特許 6833105 被検出物体に検出信号を提供する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6833105

(24)【登録日】2021年2月4日

(45)【発行日】2021年2月24日

(54)【発明の名称】被検出物体に検出信号を提供する方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/481 20060101AFI20210215BHJP

   G01S 17/32 20200101ALI20210215BHJP

   G02F 1/37 20060101ALI20210215BHJP

   G02F 1/39 20060101ALI20210215BHJP

【ＦＩ】

   G01S7/481 A

   G01S17/32

   G02F1/37

   G02F1/39

【請求項の数】11

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2020-507106(P2020-507106)

(86)(22)【出願日】2018年7月30日

(65)【公表番号】特表2020-530902(P2020-530902A)

(43)【公表日】2020年10月29日

(86)【国際出願番号】EP2018070589

(87)【国際公開番号】WO2019030041

(87)【国際公開日】20190214

【審査請求日】2020年3月27日

(31)【優先権主張番号】102017213729.0

(32)【優先日】2017年8月8日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】591245473

【氏名又は名称】ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100120112

【弁理士】

【氏名又は名称】中西 基晴

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(72)【発明者】

【氏名】デゲンフェルト−ショーンブルク，ペーター

(72)【発明者】

【氏名】ウターメーレン，ファビアン

(72)【発明者】

【氏名】ライディッヒ，シュテファン

【審査官】 渡辺 慶人

(56)【参考文献】

【文献】 特開平２−２２６０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−５３５６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０１７７１２８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００７６５０３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第７２８０１８６（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０００２３０７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第５２９１２６３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第４４１３９０５（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ ７／４８ − ７／５１

１７／００ − １７／９５

Ｇ０１Ｂ １１／００ − １１／３０

Ｇ０１Ｃ ３／００ − ３／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検出物体（７０）に検出信号を提供する方法であって、
− 第１の光学非線形３波プロセス（３０、３０ａ）によって、出力周波数（ｆ_{ｌａｓｅｒ}）を有する光源（１０）の光線から、異なる周波数（ｆ_ｏｂｊ、ｆ_ｒｅｆ）を有する少なくとも第１および第２の光線が生成され、
− 前記第１の光線は参照周波数（ｆ_ｒｅｆ）で検出され、
− 前記第２の光線は物体周波数（ｆ_ｏｂｊ）で放射され、物体（７０）での反射後に受光され、
− 前記出力周波数（ｆ_{ｌａｓｅｒ}）を有する光線と、前記物体周波数（ｆ_ｏｂｊ）を有する前記第２の光線とが重畳され、
− 前記出力周波数（ｆ_{ｌａｓｅｒ}）および前記物体周波数（ｆ_ｏｂｊ）を有する２つの重畳光線から、第２の光学非線形３波プロセス（３０、３０ｂ）によって、参照周波数（ｆ_ｒｅｆ）を有する参照光が生成され、
− 前記参照周波数（ｆ_ｒｅｆ）を有する前記第１の光線の検出と、前述の重畳に基づいた前記参照周波数（ｆ_ｒｅｆ）を有する前記参照光の変化の検出との間の時間差により、前記物体（７０）の距離（ｄ）を決定できるように検出信号が生成される、方法。

【請求項2】

前述の重畳に基づいて、参照周波数（ｆ_ｒｅｆ）を有する前記参照光の強度が変化し、特に増加する、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

被検出物体（７０）に検出信号を提供するためのセンサ装置（１）であって、
少なくとも１つの出力周波数（ｆ_{ｌａｓｅｒ}）を有する出力光を生成するための光源（１０）と、
前記出力光（ｆ_{ｌａｓｅｒ}）から、第１の光学非線形３波プロセスによって、異なる周波数（ｆ_ｏｂｊ、ｆ_ｒｅｆ）の少なくとも第１および第２の光線を生成するための第１の光線生成装置（３０、３０ａ）と、
放射され、物体（７０）で反射した後に受光される第２の光線（ｆ_ｏｂｊ）と、前記出力周波数（ｆ_{ｌａｓｅｒ}）を有する光線との重畳から、第２の光学非線形３波プロセスによって、参照周波数（ｆ_ｒｅｆ）を有する参照光を生成する第２の光線生成装置（３０、３０ｂ）と、
前記参照周波数（ｆ_ｒｅｆ）を有する前記第１の光線の検出と、前述の重畳に基づいた参照周波数（ｆ_ｒｅｆ）を有する前記参照光の変化の検出との間の時間差により、前記物体（７０）の距離（ｄ）を決定できるように検出信号を生成するよう構成された、光を検出するための検出装置（１００）と
を含む、センサ装置（１）。

【請求項4】

前記第１および／または第２の光線生成装置（３０ａ、３０ｂ）が、非線形光学結晶（３０）を含み、前記非線形光学結晶（３０）が、特に周期分極したリン酸チタニルカリウム、ニオブ酸リチウム、および／または定比タンタル酸リチウム、および／またはホウ酸バリウム、三ホウ酸リチウム、ホウ酸ビスマス、および／またはリン酸二水素カリウムから製造できる、請求項３に記載のセンサ装置。

【請求項5】

前記第１の光線生成装置（３０ａ、３０ｂ）が、自発的パラメトリック蛍光を用いて、前記第１の光学非線形３波プロセスを提供するように構成されている、請求項３〜４のいずれか一項に記載のセンサ装置。

【請求項6】

前記第２の光線生成装置（３０、３０ｂ）が、差周波発生を用いて前記第２の光学非線形３波プロセスを提供するように構成されている、請求項３〜５のいずれか一項に記載のセンサ装置。

【請求項7】

少なくとも前記第２の光線生成装置（３０ｂ）からの光線のために、ブラックシリコンから製造できる吸収体（９６）が配置されている、請求項３〜６のいずれか一項に記載のセンサ装置。

【請求項8】

前記第１の光線（ｆ_ｒｅｆ）を抑制し、前記第２の光線（ｆ_ｏｂｊ）を透過するように構成された周波数フィルタ（６６）、特にバンドパスフィルタを有する、物体で反射された光線を受光する受光装置（６７）が配置されている、請求項３〜７のいずれか一項に記載のセンサ装置。

【請求項9】

特に高周波数のクロック源によって制御されるデジタルカウンタ、および／または複数のデジタルゲートの直列回路を有する時間差測定装置（１１０）が、光パルスの生成時点（ｔ_０）と反射光の検出時点（ｔ_１）とが時間差を形成するように配置されている、請求項３〜８のいずれか一項に記載のセンサ装置。

【請求項10】

前記検出装置（１１０）が非線形検出特性を有する、請求項３〜９のいずれか一項に記載のセンサ装置。

【請求項11】

請求項３〜１０のいずれか一項に記載の少なくとも１つのセンサ装置を備えたＬＩＤＡＲスキャナ、特にマイクロスキャナであって、前記ＬＩＤＡＲスキャナが、前記第１の光線生成装置（３０、３０ａ）の光線を偏向するためのマイクロメカニカルミラーを有するＬＩＤＡＲスキャナ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被検出物体に検出信号を提供する方法に関する。
本発明は、同様に、被検出物体に検出信号を提供するためのセンサ装置にも関する。
本発明は、さらに、ＬｉＤＡＲスキャナ、特にマイクロスキャナにも関する。

【0002】

任意のセンサ装置に適用可能であるが、本発明は、ＬｉＤＡＲマクロスキャナに関連して説明される。

【背景技術】

【0003】

公知のＬｉＤＡＲマクロスキャナは、例えば、光源や検出器などの光学要素が配置されたロータを有する。他の公知のスキャナは、回転要素として光線偏向用のミラーを有するのみである。公知の方法では、パルス光源を用いて、例えばレーザの形態で光線を放射し、反射光に基づいて物体の距離を決定するために、物体での反射を検出する。このために、マクロスキャナは、送光光路および受光光路のいわゆる同軸配置を有することができ、反射光は、放射光学系の光路を介して導かれる。そして、受光機で光を十分に検出できるようにするために、光学部品、特に受光経路のミラーが、適切な大きさに選択される。２軸配置構成を使用する場合、レンズのサイズおよび倍率に基づいて、例えば太陽光または他の外部光源による光学雑音出力を低減するために、大きな検出器アレイが使用される。静的受光チャネルを備えた２軸配置構成は、通常、広い角度範囲から照射され、低い信号対雑音比、ひいては到達範囲を有する。

【0004】

消費者製品および自動車製品用のＬｉＤＡＲセンサ装置を設計する場合、目の安全性も重要である。
独国実用新案第２０２００９０１５１９４号明細書により、光送光機と、光を走査面に偏向する光偏向ユニットと、スキャナの視野内に存在する物体に放射される光に応じて受信信号を提供する受光機と、受信信号を評価し安全信号を提供する評価ユニットとを備えた、物体の走査面への進入について走査面を監視する安全スキャナが公知となり、光送光機は１２００ｎｍ〜１７００ｎｍの波長の光を送出する。

【0005】

独国特許出願公開第１０２００７０３２９９７号明細書により、異なる反射を認識できるようにするために、９００ｎｍと１５５０ｎｍの２つの波長を使用する道路特性を決定するレーザスキャナが公知となった。

【0006】

さらに、米国特許出願公開第２０１５／０１７７１２８号明細書により、２つの異なる波長を有する量子力学的状態の光子を使用したイメージング方法が公知になった。ここでは、供試材を照射するために第１の波長の光子が使用され、検出器に第２の波長の光子が供給され、光子は放射されないため、光路から分離される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】独国実用新案第２０２００９０１５１９４号明細書

【特許文献2】独国特許出願公開第１０２００７０３２９９７号明細書

【特許文献3】米国特許出願公開第２０１５／０１７７１２８号明細書

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0008】

一実施形態では、本発明は、被検出物体に検出信号を提供する方法を提供し、
− 第１の光学非線形３波プロセスによって、出力周波数を有する光源の光線から、異なる周波数を有する少なくとも第１および第２の光線が生成され、
− 第１の光線は参照周波数で検出され、
− 第２の光線は物体周波数で放射され、物体での反射後に受光され、
− 出力周波数を有する光線と物体周波数を有する第２の光線とが重畳され、
− 出力周波数および物体周波数を有する２つの重畳光線から、第２の光学非線形３波プロセスによって、参照周波数を有する参照光が生成され、
− 参照周波数を有する第１の光線の検出と、前述の重畳に基づいた参照周波数を有する参照光の変化の検出との間の時間差により、物体の距離を決定できるように検出信号が生成される。

【0009】

さらなる実施形態では、本発明は、被検出物体に検出信号を提供するためのセンサ装置であって、
少なくとも１つの出力周波数を有する出力光を生成するための光源と、
出力光から、第１の光学非線形３波プロセスによって、異なる周波数の少なくとも第１および第２の光線を生成するための第１の光線生成装置と、
放射され、物体で反射した後に受光される第２の光線と、出力周波数を有する光線との重畳から、第２の光学非線形３波プロセスによって、参照周波数を有する参照光を生成する第２の光線生成装置と、
参照周波数を有する第１の光線の検出と、前述の重畳に基づいた参照周波数を有する参照光の変化の検出との間の時間差により、物体の距離を決定できるように検出信号を生成するよう構成された、光を検出するための検出装置と
を含む、センサ装置を提供する。

【0010】

さらなる実施形態において、本発明は、請求項３から１０のいずれか一項に記載の少なくとも１つのセンサ装置を備えたＬｉＤＡＲスキャナ、特にマイクロスキャナを提供し、ＬｉＤＡＲスキャナは、第１の光線生成装置の光線を偏向するためのマイクロメカニカルミラーを有する。

【0011】

言い換えると、本発明の実施形態の少なくとも１つは、光源からの光を用いて、第１の光学非線形３波プロセスによって、異なる周波数を有する２つのさらなる光線、すなわち物体光および参照光が生成されるセンサ装置を提供する。物体光が被走査物体または対応する領域／範囲に送光される一方で、参照光は直接測定される。物体光が物体に当たると、これは少なくとも部分的に反射し、こうして物体光の反射した光が検出される。物体光の反射光は、光源の光線と共に重畳される。次に、被検出光線における変化は、第２の光学非線形３波プロセスによって生成される。ここで、参照光の最初の測定と、受光された物体光と参照光との重畳に基づいた参照周波数を有する参照光の割合の変化の検出との間の時間は、物体距離を決定するために使用できる。

【発明の効果】

【0012】

達成される利点の１つは、目の安全性を改善できることであり、特に検出器の設計とは関係なく送光出力を増加できる点である。別の利点は、完全に異なる雑音出力経路が使用されるため、感度が高い点である。別の利点は、例えばフラット検出器も２軸配置構成で使用できるため、柔軟性が向上する点である。別の利点は、同じ信号対雑音比でより小さな検出器または検出装置を使用できるため、設置スペースを削減できる点である。製造が複雑な、狭帯域で角度に依存しない波長フィルタを省略することができるため、より単純な波長フィルタも使用できる。

【0013】

「ブラックシリコン」という用語は、黒色シリコンと理解することができる。
「非線形３波プロセス」という用語は、最も広い意味で理解することができ、特に、説明、好ましくは請求項において、入力周波数を有する電磁波から出力周波数の異なる２つの電磁波を、または入力周波数の異なる２つの電磁波から、出力周波数を有する電磁波を生成するために、非線形光学効果が使用されるプロセスに関する。非線形光学効果の例は、周波数倍増またはカー効果である。

【0014】

本発明のさらなる特徴、利点およびさらなる実施形態を以下に説明するか、またはそれによって開示する。
有利な発展形態によれば、前述の重畳に基づいて、参照周波数を有する参照光の強度は変化し、特に強度は増加する。これにより、重畳時点を簡単かつ確実に検出できる。

【0015】

さらなる有利な発展形態によれば、第１および／または第２の光線生成装置は、非線形光学結晶を含む。これにより達成される利点の１つは、パラメトリック光学プロセスおよび／または非線形光学効果を、簡単かつ同時に確実な方法で提供できることである。

【0016】

さらなる有利な発展形態によれば、非線形光学結晶は、特に周期分極したリン酸チタニルカリウム、ニオブ酸リチウム、および／または定比タンタル酸リチウム、および／またはホウ酸バリウム、三ホウ酸リチウム、ホウ酸ビスマス、および／またはリン酸二水素カリウムから製造できる。このように、非線形光学結晶は、柔軟に製造することができる。

【0017】

さらなる有利な発展形態によれば、第１の光線生成装置は、自発的パラメトリック蛍光を用いて、第１の光学非線形３波プロセスを提供するように構成されている。これによって達成される利点の１つは、「ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｄｏｗｎ−ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ（パラメトリック下方変換）」という用語でも知られている、パラメトリック蛍光によって、簡単かつ同時に確実な方法で２つの光線を生成できることである。

【0018】

さらなる有利な発展形態によれば、第２の光線生成装置は、差周波発生を用いて第２の光学非線形３波プロセスを提供するように構成されている。このようにして達成される利点の１つは、「ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ（差周波発生）」という用語でも知られる差周波発生によって、簡単かつ同時に確実な方法で２つの光線を生成できる。

【0019】

さらに有利な発展形態によれば、光源はパルス光を生成するように構成されている。光パルスを使用すると、簡単な時間分解測定が可能である。
さらなる有利な発展形態によれば、光源は、パルス状の変調電流源によって制御可能である。したがって、光源は簡単な方法で制御できる。

【0020】

さらなる有利な発展形態によれば、検出装置は、フォトダイオード、特にアバランシェフォトダイオードおよび／またはＳＰＡＤダイオードを有する。したがって、簡単で同時に確実な検出装置を提供できる。ＳＰＡＤダイオードを使用すると、個々の光子を検出できる。これにより、低光度でも確実な検出が可能になる。

【0021】

さらなる有利な発展形態によれば、少なくとも第２の光線生成装置からの光線のための吸収体が配置されている。達成される利点の１つは、簡単かつ確実な方法で、第２の光線生成装置からの光線を弱められることである。同様に、レーザからの不要な光のための吸収体も配置できる。

【0022】

さらなる有利な発展形態によれば、吸収体はブラックシリコンから製造される。これにより、光を効果的に吸収できる。
さらなる有利な発展形態によれば、物体で反射された光線を受光する受光装置が配置されており、これは、第１の光線を抑制し、第２の光線を透過するように構成された周波数フィルタ、特にバンドパスフィルタを有する。考えられる利点は、外部光を確実に弱められることである。ここで、バンドパスフィルタは、第２の光線λ_１＋／−１０ｎｍ、特にλ_１＋／−５ｎｍ、好ましくはλ_１＋／−２．５ｎｍ、特にλ_１＋／−１．５ｎｍおよび／または好ましくはλ_１＋／−５％、特にλ_１＋／−２％、好ましくはλ_１＋／−１％の波長の光を透過させるように構成されている。

【0023】

さらなる有利な発展形態によれば、特に、高周波数のクロック源によって制御されるデジタルカウンタ、および／または複数のデジタルゲートの直列回路を有する時間差測定装置が、光パルスの生成時点と反射光の検出時点とが時間差を形成するように配置されている。これにより、パルスの放射と物体で反射した光パルスの入射との間の時間間隔の、特に確実な測定が可能になる。ここで、高周波とは、ＧＨｚ範囲、好ましくは１〜３００ＧＨｚ、特に５〜１００ＧＨｚの周波数として理解できる。

【0024】

さらなる有利な発展形態によれば、検出装置は非線形検出特性を有する。これにより、検出装置の過負荷が防止される。
さらなる有利な発展形態によれば、物体の距離を決定するための距離決定装置は、時間差測定装置によって算出された時間差に基づいて配置されている。したがって、算出された距離は、検出信号に直接符号化できる。

【0025】

本発明のさらなる重要な特徴および利点は、従属請求項、図面、およびそれに属する、図面を参照した図面の説明から生じる。
言うまでもなく、上述の特徴および以下でまだ説明されるべき特徴は、それぞれに示された組合せだけでなく、本発明の範囲から逸脱することなく、他の組合せまたは単独で使用することができる。

【0026】

本発明の好ましい実施例および実施形態は、図面に示され、以下の説明においてより詳述され、同じ参照番号は、同一または類似または機能的に同一の構成要素または要素を指す。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明の第１の実施形態にかかるセンサ装置を示す図である。

【図2】本発明の第２の実施形態にかかる検出装置の測定信号を示す図である。

【図3】本発明の第３の実施形態にかかるセンサ装置を示す図である。

【図4】本発明の第４の実施形態にかかる検出装置の参照信号を示す図である。

【図5】本発明の第５の実施形態にかかる方法ステップを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

図１は、本発明の第１の実施形態にかかるセンサ装置を示す。
図１には、本発明にかかるシステムの実施形態が示されている。
まず、周波数ｆ_{ｌａｓｅｒ}、波長λ_０、例えば５３１ｎｍのレーザ光線２がレーザ１０によって生成される。レーザ１０の出力は、連続レベルｌ_１およびパルスレベルｌ_２を有するパルス形状の変調電流源によって制御される。したがって、レーザ１０は、例えば１ｍＷなどの連続出力Ｐ_１と、例えば５０Ｗなどのパルス出力Ｐ_２とを放出する。パルス長は、例えば１ｎｓ〜１０ｎｓ、好ましくは２ｎｓ〜８ｎｓ、特に４ｎｓ〜６ｎｓである。

【0029】

レーザ光線２は、非線形結晶３０に供給される。これは、（周期分極した）リン酸チタニルカリウム、（周期分極した）ニオブ酸リチウム、（周期分極した）定比タンタル酸リチウム、ホウ酸バリウム、三ホウ酸リチウム、ホウ酸ビスマスおよび／またはリン酸二水素カリウムから製造できる。最初のステップでは、パラメトリック下方変換とも呼ばれるパラメトリック蛍光によって、例えばλ_１＝１５５０ｎｍおよびλ_２＝８１０ｎｍ、または７００ｎｍから１６００ｎｍの間の任意の波長である、周波数ｆ_ｏｂｊ、波長λ_１を有する物体光３と、周波数ｆ_ｒｅｆ、波長λ_２を有する参照光４とが発生し、ここで共鳴条件ｆ_ｏｂｊ＋ｆ_ｒｅｆ＝ｆ_{ｌａｓｅｒ}が満たされる。物体光および参照光３、４は、この第１のステップでは図１の実線で示されている。

【0030】

第２のステップにおいて、物体光および参照光３、４は、例えばダイクロイックミラーの形態の波長選択性ビームスプリッタ６０によって空間的に分離される。
参照光４は検出器１００に供給され、電気信号に変換される。検出器１００は、光子電流の強度を検出するフォトダイオード、および／または個々の光子に反応するＳＰＡＤダイオードを有することができる。代替的または追加的に、アバランシェフォトダイオードも使用できる。

【0031】

物体光３は、送光装置６８および／または偏向装置によって測定物体７０に供給される。物体光３の光は、測定物体７０によって（ここでは拡散的に）反射され、受光光学系６７によって部分的に受光される。受光光学系６７は、波長フィルタ６６を有する。波長または周波数フィルタは、好ましくはλ_１−１．５ｎｍ〜λ_１＋１．５ｎｍの高透過、λ_２の低透過のバンドパスフィルタである。ここで、バンドパスフィルタは、物体光３の波長λ_１＋／−１０ｎｍ、特にλ_１＋／−５ｎｍ、好ましくはλ_１＋／−２．５ｎｍ、特にλ_１＋／−１．５ｎｍおよび／または好ましくはλ_１＋／−５％、特にλ_１＋／−２％、好ましくはλ_１＋／−１％の光を透過するために、また、λ_２、好ましくはλ_２＋／−１０ｎｍ、特にλ_２＋／−５ｎｍ、好ましくはλ_２＋／−２．５ｎｍまたはλ_２＋／−１．５ｎｍ、および／または好ましくはλ_２＋／−５％、特にλ_２＋／−２％の範囲での低透過のために構成されている。

【0032】

第３のステップでは、受光光学系６７によって受光された光５は、偏向ミラー５５、５６および５７を介して再び非線形結晶３０に供給される。そこで、第１のステップで生成されたパラメトリック蛍光に加えて、波長λ_１の光線５の追加供給によって、差周波発生の効果による波長λ_２の光線６が発生する。次に、この光線６は、さらなる過程でビームスプリッタ６０に当たる。波長λ_２の光線６の部分は、検出器１００に供給され、これにより、測定信号が生成される。

【0033】

図１では、差周波発生後に発生した光線６、７が破線で示されている。一方ではパラメトリック蛍光によって、他方では差周波発生によって生成された光線３、４、６、７は、それらの周波数または波長で区別することができない。「ｐｈａｓｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ（位相整合）」とも呼ばれる光線の位相調整のために選択された技術に応じて、光線３、４、６、７は、例えばその偏光で区別することができる。これにより、光線３、４、６、７の分離が可能となり、波長λ_１の差周波発生による不要な光線７は、吸収体９６に供給することができる。レーザ１１の他の光子も吸収体に供給することができる。

【0034】

図１に記載される装置１は、図２に示される検出信号を提供するＬｉＤＡＲシステムの実施形態である。レーザＰ_１の基本レベルは、検出信号レベルＳ_１につながる。パルス発生時ｔ_０、検出信号はレベルＳ_２まで急激に上昇する。非線形検出器特性によって、過負荷を防ぐことができる。光パルスの放射ｔ_０から物体で反射する光の入射ｔ_ＴＯＦまでの時間間隔では、参照光４の強度のみを検出器１００で見ることができる。非線形結晶３０での差周波発生により波長λ_２の光線４が発生する時点ｔ_１≒ｔ_ＴＯＦでは、図２に示すように、検出信号λ_２の変化が予想される。

【0035】

光パルス３の発生と物体７０の検出との間の時間間隔は、時間差測定装置１１０によって測定され、評価装置１２０によって求められている物体距離ｄに変換できる。
ｄ＝１／２ｔ_ＴＯＦ・Ｃ_０、Ｃ_０＝真空中の光の速度
時間間隔ｔ_ＴＯＦは、電気的時間測定の公知の方法を使用して決定できる。特に適しているのは、高周波クロック源によってインクリメントされるデジタルカウンタ、またはデジタルゲートの直列接続であり、信号ｔ_０が測定をトリガし、ｔ１の検出が測定を終了する。

【0036】

図３は、本発明の第２の実施形態を示しており、以下に説明する。
まず、周波数ｆ_{ｌａｓｅｒ}または例えば５３１ｎｍの波長λ_０のレーザ光線２が、レーザ１０によって生成される。レーザ１０の出力は、連続レベルｌ_１およびパルスレベルｌ_２を有するパルス形状の変調電流源によって制御される。したがって、レーザ１０は、例えば１ｍＷの連続出力Ｐ_１と、例えば５０Ｗのパルス出力Ｐ_２とを放出する。パルス長は、通常１ｎｓ〜１０ｎｓ、好ましくは２ｎｓ〜８ｎｓ、特に４ｎｓ〜６ｎｓである。

【0037】

第２のステップでは、レーザ光線２はビームスプリッタ２０で分離される。
光路Ａ上のレーザ光線２は、非線形結晶３０ａに供給される。これは、（周期分極した）リン酸チタニルカリウム、（周期分極した）ニオブ酸リチウム、（周期分極した）定比タンタル酸リチウム、ホウ酸バリウム、三ホウ酸リチウム、ホウ酸ビスマスおよびリン酸二水素カリウムから製造できる。最初のステップでは、パラメトリック蛍光によって、例えばλ_１＝１５５０ｎｍおよびλ_２＝８１０ｎ、または７００ｎｍから１６００ｎｍの間の任意の波長である、周波数ｆ_ｏｂｊ、波長λ_１を有する物体光３と、周波数ｆ_ｒｅｆ、波長λ_２を有する参照光４とが発生し、ここで共鳴条件ｆ_ｏｂｊ＋ｆ_ｒｅｆ＝ｆ_{ｌａｓｅｒ}が満たされる。

【0038】

第３のステップにおいて、物体光および参照光３、４は、例えばダイクロイックミラーなどの波長選択性ビームスプリッタ６０によって光路Ａ上で空間的に分離される。
参照光４は検出器１００に供給され、電気参照信号に変換される。検出器１００は、光子電流の強度を検出するフォトダイオード、または個々の光子に反応するＳＰＡＤダイオードを有することができる。後者により、低光度でも確実な検出が可能になる。代替的または追加的に、アバランシェフォトダイオードも使用できる。検出器１０１で測定された参照信号は図４に示されている。

【0039】

物体光３は、測定物体７０に供給される。物体光３の光は、測定物体７０によって拡散反射され、受光光学系６７によって部分的に吸収される。受光光学系６７は、波長フィルタ６６を有する。波長または周波数フィルタ６６は、好ましくは、λ_１−１．５ｎｍ〜λ_１＋１．５ｎｍの高透過、およびλ_２の低透過のバンドパスフィルタである。バンドパスフィルタは、物体光３の波長λ_１＋／−１０ｎｍ、特にλ_１＋／−５ｎｍ、好ましくはλ_１＋／−２．５ｎｍ、特にλ_１＋／−１．５ｎｍおよび／または好ましくはλ_１＋／−５％、特にλ_１＋／−２％、好ましくはλ_１＋／−１％の光を透過させるために、かつ、λ_２、好ましくはλ_２＋／−１０ｎｍ、特にλ_２＋／−５ｎｍ、好ましくはλ_２＋／−２．５ｎｍまたはλ_２＋／−１．５ｎｍ、および／または好ましくはλ_２＋／−５％、特にλ_２＋／−２％の範囲で低透過させるために構成することができる。

【0040】

第４のステップでは、受光光学系６７によって受光された光は、ビーム結合器８０を介して、光路８を介して延びるレーザ光線８と結合され、次に非線形結晶３０ｂに供給される。そこで、光路Ａ上を延びるレーザ光線５によって生成されるパラメトリック蛍光に加えて、波長λ_１の光線の追加供給によって、差周波発生に基づく波長λ_２のレーザ光線６の強度が増加する。波長λ_２のレーザ光線６の部分は検出器１００に供給され、これにより、図２に示されるような測定信号が生じる。波長λ_１のレーザ光線７の成分は不要となり、吸収体９６に供給することができる。

【0041】

図５は、本発明の第５の実施形態にかかる方法のステップを示す。
第１のステップＳ１では、レーザ源１０からの光が非線形光学結晶に送られる。
第２のステップＳ２では、周波数ｆ_ｏｂｊを有する物体光と、ｆ_ｒｅｆを有する参照光とが、パラメトリック下方変換とも呼ばれるパラメトリック蛍光によって生成され、共鳴条件ｆ_ｏｂｊ＋ｆ_ｒｅｆ＝ｆ_{ｌａｓｅｒ}が満たされる。物体光の波長は、１５５０ｎｍの範囲にあり、参照光の波長は８１０ｎｍの範囲にあることが好ましい。

【0042】

参照光の強度は、第３のステップＳ３において、検出器１００、例えばフォトダイオードで連続的に測定される。
第４のステップＳ４では、検出された光信号が電気信号に変換される。

【0043】

他方、物体光は、例えばレンズまたはミラー光学系などの適切な送光装置によって、任意選択的に、例えばマイクロミラーまたは回転ミラーなどの偏向装置を用いて、第５のステップＳ５において測定物体７０に供給される。

【0044】

物体光の光は、第６のステップＳ６において測定物体７０で拡散反射し、受光光学系６７によって部分的に受光される。
第７のステップＳ７において、周波数ｆ_ｏｂｊの受光された物体光は、レーザ光線とともに周波数ｆ_{ｌａｓｅｒ}で再び非線形結晶３０に供給される。

【0045】

そこで、第８のステップＳ８において、ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ（差周波発生）とも呼ばれる差周波発生の効果により、周波数ｆ_ｒｅｆを有する光線が発生する。

【0046】

第９のステップＳ９において、この光線は参照光と重畳され、第３のステップＳ３で説明された検出器１００で測定される。これにより、測定信号の強度が増加する。参照光の最初の測定と強度増加の測定との間の時間差は、物体距離を決定するための測定信号として機能する。

【0047】

要約すると、本発明、特に記載された実施形態の少なくとも１つによって、高感度および目の安全性の高い、コンパクトで、安価で、かつ確実なＬｉＤＡＲセンサシステムが提供される。詳細には、対象物の照明し検出するための波長分離により、例えば、適切な検出器の実現に関係なく、目の安全性の最適化および／または許容送光出力の最大化が可能となる。さらに、検出パスに配置されたスペクトルフィルタの帯域幅は、もはや雑音出力を決定せず、ひいては、特に太陽光に依存しない。したがって、例えば、平面検出器を２軸検出経路で使用することができ、統合フォトニクスにおける適切な構造により、受光光学系によって収集された全ての光を単一の検出器に供給することができ、ひいては受光アレイを回避できる。同時に、狭帯域で角度に依存しない、複雑な波長フィルタを省くことができる。

【0048】

さらに、完全に異なる雑音出力経路が使用されるため、高感度が可能になり、これにより、小型のレンズと、場合によってマイクロミラー偏向装置を備えたコンパクトなＬｉＤＡＲシステムが可能になる。同様に、ＬｉＤＡＲシステムは、光学位相アレイと組み合わせることもできる。

【0049】

本発明を好ましい実施例に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されず、様々な方法で修正することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】