JP2015007615A - 自動車補助レーダセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】自動車補助レーダセンサを提供する。
【解決手段】前方向に搭載される長距離レーダセンサ２０と、補助ランプに搭載される短距離レーダセンサ２２とを利用して、障害物を識別し、車両との潜在的な衝突を識別する車両・レーダセンサ組立体システムが提案される。車両の車体パネル切り欠き内に容易に搭載することができ、車両配線用ハーネスを通して車両電気システム及び車両コンピュータシステム２８に接続する低コスト組立体が開発される。車両はデジタルプロセッサを有し、このプロセッサは、レーダセンサ組立体から受信される３Ｄデータを解釈し、操縦、ブレーキ、加速、及びサスペンションに関して車両サブシステムを制御する。車載デジタルプロセッサは、３Ｄデータ及び車両制御サブシステムを利用して、衝突を回避し、最良経路を運転する。
【選択図】図３

Description

本明細書に開示される実施形態は、一般的には近距離自動車用途での３Ｄ画像生成、物体の識別、物体の追跡、道路ハザード回避、及び衝突回避に関し、より詳細には、車両車体パネルに挿入されるエンベロープに統合されたレーザ送信器、レーザセンサ、及びデジタルプロセッサを有するレーダセンサ組立体に関する。

Ｓｔｅｔｔｎｅｒ等の米国特許第５，４４６，５２９号明細書、米国特許第６，１３３，９８９号明細書、及び米国特許第６，４１４，７４６号明細書に開示される３Ｄ撮像技術は、通常はパルスレーザ光である光の単一パルスを用いて、３次元座標に沿った従来の２Ｄピクチャの全情報を提供し、視野内のあらゆるものの３Ｄ座標を与える。この使用は通常、内蔵式光源のフラッシュアタッチメントを使用する従来のデジタル２Ｄカメラと同様に、フラッシュ３Ｄ撮像と呼ばれる。従来の２Ｄデジタルカメラと同様に、光はレンズによってレーダセンサの焦点面に集束し、レーダセンサは、焦点面アレイ（ＦＰＡ）と呼ばれるピクセルアレイを含む。レーダセンサの場合、これらのピクセルは「スマート」であり、データを収集することができ、このデータにより、プロセッサは、対象となる物体の反射特徴までのレーザパルスの往復飛行時間を計算することができる。各スマートピクセルは、戻りレーザパルスの形状及び大きさに関連付けられたデータも収集する。これらのフラッシュレーダセンサの一価値は、１つ又は複数のピクセルが視野にわたって走査される競合する設計とは対照的に、コストがかかり、メンテナンスが高くつき、通常、大きく重い精密機構スキャナがないことである。フラッシュレーダセンサの焦点面にあるピクセルは、それぞれの位置がアレイ内で永久的なことに起因して、自動的に見当合わせされる。さらに、１つのレーザパルスを用いて、１つ又は少数のピクセルとは対照的にデータフレームを捕捉することにより、重量及び体積を低減しながら、データレートが大幅に増大する。各データフレームは、短距離レーザパルスの反射から捕捉されるため、移動する物体又は静止した物体の表面を、ピンぼけ又は歪みなしで、移動するプラットフォームから捕捉することができる。

自動車の運転者及び乗員は、他の車両及びいくつかの道路ハザードからの危険に曝される。運転者のブランドスポットでの側面衝突、かすり接触、又は低速衝突を回避するに当たり、車両の複数の位置に低コストで設置することができるセンサが必要である。

光学撮像及びビデオカメラを車両システムに使用して、シーンの３Ｄマップ及び固体物体のモデルを作成し、３Ｄデータベースを使用して、ナビゲート、操縦、及び静止物体又は移動物体との衝突の回避を行うという難問に対処する多くのシステムが提案されてきた。立体システム、ホログラフィック捕捉システム、及び移動から形状を取得するシステムが全て提案されており、いくつかの事例では実証されているが、欠けているのは、移動中の車両の経路内にあるか、又は交差する経路を移動中の物体及び道路特徴の３Ｄ画像を高速で捕捉する能力を有するとともに、衝突及び道路ハザードを回避し、最良経路を運転するようにホスト車両を制御し適応させるシステムである。

したがって、低コストのサイド及び／又は後方短距離又は近距離センサを提供して、完全３６０度能力を有するそのような衝突回避システムを可能にすることが望まれる。

本明細書に開示される実施形態は、レーダセンサ組立体及び車両であって、車両が車体の周縁において車体パネルに切り欠きを有し、切り欠きはレーダセンサ組立体の相手方の保持特徴を受けるように構成される形状を有する、レーダセンサ組立体及び車両を提供する。車両は、デジタルプロセッサと、配線用ハーネスと、上記配線用ハーネスの端子に取り付けられる第１のコネクタとを更に有する。レーダセンサ組立体は、車載され、レーダセンサを囲むエンベロープを含み、エンベロープは、少なくとも１つの透明セクションを有するとともに、少なくとも１つの保持特徴を有する。第２のコネクタは、配線用ハーネスの第１のコネクタに結合するように構成される。レーダセンサ組立体は、受信光学系と、変調レーザ光出力を有するレーザ送信器と、レーダセンサの視野内のシーンを照明する拡散光学系とも含む。感光検出器の２次元アレイが、受信光学系の焦点面に位置決めされ、各感光検出器は、変調レーザ光出力の反射部分から電気応答信号を生成する出力を有する。複数のユニットセル電器回路を有する読み出し集積回路も含まれ、各ユニットセル電気回路は、感光検出器の出力の１つに接続される入力を有し、各ユニットセル電気回路は、電気応答信号復調器を有する。範囲測定回路が、基準信号への電気応答信号復調器の出力に接続されて、範囲測定回路のゼロ範囲基準を提供する。検出器バイアス回路が、感光検出器のアレイの少なくとも１つの配電グリッドに接続される。デジタルプロセッサは、範囲測定回路から出力を受信するように接続され、温度安定化周波数基準が、デジタルプロセッサを通して接続されて、クロック信号を提供する。

論じた特徴、機能、及び利点は、本開示の様々な実施形態において独立して達成することができ、又は更に他の実施形態において組み合わせることができ、それらの詳細は、以下の説明及び図面を参照して見ることができる。

図１は、第２の車両が第１の車両に、通常は第１の車両の運転者のブランドスポットである左側背後から近づきつつある典型的な衝突脅威シナリオの図である。 図２は、第２の車両が停止サインの制限線を超えて停止したか、又は第１の車両が近づく際に制限ラインをゆっくりと通り過ぎ得る横方向衝突脅威の図である。 図３は、個々のレーダセンサと、相互接続、関連する車両サブシステム、及び車両中央プロセッサを含む車両電気システムとを示すシステムブロック図である。 図４は、図３のレーダシステムコントローラの内部詳細を示すとともに、車載された個々のレーダセンサ及びホスト車両電気システムとの外部相互接続を示すブロック図である。 図５は、典型的なレーダセンサのブロック図である。 図６は、読み出し集積回路の各ユニットセルに共通の電子回路の詳細を示す。 図７は、レーダセンサの視野の遠視野内の対象とする物体の第１のセクションの図であり、物体は、レーダセンサの検出器アレイのピクセルの投射に概ね対応する一連の矩形サブセクションを有する。 図８は、レーダセンサの視野の遠視野内の対象とする物体の第２のセクションの図であり、物体は、レーダセンサの検出器アレイのピクセルの投射に概ね対応する一連の矩形サブセクションを有する。 図９は、送信照明パルス及び図７に示される対象となる物体の第１のセクションから返される反射光パルスのタイムラインを示すとともに、傾斜した平面の戻りパルス形状への影響を示す図である。 図１０は、送信照明パルス及び図８に示される対象となる物体の第２のセクションから返される反射光パルスのタイムラインを示すとともに、段差付き直交面の戻りパルス形状への影響を示す図である。 図１１は、ユニットセル入力増幅器構造の概略図であり、この増幅器構造は、検出器アレイの要素から受信される低レベル電流信号を増幅可能であるとともに、後に、戻りパルス形状の詳細な解析からサブピクセル解像度強化を可能にするのに十分な詳細を有するパルス形状を保持する能力も有する。 図１２は、検出器アレイの要素からの低レベル信号電流をブーストするように設計されるトランスインピンピーダンス増幅器のコアとして有用であるとともに、固定利得又は可変利得を有する制限増幅器として機能することもできる差動増幅器の詳細なトランジスタレベルの概略図である。 図１３は、パルス照明源として使用可能な半導体レーザのプリバイアス・パルス駆動回路の概略図である。 図１４は、本明細書で説明される特徴の多くを実施する低コスト補助レーダセンサ組立体の平面図である。 図１５は、図１４で説明される装置の線ＡＡに沿った断面の側面図であり、低コスト補助レーダセンサ組立体の特徴の拡大された細部を示す。 図１６は、図１４に示されるものと同じ基本パッケージに設置し得る任意選択的な特徴を示す低コスト補助レーダセンサ組立体の第２の実施形態の平面図である。 図１７は、図１６で説明される装置の線ＡＡに沿った断面の側面図であり、低コスト補助レーダセンサ組立体の特徴の拡大された細部を示す。 図１８は、本明細書で説明される検出器アレイと読み出し集積回路とのハイブリッド組立体の等角図である。 図１９は、読み出し集積回路ユニットセルのそれぞれの上部に配置されたインジウムバンプの細部の等角図である。

本願は、先行特許である米国特許第５，６９６，５７７号明細書、米国特許第６，１３３，９８９号明細書、米国特許第５，６２９，５２４号明細書、米国特許第６，４１４，７４６号明細書、米国特許第６，３６２，４８２号明細書、米国意匠特許第４６３，３８３号明細書、及び２００２年１月３１日に出願され、米国特許出願公開第２００２／０１１７３４０Ａ１号明細書として公開された米国特許出願第１０／０６６３４０号明細書に関する新しい趣旨を含み、これらの開示を参照により本明細書に援用する。

本明細書に開示される実施形態は、衝突回避、物体及び障害物の認識及び回避、並びに乗車及び操縦制御の改良を行うシステムを可能にする。利点は、物体検出及び認識能力を有する車載レーダシステムと、操縦、ブレーキ、及び加速度制御システムと、乗車及びサスペンション変更システムとを含む３Ｄ撮像設備の使用を通して実現される。車載レーダシステムは、中央レーダシステムコントローラに接続されるいくつかの側面搭載、後方搭載、又は前方監視レーダセンサを備え得、中央レーダシステムコントローラは、独立した各レーダセンサからの利用可能なデータを合成して、車両の周囲の完全３６０度弧の隣接エリアの合成３Ｄマップにする。好ましい実施形態では、従来の２Ｄ静止画像又はビデオシーケンスを使用して、３Ｄ固体モデル及びシーンマップの品質を向上させ得る。複数のレーダセンサのそれぞれは、変調レーザ光出力を有する半導体レーザ又はパルス固体状態レーザを組み込み得る照明レーザモジュールと、補助／近接レーダセンサの視野内のシーンを照明する拡散光学系とを有する。各レーダセンサは、光収集・集束組立体の焦点面に位置決めされる感光検出器の２次元アレイ（焦点面アレイ）を特徴とする受信器モジュールも備える。レーダセンサは、ヘッドライト、尾灯、又は他の補助ランプ組立体内に組み込み得る。レーダセンサはまた、バックアップライト、バックミラー組立体の一部であってもよく、バンパー若しくはグリル組立体の開口部の背後に搭載されてもよく、車両ドア若しくはルーフ支持体に高く搭載してもよく、又は他の車両位置に搭載されてもよい。

潜在的な側面衝突又は後方衝突の場合、生じるおそれのある衝突を検出し、対象となる潜在的に衝突する物体のイメージを中継することが重要である。さらに、バックアップしながら、又は駐車場、カーブ付近、若しくは通行人の往来がある場所で低速で操作しながら、ホスト車両の周辺に戦略的に搭載された複数の低コストレーダセンサの利点を有することが有用である。したがって、メインの前方監視車両レーダセンサよりも短い範囲及びより広い視野を有する低コストでコンパクトな複数の補助フラッシュレーダセンサを使用するシステムを提供することが望ましい。補助短距離レーダセンサ及びメインの長距離レーダセンサは一緒に動作して、ホスト車両とともに近傍経路上の物体及び障害物を記述する３Ｄデータを生成する。

本発明は、車載レーダ撮像システム内のサイドセンサ又は後方センサとして使用されるように設計される低コスト補助レーダセンサを提供することに向けられる。補助レーダセンサから導出される３Ｄ画像は、ホスト車両の経路又は交差経路内の物体を明らかにし得、車両間の衝突を回避するか、ピーク力を低減するか、又は可能な限り安全に衝突するように操作を計算し得る。システムは、不規則な路面上で静止摩擦を維持するか、又は道路内の危険な障害物を回避するように車両のサスペンションを構成することもできる。各車両レーダ撮像システムは通常、２つのカテゴリに分けられる複数の車載レーダセンサからなる。第１のカテゴリの車両レーダセンサは、通常、車両の前方位置において、高速移動方向に向けられて搭載され、移動方向において車両の経路を掃引する長距離又は主センサである。第２のカテゴリのセンサは、通常、後方センサ又はサイドセンサとして車載され、最小でも運転者のブランドスポットをカバーし、最適には車両の周囲全３６０度をカバーするように向けられる短距離センサ又は補助センサである。これらの補助センサは、車両に複数個を設置し、それにより、バックギア、車線変更、及びターン等での安全で制御された運転を促進することができるように、低コストでなければならない。各レーダセンサは、周波数基準及び慣性基準を有するシステム制御プロセッサと、システムメモリと、パルスレーザ送信器と、送信光学系と、受信光学系と、受信光学系の焦点面に位置決めされた感光要素のアレイと、バイアス電圧を光検出焦点面アレイに供給する検出器バイアス変換器と、読み出し集積回路と、アナログ読み出しＩＣ出力からデジタル画像データを生成するアナログ／デジタル変換器回路と、画像データを調整し補正するデータ低減プロセッサと、補正画像データベース内の特徴及び物体を分け、分離し、識別し、追跡する物体追跡プロセッサとを有し得る。車両、操縦、ブレーキ、及びサスペンション制御のインテリジェント車両システムと対になる場合、衝撃事象の大幅な低減と、乗員及び車両へのダメージの頻度及び深刻さの低減が期待される。好ましいレーダセンサの焦点面アレイ（ＦＰＡ）内の各ピクセルは、衝突したレーザ光を電子信号に変換し、電子信号の大きさは時間的にサンプリングされて、ピクセル内のメモリに記憶される。各ピクセルはまた、クロックを使用して、標的表面からのレーザ光の反射の捕捉に応答してとられるサンプリングのタイミングをとる。レーダセンサは通常、焦点面アレイと読み出し集積回路とのハブリッド組立体を組み込み、読み出しＩＣは、ユニットセル電気回路のアレイとして構成され、各ユニットセルは、相手方の焦点面アレイと同一の間隔及び順序のアレイに配置し得る。好ましい実施形態でのレーダセンサは、状況に応じて、上述したようなフラッシュモード、マルチパルスモード、又はパルス連続波モードで機能し得る。レーダセンサを組み混んだ衝突回避・ナビゲーションシステムは、完全な３Ｄ物体モデル化及び追跡並びに２Ｄデータベース及び３Ｄデータベースから導出されるシーン向上を可能にするとともに、３Ｄレーダセンサ及び従来の２Ｄビデオカメラの両方の管理を可能にするいくつかの特徴を有する。ＦＰＡの各感光検出器は、レーザ光出力の反射部分から電気応答信号を生成する出力を有する。電気応答信号は、対応するユニットセル電気回路のアレイを有する読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）に接続される。各ユニットセル電気回路は、感光検出器出力電気応答信号復調器、及び電気応答信号復調器の出力に接続される範囲測定回路のうちの１つに接続された入力を有する。復調器は、電圧サンプラと、電気応答信号の順次サンプルを記憶するアナログシフトレジスタとし得、又はミキサ、積分器、若しくは整合フィルタを備え得る。復調は、各ピクセルからの一連のデジタルサンプルに対して動作する高速デジタルプロセッサにより、読み出し集積回路の外部で行ってもよい。高速デジタルプロセッサは、電気応答のデジタル化されたアナログサンプルに対して、順次アナログサンプルの加重和を利用するアルゴリズムを利用するか、又は高速フーリエ変換、重畳、積分、微分、曲線近似、若しくは他のデジタルプロセスを使用し得る。高速デジタルプロセッサは、道路を他の物体から分離又は分けるとともに、物体を互いに分離又は分けるアルゴリズムを利用することもできる。そのような物体は、自動車、自転車、バイク、トラック、人物、動物、壁、標識、道路障害物等であり得る。これらのアルゴリズムは、位置及び向き並びに物体速度を計算し得る。物体、物体の向き、位置、及び速度は、中央コンピュータに転送して、更に処理し判断し得る。各ユニットセル回路は、戻されたレーダパルスの形状を保持し、反射された光パルスの形状に基づいて、焦点面アレイからある距離のところに投射されて見られるピクセル境界内の表面の形状について推測する能力を有する。範囲測定回路は基準信号に更に接続され、基準信号は、変調レーザ光出力のゼロ範囲基準を提供する。個々のレーダセンサは、検出器アレイの配電グリッドに接続される検出器バイアス回路と、温度安定化周波数基準とを組み込むこともできる。

図１は、第２の車両４を有する衝突脅威シナリオに関わる第１の車両２に設置された衝突回避システムの第１の実施形態を示し、第２の車両４は、第１の車両２の運転者のブランドスポット内で第１の車両を追い越し中である。第１の車両２の第１のヘッドライト組立体内に埋め込まれた長距離レーダセンサの前方放射パターン６は、破線で示され、このパターン６は、第１の車両２の助手席側前方の道路及び道路８の右縁部を掃引する。第１の車両２の第２のヘッドライト組立体内に埋め込まれた長距離レーダセンサの前方放射パターン１０は、破線で示され、このパターン１０は、第１の車両２の運転手側前方の道路及び隣接する交通車線１４の少なくとも部分を掃引する。ランプ組立体内に埋め込まれた補助レーダセンサの放射パターン１２は、第１の車両２の左後方角から半径方向に投射し、第２の車両４の部分に重なって示される。短距離放射パターン１２は、第１の車両２のその他の３つの角にある補助ランプ組立体からも発せられて示される。このシナリオでの補助レーダセンサは、物体データ及びシーンデータを車両２に搭載された中央演算処理装置に提供する。次に、車両２に搭載された中央演算処理装置は、コマンドを車両２の制御システムに送信することにより、この場合では、ブレーキ及び道路の右側への操縦を適用し、第２の車両４が妨害されずに通過できるようにすることにより、第２の車両４とのかすり衝突を回避するように動作する。代替的には、中央演算処理装置は単純に、グラフィカルディスプレイ、オーディオ警告、又はハンドルに埋め込まれたトランスデューサを通しての触覚信号を通して車両の操作者に通知し得る。

図２は、第２の衝突脅威シナリオを示す。このシナリオでは、第１の車両２が交差点に近づきつつあり、第２の車両４が交差点で停止している。この場合、第２の車両４は、停止標識１６に隣接する停止制限線を突き出て見え、横断歩道１８（陰影の付いたエリア）内に入り込んでおり、場合によっては、未だに前方向に進んでいるか、又は滑っていることがある。このシナリオは、第２の車両４が間に合わせて停止することが困難であり得る、雨で滑りやすくなった道路又は凍結した道路で容易に展開され得る。第２の車両４は代替的に、道路縁部１４に直交する、道路縁部１４右側の見通しの悪い小路から出現しつつあり得る。長距離レーダセンサを含むヘッドライト組立体２０が、第１の車両２に示される。通常、第１の車両２の四つ角に位置決めされる短距離レーダセンサを含む補助ランプ組立体２２も示される。第１の車両２は、シーンデータ及び第２の車両４に関する物体データを収集しており、車載中央演算処理装置は、組み合わせられたデータを解析し、衝突が生じるおそれがあると判断した。長距離レーダセンサ及び短距離レーダセンサを含むセンサデータのアレイ、ビデオ／静止カメラ、並びにＧＰＳ位置基準又は相対位置基準（更に詳細に後述する）は、中央プロセッサによって解析され、コマンド、この場合では、緊急車線変更を行うように操縦し、ブレーキを掛けて、終速度まで減速させるコマンドが車両２の制御システムに送信される。サイドセンサにより、第２の車両４が同様に、危険を検出し、防衛反応することも可能である。

図３は、車両レーダセンサシステムの主要機能ブロックの関係及び接続を示すシステムブロック図を示す。レーダシステムコントローラ２４は、車載された全てのレーダセンサと通信する。典型的な設置では、２つの長距離ユニットＬＲＵ１及びＬＲＵ２が、１組の双方向電気接続を通してレーダシステムコントローラ２４に接続する。電気接続は、光学導波管と、光学送信器及び光学受信器を有することもでき、それにより、データ信号、制御信号、及び状態信号を長距離レーダセンサ２０とレーダシステムコントローラ２４との間で双方向的に転送する。レーダシステムコントローラ２４は、それぞれ１組の双方向電気接続を通して４つの短距離ユニットＳＲＵ１、ＳＲＵ２、ＳＲＵ３、及びＳＲＵ４ ２２とも通信する。電気接続は、光学導波管と、光学送信器及び光学受信器を有することもでき、それにより、データ信号、制御信号、及び状態信号を短距離レーダセンサ２２とレーダシステムコントローラ２４との間で双方向的に転送する。レーダシステムの各レーダはデータプロセッサを含み、それにより、中央プロセッサ２４及び２８への処理負荷を低減し、例えば、ポイントクラウドを展開し、ポイントクラウドから視野内の物体及び物体速度を分離し／分ける。いくつかの数（ｎ）の光学可視光２Ｄ静止又はビデオカメラ４０も、車両衝突プロセッサ３８に接続され、車両に搭載された様々なレーダセンサによって生成される３Ｄデータに相補的なシーンデータを生成する。２Ｄ静止又はビデオカメラ４０は、好ましい実施形態で典型的な可視波長とは対照的に、赤外線波長で動作することもできる。２Ｄ静止又はビデオカメラ４０の視野は、車両２に設置されるレーダセンサ（２０及び２２）の視野に重なるように設計される。双方向電気接続は、３Ｄデータマップ、状態信号、及び制御信号をレーダシステムコントローラ２４と、車両電気システム・中央演算処理装置（ＣＰＵ）２８との間で転送するようにも機能する。車両のコアにおいて、電子頭脳が車両２の全ての機能を制御することができ、通常、他の全てのサブシステム及びコプロセッサを制御する。電子頭脳又は中央演算処理装置（ＣＰＵ２８）は、ここでは、バッテリ、ヘッドライト、配線用ハーネス等を含め、車両の基本電気システムと一緒にされる。車両サスペンションシステム３０は、双方向電気接続を通して制御コマンド及び戻り信号を受信し、各ハンドルの最低地上高、ばね定数、及び減衰率を独立して変更することが可能である。慣性基準３２は、ＣＰＵ２８への入力として垂直基準又は重力センサも有する。全地球測位基準３６を車両ＣＰＵ２８に接続することもできる。ＧＰＳ基準３６は、利用可能な全ての道路及び状況のデータベースを有することもでき、データベースは、無線リンクを通して定期的に更新し得る。二重無線リンク３４をＣＰＵ２８に接続し、将来の衝突に関わるおそれがある近距離内の他の車両４と通信することもできるとともに、道路データ、天気状況、及び車両２の運転に重要な他の情報を、中央道路状況データベースから受信することができる。車両２は、無線上りリンク３４を介して、中央道路状況データベースに更新を提供することもでき、それにより、レーダセンサ及び無線リンク３４を装備したありとあらゆる車両２が、中央道路状況データベースを増補できるようにする。衝突プロセッサ・エアバッグ制御ユニット３８も同様に、ＣＰＵ２８に双方向的に接続し、いくつかの加速度計、ブレーキセンサ、車輪回転センサ、レーダセンサ等から入力を受信する。ＡＣＵ３８は、エアバッグ並びに他の制約のタイミング及び展開を判断する。

図４は、レーダシステムコントローラ２４と、車両２の協働システムとの相互接続との更なる詳細を示すブロック図である。レーダシステムコントローラ２４はセンサインタフェース５０を備え、このインタフェース５０は、コマンドを短距離レーダセンサＳＲＵ１−４ ２２並びに長距離レーダセンサＬＲＵ１及びＬＲＵ２ ２０に送信する。ファイバケーブル・配線用ハーネス４８は、コマンドをセンサインタフェース５０から様々なレーダセンサに転送する物理的な媒体を提供する。３Ｄデータ及び状態信号は、ファイバケーブル・配線用ハーネス４８を通して様々なレーダセンサからセンサインタフェース５０に戻される。同様に、コマンド信号もいくつか（ｎ個）の２Ｄカメラ２６に送信され、状態データ及び画像データは、２Ｄカメラから配線用ハーネス４８を介してレーダシステムコントローラ２４に戻される。各長距離センサユニット２０は、１組の双方向接続を通して接続し、この接続は論理的に、各長距離センサユニット２０内の送受信器及び受信器と、ファイバケーブル・配線用ハーネス４８という物理的な媒体と、センサインタフェース５０の送信器及び受信器とを含む。各短距離センサユニット２２は、１組の双方向接続を通して接続し、この接続は論理的に、各短距離センサユニット２２内の送受信器及び受信器と、ファイバケーブル・配線用ハーネス４８という物理的な媒体と、センサインタフェース５０の送信器及び受信器とを含む。センサインタフェース５０は、シーンプロセッサ５２及び制御プロセッサ４４からデジタル論理レベルを受信し、ファイバケーブル・配線用ハーネス４８を介する、車両２に設置された様々なレーダセンサへの送信に向けてこれらの信号を調整する。センサインタフェース５０は、車両２に設置された様々なレーダセンサ又は２Ｄカメラのうちの１つ又は複数向けに、制御プロセッサ４４及びシーンプロセッサ５２からのアウトバウンド信号の増幅、レベル調整、デジタル／アナログ変換、及び電気／光学信号変換を提供し得る。逆に、インバウンド信号の場合、センサインタフェース５０は、車両２に設置された様々なレーダセンサ又は２Ｄカメラのうちの任意の１つから送信された３Ｄ又は２Ｄデータ及び状態信号の増幅、レベルシフト、アナログ／デジタル変換、及び光学／電気変換を提供し得、次に、受信され、且つ／又は変換されたこれらの信号をデジタル信号として制御プロセッサ４４及びシーンプロセッサ５２に提供する。センサインタフェース５０は、Ｄ／Ａ信号変換器及びＡ／Ｄ信号変換器を含め、完全に又は部分的に読み出し集積回路（図５の６４）に存在し得る。シーンプロセッサ５２は、動作可能な各レーダセンサから受信した３Ｄフレームを結合して、車両２のすぐ前方及び周囲にある空間全体の複合３Ｄマップを作成するとともに、３Ｄマップを、いくつか（ｎ個）の２Ｄ静止又はビデオカメラ２６から受信される２Ｄ画像データと統合して、解像度、色、及びコントラストの増強を提供し得る。従来の２Ｄ静止又はビデオカメラ２６の追加により、向上した物体識別能力がシステムに提供される。補助短距離センサ２２が設置される場合に、車両２の周囲エリアの完全な３Ｄマップが最良に可能になる。好ましい実施形態では、２つの長距離センサ２０と、４つの短距離センサ２２から構成される６つのレーダセンサが、完全な３６０度視野を提供し、シーンプロセッサ５２によって車両２の周囲及び前方の空間全体の３Ｄマップを合成し得る。いくつかの車両設置物としては、後面長距離レーダセンサ２０（図示せず）も挙げられ、このセンサは、追加の安全域を提供する。複数の長距離センサの視野の重複により、シーンプロセッサ５２は、遠視野パターン内のいくつかの影をなくすか、又は更なる形状データを獲得することができ、更なる形状データにより、車両２の経路内の物体又は障害物を明確に識別することができる。短距離センサと長距離センサとの視野の重複により、シーンプロセッサ５２に、結合視野内の任意の特徴又は物体についての追加の形状情報が与えられるとともに、短距離センサ２２によって掃引される角度がより広いことに起因して、影の低減が与えられる。制御プロセッサ４４は、レーダセンサから、レーザ温度、送信レーザのパルス電力及びパルス形状、受信器温度、背景光レベル等を示す状態データを受信し、制御中の様々なレーダセンサへのグローバル入力パラメータの調整について判断する。検出器バイアス、トリガー感度、トリガーモード、又はＳＵＬＡＲ（凝視水中レーザレーダ（Ｓｔａｒｉｎｇ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｌａｓｅｒ Ｒａｄａｒ））モード、フィルタ帯域幅等のグローバル設定は、制御プロセッサ４４から所与のレーダセンサに送信し得、このグローバル設定は、特定のレーダセンサ内に存在するローカル制御プロセッサによって元々設定又は調整されたローカル設定をオーバーライドし得る。ＳＵＬＡＲモード及びトリガーモードの動作については図５に関して詳述する。不揮発性メモリ４６が、制御プロセッサ４４及びシーンプロセッサ５２で実行されるプログラムの記憶ロケーションを提供し、状態データ及びシステムのスタートアップ時に有用な他のデータの記憶に使用し得る。データ通信ポート４２は通常、Ｅｔｈｅｒｎｅｔポート又はギガビットＥｔｈｅｒｎｅｔポートを含むが、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、Ｉｎｆｉｎｉｂａｎｄ、又は他の汎用データポートとすることもでき、接続されて、制御プロセッサ４４又はシーンプロセッサ５２と車両電気システム・中央プロセッサ２８との間に、接続５４を通して双方向通信を提供する。接続５４は、光学的、電気的、又は両方の組み合わせとすることができ、両方向でのデータ信号の調整及び伝送に必要な任意の送信器及び受信器を含む。データ通信ポート４２は、車両製造業者に固有の専用通信ポートとすることもできる。変調レーザ光の反射から導出される３Ｄ範囲データにより、初期物体モデルを特定し、いくらかの物体識別を、車両２に設置された個々のレーダセンサのプロセッサで行うことができる。物体モデルの改良は、いくつかのセンサからのデータを、前のフレームからのデータと統合し得る、システムのより上位レベルで行い得る。現在のデータと同様に履歴データを見るこの能力により、車両２が前方向に移動する際、いくつかの道路ハザード及び衝突脅威を複数の角度から見ることができ、したがって、追加の形状情報を複数の観測角度から得ながら、いくつかの影をなくす。この追加の物体データを有することにより、シーンプロセッサ５２は、メモリ４６に記憶されている物体モデルを改良することができる。より精密な物体モデルにより、シーンプロセッサ５２又は車両ＣＰＵ２８は、車両２に衝突の脅威を課すおそれがある様々な物体及び特徴を識別するに当たりよりよい進展を可能にする。

図５は、好ましい実施形態に典型的な長距離レーダセンサ２０及び短距離センサ２２の両方を説明するレーダセンサのブロック図である。パルスレーザ送信器７２、送信光学系７０、受信光学系６８の適合及びいくつかの場合では、読み出し集積回路６４のサンプリング回路へのプログラム可能な変更を行い、範囲増強、視野の広狭、並びにサイズ及びコストの低減を提供し得る。第１の実施形態は、ハイブリッド組み立て方法を使用して読み出し集積回路６４の上に積み重ねられる単一の絶縁サファイア基板上に配置される光検出要素の１２８×１２８又は１２８×６４の検出器アレイ６６を提供する。設計の他の実施形態では、光検出器要素のＭ×Ｎ焦点面アレイが予期され、Ｍ及びＮは１〜１０２４以上の値を有する。図５に示される機能要素についてまず、典型的な短距離レーダセンサ２２の要素に関して説明し得る。制御プロセッサ７４は、レーダセンサ２２の主要構成要素の機能を制御する。制御プロセッサ７４は、双方向電気接続（論理、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）・デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器７６を有する）を通してパルスレーザ送信器７２に接続し、双方向電気接続は、コマンドを制御プロセッサ２４からパルスレーザ送信器７２に転送し、監視信号をパルスレーザ送信器７２から制御プロセッサ７４に戻す。論理は、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）・デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器７６を含め、完全に又は部分的に読み出し集積回路に存在し得る。感光ダイオード検出器（フラッシュ検出器）７５は、レーザの後面に配置されて、パルスレーザ送信器７２によって生成されるレーザ光信号の部分を傍受する。パルスレーザ送信器７２の前面からとられるアウトバウンドレーザパルスの光学サンプルは、通常、光ファイバケーブルを介して、自動的に補正（ＡＲＣ）信号として検出器アレイ６６の角にルーティングされる。パルスレーザ送信器７２は、固体状態レーザ、モノブロックレーザ、半導体レーザ、ファイバレーザ、又は半導体レーザのアレイとすることができる。パルスレーザ送信器７２は、２つ以上の個々のレーザを利用することもでき、それにより、データレートを増大させる。好ましい実施形態では、パルスレーザ送信器７２は、垂直キャビティ表面放射レーザ（ＶＣＳＥＬ）のアレイである。代替の実施形態では、パルスレーザ送信器７２は、９７６ｎｍ半導体レーザ光によって励起されるエルビウム添加リン酸塩ガラスの円盤形固体状態レーザである。

動作に際して、制御プロセッサ７４は、論理コマンド又は変調信号をパルスレーザ送信器７２に送信することによってレーザ照明パルスを開始し、パルスレーザ送信器７２はこれに応答して、送信光学系７０を通してレーザ光の強力パルスを送信する。エルビウムガラス、ネオジムＹＡＧ、又は他の固体状態利得媒体に基づく固体状態レーザの場合、単純な双レベル論理コマンドが、ある時間期間にわたり利得媒体内に発せられるポンピングレーザダイオードを開始させることができ、それにより最終的に、パルスレーザ送信器７２の単一のフラッシュが生成される。電気的に励起され、レーザダイオードに注入される電流信号の変調によって即座に変調し得る半導体レーザの場合、より一般的な性質の変調信号が可能であり、主要な有益効果を伴って使用し得る。変調信号は、フラットトップの方形パルス若しくは台形パルス、ガウス形パルス、又は一連のパルスとし得る。変調信号は、正弦波、ゲーテッド正弦波、パルス正弦波、チャープ正弦波、周波数変調正弦波、振幅変調正弦波、又は一連のパルス幅変調パルスとすることもできる。変調信号は通常、アナログ値を表すデジタルメモリワードのルックアップテーブルとして、オンチップメモリ７８に記憶され、ルックアップテーブルは、制御プロセッサ７４によって順に読み出され、オンボードデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器７６によってアアナログ値に変換され、パルスレーザ送信器７２の駆動回路に渡される。メモリ７８に記憶されたルックアップテーブルとＤ／Ａ変換器との組み合わせは、制御プロセッサ７４に存在する必要な論理回路、クロック、及びタイマ８０と共に、任意波形生成器（ＡＷＧ）回路ブロックを構成する。ＡＷＧ回路ブロックは代替として、パルスレーザ送信器７２の部分としてレーザ駆動回路内に埋め込み得る。送信光学系７０は、パルスレーザ送信器７２によって生成される高強度スポットを、短距離レーダセンサ２２によって撮像される所望の視野にわたって略均一に拡散させる。送信レーザパルスの光学サンプル（ＡＲＣ信号と呼ばれる）も、光ファイバを介して検出器アレイ６６に送信される。検出器アレイ６６の角にある少数のピクセルが、ＡＲＣ（自動範囲補正）信号と共に示され、この信号は、読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）６４内のタイミング回路のゼロ時間基準を確立する。読み出し集積回路６４の各ユニットセルは、関連付けられたタイミング回路を有し、この回路は、ＡＲＣ信号から導出される電気パルスによってカウントを開始する。代替的には、フラッシュ検出器７５の信号を、第２のタイミングモードでのゼロ基準として使用し得る。ＡＲＣを通して、信号は、検出器アレイ６６を通る移動時間に関連付けられる可変遅延のいくらかを整然と除去し、結果として、コスト及び複雑性が追加される。画像フレームのデジタル表現を所与として、データ低減プロセッサ６０等の可能な埋め込みプロセッサによって同じタスクをソフトウェア／ファームウェアで処理し得る。送信されたレーザパルスのいくつかの部分が、短距離レーダセンサ２２の視野内のシーンの特徴から反射される場合、その反射は、通常は補助ランプ組立体のレンズと、検出器アレイ６６の上のマイクロレンズアレイとを備える受信光学系６８に入射し得る。代替の実施形態は、マイクロレンズの使用を必要としなくてよい強化検出器を使用する。受信光学系６８の他の代替の実施形態は、回折格子を利用して、入力光を収集し、検出器アレイ６６の個々の要素に導く。受信光学系６８の視野内のシーンの特徴から反射されたパルスレーザ光は収集され、検出器アレイ６６の個々の検出器要素に集束する。次に、この反射されたレーザ光光学信号は、影響を受ける検出器要素によって検出され、電気電流パルスに変換され、次に、この電気電流パルスは、読み出し集積回路６４の関連付けられたユニットセル電気回路によって増幅され、飛行時間が測定される。したがって、視野内のシーンの各反射特徴への範囲は、短距離レーダセンサ２２によって測定される。検出器アレイ６６及び読み出し集積回路６４はＭ×Ｎサイズ又はＮ×Ｍサイズのアレイとすることができる。球面レンズ、円柱レンズ、ホログラフィック拡散器、回折格子アレイ、又はマイクロレンズアレイからなる送信光学系７０は、図１に示されるように、パルスレーザ送信器７２の出力ビームを、車両２の経路内のシーン又は物体の中央部分を照明するのに適切な円錐形、楕円形、又は矩形のビームに調整する。

図５を継続すると、受信光学系６８は凸レンズ、球面レンズ、円柱レンズ、又は回折格子レンズとすることができる。受信光学系６８は、シーンから反射された光を収集し、収集された光を検出器アレイ６６に集束する。好ましい実施形態では、検出器アレイ６６は、リン化インジウム半導体基板の上にエピタキシャルで堆積したガリウムヒ素の薄膜に形成される。通常、検出器アレイ６６は、光に露出される１組の陰極接点と、検出器アレイ６６に堆積したいくつかのインジウムバンプを通して、支持する読み出し集積回路６４に電気的に接続される１組の陽極接点とを有する。次に、検出器アレイ６６の個々の検出器の陰極接点は、アレイの照明側の高電圧検出器バイアスグリッドに接続される。したがって、検出器アレイ６６の検出器要素の各陽極接点は、読み出し集積回路６４のユニットセル電気回路の入力に独立して接続される。検出器アレイ６６と読み出し集積回路６４とのこの従来のハイブリッド組立体はなお、使用可能であるが、新しい技術により、要素間結合、すなわちクロストークを低減するとともに、漏出（暗）電流を低減し、検出器アレイ６６の個々の検出器要素の効率を向上させ得る。好ましい実施形態では、検出器アレイ６６の要素は、略単結晶のサファイアウェーハの上に形成し得る。エピタキシャル成長された略単結晶のシリコンの薄膜を有するシリコンオンサファイア（ＳＯＳ）基板が、市場で入手可能であり、その優れた性能特徴でよく知られている。ＡＰＤ、ＰＩＮ、又はＰＮ接合検出器の検出器アレイ６６が、ＳＯＳウェーハ上へのエピタキシャル再成長を介してｐ型シリコン及びｎ型シリコンの一連の層で形成し得る。ホウ素及びアルミニウムを、任意のｐ型シリコンエピタキシャル層のドーパントとして使用し得る。リン、ヒ素、及びアンチモニーを、任意のｎ型シリコンエピタキシャル層のドーパントとして使用し得る。エピタキシャル成長された単結晶窒化ガリウムの薄膜を有するサファイア基板も市場で入手可能であり（サファイア上の窒化ガリウム、すなわちＧＮＯＳ）、高輝度青色ＬＥＤの製造に適する基板として広く知られている。ＡＰＤ、ＰＩＮ、又はＰＮ接合検出器の検出器アレイ６６は、ＧＮＯＳウェーハ上のエピタキシャル再成長を介してｐ型及びｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）又はインジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）の一連の層で形成し得る。シリコン及びゲルマニウムを、任意のｎ型ＧａＮ層のドーパントとして使用し得る。場合によっては、マグネシウムを、ＧａＮ内のｐ型層のドーパントとして使用し得る。更なる展開では、検出器アレイ６６は、モノリシックに、読み出しＩＣ６４の上に直接製造し得る。検出器アレイ６６は、インジウムガリウムヒ素、インジウムアルミニウムヒ素、炭化ケイ素、ダイアモンド、水銀カドミウムテルル、セレン化アレン、又は他の周知の半導体検出器システムの化合物から、より従来通りに形成することもできる。読み出し集積回路６４は、ユニットセル電気回路の矩形アレイを備え、各ユニットセルは、検出器アレイ６６の光電気工学要素から受信される低レベル光電流を増幅し、増幅器出力をサンプリングし、シーンから反射され、ユニットセル電気入力に接続された検出器アレイ６６の検出器要素によって傍受される光パルスに関連付けられたユニットセル増幅器出力内の電気パルスの存在を検出する能力を有する。検出器アレイ６６は、光電気増幅が可能であり、設計波長で入射光信号によって変調されるアバランシェフォトダイオードのアレイとし得る。検出器アレイ６６の要素は、ドミナントキャリアが正孔又は電気のそれぞれであるＰ固有Ｎ設計又はＮ固有Ｐ設計とすることもでき、その場合、対応するＲＯＩＣ６４はバイアス電圧の極性を有し、それに従って増幅器入力が調整される。好ましい実施形態の検出器アレイ６６と読み出し集積回路６４とのハイブリッド組立体は、図１８に示され、次に、組立体は、通常、ＦＲ−４基板又はセラミック基板２２２（図１５〜図１７参照）上のサポート回路組立体に搭載される。回路組立体はサポート回路を提供し、このサポート回路は、読み出し集積回路６４から検出器アレイ６６の個々の要素の範囲出力及び強度出力を受信し登録しながら、他のサポート機能の中でも特に、読み出し行列に調整された電力、基準クロック信号、較正定数、及び選択入力を供給し、回路基板２２２及び取り付けられた構成要素として図１４〜図１７に示され、続けて説明される。これらのサポート機能の多くは、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）プロセッサにおいて実施し得、このプロセッサは同じ回路基板２２２に存在する。検出器バイアス変換器回路８４は、時変検出器バイアスを検出器アレイ６６に適用し、検出器アレイ６６は、検出器アレイ６６の視野内の遠く離れた物体を検出する潜在性を最大化しながら、検出器アレイ６６の近視野内の飽和の危険性を低減するのに最適な検出器バイアスレベルを提供する。検出器バイアス変換器８４によって供給される時変検出器バイアスの輪郭は、データ低減プロセッサ６０からのフィードバックに基づいて制御プロセッサ７４によって策定され、フィードバックは、検出器アレイ６６の視野内のシーンの物体又はポイントの反射率及び距離を示す。制御プロセッサ７４はまた、いくつかのクロック信号及びタイミング信号をタイミングコア８０から、読み出し集積回路６４、データ低減プロセッサ６０、アナログ／デジタル変換器６２、物体追跡プロセッサ５６、及びそれぞれに関連付けられたメモリに提供する。制御プロセッサ７４は、温度安定化又は温度補償済みの周波数基準８６に頼り、様々なクロック及びタイミング信号を生成する。温度安定化周波数基準８６は、温度補償済みの水晶発振器（ＴＣＸＯ）、誘電共振器発振器（ＤＲＯ）、又は表面音響波装置（ＳＡＷ）とし得る。制御プロセッサ７４に存在するタイミングコア８０は、高周波数調整可能発振器、プログラマブルプリスケーラ分周器、位相補償器、及び誤差増幅器を含み得る。

図５を継続すると、制御プロセッサ７４、データ低減プロセッサ６０、及び物体追跡プロセッサ５６はそれぞれ、プログラム、データ、定数、並びに動作及び計算の結果を記憶する、関連付けられたメモリを有する。これらのメモリは、それぞれ付随するデジタルプロセッサに関連付けられ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、又はフラッシュ等の他の不揮発性メモリを含み得る。これらのメモリは、ＳＲＡＭ又はＤＲＡＭ等の揮発性メモリも含み得、揮発性メモリ及び不揮発性メモリの両方を各プロセッサのそれぞれに統合し得る。共通フレームメモリ５８はいくつかのフレームを保持するように機能し、各フレームは単一のレーザパルスから生成される画像である。データ低減プロセッサ６０及び物体追跡プロセッサ５６は両方とも、３Ｄ画像処理を実行して、通常、レーダシステムコントローラ２４に関連付けられる中央演算処理装置への負荷を低減し得る。データ収集には２つのモードがあり、第１のモードはＳＵＬＡＲ又は深度でのプログレッシブ走査である。各レーザパルスは通常、ＣＡＴ走査と同様に２０のデータ「スライス」を生成し、各「スライス」は、共通フレームメモリ５８に単一のページとして記憶し得る。２ナノ秒間隔で各ピクセルをサンプリングする場合、「スライス」はそれぞれ、約１フィートの深度差での画像空間の層である。２０のスライスがデータフレームを表し、後続するレーザパルスのサンプリングは、深度において２０フィート更に離れたところで開始し得、それにより、範囲又は深度で最高で１０００フィートまでの画像空間全体を、５０の連続したレーザ照明パルスで掃引し得、各レーザパルス応答は、単一のフレームエントリ内に保持される２０のデータ「スライス」からなる。場合によっては、フレームメモリは、５０全てのデータフレームを保持するのに十分に大きくし得る。記憶されるスライスの数は、トリガーモード動作を必要とせずに、任意の関連距離にわたりマッピングするのに十分な数とすることができる。次に、水中の表面、木で覆われた森、又は任意の静止した風景をマッピングするためにとられるデータの場合でのように、データの低減を外部コンピュータで行い得、ソフトウェアでの高度な事後処理技法により、優れた正確性又は解像度をもたらし得る。第２のデータ取得モードはトリガーモードであり、このモードでは、個々のピクセルはそれぞれ、パルス応答を探し、特定のパルス閾値基準が満たされると、パルス到着時間を囲む２０のアナログサンプルが、ピクセルアナログメモリに保持され、実行中のデジタルカウンタが、公称範囲測定で凍結される。２０のアナログサンプルは、読み出し集積回路６４の「Ａ」及び「Ｂ」出力を通して各ピクセルから出力され、本設計の１２８×１２８ピクセルのインタリーブされた行値及び列値を表す。「Ａ」及び「Ｂ」出力はアナログ出力であり、アナログ出力に提示されるアナログサンプルは、デュアルチャネルアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器６２によってデジタル値に変換される。出力のインタリーブは、出力のうちの一方（「Ａ」）が、読み出しＩＣ６４の奇数線を読み出し、他方の出力（「Ｂ」）が、読み出しＩＣ６４の偶数線を読み出すことを意味する。より大きな検出器アレイ６６は、３つ以上のデジタル出力を有し得る。Ａ／Ｄ変換器６２のデジタル出力は、データ低減プロセッサ６０の入力に接続する。Ａ／Ｄ変換器６２は、読み出し集積回路６４に統合することもできる。デジタル出力は通常、読み出しＩＣ６４の各ピクセルで測定された未補正アナログサンプルの１０ビット又は１２ビットデジタル表現であるが、用途に応じて、より多数又はより少数のビットを有する他の表現を使用してもよい。デジタル出力のレートは、フレームレート及びアレイ内のピクセル数に依存する。トリガーモードでは、単一のレーザパルスの時間枠で全範囲又は全深度空間を掃引し得るため、データ低減の大半は既に行われており、データ低減プロセッサ６０は、各ユニットセルに記憶された２０のみのアナログサンプルに対して動作して、アレイの各ピクセル（ユニットセル）から受信される公称範囲測定を改良する。データ低減プロセッサ６０は、アナログサンプルを、基準ＡＲＣパルス信号で表される出力レーザ照明パルスの形状に曲線近似することによって、各ピクセルから受信される公称範囲測定値を改良する。範囲測定値は、周知の基準パルス特徴形状への曲線近似によって改良することもできる。トリガー取得モードでは、フレームメモリ５８は、照明レーザパルス毎に「ポイントクラウド」画像を保持するだけでよい。「ポイントクラウド」という用語は、本設計の１２８×１２８アレイの各ピクセルによって検出される反射光パルスの範囲及び強度によって作成される画像を指す。トリガーモードでは、データ低減プロセッサは主に、データバス６１を介して範囲及び強度（Ｒ＆Ｉ）データをフレームメモリ５８に渡す前に各ピクセルによって行われたＲ＆Ｉ測定値を改良するように機能し、「スライス」データ又はアナログサンプルは、この取得モードでは、Ｒ＆Ｉ「ポイントクラウド」データから独立してメモリに保持されない。フレームメモリ５８は、必要に応じて、データバス９０を介して個々のフレーム、複数のフレーム、又は完全なポイントクラウド画像を制御プロセッサ７４に提供するとともに、データバス５９を介して任意選択的な物体追跡プロセッサ５６に提供する。

図５に示されるように、データ低減プロセッサ６０及び制御プロセッサ７４は、同じタイプのものであることができ、すなわち、ハードウェア符号化整数及び浮動小数点算術ユニットを有する縮小命令セット（ＲＩＳＣ）デジタルプロセッサとすることができる。物体追跡プロセッサ５６も、ＲＩＳＣプロセッサ６０及び７４と同じタイプのものとし得るが、場合によっては、かなり複雑なグラフィカル処理に適するより高い能力を有するプロセッサとすることもできる。物体追跡プロセッサ５６は、ハードウェア符号化整数及び浮動小数点算術ユニットに加えて、行列式、行列乗算、及び行列反転を含むが、これらに限定されないいくつかのハードウェア符号化行列算術機能を有し得る。動作に当たり、制御プロセッサ７４は、双方向制御バス８８を通して、読み出し集積回路６４、Ａ／Ｄ変換器６２、フレームメモリ５８、データ低減プロセッサ６０、及び物体追跡プロセッサ５６を制御し、双方向制御バス８８により、マスタである制御プロセッサ７４は、コマンドを優先度に基づいて従属する周辺機能：読み出しＩＣ６４、Ａ／Ｄ変換器６２、フレームメモリ５８、データ低減プロセッサ６０、及び物体追跡プロセッサ５６に渡すことができる。双方向制御バス８８は、状態データ及びプロセスパラメータデータを、読み出しＩＣ６４、Ａ／Ｄ変換器６２、フレームメモリ５８、データ低減プロセッサ６０、及び物体追跡プロセッサ５６から制御プロセッサ７４に戻すようにも機能する。データ低減プロセッサ６０は、公称範囲データを改良し、Ａ／Ｄ変換器６２から受信するデジタル化されたアナログサンプルから作成される各ピクセル強度データを調整し、単方向データバス６１を介して完全な画像フレームをフレームメモリ５８に出力し、フレームメモリ５８は、用途に応じて、数フレーム〜数千のフレームを保持する容量を有するデュアルポートメモリである。物体追跡プロセッサ５６は内部メモリを有し、内部メモリは、複数の画像データフレームを保持するのに十分な容量を有し、それにより、ビデオ圧縮、シングルフレーム又はマルチフレーム解像度向上、統計学的処理、並びに物体の識別及び追跡を含め、マルチフレーム合成プロセスを可能にする。物体追跡プロセッサ５６の出力は、単方向データバス９２を通して、制御プロセッサ７４に存在し得る通信ポート８２に送信される。全てのスライスデータ、範囲データ、及び強度データ、制御、及び通信は次に、双方向接続９４を通して通信ポート８２と中央レーダシステムコントローラ２４（図４）との間で渡される。電力接続及び接地接続（図示せず）は、電気機械インタフェースを通して供給し得る。双方向接続９４は電気的伝送線又は光学的伝送線とし得、電気機械インタフェースは、ＤＢ−２５電気コネクタ、光学電気ハイブリッドコネクタ、又は短距離レーダセンサ２２の信号を双方向的に搬送するように構成される特殊な自動車コネクタ及び内部に埋め込まれた短距離レーダセンサ２２を有し得る補助ランプ組立体の電気接続とし得る。双方向接続９４は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、又はファイバチャネル等の高速シリアル接続であってもよく、Ｉｎｆｉｎｉｂａｎｄ等のパラレル高速接続であってもよく、又は高速シリアル接続とパラレル接続との組み合わせであってもよく、ここで列挙されるものに限定されない。双方向接続９４は、データ低減プロセッサ６０、物体追跡プロセッサ５６、及び全地球測位基準データ並びに短距離レーダセンサ２２の機能ブロックの残りの特定用途向け制御パラメータを含め、アップロード情報を制御プロセッサ７４にアップロードするようにも機能する。慣性・垂直基準３２（図３参照）も、必要に応じて、車両電気システム・ＣＰＵ２８及びレーダシステムコントローラ２４を通してホスト車両２から短距離レーダセンサ２２及び長距離レーダセンサ２０にデータを提供する。同様に、短距離レーダセンサ２２に有用であり得る任意の他のデータも、慣性・垂直基準データと同じように提供し得る。制御プロセッサ７４は、慣性・垂直基準データを、外部位置基準に加えて利用し得、位置・慣性基準データをデータ低減プロセッサ６０に渡し、範囲データ及び強度データを調整するとともに、物体追跡プロセッサ５６に渡し、マルチフレームデータ合成プロセスで利用し得る。垂直基準は一般に、ピッチ及びロールの測定値を提供し、重力に直交する水平平面に対する仰角及びねじれ角（ロールと同様）を読み出すように構成される。短距離レーダセンサ２２は通常半導体レーザを利用し、このレーザはいくつかの異なる方法で変調し得る。長距離レーダセンサ２０は通常、ｑスイッチ固体状態レーザを利用し、このレーザは、適宜制御される場合、ガウスプロファイルを有する単一の出力パルスを生成する。このタイプの固体状態レーザのパルス形状は容易に変調されず、したがって、長距離レーダセンサ２０の受信器セクションによって「そのまま」で対処しなければならない。通常、尾灯、ターン信号、又は駐車灯等の補助ランプ組立体内に埋め込まれる短距離レーダセンサ２２の動作は、長距離レーダセンサ２０の動作と同じであるが、いくつかの例外がある。長距離レーダセンサ２０及び短距離レーダセンサ２２は、利用されるレーザのタイプ及びレーザ変調のタイプのみが異なり得る。送信光学系７０及び受信光学系６８もまた、長距離レーダセンサ２０と短距離レーダセンサ２２との異なる視野に起因して異なり得る。長距離レーダセンサ２０と短距離レーダセンサ２２との送信レーザパルス変調の差は、読み出しＩＣ６４のサンプリングモードの柔軟性と、データ低減プロセッサ６０とによってプログラム的に吸収し得る。ホスト車両２は、ＵＳＢ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、ＲＪ−４５、又は他のインタフェース接続からの相手方コネクタプラグを受けるのに一般に利用可能であり、二者択一的に、本明細書で説明されるタイプの長距離レーダセンサ２０又は短距離レーダセンサ２２への取り付けに使用し得るいくつかのコネクタレセプタクルを有し得る。

本明細書で説明される好ましい実施形態では、いくつかのデジタルプロセッサが識別され、プロセッサは、ホスト車両に関連付けられるものもあれば（合計で２）、レーダサブシステムに関連付けられるものもあれば（合計で３）、個々のレーダセンサに関連付けられるものもある（合計で３）。これらの様々なデジタルプロセッサのパーティション化及び名称付けは、技術者の判断に基づいて行われたが、本発明の範囲若しくは意図を変更せずに、又は本発明の有用性に影響せずに、他のパーティション化及び名称付け規則を使用してもよい。車両、車両ＣＰＵ２８、及び衝突プロセッサ・エアバッグ制御ユニット３８に関連付けられたプロセッサの機能は、いくつかの将来の実施形態では、単一のデジタルプロセッサに組み合わせ得る。車両ＣＰＵ２８と衝突プロセッサ・エアバッグ制御ユニット３８との組み合わせは、レーダシステムコントローラ２４を組み込むこともでき、レーダシステムコントローラ２４は通常、レーダサブシステムに関連付けられる。レーダシステムコントローラ２４（シーンプロセッサ５２及び制御プロセッサ４４を含む）は、いくつかの代替の実施形態では、回路としてなくすことができ、本発明との併用に意図されるものとして本明細書で説明される、レーダシステムコントローラ２４によって通常実行される機能のみが、より強力な車両ＣＰＵ２８によって引き継がれる。同様に、個々のレーダセンサの物体追跡プロセッサ５６を車両ＣＰＵ２８に吸収することができ、データ低減プロセッサ６０及び制御プロセス７４等の他のレーダセンサプロセッサでも同様に可能である。これは、車両での計算能力のより大きな集中化に向かうトレンドに従う。分散化に向かうトレンドを逆に行うこともでき、いくつかの代替の実施形態は、これまで以上に処理能力をレーダセンササブシステムに引き下げる。他の代替の実施形態では、恐らく、単一のレーダシステムしか設置できないロボット車両では、略全ての処理能力を個々のレーダセンタ自体に組み込むことができる。デジタルプロセッサという用語は、多くのコントローラも純粋な数学的計算を実行し得るため、又はデータ低減を実行し得るため、また多くのデジタルコンピュータが制御動作を実行し得るため、デジタルコントローラ又はデジタルコンピュータのいずれかを説明し得るのに総称的に使用し得る。デジタルプロセッサがコントローラと呼ばれるか、それともコンピュータと呼ばれるかは、表現の違いであり、いずれの装置の用途又は機能の限定も意図されない。

図５を継続すると、好ましい実施形態において、短距離レーダセンサ２２に半導体レーザを使用することにより、駆動電流を、半導体レーザの一例としての垂直キャビティ表面放射レーザ（ＶＣＳＥＬ）又は任意のダイオードレーザ用に誂えて、わずかなずれしか有さないガウス光学パルス形を生成し得る。ＶＣＳＥＬ応答時間はサブナノ秒領域にあり、典型的なパルス幅は、電力半値点で５ナノ秒〜１００ナノ秒であり得る。図５の図では、ＶＣＳＥＬ及びレーザ駆動回路はパルスレーザ送信器７２の部分であり、所望のパルス又は波形はそれ自体、典型的な変換レート２００ＭＨｚ〜３００ＭＨｚを有するデジタル／アナログ変換器７６によって生成され、したがって、理想的なガウス形からの、出力パルス形でのいかなるずれも、制御プロセッサ７４に関連付けられたメモリ７８内のルックアップテーブルにおいて補償し得、理想のガウス形は、Ｄ／Ａ変換器によってパルスレーザ送信器７２内のレーザ駆動回路に供給される駆動電流波形のデジタル基準として機能する。ＶＣＳＥＬからの利用可能な光学電力が限られていることを所与として、ガウス形単一パルス変調方式は短距離で上手く機能する。ＶＣＳＥＬの範囲の拡張は、マルチパルスシーケンス、正弦波バースト等のより高度な変調方式を使用して行い得る。短距離レーダセンサ２２を参照して本明細書で説明したＶＣＳＥＬ及び変調方式は、長距離レーダセンサ２０のパルスレーザ送信器７２において通常使用される固体状態レーザへの代替である。パルスレーザ送信器７２でのＶＣＳＥＬアレイの使用は、コスト、サイズ、消費電力を低減し、且つ／又は信頼性を向上させる潜在性を有する。レーダセンサは車両２の多くのポイントに搭載し得る：ドアパネル、バックミラー、バンパー等。イメージ管ＦＰＡ等のより高感度の検出器アレイ６６が備えられる場合、本明細書で説明されるタイプの補助レーダセンサは、ＶＣＳＥＬアレイを照明源として使用し得、より長距離の範囲をサポートし得る。

図６に示されるユニットセル電子回路は、ガウス単一パルス変調方式と機能するようによく構成され、フラットトップパルス、ガウス形パルス、又は他の形状のパルスのシーケンスを含め、他の変調方式とも有利に機能する。これらのパルスは様々な幅及び間隔のものであり、範囲の曖昧さを低減し得、またランダムなパルスシーケンス又は他の場合では、バーカー符号化パルスシーケンスとし得る。ガウス形出力単一パルスを生成する半導体レーザを有する短距離レーダセンサ２２の典型的な動作では、短距離レーダセンサ２２の視野内の表面から反射されるパルスレーザ光のいくらかの部分は、受信光学系６８によって集中され集束され、検出器アレイ６６の個々の検出器要素９７に辿り着く。個々の要素９７は通常、アバランシェフォトダイオードであるが、ＰＩＮ、ＮＩＰ、又は他の構造であってもよい。検出器アレイ６６の個々の各要素９７は、シリコン、リン化インジウムガリウムヒ素、アルミニウムガリウムヒ素、インジウム窒化ガリウム、又は動作の波長に適切な他の半導体化合物で構成される半導体膜内に形成される。個々の各要素９７は、バイアス配電ネットワークＶ_ＤＥＴ９９による電圧を用いてバイアスされる。個々の検出器要素９７に入射する反射光信号は、電気信号、通常は光電流に変換され、入力増幅器９６、通常はトランスインピーダンス増幅器によって増幅される。入力増幅器９６の出力は、トリガー回路９８及びいくつかのアナログサンプリングゲート１０８に分配される。トリガー回路９８は通常、閾値電圧比較器であり、所定の大きさを超えるパルスを受信する場合にトリガーするように設定されるが、他のパルス検出方式を使用してもよい。遅延回路１００を通してのプログラマブル遅延後、循環選択器１０４の状態は、トリガー回路９８の出力の論理遷移によって凍結される。トリガー回路９８による受信パルスの検出前に、サンプルクロック１０２は循環選択器１０４の状態を進めさせ、サンプリング制御出力Ｓ１〜Ｓ３のうちの１つをイネーブルし、それにより、サンプリングゲート１０８の１つにより、入力増幅器９６の出力をサンプリングさせる。循環選択器１０４が、アクティブローリセット線１０７の解放後、サンプリングクロックのサイクル毎に論理遷移をカウンタ１０６に出力する際、サンプルクロック１０２の遷移数は、カウンタ１０６によってカウントされる。循環選択器１０６は、プログラミングに応じて、出力Ｓ１〜Ｓ３を順に循環し得るか、又は異なる順序を有し得る。第２の循環選択器１０６及びサンプルクロック１０２は、カウンタ１０６、アナログサンプリングゲート１０８、及びアナログメモリセル１１０と共に並列に動作し得る。サンプルクロック１０２、カウンタ１０６、循環選択器１０４、サンプリングゲート１０８、及びメモリセル１１０の組み合わせは、ユニットセルサンプリング構造体１１１と呼ぶことができ、短い破線の境界で示される。これらのサンプリング構造体のうちの２つ、３つ、又は４つ以上は、入力増幅器９６の出力で並列に動作し得、そのような構造体の利点については、範囲の曖昧性に関して後述する。図６に示されるのは、３つのサンプリングゲート及びアナログメモリセルであるが、数は、いくつかの読み出しＩＣ６４上で数百以上であり得る。全てのアナログサンプルデータが取得されると、制御プロセッサ７４からの制御コマンドは、出力制御装置１１４及び出力増幅器１１２をアクティブ化することによって読み出しサイクルを開始して、アナログメモリセル１１０の内容を所定の順序で読み出す。

典型的な短距離レーダセンサ２２では、５ｋＷ／ｃｍ^２電力密度を有する１ｃｍ^２ＶＣＳＥＬアレイを仮定し、視野内の物体の反射性並びに検出器アレイ６６の応答性及び過剰雑音に応じて、ガウス形単一パルス変調方式の有効範囲は、単純な閾値検出技法を使用して１０ｍ〜２０ｍの範囲内であり得る。効果であり得るとともに、大きな電流パルスの供給に大きな放電キャパシタを必要とし得る大きなＶＣＳＥＬアレイに頼らない場合、より高度な変調技法及び検出技法を使用して、更なる処理利得を生み出し、信号対雑音比を効率的に増大させ、ひいては、ピーク電力を増大させる必要なく短距離レーダセンサ２２の範囲を拡張することができる。ガウス形単一パルス変調を生み出す第１の変調方式では、各ユニットセル電気回路からのデジタル化されたアナログサンプルを使用し、これらのサンプルをデジタル整合フィルタにおいて処理して、受信パルスの重心を見つけ、大きな処理利得をもたらす検出技法を利用し得る。この構造から得られる処理利得は、フィルタリングアルゴリズムに使用されるサンプル数の平方根に比例する。例えば、２５６個のアナログメモリセル１１０を有するユニットセル電気回路は、ガウス形単一パルス変調及び通常の雑音分布を仮定して、利用可能な全てのアナログサンプルが整合フィルタアルゴリズムで使用される場合、１６という処理利得をもたらすことができる。「処理利得」という用語は、本明細書において、電圧サンプルに対して、説明された動作を実行することによって実現される有効信号対雑音比（ＳＮＲ）の増大を記述するために使用される。パルスレーザ光が、受信光学系６８の視野のみにわたり均一に分布すると仮定すると、送信電力の平方根（又はＳＮＲ）としてのレーダの有効範囲も増大し、その結果、範囲も４０ｍ〜８０ｍに増大することができる。単一パルスガウス変調は、単一の駆動回路を有する固体状態レーザ又は半導体レーザのいずれかを特徴とし得、したがって、長距離レーダセンサ２０及び短距離レーダセンサ２２の属性であり得る。

図５のユニットセル電子回路は、単一パルス変調又はより複雑な変調シナリオに上手く適合する。第２の変調方式では、一連のバーカー符号化フラットトップ又はガウス形パルスを用いて変調されたＶＣＳＥＬアレイは、図５のユニットセル電子回路によってサンプリングし、データ低減プロセッサ６０によって解析して、範囲及び強度を推定することができる。第３の変調方式では、パルス正弦波で変調されたＶＣＳＥＬアレイにより、ピーク電力を増大させずに、より大きな累積エネルギーを、短距離レーダセンサ２２又は長距離レーダセンサ２０のいずれかの視野内のシーンの特徴から反射させることができる。パルス正弦波の各ピークは、レーダセンサ（２０、２２）の視野内のシーンの物体又は特徴からの別個の反射を有し、図５のユニットセル電気回路により、レーダセンサ受信器は、最小の回路を使用してこれらの反射パルスの多くからの累積エネルギーに応答することができる。好ましい実施形態での波形は、いくつかの正弦波サイクルであり、数は、ファクタ数に応じてかなり大きくなり得る。図５に示されるユニットセル電子回路の受信器回路は、返されたパルスピークの累積エネルギーをサンプリングするか又は同期して検出することが可能である。２つのサンプリングモードは、図５に示されるユニットセルサンプリング構造によってサポートし得る。入力波形のアナログサンプルが順次とられている、単一パルス又はマルチパルスシーケンスのアナログサンプルをとる場合、循環選択器１０４へのサンプリングインピーダンス制御装置−１０９（Ｚ）は最小値に設定される。サンプルクロック１０２のサンプリング周波数はまた、各パルス幅中に１０又は恐らくは２０のアナログサンプルを生成するように選択される。サンプリングインピーダンス制御装置１０９が最小値に設定される場合、サンプル制御Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、・・・は、サンプリングサイクル中、全電圧でオンになる。各サンプリングゲート１０８は電界効果トランジスタであるため、サンプル制御電圧Ｓ１〜Ｓ３の増大は、サンプリングＦＥＴへのゲート−ソース電圧を増大させ、したがって、ソースとドレインとの間のチャネルのインピーダンスを低下させ、サンプリングゲートインピーダンスを最小値に設定する。サンプリングゲート１０８のインピーダンスが最小値に設定される場合、アナログメモリセル１１０として機能する蓄電キャパシタは、入力増幅器９６の出力に存在する電圧まで急速に荷電される。このモードを「瞬間電圧サンプリング」と呼び、サンプリングインピーダンス制御装置１０９がより高い値、さらには最大値に設定される場合に選択される第２のサンプリングモードからこのモードを区別し得る。サンプリングインピーダンス制御装置１０９が、より高いインピーダンス、又は最大の直列抵抗値に選択される場合、出力Ｓ１〜Ｓ３は、イネーブルされる場合、最小電圧であるか、その前後にあり、それにより、サンプリングゲートＦＥＴ１０８のそれぞれにわたるゲート−ソース電圧が低くなり、ひいては、各サンプリングゲート１０８ＦＥＴのソースとドレインとの間のチャネルのサンプリングゲート直列抵抗が高くなる。サンプリングゲート１０８の直列抵抗を高値又は最大値に設定する場合、その効果は、Ｒ−Ｃフィルタを作成させることであり、アナログメモリセル１１０の蓄電キャパシタが、積分キャパシタとして機能する。この第２のサンプリングモードは、レーザが半導体レーザ、通常、高効率ＶＣＳＥＬである場合、正弦波変調がパルスレーザ送信器７２に適用されるときに非常に有用であり得る。Ｓ１によって駆動され、正弦波変調と同じ周波数であるサンプリングクロックをサンプリングゲート１０８に適用することにより、和周波数及び差周波数がサンプリングされた信号内に存在することになり、アナログメモリセル１１０の蓄電キャパシタは、和周波数をフィルタリングで除去し、差周波数はゼロになり、ＤＣ電圧成分のみを残し、このＤＣ電圧成分は位相差の三角関数である。入力増幅器９６の出力からの正弦波変調のいくつかのサイクルにわたり、このＤＣ電圧は、送信波形と受信波形との位相差の正弦又は余弦として現れる。この位相差は、反射面までの範囲に比例する。処理利得を向上させるために、Ｓ２信号によって駆動される第２のサンプリングゲートは、同じであるが、９０度位相シフトされたサンプリングクロック周波数によって駆動され、２つのＤＣ電圧のうちの大きい電圧又は２つの電圧の比率を使用して、位相を推定し、それにより、範囲を推定し得る。通常、比率が好ましい。その理由は、比率により、誤差項としての入力正弦波の振幅の変動がなくなるためである。このタイプの検出は、「同相」及び「直角位相」局所基準に頼り、「Ｉ＆Ｑ」検出方式と呼ばれることが多い。したがって、サンプリングゲート１０８は、サンプリングインピーダンス制御装置１０９の状態と、サンプリングクロック１０２によって適用される周波数とに応じて、第１のサンプリングモードにおいて瞬間電圧サンプラとして動作するか、又は第２のサンプリングモードにおいて周波数ミキサとして動作することができる。第１のサンプリングモードでは、パルスの形状又はパルスシーケンスを取得し得、第２のサンプリングモードでは、正弦波等の周期的な波形変調を、周波数混合効果及び蓄電キャパシタへの積分を通して復調し得、その結果、位相測定値が生成され、それにより、範囲が生成される。第３の変調の場合、異なる周波数の２つ、恐らくは３つの正弦波が、変調信号として半導体レーザに重ねられ、入力増幅器９６から出力された受信波形は、並列に配置され、変調信号の２つ又は３つの異なる周波数で動作する２つ又は３つのユニットセルサンプリング構造体１１１によってサンプリングされる。各周波数は、サンプルクロック１０２から適切なサンプリング周波数、通常、変調周波数のコピーを供給することにより、対象となる周波数に調整されたユニットセルサンプリング構造体によって復調され、位相測定される。

送信レーザ正弦波変調に対する反射レーザエネルギーの位相を測定する場合、特定の限度を守らなければならない。レーダが、自由空間で１５０ｍの最大範囲能力を有するべき場合、送信から受信までの合計往復遅延は約１μ秒である。したがって、位相測定を意味のあるものにするために、１５０ｍ限度での標的の空間（距離）エイリアシングを回避するため、送信の周波数は１ＭＨｚ未満でなければならない。換言すれば、単一変調周波数位相測定を意味のあるものにするには、標的が遠いほど、変調の周波数は低くなければならない。従来の掃引レーダでは、標的での滞留時間は限られ、したがって、最大設計範囲を超える戻り信号は多くの場合、短い見掛け距離ではエイリアシング信号又は「ゴースト」信号として現れない。本発明のレーダでは、典型的なモードは凝視モードであり、標的空間にわたる照明ビーム又は受信アンテナの掃引はない。したがって、本設計のレーダセンサ（２０、２２）では、設計される最大範囲を超える標的からの応答はエイリアス応答（位相シフトが２πを超えるもの）を生成するおそれがある。これらのエイリアス画像又は「ゴースト」画像を解決する方法は、第２又は第３の送信でわずかに異なる周波数、例えば、第１のゲーテッド正弦波照明パルスでの１．０ＭＨｚに対して０．９５ＭＨｚを用いて標的を照明することである。標的画像が同じ見掛け範囲に留まる場合、設計最大範囲限度未満の範囲に実際の標的がある可能性が高い。標的の見掛け範囲が第２の照明周波数でシフトする場合、画像は、エイリアス、すなわち、レーダセンサ（２０、２２）の設計最大範囲を超える距離にある標的からの「ゴースト」画像である可能性が高い。本発明のレーダセンサ（２０、２２）は、第１の送信周波数から第２の送信周波数に迅速に調整可能であり、必要であれば更に調整可能な周波数可変送信器を利用する。好ましい実施形態では、ユニットセルサンプリング構造体１１１は２倍又は３倍され、並列で動作し、２つ又は３つの正弦波変調信号が半導体レーザ送信器に重ねられる。マルチ周波数変調を使用する場合、個々の周波数は、互いの単純な高調波であるべきではない。すなわち、低値整数の分数によって関連すべきではない。好ましい実施形態でのレーダセンサ（２０、２２）は、半導体ＶＣＳＥＬレーザを利用し、整形された単一パルス、整形されたマルチパルス、整形され符号化されたマルチパルス、ゲーテッド正弦波、ゲーテッドチャープ正弦波、及びマルチ周波数ゲーテッド正弦波変調方式を使用できるようにする。代替の実施形態では、低電力半導体レーザを電気的に変調し得、その結果生成される変調光学出力は光学増幅器で増幅される。撮像される特定のシーン又は物体に適切な変調方式を選択することで、本設計の柔軟性のある変調能力により、範囲及び解像度において最大の性能を有する最小サイズのパルスレーザ照明源が生まれる。

図７に示されるのは、標的物体であり、図７は、図６のユニットセル電気回路のパルス形状サンプリング能力の主要な利点を示す。破線は、物体１１６の表面１１８に直交する入射平面波を示す。検出器アレイ６６の個々の検出器９７は通常、正方形である。物体１１６はレーダセンサ（ここでは長距離センサ２０）から離れたところにあり、したがって、物体１１６からの反射は厳密に、検出器アレイ６６内の３×３ピクセルゾーンに対して張る。表面１１８は、列内で３階まで積み重ねられ、レーダセンサ２０から１００フィート離れたところにある１フィート×１フィート正方形である。表面１２０は、列内で３階まで積み重ねられるが、レーダセンサ２０から１０４フィートのところにある１フィート×１フィート正方形である。表面１１８と１２０との間には、１フィート幅にわたり４フィート後方に傾斜する傾斜平面１２２がある。

図８に示されるのは、標的物体であり、図８は、図６のユニットセル電気回路のパルス形状サンプリング能力を別の様式で示す。破線は、物体１２４の表面１２６に直交する入射平面波を示す。上述したように、検出器アレイ６６の個々の検出器９７は通常、正方形である。物体１２４はレーダセンサ（長距離センサ２０）から離れたところにあり、したがって、物体１２４からの反射は厳密に、検出器アレイ６６内の３×３ピクセルゾーンに対して張る。表面１２６は、列内で３階まで積み重ねられ、レーダセンサ２０から１００フィート離れたところにある１フィート×１フィート正方形である。表面１２８は、列内で３階まで積み重ねられるが、レーダセンサ２０から１０１．５６２５フィートのところにある０．５フィート×１フィート正方形である。表面１３０は、列内で３階まで積み重ねられるが、レーダセンサ２０から１０２．４３７５フィートのところにある０．５フィート×１フィート正方形である。表面１３２は、列内で３階まで積み重ねられるが、レーダセンサ２０から１０４フィートのところにある１フィート×１フィート正方形である。

図９は、０．５ナノ秒の立ち上がり時間及び立ち下がり時間を有する１ナノ秒台形パルス１３２への物体１１６の時間応答を示す。約２００ナノ秒ギャップ後、反射パルス１３４は、図７の考察において説明されるように、検出器アレイ６６の３×３照明ゾーンの一番左側の列内の検出器ピクセル１〜３に戻る。反射パルス１３４は台形パルス１３２と同じ形状を有し、その理由は、表面１１８が送信パルス１３２の伝搬方向に直交するためである。反射パルス１３８は、検出器アレイ６６の３×３ゾーンの中央列内の検出器ピクセル４〜６に戻り、立ち上がりエッジは時間的に、反射パルス１３４の立ち上がりエッジに一致する。パルスの全幅は１．５ナノ秒であるため、反射パルス１３８が全値を構築するには３ナノ秒かかる。反射パルス１３８が、表面１２０に接続する表面１２２の最後のエッジから戻るにも３ナノ秒かかる。したがって、全幅４ナノ秒が最大値であり、パルスの全幅８ナノ秒及びピークレベルを３ナノ秒だけのばす。反射パルス１３６は、検出器アレイ６６の３×３ゾーンの一番右側の列内の検出器ピクセル７〜９に戻り、立ち下がりエッジは時間的に、反射パルス１３８の立ち下がりエッジに一致する。図６で説明されるユニットセル電気回路のパルス形状サンプリング能力により、データ低減プロセッサ６０は、反射パルス１３８等の反射パルスの形状を解析することにより、示される単純な幾何学的形状に従う多くのサブピクセル特徴の形状の、情報に基づく推定を行う。シーンプロセッサ５２は、パルス形状及び周囲の幾何学的形状の両方によってこれらのサブピクセル特徴の推定を更に改良し得る。

図１０は、０．５ナノ秒の立ち上がり時間及び立ち下がり時間を有する１ナノ秒台形パルス１３２への物体１２４の時間応答を示す。約２００ナノ秒ギャップ後、反射パルス１４０は、図８の考察において説明されるように、検出器アレイ６６の３×３照明ゾーンの一番左側の列内の検出器ピクセル１〜３に戻る。反射パルス１４０は台形パルス１３２と同じ形状を有し、その理由は、表面１２６が送信パルス１３２の伝搬方向に直交するためである。反射パルス１４４は、検出器アレイ６６の３×３ゾーンの中央列内の検出器ピクセル４〜６に戻り、形状は、２つの別個の重なった台形を明確に示す。第１の台形形状は表面１２８からの反射によるものであり、第２の台形形状は、より離れた表面１３０から反射された光の結果である。中心の隔たりは１．７５ナノ秒であり、表面１２８による第１のパルスの立ち下がりエッジの１／４を、表面１３０による第２のパルスの立ち上がりエッジの１／４に重なったままにする。２つの１／４レベルの重複応答の和は、２つの応答パルス１４４に現れる台形特徴との間に１／２レベルの凹みを生じさせる。反射パルス１４２は、検出器アレイ６６の３×３ゾーンの一番右側の列内の検出器ピクセル７〜９に戻り、立ち上がりエッジは、反射パルス１４０の立ち上がりエッジよりも８ナノ秒遅い。表面１２８及び１３０は両方とも、照明パルスの方向に直交するため、トップレベルの幅の変化は観測されず、階段形状は、シーンプロセッサ５２と協働するデータ低減プロセッサ６０によって推測される。

図１１は、ユニットセル電気回路の入力増幅器９６の構造を示す。差動増幅器１４８は、非反転（＋）入力に接続されたプログラマブル電圧基準（Ｖ_ＲＥＦ１）を有する。差動増幅器１４８の反転（−）入力は、検出器アレイ６６のＡＰＤ検出器要素９７の陰極に接続される。ＡＰＤ検出器要素９７の陽極は、プログラマブル検出器バイアス電圧生成器９９（Ｖ_ＤＥＴ）に接続される。差動増幅器１４８の反転（−）入力は、フィードバック回路１５０にも接続し、フィードバック回路１５０は、抵抗であってもよく、可変抵抗として構成されるトランジスタであってもよく、又は並列接続されたキャパシタ及び／又は直列接続された小型インダクタ等の周波数選択要素を含んでもよい。フィードバック回路の第２の端子は、差動増幅器１４８の非反転出力に接続する。フィードバック回路１５０が抵抗である場合、この構成はトランスインピーダンス増幅器と呼ばれることが多く、いくつかの側面で電流源に類似するＡＰＤダイオード又はＰＩＮダイオードに適する。この場合に差動増幅器を使用することにより、低雑音応答が低入力信号レベルで提供され、同時に、短距離センサ２２の近距離場に位置する高反射性の物体（停止標識）の場合によくあるように、高レベル入力信号を受ける場合にグレースフルに圧縮する。固定利得を有する第２の差動増幅器１５２を連結して、追加のダイナミックレンジを提供する。トランスインピーダンス利得に典型的な値は、照明パルスに選ばれるパルス幅に応じて５０ｋΩ〜２５０ｋΩの範囲内にあり、いくつかの実施形態ではプログラム可能であり得る。第２の差動増幅器１５２の電圧利得の典型的な値は、１０〜５０の範囲内にあり、ここでも、いくつかの実施形態ではプログラム可能であり得る。第２の差動増幅器１５２の構成は反転であり、非反転（＋）入力が、第１の差動増幅器１４８の反転出力に接続する。第２の差動増幅器の反転（−）入力は、第１の差動増幅器１４８の非反転出力に接続する。２つの連結された反転ステージは、非反転出力Ｖ_{ＬＩＭ（＋）}において検出器要素９７によって検出される入力光学パルスと同じ意味を有する差動出力を与える。代替の実施形態では、第３の差動ステージを使用して、ダイナミックレンジを更に拡張し得、連結されるステージの数は無制限に拡張し得、集積回路の性質によっていくつかの制限が課される。１つの主な制限は、出力から入力を分離することの難しさであり、再生を妨げる。ここでも集積回路プロセスで達成可能な分離の制限によって課される、利得に対する第２の制限は、近傍ユニットセル電気回路間で生じる。したがって、ユニットセル利得は、明るく照明される隣接ユニットセルから寄生結合される信号のレベルを低く保ち、個々の検出器要素９７からの低レベル入力信号に干渉しないように制限されなければならない。

図１２は、図１１の差動増幅器１４８の詳細な電気的概略である。好ましい実施形態は、反転入力としてゲートを有するｎチャネルＭＯＳトランジスタ１５４を利用する。整合するｎチャネルＭＯＳトランジスタ１５６のゲートは非反転入力であり、ＮＭＯＳトランジスタ１５６のソース端子はＮＭＯＳトランジスタ１５４のソース端子に接続され、差動対を完成させる。第３のＮＭＯＳトランジスタ１５８は、ＮＭＯＳトランジスタ１５４のソースとＮＭＯＳトランジスタ１５６のソースとの共通接合部に接続されるドレイン端子を有する。ＮＭＯＳトランジスタ１５８のゲートはプログラマブル電圧バイアスＶＢ１に接続される。ＮＭＯＳトランジスタ１５８のソースは回路接地に接続され、トランジスタは、この回路では、プログラマブル高値負荷抵抗として挙動し、差動増幅器を完成させる。高値プルアップ抵抗としてこのように接続されるのは、ｐチャネルＭＯＳトランジスタ１６０であり、ドレインはＮＭＯＳトランジスタ１５４のドレイン端子に接続される。ＰＭＯＳトランジスタ１６０のゲートはプログラマブル電圧バイアスＶＢ２に接続され、このバイアスは、ＰＭＯＳトランジスタ１６０のソースとドレインとの間の可変抵抗の値を設定する。ＰＭＯＳトランジスタ１６０のソース端子は正電源ＶＤＤに接続され、ＰＭＯＳトランジスタ１６０のチャネルの可変抵抗の値は、ＶＢ２とＶＤＤとの差によって設定される。ＰＭＯＳトランジスタ１６２はＮＭＯＳトランジスタ１５６のドレインに接続され、ＰＭＯＳトランジスタ１６０と同一の様式で、差動対のＮＭＯＳトランジスタ１５６の電圧プログラマブルプルアップ抵抗として機能する。ＮＭＯＳトランジスタ１６４は、馴染みのあるソースフォロアトポロジでのユニティーゲイン緩衝増幅器として構成される。ＮＭＯＳトランジスタ１６４のゲートは、ＮＭＯＳトランジスタ１５４の、差動対の反転出力であるドレインに接続される。ＮＭＯＳトランジスタ１６４のドレインは、正電源ＶＤＤ及びここでも高値プログラマブル負荷抵抗として接続されるＮＭＯＳトランジスタ１６６のドレインに接続され、ユニティーゲイン緩衝増幅器回路を完成させる。ＮＭＯＳトランジスタ１６６のソース端子は回路接地に接続される。ＮＭＯＳトランジスタ１６６のゲートは、第３のプログラマブル電圧バイアスＶＢ３に接続され、このバイアスは、ＮＭＯＳトランジスタ１６６のソースとドレインとの間のチャネルの抵抗を設定する。ＮＭＯＳトランジスタ１６８及び１７０も同様に、ユニティーゲイン電圧緩衝増幅器として非反転差動増幅器出力に接続され、ＮＭＯＳトランジスタ１６４及び１６６と同様に動作する。この場合、フィードバックインピーダンスは、緩衝される反転出力と、反転入力トランジスタ１５４のゲートとの間に接続される抵抗１５０である。フィードバックインピーダンスは代替的に、いくつかの他の設計考慮事項に応じて、ＮＭＯＳトランジスタ１５４のゲートとドレインとの間に直接接続し得る。

図１３は、図５のパルスレーザ送信器７２に適する高電力短持続時間レーザパルスの生成に適する半導体レーザ駆動回路の電気概略である。アナログ変調器として回路を使用することも可能である。第１のＮＭＯＳトランジスタ１７２は、レーザダイオード１９０を通して電流を生成するように接続される。ＮＭＯＳトランジスタ１７２のゲートは論理信号ＬＳ１９４によって駆動され、この論理信号は制御プロセッサ７４からのコマンドによって生成される。論理信号ＬＳは、単一デジタルパルスであってもよく、一連のデジタルパルスであってもよく、又はアナログ変調波形であってもよい低電力論理信号である。論理レベル信号の場合、ＮＭＯＳトランジスタは完全にオンになり、ドレインからソースへのチャネルインピーダンスは最小である。レーザダイオード１９０を通る電流の量は、トランジスタ１７２のＩ−Ｖ曲線、レーザダイオード１９０の直列抵抗、制限抵抗１８６の値、プログラマブル電源１８０によって生成される初期バイアス電圧ＶＢＩＡＳに依存する。デジタル変調シーケンスの場合、ＬＳは、ＮＭＯＳトランジスタ１７２に、ソース端子とドレイン端子との間のチャネルに最小の抵抗で伝導させるのに十分に高い電圧レベルである。レーザダイオード１９０の陰極はＮＭＯＳトランジスタ１７２のドレインに接続される。レーザダイオード１９０の陽極は、ローカル蓄電キャパシタ１８８及びヒューズ１８６に接続される。ローカル蓄電キャパシタの値は、論理信号ＬＳの初期適用時にレーザダイオード１９０を通して高速の立ち上がり時間を可能にするように選ばれる。グローバル蓄電キャパシタ１８４の値は通常、パルスシーケンス中に必要な全てのエネルギーを届けるように選ばれ、バイアス生成器１８０のソースインピーダンスは、パルスシーケンス間の時間にグローバル蓄電キャパシタを補充可能なように選択される。ヒューズ１８６は、ダイオードのアレイ全体を短絡させるおそれがある、故障したレーザダイオード１９０内の熱暴走がないことを保証するように設計される。このヒューズ１８６は通常、ＶＣＳＥＬアレイ固有の、熱暴走に対する耐性に起因して、ＶＣＳＥＬアレイでは必要ないが、それにもかかわらず、追加の回路保護として含まれる。ヒューズ１８６は、プリント抵抗の形態で回路カード又はセラミック回路基板上に実現し得るため、概略図では低値抵抗として示される。プログラマブル電源１８０は、制御プロセッサ７４からの１組のデジタル入力１８２によって調整される。レーザダイオード１９０、ローカル蓄電キャパシタ１８８、及びヒューズ１８６の破線境界１９２内に示されるレーザダイオード構造は、必要な電力をもたらすのに必要なだけ頻繁に繰り返し得る。同様に、ＮＭＯＳ変調トランジスタを並列に配線して、レーザダイオードアレイのサイズに必要な所要電流をもたらし得る。破線境界２０６内の回路はプリバイアス回路であり、この回路は、いくつかの純粋なデジタル設計ではなくしてもよく、又は代替として、アナログ変調器回路として使用してもよい。プリバイアス回路２０６の主な用途は、ゼロバイアスからＬＥＤ動作に関連付けられた二乗則領域を通して、キャビティ内のレージングモードの開始に関連付けられたより線形の領域に遷移する際に、いくつかのレーザダイオードに関連付けられるターンオン遅延をなくすことである。プリバイアス入力ＬＰ１９４をまず、プリトリガー信号ＬＰが適用される前に、ゼロ又はゼロ近くに設定し得る。デジタル変調の場合、ＬＰはスイッチド論理レベルであり、プリバイアスの量は、固定抵抗１９６とプログラマブル抵抗２００との間の分圧器によって設定される。プログラマブル抵抗２００は、スタートアップ時にデジタル論理入力１９８によって設定され、レーザパルスシーケンス間で調製又はリフレッシュし得る。最初は、センス抵抗２０４を流れる電流がないため、誤差増幅器１７８は、誤差増幅器１７８の出力インピーダンスと、キャパシタ２０２の値とによって決まるレートで高くなる積分を開始する。誤差増幅器１７８の出力電圧が増大するにつれて、この出力に接続されるゲートＮＭＯＳトランジスタ１７４は、ＮＭＯＳトランジスタ１７４をゆっくりとオンにする。ＮＭＯＳトランジジスタがオンになると、電流は電流センス抵抗２０４を流れ始め、次に、ユニティーゲインステージ１７６を通して緩衝され、出力電圧が誤差増幅器１７８の反転入力に印加され、フィードバックループを完成させる。安定状態状況では、センス抵抗２０４を通る電流に、抵抗２０４の値を乗算したものは、誤差増幅器１７８の（＋）入力に存在する電圧と同じであるように誤差増幅器１７８によって制御される。代替的には、時変信号をプリバイアス入力ＬＰ１９４に提示し得、レーザダイオードアレイをアナログで変調し得る。キャパシタ２０２の値は、誤差増幅器１７８のフィードバックループにおいて並列接続されたスイッチドキャパシタ（これらは図示されず）のアレイとして、キャパシタ２０２を実現することによって自動的に調整し得る。いくつかの追加のＮＭＯＳトランジスタ１７４も同様に、駆動中のレーザダイオードアレイのサイズに応じて並列接続し得る。

図１４は、補助レーダセンサ組立体２０８の上面図又は平面図であり、この組立体２０８は、尾灯、ブレーキ灯、又はターン信号組立体内に埋め込まれるか、又は代替として、車両２のドアパネル、ルーフカラム、又はバンパーゾーンに埋め込まれる専用補助センサとして車両２に搭載し得る。耐久性のあるプラスチック成形エンベロープ２１０が組立体を囲み、このエンベロープは、車両２の電気システム及び制御装置への保持及び接続の両方の特徴を有する。信号灯を組立体内に組み込む補助レーダセンサの実施形態では、いくつかの発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ２１２が、組立体内にあるパターンで配置され、そのパターンは、この場合では図１５の回折要素のアレイとして示される適切な拡散レンズ又は回折要素２４０と協働して、所望の可視性又は照明を生み出すように設計される。各ＬＥＤは活性領域２１４を有し、電流が印加されると、ここから光が発せられる。拡散レンズ又は回折アレイ２１６は、固体状態レーザ２２６の上方で、図１５に示されるエンベロープ２１０内に組み込まれる。光収集・集束レンズ要素２１８は、ここでは、透明プラスチックエンベロープ２１０内に組み込まれて示される。保持特徴２２０及び２２１は、ここでは傾斜部又はスナップとして示され、エンベロープ２１０と一体形成され、補助レーダセンサ２０８を車両２の車体パネルの切り欠き内に固定するために使用される。車体パネルの切り欠きは、保持特徴２２０を受け、しっかりと保持するような形状である。断面線ＡＡが組立体を通して引かれ、図１５に示され、内部の働きの更なる詳細を示す。

図１５は、図１４に示される補助レーダセンサ２０８のいくつかの重要な特徴を示す。エンベロープ２１０は、回路組立体を囲むとともに、ＬＥＤチップ２１２及び固体状態レーザ２２６からの光を拡散させる際に拡散器として実行し得る。いくつかの拡散構造体２４０は、エンボス加工され、成形され、又はその他の様式で形成されて、ＬＥＤチップ２１２から発せられるシグナリング光及び照明光の方向付け及び拡散を支援し得る。同様に、拡散構造体２１６も、固体状態レーザ２２６の上方にエンボス加工され、成形され、又はその他の様式で形成されて、パルスレーザ光の周囲環境への方向付け及び拡散を支援し得る。エンベロープ２１０は、回路基板２２２を搭載するためのストップとして機能する、内部で成形された内面上の内部くさび形ボス２３８も有する。この場合、回路基板２２２は、窒化アルミニウム厚膜セラミック回路であるが、ＰＣ基板、プラスチック成形、鋼／陶材、又は他のセラミック基板を代替で使用し得る。ＬＥＤチップ２１２は、はんだボールを使用して上面に取り付けられる。円盤の形状で形成される固体状態レーザ２２６が、はんだ又は熱伝導性エポキシを使用して回路基板２２２の上面に搭載される。この場合、固体状態レーザ２２６は４層サンドイッチであり、下層が回路基板２２２に取り付けられる。第１の（下）層は、この場合、対照的な屈折率を有する光学等級材料の交互になった層からなる誘電体ミラーである。ミラーは、９７６ｎｍの励起波長で透過性であり、１５４０ｎｍのレーザ波長で反射性でなければならない。第２の（白色）層は活性利得媒体であり、この場合はエルビウム添加リン酸塩ガラスであるが、他のエルビウム添加ガラス、ネオジムＹＡＧ、又は他の適する結晶を利用してもよい。第３の層は、指定された閾値電力レベルで退色する可飽和吸収体のｑスイッチ材料である。第４の（上）層は鏡面であり、鏡面は、第１の層と同様の誘電体ミラーであってもよく、又は金属製反射器であってもよい。いずれの場合でも、鏡面は、９７６ｎｍの励起光波長及び１５４０ｎｍのレーザ波長の両方を反射すべきである。一連の回路開口部２２８が回路基板２２２に形成され、それにより、励起レーザ２２４からの光は基板を通過することができる。この実施形態では、励起レーザ２２４は、垂直に放射する９７６ｎｍＶＣＳＥＬの矩形アレイである。励起レーザダイードアレイ２２４は、従来のフリップチップ回路組み立てプロセス中にリフローされるはんだボールによって回路基板２２２に取り付けられる。Ｃｏｖａｒ（登録商標）又は他の適する金属で作られ、はんだ付け性のためにメッキされる任意選択的なハーメチックカバー２３０も、回路基板２２２の下面にはんだ付けされるか、又は蝋付けされて、励起レーザアレイ２２４及び固体状態レーザ組立体２２６の両方を環境からハーメチックシールする。固体状態レーザ２２６がはんだによって回路基板２２２に取り付けられる場合、通常は、連続物理蒸着（ＰＶＤ）塗膜シーケンス中に適用されるチタン／ニッケル／金構成であるメタライゼーションをチップの下面に対して行わなければならない。このメタライゼーションでは、通常はフォトリソグラフィによって達成される、開口部の提供を行わなければならず、それにより、励起レーザアレイ２２４からの励起光が固体状態レーザ２２６の活性領域を照明することができる。固体状態レーザ２２６の上部にわたり、ハーメチック窓カバー２３２があり、このカバー２３２は通常、Ｃｏｖａｒ（登録商標）又は他の適する金属で作られ、はんだ付け性のためにメッキされ、回路基板２２２の上面にはんだ付けされるか、又は蝋付けされる。ハーメチックガラスから金属への封止を行う透明窓２３４が、回路基板２２２への搭載前に、カバー２３２のベースを形成する金属タブに組み付けられる。透明窓２３４は、レンズ、レンズアレイ、又は回折要素アレイであってもよい。図１５の右側において、ＲＯＩＣ６４ははんだ又は導電性エポキシによって回路基板２２２に搭載される。検出器アレイ６６は、適切なプロセスによってリフローされたインジウムバンプ又ははんだボールによってＲＯＩＣ６４の上部に搭載される。ワイヤボンドがＲＯＩＣ６４から横方向に延び、回路基板２２２の表面にあるパッドにくさび接合される。通常、ワイヤボンドは金ワイヤであり、接合パッドは他の金属導電体上の金であるが、他の材料系を使用してもよい。第２のハーメチックカバー２３２が、ＲＯＩＣ６４と検出器アレイ６６とのハイブリッド組立体上に搭載され、これにも透明窓ガラス２３４が搭載される。透明窓ガラス２３４も、屈折性又は回折性集束要素とし得る。データ低減プロセッサ６０は、回路基板２２２の逆側でＲＯＩＣ６４の真下にはんだ付けされるフリップチップであり、回路基板２２２を通る電気接続を行う。はんだボール２４２は、回路基板２２２の組み立て中にリフローされる。蓄電キャパシタ２４６は、固体状態レーザ２２６からパルスを発射するのに十分なエネルギーを蓄える。コネクタ２４４が、中間レーザシステムコントローラ２４に接続されるか、又はいくつかの設計では、車両２の電気システム２８に直結されるファイバケーブル及び配線用ハーネス４８からの相手方コネクタを受ける。コネクタ２４４は、車両２から電力及び接地を受け取る電気接点を有し得る。コネクタ２４４の他の電気接点は、データ信号、制御信号、及び状態信号の双方向転送に使用し得る。コネクタ２４４は、配線用ハーネス４８を介して光学データ信号、制御信号、及び状態信号の双方向転送する相手方の光学的表面を有することもできる。任意選択的なエポキシドーム２４８を、最終的なはんだ付け動作後の任意の時間に、データ低減プロセッサ６０及び回路組立体２２２上の露出した他の任意の電気接続上に適用し得る。さらに、エポキシフィレット２３６が適用されて、回路基板２２２及びその上の組立体をエンベロープ２１０に固定する。エポキシフィレット２３６の形成は、積層、プラスチックリフロー、又は回路基板２２２をエンベロープ２１０に固定する他の方法を優先してなくすこともできる。保持特徴２２０は、ここでは、内側に突出するプラスチック成形される梁の傾斜セクションを示す側に示され、この梁は、相手方の斜体パネルに挿入されると偏向し、次に、パネルの厚さを通ると跳ね返る。車両２の車体パネルの外面は次に、パネルストップ２２１に当接して固定されて静止し、パネルストップは、保持特徴２２０と一体形成され、レーダセンサ組立体２０８の挿入深さを効率的に設定する。

図１６は図１４と同様の平面図であるが、パルスレーザ送信器として電気変調ＶＣＳＥＬアレイ２２４を利用する補助レーダセンサ組立体２０８の代替の実施形態という顕著な例外を有する。改良されたより低いインダクタンス及びより確実で柔軟な回路接続も、ＲＯＩＣ６４及び検出器アレイ６６両方の電気接続に使用される。この図面では、エンベロープ２１０は変更されておらず、この代替の実施形態の内部の働きをよりよく露出するために除去されている。回路基板２２２は、シグナリング又は照明ＬＥＤ２１２のアレイを支持して示される。断面線ＢＢが組立体を通して引かれ、図１５に示され、内部の働きの更なる詳細を示す。

図１７は、図１６に示される回路組立体の線ＢＢに沿ったいくつかの特徴を示し、更なる詳細を露出する。レンズ要素２５０のアレイは、エポキシ、積層、又はプラスチックリフローによってアクセスボア２２８内に固定される。レンズ要素２５０は、特定の補助レーダセンサ設置の光学設計要件に応じて、ガラス又はプラスチックとすることができ、凸形、凹形、又は平坦な幾何学的形状を有し得、平坦、円形、又は楕円形の表面を有し得る。ハーメチック窓カバー２３２が、上述したように所定位置にはんだ付けされ、クリアな透明窓を有し得るか、又はカバーに形成された屈折レンズ要素若しくは回折レンズ要素を有し得る。図１４及び図１５に関して説明したような光学的に励起される利得媒体の場合での数百μ秒ではなく、数ナノ秒中に全てのエネルギーを送る必要性により、蓄電キャパシタ２４８ははるかに大きな容量のものである。額縁の形状に形成された新しい中二階レベルの回路基板２５２が、図１７の右側にある主回路基板２２２上に搭載され、ＲＯＩＣ６４及び検出器アレイ６６に電気接続するように機能する。ビームリード２５４が、Ｍｙｌａｒ又はＫａｐｔｏｎの可撓性回路基板に形成され、はんだによってＲＯＩＣ６４に接続される。このタイプの回路は多くの場合、リジットフレックスと呼ばれ、剛性ＰＣ基板２５２の特徴を可撓性回路接続２５４の利点と組み合わせる。額縁形状により、中二階ＰＣ基板は矩形ＲＯＩＣ６４に密接に嵌まることができ、接続を可能な限り短くし、したがって、複数の出力駆動回路からの誘導性跳ね返り（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｂｏｕｎｃｅ）を低減するとともに、高性能回路の高周波数特徴での接地接続及び電力接続のインピーダンスを低減する。通常、より高い正確性の範囲推定値が、サンプリングレートを増大することによって得られ、したがって、中二階額縁手法を利用する、寄生インダクタンスがより低いパッケージングは、クロックレート及びサンプリングレートが更に高くなるにつれて、性能の大きな向上をもたらすはずである。中二階ＰＣ２５２は、薄膜のエポキシと、いくつかの金メッキベリリウム銅ピン２５３によって主回路基板２２２に固定し得、ピン２５３は、中二階ＰＣ２５２の直径の大きなビア（破線で示される）と、主回路基板２２２に形成される相手方のビアとを通して打ち込まれる。ここでは破線の列として表されるビアは通常、主回路基板２２２上の内部接地板に接続し、中二階ＰＣ２５２の上部と、主回路基板２２２の下部との両方ではんだ付けされる。中二階ＰＣ２５２と主回路基板２２２との間の他の接続は、はんだバンプ、ビームリード、メッキされた貫通ビア、又は中二階ＰＣ２５２の縁部メッキとし得る。中二階ＰＣ２５２に好ましい材料はＦＲ−４であるが、他の回路材料を同じ効果で有し得る。検出器アレイ６６に接続するビームリード２５６は、検出器アレイへの上部接続が通常、高電圧検出器バイアスの１線のみのため、金メッキベリリウム銅の薄いシートのように単純であり得る。単純な場合、１つ又は複数のベリリウム銅シートを備えるビームリード２５６は、中二階ＰＣ２５２が固定され接続された後、中二階ＰＣ２５２の上部へのはんだ付けと、検出器アレイ６６上の検出器バイアス電圧グリッド接続への導電性エポキシ又は低温はんだ付けによって固定され接続される。より多数の接続を必要とする実施形態では、ビームリード２５６は、中二階ＰＣ２５２の上部にはんだ付けによって取り付けられるとともに、検出器アレイ６６上のいくつかの金属製パッドに導電性エポキシ又は低温はんだ付けによって取り付けられる別のフレックス回路とし得る。

図１８は、検出器アレイ６６と読み出しＩＣ６４との嵌合を示す図である。行増幅器２５８及び列増幅器２６４により、ユニットセル電気回路２６０からの出力を、行出力又は列出力の読み出しサイクルの一環として出力することができる。読み出しＩＣ６４とやりとりされる全ての信号は、ＲＯＩＣ６４の周縁にある接合パッド２６６を通して通信される。図１９は、各ユニットセル電気回路２６０の上へのインジウムバンプ２６２の配置の詳細を示し、次に、バンプは、検出器アレイ６６を読み出しＩＣ６４に嵌合させる接着プロセスの一環として、温度及び圧力下で圧縮され変形される。インジウムバンプ２６２は代わりに、低温はんだバンプであってもよく、これをリフローして、検出器アレイ６６を読み出しＩＣ６４に永久的に接着してもよい。矢印は嵌合の方向を示し、検出器アレイ６６の上部は、レンズ要素２６８で構成される格子パターンになった任意選択的なマイクロレンズアレイを示し、レンズ要素２６８は、光を収集して、前面に形成される検出器アレイ６６の個々の各検出器要素に集束させる。

特許法によって要求されるように、本開示の様々な実施形態を詳細にここで説明したが、本明細書に開示される特定の実施形態への変更及び置換を当業者は認識するだろう。そのような変更は、以下の特許請求の範囲に規定される範囲内にあり、以下の特許請求の範囲に規定される本開示の意図内にある。

２ 第１の車両
４ 第２の車両
６、１０ 前方放射パターン
８ 道路
１２ 短距離放射パターン
１４ 道路縁部
１６ 停止標識
１８ 横断歩道
２０ 長距離レーダセンサ
２２ 短距離レーダセンサ
２４ レーダシステムコントローラ
２６、４０ 静止又はビデオカメラ
２８ 車両電気システム・中央プロセッサ
３０ 車両サスペンションシステム
３２ 慣性基準
３４ 二重無線リンク
３６ 全地球測位基準
３８ 衝突プロセッサ・エアバッグ制御ユニット
４２ データ通信ポート
４４、７４ 制御プロセッサ
４６ 不揮発性メモリ
４８ ファイバケーブル・配線用ハーネス
５０ センサインタフェース
５２ シーンプロセッサ
５４ 接続
５６ 物体追跡プロセッサ
５８ 共通フレームメモリ
５９、６１ データバス
６０ データ低減プロセッサ
６１、９２ 単方向データバス
６２ アナログ／デジタル変換器
６４ 読み出し集積回路
６６ 検出器アレイ
６８ 受信光学系
７０ 送信光学系
７２ パルスレーザ送信器
７５ 感光ダイオード検出器
７６ アナログ／デジタル変換器及びデジタル／アナログ変換器
７８ オンチップメモリ
８０ タイマ
８２ 通信ポート
８４ 検出器バイアス変換器回路
８６ 温度安定化周波数基準
８８ 双方向制御バス
９４ 双方向接続
９６ 入力増幅器
９７ 検出器要素
９８ トリガー回路
９９ バイアス配電ネットワーク
１００ 遅延回路
１０２ サンプルクロック
１０４ 循環選択器
１０６ カウンタ
１０７ アクティブローリセット線
１０８ アナログサンプリングゲート
１０９ サンプリングインピーダンス制御装置
１１０ アナログメモリセル
１１１ ユニットセルサンプリング構造体
１１２ 出力増幅器
１１４ 出力制御装置
１１６、１２４ 物体
１１８、１２０、１２６、１２８、１３０ 表面
１２２ 傾斜平面
１３２ 台形パルス
１３４、１３８、１４０、１４４ 反射パルス
１４８ 第１の差動増幅器
１５０ フィードバック回路
１５２ 第２の差動増幅器
１５４、１５６、１６４、１６６、１６８、１７０、１７２ ＮＭＯＳトランジスタ
１５８ 第３のＮＭＯＳトランジスタ
１６０、１６２ ＰＭＯＳトランジスタ
１７６ ユニティーゲインステージ
１８０ プログラマブル電源
１８２ デジタル入力
１８４ グローバル蓄電キャパシタ
１８６ 制限抵抗
１８８ ローカル蓄電キャパシタ
１９０ レーザダイオード
１９２、２０６ 境界
１９４ プリバイアス入力
１９６ 固定抵抗
１９８ デジタル論理入力
２００ プログラマブル抵抗
２０２ キャパシタ
２０４ センス抵抗
２０８ 補助レーダセンサ組立体
２１０ エンベロープ
２１２ ＬＥＤチップ
２１４ 活性領域
２１６ 拡散レンズ又は回折アレイ
２１８ 光収集・集束レンズ要素
２２０、２２１ 保持特徴
２２２、２５２ 回路基板
２２４ 励起レーザ
２２６ 固体状態レーザ
２２８ 回路開口部
２３０ ハーメチックカバー
２３２ ハーメチック窓カバー
２３４ 透明窓
２３６ エポキシフィレット
２３８ 内部くさび形ボス
２４０ 拡散レンズ又は回折要素
２４２ はんだボール
２４４ コネクタ
２４８ 蓄電キャパシタ
２５０、２６８ レンズ要素
２５３ ピン
２５４、２５６ ビームリード
２５８ 行増幅器
２６０ ユニットセル電器回路
２６２ インジウムバンプ
２６４ 列増幅器
２６６ 接合パッド

Claims (29)

1. 車体パネルに切り欠きを有する車両であって、前記切り欠きは、前記車両の周縁にあり、レーダセンサ組立体の相手方保持特徴を受けるように適合された形状を有し、前記車両は、第１のデジタルプロセッサ、配線用ハーネス、及び前記配線用ハーネスの端子に取り付けられる第１のコネクタを更に有する、車両
   を備え、前記レーダセンサ組立体は、前記車両に搭載され、
   レーダセンサを囲むエンベロープであって、
   前記エンベロープは少なくとも１つの透明セクションを有し、
   前記エンベロープは、少なくとも１つの保持特徴も有する、エンベロープと、
   前記配線用ハーネスの前記第１のコネクタに嵌合するように構成される第２のコネクタと、
   受け光学系と、
   変調レーザ光出力及び前記レーダセンサの視野内のシーンを照明する拡散光学系を有するレーザ送信器と、
   前記受け光学系の焦点面に位置決めされる感光検出器の２次元アレイであって、前記感光検出器のそれぞれは、前記変調レーザ光出力の反射部から電気応答信号を生成する出力を有する、感光検出器の２次元アレイと、
   複数のユニットセル電気回路を有する読み出し集積回路であって、前記ユニットセル電気回路のそれぞれは、前記感光検出器出力のうちの１つに接続される入力を有し、各ユニットセル電気回路は、電気応答信号復調器及び前記電気応答信号変調器の出力に接続される範囲測定回路を有し、前記範囲測定回路は、前記範囲測定回路にゼロ範囲基準を提供する基準信号に更に接続される、読み出し集積回路と、
   前記感光検出器のアレイの少なくとも１つの配電グリッドに接続される検出器バイアス回路と、
   少なくとも１つの範囲測定回路から出力を受信するように接続される第２のデジタルプロセッサと、
   前記デジタルプロセッサに接続される温度安定化周波数基準と、
   を備えることを特徴とする、レーダセンサ組立体及び車両。
2. 請求項１に記載のレーダセンサ組立体及び車両において、前記配線用ハーネスは、少なくとも１つの光学導波管を有することを特徴とする、レーダセンサ組立体及び車両。
3. 請求項１に記載のレーダセンサ組立体及び車両において、前記第１のコネクタは複数の電気接点を有することを特徴とする、レーダセンサ組立体及び車両。
4. 請求項１に記載のレーダセンサ組立体及び車両において、前記第１のコネクタは少なくとも１つの光学合わせ面を有することを特徴とする、レーダセンサ組立体及び車両。
5. 請求項１に記載のレーダセンサ組立体及び車両において、前記エンベロープは透明プラスチックから成形されることを特徴とする、レーダセンサ組立体及び車両。
6. 請求項１に記載のレーダセンサ組立体及び車両において、前記保持特徴はテーパ形傾斜部を備え、前記テーパ形傾斜部は、車両の車体パネル切り欠きと係合すると偏向し、次に、前記パネルに完全に挿入されると、元の位置に向かって跳ね返り、前記レーダセンサ組立体を保持することを特徴とする、レーダセンサ組立体及び車両。
7. 請求項１に記載のレーダセンサ組立体及び車両において、前記レーダ送信器は、インジウム、ガリウム、ヒ素、リンの組から選択される少なくとも１つの元素を有する半導体利得媒体に形成される垂直キャビティ表面エミッタを備えることを特徴とする、レーダセンサ組立体及び車両。
8. 請求項１に記載のレーダセンサ組立体及び車両において、前記変調レーザ光出力は、ガウス形単一パルスプロファイル、複数のガウス形プロファイルパルス、フラットトップ単一パルスプロファイル、フラットトップ複数パルス、パルス正弦波、及びチャープ正弦波パルスの組から選択される波形を用いて変調されることを特徴とする、レーダセンサ組立体及び車両。
9. 請求項１に記載のレーダセンサ組立体及び車両において、前記レーザ送信器は、イットリウムアルミニウムガーネット、エルビウム添加ガラス、ネオジム添加イットリウムアルミニウムガーネット、及びエルビウム添加イットリウムアルミニウムガーネットの組から選択される利得媒体に形成される、光学的に励起される固体状態レーザを備えることを特徴とする、レーダセンサ組立体及び車両。
10. 請求項１に記載のレーダセンサ組立体及び車両において、前記感光検出器の前記２次元アレイは前記読み出し集積回路に直接搭載されることを特徴とする、レーダセンサ組立体及び車両。
11. 請求項１に記載のレーダセンサ組立体及び車両において、前記レーダセンサ組立体は、前記エンベロープ内の共通回路基板に搭載される複数の電気構成要素を備えることを特徴とする、レーダセンサ組立体及び車両。
12. 請求項１に記載のレーダセンサ組立体及び車両において、前記レーダセンサは、ターン信号、尾灯、駐車灯、ミラー組立体、及びブレーキライトの組から選択される補助ランプ組立体に統合されることを特徴とする、レーダセンサ組立体及び車両。
13. 請求項１に記載のレーダセンサ組立体及び車両において、前記車両は、前記レーダセンサの前記視野に重なる視野を有する少なくとも１つの２次元撮像カメラを更に有し、前記車両は、前記レーダセンサ組立体からのデータを、前記少なくとも１つの２次元撮像カメラからのデータと統合するように構成されるデジタルプロセッサを更に有することを特徴とする、レーダセンサ組立体及び車両。
14. 請求項１に記載のレーダセンサ組立体及び車両において、前記レーザ送信器はハーメチックカバーで囲まれることを特徴とする、レーダセンサ組立体及び車両。
15. 請求項１に記載のレーダセンサ組立体及び車両において、前記感光検出器の２次元アレイはハーメチックカバーで囲まれることを特徴とする、レーダセンサ組立体及び車両。
16. 請求項１に記載のレーダセンサ組立体及び車両において、前記デジタルプロセッサは、反射光パルスの形状を解析することによって表面の前記幾何学的形状を特定することを特徴とする、レーダセンサ組立体及び車両。
17. 請求項１に記載のレーダセンサ組立体及び車両において、前記レーザ送信器は、少なくとも１つのトランジスタによって制御される電流によって変調される半導体レーザのアレイであることを特徴とする、レーダセンサ組立体及び車両。
18. 請求項１に記載のレーダセンサ組立体及び車両において、前記第１のデジタルプロセッサ及び前記第２のデジタルプロセッサは、組み合わせられて単一のデジタルプロセッサになることを特徴とする、レーダセンサ組立体及び車両。
19. 車両及び衝突回避システムであって、
    少なくとも１つのレーダセンサ組立体が搭載された車両であって、車体パネルに切り欠きを有し、前記切り欠きは前記車両の周縁にあり、前記少なくとも１つのレーダセンサ組立体の相手方の保持特徴を受けるように構成される形状を有し、前記車両は、第１のデジタルプロセッサ及び配線用ハーネスを更に有する、車両と、前記配線用ハーネスの端子に取り付けられる第１のコネクタであって、前記少なくとも１つのレーダセンサ組立体のコネクタに嵌合するように構成され、前記車両の第１のデジタルプロセッサは、前記少なくとも１つのレーダセンサ組立体から３次元データを受信する、第１のコネクタと、前記車両の経路及び速度を制御する制御システムであって、前記第１のデジタルプロセッサは、前記制御システムを通して、好ましい経路に沿って前記車両を導く制御を適用し、
    前記少なくとも１つのレーダセンサ組立体は、
    受信レンズ、
    前記少なくとも１つのレーダセンサ組立体の視野内のシーンを照明する変調レーザ光出力及び拡散光学系を有するレーザ送信器、
    前記受信レンズの焦点面に位置決めされた感光検出器の２次元アレイであって、それぞれが、前記変調レーザ光出力の反射部分から電気応答信号を生成する出力を有する、感光検出器の２次元アレイ、
    複数のユニットセル電気回路を有する読み出し集積回路であって、前記ユニットセル電気回路のそれぞれは、前記感光検出器出力の１つに接続される入力を有し、電気応答信号復調器及び前記電気応答信号復調器の出力に接続された範囲測定回路を有し、前記範囲測定回路は、前記範囲測定回路にゼロ範囲基準を提供する基準信号に更に接続される、読み出し集積回路、及び
    前記感光検出器の前記アレイの少なくとも１つの配電グリッドに接続される検出器バイアス回路
    を備える、制御システムと、
    接続されて、前記範囲測定回路からデータ出力を受信し、前記データ出力に基づいて運転を導き、処理されたデジタル出力を前記第１のデジタルプロセッサに提供する第２のデジタルプロセッサと、
    前記第２のデジタルプロセッサに接続される温度安定化周波数基準と、
    を備えることを特徴とする、車両及び衝突回避システム。
20. 請求項１９に記載の車両及び衝突回避システムにおいて、前記レーダ送信器は、半導体利得媒体に形成される半導体レーザを備え、少なくとも１つの要素は、インジウム、ガリウム、ヒ素、リンの組から選択されることを特徴とする、車両及び衝突回避システム。
21. 請求項１９に記載の車両及び衝突回避システムにおいて、前記変調レーザ光出力は、ガウス形単一パルスプロファイル、複数のガウス形プロファイルパルス、フラットトップ単一パルスプロファイル、フラットトップ複数パルス、パルス正弦波、及びチャープ正弦波パルスの組から選択される波形で変調されることを特徴とする、車両及び衝突回避システム。
22. 請求項１９に記載の車両及び衝突回避システムにおいて、前記レーザ送信器は、イットリウムアルミニウムガーネット、エルビウム添加ガラス、ネオジム添加イットリウムアルミニウムガーネット、及びエルビウム添加イットリウムアルミニウムガーネットの組から選択される利得媒体に形成される、光学的に励起される固体状態レーザを備えることを特徴とする、車両及び衝突回避システム。
23. 請求項１９に記載の車両及び衝突回避システムにおいて、前記感光検出器の２次元アレイは、前記読み出し集積回路に直接搭載されることを特徴とする、車両及び衝突回避システム。
24. 請求項１９に記載の車両及び衝突回避システムにおいて、前記制御システムは、操縦、ブレーキ、及びサスペンションの組から選択される車両システムを制御することを特徴とする、車両及び衝突回避システム。
25. 請求項１９に記載の車両及び衝突回避システムにおいて、前記感光検出器の２次元アレイは、シリコン、インジウム、ガリウム、ヒ素、リン、アルミニウム、ホウ素、アンチモン、マグネシウム、ゲルマニウム、及び窒素の組から選択される元素を有する半導体膜で形成されることを特徴とする、車両及び衝突回避システム。
26. 請求項１９に記載の車両及び衝突回避システムにおいて、前記レーダセンサ組立体には、ターン信号、尾灯、駐車灯、及びブレーキライトの組から選択される補助ランプ組立体が統合されることを特徴とする、車両及び衝突回避システム。
27. 請求項１９に記載の車両及び衝突回避システムにおいて、前記電気応答信号復調器は、
    トリガー回路に接続される出力を有する入力増幅器と、
    それぞれが、関連付けられたアナログメモリセルを有する一連のアナログサンプリングゲートであって、前記サンプリングゲートのそれぞれは、前記入力増幅器の出力に接続される、一連のアナログサンプリングゲートと、
    前記サンプリングゲートのそれぞれのタイミングを制御するサンプルクロックと、
    一連の各前記サンプリングゲートを選択するセレクタと、
    前記サンプルの数をカウントするカウンタと、
    前記アナログメモリセルのそれぞれに接続される入力を有する出力増幅器と、
    前記出力増幅器を通して出力すべき一連の前記アナログメモリセルカウントを選択する出力制御装置と、
    を備え、アナログ／デジタル変換器の入力は前記出力増幅器に接続され、前記アナログ／デジタル変換器の出力はデジタルプロセッサの入力に接続され、前記アナログ／デジタル変換器は、前記電気応答信号の一連のデジタル化されたアナログサンプルを生成し、前記デジタルプロセッサは、デジタル処理アルゴリズムを使用して、前記一連のデジタル化されたアナログサンプルに対して動作することによって、前記電気応答信号を復調するようにプログラムされることを特徴とする、車両及び衝突回避システム。
28. 請求項１９に記載の車両及び衝突回避システムにおいて、前記電気応答新語復調器は、
    位相比較器の第１の入力に接続される出力を有する入力増幅器を備え、前記位相比較器は第２の入力に接続される位相基準信号を有し、前記位相比較器の出力は、積分器の入力に接続され、前記集積器は、前記位相比較器の前記第１の入力と、前記第２の入力との間での位相差を示す出力電圧を有する積分器出力を有することを特徴とする、車両及び衝突回避システム。
29. 請求項１９に記載の車両及び衝突回避システムにおいて、前記車両は、前記レーダセンサ組立体の前記視野に重なる視野を有する少なくとも１つの２次元撮像カメラを更に有し、前記車両は、前記レーダセンサ組立体からの前記データを、前記少なくとも１つの２次元撮像カメラからのデータと統合可能であるデジタルプロセッサを更に有することを特徴とする、車両及び衝突回避システム。

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