JP2024050677A - パルス波ｌｉｄａｒ用のシステムおよび方法 - Google Patents

パルス波ｌｉｄａｒ用のシステムおよび方法 Download PDF

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Abstract

Figure 2024050677000001
【課題】長距離でオブジェクトを検出する。
【解決手段】光検出および距離測定（ＬＩＤＡＲ）システムは、第１信号電力の光信号を提供するように構成されるレーザーソースと、複数の利得レベルを有する増幅器と、１つ以上のプロセッサと、を含む。増幅器は、光信号を受信し、複数の利得構成のうちの利得構成に基づいて光信号を増幅するように構成される。１つ以上のプロセッサは、増幅器が第２信号電力のパルスエンベロープ信号を生成するように、複数の利得構成のうち、２つ以上の利得構成にわたって増幅器の利得構成を調整するように構成される。第２信号電力は、少なくとも光信号のデューティサイクルの逆数に対応する量だけ第１信号電力よりも大きい。
【選択図】図３ａ

Description

関連出願についての相互参照
本出願は、全体の開示内容が本明細書に参照として含まれる２０２０年６月３０日付に出願された米国特許出願番号第１６／９１７、２７９号についての優先権およびその利益を主張する。
光学検出および距離測定のためのニーモニック（Ｍｎｅｍｏｎｉｃ）であるＬＩＤＡＲ（ライダー）として呼ばれ、時には、レーザーＲＡＤＡＲ（Ｒａｄｉｏ－ｗａｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）とも呼ばれるレーザーを用いる光学距離検出は、高度測定からイメージング、衝突回避に至るまで様々なアプリケーションのために使用される。ＬＩＤＡＲは、ＲＡＤＡＲのような従来のマイクロ波距離測定システム（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｒａｎｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）よりも小さいビームの大きさでより微細なスケール範囲（Ｓｃａｌｅ Ｒａｎｇｅ）の解像度を提供する。距離の光学検出は、オブジェクトについての光パルスの往復移動時間（Ｒｏｕｎｄ Ｔｒｉｐ Ｔｒａｖｅｌ Ｔｉｍｅ）に基づく直接距離測定と送信されたチャープ（Ｃｈｉｒｐｅｄ）光信号と、オブジェクトから散乱してリターンされた信号との間の周波数差に基づいているチャープ検出と、自然信号から区別可能な一連の単一周波数位相変化のシーケンスに基づく位相エンコードされた検出（Ｐｈａｓｅ－Ｅｎｃｏｄｅｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）を含む様々な他の技術を用いて行われ得る。
本開示内容の様々な態様は、概略的に光学分野における光検出および距離測定（ＬＩＤＡＲ）に関するものであって、より具体的には、パルス波ＬＩＤＡＲが車両の動作を支援するためのシステムおよび方法に関する。
本明細書に開示される一実施形態は、ＬＩＤＡＲシステムに関する。ＬＩＤＡＲシステムは、光信号を提供するように構成されるレーザーソースを含む。一部の実施形態において、ＬＩＤＡＲシステムは、複数の利得構成を有する増幅器（例えば、エルビウムドープされた光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）または半導体光増幅器（ＳＯＡ））を含み、ここで増幅器は、光信号を受信し、複数の利得構成のうちの利得構成に基づいて光信号を増幅するように構成される。一部の実施形態において、ＬＩＤＡＲシステムは、増幅器がパルスエンベロープ信号に対応する増幅された信号を生成するために複数の利得構成のうち、２つ以上の利得構成にわたって増幅器の利得構成を調整するように構成される１つ以上のプロセッサを含む。
他の態様において、本開示内容は、ＬＩＤＡＲシステムに関する。ＬＩＤＡＲシステムは、光信号を提供するように構成されるレーザーソースを含む。一部の実施形態において、ＬＩＤＡＲシステムは、第１端子、第２端子、およびスイッチモードを有する光スイッチを含む。一部の実施形態において、光スイッチは、第１端子で光信号を受信し、光スイッチが第１モードで構成されることに応答して第１端子から第２端子への光信号の送信を許可し、光スイッチが第２モードで構成されることに応答して第２端子への光信号の送信を遮断するように構成される。一部の実施形態において、ＬＩＤＡＲシステムは、光スイッチがパルスエンベロープ信号を生成するように、光スイッチモードを第１モードと第２モードとの間で変更するように構成される１つ以上のプロセッサを含む。
他の態様において、本開示内容は、ＬＩＤＡＲシステムに関する。ＬＩＤＡＲシステムは、光信号を提供するように構成されるレーザーソースを含む。一部の実施形態において、ＬＩＤＡＲシステムは、光信号に関連する第１光信号と光信号に関連する第２光信号との間の相対位相差を決定するか、または電場を用いて光信号を変調することによって、パルスエンベロープ信号を生成するように構成されるパルスエンベロープ発生器を含む。一部の実施形態において、ＬＩＤＡＲシステムは、パルスエンベロープ信号を増幅し、増幅されたパルスエンベロープ信号を１つ以上の光学要素を介して送信するように構成される増幅器を含む。
他の態様において、本開示内容は、車両の運転を支援するためのパルス波ＬＩＤＡＲのための方法に関する。一部の実施形態において、方法は、変調された光信号を生成するように光信号を変調するステップを含む。一部の実施形態において、方法は、パルス化されたエンベロープ信号を生成するために変調された光信号から複数のパルスを選択するステップを含む。一部の実施形態において、方法は、１つ以上の光学要素を介してパルス化されたエンベロープ信号を送信するステップを含む。一部の実施形態において、方法は、パルス化されたエンベロープ信号を送信することに応答して反射された信号を受信するステップを含む。一部の実施形態において、方法は、反射された信号に関連する電気信号に基づいてオブジェクトまでの距離を決定するステップを含む。
他の態様において、本開示内容は、光検出および距離測定（ＬＩＤＡＲ）システムに関する。ＬＩＤＡＲシステムは、第１信号電力の光信号を提供するように構成されるレーザーソース、増幅器、および１つ以上のプロセッサを含む。増幅器は、複数の利得構成を有する。増幅器は、光信号を受信し、複数の利得構成のうちの利得構成に基づいて光信号を増幅するように構成される。１つ以上のプロセッサは、増幅器が第２信号電力のパルスエンベロープ信号を生成するために、複数の利得構成のうち、２つ以上の利得構成にわたって増幅器の利得構成を調整するように構成される。第２信号電力は、少なくとも光信号のデューティサイクルの逆数に対応する量だけ第１信号電力よりも大きい。
一部の実施形態において、増幅器は、１つ以上の光学要素を介してパルスエンベロープ信号を送信する。システムは、増幅器がパルスエンベロープ信号を送信することに応答して反射された信号を受信するように構成される受信機を含む。１つ以上のプロセッサは、反射された信号に関連する電気信号に基づいてオブジェクトまでの距離を決定するようにさらに構成される。
一部の実施形態において、パルスエンベロープ信号は、１マイクロ秒以上１ミリ秒以下のパルス繰り返し周期を有する。一部の実施形態において、レーザーソースは、増幅器が光信号を受信する前に光信号を変調する。
一部の実施形態において、システムは、レーザーソースから光信号を受信し、増幅器が光信号を受信する前に光信号を変調するように構成される電気－光学変調器をさらに含む。変調器は、電気－光学変調器、電気－吸収変調器、またはマッハツェンダ変調器である。
一部の実施形態において、増幅器は、エルビウムドープされた光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）または半導体光増幅器（ＳＯＡ）を含む。増幅器は、ＳＯＡを含み、ＳＯＡは、インデックス変調（Ｉｎｄｅｘ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を用いて光信号を変調する。
他の態様において、本開示内容は、光検出および距離測定（ＬＩＤＡＲ）システムに関する。ＬＩＤＡＲシステムは、光信号を提供するように構成されるレーザーソース、第１端子、第２端子、およびスイッチモードを有する光スイッチ、および１つ以上のプロセッサを含む。光スイッチは、第１端子で光信号を受信し、光スイッチが第１モードで構成されることに応答して第１端子から第２端子への光信号の送信を許可し、光スイッチが第２モードで構成されることに応答して第２端子への光信号の送信を遮断するように構成される。１つ以上のプロセッサは、光スイッチがパルスエンベロープ信号を生成するように、光スイッチモードを第１モードと第２モードとの間で変更するように構成される。一部の実施形態において、レーザーソースは、光スイッチが第１端子で光信号を受信する前に光信号を変調する。
一部の実施形態において、ＬＩＤＡＲシステムは、複数の利得構成を有するエルビウムドープされた光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）をさらに含む。ＥＤＦＡは、光スイッチから光信号を受信し、複数の利得構成のうちの利得構成に基づいて光信号を増幅し、１つ以上の光学要素を介してパルスエンベロープ信号を送信するように構成される。ＬＩＤＡＲシステムは、ＥＤＦＡがパルスエンベロープ信号を送信することに応答して反射される信号を受信するように構成される受信機をさらに含む。１つ以上のプロセッサは、反射された信号に関連する電気信号に基づいてオブジェクトまでの距離を決定するようにさらに構成される。
他の態様において、本開示内容は、光検出および距離測定（ＬＩＤＡＲ）システムに関する。ＬＩＤＡＲシステムは、レーザーソース、パルスエンベロープ発生器および増幅器を含む。レーザーソースは、第１信号電力の光信号を提供するように構成される。パルスエンベロープ発生器は、光信号に関連する第１光信号と光信号に関連する第２光信号との間の相対位相差を決定することによって、第２信号電力のパルスエンベロープ信号を生成するように構成される。第２信号電力は、少なくとも光信号のデューティサイクルの逆数に対応する量だけ第１信号電力よりも大きい。増幅器は、パルスエンベロープ信号を増幅し、増幅されたパルスエンベロープ信号を１つ以上の光学要素を介して送信するように構成される。
一部の実施形態において、パルスエンベロープ発生器は、光信号の振幅を変調する。一部の実施形態において、パルスエンベロープ発生器は、電気－吸収変調器（ＥＡＭ）である。一部の実施形態において、パルスエンベロープ発生器は、光信号を第１光信号および第２光信号に分割するように構成される。一部の実施形態において、パルスエンベロープ発生器は、マッハツェンダ変調器である。一部の実施形態において、増幅器は、エルビウムドープされた光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）または半導体光増幅器（ＳＯＡ）を含む。
他の態様において、本開示内容は、変調された光信号を生成するように第１信号電力の光信号を変調するステップを含む方法に関する。方法は、第２信号電力のパルスエンベロープ信号を生成するように変調された光信号から複数のパルスを選択するステップを含む。第２信号電力は、少なくとも光信号のデューティサイクルの逆数に対応する量だけ第１信号電力よりも大きい。方法は、１つ以上の光学要素を介してパルスエンベロープ信号を送信するステップを含む。方法は、パルスエンベロープ信号の送信に応答して反射される信号を受信するステップを含む。方法は、反射された信号に関連する電気信号に基づいてオブジェクトまでの距離を決定するステップを含む。
他の態様において、本開示内容は、光検出および距離測定（ＬＩＤＡＲ）システムに関する。ＬＩＤＡＲシステムは、第１信号電力の光信号を提供するように構成されるレーザーソースと、増幅器－前記増幅器は、当該増幅器が光信号を増幅するように構成される複数の利得レベルを有する－と、１つ以上のプロセッサと、を含む。１つ以上のプロセッサは、パルス信号を生成するように第１信号電力および光信号のデューティサイクルに基づいて複数の利得レベルから増幅器の利得レベルを変化させるように構成される。１つ以上のプロセッサは、増幅器から環境にパルス信号を送信し、パルス信号の送信に応答して反射される信号を受信し、反射された信号に関連する電気信号に基づいてオブジェクトまでの距離を決定するように構成される。
一部の実施形態において、１つ以上のプロセッサは、第１信号電力および光信号のデューティサイクルに基づいて第２信号電力を決定するように構成され、増幅器は、第２信号電力のパルス信号を生成するように構成される。第２信号電力は、第１信号電力とは異なる。一部の実施形態において、増幅器は、１つ以上の光学要素を介してパルス信号を送信する。
一部の実施形態において、ＬＩＤＡＲシステムは、レーザーソースから光信号を受信し、増幅器が光信号を受信する前に光信号を変調するように構成される電気－光学変調器を含む。電気－光学変調器は、光信号に関連する第１光信号と光信号に関連する第２光信号との間の相対位相差を決定するように構成される。電気－光学変調器は、光信号を第１光信号および第２光信号に分割するように構成される。電気－光学変調器は、電気－光学変調器、電気－吸収変調器またはマッハツェンダ変調器である。
一部の実施形態において、増幅器は、エルビウムドープされた光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）または半導体光増幅器（ＳＯＡ）を含む。増幅器は、ＳＯＡを含み、ＳＯＡは、インデックス変調を用いて光信号を変調する。
他の態様において、本開示内容は、１つ以上のプロセッサを含む自律走行車両制御システムに関する。１つ以上のプロセッサは、レーザーソースが第１信号電力の光信号を提供するようにし、増幅器が複数の利得レベルで光信号を増幅させるように構成される。１つ以上のプロセッサは、パルス信号を生成するように第１信号電力および光信号のデューティサイクルに基づいて複数の利得レベルから増幅器の利得レベルを変化させるように構成される。１つ以上のプロセッサは、増幅器から環境にパルス信号を送信し、パルス信号の送信に応答して反射される信号を受信し、反射された信号に関連する電気信号に基づいてオブジェクトまでの距離を決定するように構成される。
一部の実施形態において、１つ以上のプロセッサは、第１信号電力および光信号のデューティサイクルに基づいて第２信号電力を決定し、増幅器が第２信号電力のパルス信号を生成するように構成される。第２信号電力は、第１信号電力とは異なる。
一部の実施形態において、１つ以上のプロセッサは、電気－光学変調器がレーザーソースから光信号を受信し、増幅器が光信号を受信する前に光信号を変調させるように構成される。１つ以上のプロセッサは、電気－光学変調器が光信号に関連する第１光信号と光信号に関連する第２光信号との間の相対位相差を決定するように構成される。１つ以上のプロセッサは、電気－光学変調器が光信号を第１光信号および第２光信号に分割されるように構成される。電気－光学変調器は、電気－光学変調器、電気－吸収変調器またはマッハツェンダ変調器である。
一部の実施形態において、増幅器は、エルビウムドープされた光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）または半導体光増幅器（ＳＯＡ）を含む。増幅器は、ＳＯＡを含み、ＳＯＡは、インデックス変調を用いて光信号を変調する。
他の態様において、本開示内容は、自律走行車両に関する。自律走行車両は、光検出および距離測定（ＬＩＤＡＲ）システム、ステアリングシステムまたはブレーキングシステムのうち、少なくとも１つのシステム、および車両コントローラを含む。ＬＩＤＡＲシステムは、第１信号電力の光信号を提供するように構成されるレーザーソースと、増幅器－前記増幅器は、当該増幅器が光信号を増幅するように構成される複数の利得レベルを有する－と、１つ以上のプロセッサを含む。１つ以上のプロセッサは、パルス信号を生成するように第１信号電力および光信号のデューティサイクルに基づいて複数の利得レベルから増幅器の利得レベルを変化させるように構成される。１つ以上のプロセッサは、増幅器から環境にパルス信号を送信し、パルス信号の送信に応答して反射される信号を受信し、反射された信号に関連する電気信号に基づいてオブジェクトまでの距離を決定するように構成される。車両コントローラは、オブジェクトまでの距離に基づいてステアリングシステムまたはブレーキングシステムのうち、少なくとも１つの動作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。
また他の様態、特徴および長所は、本開示内容を行うために考慮される最上のモードを含む多数の特定の実施形態を単純に例示することによって、以下の詳細な説明から容易に理解できる。他の実施形態は、また他のおよび異なる特徴および長所を有し得、これらの多くの具体的内容は、本開示内容の思想および範囲を逸脱することなく、様々な明白な側面で修正できる。したがって、図面および説明は、制限的であるものではなく、本質的に例示的であるものとみなされるべきである。
添付の図面において、実施形態は、限定的なものではなく例示的な方法で示されており、同様の参照番号は同様の要素を指す。
一部の実施形態による自律走行車両のためのシステム環境の一例のブロック図であり、
一部の実施形態による自律走行商用トラックのためのシステム環境の一例のブロック図であり、
一部の実施形態による自律走行商用トラックのためのシステム環境の一例のブロック図であり、
一部の実施形態による自律走行商用トラックのためのシステム環境の一例のブロック図であり、
ＣＷ動作、準ＣＷ動作および／またはパルス波動作を使用する１つ以上のＬＩＤＡＲシステムによって形成される波形間の差（例えば、振幅、周期、平均電力、デューティサイクルなどの差）を示す時間ベースのグラフであり、
一部の実施形態による自律走行車両を動作させるためにＥＤＦＡを使用するパルス波動作におけるＬＩＤＡＲシステムの例示的な環境を示すブロック図であり、
一部の実施形態によるＥＤＦＡを使用して自律走行車両を動作させるためにレーザーソースを直接変調するパルス波動作におけるＬＩＤＡＲシステムの例示的な環境を示すブロック図であり、
一部の実施形態によるＥＤＦＡが一定の利得ポンピング速度を有するＥＤＦＡ前の光強度の例示的な波形を示し、
一部の実施形態によるＥＤＦＡが一定の利得ポンピング速度を有するＥＤＦＡ後の光強度の例示的な波形を示し、
一部の実施形態による自律走行車両を動作させるために光スイッチを使用するパルス波動作におけるＬＩＤＡＲシステムの例示的な環境を示すブロック図であり、
一部の実施形態による自律走行車両を動作させるために光スイッチを使用するパルス波動作におけるＬＩＤＡＲシステムの例示的な環境を示すブロック図であり、
一実施形態によるパルス波ＬＩＤＡＲが車両の動作を支援するための例示的な方法を示すフローチャートであり、
一部の実施形態による自律走行車両を動作させるためにマッハツェンダ変調器を使用するパルス波動作におけるＬＩＤＡＲシステムの例示的な環境を示すブロック図であり、
一部の実施形態による自律走行車両を動作させるために電気－吸収変調器（Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：ＥＡＭ）を使用するパルス波動作におけるＬＩＤＡＲシステムの例示的な環境を示すブロック図であり、
一部の実施形態による自律走行車両を動作させるために半導体光増幅器（ＳＯＡ）を使用するパルス波動作におけるＬＩＤＡＲシステムの例示的な環境を示すブロック図であり、
一部の実施形態による自律走行車両を動作させるために半導体光増幅器（ＳＯＡ）およびインデックス変調を使用するパルス波動作におけるＬＩＤＡＲシステムの例示的な環境を示すブロック図である。
ＬＩＤＡＲシステムは、送信Ｔｘ経路および受信Ｒｘ経路を含み得る。送信Ｔｘ経路は、局部発振器（ＬＯ）信号から誘導される（またはこれに関連する）光信号（時には「ビーム」と呼ばれる）を提供するためのレーザーソース、連続波（ＣＷ）変調または準ＣＷ変調を用いて光信号の位相および／または周波数を変調するための１つ以上の変調器、および変調された信号を光学装置（例えば、振動スキャナ、単方向スキャナ、リズレープリズム、サーキュレータ光学装置および／またはビームコリメータなど）に送信する前に変調された信号を増幅するための増幅器を含み得る。
光学装置は、Ｔｘ経路から受信された増幅された信号をオブジェクト側の与えられた視野内の環境内に操向し、オブジェクトから再び反射されたリターン信号を受信し、リターンされた信号を受信Ｒｘ経路に提供するように構成される。
Ｒｘ経路は、下向き変換された信号を生成するようにＬＯ信号をリターンされた信号とミックスするためのミキサー（例えば、５０／５０）と、下向き変換された信号を増幅するためのトランスインピーダンス（ＴＩＡ）増幅器と、を含み得る。Ｒｘ経路は、オブジェクトまでの距離を決定し、および／またはオブジェクトの速度を測定するために下向き変換された信号（現在増幅されている）を１つ以上のプロセッサに提供する。
自律走行車両を動作させることは、従来のＬＩＤＡＲシステムの場合、相当な問題を提起する。第一、ＬＩＤＡＲシステムは、短距離（例えば、１５０ｍ未満）および長距離（例えば、３００ｍ以上）でオブジェクト（例えば、距離標識、人、乗用車、トラックなど）を検出できなければならない。しかし、長距離でオブジェクトを検出することは、従来のＬＩＤＡＲシステムでは容易ではない。すなわち、従来のＬＩＤＡＲシステムの増幅器は、送信された光信号を長距離オブジェクトに到達するほど十分に増幅するには出力が十分ではない。第二、従来のＬＩＤＡＲシステムで使用されるビームスキャニング技術は、多くの場合、長い測定時間を形成するため、ＬＩＤＡＲシステムは、より厳しく困難なスペックル処理要件を満たす必要がある。
したがって、本開示内容は、パルス波ＬＩＤＡＲが車両の動作を支援するためのシステムおよび方法に関する。
一般的に、以下に説明するように、パルス波ＬＩＤＡＲシステムの実施形態は、ＥＤＦＡの複数の利得構成にわたってＥＤＦＡの利得構成を変更することによって達成できる。例えば、ＬＩＤＡＲシステムは、光信号を提供するように構成されるレーザーソースと、複数の利得構成を有するエルビウムドープされた光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）－ＥＤＦＡは、光信号を受信し、複数の利得構成のうちの利得構成に基づいて光信号を増幅するように構成される－と、ＥＤＦＡがパルスエンベロープ信号に対応する増幅信号を生成するように、複数の利得構成の少なくとも１つのサブセットにわたってＥＤＦＡの利得構成を調整するように構成される１つ以上のプロセッサ（例えば、自律走行車両制御システム１２０、コンピューティングシステム１７２など）と、を含み得る。
パルス波ＬＩＤＡＲシステムの他の実施形態は、光スイッチをトグル（Ｔｏｇｇｌｅ）することによって達成できる。例えば、パルス波ＬＩＤＡＲシステムは、光信号を提供するように構成されるレーザーソースと、第１端子、第２端子、およびスイッチモードを有する光スイッチ－前記光スイッチは、第１端子で光信号を受信し、スイッチモードが第１モードで構成される場合、第１端子から第２端子への光信号の送信を許可するか、またはスイッチモードが第２モードで構成される場合、第２端子への光信号の送信を遮断するように構成される－と、光スイッチがパルスエンベロープ信号を生成するように、光スイッチモードを第１モードと第２モードとの間でトグルするように構成される１つ以上のプロセッサと、を含み得る。
パルス波ＬＩＤＡＲシステムの他の実施形態は、２つの光信号間の相対位相差を検出することによって達成できる。例えば、パルス波ＬＩＤＡＲシステムは、光信号を提供するように構成されるレーザーソースと、光信号に関連する第１光信号と光信号に関連する第２光信号との間の相対位相差に基づいてパルスエンベロープ信号を生成するように構成されるパルスエンベロープ発生器（例えば、マッハツェンダ変調器）と、パルスエンベロープ信号を増幅し、パルスエンベロープ信号を１つ以上の光学要素を介して自由空間に送るように構成されるＥＤＦＡと、を含み得る。
パルス波ＬＩＤＡＲシステムの他の実施形態は、電場を用いて光信号を変調することによって達成できる。例えば、パルス波ＬＩＤＡＲシステムは、光信号を提供するように構成されるレーザーソースと、電場を用いて光信号を変調することによりパルスエンベロープ信号を生成するように構成されるパルスエンベロープ発生器（例えば、電気－吸収変調器（ＥＡＭ））と、パルスエンベロープ信号を増幅し、増幅されたパルスエンベロープ信号を１つ以上の光学要素を介して自由空間に送るように構成されるＥＤＦＡと、を含み得る。
パルス波ＬＩＤＡＲシステムの他の実施形態は、半導体光増幅器（ＳＯＡ）の複数の利得構成にわたってＳＯＡの利得構成を変更することによって達成できる。例えば、パルス波ＬＩＤＡＲシステムは、光信号を提供するように構成されるレーザーソースと、複数の利得構成を有するＳＯＡ－前記ＳＯＡは、光信号を受信し、前記複数の利得構成のうちの利得構成に基づいて光信号を増幅するように構成される－と、ＳＯＡがパルスエンベロープ信号に対応する増幅された信号を生成するように、少なくとも複数の利得構成のサブセットにわたってＳＯＡの利得構成を調整するように構成される１つ以上のプロセッサと、を含み得る。
前述の実施形態のパルス波ＬＩＤＡＲシステムは、自律走行車両の応用に必要であり、従来のＬＩＤＡＲシステムの増幅器によって可能なものよりも多くの増幅器電力を形成する必要がない広範囲な距離（例えば、短距離および長距離）におけるオブジェクト認識を達成できる。また、パルス波ＬＩＤＡＲシステムは、スペックル処理要件を緩和させる。
以下の説明においては、説明の目的として、本開示内容の完全な理解を提供するために多数の特定の詳細が提示される。しかし、本開示内容は、これらの特定の詳細なしに実施できることは、当業者には明らかであろう。他の場合に、本開示内容を不必要に曖昧にすることを避けるために、周知の構造および装置がブロック図の形で例示される。
１．自律走行車両のためのシステム環境
図１ａは、一部の実施形態による自律走行車両のためのシステム環境の一例を示すブロック図である。
図１ａを参照すると、本明細書に開示された様々な技術が具現できる例示的な自律走行車両１００が示されている。例えば、車両１００は、エネルギー供給源１０６から動力の供給を受け、ドライブトレイン１０８に動力を供給することができる原動機１０４を含むパワートレイン１０２と、方向制御装置１１２、パワートレイン制御装置１１４、およびブレーキ制御装置１１６を含む制御システム１１０と、を含み得る。車両１００は、人および／または貨物を輸送することができ、様々な環境で移動できる車両を含む任意の数の異なるタイプの車両として具現でき、前述の構成要素１０２～１１６は、これらの構成要素が使用される車両のタイプによって大きく異なり得ることを理解するであろう。
簡単にするために、以下で議論される実施形態は、乗用車、バン、トラック、バスなどの車輪型陸上車両に焦点を当てるであろう。これらの実施形態において、原動機１０４は、（何よりも）１つ以上の電気モーターおよび／または内燃機関を含み得る。エネルギー供給源は、例えば、（例えば、ガソリン、ディーゼル、水素などを提供する）燃料システム、電池システム、太陽電池パネルまたは他の再生可能エネルギー供給源、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１０８は、原動機１０４の出力を車両動作に変換するための変速機および／または任意の他の機械的駆動構成要素とともにホイールおよび／またはタイヤだけでなく、車両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車両１００の軌跡を制御するのに適した方向またはステアリング構成要素（例えば、車両１００の１つ以上のホイールが概略的に垂直軸を中心に旋回することによって車両の縦軸に対するホイールの回転面の角度を変更させ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、（例えば、電気／ガスハイブリッド車両の場合）パワートレインとエネルギー供給源の組み合わせを使用でき、場合によっては、（例えば、個々のホイールまたは車軸に専用の）多重電気モーターを原動機として使用できる。
方向制御装置１１２は、車両１００が所望の軌跡に従うことを可能にするために、方向またはステアリング構成要素からのフィードバックを制御して受信するための１つ以上のアクチュエータおよび／またはセンサを含み得る。パワートレイン制御装置１１４は、パワートレイン１０２の出力を制御し、例えば、原動機１０４の出力を制御してドライブトレイン１０８内の変速機のギアを制御することによって、車両１００の速度および／または方向を制御するように構成され得る。ブレーキ制御装置１１６は、車両１００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、全地形（ａｌｌ－ｔｅｒｒａｉｎ）車両または軌道車両、建設装備などを含むが、これらに限定されない他の車両タイプは、必須に異なるパワートレイン、ドライブトレイン、エネルギー供給源、方向制御装置、パワートレイン制御装置およびブレーキ制御装置を使用できる。さらに、一部の実施形態において、構成要素のうちの一部は、例えば、車両の方向制御装置が１つ以上の原動機の出力を変更することによって主に処理される場合に結合できる。したがって、本明細書に開示された実施形態は、自律走行車輪型陸上車両における本明細書に説明された技術の特定の応用に限定されない。
車両１００についての様々なレベルの自律走行制御は、１つ以上のプロセッサ１２２および１つ以上のメモリ１２４を含み得、それぞれのプロセッサ１２２は、メモリ１２４に格納されたプログラムコード命令語１２６を行うように構成された車両制御システム１２０で具現できる。プロセッサは、例えば、グラフィックス処理装置（ＧＰＵ（ｓ））および／または中央処理装置（ＣＰＵ（ｓ））を含み得る。
センサ１３０は、車両の周辺環境から車両の動作を制御するための情報を収集するのに適切な様々なセンサを含み得る。例えば、センサ１３０は、レーダーセンサ１３４、ＬＩＤＡＲセンサ１３６、３Ｄポジショニングセンサ１３８－例えば、加速度計、ジャイロスコープ、磁力計、またはＧＰＳ（地球位置システム）、ＧＬＯＮＡＳＳ（Ｇｌｏｂａｌｎａｙａ Ｎａｖｉｇａｚｉｏｎｎａｙａ Ｓｐｕｔｎｉｋｏｖａｙａ Ｓｉｓｔｅｍａ、またはＧｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＢｅｉＤｏｕ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ（ＢＤＳ）、Ｇａｌｉｌｅｏ、Ｃｏｍｐａｓｓなどの任意のもの－を含み得る。３Ｄポジショニングセンサ１３８は、衛星信号を用いて地球上の車両位置を決定するために使用できる。センサ１３０は、カメラ１４０および／または慣性計測装置（ＩＭＵ）１４２を含み得る。カメラ１４０は、モノグラフィック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／または動画を記録することができる。ＩＭＵ１４２は、３つの方向で車両の線形および回転運動を検出できる多重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のような１つ以上のエンコーダ（図示せず）が車両１００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。それぞれのセンサ１３０は、センサデータを他のセンサ１３０のデータ速度とは異なるデータ速度で出力できる。
センサ１３０の出力は、位置推定（Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ）サブシステム１５２、計画サブシステム１５６、知覚（Ｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎ）サブシステム１５４、および制御サブシステム１５８を含む制御サブシステム１５０のセットに提供され得る。位置推定サブシステム１５２は、車両１００の周辺環境内で、そして一般的に一部基準フレーム内で車両１００の位置および指向（「ポーズ」とも呼ばれる）を精密に決定するなどの機能を行い得る。自律走行車両の位置は、ラベルが指定された自律走行車両データを生成する機能の一部として同じ環境内の追加車両の位置と比較できる。知覚サブシステム１５４は、車両１００を取り囲む環境内のオブジェクトを検出、追跡、決定および／または識別するなどの機能を行い得る。一部の実施形態による機械学習モデルがオブジェクトの追跡に活用できる。計画サブシステム１５６は、環境内の静止および移動オブジェクトだけでなく、希望する目的地が与えられた状態で一部の時間フレームにわたって車両１００についての軌跡を計画するなどの機能を行い得る。一部の実施形態による機械学習モデルが車両軌跡の計画に活用できる。制御サブシステム１５８は、車両１００の計画された軌跡を具現するために車両制御システム１２０の様々な制御装置を制御するのに適切な制御信号を生成するなどの機能を行い得る。計画された軌跡を具現するように自律走行車両を制御する１つ以上の信号が機械学習モデルを活用して生成し得る
車両制御システム１２０についての 図１ａに示される構成要素の集合は、本質的に単なる例示に過ぎないことを理解するであろう。一部の実施形態において、個々のセンサは、省略され得る。追加的または代替的に、一部の実施形態において、図１ａに示されるタイプの多重センサは、冗長性のためにおよび／または車両周囲の異なる領域をカバーするために使用されてもよく、他のタイプのセンサが使用されてもよい。同様に、異なるタイプおよび／または様々な組み合わせの制御サブシステムを他の実施形態で使用できる。また、サブシステム１５２～１５８は、プロセッサ１２２およびメモリ１２４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１５２～１５８の機能のうちの一部または全部は、１つ以上のメモリ１２４に常駐し、１つ以上のプロセッサ１２２によって行われるプログラムコード命令語１２６で具現でき、これらのサブシステム１５２～１５８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を理解するであろう。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、様々なフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、様々な特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、様々なリアルタイムコントローラなどを使用して少なくとも部分的に具現でき、前述したように、多重サブシステムは、回路、プロセッサ、センサ、および／または他の構成要素を活用できる。また、車両制御システム１２０の様々な構成要素は、様々な方式でネットワーク化できる。
一部の実施形態において、車両１００は、車両１００用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）をさらに含み得る。一部の実施形態において、２次車両制御システムは、車両制御システム１２０で不利なイベントが発生した場合に自律走行車両１００を完全に動作させることができるが、他の実施形態において、２次車両制御システムは、制限された機能、例えば、１次車両制御システム１２０で検出された不利なイベントに応答して車両１００を制御停止させるなどの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。
一般的に、ソフトウェア、ハードウェア、回路ロジック、センサ、およびネットワークなどの様々な組み合わせを含む多数の異なるアーキテクチャーを使用して図１に示されている様々な構成要素を具現できる。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、主記憶装置および任意の補助レベルのメモリ－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）、リードオンリーメモリなど－を含むランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）デバイスを表すことができる。また、それぞれのメモリは、物理的に車両１００の他の場所に位置する、例えば、プロセッサ内のキャッシュメモリであるメモリ記憶装置および（例えば、大容量記憶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）仮想メモリとして使用される任意の格納容量を含むものと見なすことができる。図１ａに示される１つ以上のプロセッサまたは完全に別のプロセッサを使用して自律走行制御の目的以外の車両１００の追加機能、例えば、エンターテインメントシステムを制御し、ドア、照明、便宜機能などを動作させる追加機能を具現できる。
また、追加の記憶装置のために、車両１００は、１つ以上の大容量記憶装置、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、直接アクセス記憶装置（ＤＡＳＤ）、光学ドライブ（例えば、ＣＤドライブ、ＤＶＤドライブなど）、ソリッドステートストレージドライブ（ＳＳＤ）、ネットワーク接続された記憶装置、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、車両１００は、車両１００がユーザーまたはオペレータから多数の入力を受信し、ユーザーまたはオペレータについての出力を生成するようにする、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／またはジェスチャインターフェース、ボタンおよび他の触覚制御装置などのユーザーインターフェース１６４を含み得る。そうでなければ、ユーザー入力は、他のコンピュータまたは電子装置、例えば、モバイル装置のアプリまたはウェブインターフェースを介して受信され得る。
さらに、車両１００は、１つ以上のネットワーク１７０（例えば、近距離通信網（ＬＡＮ）、広域通信網（ＷＡＮ）、無線ネットワーク、および／またはインターネット）との通信に適切なネットワークインターフェース１６２などの１つ以上のネットワークインターフェースを含み、他のコンピュータおよび電子装置との情報の通信を許容することができる。前記情報の通信は、例えば、クラウドサービスなどの中央サービスを含み、車両１００は、前記サービスから車両の自律走行制御に使用される環境および他のデータを受信する。１つ以上のセンサ１３０によって収集されたデータは、ネットワーク１７０を介してコンピューティングシステム１７２にアップロードされて追加処理できる。一部の実施形態において、タイムスタンプがアップロード前に車両データの各インスタンス（Ｉｎｓｔａｎｃｅ）に追加され得る。
図１ａに示されるそれぞれのプロセッサおよび本明細書に開示されている様々な追加のコントローラとサブシステムは、以下に詳細に説明されるように、一般的にオペレーティングシステムの制御下で動作し、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、データ構造などを行うか、またはこれらに依存する。さらに、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、モジュールなどは、ネットワーク１７０を介して車両１００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、例えば、分散コンピューティング環境、クラウドベースのコンピューティング環境、またはクライアントサーバコンピューティング環境で行われるため、コンピュータプログラムの機能を具現するのに必要な処理がネットワークを介して多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。
一般的に、オペレーティングシステムの一部として具現されたり、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、または命令語のシーケンス、またはこれらのサブセットとして具現されたりしても、本明細書に記載の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、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、様々なメモリおよび記憶装置内に様々な時間に常駐し、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、本開示内容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行う１つ以上の命令語を含み得る。さらに、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を含み、以下その文脈で説明されるが、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することが可能であり、実施形態は、このような配布を実際に行うの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とは無関係に具現できることを理解するであろう。
コンピュータ読み取り可能な媒体の例としては、特に、揮発性および不揮発性メモリ装置、フロッピーおよびその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など）のような有形の非一時的な媒体が含まれる。
また、以下で説明される様々なプログラムコードは、これが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、本開示内容は、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。さらに、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、オブジェクトなどに体系化できる典型的に無限の数の方式とプログラム機能が典型的なコンピュータ内に常駐する様々なソフトウェア層（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、アプレットなど）中に割り当てられる様々な方式を考慮するとき、本開示内容は、本明細書に記載のプログラム機能の特定の体系化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。
図１ａに示される環境は、本明細書に開示された実施形態を制限するように意図されたものではない。実際に、他の代替ハードウェアおよび／またはソフトウェア環境は、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使用できる。
２．自動車アプリケーション用ＦＭ ＬＩＤＡＲ
トラックは、ＬＩＤＡＲシステム（例えば、図１ａの車両制御システム１２０、図３ａのＬＩＤＡＲシステム３０１Ａ、図３ｂのＬＩＤＡＲシステム３０１Ｂ、図４ａのＬＩＤＡＲシステム４０１Ａ、図４ｂのＬＩＤＡＲシステム４０１Ｂ、図５のＬＩＤＡＲシステム５０１、図６のＬＩＤＡＲシステム６０１、図７のＬＩＤＡＲシステム７０１、図８のＬＩＤＡＲシステム８０１などを含み得る。一部の実施形態において、ＬＩＤＡＲシステムは、光学信号をエンコードするために周波数変調を使用し、エンコードされた光学信号を光学装置を使用して自由空間に散乱させることができる。ＦＭ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ）ＬＩＤＡＲシステムは、エンコードされた光学信号とオブジェクトから再び反射されたリターン信号との間の周波数差を検出することによってオブジェクトの位置を決定し、および／またはドップラー効果を用いてオブジェクトの速度を正確に測定できる。一部の実施形態において、ＦＭ ＬＩＤＡＲシステムは、連続波（「ＦＭＣＷ ＬＩＤＡＲ」と呼ばれる）または準連続波（「ＦＭＱＷ ＬＩＤＡＲ」と呼ばれる）を使用できる。一部の実施形態において、ＬＩＤＡＲシステムは、位相変調（ＰＭ）を使用して光学信号をエンコードし、エンコードされた光学信号を自由空間に散乱させることができる。
ＦＭまたは位相変調（ＰＭ）ＬＩＤＡＲシステムは、自動車および／または商用トラック応用に関連して従来のＬＩＤＡＲシステムに比べて相当な利点を提供し得る。まず、場合によっては、オブジェクト（例えば、暗い服を着た歩行者）は、低い反射率を有するため、オブジェクトにぶつかる少量の光（例えば１０％以下）のみをＦＭまたはＰＭ ＬＩＤＡＲシステムのセンサ（例えば、図１ａのセンサ１３０）に再び反射することができる。その他の場合、オブジェクト（例えば、光沢のある道路標識）は、高い反射率（例えば、１０％以上）を有するため、オブジェクトにぶつかる大量の光をＦＭ ＬＩＤＡＲシステムのセンサに再び反射することができる。
オブジェクトの反射率にかかわらず、ＦＭ ＬＩＤＡＲシステムは、従来のＬＩＤＡＲシステムよりも遠い距離（例えば、２倍）でオブジェクトを検出（例えば、分類、認識、発見など）できる。例えば、ＦＭ ＬＩＤＡＲシステムは、３００メートル以上の低反射オブジェクトと４００メートル以上の高反射オブジェクトを検出できる。
検出能力のこのような改善を達成するために、ＦＭ ＬＩＤＡＲシステムは、センサ（例えば、図１ａのセンサ１３０）を使用できる。一部の実施形態において、これらのセンサは、単一の光子感知性を有し得る。すなわち、できるだけ最小量の光を検出できる。ＦＭ ＬＩＤＡＲシステムは、一部の応用例において、赤外線波長（例えば、９５０ｎｍ、１、５５０ｎｍなど）を使用できるが、赤外線波長の範囲（例えば、近赤外線：８００ｎｍ～１、５００ｎｍ、中赤外線：１、５００ｎｍ～５、６００ｎｍ、および遠赤外線５、６００ｎｍ～１、０００、０００ｎｍ）に限定されない。赤外線波長でＦＭまたはＰＭ ＬＩＤＡＲシステムを動作させることにより、ＦＭまたはＰＭ ＬＩＤＡＲシステムは、目の安全基準を満たしながら、より強い光パルスまたは光ビームをブロードキャストすることができる。従来のＬＩＤＡＲシステムは、多くの場合単一の光子感知性がなく、および／または近赤外線波長でのみ動作するため、目の安全のためにシステムの光出力（および距離検出能力）を制限する必要がある。
したがって、ＦＭ ＬＩＤＡＲシステムは、より遠い距離でオブジェクトを検出することによって、予想できなかった障害物に反応する時間をより多く有し得る。実際に、数ミリ秒の追加時間だけでも、特に高速道路の速度で運転している大型車両（例えば、商用トラック車両）において安全と快適さを向上させ得る。
ＦＭ ＬＩＤＡＲシステムの他の利点は、それぞれのデータポイントについての正確な速度を即座に提供することである。一部の実施形態において、速度測定は、レーザー信号の半径方向の速度（例えば、検出されたオブジェクトとセンサとの間の方向ベクトル）またはレーザー信号の周波数のうち、少なくとも１つに基づいてオブジェクトから受信された光の周波数をシフトさせるドップラー効果を用いて達成される。例えば、速度が１００ｍ／ｓ未満の道路状況で発生する速度の場合、１、５５０ｎｍ（ナノメートル）の波長でのこのシフトは、１３０ＭＨｚ未満の周波数シフトに該当する。この周波数シフトは小さいため、光学ドメインで直接検出することは困難である。しかし、ＦＭＣＷ、ＰＭＣＷ、またはＦＭＱＷ ＬＩＤＡＲシステムにおけるコヒーレント検出を用いることによって、様々な信号処理技術を用いて周波数シフトを計算できるように信号をＲＦドメインに変換することができる。これにより、自律走行車両制御システムは、受信データをより迅速に処理できる。
また、瞬間速度計算により、ＦＭ ＬＩＤＡＲシステムが離れていたり、まばらなデータポイントをオブジェクトとして決定し、および／またはこれらのオブジェクトが時間の経過とともにどのように移動しているかを追跡することがより容易になる。例えば、ＦＭ ＬＩＤＡＲセンサ（例えば、図１ａのセンサ１３０）は、３００ｍ離れているオブジェクトについての少数のリターン（例えば、衝突）のみを受信することができるが、これらのリターンが関心速度値を提供する場合（例えば、７０ｍｐｈを超える速度で車両に向かう場合）、ＦＭ ＬＩＤＡＲシステムおよび／または自律走行車両制御システムは、オブジェクトに関連する確率についての個々の重みを決定できる。
ＦＭ ＬＩＤＡＲシステムのより迅速な識別および／または追跡は、自律走行車両制御システムに車両を操縦するためのより多くの時間を提供する。オブジェクトがどれだけ速く動いているかをよりよく理解すると、自律走行車両制御システムは、より優れた反応を計画することができる。
ＦＭ ＬＩＤＡＲシステムの他の利点は、従来のＬＩＤＡＲシステムと比較してより少ない雑音（Ｓｔａｔｉｃ）を有することである。すなわち、より多くの光感知性を有するように設計された従来のＬＩＤＡＲシステムは、一般的に明るい日光では正しく動作しない。このようなシステムは、漏話（Ｃｒｏｓｓｔａｌｋ、例えば、センサが互いの光パルスまたは光ビームによって混線する場合）と磁気干渉（例えば、センサが自体の以前の光パルスまたは光ビームによって混線する場合）を受ける傾向もある。この欠点を克服するために、従来のＬＩＤＡＲシステムを使用する車両は、このような「雑音（Ｎｏｉｓｅ）」を管理するために多くの場合、追加のハードウェア、複雑なソフトウェア、および／またはより多くの計算能力を必要とする。
これについて、ＦＭ ＬＩＤＡＲシステムは、それぞれのセンサが固有の光特性（例えば、光ビーム、光波、光パルス）にのみ反応するように特別に設計されるため、この種の問題を経験しない。リターン光が最初に送信されたタイミング、周波数、および／または波長と一致しない場合、ＦＭセンサは、当該データポイントをフィルタリング（例えば、除去、無視など）することができる。これにより、ＦＭ ＬＩＤＡＲシステムは、より少ないハードウェアまたはソフトウェア要件でより正確なデータを形成（例えば、生成、誘導など）し、より安全かつスムーズな運転を可能にする。
最後に、ＦＭ ＬＩＤＡＲシステムは、従来のＬＩＤＡＲシステムよりもスケーリングが容易である。より多くの自律走行車両（例えば、自動車、商用トラックなど）が道路に登場するが、ＦＭ ＬＩＤＡＲシステムで駆動される車両は、センサ漏話による干渉問題に直面する必要がないであろう。また、ＦＭ ＬＩＤＡＲシステムは、従来のＬＩＤＡＲセンサよりも少ない光学ピークパワーを使用する。これにより、ＦＭ ＬＩＤＡＲ用の光学構成要素の一部または全部は、単一チップ上で製造することができ、これは本明細書で論じるように、固有の利点を提供する。
２．１商用トラック
図１ｂは、一部の実施形態による自律走行商用トラックのためのシステム環境の一例を示すブロック図である。環境１００Ｂは、貨物１０６Ｂを運ぶための商用トラック１０２Ｂを含む。一部の実施形態において、商用トラック１０２Ｂは、長距離貨物輸送、地域貨物輸送、インターモーダル貨物輸送（すなわち、道路基盤の車両が貨物を輸送するためのいくつかの輸送モードのうちの１つとして使用される）および／または任意の他の道路基盤の貨物輸送の応用のために構成された車両を含む。一部の実施形態において、商用トラック１０２Ｂは、平台型トラック、冷蔵トラック（例えば、リーファー（Ｒｅｅｆｅｒ）トラック）、ベントバン（Ｖｅｎｔｅｄ Ｖａｎ、例えば、ドライバン）、移動トラックなどであり得る。一部の実施形態において、貨物１０６Ｂは、商品および／または農産物であり得る。一部の実施形態において、商用トラック１０２Ｂは、平台型トレーラー、ローボーイ（Ｌｏｗｂｏｙ）トレーラー、ステップデッキ（Ｓｔｅｐ Ｄｅｃｋ）トレーラー、拡張可能な平台型トレーラー、サイドキット（Ｓｉｄｅｋｉｔ）トレーラーなどの貨物１０６Ｂを運ぶためのトレーラーを含み得る。
環境１００Ｂは、トラックから３０メートル以下の距離範囲内にある（図１ｂに他の車両として示されている）オブジェクト１１０Ｂを含む。
商用トラック１０２Ｂは、オブジェクト１１０Ｂまでの距離を決定し、および／またはオブジェクト１１０Ｂの速度を測定するためのＬＩＤＡＲシステム１０４Ｂ（例えば、ＦＭ ＬＩＤＡＲシステム、図１ａの車両制御システム１２０、図２のＬＩＤＡＲシステム２０１）を含み得る。図１ｂは、１つのＬＩＤＡＲシステム１０４Ｂが商用トラック１０２Ｂの前面に取り付けられているように示されているが、ＬＩＤＡＲシステムの数および商用トラックについてのＬＩＡＲシステムの取り付け領域は、特定の数および特定の領域に限定されない。商用トラック１０２Ｂは、商用トラック１０２Ｂについての任意の自由空間内のオブジェクトの検出を容易にするために、商用トラック１０２Ｂの任意の領域（例えば、前面、背面、側面、上側、下側、下部、および／または底部）に取り付けられる任意の数のＬＩＤＡＲシステム１０４Ｂ（またはセンサ、変調器、コヒーレント信号発生器などのその構成要素）を含み得る。
図示のように、環境１００Ｂ内のＬＩＤＡＲシステム１０４Ｂは、商用トラック１０２Ｂから短い距離（例えば、３０メートル以下）にあるオブジェクト（例えば、他の車両、自転車、木、道路標識、ポットホールなど）を検出するように構成され得る。
図１ｃは、一部の実施形態による自律走行商用トラックのためのシステム環境の一例を示すブロック図である。環境１００Ｃは、環境１００Ｂに含まれた同じ構成要素（例えば、商用トラック１０２Ｂ、貨物１０６Ｂ、ＬＩＤＡＲシステム１０４Ｂなど）を含む。
環境１００Ｃは、商用トラック１０２Ｂから（ｉ）３０メートル以上（ｉｉ）１５０メートル以下の距離範囲内にある（図１ｃに他の車両として示されている）オブジェクト１１０Ｃを含む。図示のように、環境１００Ｃ内のＬＩＤＡＲシステム１０４Ｂは、商用トラック１０２Ｂから所定の距離（例えば、１００メートル）にあるオブジェクト（例えば、他の車両、自転車、木、道路標識、ポットホールなど）を検出するように構成され得る。
図１ｄは、一部の実施形態による自律走行商用トラックのためのシステム環境の一例を示すブロック図である。環境１００Ｄは、環境１００Ｂに含まれた同じ構成要素（例えば、商用トラック１０２Ｂ、貨物１０６Ｂ、ＬＩＤＡＲシステム１０４Ｂなど）を含む。
環境１００Ｄは、商用トラック１０２Ｂから１５０メートルを超える距離範囲内にある（図１ｄに他の車両として示されている）オブジェクト１１０Ｄを含む。図示のように、環境１００Ｄ内のＬＩＤＡＲシステム１０４Ｂは、商用トラック１０２Ｂから所定の距離（例えば、３００メートル）にあるオブジェクト（例えば、他の車両、自転車、木、道路標識、ポットホールなど）を検出するように構成され得る。
商用トラック輸送応用において、増加した重量およびそれに応じて、このような車両に要求されるより長い停止距離により、すべての距離にあるオブジェクトを効果的に検出することが重要である。ＦＭ ＬＩＤＡＲシステム（例えば、ＦＭＣＷおよび／またはＦＭＱＷシステム）またはＰＭ ＬＩＤＡＲシステムは、前述した利点により、商用トラック応用に最適である。結局、このようなシステムを備えた商用トラックは、短距離または長距離にわたって人と物品の両方を安全に移動させる能力が向上し、商用トラックだけでなく周辺車両の安全性も向上し得る。様々な実施形態において、これらのＦＭまたはＰＭ ＬＩＤＡＲシステムは、商用トラックに運転者が搭乗しており、商用トラックの一部の機能がＦＭまたはＰＭ ＬＩＤＡＲシステムを使用して自律的に動作する半自律応用または商用トラックが単独または他の車両システムとともにＦＭまたはＬＩＤＡＲシステムによって全く動作する完全自律応用に使用できる。
３．ＣＷ動作、準ＣＷ動作、パルス波動作
ＣＷ変調（「ＣＷ動作」とも呼ばれる）を用いるＬＩＤＡＲシステムにおいて、変調器は、レーザー光を連続的に変調する。例えば、変調周期が１０マイクロ秒である場合、入力信号は、１０マイクロ秒全体にわたって変調される。
準ＣＷ変調（「準ＣＷ動作」とも呼ばれる）を用いるＬＩＤＡＲシステムにおいて、変調器は、活性部分と不活性部分の両方を有するようにレーザー光を変調する。例えば、１０マイクロ秒周期の場合、変調器は、２マイクロ秒（「活性部分」とも呼ばれる）の間だけレーザー光を変調するが、８マイクロ秒（「不活性部分」とも呼ばれる）の間は、レーザー光を変調しない。光信号は、常にオン状態（例えば、活性化状態、電源供給状態、送信状態など）である必要はないため、ＬＩＤＡＲシステムは、変調器が連続信号を提供する必要がない時間部分（例えば、８マイクロ秒）の間の消費電力を減少させることができる。また、オフ状態（例えば、不活性化状態、電源オフ状態など）のエネルギーが実際の測定時間中に消費され得る場合、信号対雑音比（ＳＮＲ）のブーストおよび／または信号処理要件の減少が行われ、より長い時間スケールですべてのエネルギーを一貫して統合することができる。
パルス波変調（「パルス波動作」とも呼ばれる）を用いるＬＩＤＡＲシステムにおいて、変調器は、活性部分と不活性部分の両方を有するようにレーザー光を変調する。次に、１つ以上のゲートが光スイッチを介して光増幅器にレーザー入力をシード（Ｓｅｅｄ）してすべて一定の信号電力を維持する一方、（例えば、デューティサイクルによって）１／（光デューティサイクル）の瞬時出力電力増加および処理要件の減少をもたらす光利得増加を用いる。
図２は、ＣＷ動作、準ＣＷ動作および／またはパルス波動作を使用する１つ以上のＬＩＤＡＲシステムによって形成された波形間の差（例えば、振幅、周期、平均電力、デューティサイクルなどの差）を示す時間ベースのグラフである。時間ベースのグラフ２００は、波形２０２ａ、波形２０２ｂ、および波形２０２ｃを含む。ＣＷ動作を使用するＬＩＤＡＲシステム（例えば、図１ａのＬＩＤＡＲ１３６）は、複数のコード（例えば、コード１、コード２、コード３およびコード４）に基づく「ｈ」の振幅を有する波形２０２ａ（例えば、連続波）を構成し得る。準ＣＷ動作を使用するＬＩＤＡＲシステム（例えば、図１ａのＬＩＤＡＲ１３６）は、５０％と同じ（または実質的に同じ）デューティサイクルおよび複数のコード（例えば、コード１およびコード２）に基づく波形２０２ａの振幅の２倍（例えば、２ｈ）と同じ（または実質的に同じ）振幅を有する波形２０２ｂ（例えば、準ＣＷ）を構成し得る。パルス波動作を使用するＬＩＤＡＲシステム（例えば、図１ａのＬＩＤＡＲ１３６）は、波形２０２ａのデューティサイクルの１／１２と同じ（または実質的に同じ）デューティサイクルおよび複数のコード（例えば、コード１およびコード２）に基づく波形２０２ａの振幅の１２倍（例えば、１２ｈ）と同じ（または実質的に同じ）振幅を有する波形２０２ｃ（例えば、パルス波）を構成し得る。
４．ＥＤＦＡを用いたパルス波動作
図３ａは、一部の実施形態による自律走行車両を動作させるためにＥＤＦＡを使用するパルス波動作におけるＬＩＤＡＲシステムの例示的な環境を示すブロック図である。環境３００Ａは、送信Ｔｘ経路および受信Ｒｘ経路を含むＬＩＤＡＲシステム３０１Ａを含む。Ｔｘ経路は、１つ以上のＴｘ入力／出力ポート（図３ａには、図示せず）を含み得、Ｒｘ経路は、１つ以上のＲｘ入力／出力ポート（図３ａには、図示せず）を含み得る。
環境３００Ａは、ＬＩＤＡＲシステム３０１Ａに結合された１つ以上の光学装置３１０（例えば、振動スキャナ、単方向スキャナ、リズレープリズム、サーキュレータ光学装置および／またはビームコリメータなど）を含む。一部の実施形態において、１つ以上の光学装置２１０は、１つ以上のＴｘ入力／出力ポートを介してＴｘ経路に結合され得る。一部の実施形態において、１つ以上の光学装置３１０は、１つ以上のＲｘ入力／出力ポートを介してＲｘ経路に結合され得る。
環境３００Ａは、ＬＩＤＡＲシステム３０１に結合される車両制御システム１２０（例えば、図１の車両制御システム１２０）を含む。一部の実施形態において、車両制御システム１２０は、１つ以上のＲｘ入力／出力ポートを介してＲｘ経路に結合され得る。
Ｔｘ経路は、レーザーソース３０２、電気－光学変調器（ＥＯＭ）３０４Ａ、およびエルビウムドープされた光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）３０６を含む。Ｒｘ経路は、ミキサー３０８、検出器３１２、およびトランスインピーダンス（ＴＩＡ）２１２を含む。図３ａは、選択された数の構成要素と１つの入力／出力チャネルのみを示すが、環境３００Ａは、車両の動作を支援するためのＬＩＤＡＲシステムの様々な機能の結合が容易になるように任意の配列で相互接続されている任意の数の構成要素および／または入力／出力チャネル（の任意の組み合わせ）を含み得る。
レーザーソース３０２は、局部発振器（ＬＯ）信号から誘導される（またはこれに関連する）光信号を生成するように構成される。一部の実施形態において、光信号は、１、５５０ナノメートルと同じであるか、またはこれと実質的に同じ動作波長を有し得る。一部の実施形態において、光信号は、１、４００ナノメートル～１、６００ナノメートルの動作波長を有し得る。
レーザーソース３０２は、ＥＯＭ３０４Ａに光信号を提供するように構成され、ＥＯＭ３０４Ａは、変調された光信号を生成するようにコード信号（例えば、「０００１１０１０」）に基づいて光信号の位相および ／または周波数を変調するように構成される。ＥＯＭ３０４Ａは、変調された光信号をＥＤＦＡ３０６に送信するように構成される。ＥＤＦＡ３０６は、複数の利得構成に関連し、それぞれの利得構成は、ＥＤＦＡ３０６が入力信号を増幅（例えば、ブースト）しなければならないレベルを決定する。一部の実施形態において、ＥＤＦＡ３０６は、定電流モードで構成され得る。
１つ以上のプロセッサ（例えば、自律走行車両制御システム１２０、コンピューティングシステム１７２など）は、ＥＤＦＡ３０６が変調された光信号を増幅してパルスエンベロープ信号を生成するようにＥＤＦＡ３０６の利得構成を変更（例えば、変更、調整、修正など）するように構成される。一部の実施形態において、１つ以上のプロセッサは、ランダム方式、周期的方式（例えば、０．１ミリ秒から５ミリ秒の間などの任意の時点）、または連続方式で複数の利得構成のうち、１つ以上の利得構成（例えば、複数の利得構成のサブセットまたは全部）にわたってＥＤＦＡ３０６の利得構成を変更することができる。ＥＤＦＡ３０６は、パルスエンベロープ信号を光学装置３１０に送信するように構成される。
光学装置３１０は、Ｔｘ経路から受信した増幅された光信号をオブジェクト３１８側の与えられた視野内の自由空間内に操向し、受信機（図３ａには、図示せず）を介してオブジェクト３１８から再び反射されたリターン信号を受信し、リターンされた信号をＲｘ経路のミキサー３０８に提供するように構成される。
一部の実施形態において、レーザーソース３０２は、変調されないＬＯ信号（図３ａには、図示せず）をＲｘ経路のミキサー３０８に提供するように構成され得る。一部の実施形態において、ＥＯＭ３０４は、変調されたＬＯ信号（図３ａには、図示せず）をＲｘ経路のミキサー３０８に提供するように構成され得る。
ミキサー３０８は、（変調または非変調）ＬＯ信号をリターンされた信号とミックス（例えば、結合、積など）して下向き変換された信号を生成し、下向き変換された信号を検出器３１２に送信するように構成される。一部の配列において、ミキサー３０８は、ＬＯ信号（変調または非変調信号）を検出器３１２に送信するように構成される。
検出器３１２は、下向き変換された信号に基づいて電気信号を生成し、電気信号をＴＩＡ３１４に送信するように構成される。一部の配列において、検出器３１２は、下向き変換された信号および変調された光信号に基づいて電気信号を生成するように構成される。
ＴＩＡ３１４は、電気信号を増幅し、増幅された電気信号を車両制御システム１２０に送信するように構成される。
車両制御システム１２０は、オブジェクト３１８までの距離を決定し、および／またはオブジェクトがＴＩＡから受信する１つ以上の電気信号に基づいてオブジェクト３１８の速度を測定するように構成される。
図３ｂは、一部の実施形態によるＥＤＦＡを使用して自律走行車両を動作させるためにレーザーソースを直接変調するパルス波動作におけるＬＩＤＡＲシステムの例示的な環境を示すブロック図である。電気－光学変調器（ＥＯＭ）３０４Ａが除去されたことを除けば、図３ｂの環境３００Ｂは、図３ａの環境３００Ａと同じ構成要素（およびこれらの構成要素の少なくとも同じ機能）を含む。
レーザーソース３０２は、ＬＯ信号から誘導される（またはこれに関連する）光信号を生成するように構成される。レーザーソース３０２は、変調された光信号を生成するようにコード信号（例えば、「０００１１０１０」）に基づいて光信号の位相および／または周波数を変調するように構成され得る。レーザーソース３０２は、変調された光信号をＥＤＦＡ３０６に送信するように構成される。レーザーソース３０２は、一部の実施形態において、変調されていないか、または変調されたＬＯ信号（図３ｂには、図示せず）をＲｘ経路のミキサー３０８に提供するように構成され得る。
１つ以上のプロセッサ（例えば、自律走行車両制御システム１２０、コンピューティングシステム１７２など）は、ＥＤＦＡ３０６が変調された光信号を増幅してパルスエンベロープ信号を生成するようにＥＤＦＡ３０６の利得構成を変更（例えば、変更、調整、修正など）するように構成される。一部の実施形態において、１つ以上のプロセッサは、ランダム方式、周期的方式（例えば、０．１ミリ秒から５ミリ秒の間などの任意の時点）、または連続方式で複数の利得構成のうち、１つ以上の利得構成（例えば、複数の利得構成のサブセットまたは全部）にわたってＥＤＦＡ３０６の利得構成を変更することができる。ＥＤＦＡ３０６は、パルスエンベロープ信号を光学装置３１０に送信するように構成される。
図３ａに関連して本明細書で論じるように、光学装置３１０は、Ｔｘ経路から受信した光信号をオブジェクト３１８側の与えられた視野内の自由空間内に操向し、受信機を介してオブジェクト３１８から再び反射されたリターン信号を受信し、リターンされた信号をＲｘ経路に提供するように構成される。
Ｒｘ経路は、リターンされた信号から１つ以上の電気信号を生成し、１つ以上の電気信号を車両制御システム１２０に伝達し、車両制御システムは、Ｒｘ経路から受信する１つ以上の電気信号に基づいてオブジェクト３１８までの距離を決定し、および／またはオブジェクト３１８の速度を測定するように構成される。
ＥＤＦＡ（例えば、図３ａおよび／または図３ｂのＥＤＦＡ３０６）は、一部の実施形態において一定の利得ポンピング速度を有し得、これは入力光がないときに利得が時間の経過とともに増加するようにして光パルスがＥＤＦＡに入力されるときに、光エネルギー放出のための位置エネルギーが蓄積されることができる。ＥＤＦＡのこのようなエネルギー貯蔵メカニズムは、出力光学エネルギーをパルスに集中させ、ＥＤＦＡの入出力が連続的または準連続的な場合と比較的類似する平均電力（例えば、多くのパルス周期にわたる平均）を達成することが単純化する。
図３ｃは、一部の実施形態によるＥＤＦＡが一定の利得ポンピング速度を有するＥＤＦＡ前の光強度の例示的な波形を示す。図３ｄは、一部の実施形態によってＥＤＦＡが一定の利得ポンピング速度を有するＥＤＦＡ後の光強度の例示的な波形を示す。しかし、一部の実施形態において、両方の場合（例えば、前後）でパルスの電力は、デューティサイクルの逆数だけ増加するであろう。
５．光スイッチを用いたパルス波動作
図４ａは、一部の実施形態による自律走行車両を動作させるために光スイッチを使用するパルス波動作におけるＬＩＤＡＲシステムの例示的な環境を示すブロック図である。環境４００Ａは、送信Ｔｘ経路および受信Ｒｘ経路を含むＬＩＤＡＲシステム４０１Ａを含む。Ｔｘ経路は、１つ以上のＴｘ入力／出力ポート（図４ａには、図示せず）を含み得、Ｒｘ経路は、１つ以上のＲｘ入力／出力ポート（図４ａには、図示せず）を含み得る。
環境４００Ａは、ＬＩＤＡＲシステム４０１Ａに結合された１つ以上の光学装置３１０を含む。一部の実施形態において、１つ以上の光学装置３１０は、１つ以上のＴｘ入力／出力ポートを介してＴｘ経路に結合され得る。一部の実施形態において、１つ以上の光学装置３１０は、１つ以上のＲｘ入力／出力ポートを介してＲｘ経路に結合され得る。
環境４００Ａは、ＬＩＤＡＲシステム４０１に結合される車両制御システム１２０（例えば、図１の車両制御システム１２０）を含む。一部の実施形態において、車両制御システム１２０は、１つ以上のＲｘ入力／出力ポートを介してＲｘ経路に結合され得る。
Ｔｘ経路は、レーザーソース４０２、電気－光学変調器（ＥＯＭ）４０４Ａ、光スイッチ４０５、およびエルビウムドープされた光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）４０６を含む。Ｒｘ経路は、ミキサー３０８、検出器３１２、およびトランスインピーダンス（ＴＩＡ）３１２を含む。図４ａは、選択された数の構成要素と１つの入力／出力チャネルのみを示すが、環境４００Ａは、車両の動作を支援するためのＬＩＤＡＲシステムの様々な機能の結合が容易になるように任意の配列で相互接続されている任意の数の構成要素および／または入力／出力チャネル（の任意の組み合わせ）を含み得る。
レーザーソース４０２は、ＬＯ信号から誘導された（またはこれに関連する）光信号を生成するように構成される。レーザーソース４０２は、ＥＯＭ４０４Ａに光信号を提供するように構成される。一部の実施形態において、レーザーソース４０２は、変調されないＬＯ信号（図３ａには、図示せず）をＲｘ経路のミキサー３０８に提供するように構成され得る。
ＥＯＭ４０４Ａは、変調された光信号を生成するようにコード信号（例えば、「０００１１０１０」）に基づいて光信号の位相および／または周波数を変調するように構成される。ＥＯＭ４０４Ａは、変調された光信号を光スイッチ４０５に送信するように構成される。ＥＯＭ４０４Ａは、一部の実施形態において、ＬＯ信号（図４ａには、図示せず）を変調し、変調されたＬＯ信号をＲｘ経路のミキサー３０８に提供するように構成され得る。
１つ以上のプロセッサ（例えば、自律走行車両制御システム１２０、コンピューティングシステム１７２など）は、光スイッチ４０５が変調された光信号に基づいてパルスエンベロープ信号を生成するように光スイッチ４０５を活性化状態（例えば、光信号がスイッチの入力と出力との間を通過することを可能にする状態）と不活性化状態（例えば、光信号がスイッチの入力と出力との間を通過することを防止する状態）の間でトグル（例えば、活性化、不活性化、イネーブル、ディセーブル、移動、フリップ、調整、構成など）するように構成される。一部の実施形態において、１つ以上のプロセッサは、ランダム方式、周期的方式（例えば、０．１マイクロ秒から１０マイクロ秒の間などの任意の時点）、または連続方式で光スイッチ４０５をトグルできる。光スイッチ４０５は、パルスエンベロープ信号をＥＤＦＡ４０６に送信するように構成される。
ＥＤＦＡ４０６は、パルスエンベロープ信号を増幅することにより、増幅されたパルスエンベロープ信号を生成し、増幅されたパルスエンベロープ信号を光学装置３１０に送信するように構成される。
図３ａに関連して本明細書で論じるように、光学装置３１０は、Ｔｘ経路から受信する光信号をオブジェクト３１８側の与えられた視野内の自由空間内に操向し、受信機を介してオブジェクト３１８から再び反射されたリターン信号を受信し、リターンされた信号をＲｘ経路に提供するように構成される。Ｒｘ経路は、リターンされた信号から１つ以上の電気信号を生成し、１つ以上の電気信号を車両制御システム１２０に伝達し、当該車両制御システムは、オブジェクト３１８までの距離を決定し、および／またはＲｘ経路から受信する１つ以上の電気信号に基づいてオブジェクト３１８の速度を測定するように構成される。
光信号に対応するノード４１１（すなわち、レーザー４０２の出力）における波形は、次の数１で表すことができる。
Figure 2024050677000002
変調された光信号に対応するノード４１３（すなわち、ＥＯＭ４０４の出力）における波形は、次の数２で表すことができる。
Figure 2024050677000003
 ここでは、
Figure 2024050677000004
。
パルスエンベロープ信号に対応するノード４１５（すなわち、スイッチ４０５の出力）における波形は、次の数３で表すことができる。
Figure 2024050677000005
 ここでは、
Figure 2024050677000006
。
図４ｂは、一部の実施形態による自律走行車両を動作させるために光スイッチを使用するパルス波動作におけるＬＩＤＡＲシステムの例示的な環境を示すブロック図である。電気－光学変調器（ＥＯＭ）４０４Ａが除去されたことを除いて、図４ｂの環境４００Ｂは、図４ａの環境４００Ａと同じ構成要素（および少なくとも同じ機能）を含む。
レーザーソース４０２は、ＬＯ信号から誘導された（またはこれに関連する）光信号を生成するように構成される。レーザーソース４０２は、また、変調された光信号を生成するようにコード信号（例えば、「０００１１０１０」）に基づいて光信号の位相および／または周波数を変調するように構成される。レーザーソース４０２は、変調された光信号を光スイッチ４０５に送信するように構成される。レーザーソース４０２は、一部の実施形態において、非変調または変調されたＬＯ信号（図４ｂには、図示せず）をＲｘ経路のミキサー３０８に提供するように構成され得る。
１つ以上のプロセッサ（例えば、自律走行車両制御システム１２０、コンピューティングシステム１７２など）は、光スイッチ４０５が変調された光信号に基づいてパルスエンベロープ信号を生成するように光スイッチ４０５を活性化状態（例えば、光信号がスイッチの入力と出力との間を通過することを可能にする状態）と不活性化状態（例えば、光信号がスイッチの入力と出力との間を通過することを防止する状態）の間でトグル（例えば、活性化、不活性化、イネーブル、ディセーブル、移動、フリップ、調整、構成など）するように構成される。一部の実施形態において、１つ以上のプロセッサは、ランダム方式、周期的方式（例えば、０．１マイクロ秒から１０マイクロ秒の間などの任意の時点）、または連続方式で光スイッチ４０５をトグルできる。光スイッチ４０５は、パルスエンベロープ信号をＥＤＦＡ４０６に送信するように構成される。
ＥＤＦＡ４０６は、パルスエンベロープ信号を増幅することにより、増幅されたパルスエンベロープ信号を生成し、増幅されたパルスエンベロープ信号を光学装置３１０に送信するように構成される。
図３ａに関連して本明細書で論じるように、光学装置３１０は、Ｔｘ経路から受信する光信号をオブジェクト３１８側の与えられた視野内の自由空間内に操向し、受信機を介してオブジェクト３１８から再び反射されたリターン信号を受信し、リターンされた信号をＲｘ経路に提供するように構成される。Ｒｘ経路は、リターンされた信号から１つ以上の電気信号を生成し、１つ以上の電気信号を車両制御システム１２０に伝達し、当該車両制御システムは、オブジェクト３１８までの距離を決定し、および／またはＲｘ経路から受信する１つ以上の電気信号に基づいてオブジェクト３１８の速度を測定するように構成される。
図４ｃは、一実施形態によるパルス波ＬＩＤＡＲが車両の動作を支援するための例示的な方法を示すフローチャートである。複数のステップが例示のための特定の順序の統合ステップとして図４ｃに示されているが、他の実施形態において、１つ以上のステップまたはその一部が異なる順序でまたは直列または並列に時間的に重畳して行われたり、省略されたり、または１つ以上の追加のステップが追加されたり、方法が一部の方式の組み合わせに変更される。一部の実施形態において、方法４００Ｃの一部または全部の動作は、図４ａの環境４００Ａに示される１つ以上の構成要素（例えば、ＬＩＤＡＲシステム４０１、光学装置３１０、自律走行車両制御システム１２０）のうち、１つ以上によって行われ得る。一部の実施形態において、方法４００Ｃの一部またはすべての動作は、図４ｂの環境４００Ｂに示される１つ以上の構成要素（例えば、ＬＩＤＡＲシステム４０１、光学装置３１０、自律走行車両制御システム１２０）のうち、１つ以上によって行われ得る。
方法４００Ｃは、変調された光信号を生成するように光信号を変調する動作４０２Ｃを含む。一部の実施形態において、方法４００Ｃは、パルスエンベロープ信号を生成するように変調された光信号から複数のパルスを選択する動作４０４Ｃを含む。一部の実施形態において、方法４００Ｃは、１つ以上の光学要素を介してパルスエンベロープ信号を送信する動作４０６Ｃを含む。一部の実施形態において、方法４００Ｃは、パルスエンベロープ信号の送信に応答して反射される信号を受信する動作４０８Ｃを含む。一部の実施形態において、方法４００Ｃは、反射された信号に関連する電気信号に基づいてオブジェクトまでの距離を決定する動作４１０Ｃを含む。
６．マッハツェンダ変調器を使用するパルス波動作
図５は、一部の実施形態による自律走行車両を動作させるためにマッハツェンダ（Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ）変調器を使用するパルス波動作におけるＬＩＤＡＲシステムの例示的な環境を示すブロック図である。環境５００Ａは、送信Ｔｘ経路および受信Ｒｘ経路を含むＬＩＤＡＲシステム５０１を含む。Ｔｘ経路は、１つ以上のＴｘ入力／出力ポート（図５には、図示せず）を含み得、Ｒｘ経路は、１つ以上のＲｘ入力／出力ポート（図５には、図示せず）を含み得る。
環境５００Ａは、ＬＩＤＡＲシステム５０１に結合される１つ以上の光学装置３１０を含む。一部の実施形態において、１つ以上の光学装置３１０は、１つ以上のＴｘ入力／出力ポートを介してＴｘ経路に結合され得る。一部の実施形態において、１つ以上の光学装置３１０は、１つ以上のＲｘ入力／出力ポートを介してＲｘ経路に結合され得る。
環境５００Ａは、ＬＩＤＡＲシステム５０１に結合される車両制御システム１２０（例えば、図１の車両制御システム１２０）を含む。一部の実施形態において、車両制御システム１２０は、１つ以上のＲｘ入力／出力ポートを介してＲｘ経路に結合され得る。
Ｔｘ経路は、レーザーソース５０２、マッハツェンダ変調器５０５、およびエルビウムドープされた光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）５０６を含む。Ｒｘ経路は、ミキサー３０８、検出器３１２、およびトランスインピーダンス（ＴＩＡ）３１２を含む。図５は、選択された数の構成要素と１つの入力／出力チャネルのみを示すが、環境５００Ａは、車両の動作を支援するためのＬＩＤＡＲシステムの様々な機能の結合を容易にするために任意の配列で相互接続されている任意の数の構成要素および／または入力／出力チャネル（の任意の組み合わせ）を含み得る。
レーザーソース５０２は、ＬＯ信号から誘導される（またはこれに関連する）光信号を生成するように構成される。レーザーソース５０２は、光信号をマッハツェンダ変調器５０５に提供するように構成される。一部の実施形態において、レーザーソース５０２は、ＬＯ信号（図５には、図示せず）をＲｘ経路のミキサー３０８に提供するように構成され得る。
マッハツェンダ変調器５０５は、レーザーソース５０２からの光信号を分割し、電気－光学変調で２つの経路を変調することによって導出された２つの経路間の相対的な位相シフト変化を変換するように構成される。マッハツェンダ変調器５０５は、相対的な位相変化に基づいてパルスエンベロープ信号を生成するように構成される。一部の実施形態において、マッハツェンダ変調器５０５は、変調されたパルスエンベロープ信号を生成するようにコード信号（例えば、「０００１１０１０」）に基づいてパルスエンベロープ信号の位相および／または周波数を変調する。マッハツェンダ変調器５０５は、（非変調または変調された）パルスエンベロープ信号をＥＤＦＡ５０６に送信するように構成される。マッハツェンダ変調器５０５は、一部の実施形態において、ＬＯ信号を変調し、変調されたＬＯ信号をＲｘ経路のミキサー３０８に提供し得る。マッハツェンダ変調器５０５は、一部の実施形態において、信号の出力振幅減衰を補正するためにパルス整形（Ｐｕｌｓｅ Ｓｈａｐｉｎｇ）に使用できる。
ＥＤＦＡ５０６は、パルスエンベロープ信号を増幅することによって、増幅されたパルスエンベロープ信号を生成し、増幅されたパルスエンベロープ信号を光学装置３１０に送信するように構成される。
図３ａに関連して本明細書で論じるように、光学装置３１０は、Ｔｘ経路から受信する光信号をオブジェクト３１８側の与えられた視野内の自由空間内に操向し、受信機を介してオブジェクト３１８から再び反射されたリターン信号を受信し、リターンされた信号をＲｘ経路に提供するように構成される。
Ｒｘ経路は、リターンされた信号から１つ以上の電気信号を生成し、１つ以上の電気信号を車両制御システム１２０に伝達し、当該車両制御システムは、オブジェクト３１８までの距離を決定し、および／またはＲｘ経路から受信する１つ以上の電気信号に基づいてオブジェクト３１８の速度を測定するように構成される。
再び図５を参照すると、１つ以上のプロセッサ（例えば、自律走行車両制御システム１２０、コンピューティングシステム１７２など）は、ＭＺ変調器５０５が変調された光信号に加えてパルスエンベロープ信号を生成できるように、ＭＺ変調器５０５の出力を活性化状態（例えば、光信号が入力と出力との間を通過することを可能にする状態）と不活性化状態（例えば、光信号が入力と出力との間を通過することを防止する状態）の間でトグル（例えば、活性化、不活性化、イネーブル、ディセーブル、移動、フリップ、調整、構成など）するように構成される。一部の実施形態において、１つ以上のプロセッサは、ランダム方式、周期的方式（例えば、０．１マイクロ秒から１０マイクロ秒の間などの任意の時点）、または連続方式でＭＺ変調器５０５の出力をトグルできる。ＭＺ変調器５０５は、パルスエンベロープ信号をＥＤＦＡ５０６に送信するように構成される。
一部の実施形態において、光信号に対応するノード５１１（すなわち、レーザー５０２の出力）における波形は、次の数４で表すことができる。
Figure 2024050677000007
一部の実施形態において、変調およびパルス化された光信号に対応するノード５１５（すなわち、ＭＺ変調器５０５の出力）における波形は、次の数５で表すことができる。
Figure 2024050677000008
 ここでは、
Figure 2024050677000009
。
７．ＥＡＭを用いるパルス波動作
一部の実施形態による自律走行車両を動作させるために電気－吸収変調器（ＥＡＭ、Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）を使用するパルス波動作におけるＬＩＤＡＲシステムの例示的な環境を示すブロック図である。環境６００は、送信Ｔｘ経路および受信Ｒｘ経路を含むＬＩＤＡＲシステム６０１を含む。Ｔｘ経路は、１つ以上のＴｘ入力／出力ポート（図６には、図示せず）を含み得、Ｒｘ経路は、１つ以上のＲｘ入力／出力ポート（図６には、図示せず）を含み得る。
環境６００は、ＬＩＤＡＲシステム６０１に結合される１つ以上の光学装置３１０を含む。一部の実施形態において、１つ以上の光学装置３１０は、１つ以上のＴｘ入力／出力ポートを介してＴｘ経路に結合され得る。一部の実施形態において、１つ以上の光学装置３１０は、１つ以上のＲｘ入力／出力ポートを介してＲｘ経路に結合され得る。
環境６００は、ＬＩＤＡＲシステム６０１に結合される車両制御システム１２０（例えば、図１の車両制御システム１２０）を含む。一部の実施形態において、車両制御システム１２０は、１つ以上のＲｘ入力／出力ポートを介してＲｘ経路に結合され得る。
Ｔｘ経路は、レーザーソース６０２、ＥＡＭ６０５、およびエルビウムドープされた光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）６０６を含む。Ｒｘ経路は、ミキサー３０８、検出器３１２、およびトランスインピーダンス（ＴＩＡ）３１２を含む。図６は、選択された数の構成要素と１つの入力／出力チャネルのみを示しているが、環境６００は、車両の動作を支援するためのＬＩＤＡＲシステムの様々な機能の結合を容易にするために任意の配列で相互接続されている任意の数の構成要素および／または入力／出力チャネル（の任意の組み合わせ）を含み得る。
レーザーソース６０２は、ＬＯ信号から誘導される（またはこれに関連する）光信号を生成するように構成される。レーザーソース６０２は、ＥＡＭ６０５に光信号を提供するように構成される。一部の実施形態において、レーザーソース６０２は、Ｒｘ経路のミキサー３０８にＬＯ信号（図６には、図示せず）を提供するように構成され得る。
ＥＡＭ６０５は、コード信号（例えば、「０００１１０１０」）に応じて電気電圧を通じて光信号の振幅（例えば、強度）を変調するように構成される。すなわち、ＥＡＭ６０５は、吸収係数（Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を有する半導体材料で構成される。１つ以上のプロセッサ（例えば、自律走行車両制御システム１２０、コンピューティングシステム１７２など）がＥＡＭ６０５に外部電場を印加すると、吸収係数が変化してバンドギャップエネルギーが変化し、これは結局、ＥＡＭ６０５をして入射する光信号の振幅を変調させる。光信号の振幅を変調することによって、ＥＡＭ６０５は、パルスエンベロープ信号を生成し得る。ＥＡＭ６０５は、パルスエンベロープ信号をＥＤＦＡ６０６に送信するように構成される。ＥＡＭ６０５は、一部の実施形態において、ＬＯ信号を変調し、変調されたＬＯ信号をＲｘ経路のミキサー３０８に提供し得る。
ＤＦＡ６０６は、パルスエンベロープ信号を増幅して増幅されたパルスエンベロープ信号を生成し、増幅されたパルスエンベロープ信号を光学装置３１０に送信する。
図３ａに関連して本明細書で論じるように、光学装置３１０は、Ｔｘ経路から受信する光信号をオブジェクト３１８側の与えられた視野内の自由空間内に操向し、受信機を介してオブジェクト３１８から再び反射されたリターン信号を受信し、リターンされた信号をＲｘ経路に提供するように構成される。Ｒｘ経路は、リターンされた信号から１つ以上の電気信号を生成し、１つ以上の電気信号を車両制御システム１２０に伝達し、当該車両制御システムは、オブジェクト３１８までの距離を決定し、および／またはＲｘ経路から受信する１つ以上の電気信号に基づいてオブジェクト３１８の速度を測定するように構成される。
８．ＳＯＡを用いるパルス波動作
図７は、一部の実施形態による自律走行車両を動作させるために半導体光増幅器（ＳＯＡ）を使用するパルス波動作におけるＬＩＤＡＲシステムの例示的な環境を示すブロック図である。環境７００は、送信Ｔｘ経路および受信Ｒｘ経路を含むＬＩＤＡＲシステム７０１を含む。Ｔｘ経路は、１つ以上のＴｘ入力／出力ポート（図７には、図示せず）を含み得、Ｒｘ経路は、１つ以上のＲｘ入力／出力ポート（図７には、図示せず）を含み得る。
環境７００は、ＬＩＤＡＲシステム７０１に結合される１つ以上の光学装置３１０を含む。一部の実施形態において、１つ以上の光学装置３１０は、１つ以上のＴｘ入力／出力ポートを介してＴｘ経路に結合され得る。一部の実施形態において、１つ以上の光学装置３１０は、１つ以上のＲｘ入力／出力ポートを介してＲｘ経路に結合され得る。
環境７００は、ＬＩＤＡＲシステム７０１に結合される車両制御システム１２０（例えば、図１の車両制御システム１２０）を含む。一部の実施形態において、車両制御システム１２０は、１つ以上のＲｘ入力／出力ポートを介してＲｘ経路に結合され得る。
Ｔｘ経路は、レーザーソース７０２、変調器７０５、半導体光増幅器（ＳＯＡ）７０６を含む。Ｒｘ経路は、ミキサー３０８、検出器３１２、およびトランスインピーダンス（ＴＩＡ）３１２を含む。図７は、選択された数の構成要素と１つの入力／出力チャネルのみを示しているが、環境７００は、車両の動作を支援するためのＬＩＤＡＲシステムの様々な機能の結合を容易にするために任意の配列で相互接続されている任意の数の構成要素および／または入力／出力チャネル（の任意の組み合わせ）を含み得る。
レーザーソース７０２は、ＬＯ信号から誘導される（またはこれに関連する）光信号を生成するように構成される。レーザーソース７０２は、光信号を変調器７０５に提供するように構成される。レーザーソース７０２は、一部の実施形態において、ＬＯ信号（図７には、図示せず）をＲｘ経路のミキサー３０８に提供するように構成され得る。
変調器は、変調された光信号を生成するようにコード信号（例えば、「０００１１０１０」）に基づいて光信号の位相および／または周波数および／または強度を変調するように構成される。変調器７０５は、一部の実施形態において、ＥＯＭ（例えば、図４ａのＥＯＭ４０４）、ＥＡＭ（例えば、図６のＥＡＭ６０５）、または、マッハツェンダ変調器（例えば、図５のマッハツェンダ変調器５０５）であり得る。変調器７０５は、変調された光信号をＳＯＡ７０６に送信するように構成される。変調器７０５は、一部の実施形態において、ＬＯ信号を変調し、変調されたＬＯ信号をＲｘ経路のミキサー３０８に提供し得る。
ＳＯＡ７０６は、複数の利得構成に関連付けられ、利得構成のそれぞれは、ＳＯＡ７０６が入力信号を増幅（例えば、ブースト）しなければならないレベルを決定する。
１つ以上のプロセッサ（例えば、自律走行車両制御システム１２０、コンピューティングシステム１７２など）は、ＳＯＡ７０６が変調された光信号を増幅することにより、パルスエンベロープ信号を生成するようにＳＯＡ７０６の利得構成を変更（例えば、変更、調整、修正など）するように構成される。一部の実施形態において、１つ以上のプロセッサは、ランダム方式、周期的方式（例えば、０．１マイクロ秒から１０マイクロ秒の間などの任意の時点）、または連続方式で複数の利得構成のうち、１つ以上の利得構成（例えば、複数の利得構成のサブセットまたは全部）にわたってＳＯＡ７０６の利得構成を変更することができる。ＳＯＡ７０６は、パルスエンベロープ信号を光学装置３１０に送信するように構成される。
図３ａに関連して本明細書で論じるように、光学装置３１０は、Ｔｘ経路から受信する光信号をオブジェクト３１８側の与えられた視野内の自由空間内に操向し、受信機を介してオブジェクト３１８から再び反射されたリターン信号を受信し、リターンされた信号をＲｘ経路に提供するように構成される。Ｒｘ経路は、リターンされた信号から１つ以上の電気信号を生成し、１つ以上の電気信号を車両制御システム１２０に伝達し、当該車両制御システムは、オブジェクト３１８までの距離を決定し、および／またはＲｘ経路から受信する１つ以上の電気信号に基づいてオブジェクト３１８の速度を測定するように構成される。
図８は、一部の実施形態による自律走行車両を動作させるために半導体光増幅器（ＳＯＡ）およびインデックス変調を使用するパルス波動作におけるＬＩＤＡＲシステムの例示的な環境を示すブロック図である。変調器７０５の除去を除いて、図８の環境８００Ｂは、図７の環境７００と同じ構成要素（および少なくとも同じ機能）を含む。
レーザーソース８０２は、ＬＯ信号から誘導された（またはこれに関連する）光信号を生成するように構成される。レーザーソース８０２は、変調された光信号をＳＯＡ８０６に送信するように構成される。レーザーソース８０２は、一部の実施形態において、ＬＯ信号（図８には、図示せず）をＲｘ経路のミキサー３０８に提供するように構成され得る。
ＳＯＡ８０６は、複数の利得構成に関連付けられ、利得構成のそれぞれは、ＳＯＡ８０６が入力信号を増幅（例えば、ブースト）しなければならないレベルを決定する。
１つ以上のプロセッサ（例えば、自律走行車両制御システム１２０、コンピューティングシステム１７２など）は、ＳＯＡ８０６が変調された光信号を増幅することにより、パルスエンベロープ信号を生成するようにＳＯＡ８０６の利得構成を変更（例えば、変更、調整、修正など）するように構成される。一部の実施形態において、１つ以上のプロセッサは、ランダム方式、周期的方式（例えば、０．１マイクロ秒から１０マイクロ秒の間などの任意の時点）、または連続方式で複数の利得構成のうち、１つ以上の利得構成（例えば、複数の利得構成のサブセットまたは全部）にわたってＳＯＡ８０６の利得構成を変更することができる。
ＳＯＡ８０６は、インデックス変調を用い、コード信号（例えば、「０００１１０１０」）に基づいて光信号および／またはパルスエンベロープ信号を変調するように構成される。ＳＯＡ８０６は、パルスエンベロープ信号を光学装置３１０に送信するように構成される。ＳＯＡ８０６は、一部の実施形態において、ＬＯ信号を変調し、変調されたＬＯ信号をＲｘ経路のミキサー３０８に提供し得る。
図３ａに関連して本明細書で論じるように、光学装置３１０は、Ｔｘ経路から受信する光信号をオブジェクト３１８側の与えられた視野内の自由空間内に操向し、受信機を介してオブジェクト３１８から再び反射されたリターン信号を受信し、リターンされた信号をＲｘ経路に提供するように構成される。Ｒｘ経路は、リターンされた信号から１つ以上の電気信号を生成し、１つ以上の電気信号を車両制御システム１２０に伝達し、当該車両制御システムは、オブジェクト３１８までの距離を決定し、および／またはＲｘ経路から受信する１つ以上の電気信号に基づいてオブジェクト３１８の速度を測定するように構成される。
前述の説明は、当業者が本明細書に記載の様々な態様を実行できるように提供されたものである。これらの態様についての様々な変形は、当業者には明確であり、本明細書に定義されている一般的な原理は、他の態様に適用できる。したがって、特許請求の範囲は、本明細書に例示されている態様に限定されないが、特許請求の範囲の表現と一致する全体の範囲に従うように意図され、ここで、単数の要素についての言及は、具体的に明示されない限り、「ただ１つ」を意味するものと意図せず、むしろ「１つ以上」を意味する。他に明示されない限り、「一部」という用語は、１つ以上を指す。当業者に周知または後に周知される以前の説明全般に説明される様々な態様の要素についてのすべての構造的および機能的均等物は、参照として本明細書に明示的に含まれ、特許請求の範囲によって包含されるように意図される。さらに、本明細書に開示されるいかなるものも、このような開示内容が特許請求の範囲に明示的に引用されるかどうかにかかわらず、一般に提供されるように意図されていない。要素が「～のための手段」という言句を使用して明示的に言及されていない限り、どんな特許請求の範囲の要素も機能式表現（Ｍｅａｎｓ Ｐｌｕｓ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）として解釈されるべきではない。
開示されたプロセスにおけるブロックの特定の順序または階層構造は、例示的なアプローチの例であるものと理解される。設計の好みに応じて、プロセスにおけるブロックの特定の順序または階層構造は、以前の説明の範囲内にとどまりながら再配列できるものと理解される。添付の方法特許請求の範囲は、様々なブロックの要素をサンプル順序で提示し、提示された特定の順序または階層構造に限定されることを意味しない。
開示された実施形態の前述の説明は、当業者が開示された主題を構成または使用できるように提供される。これらの実施形態についての様々な変形は、当業者には明確であり、本明細書で定義された一般的な原理は、前述の説明の趣旨または範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用できる。したがって、前述の説明は、本明細書に例示された実施形態に限定されるように意図されず、本明細書に開示された原理および新規な特徴と一致する最も広い範囲に与えられるべきである。
図示および説明された様々な例は、特許請求の範囲の様々な特徴を説明するための多数の例としてのみ提供される。しかし、任意の与えられた例に関連して図示および説明された特徴は、必ずしも関連する例に限定されず、図示および説明された他の例に使用されるか、またはこれらの例とともに組み合わせられる。また、特許請求の範囲は、いずれかの例によって制限されるものと意図されない。
前述した方法の説明およびプロセスの流れ図は、単に例示的な例として提供されており、様々な例のブロックが提示された順序で行われるべきであることを要求または暗示しようとするものではない。当業者によって理解されるように、前述の例において、ブロックの順序は、任意の順序で行われ得る。「以後」、「その後」、「次」などの単語は、ブロックの順序を制限するように意図されず、これらの単語は、単に方法についての説明を通して読者を案内するために使用される。また、例えば、単数形の物品を使用する単数の請求範囲の要素についてのいかなる言及も、当該要素を単数に制限するものと解釈されるべきではない。
本明細書に開示された例に関連して説明された様々な例示的なロジックブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムブロックは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、またはこれらの組み合わせとして具現できる。ハードウェアとソフトウェアのこのような互換性を明確に説明するために、様々な例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、およびブロックは、一般的にその機能の観点で前述された。これらの機能がハードウェアとして具現されるか、またはソフトウェアとして具現されるかは、システム全体に課される特定のアプリケーションおよび設計制約条件によって異なる。熟練した技術者は、説明された機能をそれぞれの特定アプリケーションについて様々な方式で具現できるが、このような具現の決定は、本開示内容の範囲から逸脱する原因と解釈されるべきではない。
本明細書に開示された例に関連して説明された様々な例示的なロジック、ロジックブロック、モジュール、および回路を具現するために使用されるハードウェアは、汎用プロセッサ、ＤＳＰ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはその他のプログラマブルロジックデバイス、離散ゲート、またはトランジスタロジック、離散ハードウェアコンポーネント、または本明細書に説明されている機能を行うように設計されたこれらの任意の組み合わせで具現または行われ得る。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサであり得るが、代わりに、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械（Ｓｔａｔｅ Ｍａｃｈｉｎｅ）であり得る。プロセッサは、また、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアとともに１つ以上のマイクロプロセッサ、または任意の他のこのような構成として具現できる。あるいは、一部のブロックまたは方法は、与えられた機能に特定の回路によって行われ得る。
一部の例示的な例において、説明された機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの任意の組み合わせで具現できる。ソフトウェアで具現される場合、前記機能は、非一時的コンピュータ読み取り可能な格納媒体または非一時的プロセッサ読み取り可能な格納媒体に１つ以上の命令語またはコードとして格納できる。本明細書に開示される方法またはアルゴリズムのブロックは、非一時的コンピュータ読み取り可能またはプロセッサ読み取り可能な格納媒体に常駐できるプロセッサ実行可能ソフトウェアモジュールとして具現できる。非一時的コンピュータ読み取り可能またはプロセッサ読み取り可能な格納媒体は、コンピュータまたはプロセッサによってアクセスできる任意の格納媒体であり得る。非限定的な例として、このような非一時的なコンピュータ読み取り可能またはプロセッサ読み取り可能な格納媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨメモリ、ＣＤ－ＲＯＭまたはその他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置またはその他の磁気記憶装置、または命令語またはデータ構造の形で望むプログラムコードを格納するために使用でき、コンピュータによってアクセスできる任意の他の媒体を含み得る。ここで使用されるディスク（Ｄｉｓｋ）とディスク（Ｄｉｓｃ）は、コンパクトディスク（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ、ＤＣ）、レーザーディスク（Ｄｉｓｃ）、光ディスク（Ｄｉｓｃ）、デジタル多目的ディスク（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ、ＤＶＤ）、フロッピーディスク（Ｄｉｓｋ）およびブルーレイディスク（Ｄｉｓｃ）を含み、ここで、ディスク（Ｄｉｓｋ）は、一般的にデータを磁気的に再生し、ディスク（Ｄｉｓｃ）は、データをレーザーで光学的に再生する。前記の組み合わせも、非一時的なコンピュータ読み取り可能およびプロセッサ読み取り可能な媒体の範囲内に含まれる。また、方法またはアルゴリズムの動作は、コンピュータプログラム製品に統合できる非一時的プロセッサ読み取り可能な格納媒体および／またはコンピュータ読み取り可能な格納媒体にコードおよび／または命令語の１つまたは任意の組み合わせまたは集合として常駐できる。
開示された例についての前述の説明は、当業者が本開示内容を構成または使用できるように提供される。これらの例についての様々な変形は、当業者には確実に明確であり、本明細書で定義された一般的な原理は、本開示内容の思想または範囲から逸脱することなく、一部の例に適用できる。したがって、本開示内容は、本明細書に提示された例に限定されるように意図されず、次の特許請求の範囲および本明細書に開示された原理および新規な特徴と一致する最も広い範囲に付与されるべきである。
広い範囲を説明する数値範囲およびパラメータが近似値であるにもかかわらず、特定の非限定的な例に記載された数値は、可能な限り正確に記録される。しかし、任意の数値は、本質的に本文書の作成時点でそれぞれのテスト測定値から得られる標準偏差によって必然的に発生する特定のエラーを含む。さらに、文脈上別に明示しない限り、本明細書に提示される数値は、最下位の数字によって与えられる暗黙の精度を有する。したがって、１．１の値は、１．０５から１．１５までを意味する。「約」という用語は、与えられた値を中心により広い範囲を表すために使用され、文脈上別に明示しない限り、最下位の数字周辺のより広い範囲を意味するが、例えば、「約１．１」は、１．０から１．２までの範囲を意味する。最下位の数字が不明確である場合、「約」という用語は、２倍数を意味する。例えば、「約Ｘ」は、０．５Ｘから２Ｘまでの範囲の値を意味する。例えば、約１００は、５０から２００までの範囲の値を意味する。また、本明細書に開示されているすべての範囲は、その中に含まれる任意のおよびすべての下位範囲を含むものと理解されるべきである。例えば、正の値パラメータについての「１０未満」の範囲は、（当該値を含む）０の最小値と１０の最大値との間の任意の範囲およびすべての下位範囲、すなわち、０以上の最小値と１０以下の最大値を有する任意の範囲およびすべての下位範囲（例えば、１～４の範囲）である。
本開示内容の一部の実施形態は、自家用自動車の領域（例えば、前面、背面、側面、上部および／または下部）に取り付けられる１つ以上の高解像度ドップラーＬＩＤＡＲシステムに関連して以下で説明されるが、実施形態は、これに限定されない。他の実施形態において、ドップラーコンポーネントが存在するかまたは存在せず、視野が重なったり重なったりしない同じタイプまたは他の高解像度ＬＩＤＡＲの１つまたは多重のシステム、または操縦されたり自律走行される小型または大型の陸上、海上または航空車両に取り付けられる１つ以上のこのようなシステムが採用される。他の実施形態において、スキャニング高解像度ＬＩＤＡＲは、陸上または海上で一時的または恒久的な固定位置に取り付けられる。

Claims (15)

  1. 第１信号電力の光信号を提供するように構成されるレーザーソースと、
    複数の利得構成を有する増幅器－前記増幅器は、前記光信号を受信し、前記複数の利得構成のうちの利得構成に基づいて前記光信号を増幅するように構成される－と、
    前記増幅器が第２信号電力のパルスエンベロープ信号を生成するように、前記複数の利得構成のうち、２つ以上の利得構成にわたって前記増幅器の前記利得構成を調整するように構成される１つ以上のプロセッサ－前記第２信号電力は、少なくとも前記光信号のデューティサイクルの逆数に対応する量だけ前記第１信号電力よりも大きい－と、を含む、ＬＩＤＡＲシステム。
  2. 前記増幅器は、１つ以上の光学要素を介して前記パルスエンベロープ信号を送信する請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
  3. 前記増幅器が前記パルスエンベロープ信号を送信することに応答して反射される信号を受信するように構成される受信機をさらに含み、
    前記１つ以上のプロセッサは、前記反射された信号に関連する電気信号に基づいてオブジェクトまでの距離を決定するようにさらに構成される請求項２に記載のＬＩＤＡＲシステム。
  4. 前記パルスエンベロープ信号は、１マイクロ秒以上１ミリ秒以下のパルス繰り返し周期を有する請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
  5. 電気－光学変調器をさらに含み、
    前記電気－光学変調器は、
    前記レーザーソースから前記光信号を受信し、
    前記増幅器が前記光信号を受信する前に前記光信号を変調するように構成される請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
  6. 前記変調器は、電気－光学変調器、電気－吸収（Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）変調器、またはマッハツェンダ（Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ）変調器である請求項５に記載のＬＩＤＡＲシステム。
  7. 前記レーザーソースは、前記増幅器が前記光信号を受信する前に前記光信号を変調する請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
  8. 前記増幅器は、エルビウムドープされた光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）または半導体光増幅器（ＳＯＡ）を含む請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
  9. 前記増幅器は、前記ＳＯＡを含み、前記ＳＯＡは、インデックス変調（Ｉｎｄｅｘ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を用いて前記光信号を変調する請求項８に記載のＬＩＤＡＲシステム。
  10. 前記光信号に関連する第１光信号と前記光信号に関連する第２光信号との間の相対位相差を決定してパルスエンベロープ信号を生成するように構成されるパルスエンベロープ発生器をさらに含む請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
  11. 前記パルスエンベロープ発生器は、前記光信号の振幅を変調する請求項１０に記載のＬＩＤＡＲシステム。
  12. 前記パルスエンベロープ発生器は、電気－吸収変調器（ＥＡＭ）である請求項１０に記載のＬＩＤＡＲシステム。
  13. 前記パルスエンベロープ発生器は、前記光信号を前記第１光信号と前記第２光信号に分割するように構成される請求項１０に記載のＬＩＤＡＲシステム。
  14. ステアリングシステムまたはブレーキングシステムのうち、少なくとも１つと、
    １つ以上のプロセッサを含む車両コントローラと、を含み、前記１つ以上のプロセッサは、
    レーザーソースから第１信号電力の光信号を提供し、
    増幅器をして当該増幅器の複数の利得構成のうちの利得構成に基づいて前記光信号を増幅するようにし、
    第２信号電力のパルスエンベロープ信号を生成するように、前記複数の利得構成のうち、２つ以上の利得構成にわたって前記利得構成を調整し－前記第２信号電力は、少なくとも前記光信号のデューティサイクルの逆数に対応する量だけ前記第１信号電力よりも大きい－、
    １つ以上の光学要素を介してパルスエンベロープ信号を送信し、
    前記パルスエンベロープ信号の送信に応答して反射される信号を受信し、
    前記反射された信号に関連する電気信号に基づいてオブジェクトまでの距離を決定し、
    前記オブジェクトまでの距離を用いて前記ステアリングシステムまたは前記ブレーキングシステムのうち、少なくとも１つを制御するように構成される自律走行車両。
  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走行車両制御システム。
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