JP2023535649A - 光検出および距離測定のためのビーム変位装置 - Google Patents

光検出および距離測定のためのビーム変位装置 Download PDF

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Abstract

ＬＩＤＡＲシステムは、送信機、受信ピクセル、回転ミラー、およびビーム変位装置を含む。送信機は、送信ビームを放出するように構成される。受信ピクセルは、リターンビームを受信するように構成される。回転ミラーは、送信ビームをターゲットに向け、リターンビームを受信ピクセルに向けるように構成される。ビーム変位装置は、受信ピクセルと回転ミラーとの間に配置される。ビーム変位装置は、送信機と受信ピクセルとの間の間隔を補償するためにリターンビームに変位を導入するように構成される。

Description

関連出願についての相互参照
本出願は、２０２０年９月４日付で出願された米国仮出願第６３／０７４，８３４号と２０２０年９月４日付で出願された米国仮出願第６３／０７４，８３７号についての優先権を主張する２０２１年９月１日付で出願された米国特許出願第１７／４６３，８６０号についての優先権を主張する。米国特許出願第１７／４６３，８６０号、第６３／０７４，８３４号および第６３／０７４，８３７号は、本明細書に参照として含まれる。
本開示は、一般に光学に関するものであって、特に光検出および距離測定（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ、ＬＩＤＡＲ）に関する。
ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）ＬＩＤＡＲは、周波数変調されコリメートされた光ビームをターゲットに向けてオブジェクトの距離と速度を直接測定する。ターゲットの距離および速度情報は、ＦＭＣＷ ＬＩＤＡＲ信号から得られる。ＬＩＤＡＲ信号の精度を高める設計および技術が好ましい。
自動車産業は、現在、特定の状況で車両を制御するための自律機能（Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｆｅａｔｕｒｅ）を開発している。ＳＡＥ国際規格Ｊ３０１６によると、レベル０（自律なし）からレベル５（あらゆる条件で運転者入力なしで操作できる車両）まで、６レベルの自律性の範囲がある。自律機能を有する車両は、車両が走行する環境を感知するためにセンサーを用いる。センサーからデータを取得して処理することは、車両が環境を通じて走行できるようにする。自律車両は、その環境を感知するための１つ以上のＦＭＣＷ ＬＩＤＡＲ装置を含み得る。
本開示の実施形態は、送信機、受信ピクセル、回転ミラー、およびビーム変位装置を含むＬＩＤＡＲシステムを含む。送信機は、送信ビームを放出するように構成される。受信ピクセルは、リターンビームを受信するように構成される。回転ミラーは、送信ビームをターゲットに向け、リターンビームを受信ピクセルに向けるように構成される。ビーム変位装置は、受信ピクセルと回転ミラーとの間に配置される。ビーム変位装置は、送信機と受信ピクセルとの間の間隔を補償するためにリターンビームに変位を導入するように構成される。
一実施形態において、ビーム変位装置は、回転ミラーから反射される送信ビームとリターンビームとの間の反射角度の差を補償するように構成される。
一実施形態において、ビーム変位装置は、複屈折材料を含むビーム変位エレメントを含み、送信ビームは、送信ビームがビーム変位エレメントに出会うときに第１偏光配向（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）を有する。複屈折材料は、送信ビームの第１偏光配向に直交するリターンビームの第２偏光配向に変位を導入する。
一実施形態において、ビーム変位装置は、送信機とビーム変位エレメントとの間に配置されるビーム回転子を含み、ビーム回転子は、送信ビームの送信偏光がビーム変位エレメントの光軸に垂直になるように、送信ビームの送信偏光を回転させるように構成される。
一実施形態において、ビーム回転子は、スイッチャブル（Ｓｗｉｔｃｈａｂｌｅ）ビーム回転子であり、回転ミラーは、正規動作（Ｒｅｇｕｌａｒ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）中に第１方向および第２反対方向に回転するように構成される。スイッチャブルビーム回転子は、回転ミラーが第１方向に回転するときに第１遅延（Ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ）値で駆動され、回転ミラーが第２反対方向に回転するときに第２遅延値で駆動されることができる。
一実施形態において、第１遅延値は、０度であり、第２遅延値は、９０度である。
一実施形態において、ビーム変位装置は、ビーム変位エレメントと回転ミラーとの間に配置される波長板を含む。
一実施形態において、波長板は、１／４波長板である。
一実施形態において、ビーム変位装置は、ビーム変位エレメントと回転ミラーとの間に配置されるレンズを含み、レンズは、送信ビームをコリメート（Ｃｏｌｌｉｍａｔｅ）するように構成される。
一実施形態において、ビーム変位装置は、送信機および受信ピクセルを非同軸（Ｎｏｎ－Ｃｏａｘｉａｌ）にするように構成される。
一実施形態において、リターンビームは、ターゲットから反射する送信ビームである。
一実施形態において、送信ビームは、近赤外線波長を有し、リターンビームは、近赤外線波長を有する。
本開示の実施形態は、ＬＩＤＡＲ装置を含む光検出および距離測定（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ、ＬＩＤＡＲ）およびＬＩＤＡＲ装置の受信ピクセルの出力に応答して自律車両を制御するように構成される１つ以上のプロセッサを含む自律車両用の自律車両制御システムを含む。ＬＩＤＡＲ装置は、送信機、受信ピクセル、回転ミラー、およびビーム変位装置を含む。送信機は、送信ビームを放出するように構成される。受信ピクセルは、リターンビームを受信するように構成される。回転ミラーは、送信ビームをターゲットに向け、リターンビームを受信ピクセルに向けるように構成される。ビーム変位装置は、送信機と受信ピクセルとの間の間隔を補償するためにリターンビームに変位を導入するように構成される。
一実施形態において、ビーム変位装置は、回転ミラーから反射される送信ビームとリターンビームとの間の反射角度の差を補償するように構成される。
一実施形態において、ビーム変位装置は、複屈折材料を含むビーム変位エレメントを含み、送信ビームは、送信ビームがビーム変位エレメントに出会うときに第１偏光配向を有する。複屈折材料は、送信ビームの第１偏光配向に直交するリターンビームの第２偏光配向に変位を導入する。
一実施形態において、ビーム変位装置は、送信機とビーム変位エレメントとの間に配置されるビーム回転子を含み、ビーム回転子は、送信ビームの送信偏光がビーム変位エレメントの光軸に垂直になるように、送信ビームの送信偏光を回転させるように構成される。
一実施形態において、ビーム回転子は、スイッチャブルビーム回転子であり、回転ミラーは、正規動作中に第１方向および第２反対方向に回転するように構成される。スイッチャブルビーム回転子は、回転ミラーが第１方向に回転するときに第１遅延値で駆動され、回転ミラーが第２反対方向に回転するときに第２遅延値で駆動される。
本開示の実施形態は、送信機、受信ピクセル、回転ミラー、およびビーム変位装置を含む自律車両、および赤外線リターンビームに応答して自律車両を制御するように構成される制御システムを含む。送信機は、赤外線送信ビームを放出するように構成される。受信ピクセルは、赤外線リターンビームを受信するように構成される。回転ミラーは、赤外線送信ビームをターゲットに向け、赤外線リターンビームを受信ピクセルに向けるように構成される。ビーム変位装置は、受信ピクセルと回転ミラーとの間の光路に沿って配置され、ビーム変位装置は、送信機と受信ピクセルとの間の間隔を補償するために赤外線リターンビームに変位を導入するように構成され、回転ミラーから反射される赤外線送信ビームと赤外線リターンビームとの間の反射角度の差を補償するために変位を導入するように構成される。
一実施形態において、ビーム変位装置は、複屈折材料を含むビーム変位エレメントを含み、赤外線送信ビームは、赤外線送信ビームがビーム変位エレメントに出会うときに第１偏光配向を有する。複屈折材料は、赤外線送信ビームの第１偏光配向に直交する赤外線リターンビームの第２偏光配向に変位を導入する。
一実施形態において、ビーム変位装置は、送信機とビーム変位エレメントとの間に配置されるビーム回転子を含み、ビーム回転子は、赤外線送信ビームの送信偏光がビーム変位エレメントの光軸に垂直になるように、赤外線送信ビームの送信偏光を回転させるように構成される。
本開示の実施形態は、第１受信光カプラ、第２受信光カプラ、第１光ミキサ、第２光ミキサ、および光スイッチを含むＬＩＤＡＲシステムを含む。第１光ミキサは、第１受信光カプラから第１受信信号を受信するように構成される。第２光ミキサは、第２受信光カプラから第２受信信号を受信するように構成される。光スイッチは、第１光ミキサと第２光ミキサとの間で発振器光信号をスイッチングするように構成される。第１光ミキサは、発振器光信号および第１受信信号の受信に応答して第１電気信号を生成するように構成される。第２光ミキサは、発振器光信号および第２受信信号の受信に応答して第２電気信号を生成するように構成される。
一実施形態において、ＬＩＤＡＲシステムは、光スイッチが発振器光信号を第１光ミキサに提供するためにスイッチングされるときに、第１方向に回転するように構成された回転ミラーをさらに含む。回転ミラーは、光スイッチが発振器光信号を第２光ミキサに提供するためにスイッチングされるときに、第２方向に回転するように構成され得る。第１方向は、第２方向とは反対であり得る。
一実施形態において、ＬＩＤＡＲシステムは、光スイッチが発振器光信号を第１光ミキサに提供するためにスイッチングされるときに、第１光ミキサから第１電気信号を受信するように構成される処理ロジックをさらに含む。処理ロジックは、また、光スイッチが発振器光信号を第２光ミキサに提供するためにスイッチングされるときに、第２光ミキサから第２電気信号を受信するように構成される。
一実施形態において、回転ミラーは、回転ミラーが第１方向に回転するときに、リターンビームを第１受信光カプラに向けるように構成される。回転ミラーは、また、回転ミラーが第２方向に回転するときに、リターンビームを第２受信光カプラに向けるように構成される。
一実施形態において、ＬＩＤＡＲシステムは、第１受信光カプラと第２受信光カプラとの間に配置される送信光カプラをさらに含む。
一実施形態において、第１受信光カプラは、送信光カプラに直交し、第２受信光カプラは、送信光カプラに直交する。
一実施形態において、送信光カプラは、第１偏光配向を有する送信ビームを放出するように構成され、第１受信光カプラは、第１偏光配向に直交する第２偏光配向を受信するように構成される。第２受信光カプラは、また、第２偏光配向を受信するように構成される。
一実施形態において、ＬＩＤＡＲシステムは、レーザ光を受信するように構成されるスプリッタをさらに含み、スプリッタは、レーザ光の第１パーセンテージを送信光カプラに提供するように構成される。スプリッタは、光スイッチにレーザ光の第２パーセンテージを提供するように構成される。
一実施形態において、レーザ光は、赤外線波長を有する。
本開示の実施形態は、ＬＩＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）装置を動作させる方法を含む。方法は、回転ミラーが第１方向に回転するときに、第１光ミキサに発振器光信号を提供するように光スイッチを駆動するステップと、第１光ミキサが発振器光信号を受信している間に、第１光ミキサによって生成された第１信号をサンプリングするステップと、回転ミラーが第１方向とは反対の第２方向に回転するとき、発振器光信号を第２光ミキサに提供するように光スイッチを駆動するステップと、第２光ミキサが発振器光信号を受信している間に、第２光ミキサによって生成された第２信号をサンプリングするステップと、を含む。
一実施形態において、第１信号は、発振器光信号および第１受信光カプラによって生成された第１受信信号に応答して生成される。第２信号は、発振器光信号および第２受信光カプラによって生成された第２受信信号に応答して生成される。
一実施形態において、回転ミラーは、リターンビームを第１受信光カプラに向けるように構成され、回転ミラーは、リターンビームを第２受信光カプラに向けるように構成される。
一実施形態において、回転ミラーは、送信ビームを送信光カプラからターゲットに向けるようにさらに構成され、リターンビームは、ターゲットから反射される送信ビームである。
一実施形態において、送信光カプラは、第１受信光カプラと第２受信光カプラとの間に配置される。
一実施形態において、送信光カプラは、第１偏光配向を有する送信ビームを放出するように構成され、第１受信光カプラは、第１偏光配向に直交する第２偏光配向を受信するように構成される。第２受信光カプラは、また、第２偏光配向を受信するように構成される。
一実施形態において、発振器光信号は、赤外線波長を有し、第１受信信号および第２受信信号は、赤外線波長を有する。
本開示の実施形態は、ＬＩＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）装置およびＬＩＤＡＲ装置によって生成された第１電気信号および第２電気信号に応答して自律車両を制御するように構成された１つ以上のプロセッサを含む自律車両用の自律車両制御システムを含む。ＬＩＤＡＲ装置は、第１受信光カプラ、第２受信光カプラ、第１光ミキサ、第２光ミキサ、および光スイッチを含む。第１光ミキサは、第１受信光カプラから第１受信信号を受信するように構成される。第２光ミキサは、第２受信光カプラから第２受信信号を受信するように構成される。光スイッチは、第１光ミキサと第２光ミキサとの間で発振器光信号をスイッチングするように構成される。第１光ミキサは、発振器光信号および第１受信信号の受信に応答して第１電気信号を生成するように構成される。第２光ミキサは、発振器光信号および第２受信信号の受信に応答して第２電気信号を生成するように構成される。
一実施形態において、ＬＩＤＡＲ装置は、光スイッチが発振器光信号を第１光ミキサに提供するためにスイッチングされるときに、第１方向に回転するように構成された回転ミラーをさらに含む。回転ミラーは、光スイッチが発振器光信号を第２光ミキサに供給するためにスイッチングされるときに、第２方向に回転するように構成される。第１方向は第２方向とは反対である。
一実施形態において、ＬＩＤＡＲ装置は、光スイッチが発振器光信号を第１光ミキサに提供するためにスイッチングされるときに、第１光ミキサから第１電気信号を受信するように構成される処理ロジックをさらに含む。処理ロジックは、また、光スイッチが発振器光信号を第２光ミキサに提供するためにスイッチングされるときに、第２光ミキサから第２電気信号を受信するように構成される。
一実施形態において、回転ミラーは、リターンビームを第１受信光カプラに向けるように構成され、回転ミラーは、リターンビームを第２受信光カプラに向けるように構成される。
本発明の非限定的かつ非包括的な実施形態は、以下の図面を参照して説明され、ここで特に明示されない限り、同様の参照番号は、様々な図面全体にわったて同様の部分を指す。
本開示の実施形態によって非同軸送信機および受信機を具現するためにビーム変位装置を用いる固体状態（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ）ＦＭＣＷ ＬＩＤＡＲシステムのハイブリッドシリコン／ＩＩＩ－Ｖフォトニクス（Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）具現を示す。
本開示の実施形態によって非同軸送信機および受信機を具現するためにビーム変位装置を用いる固体状態ＦＭＣＷ ＬＩＤＡＲシステムのハイブリッドシリコン／ＳｉＯ２具現を示す。
本開示の実施形態によって例示的なビーム変位装置を示す。
本開示の実施形態によってスイッチャブルビーム回転子を含む例示的なビーム変位装置を示す。
本開示の実施形態によって例示的なセンサーアレイを含む自律車両を示す。
本開示の実施形態によって例示的なセンサーアレイを含む自律車両の平面図を示す。
本開示の実施形態によってセンサー、ドライブトレイン（Ｄｒｉｖｅｔｒａｉｎ）、および制御システムを含む例示的な車両制御システムを示す。
ＬＩＤＡＲのためのビーム変位（Ｂｅａｍ Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）の具現が説明される。以下の説明においては、具現についての完全な理解を提供するためにいくつかの詳細が提示される。しかし、関連技術分野の技術者は、本明細書に説明されている技術が１つ以上の特定の詳細を除いて、または他の方法、構成要素または材料などを用いて行われ得ることを認識するであろう。他の場合において、周知の構造、材料または動作は、特定の態様を曖昧にすることを防止するために詳細に表示または説明されていない。
本明細書全体にわたって「１つの実施形態」または「実施形態」についての言及は、実施形態に関して説明されている特定の特徴、構造、または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体にわたって、様々な位置での「１つの実施形態において」または「実施形態において」という語句の出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態を指しているわけではない。また、特定の特徴、構造、または特性は、１つ以上の実施形態で任意の適切な方法で結合され得る。
本明細書全体にわたって、いくつかの技術用語が使用される。これらの用語は、本明細書で具体的に定義されていないか、または使用文脈が明確に別段の意味を持たない限り、その用語が由来した技術分野における一般的な意味を取るべきである。本開示の目的のために、「自律車両」という用語は、ＳＡＥ国際規格Ｊ３０１６の自律性レベルで自律機能を有する車両を含む。
本開示の態様において、可視光線は、約３８０ｎｍ～７００ｎｍの波長範囲を有すると定義されることができる。非可視光は、紫外線光、赤外線光などの可視光線領域外の波長を有する光として定義されることができる。約７００ｎｍ～１ｍｍの波長範囲を有する赤外線光は、近赤外線光を含む。本開示の態様において、近赤外線光は、約７００ｎｍ～１．６μｍの波長範囲を有すると定義されることができる。
本開示の態様において、「透明」という用語は、９０％より大きい光透過率を有すると定義されることができる。一部の実施形態において、「透明」という用語は、可視光線の９０％より大きい透過率を有する物質として定義されることができる。
ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）ＬＩＤＡＲは、周波数変調されコリメートされた光ビームをオブジェクトに向け、オブジェクトの距離と速度を直接測定する。オブジェクトから反射される光は、タップバージョン（Ｔａｐｐｅｄ Ｖｅｒｓｉｏｎ）のビームと結合される。結果として得られるビートトーン（Ｂｅａｔ Ｔｏｎｅ）の周波数は、ドップラーシフトが修正されると、ＬＩＤＡＲシステムからオブジェクトまでの距離に比例し、２番目の測定が必要になる場合がある。同時に実行または実行されない可能性がある両方の測定は、距離と速度の両方の情報を提供する。
ＦＭＣＷ ＬＩＤＡＲは、向上した生産性（Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒａｂｉｌｉｔｙ）と性能のために、集積フォトニクス（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）を活用できる。集積フォトニックシステムは、一般にミクロン規模の導波装置（Ｗａｖｅｇｕｉｄｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ）を使用して単一の光モードを操作する。
ＬＩＤＡＲシステムは、出ていく光をターゲットに向かって操向し、ターゲットから受信した光を受信機に反射させる１つ以上の連続移動ミラーを含み得る。ＬＩＤＡＲからターゲットまで移動して戻ってくる光の走行時間（Ｔｒａｎｓｉｔ Ｔｉｍｅ）により、ミラーの連続的な動きは、受信された光を数ミクロンサイズのトランシーバから遠ざかるようにする。この「ビームウォークオフ（Ｂｅａｍ Ｗａｌｋｏｆｆ）」効果は、システム性能の低下につながる可能性がある。
ＦＭＣＷ ＬＩＤＡＲ動作は、典型的には、光源電力を「局部発振器（Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ、ＬＯ）」コンポーネントと「信号」コンポーネントに分割することを伴う。ＦＭＣＷ ＬＩＤＡＲの簡単な統合具現は、送信機と受信機を同じ位置に配置することを含む。しかし、この場合は、受信光電力がＬＯ／信号スプリッタを再び通過しなければならないため、さらなる損失が発生する可能性がある。性能を向上させるために、このスプリッタが光システムにさらなる損失を加えないように送信機と受信機を分離することが好ましいことがある。このような実施形態において、送信機と受信機は、非同軸（Ｎｏｎ－Ｃｏａｘｉａｌ）であり、互いに離隔している。
本開示の実施形態において、ＬＩＤＡＲシステムは、非同軸送信機および受信ピクセル、回転ミラー、および送信機と受信ピクセルとの間の間隔を補償するためにリターンビームに変位を導入するように構成されるビーム変位装置を含む。ビーム変位装置は、また、回転ミラーから反射される送信ビームとリターンビームとの間の反射角度の差を補償するように構成され得る。ビーム変位装置は、リターンビームを受信ピクセルに向けるようにリターンビームの特定の偏光配向に変位を導入する複屈折材料を含むビーム変位エレメントを含み得る。送信ビームとリターンビーム（ターゲットから反射／散乱する送信ビーム）は、近赤外線波長を有し得る。
一実施形態において、ビーム変位装置は、送信ビーム（送信機によって放出される）の送信偏光を回転させるビーム回転子を含む。一実施形態において、ビーム回転子は、スイッチャブルビーム回転子（例えば、スイッチャブル波長板）である。スイッチャブルビーム回転子は、回転ミラーが第１方向（例えば、時計回り）に回転するとき、第１遅延値（例えば、０度）に駆動され、回転ミラーが第２反対方向（例えば、反時計回り）に回転するとき、第２遅延値（例えば、９０度）に駆動できる。
本開示の一部の態様において、ハイブリッドシリコン／ＩＩＩ－Ｖまたはハイブリッドシリコン／ＳｉＯ２プラットフォームを含むＬＩＤＡＲアプリケーションにおけるビームウォークオフを補正するための装置が説明される。光は、複屈折材料を通過する偏光Ａを有する送信機アレイから放出され得る。光が複屈折材料を通過すると、ビームは、複屈折の結果として光源に対してオフセットされる。前記光は、ＬＩＤＡＲシステムを出てシステムからわずかに離れた拡散表面で反射される。拡散表面から反射した光は、任意の偏光を有し得る。放出された偏光Ａに直交する偏光の光は、放出された光と比較してビームに異なる変位を導入する複屈折材料を通じて再び伝搬する。前記ビームは、送信機に直交する偏光で光を受信するシリコンチップに位置するコヒーレントピクセルアレイを照らす。ＬＩＤＡＲシステムでビームウォークオフを緩和する特定の送信および受信オフセットのセットを選択するために複屈折材料および形状を選択できる。非同軸送信機および受信機を具現する特定の送信および受信オフセットのセットを選択するために複屈折材料および形状を選択することもできる。これらおよび他の実施形態は、図１～図５ｃに関連してより詳細に説明される。
図１は、本開示の実施形態によって非同軸送信機および受信機を具現するためにビーム変位装置１１１を用いる固体状態（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ）ＦＭＣＷ ＬＩＤＡＲシステムのハイブリッドシリコン／ＩＩＩ－Ｖフォトニクス（Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）具現を示す。図１は、光アセンブリ１０１の平面図とアセンブリ１０２の側面図を示す。レーザ１０３は、システムに光電力を提供する。レーザ１０３は、固体状態であり得、シリコンチップ１２と一緒にパッケージ化されてもよく、シリコンチップ１０２の外部にパッケージ化されてもよい。レーザ１０３によって放出される光１７９は、電力のＸ％を下部電力に分割し、電力のＹ％（一般に、Ｘ>>Ｙ）を上部ポートに分割する１×２スプリッタ１０４を通過する。下部ポートを出て結合された光は、各チャネルの光パワーを増幅させるＭチャネル半導体光増幅器（ＳＯＡ）１０６／１０７のＭ個の出力導波管１３６の間に電力を均等に分割する１×Ｍスプリッタ１０５にルーティングされる。図１は、Ｍが整数４の場合、複数の導波管１３６Ａ、１３６Ｂ、１３６Ｃ、１３６Ｄ（総称して導波管１３６と呼ぶ）を示すが、Ｍは、任意の整数であり得る。ＳＯＡ１０６／１０７は、シリコンチップ１０２の凹状ポケット（Ｒｅｃｅｓｓｅｄ Ｐｏｃｋｅｔ）１８１にパッケージ化される。増幅後、光は、ＳＯＡ１０６／１０７の端部で結合されて出て、例えば、ウェットエッチング（Ｗｅｔ Ｅｔｃｈｉｎｇ）を使用してシリコンチップ１０２に形成された角度のある（Ａｎｇｌｅｄ）ミラー１０９／１１０から反射される。光の反射ビーム（ミラー１０９／１１０によって反射される）は、ビーム変位装置１１１を介して伝搬する送信ビーム１０８であって、シリコンチップ１０２から遠くに垂直に伝搬される。ミラー１０９／１１０は、ＳＯＡ１０６／１０７が配置されるシリコンチップ１０２の凹状ポケット１８１の角度のある側壁に形成され得る。ビーム変位装置１１１は、角度のある側壁上のミラー１１０から反射される送信ビーム１０８を受信するためにシリコンチップ１０２の凹状ポケット１８１に部分的に突出（Ｏｖｅｒｈａｎｇ）できる。
ビーム変位装置１１１を介して伝搬した後、送信ビーム１０８は、環境に伝搬され、ターゲットから反射され、リターンビーム１１２としてビーム変位装置１１１を介して戻る。前記リターンビーム１１２は、Ｍ個のシリコンフォトニックコヒーレントピクセル１１３のアレイにリターンビームを供給するＭ個の受信格子カプラ１１４／１１５のうちの１つに集束する。図１は、複数の格子カプラ１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃ、１１４Ｄ（総称して格子カプラ１１４と呼ばれる）が示されているが、より多いか、またはより少ない格子カプラ１１４を複数に含み得る。図１は、複数のコヒーレントピクセル１１６Ａ、１１６Ｂ、１１６Ｃ、１１６Ｄ（総称してコヒーレントピクセル１１６と呼ばれる）が示されているが、より多いか、またはより少ないコヒーレントピクセル１１６を複数に含み得る。光は、各コヒーレントピクセル１１６にルーティングされ、ＬＯ光フィールドと結合される。
ＬＯ光フィールドは、スプリッタ１０４の上部ポートを出る光電力から得られる。一部の実施形態において、前記ＬＯ光フィールドは、独自の変調を有する別々のレーザ源から出られる。前記光は、ＳＯＡ１０６と同様の方法でパッケージ化されるか、またはチップの外部にパッケージ化されることができる第２光増幅器１１７にルーティングされる。前記増幅された光は、Ｍ個のコヒーレントピクセル１１６の間にＬＯフィールドを均等に分配する１×Ｍスプリッタ１１８にルーティングされる。
各コヒーレントピクセル１１６は、受信光フィールド（それぞれの格子カプラに入射するリターンビーム１１２によって生成される）をＬＯフィールドと混合し、結果として得られるビート信号をＦＭＣＷ ＬＩＤＡＲシステムによって読み取られる電気信号１１９に変換する。図１は、複数の電気信号１１９Ａ、１１９Ｂ、１１９Ｃ、１１９Ｄ（総称して電気信号１１９と呼ばれる）が示されているが、より多いか、またはより少ない電気信号１１９をＭ個のコヒーレントピクセル１１６に対応する複数に含み得る。
図２は、本開示の実施形態によって非同軸送信機および受信機を具現するためにビーム変位装置２１３を用いる固体状態ＦＭＣＷ ＬＩＤＡＲシステムのハイブリッドシリコン／ＳｉＯ２具現を示す。図２は、光アセンブリ２０１の平面図およびアセンブリ２０２の側面図を示す。レーザ２０３は、システムに光電力を提供する。レーザ２０３は、固体状態であり得、シリコンチップ２０２と一緒にパッケージ化されてもよく、チップの外部にパッケージ化されてもよい。レーザ２０３によって放出される光２７９は、光増幅器２０４を通過した後、電力のＸ％を下部電力に分割し、電力のＹ％（一般に、Ｘ>>Ｙ）を上部ポートに分割する１×２スプリッタ２０５を通過する。光増幅器２０４と１×２スプリッタ２０５の両方は、シリコンチップアセンブリ２０２とともにパッケージ化された個別のファイバコンポーネント（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）または固体状態コンポーネント（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）であり得る。下部ポートを出る光は、１×Ｍスプリッタ２０８およびＭ個の自由空間エッジカプラ２０９を含むガラス平面光波回路（Ｇｌａｓｓ Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ、ＰＬＣ）にルーティングされる。図２の例において、Ｍは、整数４であり、４つの自由空間エッジカプラ２０９Ａ、２０９Ｂ、２０９Ｃ、２０９Ｄを総称して自由空間エッジカプラ２０９と呼ぶ。
ＰＬＣ２０６のエッジカプラ２０９を出る光は、例えば、ウェットエッチングを使用してシリコンチップに形成された角度のある（Ａｎｇｌｅｄ）ミラー２１１／２１２から反射される。光の反射ビーム（ミラー２１１／２１２によって反射される）は、ビーム変位装置２１３を介して伝搬される送信ビーム２１０であって、シリコンチップ２０２から遠くに垂直に伝搬される。
ビーム変位装置２１３を介して伝搬した後、送信ビーム２１０は、環境に伝搬し、ターゲットから反射し、リターンビーム２１４としてビーム変位装置２１３を介して戻る。前記リターンビーム２１４は、Ｍ個のシリコンフォトニックコヒーレントピクセル２１５のアレイにリターンビームを供給するＭ個の受信格子カプラ２１６／２１７のうちの１つに集束する。図２は、複数の格子カプラ２１６Ａ、２１６Ｂ、２１６Ｃ、２１６Ｄ（総称して格子カプラ２１６と呼ばれる）が示されているが、より多いか、またはより少ない格子カプラ２１６を複数に含み得る。図２は、複数のコヒーレントピクセル２１８Ａ、２１８Ｂ、２１８Ｃ、２１８Ｄ（総称してコヒーレントピクセル２１８と呼ばれる）が示されているが、より多いか、またはより少ないコヒーレントピクセル２１８を複数に含み得る。光は、各コヒーレントピクセル２１８にルーティングされ、ＬＯ光フィールドと結合される。
ＬＯ光フィールドは、スプリッタ２０５の上部ポートを出る光電力から得られる。前記光は、Ｍ個のコヒーレントピクセル２１８の間にＬＯフィールドを均等に分配するシリコンフォトニック１×Ｍスプリッタ１１９にルーティングされる。
各コヒーレントピクセル２１８は、受信光フィールド（それぞれの格子カプラに入射するリターンビーム２１５によって生成される）をＬＯフィールドと混合し、結果として得られたビート信号をＦＭＣＷ ＬＩＤＡＲシステムによって読み取られる電気信号２２０に変換する。図２は、複数の電気信号２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃ、２２０Ｄ（総称して電気信号２２０と呼ばれる）が示されているが、より多いか、またはより少ない電気信号１１９をＭ個のコヒーレントピクセル１１６に対応する複数に含み得る。
図３は、本開示の実施形態によって例示的なビーム変位装置３３３を示す。例示的なビーム変位装置３３３は、例えば、ビーム変位装置１１１または２１３として使用できる。図３は、ＦＭＣＷ ＬＩＤＡＲで非同軸送信機および受信機を具現し、ビームウォークオフを補正するためのビーム変位装置の動作を示す。ビーム変位装置３３３の動作は、送信経路３０１および受信経路３１４について説明できる。
送信経路３０１において、送信機３０２は、特定の偏光を有する送信ビーム３０３を放出する。送信ビーム３０３は、例えば、レーザ１０３／２０３によって生成されるレーザ光１７９／２７９であり得る。送信ビーム３０３は、赤外線光であり得る。一部の実施形態において、送信ビーム３０３は、近赤外線光である。一部の実施形態において、送信機３０２の図示された位置は、ミラー１１０または２１２と同じ位置にあり得る。図３の例において、送信ビーム３０３の送信偏光は、４５度であるが、この初期偏光は、異なる実施形態で異なり得る。送信ビーム３０３は、ビーム変位エレメント３０６の光軸に垂直になるように、送信ビーム３０５として図示された送信偏光を回転させる選択的（Ｏｐｔｉｏｎａｌ）なビーム回転子３０４を介して伝搬される。選択的なビーム回転子３０４は、半波長板（Ｈａｌｆ Ｗａｖｅ Ｐｌａｔｅ）または他の異方性結晶（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ）を使用して具現できる。図３において、ビーム変位エレメント３０６は、コヒーレントピクセル３０２と回転ミラー３１１との間に配置される。
ビーム変位エレメント３０６を介して伝搬された後、送信ビーム３０７は、元の軸に沿って伝搬され、その偏光は、変わらない（送信ビーム３０５の例と比較するとき）。図３において、送信ビーム３０７は、ビーム変位エレメント３０６と回転ミラー３１１との間に配置されたレンズ３０８に入る。レンズ３０８は、光をコリメートして望む方向に操向することができる。レンズ３０８は、１つ以上のバルク光学レンズエレメント、マイクロレンズ、または薄い回折格子を使用して具現できる。レンズ３０８を介して伝搬された後、光は、ビーム変位エレメント３０６と回転ミラー３１１との間に配置された選択的な波長板３０９を介して伝搬されることができる。波長板３０９は、入射光の偏光軸を４５度移動させるように構成された１／４波長板であり得る。したがって、入射線形偏光された光は、波長板３０９によって円形偏光された光に変換されることができる。同様に、入射円形偏光された光は、波長板３０９によって線形偏光された光に変換されることができる。波長板３０９は、例えば、石英、有機材料シート、または液晶などの複屈折材料から形成され得る。
図示の実施形態において、前記円形偏光された送信ビーム３１０は、回転ミラー３１１で反射される。回転ミラー３１１は、特定の方向３８１（例えば、図３における反時計回り３８１）に回転する連続回転ミラーであり得る。回転ミラー３１１は、ＬＩＤＡＲシステムまたは装置の環境で送信ビーム３１０をターゲット３１３に向けるように構成される。回転ミラー３１１は、また、受信経路３１４でリターンビームを１つ以上の受信ピクセル３２８に向けるように構成される。
ターゲットに衝突した後、送信ビームは、図３の受信経路３１４に示されるように、リターンビーム３１６として戻る。すなわち、リターンビーム３１６は、ターゲット３１３から反射／散乱する送信ビーム３１２である。したがって、リターンビーム３１６は、送信ビーム３１２と同じ波長を有し得る。
ターゲット３１３から反射／散乱するリターンビーム３１６は、回転ミラー３１１に再び伝搬される。光がターゲット３１３に伝搬され、再び戻るのにかかる時間の間、回転ミラー３１１は、方向３８１にわずかに回転する。その結果、リターンビーム３１６の光は、リターンビーム３１８によって示されるように、送信経路３０１に沿って伝搬される光について小さい角度（反射角度差３９３）で回転ミラー３１１から反射される。リターンビーム３１８は、受信ピクセル３２８と回転ミラー３１１との間に配置されたビーム変位装置３３３に伝搬される。ビーム変位装置３３３は、送信機３０２と受信ピクセル３２８との間の間隔３９１を補償するためにリターンビームに変位Ｄ２３９５を導入するように構成される。図３において、ビーム変位装置３３３は、また、回転ミラー３１１から反射される送信ビーム３１０とリターンビーム３１８との間の反射角度差３９３を補償するように構成される。
この光は、１／４波長板３０９を再び通過する。ターゲット表面が入射偏光を維持すると、１／４波長板３０９を出るリターンビームは、送信方向にレンズを離れる偏光に垂直な線形偏光をもたらす。ターゲットが偏光をランダム化すると、１／４波長板３０９を出るリターンビームの偏光は、送信偏光と垂直偏光の両方を含む。この光は、レンズ３０８を再び通過する。ミラー角度の小さな変化（反射角度差３９３）により、リターンビームは、小さな角度でレンズ３０８に入り、これは送信経路に対してレンズの下のリターンビーム３２１の位置での小さいオフセット、または「ビームウォークオフ」３２２に変換される。このリターンビームの偏光配向３２３のコンポーネントは、ビーム変位エレメント３０６の光軸上に非ゼロの投影を有する。これにより、ビーム変位エレメント３０６を介して伝搬されるとき、リターンビームを固定された変位量３９５だけ変位させる。ビーム変位エレメント３０６パラメータ（例えば、材料、厚さ、光軸配向）は、指定された距離でターゲットについてのビームウォークオフを除去（または少なくとも調整）する変位寸法Ｄ２３９５を生成するように選択できる。すなわち、ビーム変位エレメント３０６は、ミラーから反射される送信ビーム３１０とリターンビーム３１８との間の反射角度差３９３を補償するように構成され得る。また、ビーム変位エレメント３０６は、送信機３０２と受信ピクセル３２８との間の間隔３９１を補償する変位寸法Ｄ２３９５を生成するように構成され得る。
一部の実施形態において、ビーム変位エレメント３０６は、複屈折材料を含む。一部の実施形態において、複屈折材料は、ＬｉＮＯ３（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｎｉｔｒａｔｅ）であり得る。一部の実施形態において、複屈折材料は、ＹＶＯ４（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ｏｒｔｈｏｖａｎａｄａｔｅ）であり得る。一部の実施形態において、ビーム変位エレメント３０６は、複屈折材料を含まない。図３において、送信ビーム３０５は、送信ビーム３０５がビーム変位エレメント３０６に出会うときに第１偏光配向を有し、リターンビーム３２３は、送信ビーム３０５の第１偏光配向に直交する第２偏光配向を有する。ビーム変位エレメント３０６の複屈折材料は、第１偏光配向ではなく第２偏光配向に変位寸法Ｄ２３９５を導入するように選択／構成され得る。
一部の実施形態において、ビーム変位エレメント３０６を通過した後に、リターンビーム３２５は、送信ビーム３０５と同様の軸（送信ビーム３０５の軸にほぼ平行である可能性がある）に沿って伝搬されるが、送信ビーム３０５の送信偏光に対して垂直偏光を有する。一部の実施形態において、リターンビーム３２５の軸と送信ビーム３０５の軸との間の間隔は、送信機３０２と受信ピクセル３２８との間の間隔３９１とほぼ同じである。一部の実施形態において、ビーム変位エレメント３０６を通過した後に、リターンビーム３２５は、送信ビームと同じ軸に沿って伝搬されるが、送信ビーム３０５の送信偏光に対して垂直偏光を有する。リターンビーム３２５は、選択的なビーム回転子３０４（送信機３０２とビーム変位エレメント３０６との間に配置される）を介して伝搬され、選択的なビーム回転子３０４は、送信ビーム３０３に直交する偏光配向を有するリターンビーム３２７を生成するために、望む量だけ偏光を回転する。受信ピクセル３２８は、リターンビーム３２７を受信するように構成される。
図４は、本開示の実施形態によってスイッチャブルビーム回転子４０４を含む例示的なビーム変位装置４３３を示す。スイッチャブルビーム回転子４０４は、電気信号４０５に応答してビーム変位方向を変更するように構成される。スイッチャブルビーム回転子４０４は、液晶を含むスイッチャブル半波長板であり得る。
図４において、４０１－４０４および４０６－４２９の動作（Ｂｅｈａｖｉｏｒ）は、スイッチャブルビーム回転子４０４が電気信号４０５を使用して制御できることを除いて６０１－６２８と同一または類似している。スイッチャブルビーム回転子４０４は、回転ミラーが第１方向（例えば、方向４８１）に回転するときに第１遅延値（例えば、０度）に駆動され、回転ミラーが第２反対方向（例えば、方向４８２）に回転するときに第２遅延値（例えば、９０度）に駆動できる。したがって、送信ビーム４０６の偏光配向は、動的に９０度変化し、ビームを異なる方向に変位させることができる。これは、回転ミラー４１２が通常の動作（ウォークオフ方向を逆にする）中に時計回り（例えば、方向４８２）および反時計回り（例えば、方向４８１）の両方で回転する場合に有用である。
図５ａは、本開示の態様によって図１～図４のＬＩＤＡＲ設計を含み得る例示的な自律車両５００を示す。図示された自律車両５００は、自律車両５００の動作を制御する目的で自律車両の外部環境の１つ以上のオブジェクトをキャプチャし、キャプチャされた１つ以上のオブジェクトに関連するセンサーデータを生成するように構成されたセンサーアレイを含む。図５ａは、センサー５３３Ａ、５３３Ｂ、５３３Ｃ、５３３Ｄおよび５３３Ｅを示す。図５ｂは、センサー５３３Ａ、５３３Ｂ、５３３Ｃ、５３３Ｄおよび５３３Ｅに加えて、センサー５３３Ｆ、５３３Ｇ、５３３Ｈおよび５３３Ｉを含む自律車両５００の平面図を示す。任意のセンサー５３３Ａ、５３３Ｂ、５３３Ｃ、５３３Ｄ、５３３Ｅ、５３３Ｆ、５３３Ｇ、５３３Ｈおよび／または５３３Ｉは、図１～図４の設計を含むＬＩＤＡＲ装置を含み得る。図５ｃは、自律車両５００のための例示的なシステム５９９のブロック図を示す。例えば、自律車両５００は、エネルギーソース５０６によって電力の供給を受け、ドライブトレイン５０８に電力を提供できる原動機５０４を含むパワートレイン５０２を含み得る。自律車両５００は、方向制御５１２、パワートレイン制御５１４、およびブレーキ制御５１６を含む制御システム５１０をさらに含み得る。自律車両５００は、人および／または貨物を輸送することができ、様々な異なる環境で走行することができる車両を含む多くの異なる車両として具現できる。前述のコンポーネント５０２～５１６は、これらのコンポーネントが使用される車両のタイプによって広範囲に変化する可能性があることを理解するであろう。
例えば、以下で説明する実施形態は、自動車、バン、トラック、またはバスなどの車輪付き陸上車両に焦点を合わせる。このような実施形態において、原動機５０４は、（その中でも）１つ以上の電気モータおよび／または内燃機関を含み得る。エネルギーソースは、例えば、燃料システム（例えば、ガソリン、ディーゼル、水素を提供）、バッテリーシステム、ソーラーパネルまたは他の再生エネルギーソースおよび／または燃料電池システムを含み得る。ドライブトレイン５０８は、原動機５０４の出力を車両運動に変換するのに適したトランスミッションおよび／または任意の他の機械駆動コンポーネントとともにホイールおよび／またはタイヤを含み得るだけでなく、自律車両５００を制御可能に停止または減速するように構成される１つ以上のブレーキおよび自律車両５００の軌跡を制御するのに適した方向またはステアリングコンポーネント（例えば、自律車両５００の１つ以上のホイールが車両の縦軸に対するホイールの回転平面の角度を変更するために、一般に垂直軸を中心に旋回することを可能にするラックおよびピニオンステアリング接続装置）を含み得る。一部の実施形態において、パワートレインとエネルギーソースの組み合わせが使用できる（例えば、電気／ガスハイブリッド車両の場合）。一部の実施形態において、複数の電気モータ（例えば、個々の車輪または車軸専用）を原動機として使用できる。
方向制御５１２は、自律車両５００が望む軌跡に沿うことができるように、方向またはステアリングコンポーネントからフィードバックを制御かつ受信するための１つ以上のアクチュエーターおよび／またはセンサーを含み得る。パワートレイン制御５１４は、パワートレイン５０２の出力を制御するように構成され得るが、例えば、原動機５０４の出力電力を制御し、ドライブトレイン５０８の変速機ギアを制御することによって、自律車両５００の速度および／または方向を制御できる。ブレーキ制御５１６は、自律車両５００を減速または停止させる１つ以上のブレーキ、例えば、車両のホイールに結合されたディスクまたはドラムブレーキを制御するように構成され得る。
オフロード車両、オールテレーン（Ａｌｌ－Ｔｅｒｒａｉｎ）またはトラック車両、または建設装備を含むが、これらに限定されない他の車両タイプは、必然的に、本開示の利点を有する通常の技術者であれば理解する他のパワートレイン、ドライブトレイン、エネルギーソース、方向制御、パワートレイン制御、およびブレーキ制御を活用する。また、一部の実施形態において、一部のコンポーネントは結合され得るが、例えば、車両の方向制御は、主に１つ以上の原動機の出力を変更することによって処理できる。したがって、本明細書に開示された実施形態は、車輪付き陸上自律車両で本明細書に説明された技術の特定の用途に限定されない。
図示の実施形態において、自律車両５００についての自律制御は、車両制御システム５２０で具現され、これは、処理ロジック５２２内の１つ以上のプロセッサおよび１つ以上のメモリ５２４を含み得、処理ロジック５２２は、メモリ５２４に格納されたプログラムコード（例えば、命令５２６）を実行するように構成される。処理ロジック５２２は、例えば、グラフィック処理装置（ＧＰＵ）および／または中央処理装置（ＣＰＵ）を含み得る。車両制御システム５２０は、リターンビーム（例えば、リターンビーム３１６または４１７）に応答して、または信号１１９および１２０に応答して自律車両５００のパワートレイン５０２を制御するように構成され得る。車両制御システム５２０は、複数のＬＩＤＡＲピクセルからの出力に応答して自律車両５００のパワートレイン５０２を制御するように構成され得る。
センサー５３３Ａ～５３３Ｉは、自律車両の動作を制御するのに使用するために自律車両の周辺環境からデータを収集するのに適した様々なセンサーを含み得る。例えば、センサー５３３Ａ～５３３Ｉは、ＲＡＤＡＲユニット５３４、ＬＩＤＡＲユニット５３６、３Ｄポジショニングセンサー５３８、例えば、ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ、ＢｅｉＤｏｕ、Ｇａｌｉｌｅｏ、またはＣｏｍｐａｓｓなどの衛星航法システムを含み得る。図１～図４のＬＩＤＡＲ設計は、ＬＩＤＡＲユニット５３６に含まれ得る。ＬＩＤＡＲユニット５３６は、例えば、自律車両５００の周囲に分散した複数のＬＩＤＡＲセンサーを含み得る。一部の実施形態において、３Ｄポジショニングセンサー５３８は、衛星信号を用いて地球上の車両の位置を決定し得る。センサー５３３Ａ～５３３Ｉは、選択的に１つ以上の超音波センサー、１つ以上のカメラ５４０、および／または慣性測定ユニット（ＩＭＵ）５４２を含み得る。一部の実施形態において、カメラ５４０は、モノグラフィックカメラまたはステレオグラフィックカメラであり得、静止画および／またはビデオ画像を記録することができる。カメラ５４０は、自律車両５００の外部環境にある１つ以上のオブジェクトのイメージをキャプチャするように構成されたＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサーを含み得る。ＩＭＵ５４２は、３つの方向で自律車両５００の線形および回転運動を検出できるマルチジャイロスコープおよび加速度計を含み得る。ホイールエンコーダなどの１つ以上のエンコーダ（図示せず）は、自律車両５００の１つ以上のホイールの回転をモニタリングするために使用できる。
センサー５３３Ａ～５３３Ｉの出力は、位置推定（Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ）サブシステム５５２、軌跡サブシステム５５６、知覚サブシステム５５４、および制御システムインターフェース５５８を含む制御サブシステム５５０に提供され得る。位置推定サブシステム５５２は、周辺環境内で、そして一般的に特定の地理的領域内で自律車両５００の位置および（また、時々「姿勢」とも呼ばれる）方向を決定するように構成され得る。自律車両の位置は、ラベル付き自律車両データ生成の一部として、同じ環境にある追加車両の位置と比較できる。知覚サブシステム５５４は、自律車両５００を囲む環境内のオブジェクトを検出、追跡、分類および／または決定するように構成され得る。軌跡サブシステム５５６は、特定のタイムフレームにわたって希望する目的地が与えられた自律車両５００についての軌跡だけでなく、環境内で静止および移動するオブジェクトの軌跡を生成するように構成され得る。一部の実施形態による機械学習モデルは、車両軌跡を生成するために活用できる。制御システムインターフェース５５８は、自律車両５００の軌跡を実施するために制御システム５１０と通信するように構成される。一部の実施形態において、機械学習モデルは、計画された軌跡を実施するために自律車両を制御するために活用できる。
図５ｃに示される車両制御システム５２０についてのコンポーネントの集合は、本質的に単なる例示であることが理解されるであろう。個々のセンサーは、一部の実施形態においては省略され得る。一部の実施形態において、図５ｃに示される異なるタイプのセンサーが自律車両を囲む環境で冗長的におよび／または異なる領域をカバーするために使用できる。一部の実施形態において、制御サブシステムの異なるタイプおよび／または組み合わせが使用できる。また、サブシステム５５２～５５８は、処理ロジック５２２およびメモリ５２４とは別のものとして示されているが、一部の実施形態において、サブシステム５５２～５５８の機能のうちの一部または全部は、メモリ５２４に常駐し、処理ロジック５２２によって行われる命令５２６などのプログラムコードで具現でき、これらのサブシステム５５２～５５８は、場合によっては、同じプロセッサおよび／またはメモリを使用して具現できることが理解されるであろう。一部の実施形態において、サブシステムは、様々な専用回路ロジック、様々なプロセッサ、様々なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、様々なＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、様々なリアルタイムコントローラなどで具現でき、前述したように、複数のサブシステムが回路、プロセッサ、センサー、および／または他のコンポーネントを活用できる。また、車両制御システム５２０の様々なコンポーネントは、様々な方法でネットワーク化することができる。
一部の実施形態において、自律車両５００は、また、自律車両５００のための冗長またはバックアップ制御システムとして使用できる２次車両制御システム（図示せず）を含み得る。一部の実施形態において、２次車両制御システムは、特定イベントに応答して自律車両５００を操作できる。２次車両制御システムは、１次車両制御システム５２０で検出された特定イベントに応答して制限された機能のみを有し得る。また他の実施形態において、２次車両制御システムは、省略され得る。
一部の実施形態において、ソフトウェア、ハードウェア、回路ロジック、センサー、およびネットワークの様々な組み合わせを含む異なるアーキテクチャが図５ｃに示される様々なコンポーネントを具現するために使用できる。それぞれのプロセッサは、例えば、マイクロプロセッサとして具現でき、それぞれのメモリは、メインストレージだけでなく、メモリの任意の補助レベル、例えば、キャッシュメモリ、不揮発性またはバックアップメモリ（例えば、プログラマブルまたはフラッシュメモリ）、またはリードオンリーメモリを表すことができる。また、それぞれのメモリは、例えば、大容量格納装置または他のコンピュータコントローラに格納されているような仮想メモリとして使用される任意の格納容量だけでなく、自律車両５００の他の場所に物理的に位置したメモリストレージ、例えば、プロセッサの任意のキャッシュメモリを含むものと見なすことができる。図５ｃに示される処理ロジック５２２、または完全に別個の処理ロジックは、自律制御の目的以外に自律車両５００で追加の機能を実施するために、例えば、エンターテインメントシステムを制御したり、ドア、照明、または便宜機能を操作するために使用できる。
また、追加の格納のために、自律車両５００は、また、１つ以上の大容量格納装置、例えば、リムーバブルディスクドライブ、ハードディスクドライブ、直接アクセス格納装置（「ＤＡＳＤ」）、光ドライブ（例えば、ＣＤドライブ、ＤＶＤドライブ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｄｒｉｖｅ）、ネットワーク接続ストレージ、ストレージエリアネットワーク、および／またはテープドライブなどを含み得る。また、自律車両５００は、自律車両５００が乗客から複数の入力を受信し、乗客のための出力を生成するためのユーザーインターフェース５６４、例えば、１つ以上のディスプレイ、タッチスクリーン、音声および／またはジェスチャーインターフェース、ボタン、およびその他の触覚コントロールを含み得る。一部の実施形態において、乗客からの入力は、他のコンピュータまたは電子装置を介して、例えば、モバイル装置のアプリを介して、またはウェブインターフェースを介して受信され得る。
一部の実施形態において、自律車両５００は、１つ以上のネットワーク５７０（例えば、ローカルエリアネットワーク（「ＬＡＮ」）、ワイドエリアネットワーク（「ＷＡＮ」）、無線ネットワーク、および／またはインターネットなど）と通信するのに適している１つ以上のネットワークインターフェース、例えば、ネットワークインターフェース５６２を含み得、これにより、例えば、自律車両５００が自律制御に使用するために環境およびその他のデータを受信するためのクラウドサービスなどの中央サービスを含む他のコンピュータおよび電子装置との情報通信を可能にすることができる。一部の実施形態において、１つ以上のセンサー５３３Ａ～５３３Ｉによって収集されたデータは、追加処理のためにネットワーク５７０を介してコンピューティングシステム５７２にアップロードされることができる。このような実施形態において、タイムスタンプは、アップロード前に車両データの各インスタンスに関連付けることができる。
本明細書に開示される様々な追加のコントローラおよびサブシステムだけでなく、図５ｃに示される処理ロジック５２２は、一般に、オペレーティングシステムの制御下で動作かつ実行されるか、そうでなければ以下に詳細に説明される様々なコンピュータソフトウェアアプリケーション、コンポーネント、プログラム、オブジェクト、モジュール、またはデータ構造に依存する。また、様々なアプリケーション、コンポーネント、プログラム、オブジェクト、またはモジュールは、ネットワーク５７０を介して、例えば、分散、クラウドベース、またはクライアント－サーバコンピューティング環境で自律車両５００に結合された他のコンピュータの１つ以上のプロセッサで行い得、これにより、コンピュータプログラムの機能を実施するために必要な処理がネットワークを介して複数のコンピュータおよび／またはサービスに割り当てられる。
本明細書に記載されている様々な実施形態を具現するために実行されるルーチンは、オペレーティングシステムの一部または特定のアプリケーション、コンポーネント、プログラム、オブジェクト、モジュール、または命令シーケンス、またはそのサブセットの一部として具現されているかどうかにかかわらず、ここで「プログラムコード」 と呼ばれる。プログラムコードは、一般に、様々なメモリおよび格納装置に常駐する１つ以上の命令を含み、１つ以上のプロセッサによって読み取りおよび実行されるとき、本開示の様々な態様を具現するステップまたは要素を実行するために必要なステップを実行する。また、実施形態は、完全に機能するコンピュータおよびシステムの文脈で説明されており、今後もそうであろうが、本明細書に記載されている様々な実施形態は、様々な形態のプログラム製品として配布されることができ、実施形態が実際に配布を実行するために使用される特定のタイプのコンピュータ読み取り可能な媒体に関係なく具現できることが理解されるであろう。コンピュータ読み取り可能な媒体の例としては、揮発性および不揮発性メモリデバイス、フロッピーおよび他のリムーバブルディスク、ソリッドステートドライブ、ハードディスクドライブ、磁気テープおよび光ディスク（例えば、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ）のようなタイプの非一時的な媒体を含む。
また、以下で説明される様々なプログラムコードは、特定の実施形態で具現されるアプリケーションに基づいて識別できる。しかし、以下の任意の特定のプログラム命名法は、単に便宜のために使用されたものであり、したがって、本発明は、このような命名法によって識別および／または暗示された任意の特定アプリケーションでのみ使用するように制限されてはならないことを理解するべきである。また、コンピュータプログラムがルーチン、手順、方法、モジュール、オブジェクトなどで構成できる一般的に無限の数の方式とプログラム機能が通常のコンピュータ（例えば、オペレーティングシステム、ライブラリ、ＡＰＩ、アプリケーション、アプレット）内に常駐する様々なソフトウェア層の間に割り当てられる様々な方式を考慮するとき、本開示は、本明細書に記載のプログラム機能の特定の組織および割り当てに限定されないことを理解するべきである。
本開示の利点を有する当業者は、図５ｃに示される例示的な環境が本明細書に開示された実施形態を制限することを意図していないことを認識するであろう。実際、当業者は、本明細書に開示された実施形態の範囲から逸脱することなく、他の代替ハードウェアおよび／またはソフトウェア環境を使用できることを認識するであろう。
本明細書において、「処理ロジック」（例えば、処理ロジック５２２）という用語は、本明細書に開示されている動作を実行するための１つ以上のプロセッサ、マイクロプロセッサ、マルチコアプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、および／またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡｓ）を含み得る。一部の実施形態において、メモリ（図示せず）は、演算を実行および／またはデータを格納するための命令を格納するために処理ロジックに統合される。また、処理ロジックは、本開示の実施形態に係る動作を実行するためのアナログまたはデジタル回路を含み得る。
本明細書で説明する「メモリ」または「複数のメモリ」は、１つ以上の揮発性または不揮発性メモリアーキテクチャを含み得る。「メモリ」または「複数のメモリ」は、コンピュータ読み取り可能な命令、データ構造、プログラムモジュール、または他のデータなどの情報格納のための任意の方法または技術で具現された取り外し可能および取り外し不可能媒体であり得る。メモリ技術の例においては、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ、高精細マルチメディア／データ格納ディスクまたはその他の光記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク格納装置、またはコンピューティング装置によってアクセスを可能にするように情報を格納するために使用できるその他の非送信媒体を含み得る。
ネットワークは、ピアツーピアネットワーク、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、インターネットなどのパブリックネットワーク、プライベートネットワーク、セルラーネットワーク、無線ネットワーク、有線ネットワーク、有無線組み合わせのネットワーク、および衛星ネットワークなどの任意のネットワークまたはネットワークシステムを含むが、これらに 限定されない。
通信チャネルは、ＩＥＥＥ８０２．１１プロトコル、ＳＰＩ（Ｓｅｒｉａｌ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）、Ｉ２Ｃ（Ｉｎｔｅｒ－Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｐｏｒｔ）、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、セルラーデータプロトコル（例えば、３Ｇ、４Ｇ、ＬＴＥ、５Ｇ）、光通信ネットワーク、インターネットサービスプロバイダ（ＩＳＰ）、ピアツーピアネットワーク、ＬＡＮ、ＷＡＮ、パブリックネットワーク（例えば、「インターネット」）、プライベートネットワーク、衛星ネットワークまたは他のものを用いる１つ以上の有線または無線通信を含むか、またはこれらによってルーティングされることができる。
コンピューティング装置は、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレット、ファブレット、スマートフォン、フィーチャーホン、サーバコンピュータなどを含み得る。サーバコンピュータは、データセンターに遠隔に位置するか、またはローカルに格納できる。
前述したプロセスは、コンピュータソフトウェアおよびハードウェアの側面で説明される。説明された技術は、機械によって実行されるときに、機械が説明された動作を行うようにする有形または非一時的な機械（例えば、コンピュータ）可読格納媒体内に具現された機械実行可能命令を構成し得る。また、プロセスは、特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）などのハードウェア内に具現できる。
有形の非一時的な機械可読格納媒体は、機械（例えば、コンピュータ、ネットワーク装置、ＰＤＡ、製造ツール、１つ以上のプロセッサセットを有する任意の装置など）によってアクセス可能な形態の情報を提供（例えば、格納）するための任意のメカニズムを含み得る。例えば、機械可読格納媒体は、記録可能／記録不可能媒体（例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、磁気ディスク格納媒体、光格納媒体、フラッシュメモリ装置など）を含む。
要約書に説明されたものを含め、本開示の例示された実施形態についての前述の説明は、完全なものとして、または開示された正確な形態として本発明を限定することを意図していない。本発明の特定の実施形態および例示が例示的な目的で本明細書に説明されているが、関連技術分野の技術者が認識するように、本発明の範囲内で様々な修正が可能である。
このような本発明の修正は、前述の詳細な説明に照らして行われ得る。以下の特許請求の範囲で使用される用語は、本発明を明細書に開示された特定の実施形態に限定するものと解釈されてはならない。むしろ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって完全に決定されるべきであり、これは特許請求の範囲の解釈の確立された原則に従って解釈されるべきである。

Claims (15)

  1. 送信ビームを放出するように構成される送信機と、
    リターンビームを受信するように構成される受信ピクセルと、
    前記送信ビームをターゲットに向け、前記リターンビームを前記受信ピクセルに向けるように構成される回転ミラーと、
    前記受信ピクセルと前記回転ミラーとの間に配置され、前記送信機と前記受信ピクセルとの間の間隔を補償するために前記リターンビームに変位を導入するように構成されるビーム変位装置と、を含む
    ＬＩＤＡＲシステム。
  2. 前記ビーム変位装置は、前記回転ミラーから反射される送信ビームとリターンビームとの間の反射角度の差を補償するように構成される
    請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
  3. 前記ビーム変位装置は、複屈折材料を含むビーム変位エレメントを含み、
    前記送信ビームは、前記送信ビームが前記ビーム変位エレメントに出会うときに第１偏光配向を有し、
    前記複屈折材料は、前記送信ビームの前記第１偏光配向に直交する前記リターンビームの第２偏光配向に前記変位を導入する
    請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
  4. 前記ビーム変位装置は、前記送信機と前記ビーム変位エレメントとの間に配置されるビーム回転子を含み、
    前記ビーム回転子は、前記送信ビームの送信偏光が前記ビーム変位エレメントの光軸に垂直になるように前記送信ビームの送信偏光を回転させるように構成される
    請求項３に記載のＬＩＤＡＲシステム。
  5. 前記ビーム回転子は、スイッチャブル（Ｓｗｉｔｃｈａｂｌｅ）ビーム回転子であり、
    前記回転ミラーは、正規動作（Ｒｅｇｕｌａｒ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）中に第１方向および第２反対方向に回転するように構成され、
    前記スイッチャブルビーム回転子は、前記回転ミラーが前記第１方向に回転するときに第１遅延値で駆動され、前記回転ミラーが前記第２反対方向に回転するときに第２遅延値で駆動される
    請求項４に記載のＬＩＤＡＲシステム。
  6. 前記第１遅延値は、０度であり、
    前記第２遅延値は、９０度である
    請求項５に記載のＬＩＤＡＲシステム。
  7. 前記ビーム変位装置は、前記ビーム変位エレメントと前記回転ミラーとの間に配置される波長板を含む
    請求項４に記載のＬＩＤＡＲシステム。
  8. 前記波長板は、１／４波長板である
    請求項７に記載のＬＩＤＡＲシステム。
  9. 前記ビーム変位装置は、前記ビーム変位エレメントと前記回転ミラーとの間に配置されるレンズを含み、
    前記レンズは、前記送信ビームをコリメート（Ｃｏｌｌｉｍａｔｅ）するように構成される
    請求項４に記載のＬＩＤＡＲシステム。
  10. 前記ビーム変位装置は、前記送信機および前記受信ピクセルを非同軸（Ｎｏｎ－Ｃｏａｘｉａｌ）にするように構成される
    請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
  11. 前記リターンビームは、ターゲットから反射される前記送信ビームである
    請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
  12. 前記送信ビームは、近赤外線波長を有し、
    前記リターンビームは、前記近赤外線波長を有する
    請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
  13. 前記受信ピクセルの出力に応答して自律車両を制御するように構成される１つ以上のプロセッサをさらに含む
    請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
  14. 請求項１ないし請求項１３のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステムを含む
    自律車両制御システム。
  15. 請求項１ないし請求項１３のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステムを含む
    自律車両。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220146630A1 (en) * 2020-11-09 2022-05-12 Beijing Voyager Technology Co., Ltd. Compensation of beam deviation in light detection and ranging (lidar)
KR20240031228A (ko) * 2021-05-10 2024-03-07 엔이와이이 시스템즈 아이엔씨. 2차원 실리콘 포토닉 MEMS 스위치 어레이를 갖는 유사 모노스태틱 LiDAR
US11619739B1 (en) * 2022-06-09 2023-04-04 Ours Technology, Llc LIDAR pixel with dual polarization receive optical antenna
US11619716B1 (en) * 2022-08-15 2023-04-04 Aurora Operations, Inc. Light detection and ranging (lidar) sensor system including seed modulation module
US11874376B1 (en) * 2022-08-18 2024-01-16 Aurora Operations, Inc. LIDAR sensor system
WO2024108407A1 (zh) * 2022-11-22 2024-05-30 华为技术有限公司 一种光信号处理装置、光芯片、探测装置和终端
CN117353812A (zh) * 2023-09-28 2024-01-05 北京极光星通科技有限公司 一种兼容保偏、非保偏的双向无信标激光通信装置及方法

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4335816B2 (ja) * 2003-05-30 2009-09-30 三菱電機株式会社 コヒーレントレーザレーダ装置
JP2006036437A (ja) 2004-07-26 2006-02-09 Brother Ind Ltd 画像形成装置
US7809284B2 (en) * 2006-06-23 2010-10-05 Alcatel-Lucent Usa Inc. System and method for receiving coherent, polarization-multiplexed optical signals
DE102009002082A1 (de) 2009-04-01 2010-10-07 Robert Bosch Gmbh Mehrstrahlradarsensorvorrichtung und Verfahren zum Bestimmen eines Abstandes
US9490895B2 (en) * 2013-09-20 2016-11-08 Finisar Corporation Ultrafast high resolution optical channel monitor
US9225432B2 (en) * 2014-02-07 2015-12-29 Huawei Technologies Co., Ltd. System and method for a multi-wavelength coherent receiver
US10312960B2 (en) * 2014-08-12 2019-06-04 Qorvo Us, Inc. Switchable RF transmit/receive multiplexer
JP6293285B2 (ja) 2014-08-12 2018-03-14 三菱電機株式会社 レーザレーダ装置
US10401499B2 (en) * 2016-03-16 2019-09-03 Raytheon Company Laser beam projection system with dynamic phase compensation
US20180081031A1 (en) * 2016-09-19 2018-03-22 Delphi Technologies, Inc. Coherent lidar system for automated vehicles
KR101922046B1 (ko) 2017-01-13 2018-11-27 한국과학기술원 편광 변조 포켈스 셀과 마이크로 편광자 카메라를 사용하는 고 해상도 및 거리정밀도를 갖는 3차원 플래시 라이다 시스템
US11585899B2 (en) 2017-03-01 2023-02-21 Pointcloud Inc. Modular three-dimensional optical sensing system
US11675064B2 (en) 2017-05-31 2023-06-13 Sharp Kabushiki Kaisha Optical radar apparatus
WO2019005258A2 (en) * 2017-06-09 2019-01-03 Hrl Laboratories, Llc WIND SPEED SENSOR WITH LIDAR TECHNOLOGY IN CW MODE FOR USE ON A STRATOSPHERIC VEHICLE
KR102008256B1 (ko) 2017-08-11 2019-08-07 현대오트론 주식회사 라이다 센서 및 그것의 동작 방법
US11714168B2 (en) 2017-11-01 2023-08-01 Baraja Pty Ltd. Optical circulator
KR102177333B1 (ko) 2018-03-08 2020-11-10 주식회사 에스오에스랩 전후방 측정이 가능한 라이다 스캐닝 장치
US11184967B2 (en) 2018-05-07 2021-11-23 Zane Coleman Angularly varying light emitting device with an imager
US10591601B2 (en) 2018-07-10 2020-03-17 Luminar Technologies, Inc. Camera-gated lidar system
US11579294B2 (en) * 2018-09-14 2023-02-14 GM Global Technology Operations LLC Lidar system with integrated frequency shifter for true doppler detection
US11353882B2 (en) 2018-09-28 2022-06-07 Intel Corporation Back reflection circulator in silicon photonic chip methods and apparatus
US11474206B2 (en) * 2018-10-02 2022-10-18 GM Global Technology Operations LLC Hybrid optical phase array and MEMS beamsteering for chip-scale Lidar system
US11579253B2 (en) 2018-11-09 2023-02-14 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Dual-polarization LiDAR systems and methods
US11768273B2 (en) * 2018-11-27 2023-09-26 Baidu Usa Llc Light detection and range (LIDAR) device with a single spinning mirror for autonomous driving vehicles
GB2583167B (en) 2019-02-06 2023-08-09 Rockley Photonics Ltd Optical components for imaging
US11442150B2 (en) 2019-02-13 2022-09-13 Luminar, Llc Lidar system with spatial light modulator
US10754091B1 (en) 2019-03-18 2020-08-25 Inphi Corporation Integrated coherent optical transceiver, light engine
US11079546B2 (en) 2019-04-22 2021-08-03 Blackmore Sensors & Analytics, LLC. Providing spatial displacement of transmit and receive modes in LIDAR system
CN110687542A (zh) * 2019-10-18 2020-01-14 深圳奥锐达科技有限公司 一种离轴扫描距离测量系统及方法
EP4162297A4 (en) * 2020-06-08 2023-10-18 Pointcloud Inc. MICROLENS ARRAY LIDAR SYSTEM
US11789154B2 (en) * 2020-07-17 2023-10-17 Silc Technologies, Inc. Walk-off compensation in remote imaging systems

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