ホーム > 特許ランキング > ウェイモ エルエルシー
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-05-02
(54)【発明の名称】ＬＩＤＡＲ送信器／受信器の位置合わせ
(51)【国際特許分類】
G01S 7/497 20060101AFI20220422BHJP
G01S 7/481 20060101ALI20220422BHJP
G01C 3/06 20060101ALI20220422BHJP
【ＦＩ】
G01S7/497
G01S7/481 A
G01C3/06 120Q
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021549596
(86)(22)【出願日】2020-03-05
(85)【翻訳文提出日】2021-10-08
(86)【国際出願番号】 US2020021072
(87)【国際公開番号】W WO2020181031
(87)【国際公開日】2020-09-10
(31)【優先権主張番号】62/814,064
(32)【優先日】2019-03-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【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】モリス，ザッカリー
(72)【発明者】
【氏名】ウーリッヒ，ドリュー
(72)【発明者】
【氏名】ドロズ，ピエール－イヴ
(72)【発明者】
【氏名】デイビス，ライアン
【テーマコード（参考）】
2F112
5J084
【Ｆターム（参考）】
2F112AC06
2F112AD01
2F112BA12
2F112CA05
2F112CA12
2F112DA05
2F112DA06
2F112DA13
2F112DA25
2F112DA28
2F112DA32
5J084AA05
5J084AC02
5J084AD01
5J084BA04
5J084BA35
5J084BA36
5J084BA38
5J084BB02
5J084BB04
5J084BB07
5J084BB37
5J084CA65
5J084CA67
5J084DA07
5J084EA19
5J084EA31
(57)【要約】
光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）デバイスは、送信器、受信器、およびミラーを含む。送信器は、コリメートされた送信光を環境への反射のためにミラーに向けて放射する。受信器は、受信レンズ、アパーチャ、ホルダー、および光センサを含む。受信レンズは、ミラーを介して、環境からのコリメートされた送信光の反射を受信し、その受信した光をアパーチャ内の点に集束するように構成されている。ホルダーは、アパーチャから発散する光を受信するように光センサを位置決めするように構成されている。ホルダーおよびアパーチャは、組立体として、受信レンズに対して一緒に移動させることができる。受信器を送信器に位置合わせするために、光源がアパーチャを通じて受信レンズに向かって光を放射し、送信器および受信器によって放射された光がカメラによって取得された画像内で重なるように組立体が調整される。
【選択図】図３
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）デバイスであって、送信器であって、前記送信器が、
レーザダイオードと、
前記レーザダイオードに光学的に結合された速軸コリメータと、
前記速軸コリメータに光学的に結合された送信レンズであって、前記送信レンズが前記速軸コリメータを通じて前記レーザダイオードによって放射された光を少なくとも部分的にコリメートして第１の光軸に沿って送信光を提供するように構成されている、送信レンズと、を備える送信器と、
受信器であって、前記受信器が、
受信レンズであって、前記受信レンズが前記第１の光軸に実質的に平行な第２の光軸に沿って光を受信し、前記受信した光を集束するように構成されている受信レンズと、
光センサと、
アパーチャおよびホルダーを備える組立体であって、前記アパーチャは前記受信レンズの焦点面に近接し、前記ホルダーは、前記光センサが、前記受信レンズによって集束された後に前記アパーチャから発散する光を受信するように、前記アパーチャに対する位置に前記光センサを保持するように構成され、前記組立体が前記受信レンズに対して調整可能である、組立体と、を備える受信器と、を備えるＬＩＤＡＲデバイス。
【請求項2】
前記アパーチャが、アパーチャプレート内に開口部を備え、前記アパーチャプレートが前記ホルダー上に取り外し可能に取り付けられている、請求項１に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
【請求項3】
前記速軸コリメータが、円柱レンズまたは非円柱レンズのうちの少なくとも一方を備える、請求項１に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
【請求項4】
前記光センサが、単一光子光検出器のアレイを備える、請求項１に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
【請求項5】
前記単一光子光検出器のアレイが、前記アパーチャよりも大きい感光領域を有する、請求項４に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
【請求項6】
前記光センサが、シリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）を備える、請求項４に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
【請求項7】
ミラーであって、前記ミラーが、（ｉ）前記送信レンズから前記第１の光軸に沿って送信された前記送信光をＬＩＤＡＲデバイスの環境に反射し、（ｉｉ）前記環境からの前記送信光の反射を前記第２の光軸に沿って前記受信レンズに向かって反射するように構成されている、ミラーをさらに備える、請求項１に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
【請求項8】
方法であって、カメラおよび光学系を、前記光学系の少なくとも一部分が前記カメラの視野内にあるように配列することであって、前記光学系が、
第１の光源と、
前記第１の光源に光学的に結合された第１のレンズであって、前記第１のレンズが、前記第１の光源によって放射された光をコリメートして、コリメートされた光の第１のビームを提供するように構成されている、第１のレンズと、
第２の光源と、
アパーチャおよびホルダーを備える組立体であって、前記ホルダーは、前記第２の光源が前記アパーチャを通じて光を放射するような位置に前記第２の光源を保持する、組立体と、
前記アパーチャに光学的に結合された第２のレンズであって、前記第２のレンズが、前記アパーチャを通じて前記第２の光源によって放射された光をコリメートして、コリメートされた光の第２のビームを提供するように構成され、前記組立体が前記第２のレンズに対して調整可能である、第２のレンズと、を備える、配列することと、
前記カメラを使用して１つ以上の画像を取得することであって、前記１つ以上の画像が、前記コリメート光の第１のビームを示すそれぞれの第１のスポットおよび前記コリメート光の第２のビームを示すそれぞれの第２のスポットを示している、取得することと、を含む方法。
【請求項9】
前記１つ以上の画像に基づいて、前記第１のスポットと前記第２のスポットとの間のオフセットを決定することと、前記オフセットに基づいて、第２のレンズに対して前記組立体を調整することと、をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記オフセットに基づいて前記第２のレンズに対して前記組立体を調整した後に、前記カメラを使用して１つ以上の後続の画像を取得することと、前記１つ以上の後続の画像に基づいて、前記第１のスポットおよび前記第２のスポットが少なくとも所定の重なりを有することを判定することと、をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記第１のスポットおよび前記第２のスポットが、少なくとも前記所定の重なりを有することを判定した後に、前記ホルダー内の前記第２の光源を前記光センサと置換することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記ホルダー内の前記第２の光源を前記光センサに置換した後に、前記光学系を光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）デバイス内に取り付ける、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記カメラを使用して１つ以上の画像を取得することが、前記カメラが無限遠に合焦している間に前記カメラを使用して前記１つ以上の画像を取得することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項14】
前記カメラが前記第１のレンズに合焦するように、追加のレンズを前記カメラに光学的に結合することと、前記第１のレンズに合焦した前記カメラを使用して、前記第１のレンズの少なくとも１つの画像を取得することと、
前記第１のレンズの前記少なくとも１つの画像に基づいて、前記第１のレンズに対する前記コリメート光の第１のビームのビームプロファイルを決定することと、をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
少なくとも前記第１のレンズが追加のカメラの視野内にあるように、前記光学系に対して前記追加のカメラを配列することと、前記追加のカメラを使用して、前記第１のレンズの少なくとも１つの画像を取得することと、
前記第１のレンズの前記少なくとも１つの画像に基づいて、前記第１のレンズに対する前記コリメート光の第１のビームのビームプロファイルを決定することと、をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項16】
前記カメラおよび前記追加のカメラをビームスプリッタを介して前記光学系に光学的に結合することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
少なくとも前記第１のレンズおよび前記第２のレンズが、前記ビームスプリッタを通じた送信を介して前記カメラの視野内にあり、少なくとも前記第１のレンズが、前記ビームスプリッタからの反射を介して前記追加のカメラの視野内にある、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
システムであって、第１の光源と、
前記第１の光源に光学的に結合された第１のレンズであって、前記第１のレンズが、前記第１の光源から放射された光をコリメートして、コリメートされた光の第１のビームを提供するように構成されている、第１のレンズと、
第２の光源と、
アパーチャおよびホルダーを備える組立体であって、前記ホルダーが、前記第２の光源が前記アパーチャを通じて光を放射するような位置に前記第２の光源を保持する、組立体と、
前記アパーチャに光学的に結合された第２のレンズであって、前記第２のレンズが、前記アパーチャを通じて前記第２の光源によって放射された光をコリメートして、コリメートされた光の第２のビームを提供するように構成され、前記組立体が前記第２のレンズに対して調整可能である、第２のレンズと、
カメラであって、少なくとも前記第１のレンズおよび前記第２のレンズが前記カメラの視野内にあり、前記カメラが無限遠に合焦する、カメラと、を備える、システム。
【請求項19】
追加のカメラであって、少なくとも前記第１のレンズが前記追加のカメラの視野内にあり、前記追加のカメラが前記第１のレンズに合焦する、追加のカメラをさらに備える、請求項１８に記載のシステム。
【請求項20】
ビームスプリッタであって、前記第１のレンズおよび前記第２のレンズが前記ビームスプリッタを通じた送信を介して前記カメラの視野内にあり、前記第１のレンズが前記ビームスプリッタからの反射を介して前記追加のカメラの視野内にある、ビームスプリッタをさらに備える、請求項１９に記載のシステム。【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日に出願された米国仮特許出願第６２／８１４，０６４号の優先権を主張するものであり、参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１９年３月５日に出願された米国仮特許出願第６２／８１４，０６４号の優先権を主張するものであり、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、発光送信器を利用して、環境に光パルスを放射し得る。環境内の物体と相互作用する（例えば、物体によって反射する）放射光パルスは、光検出器を含む受信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、ＬＩＤＡＲデバイス、およびＬＩＤＡＲデバイスを製造するときに使用され得るシステムおよび方法に関する。例示的実施形態は、ＬＩＤＡＲデバイスの受信器をＬＩＤＡＲデバイスの送信器と位置合わせするための方法およびシステムを含む。
【0004】
第１の態様では、ＬＩＤＡＲデバイスが提供される。本ＬＩＤＡＲデバイスは、送信器および受信器を含む。送信器は、レーザダイオード、レーザダイオードに光学的に結合された速軸コリメータ、および速軸コリメータに光学的に結合された送信レンズを含む。送信レンズは、速軸コリメータを介してレーザダイオードによって放射された光を少なくとも部分的にコリメートして、第１の光軸に沿って送信光を提供するように構成されている。受信器は、受信レンズ、光センサ、およびアパーチャとホルダーを含む組立体を含む。受信レンズは、第１の光軸と実質的に平行である第２の光軸に沿って光を受信し、受信した光を集束するように構成されている。アパーチャは、受信レンズの焦点面に近接しており、ホルダーは、光センサが、受信レンズによって集束された後にアパーチャから発散する光を受信するように、アパーチャに対して相対的な位置に光センサを保持するように構成されている。この点に関して、アパーチャは、受信レンズと光センサとの間に位置し得る。組立体は、受信レンズに対して調整可能である。
【0005】
第２の態様では、方法が提供される。本方法は、光学系の少なくとも一部分がカメラの視野内にあるようにカメラおよび光学系を配列することを伴う。光学系は、第１の光源と、第１の光源に光学的に結合された第１のレンズであって、第１のレンズが、第１の光源によって放射された光をコリメートして、コリメートされた光の第１のビームを提供するように構成されている、第１のレンズと、第２の光源と、アパーチャおよびホルダーを含む組立体であって、ホルダーが、第２の光源がアパーチャを通じて光を放射するような位置に第２の光源を保持している、組立体と、アパーチャに光学的に結合された第２のレンズであって、第２のレンズが、アパーチャを通じて第２の光源によって放射された光をコリメートして、コリメートされた光の第２のビームを提供するように構成されている、第２のレンズと、を含む。組立体は、第２のレンズに対して調整可能である。本方法は、カメラを使用して１つ以上の画像を取得することをさらに伴い、１つ以上の画像は、コリメート光の第１のビームを示すそれぞれの第１のスポットおよびコリメート光の第２のビームを示すそれぞれの第２のスポットを示している。カメラを使用して、第１のスポットおよび第２のスポットの１つ以上の画像を取得する。
【0006】
第３の態様では、システムが提供される。本システムは、第１の光源、第１のレンズ、第２の光源、第２のレンズ、組立体、およびカメラを含む。第１のレンズは、第１の光源に光学的に結合され、第１の光源によって放射された光をコリメートして、コリメートされた光の第１のビームを提供するように構成されている。組立体は、アパーチャおよびホルダーを含み、ホルダーは、第２の光源がアパーチャを通じて光を放射するような位置に第２の光源を保持している。加えて、組立体は、第２のレンズに対して調整可能である。第２のレンズは、アパーチャに光学的に結合され、アパーチャを通じて第２の光源によって放射された光をコリメートして、コリメートされた光の第２のビームを提供するように構成されている。カメラは無限遠に合焦し得、少なくとも第１のレンズおよび第２のレンズはカメラの視野内にある。
【0007】
他の態様、実施形態、および実装形態は、添付図面を適宜参照して、以下の詳細な説明を読み取ることによって、当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1A】例示的実施形態による、送信器および受信器を含むＬＩＤＡＲデバイスの断面図である。
【図2A】例示的実施形態による、車両を示す。
【図2B】例示的実施形態による、車両を示す。
【図4C】例示的実施形態による、車両を示す。
【図2D】例示的実施形態による、車両を示す。
【図2E】例示的実施形態による、車両を示す。
【図3】例示的実施形態による、ＬＩＤＡＲデバイスのための送信器および受信器の側断面図である。
【図7】例示的実施形態による、受信器を送信器と位置合わせするための配列を概略的に示す。
【図8A】例示的実施形態による、受信器が送信器と適切に位置合わせされていないことを示す画像を示す。
【図8B】例示的実施形態による、受信器が送信器と適切に位置合わせされていることを示す画像を示す。
【図9A】例示的実施形態による、送信レンズにおける送信光のビームプロファイルを示す画像を示す。
【図9B】例示的実施形態による、送信レンズにおける送信光のビームプロファイルを示す画像を示す。
【図10】例示的実施形態による、受信器を送信器と位置合わせするための配列を概略的に示す。
【図11】例示的実施形態による、方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
例示的な方法、デバイス、およびシステムが、本明細書に記載されている。「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。
【0010】
したがって、本明細書に記載される例示的な実施形態は、限定的であること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、図に示される本開示の態様は、多種多様な異なる構成で配置、置換、組み合わせ、分離、および設計されることが可能であり、これらの構成の全てが、本明細で想定されている。
【0011】
さらに、文脈で特に示唆しない限り、各図に示された特徴を、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、図示される全ての特徴が実施形態ごとに必ずしも必要で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。
【0012】
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器と、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、およびアパーチャ）を介して送信器から送信され、環境内の物体によって反射された光を検出するように構成された光受信器と、を含む。光送信器は、例えば、速軸および遅軸に沿って発散する光を放射するレーザダイオードを含むことができる。レーザダイオードは、レーザダイオード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タ（例えば、円柱レンズまたは非円柱レンズ）に光学的に結合することができる。光受信器は、例えば、アパーチャ（例えば、ピンホールアパーチャ）を通じて光を受信するシリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）を含むことができる。この配列では、光送信器からの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、受信経路を通じて光受信器によって受信されるように、光送信器および光受信器が互いに対して位置合わせされることが予想される。しかし、光送信器および光受信器が互いに不正確に位置合わせされている場合、光送信器からの送信光が、環境内の物体からの反射光の一部分のみが光受信器に到達することができる（または、まったく到達できない）ような方向で、送信経路を通過して環境内に入ることがある。
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器と、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、およびアパーチャ）を介して送信器から送信され、環境内の物体によって反射された光を検出するように構成された光受信器と、を含む。光送信器は、例えば、速軸および遅軸に沿って発散する光を放射するレーザダイオードを含むことができる。レーザダイオードは、レーザダイオード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タ（例えば、円柱レンズまたは非円柱レンズ）に光学的に結合することができる。光受信器は、例えば、アパーチャ（例えば、ピンホールアパーチャ）を通じて光を受信するシリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）を含むことができる。この配列では、光送信器からの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、受信経路を通じて光受信器によって受信されるように、光送信器および光受信器が互いに対して位置合わせされることが予想される。しかし、光送信器および光受信器が互いに不正確に位置合わせされている場合、光送信器からの送信光が、環境内の物体からの反射光の一部分のみが光受信器に到達することができる（または、まったく到達できない）ような方向で、送信経路を通過して環境内に入ることがある。
【0013】
光送信器および光受信器は、位置合わせした後にＬＩＤＡＲデバイスに取り付けることができる。位置合わせを容易にするために、アパーチャは、受信レンズに対して調整可能であるように、受信器に取り付けることができる。例えば、受信器は、アパーチャを含むアパーチャプレート、および光センサ（例えば、ＳｉＰＭ）を含む光センサボードを取り付けるように構成されたホルダーを含むことができる。ホルダーは、ホルダーに取り付けられたときにアパーチャが光センサと位置合わせされるように、アパーチャプレート内の対応する穴に嵌合するピンを含むことができる。ホルダーおよびアパーチャプレートは、受信レンズに対して組立体として一緒に移動させることができる。
【0014】
例示的位置合わせ手順では、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光源が、光センサの代わりにホルダーに取り付けられている。この光源は、光センサによって通常占有される位置にあってもよい。光源は、アパーチャを通じて光を放射し、そのため、放射された光は受信レンズを通る。カメラ、または光源によって放射された光を記録するように構成された別のデバイスは、送信器および受信器の両方がカメラの視野内にあるように位置決めされる。カメラは、例えば、無限遠に合焦するか、またはＬＩＤＡＲデバイスの最大作動距離に合焦してもよい。カメラを使用して、光が送信器および受信器の両方によって放射されている間に、１つ以上の画像を取得する。画像は、送信器からの光を示す第１のスポットと、受信器からの光を示す第２のスポットとを含むことができる。ホルダーおよびアパーチャは、受信器が送信器と位置合わせされる（例えば、カメラが２つのスポットの重なる画像を取得することによって示される）まで、組立体として一緒に移動する。次いで、ホルダーに取り付けられた光源を光センサに置換することができ、今や位置合わせされた送信器および受信器をＬＩＤＡＲデバイスに取り付けることができる。
【0015】
ＩＩ．例示的ＬＩＤＡＲデバイス
図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃは、例示的なＬＩＤＡＲデバイス１００を示している。この実施例では、ＬＩＤＡＲデバイス１００は、デバイス軸１０２を有し、弧状の矢印によって示されるように、デバイス軸１０２を中心に回転するように構成されている。回転は、ＬＩＤＡＲデバイス１００に結合された、またはＬＩＤＡＲデバイス１００内に含まれる回転可能なステージ１０４によって提供され得る。いくつかの実施形態では、回転可能なステージ１０４は、回転可能なステージ１０４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。
図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃは、例示的なＬＩＤＡＲデバイス１００を示している。この実施例では、ＬＩＤＡＲデバイス１００は、デバイス軸１０２を有し、弧状の矢印によって示されるように、デバイス軸１０２を中心に回転するように構成されている。回転は、ＬＩＤＡＲデバイス１００に結合された、またはＬＩＤＡＲデバイス１００内に含まれる回転可能なステージ１０４によって提供され得る。いくつかの実施形態では、回転可能なステージ１０４は、回転可能なステージ１０４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。
【0016】
図１Ａは、デバイス軸１０２を含む第１の平面を通るＬＩＤＡＲデバイス１００の断面図である。図１Ｂは、デバイス軸１０２を中心に第１の平面に対して９０度回転した平面からわずかにオフセットされた第２の平面を通るＬＩＤＡＲデバイス１００の断面図であり、第２の平面がＬＩＤＡＲデバイス１００内の送信器を通過する。図１Ｃは、デバイス軸１０２を中心に第１の平面に対して９０度回転した平面からわずかにオフセットされた第３の平面を通るＬＩＤＡＲデバイス１００の断面図であり、第３の平面がＬＩＤＡＲデバイス１００の受信器を通過する。
【0017】
ＬＩＤＡＲデバイス１００は、光透過性窓１１２ａおよび１１２ｂを有するハウジング１１０を含む。ミラー１２０および光共振器１２２は、ハウジング１１０内に位置する。ミラー１２０は、デバイス軸１０２に実質的に垂直であり得るミラー軸１２４を中心に回転するように構成されている。この実施例では、ミラー１２０は、回転シャフト１２８に結合された３つの反射面１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃを含む。このように、図１Ｂおよび図１Ｃに示されるように、ミラー１２０は、概して三角プリズムの形状である。ただし、ミラー１２０は、異なる形状であってもよく、異なる数の反射面を有してもよいことを理解されたい。
【0018】
光共振器１２２は、ＬＩＤＡＲデバイス１００の環境に反射するために（例えば、窓１１２ａおよび１１２ｂを通じて）ミラー１２０に向けて送信光を放射するように構成されている。光共振器１２２は、ミラー１２０によって反射された環境からの光（例えば、窓１１２ａおよび１１２ｂを通じてＬＩＤＡＲデバイス１００に入る光）を受信するようにさらに構成されている。環境から受信された光は、環境内の１つ以上の物体によって反射された、ミラー１２０を介して光共振器１２２から環境に送信された光の一部分を含むことができる。
【0019】
図１Ａに示されるように、光共振器１２２は、送信器１３０および受信器１３２を含む。送信器１３０は、第１の光路１３４に沿ってミラー１２０に向かって送信光を提供するように構成されている。受信器１３２は、第２の光路１３６に沿ってミラー１２０から光を受信するように構成されている。光路１３４および１３６は、互いに実質的に平行であり、その結果、受信器１３２は、第２の光路１３４に沿って提供され、次いで、ミラー１２０によって環境内に（例えば、窓１１２ａおよび１１２ｂを通じて）反射される、送信器１４０からの送信光の環境内の１つ以上の物体からの反射を第２の光路１３６に沿って受信することができる。光路１３４および１３６は、デバイス軸１０２に平行（または、実質的に平行）であり得る。加えて、デバイス軸１０２は、第１の光路１３４および／または第２の光路１３６と一致（または、ほぼ一致）し得る。
【0020】
例示的実施形態では、送信器１３０は、光を（例えば、パルスの形態で）放射する光源、および光源から放射された光をコリメートして第１の光路１３４に沿ってコリメートされた送信光を提供する送信レンズを含む。光源は、例えば、速軸コリメータに光学的に結合されたレーザダイオードであってもよい。ただし、他の光源を使用することもできる。図１Ｂは、コリメートされた送信光１４０が送信器１３０から第１の光路１３４に沿ってミラー１２０に向かって放射される実施例を示している。この実施例では、コリメートされた送信光１４０がミラー１２０の反射面１２６ｂによって反射され、その結果、コリメートされた送信光１４０は、光学窓１１２ａを通過してＬＩＤＡＲデバイス１００の環境に入る。
【0021】
例示的実施形態では、受信器１３２は、受信レンズ、アパーチャ、および光センサを含む。受信レンズは、第２の光路１３６に沿ってコリメート光を受信し、受信したコリメート光をアパーチャ内に位置する点に集束するように構成されている。光センサは、受信レンズによって集束された後にアパーチャから発散する光を受信するように位置決めされる。図１Ｃは、受信光１４２が環境から光学窓１１２ａを通じて受信され、次いで、第２の光路１３６に沿って受信器１３２に向かってミラー１２０の反射面１２６ｂによって反射される実施例を示している。
【0022】
図１Ｃに示される受信光１４２は、環境内の１つ以上の物体によって反射された、図１Ｂに示される送信光１４０の一部分に対応し得る。送信光１４０をパルスの形態で送信することによって、受信器１３２内の光センサによって検出される受信光１４２内のパルスのタイミングを使用して、送信光のパルスを反射した環境内の１つ以上の物体までの距離を測定することができる。加えて、１つ以上の物体への方向は、光パルスが送信または受信されるときの、デバイス軸１０２を中心としたＬＩＤＡＲデバイス１００の向き、およびミラー軸１２４を中心としたミラー１２０の向きに基づいて決定することができる。
【0023】
送信器１３０および受信器１３２は、送信光１４０が環境内の物体によって反射されて、ＬＩＤＡＲデバイス１００に（例えば、窓１１２ａ、１１２ｂを通じて）入り、受信器１３２の受信レンズによって（ミラー１２０および第２の光路１３６を介して）受信され、光センサによる検出のためにアパーチャ内の点に集束される受信光１４２を提供することができるように、互いに位置合わせされ得る。これは、距離および方向を確実に決定するのに役立つ。例えば、受信器１３２のアパーチャが位置ずれしている場合、受信レンズは、受信光１４２をアパーチャ内にない点に集束することがあり、その結果、光センサは、受信光１４０を検出できないことがある。それらの位置合わせを容易にするために、送信器１３０および受信器１３２は、以下に説明するように構成され得る。加えて、受信器１３２を送信器１３０と位置合わせした後に光共振器１２２をＬＩＤＡＲデバイス１００に取り付けるのに使用され得る方法が以下に説明される。
【0024】
ＩＩＩ．例示的車両
図２Ａ～図２Ｅは、例示的実施形態による、車両２００を示している。車両２００は、半自律型車両または完全自律型車両であり得る。図２Ａ～図２Ｅは、車両２００を自動車（例えば、バン）として示しているが、車両２００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。
図２Ａ～図２Ｅは、例示的実施形態による、車両２００を示している。車両２００は、半自律型車両または完全自律型車両であり得る。図２Ａ～図２Ｅは、車両２００を自動車（例えば、バン）として示しているが、車両２００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。
【0025】
車両２００は、１つ以上のセンサシステム２０２、２０４、２０６、２０８、および２１０を含み得る。例示的実施形態では、センサシステム２０２、２０４、２０６、２０８、および２１０はそれぞれ、それぞれのＬＩＤＡＲデバイスを含む。加えて、センサシステム２０２、２０４、２０６、２０８、および２１０のうちの１つ以上は、レーダーデバイス、カメラ、または他のセンサを含み得る。
【0026】
センサシステム２０２、２０４、２０６、２０８、および２１０のＬＩＤＡＲデバイスは、車両２００の周囲の環境の少なくとも一部分を光パルスで照射し、反射された光パルスを検出するように、軸（例えば、図２Ａ～図２Ｅに示されるｚ軸）を中心に回転するように構成され得る。反射光パルスの検出に基づいて、環境に関する情報が決定され得る。反射光パルスから決定された情報は、車両２００の周囲の環境内の１つ以上の物体までの距離および方向を示し得る。例えば、情報を使用して、車両２００の環境内の物理的物体に関する点群情報を生成し得る。この情報を使用して、環境内の物体の反射率、環境内の物体の材料組成、または車両２００の環境に関する他の情報も決定し得る。
【0027】
システム２０２、２０４、２０６、２０８、および２１０のうちの１つ以上から取得された情報を使用して、車両２００が自律モードまたは半自律モードで動作しているときなど、車両２００を制御し得る。例えば、この情報を使用して、ルート（または、既存のルートを調整する）、速度、加速度、車両の向き、ブレーキ操作、または車両２００の他の運転挙動もしくは動作を決定し得る。
【0028】
【0029】
ＩＶ．例示的送信器および受信器の構成
図３は、光共振器１２２の例示的構成を（側断面図で）示し、送信器１３０および受信器１３２の構成要素を示している。この実施例では、送信器１３０は、送信レンズチューブ３０２に取り付けられた送信レンズ３００を含み、受信器１３２は、受信レンズチューブ３０６に取り付けられた受信レンズ３０４を含む。図３では、送信レンズチューブ３０２および受信レンズチューブ３０６は、互いに接合されたものとして示されている。ただし、チューブ３０２および３０６は、離間され得るか、またはそれらは、光共振器１２２のハウジングと一体であり得ることを理解されたい。
図３は、光共振器１２２の例示的構成を（側断面図で）示し、送信器１３０および受信器１３２の構成要素を示している。この実施例では、送信器１３０は、送信レンズチューブ３０２に取り付けられた送信レンズ３００を含み、受信器１３２は、受信レンズチューブ３０６に取り付けられた受信レンズ３０４を含む。図３では、送信レンズチューブ３０２および受信レンズチューブ３０６は、互いに接合されたものとして示されている。ただし、チューブ３０２および３０６は、離間され得るか、またはそれらは、光共振器１２２のハウジングと一体であり得ることを理解されたい。
【0030】
送信レンズチューブ３０２は、光源３１４から放射された放射光３１２が送信レンズ３００に到達することができる内部空間３１０を有する。送信レンズ３００は、放射光３１２を少なくとも部分的にコリメートして、第１の光軸１３４に沿って送信光（例えば、コリメートされた送信光）を提供するように構成されている。図３に示されるように、光源３１４は、速軸コリメータ３１８に光学的に結合されたレーザダイオード３１６を含む。レーザダイオード３１６は、複数のレーザダイオード放射領域を含み得、近赤外光（例えば、約９０５ｎｍの波長を有する光）を放射するように構成され得る。速軸コリメータ３１８は、レーザダイオード３１６に取り付けられているか、またはレーザダイオード３１６から離間されているかのいずれかである円柱レンズまたは非円柱レンズであり得る。ただし、他のタイプの光源が使用され得ること、およびかかる光源が他の波長（例えば、可視または紫外線波長）で光を放射し得ることを理解されたい。
【0031】
光源３１４は、送信レンズ３００の焦点またはその近傍の位置で、取付け構造体３２０上に取り付けられ得る。取付け構造体３２０は、送信レンズチューブ３０２に取り付けられた基部３２２によって支持され得る。
【0032】
受信レンズチューブ３０６は、内部空間３３０を有する。受信レンズ３０４は、第２の光軸１３６に沿って光（例えば、環境内の物体によって反射された、送信レンズ３００から送信されたコリメート光）を受信し、その受信した光を集束するように構成されている。アパーチャ３３２は、受信レンズ３０４によって集束された光がアパーチャ３３２から発散するように、受信レンズ３０４に対して配備される。特に、アパーチャ３３２は、受信レンズ３０４の焦点面に近接して配備される。図３に示される実施例では、受信レンズ３０４の焦点は、アパーチャ３３２内に位置している。この実施例では、アパーチャ３３２は、不透明な材料からなるアパーチャプレート３３４に形成された開口部である。より詳細には、アパーチャ３３２は、断面積が０．０２ｍｍ２～０．０６ｍｍ２（例えば、０．０４ｍｍ２）である、小さなピンホールサイズのアパーチャであり得る。ただし、他のタイプのアパーチャが可能であり、本明細書において想定されている。さらに、アパーチャプレート３３４は単一のアパーチャのみを有するように示されているが、複数のアパーチャがアパーチャプレート３３４内に形成され得ることを理解されたい。
【0033】
アパーチャプレート３３４は、受信レンズチューブ３０６とホルダー３４０との間に挟まれている。ホルダー３４０は、内部空間３４２を有し、その中で、光は受信レンズ３０４によって集束された後にアパーチャ３３２から発散する。このように、図３は、内部空間３３０内の集束光３４４を示し、受信レンズ３００によってアパーチャ３３２内の焦点に集束された光、および内部空間３４２内のアパーチャ３３２から広がる発散光３４６を表している。
【0034】
光センサ３５２が配備されるセンサボード３５０は、光センサ３５２が内部空間３４２内にあり、発散光３４６の少なくとも一部分を受信することができるように、ホルダー３４０に取り付けられている。光センサ３５２は、１つ以上のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）、または他のタイプの光検出器を含み得る。例示的実施形態では、光センサ３５２は、並列に接続されたＳＰＡＤの２次元アレイを含むシリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）である。光センサ３５２の感光領域は、アパーチャ３３２のサイズよりも大きくなり得る。
【0035】
有利には、光センサ３５２は、ボード３５０が取り付けられるときにホルダー３４０が光センサ３５２の位置を直接制限するようにホルダー３４０を成形することによって、ホルダー３４０に対して位置合わせされる。代替的に、光センサ３５２は、ボード３５０上に正確に位置決めされ得、ボード３５０および／またはホルダー３４０は、ボード３５０をホルダー３４０に対して位置合わせする特徴を含み得る。
【0036】
図４は、図３に示される光共振器１２２の例示的構成の正面図である。図４に示されるように、送信レンズ３００および受信レンズ３０４はそれぞれ、矩形形状を有し得る。レンズチューブ３０２および３０６の内部空間３１０および３３０はそれぞれ、対応する矩形形状の断面を有することができる。
【0037】
図３および図４に示されるように、ホルダー３４０は、上方に延在する突出部３６０を有する。以下でより詳細に説明されるように、調整アームは、位置合わせ手順中に突出部３６０を把持することによって、ホルダー３４０を保持することができ、この位置合わせ手順において、調整アームはホルダー３４０およびアパーチャプレート３３４（アパーチャ３３２を含む）を一緒に組立体として受信レンズ３０４に対して動かすことができる。より詳細には、調整アームは、ホルダー３４０およびアパーチャプレート３３４を、図４に示されたｘ方向およびｚ方向に移動することができる。
【0038】
図５は、受信器１３０の分解断面図であり（切断面は、図３および図４に示されたｚ軸に垂直である）、その構成要素のいくつかがどのように一緒に接続され得るかを示している。この実施例では、受信レンズチューブ３０６は、アパーチャプレート３３４が間に挟まれるように、ホルダーの対応するフランジ５０２に接続され得るフランジ５００を有する。より詳細には、ホルダー３４０のフランジ５０２は、アパーチャプレート３３４の対応する穴部５０８および穴部５１０内に嵌合する取付けピン５０４および取付けピン５０６を含む。このようにして、アパーチャプレート３３４は、アパーチャ３２４がホルダーの内部空間３４２に対して明確な位置にあるように（例えば、アパーチャ３３２が内部空間３４２の中心線と正確に位置合わせされるように）、ホルダー３４０上に取り外し可能に取り付けることができる。アパーチャプレート３３４がホルダー３４０に取り付けられた状態で、ホルダー３４０およびアパーチャ３３２は、受信器１３２を送信器１３０と位置合わせするための位置合わせプロセスにおいて、受信レンズ３０４に対して組立体として一緒に移動することができる。
【0039】
所望の位置合わせが達成されると、アパーチャプレート３３４がその上に取り付けられたホルダー３４０は、受信レンズチューブ３０６に対して固定することができる。これは、対応するワッシャ５２４および５２６を有するねじ５２０および５２２によって達成され得る。具体的には、ねじ５２０は、フランジ５０２、アパーチャプレート３３４、およびフランジ５００のそれぞれの取付け穴５３０、５３１、および５３２を貫通し、ねじ５２２は、フランジ５０２、アパーチャプレート３３４、およびフランジ５００のそれぞれの取付け穴５３３、５３４、および５３５を貫通する。
【0040】
取付け穴５３２および５３６は、それぞれ、ねじ５２０および５２２のシャフト上の対応するねじ山と嵌合するねじ穴であり得る。例示的実施形態では、取付け穴５３０、５３１、５３４、および５３５は、ねじ５２０および５２２のシャフトよりも大きいので、ホルダー３４０およびアパーチャ３３２は、フランジ５００に対する位置の範囲内（例えば、ｘ方向およびｚ方向の位置の範囲）で一緒に移動することができ、それでも、ねじ５２０および５２２をフランジ５００の取付け保持部５３２および５３６内に受容することを可能にする。この構成は、実装形態に応じて、１ミリメートル未満であり得るか、または数ミリメートルもしくはそれ以上であり得る、（例えば、位置合わせプロセス中の）受信レンズ３０４に対するホルダー３４０およびアパーチャ３３２の可動範囲を可能にする。この構成では、可動範囲は平面内にある。代替的構成では、可動範囲は、フランジ５００および５０２の球面を使用することなどによって球形状であり得、その球形は受信レンズ３０４上の中心に置かれる。可動範囲は、他の形状も有し得る。
【0041】
図５はまた、光センサ３５２が配備されたセンサボード３５０がどのようにホルダー３４０に取り付けられ得るかを示している。ホルダー３４０は、フランジ５４０（フランジ５０２からホルダー３４０の反対側に位置する）を含む。フランジ５４０およびセンサボード３５０はそれぞれ、センサボード３５０をねじによってフランジ５４０に取り付けることを可能にする取付け穴を含み、図５では、ねじ５４６および５４８によって例示されている。具体的には、ねじ５４６は、センサボード３５０およびフランジ５４０のそれぞれの取付け穴５４１および５４２を貫通し、ねじ５４８は、センサボード３５０およびフランジ５４０のそれぞれの取付け穴５４３および５４４を貫通する。
【0042】
図５はまた、光センサボード３５０の代わりにホルダー３４０のフランジ５４０に（例えば、ねじ５４６および５４８を使用して）取り付けることができる発光体ボード５５０を示している。光源５５２は、発光体ボード５５０上に配備されている。光源５５２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード、または光源３１４によって放射されるものと同一または類似の波長で光を放射する任意の他の光源を含み得る。
【0043】
発光体ボード５５０がホルダー３４０のフランジ５４０に取り付けられると、光源５５２は、光源５５２がアパーチャ３３２を通じて光を放射することができるように、内部空間３４２内に位置決めされる。アパーチャ３３２を通じて放射された光は、受信レンズ３０４によってコリメートされ、コリメートされた光のビームとして受信器１３２から送信される。受信器１３２が送信器１３０と適切に位置合わせされると、コリメート光のビームは、第２の光軸１３６に沿って受信器１３２から送信される。
【0044】
以下でより詳細に説明されるように、例示的な位置合わせプロセスは、光源３１４および光源５５２の両方を使用することができ、光源３１４からの光は、コリメート光の第１のビームとして送信レンズ３００を通じて放射され、光源５５２からの光は、コリメート光の第２のビームとして受信レンズ３０２を通じて放射される。コリメート光の第１および第２のビームが（例えば、カメラによって取得された画像によって示されるように）重なるときは、受信器１３２は送信器１３０と適切に位置合わせされている。
【0045】
図６は、ｙ軸に沿ったホルダー３４０の図を示す。この図は、内部空間３４２への開口部６００を有するフランジ５０２を示している。図６はまた、アパーチャプレート３３４の対応する穴部５０８および５１０に嵌合するフランジ５０２上のピン５０４および５０６によってフランジ５０２上に取り外し可能に取り付けることができるアパーチャプレート３３４を示している。図６に示されるように、穴部５０８および５１０は円形状である。代替的に、穴部５０８および５１０は細長い形状を有し得る（例えば、穴部５０８および５１０は細長い溝であり得る）。このようにしてアパーチャプレート３３４がフランジ５０２に取り付けられた状態で、アパーチャ３３２は開口部６００上の中心に置かれる。
【0046】
図３～図６は、受信器１３２の様々な構成要素を取り外し可能に取り付けるために使用され得るフランジ、ピン、ねじ、ワッシャ、および取付け穴などの構造の実施例を示している。他の締結具または取り付け手段が使用され得ることを理解されたい。さらに、取り外し可能な方法で構成要素を取り付ける代わりに、構成要素は、恒久的な方法で、例えば、溶接、ろう付け、はんだ付け、または接着剤（エポキシなど）を使用して取り付けられ得る。
【0047】
Ｖ．例示的位置合わせ技術
図７は、受信器１３２を送信器１３０と位置合わせするために使用することができる配列７００を概略的に示している。配列７００は、光共振器１２２がカメラ７０２の視野内にあるように位置決めされたカメラ７０２を含む。カメラ７０２は、無限遠に合焦し得るか、またはカメラ７０２は、ＬＩＤＡＲデバイスの最大作動距離などの所定の距離に合焦し得る。位置合わせプロセスのために、光源５５２を有する発光体ボード５５０は、上記のように、ホルダー３４０のフランジ５４０に取り付けられ、アパーチャプレート３３４は、ホルダー３４０のフランジ５０２に取り付けられる。ただし、発光体ボード５５０およびアパーチャ３３２が取り付けられたホルダー３４０は、受信レンズチューブ３０６に取り付けられていない。具体的には、ねじ５２０および５２２が、所定の位置にないか、または単に緩く所定の位置にあるかのいずれかである。ホルダー３４０は、ホルダー３４０に取り付けられたアパーチャプレート３３４が受信レンズチューブ３０６のフランジ５００と接触する位置で調整アーム７０４によって支持されている。調整アーム７０４は、突出部３６０を把持することによってホルダー３４０を支持し得る。
図７は、受信器１３２を送信器１３０と位置合わせするために使用することができる配列７００を概略的に示している。配列７００は、光共振器１２２がカメラ７０２の視野内にあるように位置決めされたカメラ７０２を含む。カメラ７０２は、無限遠に合焦し得るか、またはカメラ７０２は、ＬＩＤＡＲデバイスの最大作動距離などの所定の距離に合焦し得る。位置合わせプロセスのために、光源５５２を有する発光体ボード５５０は、上記のように、ホルダー３４０のフランジ５４０に取り付けられ、アパーチャプレート３３４は、ホルダー３４０のフランジ５０２に取り付けられる。ただし、発光体ボード５５０およびアパーチャ３３２が取り付けられたホルダー３４０は、受信レンズチューブ３０６に取り付けられていない。具体的には、ねじ５２０および５２２が、所定の位置にないか、または単に緩く所定の位置にあるかのいずれかである。ホルダー３４０は、ホルダー３４０に取り付けられたアパーチャプレート３３４が受信レンズチューブ３０６のフランジ５００と接触する位置で調整アーム７０４によって支持されている。調整アーム７０４は、突出部３６０を把持することによってホルダー３４０を支持し得る。
【0048】
調整アーム７０４は、調整アーム７０４の位置を調整することができる調整ステージ７０６に結合され、それによって、ホルダー３４０およびアパーチャ３３２をｘ方向およびｚ方向に調整することができる。このようにして、ホルダー３４０およびアパーチャ３３２は、受信レンズ３０４に対して調整することができる。例えば、アパーチャ３３２の位置は、受信レンズ３０４の焦点面内で調整することができる。この調整を使用して、受信器１３２を送信器１３０と位置合わせすることができる。
【0049】
例示的な位置合わせプロセスでは、光源３１４および５５２は両方とも光を放射するために使用され、光源３１４は、送信レンズ３００によってコリメートされた光を放射して、コリメートされた光の第１のビームを提供し、光源５５２は、受信レンズ３０４によってコリメートされた光をアパーチャ３３２を通じて放射して、コリメートされた光の第２のビームを提供する。コリメート光の第１のビームおよび第２のビームが、図７において、概して、光共振器１２２からカメラ７０２に向かう破線７１０によって示されている。
【0050】
カメラ７０２を使用して、コリメート光の第１のビームおよび第２のビームが画像内のそれぞれのスポットによって示される一連の画像を取得することができる。図８Ａおよび図８Ｂは、図７に示される配列においてカメラ７０２を使用して取得され得る例示的な画像を示している。図８Ａは、送信器１３０からのコリメート光の第１のビームを示すスポット８０２、および受信器１３２からのコリメート光の第２のビームを示すスポット８０４を含む例示的な画像８００を示している。この画像８００では、スポット８０２および８０４は重なっておらず、これは、受信器１３２が送信器１３０と適切に位置合わせされていないことを示している。さらに、スポット８０２とスポット８０４との間のオフセット（例えば、スポット８０２とスポット８０４との中心点間の距離）は、位置ずれの程度を示し得る。
【0051】
このオフセットに基づいて、アパーチャ３３２の位置は、調整ステージ７０６を使用して調整することができる。カメラ７０２を使用して、１つ以上の後続の画像を取得することができ、アパーチャ３３２の位置は、調整ステージを使用して調整して、後続の画像のスポット間のオフセットを低減することができる。スポットが部分的または完全に重なるまで調整を継続してもよい。図８Ｂは、スポットが完全に重なっている例示的な画像８１０を示している。この画像８１０において、スポット８１２（送信器１３０からのコリメート光の第１のビームを示す）は、スポット８１４（受信器１３２からのコリメート光の第２のビームを示す）内に包含される。
【0052】
いくつかの実装形態では、画像８００は、スポット８０２およびスポット８０４の両方を示す単一の画像としてカメラ７０２によって取得され得る。同様に、画像８１０は、スポット８１２およびスポット８１４の両方を示す単一の画像としてカメラによって取得され得る。他の実装形態では、画像８００は、カメラ７０２によって取得された２つの画像から生成される合成画像であり得、その２つの画像は、スポット８０２を示す第１の画像およびスポット８０４を示す第２の画像を含む。同様に、画像８１０は、カメラ７０２によって取得された２つの画像から生成される合成画像であり得、画像の一方はスポット８１２を示し、他方の画像はスポット８１４を示している。
【0053】
スポットが完全に重なる場合（例えば、図８Ｂに示されるように）、受信器１３２は、送信器１３０と適切に位置合わせされていると見なされ得る。その時点で、ねじ５２０および５２２を締め付けて（例えば、所定のトルクで締め付けて）、アパーチャプレート３３４を間に挟んだ状態でホルダー３４０を受信レンズチューブ３０６に取り付けて、受信器１３２を送信器１３０と位置合わせしていることが判明した、受信レンズ３０４に対するアパーチャ３３２の位置を維持し得る。次いで、発光体ボード５５０を光センサボード３５０と置換することができ、今や位置合わせされた光共振器１２２をＬＩＤＡＲデバイスに取り付けることができる。
【0054】
例示的実施形態では、ホルダー３４０およびアパーチャ３３２は、ＬＩＤＡＲデバイスに取り付けられた後も引き続き調整可能であり得る。具体的には、図３～図６に示される構成は、アパーチャ３３２の位置を後で（例えば、ねじ５２０および５２２を緩めることによって）再調整することを可能にする。かかる再調整は、例えば、送信器１３０および受信器１３２がある程度の使用期間後に位置ずれした場合に実行され得る。
【0055】
スポットの完全な重なり（例えば、図８Ｂに示されるような）は、受信器１３２が送信器１３０と適切に位置合わせされていることを判定するための１つの可能な基準であるが、他の基準も同様に可能であることを理解されたい。例えば、スポットの部分的な重なり、または重なっていないスポット間の所定の小さなオフセットは、特定の用途にとって十分な位置合わせであることを示し得る。さらに、受信器１３２と送信器１３０との位置合わせをもたらすホルダー３４０およびアパーチャ３３２の調整は、カメラ７０２が光共振器１２２に対して位置決めされる特定の距離に依存し得ることを理解されたい。
【0056】
いくつかの実装形態では、２つのスポットが完全に重ならないが、代わりに所定の量だけ互いにオフセットされている場合、受信器１３２は送信器１３０と適切に位置合わせされ得る。例えば、ＬＩＤＡＲデバイスは、送信器１３０から送信された光を、受信器１３２によって受信された光とは異なるように偏向させる光学素子を含み得る。かかる実装形態では、位置合わせプロセスを実行して、２つのスポットの完全な重なりを達成するのではなく、２つのスポット間の所定のオフセットを達成することができる。
【0057】
カメラ７０２を使用して、光共振器１２２の他の態様を評価することもできる。例えば、カメラ７０２を使用して、送信レンズ３００に対するコリメート光（送信光）の第１のビームのビームプロファイルを評価し得る。ビームプロファイルの評価を実行するために、カメラ７０２は、光源３１４が光を放射している間、送信レンズ３００に合焦し得る。この焦点において、カメラを使用して、レンズ３００の汚れを識別することもできる。
【0058】
図９Ａおよび図９Ｂは、カメラ７０２を使用して取得され得る送信レンズ３００の例示的な画像を示し、２つの異なるビームプロファイルを示している。図９Ａは、第１の実施例による、送信レンズ３００における送信光の位置を示すスポット９０２を有する画像９００を示している。この第１の実施例では、スポット９０２は、概して画像９００内の中心に置かれ、送信光が概して送信レンズ３００に集中していることを示している。図９Ｂは、第２の実施例による、送信レンズ３００における送信光の位置を示すスポット９１２を有する画像９１０を示している。この第２の実施例では、スポット９１２は、画像９１０内の中心に置かれず、代わりに片側にシフトされている。したがって、この第２の実施例では、送信光は、送信レンズ３００に集中していない。送信光が送信レンズ３００に十分に集中していないという判定に応答して（例えば、図９Ｂに示されるように）、光源３１４は調整または置換され得る。
【0059】
１つ以上の測定基準を使用して、送信光が送信レンズ３００に十分に集中しているかどうかを評価し得る。一手法では、画像の異なる部分内の光強度が測定され、比較され得る。例えば、画像９００の部分９００ａ～９００ｄの光強度が測定され得、画像９１０の部分９１０ａ～９１０ｄの光強度が測定され得る。２つの最も外側の部分における強度間の差分が十分に小さい場合（例えば、総強度または平均強度によって正規化された場合）、コリメート光の第１のビームは、送信レンズ３００に十分に集中していると見なされ得る。例えば、画像９００の部分９００ａおよび９００ｄにおける光強度間の差分は、比較的小さくなり得るため、コリメート光の第１のビームが十分に集中していると見なされ得、一方、画像９１０の部分９１０ａおよび９１０ｄにおける光強度間の差分は、比較的大きくなり得るため、コリメート光の第１のビームが不十分に集中していると見なされ得る。
【0060】
図７に示される配列７００は、カメラ７０２によって取得される画像のタイプに応じて、フィルタ、レンズ、および／または他の光学構成要素をカメラ７０２の視野内または視野外に（例えば、カメラ７０２が無限遠または他の所定の距離に合焦している間に）移動させるために使用され得る、並進ステージ７２０を含む。受信器１３２を送信器１３０と位置合わせするために使用される画像（図８Ａおよび図８Ｂに示される画像など）を取得するために、中性濃度フィルタ７２２がカメラ７０２の視野内に配置され得る。合成画像が２つの画像から生成される実装形態では、中性濃度フィルタ７２２を使用して、両方の画像を取得し得るか、またはそれを使用して画像のうちの一方だけを取得し得る。送信レンズ３００における送信光のビームプロファイルを評価するために使用される画像（図９Ａおよび図９Ｂに示される画像など）を取得するために、中性濃度フィルタおよび１つ以上のレンズ（例えば、収色性二重レンズ）からなる光学配列７２４が、カメラ７０２の視野内に配置され得る。１つ以上のレンズは、カメラ７０２が無限遠または他の所定の距離に依然として合焦した状態で送信レンズ３００が画像化されるように選択される。
【0061】
図１０は、図７に示される配列７００の代替として使用することができる配列１０００を示している。この配列１０００では、２台のカメラを使用して画像を取得する。第１のカメラ１００２は、受信器１３２を送信器１３０と位置合わせするための画像（図８Ａおよび図８Ｂに示される画像など）を取得することになる。第２のカメラ１００４は、送信レンズ３００における送信光のビームプロファイルを評価するための画像（図９Ａおよび図９Ｂに示される画像など）を取得することになる。第１のカメラ１００２は、無限遠（または他の所定の距離）に合焦し得、第２のカメラ１００４は、送信レンズ３００に合焦し得る。配列１０００は、光共振器１２２から送信された光７１０の第１の部分（光７１０は、コリメート光の第１のビームおよびコリメート光の第２のビームを含む）を第１のカメラ１００２に向け、光７１０の第２の部分を第２のカメラ１００４に向ける、ビームスプリッタ１００６などの光学素子を含むことができる。
【0062】
図１１は、図１Ａ～図１Ｃに示されるＬＩＤＡＲデバイス１００などのＬＩＤＡＲデバイスを製造するための全体的な手順の一部分として使用され得る例示的な方法１１００のフローチャートである。例示的な方法１１００は、ブロック１１０２によって示されるように、光学系がカメラの視野内にあるように、カメラおよび光学系を配列することを伴う。カメラは、例えば、ＣＣＤベースのカメラまたは他のタイプのデジタル画像化デバイスであり得る。光学系は、図３～図６に示され、上で説明された送信器１３０および受信器１３２を有する光共振器１２２などのＬＩＤＡＲデバイスの構成要素であり得る。例示的な実施形態では、光学系は、第１の光源（例えば、光源３１４）と、第１の光源に光学的に結合された第１のレンズ（例えば、送信レンズ３００）であって、第１のレンズは、第１の光源によって放射された光をコリメートして、コリメートされた光の第１のビームを提供するように構成された、第１のレンズと、第２の光源（例えば、光源５５２）、組立体であって、アパーチャ（例えば、アパーチャプレート３３４内のアパーチャ３３２）およびホルダー（例えば、ホルダー３４０）を備え、ホルダーは第２の光源がアパーチャを通じて光を放射するような位置に第２の光源を保持する、組立体と、アパーチャに光学的に結合された第２のレンズ（例えば、受信レンズ３０４）であって、アパーチャを通じて第２の光源によって放射された光をコリメートして、コリメートされた光の第２のビームを提供するように構成された、第２のレンズと、を含む。
【0063】
カメラおよび光学系の配列は、図７に示される配列、図１０に示される配列、またはそれ以外の配列に対応し得る。この配列では、光学系の少なくとも一部分がカメラの視野内にある。例えば、少なくとも送信レンズ３００および受信レンズ３０４は、カメラの視野内にあってもよく、その結果、カメラは、送信レンズ３００を通じて放射されたコリメート光の第１のビームおよび受信レンズ３０４を通じて放射されたコリメート光の第２のビームの両方を受信することができる。光学系（またはその一部分）は、１つ以上の光学素子、例えば、１つ以上の中性濃度フィルタ、波長選択フィルタ、レンズ、ミラー、ビームスプリッタ、または偏光子など、を介してカメラの視野内にあってもよい。例えば、偏光子を使用して、レーザダイオードの偏光特性を評価し得る。
【0064】
例示的な方法１１００は、カメラを使用して１つ以上の画像を取得することをさらに伴い、ブロック１１０４によって示されるように、１つ以上の画像は、コリメート光の第１のビームを示すそれぞれの第１のスポットおよびコリメート光の第２のビームを示すそれぞれの第２のスポットを示す。いくつかの実装形態では、カメラは、第１のスポットおよび第２のスポットの両方を示す画像を取得し得る。他の実装形態では、カメラは、第１のスポットを示す第１の画像および第２のスポットを示す第２の画像を取得し得、合成画像が第１のスポットおよび第２のスポットの両方を示すように、第１の画像および第２の画像に基づいて合成画像が生成され得る。したがって、直接または合成によって、第１のスポットおよび第２のスポットの両方を示す画像が取得され得る。場合によっては、画像は、図８Ａに示される画像８００のように、第１のスポットおよび第２のスポットが重なっていないことを示し得る。他の場合には、画像ショーは、図８Ｂに示される画像８１０のように、第１のスポットおよび第２のスポットが完全に重なっていることを示し得る。さらに他の場合には、画像は、第１のスポットおよび第２のスポットが部分的に重なっていることを示し得る。このようにして得られた１つ以上の画像を使用して、上記のように、受信器１３２を送信器１３０と位置合わせすることができる。
【0065】
いくつかの実施形態では、方法１１００は、カメラによって取得された１つ以上の画像に基づいて（例えば、２つの画像の合成に基づいて）、第１のスポットと第２のスポットとの間のオフセットを決定し、そのオフセットに基づいて第２のレンズに対して組立体を調整することをさらに伴い得る。組立体の調整は、図７に示される上記の調整アーム７０４および調整ステージ７０６と同様のメカニズムを使用し得る。
【0066】
オフセットに基づいて第２のレンズに対して組立体を調整した後、方法１１００はさらに、カメラを使用して１つ以上の後続の画像を取得することと、１つ以上の後続の画像に基づいて（例えば、２つの画像の合成に基づいて）、第１のスポットおよび第２のスポットが少なくとも所定の重なりを有することを判定することと、をさらに伴い得る。所定の重なりは、完全な重なり（例えば、図８Ｂに示されるように）として選択され得るか、または一定量の部分的な重なり（例えば、少なくとも３０％の重なり、５０％の重なり、７０％の重なり、または９０％の重なり）として選択され得る。
【0067】
第１のスポットおよび第２のスポットが後続の画像において少なくとも所定の重なりを有すると判定した後、方法１１００は、ホルダー内の第２の光源（例えば、発光体ボード５５０上の光源５５２）を光センサ（例えば、光センサボード３５０上の光センサ３５２）に置換することをさらに伴い得る。
【0068】
ホルダー内の第２の光源を光センサに置換した後、方法１１００は、光学系をＬＩＤＡＲデバイス（例えば、ＬＩＤＡＲデバイス１００）に取り付けることをさらに伴い得る。
【0069】
方法１１００のいくつかの実施形態では、カメラを使用して、カメラが無限遠に、またはＬＩＤＡＲデバイスの最大範囲などの所定の距離に合焦している間に、１つ以上の画像を取得する。
【0070】
いくつかの実施形態では、方法１１００は、少なくとも第１のレンズが追加のカメラの視野内にあるように、光学系に対して追加のカメラ（例えば、カメラ１００４）を配列することと、追加のカメラを使用して、少なくとも第１のレンズの少なくとも１つの画像を取得することと、をさらに伴う。いくつかの実装形態では、追加のカメラを使用して、（例えば、レンズの汚れを検査するために）第１のレンズおよび第２のレンズの両方の１つ以上の画像を取得し得る。
【0071】
追加のカメラを使用する実施形態では、方法１１００は、第１のレンズの少なくとも１つの画像に基づいて、第１のレンズに対するコリメート光の第１のビームのビームプロファイルを決定することをさらに伴い得る。第１の光源は、レーザダイオードおよび速軸コリメータを含み得る。レーザダイオードは、複数のレーザダイオード放射領域を含み得る。代替的に、第１のレンズに対するコリメート光の第１のビームのビームプロファイルは、追加のカメラを使用することなく、カメラによって取得された第１のレンズの少なくとも１つの画像に基づいて決定され得る。
【0072】
画像を取得するように構成された追加のカメラまたは他の追加のデバイスを使用する実施形態では、カメラおよび光学系の配列は、図１０に示される配列１０００と同様であり得、そこでは、カメラおよび追加のカメラの両方が、ビームスプリッタ（例えば、ビームスプリッタ１００６）を介して光学系に光学的に結合されている。ビームスプリッタを使用する例示的な配列では、少なくとも第１のレンズおよび第２のレンズは、ビームスプリッタを通じた送信を介してカメラの視野内にあり、少なくとも第１のレンズは、ビームスプリッタからの反射を介して追加のカメラの視野内にある。代替的に、カメラの視野は、ビームスプリッタからの反射を介し得、追加のカメラの視野は、ビームスプリッタを通じた送信を介し得る。
【0073】
ＶＩ．結論
図に示されている特定の配列は、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要素をより多く、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、図示された要素のうちのいくつかは、組み合わされ、または省略されてもよい。さらにまた、図示された実施形態は、図示されていない要素を含んでもよい。
図に示されている特定の配列は、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要素をより多く、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、図示された要素のうちのいくつかは、組み合わされ、または省略されてもよい。さらにまた、図示された実施形態は、図示されていない要素を含んでもよい。
【0074】
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することができ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。
【0075】
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）、光ディスクもしくは磁気ディスク、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。
【0076】
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。
【0077】
本明細書は、条項１～２０の形式で表される次の主題を含む。１．光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）デバイスであって、送信器であって、送信器が、レーザダイオードと、そのレーザダイオードに光学的に結合された速軸コリメータと、その速軸コリメータに光学的に結合され送信レンズであって、速軸コリメータを通じてレーザダイオードによって放射された光を少なくとも部分的にコリメートして第１の光軸に沿って送信光を提供するように構成されている、送信レンズと、を備える送信器、ならびに、受信器であって、受信器が、受信レンズであって、第１の光軸に実質的に平行である第２の光軸に沿って光を受信し、その受信した光を集束するように構成されている、受信レンズと、光センサと、アパーチャおよびホルダーを備える組立体であって、アパーチャは受信レンズの焦点面に近接し、ホルダーは、光センサが受信レンズによって集束された後にアパーチャから発散する光を受信するように、アパーチャに対する位置に光センサを保持するように構成され、組立体が受信レンズに対して調整可能である、組立体とを備える受信器、を備えるＬＩＤＡＲデバイス。２．アパーチャが、アパーチャプレート内に開口部を備え、アパーチャプレートがホルダーに取り外し可能に取り付けられている、条項１に記載のＬＩＤＡＲデバイス。３．速軸コリメータが、円柱レンズまたは非円柱レンズのうちの少なくとも一方を備える、条項１または２に記載のＬＩＤＡＲデバイス。４．光センサが、単一光子光検出器のアレイを備える、条項１～３のいずれか１項に記載のＬＩＤＡＲデバイス。５．単一光子光検出器のアレイが、アパーチャよりも大きい感光領域を有する、条項４に記載のＬＩＤＡＲデバイス。６．光センサが、シリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）を備える、条項４または５に記載のＬＩＤＡＲデバイス。７．ミラーであって、そのミラーが、（ｉ）送信レンズから第１の光軸に沿って送信された送信光をＬＩＤＡＲデバイスの環境に反射し、（ｉｉ）環境からの送信光の反射を第２の光軸に沿って受信レンズに向かって反射するように構成されている、ミラーをさらに備える、条項１～６のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲデバイス。８．方法であって、カメラおよび光学系を、光学系の少なくとも一部分がカメラの視野内にあるように配列することであって、その光学系が、第１の光源と、その第１の光源に光学的に結合された第１のレンズであって、第１のレンズが、第１の光源によって放射された光をコリメートして、コリメートされた光の第１のビームを提供するように構成されている、第１のレンズと、第２の光源と、アパーチャおよびホルダーを備える組立体であって、ホルダーは、第２の光源がアパーチャを通じて光を放射するような位置に第２の光源を保持する、組立体と、アパーチャに光学的に結合された第２のレンズであって、第２のレンズが、アパーチャを通じて第２の光源によって放射された光をコリメートして、コリメートされた光の第２のビームを提供するように構成され、組立体が第２のレンズに対して調整可能である、第２のレンズと、を備える、配列することと、カメラを使用して１つ以上の画像を取得することであって、１つ以上の画像が、コリメート光の第１のビームを示すそれぞれの第１のスポットおよびコリメート光の第２のビームを示すそれぞれの第２のスポットを示している、取得することと、を含む方法。９．１つ以上の画像に基づいて、第１のスポットと第２のスポットとの間のオフセットを決定することと、そのオフセットに基づいて、第２のレンズに対して組立体を調整することと、をさらに含む、条項８に記載の方法。１０．オフセットに基づいて第２のレンズに対して組立体を調整した後に、カメラを使用して１つ以上の後続の画像を取得することと、その１つ以上の後続の画像に基づいて、第１のスポットおよび第２のスポットが少なくとも所定の重なりを有することを判定することと、をさらに含む、条項９に記載の方法。１１．第１のスポットおよび第２のスポットが、少なくとも所定の重なりを有することを判定した後に、ホルダー内の第２の光源を光センサと置換することをさらに含む、条項１０に記載の方法。１２．ホルダー内の第２の光源を光センサと置換した後に、光学系を光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）デバイスに取り付けることを含む、条項１１に記載の方法。１３．カメラを使用して１つ以上の画像を取得することが、カメラが無限遠に合焦している間にカメラを使用して１つ以上の画像を取得することを含む、条項８～１２のいずれか一項に記載の方法。１４．カメラが第１のレンズに合焦するように、追加のレンズをカメラに光学的に結合することと、第１のレンズに合焦したカメラを使用して、第１のレンズの少なくとも１つの画像を取得することと、その第１のレンズの少なくとも１つの画像に基づいて、第１のレンズに対するコリメート光の第１のビームのビームプロファイルを決定することと、をさらに含む、条項１３に記載の方法。１５．少なくとも第１のレンズが追加のカメラの視野内にあるように、光学系に対して追加のカメラを配列することと、追加のカメラを使用して、第１のレンズの少なくとも１つの画像を取得することと、その第１のレンズの少なくとも１つの画像に基づいて、第１のレンズに対するコリメート光の第１のビームのビームプロファイルを決定することと、をさらに含む、条項８～１４のいずれか一項に記載の方法。１６．カメラおよび追加のカメラをビームスプリッタを介して光学系に光学的に結合することをさらに含む、条項１５に記載の方法。１７．少なくとも第１のレンズおよび第２のレンズが、ビームスプリッタを通じた送信を介してカメラの視野内にあり、少なくとも第１のレンズが、ビームスプリッタからの反射を介して追加のカメラの視野内にある、条項１６に記載の方法。１８．システムであって、第１の光源と、その第１の光源に光学的に結合された第１のレンズであって、第１のレンズが、第１の光源によって放射された光をコリメートして、コリメートされた光の第１のビームを提供するように構成されている、第１のレンズと、第２の光源と、アパーチャおよびホルダーを備える組立体であって、ホルダーが第２の光源がアパーチャを通じて光を放射するような位置に第２の光源を保持する、組立体と、アパーチャに光学的に結合された第２のレンズであって、第２のレンズが、アパーチャを通じて第２の光源によって放射された光をコリメートして、コリメートされた光の第２のビームを提供するように構成され、組立体が第２のレンズに対して調整可能である、第２のレンズと、カメラであって、少なくとも第１のレンズおよび第２のレンズがカメラの視野内にあり、カメラが無限遠に合焦する、カメラ、とを備えるシステム。１９．追加のカメラであって、少なくとも第１のレンズが追加のカメラの視野内にあり、追加のカメラが第１のレンズに合焦する、追加のカメラをさらに備える、条項１８に記載のシステム。２０．ビームスプリッタであって、第１のレンズおよび第２のレンズがビームスプリッタを通じた送信を介してカメラの視野内にあり、第１のレンズがビームスプリッタからの反射を介して追加のカメラの視野内にある、ビームスプリッタをさらに備える、条項１９に記載のシステム。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11】
【国際調査報告】