JP2023534594A - ガラスミラーの回転金属モータフレームへの取り付け - Google Patents
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Abstract
自動車に使用される光検出及び測距（ライダー）走査システムの回転可能光学反射デバイスが開示されている。回転可能光学反射デバイスは、複数の反射面とフランジとを含むガラスベースの光学反射部を備える。回転可能光学反射デバイスは、ガラスベースの光学反射部の内側開口部に少なくとも部分的に配置された金属ベースのモータロータ本体をさらに備える。回転可能光学反射デバイスは、第１面と第２面とを有するエラストマー片をさらに備える。エラストマー片の第１面はフランジの第２の取付面と接触している。回転可能光学反射デバイスは、エラストマー片の第２面においてエラストマー片を圧縮するクランプ機構をさらに備え、金属ベースのモータロータ本体の動きはガラスベースの光学反射部にライダー走査システムの視野内で光を光学的に走査させる。
Description
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０２２年２月１日に出願された「ATTACHING A GLASS MIRROR TO A ROTATING METAL MOTOR FRAME」と題する米国非仮特許出願シリアル番号１７／５９０，７８５、および２０２１年２月１６日に出願された「ATTACHING A GLASS MIRROR TO A ROTATING METAL MOTOR FRAME」と題する米国仮特許出願シリアル番号６３／１５０，０７９への優先権を主張する。両出願の内容は、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２２年２月１日に出願された「ATTACHING A GLASS MIRROR TO A ROTATING METAL MOTOR FRAME」と題する米国非仮特許出願シリアル番号１７／５９０，７８５、および２０２１年２月１６日に出願された「ATTACHING A GLASS MIRROR TO A ROTATING METAL MOTOR FRAME」と題する米国仮特許出願シリアル番号６３／１５０，０７９への優先権を主張する。両出願の内容は、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、一般に、光検出及び測距（ライダー）システム及び方法に関し、より詳細には、ライダーシステムの回転可能光学反射デバイスに関するものである。
光検出及び測距（ライダー）システムは、光パルスを使用して外部環境の画像または点群データを作成する。典型的なライダーシステムには、光源、光送信器、光ステリングシステム、光検出器が含まれる。光源は光ビームを生成し、ライダーシステムから送信される際に、光ステアリングシステムによって特定の方向に向けられる。送信された光ビームが物体によって散乱されると、散乱光の一部が戻り光パルスとしてライダーシステムに戻ってくる。光検出器は、この戻り光を検出する。戻り光パルスが検出された時間と、光ビームの対応する光パルスが送信された時間との差を利用して、ライダーシステムは光速度を利用して対象物までの距離を決定することができる。光ステアリングシステムは、ライダーシステムが周辺環境をスキャンして画像または点群を生成できるように、光ビームを異なる経路に沿って導くことができる。また、ライダーシステムは、飛行時間やスキャン以外の手法で周辺環境を測定することも可能である。
ライダーシステムは、多くの場合、自動車に不可欠なコンポーネントである。ライダーシステムは、ポリゴンミラーと、ポリゴンミラーを回転させるモータロータ本体を含む場合がある。ポリゴンミラーとモータロータ本体の材質は異なるため、ガラスベースのポリゴンミラーと金属ベースのモータロータ本体との間には、熱膨張係数の不一致がある。温度変化がある場合、この熱膨張係数の不一致により、ガラス基板ポリゴンミラーと金属基板モータロータ本体との間に好ましくない圧力および／または応力が発生することがある。また、ポリゴンミラーの部位によって圧力や応力が不均一になる可能性がある。さらに、温度変化に加えて、ライダーシステムは、自動車の運転時に衝撃および振動の条件にもさらされることがある。温度変化、衝撃条件、及び振動条件のうちの１つ以上が、ポリゴンミラーの誤動作、性能不足（例えば、ポリゴンミラーがぐらつく）、又は破損（例えば、破断）を引き起こす可能性がある。その結果、ライダーシステムの全体的な性能に影響を与える可能性がある。したがって、このような状態による影響を排除または軽減する必要がある。
本開示の実施形態は、様々な環境条件（例えば、温度変化、振動、及び衝撃）によって引き起こされる応力を吸収するように構成されたエラストマー片を使用し、それによって、ポリゴンミラーが誤動作、性能不足、及び／又は破損する可能性を低減させる。本開示の実施形態は、エラストマー片に適切な圧縮力を加えるように構成された締結機構をさらに使用する。締結機構は、エラストマー片の異なる部分に所望の圧縮力を適用するように微調整されてもよい。その結果、圧縮力のこのような微調整によって、ポリゴンミラーのぐらつきをなくすか、または実質的に低減することができる。本開示の様々な実施形態は、以下により詳細に説明される。
一実施形態では、自動車に使用される光検出及び測距（ライダー）走査システムの回転可能光学反射デバイスが提供される。回転可能光学反射デバイスは、複数の反射面とフランジとを含むガラスベースの光学反射部を備える。回転可能光学反射デバイスは、前記ガラスベースの光学反射部の内側開口部に少なくとも部分的に配置された金属ベースのモータロータ本体をさらに備える。前記フランジは、前記ガラスベースの光学反射部の内側側壁から前記金属ベースのモータロータ本体に向かって延びている。前記フランジは、前記金属ベースのモータロータ本体の基準面に接触する第１の取付面を含む。回転可能光学反射デバイスは、第１面と第２面とを有するエラストマー片をさらに備える。該エラストマー片の前記第１面は前記フランジの第２の取付面と接触している。回転可能光学反射デバイスは、前記エラストマー片の前記第２面において前記エラストマー片を圧縮するクランプ機構をさらに備え、前記金属ベースのモータロータ本体の動きは前記ガラスベースの光学反射部に前記ライダー走査システムの視野内で光を光学的に走査させる。
一実施形態では、自動車に使用される光検出及び測距（ライダー）システムが提供される。ライダーシステムは、回転可能光学反射デバイスを備える。回転可能光学反射デバイスは、複数の反射面とフランジとを含むガラスベースの光学反射部を備える。回転可能光学反射デバイスは、前記ガラスベースの光学反射部の内側開口部に少なくとも部分的に配置された金属ベースのモータロータ本体をさらに備える。前記フランジは、前記ガラスベースの光学反射部の内側側壁から前記金属ベースのモータロータ本体に向かって延びている。前記フランジは、前記金属ベースのモータロータ本体の基準面に接触する第１の取付面を含む。回転可能光学反射デバイスは、第１面と第２面とを有するエラストマー片をさらに備える。該エラストマー片の前記第１面は前記フランジの第２の取付面と接触している。回転可能光学反射デバイスは、前記エラストマー片の前記第２面において前記エラストマー片を圧縮するクランプ機構をさらに備え、前記金属ベースのモータロータ本体の動きは前記ガラスベースの光学反射部に前記ライダー走査システムの視野内で光を光学的に走査させる。
一実施形態では、自動車が提供される。自動車は、回転可能光学反射デバイスを含む光検出及び測距（ライダー）システムを備える。回転可能光学反射デバイスは、複数の反射面とフランジとを含むガラスベースの光学反射部を備える。回転可能光学反射デバイスは、前記ガラスベースの光学反射部の内側開口部に少なくとも部分的に配置された金属ベースのモータロータ本体をさらに備える。前記フランジは、前記ガラスベースの光学反射部の内側側壁から前記金属ベースのモータロータ本体に向かって延びている。前記フランジは、前記金属ベースのモータロータ本体の基準面に接触する第１の取付面を含む。回転可能光学反射デバイスは、第１面と第２面とを有するエラストマー片をさらに備える。該エラストマー片の前記第１面は前記フランジの第２の取付面と接触している。回転可能光学反射デバイスは、前記エラストマー片の前記第２面において前記エラストマー片を圧縮するクランプ機構をさらに備え、前記金属ベースのモータロータ本体の動きは前記ガラスベースの光学反射部に前記ライダー走査システムの視野内で光を光学的に走査させる。
本願は、添付の図面と組み合わせて以下に説明する図を参照することによって最もよく理解することができ、図において、同様の部品は同様の数字で参照され得る。
本開示をより完全に理解するために、以下の説明では、具体的な構成、パラメータ、例など、多数の具体的な詳細が記載されている。しかしながら、このような説明は、本開示の範囲を制限するものではなく、例示的な実施形態のより良い説明を提供することを意図していることを認識されたい。
本明細書および特許請求の範囲を通じて、以下の用語は、文脈上明らかに異なることが指示されない限り、本明細書において明示的に関連付けられた意味を有する。
本明細書で使用される「一実施形態では」という語句は、必ずしも同じ実施形態を指すわけではないが、同じであってもよい。したがって、以下に説明するように、本開示の様々な実施形態は、本発明の範囲又は精神から逸脱することなく、容易に組み合わされ得る。
本明細書で使用される場合、用語「または」は包括的な「または」演算子であり、文脈から明らかにそうでないと判断される場合を除き、用語「および／または」と同等である。
「に基づく」という用語は排他的なものではなく、文脈上明らかにそうでない場合を除き、記載されていない追加的な要素に基づくことを許容するものである。
本明細書で使用されるように、そして文脈が他に指示しない限り、用語「に結合された」は、直接結合（互いに結合される２つの要素が互いに接触する）及び間接結合（少なくとも１つの追加の要素が２つの要素の間に配置される）の両方を含むことを意図している。したがって、「に結合された（coupled to）」と「と結合された（coupled with）」という用語は、同義的に使用される。２つ以上のコンポーネントまたはデバイスがデータを交換することができるネットワーク環境の文脈内で、用語「に結合された」と「と結合された」はまた、おそらく１つ以上の仲介デバイスを介して、「と通信可能に結合された」ことを意味するために使用される。
以下の説明では、様々な要素を説明するために「第１」、「第２」などの用語を使用するが、これらの要素は用語によって限定されるべきではない。これらの用語は、ある要素を別の要素から区別するためにのみ使用される。例えば、第１面は第２面と称することができ、同様に、第２面は第１面と称することができるが、これは、様々に説明した実施例の範囲から逸脱することはない。第１面及び第２面は、両方とも表面であることができ、場合によっては、別個の異なる表面であることができる。
また、本明細書中、「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」の意味は、複数の参照を含み、「ｉｎ」の意味は、「ｉｎ」及び「ｏｎ」を含む。
本明細書に提示された様々な実施形態のいくつかは、発明的要素の単一の組み合わせを構成するが、発明的主題は、開示された要素のすべての可能な組み合わせを含むと見なされることを理解されたい。このように、ある実施形態が要素Ａ、Ｂ、及びＣを含み、別の実施形態が要素Ｂ及びＤを含む場合、本発明主題は、本明細書で明示的に議論されていないとしても、Ａ、Ｂ、Ｃ、又はＤの他の残りの組み合わせも含むと考えられる。さらに、接続用語「含む（comprising）」は、部品または部材として有すること、またはそれらの部品または部材であることを意味する。本明細書で使用される場合、接続用語「含む」は、包括的または開放的であり、追加の、再現されていない要素または方法ステップを除外することはない。
以下の開示を通じて、サーバ、サービス、インタフェース、エンジン、モジュール、クライアント、ピア、ポータル、プラットフォーム、またはコンピューティングデバイスから形成される他のシステムに関して、多数の言及がなされる場合がある。このような用語の使用は、コンピュータ可読の有形の非一時的媒体（例えば、ハードドライブ、ソリッドステートドライブ、ＲＡＭ、フラッシュ、ＲＯＭなど）上に格納されたソフトウェア命令を実行するように構成された少なくとも一つのプロセッサ（例えば、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、ＰＬＤ、ＤＳＰ、ｘ８６、ＡＲＭ、ＲＩＳＣ－Ｖ、ＣｏｌｄＦｉｒｅ、ＧＰＵ、マルチコアプロセッサなど）を有する１または複数のコンピューティング装置を表すものと考えられることは、理解されるべきである。例えば、サーバは、説明された役割、責任、または機能を果たすための方法で、ウェブサーバ、データベースサーバ、または他のタイプのコンピュータサーバとして動作する１つまたは複数のコンピュータを含むことができる。開示されたコンピュータベースのアルゴリズム、プロセス、方法、または他のタイプの命令セットは、プロセッサに開示されたステップを実行させる命令を格納する非一時的な有形のコンピュータ可読媒体を含むコンピュータプログラム製品として具現化され得ることをさらに理解されたい。様々なサーバ、システム、データベース、またはインタフェースは、標準化されたプロトコルまたはアルゴリズム、場合によってはＨＴＴＰ、ＨＴＴＰＳ、ＡＥＳ、公開－秘密鍵交換、ウェブサービスＡＰＩ、既知の金融取引プロトコル、または他の電子情報交換方法に基づいて、データを交換することが可能である。データ交換は、パケット交換ネットワーク、回線交換ネットワーク、インターネット、ＬＡＮ、ＷＡＮ、ＶＰＮ、または他のタイプのネットワーク上で行うことができる。
本明細書およびそれに続く請求項全体で使用されるように、システム、エンジン、サーバ、デバイス、モジュール、または他のコンピューティング要素が、メモリ内のデータに対して機能を実行または実行するように構成されていると説明される場合、「構成される」または「プログラムされる」の意味は、コンピューティング要素のメモリに格納された一連のソフトウェア命令によって、メモリに格納されたターゲットデータまたはデータ物体に対して一連の機能を実行するようコンピューティング要素の１つまたは複数のプロセッサまたはコアがプログラムされると定義される。
コンピュータに向けられた任意の言語は、サーバ、インタフェース、システム、データベース、エージェント、ピア、エンジン、コントローラ、モジュール、または個別にまたは集合的に動作する他のタイプのコンピューティングデバイスを含む、コンピューティングデバイスまたはネットワークプラットフォームの任意の適切な組み合わせを含むように読まれるべきであることに留意されたい。コンピューティングデバイスは、有形の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体（例えば、ハードドライブ、ＦＰＧＡ、ＰＬＡ、ソリッドステートドライブ、ＲＡＭ、フラッシュ、ＲＯＭなど）上に記憶されたソフトウェア命令を実行するように構成されたプロセッサを備えることを理解されたい。ソフトウェア命令は、開示された装置に関して後述する役割、責任、または他の機能性を提供するようにコンピューティング装置を構成またはプログラムする。さらに、開示された技術は、コンピュータベースのアルゴリズム、プロセス、方法、または他の命令の実装に関連する開示されたステップをプロセッサに実行させるソフトウェア命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体を含むコンピュータプログラム製品として具現化され得る。いくつかの実施形態では、様々なサーバ、システム、データベース、またはインタフェースは、標準化されたプロトコルまたはアルゴリズム、場合によってはＨＴＴＰ、ＨＴＴＰＳ、ＡＥＳ、公開－秘密鍵交換、ウェブサービスＡＰＩ、既知の金融取引プロトコル、または他の電子情報交換方法に基づくものを使用してデータを交換する。デバイス間のデータ交換は、パケット交換ネットワーク、インターネット、ＬＡＮ、ＷＡＮ、ＶＰＮ、または他のタイプのパケット交換ネットワーク、回線交換ネットワーク、セル交換ネットワーク、または他のタイプのネットワークを介して行うことができる。
ライダーシステムには、光パルスを視野（ＦＯＶ）へ導くためのポリゴンミラーが含まれていることが多い。ポリゴンミラーは、通常、光パルスを反射するために複数の反射面を持つガラスで作られている。ポリゴンミラーは、モータロータ本体の回転軸に取り付けられる。ライダーシステムは、車両に搭載されるため、広い温度範囲（例えば、－４０℃～８５℃）で動作する必要がある場合がある。モータロータ本体のシャフトは非常に高速（例えば、数千ｒｐｍ）で回転し、それによってポリゴンミラーも高速で回転する。シャフトをはじめとするモータロータ本体の材質は、通常、金属や合金でできている。ポリゴンミラーとモータロータ本体の材質が異なるため、熱膨張係数の不一致がある。熱膨張係数は、温度変化による物体の大きさや体積の変化を表す。一般に、金属の熱膨張率はガラスの熱膨張率よりはるかに高い。このため、ガラスベースのポリゴンミラーと金属ベースのモータロータ本体との間に圧力や応力が発生する。また、ポリゴンミラーの部位によって、圧力や応力が不均一になることがある。さらに、ライダーシステムは、ライダーシステムが配置された車両が動作する際に、衝撃および振動条件を受けることもある。温度変化、衝撃条件、および振動条件のうちの１つ以上が、ポリゴンミラーの誤動作、性能不足（例えば、ポリゴンミラーがぐらつく）、あるいは破損（例えば、破断）を引き起こす可能性がある。その結果、ライダーシステムの全体的な性能に影響を与える可能性がある。したがって、このような状態による影響を排除または軽減する必要がある。
本開示の実施形態は、以下に説明される。本開示の様々な実施形態において、エラストマー片は、ポリゴンミラーと金属ベースのモータロータ本体との間のＣＴＥ不一致によって生じる応力を低減するために使用される。これにより、ポリゴンミラーが回転する際のぐらつきが低減され、ポリゴンミラーの性能及び安定性が改善される。また、エラストマー片の材料及び寸法は、応力の低減を最適化し、ＣＴＥ不一致に起因するガラス破壊の可能性を低減するように構成及び／又は選択される。その結果、本開示の様々な実施形態は、ポリゴンミラーの安定性及び信頼性を向上させ、環境条件の大きな変動下で動作するポリゴンミラーの能力を高め、ライダーシステムの全体的な性能を向上させることができる。
図１は、自動車１００に配置された又は含まれる１つ又は複数の例示的なライダーシステム１１０を示す。自動車１００は、任意の自動化レベルを有する車両とすることができる。例えば、自動車１００は、部分的自動化車両、高度自動化車両、完全自動化車両、又はドライバーレス車両とすることができる。部分的自動化車両は、人間のドライバーの介入なしに、いくつかの運転機能を実行することができる。例えば、部分的自動化車両は、死角監視、車線維持及び／又は車線変更操作、自動緊急ブレーキ、スマートクルージング及び／又は交通追従、又はそのようなものを実行することが可能である。部分的自動化車両の特定の操作は、特定の用途又は運転シナリオに限定されてもよい（例えば、高速道路の運転のみに限定されるなど）。高度自動運転車両は、一般に、部分的な自動運転車両のすべての動作を実行することができるが、より少ない制限である。また、高度自動運転車両は、車両操作における自身の限界を検知し、必要に応じてドライバーに車両の制御を引き継ぐよう依頼することも可能である。完全自動運転車は、ドライバーの介入なしにすべての車両操作を行うことができるが、自らの限界を検知し、必要に応じてドライバーに運転を交代してもらうことも可能である。ドライバーレス車両は、ドライバーの介入なしに単独で運転することができる。
典型的な構成では、自動車１００は、１つ又は複数のライダーシステム１１０及び１２０Ａ～Ｆを含む。ライダーシステム１１０及び１２０Ａ～Ｆの各々は、走査型ライダーシステム及び／又は非走査型ライダーシステム（例えば、フラッシュライダー）であり得る。走査型ライダーシステムは、１つ又は複数の光ビームを１つ又は複数の方向（例えば、水平方向及び垂直方向）に走査して、視野（ＦＯＶ）内の物体を検出する。非走査型ライダーシステムは、走査せずにレーザ光を送信してＦＯＶを照らす。例えば、フラッシュライダーは、非走査型ライダーシステムの一種である。フラッシュライダーは、単一の光パルスまたは光ショットを使用して、同時にＦＯＶを照らすようにレーザ光を送信することができます。
ライダーシステムは、少なくとも部分的に自動化されている車両の必須のセンサであることが多い。一実施形態では、図１に示すように、自動車１００は、車両の最も高い位置（例えば、車両ルーフ）に配置された単一のライダーシステム１１０（例えば、ライダーシステム１２０Ａ～Ｆ無し）を含んでもよい。車両ルーフにライダーシステム１１０を配置することにより、車両１００の周囲の３６０度の走査が容易になる。いくつかの他の実施形態では、自動車１００は、システム１１０及び／又は１２０Ａ～Ｆのうちの２つ以上を含む、複数のライダーシステムを含むことができる。図１に示すように、一実施形態では、複数のライダーシステム１１０及び／又は１２０Ａ～Ｆは、車両の異なる位置で車両１００に取り付けられる。例えば、ライダーシステム１２０Ａは、前右角で車両１００に取り付けられ、ライダーシステム１２０Ｂは、前中央で車両１００に取り付けられ、ライダーシステム１２０Ｃは、前左角で車両１００に取り付けられ、ライダーシステム１２０Ｄは、右側リアビューミラーで車両１００に取り付けられ、ライダーシステム１２０Ｅは、左側リアビューミラーで車両１００に取り付けられ、及び／又はライダーシステム１２０Ｆは、後部中央で車両１００に取り付けられる。いくつかの実施形態において、ライダーシステム１１０及び１２０Ａ～Ｆは、それら自身のそれぞれのレーザ源、制御電子機器、送信機、受信機、及び／又はステアリング機構を有する独立したライダーシステムである。他の実施形態では、ライダーシステム１１０及び１２０Ａ～Ｆのいくつかは、１つ又は複数の構成要素を共有し、それによって分散型センサシステムを形成することができる。一例では、光ファイバは、集中型レーザ源から全てのライダーシステムにレーザ光を送達するために使用される。１つ以上のライダーシステムは、任意の所望の方法で車両に分散して取り付けられることができ、図１は１つの実施形態を示すに過ぎないことが理解される。別の例として、ライダーシステム１２０Ｄ及び１２０Ｅは、バックミラーの代わりに車両１００のＢピラーに取り付けられ得る。別の例として、ライダーシステム１２０Ｂは、フロントバンパーの代わりに車両１００のフロントガラスに取り付けられ得る。
図２は、車両搭載ライダーシステム（複数可）２１０と、車両知覚及び計画システム２２０を含む複数の他のシステムと、の間の相互作用を示すブロック図２００である。ライダーシステム（複数可）２１０は、車両に搭載することができ、又は車両に統合することができる。ライダーシステム（複数可）２１０は、物体の距離、角度、及び／又は速度を測定するために周囲環境にレーザ光を走査するセンサ（複数可）を含む。ライダーシステム（複数可）２１０に戻った散乱光に基づいて、認識された外部環境を表すセンサデータ（例えば、画像データ又は３Ｄ点群データ）を生成することができる。
ライダーシステム（複数可）２１０は、短距離ライダーセンサ、中距離ライダーセンサ、及び長距離ライダーセンサのうちの１つ又は複数を含むことができる。短距離ライダーセンサは、ライダーセンサから約２０～４０メートルまでの距離に位置する物体を測定する。短距離ライダーセンサは、例えば、近くの移動物体（例えば、スクールゾーンで道路を横断する歩行者）の監視、駐車支援用途などに使用することができる。中距離ライダーセンサは、ライダーセンサから約１００～１５０メートルまでの距離にある物体を測定する。中距離ライダーセンサは、例えば、道路交差点の監視、高速道路への合流・退出の支援などに使用することができる。長距離ライダーセンサは、約１５０～３００ｍまでの物体を計測するセンサである。長距離ライダーセンサは、通常、車両が高速で走行中（例えば、高速道路上）、車両の制御システムがライダーセンサによって検出された状況に対応するのに数秒（例えば、６～８秒）しかないような場合に使用される。図２に示すように、一実施形態において、ライダーセンサデータは、さらなる処理及び車両動作の制御のために、通信経路２１３を介して車両知覚及び計画システム２２０に提供され得る。通信経路２１３は、データを転送することができる任意の有線または無線通信リンクであり得る。
図２をさらに参照すると、いくつかの実施形態では、他の車両搭載センサ（複数可）２３０は、ライダーシステム（複数可）２１０とは別に又は一緒に、追加のセンサデータを提供するために使用される。他の車両搭載センサ２３０は、例えば、１つ又は複数のカメラ（複数可）２３２、１つ又は複数のレーダー（複数可）２３４、１つ又は複数の超音波センサ（複数可）２３６、及び／又は他のセンサ（複数可）２３８を含むことができる。カメラ（単数又は複数）２３２は、車両の外部環境の画像及び／又はビデオを撮影することができる。カメラ（複数可）２３２は、例えば、各フレーム内に数百万の画素を有する高精細（ＨＤ）ビデオを撮影することができる。カメラは、モノクロまたはカラーの画像およびビデオを生成する。色情報は、ある状況（例えば、交通信号の画像を解釈する）のデータを解釈する上で重要である場合がある。色情報は、ライダー又はレーダーセンサなどの他のセンサから利用できない場合がある。カメラ（複数可）２３２は、狭焦点カメラ、広焦点カメラ、側方カメラ、赤外線カメラ、魚眼カメラなどのうちの１つ以上を含むことができる。カメラ（複数可）２３２によって生成された画像及び／又はビデオデータは、さらなる処理及び車両動作の制御のために、通信経路２３３を介して車両知覚及び計画システム２２０に提供され得る。通信経路２３３は、データを転送することができる任意の有線または無線通信リンクであり得る。
他の車両搭載センサ（複数可）２３０は、レーダーセンサ（複数可）２３４を含むこともできる。レーダーセンサ（複数可）２３４は、電波を使用して、物体の範囲、角度、および速度を決定する。レーダーセンサ（複数可）２３４は、電波またはマイクロ波スペクトルの電磁波を生成する。電磁波は物体に反射し、反射波の一部はレーダーセンサに戻り、それによって物体の位置と速度に関する情報を提供する。レーダーセンサ（複数可）２３４は、短距離レーダー（複数可）、中距離レーダー（複数可）、および長距離レーダー（複数可）のうちの１つまたは複数を含むことができる。短距離レーダーは、レーダーから約０．１～３０メートルに位置する物体を測定する。短距離レーダーは、他の車両、建物、壁、歩行者、自転車など、自車両の近くにある物体を検出するのに有効である。短距離レーダーは、死角の検出、車線変更支援、追突警告、駐車支援、緊急ブレーキなどに使用することができる。中距離レーダーは、レーダーから約３０～８０ｍの距離にある物体を測定する。長距離レーダーは、約８０～２００ｍに位置する物体を測定する。中距離レーダーおよび／または長距離レーダーは、例えば、交通追従、アダプティブクルーズコントロール、および／または高速道路自動ブレーキに有用である場合がある。レーダーセンサ（１つまたは複数）２３４によって生成されたセンサデータはまた、さらなる処理および車両動作の制御のために通信経路２３３を介して車両知覚および計画システム２２０に提供され得る。
他の車両搭載センサ（複数可）２３０は、超音波センサ（複数可）２３６を含むこともできる。超音波センサ（複数可）２３６は、音響波またはパルスを使用して、車両の外部に位置する物体を測定する。超音波センサ（複数可）２３６によって生成された音響波は、周囲の環境に伝達される。送信された波の少なくとも一部は、物体で反射され、超音波センサ２３６に戻る。戻り信号に基づいて、対象物の距離を計算することができる。超音波センサ（複数可）２３６は、例えば、死角の確認、駐車場の特定、交通への車線変更支援の提供、などに有用であり得る。超音波センサ（複数可）２３６によって生成されたセンサデータは、さらなる処理および車両動作の制御のために、通信経路２３３を介して車両知覚および計画システム２２０に提供することも可能である。
いくつかの実施形態では、１つ以上の他のセンサ（複数可）２３８が車両に取り付けられてもよく、また、センサデータを生成してもよい。他のセンサ（複数可）２３８は、例えば、全地球測位システム（ＧＰＳ）、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）などを含んでもよい。他のセンサ（複数可）２３８によって生成されたセンサデータは、さらなる処理および車両動作の制御のために、通信経路２３３を介して車両知覚および計画システム２２０に提供されることも可能である。通信経路２３３は、様々なセンサ（複数可）２３０と車両知覚および計画システム２２０との間でデータを転送するために、１つまたは複数の通信リンクを含むことができることが理解される。
いくつかの実施形態では、図２に示すように、他の車両搭載センサ（複数可）２３０からのセンサデータは、通信経路２３１を介して車両搭載ライダーシステム（複数可）２１０に提供され得る。ライダーシステム（複数可）２１０は、他の車両搭載センサ（複数可）２３０からのセンサデータを処理することができる。例えば、カメラ（複数可）２３２、レーダーセンサ（複数可）２３４、超音波センサ（複数可）２３６、及び／又は他のセンサ（複数可）２３８からのセンサデータは、センサデータライダーシステム（複数可）２１０と相関又は融合してよく、それによって車両知覚及び計画システム２２０によって行われるセンサ融合プロセスが少なくとも部分的にオフロードされる。様々なセンサからのセンサデータを伝送及び処理するために、他の構成も実施され得ることが理解される（例えば、データは、処理のためにクラウドサービスに伝送され得、その後、処理結果は、車両知覚及び計画システム２２０に伝送され得る）。
図２をさらに参照すると、いくつかの実施形態では、他の車両（複数可）２５０に搭載されたセンサは、ライダーシステム（複数可）２１０と別々に又は一緒に追加のセンサデータを提供するために使用される。例えば、２つ以上の近くの車両は、それぞれのライダーセンサ（複数可）、カメラ（複数可）、レーダーセンサ（複数可）、超音波センサ（複数可）などを有することができる。近隣の車両は、互いに通信し、センサデータを共有することができる。車両間の通信は、Ｖ２Ｖ（車車間）通信とも呼ばれる。例えば、図２に示すように、他の車両（複数可）２５０によって生成されたセンサデータは、それぞれ通信経路２５３及び／又は通信経路２５１を介して、車両知覚及び計画システム２２０及び／又は車両搭載ライダーシステム（複数可）２１０に通信することが可能である。通信経路２５３及び２５１は、データを転送することができる任意の有線又は無線通信リンクとすることができる。
センサデータを共有することで、車両外部の環境をよりよく認識することができる。例えば、第１の車両は、第２の車両の後方にいて第１の車両に接近している歩行者を感知していない場合がある。第２の車両は、この歩行者に関するセンサデータを第１の車両と共有し、第１の車両が歩行者との衝突を回避するための反応時間を確保することができるようにしてもよい。いくつかの実施形態では、センサ（複数可）２３０によって生成されたデータと同様に、他の車両（複数可）２５０に搭載されたセンサによって生成されたデータは、ライダーシステム（複数可）２１０によって生成されたセンサデータと相関又は融合され、それによって車両知覚及び計画システム２２０によって行われるセンサ融合プロセスが少なくとも部分的にオフロードされる場合がある。
いくつかの実施形態において、インテリジェントインフラシステム（複数可）２４０は、ライダーシステム（複数可）２１０と別々に又は一緒にセンサデータを提供するために使用される。特定のインフラストラクチャは、情報を伝達するために車両と通信するように構成されてもよく、その逆もまた可能である。車両とインフラストラクチャとの間の通信は、一般に、Ｖ２Ｉ（車両からインフラ）通信と呼ばれる。例えば、インテリジェントインフラシステム（複数可）２４０は、「５秒後に黄色に変わる」などのメッセージで接近する車両にその状態を伝えることができるインテリジェント交通信号機を含むことができる。インテリジェントインフラシステム２４０は、交通監視情報を車両に伝えることができるように交差点付近に取り付けられた独自のライダーシステムも含むことができる。例えば、交差点で左折する車両は、自身のセンサのいくつかが反対方向のトラフィックによってブロックされる可能性があるため、十分な感知能力を有しない場合がある。このような状況において、インテリジェントインフラシステム（複数可）２４０のセンサは、左折車両に有用な、そして時には不可欠なデータを提供することができる。このようなデータは、例えば、交通状況、車両が旋回する方向の物体の情報、交通信号の状態及び予測等を含むことができる。インテリジェントインフラシステム（複数可）２４０によって生成されたこれらのセンサデータは、通信経路２４３及び／又は２４１を介して、車両知覚及び計画システム２２０及び／又は車両搭載ライダーシステム（複数可）２１０にそれぞれ提供され得る。通信経路２４３及び／又は２４１は、データを転送することができる任意の有線又は無線通信リンクを含むことができる。例えば、インテリジェントインフラシステム（複数可）２４０からのセンサデータは、ライダーシステム（複数可）２１０に送信され、ライダーシステム（複数可）２１０によって生成されたセンサデータと相関又は融合され、それによって車両知覚及び計画システム２２０によって行われるセンサ融合プロセスが少なくとも部分的にオフロードされ得る。上述したＶ２Ｖ及びＶ２Ｉ通信は、車両からＸ（Ｖ２Ｘ）通信の例であり、ここで「Ｘ」は、車両とデータを共有できる他の任意のデバイス、システム、センサ、インフラ、又は同様のものを表す。
図２をさらに参照すると、様々な通信経路を介して、車両知覚及び計画システム２２０は、ライダーシステム（複数可）２１０、他の車両搭載センサ（複数可）２３０、他の車両（複数可）２５０、及び／又はインテリジェントインフラシステム（複数可）２４０の１つ以上からセンサデータを受信する。いくつかの実施形態において、異なるタイプのセンサデータは、センサ融合サブシステム２２２によって相関され、及び／又は統合される。例えば、センサ融合サブシステム２２２は、車両の異なる位置に配置された複数のカメラによって撮影された複数の画像又はビデオを使用して、３６０度モデルを生成することができる。センサ融合サブシステム２２２は、異なる種類のセンサからセンサデータを取得し、環境をより正確に知覚するために、結合されたデータを使用する。例えば、車両搭載カメラ２３２は、太陽又は光源（例えば、夜間の他の車両のヘッドライト）に直接面しているため、鮮明な画像を捕捉できない場合がある。ライダーシステム２１０は、それほど影響を受けないかもしれず、したがって、センサ融合サブシステム２２２は、カメラ２３２及びライダーシステム２１０の両方によって提供されるセンサデータを結合し、ライダーシステム２１０によって提供されるセンサデータを使用してカメラ２３２によって捕捉される不明瞭な画像を補償することができる。別の例として、雨または霧の天候では、レーダーセンサ２３４は、カメラ２３２またはライダーシステム２１０よりもよく機能する場合がある。したがって、センサ融合サブシステム２２２は、カメラ２３２またはライダーシステム２１０によって提供されるセンサデータを補償するために、レーダーセンサ２３４によって提供されるセンサデータを使用することができる。
他の例では、他の車両搭載センサ（複数可）２３０によって生成されたセンサデータは、低い解像度（例えば、レーダーセンサデータ）を有する場合があり、したがって、通常はより高い解像度を有するライダーシステム（複数可）２１０によって相関および確認する必要がある場合がある。例えば、下水カバー（マンホールカバーとも呼ばれる）は、車両が接近している方に向かう物体としてレーダーセンサ２３４によって検出される場合がある。レーダーセンサ２３４の低解像度の性質により、車両知覚および計画システム２２０は、その物体が車両が回避する必要がある障害物であるかどうかを判断できない場合がある。したがって、ライダーシステム（複数可）２１０によって生成された高解像度センサデータは、物体が下水カバーであり、車両に害を与えないことを相関的に確認するために使用され得る。
車両知覚および計画システム２２０は、物体分類器２２３をさらに備える。センサ融合サブシステム２２２によって提供される生のセンサデータ及び／又は相関／融合データを使用して、物体分類器２２３は、物体を検出及び分類し、物体の位置を推定することができる。いくつかの実施形態では、物体分類器２３３は、機械学習ベースの技法を使用して、物体を検出及び分類することができる。機械学習ベースの技法の例は、領域ベースの畳み込みニューラルネットワーク（Ｒ－ＣＮＮ）、高速Ｒ－ＣＮＮ、Ｆａｓｔｅｒ Ｒ－ＣＮＮ、勾配方向ヒストグラム（ＨＯＧ）、領域ベースの完全畳み込みネットワーク（Ｒ－ＦＣＮ）、シングルショット検出器（ＳＳＤ）、空間ピラミッドプーリング（ＳＰＰ－ｎｅｔ）、及び／又はＹｏｕ Ｏｎｌｙ Ｌｏｏｋ Ｏｎｃｅ（Ｙｏｌｏ）などのアルゴリズムを利用することを含む。
車両知覚および計画システム２２０は、道路検出サブシステム２２４をさらに備える。道路検出サブシステム２２４は、道路を位置確認し、道路上の物体及び／又は標示を識別する。例えば、レーダーセンサ（複数可）２３４、カメラ（複数可）２３２、及び／又はライダーシステム（複数可）２１０によって提供される生の又は融合したセンサデータに基づいて、道路検出サブシステム２２４は、機械学習技術（例えば、車線を識別するためのパターン認識アルゴリズム）に基づいて道路の３Ｄモデルを構築することが可能である。道路の３Ｄモデルを使用して、道路検出サブシステム２２４は、物体（例えば、道路上の障害物又は破片）及び／又は道路上の標示（例えば、車線線、旋回マーク、横断歩道マーク等）を特定することができる。
車両知覚および計画システム２２０は、位置確認及び車両姿勢サブシステム２２５をさらに備える。生の又は融合されたセンサデータに基づき、位置確認及び車両姿勢サブシステム２２５は、車両の位置及び車両の姿勢を決定することができる。例えば、ライダーシステム（複数可）２１０、カメラ（複数可）２３２、及び／又はＧＰＳデータからのセンサデータを使用して、位置確認及び車両姿勢サブシステム２２５は、道路上の車両の正確な位置及び車両の６自由度（例えば、車両が前進又は後退、上又は下、及び左又は右へ動いているか）を決定することができる。いくつかの実施形態では、高精細（ＨＤ）マップが車両位置特定に使用される。ＨＤマップは、車両の位置をピンポイントで特定する、非常に詳細な３次元のコンピュータ化されたマップを提供することができる。例えば、ＨＤマップを使用して、位置確認及び車両姿勢サブシステム２２５は、車両の現在の位置（例えば、車両が現在道路のどの車線にいるか、縁石又は歩道にどれだけ近いか）を正確に決定し、車両の将来の位置を予測することができる。
車両知覚および計画システム２２０は、障害物予測器２２６をさらに備える。物体分類器２２３によって識別される物体は、静止しているもの（例えば、電柱、道路標識）または動いているもの（例えば、移動する歩行者、自転車、別の車）であることができる。動いている物体の場合、その移動経路または将来の位置を予測することは、衝突を回避するために重要であり得る。障害物予測器２２６は、障害物の軌跡を予測し、及び／又は衝突の可能性について運転者又は車両計画サブシステム２２８に警告を発することができる。例えば、障害物の軌道が車両の現在の移動経路と交差する可能性が高い場合、障害物予測器２２６は、そのような警告を発生させることができる。障害物予測器２２６は、そのような予測を行うために様々な技法を使用することができる。そのような技術は、例えば、一定の速度または加速度モデル、一定の旋回速度および速度／加速度モデル、カルマンフィルタおよび拡張カルマンフィルタに基づくモデル、再帰ニューラルネットワーク（ＲＮＮ）に基づくモデル、長短期記憶（ＬＳＴＭ）ニューラルネットワークに基づくモデル、エンコーダ－デコーダＲＮＮモデル、またはそのようなものを含む。
図２をさらに参照すると、いくつかの実施形態では、車両知覚および計画システム２２０は、車両計画サブシステム２２８をさらに備える。車両計画サブシステム２２８は、経路プランナ、運転行動プランナ、及び動作プランナを含むことができる。経路プランナは、車両の現在位置データ、目標位置データ、交通情報等に基づいて、車両のルートを計画することができる。運転行動プランナは、障害物予測器２２６から提供される障害物予測結果を用いて、他の物体がどのように動く可能性があるかに基づいて、タイミングや計画された動きを調整する。動作プランナは、車両が従うべき具体的な動作を決定する。そして、計画結果は、車両インタフェース２７０を介して車両制御システム２８０に伝達される。通信は、データを転送することができる任意の有線または無線通信リンクを含む通信経路２２３および２７１を介して実行することができる。
車両制御システム２８０は、車両のステアリング機構、スロットル、ブレーキなどを制御して、計画された経路および移動に従って車両を動作させる。車両知覚および計画システム２２０は、ユーザ（例えば、運転手）が車両制御システム２８０にアクセスして、例えば、必要なときに車両の制御をオーバーライドまたは引き継ぐことを提供する、ユーザインタフェース２６０をさらに含んでもよい。ユーザインタフェース２６０は、例えば、車両知覚及び計画システム２２０と通信して、生の又は融合されたセンサデータ、識別された物体、車両の位置／姿勢などを取得し表示することができる。これらの表示されたデータは、ユーザが車両をより良く操作するのに役立つことができる。ユーザインタフェース２６０は、データを転送できる任意の有線または無線通信リンクを含む通信経路２２１および２６１をそれぞれ介して、車両知覚および計画システム２２０および／または車両制御システム２８０と通信することができる。図２の様々なシステム、センサ、通信リンク、及びインタフェースは、任意の所望の方法で構成することができ、図２に示された構成に限定されないことが理解される。
図３は、例示的なライダーシステム３００を例示するブロック図である。ライダーシステム３００は、図１及び図２に示されるライダーシステム１１０、１２０Ａ～Ｆ、及び／又は２１０を実施するために使用され得る。一実施形態では、ライダーシステム３００は、レーザ源３１０、送信機３２０、光受信機及び光検出器３３０、ステアリングシステム３４０、及び制御回路３５０を備える。これらの構成要素は、通信経路３１２、３１４、３２２、３３２、３４３、３５２、及び３６２を用いて結合される。これらの通信経路は、様々なライダーシステム構成要素間の通信リンク（有線または無線、双方向または単方向）を含むが、それ自体が物理的構成要素である必要はない。通信経路は、１つ以上の電気配線、バス、又は光ファイバによって実施することができるが、通信経路は、物理的な通信媒体が存在しないように、無線チャネル又は自由空間光路とすることもできる。例えば、ライダーシステム３００の一実施形態では、レーザ源３１０と送信機３２０との間の通信経路３１４は、１つ又は複数の光ファイバを使用して実装され得る。通信経路３３２及び３５２は、自由空間光学部品及び／又は光ファイバを使用して実装された光路を表してもよい。そして、通信経路３１２、３２２、３４２、及び３６２は、電気信号を伝送する１つ又は複数の電気配線を用いて実装されてもよい。また、通信経路は、上記の種類の通信媒体のうちの１つ以上を含むことができる（例えば、光ファイバと自由空間光コンポーネントを含むことができ、または１つ以上の光ファイバと１つ以上の電気ワイヤを含むことができる）。
ライダーシステム３００は、電力バス、電源、ＬＥＤインジケータ、スイッチなど、図３に描かれていない他の構成要素も含むことができる。さらに、光パルスが送信されてから戻り光パルスが検出されるまでの時間を正確に測定できるように基準信号を提供するための光源３１０と光受信器及び光検出器３３０との間の直接接続など、構成要素間の他の通信接続が存在してもよい。
レーザ源３１０は、視野（ＦＯＶ）内の物体を照明するためのレーザ光を出力する。レーザ源３１０は、例えば、半導体ベースのレーザ（例えば、ダイオードレーザ）及び／又はファイバベースのレーザであり得る。半導体ベースのレーザは、例えば、端面発光レーザ（ＥＥＬ）、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）等とすることができる。ファイバベースレーザは、アクティブ利得媒体が、エルビウム、イッテルビウム、ネオジム、ジスプロシウム、プラセオジム、ツリウム及び／又はホルミウムなどの希土類元素でドープされた光ファイバである、レーザである。いくつかの実施形態では、ファイバレーザは、利得媒体が２層のクラッドによって囲まれたファイバのコアを形成するダブルクラッドファイバをベースとしている。ダブルクラッドファイバは、コアを高出力ビームで励起することを可能にし、それによってレーザ源が高出力ファイバレーザ源であることを可能にする。
いくつかの実施形態において、レーザ源３１０は、マスタ発振器（シードレーザとも呼ばれる）及びパワー増幅器（ＭＯＰＡ）を含む。パワー増幅器は、シードレーザの出力パワーを増幅する。パワー増幅器は、ファイバアンプ、バルクアンプ、又は半導体光学増幅器であり得る。シードレーザは、固体バルクレーザ又は調整可能外部キャビティダイオードレーザであり得る。いくつかの実施形態では、レーザ源３１０は、光学的に励起されたマイクロチップレーザであり得る。マイクロチップレーザは、レーザ結晶がレーザ共振器の端部ミラーに直接接触する、アライメントフリーのモノリシック固体レーザである。マイクロチップレーザは、通常、レーザダイオードで励起され（直接またはファイバを使用）、所望の出力を得る。マイクロチップレーザには、ネオジム添加イットリウムアルミニウムガーネット（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）レーザ結晶（すなわちＮｄ：ＹＡＧ）や、ネオジム添加バナジン酸（すなわちＮＤ：ＹＶＯ４）レーザ結晶に基づき得る。
図４は、シードレーザと、所望の出力パワーをポンピングするための１つ以上のポンプ（例えば、レーザダイオード）とを有する例示的なファイバベースのレーザ源４００を示すブロック図である。ファイバベースのレーザ源４００は、図３に描かれたレーザ源３１０の一例である。いくつかの実施形態では、ファイバベースのレーザ源４００は、１つ以上の波長（例えば、１５５０ｎｍ）の初期光パルスを生成するためのシードレーザ４０２を備え、これは、光ファイバ４０３を介して波長分割多重（ＷＤＭ）４０４に供給される。ファイバベースのレーザ源４００は、光ファイバ４０５を介してＷＤＭ４０４にレーザパワー（例えば、９８０ｎｍのような異なる波長の）を供給するためのポンプ４０６をさらに含む。ＷＤＭ４０４は、シードレーザ４０２によって提供される光パルスと、ポンプ４０６によって提供されるレーザパワーとを、単一の光ファイバ４０７に多重化する。ＷＤＭ４０４の出力は、次に、光ファイバ４０７を介して１つ以上の前置増幅器（複数可）４０８に提供され得る。前置増幅器（複数可）４０８は、光信号を増幅する（例えば、約２０～３０ｄＢの利得で）光増幅器（複数可）とすることができる。いくつかの実施形態では、前置増幅器（複数可）４０８は、低雑音増幅器である。前置増幅器（複数可）４０８は、光ファイバ４０９を介してコンバイナ４１０に出力する。コンバイナ４１０は、前置増幅器（複数可）４０８の出力レーザ光を、光ファイバ４１１を介してポンプ４１２によって提供されるレーザパワーと結合する。コンバイナ４１０は、同じ波長を有する光信号または異なる波長を有する光信号を結合することができる。コンバイナの一例は、ＷＤＭである。コンバイナ４１０は、光ファイバ４１０を介して出力光パルスを生成するブースター増幅器４１４にパルスを供給する。ブースター増幅器４１４は、光信号のさらなる増幅を行う。出力された光パルスは、その後、送信機３２０及び／又はステアリング機構３４０（図３に示す）に送信することができる。図４は、ファイバベースのレーザ源４００の１つの例示的な構成を示すことが理解される。レーザ源４００は、図４に示される１つ以上の構成要素の異なる組み合わせ及び／又は図４に示されない他の構成要素（例えば、電源、レンズ、フィルタ、スプリッタ、コンバイナなどの他の構成要素）を用いて多くの他の構成を有することができる。
いくつかの変形例では、ファイバベースのレーザ源４００は、ファイバベースのレーザ源４００で使用されるファイバのファイバ利得プロファイルに基づいて異なる振幅のパルスを生成するように（例えば、制御回路３５０によって）制御され得る。通信経路３１２は、ファイバベースのレーザ源４００の構成要素が制御回路３５０によって制御され得るか、さもなければ制御回路３５０と通信するように、ファイバベースのレーザ源４００を制御回路３５０（図３に示す）に結合させる。代替的に、ファイバベースのレーザ源４００は、それ自身の専用コントローラを含んでもよい。制御回路３５０がファイバベースのレーザ源４００の構成要素と直接通信する代わりに、ファイバベースのレーザ源４００の専用コントローラは、制御回路３５０と通信し、ファイバベースの光源４００の構成要素を制御及び／又は通信する。ファイバベースの光源４００は、１つ以上のパワーコネクタ、電源、及び／又は電力線など、図示しない他の構成要素も含むことができる。
図３を参照すると、レーザ源３１０の典型的な動作波長は、例えば、約８５０ｎｍ、約９０５ｎｍ、約９４０ｎｍ、約１０６４ｎｍ、及び約１５５０ｎｍを含む。最大の使用可能なレーザパワーの上限は、米国ＦＤＡ（米国食品医薬品局）の規制によって設定されている。波長１５５０ｎｍの光学出力限界は、前述の他の波長の光学出力限界よりはるかに高い。また、１５５０ｎｍはファイバ内での光損失が少ない。このような特性から、１５５０ｎｍの波長は長距離ライダーの用途に適している。レーザ源３１０から出力される光パワーの量は、そのピークパワー、平均パワー、およびパルスエネルギーによって特徴付けることができる。ピークパワーは、パルスエネルギーとパルスの幅（例えば、半値全幅、ＦＷＨＭ）との比である。したがって、パルス幅が小さいほど、一定量のパルスエネルギーに対してより大きなピークパワーを提供することができる。パルス幅は、ナノ秒またはピコ秒の範囲にすることができる。平均パワーは、パルスのエネルギーとパルス繰り返しレート（ＰＲＲ）の積である。以下により詳細に説明するように、ＰＲＲはパルスレーザ光の周波数を表す。ＰＲＲは、典型的には、ライダーシステムが測定することができる最大範囲に対応する。レーザ源３１０は、ライダーシステムによって生成される点群における所望のデータ点の数を満たすために、高いＰＲＲでパルスを生成するように構成され得る。レーザ源３１０はまた、所望の最大検出距離を満たすために、中または低ＰＲＲでパルスを生成するように構成され得る。ウォールプラグ効率（ＷＰＥ）は、総消費電力を評価するための別の要素であり、レーザ効率を評価する際の重要な指標となり得る。例えば、図１に示すように、複数のライダーシステムが車両に取り付けられることがあり、この車両は、電気駆動の車両であるか、さもなければ燃料またはバッテリーの電力供給に制限がある車両である可能性がある。したがって、高いＷＰＥ及びレーザパワーを使用するインテリジェントな方法は、レーザ源３１０を選択及び構成する際、及び／又は車両搭載ライダー用途用のレーザ送達システムを設計する際の重要な考慮事項の１つであることが多い。
上記の説明は、レーザ源３１０の非限定的な例を提供することが理解される。レーザ源３１０は、様々な波長で１つ以上の光信号を生成するように構成された多くの他のタイプの光源（例えば、レーザダイオード、短キャビティファイバレーザ、固体レーザ、及び／又は調整可能な外部キャビティダイオードレーザ）を含むように構成することが可能である。いくつかの例では、光源３１０は、増幅器（例えば、前置増幅器及び／又はブースター増幅器）を備え、これは、ドープ光ファイバ増幅器、固体バルク増幅器、及び／又は半導体光学増幅器であり得る。増幅器は、所望の利得で光信号を受信し増幅するように構成される。
図３に戻って参照すると、ライダーシステム３００は、送信機３２０をさらに備える。レーザ源３１０は、レーザ光（例えば、レーザビームの形態で）を送信機３２０に提供する。レーザ源３１０によって提供されるレーザ光は、所定の又は制御された波長、パルス繰り返しレート、及び／又はパワーレベルを有する増幅レーザ光であり得る。送信機３２０は、レーザ源３１０からレーザ光を受信し、低発散でステアリング機構３４０にレーザ光を送信する。いくつかの実施形態では、送信機３２０は、例えば、レーザビームを直接又はステアリング機構３４０を介して視野（ＦＯＶ）に伝送するための光学コンポーネント（例えば、レンズ、ファイバ、ミラーなど）を含むことができる。図３は、送信機３２０及びステアリング機構３４０を別個の構成要素として図示しているが、これらは、いくつかの実施形態において１つのシステムとして組み合わせられるか又は統合されてもよい。ステアリング機構３４０は、以下でより詳細に説明される。
レーザ源３１０によって提供されるレーザビームは、送信機３２０に移動する際に発散する可能性がある。したがって、送信機３２０は、発散するレーザビームを集め、発散が低減された又は最小の平行光ビームを生成するように構成されたコリメートレンズ含むことが多い。平行光ビームは、その後、ミラーやレンズなどの様々な光学系を介してさらに方向付けられることができる。コリメートレンズは、例えば、平凸レンズであってもよい。コリメートレンズは、ビーム径、発散角、開口数、焦点距離など、任意の所望の特性を有するように構成することができる。ビーム伝搬比またはビーム品質係数（Ｍ２ファクタとも呼ばれる）は、レーザビームの品質を測定するために使用される。多くのライダーアプリケーションでは、送信レーザビームを生成する際に、良好なレーザビーム品質を制御することが重要である。Ｍ２ファクタは、理想的なガウシアンビームからのビームのばらつきの度合いを表している。従って、Ｍ２ファクタは、コリメートされたレーザビームをどれだけ小さなスポットに集光できるか、あるいは、発散したレーザビームをどれだけコリメートできるかを反映する。Ｍ２ファクタが小さいほど、レーザビームの焦点はよりタイトになり、より強いビームスポットを得ることができる。したがって、レーザ源３１０及び／又は送信機３２０は、例えば、スキャン解像度要件に従って所望のＭ２ファクタを得るように構成され得る。
送信機３２０によって提供される光ビームのうちの１つ又は複数は、ステアリング機構３４０によってＦＯＶに走査される。ステアリング機構３４０は、ライダーシステム３００が３Ｄ点群を生成することによって環境をマッピングすることを容易にするために、光ビームを多次元（例えば、水平及び垂直次元の両方）で走査する。ステアリング機構３４０は、以下でより詳細に説明される。ＦＯＶに走査されたレーザ光は、ＦＯＶ内の物体によって散乱又は反射され得る。散乱又は反射された光の少なくとも一部は、ライダーシステム３００に戻る。図３は、戻り光を受信するように構成された光受信器及び光検出器３３０をさらに示す。光受信機及び光検出器３３０は、ＦＯＶから戻り光を収集するように構成された光受信機を含む。光受信器は、ＦＯＶからの戻り光を受信、方向転換、集束、増幅、及び／又はフィルタリングするための光学系（例えば、レンズ、ファイバ、ミラー等）を含むことができる。例えば、光受信器は、収集された戻り光を光検出器上に収集及び／又は集束するための受信レンズ又は集束レンズ（例えば、平凸レンズ）を含むことが多い。
光検出器は、受光素子によって集光された戻り光を検出し、戻り光の入射強度に比例した電流信号および／または電圧信号を生成する。このような電流信号及び／又は電圧信号に基づいて、ＦＯＶ内の対象物の深度情報を導出することができる。そのような深度情報を導出するための１つの例示的な方法は、以下でより詳細に説明される直接ＴＯＦ（飛行時間）に基づくものである。光検出器は、その検出感度、量子効率、検出器帯域幅、線形性、信号対雑音比（ＳＮＲ）、過負荷耐性、干渉耐性等によって特徴付けられる場合がある。アプリケーションに基づいて、光検出器は、任意の所望の特性を有するように構成またはカスタマイズすることができる。例えば、光受信器及び光検出器３３０は、光検出器が良好な線形性を有しながら大きなダイナミックレンジを有するように構成され得る。光検出器の線形性は、入力光信号パワーと検出器の出力との間の線形関係を維持する検出器の能力を示す。良好な線形性を有する検出器は、大きな動的入力光信号範囲にわたって線形関係を維持することができる。
光検出器は、その構造や材料に工夫を凝らすことで、所望の特性を得ることができる。光検出器には、様々な検出器構造を使用することができる。例えば、光検出器構造は、ｐ型半導体領域とｎ型半導体領域との間にドープされていない固有半導体領域（すなわち、「ｉ」領域）を有するＰＩＮベースの構造であり得る。他の光検出器構造は、例えば、ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）ベースの構造、ＰＭＴ（光電子増倍管）ベースの構造、ＳｉＰＭ（シリコン光電子増倍管）ベースの構造、ＳＰＡＤ（単一光子アバランシェダイオード）ベースの構造、および／または量子ワイヤで構成される。光検出器に使用される材料系としては、Ｓｉ、ＩｎＧａＡｓ、及び／又はＳｉ／Ｇｅベースの材料を使用することができる。多くの他の検出器構造及び／又は材料系が、光受信器及び光検出器３３０において使用され得ることが理解される。
光検出器（例えば、ＡＰＤベースの検出器）は、出力信号を生成する際に入力信号が増幅されるように、内部利得を有することがある。しかし、光検出器の内部利得により、ノイズも増幅される場合がある。一般的なノイズの種類には、信号ショットノイズ、暗電流ショットノイズ、熱ノイズ、及び増幅器ノイズ（ＴＩＡ）が含まれる。いくつかの実施形態では、光受信器及び光検出器３３０は、低雑音増幅器（ＬＮＡ）である前置増幅器を含み得る。いくつかの実施形態では、前置増幅器はまた、電流信号を電圧信号に変換するＴＩＡ－トランスインピーダンス増幅器を含んでもよい。線形検出器システムの場合、入力等価雑音または雑音等価電力（ＮＥＰ）は、光検出器が弱い信号に対してどの程度敏感であるかを測定する。したがって、これらはシステム全体の性能を示す指標として用いることができる。例えば、光検出器のＮＥＰは、検出可能な最も弱い信号のパワーを特定し、したがってそれは、ライダーシステムの最大範囲を特定する。ライダーシステム３００の要件を満たすために、様々な光検出器の最適化技術が使用され得ることが理解される。そのような最適化技術は、異なる検出器構造、材料を選択すること、及び／又は信号処理技術（例えば、フィルタリング、ノイズ低減、増幅、又は同類のもの）を実装することを含み得る。例えば、戻り信号の直接検出（例えば、ＴＯＦを使用することによって）に加えて、又はその代わりに、コヒーレント検出を光検出器に使用することもできる。コヒーレント検出では、受信光を局部発振器で干渉させることにより、受信光の振幅および位相情報を検出することができる。コヒーレント検出は、検出感度や耐ノイズ性を向上させることができる。
図３は、ライダーシステム３００がステアリング機構３４０を含むことをさらに示している。上述したように、ステアリング機構３４０は、送信機３２０からの光ビームを誘導してＦＯＶを多次元で走査する。ステアリング機構は、ラスター機構又は走査機構と呼ばれる。光ビームを複数の方向（例えば、水平方向及び垂直方向の両方）に走査することは、ライダーシステムが、画像又は３Ｄ点群を生成することによって環境をマッピングすることを容易にする。ステアリング機構は、メカニカルスキャンと固体スキャンに基づくことができる。メカニカルスキャンは、回転ミラーを使用してレーザビームを誘導し、ライダー送信機と受信機（総称してトランシーバ）を物理的に回転させてレーザビームを走査させる。固体スキャンは、トランシーバなどの巨視的コンポーネントを機械的に動かすことなく、レーザビームをＦＯＶ内のさまざまな位置に照射する。固体スキャン機構には、ＭＥＭＳミラーに基づくステアリング、光学フェーズドアレイに基づくステアリング、及びフラッシュライダーに基づくステアリングが含まれる。いくつかの実施形態では、固体スキャン機構は巨視的コンポーネントを物理的に動かさないので、固体スキャン機構によって実行されるステアリングは、効率的ステアリングと呼ばれ得る。固体スキャンを用いるライダーシステムは、非メカニカルスキャンまたは単に非スキャンライダーシステムとも呼ばれ得る（フラッシュライダーシステムは、例示的な非走査ライダーシステムである）。
ステアリング機構３４０は、画像又は３Ｄ点群を生成するためにＦＯＶを走査するために、トランシーバ（例えば、送信機３２０及び光受信機及び光検出器３３０）と共に使用することができる。一例として、ステアリング機構３４０を実装するために、二次元メカニカルスキャナを、１つ又は複数の単一点トランシーバと共に使用することができる。単一点トランシーバは、単一の光ビーム又は少数の光ビーム（例えば、２～８本のビーム）をステアリング機構に送信する。二次元メカニカルステアリング機構は、例えば、ポリゴンミラー（複数可）、振動ミラー（複数可）、回転プリズム（複数可）、回転傾斜ミラー面（複数可）、又はそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、ステアリング機構３４０は、固体ステアリング機構（複数可）などの非メカニカルステアリング機構（複数可）を含むことができる。例えば、ステアリング機構３４０は、屈折効果と組み合わせたレーザ光の波長を調整すること、及び／又は再構成可能なグレーティング／位相アレイに基づくことが可能である。いくつかの実施形態では、ステアリング機構３４０は、二次元走査を実現するために単一の走査デバイスを使用することができ、又は二次元走査を実現するために組み合わされた２つのデバイスを使用することができる。
別の例として、ステアリング機構３４０を実装するために、一次元メカニカルスキャナを、アレイまたは多数の単一点トランシーバと共に使用することができる。具体的には、トランシーバアレイは、３６０度の水平視野を達成するために回転プラットフォームに搭載することができる。また、静止トランシーバーアレイを一次元メカニカルスキャナと組み合わせることも可能である。一次元メカニカルスキャナは、ポリゴンミラー、振動ミラー、回転プリズム、回転チルトミラーなどから構成され、前方視の水平視野を得ることができる。メカニカルスキャナを使用したステアリング機構は、自動車用として大量生産する際に、堅牢性と信頼性を提供することができる。
別の例として、ステアリング機構３４０を実装するために、２次元トランシーバを使用して、スキャン画像または３Ｄ点群を直接生成することができる。いくつかの実施形態では、スキャン画像又はスキャンされる視野の解像度を向上させるために、スティッチング又はマイクロシフト法が使用され得る。例えば、２次元トランシーバを使用して、１つの方向（例えば、水平方向）で生成された信号及び他の方向（例えば、垂直方向）で生成された信号を統合、インターリーブ、及び／又はマッチングして、スキャンされたＦＯＶを表すより高い又はフル解像度の画像又は３Ｄ点群を生成してもよい。
ステアリング機構３４０のいくつかの実装は、戻り光信号を光受信器及び光検出器３３０に向けるために受信経路に沿って（例えば、回転、振動、又は指示することによって）戻り光信号を操縦する１つ以上の光リダイレクション要素（例えば、ミラー又はレンズ）から構成される。送信経路及び受信経路に沿って光信号を方向付ける光リダイレクション要素は、同じコンポーネント（例えば、共有）、別々のコンポーネント（例えば、専用）、及び／又は共有と別々のコンポーネントの組み合わせであってよい。つまり、場合によっては、送信経路と受信経路は部分的に重なる（場合によっては、実質的に重なる）ことがあるが、異なるものである。
図３をさらに参照すると、ライダーシステム３００は、制御回路３５０をさらに備える。制御回路３５０は、ライダーシステム３００の様々な部分を制御するように、及び／又は信号処理を実行するように構成及び／又はプログラムすることができる。典型的なシステムでは、制御回路３５０は、例えば、所望のレーザパルスタイミング、繰り返しレート、及びパワーを得るためにレーザ源３１０を制御すること、ＦＯＶを走査して画素登録／整合を維持するためにステアリング機構３４０を制御すること（例えば、速度、方向、及び／又は他のパラメータを制御すること）、最適状態となるように光受信器及び光検出器３３０を制御すること（例えば、感度、ノイズ低減、フィルタリング、及び／又は他のパラメータを制御すること）、並びに機能安全性について全体のシステムヘルス／状態を監視すること、などの１又は複数の制御動作を行うように構成され得る及び／又はプログラムされ得る。
制御回路３５０はまた、光受信機および光検出器３３０によって生成された生データに対して信号処理を行い、距離および反射率情報を導出し、データのパッケージングおよび車両知覚および計画システム２２０（図２に示す）への通信を行うように構成および／またはプログラムされることが可能である。例えば、制御回路３５０は、光パルスを送信してから対応する戻り光パルスを受信するまでの時間を決定し、送信された光パルスに対して戻り光パルスを受信しない場合を決定し、送信／戻り光パルスに対する方向（例えば、水平及び／又は垂直情報）を決定し、特定の方向における推定範囲を決定し、及び／又はライダーシステム３００に関連する他のあらゆるタイプのデータを決定する。
ライダーシステム３００は、暑い又は寒い天候、激しい振動を引き起こす可能性のある荒れた道路状況、高湿又は低湿、埃っぽい地域などを含む多くの異なる環境で動作し得る車両に配置され得る。したがって、いくつかの実施形態では、ライダーシステム３００の光学及び／又は電子コンポーネント（例えば、送信機３２０、光受信機及び光検出器３３０、並びにステアリング機構３４０における光学部品）は、長期的な機械的及び光学的安定性を維持するように配置又は構成される。例えば、ライダーシステム３００内の構成要素は、車両が遭遇し得る全ての条件下で動作できるように固定され、密閉されてもよい。一例として、送信機３２０、光受信機及び光検出器３３０、並びにステアリング機構３４０（及び湿気の影響を受けやすい他の構成要素）の光学構成要素に、防湿コーティング及び／又は密閉が施されてもよい。別の例として、ハウジング（複数可）、エンクロージャ（複数可）、及び／又はウィンドウは、硬度、侵入保護（ＩＰ）評価、自己洗浄能力、化学物質に対する耐性及び衝撃に対する耐性等の所望の特性を提供するためにライダーシステム３００において使用することができる。さらに、ライダーシステム３００を組み立てるための効率的かつ経済的な方法論は、コストを低く抑えながらライダー動作要件を満たすために使用され得る。
当業者であれば、図３及び上記の説明は例示のためだけのものであり、ライダーシステムは他の機能ユニット、ブロック、又はセグメントを含むことができ、これらの上記機能ユニット、ブロック、又はセグメントの変形又は組み合わせを含むことができることが理解される。例えば、ライダーシステム３００は、電力バス、電源、ＬＥＤインジケータ、スイッチなど、図３に描かれていない他の構成要素も含むことができる。さらに、光源３１０が光パルスを送信してから光検出器３３０が戻り光パルスを検出するまでの時間を光検出器３３０が正確に測定できるように、光源３１０と光受信器と光検出器３３０との間の直接接続など、コンポーネント間の他の接続も存在し得る。
図３に示すこれらの構成要素は、通信経路３１２、３１４、３２２、３３２、３４２、３５２、及び３６２を用いて互いに結合される。これらの通信経路は、様々なライダーシステム構成要素間の通信（双方向又は単方向）を表すが、それ自体が物理的構成要素である必要はない。通信経路は、１つ以上の電気配線、バス、又は光ファイバによって実施することができるが、通信経路は、物理的な通信媒体が存在しないように、無線チャネル又は開放型光路とすることもできる。例えば、１つの例示的なライダーシステムにおいて、通信経路３１４は１つ以上の光ファイバを含み、通信経路３５２は光路を表し、通信経路３１２、３２２、３４２、及び３６２は全て電気信号を伝達する電気線である。通信経路は、上記の種類の通信媒体を複数含むこともできる（例えば、光ファイバと光路を含むこともできるし、１つ以上の光ファイバと１つ以上の電気線を含むこともできる）。
上述したように、いくつかのライダーシステムは、光信号（例えば、光パルス）の飛行時間（ＴＯＦ）を使用して、光路内の物体までの距離を決定する。例えば、図５Ａを参照すると、例示的なライダーシステム５００は、レーザ源（例えば、ファイバレーザ）、ステアリングシステム（例えば、１つ又は複数の移動ミラーのシステム）、及び光検出器（例えば、１つ又は複数の光学系を有する光子検出器）を含む。ライダーシステム５００は、例えば、上述したライダーシステム３００を用いて実装することができる。ライダーシステム５００は、ライダーシステム５００のステアリングシステムによって決定されるように、光路５０４に沿って光パルス５０２を送信する。描かれた例では、レーザ源によって生成される光パルス５０２は、レーザ光の短パルスである。さらに、ライダーシステム５００の信号ステアリングシステムは、パルス－信号ステアリングシステムである。しかしながら、ライダーシステムは、パルス状ではない光信号を生成、送信、及び検出することによって動作し、飛行時間以外の技術を使用して周辺環境内の物体への範囲を導出することができることを理解されたい。例えば、一部のライダーシステムは、周波数変調連続波（すなわち、「ＦＭＣＷ」）を使用する。パルス信号を使用する飛行時間ベースのシステムに関して本明細書に記載された技術のいずれもが、これらの技術の一方または両方を使用しないライダーシステムにも適用可能であることをさらに理解されたい。
図５Ａ（例えば、光パルスを使用する飛行時間型ライダーシステムを示す）に戻ると、光パルス５０２が物体５０６に到達すると、光パルス５０２は散乱又は反射して戻り光パルス５０８を生成する。戻り光パルス５０８は、光路５１０に沿ってシステム５００に戻ることができる。送信光パルス５０２がライダーシステム５００を出てから、戻り光パルス５０８がライダーシステム５００に戻ってくるまでの時間は、（例えば、ライダーシステム内の制御回路３５０などのプロセッサ又は他の電子機器によって）測定することができる。光速の知識と組み合わせたこの飛行時間は、ライダーシステム５００から光パルス５０２が散乱又は反射した物体５０６の部分までの範囲／距離を決定するために使用され得る。
図５Ｂに描かれているように、多くの光パルスを向けることによって、ライダーシステム５００は外部環境を走査する（例えば、光路５０４、５２４、５２８、５３２に沿ってそれぞれ光パルス５０２、５２２、５２６、５３０を向けることによって）。図５Ｃに描かれているように、ライダーシステム５００は、戻り光パルス５０８、５４２、５４８（それぞれ、送信された光パルス５０２、５２２、５３０に対応する）を受信する。戻り光パルス５０８、５４２、５４８は、物体５０６及び５１４の一方によって送信された光パルスを散乱又は反射させることによって生成される。戻り光パルス５０８、５４２、及び５４８は、それぞれ光路５１０、５４４、及び５４６に沿ってライダーシステム５００に戻ることができる。送信された光パルスの方向（ライダーシステム５００によって決定される）、並びにライダーシステム５００から光パルスを散乱又は反射する物体の部分（例えば、物体５０６及び５１４の部分）までの計算範囲に基づいて、検出可能範囲内の外部環境（例えば、経路５０４と５３２との間の視野、包括的に）を正確にマッピング又はプロット（例えば、３Ｄ点群又は画像の生成によって）することが可能である。
対応する光パルスが特定の送信された光パルスに対して受信されない場合、ライダーシステム５００の検出可能範囲内に物体が存在しない（例えば、物体がライダーシステム５００の最大走査距離を超えている）と判断され得る。例えば、図５Ｂにおいて、光パルス５２６は、所定の検出範囲内でその伝送経路５２８に沿って散乱事象を生じないことがあるので、（図５Ｃに図示されるように）対応する戻り光パルスを有しないことがある。ライダーシステム５００、又はライダーシステム５００と通信する外部システム（例えば、クラウドシステム又はサービス）は、戻り光パルスの欠如を、ライダーシステム５００の検出可能範囲内の光路５２８に沿って配置されている物体がないものとして解釈することができる。
図５Ｂにおいて、光パルス５０２、５２２、５２６、及び５３０は、任意の順序で、直列に、並列に、又は互いに対する他のタイミングに基づいて送信されることができる。さらに、図５Ｂは、送信された光パルスを１つの次元又は１つの平面（例えば、紙の平面）に向けられるものとして描いているが、ライダーシステム５００は、他の次元（複数可）又は平面（複数可）に沿って送信光パルスを向けることも可能である。例えば、ライダーシステム５００は、図５Ｂに示される次元又は平面に垂直な次元又は平面で、送信された光パルスを向けることもでき、それによって、光パルスの２次元送信を形成することができる。この光パルスの２次元送信は、点ごと、線ごと、一度に、または他の何らかの方法で行うことができる。光パルスの１次元的な送信（例えば、水平方向の１ライン）から点群または画像を生成すると、２次元データ（例えば、（１）水平送信方向のデータ、（２）物体までの範囲または距離）を生成することができる。同様に、２次元の光パルス送信による点群または画像は、３次元データ（例えば、（１）水平送信方向のデータ、（２）垂直送信方向のデータ、および（３）物体までの距離または範囲）を生成することができる。一般に、光パルスのｎ次元伝送を行うライダーシステムは、（ｎ＋１）次元のデータを生成する。これは、ライダーシステムが、対象物の深さ、または対象物までの距離／間隔を測定できるため、さらなる次元のデータを提供することになるためである。したがって、ライダーシステムによる２次元スキャンは、ライダーシステムの外部環境をマッピングするための３次元点群データを生成することができる。
点群の密度とは、ライダーシステムによって実行された領域あたりの測定値（データポイント）の数を指す。点群の密度は、ライダーのスキャン解像度に関連します。一般的に、少なくとも関心領域（ＲＯＩ）については、より大きな点群密度、ひいてはより高い解像度が望まれる。ライダーシステムによって生成された点群または画像における点の密度は、複数のパルスを視野で割った数に等しい。いくつかの実施形態では、視野は固定され得る。したがって、１組の送受信光学系（又はトランシーバ光学系）によって生成される点の密度を高めるために、ライダーシステムは、より頻繁にパルスを生成する必要がある場合がある。つまり、より高いパルス繰り返しレート（ＰＲＲ）を持つ光源が必要となる。一方、より頻繁にパルスを生成し送信することで、ライダーシステムが検出できる最遠距離が制限される場合がある。例えば、次のパルスを送信した後に遠方の物体からの戻り信号を受信した場合、戻り信号が送信順と異なる順番で検出され、戻り信号と送信信号を正しく関連付けることができず、曖昧さが生じる可能性がある。
説明のために、５００ｋＨｚから１ＭＨｚの間の繰り返しレートでレーザパルスを送信できる例示的なライダーシステムを考えてみる。パルスがライダーシステムに戻るまでの時間と、従来のライダー設計における連続したパルスからの戻りパルスの混在を避けることに基づいて、ライダーシステムが検出できる最も遠い距離は、５００ｋＨｚと１ＭＨｚについてそれぞれ３００メートルと１５０メートルであり得る。繰り返しレート５００ｋＨｚのライダーシステムの点密度は、１ＭＨｚのそれの半分である。したがって、この例は、システムが順番に到着しない戻り信号を正しく相関させることができない場合、繰り返しレートを５００ｋＨｚから１ＭＨｚに上げる（したがって、システムの点の密度を向上させる）ことにより、システムの検出範囲が縮小され得ることを示している。ＰＲＲの向上と検出範囲の制限のトレードオフを緩和するために、さまざまな技術が使用されている。例えば、異なる範囲の物体を検出するために、複数の波長を使用することができる。また、送信光信号と戻り光信号の相関をとるために、光学的および／または信号処理技術が使用される。
本明細書に記載される様々なシステム、装置、及び方法は、デジタル回路を使用して、又は周知のコンピュータプロセッサ、メモリユニット、記憶装置、コンピュータソフトウェア、及び他の構成要素を使用する１つ以上のコンピュータを使用して実装され得る。典型的には、コンピュータは、命令を実行するためのプロセッサと、命令及びデータを記憶するための１つ又は複数のメモリとを含む。コンピュータはまた、１つ以上の磁気ディスク、内蔵ハードディスク及びリムーバブルディスク、光磁気ディスク、光ディスク等の１つ以上の大容量記憶装置を含むか、又はそれに結合されてもよい。
本明細書で説明する様々なシステム、装置、及び方法は、クライアント－サーバ関係で動作するコンピュータを使用して実装することができる。典型的には、このようなシステムにおいて、クライアントコンピュータは、サーバコンピュータから遠隔に位置し、ネットワークを介して相互作用する。クライアント－サーバ関係は、それぞれのクライアントコンピュータ及びサーバコンピュータ上で実行されるコンピュータプログラムによって定義及び制御されてもよい。クライアントコンピュータの例としては、デスクトップコンピュータ、ワークステーション、ポータブルコンピュータ、セルラースマートフォン、タブレット、または他のタイプのコンピューティングデバイスを挙げることができる。
本明細書に記載される様々なシステム、装置、及び方法は、プログラマブルプロセッサによる実行のために、情報キャリア、例えば、非一時的のマシン可読記憶装置において当接的に具現化されるコンピュータプログラム製品を用いて実装されてもよく、本明細書に記載される方法プロセス及びステップは、このようなプロセッサによって実行可能な１以上のコンピュータプログラムを使って実装されてもよい。コンピュータプログラムは、ある動作を行うため、またはある結果をもたらすために、コンピュータにおいて直接的または間接的に使用することができるコンピュータプログラム命令の集合である。コンピュータプログラムは、コンパイル言語やインタプリタ言語など、任意の形式のプログラミング言語で記述することができ、スタンドアロンプログラムとして、またはモジュール、コンポーネント、サブルーチン、あるいはコンピュータ環境での使用に適した他のユニットとして、任意の形式で配備することができる。
本明細書に記載されるシステム、装置、および方法を実装するために使用され得る例示的な装置の高レベルブロック図が、図６に示されている。装置６００は、永続的記憶装置６２０および主記憶装置６３０に動作可能に結合されたプロセッサ６１０を備える。プロセッサ６１０は、そのような動作を定義するコンピュータプログラム命令を実行することによって、装置６００の全体的な動作を制御する。コンピュータプログラム命令は、永続的記憶装置６２０、または他のコンピュータ可読媒体に格納され、コンピュータプログラム命令の実行が望まれるときに主記憶装置６３０にロードされてもよい。例えば、プロセッサ６１０は、制御回路３５０（図３に示す）、車両知覚及び計画システム２２０（図２に示す）、及び車両制御システム２８０（図２に示す）など、本明細書に記載の１つ以上のコンポーネント及びシステムを実装するために使用されてもよい。したがって、本明細書に記載される方法は、主記憶装置６３０及び／又は永続的記憶装置６２０に格納され、コンピュータプログラム命令を実行するプロセッサ６１０によって制御されるコンピュータプログラム命令によって定義することができる。例えば、コンピュータプログラム命令は、当業者によってプログラムされたコンピュータ実行可能コードとして実装され、本明細書で説明される方法によって定義されるアルゴリズムを実行することができる。したがって、コンピュータプログラム命令を実行することによって、プロセッサ６１０は、本明細書に記載される方法によって定義されるアルゴリズムを実行する。装置６００は、ネットワークを介して他の装置と通信するための１つまたは複数のネットワークインタフェース６８０も含む。装置６００は、装置６００とのユーザの対話を可能にする１つ以上の入力／出力デバイス６９０（例えば、ディスプレイ、キーボード、マウス、スピーカー、ボタンなど）も含むことができる。
プロセッサ６１０は、汎用及び特殊目的のマイクロプロセッサの両方を含んでもよく、装置６００の唯一のプロセッサ又は複数のプロセッサのうちの１つであってもよい。プロセッサ６１０は、１つ以上の中央処理装置（ＣＰＵ）、及び１つ以上のグラフィックス処理装置（ＧＰＵ）を含んでよく、これらは、例えば、本明細書に記載される様々な画像処理アプリケーションのための処理を加速するために１つ以上のＣＰＵとは別に動作し及び／又は１つ以上のＣＰＵとマルチタスクしてもよい。プロセッサ６１０、永続的記憶装置６２０、及び／又は主記憶装置６３０は、１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）及び／又は１つ以上のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含む、それによって補完される、又は組み込まれる可能性がある。
永続的記憶装置６２０および主記憶装置６３０はそれぞれ、有形の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体を含む。永続的記憶装置６２０、および主記憶装置６３０はそれぞれ、動的ランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ダブルデータレート同期動的ランダムアクセスメモリ（ＤＤＲＲＡＭ）、または他のランダムアクセス固体メモリデバイスなどの高速ランダムアクセスメモリを含んでもよく、内蔵ハードディスクおよびリムーバルディスクなどの１または複数の磁気ディスクストレージ装置などの非揮発性メモリも含んでいてもよい。光磁気ディスク記憶装置、光ディスク記憶装置、フラッシュメモリ装置、消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）などの半導体メモリ装置、コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、デジタル汎用ディスク読み取り専用メモリ（ＤＶＤ－ＲＯＭ）ディスク、または他の非揮発性の固体記憶装置などを含む。
入力／出力デバイス６９０は、プリンタ、スキャナ、ディスプレイスクリーンなどの周辺機器を含んでもよい。例えば、入力／出力デバイス６９０は、情報をユーザに表示するための陰極線管（ＣＲＴ）、プラズマまたは液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）モニタなどのディスプレイデバイス、キーボード、およびユーザが装置６００に入力を提供できるマウスまたはトラックボールなどのポインティングデバイスを含んでもよい。
本明細書で議論されるシステム及び装置の機能のいずれか又は全ては、プロセッサ６１０によって実行されてもよく、及び／又は、ライダーシステム３００などの装置又はシステムに組み込まれてもよい。さらに、ライダーシステム３００及び／又は装置６００は、プロセッサ６１０又は本明細書で議論される他のシステム若しくは装置によって実行される１つ以上のニューラルネットワーク又は他のディープラーニング技法を利用してもよい。
当業者であれば、実際のコンピュータまたはコンピュータシステムの実装は、他の構造を有し、同様に他の構成要素を含む可能性があり、図６は、説明のためにそのようなコンピュータの構成要素のいくつかを高レベルで表現したものであることを認識するであろう。
図７は、例示的な回転可能光学反射デバイス７００の上面図を示す。図８は、例示的な回転可能光学反射デバイス７００の底面図を示す。図９は、図７及び図８に示される断面位置Ａ－Ａ’に沿った回転可能光学反射デバイス７００の断面図を示す。図１０は、回転可能光学反射デバイス７００の透視図を示す。図１１は、回転可能光学反射デバイス７００の分解図を示す。図７～図１１をまとめて説明し、図７～図１１中、同じ要素には同じ番号を用いて参照する。回転可能光学反射デバイス７００は、例えば、図３に示すステアリング機構３４０の一部とすることができる。
図７～図１１を参照すると、回転可能光学反射デバイス７００は、ガラスベースの光学反射部７０２を含んで構成される。光学反射部７０２は、例えば、ポリゴンミラーとすることができる。一実施形態では、ガラスベースの光学反射部７０２は、ポリゴン形状の上面７０５、ポリゴン形状の底面８０２、および複数の反射面７０４Ａ～Ｅ（まとめて７０４とする）を備える。反射面７０４は、光学反射部７０２の外側の側面を形成する。反射面７０４は、光を反射し、光学反射部７０２のファセットとも呼ばれる。上面７０５及び底面８０２は、反射性であってもなくてもよい。図７の光学反射部７０２の上面図は、五角形状の上面７０５を示す。一実施形態では、上面７０５は、５つの辺を含む平坦または実質的に平坦な表面であってよい。頂面７０５はまた、角７０８のような面取りされた又は面取りされた角を有する曲面であってもよい。上面７０５の５つの辺は、五角形の形状を形成する。上面７０５の辺は、直線的なエッジであってもよいし、湾曲したエッジであってもよい。ガラスベースの光学反射部７０２は、任意の数のエッジ（例えば、３、４、５、６、７、８など）を含むポリゴン形状の上面を有し得ることが理解される。これに対応して、光学反射部７０２は、三角形、正方形、五角形、六角形、七角形、又は八角形状の上面７０５；及び３、４、５、６、７、８個の側面をそれぞれ有することが可能である。
図８の光学反射部７０２の底面図は、五角形状の底面８０２を示す。図８において、底面８０２は、５つの辺を含む平坦な面又は実質的に平坦な面である。底面８０２はまた、曲面であってもよい。底面８０２の５つの辺は、五角形の形状を形成する。底面８０２の縁は、直線的なエッジであってもよいし、湾曲したエッジであってもよい。ガラスベース光学反射部７０２は、任意の数のエッジ（例えば、３、４、５、６、７、８など）を含むポリゴン形状の底面を有し得ることが理解される。これに対応して、ガラスベースの光学反射部７０２は、三角形、四角形、五角形、六角形、七角形、又は八角形状の底面を有することができる。図８及び図９に示すように、ポリゴン形状の底面８０２は、モータアセンブリ９１０を設置するための開口部８０４を含む。開口部８０４は、円形状の開口部または任意の他の形状の開口部（例えば、長方形、正方形、多角形、楕円形など）とすることができる。いくつかの実施形態では、モータアセンブリ９１０は、モータシャフト９０６に取り付けられたモータベース８０６を含む。モータベース８０６の一部又は全体は、図９及び図１１に示されるように、光学反射部７０２の下に配置され、及び／又は光学反射部７０２を囲むことができ、それによって光学反射部７０２に支持を提供する。
図８～図１０を参照すると、光学反射部７０２は、その外側側面を形成する複数の反射面（例えば、面７０４Ａ～Ｅ）を含む。側面は、その上端を上面７０５と共有し、その下端を下面８０２と共有する。いくつかの実施形態において、側面は台形タイプの形状を有する。反射面７０４Ｂを例として、反射面７０４Ｂの上端はその下端よりも長く、それによって台形タイプの形状が形成される。同様に、いくつかの実施形態では、他の反射面も、より長い上端とより短い下端を有することができる。その結果、反射面７０４Ａ～Ｅ（集合的に７０４）の少なくとも１つは、光学反射部７０２の回転軸に対して傾斜角度を形成する。傾斜角は、０～９０度の間（例えば、２７度）とすることができる。傾斜角は、ファセット角とも呼ばれる。言い換えれば、反射面７０４の１つ以上は、光学反射部７０２の回転軸と平行でない。このような回転軸は、図９において軸９０７として示されている。光学反射部７０２の回転軸９０７は、モータシャフト９０６と平行または実質的に平行である。図９に示されるように、反射面７０４Ｂ及び回転軸９０７は、傾斜角を形成する。同様に、他の反射面７０４も、回転軸９０７とそれぞれの傾斜角を形成することができる。異なる反射面７０４Ａ～Ｅの傾斜角は、同じであってもよいし、同じでなくてもよい。
反射面７０４の１つ以上と光学反射部７０２の回転軸９０７との間に傾斜角を形成することにより、よりコンパクトなライダーシステムを提供することができる。例えば、傾斜角を形成することによって、光学反射部７０２から（又は光学反射部７０２に）光ビームをリダイレクトするガルバノミラー又は任意の他の光学コンポーネントを、光学反射部７０２と並んで配置する代わりに、より低い（又は高い）垂直位置に配置することが可能である。この構成は、スペースを節約し、ライダーシステムをよりコンパクトにする。その結果、ライダーシステムは、車両内の狭いスペースに、より容易に収まることができる。いくつかの実施形態において、異なる反射面７０４Ａ～Ｅの傾斜角は、図７～図１０に示されるように、同じであり得る。いくつかの実施形態では、それらは異なることができ、それによって可変角度の光学反射部を形成する。
いくつかの実施形態では、反射面７０４は、光を反射又は方向転換するための複数のミラーを含む。ミラーは、ガラスベースの光学反射部７０２の外側側面に配置される。いくつかの実施形態では、光学反射部７０２はガラス材料から作られ、光学反射部７０２の側面は、反射性にするために反射材料でコーティングされる。いくつかの実施形態では、反射面７０４は、光学反射部７０２の側面にミラーを機械的又は接着的に取り付けることによっても、反射性にすることができる。いくつかの実施形態では、光学反射部７０２の外側側面は、光学反射部７０２の一体型部品である。例えば、光学反射部７０２の外側側面面（例えば、反射面７０４）の各々が反射性を有するように、光学反射部７０２全体を反射性材料で作ることができる。いくつかの実施形態では、光学反射部７０２の外側側面表面のみが反射性にされるが、光学反射部７０２の他の部分は反射性にされない。
図９の断面図および図１１の分解図に示すように、光学反射部７０２は内側開口９２０を有し、その内部にモータアセンブリ９１０の少なくとも一部が配置される。モータアセンブリ９１０は、モータロータ本体９０４を含んで構成される。モータロータ本体９０４は、アルミニウム、鉄、銅、鋼、合金、及び／又は任意の他の所望の金属ベース材料を用いて形成された金属ベース片とすることができる。一実施形態では、モータロータ本体９０４は、約２２ｘ１０－６／°ＫのＣＴＥを有するアルミニウムから作られる。
図９に示すように、モータロータ本体９０４は、少なくとも部分的に光学反射部７０２の内側開口部９２０内に配置され、光学反射部７０２に取り付けられる。図９は、モータロータ本体９０４が、光学反射部７０２のフランジ９０２を使用して光学反射部７０２に機械的に取り付けられる一実施形態を示す。フランジ９０２は、光学反射部７０２の一体型であってもよい。フランジ９０２はまた、光学反射部７０２に機械的に取り付けられるか又は取り付けられる着脱可能な部品であってもよい。一実施形態では、フランジ９０２は、光学反射部７０２の内側側壁９１２からモータロータ本体９０４に向かって延びている。いくつかの実施形態では、フランジ９０２は、モータロータ本体９０４の基準面９２４と接触している第１の取付面９２２を含む。基準面９２４は、モータシャフト９０６の長手方向に沿った軸に対して実質的に垂直（例えば、約９０度）である面とすることができる。図９に示されるように、基準面９２４は、モータロータ本体９０４及び光学反射部７０２が回転する軸９０７に対して垂直である。フランジ９０２は、エラストマー片９２８と接触している第２の取付面９２６をさらに含む。エラストマー片９２８は、図１１に示すように、リング形状を有し得る。フランジ９０２はまた、第１の取付面９２２と第２の取付面９２６との間に形成されるリング形状の部分を有する。従って、リング形状のエラストマー片９２８は、フランジ９０２のリング形状部分の形状に合致する。このように、エラストマー片９２８の全体又はその実質的な部分は、フランジ９０２上に配置され、フランジ９０２と接触することができる。
図９は、エラストマー片９２８が第１面９３２及び第２面９３４を有することを示す。第１面９３２は、リング状エラストマーピース９２８の底面とすることができる。第２面９３４は、リング状エラストマーピース９２８の上面とすることができる。図９に示すように、エラストマー片９２８の第１面９３２は、フランジ９０２の第２の取付面９２６に接触している。図９及び図１１は、クランプ機構９４２がエラストマー片９２８の第２面９３４と接触しており、エラストマー片９２８を圧縮するように構成されていることを更に示している。エラストマー片９２８は、このようにクランプ機構９４２とフランジ９０２との間に配置される。クランプ機構９４２は、例えば、クランピングリングであってもよい。
上述したように、動作中、光学反射デバイス７００を含むライダーシステムは、温度変化、振動、衝撃、及び／又は他の環境条件にさらされる可能性がある。これらの環境条件は、光学反射デバイス７００に内部応力を生じさせる可能性がある。例えば、ガラスベースの光学反射部７０２と金属ベースのモータロータ本体９０４（及び光学反射デバイス７００の他の金属部品）との間のＣＴＥ不一致は、これらの構成要素間の応力を引き起こす可能性がある。そのような応力は、不均一に分布し、光学反射部７０２の性能に悪影響を及ぼす可能性がある。例えば、ＣＴＥ不一致は、回転中に光学反射部７０２をぐらつかせ、その結果、光学反射部７０２によって走査される光ビームがその意図された方向又はコースから逸脱する原因となる可能性がある。エラストマー片９２８は、様々な環境条件、例えば、ガラスと金属との間のＣＴＥ不一致、振動、及び衝撃によって生じる応力を吸収するように配置され、構成される。いくつかの実施形態では、エラストマー片９２８は、ポリマー系材料及び／又はゴム系材料から作られる。例えば、エラストマー片９２８は、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）ベースのゴムから作られ得る。
エラストマー片９２８の材料及び／又は寸法は、様々な環境条件によって引き起こされる応力を吸収する能力を最適化するために、適切な硬度又は柔らかさを有するように構成することができる。例えば、エラストマー片９２８は、約４０Ａ～７５Ａデュロメータの範囲内の硬度を有する材料から作ることができる。エラストマー片９２８の寸法は、約３２ｍｍの内径、約４４ｍｍの外径、および約１．３～３ｍｍの厚さを有するように構成することができる。エラストマー片９２８の寸法は、様々な環境条件によって引き起こされる応力を吸収するその能力を最適化するための任意の所望の値または範囲を有するように構成され得ることが理解される。一実施形態では、エラストマー片９２８の直径は、フランジ９０２の寸法及び／又は光学反射部７０２の全体寸法に従って変化し得る。エラストマー片９２８の厚さは、応力吸収又は低減の要求レベルに基づいて変化してもよい。例えば、ライダーシステムの動作温度範囲が増加する場合、及び／又はライダーシステムが厳しい衝撃及び振動条件下で動作することが予想される場合、厚さを増加してもよい（例えば、舗装道路走行のみを意図した車両に取り付けられたライダーシステムよりも、オフロード走行可能な車両に取り付けられたライダーシステムにおいてエラストマー片が厚くなる場合がある）。
いくつかの実施形態では、エラストマー片９２８の種類及び／又は寸法は、ガラスベースのフランジ９０２と金属ベースのモータロータ本体９０４との間のＣＴＥ不一致によって引き起こされる光学反射部７０２の損傷（例えば、ガラスの破砕）の可能性を低減するように選択される。例えば、ガラスベースの光学反射部７０２（したがって、そのフランジ９０２）のＣＴＥは、約７．１ｘ１０－６／°Ｋである。金属ベースのモータロータ本体９０４のＣＴＥは、約２２ｘ１０－６／°Ｋである。つまり、モータロータ本体９０４のＣＴＥは、ガラスベースの光学反射部７０２の約３倍である。そのため、温度変化により、ＣＴＥ不一致による応力を緩和しないと、ガラス系光学反射部７０２が割れたり、破損したりする可能性がある。例えば、モータロータ本体９０４と光学反射部７０２を熱膨張の余地をあまり残さずに接着した場合、光学反射部７０２は一定回数の温度変化サイクルに晒されると破断してしまう可能性がある。光学反射デバイス７００にエラストマー片９２８を追加することにより、ＣＴＥ不一致に起因するガラスベースの光学反射部７０２の破損の可能性を効果的に防止または大幅に低減することができる。エラストマー片９２８を追加することによって、温度変動に起因するＣＴＥ不一致が補償される。
さらに、エラストマー片９２８を追加することによって、クランプ機構９４２によって提供されるクランプ力の変化はないか、またはわずかな量にとどまる。したがって、エラストマー片９２８の追加は、光学反射部７０２の機械的堅牢性、安定性、信頼性、及び性能に対して全く又は最小限の影響しか与えない。一実施形態では、エラストマー片９２８は、衝撃及び／又は振動を吸収するための減衰片として動作することができ、それによって、光学反射部７０２に追加の保護を提供することができる。光学反射部７０２は、しばしば、周辺環境を検出するために光ビームをＦＯＶに走査するために使用されるライダーシステムの重要な構成要素である。したがって、光学反射部７０２への損傷の可能性を防止または低減することは重要である。
図９および図１１に示すように、クランプ機構９４２は、エラストマー片９２８をフランジ９０２に圧縮し、これによってモータロータ本体９０４に力を加えている。このようにして、フランジ９０２を介した光学反射部７０２は、圧縮力によって発生する摩擦によって、モータロータ本体９０４に固定される。圧縮の量は、予見可能な全ての動作条件（例えば、高速回転、温度変化、湿度変化、道路状況など）下で十分であるように構成され得る。一実施形態では、クランプ機構９４２は、クランプリングである。いくつかの実施形態では、クランプ機構９４２は、１つ以上の締結機構９４４（例えば、ロックワッシャ付きまたはロックワッシャなしのネジ）を含む。締結機構９４４は、エラストマー片９２８に圧縮力を加えるために使用される。ライダーシステムの動作において、金属ベースのモータロータ本体９０４の動きは、ガラスベースの光学反射部７０２を約２０００～９０００回転／分（ｒｐｍ）の範囲の非常に高い速度で回転させることになる。したがって、クランプ機構９４２は、すべての動作条件下で光学反射部７０２をモータロータ本体９０４に固定するために適切な圧縮力を適用するように構成される必要がある。
図１０に示すように、圧縮力は、クランプ機構９４２（例えば、クランプリング）の周りに配置された複数の締結機構９４４を使用することによって適用することができる。図１０において、例えば、締結機構９４４は、ロックワッシャを有する６つのネジを含む。６つのネジは、クランプリングの周囲に均等に分布している。いくつかの実施形態では、６つのネジは、同じまたは実質的に同じ量の圧縮力がエラストマー片９２８に適用されるように締め付けられる。いくつかの実施形態では、６つのネジは、光学反射部７０２が固定され、ぐらつきなく（又は許容できるぐらつき範囲内で）回転できるように、個別に又はグループとして調整可能である。例えば、いくつかのネジは、エラストマー片９２８の任意の所与の点に加えられる圧縮力の量を微調整するために、他のネジよりも締め付けることができる。締め付け機構９４４を用いた圧縮力のそのような微調整によって、ぐらつきをなくすか、または実質的に低減することができる。クランプ機構９４２は、光学反射部７０２の性能要件を満たすために、任意の方法で分配された任意の数の締結機構９４４を含むことができることが理解される。
さらに、締結機構９４４は、エラストマー片９２８が環境条件（例えば、温度変化）の変動によって生じる適切な量の内部応力を吸収するように、エラストマー片９２８に任意の量の所望の圧縮力を加えるように構成することが可能である。例えば、締結機構９４４を用いて、エラストマー片９２８に加えられる圧縮力は、エラストマー片９２８がある温度変動の範囲内でガラス－金属ＣＴＥ不一致によって生じる内部応力を吸収できるように、所定の範囲内で構成または調整される。圧縮力が過大であると、エラストマー片９２８の内部応力を吸収する能力が低下する。他方、不十分な圧縮力は、光学反射部７０２をモータロータ本体９０４に固定するための十分な摩擦を発生させない可能性がある。締結機構９４４を（個々に又はグループとして）調整することによって、適切な量の圧縮力をエラストマー片９２８に提供することができる。
いくつかの実施形態では、図９に示すように、エラストマー片９２８は、第１面９３２及び第２面９３４を含む。第１面９３２は、平坦な表面又は実質的に平坦な面とすることができる。第２面９３４は、凹凸のある面とすることができる。エラストマー片９２８の凹凸のある面は、さらなる接触表面積を生成し、したがって、クランプ機構９４２とエラストマー片９２８との間の摩擦を増加させる。したがって、凹凸のある面は、光学反射部７０２の固定を強化し、環境条件の変動に起因する内部応力の吸収を向上させる。いくつかの実施形態では、エラストマー片９２８の凹凸のある面はまた、大きな温度変動によるガラス－金属ＣＴＥ不一致によって引き起こされる内部応力を吸収するためのさらなる空間を発生させる。
いくつかの実施形態では、光学反射デバイス７００は、フランジ９０２の内側垂直面とモータロータ本体９０４との間に配置されたギャップ（図示せず）を備える。例えば、ギャップは、フランジ９０２の垂直面９５２に沿って配置されるように構成され得る。ギャップは、モータロータ本体９０４の上部の外径をフランジ９０２の内径よりもわずかに小さく構成することによって形成することができる。ギャップの大きさは、ガラスベースのフランジ９０２と金属ベースのモータロータ本体９０４との間のＣＴＥ不整合をさらに補償するように予め設定することができる。一実施形態では、ギャップは、約２５～４５μｍの範囲である。ギャップは、異なる環境条件の変動によって引き起こされる内部応力をさらに低減する。
図９及び図１１を参照すると、モータアセンブリ９１０は、１つ以上のベアリング９５４及び９５６内に配置されたモータシャフト９０６を更に含んでいる。ベアリング９５４及び９５６は、モータロータ本体９０４の内部に配置されている。モータアセンブリ９１０は、モータステータ９５８と磁気リング９６０をさらに備える。モータステータ９５８は、電気巻線を有する。モータステータ９５８は、磁気リング９６０の内側に配置されるように構成され、磁気リング９６０は、順にモータロータ本体９０４の下部の内側に配置される。モータアセンブリ９１０に電気が供給されると、モータステータ９５８に取り付けられた電気巻線を介して磁力が発生する。この磁力は、磁気リング９６０を回転させ、その結果、モータロータ本体９０４を回転させる。モータロータ本体９０４の回転は、光学反射部７０２を回転させる。
図９及び図１０を参照すると、一実施形態では、ガラスベースの光学反射部７０２及び金属ベースのモータロータ本体９０４は、モータシャフト９０６の長手方向に沿った回転軸（例えば、軸９０７）に対して実質的に同心である。例えば、同心度の誤差は、予め設定された閾値（例えば、約２０～２５μｍ）未満となるように制御することができる。同心度の誤差が閾値より大きい場合、光学反射部７０２の重量中心がモータ回転体９０４の重量中心に対してシフトするため、光学反射部７０２の回転がアンバランス（例えば、中心がずれている）である可能性がある。このようなシフトは、ライダー走査性能に影響を与える可能性があり、又は影響を与えない可能性があるが、光学反射デバイス７００の全体的な堅牢性及び信頼性に影響を与える可能性がある。いくつかの実施形態では、光学反射部７０２及びモータロータ本体９０４は、光学反射部７０２の回転中のぐらつきを最小化するように組み立てられる。例えば、ぐらつきを防止するために、光学反射部７０２の回転軸及びモータロータ本体９０４の回転軸（同心度が閾値内になるように制御される場合、同一軸又は実質的に同一であってよい）は、それぞれ取付面９２２及び基準面９２４に対して垂直であるように構成されることが好ましい。取付面９２２及び基準面９２４は、互いに平行又は実質的に平行であるように構成される。いくつかの実施形態では、ファセット角の変動が約±０．０１度以下であれば、ぐらつきは最小化されているか、または閾値内になるように制御されているとみなされる。例えば、光学反射部７０２の５つの異なる反射面（ファセットとも呼ばれる）のファセット角が２７°、２７．００２°、２６．９９４°、２７．００５°、及び２６．９９８°であれば、ぐらつきは最小化されているか又は許容可能であると見なすことができる。ぐらつきが大きいと、光学反射部７０２がＦＯＶに光ビームを走査する際に誤差を生じさせ、それによって光学反射部７０２およびライダーシステム全体の性能に悪影響を与える。
図１０および図１１を参照すると、光学反射デバイス７００は、クランプ機構９４２に取り付けられるインデックスエンコーダ１００２をさらに備えている。図１１に示すように、一実施形態では、インデックスエンコーダ１００２は、エンコーダ受信機および処理回路１１１４と通信を行う。インデックスエンコーダ１００２は、位置エンコーダとも呼ばれる。クランプ機構９４２に取り付けることによって、インデックスエンコーダ１００２は、光学反射部７０２が回転するときに回転し、光学反射部７０２の回転状態および／またはパラメータを示す出力を提供する。図１０及び図１１に示される実施形態では、インデックスエンコーダ１００２は、ノッチを有するリング状の壁を含む。ノッチは、光学反射部７０２の回転状態及び／又はパラメータを導出するための光信号を通過させることができる。例えば、光学反射部７０２がノッチの位置まで１回転すると、リング状の壁によって遮断された光信号がノッチを通過する。したがって、連続する２つの信号がノッチを通過する時間間隔を追跡することで、光学反射部７０２の回転速度を算出することができる。インデックスエンコーダ１００２の光学信号出力は、エンコーダ受信機および処理回路１１１４に提供され、この回路は、電圧パルス、回転速度、および／または光学反射部７０２の絶対角度位置を生成する。一実施形態では、インデックスエンコーダ１００２は、ロータリエンコーダであってもよい。エンコーダ受信機及び処理回路１１１４は、光学反射部７０２の角度位置又は動きを電気信号に変換する。光学反射部７０２の位置は、例えば、光学反射デバイス７００の走査位置／角度（例えば、水平又は垂直走査位置／角度）に対応する。したがって、インデックスエンコーダ１００２およびエンコーダ受信機および処理回路１１１４は、光学反射部７０２の角度位置、回転速度、位相、方向などを決定するために使用することができるデータを生成する。
いくつかの実施形態では、図１１を参照すると、光学反射デバイス７００は、ホール効果センサ及び処理回路１１１２をさらに備える。ホール効果センサ及び処理回路１１１２は、ホール効果を用いて磁界の存在及び大きさを検出する。ホール効果センサの出力電圧は、磁界の強さに正比例する。したがって、ホール効果センサおよび処理回路１１１２は、光学反射部７０２の角度位置、回転速度、および位相、回転方向などを検出するために使用することができる。例えば、光学反射デバイス７００に１つ以上の磁石（図示せず）を設置して、光学反射部７０２と一緒に回転させることができる。磁石がホール効果センサ及び処理回路１１２を通過するとき、電気信号が生成され、処理されて、光学反射部７０２の様々なパラメータが計算される。いくつかの実施形態では、ホール効果センサは、インデックスエンコーダよりも高感度かつ高精度である。そして、したがって、光学反射デバイス７００は、動作中にホール効果センサのみを使用することができる。インデックスエンコーダは、例えば、ライダーシステムの較正中に使用され得る。いくつかの実施形態では、光学反射デバイス７００は、位置エンコーディングのためにインデックスエンコーダ及びホール効果センサの両方を使用することができる。
いくつかの実施形態では、モータアセンブリ９１０は、モータロータ本体９０４を回転させるための磁力を発生させるためのモータ巻線をさらに備える。上述したように、モータ巻線は、図１１に示すように、モータステータ９５８に取り付けられてもよい。いくつかの実施形態では、インデックスエンコーダ処理回路、ホール効果センサ処理回路、および／またはモータ巻線は、モータステータ９５８に取り付けられた、またはモータステータと通信するプリント回路基板（ＰＣＢ）上に統合される。いくつかの実施形態では、インデックスエンコーダ処理回路、ホール効果センサ処理回路、およびモータ巻線は、別個の構成要素であってもよい。例えば、インデックスエンコーダ処理回路とホール効果センサ処理回路は、異なるＰＣＢを使用してもよい。
図１１を参照すると、いくつかの実施形態において、光学反射デバイス７００は、フェアリング１１０２を更に備える。フェアリング１１０２は、光学反射部７０２及びモータアセンブリ９１０の他の構成要素（例えば、クランプ機構１００２）を少なくとも部分的に囲むように光学反射部７０２の周囲に配置される。一実施形態では、フェアリング１１０２は、光学反射部７０２及びモータアセンブリ９１０を少なくとも部分的に囲むためのハウジング、壁、カバー、及び／又は他の構造を含む。フェアリング１１０２は、図１１に示されるように、一側部に開口部１１０４を有する。一実施形態では、フェアリング１１０２は、円柱又は円錐の少なくとも一部を構成する。フェアリング１１０２の軸方向は、光学反射部７０２の軸方向と実質的に平行である。フェアリング１１０２は、光学反射部７０２に対して同心または偏心であることができる。フェアリング１１０２は、単独で又はモータベース８０６と組み合わせて、開口部１１０４の側を除いてハウジングを形成するために光学反射部７０２を囲む。開口部１１０４は、光ビームをフェアリング１１０２の中及び／又は外に向け、光学反射部７０２との光通信を可能にする。フェアリング１１０２及びモータベース８０６の一方又は両方を用いて光学反射部７０２を囲むことにより、光学反射部７０２の高速回転によって生じる空気摩擦が減少し、それによって光学反射部７０２を囲む局所真空を効果的に発生させることができる。したがって、フェアリング１１２０及び／又はモータベース８０６によって形成されたハウジングは、光学反射部７０２の滑らかな回転を促進する（例えば、空気摩擦又は乱流によって引き起こされる回転間の速度の変動を低減させる）。ひいては、より滑らかな回転は、光学反射部７０２の全体的な光走査性能及びエネルギー効率を向上させる。
様々な例示的な実施形態が本明細書に記載されている。これらの例は、非限定的な意味で参照される。これらは、開示された技術のより広範に適用可能な態様を説明するために提供されるものである。様々な実施形態の真の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされ、等価物が置換され得る。さらに、特定の状況、材料、物質組成、プロセス、プロセス行為（複数可）またはステップ（複数可）を様々な実施形態の目的（複数可）、精神または範囲に適合させるために多くの変更がなされ得る。さらに、当業者には理解されるように、本明細書で説明及び図示される個々の変形例の各々は、様々な実施形態の範囲又は精神から逸脱することなく他のいくつかの実施形態のいずれかの特徴から容易に分離又はそれと組み合わせることができる個別の構成要素及び特徴を有している。
Claims (27)
- 自動車に使用される光検出及び測距（ライダー）走査システムの回転可能光学反射デバイスであって、
複数の反射面とフランジとを含むガラスベースの光学反射部と、
前記ガラスベースの光学反射部の内側開口部に少なくとも部分的に配置された金属ベースのモータロータ本体であって、前記フランジは、前記ガラスベースの光学反射部の内側側壁から前記金属ベースのモータロータ本体に向かって延びており、前記フランジは、前記金属ベースのモータロータ本体の基準面に接触する第１の取付面を含む、前記モータロータ本体と、
第１面と第２面とを有するエラストマー片であって、該エラストマー片の前記第１面は前記フランジの第２の取付面と接触している、前記エラストマー片と、
前記エラストマー片の前記第２面において前記エラストマー片を圧縮するクランプ機構であって、前記金属ベースのモータロータ本体の動きにより前記ガラスベースの光学反射部は前記ライダー走査システムの視野内で光を光学的に走査する、前記クランプ機構と、
を備える、デバイス。 - 前記ガラスベースの光学反射部は、ポリゴン形状の底面を有し、該ポリゴン形状の底面は開口部を含む
請求項１に記載のデバイス。 - 前記ポリゴン形状の底面が５つ以上の辺を含む
請求項２記載のデバイス。 - 前記複数の反射面は、前記ガラスベースの光学反射部の外側面に配置されたまたは一体的に形成された複数のミラーを含む
請求項１乃至３の何れか１項に記載のデバイス。 - 前記金属ベースのモータロータ本体の動きにより前記ガラスベースの光学反射部は約２０００～９０００回転／分（ｒｐｍ）の範囲の速度で回転する
請求項１乃至４の何れか１項に記載のデバイス。 - 前記フランジは、前記ガラスベースの光学反射部と一体的である
請求項１乃至５の何れか１項に記載のデバイス。 - 前記フランジの内径と前記金属ベースのモータロータ本体との間に配置されたギャップをさらに備え、前記ギャップは、前記ガラスベースの光学反射部と前記金属ベースのモータロータ本体との間の熱膨張係数（ＣＴＥ）の不一致に少なくとも部分的に対応するように予め構成された寸法を有する
請求項１乃至６の何れか１項に記載のデバイス。 - 前記ギャップは、約２５～４５μｍの範囲である
請求項７に記載のデバイス。 - １つ以上のベアリングに配置されたモータシャフトであって、前記１つ以上のベアリングは前記金属ベースのモータロータ本体に配置されている、前記モータシャフトをさらに備える
請求項１乃至８の何れか１項に記載のデバイス。 - 前記モータシャフトの長手方向に沿った軸は、前記金属ベースのモータロータ本体の前記基準面に対して実質的に垂直である
請求項９に記載のデバイス。 - 前記ガラスベースの光学反射部と前記金属ベースのモータロータ本体とは、前記モータシャフトの長手方向に沿った軸に対して実質的に同心である
請求項９または１０に記載のデバイス。 - 前記金属ベースのモータロータ本体は、アルミニウム、鉄、銅、鋼、または金属合金のうちの少なくとも１つを含む
請求項１乃至１１の何れか１項に記載のデバイス。 - 前記エラストマー片は、前記クランプ機構と前記フランジとの間に配置されたエラストマーリングを含む
請求項１乃至１２の何れか１項に記載のデバイス。 - 前記エラストマー片は、約４０Ａ～７５Ａデュロメータの範囲の硬度を有し、前記エラストマー片は、約３２ｍｍの内径、約４４ｍｍの外径、および約１．３～３ｍｍの厚さ、を有する
請求項１乃至１３の何れか１項に記載のデバイス。 - 前記エラストマー片の種類または寸法の少なくとも１つは、前記ガラスベースの光学反射部と前記金属ベースのモータロータ本体との間の熱膨張係数（ＣＴＥ）の不一致に起因するガラス破壊の可能性を低減するように選択される
請求項１乃至１４の何れか１項に記載のデバイス。 - 前記エラストマー片の前記第１面は、実質的に平坦な面を含む
請求項１乃至１５の何れか１項に記載のデバイス。 - 前記エラストマー片の前記第２面は、凹凸のある面を含む
請求項１乃至１６の何れか１項に記載のデバイス。 - 前記エラストマー片は、ポリマーベースの片またはゴムベースの片の少なくとも１つを含む
請求項１乃至１７の何れか１項に記載のデバイス。 - 前記エラストマー片は、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）ベースのゴムを含む
請求項１８に記載のデバイス。 - 前記クランプ機構は、複数のネジと複数のロックワッシャとを含む
請求項１乃至１９の何れか１項に記載のデバイス。 - 前記回転可能光学反射デバイスは、約－４０℃～８５℃の温度範囲で動作可能である
請求項１乃至２０の何れか１項に記載のデバイス。 - 前記ガラスベースの光学反射部の周囲に配置されたフェアリングであって、該フェアリングは開口部と円柱または円錐の少なくとも一部とを含み、前記フェアリングの軸方向は前記ガラスベースの光学反射部の軸方向と実質的に平行である、前記フェアリングをさらに備える
請求項１乃至２１の何れか１項に記載のデバイス。 - 前記フェアリングは、前記ガラスベースの光学反射部と同心である
請求項２２に記載のデバイス。 - 前記フェアリングは、前記ガラスベースの光学反射部と偏心している
請求項２２に記載のデバイス。 - 前記クランプ機構に取り付けられたインデックスエンコーダと、
ホール効果センサおよびモータ巻線の少なくとも１つであって、前記インデックスエンコーダの一部分、前記ホール効果センサ、および前記モータ巻線は、金属ベースのモータのステータに取り付けられたプリント回路基板に統合されている、前記ホール効果センサおよびモータ巻線の少なくとも１つと、
をさらに備える
請求項１乃至２４の何れか１項に記載のデバイス。 - 請求項１乃至２５の何れか１項に記載の回転可能光学反射デバイスを含む光検出及び測距（ライダー）システム。
- 請求項１乃至２５の何れか１項に記載の回転可能光学反射デバイスを含む光検出及び測距（ライダー）システムを含む自動車。
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