JPWO2020216842A5 - - Google Patents

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ライダーシステムにおける複数の開口部からのコヒーレント検出を管理する装置であって、前記装置は、
視野を照らす変調された照明光波を提供する第1の光源またはポートと、
前記変調された照明光波に対して定義された位相関係を有する参照光波を提供する第2の光源またはポートと、
1または複数の次元にわたって配置された複数の開口部を含み、視野の少なくとも一部に寄与を含む光波面を受け取るように構成された開口部アレイであって、
2つ以上の前記開口部のそれぞれは、前記受け取った光波面のそれぞれの部分を受け取るように構成され、前記開口部アレイ内の少なくとも2つの隣接しない開口部は、前記視野の同じ部分からの寄与を含む前記受け取った光波面のそれぞれの部分を受け取るように構成され、
2つ以上の前記開口部のそれぞれは、前記受け取った光波面のそれぞれの部分をそれぞれの局部発振器の光波とコヒーレントに干渉させるそれぞれの光混合器に連結されており、それぞれの局部発振器の光波は、それぞれの前記開口部について、(i)前記第2の光源またはポートとそれぞれの前記光混合器との間、および(ii)それぞれの前記開口部とそれぞれの前記光混合器との間のそれぞれの群遅延の差が実質的に等しくなるように、前記参照光波から導出される、開口部アレイと、
前記光混合器の出力から検出された電気信号を処理するように構成された処理モジュールであって、前記処理は
複数の前記光混合器の各光混合器について、前記光混合器の少なくとも1つの出力から検出された少なくとも1つの電気信号から、位相または振幅情報の少なくとも一方の情報を判断する段階と、
複数の前記光混合器のうち少なくとも2つの前記光混合器から導出される位相または振幅情報に基づいて、前記視野の第1のサブセットに関連する第1の方向に基づく情報を判断する段階と、
前記第1の方向に基づく情報から第1の距離情報を判断する段階と、
複数の前記光混合器のうち少なくとも2つの前記光混合器から導出される位相または振幅情報に基づいて、前記視野の第2のサブセットに関連する第2の方向に基づく情報を判断する段階と、
前記第2の方向に基づく情報から第2の距離情報を判断する段階とを含む
処理モジュールと
を備える、装置。
An apparatus for managing coherent detection from multiple apertures in a lidar system, said apparatus comprising:
a first light source or port that provides a modulated illumination lightwave that illuminates a field of view;
a second light source or port providing a reference lightwave having a defined phase relationship to the modulated illumination lightwave;
An aperture array comprising a plurality of apertures arranged over one or more dimensions and configured to receive an optical wavefront comprising contributions to at least a portion of a field of view,
Each of two or more of said apertures is configured to receive a respective portion of said received optical wavefront, and at least two non-adjacent apertures in said aperture array contribute from the same portion of said field of view. configured to receive each portion of the received optical wavefront comprising
Each of the two or more apertures is coupled to a respective optical mixer that coherently interferes a respective portion of the received optical wavefront with a respective local oscillator lightwave, the respective local oscillator lightwave being , for each said opening, (i) between said second light source or port and each said light mixer, and (ii) between each said opening and each said light mixer, respectively. an array of apertures derived from the reference lightwave such that the difference in group delays of
A processing module configured to process electrical signals detected from the outputs of the optical mixers, wherein for each optical mixer of the plurality of optical mixers, at least one of the optical mixers determining at least one of phase or amplitude information from at least one electrical signal detected from the output;
determining a first direction-based information associated with a first subset of the field of view based on phase or amplitude information derived from at least two of the plurality of light mixers;
determining first distance information from the first direction-based information;
determining second direction-based information associated with a second subset of the field of view based on phase or amplitude information derived from at least two of the plurality of light mixers;
and determining second distance information from said second direction-based information.
前記変調された照明光波は、周波数変調連続波(FMCW)照明光波を提供するために調整可能な周波数にピークを含む周波数スペクトルを有する、請求項1に記載の装置。 2. The apparatus of claim 1, wherein the modulated illumination lightwave has a frequency spectrum including a peak at a frequency adjustable to provide a frequency modulated continuous wave (FMCW) illumination lightwave. 前記変調された照明光波はパルス信号である、請求項1または2に記載の装置。 3. Apparatus according to claim 1 or 2, wherein the modulated illumination lightwave is a pulsed signal. 前記変調された照明光波は、2つの波長の光が交互に現れることで形成される、請求項1から3のいずれか一項に記載の装置。 4. A device according to any one of the preceding claims, wherein the modulated illumination light wave is formed by alternating light of two wavelengths. 前記変調された照明光波は、異なる周波数帯域をカバーするスペクトルを有する、請求項1から4のいずれか一項に記載の装置。 5. Apparatus according to any one of the preceding claims, wherein the modulated illumination lightwaves have spectra covering different frequency bands. (i)前記第2の光源またはポートとそれぞれの前記光混合器との間、および(ii)それぞれの前記開口部とそれぞれの前記光混合器との間の、それぞれの前記群遅延の差は、10cm未満の光路長差に相当する、請求項1から5のいずれか一項に記載の装置。 Each of the group delay differences between (i) the second light source or port and the respective optical mixer and (ii) the respective aperture and the respective optical mixer is , corresponding to an optical path length difference of less than 10 cm. (i)前記第2の光源またはポートとそれぞれの前記光混合器との間、および(ii)それぞれの前記開口部とそれぞれの前記光混合器との間の、それぞれの前記群遅延の差が、1cm未満の光路長差に相当する、請求項6に記載の装置。 Each of the group delay differences between (i) the second light source or port and the respective optical mixer and (ii) between the respective aperture and the respective optical mixer is , corresponding to an optical path length difference of less than 1 cm. 前記第1の方向に基づく情報および前記第2の方向に基づく情報をさらに処理して、前記視野の前記第1のサブセットおよび前記第2のサブセットからそれぞれ来る光の第1の強度および第2の強度をそれぞれ測定する、請求項1から7のいずれか一項に記載の装置。 further processing the first direction-based information and the second direction-based information to obtain first and second intensities of light coming from the first and second subsets of the field of view, respectively; 8. Apparatus according to any one of claims 1 to 7, for measuring intensity respectively. 前記第1の方向に基づく情報および前記第2の方向に基づく情報をさらに処理して、前記視野の前記第1のサブセットおよび前記第2のサブセットからそれぞれ来る光を反射する複数の物体の相対速度をそれぞれ測定する、請求項1から8のいずれか一項に記載の装置。 further processing the first direction-based information and the second direction-based information to determine relative velocities of a plurality of objects reflecting light respectively coming from the first and second subsets of the field of view; 9. An apparatus according to any one of claims 1 to 8, which measures each of the . 前記第1の方向に基づく情報の少なくとも一部と前記第2の方向に基づく情報の少なくとも一部とが並行して判断される、請求項1から9のいずれか一項に記載の装置。 10. Apparatus according to any one of the preceding claims, wherein at least part of the information based on the first direction and at least part of the information based on the second direction are determined in parallel. 前記照明光波は、前記視野全体を同時に照明するために提供される、請求項1から10のいずれか一項に記載の装置。 11. Apparatus according to any one of the preceding claims, wherein the illumination light waves are provided to illuminate the entire field of view simultaneously. 前記照明光波は、前記視野の異なる部分を経時的にスキャンするために提供される、請求項1から10のいずれか一項に記載の装置。 11. Apparatus according to any one of the preceding claims, wherein the illumination light waves are provided for scanning different portions of the field of view over time. 前記開口部アレイの1または複数の前記開口部が、前記照明光波の少なくとも一部を放射するために使用される、請求項1から12のいずれか一項に記載の装置。 13. Apparatus according to any one of the preceding claims, wherein one or more of the apertures of the aperture array are used to emit at least part of the illumination light wave. 前記開口部アレイに含まれていない少なくとも1つの照明開口部をさらに備え、前記照明開口部は、前記照明光波の少なくとも一部を放射するように構成される、請求項1から13のいずれか一項に記載の装置。 14. Any one of claims 1 to 13, further comprising at least one illumination aperture not included in said aperture array, said illumination aperture configured to emit at least part of said illumination light wave. 3. Apparatus according to paragraph. 前記開口部アレイは、規則的に間隔をあけた長方形のグリッドに配置されたその開口部を有する、請求項1から14のいずれか一項に記載の装置。 15. Apparatus according to any preceding claim, wherein the aperture array has its apertures arranged in a regularly spaced rectangular grid. 前記開口部アレイは、規則的に間隔をあけたポーラグリッドに配置されたその開口部を有する、請求項1から14のいずれか一項に記載の装置。 15. A device according to any preceding claim, wherein the array of apertures has its apertures arranged in a regularly spaced polar grid. 前記開口部アレイは、ミルズクロス構成で配置されたその開口部を有する、請求項1から14のいずれか一項に記載の装置。 15. The apparatus of any one of claims 1-14, wherein the array of apertures has its apertures arranged in a Mills Cross configuration. 前記開口部アレイは、擬似ランダムな構成で配置されたその開口部を有する、請求項1から14のいずれか一項に記載の装置。 15. Apparatus according to any preceding claim, wherein the aperture array has its apertures arranged in a pseudo-random configuration. 前記開口部アレイは、イメージングセンサの画素によって定義されている、請求項1から18のいずれか一項に記載の装置。 19. Apparatus according to any preceding claim, wherein the array of apertures is defined by pixels of an imaging sensor. それぞれの前記光混合器は、前記参照光波の90°シフトしたレプリカを使用することにより、同相/直交位相(I-Q)検出を提供するように構成される、請求項1から19のいずれか一項に記載の装置。 20. Any of claims 1-19, wherein each said optical mixer is configured to provide in-phase/quadrature (IQ) detection by using a 90° shifted replica of said reference light wave. A device according to claim 1. それぞれの前記光混合器は、多モード干渉連結器における前記参照光波との干渉を利用して、同相/直交位相(I-Q)検出を提供するように構成される、請求項1から19のいずれか一項に記載の装置。 20. The optical mixer of claims 1-19, wherein each said optical mixer is configured to utilize interference with said reference lightwave in a multimode interferometric coupler to provide in-phase/quadrature (IQ) detection. A device according to any one of the preceding clauses. 前記光混合器は、部分透過層、方向性連結器、エバネッセント連結器、多モード干渉連結器、またはグレーティング連結器の少なくとも1つ通して実装されている、請求項1から21のいずれか一項に記載の装置。 22. Any one of claims 1 to 21, wherein the optical mixer is implemented through at least one of a partially transmissive layer, a directional coupler, an evanescent coupler, a multimode interference coupler, or a grating coupler. The apparatus described in . 前記処理モジュールは、前記変調された照明光波の変調パターンに少なくとも部分的に基づいて推定された、前記開口部アレイ内の開口部間の相対位相の誤差を補償するように構成される、請求項1から22のいずれか一項に記載の装置。 3. The processing module is configured to compensate for errors in relative phase between apertures in the aperture array estimated based at least in part on a modulation pattern of the modulated illumination lightwave. 23. Apparatus according to any one of claims 1 to 22. 前記処理モジュールは、予め決められた波面で得られた較正データに少なくとも部分的に基づいて推定された、前記開口部アレイ内の開口部間の相対位相の誤差を補償するように構成される、請求項1から22のいずれか一項に記載の装置。 The processing module is configured to compensate for errors in relative phase between apertures in the aperture array estimated based at least in part on calibration data obtained at a predetermined wavefront. 23. Apparatus according to any one of claims 1-22. 前記処理モジュールは、前記装置内および/または前記装置の環境内の温度および/または温度勾配を測定するセンサを用いて推定された、前記開口部アレイ内の開口部間の相対位相の誤差を補償するように構成される、請求項1から22のいずれか一項に記載の装置。 The processing module compensates for errors in relative phase between apertures in the aperture array estimated using sensors that measure temperature and/or temperature gradients within the device and/or environment of the device. 23. Apparatus according to any one of the preceding claims, adapted to. 前記処理モジュールは、アナログからデジタルへの変換コンポーネントを含む、請求項1から25のいずれか一項に記載の装置。 26. Apparatus according to any one of the preceding claims, wherein said processing module comprises an analog-to-digital conversion component. 前記処理モジュールは、データシリアライザを備える、請求項1から26のいずれか一項に記載の装置。 27. Apparatus according to any preceding claim, wherein said processing module comprises a data serializer. 前記処理モジュールは、光ファイバリンクを介したデータ出力のための電気光学トランスデューサを備える、請求項1から27のいずれか一項に記載の装置。 28. Apparatus according to any preceding claim, wherein the processing module comprises an electro-optical transducer for data output via a fiber optic link. 前記第1の光源またはポートおよび前記第2の光源またはポートは、単一の共通光源から光を提供する、請求項1から28のいずれか一項に記載の装置。 29. Apparatus according to any preceding claim, wherein the first light source or port and the second light source or port provide light from a single common light source. 前記第2の光源またはポートは、前記第1の光源またはポートに提供される光の位相変調によって光を提供する、請求項1から29のいずれか一項に記載の装置。 30. Apparatus according to any one of the preceding claims, wherein said second light source or port provides light by phase modulation of light provided to said first light source or port. 前記第1の光源またはポートは、光拡散素子を介して前記視野を照明する、請求項1から30のいずれか一項に記載の装置。 31. Apparatus according to any one of the preceding claims, wherein said first light source or port illuminates said field of view via a light diffusing element. 複数の開口部からのコヒーレント検出を管理する方法であって、
第1の光源またはポートから、視野を照らす変調された照明光波を提供する段階と、
第2の光源またはポートから、前記変調された照明光波と定義された位相関係を有する参照光波を提供する段階と、
1または複数の次元にわたって配置された複数の開口部を含む開口部アレイで、前記視野の少なくとも一部にわたる寄与を含む光波面を受け取る段階であって、
2つ以上の前記開口部のそれぞれは、前記受け取った光波面のそれぞれの部分を受け取るように構成され、前記開口部アレイ内の少なくとも2つの隣接しない開口部は、前記視野の同じ部分からの寄与を含む前記受け取った光波面のそれぞれの部分を受け取るように構成され、
2つ以上の前記開口部のそれぞれは、前記受け取った光波面のそれぞれの部分をそれぞれの局部発振器の光波とコヒーレントに干渉させるそれぞれの光混合器に連結されており、それぞれの局部発振器の光波は、それぞれの前記開口部について、(i)前記第2の光源またはポートとそれぞれの前記光混合器との間、および(ii)それぞれの前記開口部とそれぞれの前記光混合器との間のそれぞれの群遅延の差が実質的に等しくなるように、前記参照光波から導出される、受け取る段階と、
処理モジュールにおいて、前記光混合器の出力から検出された電気信号を処理する段階であって、前記処理は
複数の前記光混合器の各光混合器について、前記光混合器の少なくとも1つの出力から検出された少なくとも1つの電気信号から、位相または振幅情報の少なくとも一方の情報を判断する段階と、
複数の前記光混合器のうち少なくとも2つの前記光混合器から導出される位相または振幅情報に基づいて、前記視野の第1のサブセットに関連する第1の方向に基づく情報を判断する段階と、
前記第1の方向に基づく情報から第1の距離情報を判断する段階と、
複数の前記光混合器のうち少なくとも2つの前記光混合器から導出される位相または振幅情報に基づいて、前記視野の第2のサブセットに関連する第2の方向に基づく情報を判断する段階と、
前記第2の方向に基づく情報から第2の距離情報を判断する段階とを含む、処理する段階と
を備える、方法。
A method of managing coherent detection from multiple apertures, comprising:
providing a modulated illumination lightwave from a first light source or port to illuminate a field of view;
providing from a second light source or port a reference lightwave having a defined phase relationship with the modulated illumination lightwave;
receiving, at an aperture array comprising a plurality of apertures arranged over one or more dimensions, an optical wavefront comprising contributions over at least a portion of the field of view;
Each of two or more of said apertures is configured to receive a respective portion of said received optical wavefront, and at least two non-adjacent apertures in said aperture array contribute from the same portion of said field of view. configured to receive each portion of the received optical wavefront comprising
Each of the two or more apertures is coupled to a respective optical mixer that coherently interferes a respective portion of the received optical wavefront with a respective local oscillator lightwave, the respective local oscillator lightwave being , for each said opening, (i) between said second light source or port and each said light mixer, and (ii) between each said opening and each said light mixer, respectively. derived from the reference lightwave such that the difference in group delays of is substantially equal;
processing, in a processing module, electrical signals detected from the outputs of the optical mixers, the processing comprising: for each optical mixer of a plurality of the optical mixers, from the output of at least one of the optical mixers; determining at least one of phase or amplitude information from the at least one detected electrical signal;
determining a first direction-based information associated with a first subset of the field of view based on phase or amplitude information derived from at least two of the plurality of light mixers;
determining first distance information from the first direction-based information;
determining second direction-based information associated with a second subset of the field of view based on phase or amplitude information derived from at least two of the plurality of light mixers;
and determining second distance information from the second direction-based information.
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