(57)【要約】  マクロ・セル（４４）内に配置された複数のセンサ素子（２６）と、複数の読出し素子（２８）とを備え、少なくとも２つのセンサ素子（２６）がマクロ・セル（４４）に割り当てられ、各センサ素子（２６）を個々に作動させ停止させることができるか、またはセンサ素子（２６）のグループ単位で作動させ停止させることができる、焦点面アレイ・アセンブリのＬＩＤＡＲ受信ユニット（１２）。それに加えて、ＬＩＤＡＲ受信ユニットの２つの更なる実施形態が記載される。
2021507260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マクロ・セル（４４）内に配置された複数のセンサ素子（２６）と、複数の読出し素子（２８）とを備え、
少なくとも２つの前記センサ素子（２６）がマクロ・セル（４４）に割り当てられ、
各前記センサ素子（２６）を個々に作動させ停止させることができるか、または前記センサ素子（２６）のグループ単位で作動させ停止させることができる、
焦点面アレイ・アセンブリのＬＩＤＡＲ受信ユニット（１２）。
【請求項２】
前記センサ素子（２６）が１つの前記読出し素子（２８）のみに接続される、請求項１に記載のＬＩＤＡＲ受信ユニット（１２）。
【請求項３】
第１のマクロ・セル（４４）の前記センサ素子（２６）が少なくとも１つの第１の前記読出し素子（２８）に接続され、前記第２のマクロ・セル（４４）の前記センサ素子（２６）が少なくとも１つの第２の前記読出し素子（２８）に接続される、請求項１または２に記載のＬＩＤＡＲ受信ユニット（１２）。
【請求項４】
マクロ・セル（４４）の全ての前記センサ素子（２６）が同じ前記読出し素子（２８）に接続される、請求項１から３のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲ受信ユニット（１２）。
【請求項５】
前記読出し素子（２８）が異なるマクロ・セル（４４）の複数の前記センサ素子（２６）に接続され、該異なるマクロ・セル（４４）が異なる測定サイクル中にアクティブであるか、または前記マクロ・セル（４４）のうち２つが同時にアクティブであることは決してない、請求項１から４のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲ受信ユニット（１２）。
【請求項６】
レーザーの形態の複数のエミッタ素子（２２）を有するＬＩＤＡＲ送信ユニット（１４）によって放射され、対象物（２０）で反射されたレーザー光（２４）を検出する、ＬＩＤＡＲ測定システム（１０）のＬＩＤＡＲ受信ユニット（１２）であって、
複数の前記センサ素子（２６）を備え、
前記受信ユニット（１２）の前記センサ素子（２６）の数が、前記送信ユニット（１４）の前記エミッタ素子（２２）の数よりも多い、ＬＩＤＡＲ受信ユニット（１２）。
【請求項７】
マクロ・セル（４４）の前記センサ素子（２６）でカバーされる検出器表面が、本質的に、前記入射レーザー光（２４）の表面積または前記エミッタ素子（２２）の表面積の２倍、３倍、または４倍に相当する、請求項６に記載のＬＩＤＡＲ受信ユニット（１２）。
【請求項８】
前記マクロ・セル（４４）の検出器表面の直径（Ｄｄ）が、レーザー光直径（Ｄｌ）または前記エミッタ素子（２２）の直径（Ｄｅ）の少なくとも２倍の大きさである、請求項６または７に記載のＬＩＤＡＲ受信ユニット（１２）。
【請求項９】
レーザーの形態の複数のエミッタ素子（２２）を有するＬＩＤＡＲ送信ユニット（１４）によって放射され、対象物（２０）で反射されたレーザー光（２４）を検出する、ＬＩＤＡＲ測定システム（１０）のＬＩＤＡＲ受信ユニット（１２）であって、
複数のセンサ素子（２６）を備え、
前記受信ユニット（１２）の面（３８）内の第１のセンサ素子（２６ａ）が、前記送信ユニット（１４）の前記エミッタ素子（２２）と実質的に同じ空間的構成を有し、
第２のセンサ素子（２６ｂ）が、前記第１のセンサ素子（２６ａ）の間の中間空間に配
置され、および／または前記第１のセンサ素子（２６ａ）の周りに配置される、ＬＩＤＡＲ受信ユニット（１２）。
【請求項１０】
マクロ・セル（４４）の前記第１のセンサ素子（２６ａ）および前記第２のセンサ素子（２６ｂ）の検出器表面の直径（Ｄｄ）が、前記入射レーザー光（２４）の直径（Ｄｌ）または前記送信ユニット（１４）の関連する前記エミッタ素子（２２）の面積（Ｄｅ）の少なくとも２倍である、請求項９に記載のＬＩＤＡＲ受信ユニット（１２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＩＤＡＲ受信ユニットに関する。
【０００２】
ＬＩＤＡＲ測定システムは、国際公開第２０１７／０８１２９４号によって知られている。このＬＩＤＡＲ測定システムは、送信ユニットと、送信レンズと、受信レンズと、受信ユニットとを備える。送信ユニットの１つまたは複数のエミッタ素子はレーザー光を放射し、レーザー光は送信レンズを介して異なる空間方向で拡散される。レーザー光は次に、対象物で反射し、受信レンズを介して受信ユニットに向けられる。入射する反射レーザー光はセンサ素子によって検出される。このシステムの利点は、コンパクトな形で構築することができ、静的であること、換言すれば、エミッタ素子またはセンサ素子のための可動の調節要素が不要な点である。
【０００３】
送信ユニットがレーザー光を放射する送信空間は、送信レンズによって規定される。この送信レンズはまた、本質的に受信レンズと同一である。エミッタ素子およびセンサ素子は、同じ空間的構成でそれぞれのユニットの面上に配置される。１つのセンサ素子が１つのエミッタ素子に割り当てられるので、結果として得られる対がそれぞれのレンズを介して同じ立体角を観察する。エミッタ素子およびセンサ素子の分布は、例えば、行および列の形態であることができる。最適な事例では、エミッタ素子によって放射され、対象物で反射されるレーザー光は、対応するセンサ素子に正確に衝突する。しかしながら、レーザー光は、例えば使用されるレンズの結像誤差によって、センサ素子の表面の一部のみが照明されるように屈折する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１７／０８１２９４号
【０００５】
したがって、本発明の１つの目的は、入射レーザー光の検出を改善することができる受信ユニットを提供することである。
【０００６】
この目的は、請求項１に記載のＬＩＤＡＲ受信ユニットによって達成される。従属請求項は、本発明の有利な設計の変形例を表す。
【０００７】
ＬＩＤＡＲ測定システムのためのＬＩＤＡＲ受信ユニットが提案される。ＬＩＤＡＲ受信ユニットを有するＬＩＤＡＲ測定システムも、上述の目的を達成する。特に、ＬＩＤＡＲは、自動車両上の静的な、即ち不動の装置向けに設計される。ＬＩＤＡＲ受信ユニットの基本的機構は従来技術にしたがって設計される。ＬＩＤＡＲ受信ユニットは、マクロ・セル状に配置された複数のセンサ素子を備える。したがって、割当ては、従来技術のような１つのエミッタ素子に１つのセンサ素子ではなく、１つのエミッタ素子に１つのマクロ・セル、即ち複数のセンサ素子である。したがって、受信ユニットのマクロ・セルは任意に定義することができず、本質的に既定の立体角に割り当てられる。
【０００８】
ＬＩＤＡＲ受信ユニットは、有利には、焦点面アレイ構成で実装される。受信ユニットのセンサ素子は、本質的に同じ面上に、有利にはチップ上に配置される。受信ユニットはまた、受信レンズの焦点でＬＩＤＡＲ測定システム上に配置される。特に、ＬＩＤＡＲ受信ユニットのセンサ素子は受信レンズの焦点に配置される。
【０００９】
例えば、センサ素子は、単一光子アバランシェ・ダイオード（以下、ＳＰＡＤとも呼ばれる）によって形成することができる。かかるＳＰＡＤは、単一光子の到達時にアバランシェ効果を引き起こし、それによってこの光子の検出を可能にする、１つのタイプのアバランシェ・ダイオードである。かかるＳＰＡＤは、バイアス電圧を印加することによって作動させることができる。対応する電圧低下によってＳＰＡＤが停止する。代替のセンサ素子として、例えば、ＳｉＰＭとしても知られるシリコン光電子増倍管を使用することができる。
【００１０】
マクロ・セル内の配置は、センサ素子を組み合わせてより大きい複合体にすることを意味する。この複合体またはマクロ・セルは、ハードウェアまたはソフトウェアの形で実装することができ、ハードウェアは好ましくは、電気回路構成の固定部品の形態である。例えば、この回路構成は、センサ素子が配置されるチップ上に実装することができる。
【００１１】
それに加えて、ＬＩＤＡＲ受信ユニットは複数の読出し素子を有する。読出し素子は、有利には、時間−デジタル変換器（ＴＤＣ）として設計される。この読出し素子は、センサ素子、またはＳＰＡＤの始動を検出し、この検出を記憶素子に渡す。記憶素子は、好ましくは、センサ素子の始動を時間の関数として記憶するヒストグラムを表す。その時間は、エミッタ素子によるレーザー光の放射で始まり、測定サイクルが完了すると終わる。これにより、レーザー光の飛行時間、またしたがって対象物までの距離を判定することが可能になる。読出し素子および記憶素子の特定の技術的設計は、本発明に関しては無視できる。最終的に重要なのは、センサ素子が光子を検出し、それがデジタル値としてヒストグラム内に記憶されることであり、重要な因子は、レーザー光がＬＩＤＡＲ測定システムの関連するエミッタ素子によって放射されてからの経過時間である。
【００１２】
特に有利なのは、ＬＩＤＡＲ測定システムに時間相関単一光子計数（ＴＣＳＰＣ）方法を使用することである。対象物を検出し、その距離を判定するのに、複数のかかる測定サイクルを含む測定プロセスが実施される。各測定サイクルはヒストグラムを埋め、ヒストグラムは、対象物およびそれらの距離を判定するために最後の測定後に評価される。
【００１３】
少なくとも２つのセンサ素子がマクロ・セルに割り当てられる。マクロ・セルのセンサ素子の数は、有利には２つよりも多く、特に、マクロ・セル１つ当たりセンサ素子２〜４０個である。
【００１４】
センサ素子は、個別にまたはグループ単位で作動させ停止させることができる。これは、例えば、個別にまたはグループ単位で制御電子部品に接続された、ハードウェア内のＳＰＡＤを相互接続することによって行うことができる。マクロ・セルの各センサ素子を個別に作動させることができる、第１の変形例が好ましい。グループごとの作動は、便利には、マクロ・セルのセンサ素子の部分集合または合計数に限定されるので、それらを同時に作動させ停止させることができる。マクロ・セルは、センサ素子の１つ、２つ、３つ、４つ、またはそれ以上の部分集合を有することができる。
【００１５】
個々のセンサ素子またはセンサ素子のグループを作動または停止させる設備によって、破壊因子を補償することが可能になる。これらは、ＬＩＤＡＲ測定デバイスの光学系における上述の結像誤差であり得る。したがって、照明が乏しいかまたは照明されないセンサ素子は停止される。照明が良好かまたは完全に照明されているセンサ素子は適宜作動させられる。同じことがセンサ素子のグループにも当てはまる。必要に応じて、最初の動作時に、または特定の時間間隔で、最適なセンサ素子を選ぶことによって関連する静的誤差源を補償することができる構成が実施されなければならない。
【００１６】
特に、マクロ・セルのセンサ素子の測定値が同じ立体角を評価するのに使用される。これは、同じ立体角に関するものと併せて測定データが評価に使用されるという条件で、マクロ・セルに単一の評価素子が割り当てられるか２つ以上が割り当てられるかとは最終的に独立している。一例として、異なる読出し素子を、特にヒストグラムを表す同じ記憶素子に接続することができる。
【００１７】
更なる利点は、信号対雑音比（ＳＮＲ）とも呼ばれる、信号対雑音比が低減されることである。特に、レーザー光によって照明されていないセンサ素子を使用不能にすることによって、入ってくる環境放射線による背景雑音が低減される。
【００１８】
特に、これは、関連する送信ユニットのアーキテクチャに関して有利である。これは、チップ上で比較的広い距離離れている複数のエミッタ素子を備える。従来技術による関連する受信ユニットは、同じ空間的配置のセンサ素子を有し、各センサ素子は相手方部品と同じように空間的に配置されたエミッタ素子を有する。従来技術では、空間がセンサ素子間に残っており、そこでは入射レーザー光を検出することができない。通常、例えば、垂直面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）として設計されたエミッタ素子は、センサ素子、例えばＳＰＡＤよりも大きい直径を有する。したがって、レーザー径はＳＰＡＤの表面積よりも大きいものであり得る。したがって、複数のＳＰＡＤを受信ユニット上に実装することが実用的であるため、隣接するＳＰＡＤのうち２つ以上が同時に照明される。したがって、有利には、エミッタ素子１つ当たり多数のセンサ素子が受信ユニット上に形成され、上記の、また後述の実施形態によれば、相互作用してマクロ・セルを形成する。
【００１９】
以下、本発明の有利な変形例について更に詳細に説明する。
【００２０】
センサ素子は１つのみの読出し素子に接続されることが提案される。他方で、読出し素子は２つ以上のセンサ素子に、特に同じマクロ・セルおよび／または異なるマクロ・セルの２つ以上のセンサ素子にも接続することができる。
【００２１】
したがって、センサ素子によって検出される、入ってくる光子は、１回だけヒストグラムに記憶される。それに加えて、読出し素子は、いくつかのセンサ素子によって動作させることができ、それによってコスト効率が良くスペースが最適化されたアーキテクチャが提供される。１つのみのアクティブなセンサ素子を読出し素子によって読み出すことができるので、同じ読出し素子に接続されている停止されたセンサ素子は測定に影響しない。最後に、同じ読出しユニットに接続された全てのセンサ素子は同時に読み出されるが、１つのみのアクティブなセンサ素子が光子を検出することができる。
【００２２】
有利には、第１のマクロ・セルのセンサ素子は少なくとも１つの第１の読出し素子に接続され、第２のマクロ・セルのセンサ素子は第２の読出し素子に接続される。
【００２３】
これにより、入ってくるレーザー・パルスに関して個々の立体角を別個に評価することができる。上述の利点はまた、照明されているセンサ素子を作動させ、照明されていないセンサ素子を停止することによって達成することができる。それに加えて、結像誤差を補償するため、他の有利な効果を提供する他の方法も適用することができる。しかしながら、これらについては本明細書に記載しない。
【００２４】
マクロ・セルのセンサ素子はそれぞれ、同じ読出し素子に接続することができる。しかしながら、マクロ・セルの各センサ素子を別個の読出し素子に接続することもできる。または、マクロ・セルのセンサ素子のうち２つ以上の部分集合をそれぞれ同じ読出し素子に接続することができる。したがって、各部分集合は異なる読出し素子に接続される。第１の事例では、マクロ・セルは１つの読出し素子に割り当てられ、第２および第３の事例では、マクロ・セルは複数の読出し素子に割り当てられる。しかしながら、これら３つの設計の変形例は、第３のマクロ・セルなど、他のマクロ・セルからの更なるセンサ素子を、第１のマクロ・セルの１つまたは複数のセンサ素子に既に接続されている読出し素子に接続することができる可能性を除外しない。本セクションで言及される３つの変形例はそれぞれ、以下の段落における記述と適合している。
【００２５】
マクロ・セルは、マクロ・セルの少なくとも１つのセンサ素子を作動させたときにアクティブである。ＬＩＤＡＲ測定システムは、通常、その環境をスキャンするので、受信ユニットの全てのマクロ・セルが同時にアクティブであるわけではない。その代わりに、マクロ・セル、特にマクロ・セルのグループは、次々に作動され停止される。エミッタ素子およびセンサ素子が長方形のアレイ・パターンである単純な例では、エミッタ素子およびセンサ素子を１つずつスキャンすることによって、即ち作動させ停止させることによって、水平スキャンが実施される。これはスキャン方法とも呼ばれる。特に、これにより、やはり照明されるべき立体角のセンサ素子またはマクロ・セルのみがアクティブなので、方向分解能の改善を達成することができる。
【００２６】
エミッタ素子は測定サイクルの始まりにレーザー光を放射し、関連するセンサ素子は、測定サイクルの持続時間にわたってアクティブである。したがって、読出し素子は、それが接続される異なるマクロ・セルのセンサ素子を読み出すことができる。この読出し素子は、好ましくはマクロ・セルのセンサ素子のみに接続され、スキャン・プロセス中、それらのマクロ・セルは同時にアクティブではない。例えば、この単純な例では、同じ行に位置するセンサ素子はこの行の同じ読出し素子に接続されてもよい。最後に、スキャン・プロセスのシーケンスは、センサ素子および読出し素子のアーキテクチャによって既に部分的に判定されているか、または受信ユニットのアーキテクチャを設計するときにスキャンのタイプが観察されなければならない。
【００２７】
アクティブなマクロ・セルのセンサ素子、および同時にアクティブである別のマクロ・セルのセンサ素子は、異なる読出し素子に接続されるか、または同じ読出し素子に接続されない。換言すれば、第１のアクティブなマクロ・セルのセンサ素子は、少なくとも１つの第１の読出し素子に接続され、同時にアクティブである第２の測定セルのセンサ素子は、少なくとも１つの第２の読出し素子に接続され、更なるアクティブな測定セルについても同様である。同時とは、この場合、同じ測定サイクル内であることを意味する。アクティブなマクロ・セルのセンサ素子、および同時にアクティブでないマクロ・セルのセンサ素子は、この読出し素子を共有するために、同じ読出し素子に接続することができる。これにより、同じ読出し素子を、連続してアクティブであるマクロ・セルに使用することが可能になる。マクロ・セルにおいて、読出し素子を各センサ素子に割り当てることができ、読出し素子をマクロ・セルのセンサ素子の下位グループに、またはマクロ・セルの全てのセンサ素子に割り当てることができるので、このセクションの記述は、当然ながら、上記の記述にも関連して読まれるべきである。
【００２８】
読出し素子が異なるマクロ・セルの複数のセンサ素子に接続されることが提案され、これらの異なるマクロ・セルは異なる測定サイクル中にアクティブであるか、またはこれらのマクロ・セルのうち２つが同時にアクティブであることは決してない。同時とは、同じ測定サイクル中を意味する。
【００２９】
特に有利な構成では、１つの読出し素子は、単一のアクティブなマクロ・セルの１つのみのセンサ素子に、複数のセンサ素子に、または全てのセンサ素子に接続される。
【００３０】
しかしながら、上記の記述にしたがって、これは、読出し素子がアクティブでないマクロ・セルの他のセンサ素子にも接続される可能性を除外しない。
【００３１】
受信ユニット上におけるセンサ素子の空間的配置は、通常、送信ユニット上におけるエミッタ素子の空間的配置に基づく。従来技術では、空間的配置は本質的に同一であり、各事例において、１つのエミッタ素子および１つのセンサ素子が互いに割り当てられる。従来技術に関連して、改善された受信ユニット上のセンサ素子は、本質的に、２つのタイプのセンサ素子に分割することができる。したがって、従来技術によるセンサ素子の構成に対応して、第１のセンサ素子は受信ユニット上に形成される。例えば、これは、エミッタ素子の空間位置に対応する、１つまたは複数のセンサ素子であることができる。他のセンサ素子は、第１のセンサ素子間の空間に配置される第２のセンサ素子である。有利には、それらは、レーザー光の屈折があれば、センサ素子の選択的作動および停止によってそれを補償するために、第１のセンサ素子の周りに配置される。センサ素子は、通常はチップによって提供される面上に配置される。しかしながら、センサ素子はチップの表面の一部しかカバーしない。特に、機能上および製造上両方の理由から、隣接するセンサ素子間の距離は維持されなければならない。それに加えて、回路構成または他の構成要素のため、例えば読出し素子のための空間を、チップ上に空けておかなければならない。一般的には円形または楕円形であるレーザー光は、通常、センサ素子、特にＳＰＡＤよりも大きいチップ上の面積をカバーするので、通常、複数のセンサ素子が入射レーザー光によって照明される。エミッタ素子としてのＶＳＣＥＬも、ＳＰＡＤよりも大きい表面積を既に有している。したがって、この構成により、環境放射線の検出および更なる低減に、入射レーザー光をはるかに良好に利用することが可能になる。
【００３２】
上述したように、有利には、レーザー光によって照明されたセンサ素子のみが有意味な測定データに寄与することができるので、照明されたセンサ素子のみが作動させられる。エミッタ素子の入射レーザー光によって照明されていないセンサ素子は、環境放射線のみを測定し、したがって信号対雑音比を低下させる。有利には、照明されたセンサ素子は少なくとも５０％の照明面積を有する。レーザー光は、有利には、センサ素子の表面積の少なくとも５０％をカバーする。したがって、十分に照明されているセンサ素子を排他的に作動させることによって、信号対雑音比が改善される。
【００３３】
更に、センサ素子および／またはマクロ・セルが、正方形、長方形、対角線、または六角形のパターンで配置されることが提案される。
【００３４】
以下の記述は、センサ素子およびマクロ・セルの両方に等しく当てはまる。長方形パターンは、本質的に、行および列状のセンサ素子の配置に対応し、正方形パターンの配置は長方形パターンの特別な例である。別の配置の変形例は、実質的に円形のレーザー・スポットに対してセンサ素子の密度が最大になる六角形パターンである。長方形または正方形パターンの利点は、多数のセンサ素子が入射レーザー光によって衝突されるかまたは照明されることである。しかしながら、長方形または正方形パターンは、通常、大きいレーザー光直径を要する。六角形パターンが使用されると、照明されるセンサ素子の数がより少なく、例えば、照明されるセンサ素子が４つから３つに低減される。しかしながら、３つのセンサ素子の照明は、レーザー光の低減された直径でも達成される。それに加えて、六角形パターンの場合、レーザー光直径が一定であれば、衝突されたセンサ素子の平均照明面積は、正方形または長方形パターンの場合より大きい。これは、六角形パターンに固有のセンサ表面の充填率が、長方形または正方形パターンよりも高いことによる。対角線パターンは長方形パターンの特定の形状に対応する。対角線パターンは、線の傾斜の自由選択可能な角度を有する。それに加えて、隣接する行は、同様に続くかまたは行ごとに異なる線状のオフセットを有することができる。
【００３５】
入射レーザー光の直径が、便利には、２つのセンサ素子、特にＳＰＡＤ間の距離の少なくとも２倍の大きさである場合、特に有利である。距離は、センサ素子の中心点間の距離として定義される。
【００３６】
更に有利な設計の変形例では、隣接するセンサ素子は、５〜１５ミクロン、特に１０ミクロンの間隔を有する。
【００３７】
例えば、送信ユニットのエミッタ素子間の一般的な距離は４０μｍである。したがって、第１のセンサ素子間には、更なる第２のセンサ素子のための空間がある。したがって、約１０μｍの距離で、おおよそ３つの追加のセンサ素子を、例えば行の形態で追加することができる。この場合、マクロ・セルは４行のセンサ素子を有するであろう。
【００３８】
やはり目的を達成する、請求項６に記載のＬＩＤＡＲ測定システムの更なるＬＩＤＡＲ受信ユニットも提案される。それに対応して、上記パラグラフの記述は、更に詳細に後述するＬＩＤＡＲ受信ユニットにも当てはまる。同様に、以下の記述も上述の実施形態に限定されない。したがって、以下の記述は上述の受信ユニットにも適用することができる。
【００３９】
ＬＩＤＡＲ測定システムのＬＩＤＡＲ送信ユニットは、レーザーの形態の複数のエミッタ素子を有する。エミッタ素子の放射レーザー光は、対象物によって反射され、ＬＩＤＡＲ測定システムのＬＩＤＡＲ受信ユニットによって検出される。受信ユニットは複数のセンサ素子を備える。これらのセンサ素子は、上述の実施形態にしたがって設計することができる。しかしながら、上述の実施形態に限定されることは意図されない。
【００４０】
受信ユニットのセンサ素子の数は、送信ユニットのエミッタ素子の数よりも多い。このことは、第１および第２のセンサ素子を使用して既に上述している。これにより、使用される送信および受信レンズの結像誤差の補償が可能であることなど、上述した利点がもたらされる。
【００４１】
受信ユニットは、有利には、焦点面アレイ構成で実装される。したがって、センサ素子は面内に配置される。測定システムは、有利には、受信レンズおよび送信レンズを有する。受信レンズおよび送信レンズは、それぞれの立体角をそれぞれのエミッタ素子およびセンサ素子に割り当てる。センサ素子は、上述した長方形、正方形、対角線、または六角形のパターンの形態で、受信ユニット上に配置することができる。上述の実施形態によるマクロ・セルにおけるセンサ素子の配置も、ここで適用可能である。
【００４２】
特に、受信ユニット上の少なくとも２つのセンサ素子はマクロ・セルに割り当てられ、２つのマクロ・セル、特に２つの同時にアクティブなマクロ・セルのセンサ素子は、異なる読出し素子に接続される。
【００４３】
原則的に、ＬＩＤＡＲ測定システムはまた、エミッタ素子の制御、例えばセンサ素子の制御を実施する、電子部品ユニットで設計され、制御素子、読出し素子、メモリ素子、および評価素子を備えることもできる。特に、電子部品は素子の適正な同期を制御し、測定システムの適正な測定動作を確保する。電子部品は、有利には、更に処理することができるように確認されたデータを送信するために、自動車両の他の構成要素に対する更なる接続を確立する。特に、このＬＩＤＡＲ受信ユニットおよびこのＬＩＤＡＲ測定システムは、自動車両で使用するように最適化される。
【００４４】
更に、各センサ・ユニットを個別に作動させることができることが提案される。また、上述の実施形態の少なくとも１つにしたがって、センサ素子がマクロ・セルに実装されることが提案される。
【００４５】
利益については既に上記で詳細に説明している。
【００４６】
それに加えて、センサ素子の数は、有利には、エミッタ素子の数の整数倍である。
【００４７】
複数のセンサ素子をエミッタ素子に関連して使用することによって、選択的な作動および停止によって入射レーザー光に適応させることができる、より大きくまた可変で選択可能な検出面積がもたらされる。したがって、アクティブなセンサ素子が適正に選択されると常に、入射レーザー光が最適に検出される。
【００４８】
特に有利には、センサ素子は、第１のセンサ素子および第２のセンサ素子で構成され、第１のセンサ素子は本質的に、送信ユニットのエミッタ素子の空間的配置に対応し、第２のセンサ素子は第１のセンサ素子の周りに分配される。特に、第２のセンサ素子は第１のセンサ素子の間に配置される。特に、第２のセンサ素子は第１のセンサ素子の周りに円形パターンで配置される。例えば、円形配置は、六角形、長方形、または正方形のパターンによって形成することができる。それに対応して、請求項１に関連する上記の記述も適用可能である。
【００４９】
更に、マクロ・セルのセンサ素子によってカバーされる検出器表面積は、本質的に、入射レーザー光の面積または送信ユニットのエミッタ素子の面積の、２倍、３倍、または４倍に相当する。
【００５０】
入射レーザー光の面積は、通常、例えば光学作用によって、エミッタ素子の面積よりも大きいかまたはそれに等しく、センサ素子の面積は、通常、入射レーザー光の面積未満であり、またエミッタ素子の面積未満である。それに加えて、機能上および製造上両方の理由により、隣接するセンサ素子の間に、中間空間としても知られる空間が形成される。通常の事例では、したがって、受信ユニットに入射するレーザー光は、中間空間を含む複数のセンサ素子をカバーする。したがって、センサ素子は、中間空間を含むこれらが入射レーザー光の面積の複数倍をカバーするようにして選択される。中間素子を含むセンサ素子によってカバーされる面積は、以下、検出器表面としても知られる。特に有利には、検出器表面は、受信素子上に投影される入射レーザーの面積の少なくとも４倍、特に５倍の大きさである。４という係数は、本質的に、第１のセンサ素子に対する入射レーザー光の予期される偏差に対応する。検出器表面は、有利には、入射レーザー光の面積の２〜５倍の大きさである。検出器表面は、有利には、単一のマクロ・セルのセンサ素子によって形成される。
【００５１】
有利な形で、マクロ・セルのセンサ素子の検出器表面の直径は、レーザー光の直径またはエミッタ素子の直径の少なくとも２倍に相当する。
【００５２】
例えば、レーザー光はまた、楕円形の断面を有することができる。それに加えて、エミッタ素子はまた、長方形の形状を有することができる。これらの場合、直径は、中心を通る最も長い直線経路、即ち対角線によって定義される。
【００５３】
検出器表面と入射レーザー光の面積またはエミッタ素子の面積との間の表面積の比に関する記述は、ここにも当てはまり、必要な変更を加えて組み込まれるべきである。
【００５４】
やはり目的を達成する、請求項９に記載のＬＩＤＡＲ測定システムのＬＩＤＡＲ受信ユニットも提案される。
【００５５】
ＬＩＤＡＲ受信ユニットおよびＬＩＤＡＲ測定システムに関する上記パラグラフの記述は、更に詳細に後述するＬＩＤＡＲ受信ユニットにも適宜当てはまる。同様に、以下の記述も上述の実施形態に限定されない。
【００５６】
最終的に、これら全ての異なるＬＩＤＡＲ受信ユニットは同じ概念の異なる態様を表す。ＬＩＤＡＲ受信ユニットは複数のセンサ素子を備える。これらは、上述の記載にしたがって設計することができる。センサ素子は、第１のセンサ素子および第２のセンサ素子に細分される。第１のセンサ素子は、本質的に送信ユニットのエミッタ素子と同じ空間的構成で、受信ユニットの面内に配置される。
【００５７】
第１および第２のセンサ素子の配置について、以下に、簡単に理解可能な形で再び記載する。送信ユニットとそのエミッタ素子の概念が複製され、それが次に受信ユニットを形成する。したがって、エミッタ素子はセンサ素子に置き換えられる。これらは第１のセンサ素子である。第１のセンサ素子の空間的構成は、エミッタ素子の空間的構成と類似しているが、必ずしも同一ではない。特に、小さいオフセットまたは変位が生じることがある。これは、例えば、複数のセンサ素子、および受信ユニットの六角形パターンの配置が、送信ユニットの正方形または長方形のパターンに面しているという事実によるものであり得る。したがって、第１のセンサ素子の数はエミッタ素子の数と同一である。第２のセンサ素子を表す追加のセンサ素子は、第１のセンサ素子の間または第１のセンサ素子の周りの自由空間に配置される。これにより、センサ素子による検出の可能な表面積が増加し、レンズによって起こる画像誤差または他の作用を補償することができる。
【００５８】
ＬＩＤＡＲ測定システムのＬＩＤＡＲ送信ユニットは、レーザーの形態の複数のエミッタ素子を有する。エミッタ素子の放射レーザー光は、対象物によって反射され、ＬＩＤＡＲ測定システムのＬＩＤＡＲ受信ユニットによって検出される。受信ユニットは複数のセンサ素子を備える。これらのセンサ素子は、上述の実施形態にしたがって設計することができる。しかしながら、上述の実施形態に限定されることは意図されない。
【００５９】
第１および第２のセンサ素子の形態である受信ユニットのセンサ素子の数は、送信ユニットのエミッタ素子の数よりも多い。
【００６０】
受信ユニットは、有利には、焦点面アレイ構成で実装される。したがって、センサ素子は面内に配置される。測定システムは、有利には、受信レンズおよび送信レンズを有する。受信レンズおよび送信レンズは、それぞれの立体角をそれぞれのエミッタ素子およびセンサ素子に割り当てる。センサ素子は、上述した長方形または正方形、六角形のパターンの形態で、受信ユニット上に配置することができる。上述の実施形態によるマクロ・セルにおけるセンサ素子の配置も、ここで適用可能である。
【００６１】
特に、受信ユニット上の少なくとも２つのセンサ素子はマクロ・セルに割り当てられ、２つのマクロ・セル、特に２つの同時にアクティブなマクロ・セルのセンサ素子は、異なる読出し素子に接続される。
【００６２】
原則的に、ＬＩＤＡＲ測定システムはまた、エミッタ素子の制御、例えばセンサ素子の制御を実施する、電子部品ユニットで設計され、制御素子、読出し素子、メモリ素子、および評価素子を備えることもできる。特に、電子部品は素子の適正な同期を制御し、測定システムの適正な測定動作を確保する。電子部品は、有利には、更に処理することができるように確認されたデータを送信するために、自動車両の他の構成要素に対する更なる接続を確立する。特に、このＬＩＤＡＲ受信ユニットおよびこのＬＩＤＡＲ測定システムは、自動車両で使用するように最適化される。
【００６３】
各センサ素子は、有利には、個別に作動させることができる。したがって、個別またはグループ単位の作動および停止に関する上記の記述が適用可能である。それに加えて、上述の実施形態の少なくとも１つによるマクロ・セルにおける配置が特に有利である。
【００６４】
更に、マクロ・セルのセンサ素子によってカバーされる検出器表面積は、本質的に、入射レーザー光の面積または送信ユニットのエミッタ素子の面積の、２倍、３倍、または４倍に相当する。
【００６５】
入射レーザー光の面積は、通常、エミッタ素子の面積よりも小さいかまたはそれに等しく、センサ素子の面積も、通常、入射レーザー光の面積未満であり、またエミッタ素子の面積未満である。それに加えて、機能上および製造上両方の理由により、隣接するセンサ素子の間に、中間空間としても知られる間隙が形成される。通常の事例では、したがって、受信ユニットに入射するレーザー光は、中間空間を含む複数のセンサ素子をカバーする。したがって、センサ素子は、中間空間を含むこれらが入射レーザー光の面積の複数倍をカバーするようにして選択される。中間素子を含むセンサ素子によってカバーされる面積は、以下、検出器表面としても知られる。特に有利には、検出器表面は、受信素子上に投影される入射レーザーの面積の少なくとも４倍、特に５倍の大きさである。４という係数は、本質的に、第１のセンサ素子に対する入射レーザー光の予期される偏差に対応する。検出器表面は、有利には、入射レーザー光の面積の２〜５倍の大きさである。検出器表面は、有利には、単一のマクロ・セルのセンサ素子によって形成される。
【００６６】
有利な形で、マクロ・セルのセンサ素子の検出器表面の直径は、レーザー光の直径またはエミッタ素子の直径の少なくとも２倍に相当する。
【００６７】
例えば、レーザー光はまた、楕円形の断面を有することができる。それに加えて、エミッタ素子はまた、長方形の形状を有することができる。これらの場合、直径は、中心を通る最も長い直線経路、即ち対角線によって定義される。
【００６８】
検出器表面と入射レーザー光の面積またはエミッタ素子の面積との間の表面積の比に関する記述は、ここにも当てはまり、必要な変更を加えて組み込まれるべきである。
【００６９】
マクロ・セルの第１のセンサ素子および第２のセンサ素子は、有利には、送信ユニットの対応するエミッタ素子の入射レーザー光面積の少なくとも２倍、３倍、または４倍の検出器表面積を有する。
【００７０】
有利には、マクロ・セルの第１のセンサ素子および第２のセンサ素子における検出器表面の直径は、入射レーザー光の直径、または送信ユニットの対応するエミッタ素子の面積の少なくとも２倍に相当する。
【００７１】
特に、受信ユニット上の少なくとも２つのセンサ素子はマクロ・セルに割り当てられ、２つのマクロ・セル、特に２つの同時にアクティブなマクロ・セルのセンサ素子は、異なる読出し素子に接続される。
【００７２】
更に、マクロ・セルが行および列でも配置されることが提案される。ここでも、正方形、長方形、対角線、または六角形の配置が可能である。マクロ・セルは、隣接するマクロ・セルから離隔させることができ、または隣接するマクロ・セルの隣に空間なしで配置されてもよい。マクロ・セルは、隣接する離隔されたものと直接隣接するものとを同時に有することができる。特に、マクロ・セルに隣接する全てが離隔されるか、または間隙なしで直接隣接させることができる。
【００７３】
有利には、隣接する行のマクロ・セルの間に間隙が形成され、隣接する列の隣接するものは間隙なしで配置される。例えば、マクロ・セルのグループを形成することもでき、グループは互いから離隔されるが、グループ内のマクロ・セルは隣接するマクロ・セルから離隔されない。一例では、２つのマクロ・セルのグループはそれぞれセンサ・ユニット上に形成することができ、行および列によって互いに隣接するグループは、それらのマクロ・セル間の空間を有する。
【００７４】
ＴＤＣなどの電子部品を、例えば、これらの中間空間に配置することができる。
【００７５】
本発明の例について、以下の図面に示される多数の設計の変形例を使用して、更に詳細にもう一度説明する。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】ＬＩＤＡＲ受信ユニットおよびＬＩＤＡＲ送信ユニットを示す概略図である。
【図２】ＬＩＤＡＲ測定システムの概略設計を示す図である。
【図３】エミッタ素子のレーザー光を受信ユニットのセンサ素子に重畳したものの異なる変形例を示す図である。
【図４ａ】正方形パターンのセンサ素子の配置を示す概略図である。
【図４ｂ】正方形パターンのセンサ素子の配置を示す概略図である。
【図５ａ】六角形パターンのセンサ素子の配置を示す概略図である。
【図５ｂ】六角形パターンのセンサ素子の配置を示す概略図である。
【図５ｃ】六角形パターンのセンサ素子の配置を示す概略図である。
【図６】六角形パターンのセンサ素子の配置を示す更なる概略図である。
【図７】六角形パターンのチップ上におけるセンサ素子の配置を示す図である。
【図８】六角形配置のチップ上におけるセンサ素子の更なる配置を示す図である。
【００７７】
図１は、ＬＩＤＡＲ測定システム１０のＬＩＤＡＲ受信ユニット１２およびＬＩＤＡＲ送信ユニット１４を示している。かかる受信ユニット１２およびかかる送信ユニット１４は、図２にもＬＩＤＡＲ測定システム１０内部に示されている。ＬＩＤＡＲ測定システムはまた、受信レンズ１６と送信レンズ１８とを備える。このＬＩＤＡＲ測定システム１０は、環境を監視し、対象物２０から自動車両までの距離を判定するために、自動車両に静的に装着するように設計される。かかる測定システムは、例えば、自律運転に使用することができる。動作原理は次の通りである。
【００７８】
ＬＩＤＡＲ送信ユニット１４は、光パルスを放射するエミッタ素子２２を有する。例えば、これらのエミッタ素子２２は、ＶＣＳＥＬと略される１つまたは複数の垂直面発光レーザーによって形成することができる。エミッタ素子２２によって放射されるパルス２４は、送信レンズ１８を通過し、対象物２０で反射され、受信レンズ１６を介して複数のセンサ素子２６の１つに向けられる。かかるセンサ素子は、例えば、ＳＰＡＤとしても知られる単一光子アバランシェ・ダイオードによって形成することができる。
【００７９】
図２では、図面を単純にするため、パルス２４の経路を例証することが意図される１つのビーム２５のみが示される。レンズ１６および１８ならびに複数のエミッタ素子２２およびセンサ素子２６とともに、測定システム１０を使用して対象物の空間をスキャンすることができる。対応するレンズ１６および１８により、特定の立体角が最終的に各エミッタ素子２２および各センサ素子２６に割り当てられる。２６によって検出された光パルス２４は、読出し素子２８によって読み出され、他の構成要素の中でも記憶素子を有する、評価ユニット３０に転送される。ＴＯＦとも呼ばれる飛行時間の原理が、自動車両からの対象物２０の距離を判定するのに使用される。送信されたパルスは、受信ユニット１２に到着するまでの経過時間にリンクされ、そこから、光パルス２４が移動する距離を判定することができる。発生するプロセスの対応する調整が制御ユニット３２によって実施される。この設計の変形例の読出し素子は、ヒストグラムを表す記憶素子を埋める、時間−デジタル変換器（ＴＤＣ）によって形成される。しかしながら、これらの記述は非常に基本的なものであり、単に一般原理を例証することが意図される。この設計の変形例は、測定システムの電子的設計を決して限定しない。この文章の範囲を超えないようにするため、これらの電子部品およびそれらの特定の構造の間の全ての相互作用を提示できるわけではない。ＬＩＤＡＲ測定システムは、対応するデータを送信するのに用いることができる接続３４を介して、自動車両の他の構成要素に接続される。
【００８０】
図１は、やはり送信ユニット１４および受信ユニットの構造を、更に詳細に概略図で示している。送信ユニットは、この場合、ここではＶＣＳＥＬとして実装される、複数のエミッタ素子２２を有する。４つのみのエミッタ素子２２が示されているが、チップは数倍のエミッタ素子に適応することができる。エミッタ素子は、送信ユニット１４の面上に長方形パターンで配置される。列および行のこの配置は一例として選択されている。例えば、配置はまた、六角形パターンまたは他の任意の形態で面上において実装することができる。送信ユニットは焦点面アレイとして実装される。したがって、エミッタ素子２２は面３６上に、この場合は面３６を形成するチップ４２上に配置される。ＬＩＤＡＲ測定システム１０の面３６は、送信レンズ１８の焦点に配置される。特に、エミッタ素子２２は送信レンズ１８の焦点面に配置される。
【００８１】
受信ユニット１２は複数のセンサ素子２６を有し、明瞭にするため、図面中のいくつかのセンサ素子２６のみに参照符号が付されている。これらの送信素子、この場合はＳＰＡＤ  ２６も、チップ４０によって提供される面３８内に配置される。この面３８、特にセンサ素子２６も、受信レンズ１６の焦点面における焦点面アレイとして、ＬＩＤＡＲ測定システム１０上に配置される。センサ素子２６の数は、実質的に、エミッタ素子２２の数よりも多い。この設計の変形例では、エミッタ素子２２は１６個のセンサ素子２６を有する。第１のセンサ素子２６ａは、各事例において、送信ユニット１４のエミッタ素子２２の空間的構成に割り当てられる。換言すれば、受信ユニット１２は、エミッタ素子２２が第１のセンサ素子２６ａに置き換えられた、送信ユニットのコピーである。エミッタ素子をセンサ素子と比較すると、ＶＣＳＥＬはＳＰＡＤよりも直径が大きいことは明白である。エミッタ素子２２は直径Ｄｅを有し、センサ素子２６は直径Ｄｓを有する。いずれにせよ、隣接するエミッタ素子２２間で送信ユニット上に間隙が存在する。
【００８２】
この間隙は、以下、第２のセンサ素子２６ｂと呼ばれる、追加のセンサ素子２６によって受信ユニット１２上で埋められる。参照符号２６ｂは、明瞭にするため、センサ素子２６の図面中で単に「ｂ」として、また最上行のみに示される。したがって、第１行の参照符号は他の行を、また列も表す。これらの第２のセンサ素子２６ｂは、第１のセンサ素子２６ａ間の空間に配置される。第２のセンサ素子２６ｂは、本質的に、第１のセンサ素子２６ａの周りに配置される。
【００８３】
エミッタ素子２２の数よりも多数のセンサ素子２６を使用することによって、レンズ１６および１８の結像誤差または他の作用を補償することができる。エミッタ素子２２はセンサ素子２６よりも大きい表面積を有する。これは、受信ユニット１２上のセンサ素子２６のうちいくつかに、入射レーザー光が完全に衝突し、他のものには部分的にのみ衝突し、また他のものには全く衝突しないことを意味する。この例は、図３の単一のセンサ素子に示されている。左側の図には、レーザー光２４とセンサ素子２６の完全な重なりが示され、中央の図には部分的な重なりが、右側の図には小さい重なりが示されている。センサ素子２６の面積に対するレーザー光２４の直径Ｄｌは、概略的にのみ示されている。通常、レーザー光２４の直径Ｄｌは、複数のセンサ素子２６でも入射光でカバーできるほど大きい。
【００８４】
センサ素子２６はマクロ・セル４４内に配置される。受信ユニット１２上の各マクロ・セルは、空間的に隣接するマクロ・セル４４から破線によって区別されている。各エミッタ素子２２はかかるマクロ・セル４４に割り当てられる。一例として、対応する分割も送信ユニット１４上の破線によって示されている。マクロ・セルは、ローマ数字Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖなどによって列に、またアラビア数字１、２、３、４、５などによって行に分割される。１つの送信ユニット１４および１つの受信ユニット１２は２００超過の行および列を有することができる。
【００８５】
各マクロ・セルは、少なくとも１つの第１のセンサ素子２６ａと少なくとも１つの第２のセンサ素子２６ｂとを有する。これらのセンサ素子２６は、マクロ・セル内でグループ化され、読出し素子２８に接続される。読出し素子は、入射光子をセンサ素子２６で検出し、これを評価ユニットに、特に記憶ユニットに転送する。検出された光子の処理における残りのシーケンスについては、ここでは説明しない。
【００８６】
読出し素子がマクロ・セル４４の全てのセンサ素子２６に接続されることは明白である。センサ素子は全て個別に作動させることができる。これは、ＳＰＡＤに印加することができるバイアス電圧によって実施される。バイアス電圧が特定の電圧を超過した場合、ＳＰＡＤはアクティブである。それに対応してこの値未満に低下させることによって、ＳＰＡＤは停止される。電圧は、ＳＰＡＤのそれぞれに接続される、制御ユニットによって指定される。相互接続は、例として、導体２３によって示されている。明瞭にするため、これは受信ユニットの行２のみに実装されている。したがって、参照符号２３の一部のみが図１に示されている。各センサ素子２６を、他のセンサ素子２６とは独立して作動させ停止させることができる。
【００８７】
したがって、レーザー光２４によってやはり照明されている、センサ素子２６のみが作動させられる。これにより、レーザー光２４によって照明されたセンサ素子のみが有意味の測定を提供することができるので、環境放射線によって引き起こされる背景雑音が低減される。それに加えて、アクティブなセンサ素子２６を狙って選択することによって、レンズの結像誤差を補正することができる。更に、第１のセンサ素子２６ａに対するレーザー・ビーム２４の変位を引き起こす他の作用も補償することができる。
【００８８】
センサ素子２６はまた、組み合わせてグループにして作動させ停止させることができるので、これらのグループを同時に作動させ停止させることができる。これらは、例えば、マクロ・セル４４のセンサ素子２６の部分集合、またはマクロ・セル４４の全てのセンサ素子２６であり得る。
【００８９】
図１の受信ユニット１２上の読出し素子２８は、マクロ・セル４４の各ラインに形成され、この特定のラインの全てのセンサ素子２６に接続される。しかしながら、この構成は単なる一例である。原則的に、各センサ素子はそれ自体の読出し素子を有することができる。センサ素子の各ラインが１つの読出し素子を有するのが特に有利である。一例として、２つの隣接する行は共通の読出し素子２８を有することができ、その行の各センサ素子２６はこの読出し素子２８に接続される。読出し素子２８はまた、行の異なるマクロ・セル４４の複数のセンサ素子２６に接続される。
【００９０】
一例として、受信ユニットのこの設計では、水平スキャン・プロセスが実施される。あるいは、回転または更にはランダムのスキャン・プロセスなどの他のシーケンスに加えて、垂直または対角線スキャン・プロセスも可能である。列Ｉのエミッタ素子が最初にレーザー光２４を放射し、列Ｉの所望のセンサ素子２６が同時に作動させられる。読出し素子２８は入射レーザー光２４を処理することができる。測定サイクルが完了すると、列Ｉのセンサ素子が停止され、同じ動作が列ＩＩに対して始まり、順次続く。読出しユニット２８は、作動させたセンサ素子２６またはアクティブなマクロ・セル４４から測定データを読み出すことしかできないので、複数の連続的にアクティブなマクロ・セル４４またはセンサ素子２６に対して単一の読出しユニット２８を使用することが可能である。しかしながら、この構成および手順の説明は単なる例示であり、広範囲の構成の選択肢およびスキャンの変形例が、受信ユニットに関して可能である。
【００９１】
列Ｉの第１の測定サイクルにおける同時にアクティブなマクロ・セルのセンサ素子は、一度にマクロ・セル１つずつ、異なる読出し素子２８に接続される。いずれにせよ、１つの読出し素子２８に対するセンサ素子２６の同時接続は、同時にアクティブではない、即ち隣接するラインにあるマクロ・セル４４に存在する。
【００９２】
図１では、本質的に、２つの垂直方向で隣接したマクロ・セル４４のセンサ素子２６間に空間は形成されず、２つの水平方向で隣接したマクロ・セル４４の間に空間が形成されることも明白である。この間隔は、追加の電子部品を配置するためのアセンブリ空間となる。空間は、列Ｉおよび列ＩＩのセンサ素子の間に形成される。行１および行２のセンサ素子の間には、空間は形成されない。マクロ・セルの間隔は、これらのマクロ・セルにおけるセンサ素子の間隔から導き出される。
【００９３】
図４は、センサ素子２６の正方形配置を一例として示している。ここで、参照符号２４の円によって示される図４ａのレーザー光は、マクロ・セル４４の中心に衝突する。円形パターンで入射するレーザー光は直径Ｄｌを有するので、この場合、４つの円形のセンサ素子２６がレーザー光によってカバーされる。これは、光が無限対象物で反射した場合の、受信ユニット１２に対するレーザー光の理論上の入射点を表す。４つの濃く斜線が入ったまたは塗りつぶされたセンサ素子２６ｘは作動しており、塗りつぶされていない円２６ｙとして示されるセンサ素子２６は停止されている。作動していないセンサ素子２６ｙとは対照的に、作動しているセンサ素子２６ｘはレーザー光でほぼ完全にカバーされているので、最適な信号対雑音比が達成される。停止されているセンサ素子２６ｙも作動させられた場合、信号対雑音比のみが劣化するであろう。
【００９４】
図４ｂは、図４ａと同じ構成を示している。受信レンズにおける例示の結像誤差により、レーザー光は受信ユニット上にオフセットして突き当たる。したがって、入射レーザー光２４は図４ａに比べて変位されている。４つの照明されたセンサ素子２６の代わりに、ここでは２つのセンサ素子２６ｘのみが完全に、第３のセンサ素子２６ｘは少なくとも大部分照明されている。既にアクティブであったセンサ素子２６の１つは、最適な信号対雑音比を維持するために停止されている。レンズのいかなる結像誤差も、マクロ・セルごとに異なる場合があり、適切なセンサ素子２６を作動させることによって補償することができる。
【００９５】
図５に示される別の変形例では、六角形パターンがセンサ素子２６に使用されている。センサ素子２６の六角形パターンまたは六角形配置は、より高い充填密度を達成するが、他方で、アクティブなセンサ素子２６ｘの数は３に低減される。しかしながら、レーザー・ビームの直径Ｄｌは、既に図４の実施形態の場合よりも小さい。図５ａは、３つのセンサ素子の最適で理論上完璧な照明を示しているが、図５ｂは、１つのセンサ素子が完全に照明され、他の２つのアクティブなセンサ素子が少なくとも大部分照明される、結像誤差による小さい変位を示している。図５ｃは、２つのアクティブなセンサ素子２６ｘがレーザー光２４によって完全に照明され、２つの停止されたセンサ素子がほぼ半分だけ照明されている、このシステムの変形例における不十分な照明を示している。
【００９６】
それに加えて、図６は、レーザー光の直径Ｄｌのレーザーが、図４および５の実施形態と比較して更に低減されている、六角形パターンの別の変形例を示している。この結果、センサ素子２６ｘのうち１つまたは２つが常に十分に照明されており、したがってアクティブである。
【００９７】
図７は、本質的に六角形のセンサ素子２６が六角形パターンで配置された、別の実例を概略図で示している。この場合、センサ素子２６および入射レーザー光とともにチップ４０が示されている。入射レーザー光２４の最適位置では、２つのセンサ素子２６ｘが作動させられ、有利にはほぼ完全に照明される。仮想上最大の予期されるレーザー光の偏差が、参照符号２４ａの円で示されており、その中でレーザー光がマクロ・セル４４に突き当たる場合がある。停止されたセンサ素子２６ｙは作動させられたセンサ素子２６ｘの周りに配置されることが明白であり、この場合、作動させられたセンサ素子２６ｘは第１のセンサ素子２６ａ、停止されたセンサ素子２６ｙは第２のセンサ素子２６ｂである。センサ素子２６およびそれらの中間空間は検出器表面を形成し、それによって、干渉効果によって起こり得る屈折を含むレーザー光の面積を本質的にカバーする。この例では、検出器表面の直径Ｄｄはレーザー光２４の直径Ｄｌのほぼ２倍に相当し、検出器表面は、レーザー光の最適な入射点に対して中心に、または第１のセンサ素子２６ａの周りで中心に配置される。円２４ａの面積は、検出器表面にも実質的に対応し、レーザー光２４の面積の約４倍の大きさである。検出器表面は、一般に、レーザー光の直径Ｄｌの少なくとも１．２、１．４、１．６、１．８、または２倍の直径Ｄｄを有する。したがって、検出器表面は、本質的に、入射レーザー光の面積の少なくとも１．５、２、３、または４倍の面積を有する。
【００９８】
面積および直径に関する対応する比は、上述した例示の実施形態、特に図４〜６にも相応に当てはまる。
【００９９】
図８も別の変形例を示しており、図７よりも更に小さいレーザー・ビームが使用されており、センサ素子の配置は六角形形状を有している。この場合もまた、チップ４０上の２つのマクロ・セル４４のセンサ素子２６の間に水平および垂直の間隙がある。これにより、今後の電子部品のために追加の空間が作られる。設計の残りの部分は本質的に、図面の説明における上記の記述に対応する。
【符号の説明】
【０１００】
１０  ＬＩＤＡＲ測定システム
１２  ＬＩＤＡＲ受信ユニット
１４  ＬＩＤＡＲ送信ユニット
１６  受信レンズ
１８  送信レンズ
２０  対象物
２２  エミッタ素子、ＶＣＳＥＬ
２３  ケーブル
２４  レーザー光、パルス
２４ａ  レーザー光の円形の仮想偏差
２５  ビーム
２６  センサ素子、ＳＰＡＤ
２６ａ  第１のセンサ素子
２６ｂ  第２のセンサ素子
２６ｘ  アクティブなセンサ素子
２６ｙ  停止させたセンサ素子
２８  読出し素子
３０  評価ユニット
３２  制御ユニット
３４  接続
３６  送信ユニットの面
３８  受信ユニットの面
４０  受信ユニットのチップ
４２  送信ユニットのチップ
４４  マクロ・セル
Ｄｌ  レーザー光の直径
Ｄｄ  検出器表面の直径
Ｄｅ  エミッタ素子の直径
Ｄｓ  センサ素子の直径
【図１】
2021507260.tif 000003
【図２】
2021507260.tif 000004
【図３】
2021507260.tif 000005
【図４ａ】
2021507260.tif 000006
【図４ｂ】
2021507260.tif 000007
【図５ａ】
2021507260.tif 000008
【図５ｂ】
2021507260.tif 000009
2021507260.tif 000010
【図６】
2021507260.tif 000011
【図７】
2021507260.tif 000012
【図８】
2021507260.tif 000013
【国際調査報告】
2021507260.tif 000014
2021507260.tif 000015
2021507260.tif 000016
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