JP2022502628A - ライダーセンシング装置 - Google Patents

Abstract

ライダーセンシングシステムは、様々な波長で平行ビームを投影するように制御される光源を具備する。干渉計は、平行ビームを受光して、回折格子で平行ビームに対応する物体ビームを投影する。物体ビームは、平行ビームの波長に対応する異なる角度で回折格子から回折されて、第１軸に沿って２次元走査を形成する。物体ビームはまた、第１軸に直交する第２軸に沿って制御される。結果として、ライダーセンシングシステムは、外部環境の水平及び垂直走査（例：３次元走査）を発生させる。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年２月１８日出願の米国特許出願第１６／２７８，５８２号及び２０１８年４月１７日出願の米国特許出願第１５／９５４，８７８号に対する優先権の利益を主張するものであって、これら出願のすべての開示は、いかなる全ての目的のために、その全体において本明細書に引用されることで組み込まれる。

本発明は、一般的に、センシングの分野に関し、より詳しくは、光検出測距（ＬＩＤＡＲ／ライダー）センシング装置に関する。

ライダーシステムは、光源と目標物との間の距離を検出するための光を使用する。平行ビーム（例：レーザ）は、目標物に向けて指向される。ライダーシステムは、光が目標物に到達し、目標物から偏向して、検出器に戻るのに要する時間を、典型的に識別する。この時間と光速度に基づいて、目標物までの距離が決定される。さらに、周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）レーダーシステムは、公知のビーム周波数を利用して、測定目標物の移動の有無を判定する。目標物の検出や目標物の移動の判定は、機械（すなわち、自律走行車）が安全に作動するために、信頼性があって、連続的に適時な方法で、実行が要求される機能である。このため、目標物（例：環境中の物体）を連続的に速やかに検出し、観察が可能なＦＭＣＷライダーシステムが必要とされている。

本技術は、外部環境のより広範囲な領域を連続的に捕捉可能な改良型ライダーシステムを提供する。

ライダーセンシングシステムは、経路に沿って平行ビームを投影するように配列された光源と、ビーム分割装置と、波長分散要素と、ビーム指向装置と、検出器システムと、再結合装置と、を具備する。光源は、１つ以上の波長可変レーザでよい。光源は、第１周波数（すなわち、第１波長）から最終周波数（すなわち、最終波長）まで、投影された平行ビームの周波数を連続掃引するように構成される。ビーム分割装置は、光源と波長分散要素との間の経路に配置される。ビーム分割装置は、平行ビームを、１）基準ビームと２）ライダーセンシングシステムの外部環境に指向される物体ビームに分割する。

波長分散要素は、平行ビームの周波数に基づいて、第１平面内の第１軸に対する複数の回折角で外部環境に物体ビームを投影するように構成された物体ビームの経路に沿って配列される。検出器システムは、第１周波数から最終周波数までの連続掃引される周波数にわたって、干渉計により発生されて、１）外部環境に設置された物体に反射された光と２）基準ビームに対応する干渉稿を連続的に検出する。ある実施形態において、再結合装置は、受信装置と検出器との間の経路に沿って配置される。代わりの実施形態において、再結合装置は、検出器に一体化される。再結合装置は、外部物体に反射されて、受光装置（又はアレイ）に戻って反射された物体ビームの部分を、基準ビームのそれぞれの部分に結合するように構成される。ビーム指向装置は、外部環境の追加の走査（例：第１平面と異なる平面内の走査）を発生させるために使用可能である。ビーム指向装置は、第２軸に対する複数の角度に沿って、物体ビームを指向するように構成された物体ビームの経路に沿って配列されてよい。第１軸は、第２軸に直交し得る。

１つの実施形態において、ビーム指向装置は、波長分散要素の前に光ビームの経路に沿って配列されたミラーであり得、ビーム分割装置は、干渉計でよい。ミラーは、多面鏡、ＭＥМｓスキャナ、又はミラーを回転するように構成されるアクチュエータに機械的・動作可能に連結される検流計ミラーであり得る。別の実施形態において、ビーム指向装置は、１個の入力装置とＮ個の出力装置を有する１ｘＮ光スイッチを具備する場合がある。入力装置は、平行ビームを受光して（例：光源出力装置に光学的に結合されて）、１ｘＮスイッチは、平行ビームをＮ個の出力装置の１つ以上に選択的に出力して、Ｎ個の出力装置は、第２軸に平行にアラインされ得る。さらに、Ｎ個の出力装置は、１ｘＮスイッチから平行ビームを受光して、第２軸で複数の角度に沿って、波長分散要素に向けて平行ビームを屈折させるように構成される投影レンズの光軸に中心を決めてよい。

別の実施形態において、ビーム指向装置は、１個の入力装置とＮ個の出力装置を含む１ｘＮ光結合器（すなわち、分割器）を具備し得る。入力装置は、平行ビームを受光して（例：光源出力装置に光学的に結合されて）、１ｘＮ結合器は、平行ビームの部分をＮ個の出力装置の各々に出力して、Ｎ個の出力装置は、第２軸に平行にアラインされ得る。さらに、Ｎ個の出力装置は、１ｘＮスイッチから平行ビームを受光して、第２軸に対する複数の角度に沿って、波長分散要素に向けて物体ビームを屈折させるように構成される投影レンズの光軸に中心を設定してよい。波長分散要素は、Ｎ個の格子結合器を具備し得、Ｎ個の格子結合器の各々１つは、Ｎ個の出力装置の１つから平行ビームの部分を受光する（例：部分上に投影される）場合がある。Ｎ個の格子結合器もまた、第２軸に平行にアラインされ得る。波長分散要素は、１ｘＮ光結合器（すなわち、分割器）上に一体化される場合があるため、１ｘＮ光結合器とＮ個の格子結合器は、同一の導波路又はチップ上に配置される。代わりの実施形態において、格子結合器は、入射ビーム周波数に特有な角度で入射ビームを回折するいかなる装置と取り換え可能である。

典型的な実施形態において、検出器システムは、Ｎ個の受信格子結合器とＮ個の検出器とを具備する場合がある。Ｎ個の受信格子結合器の各々は、外部環境の物体に反射された光を受光して、Ｎ個の検出器の１つに外部環境の物体へ反射された光を指向する。さらに、Ｎ個の検出器の各々に対応するＮ個の再結合手段を有し得る。代わりの実施形態において、格子結合器は、入射ビーム周波数に特有な角度で入射ビームを回折するいかなる装置と取り換え可能である。別の実施形態において、Ｎ個の検出器は、平行ビームの部分を、基準ビームとして機能するために、１ｘＮ光結合器からそれぞれの導波路結合器により、各々受光するように各々アラインされる。すなわち、１ｘＮ光結合器は、格子結合器に対応する出力装置の各々とは別個の出力装置を有し得、その別個の出力装置は、基準路として機能するために、再結合手段又はＮ個の検出器の１つに、（導波路により）指向される場合がある。Ｎ個の受信格子結合器は、第２軸に平行に及び／又は第２軸に軸方向にアラインされ得る。Ｎ個の受信格子結合器は、第２軸に平行に及び／又は第２軸に軸方向にアラインされ得る。Ｎ個の受信格子結合器は、第２軸に平行に及び／又は第２軸に軸方向にアラインされる。さらに、Ｎ個の受信格子結合器の各々は、第１軸に平行な軸に沿って、Ｎ個の格子結合器の１つにアラインされ得る。

ライダーセンシングシステムは、波長分散要素と外部環境との間に配置されて、第２軸の複数の角度に沿って、外部環境に向けて平行ビームを屈折させるように構成された投影レンズを具備し得る。光源は、第１波長可変レーザと、第２波長可変レーザと、第３波長可変レーザと、を具備してよい。第１波長可変レーザは、第１波長可変スペクトルを有し、第２波長可変レーザは、第２波長可変スペクトルを有し、第３波長可変レーザは、第３波長可変スペクトルを有する。第１波長可変レーザと、第２波長可変レーザと、第３波長可変レーザは、ともにカスケードされて、光出力を共有する場合がある。

使用する典型的な方法において、光源は、制御装置又はコンピュータシステムにより制御されて、第１周波数から最終周波数まで連続掃引される掃引周波数の平行ビームを投影して、掃引周波数の平行ビームは、波長分散要素に向けて投影される。その後、ビーム分割装置は、掃引周波数の平行ビームを、基準ビームと物体ビームに分割し得る。基準ビームは、検出器に向けて基準路に指向され、物体ビームは、波長分散要素に向けて指向される。その後、波長分散要素は、掃引周波数の平行ビームの周波数にしたがって、複数の回折角の１つで外部環境に物体ビームを回折する場合がある。平行ビームが第１周波数で投影される場合の第１回折角から平行ビームが最終周波数で投影される場合の最終回折角まで、掃引周波数の平行ビームの周波数が掃引される際に、物体ビームは、連続掃引回折角パターンにおける波長分散要素から回折され得、第１回折角と最終回折角は、第１平面内の第１軸に対する視野を画成する。

その後、検出器と、計算装置又は周波数カウンタは、外部環境から反射された物体ビームを受光し、１）外部環境の物体に反射された物体ビームに対応する光と２）基準ビームに基づいて発生される干渉稿に基づいて、視野内に配置された物体に関連する距離を連続的に計算する場合がある。

上述の発明の概要は、例示のみであって、いかなる方法により限定する意図を有するものではない。上述の例示の側面や特徴に加えて、さらなる側面や特徴は、以下の図面や詳細な説明を参照することで明らかになるであろう。

本開示の上述及び他の特徴は、添付図面とあわせて参照して、以下の記載と添付の請求項からより十分に明らかになるであろう。これらの図面が本開示に係るいくつかの方法のみを示し、したがって、その範囲が限定されるものと考慮されないことを理解することで、本開示は、添付図面を使用して、さらなる特異性や詳細を含んで記載されるであろう。

図１は、ある実施形態に係る、ライダーセンシングシステムを示す。 図２は、ある実施形態に係る、ライダーセンシングシステムにより測距される物体を含む、別のライダーセンシングシステムを示す。 図３は、ある実施形態に係る、図２で測距される典型的な物体の典型的な信号形状を示す。 図４は、ある実施形態に係る、図１のライダーセンシングシステムの回折格子の詳細図を示す。 図５は、ある実施形態に係る、視野（ＦОＶ）拡大システムを含む、図１のライダーセンシングシステムを示す。 図６は、ある実施形態に係る、典型的な回転システムを含む、図１のライダーセンシングシステムを示す。 図７は、ある実施形態に係る、典型的なライダーセンシング方法を示すフローチャートを示す。 図８は、ある実施形態に係る、ライダーセンシングシステムのブロック図を示す。 図９は、ある実施形態に係る、ライダーセンシングシステムの第１実施例を示す。 図１０は、ある実施形態に係る、ライダーセンシングシステムの第２実施例を示す。 図１１は、ある実施形態に係る、ライダーセンシングシステムの第３実施例を示す。 図１２は、ある実施形態に係る、ライダーセンシングシステムの第４実施例を示す。 図１３ａ〜図１３ｃは、ある実施形態に係る、ライダーセンシングシステムの光路の実施例を示す。 図１４は、ある実施形態に係る、典型的なライダーセンシング方法を示すフローチャートを示す。

以下の詳細な記載において、本明細書の部分を形成する添付図面について言及する。図面において、同一符号は、文脈において異なるものとの指示がない限り、同一要素を典型的に特定する。詳細な説明、図面及び請求項に記載の実例となる方法は、限定することを意図しない。他の方法が利用可能であって、本明細書記載の発明の対象の意図及び範囲を逸脱することなく、他の変更も可能である。本開示の側面は、本明細書で一般的に記載され、図面に示す通り、広範囲にわたる異なる構成で配列、置き換え、結合及び設計され得、これらすべては、明白に検討され、本開示の部分をなすことが容易に理解されるものとする。

ライダーセンシングのためのシステム及び方法を、本明細書に記載する。

以下でさらに詳細に検討する通り、ライダーセンシングシステムは、様々な波長で平行ビームを投影するように制御される光源を具備する。干渉計は、平行ビームを受光して、回折格子で平行ビームに対応する物体ビームを投影する。物体ビームは、平行ビームの波長に対応する異なる角度で回折格子から回折される。結果として、ライダーセンシングシステムは、外部環境の垂直走査（例：２次元走査）を発生させる。その後、ライダーセンシングシステムの様々な構成要素は、複数の垂直走査を生成するために回転するように構成されて、このため、３次元走査を発生させる。

図１を参照すると、ライダーセンシングシステム１００が示される。ライダーセンシングシステム１００は、光源１０２を含むように示される。いくつかの方法において、光源１０２は、平行ビーム（例：レーザ）を出力する場合がある。さらに、光源１０２は、平行ビームの波長λを調整するために構成されてよい。この点について、光源１０２は、（少なくとも）レーザの波長λを調整する波長可変レーザであり得る。光源１０２は、ある範囲にわたって、平行ビームの波長λを調整するために構成されてよい。いくつかの実施例において、波長λの範囲は、１．２５μｍ〜１．３５μｍであり得る。光源１０２は、下記でより詳細に検討する通り、波長λの範囲にわたって掃引される場合がある。

図１において、ライダーセンシングシステム１００はまた、回折格子１０４を含むように示される。回折格子１０４が図１のライダーセンシングシステム１００に含まれている一方、いくつかの実施形態において、ライダーセンシングシステム１００は、回折格子１０４を必ずしも含まなくてもよい。

光源１０２は、回折格子１０４上に平行ビームの構成要素を投影するように配列され得る。例えば、回折格子１０４は、光源１０２から投影された平行ビームに対応する物体ビームの経路に沿って配列可能である。図４に関して下記でより詳細に検討する通り、物体ビームは、入射角α₀で回折格子１０４上に投影される場合があり（図４参照）、物体ビームは、光源１０２から平行ビームの波長に対応する様々な回折角βで回折格子１０４に回折され得る。

いくつかの実施形態において、物体ビームからの光は、ライダーセンシングシステム１００の外部環境１０６に配置された物体の表面に反射する。その後、物体の表面に反射された光は、ライダーセンシングシステム１００により検出されて、物体までの距離を決定するために使用され得る。

図１及び図２を参照すると、ライダーセンシングシステム１００は、外部環境１０６の物体２００までの距離を決定するために使用され得る。具体的に、図２に示されるのは、ライダーセンシングシステム１００を使用して測距される物体２００の実施例を含むライダーセンシングシステム１００の別の実施例である。ライダーセンシングシステム１００は、検出器２０２を含むように示される。検出器２０２は、物体２００に反射された光を検出するように配列され得る。下記でより詳細に検討する通り、いくつかの方法において、ライダーセンシングシステム１００は、回折格子１０４を具備する又はしない場合がある。

ライダーセンシングシステム１００は、干渉計１１０を具備し得る。干渉計１１０は、光源１０２から平行ビームを受光して、平行ビームを１つ以上の成分ビームに分割するように配列された構成要素である又はそれを含む場合がある。例えば、干渉計１１０は、平行ビームを物体ビームと基準ビームに分割し得る。物体ビームは、回折格子１０４に向けて投影されて、基準ビームは、基準ミラー２０６に向けて投影され得る。干渉計１１０は、外部環境１０６の物体の表面に反射された光と基準ミラー２０６で反射された光との間の差に基づいて、干渉稿を発生させる場合がある。ライダーセンシングシステム１００は、干渉稿に基づいて、物体までの距離を決定し得る。

例えば、物体２００に反射された物体ビームは、回折格子１０４に戻り、回折格子１０４から干渉計１１０まで回折し得、検出器２０２は、干渉計１１０から干渉稿を検出する場合がある。検出器２０２は、干渉稿に基づいて、信号を発生させ得る。検出器２０２からの信号は、外部環境１０６に配置される対応する物体までの距離を決定するために使用可能である。

ライダーセンシングシステム１００は、計算システム１１２を含み得る。計算システム１１２は、プロセッサ１１４とメモリ１１６とを具備する場合がある。プロセッサ１１４は、本明細書記載のいかなるプロセス又は機能又はいかなる形式の命令を実行及び／又は遂行するように構成されて、そのようなプロセスを実行又は実行させるようにする、いかなる単一又はグループの構成要素を具備する場合がある。１つ以上の装置において、プロセッサ１１４は、ライダーセンシングシステム１００のメインプロセッサであり得る。適切なプロセッサの実施例は、マイクロプロセッサと、マイクロコントローラと、ＤＳＰプロセッサと、ソフトウェアを実行し得る他の電気回路と、を含む。適切なプロセッサのさらなる実施例は、中央処理装置（ＣＰＵ）と、アレイプロセッサと、ベクトルプロセッサと、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）と、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）と、プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）と、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）と、プログラマブルロジック回路と、制御装置とを含むがこれらに限定されない。プロセッサ１１４は、プログラムコードに含まれる命令を実行するように構成された少なくとも１つのハードウェア回路（例：集積回路）を具備し得る。複数のプロセッサが存在する装置において、そのようなプロセッサは、互いに独立して動作可能で、１つ以上のプロセッサは、互いを組み合わせて動作可能である。

メモリ１１６は、１つ以上の種類のデータを記憶するために組み立てられ得る。メモリ１１６は、揮発性及び／又は不揮発性メモリを記憶する場合がある。適切なメモリ１１６の実施例は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）と、フラッシュメモリと、ＲＯＭ（読み出し専用メモリ）と、ＰＲＯＭ（プログラム可能な読み出し専用メモリ）と、ＥＰＲＯＭ（消去可能プログラム可能な読み出し専用メモリ）と、ＥＥＰＲＯＭ（電気的消去可能プログラム可能な読み出し専用メモリ）と、レジスタと、磁気ディスクと、光ディスクと、ハードドライブと、又は他のいかなる適切な記憶媒体と、又はそれらのいかなる組み合わせと、を含む。メモリ１１６は、プロセッサ１１４の構成要素であり得、又はメモリ１１６は、それにより使用されるためのプロセッサ１１４に動作可能に接続され得る。いくつかの装置において、メモリ１１６は、遠隔設置可能で、適切な通信装置による等、プロセッサ１１４によりアクセス可能な場合がある。

ライダーセンシングシステム１００は、光源制御装置１１８を具備し得る。光源制御装置１１８は、コンピュータ可読命令である又は具備し得、光源１０２の１つ以上の側面を制御する。光源制御装置１１８は、図示の通り、メモリ１１６上に記憶可能である。他の方法において、光源制御装置１１８は、遠隔で記憶可能で、ライダーセンシングシステム１００の様々な構成要素によりアクセス可能な場合がある。プロセッサ１１４は、光源制御装置１１８からの命令にしたがって、光源１０２を制御し得る。

光源制御装置１１８は、光源１０２から投影された平行ビーム用のパターンを発生させるための命令を含む場合がある。例えば、いくつかの方法において、平行ビームは、ある周波数を有するパターン２０４（例：パルス形、鋸歯状等）において、光源１０２から投影され得る。光源制御装置１１８は、光源１０２から投影された平行ビームの周波数パターンに対応する鋸歯状信号２０４等を発生させるための命令を含む場合がある。下記でより詳細に検討する通り、周波数パターンは、物体とライダーセンシングシステム１００との間の距離を決定するために使用可能である。

図２及び図３を参照すると、ライダーセンシングシステム１００を使用して測距される物体２００の実施例と対応する信号プロファイルがそれぞれ示される。図２及び図３を参照して記載される同一の符号は、図１にもあてはまることを理解するものとする。図２に示す典型的なライダーセンシングシステム１００において、ライダーセンシングシステム１００は、回折格子１０４を含まない。図２に示す等の実施形態において、本明細書記載の配置は、平行ビームの周波数を掃引して、周波数が平行ビームに対して徐々に変化する際に計算することができる。

検出器２０２により発生された信号は、光源制御装置１１８により発生されて、光源１０２により物体１０２上に投影される信号に対応し得る。いくつかの方法において、光源１０２を配列して、平行ビームを物体２００と基準ミラー２０６上の両方に（例：干渉計１１０により）投影し得る。基準ミラー２０６は、ある点から（例えば、干渉計１１０から）固定距離Ｄで配置可能である。物体２００は、固定距離Ｄと物体２００までの距離Ｒの合計に等しい距離だけ離して配置可能である。

光源１０２からの光があるパターン（例：図２に示す鋸歯状パターン２０４等）に投影される場合、干渉計１１０は、基準ミラー２０６に反射された基準ビーム（例：基準信号３００）と物体２００の表面に反射された光（例：物体信号３０２）に対応する干渉稿を発生させる場合がある。検出器２０２は、干渉計１１０により発生される干渉稿を検出して、干渉稿に対応する信号を発生させ得る。いくつかの方法において、検出器２０２により発生される信号は、（例：フィルター１２０により）フィルターにかける場合がある。検出器２０２により発生される信号（及びフィルター１２０による、オプションとしてのフィルタリング）後に、信号の周波数は、識別され得る。

図１〜３を参照すると、いくつかの方法において、計算システム１１２は、信号解析器１２２を具備する場合がある。信号解析器１２２は、（フィルター１２０によるオプションとしてのフィルタリング後に）検出器２０２からの信号を処理するための命令である又は具備し得、信号の周波数を識別する。１つの例として、信号解析器１２２は、干渉稿に対応する信号に関連する周波数を計算、識別、定量化、又はその他では決定するための周波数カウンタである又は具備可能である。別の実施例として、信号解析器１２２は、信号の周波数を識別するために干渉稿の周波数解析（例：高速フーリエ解析）を実行するためのコンピュータ可読命令を含む場合がある。信号解析器１２２は、それぞれの信号の各々のための周波数Δｆの範囲を識別するための命令を含む場合がある。信号解析器１２２は、基準信号３００と物体信号３０２との間の時間シフトτを識別するための命令を含む場合がある。信号解析器１２２は、基準信号３００及び／又は物体信号３０２のためのランプ期間ｔ_mを識別するための命令を含む場合がある。信号解析器１２２は、基準信号３００と物体信号３０２との間の時間の様々な点でうなり周波数ｆ_beatを識別するための命令を含む場合がある。それぞれの信号のこれらの周波数又は他の特徴の各々（又は一部）は、物体２００までの距離Ｒを決定するために使用され得る。

基準信号３００と物体信号３０２を、図３に示す。基準信号３００は、物体２００が基準ミラー２０６よりも遠方の距離（例：Ｒ）に配置されるため、物体信号３０２よりも早く検出される。ライダーセンシングシステム１００は、基準信号３００と物体信号３０２との比較に基づいて、ライダーセンシングシステム１００内の物体と点との距離を決定し得る。ライダーセンシングシステム１００は、式（１）にしたがって距離を決定し得る。

式中で、ｃは光速度、ｆ_beatはうなり周波数、Δｆは周波数範囲、ｔ_mはランプ期間（例：ｔ₁とｔ₂との間の時間）である。ライダーセンシングシステム１００内の基準ミラー２０６と点（例：干渉計１１０）との間の固定距離Ｄが公知である場合、物体と同一点との間の距離は、固定距離ＤとＲの合計である（図２に示す）。したがって、ライダーセンシングシステム１００内の物体（例：物体２００）表面の単一点とある点との間の距離は、基準信号３００と物体信号３０２に対応する干渉稿に基づいて決定可能である。

いくつかの方法において、ライダーセンシングシステム１００は、該距離を即座に（又は略即座に）計算し得る。このような方法において、ライダーセンシングシステム１００は、式（２）にしたがって距離を計算可能である。

式中、

は、周波数ランプの瞬時勾配、ｄｔ_mはランプ増分である。このような方法は、波長可変光源１０２の周波数ランプのいかなる非線形性も補正することができ、距離計算の信頼性を向上可能である。

いくつかの方法において、ライダーセンシングシステム１００は、干渉計１１０（例：主干渉計１１０）と補助干渉計を具備し得る。補助干渉計は、主干渉計と略同一であり得る。さらに、ライダーセンシングシステム１００は、検出器２０２（例：主検出器）と補助検出器を具備する場合がある。補助検出器は、主検出器と略同一でよい。補助干渉計は、光源１０２から平行ビームを受光するように配列され得る。補助干渉計は、光源１０２からの平行ビームを２つのビームに分割可能で、その各々は、固定経路長（例：補助干渉計からの固定範囲又は距離）にて配置される。補助検出器は、補助干渉計から干渉稿を検出し得る。このような方法において、干渉計１１０は、上述の同一干渉稿を発生させ得、補助干渉計は、固定経路長に対応する干渉稿を発生させる場合がある。信号解析器１２２は、検出器２０２と補助検出器の両方から信号を解析するための命令を含むことができる。信号解析器１２２は、式（３）にしたがって距離を計算できる。

式中、Ｒ₀は補助干渉計に関連する固定経路長、ｆ_refbeatは補助干渉計からのうなり周波数、ｆ_beatは主干渉計からのうなり周波数である（上記に記載）。このような方法において、ライダーセンシングシステム１００は、光源１０２のいかなる非線形性も補正することができ、距離計算の精度を向上可能である。

上述のこれらの方法の各々において、距離は、光源１０２の波長がある範囲にわたって掃引される際の、「転がり」基準により計算され得る。さらに、上述の様々な配置や計算は、（例：異なる数値計算、追加の干渉計等により）距離計算の精度をさらに向上可能である。

いくつかの実施形態において、ライダーセンシングシステム１００は、波長（したがって周波数）が変更されると、各間隔で距離を計算し得る。これらの実施形態において、波長（及び周波数）は、徐々に変更可能である。例えば、波長の範囲は、複数の増分にさらに分割可能である。距離は、各増分波長で計算可能である（例：上述のいかなる方法にしたがって、物体ビームと基準ビームの検出表示を受信後、両者の時間シフト又は時間差にしたがって等）。

計算システム１１２は、点群発生器１２４を具備し得る。点群発生器１２４は、様々な距離測定値から点群を発生させるための命令である又はそれを具備し得る。本明細書で使用する点群は、外部環境１０６で検出される様々な表面までに測定距離に基づいて、ライダーセンシングシステム１００の外部環境１０６の２次元又は３次元表示を指す。点群発生器１２４は、各計算距離、例えば、座標系の関連座標を記憶するための命令を含む場合がある。さらに、物体ビームが（例：機械的に又は電気機械的に）移動される場合、さらなる距離測定値が得られ、したがって、外部環境１０６の２次元走査又は３次元走査を生成する。これらの測定値の少なくともいくつかは、点群を形成するために使用可能である。ライダーセンシングシステム１００の少なくともいくつかの構成要素が、軸の周りで複数度（例：図１の軸１３８、図６の軸６０２等）回転する場合等のいくつかの方法において、点群は３Ｄ点群でよい。例えば、ライダーセンシングシステム１００の構成要素の少なくともいくつかが軸の周りで３６０度回転する場合、点群発生器１２４は、３６０度の点群を発生させ得る。測定距離やそれらの関連座標の各々は、点群を形成するために使用可能である。

図１〜４を参照すると、光源１０２から投影された平行ビームは、回折角βを変更するための範囲にわたって掃引される波長を有し得る。本明細書に記載がある「掃引」について、波長が、間隔又は増分を持って連続掃引可能であることを理解されたい。図示の通り、光源１０２からの光は、入射角α₀で回折格子１０４上に（干渉計１１０により）投影可能である。いくつかの方法において、入射角α₀は、固定され得る。したがって、干渉計１１０と回折格子１０４の関係は、下記でより詳細に検討する通り、様々な走査にわたって維持され得る。

平行ビームは、可変波長で光源１０２から投影され得る。例えば、光源制御装置１１８は、光源１０２から平行ビームの波長を変更するための命令を含み得る。上述の通り、いくつかの実施例において、光源１０２からの平行ビームが掃引可能である波長λの範囲は、１．２５μｍ〜１．３５μｍであり得る。光源１０２からの平行ビームの波長λが掃引されると、回折角βは変化する。回折角βは、以下の式（４）にしたがって変化する。
λ＝ ｄ（ｓｉｎα₀−ｓｉｎβ） （４）
式中で、回折格子１０４中の格子の溝周波数ｄは、１２００／ｍｍである（非限定実施例として）。式（４）によれば、波長λが増加すると、回折角βは増加する。引き続き、波長λが１．２５μｍ〜１．３５μｍで掃引される上記の実施例において、回折角βは、６１．３度から８５．９度まで変化し、又は視野は、垂直軸に沿って２４．６度である。

いくつかの方法において、光源１０２からの平行ビームは、線幅１ＭＨｚを有し得る。このような方法において、コヒーレンス長は、３００ｍ（又は単一経路範囲は１５０ｍ）でよい。さらに、光源１０２からの平行ビームは、１．６ＧＨｚの範囲を有し得る。これらの方法において、分解能は、９ｃｍである場合がある。これらの方法の各々において、ライダーセンシングシステム１００は、多くの自律駆動アプリケーション（例：測距は１００ｍで、分解能は１０ｃｍ未満）におけるライダー用の現行標準要件を少なくとも満たし得る。

図５を参照すると、いくつかの方法において、ライダーセンシングシステム１００は、軸に沿って視野を拡大するための構成要素をさらに具備してよい。例えば、ライダーセンシングシステムは、視野（ＦＯＶ）拡大システム５００を具備し得る。ＦＯＶ拡大システム５００は、回転要素５０２とミラー５０４とを具備する場合がある。回転要素５０２は、ミラー５０４に動作可能に接続し得る。例えば、回転要素５０２は、ミラー５０４用の自在軸受け５０６に動作可能に接続し得る。いくつかの方法において、回転要素５０２は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）駆動体でよい。このような方法において、回折格子１０４は、物体ビームをミラー５０４に向けて回折するように配列され得る。その後、回転要素５０２は、ミラー５０４を回転可能で、軸に沿ってライダーセンシングシステム１００の視野を拡大する。

いくつかの実施形態において、回転要素５０２は、垂直軸に沿ってミラー５０４を複数度で回転し得る。該回転において、回折格子１０４から回折された物体ビームは、ミラー５０４の回転に対応する角度範囲５０８でミラー５０４に反射され得る。結果として、ライダーセンシングシステム１００の視野５１０は、ミラー５０４の回転の程度や光源１０２からの平行ビームの波長の変化により画成され得る。

平行ビームの波長が該範囲にわたって掃引されると、ライダーセンシングシステム１００は、（例：軸に沿って）外部環境１０６の物体までの様々な距離に対応するデータを取得し得る。この点で、ライダーセンシングシステム１００は、軸（例：外部環境１０６の垂直軸）に沿って外部環境１０６の走査（２次元走査）を実行する場合がある。下記でより詳細に検討する通り、ライダーセンシングシステム１００の様々な構成要素を回転する場合、ライダーセンシングシステム１００は、追加の垂直走査を発生させる場合がある。これらの追加の垂直走査は、組み合わせ可能で、（例：点群発生器１２４により）外部環境１０６の３次元走査を発生させる。このような３次元走査は、物体検出とトラッキング、高機能駆動支援システム、自律駆動等を含むがこれらに限定されない、いくつかの実用アプリケーションを有し得る。さらに、このような３次元走査は、例えば、３次元地図の作成を含む車両アプリケーション以外の他分野で使用可能である。

図１〜６を参照すると、いくつかの実施形態によれば、ライダーセンシングシステム１００は、回転システム１２６を具備してよい。回転システム１２６は、ライダーセンシングシステム１００の１つ以上の要素を回転するように構成されたいかなる単一又はグループの構成要素である又はそれを具備する場合がある。回転システム１２６は、外部環境１０６の３次元データとその結果生じる３次元点群を発生させるために使用可能である。

図１に示す通り、いくつかの方法において、回転システム１２６は、モータ１２８と、１つ以上の回転駆動体１３０と、１つ以上の回転ステージ１３２と、を具備する場合がある。いくつかの方法において、モータ１２８は、ＤＣモータでよい。モータ１２８は、回転駆動体１３０に（例：シャフトにより）接続可能である。モータ１２８は、回転駆動体１３０を回転するように構成され得る。回転駆動体１３０は、１つ以上のギヤと、プーリーと、及び／又はモータ１２８により回転されるように、結果として、回転ステージ１３２を回転するように構成された他の構成要素である又はそれを具備する場合がある。回転ステージ１３２は、ライダーセンシングシステム１００の１つ以上の要素を支持（それによって、回転）するように構成可能である。例えば、回転ステージ１３２は、回折格子１０４と、その上に設置され得るＦＯＶ拡大システム５００（含まれる場合）等を支持し得る。いくつかの方法において、回転ステージ１３２は、開口部１３４を具備し得、物体ビームが回転ステージ１３２を通過して、回折格子１０４に達することができる。

モータ１２８は、図示の軸１３６の周りで回転するように構成可能である。モータ１２８が軸１３６の周りで回転する場合、モータ１２８は、別の軸の周りで回転駆動体１３０を回転し得る。図示の実施例において、モータ１２８は、回転駆動体１３０を同一軸１３６の周りで回転させる。しかしながら、モータ１２８は、回転駆動体１３０を軸１３６とは異なる軸に沿って回転させる。したがって、本開示は、図１に示す特定の配置に限定されない。

回転駆動体１３０が軸（例えば、軸１３６）の周りで回転する場合、回転駆動体１３０は、回転ステージ１３２を別の軸１３８の周りで回転させる。いくつかの方法において、回転駆動体１３０は、回転ステージ１３２を軸１３８の周りで全３６０度回転させる。いくつかの方法において、回転駆動体１３０は、回転ステージ１３２を軸１３８の周りで全３６０度未満（又は超えて）回転させる。回転ステージ１３２が軸１３８の周りで回転すると、ライダーセンシングシステム１００は、垂直軸に沿って（例：光源１０２の制御により）追加の走査を発生させる場合がある。これらの走査の各々は、垂直軸に沿って配置された様々な物体に関連する距離データを発生し得る。点群発生器１２４は、これらの垂直走査の各々に基づいて、３次元点群を発生するための命令を含み得る。

図６に示す通り、いくつかの方法において、回転システム１２６は、回転要素５０２とミラー５０４とを具備してよい。回転要素５０２とミラー５０４は、図５に関連して上述したものと類似であり得る。いくつかの方法において、ライダーセンシングシステム１００は、ＦＯＶ拡大システム５００と回転システム１２６の両方を具備可能で、この場合、ライダーセンシングシステム１００は、２つの回転要素５０２と２つのミラー５０４を具備する。

回転システム１２６が回転要素５０２とミラー５０４を具備する場合、回転要素５０２は、軸６０２（例：垂直軸に平行な軸６０２）の周りでミラー５０４を回転するように配列され得る。ミラー５０４は、軸６０２の周りで回転可能で、その後の垂直走査は、外部環境１０６から発生可能である（例：ボックス６０４で示す）。これらの垂直走査の各々は、上述の通り、点群を発生させるために使用可能である。

開示されたシステム及び構成要素の様々な側面が説明されたところで、ライダー走査方法を、図７を参照して説明する。図７のフローチャートは、ライダー走査の唯一の実施例を提供する。したがって、以下の開示は、図７に示す各々の及びあらゆる機能ブロックに限定されないものとする。反対に、該方法は、図７に示す各々の及びあらゆる機能ブロックを必要としない。いくつかの実施例において、該方法は、追加の機能ブロックを具備してよい。さらに、該方法は、図７記載と同一の時系列で実行する必要はない。

図７を参照すると、フローチャートは、ライダー走査の典型的な方法７００を表すように示される。

操作７０２において、方法７００が開始する。例えば、方法７００は、初期化信号（例：ユーザから）が本明細書記載の様々な構成要素／システムにより受信される場合に開始し得る。別の実施例として、方法７００は、車両が始動した場合（例：ライダーセンシングシステム１００が車両の構成要素である場合）、開始し得る。方法７００は、操作７０４に移行可能である。

操作７０４において、方法７００は、光源１０２を制御することを含む場合があり、１度目に第１波長で平行ビームを投影する。平行ビームは、干渉計１１０により物体ビームと基準ビームに分割され得る。物体ビームは、回折格子１０４上に投影され得る。いくつかの方法において、プロセッサ１１４は、光源制御装置１１８からの命令にしたがって、光源１０２を制御する場合がある。物体ビームは、第１回折角βで回折格子１０４から回折され得る。物体ビームは、平行ビームの波長にしたがって、第１回折角βで回折格子１０４から回折され得る。方法７００は、操作７０６に移行可能である。

いくつかの方法において、光源１０２が第１波長で平行ビームを投影する場合、方法７００は、ＦＯＶ拡大システム５００用の１つ以上の制御信号を発生させることをさらに含む場合があり、回転要素５０２を制御して、ミラー５０４を第１方向に回転する。このような方法において、平行ビームは、ミラー５０４の回転の程度に対応する第１角度範囲５０８で、ミラー５０４に反射され得、外部環境１０６に移動する。ミラー５０４が第１方向に回転する方法において、ライダーセンシングシステム１００用の視野は、第１及び第２回折角と第１角度範囲５０８により画成され得る。

操作７０６において、方法７００は、検出器２０２から第１干渉稿に対応する信号を受信することを含み得る。干渉計１１０は、外部環境１０６の物体と基準ミラー２０６に反射された光に基づいて、第１干渉稿を発生させる場合がある。検出器２０２は、干渉稿を検出して、干渉稿に対応する信号を発生させる場合がある。第１干渉稿は、操作７０４で投影された平行ビームに関連し得る。方法７００は、操作７０８に移行可能である。

操作７０８において、方法７００は、操作７０６から第１干渉稿に関連する第１距離を計算することを含み得る。信号解析器１２２は、（例：式１〜３のいずれかにより）第１距離を計算するための命令を含み得る。信号解析器１２２は、様々な信号特性（例：周波数、時間、又はその他の特性）を決定するために、機能ブロック７０６からの信号を解析するための命令を含むことができる。信号解析器１２２は、解析信号の様々な特性に基づいて、第１距離を計算するための命令を含むことができる。方法７００は、操作７１０に移行可能である。

操作７１０において、方法７００は、光源１０２を制御することを含む場合があり、２度目に第２波長で平行ビームを投影する。操作７１０は、操作７０４に類似し得る。しかしながら、第２波長は、第１波長と異なる場合がある。したがって、物体ビームは、第１回折角βと異なる第２回折角βで、回折格子１０４から回折可能である。物体ビームは、平行ビームの波長にしたがって、第２回折角βで、回折格子１０４から回折可能である。

方法７００は、操作７０８に関連して上述と略同一方法で、追加の距離を計算することを含み得る。この点について、方法７００は、外部環境１０６の軸に沿って配置される様々な物体に関連する距離を計算することを含み得る。該距離は、干渉計１１０により発生され、検出器２０２により検出された干渉稿に基づいて、計算され得る。該距離は、「転がり」基準で計算可能である。例えば、光源１０２が波長の範囲にわたって平行ビームを掃引するように制御されると、方法７００は、平行ビームが波長の範囲にわたって掃引される際に、距離を計算することを含み得る。

いくつかの方法において、光源１０２が第２波長で平行ビームを投影する間、方法７００は、ＦＯＶ拡大システム５００用の１つ以上の制御信号を発生させることをさらに具備する場合があり、回転要素５０２を制御して、ミラー５０４を第２方向に回転する。このような方法において、物体ビームは、ミラー５０４の回転の程度に対応する第２角度範囲５０８で、ミラー５０４に反射され得、外部環境１０６に移動する。ミラー５０４を第２方向に回転する方法において、ライダーセンシングシステム１００用の視野は、第１及び第２回折角と第２角度範囲５０８により画成可能である。さらに、光源１０２が第１波長で平行ビームを投影する間の第１方向と、光源１０２が第２波長で平行ビームを投影する間の第２方向の両方にミラー５０４を回転する場合、ライダーセンシングシステム１００用の視野は、第１及び第２回折角と第１及び第２角度範囲５０８により画成可能である。

いくつかの方法において、第１位置で軸（例：垂直軸）に沿って第１走査を発生させるための操作７０２〜７１０の実行後、方法７００は、第２位置まで別の軸の周りでライダーセンシングシステム１００の１つ以上の構成要素に回転システム１２６用の１つ以上の制御信号を発生させることをさらに含む場合がある。このような方法において、方法７００は、（例：回転ステージ１３２を第２位置に配置する場合、操作７０２〜７１０を実行することにより）外部環境１０６の近傍部の第２走査（及び追加の走査）を発生させることをさらに含み得る。

いくつかの方法において、方法７００は、（操作７０８で計算される第１距離を含む）距離に基づいて、点群地図を作成することを含む場合がある。点群地図は、３６０度の点群地図であってよい。例えば、回転ステージが第２軸の周りで３６０度回転する場合、点群地図は、３６０度の点群地図であり得る。

下記でより詳細に検討する通り、ライダーセンシングシステムは、平行ビームを様々な波長にわたって投影するように制御される光源を具備する。干渉計は、平行ビームを受光して、回折格子で平行ビームに対応する物体ビームを投影する。物体ビームは、平行ビームの波長に対応する異なる角度で回折格子から回折される。結果として、ライダーセンシングシステムは、第１平面内の外部環境の第１軸に沿って走査（例：水平走査）を発生させる。その後、ライダーセンシングシステムの様々な構成要素は、様々な水平走査（例：複数平面）を生成するように構成されて、このため、３次元走査を発生させる。他のシステムは、視野内の単一点の距離を測定するために周波数変調器の使用を必要としてきたが、システム効率を制限するものである。このようなシステムにおいて、視野内の各点の周波数変調は、該点の距離を計算するために実行された。このため、このようなシステムは、外部環境の連続的及び迅速な走査に依存するアプリケーション（例：自律走行車）において、所望ではなかった。本明細書記載の特有のシステムにより、光源からの周波数の連続掃引が可能であって、掃引全体で各点の距離を連続的に計算する間、視野全体にわたって走査を発生させる。このシステムにより、外部環境の走査に要する時間を低減するため、システムは、自律走行車等のアプリケーションにおいてより所望である。

図８は、実施形態に係る、ライダーセンシングシステム８００のブロック図を示す。ライダーセンシングシステム８００は、光源８０２を具備する。いくつかの実施形態において、光源８０２は、平行ビーム（例：レーザ）を出力し得る。さらに、光源８０２は、平行ビームの波長λ（及びそれに対応する周波数）を調整するために構成され得る。この点について、光源８０２は、（少なくとも）レーザの波長λを調整する波長可変レーザでよい。光源８０２は、第１波長λ１から最終波長λ２までの範囲にわたって、平行ビームの波長λを調整するために構成され得る。光源８０２は、下記でより詳細に検討する通り、波長λの範囲にわたって掃引される場合がある。ある実施形態において、複数の波長可変レーザは、波長λの帯域幅をより大きくするためにカスケードされ得る。ある実施形態において、光源８０２は、拡大空洞レーザ、波長可変ＶＣＳＥＬ、又はそれらの他の変形例でよい。別の実施形態において、光源１０２は、複数の波長可変レーザ又は波長可変ＶＣＳＥＬを具備し得る。

ライダーセンシングシステム８００もまた、ビーム分割装置８０３と、ビームステアリング装置８０４と、光学開口部（図示せず）と、検出器８０６と、計算装置８０７と、結合装置８８０と、を具備する。ビーム分割装置８０３は、アプリケーションによっては、干渉計、導波路結合器、又は他のビーム分割要素であり得る。代わりの実施形態において、ビーム分割装置８０３は、ビームステアリング装置８０４と一体化が可能である。ビーム分割装置８０３は、光源８０２から入射ビーム８０８を分割して、入射ビーム８０８を基準ビーム８０９と物体ビーム８１０に分割するように設計される。その後、物体ビーム８１０は、ライダーシステム８００外部の領域に複数の角度により物体ビーム８１０を導くビームステアリング装置８０４に向けて投影される。ある実施形態において、ビームステアリング装置８０４は、第１軸に沿って走査可能な波長分散要素と、第２直交軸に沿って走査可能なビーム指向装置と、を具備する。ライダーシステム８００外部の領域は、物体ビーム８１０が衝突してそこに反射する物体８２０を具備し得る。その後、反射された物体ビーム８１１は、光学開口部によりライダーシステムに再入射して、検出器８０６に向けて投影される。基準ビーム８０９は、光学開口部、検出器８０６、又は検出器８０６の前のスポットのいずれか１つで、反射された物体ビーム８１１に再結合される。反射された物体ビーム８１１と基準ビーム８０９の再結合により、干渉ビーム８１２が生成される。

干渉ビーム８１２は、検出器８０６により受光される。検出器８０６は、光ビームを受光するために当該技術で公知ないかなるセンサでよい。検出器８０６は、検出された干渉ビーム８１２を計算装置８０７に出力する。計算装置８０７は、プロセッサとメモリとを具備し得る。プロセッサは、本明細書記載のいかなるプロセス又は機能又はいかなる形式の命令を実行及び／又は遂行するように構成されて、そのようなプロセスを実行又は実行させるようにする、いかなる単一又はグループの構成要素を具備する場合がある。１つ以上の装置において、プロセッサは、ライダーセンシングシステム８００の主プロセッサでよい。適切なプロセッサの実施例は、マイクロプロセッサと、マイクロコントローラと、ＤＳＰプロセッサと、ソフトウェアを実行し得る他の電気回路と、を具備する。適切なプロセッサのさらなる実施例は、中央処理装置（ＣＰＵ）と、アレイプロセッサと、ベクトルプロセッサと、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）と、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）と、プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）と、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）と、プログラマブルロジック回路と、制御装置とを含むがこれらに限定されない。プロセッサは、プログラムコードに含まれる命令を実行するように構成された少なくとも１つのハードウェア回路（例：集積回路）を具備してよい。複数のプロセッサが存在する装置において、このようなプロセッサは、互いに独立して動作可能で、又は１つ以上のプロセッサは、互いに組み合わせて動作可能である。

メモリは、１種類以上のデータを記憶するために組み立てられ得る。メモリは、揮発性及び／又は不揮発性メモリを記憶し得る。適切なメモリの実施例は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）と、フラッシュメモリと、ＲＯＭ（読み出し専用メモリ）と、ＰＲＯＭ（プログラム可能な読み出し専用メモリ）と、ＥＰＲＯＭ（消去可能プログラム可能な読み出し専用メモリ）と、ＥＥＰＲＯＭ（電気的消去可能プログラム可能な読み出し専用メモリ）と、レジスタと、磁気ディスクと、光ディスクと、ハードドライブと、又は他のいかなる適切な記憶媒体と、又はそれらのいかなる組み合わせを含む。メモリは、プロセッサの構成要素であり得、又はメモリは、それにより使用されるためのプロセッサに動作可能に接続され得る。いくつかの装置において、メモリは、遠隔設置可能で、適切な通信装置による等、プロセッサによりアクセス可能な場合がある。

代わりの実施形態において、計算装置８０７もまた、ビーム分割装置８０３、ビームステアリング装置８０４、光学開口部８０５及び／又は検出器８０６と接続可能である。ある実施形態において、計算装置８０７は、信号解析器を具備する。信号解析器は、干渉ビーム８１２の周波数ｆを識別するために、検出器８０６から信号を処理するための命令である又はそれ具備し得る。１つの実施例として、信号解析器は、干渉稿に対応する信号に関連する周波数を計算、識別、定量化、及び／又はその他で決定するための周波数カウンタである又はそれを具備可能である。別の実施例として、信号解析器は、コンピュータ可読命令を含む場合があり、信号の周波数を識別するために干渉稿の周波数解析（例：高速フーリエ解析）を実行する。信号解析器は、それぞれの信号の各々のための周波数Δｆの範囲を識別するための命令を含む場合がある。信号解析器は、基準信号８０９と反射された物体ビーム８１１との間の時間シフトτを識別するための命令を含む場合がある。信号解析器は、基準信号及び／又は物体信号のためのランプ期間ｔ_mを識別するための命令を含む場合がある。信号解析器は、基準信号と物体信号との間の時間の様々な点で、うなり周波数ｆ_beatを識別するための命令を含む場合がある。うなり周波数は、周波数カウンタを使用して、識別可能である。周波数カウンタは、計算装置と一体化されて、又は他の実施形態において、別個の装置であり得る。それぞれの信号のこれらの周波数又は他の特徴の各々（又は一部）は、物体までの距離Ｒを決定するために使用され得る。すなわち、計算装置８０７及び／又は信号解析器は、受光された干渉ビームを分割して、ビームのタイミングに基づいて、ライダーシステムから物体８２０の距離を決定可能で、それらビームがライダーシステム８１０を通過（例：から入出）して伝搬すると、ビームの周波数変化により、ライダーシステムに対する物体８２０の速度又は移動を決定可能である。

計算装置８０７は、点群発生器を具備してよい。点群発生器は、様々な距離測定値から点群を発生させるための命令である又はそれを含む場合がある。本明細書で使用する点群は、外部環境で検出される様々な表面までの測定距離に基づいて、ライダーセンシングシステム８００の外部環境の２次元又は３次元表示を指す。点群発生器は、各計算距離、例えば、座標系の関連座標を記憶するための命令を含む場合がある。さらに、物体ビームが移動される（例：機械的に又は電気機械的に）場合、さらなる距離測定値が得られ、したがって、外部環境の２次元走査又は３次元走査を生成する。これらの測定値の少なくともいくつかは、点群を形成するために使用可能である。ライダーセンシングシステム８００の少なくともいくつかの構成要素が、軸の周りで複数度回転する場合等、いくつかの方法において、点群は３Ｄ点群であり得る。例えば、ライダーセンシングシステム８００の構成要素の少なくともいくつかが軸の周りで３６０度回転する場合、点群発生器は、３６０度の点群を発生させ得る。測定距離やそれら関連座標の各々は、点群を形成するために使用可能である。

計算装置８０７は、視野内の物体の距離を連続的に計算可能である。例えば、波長が１．２５μｍ（例：第１波長）〜１．３６μｍ（例：最終波長）まで調整される場合等、光源８０２が第１波長から最終波長まで直線的に連続掃引する際に、物体ビームの特定のライダーシステム（以下の典型的な実施形態等）用のビームは、第１軸に対して約２５度屈折される。２５度の連続掃引にわたって、０．０１度の変化は、ライダーセンシングシステムから１００ｍの距離で約１．７ｃｍの変化に相当する。しかしながら、通常の平行ビーム（例：約０．４ミリラジアンの発散量を有する物体ビーム）は、１００ｍ離れた物体で約８ｃｍの直径を有する。このため、物体ビームの０．０１度の変化は、変化がないものと考えることが可能で、そのため、波長が第１波長から最終波長までの掃引から連続的に調整されると、その後、コンピュータは、０．０１ｎｍの増分を使用して、いかなる物体の周波数変調を約９ｃｍの分解能で計算可能である。このため、ある実施例において、本明細書のライダーシステムは、約１００ｎｍの広い同調範囲の連続掃引を達成可能で、周波数変調制御波（例：うなり周波数）を同時に計算する間、第１軸上で２５度角の掃引を実現する。結果として、範囲（例：システムからの物体の距離）を連続的に計算できる。これにより、計算の待ち時間を大幅に改善可能である。

図９は、ある実施例に係る、ライダーセンシングシステム９００の第１実施例を示す。ライダーセンシングシステム９００の第１実施例は、光源９０２と、ビーム分割装置９０３と、ビーム指向装置９０４と、光学開口部９０５と、検出器９０６と、コリメートレンズ９０７と、波長分散要素９０８と、計算装置（図示せず）と、を具備する。光源９０２は、コリメートレンズ９０７により、光学ビーム９２０を投影する。コリメートレンズ９０７は、ビーム分割装置９０３の入力装置に光学的にアラインされる。ある実施形態において、ビーム分割装置９０３は、光学ビーム９２０を基準ビーム９２１と物体ビーム９２２に分割する干渉計である。物体ビーム９２２は、ビーム指向装置９０４に光学的にアラインされる。本実施例において、ビーム指向装置９０４は、回転可能なミラーである。回転可能なミラーは、入射物体ビーム９２２を波長分散要素９０８上に指向するように構成される。すなわち、回転可能なミラーは、光学ビームの経路に沿って波長分散要素９０８の前に光学的に配置される。代わりの実施形態において、回転可能なミラーは、波長分散要素９０８の向こう側に（例：波長分散要素の後ろに）光学的に配置される。波長分散要素９０８は、入射ビーム周波数に特有な角度に沿って入射光束を指向又は反射するいかなる装置でよい。例えば、波長分散要素９０８は、回折格子、格子結合器等であり得る。

その後、波長分散要素９０８は、入射物体ビーム９２２の周波数に特有な角度に沿って入射物体ビーム９２２を回折する。例えば、物体ビーム９２２は、超低周波数（例：光源が出力可能な最小周波数）を表す第１周波数を有し得、波長分散要素９０８は、視野９４０用の第１極値９２３を定義する第１軸上の第１角度９２１に沿って光学ビームを回折する。同様に、入射物体ビーム９２２は、超高周波数（例：光源が出力可能な最大周波数）を表す最終周波数を有し得、波長分散要素９０８は、視野９４０用の第２極値９２４を定義する第１軸に沿って第２（例：最終）角度９２９に沿って光学ビームを回折する。投影装置９５０は、第１軸の視野９４０を拡大するために、波長分散要素９０８から回折された角度を拡大し得る。ある実施形態において、投影装置９５０は、投影レンズ、一連のプリズム、集束レンズ、発散レンズ、円柱レンズ、曲面鏡、一連のミラー又はこれらのいかなる組み合わせでよい。このように、光源９０２が最小周波数から最大周波数まで掃引される場合、出力光学ビーム９２２の部分は、第１軸に沿って視野内のいかなる物体に衝突する。その後、物体からの反射光は、ライダーシステム９００に戻る同一経路を通過して移動し、検出器９０６により受光される。

要約すると、光源９０２は、超低周波数から超高周波数まで（又はその反対）、連続掃引する。各特定の周波数において、物体ビーム９２０は、該周波数に対応する特有の角度でライダーシステムから指向される。このため、物体ビーム９２０は、第１平面内の第１超角度９２３から最終超角度９２４まで、ライダーシステム外部の領域を連続的に走査する。第１超角度９２３と最終超角度９２４は、第１軸（例：垂直軸）に沿って視野９４０を画成する。光源９０２が第１掃引を完了後に、回転可能なミラー９０４は、その後、作動（例：回転又は移動）されて、波長分散要素９０８に、異なる角度で物体ビーム９２０を投影する場合がある。この結果として、物体ビーム９２０はその後、第１軸に直交する、第２軸（例：水平軸）に沿って異なる角度で回折される。このように、光源９０２は、視野内の物体の距離や位置を決定するために、超低周波数から超高周波数まで（又はその反対）連続的に再掃引可能である。すなわち、回転可能なミラー９０４を回転すると、ライダーシステム外部の領域が２次元で結像可能で、受光した光によって、計算装置（図示せず）は、外部環境の３次元画像を作成可能である。

図１０は、ある実施形態に係る、ライダーセンシングシステム１０００の第２の実施例の部分を示す。ライダーセンシングシステム１０００の第２の実施例は、光源１００２と、検出器１００３と、フィルター１００４と、計算装置１００５と、ビーム指向装置１００６と、波長分散要素１００７と、投影装置１００８と、を具備する。ライダーシステムはまた、ビーム分割装置（図示せず）と基準ビーム路（図示せず）を具備する場合がある。ある実施例において、光源１００２は、波長可変レーザである。ある実施形態において、ビーム指向装置１００６は、１ｘＮスイッチでよい。別の実施形態において、ビーム指向装置１００６は、１ｘＮ分割器であり得る。１ｘＮスイッチ又は１ｘＮ分割器は各々、１つの入力装置とＮ個の出力装置を有する。１ｘＮスイッチは、入力装置を自身が内外に指向する出力装置を選択的に選ぶ場合がある。１ｘＮ分割器は、入射ビームをＮ回分割して、各出力装置から入射ビームの部分を投影する場合がある。

ある実施例において、光源１００２は、第１周波数から最終周波数まで掃引する掃引物体ビーム１０２０を投影する。物体ビーム１０２０は、ビーム指向装置１００６へ、投影装置１００８により指向される。投影装置１００８は、入射ビーム角を拡大して、より長い又は幅広い視野に到達する場合がある。ある実施例において、投影装置は、集束レンズでもよい。その後、物体ビーム１０２０は、波長分散要素１００７に衝突する。その後、波長分散要素１００７は、物体ビーム周波数によっては、第１軸１０９０の角度に沿って物体ビーム１０２０を回折する。ビーム指向装置１００６と投影装置１００８は、１ｘＮスイッチの出力対象の出力装置によっては、第２軸１０９２の角度に沿って物体ビームを指向する。例えば、光源１００２により投影された第１波長は、第１軸１０９０の第１超角度１０９７に沿って物体ビーム１０２０を投影する。光源１００２により投影された最終波長は、第１軸１０９０の第２超角度１０９８に沿って物体ビーム１０２０を投影する。さらに、Ｎ個の出力装置の第１極値１０３０からの物体ビーム１０２０の出力装置は、第２軸１０９２の第１超角度１０８７に沿って物体ビーム（すべての波長にわたって）１０２０を指向する。Ｎ個の出力装置の第２極値１０３１からの物体ビーム１０２０の出力装置は、第２軸１０９２の第２超角度１０８８に沿って物体ビーム（すべての波長にわたって）１０２０を指向する。第１軸１０９０の第１及び第２超角度と第２軸１０９２の第１及び第２超角度は、視野を画成する。このように、視野１０５１に配置されたいかなる物体は、反射された物体ビーム（図示せず）が検出器１００３に戻って指向される後、精密に測定可能である（例：地図化され、距離を計算し、いかなる運動は計算装置１００５により計算可能である）。

図１１は、ある実施形態に係る、ライダーセンシングシステム１１００の第３の実施例を示す。ライダーセンシングシステム１１００の第３の実施例は、光源１１０２と、検出器アレイ１１０３と、計算装置（図示せず）と、ビーム指向装置１１０６と、波長分散要素１１０７と、受信アレイ１１０８と、を具備する。ビーム指向装置１１０６は、第１１ｘＮ分割器でよい。波長分散要素１１０７は、複数の格子結合器を具備する。代わりの実施形態において、複数の回折格子又は他の類似の分散手段を使用可能である。複数の回折格子（例：波長分散要素１１０７）は、１ｘＮ分割器（すなわち、ビーム指向装置１１０６）に一体化しされ得る。受信アレイ１１０８は、検出器アレイ１１０３の検出器の１つに各々接続される複数の格子結合器を具備する。ライダーセンシングシステム１１００もまた、出力ビーム１１９１の第１部分を受光して、出力ビーム１１９１の第１部分をＮ個の基準ビームに分割するように構成される第２１ｘＮ分割器１１９０を具備してよい。Ｎ個の基準ビームの各々は、検出器アレイ１１０３の検出器の１つに向けて指向される。代わりの実施形態において、第１１ｘＮ分割器は、波長分散要素１１０７の各格子結合器用の別個の出力装置を具備する場合がある。別個の出力装置の各々は、基準ビームとして機能するために、検出器アレイ１１０３の検出器の１つに向けて指向され得る。

ライダーセンシングシステム１１００もまた、波長分散要素（すなわち、複数の格子結合器）から投影されたビーム角を拡大する投影装置（図示せず）を具備してよい。光源１１０２の出力ビーム１１９１の第１部分は、第１部分１１９１をＮ個の基準ビームに分割して、検出器アレイ１１３０の検出器の１つに向けてＮ個の基準ビームの各々を指向する第２１ｘＮ分割器１１９０に指向され得る。その後、出力ビーム１１９２の第２部分は、第１１ｘＮ分割器の入力装置（すなわち、ビーム指向装置１１０６）に指向され得る。その後、第１１ｘＮ分割器によるビーム指向装置１１０６は、出力ビーム１１９２の第１部分をＮ個の物体ビームに分割する場合がある。その後、Ｎ個の物体ビームの各々は、複数の格子結合器の１つ（すなわち、波長分散要素１１０７）に向けて指向される。その後、複数の格子結合器（すなわち、波長分散要素１１０７）は、第１軸１１９５の軸に沿って、ライダーシステム１１００の外部（本実施例において、ページ外）に、それぞれのＮ個の物体ビーム（ビーム指向装置１１０６の出力装置から生じる）を回折する。その後、Ｎ個の物体ビームは、物体に衝突し、受信アレイ１１０８の複数の格子結合器の１つに戻って反射し得る。その後、受信アレイ１１０８の複数の格子結合器は、検出器アレイ１１０３の検出器の１つに向けて特定の反射されたＮ個の物体ビームを指向する場合がある。その後、検出器アレイの各検出器は、特定の基準ビームをＮ個の反射された物体ビームのそれぞれ１つと比較し得る。このように、波長分散要素１１０７の複数の導波路格子結合器は、Ｎ個の物体ビームの１つの周波数変化として、第１軸１１９５に沿って走査するため、Ｎ個の物体ビームの１つをガイドする。さらに、ビーム指向装置１１０６の出力装置の各々の間の距離により、第２軸１１９６に沿って走査を広範囲にわたって行うことができる。すなわち、光源１１０２の１回の掃引において、ライダーシステムは、２次元で（例：第１軸１１９５と１１９６に対して）、外部環境の情報を走査・受信可能である。その後、受信情報（例：反射されたＮ個の物体ビーム）は、距離（時間に基づいて）と移動（周波数変調又は測定ドップラー効果に基づいて）を決定するように使用可能である。

ある実施形態において、ビーム指向装置１１０６の複数の導波路格子結合器と受信アレイ１１０８の複数の導波路格子結合器は、第１軸に軸方向にアラインされる。さらに、受信アレイ１１０８の複数の導波路格子結合器は、第２軸１１９６に平行な軸１１９８に沿ってアラインされる。その上、ビーム分割装置の導波路結合器は、第２軸１１９６に平行な軸１１９７に沿ってアラインされる。ある実施形態において、ビーム指向装置１１０６の複数の導波路格子結合器の各々は、受信アレイ１１０８の導波路結合器の１つと第１軸１１９５に平行にアラインされる。

図１２は、ある実施形態に係る、ライダーセンシングシステム１２００の第４の実施例を示す。ライダーセンシングシステム１２００は、光源１２０２と、検出器アレイ１２０３と、計算装置（図示せず）と、ビーム指向装置１２０６と、波長分散要素１２０７と、受信アレイ１２０８と、を具備する。光源１２０２は、第１波長可変レーザ１２１０と、第２波長可変レーザ１２１１と、第３波長可変レーザ１２１２と、を具備する。第１波長可変レーザ１２１０と、第２波長可変レーザ１２１１と、第３波長可変レーザ１２１２は、カスケードされるため、各々は、ビーム指向装置１２０６の入力装置に接続される。カスケードされた第１波長可変レーザ１２１０と、第２波長可変レーザ１２１１と、第３波長可変レーザ１２１２により、波長出力の範囲が広くなり、結果として、第１軸１２９０に沿って視野が広くなる。例えば、チャート１２５０は、出力がカスケードされる光源１２０２を示す。第１部分１２５１において、第１波長可変レーザ１２１０は、第１波長から第２波長まで掃引する。第２部分１２５２において、第２波長可変レーザ１２１１は、第２波長から第３波長まで掃引する。第３部分１２５３において、第３波長可変レーザ１２１２は、第３波長から最終波長まで掃引する。このように、通常、波長可変レーザの帯域幅が制約されるが、これは、第１軸１２９０に沿って掃引角を広くするために、解消可能である。ライダーセンシングシステム１２００もまた、受信アレイ１２０８に接続されて、波長分散要素１２０７の各回折格子用の基準路１２２５として機能するビーム指向装置１２０６から別個の出力装置を具備する。光源１２０２は、第１波長（すなわち、対応する第１周波数）から最終周波数（例：対応する最終周波数）まで直線的に常に掃引する。

図１３ａ〜１３ｃは、ある実施形態に係る、ライダーセンシングシステム６００の光学経路の実施例を示す。図１３ａは、投影装置１３１０を備えたライダーセンシングシステムを示す。投影装置１３１１は、円柱レンズ、投影レンズ、又は視野を拡大し得る他のいかなる光屈折装置でよい。投影装置１３１０は、波長分散要素１３２０の前に位置決め得るため、波長分散要素１３１０の中心線軸１３２１が、投影装置１３１０の中心（例：円柱レンズの光軸）とアラインされる。ある実施形態において、投影装置１３１０は、第２軸（例：垂直軸）に沿って光学ビームの角度を屈折（例：変更）させる。さらに、投影装置１３１０により、波長分散要素１３１０が、第１軸のビーム角を屈折させることなく、第１軸（例：水平軸）に沿って投影・走査が単に可能である場合がある。投影装置１３１０は、ライダーセンシングシステム１３００に一体化されて、開口部として機能可能である。投影装置１３１０は、所望の光学特徴を可能にする波長分散要素１３１０からいかなる距離でも位置決め可能である。

図１３ｂは、複数の回折格子を備えた波長分散要素１３２０の側面図と投影装置１３１０の側面図を示す。ある実施形態において、最上部の回折格子から回折される物体ビーム１３３３は、投影装置１３１０に投影されて、投影装置１３１０は、物体ビーム１３３３の角度を変更する。同様に、最下部の回折格子から回折される物体ビーム１３３４は、投影装置１３１０に投影されて、投影装置１３１０は、第２物体ビーム１３３４の角度を変更する。このように、第２軸（例：垂直軸）で視野を拡大可能である。ある実施例において、第２軸に対する第２物体ビームの角度αは、式（５）にしたがって計算可能である。
角度α＝ α＊ ｔａｎ ｆ／ｙ（ｉ） （５）
式中で、ｙ（ｉ）は光軸までの格子の距離、αは静係数、ｆは円柱レンズの焦点距離である。すなわち、光軸から回折格子の各々までの距離は、物体ビームが第２軸で回折される角度に相関する（例：ライダーシステムによりもたらされる視野に相関される）。

図１３ｃは、可視の回折格子の１つを備えた波長分散要素１３２０の上面図と、投影装置１３１０（例：円柱レンズ）の上面図を示す。１つの回折格子は、角度の範囲にわたって（物体ビーム波長による）、物体ビーム１３４１を回折して、物体ビームは投影装置１３１０に移動する。投影装置１３１０は、物体ビーム１３４１の角度を屈折や変更させない。代わりの実施形態において、投影装置１３１０は、第１軸（例：水平軸）に物体ビーム１３４１の角度を屈折し得、視野の縮小・拡大を行う。

図１４は、ある実施形態に係る、典型的なライダーセンシング方法１４００を示すフローチャートを示す。操作１４０２において、方法１４００が開始する。例えば、方法７００は、初期化信号（例：ユーザから）が本明細書記載の様々な構成要素／システムにより受信される場合に開始し得る。別の実施例として、方法１４００は、車両が始動した場合（例：ライダーセンシングシステム１００が車両の構成要素である場合）、開始し得る。方法１４００は、操作７０４に移行し得る。

操作１４０４において、光源は、第１周波数（すなわち、第１波長）から最終周波数（すなわち、最終波長）まで連続掃引される掃引周波数の平行ビームを投影するように制御される。投影された掃引周波数の平行ビームは、波長分散要素に向けて指向される（例：投影される、又は光ファイバー又は導波路によりガイドされる）。ある実施例において、光源は、第１周波数と最終周波数との間の範囲を拡張するために、複数のレーザを具備し得る。１つの実施形態において、光源は、掃引周波数の平行ビームを平行にして、該ビームが波長分散要素に向けて指向されるための手段を有する。代わりの実施形態において、外部装置又はコリメートレンズを使用して、掃引周波数の平行ビームを平行にする。

操作１４０６において、掃引周波数の平行ビームは、基準ビームと物体ビームに分割される。いくつかの実施形態において、掃引周波数の平行ビームは、ビーム分割装置により分割される。ビーム分割装置は、導波路結合器、干渉計、又は他の公知の装置でよい。その後、基準ビームは、検出器に向けて（例：導波路、光ファイバー、又は他の半透明な手段により）指向される。基準ビームは、再結合装置に指向され得、検出器に到達する。再結合手段は、物体ビームの反射部分を基準ビームと結合させる。物体ビームと基準ビームの結合された反射部分は、干渉ビームを生成し得る。再結合手段は、２つの光学ビームを１つに結合する当該技術で公知のいかなる装置又は構造体でよい。

操作１４０８において、物体ビームは、波長分散要素上に指向されて、外部環境に回折される。波長分散要素は、回折格子又は類似の装置であり得、波長分散要素は、複数の回折格子又は類似の装置であり得る。ある実施形態において、複数の回折格子は、格子結合器と称される、光導波路上に一体化され得る。物体ビームは、波長分散要素に指向されて、波長分散要素は、掃引周波数の平行ビーム（及びそれにより、物体ビーム）の周波数に特有な第１軸に対する角度で外部環境に物体ビームを回折する。すなわち、掃引周波数の平行ビームの周波数が、平行ビームが第１周波数で投影される場合の第１回折角から平行ビームが最終周波数で投影される場合の最終回折角まで掃引される際に、物体ビームは、連続掃引される回折角で波長分散要素から回折される。第１回折角と最終回折角は、同一平面内の第１軸に沿って視野を画成する。その後、回折された物体ビームは、外部環境に入射して、視野内のいかなる物体に反射される。その後、反射された物体ビームは、受信装置（又はアレイ）により受光されて、検出器に向けて指向される。

操作１４１０において、基準ビームと反射された物体ビームは、１）反射された物体ビームと２）基準ミラーに反射された基準ビームに基づいて発生された干渉稿に基づいて、視野内に配置された物体に関連する距離を連続的に計算するために使用される。周波数カウンタは、検出器に具備され得、うなり周波数をカウントして計算する。その後、うなり周波数は、物体の距離を精密に計算するために使用可能である。代わりの実施形態において、（反射された物体ビームと基準ビームに基づく）他の計算手段は、物体の距離や位置を連続的に計算するために使用可能である。

上述の実施形態の記述は、例示や記述目的で提供された。開示された正確な形式に関して包括的又は限定的にすることを意図せず、変更または変形は、上述事項に鑑みて可能であって、開示された実施形態を実行することで取得可能である。

特定の実施形態を例示・記載するものの、以下の請求項で定義されるように、より広範囲な側面の技術から逸脱することなく、当業者にしたがって本明細書において、変更又は変形が実施可能であることを理解されたい。

本明細書で例示的に記載される実施形態は、本明細書に具体的に開示のない、いかなる要素や限定がない限りは、適切に実施され得る。このため、用語「具備する」、「〜からなる」、「含む」等は、広範囲にかつ限定がなく解釈されるものとする。さらに、本明細書で使用する用語や表現は、限定するものではない記述用語として使用され、図示や記載される特徴のいかなる均等物又はその部分を除外する用語や表現を使用における意図は存在せず、様々な変更例が、請求項記載の技術の範囲内で可能であると認識されるものとする。さらに、用語「〜から本質的になる」は、具体的に記載される要素や、請求項記載の技術の基本的及び新規の特徴に実質的に影響しないそれらの追加の要素を含むものとして理解されたい。用語「〜のみからなる」は、具体化されないいかなる要素を排除する。

本開示は、本出願に記載の特定の実施形態の観点から、限定的ではない。当業者には明らかなように、多くの変更例や変形例は、その主旨や範囲から逸脱することなく、記載される場合がある。本明細書に列挙されるものに加えて、本開示の範囲内の機能的に同等な方法や構成要素は、上述事項から当業者には明らかになるであろう。

このような変更例や変形例は、添付請求項の範囲内に含まれることを意図する。本開示は、このような請求項が権利化される均等物の全範囲と併せて、添付請求項の用語にのみ限定される。本開示は、明白に変わり得る、特定の方法、試薬、化合物、組成物又は生体系に限定されないことを理解されたい。

本明細書で使用する専門用語は、特定の実施形態のみを記載する目的であって、限定を意図するものではないことを理解されたい。

当業者に理解されるように、いかなるかつすべての目的のために、特に書面による説明を提供する観点から、本明細書記載のすべての範囲もまた、いかなる及びすべての可能な部分的範囲とそれらの部分的範囲の組み合わせを包含する。いかなる記載範囲は、少なくとも均等な２分の１部分、３分の１部分、４分の１部分、５分の１部分、１０分の１部分等に分割される同一の範囲を十分に記載及び可能にするものとして、容易に認識可能である。非限定の実施例として、本明細書記載の各範囲は、底部３分の１、中間部３分の１、及び上部３分の１等に容易に分割可能である。また、当業者が理解するように、「最大〜」、「少なくとも〜」、「〜を超える」、「〜未満」等のすべての語は、記載の数字を含み、上述の部分的範囲にその後分割され得る範囲を指す。最終的に、当業者に理解されるように、ある範囲は、各個々の部材を含む。

本明細書に記載のすべての刊行物、特許出願、交付済み特許及び他の文献は、各個々の刊行物、特許出願、交付済み特許及び他の文献が、そのすべてが引用により組み込まれるよう具体的かつ個別に表示されるように、本明細書で引用により組み込まれる。

引用により組み込まれる原文に含まれる定義は、それらが本開示における定義と齟齬がある限りにおいては、除外される。

１つの実施形態において、ライダーセンシングシステムは、経路に沿って平行ビームを投影するよう配列されて、投影された平行ビームの波長を調整するように構成された光源と；平行ビームを、１）基準ビームと２）ライダーセンシングシステムの外部環境に指向される物体ビームに分割する干渉計と；物体ビームの経路に沿って配列され、光源が、干渉計により入射角で回折格子上に物体ビームを投影して、平行ビームの波長にしたがって複数の回折角の１つで外部環境に物体ビームを回折する回折格子と；干渉計により発生されて、１）外部環境に設置された物体に反射された光と２）基準ビームに対応する干渉稿を検出する検出器と；処理回路を具備して、処理回路は、プロセッサとメモリとを具備して、メモリは、プロセッサにより実行される場合、光源を制御して、平行ビームを１度目に第１波長で、２度目に第２波長で投影して、平行ビームが第１波長で投影される場合、物体ビームは第１回折角で回折格子から回折されて、平行ビームが第２波長で投影される場合、物体ビームは第２回折角で回折格子から回折されて、第１回折角と第２回折角は、軸に沿って視野を画成し；検出器により検出された干渉稿に基づいて、視野内に配置された物体に関連する距離を計算するための命令を実行することにより、プロセッサを外部環境の軸に沿って走査を発生させる命令を記憶するように組み立てられる、計算システムと；を具備する。

別の実施形態において、ライダーセンシングシステムのメモリは、光源を制御して、第１波長と第２波長との間の平行ビームの周波数を掃引して、それによって、プロセッサは、物体ビームが視野にわたって掃引される際に、距離を計算するための命令を実行することにより、プロセッサを外部環境の軸に沿って走査を発生させる命令を記憶するように組み立てられる。

別の実施形態において、ライダーセンシングシステムは、外部環境の追加の走査を発生させるための回転システムを具備する。

別の実施形態において、ライダーセンシングシステムの回転システムは、計算システムに動作可能に接続されたミラーと；モータに動作可能に接続されて、モータにより回転される回転駆動体と；回転駆動体に動作可能に接続されて、回転駆動体により回転される回転ステージであって、回折格子は、軸に直交する第２軸の周りで回転ステージに取り付けられて、それとともに回転し、外部環境の軸に沿った走査は、第１走査で、メモリは、プロセッサにより実行される場合、第１位置で軸に沿って第１走査後に、モータ用の１つ以上の制御信号を発生させて、第２位置まで第２軸の周りで回転ステージを回転して、回転ステージが、第２位置に配置される場合、外部環境の近傍部の第２走査を発生させるための命令を実行することにより、プロセッサを外部環境の近傍部の第２走査を発生させる命令をさらに記憶する、回転ステージと；を具備する。

別の実施形態において、ライダーセンシングシステムの回転システムは、回折格子の向こう側の物体ビームの経路に沿って配列されたミラーと；ミラーに動作可能に接続されて、ミラーを回転するように構成される、回転要素であって、外部環境の軸に沿った走査は、第１走査で、メモリは、プロセッサにより実行される場合、第１位置で軸に沿って第１走査後に、回転要素用の１つ以上の制御信号を発生させて、第２位置までミラーを回転して、ミラーが、第２位置に配置される場合、外部環境の近傍部の第２走査を発生させるための命令を実行することにより、プロセッサを外部環境の近傍部の第２走査を発生させる命令をさらに記憶する回転要素と；を具備する。

別の実施形態において、ライダーセンシングシステムは、軸に沿って視野を拡大するための視野（ＦＯＶ）拡大システムであって、該ＦＯＶ拡大システムは、回折格子の向こう側の物体ビームの経路に沿って配列されたミラーと；ミラーに動作可能に接続され、ミラーを回転するように構成された回転要素であって、プロセッサは、光源が第１波長で平行ビームを投影する間、回転要素用の１つ以上の制御信号を発生させて、第１方向にミラーを回転して、物体ビームは、第１方向にミラーの回転の程度に対応する第１角度範囲でミラーから外部環境に反射されて、光源が第２波長で平行ビームを投影する間、回転要素用の１つ以上の追加の制御信号を発生させて、第２方向にミラーを回転して、物体ビームは、第２方向にミラーの回転の程度に対応する第２角度範囲でミラーから外部環境に反射される命令を実行することにより、軸に沿った外部環境の走査を発生させる回転要素と；を具備する。

別の実施形態において、ライダーセンシングシステムは、発生された干渉稿に関連する周波数を決定するように配列された周波数カウンタであって、メモリは、干渉稿に関連する周波数に基づいて、うなり周波数、干渉稿に関連する周波数の範囲、及びランプ期間を識別して；うなり周波数、周波数の範囲、及びランプ期間に基づいて、距離を計算するための命令をさらに記憶する、周波数カウンタをさらに具備する。

別の実施形態において、ライダーセンシングシステムの距離は、下記の式にしたがって計算される。

式中、ｃは光速度、ｆ_beatはうなり周波数、Δｆは周波数範囲、ｔ_mはランプ期間である。

別の実施形態において、ライダーセンシングシステムの距離は、下記の式にしたがって計算される。

式中、ｃは光速度、ｆ_beatはうなり周波数である。

は、傾斜の瞬時勾配、ｄｔ_mはランプ増分である。

別の実施形態において、ライダーセンシング方法の干渉計は、主干渉計であって、検出器は、主検出器であって、ライダーセンシングシステムは、固定経路長を備えた補助干渉計と；補助干渉計の干渉信号を検出する補助検出器と、をさらに具備して、距離は、下記の式にしたがって計算される。

式中、Ｒ₀は、補助干渉計の固定経路長、ｆ_refbeatは補助干渉計のうなり周波数、ｆ_beatは主干渉計により生じるうなり周波数である。

別の実施形態において、ライダーセンシングシステムは、経路に沿って平行ビームを投影するように配列されて、投影された平行ビームの波長を調整するように構成された光源と；平行ビームを、１）基準ビームと２）ライダーセンシングシステムの外部環境に指向される物体ビームに分割する干渉計と；干渉計により発生されて、１）外部環境に設置された物体に反射された光と２）基準ビームに対応する干渉稿を検出する検出器と；処理回路を具備して、処理回路はプロセッサとメモリとを具備して、メモリは、プロセッサにより実行される場合、光源を制御して、第１波長と第２波長との間の複数の増分周波数により平行ビームの波長を掃引して；光源が平行ビームの波長を掃引するように制御される際に、検出器により検出された干渉稿に基づいて、視野内に配置された物体に関連する距離を計算し、該距離は、光源が第１波長と第２波長との間を掃引される際に、各増分波長で計算されるための命令を実行することにより、プロセッサを外部環境の軸に沿って走査を発生させる命令を記憶するように組み立てられる、計算システムと；を具備する。

別の実施形態において、ライダーセンシング方法は、光源を制御して、平行ビームを１度目に第１波長で、２度目に第２波長で投影して、平行ビームは、平行ビームを基準ビームと物体ビームに分割する干渉計により回折格子に向けて投影されて、回折格子は、平行ビームの波長にしたがって複数の回折角の１つで外部環境に物体ビームを回折して、平行ビームが第１波長で投影される場合、物体ビームは第１回折角で回折格子から回折されて、平行ビームが第２波長で投影される場合、物体ビームは第２回折角で回折格子から回折されて、第１回折角と第２回折角は、軸に沿って視野を画成し；干渉計により発生されて、検出器により検出された干渉稿に基づいて、視野内に配置された物体に関連する距離を計算して、干渉稿は、１）外部環境の物体に反射された物体ビームに対応する光と２）基準ミラーに反射された基準ビームに基づいて発生される、ことを含む。

別の実施形態において、ライダーセンシング方法は、外部環境の追加の走査を発生させるための回転システムを制御すること、をさらに含む。

別の実施形態において、ライダーセンシング方法の回転システムは、モータと；モータに動作可能に接続されて、モータにより回転される回転駆動体と；回転駆動体に動作可能に接続されて、回転駆動体により回転される回転ステージであって、光源と、回折格子と、検出器は、軸に直交する第２軸の周りで回転ステージに接続されて、それとともに回転し、外部環境の追加の走査を発生させるための回転システムを制御することは、第１位置で軸に沿って第１走査後に、モータ用の１つ以上の制御信号を発生させて、第２位置まで第２軸の周りで回転ステージを回転して、回転ステージが、第２位置に配置される場合、外部環境の近傍部の第２走査を発生させること、を含む。

別の実施形態において、ライダーセンシングシステムの回転システムは、回折格子の向こう側の物体ビームの経路に沿って配列されたミラーと；ミラーに動作可能に接続されて、ミラーを回転するように構成される、回転要素であって、外部環境の追加の走査を発生させるための回転システムは、第１位置で軸に沿って第１走査後に、回転要素用の１つ以上の制御信号を発生させて、第２位置までミラーを回転して、ミラーが、第２位置に配置される場合、外部環境の近傍部の第２走査を発生させる、回転要素と；を具備する。

別の実施形態において、ライダーセンシング方法は、軸に沿って視野を拡大するための視野（ＦＯＶ）拡大システムを制御することであって、該ＦＯＶ拡大システムの制御は、光源が第１波長で平行ビームを投影する間、回転要素用の１つ以上の制御信号を発生させて、第１方向にミラーを回転して、物体ビームは、第１方向にレンズの回転の程度に対応する第１角度範囲でミラーから外部環境に反射されて、光源が第２波長で平行ビームを投影する間、回転要素用の１つ以上の追加の制御信号を発生させて、第２方向にミラーを回転して、物体ビームはミラーに、第２方向にレンズの回転の程度に対応する第２角度範囲でミラーから外部環境に反射されること、をさらに含む。

別の実施形態において、軸に沿ったライダーセンシング方法の視野は、第１角度範囲、第２角度範囲、第１回折角、第２回折角により画成される。

別の実施形態において、ライダーセンシング方法の距離の計算は、信号解析器を使用して、それぞれの干渉稿に関連するうなり周波数、それぞれの干渉稿に関連する周波数範囲、及びランプ期間を決定して；うなり周波数、周波数範囲、及びランプ期間に基づいて、それぞれの干渉稿に対応する距離を計算すること、をさらに含む。

別の実施形態において、ライダーセンシング方法の距離は、下記の式にしたがって計算される。

式中、ｃは光速度、ｆ_beatはうなり周波数、Δｆは周波数範囲、ｔ_mはランプ期間である。

別の実施形態において、ライダーセンシング方法の干渉計は、主干渉計であって、固定経路長を備えた追加の補助干渉計と補助干渉計の干渉信号を検出する検出器をさらに具備して、距離は、下記の式にしたがって計算される

式中、Ｒ₀は補助干渉計の固定経路長、ｆ_refbeatは補助干渉計からのうなり周波数、ｆ_beatは主干渉計からのうなり周波数である。

他の実施形態は、以下の請求項に記載される。

Claims (20)

1. ライダーセンシングシステムであって、
   経路に沿って平行ビームを投影するように配列されて、第１周波数から最終周波数までの周波数にわたって、前記投影された平行ビームを連続掃引するように構成される、光源と；
   前記平行ビームを、１）基準ビームと２）前記ライダーセンシングシステムの外部環境に指向される物体ビームに分割する、ビーム分割装置と；
   前記物体ビームの前記経路に沿って配列されて、該平行ビームの周波数に基づいて、第１軸に対する複数の回折角で外部環境に前記物体ビームを投影するように構成される、波長分散要素と；
   前記第１周波数から前記最終周波数までの周波数にわたって、前記ビーム分割装置により発生されて、１）外部環境に設置された物体に反射された光と２）前記基準ビームに対応する干渉稿を連続的に検出する、検出器システムと、を具備する、ライダーセンシングシステム。
2. 前記外部環境の追加の走査を発生させるためのビーム指向装置をさらに具備して、前記ビーム指向装置は、第２軸に沿って複数の角度に沿って前記物体ビームを指向するように構成された前記物体ビームの経路に沿って配列されて、前記第１軸は、前記第２軸に直交する、請求項１に記載のライダーセンシングシステム。
3. 前記ビーム指向装置は、
   前記波長分散要素の前に前記光ビームの経路に沿って配置されて、前記ビーム分割装置は、干渉計である、ミラーと；
   前記ミラーに動作可能に接続されて、前記ミラーを回転するように構成されて、前記ミラーを回転すると、前記第２軸の複数の角度に沿って前記波長分散要素に向けて前記光ビームが反射される、アクチュエータと、を具備する、請求項２に記載のライダーセンシングシステム。
4. 前記ビーム指向装置は、
   入力装置とＮ出力装置とを具備する１ｘＮ光スイッチであって、前記入力装置は、前記平行ビームを受光して、前記１ｘＮ光スイッチは、前記平行ビームを、１つ以上のＮ出力装置に出力して、前記Ｎ出力装置は、前記第２軸に平行にアラインされる、１ｘＮ光スイッチと；
   前記平行ビームを前記１ｘＮスイッチから受光して、前記第２軸の複数の角度に沿って前記波長分散要素に向けて前記平行ビームを屈折させるように構成された投影レンズと、を具備する、請求項２に記載のライダーセンシングシステム。
5. 前記ビーム指向装置は、
   入力装置とＮ出力装置とを具備する１ｘＮ光結合器であって、前記入力装置は、前記平行ビームを受光して、前記１ｘＮ光結合器は、前記平行ビームの部分を前記Ｎ出力装置の各々に出力して、前記Ｎ出力装置は、前記第２軸に平行にアラインされる、１ｘＮ光結合器を具備して、
   前記波長分散要素は、Ｎ格子結合器を具備して、前記Ｎ格子結合器の各々１つは、前記平行ビームの前記部分を前記Ｎ出力装置の１つから受光して、前記Ｎ格子結合器は、前記第２軸に平行にアラインされる、請求項２に記載のライダーセンシングシステム。
6. 前記Ｎ格子結合器は、前記１ｘＮ光結合器に一体化される、請求項５に記載のライダーセンシングシステム。
7. 前記検出器システムは、Ｎ受信格子結合器とＮ検出器とをさらに具備して、前記Ｎ受信格子結合器の各々は、外部環境の１つ以上の物体に反射された光を受光して、前記外部環境の１つ以上の物体に反射された光を前記Ｎ検出器の１つに指向する、請求項５に記載のライダーセンシングシステム。
8. 前記Ｎ検出器は各々、前記平行ビームの部分を、基準ビームとして機能するため、前記１ｘＮ光結合器からそれぞれの導波路結合器により受光する、請求項７に記載のライダーセンシングシステム。
9. 前記Ｎ受信格子結合器は、前記第２軸に平行にアラインされる、請求項７に記載のライダーセンシングシステム。
10. 前記Ｎ受信格子結合器の前記各々は、前記第１軸に平行な軸に沿って前記Ｎ格子結合器の１つにアラインされる、請求項９に記載のライダーセンシングシステム。
11. 前記波長分散要素と前記外部環境との間に配置されて、前記第２軸の複数の角度に沿って外部環境に向けて前記平行ビームを屈折させるように構成された投影レンズをさらに具備する、請求項１０に記載のライダーセンシングシステム。
12. 前記光源は、第１波長可変レーザと、第２波長可変レーザと、第３波長可変レーザと、を具備して、前記第１波長可変レーザは、第１波長可変スペクトルを有し、前記第２波長可変レーザは、前記第１波長可変スペクトルと異なる第２波長可変スペクトルを有し、前記第３波長可変レーザは、前記第１及び第２波長可変スペクトルの両方と異なる第３波長可変スペクトルを有する、請求項１に記載のライダーセンシングシステム。
13. 前記第１波長可変レーザと、前記第２波長可変レーザ及び前記第３波長可変レーザは、ともにカスケードされて、光出力を共有する、請求項１２に記載のライダーセンシングシステム。
14. ライダーセンシング方法であって、前記方法が、
    光源を制御して、第１周波数から最終周波数まで連続掃引されて、波長分散要素に向けて投影される、掃引周波数の平行ビームを投影することと；
    ビーム分割装置により、前記掃引周波数の平行ビームを、基準ビームと物体ビームに分割することと；
    前記波長分散要素により、前記掃引周波数の平行ビームの周波数にしたがって複数の回折角の１つで外部環境に前記物体ビームを回折することであって、前記平行ビームが前記第１周波数で投影される場合の第１回折角から前記平行ビームが前記最終周波数で投影される場合の最終回折角まで、前記掃引周波数の平行ビームの周波数が掃引される際に、前記物体ビームは、連続掃引回折角で前記波長分散要素から回折され、前記第１回折角と前記最終回折角は、第１軸に沿って視野を画成する、回析することと；
    １）外部環境の物体に反射された前記物体ビームに対応する光と２）基準ミラーに反射された前記基準ビームに基づいて発生される干渉稿に基づいて、視野内に配置された物体に関連する距離を連続的に計算することと、を含む、方法。
15. 第２軸に沿って視野を調整することであって、前記第１軸は、前記第２軸に直交する、調整することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
16. 第２軸に沿って視野を前記調整することは、
    回転可能なミラーにより、前記波長分散要素に向けて前記物体ビームを反射させることと；
    前記回転可能なミラーを第１位置から第２位置まで回転させて、前記第１位置は、前記第２軸上の第１角に沿って前記物体ビームを反射して、前記第２位置は、前記第２軸上の第２角に沿って前記物体ビームを反射することと、を含む、請求項１５に記載の方法。
17. 第２軸に沿って視野を前記調整することは、
    １ｘＮ出力スイッチの第１出力装置を選択することであって、前記１ｘＮ出力スイッチは、前記第２軸に平行にアラインされるＮ出力装置を具備する、選択することと；
    前記１ｘＮ出力スイッチの第２出力装置を選択することであって、前記第１出力スイッチは、前記第２軸上の第１角に沿って前記物体ビームを投影して、前記第２出力装置は、前記第２軸上の第２角に沿って前記物体ビームを投影する、選択することと、を含む、請求項１５に記載の方法。
18. １ｘＮ光結合器により、前記掃引周波数の平行ビームをＮ掃引周波数平行ビームに分割することと；
    前記Ｎ掃引周波数の平行ビームの各々を、Ｎ物体ビームとＮ基準ビームに分割することと；
    前記波長分散要素のＮ格子結合器により、前記Ｎ掃引周波数物体ビームの各々を回折することであって、前記Ｎ物体ビームの前記各々は、前記第１回折角から前記最終回折角まで掃引される、回析することと；
    Ｎ受信格子結合器により、外部環境の物体に反射された前記Ｎ物体ビームに対応する光を検出することと；
    反射された前記Ｎ物体ビームの各々を、前記Ｎ基準ビームの１つに結合して、Ｎ個の干渉ビームを生成することと、をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
19. 投影システムにより、前記第２軸に対するＮ回折角に沿って前記Ｎ物体ビームの各々を屈折させることであって、前記Ｎ物体ビームの回折角の極値は、前記第２視野を規定する、屈折させることと；
    前記Ｎ干渉ビームに基づいて、３次元視野内の外部環境の物体の距離を連続的に計算することと、をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記Ｎ干渉ビームに基づいて、３次元視野内の外部環境の物体の距離を連続的に計算することであって、前記３次元視野は、前記第１軸上の前記視野と前記第２軸上の前記第２視野により画成される、計算することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。

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