JP6849680B2 - 目標視野を有する三次元lidarシステム - Google Patents
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Description
101 下部ハウジング
102 上部ハウジング
103 ドーム状シェル要素
104 回転の中心軸
105 複数の光ビーム
106 ビーム
107 XY平面上の位置
108 円形軌跡
110 固定電子基板
111 回転電子基板
112 発光・集光エンジン
113 光検出素子アレイ
113A 個別の光検出素子
114 発光素子アレイ
114A 個別の発光素子
115 照明光学系
116 集光光学系
116A レンズ素子
116B レンズ素子
116C レンズ素子
116D レンズ素子
117 112の中心光軸
118 集光された光
121 中間電子基板
122 中間電子基板
123 中間電子基板
124 ミラー
130 パルス照射システム、電子基板
131 光検出素子、電気エネルギー源
132 オーバーモールドレンズ、電気エネルギー蓄積素子
136 パルス電気信号、電流信号
137 パルス発光素子
138 特定位置
140 制御装置
141 発光素子
142 レンズ素子
144 アナログ/デジタル変換器
145 イネーブル/ディスエーブル信号
150 光検出システム
151 出力信号
152 アナログ相互インピーダンス増幅器
153 増幅信号、アナログ信号
155 光検出素子
161 パルス発射信号
162 インデックス信号
163 戻り信号
Claims (18)
- 光検出及び測距(LIDAR)装置であって、前記装置は、
回転軸の周りを回転するように構成された発光・集光エンジン及び計算システムを有し、
前記発光・集光エンジンは、
前記LIDAR装置から照射光ビームを前記回転軸に対して異なる角度にそれぞれ出射するのに適した複数の発光素子であって、前記複数の発光素子の少なくとも1つは、前記回転軸と平行、又はほぼ平行な照射光ビームを出射するように構成されており、前記発光・集光エンジンから出射された各照射光ビームは、照射光の測定パルスにより三次元環境内の異なる位置を照射する、前記複数の発光素子と、
前記複数の発光素子の1つとそれぞれが対応する複数の光検出素子であって、前記複数の光検出素子のそれぞれが、対応する照射光ビームによってそれぞれ照射された前記三次元環境内の異なる位置のそれぞれから反射された前記測定パルスの量を検出するのに適しており、検出された光量を示す出力信号を発生する、複数の光検出素子と、
前記回転軸に対して平行に配置された平面を有し、前記複数の発光素子及び前記複数の光検出素子の間に配置された中間基板であって、前記中間基板が、照射光による検出された光の汚染を回避するように構成される、中間基板と、
を有し、
前記計算システムは、検出された光量を示す前記出力信号を受信し、前記出力信号をデジタル信号に変換し、前記デジタル信号に基づいて前記LIDAR装置から前記三次元環境内の特定位置そして前記特定位置から前記LIDAR装置に戻るまでの前記測定パルスの飛行時間を決定するように構成される、ことを特徴とするLIDAR装置。 - 光検出及び測距(LIDAR)装置であって、前記装置は、
回転軸の周りを回転するように構成された発光・集光エンジン及び計算システムを有し、
前記発光・集光エンジンは、
前記LIDAR装置から照射光ビームを前記回転軸に対して異なる角度にそれぞれ出射する複数の発光素子であって、前記複数の発光素子の少なくとも1つは、前記回転軸と平行、又はほぼ平行な照射光ビームを出射するように構成されており、前記発光・集光エンジンから出射された各照射光ビームは、照射光の測定パルスにより三次元環境内の異なる位置を照射する、前記複数の発光素子と、
前記複数の発光素子の1つとそれぞれが対応する複数の光検出素子であって、前記複数の光検出素子のそれぞれが、対応する照射光ビームによってそれぞれ照射された前記三次元環境内の異なる位置のそれぞれから反射された前記測定パルスの量を検出し、検出された光量を示す出力信号を発生する、複数の光検出素子と、
を有し、
前記計算システムは、検出された光量を示す前記出力信号を受信し、前記出力信号をデジタル信号に変換し、前記デジタル信号に基づいて前記LIDAR装置から前記三次元環境内の特定位置そして前記特定位置から前記LIDAR装置に戻るまでの前記測定パルスの飛行時間を決定するように構成され、
前記LIDAR装置がさらに、
LIDAR測定が実行される物体に固定可能なハウジングと、
前記ハウジングに機械的に結合された固定電子基板と、
前記回転軸に対して垂直に配置された平坦面を有する回転電子基板であって、前記回転電子基板が前記発光・集光エンジンとともに回転し、電力及び電子信号が前記固定電子基板及び前記回転電子基板の間で通信される、前記回転電子基板と、
各中間電子基板の平坦面が前記回転電子基板の平坦面に対して垂直に配向されているように、それぞれが前記回転電子基板に結合されている2つ以上の前記中間電子基板であって、2つ以上の前記中間電子基板が前記発光・集光エンジンに機械的及び電気的に結合されている、2つ以上の前記中間電子基板と、
を有し、
第3の中間電子基板が、前記LIDAR装置の照明光学サブシステムの1つ以上のレンズ素子及び前記LIDAR装置の集光光学サブシステムの1つ以上のレンズ素子に機械的に結合し、前記第3の中間電子基板が、前記照明光学サブシステムを前記集光光学サブシステムから空間的に分離し、光学的に覆い隠すことを特徴とするLIDAR装置。 - 2つ以上の前記中間電子基板の第1の中間電子基板が前記複数の発光素子のそれぞれと機械的及び電気的に結合し、そして、2つ以上の前記中間電子基板の第2の中間電子基板が前記複数の光検出素子のそれぞれと機械的及び電気的に結合することを特徴とする請求項2に記載のLIDAR装置。
- 前記LIDAR装置がさらに、
前記複数の発光素子から出射された光ビームをコリメートするように構成された照明光学サブシステムと、
前記複数の光検出素子のそれぞれの光検出素子上に集光された光を集束するように構成された集光光学サブシステムと、
を有することを特徴とする請求項1に記載のLIDAR装置。 - 前記集光光学サブシステムの1つ以上の光学素子が、所定の波長範囲外の光を少なくとも50%吸収する1つ以上の材料から構成され、前記所定の波長範囲には、前記複数の発光素子のそれぞれにより出射された光の波長が含まれることを特徴とする請求項4に記載のLIDAR装置。
- 前記照明光学サブシステムの1つ以上のレンズ素子が、前記複数の発光素子のそれぞれから出射された光の強度分布を平坦化するように構成されることを特徴とする請求項4に記載のLIDAR装置。
- 前記1つ以上のレンズ素子は回折光学素子を含むことを特徴とする請求項6に記載のLIDAR装置。
- 前記LIDAR装置がさらに、それぞれが前記複数の光検出素子の1つに固定的に結合された複数のオーバーモールドレンズを有することを特徴とする請求項1に記載のLIDAR装置。
- 前記複数のオーバーモールドレンズの1つ以上がドーム状レンズ又は複合放物面集光器(CPC)であることを特徴とする請求項8に記載のLIDAR装置。
- 前記複数の発光素子の2つ以上が、同時に発光するように構成されることを特徴とする請求項1に記載のLIDAR装置。
- 前記複数の発光素子の2つ以上が、連続的に発光するように構成されることを特徴とする請求項1に記載のLIDAR装置。
- 前記複数の発光素子の2つ以上から成る第1のグループが実質的に同時に発光するように作動され、そして、プログラムされた期間経過後、前記複数の発光素子の2つ以上から成る第2のグループが実質的に同時に発光するように作動されることを特徴とする請求項2に記載のLIDAR装置。
- 光検出及び測距(LIDAR)装置であって、前記装置は、
回転軸の周りを回転するように構成された発光・集光エンジン、回転電子基板、2つ以上の中間電子基板、及び中間基板を有し、
前記発光・集光エンジンは、
前記LIDAR装置から照射光ビームを前記回転軸に対して異なる角度にそれぞれ出射するのに適した複数の発光素子であって、前記複数の発光素子の少なくとも1つは、前記回転軸と平行、又はほぼ平行な照射光ビームを出射するように構成されており、前記発光・集光エンジンから出射された各照射光ビームは、照射光の測定パルスにより三次元環境内の異なる位置を照射する、前記複数の発光素子と、
前記複数の発光素子の1つとそれぞれが対応する複数の光検出素子であって、前記複数の光検出素子のそれぞれが、対応する照射光ビームによってそれぞれ照射された前記三次元環境内の異なる位置のそれぞれから反射された前記測定パルスの量を検出するのに適しており、検出された光量を示す出力信号を発生する、複数の光検出素子と、
を有し、
前記回転電子基板は、前記回転軸に対して垂直に配置された平坦面を有し、前記回転電子基板は、前記発光・集光エンジンとともに回転し、
2つ以上の前記中間電子基板はそれぞれ、前記中間電子基板のそれぞれの平坦面が前記回転電子基板の平坦面に対して垂直に配向されているように、前記回転電子基板に結合され、2つ以上の前記中間電子基板が、前記発光・集光エンジンに機械的及び電気的に結合し、
前記中間基板が、前記回転軸に対して平行に配置された平面を有し、前記複数の発光素子及び前記複数の光検出素子の間に配置され、照射光による検出された光の汚染を回避するように構成される、ことを特徴とするLIDAR装置。 - 光検出及び測距(LIDAR)装置であって、前記装置は、
回転軸の周りを回転するように構成された発光・集光エンジン、回転電子基板及び2つ以上の中間電子基板を有し、
前記発光・集光エンジンは、
前記LIDAR装置から照射光ビームを前記回転軸に対して異なる角度にそれぞれ出射する複数の発光素子であって、前記複数の発光素子の少なくとも1つは、前記回転軸と平行、又はほぼ平行な照射光ビームを出射するように構成されており、前記発光・集光エンジンから出射された各照射光ビームは、照射光の測定パルスにより三次元環境内の異なる位置を照射する、前記複数の発光素子と、
前記複数の発光素子の1つとそれぞれが対応する複数の光検出素子であって、前記複数の光検出素子のそれぞれが、対応する照射光ビームによってそれぞれ照射された前記三次元環境内の異なる位置のそれぞれから反射された前記測定パルスの量を検出し、検出された光量を示す出力信号を発生する、複数の光検出素子と、
を有し、
前記回転電子基板は、前記回転軸に対して垂直に配置された平坦面を有し、前記回転電子基板は、前記発光・集光エンジンとともに回転し、
2つ以上の前記中間電子基板はそれぞれ、前記中間電子基板のそれぞれの平坦面が前記回転電子基板の平坦面に対して垂直に配向されているように、前記回転電子基板に結合され、2つ以上の前記中間電子基板が、前記発光・集光エンジンに機械的及び電気的に結合し、
2つ以上の前記中間電子基板の第3の中間電子基板が、前記LIDAR装置の照明光学サブシステムの1つ以上のレンズ素子及び前記LIDAR装置の集光光学サブシステムの1つ以上のレンズ素子に機械的に結合し、前記第3の中間電子基板が、前記照明光学サブシステムを前記集光光学サブシステムから空間的に分離し、光学的に覆い隠すことを特徴とするLIDAR装置。 - 前記LIDAR装置がさらに、
前記複数の光検出素子のそれぞれの光検出素子上に集光された光を集束するように構成された集光光学サブシステムを有し、
前記集光光学サブシステムの1つ以上の光学素子が、所定の波長範囲外の光を少なくとも50%吸収する1つ以上の材料から構成され、前記所定の波長範囲には、前記複数の発光素子のそれぞれにより出射された光の波長が含まれることを特徴とする請求項13に記載のLIDAR装置。 - 前記LIDAR装置がさらに、
前記複数の発光素子から出射された光ビームをコリメートするように構成された照明光学サブシステムを有し、
前記照明光学サブシステムの1つ以上のレンズ素子が、前記複数の発光素子のそれぞれから出射された光の強度分布を平坦化するように構成されることを特徴とする請求項13に記載のLIDAR装置。 - LIDAR装置の複数の発光素子により、回転軸を含む角度範囲にわたって、三次元環境内に複数の照射光ビームを出射し、前記複数の照射光ビームがそれぞれ、照射光の測定パルスによって三次元環境内の異なる位置を照射し、
複数の光検出素子により、前記複数の照射光ビームにより照射された三次元環境内の異なる位置のそれぞれから反射された複数の前記測定パルスを検出し、
前記回転軸に対して平行に配置された平面を有し、前記複数の発光素子及び前記複数の光検出素子の間に配置された中間基板を使用して、照射光による検出された光の汚染を防止し、
反射された複数の前記測定パルスの1つをそれぞれが示す複数の出力信号を発生し、
前記複数の出力信号のそれぞれをデジタル信号に変換し、
前記デジタル信号のそれぞれに基づいて前記LIDAR装置から前記三次元環境内のそれぞれの特定位置そしてそれぞれの前記特定位置から前記LIDAR装置に戻るまでのそれぞれの前記測定パルスの飛行時間を決定することを特徴とする方法。 - さらに、前記複数の発光素子のそれぞれから出射された光の強度分布を平坦化することを特徴とする請求項17に記載の方法。
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