JP7191081B2 - 送信モジュールと受信モジュールとを装着するための取付要素を有したライダー（ｌｉｄａｒ）ユニット - Google Patents

Description

本発明は、レーザービームを放出するように設計された送信モジュールと、放出されたレーザービームの反射を受けるように設計された受信モジュールとを有した、レーザーによる測距のための車両用ライダー（lidar）ユニット、特にレーザースキャナに関する。

本発明はまた、レーザーによる測距のための車両用ライダーユニット、特にレーザースキャナを取り付けるための方法にも関する。

ライダーユニットは、様々な車両で運転支援システム用の環境センサとしてよく用いられている。かくしてライダーユニットは、車両の安全性や、例えば近くの他の道路使用者らの安全性を向上させるために、車両付近の物体や人物を検出するのに用いられる。

ライダー（lidar）という用語は、英語に由来していて、「光検出および測距（light detection and ranging）」の略語となっている。ライダーは、レーダーに関連した手法であるが、レーダーで用いられるラジオ波に代えて、ライダーではレーザービームが用いられる。ライダーは、測距に加えて速度測定に適している。この目的のために、レーザービームの物体での反射が評価される。どちらの場合も、物体までの距離を決めるために、レーザービームの物体へ行って戻る移動時間が測定される。

移動時間に加えて、反射されたレーザービームの強度を検出することもできる。これによって、レーザービームが反射させられた物体の反射特性を測定して、より詳細に物体を検出することができる。

レーザースキャナにおいては、レーザービームによる環境の直線的ないしは格子状の走査が行われる。これにより、環境を確実に走査して物体を検出することが可能となる。この目的のために、レーザービームが適切に偏向される。それは、視野とも呼ばれる検出区域を完全に走査できるようにするためである。

距離に加えて反射信号の強度をも検出するレーザースキャナは、一般的にイメージング・レーザースキャナと呼ばれる。記録された表面から反射されたレーザー光の強度値の記録が、今日のイメージング・レーザースキャナにおいては例えば１６ビット・グレースケールにてわれる。その結果、イメージング・レーザースキャナによって、環境の白黒写真のものと類似した画像がもたらされる。

現行のライダーユニットにおいては、光線相互の平行性や交差を調節するように送受信ビームが互いに相対的に調節される。この間、１度未満の範囲内（典型的には、約０．１度）の角分解能が達成されるような高精度が要求される。これにより、調節は時間の掛かって費用の嵩むものとなってしまう。

この状況において、光電子測距装置のための調節方法および関連した構成概念が特許文献１（EP 2 795 362 B1）より知られている。当該測距装置は、互いに固定された空間的関係で配置された、光送信放射を発するための放射源と、光受信放射を受けるための検出器と、プリント回路基板とに加えて、送信用光学部品および受信用光学部品を伴う光学部品保持体を持っている組立体を有している。送信方向は、放射源に加えて送信用光学部品によっても定められ、受信方向は、検出器と受信用光学部品とによって定められる。その上、送信用光学部品と受信用光学部品とは異なる焦点距離を有している。当該調節方法は、受信方向に対する送信方向の意図された定位を確立するものである。この場合、光学部品保持体に対する組立体全体の変位によって調節が行われる。その調節においては、異なる焦点距離同士の影響拡大効果によって、当該変位が、それぞれ異なる大きさの変位に関連した送信方向と受信方向との方向角変化を引き起こす。それにより、受信方向に対する送信方向の定位が変化してしまうのである。

欧州特許第２７９５３６２号明細書

上述した先行技術に基づいて、本発明はそれ故、容易な組立てと、環境を検出する際の高い精度を達成するためのライダーユニットの提供とを可能とする、レーザーによる測距のための車両用ライダーユニット、特にレーザースキャナ、および、レーザーによる測距のための車両用ライダーユニット、特にレーザースキャナの組立てのための方法を特定するという目的に基づくものである。

本発明によれば、当該目的は各独立請求項の諸特徴によって達成されるものである。本発明の有利な諸実施形態は、各従属請求項において特定されている。

かくして本発明によれば、レーザービームを放出するように設計された送信モジュールと、放出されたレーザービームの反射を受けるように設計された受信モジュールとを有した、レーザーによる測距のための車両用ライダーユニット、特にレーザースキャナであって、当該ライダーユニットは、送信モジュールおよび受信モジュールを装着するための取付要素を有しており、取付要素と送信モジュールとが、取付要素に対する送信モジュールの定位のための対応し合う第１当たり面を備え、取付要素と受信モジュールとが、取付要素に対して受信モジュールを定位させるための対応し合う第２当たり面を備え、送信モジュールは、その第１当たり面に関して予め較正されており、受信モジュールは、その第２当たり面に関して予め較正されている、ライダーユニットが特定される。

本発明によれば、レーザーによる測距のための車両用ライダーユニット、特にレーザースキャナを取り付けるための方法であって、レーザービームを放出するように設計された送信モジュールの準備の段階と、放出されたレーザービームの反射を受けるように設計された受信モジュールの準備の段階と、送信モジュールおよび受信モジュールを装着するための取付要素の準備の段階と、取付要素へ送信モジュールを装着する段階であって、送信モジュールと取付要素との対応し合う第１当たり面同士が互いに接触させられる段階と、取付要素へ受信モジュールを装着する段階であって、受信モジュールと取付要素との対応し合う第２当たり面同士が互いに接触させられる段階と、第１当たり面に関する送信モジュールの予めの較正の段階と、第２当たり面に関する受信モジュールの予めの較正の段階と、を含んでいる方法も特定される。

従って、本発明の基本的な着想は、送信モジュールと受信モジュールとの互いに対する較正を、２つのモジュールをそれぞれの当たり面で取り付けることによって十二分なものとすることである。対応し合う第１または第２当たり面同士の定位が自動的に、取付状態における送信モジュールと受信モジュールとの互いに対する調節に帰着するのである。調節における誤差は、取付要素、送信モジュール、および受信モジュールの製作における製造公差の範囲内でしかない。特に、送信モジュールと受信モジュールとの互いに対する定位が第１および第２当たり面によって行われるので、第１または第２当たり面の製作における公差が重要となる。かくして第１および第２当たり面同士の定位が、送信モジュールおよび受信モジュールの予めの較正に基づいてライダーユニットの取付状態での較正を省略することのできる基準位置を定めるのである。

ライダーユニットの視野の正確なサンプリングを達成するためには、送信モジュールについての予めの較正が特に重要である。受信モジュールは通常、角度に対する鋭敏性がより低くなっている。その結果、送信モジュールによって放出されたレーザービームの反射の受け取りには、受信モジュールのより低精度の定位しか必要とされない。

対応し合う第１および第２当たり面は、それぞれ一対の当たり面を備えている。その一方の当たり面は取付要素上に形成され、他方の当たり面は送信モジュールまたは受信モジュール上に対応して形成されている。

本発明の有利な実施形態においては、第１当たり面および／または第２当たり面が、それぞれ実質的に平坦な当たり面として実施されている。かくして第１当たり面および／または第２当たり面を、例えば平坦なフランジとして実施することができる。原理的には、平面に広がる多数の支持点によって平坦な当たり面を画定することもできる。

本発明の有利な実施形態においては、取付要素の第１当たり面と第２当たり面とが実質的に共通平面内で実施されている。かくして取付要素上には、第１および第２当たり面を包含する連続的な共通の当たり面が形成される。これにより、この共通の当たり面に対して２つのモジュールを定位させることが可能となる。かくして、取付要素に対する２つのモジュールの定位を簡略なやり方で実行することができる。

本発明の有利な実施形態においては、第１当たり面および／または第２当たり面が、それぞれ複数の対応し合う表面部分を有し、それらの表面部分同士が、互いに角度を成して配置されるか、または複数の平行平面内に配置されている。かくして第１または第２当たり面同士は、随意の対応し合った形状を有することができる。例えば、各当たり面が複数の平行平面を有していてもよい。第１または第２当たり面同士の対応し合う設計によって、例えば、平面内での定位を生じさせるだけでなく、組立て中における送信モジュールおよび受信モジュールの平面内での位置決めをも自動的に生じさせることができる。例えば、第１および第２当たり面を、幾つかの空間軸（好適には、全ての空間軸）における定位を自動的に生じさせるように設計したり配置したりしてもよい。第１および第２当たり面を、さらに各空間軸周りの回転定位をも生じさせるように設計したり配置したりすることが特に好ましい。かくして送信モジュールおよび受信モジュールを、６つに至るまでの自由度で定位させることができる。

それに代えて、或いはそれ加えて、第１当たり面および／または第２当たり面を、取付要素上の２つの平行平面内に配置してもよい。送信モジュールおよび受信モジュールの定位のために中間的な移行部を設計することが好ましい。

本発明の有利な実施形態においては、取付要素が平坦な取付フレームとして設計され、送信モジュールおよび受信モジュールが当該取付フレーム上に配置されている。取付フレームをコンパクトな構成要素として設けて、ライダーユニットに小さな寸法をもたらすことができる。平坦な取付フレームは、送信モジュールおよび／または受信モジュールに比べて浅い深さを有している。

本発明の有利な実施形態において、取付フレームは、周縁フレームと、送信モジュールおよび／または受信モジュールを受けるための挿入開口とを有している。従って、送信モジュールおよび／または受信モジュールを挿入開口内に定置して保持することができる。取付フレームをコンパクトな構成要素として設けて、全体としてのライダーユニットに小さな寸法をもたらすことができる。送信モジュールおよび／または受信モジュールを挿入開口内へと挿入することによって、取付フレームへの簡略で安定した連結が可能となり、取付フレーム上での送信モジュールおよび／または受信モジュールの定位が容易となる。

本発明の有利な実施形態において、第１当たり面および／または第２当たり面は、取付要素上における送信モジュールおよび／または受信モジュールの定位のための対応し合う位置決め要素を有している。対応し合う位置決め要素によって、各当たり面によって画定される平面内での定位に加えて、取付要素に対して送信モジュールおよび／または受信モジュールを更なる自由度で確実かつ再現可能に固定することができる。対応し合う位置決め要素の種々の実施形態が可能である。

本発明の有利な実施形態において、第１当たり面および／または第２当たり面の対応し合う位置決め要素は、対応し合う位置決めピンと位置決め受け口とを有している。位置決めピンと位置決め受け口とは、対応し合う寸法および周囲形状を有し、それにより、取付要素上での送信モジュールおよび／または受信モジュールの厳密な定位が可能となっている。また、位置決めピンおよび／または位置決め受け口は、取付要素上での送信モジュールおよび／または受信モジュールの定位を容易にしたり自動的に行ったりするように設計されていてもよい。この目的のために、例えば位置決めピンが円錐形状を有していてもよく、および／または位置決め受け口が漏斗形状で実施されている。それにより、送信モジュールおよび／または受信モジュールは、取付要素への装着中、所望の位置へと自動的に案内される。
本発明の有利な実施形態において、送信モジュールの第１当たり面は、送信モジュールの第１縁部区域によって形成されている。各縁部区域に第１当たり面を形成することによって、特に個々の縁部区域同士の間に最大限の距離が置かれている場合には、確実な位置決めおよび支持が可能となる。また、送信モジュールの機能ユニットを、そのモジュールの中央区域内に制約なく形成することができる。

本発明の有利な実施形態において、受信モジュールの第２当たり面は、受信モジュールの第２縁部区域によって形成されている。各縁部区域に第１当たり面を形成することによって、特に個々の縁部区域同士の間に最大限の距離が置かれている場合には、確実な位置決めおよび支持が可能となる。また、受信モジュールの機能ユニットを、そのモジュールの中央範囲内に制約なく形成することができる。

本発明の有利な実施形態において、取付要素は、当該ライダーユニットを車両へ装着するための多数の取付用貫通孔を有している。取付用貫通孔のおかげで、取付要素によってライダーユニットを容易に車両へ取り付けることができる。車両へ取り付けるための送信モジュールまたは受信モジュールの追加的な構成は必要とされない。取付用貫通孔は、例えばピン、ボルト、ネジ、クリップ・コネクタその他のライダーユニットを車両へ確実に取り付けるための取付装置類を貫通させるように用いることができる。

本発明の有利な実施形態において、当該ライダーユニットは、送信モジュールおよび／または受信モジュールを固定するための留め具を備えている。留め具のおかげで、送信モジュールおよび／または受信モジュールを、位置決めした後、より長期の使用のために固定することができる。留め具には、例えばピン、ボルト、ネジ、クリップ・コネクタその他の、取付要素ならびに送信モジュールおよび／または受信モジュールの適切な開口を通して案内されるものが含まれ得る。或いは留め具は、留め付けを容易にするように、送信モジュールおよび／または受信モジュールと一体的に実施されていてもよい。

本発明は以下、添付図面を参照し、好適な諸実施形態に基づいて、より詳細に説明される。提示される諸特徴は、本発明のある態様を単独と組合わせの両方で示すことのできるものである。様々な実施形態の諸特徴は、一実施形態から別の実施形態へと移すことができる。

好適な第１実施形態による、取付要素へ装着された送信モジュールおよび受信モジュールを有するライダーユニットの後方斜視図。 第１実施形態による、取付要素へ装着された受信モジュールを有する、図１のライダーユニットの、送信モジュールが示されていない後方斜視図。 第１実施形態による、図１のライダーユニットにおける受信モジュールの前方斜視図。 第１実施形態による、図１のライダーユニットにおける送信モジュールの後方斜視図。

図１から図４は、第１の好適な実施形態によるライダーユニット１０に関するものである。
ライダーユニット１０は、ここではレーザーによる測距のための車両用レーザースキャナとして設計されている。レーザースキャナ１０は、レーザービームを放出するように設計された送信モジュール１２と、放出されたレーザービームの反射を受けるように設計された受信モジュール１４とを備えている。図１に示すように、送信モジュール１２および受信モジュール１４は取付要素１６へ装着されている。

送信モジュール１２は、例えば図４に見ることができるように、レーザービームを発生させて偏向させるための装置１８を含んでいる。受信モジュール１４は、放出されたレーザービームの反射を受けるための、ここでは３つの、個別の受信機２０を備えている。３つの受信機２０は、レーザービームの発生・偏向用の装置１８により可能なレーザービームの偏向によって出来るだけ広い水平方向のサンプリング区域を検出するように水平面内に配置されている。

取付要素１６はこの場合、送信モジュール１２および受信モジュール１４がその上に配置される平坦な取付フレームとして設計されている。平坦な取付フレーム１６は、送信モジュール１２や受信モジュール１４に比べて浅い深さを有している。取付フレーム１６は、周縁フレーム２２と、送信モジュール１２および受信モジュール１４を受け入れる挿入開口２４とを有している。かくして送信モジュール１２および受信モジュール１４は、以下で詳細に説明するように挿入開口２４内に定置されて保持される。

送信モジュール１２を取付要素１６へ装着するために、送信モジュール１２と取付フレーム１６とは、取付フレーム１６上における送信モジュール１２の定位のための対応し合う第１当たり面２６，２８を備えている。送信モジュール１２の第１当たり面２６は、図１および図４の描写において背後からのみ示されており、送信モジュール１２の第１縁部区域３０によって形成されている。取付要素１６の第１当たり面２８は、図２で見ることができる。第１当たり面２６，２８は、ここでは本質的に平坦な当たり面２６，２８として実施されている。

受信モジュール１４を取付フレーム１６へ装着するために、受信モジュール１４と取付フレーム１６とは、取付フレーム１６上における受信モジュール１４の定位のための対応し合う第２当たり面３２，３４を備えている。受信モジュール１４の第２当たり面３２は、図３の描写において示されており、受信モジュール１４の第２縁部区域３６によって形成されている。取付フレーム１６の第２当たり面３４は、図１および図２では見えておらず、受信モジュール１４によって覆い隠されている。第２当たり面３２，３４は、ここでは本質的に平坦な当たり面３２，３４として実施されている。

図２に最もよく示されるように、取付フレーム１６の第１当たり面２８と第２当たり面３４とは本質的に共通平面内にあり、その共通平面が取付フレーム１６の第１および第２当たり面２８，３４を含んでいる。

第１および第２当たり面２６，２８，３２，３４は、取付フレーム１６上における送信モジュール１２および受信モジュール１４の定位のための対応し合う位置決め要素３８，４０を有している。位置決め要素３８，４０は、位置決め受け口３８と位置決めピン４０とを含んでいる。その位置決め受け口３８は、取付フレーム１６の第１および第２当たり面２８，３４上に形成されている。また位置決めピン４０は、送信モジュール１２の第１当たり面２６と、受信モジュール１４の第２当たり面３２とに形成されている。位置決め要素３８，４０同士は、対応し合う寸法および周囲形状を有している。それにより、取付フレーム１６上での送信モジュール１２および／または受信モジュール１４の厳密な定位がもたらされる。

送信モジュール１２、受信モジュール１４、並びに取付フレーム１６の第１および第２当たり面２６，２８，３２，３４には、複数の開口４２が形成されている。それらの開口４２を通じて、送信モジュール１２および受信モジュール１４を取付フレーム１６へ固定するための留め具（図示せず）を通すことができる。それらの留め具には、例えばピン、ボルト、ネジ、クリップ・コネクタその他の、取付フレーム１６および送信モジュール１２または受信モジュール１４の各開口４２を貫通できるものが含まれ得る。

送信モジュール１２は、その第１当たり面２６に関して予め較正されている。受信モジュール１４もまた、その第２当たり面３２に関して予め較正されている。かくして、対応し合う第１および第２当たり面２６，２８，３２，３４同士の定位が、取付状態における送信モジュール１２と受信モジュール１４との互いに対する調節から結果として自動的に生ずる。かくして第１および第２当たり面２６，２８，３２，３４同士の定位が、送信モジュール１２および受信モジュール１４の予めの較正に基づいてライダーユニット１０の取付状態での較正を省略することのできる基準位置を定めるのである。

さらに、取付フレーム１６は、ライダーユニット１０を車両へ装着するための多数の取付用貫通孔４４を備えている。各取付用貫通孔４４は、ピン、ボルト、ネジ、クリップ・コネクタその他のライダーユニット１０を車両へ取り付けるための取付装置類を貫通させるように設計されている。

１０ ライダーユニット
１２ 送信モジュール
１４ 受信モジュール
１６ 取付要素、取付フレーム
１８ レーザービームの発生・偏向用装置
２０ 受信機
２２ フレーム
２４ 挿入開口
２６ 送信モジュールの第１当たり面
２８ 取付要素の第１当たり面
３０ 第１縁部区域
３２ 受信モジュールの第２当たり面
３４ 取付要素の第２当たり面
３６ 第２縁部区域
３８ 位置決め受け口、位置決め要素
４０ 位置決めピン、位置決め要素
４２ 開口
４４ 取付用貫通孔

Claims (12)

1. レーザービームを放出するように設計された送信モジュール（１２）と、
   放出されたレーザービームの反射を受けるように設計された受信モジュール（１４）と、
   を有した、レーザーによる測距のための車両用のライダーユニット（１０）であって、
   レーザービームを発生させて偏向させるための装置（１８）と、当該ライダーユニット（１０）がレーザービームを送信するために必要な光学部品の全てとが、一体的に組み付けられて前記送信モジュール（１２）を形成しており、
   １つ以上の受信機（２０）と、当該ライダーユニット（１０）が送信されたレーザービームの反射を受信するために必要な光学部品の全てとが、一体的に組み付けられて前記受信モジュール（１４）を形成しており、
   当該ライダーユニット（１０）は、前記送信モジュール（１２）および前記受信モジュール（１４）を装着するための取付要素（１６）を有しており、
   前記取付要素（１６）と前記送信モジュール（１２）とが、前記取付要素（１６）上における前記送信モジュール（１２）の定位のための対応し合う第１当たり面（２６，２８）を有し、
   前記取付要素（１６）と前記受信モジュール（１４）とが、前記取付要素（１６）上における前記受信モジュール（１４）の定位のための対応し合う第２当たり面（３２，３４）を有し、
   前記送信モジュール（１２）は、その第１当たり面（２６）に関して予め較正されており、
   前記受信モジュール（１４）は、その第２当たり面（３２）に関して予め較正されており、
   前記第１当たり面（２６，２８）および／または前記第２当たり面（３２，３４）が、それぞれ複数の対応し合う表面区域を有し、それらの表面区域同士が、互いに角度を成して配置されるか、または複数の平行平面内に配置されている
   ことを特徴とするライダーユニット（１０）。
2. 前記第１当たり面（２６，２８）および／または前記第２当たり面（３２，３４）が、それぞれ本質的に平坦な当たり面（２６，２８，３２，３４）として実施されていることを特徴とする、請求項１記載のライダーユニット（１０）。
3. 前記取付要素（１６）の前記第１当たり面（２８）と前記第２当たり面（３４）とが本質的に共通平面内にあることを特徴とする、請求項２記載のライダーユニット（１０）。
4. 前記取付要素（１６）が平坦な取付フレームとして実施され、前記送信モジュール（１２）および前記受信モジュール（１４）が前記取付フレーム（１６）上に配置されていることを特徴とする、請求項１から３のうちのいずれか一項に記載のライダーユニット（１０）。
5. 前記取付フレーム（１６）は、周縁フレーム（２２）と、前記送信モジュール（１２）および／または前記受信モジュール（１４）を受け入れるための挿入開口（２４）とを有していることを特徴とする、請求項４記載のライダーユニット（１０）。
6. 前記第１当たり面（２６，２８）および／または前記第２当たり面（３２，３４）は、前記取付要素（１６）上における前記送信モジュール（１２）および／または前記受信モジュール（１４）の定位のための対応し合う位置決め要素（３８，４０）を有していることを特徴とする、請求項１から５のうちのいずれか一項に記載のライダーユニット（１０）。
7. 前記第１当たり面（２６，２８）および／または前記第２当たり面（３２，３４）の前記対応し合う位置決め要素（３８，４０）は、対応し合う位置決めピン（４０）と位置決め受け口（３８）とを有していることを特徴とする、請求項６記載のライダーユニット（１０）。
8. 前記送信モジュール（１２）の前記第１当たり面（２６）は、前記送信モジュール（１２）の第１縁部区域（３０）によって形成されていることを特徴とする、請求項１から７のうちのいずれか一項に記載のライダーユニット（１０）。
9. 前記受信モジュール（１４）の前記第２当たり面（３２）は、前記受信モジュール（１４）の第２縁部区域（３６）によって形成されていることを特徴とする、請求項１から８のうちのいずれか一項に記載のライダーユニット（１０）。
10. 前記取付要素（１６）は、当該ライダーユニット（１０）を前記車両へ装着するための多数の取付用貫通孔（４４）を有していることを特徴とする、請求項１から９のうちのいずれか一項に記載のライダーユニット（１０）。
11. 当該ライダーユニット（１０）は、前記送信モジュール（１２）および／または前記受信モジュール（１４）を固定するための留め具を有していることを特徴とする、請求項１から１０のうちのいずれか一項に記載のライダーユニット（１０）。
12. レーザーによる測距のための車両用のライダーユニット（１０）の組立てのための方法であって、
    レーザービームを放出するように設計された送信モジュール（１２）を準備する段階と、
    放出されたレーザービームの反射を受けるように設計された受信モジュール（１４）を準備する段階と、
    前記送信モジュール（１２）および前記受信モジュール（１４）を装着するための取付要素（１６）を準備する段階と、
    前記取付要素（１６）への前記送信モジュール（１２）の装着の段階であって、前記送信モジュール（１２）と前記取付要素（１６）との対応し合う第１当たり面（２６，２８）同士が互いに接触させられる段階と、
    前記取付要素（１６）へ前記受信モジュール（１４）を装着する段階であって、前記受信モジュール（１４）と前記取付要素（１６）との対応し合う第２当たり面（３２，３４）同士が互いに接触させられる段階と、
    前記第１当たり面（２６，２８）に関して前記送信モジュール（１２）を予め較正しておく段階と、
    前記第２当たり面（３２，３４）に関して前記受信モジュール（１４）を予め較正しておく段階と、
    を含み、
    レーザービームを発生させて偏向させるための装置（１８）と、当該ライダーユニット（１０）がレーザービームを送信するために必要な光学部品の全てとが、一体的に組み付けられて前記送信モジュール（１２）を形成しており、
    １つ以上の受信機（２０）と、当該ライダーユニット（１０）が送信されたレーザービームの反射を受信するために必要な光学部品の全てとが、一体的に組み付けられて前記受信モジュール（１４）を形成しており、
    前記第１当たり面（２６，２８）および／または前記第２当たり面（３２，３４）が、それぞれ複数の対応し合う表面区域を有し、それらの表面区域同士が、互いに角度を成して配置されるか、または複数の平行平面内に配置されている、方法。

Images