JP2021513087A - 高分解能長距離フラッシュlidar用の方法及びシステム - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
本出願は、「Methods and Systems for High-resolution Long-range Flash Lidar」と題する、それぞれ2018年2月13日に出願された米国仮特許出願第62/630,079号、2018年3月1日に出願された同第62/637,128号、2018年4月9日に出願された同第62/655,000号、及び2018年6月14日に出願された同第62/684,822号からの優先権を主張し、それらの開示内容は引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
アーウィンホール(和):
1.ttargに対する「真の」値ttarg、trueを選択する。
2.以下のパラメータ値を選択する
a.tp=パルスの持続時間、Tgate=ゲートの持続時間
b.s=(パルスの間のみの)信号光子到達率
c.b=(ゲート全体にわたる)背景光子到達率
d.Tinteg=このピクセルにおける積算の時間。フラッシュLIDARの場合、これはフレーム持続時間に設定する
e.Ngates=総積算時間を共有しなければならないストローブゲートの数。
3.PDF関数を計算する
4.所与の積算時間に対して(例えば、モンテカルロ解析の)単一の反復を開始する。
注:単一の反復は、所定数のレーザサイクルとNoppに対する値等を有することができる。この単一の反復により、以下の一意の値の組を生成することができる。
a.Nα
b.Nβ
c.Tβ
d.及びtmeas1=式14。
5.ステップ4における反復を繰り返すことにより、tmeas1に対する分布をもたらすことができる
6.tmeas1を計算するために使用されるステップ4における反復の各々に対して、以下の背景値の第2の組(プライム記号で示す)を計算することができる
a.N’β
b.T’β
7.各反復に対する誤差を以下の式によって計算することができる
Claims (31)
- 光検出及び測距(LIDAR)装置であって、
光信号を放出するように構成されたパルス光源と、
入射する複数の光子のそれぞれの到達時間を示すそれぞれの検出信号を出力するように構成されている単一光子検出器を備える検出器アレイであって、前記光子は、前記パルス光源からの前記光信号に対応する波長を有する信号光子と、少なくとも1つの他の光源に対応する波長を有する背景光子とを含む、検出器アレイと、
前記単一光子検出器から出力される前記それぞれの検出信号を受信するように構成された処理回路であって、
それぞれのストローブ信号に応じて、前記光信号のパルスの間のそれぞれのストローブ窓にわたり、前記パルスに関して異なるそれぞれの遅延で、前記単一光子検出器のサブセットをアクティベート及びディアクティベートするように構成された充電回路と、
それぞれの到達時間が前記光子のうちの少なくとも1つの他の光子の到達時間に対して所定相関時間内にある前記光子のうちの1つ以上の検出を表すそれぞれの相関信号を出力するように構成された相関器回路と、
前記それぞれの相関信号又は検出信号に応答してカウント値をインクリメントするように構成されたカウンタ回路と、基準タイミング信号に対する前記それぞれの相関信号又は検出信号によって示される前記それぞれの到達時間に基づいて積算時間値を発生させるように構成された時間積算器回路とを備える時間処理回路と
のうちの1つ以上を備えており、
前記カウント値に対する前記積算時間値の比は、前記光子の平均到達時間を示すものである、処理回路と
を備えてなる、LIDAR装置。 - 前記検出器アレイに入射する前記光子を透過させるように配置された波長可変光フィルタ素子であって、前記パルス光源から出力される前記光信号のスペクトル、前記パルス光源の温度及び/又は前記波長可変光フィルタ素子の温度に基づいて変化するように構成されている透過帯域を有する、波長可変光フィルタ素子を更に備える、請求項1に記載のLIDAR装置。
- 前記処理回路は、
前記信号光子及び前記背景光子を含む前記複数の光子の前記それぞれの到達時間を示す前記検出信号の第1のサブセットに応答して出力値を提供するように構成されている第1のチャネルと、
前記背景光子の前記それぞれの到達時間を示す前記検出信号の第2のサブセットに応答して参照値を提供するように構成されている第2のチャネルと、
前記出力値と前記参照値との関係に基づいて前記光子の前記平均到達時間の推定値を計算するように構成されている制御回路と
を更に備える、請求項1又は2に記載のLIDAR装置。 - 前記処理回路は、前記検出器アレイとともに同じチップ又はパッケージ内に集積されており、任意選択的に、前記単一光子検出器は単一光子アバランシェ検出器(SPAD)である、請求項1に記載のLIDAR装置。
- 前記それぞれのストローブ信号を発生させ、及び/又は前記光子の前記平均到達時間の推定値を計算するように構成されている制御回路を更に備え、
任意選択的に、前記制御回路は、前記検出器アレイとともに同じチップ又はパッケージ内に集積されている、請求項4に記載のLIDAR装置。 - 光検出及び測距(LIDAR)測定デバイスであって、
入射する光子のそれぞれの到達時間を示すそれぞれの検出信号を出力するように構成されている単一光子検出器を備える検出器アレイであって、前記光子は、パルス光源から出力される光信号に対応する波長を有する信号光子を含む、検出器アレイと、
それぞれのストローブ信号に応じて、前記光信号のパルスの間のそれぞれのストローブ窓にわたり、前記パルスに関して異なるそれぞれの遅延で、前記単一光子検出器のサブセットをアクティベート及びディアクティベートするように構成されている充電回路を備える処理回路と
を備えてなる、LIDAR測定デバイス。 - 前記それぞれのストローブ窓の持続時間は異なる、請求項6に記載のLIDAR測定デバイス。
- 前記光信号の前記パルスの間の時間は距離範囲に対応し、前記それぞれのストローブ窓の前記持続時間は、前記距離範囲の部分範囲に従って異なり、
任意選択的に、前記LIDAR測定デバイスに対する前記距離範囲の相対的に近い部分範囲に対応する前記それぞれのストローブ窓の前記持続時間は、前記LIDAR測定デバイスに対する前記距離範囲の相対的に遠い部分範囲に対応する前記それぞれのストローブ窓の前記持続時間より長い、請求項7に記載のLIDAR測定デバイス。 - 前記充電回路は、前記検出器アレイにおける前記単一光子検出器の前記サブセットの相対位置に基づいて、前記それぞれのストローブ信号に応答して前記それぞれのストローブ窓にわたり前記単一光子検出器の前記サブセットをアクティベート及びディアクティベートするように構成されており、
任意選択的に、前記相対位置は、異なる方位角及び高度に対応する、請求項6〜8のいずれか一項に記載のLIDAR測定デバイス。 - 前記充電回路は、前記それぞれのストローブ信号に応答して、前記それぞれのストローブ窓の前記持続時間を動的に調整するように構成され、
任意選択的に、前記それぞれのストローブ窓に対応する前記部分範囲の境界部を変更するように、又は先行する検出信号によって示されるターゲットの明度に基づいて調整するように構成されている、請求項6〜8のいずれか一項に記載のLIDAR測定デバイス。 - 光検出及び測距(LIDAR)測定デバイスであって、
入射する複数の光子のそれぞれの到達時間を示すそれぞれの検出信号を出力するように構成されている単一光子検出器を備える検出器アレイであって、前記光子は、発光源から出力される光信号に対応する波長を有する信号光子と、少なくとも1つの他の光源に対応する波長を有する背景光子とを含む、検出器アレイと、
前記単一光子検出器から出力される前記それぞれの検出信号を受信するように構成された処理回路であって、
前記それぞれの検出信号に応答してカウント値をインクリメントするように構成されたカウンタ回路と、基準タイミング信号に対する前記それぞれの検出信号によって示される前記それぞれの到達時間に基づいて積算時間値を発生させるように構成された時間積算器回路とを備える時間処理回路を備えており、
前記カウント値に対する前記積算時間値の比は、前記光子の平均到達時間を示すものである、処理回路と
を備えてなる、LIDAR測定デバイス。 - 前記処理回路は、
それぞれのストローブ信号に応答して、前記光信号のパルスの間のそれぞれのストローブ窓にわたり、前記パルスに関して異なるそれぞれの遅延で、前記単一光子検出器のサブセットをアクティベート及びディアクティベートするように構成されている充電回路を更に備える、請求項11に記載のLIDAR測定デバイス。 - 前記処理回路は、
前記それぞれの検出信号を受信し、前記光子のうちの少なくとも1つの他の光子の到達時間に対して所定相関時間内のそれぞれの到達時間を有する前記光子のうちの1つ以上の検出を表すそれぞれの相関信号を出力するように構成されている相関器回路を更に備え、
前記カウンタ回路は、前記相関信号に対応する前記それぞれの検出信号のサブセットに応答して前記カウント値をインクリメントするように構成され、前記時間積算器回路は、前記相関信号に対応する前記それぞれの検出信号の前記サブセットによって示される前記それぞれの到達時間を積算するように構成されている、請求項11又は12に記載のLIDAR測定デバイス。 - 前記検出器アレイに入射する前記光子を透過させるように配置された波長可変光フィルタ素子であって、前記透過した光信号のスペクトル及び/又は前記発光源の温度に基づいて変化するように構成されている透過帯域を有する、波長可変光フィルタ素子を更に備える、請求項11又は12に記載のLIDAR測定デバイス。
- 前記時間処理回路は、前記信号光子及び前記背景光子を含む前記複数の光子の前記それぞれの到達時間を示す前記検出信号の第1のサブセットに応答して前記カウント値及び前記積算時間値を提供するように構成されている第1のチャネルと、前記背景光子の前記それぞれの到達時間を示す前記検出信号の第2のサブセットに応答して参照カウント値及び参照積算時間値を提供するように構成されている第2のチャネルとを備え、
前記積算時間値と前記参照積算時間値との関係、及び前記カウント値と前記参照カウント値との関係に基づき、前記光子の前記平均到達時間の推定値を計算するように構成されている制御回路を更に備える、請求項11又は12に記載のLIDAR測定デバイス。 - 光検出及び測距(LIDAR)測定デバイスであって、
入射する複数の光子のそれぞれの到達時間を示すそれぞれの検出信号を出力するように構成されている単一光子検出器を備える検出器アレイと、
前記単一光子検出器から出力される前記それぞれの検出信号を受信するように構成された処理回路であって、
それぞれの到達時間が前記光子のうちの少なくとも1つの他の光子の到達時間に対して所定相関時間内にある前記光子のうちの1つ以上の検出を表すそれぞれの相関信号を出力するように構成されている相関器回路を備える、処理回路と
を備えてなる、LIDAR測定デバイス。 - 前記相関器回路は、任意選択的に1つ以上のヒストグラムで前記それぞれの到達時間を記憶することなく、前記検出信号に基づいて前記それぞれの到達時間を示す記憶されたデータとは無関係に前記相関信号を出力するように構成されている、請求項16に記載のLIDAR測定デバイス。
- 前記所定相関時間は、前記光子のうちの前記1つ以上に対する前記それぞれの到達時間を示す前記それぞれの検出信号の立上りエッジに対するものであり、
任意選択的に、前記所定相関時間は、パルス光源から出力される光信号のパルス幅に対応する、請求項16に記載のLIDAR測定デバイス。 - 前記相関器回路は、
前記所定相関時間だけ前記それぞれの検出信号を遅延させ、前記所定相関時間に対応するパルス幅を有するそれぞれのパルス信号を出力するように構成されているそれぞれのバッファ素子と、
前記それぞれのパルス信号のうちの少なくとも2つの前記パルス幅が時間的にオーバーラップするときに前記相関信号を出力するように構成されている論理回路と
を備える、請求項16に記載のLIDAR測定デバイス。 - 前記処理回路は、
前記相関信号の各々に応答してカウント値をインクリメントするように構成されたカウンタ回路と、前記相関信号に対応する前記それぞれの到達時間に基づいて基準タイミング信号に対する積算時間値を発生させるように構成された時間積算器回路とを備える時間処理回路を更に備え、
前記カウント値に対する前記積算時間値の比は、前記光子の推定された平均到達時間を示し、
任意選択的に、前記処理回路は、前記相関器回路をバイパスし、所定閾値に対する前記それぞれの検出信号に基づいて前記時間処理回路に前記それぞれの検出信号を提供するように構成されている、請求項16に記載のLIDAR測定デバイス。 - 前記時間処理回路は、前記相関信号に応答して前記カウント値及び前記積算時間値を提供するように構成されている第1のチャネルと、それぞれの到達時間が互いに対する前記所定相関時間外である光子に対応するそれぞれの検出信号に応答して、参照カウント値及び参照積算時間値を提供するように構成されている第2のチャネルとを備え、
任意選択的に、前記相関器回路は、それぞれの到達時間が互いに対する前記所定相関時間外である光子に対応する前記それぞれの検出信号が閾値未満であるとき、前記所定相関時間を増大又は低減させるように構成されている、請求項20に記載のLIDAR測定デバイス。 - 前記処理回路は、
それぞれのストローブ信号に応じて、パルス光源から出力される光信号のパルスの間のそれぞれのストローブ窓にわたって、前記パルスに関して異なるそれぞれの遅延で、前記単一光子検出器のサブセットをアクティベート及びディアクティベートするように構成されている充電回路を更に備える、請求項16〜21のいずれか一項に記載のLIDAR測定デバイス。 - 前記検出器アレイに入射する前記光子を透過させるように配置された波長可変光フィルタ素子であって、パルス光源から出力される光信号のスペクトル及び/又は前記パルス光源の温度に基づいて変化するように構成されている透過帯域を有する、波長可変光フィルタ素子を更に備える、請求項16〜21のいずれか一項に記載のLIDAR測定デバイス。
- 光検出及び測距(LIDAR)測定デバイスであって、
波長可変光フィルタ素子であって、発光源から出力される光信号のスペクトル、前記発光源の温度及び/又は該波長可変光フィルタ素子の温度に基づいて変化するように構成されている透過帯域を有する、波長可変光フィルタ素子と、
前記波長可変光フィルタ素子を透過した出力光を受光するように配置された検出器アレイであって、入射する複数の光子のそれぞれの到達時間を示すそれぞれの検出信号を出力するように構成されている、検出器アレイと
を備えてなる、LIDAR測定デバイス。 - 基準角度に対する前記波長可変光フィルタ素子の傾斜角度を変更するように構成されている少なくとも1つのアクチュエータを更に備え、前記傾斜角度は、所定角度範囲にわたって連続的に可変であり、又は複数の不連続の傾斜角度の間で可変であり、前記透過帯域は、前記傾斜角度に基づいて変化するように構成されている、請求項24に記載のLIDAR測定デバイス。
- 前記波長可変光フィルタ素子のそれぞれの領域においてそれぞれのインピーダンスを測定するように構成されたインピーダンス測定回路と、
前記インピーダンス測定回路に結合され、かつ前記それぞれのインピーダンスに基づいて前記傾斜角度を変更するように前記少なくとも1つのアクチュエータを制御するように構成されている駆動回路と
を更に備える、請求項25に記載のLIDAR測定デバイス。 - 前記波長可変光フィルタ素子の温度が、前記発光源の前記温度によって変化するように構成されており、
任意選択的に、前記波長可変光フィルタ素子は、前記発光源に熱的に結合され、前記発光源と実質的に同じ基板を備え、前記発光源のスペクトル温度係数と実質的に同様のスペクトル温度係数を有するより多くの材料のうちの1つから構成され、及び/又は、温度制御ハウジング内に含まれる、請求項24〜26のいずれか一項に記載のLIDAR測定デバイス。 - 光検出及び測距(LIDAR)測定デバイスであって、
入射する複数の光子のそれぞれの到達時間を示すそれぞれの検出信号を出力するように構成されている単一光子検出器を備える検出器アレイであって、前記光子は、発光源の光出力に対応する波長を有する信号光子と、少なくとも1つの他の光源に対応する波長を有する背景光子とを含む、検出器アレイと、
前記単一光子検出器から出力される前記それぞれの検出信号を受信するように構成された処理回路であって、
前記信号光子及び前記背景光子を含む前記複数の光子の前記それぞれの到達時間を示す前記検出信号の第1のサブセットに応答して出力値を提供するように構成されている第1のチャネルと、
前記信号光子なしに前記背景光子の前記それぞれの到達時間を示す前記検出信号の第2のサブセットに応答して参照値を提供するように構成されている第2のチャネルと
を備えており、
前記出力値と前記参照値との関係に基づいて前記光子の平均到達時間の推定値を計算するように構成されている制御回路を更に備える、処理回路と
を備えてなる、LIDAR測定デバイス。 - 前記制御回路は、前記検出信号の前記第1のサブセット及び前記第2のサブセットを提供するように、前記検出器アレイの前記単一光子検出器のうちの1つ以上を逐次動作させるように構成されており、
任意選択的に、前記制御回路は、前記発光源のディアクティベーションと協働して前記第2のサブセットを提供するように前記単一光子検出器のうちの1つ以上を逐次動作させるように構成されている、請求項28に記載のLIDAR測定デバイス。 - 前記制御回路は、前記第1のサブセットと同時に前記第2のサブセットを提供するように前記検出器アレイの1つ以上の単一光子検出器を動作させるように構成されており、前記単一光子検出器のうちの1つ以上は、その上に、該単一光子検出器のうちの該1つ以上への前記信号光子の通過を阻止するように構成されている透過帯域を有する光フィルタを備える、請求項28に記載のLIDAR測定デバイス。
- 前記処理回路は、
前記それぞれの検出信号を受光し、それぞれの到達時間が前記光子のうちの少なくとも1つの光子に対して所定相関時間内にある前記光子のうちの1つ以上の検出を表すそれぞれの相関信号を、前記第1のサブセットとして出力するように構成されている相関器回路を更に備え、
任意選択的に、前記相関器回路は、前記検出信号の前記第2のサブセットが、前記少なくとも1つの他の光源からの光が閾値未満であることを示すとき、前記所定相関時間を増大又は低減させるように構成されている、請求項28〜30のいずれか一項に記載のLIDAR測定デバイス。
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