JP6975256B2 - Lidarシステム用のレーザスキャナ、およびレーザスキャナを操作するための方法 - Google Patents

Lidarシステム用のレーザスキャナ、およびレーザスキャナを操作するための方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6975256B2
JP6975256B2 JP2019561732A JP2019561732A JP6975256B2 JP 6975256 B2 JP6975256 B2 JP 6975256B2 JP 2019561732 A JP2019561732 A JP 2019561732A JP 2019561732 A JP2019561732 A JP 2019561732A JP 6975256 B2 JP6975256 B2 JP 6975256B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rays
sensor
light
laser scanner
sensor pixels
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019561732A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2020519875A (ja
Inventor
グライナー,アレクサンダー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of JP2020519875A publication Critical patent/JP2020519875A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6975256B2 publication Critical patent/JP6975256B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06Systems determining position data of a target
    • G01S17/42Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06Systems determining position data of a target
    • G01S17/08Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4814Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4814Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
    • G01S7/4815Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone using multiple transmitters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4816Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483Details of pulse systems
    • G01S7/486Receivers
    • G01S7/4861Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4863Detector arrays, e.g. charge-transfer gates

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Description

本発明は、走査方向に走査するLIDARシステム用のレーザスキャナ、およびレーザスキャナを操作するための方法に関する。
LIDARシステムでは、レーザビームが走査方向に移動される。走査方向を横切って、レーザビームはそれぞれ扇状に広げられている。したがって、レーザビームは、ある角度領域を照射する。レーザビームは、走査移動により、時間と共に、角度領域と同じ幅の帯状部分を照射する。物体から反射されたレーザビームの光は、受光光学系によってセンサに合焦される。角度領域からの光は、センサ画素に合焦される。走査方向を横切るLIDARシステムの解像度は、放出されるレーザビームの数によって決定される。
この背景を元に、本明細書に提示する手法により、独立請求項によるLIDARシステム用のレーザスキャナ、レーザスキャナを操作するための方法、および対応するコンピュータプログラム製品が提示される。本明細書で提示する手法の有利な発展形態および改良形態は、従属請求項に記載されている。
本発明の実施形態は、有利には、ほぼ同じハードウェア費用で、レーザスキャナの解像度を高める、特にさらには倍増することを可能にし得る。
走査方向で走査するLIDARシステム用のレーザスキャナであって、レーザスキャナがレーザ源を備え、レーザ源が、複数の個別の光線を、走査方向に対して横方向に互いに並べて配置された複数の角度領域に放出するように構成されており、レーザスキャナの受光光学系が、放出された光線の反射部分を、走査方向に対して横方向に互いに並べて配置された、レーザスキャナのセンサ平面の照光領域に集束させるように構成されており、センサ平面内で、レーザスキャナの複数のセンサ画素が、走査方向に対して横方向に互いに並べて配置されている、レーザスキャナにおいて、センサ画素が、照光領域に対し、走査方向に対して横方向にずらして配置されており、レーザスキャナの制御電子回路が、複数の光線が時間的にずらして放出され、多くても光線の1つからの反射部分がセンサ画素に同時に当たるように、レーザ源を制御するように構成されている、ことを特徴とする、レーザスキャナが提示される。
さらに、ここで提示する手法によるレーザスキャナを操作するための方法であって、放出するステップにおいて、レーザ源が、ある放出時点に、光線を角度領域の1つに放出するように制御され、放出された光線の反射部分が、受光光学系によって、角度領域に割り当てられた照光領域に導かれ、照光領域に割り当てられた2つのセンサ画素によって受光するステップにおいて、反射部分がそれぞれのセンサ画素に当たるときに、それぞれ1つの受光時点が読み取られることを特徴とする、方法が提示される。
本発明の実施形態の着想は、とりわけ、以下に記載する考えおよび知識に基づいているとみなすことができる。
LIDARシステムは、レーザスキャナを支持するロータを有することができる。ロータは、走査方向に垂直に向きを定められた回転軸の周りで回転可能でよい。走査方向は、回転可能な偏向ミラーによって定義することもできる。例えば、走査方向は、本質的に水平でよい。回転軸は、垂直に対してある角度に設定することもできる。角度領域は、回転軸に対して、ある迎角で斜めに向きを定めることができる。角度領域は、回転軸に対して異なる迎角を有することができる。レーザ源は、例えば、角度領域ごとに、迎角で向きを定められた個別の切替え可能なレーザを有することができる。同様に、個々のレーザの光は、可動偏向ミラーによって、異なる角度領域に向けることができる。角度領域内で放出された光は、走査方向に対して横方向に扇状に広げられて、回転軸の周りで帯状部分を走査する。
光が物体に当たると、光は散乱され、光の一部がレーザスキャナの方向に反射される。受光光学系は、できるだけ大きい受光開口で反射光を収集し、角度領域ごとに照光領域内に光を集束させる。照光領域には、角度領域の鮮明な像を投影することができる。同様に、光は、照光領域内に不鮮明に集束されることもある。受光光学系は、光を集束するためのレンズおよび/またはミラーを有することができる。
集束時、角度領域の縁部に配置されている物体によって反射された光は、関連する照光領域の縁部に集束される。角度領域内の物体の位置を取得するために、照光領域を空間的に解像して検出することができる。本明細書で提示する手法では、空間的解像は、隣接するセンサ画素の部分領域を用いた検出によって実現される。この場合、照光領域の光は、1つのセンサ画素によって部分的に検出され、隣接するセンサ画素によって部分的に検出される。センサ画素は、2つの互いに隣接する照光領域によってそれぞれ部分的に覆われている。したがって、センサ画素は、それぞれ隣接する照光領域の光によって照光することもできる。センサは、一列に互いに並べて配置されたセンサ画素を有するラインセンサでよい。センサ画素は、照光領域に対して、センサ画素の半分または照光領域の半分だけずらすことができる。レーザ源の時間的にずらされた制御により、常に、照光領域の1つからの光のみがセンサ画素に当たり、それによって空間的な割当てが行われる。
この方法は、決定するステップを含むことができ、決定するステップにおいて、放出時点と、一方のセンサ画素の受光時点とを使用して、第1の距離値が決定される。放出時点と、他方のセンサ画素の受光時点を使用して、第2の距離値を決定することができる。したがって、同じレーザによって照射されている2つの異なる物体までの距離を決定することができる。
レーザ源は、さらなる放出時点で、さらなる光線をさらなる角度領域に放出するように制御することができる。さらなる光線の反射部分は、受光光学系によって、さらなる角度領域に割り当てられたさらなる照光領域に集束させることができる。さらなる照光領域に割り当てられた2つのセンサ画素によって、反射部分がそれぞれのセンサ画素に当たるときに、それぞれ1つのさらなる受光時点を読み取ることができる。さらなる角度領域は、第1の角度領域に隣接することができる。次いで、前の第1の受光時点と同様に、同じセンサ画素によってさらなる受光時点の1つを読み取ることができる。時間的なずれによって、第1の受光時点を一意に第1の放出時点に、したがって第1の角度領域に割り当てることができ、さらなる受光時点を一意にさらなる放出時点に、したがって隣接する角度領域に割り当てることができる。したがって、2つの物体を同じセンサ画素によって解像することができる。
LIDARシステムが走査方向に走査する間、光線を順次に放出することができる。受光時点は順次に読み取ることができる。光線は、所定の順序で放出することができ、センサ画素は、同じ順序でそれぞれ対として読み取られる。
少なくとも2本の光線を、異なる角度領域で同時に放出することができる。それらの角度領域の間で、少なくとも1つの角度領域が照射されないままであり得る。光線間の隙間により、各場合に、1つの光線の光のみがセンサ画素に入射する。
一連の放出するステップからのシーケンスを実施することができる。このとき、シーケンス開始時の第1の放出するステップにおいて、同時に放出される2つの光線の間で、3つに1つの角度領域が照射されないままでよい。シーケンスにおける後続の2つの放出するステップにおいて、光線は、それぞれ角度領域1つ分だけ同じ方向にシフトされて放出することができる。シーケンス終了時の最後の放出するステップにおいて、個々の光線を、角度領域1つ分だけシフトして放出することができる。シーケンスと、センサ画素の特別な回路構成とにより、評価電子回路を減少させることができる。このとき、間にあるセンサ画素によって互いに離された2つのセンサ画素は、各場合に、同じ評価電子ユニットによって評価される。3つの角度領域の、放出された光線間の隙間により、一方のセンサ画素または他方のセンサ画素のいずれかに光が入射する。
このシーケンスのステップを繰り返すことができる。このシーケンスにより、評価電子回路をあまり使用せずにセンサの高速の読取りが可能である。
また、機械可読媒体に格納することができ、上述した方法のステップの実施、実行、および/または制御に使用されるプログラムコードを備えたコンピュータプログラム製品またはコンピュータプログラムが有利である。
本明細書では、本発明により実現し得る特徴および利点のいくつかを、レーザスキャナまたは方法の様々な実施形態を参照して述べていることに留意されたい。特徴を適切に組み合わせて、適合させて、または置換して、本発明のさらなる実施形態を得ることができることが当業者には認識されよう。
以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照して述べるが、図面も本明細書も、本発明を限定するものと解釈すべきではない。
1つの例示的実施形態によるレーザスキャナの側面図である。 1つの例示的実施形態によるレーザスキャナの平面図である。 1つの例示的実施形態によるレーザスキャナのセンサにおけるずらされた照光領域の図である。 1つの例示的実施形態による、レーザスキャナのセンサにおけるずらされた照光領域と、レーザスキャナのセンサを評価するための回路構成との図である。
図面は概略にすぎず、縮尺通りには描かれていない。図中、同一の参照番号は、同一または機能的に同一の特徴を示している。
図1は、1つの例示的実施形態によるレーザスキャナ100の側面図を示す。レーザスキャナ100は、レーザ源102、受光光学系104、およびセンサ106を備える。レーザスキャナ100は、ここでは単純化して示されている。ここで、レーザ源102は、扇状に広がった3本のレーザビーム108、110、112を異なる角度領域114、116、118へ放出するように構成されている。ここで、第1のレーザビーム108は、第1の角度領域114に向けられている。第2のレーザビーム110は、第2の角度領域116に向けられている。第3のレーザビーム112は、第3の角度領域118に向けられている。
レーザビーム108、110、112のうちの1つの光が物体に当たると、その光は散乱される。散乱された光の一部は、レーザスキャナ100に反射し返される。受光光学系104は、反射光120を受光し、その光を照光領域122、124、126にあるセンサ106に集束させる。このとき、第1の照光領域122には、第1の角度領域114からの光120が到達する。第2の照光領域124には、第2の角度領域116からの光120が到達する。第3の照光領域126には、第3の角度領域118からの光120が到達する。
受光光学系104は、ここでは、光学レンズと組み合わせたミラー光学系である。凹形の凹面鏡が、反射光120を、中央に配置された凸面鏡に集束させる。凸面鏡から、反射光120は、凹面鏡の中央開口部およびレンズシステムを通ってセンサ106に到達する。ここで、レーザ源102は、凸面鏡の裏側に配置されており、したがってセンサ106と同軸に位置合わせされている。
センサ106はラインセンサであり、ここでは一列に互いに並べて配置された4つのセンサ画素を有する。センサ画素は、照光領域122、124、126と同じ大きさである。センサ画素は、照光領域122、124、126に対して、画素の半分または照光領域122、124、126の半分だけずらされており、それにより、照光領域122、124、126は常に2つのセンサ画素によって検出される。
レーザスキャナ100の制御電子回路128は、センサ106およびレーザ源102に接続されている。制御電子回路128は、制御信号130によってレーザ源102を制御する。このとき、レーザ源102は、常に、レーザビーム108、110、112のうちの1つの光のみがセンサ106のセンサ画素に当たるように制御される。制御電子回路128はまた、センサ106を読み取る。このとき、光120がそれぞれのセンサ画素に記録される受光時点132が読み取られる。
対象のレーザビーム108、110、112の放出時点は既知であるので、光速および受光時点132を使用して、レーザスキャナ100と光120の反射点との間の距離を決定することができる。
言い換えると、図1は、LIDARシステム用のレーザスキャナ100を示し、このレーザスキャナ100において、レーザスキャナ100の放出ユニット102は、n本のレーザビーム108、110、112を、扇方向に扇状に広がったレーザファンとして、レーザスキャナ100の検出領域に放出するように構成されており、レーザスキャナ100の受光ユニット106は、扇状方向に互いに並んで配置されたn+1個のセンサ画素を有し、レーザスキャナ100の受光光学系104は、レーザビーム108、110、112の当射面からの像122、124、126を、センサ画素のうちの2つの間の移行部にそれぞれ合焦するように構成されている。
受光光学系104は、ここでは例としてミラーシステムによって実施されている。放出光学系102は、n個の垂直レベルまたは放出ユニットからなる。反射光120は、受光光学系104によって検出器平面上に投影される。検出器106は、n+1個の部分または画素からなり、これらはすべて個別に評価可能である。
図2は、1つの例示的実施形態によるレーザスキャナ100の平面図を示す。レーザスキャナ100は、本質的に図1のレーザスキャナに対応する。ここでは、レーザスキャナの回転運動200が示されている。このとき、レーザスキャナ100全体が回転軸の周りで回転される。回転運動200により、レーザビーム108、110、112は、走査方向202に移動する。レーザビーム108、110、112は、走査方向202に対して横方向に扇状に広がっている。ここで、レーザ源102、受光光学系104、およびセンサ106の配置は、受光光学系104の光軸204に対して回転対称である。
本明細書で提示されるレーザスキャナ100において、1つの例示的実施形態による操作方法を実施することができる。この方法は、放出するステップ、読み取るステップ、および決定するステップを含む。
放出するステップでは、第1の放出時点で、第1のレーザビーム108がレーザスキャナ100の検出領域に放出される。後続の第2の放出時点で、レーザビーム108とは異なる方向を向いた第2のレーザビーム110が検出領域に放出される。
読み取るステップでは、第1の放出時点の後、第1のレーザビーム108によって照射された第1の当射面の第1のセンサ画素と第2のセンサ画素との間の第1の移行部に合焦された第1の像122に対する、第1のセンサ画素の第1の応答時点および隣接する第2のセンサ画素の第2の応答時点が読み取られる。第2の放出時点の後、第2のレーザビーム110によって照射された第2の当射面の第2のセンサ画素と第3のセンサ画素との間の第2の移行部に合焦された第2の像124に対する、第2のセンサ画素の第3の応答時点および隣接する第3のセンサ画素の第4の応答時点が読み取られる。
決定するステップでは、第1の放出時点および第1の応答時点を使用して、第1の当射面の第1の部分領域への第1の距離値が決定され、第1の放出時点および第2の応答時点を使用して、第1の当射面の第2の部分領域への第2の距離値が決定される。第2の放出時点および第3の応答時点を使用して、第2の当射面の第3の部分領域への第3の距離値が決定される。第2の放出時点および第4の応答時点を使用して、第2の当射面の第4の部分領域への第4の距離値が決定される。
図3は、1つの例示的実施形態による、レーザスキャナのセンサ106におけるずらされた照光領域122、124、126の図を示す。このとき、センサ106は、本質的に図1および図2でのセンサに対応する。ここでも、センサ106は、4つのセンサ画素300、302、304、306のみを有し、非常に単純化して示されている。センサ画素300、302、304、306は、一列に互いに直に並んで配置されている。
照光領域122、124、126は、それぞれ1画素と同じ幅である。センサ画素300、302、304、306は、照光領域122、124、126に対して画素幅の半分だけずらされている。照光領域の中心は、上側のセンサ画素と下側のセンサ画素との間の移行部にある。したがって、照光領域の上半分からの光が、上側のセンサ画素の下側領域に入射する。照光領域の下半分からの光は、下側のセンサ画素の上半分に入射する。
画素300、302、304、306のうちの1つの二重照光を引き起こさないように、レーザ源によって同時に照射される角度領域は、多くとも1つおきである。間にある角度領域は照射されないままであり、時間的に後で照射される。言い換えると、図3には、LIDARシステムの送受光ユニットを単純化するためのインターレース技法の使用が示されている。
ライダーセンサを使用して、高度に自動化された運転機能を実現することができる。機械的なレーザスキャナを使用して、150°〜360°の大きな水平検出角度をカバーすることができる。回転ミラーレーザスキャナでは、モータ駆動式の偏向ミラーが回転する。それにより、最大検出領域は約150°に制限されている。最大360°のより大きな検出領域を有するレーザスキャナでは、すべての電気光学部品がモータ駆動式のターンテーブルまたはロータ上にある。
LIDARシステムは、単一レンズ系として構成することができる。単一レンズ系では、垂直解像度のために、通常、それぞれ1つのレーザに対して1つのアバランシェフォトダイオード(APD)が提供される。したがって、16個の垂直レベルを有するそのようなシステムに関して、16本のレーザが必要とされ、これらのレーザは、16個のアバランシェフォトダイオード(APD)に投影される。
本明細書で提示する手法により、LIDARセンサにおいて、レベルの数の増加を低費用で達成することができる。このとき、n+1個の検出器300、302、304、306と共にn本のレーザを適切に選択することによって、2×nのレベルを有するシステムが可能にされる。さらに、検出器300、302、304、306相互のさらなる回路構成によって、評価電子回路を減少させることができる。
言い換えると、適切な数の検出器300、302、304、306と組み合わせたレーザ数の適切な選択によって、解像度の容易な向上が達成される。
本明細書で提示する手法は、多数の電子部品を減少させることができる。検出器300、302、304、306に入射する異なるレーザからの光122、124、126をさらに区別することが必要である。これは、時間的に別々のレーザの作動、または他の適切な手段のいずれかによって行うことができる。したがって、解像度の容易な倍増、評価電子回路の減少、垂直解像度要件の安価な実現、および電子部品の減少を達成することができる。
図3では、n=3のシステムに関してこれが示されている。n=3として図示した例に関して、放出ユニットが異なる時点に起動される場合、そのようなシステムによって解像度を6つのレベルに拡張することができる。このとき、プロセス全体が必要とする時間が長くなりすぎないように、第1および第3の放出ユニットを同時に作動させることができ、その後、第2の放出ユニットを作動させることができる。
図4は、1つの例示的実施形態による、レーザスキャナのセンサ106におけるずらされた照光領域122、124、126、400、402、404、406と、レーザスキャナのセンサ106を評価するための回路構成との図を示す。センサ106は、本質的に図3のセンサに対応する。それとは対照的に、センサ106は、ここでは8つのセンサ画素300、302、304、306、408、410、412、414を有する。図3と同様に、センサ画素300、302、304、306、408、410、412、414は、それらの幅の半分だけ、照光領域122、124、126、400、402、404、406からずらして配置されている。したがって、各照光領域122、124、126、400、402、404、406は、それぞれ2つの隣接するセンサ画素300、302、304、306、408、410、412、414に割り当てられた2つの部分領域で解像することができる。
センサ106は、1つの例示的実施形態では、単純な評価回路416で読み取られる。このとき、各場合に、センサ画素300、302、304、306、408、410、412、414のうちの2つが1つの評価ユニットと一緒に接続されている。したがって、センサ106全体を、4つの評価ユニット418、420、422、424のみを使用して読み取ることができる。第1のセンサ画素300および第3のセンサ画素304は、第1の評価ユニット418によって読み取られる。第2のセンサ画素302および第4のセンサ画素306は、第2の評価ユニット420によって読み取られる。第5のセンサ画素408および第7のセンサ画素412は、第3の評価ユニット422によって読み取られる。第6のセンサ画素410および第8のセンサ画素414は、第4の評価ユニット424によって読み取られる。
同時に、評価ユニット418、420、422、424は、それぞれ1つのセンサ画素300、302、304、306、408、410、412、414のみを評価することもできる。したがって、ここで同時に、第4の照光領域400を除き、照光領域122、124、126、402、404、406が順次に対として照光され、それにより、各場合に、センサ画素300、302、304、306、408、410、412、414のうちの4つが部分的に同時に照光される。第4の照光領域400は単独で照光され、第4および第5のセンサ画素306、408が、第2および第4の評価ユニット420、422によって読み取られる。その後、シーケンスが最初から始まる。
言い換えると、第1のタイムスロットでは、第1のレーザおよび第5のレーザがアクティブであり、第1の照光領域122では、第1のセンサ画素300および第2のセンサ画素302によって受光することができ、第5の照光領域402では、第5のセンサ画素408および第6のセンサ画素410によって受光することができる。第1のセンサ画素300は、第1の評価ユニット418によって評価される。第2のセンサ画素302は、第2の評価ユニット420によって評価される。第5のセンサ画素408は、第3の評価ユニット422によって評価される。第6のセンサ画素410は、第4の評価ユニット424によって評価される。
第2のタイムスロットでは、第2のレーザおよび第6のレーザがアクティブである。第2の照光領域124では、第2のセンサ画素302および第3のセンサ画素304によって受光することができる。第6の照光領域404では、第6のセンサ画素410および第7のセンサ画素412によって受光することができる。第2のセンサ画素302は、第2の評価ユニット420によって評価される。第3のセンサ画素304は、第1の評価ユニット418によって評価される。第6のセンサ画素410は、第4の評価ユニット424によって評価される。第7のセンサ画素は、第3の評価ユニット422によって評価される。
第3のタイムスロットでは、第3のレーザおよび第7のレーザがアクティブである。第3の照光領域126では、第3のセンサ画素304および第4のセンサ画素306によって受光することができる。第7の照光領域では、第7のセンサ画素412および第8のセンサ画素414によって受光することができる。第3のセンサ画素304は、第1の評価ユニット418によって評価される。第4のセンサ画素306は、第2の評価ユニット420によって評価される。第7のセンサ画素は、第3の評価ユニット422によって評価される。第8のセンサ画素414は、第4の評価ユニット424によって評価される。
第4のタイムスロットでは、第4のレーザがアクティブである。第4の照光領域400では、第4のセンサ画素306および第5のセンサ画素408によって受光することができる。第4のセンサ画素306は、第2の評価ユニット420によって評価される。第5のセンサ画素408は、第3の評価ユニット422によって評価される。
そのようなシステムの評価電子回路の単純化は、検出器ユニット300、302、304、306、408、410、412、414の適切な結合によって達成することができる。例として、ここではn=7個の放出ユニットを備えるシステムに関してこれが示されている。図示されるシステムは、2×n=14レベルの解像度を有する。
最後に、「有する」および「含む」などの用語が他の要素またはステップを除外することはなく、「1つ(eine)」または「1つ(ein)」などの用語が複数を除外することはないことを指摘しておく。特許請求の範囲における参照符号は、限定とみなすべきでない。

Claims (8)

  1. ーザスキャナ(100)を操作するための方法であって、
    前記レーザスキャナ(100)は、
    走査方向(202)で走査するLIDARシステム用のレーザスキャナであって、前記レーザスキャナ(100)がレーザ源(102)を備え、前記レーザ源(102)が、複数の個別の光線(108、110、112)を、前記走査方向(202)を横断する方向に互いに並べて配置された複数の角度領域(114、116、118)に放出するように構成されており、前記レーザスキャナ(100)の受光光学系(104)が、放出された前記複数の光線(108、110、112)の反射部分(120)を、前記走査方向(202)を横断する方向に互いに並べて配置された、前記レーザスキャナ(100)のセンサ平面の複数の照光領域(122、124、126)に集束させるように構成されており、前記センサ平面内で、前記レーザスキャナ(100)の複数のセンサ画素(300、302、304、306)が、前記走査方向(202)を横断する方向に互いに並べて配置されており、
    前記複数のセンサ画素(300、302、304、306)が、前記複数の照光領域(122、124、126)に対し、前記走査方向(202)を横断する方向にずらして配置されており、前記複数のセンサ画素の少なくとも1つは2つの前記照光領域にまたがって配置されており、
    前記レーザスキャナ(100)の制御電子回路(128)が、前記複数の光線(108、110、112)が時間的にずらして放出され、多くても前記複数の光線(108、110、112)のうちの1つからの前記反射部分(120)が前記複数のセンサ画素(300、302、304、306)に同時に当たるように、レーザ源(102)を制御するように構成されており、
    前記方法は、
    前記複数の個別の光線(108、110、112)を放出するステップであって、前記レーザ源(102)が、ある放出時点に、前記複数の個別の光線(108、110、112)のうちの1つを前記複数の角度領域(114、116)のうちの1つに放出するように制御され、前記放出された光線(108、110、112)の反射部分(120)が、前記受光光学系(104)によって、前記複数の角度領域(114、116、118)のそれぞれに割り当てられた前記照光領域(122、124、126)に導かれる、ステップと、
    前記放出された複数の個別の光線(108、110、112)の反射部分(120)を前記複数の照光領域(122、124、126)のうちの1つに割り当てられた2つの前記センサ画素(300、302、304、306)によって受光するステップを含み、前記反射部分(120)がそれぞれの前記センサ画素(300、302、304、306)に当たるときに、それぞれ1つの受光時点(132)が読み取られる、ステップと、
    を含
    前記放出するステップにおいて、少なくとも2つの光線(108、110、112)が同時に異なる角度領域(114、116、118)に放出され、当該異なる角度領域(114、116、118)の間で、少なくとも1つの角度領域(114、116、118)が照射されないままである、方法。
  2. 決定するステップを含み、前記決定するステップにおいて、前記放出時点と、一方の前記センサ画素(300、302、304、306)の受光時点(132)とを使用して、第1の距離値が決定され、前記放出時点と、他方の前記センサ画素(300、302、304、306)の受光時点(132)とを使用して、第2の距離値が決定される、請求項に記載の方法。
  3. 前記放出するステップにおいて、前記レーザ源(102)が、さらなる放出時点に、さらなる光線(108、110、112)をさらなる角度領域(114、116、118)に放出するように制御され、前記さらなる光線(108、110、112)の反射部分(120)が、前記受光光学系(104)によって、前記さらなる角度領域(114、116、118)に割り当てられたさらなる照光領域(122、124、126)に集束され、
    前記さらなる照光領域(122、124、126)に割り当てられた2つの前記センサ画素(300、302、304、306)によって受光するステップにおいて、前記反射部分(120)がそれぞれの前記センサ画素(300、302、304、306)に当たるときに、それぞれ1つの受光時点(132)が読み取られることを特徴とする、請求項またはに記載の方法。
  4. 前記放出するステップにおいて、前記LIDARシステムが前記走査方向(202)に走査している間に前記光線(108、110、112)が順次に放出され、前記受光するステップにおいて、前記受光時点(132)が順次に読み取られる、請求項に記載の方法。
  5. 一連の放出するステップからのシーケンスが実行され、シーケンス開始時の第1の放出するステップにおいて、同時に放出される2つの光線(108、110、112)の間で、3つに1つの角度領域(114、116、118)が照射されないままであり、
    シーケンスにおける後続の2つの放出するステップにおいて、前記光線(108、110、112)が、角度領域(114、116、118)1つ分だけ同じ方向にシフトされて放出され、シーケンス終了時の最後の放出するステップにおいて、個々の光線(108、110、112)が、角度領域(114、116、118)1つ分だけシフトして放出される、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記シーケンスの前記ステップが繰り返される、請求項に記載の方法。
  7. 請求項からのいずれか一項に記載の方法を前記レーザスキャナ(100)に実行させるためのコンピュータプログラム。
  8. 請求項に記載のコンピュータプログラムが格納されている機械可読媒体。
JP2019561732A 2017-05-11 2018-05-04 Lidarシステム用のレーザスキャナ、およびレーザスキャナを操作するための方法 Active JP6975256B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017207947.9A DE102017207947A1 (de) 2017-05-11 2017-05-11 Laserscanner für ein LIDAR-System und Verfahren zum Betreiben eines Laserscanners
DE102017207947.9 2017-05-11
PCT/EP2018/061485 WO2018206422A1 (de) 2017-05-11 2018-05-04 Laserscanner für ein lidar-system und verfahren zum betreiben eines laserscanners

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020519875A JP2020519875A (ja) 2020-07-02
JP6975256B2 true JP6975256B2 (ja) 2021-12-01

Family

ID=62111089

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019561732A Active JP6975256B2 (ja) 2017-05-11 2018-05-04 Lidarシステム用のレーザスキャナ、およびレーザスキャナを操作するための方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11561302B2 (ja)
EP (1) EP3622322B1 (ja)
JP (1) JP6975256B2 (ja)
KR (1) KR102564655B1 (ja)
CN (1) CN110869801B (ja)
DE (1) DE102017207947A1 (ja)
WO (1) WO2018206422A1 (ja)

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH028709A (ja) * 1989-04-27 1990-01-12 Minolta Camera Co Ltd 測距装置
JPH07218632A (ja) * 1994-02-01 1995-08-18 Nikon Corp 距離測定装置
JPH09287913A (ja) 1996-04-19 1997-11-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 物体位置検出装置、人体検出方法
JP3631059B2 (ja) * 1999-09-24 2005-03-23 三洋電機株式会社 観察者頭部位置検出装置
JP3503935B2 (ja) 2000-06-23 2004-03-08 Necトーキン栃木株式会社 巻回型電池
US7544945B2 (en) * 2006-02-06 2009-06-09 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) array laser scanner
DE202006005876U1 (de) 2006-04-11 2007-08-16 Leuze Electronic Gmbh & Co Kg Optischer Sensor
DE102008019615B4 (de) * 2008-04-18 2010-03-25 Ingenieurbüro Spies GbR (vertretungsberechtigte Gesellschafter: Hans Spies, Martin Spies, 86558 Hohenwart) Optischer Laufzeitsensor zur Raumabtastung
KR101908304B1 (ko) 2012-08-10 2018-12-18 엘지전자 주식회사 거리 검출 장치, 및 이를 구비하는 영상처리장치
DE102014018278B4 (de) * 2014-12-12 2021-01-14 Tesat-Spacecom Gmbh & Co. Kg Drehlagen-Bestimmung eines Sensors mittels eines von einem Satelliten ausgestrahlten Laserstrahls
DE102015200224A1 (de) * 2015-01-09 2016-07-14 Robert Bosch Gmbh 3D-LIDAR-Sensor
JP6671629B2 (ja) 2015-03-18 2020-03-25 株式会社リコー 物体検出装置、センシング装置、及び移動体装置
EP3312628A4 (en) 2015-07-24 2018-08-15 Konica Minolta, Inc. Light projecting and receiving device, and laser radar device provided with same
CN105549029B (zh) * 2016-01-19 2018-11-27 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种照明扫描叠加成像系统及方法
JP7463767B2 (ja) * 2020-03-02 2024-04-09 株式会社リコー 受光装置及び距離計測装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP3622322A1 (de) 2020-03-18
DE102017207947A1 (de) 2018-11-15
WO2018206422A1 (de) 2018-11-15
US20210325536A1 (en) 2021-10-21
EP3622322B1 (de) 2022-03-02
KR102564655B1 (ko) 2023-08-09
CN110869801B (zh) 2024-03-08
KR20200004868A (ko) 2020-01-14
US11561302B2 (en) 2023-01-24
JP2020519875A (ja) 2020-07-02
CN110869801A (zh) 2020-03-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11867790B2 (en) Three dimensional LIDAR system with targeted field of view
CA3012691C (en) Lidar based 3-d imaging with far-field illumination overlap
CN108603932B (zh) 多脉冲的基于光探测和测距的三维成像
US9243897B2 (en) Three-dimensional measuring device and three-dimensional measuring system
US9621876B2 (en) Scanning 3D imager
JP6682569B2 (ja) 光電センサ及び物体検出方法
CN111727381A (zh) 用于多维感测对象的多脉冲激光雷达系统
JP2019215324A (ja) 光電センサ及び距離測定方法
JPH0798381A (ja) 走査式距離測定装置,走査式距離測定装置を搭載した車両および光の検出装置
JP2000056018A (ja) 距離測定装置
JP2019215320A (ja) 光電センサ並びに物体の検出及び距離測定方法
US20210311193A1 (en) Lidar sensor for optically detecting a field of vision, working device or vehicle including a lidar sensor, and method for optically detecting a field of vision
CN110082771A (zh) 用于检测对象的光电传感器和方法
KR20220003588A (ko) Lidar 시스템의 시간적 지터
JP6975256B2 (ja) Lidarシステム用のレーザスキャナ、およびレーザスキャナを操作するための方法
WO2023282970A2 (en) Pixel mapping solid-state lidar transmitter system and method
CN110622031A (zh) 激光雷达设备和具有简化的探测的方法
US20210173059A1 (en) Lidar sensor
JP6506672B2 (ja) 光電センサ
US20230296733A1 (en) LiDAR DEVICE AND CONTROL METHOD FOR LiDAR DEVICE
JP2022551193A (ja) マルチパルスlidarシステムおよび観察範囲内のオブジェクトの捕捉するための方法
EP4283330A1 (en) Lidar device with spatial light modulators
JP2024020530A (ja) 測距装置
CN115685140A (zh) 测量装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200107

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20201218

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201225

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210302

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20210601

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210629

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210927

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20211102

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211105

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6975256

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150