JP7465834B2 - 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 (23)
- 光検出及び測距(LIDAR)装置であって、前記装置は、
回転軸に対して垂直に配置された回転基板と、
前記回転基板に対して垂直に配向された電子基板と、
前記電子基板に取り付けられ、前記回転軸の周りを回転するように構成された複数の発光素子であって、前記複数の発光素子のそれぞれが前記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出射するように構成された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と、
前記LIDAR装置の照明光学サブシステムと、
前記LIDAR装置の集光光学サブシステムと、
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、光学的に覆い隠す中間電子基板と、
を有することを特徴とするLIDAR装置。 - 前記照明光学サブシステムは、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、
前記集光光学サブシステムは、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2に記載のLIDAR装置。
- 前記照明光学サブシステムのレンズ素子が、前記複数の発光素子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2に記載のLIDAR装置。
- 前記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4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6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1に記載のLIDAR装置。
- 光検出及び測距(LIDAR)装置の発光・集光エンジンであって、前記エンジンは、
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と、
中間電子基板が前記回転電子基板の平坦面に対して垂直に配向されるように前記回転電子基板に結合された前記中間電子基板と、
前記回転軸の周りを回転するように構成された前記中間電子基板に取り付けられ、照射光ビームを前記回転軸に対して異なる角度に出射するように構成され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つが前記回転軸と実質的に平行な照射光ビームを出射するように構成された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ように構成された前記複数の光検出素子と、
を有し、
第2の中間電子基板が、光検出及び測距(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2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発光・集光エンジン。 - 前記発光・集光エンジンがさらに、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11に記載の発光・集光エンジン。
- 前記発光・集光エンジンがさらに、
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11に記載の発光・集光エンジン。 - 前記発光・集光エンジンがさらに、
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11に記載の発光・集光エンジン。 - 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12に記載の発光・集光エンジン。
- 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11に記載の発光・集光エンジン。
- 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11に記載の発光・集光エンジン。
- LIDAR装置の制御装置により、前記LIDAR装置の送信機に複数の発射信号を提供し、前記LIDAR装置の複数の発光素子による複数の照射光ビームの出射のタイミングを制御し、
方向範囲にわたって測定される三次元環境内に前記LIDAR装置から前記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で前記三次元環境内の異なる位置を照射し、前記LIDAR装置が、回転軸に対して垂直に配置された回転基板と、前記回転基板に対して垂直に配向された電子基板と、を有し、前記複数の発光素子が前記電子基板に取り付けられ、
前記LIDAR装置の前記制御装置により、前記LIDAR装置の受信機に複数のインデックス信号を提供し、前記複数の発光素子の1つにそれぞれ対応する複数の光検出素子によるデータ取得の為の複数の測定窓のタイミングを制御し、前記複数のインデックス信号のそれぞれは前記複数の発射信号の対応する1つの発射信号に対して期間により時間遅延しており、前記期間が、(i)前記LIDAR装置からの発光に関する信号通信遅延及び待機時間、並びに、(ii)集光と集光された光を示している信号発生に関する遅延、に基づいて決定され、
前記複数の発光素子の1つとそれぞれが対応する前記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複数の前記測定パルスを検出し、
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検出光への照射光の混入を防止し、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坦面を有し、
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18に記載の方法。
- さらに、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請求項18に記載の方法。
- 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、
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LIDAR装置がさらに、検出された光量を示す出力信号を受信し、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装置に戻るまでの測定パルスの飛行時間を決定するように構成された計算システム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LIDAR装置がさらに、
1)前記LIDAR装置の送信機に発射信号を提供し、特定の発光素子による特定の照射光ビームの出射のタイミングを制御し、2)前記LIDAR装置の受信機に対応するインデックス信号を提供し、対応する光検出素子によるデータ取得の為の測定窓のタイミングを制御するように構成された制御装置、
を有し、
前記インデックス信号は対応する前記発射信号に対して期間により時間遅延しており、前記期間が、(i)前記LIDAR装置からの発光に関する信号通信遅延及び待機時間、並びに、(ii)集光と集光された光を示している信号発生に関する遅延、に基づいて決定されることを特徴とする請求項1に記載のLIDAR装置。
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