JP2021099314A - ライダーセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】ライダーセンサの提供【解決手段】光送信ユニット（２）と、光受信ユニット（５）と、第１のミラー面（９）および第２のミラー面（１０）を有し、光送信ユニット（２）の光軸（４）が第１のミラー面（９）を向き、光受信ユニット（５）の光軸（７）が第２のミラー面（１０）を向き、光路上で光送信ユニット（２）が光受信ユニット（５）と共に当該偏向光学系（８）の共通の第１の側に配置されている偏向光学系（８）と、ライダーセンサ（１）の光路上で偏向光学系（８）の第２の側に配置され、偏向光学系（８）によって反射された走査ビーム（３）を複数の異なる方向に偏向させてライダーセンサ（１）の周辺を走査ビーム（３）で走査し、反射走査ビーム（６）を偏向させて偏向光学系（８）に戻すように設けられている走査ユニット（１１）と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、光送信ユニット、光受信ユニット、および走査ユニットを有するライダー（ＬｉＤＡＲ）センサに関する。

これまで自動車分野では、実質的に運転者支援システム用に設計されたライダーセンサが存在している。これらのライダーセンサは、多くの場合、前方に向いた視野を有する。これらのライダーセンサは、大きい水平方向の視野を有するが、観測範囲は中心軸からの距離の増加に伴い急激に減少する。

自律運転のためにライダーセンサを使用する場合、アクティブロータを有するシステムが試験車両に使用される。これらのシステムは、当然のことながら、極めて大きい水平方向の開放角と、この開放角にわたる一定の観測範囲とを有する。しかしながら、このシステムは、車両で大量に使用するためには幾つかの欠点を有する。電子機器の一部は回転しており、他の部分は停止する。これにより、ステータとロータとの間の電力およびデータの伝送を含めて、かなり多くの電子機器が必要とされる。このことはコスト増大につながり、耐用年数を低下させる。さらに、ライダーセンサには安定性が求められるので、車両によって引き起こされる振動を考慮して重いロータ構造が必要となる。したがって、大きい軸受および極めて強力なモータが必要とされる。さらに、ロータの電子機器はライダーセンサ内の空気によってしか冷却することができない。したがって、電子部品の所与の限界温度では、ライダーセンサの許容されるハウジング温度はたいてい低くなる。しかしながら、高い電力消費と共に、車両側の冷却の要求は極めて高い。さらにライダーセンサは構造的に極めて大きい。このことは車両への組込みを困難にする。

さらに、アクティブロータを有するこのようなライダーセンサでは、走査システムの原点は、センサ中心軸上に位置している。したがって、ライダーセンサが車両で使用される場合、車体においてライダーセンサの周りに広い領域を空けておく必要がある。

本発明によるライダーセンサは、光送信ユニット、光受信ユニット、偏向光学系、および走査ユニットを備える。光送信ユニットは、光送信ユニットの光軸の方向に走査ビームを送信するように設けられている。光受信ユニットは、走査ビームがライダーセンサの周辺で反射された後に、当該反射された走査ビームを受信するように設けられており、光受信ユニットは、光受信ユニットの光軸に沿った向きの主受信方向を有する。偏向光学系は、第１のミラー面および第２のミラー面を備え、光送信ユニットの光軸は第１のミラー面の方向を向き、光受信ユニットの光軸は第２のミラー面の方向を向き、光送信ユニットは、光受信ユニットと共に、ライダーセンサの光路上で偏向光学系の共通の第１の側に配置されている。走査ユニットは、ライダーセンサの光路上で偏向光学系の第２の側に配置されており、偏向光学系により反射された走査ビームを複数の異なる方向に偏向させてライダーセンサの周辺を走査ビームで走査し、反射走査ビームを偏向させて偏向光学系に戻すように設けられている。

光送信ユニットは、特に、走査ビームを送信するレーザである。光送信ユニットの光軸は、走査ビームの中心伝播方向を定める方向である。光受信ユニットは、特に、光送信ユニットによって放射された波長の光を受信するように設けられた光センサである。光受信ユニットは、光受信ユニットの光軸に沿った向きの主受信方向を有する。これは、この方向から入射する光を検出するために、光受信ユニットを特定の方向に沿って配置させることができることを意味する。この方向が主受信方向である。光受信ユニットの光軸はこの主受信方向に対応して配置される。光送信ユニットおよび／または光受信ユニットが、光送信ユニットまたは光受信ユニットのアクティブな送信領域または受信領域の前方に配置されたレンズを備えている場合には、光送信ユニットまたは光受信ユニットの光軸は、その前方に配置されたレンズの光軸に対応する。

反射走査ビームは、走査ビームがライダーセンサの周辺で散乱されて生じる。したがって、当該反射走査ビームは、走査ビームの反射された部分である。

偏向光学系は、送信された走査ビームおよび受信された反射走査ビームの経路に影響を与えるのに適した１つ以上の光学素子を備える。したがって、偏向光学系は、第１のミラー面および第２のミラー面を有する。好ましくは、第１のミラー表面は第１のミラーの表面であり、好ましくは、第２のミラー表面は第２のミラーの表面である。しかしながら、オプションとしては、第１のミラー面および第２のミラー面は、１つのミラーにおける共通のミラー面の複数の異なる部分である。光送信ユニットは、光受信ユニットと共に、ライダーセンサの光路上で偏向光学系の共通の第１の側に配置されている。これは、光送信ユニットおよび光受信ユニットが当該共通の側から偏向光学系に向けられていることを意味する。光路は、光送信路または光受信路のいずれかである。特に、光路は、光送信路と光受信路との組み合わせである。当該共通の側とは、共通の方向によって定められるものであり、この方向から走査ビームが偏向光学系に到達し、反射走査ビームがこの方向に投射されて光受信ユニットに到達する。ライダーセンサの光路は、走査ビームがライダーセンサを出射して反射走査ビームがライダーセンサに入射する点までの、偏向光学系および走査ユニットを介して光送信ユニットと光受信ユニットとの間を接続する部分である。

走査ユニットは、ライダーセンサの光路上で偏向光学系の第２の側の配置されている。これは、走査ビームが光送信ユニットから偏向光学系の第１のミラー面を介して走査ユニットに投射されることを意味する。反対に、反射走査ビームは、走査ユニットから偏向光学系の第２のミラー表面に投射され、そこから光受信ユニットへ反射させられる。走査ユニットは、特に、回転ミラーシステムまたは振動ミラーである。

光送信ユニットおよび光受信ユニットが同じ方向から偏向光学系の方向を向いていることにより、光送信ユニットにより走査ビームとして放射された光が光受信ユニットで直接反射し、これにより、所定の時間範囲にわたって光受信ユニットがブラインド状態となることがある。したがって、光受信ユニットは、特に再生時間が短い受信ユニット、特にＳＰＡＤベースの受信機である場合には有利である。このようにして、ライダーセンサの送信経路および受信経路を、特にコンパクトに交差させることができる。このようにして、特に小型のライダーセンサが得られる。さらに、走査ユニットと対向するように光送信ユニットを光受信ユニットと共に配置することにより、このようなライダーセンサのベース面は特に小さくなるので、特に小型のシステムが得られる。したがって、光送信ユニットおよび光受信ユニットの光軸を走査ユニットに直接向ける必要がない。この走査ユニットを、光送信ユニットおよび光受信ユニットに隣接して配置することもでき、走査ビームもしくは反射走査ビームは偏向光学系を介して走査ユニットに導かれる。

放射された走査ビームおよび反射走査ビームの光路は偏向光学系で偏向し、走査ビームは、送信ユニットから発して光送信ユニットの光軸に追従するときに特定の方向で走査ユニットに偏向する。これにより、特定の方向から到来して走査ユニットから偏向光学系へ反射した反射走査ビームは、偏向光学系によって光受信ユニットの光軸へ偏向させられる。

このようにして、特に大きい水平方向の視野を有するライダーセンサが得られる。ここで、視野とは、ライダーセンサの走査ビームによって走査されるライダーセンサ周辺の領域をいう。ライダーセンサの走査ビームは、走査ユニットによってその方向に走査させられるので、視野を水平方向に通過する。水平方向とは、特に走査ユニットの回転軸に垂直な方向をいう。光送信ユニットおよび光受信ユニットは、偏向光学系の存在により、視野を制限しないように配置され得るので、特に大きな水平方向の視野を確保することができる。したがって、特に大きな視野を可能にしつつ、垂直方向の視野を比較的大きくして、ほぼ一定の観測範囲を可能にしている。

回転ミラーを有するライダーセンサは、一定の観測範囲を備える設計にはこれまでは適していなかった。なぜならば、これまでの技術では、受信機（もしくは増幅電子回路）の回復時間が長く、センサの送受信結合が発生してセンサの近視野に大きな不感帯ができるので、光送信領域と光受信領域とを厳密に分離する必要があったからである。本発明によるライダーセンサにより、大きい観測範囲が確保され、レーザクラス１の要件および限界を保証するために大きい送信アパーチャと、ターゲットからできるだけ多くの光を受信するために大きい受信アパーチャとが可能になる。これにより、広い垂直方向の視野によって送信領域および受信領域のために必要とされる設置スペースが構造的に不要に大きくなることが防止される。というのは、これまでは送信領域と受信領域とを分離するために大きな設置スペースが必要とされていたからである。

従属請求項は、本発明の好ましい構成を示す。

好ましくは、光送信ユニットの光軸は、光受信ユニットの光軸と平行となるように配置されている。これは、光送信ユニットと光受信ユニットとが同じ方向に配列されていることを意味し、これにより、ライダーセンサの特に小型構成が可能になる。

また、光送信ユニットの光軸と第１ミラー表面との間の入射角が４５°以下である場合、および／または、光送信ユニットの光軸と第２ミラー表面との間の入射角が４５°以下である場合が有利である。特に、入射角が４５°未満である場合、走査ユニットは、光送信ユニットおよび／または光受信ユニットに対して大きく重なり合うように配置することができる。したがって、ライダーセンサのハウジング内に必要とされる設置スペースが少なくなる。これは、特に、光送信ユニットの光軸と第１のミラー面との間の入射角が４５°未満であり、同時に、光受信ユニットの光軸と第２のミラー面との間の入射角が４５°未満であり、同時に、光送信ユニットの光軸と光受信ユニットの光軸とが互いに平行である場合に当てはまる。ここで、入射角とは、いずれか１つのミラー面の垂線と、このミラー面に向けられた各光軸との間に形成される角度をいう。

第１のミラー面のうちの光送信ユニットも配置されている側において、光送信ユニットの光軸が第１のミラー面に到達する点を起点として走査ユニットの回転軸が光送信ユニットの光軸の方向に沿って配置されている場合、および／または、第１のミラー面のうちの光受信ユニットも配置される側において、光受信ユニットの光軸が第２のミラー面に到達する点を起点として走査ユニットの回転軸が光受信ユニットの光軸の方向に沿って配置されている場合は、有利となる。言い換えれば、これは、走査ユニットの回転軸が、光送信ユニットから出射された走査ビームと、光受信ユニットに戻る反射走査ビームとがいずれも偏向光学系のそれぞれのミラー面で鋭角に反射して走査ユニットに到達するように配置されていることを意味する。偏向光学系と走査ユニットとの間の距離に応じて、ライダーセンサ内の光軸に沿って光送信ユニットもしくは光受信ユニットの一方の側に走査ユニットを移動させることができる。したがって、ライダーセンサのハウジング形状は、できるだけ小型のライダーセンサを得るために最適化され得る。

さらに、光送信ユニットの光軸および／または光受信ユニットの光軸が、走査ユニットの回転面と平行となるように配置される場合は、有利となる。回転面は、ライダーセンサの視野が延在する平面である。したがって、回転面は、走査ユニットの回転軸に垂直な平面であり、走査ユニットは、特に回転ミラーシステムまたは振動ミラーシステムである。光送信ユニットの光軸および光受信ユニットの光軸は、一般に、走査ユニットのうちの互いに平行に位置する複数の異なる回転面に配置されている。特に、走査ユニットの回転軸は、走査ユニットの光軸および／または受信ユニットの光軸に垂直である。

さらに好ましくは、光学式の走査ユニットはラインレーザであり、ラインレーザのレーザラインは、走査ユニットの回転軸と平行となるように配置されている。これは、走査ビームがライン状のビーム形状を有し、走査ビームのライン形状の向きに対して直角に走査ビームが移動されることを意味する。したがって、ライダーセンサの周辺の領域を走査することができ、走査ユニットの回転軸を中心とした走査ユニットによる走査ビームの移動は、幾つかの平面内の点を検出するために十分である。走査ユニットの反射領域は、放射された走査ビームと反射走査ビームとによって共有され得る。言い換えれば、これは、走査ユニットのミラーが光送信ユニットにより全体的に照射されること、すなわち、反射走査ビームを偏向光学系に向けて偏向させるために使用される走査ユニットの領域にもライン状の走査ビームが照射されることを意味する。したがって、十分な光を偏向させて光受信ユニットに戻すために特に大きいミラー面が使用される。

ライダーセンサの光送信経路と光受信経路とが走査ユニットと偏向光学系との間で互いに交差している場合も有利となる。これは、走査ビームの経路が反射走査ビームの経路と交わる場合に有利であることを意味する。このようにして、ライダーセンサを特に小型構成することが可能になる。

さらに、光送信ユニットの光軸が、走査ユニットの回転軸の方向に光受信ユニットの光軸からオフセットされている場合は、有利となる。言い換えれば、これは、光送信ユニットの光軸と光受信ユニットの光軸とがいずれも走査ユニットの回転軸に垂直な複数の異なる平面上に配置されていることを意味する。したがって、光送信ユニットと光受信ユニットとは、ライダーセンサの複数の異なる平面上に配置されている。これにより、回転軸をライダーセンサの垂直軸としてみれば光送信ユニットおよび光受信ユニットは互いに上下に配置されている。このようにしてライダーセンサのベース領域を最小限にすることができる。あるいは、光送信ユニットおよび光受信ユニットは、ライダーセンサの共通の平面上に互いに隣接して配置されている。このように、光送信ユニットの光軸および光受信ユニットの光軸は、特に、走査ユニットの回転軸に垂直な共通の平面上に配置されている。

さらに、光送信ユニットの光軸と走査ユニットの回転軸との間の最小間隔が、光受信ユニットの光軸と走査ユニットの回転軸との間の最小間隔に等しくない場合は、有利となる。これは、光送信ユニットが、好ましくは、走査ユニット、すなわち光受信ユニットからより遠く離れているか、またはよりわずかに離れていることを意味する。光送信ユニットおよび光受信ユニットは、好ましくは、互いに上下に配置されている。これは、走査ユニットの回転軸をライダーセンサの垂直軸とみなしたとき、光送信ユニットおよび光受信ユニットは、これらの光軸を考慮すれば、好ましくは互いに斜め方向にオフセットされていることを意味する。特に、光送信ユニットおよび光受信ユニットが、各々の光軸を円筒軸とする円筒形状の構成を有している場合には、光送信ユニットおよび光受信ユニットを、特に互いに近接して配置することができ、これにより、ライダーセンサの構成サイズを最小化できる。光送信ユニットおよび光受信ユニットは、好ましくは、互いに直接に隣接して配置されている。

ライダーセンサが、当該ライダーセンサの観測窓をクリーニングするように設けられたクリーニングユニットを有し、クリーニングユニットが、光送信ユニットおよび光受信ユニットからみて偏向光学系の後方に配置されている場合も有利となる。光送信ユニットによって放射された走査ビームは、偏向光学系であらかじめ偏向し、その領域に到達しないので、観測窓の当該領域は、走査ビームが途切れることを回避するために空けておく必要はない。したがって、当該領域は、クリーニングユニットが必要とされない場合にクリーニングユニットを駐留させておくのに特に適している。クリーニングユニットは、特にワイパーユニット、例えばワイパーブレードである。

ライダーセンサは、観測窓を有するハウジングを備え、走査ビームは、観測窓を介してライダーセンサの周辺に放射され、観測窓は曲率を有し、走査ユニットの回転軸は、観測窓の曲率内に位置する空間に走査ユニットの回転範囲が延在するように配置されている場合は、有利となる。観測窓の曲率内の空間とは、観測窓と、観測窓の２つの点を互いに直接に接続する直線との間に生じる空間をいう。したがって、観測窓は、走査ユニットの周りで湾曲し、これにより、ライダーセンサのハウジング内に必要とされる設置スペースをさらに小さくすることができる。

ライダーセンサの視野内の観測範囲が可変である場合、特に、ライダーセンサの観測範囲が視野の中央領域よりも視野の側方領域において小さいことも有利である。側方領域は、特に、視野の水平方向における側方領域である。このようにして、ライダーセンサを特に小型に構成することができる。

以下に添付の図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明によるライダーセンサの一実施形態を示す概略図である。 本発明によるライダーセンサにおける走査ビームの光路と反射走査ビームの光路とを示す概略図である。 ライダーセンサの概略的な正面図である。 本発明によるライダーセンサの別の実施形態を示す図である。

図１は、本発明の一実施形態によるライダーセンサ１を示す。この場合、ライダーセンサ１は、ＸＹ平面を表す上面図に示されている。ライダーセンサ１は、光送信ユニット２、光受信ユニット５、偏向光学系８、および走査ユニット１１を備えている。光送信ユニット２、光受信ユニット５、偏向光学系８および走査ユニット１１は、ライダーセンサのハウジング１５に配置されている。ハウジング１５の一方の側には、観測窓１４が設けられている。

光送信ユニット２は、光送信ユニット２の光軸４の方向に走査ビーム３を送信するように設けられている。この実施形態では、光送信ユニット２はラインレーザであり、ラインレーザのレーザラインは、走査ユニット１１の回転軸１２と平行となるように調整されて走査ビーム３として送信される。これは、図１に示されるライダーセンサ１の形態では、光送信ユニット２によって生成されるレーザラインは、図１に示される図面に垂直なＺ軸に対応するライダーセンサの垂直軸に沿うように調整されていることを意味する。ここで説明する実施形態では、光送信ユニット２の光軸４は、ラインレーザによって送信されるレーザラインの中心に位置する。したがって、光送信ユニット２の光軸４は、光送信ユニット２の主送信方向である。

光受信ユニット５は、反射走査ビーム６を受信するように設けられている。光受信ユニット５は、好ましくは、ＳＰＡＤベースのセンサである。反射走査ビーム６は、送信された走査ビーム３の反射された部分であり、この部分はライダーセンサの周辺で反射してライダーセンサに戻ったものである。光受信ユニットは、光受信ユニットの光軸に沿った向きの主受信方向を有する。光受信ユニット５は、受信光信号、ここでは反射走査ビーム６を電気信号に変換する光センサである。光受信ユニット５は、例えばフォトセンサである。光受信ユニット５の光軸７の位置は、光受信ユニット５の主受信方向に対応している。この実施形態では、光受信ユニットの前面側にレンズが配置されている。レンズは、例えば、凸レンズまたは凹レンズである。光受信ユニット５の光軸７は、光受信ユニット５の入力部に配置されたレンズの光軸に対応してる。

光送信ユニット２の光軸４および光受信ユニット５の光軸７は共に仮想的な軸であるにすぎず、ライダーセンサ１の構成要素ではないことに留意すべきである。光送信ユニット２および光受信ユニット５は、光送信ユニット２の光軸４が光受信ユニット５の光軸７と平行となるように配置されている。光送信ユニット２と光受信ユニット５とは互いに直に隣接して配置されている。図１の表示内容では、光軸４，７は、Ｘ方向およびＺ方向の双方で互いにオフセットされている。

偏向光学系８は、第１のミラー面９と第２のミラー面１０とを有する。第１のミラー面９は第１のミラーの表面であり、第２のミラー面１０は第２のミラーの表面である。これは、この実施形態では、偏向光学系８が、別々のミラー面９，１０を有する２つの別々のミラーを有することを意味する。他の実施形態では、ライダーセンサ１は、第１のミラー面９および第２のミラー面１０が共通のミラー上に配置されているように構成することもできる。

光送信ユニット２の光軸４は第１のミラー面９の方向を向き、光受信ユニット５の光軸７は第２のミラー面１０の方向を向いている。これは、偏向光学系８によってライダーセンサの光送信路および光受信路が偏向されることを意味する。このようにして、光送信ユニット２によって送信された走査ビーム３は、第１のミラー面９で反射されて走査ユニット１１に投射される。これに対応して、走査ユニット１１から受信された反射走査ビーム６は、第２のミラー面１０で反射されて光受信ユニット５に投射される。光送信ユニット２は、ライダーセンサ１の光路上で光受信ユニット５と共に偏向光学系８の共通の第１の側に配置されている。この場合、光路は光送信路と光受信路との組み合わせである。光送信ユニット２は、光受信ユニット５と共にライダーセンサ１の光路上で偏向光学系８の共通の第１の側に配置されていることにより、偏向光学系８を共通の方向から視ることとなる。これは、光送信ユニット２および光受信ユニット５の光軸４，７が、それぞれ関連する光送受信ユニット２，５から出発して追従し、次いで、共通の方向から偏向光学系８に到達することを意味する。特に、走査ビーム３の光路と反射走査ビームの光路とが偏向光学系８と光送信ユニット２または光受信ユニット５との間を互いに並列に進行する場合、すなわち、両者が光送信ユニット２の光軸４に垂直な面、または光受信ユニット５の光軸７に垂直な面と交差する場合には、共通の方向とみなされるべきである。

走査ユニット１１は、ライダーセンサ１の光路に配置されており、偏向光学系８の第２の側に配置されている。したがって、ライダーセンサ１の光路は、光送信ユニット２および光受信ユニット５から偏向光学系８を介して走査ユニット１１に到達し、そこから観測窓１４を介してライダーセンサ１の周辺に至る。この実施形態では、走査ユニット１１は、２つの個々の回転ミラー、ここでは第１の回転ミラー１１ａおよび第２の回転ミラー１１ｂを備える回転ミラーシステムである。走査ユニット１１の回転ミラー１１ａ，１１ｂは回転軸１２を中心として回転する。この場合、回転ミラー１１ａ，１１ｂは回転軸１２と平行となるように配置されている。走査ユニット１１の回転ミラーシステムの回転により、走査ビーム３は、複数の異なる方向に、例えば−６０°〜＋６０°の角度範囲で送信されて１２０°の視野をカバーする。走査ユニット１１の回転ミラーシステムの回転ミラー１１ａ，１１ｂの位置に応じて、反射走査ビーム６は、走査ビーム３が送信された領域と同じ領域から受信されるので、走査ビーム３は物体で散乱されたものである。

第１のミラー、つまり第１のミラー面９は、光送信ユニット２の光軸４と第１のミラー面９との間に４５°未満の入射角αが生じるように、光送信ユニット２の前方に配置されている。代替的な実施形態では、入射角αは４５°に等しい。同様に、第２のミラーの第２のミラー面１０は、光受信ユニット５の光軸７と第２のミラー面１０との間の入射角βが４５°未満となるように、光受信ユニット５の前方に配置されている。代替的な実施形態では、入射角βは４５°に等しい。したがって、走査ビーム３および反射走査ビーム６は、偏向光学系８によって９０°未満の角度だけ偏向することが図１から分かる。これにより、走査ユニット１１を光軸４，７の方向に光送信ユニット２および／または光受信ユニット５の方向にずらすことができる。これにより、ミラー面１４を光送信ユニット２および光受信ユニット５に近づけることができ、特に小型のライダーセンサ１を実現することができる。言い換えれば、これは、第１のミラー面９のうちの光送信ユニット２も配置された側において光送信ユニット２の光軸４が第１のミラー面９に到達する点を起点として、走査ユニットの回転軸１２が光送信ユニット２の光軸４の方向に沿って配置されていることを意味する。これは、同時に、第２のミラー面１０のうちの光受信ユニットも配置される側において光受信ユニット５の光軸７が第２のミラー面１０に到達する点を起点として、走査ユニット１１の回転軸１２が光受信ユニットの光軸７の方向に沿って配置されていることを意味する。

光送信ユニット２の光軸４および光受信ユニット５の光軸７は、走査ユニット１１の回転面と平行となるように配置されている。走査ユニット１１の回転面は走査ユニット１１の回転軸１２に垂直であり、図１では、ＸＹ平面に平行な面に相当する。走査ユニット１１および光送信ユニット２は、ライダーセンサ１の垂直軸、ひいては回転軸１２に沿って、ライダーセンサ１内の同一平面上に配置されている。走査ユニット１１および光受信ユニット５は、ライダーセンサ１の垂直軸、ひいては回転軸１２に沿って、ライダーセンサ１の同一平面上に配置されている。この場合、光送信ユニット２は回転軸１２に沿って光受信ユニット５の上方に配置され、走査ユニット１１は、光送信ユニット２および光受信ユニット５の双方に隣接して配置されている。

ライダーセンサ１の光送信路と光受信路とは、少なくとも走査ユニット１１と偏向光学系８との間で互いに交差している。これは、送信された走査ビーム３および受信された走査ビーム６が、走査ユニット１１と偏向光学系８との間でライダーセンサ１の共通の空間領域を通過することを意味する。これに関しては、図２を参照されたい。

図２は、ライダーセンサ１の光路の概略図である。ライダーセンサ１の光路は展開されており、ライダーセンサ１の光送信路と光受信路とが交差していることを示している。走査ビーム３は、光送信ユニット２から発して第１のミラー面９に投射され、そこから走査ユニット１１、特に走査ユニット１１の回転ミラー１１ａ，１１ｂのいずれか一方に投射されることが分かる。走査ユニット１１から発した走査ビーム３は、観測窓１４を介してライダーセンサ１の周辺に放射される。

さらに、反射走査ビーム６は、走査ユニット１１から第２のミラー面１０に投射され、そこから光受信ユニット５に投射されることも分かる。走査ビーム３および反射走査ビーム６は、走査ユニット１１における回転ミラーシステムのミラーの同一領域を利用していることが分かる。偏向光学系８と走査ユニット１１との間で、走査ビーム３および反射走査ビーム６は、ライダーセンサ１内の同一領域を通過する。したがって、光送信路すなわち走査ビーム３の通過領域と、光受信路すなわち反射走査ビーム６の通過領域とは交差する。

走査ビーム３がたどる経路である光伝送経路と、反射走査ビーム６がたどる経路である光受信経路とは、いずれもさらなる光学素子、特にレンズを含むことができることに留意すべきである。例えば、図１では、第１のレンズ１７および第２のレンズ１８が光送信路に配置されている。この場合、第１のレンズ１７は、偏向光学系８と光送信ユニット２との間に配置されており、第２のレンズ１８は、偏向光学系８と走査ユニット１１との間に配置されている。さらなる実施形態では、例えば、第２のレンズ１８のみが、例えば、図２に示されるようにライダーセンサ１に配置されていることに留意すべきである。光送信ユニット２および光受信ユニット５はいずれもさらにレンズを含むこともでき、例えば図２に示されるように、光受信ユニット５が集光レンズまたは受光レンズ１９を含む。この場合、１つ以上のレンズを、ライダーセンサ１の光路上で偏向光学系８の前側または後側に配置してもよく、したがって光送信路または光受信路のいずれかに配置してもよい。

図２は、送受信領域の交差点を示す。第２のレンズ１８と、その下に配置された「受光偏向ミラー」とも呼ばれる第２のミラーの面上には、受信アパーチャが位置している。この面からフロントガラスまで、垂直方向の入射角が最大となる領域を確保する必要がある。交差により、光受信ユニット５の下端から光送信ユニット２の上端までの領域のみが関連している。分離されるべき経路を有するシステムでは、送信機は、フロントガラス上の送信機下端がフロントガラス上の受信機上端よりも上方に位置するように、上方に大きく移動する必要がある。

光受信ユニット５に対向する光送信ユニット２の配置は、再び図３に詳細に示されている。図３は、図１により分かるライダーセンサ１を第２の視点から示すものであり、ＸＺ平面が示されている。光送信ユニット２の光軸４は、走査ユニット１１の回転軸１２の方向に、光受信ユニット５の光軸７からオフセットされている。したがって、図３の光送信ユニット２は光受信ユニット５の上方に配置されており、光送信ユニット２および光受信ユニット５はいずれも走査ユニット１１に隣接して配置されている。

同時に、光送信ユニット２の光軸４と走査ユニット１１の回転軸１２との間の最小距離は、光受信ユニット５の光軸７と走査ユニット１１の回転軸１２との間の最小距離に等しくない。換言すれば、これは、光送信ユニット２が光受信ユニット５よりも走査ユニット１１から遠く離れていることを意味する。したがって、光送信ユニット２および光受信ユニット５は、ライダーセンサ１のＸＺ平面上で互いにオフセットして配置されている。このように、特に、光送信ユニットおよび光受信ユニット５が円筒形状または少なくとも実質的に円筒形状を有する場合には、全体として必要とされる全体の高さは、光送信ユニット２の共通の高さに光受信ユニット５の高さを加えたものよりも小さいので、ライダーセンサ１のハウジング１５内の設置スペースを最適に使用することができる。

また、図３は、ライダーセンサ１を正面から視た図を示す。受信側の偏向ミラー、すなわち第２のミラーを使用することによって、比較的大きな受光レンズ１９と干渉することなしに、レンズ系を受信アパーチャの極めて近くに移動させることができる。全体の幅および全体の高さの両方を最適化することができるように、受光レンズ１９の上方に横方向にレーザを配置することができる。

ライダーセンサ１は、オプションとして、ライダーセンサ１の観測窓１４をクリーニングするように設けられたクリーニングユニット１３を有し、クリーニングユニット１３は、光送信ユニット２および光受信ユニット５からみて偏向光学系８の後方に配置されている。放射された走査ビーム３が偏向光学系８で偏向することにより、光送信ユニット２からみて偏向光学系８の後方に、走査過程中に走査ビーム３が通過しないデッドスペースが生じる。したがって、クリーニングユニット１３、特に拭取りユニットが、必要とされない場合に配置できる駐留位置をその領域に確保することができると有利である。

オプションとして、ライダーセンサ１の視野内の観測範囲は可変である。ライダーセンサ１の観測範囲は、視野の中央領域よりも視野の側方領域において小さい。側方領域は、特に、視野の水平方向における側方領域である。

図４は、本発明のさらなる実施形態によるライダーセンサ１を示す。本発明のさらなる実施形態は、実質的に上述の本発明の実施形態に対応する。上述の実施形態と同様に、ライダーセンサ１は、観測窓１４を有するハウジング１５を備える。走査ビーム３は、観測窓１４を介してライダーセンサ１の周辺に放射される。しかしながら、この場合、観測窓１４は、走査ユニット１１の回転軸１２を取り囲む方向に湾曲した曲率を有するように形成されている。回転軸１２は、必ずしも曲率中心にある必要はない。走査ユニット１１もしくは観測窓１４は、走査ユニット１１の回転範囲１６が観測窓１４の曲率内に位置する空間に延在するように互いに対向して配置されている。したがって、観測窓１４の外端部同士を結ぶ線が走査ユニット１１の回転範囲１６と交差することが分かる。

本発明によるライダーセンサ１は、送信経路および受信経路を互いに交差させるために、ＳＰＡＤベースに組み込まれた受信機の短い回復時間を利用する。これによりかなりのスペースが節約される。さらに、アパーチャは、幅の狭い矩形状に形成されている。送信アパーチャおよび受信アパーチャは、同じ幅を有する。

走査ユニット１１のミラーの幅を最適化するために、主光軸はライダーセンサ１のＹ軸から所定の角度だけ回転させられる。回転ミラー１１ａ，１１ｂの幅は、アパーチャ幅／ｓｉｎ（入射角）である。入射角は、最大水平走査角および主軸の回転によって定められる。

主軸の回転を可能にし、ライダーセンサ１の幅を最小にするために、送受信ユニット２，５の光軸４，７はＸ軸方向となるように設計されている。固定の偏向ミラーによって、光送受信ユニット２，５のそれぞれから主光軸への偏向がなされる。

送信アパーチャの高さを最適化するために、最終段の（散乱）レンズは、受信機の偏向ミラー、すなわち第２のミラーと適合するように位置する。オプションとして、共通の偏向ミラーを送信機および受信機に使用することもできる。しかしながら、これにより、送信領域と受信領域との間に比較的大きい間隔が生ずることとなる。したがって、光送信ユニット２は、光受信ユニット５の中心軸のわずかに側方に配置されている。

フロントガラスおよび観測窓１４の方向のビーム経路をできるだけ妨害しないようにするために、走査ユニット１１のミラー用の角度センサは、ハウジング壁に極めて近接して配置される。ライダーセンサ１の高さを最適化するために、コーナ部での観測範囲（大きな水平方向および垂直方向の開口角）が少し狭くなることが許容される。

送信用および受信用の偏向ミラー、すなわち偏向光学系８の第１および第２のミラーの配置は、ライダーセンサ１の視野に入らないフロントガラスの一領域があることを意味する。この領域にワイパーを駐留させることができ、オプションのガラス用ヒーターをこの領域に接触させることができる。

上記実施形態のライダーセンサは、例えば、以下の特徴を有する：
・水平視野角１２０°
・垂直視野角２１°
・水平方向発散量＜＋−０．１°
・アパーチャ幅１６ｍｍ、
・主光軸の回転６°
・送信機側アパーチャ高さ３４ｍｍ
・受信機側アパーチャ高さ２８ｍｍ
・受信アパーチャの上端から送信アパーチャの下端までの間隔２ｍｍ
・フロントスクリーン（光学的に透明な領域）の高さ９４ｍｍ

上記の開示に加えて、図１〜図４の開示が明確に参照される。

１ ライダーセンサ
２ 光送信ユニット
３ 走査ビーム
４ 光軸
５ 光受信ユニット
６ 走査ビーム
７ 光軸
８ 偏向光学系
９ 第１のミラー面
１０ 第２のミラー面
１１ 走査ユニット
１２ 回転軸
１３ クリーニングユニット
１４ ミラー面
１４ 観測窓
１５ ハウジング
１６ 回転範囲
１７ 第１のレンズ
１８ 第２のレンズ
１９ 受光レンズ
１１ａ，１１ｂ 回転ミラー

Claims (11)

1. ライダーセンサ（１）であって、
   自己（２）の光軸（４）の方向に走査ビーム（３）を送信するように設けられた光送信ユニット（２）と、
   前記走査ビーム（３）が前記ライダーセンサ（１）の周辺で反射された後に、反射走査ビーム（６）を受信するように設けられており、自己（５）の光軸（７）に沿った向きの主受信方向を有する光受信ユニット（５）と、
   第１のミラー面（９）および第２のミラー面（１０）を有する偏向光学系（８）であって、前記光送信ユニット（２）の光軸（４）が前記第１のミラー面（９）の方向を向き、前記光受信ユニット（５）の光軸（７）が前記第２のミラー面（１０）の方向を向き、前記ライダーセンサ（１）の光路上で前記光送信ユニット（２）が前記光受信ユニット（２）と共に当該偏向光学系（８）の共通の第１の側に配置されている、偏向光学系（８）と、
   前記ライダーセンサ（１）の光路上で前記偏向光学系（８）の第２の側に配置された走査ユニット（１１）であって、前記偏向光学系（８）によって反射された走査ビーム（３）を複数の異なる方向に偏向させて前記ライダーセンサ（１）の周辺を前記走査ビーム（３）で走査し、反射走査ビーム（６）を偏向させて前記偏向光学系（８）に戻すように設けられている走査ユニット（１１）と
   を備えるライダーセンサ（１）。
2. 請求項１に記載のライダーセンサ（１）であって、前記光送信ユニット（２）の前記光軸（４）が、前記光受信ユニット（５）の前記光軸（７）に平行である、ライダーセンサ（１）。
3. 請求項１または２に記載のライダーセンサ（１）であって、
   前記光送信ユニット（２）の前記光軸（４）と前記第１のミラー面（９）との間の入射角（α）が４５度以下であり、かつ／または、
   前記光受信ユニット（５）の前記光軸（７）と前記第２のミラー面（１０）との間の入射角（β）が４５度以下である、ライダーセンサ（１）。
4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載のライダーセンサ（１）であって、前記光送信ユニット（２）の前記光軸（４）および／または前記光受信ユニット（５）の前記光軸（７）が、前記走査ユニット（１１）の回転面と平行となるように配置されている、ライダーセンサ（１）。
5. 請求項１から４までのいずれか１項に記載のライダーセンサ（１）であって、
   前記光送信ユニット（２）がラインレーザであり、該ラインレーザのレーザラインが前記走査ユニット（１１）の回転軸（１２）と平行となるように配置されている、ライダーセンサ（１）。
6. 請求項１から５までのいずれか１項に記載のライダーセンサ（１）であって、前記ライダーセンサ（１）の送信経路と受信経路とが、前記走査ユニット（１１）と前記偏向光学系（８）との間で互いに交差している、ライダーセンサ（１）。
7. 請求項１から６までのいずれか１項に記載のライダーセンサ（１）であって、前記光送信ユニット（２）の前記光軸（４）が、前記走査ユニット（１１）の回転軸（１２）の方向に、前記光受信ユニット（５）の前記光軸（７）からオフセットされている、ライダーセンサ（１）。
8. 請求項１から７までのいずれか１項に記載のライダーセンサ（１）であって、前記光送信ユニット（２）の前記光軸（４）と前記走査ユニット（１１）の回転軸（１２）との最小間隔が、前記光受信ユニット（５）の前記光軸（７）と前記走査ユニット（１１）の回転軸（１２）との最小間隔に等しくない、ライダーセンサ（１）。
9. 請求項１から８までのいずれか１項に記載のライダーセンサ（１）であって、
   前記ライダーセンサ（１）の観測窓（１４）をクリーニングするように設けられたクリーニングユニット（１３）を備え、
   該クリーニングユニット（１３）が、前記光送信ユニット（２）および前記光受信ユニット（５）からみて前記偏向光学系（８）の後方に配置されている、ライダーセンサ（１）。
10. 請求項１から９までのいずれか１項に記載のライダーセンサ（１）であって、
    観測窓（１４）を有するハウジング（１５）を備え、
    前記走査ビームは前記観測窓を介して前記ライダーセンサ（１）の周辺に放射され、前記観測窓（１４）は曲率を有し、前記走査ユニット（１１）の回転軸（１２）は、前記観測窓（１４）の曲率内に位置する空間に前記走査ユニット（１１）の回転範囲（１６）が延在するように配置されている、ライダーセンサ（１）
11. 請求項１から１０までのいずれか１項に記載のライダーセンサ（１）であって、前記ライダーセンサ（１）の視野全体における観測範囲が可変であり、特に、前記ライダーセンサ（１）の観測範囲が前記視野の中央領域よりも前記視野の側方領域において小さい、ライダーセンサ（１）。

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