(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周辺の物体を検出するためのライダーセンサであって、少なくとも、
電磁放射線を放出するための光源（１０１）、
放出された電磁放射線（１０５）を、放出され偏向された電磁放射線（１０５−１）として、少なくとも１つの角度（１０９）で周辺に偏向させるための偏向ミラー（１０４）、および
物体によって反射された電磁放射線（１０６）を受けるための受光器（１０２）、を備えたライダーセンサにおいて、
受光器（１０２）が少なくとも部分的に穴領域（１０３，３０１）を含む少なくとも１つの検出器素子（１０７）を有し、
該穴領域を光源（１０１）の主ビーム軸（１０８）上に配置し、
前記ライダーセンサがさらに微小光学素子（４０８−１，４０８−２）のアレイ（４０４）を備え、
偏向ミラー（１０４）およびアレイ（４０４）を、少なくとも１つの角度（１０９）がちょうど１つの微小光学素子（４０８−１，４０８−２）に割り当てられるように配置し、
前記穴領域をミラー（３０１）として構成したことを特徴とする、周辺の物体を検出するためのライダーセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のライダーセンサにおいて、
前記受光器（１０２）が、前記受光器（１０２）の周囲（１１０）の少なくとも一部に配置された少なくとも２つの前記検出器素子（１０７−１〜１０７−４）を備えた、ライダーセンサ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のライダーセンサにおいて、
前記穴領域を通路（１０３）として構成した、ライダーセンサ。
【請求項４】
請求項３に記載のライダーセンサにおいて、
前記光源（１０１）を、前記受光器（１０２）の、周辺に向いていない方の側に配置した、ライダーセンサ。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載のライダーセンサにおいて、
前記光源（１０１）を、前記受光器（１０２）の、周辺に向いている側に配置した、ライダーセンサ。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項に記載のライダーセンサにおいて、
前記偏向ミラー（１０４）を、微小機械偏向ミラーとして構成した、ライダーセンサ。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項に記載のライダーセンサにおいて、さらに、
微小光学素子（４０８−１、４０８−２）のアレイ（４０４）に対して間隔（ｙ）をおいて配置した光集束素子（４０５）を備え、
それぞれの微小光学素子（４０８−１，４０８−２）が、放出され偏向された電磁放射線（１０５−１）が当たった場合には、放出され偏向された電磁放射線（１０５−１）を発散ビーム（４０６）に広げ、
光集束素子（４０５）が、発散ビーム（４０６）を走査ビーム（４０７）に変えるライダーセンサ。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項に記載のライダーセンサにおいて、
前記微小光学素子（４０８−１，４０８−２）が、マイクロレンズまたは反射素子または光回折素子である、ライダーセンサ。
【請求項９】
請求項７に記載のライダーセンサにおいて、
前記光集束素子（４０５）が、同時に前記受光器（１０２）の対物レンズを形成する、
ライダーセンサ。
【請求項１０】
請求項７に記載のライダーセンサにおいて、
前記光集束素子（４０５）の光軸上にミラーユニット（４０３）を配置し、前記ミラーユニット（４０３）が、放出され偏向された電磁放射線（１０５−１）を微小光学素子（４０８−１，４０８−２）の前記アレイ（４０４）に偏向する、ライダーセンサ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のライダーセンサにおいて、
前記ミラーユニット（４０３）を湾曲して構成した、ライダーセンサ。
【請求項１２】
周辺の物体を検出するためのライダーセンサを制御する方法であって、
電磁放射線（１０５）を放出する光源（１０１）を制御するステップ、
放出された電磁放射線（１０５）を、放出され偏向された電磁放射線（１０５−１）として、少なくとも１つの角度（１０９）だけ周辺に偏向するための偏向ミラー（１０４）を制御するステップ、および
物体によって反射された電磁放射線（１０６）を受光器（１０２）によって受けるステップ、を有する方法において、
受光器（１０２）が少なくとも部分的に穴領域（１０３，３０１）を含む少なくとも１つの検出器素子（１０７）を有し、
該穴領域を光源（１０１）の主ビーム軸（１０８）上に配置し、
前記ライダーセンサがさらに微小光学素子（４０８−１，４０８−２）のアレイ（４０４）を備え、
偏向ミラー（１０４）およびアレイ（４０４）を、少なくとも１つの角度（１０９）がちょうど１つの微小光学素子（４０８−１，４０８−２）に割り当てられるように配置し、
前記穴領域がミラー（３０１）として構成されている、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項の前提部分に記載のライダーセンサおよびライダーセンサを制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術により、例えば車両の周辺の走査空間内の物体を検出することを可能にする種々のセンサ装置が知られている。車両の周辺を走査するライダーセンサ（ＬＩＤＡＲ，Light Detection and Ranging）はこのようなセンサ装置の一つである。ライダーセンサによって放出された電磁放射線は、周辺の物体によって反射または後方散乱され、ライダーセンサの受光器が受ける。この受けた放射線に基づいて、周辺の物体の位置および距離を決定することができる。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００８０５５１５９号明細書により、振動する微小機械ミラーによって偏向されたレーザビームによるレーザ走査を用いて、検出フィールド内の装置の周辺の幾何学的形状を記録するための装置が知られている。この場合、微小機械ミラーの振動振幅および／または振動周波数を調整することによって、垂直方向および水平方向の検出フィールドをあらかじめ設定することができる。
【０００４】
スペースを節約してライダーセンサを車両の特定の場所内またはその場所に取り付けるために、従来公知の解決策よりも小さい体積または低い高さを有するライダーセンサが有利である。さらに、特に車両に使用するための機械的に堅牢なライダーセンサが必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、周辺の物体を検出するためのライダーセンサであって、電磁放射線を放出するための少なくとも１つの光源と、放出された電磁放射線を、放出され偏向された電磁放射線として少なくとも１つの角度で周辺に偏向させるための少なくとも１つの偏向ミラーと、物体によって反射された電磁放射線を受けるための少なくとも１つの受光器とを有する、ライダーセンサに基づく。
【０００６】
本発明によれば、受光器は穴領域を有し、この穴領域は光源の主ビーム軸上に配置する。
【０００７】
偏向ミラーは、軸に沿って振動するように動かすことができる。この場合、偏向ミラーは１次元の偏向ミラーである。代替的には、偏向ミラーは、２軸に沿って振動するように動かすことができる。この場合、偏向ミラーは２次元の偏向ミラーである。
【０００８】
受光器で受けた電磁放射線の位置および出力に基づいて、周辺で検出された物体との測定した距離の妥当性検査を行うことができる。このような可能性は、偏向ミラーが、電磁放射線の所要時間に応じて、受ける電磁放射線のシフトを引き起こすことによって生じる。
【０００９】
本発明の利点は、小さい体積、特に低い高さを有するライダーセンサを実現できることである。穴領域を光源の主ビーム軸上に配置することにより、放出される電磁放射線の光路と受ける電磁放射線の光路とを互いに同軸に延在させることができる。放出され受けた電磁放射線のビーム経路における光学的損失を大幅に回避することができる。とりわけ、受けた電磁放射線は、受光器によってできるだけ損失なしに受けることができる。受光器は十分に大きく、十分に高感度とすることができる。
【００１０】
本発明の有利な実施形態では、受光器が、少なくとも部分的に穴領域を含む少なくとも１つの検出器素子を有する。受光器は、例えば、単一の環状の検出器素子として構成してもよい。受光器は、例えば、単一の半環状の検出器素子として構成してもよい。さらに、受光器は、単一の多角形の検出器素子として構成してもよい。このような検出器素子の製造は容易に実現できる。
【００１１】
本発明の別の有利な実施形態では、受光器が、受光器の周囲の少なくとも一部に配置した少なくとも２つの検出器素子を有する。この実施形態の利点は、ライダーセンサの要件に応じて、受光器の異なる構成および幾何学形状を実現することができることである。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態では、穴領域を通路として構成する。通路は孔であってもよい。代替的には、通路は、放出された電磁放射線の大部分を透過させる材料としてもよい。
【００１３】
本発明の特に好ましい実施形態では、光源は、受光器の、周辺に向いていない方の側に配置する。この実施形態の利点は、極めて小型の同軸ライダーセンサを実現できることである。
【００１４】
本発明の別の好ましい実施形態では、穴領域をミラーとして構成する。この実施形態の利点は、ライダーセンサの要件に応じて、光路の他の幾何学形状を実現することができることである。
【００１５】
本発明の特に好ましい実施形態では、光源は、受光器の、周辺に向いている側に配置する。この実施形態の利点は、極めて小型の同軸ライダーセンサを実現できることである。
【００１６】
本発明の別の実施形態では、偏向ミラーを微小機械偏向ミラーとして構成する。放出され偏向ミラーに当たる電磁放射線と、偏向ミラーに当たりそして受けた電磁放射線とは、いずれも小さいビーム直径を有することができる。これにより、対応して高い走査周波数を有する小型の偏向ミラーを使用することができる。十分に機械的に堅牢なライダーセンサを実現することができる。
【００１７】
本発明の有利な実施形態では、ライダーセンサは、微小光学素子のアレイをさらに備えている。偏向ミラーおよびアレイは、少なくとも１つの角度がそれぞれちょうど１つの微小光学素子に割り当てられるように配置している。それぞれの素子には、異なる大きさの複数の角度を割り当ててもよい。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態では、ライダーセンサは、微小光学素子のアレイに対して間隔をおいて配置した光集束素子をさらに備える。それぞれの微小光学素子は、放出され偏向された電磁放射線が当たった場合には、放出され偏向されたこの電磁放射線を発散ビームに広げる。光集束素子は、発散ビームを走査ビームに変える。この実施形態の利点は、放出された電磁放射線の総出力が増大した場合にも、眼の安全性を保証することができることである。走査ビームのビーム径は、人間の眼の瞳孔径よりも大きくてもよい。散乱粒子に対する感度を低く保つことができる。
【００１９】
放出され偏向ミラーで偏向された電磁放射線は、周囲を直接に走査するのではなく、微小光学素子のアレイを走査する。走査ビームが放出される方向は、光集束素子の光軸に対する、それぞれに入射される微小光学素子の位置に依存する。したがって、ライダーセンサの開口角度は、電磁放射線が偏向ミラーで最大限に偏向される角度よりも著しく大きくすることができる。これにより、広い開口角度で走査することが可能となる。
【００２０】
本発明の別の好ましい実施形態では、微小光学素子は、マイクロレンズまたは反射素子または光回折素子である。
【００２１】
集束素子は、焦点面に微小光学素子のアレイが位置する光学レンズとしてもよい。これにより、発散ビームを、ビームがほぼ平行である走査ビームに変える。代替的には、レンズの代わりに凹面鏡が考えられる。
【００２２】
本発明の別の好ましい実施形態では、光集束素子は同時に受光器の対物レンズを形成する。したがって、受けた電磁放射線は放出された電磁放射線と同軸であってもよい。これにより、受けた電磁放射線を評価する場合に、誤差を考慮に入れる必要がない。
【００２３】
本発明の別の好ましい実施形態では、光集束素子の光軸上にミラーユニットを配置しており、ミラーユニットは、放出され偏向された電磁放射線を微小光学素子のアレイに偏向する。ミラーユニットによって、受けた電磁放射線を偏向ミラーに偏向させることもできる。この実施形態の利点は、ライダーセンサの光路を調整できることである。
【００２４】
本発明の特に好ましい実施形態では、ミラーユニットを湾曲して構成する。この実施形態の利点は、収差を補償できることである。
【００２５】
本発明によれば、周辺の物体を検出するためのライダーセンサを駆動する方法を請求する。この方法は、以下のステップ、すなわち、電磁放射線を放出するための光源を制御するステップと、放出された電磁放射線を、放出され偏向された電磁放射線として少なくとも１つの角度で周辺に偏向するための偏向ミラーを制御するステップと、物体によって反射された電磁放射線を受光器によって受けるステップとを含む。この場合、受光器は穴領域を有し、この穴領域は、光源の主ビーム軸上に配置している。
【００２６】
以下に、図面を参照して本発明の４つの実施の形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明によるライダーセンサの概略図である。
【図２】第２の実施形態によるライダーセンサの概略図である。
【図３】第３の実施形態によるライダーセンサの概略図である。
【図４】第４の実施形態によるライダーセンサの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１に示すライダーセンサは、光源１０１として、スペクトルの可視領域、または選択的に赤外線領域においても電磁放射線１０５を放出するレーザを有する。ライダーセンサは、さらに受光器１０２を備える。この例では、受光器１０２は環状の検出器素子１０７として形成されている。受光器１０２は、少なくとも部分的に穴領域１０３を含む検出器素子１０７を有する。穴領域１０３の周囲には、全体または一部に検出器素子の検出平面が存在してもよい。検出素子１０７は中央に穴領域１０３を有する。穴領域１０３は通路として形成されている。光源１０１は、受光器１０２の、周辺に向いていない方の側に配置されている。受光器１０２は、通路１０３が光源１０１の主ビーム軸１０８上に配置されるように構成されている。主ビーム軸１０８に沿って光源１０１から放出された電磁放射線１０５は、できるだけ損失なしに通路１０３を通って偏向ミラー１０４に向けられる。図１には、自由ビーム光学系が一例として示している。代替的には、放出された電磁放射線１０５を、光ファイバによって通路１０３を通過させて偏向ミラー１０４に向けることもできる。
【００２９】
偏向ミラー１０４は微小機械偏向ミラーである。二重矢印で示すように、偏向ミラー１０４は軸に沿って振動するように、または静的に移動する。偏向ミラー１０４を、第１の軸に垂直に延在する第２の軸で振動するように、または静的に移動させることも可能である。偏向ミラー１０４は、放出された電磁放射線１０５を、放出され偏向された放出電磁放射線１０５−１として周辺に偏向させる。偏向ミラー１０４の制御は、この場合、放出された電磁放射線１０５を、放出され偏向された電磁放射線１０５−１として少なくとも所定の角度だけ第１の向きに偏向するように行う。図１には、この角度１０９が示されている。偏向ミラーの第２の向きでは、放出された電磁放射線１０５は、放出され偏向された電磁放射線１０５−１として、第１の角度とは異なる少なくとも１つのさらなる角度だけ周辺に偏向することができる。
【００３０】
放出され偏向された電磁放射線１０５−１が周辺で物体に当たった場合には、この電磁放射線は物体によって反射され、および／または後方散乱される。反射および／または後方散乱された電磁放射線１０６は、ライダーセンサが受ける。電磁放射線１０６は、偏向ミラー１０４を介して受光器１０２に入射する。
【００３１】
図２は、変更した実施形態として、図１のライダーセンサと同じ基本構造を有するライダーセンサを示す。受光器１０２は、受光器１０２の周囲の少なくとも一部に配置された検出器素子１０７−１〜１０７−４を有する点で異なる。検出器素子１０７−１〜１０７−４は、穴領域１０３の周りに配置している。受光器１０２は、例えば、３つの検出器素子のみを有することも可能である。例えば、受光器１０２は、検出器素子１０７−１〜１０７−３のみを有することも可能である。この場合、受光器１０２の周囲の一部には検出器素子は配置しない。受光器１０２が２つの検出器素子のみ、または１つの検出器素子のみを有することも同様に可能である。穴領域１０３の周囲には、検出器素子の全体に、または一部に検出表面が存在してもよい。
【００３２】
図３は、別の例示的な実施形態として、同様に光源１０１と、受光器１０２と、偏向ミラー１０４とを有するライダーセンサを示す。これらの構成要素の特徴は、既に説明した実施形態の同じ構成要素の特徴に対応する。特に受光器は、この場合、図１および図２に既に例示したように構成することができる。受光器１０２は、この例では、環状の検出器素子１０７として構成されている。受光器１０２は、少なくとも部分的に穴領域３０１を含む検出器素子１０７を有する。
【００３３】
検出素子１０７は中央に穴領域３０１を有する。穴領域３０１は、ミラーとして構成されている。光源１０１は、受光器１０２の、周囲に向いている側に配置されている。受光器１０２は、ミラー３０１が光源１０１の主ビーム軸１０８上に配置されるように配置している。
【００３４】
主ビーム軸１０８に沿って光源１０１から放出された電磁放射線１０５は、ミラー３０１によって、ほとんど損失なしに偏向ミラー１０４に偏向される。図３は、例として、自由ビーム光学系を示す。代替的には、放出された電磁放射線１０５を光ファイバによってミラー３０１に向け、偏向ミラー１０４に偏向することもできる。
【００３５】
図４は、光源１０１と、受光器１０２と、偏向ミラー１０４とを同様に有する、別の実施形態によるライダーセンサを示す。これらの構成要素の特徴は、既に説明した実施形態の同じ構成要素の特徴に対応する。特に受光器は、この場合、図１、図２および図３に既に例示したように構成することができる。受光器１０２は検出器素子１０７を有する。検出器素子１０７は中央に穴領域３０１を有する。穴領域３０１はミラーとして構成されている。受光器１０２は、不都合な電磁放射線を制限／低減するための光フィルタ４０１をさらに含む。受光器１０２は、自由形状のプラスチック光学系４０２をさらに含む。これは、受けた光を検出器の検出平面に集束させる役割を果たす。
【００３６】
図４に示すライダーセンサの場合には、光源１０１から放出され、主ビーム軸１０８に沿ってミラー３０１に向けられ、ライダーセンサの偏向ミラー１０４にほとんど損失なしに偏向された電磁放射線１０５は、偏向ミラー１０４によって、放出され偏向された放出電磁放射線１０５−１として微小光学素子４０８のアレイ４０４に導かれる。この例では、微小光学素子として光回折素子４０８が設けられている。しかしながら、選択的に光屈折素子または反射素子を設けることもできる。
【００３７】
放出された電磁放射線１０５を、放出され偏向された電磁放射線１０５−１として偏向する少なくとも１つの角度は、微小光学素子４０８−１，４０８−２に正確に割り当てている。図４に示す角度１０９は微小光学素子４０８−１に割り当てている。それぞれの素子４０８には、異なる大きさの複数の角度を割り当ててもよい。例えば、放出された電磁放射線１０５が偏向ミラー１０４によって、角度１０９の大きさとはわずかに異なる角度で偏向された場合には、放出され偏向された電磁放射線１０５−１は同様に微小光学素子４０８−１に当たる。角度１０９の大きさとさらなる偏向角度との間の差が所定の値を超えた場合には、放出され偏向された電磁放射線１０５−１は、例えば隣接する微小光学素子４０８−２に当たる。
【００３８】
偏向された電磁放射線１０５−１が当たる光回折素子４０８は、放出され偏向された電磁放射線１０５−１を発散ビーム４０６に広げる。発散ビーム４０６は、レンズ４０５の形式の光集束素子に当たる。アレイ４０４とレンズ４０５との間の距離ｙは、レンズ４０５の焦点距離にほぼ対応する。レンズ４０５は、発散ビーム４０６をほぼ平行な走査ビーム４０７に変える。走査ビーム４０７のビーム径は、放出された電磁放射線１０５のビームのビーム径よりも大きい。走査ビーム４０７のビーム径は、放出され偏向された電磁放射線１０５−１のビームのビーム径よりも大きい。
【００３９】
走査ビーム４０７の放射方向は、放出され偏向された電磁放射線１０５−１が当たる光集束素子４０５の光軸に対する微小光学素子４０８の位置に依存する。このようにして、偏向ミラー１０４は、走査ビーム４０７の偏向も間接的に引き起こす。走査ビーム４０７は、ライダーセンサの周囲を掃引する。走査ビーム４０７によって掃引される角度範囲は、レンズ４０５の焦点距離に依存する。この角度範囲は、偏向ミラー１０４を動かす角度範囲の２倍よりも著しく大きくしてもよい。
【００４０】
偏向ミラー１０４とアレイ４０４との間には、別のミラーユニット４０３を設けている。ミラーユニット４０３はアレイ４０４から距離ｘをおいて配置している。この別ミラーユニット４０３は、曲面ミラーとして収差を補償するように構成している。ミラーユニット４０３は、偏向ミラー１０４によって偏向された電磁放射線１０５を、レンズ４０５の光軸に沿ってアレイ４０４に入射するように偏向する。ミラーユニット４０３によって、受けた電磁放射線１０６も同様に偏向ミラー１０４に偏向させることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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