JP2022522832A - リアルタイムｌｉｄａｒ距離校正のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

本開示は、光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）デバイスおよびそれらの使用に関連する方法に関する。例示的なＬＩＤＡＲデバイスは、送信光路を介してＬＩＤＡＲデバイスの環境に１つ以上の光パルスを送信するように構成された送信機を含む。ＬＩＤＡＲデバイスはまた、１つ以上の送信された光パルスの第１の部分および１つ以上の送信された光パルスの第２の部分を検出するように構成された検出器を含み、検出器は、ＬＩＤＡＲデバイス内の内部光路を介して１つ以上の送信された光パルスの第１の部分を第１の時間に受信し、ＬＩＤＡＲデバイスの環境内の１つ以上の物体による反射を介して１つ以上の送信された光パルスの第２の部分を第２の時間に受信するようになっている。第２の時間は、第１の時間の後に生じる。【選択図】図６

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年３月５日に出願された「Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｒｅａｌ－Ｔｉｍｅ ＬＩＤＡＲ Ｒａｎｇｅ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ」と題する米国特許出願第６２／８１３，８６０号の優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

従来の光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システムは、発光送信機（例えば、レーザダイオード）を利用して、環境に光パルスを放射することができる。環境内の物体と相互作用する（例えば、物体から反射する）放射された光パルスは、ＬＩＤＡＲシステムの受信機（例えば、光検出器）によって受信することができる。環境内の物体に関する距離情報は、光パルスが放射された最初の時間と反射された光パルスが受信された後続の時間との間の時間差に基づいて決定することができる。

本開示は、概して、光学システム（例えば、ＬＩＤＡＲシステム）ならびにそれらの送信機および受信機サブシステムの特定の態様に関する。

第１の態様では、光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）デバイスが提供される。本ＬＩＤＡＲデバイスは、送信光路を介してＬＩＤＡＲデバイスの環境に光パルスを送信するように構成された送信機を含む。本ＬＩＤＡＲデバイスはまた、送信された光パルスの第１の部分および送信された光パルスの第２の部分を検出するように構成された検出器を含み、検出器は、ＬＩＤＡＲデバイス内の内部光路を介して第１の時間に送信された光パルスの第１の部分を受信し、ＬＩＤＡＲデバイスの環境内の物体による反射を介して第２の時間に送信された光パルスの第２の部分を受信するようになっている。第２の時間は、第１の時間の後に生じる。本ＬＩＤＡＲデバイスはまた、第２の時間と第１の時間との差に基づいて物体までの距離を決定するように構成された制御装置を含む。

第２の態様では、方法が提供される。本方法は、ＬＩＤＡＲデバイスの送信機に、送信光路を介してＬＩＤＡＲデバイスの環境に第１の光パルスを送信させることを含む。本方法はまた、ＬＩＤＡＲデバイスの検出器によって、ＬＩＤＡＲデバイス内の内部光路を介して第１の時間に第１の光パルスの第１の部分を受信し、ＬＩＤＡＲデバイスの環境内の物体による反射を介して第２の時間に第１の光パルスの第２の部分を受信することを含む。さらに、本方法は、第２の時間と第１の時間との差に基づいて物体までの距離を決定することも含む。

第３の態様では、方法が提供される。本方法は、ＬＩＤＡＲデバイスの送信機に対してミラーを位置決めすることを含む。送信機は、少なくとも１つの光パルスを送信するように構成されている。本方法はまた、ミラーと相互作用するように、送信機に第１の光パルスを送信させることを含む。ミラーを位置決めすることは、第１の光パルスがＬＩＤＡＲデバイス内の内部光路に向けられるように実行される。本方法はまた、ＬＩＤＡＲデバイスの検出器によって、内部光路を介して第１の時間に第１の光パルスを受信することを含む。本方法はまた、第１の時間に基づいてゼロポイント時間を決定することを含む。

他の態様、実施形態、および実施態様は、添付図面を適宜参照して、以下の詳細な説明を読み取ることによって、当業者には明らかになるであろう。

例示的な実施形態による、光学システムを示す。 例示的な実施形態による、送受信機を示す。 例示的な実施形態による、送受信機を示す。 例示的な実施形態による、送受信機を示す。 例示的な実施形態による、光学システムの側面図を示す。 例示的な実施形態による、光学システムの側面図を示す。 例示的な実施形態による、光学システムを示す。 例示的な実施形態による、車両を示す。 例示的な実施形態による、車両を示す。 例示的な実施形態による、車両を示す。 例示的な実施形態による、車両を示す。 例示的な実施形態による、車両を示す。 例示的な実施形態による、方法を示す。 例示的な実施形態による、方法を示す。

例示的な方法、デバイス、およびシステムが、本明細書に記載されている。「例」および「例示的」という語は、本明細書においては、「例、事例、または例示としての役割を果たす」ことを意味するために使用されることを理解されたい。本明細書において「例」または「例示的」であるとして説明されるいずれの実施形態または特徴も、他の実施形態または特徴よりも好ましい、または有利であると必ずしも解釈されるべきではない。本明細書に提示の主題の範囲から逸脱しない限り、他の実施形態を利用することができ、他の変更を行うことができる。

したがって、本明細書に記載される例示的な実施形態は、限定的であることを意味するものではない。本開示の態様は、本明細書に概して記載され、図に示されているように、多種多様な異なる構成で配列、置き換え、組み合わせ、分離、および設計することができ、それらのすべてが、本明細書で想定される。

さらに、文脈上特段の示唆がある場合を除き、各図において示された特徴は、互いに組み合わせて使用することができる。したがって、図は、概して、１つ以上の実施形態全体のうちの構成要素の態様として見なされ、示された特徴のすべてが、必ずしも各実施形態に必要であるとは限らないことを理解されたい。

Ｉ．概要
ＬＩＤＡＲシステムは、第１の時間（例えば、光パルスが放射される時間）と第２の時間（例えば、光パルスが環境と相互作用した後に受信される時間）との間の往復時間を測定することによって、環境に関する空間距離情報を取得し得る。ただし、第１の時間（例えば、光パルスがＬＩＤＡＲから放射される時間）に絶対時間基準を確立することは、電子構成要素および／またはデータ処理構成要素の時変遅延（例えば、有限ＲＣ応答時間）の制御が困難であるか、または制御不良であり得るため、困難な場合がある。例えば、制御装置がレーザダイオードに発射するように指示する時間と、光パルスが実際にレーザダイオードから放射される時間との間に遅延が生じることがある。したがって、ＬＩＤＡＲシステムにおける正確で反復可能な距離の決定を確実にするために、望ましくは、光パルスが放射される「最もよく知られた」第１の時間（例えば、時間ゼロ）を成立させる。

いくつかの実施形態では、内部システム反射などの光フィードバックを有益に利用して、光パルスの実際の発射時間を決定することができる。すなわち、光パルスを発射するときに、光の一部が反射されるか、経路決めされるか、またはその他の方法でＬＩＤＡＲ受信機によって受信され得る。光のこの部分は、レーザダイオードから放射された後、ほぼ瞬時に受信される。したがって、「時間ゼロ」は、受信機からの初期信号に基づいて決定することができる。その後、光パルスの光の残りの部分が環境と相互作用した後、第２の時間は、受信機からの後続の信号によって定義され得、光が環境に向かって移動して、ＬＩＤＡＲシステムに戻るのに必要な往復時間を示す。かかるシナリオでは、第１の時間（例えば、時間ゼロ）を第２の時間から減算して、真の（または、少なくともより正確な）往復時間を表す、放射から信号受信までの時間遅延を取得し得る。

いくつかの実施形態では、ＬＩＤＡＲシステムは、光パルスからの少量の光（例えば、光パルスの光子の０．００１％～５％）を「吸い上げ」て、それらを受信機に向かって経路決め（例えば、進路変更）するように構成された光パイプを含み得る。光パイプの長さは、環境内の所与の物体までの距離（例えば、１～１００ｍ）に対して、比較的短く（例えば、０．１～１０ｃｍ）なり得る。したがって、光パイプからの光は、理想に近い時間ゼロ基準を表し得る。

他の実施形態では、ＬＩＤＡＲシステムは、ドームまたは窓構造を含み得る。かかるシナリオでは、光パルスの少なくとも一部分が、ドームまたは窓の内面から（直接的または間接的に）反射され得る。これらの反射を利用して、時間ゼロの基準を見つけることができる。

他の配置および／または構成要素を有するＬＩＤＡＲシステムが可能であり、企図されることが理解されよう。例えば、ＬＩＤＡＲシステムは、１つ以上の光学素子を介してＬＩＤＡＲシステムの環境に向けて光を放射するように構成された１つ以上の発光体デバイスを含み得る。いくつかの実施形態では、光学素子は、速軸コリメーション（ＦＡＣ）レンズおよび／または共有レンズを含み得る。いくつかの実施形態では、共有レンズは、光を環境に向けるとともに、入射光をＬＩＤＡＲシステムの１つ以上の光検出器上に集束させるように構成され得る。いくつかの実施形態では、光学素子は、平面導波路構造および／または光ガイドマニホールドを追加的または代替的に含み得る。

代替的な実施例では、回転ミラー（例えば、３面または４面の反射プリズム）を有するＬＩＤＡＲは、走査方式で光パルスを環境に向け得る。かかるシナリオでは、光パルスからの光の少なくとも一部分が、回転ミラーから反射されて受信機に向けて戻り得る。例えば、光パルスが回転ミラーの表面と相互作用するとき、光子の一部分は、直接的にまたは迷光反射によってのいずれかで反射されて、受信機に向かって戻り得る。追加的または代替的に、回転ミラーの反射面がレーザダイオードの放射軸に対して垂直である場合、光子の少なくとも一部分は、受信機に向けて戻るように向けられ得る。かかるシナリオでは、時間ゼロ基準は、受信機によって受信された光子の一部分に基づいて取得され得る。

いくつかの実施形態では、ＬＩＤＡＲは、光ガイドマニホールド内の複数の光導波路チャネルに光パルスを放射するように構成された複数の発光体を含み得る。光ガイドマニホールド内の導波路チャネルは、全内部反射によって複数の出力ミラーに向けて光パルスを経路決めするように構成され得る。出力ミラーは、それぞれの光パルスを、光ガイドマニホールドの平面から外へ（および光導波路から外へ）、ＬＩＤＡＲの環境に向けるように構成されている。かかるシナリオでは、光パルスからの光の一部分が光ガイドマニホールド内に「こぼれる」ことがある。かかる光は、受信経路内の１つ以上の検出器によって受信され得る。例えば、１つ以上の検出器は、光ガイドマニホールドに光学的に結合され得る。かかる実施例では、光パルスからの光の一部分を使用して、時間ゼロ基準を決定し得る。

さらに、いくつかの実施形態では、様々な発射スケジュールに基づいて、そのようなＬＩＤＡＲシステムは、複数の発光体から同時にまたは非常に迅速に連続して光パルスを放射する（例えば、互いに数ナノ秒以内に発射する）ことができる。所与の時間ゼロ基準に使用する光の部分の曖昧さをなくすことを支援するために、いくつかの発射スケジュールでは、個々のチャネルが他のチャネルと別の時間に発射され得る。すなわち、レーザダイオードは時間的に別個の時間に発射されて、異なる送信チャネルから受信された光を区別し得、特定の送信機から特定の受信機へのゼロ時間基準が確立されることを可能にする。例えば、個々の送信機チャネルに対応する個別の発光体は、数回の通常の発射サイクルごとに１回、所定の時間、または要求に応じて、別個の時間に発射され得る。

ＩＩ．例示的な光学システム
図１は、例示的な実施形態による光学システム１００を示している。光学システム１００は、光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システムを含み得る。光学システム１００は、送信光路１１４を介してＬＩＤＡＲデバイスの環境に光パルスを送信するように構成された送信機１１０を含む。光パルスは、発光体デバイス１２０によって放射され得る。発光体デバイス１２０は、放射光（例えば、赤外光パルス）を放射するように構成され得る。いくつかの実施形態では、発光体デバイス１２０は、レーザダイオード（複数のレーザダイオードバーから構成され得る）を含み得る。

光学システム１００はまた、受信機１６０を含む。様々な実施形態では、光学システム１００は、それぞれ、送信光路１１４および受信光路１６６に沿って配置された送信レンズ１１２および受信レンズ１６４を含み得る。受信機１６０は、送信された光パルスの第１の部分および送信された光パルスの第２の部分を検出するように構成された検出器１６２を含み、検出器１６２は、光学システム１００内の内部光路１３０を介して送信された光パルスの第１の部分を第１の時間に受信し、光学システム１００の環境内の物体による反射を介して送信された光パルスの第２の部分を第２の時間に受信するようになっている。第２の時間は、第１の時間の後に生じる。例えば、第２の時間は、第１の時間から３３ｎｓ後であり得る。かかるシナリオでは、光の速度に基づいて、送信された光パルスの第２の部分は、送信された光パルスの第１の部分よりも１０ｍ遠くまで移動したと決定することができる。したがって、物体は、送信された光パルスの送信光路１１４に沿って光学システムから約５ｍ離れていると決定され得る。

いくつかの実施形態では、光検出器１６２は、シリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）デバイス、単一光子アバランシェフォトダイオード（ＳＰＡＤ）、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、またはマルチピクセルフォトンカウンタ（ＭＰＰＣ）のうちの少なくとも１つを含み得る。他のタイプの光検出器デバイスも可能であり、企図されることが理解されよう。

光学システム１００はまた、制御装置１５０を含む。制御装置１５０は、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集積回路（ＡＳＩＣ）のうちの少なくとも１つを含む。追加的または代替的に、制御装置１５０は、１つ以上のプロセッサ１５２およびメモリ１５４を含み得る。１つ以上のプロセッサ１５２は、汎用プロセッサまたは特殊用途プロセッサ（例えば、デジタル信号プロセッサなど）を含み得る。１つ以上のプロセッサ１５２は、メモリ１５４に格納されているコンピュータ可読プログラム命令を実行するように構成され得る。したがって、１つ以上のプロセッサ１５２は、プログラム命令を実行して、本明細書に記載の機能および動作の少なくともいくつかを提供することができる。

メモリ１５４は、１つ以上のプロセッサ１５２によって読み取りまたはアクセス可能な１つ以上のコンピュータ可読記憶媒体を含んでもよく、またはその形態をとってもよい。１つ以上のコンピュータ可読記憶媒体は、１つ以上のプロセッサ１５２のうちの少なくとも１つと、全体的または部分的に統合され得る光学、磁気、有機、もしくは他のタイプのメモリ、またはディスクストレージなどの揮発性および／または不揮発性ストレージ構成要素を含むことができる。いくつかの実施形態では、メモリ１５４は、単一の物理デバイス（例えば、１つの光学、磁気、有機、もしくは他のメモリ、またはディスクストレージユニット）を使用して実装され得るが、他の実施形態では、メモリ１５４は、２つ以上の物理デバイスを使用して実装することができる。

上記のように、メモリ１５４は、光学システム１００の動作に関連するコンピュータ可読プログラム命令を含み得る。したがって、メモリ１５４は、本明細書に記載の機能の一部またはすべてを実行または促進するためのプログラム命令を含み得る。制御装置１５０は、動作を実行するように構成されている。いくつかの実施形態では、制御装置１５０は、メモリ１５４に格納された命令を実行するプロセッサ１５２を介して、動作を実行し得る。

動作は、光学システム１００の様々な素子を動作させて、光学システム１００の環境に関する距離情報を取得することを含み得る。例えば、制御装置１５０は、第２の時間と第１の時間との差に基づいて、光学システム１００の環境内の物体までの距離を決定するように構成され得る。制御装置１５０は、図６および図７に関連して図示および説明される方法６００および７００に関連する動作などの、他の動作も実行するように構成され得る。例えば、制御装置１５０は、一定のオフセット時間を加算または減算するように構成され得る。一定のオフセット時間は、第２の時間と第１の時間との差を、物体へのおよび物体からの総通過時間から減算することによって計算されるオフセット距離に対応し得る。いくつかの実施形態では、オフセット距離は、光が内部光路１３０の距離に沿って移動する時間に対応し得る。他の一定のオフセット時間が可能であり、企図される。

いくつかの実施形態では、光学システム１００は、光学システム１００内に光パイプ１４０を含み得る。かかるシナリオでは、内部光路１３０は、光パイプ１４０を通って延在する光路を含み得る。光パイプ１４０は、例えば、光学システム１００の送信機１１０の部分と受信機１６０の部分との間に開口部を含み得る。かかる開口部は、送信された光パルスの一部分が検出器１６２によって受信されてから、反射光パルスからの光が受信されるように、送信された光パルスの一部分が開口部を通って「近道する」ことを可能にし得る。

いくつかの実施形態では、光パイプ１４０は、送信された光パルス内の所定の割合の光子を受信するように構成されている。例えば、光パイプ１４０は、送信された光パルス内の０．００００１％、０．１％、１％、１０％、または別の所定の割合の光子を受信するように位置決めされてもよいか、サイズ設定されてもよいか、またはその他の方法で選択されてもよい。追加的または代替的に、所定の割合は、送信された光パルスの光子の１％未満または１０％未満であり得る。送信された光パルスの他の所定の割合が可能であり、本開示の文脈内で企図される。

様々な例示的な実施形態において、内部光路１３０は、光学システム１００の１つ以上の構成要素による送信された光パルスの一部分の反射を含み得る。

追加的または代替的に、光学システム１００は、透過構造体１８０を含み得る。例えば、透過構造体１８０は、車両（例えば、図５Ａ～図５Ｅに関連して図示および説明される車両５００）に取り付けられるように構成された光学窓１８２および／またはドーム１８４を含み得る。かかるシナリオでは、送信光路１１４は、透過構造体１８０を通過し、内部光路１３０は、透過構造体１８０による送信された光パルスの少なくとも一部分の反射を含む。

いくつかの実施形態では、光学システム１００は、ミラー１７０を含み得る。かかるシナリオでは、送信光路１１４は、ミラー１７０による反射を含む。さらに、かかる場合は、内部光路１３０は、ミラー１７０による、送信された光パルスの少なくとも一部分の反射を含む。

いくつかの実施例では、光学システム１００は、入力端から出力端への全内部反射によって光を誘導するように構成された光ガイド１４２を含み得る。かかるシナリオでは、送信光路１１４は、光ガイド１４２の入力端から光ガイド１４２の出力端まで延在する第１の光路を含む。内部光路１３０は、第１の光路を含み、また、光ガイド１４２の入力端から光ガイド１４２の出力端へ、さらに検出器１６２へ延在する第２の光路を含む。

光ガイド１４２を含む実施形態では、光ガイド１４２の出力端は、ミラー１７０を含み得る。

図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃは、例示的な実施形態による送受信機２００、２２０，および２３０を示している。送受信機２００，２２０，および／または２３０は、図１に関連して図示および説明される光学システム１００と同様の要素を含み得る。送受信機２００，２２０，および／または２３０は、ＬＩＤＡＲシステムの送信機の部分および／または受信機の部分を含み得る。

図２Ａを参照すると、送受信機２００はハウジング２１０を含み得る。送受信機２００はまた、ハウジング２１０に結合された送信機１１０および対応する発光体デバイス１２０を含み得る。いくつかの実施形態では、送信機１１０は、発光体デバイス１２０に光学的に結合され得る速軸コリメーション（ＦＡＣ）レンズ１２２を含み得る。送信機は、送信光路１１４に沿って光パルスを放射するように構成され得る。かかる光パルスは、送信レンズ１１２を介して送受信機２００の環境内に送信され得る。

いくつかの実施形態では、ＦＡＣレンズ１２２は、円柱レンズを含み得る。ただし、本開示の文脈内で、他の光学素子（例えば、光学レンズ）が企図され、可能である。

送受信機２００はまた、受信機１６０を含む。受信機１６０は、受信レンズ１６４に光学的に結合された検出器１６２を含む。本明細書の他の箇所で説明されるように、検出器１６２は、ＳｉＰＭまたは別のタイプの光検出器もしくは光検出器アレイであり得る。受信機１６０は、受信光路１６６に沿ってシステムの環境から光を受信するように構成され得る。

いくつかの実施形態では、ハウジング２１０は、受信機１６０と送信機１１０との間に配備された開口部２０２を含み得る。開口部２０２は、発光体デバイス１２０によって放射された光の一部分を内部光路１３０に沿って受信機１６０および検出器１６２に向かって送信するように位置、形状、サイズ設定、および／または他の方法で構成され得る。

図２Ｂは、例示的な実施形態による送受信機２２０を示している。送受信機２２０は、図２Ａを参照して図示および説明される送受信機２２０といくつかの点で同様であり得る。ただし、送受信機２２０は、追加的または代替的に、内部光路１３０の少なくとも一部分に沿って光パイプ１４０を含み得る。光パイプ１４０は、光ファイバ、光ガイド、光導波路、または第１の位置（例えば、送信光路１１４）から第２の位置（例えば、受信光路１６６）に光を経路決めするように構成された別の構造体を含み得る。

図２Ｂは、光パイプ１４０を、送信機１１０から受信光路１６６への実質的に直線の経路を提供するものとして示しているが、光パイプ１４０は湾曲していてもよく、および／または１つ以上の分岐を含んでもよいことが理解されよう。

いくつかの実施形態では、光パイプ１４０は、光の一部分を明示的に捕捉するために、漏出経路を越えて延在し得る。他の実施形態では、光パイプ１４０は、送信光路１１４から光を収集し、および／または受信機１６０に光を提供するように構成された１つ以上のファセットを含み得る。他の光学構成も可能であり、企図されることが理解されよう。いくつかの実施形態では、光パイプ１４０は、システムの送信機の部分と受信機の部分との間の開口部２０２全体を満たさないことがある。かかるシナリオでは、光パイプ１４０は、全内部反射を利用するように構成され得る。

図２Ｃは、例示的な実施形態による送受信機２３０を示している。送受信機２３０は、図２Ａおよび図２Ｂに関連して図示および説明される送受信機２００および２２０と同様であり得る。いくつかの実施形態では、送受信機２３０は、送信光路１１４に沿って放射された光の少なくとも一部分を受信光路１６６に向かって誘導し得る光パイプ１４０を含み得る。例えば、光ファイバが、送信レンズ１１２と受信レンズ１６４との間に光学的に結合され得る。他の実施形態では、送信レンズ１１２および受信レンズ１６４は、物理的に接合され、場合によっては同一の材料から成形され得る。送信レンズ１１２と受信レンズ１６４とを光学的に結合する他の方法が可能であり、企図される。

かかるシナリオでは、送信光路１１４に沿って発光体デバイス１２０から放射された光パルスは、送信レンズ１１２と相互作用し得、受信レンズ１６４に向かって光パイプ１４０を介して部分的に誘導され得る。受信レンズ１６４に結合された光の一部分は、検出器１６２に進路変更され得る。光のかかる部分は、例えば、１００万分の１（０．０００００１）～１兆分の１（０．０００００００００００１）の範囲内であり得る。例えば、所与の光パルスの光子の０．００００１％～５％が、光パイプ１４０を介して検出器１６２に進路変更され得る。光の他の部分も可能であり、本開示の文脈内で企図される。

図３Ａおよび図３Ｂは、例示的な実施形態による、光学システム３００の側面図を示している。光学システム３００は、図１を参照して図示および説明される光学システム１００と同様であり得る。例えば、光学システム３００は、送信機１１０および受信機１６０を含み得、これらは回転可能なステージ３１０に取り付けられ得る。回転可能なステージ３１０は、回転軸３０２を中心に回転するように構成され得る。いくつかの実施形態では、回転可能なステージ３１０は、回転可能なステージ３１０を機械的に回転させるように構成されたステッピングモータまたは別のデバイスによって作動され得る。

いくつかの実施形態では、光学システム３００は、回転可能なミラー１７０を含み得る。回転可能なミラー１７０は、三角形または矩形のプリズムのような形状であってもよく、回転軸３０４を中心に回転するように構成され得る。回転可能なミラー１７０は、複数の反射面１７２ａ、１７２ｂ、および１７２ｃを含み得る。

追加的にまたは代替的に、光学システム３００は、光学窓１８０ａおよび１８０ｂを含み得る。反射面１７２ａ～１７２ｃは、光学システム１００によって放射された光パルスを送信光路１１４に沿って反射するように構成され得る。例えば、光パルスは、光学窓１８０ａおよび１８０ｂを経由して光学システム３００の環境に向けて反射され得る。さらに、環境から反射された光パルスは、反射面１７２ａ～１７２ｃから受信経路１６６に沿って反射され得る。

このようにして、光学システム４００は、環境の３６０度領域に（例えば、ｚ軸を中心に）光パルスを放射し、そこから反射された光パルスを受信するように構成され得る。したがって、光学システム４００は、それぞれの反射光パルスの飛行時間に基づいて距離情報を決定するように構成され得る。

図３Ａを参照すると、回転可能なミラー１７０は、一次仰角３０７に対応する一次反射経路３０６に沿って光を反射するような角度で回転され得る。いくつかの実施形態では、一次反射経路３０６に沿って放射された光の少なくとも一部分は、光学窓１８０ａによって反射され、二次反射経路３０８に沿って光の一部分を反射し得る。二次反射経路３０８に沿った光の部分の少なくとも一部分は、受信機１６０によって（例えば、検出器１６２によって）受信され得る。図３Ａは、回転可能なミラー１７０の１つの可能な構成のみを示し、検出器１６２に戻る光の他の多重経路反射が可能であり、企図される。

図３Ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、回転可能なミラー１７０は回転されて、光を直接反射して受信機１６０に戻し得る。より具体的には、回転可能なミラー１７０は、反射面（例えば、反射面１７２ｂ）が光の少なくとも一部分を受信機１６０および検出器１６２に向けて反射するように位置決めされ得る。すなわち、反射面１７２ｂは、送信光路１１４に対して実質的に直交（例えば、垂直）であるように位置決めされ得る。いくつかの実施形態では、回転可能なミラー１７０は回転され、光パイプ１４０に向かって光を反射し得る。（反射面１７２ｂからの直接反射によって、および／または光パイプ１４０を介して）受信機１６０に向かって反射して戻る光の部分は、検出器１６２によって検出され得る。対応する信号は、第１の時間ｔ_１として使用され得る。送受信機２００と同様に、第１の時間を利用して、後続のパルス時間に基づいて通過経路長を決定し得る。

図４は、例示的な実施形態による、光学システム４００の断面図を示している。図４は、図１を参照して例示および説明された光学システム１００のものと類似または同一の素子を含み得る。

例えば、いくつかの実施形態では、光学システム１００は、発光体デバイス１２０、検出器１６２ａ～１６２ｄ、および光学窓１８２を含み得る。光学システム４００は、第１の表面４２２および第２の表面４２４を有するスペーサ構造体４２０を含み得る。スペーサ構造体４２０はまた、スペーサ構造体４２０を通って延在する空隙４２６ａ～４２６ｄを含み得る。

１つ以上の発光体デバイス１２０は、スペーサ構造体４２０の第２の表面４２４に結合され得る。発光体デバイス１２０はそれぞれ、１つ以上の発光領域を含み得る。図４に示されるように、第２の表面４２４は、上側部分４２４ａおよび下側部分４２４ｂを含み得る。例えば、上側部分４２４ａは第１の平面を画定し得、下側部分４２４ｂは第２の平面を画定し得る。したがって、いくつかの実施形態では、第２の表面４２４は、下側部分４２４ｂに「ステップダウン」する上側部分４２４ａを含み得る。

いくつかの実施形態では、検出器１６２ａ～１６２ｄは、空隙４２６ａ～４２６ｄ内に配備され得る。例えば、示されるように、各空隙は、１つの検出器デバイスを含み得る。代替的に、複数の検出器デバイスおよび／または検出器アレイが、単一の空隙内に配備され得る。検出器１６２ａ～１６２ｄは、外部環境との相互作用の後に１つ以上の発光体デバイス１２０によって放射された光を検出するように構成され得る。

図４に追加的に示されるように、中間蓋４５０が、スペーサ構造体４２０の第２の表面４２４（例えば、下表面４２４ｂ）に結合され得る。実施形態では、中間蓋４５０は、複数のアパーチャ４５２ａ～４５２ｄを含み得、複数のアパーチャ４５２ａ～４５２ｄはそれぞれ空隙４２６ａ～４２６ｄと位置合わせされ得る。いくつかの実施形態では、アパーチャ４５２ａ～４５２ｄは、１５０ミクロンの直径を有し得る。しかしながら、他のアパーチャ直径が可能であり、企図される。

いくつかの実施形態において、複数のアパーチャ４５２ａ～４５２ｄは、発光体デバイス１２０によって放射された光に対して実質的に不透過である材料を通じてドリル加工、またはリソグラフエッチングされた穴部を含み得る。他の実施形態では、複数のアパーチャ４５２ａ～４５２ｄは、発光体デバイス１２０によって放射される光に対して実質的に透過な光学窓を含み得る。

図４は、中間蓋４５０を複数のアパーチャ４５２ａ～４５２ｄを含むものとして示しているが、いくつかの実施形態では、複数のアパーチャ４５２ａ～４５２ｄがスペーサ構造体４２０に形成され得ることが理解されよう。例えば、スペーサ構造４２０は、複数のアパーチャ４５２ａ～４５２ｄを形成する１つ以上の穴部を含み得る。例示的な一実施形態では、複数のアパーチャ４５２ａ～４５２ｄが、スペーサ構造体４２０の上側部分４２４ａと下側部分４２４ｂとの間に形成され得る。

図４はまた、取付面４６２を含む光学窓１８２を示している。いくつかの実施形態では、光学窓１８２は、発光体デバイス１２０によって放射される光に対して実質的に透過であり得る。少なくとも１つのＦＡＣレンズ１２２が、光学窓１８２の取付面４６２に結合され得る。さらに、少なくとも１つの光ガイド１４２が、光学窓１８２の取付面４６２に結合されている。実施形態では、少なくとも１つの光ガイド１４２は、反射面４６７ａ～４６７ｄ（例えば、鏡面ファセット）を含み得る。

いくつかの実施例では、シム４７０が、スペーサ構造体４２０の上側部分４２４ａと光学窓１８２の取付面４６２との間に配備され得る。シム４７０は、発光体デバイス１２０が少なくとも１つのＦＡＣレンズ１２２および／または少なくとも１つの光ガイド１４２に対して所定のまたは所望の位置に配備されるように選択され得る。例えば、シム４７０は、発光体デバイス１２０から放射された光が少なくとも１つのＦＡＣレンズ１２２によって効率的に収集され、少なくとも１つの光ガイド１４２に効率的に結合されるように選択され得る。

図２は、シム４７０が光学システム４００の側面付近に位置しているものとして示しているが、シム４７０は他の場所に位置し得ることが理解されよう。例えば、シム４７０は、中間蓋４５０と光学窓１８２の取付面４６２との間に配備され得る。追加的または代替的に、シム４７０は、例えば、バッフルを提供するために（例えば、迷光の伝播を防止するために）、光学システム１００の他の領域に存在し得る。

光学システム４００は、制御崩壊半田ボール４８０を介して第１の基板４１０に物理的に結合され得る回路基板４９０を追加的に含み得る。これらに限定されないが、従来の半田ボール、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）、ランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）、導電性ペースト、ならびに他のタイプの物理ソケットおよび電気ソケットなどの、第１の基板４１０を回路基板４９０に物理的におよび／または電気的に接続する他の方法が可能であり、企図される。

いくつかの実施形態では、反射面４６７ａ～４６７ｄは、主に＋ｚ方向の光を光学システム４００の環境に向けるように構成され得る。追加的または代替的に、反射面４６７ａ～４６７ｄの少なくとも一部分は、放射光の少なくとも一部分を－ｚ方向に（例えば、それぞれの検出器１６２ａ～１６２ｄに向かって）向けるように構成され得る。すなわち、各光パルスの第１の部分は検出器１６２ａ～１６２ｄに直接供給され得、各光パルスの第２の部分は光学システム４００の環境に向けられ得る。かかるシナリオでは、第１の時間ｔ_１は、検出器１６２ａ～１６２ｄにおける光の第１の部分の到着時間に基づいて決定され得る。さらに、第２の時間ｔ_２は、検出器１６２ａ～１６２ｄにおける光の第２の部分の反射部分の到達時間に基づいて決定され得る。いくつかの実施形態では、迷光（例えば、光学システム４００内の直接反射または拡散反射による）を利用して、第１の時間ｔ_１を決定し得ることが理解されよう。

本開示の文脈内で、ゼロポイント時間を決定するおよび／または時間基準信号を受信する他の方法が企図される。例えば、ゼロポイント時間ｔ_０または別の時間基準信号は、反射面４６７ａ～４６７ｄ、光ガイド１４２、光学窓１８２、および／または光学システム４００の他の部分からの光パルスの直接反射および／または多重経路反射に基づいて決定され得る。

ＩＩＩ．例示的車両
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ、および図５Ｅは、例示的な実施形態による、車両５００を示している。車両５００は、半自律型車両または完全自律型車両であり得る。図５Ａ～図５Ｅは、車両５００を自動車（例えば、乗客用バン）であるものとして示しているが、車両５００は、センサおよびその環境に関する他の情報を使用してその環境内で操縦することができる別のタイプの自律型車両、ロボット、またはドローンを含み得ることが理解されよう。

車両５００は、１つ以上のセンサシステム５０２、５０４、５０６、５０８、および５１０を含み得る。例示的な実施形態では、センサシステム５０２、５０４、５０６、５０８、および５１０のうちの１つ以上は、図１に関連して図示および説明される光学システム１００を含み得る。例えば、かかるシナリオでは、センサシステム５０２、５０４、５０６、５０８、および５１０は、所与の平面（例えば、ｘ－ｙ平面）に対してある角度範囲にわたって配置された複数の発光体デバイスを有するＬＩＤＡＲセンサを含み得る。

センサシステム５０２、５０４、５０６、５０８、および５１０のうちの１つ以上は、所与の平面に垂直な軸（例えば、ｚ軸）を中心に回転するように構成され、車両５００の周囲の環境を光パルスによって照明し得る。反射光パルスの様々な態様（例えば、経過飛行時間、偏光、強度など）を検出することに基づいて、環境に関する情報が決定され得る。

例示的な実施形態では、センサシステム５０２、５０４、５０６、５０８、および５１０は、車両５００の環境内の物理的物体に関連し得るそれぞれの点群情報を提供するように構成され得る。車両５００ならびにセンサシステム５０２、５０４、５０６、５０８、および５１０は、特定の特徴を含むものとして示されているが、他のタイプのセンサシステムも本開示の範囲内で企図されることが理解されよう。

例示的な実施形態は、複数の発光体デバイスを有するシステムを含むことができる。システムは、ＬＩＤＡＲデバイスの送信ブロックを含むことができる。例えば、システムは、車両（例えば、自動車、トラック、オートバイ、ゴルフカート、航空機、ボートなど）のＬＩＤＡＲデバイスとすることができ、またはその一部とすることができる。複数の発光体デバイスの各発光体デバイスは、それぞれのビーム仰角に沿って光パルスを放射するように構成される。本明細書の他の箇所に記載されるように、それぞれのビーム仰角は、基準角度または基準面に基づくことができる。いくつかの実施形態では、基準面は、車両５００の運動軸に基づき得る。

本明細書では複数の発光体デバイスを有するＬＩＤＡＲシステムを記載および図示しているが、より少数の発光体デバイス（例えば、単一の発光体デバイス）を有するＬＩＤＡＲシステムも企図される。例えば、レーザダイオードによって放射された光パルスは、システムの環境の周りに制御可能に向けられてもよい。光パルスの放射の角度は、例えば、機械的走査ミラーおよび／または回転モータなどの走査デバイスによって調整することができる。例えば、走査デバイスは、所与の軸の周りを往復運動で回転する、および／または垂直軸の周りを回転することができる。別の実施形態では、発光体デバイスは、各光パルスと相互作用するときのプリズムミラー角度の角度に基づいて光パルスを環境に放射させることができる、回転するプリズムミラーに向けて光パルスを放射することができる。追加的にまたは代替的に、走査光学系および／または他のタイプの電気光学機械デバイスは、環境の周りの光パルスを走査することが可能である。

いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるように、単一の発光体デバイスは、可変ショットスケジュールに従って、および／またはショット当たりの可変電力で光パルスを放射することができる。すなわち、各レーザパルスまたはショットの放射電力および／またはタイミングは、ショットのそれぞれの仰角に基づくことができる。さらにまた、可変ショットスケジュールは、ＬＩＤＡＲシステムから、またはＬＩＤＡＲシステムを支持する所与の車両の表面（例えば、フロントバンパー）からの所与の距離で所望の垂直間隔を提供することに基づくことができる。実施例として、発光体デバイスからの光パルスが下向きに向けられるとき、目標までの予想される最大距離がより短いことに起因して、ショット当たりの電力が低下する可能性がある。逆に、基準面の上の仰角で発光体デバイスによって放射された光パルスは、より長い距離を移動するパルスを適切に検出するのに十分な信号対雑音を提供するように、ショット当たりの電力が比較的より高い場合がある。

いくつかの実施形態では、ショット当たりの電力／エネルギーは、動的な様式でショットごとに制御することができる。他の実施形態では、ショット当たりの電力／エネルギーは、いくつかのパルスの連続セット（例えば、１０個の光パルス）について制御することができる。すなわち、光パルス列の特性は、パルス当たり基準および／または数パルス当たり基準に変更することができる。

図５は、車両５００に取り付けられた様々なＬＩＤＡＲセンサを示しているが、車両５００は、本明細書に説明されるように、複数の光学システムなどの他のタイプのセンサを組み込み得ることが理解されよう。追加的または代替的に、いくつかの実施形態では、校正光パルスの１つの可能な光源は、ＬＩＤＡＲシステムから既知の距離で表面から反射される光を含み得ることが認識されるであろう。実施例として、車両５００のサイドミラーまたは別の表面で反射された光パルスを利用して、ｔ_１または別の時間基準を決定し、車両５００の環境内の他の場所からＬＩＤＡＲシステムに反射して戻される光パルスの距離をより正確に計算し得る。

ＩＶ．例示的な方法
図６は、例示的な実施形態による方法６００を示している。方法６００は、本明細書に明示的に図示されているかまたは他の方法で開示されているものよりも少ないまたは多いステップまたはブロックを含み得ることが理解されよう。さらに、方法６００のそれぞれのステップまたはブロックは、任意の順序で実行されてもよく、各ステップまたはブロックは、１回以上実行されてもよい。いくつかの実施形態では、方法６００のブロックまたはステップの一部分または全部は、図１に関連して図示および説明されるように、制御装置１５０および／または光学システム１００の他の要素によって行われてもよい。追加的または代替的に、方法６００は、図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃを参照して図示および説明される送受信機２００、２２０、および／または２３０を用いて実行され得る。

ブロック６０２は、ＬＩＤＡＲデバイスの送信機（例えば、送信機１１０）に、送信光路を介してＬＩＤＡＲデバイスの環境に第１の光パルスを送信させることを含む。第１の光パルスは、例えば、初期トリガ時間ｔ_０においてレーザダイオードから放射される赤外光パルスであり得る。他の波長を有する光パルスも可能であり、企図される。

ブロック６０４は、ＬＩＤＡＲデバイスの検出器（例えば、検出器１６２）によって、ＬＩＤＡＲデバイスの内部光路（例えば、内部光路１３０）を介して第１の時間ｔ_１における第１の光パルスの第１の部分と、ＬＩＤＡＲデバイスの環境内の物体による反射を介して第２の時間ｔ_２における第１の光パルスの第２の部分とを受信することを含む。すなわち、第１の光パルスの一部分は、内部光路に沿って反射、経路決め、または他の方法で方向転換され、第１の光パルスの残りの部分よりも早い時間に検出器に到達し得る。いくつかの実施形態では、内部光路の短い通過経路長（例えば、１０ｃｍ、１ｃｍ、またはそれ未満）に起因して、第１の光パルスの第１の部分は、送信機からのその初期放射から０．５ナノ秒未満（例えば、０．３３ｎｓ）または５０ピコ秒未満（例えば、３３ｐｓ）で検出器に到達し得る。

ブロック６０６は、第２の時間と第１の時間との差に基づいて物体までの距離を決定することを含む。第２の時間から第１の時間を減算することによって、環境内の物体へのおよび物体からの通過時間が、近似および／または決定され得る。例えば、第１の時間ｔ_１＝５０ｐｓおよび第２の時間ｔ_２＝３３．３８ｎｓの場合、ｔ_ｄｉｆｆ＝ｔ_２ー１_１＝３３．３３ｎｓである。光の速度（例えば、３ｘ１０^８ｍ／ｓ）に基づいて、総通過距離は約１０メートルになり得る。したがって、通過距離の出射部分および入射部分を考慮すると、物体距離は、総通過距離の約半分である５ｍであると決定され得る。

いくつかの実施形態では、方法６００はまた、第１の時間に基づいてゼロポイント時間（例えば、ｔ_０）を決定することを含み得る。実施例として、ゼロポイント時間は１つ以上の光パルス到着時間が比較される時間基準点を表し、距離情報を決定しようとし得る。ゼロポイント時間は、例えば、追加の一定のオフセット時間によって変更され得る（例えば、それによって加算または減算され得る）時間基準点を表し得ることが理解されよう。一定のオフセット時間は、目標距離からゼロ距離を減算することによって計算されたオフセット距離に対応し得る。例えば、オフセット距離時間は、光が内部経路長距離または別のタイプの調整距離に沿って移動する時間に対応し得る。

いくつかの実施形態では、方法６００は、送信機に、送信光路を介して後続の複数の光パルスを送信させることをさらに含み得る。各後続のパルスは、所定の光パルススケジュールに従って発射される。

かかるシナリオでは、方法６００は、検出器によって、ＬＩＤＡＲデバイスの環境内の物体による反射を介して後続の時間に後続の反射光パルスを受信することをさらに含み得る。さらに、方法６００は、それぞれの後続の時間、所定の光パルススケジュール、および第１の時間に基づいて、物体までの距離を決定することを含み得る。例えば、ｔ_１は、その後に受信されるパルスから減算される時間オフセットとして使用され得る。このようにして、ｔ_１は、一度だけ、周期的に、または散発的に測定されるだけでよい。さらに、所定の光パルススケジュールは、それぞれがｔ_０後のそれぞれのｔ_{ｄｅｌａｙ}に従って放射される複数の光パルスを放射するためのスケジュールを含み得る。すなわち、ｔ_０の後のある時間ｔ_{ｄｅｌａｙ}で放射された後続の光パルスについて、反射光パルスが時間ｔ_３で受信される場合、総通過時間は、ｔ_{ｔｒａｎｓｍｉｔ}＝ｔ_３－ｔ_{ｄｅｌａｙ}－ｔ_１によって計算され得る。

図７は、例示的な実施形態による方法７００を示している。方法７００は、本明細書に明示的に図示されているかまたは他の方法で開示されているものよりも少ないまたは多いステップまたはブロックを含み得ることが理解されよう。さらに、方法７００のそれぞれのステップまたはブロックは、任意の順序で実行されてもよく、各ステップまたはブロックは、１回以上実行されてもよい。いくつかの実施形態では、方法７００のブロックまたはステップの一部分または全部は、図１に関連して図示および説明されるように、制御装置１５０および／または光学システム１００の他の要素によって行われてもよい。追加的または代替的に、方法７００は、図３Ａ、図３Ｂ、および図４を参照して図示および説明される光学システム３００および／または４００を用いて実行され得る。

ブロック７０２は、ＬＩＤＡＲデバイスの送信機（例えば、送信機１１０）に対してミラー（例えば、ミラー１７０）を位置決めすることを含む。かかるシナリオでは、送信機は少なくとも１つの光パルスを送信するように構成され得る。図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、ミラーを位置決めすることは、ミラー１７０を回転軸３０４を中心に所望の位置まで回転させることを含み得る。

ブロック７０４は、ミラーと相互作用するように、送信機に第１の光パルスを送信させることを含む。ミラーを位置決めすることは、第１の光パルスがＬＩＤＡＲデバイス内の内部光路（例えば、内部光路１３０）に向けられるように実行される。本明細書の他の箇所で説明するように、内部光路は、例えば、光パイプ１４０、光ガイド１４２、ミラー１７０、光学窓１８２、および／またはドーム１８４を含み得る。

ブロック７０６は、ＬＩＤＡＲデバイスの検出器（例えば、検出器１６２）によって、内部光路を介して第１の時間ｔ_１に第１の光パルスを受信することを含む。光学システム３００および４００に関連して説明されるように、第１の光パルスは、ミラーに向かって、かつ内部光路に沿って放射され、時間的「基準パルス」を提供し得、その後のパルス時間は、校正、調節、および／またはオフセットされ得る。いくつかの実施形態では、ブロック７０６を実行すること（例えば、内部光路を介して光パルスを取得すること）は、いくつかの面で利益を提供し得る。第１に、所与の光パルスからの実質的にすべての光が環境に進路変更され得るため、回転可能なミラーのいくつかの角度は基準パルスを生成しないことになる。第２に、ＬＩＤＡＲデバイスの外部から反射されて戻る光パルスの一部を利用することは、デバイスに非常に近い場内の物体にフィードバックパルスと「混合された」戻りを生じさせ、ゼロ距離を決定することを困難または不可能にし得る。

ブロック７０８は、第１の時間に基づいてゼロポイント時間（例えば、ｔ_０）を決定することを含む。実施例として、ゼロポイント時間は１つ以上の光パルス到着時間が比較される時間基準点を表し、距離情報を決定しようとし得る。

いくつかの実施形態では、方法７００は、ミラーを再位置決めして、送信光路を介して後続の光パルスをＬＩＤＡＲデバイスの環境に向けることをさらに含み得る。かかるシナリオでは、方法７００は、送信機に、送信光路を介して後続の複数の光パルスを送信させることを含み得る。

方法７００はまた、検出器によって、ＬＩＤＡＲデバイスの環境内の物体による反射を介して、後続の時間に後続の反射光パルスを受信することを含み得る。

さらに、方法７００は、それぞれの後続時間とゼロポイント時間との差に基づいて物体までの距離を決定することを含み得る。いくつかの実施形態では、後続の光パルスは、所定の光パルススケジュールにしたがって発射され得る。かかるシナリオでは、物体までの距離を決定することは、所定の光パルススケジュールにさらに基づき得る。

例示的な実施形態では、ミラーは回転可能なミラーであり得る。例えば、回転可能なミラーは三角形プリズムの形状を有し得る。かかるシナリオでは、回転可能なミラーは、三角形プリズムの３つのファセットのそれぞれに対応する３つの反射面を有し得る。いくつかの実施形態では、回転可能なミラーは、矩形プリズム形状を有し得る。かかるシナリオでは、回転可能なミラーは、矩形プリズムの４つの主要なファセットのそれぞれに対応する４つの反射面を含み得る。

加えて、ミラーを位置決めおよび再位置決めすることは、モータに、回転軸を中心に回転可能なミラーを回転させ、３つまたは４つの反射面のそれぞれの角度を調整させることを含み得る。

図に示されている特定の配置は、限定と見なされるべきではない。他の実施形態が、所与の図に示される各要素をより多く、またはより少なく含んでもよいことを理解されたい。さらに、図示される要素のうちのいくつかは、組み合わされ、または省略されてもよい。さらにまた、図示の実施形態は、図示されていない要素を含んでもよい。

情報の処理を表すステップまたはブロックは、本明細書に記載の方法または技術の特定の論理機能を実行するように構成することができる回路に対応することができる。代替的または追加的に、情報の処理を表すステップまたはブロックは、モジュール、セグメント、またはプログラムコード（関連データを含む）の一部に対応することができる。プログラムコードは、特定の論理機能または論理動作を方法または技術において実装するための、プロセッサにより実行可能な１つ以上の命令を含むことができる。プログラムコードおよび／または関連データは、ディスク、ハードドライブ、または他の記憶媒体を含む、記憶デバイスなどの任意のタイプのコンピュータ可読媒体に記憶させることができる。

コンピュータ可読媒体は、レジスタメモリ、プロセッサキャッシュ、およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）のような、データを短期間記憶するコンピュータ可読媒体などの非一時的コンピュータ可読媒体も含むことができる。コンピュータ可読媒体はまた、プログラムコードおよび／またはデータを長期間にわたって記憶する非一時的コンピュータ可読媒体も含むことができる。このように、コンピュータ可読媒体は、例えば、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、光ディスクまたは磁気ディスク、コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）のような二次的なまたは長期永続的な記憶装置を含むことができる。コンピュータ可読媒体はまた、任意の他の揮発性または不揮発性の記憶システムとすることもできる。コンピュータ可読媒体は、例えば、コンピュータ可読記憶媒体、または有形の記憶デバイスと考えることができる。

様々な実施例および実施形態が開示されてきたが、他の実施例および実施形態が当業者にとって明らかであろう。様々な開示された実施例および実施形態は、例示の目的のためであり、限定することを意図するものではなく、その真の範囲は、以下の特許請求の範囲により示される。

本明細書は、条項１～２０の形式で表される次の主題を含む。光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）デバイスであって、送信光路を介してＬＩＤＡＲデバイスの環境に１つ以上の光パルスを送信するように構成された送信機と、その１つ以上の送信された光パルスの第１の部分および１つ以上の送信された光パルスの第２の部分を検出するように構成された検出器であって、その検出器がＬＩＤＡＲデバイス内の内部光路を介して１つ以上の送信された光パルスの第１の部分を第１の時間に受信し、ＬＩＤＡＲデバイスの環境内の１つ以上の物体による反射を介して１つ以上の送信された光パルスの第２の部分を第２の時間に受信するようになっており、第２の時間は第１の時間の後に生じる、検出器と、制御装置であって、その制御装置が、第２の時間と第１の時間との差に部分的に基づいて、物体のうちの少なくとも１つまでの距離を決定するように構成されている、制御装置と、を備えるＬＩＤＡＲデバイス。２．ＬＩＤＡＲデバイス内に光パイプをさらに備え、内部光路が、光パイプを通って延在する光路を含む、条項１に記載のＬＩＤＡＲデバイス。３．光パイプが、１つ以上の送信された光パルス内の所定の割合の光子を受信するように構成されている、条項２に記載のＬＩＤＡＲデバイス。４．所定の割合が、１０％未満である、条項３に記載のＬＩＤＡＲデバイス。５．内部光路が、ＬＩＤＡＲデバイスの１つ以上の構成要素による反射を含む、条項１～４のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲデバイス。６．透過構造体であって、送信光路がその透過構造体を通過し、内部光路が透過構造体による反射を含む、透過構造体をさらに備える、条項１～５のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲデバイス。７．透過構造体が、車両に取り付けられるように構成されたドームである、条項６に記載のＬＩＤＡＲデバイス。８．透過構造体が、光学窓を備える、条項６または７に記載のＬＩＤＡＲデバイス。９．ＬＩＤＡＲデバイス内のミラーであって、送信光路が、ミラーによる反射を含み、内部光路が、ミラーによる反射を含む、ミラーをさらに備える、条項１～８のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲデバイス。１０．入力端から出力端まで全内部反射または反射コーティングによって光を誘導するように構成された光ガイドであって、送信光路が光ガイドの入力端から光ガイドの出力端まで延在する第１の光路を含み、内部光路が第１の光路を含み、光ガイドの出力端から検出器まで延在する第２の光路をさらに含む、条項１～９のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲデバイス。１１．光ガイドの出力端が、ミラーを備える、条項１０のＬＩＤＡＲデバイス。１２．ＬＩＤＡＲデバイスの送信機に、送信光路を介してＬＩＤＡＲデバイスの環境に第１の光パルスを送信させることと、ＬＩＤＡＲデバイスの検出器によって、ＬＩＤＡＲデバイス内の内部光路を介して第１の時間に第１の光パルスの第１の部分を受信し、ＬＩＤＡＲデバイスの環境内の１つ以上の物体による反射を介して第２の時間に第１の光パルスの第２の部分を受信することと、第２の時間と第１の時間の間との差に部分的に基づいて、物体のうちの少なくとも１つまでの距離を決定することと、を含む方法。１３．第１の時間に基づいてゼロポイント時間を決定することをさらに含む、条項１２に記載の方法。１４．送信機に、送信光路を介して後続の複数の光パルスを送信させることであって、各後続のパルスが、所定の光パルススケジュールに従って発射される、送信させることと、検出器によって、ＬＩＤＡＲデバイスの環境内の１つ以上の物体による反射を介して後続の時間に後続の反射光パルスを受信することと、それぞれの後続の時間、所定の光パルススケジュール、および第１の時間に基づいて、それぞれの物体までの距離を決定することと、をさらに含む、条項１２または１３に記載の方法。１５．ＬＩＤＡＲデバイスの送信機に対してミラーを位置決めすることであって、送信機が、少なくとも１つの光パルスを送信するように構成される、位置決めすることと、ミラーと相互作用するように、送信機に第１の光パルスを送信させることであって、ミラーを位置決めすることが、第１の光パルスがＬＩＤＡＲデバイス内の内部光路に向けられるように実行される、送信させることと、ＬＩＤＡＲデバイスの検出器によって、内部光路を介して第１の時間に第１の光パルスを受信することと、第１の時間に部分的に基づいてゼロポイント時間を決定することと、を含む方法。１６．ミラーを再位置決めし、送信光路を介して後続の光パルスをＬＩＤＡＲデバイスの環境に向けることと、送信機に、送信光路を介して後続の複数の光パルスを送信させることと、検出器によって、ＬＩＤＡＲデバイスの環境内の１つ以上の物体による反射を介して後続の時間に後続の反射光パルスを受信することと、それぞれの後続の時間とゼロポイント時間との差に基づいて、物体のうちの少なくとも１つまでの距離を決定することと、をさらに含む、条項１５に記載の方法。１７．後続の光パルスが、所定の光パルススケジュールに従って発射され、物体までの距離を決定することが、所定の光パルススケジュールにさらに基づいている、条項１６に記載の方法。１８．ミラーが、回転可能なミラーを備える、条項１５～１７のいずれか一項に記載の方法。１９．回転可能なミラーが、三角形または矩形のプリズム形状を含み、回転可能なミラーが、３つまたは４つの反射面を備える、条項１８に記載の方法。２０．ミラーを位置決めおよび再位置決めすることが、モータに、回転可能なミラーを回転軸を中心に回転させて、３つまたは４つの反射面のそれぞれの角度を調整させることを含む、条項１９に記載の方法。

Claims (20)

1. 光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）デバイスであって、
   送信光路を介して前記ＬＩＤＡＲデバイスの環境に１つ以上の光パルスを送信するように構成された送信機と、
   前記１つ以上の送信された光パルスの第１の部分および前記１つ以上の送信された光パルスの第２の部分を検出するように構成された検出器であって、前記検出器が、前記ＬＩＤＡＲデバイス内の内部光路を介して前記１つ以上の送信された光パルスの前記第１の部分を第１の時間に受信し、前記ＬＩＤＡＲデバイスの前記環境内の１つ以上の物体による反射を介して前記１つ以上の送信された光パルスの前記第２の部分を第２の時間に受信するようになっており、前記第２の時間が前記第１の時間の後に生じる、検出器と、
   制御装置であって、前記制御装置が、前記第２の時間と前記第１の時間の間との差に部分的に基づいて、前記物体のうちの少なくとも１つまでの距離を決定するように構成されている、制御装置と、を備える、ＬＩＤＡＲデバイス。
2. 前記ＬＩＤＡＲデバイス内に光パイプをさらに備え、前記内部光路が、前記光パイプを通って延在する光路を含む、請求項１に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
3. 前記光パイプが、前記１つ以上の送信された光パルス内の所定の割合の光子を受信するように構成されている、請求項２に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
4. 前記所定の割合が、１０％未満である、請求項３に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
5. 前記内部光路が、前記ＬＩＤＡＲデバイスの１つ以上の構成要素による反射を含む、請求項１に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
6. 透過構造体であって、前記送信光路が前記透過構造体を通過し、前記内部光路が前記透過構造体による反射を含む、透過構造体をさらに備える、請求項１に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
7. 前記透過構造体が、車両に取り付けられるように構成されたドームである、請求項６に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
8. 前記透過構造体が、光学窓を備える、請求項６に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
9. 前記ＬＩＤＡＲデバイス内のミラーであって、前記送信光路が、前記ミラーによる反射を含み、前記内部光路が、前記ミラーによる反射を含む、ミラーをさらに備える、請求項１に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
10. 入力端から出力端まで全内部反射または反射コーティングによって光を誘導するように構成された光ガイドであって、前記送信光路が、前記光ガイドの前記入力端から前記光ガイドの前記出力端まで延在する第１の光路を含み、前記内部光路が、前記第１の光路を含み、前記光ガイドの前記出力端から前記検出器まで延在する第２の光路をさらに含む、光ガイドをさらに備える、請求項１に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
11. 前記光ガイドの前記出力端が、ミラーを備える、請求項１０に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
12. ＬＩＤＡＲデバイスの送信機に、送信光路を介して前記ＬＩＤＡＲデバイスの環境に第１の光パルスを送信させることと、
    前記ＬＩＤＡＲデバイスの検出器によって、前記ＬＩＤＡＲデバイス内の内部光路を介して第１の時間に前記第１の光パルスの第１の部分を受信し、前記ＬＩＤＡＲデバイスの前記環境内の１つ以上の物体による反射を介して第２の時間に前記第１の光パルスの第２の部分を受信することと、
    前記第２の時間と前記第１の時間との差に部分的に基づいて、前記物体のうちの少なくとも１つまでの距離を決定することと、を含む、方法。
13. 前記第１の時間に基づいて、ゼロポイント時間を決定することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記送信機に、前記送信光路を介して後続の複数の光パルスを送信させることであって、各後続のパルスが、所定の光パルススケジュールに従って発射される、送信させることと、
    前記検出器によって、前記ＬＩＤＡＲデバイスの前記環境内の１つ以上の物体による反射を介して後続の時間に後続の反射光パルスを受信することと、
    前記それぞれの後続の時間、前記所定の光パルススケジュール、および前記第１の時間に基づいて、前記それぞれの物体までの距離を決定することと、をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
15. ＬＩＤＡＲデバイスの送信機に対してミラーを位置決めすることであって、前記送信機が、少なくとも１つの光パルスを送信するように構成されている、位置決めすることと、
    前記ミラーと相互作用するように、前記送信機に第１の光パルスを送信させることであって、前記ミラーを位置決めすることが、前記第１の光パルスが前記ＬＩＤＡＲデバイス内の内部光路に向けられるように実行される、送信させることと、
    前記ＬＩＤＡＲデバイスの検出器によって、前記内部光路を介して第１の時間に前記第１の光パルスを受信することと、
    前記第１の時間に部分的に基づいてゼロポイント時間を決定することと、を含む、方法。
16. 前記ミラーを再位置決めし、送信光路を介して後続の光パルスを前記ＬＩＤＡＲデバイスの環境に向けることと、
    前記送信機に、前記送信光路を介して後続の複数の光パルスを送信させることと、
    前記検出器によって、前記ＬＩＤＡＲデバイスの前記環境内の１つ以上の物体による反射を介して後続の時間に後続の反射光パルスを受信することと、
    前記それぞれの後続の時間と前記ゼロポイント時間との差に基づいて、前記物体のうちの少なくとも１つまでの距離を決定することと、をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記後続の光パルスが、所定の光パルススケジュールに従って発射され、前記物体までの前記距離を決定することが、前記所定の光パルススケジュールにさらに基づく、請求項１６に記載の方法。
18. 前記ミラーが、回転可能なミラーを含む、請求項１５に記載の方法。
19. 前記回転可能なミラーが、三角形または矩形のプリズム形状を含み、前記回転可能なミラーが、３つまたは４つの反射面を備える、請求項１８に記載の方法。
20. 前記ミラーを位置決めおよび再位置決めすることが、モータに、前記回転可能なミラーを回転軸を中心に回転させて、前記３つまたは４つの反射面のそれぞれの角度を調整させることを含む、請求項１９に記載の方法。

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