JP2021532379A - ライダーシステムにおける地面検出のための調整可能なパルス特性 - Google Patents

ライダーシステムにおける地面検出のための調整可能なパルス特性 Download PDF

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Abstract

ライダーシステムの動眼視野を走査するためのライダーシステムにおける方法が提供される。この方法は、動眼視野内で、ライダーシステムの前方に位置する地面領域と重なる地面部分を識別するステップ、光源に光パルスを出射させるステップ、出射された光パルスの少なくとも一部を動眼視野内に含まれる走査パターンに沿って走査するステップを含む。走査するステップは、動眼視野内の地面部分の解像度またはパルスエネルギーの少なくとも１つが動眼視野内の別の部分に対して相対的に変更されるように走査パラメータを調整することを含む。この方法は、さらに、走査された光パルスのうち、１つ以上の遠隔ターゲットによって散乱された光パルスの少なくとも一部を検出するステップ、を含む。

Description

本出願は、２０１９年７月１９日に出願された米国特許出願第１６／０４０，２６３号の優先権の利益を主張し、その全体は参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、一般に、ライダーシステムに関し、より詳細には、動眼視野（field of regard）の地面に重なる部分を走査するときに走査パラメータを変化させるライダーシステムに関する。
本明細書で提供される背景技術の説明は、本開示の文脈を一般的に提示することを目的としたものである。本発明者等の研究は、この背景技術の節に記載されている限りにおいて、出願時に別の形で先行技術として適格ではない可能性のある説明の側面と同様に、明示的にも黙示的にも本開示に対する先行技術としては認められない。
光検出及び測距（ライダー）（Light detection and ranging（lidar））は、遠くのターゲット（遠隔ターゲット）までの距離を測定するために使用可能な技術である。一般に、ライダーシステムは、光源と受光器を含んでいる。光源は、例えば、特定の動作波長を有する光を出射するレーザーであり得る。ライダーシステムの動作波長は、例えば、電磁スペクトルの赤外、可視、または紫外部分であり得る。光源は、ターゲットに向かって光を出射し、ターゲットはその光を散乱する。散乱された光の一部は、受光器で受け取られる。このシステムは、戻ってきた光（戻り光）に関連する１つ以上の特性に基づいて、ターゲットまでの距離を決定する。例えば、システムは、戻り光パルスの飛行時間に基づいて、ターゲットまでの距離を決定するものであってもよい。
典型的なライダーシステムは、散乱された光（散乱光）の戻りを一定期間ｔｍａｘだけ待つように構成されている。この一定期間は、光パルスが、ライダーシステムがターゲットを検出するように構成されている最大距離を進行して戻るのにかかる時間に対応する。例えば、ライダーシステムは２００メートルまでの距離の物体を検出するように構成されていてもよく、それに応じてｔｍａｘは約１．３３ｐｓになる。ライダーシステムは、
ｔｍａｘ以内に散乱光を検出しない場合、出射パルスを散乱させる物体が存在しなかったと結論付け、次の光パルスを生成する。
ターゲットの特定の特性が既知である場合に解像度を向上させ、及び／またはレーザーパワーを動的に変化させる。
そのために、地上走行用の車両（例えば、乗用車、トラック、農業用車両）で動作するライダーシステムは、車両の動眼視野（field of regard）が地面の領域と重なる場所を決定し、動眼視野のこの部分のために走査の１つ以上の特性を調整する。より具体的には、ライダーシステムは、走査レート及び／または出射光パルスのパワーを調整することができる。解像度の変更は、水平方向の延長に沿ったピクセル密度の変更及び／または（垂直方向の延長に沿ったピクセル密度に対応する）ライン密度の変更を含むことができる。
これらの技術の１つの例示的な実施形態は、光パルスを出射するように構成された光源と、出射された光のパルスの少なくとも一部を、ライダーシステムの動眼視野内に含まれる走査パターンに沿って走査するように構成されたスキャナと、走査された光パルスのうち、１つ以上の遠隔ターゲットによって散乱された光パルスの少なくとも一部を検出するように構成された受光器と、プロセッサと、を含むライダーシステムである。動眼視野は、ライダーシステムの前方に位置する地面領域と重なる地面部分を含む。プロセッサは、地面部分を識別し、そして、出射されたパルスが、動眼視野の後続の走査の間に動眼視野の地面部分を走査するとき、動眼視野の地面部分の解像度またはパルスエネルギーの少なくとも１つが動眼視野の別の部分に対して相対的に変更されるように走査パラメータを調整するように構成される。
これらの技術の別の例示的な実施形態は、ライダーシステムの動眼視野を走査するためのライダーシステムにおける方法である。この方法は、動眼視野内で、ライダーシステムの前方に位置する地面領域と重なる地面部分を識別するステップ、光源に光パルスを出射させるステップ、出射された光パルスの少なくとも一部を動眼視野内に含まれる走査パターンに沿って走査するステップを含む。この走査するステップは、動眼視野内の地面部分の解像度またはパルスエネルギーの少なくとも１つが前記動眼視野内の別の部分に対して相対的に変更されるように走査パラメータを調整することを含む。この方法は、さらに、走査された光パルスのうち、１つ以上の遠隔ターゲットによって散乱された光パルスの少なくとも一部を検出するステップ、を含む。
これらの技術のさらに別の例示的な実施形態は、自動運転車両である。この自動運転車両は、自動運転車両の少なくとも操舵、加速、及び制動を行うための車両操縦コンポーネントを含む。自動運転車両は、さらに、ライダーシステムを含む。ライダーシステムは、光パルスを出射するように構成された光源と、出射された光パルスの少なくとも一部を、ライダーシステムの動眼視野内に含まれる走査パターンに沿って走査するように構成されたスキャナとを含む。動眼視野は、ライダーシステムの前方に位置する地面領域と重なる地面部分を含でいる。ライダーシステムは、さらに、走査された光パルスのうち、１つまたは複数の遠隔ターゲットによって散乱された光パルスの少なくとも一部を検出するように構成された受光器を含む。自動運転車両は、さらに、車両操縦コンポーネント及びライダーシステムに通信的に結合された車両コントローラであって、ライダーシステムによって生成された信号を用いて車両操縦コンポーネントを制御するように構成されている、車両コントローラを含む。ライダーシステムは、出射されたパルスが、動眼視野の後続の走査の間に動眼視野の地面部分を走査するとき、動眼視野の地面部分の解像度またはパルスエネルギーの少なくとも１つが動眼視野の別の部分に対して相対的に変更されるように走査パラメータを調整する、ように構成されている。
これらの技術の別の例示的な実施形態は、動眼視野内の特定の領域の反射率を決定するためのライダーシステムにおける方法である。この方法は、光源に光パルスを出射させるステップと、出射された光パルスを走査パターンに沿って動眼視野にわたって走査するステップとを含む。この方法は、さらに、走査中に動眼視野内に含まれる関心領域に方向づけられた出射光の量を決定するステップと、関心領域内に配置された１つ以上のターゲットによって散乱された光の量を決定するステップと、決定された出射光の量及び決定された散乱光の量を使用して関心領域の物理的特性を決定するステップとを含む。一実施形態において、物理的特性は、関心領域の反射率の推定値である。一実施形態において、この方法は、決定された反射率に基づいて、関心領域が動眼視野内の地面領域であるかどうかを判別することをさらに含む。一実施形態において、出射光の量を決定することは、走査パターンに従って関心領域に方向付けられた複数の出射パルスに含まれる光の総量を決定することを含む。一実施形態において、散乱光の量を決定することは、走査パターンに従って関心領域に方向付けられた複数の出射パルスに対応する複数の戻りパルスに含まれる光の総量を決定することを含む。いくつかの実施形態において、散乱光の量を決定することは、出射されたパルスのうちのいくつかに対応する複数の戻りパルスの中から統計的外れ値を除去すること、または戻りパルスの欠落を除去することを含む。
図１は、本開示の技術が実施され得る例示的な光検出及び測距（ライダー）システムのブロック図である。 図２は、図１のシステムで動作することができるいくつかの構成要素をより詳細に示す図である。 図３は、スキャナがポリゴンミラーを含むライダーシステムのブロック図である。 図４は、図１の構成要素が、回転するハウジングの窓を介して３６０度の動眼視野を走査する構成例を示す図である。 図５は、図１の構成要素が、実質的に透明な静止ハウジングを通して３６０度の動眼視野を走査する別の構成を示す図である。 図６は、図１のライダーシステムが動眼視野内のターゲットを識別する際に生成できる走査パターンの一例を示す図である。 図７は、複数のビームを用いて動眼視野内のターゲットを識別する際に、図１のライダーシステムが生成し得る走査パターンの一例を示す図である。 図８は、図１のライダーシステムで動作可能な光源と検出器の視野（ＦＯＶ）を模式的に示す図である。 図９は、図１のライダーシステムまたは他の好適なライダーシステムの例示的な構成を示す図であり、レーザーがセンサ要素から離れて配置されている図である。 図１０は、図１のライダーシステムが動作する車両の一例を示す図である。 図１１は、図１のライダーシステムで動作可能なＩｎＧａＡｓアバランシェフォトダイオードの一例を示す図である。 図１２は、図１のライダーシステムで動作可能なパルス検出回路に結合されたフォトダイオードの例を示す図である。 図１３は、図１のライダーシステムで動作可能なシードレーザーと増幅器を含む光源の一例を示す図である。 図１４は、図１３の増幅器の例示的な実施形態を示す図である。 図１５は、図１のライダーシステムが車両内で動作している場合の動眼視野内のシーンの一例であり、動眼視野が車両前方の地面の領域に重なっている場合を示す図である。 図１６は、車両の前方の地面を走査する際に、解像度を向上させ、及び／またはパルスパワーを変更するために、１つ以上の走査パラメータを調整するための例示的な方法のフローチャートである。 図１７は、ライダーシステムが動作する車両が下り勾配の道路を走行している場合の動眼視野の地面部分の検出を説明するための図である。 図１８は、ライダーシステムが動作する車両が上り勾配の道路を走行している場合の動眼視野内の地面部分の検出を説明するための図である。 図１９は、動眼視野内の地面部分のライン密度を増大させた走査パターンの一例を示す図である。 図２０は、動眼視野の地面部分の水平解像度を増大させた例示的な走査パターンを示す図である。 図２１は、動眼視野の地面部分を走査するための１つ以上の走査パラメータの選択の別の例を示す図である。 図２２は、本開示のライダーシステムにおいて実施され得る、戻りパルスの検出時に光パルスを送信するための例示的な技術のタイミングチャートである。
概要
地上走行用のビークル（車両）で動作するように構成されたライダーシステムは、ライダーシステムによって以前に収集されたデータまたは別のセンサからの指示に基づいて、ライダーシステムの動眼視野（field of regard：ＦＯＲ）が、ライダーシステムの前方に位置する地面の領域（「地面領域」）と重なっている場所を決定し、動眼視野の対応する部分（「地面部分」）の走査のための１つ以上の走査パラメータを調整する。
いくつかの実施形態において、ライダーシステムは、以前の走査または動眼視野の走査の間に収集されたデータを使用して、動眼視野の地面部分を決定する。ライダーシステムは、カメラ（例えば、ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラ）、音響アレイ、または他の適切なセンサまたはセンサの組み合わせからのデータを使用することもできる。さらに、ライダーシステムは、（関連する場所のために予め記憶されているか、または通信ネットワークを介して受信されている）ＧＩＳシステムからの地形データであって、さらにはライダーシステムが車両に搭載されている場所から見た地形データ、とともに位置データを使用することができる。
ライダーシステムが変更できる１つ以上の走査パラメータには、走査ライン密度、水平解像度、ピクセル密度、パルスレートまたはパルス繰り返し周波数、パルスエネルギーなどが含まれる。ライダーシステムは、例えば、光源及び／またはスキャナの動作を変更することによって、これらの走査パラメータを変更することができる。ライダーシステムは、動眼視野の地面部分のための１つ以上の走査パラメータを調整することにより、動眼視野の一部の高解像度走査及び／または動眼視野にわたるレーザーパワーのより効率的な分布を生成することができる。
したがって、ライダーシステムは、追加の水平解像度が望ましい多くの運転シナリオに対して、追加の水平解像度を提供することができる。例えば、道路を走査する場合、追加の水平解像度は、道路上に配置されたまたは道路に関連する道路標識、車線、ポットホール、再帰反射体、または他の物体を識別するのに有用である。ライダーシステムはまた、追加のレーザーパワーが望ましい場合の運転シナリオにおいて、追加のレーザーパワーを提供することもできる。例えば、ライダーシステムが、十分に低いかすめ角（視射角ともいう）で道路に衝突する光パルスを出射する場合、その光パルスは道路によって反射され、ほとんど散乱されない。
ライダーシステムの例
図１は、例示的な光検出及び測距（ライダー）システム１００を示す。ライダーシステム１００は、レーザー測距システム、レーザーレーダーシステム、ＬＩＤＡＲシステム、ライダーセンサ、またはレーザー検出及び測距（ＬＡＤＡＲまたはレイダー）システムと呼ばれる場合もある。ライダーシステム１００は、光源１１０とミラー１１５を含む光結合要素１１３、スキャナ１２０、受光器１４０、及びコントローラ１５０を含むものであってもよい。光源１１０は、例えば、電磁スペクトルの赤外、可視、または紫外部分の特定の動作波長を有する光を発するレーザーであってもよい。より具体的な例として、光源１１０は、約１．２μｍと約１．７μｍの間の動作波長を有するレーザーを含むものであってもよい。
動作において、光源１１０は、連続波（ＣＷ）、パルス、または所与の用途に適した任意の方法で変調された光の出力ビーム１２５を出射する。本開示では、出射された光は、光のパルス（光パルス）として記述することができる。いくつかの実施形態では、パルスは、次の出射パルスまでの時間間隔と同じ長さの持続時間を有していてもよい。いくつかの実施形態では、パルスは、パルスの持続時間を通して光強度の変動及び／または光周波数の変動を示すものであってもよい。したがって、例えば、周波数変調されたＣＷ（ＦＭＣＷ）ライダーシステムにおいて、パルスは、その強度が、パルス内でまたは１つのパルスから別のパルスへの間で、一定である場合であっても、変調された周波数の全サイクルによって定められるものであってもよい。光の出力ビーム１２５は、ライダーシステム１００から距離Ｄに位置し、かつライダーシステム１００の動眼視野内に少なくとも部分的に含まれる遠隔ターゲット１３０に向かって射程に沿って方向づけられる。シナリオ及び／またはライダーシステム１００の実施形態に応じて、Ｄは、例えば、１ｍから１ｋｍの間であり得る。
出力ビーム１２５が射程に沿った範囲のターゲット１３０に到達すると、ターゲット１３０は、出力ビーム１２５からの光の少なくとも一部を散乱させるか、または場合によっては反射するものであってもよい。散乱された光（散乱光）または反射された光（反射光）の一部は、ライダーシステム１００に向かって戻る場合がある。図１の例では、散乱光または反射光は、スキャナ１２０を通過する入力ビーム１３５によって表されている。スキャナ１２０は、ビームスキャナ、光スキャナ、またはレーザースキャナと呼ばれる場合もある。入力ビーム１３５は、スキャナ１２０を通過してミラー１１５に向かう。ミラー１１５は、オーバーラップミラー、重ね合わせミラー、またはビームコンバイナミラーと呼ばれる場合もある。ミラー１１５は、今度は、入力ビーム１３５を受光器１４０に向ける。入力ビーム１３５は、出力ビーム１２５からの光の比較的小さな割合のみを含んでいてもよい。例えば、出力ビーム１２５の平均パワー、ピークパワー、またはパルスエネルギーに対する入力ビーム１３５の平均パワー、ピークパワー、またはパルスエネルギーの比は、約１０−１、約１０−２、約１０−３、約１０−４、約１０−５、約１０−６、約１０−７
、約１０−８、約１０−９、約１０−１０、約１０−１１、または約１０−１２であってもよい。別の例として、出力ビーム１２５のパルスが１マイクロジュール（μＪ）のパルスエネルギーを有する場合、入力ビーム１３５の対応するパルスのパルスエネルギーは、
約１０ナノジュール（ｎＪ）、約１ｎＪ、約１００ピコジュール（ｐＪ）、約１０ｐＪ、約１ｐＪ、約１００フェムトジュール（ｆＪ）、約１０ｆＪ、約１ｆＪ、
約１００アトジュール（ａＪ）、約１０ａＪ、または約１ａＪのパルスエネルギーを有していてもよい。
出力ビーム１２５は、レーザービーム、光ビーム、光学的ビーム、出射ビーム、またはジャストビームと呼ばれる場合もある。入力ビーム１３５は、戻りビーム、受信ビーム、戻り光、受信光、入力光、散乱光、または反射光と呼ばれる場合もある。本明細書で使用されるように、散乱光とは、ターゲット１３０によって散乱または反射された光を指すものであってもよい。入力ビーム１３５は、ターゲット１３０によって散乱された出力ビーム１２５からの光、ターゲット１３０によって反射された出力ビーム１２５からの光、またはターゲット１３０からの散乱光と反射光の組み合わせを含むものであってもよい。
ライダーシステム１００の動作波長は、例えば、電磁スペクトルの赤外、可視、または紫外部分であり得る。太陽もこれらの波長範囲の光を生成するため、太陽光は、ライダーシステム１００によって検出された信号光を不明瞭にする背景ノイズとして作用する可能性がある。この太陽の背景ノイズは、特に受光器１４０がＳＰＡＤ検出器（これは高感度であり得る）を含む場合に、偽陽性検出をもたらすか、またはそうでなければライダーシステム１００の測定値を破壊する可能性がある。
一般的に言えば、地球の大気を通過し、システム１００のような地上ベースのライダーシステムに到達する太陽からの光は、このシステムの光学的背景ノイズフロアを確立し得る。したがって、ライダーシステム１００からの信号が検出可能であるために、信号は、背景ノイズフロアを超えて上昇しなければならない。一般に、出力ビーム１２５のパワーレベルを上げることによって、ライダーシステム１００の信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を高めることは可能であるが、いくつかの状況では、出力ビーム１２５のパワーレベルを比較的低く保つことが望ましい場合がある。例えば、出力ビーム１２５の送出パワーレベルを上げると、ライダーシステム１００がアイセーフでなくなる場合がある。
いくつかの実施形態では、ライダーシステム１００は、約１４００ｎｍと約１６００ｎｍの間の１つ以上の波長で動作する。例えば、光源１１０は、約１５５０ｎｍの光を生成するものであってもよい。
いくつかの実施形態では、ライダーシステム１００は、大気吸収が比較的低い周波数で動作する。例えば、ライダーシステム１００は、約９８０ｎｍから約１１１０ｎｍまで、または約１１６５ｎｍから約１４００ｎｍまでの範囲の波長で動作するものであってもよい。
他の実施形態において、ライダーシステム１００は、大気吸収が高い周波数で動作する。例えば、ライダーシステム１００は、約９３０ｎｍから約９８０ｎｍ、約１１００ｎｍから約１１６５ｎｍ、または約１４００ｎｍから約１４６０ｎｍの範囲の波長で動作するものであってもよい。
いくつかの実施形態によれば、ライダーシステム１００は、アイセーフレーザーを含むことができる。または、ライダーシステム１００は、アイセーフなレーザーシステムまたはレーザー製品に分類され得る。アイセーフなレーザー、レーザーシステム、またはレーザー製品とは、システムからの出射光が人の目に損傷を与える可能性がほとんどまたは全くないことを示すような、出射波長、平均出力、ピーク出力、ピーク強度、パルスエネルギー、ビームサイズ、ビーム発散角、照射時間、または走査された出力ビームを有するシステムを指すものであってもよい。例えば、光源１１０またはライダーシステム１００は、通常の使用のすべての条件で安全であるクラス１レーザー製品（国際電気標準会議（ＩＥＣ）の６０８２５−１規格によって規定される）、またはクラスＩレーザー製品（米国連邦規則集（ＣＦＲ）のタイトル２１、セクション１０４０．１０によって規定される）に分類されるものであってもよい。いくつかの実施形態では、ライダーシステム１００は、約１４００ｎｍと約２１００ｎｍの間の任意の適切な波長で動作するように構成された愛セーフレーザー製品（例えば、クラス１またはクラスＩ分類）に分類されるものであってもよい。いくつかの実施形態では、光源１１０は、約１４００ｎｍと約１６００ｎｍの間の動作波長を有するレーザーを含むものであってもよく、ライダーシステム１００は、アイセーフな方法で動作するものであってもよい。いくつかの実施形態では、光源１１０またはライダーシステム１００は、約１５３０ｎｍと約１５６０ｎｍの間の動作波長を有する走査されたレーザーを含むアイセーフレーザー製品であってもよい。いくつかの実施形態では、ライダーシステム１００は、約１４００ｎｍと約１６００ｎｍの間の動作波長を有するファイバーレーザーまたは固体レーザーを含むクラス１またはクラスＩのレーザー製品であってもよい。
受光器１４０は、入力ビーム１３５からの光子を受け取りまたは検出して、１つ以上の代表的な信号を生成するものであってもよい。例えば、受光器１４０は、入力ビーム１３５を代表する出力電気信号１４５を生成してもよい。受光器は、電気信号１４５をコントローラ１５０に送信してもよい。実施形態によっては、コントローラ１５０は、１つ以上のプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、及び／または他の好適な回路を含むものであってもよく、これらの構成要素は、電気信号１４５の１つ以上の特性を分析して、ライダーシステム１００からの射程に沿った距離などのターゲット１３０の１つ以上の特性を決定するように構成されるものである。より具体的には、コントローラ１５０は、光源１１０によって出射された光ビーム１２５の飛行時間または位相変調を分析してもよい。ライダーシステム１００が飛行時間Ｔを測定する場合(例えば、Ｔは、出射された光パルスの、ライダーシステム１００からターゲット１３０に向けて進行し、ライダーシステム１００に戻るための往復飛行時間を表す)、ターゲット１３０からライダーシステム１００までの距離Ｄは、
Ｄ＝ｃ・Ｔ／２
で表されるものであってもよい。ここで、ｃは光速(約３．０×１０８ｍ／ｓ)である。
さらなる具体例として、ライダーシステム１００が飛行時間をＴ＝３００ｎｓと測定した場合、ライダーシステム１００は、ターゲット１３０からライダーシステム１００までの距離を近似的にＤ＝４５．０ｍと決定することができる。別の例として、ライダーシステム１００が飛行時間をＴ＝１．３３μｓであると測定すると、それに応じて、ターゲット１３０からライダーシステム１００までの距離は、近似的にＤ＝１９９．５ｍであると決定される。ライダーシステム１００からターゲット１３０までの距離Ｄは、ターゲット１３０の距離、深さ（深度）、または範囲と呼ばれる場合もある。本明細書で使用されるとき、光速ｃとは、任意の適切な媒体、例えば空気、水、または真空中での光の速度を指すものである。真空中の光速は、約２．９９７９×１０８ｍ／ｓであり、(約１．０００３の屈折率を有する)空気中の光速は、約２．９９７０×１０８ｍ／ｓである。
ターゲット１３０は、ライダーシステム１００の最大レンジＲＭＡＸ以下であるライダーシステム１００からの距離Ｄに位置していてもよい。ライダーシステム１００の最大レンジＲＭＡＸ（これは、最大距離と呼ばれる場合もある）は、ライダーシステム１００が、ライダーシステム１００の動眼視野内に現れるターゲットを感知または識別するように構成されている最大距離に対応するものであってもよい。ライダーシステム１００の最大レンジは、例えば、２５ｍ、５０ｍ、１００ｍ、２００ｍ、５００ｍ、または１ｋｍなどの任意の適切な距離であってもよい。具体的な例として、２００ｍの最大レンジを有するライダーシステムは、２００ｍまでの距離に位置する様々なターゲットを感知または識別するように構成されていてもよい。最大レンジ２００ｍ（ＲＭＡＸ＝２００ｍ）のライダーシステムの場合、最大レンジに対応する飛行時間は、近似的に
２・ＲＭＡＸ／ｃ≒１．３３μｓ
である。
いくつかの実施形態において、光源１１０、スキャナ１２０、及び受光器１４０は、単一のハウジング１５５内に一緒にパッケージ化されてもよい。ハウジング１５５は、ライダーシステム１００の全部または一部を保持または収容する箱、ケース、または筐体であってもよい。ハウジング１５５は、ビーム１２５及び１３５が通過する窓１５７を含む。１つの例示的な実施形態では、ライダーシステムのハウジング１５５は、ライダーシステム１００の光源１１０、オーバーラップミラー１１５、スキャナ１２０、及び受光器１４０を含む。コントローラ１５０は、構成要素１１０、１２０、及び１４０と同じハウジング１５５内に存在してもよく、または、コントローラ１５０は、ハウジングから離れて存在するものであってもよい。
さらに、いくつかの実施形態では、ハウジング１５５は、複数のライダーセンサを含み、これらのライダーセンサのそれぞれが、それぞれのスキャナ及び受光器を含む。特定の実施形態に応じて、複数のセンサの各々は、別個の光源または共通の光源を含むことができる。複数のセンサは、実施形態に応じて、重なることなく隣接する複数の動眼視野を含むように、または、部分的に重なる複数の動眼視野を含むように構成することができる。
ハウジング１５５は、水蒸気、液体の水、汚れ、塵、または他の汚染物質がハウジング１５５の内部に入るのを防ぐ気密または水密構造であってもよい。ハウジング１５５には、例えば乾燥空気、窒素、またはアルゴンのような乾燥ガスまたは不活性ガスが充填されていてもよい。ハウジング１５５は、電力または電気信号をハウジングから及び／またはハウジングへ伝達するための１つ以上の電気的接続部を含むものであってもよい。
窓１５７は、例えば、ガラスまたはプラスチック（例えば、ポリカーボネート、アクリル、環状オレフィンポリマー、または環状オレフィンコポリマー）などの任意の適切な基材から作られるものであってもよい。窓１５７は、内部表面（表面Ａ）と外部表面（表面Ｂ）とを含んでいてもよく、表面Ａまたは表面Ｂは、特定の波長における特定の反射率値を有する誘電体コーティングを含むものであってもよい。誘電体コーティング（薄膜コーティング、干渉コーティング、またはコーティングとも呼ばれる得る）は、特定の厚さ（例えば、１μｍ未満の厚さ）及び特定の屈折率を有する誘電体材料（例えば、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２０５、ＭｇＦ２、ＬａＦ３、またはＡｌＦ３）の１つまたは複数の薄膜層を含んでもよい。誘電体コーティングは、例えばスパッタリングまたは電子ビーム蒸着などの任意の適切な蒸着技術を用いて、窓１５７の表面Ａまたは表面Ｂに蒸着されるものであってもよい。
誘電体コーティングは、特定の波長での高反射率または特定の波長での低反射率を有していてもよい。高反射率（ＨＲ）誘電体コーティングは、任意の適切な波長または波長の組み合わせにおいて、任意の適切な反射率値（例えば、８０％以上、９０％以上、９５％以上、または９９％以上の反射率）を有することができる。低反射率誘電体コーティング（これは、反射防止（ＡＲ）コーティングと呼ばれる場合もある）は、任意の適切な波長または波長の組み合わせにおいて、任意の適切な反射率値（例えば、５％以下、２％以下、１％以下、０．５％以下、または０．２％以下の反射率）を有していてもよい。特定の実施形態では、誘電体コーティングは、特定の波長における高反射率値または低反射率値の特定の組み合わせを有するダイクロイックコーティングであってもよい。例えば、ダイクロイックコーティングは、約１５５０ｎｍから約１５６０ｎｍで０．５％以下の反射率を有し、約８００ｎｍから１５００ｎｍで９０％以上の反射率を有していてもよい。
いくつかの実施形態では、表面Ａまたは表面Ｂは、ハウジング１５５内に収容された１つ以上の光源１１０の動作波長において反射防止の誘電体コーティングを有する。表面Ａ及び表面Ｂ上の反射防止（ＡＲ）コーティングは、窓１５７を透過する光源１１０の動作波長における光の量を増大させ得る。さらに、光源１１０の動作波長におけるＡＲコーティングは、窓１５７によって反射されてハウジング１５５内に戻ってくる出力ビーム１２５からの入射光の量を減少させ得る。例示的な実施形態では、表面Ａ及び表面Ｂの各々は、光源１１０の動作波長において０．５％未満の反射率を有するＡＲコーティングを有する。例示的な実施形態として、光源１１０が約１５５０ｎｍの動作波長を有する場合、表面Ａ及び表面Ｂの各々は、約１５４７ｎｍと約１５５３ｎｍの間で０．５％未満の反射率を有するＡＲコーティングを有するものであってもよい。別の実施形態では、表面Ａ及び表面Ｂの各々は、光源１１０の動作波長において１％未満の反射率を有するＡＲコーティングを有する。例えば、ハウジング１５５がそれぞれの光源を有する２つのセンサヘッドを囲み、第１の光源が約１５３５ｎｍの波長でパルスを出射し、第２の光源が約１５４０ｎｍの波長でパルスを出射する場合、表面Ａ及び表面Ｂの各々は、約１５３０ｎｍと約１５４５ｎｍの間で１％未満の反射率を有するＡＲコーティングを有するものであってもよい。
窓１５７は、ハウジング１５５内に収容された１つ以上の光源１１０の１つ以上の波長について、任意の適切な値よりも大きい光透過率を有してもよい。一例として、窓１５７は、光源１１０の波長において、７０％以上、８０％以上、９０％以上、９５％以上、または９９％以上の光透過率を有してもよい。一例の実施形態では、窓１５７は、光源１１０の動作波長において９５％以上の光透過率を有していてもよい。別の実施形態では、窓１５７は、ハウジング１５５内に封入された光源の動作波長で９０％以上の光を透過する。
表面Ａまたは表面Ｂは、１つ以上の光源１１０の１つ以上の動作波長では反射防止であり、１つ以上の動作波長から離れた波長では高反射であるダイクロイックコーティングを有していてもよい。例えば、表面Ａは、光源１１０の動作波長に対してＡＲであるコーティングを有してもよく、表面Ｂは、光源の動作波長に対してＡＲであり、動作波長から離れた波長に対してＨＲであるダイクロイックコーティングを有してもよい。光源の動作波長から離れた波長に対してＨＲであるコーティングは、不要な波長の入射光の大部分が窓１１７を透過することを防止し得る。一実施形態では、光源１１０が約１５５０ｎｍの波長の光パルスを出射する場合、表面Ａは、約１５４６ｎｍから約１５５４ｎｍの間で０．５％以下の反射率を有するＡＲコーティングを有してもよい。さらに、表面Ｂは、約１５４６ｎｍから約１５５４ｎｍでＡＲであり、約８００ｎｍから約１５００ｎｍ及び約１５８０ｎｍから約１７００ｎｍでＨＲ（例えば、９０％以上の反射率）であるダイクロイックコーティングを有していてもよい。
窓１５７の表面Ｂは、疎油性、疎水性、または親水性のコーティングを含むものであってもよい。疎油性（または、撥油性）のコーティングは、窓１５７の外部表面（表面Ｂ）から油（例えば、指紋の油または他の非極性材料）をはじくことができる。疎水性を有するコーティングは、外部表面から水をはじくことができる。例えば、表面Ｂは、疎油性と疎水性の両方を有する材料でコーティングされていてもよい。親水性のコーティングは、水を引き付けるため、（疎水性表面上で起こり得るような水のビーズを形成するのではなく）、親水性表面上を水で濡らして膜が形成される傾向を有し得る。表面Ｂが親水性コーティングを有する場合、表面Ｂに着地した（例えば、雨からの）水は、表面上に膜を形成する場合がある。水の表面膜の結果、非親水性コーティングまたは疎水性コーティングを有する表面よりも、出力ビーム１２５の歪み、偏向、または遮蔽が少なくなる場合がある。
引き続き図１を参照すると、光源１１０は、特定のパルス持続時間を有する光のパルスを生成または出射するように構成されたパルスレーザーを含むものであってもよい。例示的な実施形態では、パルスレーザーのパルス持続時間またはパルス幅は、約１０ピコ秒（ｐｓ）から約１００ナノ秒（ｎｓ）である。別の実施形態では、光源１１０は、約１ｎｓから約４ｎｓのパルス持続時間を有するパルスレーザーである。さらに別の実施形態では、光源１１０は、約１００ｋＨｚから約５ＭＨｚのパルス繰り返し周波数、または約２００ｎｓから約１０μｓのパルス周期（例えば、連続するパルス間の時間）でパルスを生成するパルスレーザーである。光源１１０は、実施形態に応じて、実質的に一定のパルス繰り返し周波数または可変のパルス繰り返し周波数を有していてもよい。一例として、光源１１０は、約１．５６μｓのパルス周期に対応する、約６４０ｋＨｚ（例えば、毎秒６４０，０００パルス）の実質的に一定のパルス繰り返し周波数でパルスを生成するパルスレーザーであってもよい。別の例として、光源１１０は、約５００ｋＨｚから約３ＭＨｚの範囲で変化させることができるパルス繰り返し周波数を有していてもよい。本明細書で使用されるように、光のパルスは、光学パルス、光パルス、またはパルスと呼ばれる場合もある。パルス繰り返し周波数は、パルスレートと呼ばれる場合もある。
一般に、出力ビーム１２５は、任意の適切な平均光パワーを有していてもよく、また、出力ビーム１２５は、任意の適切なパルスエネルギーまたはピーク光パワーを有する光パルスを含むものであってもよい。出力ビーム１２５の平均パワーのいくつかの例は、１ｍＷ、１０ｍＷ、１００ｍＷ、１Ｗ、及び１０Ｗの近似値を含み、出力ビーム１２５のパルスエネルギーの例は、０．１μＪ、１μＪ、１０μＪ、１００μＪ、及び１ｍＪの近似値を含む。出力ビーム１２５に含まれるパルスのピークパワーの例示的な値は、１０Ｗ、１１００Ｗ、１ｋＷ、５ｋＷ、１０ｋＷの近似値である。持続時間が１ｎｓ、パルスエネルギーが１μＪの例示的な光パルスは、約１ｋＷのピークパワーを有する。パルスの繰り返し周波数が５００ｋＨｚである場合、１μＪのパルスを有する出力ビーム１２５の平均パワーは、この例では、約０．５Ｗである。
光源１１０は、ファブリーペロー型レーザーダイオード、量子井戸レーザー、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）レーザー、分布フィードバック（ＤＦＢ）レーザー、または垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）などのレーザーダイオードを含むものであってもよい。光源１１０で動作するレーザーダイオードは、アルミニウム-ガリウム-ヒ素（ＡｌＧａＡｓ）レーザーダイオード、インジウム-ガリウム-ヒ素（ＩｎＧａＡｓ）レーザーダイオード、またはインジウム-ガリウム-ヒ素-リン（ＩｎＧａＡｓＰ）レーザーダイオード、または他の任意の適切なダイオードであってもよい。いくつかの実施形態では、光源１１０は、約１４００ｎｍから約１６００ｎｍのピーク発光波長を有するパルスレーザーダイオードを含む。さらに、光源１１０は、光パルスを生成するために電流変調されたレーザーダイオードを含むものであってもよい。
いくつかの実施形態では、光源１１０は、１つ以上の光増幅段階が引き続くパルスレーザーダイオードを含むものである。例えば、光源１１０は、約１５５０ｎｍのピーク波長を有する電流変調されたレーザーダイオードを含むファイバーレーザーモジュールであってもよく、次いで、単段または多段のエルビウム添加ファイバー増幅器（ＥＤＦＡ）を含んでいてもよい。別の例として、光源１１０は、連続波（ＣＷ）または準ＣＷレーザーダイオードを含み、これに続いて外部光変調器（例えば、電気光学変調器）を含んでおり、変調器の出力が光増幅器に供給されるものであってもよい。他の実施形態では、光源１１０は、光増幅器によって増幅されない光パルスを生成するレーザーダイオードを含んでいてもよい。一例として、レーザーダイオード（これは、ダイレクトエミッタまたはダイレクトエミッタレーザーダイオードと呼ばれる場合もある）は、ライダーシステム１００から射程に沿って方向付けられた出力ビーム１２５を形成する光パルスを出射してもよい。さらに別の実施形態では、光源１１０は、パルス固体レーザーまたはパルスファイバーレーザーを含むものであってもよい。
本開示は、光のパルスを含む光波形を生成するライダーシステムまたは光源の例示的な実施形態を説明または例示するが、本明細書で説明または例示される実施形態は、連続波（ＣＷ）光または変調された光波形を含む他のタイプの光波形にも適用することができる。例えば、本明細書で説明または図示されるようなライダーシステムは、光のパルスを生成するように構成された光源を含んでもよい。あるいは、ライダーシステムは、周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）ライダーシステムとして動作するように構成されてもよく、ＣＷ光または周波数変調光波形を生成するように構成された光源を含むものであってもよい。
パルス型のライダーシステムは、ライダーシステムの１つのタイプであり、光源が光のパルスを出射し、光のパルスがターゲットまで往復するための飛行時間から遠隔ターゲットまでの距離を決定する。別のタイプのライダーシステムは、周波数変調されたライダーシステムであり、周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）ライダーシステムと呼ばれることもある。ＦＭＣＷライダーシステムは、周波数変調された光を使用し、出射光の変調周波数に対する受信光（遠隔ターゲットから散乱される）の変調周波数に基づいて、遠隔ターゲットまでの距離を決定する。例えば、線形にチャープされた光源（例えば、時間とともに直線的な周波数の変化を生じさせる周波数変調）の場合、出射光と受信光との間の周波数差が大きいほど、ターゲットが遠くに位置していることになる。周波数差は、受信光を出射光の一部と混合し（例えば、２つのビームを検出器に結合することによって、または受信光と出射光に対応するアナログ電気信号を混合することによって）、結果として得られるビート周波数を決定することによって決定することができる。例えば、ＡＰＤからの電気信号を、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）技術を用いて分析し、出射光と受信光との間の周波数差を決定することができる。
ＣＷレーザーに線形の周波数変調ｍ（例えば、Ｈｚ／ｓの単位で）が適用された場合、ターゲットからライダーシステムまでの距離Ｄは、Ｄ＝ｃ・Δｆ／（２ｍ）と表すことができる。ここで、ｃは光速であり、Δｆは出射光と受信光との間の周波数差である。例えば、１０１２Ｈｚ／ｓ（または、１ＭＨｚ／μｓ）の線形の周波数変調の場合、３３０ｋＨｚの周波数差を測定した場合、ターゲットまでの距離は約５０ｍである。さらに、１．３３ＭＨｚの周波数差が測定された場合、ターゲットまでの距離は約２００ｍに相当する。
ＦＭＣＷライダーシステムのための光源は、ファイバーレーザー（例えば、シードレーザーダイオードと後続の１つ以上の光増幅器）またはダイレクトエミッタレーザーダイオードであってもよい。シードレーザーダイオードまたはダイレクトエミッタレーザーダイオードは、（例えば、実質的に一定の直流電流でレーザーダイオードを駆動することによって）ＣＷ方式で動作されるものであってもよく、周波数変調は、外部変調器（例えば、電気光学位相変調器）によって提供されるものであってもよい。あるいは、周波数変調は、シードレーザーダイオードまたはダイレクトエミッタレーザーダイオードに、電流変調とともに直流バイアス電流を印加することによって生成されるものであってもよい。電流変調は、対応する屈折率変調をレーザーダイオードに生じさせ、その結果、レーザーダイオードによって出射される光の周波数変調が生じる。電流変調成分（及び対応する周波数変調）は、任意の適切な周波数または形状（例えば、区分的な線形波、正弦波、三角波、または鋸歯状波）を有することができる。
いくつかの実施形態において、光源１１０によって出射される光１２５の出力ビームは、約０．１〜３．０ミリラジアン（ｍｒａｄ）の発散角などの、任意の適切なビーム発散角を有するコリメートされた光ビームである。出力ビーム１２５の発散角とは、出力ビーム１２５が光源１１０またはライダーシステム１００から遠ざかるにつれて増大するビームサイズ(例えば、ビーム半径またはビーム直径)の、増大の角度を指すものであってもよい。出力ビーム１２５は、単一の発散角度値によって特徴付けられるビーム発散角を有する実質的に円形の断面を有していてもよい。例えば、円形の断面を有し、１ｍｒａｄの発散角度値を有する出力ビーム１２５は、ライダーシステム１００から１００ｍの距離において、約１０ｃｍのビーム直径またはスポットサイズを有し得る。いくつかの実施形態では、出力ビーム１２５は、非点収差ビームであっても、または実質的に楕円形の断面を有するものであってもよく、２つの発散角度値によって特徴付けられるものであってもよい。一例として、出力ビーム１２５は、高速軸と低速軸とを有しており、高速軸の発散角度値は、低速軸の発散角度値よりも大きいものであってもよい。別の例として、出力ビーム１２５は、２ｍｒａｄの高速軸発散角と０．５ｍｒａｄの低速軸発散角とを備える非点収差ビームであってもよい。
光源１１０によって出射される光の出力ビーム１２５は、非偏光またはランダム偏光の光であってもよく、特定のまたは固定された偏光を有しない光であってもよく（例えば、偏光は時間とともに変化してもよい）、または、特定の偏光を有する光であってもよい（例えば、出力ビーム１２５は、直線偏光、楕円偏光、または円偏光の光であってもよい）。一例として、光源１１０は、直線偏光の光を生成するものであってもよく、ライダーシステム１００は、この直線偏光の光を円偏光の光に変換する四分の一波長板を含んでいてもよい。ライダーシステム１００は、出力ビーム１２５として円偏光の光を送出して、入力ビーム１３５を受信するものであってもよく、この入力ビーム１３５は、出力ビーム１２５と同様に実質的にまたは少なくとも部分的に円偏光された光であってもよい（例えば、出力ビーム１２５が右円偏光である場合、入力ビーム１３５もまた右円偏光であってもよい）。入力ビーム１３５は、同じ四分の一波長板（または、異なる四分の一波長板）を通過し、その結果、入力ビーム１３５は、光源１１０によって生成された直線偏光の光に対して直交するように偏光された（例えば、直角方向に偏光された）直線偏光の光に変換されるものであってもよい。別の例として、ライダーシステム１００は、２つの偏光成分が別々に検出される偏光ダイバーシティ検出を採用してもよい。出力ビーム１２５は直線偏光の光であってもよく、ライダーシステム１００は、入力ビーム１３５を、２つのフォトダイオード（例えば、２つのフォトダイオードを含むバランス型フォトレシーバ）によって別々に検出される２つの偏光成分（例えば、ｓ偏光及びｐ偏光）に分割するものであってもよい。
引き続き図１を参照すると、出力ビーム１２５と入力ビーム１３５は、実質的に同軸であってもよい。言い換えれば、出力ビーム１２５及び入力ビーム１３５は、入力ビーム１３５及び出力ビーム１２５が実質的に同じ光路に沿って（逆方向ではあるが）進行するように少なくとも部分的に重なっていてもよく、または共通の伝搬軸を共有するものであってもよい。ライダーシステム１００が出力ビーム１２５を動眼視野にわたって走査するとき、入力ビーム１３５は、２つのビームの間の同軸関係が維持されるように、出力ビーム１２５に追従するものであってもよい。
ライダーシステム１００はまた、出力ビーム１２５及び／または入力ビーム１３５を調整、整形、フィルタリング、修正、誘導（ステアリング）、または方向付けするように構成された１つ以上の光学部品を含んでもよい。例えば、ライダーシステム１００は、１つ以上のレンズ、ミラー、フィルタ（例えば、バンドパスフィルタまたは干渉フィルタ）、ビームスプリッタ、偏光ビームスプリッタ、偏光子、偏光ビームスプリッタ、波板板（例えば、半波板または四分の一波長板）、回折要素、またはホログラフィー要素を含むものであってもよい。いくつかの実施形態では、ライダーシステム１００は、出力ビーム１２５を所望のビーム径または発散角に拡大、集束、またはコリメートするための望遠鏡、１つ以上のレンズ、または１つ以上のミラーを含む。一例として、ライダーシステム１００は、入力ビーム１３５を受光器１４０の活性領域に集束させるための１つ以上のレンズを含むものであってもよい。別の例として、ライダーシステム１００は、出力ビーム１２５または入力ビーム１３５を誘導または集束するために、１つ以上の平面ミラーまたは湾曲ミラー（例えば、凹面鏡、凸面鏡、または放物面鏡）を含んでもよい。例えば、ライダーシステム１００は、入力ビーム１３５を受光器１４０の活性領域に集束するために、軸外放物面鏡を含んでもよい。図１に示されているように、ライダーシステム１００は、ミラー１１５を含んでもよく、このミラーは、金属ミラーまたは誘電体ミラーであってもよい。ミラー１１５は、光ビーム１２５がミラー１１５を通過するように構成されてもよい。一例として、ミラー１１５は、出力光ビーム１２５が通過する穴、スロット、または開口部を含んでいてもよい。別の例として、ミラー１１５は、出力光ビーム１２５の少なくとも８０％がミラー１１５を通過し、入力光ビーム１３５の少なくとも８０％がミラー１１５によって反射されるように構成されていてもよい。いくつかの実施形態では、ミラー１１５は、出力光ビーム１２５と入力光ビーム１３５が実質的に同軸であり、これらのビーム１２５、１３５が実質的に同じ光路に沿って反対方向に進行するように、準備されるものであってもよい。
この例示的な実施形態における構成要素１１３は、出力ビーム１２５が光源１１０からスキャナ１２０に向かって進行するオーバーラップミラー１１５を含む。但し、一般に、構成要素１１３は、例えば、軸外照明技術に従って出力ビーム１２５がミラー１１５を通過するように、開口部のないミラーを含むものであってもよい。より一般的には、構成要素１１３は、出力ビーム１２５をスキャナ１２０に向けて進行させ、入力ビーム１３５を受光器１４０に向けて進行させるために、任意の適切な光学要素を含むものであってもよい。
一般的に言えば、スキャナ１２０は、出力ビーム１２５を射程に沿って１つ以上の方向に誘導する。例えば、スキャナ１２０は、１つまたは複数の走査ミラーと、ミラーを１つまたは複数の軸に関して回転、傾斜、旋回させる、または角度を付けて動かすように駆動する１つまたは複数のアクチュエータと、を含むものであってもよい。例えば、スキャナの第１のミラーは、出力ビーム１２５を第１の方向に沿って走査するものであってもよく、第２のミラーは、出力ビーム１２５を第１の方向と実質的に直交する第２の方向に沿って走査するものであってもよい。スキャナ１２０の例示的な実施形態は、図２を参照して以下でより詳細に説明される。
スキャナ１２０は、５度の角度範囲、２０度の角度範囲、３０度の角度範囲、６０度の角度範囲、または任意の他の適切な角度範囲にわたって出力ビーム１２５を走査するように構成されるものであってもよい。例えば、走査ミラーは、１５度の角度範囲にわたって周期的に回転するように構成されていてもよく、これにより、出力ビーム１２５は、３０度の角度範囲にわたって走査される（例えば、走査ミラーによるΘ度の回転により、出力ビーム１２５の２Θ度の角度方向の走査が生じる）。ライダーシステム１００の動眼視野（ＦＯＲ）とは、ライダーシステム１００が距離情報を走査または取得するように構成され得るエリア、領域、または角度範囲を指すものであってもよい。ライダーシステム１００が３０度の走査範囲内で出力ビーム１２５を走査する場合、ライダーシステム１００は３０度の角度の動眼視野を有すると言うことができる。別の例として、３０度の範囲にわたって回転する走査ミラーを備えたライダーシステム１００は、６０度の範囲（例えば、６０度のＦＯＲ）にわたって走査する出力ビーム１２５を生成することができる。様々な実施形態において、ライダーシステム１００は、約１０°の、約２０°の、約４０°の、約６０°の、約１２０°の、または他の任意の適切なＦＯＲを有していてもよい。ＦＯＲはまた、走査領域と呼ばれる場合もある。
スキャナ１２０は、出力ビーム１２５を水平方向及び垂直方向に走査するように構成されるものであってもよく、ライダーシステム１００は、水平方向に沿った特定のＦＯＲ及び垂直方向に沿った別の特定のＦＯＲを有していてもよい。例えば、ライダーシステム１００は、１０°から１２０°の水平方向のＦＯＲと、２°から４５°の垂直方向のＦＯＲとを有していてもよい。
スキャナ１２０の１つまたは複数の走査ミラーは、コントローラ１５０に通信的に結合されていてもよく、このコントローラは、出力ビーム１２５を射程に沿って所望の方向にまたは所望の走査パターンに従って案内するように走査ミラーを制御するものである。一般に、走査パターンとは、出力ビーム１２５が方向付けられるパターンまたはパス（経路）を指すものであってもよく、光学走査パターン、光学走査パス、または走査パスと呼ばれる場合もある。一例として、スキャナ１２０は、６０°の水平ＦＯＲ及び２０°の垂直ＦＯＲにわたって出力ビーム１２５を走査するように構成された２つの走査ミラーを含むものであってもよい。この場合、２つの走査ミラーは、実質的に６０°×２０°のＦＯＲに及ぶ走査パスをたどるように制御されるものであってもよい。ライダーシステム１００は、走査パスを使用して、実質的に６０°×２０°のＦＯＲに広がるピクセルを有する点群（ポイントクラウド）を生成するものであってもよい。ピクセルは、６０°×２０°のＦＯＲをほぼ均等に広がるものであってもよい。あるいは、ピクセルは、特定の不均一な分布を有するものであってもよい（例えば、ピクセルは、６０°×２０°のＦＯＲの全てまたは一部にわたって分布するものであってもよく、また、ピクセルは、６０°×２０°のＦＯＲの１つまたは複数の特定の領域においてより高い密度を有するものであってもよい）。
動作において、光源１１０は、スキャナ１２０がライダーシステム１００のＦＯＲにわたって走査する光のパルスを出射するものであってもよい。ターゲット１３０は、出射された光パルスのうちの１つ以上を散乱するものであってもよく、受光器１４０は、ターゲット１３０によって散乱された光パルスの少なくとも一部を検出するものであってもよい。
受光器１４０は、フォトレシーバ、光受信器、光センサ、検出器、光検出器、または光学検出器と呼ばれる（または、これらが含まれる）ものであってもよい。いくつかの実施形態において、受光器１４０は、入力ビーム１３５の少なくとも一部を受信または検出し、入力ビーム１３５に対応する電気信号を生成する。例えば、入力ビーム１３５が光パルスを含む場合、受光器１４０は、受光器１４０によって検出された光パルスに対応する電流パルスまたは電圧パルスを生成するものであってもよい。例示的な実施形態において、受光器１４０は、１つ以上のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）または１つ以上の単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）を含む。別の実施形態では、受光器１４０は、１つ以上のＰＮ接合型フォトダイオード（例えば、ｐ型半導体とｎ型半導体によって形成されるフォトダイオード構造）、または１つ以上のＰＩＮ接合型フォトダイオード（例えば、ｐ型領域とｎ型領域との間に位置するドーピングされていない真性半導体領域によって形成されるフォトダイオード構造）を含む。
受光器１４０は、シリコン、ゲルマニウム、またはＩｎＧａＡｓを含む活性領域またはアバランシェ増倍領域を有するものであってもよい。受光器１４０の活性領域は、例えば約５０μｍから約５００μｍの直径または幅などの、任意の適切なサイズを有していてもよい。受光器１４０は、信号増幅、サンプリング、フィルタリング、信号調整、アナログ-デジタル変換、時間-デジタル変換、パルス検出、閾値検出、立ち上がりエッジ検出、または立ち下がりエッジ検出を行う回路を含むものであってもよい。例えば、受光器１４０は、受信された光電流（例えば、受信された光信号に応答してＡＰＤによって生成される電流）を電圧信号に変換するトランスインピーダンス増幅器を含んでいてもよい。受光器１４０は、受信した光パルスの１つ以上の特性（例えば、立ち上がりエッジ、立ち下がりエッジ、振幅、または持続時間）に対応するアナログまたはデジタルの出力信号１４５を生成するパルス検出回路に、電圧信号を送るものであってもよい。例えば、パルス検出回路は、デジタル出力信号１４５を生成するために時間-デジタル変換を行うものであってもよい。受光器１４０は、処理または分析のために（例えば、受信した光パルスに対応する飛行時間値を決定するために）、電気的な出力信号１４５をコントローラ１５０に送信するものであってもよい。
コントローラ１５０は、光源１１０、スキャナ１２０、及び受光器１４０のうちの１つ以上に電気的に結合されるものであってもよく、そうでなければ通信的に結合されるものであってもよい。コントローラ１５０は、光源１１０から電気的なトリガパルスまたはエッジを受信するものであってもよく、各パルスまたはエッジは、光源１１０による光パルスの出射に対応するものである。コントローラ１５０は、光源１１０が光パルスを生成すべき時を示す指令、制御信号、またはトリガ信号を光源１１０に提供するものであってもよい。例えば、コントローラ１５０は、電気的パルスを含む電気的トリガ信号を送信するものであってもよく、この場合、光源１１０は、各電気的パルスに応答して光パルスを発生する。さらに、コントローラ１５０は、光源１１０に対して、光源１１０によって生成される光パルスの周波数、周期、持続時間、パルスエネルギー、ピークパワー、平均パワー、または波長のうちの１つ以上を調整させるようにするものであってもよい。
コントローラ１５０は、光源１１０によってパルスが出射されたタイミングと、パルスの一部（例えば、入力ビーム１３５）が受光器１４０によって検出または受信されたタイミングとに関連付けられたタイミング情報に基づいて、光パルスの飛行時間値を決定するものであってもよい。コントローラ１５０は、信号増幅、サンプリング、フィルタリング、信号調整、アナログ-デジタル変換、時間-デジタル変換、パルス検出、閾値検出、立ち上がりエッジ検出、または立ち下がりエッジ検出を行う回路を含むものであってもよい。
コントローラ１５０はまた、様々な実施形態において、ライダーシステム１００の内部にあるか、または図１に示されているようにライダーシステム１００の外部にある１つ以上のセンサ１５８から信号を受信するものであってもよい。１つ以上のセンサ１５８は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳデジタルカメラなどのカメラ、マイクロフォンまたはマイクロフォンアレイ、レーダー、等々を含むものであってもよい。いくつかの実施形態において、ライダーシステム１００は、１つ以上のセンサ１５８からの信号を使用して、動眼視野のどの部分がライダーシステムの前方の地面に重なっているかを決定する。
上述したように、ライダーシステム１００は、射程に沿った１つ以上のターゲット１３０までの距離を決定するために使用されるものであってもよい。ライダーシステム１００を動眼視野にわたって走査することにより、ライダーシステムは、動眼視野内の多数の点に距離をマッピングするために使用され得る。これらの深度マッピングされた点の各々は、ピクセルまたはボクセルと呼ばれる場合もある。連続して取得されたピクセルの集合（これは、深度マップ、点群、またはフレームと呼ばれる場合もある）は、画像としてレンダリングされるものであってもよく、物体を識別または検出するため、またはＦＯＲ内の物体の形状または距離を決定するために分析されるものであってもよい。例えば、深度マップは、水平方向６０°及び垂直方向１５°に広がる動眼視野に広がるものであってもよく、深度マップは、水平方向に１００から２０００ピクセル及び垂直方向に４から４００ピクセルのフレームを含むものであってもよい。
ライダーシステム１００は、約０．１フレーム／秒（ＦＰＳ）から約１，０００ＦＰＳの間の任意の適切なフレームレートで、動眼視野の点群を繰り返し取得または生成するように構成されるものであってもよい。例えば、ライダーシステム１００は、約０．１FPS、約０．５ＦＰＳ、約１ＦＰＳ、約２ＦＰＳ、約５ＦＰＳ、約１０ＦＰＳ、約２０ＦＰＳ、約１１００ＦＰＳ、約５００ＦＰＳ、または約１，０００ＦＰＳのフレームレートで点群を生成してもよい。例示的な実施形態において、ライダーシステム１００は、
５×１０５パルス／秒の速度で光パルスを生成し（例えば、１秒間に５０万ピクセルの距離を決定してもよい）て、１０００×５０ピクセルのフレーム（例えば、５万ピクセル／フレーム）を走査するように構成されており、これは、１０フレーム／秒（例えば、１秒間に１０個の点群）の点群フレームレートに対応する。点群フレームレートは、実施形態に応じて、実質的に固定されていてもよく、動的に調整可能であってもよい。例えば、ライダーシステム１００は、特定のフレームレート（例えば、１Ｈｚ）で１つ以上の点群を取得し、その後、別のフレームレート（例えば、１０Ｈｚ）で１つ以上の点群を取得するように切り替えるものであってもよい。一般に、ライダーシステムは、１つ以上の高解像度の点群を取得するために、より遅いフレームレート（例えば、１Ｈｚ）を使用し、複数の低解像度の点群を迅速に取得するために、より速いフレームレート（例えば、１０Ｈｚ）を使用するものであってもよい。
ライダーシステム１００の動眼視野は、ターゲット１３０の少なくとも一部に重なる、該少なくとも一部を包含する、または該少なくとも一部を包囲する場合があり、ターゲット１３０は、ライダーシステム１００に対して相対的に進行または静止している物体の全部または一部を含み得る。例えば、ターゲット１３０は、人、車両、オートバイ、トラック、列車、自転車、車椅子、歩行者、動物、道路標識、信号機、車線標示、路面標示、駐車スペース、パイロン、ガードレール、交通障壁、ポットホール、踏切、道路内またはその近くの障害物、縁石、道路上または道路脇に停止している車両、電柱、家屋、建物、ゴミ箱、郵便受け、樹木、他の任意の適切な物体、または２つ以上の物体の全部または一部の任意の適切な組み合わせ、の全部または一部を含むものであってもよい。
ここで、図２を参照すると、スキャナ１６２及び受光器１６４は、それぞれスキャナ１２０及び受光器１４０として、図１のライダーシステムで動作することができる。より一般的には、スキャナ１６２及び受光器１６４は、任意の好適なライダーシステムで動作することができる。
スキャナ１６２は、任意の適切な数の機械的アクチュエータによって駆動される任意の適切な数のミラーを含むものであってもよい。例えば、スキャナ１６２は、ガルバノスキャナ、共振スキャナ、圧電アクチュエータ、ポリゴンスキャナ、回転プリズムスキャナ、ボイスコイルモータ、ＤＣモータ、ブラシレスＤＣモータ、ステッピングモータ、または微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイス、または他の任意の適切なアクチュエータまたは機構を含むものであってもよい。
ガルバノスキャナ（ガルバノアクチュエータと呼ばれる場合もある）は、磁石及びコイルを備えた、ガルバノメータに基づく走査モータを含むものであってもよい。コイルに電流が供給されると、磁石に回転力が加わり、ガルバノスキャナに取り付けられたミラーが回転する。コイルに供給される電流は、ガルバノミラーの位置を動的に変化させるように制御されるものであってもよい。共振スキャナ（共振アクチュエータと呼ばれる場合もある）は、実質的に固定された周波数（例えば、１ｋＨｚ）で周期的な振動を生成するためにアクチュエータによって駆動されるばねのような機構を含むものであってもよい。ＭＥＭＳに基づくスキャナは、約１ｍｍから約１０ｍｍの間の直径を有するミラーを含むものであってもよく、このミラーは、電磁駆動または静電駆動を用いて回転される。ボイスコイルモータ（ボイスコイルアクチュエータと呼ばれる場合もある）は、磁石及びコイルを含むものであってもよい。コイルに電流が供給されると、磁石に並進力が加えられ、これにより、磁石に取り付けられたミラーが移動または回転する。
例示的な実施形態において、スキャナ１６２は、出力ビーム１７０を単一の方向に沿って走査するように構成された単一のミラーを含む（例えば、スキャナ１６２は、水平方向または垂直方向に沿って走査する一次元スキャナであってもよい）。ミラーは、特定の角度範囲にわたってミラーを走査するスキャナアクチュエータまたは走査機構に取り付けられた平面走査ミラーであってもよい。ミラーは、１つのアクチュエータ（例えば、ガルバノメータ）によって駆動されるものであってもよく、プッシュプル構成でミラーを駆動するように構成された２つのアクチュエータによって駆動されるものであってもよい。２つのアクチュエータがプッシュプル構成でミラーを一方向に駆動する場合、アクチュエータは、ミラーの互いに反対側の端部または側面に配置されるものであってもよい。アクチュエータは、一方のアクチュエータがミラーを押すと、他方のアクチュエータがミラーを引っ張るように、（また、その逆も同様に）、協調的に動作するものであってもよい。別の例示的な実施形態では、プッシュプル構成で配置された２つのボイスコイルアクチュエータが、水平方向または垂直方向に沿ってミラーを駆動する。
いくつかの実施形態において、スキャナ１６２は、２つの軸に沿って走査されるように構成された１つのミラーを含んでもよく、プッシュプル構成で配置された２つのアクチュエータが各軸に沿った運動を提供するものであってもよい。例えば、水平方向のプッシュプル構成で配置された２つの共振アクチュエータが、ミラーを水平方向に沿って駆動し、垂直方向のプッシュプル構成で配置された別の一対の共振アクチュエータが、ミラーを垂直方向に沿って駆動するものであってもよい。別の例示的な実施形態では、２つのアクチュエータは、２つの方向（例えば、水平方向及び垂直方向）に沿って出力ビーム１７０を走査し、ここで、各アクチュエータは、特定の方向に沿ったまたは特定の軸に関する回転運動を提供する。
スキャナ１６２はまた、２つのアクチュエータによって駆動される１つのミラーを含むものであってよく、２つのアクチュエータは、実質的に直交する２つの方向に沿ってミラーを走査するように構成されるものであってもよい。例えば、共振アクチュエータまたはガルバノアクチュエータが、実質的に水平方向に沿って１つのミラーを駆動し、ガルバノアクチュエータが、実質的に垂直方向に沿ってミラーを駆動するものであってもよい。別の例として、２つの共振アクチュエータが、２つの実質的に直交する方向に沿ってミラーを駆動するものであってもよい。
いくつかの実施形態において、スキャナ１６２は２つのミラーを含んでおり、一方のミラーは出力ビーム１７０を実質的に水平方向に沿って走査し、他方のミラーは出力ビーム１７０を実質的に垂直方向に沿って走査するものである。図２の例では、スキャナ１６２は、２つのミラー１８０-１及びミラー１８０-２を含んでいる。ミラー１８０-１は、出力ビーム１７０を実質的に水平方向に沿って走査し、ミラー１８０-２は、出力ビーム１７０を実質的に垂直方向に沿って走査するものであってもよい（または、その逆であってもよい）。ミラー１８０-１またはミラー１８０-２は、平面鏡、湾曲面鏡、または２つ以上の反射面を有するポリゴンミラーであってもよい。
他の実施形態において、スキャナ１６２は、それぞれのミラーを駆動する２つのガルバノスキャナを含んでいる。例えば、スキャナ１６２は、第１の方向（例えば、垂直方向）に沿ってミラー１８０-１を走査するガルバノアクチュエータを含んでいてもよく、スキャナ１６２は、第２の方向（例えば、水平方向）に沿ってミラー１８０-２を走査する別のガルバノアクチュエータを含んでいてもよい。さらに別の実施形態において、スキャナ１６２は、２つのミラーを含んでおり、ガルバノアクチュエータが一方のミラーを駆動し、共振アクチュエータが他方のミラーを駆動する。例えば、ガルバノアクチュエータは、第１の方向に沿ってミラー１８０-１を走査し、共振アクチュエータは、第２の方向に沿ってミラー１８０-２を走査するものであってもよい。第１の走査方向及び第２の走査方向は、互いに実質的に直交していてもよく、例えば、第１の方向は実質的に垂直であってもよく、第２の方向は実質的に水平であってもよい。さらなる別の実施形態において、スキャナ１６２は、２つのミラーを含んでおり、１つのミラーは電気モータ（例えば、ブラシレスＤＣモータ）によって一方向（例えば、時計回りまたは反時計回り）に回転されるポリゴンミラーである。例えば、ミラー１８０-１は、出力ビーム１７０を実質的に水平方向に沿って走査するポリゴンミラーであってもよく、ミラー１８０-２は、出力ビーム１７０を実質的に垂直方向に沿って走査するポリゴンミラーであってもよい。ポリゴンミラーは、２つ以上の反射面を有していてもよく、ポリゴンミラーは、出力ビーム１７０がそれぞれの反射面から順次反射されるように、一方向に連続的に回転するものであってもよい。ポリゴンミラーは、多角形に対応する断面形状を有していてもよく、多角形の各辺が反射面を有している。例えば、断面形状が正方形のポリゴンミラーは、４つの反射面を有していてもよく、断面形状が五角形のポリゴンミラーは、５つの反射面を有していてもよい。
スキャナ１６２は、出力ビーム１７０を特定の走査パターンに沿って方向付けるために、単一のミラーを同期的に駆動する２つ以上のアクチュエータを含むものであってもよい。例えば、２つ以上のアクチュエータは、出力ビーム１７０を実質的に直線の走査パターンに沿うようにするために、実質的に直交する２つの方向に沿ってミラーを同期して駆動するものであってもよい。いくつかの実施形態において、スキャナ１６２は、２つのミラーと、実質的に直線を含む走査パターンを生成するために２つのミラーを同期して駆動するアクチュエータとを含むものであってもよい。例えば、ガルバノアクチュエータは、ミラー１８０-２を、出力ビーム１７０に実質的に水平な往復パターンの軌跡をたどらせる実質的に直線的な往復運動で駆動してもよく（例えば、ガルバノメータは、実質的に正弦波または三角形の波形で駆動されるものであってもよい）、別のガルバノアクチュエータは、ミラー１８０-１を実質的に垂直な方向に沿って走査するものであってもよい。２つのガルバノメータは、出力ビーム１７０が、６４の水平の軌跡ごとに垂直方向に沿って１つの軌跡をたどるように同期されるものであってもよい。１つのミラーが使用されるか、２つのミラーが使用されるかにかかわらず、実質的な直線は、実質的に水平方向、垂直方向、または他の任意の適切な方向に沿って方向付けられ得る。
スキャナ１６２はまた、出力ビーム１７０が直線を達成するために実質的に水平方向に沿って（例えば、ガルバノメータまたは共振アクチュエータを用いて）走査されるときに、垂直方向に沿って（例えば、ガルバノアクチュエータを用いて）動的に調整された偏向を適用するものであってもよい。垂直方向の偏向が適用されない場合、出力ビーム１７０は、横方向に走査するときに湾曲した経路をたどるものであってもよい。いくつかの実施形態において、スキャナ１６２は、出力ビーム１７０が水平方向に走査され、各水平走査の間に（例えば、出力ビーム１７０を走査パターンの後続の行にステップさせるために）離散的な垂直方向のずらしが行われるときに、動的に調整された垂直偏向を適用するために垂直アクチュエータを使用するものであってもよい。
引き続き図２を参照すると、この例のオーバーラップミラー１９０は、入力ビーム１７２と出力ビーム１７０とが実質的に同軸となるように、入力ビーム１７２と出力ビーム１７０とを重ね合わせるように構成されている。図２において、オーバーラップミラー１９０は、出力ビーム１７０が通過する穴、スロット、または開口部１９２と、入力ビーム１７２の少なくとも一部を受光器１６４に向けて反射する反射面１９４とを含む。オーバーラップミラー１９０は、入力ビーム１７２と出力ビーム１７０とが少なくとも部分的に重なるように向き付けられているものであってもよい。
いくつかの実施形態において、オーバーラップミラー１９０は、穴１９２を含まないもものであってもよい。例えば、出力ビーム１７０は、開口部１９２を通過するのではなく、ミラー１９０の側面を通過するように方向付けられていてもよい。出力ビーム１７０は、ミラー１９０の横を通過してもよく、入力ビーム１７２の向きに対してわずかな角度で向きを変えてもよい。別の例として、オーバーラップミラー１９０は、出力ビーム１７０を反射するように構成された小さな反射部を含んでもよく、オーバーラップミラー１９０の残りの部分は、入力ビーム１７２を透過するように構成されたＡＲコーティングを有してもよい。
入力ビーム１７２は、ビームを受光器１６４の活性領域１６６に集光するレンズ１９６を通過するものであってもよい。活性領域１６６とは、受光器１６４が入力光を受信または検出することができる領域を指すものであってもよい。活性領域は、例えば、約２５μｍ、約５０μｍ、約８０μｍ、約１００μｍ、約２００μｍ、約５００μｍ、約１ｍｍ、約２ｍｍ、または約５ｍｍのような任意の適切なサイズまたは直径ｄを有してもよい。オーバーラップミラー１９０は、実質的に平坦な反射面１９４を有してもよく、または反射面１９４は湾曲していてもよい（例えば、ミラー１９０は、入力ビーム１７２を受光器１４０の活性領域に集束させるように構成された軸外放物面鏡であってもよい）。
開口部１９２は、任意の適切なサイズまたは直径Φ１を有していてもよく、入力ビーム１７２は、任意の適切なサイズまたは直径Φ２を有してもよい。ここで、Φ２は、Φ１よりも大きい。例えば、開口部１９２は、約０．２ｍｍ、約０．５ｍｍ、約１ｍｍ、約２ｍｍ、約３ｍｍ、約５ｍｍ、または約１０ｍｍの直径Φ１を有していてもよく、入力ビーム１７２は、約２ｍｍ、約５ｍｍ、約１０ｍｍ、約１５ｍｍ、約２０ｍｍ、約３０ｍｍ、約４０ｍｍ、または約５０ｍｍの直径Φ２を有していてもよい。いくつかの実施形態において、オーバーラップミラー１９０の反射面１９４は、入力ビーム１７２の７０％以上を受光器１６４に向けて反射するものであってもよい。例えば、反射面１９４が、光源１６０の動作波長において反射率Ｒを有する場合、受光器１６４に向けられた入力ビーム１７２の割合は、Ｒ×［１−（Φ１／Φ２）２］として表すことができる。より具体的な例として、Ｒが９５％、Φ１が２ｍｍ、Φ２が１０ｍｍである場合、入力ビーム１７２の約９１％が反射面１９４によって受光器１６４に向けられ得る。
図３は、モータ２０４によって駆動されるポリゴンミラー２０２を含むライダーシステム２００を示す。ライダーシステム２００は、第１の眼２０６Ａ及び第２の眼２０６Ｂを備えた２眼構成で動作する。第１の眼２０６Ａは、コリメータ２１０Ａ、走査ミラー２１２Ａ、及び受光器２１４Ａを含み、第２の眼２０６Ｂは、コリメータ２１０Ｂ、走査ミラー２１２Ｂ、及び受光器２１４Ｂを含む。ポリゴンミラー２０２は、回転可能なブロックの形態であってもよく、回転可能なブロックの多角形の周縁に沿って互いに角度的にオフセットされた複数の反射面を有する。この例示的な実施形態では、ポリゴンミラー２０２は、６つの反射面２２０Ａ、２２０Ｂ、．．．２２０Ｆを有する。但し、一般に、ポリゴンミラー２０２は、任意の適切な数（例えば、３つ、４つ、５つ、８つ、等々）の表面を含むことができる。モータ２０４は、回転可能なポリゴンミラー２０２に回転を付与する。走査ミラー２１２Ａ、２１２Ｂは、ポリゴンミラー２０２の回転軸に直交するそれぞれの軸に関して、一定の角度範囲内で振動的に回転するように構成されている。
光源２２２は、シードレーザーダイオードを含むファイバーレーザーであってもよい。光源２２２の出力は、光ファイバーケーブル２２４Ａ、２２４Ｂ、自由空間結合、または任意の他の適切な方法を介してコリメータ２１０Ａ、２１０Ｂに提供され得る。ライダーシステム２００は、共有された光源に結合されたコリメータを使用するものであるが、本システムの他の実施形態では、各眼は、それ自身の直接出射型レーザーダイオードを含むものであってもよい。この場合の光源２２２は、光学増幅を必要とせずにパルスを直接出射する複数の直接出射型レーザーダイオード（例えば、高出力レーザーダイオード）で構成することができる。これらのレーザーダイオードは、それぞれのセンサヘッドに収容されるものであってもよい。
動作において、コリメータ２１０Ａ、２１０Ｂは、出力ビーム２２６Ａ、２２６Ｂをそれぞれ走査ミラー２１２Ａ、２１２Ｂに方向付ける。次に、走査ミラー２１２Ａ、２１２Ｂは、これらのビームをポリゴンミラー２０２の隣接していない（非隣接）反射面に向けて反射し、これにより、出力ビーム２２６Ａ、２２６Ｂをそれぞれの動眼視野に方向付ける。入力ビーム２２８Ａ、２２８Ｂは、ポリゴンミラー２０２の非隣接反射面に入射し、それぞれ走査ミラー２１２Ａ、２１２Ｂに向かって反射される。次に、入力ビーム２２８Ａ、２２８Ｂは、受光器２１４Ａ、２１４Ｂに向かって伝搬する。他の実施形態において、異なる眼からの入力ビーム及び出力ビームは、ポリゴンミラーの隣接する表面に入射するものであってもよい。
図１に戻って参照すると、いくつかの実施形態において、スキャナ１２０は、ポリゴンミラー２０２と同様のポリゴンミラーと、ライダーシステムの眼の数に応じて、走査ミラー２１２Ａ、２１２Ｂと同様の１つまたは２つのミラーとを含む。以下の説明は、主にライダーシステム１００を参照するものであるが、動眼視野の地上部分の走査パラメータを調整するための技術は、明示的に別段の記載がない限り、ライダーシステム２００において実施され得るものである。
図４は、ライダーシステム１００または別の好適なシステムの複数の構成要素が、３６０度の動眼視野を走査するように動作し得る例示的な構成を示している。一般に、この構成における光源の動眼視野は、円形の軌跡に沿っており、それに応じて、二次元平面上に円形の走査パターンを定める。一実施形態において、軌跡上のすべての点は、地上レベルに対して同じ高さに維持される。この場合、複数の別個のビームが、互いに相対的に特定の垂直方向のずらしを有する円形の軌跡をたどるものであってもよい。別の実施形態では、軌跡の点は、三次元空間内で螺旋状の走査パターンを定めるものであってもよい。螺旋状の走査パターンをたどるには、単一のビームで十分であるが、所望の場合、複数のビームを使用することもできる。
図３の例では、回転走査モジュール２３０は、示されているように、中心軸の周りを１つまたは両方の方向に回転する。電気モータは、例えば一定の速度で中心軸の周りに回転走査モジュール２３０を駆動するものであってもよい。回転走査モジュール２３０は、スキャナ、受光器、オーバーラップミラー、等々を含む。回転走査モジュール２３０の構成要素は、上述したスキャナ１２０、受光器１４０、及びオーバーラップミラー１１５と同様のものであってもよい。いくつかの実施形態において、回転走査モジュール２３０はまた、光源及びコントローラを含む。他の実施形態では、光源及び／またはコントローラは、回転走査モジュール２３０から離れて配置され、及び／または対応するリンクを介して回転走査モジュール２３０の構成要素と光信号及び電気信号を交換する。
回転走査モジュール２３０は、窓２３４を有するハウジング２３２を含むものであってもよい。図１の窓１５７と同様に、窓２３４は、ガラス、プラスチック、または他の適切な材料で作られるものであってもよい。窓２３４は、出射ビーム及び戻り信号がハウジング２３２を通過することを可能にする。窓２３４によって定められる弧長は、ハウジング２３２の円周の任意の適切な割合に対応するものであってもよい。例えば、この弧長は、円周の５％、２０％、３０％、６０％、または、場合によっては１００％に対応するものであってもよい。
ここで、図５を参照すると、回転走査モジュール２３６は、一般に、回転走査モジュール２３０と同様のものである。但し、この実施形態では、回転走査モジュール２３６の構成要素は、静止した円形のハウジング２３８内で回転するプラットフォーム２３７上に配置されている。この実施形態では、円形のハウジング２３８は、内向き及び外向きの光信号を通過させるために、ライダーシステムの動作波長の光に対して実質的に透明である。円形のハウジング２３８は、ある意味で、窓２３４と同様の円形の窓を形成しており、同様の材料で作られるものであってもよい。
ライダーシステム１００の１つのタイプは、光源１１０が光のパルスを出射し、光のパルスがターゲット１３０に往復進行するための飛行時間から、遠隔ターゲット１３０までの距離が決定されるパルス式ライダーシステムである。ライダーシステム１００の別のタイプは、周波数変調式ライダーシステムであり、これは、周波数変調連続波式（ＦＭＣＷ）ライダーシステムと呼ばれる場合もある。ＦＭＣＷライダーシステムは、周波数変調された光を使用して、出射光の変調周波数に対する（遠隔ターゲットから散乱される）受信光の変調周波数に基づいて、遠隔ターゲット１３０までの距離を決定する。例えば、線形にチャープされた光源（例えば、時間とともに直線的な周波数の変化を生じさせる周波数変調）の場合、出射光と受信光との間の周波数差が大きいほど、ターゲット１３０までの距離が遠くなる。周波数差は、受信光を出射光の一部と混合し（例えば、２つのビームをＡＰＤ上に結合することによって、またはアナログ電気信号を結合することによって）、結果として得られるうなり周波数を測定することによって決定することができる。例えば、ＡＰＤからの電気信号を、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）技術を用いて分析し、出射光と受信光との間の差分周波数を決定することができる。
ＣＷレーザーに線形の周波数変調ｍ（例えば、Ｈｚ／ｓの単位で）が適用される場合、ターゲット１３０からライダーシステム１００までの距離Ｄは、Ｄ＝ｃ・Δｆ／（２ｍ）
で表され得る。ここで、ｃは光速であり、Δｆは送信光と受信光との間の周波数差である。例えば、１０１２Ｈｚ／ｓ（または、１ＭＨｚ／μｓ）の線形の周波数変調の場合、３３０ｋＨｚの周波数差が測定されたならば、ターゲットまでの距離は約５０ｍである。さらに、１．３３ＭＨｚの周波数差が測定されたならば、ターゲットまでの距離は約２００ｍに相当する。
ＦＭＣＷライダーシステムのための光源１１０は、ファイバーレーザー（例えば、シードレーザーダイオードと後続の１つ以上の光増幅器）またはダイレクトエミッタレーザーダイオードであってもよい。シードレーザーダイオードまたはダイレクトエミッタレーザーダイオードは、（例えば、実質的に一定の直流電流でレーザーダイオードを駆動することによって）ＣＷ方式で動作するものであってもよく、周波数変調は、外部変調器（例えば、電気光学位相変調器）によって提供されるものであってもよい。あるいは、周波数変調は、シードレーザーダイオードまたはダイレクトエミッタレーザーダイオードに電流変調とともに直流バイアス電流を印加することによって生成されるものであってもよい。電流変調は、対応する屈折率変調をレーザーダイオードに生じさせ、その結果、レーザーダイオードによって出射される光の周波数変調が生じる。電流変調成分（及び対応する周波数変調）は、任意の適切な周波数または形状（例えば、正弦波、三角波、または鋸歯状波）を有するものであってもよい。
ライダーシステムの動眼視野内でのピクセル生成
図６は、図１のライダーシステム１００が生成することができる例示的な走査パターン２４０を示す。ライダーシステム１００は、１つ以上の走査パターン２４０に沿って出力光ビーム１２５を走査するように構成されるものであってもよい。いくつかの実施形態でにおいて、走査パターン２４０は、任意の適切な水平ＦＯＲ（ＦＯＲＨ）及び任意の適切な垂直ＦＯＲ（ＦＯＲＶ）を有する任意の適切な動眼視野（ＦＯＲ）にわたる走査に対応する。例えば、ある走査パターンは、角度の広がり（例えば、ＦＯＲＨ×ＦＯＲＶ）４０°×３０°、９０°×４０°、または６０°×１５°によって表される動眼視野を有するものであってもよい。別の例として、特定の走査パターンは、１０°、２５°、３０°、４０°、６０°、９０°、または１２０°以上のＦＯＲＨを有していてもよい。さらに別の例として、特定の走査パターンは、２°、５°、１０°、１５°、２０°、３０°、または４５°以上のＦＯＲＶを有していてもよい。図６の例において、基準線２４６は、走査パターン２４０の動眼視野の中心を表す。基準線２４６は、任意の好適な配向、例えば、０°の水平角度（例えば、基準線２４６は真正面を向いていてもよい）及び０°の垂直角度（例えば、基準線２４６は０°の傾斜を有していてもよい）を有していてもよく、または基準線２４６は、ゼロではない水平角度またはゼロではない傾斜（例えば、＋１０°または−１０°の垂直方向の角度）を有していてもよい。図６において、走査パターン２４０が６０°×１５°の動眼視野を有する場合、走査パターン２４０は、基準線２４６に関して±３０°の水平範囲に及び、基準線２４６に関して±７．５°の垂直範囲に及ぶものである。さらに、図６の光ビーム１２５は、基準線２４６に関して水平方向に約−１５°、垂直方向に約＋３°の配向を有する。光ビーム１２５は、基準線２４６に対して-１５°の方位及び＋３°の高度を有すると言うものであってもよい。方位（これは、方位角と呼ばれる場合もある）は、基準線２４６に対する水平方向の角度を表すものであってもよく、高度（これは、高度角、高さ、または高さ角と呼ばれる場合もある）は、基準線２４６に対する垂直方向の角度を表すものであってもよい。
走査パターン２４０は、複数のピクセル２４２を含むものであってもよく、各ピクセル２４２は、１つ以上のレーザーパルス及び１つ以上の対応する距離測定値に関連付けられるものであってもよい。走査パターン２４０の１サイクルは、合計Ｐｘ×Ｐｙピクセル２４２（例えば、ＰｘかけるＰｙピクセルの二次元分布）を含むものであってもよい。例えば、走査パターン２４０は、水平方向に沿って約１００から約２０００ピクセル２４２、垂直方向に沿って約４から約４００ピクセル２４２の大きさを有する分布を含むものであってもよい。別の例として、走査パターン２４０は、走査パターン２４０の１サイクルあたりの合計６４，０００ピクセルのために、水平方向に沿って１，０００ピクセル２４２、垂直方向に沿って６４ピクセル２４２（例えば、フレームサイズは１，０００×６４ピクセル）の分布を含んでもよい。なお、水平方向に沿ったピクセル２４２の数を走査パターン２４０の水平解像度またはピクセル密度と言い、垂直方向に沿ったピクセル２４２の数を走査パターン２４０の垂直解像度またはピクセル密度と言うものであってもよい。一例として、走査パターン２４０は、１００ピクセル２４２以上の水平解像度を有し、４ピクセル２４２以上の垂直解像度を有していてもよい。別の例として、走査パターン２４０は、１００から２，０００ピクセル２４２の水平解像度と、４から４００ピクセル２４２の垂直解像度を有していてもよい。
各ピクセル２４２は、距離値（例えば、対応するレーザーパルスが散乱されたターゲット１３０の一部までの距離）または１つ以上の角度値に関連付けられるものであってもよい。一例として、ピクセル２４２は、距離値と、ライダーシステム１００に対するピクセル２４２の角度位置を表す２つの角度値（例えば、方位及び高度）とに関連付けられるものであってもよい。ターゲット１３０の一部に対する距離は、対応するパルスの飛行時間測定に少なくとも部分的に基づいて決定されるものであってもよい。角度値（例えば、方位または高度）は、出力ビーム１２５の（例えば、対応するパルスがライダーシステム１００から出射されたときの）角度、または入力ビーム１３５の（例えば、入力信号がライダーシステム１００によって受信されたときの）角度に対応するものであってもよい。いくつかの実施形態において、ライダーシステム１００は、スキャナ１２０の構成要素の位置に少なくとも部分的に基づいて角度値を決定する。例えば、ピクセル２４２に関連付けられた方位または高度の値は、スキャナ１２０の１つ以上の対応する走査ミラーの角度位置から決定されるものであってもよい。
いくつかの実施形態において、ライダーシステム１００は、複数のビームを動眼視野にわたるように同時に方向付けるものである。図７の例示的な実施形態において、ライダーシステムは、出力ビーム２５０Ａ、２５０Ｂ、２５０Ｃ、．．．２５０Ｎ等の出力ビームを生成し、これらの出力ビームのそれぞれが直線状の走査パターン２５４Ａ、２５４Ｂ、２５４Ｃ、．．．２５４Ｎをたどるものである。平行線の数は、２本、４本、１２本、２０本、または他の適切な本数であってもよい。ライダーシステム１００は、ビーム２５０Ａ、２５０Ｂ、２５０Ｃ、．．．２５０Ｎを角度的に分離するものであってもよい。例えば、ライダーシステム１００は、ある距離でのビーム２５０Ａと２５０Ｂとの間の分離が３０ｃｍであり、より長い距離での同じビーム２５０Ａと２５０Ｂとの間の分離が５０ｃｍであるように、角度的に分離するものであってもよい。
走査パターン２４０と同様に、直線状の走査パターン２５４Ａ〜２５４Ｎの各々は、１つ以上のレーザーパルス及び距離測定に関連するピクセルを含んでいる。図７は、それぞれ走査パターン２５４Ａ、２５４Ｂ、２５４Ｃに沿った例示的なピクセル２５２Ａ、２５２Ｂ、２５２Ｃを示している。この例のライダーシステム１００は、ピクセル２５２Ａ〜２５２Ｎの値を同時に生成してもよく、これにより、ピクセルの値が決定される速度を高めることができる。
実施形態によっては、ライダーシステム１００は、ビーム２５０Ａ〜２５０Ｎを同じ波長で出力するものであってもよく、異なる波長で出力するものであってもよい。例えば、ビーム２５０Ａは１５４０ｎｍの波長を有していてもよく、ビーム２５０Ｂは１５５０ｎｍの波長を有していてもよく、ビーム２５０Ｃは１５６０ｎｍの波長を有していてもよい。ライダーシステム１００が使用する異なる波長の数は、ビームの数と一致する必要はない。したがって、図７の例示的な実施形態におけるライダーシステム１００は、Ｎ個のビームでＭ個の波長を使用するものであってもよい。ここで、１≦Ｍ≦Ｎである。
次に、図８は、ライダーシステム１００のための例示的な光源視野（ＦＯＶＬ）及び受光器視野（ＦＯＶＲ）を示している。光源１１０は、光源視野（ＦＯＶＬ）及び受光器視野（ＦＯＶＲ）がスキャナ１２０によって動眼視野（ＦＯＲ）にわたって走査される際に、光のパルスを出射するものであってもよい。光源視野とは、特定の瞬間に光源１１０によって照明される円錐状の角度領域を指すものであってもよい。同様に、受光器視野とは、受光器１４０が特定の瞬間に光を受信または検出でき、その外側の光は受信または検出できない円錐状の角度領域を指すものであってもよい。例えば、ライダーシステム１００は、スキャナ１２０が光源の動眼視野にわたって走査するとき、光源１１０がパルスを発する時点でのＦＯＶＬが指し示す方向に光のパルスを送出するものであってもよい。光のパルスは、ターゲット１３０から散乱され、受光器１４０は、ＦＯＶＲに沿って、またはＦＯＶＲ内に向けられた散乱光の一部を受信して検出するものであってもよい。
瞬時ＦＯＶとは、光のパルスが出射された瞬間に光源ＦＯＶが指し示す方向に沿ったパルスによって照明される円錐状の角度領域を指すものであってもよい。したがって、光源ＦＯＶ及び検出器ＦＯＶが同期して一緒に走査される間（例えば、スキャナ１２０が、光源ＦＯＶ及び検出器ＦＯＶの両方を、同じ走査方向に沿って、同じ走査レートで、互いに同じ相対位置を維持しながら、動眼視野にわたって走査する間）、瞬時ＦＯＶは「静止」したままであり、検出器ＦＯＶは、瞬時ＦＯＶに対して実質的に相対的に移動する。より具体的には、光のパルスが出射されると、スキャナ１２０は、光源ＦＯＶが現在指している方向に沿ってパルスを方向付ける。各瞬時ＦＯＶ（ＩＦＯＶ）は、１ピクセルに対応する。したがって、ライダーシステム１００は、パルスが出射されるたびに、パルスが出射された時点での光源ＦＯＶに対応して固定されたＩＦＯＶ（またはピクセル）を生成するか、または定める。スキャナ１２０の動作中、検出器ＦＯＶは、光源ＩＦＯＶに対して相対的に移動するが、光源ＦＯＶに対して相対的に移動しない。
いくつかの実施形態において、スキャナ１２０は、ライダーシステム１００の動眼視野にわたって光源視野と受光器視野の両方を走査するように構成されている。ライダーシステム１００は、スキャナ１２０が走査パターン２４０をたどりながら動眼視野にわたってＦＯＶＬ及びＦＯＶＲを走査するように、複数の光パルスを出射し、検出するものであってもよい。いくつかの実施形態において、スキャナ１２０は、光源視野と受光器視野とを互いに同期させて走査する。この場合、スキャナ１２０が走査パターン２４０にわたってＦＯＶＬを走査すると、ＦＯＶＲは、同じ走査レートで実質的に同じ経路をたどる。さらに、スキャナ１２０が動眼視野にわたってＦＯＶＬ及びＦＯＶＲを走査するとき、ＦＯＶＬ及びＦＯＶＲは、互いに同じ相対位置を維持するものであってもよい。例えば、ＦＯＶＬは、ＦＯＶＲと実質的に重なっていてもよく、または（図８に図示されているように）ＦＯＶＲの内側の中央に配置されていてもよく、スキャナ１２０は、走査を通じてＦＯＶＬとＦＯＶＲとの間のこの相対的な位置を維持するものであってもよい。別の例として、ＦＯＶＲは、走査全体を通じて、特定の一定量だけＦＯＶＬに対して遅れていてもよい（例えば、ＦＯＶＲは、走査方向とは反対の方向にＦＯＶＬからずれているものであってもよい）。
ＦＯＶＬは、出力ビーム１２５の発散角と実質的に同じか、またはそれに対応する角度の大きさまたは範囲ΘＬを有していてもよく、ＦＯＶＲは、受光器１４０が光を受信して検出することができる角度に対応する角度の大きさまたは範囲ΘＲを有してもよい。受光器視野は、光源視野に対する任意の適切なサイズであってもよい。例えば、受光器視野は、光源視野の角度範囲よりも小さくてもよく、光源視野の角度範囲と実質的に同じ大きさであってもよく、または光源視野の角度範囲よりも大きくてもよい。いくつかの実施形態において、光源視野は、５０ミリラジアン（ｍｒａｄ）以下の角度範囲を有し、受光器視野は、５０ミリラジアン以下の角度範囲を有する。ＦＯＶＬは、例えば、約０．１ｍｒａｄ、約０．２ｍｒａｄ、約０．５ｍｒａｄ、約１ｍｒａｄ、約１．５ｍｒａｄ、約２ｍｒａｄ、約３ｍｒａｄ、約５ｍｒａｄ、約１０ｍｒａｄ、約２０ｍｒａｄ、約４０ｍｒａｄ、または約５０ｍｒａｄのような任意の適切な角度範囲ΘＬを有するものであってもよい。同様に、ＦＯＶＲは、任意の適切な角度範囲ΘＲ、例えば、約０．１ｍｒａｄ、約０．２ｍｒａｄ、約０．５ｍｒａｄ、約１ｍｒａｄ、約１．５ｍｒａｄ、約２ｍｒａｄ、約３ｍｒａｄ、約５ｍｒａｄ、約１０ｍｒａｄ、約２０ｍｒａｄ、約４０ｍｒａｄ、または約５０ｍｒａｄ、を有するものであってもよい。光源視野と受光器視野は、ほぼ等しい角度範囲を有していてもよい。一例として、ΘＬ及びΘＲは、共に、１ｍｒａｄ、２ｍｒａｄ、または３ｍｒａｄに略等しいものであってもよい。いくつかの実施形態において、受光器視野は光源視野よりも大きいか、または光源視野は受光器視野よりも大きい。例えば、ΘＬは約１．５ｍｒａｄに相当してもよく、ΘＲは約３ｍｒａｄに相当するものであってもよい。
ピクセル２４２は、光源視野を表すか、または光源視野に対応するものであってもよい。出力ビーム１２５の直径（及び対応するピクセル２４２のサイズ）は、出力ビーム１２５が光源１１０から伝播するにつれて、ビーム発散角ΘＬに応じて増大するものであってもよい。一例として、出力ビーム１２５が２ｍｒａｄのΘＬを有する場合、ライダーシステム１００から１００ｍの距離では、出力ビーム１２５は、約２０ｃｍのサイズまたは直径を有していてもよく、対応するピクセル２４２もまた、約２０ｃｍの対応するサイズまたは直径を有していてもよい。そして、ライダーシステム１００から２００ｍの距離では、出力ビーム１２５及び対応するピクセル２４２は、それぞれ約４０ｃｍの直径を有していてもよい。
ビークル内で動作するライダーシステム
上述したように、１つ以上のライダーシステム１００は、ビークルに組み込まれるものであってもよい。例示的な一実施形態において、ビークルの全周囲３６０度の水平ＦＯＲを提供するために、複数のライダーシステム１００がビークルに組み込まれるものであってもよい。別の例として、それぞれ４５度から９０度の水平ＦＯＲを有する４から１０のライダーシステム１００が組み合わされて、合わせて３６０度の水平ＦＯＲに広がる点群を提供するセンサシステムを形成するものであってもよい。ライダーシステム１００は、隣接するＦＯＲが空間的または角度的な重なり量を有するように配向されるものであってもよく、それによって、複数のライダーシステム１００からのデータが組み合わされるか、または繋ぎ合わされて、合わせて単一のまたは連続した３６０度の点群を形成することを可能にするものであってもよい。一例として、各ライダーシステム１００のＦＯＲは、隣接するＦＯＲと約１度から１５度の重なり量を有していてもよい。特定の実施形態において、ビークルとは、人または貨物を輸送するように構成された移動機を指すものであってもよい。例えば、ビークルは、乗用車、自動車、原動機付き車両、トラック、バス、バン、トレーラー、オフロード車両、農耕用作業車、芝刈り機、建設機械、フォークリフト、ロボット、ゴルフカート、キャンピングカー、タクシー、オートバイ、スクーター、自転車、スケートボード、列車、スノーモービル、水上機（例えば、船またはボート）、航空機（例えば、固定翼航空機、ヘリコプター、または飛行船）、または宇宙船を含むか、その形態をとるか、またはこれらを指すものであってもよい。特定の実施形態において、ビークルは、内燃機関またはビークルの推進力を提供する電気モータを含むものであってもよい。
いくつかの実施形態において、１つ以上のライダーシステム１００は、運転過程において車両の運転者を支援するための先進運転支援システム（ＡＤＡＳ）の一部として車両に含まれる。例えば、ライダーシステム１００は、運転者に情報またはフィードバックを提供する（例えば、潜在的な問題または危険を運転者に警告する）、または衝突または事故を回避するために車両の一部（例えば、制動システムまたは操舵システム）を自動的に制御するＡＤＡＳの一部であってもよい。ライダーシステム１００は、車間距離制御（アダプティブクルーズコントロール）、自動ブレーキ、自動駐車、衝突回避を提供し、運転者に対して危険または他の車両について警告し、車両を正しい車線に維持し、または物体または他の車両が死角にある場合に警告を提供する車両ＡＤＡＳの一部であってもよい。
いくつかの実施形態において、１つまたは複数のライダーシステム１００は、自動運転システムの一部として車両に組み込まれるものである。例示的な実施形態において、ライダーシステム１００は、周囲の環境に関する情報を自動運転システムに提供する。自動運転システムは、１つ以上のコンピュータシステムを含むものであってもよく、コンピュータシステムは、ライダーシステム１００から周辺環境に関する情報を受信し、受信した情報を分析し、車両の運転システム（例えば、ハンドル、アクセル、ブレーキ、または方向指示器）に制御信号を提供する。例えば、自動運転車両に組み込まれたライダーシステム１００は、点群を０．１秒ごとに自動運転システムに提供するものであってもよい（例えば、点群は１０Ｈｚの更新レートを有する。これは、１秒当たり１０フレームを表す）。自動運転システムは、受信した点群を分析して、複数のターゲット１３０と、そのそれぞれの位置、距離、または速度を検知または識別するものであってもよく、自動運転システムは、この情報に基づいて制御信号を更新するものであってもよい。一例として、ライダーシステム１００が、減速または停止している先行車両を検出した場合、自動運転システムは、アクセルを解放してブレーキをかけるように指令を送信するものであってもよい。
自動運転車両は、自律走行車両、ドライバーレスカー、セルフドライビングカー、ロボットカー、または無人車両と呼ばれる場合もある。自動運転車両は、その環境を感知し、人間の入力をほとんどまたは全く必要とすることなく車両をナビゲートまたは運転するように構成された車両であってもよい。例えば、自動運転車両は、どの時点においても運転者による車両の制御を期待することなく、全行程の安全上重要な機能（例えば、運転、操舵、制動、駐車）を制御または実行しつつ、任意の適切な場所まで運転するように構成されるものであってもよい。別の例として、自動運転車両は、特定の環境（例えば、高速道路上）において運転者が運転作業から安全に注意を逸らすことを可能にするものであってもよく、または、自動運転車両は、運転者からの入力または注意をほとんどまたは全く必要とすることなく、一部の環境を除いた全ての環境における車両の制御を提供するものであってもよい。
自動運転車両は、車両内に運転者が存在する状態で運転するように構成されていてもよく、運転者が存在しない状態で車両を運転するように構成されていてもよい。一例として、自動運転車両は、関連する操作部（例えば、ハンドル、アクセルペダル、ブレーキペダル）を有する運転席を含むものであってもよく、運転席に着いている人がいない状態で、または運転席に着いている人からの入力がほとんどない状態で、運転するように構成されるものであってもよい。別の例として、自動運転車両は、運転席または関連する運転者の制御装置を含まないように構成されていてもよく、人間の入力なしで実質的にすべての運転機能（例えば、運転、操舵、制動、駐車、及びナビゲーション）を実行するように構成されていてもよい。別の例として、自動運転車両は、運転者なしで運用されるように構成されていてもよい（例えば、車両は、車両内に存在する運転者なしで人間の乗客または貨物を輸送するように構成されていてもよい）。別の例として、自動運転車両は、人間の乗客なしで動作するように構成されていてもよい（例えば、車両は、車両に人間の乗客を乗せることなく貨物を輸送するように構成されていてもよい）。
いくつかの実施形態において、ライダーシステムの光源は、スキャナ及び受光器などのライダーシステムの他の構成要素のいくつかから離れて配置される。さらに、車両に実装されたライダーシステムは、スキャナの数及び受光器の数よりも少ない数の光源を含むものであってもよい。
図９は、レーザーセンサリンク３２０が、レーザー３００とセンサ３１０との間に結合された光リンク３３０及び電気リンク３５０を含む例示的な構成を示している。レーザー３００は、光のパルスを出射するように構成されていてもよく、レーザーシステム、レーザーヘッド、または光源と呼ばれる場合もある。レーザー３００は、図１に示して上述した光源１１０と実質的に同じものを含んでいてもよく、その一部であってもよく、同様のものであってもよく、実質的に同じものであってもよい。さらに、スキャナ３０２、受光器３０４、コントローラ３０６、及びミラー３０８は、上述したスキャナ１２０、受光器１４０、コントローラ１５０、及びミラー１１５と同様のものであってもよい。図９の例では、レーザー３００は、レーザーセンサリンク３２０（リンクと呼ばれる場合もある）によって、離れて配置されたセンサ３１０に結合されている。センサ３１０（センサヘッドと呼ばれる場合もある）は、ミラー３０８、スキャナ３０２、受光器３０４、及びコントローラ３０６を含むものであってもよい。例示的な実施形態において、レーザー３００は、パルスレーザーダイオード（例えば、パルスＤＦＢレーザー）と後続の光増幅器を含み、レーザー３００からの光は、適切な長さのレーザーセンサリンク３２０の光ファイバーによって、離れて配置されたセンサ３１０内のスキャナ１２０に伝達される。
レーザーセンサリンク３２０は、任意の適切な数（例えば、０、１、２、３、５、または１０）の光リンク３３０と任意の適切な数（例えば、０、１、２、３、５、または１０）の電気リンク３５０とを含むものであってもよい。図９に示された例示的な構成では、レーザーセンサリンク３２０は、レーザー３００から出力コリメータ３４０への１つの光リンク３３０と、レーザー３００をコントローラ１５０に接続する１つの電気リンク３５０とを含む。光リンク３３０は、レーザー３００とセンサ３１０との間で光を伝達、搬送、輸送、または伝送する光ファイバー（光ファイバーケーブルまたはファイバーと呼ばれる場合もある）を含むものであってもよい。光ファイバーは、例えば、シングルモード（ＳＭ）ファイバー、マルチモード（ＭＭ）ファイバー、ラージモードエリア（ＬＭＡ）ファイバー、偏波保持（ＰＭ）ファイバー、フォトニック結晶またはフォトニックバンドギャップファイバー、利得ファイバー（例えば、光増幅器で使用するための希土類添加光ファイバー）、またはこれらの任意の適切な組み合わせであってもよい。出力コリメータ３４０は、光リンク３３０によってレーザー３００から伝達された光パルスを受信し、光パルスを含む自由空間光ビーム３１２を生成する。出力コリメータ３４０は、自由空間光ビーム３１２を、ミラー３０８を通じてスキャナ３０２に方向付ける。
電気リンク３５０は、レーザー３００とセンサ３１０との間で電力及び／または１つ以上の電気信号を伝達または伝送する電気ワイヤまたはケーブル（例えば、同軸ケーブルまたはツイストペアケーブル）を含むものであってもよい。例えば、レーザー３００は、レーザー３００に電力を供給する電源またはパワーコンディショナを含むものであってもよく、さらに、電源またはパワーコンディショナは、１つ以上の電気リンク３５０を介して、センサ３１０の１つ以上の構成要素（例えば、スキャナ３０４、受光器３０４、及び／またはコントローラ３０６）に電力を供給するものであってもよい。いくつかの実施形態において、電気リンク３５０は、アナログ形式またはデジタル形式のデータまたは情報を含む電気信号を伝達するものであってもよい。さらに、電気リンク３５０は、センサ３１０からレーザー３００にインターロック信号を提供するものであってもよい。コントローラ３０６がセンサ３１０またはライダーシステム全体の問題を示す故障状態を検出した場合、コントローラ３０６は、インターロック線上の電圧を（例えば、５Ｖから０Ｖに）変化させるものであってもよく、これは、レーザー３００がシャットダウンするか、発光を停止するか、または発光のパワーまたはエネルギーを減少させるべきであることを示すものである。故障状態は、スキャナ３０２の故障、受光器３０４の故障、またはセンサ３１０の距離閾値内(例えば、０．１ｍ、０．５ｍ、１ｍ、５ｍ、または任意の他の適切な距離内)に人または物体が入ることによって引き起こされるものであってもよい。
上述したように、ライダーシステムは、ターゲットまでの距離Ｄを決定するための１つ以上のプロセッサを含むことができる。図９に図示された実施形態では、コントローラ３０６は、レーザー３００内に配置されてもよく、センサヘッド３１０内に配置されてもよい。また、コントローラ１５０の一部が、レーザー３００とセンサヘッド３１０との間で分散されるものであってもよい。例示的な実施形態において、ライダーシステムの各センサヘッド３１０は、受光器３０４からの信号または受光器３０４のＡＰＤまたはＳＰＡＤからの信号を受信または処理するように構成された電子機器（例えば、電子フィルタ、トランスインピーダンス増幅器、閾値検出器、または時間-デジタル（ＴＤＣ）変換器）を含む。さらに、レーザー３００は、電気リンク３５０を介してセンサヘッド３１０から受信した信号に基づいて、飛行時間値またはターゲットまでの距離を決定するように構成された処理用電子機器を含むものであってもよい。
次に、図１０は、ライダーシステム３５１を備えた例示的な車両３５４を示すものであり、ライダーシステム３５１は、レーザー３５２と複数のセンサヘッド３６０を含み、複数のセンサヘッド３６０は、複数のレーザーセンサリンク３７０を介してレーザー３５２に結合されている。いくつかの実施形態において、レーザー３５２及びセンサヘッド３６０は、上述したレーザー３００及びセンサ３１０と同様のものであってもよい。例えば、レーザーセンサリンク３７０の各々は、１つ以上の光リンク及び／または１つ以上の電気リンクを含んでいてもよい。図１０のセンサヘッド３６０は、車両の周囲の環境の３０度よりも大きい動眼視野を提供するように配置または配向されている。より一般的には、複数のセンサヘッドを有するライダーシステムは、約３０°、約４５°、約６０°、約９０°、約１２０°、約１８０°、約２７０°、または約３６０°の車両の周囲の水平動眼視野を提供するものであってもよい。各センサヘッドは、バンパー、フェンダー、グリル、サイドパネル、スポイラー、ルーフ、ヘッドライトアセンブリ、テールライトアセンブリ、バックミラーアセンブリ、ボンネット、トランク、ウィンドウ、または車両の任意の他の好適な部分に取り付けられるまたは組み込まれるものであってもよい。
図１０の例では、４つのセンサヘッド３６０は、車両の４つの角部またはその近傍に配置されており（例えば、センサヘッドは、ライトアセンブリ、サイドパネル、バンパー、またはフェンダーに組み込まれるものであってもよい）、レーザー３５２は、車両内（例えば、トランク内またはその近傍）に配置されるものであってもよい。４つのセンサヘッド３６０は、それぞれ９０°から１２０°の水平動眼視野（ＦＯＲ）を提供するものであってもよく、４つのセンサヘッド３６０は、合わせて車両の全周３６０度の視野を提供するように配向されているものであってもよい。別の例として、ライダーシステム３５１は、車両上または車両の周囲に配置された６つのセンサヘッド３６０を含み、センサヘッド３６０の各々は、６０°から９０°の水平ＦＯＲを提供するものであってもよい。別の例として、ライダーシステム３５１は、８個のセンサヘッド３６０を含み、センサヘッド３６０の各々は、４５°から６０°の水平ＦＯＲを提供するものであってもよい。さらに別の例として、ライダーシステム３５１は、６個のセンサヘッド３６０を含み、センサヘッド３６０の各々は、隣接するＦＯＲ間に約１０°の重なりを有する７０°の水平ＦＯＲを提供するものであってもよい。別の例として、ライダーシステム３５１は、合わせて３０°以上の水平ＦＯＲを提供する２つのセンサヘッド３６０を含むものであってもよい。
センサヘッド３６０の各々からのデータは、車両の周囲の３０度以上の水平動眼視野に広がる点群を生成するために、組み合わされるか、または繋ぎ合わされるものであってもよい。例えば、レーザー３５２は、センサヘッド３６０の各々から（例えば、対応する電気リンク３７０を介して）データを受信し、受信したデータを処理して、車両の周囲３６０度の水平動眼視野に広がる点群を構築するか、または１つ以上のターゲットまでの距離を決定するためのコントローラまたはプロセッサを含むものであってもよい。点群または点群からの情報は、対応する電気、光、または無線リンク３７０を介して車両コントローラ３７２に提供されるものであってもよい。いくつかの実施形態において、点群は、レーザー３５２内に含まれるコントローラで複数のセンサヘッド３６０の各々からのデータを組み合わせることによって生成され、車両コントローラ３７２に提供される。他の実施形態では、複数のセンサヘッド３６０の各々は、車両の周囲の３６０度の水平動眼視野の一部について点群を構築し、それぞれの点群を車両コントローラ３７２に提供するコントローラまたはプロセッサを含んでいる。次に、車両コントローラ３７２は、それぞれのセンサヘッド３６０からの点群を組み合わせてまたは繋ぎ合わせて、３６０度の水平動眼視野に広がる結合された点群を構築する。さらに、いくつかの実施形態では、車両コントローラ３７２は、点群データを処理するためにリモートサーバと通信するものである。
いずれの場合でも、車両３５４は、車両コントローラ３７２が、車両３５４内の様々な構成要素３９０に制御信号を提供して、車両３５４を操縦するか、そうでなければ車両３５４の動作を制御する自動運転車両とすることができる。図１０において、構成要素３９０は、説明を容易にすることのみを目的として拡大して示されている。構成要素３９０は、アクセル３７４、ブレーキ３７６、車両エンジン３７８、操舵機構３８０、ブレーキライト、ヘッドライト、リバースライト、非常灯などのライト３８２、ギヤセレクタ３８４、及び／または車両３５４に動作を実施させ、かつその動作を制御する他の好適な構成要素を含んでもよい。ギヤセレクタ３８４は、パークギヤ、リバースギヤ、ニュートラルギヤ、ドライブギヤ、等々を含むものであってもよい。各構成要素３９０は、「速度を増大させる」、「速度を減少させる」、「５度左折する」、「左の方向指示器を始動する」、等々のような指令を車両コントローラ３７２から受信し、場合によっては車両コントローラ３７２に対してフィードバックを提供するインターフェースを含むものであってもよい。
いくつかの実施形態において、車両コントローラ３７２は、リンク３７０を介してレーザー３５２またはセンサヘッド３６０から点群データを受信し、受信した点群データを分析して、複数のターゲット１３０及びそのそれぞれの位置、距離、速度、形状、サイズ、ターゲットのタイプ（例えば、車両、人間、樹木、動物）、等々を検出または識別する。次に、車両コントローラ３７２は、分析された情報に基づいて車両の動作を制御するために、リンク３７０を介して構成要素３９０に制御信号を提供する。例えば、車両コントローラ３７２は、点群データに基づいて交差点を識別し、その交差点が左折を行うために適切な位置であると判定するものであってもよい。したがって、車両コントローラ３７２は、適切な左折を行うための制御信号を操舵機構３８０、アクセル３７４、及びブレーキ３７６に提供するものであってもよい。別の例では、車両コントローラ３７２は、点群データに基づいて信号機を識別し、車両３５４が停止する必要があると判定するものであってもよい。その結果、車両コントローラ３７２は、アクセル３７４を解放し、ブレーキ３７６を適用するための制御信号を提供するものであってもよい。
車両３５４は、構成要素３９０に加えて、車両コントローラ３７２に通信的に結合可能なセンサ及びリモートシステムインターフェース３９１を備えるものであってもよい。構成要素３９１は、慣性計測ユニット（ＩＭＵ）３９２、通信ネットワークを介してリモートサーバから地図データを取得するための地理情報システム（ＧＩＳ）インターフェース３０４、全地球測位サービス（ＧＰＳ）受信器のような測位ユニット３９６、等々を含むものであってもよい。車両コントローラ３７２は、場合によっては、構成要素３９１からのデータをライダーシステム３５１に提供するものである。
受光器の例示的な実施形態
図１１は、例示的なＩｎＧａＡｓアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）４００を示している。図１に戻って参照すると、受光器１４０は、ビーム１３５のような入力光からの光を受信して検出するように構成された１つ以上のＡＰＤ４００を含むものであってもよい。より一般的には、ＡＰＤ４００は、入力光の任意の適切な受光器で動作することができる。ＡＰＤ４００は、ＡＰＤ４００が動作するライダーシステムから射程に沿って位置するターゲットによって散乱される光のパルスの一部を検出するように構成されるものであってもよい。例えば、ＡＰＤ４００は、図１に示されたターゲット１３０によって散乱された光のパルスの一部を受信し、受信した光のパルスに対応する電流信号を生成するものであってもよい。
ＡＰＤ４００は、例えば、シリコン、ゲルマニウム、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、またはリン化インジウム（ＩｎＰ）などの任意の適切な半導体材料のドープ層または非ドープ層を含むものであってもよい。さらに、ＡＰＤ４００は、ＡＰＤ４００を電気回路に結合するための上部電極４０２及び下部電極４０６を含むものであってもよい。例えば、ＡＰＤ４００は、ＡＰＤ４００に逆バイアス電圧Ｖを供給する電圧源に電気的に結合されていてもよい。さらに、ＡＰＤ４００は、ＡＰＤ４００によって生成された電流を受信し、受信した電流に対応する出力電圧信号を生成するトランスインピーダンス増幅器に電気的に結合されていてもよい。上部電極４０２または下部電極４０６は、例えば、金属（例えば、金、銅、銀、またはアルミニウム）、透明導電性酸化物（例えば、酸化インジウムスズ）、カーボンナノチューブ材料、またはポリシリコンなどの任意の適切な導電性材料を含むものであってもよい。いくつかの実施形態において、上部電極４０２は、部分的に透明であるか、または入力光４１０がＡＰＤ４００の活性領域に通過することを可能にする開口部を有する。図１１において、上部電極４０２は、ＡＰＤ４００の活性領域を少なくとも部分的に取り囲むリング形状を有していてもよい。ここで、活性領域とは、ＡＰＤ４００が入力光４１０を受信して検出することができる領域を指すものである。活性領域は、例えば、約２５μｍ、約５０μｍ、約８０μｍ、約１００μｍ、約２００μｍ、約５００μｍ、約１ｍｍ、約２ｍｍ、または約５ｍｍの直径のような任意の適切なサイズまたは直径ｄを有するものであってもよい。
ＡＰＤ４００は、任意の適切なドーピングされた材料（例えば、ｎ型にドーピングされた材料、ｐ型にドーピングされた材料、または非ドープの真性材料）を有する任意の適切な半導体層の任意の適切な組み合わせを含むものであってもよい。図１１の例では、ＩｎＧａＡｓのＡＰＤ４００は、ｐ型にドーピングされたＩｎＰ層４２０、ＩｎＰアバランシェ層４２２、ｎ型にドーピングされたＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰを有する吸収層４２４、及び、ｎ型にドーピングされたＩｎＰ基板層４２６を含んでいる。実施形態によっては、ＡＰＤ４００は、別個の吸収層及びアバランシェ層を含んでいてもよく、または単一の層が吸収領域とアバランシェ領域の両方として機能するものであってもよい。ＡＰＤ４００は、ＰＮダイオードまたはＰＩＮダイオードとして電気的に動作してもよく、その動作中、ＡＰＤ４００は、上部電極４０２に対して下部電極４０６に印加される正の電圧Ｖで逆バイアスされるものであってもよい。印加される逆バイアス電圧Ｖは、例えば約５Ｖ、約１０Ｖ、約２０Ｖ、約３０Ｖ、約５０Ｖ、約７５Ｖ、約１００Ｖ、または約２００Ｖのような任意の適切な値を有するものであってもよい。
図１１において、入力光４１０の光子は、主に吸収層４２４において吸収されてもよく、その結果、電子-正孔対（これは、光生成キャリアと呼ばれる場合もある）が生成される。例えば、吸収層４２４は、ライダーシステム１００の動作波長（例えば、約１４００ｎｍから約１６００ｎｍの間の任意の適切な波長）に対応する光子を吸収するように構成されるものであってもよい。アバランシェ層４２２では、吸収層４２４で生成されたキャリア（例えば、電子または正孔）が吸収層４２４の半導体格子と衝突し、衝撃イオン化によって追加のキャリアが生成されるアバランシェ増倍過程が発生する。このアバランシェ過程は、１つの光生成キャリアが複数のキャリアの生成をもたらすように多数回繰り返され得る。一例として、吸収層４２４で吸収された単一の光子は、アバランシェ増倍過程によって、約１０、約５０、約１００、約２００、約５００、約１０００、約１００００、または他の任意の適切な数のキャリアの生成をもたらすものであってもよい。ＡＰＤ４００で生成されたキャリアは、信号増幅、サンプリング、フィルタリング、信号調整、アナログ-デジタル変換、時間-デジタル変換、パルス検出、閾値検出、立ち上がりエッジ検出、または立ち下がりエッジ検出を実行し得る電気回路に結合された電流を生成するものであってもよい。
単一の光生成キャリアから生成されるキャリアの数は、印加された逆バイアスＶが増大するにつれて増加し得る。印加された逆バイアスＶが、ＡＰＤ降伏電圧と呼ばれる特定の値を超えて増大した場合、単一のキャリアが、自己持続的アバランシェ過程を発生させることができる（例えば、ＡＰＤ４００の出力は、入力光のレベルに関わらず飽和する）。降伏電圧以上で動作するＡＰＤ４００は、単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）と呼ばれ、ガイガーモードまたは光子計数モードで動作すると呼ばれる場合もある。降伏電圧未満で動作するＡＰＤ４００は、線形ＡＰＤと呼ばれるものであってもよく、ＡＰＤ４００で生成された出力電流は、増幅回路（例えば、トランスインピーダンス増幅器）に送られるものであってもよい。受光器１４０（図１参照）は、ＳＰＡＤとして動作するように構成されたＡＰＤと、ＳＰＡＤでアバランシェ事象が発生したときにＳＰＡＤに印加される逆バイアス電圧を低減するように構成されたクエンチング回路とを含むものであってもよい。ＳＰＡＤとして動作するように構成されたＡＰＤ４００は、アバランシェ検出事象が発生したときに、印加電圧Ｖを降伏電圧未満に低減するように構成された電子クエンチング回路に結合されていてもよい。印加電圧の低減は、アバランシェ過程を停止させることができ、印加された逆バイアス電圧は、その後のアバランシェ事象を待つために再設定されるものであってもよい。さらに、ＡＰＤ４００は、アバランシェ事象が発生したときに電気出力パルスまたはエッジを生成する回路に結合されるものであってもよい。
いくつかの実施形態において、ＡＰＤ４００またはトランスインピーダンス増幅器を伴うＡＰＤ４００は、１００個の光子、５０個の光子、３０個の光子、２０個の光子、または１０個の光子以下であるノイズ等価電力（ＮＥＰ）を有する。例えば、ＡＰＤ４００は、ＳＰＡＤとして動作し、２０個の光子以下のＮＥＰを有するものであってもよい。別の例として、ＡＰＤ４００は、５０個の光子以下のＮＥＰを有する出力電圧信号を生成するトランスインピーダンス増幅器に結合されるものであってもよい。ＡＰＤ４００のＮＥＰは、ＡＰＤ４００が検出することができる最小の信号（または最小の光子数）に関してＡＰＤ４００の感度を定量化する測度である。ＮＥＰは、信号対ノイズ比が１の結果となる光パワー（または光子数）に対応するものであってもよく、または、ＮＥＰは、光信号が検出される可能性がある閾値を超える光子数を表すものであってもよい。例えば、ＡＰＤ４００が２０個の光子のＮＥＰを有する場合、２０個の光子を有する入力ビーム４１０は、約１の信号対ノイズ比で検出され得る（例えば、ＡＰＤ４００は、入力ビーム４１０から２０個の光子を受信し、約１の信号対ノイズ比を有する入力ビーム４１０を表す電気信号を生成し得る）。同様に、１００個の光子を有する入力ビーム４１０は、約５の信号対ノイズ比で検出され得る。いくつかの実施形態において、１００個の光子、５０個の光子、３０個の光子、２０個の光子、または１０個の光子以下のＮＥＰを有するＡＰＤ４００（またはＡＰＤ４００とトランスインピーダンス増幅器の組み合わせ）を有するライダーシステム１００は、ＰＮまたはＰＩＮフォトダイオードを使用する従来のライダーシステムと比較して、改善された検出感度を提供する。例えば、従来のライダーシステムで使用されるＩｎＧａＡｓのＰＩＮフォトダイオードは、約１０４から約１０５個の光子のＮＥＰを有するものであってもよく、ＩｎＧａＡｓのＰＩＮフォトダイオードを使用するライダーシステムにおけるノイズレベルは、ＩｎＧａＡｓのＡＰＤ検出器４００を使用するライダーシステム１００におけるノイズレベルよりも１０３から１０４倍大きい可能性がある。
図１に戻って参照すると、光学フィルタが受光器１４０の前に配置され、光源１１０の１つ以上の動作波長の光を透過させ、周囲の波長の光を減衰させるように構成されるものであってもよい。例えば、光学フィルタは、図１１のＡＰＤ４００の前に配置された自由空間スペクトルフィルタであってもよい。このスペクトルフィルタは、光源１１０の動作波長（例えば、約１５３０ｎｍから約１５６０ｎｍの間）の光を透過させ、その波長範囲外の光を減衰させるものであってもよい。より具体的な例として、約４００ｎｍから約１５３０ｎｍまたは約１５６０ｎｍから約２０００ｎｍの波長を有する光は、例えば、少なくとも５ｄＢ、１０ｄＢ、２０ｄＢ、３０ｄＢ、または４０ｄＢのような任意の適切な量だけ減衰されるものであってもよい。
次に、図１２は、例示的なパルス検出回路５０４に結合されたＡＰＤ５０２を示している。ＡＰＤ５０２は、図１１を参照して上述したＡＰＤ４００と同様のものであってもよく、他の任意の適切な検出器であってもよい。パルス検出回路５０４は、図１のライダーシステムにおいて、受光器１４０の一部として動作することができる。さらに、パルス検出回路５０４は、図２の受光器１６４、図９の受光器３０４、または任意の他の適切な受光器内で動作することができる。代わりに、パルス検出回路５０４は、コントローラ１５０、コントローラ３０６、または別の好適なコントローラ内で実施することができる。いくつかの実施形態において、パルス検出回路５０４の一部は受光器内で動作し、パルス検出回路５０４の他の部分はコントローラ内で動作することができる。例えば、構成要素５１０及び５１２は、受光器１４０の一部であってもよく、構成要素５１４及び５１６は、コントローラ１５０の一部であってもよい。
パルス検出回路５０４は、検出器からの信号（例えば、ＡＰＤ５０２からの電流）を受信し、電流-電圧変換、信号増幅、サンプリング、フィルタリング、信号調整、アナログ-デジタル変換、時間-デジタル変換、パルス検出、閾値検出、立ち上がりエッジ検出、または立ち下がりエッジ検出を実行する回路を含むものであってもよい。パルス検出回路５０４は、光パルスがＡＰＤ５０２によって受信されたかどうかを判別するものであってもよく、ＡＰＤ５０２による光パルスの受信に関連する時間を決定するものであってもよい。さらに、パルス検出回路５０４は、受信した光パルスの持続時間を決定するものであってもよい。例示的な実施形態では、パルス検出回路５０４は、トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）５１０、利得回路５１２、比較器５１４、及び時間-デジタル変換器（ＴＤＣ）５１６を含む。
ＴＩＡ５１０は、ＡＰＤ５０２から電流信号を受信し、受信した電流信号に対応する電圧信号を生成するように構成されるものであってもよい。例えば、ＡＰＤ５０２は、受信した光パルスに応答して、光パルスに対応する電流パルスを生成するものであってもよい。ＴＩＡ５１０は、ＡＰＤ５０２から電流パルスを受信し、受信した電流パルスに対応する電圧パルスを生成するものであってもよい。また、ＴＩＡ５１０は、電子フィルタとして機能するものであってもよい。例えば、ＴＩＡ５１０は、特定の周波数（例えば、１ＭＨｚ、１０ＭＨｚ、２０ＭＨｚ、５０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、２００ＭＨｚ、または他の適切な周波数）よりも高い周波数の信号を減衰させることにより、高周波の電気ノイズを除去または減衰させるローパスフィルタとして構成されるものであってもよい。
利得回路５１２は、電圧信号を増幅するように構成されるものであってもよい。一例として、ガイン回路５１２は、ＴＩＡ５１０から受信した電圧信号を増幅する１つ以上の電圧増幅段階を含むものであってもよい。例えば、利得回路５１２は、ＴＩＡ５１０から電圧パルスを受信するものであってもよく、利得回路５１２は、その電圧パルスを、例えば、約３ｄＢ、約１０ｄＢ、約２０ｄＢ、約３０ｄＢ、約４０ｄＢ、または約５０ｄＢの利得などの、任意の適切な量だけ増幅するものであってもよい。さらに、利得回路５１２は、電気ノイズを除去または減衰させるように構成された電子フィルタとして機能するものであってもよい。
比較器５１４は、ＴＩＡ５１０または利得回路５１２から電圧信号を受信し、受信した電圧信号が特定の閾値電圧ＶＴを超えて上昇するかまたは下回って下降するときに、電気的エッジ信号（例えば、立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジ）を生成するように構成されるものであってもよい。別の例として、比較器５１４は、受信電圧がＶＴを超えて上昇するとき、立ち上がりエッジのデジタル電圧信号(例えば、約０Ｖから約２．５Ｖ、約３．３Ｖ、約５Ｖ、または任意の他の適切なデジタルハイレベルまでステップアップする信号)を生成するものであってもよい。別の例として、比較器５１４は、受信した電圧がＶＴを下回ると、立下りエッジのデジタル電圧信号(例えば、約２．５Ｖ、約３．３Ｖ、約５Ｖ、または任意の他の適切なデジタルハイレベルから約０Ｖにステップダウンする信号)を生成するものであってもよい。比較器５１４によって受信される電圧信号は、ＴＩＡ５１０または利得回路５１２から受信されるものであってもよく、ＡＰＤ５０２によって生成される電流信号に対応するものであってもよい。例えば、比較器５１４によって受信される電圧信号は、光パルスを受信することに応答してＡＰＤ５０２によって生成される電流パルスに対応する電圧パルスを含むものであってもよい。比較器５１４によって受信される電圧信号は、アナログ信号であってもよく、比較器５１４によって生成される電気的エッジ信号は、デジタル信号であってもよい。
時間-デジタル変換器（ＴＤＣ）５１６は、比較器５１４から電気的エッジ信号を受信し、光源による光のパルスの出射と電気的エッジ信号の受信との間の時間間隔を決定するように構成されるものであってもよい。ＴＤＣ５１６の出力は、ＴＤＣ５１６によって決定された時間間隔に対応する数値であってもよい。いくつかの実施形態において、ＴＤＣ５１６は、例えば、５ｐｓ、１０ｐｓ、１５ｐｓ、２０ｐｓ、３０ｐｓ、５０ｐｓ、１００ｐｓ、０．５ｎｓ、１ｎｓ、２ｎｓ、５ｎｓ、または１０ｎｓのような、任意の適切な周期を有する内部カウンタまたはクロックを有する。例えば、ＴＤＣ５１６は、２０ｐｓの周期を有する内部カウンタまたはクロックを有するものであってもよく、ＴＤＣ５１６は、パルスの出射と受信の間の時間間隔が、約０．５マイクロ秒の時間間隔に対応する２５，０００回分の周期に等しいことを決定するものであってもよい。図１に戻って参照すると、ＴＤＣ５１６は、数値「２５０００」をライダーシステム１００のプロセッサまたはコントローラ１５０に送信するものであってもよく、このプロセッサは、ＴＤＣ５１６によって決定された時間間隔に少なくとも部分的に基づいて、ライダーシステム１００からターゲット１３０までの距離を決定するように構成されたプロセッサを含んでいてもよい。プロセッサは、ＴＤＣ５１６から数値（例えば、「２５０００」）を受信するものであってもよく、プロセッサは、受信した数値に基づいて、ライダーシステム１００からターゲット１３０までの距離を決定するものであってもよい。
ファイバーレーザーの例示的な実施形態
図１３は、図１のライダーシステムまたは同様のライダーシステムにおける光源１１０として動作することができる例示的な光源５２０を示している。光源５２０は、シードレーザー５２２及び増幅器５２４を含む。様々な実施形態における光源５２０は、１つ以上のシードレーザー５２２または１つ以上の増幅器５２４を含む。シードレーザー５２０は、（１）パルス発生器によって駆動されるレーザーダイオード（例えば、ＤＦＢレーザー）、（２）複数の波長で光を生成するように構成された波長調整可能なレーザー、（３）複数の波長のそれぞれで光を生成するように構成された複数のレーザーダイオード、または、（４）任意の他の適切なレーザー光源を含むものであってもよい。シードレーザー５２２は、低出力の光パルスを生成するものであってもよく、１つ以上の光増幅器５２４は、低出力の光パルスを増幅し、増幅された光パルスを生成するように構成されるものであってもよい。増幅された光パルスは、出力ビーム１２５として出射されるものであってもよい。一例として、増幅器５２４は、１マイクロワット以上の平均パワーを有する光シードパルスを受信するものであってもよく、増幅器５２４からの増幅された出力パルスは、１ｍＷ以上の平均パワーを有するものであってもよい。別の例として、増幅器５２４は、１ｐＪ以上のパルスエネルギーを有する光シードパルスを受信するものであってもよく、増幅器５２４からの増幅された出力パルスは、０．１μＪ以上のパルスエネルギーを有するものであってもよい。
増幅器５２４は、ファイバー増幅器、光増幅器、光ファイバー増幅器、光アンプ、またはアンプと呼ばれる場合もある。様々な実施形態において、増幅器５２４の全部または一部は、光源１１０に含まれるものであってもよい。増幅器５２４は、任意の適切な数の光増幅段階を含むものであってもよい。一例として、増幅器５２４は、１段、２段、３段、４段、または５段の光増幅段階を含むものであってもよい。一実施形態において、増幅器５２４は、光が増幅器５２４通じて１つのパスを形成するシングルパス増幅器を含む。別の実施形態では、増幅器５２４は、光が増幅器の利得媒体を通過して２つのパスを形成するダブルパス増幅器を含む。いくつかの実施形態において、増幅器５２４は、前置増幅器（例えば、レーザーダイオードまたはシードレーザー５２２からのシードパルスを増幅する増幅器）、中間増幅器（例えば、別の増幅器からの光を増幅する増幅器）、またはブースター増幅器（例えば、自由空間出力ビーム１２５をライダーシステムのスキャナに送る増幅器）として機能するものであってもよい。前置増幅器とは、一連の２つ以上の増幅器のうちの最初の増幅器を指すものであってもよく、ブースター増幅器とは、一連の増幅器のうちの最後の増幅器を指すものであってもよく、中間増幅器は、前置増幅器とブースター増幅器の間に位置する任意の増幅器を指すものであってもよい。
増幅器５２４は、例えば、約５ｄＢ、約１０ｄＢ、約２０ｄＢ、約３０ｄＢ、約４０ｄＢ、約５０ｄＢ、約６０ｄＢ、または約７０ｄＢの利得などの、任意の適切な量の光パワー利得を提供するものであってもよい。一例として、増幅器５２４（これは、２つ以上の別個の増幅段階を含んでいてもよい）は、１μＷの平均パワーを備えるパルスを受信し、５Ｗの平均パワーを備える増幅されたパルスを生成するものであってもよく、これは、約６７ｄＢの光パワー利得に対応する。別の例として、増幅器５２４は、それぞれが約２０ｄＢ以上の利得を有する２つ以上の増幅段階を含むものであってもよく、これは、約４０ｄＢ以上の全利得に対応する。別の例として、増幅器５２４は、それぞれ約３０ｄＢ、約２０ｄＢ、約１０ｄＢの利得を有する３つの増幅ステージ（例えば、前置臓腑機器、中間増幅器、及びブースター増幅器）を含むものであってもよく、これは、約６０ｄＢの全利得に対応する。
光源５２０において、光ファイバーは、増幅器５２４によって増幅された光パルスを、自由空間光ビーム１２５を生成する出力コリメータに伝達するものであってもよい。光ファイバーは、ある光学部品から別の光学部品へ光を伝達、搬送、輸送、または伝送するものであってもよく、光ファイバーケーブル、ファイバー、光リンク、光ファイバーリンク、またはファイバーリンクと呼ばれる場合もある。光ファイバーは、シングルモード（ＳＭ）ファイバー、ラージモードエリア（ＬＭＡ）ファイバー、マルチモード（ＭＭ）ファイバー、偏波保持（ＰＭ）ファイバー、フォトニック結晶またはフォトニックバンドギャップファイバー、利得ファイバー（例えば、光増幅器で使用するための希土類添加光ファイバー）、マルチクラッドファイバー（例えば、コア、内側クラッド、及び外側クラッドを有する二重クラッドファイバー）、または他の任意の適切な光ファイバー、またはそれらの任意の適切な組み合わせを含むものであってもよい。一例として、光ファイバーは、約８μｍのコア径と約１２５μｍのクラッド径を有するガラスＳＭファイバーを含むものであってもよい。別の例として、光ファイバーは、グラスファイバーの長さに沿って分布する孔の配列によって光が閉じ込められるかまたは導かれるフォトニック結晶ファイバーまたはフォトニックバンドギャップファイバーを含むものであってもよい。特定の実施形態では、光ファイバーの一端は、出力コリメータに結合されてもよく、出力コリメータに取り付けられていてもよく、出力コリメータで終端されていてもよい。出力コリメータは、レンズ、ＧＲＩＮレンズ、または光ファイバーケーブルから光を受け取り、自由空間光ビーム１２５を生成する光ファイバーコリメータを含むものであってもよい。
増幅器５２４は、図１４に図示されているように実施することができる。この例示的な実施形態における増幅器５２４は、ポンプレーザー５３０、ポンプ５３２、及び利得ファイバー５３４を含む。動作において、ポンプレーザー５３０は、利得ファイバー５３４をポンプするか、または利得ファイバー５３４にエネルギーを供給する。
光ポンピングされた利得ファイバー５３４は、利得ファイバー５３４を通過する光の特定の波長に光利得を提供する。ポンプ光と増幅されるべき光は、両方とも、実質的に利得ファイバー５３４のコアを通じて伝搬するものであってもよい。利得ファイバー５３４（光利得ファイバーと呼ばれる場合もある）は、例えば、エルビウム（Ｅｒ３＋）、ネオジム（Ｎｄ３＋）、イッテルビウム(Ｙｂ３＋)、プラセオジム(Ｐｒ３＋)、ホルミウム(Ｈｏ３＋)、ツリウム(Ｔｍ３＋)、または任意の他の適切な希土類元素、またはそれらの適切な組み合わせ、などの希土類イオンがドープされた光ファイバーであってもよい。希土類ドーパント（利得材料と呼ばれる場合もある）は、ポンプレーザー５３０からの光を吸収し、誘導放出を通じて特定の波長の光への増幅を提供する励起状態に「ポンピング」または励起される。励起状態の希土類イオンはまた、自発放出を通じて光子を出射するものであってもよく、その結果、増幅器５２４により増幅された自発出射（ＡＳＥ）光が生成される。例示的な実施形態において、エルビウムドープ型利得ファイバー５３４を有する増幅器５２４は、エルビウムドープ型ファイバー増幅器（ＥＤＦＡ）と呼ばれ、約１５２０ｎｍと約１６００ｎｍとの間の波長を有する光を増幅するために使用されるものであってもよい。いくつかの実施形態における利得ファイバー５３４は、エルビウムとイッテルビウムのドーパントの組み合わせでドープされており、Ｅｒ：Ｙｂ共ドープファイバー、Ｅｒ：Ｙｂグラスファイバー、Ｅｒ：Ｙｂファイバー、Ｅｒ：Ｙｂドープファイバー、エルビウム／イッテルビウムドープファイバー、またはＥｒ／Ｙｂ利得ファイバーと呼ばれる場合もある。Ｅｒ：Ｙｂ共ドープ利得ファイバーを有する増幅器５２４は、エルビウム／イッテルビウムドープファイバー増幅器（ＥＹＤＦＡ）と呼ばれるものであってもよい。ＥＹＤＦＡは、約１５２０ｎｍから約１６２０ｎｍの間の波長を有する光を増幅するために使用されるものであってもよい。イッテルビウムがドープされた利得ファイバー５３４は、イッテルビウムドープファイバー増幅器（ＹＤＦＡ）の一部であってもよい。ＹＤＦＡは、約１０００ｎｍから約１１３０ｎｍの間の波長を有する光を増幅するために使用されるものであってもよい。チュリウムでドープされた利得ファイバー５３４は、ツリウムがドープされたファイバー増幅器（ＴＤＦＡ）の一部であってもよい。ＴＤＦＡは、約１９００ｎｍから約２１００ｎｍの間の波長を有する光を増幅するために使用されるものであってもよい。
地面検出に基づいた走査パラメータの調整
図１５は、車両で動作するライダーシステムの動眼視野６００内の例示的なシーンを示している。動眼視野６００は、特定の水平方向の角度範囲と特定の垂直方向の角度範囲とを有する。動眼視野６００は、車両の前方の地面の領域に重なっている。動眼視野の対応する部分は、「地面部分」と呼ばれることがあり、ポリゴン６０２によって囲まれているように模式的に図示されている。シーンは、道路標示６０４を有する道路、この車両の右隣の車線内で道路上を走行する約１０メートル先の車両６０６、比較的低いかすめ角でライダーシステムによって照射され、動眼視野の地上部分によって覆われた比較的遠方の領域６０８、他の車両、樹木などの他の物体（ライダーシステムの最大範囲を超えたもの、等々を含む）を含む。車両６０６があるため、図１５に示されるように、動眼視野の地面部分６０２は、動眼視野６００の左側及び中央部において、より長い垂直方向の角度範囲を有している。
本明細書における「地面」とは、車両が走行している道路、特に車両の前方の道路部分を指す場合あるが、車両の側方や後方に位置する道路、さらには道路上またはその近傍に位置する任意の中央分離帯、歩道、路肩、横断歩道、または自転車道をも指す場合もある。これには、車両が位置する車線だけでなく、隣接する車線や路肩も含まれ得る。さらに、車両がトンネル内を走行している場合、壁や天井でさえも、道路標示と同様の標示を有する場合がある。ライダーシステムは、トンネルの壁、及びいくつかの実施形態またはシナリオでは、トンネルの天井を、動眼視野の地上部分として扱うことができる。したがって、１つの例示的なシナリオでは、地上部分は、壁（少なくともある高さまでの壁。この高さは、動的に決定されるものであってもよく、もしくは２ｍ、２．５ｍ、３ｍ、または任意の他の適切な値で固定されていてもよい）を含ませるために、動眼視野の左側及び右側に比較的長い垂直方向の角度範囲を有し、動眼視野の中央部にはより短い垂直方向の角度範囲を有する。
図１６は、動眼視野が地面部分を含む場合に１つ以上の走査パラメータを調整するための例示的な方法６２０のフローチャートであり、この方法は、ライダーシステムが実施することができる。例えば、方法６２０は、コントローラ１５０（図１）、コントローラ３０６（図９）、車両コントローラ３７２（図１０）等が実施することができる。いずれの場合でも、方法６２０は、非一時的なコンピュータ可読媒体に格納された、１つ以上のプロセッサによって実行可能な命令のセットとして実現することができる。以下の説明では、便宜上、地上の点までの距離を検出する、パルスパワーを選択する、走査レートを選択する、などのステップに関連して主にライダーシステムに言及するが、いくつかの実施形態において、これらの決定は、操縦及び他の方法で車両を制御することに関連した他の自動化された決定を担う自動運転車両のコントローラ（例えば、図１０の車両コントローラ３７２）が実施するものである。
方法６２０は、ブロック６２２で開始され、ここでは、動眼視野の地上部分が識別される。この目的のために、ライダーシステムは、動眼視野の以前の走査またはいくつかの以前の走査の間に収集されたデータを使用することができる。いくつかのケースでは、ライダーシステムは、点群を生成することができ、ライダーシステムのコントローラ、及び／またはライダーシステムが動作する自動運転車両のコントローラは、分類器を使用して、動眼視野の地面部分を識別することができる。他の実施形態では、ライダーシステムは、戻りパルスの形状を分析し、動眼視野の一部内で生成されたピクセルが、道路の表面上の位置に対応している可能性が高いか、またはそうでなければ地面上の位置に対応していると判別することができる。
代わりに、ライダーシステムは、特定の関心のある領域（関心領域）に向けられたパルスのセット内の累積エネルギー量を、個々のパルスに関連するエネルギー量（例えば、構成データの一部としてメモリに記憶されているものであってもよい）を、セット内のパルスの数に乗算することによって、決定することができる。次に、ライダーシステムは、後述するように、いくつかの場合に統計的外れ値を除去しながら、これらのパルスに対応する戻りパルスの累積エネルギー量を決定し、その領域が出射された光のうちどれだけの量を散乱させるかを判別することができる。このようにして、ライダーシステムは、領域の近似反射率の測度を取得し、この測度に基づいて、その領域が地面領域である可能性が高いかどうかを判別することができる。ライダーシステムは、場合によっては、戻りパルスが生じない測距事象及び高エネルギーの戻りパルスが生じる測距事象が、個別にまたは低エネルギーの戻りが生じる測距事象のより大きなセット内の小さなセットで発生した場合に、この戻りパルスが生じない測距事象及び高エネルギーの戻りが生じる測距事象のような統計的外れ値を除去することができる。例えば、ライダーシステムは、動眼視野内の連続した関心領域を定めるパルスの比較的大きなセット（例えば、動眼視野全体に及ぶ１つの走査フレーム内の総ピクセル数の３０％）を考慮し、関心領域の連続した領域は、散乱光の生成量が少なく、したがって平均反射率が低いと判断し、道路上の水たまりなどに対応する可能性のある高エネルギーの個々の戻りパルスまたは戻りパルスの小さなセットを外れ値として除去することができる。同様に、ライダーシステムは、一方では低量の散乱光に対応する戻りパルスと、他方ではライダーシステムの最大範囲を超える位置に配置された物体に向かって進行するパルスに対応する可能性のある戻りパルスの欠落とを区別するために、対応する測距事象に対する戻りパルスの欠落に対応する外れ値を除去することができる。
動眼視野のどの部分が地面と重なっているかを決定することに加えて、ライダーシステムは、ＩＦＯＶの経路に沿って地面上の点までの距離を決定することができ、これらの距離を、１つまたは複数の走査パラメータを調整する際に適用することができる。ライダーシステムは、例えば、動眼視野の最も低い走査ラインが２０メートル離れた地面上の点に対応することを決定し、この部分に対するライダーシステムの最大範囲が２０メートルであると仮定して、動眼視野のこの部分のためのパルス繰り返し周波数を調整することができる。
さらに、ライダーシステムは、他のセンサからのデータを使用して、動眼視野の地面部分を識別することができる。ライダーシステムのコントローラは、例えば、外部カメラ（例えば、図１のセンサ１５８に含まれるカメラ）からデータを受信することができ、または、車両コントローラ（例えば、図１０の車両コントローラ３７２）は、地面がライダーシステムのコントローラと相対的にどこにあるかの指示を提供することができる。
さらなる態様では、図１０のセンサ及びリモートシステムインターフェース３９１のような追加のセンサを備えた車両は、地上の点までの距離を決定するために、リモートＧＩＳシステムから受信した、またはローカルに保存された地形データと共に、位置データを使用することができる。
明確にするために図１７を参照すると、図１０の車両３５４が、下向き斜面６５０に沿って走行する場合、動眼視野の地面部分は、垂直方向の延長に沿って、全動眼視野のうちの比較的小さな割合を占め得る。一方、車両３５４が上向き斜面６６０に沿って走行する場合、図１８に示されているように、動眼視野の地面部分は、垂直方向の延長に沿って、全動眼視野のうちの比較的大きな割合を占め得る。下向き斜面６５０に沿って走行する車両３５４の場合、動眼視野内の地面上の最も近い点及び最も遠い点までの距離はｄｌ及びｄ２であり、図１７及び図１８に模式的に示されているように、これらの距離は道路地形に応じて変化し得る。さらに、異なる車両のライダーシステムは、地面の高さに対して異なる高さに取り付けられる可能性があり、これは、地面上の点までの距離にさらに影響を与え得る。
実施形態によっては、ライダーシステムは、動眼視野内で「地平線」が現れる垂直角度、すなわち、障害物がない場合に、地面が終わり、地面の上の領域が始まるところ、などの単一の境界線から動眼視野の地面部分を識別することができる。しかしながら、所望の場合、ライダーシステムは、図１５のポリゴン６０２のような、地面部分のより複雑な境界を認識するように構成することができる。但し、この場合、ライダーシステムは、垂直方向の延長と水平方向の延長の両方に沿って地面部分の境界を認識する必要があるかもしれない。したがって、ライダーシステムは、走査内の垂直方向及び水平方向の位置の両方を考慮して、走査パラメータを変化させるものであってもよい。
再び図１６を参照して、この方法の流れは、次にブロック６２４に進み、ここで、動眼視野の地面部分を走査するために、１つまたは複数の走査パラメータが調整される。上述したように、ライダーシステムは、動眼視野６００の地面部分６０２が走査されているか、または動眼視野６００の別の部分が走査されているかに応じて、走査レート（ラジアン毎秒、度毎秒、等々で測定され得る）、ライン密度、パルスエネルギー、パルス繰り返し周波数などの走査パラメータを調整することができる。これらの調整の結果、走査パターンの修正、パルスエネルギー分布の修正、またはその両方が生じる。このように、ライダーシステムは、光源、スキャナ、またはその両方に関連する走査パラメータを変化させることができる。様々な実施形態またはシナリオにおいて、ライダーシステムは、走査ラインの密度（ライン密度）を増大させ、（例えば、走査レートを減少させることによって、及び／または、予め定義された固定時間間隔ではなく、戻りパルスを検出することに応答して新しいパルスを出射するようにパルス繰り返し周波数を増加させることによって）水平解像度を増大させ、走査ラインの密度及び水平解像度の両方を増大させるものであってもよい。本明細書で説明されるように、ライダーシステムは、スキャナの１つまたは複数のミラーが旋回、回転、またはそうでなければ移動する速度を制御することによって、走査レート及びライン密度を変更することができる。
いくつかの実施形態において、光源は、動眼視野にわたって走査される出射された光パルスを直接生成するダイレクトエミッタレーザーダイオードである（例えば、レーザーダイオードからの光パルスは、光増幅器によって増幅されない）。一般に、光源がダイレクトエミッタレーザーダイオードを含む場合、ライダーシステムは、（例えば、レーザーダイオードの熱破損または出力ファセットへの光学的損傷が生じないことを確保するために）レーザーダイオードの最大耐電力特性を超えない限り、パルスエネルギー及びパルス繰り返し周波数を互いに独立して変化させることができる。
代わりに、光源は、図１３の光源５２０として実現され、パルスレーザーダイオードに続く１つ以上の光増幅器を含むものであってもよい。この場合のライダーシステムは、パルスエネルギーをパルス繰り返し周波数にほぼ反比例して変化させるものである。したがって、パルス繰り返し周波数が増加すると、パルスエネルギーは減少する。より具体的な例として、ライダーシステムは、パルス繰り返し周波数を２倍にして、それに応じてパルスエネルギーを約２分の１に減少させるものであってもよい。より高いパルスエネルギーが望まれる場合、ライダーシステムは、減少したパルス繰り返し周波数でファイバーレーザーを動作させる必要がある可能性がある。
一実施形態において、ライダーシステムは、ポンプレーザーのパワーを動的に変化させる（すなわち、ファイバー増幅器内の光利得ファイバーに光ポンピングを提供する１つ以上のポンプレーザーダイオードのパワーを変化させる）ことによって、この制限に対処する。図１４を参照すると、例えば、ライダーシステムは、ポンプレーザー５３０のパワーを変化させることができる。したがって、ライダーシステムは、パルス繰り返し周波数を減少させることなく、より高いパルスエネルギーを得るために、利得ファイバー５３４に供給されるポンプレーザーのパワーを増大させるものであってもよい。同様に、ライダーシステムは、パルスエネルギーを減少させずにパルス繰り返し周波数を増加させるために、図１３のシードレーザーダイオード５２２のパルス繰り返し周波数を増加させながら、利得ファイバー５３４に供給されるポンプレーザーのパワーを増大させるものであってもよい。
ライダーシステムは、出射された光パルスのＩＦＯＶに沿ってライダーシステムから地面までの距離を決定することができるため、ライダーシステムは、例えば、２０ｍ進行した後に地面に当たると予測される光パルスは、２００ｍ離れた物体に当たると予測される光パルスと同じエネルギーを必要としないという事実を考慮して、出力パワーを調整することができる。したがって、ライダーシステムが、ライダーシステムの最大範囲よりも小さい距離、またはライダーシステムがターゲットを検出するように構成されている最大距離よりも小さい距離で光パルスが地面に当たると予測する場合、ライダーシステムは、光パルスの出力エネルギーを低減することができる。
しかし、場合によっては、ライダーシステムが、出射した光パルスは地面に当たるはずだと高い信頼性で判定し、デフォルトの光パルスのエネルギーが、ライダーシステムのセンサが戻りパルスを検出するために十分ではないと判定した場合、ライダーシステムは、レーザーパワー及び光パルスの出力エネルギーを増大させるものであってもよい。例えば、十分に低いかすめ角で光パルスが道路に当たると、光パルスは道路によって反射され、散乱されてライダーシステムのセンサに戻される光が非常に少なくなり、道路を検出することが困難になる。地面の比較的高い光吸収率は、動眼視野の地面部分が走査されたときに散乱光がライダーシステムに戻される量が少ないことの代替的または追加的な理由となり得る。例えば、道路は、光パルスの比較的小さな割合（例えば、３０％未満）が散乱されるように、入射光を吸収する傾向のある暗い材料から作られる場合がある。光パルスのエネルギーを増大させると、散乱光の一部がライダーシステムの受光器によって検出される可能性が高くなる。いくつかの実施形態において、このシナリオにおける光パルスのエネルギーは、ライダーシステムのデフォルトの最大範囲で物体を検出するために必要なエネルギーよりも高いものであってもよい。いくつかの実施形態では、ライダーシステムは、出射パルスが地面に入射する角度を推定し、その角度が特定の閾値を下回るときにパルスエネルギーを増大させるように構成されている。
図２または図３に図示されたスキャナのようなスキャナに関連する走査パラメータを変化させるために、ライダーシステムは、１つまたは複数のミラーが旋回（ピボット）する速度を変更することができる。例えば、水平方向の延長に沿った走査レートを減少させ、それによって水平解像度を増大させるために、図２のスキャナ１６２を実装するライダーシステムは、（水平方向の延長に沿った光パルスの走査用の）ミラー１８０-１が、対応する軸に関して旋回する速度を減少させることができる。より具体的には、コントローラは、実施形態に応じて、例えば、ガルバノスキャナまたはモータに、対応する信号を提供するものであってもよい。一方、コントローラは、走査ラインの密度を増大させるために、（垂直方向の延長に沿った光パルスの走査用の）ミラー１８０-２が、対応する軸に関して旋回する速度を減少させることができる。
ライダーシステムが、図３のポリゴンミラー２０２を有するスキャナを実装する場合、ライダーシステムのコントローラは、水平解像度を増大させるために、ポリゴンミラー２０２が回転する速度を減少させることができる。コントローラは、ライン密度を増大させるために、走査ミラー２１２Ａ、２１２Ｂがそれぞれの軸に関して回転する速度を減少させることができる。
いくつかの実施形態において、ライダーシステムは、走査ラインの１つの密度（垂直方向の延長に沿ったピクセル密度に対応する）に従って動眼視野の地面部分を走査し、走査ラインの別の密度に従って動眼視野の残りの部分走査するように、動眼視野を走査するものであってもよい。例えば、図１９に示されているように、走査７００は、動眼視野の地面部分と重ならない部分において、ある角度オフセットによって分離された走査ライン７０２Ａ、７０２Ｂ、７０２Ｃ等を含み、動眼視野の地面部分において、より小さい角度オフセットによって分離された走査ライン７０４Ａ、７０４Ｂ、７０４Ｃ等を含むものであってもよい。同様に、ライダーシステムは、水平解像度に２つの値を使用するものであってもよい。図２０は、特定の水平解像度を有する走査ライン７１２Ａ、７１２Ｂ、７１２Ｃ等を動眼視野の地面と重ならない部分に含み、異なる水平解像度を有する走査ライン７１４Ａ、７１４Ｂ、７１４Ｃ等を動眼視野の地面部分に含む走査７１０を例示するものである。より具体的には、この例示的な実施形態のシナリオにおいて、走査ライン７１２の水平方向に沿ったピクセル密度は、走査ライン７１４の水平方向に沿ったピクセル密度よりも大きい。
図２１は、図１９及び図２０の走査７００及び７１０とは異なり、ライダーシステムが走査ラインの密度、水平解像度、パルス繰り返し周波数、パルスエネルギーなどの走査パラメータを、動眼視野の地面部分と残りの領域について２つ以上のそれぞれの値を使用してどのようにして変化させ得るかを示している。ライダーシステムは、垂直角度７２０で区切られた地面部分を含む領域の走査を実行する場合、グラフ７２２に従って水平解像度を変化させ、グラフ７２４に従ってパルス繰り返し周波数を変化させ、グラフ７２６に従ってパルスエネルギーを変化させるものであってもよい。グラフ７２２、７２４、及び７２６は、例えば、以前の走査を考慮してライダーシステムまたは車両コントローラが設定する事前設定値または動的設定値に対応するものであってもよい。例えば、ライダーシステムのコントローラは、地面部分のための適切な走査パラメータ、または適切な走査パラメータの組み合わせ（例えば、時間経過に伴う平均レーザーパワーと水平解像度との組み合わせ）を選択するために、動的アルゴリズムまたは機械学習を実行するものであってもよい。別の例として、ライダーシステムは、ライダーシステムから光源のＩＦＯＶの経路に沿った地面上の点までの予測される距離を決定し、この予測される距離を考慮して特定の水平解像度を選択するものであってもよい。
したがって、場合によっては、ライダーシステムは、上述した走査パラメータの調整のいくつかを組み合わせるものである。ライダーシステムは、例えば、減少されたレーザーパワーと増加されたパルス繰り返し周波数、低いかすめ角の場合の増大されたレーザーパワーと減少された、デフォルトの、または増加されたパルス繰り返し周波数、地面または道路が光源のＩＦＯＶ内にあることが予測されない状況に対するデフォルトのレーザーパワー、を選択または組み合わせるものであってもよい。ライダーシステムは、ある期間中のレーザーの平均パワーがライダーシステムのセンサのレーザーの容量内であることを確実にするために、レーザーパワー及びパルス繰り返し周波数特性を地面の予測に基づいて動的に修正するものであってもよい。
さらに、ライダーシステムは、ライダーシステムがアイセーフの要件に準拠することを確実にするために、レーザーの平均パワーを特定のパワー閾値以下に維持するものであってもよい。例えば、ライダーシステムは、動眼視野にわたって走査するとき、地面をかすめ角で走査するときにパルスエネルギーを増大させ、ライダーシステムに比較的近い位置にある物体（例えば、３０メートル未満）または比較的多くの散乱光を発生させる物体を含む動眼視野の一部を走査するときにパルスエネルギーを減少させるものであってもよい。ライダーシステムは、動眼視野にわたって走査している間にパルスエネルギーを変化させてもよいが、ライダーシステムがアイセーフな態様で動作することを確実にするために、走査中にライダーシステムによって出射される全体的な平均光パワーが平均光パワーの閾値を下回るように維持されるものであってもよい。別の例として、ライダーシステムは、動眼視野にわたる走査のための全体的な平均光パワーを特定のパワー閾値を下回るように維持するために、動眼視野にわたる走査の際にパルス繰り返し周波数を変化させるものであってもよい（例えば、より高い解像度が望まれる領域を走査する際にはより高いパルス繰り返し周波数を使用し、他の領域をより低いパルス繰り返し周波数で走査するものであってもよい）。
いくつかの実施形態において、ライダーシステムは、動眼視野内の物体によって発生する散乱光の量に基づいて、パルス繰り返し周波数及び／またはパルスエネルギーを調整するものであってもよい。例えば、ライダーシステムは、比較的少量の散乱光が発生する物体を有する動眼視野の領域を走査するときにパルスエネルギーを増大させ、比較的大量の散乱光が発生する物体を走査するときにパルスエネルギーを減少させるものであってもよい。例えば、図１５を参照すると、領域６０８は、距離、かすめ角、及び場合によっては路面の種類のために散乱光がほとんど発生しないことが予想される。一方、車両６０６は、大量の散乱光が発生する再帰反射板を有するか、または単に反射率の高い表面を有する場合があり、路面標示６０４は、標示を作るために使用される塗料によって大量の散乱光が発生する場合がある。一般に、少量の散乱光が発生する物体（低散乱物体とも言える）は、特定の距離よりも遠くの（例えば、１５０メートルよりも遠くの）物体、暗いまたは光を吸収する物体（例えば、黒いタイヤまたは道路の暗い表面）、または比較的高い鏡面反射を有する物体（例えば、鏡）を含むものであってもよい。大量の散乱光が発生する物体（高散乱物体とも言える）は、近くの物体（例えば、２０メートル未満の物体）または拡散散乱光を発生させる明るい物体（例えば、白いシャツまたは白い道路標示）を含むものであってもよい。
再び図１６を参照すると、ブロック６２４で１つ以上の走査パラメータを調整した後、方法６２０の流れは、ブロック６２６に進む。ライダーシステムは、調整された走査パラメータに従って動眼視野の地面部分を走査する。その結果、動眼視野の走査は、動眼視野の一部の高解像度走査、及び／またはレーザーパワーの割り当てが改善されたことによる正確性が向上した走査を実施することができる。
さらなる明確化のために、図２２は、特定の固定された所定の期間の満了時ではなく、戻りパルスを検出した時に次の外向きパルスを送信する場合の、ライダーシステム１００の外向きパルスの例示的なタイミングを示している。パルスタイミング図８００は、コントローラ１５０が光パルスの出射を始動させるために光源１１０に信号をいつ提供するかを模式的に示すものである。パルスタイミング図８００に示されるように、光パルス間の期間は、受光器１４０が前の光パルスに対応する戻りパルスをいつ検出するかに基づいて変化する。
図示された例では、ライダーシステム１００がパルスＮを出射した後、受光器１４０は、時間間隔Ｔ１の後にパルスＮに対応する戻りパルスを検出する。コントローラ１５０は、受光器１４０がパルスＮを受信したとの判定に応答して信号８１０を生成し、この信号８１０により、ライダーシステム１００はパルスＮ＋ｌを出射する。明確にするために、図２２にはまた、パルスＮの戻りとパルスＮ＋ｌのライダーシステム１００からの出射の間の短い遅延が示されている。この遅延は、信号８１０がライダーシステム１００を伝搬するのにかかる時間に対応する。
図２２のシナリオにおけるライダーシステム１００は、パルスＮ＋ｌを発するが、時間Ｔ２（光パルスが最大範囲に配置されたターゲットに進行してライダーシステム１００に戻るまでの時間）の間にパルスＮ＋ｌに対応する戻りパルスを受信していない。この場合、ライダーシステム１００は、信号８１２を生成し、持続時間Ｔ２の期間の満了時に次のパルスＮ＋２を出射する。図２２にさらに示されているように、受光器１４０は、期間Ｔ３の経過後に、出射されたパルスＮ＋２に対応する戻りパルスを受信する。この場合、
Ｔｌ＜Ｔ２、及び、Ｔ３＜Ｔ２であるため、ライダーシステムは、隣接するパルスの各組が持続時間Ｔ２の時間間隔で区切られている固定パルスレートよりも高いパルスレートを達成する。
一般的な考慮事項
いくつかの例において、本明細書に開示された様々なモジュール、回路、システム、方法、またはアルゴリズムのステップを実現するために、コンピューティングデバイスが使用されるものであってもよい。一例として、本明細書に開示されるモジュール、回路、システム、方法、またはアルゴリズムの全部または一部は、汎用のシングルチップまたはマルチチップのプロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、他の任意の適切なプログラマブルロジックデバイス、ディスクリートゲートまたはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェアコンポーネント、またはそれらの任意の適切な組み合わせによって実現または実行されるものであってもよい。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサ、または、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械であってもよい。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと組み合わせた１つ以上のマイクロプロセッサ、または他の任意のこのような構成として実現されるものであってもよい。
特定の実施形態において、本明細書に記載された法の保護対象の１つ以上の実現態様は、１つ以上のコンピュータプログラム（例えば、コンピュータが読み取り可能な非一時的記憶媒体上に符号化されたまたは記憶されたコンピュータプログラム命令の１つ以上のモジュール）として実現されるものであってもよい。一例として、本明細書に開示された方法またはアルゴリズムのステップは、コンピュータが読み取り可能な非一時的記憶媒体上に存在し得るプロセッサが実行可能なソフトウェアモジュールにおいて実現されるものであってもよい。特定の実施形態では、コンピュータが読み取り可能な非一時的記憶媒体は、コンピュータソフトウェアを格納または転送するために使用され、コンピュータシステムによってアクセスされ得る任意の適切な記憶媒体を含むものであってもよい。ここで、コンピュータが読み取り可能な非一時的記憶媒体または媒体は、必要に応じて、１つ以上の半導体ベースのまたは他の集積回路（ＩＣ）（例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）など）、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、ハイブリッドハードドライブ（ＨＨＨＤ）、光ディスク（例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）、ＣＤ-ＲＯＭ、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、ブルーレイディスク、またはレーザーディスク（登録商標））、光ディスクドライブ（ＯＤＤ）、磁気光学ディスク、磁気光学ドライブ、フロッピーディスケット、フロッピーディスクドライブ（ＦＤＤ）、磁気テープ、フラッシュメモリ、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）、ＲＡＭ、ＲＡＭドライブ、ＲＯＭ、ＳＤカードまたはドライブ、任意の他の適切なコンピュータが読み取り可能な非一時的記憶媒体、または、これらのうちの２つ以上の適切な組み合わせを含むものであってもよい。コンピュータが読み取り可能な非一時的記憶媒体は、必要に応じて、揮発性、不揮発性、または、揮発性と不揮発性の組み合わせであってもよい。
いくつかの実施形態において、別個の実施形態の文脈で本明細書に記載されている特定の特徴が、単一の実施形態で組み合わせて実施されるものであってもよい。逆に、単一の実施形態の文脈で記載されている様々な特徴が、別々に、または任意の好適なサブコンビネーションで、複数の実施形態で実施されるものであってもよい。さらに、特徴は、特定の組み合わせで作用するように上記で説明され、最初はそのように主張されている場合があるが、主張された組み合わせの１つまたは複数の特徴は、場合によっては、その組み合わせから削除されてもよく、主張された組み合わせは、サブコンビネーションまたはサブコンビネーションの変形例に方向づけられるものであってもよい。
操作は、特定の順序で発生するように図面に示されている場合があるが、これは、そのような操作が、示された特定の順序で実行されることを要求していると理解されるべきではなく、すべての操作が実行されることを要求していると理解されるべきでもない。さらに、図面は、フローチャートまたはシーケンス図の形態で、１つの例示的な過程または方法を模式的に示す場合がある。しかし、図示されていない他の操作が、模式的に図示されている例示的な過程または方法に組み込まれるものであってもよい。例えば、図示された操作のいずれかの前に、後に、同時に、または間に、１つ以上の追加の操作が実行されるものであってもよい。さらに、図示された１つまたは複数の操作は、必要に応じて、繰り返されるものであってもよい。さらに、図示された操作は、任意の適切な順序で実行されるものであってもよい。さらに、特定のコンポーネント、デバイス、またはシステムが、特定の操作を実行するものとして本明細書に記載されている場合があるが、任意の適切なコンポーネント、デバイス、またはシステムの任意の適切な組み合わせが、任意の適切な操作または操作の組み合わせを実行するために使用されるものであってもよい。特定の状況では、マルチタスクまたは並列処理操作が実行されるものであってもよい。さらに、本明細書に記載された実施形態における様々なシステム構成要素の分離は、すべての実施形態においてそのような分離を必要とするものとして理解されるべきではなく、記載されたプログラムコンポーネント及びシステムは、単一のソフトウェア製品に共に統合されていてもよく、複数のソフトウェア製品にパッケージ化されていてもよいものである。
添付の図面に関連して、様々な実施形態が記載されている。しかしながら、図は必ずしも正しい縮尺で描かれていない場合があることを理解すべきである。例として、図に描かれた距離または角度は例示的なものであり、必ずしも図示された装置の実際の寸法または配置構成と正確な関係を有するものではない。
本開示の範囲は、本明細書に記載または例示された例示的な実施形態のすべての変更、置換、変形、変更、及び修正を包含することは、当該技術分野における通常の技術を有する者であれば理解するであろう。本開示の範囲は、本明細書に記載または例示された例示的な実施形態に限定されるものではない。さらに、本開示は、特定の構成要素、要素、機能、操作、またはステップを含むものとして本明細書に記載または図示されたそれぞれの実施形態を説明または図示するものであるが、これらのうちのいずれの実施形態も、本明細書の、当該技術分野において通常の技術を有する者であれば理解するであろういずれかに記載または図示された構成要素、要素、機能、操作、またはステップのいずれかの組み合わせまたは並べ換えを含むものであってもよい。
本明細書で使用されている「または」という用語は、他に明示されていない限り、または文脈によって他に示されていない限り、包含的に解釈されるか、または任意の１つまたは任意の組み合わせを意味するものと解釈されるべきものである。したがって、本明細書では、「ＡまたはＢ」という表現は、「Ａ、Ｂ、またはＡとＢの両方」を意味する。別の例として、本明細書において、「Ａ、Ｂ、またはＣ」は、Ａ、Ｂ、Ｃ、ＡとＢ、ＡとＣ、ＢとＣ、ＡとＢとＣ、のうちの少なくとも１つを意味する。但し、この定義は、要素、装置、ステップ、または操作の組み合わせが何らかの態様で本質的に相互に排他的である場合に、例外を有するものである。
本明細書で使用されるように、「近似的に」、「実質的に」、または「約」のような（但し、これらに限定されるものではない）近似の言葉は、そのように修飾された場合、必ずしも絶対的または完全ではないが、当該技術分野における通常の技術を有する者がその状態が存在するとして指定することを保証するために十分に近いと考えられると理解される状態を言うもものである。記述が変化し得る程度は、どれだけ大きな変化が設定可能であり、かつ当技術分野の通常の技術を有する者が、変化された特徴を変化していない特徴の必要な特性または性能を有するものとして認識することができるかに依存する。一般に、上記の議論には従うが、「約」のような近似の言葉で修飾された本明細書の数値は、記載された値から±０．５％、±１％、±２％、±３％、±４％、±５％、±１０％、±１２％、または±１５％変化する可能性がある。
本明細書で使用されるように、「第１」、「第２」、「第３」、等々の用語は、それらが先行する名詞のラベルとして使用されるものであってもよく、これらの用語が、必ずしも特定の順序（例えば、特定の空間的、時間的、または論理的な順序）を意味するものではない。例として、システムは、「第１の結果」と「第２の結果」を決定すると記述されている場合、「第１」と「第２」の用語は、必ずしも第１の結果が第２の結果の前に決定されることを意味しない。
本明細書で使用されるように、「〜に基づいて」及び「〜に少なくとも部分的に基づいて」という表現は、決定に影響を与える１つ以上の要因を説明または提示するために使用される場合があり、これらの用語は、決定に影響を与える可能性のある追加的な要因を除外するものではない。決定は、提示された要因のみに基づくものであってもよく、それらの要因に少なくとも部分的に基づくものであってもよい。「Ｂに基づいてＡが決定される」という表現は、ＢがＡの決定に影響を与える要因であることを示している。いくつかの実施形態において、他の要因もＡの決定に寄与するものであってもよい。いくつかの実施形態において、Ａは、Ｂのみを要因として決定されるものであってもよい。

Claims (36)

  1. ライダーシステムであって、
    光パルスを出射するように構成された光源と、
    出射された光パルスの少なくとも一部を、ライダーシステムの動眼視野内に含まれる走査パターンに沿って走査するように構成されたスキャナであって、前記動眼視野は、ライダーシステムの前方に位置する地面領域と重なる地面部分を含んでいる、スキャナと、
    走査された光パルスのうち、１つまたは複数の遠隔ターゲットによって散乱された光パルスの少なくとも一部を検出するように構成された受光器と、
    プロセッサであって、
    前記動眼視野の地面部分を識別し、
    出射されたパルスが、前記動眼視野の後続の走査の間に前記動眼視野の地面部分を走査するとき、前記動眼視野の地面部分の解像度またはパルスエネルギーの少なくとも１つが前記動眼視野の別の部分に対して相対的に変更されるように走査パラメータを調整するように構成されたプロセッサと、を含むライダーシステム。
  2. 前記プロセッサは、前記動眼視野の地面部分を識別するために、カメラからのデータに基づいて、または、前記ライダーシステムからの前記動眼視野の以前の走査のデータに基づいて、前記地面上の１つ以上の位置を決定するように構成されている、請求項１に記載のライダーシステム。
  3. 前記走査パターンは、特定の密度を有する走査ラインを含み、
    前記走査パラメータを調整するため、前記プロセッサは、前記動眼視野の地面部分のより高い解像度の走査を実行するために、前記動眼視野の地面部分を走査するときに前記走査ラインの密度を増大させるように構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のライダーシステム。
  4. 前記スキャナは、
    出射された光パルスを水平方向の延長に沿って走査するために第１の軸の周りに旋回または回転するように構成された第１のミラーと、
    出射された光パルスを垂直方向の延長に沿って走査するために第１の軸に直交する第２の軸の周りに旋回するように構成された第２のミラーと、を含み、
    前記コントローラは、前記動眼視野の地面部分を走査するときに走査ラインの密度を増大させるために、前記第２のミラーが前記第２の軸に関して旋回する速度を変更するように構成されていることを特徴とする、請求項３に記載のライダーシステム。
  5. 前記走査パターンは、特定の水平解像度を有し、
    前記走査パラメータを調整するため、前記プロセッサは、前記動眼視野の地面部分の水平方向に沿ったピクセル密度を増大させるように構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のライダーシステム。
  6. 前記走査パターンは、特定の走査レートを含み、
    前記動眼視野の地面部分の水平解像度を増大させるため、前記プロセッサは、前記動眼視野の地面部分を走査するときの走査レートを減少させるように構成されている、ことを特徴とする請求項５に記載のライダーシステム。
  7. 前記光源は、特定のパルス繰り返し周波数で光パルスを出射する、ことを特徴とする請求項５に記載のライダーシステム。
  8. 前記動眼視野の地面部分の水平解像度を増大させるため、前記プロセッサは、
    前記動眼視野の地面部分以外の部分を走査するときに、前の光パルスが出射されてから固定された持続時間Ｔが経過した後にのみ、それぞれの新しい光パルスを出射するように構成され、
    前記動眼視野の地面部分を走査するときに、光パルスからの散乱光を検出したことに応答して、または光パルスからの散乱光が検出されなかった場合には、一定の時間間隔Ｔを経過した後に、新たな光パルスを出射する、ことを特徴とする請求項５に記載のライダーシステム。
  9. 動眼視野の地面部分の水平解像度を高めるために、前記プロセッサは、
    ライダーシステムから前記光源の瞬時視野（ＩＦＯＶ）の経路に沿った地面上の点までの予測される距離を決定し、
    前記予測される距離を考慮して水平解像度を選択するように構成されている、ことを特徴とする請求項５に記載のライダーシステム。
  10. 前記走査パラメータを調整するため、前記プロセッサは、出射された光パルスが前記動眼視野の地面部分を走査するときに、出射された光パルスのパルスエネルギーを減少させるように構成されている、請求項１に記載のライダーシステム。
  11. 前記プロセッサは、出射された光パルスが前記動画視野の他の部分を走査するときにパルスエネルギーを増大させるようにさらに構成され、前記動眼視野の後続の走査のために出射される光パルスの平均パワーが特定の平均パワー閾値以下になるように、パルスエネルギーを増大させる、ことを特徴とする請求項１０に記載のライダーシステム。
  12. 前記プロセッサは、出射された光パルスが、特定の閾値未満のかすめ角でライダーシステムの前方に位置する地面上の点に入射するときに、パルスエネルギーを増大させるようにさらに構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のライダーシステム。
  13. 前記プロセッサは、さらに、前記動眼視野の以前の走査に基づいて、比較的少量の散乱光を発生させる前記動眼視野の低散乱部分、及び、比較的大量の散乱光を発生させる前記動眼視野の高散乱部分を決定するように構成され、
    前記走査パラメータを調整するため、前記プロセッサは、出射された光パルスが前記動眼視野の低散乱部分を走査するときにパルスエネルギーを増大させること、及び、
    出射された光パルスが前記動眼視野の高散乱部分を走査するときにパルスエネルギーを減少させること、のうちの少なくとも１つを実行するように構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のライダーシステム。
  14. 前記プロセッサは、さらに、ライダーシステムの前方に位置する地面の表面の吸収を推定する推定値を取得し、
    得られた吸収の推定値の観点から、前記走査パラメータをさらに調整するように構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のライダーシステム。
  15. 前記光源は、
    光シードパルスを生成するように構成されたパルスレーザダイオードと、
    前記光シードパルスを増幅して出射される光パルスを生成するように構成された１つ以上の光増幅器と、を含む、ことを特徴とする請求項１に記載のライダーシステム。
  16. 前記１つ以上の光増幅器の各々は、光利得ファイバと、該利得ファイバに光ポンプパワー量を提供する１つ以上のポンプレーザダイオードと、を含み、
    前記走査パラメータを調整するため、前記プロセッサは、出射された光パルスが前記動眼視野の地面部分を走査するときに、前記利得ファイバに提供される光ポンプパワー量を増大させることを含めて、パルスエネルギーを増大させるよう構成されている、ことを特徴とする請求項１５に記載のライダーシステム。
  17. 前記光源は、出射される光パルスを生成するように構成されたダイレクトエミッタレーザダイオードを含み、
    前記プロセッサは、前記ダイレクトエミッタレーザダイオードからのパルスエネルギーを、前記ダイレクトエミッタレーザダイオードのパルス繰り返し周波数とは独立に変化させるように構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  18. ライダーシステムの動眼視野を走査するためのライダーシステムにおける方法であって、
    前記動眼視野内で、ライダーシステムの前方に位置する地面領域と重なる地面部分を識別するステップ、
    光源に光パルスを出射させるステップ、
    出射された光パルスの少なくとも一部を前記動眼視野内に含まれる走査パターンに沿って走査するステップであって、前記動眼視野内の地面部分の解像度またはパルスエネルギーの少なくとも１つが前記動眼視野内の別の部分に対して相対的に変更されるように走査パラメータを調整することを含む、ステップ、及び、
    走査された光パルスのうち、１つ以上の遠隔ターゲットによって散乱された光パルスの少なくとも一部を検出するステップ、を含んでいる方法。
  19. 前記動眼視野の地面部分を特定することは、カメラからのデータに基づいて、または前記動眼視野の以前の走査のライダーシステムからのデータに基づいて、地面上の１つ以上の位置を決定することを含む、ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
  20. 前記走査パターンは、特定の密度を有する走査ラインを含み、
    前記走査パラメータを調整することは、前記動眼視野の地面部分の高解像度走査を実行するために、前記動眼視野の地面部分を走査するときに走査ラインの密度を増大させることを含む、ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
  21. 前記走査パターンは、特定の水平解像度を有し、
    前記走査パラメータを調整することは、前記動眼視野の地面部分の水平解像度を高めることを含む、ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
  22. 前記走査パターンは、特定の走査レートを含み、
    前記動眼視野の地面部分の水平解像度を増大させることは、前記動眼視野の地面部分を走査するときの走査レートを減少させることを含む、ことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
  23. 前記光源は、特定のパルス繰り返し周波数で光パルスを出射し、
    前記動眼視野の接地部分の水平解像度を増大させることは、前記動眼視野の地面部分を走査するときのパルス繰り返し周波数を増加させることを含む、ことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
  24. 前記動眼視野の地面部分の水平解像度を増大させることは、
    前記動眼視野の地面部分以外の部分を走査するときに、前の光パルスが出射されてから固定された持続時間Ｔ１の経過した後にのみ、それぞれの新しい光パルスを出射すること、及び、
    前記動眼視野の地面部分を走査するときに、前の光パルスからの散乱光を検出したことに応答して、または前の光パルスからの散乱光が検出されなかった場合には、固定された持続時間Ｔ１が経過した後に、新たな光パルスを出射することを含む、ことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
  25. 前記動眼視野の地面部分の水平解像度を増大させることは、
    ライダーシステムから光源の瞬時視野（ＩＯＦＶ）の経路に沿って地面上の点までの予測される距離を決定すること、及び、
    前記予測される距離を考慮して水平解像度を選択することを含む、ことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
  26. 前記走査パラメータを調整することは、出射された光パルスが前記動眼視野の地面部分を走査するときに、出射された光パルスのパルスエネルギーを減少させることを含む、ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
  27. 出射された光パルスが前記動眼視野の他の部分を走査するときにパルスエネルギーを増大させるステップをさらに含み、該ステップは、前記動眼視野の後続の走査のために出射される光パルスの平均パワーを特定の平均パワー閾値以下とすることを含む、請求項２６に記載の方法。
  28. 出射された光パルスが、特定の閾値未満のかすめ角でライダーシステムの前方に位置する地面上の点に入射するときに、パルスエネルギーを増加させるステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
  29. 前記動眼視野の以前の走査に基づいて、比較的少量の散乱光を発生させいる前記動眼視野の低散乱部分と、比較的多量の散乱光を発生させる前記動眼視野の高散乱部分とを決定するステップ、をさらに含み、
    前記走査パラメータを調整することは、
    出射された光パルスが前記動眼視野の低散乱部分を走査するときにパルスエネルギーを増大させること、及び、
    出射された光ルスが前記動眼視野の高散乱部分を走査するときにパルスエネルギーを減少させることを含む、ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
  30. 自動運転車両であって、
    自動運転車両の少なくとも操舵、加速、及び制動を行うための車両操縦コンポーネントと、
    光パルスを出射するように構成された光源と、
    出射された光パルスの少なくとも一部を、ライダーシステムの動眼視野内に含まれる走査パターンに沿って走査するように構成されたスキャナであって、前記動眼視野は、前記ライダーシステムの前方に位置する地面領域と重なる地面部分を含んでいる、スキャナと、
    走査された光パルスのうち、１つまたは複数の遠隔ターゲットによって散乱された光パルスの少なくとも一部を検出するように構成された受光器と、
    前記車両操縦コンポーネント及び前記ライダーシステムに通信的に結合された車両コントローラであって、前記ライダーシステムによって生成された信号を用いて前記車両操縦コンポーネントを制御するように構成されている、車両コントローラと、を含み、
    前記ライダーシステムは、
    出射されたパルスが、前記動眼視野の後続の走査の間に前記動眼視野の地面部分を走査するとき、前記動眼視野の地面部分の解像度またはパルスエネルギーの少なくとも１つが前記動眼視野の別の部分に対して相対的に変更されるように走査パラメータを調整する、ように構成されている、自動運転車両。
  31. 前記１つ以上の遠隔ターゲットは、地面または１つ以上の車両を含む、ことを特徴とする請求項３０に記載の自動運転車両。
  32. 前記ライダーシステムが車両に含まれ、
    前記地面領域は、車両が動作している道路の少なくとも一部を含む、ことを特徴とする請求項３０に記載の自動運転車両。
  33. 前記ライダーシステムは、前記車両コントローラから受信した指令に従って前記走査パラメータを調整するように構成されている、ことを特徴とする請求項３０に記載の自動運転車両。
  34. 前記動眼視野の地面部分を識別するために、前記ライダーシステムは、カメラからのデータに基づいて、または前記動眼視野の以前の走査の前記ライダーシステムからのデータに基づいて、地面上の１つ以上の位置を決定するように構成されている、ことを特徴とする請求項３０に記載の自動運転車両。
  35. 前記走査パターンは、特定の密度を有する走査ラインを含み、
    前記走査パターンは、特定の水平解像度を有し、
    前記走査パラメータを調整するため、前記ライダーシステムは、前記動眼視野の地面部分の高解像度走査を実行するために前記動眼視野の地面部分を走査するときに、（ｉ）走査ラインの密度または（ｉｉ）水平解像度のうちの少なくとも１つを増大させるように構成されている、ことを特徴とする請求項３０に記載の自動運転車両。
  36. 前記走査パラメータを調整するため、前記ライダーシステムは、出射された光パルスが前記動眼視野の地面部分を走査するときに、出射された光パルスのパルスエネルギーを減少させるように構成されている、ことを特徴とする請求項３０に記載の自動運転車両。
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