特表 2022-525658 ホログラフィック結像光学系を有するライダーシステム

(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】2022-05-18

(54)【発明の名称】ホログラフィック結像光学系を有するライダーシステム

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/481 20060101AFI20220511BHJP

   G01S 17/42 20060101ALI20220511BHJP

【ＦＩ】

G01S7/481 A

G01S17/42

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021556426

(86)(22)【出願日】2020-02-26

(85)【翻訳文提出日】2021-11-17

(86)【国際出願番号】 EP2020054980

(87)【国際公開番号】W WO2020187537

(87)【国際公開日】2020-09-24

(31)【優先権主張番号】102019203640.6

(32)【優先日】2019-03-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【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】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100147991

【弁理士】

【氏名又は名称】鳥居 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100201743

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 和真

(72)【発明者】

【氏名】ラムシュタイナー，インゴ

(72)【発明者】

【氏名】フィース，ラインホルト

【テーマコード（参考）】

5J084

【Ｆターム（参考）】

5J084AA05

5J084AA10

5J084AD01

5J084BA05

5J084BA08

5J084BA21

5J084BA38

5J084BA49

5J084BB02

5J084BB40

5J084DA01

5J084EA31

(57)【要約】

観測領域（２１０）内の物体（２０１）を検出するライダーシステム（１００）であって、それぞれが複数の異なる波長（λ_ｋ）を有する複数の光線（３１０_ｋ）を観測領域（２１０）に照射するために、観測領域（２１０）のうちライダーシステム（１００）の検出領域（２１２_ｍ）で現在検出されている別個の複数の空間領域（２１１_ｊ）に対してそれぞれ複数の光線（３１０_ｋ）のうちの異なる光線を時間的に連続して照射する照射装置（１３０）と、それぞれの検出領域（２１２_ｍ）に個別に対応付けられた少なくとも１つの検出器構成（１４１_ｍ）を含み、前記観測領域（２１０）内の物体（２０１）から反射して戻ってきた光線（３１０_ｋ）を検出する検出装置（１４０）とを備え、検出器構成（１４１_ｍ）は、検出領域（２１２_ｍ）で現在検出されている空間領域（２１１_ｊ）からの光線（３１０_ｋ）を検出する検出器（１４２_ｍ）と、それぞれの光線（３１０_ｋ）を検出器（１４２_ｍ）に集光させるホログラフィック結像光学系（１４５）とから構成されたライダーシステム（１００）が記載されている。ここで、検出器（１４２_ｍ）に集光する光線（３１０_ｋ）のそれぞれに対して、ホログラフィック結像光学系（１４５）は、それぞれの光線（３１０_ｋ）に個別に対応付けられ、検出領域（２１２_ｍ）で現在検出されている空間領域（２１１_ｊ）のみからのそれぞれの光線（３１０_ｋ）を検出器（１４２_ｍ）に集光させるように構成されている。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

観測領域（２１０）内の物体（２０１）を検出するライダーシステム（１００）であって、
それぞれが複数の異なる波長（λ_ｋ）を有し、複数の光ビーム（３１１_ｊ）の形で出射される複数の光線（３１０_ｋ）を前記観測領域（２１０）に照射する照射装置（１３０）であって、前記観測領域（２１０）のうち、前記ライダーシステム（１００）の検出領域（２１２_ｍ）で現在検出されている別個の複数の空間領域（２１１_ｊ）に対してそれぞれ前記複数の光線（３１０_ｋ）のうちの異なる光線を時間的に連続して照射する、照射装置（１３０）と、
それぞれの前記検出領域（２１２_ｍ）に個別に対応付けられた少なくとも１つの検出器構成（１４１_ｍ）を含み、前記観測領域（２１０）内の物体（２０１）から反射して戻ってきた光線（３１０_ｋ）を検出する検出装置（１４０）と
を備え、
前記少なくとも１つの検出器構成（１４１_ｍ）は、前記検出領域（２１２_ｍ）で現在検出されている前記空間領域（２１１_ｊ）からの前記複数の光線（３１０_ｋ）を検出する検出器（１４２_ｍ）と、それぞれの前記光線（３１０_ｋ）を前記検出器（１４２_ｍ）に集光させるホログラフィック結像光学系（１４５）とから構成されており、
前記検出器（１４２_ｍ）に集光する前記光線（３１０_ｋ）のそれぞれについて、前記ホログラフィック結像光学系（１４５）は、それぞれの前記光線（３１０_ｋ）に個別に対応付けられ、前記検出領域（２１２_ｍ）で現在検出されている空間領域（２１１_ｊ）のみからの前記それぞれの光線（３１０_ｋ）を前記検出器（１４２_ｍ）に集光させるように構成されている、ライダーシステム（１００）。

【請求項2】

前記ホログラフィック結像光学系（１４５）は、少なくとも１つのホログラフィック光学素子（１４３_ｋ）を含む、請求項１に記載のライダーシステム（１００）。

【請求項3】

前記ホログラフィック光学素子（１４３_ｍ）は、複数のホログラム（１４４_ｎ）を含み、前記複数のホログラム（１４４_ｎ）は、それぞれの前記検出領域（２１２_ｍ）で現在検出されている前記空間領域（２１１_ｊ）のうちのそれぞれ異なる空間領域からの前記光線（３１０_ｋ）をそれぞれ前記検出器（１４２_ｍ）に集光させるように構成されている、請求項２に記載のライダーシステム（１００）。

【請求項4】

前記複数のホログラム（１４４_ｎ）のうちの少なくとも１つは、透過ジオメトリの体積型ホログラムの形態で構成されている、請求項３に記載のライダーシステム（１００）。

【請求項5】

前記照射装置（２００）は、光エミッタ構成（１３１）を含み、前記光エミッタ構成（１３１）は、前記光線（３１０_ｋ）をそれぞれ出射する複数の光エミッタ（１３２_ｉ）を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載のライダーシステム（１００）。

【請求項6】

前記複数の光エミッタ（１３２_ｉ）には、少なくとも１つの回折光学素子および／またはホログラフィック光学素子からなるパッシブ光学系（１３４_ｉ）がそれぞれ対応付けられており、
前記パッシブ光学系（１３４_ｉ）は、前記複数の光エミッタ（１３２_ｉ）それぞれによって光ビームの形で出射された前記光線（３１０_ｋ）を、前記観測領域（２１０）のそれぞれ異なる空間領域（２１１_ｊ）に照射される少なくとも２つの部分ビーム（３１１_ｉ，１、３１１_ｉ，２）に分割するように構成されている、請求項４に記載のライダーシステム（１００）。

【請求項7】

前記検出装置（１４０）は、空間的に互いにずれて配置された複数の検出器構成（１４１_ｍ）を含み、前記検出器構成の各々は、検出器（１４２_ｍ）と、当該検出器に個別に対応付けられたホログラフィック光学素子（１４３_ｍ）とを有し、前記検出器構成（１４１_ｍ）の前記検出領域（２１２_ｍ）は、それぞれ、前記観測領域（２１０）の異なる空間領域（２１１_ｊ）を検出する、請求項１から６のいずれか一項に記載のライダーシステム（１００）。

【請求項8】

前記検出装置（１４０）の前記検出器構成（１４１_ｍ）は、共通の結像光学系（１４６）の焦点面（１４７）に配置されている、請求項７に記載のライダーシステム（１００）。

【請求項9】

前記検出装置（１４０）の前記検出器（１４２_ｍ）によって現在検出されている前記観測領域（２１０）の全ての空間領域（２１１_ｊ）が、前記ライダーシステム（１００）の現在の視野（２１３）を定め、前記ライダーシステム（１００）は、前記現在の視野（２１３）を所定の走査方向に走査移動（１０１）させることで、前記観測領域（２１０）全体を走査するように構成されている、請求項１から８のいずれか一項に記載のライダーシステム（１００）。

【請求項10】

少なくとも１つの検出器構成（１４１_ｍ）に、特定の波長（λ_ｋ）の光線（３１０_ｋ）のみを透過させる光学バンドパスフィルタが対応付けられている、請求項１から９のいずれか一項に記載のライダーシステム（１００）。

【請求項11】

複数のホログラム（１４４_１）を有する少なくとも１つのホログラフィック光学素子（１３４ｉ）を備えた請求項１から１０のいずれか一項に記載のライダーシステム（１００）用のホログラフィック結像光学系（１４５）であって、
前記ホログラム（１４４_１）は、前記ホログラム（１４４_１）に個別にそれぞれ対応付けられた光線（３１０_ｋ）を、前記光線（３１０_ｋ）に個別にそれぞれ対応付けられた空間領域（４１１_ｊ）から、前記ホログラフィック光学素子（１３４ｉ）に個別に対応付けられた検出器（１４２_ｍ）に集光するようにそれぞれ構成されている、ホログラフィック結像光学系（１４５）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ホログラフィック結像光学系を有するライダー（Ｌｉｄａｒ）システムに関する。また本発明は、そのようなライダーシステム用のホログラフィック結像光学系に関する。

【背景技術】

【0002】

ライダーシステムは、観測領域の３Ｄデータを取得するために使用される。そのようなシステムは、通常はレーザの形態で構成されている、特定の波長の光線を生成するための少なくとも１つの光エミッタと、それぞれの波長の光線を検出するための少なくとも１つの検出器とを含む。システムの動作中、そのエミッタから出射され、観測領域内の物体で反射または散乱された光線は、検出器によって検出される。走査した物体で反射した光の伝搬時間を測定することで、当該物体との距離を算出することができる。典型的なライダーシステムでは、観測領域内で多数の個々の測定を実行するが、それぞれの測定では小さな空間領域や立体角でしか検出がなされない。個々の測定を統合して３Ｄ（３次元）点群を生成し、これにより、それぞれの観測領域における物体の空間的な分布を推定することができる。例えば、ＷＯ１１１４６５２３Ａ２（国際公開第１１１４６５２３号）には、複数の光エミッタを同数の検出器とともに共通の回転台に配置したライダーシステムが開示されている。ここで、それぞれの光エミッタにはそれぞれ検出器が対応付けられており、レンズとミラーとからなる光学装置によって、それぞれの検出器は、対応付けられた光エミッタが光出射する立体角を確実に観測することができる。この構造では、エミッタ／検出器の各対が個別のレーザ測距装置を構成し、エミッタ／検出器のそれぞれの対は、装置全体の回転軸に対して異なる方向を向いている。そして、装置を回転運動させることで、３Ｄ点群の走査が可能となり、エミッタ／検出器のそれぞれの対は、観測領域の異なる面を走査する。

【0003】

可能な限り長い検出距離を得るために、ライダーシステムの結像光学系は、典型的に、周辺光をできる限り透過させないように構成されている。そうでなければ、物体から反射されたレーザ光は、特に直射日光の下では、背景光と区別されることが難しくなる。背景光と区別するために、例えばバンドパスフィルタを用いて入射光をフィルタリングするスペクトル選択、狭い時間窓で検出を行う時間選択、出射光周辺の狭い視野のみを観測する幾何学的選択、などの方法がある。

【0004】

しかし、特に幾何学的選択では、従来の光学系のデザインでは走査面ごとに個別の検出器を用意する必要がある。これによってのみ、各検出器が非常に狭い角度領域を視ることが達成される。しかし、このためには多数の検出器が必要となるため、システムの複雑さとコストが大幅に増加するという欠点がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

そこで、本発明の課題は、３Ｄ点群の検出に必要な検出器の数を低減させることである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題は、請求項１に記載のライダーシステムによって解決される。本発明のさらに有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。

【0007】

本発明によれば、それぞれが異なる波長を有する複数の光線を観測領域に照射する照射装置を備えた、観測領域内の物体を検出するライダーシステムが提供されることが企図され、観測領域のうちライダーシステムの検出領域で現在検出されている別個の複数の空間領域は、それぞれ当該複数の光線のうちの異なる光線の照射を時間的に連続して受ける。また、ライダーシステムは、観測領域内の物体から反射して戻ってきた光線を検出する検出装置を備えており、この検出装置は、それぞれの検出領域に個別に対応付けられた少なくとも１つの検出器構成を含み、当該検出器構成は、それぞれの検出領域で現在検出されている空間領域からの光線を検出する検出器と、それぞれの光線を検出器に集光させるホログラフィック結像光学系とから構成される。ここで、検出器に集光する光線のそれぞれについて、ホログラフィック光学素子は、それぞれの光線に個別に対応付けられ、検出領域で現在検出されている空間領域のみからのそれぞれの光線を検出器に集光するように構成されている。ホログラフィック結像光学系により、１つの検出器だけで２つ以上の走査面にそれぞれ対応し、かつ、各測定プロセスでは、このように組み合わせた視線のうち１つの方向のみに視野を狭めることができる。よって、ここで提案された構成を用いて、従来の走査型ライダーシステムと比較すれば、より少ない数の検出器で同じ数の走査面を走査することができる。検出器の数が少ないため、複雑な構造を大幅に減少させることができる。また、検出器の数が少ないことは、ライダーシステムの製造コストの削減にもつながる。これは、使用される波長のために、シリコンベースの検出器素子が使用できず、例えば、かなり高価なＩｎＧａＡｓ検出器が必要な場合に、特に有利である。より少ない数の検出器を使用する代わりに、同じ数の検出器でより多くの数の走査面を走査することができる。これにより、ライダーシステムの垂直方向の解像度を高めることができる。

【0008】

一実施形態では、ホログラフィック結像光学系は、少なくとも１つのホログラフィック光学素子を含むことが企図される。ここで、本発明によれば、通常の結像光学系が、１つまたは複数のホログラフィック光学素子からなるホログラフィック結像光学系に置き換えられ、または補完される。古典的な屈折光学系と異なり、ホログラフィック結像光学系は特定の波長と空間方向にのみ良好に機能し、この特性に関しては非常に限定的な公差しか有さない。よって、ライダーシステムにホログラフィック結像光学系を使用すると、他の空間方向からの光も、対象としたものとは異なる波長の光も検出器に導光されないという利点がある。ホログラフィック結像光学系は、その波長選択性により本質的にバンドパスフィルタとなるため、従来のライダーシステムで必要とされていた別個のバンドパスフィルタを理想的には不要とすることができる。

【0009】

さらなる実施形態では、ホログラフィック光学素子は、複数のホログラムを含み、当該ホログラムは、それぞれの検出領域で現在検出されている空間領域のうちのそれぞれ異なる空間領域からの光線を検出器に集光させるように構成されていることが企図される。複数のホログラムを使用することで、ホログラフィック光学素子を特に容易にかつ低コストで製造することができる。また、複数のホログラムを使用することにより、ホログラフィック光学素子の波長選択性も向上させることができる。

【0010】

さらなる実施形態では、ホログラムのうちの少なくとも１つが、透過ジオメトリの体積型ホログラムの形態で構成されていることが企図される。この形態により、特に容易に低コストの構造が可能となる。

【0011】

さらなる実施形態では、照射装置は、光線をそれぞれ出射する複数の光エミッタを有する光エミッタ構成を含むことが企図される。

【0012】

この構成により、異なる光線を互いに独立して発生させることができる。

【0013】

さらなる実施形態では、複数の光エミッタには、少なくとも１つの回折光学素子および／またはホログラフィック光学素子からなるパッシブ光学系がそれぞれ対応付けられていることが企図される。ここで、パッシブ光学系は、それぞれの光エミッタによって出射された光線を、観測領域内のそれぞれ異なる空間領域に照射される少なくとも２つの部分ビームに分割するように構成されている。そのようなパッシブ光学系では、個々の光エミッタを用いて、それぞれ異なる検出領域に対応付けられた複数の空間領域に同時に照射することが可能である。これにより、使用する光エミッタの数を低減することができ、ひいてはそのような照射装置を製造するための労力とコストを削減することができる。

【0014】

また、本実施形態では、検出装置は、空間的に互いにずれて配置された複数の検出器構成を含み、検出器構成の各々は、検出器と、これに個別に対応付けられたホログラフィック光学素子とを有することが企図される。ここで、検出器構成の検出領域は、観測領域のそれぞれ異なる空間領域を検出する。このようにして、比較的大きな視野が形成され、この視野によってライダーシステムは観測領域全体を迅速に検出することが可能となる。

【0015】

さらなる実施形態では、検出装置の検出器構成は、共通の結像光学系の焦点面に配置されていることが企図される。このような結像光学系は、光学結像システムの構成を大きくする。これにより、特定の空間方向から結像光学系に入射する光線のより大きな部分を、それぞれの光線またはそれぞれの空間方向に対応付けられた検出器構成に結像させることが可能になる。また、それによって検出される光ビームの光度が全体的に向上することにより、Ｓ／Ｎ比が改善され、ひいては検出器の測定精度が向上する。

【0016】

さらなる実施形態では、検出装置の検出器によって現在検出されている観測領域内の全ての空間領域が、ライダーシステムの現在の視野を定めることが企図される。ここで、ライダーシステムは、現在の視野を所定の走査方向に走査移動させることで、観測領域全体を走査するように構成されている。この走査移動により、比較的少ない数の検出器で比較的大きな観測領域を走査することが可能になる。これにより、ライダーシステムをより少ない労力と大幅に低いコストで製造することができる。

【0017】

さらなる実施形態では、少なくとも１つの検出器構成に、それぞれの検出器構成に個別に対応付けられた光線のみを透過させる光学バンドパスフィルタが対応付けられていることが企図される。バンドパスフィルタを用いることで、ホログラフィック結像光学系の波長選択性を向上させることができ、これにより、特にＳ／Ｎ比を大幅に改善することができる。

【0018】

また、複数のホログラムを有するホログラフィック光学素子を含むライダーシステム用のホログラフィック結像光学系が設けられている。ここで、ホログラムは、それぞれのホログラムに個別にそれぞれ対応付けられた光線を、当該それぞれの光線に個別にそれぞれ対応付けられた空間領域から、それぞれのホログラフィック光学素子に個別に対応付けられた検出器に集光するようにそれぞれ構成されている。

【0019】

本発明を以下に、図面を参照しながら詳述する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】観測領域を走査する際の走査型ライダーシステムを示す図である。

【図2】従来のライダーシステムの検出装置の概略図である。

【図3】ホログラフィック光学素子で構成されるホログラフィック結像光学系を備えたライダーシステムの検出装置の概略図である。

【図4】図３の複数のホログラムを含むホログラフィック光学素子の詳細図である。

【図5】図３に係る複数の検出器構成と、共通の結像光学系を含む、拡張された検出装置の概略図である。

【図6】複数の回折光学素子から構成される回折光学系を備えたライダーシステムの照射装置を示す図である。

【図7】検出器構成の数を減らしたライダーシステムの構成の概略図である。

【図8】複数の回折光学素子を用いてライダーシステムの光エミッタの数を減らした、図７の構成の変形例を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

図１は、光ビーム３１１_ｊを用いて、その直接的な周辺２００の定められた観測領域２１０を走査する走査型ライダーシステム１００の原理を概略的に示す。ここで、ライダーシステム１００は、回転ハウジング１１０内に配置され、異なる空間方向にそれぞれ光または光ビーム３１１_ｊの形で放射される１つまたは複数の光線を生成するための複数の光エミッタを有する照射装置１３０を備える。ここで、光ビーム３１１_ｊのそれぞれは、光ビーム３１１_ｊにそれぞれ個別に対応付けられた空間領域２１１_ｊに照射され、本実施例では、ある時点で照射装置１３０で同時に検出される空間領域２１１_ｊは、ライダーシステム１００の現在の視野２１３が多かれ少なかれ連続したストリップを形成するように、垂直方向に順々に配置されている。走査移動１０１によって、ハウジング１１０およびその中に配置された照射装置１３０は、所定の走査方向に旋回し、それによって視野２１３が、この際、全走査期間に亘ってライダーシステム１００の現在の観測領域２１０の全ての空間領域２１１_ｊを検出する。

【0022】

測定プロセスの間、ライダーシステム１００が放射した光ビーム３１１_ｊは、周辺２００内の物体２０１に照射され、それらで反射されてライダーシステム１００に戻り、検出装置１４０で検出される。受信光ビーム３１２_ｊの伝搬時間に基づいて、ライダーシステム１００の制御装置１２０は、これらの光ビーム３１１_ｊ、３１２_ｊのそれぞれについて、それぞれ照射された物体２０１までの距離を算出する。完全な走査期間の後、ライダーシステム１００は、ライダーシステム１００の観測領域２１０内の物体２０１の相対的な配置を表す点群を測定結果として供給する。

【0023】

ここで、現在の視野２１３の異なる空間領域２１１_ｊから反射して戻ってきたビーム３１２_ｊの検出は、個別に行われる。よって、従来のライダーシステム１００では、検出器１４２_ｊが各視野角に個別にそれぞれ対応付けられている。これについて、図２は、従来のライダーシステム１００の典型的な検出装置１４０の対応する詳細図を示す。ここで、検出装置１４０は、結像光学系１４６と、結像光学系１４６の焦点面１４７に、列状に順々に配置された検出器１４２_１～１４２_ｍの群１４１とを含む。ここで、結像光学系１４６は、異なる空間方向からの光をその焦点面１４７の異なる点に集光させ、現在の視野２１３の空間領域２１１_１～２１１_ｊのうちの１つから反射されて戻ってきたビーム３１２_ｊのそれぞれが、それぞれの空間領域２１１_１～２１１_ｊに個別に対応付けられた検出器１４２_１～１４２_ｊ上で結像する。このように、ライダーシステム１００は、合計でｊ個の視線方向２１４_ｊを有する。

【0024】

ライダーシステム１００は、検出器１４２_ｊ～１４２_ｊとして、例えば、アバランシェダイオード（ＡＰＤ）やシングルフォトンアバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）などを用いる。ここで、これらダイオードは分離されていてもよいし、モノリシックアレイの一部であってもよい。また、ＳＰＡＤのアレイのうちの一部またはアレイ全体を相互に接続して、１つの検出器（「固体光電子増倍管」）を構成することも有利となり得る。ここでは象徴的に単一レンズとして表される結像光学系１４６は、用途に応じて、例えばレンズや凹面鏡などの単一の光学部品や、例えばレンズトリプレットや反転鏡などの複数の部品を組み立てたもので構成されていてもよい。

【0025】

このような走査型ライダーシステムにおいて、同じ解像度を維持しながら検出器の数を削減するために、本発明によれば、レンズおよび／またはミラーに基づく従来の結像光学系は、ｍ個の検出器１４２_１～１４２_ｍに対してそれぞれ複数の視線方向を生成するホログラフィック素子を含むホログラフィック結像光学系１４５によって置き換えられ、または補完される。このために、図３は、検出器１４２と、当該検出器１４２に対応付けられたホログラフィック光学素子１４３を含むホログラフィック結像光学系１４５とを備えたライダーシステム１００の適宜変更後の検出装置１４０の検出器構成１４１を概略的に示す図である。ここで、ホログラムで構成されたホログラフィック光学素子１４３は、それぞれが異なる波長を有する複数の光線３１０_１～３１０_３を、異なる方向から検出器１４２に集束させるように構成されている。本実施例では、ここで合計３つの異なる光線３１０_１～３１０_３が示されており、これらの光線は、それぞれ異なる空間方向から反射して戻ってきたビーム３１２_１～３１２_３の形で入射し、ホログラフィック光学素子１４３によって検出器１４２に結像させられる。ホログラムの基本的な特性は、古典的な屈折光学系とは異なり、特定の波長と空間方向に対してのみ良好に機能し、これらの特性に関して限定的な公差を有することである。したがって、ライダーシステムにホログラムを使用することで、対象とする空間方向以外からの、あるいは対象とする波長以外の光が検出器１４２に導光されないという利点がある。この波長選択性のため、例えばバンドパスフィルタを追加することは、理想的には必要ないが、用途によっては有利となる場合もある。

【0026】

ホログラム光学系１４５は、ｎ個のホログラム１４４_１～１４４_ｎを含む少なくとも１つのホログラフィック光学素子１４３で構成されており、ｎ≧２である。これらのｎ個のホログラム１４４_１～１４４_ｎはそれぞれ対応するｎ個の波長λ_１～λ_ｎについて特定の光束を検出器１４２にそれぞれ集束させることを特徴とする。波のイメージで表すと、ホログラムにおいて、特定の空間方向からの理想的には平面波が、検出器位置を中心とした球状の波面に変換される。ここで、本実施例では、異なる空間領域から３本のビーム３１２_１、３１２_２、３１２_３の形で検出器構成１４１に反射して戻ってくる、それぞれ異なる波長を有する合計３本の光線３１０_１、３１０_２、３１０_３が、ホログラフィック光学素子１４３によって共通の検出器１４２に結像させられる。図４は、図３のホログラフィック光学素子１４３の詳細図を示す。ここで、ホログラフィック光学素子１４３は、順々に配置された合計３つのホログラム１４４_１、１４４_２、１４４_３で構成されており、これらの各々が、光線３１０_１、３１０_２、３１０_３それぞれに個別に対応付けられた空間方向からの、当該ホログラムそれぞれに個別に対応付けられた光線３１０_１、３１０_２、３１０_３を検出器１４２にそれぞれ結像させることがわかる。このように、３つのホログラム１４４_１、１４４_２、１４４_３を有するホログラフィック光学素子１４３は、本実施例では、対応付けられた検出器１４２に対して合計３つの視線方向を生成する。ここで、このようにして生成された視線方向の数は、これらに対応する数のホログラムを設けることによって、それぞれの要求に適合させられうる。特に、ホログラフィック光学素子１４３にさらにホログラムを追加することで、追加の視野方向を比較的容易に実現することができる。

【0027】

しかしながら、ホログラムを追加するごとに、基本的にホログラフィック光学素子１４３の光学特性の劣化を伴うため、ホログラフィック光学素子１４３と組み合わせるホログラムの数を制限することが有用である。例えば、複数のホログラムを多重化すると、個々のホログラムがこれに対応する波長の光を所期のとおりに集光させる効率が低下する。同時に、拡散散乱が増加するため、望ましくない波長λの光線がますます検出器に到達する。これに伴い信号／表面の比率が劣化することが、とりわけライダーの用途では特に致命的になり得る。

【0028】

このような欠点を解消してライダーシステムの視野方向の数を増加できるようにするために、複数の異なる視野方向を、それぞれ個々のホログラフィック光学素子を搭載した複数の検出器に分散させる構成が選択されている。さらに、図５は、合計ｍ個の検出器構成１４１_１～１４１_ｍの群を備えた対応する検出装置１４０を示しており、検出器構成は、それぞれ、検出器１４２_１～１４２_ｍと、これらにそれぞれ対応付けられたホログラフィック光学素子１４３_１～１４３_ｍとから構成されている。列方向に順々に配置された検出器構成１４１_１～１４１_ｍは、それぞれ異なる視線方向を有する。ここで、検出器構成１４１_１～１４１_ｍは、それぞれホログラフィック光学素子１４３_１～１４３_ｍを含み、それらホログラフィック光学素子１４３_ｊ～１４３_ｍは、また、波長λ_１～λ_ｎに対して合計ｎ個のホログラム１４４_１～１４４_ｎを含み、ひいてはｎ個の異なる視線方向を有する。このように、検出器構成１４１_１～１４１_ｎの群全体では、ｊ＝ｍ＊ｎとなる合計ｊ個のホログラム、ひいては視線方向を有する。このように、図５に示す群は、検出器構成１４１_１～１４１_ｎごとにｍ＝３のホログラムまたは視野方向をそれぞれ有しており、合計でｍ＊３の視野方向を有する。図５に示された構成は、図４の、ｎ個のホログラムまたは視野方向を持つ個々のホログラフィック光学素子よりも検出器の数が多いが、ホログラフィック光学素子あたりのホログラムの数が少ないため、光学的品質が向上するという利点がある。また、ここで、それぞれの波長λ_１～λ_ｎについて、ｍ個の検出器構成１４１_１～１４１_ｎそれぞれに単一の視線方向のみが対応付けられており、ひいては最大ｍ個の個別の測定を同時に行うことができるため、ここではそれぞれの波長λ_１～λ_ｎを合計ｍ個の経路または視線方向に使用することができる。

【0029】

光収量を増加させるために、本実施例では、検出装置１４０の全ての光路は、従来の結像光学系１４６によって集約させられて、その後にようやく共通の結像光学系１４６の焦点面１４７における個々の検出器構成１４１_１～１４１_ｎにのみ分配される。しかし、基本的には、共通の古典的な結像光学系１４６を用いずに、検出器構成１４１_１～１４１_ｎを隣り合わせて配置することも可能である。しかし、これにより装置のサイズが小さくなってしまい、これによって、ライダーシステムではむしろ不利になる。これに対し、図５に示した古典的な結像光学系１４６を用いると、可能な限り多くの光を集光させ、そうされた後にのみそれを個々のホログラフィック光学素子に分配することができる。

【0030】

合計ｊ個の視線方向を実現するためには、それに応じた数の個別の光路または光線が必要である。これらは、例えば、対応する数（ｊ）の光エミッタによって実現することができる。図５に示す実施形態の変形例における個々の検出器構成１４１_１～１４１_ｎは、互いに独立して測定を実行するため、全ての検出器構成１４１_１～１４１_ｎに対してそれぞれ同じ光線または波長を使用することが有意義である。この場合、合計ｎ個の視線方向または空間領域が、同じ光線または波長で同時に励起または照射されるため、ｎ個の光エミッタのみが使用でき、その放射された光線はパッシブ光学系によって分割される。このために、図６は、ライダーシステム１００における、それに対応して構成された照射装置１３０を示す図である。照射装置１３０は、合計ｉ個の個々の光エミッタ１３２_１～１３２_ｉを備えた光エミッタ構成１３１を含み、それぞれ光ビーム３１１_１～３１１_ｉの形で異なる波長λ_１～λ_ｉの光線３１０_１～３１０_ｉを出射するものであり、本実施例では３つの個別の光エミッタ１３２_１、１３２_２、１３２_３のみが示されている。光エミッタ１３２_１～１３２_ｉのそれぞれには、回折光学素子（ＤＯＥ）の形態のそれぞれのパッシブ光学系１４_１～１３４_ｉがそれぞれ対応付けられており、これらは、光エミッタ１３２_１～１３２_ｉそれぞれの光ビーム３１１_１～３１１_ｉを、それぞれ異なる空間方向に出射される２つ以上の個別の部分光ビーム３１１_ｉ，１～３１１_ｉ，２に分割する。パッシブ光学系１３４_１～１３４_ｉとして合計ｎ個のＤＯＥを使用する代わりに、基本的には１つまたは複数のホログラフィック光学素子をこのために使用することもできる（ここでは図示せず）。

【0031】

図７は、合計６つの光エミッタ１３２_１～１３２_６の光エミッタ構成１３１を含む照射装置１３０と、合計２つの検出器構成１４１_１、１４１_２を含む検出装置１４０とを備えた、図５の変形例によるライダーシステム１００の概略図を示すものである。見易くするために、ライダーシステム１００の照射装置１３０と検出装置１４０とは、観測領域１１０の対向する側に示されている。典型的なライダーシステム１００では、これらの装置は、送受信光ビーム３１１_１～３１１_６、３１２_１～３１２_６の光路が実質的に隣接して延在するように、共通のハウジング内に配置されている。ここでは単に示されているだけの観測領域２１０は、基本的に多数の個別の空間領域を含むが、見易くするために６つの空間領域２１１_１～２１１_６のみが示されており、これらは、２つの検出器構成１４１_１、１４１_２の検出領域２１２_１、２１２_２によって現在検出されるものである。光エミッタ構成１３１の最初の３つの光エミッタ１３２_１～１３２_３は、それぞれ個別に生成された送信光ビーム３１１_１～３１１_３を、空間領域２１１_１～２１１_３の最初の３つの領域に連続して照射する。これと並行して、光エミッタ構成１３１の残りの３つの光エミッタ１３２_４～１３２_６は、それぞれ個別に生成された送信光ビーム３１１_４～３１１_６を残りの３つの空間領域２１１_４～２１１_６に連続して照射する。すなわち、ライダーシステム１００の通常動作時には、任意の測定時点において、検出領域２１２_１、２１２_２のそれぞれから１つの空間領域２１１_１～２１１_６に対して、それぞれの空間領域２１１_１～２１１_６に個別に対応付けられた光線３１０_１～３１０_ｋが照射される。受信側では、現在照射されている空間領域２１１_１～２１１_６から反射または散乱された光線が、受光装置１４０に戻る受信光ビーム３１２_１～３１２_６の形で、２つの検出器構成１４１_１、１４１_２に受光される。ここで、検出器１４２_１、１４２_２の前にそれぞれ配置されたホログラフィック光学素子１４３_１、１４３_２は、それぞれの検出器１４２_１、１４２_２が、当該検出器１４２_１、１４２_２に個別に対応付けられた光線３１０_１～３１０_ｋを、当該検出器１４２_１、１４２_２に個別に対応付けられた１つの空間領域２１１_１～２１１_６からのみ受光するようにする。

【0032】

測定は、検出領域２１２_１、２１２_２のそれぞれに対して独立して行われるため、全ての検出領域２１１_１、２１１_２に対して、同じ波長λ_１～λ_ｋの光線３１０_１～３１０_ｋを使用することができる。図７において異なる破線で示すように、２つの検出領域２１１_１、２１１_２の合計６つの空間領域２１１_１～２１１_６は、このように３つの異なる光線３１０_１、３１０_２、３１０_３のみの照射を受ける。したがって、図８に示すように、照射装置１３０の光エミッタ１３２_１～１３２_ｉの数は、合計３つに低減することができる。さらに、ライダーシステム１００は、図６に示す照射装置１３０を有し、そこで、それぞれの光エミッタ１３２_１、１３２_２、１３２_３の後には、ビームスプリッタとしてのパッシブ光学系１３４_１、１３４_２、１３４_３が設けられている。ここで、例えば回折光学素子（ＤＯＥ）の形態であるパッシブ光学系１３４_１、１３４_２、１３４_３それぞれは、光エミッタ１３２_１、１３２_２、１３２_３それぞれによって生成された光ビーム３１１_１、３１１_２、３１１_３を、それぞれ２つの部分光ビーム３１１_１，１、３１１_１，２、３１１_２，１、３１１_２，２、３１１_３，１、３１１_３，２に分割し、これらで異なる検出領域２１１_１、２１１_２それぞれの空間領域２１１_１～２１１_６を走査する。

【0033】

上述した実施例で用いられるホログラム１４４_１、１４４_２、１４４_３は、透過ジオメトリの体積型ホログラムであることが好ましい。これにより、より高い効率が可能となるため、本構成は有利である。しかしながら、対応するホログラフィック光学系は、他の種類のホログラム、例えば反射型ホログラムを用いて実現することもできる。

【0034】

上述の説明において、「反射して戻ってくる光線」という表現は、検出装置の方向への反射、拡散反射または散乱によって、ライダーシステムの周辺の物体から反射された光線であると理解される。

【0035】

本発明を好ましい実施例によって詳細に図示し説明したが、本発明は開示された実施例によって限定されるものではない。むしろ、当業者であれば、本発明の保護範囲を逸脱することなく、そこから他の変形例を導き出すことができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【国際調査報告】