(57)【要約】  本発明は車両ライダシステム（１０１）に関し、当該車両ライダシステム（１０１）は、レーザパルスを放出するパルスレーザ（１０３）と、レーザパルスを検出対象の対象物（１０９）の方向に偏向するための、変位可能に配置された少なくとも１つのミラー（１０５）と、対象物（１０９）によって反射されたレーザパルスを検出するための受光器（１１１）とを備えており、受光器は、反射されたレーザパルスを検出するため、および、偏向されたレーザパルスを用いて照射可能な領域の画像を撮像するためのＣＭＯＳ互換イメージセンサ（１１３）を備えている。本発明はさらに、車両ライダシステムの使用にも関する。
2017524911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両ライダシステム（１０１，２０１）であって、
レーザパルスを放出するパルスレーザ（１０３）と、
前記レーザパルスを検出対象の対象物（１０９）の方向に偏向するための、変位可能に配置された少なくとも１つのミラー（１０５）と、
前記対象物（１０９）によって反射された前記レーザパルスを検出するための受光器（１１１，２０５）と、
を備えており、
前記受光器（１１１，２０５）は、前記反射されたレーザパルスを検出するため、および、偏向された前記レーザパルスを用いて照射可能な領域（１０７）の画像を撮像するためのＣＭＯＳ互換イメージセンサ（１１３）を備えている
ことを特徴とする車両ライダシステム（１０１，２０１）。
【請求項２】
前記ＣＭＯＳ互換イメージセンサ（１１３）は、複数の画素（１１５）を有し、
前記ＣＭＯＳ互換イメージセンサ（１１３）の画素（１１５）の信号を読み出すように構成された電子的解析装置（１１７）であって、読み出した前記信号に基づいて、検出された対象物（１０９）までの距離を求めるように構成された電子的解析装置（１１７）が設けられている、
請求項１記載の車両ライダシステム（１０１，２０１）。
【請求項３】
前記照射可能な領域（１０７）を前記ＣＭＯＳ互換イメージセンサ（１１３）に結像させるための光学部品（１２１，２０３）が設けられている、
請求項１または２記載の車両ライダシステム（１０１，２０１）。
【請求項４】
前記光学部品（１２１，２０３）は、レーザ波長±１００ｎｍと同等の波長領域に対して少なくとも８０％の透過率を有し、
前記透過率は、前記波長領域外の波長に対しては５０％未満である、
請求項３記載の車両ライダシステム（１０１，２０１）。
【請求項５】
前記ＣＭＯＳ互換イメージセンサ（１１３）は、少なくとも９００ｎｍの波長の電磁波を検出するように構成されている、
請求項１から４までのいずれか１項記載の車両ライダシステム（１０１，２０１）。
【請求項６】
前記ＣＭＯＳ互換イメージセンサ（１１３）は、ドープおよび／または表面改質されたシリコンをセンサ材料として含む、
請求項１から５までのいずれか１項記載の車両ライダシステム（１０１，２０１）。
【請求項７】
前記パルスレーザ（１０３）は、少なくとも１００ｋＷ／（ｍｍ２・ｓｒ）の輝度を有する固体レーザであり、
前記固体レーザは、少なくとも９００ｎｍの波長と、１レーザパルスあたり少なくとも５０Ｗの最大出力とを有するレーザパルスを放出するように構成されている、
請求項１から６までのいずれか１項記載の車両ライダシステム（１０１，２０１）。
【請求項８】
前記固体レーザは、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）として構成されている、
請求項７記載の車両ライダシステム（１０１，２０１）。
【請求項９】
撮像された前記画像に基づいて前記照射可能な領域内の少なくとも１つの所定の領域を特定するように構成された処理装置が設けられており、
前記所定の領域に対応した照射が可能となるように、特定された当該領域に依存して前記パルスレーザ（１０３）が動作可能であり、および／または、特定された当該領域に依存してミラーが変位可能である、
請求項１から８までのいずれか１項記載の車両ライダシステム（１０１，２０１）。
【請求項１０】
車両の周辺の対象物（１０９）を検出するための、請求項１から９までのいずれか１項記載の車両ライダシステム（１０１，２０１）の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両ライダシステムと、車両ライダシステムの使用とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術
独国特許出願公開第１０２００７００４６０９号明細書（DE 10 2007 004 609 A1）から、車両ベースのライダシステムにおいて使用するためのレーザおよび光学系システムが公知である。このシステムは半導体レーザアレイと、適切なレンズ系または他の光学系とを備えている。このシステムは、機械的に回転またはスライドされる反射光学系を使用するライダレーザシステムに代わるように動作する。
【０００３】
独国特許出願公開第１０２０１１１１５７１７号明細書（DE 10 2011 115 717 A1）に、分光計を備えた手持ち式双眼鏡が記載されている。この分光計は、たとえばシリコンセンサを備えることができる。
【０００４】
独国特許出願公開第１０２０７６１０号明細書（DE 10 207 610 A1）に、電気的信号および光学的信号を取得および処理するための方法および装置が記載されている。
【０００５】
今日の自動車用カメラシステムは通常、可視波長領域もしくは近赤外線の低コストのＣＭＯＳシリコン検出器、または、９００ｎｍを超えかつ１７００ｎｍ以下の波長領域のより高コストのヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）検出器を用いて動作する。ライダシステムは通常、シリコン検出器を用いる場合には９０５ｎｍで動作し、または、より高コストのＩｎＧａＡｓ検出器またはゲルマニウム検出器を用いる場合には１．５μｍで動作する。いずれのセンサも、通常は独立したシステムである。
【０００６】
場合によっては、センサ融合によって測定データを互いに結合することもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００７００４６０９号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２０１１１１５７１７号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２０７６１０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
発明の開示
本発明の基礎となる課題は、車両ライダシステムを提供することであるということができる。
【０００９】
また、本発明の基礎となる課題は、車両ライダシステムの使用を提供することであるともいえる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題は、各独立請求項に記載の発明によって解決される。各従属請求項に本発明の有利な実施形態が記載されている。
【００１１】
本発明の１つの対象は車両ライダシステムであり、これは、
・レーザパルスを放出するパルスレーザと、
・前記レーザパルスを検出対象の対象物の方向に偏向するための、変位可能に配置された少なくとも１つのミラーと、
・対象物によって反射されたレーザパルスを検出するための受光器と、
を備えており、
・受光器は、反射されたレーザパルスを検出するため、および、偏向されたレーザパルスを用いて照射された領域の画像を撮像するためのＣＭＯＳ互換イメージセンサを備えている。
【００１２】
本発明の他の１つの対象は、車両の周辺の対象物を検出するために上述の車両ライダシステムを使用することである。すなわち、車両ライダシステムを用いて車両の周辺の対象物を検出する。特に、車両ライダシステムを用いてレーザパルスの伝搬時間測定を行う。これによって有利には、検出対象の対象物の距離測定を行うことができる。
【００１３】
本発明の他の１つの対象は、上述の車両ライダシステムを備えた車両である。
【００１４】
したがって、本発明は特に、対象物によって反射されたレーザパルスを検出するための受光器（「検出器」とも称することがある）であって、反射されたレーザパルスを検出すること、および、偏向されるレーザパルスを用いて照射される領域の画像を撮像することの双方を行うことができるＣＭＯＳ互換イメージセンサを備えた受光器を設けるという思想を包含するものである。よって本発明のＣＭＯＳ互換イメージセンサは、反射されたレーザパルスの検出と、画像の撮像という２重機能を備える。よって従来技術とは異なり、ライダ機能（とりわけ距離測定用）および画像取得機能の双方を実現するために必要なセンサは、１つのみとなる。これとは異なり、従来技術では、上述の機能を達成または実現できるようにするためには、２つのセンサが必要である。したがって、本発明の車両ライダシステムは公知のシステムと比較して小型かつコンパクトであり、よって、より小さい組付スペースに組み付けることができる。
【００１５】
一実施形態では、ＣＭＯＳ互換イメージセンサはＣＭＯＳ画像センサである。
【００１６】
ＣＭＯＳ画像センサの場合、ＣＭＯＳプロセスを変更および／または修正無しで使用することができる。ＣＭＯＳ互換イメージセンサの場合、ＣＭＯＳ基本プロセスが適用されるが、プロセスの変更（改良、新規のプロセスステップ）が可能である。すなわち、ＣＭＯＳ画像センサはＣＭＯＳプロセスで製造されたものであり、ＣＭＯＳ互換イメージセンサは少なくとも部分的にＣＭＯＳプロセスで製造されたもの、すなわちＣＭＯＳ製造プロセスに基づくものであって、ＣＭＯＳ互換イメージセンサの製造に際してＣＭＯＳ製造プロセスに対して変更および／または改良がなされたものである。
【００１７】
一実施形態では、ＣＭＯＳ互換イメージセンサは複数の画素を有し、ＣＭＯＳ互換イメージセンサの画素の信号を読み出すように構成された電子的解析装置であって、この読み出した信号に基づいて、検出された対象物までの距離を求めるように構成された電子的解析装置が設けられている。このことによってとりわけ、各画素ごとに対応する、レーザパルスの伝搬測定を行うことができるという技術的利点が奏される。具体的には、検出された対象物までの距離を求めるために、各画素信号自体をそのまま使用することができる。とりわけ、画素群を読み出して、検出された対象物までの距離を求めるために、当該画素群の読み出された信号を使用するように構成されている。よって有利には、いわゆる「タイム・オブ・フライト（ＴＯＦ）」測定、ドイツ語で伝搬時間測定が行われる。
【００１８】
他の１つの実施形態では、照射可能領域をＣＭＯＳ互換イメージセンサ上に結像させるための光学部品が設けられている。これによってとりわけ、照射可能領域をＣＭＯＳ互換イメージセンサ上にて最適に結像させることができ、これによりＣＭＯＳ互換イメージセンサは照射可能領域全体を検出し、その限りにおいて、この照射可能領域内に存在する対象物を検出することもできるという技術的利点が奏される。光学部品はたとえばレンズ、または、たとえば放物面ミラー等のミラーである。有利には複数の光学部品が設けられ、これらの光学部品の各構成は、特に同一であり、または、異なっている。
【００１９】
他の１つの実施形態では光学部品は、レーザ波長±２０ｎｍ以内の波長、有利にはレーザ波長±１０ｎｍ以内の波長に相当する波長領域に対し、少なくとも９５％の透過率、たとえば９９％を超える透過率を有する。その際には、当該波長領域外の波長に対する透過率は５０％未満、有利には２０％未満である。これによって特に、信号雑音比を増大できるという技術的利点が奏される。
【００２０】
他の一実施形態ではＣＭＯＳ互換イメージセンサは、少なくとも９００ｎｍ、有利には少なくとも１０００ｎｍの波長の電磁波を検出するように構成されている。かかる構成によって特に、ＣＭＯＳ互換イメージセンサは、少なくとも９００ｎｍ、有利には少なくとも１０００ｎｍの波長を有するレーザパルスも検出できるという技術的利点が奏される。この９００ｎｍを超える波長領域、有利には１０００ｎｍを超える波長領域では、通常、かかる電磁波に対する眼のダメージの受けやすさが低下するので、車両ライダシステムを使用するときに、通常は車両周辺の道路利用者に危険が及ぶことはない。
【００２１】
他の一実施形態ではＣＭＯＳ互換イメージセンサは、ドープおよび／または表面改質されたシリコンをセンサ材料として含む。これによって特に、上述のシリコンは９００ｎｍを超える波長に対し、特に１０００ｎｍを超える波長に対し、ドープまたは表面改質されていないシリコンと比較して高い感度を示すという技術的利点が奏される。かかるシリコンはたとえば、ブラックシリコン（black silicon）またはピンクシリコン（pink silicon）として知られている。ドーパントしては、たとえば硫黄を用いることができる。
【００２２】
表面改質の場合、反射率が空気からシリコンへの屈折率ジャンプによって大きく低下することにより、より多くの入射フォトンが画像センサ内に侵入し、よって、より多くの入射フォトンを検出することができる。かかる表面改質はたとえば、レーザ短パルスを用いてテクスチャ加工することにより行われる。そのレーザパルスのパルス幅は、たとえば１０ｎｓ以下、たとえば１ｎｓ以下である。たとえば、コーティングによって表面改質を行うことができる。すなわち、シリコンをコーティングする。
【００２３】
シリコンにドープすることにより、特に、フォトンの吸収確率を向上させることができ、これにより、比較的長波長であっても検出器の感度を上昇できるという技術的利点が奏される。
【００２４】
一実施形態ではパルスレーザは、少なくとも１００ｋＷ／（ｍｍ２・ｓｒ）の輝度を有する固体レーザであり、この固体レーザは、少なくとも９００ｎｍ、有利には少なくとも１０００ｎｍの波長と、１レーザパルスあたり少なくとも５０Ｗの最大出力とを有するレーザパルスを放出するように構成されている。
【００２５】
一実施形態では、固体レーザは少なくとも１ＭＷ／（ｍｍ２・ｓｒ）の輝度を有するように構成されている。有利には、固体レーザの輝度は１００ｋＷ／（ｍｍ２・ｓｒ）から１ＭＷ／（ｍｍ２・ｓｒ）までである。通常、輝度が高くなると有利には、車両ライダシステムの検出範囲が大きくなることになる。このことは、有利には、固体レーザからの距離が最大２００ｍまたはそれ以上である対象物も検出できる、ということになる。輝度は特に、ビーム品質と称することができる。輝度は光学およびレーザ技術において、通常は、電磁波のビームの集束度、ここではレーザビームの集束度を表すものである。
【００２６】
一実施形態では、１レーザパルスあたりの最大出力は５０Ｗから１００Ｗまでの間である。この最大出力もまた、高くなるほど到達範囲が大きくなる、ということになる。１レーザパルスあたりの最大出力は、より低い出力でレーザパルスを放出できる、ということを意味する。これに応じて、１レーザパルスあたりの最大可能出力は５０Ｗ、１００Ｗ、または、５０Ｗもしくは１００Ｗの間の値となる。
【００２７】
他の１つの実施形態では、レーザパルスは１００ｎｓ以下の幅、有利には５０ｎｓ以下の幅、とりわけ１０ｎｓ以下の幅、たとえば１ｎｓ以下の幅を有し、当該幅はとりわけ２ｎｓから２０ｎｓまでの間、有利には２ｎｓから４ｎｓまでの間、たとえば２．２ｎｓである。通常、パルス幅が小さくなると、距離測定の精度または分解能が向上する。
【００２８】
一実施形態では、パルスレーザは電気および／または光によりポンピングまたは励起可能なものである。具体的には、固体レーザは電気および／または光によりポンピングもしくは励起されるもの、または、ポンピングもしくは励起可能なものである。
【００２９】
他の１つの実施形態では、固体レーザは垂直共振器面発光レーザとして構成されている。かかる垂直共振器面発光レーザは、英語では通常「vertical cavity surface emitting laser」と称される。よって、その略称はＶＣＳＥＬである。かかる垂直発光型を設けることにより、有利には、公知の端面発光型と比較して、上述のビーム品質または輝度を特に簡単に実現することができる。このことはとりわけ、車両ライダシステムの到達範囲が５０ｍを超える場合、とりわけ、たとえば２００ｍの場合に分解能が１×１ｍ２である場合において到達範囲が最大２００ｍである場合である。さらに、かかる垂直発光型は公知の端面発光型と比較してロバストであるという利点も奏される。たとえば、ＶＣＳＥＬは過電流によって破壊されることはなく、よって、光取り出しファセットにおけるパルス出力が過度に高いことによって破壊されることはない。むしろ、ＶＣＳＥＬは場合によっては熱的飽和を示すことがある。かかる熱的飽和によっては破壊が生じることがなく、この熱的飽和は好適には可逆的である。さらに、ＶＣＳＥＬはウェハレベルスケールで製造可能かつ試験可能なものであるから、製造コストをスケーリングすることができ、とりわけ高出力ＬＥＤと同様にスケーリングすることができる。熱的飽和の際には、レーザ材料はより高温になり、これにより効率が低下してレーザ材料がさらに高温となる。効率の所定の低下に達すると、レーザは故障する。ＬＥＤおよび垂直発光型は、パワーを上方向に放射する。製造時には、ウェハ全体が未だ個片化されていない場合にも、その放射特性を試験することができる。これとは異なり、端面発光型は側面で放射するので、試験を行うことができない。よって、レーザを試験するためには、先にウェハを個片化（カット）しなければならない。よって、垂直発光型は未だウェハ上に位置しているときに、すなわち個片化前に試験することができる。というのも、垂直発光型は上方向に放射するからである。
【００３０】
また有利には、かかる垂直発光型によって１ｎｓ未満のパルス上昇時間の短パルスを、特に簡単に発生または生成することができる。このことはとりわけ、公知の端面発光型と比較してデューティ比が大きい場合である。「デューティ比」（英語「duty cycle」）とは、「作動中」すなわち「オン状態」と「非作動中」すなわち「オフ状態」との比をいう。一実施形態では、固体レーザのデューティ比は１％から２％までの間である。今日の端面発光型の一部では、１％未満しか達しない。
【００３１】
本発明における「固体レーザ」とは、とりわけ、結晶格子または他のホスト材料中に埋め込まれたレーザ活性材料を含む。かかる固体レーザの例は、ネオジムまたはイッテルビウムドープされたイットリウム‐アルミニウム‐ガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ，Ｙｂ：ＹＡＧ）である。さらに他の実施形態では、固体レーザを半導体レーザとすることもできる。たとえば半導体レーザは、ヒ化アルミニウムガリウムレーザとすることができる。このようなレーザは、最大１１００ｎｍの波長のレーザ放射を放出する。たとえば半導体レーザは、インジウムまたはリン酸塩ドープされたレーザ活性材料を含むことができる。かかる半導体レーザは、１０００ｎｍを超える波長領域のレーザ放射を放出する。
【００３２】
他の一実施形態では、撮像された画像に基づいて照射可能領域内の少なくとも１つの所定の領域を特定するように構成された処理装置が設けられている。その際には、この所定の領域を適切に照明できるように、特定された当該領域に依存してパルスレーザが動作可能であり、および／または、特定された領域に依存してミラーが変位可能である。かかる所定の領域は、英語で「Region of Interest（「関心領域」、ＲＯＩ）」と称される。この所定の領域内で、有利には、検出対象の対象物を探索する。つまり、最大可能な領域に照射するのではなく、目的に応じて所定の領域のみに照射する、ということである。このことにより、測定時間および信号処理時間が削減されるという利点が奏される。すなわち、いわばカメラ（画像センサ）はマスタであり、ライダ（パルスレーザ）はスレーブということである。
【００３３】
一実施形態では、対象物認識および対象物分類のために、ＣＭＯＳ互換イメージセンサを用いて撮像された画像中、所定の領域のみを解析および評価する。この所定の領域は、照射された領域の解析に基づいて特定される。具体的にはライダ（マスタ）を用いて、照射可能領域内に対象物が存在する場合には何処に（すなわち、どの領域に）位置するかを特定する。その後、撮像画像中この１つまたは複数の領域のみを解析する。画像の他の残りの部分は解析無しのままとなる。すなわち、未解析にとどまる。このようにして、計算時間およびリソースを削減できるという利点が奏される。
【００３４】
他の一実施形態では、検出されたレーザパルスに基づいて、検出された対象物までの距離を求めるように構成された解析装置が構成されている。このことはとりわけ、レーザパルスの伝搬時間測定を用いて行われる。
【００３５】
一実施形態では、車両の周辺を検出するために車両ライダシステムを用いる。とりわけ、レーザパルスの伝搬時間測定を行う。すなわち、パルスレーザがレーザパルスを放出し、このレーザパルスが対象物に当たった場合、この対象物によって反射され、その一部は受光器の方向に向かう。この受光器は「検出器」とも称し得る。その後、公知のように、レーザパルスの伝搬時間測定に基づいて対象物と車両ライダシステムとの間の距離を求める。
【００３６】
有利にはＣＭＯＳ互換イメージセンサは、シリコンからモノリシックに構成されており、よって、たとえばＩｎＧａＡｓ‐ＴＯＦシステムの場合のように、ハイブリッドを用いる必要がなくなる。よってセンサ材料としては、有利には専らシリコンを使用し、とりわけ、表面改質および／またはコーティングされたシリコンを使用する。
【００３７】
以下、有利な実施例を参照して本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】車両ライダシステムを示す図である。
【図２】別の車両ライダシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、同一の構成には同一の符号を使用している場合がある。
【００４０】
図１は、車両ライダシステム１０１を示す図である。
【００４１】
車両ライダシステム１０１は、レーザパルスを放出するパルスレーザ１０３を備えている。パルスレーザ１０３の図示には、回路記号を使用している。パルスレーザ１０３はたとえば、少なくとも１００ｋＷ／（ｍｍ２・ｓｒ）の輝度を有する固体レーザであり、この固体レーザは、少なくとも９００ｎｍ、有利には少なくとも１０００ｎｍの波長と、１レーザパルスあたり少なくとも５０Ｗの最大出力とを有するレーザパルスを放出するように構成されている。他の１つの実施形態では、前記固体レーザは垂直共振器面発光レーザとして構成されている。たとえばパルスレーザ１０３は、１０００ｎｍから１１００ｎｍまでの間の波長のレーザパルスを放出する。とりわけ、レーザパルスの波長は１０６０ｎｍ±４ｎｍである。１レーザパルスあたりの最大出力は、とりわけ１００Ｗである。レーザパルスのパルス幅はたとえば２．２ｎｓである。
【００４２】
車両ライダシステム１０１はさらに、レーザパルスを検出対象の対象物の方向に偏向するための、変位可能に配置されたミラー１０５も備えている。このミラー１０５はたとえば、マイクロメカニカルミラーとして構成されている。ミラー１０５が変位可能であることにより、レーザパルスの偏向によって、照射可能領域１０７を形成することができる。英語では、かかる照射可能領域１０７を「field of view」ともいう。対象物がこの照射可能領域１０７内にある場合、車両ライダシステムを用いてこの対象物を検出することができる。その一例として、１つの対象物を符号１０９によって示す。この１つの対象物は、照射可能領域１０７内に存在している。
【００４３】
偏向されたレーザパルスは対象物１０９に当たり、対象物１０９によって受光器または検出器１１１の方向に反射される。受光器または検出器１１１は、照射可能領域１０７内に存在する対象物によって反射されたレーザパルスを検出するように構成されている。受光器または検出器１１１はＣＭＯＳ互換イメージセンサ１１３を備えている。このＣＭＯＳ互換イメージセンサ１１３は、反射されたレーザパルスを検出し、照射可能領域１０７の画像を撮像するように構成されている。ＣＭＯＳ互換イメージセンサ１１１のセンサ材料としては、ブラックシリコン１１３が設けられている。ブラックシリコンは英語で「black silicon」といい、表面テクスチャを有する結晶シリコンを意味するものである。これに代えて、またはこれと共に、ドープされた結晶シリコンをセンサ材料として使用することもできる。センサ材料としては特に、いわゆるピンクシリコンを使用することもできる。
【００４４】
ＣＭＯＳ互換イメージセンサ１１３は複数の画素１１５を有する。つまり、対象物１０９は画素ごとに結像される。したがって、検出されるレーザパルスは画素ごとに検出される。
【００４５】
検出器１１１はさらに、ＣＭＯＳ互換イメージセンサ１１３の画素１１５の信号を読み出すように構成された電子的解析装置１１７であって、この読み出した信号に基づいて、検出対象の対象物までの距離、ここでは対象物１０９までの距離を求めるように構成された電子的解析装置１１７を備えている。これはとりわけ、レーザパルスの伝搬時間測定に基づいて求められる。
【００４６】
さらにＡＳＩＣ１１９が設けられている。「ＡＳＩＣ」との略称は、特定用途向け集積回路を意味し、英語で「application specific integrated circuit」という。この特定用途向け集積回路１１９は、ＣＭＯＳ互換イメージセンサ１１３の伝搬時間測定を画素選択的に行うために使用される。
【００４７】
ＣＭＯＳ互換イメージセンサ１１３の画素１１５上に照射可能領域１０７を結像させるレンズ１２１が、光学部品として設けられている。かかるレンズ１２１には、レーザ波長±２０ｎｍ、特にレーザ波長±１０ｎｍに相当する波長の反射防止コーティングが施されている。つまり、この範囲内の波長が透過され、当該範囲外の波長は阻止される。よって、レンズ１２１はこの波長に対し、高反射性コーティングを備えている。
【００４８】
このＣＭＯＳ互換イメージセンサ１１３はさらに、照射可能領域１０７の画像を撮像することもできる。よって有利には、対象物１０９の画像を撮像することができ、かつ、対象物１０９までの距離を求めることもできる。これは、１つのセンサを用いて、ここでは１つのＣＭＯＳ互換イメージセンサ１１３を用いてなされる。
【００４９】
他の一実施形態では、車両ライダシステム１０１は以下のように構成されている。
システム１０１は、レーザパルスを放出するための光源、たとえば、レーザ波長が９００ｎｍから１３００ｎｍまでの間、有利には１０６０ｎｍ±４ｎｍであるＶＣＳＥＬ１０３を備えている。ＶＣＳＥＬ１０３は、２ｎｓから２０ｎｓまでの間、有利には２ｎｓから４ｎｓまでのパルス幅において有利には１００Ｗのピーク出力を有するレーザパルスを放出する。ＶＣＳＥＬ１０３の１００ｋＷ／（ｍｍ２・ｓｒ）超の輝度のレーザ放射は、有利には１００ｋＨｚのパルス繰返し周波数でＭＥＭＳ光学ミラー１０５へ伝播される。このＭＥＭＳ（マイクロメカニカルシステム）ミラー１０５の径は１ｍｍから８ｍｍまでの間、有利には３ｍｍから５ｍｍまでの間であり、ミラー１０５には、レーザ波長に対する高反射性層が設けられている。このＭＥＭＳミラー１０５を動かすことにより検出領域（ＦＯＶ）（照射可能領域１０７）が形成され、これは有利には４０°×８０°である。レーザ放射（すなわちレーザパルス）が対象物によって、ここでは対象物１０９によって反射されると、この反射されたレーザ放射はレンズ１２１によって、ブラックシリコンから成るセンサ材料を含むＣＭＯＳ互換イメージセンサ１１３を備えた検出器１１１に結像される。レンズ１２１には有利には、レーザ波長±１０ｎｍからレーザ波長±２０ｎｍまでのレーザ波長の反射防止コーティングが施されている。レンズ１２１は、他の残りの波長領域に対しては、高反射性のコーティングを施されている。ブラックシリコンから成る検出器１１１はさらに、対象物１０９からの距離を測定するために、各画素１１５ごとに、また画素１１５の群について、タイム・オブ・フライト（ＴＯＦ）測定（伝搬時間測定）を行うことも可能とするものである。ＴＯＦ測定の他にさらに、検出器１１１はＦＯＶ１０７全体から画像を撮像することもでき（カメラ機能）、この画像を用いてたとえば角度分解能を算出して対象物認識を行うことができる。有利には検出器１１１は、シリコンからモノリシックに構成されており、よって、ハイブリッドを用いる必要がなくなる（たとえばＩｎＧａＡｓ‐ＴＯＦシステムの場合）。
【００５０】
図２は、別の車両ライダシステム２０１を示す図である。
【００５１】
車両ライダシステム２０１は基本的に、図１の車両ライダシステム１０１と同様の構成である。よって、対応する実施形態を参照されたい。その相違点は、照射可能領域１０７を画素１１５に結像するレンズであり、このレンズはレンズ１２１のようにコーティングされておらず、広帯域において低反射性となっている。このレンズ１２１は、符号２０３によって示されている。対比のため、図２はさらに、レンズ１２１がコーティングされた車両ライダシステム１０１も示している。よって、ＦＯＶ１０７はレンズ１２１を用いてＣＭＯＳ互換イメージセンサ１１３上に結像されたり、また、ＦＯＶ１０７はレンズ２０１を用いてＣＭＯＳ互換イメージセンサ１１３上に結像されたりする。
【００５２】
もう１つの相違点は、対象物によって反射されたレーザパルスを検出する受光器または検出器２０５であり、この受光器または検出器２０５は車両ライダシステム１０１の受光器または検出器１１１との相違点として、電子的解析装置１１７を備えていない。すなわち、受光器２０５では、検出対象の対象物１０９までの距離を測定することができない。その他の点では、受光器２０５は受光器または検出器１１１と同様、ＡＳＩＣ１１９およびＣＭＯＳ互換イメージセンサ１１３を備えている。これは図２では、概観しやすくするために詳細に示されていない。
【００５３】
レンズ２０３が可視波長領域（すなわち３８０ｎｍから７８０ｎｍまで）に対して反射防止コーティングを施されていることにより、レーザ波長前後の波長のみが透過されるだけでなく、むしろ可視光領域（すなわち３８０ｎｍから７８０ｎｍまで）の波長も透過される。よって、たとえば有利には、光信号設備の複数の異なる色を識別することもできる。このことによって、とりわけ有利には、画像認識をより簡単かつ高信頼性で行うことができる。というのも色情報も得られ、この色情報に基づいて、たとえば撮像された画像内の対象物を認識できるからである。このことは特に、たとえば撮像された画像中にて交通標識を認識する場合に有利である。
【００５４】
しかし、受光器または検出器２０５はその選定されるセンサ材料により、１１００ｎｍまで感知できるので、有利には、パルスレーザ１０３によるアクティブ照射もなされる。これにより、夜間でも画像を撮像することができる。
【００５５】
他の実施形態では、上述のＶＣＳＥＬに代えて他のレーザ源も使用され、たとえば１μｍ未満の波長、または、１μｍを超え１．５μｍまでの波長の別の波長のレーザ源が用いられる。半導体レーザの他、低コストの受動Ｑスイッチ型固体レーザ（たとえばＥｒ／Ｙｂ：ＹＡＧ、または、ＣｏスピネルＱスイッチを備えたガラス）も可能である。固体レーザの上述の選定により、半導体レーザと比較して輝度が向上するので、ＭＥＭＳミラー径を有利には１ｍｍまで縮小することができる。
【００５６】
機能的には、マスタ‐スレーブ構造が可能であり、たとえばライダ機能＝マスタとし、ライダを用いて、ＦＯＶ内の何処に対象物があるかを特定し、これによりカメラ機能のために、すなわちＣＭＯＳ互換イメージセンサのために関心領域を規定することができる。かかる構成により、ＦＯＶ内の領域を疎かにすることなく、計算量を削減することができる。たとえばカメラ機能＝マスタとした場合、撮像された画像内にて対象物が認識されると、関心領域（ＲＯＩ）がライダの角度および距離の識別によって補足されるようにパルスレーザを動作させ、および／またはミラーを偏向する。
【図１】
2017524911.tif 000003
【図２】
2017524911.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月26日(2017.1.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両ライダシステム（１０１，２０１）であって、
レーザパルスを放出するパルスレーザ（１０３）と、
前記レーザパルスを検出対象の対象物（１０９）の方向に偏向するための、変位可能に配置された少なくとも１つのミラー（１０５）と、
前記対象物（１０９）によって反射された前記レーザパルスを検出するための受光器（１１１，２０５）と、
を備えており、
前記受光器（１１１，２０５）は、前記反射されたレーザパルスを検出するため、および、偏向された前記レーザパルスを用いて照射可能な領域（１０７）の画像を撮像するためのＣＭＯＳ互換イメージセンサ（１１３）を備えている
ことを特徴とする車両ライダシステム（１０１，２０１）。
【請求項２】
前記ＣＭＯＳ互換イメージセンサ（１１３）は、複数の画素（１１５）を有し、
前記ＣＭＯＳ互換イメージセンサ（１１３）の画素（１１５）の信号を読み出すように構成された電子的解析装置（１１７）であって、読み出した前記信号に基づいて、検出された前記対象物（１０９）までの距離を求めるように構成された電子的解析装置（１１７）が設けられている、
請求項１記載の車両ライダシステム（１０１，２０１）。
【請求項３】
前記照射可能な領域（１０７）を前記ＣＭＯＳ互換イメージセンサ（１１３）に結像させるための光学部品（１２１，２０３）が設けられている、
請求項１または２記載の車両ライダシステム（１０１，２０１）。
【請求項４】
前記光学部品（１２１，２０３）は、レーザ波長±２０ｎｍ以内の波長領域に対して少なくとも９５％の透過率を有し、
前記透過率は、前記波長領域外の波長に対しては５０％未満である、
請求項３記載の車両ライダシステム（１０１，２０１）。
【請求項５】
前記ＣＭＯＳ互換イメージセンサ（１１３）は、少なくとも９００ｎｍの波長の電磁波を検出するように構成されている、
請求項１から４までのいずれか１項記載の車両ライダシステム（１０１，２０１）。
【請求項６】
前記ＣＭＯＳ互換イメージセンサ（１１３）は、ドープおよび／または表面改質されたシリコンをセンサ材料として含む、
請求項１から５までのいずれか１項記載の車両ライダシステム（１０１，２０１）。
【請求項７】
前記パルスレーザ（１０３）は、少なくとも１００ｋＷ／（ｍｍ２・ｓｒ）の輝度を有する固体レーザであり、
前記固体レーザは、少なくとも９００ｎｍの波長と、１レーザパルスあたり少なくとも５０Ｗの最大出力とを有するレーザパルスを放出するように構成されている、
請求項１から６までのいずれか１項記載の車両ライダシステム（１０１，２０１）。
【請求項８】
前記固体レーザは、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）として構成されている、
請求項７記載の車両ライダシステム（１０１，２０１）。
【請求項９】
撮像された前記画像に基づいて前記照射可能な領域（１０７）内の少なくとも１つの所定の領域を特定するように構成された処理装置が設けられており、
前記所定の領域に対応した照射が可能となるように、特定された当該領域に依存して前記パルスレーザ（１０３）が動作可能であり、および／または、特定された当該領域に依存してミラーが変位可能である、
請求項１から８までのいずれか１項記載の車両ライダシステム（１０１，２０１）。
【請求項１０】
車両の周辺の対象物（１０９）を検出するために当該車両に備えられている、請求項１から９までのいずれか１項記載の車両ライダシステム（１０１，２０１）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
一実施形態では、１レーザパルスあたりの最大出力は５０Ｗから１００Ｗまでの間である。この最大出力もまた、高くなるほど到達範囲が大きくなる、ということになる。１レーザパルスあたりの最大出力は、より低い出力でレーザパルスを放出できる、ということを意味する。これに応じて、１レーザパルスあたりの最大可能出力は５０Ｗ、１００Ｗ、または、５０Ｗおよび１００Ｗの間の値となる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
偏向されたレーザパルスは対象物１０９に当たり、対象物１０９によって受光器または検出器１１１の方向に反射される。受光器または検出器１１１は、照射可能領域１０７内に存在する対象物によって反射されたレーザパルスを検出するように構成されている。受光器または検出器１１１はＣＭＯＳ互換イメージセンサ１１３を備えている。このＣＭＯＳ互換イメージセンサ１１３は、反射されたレーザパルスを検出し、照射可能領域１０７の画像を撮像するように構成されている。ＣＭＯＳ互換イメージセンサ１１３のセンサ材料としては、ブラックシリコン１１３が設けられている。ブラックシリコンは英語で「black silicon」といい、表面テクスチャを有する結晶シリコンを意味するものである。これに代えて、またはこれと共に、ドープされた結晶シリコンをセンサ材料として使用することもできる。センサ材料としては特に、いわゆるピンクシリコンを使用することもできる。
【国際調査報告】
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