特許 7510433 ＬＩＤＡＲ送信機および受信機の光学系

(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】

(24)【登録日】2024-06-25

(45)【発行日】2024-07-03

(54)【発明の名称】ＬＩＤＡＲ送信機および受信機の光学系

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/481 20060101AFI20240626BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20240626BHJP

【ＦＩ】

G01S7/481 A

G01C3/06 120Q

G01C3/06 140

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2021552214

(86)(22)【出願日】2020-03-02

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-04-20

(86)【国際出願番号】 US2020020648

(87)【国際公開番号】W WO2020180786

(87)【国際公開日】2020-09-10

【審査請求日】2021-10-25

(31)【優先権主張番号】62/813,867

(32)【優先日】2019-03-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】317015065

【氏名又は名称】ウェイモ エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100126480

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 睦

(72)【発明者】

【氏名】ガッサン，ブレイズ

(72)【発明者】

【氏名】シェパード，ラルフ

(72)【発明者】

【氏名】ドロズ，ピエール－イヴ

【審査官】藤脇 昌也

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１６－５３４３４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０１０１７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－２０３７５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０３－０１４４７８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】国際公開第２０１８／０９１９７０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／４８ － ７／５１

１７／００ － １７／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＬＩＤＡＲシステムであって、
送信機であって、
放射光を放射するように構成された発光体デバイスであって、前記発光体デバイスがレーザダイオードバーを備え、前記レーザダイオードバーの前記放射光を放射する表面が基準面を画定する、発光体デバイスと、
前記基準面に光学的に結合された速軸コリメーション（ＦＡＣ）レンズであって、前記ＦＡＣレンズのレンズ軸が前記基準面に対して非ゼロ角度にあることによって、前記ＦＡＣレンズの放射光に関する遠視野ビームの位置、及び、前記遠視野ビームのプロファイルの少なくとも一方が調整可能である、ＦＡＣレンズと、
前記ＦＡＣレンズに光学的に結合された送信レンズと、を備える送信機と、
受信機であって、
受信レンズと、
前記受信レンズに光学的に結合された光検出器と、を備える受信機と、を備える、ＬＩＤＡＲシステム。

【請求項2】

前記ＦＡＣレンズが、円柱レンズを備え、前記レンズ軸が、前記円柱レンズの円柱軸によって画定される、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項3】

前記ＦＡＣレンズが、非円柱レンズを備え、前記レンズ軸が、前記非円柱レンズの円柱軸によって画定される、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項4】

前記非ゼロ角度が、前記基準面に対して０度～０．５度のロール角を含む、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項5】

前記非ゼロ角度が、前記基準面に対して０．５度～２０度のロール角を含む、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項6】

前記基準面が、前記レーザダイオードバーのアクティブ層の少なくとも１つの表面によって画定される、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項7】

前記基準面がファセット面を画定し、前記ＦＡＣレンズの速軸が前記ファセット面に非平行である、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項8】

前記ＦＡＣレンズの前記速軸が、前記ファセット面に対して０度～０．５度のピッチ角を形成する、請求項７に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項9】

前記ＦＡＣレンズの前記速軸が、前記ファセット面に対して０．５度～２０度のピッチ角を形成する、請求項７に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項10】

前記基準面がファセット面を画定し、前記ＦＡＣレンズの後面が前記ファセット面に非平行である、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項11】

前記ＦＡＣレンズの前記後面が、前記ファセット面に対して０度～０．５度のヨー角を形成する、請求項１０に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項12】

前記ＦＡＣレンズの前記後面が、前記ファセット面に対して５度～２０度のヨー角を形成する、請求項１０に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項13】

前記非ゼロ角度が、前記放射光の前記プロファイルを前記送信レンズに集中するように構成されている、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項14】

前記ＦＡＣレンズが、接着剤、硬化性エポキシ、またはクランプのうちの少なくとも１つを用いて、前記発光体デバイスに対して固定されている、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項15】

前記光検出器が、光検出領域形状を有する光検出領域を含み、前記受信レンズが、前記光検出領域形状に対応する形状を有する、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項16】

前記光検出領域形状が、正方形または矩形であり、前記受信レンズが、正方形または矩形形状であり、前記送信レンズが、正方形または矩形形状である、請求項１５に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項17】

前記光検出器が、シリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）デバイス、単一光子アバランシェフォトダイオード（ＳＰＡＤ）、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、またはマルチピクセル光子カウンタ（ＭＰＰＣ）のうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項18】

車両であって、
光学システムであって、
送信機であって、前記送信機が、
放射光を放射するように構成された発光体デバイスであって、前記発光体デバイスがレーザダイオードバーを備え、前記レーザダイオードバーの前記放射光を放射する表面が基準面を画定する、発光体デバイスと、
前記基準面に光学的に結合された速軸コリメーション（ＦＡＣ）レンズであって、前記ＦＡＣレンズのレンズ軸が前記基準面に対して非ゼロ角度にあることによって、前記ＦＡＣレンズの放射光に関する遠視野ビームの位置、及び、前記遠視野ビームのプロファイルの少なくとも一方が調整可能である、ＦＡＣレンズと、
前記ＦＡＣレンズに光学的に結合された送信レンズと、を備える送信機を備える光学システムと、
受信機であって、前記受信機が、
受信レンズと、
前記受信レンズに光学的に結合された光検出器と、を備える受信機と、を備える、車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年３月５日に出願された「ＬＩＤＡＲ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ａｎｄ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｏｐｔｉｃｓ」と題する米国特許出願第６２／８１３，８６７号の優先権を主張し、その全体は参照により本明細書に組み込まれる。

【背景技術】

【0002】

従来の光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システムは、発光送信機（例えば、レーザダイオード）を利用して、環境に光パルスを放射することができる。環境内の物体と相互作用する（例えば、物体に反射する）放射された光パルスは、ＬＩＤＡＲシステムの受信機（例えば、光検出器）によって受信することができる。環境内の物体に関する距離情報は、光パルスが放射された最初の時間と、反射された光パルスが受信された後続の時間との間の時間差に基づいて決定することができる。

【発明の概要】

【0003】

本開示は、概して、光学システム（例えば、ＬＩＤＡＲまたはＬＩＤＡＲシステム）ならびにそれらの送信機および受信機サブシステムの特定の態様に関する。

【0004】

第１の態様では、光学システムが提供される。光学システムは送信機を含む。送信機は、放射光を放射するように構成された発光体デバイスを含む。発光体デバイスは、基準面を画定する。送信機は、発光体デバイスに光学的に結合された速軸コリメーション（ＦＡＣ）レンズを含む。ＦＡＣレンズのレンズ軸は、基準面に対して非ゼロ角度にある。送信機は、ＦＡＣレンズに光学的に結合された送信レンズを含む。光学システムは、受信機を含む。受信機は、受信レンズ、およびその受信レンズに光学的に結合された光検出器を含む。

【0005】

第２の態様では、車両が提供される。車両は、光学システムを含む。光学システムは、送信機および受信機を含む。送信機は、放射光を放射するように構成された発光体デバイスを含む。発光体デバイスは、基準面を画定する。送信機は、発光体デバイスに光学的に結合された速軸コリメーション（ＦＡＣ）レンズも含む。ＦＡＣレンズのレンズ軸は、基準面に対して非ゼロ角度にある。送信機は、ＦＡＣレンズに光学的に結合された送信レンズを含む。受信機は、受信レンズ、およびその受信レンズに光学的に結合された光検出器を含む。

【0006】

他の態様、実施形態、および実装形態は、当業者には、以下の詳細な説明を添付の図面を適宜参照して読み取ることにより明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】例示的な実施形態による光学システムを示す。

【図2A】例示的な実施形態による、送信機の一部分を示す。

【図2B】例示的な実施形態による、送信機のいくつかの部分を示す。

【図2C】例示的な実施形態による、送信機の上面図を示す。

【図2D】例示的な実施形態による、送信機の上面図を示す。

【図2E】例示的な実施形態による、送信機の正面図を示す。

【図2F】例示的な実施形態による、送信機の正面図を示す。

【図2G】例示的な実施形態による、送信機の側面図を示す。

【図2H】例示的な実施形態による、送信機の側面図を示す。

【図2I】例示的な実施形態による、送信機の側面図を示す。

【図2J】例示的な実施形態による、送信機の側面図を示す。

【図3A】例示的な実施形態による、送受信機の側面図を示す。

【図3B】例示的な実施形態による、送受信機の上面図を示す。

【図3C】例示的な実施形態による、送受信機の斜視図を示す。

【図3D】例示的な実施形態による、様々なレンズ形状を示す。

【図4】例示的な実施形態による、光学システムを示す。

【図5A】例示的な実施形態による、車両を示す。

【図5B】例示的な実施形態による、車両を示す。

【図5C】例示的な実施形態による、車両を示す。

【図5D】例示的な実施形態による、車両を示す。

【図5E】例示的な実施形態による、車両を示す。

【発明を実施するための形態】

【0008】

例示的な方法、デバイス、およびシステムが本明細書において説明される。「例」および「例示的」という語は、本明細書においては、「例、事例、または例示としての役割を果たす」ことを意味するために使用されることを理解されたい。本明細書において「例」または「例示的」であるとして説明されるいずれの実施形態または特徴も、他の実施形態または特徴よりも好ましい、または有利であると必ずしも解釈されるべきではない。本明細書において提示される主題の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用することができ、他の変更を行うことができる。

【0009】

このように、本明細書において説明される例示的な実施形態は、限定を意味するものではない。本明細書において概して説明され、図に例示される本開示の態様は、多種多様な異なる構成で配置する、置き換える、組み合わせる、分離する、および設計することができ、これらの構成のすべてが本明細書において想到される。

【0010】

さらに、文脈が特に示唆していない限り、これらの図の各図に示されている特徴は、互いに組み合わせて使用することができる。このように、図は、概して、例示される全ての特徴が実施形態ごとに必要である訳ではないという理解の下に、１つ以上の実施形態全体の構成要素の態様として考えられるべきである。

【0011】

Ｉ．概要
ＬＩＤＡＲデバイスは、送信経路内の１つ以上の光学素子（例えば、送信レンズ、回転ミラー、および光学窓）を介してＬＩＤＡＲデバイスの環境に光を送信するように構成された光送信機と、送信機から送信され、かつ環境内の物体によって反射された光を受信経路における１つ以上の光学素子（例えば、光学窓、回転ミラー、受信レンズ、およびピンホールアパーチャ）を介して検出するように構成された光検出器と、を含む。光送信機は、例えば、速軸および遅軸に沿って発散する光を放射する（例えば、１つ以上のレーザダイオードバーからなる）レーザダイであり得る。レーザダイは、レーザダイによって放射された光の速軸をコリメートして、部分的にコリメートされた送信光を提供する速軸コリメート（ＦＡＣ）レンズ（例えば、円柱レンズ）に光学的に結合することができる。ＦＡＣレンズは、送信光がビームサイズ、位置、方向、および発散に関して所望の特性を有するように、レーザダイに対して位置決めすることができる。例えば、送信光は、光が送信経路を通過してＬＩＤＡＲデバイスの環境に入り、次いで環境内の物体によって反射されてＬＩＤＡＲデバイスに戻り、受信経路を通って検出機によって受信され得るような方向を有するべきである。ＦＡＣレンズがレーザダイに対して不正確に位置決めされた場合、結果として得られる送信光は、送信経路を通過する適切な方向にないことがあるか、または送信光は、環境内の物体からの反射光が検出器に到達できないような方向に送信経路を通過して環境に入ることがある。追加的または代替的に、ＦＡＣレンズの位置は、送信光の焦点または他の特性（例えば、ビーム形状、ビーム直径など）を調整するように変更され得る。

【0012】

例示的な実装形態では、ＦＡＣレンズからの送信光は、送信光をコリメートする送信レンズに入射し得る。ＦＡＣレンズが適切に位置合わせされている場合、送信光ビームは送信レンズに集中される。いくつかの実施形態では、ＦＡＣレンズ（例えば、円柱レンズ）の適切な位置合わせは、ＦＡＣレンズが発光体デバイスに対して「直角でない」ことがある配置を含み得る。すなわち、ＦＡＣレンズは、発光体デバイスに対して、ｘ、ｙ、もしくはｚ位置、および／またはピッチ／ロール／仰角でオフセットされている場合がある。

【0013】

例示的な実施形態では、ＦＡＣレンズの配向および／または位置は、レーザダイに対して調整され得る。例えば、レーザダイの光軸に対するＦＡＣレンズの円柱軸のｘ、ｙ、およびｚ位置、ならびにＦＡＣレンズの円柱軸とレーザダイの光軸との間のヨー角は調整され得る。レーザダイの光軸を中心とした円柱軸のロール角を制御することも可能である。ＦＡＣレンズの適切な配向および位置が達成されると、接着剤（例えば、硬化性エポキシ）を使用して、発光体デバイスに対してＦＡＣレンズを所定の位置に固定することができる。

【0014】

フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、シリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）、単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）、マルチピクセル光子カウンタ（ＭＰＰＣ）、フォトトランジスタ、カメラ、アクティブピクセルセンサ（ＡＰＳ）、電荷結合素子（ＣＣＤ）、極低温検出器、および／または任意の他の光センサなどの光検出器を使用して、（例えば、光の強度に対応する電圧または電流などの電気信号を出力することによって）それらの表面上に加えられる光を検出することができる。このようなデバイスの多くのタイプは、シリコンなどの半導体材料を使用して製造される。光検出器は、アレイに配置することができ、アレイは、並列に接続され得る。これらのアレイは、ＳＰＡＤなどのガイガーモードで動作するように構築された光検出器でできている場合、シリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）またはマルチピクセル光子カウンタ（ＭＰＰＣ）と呼ばれることがある。

【0015】

ＳｉＰＭおよび他のかかる検出器アレイは、広範囲の光検出用途において採用することができる。例えば、光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システムは、光を場に送信し、次いでその場から反射された光を受信する光源を含み得る。反射信号は、ピンホールアパーチャに衝突し、ＳｉＰＭによって検出され得る。その検出された信号を使用して、ＬＩＤＡＲと場内の物体との間の距離（例えば、移動時間および／または反射光強度に基づいて）を決定し得る。複数の測定が、ＬＩＤＡＲシステムによって連続的に行われ、次いでＬＩＤＡＲシステムまたは結合されたコンピューティングシステムによって配置され、ＬＩＤＡＲシステムを取り囲む環境を表す点群が生成され得る。

【0016】

上記のＬＩＤＡＲシステムは、検出のために場からの反射光をＳｉＰＭに集束させる対物レンズを含み得る。様々なタイプのレンズを対物レンズとして使用して、反射光をＳｉＰＭに集束させることができる。例えば、両凸レンズまたは平凸レンズを使用することができる。さらに、いくつかの実施形態では、非球面レンズおよび／または一連のカスケードレンズが、単一のレンズの代わりに対物レンズとして使用され得る。

【0017】

加えて、ＳｉＰＭに送信され、ＳｉＰＭによって検出される反射信号の強度を最大化するために（例えば、信号対雑音比を改善するために）、対物レンズは、反射信号がＳｉＰＭ全体またはほぼ全体にわたって分散されるよう成形され得る。いくつかの実施形態では、ピンホールを通過する受信光に起因して、受信レンズの形状は、ＳｉＰＭの平面に送信され得る。例えば、ＳｉＰＭが矩形形状である場合、対物レンズは、反射信号を矩形パターンでＳｉＰＭ全体に分散するように成形され得る。すなわち、対物レンズも、ＳｉＰＭの矩形形状に基づいて矩形形状に成形され得る。このような対物レンズの形状は、反射信号によって照射されていないままであるＳｉＰＭの部分を最小化し得る。同様に、ＳｉＰＭが円形形状である場合、対物レンズは、反射信号を円形パターンでＳｉＰＭ全体に分散するように成形され得る。ＳｉＰＭ／分散信号の他の形状も可能である（例えば、正方形、三角形、台形、平行四辺形、五角形、六角形、七角形、八角形、九角形、十角形など）。ＳｉＰＭによって検出される全体強度を増加させることに加えて、またはその代わりに、照明パターンをＳｉＰＭ形状に整合させる技術はまた、ＳｉＰＭアレイ内の光検出器全体に反射信号の強度をより均一に分散させ得る。そうすることで、光検出器が飽和する可能性を低減し得、それによって、ＬＩＤＡＲシステムを使用して距離がサンプリングされ得る速度を上げることを可能にし得る。

【0018】

ＩＩ．例示的な光学システム
図１は、例示的な実施形態による、光学システム１００を示している。いくつかの実施形態では、光学システム１００は、ＬＩＤＡＲシステムであり得る。光学システム１００は、放射光（例えば、赤外光パルス）を放射するように構成された発光体デバイス１２０を含む送信機１１０を含む。いくつかの実施形態では、発光体デバイス１２０は、レーザダイオードバーを含み得る。

【0019】

発光体デバイス１２０は、基準面１２２を画定する。いくつかの実施形態では、基準面１２２は、レーザダイオードバーの少なくとも１つの表面によって画定される。基準面１２２は、例えば、他の可能性の中でもとりわけ、レーザダイオードバーの発光体ファセット面（例えば、アクティブ層のファセット面）によって画定され得る。

【0020】

発光体デバイス１２０は、基板上に配備され得る。いくつかの実施形態では、基板は、プリント回路基板、レーザダイパッケージ、または別のタイプの基板を含み得る。例示的な実施形態では、基板は、セラミック材料から形成され得る。追加的または代替的に、基板は、ＦＲ－４などのガラス強化エポキシ積層材料を含み得る。本開示においては、他のタイプの剛性基板材料も可能であり、かつ想定されている。

【0021】

送信機１１０は、発光体デバイス１２０に光学的に結合された速軸コリメーション（ＦＡＣ）レンズ１３０を含む。ＦＡＣレンズ１３０のレンズ軸１３２は、基準面１２２に対して非ゼロ角度にある。送信機１１０はまた、ＦＡＣレンズ１３０に光学的に結合された送信レンズを含む。

【0022】

光学システム１００は、受信機１６０を含む。受信機１６０は、受信レンズ１６４、およびその受信レンズ１６４に光学的に結合された光検出器１６２を含む。いくつかの実施形態では、光検出器１６２は、シリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）デバイス、単一光子アバランシェフォトダイオード（ＳＰＡＤ）、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、またはマルチピクセル光子カウンタ（ＭＰＰＣ）のうちの少なくとも１つを含み得る。

【0023】

いくつかの実施形態では、ＦＡＣレンズ１３０は、円柱レンズを含み得る。かかるシナリオでは、レンズ軸１３２は、円柱レンズの円柱軸によって画定される。ただし、本開示の文脈内で、他の光学素子（例えば、光学レンズ）が想定され、かつ可能である。例えば、ＦＡＣレンズ１３０は、非円柱レンズであり得る。かかるシナリオでは、レンズ軸１３２は、非円柱レンズの円柱軸によって画定され得る。ＦＡＣレンズ１３０は、他の形状または形態をとり得ることが理解されよう。さらに、ＦＡＣレンズ１３０は、複数の光学素子を含み得る。

【0024】

様々な実施形態では、非ゼロ角度は、基準面１２２に対して０度～０．５度のロール角を含み得る。代替的に、非ゼロ角度は、基準面１２２に対して０．５度～２０度のロール角を含み得る。他のロール角値および／またはロール角範囲もしくは部分範囲が可能であり、想定されることが理解されよう。例えば、非ゼロ角度は、下限角度値と上限角度値との間のロール角度を含み得る。かかる例では、下限角度値は０～２度であってもよく、上限角度値は０．５～２０度であり得る。

【0025】

例示的な実施形態では、レーザダイオードバーの端面は、ファセット面を画定し得る。かかるシナリオでは、ＦＡＣレンズ１３０の速軸はファセット面に非平行である。かかるシナリオでは、ＦＡＣレンズ１３０の速軸は、ファセット面に対して０度～０．５度のピッチ角を形成し得る。代替的に、ＦＡＣレンズ１３０の速軸は、ファセット面に対して０．５度～２０度のピッチ角を形成し得る。他のピッチ角値および／またはピッチ角範囲もしくは部分範囲が可能であり、想定されることが理解されよう。例えば、ＦＡＣレンズ１３０の速軸は、下限角度値と上限角度値との間のピッチ角を形成し得る。かかる実施例では、下限角度値は０～２度であってもよく、上限角度値は０．５～２０度であってもよい。

【0026】

レーザダイオードバーの端面がファセット面を画定する実施形態では、ＦＡＣレンズ１３０の後面は、ファセット面に非平行である平面に沿って配置され得る。例えば、ＦＡＣレンズ１３０の後面は、ファセット面に対して０度～０．５度のヨー角を形成し得る。代替的に、ＦＡＣレンズ１３０の後面は、ファセット面に対して０．５度～２０度のヨー角を形成し得る。

【0027】

かかるシナリオでは、非ゼロ角度における発光体デバイス１２０に対するＦＡＣレンズ１３０の配置は、発光のビームプロファイルを送信レンズ１１２に集中させるため、および／または光学システム１００の他の部分を位置合わせするために有益であり得る。

【0028】

いくつかの実施形態では、ＦＡＣレンズ１３０は、接着剤（例えば、熱硬化性ポリマー）、硬化性エポキシ、ファスナ、またはクランプのうちの少なくとも１つを用いて発光体デバイス１２０に対して固定され得る。

【0029】

例示的な実施形態では、光検出器１６２は、光検出領域形状を有する光検出領域（例えば、アクティブ領域または感光性領域）を含み得る。かかるシナリオでは、受信レンズ１６４は、光検出領域形状に対応するように成形され得る。例えば、光検出領域形状は、正方形または矩形であり得、かかるシナリオでは、受信レンズ１６４の形状は、光検出領域形状に対応するように正方形または矩形であり得る。いくつかの実施形態では、受信レンズ１６４は、光検出領域と同一形状を有し得るが、より広い領域にわたって光を収集、集束、および／またはコリメートするように、光検出領域の１つ以上の範囲よりも大きくスケーリングされ得る。受信レンズ１６４は、他の形状にしたがって成形され得ることが理解されよう。

【0030】

例示的な実施形態では、光学システム１００は、回転可能なミラー１７０を含み得る。かかるシナリオでは、発光体デバイス１２０から沿って放射された光は、光学システム１００の環境に向けて反射されるように、回転可能なミラー１７０と相互作用し得る。いくつかの実施形態では、光学システム１００は、追加的または代替的に、複数の光学窓１８０を含み得る。光学システム１００の環境に向けて反射された光は、複数の光学窓１８０を経由して送信される。回転可能なミラー１７０および光学窓１８０は、図４に関連してさらに説明される。

【0031】

いくつかの例では、光学システム１００はまた、コントローラ１５０も含む。コントローラ１５０は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のうちの少なくとも１つを含む。追加的または代替的に、コントローラ１５０は、１つ以上のプロセッサ１５２とメモリ１５４とを含むことができる。１つ以上のプロセッサ１５２は、汎用プロセッサまたは特殊用途プロセッサ（例えば、デジタル信号プロセッサなど）を含むことができる。１つ以上のプロセッサ１５２は、メモリ１５４に記憶されているコンピュータ可読プログラム命令を実行するように構成され得る。したがって、１つ以上のプロセッサ１５２は、本明細書に記載の機能および動作の少なくともいくつかを提供するためにプログラム命令を実行することができる。

【0032】

メモリ１５４は、１つ以上のプロセッサ１５２によって読み取りまたはアクセスされ得る１つ以上のコンピュータ可読記憶媒体を含むか、またはその形態をとることができる。１つ以上のコンピュータ可読記憶媒体は、１つ以上のプロセッサ１５２の少なくとも１つと全体的または部分的に一体化され得る光メモリ、磁気メモリ、有機メモリ、もしくは他のメモリ、またはディスクストレージのような揮発性および／または不揮発性ストレージ構成要素を含むことができる。いくつかの実施形態では、メモリ１５４は、単一の物理デバイス（例えば、１つの光メモリ、磁気メモリ、有機メモリ、もしくは他のメモリ、またはディスクストレージユニット）を使用して実装することができるのに対して、他の実施形態では、メモリ１５４は、２つ以上の物理デバイスを使用して実装することができる。

【0033】

上記のように、メモリ１５４は、光学システム１００の動作に関連するコンピュータ可読プログラム命令を含むことができる。したがって、メモリ１５４は、本明細書に記載の機能の一部またはすべてを実行または促進するためのプログラム命令を含むことができる。コントローラ１５０は、動作を実行するように構成されている。いくつかの実施形態では、コントローラ１５０は、メモリ１５４に記憶された命令を実行するプロセッサ１５２によって動作を実行することができる。

【0034】

動作は、光学システム１００の環境に関する距離情報を得るために光学システム１００の様々な素子を動作させることを含み得る。コントローラ１５０は、他の動作も実行するように構成され得る。

【0035】

図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ、図２Ｄ、図２Ｅ、図２Ｆ、図２Ｇ、図２Ｈ、図２Ｉ、および図２Ｊは、例示的な実施形態による、送信機の様々な部分および視点を示している。送信機は、図１を参照して図示および説明されるように、送信機１１０を含み得る。

【0036】

図２Ａは、例示的な実施形態による、送信機の一部分２００を示している。例として、送信機の一部分２００は、図１を参照して図示および説明されるように、発光体デバイス１２０を含み得る。図２Ａに示されるように、発光体デバイス１２０は、レーザダイ２１０を含み得る。レーザダイ２１０は、基板２０２上または基板２０２内に配備され得る。レーザダイ２１０は、例えば、点弧回路によって印加される注入電流に応答して赤外光を放射するように構成されたレーザダイオードであり得る。レーザダイ２１０は、送信経路２２６に沿って光を放射するように構成され得る。送信経路２２６は、例えば、レーザダイ２１０の主放射軸を含み得る。いくつかの実施形態では、送信経路は、少なくとも部分的に、レーザダイ２１０の出力ファセット２１２（例えば、放射ファセット）から実質的に垂直に延在する軸に沿っている、および／またはベクトルに平行であるものとして画定され得る。

【0037】

いくつかの実施形態では、レーザダイ２１０は、矩形形状の断面（例えば、高さ約１ミクロンで、レーザダイ２１０と同一の幅）を有するビームウエスト２２０を最初に有する光を放射し得る。いくつかの例では、光がレーザダイ２１０から離れるように進むにつれて、ビーム形状が変化する（例えば、発散する）ことがある。例えば、放射された光は、遅軸２２４と比較して、レーザダイ２１０の速軸２２２に沿ってより速く発散し得る。したがって、いくつかの実施形態では、遠視野ビーム形状２３０は、遅軸に平行な方向に沿ってよりも速軸２２２に平行な方向に沿ってより広い楕円形または矩形形状の断面を含み得る。

【0038】

図２Ｂは、例示的な実施形態による、送信機２４０のいくつかの部分を示している。断面図および斜視図に示されているように、ＦＡＣレンズ１３０は、円柱レンズ軸１３２を有する半円柱のように成形され得る。ＦＡＣレンズ１３０は、異なる形状および／またはレンズ軸も有し得ることが理解されよう。

【0039】

いくつかの実施形態では、ＦＡＣレンズ１３０は、レーザダイ２１０の出力ファセット２１２に光学的に結合され得る。例えば、ＦＡＣレンズ１３０の後ファセット１３４は、出力ファセット２１２に物理的に当接し得る。かかるシナリオでは、レンズ軸１３２は、遅軸２２４と実質的に位置合わせされるか、または平行であり得る。ＦＡＣレンズ１３０を発光体デバイス１２０に取り付ける、および／または光学的に結合する他の方法が想定され、可能である。

【0040】

ＦＡＣレンズ１３０を有するシナリオでは、発光体デバイス１２０によって放射された光は、図２Ａの未修正の遠視野ビーム形状２３０と比較してより正方形の断面を有し得る変更された遠視野ビーム形状２４２を含み得る。例えば、変更された遠視野ビーム形状２４２は、より小さな直径、より小さな面積、および／またはより小さな円周を含む断面を有し得る。このように、遠視野光ビームは、より密なビームスポットおよびビームプロファイルを維持することができ、これにより、光学システム１００のより良い長距離感知性能を提供し得る。

【0041】

いくつかの例示的な実施形態では、出力ファセット２１２から放射された光の断面プロファイルは、ｘ軸に平行であり得るそれぞれの長辺を有する１つ以上の広い矩形形状（例えば、１つ以上のレーザダイ２１０に対応する）を含み得る。出力ファセット２１２から放射された光が概して＋ｚ方向に沿って進むにつれて、放射光プロファイルはｙ方向に急速に発散し得、ｘ方向にはゆっくり発散し得、その結果、放射光プロファイルは、ＦＡＣレンズ１３０と相互作用するときにほぼ正方形であり得る。ＦＡＣレンズ１３０と相互作用した後、放射光プロファイルは、ｙ方向にはるかに遅く発散する。ただし、いくつかの実施形態では、放射光は、ｘ方向に発散し続け得る。したがって、遠視野（ＦＡＣレンズ１３０の後）の放射プロファイルは、ここでもｘ方向に沿って細長い矩形を含み得る。送信レンズ１１２と相互作用した後、ビームプロファイルは、より正方形の断面に発散し続け、この断面はＦＡＣレンズ１３０の出力面におけるビーム形状に実質的に一致し得る。いくつかの例示的な実施形態では、ＦＡＣレンズ１３０は、送信レンズ１１２によって無限遠に画像化され得る。

【0042】

したがって、かかるシナリオでは、ＦＡＣレンズ１３０は、レーザダイ２１０によって放射されるビームのｙ発散を低減または排除するように構成され得る。かかる構成は、送信レンズ１１２におけるビームを（ｘおよび／またはｙ範囲において）より小さくすることを可能にし得、送信レンズ１１２におけるビームがより低い角度発散を有し得ることも提供し得る。いくつかの実施形態では、かかる手法は、小さなＦ値レンズの必要性を低減し、および／または光学システム１００内の他の光学設計制約を緩和し得る。

【0043】

図２Ｃは、例示的な実施形態による、送信機２４０の上面図を示している。図示のように、送信機２４０は、出力ファセット２１２に実質的に当接している後ファセット１３４を有するＦＡＣレンズ１３０を含み得る。さらに、ＦＡＣレンズ１３０のレンズ軸１３２は、発光体デバイス１２０の遅軸２２４に実質的に対応（例えば、重なる）し得る。

【0044】

図２Ｄは、例示的な実施形態による、送信機２５０の上面図を示している。送信機２５０は、図２Ｃに示されるシナリオと比較して、異なる相対位置に（例えば、ヨー軸に沿って）配備されたＦＡＣレンズ１３０を含み得る。例えば、ＦＡＣレンズ１３０は、非ゼロヨー角２５２が遅軸２２４とレンズ軸１３２との間に提供されるように、ｙ軸を中心に回転し得る。いくつかの実施形態では、非ゼロヨー角２５２は、０度～０．５度であり得る。他の実施形態では、非ゼロヨー角２５２は、０．５度～２０度であり得る。他の角度が、本開示の文脈内で想定され、可能である。Ｙ軸を中心としたＦＡＣレンズ１３０の回転を調整する（例えば、ＦＡＣレンズ１３０を方位角／ヨーで回転させる）ことによって、遠視野ビームパターンの特定の態様を調整および／または修正することができる。例えば、非ゼロヨー角２５２を維持することによって、送信機２５０は、ビームの遠視野ビーム位置を調整し、ならびに／または同様の状況下で送信機２４０によって提供されるものよりも狭いおよび／もしくはより円形のビームプロファイルを提供することが可能であり得る。追加的または代替的に、非ゼロヨー角２５２は、ビーム位置合わせおよび／またはビーム照準の目的のために遠視野ビーム位置を調整し得る。

【0045】

図２Ｅは、例示的な実施形態による、送信機２４０の正面図を示している。図示のように、送信機２４０は、レーザダイ２１０の遅軸２２４と実質的に位置合わせされた、ＦＡＣレンズ１３０のレンズ軸１３２を含み得る。

【0046】

図２Ｆは、例示的な実施形態による、送信機２６０の正面図を示している。送信機２６０は、図２Ｅに示されたシナリオと比較して異なる相対位置に（例えば、ロール軸に沿って）配備されたＦＡＣレンズ１３０を含み得る。例えば、ＦＡＣレンズ１３０は、非ゼロロール角２６２が遅軸２２４とレンズ軸１３２との間に提供されるように、ｚ軸を中心に回転し得る。例えば、非ゼロロール角２６２は、ｘ－ｙ平面に沿って提供され得る。いくつかの実施形態では、非ゼロロール角２６２は、０度～０．５度であり得る。他の実施形態では、非ゼロロール角２６２は、０．５度～２０度あり得る。他の角度が、本開示の文脈内で想定され、可能である。ｚ軸を中心としたＦＡＣレンズ１３０の回転を調整する（例えば、ＦＡＣレンズ１３０をロールで回転させる）ことによって、遠視野ビームパターンの特定の態様を調整および／または修正することができる。例えば、非ゼロロール角２６２を維持することによって、送信機２６０は、ビームを非集束し、および／または同様の状況下で送信機２４０によって提供されるものよりも狭いおよび／またはより円形のビームプロファイルを提供することが可能であり得る。追加的または代替的に、非ゼロロール角２６２は、ビーム位置合わせおよび／またはビーム照準の目的で遠視野ビーム位置を調整し得る。単一のレーザダイに複数の放射体があるシナリオでは、ロール角度を調整することにより、ビームごとに焦点を変更することに加えて、角度オフセットを調整し得る。

【0047】

図２Ｇは、例示的な実施形態による、送信機２４０の側面図を示している。図示のように、送信機２４０は、レーザダイ２１０の速軸２２２に実質的に平行であるＦＡＣレンズ１３０の後ファセット１３４（および対応する後ファセット面２７２）を含み得る。

【0048】

図２Ｈは、例示的な実施形態による、送信機２７０の側面図を示している。送信機２７０は、図２Ｇに示されたシナリオと比較して異なる相対位置に（例えば、ピッチ軸に沿って）配備されたＦＡＣレンズ１３０を含み得る。例えば、ＦＡＣレンズ１３０は、非ゼロピッチ角２７４が発光体デバイス１２０の速軸２２２と後ファセット面２７２との間に提供されるように、ｘ軸を中心に回転し得る。例えば、非ゼロピッチ角２７４は、ｙ－ｚ平面に沿って提供され得る。いくつかの実施形態では、非ゼロピッチ角２７４は、０度～０．５度であり得る。他の実施形態では、非ゼロピッチ角２７４は、０．５度～２０度であり得る。他の角度が、本開示の文脈内で想定され、可能である。ｘ軸を中心としたＦＡＣレンズ１３０の回転を調整する（例えば、ＦＡＣレンズ１３０をピッチで回転させる）ことによって、遠視野ビームパターンの特定の態様を調整および／または修正することができる。例えば、非ゼロピッチ角２７４を維持することによって、送信機２７０は、同様の状況下で送信機２４０によって提供されるものよりも狭いおよび／またはより円形のビームプロファイルを提供することが可能であり得る。追加的または代替的に、非ゼロピッチ角２７４は、ビーム位置合わせおよび／またはビーム照準の目的で遠視野ビーム位置を調整し得る。

【0049】

図２Ｉは、例示的な実施形態による、送信機２８０の側面図を示している。送信機２８０は、図２Ｇに示されたシナリオと比較して異なる相対位置に（例えば、ｚ軸に沿って）配備されたＦＡＣレンズ１３０を含み得る。かかるシナリオでは、ＦＡＣレンズ１３０は、レーザダイファセット面２１２に対してｚ軸に沿ってオフセット距離２８２に配備され得る。例えば、ＦＡＣレンズ１３０は、レーザダイファセット面２１２から１００ミクロン離して配備され得る。レーザダイファセット面２１２に対するＦＡＣレンズ１３０のｚ軸位置を調整することによって、送信ビームの様々な特性を調整および／または制御し得る。例えば、ＦＡＣレンズ１３０のｚ軸位置を調整することにより、送信ビームの集束位置および／またはコリメーションを調整し得る。

【0050】

いくつかの実施形態では、送信ビームの集束位置を調整することは、送信レンズ１１２における送信ビームサイズを増大させるのに有用であり得、これにより、雨滴または他のタイプの閉塞による妨害を受けにくくすることができる。追加的または代替的に、送信ビームの集束は、地域、州、連邦、および／または国際的なレーザ安全基準に適合するように調整され得る。いくつかの実施形態では、これらの態様は、ＦＡＣレンズ１３０自体によって実行され得る。例えば、ＦＡＣレンズ１３０は、送信レンズ１１２で見かけの送信ビームサイズを調整するように、表面リップル、表面波、または他のタイプの光学的調整を組み込むように設計され得る。ＦＡＣレンズ１３０を調整する他の方法、例えば、光学拡散機および集束レンズ、ならびにそれらの対応する機能を組み込むことが、本開示の範囲内で想定され、可能である。

【0051】

ＦＡＣレンズを伴う、本明細書に記載の実施形態のいずれかにおいて、ＦＡＣレンズ１３０とレーザダイファセット面２１２との間の空間は、光学材料２８４で少なくとも部分的に充填され得る。光学材料２８４は、接着剤（例えば、硬化性エポキシ）および／または屈折率整合材料を含み得る。代替的な実施形態では、ＦＡＣレンズ１３０とレーザダイファセット面２１２との間の空間は、少なくとも部分的に空気、窒素、または真空で充填され得る。

【0052】

図２Ｊは、例示的な実施形態による、送信機２９０の正面図を示している。送信機２９０は、図２Ｅに示されたシナリオと比較してｘ－ｙ平面に沿った異なる相対位置に配備されたＦＡＣレンズ１３０を含み得る。例えば、ＦＡＣレンズ１３０は、オフセット２９６が提供されるようにｙ軸に沿ってオフセットされ得る。例えば、ＦＡＣレンズ１３０の軸２９４は、レーザダイ２１０の軸２９２に対してオフセットされ得る。いくつかの実施形態では、オフセットは、ｘ軸および／またはｙ軸に沿って約５０ミクロンであり得る。かかるシナリオでは、オフセット２９６を維持することによって、送信機２６０は、同様の状況下で送信機２４０によって提供されるものと比較して、垂直（ｙ軸）ビーム角度／位置を調整することが可能であり得る。追加的または代替的に、オフセット２９６は、ビーム位置合わせおよび／またはビーム照準の目的で遠視野ビーム位置を調整し得る。

【0053】

図３Ａ、図３Ｂ、および図３Ｃは、例示的な実施形態による、送受信機３００の側面図、上面図、および斜視図をそれぞれ示している。送受信機３００は、図１に関連して図示および説明されるように、送信機１１０および受信機１６０と同様または同一の素子を含み得る。例えば、送受信機３００は、発光体デバイス１２０を含み得、発光体デバイス１２０は送受信機本体３１０に取り付けられ得る。発光体デバイス１２０は、レーザダイ２１０およびＦＡＣレンズ１３０を含み得る。送受信機３００はまた、受信機（例えば、受信機１６０）および光検出器１６２を含む。この光検出器１６２は、送受信機本体３１０に取り付けられ得る。受信光路１６６は、ピンホールアパーチャ３１２を含んでもよく、ピンホールアパーチャ３１２は受信レンズ１６４の形状に対応するビームスポットを検出器１６２上に形成するように構成され得る。

【0054】

図３Ｃを参照すると、光検出器１６２の光検出領域３３２は、特定の形状（例えば、矩形、正方形、円、八角形など）を有し得る。追加的または代替的に、光検出領域３３２は、特定のサイズを有し得る。例えば、光検出器１６２は、単一素子検出器を含んでもよく、例えば、３０μｍ×５０μｍであり得る。代替的に、光検出器１６２は、光検出器アレイを含み得、光検出器アレイは複数の個別の光検出器の成形アレイを含み得る。かかる光検出器アレイは、例えば、１．３ｍｍ×１．３ｍｍの光検出領域３３２を有し得、複数の２５×２５μｍ ＳｉＰＭ検出器セルを含み得る。代替的に、いくつかの実施形態では、単一素子光検出器は、５００×５００μｍの光検出領域３３２を有し得る。他の光検出領域寸法が可能であり、本明細書で想定されている。

【0055】

いくつかの実施形態では、受信レンズ１６４のサイズおよび／または形状は、光検出領域３３２、ならびにそのそれぞれのサイズおよび／または形状に基づき得る。例えば、辺長アスペクト比が３：２の矩形形状の光検出領域３３２の場合、受信レンズ１６４は、同様の矩形形状および３：２の辺長アスペクト比を有する形状であり得る。かかるシナリオでは、受信レンズ１６４は、例えば、環境からより多くの光を収集するようにサイズをスケールアップし得る。例として、受信レンズ１６４は、矩形形状であり、約１５ｍｍ×１０ｍｍの辺長を有してもよい。受信レンズ１６４は、光検出領域３３２の他の形状に基づいて成形され得ることが理解されよう。

【0056】

図３Ｄは、例示的な実施形態による、様々なレンズ形状３４０を示している。様々なレンズ形状３４０は、例えば、受信レンズ１６４の断面領域、およびそれらのそれぞれの形状を表し得る。例として、様々なレンズ形状３４０は、これらに限定されないが、正方形３４２、長方形３４４、三角形３４６、五角形３４８、六角形３５０、七角形３５２、八角形３５４、および／または平行四辺形３５６を含み得る。他の非従来的および／または不規則なレンズ形状が可能であり、想定されている。受信レンズ１６４の様々なレンズ形状３４０は、光検出領域３３２の形状、サイズ、または他の光学的態様に基づき得ることが理解されよう。かかるシナリオでは、光検出領域３３２を光で最適に（例えば、最も効率的に）満たすように、様々なレンズ形状３４０が選択され得る。例えば、様々なレンズ形状３４０は、光検出領域３３２の過充填を最小化するように選択され得る。いくつかの実施形態では、光検出領域３３２および受信レンズ１６４の相対的サイズは、受信レンズ１６４の合焦距離および相対的ピンホールサイズに基づいて関連付けられ得る。例えば、検出器１６２上に投影された光スポットは、ピンホール形状と、ピンホールから検出器までの距離を受信レンズ１６４の合焦距離で除算したものによってスケーリングされた受信レンズ１６４の形状との畳み込みである。かかるシナリオでは、投影された光スポットのおおよそのサイズは、ピンホールサイズ＋受信アパーチャサイズｘピンホールから検出器までの距離／合焦距離であり得る。

【0057】

図４は、例示的な実施形態による、光学システム４００を示している。光学システム４００は、図１を参照して図示および説明される光学システム１００と同様であり得る。例えば、光学システム４００は、送信機１１０および受信機１６０を含み得、これらは回転可能なステージ４１０に取り付けられ得る。回転可能なステージ４１０は、回転軸４０２を中心に回転するように構成され得る。いくつかの実施形態では、回転可能なステージ４１０は、回転可能なステージ４１０を機械的に回転させるように構成されたステッピングモータまたは別のデバイスによって作動され得る。

【0058】

例示的な実施形態では、光学システム４００は、回転可能なミラー１７０を含み得る。回転可能なミラー１７０は、三角プリズムのような形状であり得、ミラー軸４０４を中心に回転するように構成され得る。回転可能なミラー１７０は、複数の反射面１７２ａ、１７２ｂ、および１７２ｃを含み得る。回転可能なミラー１７０は、別の形状（例えば、正方形固体、長方形固体、五角形固体、六角形固体など）を有し得ることが理解されよう。すべてのかかる他の形状が想定され、本開示の範囲内で可能である。

【0059】

追加的または代替的に、光学システム４００は、光学窓１８０ａおよび１８０ｂを含み得る。反射面１７２ａ～１７２ｃは、送信経路１１４に沿って光学システム１００によって放射された光パルスを反射するように構成され得る。例えば、光パルスは、光学窓１８０ａおよび１８０ｂを経由して光学システム４００の環境に向けて反射され得る。さらに、環境から反射された光パルスは、受信経路１６６に沿って反射面１７２ａ～１７２ｃから反射され得る。

【0060】

このようにして、光学システム４００は、（例えば、ｚ軸を中心に）環境の３６０度領域に光パルスを放射し、そこから反射された光パルスを受信するように構成され得る。したがって、光学システム４００は、それぞれの反射光パルスの飛行時間に基づいて距離情報を決定するように構成され得る。

【0061】

ＩＩＩ．例示的車両
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ、および図５Ｅは、例示的実施形態による、車両５００を示している。車両５００は、半自律型車両または完全自律型車両であり得る。図５Ａ～図５Ｅは、車両５００を自動車（例えば、乗客用バン）であるものとして示しているが、車両５００は、センサおよびその環境についての他の情報を使用してその環境内で操縦することができる別のタイプの自律型車両、ロボット、またはドローンを含み得ることが理解されよう。

【0062】

車両５００は、１つ以上のセンサシステム５０２、５０４、５０６、５０８、および５１０を含み得る。いくつかの実施形態では、センサシステム５０２、５０４、５０６、５０８、および５１０は、所与の平面（例えば、ｘ－ｙ平面）に対してある角度範囲にわたって配置された、複数の発光体デバイスを有するＬＩＤＡＲセンサを含み得る。

【0063】

センサシステム５０２、５０４、５０６、５０８、および５１０のうちの１つ以上は、車両５００の周囲の環境を光パルスで照明するように、所与の平面に垂直な軸（例えば、ｚ軸）を中心に回転するように構成され得る。反射光パルスの様々な態様（例えば、飛行の経過時間、偏光、強度など）の検出に基づいて、環境に関する情報を決定することができる。

【0064】

例示的な実施形態では、センサシステム５０２、５０４、５０６、５０８、および５１０は、車両５００の環境内の物理的物体に関係し得るそれぞれの点群情報を提供するように構成され得る。車両５００ならびにセンサシステム５０２、５０４、５０６、５０８、および５１０は、特定の特徴を含むものとして示されているが、他のタイプのシステムが本開示の範囲内で想定されることが理解されよう。

【0065】

例示的な実施形態は、複数の発光体デバイスを有するシステムを含むことができる。システムは、ＬＩＤＡＲデバイスの送信ブロックを含むことができる。例えば、システムは、車両（例えば、自動車、トラック、オートバイ、ゴルフカート、航空機、ボートなど）のＬＩＤＡＲデバイスであってもよく、またはその一部であってもよい。複数の発光体デバイスの各発光体デバイスは、それぞれのビーム仰角に沿って光パルスを放射するように構成される。本明細書の他の箇所に記載されるように、それぞれのビーム仰角は、基準角度または基準面に基づくことができる。いくつかの実施形態では、基準面は、車両５００の運動軸に基づき得る。

【0066】

単一の発光体デバイスを有するＬＩＤＡＲシステムが本明細書で記載および図示されているが、複数の発光体デバイス（例えば、単一のレーザダイ上に複数のレーザ放射体を有する発光体デバイス）を有するＬＩＤＡＲシステムも想定される。追加的または代替的に、ＬＩＤＡＲシステムは、互いに近接して位置付けられた複数の単一レーザダイを含み得る。例示的な実施形態では、１つ以上のレーザダイオードによって放射される光パルスは、システムの環境の辺りに制御可能に向けられ得る。光パルスの放射の角度は、例えば、機械的走査ミラーおよび／または回転モータなどの走査デバイスによって調整され得る。例えば、走査デバイスは、所与の軸を中心に往復運動で回転する、および／または垂直軸を中心に回転することができる。別の実施形態では、発光体デバイスは、各光パルスと相互作用するときのプリズムミラー角度の角度に基づいて光パルスを環境に放射させることができる、回転するプリズムミラーに向けて光パルスを放射することができる。追加的にまたは代替的に、走査光学系および／または他のタイプの電気光学機械デバイスは、環境の辺りの光パルスを走査することが可能である。

【0067】

いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるように、単一の発光体デバイスは、可変ショットスケジュールに従って、および／またはショット当たりの可変電力で光パルスを放射することができる。すなわち、各レーザパルスまたはショットの放射電力および／またはタイミングは、ショットのそれぞれの仰角に基づくことができる。さらにまた、可変ショットスケジュールは、ＬＩＤＡＲシステムから、またはＬＩＤＡＲシステムを支持する所与の車両の表面（例えば、フロントバンパー）からの所与の距離で所望の垂直間隔を提供することに基づくことができる。一例として、発光体デバイスからの光パルスが下向きに向けられるとき、目標までの予想される最大距離がより短いことに起因して、ショット当たりの電力が低下する可能性がある。逆に、基準面の上の仰角で発光体デバイスによって放射された光パルスは、より長い距離を移動するパルスを適切に検出するのに十分な信号対雑音を提供するように、ショット当たりの電力が比較的より高い場合がある。

【0068】

いくつかの実施形態では、ショット当たりの電力／エネルギーは、動的にショットごとに制御することができる。他の実施形態では、ショット当たりの電力／エネルギーは、いくつかのパルスの連続セット（例えば、１０個の光パルス）について制御することができる。すなわち、光パルス列の特性は、パルス当たり基準および／または数パルス当たり基準に変更することができる。

【0069】

図５は、車両５００に取り付けられた様々なＬＩＤＡＲセンサを示しているが、車両５００は、本明細書に説明されるように、複数の光学システムなどの他のタイプのセンサを組み込む得ることが理解されよう。

【0070】

例示的な実施形態では、車両５００は、１つ以上の光学システム（例えば、図１に関連して図示および説明される光学システム１００）を含み得る。光学システムは、放射光を放射するように構成された発光体デバイス（例えば、発光体デバイス１２０）を含む送信機を含み得る。かかるシナリオでは、発光体デバイスは基準面を画定し得る。基準面は、例えば、レーザダイのファセットによって画定され得る。送信機はまた、発光体デバイスに光学的に結合された速軸コリメーション（ＦＡＣ）レンズ（ＦＡＣレンズ１３０）を含む。ＦＡＣレンズのレンズ軸は、基準面に対して非ゼロ角度にある。本明細書に記載されるように、レンズ軸は、ＦＡＣレンズの円柱軸またはＦＡＣレンズの速軸を含み得る。ＦＡＣレンズの配向または位置の調整は、基準面および／または発光体デバイスの他の特徴に関してＦＡＣレンズの他の軸を調整することに基づき得る。

【0071】

送信機はまた、ＦＡＣレンズに光学的に結合された送信レンズを含む。光学システムはまた、受信レンズ、および受信レンズに光学的に結合された光検出器を含み得る受信機を含む。いくつかの実施形態では、送信レンズは、例えば、受信レンズの形状および／または光検出器の形状に基づいて成形され得る。例えば、送信レンズは、正方形または矩形形状を有し得る。代替的または追加的に、送信レンズは、一方の側が平坦な円形形状を有し得る。他の形状も可能であることが理解されよう。

【0072】

図に示されている特定の配置は、限定と見なされるべきではない。他の実施形態が、所与の図に示される各素子をより多く、またはより少なく含んでもよいことを理解されたい。さらに、図示される素子のうちのいくつかは、組み合わされても、または省略されてもよい。さらにまた、例示的な実施形態は、図示されていない素子を含んでもよい。

【0073】

情報の処理を表すステップまたはブロックは、本明細書に記載の方法または技術の特定の論理機能を実行するように構成され得る回路に対応することができる。代替的または追加的に、情報の処理を表すステップまたはブロックは、モジュール、セグメント、またはプログラムコード（関連データを含む）の一部に対応することができる。プログラムコードは、特定の論理機能または論理動作を方法または技術において実装するための、プロセッサにより実行可能な１つ以上の命令を含むことができる。プログラムコードおよび／または関連データは、ディスク、ハードドライブ、または他の記憶媒体を含む、記憶デバイスなどの任意のタイプのコンピュータ可読媒体に記憶することができる。

【0074】

コンピュータ可読媒体は、レジスタメモリ、プロセッサキャッシュ、およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）のような、データを短期間記憶するコンピュータ可読媒体などの非一時的コンピュータ可読媒体も含むことができる。コンピュータ可読媒体はまた、プログラムコードおよび／またはデータを長期間にわたって記憶する非一時的コンピュータ可読媒体も含むことができる。このように、コンピュータ可読媒体は、例えば、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、光ディスクまたは磁気ディスク、コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）のような二次的なまたは長期永続的な記憶装置を含むことができる。コンピュータ可読媒体はまた、任意の他の揮発性または不揮発性の記憶システムとすることもできる。コンピュータ可読媒体は、例えば、コンピュータ可読記憶媒体、または有形の記憶デバイスと考えることができる。

【0075】

様々な例および実施形態が開示されてきたが、他の例および実施形態が当業者にとって明らかであろう。様々な開示された例および実施形態は、例示の目的のためであり、限定することを意図するものではなく、その真の範囲は、以下の特許請求の範囲により示される。

【0076】

本明細書は、条項１～２０の形態で表される以下の主題を含む。１．ＬＩＤＡＲシステムであって、送信機であって、放射光を放射するように構成された発光体デバイスであって、発光体デバイスが、基準面を画定する、発光体デバイスと、その発光体デバイスに光学的に結合された速軸コリメーション（ＦＡＣ）レンズであって、そのＦＡＣレンズのレンズ軸が基準面に対して非ゼロ角度にある、ＦＡＣレンズと、そのＦＡＣレンズに光学的に結合された送信レンズと、を備える送信機と、受信機であって、受信レンズと、その受信レンズに光学的に結合された光検出器と、を備える受信機と、を備える、ＬＩＤＡＲシステム。２．ＦＡＣレンズが円柱レンズを備え、レンズ軸が円柱レンズの円柱軸によって画定される、条項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。３．ＦＡＣレンズが非円柱レンズを備え、レンズ軸が非円柱レンズの円柱軸によって画定される、条項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。４．非ゼロ角度が、基準面に対して０度～０．５度のロール角を含む、条項１～３のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。５．非ゼロ角度が、基準面に対して０．５度～２０度のロール角を含む、条項１～３のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。６．発光体デバイスが、レーザダイオードバーを備える、条項１～５のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。７．基準面が、レーザダイオードバーの少なくとも１つの表面によって画定される、条項６に記載のＬＩＤＡＲシステム。８．基準面が、レーザダイオードバーのアクティブ層の少なくとも１つの表面によって画定される、条項６または７に記載のＬＩＤＡＲシステム。９．レーザダイオードバーの端面が、ファセット面を画定し、ＦＡＣレンズの速軸が、そのファセット面に非平行である、条項６～８のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。１０．ＦＡＣレンズの速軸が、ファセット面に対して０度～０．５度のピッチ角を形成する、条項９のＬＩＤＡＲシステム。１１．ＦＡＣレンズの速軸が、ファセット面に対して０．５度～２０度のピッチ角を形成する、条項９に記載のＬＩＤＡＲシステム。１２．レーザダイオードバーの端面が、ファセット面を画定し、ＦＡＣレンズの後面がそのファセット面に非平行である、条項６～１１のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。１３．ＦＡＣレンズの後面が、ファセット面に対して０度～０．５度のヨー角を形成する、条項１２に記載のＬＩＤＡＲシステム。１４．ＦＡＣレンズの後面が、ファセット面に対して５度～２０度のヨー角を形成する、条項１２のＬＩＤＡＲシステム。１５．非ゼロ角度が、放射光のビームプロファイルを送信レンズに集中するように構成されている、条項１～１４のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。１６．ＦＡＣレンズが、接着剤、硬化性エポキシ、またはクランプのうちの少なくとも１つを用いて、発光体デバイスに対して固定されている、条項１～１５のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。１７．光検出器が、光検出領域形状を有する光検出領域を含み、受信レンズが、光検出領域形状に対応する形状を有する、条項１～１６のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。１８．光検出領域形状が正方形または矩形であり、受信レンズが正方形または矩形形状であり、送信レンズが正方形または矩形形状である、条項１７に記載のＬＩＤＡＲシステム。１９．光検出器が、シリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）デバイス、単一光子アバランシェフォトダイオード（ＳＰＡＤ）、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、またはマルチピクセル光子カウンタ（ＭＰＰＣ）のうちの少なくとも１つを備える、条項１～１８のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。２０．車両であって、光学システムであって、送信機であって、送信機が、放射光を放射するように構成された発光体デバイスであって、その発光体デバイスが基準面を画定する、発光体デバイスと、その発光体デバイスに光学的に結合された速軸コリメーション（ＦＡＣ）レンズであって、そのＦＡＣレンズのレンズ軸が基準面に対して非ゼロ角度にある、ＦＡＣレンズと、そのＦＡＣレンズに光学的に結合された送信レンズと、を備える送信機、および、受信機であって、受信機が、受信レンズと、その受信レンズに光学的に結合された光検出器と、を備える受信機、を備える光学システムを備える車両。２１．車両であって、条項１～１９のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステムを備える光学システム、を備える車両。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図2F】

【図2G】

【図2H】

【図2I】

【図2J】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図5E】