JP2022551427A - シーンまでの距離を決定するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

本開示は、シーンまでの距離を決定するための方法および装置に関する。本方法は、ＰＷ＝（ＴＯＦｍａｘ－ＴＤＬ）／Ｎとなるようなパルス幅減少係数Ｎを使用することによって最大距離Ｄｍａｘに対応する最大飛行時間ＴＯＦｍａｘよりも小さいレーザ光パルス幅ＰＷを決定し、ＴＤＬは所定の遅延窓である、ステップと、ＦＰ≦１／（（Ｎ＋１）×ＰＷ＋ＴＤＬ）となるようにパルス周波数ＦＰを決定するステップと、決定されたパルス幅および周波数を有する複数の空間的に分離されたパルスレーザビームを備える照明パターンでシーンを照明するステップと、ＴＤ＝Ｍ×（ＰＷ／α）であるように、α≧１であるＭ＝α×（Ｎ＋１）個の連続する検出時間窓で分割された検出期間ＴＤ中に時間の関数として検出を実行するステップと、どの検出時間窓で反射レーザ光が検出されるかを識別するステップと、この識別に基づいてシーンまでの距離を計算するステップとを含む。

Description

開示の分野
本開示は、シーンまでの距離を決定するためのシステムに関する。より詳細には、本発明は、シーンを照明し、反射レーザ光を検出するためにレーザ光を使用する飛行時間ベースの感知方法に関する。本発明はまた、シーンの１つまたは複数の物体までの距離を検出するためのＬＩＤＡＲ装置に関する。

背景
シーンの距離を決定するための能動照明に基づく装置は、ＬＩＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）装置としても知られている。ＬＩＤＡＲ装置は、シーンにレーザ光を照射し、レーザ光を放射したレーザ源の近くに一般に配置された検出器内の反射レーザ光を検出することによって、シーンまでの距離を測定する。したがって、レーザ光の放射と反射レーザ光の検出との間の時間間隔は、シーンの物体またはレーザ光を反射したシーンの一部までの距離の２倍に比例する。

最も知られているＬＩＤＡＲ装置は、ダイレクトＴＯＦ（ＤＴｏＦ）法を利用する。これらのシステムは、ナノ秒パルスレジームで動作する強力なパルスレーザと、パルスレーザビームを走査する機械的走査システムと、パルス検出器とを備える。このタイプのシステムは、カリフォルニア州モーガンヒルのＶｅｌｏｄｙｎｅ ＬＩＤＡＲを含むベンダーから現在入手可能である。Ｖｅｌｏｄｙｎｅ ＨＤＬ－６４Ｅは、最先端のシステムの一例として、毎秒５～１５回転で機械的に回転する構造で６４個の高出力レーザおよび６４個のアバランシェダイオード検出器を使用する。

これらのＤＴｏＦシステムにはいくつかの欠点がある。例えば、これらのシステムは、現在利用可能な半導体レーザでは得られない高すぎる出力レベルを有するレーザを必要とし、その出力レベルは数桁低い。さらに、走査目的のために機械的に回転する要素を使用することは、このタイプのシステムの小型化、信頼性、およびコスト削減の見込みをさらに制限する。

ＬＩＤＡＲ装置のコンパクトさは、ＬＩＤＡＲ装置が例えば自動車のフロントガラスに結合されるか、または自動車のバンパーに結合される自動車分野の用途にとって重要な要素である。実際、ＬＩＤＡＲ装置は、自動運転または運転者支援システムを開発するための重要な要素である。これに関連して、ＬＩＤＡＲ装置は、他の車両または車両の環境内の物体などの障害物を検出するために使用される。

国際公開第２０１７／０６８１９９号では、半導体レーザおよびＣＭＯＳベースのマルチウェル画素検出器を使用するＬＩＤＡＲ装置が提案されている。これにより、照明システムおよび検出システムがコンパクトなハウジング内に一緒に配置されるコンパクトなＬＩＤＡＲ装置を製造することが可能になる。国際公開第２０１７／０６８１９９号に開示されている装置は、スポットパターンで同時に放射される複数の空間的に分離されたパルスレーザ光によって形成される照明パターンでシーンを照明するように構成されたプロジェクタを使用する。レーザ光のパルスはパルス列として放射される、すなわちパルスシーケンスは所与のパルス周波数で放射される。ＣＭＯＳベースのマルチウェル画素検出器は、シーンによって反射された空間的に分離されたパルスまたは空間的に分離されたパルスの一部を表す反射レーザ光のスポットを検出している。このようにして、回転または機械的走査要素を使用せずにシーンの深度マップを取得することができる。

国際公開第２０１７／０６８１９９号で使用される照明および検出方法の原理は図１に示されており、放射されたレーザパルスおよび反射パルスは、それぞれ参照番号１１および１２で識別される。この図１は概略図にすぎず、反射パルス１２は、概して、放射パルス１１の振幅と比較してより小さい振幅を有する。この方法は距離ゲーティング法とも呼ばれる。検出器は、第１の時間窓ＴＷ１中に得られた第１の反射レーザ光の量を表す第１の電荷量と、第２の時間窓ＴＷ２中に得られた第２の反射レーザ光の量を表す第２の電荷量とを検出するように構成される。第２の時間窓は、第１の時間窓の後に生じており、２つの時間窓の幅は、レーザパルスのパルス幅ＰＷに等しい。処理手段は、第１および第２の電荷量に基づいてシーンの物体までの距離を計算することを可能にする。

国際公開第２０１７／０６８１９９号に開示されているＬＩＤＡＲ装置は、上述のＤＴｏＦシステムと比較した場合にいくつかの利点を有する。実際、そのようなソリッドステートＬＩＤＡＲ装置は、コンパクトで堅牢であり、費用対効果の高い方法で製造することができる。しかしながら、これらのタイプのＬＩＤＡＲ装置はまた、欠点、すなわち、許容可能な空間精度を得るために多数のフレームを取得する必要があるという事実を有する。これは、ＬＩＤＡＲ検出器の全体的な応答時間を大幅に短縮し、所与の期間内に測定できる点の数を制限する。

したがって、そのようなコンパクトなＬＩＤＡＲ装置を改善する必要がある。より正確には、１００メートル以上の距離を含む広範囲の距離で動作可能であり、高精度の距離測定を実行するために、これらのタイプのＬＩＤＡＲ装置を有する必要がある。

概要
本開示の目的は、シーン内の１つまたは複数の物体までの距離を決定するための方法を提供することであり、より具体的には、限られた数のフレーム、単一のフレーム測定でも許容可能な空間精度を得ることができるように、高精度で物体距離を決定することである。すなわち、上述した時間誤差σを低減することが目的である。さらなる目的は、取得されるフレーム数を大幅に減らすことができ、または単一のフレーム測定に限定することさえできるように、高精度で物体距離を決定するための検出および処理手段を備えるＬＩＤＡＲ装置を提供することである。

本発明は、添付の独立請求項に定義される。従属請求項は、有利な実施形態を定義する。

本発明の第１の態様によれば、パルスレーザ光でシーンを照明し、レーザ光の飛行時間に関連して反射レーザ光を検出することによってシーン内の１つまたは複数の物体までの距離を決定するための方法が提供され、シーン内の１つまたは複数の物体は、最小距離と最大距離との間の距離範囲内に位置し、０≦Ｄ_ｍｉｎ≦０．６×Ｄ_ｍａｘ、好ましくは０≦Ｄ_ｍｉｎ≦０．４×Ｄ_ｍａｘ、より好ましくは０≦Ｄ_ｍｉｎ≦０．２×Ｄ_ｍａｘであり、Ｄ_ｍｉｎおよびＤ_ｍａｘはそれぞれ、距離範囲を定義する最小距離および最大距離である。

本発明による方法は、
Ａ）ＰＷ＝（ＴＯＦ_ｍａｘ－Ｔ_ＤＬ）／Ｎ、ＴＯＦ_ｍａｘ＝２×Ｄ_ｍａｘ／ｃとなるように、最大距離に関連付けられた最大飛行時間よりも小さいパルスレーザ光のパルス幅を決定するステップであって、
ＰＷはパルス幅であり、Ｄ_ｍａｘは最大距離であり、ｃは光の速さであり、ＴＯＦ_ｍａｘは最大飛行時間であり、Ｔ_ＤＬは０≦Ｔ_ＤＬ≦２×Ｄ_ｍｉｎ／ｃである所定の遅延時間窓であり、Ｎは所定のパルス幅減少係数である、ステップと、
Ｂ）Ｆ_Ｐ≦１／（（Ｎ＋１）×ＰＷ＋Ｔ_ＤＬ）となるようにパルス周波数を決定するステップであって、Ｆ_Ｐはパルス周波数であり、Ｆ_Ｐ＝１／Ｐ_Ｐであり、Ｐ_Ｐはパルス周期である、ステップと、
Ｃ）パルスレーザ光のパルス周期（Ｐ_Ｐ）内の反射レーザ光を検出するための検出期間を、Ｔ_Ｄ＝（Ｎ＋１）×ＰＷ、Ｔ_Ｄは検出期間、で決定し、
ｉ＝１～Ｍであり、Ｍは検出時間窓の数である、連続する検出時間窓の数ＴＷ［ｉ］で検出時間期間を分割するステップであって、

αは、パルス幅ごとに選択される検出時間窓の数を表す整数であり、α≧１、好ましくはα≦１０、より好ましくはα≦５であり、αおよびＮは、α×Ｎ≧２、好ましくはα×Ｎ≧３、より好ましくはα×Ｎ≧４となるように選択される、ステップと、
Ｄ）複数の空間的に分離されたパルスレーザビームによって形成されたスポットパターンでシーンを照明するステップであって、各パルスレーザビームは、ステップＡ）で決定されたパルス幅を有し、かつステップＢ）で決定されたパルス周波数を有するパルスシーケンスを備え、複数のパルスレーザビームの各々のパルスは同時に放射される、ステップと、
Ｅ）ステップＤ）で定義されたようにシーンを照明するときにパルスの各同時放射に続いて、ステップＣ）で定義された検出期間（Ｔ_Ｄ）の連続する検出時間窓ＴＷ［ｉ］中に反射レーザのスポットを検出するステップであって、スポットは、シーン内の１つまたは複数の物体によって反射された空間的に分離されたパルスレーザビームを表しており、
パルスレーザビームのパルスの放射と同期して反射レーザ光のスポットの前記検出を実行するパルスの各同時放射について、
ａ）遅延時間窓が０である場合には、第１の検出時間窓ＴＷ［１］がパルスの放射時間窓と重なるか、または少なくとも部分的に重なるように同期を実行し、
ｂ）遅延時間窓が０でない場合には、第１の検出時間窓ＴＷ［１］がパルスの放射時間窓に対して遅延時間窓に等しい遅延で遅延されるように同期を実行する、ステップと、
Ｆ）反射レーザ光の検出されたスポットの各々について、検出時間窓ＴＷ［ｉ］で検出された反射レーザ光の量を累積することによって、検出時間窓ＴＷ［ｉ］に関連付けられた露光値を取得するステップであって、累積はパルスシーケンスの全てのパルスについて実行される、ステップと、
Ｇ）反射レーザ光の検出されたスポットの各々について、
ｉ）連続する検出時間窓ＴＷ［ｉ］のどの検出時間窓で反射レーザ光が検出されるかを識別するステップと、
ｉｉ）識別された検出時間窓に基づいて物体距離を計算するステップであって、物体距離は、反射レーザ光のスポットを検出する検出器と、反射レーザ光を検出させたシーン内の物体またはシーン内の物体の一部との間の距離に対応する、ステップと、を含む。

有利には、最大飛行時間ＴＯＦ_ｍａｘ、すなわち、測定される最大距離に対応するＴＯＦ_ｍａｘに対してレーザパルスのパルス幅を減少させ、反射レーザ光を検出するための検出時間窓を減少させることによって、測定分布のシグマ値σであるとして上記で定義された距離決定の時間精度が改善される、すなわち低減される。すなわち、時間精度が改善される。これにより、取得されるフレーム数を減らすことができ、または単一のフレーム測定を実行することさえ可能になる。ＬＩＤＡＲ装置が完全に較正されており、単一のフレーム測定のみを実行する場合、時間精度は、測定された距離値が実際の距離値にどのくらいの確率で等しいかを決定することである。

有利には、検出期間およびパルス周波数は、最大距離に位置する物体から生じる反射レーザ光が、後続のレーザパルスが放射される前の検出期間内に検出されるように定義される。これにより、エイリアシングの問題が回避される。

有利には、本発明による方法を用いて、特許請求の範囲に記載のパルス幅を有するレーザパルスの同じシーケンスおよび特許請求の範囲に記載の検出時間窓を用いて、物体を広範囲の距離にわたって、すなわち短距離Ｄ_ｍｉｎから最大距離Ｄ_ｍａｘまで検出することができる。

検出期間がＭ個の連続する検出時間窓に分割され、各検出時間窓がパルス幅に本質的に等しい時間幅、すなわちα＝１を有する検出期間中の時間の関数としての反射レーザ光の検出の実行は、反射レーザ光が最大２つの検出時間窓で検出されるという追加の利点を有する。したがって、Ｍ≧３として、バックグラウンド測定を実行するために追加のタイムスロットを必要としないように、バックグラウンド検出時間窓として使用することができる少なくとも１つの検出時間窓がある。

また、α＞１の場合、反射レーザ光は最大α＋１検出時間窓で検出され、したがってパルス幅係数は、検出時間窓がバックグラウンド測定を実行するために利用可能であるように選択することができる。

有利には、距離測定の精度の改善に起因して、フレーム数を減らすことができ、したがってＬＩＤＡＲ装置の全体的な応答時間が改善される。

最小距離Ｄ_ｍｉｎの下限「０」は、０メートルと解釈されなければならない。
実施形態では、最小距離Ｄ_ｍｉｎは０メートルに等しく、したがって遅延時間窓Ｔ_ＤＬは０ナノ秒に設定される。

実施形態では、０．００５×Ｄ_ｍａｘ≦Ｄ_ｍｉｎ≦０．６×Ｄ_ｍａｘである。他の実施形態では、０．０１×Ｄ_ｍａｘ≦Ｄ_ｍｉｎ≦０．６×Ｄ_ｍａｘである。さらなる実施形態では、０．０１×Ｄ_ｍａｘ≦Ｄ_ｍｉｎ≦０．４×Ｄ_ｍａｘである。

実施形態では、Ｎとαとの積は、１０００以下、好ましくは５００以下、より好ましくは１００以下である。

実施形態では、所定のパルス幅減少係数Ｎは３以上であり、他の実施形態ではＮは４以上である。

いくつかの実施形態では、所定のパルス幅減少係数Ｎは、２≦Ｎ≦２０、好ましくは３≦Ｎ≦２０の範囲内に含まれる。

実施形態では、最大距離Ｄ_ｍａｘは、３０メートル≦Ｄ_ｍａｘ≦１０００メートルの範囲、好ましくは５０メートル≦Ｄ_ｍａｘ≦５００メートルの範囲に含まれる。しかしながら、本発明は、決定される特定の最大距離に限定されない。

上記で定義され、特許請求の範囲で定義された検出期間Ｔ_Ｄは、反射レーザ光を検出するための検出期間として解釈されるべきであり、したがって、検出期間Ｔ_Ｄの後の追加の検出時間窓が、例えばバックグラウンドを検出するために、または他の測定を実行するためにさらに使用されることを排除しない。

実施形態では、ｉ＝１～Ｍの連続する検出時間窓ＴＷ［ｉ］は、実質的に等しい持続時間である。

実施形態では、ｉ＝１～Ｍである連続する検出時間窓ＴＷ［ｉ］の各々について、（｜（ＰＷ／α）－ＴＷ［ｉ］｜／（ＰＷ／α））≦０．１０、好ましくは（｜（ＰＷ／α）－ＴＷ［ｉ］｜／（ＰＷ／α））≦０．０５、より好ましくは（｜（ＰＷ／α）－ＴＷ［ｉ］｜／（ＰＷ／α））≦０．０２であり、
実施形態では、本発明による方法は、ＬＩＤＡＲ装置を用いてシーン内の１つまたは複数の物体までの距離を決定するための方法である。

本発明による方法は、定義されたステップの特定の順序に限定されず、文字Ａ）～Ｇ）で識別されたステップは、特定の時系列を示すと解釈されるべきではないことに留意されたい。例えば、ステップＡ）～Ｃ）は、異なる順序で実行することができ、または並行して実行することができる。文字Ａ）～Ｇ）は、本発明の方法に含まれる異なるステップを識別するために使用されるにすぎず、これらの文字は、例えばこれらのステップが本文でさらに詳細に説明される場合の参照として使用される。

実施形態では、反射レーザ光の検出は、複数の画素を有するマルチウェル画素検出器を備えるレーザ受光装置を用いて実行され、各画素は、感光領域と、ｉ＝１～Ｎ_Ｗであり、Ｎ_Ｗは電荷ストレージウェルの数であり、Ｎ_Ｗ≦Ｍである複数の電荷ストレージウェルＷ［ｉ］とを含み、複数の電荷ストレージウェルは、検出期間Ｔ_Ｄ中に感光領域によって検出された電荷を格納するように構成される。好ましい実施形態では、Ｎ_Ｗ＜ＭおよびＭ≧４である。

本発明による実施形態では、ステップＣ）において、整数αが１よりも大きくなるように選択される場合、αはＮ_Ｗよりも小さくなるように選択され、好ましくはα＝Ｒｏｕｎｄ（Ｎ_Ｗ／２）であり、Ｒｏｕｎｄは比Ｎ_Ｗ／２を最も近い整数に丸めるための関数である。Ｎ_Ｗが奇数である場合、２で除算した後の丸めは、最も低い整数または最も高い整数にすることができる。

実施形態では、ｋ＝１～Ｍ－αであるα＋１個の連続する時間窓ＴＷ［ｋ］～ＴＷ［ｋ＋α］の各サブシーケンスは、反射レーザ光が検出された検出時間窓が明確に識別可能であるように、複数の電荷ストレージウェルＷ［ｉ］のα＋１個の電荷ストレージウェルの固有シーケンスに関連付けられる。

α＝１である実施形態では、ｋ＝１～Ｍ－１である連続する検出時間窓ＴＷ［ｋ］およびＴＷ［ｋ＋１］の各対は、反射レーザ光が検出される検出時間窓が明確に識別可能であるように、複数の電荷ストレージウェルＷ［ｉ］の電荷ストレージウェルの固有の対に関連付けられる。

α＝１である実施形態では、ステップＡ）において、パルス幅減少係数Ｎは、電荷ストレージウェルの数が奇数の場合はＮ≦Ｎ_Ｗ！／（（Ｎ_Ｗ－２）！×２）、または電荷ストレージウェルの数が偶数の場合はＮ≦［Ｎ_Ｗ！／（（Ｎ_Ｗ－２）！×２）］－［（Ｎ_Ｗ！／（（Ｎ_Ｗ－１）！×２））－１］となるように定義される。

実施形態では、ステップＧ）ｉｉ）において、物体距離の計算は、識別された検出時間窓に基づいている、および／または反射レーザ光が識別された少なくとも最も早い検出時間窓および最後の検出時間窓について得られた露光値に基づいている。いくつかの実施形態では、物体距離の計算は、反射レーザ光が識別された最も早い検出時間窓に先行する検出時間窓の数のカウントに基づく。

本発明の第２の態様によれば、シーンの１つまたは複数の物体までの距離を決定するためのＬＩＤＡＲ装置が提供される。そのようなＬＩＤＡＲ装置は、複数の空間的に分離されたパルスレーザビームによって形成されたスポットパターンでシーンを照明するように構成されたプロジェクタであって、各パルスレーザビームはパルス幅を有するパルスシーケンスを含み、複数のパルスレーザビームの各々のパルスは同時に放射される、プロジェクタと、シーンの１つまたは複数の物体によって反射されたスポットパターンを表す反射レーザ光のスポットを検出するように構成されたＣＭＯＳベースのマルチウェル画素検出器を備える受光装置と、パルスレーザビームのパルスの同時放射と同期して反射レーザ光を検出して蓄積するようにプロジェクタおよび受光装置を制御するためのコントローラと、を備える。

本発明によるＬＩＤＡＲ装置は、ＣＭＯＳベースのマルチウェル画素検出器が、パルスレーザビームのパルス周期内に入る検出期間中に反射レーザ光を検出するように構成され動作可能であり、検出期間は、いくつかの連続する検出時間窓ＴＷ［ｉ］に分割され、ｉ＝１～Ｍであり、Ｍは、Ｍ≧３、好ましくはＭ≧４、より好ましくはＭ≧５である検出時間窓の数であり、

ｉ＝１～Ｍの連続する検出時間窓ＴＷ［ｉ］は、実質的に等しい持続時間である。実施形態では、ｉ＝１～Ｍである検出時間窓ＴＷ［ｉ］の各々について、（｜ＰＷ－ＴＷ［ｉ］｜／ＰＷ）≦０．１０、好ましくは（｜ＰＷ－ＴＷ［ｉ］｜／ＰＷ）≦０．０５、より好ましくは（｜ＰＷ－ＴＷ［ｉ］｜／ＰＷ）≦０．０２である。

ＣＭＯＳベースのマルチウェル画素検出器は、反射レーザ光の検出されたスポットのそれぞれについて、検出時間窓ＴＷ［ｉ］で検出された反射レーザ光を表す電荷の量を蓄積することによって、検出時間窓ＴＷ［ｉ］に関連付けられた露光値を取得するようにさらに構成され動作可能であり、蓄積は、パルスシーケンスの全てのパルスに対して実行される。

ＬＩＤＡＲはまた、コントローラが、ｉ）第１の検出時間窓ＴＷ［１］がパルスのパルス放射時間窓と重なるか、または少なくとも部分的に重なるように、あるいは、ｉｉ）第１の検出時間窓ＴＷ［１］がパルスの放射時間窓に対して遅延され、遅延が所定の遅延時間窓に等しいように、同期を実行するように構成されることを特徴とする。

好ましくは、所定の遅延時間係数は２×Ｄ_ｍｉｎ／ｃ以下であり、Ｄ_ｍｉｎは最小距離、ｃは光の速さであり、これにより最小距離Ｄ_ｍｉｎまたはその近くに位置する物体を検出し、距離を決定することができる。

本発明によるＬＩＤＡＲ装置は、反射レーザ光の検出されたスポットの各々について、ｉ）連続する検出時間窓のどの検出時間窓で反射レーザ光を表す露光値が取得されるかを識別することと、ｉｉ）識別された検出時間窓および／またはそれらの識別された検出時間窓に蓄積された電荷に基づいてシーンの物体までの物体距離を計算することと、を構成する処理手段を備えることをさらに特徴とする。

実施形態では、ＣＭＯＳベースのマルチウェル画素検出器は、複数の画素を備え、各画素は、感光性検出領域と、ｉ＝１～Ｎ_Ｗであり、Ｎ_Ｗは電荷ストレージウェルの数であり、Ｎ_Ｗ≦Ｍである複数の電荷ストレージウェルＷ［ｉ］とを含み、複数の電荷ストレージウェルは、検出期間中に感光領域によって検出された電荷を格納するように構成される。好ましい実施形態では、Ｎ_Ｗ＜ＭおよびＭ≧４である。

そのようなＣＭＯＳベースのマルチウェル画素検出器を備え、Ｎ_Ｗ＜ＭおよびＭ≧４である実施形態では、ｋ＝１～Ｍ－αであるα＋１個の連続する時間窓ＴＷ［ｋ］～ＴＷ［ｋ＋α］の各サブシーケンスは、反射レーザ光が検出された検出時間窓が明確に識別可能であるように、複数の電荷ストレージウェルＷ［ｉ］のα＋１個の電荷ストレージウェルの固有シーケンスに関連付けられる。

Ｍ≧４およびα＝１である実施形態では、マルチウェル画素検出器Ｎ_Ｗ＜Ｍの各画素について、検出時間窓の連続する時間窓の各対ＴＷ［ｋ］およびＴＷ［ｋ＋１］は、反射レーザ光が検出される検出時間窓が明確に識別可能であるように、電荷ストレージウェルの固有の対Ｗ［ｍ］およびＷ［ｎ］に関連付けられる。

α＝１である実施形態では、電荷ストレージウェルの数Ｎ_Ｗおよび検出時間窓の数Ｍは、Ｎ_Ｗ＝３およびＭ＝４、またはＮ_Ｗ＝４および５≦Ｍ≦６、またはＮ_Ｗ＝５および７≦Ｍ≦１１と定義される。

好ましい実施形態では、ＬＩＤＡＲ装置は、検出時間窓の数Ｍとパルス幅ＰＷとが関係するように構成され、この関係は、ＰＷ＝（ＴＯＦ_ｍａｘ－Ｔ_ＤＬ）／（（Ｍ－α）／α）と定義され、ＴＯＦ_ｍａｘ＝２×Ｄ_ｍａｘ／ｃであり、ＴＯＦ_ｍａｘは最大飛行時間であり、Ｄ_ｍａｘは最大飛行時間に関連付けられた最大距離であり、ｃは光の速さであり、Ｔ_ＤＬは所定の遅延時間窓であり、０≦Ｔ_ＤＬ≦（０．６×ＴＯＦ_ｍａｘ）、好ましくは０≦Ｔ_ＤＬ≦（０．４×ＴＯＦ_ｍａｘ）、より好ましくは０≦Ｔ_ＤＬ≦（０．２×ＴＯＦ_ｍａｘ）である。最大距離は、ＬＩＤＡＲ装置の動作範囲であり、一般に、ＬＩＤＡＲ装置の最大動作範囲である。

実施形態では、ＬＩＤＡＲ装置の最大動作範囲に対応するこの最大距離Ｄ_ｍａｘは、３０メートル≦Ｄ_ｍａｘ≦１０００メートルの範囲内、好ましくは５０メートル≦Ｄ_ｍａｘ≦５００メートルの範囲内である。

実施形態では、プロジェクタは、Ｆ_Ｐ≦１／（（Ｍ／α）×ＰＷ＋Ｔ_ＤＬ）となるようなパルス周波数Ｆ_Ｐでパルスレーザビームを供給するように構成される。

実施形態では、パルスレーザビームによって生成されるレーザ光は、８００ｎｍ～１６００ｎｍの波長を有する。

本発明による実施形態では、α≧２である。
本発明はまた、本発明によるＬＩＤＡＲ装置を備える車両に関する。

図面の簡単な説明
本開示のこれらおよびさらなる態様は、例として、添付の図面を参照してより詳細に説明される。

光の照射および検出のための従来技術のタイミング図を概略的に示す。 パルス列を形成するパルスシーケンスの一例を概略的に示す。 いくつかのフレームの繰り返しを概略的に示す。 本発明の実施形態によるパルス放射および検出のための様々なタイミング図を概略的に示す。 本発明によるパルス放射および検出のタイミング図のさらなる例を概略的に示す。 パルス放射時間窓と反射レーザ光を検出するための第１の検出時間窓との間に遅延が存在する、パルス放射および検出のタイミング図を概略的に示す。 所与の数の検出時間窓に関連付けられた複数の検出器ウェルの２つの例を概略的に示す。 α＝２である、パルス放射および検出のためのタイミング図の一例を概略的に示す。 本発明による方法を用いた距離測定の時間誤差の低減を概略的に示す。 本発明の実施形態によるＬＩＤＡＲ装置を概略的に示す。

図の図面は、縮尺通りに描かれておらず、比例もされていない。一般に、図中、同一の構成要素には同一の符号を付している。

実施形態の詳細な説明
本開示は、特定の実施形態に関して説明されるが、これらは本開示を例示するものであり、限定するものとして解釈されるべきではない。本開示は、特に示されたおよび／または説明されたものによって限定されず、本開示の全体的な教示に照らして代替または変更された実施形態が開発され得ることが当業者には理解されよう。説明される図面は概略的なものにすぎず、非限定的である。

動詞「備える」ならびにそれぞれの活用形の使用は、述べられたもの以外の要素の存在を排除しない。要素に先行する冠詞「ａ」、「ａｎ」または「ｔｈｅ」の使用は、複数のそのような要素の存在を排除しない。

さらに、明細書および特許請求の範囲における第１、第２などの用語は、同様の要素を区別するために使用され、必ずしも時間的、空間的、序列、または他の方法による順序を説明するためのものではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書に記載される開示の実施形態は、本明細書に記載または図示されている以外の順序で動作することができることを理解されたい。

本明細書を通して「一実施形態」または「実施形態」への言及は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が本開示の１つまたは複数の実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体の様々な箇所における「一実施形態では」または「実施形態では」という語句の出現は、必ずしも全てが同じ実施形態を指しているわけではないが、そうであってもよい。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、本開示から当業者に明らかであるように、１つまたは複数の実施形態において、任意の適切な方法で組み合わせることができる。

用語パルス幅がパルスレーザビームのパルスのパルス幅などで使用される場合、用語パルス幅は、例えばナノ秒で表される時間単位で表される時間パルス幅として解釈されなければならない。

シーンまでの距離を決定するための方法、概要
本発明の第１の態様によれば、シーンの１つまたは複数の物体までの距離を決定するための方法が提供される。シーンは、例えば、自動車のフロントガラスまたはバンパーに取り付けられたＬＩＤＡＲ装置によって観察される領域である。ＬＩＤＡＲ装置の視野に応じて、シーンは広い領域または狭い領域をカバーすることができる。自動車用途の視野は、例えば、３０°×１０°または１２０°×３０°または任意の他の適切な視野である。シーンは、例えば、ＬＩＤＡＲ装置から異なる距離に位置する様々な物体、または少数の物体、またはただ１つの物体を含むことができる。この方法は、シーンの距離マッピングを実行し、それによって物体までの異なる距離またはシーンの部分までの距離を識別することを目的とする。本発明による方法は、自動車用途のＬＩＤＡＲに限定されず、ＬＩＤＡＲが例えば飛行機または衛星に搭載される他の領域にも適用することができる。

本方法は、複数の空間的に分離されたパルスレーザビームによって形成されたスポットパターンでシーンを照明するステップを含む。各パルスレーザビームは、パルス幅ＰＷおよびパルス周波数Ｆ_Ｐを有するパルスシーケンスを備える。複数のパルスレーザビームの各々のパルスは、同時に放射される。このようなパルスシーケンスはパルス列とも呼ばれ、パルス列５０の一例が図２に概略的に示されている。この例示的な例では、５つのパルスのみが示されているが、実際には、パルス列内のパルスの数は一般にはるかに多い。例えば、いくつかの実施形態では、パルス列内のパルスの数は、５０～５００パルスの範囲である。パルス１１のＰＷを有するパルスおよびパルス周期Ｐ_Ｐは、パルス周波数Ｆ_Ｐの逆数であり、図２に示されている。

実施形態では、図２に示すように、パルスはブロックパルス、すなわち長方形のパルスである。しかしながら、本発明は、パルスの特定の形状に限定されない。他の実施形態では、パルスは別の形状を有することができる。

実施形態では、離散スポットパターンを形成するレーザビームによって生成されるレーザ光の波長は、８００ｎｍ～１６００ｎｍである。

さらなるステップにおいて、反射レーザ光のスポットが検出される。これらのスポットは、シーン内の１つまたは複数の物体によって、またはシーン内の１つまたは複数の物体の一部によって反射されたスポットパターンを表す。この検出は、パルスレーザビームの各パルス周期Ｐ_Ｐ内で、パルスレーザビームのパルスの同時放射と同期して実行される。

反射レーザ光の検出は、例えば、ＣＭＯＳベースのマルチウェル画素検出器と、１つまたは複数の光学レンズおよび狭帯域フィルタなどの光学素子とを備える受光装置を用いて実行される。本発明による方法を適用するために使用することができる受光装置について、以下でさらに詳細に説明する。

本発明による方法は、シーンを照明するスポットパターンを形成するためのパルスレーザビームによって生成されたパルスレーザ光の最適パルス幅ＰＷを決定するステップを含む。

本発明の方法によれば、パルス幅ＰＷは、最大距離Ｄ_ｍａｘに関連して決定される。実際、シーン内の１つまたは複数の物体は、最小距離Ｄ_ｍｉｎと最大距離Ｄ_ｍａｘとの間の距離範囲内の距離Ｄ_ｓに位置する。一般に、０≦Ｄ_ｍｉｎ≦０．６×Ｄ_ｍａｘ、好ましくは０≦Ｄ_ｍｉｎ≦０．４×Ｄ_ｍａｘ、より好ましくは０≦Ｄ_ｍｉｎ≦０．２×Ｄ_ｍａｘである。すなわち、物体は異なる距離に位置することができ、本方法は、１つまたは複数の物体までの距離を決定することを可能にし、Ｄ_ｍｉｎとＤ_ｍａｘとの間のいかなる距離においても、１つまたは複数の物体は実際に位置している。

この最大距離は、必要な最大動作範囲として解釈することができる、すなわち、最大距離は、依然として明確に測定可能であるシーンまでの最大距離に対応する。例えば、Ｄ_ｍａｘが１００メートルであると定義される場合、それは、１００メートル以内に位置するシーン内の物体が検出可能であり、本発明の方法に従って距離が測定可能であるが、最大距離よりも遠くに位置するシーン内の物体までの距離を決定することができる必要はないことを意味する。本発明による方法の場合、この最大距離は、典型的には５０メートル以上であり、概して５００メートル以下である。しかし、用途に応じて、測定される最大距離は、より大きく、例えば１０００メートル以上であってもよい。本発明による方法は、特定の最大距離によって限定されない。

本発明の方法によれば、パルス幅ＰＷは、最大距離Ｄ_ｍａｘに関連付けられた最大飛行時間ＴＯＦ_ｍａｘよりも小さくなるように設定される。レーザ光が放射されて物体によって反射された後に検出されると、これは物体までの距離の２倍の距離を移動したことになる。したがって、ＴＯＦ_ｍａｘは（２×Ｄ_ｍａｘ／ｃ）に等しく、ｃは光の速さである。パルス幅ＰＷは［ＴＯＦ_ｍａｘ－Ｔ_ＤＬ］／Ｎに等しくなるように設定され、Ｎは所定のパルス幅減少係数であり、Ｔ_ＤＬは所定の遅延時間窓である。

所定の遅延時間係数は、一般に２×Ｄ_ｍｉｎ／ｃ以下であり、これにより最小距離Ｄ_ｍｉｎまたはその近くに位置する物体を検出し、距離を決定することができる。

図４には、所定の遅延時間窓が０である実施形態が示されている。図４に概略的に示すように、この場合、パルス幅減少係数Ｎは、最大測定可能飛行時間ＴＯＦ_ｍａｘと放射されたレーザパルス１１のパルス幅ＰＷとの間の比に対応する。

本発明の方法によれば、反射レーザ光の検出されたスポットの各々について、時間の関数としての露光値が得られる。

本発明による方法は、反射レーザ光を検出するためのパルスレーザビームのパルス周期Ｐ_Ｐ内に入る検出期間Ｔ_Ｄを決定するステップを含み、検出期間Ｔ_ＤをＭ個の連続する検出時間窓ＴＷ［ｉ］に分割するステップをさらに含み、ｉ＝１～Ｍであり、Ｍは検出時間窓の数であり、Ｍ＝α×（Ｎ＋１）である。検出期間Ｔ_Ｄは、

で表され、
式中、αはα≧１である整数である。係数αは、パルス幅当たりの時間窓の数を表す。α＝１である実施形態およびα＞１である実施形態の両方が、本明細書において以下にさらに論じられる。

α＝１である実施形態では、所定のパルス幅減少係数Ｎは、一般に、２以上、好ましくは３以上、より好ましくは４以上である。

実施形態では、αおよびＮは、α×Ｎ≧２、好ましくはα×Ｎ≧３、より好ましくはα×Ｎ≧４となるように選択される。

検出窓ＴＷ［ｉ］の各々は、期間として解釈されなければならない。実施形態では、ｉ＝１～Ｍの連続する検出時間窓ＴＷ［ｉ］は、実質的に等しい持続時間である。

図４では、２～５であるＮの値およびα＝１について、検出時間窓のいくつかの例が示されている。図４に示す実施形態は、所定の遅延時間窓が０である実施形態である。

図６には、所定の遅延時間窓Ｔ_ＤＬが０ではない実施形態の一例が示されている。実施形態では、０≦Ｔ_ＤＬ≦０．６×ＴＯＦ_ｍａｘ、好ましくは０≦Ｔ_ＤＬ≦０．４×ＴＯＦ_ｍａｘ、より好ましくは０≦Ｔ_ＤＬ≦０．２×ＴＯＦ_ｍａｘである。当業者は、使用される検出機器に応じて、かつ同じ機器で測定される必要がある物体距離の範囲に応じて、遅延時間窓Ｔ_ＤＬを適用するか否かを選択する。例えば、以下でさらに説明するように、目的がＤ_ｍａｘの１０％に等しい最小距離Ｄ_ｍｉｎと最大距離Ｄ_ｍａｘとの間の範囲内の物体距離を測定することである場合、ＴＯＦ_ｍａｘの１０％の時間遅延を設定して、反射レーザ光を検出するために使用される検出器の画素ウェルの数を減らすことができる。一方、０メートル、すなわちＤ_ｍｉｎ＝０と最大距離Ｄ_ｍａｘとの間の任意の距離で物体が位置特定され、検出される必要がある場合、当業者は遅延時間窓を実装しないことを選択することができる。

図４、図６および図８に示すように、各検出時間窓ＴＷ［ｉ］は、比ＰＷ／αにほぼ等しく、ＰＷは、放射されたレーザパルス１１のパルス幅であり、αは、図４および図５の例では１に等しく、図８の例では２に等しいアルファ係数である。いくつかの実施形態では、検出期間Ｔ_Ｄが比ＰＷ／αのＭ倍に等しい限り、検出時間窓ＴＷ［ｉ］の各々は、必ずしも比ＰＷ／αに正確に等しくなく、ある程度のずれが生じる可能性がある。一般に、各時間窓ＴＷ［ｉ］について、（｜（ＰＷ／α）－ＴＷ［ｉ］｜／（ＰＷ／α））≦０．１０、好ましくは（｜（ＰＷ／α）－ＴＷ［ｉ］｜／（ＰＷ／α））≦０．０５、より好ましくは（｜（ＰＷ／α）－ＴＷ［ｉ］｜／（ＰＷ／α））≦０．０２である。当業者は、使用される機器および物体までの距離を決定するために必要な最終精度に応じて最適値を選択するであろう。いくつかの実施形態では、（｜（ＰＷ／α－ＴＷ［ｉ］｜／（ＰＷ／α））≦０．０１である。

反射レーザ光の検出されたスポットの各々について、本方法は、検出時間窓ＴＷ［ｉ］で検出された反射レーザ光の量を累積することによって、検出時間窓ＴＷ［ｉ］に関連付けられた露光値Ｑ_ｉを取得するステップを含む。この蓄積は、スポットを生成するパルスレーザビームのパルスシーケンスの全てのパルスにわたって実行される。実際、レーザ光を反射しているシーン内の物体までの距離に応じて、異なる飛行時間ＴＯＦが発生し、したがって、レーザ光は、測定される距離に応じて異なる時間窓で検出され得る。

α＝１であり、パルス幅ＰＷが検出時間窓の幅とほぼ同じである場合、反射パルス１２は、２つの連続する検出時間窓または単一の検出時間窓のいずれかで検出される。図４には、反射パルスが一般に２つの連続する時間窓に重なることを示すいくつかの任意のＴＯＦ例が示されている。

いくつかの物体距離について、α＝１の場合、反射レーザ光は単一の時間窓で検出することもできる。例えば、第１の検出時間窓がパルス１１の放射と一致する場合、すなわち遅延時間窓Ｔ_ＤＬが適用されない場合、および測定される物体までの距離がパルス幅ＰＷまたはその倍数に等しい飛行時間に対応する場合、反射レーザ光は単一の検出時間窓で検出される。同様に、遅延時間窓Ｔ_ＤＬが適用され、測定される物体までの距離が遅延時間窓Ｔ_ＤＬにパルス幅ＰＷの倍数を加えたものに等しい飛行時間に対応する場合、反射レーザ光は単一の検出時間窓で検出される。

より一般的には、１以上のαの任意の値について、反射レーザ光は、αまたはα＋１個の連続する検出時間窓のいずれかで検出される。

本発明の方法によれば、図２に示すパルス周波数Ｆ_Ｐは、Ｆ_Ｐ≦１／（（Ｎ＋１）×ＰＷ＋Ｔ_ＤＬ）となるように決定される。パルス周波数の上限は、最大距離Ｄ_ｍａｘに位置する物体から反射された反射レーザ光が、次のパルスが放射される前に検出されるように規定される。一般に、パルス周波数は、例えば眼の安全上の理由から、またはエイリアシングの問題を回避するため、または２Ｄ測定を実行するために、平均レーザ出力を規定された制限内に維持するために、１／（（（Ｎ＋１）×ＰＷ）＋Ｔ_ＤＬ）の上限よりも低い。実施形態では、図２に示すように、パルス列５０のパルス周波数Ｆ_Ｐは、典型的にはｋＨｚ範囲内、例えば１０ｋＨｚ～５００ｋＨｚである。

いくつかの実施形態では、周波数Ｆ_Ｐは、１／（（２×Ｎ×ＰＷ）＋Ｔ_ＤＬ）≦Ｆ_Ｐ≦１／（（（Ｎ＋１）×ＰＷ）＋Ｔ_ＤＬ）となるように決定される。

本発明による方法は、反射レーザ光の検出されたスポットの各々について物体距離を決定するさらなるステップを提供する。物体距離は、まず、どの対応する時間窓で反射レーザ光が検出されたかを識別するステップによって決定される。第２のステップでは、以下でさらに詳細に説明するように、Ｄ_ｓ≦Ｄ_ｍａｘであるシーンの物体までの物体距離Ｄ_Ｓが、識別された対応する検出時間窓の識別および／または識別された検出時間窓で得られた取得露光値に基づいて計算される。

従来技術のタイミング図では、例えば図１に示すように、２つの検出時間窓のみが使用され、したがって、物体距離は、２つの時間窓で検出されたレーザ光の量に基づいて決定することができる。一方、本発明によるタイミング図では、例えば図４に示すように、反射レーザ光がどの検出時間窓で検出されるかは事前に知られていない。したがって、一連のパターン照射中に反射レーザ光の検出を実行した後、本発明による方法は、レーザ光が検出された検出時間窓を識別するステップを含む。このステップは、検出された反射レーザ光のスポットごとに行われる。上述したように、本発明による方法では、反射レーザ光は、αまたはα＋１個の連続する検出時間窓のいずれかで検出される。

検出時間窓で得られたデータを読み出した後、様々なソフトウェアアルゴリズムを使用して、反射レーザ光を検出した検出時間窓の識別を実行することができる。実際、反射レーザ光は、αまたはα＋１個の連続する検出時間窓のいずれかで検出され、したがって、検出時間窓の各々におけるカウント数を比較することによって、カウント数が最も多いαまたはα＋１の検出時間窓を、検出されたバックグラウンドカウントのみを有する検出時間窓から区別することができる。さらに、アルゴリズムはまた、α＋１個の検出時間窓における予想強度プロファイルを考慮に入れることができ、反射レーザ光が検出された最も早い検出時間窓および最後の検出時間窓ではより低い強度が予想され、最も早い検出時間窓と最後の検出時間窓との間ではより高く本質的に同じ強度が予想される。反射レーザ光がα個の検出時間窓で検出される場合、α個の連続する検出時間窓において本質的に同じ強度が期待される。例えばα＝１の場合、反射レーザ光は最大２つの検出時間窓で検出され、したがってバックグラウンド検出に利用可能な少なくとも１つの検出時間窓が常に存在することに留意されたい。

実施形態では、例えばブロック関数を使用する適合アルゴリズムを適用して、最も高いカウント数を有する検出時間窓の位置を決定することができる。

反射レーザ光を検出した検出時間窓の識別に続いて、識別された検出時間窓に基づいてシーンの物体までの距離を計算することができる。

実施形態では、さらに詳細に説明するように、物体距離の計算は、識別された検出時間窓に基づいている、および／または反射レーザ光が識別された少なくとも最も早い検出時間窓および最後の検出時間窓について得られた露光値に基づいている。他の実施形態では、物体距離の計算は、反射レーザ光が識別された最も早い検出時間窓に先行する検出時間窓の数のカウントに基づく。α＝１の場合、パルス幅減少係数Ｎの上限は、主に、反射レーザ光を検出するために利用可能な検出器技術、特に検出器応答時間、例えばＣＭＯＳカメラの速度によって決定される。例えば、Ｄ_ｍａｘ＝１００メートルであり、１０のパルス幅減少係数を使用すると、パルス幅ＰＷは約６６ナノ秒に等しい。そのようなパルス幅は、例えば現在のＣＭＯＳベースの画素センサ技術と依然として互換性がある。

α＞１の場合、減少係数Ｎを有するパルスは、係数αに関連して決定される。実際、上述したように、検出時間窓はＮとαの両方に依存する。以下に説明するように、開閉される必要がある電荷ストレージウェルを備える検出器技術が使用される場合、検出時間窓は、ＣＭＯＳ技術と互換性のある時間窓内に維持されるべきである。実施形態では、Ｎとαとの積は、１０００以下、好ましくは５００以下、より好ましくは１００以下である。当業者は、利用可能な検出技術に基づいて、また最大距離Ｄ_ｍａｘに基づいてαおよびＮの値を選択する。Ｄ_ｍａｘが大きいほど、所与の低減された幅を有する検出時間窓を得るために取られる積α×Ｎが大きくなる。

物体までの距離を決定するための式
反射レーザ光の検出は、パルスレーザビームのパルスの同時放射と同期して実行されるので、どの検出時間窓がレーザ光を検出したかの識別に基づいて、レーザ光の飛行時間、したがって物体までの距離を決定することができる。

当業者は、検出されたレーザ光を有する識別された検出時間窓に基づいて物体までの距離を計算するための式を定義するであろう。物体距離の計算には、様々な選択肢が考えられる。距離を計算する式の例を以下に概説する。後述するように、いくつかの実施形態では、式は、識別された検出時間窓のいくつかの露光値、特に反射レーザ光が識別された最も早い検出時間窓および最後の検出時間窓の露光値を考慮に入れる。他の実施形態では、物体距離は、どの検出時間窓が反射レーザ光を検出したかの識別のみに基づいて決定される。これらの実施形態では、物体距離を決定するために、反射レーザ光を検出した最も早い検出時間窓に先行する検出時間窓の数がカウントされている。

α＝１のとき、すなわちパルス幅が検出期間に等しいときに距離Ｄ_Ｓを計算するための式を最初に論じる。反射レーザ光が２つの連続する時間窓ｉおよびｉ＋１で検出される場合、距離Ｄ_Ｓは、以下の式で計算することができる。

Ｄ_Ｓ＝（Ｔ_ＤＬ×ｃ／２）＋［（ｉ－１）×ｃ×ＰＷ＋ｃ×ＰＷ×Ｑ_ｉ＋１／（Ｑ_ｉ＋Ｑ_ｉ＋１）］／２、
ここで、Ｑ_ｉおよびＱ_ｉ＋１は、それぞれ時間窓ｉおよび時間窓ｉ＋１で得られた露光値である。一般に、例えば検出器に到達する周囲光または他のバックグラウンドノイズ源から生じるバックグラウンドイベントに対して露光値が補正される。

あるいは、反射レーザ光が２つの連続する時間窓ｉおよびｉ＋１で検出される場合、距離Ｄ_Ｓは、以下の代替式Ｄ_Ｓ＝（Ｔ_ＤＬ×ｃ／２）＋［ｉ×ｃ×ＰＷ－ｃ×ＰＷ×Ｑ_ｉ／（Ｑ_ｉ＋Ｑ_ｉ＋１）］／２で計算することもできる。この代替式は、時間窓ｉにおける反射レーザ光の量が時間窓ｉ＋１における反射レーザ光の量よりも大きい場合に使用されることが好ましい。

一方、ｉ≧２で、反射レーザ光が１つの時間窓ｉでのみ検出される場合、シーンまでの距離を計算するために以下の式Ｄ_Ｓ＝（Ｔ_ＤＬ×ｃ／２）＋［（ｉ－１）×ｃ×ＰＷ］／２を使用することができる。

α＝２である検出タイミング図の一例が図８に概略的に示されている。この例では、パルス幅減少係数Ｎは１５に等しく、すなわち、放射されたパルス１１のパルス幅ＰＷは、最大飛行時間を１５で割ったものに等しい。α＝２とすると、検出時間窓の総数Ｍは、３２＝α×（Ｎ＋１）に等しい。α＞１である図８に示されるような検出タイミング図の場合、距離Ｄ_Ｓを決定するために式を推定することもできる。

α＞１の場合、反射レーザ光は、α＋１個の検出時間窓またはα個の検出時間窓で検出される。例えば、α＝２、すなわちＴＷ［ｉ］＝ＰＷ／２の場合、反射レーザ光は最大３つの連続する時間窓で検出される。一般に、α＝２の場合、反射パルスは、時間窓ＴＷ［ｉ］で部分的に観察され、時間窓ＴＷ［ｉ＋１］で完全に検出され、時間窓ＴＷ［ｉ＋２］で部分的に検出される。場合によっては、シーン内の物体の位置に応じて、反射レーザ光はまた、２つの連続する時間窓ＴＷ［ｉ］およびＴＷ［ｉ＋１］で検出され得る。図８に示す例では、反射レーザパルス１２が時間窓１４～１６で検出される。

α≧１であり、反射レーザ光がα＋１個の連続する検出時間窓で検出される場合、本発明の方法に従って距離を決定するためのより一般的な式は、以下のように表すことができる。

Ｄ_Ｓ＝Ｔ_ＤＬ×ｃ／２＋Ｚ×（ＴＯＦ_ｍａｘ－Ｔ_ＤＬ）×ｃ／２、
式中、Ｚ＝（Ｒ＋ｚ）／（α×Ｎ）およびｚ＝Ｑ_ｂ／（Ｑ_ａ＋Ｑ_ｂ）であり、
この式において、Ｄ_Ｓは物体距離であり、Ｑ_ａは、反射レーザ光が識別された連続する検出時間窓のうちの最も早い検出時間窓ＴＷ［ａ］について得られた露光値であり、Ｑ_ｂは、反射レーザ光が識別された連続する検出時間窓のうちの最後の検出時間窓ＴＷ［ｂ］について得られた露光値であり、Ｒは、最も早い時間窓ＴＷ［ａ］に先行する検出時間窓の数をカウントする整数である。図８に示す例では、反射レーザ光は時間窓１４～１６で検出され、最も早い検出時間窓ＴＷ［ａ］は検出時間窓１４であり、検出時間窓１６は反射レーザ光が検出された最後の検出時間窓ＴＷ［ｂ］である。この例における整数Ｒは１３に等しく、最も早い検出時間窓の番号１４に先行する検出時間窓の数に対応する。これらの露光値Ｑ_ａおよびＱ_ｂは、例えばバックグラウンド光から生じるバックグラウンドカウントについて補正された露光値として解釈されなければならない。したがって、反射レーザ光がα＋１個の連続する検出時間窓で検出され、上記の式が使用される場合、距離は、識別された検出時間窓で得られた露光値を考慮することによって決定される。

α≧１であり、反射レーザ光がα＋１個の連続する検出時間窓の代わりにα個の連続する検出時間窓で検出される場合、物体距離Ｄ_Ｓは、以下の式を使用して計算することができる。

Ｄ_Ｓ＝Ｔ_ＤＬ×ｃ／２＋（Ｒ／（α×Ｎ））×（ＴＯＦ_ｍａｘ－Ｔ_ＤＬ）×ｃ／２、
ここで、Ｒは、反射レーザ光が識別された最も早い検出時間窓に先行する検出時間窓の数をカウントする整数である。したがって、反射レーザ光がα個の連続する検出時間窓で検出される場合、距離は、識別された検出時間窓で得られた露光値を使用せずに決定される。

いくつかの実施形態では、反射レーザ光がαまたはα＋１個の連続する検出時間窓で検出される両方の場合について、物体距離Ｄ_Ｓは、識別された検出時間窓で得られた露光値を考慮せずに決定することができる。実際、例えばαおよび／またはパルス幅係数Ｎに大きい値を選択することによって検出時間窓が短い場合、検出時間窓の一部のみの間に反射レーザ光が検出された最も早い検出時間窓は、距離計算のために無視することができる。これらの実施形態では、物体距離Ｄ_Ｓは、上記と同じ式、すなわち、Ｄ_Ｓ＝Ｔ_ＤＬ×ｃ／２＋（Ｒ／（α×Ｎ））×（ＴＯＦ_ｍａｘ－Ｔ_ＤＬ）×ｃ／２を使用して計算することができ、Ｒは、反射レーザ光が識別された最も早い検出時間窓に先行する検出時間窓の数をカウントする整数である。物体距離を計算するためのこの手法は、例えば、αおよび／またはＮまたは大である場合、および／または決定される距離が大きい、例えば１００メートル以上である場合に適用することができる。

レーザ光のパルス周波数
本発明による方法で到達することができる最高パルス周波数Ｆ_Ｐは、１／（（Ｎ＋１）×ＰＷ＋Ｔ_ＤＬ）に等しい。しかしながら、パルス周波数は、より低くてもよく、例えば１／（（Ｎ＋１）×ＰＷ＋Ｔ_ＤＬ＋（ｑ×ＰＷ））に等しくてもよく、ｑ≧１であり、ｑ×ＰＷは、エイリアシングを回避するためにＤ_ｍａｘよりも大きい距離に位置するシーン内の物体からの反射から生じる誤った反射の検出が排除されるように定義された遅延タイムスロットを形成している。他の実施形態では、例えば、放射されるレーザ光の平均出力を低減するために、眼の安全上の理由から遅延タイムスロットを実装することもできる。２つの検出時間窓のみを有する図１に示すような従来技術のタイミング図、すなわち、Ｎ＝１である図を使用する場合、第１の時間窓および第２の時間窓に続く追加のタイムスロットがバックグラウンド測定のために一般に提供される。上述したように、本発明によるタイミング図では、反射レーザ光が検出されずバックグラウンドのみが検出される検出時間窓ＴＷ［ｉ］の１つからバックグラウンド推定値を常に得ることができるので、バックグラウンド測定のための追加のタイムスロットは必須ではない。

しかしながら、本発明によるいくつかの実施形態では、上述の追加の遅延タイムスロットｑ×ＰＷは、追加のバックグラウンド測定を実行するために使用する、または部分的に使用することができる。したがって、検出期間Ｔ_Ｄは、反射レーザ光を検出するための検出期間として解釈されるべきであり、検出期間Ｔ_Ｄの後の追加の検出時間窓が、例えばバックグラウンドを検出するために使用されること、または追加の時間窓が任意の他の適切な目的のために使用されることを排除する。

図５には、追加の遅延タイムスロットが検出期間Ｔ_Ｄの後に提供される、本発明による時間図の例が示されている。検出期間に続く遅延タイムスロットは、図５の参照番号２１で特定される。図５に示すこれらの例では、上述したような所定の遅延時間窓Ｔ_ＤＬは実装されず、同期は、図示のように、放射されたパルス１１が第１の検出時間窓と重なるように実行される。他の実施形態では、上述したように、パルスの放射時間窓に対して第１の検出時間窓を遅延させるために、所定の遅延時間窓Ｔ_ＤＬをさらに実装することができる。上述したように、この追加の遅延タイムスロット２１は、誤反射の低減、眼の調節目的のための平均出力の低減、または追加のバックグラウンド測定の実行など、複数の目的に使用することができる。

実施形態では、パルス周波数Ｆ_Ｐは１／（（Ｎ＋１）×ＰＷ＋Ｔ_ＤＬ＋ＩＭ）以下であり、ＩＭは、ＴＯＦ法で決定された距離をシーンの３Ｄ画像を形成するための写真画像と組み合わせることができるように、シーンの２Ｄ写真画像を得るために周囲光またはシーンを照明する光源でシーンを撮像するために提供されるタイムスロットである。上述したように、レーザ光が反射されない利用可能な時間窓が常に存在するため、露光値を補正するために必要なバックグラウンドを測定するための追加のタイムスロットを提供することは必須ではない。しかしながら、いくつかの実施形態では、２Ｄ画像を補正および改善するためにバックグラウンドを測定するための追加のタイムスロットが提供される。

パルス検出とパルス放射との同期
上述したように、反射レーザ光のスポットは、パルスレーザビームのパルスの同時放射と同期して検出される。

上記のように遅延時間窓Ｔ_ＤＬが０である実施形態では、レーザビームのパルスの放射と反射レーザ光の検出との同期は、第１の検出時間窓ＴＷ［１］がパルスの放射時間窓と重なるか、または少なくとも部分的に重なるように実行される。α＝１である図４および図５に示す実施形態では、第１の時間窓ＴＷ［１］は、レーザパルス１１の放射と一致するように示されている、すなわち、パルスのパルス幅と第１の時間窓とは完全に重なっている。

他の実施形態では、第１の検出時間窓ＴＷ［１］は、パルスの放射時間窓と部分的に重なっている。これは、例えば、第１の検出時間窓ＴＷ［１］がパルスの放射に対して遅延される場合に起こり得る。この遅延が第１の検出時間窓よりも小さく、検出時間窓がα＝１の場合にパルスと同じまたはほぼ同じ幅を有する場合、第１の時間窓とパルスの放射との間には常に部分的な重なりがある。実施形態では、パルス幅および検出時間窓が正確に同じでない場合、第１の検出時間窓は、パルスの放射と部分的に重なる、すなわち完全に重ならないこともある。より具体的には、α＞１の場合、パルス幅ＰＷは検出時間窓よりも大きいため、同期するとき、レーザパルスの放射と第１の検出時間窓との間の部分的な重なりが発生する可能性がある。第１の検出時間窓ＴＷ［１］は、パルスの放射時間窓と完全に重なっているか、または少なくとも部分的に重なっている。

実施形態では、第１の検出時間窓は、レーザパルスの放射前に第１の検出時間窓ＴＷ［１］中に検出を開始することによってパルスの放射時間窓と部分的に重なっている、すなわち、レーザパルスの放射は第１の検出時間窓に対して遅延される。したがって、上記のようにＴ_ＤＬが０であっても、レーザパルスの放射と第１の検出時間窓とを同期させ、例えば、第１の検出時間窓とレーザパルスの放射との間に部分的な重なりのみが存在するように同期させることによって正または負の遅延を導入するためのいくらかの余地が依然として存在する。

より一般的には、例えば図６に示すように、上で定義した所定の遅延時間窓Ｔ_ＤＬが０でない場合、同期は、第１の検出時間窓ＴＷ［１］がパルスの放射時間窓に対して遅延され、遅延時間窓Ｔ_ＤＬに等しい遅延を有するように実行される。

距離精度、時間精度

フレームは、一般にパルス周波数Ｆ_Ｐよりもはるかに低いフレームレートＦ_Ｆで繰り返すことができる。図３では、フレーム６０の繰り返しが概略的に示されており、フレームレートＦ_Ｆが示されている。この例では、３つのフレームの繰り返しが示されており、実際には、例えば自動車またはドローンに搭載されたＬＩＤＡＲ装置の場合、距離は連続的に測定されるので、フレームの繰り返し回数は一般にはるかに多い。図３に概略的に示すように、各パルス列５０に続いて、露光値を読み出し、取得したデータを処理するために処理時間６５が必要である。到達可能なフレームレートＦ_Ｆは、典型的にはＨｚ範囲内であり、実施形態では、フレームレートは、例えば５Ｈｚ～５０Ｈｚである。

例えば、α＝１の場合、パルス幅減少係数Ｎ＝４を使用することにより、時間精度が４倍改善され、計算された平均物体距離に対して同じ標準偏差を得るために取得されるフレーム数を２倍減らすことができる。しかしながら、これは、パルス列中に放射される光子の総数が同じままであり、バックグラウンドおよびノイズの寄与が同じままであることを条件とする。例えば、パルス列内のパルスの数が同じままである場合、パルス幅減少係数が４であり、目的がフレームの数を２倍減らすことである場合、パルス内で放射される光子の数を４倍増やす必要がある。

図９に示す曲線は、バックグラウンドカウントが存在しないと仮定した理論曲線であることに留意されたい。実際には、露光値はバックグラウンドカウントについて補正されるべきであり、したがってバックグラウンドの量に応じて、上記で定義された改善係数は、バックグラウンド補正を考慮した後にわずかに異なり得る。

マルチウェル画素検出器の使用ならびにＮおよびαの決定
実施形態では、本発明による方法を実行するために、反射レーザ光検出は、複数の画素を有するマルチウェル画素検出器を備えるレーザ受光装置を用いて実行され、各画素は、感光領域と、ｉ＝１～Ｎ_Ｗであり、Ｎ_Ｗは電荷ストレージウェルの数であり、Ｎ_Ｗ≦Ｍである複数の電荷ストレージウェルＷ［ｉ］とを備える。これらの複数の電荷ストレージウェルは、検出期間Ｔ_Ｄ中に感光領域によって検出された電荷を蓄積するように構成される。

実施形態では、各画素について、検出時間窓ＴＷ［ｉ］の各々に電荷ストレージウェルが関連付けられ、したがって、これらの実施形態では、電荷ストレージウェルの数Ｎ_Ｗは検出時間窓の数Ｍに等しい。

好ましい実施形態では、電荷ストレージウェルの数Ｎ_Ｗは、検出時間窓の数Ｍよりも少ない。したがって、これらの実施形態では、１つまたは複数の電荷ストレージウェルは、２つ以上の検出時間窓の電荷を蓄積している。これにより、電荷ストレージウェルの数を増やすことなく、より高い分割係数Ｎを使用することが可能になる。どの検出時間窓中に検出された電荷をどの電荷ストレージウェルが格納しているかを定義するための関係が確立される。検出時間窓と電荷ストレージウェルとの間のこのような関係を確立するために、電荷ストレージウェルの固有シーケンスを以下に概説するように定義する必要がある。

マルチウェル画素検出器を備える実施形態では、ｋ＝１～Ｍ－αであるα＋１個の連続する時間窓ＴＷ［ｋ］～ＴＷ［ｋ＋α］の各サブシーケンスは、複数の電荷ストレージウェルＷ［ｉ］のα＋１個の電荷ストレージウェルの固有シーケンスに関連付けられる。したがって、α＋１個の電荷ストレージウェルのＭ－α個の固有シーケンスが定義される。電荷ストレージウェルのこれらの固有シーケンスは、反射レーザ光がαまたはα＋１個の電荷ストレージウェルで検出されるとき、反射レーザ光が検出される対応する検出時間窓を識別することができ、物体距離が上記の式で決定されるように構成される。電荷ストレージウェルの固有シーケンスおよび検出時間窓との関連付けは、どの検出期間中にどの電荷ストレージウェルが電荷を格納するために使用されるかを定義する。

α＋１個の電荷ストレージウェルの固有シーケンスは、どの最も早い検出時間窓およびどの最後の検出時間窓で反射レーザ光が検出されるかを明確に識別することを可能にするように構成された電荷ストレージウェルのシーケンスとして解釈されなければならない。

例えば、α＝１の場合、電荷ストレージウェルのシーケンスα＋１は対であり、次いで、例えばＮ_Ｗが３に等しい場合、対１－２が、検出時間窓の対に関連付けられた電荷ストレージウェルの固有の対として定義される場合、対２－１は、さらなる固有の対ではない。実際、対１－２および２－１の両方が使用される場合、２つの対を区別することができないため、レーザ光が検出される対応する検出時間窓を決定することができない。一方、対３－１および／または対３－２は、さらなる固有の対として用いることができる。

同様に、α＝２の場合、例えばシーケンス１－２－３は、３つの連続する検出時間窓のシーケンスに関連付けられた電荷ストレージウェルの固有シーケンスとして定義することができ、ウェル１およびウェル３は、例えば、それぞれ最も早い検出時間窓および最後の検出時間窓に対応するレーザ光を検出することができる。しかしながら、シーケンス３－２－１は、反射レーザ光がウェル１、２および３で検出される場合、反射レーザがどの検出期間に効果的に検出されるかを決定することができないため、さらなる固有シーケンスとして使用することができない。さらなる固有シーケンスは、例えば、第４のストレージウェル４を使用して構成することができ、組み合わせ４－２－３は、３つの電荷ストレージウェルのさらなる固有シーケンスを形成することができる。

例えばα＝４であり、Ｎ_Ｗが５に等しい場合、シーケンス１－２－３－４－５は、反射レーザ光を検出するための５つの連続する検出時間窓のシーケンスに関連付けられた５ウェルの固有シーケンスとして選択することができる。このシーケンスでは、ウェル１およびウェル５において、例えば最も早い検出期間および最後の検出期間に対応する反射レーザ光を検出することができる。このシーケンス１－２－３－４－５が固有シーケンスとして使用される場合、シーケンス５－２－３－４－１も、シーケンス１－３－４－２－５も、シーケンス５－３－４－２－１も、シーケンス１－４－２－３－５も、シーケンス５－４－２－３－１も、シーケンス１－４－３－２－５も、シーケンス５－４－３－２－１も、さらなる固有シーケンスとして使用することはできない。実際、ウェルのシーケンスのそのようなさらなる組み合わせのいずれかが５つの連続する検出時間窓の別のシーケンスに関連付けられる場合、シーケンス１－２－３－４－５に対応する検出時間窓中に検出された反射レーザ光と区別することはできない。

図８では、Ｎ＝１５およびα＝２であり、したがって検出時間窓の数Ｍが３２に等しく、電荷ストレージウェルの数Ｎ_Ｗが５に等しい、すなわちＭより少ない例が示されている。この例では、図８に示すように、電荷ストレージウェルＴＷ［１］は、例えば、検出時間窓１、４、７、１０、１３、１６および３１中の電荷を統合するために動作可能である。

各画素が所与の数Ｎ_Ｗの電荷ストレージウェルを含むマルチウェル画素検出器が使用されるこれらの実施形態では、検出時間窓の数Ｍが、所与の数Ｎ_Ｗの電荷ストレージウェルで形成され得るα＋１個の連続する時間窓の固有シーケンスの最大数に対応する最大値Ｍ_ｍａｘ以下であるように、分割係数Ｎおよび検出時間窓の数Ｍ＝α×（Ｎ＋１）を定義するアルファ係数が選択される。

図９に示す例では、使用される電荷ストレージウェルの数Ｎ_Ｗが凡例に示されている。例Ｂ～Ｈの場合、使用される電荷ストレージウェルの数は、３～５の間で変化する。

電荷ストレージウェルの対、α＝１
上述のように、係数αは１以上であり得る。まず、α＝１のいくつかの実施形態について説明する。

Ｎ≧３である実施形態では、マルチウェル画素検出器Ｎ_Ｗ＜Ｍの各画素について、検出時間窓の連続する時間窓の各対ＴＷ［ｋ］およびＴＷ［ｋ＋１］は、電荷ストレージウェルの固有の対Ｗ［ｍ］およびＷ［ｎ］に関連付けられる。例えば、図７には、Ｎ＝１０の例が示されており、したがって、検出時間窓の数は１１に等しい。図７には、一方がＮ_Ｗ＝１１であり、他方がＮ_Ｗ＝５である２つの例が示されている。Ｎ_Ｗ＝５、したがってＮ_Ｗ＜Ｍである実施形態の場合、連続する時間窓の各対は、電荷ストレージウェルの固有の対に関連付けられる。例えば、図７に示すように、連続する検出時間窓ＴＷ１およびＴＷ２は、例えば、固有のウェル対Ｗ１およびＷ２に関連付けられ、連続する検出時間窓ＴＷ７およびＴＷ８は、例えば、固有のウェル対Ｗ１およびＷ４に関連付けられ、連続する検出時間窓ＴＷ１０およびＴＷ１１は、例えば、固有のウェル対Ｗ５およびＷ１に関連付けられる。上述のように、電荷ストレージウェルの固有の対では、例えば、ウェル対Ｗ１－Ｗ２は、ウェル対Ｗ２－Ｗ１と同じ対であることを理解されたい。

Ｎ≧３である実施形態では、マルチウェル画素検出器Ｎ_Ｗ＜Ｍの各画素について、複数の電荷ストレージウェルのうちの少なくとも１つの電荷ストレージウェルは、検出時間窓の２つの異なる時間窓ＴＷ［ｋ］およびＴＷ［ｍ］中に検出された電荷を蓄積および格納するように構成され、２つの異なる時間窓は２つの連続しない時間窓であり、｜ｍ－ｋ｜＞１である。図７では、例えば、Ｎ_Ｗ＝５の場合、電荷ストレージウェルＷ５は、検出時間窓ＴＷ５およびＴＷ１０の両方から電荷を蓄積および格納しており、例えば、電荷ストレージウェルＷ３は、検出時間窓ＴＷ３およびＴＷ６中の電荷を蓄積および格納しており、例えば、電荷ストレージウェルＷ１は、検出時間窓ＴＷ１、ＴＷ７およびＴＷ１１中の電荷を蓄積および格納している。

α＝１である本発明による方法の実施形態では、パルス幅ＰＷを決定するステップを適用し、パルス幅減少係数Ｎを適用するとき、パルス幅減少係数Ｎは、電荷ストレージウェルの数が奇数である場合はＮ_ｍａｘ＝Ｎ_Ｗ！／（（Ｎ_Ｗ－２）！×２）でＮ≦Ｎ_ｍａｘとなるように定義され、電荷ストレージウェルの数が偶数の場合はＮ_ｍａｘ＝Ｎ_Ｗ！／（（Ｎ_Ｗ－２）！×２）－（（Ｎ_Ｗ！／（（Ｎ_Ｗ－１）！×２））－１）となるように定義される。この最大数Ｎ_ｍａｘは、所与の数の電荷ストレージウェルで形成することができる固有の対の最大数を定義する。上記の式で定義されたＮのこの上限をとると、所与のウェル数に対して、時間検出窓の最大数Ｍ_ｍａｘはＮ_ｍａｘ＋１に等しい。

α＋１個の電荷ストレージウェルの固有シーケンス、α＞１
αが１よりも大きい実施形態についてさらに論じる。１よりも大きい係数αを使用する利点は、所与の数Ｎ_Ｗの電荷ストレージウェルに対して、形成することができるα＋１個の電荷ストレージウェルの固有シーケンスの数がより多く、したがって、同じ数の電荷ストレージウェルに対して、より短い検出時間窓を使用することができ、その結果、精度が改善することである。

例えば、α＝２、すなわちＴＷ［ｉ］＝ＰＷ／２の場合、反射レーザ光は最大３つの連続する時間窓で検出される。したがって、反射レーザ光を検出するための少なくとも３つの電荷ストレージウェルおよびバックグラウンドを測定するための第４の電荷ストレージウェルが必要である。一般に、α＝２の場合、反射パルスは、時間窓ＴＷ［ｉ］で部分的に観察され、時間窓ＴＷ［ｉ＋１］で完全に検出され、時間窓ＴＷ［ｉ＋２］で部分的に検出される。場合によっては、シーン内の物体の位置に応じて、反射レーザ光はまた、２つの連続する時間窓ＴＷ［ｉ］およびＴＷ［ｉ＋１］で検出され得る。

α＝２および所与の数の電荷ストレージウェルＮ_Ｗについて、３つの電荷ストレージウェルの固有シーケンスの最大数Ｃ_ｍａｘを計算することができる。４～１０であるＮ_Ｗの場合、Ｃ_ｍａｘはそれぞれ１２、３０、６０、１０５、１６８、２５２および３６０に等しい。

より一般的には、任意の数のαについて、数Ｎ_Ｗの電荷ストレージウェルで形成することができるα＋１個の電荷ストレージウェルの固有シーケンスの最大数Ｃ_ｍａｘを計算することができる。

固有シーケンスの最大数Ｃ_ｍａｘを計算し、電荷ストレージウェルの固有シーケンスを確立するための数学的アルゴリズムは、当技術分野で公知である。例えば、図８に示すように、例えば５つの電荷ストレージウェルを使用するときに３つの固有の電荷ストレージウェルのシーケンスを計算するために、電荷ウェルシーケンスが最も早い検出時間窓および最後の検出時間窓で検出されたレーザ光を明確に検出することを可能にしなければならない境界条件を考慮して、反復プログラムが使用される。図８に示すこの例では、α＝２およびＮ_Ｗ＝５で、形成することができる３つの電荷ストレージウェルの固有シーケンスの最大数Ｃ_ｍａｘは３０に等しい。したがって、この例では、使用可能な最大パルス分割係数Ｎ_ｍａｘは１５に等しい。

固有シーケンスの最大数Ｃ_ｍａｘは、最大パルス幅減少係数Ｎ_ｍａｘを規定し、α×Ｎ_ｍａｘ＝Ｃ_ｍａｘである。したがって、画素あたりの電荷ストレージウェルの所与の数Ｎ_ＷでＣＭＯＳベースのマルチウェル画素検出器を使用する場合、パルス幅減少係数Ｎは、ＮがＮ_ｍａｘ以下になるように選択される。

比較的小さいαおよび比較的少数の電荷ストレージウェルＮ_Ｗを選択する場合、固有シーケンスの最大数Ｃ_ｍａｘは大きくなり得る。例えば、α＝２およびＮ_Ｗ＝４ではＣ_ｍａｘ＝１２であり、α＝２およびＮ_Ｗ＝６ではＣ_ｍａｘ＝６０である。α＝３以上とし、Ｎ_Ｗ＝７以上とすると、数百通りの固有な組み合わせを形成することができ、Ｃ_ｍａｘは１００より大きくなる。α＝４以上、Ｎ_Ｗ＝９以上とすると数千通りの固有な組み合わせを形成することができ、Ｃ_ｍａｘは１０００より大きくなる。

シーンまでの距離を決定するためのＬＩＤＡＲ装置
本発明の第２の態様によれば、シーンの１つまたは複数の物体までの距離を決定するためのＬＩＤＡＲ装置が提供される。ＬＩＤＡＲ装置１の一実施形態が図１０に概略的に示されている。

そのようなＬＩＤＡＲ装置１は、照明パターン１５０でシーン９９を照明するように構成されたプロジェクタ１００を備える。パターンは、複数の空間的に分離されたパルスレーザビームによって形成され、各パルスレーザビームは、パルスシーケンスを備える。複数のパルスレーザビームのパルスは、同時に放射される。上述したように、パルス列とも呼ばれるパルスシーケンスが図２に概略的に示されている。

好ましくは、レーザ光は半導体レーザによって生成される。実施形態では、レーザ光は、所望のパターンを生成するために垂直キャビティ面放射（ＶＣＳＥＬ）レーザアレイを備える半導体光源によって生成される。システムが長距離および高レベルの周囲光（例えば、昼間）であっても最適に動作するために、本発明の実施形態で使用するためのＶＣＳＥＬは、好ましくは単位面積当たりのスポット当たりの最大光出力を放射するように構成される。より好ましくは、レーザは最小波長拡散を有するべきであり、特に低い波長の拡散は、モノモードレーザを用いて達成することができる。したがって、実質的に同一のパルスを、必要な空間および時間精度で再現可能に生成することができる。

プロジェクタは、半導体レーザに加えて、所定の視野内の光パターンでシーンを照明するように構成された投射レンズを備える。

実施形態では、レーザによって生成されるレーザ光の波長は、８００ｎｍ～１６００ｎｍである。

ＬＩＤＡＲ装置は、反射レーザ光のスポットを検出するように構成されたＣＭＯＳベースのマルチウェル画素検出器を備える受光装置３００をさらに備える。マルチウェル画素検出器は複数の画素を備え、各画素は、レーザ光を検出するための感光領域を備える。上述したように、反射レーザ光のこれらのスポットは、シーンの１つまたは複数の物体によって反射された空間的に分離されたビームを表す。ＣＭＯＳベースのマルチウェル画素検出器は、例えば国際公開第２０１７０６８１９９号に開示されている。

反射レーザ光は、参照番号３５０で図１０に概略的に示されており、反射レーザ光のパルスを備える反射パターンを形成している。反射パターンは、複数のスポットとしてＣＭＯＳベースのマルチウェル画素検出器で観察される。そのようなスポットは、レーザパルスと検出器の検出面との交差部として解釈されなければならない。

実施形態では、検出時間窓はパルス幅にほぼ等しい、すなわちｉ＝１～Ｍである検出時間窓ＴＷ［ｉ］のそれぞれについて、（｜ＰＷ－ＴＷ［ｉ］｜／ＰＷ）≦０．１０、好ましくは（｜ＰＷ－ＴＷ［ｉ］｜／ＰＷ）≦０．０５、より好ましくは（｜ＰＷ－ＴＷ［ｉ］｜／ＰＷ）≦０．０２である。

本発明によるＣＭＯＳベースのマルチウェル画素検出器は、反射レーザ光の検出されたスポットの各々について、検出時間窓ＴＷ［ｉ］に関連付けられた露光値Ｑ_ｉを取得するように構成され動作可能である。露光値は、検出されたレーザ光とレーザ光が検出された時間窓との間に相関が確立されるように、検出時間窓ＴＷ［ｉ］で検出された反射レーザ光を表す電荷量を累積することによって得られる。電荷の蓄積は、パルスシーケンスの全てのパルスに対して実行される。

反射レーザ光の検出は、レーザパルスのシーケンスの放射と同期して実行されるべきである。したがって、ＬＩＤＡＲ装置は、放射されるパルスシーケンスと同期して反射レーザ光を検出および蓄積するようにプロジェクタ１００および受光装置３００を制御するためのコントローラ２００を備える。実施形態では、コントローラは、従来のクロック回路または発振器を備えることができる同期手段を備える。

実施形態では、コントローラ２００は、第１の検出時間窓ＴＷ［１］がパルスのパルス放射時間窓と重なるか、または少なくとも部分的に重なるように同期を実行するように構成される。パルスの放射時間窓は、パルスが放射される時間窓として解釈されなければならず、したがって、この放射時間窓はパルス幅の幅を有する。パルスの放射時間窓と重なるまたは部分的に重なる第１の検出時間窓の例は、本発明による方法を論じる際に上述した。

他の実施形態では、コントローラ２００は、第１の検出時間窓ＴＷ［１］がパルスの放射時間窓に対して遅延され、遅延が所定の遅延時間窓Ｔ_ＤＬに等しくなるように、パルスの放射と検出器との間の同期を実行するように構成される。

好ましくは、所定の遅延時間係数は２×Ｄ_ｍｉｎ／ｃ以下であり、Ｄ_ｍｉｎは最小距離であり、これにより最小距離Ｄ_ｍｉｎまたはその近くに位置する物体を検出し、距離を決定することができる。

ＣＭＯＳベースのマルチウェル画素検出器は、画素の２Ｄアレイとして解釈されなければならず、各画素は、レーザ光を検出するための個々の検出器を形成する。実際、各画素は、個々の感光領域と、少なくとも３つの電荷ストレージウェルとを含む。電荷ストレージウェルの数は、検出時間窓の数Ｍに依存する。

より一般的には、ＣＭＯＳベースのマルチウェル画素検出器の各画素は、ｉ＝１～Ｎ_Ｗの複数の電荷ストレージウェルＷ［ｉ］を含み、Ｎ_Ｗは電荷ストレージウェルの数であり、Ｎ_Ｗ≦Ｍである。

電荷ストレージウェルは、画素の感光領域に入るレーザ光に起因する電荷を蓄積するためのリザーバである。各ウェルは、レーザ光のパルスと同期し、かつ指定されたＮ＋１個の検出時間窓と同期する外部信号によって制御される別個の転送ゲートを有する。このようにして、転送ゲートを制御することによって、所与の時間窓ＴＷ［ｉ］内で画素の感光領域によって検出された反射レーザ光は、関連するウェルＷ［ｋ］に格納される。

受光装置は、反射レーザ光をマルチ画素検出器に投射するためのレンズシステムをさらに備える。例えば、照明パターンの全てのパルスがシーンの物体によって反射される場合、パターンの画像は、マルチ画素検出器の感光領域が位置する受光装置の焦点面内で得られる。

本発明によるＬＩＤＡＲ装置は、反射レーザ光の検出されたスポットの各々について、連続する検出時間窓のどの検出時間窓で反射レーザ光が検出されたか、すなわち露光値が得られたかを識別するように構成された処理手段４００を備える。反射レーザ光は、αまたはα＋１個の連続する検出時間窓のいずれかで検出される。処理手段は、検出時間窓の識別に基づいて、および／または識別された検出時間窓で取得された最も早いおよび最後の露光値に基づいて、物体距離Ｄ_Ｓをさらに計算する。識別を実行するための上述の方法は、一般に、この識別を実行するためのコンピュータアルゴリズムとして実装される。識別アルゴリズムに加えて、さらなるコンピュータアルゴリズムを使用して、式および上述のようなこの計算を実行するための様々なオプションを使用して距離Ｄ_Ｓを計算する。実施形態では、処理手段４００は、典型的には、プロセッサ、マイクロプロセッサ、またはコンピュータを備える。

マルチ画素検出器がシーンから反射されたレーザ光のスポットを検出すると、この反射レーザ光はマルチ画素検出器内の複数の画素で検出され、反射レーザ光の量を決定するために、一般に、複数の画素で検出された検出レーザ光で合計が実行されることに留意されたい。実施形態では、合計を実行するとき、画素に関連する重み係数が考慮される。空間的に分離されたスポットのパターンで照明が行われると、マルチ画素検出器上で検出された様々なスポットも空間的に分離され、これにより、検出された様々なスポット間の重なりはないか、またはほとんどない。

反射レーザ光の露光値を決定するとき、処理手段は、バックグラウンドを減算するように構成される。このバックグラウンドは、一般に、反射レーザ光が検出されない検出時間窓から得られる。

いくつかの実施形態では、レーザ光を検出した時間窓の決定は、データを読み出す前にＣＭＯＳ検出器のレベルで実行される。これらの実施形態では、ＣＭＯＳベースのマルチウェル画素検出器は、例えば、バックグラウンドカウントとレーザ光とを区別するように構成された比較器を備える。

画素検出器内の各画素のウェルＷ［ｋ］の数Ｎ_Ｗと、時間窓ＴＷ［ｉ］の数Ｍとは、必ずしも等しくない。好ましい実施形態では、Ｎ_Ｗ＜Ｍであり、したがってこれらの実施形態では、時間窓よりもストレージウェルが少ないので、複数の電荷ストレージウェルのうちの少なくとも１つの電荷ストレージウェルは、検出時間窓ＴＷ［ｉ］の２つの異なる時間窓中に検出された電荷を格納するように構成される。上述したように、これら２つの異なる時間窓は、２つの連続しない時間窓である。

Ｍ≧４およびα＝１である実施形態では、マルチウェル画素検出器Ｎ_Ｗ＜Ｍの各画素について、２つの連続する検出時間窓の各対は、電荷ストレージウェルの固有の対に関連付けられる。

より一般的には、α≧１の場合、ｋ＝１～Ｍ－αであるα＋１個の連続する時間窓ＴＷ［ｋ］～ＴＷ［ｋ＋α］の各サブシーケンスは、反射レーザ光が検出される検出時間窓が明確に識別可能であるように、複数の電荷ストレージウェルＷ［ｉ］のα＋１個の電荷ストレージウェルの固有のシーケンスに関連付けられる。電荷ストレージウェルの固有シーケンスの定義は、上記で議論されている。

α＝１の場合、所与の数Ｎ_Ｗの電荷ストレージウェルに対して、作られ得る固有の対の組み合わせの数Ｐは、順列Ｐの数として表すことができ、Ｐ＝Ｎ_Ｗ！／（（Ｎ_Ｗ－２）！×２）と計算することができる。

記号「！」は順列記号である。例えば、３つのウェルを用いて、３つの固有の対の組み合わせ、すなわち１－２、１－３および２－３を形成することができる。例えば４つのウェルでは、６つの固有の組み合わせ、すなわち１－２、１－３、１－４、２－３、２－４および３－４を形成することができる。５つのウェルでは、１０個の固有の組み合わせを形成することができ、したがって、例えば１１個の検出時間窓を使用する場合、５つのウェルのみが必要である。図７では、パルス幅減少係数Ｎが１０に等しく、したがって本発明による１１個の検出時間窓が提供される例が示されている。図４の上部には、各検出時間窓がその適切なウェルを有し、したがって各画素が１１個のウェルを必要とする例が示されている。図７の下部では、５つのウェルのみを使用して、１１個の検出時間窓について１０個の固有の対の組み合わせを形成する。有利には、固有のウェル対の形成により、必要なウェルの数が大幅に減り、ＣＭＯＳベースのマルチウェル画素検出器の複雑さが減る。

α＝１および所与の数Ｎ_Ｗのストレージウェルについて、上述したようにパルス幅を減らすために適用することができる最大パルス幅減少係数Ｎ_ｍａｘを計算することもできる。ウェルの数が奇数である場合、以下の式Ｎ_ｍａｘ＝Ｎ_Ｗ！／（（Ｎ_Ｗ－２）！×２）を適用して、所与のウェル数で適用できる最大減少係数を計算することができる。

例えば、ウェルの数が５である場合、Ｎ_ｍａｘ＝１０である。これはまた、所与の数のウェルに使用することができる検出時間窓の最大数Ｍ_ｍａｘがＭ_ｍａｘ＝１＋Ｎ_Ｗ！／（（Ｎ_Ｗ－２）！×２）と表すことができることを意味する。

α＝１でウェル数Ｎ_Ｗが偶数の場合、最大パルス幅減少係数Ｎ_ｍａｘを計算する式は異なり、Ｎ_ｍａｘ＝Ｎ_Ｗ！／（（Ｎ_Ｗ－２）！×２）－（（Ｎ_Ｗ！／（（Ｎ_Ｗ－１）！×２））－１）と表すことができる。

例えば、ウェルの数が４である場合、Ｎ_ｍａｘ＝５である。同様に、ウェルの数が偶数である場合の検出時間窓の最大数Ｍ_ｍａｘは、Ｍ_ｍａｘ＝１＋Ｎ_Ｗ！／（（Ｎ_Ｗ－２）！×２）－（（Ｎ_Ｗ！／（（Ｎ_Ｗ－１）！×２））－１）と表すことができる。

実施形態では、５≦Ｍ≦６およびＮ_Ｗ＝４である。他の実施形態では、７≦Ｍ≦１１およびＮ_Ｗ＝５である。さらなる実施形態では、Ｍ＝４およびＮ_Ｗ＝３である。

より一般的には、α＞１の場合、反射レーザ光が検出された検出時間窓を明確に識別することができるように使用することができる電荷ストレージウェルの固有シーケンスの最大数Ｃ_ｍａｘを定義するために既知の数学的アルゴリズムを使用することができる。

好ましい実施形態では、本発明によるＬＩＤＡＲ装置は、パルス幅ＰＷが検出時間窓の数Ｍに関係するように構成され、この関係は以下のように表すことができる。

ＰＷ＝＝（ＴＯＦ_ｍａｘ－Ｔ_ＤＬ）／（（Ｍ－α）／α）、ＴＯＦ_ｍａｘ＝（２×Ｄ_ｍａｘ／ｃ）であり、ＴＯＦ_ｍａｘは最大飛行時間ＴＯＦ_ｍａｘであり、Ｄ_ｍａｘは最大飛行時間に関連付けられた最大距離であり、ｃは光の速さであり、Ｔ_ＤＬは上述した所定の遅延時間窓であり、０≦Ｔ_ＤＬ≦（０．６×ＴＯＦ_ｍａｘ）、好ましくは０≦Ｔ_ＤＬ≦（０．４×ＴＯＦ_ｍａｘ）、より好ましくは０≦Ｔ_ＤＬ≦（０．２×ＴＯＦ_ｍａｘ）である。

上述したように、Ｄ_ｍａｘは、ＬＩＤＡＲ装置の動作範囲、一般に最大動作範囲と解釈されるべきである。実施形態では、本発明によるＬＩＤＡＲ装置のこの最大動作範囲Ｄ_ｍａｘは、例えば、３０メートル≦Ｄ_ｍａｘ≦１０００メートルの範囲内である。

上記の定義に従うパルス幅ＰＷは、典型的には、ナノ秒～マイクロ秒の範囲と予想される。例えば、１００メートル～３００メートルの最大範囲を仮定すると、レーザ光の対応する飛行時間は、往復で、それぞれ６６６ナノ秒～２マイクロ秒であり、したがって、定義されたパルス幅減少係数Ｎ、または同等の時間検出窓の数に応じて、また、ＬＩＤＡＲ装置の必要な最大動作距離Ｄ_ｍａｘに応じて、パルス長ＰＷは、３３ナノ秒～１マイクロ秒の範囲内と予想される。減少係数を有するパルスは、一般に２０以下である。

実施形態では、ＬＩＤＡＲ装置のプロジェクタは、Ｆ_Ｐ≦１／（（Ｍ／α）×ＰＷ＋Ｔ_ＤＬ）となるようなパルス周波数Ｆ_Ｐでパルスレーザビームを供給するように構成される。

本発明によるＬＩＤＡＲ装置は、車両への一体化に適している。車両に一体化されたＬＩＤＡＲ装置は、車両を取り囲む領域の少なくとも一部を動作可能にカバーするに構成される。領域の少なくとも一部は、距離決定を必要とするシーンに対応している。カバーされる領域は、ＬＩＤＡＲ装置の視野（ＦＯＶ）に依存し、実施形態では、ＦＯＶは、例えば３０°×１０°または１２０°×３０°または任意の他の適切な視野である。

Claims (17)

1. パルスレーザ光でシーンを照明し、レーザ光の飛行時間に関連して反射レーザ光を検出することによって、前記シーン内の１つまたは複数の物体までの距離を決定するための方法であって、前記１つまたは複数の物体は、最小距離（Ｄ_ｍｉｎ）と最大距離（Ｄ_ｍａｘ）との間の距離範囲内に位置し、０≦Ｄ_ｍｉｎ≦０．６×Ｄ_ｍａｘ、好ましくは０≦Ｄ_ｍｉｎ≦０．４×Ｄ_ｍａｘ、より好ましくは０≦Ｄ_ｍｉｎ≦０．２×Ｄ_ｍａｘであり、Ｄ_ｍｉｎおよびＤ_ｍａｘはそれぞれ前記最小距離および前記最大距離であり、前記方法は、
   Ａ）ＰＷ＝（ＴＯＦ_ｍａｘ－Ｔ_ＤＬ）／Ｎ、ＴＯＦ_ｍａｘ＝２×Ｄ_ｍａｘ／ｃとなるように、前記最大距離（Ｄ_ｍａｘ）に関連付けられた最大飛行時間（ＴＯＦ_ｍａｘ）よりも小さい前記パルスレーザ光のパルス幅（ＰＷ）を決定するステップであって、
   ＰＷは前記パルス幅であり、Ｄ_ｍａｘは前記最大距離であり、ｃは光の速さであり、ＴＯＦ_ｍａｘは前記最大飛行時間であり、Ｔ_ＤＬは０≦Ｔ_ＤＬ≦２×Ｄ_ｍｉｎ／ｃである所定の遅延時間窓であり、Ｎはパルス幅減少係数である、ステップと、
   Ｂ）Ｆ_Ｐ≦１／（（Ｎ＋１）×ＰＷ＋Ｔ_ＤＬ）となるように前記パルスレーザ光のパルス周波数（Ｆ_Ｐ）を決定するステップであって、Ｆ_Ｐは前記パルス周波数であり、Ｆ_Ｐ＝１／Ｐ_Ｐであり、Ｐ_Ｐはパルス周期（Ｐ_Ｐ）である、ステップと、
   Ｃ）前記パルスレーザ光の前記パルス周期（Ｐ_Ｐ）内の反射レーザ光を検出するための検出期間（Ｔ_Ｄ）を、Ｔ_Ｄ＝（Ｎ＋１）×ＰＷ、Ｔ_Ｄは前記検出期間、で決定し、
   ｉ＝１～Ｍであり、Ｍは検出時間窓の数である、いくつかの連続する検出時間窓ＴＷ［ｉ］に前記検出期間（Ｔ_Ｄ）を分割するステップであって、
   

   

   
   αは、パルス幅当たりの検出時間窓の数を表す整数であり、α≧１、好ましくはα≦１０、より好ましくはα≦５であり、αおよびＮは、α×Ｎ≧２、好ましくはα×Ｎ≧３、より好ましくはα×Ｎ≧４となるように選択される、ステップと、
   Ｄ）複数の空間的に分離されたパルスレーザビームによって形成されたスポットパターンで前記シーンを照明するステップであって、各パルスレーザビームは、ステップＡ）で決定された前記パルス幅（ＰＷ）を有し、かつステップＢ）で決定された前記パルス周波数（Ｆ_Ｐ）を有するパルスシーケンス（５０）を備え、前記複数のパルスレーザビームの各々の前記パルス（１２）は同時に放射される、ステップと、
   Ｅ）ステップＤ）で定義されたように前記シーンを照明するときにパルスの各同時放射に続いて、ステップＣ）で定義された前記検出期間（Ｔ_Ｄ）の前記連続する検出時間窓ＴＷ［ｉ］中に反射レーザ光のスポットを検出するステップであって、前記スポットは、前記シーン内の前記１つまたは複数の物体によって反射された前記空間的に分離されたパルスレーザビームを表しており、
   前記パルスレーザビームの前記パルスの前記放射と同期して反射レーザ光のスポットの前記検出を実行するパルスの各同時放射について、
   ａ）前記遅延時間窓（Ｔ_ＤＬ）が０である場合には、前記第１の検出時間窓ＴＷ［１］が前記パルスの放射時間窓と重なるか、または少なくとも部分的に重なるように前記同期を実行し、
   ｂ）前記遅延時間窓（Ｔ_ＤＬ）が０でない場合には、前記第１の検出時間窓ＴＷ［１］が前記パルスの放射時間窓に対して前記遅延時間窓（Ｔ_ＤＬ）に等しい遅延で遅延されるように前記同期を実行する、ステップと、
   Ｆ）反射レーザ光の前記検出されたスポットの各々について、前記検出時間窓ＴＷ［ｉ］で検出された反射レーザ光の量を累積することによって、前記検出時間窓ＴＷ［ｉ］に関連付けられた露光値（Ｑ_ｉ）を取得するステップであって、前記累積は前記パルスシーケンスの全てのパルスについて実行される、ステップと、
   Ｇ）反射レーザ光の前記検出されたスポットの各々について、
   ｉ）前記連続する検出時間窓ＴＷ［ｉ］のどの検出時間窓で反射レーザ光を表す前記露光値（Ｑ_ｉ）が得られるかを識別するステップと、
   ｉｉ）前記識別された検出時間窓に基づいて物体距離（Ｄ_Ｓ）を計算するステップであって、前記計算された物体距離（Ｄ_Ｓ）は、反射レーザ光の前記スポットを検出する検出器と、前記反射レーザ光を検出させた前記シーン内の物体または前記シーン内の物体の一部との間の距離に対応する、ステップと
   を含む、方法。
2. Ｆ_Ｐ≦１／（（Ｎ＋１）×ＰＷ＋Ｔ_ＤＬ＋（ｑ×ＰＷ））であり、ｑ≧１であり、ｑ×ＰＷは、前記最大距離（Ｄ_ｍａｘ）よりも大きい距離に位置する前記シーン内の物体からの反射から生じる誤った反射の検出が低減されるように定義された遅延タイムスロットを形成し、および／またはｑ×ＰＷは、眼の安全のためにレーザ光の平均放射出力を低減するように定義された遅延タイムスロットを形成している、請求項１に記載の方法。
3. ステップＤ）～Ｇ）が複数回繰り返され、前記反射スポットの各々について、ステップＧ）で得られた前記物体距離（Ｄ_Ｓ）の平均をとることによって平均物体距離が得られる、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
4. ステップＧ）ｉｉ）は、さらに、
   ・反射レーザ光がα＋１個の連続する検出時間窓で検出される場合、
   Ｚ＝（Ｒ＋ｚ）／（α×Ｎ）およびｚ＝Ｑ_ｂ／（Ｑ_ａ＋Ｑ_ｂ）である式
   Ｄ_Ｓ＝Ｔ_ＤＬ×ｃ／２＋Ｚ×（ＴＯＦ_ｍａｘ－Ｔ_ＤＬ）×ｃ／２を使用して前記物体距離（Ｄ_Ｓ）を計算し、
   Ｄ_Ｓは前記物体距離であり、Ｑ_ａは、反射レーザ光が識別された前記連続する検出時間窓の最も早い検出時間窓ＴＷ［ａ］について得られた前記露光値であり、Ｑ_ｂは反射レーザ光が識別された前記連続する検出時間窓の最後の検出時間窓ＴＷ［ｂ］について得られた露光値であり、Ｒは前記最も早い検出時間窓ＴＷ［ａ］に先行する検出時間窓の数をカウントする整数であること、または
   ・反射レーザ光がα個の連続する検出時間窓で検出される場合、式
   Ｄ_Ｓ＝Ｔ_ＤＬ×ｃ／２＋（Ｒ／（α×Ｎ））×（ＴＯＦ_ｍａｘ－Ｔ_ＤＬ）×ｃ／２を使用して前記物体距離（Ｄ_Ｓ）を計算し、Ｒは、反射レーザ光が識別された最も早い検出時間窓に先行する検出時間窓の数をカウントする整数であること、をさらに含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記露光値Ｑ_ａおよびＱ_ｂはバックグラウンド補正後に取得され、前記バックグラウンド補正は、前記連続する検出時間窓のうちの少なくとも１つの検出時間窓で検出されたバックグラウンド値の量に基づき、前記少なくとも１つの検出時間窓は、反射レーザ光が検出された前記識別された検出時間窓とは異なる、請求項４に記載の方法。
6. 反射レーザ光の前記検出は、複数の画素を有するマルチウェル画素検出器を備えるレーザ受光装置を用いて実行され、各画素は、感光領域と、ｉ＝１～Ｎ_Ｗであり、Ｎ_Ｗは電荷ストレージウェルの数であり、Ｎ_Ｗ≦Ｍである複数の電荷ストレージウェルＷ［ｉ］とを含み、前記複数の電荷ストレージウェルは、前記検出期間（Ｔ_Ｄ）中に前記感光領域によって検出された電荷を格納するように構成される、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
7. Ｎ_Ｗ＜Ｍ、Ｍ≧４であり、ｋ＝１～Ｍ－αであるα＋１個の連続する検出時間窓ＴＷ［ｋ］～ＴＷ［ｋ＋α］の各サブシーケンスは、反射レーザ光が検出される前記検出時間窓が明確に識別可能であるように、前記複数の電荷ストレージウェルＷ［ｉ］のα＋１個の電荷ストレージウェルの固有のシーケンスに関連付けられる、請求項６に記載の方法。
8. 前記パルス幅減少係数（Ｎ）は最大パルス幅減少係数（Ｎ_ｍａｘ）以下であり、α×Ｎ_ｍａｘ＝Ｃ_ｍａｘであり、Ｎ_ｍａｘは前記最大パルス幅減少係数であり、Ｃ_ｍａｘはＮ_Ｗ個の電荷ストレージウェルで形成することができるα＋１個の電荷ストレージウェルの固有シーケンスの最大数である、請求項７に記載の方法。
9. α≧２である、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
10. シーン（９９）の１つまたは複数の物体までの距離を決定するためのＬＩＤＡＲ装置（１）であって、
    ・複数の空間的に分離されたパルスレーザビームによって形成されたスポットパターンで前記シーンを照明するように構成されたプロジェクタ（１００）であって、各パルスレーザビームはパルス幅（ＰＷ）を有するパルスシーケンス（１１）を含み、前記複数のパルスレーザビームの各々の前記パルス（１２）は同時に放射される、プロジェクタ（１００）と、
    ・前記シーンの前記１つまたは複数の物体によって反射された前記スポットパターンを表す反射レーザ光のスポットを検出するように構成されたＣＭＯＳベースのマルチウェル画素検出器を備える受光装置（３００）と、
    ・前記パルスレーザビームの前記パルスの前記同時放射と同期して前記反射レーザ光を検出して蓄積するように前記プロジェクタ（１００）および前記受光装置（３００）を制御するためのコントローラ（２００）と、を備え、
    前記ＣＭＯＳベースのマルチウェル画素検出器は、
    ｉ）前記パルスレーザビームのパルス周期（Ｐ_Ｐ）内の
    検出期間（Ｔ_Ｄ）中に反射レーザ光を検出することであって、
    前記検出期間（Ｔ_Ｄ）は、いくつかの連続する検出時間窓ＴＷ［ｉ］に分割され、ｉ＝１～Ｍであり、Ｍは検出時間窓の数であり、Ｍ≧３、好ましくはＭ≧４、より好ましくはＭ≧５であり、
    

    

    
    Ｔ_Ｄは前記検出期間であり、ＰＷは前記パルス幅であり、αはα≧１、好ましくはα≦１０、より好ましくはα≦５である整数である、検出することと、
    ｉｉ）反射レーザ光の前記検出されたスポットの各々について、前記検出時間窓ＴＷ［ｉ］で検出された反射レーザ光を表す電荷の量を蓄積することによって前記検出時間窓ＴＷ［ｉ］に関連付けられた露光値（Ｑ_ｉ）を取得することであって、前記蓄積は前記パルスシーケンスの全てのパルスについて実行される、取得することと、を構成することを特徴とし、
    前記コントローラ（２００）は、
    ｉ）前記第１の検出時間窓ＴＷ［１］が前記パルスの放射時間窓と重なるか、または少なくとも部分的に重なるように、あるいは、
    ｉｉ）前記第１の検出時間窓ＴＷ［１］が前記パルスの放射時間窓に対して遅延され、前記遅延が所定の遅延時間窓（Ｔ_ＤＬ）に等しいように、前記同期を実行するように構成されることを特徴とし、
    前記ＬＩＤＡＲ装置は、反射レーザ光の前記検出されたスポットの各々について、
    ｉ）前記連続する検出時間窓ＴＷ［ｉ］のどの検出時間窓で反射レーザ光を表す前記露光値（Ｑ_ｉ）が得られるかを識別することと、
    ｉｉ）前記識別された検出時間窓に基づいて物体距離（ＤＳ）を計算することと、を構成する処理手段（４００）を備えることを特徴とする、
    ＬＩＤＡＲ装置（１）。
11. 前記ＣＭＯＳベースのマルチウェル画素検出器は、複数の画素を備え、各画素は、感光性検出領域と、ｉ＝１～Ｎ_Ｗであり、Ｎ_Ｗは電荷ストレージウェルの数であり、Ｎ_Ｗ≦Ｍである複数の電荷ストレージウェルＷ［ｉ］とを含み、前記複数の電荷ストレージウェルは、前記検出期間（Ｔ_Ｄ）中に前記感光領域によって検出された電荷を格納するように構成される、請求項１０に記載のＬＩＤＡＲ装置。
12. Ｎ_Ｗ＜Ｍ、Ｍ≧４であり、ｋ＝１～Ｍ－αであるα＋１個の連続する検出時間窓ＴＷ［ｋ］～ＴＷ［ｋ＋α］の各サブシーケンスは、反射レーザ光が検出される前記検出時間窓が明確に識別可能であるように、前記複数の電荷ストレージウェルＷ［ｉ］のα＋１個の電荷ストレージウェルの固有のシーケンスに関連付けられる、請求項１１に記載のＬＩＤＡＲ装置。
13. α＝１であり、前記検出時間窓の数（Ｍ）は、
    電荷ストレージウェルの数が奇数である場合はＭ≦１＋Ｎ_Ｗ！／（（Ｎ_Ｗ－２）！×２）、または
    電荷ストレージウェルの数が偶数の場合はＭ≦１＋Ｎ_Ｗ！／（（Ｎ_Ｗ－２）！×２）－（（Ｎ_Ｗ！／（（Ｎ_Ｗ－１）！×２））－１）となるように定義される、請求項１１または１２に記載のＬＩＤＡＲ装置。
14. α≧２である、請求項１０から１２のいずれか１項に記載のＬＩＤＡＲ装置。
15. ＰＷ＝（ＴＯＦ_ｍａｘ－Ｔ_ＤＬ）／（（Ｍ－α）／α）であり、ＴＯＦ_ｍａｘ＝２×Ｄ_ｍａｘ／ｃであり、ＴＯＦ_ｍａｘは最大飛行時間（ＴＯＦ_ｍａｘ）であり、Ｄ_ｍａｘは前記最大飛行時間に関連付けられた最大距離であり、前記最大距離（Ｄ_ｍａｘ）は前記ＬＩＤＡＲ装置の動作範囲であり、ｃは光の速さであり、Ｔ_ＤＬは前記所定の遅延時間窓であり、０≦Ｔ_ＤＬ≦０．６×ＴＯＦ_ｍａｘ、好ましくは０≦Ｔ_ＤＬ≦０．４×ＴＯＦ_ｍａｘ、より好ましくは０≦Ｔ_ＤＬ≦０．２×ＴＯＦ_ｍａｘである、
    請求項１０から１４のいずれか１項に記載のＬＩＤＡＲ装置。
16. 前記プロジェクタ（１００）は、Ｆ_Ｐ≦１／（（Ｍ／α）×ＰＷ＋Ｔ_ＤＬ）となるようなパルス周波数（Ｆ_Ｐ）で前記パルスレーザビームを生成するように動作可能であり、Ｆ_Ｐは前記パルス周波数である、請求項１０から１５のいずれか１項に記載のＬＩＤＡＲ装置。
17. 請求項１０から１６のいずれか１項に記載のＬＩＤＡＲ装置を備える車両であって、前記ＬＩＤＡＲ装置は、前記車両を取り囲む領域の少なくとも一部を動作可能にカバーするように配置され、領域の前記少なくとも一部は前記シーン（９９）に対応する、車両。

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