JP7128283B2 - 複数の自由度を持つ光送信機の位置合わせ - Google Patents

Description

従来の光検出および測距（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、環境に光パルスを放射することができる。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は、ＬＩＤＡＲシステムの受信機（例えば、光検出器）によって受信することができる。環境内の物体に関する距離情報は、光パルスが放射された最初の時間と反射された光パルスが受信された後続の時間との間の時間差に基づいて決定することができる。

本開示は、概して、光学システム（例えば、ＬＩＤＡＲシステム）およびそれらの製造方法に関する。例示的な実施形態は、光学システム内の複数の構成要素間の光学的位置合わせを改善することができるメカニズムをともなう光学システムを含む。

第１の態様では、光学システムが提供される。光学システムは送信機を含む。送信機は、基準軸と、送信経路に沿って光を放射するように構成された発光デバイスとを含む。送信機はまた、基準軸に対する送信経路のピッチ角、ロール角、またはヨー角を調整するために、発光デバイスの向きを調整するように構成された回転可能な取付台を含む。送信機はまた、基準軸に垂直な基準面に沿って発光デバイスの位置を調整するように構成された並進可能な取付台を含む。

第２の態様では、製造方法が提供される。本方法は、発光デバイスをプリント回路基板に結合することを含む。発光デバイスは、送信経路に沿って向けられている。本方法はまた、プリント回路基板を回転可能な取付台に結合することを含む。本方法は、レンズアセンブリの基準軸に対して送信経路を調整するように、回転可能な取付台の向きを調整することをさらに含む。回転可能な取付台の向きを調整することは、基準軸に対する送信経路のピッチ角、ロール角、またはヨー角を調整することを含む。本方法は、回転可能な取付台をクランプによってレンズアセンブリに締め付けることをさらに含む。

他の態様、実施形態、および実装形態は、当業者には、以下の詳細な説明を添付の図面を適宜参照して読み取ることにより明らかになるであろう。

例示的な実施形態による光学システムを示す。 例示的な実施形態による光学システムを示す。 例示的な実施形態による光学システムを示す。 例示的な実施形態による光学システムを示す。 例示的な実施形態による車両を示す。 例示的な実施形態による車両を示す。 例示的な実施形態による車両を示す。 例示的な実施形態による車両を示す。 例示的な実施形態による車両を示す。 例示的な実施形態による光学システムを示す。 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、図６の方法の一部分を示す。 例示的な実施形態による、図６の方法の一部分を示す。 例示的な実施形態による、図６の方法の一部分を示す。

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（ｅｘａｍｐｌｅ）」および「例示的（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」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（ｓｅｒｖｉｎｇ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ，ｉｎｓｔａｎｃｅ，ｏｒ ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ）」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任意の実施形態または特徴は、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。本明細書において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。

このように、本明細書において説明される例示的な実施形態は、限定を意味するものではない。本明細書において概略説明され、図に例示される本開示の態様は、多種多様な異なる構成で配置する、置き換える、組み合わせる、分離する、および設計することができ、これらの構成の全てが本明細書において想到される。

さらに、文脈が異なることを示唆していない限り、これらの図の各図に示されている特徴は、互いに組み合わせて使用することができる。このように、図は一般に、例示される全ての特徴が実施形態ごとに必要である訳ではないという理解の下に、１つ以上の概略実施形態の構成要素の態様として考えられるべきである。

Ｉ．概要
ＬＩＤＡＲデバイスは、送信経路内の１つ以上の光学素子（例えば、送信レンズ、回転ミラーなどのミラー、および光学窓）を通してＬＩＤＡＲデバイスの環境に光を送信するように構成された光送信機と、送信機から送信され、かつ環境内の物体によって反射された光を受信経路における１つ以上の光学素子（例えば、光学窓、ミラー、受信レンズ、およびピンホール開口）を介して検出するように構成された光検出器と、を含む。光送信機は、例えば、速軸および遅軸に沿って発散する光を放射する（例えば、１つ以上のレーザダイオードバーからなる）レーザダイであってもよい。レーザダイは、レーザダイによって放射された光の速軸を視準して、部分的に視準された透過光を提供する速軸視準（ＦＡＣ）レンズ（例えば、円柱レンズ）に光学的に結合することができる。光検出器は、例えば、ピンホール開口を通して光を受信するシリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）であってもよい。この配置では、光送信機および光検出器は、光送信機からの光が送信経路を通過してＬＩＤＡＲデバイスの環境に到達し、ついで環境内の物体によって反射されてＬＩＤＡＲデバイスに戻り、かつ受信経路を通って検出器によって受信されるように、互いに対して位置合わせされることが期待される。しかし、光送信機および光検出器が互いに正しく位置合わせされていない場合、光送信機からの光が送信経路を通過する適切な方向にないか、あるいは、環境内の物体からの反射光の一部分のみが検出器に到達するか、またはまったく到達しない方向に送信光が送信経路を通過する可能性がある。

適切な位置合わせを容易にするために、光送信機（レーザダイおよびＦＡＣレンズ）を、光送信機の複数の自由度の調整を可能にする調整メカニズムに取り付けてもよい。例示的な実施形態では、調整メカニズムは、ピッチ、ロール、およびヨー角の調整を可能にする球形界面（中心に光送信機を有する）と、光送信機のｘおよびｙ位置の調整を可能にする平面インターフェースと、を含む。光送信機の向きおよび位置は、球形および平面インターフェースを使用して丁重に調整することができるため、光送信機からの光がＬＩＤＡＲデバイスの動作中に光検出器に到達する。

ＩＩ．例示的な光学システム
図１は例示的な実施形態による光学システム１００を示す。いくつかの例では、光学システム１００は、ＬＩＤＡＲシステムを含み得る。一例として、光学システム１００は送信機１１０を含む。送信機１１０は、基準軸１１２を含む。いくつかの実施形態では、基準軸１１２は、光学レンズセット、主光軸、開口、最終目標、所望の放射軸、または別の軸によって規定され得る。

送信機１１０は、発光デバイス１２０を含む。発光デバイス１２０は、レーザダイ１２２（例えば、レーザダイオード）と速軸視準（ＦＡＣ）レンズ１２４とを含み得る。少なくとも１つのレーザダイ１２２は、赤外光パルスを放射するように構成され得る。ＦＡＣレンズ１２４は、少なくとも１つのレーザダイ１２２に光学的に結合される。いくつかの実施形態では、ＦＡＣレンズ１２４は、円柱レンズを含み得る。しかしながら、本開示の状況内では、他の光学素子（例えば、円筒レンズ、球面レンズなど）も企図され、かつ可能である。

発光デバイス１２０は、基板１２６上に配置することができる。いくつかの実施形態では、基板１２６は、プリント回路基板、レーザダイパッケージ、または別のタイプの基板を含み得る。例示的な実施形態では、基板１２６は、セラミック材料で形成することができる。追加的または代替的に、基板１２６は、ＦＲ－４などのガラス強化エポキシ積層材料を含み得る。本開示においては、他のタイプの剛性基板材料も可能であり、かつ企図されている。

発光デバイス１２０は、送信経路１１４に沿って光を放射するように構成されている。送信経路１１４は、例えば、レーザダイ１２２の主放射軸であってもよい。いくつかの実施形態では、送信経路１１４は、少なくとも部分的に、軸に沿っている、および／またはレーザダイ１２２のレーザバーのファセットから実質的に垂直に延びるベクトルに平行であると定義することができる。

送信機１１０はまた、回転可能な取付台１３０を含む。回転可能な取付台１３０は、基準軸１１２に対する送信経路１１４のピッチ角、ロール角、またはヨー角を調整するために、発光デバイス１２０の向きを調整するように構成され得る。そのようなシナリオでは、回転可能な取付台１３０は、球形界面１３２を含み得る。球形界面１３２は、曲率半径と対応する曲率中心とを有し得る。発光デバイス１２０は、実質的に曲率中心で回転可能な取付台１３０に固定される。

いくつかの実施形態では、回転可能な取付台１３０は、－５～＋５度の先端／傾斜範囲を提供するように構成されている。本開示の範囲内では、他の角度調整範囲（例えば、－２度～＋２度、－１０度～＋１０度など）も企図され、かつ可能である。

いくつかの実施形態では、光学システム１００は、並進可能な取付台１４０を含み得る。そのようなシナリオでは、並進可能な取付台１４０は、基準軸１１２に垂直な基準面に沿って発光デバイス１２０の位置を調整するように構成され得る。そのようなシナリオでは、並進可能な取付台１４０は、回転可能な取付台１３０に機械的に結合される。いくつかの例では、発光デバイス１２０の位置を調整することは、ｘオフセット位置またはｙオフセット位置を調整するために、基準面に沿って発光デバイス１２０の位置を調整することを含む。

いくつかの実施形態では、並進可能な取付台１４０は、ｘおよびｙにおいて－１～＋１ｍｍの調整範囲を提供するように構成され得る。本開示の範囲内では、他の調整範囲（例えば、－１０ｍｍ～＋１０ｍｍ）も並進可能な取付台１４０について企図され、かつ可能である。

様々な実施形態では、光学システム１００は、受信機１６０も含む。受信機１６０は、受信経路１６４に沿って光を受信するように構成された光検出デバイス１６２を含む。

いくつかの実施形態では、発光デバイス１２０は、接着材料（例えば、金属共晶、接着剤、エポキシ、または要素を結びつけるように構成された別の材料）または複数の留め具のうちの少なくとも１つによって、回転可能な取付台１３０および／または並進可能な取付台１４０に機械的に固定することができる。例えば、いくつかの実施形態では、発光デバイス１２０は、少なくとも１つの留め具に結合された少なくとも１つの球形ワッシャによって、回転可能な取付台１３０に固定することができる。留め具および／または球形ワッシャは、アルミニウム、鋼、または別のタイプの構造材料で形成することができる。他の実施形態では、発光デバイス１２０は、はんだ接合および／またはスポット溶接接合によって、回転可能な取付台１３０および／または並進可能な取付台１４０に固定することができる。

例示的な実施形態では、光学システム１００は、回転可能なミラー１７０を含み得る。そのようなシナリオでは、送信経路１１４に沿って放射された光は、光学システム１００の環境に向けて反射されるように、回転可能なミラー１７０と相互作用する。いくつかの実施形態では、光学システム１００は、追加的または代替的に、複数の光学窓１８０を含み得る。光学システム１００の環境に向けて反射された光は、複数の光学窓１８０の少なくとも１つを通って透過される。回転可能なミラー１７０および光学窓１８０については、図５に関連してさらに説明する。

いくつかの例では、光学システム１００は、コントローラ１５０も含む。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、デジタル信号プロセッサなど）を含み得る。１つ以上のプロセッサ１５２は、メモリ１５４に格納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、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ためにプログラム命令を実行することができる。

メモリ１５４は、１つ以上のプロセッサ１５２が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むか、あるいはその形態を採ることができる。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の少なくとも１つと全体的または部分的に一体化することができる光メモリ、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のような揮発性および／または不揮発性ストレージ部品を含み得る。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）を使用して実装することができるのに対し、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。

上記のように、メモリ１５４は、光学システム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み得る。したがって、メモリ１５４は、本明細書に記載の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。コントローラ１５０は、動作を実行するように構成されている。いくつかの実施形態では、コントローラ１５０は、メモリ１５４に格納された命令を実行するプロセッサ１５２によって動作を実行することができる。

動作は、光学システム１００の環境に関する距離情報を得るために光学システム１００の様々な素子を動作させることを含み得る。コントローラ１５０は、他の動作も実行するように構成され得る。

図２は、例示的な実施形態による光学システム２００を示す。光学システム２００は、例えば、回転可能な取付台１３０を含み得る。回転可能な取付台１３０は、ボール部分２１０とソケット部分２２０とを含み得る。発光デバイス１２０（レーザダイ１２２およびＦＡＣレンズ１２４）は、基板１２６の表面に沿って取り付けることができる。さらに、基板１２６は、ボール部分２１０の取り付け面に取り付けることができる。レーザダイ１２２およびＦＡＣレンズ１２４は、送信経路１１４を規定することができる。ボール部分２１０は、球形界面１３２の要素を構成し得る少なくとも１つの球形の凸面を含み得る。ソケット部分２２０は、球形界面１３２の別の要素を構成し得る球形の凹面を含み得る。いくつかの実施形態では、球形界面１３２は、少なくとも部分的に、球体２１２を規定することができる。

球形界面に沿って互いに接触している間、ボール部分２１０およびソケット部分２２０は、球形界面１３２の曲率中心（例えば、球体２１２の中心）に対して回転対称様式で動くように構成され得る。このようなシナリオでは、ソケット部分２２０に対するボール部分２１０の動きがレーザダイ１２２の発光領域の相対位置を実質的に変化させないように、発光デバイス１２０の１つ以上の部分を球形界面１３２の曲率中心に配置することができる。むしろ、ソケット部分２２０に対するボール部分２１０の動きは、レーザダイ１２２からの光放射の角度方向の変化をもたらし得る。すなわち、ソケット部分２２０に対してボール部分２１０を動かすことで、（例えば、ｘ軸周りの回転における）仰角、（例えば、ｚ軸周りの回転における）ロール角、および／または（例えば、ｙ軸周りの回転における）ヨー角もしくは方位角を調整することができる。言い換えると、回転可能な取付台１３０は、３つの自由度（ＤＯＦ）（例えば、仰角／ピッチ、ロール、ヨー／方位）を提供して、発光デバイス１２０に対する送信経路１１４の角度を調整することができる。

ボール部分２１０またはソケット部分２２０のうちの少なくとも１つは他の形状を有し得ることが理解されるであろう。例えば、ボール部分２１０および／またはソケット部分２２０は、中実の球体の表面を含む必要はない。むしろ、いくつかの実施形態では、ボール部分２１０および／またはソケット部分２２０は、ソケット部分２２０に対するボール部分２１０の回転対称移動を提供するために、球形表面と相互作用するように構成される複数の接触点を含み得る。

他のボール／ソケット配置も可能であり、かつ企図されることが理解されるであろう。例えば、球形のボール部分は、円錐形状の凹状ソケット部分２２０と相互作用することができる。そのような配置は、たとえ２つの表面が互いに対して小さな倍率で製造されるとしても、部品間の良好な接触を提供することができる。他の界面形状も企図され、かつ可能である。

光学システム２００は、レンズアセンブリ２３０をさらに含み得る。レンズアセンブリ２３０は、送信レンズ２３２と受信レンズ２３４とを含み得る。送信レンズ２３２および／またはレンズアセンブリ２３０は、基準軸１１２を規定することができる。例えば、基準軸１１２は、送信レンズ２３２の光軸に対応し得る。追加的または代替的に、受信レンズ２３４および／またはレンズアセンブリ２３０は、受信経路１６４を規定することができる。図２に示すように、ソケット部分２２０は、基準軸１１２に実質的に垂直な１つ以上の平面に沿ってレンズアセンブリ２３０に当接することができる。

いくつかの実施形態では、ソケット部分２２０およびレンズアセンブリ２３０は、並進可能な取付台１４０を形成することができる。そのようなシナリオでは、ソケット部分２２０およびレンズアセンブリ２３０は、ｘ－ｙ平面に平行であり得る並進平面に沿って互いに対して動くように構成され得る。したがって、並進可能な取付台１４０は、追加の２つのＤＯＦ（例えば、ｘおよびｙシフト）を提供して、レンズアセンブリ２３０などの光学システム２００の他の部分に対する発光デバイス１２０の位置を調整することができる。

例示的な実施形態では、光学システム２００の様々な素子（例えば、ボール部分２１０、ソケット部分２２０、およびレンズアセンブリ２３０）は、ボルト２４０または別のタイプの留め具によって互いに固定的に結合させることができる。いくつかの実施形態では、ボルトは、ボール部分２１０のねじ部分にねじ込むことができる。ソケット部分２２０および／またはレンズアセンブリ２３０は、互いに対する素子の移動を提供するのに十分な遊び（例えば、隙間）を有する貫通穴を含み得る。ボルト２４０は、凸状ワッシャ部分２４２と凹状ワッシャ部分２４４とを有する球形ワッシャを介してレンズアセンブリ２３０に固定的に結合することができる。球形ワッシャは、ボルト２４０の頭部に対してレンズアセンブリ２３０の表面をよりよく保持することができる。

図２は、光学システム２００の様々な素子の特定の構成を示しているが、そのような素子は、互いに対して異なって位置付けおよび／または配置することができることが理解されよう。一例として、ボルト２４０の向きおよび対応する結合表面は、ボルト２４０の頭部を光学システム２００のボール部分２１０に近接して配置することができるように、反転させてもよい。そのようなシナリオにおいて、ボルト２４０は、レンズアセンブリ２３０に固定的に結合することができ、球形ワッシャは、ボール部分２１０に近接して配置することができる。そのような配置は、改善された利用可能性および／または実用可能性を提供することができる。そのようなシナリオにおいて、留め具の軸は、位置合わせ手順の間、レンズアセンブリ２３０に対して静止するように維持することができる。光学システム２００の素子の他の向きおよび／または配置も企図され、かつ可能である。

図３Ａは、例示的な実施形態による光学システム３００を示す。光学システム３００は、図１および２に関連して図示および説明されている光学システム１００および２００と同様の素子を含み得る。しかしながら、光学システム２００とは対照的に、光学システム３００は、回転可能な取付台１３０の異なる配置を含み得る。すなわち、図３Ａに示すように、回転可能な取付台１３０は、基板１２６の反対側に配置することができる凸状の球対称形状の表面を有するボール部分３１０を含み得る。言い換えれば、球形の表面は、基板１２６の実装表面の反対側に配置することができる。さらに、ソケット部分３２０は、Ｌ字型であってもよい。例えば、ソケット部分３２０は、第１の側面に沿った凹形の球対称表面と、レンズアセンブリ３３０の一部分に当接するように構成された第２の側面に沿った第２の表面と、を含み得る。例示的な実施形態では、並進可能な取付台１４０は、ソケット部分３２０の第２の表面とレンズアセンブリ３３０との間の界面を含み得る。いくつかの実施形態では、光学システム３００の様々な構成要素は、最初は互いに対して固定されて、高い精度を必要としない角度自由度を「ロックダウン」することができる。その後、他の調整可能な構成要素を互いに「微調整」することができる。このようにして、複雑な光学的位置合わせを段階様式で提供することができる。

いくつかの例では、ボルト３４０は別の場所に配置されてもよい。例えば、ボルト３４０は、ボール部分３１０に直接ねじ込むように配置してもよい。そのようなシナリオでは、単一のボルト３４０を使用して、ボール部分３１０とソケット部分３２０との間の接触力を維持することができる。

いくつかの実施形態において、回転可能な取付台１３０（ならびにその構成要素のボール部分３１０およびソケット部分３２０）は、ボルト３４０、ならびに凸状ワッシャ部分３４２および凹状ワッシャ部分３４４を有する球形ワッシャによって位置的に固定することができる。追加的または代替的に、並進可能な取付台１４０（ならびにその構成要素のソケット部分３２０およびレンズアセンブリ３３０）は、ボルト３３２およびワッシャ３３４によって位置的に固定することができる。そのようなシナリオでは、発光デバイス１２０は、回転可能な取付台１３０によってなされる調整に対して独立した様式で、ｘ－ｙ平面に沿って配置および固定することができる。言い換えれば、発光デバイス１２０の放射角の角度調整は、並進調整とは独立して実行することができる。

ボルト３３２およびボルト３４０を利用することにより、レンズアセンブリ３３０および／または光学システム３００の他の部分に対する発光デバイス１２０の位置および向きを固定するために、光学システム３００の様々な素子（例えば、ボール部分３１０、ソケット部分３２０、およびレンズアセンブリ３３０）に圧縮力を加えることができる。しかしながら、光学システム３００の素子に圧縮力を加える他の方式は、本開示内で可能であり、かつ企図される。様々な実施形態では、１つ以上のボルトを異なるように配置することができることが理解されよう。例えば、ボルトは、光軸に対して斜めの角度で位置付けることができ、ボール部分３１０、ソケット部分３２０、および／またはレンズアセンブリ３３０を共に締結することができる。

図３Ｂは、例示的な実施形態による光学システム３５０を示す。図１、２、および３Ａに関連して図示および説明するように、光学システム３５０は、いくつかの態様では光学システム１００、２００、および３００と同様であってもよい。いくつかの実施形態では、光学システム３５０の少なくともいくつかの素子は、接着剤、エポキシ、または別の固定材料（例えば、熱硬化性ポリマー）によって固定されるように構成され得る。例えば、ソケット部分３２０は、硬化性エポキシ材料を受容し、かつ収容するように構成された接着剤開口部３５２ａを含み得る。接着剤開口部３５２ａをエポキシで充填し、次いでエポキシを硬化させることにより、ボール部分３１０およびソケット部分３２０を、互いに対して位置的に固定することができる。追加的または代替的に、ソケット部分３２０および／またはレンズアセンブリ３３０は、接着剤開口部３５２ｂを提供することができ、これもまた、硬化性エポキシ材料を受容し、かつ収容することができる。さらに、いくつかの実施形態では、接着剤開口部３５２ｂにＵＶ光を入れることによってエポキシ材料をより容易かつ均一に硬化することを可能にするために、ＵＶ硬化穴３５４を設けることができる。そのようなシナリオでは、エポキシを接着剤開口部３５２ｂに注入し、ＵＶ硬化穴３５４を介してエポキシを硬化することにより、硬化したエポキシは、レンズアセンブリ３３０に対してソケット部分３２０を位置的に固定することができる。

図５は、例示的な実施形態による光学システム５００を示す。光学システム５００は、図１、２、３Ａ、および３Ｂを参照して図示および説明されるように、光学システム１００、２００、３００、および３５０と同様であってもよい。例えば、光学システム５００は、回転可能なステージ５１０に取り付けることができる光学システム１００を含み得る。回転可能なステージ５１０は、回転軸５０２の周りを回転するように構成され得る。いくつかの実施形態では、回転可能なステージ５１０は、回転可能なステージ５１０を機械的に回転させるように構成されたステッピングモータまたは別のデバイスによって作動させることができる。

いくつかの実施形態では、光学システム５００は、回転可能なミラー１７０を含み得る。回転可能なミラー１７０は、三角プリズムのような形状とすることができ、かつミラー軸５０４の周りを回転するように構成され得る。回転可能なミラー１７０は、複数の反射面１７２ａ、１７２ｂ、および１７２ｃを含み得る。

追加的または代替的に、光学システム５００は、光学窓１８０ａおよび１８０ｂを含み得る。反射面１７２ａ～１７２ｃは、送信経路１１４に沿って光学システム１００によって放射された光パルスを反射するように構成され得る。例えば、光パルスは、光学窓１８０ａおよび１８０ｂを通して光学システム５００の環境に向けて反射させることができる。さらに、環境からの反射光パルスは、受信経路１６４に沿って反射面１７２ａ～１７２ｃから反射させることができる。

そのような方法で、光学システム５００は、環境の３６０度の領域に光パルスを放射し、かつそこから反射光パルスを受容するように構成され得る。よって、光学システム５００は、それぞれの反射光パルスの飛行時間に基づいて距離情報を決定するように構成され得る。

ＩＩＩ．例示的車両
図４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、および４Ｅは、例示的な実施形態による車両４００を示す。車両４００は、半自律型または完全自律型の車両であってもよい。図４Ａ～４Ｅは自動車（例えば、バン）であるとして車両４００を示しているが、車両４００は、センサおよびその環境についての他の情報を使用して環境内を移動することができる別のタイプの自律車両、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４００は、１つ以上のセンサシステム４０２、４０４、４０６、４０８、および４１０を含み得る。いくつかの実施形態、センサシステム４０２、４０４、４０６、４０８、および４１０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４０２、４０４、４０６、４０８、および４１０のうちの１つ以上は、車両４００の周囲の環境を光パルスで照射するように、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態様（例えば、飛行の経過時間、偏光、強度など）の検出に基づいて、環境に関する情報を決定することができる。

例示的な実施形態では、センサシステム４０２、４０４、４０６、４０８、および４１０は、車両４００の環境内の物理的対象に関係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４００およびセンサシステム４０２、４０４、４０６、４０８、および４１０は、特定の特徴を含むものとして示されているが、他のタイプのシステムも本開示の範囲内で企図されることを理解されたい。

例示的な実施形態は、複数の発光デバイスを有するシステムを含み得る。システムは、ＬＩＤＡＲデバイスの伝送ブロックを含み得る。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ＬＩＤＡＲデバイス、またはその一部であってもよい。複数の発光デバイスの各発光デバイスは、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ている。本明細書の他の箇所に記載されるように、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４００の運動軸に基づいてもよい。

本明細書では複数の発光デバイスを有するＬＩＤＡＲシステムを記載および図示しているが、より少数の発光デバイス（例えば、単一の発光デバイス）を有するＬＩＤＡＲシステムも企図される。例えば、レーザダイオードによって放射された光パルスは、システムの環境の周りに制御可能に向けられてもよい。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／または回転モーターなどの走査デバイスによって調整されてもよい。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、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、それにより、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。追加的または代替的に、光学および／または他のタイプの電気光学機械デバイスを走査することは、環境の周りの光パルスを走査することを可能にする。

いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるように、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、および／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き得る。さらに、可変ショットスケジュールは、ＬＩＤＡＲシステムから、またはＬＩＤＡＲ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、ショット当たりのパワー／エネルギーは、動的な様式でショットごとに制御され得る。他の実施形態では、ショット当たりのパワー／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）について制御され得る。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４は、車両４００に取り付けられた様々なＬＩＤＡＲセンサを示しているが、車両４００は、以下で説明するように、複数の光学システムなどの他のタイプのセンサを組み込むことができることが理解されよう。

ＩＶ．例示的な製造方法
図６は、例示的な実施形態による方法６００を示す。図７Ａ、７Ｂ、および７Ｃは、例示的な実施形態による、図６の方法６００の１つ以上の部分を示す。方法６００は、本明細書で明示的に例証されるか、そうでなければ開示されるものよりも少ないまたは多いステップまたはブロックを含み得ることが理解されよう。さらに、方法６００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てもよく、各ステップまたはブロックは、１回以上実行されてもよい。いくつかの実施形態では、方法６００のブロックまたはステップの一部または全ては、図１、２、３Ａ、３Ｂ、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、および４Ｅに関連して図示および説明されるように、光学システム１００、２００、３００、または３５０および／または車両４００の要素に関連し得る。

ブロック６０２は、発光デバイス（例えば、発光デバイス１２０）をプリント回路基板（例えば、基板１２６）に結合することを含む。発光デバイスをプリント回路基板に結合することは、発光デバイスをプリント回路基板に接合することを含み得る。いくつかの実施形態では、プリント回路基板は、レーザドライバ回路の一部または全てを含み得る。そのようなシナリオでは、発光デバイスは、発光デバイスをレーザドライバ回路に電気的に接続するように、プリント回路基板の導電性パッドにワイヤボンディングされてもよい。

いくつかの実施形態では、発光デバイスは、送信経路に沿ってレンズアセンブリに向けて光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、レンズアセンブリの１つ以上のレンズは、基準軸（例えば、基準軸１１２）を規定することができる。いくつかの例では、送信経路は、レーザバーのファセット面に対して実質的に垂直であり得る。方法６００はさらに、速軸視準（ＦＡＣ）レンズを発光デバイスに光学的に結合することを含み得る。ＦＡＣレンズは、例えば、円柱レンズを含み得る。

図７Ａを参照すると、シナリオ７００は、送信経路１１４を規定するレーザダイ１２２およびＦＡＣレンズ１２４を含む。送信経路１１４は、例えば、レーザダイ１２２からの光放射の主軸を含み得る。レーザダイ１２２は、プリント回路基板を含み得る基板１２６に結合（例えば、接合）することができる。

ブロック６０４は、プリント回路基板を回転可能な取付台に結合することを含む。いくつかの実施形態では、プリント回路基板を回転可能な取付台に結合することは、エポキシまたは別のタイプの接着剤でプリント回路基板を固定することを含み得る。追加的または代替的に、プリント回路基板は、１つ以上の留め具（例えば、ボルト、ねじ、クランプ、ステープルなど）で回転可能な取付台に結合または締結することができる。回転可能な取付台は、曲率半径と、対応する曲率中心とを有する球形界面を含み得る。

いくつかの例では、方法６００は、発光デバイスが実質的に曲率中心に配置されるように、回転可能な取付台に対する発光デバイスの位置を調整することを含み得る。

例えば、図７Ｂを参照して、シナリオ７２０は、基板１２６を、ボール部分２１０とソケット部分２２０とを含み得る回転可能な取付台１３０に結合することを含む。球形界面１３２は、球２１２を規定することができる。いくつかの実施形態では、発光デバイス１２０は、ボール部分２１０とソケット部分２２０との間の１つ以上の球形界面１３２の曲率中心（例えば、球２１２の中心）に配置することができる。

ブロック６０６は、レンズアセンブリの基準軸に対して送信経路を調整するために、回転可能な取付台の向きを調整することを含む。いくつかの実施形態では、回転可能な取付台の向きを調整することは、基準軸に対する送信経路のピッチ角、ロール角、またはヨー角を調整することを含み得る。

いくつかの実施形態では、回転可能な取付台は、－５～＋５度の先端／傾斜範囲内で調整され得る。言い換えると、回転可能な取付台を使用して、送信経路を基準軸に対するピッチ／仰角、ロール、およびヨー／方位角で調整することができる。

ブロック６０８は、回転可能な取付台をクランプによってレンズアセンブリに締め付けることを含む。そのようなクランプは、例えば、接着接合、はんだ接合、溶接接合などを含み得る。

例として、図７Ｃを参照して、シナリオ７３０は、回転可能な取付台１３０をボルト２４０でレンズアセンブリ２３０に固定することを含む。より多くの留め具（例えば、３つのボルト）も使用されることができることが理解されるであろう。いくつかの実施形態では、方法６００は、追加的または代替的に、エポキシ材料または複数の留め具のうちの少なくとも１つによって、回転可能な取付台１３０をレンズアセンブリ２３０に機械的に固定することを含み得る。例えば、回転可能な取付台１３０をレンズアセンブリ２３０に固定するために、接着剤（例えば、硬化性エポキシ）を利用することができる。

例示的な実施形態では、方法６００は、基準軸に垂直な基準面に沿って発光デバイスの位置を調整するために、並進可能な取付台の位置を調整することを含み得る。言い換えれば、並進可能な取付台の位置を調整することは、発光デバイスのｘオフセット位置またはｙオフセット位置を調整することを含み得る。例えば、再び図７Ｃを参照して、並進可能な取付台１４０は、ｘ－ｙ平面に沿ってレンズアセンブリ２３０に対して発光デバイス１２０を移動させるように調整され得る。

いくつかの実施形態では、方法６００は、受信機をレンズアセンブリに結合することを含む。そのようなシナリオでは、受信機は、例えば、受信経路１６４に沿って光を受信するように構成された光検出デバイス１６２を含み得る。

例示的な実施形態では、方法６００は、発光デバイスに光パルスを放射させることを含み得る。発光デバイスに光パルスを放射させることは、コントローラ（例えば、コントローラ１５０）でレーザパルス回路を作動させることを含み得る。

方法６００は、追加的または代替的に、受信経路（例えば、受信経路１６４）を通して受信機から光パルスの少なくとも一部分を受信することを含み得る。そのようなシナリオでは、方法６００は、受信した光パルスの部分を最大化するように回転可能な取付台の向き（および／または並進可能な取付台の位置）を調整することにより、送信経路を受信経路に位置合わせすることも含み得る。

図に示されている特定の配置は、限定であるとみなされるべきではない。他の実施形態は、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み得る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、組み合わせることができるか、または省略することができる。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。代替的にまたは追加的に、情報の処理に相当する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）の一部分に対応し得る。プログラムコードは、特定の論理機能または処理を方法または技術において実行するプロセッサにより実行可能な１つ以上の命令を含み得る。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、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格納する非一時的なコンピュータ可読媒体も含み得る。このように、コンピュータ可読媒体は、例えばリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、光ディスクまたは磁気ディスク、コンパクトディスクリードオンリーメモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）のような補助ストレージまたは長期永続的ストレージを含み得る。コンピュータ可読媒体は、任意の他の揮発性または不揮発性ストレージ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、例証の目的のためであり、限定することを意図されておらず、その真の範囲は、以下の特許請求の範囲により示される。

本明細書は、条項１～２０の形式で表される次の主題を含む。１．光学システムであって、送信機であって、基準軸と、送信経路に沿って光を放射するように構成された発光デバイスと、基準軸に対する送信経路のピッチ角、ロール角、またはヨー角を調整するために、発光デバイスの向きを調整するように構成された回転可能な取付台と、基準軸に垂直な基準面に沿って発光デバイスの位置を調整するように構成された並進可能な取付台と、を含む送信機を備える、光学システム。２．受信機であって、受信経路に沿って光を受信するように構成された光検出デバイスを含む受信機を備える、条項１に記載の光学システム。３．発光デバイスは、赤外光パルスを放射するように構成された少なくとも１つのレーザダイと、少なくとも１つのレーザダイに光学的に結合された速軸視準レンズと、を含む、条項１または２に記載の光学システム。４．速軸視準レンズはシリンドリカルレンズを含む、条項３に記載の光学システム。５．回転可能な取付台は、曲率半径と、対応する曲率中心とを有する球形界面を含み、発光デバイスは、実質的に曲率中心で回転可能な取付台に固定されている、条項１～４のいずれかに記載の光学システム。６．並進可能な取付台は、回転可能な取付台に機械的に結合され、発光デバイスの位置を調整することは、ｘオフセット位置またはｙオフセット位置を調整するために基準面に沿って発光デバイスの位置を調整することを含む、条項１～５のいずれかに記載の光学システム。７．発光デバイスは、接着材料または複数の留め具のうちの少なくとも１つを用いて、回転可能な取付台および並進可能な取付台に機械的に固定されている、条項１～６のいずれかに記載の光学システム。８．少なくとも１つの留め具に結合された少なくとも１つの球形ワッシャをさらに備える、条項７に記載の光学システム。９．回転可能なミラーを備え、送信経路に沿って放射された光は、光学システムの環境に向けて反射されるように、回転可能なミラーと相互作用する、条項１～８のいずれかに記載の光学システム。１０．複数の光学窓をさらに備え、光学システムの環境に向けて反射された光は、複数の光学窓の少なくとも１つによって透過される、条項１～９のいずれかに記載の光学システム。１１．製造方法であって、発光デバイスをプリント回路基板に結合することであって、発光デバイスは、送信経路に沿ってレンズアセンブリに向けて光を放射するように構成され、レンズアセンブリは基準軸を有する、結合することと、プリント回路基板を回転可能な取付台に結合することと、レンズアセンブリの基準軸に対して送信経路を調整するために回転可能な取付台の向きを調整することであって、回転可能な取付台の向きを調整することは、基準軸に対して送信経路のピッチ角、ロール角、またはヨー角を調整することを含む、調整することと、回転可能な取付台をクランプによってレンズアセンブリに締め付けることと、を含む、製造方法。１２．回転可能な取付台が、曲率半径と、対応する曲率中心とを有する球形界面を含む、条項１１に記載の製造方法。１３．発光デバイスが実質的に曲率中心に配置されるように、回転可能な取付台に対する発光デバイスの位置を調整することをさらに含む、条項１２に記載の製造方法。１４．基準軸に垂直な基準面に沿って発光デバイスの位置を調整するために、並進可能な取付台の位置を調整することをさらに含む、条項１１～１３のいずれかに記載の製造方法。１５．並進可能な取付台の位置を調整することは、発光デバイスのｘオフセット位置またはｙオフセット位置を調整することを含む、条項１４に記載の製造方法。１６．回転可能な取付台を、接着材料または複数の留め具のうちの少なくとも１つによってレンズアセンブリに機械的に固定することをさらに含む、条項１１～１５のいずれかに記載の製造方法。１７．レンズアセンブリに受信機を結合することをさらに含み、受信機は、受信経路に沿って光を受信するように構成された光検出デバイスを含む、条項１１～１６のいずれかに記載の製造方法。１８．発光デバイスに速軸視準レンズを光学的に結合することをさらに含み、速軸視準レンズは円柱レンズを含む、条項１１～１７のいずれかに記載の製造方法。１９．回転可能な取付台は、少なくとも－２～＋２度の先端／傾斜範囲を提供するように構成されている、条項１１～１８のいずれかに記載の製造方法。２０．発光デバイスに光パルスを放射させることと、光パルスの少なくとも一部分を受信経路によって受信機から受信することと、受信した光パルスの一部分を最大化するように回転可能な取付台の向きを調整することにより、送信経路を受信経路に位置合わせすることと、をさらに含む、条項１１～１９のいずれかに記載の製造方法。

Claims (8)

1. 光学システムであって、
   送信機であって、
   基準軸と、
   送信経路に沿って光を放射するように構成された発光デバイスと、
   前記基準軸に対して前記送信経路のピッチ角、ロール角、またはヨー角を調整するために、前記発光デバイスの向きを調整するように構成された回転可能なボール部分と、
   前記ボール部分を回転可能に支持するソケット部分と、
   前記基準軸に垂直な基準面に沿って前記発光デバイスの位置を調整するように構成され、前記ソケット部分に対して相対的に並進可能なレンズアセンブリと、を含む送信機と、
   受信機であって、
   受信経路に沿って光を受信するように構成された光検出デバイスを含み、前記ボール部は、受信される光を最大化するように、前記送信経路を前記受信経路に対して位置合わせするようにさらに構成された、受信機と、を備える、光学システム。
2. 前記発光デバイスは、
   赤外光パルスを放射するように構成された少なくとも１つのレーザダイと、
   前記少なくとも１つのレーザダイに光学的に結合された速軸視準レンズと、を含む、請求項１に記載の光学システム。
3. 前記速軸視準レンズは円柱レンズを含む、請求項２に記載の光学システム。
4. 前記ボール部分は、曲率半径と、対応する曲率中心とを有する球形界面を含み、前記発光デバイスは、実質的に前記曲率中心で前記ボール部分に固定されている、請求項１に記載の光学システム。
5. 前記レンズアセンブリは、前記ソケット部分に機械的に結合され、前記発光デバイスの位置を調整することは、ｘオフセット位置またはｙオフセット位置を調整するために前記基準面に沿って前記発光デバイスの前記位置を調整することを含む、請求項４に記載の光学システム。
6. 少なくとも１つの留め具に結合された少なくとも１つの球形ワッシャをさらに備える、請求項５に記載の光学システム。
7. 回転可能なミラーをさらに備え、前記送信経路に沿って放射された前記光は、前記光学システムの環境に向けて反射されるように、前記回転可能なミラーと相互作用する、請求項１に記載の光学システム。
8. 複数の光学窓をさらに備え、前記光学システムの前記環境に向けて反射された前記光は、前記複数の光学窓の少なくとも１つによって透過される、請求項７に記載の光学システム。

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