイまたは別のタイプの画像センサなどの複数の光検出器を組み込んだシステムも可能であり、企図されることが理解されよう。
複数の光検出器１２２は、少なくとも１つの発光デバイス１２６の各発光デバイスのための２つ以上の光検出器のそれぞれのセットを含む。様々な実施形態では、少なくとも１つの発光デバイス１２６は、光パルスが、送信光１４として、システム１００の環境１０に向けてリダイレクトされるように、ミラーアセンブリ１３０と相互作用する光パルスを放射するように構成され得る。そのようなシナリオでは、光パルスの少なくとも一部分は、飛行時間、物体１２までの距離、および／または点群のうちの少なくとも１つを決定するように、戻り光１６としてシステム１００に向かって反射されて戻され、かつ複数の光検出器１２２によって受信され得る。
例示的な実施形態では、光検出器１２２は、コントローラ１５０に出力信号を提供し得る。例えば、出力信号は、環境１０の視野１７の所与の部分に向けた所与の光パルスの飛行時間を示す情報を含み得る。追加的または代替的に、出力信号は、環境１０の範囲マップまたは点群の少なくとも一部分を示す情報を含み得る。
いくつかの実施形態では、２つ以上の光検出器の各セットは、一次光検出器１２３と、二次光検出器１２５とを含み得る。一次光検出器１２３は、所与の発光デバイスから放射された光パルスに対応する戻り光１６の第１の部分を受信するように構成される。そのようなシナリオでは、二次光検出器１２５は、所与の発光デバイスから放射された戻り光の第２の部分を受信するように構成される。
様々な実施形態では、戻り光１６の第１の部分および戻り光１６の第２の部分は、大きく異なる強度を有し得る。例えば、戻り光１６の第１の部分は、戻り光１６の第２の部分よりも光子束において少なくとも１桁大きくあり得る。
例示的な一実施形態では、少なくとも１つの発光デバイス１２６は、４要素レーザダイオードバー（例えば、レーザバー上に配設された４つの個別の光源）を含み得る。そのようなシナリオでは、複数の光検出器１２２は、４つの一次光検出器を含み得る。各一次光検出器は、レーザダイオードバー上のそれぞれの発光体に対応し得る。さらに、複数の光検出器１２２は、４つの二次光検出器を含み得る。各二次光検出器は、レーザダイオードバー上のそれぞれの発光体に対応し得る。
代替の実施形態では、少なくとも１つの発光デバイス１２６は、２つ以上のレーザダイオードバーを含み得、レーザバーは、４つよりも多いかまたは少ない発光デバイスを含み得る。
いくつかの実施形態では、発光デバイス１２６は、発光デバイス１２６に１つ以上のレーザ光パルスを放射させるように動作可能なレーザパルサ回路に結合することができる。そのようなシナリオでは、レーザパルサ回路は、トリガソースに結合され得、トリガソースは、コントローラ１５０を含み得る。発光デバイス１２６は、（例えば、８００～１６００ナノメートル（ｎｍ）、例えば９０５ｎｍの波長を有する）赤外線を放射するように構成され得る。しかしながら、他の光の波長が可能であり、企図される。
受信機１２１はまた、光検出器レンズ１２４を含む。複数の光検出器１２２および光検出器レンズ１２４は、受光軸１９を画定するように配置される。受光軸１９または発光軸１８のうちの少なくとも一方は、第１の軸１０２に対する傾斜角を形成する。一例として、傾斜角度は、５～３０度であり得る。ただし、他の傾斜角度も可能であり、企図される。
受信機１２１は、追加的に、アパーチャプレート１７６の開口部であり得る複数のアパーチャ１７８を含む。様々な実施形態では、アパーチャプレート１７６は、５０ミクロン～２００ミクロンの厚さを有し得る。追加的または代替的に、複数のアパーチャ１７８のうちの少なくとも１つのアパーチャは、１５０ミクロン～３００ミクロンの直径を有し得る。しかしながら、この範囲よりも大きいおよび小さい他のアパーチャサイズが、可能であり、企図される。さらに、例示的な一実施形態では、複数のアパーチャ１７８のそれぞれのアパーチャは、２００ミクロン～８００ミクロンで離間し得る。他のアパーチャ間隔が、可能であり、企図される。
受信機１２１はまた、１つ以上の光リダイレクタ１２９を含み得る。そのようなシナリオでは、各光リダイレクタ１２９は、それぞれのアパーチャからの戻り光１６のそれぞれの部分を、複数の光検出器１２２のうちの少なくとも１つの光検出器に光学的に結合するように構成され得る。例えば、各光リダイレクタは、全反射によって、それぞれのアパーチャからの戻り光のそれぞれの一部分を複数の光検出器のうちの少なくとも１つの光検出器に光学的に結合するように構成され得る。
いくつかの実施形態では、光リダイレクタ１２９は、射出成形可能な光学材料から形成され得る。そのようなシナリオでは、光リダイレクタ１２９は、第１の要素対および第２の要素対が、互いにスライド可能に結合するように形成されるように、要素対に一緒に結合される。例示的な実施形態では、光リダイレクタ１２９は、第１の光検出器を戻り光１６の第１の部分の第１の光子束で照らし、かつ第２の光検出器を戻り光１６の第２の部分の第２の光子束で照らすように、戻り光１６を不均等な部分に分離するように構成される。
いくつかの例では、光リダイレクタ１２９はまた、第１の光検出器に投射される戻り光１６の第１の部分（および／または第２の光検出器に投射される戻り光１６の第２の部分）のビーム幅を拡大するように構成され得る。このようにして、例えば、戻り光１６のそれぞれの部分が投射されるそれぞれの光検出器における検出領域は、それらの関連付けられたアパーチャの断面積よりも大きくあり得る。
様々な例示的な実施形態では、回転可能なベース１１０、ミラーアセンブリ１３０、および光共振器１２０は、視野１７を提供するように配設され得る。いくつかの実施形態では、視野１７は、第１の軸１０２を中心に３６０度の方位角範囲と、ミラー回転軸１３１を中心に６０度～１２０度（例えば、少なくとも１００度）の仰角範囲とを含み得る。一実施形態では、仰角範囲は、システム１００が、第１の軸１０２の方向に沿って（および／または実質的に平行に）１つ以上の放射ビームを向けることを可能にするように構成され得る。他の方位角範囲および仰角範囲が可能であり、企図されることが理解されるであろう。
いくつかの実施形態では、視野１７は、２つ以上の連続する角度範囲（例えば、「分割された」視野または不連続な視野）を有し得る。一実施形態では、２つ以上の連続する角度範囲は、第１の軸１０２の同じ側から離れて延在し得る。代替的に、別の実施形態では、２つ以上の連続する角度範囲は、第１の軸１０２の反対側から離れて延在し得る。例えば、第１の軸１０２の第１の側は、０度～１８０度の仰角に関連付けられ得、第１の軸の第２の側は、１８０度～３６０度の仰角に関連付けられ得る。
いくつかの実施形態では、システム１００は、光学窓１６２を有する回転可能なハウジング１６０を含む。光学窓１６２は、平坦な窓を含み得る。追加的または代替的に、光学窓１６２は、湾曲した窓および／または屈折力を有する窓を含み得る。一例として、湾曲した窓は、光ビームの品質のいくらかの損失または劣化と引き換えに、（平坦な光学窓と比較して）拡張視野を提供し得る。そのようなシナリオでは、光パルスは、光学窓１６２を通して環境１０に向けて放射され、環境１０を通して送信され、そして環境１０から受信され得る。さらに、本明細書の様々な実施形態では、１つの光学窓が説明されているが、２つ以上の光学窓を有する例が可能であり、企図されることが理解されるであろう。
光学窓１６２は、放射光パルスの波長（例えば、赤外線波長）などの波長を有する光に対して実質的に透明であり得る。例えば、光学窓１６２は、赤外線波長域で８０％より高い透過効率で放射光パルスを透過させるように構成された、光学的に透明な材料を含み得る。一実施形態では、光学窓１６２の透過効率は、９８％以上であり得る。別の実施形態では、光学窓１６２の透過効率は、光学窓１６２に入射する送信および／または受信光の入射角に応じて、変化し得る。例えば、透過効率は、光が比較的より高い入射角から光学窓に入射する場合に、光が比較的より低い入射角から入射する場合よりも、低くあり得る。
いくつかの例では、光学窓１６２は、ポリマー材料（例えば、ポリカーボネート、アクリルなど）、ガラス、石英、またはサファイアから形成され得る。赤外光に対して実質的に透明である他の光学材料が、可能であり、企図されることが理解されるであろう。
いくつかの実施形態では、回転可能なハウジング１６０の他の部分は、黒色テープ、吸収性塗料、カーボンブラック、黒色陽極酸化および／またはマイクロアーク酸化処理された表面または材料、ならびに／もしくは別のタイプの光学吸収性、反射防止性の表面または材料などの光吸収性材料でコーティングまたは形成され得る。
システム１００の様々な要素は、異なる配置に配設され得る。例えば、例示的な一実施形態では、受光軸１９または発光軸１８の少なくとも一方は、ミラー回転軸１３１と交差しない。
システム１００は、コントローラ１５０を含む。いくつかの実施形態では、コントローラ１５０は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のうちの少なくとも１つを含む。追加的または代替的に、コントローラ１５０は、１つ以上のプロセッサ１５２とメモリ１５４とを含み得る。１つ以上のプロセッサ１５２は、汎用プロセッサまたは特殊用途プロセッサ（例えば、デジタルシグナルプロセッサ、グラフィックスプロセッサユニットなど）を含み得る。１つ以上のプロセッサ１５２は、メモリ１５４に記憶されているコンピュータ可読プログラム命令を実行するように構成され得る。したがって、１つ以上のプロセッサ１５２は、プログラム命令を実行して、本明細書に記載の機能および動作の少なくともいくつかを提供することができる。
メモリ１５４は、１つ以上のプロセッサ１５２によって読み取りまたはアクセス可能な１つ以上のコンピュータ可読記憶媒体を含んでもよく、またはその形態をとってもよい。１つ以上のコンピュータ可読記憶媒体は、１つ以上のプロセッサ１５２のうちの少なくとも１つと全体的または部分的に一体化され得る光メモリ、磁気メモリ、有機メモリ、または他のメモリ、もしくはディスクストレージなどの揮発性および／または不揮発性ストレージ構成要素を含み得る。いくつかの実施形態では、メモリ１５４は、単一の物理デバイス（例えば、１つの光学メモリ、磁気メモリ、有機メモリもしくは他のメモリ、またはディスクストレージユニット）を使用して実装され得るが、他の実施形態では、メモリ１５４は、２つ以上の物理デバイスを使用して実装することができる。したがって、一実施形態では、メモリ１５４は、１つ以上のプロセッサ１５２によって実行されたときに、システム１００に、本明細書に記載の動作のうちの少なくともいくつかを実行させる命令を記憶する非一時的なコンピュータ可読媒体を含み得る。
上記のように、メモリ１５４は、システム１００の動作に関連するコンピュータ可読プログラム命令を含むことができる。したがって、メモリ１５４は、本明細書に記載の動作または機能の一部または全てを実行または促進するためのプログラム命令を含み得る。
例えば、動作は、発光デバイス１２６に光パルスを放射させることを含み得る。そのようなシナリオでは、コントローラ１５０は、発光デバイス１２６に関連付けられたパルサー回路に、１つ以上の電流／電圧パルスを発光デバイス１２６に提供させることができ、それにより、発光デバイス１２６に、光パルスを提供させることができる。
動作はまた、検出された光信号として、視野１７からの反射光パルス（例えば、戻り光１６）の少なくとも第１の部分を受信することを含み得る。例えば、光学窓１６２を介して発光デバイス１２６から放射された光パルスの少なくとも一部（例えば、送信光１４）は、反射光パルスまたは戻り光１６を提供するように、視野１７内の環境１０内の物体１２と相互作用し得る。反射光パルスの少なくとも一部分は、複数の光検出器１２２のうちの少なくとも１つの光検出器によって受信され得る。次に、所与の光検出器は、光電流信号または光電圧信号を含み得る、検出された光信号を提供し得る。
さらに、動作は、検出された光信号に基づいて、視野１７内の物体１２を示す点群を決定することを含み得る。例示的な一実施形態では、点群を決定することは、コントローラ１５０によって実行され得る。例えば、コントローラ１５０は、放射および受信された各光パルスのそれぞれの飛行時間に基づいて、複数の空間点を決定および蓄積し得る。点群を決定することは、ミラーアセンブリ１３０の仰角および回転可能なベース１１０の方位角にさらに基づき得る。
本明細書で説明される動作のいくつかまたはすべては、コントローラ１５０から離れて位置するコンピューティングデバイス、および／またはシステム１００の他の要素によって実行され得ることが理解されよう。
様々な実施形態では、システム１００は、少なくとも１つのバッフルを含み得る。例えば、システム１００は、少なくとも１つの回転可能なバッフル１７０および／または少なくとも１つの静的バッフル１７２を含み得る。そのようなシナリオでは、少なくとも１つの回転可能なバッフル１７０および／または少なくとも１つの静的バッフル１７２は、光共振器１２０内の迷光（例えば、最初にシステム１００周りの環境と相互作用することなく、発光デバイス１２６から複数の光検出器１２２に内部を移動する光）を低減するように構成され得る。例示的な一実施形態では、静的バッフル１７２は、受光軸１９と、発光軸１８との間に配設された光学的に不透明な材料を含み得る。いくつかの実施形態では、回転可能なバッフル１７０は、ミラー本体１３３に結合され得、かつシステム１００の送信機部分と、受信機部分との間の迷光を低減または排除するように構成されている光学的に不透明な材料を含み得る。換言すれば、ミラー本体１３３の第１の部分およびミラー本体１３３の第２の部分は、回転可能なバッフル１７０によって分離され得る。そのようなシナリオでは、回転可能なバッフル１７０は、平坦なディスクのように形成され得るが、他の形状が、企図され、可能である。回転可能なバッフル１７０は、ミラー回転軸１３１を中心とし、かつそれに対して垂直であり得る。
いくつかの実施形態では、システム１００は、光フィードバックシステムを含み得る。光フィードバックシステムの一部として、送信機１２７は、ミラー本体１３３の回転期間中、複数の光パルスをミラーアセンブリ１３０の反射面１３２に向かって送信するように構成され得る。そのようなシナリオでは、ミラーアセンブリ１３０は、（ｉ）複数の光パルスのうちの少なくとも第１の光パルスをシステム１００の環境１０内に反射し、かつ（ｉｉ）複数の光パルスのうちの少なくとも第２の光パルスを内部光路１６８内に反射するように構成され得る。いくつかの実施形態では、内部光路１６８は、回転可能なバッフル１７０、静的バッフル１７２内、および／または回転可能なバッフル１７０と、静的バッフル１７２との間のギャップ内にバッフル開口１７４を含み得る。
そのようなシナリオでは、受信機１２１の複数の光検出器１２２は、（ｉ）環境１０内の物体１２によって引き起こされる第１の光パルスの反射を含む反射光パルスを検出し、かつ（ｉｉ）内部光路１６８を介して受信された第２の光パルスを検出するように構成され得る。様々な実施形態では、内部光路１６８は、反射面１３２が、第２の光パルスを受信機１２１に向かって反射するように、ミラーアセンブリ１３０の反射面１３２に向かって第２の光パルスを反射する１つ以上の内部反射鏡１８０によって、少なくとも部分的に画定され得る。
さらに、そのようなシナリオでは、コントローラ１５０は、第１の光パルスが、送信機１２７によって送信される時間と、反射光パルスが、光検出器１２２によって検出される時間と、第２の光パルスが、光検出器１２２によって検出される時間とに基づいて、環境１０内の物体１２までの距離を決定するように構成され得る。そのようなシナリオでは、第１の光パルス（およびその対応する反射光パルス）は、物体までの距離を示す情報を提供し得、第２の光パルス（およびその対応する反射光パルス）は、フィードバック距離またはゼロ長参照（ｚｅｒｏ－ｌｅｎｇｔｈ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）を示す情報を提供し得る。
図２は、例示的な実施形態による、取り付け構造２９０に取り付けられたＬＩＤＡＲデバイス２００を示す。例示における便宜上、ｘ－ｙ－ｚ軸が、図２に示されている。
取り付け構造２９０は、外部構造１９０と同様であり得る。例えば、取り付け構造２９０は、ハウジング１６０および／またはその中の１つ以上の構成要素が軸１０２を中心に回転する間、ＬＩＤＡＲ２００を物理的に支持するのに適した任意の固体材料から形成され得る。
図２に示されるように、ＬＩＤＡＲ２００は、受容構造２９１を介して、取り付け構造２９０に物理的に結合され得る。一例では、受容構造２９１は、ＬＩＤＡＲ２００の一部分が挿入されて、ＬＩＤＡＲ２００を取り付け構造２９０と物理的に結合することができる凹部を画定するように、ページから外に延在する、取り付け構造２９０の湾曲した壁を含み得る。例えば、ＬＩＤＡＲ２００の第１の部分は、受容構造２９１において取り付け構造２９０に物理的に接続され得、光学窓１６２を含むＬＩＤＡＲ２００の底部分は、受容構造２９１の外側に留まり得る。他の例も、取り付け構造２９０に対して所与の位置にＬＩＤＡＲ２００を物理的に取り付けることが可能である。
図２に示されるように、較正ターゲット２９２は、取り付け構造２９０の表面上に配設される。較正ターゲット２９２は、例えば、システム１００に関連して説明された較正ターゲット１９１と同様であり得る。例として、較正ターゲット２９２は、較正ターゲット２９２の少なくとも一部分（図示せず）が、ＬＩＤＡＲ２００と重なるように（例えば、ＬＩＤＡＲ２００の後ろの部分）、取り付け構造２９０の表面に沿って水平に（例えば、ｙ軸に沿って）延在するように示されている。しかしながら、他の例では、ターゲット２９２は、代替的に、ＬＩＤＡＲ（またはその一部分）が軸１０２を中心に回転するときに、ＬＩＤＡＲ２００によって走査されるＦＯＶ内にある取り付け構造２９０の任意の表面に沿った異なる位置に位置付けられ得る。さらに、ターゲット２９２は、代替的に、図２に示されるものとは異なるサイズおよび／または形状を有し得る。したがって、較正ターゲット２９２の様々な形状、サイズ、および位置が可能であること、およびターゲット２９２は、説明の便宜のためにのみ図２に示されるように図示されていることを理解されたい。
いくつかの実施形態では、ＬＩＤＡＲ２００は、閉塞検出システムを含み得る。閉塞検出システムは、光学窓１６２に関連付けられた（例えば、結合された、またはその近くの）閉塞物体２２２の存在を示す情報を提供するように構成され得る。
図２は、光学窓１６２の外面上に配設された閉塞物体２２２を示すが、他の閉塞物体が、他のどこかに位置し得ることが理解されよう。一例では、閉塞物体２２２は、代替的に、光学窓１６２の近くに結合された外部物体を含み得る。例えば、ビニール袋または他の物体（図示せず）が、取り付け構造またはＬＩＤＡＲもしくは他の外部構造に結合され得、そのような外部物体の少なくとも一部分がＬＩＤＡＲまたはその近くに存在するように、延在し得る。別の例では、閉塞物体２２２は、代替的に、光学窓１６２の亀裂、もしくは曇ったまたは不透明な領域など、光学窓１６２自体に統合された閉塞を含み得る。他の例も可能である。
図２に示される例では、ＬＩＤＡＲ２００は、ＬＩＤＡＲ２００によって走査されるＦＯＶ内に配設された取り付け構造２９０の少なくとも一部分（例えば、較正ターゲット２９２が位置する部分など）を走査し得る。例えば、ＬＩＤＡＲ２００（またはその一部分）が軸１０２を中心に回転すると、（例えば、光学窓１６２が、取り付け構造に対向しているときなどに）光学窓１６２を通して放射される光パルスのうちの１つ以上が、取り付け構造２９０に向かって伝播し得る。次に、ＬＩＤＡＲ２００（またはＬＩＤＡＲ２００からデータを受信する別のコンピューティングシステム）が、例えば、取り付け構造２９０の走査される部分の反射率特性を、所定のおよび／またはさもなければ予想される反射率特性と比較することによって、閉塞２２２の存在を検出し得る。
いくつかの例では、取り付け構造２９０は、「第１の光パルス」および「第２の光パルス」を反射し得る。いくつかの実施形態では、取り付け構造２９０からＬＩＤＡＲ２００に戻る、対応する反射光パルスが、例えば、外部較正ターゲットおよび／または環境内の他の既知の特徴の走査に基づいて決定される所与の基準時間の代わりに、またはそれに加えて、基準時間（例えば、「ゼロ時間」）を決定するための基礎として使用され得る。いくつかのシナリオでは、基準時間を決定するために取り付け構造を使用することは、取り付け構造２９０に対するＬＩＤＡＲ２００の所定の物理的配置に起因して、決定される基準時間の精度を高め得る（例えば、必ずしもＬＩＤＡＲ２００に物理的に結合されていない外部較正ターゲットを使用して計算された所与の基準時間と比較して）。
ＩＩＩ．例示的車両
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄ、および図３Ｅは、例示的な実施形態による車両３００を示す。車両３００は、半自律型または完全自律型の車両であり得る。図３Ａ～図３Ｅは、車両３００を自動車（例えば、乗用バン）であるものとして示しているが、車両３００は、センサおよびその環境に関する他の情報を使用してその環境内でナビゲートし得る別のタイプの自律型車両、ロボット、またはドローンを含み得ることが理解されよう。
車両３００は、１つ以上のセンサシステム３０２、３０４、３０６、３０８、および３１０を含むことができる。いくつかの実施形態では、センサシステム３０２、３０４、３０６、３０８、および３１０は、所与の平面（例えば、ｘ－ｙ平面）に対してある角度範囲にわたって配置された複数の発光デバイスを有するＬＩＤＡＲセンサを含み得る。
センサシステム３０２、３０４、３０６、３０８、および３１０のうちの１つ以上は、車両３００の周囲の環境を光パルスで照明するように、所与の平面に垂直な軸（例えば、ｚ軸）の周りを回転するように構成され得る。反射光パルスの様々な要因（例えば、経過飛行時間、偏光、強度など）を検出することに基づいて、環境に関する情報が決定され得る。
例示的な実施形態では、センサシステム３０２、３０４、３０６、３０８、および３１０は、車両３００の環境内の物理的対象に関し得るそれぞれの点群情報を提供するように構成され得る。車両３００ならびにセンサシステム３０２、３０４、３０６、３０８、および３１０は、特定の特徴を含むものとして示されているが、他のタイプのセンサシステムが、本開示の範囲内で企図されることが理解されよう。
例示的な実施形態は、複数の発光体デバイスを有するシステムを含むことができる。システムは、ライダーデバイスの伝送ブロックを含むことができる。例えば、システムは、車両（例えば、自動車、トラック、オートバイ、ゴルフカート、航空機、ボートなど）のライダーデバイスに対応し得る（またはそれに含まれ得る）。複数の発光体デバイスの各発光体デバイスは、それぞれのビーム仰角に沿って光パルスを放射するように構成される。それぞれのビーム仰角は、基準角度または基準面に基づくことができる。いくつかの実施形態では、基準面は、車両３００の運動軸に基づき得る。
単一の発光デバイスを有するライダーシステムが、本明細書で説明および図示されているが、複数の発光デバイス（例えば、単一のレーザダイ上に複数のレーザバーを有する発光デバイス）を有するライダーシステムも企図される。例えば、１つ以上のレーザダイオードによって放射される光パルスは、システムの環境の周りに制御可能に向けられ得る。光パルスの放射の角度は、例えば、機械的走査ミラーおよび／または回転モータなどの走査デバイスによって調整することができる。例えば、走査デバイスは、所与の軸の周りを往復運動で回転する、および／または垂直軸の周りを回転することができる。別の実施形態では、発光デバイスは、各光パルスと相互作用するときのプリズムミラー角度の角度に基づいて光パルスを環境に放射させることができる、回転するプリズムミラーに向けて光パルスを放射することができる。付加的にまたは代替的に、走査光学系および／または他のタイプの電気光学機械デバイスは、環境の周りの光パルスを走査することが可能である。複数の固定ビームを利用する実施形態もまた、本開示の文脈内で企図される。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載するように、単一の発光デバイスは、可変ショットスケジュールに従って、かつ／またはショット当たりの可変電力で光パルスを放射することができる。すなわち、各レーザパルスまたはショットの放射電力および／またはタイミングは、ショットのそれぞれの仰角に基づくことができる。さらにまた、可変ショットスケジュールは、ライダーシステムから、またはライダーシステムを支持する所与の車両の表面（例えば、フロントバンパー）からの所与の距離で所望の垂直間隔を提供することに基づくことができる。一例として、発光デバイスからの光パルスが下向きに向けられるとき、目標までの予想される最大距離がより短いことに起因して、ショット当たりの電力が低下する可能性がある。逆に、基準面の上の仰角で発光デバイスによって放射された光パルスは、より長い距離を移動するパルスを適切に検出するのに十分な信号対雑音を提供するように、ショット当たりの電力が比較的より高い場合がある。
いくつかの実施形態では、ショット当たりの電力／エネルギーは、動的にショットごとに制御することができる。他の実施形態では、ショット当たりの電力／エネルギーは、いくつかのパルスの連続セット（例えば、１０個の光パルス）について制御することができる。すなわち、光パルス列の特性は、パルス当たり基準および／または数パルス当たり基準に変更することができる。
図３Ａ～３Ｅは、車両３００に取り付けられた様々なライダーセンサを示すが、車両３００は、複数の光学システム（例えば、カメラ）、レーダ、または超音波センサなどの他のタイプのセンサを組み込み得ることが理解されよう。
例示的な一実施形態では、車両３００は、デフォルトの視野内の物体を示す情報を提供するように、車両３００の環境内に光パルスを放射するように構成されたライダーシステム（例えば、システム１００）を含み得る。例えば、車両３００は、第１の軸（例えば、第１の軸１０２）を中心に回転するように構成された回転可能なベース（例えば、回転可能なベース１１０）を有する光学システム（例えば、システム１００）を含み得る。光学システムはまた、ミラーアセンブリ（例えば、ミラーアセンブリ１３０）を含み得る。ミラーアセンブリは、ミラー回転軸を中心に回転するように構成され得る。いくつかの実施形態では、ミラー回転軸は、第１の軸に対して実質的に垂直である。
光学システムはまた、回転可能なベースに結合された光共振器（例えば、光共振器１２０）を含む。そのようなシナリオでは、光共振器は、少なくとも１つの発光デバイス（例えば、発光デバイス１２６）と、発光レンズ（例えば、発光レンズ１２８）とを含む。少なくとも１つの発光デバイスおよび発光レンズは、発光軸（例えば、発光軸１８）を画定するように配置される。
光学システムは、さらに、複数の光検出器（例えば、光検出器１２２を含む。例示的な一実施形態では、複数の光検出器は、少なくとも１つの発光デバイスの各発光デバイスのための２つ以上の光検出器のそれぞれのセットを含む。光学システムはまた、光検出器レンズ（例えば、光検出器レンズ１２４を含む。そのようなシナリオでは、複数の光検出器および光検出器レンズは、受光軸（例えば、受光軸１９）を画定するように配置される。いくつかの実施形態では、受光軸または発光軸のうちの少なくとも一方は、第１の軸に対して傾斜角を形成し得る。
いくつかの実施形態では、２つ以上の光検出器の各セットは、一次光検出器（例えば、一次光検出器１２３）と、二次光検出器（例えば、二次光検出器１２５）とを含み得る。そのようなシナリオでは、一次光検出器は、所与の発光デバイスから放射された戻り光の第１の部分を受信するように構成される。さらに、二次光検出器は、所与の発光デバイスから放射された戻り光の第２の部分を受信するように構成される。
いくつかの実施形態では、戻り光の第１の部分は、戻り光の第２の部分よりも光子束において少なくとも１桁大きい。
ＩＶ．例示的な方法
図４は、例示的な実施形態による、方法４００を示す。方法４００は、本明細書に明示的に示されているかまたは別様に開示されているものよりも少ないまたは多くのステップまたはブロックを含んでもよいことが理解されよう。さらに、方法４００のそれぞれのステップまたはブロックは、任意の順序で実行され得、各ステップまたはブロックは、１回以上実行され得る。いくつかの実施形態では、方法４００のブロックまたはステップの一部または全部は、図１、図２、および／または図３Ａ～図３Ｅにそれぞれ関連して図示および説明されたように、システム１００、ＬＩＤＡＲ２００および／または車両３００のコントローラ１５０および／または他の要素によって実施され得る。
ブロック４０２は、回転可能なベースに結合された発光デバイスから、最初にミラーアセンブリと相互作用し、次に放射光として、環境に向かって放射される光パルスを放射することを含む。
ブロック４０４は、最初にミラーアセンブリと相互作用し、次に少なくとも一次光検出器および二次光検出器によって検出される、環境からの戻り光を受信することを含む。
ブロック４０６は、放射時間と、受信時間との間の飛行時間に基づいて、環境内の物体までの距離を決定することを含む。
いくつかの実施形態では、方法４００は、回転可能なベースを第１の軸を中心に回転させることと、ミラーアセンブリをミラー回転軸を中心に回転させることと、ミラーアセンブリが回転している間、点群を形成するように、放射ステップ、受信ステップ、および決定ステップを繰り返すこととをさらに含み得る。点群は、環境の三次元表現内に複数の範囲または範囲データを含む。
図５は、例示的な実施形態による方法５００を示している。方法５００は、本明細書に明示的に示されているかまたは別様に開示されているものよりも少ないまたは多くのステップまたはブロックを含んでもよいことが理解されよう。さらに、方法５００のそれぞれのステップまたはブロックは、任意の順序で実施されてもよく、各ステップまたはブロックは、１回以上実施されてもよい。いくつかの実施形態では、方法５００のブロックまたはステップの一部または全部は、図１、図２、および図３Ａ～図３Ｅにそれぞれ関連して図示および説明されたように、システム１００、ＬＩＤＡＲ２００、および／または車両３００のコントローラ１５０および／または他の要素によって実施され得る。
ブロック５０２において、方法５００は、ＬＩＤＡＲデバイスの視野内にある外部構造の少なくとも一部分を走査することを含む。
第１の例では、外部構造は、取り付け構造に対応し得、ＬＩＤＡＲデバイスは、取り付け構造に取り付けられ得る。例えば、図２に戻ると、ＬＩＤＡＲ２００は、取り付け構造２９０に取り付けられ得、取り付け構造２９０は、次に任意選択で、ＬＩＤＡＲ２００を車両３００などの別のシステム（図示せず）に取り付け得る。したがって、この例では、ＬＩＤＡＲデバイスは、ＬＩＤＡＲデバイスが、外部構造に対してオフセット位置に留まるように、外部構造（例えば、取り付け構造２９０）に物理的に結合され得る。例えば、図２に示されるように、ＬＩＤＡＲ２００（またはその一部）が軸１０２を中心に回転する間、ＬＩＤＡＲ２００および取り付け構造２９０は、特定の相対的配置で物理的に接続され得る。
第２の例では、外部構造は、外部構造が、ＬＩＤＡＲ２００に対して所定のオフセット位置に留まるように、ＬＩＤＡＲデバイスに（直接的または間接的に）物理的に結合されている任意の他の構造に対応し得る。例えば、図３Ａに戻ると、外部構造は、ＬＩＤＡＲ３１０によって走査されるＦＯＶ内にある車両３００の構成要素（またはその一部）（例えば、車両のボディパネル、車両のバンパー、車両のフェンダー、車両のバックミラーなど）に対応し得る。したがって、この例では、ＬＩＤＡＲデバイスは、ＬＩＤＡＲデバイスが、外部構造に対してオフセット位置に留まるように、外部構造（例えば、ＬＩＤＡＲデバイスのＦＯＶ内に外面を有する車両の任意の構成要素）に物理的に（例えば、間接的に）結合され得る。例えば、図３Ａに戻ると、外部構造は、車両のボディパネルであり、ＬＩＤＡＲデバイスは、特定の取り付け位置で車両に取り付けられたＬＩＤＡＲ３１０であり得る。この場合、ボディパネルおよびＬＩＤＡＲ３１０は、車両におけるボディパネルの所与の位置に対するＬＩＤＡＲ３１０の特定の取り付け位置によって画定される特定の相対的配置のままであり得る。さらに、この場合、車両３００が環境内を移動する場合、ボディパネル（すなわち、外部構造）およびＬＩＤＡＲ３１０（すなわち、ＬＩＤＡＲデバイス）は、同じ特定の相対的配置のままであり得る。
説明の便宜上、「取り付け構造」および「外部構造」という用語は、方法５００の様々なブロックの説明において交換可能に使用され得ることに留意されたい。ただし、外部構造が取り付け構造である本明細書のいくつかの例は、本開示の範囲を逸脱することなく、ＬＩＤＡＲデバイスに物理的に（直接的または間接的に）結合された任意の他の外部構造を使用して、代替的に実装され得る（逆の場合も同じ）ことが理解されるべきである。
ブロック５０２での走査は、光パルス（例えば、光１４）を、光学窓（例えば、光学窓１６２）を通して外部構造の少なくとも一部分に向かって様々な方向に送信することを含み得る。例えば、一連の放射光パルスは、ＬＩＤＡＲ２００によって様々な方向に向けられ得、したがって、放射光パルスの１つ以上は、（光学窓１６２を通して）ＬＩＤＡＲ２００のＦＯＶ内にある外部構造の少なくとも一部分（例えば、図２に示される取り付け構造２９０）に向けて送信され得る。
ブロック５０２での走査はまた、上記の考察に従って、外部構造からＬＩＤＡＲデバイスに戻る、送信された光パルスの反射を含む反射光パルス（例えば、光１６）を、光学窓を通して受信することを含み得る。
ブロック５０４において、方法５００は、少なくともブロック５０２の走査に基づいて、ＦＯＶを走査することからＬＩＤＡＲデバイスを少なくとも部分的に閉塞する閉塞の存在を検出することを含む。
例えば、図２に戻ると、方法５００のシステムは、取り付け構造２９０から戻る１つ以上の反射光パルスが、予想される強度よりも低い強度を有することを示す走査に基づいて、閉塞２２２が存在することを決定し得る。別の例として、システムは、走査によって示された外部構造の外観、位置、および／または他の特性が予想とは異なることを示す走査に応答して、閉塞が存在することを決定し得る。他の例も可能である。
いくつかの例では、方法５００は、走査によって示された外部構造の反射率特性を、所定の反射率特性と比較することを含む。これらの実施形態では、ブロック５０４で閉塞の存在の検出することは、比較に基づき得る。例えば、外部構造の走査された部分は、閉塞が存在するかどうかを決定するために、走査の前に測定され、走査によって示された測定値と比較される所定の特性に関連付けられ得る。
一例では、所定の反射率特性は、ＬＩＤＡＲデバイスによる外部構造の以前の走査に基づく。例えば、ＬＩＤＡＲ２００は、そのＦＯＶを繰り返し走査するように構成され得、したがって、ブロック５０２での走査によって示された反射率特性が、前の走査によって示された所定の反射率特性と異なる場合、ＬＩＤＡＲ２００または方法５００の別のシステムは、閉塞を検出し得る。
別の例では、所定の反射率特性は、外部構造の少なくとも一部分に配設された１つ以上の較正ターゲットに関連付けられ得る。例えば、図２に戻ると、較正ターゲット２９２の所定の特性（例えば、テクスチャ、パターンなど）が、ブロック５０２での走査によって示された測定された特性と比較されて、閉塞が存在するかどうかを決定することができる。
いくつかの例では、方法５００は、ＬＩＤＡＲデバイスによるＦＯＶの１回以上の走査に基づいて、閉塞が光学窓上に配設されているかどうかを決定することを含む。例えば、ＦＯＶの１回以上の以前の走査は、ブロック５０２の走査によって示される対応する特性および／または外観と比較して、外部構造および／またはＦＯＶの他の部分の特性および／または外観の変化を示し得る。
いくつかの例では、方法５００は、回転期間中、軸（例えば、軸１０２）を中心にＬＩＤＡＲデバイスを回転させることを含み、ブロック５０２での走査は、回転期間の第１の部分の間に行われ得る。例えば、図２に戻ると、回転期間の第１の部分は、光学窓１６２から放射された光パルスが、取り付け構造２９０（ＬＩＤＡＲ２００から所定のオフセット位置にある、ＬＩＤＡＲ２００に物理的に結合された任意の他の外部構造）に向けられる、軸１０２の周りの角度の範囲内にＬＩＤＡＲ２００がある期間に対応し得る。いくつかの例では、方法５００は、回転期間の第２の部分の間に少なくとも１つの物体を走査することを含む。
いくつかの例では、方法５００は、外部構造に向けて送信される光パルスの１つ以上の送信時間と、外部構造からＬＩＤＡＲデバイスに戻る反射光パルスの１つ以上の１つ以上の受信時間との間の１つ以上の時間差に基づいて、基準時間を決定することを含む。例えば、基準時間（例えば、「ゼロ時間」）は、ＬＩＤＡＲデバイスの環境内の特徴を使用して基準時間を較正する代わりに、またはそれに加えて、１つ以上の較正ターゲット（例えば、較正ターゲット１９２、２９２など）および／または外部構造自体の所定のおよび／または既知の位置に基づいて、較正され得る。
これらの例では、方法５００はまた、少なくとも１つの物体に向けて送信された光パルスの送信時間と、少なくとも１つの物体からＬＩＤＡＲデバイスに戻る反射光パルスの受信時間と、基準時間とに基づいて、少なくとも１つの物体までの距離を決定することを含み得る。例えば、上記の考察に従って、少なくとも１つの物体に関連付けられた、測定された時間差は、決定された基準時間を使用して較正され得る。
いくつかの例では、方法５００は、ＬＩＤＡＲデバイスの光学的ミスアライメント（または他の欠陥）を検出することを含み得る。例えば、ミラーアセンブリ１３０、ミラー表面１３２、光共振器１２０、受信機１２１、光学窓１６２、またはＬＩＤＡＲの他の構成要素のいずれかなど、ＬＩＤＡＲ２００の１つ以上の構成要素は、その予想される位置および／または配向からオフセットされている可能性がある。光学的ミスアライメントの一例として、ミスアライメントされた回転可能なベース１１０が、軸１０２とは異なるオフセット軸を中心に回転する可能性がある。他の例示的な光学的ミスアライメントも、同様に可能である。そのような光学的ミスアライメントが存在する例では、ＬＩＤＡＲ２００から放射される光パルスの実際の方向は、適切に整列されたＬＩＤＡＲ構成に関連付けられた、予想される方向とは異なり得る。したがって、いくつかの例では、方法５００は、外部構造および／またはその上の１つ以上の特徴（例えば、較正構造２９２など）が検出される（例えば、軸１０２周りの）角度の測定値に基づいて、ＬＩＤＡＲデバイスの光学的ミスアライメント（または他の欠陥）を検出することを含み得る。
図に示される配置は、限定するものとしてみなされるべきではない。他の実施形態が、所与の図に示される各要素をより多く、またはより少なく含んでもよいことを理解されたい。さらに、図示される要素のうちのいくつかは、組み合わされ、または省略されてもよい。なおもさらには、例示的な実施形態は、図に示されていない要素を含み得る。
情報の処理を表すステップまたはブロックは、本明細書において説明される方法または技術の特定の論理機能を実行するように構成することができる回路に対応することができる。代替的または追加的に、情報の処理を表すステップまたはブロックは、モジュール、セグメント、またはプログラムコード（関連データを含む）の一部に対応することができる。プログラムコードは、特定の論理機能または論理動作を方法または技術において実装するための、プロセッサにより実行可能な１つ以上の命令を含むことができる。プログラムコードおよび／または関連データは、ディスク、ハードドライブ、または他の記憶媒体を含む、ストレージデバイスのような任意のタイプのコンピュータ可読媒体に格納することができる。
コンピュータ可読媒体は、レジスタメモリ、プロセッサキャッシュ、およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）のような、データを短期間にわたって格納するコンピュータ可読媒体のような非一時的なコンピュータ可読媒体を含むこともできる。コンピュータ可読媒体はまた、プログラムコードおよび／またはデータを長期間にわたって記憶する非一時的コンピュータ可読媒体も含むことができる。このように、コンピュータ可読媒体は、例えば、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、光ディスクまたは磁気ディスク、コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）のような二次的なまたは長期永続的な記憶装置を含むことができる。コンピュータ可読媒体はまた、任意の他の揮発性または不揮発性の記憶システムとすることもできる。コンピュータ可読媒体は、例えばコンピュータ可読記憶媒体、または有形のストレージデバイスであると考えることができる。
様々な例および実施形態が開示されてきたが、他の例および実施形態が当業者には明らかであろう。様々な開示された例および実施形態は、例示の目的のためであり、限定することを意図するものではなく、その真の範囲は、以下の特許請求の範囲により示される。

Claims (20)

  1. 方法であって、
    外部構造に物理的に結合された光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）デバイスにより、前記ＬＩＤＡＲデバイスの視野（ＦＯＶ）内にある前記外部構造の少なくとも一部分を走査することを含み、前記走査することが、
    光学窓を通して、光パルスを前記外部構造に向かって様々な方向に送信することと、
    前記光学窓を通して、前記外部構造から前記ＬＩＤＡＲデバイスに戻る前記送信された光パルスの反射を含む反射光パルスを受信することと、
    少なくとも、前記外部構造の前記少なくとも一部分の前記走査に基づいて、前記ＦＯＶを走査することから前記ＬＩＤＡＲデバイスを少なくとも部分的に閉塞する閉塞の存在を検出することと、を含む、方法。
  2. 前記走査によって示される、前記外部構造の反射率特性を所定の反射率特性と比較することをさらに含み、前記閉塞の前記存在を検出することが、前記比較に基づく、請求項１に記載の方法。
  3. 前記所定の反射率特性が、前記ＬＩＤＡＲデバイスによる、前記外部構造の前記少なくとも一部分の以前の走査に基づく、請求項２に記載の方法。
  4. 前記ＬＩＤＡＲデバイスによって走査される前記外部構造の前記少なくとも一部分が、前記外部構造上に配設された１つ以上の較正ターゲットを含み、前記所定の反射率特性が、前記１つ以上の較正ターゲットに関連付けられている、請求項２に記載の方法。
  5. 前記ＬＩＤＡＲデバイスによる前記ＦＯＶの１つ以上の走査に基づいて、前記閉塞が、前記光学窓上に配設されているかどうかを判断することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  6. 回転期間中、軸を中心に前記ＬＩＤＡＲデバイスを回転させることをさらに含み、前記外部構造の前記少なくとも一部分の前記走査が、前記回転期間の第１の部分の間に行われる、請求項１に記載の方法。
  7. 前記回転期間の第２の部分の間、前記外部構造から分離された少なくとも１つの物体を前記ＬＩＤＡＲデバイスによって走査することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
  8. 前記外部構造に向けて送信される前記光パルスのうちの１つ以上の１つ以上の送信時間と、前記外部構造から前記ＬＩＤＡＲデバイスに戻る前記反射光パルスのうちの１つ以上の１つ以上の受信時間との間の１つ以上の時間差に基づいて、基準時間を決定することと、
    前記少なくとも１つの物体に向けて送信される光パルスの送信時間と、前記少なくとも１つの物体から前記ＬＩＤＡＲデバイスに戻る反射光パルスの受信時間と、前記基準時間とに基づいて、前記少なくとも１つの物体までの距離を決定することと、をさらに含む、請求項７に記載の方法。
  9. 前記外部構造が、車両に結合された取り付け構造を備え、前記ＬＩＤＡＲデバイスが、前記取り付け構造に取り付けられる、請求項１に記載の方法。
  10. システムであって、
    取り付け構造と、
    前記取り付け構造に取り付けられた光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）デバイスと、
    光学窓と、
    １つ以上のプロセッサと、
    前記１つ以上のプロセッサによって実行されたときに、前記システムに、
    前記ＬＩＤＡＲデバイスの視野（ＦＯＶ）内にある前記取り付け構造の少なくとも一部分を走査することを含む動作を実行させる命令を記憶するデータストレージと、を備え、前記走査することが、
    前記光学窓を通して、光パルスを前記ＬＩＤＡＲデバイスから前記取り付け構造に向かって様々な方向に送信することと、
    前記取り付け構造から前記ＬＩＤＡＲデバイスに戻る前記送信された光パルスの反射を含む反射光パルスを、前記光学窓を通して受信することと、
    少なくとも、前記取り付け構造の前記少なくとも一部分の前記走査に基づいて、前記ＦＯＶを走査することから前記ＬＩＤＡＲデバイスを少なくとも部分的に閉塞する閉塞の存在を検出することと、を含む、システム。
  11. 前記動作が、
    前記走査によって示される、前記取り付け構造の反射率特性を所定の反射率特性と比較することをさらに含み、前記閉塞の前記存在を検出することが、前記比較に基づく、請求項１０に記載のシステム。
  12. 前記所定の反射率特性が、前記取り付け構造の前記少なくとも一部分の以前の走査に基づく、請求項１１に記載のシステム。
  13. 前記取り付け構造の前記走査された少なくとも一部分上に配設された１つ以上の較正ターゲットをさらに備え、前記所定の反射率特性が、前記１つ以上の較正ターゲットに関連付けられている、請求項１１に記載のシステム。
  14. 前記取り付け構造が、車両に結合されている、請求項１０に記載のシステム。
  15. 非一時的なコンピュータ可読媒体であって、１つ以上のプロセッサによって実行されたときに、システムに、
    外部構造に物理的に結合された光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）デバイスを使用して、前記ＬＩＤＡＲデバイスの視野（ＦＯＶ）内にある前記外部構造の少なくとも一部分を走査することを含む動作を実行させる命令を記憶し、前記走査することが、
    前記ＬＩＤＡＲデバイスの光学窓を通して、光パルスを前記外部構造に向かって様々な方向に送信することと、
    前記光学窓を通して、前記外部構造から前記ＬＩＤＡＲデバイスに戻る前記送信された光パルスの反射を含む反射光パルスを受信することと、
    少なくとも、前記外部構造の前記少なくとも一部分の前記走査に基づいて、前記ＦＯＶを走査することから前記ＬＩＤＡＲデバイスを少なくとも部分的に閉塞する閉塞の存在を検出することと、を含む、非一時的なコンピュータ可読媒体。
  16. 前記動作が、
    前記走査によって示される、前記外部構造の反射率特性を所定の反射率特性と比較することをさらに含み、前記閉塞の前記存在を検出することが、前記比較に基づく、請求項１５に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
  17. 前記動作が、
    前記ＦＯＶの１つ以上の走査に基づいて、前記閉塞が、前記光学窓上に配設されているかどうかを判断することをさらに含む、請求項１５に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
  18. 前記動作が、
    回転期間中、軸を中心に前記ＬＩＤＡＲデバイスを回転させることをさらに含み、前記外部構造の前記少なくとも一部分の前記走査が、前記回転期間の第１の部分の間に行われる、請求項１５に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
  19. 前記動作が、
    前記ＬＩＤＡＲデバイスを使用して、前記回転期間の第２の部分の間、前記外部構造から分離された少なくとも１つの物体を走査することをさらに含む、請求項１８に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
  20. 前記動作が、
    前記外部構造に向けて送信される前記光パルスのうちの１つ以上の１つ以上の送信時間と、前記外部構造から前記ＬＩＤＡＲデバイスに戻る前記反射光パルスのうちの１つ以上の１つ以上の受信時間との間の１つ以上の時間差に基づいて、基準時間を決定することと、
    前記少なくとも１つの物体に向けて送信される光パルスの送信時間と、前記少なくとも１つの物体から前記ＬＩＤＡＲデバイスに戻る反射光パルスの受信時間と、前記基準時間とに基づいて、前記少なくとも１つの物体までの距離を決定することと、をさらに含む、請求項１９に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
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