(57)【要約】【課題】ＬＩＤＡＲシステム及び方法を提供する。【解決手段】光検出および測距（ＬｉＤＡＲ）システムは、光の別個のビームを生成するように構成される光源と、光の別個のビームを光源から受けるとともに光の別個のビームをコリメートして対象の被検査領域へ向けて方向付けられるコリメート出射光にするべく構成されるレンズアレイと、コリメート出射光の少なくとも一部の反射を感知するように構成される感光検出器と、コリメート出射光の少なくとも一部が感光検出器へ向けて反射された１つ以上の物体までの距離を決定するように構成される１つ以上のプロセッサとを含む。１つ以上のプロセッサは、コリメート出射光の少なくとも一部の反射に基づいて距離を決定するように構成される。【選択図】図１
2018179984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光（１０４）の別個のビームを生成するように構成される光源（３０２）と、
前記光（１０４）の別個のビームを前記光源（３０２）から受けるとともに前記光（１０４）の別個のビームをコリメートして対象の被検査領域へ向けて方向付けられるコリメート出射光（１０８）にするべく構成されるレンズアレイと、
前記コリメート出射光（１０８）の少なくとも一部の反射を感知するように構成される感光検出器（１２６；２０８）と、
前記コリメート出射光（１０８）の前記少なくとも一部が前記感光検出器へ向けて反射された１つ以上の物体までの距離を決定するように構成される１つ以上のプロセッサ（１３０）であって、前記コリメート出射光（１０８）の前記少なくとも一部の前記反射に基づいて前記距離を決定するように構成される、１つ以上のプロセッサ（１３０）と、
を備える光検出および測距（ＬｉＤＡＲ）システム（１００；２００）。
【請求項２】
前記レンズアレイ（１０６）は、異なる方向に前記光（１０４）の別個のビームのそれぞれをコリメートするように構成される請求項１記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
【請求項３】
光（１０４）の別個のビームのそれぞれが前記レンズアレイ（１０６）によってコリメートされる前記異なる方向は、水平方向及び垂直方向を含む請求項２記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
【請求項４】
前記レンズアレイ（１０６）は、それぞれが前記光（１０４）の別個のビームから光の異なるビームを受けるように位置決めされる複数のレンズを含む請求項１記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
【請求項５】
前記レンズアレイ（１０６）とミラーアセンブリ（１１６）との間に配置されて前記コリメート出射光（１０８）を１つ以上の方向に向ける偏光ビームスプリッタを更に備える請求項１記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
【請求項６】
前記ミラーアセンブリ（１１６）は、前記コリメート出射光（１０８）を動眼視野（１２２）に沿って前後に移動させて反射させるように構成される少なくとも１つの可動ミラー（１１２、１１４）を含む請求項５記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
【請求項７】
前記光源（３０２）と相互に接続される熱電冷却器を更に備える請求項１記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
【請求項８】
前記コリメート出射光（１０８）が前記レンズアレイ（１０６）から出た後に通過する窓を更に備え、前記窓が反射防止層を含む請求項１記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
【請求項９】
前記レンズアレイ（１０６）上に反射防止層を更に備える請求項１記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
【請求項１０】
光源（３０２）から別個の光（１０４）の点を受けるとともに光の別個のビームをコリメートするように構成されるレンズアレイと、
コリメートされる前記光の少なくとも一部の反射を感知するように構成される感光検出器（１２６；２０８）と、
前記光の前記少なくとも一部が反射された前記反射に基づいて１つ以上の物体までの距離を決定するように構成される１つ以上のプロセッサ（１３０）と、
を備える光検出および測距（ＬｉＤＡＲ）システム。
【請求項１１】
前記レンズアレイ（１０６）は、複数の異なる方向に前記光の別個のビームをコリメートするように構成される請求項１０記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
【請求項１２】
前記レンズアレイ（１０６）は、それぞれが前記別個の光（１０４）の点から異なる光（１０８）の点を受けるように位置決めされる複数のレンズを含む請求項１０記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
【請求項１３】
前記レンズのそれぞれは、第１の方向及び異なる第２の方向の両方向に前記レンズにより受けられる光（１０８）の点をコリメートするように構成される請求項１２記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
【請求項１４】
窓を有するパッケージを更に備え、前記レンズアレイ（１０６）が前記パッケージ内に配置され、前記レンズアレイ（１０６）又は前記窓のうちの１つ以上が全方向コーティング層を含む請求項１０記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
【請求項１５】
前記レンズアレイ（１０６）とミラーアセンブリ（１１６）との間に配置されてコリメートされる前記光（１０８）を１つ以上の方向に向ける偏光ビームスプリッタを更に備える請求項１０記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
【請求項１６】
コリメートされる前記光（１０８）を動眼視野（１２２）に沿って前後に移動させて反射させるように構成される少なくとも１つの可動ミラー（１１２、１１４）を有するミラーアセンブリ（１１６）を更に備える請求項１０記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
【請求項１７】
前記ミラーアセンブリ（１１６）は、前記光源を移動させることなくコリメートされる前記光を移動させるように構成される請求項１６記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
【請求項１８】
前記ミラーアセンブリ（１１６）は、前記レンズアレイ（１０６）を移動させることなくコリメートされる前記光（１０８）を移動させるように構成される請求項１６記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書中に記載される主題は、ＬＩＤＡＲシステムなどの距離測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な距離測定システムは、物体がシステムからどの程度の距離にあるのかを決定する、及び／又は、距離測定システムによる検査下にある視野内又は領域内に物体が存在する時を決定するように動作する。そのような距離測定システムの１つの例が光検出および測距（ＬｉＤＡＲ）システムである。ＬｉＤＡＲシステムは、検査下にある物体又は領域へ向けて光を方向付けることによって動作する。光の少なくとも一部は物体から反射される場合がある。ＬｉＤＡＲシステムは、光の放射と光反射の受信との間の時間遅延（反射光の飛行時間とも称される）を検査する。この時間遅延に基づいて、ＬｉＤＡＲシステムは、物体がＬｉＤＡＲシステムからどの程度の距離にあるのかを決定することができる。
【０００３】
幾つかの知られているＬｉＤＡＲシステムは、１つ以上の光の点又は光ビームを使用して、物体までの距離又は物体の存在を決定する。より大きな領域をカバーするために、例えばＬｉＤＡＲシステムにより検査又は監視されている領域に対して光源を移動させることによって１つ又は複数の光の点が移動される。この移動は、１つ又は複数の光の点を両方向に沿って前後にラスター走査すること、及び、光の前後ラスター走査を別の方向、例えば下側方向に徐々に移動させることを伴うことができる。この手法によってＬｉＤＡＲシステムはより大きな領域をカバーできるが、光のラスター走査は、追加の機械的な複雑さをＬｉＤＡＲシステムに加えるとともに、付加的なコストをＬｉＤＡＲシステムに加える。
【０００４】
加えて、光のラスター走査の移動中に個々の光の点がかなり大きい領域をカバーすることに起因して、反射光の検出の信号対雑音比（ＳＮＲ）が悪化する場合がある。ＳＮＲは、かなりの数の光源を加えることによって増大される場合があるが、これもコスト及び複雑さをＬｉＤＡＲシステムに対して付加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第９５０１８３９号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの実施形態において、ＬｉＤＡＲシステムは、光の別個のビームを生成するように構成される光源と、光の別個のビームを光源から受けるとともに光の別個のビームをコリメートして対象の被検査領域へ向けて方向付けられるコリメート出射光にするべく構成されるレンズアレイと、コリメート出射光の少なくとも一部の反射を感知するように構成される感光検出器と、コリメート出射光の少なくとも一部が感光検出器へ向けて反射された１つ以上の物体までの距離を決定するように構成される１つ以上のプロセッサとを含む。１つ以上のプロセッサは、コリメート出射光の少なくとも一部の反射に基づいて距離を決定するように構成される。
【０００７】
１つの実施形態において、別のＬｉＤＡＲシステムは、光源から別個の光の点を受けるとともに光の別個のビームをコリメートするように構成されるレンズアレイと、コリメートされる光の少なくとも一部の反射を感知するように構成される感光検出器と、光の少なくとも一部が反射された反射に基づいて１つ以上の物体までの距離を決定するように構成される１つ以上のプロセッサとを含む。
【０００８】
１つの実施形態において、方法は、光源を熱拡散基板上に結合させるステップと、基板を熱電冷却器に結合させるステップと、パッケージ内に基板を結合させるステップであって、パッケージが該パッケージの１つの縁に沿って配置される接合集積レンズアレイを有するステップとを含む。レンズアレイは、光源から光の別個のビームを受けるとともに複数の異なる方向に光の別個のビームをコリメートするように構成される。
【０００９】
本発明の主題は、添付図面を参照して非限定的な実施形態の以下の説明を読むことによってより良く理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ＬｉＤＡＲシステムの１つの実施形態を示す。
【図２】ＬｉＤＡＲシステムの別の実施形態を示す。
【図３】本明細書中に記載されるＬｉＤＡＲシステムのうちの１つ以上に含まれ得る照明アセンブリの１つの実施形態を示す。
【図４】本明細書中に記載されるＬｉＤＡＲシステムの１つ以上の実施形態を与えるための方法のフローチャートを示す。
【図５】レンズアレイアセンブリのレンズ及び図３に示される照明アセンブリのパッケージの１つの実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書中に記載される本発明の主題はＬｉＤＡＲシステム及び方法を提供し、このシステム及び方法は、長尺形状の光（例えば光のライン）を使用して、システム及び方法により監視されている領域（例えばＬｉＤＡＲシステムの視野）内の物体までの距離を決定する及び／又は物体の存在を検出する。結果として得られる測定値は、その後、ＬｉＤＡＲシステムの動眼視野内にある物体のサイズ、形状、位置、配向、速度等を決定するためにＬｉＤＡＲシステム又は別のシステムによって使用され得る。
【００１２】
レンズアレイによって形成される光は１つ以上の方向に掃引（例えば移動）され得る。例えば、ＬｉＤＡＲシステムは、ガルバノメータ、ＭＥＭＳアクチュエータ等によって作動される走査ミラーを移動させて、光を水平方向に沿って移動させることができる。これは、ＬｉＤＡＲシステムがＬｉＤＡＲシステムの動眼視野を構成する角度範囲をカバーできるようにする。第２の走査ミラーは、光アレイ間の領域を埋めるように直交動眼視野の一部にわたって光ビームを掃引するために使用され得る。
【００１３】
ＬｉＤＡＲは、光源のそれぞれから時限パルスを送って、光検出器のアレイを使用して動眼視野内の物体からの反射光を監視できる。光検出器は、動眼視野の異なる区域から光を受けて、ＬｉＤＡＲシステムのコントローラによって使用される信号を生成し、動眼視野内の物体から反射される任意の光パルスの飛行時間を決定するように構成される。光源から放射されるパルスは、パルス符号化とＬｉＤＡＲシステムの光学的なレイアウトとによって検出器アレイ内の対応する要素と同期される。光検出器が動眼視野内の物体から反射されるパルスを受けると、飛行時間（パルスが送信された時と光のパルスの反射が受信された時との間の時間）と光の速度とを乗じることによって物体までの距離を決定することができる。
【００１４】
光源及び光検出器のアレイを利用することにより、ＬｉＤＡＲシステムは、より長い時間にわたって物体からの反射光を取り込むことができる。これにより、所与の走査周波数に関してＳＮＲが改善され、及び／又は、本明細書中に記載されるレンズアレイを含まない幾つかの知られているＬｉＤＡＲシステムに関連してより高い走査周波数を使用することができる。
【００１５】
レンズアレイの１つ以上の実施形態は、複数の方向に（例えば、水平方向及び垂直方向に）光源からの光をコリメートする。これは、ＬｉＤＡＲシステムの垂直視野をカバーするレンズアレイから発散する扇形のコリメートされた光ビームをもたらす。この扇形の光ビームは、走査ＭＥＭＳミラー又は大きなレンジ（例えば３０〜１２０°）を有するガルバノメータによって水平に掃引され得る。第２の走査ミラーが、角度オフセットされた光源間の角度範囲（例えば１〜１０°）を小さくして隣り合う光源間のグリッドを埋めるように光ビームを垂直に偏向させることができる。これにより、ＬｉＤＡＲシステムの視野の区域内の領域を同時に探査する一組の走査ビーム（例えば、４〜５０本の光ビーム）が生成される。
【００１６】
ＬｉＤＡＲシステムは、マイクロレンズアレイにより一方向に方向付けられてコリメートされるそれぞれの各々のレーザから短いレーザ光パルス（又はパルスの組）を放射することによって動作できる。コリメートされたビームは、走査ミラーにより視野にわたって掃引される。視野内に物体が存在する場合、光は散乱されるとともに反射されてＬＩＤＡＲへと戻される。その後、反射光は、受光素子に入射し、レーザアレイ内の特定のレーザと関連付けられるＦＯＶの対応する区域からのみ光を受けるように配置されるＩｎＧａＡｓ又はＧｅなどのＮＩＲ検出器のアレイ上に合焦される。
【００１７】
反射光を感知する検出器アレイの１つの実施形態に関して、存在する光源と同じ数の検出器のアレイが、動眼視野から散乱されて走査されなくなる光を受ける合焦光学素子（例えば、１つ以上のレンズ）の背後に配置される。この光は、走査ミラーと光源との間に配置される偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）から反射されたものである。光源から出ていく光は、偏光されて、ＰＢＳの透過軸と位置合わせされる。検出器アレイの視野から反射されて散乱された光は、光の一部をＰＢＳからの反射後に検出器アレイによって受けることができるようにする偏光回転を受ける。受けられた光は、角度が走査されず、関連する光源によって照らされる領域から来る。標的物体までの往復距離は、光源からの狭パルスの放射と関連する検出器アレイでのパルス受信との間の時間遅延を測定してこの時間と光の速度とを乗じることによって決定され得る。
【００１８】
随意的に、近赤外（ＮＩＲ）光検出器のアレイ（例えば、１２８０×１０２４の検出器アレイ）が、ＬｉＤＡＲシステムの視野からより多くの光を収集するより大きい開口数を有する結像レンズを通じて視野を監視する。検出器アレイは、結合される交流電流（ＡＣ）であってもよく、検出器アレイが検出器アレイの視野内の事象（反射光パルスの受信）を検出する時間の短い期間（例えば２〜５ナノ秒）内で所与のピクセルから信号を出力できる。これは、物体までの距離を決定できるようにするべく光源によるパルスの放射に検出を相関させる（例えばマッチングさせる）ことができるように反射光パルスの検出を可能にし得る。
【００１９】
本明細書中に記載される本発明の主題の少なくとも１つの技術的効果は、ＬｉＤＡＲシステムの前方の三次元（３Ｄ）空間のマッピングを可能にする。システムの前方の空間の３Ｄマップを生成することにより、ナビゲーションなどの用途のため、及び、保護領域又は監視領域などにおいてロボットやドローンなどの自律装置の前方の移動車両の前方の物体の存在の検出のために、システムの出力を使用することができる。道路の前方又は縁にある物体の存在を検出することにより、車両のナビゲーションが可能なり、それにより、車両が衝突を回避できる。
【００２０】
本明細書中に記載されるＬｉＤＡＲシステムの１つ以上の実施形態は、１５００〜１７００ナノメートル（ｎｍ）ＮＩＲ波長範囲内の波長を有するレーザダイオードを利用する。７００〜１０００ｎｍ波長の範囲の光で動作する他のＬｉＤＡＲシステムと比べると、本発明の主題の１つ以上の実施形態の光源（例えばレーザダイオード）は、より低い大気減衰を受け、したがって、より大きい伝搬範囲にわたって動作できる。また、より長い波長は、大気を通じた伝搬中にレイリー散乱の減少に直面する。レイリー散乱は、光波長の４乗に反比例し、それにより、ＬｉＤＡＲシステムの１つ以上の実施形態は、雨、霧、及び、粒子の存在下で、７００〜１０００ｎｍ波長範囲で動作する従来技術のシステムと比べて優れた機能を呈する。加えて、より長い波長範囲で動作するレーザは、より短い７００〜１０００ｎｍ波長範囲で動作するレーザよりも眼への危害がかなり低く、そのため、ＬｉＤＡＲシステムの動眼視野内の人への危害が減少する。
【００２１】
本明細書中に記載される本発明の主題の１つ以上の実施形態は、光源のアレイを使用することによってＬｉＤＡＲシステムの前方の３Ｄ空間のより高い忠実度マップを達成でき、光源のそれぞれは、ＬｉＤＡＲシステムの全動眼視野の一区域を一度に（例えば同時に）探査する。これは、本明細書中に記載されるレンズアレイを含まない他のＬｉＤＡＲシステムよりも安価な構成要素を使用しつつ物体までの測定距離に関してより高い信号対雑音比を可能にし得る。また、本明細書中に記載される本発明の主題は、１つの実施形態において１５００〜１７００ｎｍ波長範囲で動作するレーザの使用に起因して、より長い感知範囲を可能にし得る、及び／又は、雨、霧、及び、粒子に対する感度を低くすることができる。加えて、ＬｉＤＡＲシステムの視野を光源の数によって分けることにより、ＬｉＤＡＲシステムは、ＬｉＤＡＲシステムの前方の動眼視野内の物体の存在のチェックにより多くの時間（例えば処理時間）を費やすことができる。これは、ＬｉＤＡＲシステムが単一のレーザビームを使用する又は本明細書中に記載されるレンズアレイを伴わずに動作するＬｉＤＡＲシステムよりも遅い走査速度で動作し得るからである。走査速度は、ＬｉＤＡＲシステムで使用される光源の数で割られ、１つの例では並行して作用する４〜５０本のビームを含んでもよい。より遅い走査速度は、標的に関してより長いレーザドウェル時間を可能にし、それがより高い信号対雑音比を検出器に提供し、又はそれを利用してそれぞれのビームごとにより低い電力及びより低コストのレーザ源を使用できるようにすることが可能になる。
【００２２】
図１は、ＬｉＤＡＲシステム１００の１つの実施形態を示す。ＬｉＤＡＲシステム１００は、レンズアレイアセンブリ１０６へ向かう光又は光ビーム１０４を個別に生成する複数の光源（図１には見えない）のアレイ１０２を含む。これらの光源は、レンズアレイアセンブリ１０６の異なる領域内への光１０４の異なる（例えば別個の）ビームを生成するフォトダイオード及び／又はレーザダイオードであってもよい。後述するように、レンズアレイアセンブリ１０６は、それぞれが光源アレイ１０２内の異なる光源から光１０４を受ける複数のマイクロレンズ（レンズ素子とも称される）を含むことができる。光源は全て同じ又は実質的に同じ（例えば３％内）波長、例えば９８０ナノメートル、１５５０ナノメートル、又は、１５７０ナノメートルの波長を有する光を生成する。この光１０４は、レンズアレイ１０６内のレンズ素子によって各レンズ素子の後面内又は側面内へと或いは背面又は側面を通じて受けられる。光源によって生成されてレンズ素子によって受けられる光１０４は入射光１０４と称することができる。
【００２３】
入射光１０４は、レンズアレイ１０６内のレンズ素子を通過して、レンズ素子によりコリメートされて、出射光１０８としてレンズ素子の反対側の前面又は側面から出る又は発散する。レンズアレイ１０６内のレンズ素子は、レンズ素子の前面又は側面から発散する出射光１０８が第１の方向（例えば垂直方向）にコリメートされるとともに異なる第２の方向（例えば水平方向）にコリメートされるように複数の方向に入射光１０４をコリメートする。
【００２４】
コリメート出射光１０８は偏光ビームスプリッタ１１０を通過し、この偏光ビームスプリッタ１１０は出射光１０８がビームスプリッタ１１０を通過できるようにする。この出射光１０８は、ミラーアセンブリ１１６の複数の鏡面又は反射面１１２、１１４から反射される。第１の鏡面１１２は、ミラーアセンブリ１１６の第１のモータ１１８と結合されてこの第１のモータ１１８によって移動可能である。モータ１１８は、第１の鏡面１１２を軸（図１のページとほぼ垂直）周りに回転させて、出射光１０８を反対の第１の方向に沿って方向付ける又は移動させる。光１０８は、第１の鏡面１１２から反射して、ミラーアセンブリ１１６の第２の鏡面１１４に衝突する。第２の鏡面１１４は、ミラーアセンブリ１１６の異なる第２のモータ１２０と結合されてこの第２のモータによって移動可能である。モータ１２０は、第２の鏡面１１４を異なる軸（図１のページとほぼ平行）周りに回転させて、出射光１０８を反対の第２の方向に沿って方向付ける又は移動させる。光１０８は、第２の鏡面１１４から反射して、ＬｉＤＡＲシステム１００の動眼視野ヘ向けて方向付けられる。
【００２５】
ミラーアセンブリ１１６のコントローラ１３０が、ミラー１１２、１１４の動きを制御して、ＬｉＤＡＲシステム１００から発散する光１０８が方向付けられる場所を制御できる。図１には見えないが、コントローラは、光１０８が方向付けられる場所を制御するためにモータ１１８、１２０に通信される制御信号を生成する１つ以上のプロセッサ（例えば、１つ以上のマイクロプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、及び／又は、集積回路）を含む及び／又は該プロセッサと接続されるハードウェア回路を含むことができる。コントローラは、光１０８のビームの前後の動きを観察者の観点から例示する矢印１２２により図１に示されるように、それぞれのモータ１１８、１２０によってミラー１１２、１１４の動きを制御して光１０８の別個のビームを動眼視野全体にわたって前後に掃引させることができる。
【００２６】
光１０８は、ＬｉＤＡＲシステム１００の動眼視野内の１つ以上の物体に衝突して、物体から少なくとも部分的に反射できる。反射光は、ミラー１１４によって少なくとも部分的に受けられて、ミラー１１４からミラー１１２へ向けて反射され、ミラー１１２からビームスプリッタ１１０へ向けて反射される。反射光（レンズアレイ１０６から出射光１０８として反対方向に進む）は無作為化された偏光を有することができる。出射光１０８に対して直交する偏光を有する反射光の一部は、ビームスプリッタ１１０によりレンズ１２４へ向けて方向付けられる。レンズ１２４は、光の受信を示す信号を生成する光検出器を含むことができる検出器アレイ１２６上に反射光を合焦させる。これらの信号は、出射光１０８のパルスの送信と検出器アレイ１２６での反射光の受信との間の時間としての飛行時間を計算するコントローラ（ミラーアセンブリ１１６の動作を制御する同じコントローラ又は別のコントローラであってもよい）に通信され得る。この飛行時間は、光１０８が反射された物体までの距離を計算して物体の存在及び／又は物体までの距離を決定するために使用され得る。
【００２７】
図２はＬｉＤＡＲシステム２００の別の実施形態を示す。ＬｉＤＡＲシステム２００は、前述した光源のアレイ１０２及びレンズアレイアセンブリ１０６を含む。光源によって生成される入射光１０４は、レンズアレイ１０６内のレンズ素子を通過して、レンズ素子によって（例えば水平及び垂直の両方向に）コリメートされ、レンズ素子の反対側の前面又は側面から出射光１０８として出る又は発散する。出射光１０８は、前述のようにミラーアセンブリ１１６の可動ミラー１１２、１１４から反射される。
【００２８】
光１０８は、ＬｉＤＡＲシステム２００の動眼視野内の１つ以上の物体に衝突して、物体から少なくとも部分的に反射光２０２として反射できる。反射光２０２は、光２０２を検出器アレイ２０８へ向けて合焦させるレンズ２０４によって少なくとも部分的に受けられ、検出器アレイ２０８は、前述と同様に、光の受信を示す信号を生成する光検出器を含むことができる。ＬｉＤＡＲシステム２００のレンズ２０４は、ＬｉＤＡＲシステム１００のレンズ１２４よりも大きい開口数を有することができる。検出器アレイ１２６、２０８は、シリコン（Ｓｉ）又はインジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）光検出器を含むことができる。１つの実施形態において、検出器アレイ１２６、２０８のうちの１つ以上は近赤外（ＮＩＲ）光検出器アレイである。
【００２９】
ＬｉＤＡＲシステム１００、２００におけるミラーアセンブリ１１６の使用は、１２０°にわたって延びるシステム１００、２００の動眼視野をもたらすことができ、この場合、レンズアレイ１０６から動眼視野へ向けて発散する光１０８のラインは６０°にわたって延びる。ミラーアセンブリ１１６内のミラー１１２、１１４は、光１０８が動眼視野内により長い時間にわたってとどまることができるようにするべく比較的ゆっくりとした速度で回転することができる。これは、ミラーアセンブリ１１６を使用しないＬｉＤＡＲシステムに関連する反射光の信号対雑音比を高めつつ、ミラー１１２、１１４の動きを制御するために使用される電子ハードウェアのコスト及び複雑さを低減できる。
【００３０】
図３は、本明細書中に記載されるＬｉＤＡＲシステム１００、２００のうちの１つ以上に含まれ得る照明アセンブリ３００の１つの実施形態を示す。照明アセンブリ３００は、レンズアレイアセンブリ１０６へ向かう光を生成する幾つかの光源３０２を含む。これらの光源３０２は、レンズアレイアセンブリ１０６の異なる領域内への光の異なるビームを生成するフォトダイオード及び／又はレーザダイオードであってもよい。例えば、レンズアレイアセンブリ１０６は、それぞれが異なる光源３０２から光を受ける複数のマイクロレンズ又はレンズ素子３０４を含むことができる。図示の実施形態では、レンズアレイアセンブリ１０６が１２個のレンズ素子又はレンズ３０４を含む。或いは、レンズアレイアセンブリ１０６は、単一のレンズ素子３０４又は異なる数のレンズ素子３０４を含むことができる。
【００３１】
光源３０２は全て同じ又は実質的に同じ（例えば３％内）波長、例えば９８０ナノメートル、１５５０ナノメートル、又は、１５７０ナノメートルの波長を有する光を生成できる。この光は、レンズ素子３０４によって各レンズ素子３０４の後面内又は側面３０６内へと或いは背面又は側面３０６を通じて受けられる（図５に示される）。光源３０２によって生成されてレンズ素子３０４によって受けられる光が入射光１０４である。光１０４は、レンズ素子３０４を通過して、レンズ素子３０４によりコリメートされて、出射光１０８としてレンズ素子３０４の反対側の前面又は側面３０８から出る又は発散する。電流駆動回路３１０は、各光源３０２によって光出力を制御できる。随意的に、別のタイプの光源３０２を使用することができ、或いは、光源３０２のうちの少なくとも１つは、レンズ素子３０４のうちの２つ以上によって受けられる光を生成できる。
【００３２】
回路３１０及び光源３０２は、金属又は他の熱伝体などの熱拡散基板３１６上に装着され得る。例えば、基板３１６は、光源３０２を回路３１０と導電接続するための相互接続部及びボンドパッドが組み込まれて窒化アルミニウム、グラフェン、又は、シリコン系インターポーザーから形成され得る。基板３１６は、パッケージ３２０内にあって、熱電冷却器又は冷却装置３１８に接合され、この場合、レンズアレイ１０６はパッケージ３２０の１つの縁に沿って配置される。パッケージ３２０は、随意的に、照明アセンブリの外側ハウジング又はハウジングと称され得る。レンズアレイ１０６は、幾つかの異なるレンズ素子３０４を含む単一の集積体であってもよい。パッケージ３２０は、金属、セラミック、及び／又は、プラスチックから形成可能であり、三次元印刷、射出成形、及び／又は、機械加工を使用して生成され得る。パッケージ３２０上にわたってカバー（図示せず）を配置することができ、このカバーはパッケージ３２０に対して融着され又は金属接合され得る。偏光ビームスプリッタ１１０が随意的にパッケージ３２０の前面に装着され、また、検出器アレイ１２６又は２０８を光源３０２のアレイと直交してパッケージ３２０に隣接して装着できる。
【００３３】
各レンズ素子２０６を比較的に小さくできる。例えば、各レンズ素子２０６は、２．２ミリメートル以下の幅寸法と、３．４ミリメートル以下の高さ寸法とを有することができる。随意的に、レンズ素子２０６は、より大きい幅寸法及び／又は高さ寸法を有してもよい。
【００３４】
図４は、本明細書中に記載されるＬｉＤＡＲシステムの１つ以上の実施形態を与えるための方法２０００のフローチャートを示す。２００２では、光源３０２が基板３１６上に装着される。１つの実施形態において、光源３０２は、ピックアンドプレース接合を使用して基板３１６に装着される。２００４では、基板３１６が熱電冷却器３１８に接合される。２００６では、基板３１６がレンズアレイ１０６を含むパッケージ３２０内に装着される。パッケージ３２０は、三次元印刷、射出成形、機械加工等され得る。２００８では、例えばカバーをパッケージ３２０と融合させ、溶接させるなどしてカバーがパッケージ３２０と結合される。２０１０では、偏光ビームスプリッタがパッケージと結合される。２０１２では、検出器アレイ１２６、２０８がパッケージ３２０と結合される。
【００３５】
図５は、レンズアレイアセンブリ１０６内のレンズ３０４及び照明アセンブリ３００のパッケージ３２０の１つの実施形態を示す。パッケージ３２０は、パッケージ３２０の透光面又は透光部に相当する窓２１００を含む。窓２１００は、光学的に透明であってもよく或いはさもなければ光源３０２（図３に示される）により生成されてレンズアレイアセンブリ１０６内のレンズ３０４によりコリメートされる及び／又は回折される光が窓２１００を通過できるようにする。窓２１００はパッケージ３２０の外面を形成し得る。システム３００の残りの構成要素は図２１に示されない。
【００３６】
レンズ３０４及び／又は窓２１００の外面は反射防止層２１０２でコーティングされ得る。この層２１０２は広帯域全方向反射防止特性を有することができる。層２１０２は、ナノ構造を成すことができ、ナノピラーアレイ又はナノワイヤアレイから構成され得る。層２１０２は、該層２１０２がレンズ３０４及び窓２１００のそれぞれの一方側にだけ配置されているように図２１に示される場合であっても、レンズ３０４又は窓２１００の一方又は両方の表面に塗布され得る。層２１０２は、システム内の光検出器１２６、２０８（図１及び図２に示される）に衝突する（外側物体から反射される）入射光の量を増大させることによってシステム３００の信号対雑音比を改善するのに役立ち得る。１つの実施形態において、層２１０２は、他のレンズ上又はレンズの表面上ではなく、システム３００内の非フレネル及び非回折性に基づくレンズ３０４上に配置される。
【００３７】
更なる別の実施形態において、ＬｉＤＡＲシステムのレンズ及び外側窓は、広帯域全方向反射防止特性を有する層でコーティングされる。この層は、ナノ構造を成すことができ、ナノピラーアレイ又はナノワイヤアレイから構成され得る。コーティングは、レンズ又は窓層の一方又は両方の表面に塗布されてもよく、システム内の光検出器に衝突する（外側物体から反射される）入射光の量を増大させることによってシステムのＳＮＲを改善するのに役立つ。これらのコーティングは、主に、システム内の非フレネル及び非回折性に基づくレンズを対象とする。
【００３８】
１つの実施形態において、ＬｉＤＡＲシステムは、光の別個のビームを生成するように構成される光源と、光の別個のビームを光源から受けるとともに光の別個のビームをコリメートして対象の被検査領域へ向けて方向付けられるコリメート出射光にするべく構成されるレンズアレイと、コリメート出射光の少なくとも一部の反射を感知するように構成される感光検出器と、コリメート出射光の少なくとも一部が感光検出器へ向けて反射された１つ以上の物体までの距離を決定するように構成される１つ以上のプロセッサとを含む。１つ以上のプロセッサは、コリメート出射光の少なくとも一部の反射に基づいて距離を決定するように構成される。
【００３９】
随意的に、レンズアレイは、異なる方向に光の別個のビームのそれぞれをコリメートするように構成される。光の別個のビームのそれぞれがレンズアレイによってコリメートされる異なる方向は、水平方向及び垂直方向を含むことができる。レンズアレイは、それぞれが光の別個のビームから光の異なるビームを受けるように位置決めされる複数のレンズを含むことができる。
【００４０】
１つの例において、システムは、レンズアレイとミラーアセンブリとの間に配置されてコリメート出射光を１つ以上の方向に向ける偏光ビームスプリッタも含む。ミラーアセンブリは、コリメート出射光を動眼視野に沿って前後に移動させて反射させるように構成される少なくとも１つの可動ミラーを含むことができる。
【００４１】
随意的に、システムは、光源と相互に接続される熱電冷却器も含むことができる。システムは、コリメート出射光がレンズアレイから出た後に通過する窓を含むことができ、この場合、窓は反射防止層を含む。また、システムは、レンズアレイ上に反射防止層を含むこともできる。
【００４２】
１つの実施形態において、別のＬｉＤＡＲシステムは、光源から別個の光の点を受けるとともに光の別個のビームをコリメートするように構成されるレンズアレイと、コリメートされる光の少なくとも一部の反射を感知するように構成される感光検出器と、光の少なくとも一部が反射された反射に基づいて１つ以上の物体までの距離を決定するように構成される１つ以上のプロセッサとを含む。
【００４３】
随意的に、レンズアレイは、複数の異なる方向に光の別個のビームをコリメートするように構成される。レンズアレイは、それぞれが別個の光の点から異なる光の点を受けるように位置される複数のレンズを含むことができる。レンズのそれぞれは、第１の方向及び異なる第２の方向の両方向にレンズにより受けられる光の点をコリメートするように構成され得る。
【００４４】
随意的に、システムは窓を有するパッケージも含み、この場合、レンズアレイがパッケージ内に配置され、レンズアレイ又は窓のうちの１つ以上が全方向コーティング層を含む。
【００４５】
また、システムは、レンズアレイとミラーアセンブリとの間に配置されてコリメートされる光を１つ以上の方向に向ける偏光ビームスプリッタも含むことができる。システムは、随意的に、コリメートされる光を動眼視野に沿って前後に移動させて反射させるように構成される少なくとも１つの可動ミラーを有するミラーアセンブリを含むことができる。ミラーアセンブリは、光源を移動させることなくコリメートされる光を移動させるように構成され得る。ミラーアセンブリは、レンズアレイを移動させることなくコリメートされる光を移動させるように構成され得る。
【００４６】
１つの実施形態において、方法は、光源を熱拡散基板上に結合させるステップと、基板を熱電冷却器に結合させるステップと、パッケージ内に基板を結合させるステップであって、パッケージが該パッケージの１つの縁に沿って配置される接合集積レンズを有するステップとを含む。レンズアレイは、光源から光の別個のビームを受けるとともに複数の異なる方向に光の別個のビームをコリメートするように構成される。
【００４７】
随意的に、光源は、ピックアンドプレース接合を使用して基板に結合され得る。また、方法は、偏光ビームスプリッタをパッケージに装着するステップを含むことができる。
【００４８】
本明細書中で使用される場合、単数形で挙げられて単語「１つの（ａ）」又は「１つの（ａｎ）」で始まる要素又はステップは、複数の前記要素又はステップを排除しないように理解されるべきである。ただし、そのような排除が明確に述べられる場合を除く。さらに、ここに記載された主題の「１つの実施形態」への言及は、挙げられた特徴も組み入れる更なる実施形態の存在を排除するものとして解釈されるように意図されない。更に、逆のことが述べられなければ、特定の特性を有する１つの要素又は複数の要素を「備える」又は「有する」実施形態は、その特性を有さない追加のそのような要素を含んでもよい。
【００４９】
以上の説明が例示であって限定的でないように意図されることが理解されるべきである。例えば、前述の実施形態（及び／又はその態様）が互いに組み合わされて使用されてもよい。加えて、本発明の範囲から逸脱することなく特定の状況又は材料を本明細書中に記載される主題の教示内容に適合させるために多くの変更がなされてもよい。本明細書中に記載される材料の寸法及びタイプは、開示される主題のパラメータを規定するべく意図されるが、それらは決して限定ではなく典型的な実施形態である。多くの他の実施形態は、先の説明を検討すると当業者に明らかであろう。したがって、本明細書中に記載される主題の範囲は、添付の特許請求の範囲を基準にして、そのような特許請求の範囲の権利が与えられる等価物の全範囲と共に決定されるべきである。添付の特許請求の範囲において、「含む」「この場合（ｉｎ  ｗｈｉｃｈ）」なる用語は、それぞれの用語「備える」「この場合（ｗｈｅｒｅｉｎ）」のプレインイングリッシュ等価物として使用される。さらに、以下の特許請求の範囲において、例えば「第１」、「第２」、「第３」などの用語は、単にラベルとして使用され、それらの対象物に対して数値要件を課そうとするものではない。更に、以下の特許請求の範囲の限定は、ミーンズプラスファンクション形式で書かれておらず、更なる構造の機能空所の記述がその後に続く「〜ための手段」なる語句をそのような特許請求の範囲の限定が明確に使用しない限り３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１２２（ｆ）に基づいて解釈されるように意図されない。
【００５０】
この書かれた説明は、実施例を使用して、最良の態様を含む本明細書中に記載される主題の幾つかの実施形態を開示するとともに、装置又はシステムを作製して使用すること、及び、方法を実行することを含めて、当業者が開示された主題の実施形態を実践できるようにする。本明細書中に記載される主題の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、また、当業者が想起する他の実施例を含んでもよい。そのような他の実施例は、それらが特許請求項の文字通りの言葉とは異ならない構造的要素を有する場合には、或いは、それらが特許請求項の文字通りの言葉と実質的に異ならない等価な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲内に入るべく意図される。
【００５１】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
光（１０４）の別個のビームを生成するように構成される光源（３０２）と、
前記光（１０４）の別個のビームを前記光源（３０２）から受けるとともに前記光（１０４）の別個のビームをコリメートして対象の被検査領域へ向けて方向付けられるコリメート出射光（１０８）にするべく構成されるレンズアレイと、
前記コリメート出射光（１０８）の少なくとも一部の反射を感知するように構成される感光検出器（１２６；２０８）と、
前記コリメート出射光（１０８）の前記少なくとも一部が前記感光検出器へ向けて反射された１つ以上の物体までの距離を決定するように構成される１つ以上のプロセッサ（１３０）であって、前記コリメート出射光（１０８）の前記少なくとも一部の前記反射に基づいて前記距離を決定するように構成される、１つ以上のプロセッサ（１３０）と、
を備える光検出および測距（ＬｉＤＡＲ）システム（１００；２００）。
［実施態様２］
前記レンズアレイ（１０６）は、異なる方向に前記光（１０４）の別個のビームのそれぞれをコリメートするように構成される実施態様１記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
［実施態様３］
光（１０４）の別個のビームのそれぞれが前記レンズアレイ（１０６）によってコリメートされる前記異なる方向は、水平方向及び垂直方向を含む実施態様２記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
［実施態様４］
前記レンズアレイ（１０６）は、それぞれが前記光（１０４）の別個のビームから光の異なるビームを受けるように位置決めされる複数のレンズを含む実施態様１記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
［実施態様５］
前記レンズアレイ（１０６）とミラーアセンブリ（１１６）との間に配置されて前記コリメート出射光（１０８）を１つ以上の方向に向ける偏光ビームスプリッタを更に備える実施態様１記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
［実施態様６］
前記ミラーアセンブリ（１１６）は、前記コリメート出射光（１０８）を動眼視野（１２２）に沿って前後に移動させて反射させるように構成される少なくとも１つの可動ミラー（１１２、１１４）を含む実施態様５記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
［実施態様７］
前記光源（３０２）と相互に接続される熱電冷却器を更に備える実施態様１記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
［実施態様８］
前記コリメート出射光（１０８）が前記レンズアレイ（１０６）から出た後に通過する窓を更に備え、前記窓が反射防止層を含む実施態様１記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
［実施態様９］
前記レンズアレイ（１０６）上に反射防止層を更に備える実施態様１記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
［実施態様１０］
光源（３０２）から別個の光（１０４）の点を受けるとともに光の別個のビームをコリメートするように構成されるレンズアレイと、
コリメートされる前記光の少なくとも一部の反射を感知するように構成される感光検出器（１２６；２０８）と、
前記光の前記少なくとも一部が反射された前記反射に基づいて１つ以上の物体までの距離を決定するように構成される１つ以上のプロセッサ（１３０）と、
を備える光検出および測距（ＬｉＤＡＲ）システム（１００；２００）。
［実施態様１１］
前記レンズアレイ（１０６）は、複数の異なる方向に前記光の別個のビームをコリメートするように構成される実施態様１０記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
［実施態様１２］
前記レンズアレイ（１０６）は、それぞれが前記別個の光（１０４）の点から異なる光（１０８）の点を受けるように位置決めされる複数のレンズを含む実施態様１０記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
［実施態様１３］
前記レンズのそれぞれは、第１の方向及び異なる第２の方向の両方向に前記レンズにより受けられる光（１０８）の点をコリメートするように構成される実施態様１２記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
［実施態様１４］
窓を有するパッケージを更に備え、前記レンズアレイ（１０６）が前記パッケージ内に配置され、前記レンズアレイ（１０６）又は前記窓のうちの１つ以上が全方向コーティング層を含む実施態様１０記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
［実施態様１５］
前記レンズアレイ（１０６）とミラーアセンブリ（１１６）との間に配置されてコリメートされる前記光（１０８）を１つ以上の方向に向ける偏光ビームスプリッタを更に備える実施態様１０記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
［実施態様１６］
コリメートされる前記光（１０８）を動眼視野（１２２）に沿って前後に移動させて反射させるように構成される少なくとも１つの可動ミラー（１１２、１１４）を有するミラーアセンブリ（１１６）を更に備える実施態様１０記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
［実施態様１７］
前記ミラーアセンブリ（１１６）は、前記光源を移動させることなくコリメートされる前記光を移動させるように構成される実施態様１６記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
［実施態様１８］
前記ミラーアセンブリ（１１６）は、前記レンズアレイ（１０６）を移動させることなくコリメートされる前記光（１０８）を移動させるように構成される実施態様１６記載のＬｉＤＡＲシステム（１００；２００）。
［実施態様１９］
光源を熱拡散基板上に結合させるステップと、
前記基板を熱電冷却器に結合させるステップと、
パッケージ内に前記基板を結合させるステップであって、パッケージが前記パッケージの１つの縁に沿って配置される接合集積レンズアレイを有し、前記レンズアレイは、前記光源から光の別個のビームを受けるとともに複数の異なる方向に前記光の別個のビームをコリメートするように構成される、ステップと、
備える方法。
［実施態様２０］
前記光源は、ピックアンドプレース接合を使用して前記基板に結合される実施態様１９記載の方法。
［実施態様２１］
偏光ビームスプリッタを前記パッケージに装着するステップを更に備える実施態様１９記載の方法。
【符号の説明】
【００５２】
１００  ＬｉＤＡＲシステム
１０２  光源アレイ
１０４  光ビーム（入射光）
１０６  レンズアレイアセンブリ
１０８  出射光
１１０  偏光ビームスプリッタ
１１２、１１４  鏡面又は反射面（ミラー）
１１６  ミラーアセンブリ
１１８  第１のモータ
１２０  第２のモータ
１２４  レンズ
１２６  検出器アレイ
１３０  コントローラ
２００  ＬｉＤＡＲシステム
２０２  反射光
２０４  レンズ
２０８  検出器アレイ
３００  照明アセンブリ
３０２  光源
３０４  レンズ素子
３０６  後面内又は側面
３０８  前面又は側面
３１０  電流駆動回路
３１６  熱拡散基板
３２０  パッケージ
【図１】
2018179984.tif 000003
【図２】
2018179984.tif 000004
【図３】
2018179984.tif 000005
【図４】
2018179984.tif 000006
【図５】
2018179984.tif 000007
【外国語明細書】
2018179984000001.pdf