JP2020505585A - ライダーを符号化および復号する方法およびシステム - Google Patents

Abstract

本開示は、ライダー走査のために光パルスを符号化するシステムおよび方法を記載する。システムは、シーケンス生成器、光源、変調器、光検出器、相関器、およびマイクロプロセッサを含む。シーケンス生成器は、シーケンスコードを生成し、変調器は、シーケンスコードを光源からの光パルスに符号化する。符号化された光パルスは、物体の表面を照明し、符号化された光パルスからの散乱光が検出される。相関器は、散乱光をシーケンスコードと相関させ、光パルスが受け取られた時間に関連付けられたピーク値を出力する。マイクロプロセッサは、ピークの振幅が閾値を超過するかどうかに基づいて、光パルスの伝送と受取りとの間の時間差を判定するように構成される。マイクロプロセッサは、時間差に基づいて物体の表面までの距離を計算する。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年１月５日出願の「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＥＮＣＯＤＩＮＧ ＡＮＤ ＤＥＣＯＤＩＮＧ ＬｉＤＡＲ」という名称の米国仮特許出願第６２／４４２，７５８号の優先権を主張するものであり、同出願の内容を、全体として参照によって本明細書に組み入れる。

本開示は、一般に、光検知測距（ライダー）に関し、より詳細には、ライダーシステムを符号化および復号する技法に関する。

ライダーシステムは、物体とシステムとの間の距離を測定するために使用することができる。具体的には、システムは、信号を伝送し（たとえば、光源を使用）、帰還信号を記録し（たとえば、光検出器を使用）、帰還信号と伝送信号との間の遅延を計算することによって距離を判定することができる。

以下、本開示の基本的な理解を提供するために、１つまたはそれ以上の例の簡略化された概要を提示する。この概要は、企図されるすべての例の広範な概説ではなく、すべての例の主要もしくは重要な要素を識別すること、またはいずれかもしくはすべての例の範囲を描写することを意図したものではない。この概要の目的は、以下に提示するより詳細な説明に対する前置きとして、１つまたはそれ以上の例のいくつかの概念を簡略化された形で提示することである。

いくつかの実施形態によれば、光検知測距（ライダー）走査システムが：光パルスを伝送して物体の表面を照明するように構成された光源と；シーケンス生成器からの信号に応答して光パルスを符号化するように動作可能な変調器と；光パルスの物体の表面からの散乱光を検出するように構成された光検出器と；光検出器に電気的に結合されており、散乱光をシーケンスコードと相関させ、光パルスが受け取られた時間に関連付けられたピーク値を出力するように構成された相関器と、光源および相関器に電気的に結合されたマイクロプロセッサとを含み、ここで、マイクロプロセッサは：ピーク値の振幅が閾値を超過するかどうかを判定し；ピークの振幅が閾値を超過するという判定に従って：光パルスが伝送された時間と光パルスが受け取られた時間との間の時間差を判定し；時間差に基づいて物体の表面までの距離を計算するように構成される。

いくつかの実施形態によれば、光検知測距（ライダー）走査検出のための方法が：光源からの光パルスをシーケンスコードで符号化する工程と；光パルスを伝送して物体の表面を照明する工程と；物体の照明された表面からの散乱光を検出器で検出する工程と；検出した散乱光をシーケンスコードと相関させ、光パルスが受け取られた時間に関連付けられたピーク値を出力する工程と；ピーク値の振幅が閾値を超過するかどうかを判定する工程と；ピークの振幅が閾値を超過するという判定に従って：光パルスが伝送された時間と光パルスが受け取られた時間との間の時間差を判定する工程と；時間差に基づいて物体の表面までの距離を計算する工程とを含む。

いくつかの実施形態によれば、コンピュータ実行方法が：光源および光検出器を有する光検知測距（ライダー）システム内で：光源を使用して、第１の数のパルス信号を有する第１のパルス群信号および第２の数のパルス信号を有する第２のパルス群信号を伝送する工程であって、第１の数が第２の数とは異なる、工程と；光検出器を使用して、第３の数のパルス信号を有する帰還パルス群信号を受け取る工程と；第３の数のパルス信号に基づいて、帰還パルス群信号が第１のパルス群信号に対応するか、それとも第２のパルス群信号に対応するかを判定する工程と；帰還パルス群信号が第１のパルス群信号に対応するという判定に従って、帰還パルス群信号および伝送された第１のパルス群信号に基づいて、第１の距離を判定する工程と；帰還パルス群信号が第２のパルス群信号に対応するという判定に従って、帰還パルス群信号および伝送された第２のパルス群信号に基づいて、第２の距離を判定する工程とを含む。

いくつかの実施形態によれば、光検知測距（ライダー）走査システムが、第１の数のパルス信号を有する第１のパルス群信号および第２の数のパルス信号を有する第２のパルス群信号を伝送するように構成され、第１の数が第２の数とは異なる、光源と；第３の数のパルス信号を有する帰還パルス群信号を検出するように構成された光検出器と；光源および光検出器に電気的に結合されたマイクロプロセッサとを含み、ここで、マイクロプロセッサは、第３の数のパルス信号に基づいて、帰還パルス群信号が第１のパルス群信号に対応するか、それとも第２のパルス群信号に対応するかを判定し；帰還パルス群信号が第１のパルス群信号に対応するという判定に従って、帰還パルス群信号および伝送された第１のパルス群信号に基づいて、第１の距離を判定し；帰還パルス群信号が第２のパルス群信号に対応するという判定に従って、帰還パルス群信号および伝送された第２のパルス群信号に基づいて、第２の距離を判定するように構成される。

記載する様々な態様をさらに理解するために、次の図とともに以下の説明を参照されたい。複数の図全体にわたって、同様に参照する番号は、対応する部分を参照する。

車両に取り付けられた複数のライダーシステムを示す図である。 遅延光パルスを区別する例示的なライダーシステムを示す図である。 異なる光源からの光パルスを区別する例示的なライダーシステムを示す図である。 重複領域内の符号化ライダーシステムに対する４つの符号化シーケンスを示す図である。 他のシーケンス間で符号化シーケンスを区別する相関を示す図である。 雑音および様々な減衰を有する散乱光の符号化信号を示す図である。 雑音および様々な減衰を有する散乱光の符号化信号に対する相関を示す図である。 ライダーシステムを符号化および復号する例示的なプロセスを示す図である。 本開示のいくつかの実施形態による帰還散乱光を伝送パルス信号と相関させる例示的なライダーシステムを示す図である。 本開示のいくつかの実施形態によるライダーシステムによって伝送される例示的な１組のパルス信号を示す図である。

物体の距離を判定するために、ライダーシステムは、物体を光パルスで照明し、光パルスに対応する散乱光を検出する。光パルスをその光パルスに対応しない散乱光と関連付けると、ライダーシステムは、対象物がそこに存在しないにもかかわらず、物体が存在すると解釈するおそれがある。たとえば、同じライダーシステムまたはこのライダーシステムに近接する第２のライダーシステムによって伝送される別のパルスからの散乱光が、誤って元のパルス光と対にされる可能性があり、これが物体として不正確に解釈されるおそれがある。現在の技法では、典型的には、サンプルを後処理し、キャプチャフレームの隣接サンプルを比較することによって、「偽」の物体を補正するが、これは最善でも近似である。したがって、難題は、光パルスをその光パルスからの対応する散乱光と対にすることを改善することである。

添付の図面に関連して以下に述べる詳細な説明は、様々な構成についての説明であることを意図したものであり、本明細書に記載する概念を実行することができる唯一の構成を表すことを意図したものではない。詳細な説明は、様々な概念の徹底的な理解を提供する目的で、具体的な詳細を含む。しかし、これらの概念は、これらの具体的な詳細がなくても実施することができることが、当業者には明らかであろう。いくつかの例では、そのような概念を曖昧にしないように、よく知られている構造および構成要素はブロック図の形で示されている。

ライダーシステムおよびプロセスの例について、装置および方法の様々な要素を参照して次に提示する。これらの装置および方法について、以下の詳細な説明に説明し、様々なブロック、構成要素、回路、工程、プロセス、アルゴリズムなど（集合的に、「要素」と呼ぶ）によって添付の図面に示す。これらの要素は、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、またはこれらの任意の組合せを使用して実施することができる。そのような要素がハードウェアとして実施されるか、それともソフトウェアとして実施されるかは、特定の応用例および全体的なシステムに課される設計上の制約に依存する。

以下の例の説明において、本説明の一部を形成する添付の図面を参照する。添付の図面では、例示を目的として、実施することができる特有の例を示す。開示する例の範囲から逸脱することなく、他の例を使用することもでき、構造上の変更を加えることもできることを理解されたい。

以下の説明では、様々な要素を説明するために、「第１」、「第２」などの用語を使用するが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきではない。これらの用語は、１つの要素を別の要素とは区別するためだけに使用される。たとえば、記載する様々な実施形態の範囲から逸脱することなく、第１のパルス信号を第２のパルス信号と呼ぶこともでき、同様に、第２のパルス信号を第１のパルス信号と呼ぶこともできる。第１のパルス信号および第２のパルス信号はどちらもパルス信号であるが、同じパルス信号ではない可能性がある。

本明細書に記載する様々な実施形態の説明で使用される術語は、特定の実施形態について説明することのみを目的とし、限定することを意図したものではない。記載する様々な実施形態の説明および添付の特許請求の範囲では、文脈上別途明白に示さない限り、単数形の「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、複数形も同様に含むことを意図している。本明細書では、「および／または」という用語は、関連する記載の項目のうちの１つまたはそれ以上のあらゆる可能な組合せを参照および包含することも理解されよう。「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、および／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用されるとき、記載の構成、整数、工程、動作、要素、および／または構成要素の存在を指定するが、１つまたはそれ以上の他の構成、整数、工程、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの群の存在または追加を排除しないことがさらに理解される。

「〜場合（ｉｆ）」という用語は、場合により、文脈に応じて、「〜とき（ｗｈｅｎ）」もしくは「〜とき（ｕｐｏｎ）」、または「〜と判定したことに応答して（ｉｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ）」もしくは「〜を検出したことに応答して（ｉｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ）」を意味すると解釈される。同様に、「〜と判定された場合（ｉｆ ｉｔ ｉｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ）」、または「［記載の条件または事象］が検出された場合（ｉｆ ［ａ ｓｔａｔｅｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｒ ｅｖｅｎｔ］ ｉｓ ｄｅｔｅｃｔｅｄ）」という語句は、場合により、文脈に応じて、「〜と判定したとき（ｕｐｏｎ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ）」もしくは「〜と判定したことに応答して（ｉｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ）」、または「［記載の条件または事象］を検出したとき（ｕｐｏｎ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ［ｔｈｅ ｓｔａｔｅｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｒ ｅｖｅｎｔ］）」もしくは「［記載の条件または事象］を検出したことに応答して（ｉｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ［ｔｈｅ ｓｔａｔｅｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｒ ｅｖｅｎｔ］）」を意味すると解釈される。

図１は、車両１００に取り付けられた複数のライダーシステム１０２Ａ〜１０２Ｆを示す。図１に示すように、車両１００は、車両１００の前方領域１０４Ａを走査するように向けられた第１のライダーシステム１０２Ａと、車両１００の後方領域１０４Ｂを走査するように向けられた第２のライダーシステム１０２Ｂと、車両１００の助手席側領域１０４Ｃを走査するように向けられた第３のライダーシステム１０２Ｃと、車両１００の運転席側領域１０４Ｄを走査するように向けられた第４のライダーシステム１０２Ｄと、車両１００の前方助手席側コーナ領域１０４Ｅを走査するように向けられた第５のライダーシステム１０２Ｅと、車両１００の前方運転席側コーナ領域１０４Ｆを走査するように向けられた第６のライダーシステム１０２Ｆとを有する。

この例では、車両１００の第５のライダーシステム１０２Ｅは、前方領域１０４Ａと助手席側領域１０４Ｃとの間の走査されない区域に対応する「死角」（たとえば、ライダーシステムによって走査されない区域）をカバーする。したがって、第５のライダーシステム１０２Ｅでは、第１の重複領域１０６ＡＥで前方助手席側コーナ領域１０４Ｅが前方領域１０４Ａと重複し、第２の重複領域１０６ＥＣで前方助手席側コーナ領域１０４Ｅが助手席側領域１０４Ｃと重複する。同様に、車両１００の第６のライダーシステム１０２Ｆは、前方領域１０４Ａと運転席側領域１０４Ｄとの間の走査されない区域に対応する「死角」（たとえば、ライダーシステムによって走査されない区域）をカバーする。したがって、第６のライダーシステム１０２Ｆでは、第３の重複領域１０６ＡＦで前方運転席側コーナ領域１０４Ｆが前方領域１０４Ａと重複し、第４の重複領域１０６ＦＤで前方運転席側コーナ領域１０４Ｆが運転席側領域１０４Ｄと重複する。

重複領域は、各重複領域が２つ以上のライダーシステムからそれぞれの各重複領域内の物体を測距することができるため、追加の分解能を提供することができる。たとえば、第１のライダーシステム１０２Ａは、第１の重複領域１０６ＡＥ内に位置する物体の表面を測距することができ、第５のライダーシステム１０２Ｅは、第１の重複領域１０６ＡＥ内に位置する物体の隣接面を測距することができる。したがって、２つのライダーシステムが同じ区域内の物体を同時に測距することができる場合、第１の重複領域１０６ＡＥが過剰に走査される可能性がある。

重複領域（たとえば、第１の重複領域１０６ＡＥ、第２の重複領域１０６ＥＣ、第３の重複領域１０６ＡＦ、第４の重複領域１０６ＦＤなど）を過剰に走査することで、１つまたはそれ以上のライダーシステム間に干渉が生じる可能性がある。たとえば、第５のライダーシステム１０２Ｅが第１の重複領域１０６ＡＥ内に位置する物体の表面を測距するのと実質上同じ時間および実質上同じ位置で、第１のライダーシステム１０２Ａは、第１の重複領域１０６ＡＥ内に位置する物体の表面を測距することができる。そのような例では、第１のライダーシステム１０２Ａからの散乱光パルスが、第５のライダーシステム１０２Ｅで誤って検出される可能性がある。同様に、第５のライダーシステム１０２Ｅからの散乱光パルスが、第１のライダーシステム１０２Ａで誤って検出される可能性もある。

いくつかの例では、第１のライダーシステム１０２Ａからの散乱光パルスが、第５のライダーシステム１０２Ｅからの散乱光パルスと干渉する可能性がある。すなわち、第１のライダーシステム１０２Ａは、両方の散乱光パルスを検出する可能性があり、どちらが第１のライダーシステム１０２Ａから伝送された光パルスに対応する散乱光パルスであるかを区別するのが困難になる可能性がある。複数の散乱光パルスが検出されたときに、どの散乱光パルスが伝送光パルスに対応するかを区別する１つの手法は、最初に検出された散乱光を伝送光パルスに関連付ける「最初に到達したもの」の区別を実施することである。この手法の論拠は、最初に到達する光パルスは正しい伝送光パルスに対応する最短距離を移動することである。しかし、この手法では隣接ライダーシステムからの散乱光パルスが干渉する可能性がある。たとえば、第１のライダーシステム１０２Ａから伝送される散乱光パルスの前に、第５のライダーシステム１０２Ｅからの散乱光パルスが第１のライダーシステム１０２Ａに到達する可能性がある。したがって、「最初に到達したもの」（たとえば、この例では、第５のライダーシステム１０２Ｅからの散乱光パルス）の手法を選択すると、その物体が実際に位置する場所より近い物体に対する距離をもたらす。

複数の散乱光パルスが検出されたときに、どの散乱光パルスが伝送光パルスに対応するかを区別する別の手法は、最も明るい検出された散乱光パルスを伝送光パルスに関連付ける「最も強いもの」の区別を実施することである。この手法の論拠は、光源および検出器の位置合わせにより、検出器とランダムに位置合わせされた第２の光源より強い光パルスが収集されることである。したがって、到達した中で最も強い（たとえば、最も明るい）光パルスが、伝送光パルスに対応する。たとえば、第５のライダーシステム１０２Ｅから発生した散乱光パルスが、第１のライダーシステム１０２Ａから発生した散乱光パルス後、それより高い強度で、第１のライダーシステム１０２Ａに到達する可能性がある。そのような例では、「最も強いもの」（たとえば、この例では、第５のライダーシステム１０２Ｅからの散乱光パルス）の手法を選択すると、その物体が実際に位置する場所より遠い物体に対する距離をもたらす。

複数の光パルスが検出されたときにどの散乱光パルスが伝送光パルスに対応するかを正確に区別するために、図１に示す各ライダーシステム（たとえば、１０２Ａ〜１０２Ｆ）は、シーケンス生成器からの信号に応答して伝送光パルスを符号化するように動作可能な変調器を含む。すなわち、各伝送光パルスは、各走査領域（たとえば、領域１０４Ａ〜１０４Ｆ）に対するパターンとして図１に表すシーケンスコードに従って変調される。いくつかの例では、シーケンスコードは、擬似乱数ビットシーケンス（ＰＲＢＳ）コードである。たとえば、ＰＲＢＳコードは、ＰＲＢＳ−５コードに対応する２^５−１ビットを有することができ、ＰＲＢＳコードは、ＰＲＢＳ−３１コードに対応する２^３１−１ビットを有することができ、以下同様である。ＰＲＢＳコードは、２^５−１より大きくすることができることを理解されたい。たとえば、ＰＲＢＳコードは、ＰＲＢＳ−６コードに対応する２^６−１ビットを有することができ、ＰＲＢＳコードは、ＰＲＢＳ−７コードに対応する２^７−１ビットを有することができ、ＰＲＢＳコードは、ＰＲＢＳ−８コードに対応する２^８−１ビットを有することができ、ＰＲＢＳコードは、ＰＲＢＳ−９コードに対応する２^９−１ビットを有することができ、以下同様である。ＰＲＢＳコードは、２^５−１より小さくすることができることも理解されたい。たとえば、ＰＲＢＳコードは、ＰＲＢＳ−４コードに対応する２^４−１ビットを有することができ、ＰＲＢＳコードは、ＰＲＢＳ−３コードに対応する２^３−１ビットを有することができ、以下同様である。

図１のパターン領域（たとえば、１０４Ａ〜１０４Ｆ）に示すように、各ライダーシステムは、伝送光パルスを符号化し、それにより複数の散乱光パルスが検出されたときに、伝送光パルスに対応する散乱光パルスを区別することが容易になる。たとえば、第１のライダーシステム１０２Ａから伝送される散乱光パルスの前に、第５のライダーシステム１０２Ｅから発生した散乱光パルスが第１のライダーシステム１０２Ａに到達する可能性がある。第１のライダーシステム１０２Ａから発生した散乱光パルスおよび第５のライダーシステム１０２Ｅから発生した散乱光パルスは、第１のライダーシステム１０２Ａのシーケンスコードと相関される。第１のライダーシステム１０２Ａから発生した散乱光パルスと第１のライダーシステム１０２Ａのシーケンスコードとの間の相関が、第５のライダーシステム１０２Ｅから発生した散乱光パルスと第１のライダーシステム１０２Ａのシーケンスコードとの間の相関より高いため、第１のライダーシステム１０２Ａは、後に到達する散乱光パルス（たとえば、第１のライダーシステム１０２Ａから発生した散乱光パルス）を正確に識別する。

別の例では、第５のライダーシステム１０２Ｅから発生した散乱光パルスが、第１のライダーシステム１０２Ａから発生した散乱光パルス後、それより高い強度で、第１のライダーシステム１０２Ａに到達する可能性がある。第１のライダーシステム１０２Ａから発生した散乱光パルスおよび第５のライダーシステム１０２Ｅから発生した散乱光パルスは、第１のライダーシステム１０２Ａのシーケンスコードと相関される。第１のライダーシステム１０２Ａから発生した散乱光パルスと第１のライダーシステム１０２Ａのシーケンスコードとの間の相関が、第５のライダーシステム１０２Ｅから発生した散乱光パルスと第１のライダーシステム１０２Ａのシーケンスコードとの間の相関より高いため、第１のライダーシステム１０２Ａは、より低い強度を有する散乱光パルス（たとえば、第１のライダーシステム１０２Ａから発生した散乱光パルス）を正確に識別する。

図２は、遅延光パルスを区別する例示的なライダーシステム２００を示す。ライダーシステム２００は、光源２１０、光検出器２３０、ならびに電気処理および演算デバイス（マイクロコントローラなど）２４０を含む。図２に示すように、光源２１０は、物体２５０の第１の表面２５２を照明する光パルス２１４を伝送するように構成される。本明細書に記載する例では、光源２１０はレーザダイオードである。いくつかの例では、光源２１０は、白熱灯、蛍光灯などとすることができる。さらに、光源２１０は、可視スペクトル内の１つもしくはそれ以上の波長、赤外スペクトル内の１つもしくはそれ以上の波長、または紫外スペクトル内の１つもしくはそれ以上の波長を有することができる。

図２に示す例では、光源２１０は、シーケンス生成器２４４からの信号に応答して光パルス２１４を符号化するように動作可能な内部変調器２１２を有する。いくつかの例では、内部変調器２１２は、オンオフキーイングに従ってレーザダイオード光源２１０への注入電流を変調するように構成される。内部変調器２１２を使用する代わりに、変調器は、光源の外部に位置することもできる。たとえば、変調器は、図２に選択肢として示すように、光源２１０および物体２５０の光路内に位置する光電変調器（ｏｐｔｏ−ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）２２０とすることができる。いくつかの例では、光電変調器２２０は、マッハツェンダ変調器とすることができる。

図２に示すように、光検出器２３０は、散乱光パルス２１６の光路内に位置する。光検出器２３０は、光パルス２１４から発生して物体２５０の第１の表面２５２から拡散または散乱される散乱光パルス２１６を検出するように構成される。光検出器２３０は、光センサ２３２、アパーチャマスク２３４、および収束レンズ２３６を含むことができる。収束レンズ２３６は、散乱光パルスを光センサ２３２の焦点領域の方へ誘導するように構成される。収束レンズ２３６は、高屈折率ガラス（ｈｉｇｈ ｉｎｄｅｘ ｇｌａｓｓ）、プラスチックなどの任意の透明材料から作ることができる。レンズ２３６は、大きい区域にわたって散乱光パルス２１６を誘導し、それにより光センサ２３２で収集される散乱光パルス２１６の量を増大させる。マスク２３４は、まっすぐな散乱光パルス２１６の光路に対して斜めに傾斜している散乱光パルス２１６を光センサ２３２付近で濾過するように構成され、その結果、まっすぐな散乱光パルス２１６の経路に対して実質上平行な光だけが、光センサ２３２に到達することができる。

いくつかの例では、光パルス２１４からの光は、第１の表面２５２から分散して第２の表面２５４から「エコー」し、まっすぐな散乱光パルス２１６の経路に対して実質上平行な光路に沿って誘導されることがある。しかし、そのようなエコー散乱光パルス（ｐｕｌｓｅ ｏｆ ｅｃｈｏ−ｓｃａｔｔｅｒｅｄ ｌｉｇｈｔ）２１８の余分の距離により、散乱光パルス２１６のよりまっすぐな経路からエコー散乱光パルス２１８の遅延が生じる。したがって、エコー散乱光２１８は、まっすぐな散乱光パルス２１６より遅れる。光センサ２３２は、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、光電子増倍管などとすることができる。いくつかの例では、光センサ２３２は、光入射面の反対側の表面に対向する反射鏡を含み、反射鏡は、光センサ２３２の吸収領域へ光を後方反射する。

ライダーシステム２００は、散乱光パルス２１６およびエコー散乱光２１８の両方を検出し、ライダーシステム２００は、散乱光パルス２１６およびエコー散乱光２１８の両方を、ライダーシステム２００によって伝送される有効なパルスとして関連付けることを理解されたい。いくつかの例では、ライダーシステム２００は、本明細書に記載する方法によってパルス内に符号化されたシーケンスコードに基づいて、散乱光パルス２１６およびエコー散乱光２１８の両方を、ライダーシステム２００によって伝送される有効なパルスとして関連付ける。１つまたはそれ以上の有効なパルスが存在する例では、ライダーシステム２００は、エコー散乱光２１８がまっすぐな散乱光パルス２１６より遅れるため、「最初に到達したもの」を散乱光パルス２１４の属性とし、残りをエコー散乱光２１８パルスの属性とする。

図２に示す例では、光検出器２３０は、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器２３８を含む。Ａ／Ｄ変換器２３８は、吸収された散乱光２１６に対する検出器（たとえば、光センサ２３２）からのアナログ電気応答をデジタル電気信号に変換するように構成された集積回路とすることができる。さらに、実質上光センサ２３２にＡ／Ｄ変換器２３８を有することで、損失（たとえば、線路損）を低減させることができ、それにより信号の完全性を増大させることができる。

図２に示す例は、コンピュータ可読媒体／メモリ２４８、光源２１０、光検出器２３０、光センサ２３２、任意選択の光変調器２２４、および任意選択の光電変調器２２０に電気的に結合された電気処理および演算デバイス（マイクロプロセッサなど）２４０を含む。ライダーシステム２００内のマイクロプロセッサ２４０は、ソフトウェアを実行することができる。ソフトウェアは、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語、またはその他と呼ばれるかどうかにかかわらず、命令、命令セット、コード、コードセグメント、プログラムコード、プログラム、サブプログラム、ソフトウェアコンポーネント、アプリケーション、ソフトウェアアプリケーション、ソフトウェアパッケージ、ルーチン、サブルーチン、オブジェクト、実行ファイル、実行スレッド、手続き、関数などを意味すると広義で解釈されるものとする。

マイクロプロセッサ２４０は、タイマ／クロック２４２、シーケンス生成器２４４、および相関器２４６を含む。図２に示すように、マイクロプロセッサ２４０は、光源２１０および相関器２４６に電気的に結合される。したがって、光源２１０は、タイマ／クロック２４２をトリガして、光パルス２１４が伝送された時間をマーク（ｍａｒｋ）することができる。同様に、相関器２４６は、光パルスが検出された時間をマークすることができる。いくつかの例では、タイマ／クロックモジュール２４２は、伝送されまたは受け取られた各光パルス２１４をタイムスタンプでマークするように構成される。タイムスタンプは、符号化された日時である。タイムスタンプの例には、「ｍｏｎｔｈ−ｄａｙ−ｙｅａｒ＠ｈｏｕｒ：ｍｉｎ：ｓｅｃ」、「ｙｅａｒ−ｄｄ−ｍｏｎｔｈ＠ｈｏｕｒ：ｍｉｎ：ｓｅｃ」、「１２３４５６７８９０（Ｕｎｉｘ時間）」などが含まれる。タイマ／クロックモジュール２４２は、さらに光パルス２１４を散乱光パルス２１６と対にし、時間差を判定することができる。いくつかの例では、タイマ／クロック２４２は、マイクロプロセッサ２４０内に埋め込まれたモジュールである。

シーケンス生成器２４４は、シーケンスコードを生成するように構成される。シーケンス生成器２４４は、相関器２４６、光源２１０（たとえば、内部変調器２１２）に電気的に結合され、場合により光電変調器２２０に電気的に結合される。いくつかの例では、シーケンス生成器２４４は、マイクロプロセッサ２４０内に埋め込まれたモジュールである。いくつかの例では、シーケンスコードは、擬似乱数ビットシーケンス（ＰＲＢＳ）コードである。

相関器２４６は、光検出器２３０に電気的に結合される。相関器２４６は、散乱光パルス２１６をシーケンスコードと相関させるように構成され、それにより散乱光パルス２１６とシーケンスコードとの間の類似性を測定する。類似性が高い場合、相関器２４６は、散乱光パルス２１６およびシーケンスコードが位置合わせされるピーク値を出力する。ピーク値の位置は、散乱光パルス２１６が受け取られた時間に関連付けられる。電気ドメイン内の相関に対して、相関器２４６は、散乱光２１６の電気表現に対応するＡ／Ｄ変換器２３８からのデジタル電気信号にアクセスする。図２に示すように、Ａ／Ｄ変換器２３８は、光検出器２３０に電気的に結合される。

図２に示すように電気ドメイン内で散乱光パルス２１６を相関させる相関器２４６の代わりに、ライダーシステム２００は、光ドメイン内で散乱光パルス２１６を相関させる光変調器２２４を含むことができる。図２に示すように、光変調器２２４は、散乱光２１６の光路内に位置する。この例では、散乱光パルス２１６は、シーケンスコードと光学的に相関される。いくつかの例では、光変調器２２４は、４光波混合を実施するように構成される。

いくつかの例では、マイクロプロセッサ２４０は、散乱光２１６とシーケンスコードとの間の相関からのピーク値の振幅が閾値を超過するかどうかを判定するようにさらに構成される。いくつかの例では、閾値は、相関器２４６からの出力の平均を上回る少なくとも１つの標準偏差である。ピークの振幅が閾値を超過するという判定に従って、マイクロプロセッサ２４０は、光パルス２１４が伝送された時間と散乱光パルス２１６が受け取られた時間との間の時間差を判定するようにさらに構成される。この時間差に基づいて、マイクロプロセッサ２４０は、物体２５０の表面までの距離（たとえば、第１の表面２５２までの距離）を計算するように構成される。いくつかの例では、マイクロプロセッサ２４０は、ピーク値の振幅に基づいて、物体２５０の表面（たとえば、第１の表面２５２）の反射率を判定するようにさらに構成される。

図２に示すように、コンピュータ可読媒体／メモリ２４８は、マイクロプロセッサに電気的に結合され、タイムマーカ、シーケンスコード、タイムスタンプ、距離判定などのための記憶を提供する。

図３は、異なる光源からの光パルスを区別する例示的なライダーシステム２００’を示す。ライダーシステム２００’は、エコー散乱光パルス２１８を受け取るのではなく、第２の光源３１０からの異なる散乱光パルス３１６を受け取る図２のライダーシステム２００とすることができる。図３に示すように、ライダーシステム２００’は、第２の光源３１０からの異なる光パルス３１４を示し、光パルス３１４は、第１の表面２５２に近接している物体２５０の第３の表面３５２を照明する。異なる光パルス３１４からの一部の光が、第３の表面３５２から分散し、まっすぐな散乱光パルス２１６の経路に対して実質上平行な光路に沿って誘導され、光検出器２３０によって検出される可能性がある。

この例では、相関器２４６は、光源３１０から発生した異なる散乱光パルス３１８およびコードシーケンスを相関させ、また光源２１０から発生した散乱光パルス２１８およびコードシーケンスを相関させる。相関結果は、異なる散乱光パルス３１８に対する相関と比較すると、相関が散乱光パルス２１８に対してより高いことを示す。したがって、ライダーシステム２００’は、異なる光パルス３１４を散乱光パルス２１８に正確に関連付ける。

図３は、異なる光源（すなわち、光源２１０および３１０）から発生した散乱光を区別することを示すが、本明細書に記載するパルス信号を符号化する方法は、同じ光源から発生した散乱光を区別するために使用することもできることを理解されたい。たとえば、ライダーシステムは、複数の伝送パルス信号をそれぞれ異なるシーケンスコード（たとえば、ＰＲＢＳコード）で符号化することができる。散乱光を受け取ったとき、ライダーシステムは、復号を実行して、この散乱光を、同じ符号化情報を有する特定の伝送パルス信号に相関させることができる。したがって、複数の伝送パルス信号からの散乱光が、それらの対応するパルス信号がライダーシステムから伝送された順序とは異なる順序で、光検出器に到達した場合でも、システムはそれでもなお、各散乱光パルスを一意に識別することができる。そのような方法は、２０１７年１月５日出願の「ＨＩＧＨ ＲＥＳＯＬＵＴＩＯＮ ＬｉＤＡＲ ＵＳＩＮＧ ＨＩＧＨ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ ＰＵＬＳＥ ＦＩＲＩＮＧ」という名称の米国仮特許出願第６２／４４２，９１２号、および２０１７年１２月２８日出願の「ＨＩＧＨ ＲＥＳＯＬＵＴＩＯＮ ＬｉＤＡＲ ＵＳＩＮＧ ＨＩＧＨ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ ＰＵＬＳＥ ＦＩＲＩＮＧ」という名称の米国特許出願第１５／８５７，５６３号に記載されている方法など、散乱光を分析する他の方法とともに使用することもできることをさらに理解されたい。同出願の内容を、全体として参照によって本明細書に組み入れる。

図４Ａは、符号化ライダーシステムに対する４つの符号化シーケンスを示す。符号化シーケンス４０２は、立上りエッジ４１２または立下りエッジ４１４で遷移する論理レベル「１」４１０および論理レベル「０」４１６を有する。各シーケンスコード（たとえば、符号化シーケンス４０２、第１のシーケンス４０４、第２のシーケンス４０６、第３のシーケンス４０８など）上には、これらのシーケンスコードが信号ではなく生成された論理ビットシーケンスであるため、雑音はないことを理解されたい。図４Ａに示すように、符号化シーケンス４０２は、３１ビット（たとえば、２^５−１）に対応するＰＲＢＳ−５コードである。

図４Ｂは、他のシーケンス（たとえば、第１のシーケンス４０４、第２のシーケンス４０６、第３のシーケンス４０８など）間の符号化シーケンス４０２を区別する相関を示す。この例では、相関器２４６は、シーケンスコード（たとえば、符号化シーケンス４０２）を、符号化シーケンス４０２、第１のシーケンス４０４、第２のシーケンス４０６、および第３のシーケンス４０８と相関させる。図４Ｂに示すように、シーケンスコード（たとえば、符号化シーケンス４０２）と符号化シーケンス４０２との間の相関は、他のシーケンス（たとえば、第１のシーケンス４０４、第２のシーケンス４０６、および第３のシーケンス４０８）からの相関ピークよりはるかに高いピーク値４１８を生じる。これは、符号化シーケンス４０２が第１のライダーシステム１０２Ａ（図１）に対するシーケンスコードであり、かつ第１のシーケンス４０４が第５のライダーシステム１０２Ｅ（図１）に対するシーケンスコードである場合、第１のライダーシステム１０２Ａは、第１の重複領域１０６ＡＥ内で、第５のライダーシステム１０２Ｅに対して第１のライダーシステム１０２Ａからの散乱光パルスを正確に区別することができることを意味する。

第２のシーケンス４０６は、第２のライダーシステム１０２Ｂ（図１）に対するシーケンスコードとすることができ、第３のシーケンス４０８は、第３のライダーシステム１０２Ｃ（図１）に対するシーケンスコードとすることができ、他のシーケンスコードは、第４のライダーシステム１０２Ｄ（図１）および第６のライダーシステム１０２Ｆ（図１）に対して生成することができることを理解されたい。

図４Ｂはまた、閾値４２０を示す。いくつかの例では、マイクロプロセッサ２４０は、相関出力の統計に基づいて、閾値４２０を判定する。たとえば、いくつかの例では、閾値４２０は、相関器２４６からの出力の平均を上回る少なくとも１つの標準偏差である。

図５Ａは、雑音５３０および様々な減衰（たとえば、０ｄＢの減衰５０２Ａ、２０ｄＢの減衰５０２Ｂ、３０ｄＢの減衰５０２Ｃ）を有する散乱光２１６の符号化信号を示す。この例では、光パルス２１４が、符号化シーケンス４０２で符号化される。したがって、光パルス２１４は、立上りエッジ４１２または立下りエッジ４１４で遷移する論理レベル「１」４１０および論理レベル「０」４１６で符号化される。図５Ａに示すように、０ｄＢの減衰５０２Ａに対する光パルス２１４は、雑音項（たとえば、雑音５３０）を有していない図４Ａの符号化シーケンス４０２に類似している。光パルス２１４内の雑音５３０は、熱雑音（たとえば、変調中のトランジスタから）、光雑音（たとえば、背景放射）などとすることができる。図５Ａに示すように、２０ｄＢの減衰５０２Ｂの光パルス２１４は、雑音項（たとえば、雑音５３０）に対してわずかに見えるが、３０ｄＢの減衰５０２Ｃの光パルス２１４は、雑音項（たとえば、雑音５３０）に対して裸眼にはほとんど区別できないように見える。

図５Ｂは、雑音５３０および様々な減衰（たとえば、０ｄＢの減衰５０２Ａ、２０ｄＢの減衰５０２Ｂ、３０ｄＢの減衰５０２Ｃ）を有する散乱光２１６の符号化信号に対する相関を示す。この例では、相関器２４６は、図５Ａの０ｄＢの減衰５０２Ａ、２０ｄＢの減衰５０２Ｂ、および３０ｄＢの減衰５０２Ｃの光パルス２１４を符号化シーケンス４０２（図４）と相関させる。図５Ｂに示すように、０ｄＢの減衰５０４Ａの相関、２０ｄＢの減衰５０４Ｂの相関、および３０ｄＢの減衰５０４Ｃの相関の各々は、それぞれピーク値４１８Ａ、ピーク値４１８Ｂ、およびピーク値４１８Ｃを有する。０ｄＢの減衰５０４Ａの相関は、図４Ｂの符号化シーケンス４０２に対する相関に実質上類似しており、２０ｄＢの減衰５０４Ｂの相関のピーク値４１８Ｂは、類似しているように見えるが、０ｄＢの減衰５０４Ａの相関のピーク値４１８Ａよりほぼ１桁小さい（たとえば、１０分の１小さい）。３０ｄＢの減衰５０４Ｃの相関のピーク値４１８Ｃは、２０ｄＢの減衰５０４Ｂの相関のピーク値４１８Ｂよりほぼ３分の１小さい。

ピーク値４１８Ａ、４１８Ｂ、４１８Ｃは減衰とともに減少するため、マイクロプロセッサ２４０は、ピーク値４１８の振幅に基づいて、物体２５０の表面（たとえば、第１の表面２５２）の反射率を判定するように構成することができることが企図されることに留意されたい。

裸眼には散乱光パルス２１６がほとんど区別できないように見える３０ｄＢの減衰５０２Ｃ（図５Ａ）でも、相関はなお、図５Ｂに示すように、雑音５３０に対してピーク４１８Ｃを区別することができることを理解されたい。ピーク４１８Ａ、４１８Ｂ、および４１８Ｃに対する場所は、時係数０に位置しており、それにより時間差を判定するためにタイマ／クロック２４２と同期することが容易になることも理解されたい。

図６は、ライダーシステム（たとえば、ライダーシステム２００、ライダーシステム２００’など）を符号化および復号する例示的なプロセス６００を示す。プロセス６００は、車両内に配置または収容されるシステムによって実行することができる。システムは、ライダーシステム２００または２００’（図２および図３）とすることができる。ブロック６０２で、プロセス６００は、シーケンスコードを生成する。シーケンス生成器２４４（図２および図３）は、マイクロプロセッサ２４０内に埋め込まれたモジュールとすることができる。いくつかの例では、シーケンスコードは、擬似乱数ビットシーケンス（ＰＲＢＳ）コードである。たとえば、ＰＲＢＳコードは、ＰＲＢＳ−５コードに対応する２^５−１ビットを有することができる。シーケンス生成器２４４は、光源２１０（たとえば、内部変調器２１２）および相関器２４６にシーケンスコードを提供する。

ブロック６０４で、プロセス６００は、光源からの光パルスをシーケンスコードで符号化する。たとえば、図２および図３に示すように、光源２１０はダイオードレーザであり、シーケンス生成器２４４からの信号に応答して光パルス２１４を符号化するように動作可能な内部変調器２１２を有する。いくつかの例では、光パルス２１４を符号化することは、オンオフキーイングに従ってレーザダイオード光源２１０への注入電流を変調することを含む。たとえば、内部変調器２１２は、オンオフキーイングに従ってレーザダイオード光源２１０への注入電流を変調するように構成することができる。いくつかの例では、変調器は、光源２１０および物体２５０の光路内に位置する光電変調器２２０などの外部変調器である。光電変調器２２０は、マッハツェンダ変調器とすることができる。いくつかの例では、光パルス２１４を符号化することは、光源２１０の光路内に位置するマッハツェンダ変調器を介して光パルス２１４を変調することである。いくつかの例では、光パルス２１４を符号化することは、電気光学変調器を介して光ドメイン内で光パルス２１４を変調することを含む。

ブロック６０６で、プロセス６００は、光パルスを伝送して物体の表面を照明する。すなわち、光源２１０（図２および図３）は、物体２５０の第１の表面２５２を照明する光パルス２１４を伝送することができる。その結果、光パルス２１４からの一部の光が、第１の表面２５２から分散し、まっすぐな散乱光２１６の経路に対して実質上平行な光路に沿って誘導される可能性がある。

ブロック６０８で、プロセス６００は、物体の照明された表面からの散乱光を検出器（たとえば、検出器２３０）で検出する。すなわち、検出器２３０は、第１の表面２５２から分散して光検出器２３０へ誘導された散乱光パルス２１６を検出することができる。光検出器２３０は、より多くの散乱光パルス（たとえば、散乱光パルス２３８）を集めるのを助けるために、光センサ２３２、アパーチャマスク２３４、および収束レンズ２３６を含むことができる。特に、収束レンズ２３６は、散乱光パルス（たとえば、散乱光パルス２３８）を集めて、光センサ２３２の焦点領域の方へ誘導する。いくつかの例では、散乱光パルス（たとえば、散乱光パルス２３８）は、光パルス２１４から発生して符号化された散乱光パルス２３８、分散された光パルス２１４から発生して１つまたはそれ以上の表面からエコーしたエコー散乱光２１８、および異なる光パルス３１４から発生した異なる散乱光パルス３１８を含む。いくつかの例では、光センサ２３２は、アバランシェフォトダイオードなどのフォトダイオードである。いくつかの例では、検出器は、光電子増倍管である。いくつかの例では、散乱光を検出することは、検出した散乱光パルス２３８をデジタル電気信号に変換することを含む。

ブロック６１０で、プロセス６００は、検出した散乱光パルスをシーケンスコードと相関させ、光パルスが受け取られた時間に関連付けられたピーク値を出力する。たとえば、相関器２４６は、信号生成器２４４からのシーケンスコードおよび検出器２３０のＡ／Ｄ変換器２３８からの変換されたデジタル電気信号を受け取る。次いで相関器２４６は、変換されたデジタル電気信号をシーケンスコードと相関させる。この相関により、時係数０に位置するピーク値４１８（たとえば、図４Ｂのピーク４１８）が得られ、時間差を判定するためにタイマ／クロック２４２と同期することが容易になる。

ブロック６１２で、プロセス６００は、少なくとも１つのピーク値の振幅が閾値を超過するかどうかを判定する。たとえば、マイクロプロセッサ２４０は、散乱光２１６とシーケンスコードとの間の相関からのピーク値４１８の振幅が閾値４１８を超過するかどうかを判定するように構成することができる。たとえば、マイクロプロセッサは、図４Ｂに示すピーク４１８が閾値４２０を超過するが、残りの相関のピークは閾値４２０を超過しないと判定するはずである。いくつかの例では、閾値は、相関器からの出力の平均を上回る少なくとも１つの標準偏差である。たとえば、マイクロプロセッサ２４０は、相関器２４６の出力の標準偏差を平均化することができ、次いで平均に標準偏差を加えた値に、この閾値を設定することができる。いくつかの例では、マイクロプロセッサは、１つの送受信サイクルからの相関器の出力が記録された後に判定を行う。

ブロック６１４で、ピークの振幅が閾値を超過したという判定に従って、プロセス６００は、光パルスが伝送された時間と光パルスが受け取られた時間との間の時間差を判定する。たとえば、タイマ／クロック２４２は、光パルス２１４を散乱光パルス２１６と対にして時間差を判定することができる。いくつかの例では、タイマ／クロック２４２は、タイムマーカ（たとえば、タイムスタンプ）を使用する。いくつかの例では、光パルス２１４を発することで、タイムマーカをトリガすることができ、時係数０の相関で、タイムマーカをトリガすることができる。

ブロック６１６で、プロセス６００は、時間差に基づいて、物体の表面までの距離を計算する。たとえば、マイクロプロセッサ２４０は、時間差に光の速度を掛けて２で割ると、物体２５０までの距離を得ることができる。たとえば、時間差が０．８マイクロ秒の場合、マイクロプロセッサ２４０は、物体２５０までの距離を約１２０メートル離れていると計算するはずである（たとえば、０．８ｅ−６＊２．９９７９ｅ８／２）。距離を計算した後、計算器モジュール３１０は、これらの値をコンピュータ可読媒体／メモリ２４８に記憶することができる。

任意選択のブロック６１８で、ピークの振幅が閾値を超過したという判定に従って、プロセス６００は、ピークの振幅に基づいて、物体の表面の反射率を判定する。たとえば、光パルス２１４は、物体２５０の表面（たとえば、第１の表面２５２）を照明し、この光は分散し、散乱光２１８の一部が検出器２３０へ誘導される。高反射性の表面の場合、散乱光２１８の大きい部分（たとえば、割合）が検出器２３０へ誘導され、低反射性の表面の場合、散乱光２１８の小さい部分（たとえば、割合）が検出器２３０へ誘導される。相関ピーク４１８の振幅は減衰とともに減少し（図５Ｂ）、減衰は表面の反射率に比例するため、マイクロプロセッサ２４０は、ピーク値４１８の振幅に基づいて、物体２５０の表面（たとえば、第１の表面２５２）の反射率を判定するように構成することができることが企図される。図７Ａは、本開示のいくつかの実施形態による帰還散乱光を伝送パルス信号と相関させる例示的なライダーシステムを示す。図示の例では、ライダーシステム７００は、送信器７０２および受信器７０４を含む。送信器７０２は、光源を使用して、第１のパルス群信号７０６および第２のパルス群信号７０８を２つの異なる時間に伝送する。パルス群信号は、比較的小さい時間間隔によって隔置された１群の１つまたはそれ以上のパルスを含むことができる。したがって、パルス群信号は、１つまたはそれ以上のピークを有することができる。図示の例では、第１のパルス群信号７０６は、単一のパルス、したがって１つのピークを含み、第２のパルス群信号７０８は、２つのパルス、したがって２つのピークを含む。図示の例では、第１のパルス群信号７０６のパルス信号および第２のパルス群信号７０８のパルス信号は、同じ波長に関連付けられる。いくつかの例では、パルス群信号７０６および７０８は、パルス幅、パルス形状、および／またはパルス群内のパルス繰返し周期などの他の特徴に関して異なる。

第１のパルス群信号７０６および第２のパルス群信号７０８は、時間間隔によって分離される。時間間隔は、２つの群の信号が互いに重複しないように十分に大きく設定される。図示のように、パルス群信号７０６および７０８の伝送間の時間間隔は、パルス群信号７０８内の２つのパルス間の時間間隔より大きい。これにより、パルス群信号７０６および７０８からの散乱光が２つの別個の群の信号として認識される確率が改善される。さらに、いくつかの例では、散乱した後の群の中のピークの数をシステムがなお認めることができる限り、パルス群信号内のパルス間の時間間隔を可能な限り小さく設定することが望ましいことを理解されたい。さらにこれにより、複数の群の信号からの散乱光を、散乱した後に複数の別個の（たとえば、重複しない）パルス群信号として認識するのに役立つ。

受信器７０４は、光検出器を使用して、第１の帰還パルス群信号７１２および第２の帰還パルス群信号７１４を受け取る。各帰還パルス群信号に対して、システムは、それが対応するのはどの伝送パルス群信号かに関して判定を行う。たとえば、システムは、第２の帰還パルス群信号７１４内に２つのパルス（またはピーク）を識別し、したがって第２の帰還パルス群信号７１４が第２のパルス群信号７０８に対応すると判定する。したがって、システムは、パルス群信号７０８が伝送された時間およびパルス群信号７１４が受け取られた時間に基づいて、距離を判定する。

さらに、システムは、第１の帰還パルス群信号７１２内に１つのパルス（またはピーク）を識別し、したがって第１の帰還パルス群信号７１２が第１のパルス群信号７０６に対応すると判定する。したがって、システムは、パルス群信号７０６が伝送された時間およびパルス群信号７１２が受け取られた時間に基づいて、距離を判定する。

ライダーシステム７００は、帰還パルス群信号７１２および７１４が受け取られた順序にかかわらず、帰還パルス群信号７１２および７１４をそれぞれの伝送信号に相関させることができることを理解されたい。たとえば、第１のパルス群信号７０６が、比較的離れた物体によって散乱され、第２のパルス群信号７０８が、比較的近い物体によって散乱された場合、帰還パルス群信号７１２の前に帰還パルス群信号７１４（第２のパルス群信号７０８に対応）を受け取る可能性がある。それにもかかわらず、システムはなお、帰還パルス群信号７１４内で識別されるピークの数に基づいて、後に伝送されたパルス群信号７０８と帰還パルス群信号７１４を正確に相関させることができる。

同じ光源から発生した散乱光を区別する前述の方法は、ライダーシステムの分解能を改善する。対応する光パルスが伝送された順序とは異なる順序で受け取った散乱光を正確に相関させることができない従来のシステムでは、システムは、たとえば信号を伝送し、次いでライダーが設計された最も遠い距離まで光パルスが往復移動するのにかかる最大時間を待ってから次の信号を伝送することによって、散乱光が同じ順序で到達することを確実にすることが必要になる可能性がある。前述の方法を使用することで、システムは、２つの連続する信号を伝送する間に、最大飛行時間を待つ必要がなくなる。たとえば、システムの設計仕様によって、第１のパルス群信号７０６の伝送と第２のパルス群信号７０８の伝送との間の時間を、光パルスが物体のうちの最も遠いものに到達するための往復飛行時間より小さくすることができる。したがって、システムは、パルス信号をより高い周波数で伝送することが可能になり、したがって検出範囲を低減させることなく視野内でより高い分解能を得ることができる。

図７Ｂは、本開示のいくつかの実施形態によるライダーシステムによって伝送される例示的な１組のパルス信号を示す。図示のように、この１組のパルス信号は、パルス群信号７０６および７２４を含む第１の複数のパルス群信号、ならびにパルス群信号７０８、７２０、７２２、および７２６を含む第２の複数のパルス群信号を含む。

いくつかの実施形態では、第１の複数のパルス群信号は、比較的遠い物体を検出するためのものであり、第２の複数のパルス群信号は、比較的近くの物体を検出するためのものである。そのようなシステムは、ライダーシステムの検出範囲を低減させることなく、検出される点の密度を増大させるために、複数のシードレーザのための電子機器を有する必要がない。図示のように、第１の複数のパルス群信号（たとえば、７０６、７２４）は、第２の複数のパルス群信号（たとえば、７０８、７２０、７２２、７２６）より高い振幅である。信号７０６および７２４の振幅がより高いことで、それらの信号を使用して、離れた物体を測距することが可能になる。さらに、第１の複数のパルス群信号のうちの信号７０６および７２４は、時間間隔ｔ_１によって分離される。いくつかの例では、時間間隔ｔ_１は、ライダーシステムが設計された最も遠い距離まで光パルスが往復移動するのにかかる最大時間とすることができ；したがってシステムは、「最初に到達したもの」の手法を使用して、第１の複数のパルス群信号のうちの信号を区別することができる。さらに、第２の複数のパルス群信号のうちの信号７０８および７２０は、時間間隔ｔ_２によって分離される。システムは、上述した方法によれば、各散乱光内のそれぞれのピークの数に基づいて、第１の複数のパルス群信号のうちの信号に対応する散乱光と、第２の複数のパルス群信号のうちの信号に対応する散乱光とを区別することができる。

いくつかの例では、第１の複数のパルス群信号のうちの各パルス群信号は、隣接するパルス群信号から同じ時間間隔ｔ_１によって分離され、第２の複数のパルス群信号のうちの各パルス群信号は、隣接するパルス群信号から同じ時間間隔ｔ_２によって分離される。ｔ_１とｔ_２との間の比は、第１の複数のパルス群信号のどれも第２の複数のパルス群信号のいずれかに重複しないように構成される。

図７Ｂは、同じ光源から発生した散乱光を区別することを示すが、この方法は、異なる光源からの光パルスを区別するために使用することもできることを理解されたい。たとえば、第１のライダーシステムは、７０６および７２４を含む第１の複数のパルス群信号を伝送するように構成することができ、第２のライダーシステムは、７０８、７２０、７２２、および７２６を含む第２の複数のパルス群信号を伝送するように構成することができる。各散乱光に対して、第１のライダーシステムは、散乱光内のパルス（および／またはピーク）の数を識別し、散乱光が第１のライダーシステムから発生したか、それとも第２のライダーシステムから発生したかを判定することができる。

例示的な方法、非一過性コンピュータ可読記憶媒体、システム、および電子デバイスについて、以下の項目に記載する：
１．光検知測距（ライダー）走査システムであって：
光パルスを伝送して物体の表面を照明するように構成された光源と；
シーケンス生成器からの信号に応答して光パルスをシーケンスコードで符号化するように動作可能な変調器と；
光パルスから発生した物体の表面からの散乱光パルスを検出するように構成された光検出器と；
光検出器に電気的に結合されており、散乱光パルスをシーケンスコードと相関させ、散乱光パルスが受け取られた時間に関連付けられたピーク値を出力するように構成された相関器と、
光源および相関器に電気的に結合されたマイクロプロセッサとを含み、ここで、マイクロプロセッサは：
ピーク値の振幅が閾値を超過するかどうかを判定し；
ピークの振幅が閾値を超過するという判定に従って：
光パルスが伝送された時間と光パルスが受け取られた時間との間の時間差を判定し；
時間差に基づいて物体の表面までの距離を計算するように構成される、ライダー走査システム。
２．光源は、レーザダイオード光源である、項目１に記載のライダー走査システム。
３．変調器は、オンオフキーイングに従ってレーザダイオードへの注入電流を変調するように構成される、項目２に記載のライダー走査システム。
４．変調器は、光パルスの光路内に位置する光電変調器である、項目１〜３のいずれかに記載のライダー走査システム。
５．変調器は、光パルスの光路内に位置するマッハツェンダ変調器である、項目１〜４のいずれかに記載のライダー走査システム。
６．検出器は、フォトダイオードである、項目１〜５のいずれかに記載のライダー走査システム。
７．検出器は、光電子増倍管である、項目１〜６のいずれかに記載のライダー走査システム。
８．検出器は、検出した散乱光パルスを電気デジタル信号に変換するように構成されたアナログデジタル変換器をさらに含む、項目１〜７のいずれかに記載のライダー走査システム。
９．相関器は、マイクロプロセッサ内に埋め込まれたモジュールである、項目１〜８のいずれかに記載のライダー走査システム。
１０．相関器は、４光波混合を実行するように構成された光変調器である、項目１〜９のいずれかに記載のライダー走査システム。
１１．シーケンス生成器は、マイクロプロセッサ内に埋め込まれたモジュールである、項目１〜１０のいずれかに記載のライダー走査システム。
１２．シーケンスコードは、擬似乱数ビットシーケンスコードである、項目１〜１１のいずれかに記載のライダー走査システム。
１３．擬似乱数ビットシーケンスコードは、ＰＲＢＳ−５である、項目１２に記載のライダー走査システム。
１４．閾値は、相関器からの出力の平均を上回る少なくとも１つの標準偏差である、項目１〜１３のいずれかに記載のライダー走査システム。
１５．ピークの振幅が閾値を超過するという判定に従って、マイクロプロセッサは、ピーク値の振幅に基づいて、物体の表面の反射率を判定するようにさらに構成される、項目１〜１４のいずれかに記載のライダー走査システム。
１６．光検知測距（ライダー）走査検出のための方法であって：
光源からの光パルスをシーケンスコードで符号化する工程と；
光パルスを伝送して物体の表面を照明する工程と；
物体の照明された表面からの散乱光パルスを検出器で検出する工程と；
検出した散乱光パルスをシーケンスコードと相関させ、散乱光パルスが受け取られた時間に関連付けられたピーク値を出力する工程と；
ピーク値の振幅が閾値を超過するかどうかを判定する工程と；
ピークの振幅が閾値を超過するという判定に従って：
光パルスが伝送された時間と散乱光パルスが受け取られた時間との間の時間差を判定する工程と；
時間差に基づいて物体の表面までの距離を計算する工程とを含む、方法。
１７．ピークの振幅が閾値を超過するという判定に従って、ピークの振幅に基づいて物体の表面の反射率を判定することをさらに含む、項目１６に記載の方法。
１８．光源は、レーザダイオードである、項目１６または１７に記載の方法。
１９．光パルスを符号化することは、オンオフキーイングに従ってレーザダイオードへの注入電流を変調することを含む、項目１８に記載の方法。
２０．光パルスを符号化することは、光パルスの光路内に位置する電気光学変調器を介して光ドメイン内で光パルスを変調することを含む、項目１６〜１９のいずれかに記載の方法。
２１．光パルスを符号化することは、光パルスの光路内に位置するマッハツェンダ変調器を介して光パルスを変調することを含む、項目１６〜２０のいずれかに記載の方法。
２２．検出器は、フォトダイオードである、項目１６〜２１のいずれかに記載の方法。
２３．検出器は、光電子増倍管である、項目１６〜２２のいずれかに記載の方法。
２４．散乱光パルスを検出することは、検出した散乱光パルスを電気デジタル信号に変換することを含む、項目１６〜２３のいずれかに記載の方法。
２５．シーケンスコードは、擬似乱数ビットシーケンスコードである、項目１６〜２４のいずれかに記載の方法。
２６．擬似乱数ビットシーケンスコードは、ＰＲＢＳ−５である、項目２５に記載の方法。
２７．閾値は、相関器からの出力の平均を上回る少なくとも１つの標準偏差である、項目１６〜２６のいずれかに記載の方法。
２８．ピーク値の振幅が閾値を超過するという判定に従って、ピーク値の振幅に基づいて、物体の表面の反射率を判定する、項目１６〜２７のいずれかに記載の方法。
２９．コンピュータ実行方法であって：光源および光検出器を有する光検知測距（ライダー）システム内で：
光源を使用して、第１の数のパルス信号を有する第１のパルス群信号および第２の数のパルス信号を有する第２のパルス群信号を伝送する工程であって、第１の数が第２の数とは異なる、工程と；
光検出器を使用して、第３の数のパルス信号を有する帰還パルス群信号を受け取る工程と；
第３の数のパルス信号に基づいて、帰還パルス群信号が第１のパルス群信号に対応するか、それとも第２のパルス群信号に対応するかを判定する工程と；
帰還パルス群信号が第１のパルス群信号に対応するという判定に従って、帰還パルス群信号および伝送された第１のパルス群信号に基づいて、第１の距離を判定する工程と；
帰還パルス群信号が第２のパルス群信号に対応するという判定に従って、帰還パルス群信号および伝送された第２のパルス群信号に基づいて、第２の距離を判定する工程とを含む、方法。
３０．第１の数は１である、項目２９に記載の方法。
３１．第１のパルス群信号のパルス信号および第２のパルス群信号のパルス信号は、同じ波長に関連付けられる、項目２９または３０に記載の方法。
３２．システムの設計仕様によって、第１のパルス群信号の伝送と第２のパルス群信号の伝送との間の時間は、光パルスが物体のうちの最も遠いものに到達するための往復飛行時間より小さい、項目２９〜３１のいずれかに記載の方法。
３３．第１のパルス群信号を含む第１の複数のパルス群信号を伝送する工程であって、第１の複数のパルス群信号のうちの各パルス群信号が、第１の複数のパルス群信号のうちの隣接するパルス群信号から第１の時間間隔によって分離される、工程と；
第２のパルス群信号を含む第２の複数のパルス群信号を伝送する工程であって、第２の複数のパルス群信号のうちの各パルス群信号が、第２の複数のパルス群信号のうちの隣接するパルス群信号から第２の時間間隔によって分離され、第１の時間間隔は、第２の時間間隔とは異なる、工程と
をさらに含む：項目２９〜３２のいずれかに記載の方法。
３４．第１の複数のパルス群信号のうちのパルス群信号は、第１の振幅に関連付けられ、第２の複数のパルス群信号のうちのパルス群信号は、第１の振幅とは異なる第２の振幅に関連付けられる、項目３３に記載の方法。
３５．光検知測距（ライダー）走査システムであって：
第１の数のパルス信号を有する第１のパルス群信号および第２の数のパルス信号を有する第２のパルス群信号を伝送するように構成され、第１の数が第２の数とは異なる、光源と；
第３の数のパルス信号を有する帰還パルス群信号を検出するように構成された光検出器と；
光源および光検出器に電気的に結合されたマイクロプロセッサとを含み、ここで、マイクロプロセッサは、第３の数のパルス信号に基づいて、帰還パルス群信号が第１のパルス群信号に対応するか、それとも第２のパルス群信号に対応するかを判定し；
帰還パルス群信号が第１のパルス群信号に対応するという判定に従って、帰還パルス群信号および伝送された第１のパルス群信号に基づいて、第１の距離を判定し；
帰還パルス群信号が第２のパルス群信号に対応するという判定に従って、帰還パルス群信号および伝送された第２のパルス群信号に基づいて、第２の距離を判定するように構成される、方法。

開示するプロセスおよび／または流れ図内のブロックの特有の順序または階層は、例示的な手法の一例であることが理解される。設計上の好みに基づいて、プロセスおよび／または流れ図内のブロックの特有の順序または階層を配置し直すことができることが理解される。さらに、いくつかのブロックを組み合わせることができ、または省略することができる。添付の方法クレームは、様々なブロックの要素をサンプル順序で提示するが、提示する特有の順序または階層に限定されることを意味するものではない。

前述した説明は、当業者であれば本明細書に記載する様々な態様を実行することが有効になるように提供される。これらの態様に対する様々な修正は、当業者には容易に明らかであり、本明細書に定義する一般原理は、他の態様にも適用することができる。したがって、特許請求の範囲は、本明細書に示す態様に限定されることを意図したものではなく、特許請求の範囲の言語に一貫する完全な範囲が与えられ、ある要素を単数で参照することは、具体的にそのような記載がない限り、「１つだけ」ではなく、「１つまたはそれ以上」を意味することを意図したものである。本明細書では、「例示的」という単語は、「１つの例、事例、または例示として働く」ことを意味するために使用される。「例示的」であると本明細書に記載するあらゆる態様は、必ずしも他の態様に比べて好ましいまたは有利であると解釈されるべきではない。具体的に別段の記載がない限り、「いくつか」という用語は、１つまたはそれ以上を指す。「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの少なくとも１つ」、「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの１つまたはそれ以上」、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つ」、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの１つまたはそれ以上」、ならびに「Ａ、Ｂ、Ｃ、またはこれらの任意の組合せ」などの組合せは、Ａ、Ｂ、および／またはＣの任意の組合せを含み、複数のＡ、複数のＢ、または複数のＣを含むことができる。具体的には、「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの少なくとも１つ」、「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの１つまたはそれ以上」、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つ」、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの１つまたはそれ以上」、ならびに「Ａ、Ｂ、Ｃ、またはこれらの任意の組合せ」などの組合せは、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢ、ＡおよびＣ、ＢおよびＣ、またはＡおよびＢおよびＣとすることができ、任意のそのような組合せは、Ａ、Ｂ、またはＣのうちの１つまたはそれ以上の部材を含むことができる。当業者には知られているまたは後に知られることになる本開示全体にわたって説明した様々な態様の要素に対するすべての構造上および機能上の均等物は、参照により本明細書に明示的に組み入れられており、特許請求の範囲によって包含されることが意図される。さらに、本明細書に開示するものはいずれも、そのような開示が特許請求の範囲に明示的に示されているかどうかにかかわらず、公衆に供されることを意図しない。「モジュール」、「機構」、「要素」、「デバイス」などの単語は、「手段」という単語に対する置換えではない。したがって、どの特許請求の範囲の要素も、「〜手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」という語句を使用してその要素が明示的に記載されていない限り、米国特許法第１１２条（ｆ）に基づいて解釈されるべきではない。

Claims (20)

1. 光検知測距（ライダー）走査システムであって：
   光パルスを伝送して物体の表面を照明するように構成された光源と；
   シーケンス生成器からの信号に応答して光パルスをシーケンスコードで符号化するように動作可能な変調器と；
   光パルスから発生した物体の表面からの散乱光パルスを検出するように構成された光検出器と；
   該光検出器に電気的に結合されており、散乱光パルスをシーケンスコードと相関させ、散乱光パルスが受け取られた時間に関連付けられたピーク値を出力するように構成された相関器と、
   光源および相関器に電気的に結合されたマイクロプロセッサとを含み、ここで、該マイクロプロセッサは：
   ピーク値の振幅が閾値を超過するかどうかを判定し；
   ピークの振幅が閾値を超過するという判定に従って：
   光パルスが伝送された時間と光パルスが受け取られた時間との間の時間差を判定し；
   該時間差に基づいて物体の表面までの距離を計算するように構成される、前記ライダー走査システム。
2. 光源は、レーザダイオード光源である、請求項１に記載のライダー走査システム。
3. 変調器は、オンオフキーイングに従ってレーザダイオードへの注入電流を変調するように構成される、請求項２に記載のライダー走査システム。
4. 変調器は、光パルスの光路内に位置する光電変調器である、請求項１に記載のライダー走査システム。
5. 変調器は、光パルスの光路内に位置するマッハツェンダ変調器である、請求項１に記載のライダー走査システム。
6. 検出器は、フォトダイオードである、請求項１に記載のライダー走査システム。
7. 検出器は、光電子増倍管である、請求項１に記載のライダー走査システム。
8. 検出器は、検出した散乱光パルスを電気デジタル信号に変換するように構成されたアナログデジタル変換器をさらに含む、請求項１に記載のライダー走査システム。
9. 相関器は、マイクロプロセッサ内に埋め込まれたモジュールである、請求項１に記載のライダー走査システム。
10. 相関器は、４光波混合を実行するように構成された光変調器である、請求項１に記載のライダー走査システム。
11. シーケンス生成器は、マイクロプロセッサ内に埋め込まれたモジュールである、請求項１に記載のライダー走査システム。
12. シーケンスコードは、擬似乱数ビットシーケンスコードである、請求項１に記載のライダー走査システム。
13. 擬似乱数ビットシーケンスコードは、ＰＲＢＳ−５である、請求項１２に記載のライダー走査システム。
14. 閾値は、相関器からの出力の平均を上回る少なくとも１つの標準偏差である、請求項１に記載のライダー走査システム。
15. ピークの振幅が閾値を超過するという判定に従って、マイクロプロセッサは、ピーク値の振幅に基づいて物体の表面の反射率を判定するようにさらに構成される、請求項１に記載のライダー走査システム。
16. 光検知測距（ライダー）走査検出のための方法であって：
    光源からの光パルスをシーケンスコードで符号化する工程と；
    光パルスを伝送して物体の表面を照明する工程と；
    物体の照明された表面からの散乱光パルスを検出器で検出する工程と；
    検出した散乱光パルスをシーケンスコードと相関させ、散乱光パルスが受け取られた時間に関連付けられたピーク値を出力する工程と；
    ピーク値の振幅が閾値を超過するかどうかを判定する工程と；
    ピークの振幅が閾値を超過するという判定に従って：
    光パルスが伝送された時間と散乱光パルスが受け取られた時間との間の時間差を判定する工程と；
    該時間差に基づいて物体の表面までの距離を計算する工程とを含む、前記方法。
17. ピークの振幅が閾値を超過するという判定に従って、ピークの振幅に基づいて物体の表面の反射率を判定することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
18. シーケンスコードは、擬似乱数ビットシーケンスコードである、請求項１６に記載の方法。
19. 閾値は、相関器からの出力の平均を上回る少なくとも１つの標準偏差である、請求項１６に記載の方法。
20. ピーク値の振幅が閾値を超過するという判定に従って、ピーク値の振幅に基づいて物体の表面の反射率を判定する、請求項１６に記載の方法。

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