JP2024515340A - 抑制されたドップラー周波数シフトを有するｌｉｄａｒシステム - Google Patents
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Abstract
ＬＩＤＡＲに対してのシーン内の対象の移動によって誘起される周波数シフトを低減又は抑制するＬＩＤＡＲシステムであって、光源、入力開口部（１０１）、反射光を参照チャネル（４）及び第１撮像チャネル（３）へと分割するように構成されたスプリッタ（２）、第１干渉信号を取得するように構成された第１撮像光ＩＱ受信器（５）、参照干渉信号を取得するように構成された参照光ＩＱ受信器（６）、反射光と一時的にコヒーレントであるように構成された撮像発振器（１１１）及び、より高い周波数を有する第１相互変調積、及び、そのドップラーシフトをスケールした、目的の相互変調積を取得するように構成された、第１撮像光ＩＱ（５）及び参照光ＩＱ（６）に接続された少なくとも１つの混合器（１２）を備えるＬＩＤＡＲシステム。
Description
本開示の対象は、ドップラー周波数シフトとして知られる効果である、ＬＩＤＡＲに対してのシーン内の対象の移動によって誘起される周波数シフトを低減又はそれを完全に抑制することを可能にするＬＩＤＡＲシステムである。
光検出測距（ＬＩＤＡＲ）デバイスは、レーザ光を用いて目標を照射すること、及びセンサで反射光を測定することによって、目標への距離マップを生成する。次に、総往復時間、位相又は波長を含む、レーザ光の特性における差は、目標のデジタル３Ｄ表現を作成することに使用されることができる。
ＬＩＤＡＲは、一般に高解像度地図を作成するために使用され、測地学、地理情報学、考古学、地理学、地質学、地形学、地震学、林学、大気物理学、レーザ誘導、及び航空機レーザマッピング（ＡＬＳＭ：ａｉｒｂｏｒｎｅ ｌａｓｅｒ ｓｗａｔｈ ｍａｐｐｉｎｇ）、レーザ高度計測法において応用されている。また、この技術は、いくつかの自律走行車両に対する制御及びナビゲーションにおいても使用されている。
いくつかのＬＩＤＡＲは、コヒーレント検出として知られるものを利用する。この検出方式において、サンプル上で反射した光は、反射光とコヒーレントである局部発振器と混合される。このアプローチは、単一光子感度を可能にする光学利得等の複数の利点を有し、光の位相及び波長における変化を使用して距離を測定することを可能にする。
このタイプのＬＩＤＡＲを利用するときに出現するよくある問題は、ドップラー周波数シフトとして知られる効果である、デバイスに対してのシーン内の対象の移動によって誘起される周波数シフトである。このような周波数シフトは、対象の関連特性を測定するために使用される信号の帯域幅に対して大きい場合があり、このような関連データの抽出を複雑にする場合がある。この問題は、車両、航空機又は衛星の場合のように、対象の相対速度が大きい場合に非常に重要となる。
この周波数シフトは可変であり、未知のことが多く、検出される信号の帯域幅を非常に著しく広げてしまうことがある。地上車両の場合、相対速度は３００ｋｍ／ｈ以上に達し得る。この相対速度は、λ＝１．５５μｍの照射に対する５４．０ＭＨｚのドップラー周波数シフトに対応する。この可変周波数シフトは、対象信号のコヒーレント検出に依存するシステムの電子読み出し及び信号処理チェーンを複雑にする。
信号チェーンが少数のチャネルでは依然として管理可能であり得る場合であっても、それは、最終的なＬＩＤＡＲシステムのコスト、サイズ及び複雑性を増加させる。更に、それは、多数の入力を有するマルチチャネルコヒーレントＬＩＤＡＲシステムの実用的な実装にとって大きな障害となる。
説明された問題を解決するために、複数のアプローチが存在し、それらのうちの１つが不均一サンプリング又は他の圧縮センシング方式を使用して信号の全体的なデータレートを低減することを含む。
概して、開発された全てのアプローチは、複雑な電子読み出し回路及び全般的信号処理チェーンという同じ欠点を有し、このことが当該アプローチを高価で、サイズにおいて大きくし、且つ、多数のチャネルを有するマルチチャネルアーキテクチャを実装すること及びそれに対してスケールすることを、概して困難にしている。
本開示のＬＩＤＡＲシステムオブジェクトは、１つ又は複数の入力開口部を利用し、その実装において簡単である、コヒーレントＬＩＤＡＲシステムの修正を説明している。その目標は、ドップラー周波数シフトとして知られる効果である、ＬＩＤＡＲに対してのシーン内の対象の移動によって誘起される周波数シフトを低減又は完全に排除することである。
いくつかの実施形態によれば、周波数シフトの低減又は排除は、参照チャネルにおけるドップラーシフトした信号を測定し、次に時間領域における信号混合の数学的特性を利用して、１つ又は複数の撮像チャネルの周波数をシフトさせ、当該ドップラーシフトをキャンセル又は低減することによって、なされる。
いくつかの実施形態によれば、抑制されたドップラー周波数シフトを有する光検出測距（ＬＩＤＡＲ）システムは、外部対象へ向けて、第１光を発するように構成された少なくとも１つの光源を備える。第１光は、対象上で拡散反射又は鏡面反射し、次に少なくとも１つの入力開口部において受信され、従って反射光となる。
反射光は、次に、少なくとも１つの入力開口部に続いて位置決めされたスプリッタにおいて分割することができ、スプリッタは、反射光を参照チャネル及び少なくとも１つの第１撮像チャネルへと分割するように構成されている。
分割された反射光の一部は次に、少なくとも１つの第１撮像チャネルを介して、第１撮像チャネルに関連付けられた第１撮像光ＩＱ（同相及び直交：Ｉｎ－ｐｈａｓｅ ａｎｄ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）受信器へ導かれる。第１撮像光ＩＱ受信器は、第１同相成分及び第１直交成分を含む第１干渉信号を取得するように構成されている。
更に、反射光の別の部分は、参照チャネルを介して、参照チャネルに関連付けられた参照光ＩＱ受信器へと導かれる。参照光ＩＱ受信器は、参照同相成分及び参照直交成分を含む参照干渉信号を取得するように構成されている。
少なくとも１つの局部光発振器は、第１撮像光ＩＱ受信器及び参照光ＩＱ受信器に関連付けられ、反射光と時間的にコヒーレントであるように構成されている。
最後に、１つの実施形態において、システムは、第１撮像光ＩＱ受信器及び参照光ＩＱ受信器に接続され、且つ、より高い周波数を有する第１相互変調積、及び、そのドップラーシフトをスケール又は完全に排除した目的の第２相互変調積を取得するように構成された、少なくとも１つの混合器を備える。
上記で説明されたシステムは、１つの考えられる実施形態である。しかし、システムは、参照開口部及び複数の入力開口部、又は、参照チャネル及び１つ又は複数の入力開口部に関連付けられた複数の撮像チャネルを備えることができる。また、システムは、全ての光ＩＱ受信器に関連付けられた単一の局部光発振器、又は、参照光ＩＱ受信器に関連付けられた参照局部光発振器、及び、撮像光ＩＱ受信器に関連付けられた撮像局部光発振器、又は、参照光ＩＱ受信器に関連付けられた参照局部光発振器、及び、１つ又は複数の撮像光ＩＱ受信器に各々関連付けられた複数の撮像局部光発振器を備えることができる。
また、相互変調積の生成が電子的な混合の必要がなく光検出器で直接起こるように、システムは、撮像局部光発振器に適用される光振幅変調器及び／又は光位相変調器を備え得る。
本明細書でなされる説明を補完するために、及び、ＬＩＤＡＲシステムの特性のより良い理解に向けて援助するべく、その実際の実施形態の好ましい例に係り、図面のセットは、当該説明の一体的部分として添付され、例示的且つ非限定的な性質を有して、下記が表されている。
図１から図１１を用いて、本開示の好ましい実施形態が下記で説明される。
本明細書における実施形態は、図１中に図示されるＬＩＤＡＲシステム（１００）等のＬＩＤＡＲシステムに関し、それは、外部対象（１０８）に向けて光（１１０）を発するように構成された少なくとも１つの光源（１０２）を備える。光は対象（１０８）から反射され、その反射光（１１２）を受光ユニット（１０４）で受信する。より具体的には、後の図を参照してより詳細に議論されるように、第１実施形態において、光は、参照入力開口部（１０３）で、及び撮像入力開口部（１０１）において、受信される。光源（１０２）は、単一の光源を表してもよく、又は、異なる波長を有する複数の光源を表してもよい。いくつかの実施形態において、光源（１０２）は、１つ又は複数のレーザ光源を含む。
ＬＩＤＡＲシステム（１００）は、受光ユニット（１０４）から電気信号を受信し、受信された電気信号を使用して１つ又は複数の処理を実行するように構成されているプロセッサ（１０６）も含む。例えば、プロセッサ（１０６）は、受信された電気信号を使用して、対象（１０８）を含む３Ｄ画像を再構成してもよい。上記で述べたように、反射光（１１２）をキャプチャしようとする間の対象（１０８）の移動（上向き矢印によって特定されている）は、ドップラー周波数シフトとして知られる効果である、ＬＩＤＡＲシステム（１００）に対しての対象（１０８）の移動によって誘起された周波数シフトを生じさせる。
図１Ａ中で理解されるように、参照入力開口部（１０３）は、ＬＩＤＡＲシステム（１００）が対象（１０８）から来る反射光及び参照発振器（１１３）の間で参照干渉信号を生成することを可能にする。次に、この参照干渉信号は、撮像入力開口部（１０１）によって集められた、対象（１０８）から来る反射光（１１２）及び撮像発振器（１１１）の間で形成された干渉信号の変調に使用される。いくつかの実施形態によれば、参照発振器（１１３）及び撮像発振器（１１１）の両方は、光源（１０２）等の、同じ光源から生成される。
任意の所与の実装において、例えば図１Ａの実施形態において示されるように、参照入力開口部（１０３）及び、撮像入力開口部（１０１）のうちの１つ又は複数は重なってもよく、参照発振器（１１３）及び撮像発振器（１１１）も同様である。
いくつかの実施形態によれば、参照発振器（１１３）及び撮像発振器（１１１）は、形成された干渉信号を電気周波数で処理できるように、反射光（１１２）とある程度の時間的コヒーレンスを呈する。
図１Ａ中に示される１つの例において、システムは、単一の入力開口部（１０１、１０３）を備える。この場合、システムは、対象（１０８）へ向けて光を発する光源（１０２）を備える。光は対象で反射し、入力開口部（１０１、１０３）によってシステムに入る反射光（１１２）は、１×２スプリッタであってもよい分割素子（２）によって、第１撮像チャネル（３）及び参照チャネル（４）へと分割される。
いくつかの実施形態によれば、少なくとも２つチャネル（例えば、参照チャネル（４）及び第１撮像チャネル（３））は、実質的に同じ方式でドップラー周波数シフトを介して対象の移動によって影響されるが、その一方で非ドップラー情報伝達変調はそれらの間で異なるまま留まる。これにより、両チャネルの上の信号は、情報伝達変調を回復させる間に、ドップラー周波数シフトを排除する、又はそれを大幅に低減させるように結合されることが可能になる。
図１Ａ中に示されるように、第１撮像チャネル（３）は第１撮像光ＩＱ受信器（５）にフィードされ、参照チャネル（４）は参照光ＩＱ受信器（６）にフィードされる。第１撮像光ＩＱ受信器（５）は撮像発振器（１１１）に関連付けられており、参照光ＩＱ受信器（６）は参照発振器（１１３）に関連付けられている。いくつかの実施形態によれば、光ＩＱ受信器（５、６）内では、両発振器（１１１、１１３）は、各チャネルの同相成分（７、９）及び直交成分（８、１０）の間の位相シフトを生成する９０°ハイブリッドを介してフィードされる。
他の実施形態において、ＩＱ受信器（５、６）は、４つの出力（７、８、９、１０）及び２つの入力（３、４）の各々の間の位相シフトを提供するように設計された２×４ＭＭＩカプラによって実装される。図１Ｂにおいて、第１撮像光ＩＱ受信器（５）が、第１撮像チャネル（３）及び撮像発振器（１１１）がフィードされる２×４ＭＭＩカプラであり、参照光ＩＱ受信器（６）が、参照チャネル（４）及び参照発振器（１１３）がフィードされる２×４ＭＭＩカプラである１つの実施形態が示されている。
１つの実施形態において、撮像発振器（１１１）は、その波長が標準的なＦＭＣＷ（周波数変調連続波：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）方式に従って掃引され、参照発振器（１１３）はその波長を変化なく保持する。いくつかの実施形態によれば、反射光（１１２）は、発振器（１１１、１１３）における両方の成分とコヒーレントである成分を有する。このため、照射が両方の成分の結合から導出される、又は、両方の成分が、相互コヒーレンスを保証する照射と共通の原点を共有する、のいずれかである。
いくつかの実施形態によれば、第１撮像光ＩＱ受信器（５）は第１撮像チャネル（３）に関連付けられており、それは第１同相成分（７）及び第１直交成分（８）を有する第１干渉信号を取得するように構成されている。参照光ＩＱ受信器（６）は参照チャネル（４）に関連付けられており、且つ参照同相成分（９）及び参照直交成分（１０）を有する参照干渉信号を取得するように構成されている。
両方の干渉信号は、実質的に同様に（いくつかの実施形態において、異なる波長に起因する小さな差を有して）ドップラーによって影響されることになる。しかし、撮像発振器（１１１）に関連付けられた第１干渉信号のみが、その干渉周波数において対象（１０８）及びＬＩＤＡＲシステム（１００）の間の距離についての情報を搬送する。
図２中で理解されるように、（場合によってまとめて１２として識別されもする）少なくとも１つの混合器１２１～１２４において、第１干渉信号及び参照信号を混合することは、２つの相互変調積の生成をもたらす。例えば、混合は、破棄することが可能なより高い周波数を有する第１相互変調積、及び、ドップラーシフトが著しくスケールされたより低い周波数を有し、且つ測距情報及び振幅情報をベースバンドに取り込む可能性を提供する出力相互変調積（１６）を生成し、故にサンプリング周波数及び電子機器の読み出し複雑性が最小化される。
例示のために、第１干渉信号及び参照干渉信号は、本明細書で議論されるように、この実装のために得られる。撮像入力開口部（１０１）及び参照開口部（１０３）は、撮像入力開口部（１０１）がアレイの一部である場合に考えられる相対位相シフトを除いて、実質的に同じ位置にあることが仮定される。（それぞれ、関連する波数及び角周波数、ｋ１、ｋ２及びω１、ω２を有する）２つの波長及び等しい振幅Ａの２つの光源を用いる、シーンの等しい照射の場合、光源からの距離ｘにおける光信号は以下のようになる：
ここで、ＬＩＤＡＲシステムの第１光源の第１波長が定数Kを有する線形周波数変調を受けることが仮定される。第１光源によって発された光を反射する対象が単一の拡散反射体であり、当該対象が、距離ｘｊにあり、入力開口部（１０１）の方向において強度反射率ρｊ、及び、入力開口部（１０１）及び対象の間の方向における相対速度ｖｊを有する場合、入力開口部（１０１）で集められた光の反射フィールドは以下のようになる：
ここで、ｉは、開口部のアレイが存在する場合における入力開口部のインデックスである。ドップラーシフトは、等式内の２ｋ１ｖｊ及び２ｋ２ｖｊの項において可視であり、反射光の周波数を変更する。
光ＩＱ受信器（５、６）における干渉信号の計算に関して、参照及び撮像発振器（１１１、１１３）の２つの波長成分が１の振幅を有することが簡素化のため仮定されている：
撮像光ＩＱ受信器（５）及び参照光ＩＱ受信器（６）の後、第１干渉信号及び参照干渉信号はそれぞれ以下のようになる：
これらにおいて、光角周波数の差が存続するビーティング積は、検出されると電気規格に対し非常に高い周波数になる。例えば、光源の光の２つの波長が１．５５μｍの波長で０．１ｎｍ離れていると仮定すると、相互変調積は１２．５ＧＨｚの周波数を有する：
逆に、局部発振器、及び、反射光の周波数が等しい場合のビーティング積は、発された位相変調周波数及び受信された位相変調周波数の間の周波数差にドップラーシフトを加算又は減算して得られる、より低い周波数に復調される。
地上車両の典型的な速度に対して、ドップラーシフトは、１００ＭＨｚに等しい又はそれよりも低くなり、そのため、いくつかの実施形態によれば、ローパスフィルタによって、より高い周波数混合項（光角周波数の差を含むもの）を抑制することが可能である。従って、図２中に示されるように、第１同相成分（７）、第１直交成分（８）、参照同相成分（９）及び参照直交成分（１０）をフィルタリングするべく、ローパスフィルタの第１セット（１３）を光ＩＱ受信器（５、６）に関連付けることができる。
干渉信号の低周波成分は下記のように提供される。
深度及び速度情報は、両方の光電流の周波数（及び位相）においてエンコードされる。周波数情報のみに注目すると、Ｉ１（ｔ）及びＩ２（ｔ）の周波数は以下であることが観察される：
これらの２つの周波数シフトの成分は、ライン速度によって異なってスケールする。変調定数Ｋは、距離から導出される周波数に直接的な影響を与える。しかし、ドップラーシフトは独立したままであり、シーンの特性によって決まる。ドップラーシフトは数十ＭＨｚの周波数まで上がることができるため、それは高速な捕捉電子機器を通常は利用しており、システムのコストを増加させることがある。また、これらのビデオ周波数は、複数の並列撮像チャネル（３）を用いてシーン検出をスケールアップする際に問題となる場合がある。
しかし、これらの２つの周波数の差は以下のようになる：
いくつかの実施形態によれば、２つの光源によって発された光の２つの波長が互いに近くなる（例えば、１．５５μｍの波長で０．１ｎｍの隔たり）ように選択される場合、ドップラー周波数シフトの差は著しく低減される（５０ｍ／ｓのｖｊに対して２ｋＨｚ）。
しかし、両方の波長が等しくなることができることは注目に値する。この場合、ドップラーシフトは完全に抑制され得るが、その一方でＦＭＣＷに起因する周波数シフトは維持される。このアプローチは、光学システム及び関連付けられた電気光学回路を簡略化する。
両方の波長が等しい場合、ドップラーシフトが完全に抑制されてもよく、信号周波数がベースバンドに移動される。このより低いドップラー周波数により、多数の入力開口部（１０１）が望まれるシステムにおいて、ライン速度、データスループット、及びハードウェア複雑性の著しい低減を可能にする。ドップラー周波数が維持される場合、ドップラーシフトは、測定されるべく、ＦＭＣＷ変調から切り離されるべきである。これを実現する１つの例示的な方法として、ＦＭＣＷ周波数掃引におけるＫを経時的に変化させること（例えば、その符号を交互に変化させて）、及び、両方の変調勾配の間での結果として得られる電気周波数シフトを比較することが挙げられる。
上記の光ＩＱ受信器（５、６）から取得された周波数を減算する１つの例示的な方法は、一方の電流に他方の複素共役を乗算することである。標準的な周波数混合技法が適用され得る。これは、デジタル又はアナログ領域において、及び、潜在的に干渉信号に基づいて、下記に示されるように行われ得る：
１つの実施形態において、これは、図２中に示されるように、第１撮像光ＩＱ（５）及び参照光ＩＱ（６）出力に、又は第１ローパスフィルタセット（１３）出力に接続された１つ又は複数の混合器１２１～１２４を使用して実装することが可能である。上記の４つの乗算項の各々は、周波数差Δｆを有する第１相互変調積（低周波数）、及び、ドップラー周波数
の加算を含む第２相互変調積を含む。
４つの乗算項が結合されるとき、ドップラー周波数の加算に関する項はキャンセルされ、（上記Δｆに従って）自体の周波数において深度情報を含む、低周波数相互変調積のみが出力相互変調積（１６）として残る。
いくつかの実施形態によれば、乗算項の各々のより高い周波数成分は、低周波数相互変調積のみが保持されるように、ローパスフィルタの第２セット（２３）を使用してフィルタリング除去される。これらの低周波数相互変調積は、出力相互変調積（１６）として、（上記Δｆに従って）自体の周波数において深度情報を含む。いくつかの実施形態によれば、出力相互変調積（１６）は、１つ又は複数の非線形増幅器（２５）を使用して増幅される。
図２中で示される実施形態において、１つ又は複数の混合器１２１～１２４は、第１直交成分（８）及び参照同相成分（９）を混合して乗算項（Ｉ１ｑ×Ｉ２ｉ）を与えるように設計された第１混合器１２１、及び、第１同相成分（７）及び参照同相成分（９）を混合して乗算項（Ｉ１ｉ×Ｉ２ｉ）を与えるように設計された第２混合器１２２を含む。
代替的な復調技法において、干渉信号の個別成分、つまり第１同相成分（７）、第１直交成分（８）、及び、参照同相成分の時間微分（９０）及び参照直交成分の時間微分（９１）を生成する時間微分モジュール（１５）により提供される参照干渉信号の微分を扱い、ベースバンド変換及び復調を同時に行うＦＭ復調技法を適合させることができる。
これは、撮像発振器と参照発振器との両方が同じである実施形態において特に有用であり得、なぜならその状況では、上記で表される乗算項における周波数差はΔｆ＝０となり、時間微分を使用することにより、時間微分信号の振幅に周波数エンコードされた深度情報を抽出することができるためである。
例えば、撮像発振器及び参照発振器が同じであるこの場合における、１つ又は複数の混合器（１２１）～（１２４）において実行され得る演算は以下のようになる：
直接周波数混合アプローチと同様に、この場合、上記の４つの乗算項を生成し、それらを結合してＤＣ成分のみを残すことができる、又は代替的に、ローパスフィルタの第２セット（２３）を使用して乗算項の各々のより高い周波数成分をフィルタリング除去し、その振幅において深度及びドップラー情報を含むＤＣ成分のみを保持することができる。
ドップラー情報及び深度情報を分離するべく、ＦＭＣＷ周波数掃引においてＫを経時的に変化させ、例えばその符号を交互に変えて、両方の変調勾配間でその結果として得られるＤＣ成分のシフトを比較することができる。
直接ＦＭ復調の欠点は、このＤＣ値内に対象の反射率（ρｊ）及び周波数シフトが混合される事実である。いくつかの実施形態によれば、これは、振幅を別々に復調することによって対処され得る：
代替的に、撮像発振器及び参照発振器が同じである場合において、（例えば、図２からの第１混合器（１２１）及び第２混合器（１２２）により提供されるような）時間微分前の信号成分及び参照成分の間の乗算項からも対象反射率を取得することができる。
直接ＦＭ復調アプローチの使用に関して、図２は、時間微分モジュール（１５）、及び、第１同相成分（７）及び時間微分された参照直交成分（９１）を混合するように設計された第３混合器（１２３）及び第１直交成分（８）及び時間微分された参照直交成分（９１）を混合するように設計された第４混合器（１２４）を含む１つ又は複数の混合器（１２１）～（１２４）を図示する。従って、図２中の実施形態は、周波数復調及び振幅復調の両方を同時に含む復調方式を提供する。
図３は、複数の撮像チャネル（３）が、同じシーンから来るが、別個の光源（異なる波長のものであるが、シーンから集めたパワーの少なくとも一部とコヒーレントである）と混合された反射光（１１２）から取得される共通の参照チャネル（４）と結合される実装を示している。
図３中に示す方式の利点は、異なる撮像チャネル（３）が復調後に電気領域において（ＩＱデータ内に含まれる）相対位相差を維持することである。これは、異なる方向を回復するべく、当該撮像チャネル（３）から来る復調信号のコヒーレント結合を可能にする。
様々な混合器（図３中でまとめて１２として表される）に対して、異なる構造方式を使用することが可能である。例えば、混合器は、トランスリニア方式に依拠する回路に基づいて、アナログ領域において実装されてもよい。これらの回路のうちの１つは、ギルバートセルであってもよく、その１つの例は図５中に描写されている。この回路は、干渉信号の四象限全てにおいて機能する利点を有する。いくつかの実施形態によれば、セルへの入力が差動であり、且つ電圧ベースであることを考慮すると、上記光ＩＱ受信器（５、６）から来る光電流は、トランスインピーダンス増幅器（１４）によって電圧に増幅され、適切である場合は、アナログ領域において得られてもよい。
ギルバートセルを簡略化するべく、入力信号及び電流バイアスの両方のソースとして平衡差動ペアの光電流を使用することが可能な場合がある。これにより、中間トランスインピーダンス増幅器の必要性が低減することになり、セルを、大規模な集積を実現するための複製に対して更に対応可能にする。いくつかの実施形態によれば、異なる撮像チャネル（３）と混合される撮像発振器（１１１）は、大きな拡張性の問題なしに、単一の撮像入力開口部（１０１）から検出アレイ（例えば、撮像チャネル）上に電圧信号として生成及び分配されることが可能である。
セルの読み出しを簡略化するべく、例えば図６中に示されるように、スイッチトキャパシタ 及び多重化されたビデオ出力を有する集積方式が適用され得る。このようなスイッチトキャパシタ の読み出しは、通常の撮像センサと同様の方法で構成され得る。例えば、スイッチトキャパシタ を列ごとに編成することができ、多重化方式を使用してアナログ値を適切なＡＤＣ回路にルーティングすることができる。
最後に、所望の混合機能を提供するべく、撮像チャネルの各々に向かう光局部発振器の振幅を変調することも可能である。これがなされる場合、光検出後に電子的な混合が必要とされず、これによりシステムの複雑性の点で利点を提供する。いくつかの実施形態によれば、図４中に示されるように、光変調器（１７）が、光局部発振器の振幅を変調するために使用される。１つの実施形態において、光変調器（１７）は、電気光学吸収、マッハツェンダー干渉計又は他のもののいずれに基づくにせよ、光振幅変調器である。
振幅変調がある程度の位相変調を残す場合は、位相変調器が直列に追加され、定位相動作を保証し、参照チャネルにおける望ましくない周波数シフトを回避することができる。振幅変調は、例えば、光増幅器、レーザ電流の変調等を介してといった、様々な方法でも取得され得る。
いくつかの実施形態において、第１同相成分（７）、第１直交成分（８）、参照同相成分（９）及び参照直交成分（１０）は、所望の数学的結果を直接実現するべく、異なるバージョンの信号を用いて乗算され、互いに対して９０°シフトされる。これを物理的に実現するために、各出力混合器（１２）への別々に変調された参照信号の分配を使用してもよい。これらの２つのチャネルに適用される変調も電気領域において直交しているという事実を考慮すると、いくつかの実施形態において、図４中に示されるように、変調信号においてそれらを一緒に加えることが可能である。
いくつかの実施形態によれば、第１同相成分（７）及び第１直交成分（８）の間、又は参照同相成分（９）及び参照直交成分（１０）の間の積は、フィルタリング除去されることができる高周波数相互変調積を生成する。
いくつかの実施形態によれば、振幅情報及び距離情報を分離するべく、光変調器（１７）に適用される変調信号は、深度情報及び／又は信号振幅を選択的に回復するように、（時間微分を用いる又は用いない）異なるモード間で切り替えることができる。この時間領域多重化は、復調信号の切り替えと同期される積分器を有する実装に好適であり得、他の多重化方式（周波数領域多重化、符号多重化等）で置き換えることもできる。撮像チャネル及び参照チャネルの両方における復調信号の切り替えは、スイッチ（２７）を使用して実行され得る。
いくつかの実施形態によれば、図４は、単一の波長の場合に関して、上記で説明された２つの実装オプション、すなわち、光参照信号の振幅変調によるドップラー周波数復調、及び、振幅復調／周波数復調の時間多重化を組み合わせたものを示す。
いくつかの実施形態によれば、光局部発振器信号を（例えば、光変調器１７を使用することによって）変調するのではなく、異なる光学光源チャネルは、１つ又は複数の対象に対して向けられた照射の被変調光源ビームを提供するために変調される。このようにして、光は、１つ又は複数の対象に対して送信される前に、光源で変調される。図１１は、異なる変調を任意の数の光学光源チャネルに提供できる光源変調方式（１１００）を図示する。レーザ光源（１１０２）は、任意の数の１×２光学スプリッタ（１１０４）を使用して、その出力が任意の数の異なるチャネルの間で分割される。レーザ光源（１１０２）は、撮像光（１１０）を生成するために使用される光源（１０２）と同じであってもよい。いくつかの他の実施形態において、光源（１０２）は、光源変調方式（１１００）の全てを表す。
いくつかの実施形態によれば、光源変調方式（１１００）の異なる光源チャネルの各々は、その光信号が半導体光増幅器（ＳＯＡ）１１０６を使用して増幅され、続いて光変調器（１１０８）を使用して変調され得る。いくつかの配置において、光変調器（１１０８）は光源チャネルのうちの１つ又は複数の上でＳＯＡ（１１０６）の前にある。光変調器（１１０８）のうちのいずれも、対応する光信号の位相、周波数、又は、位相及び周波数の両方を変調するように構成され得、その結果、光源チャネルの各々は、他の光源チャネルの光出力（１１１０）に対して独立に変調され得る光出力（１１１０）を提供する。光変調器（１１０８）は、任意のタイプの電気光学変調器であり得る。いくつかの実施形態によれば、１つ又は複数のＳＯＡ（１１０６）、及び／又は、１つ又は複数の光変調器（１１０８）のうちのいずれも、所与の光源チャネルの上で実行されている、振幅、位相、及び／又は周波数の変調に影響を与えるために、参照チャネルからの信号を受信する。いくつかの実施形態によれば、様々な光出力（１１１０）は、１つ又は複数の対象に向けて送信され、図３又は図４中に図示されるように１つ又は複数の対象から撮像チャネル（３）の上で受信される。いくつかの実施形態によれば、様々な撮像チャネル（３）をわたって受信された光は、様々な撮像受信器（５）において、混合器（１２）又は光変調器（１７）の必要なく、撮像発振器（１１１）と混合され得、これは変調が既に光源光に対し実行されたからである。撮像発振器（１１１）は、レーザ光源（１１０２）から生成された光を表し得る。
（例えば、撮像されている対象の高い相対速度に起因して）ドップラーシフトが大きいとき、アレイからの個別の信号のベースバンドへの復調は、非常にスケーラブルだが低速な電子機器読み出しをもたらす。これは、所望の効果を実現するが、特に混合することから結果として得られる潜在的アレイ利得に対し性能が検討されるとき、著しい信号対雑音比（ＳＮＲ）の劣化に悩まされ得る。これは特に、アレイの異なる素子によって集められた信号が、理想的な場合に、光子検出の離散的な性質に由来するショットノイズに支配される、光波長において関連し得る。参照チャネルに、アレイ内の混合器への他の入力に対するいずれのＳＮＲの利点ももたらされない場合、アレイ出力のコヒーレント結合からのアレイ利得は、無効化され得る。更に、素子ごとの低い入力信号ＳＮＲのとき、インコヒーレント復調の特徴である追加の劣化が存在する。これは、一般的なＬＩＤＡＲシステムにおいて、このような構造を使用して実現される範囲を低減し得る。
故に、いくつかの実施形態によれば、追加の信号フィルタ配置は、参照チャネルの上に設けられ、トーンのクリーンなセットをもたらし混合器に対するノイズの影響を最小化する。撮像アレイを読み出すカメラのサンプリング周期は通常、およそ１００μｓ～２０ｍｓであり、単一チャネル参照サンプリングにとって可能であるもの（１ＧＳＰＳを超え得る）よりも何桁もより長いが、多くの他の用途のフレーム更新レート（通常約５０ｍｓ）よりも速くなり得る。従って、いくつかの実施形態によれば、追加のフィルタリングが、例えば長い取得窓、及び、スペクトル中の信号ピークの周辺を中心とする狭いデジタルフィルタを介して、参照信号に対し適用される。
図７は、参照信号のＳＮＲを向上させるために参照チャネルの上に設けられた信号フィルタ配置（７００）の１つの例を図示する。いくつかの実施形態によれば、信号フィルタ配置（７００）は、参照光ＩＱ受信器（６）の後に、しかし信号が例えば混合器（１２）を介して撮像チャネルと混合される前に設けられる。いくつかの実施形態によれば、信号フィルタ配置（７００）は、図４中に図示されるシステム内の参照光ＩＱ受信器（６）の後に設けられ、ここで撮像チャネルの各々に向かう光局部発振器の振幅は、電子的な混合が必要とされない（例えば、混合器１２は必要とされない）ように変調される。いくつかの実施形態によれば、信号フィルタ配置（７００）は、図２～図４のうちのいずれかからの参照チャネルの上に見られるようなトランスインピーダンス増幅器（１４）及びローパスフィルタ（１３）と同じであり得る、トランスインピーダンス増幅器（１４）及びローパスフィルタ（１３）を含む。これらの素子に続き、信号フィルタ配置（７００）は、アナログデジタル変換器（Ａ／Ｄ）（７０２）及び時間的フィルタリングユニット（７０４）を含む。Ａ／Ｄ（７０２）は、トランスインピーダンス増幅器（１４）からのアナログ電圧出力をデジタル信号へと変換する、任意の標準的なアナログデジタル変換器であってもよい。
いくつかの実施形態によれば、時間的フィルタリングユニット（７０４）は、参照信号のＳＮＲを向上させるために参照チャネル信号のサンプルを蓄積しサンプルを平均する、複数の積算器及びフィルタを備える。低振幅、又は所与の閾値を下回る振幅を有する周波数帯域は、ノイズを低減し信号のクリーンな部分を最大化するために抑制される。
向上したＳＮＲを有する、フィルタリングされた参照信号は、時間的フィルタリングユニット（７０４）から出力されるＲｅｆ１として識別される。いくつかの実施形態によれば、Ｒｅｆ１信号は、混合器（１２）を使用して撮像チャネル（撮像アレイ（７０６）として表される）のうちの１つ又は複数と混合される。いくつかの他の実施形態によれば、Ｒｅｆ１信号は、撮像アレイ７０６の様々な撮像チャネル（３）と混合される撮像発振器（１１１）へ光変調器（１７）によって提供される変調に影響を与えるために使用される。いくつかの他の実施形態によれば、Ｒｅｆ１信号は、光源変調方式（１１００）の異なる光源チャネルへ提供される変調に影響を与えるために使用される。どのような場合においても、視野内の各対象のためのクリーンな搬送波が生成され得、当該クリーンな搬送波は更に、チャネルごとの低い入力ＳＮＲレベルに対してさえ、出力ＳＮＲを最適化するために使用され得る。カメラに対する参照チャネルのためのより長いサンプル積算時間は、そのチャネルに、加算性白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）条件下で平均することからの内因性ＳＮＲ利点を与え、その一方で後続の閾値処理及びフィルタリングが、低ＳＮＲ性能レベルを最適化できる。図８は、いくつかの実施形態に係り、カメラのサンプリングレート、及び、信号フィルタ配置（７００）を使用して参照チャネルの上で生成されたより高いサンプリングレートを図示する。
いくつかの実施形態によれば、時間的フィルタリングユニット（７０４）は、単一のトーンが参照チャネル入力ごとに予期され得ることを仮定して、一連の位相同期ループ（ＰＬＬ）を含む。この方式は、撮像された対象が拡大参照サンプル収集窓の最中に、安定周波数を有する搬送波を生成するときに機能し、これは対象が少なくとも積分時間にわたって安定した距離及び相対速度を有することを意味する。安定周波数は、しかし、例えば対象が±１ｇ以上の加速を受けており、且つ、カメラ積分時間が０．１ｍｓ以上である場合、生成されない可能性がある。しかし、フィルタリングステージで数学的にチャープを補償することが可能である。これは、異なる対象加速に対応する、複数のチャープのデジタル化参照信号への並列適用を通してなされ得、各ピークに対する最大値を発見し、次にフィルタリングし、対応するチャープを用いてフィルタリングされた信号を出力としてデジタルプロセッサに適用する。大きな積分窓を有するいくつかの場合において、補償は、位相誤差が時と共により大きくなり、積分からの潜在的利得が増加するにつれて、ますます複雑になる。
複数の対象が同時に撮像されているとき、複数の受信トーンの存在が復調出力のノイズ帯域幅を増加させ、ひいてはアレイの出力に影響を与えるので、状況が変化し、これは信号のコヒーレント結合を無効化し、アレイ内の素子の平方根と共にのみ向上するＳＮＲ性能をもたらし得る。複数の対象に対処する１つの方法は、上記で議論された検出及び復調方式を、１つ又は少数のターゲットのみが所与の時点で反射を生成するような方法での好適な照射制御と結合することである。１つの例において、光源は、シーンをスキャンするために光学位相アレイ（ＯＰＡ）を使用して実装され得る。ＯＰＡは、（例えば、光変調器１１０８を使用して）光源チャネルの各々に適用される位相変調を有する光源変調方式（１１００）を使用して実装され得る。別の例において、特定の方向に対応するサブアレイに光を集束させるレンズを通って入来する光信号の空間フーリエ変換を行うことが可能である。これがシリンドリカルレンズを使用してなされるとき、各サブアレイは、１Ｄコヒーレント受信器アレイになり、撮像される方向の数（及び対応するターゲットの数）は著しくより小さくなる。
図９中に図示されるように、いくつかの実施形態によれば、異なる信号フィルタ配置（９００）は、（例えば、図２～図４のうちの１つにおいて図示されるシステムのうちのいずれかの）参照チャネルの上に設けられ、混合の後により速い取得を可能にする混合器を有する中間アレイを生成し得る。この段階的アプローチは、それがダウンミックス周波数がより高いレートと適合することを可能にするので、周波数内のシフトに対するより優れた許容差を可能にする。サンプリングレートがカメラアレイに対するものより高くなることを考慮すると、この中間アレイは、より少ない数の素子、及びひいてはより低い角度分解能を有し得る。しかし、この中間アレイは、異なるトーンの方向を分解し、方向及び周波数の両方のフィルタリングを、異なる復調出力を用いて適用することが可能であり、このことはマルチターゲット状況においてクラッターを低減してＳＮＲを改善するために有用であり得る。
いくつかの実施形態によれば、信号フィルタ配置（９００）は、図７を参照して上記で議論されたような時間的フィルタリングユニット（７０４）を含む。時間的フィルタリングユニット（７０４）からの出力（Ｒｅｆ１）は依然として、撮像アレイ（７０６）からの撮像チャネルの各々と混合される。しかし、また、信号フィルタ配置（９００）は、追加の参照出力のセット（図９中でＲｅｆ２と総称される）を生成し撮像アレイ（７０６）からの撮像チャネルと混合する。いくつかの実施形態によれば、追加の参照出力（Ｒｅｆ２）の各々は、複数の対象を含むシーンからの受信された光のおおまかな方向に対応する。複数の二次参照チャネル（９０２）は、一連の混合器（９０４）を使用してＲｅｆ１信号と混合される。いくつかの実施形態によれば、複数の二次参照チャネル（９０２）の各々は、それら全てが追加の参照出力（Ｒｅｆ２）のセットを生成するために結合されるときにある程度の方向区別能力を有する撮像アレイ（７０６）のより小さいバージョンを表す。混合器（９０４）からの出力は、第２Ａ／Ｄによって受信され、次に、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）は、より簡単にノイズを信号ピークから区別し、二次参照チャネル（９０２）をチャネル領域へ戻るように変換するべく、ＦＦＴ素子（９０６）を使用して信号に対して実行される。閾値処理／フィルタリングステージ（９０８）は、低振幅又は所与の閾値を下回る振幅を有する周波数成分をフィルタリング除去する（例えば、ノイズ成分を取り除く）ために使用される。いくつかの実施形態によれば、位相調整ステージ（９１０）は、撮像された対象の加速又は減速を補償するためにコヒーレントに信号を蓄積し、参照信号を中間サンプル周期へと分解するために使用される。いくつかの実施形態によれば、生成された追加の参照出力（Ｒｅｆ２）の各々は、撮像アレイ７０６の特定の撮像チャネルの信号と混合され得る。いくつかの他の実施形態によれば、Ｒｅｆ２信号は、光源変調方式（１１００）の異なる光源チャネルへ提供される変調に影響を与えるために使用される。図１０は、いくつかの実施形態に係り、カメラのサンプリングレート、及び、Ｒｅｆ１信号及びＲｅｆ２信号の両方に対して参照チャネルの上で生成されたより高いサンプリングレートを図示し、Ｒｅｆ２信号サンプリングレートは中間サンプリングレートである。
具体的に別段の言及がされない限り、例えば「処理すること（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」、「計算すること（ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）」、「計算すること（ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ）」、「決定すること（ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ）」又はそれらと同様の用語は、コンピュータシステムのレジスタ及び／又はメモリユニット内の物理量（例えば、電子）として表されるデータを、コンピュータシステムのレジスタ、メモリユニット、又は他のこのような情報ストレージ送信又はディスプレイデバイス内の物理量として同様に表される他データへと操作及び／又は変換する、コンピュータ又はコンピューティングデバイス、又は同様の電子コンピューティングデバイスのアクション及び／又はプロセスを指すことが理解され得る。実施形態は、この文脈において限定されない。
「回路（ｃｉｒｃｕｉｔ）」又は「回路（ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）」という用語は、本明細書の任意の実施形態において使用される場合、例えば、単一で又は任意の組み合わせにおいて、ハードワイヤード回路、１つ又は複数の個別命令処理コアを備えるコンピュータプロセッサ等のプログラム可能回路、ステートマシン回路、及び／又は、プログラム可能回路によって実行される命令を格納するファームウェアを含み得る。回路は、本明細書で説明された１つ又は複数の動作を実行する１つ又は複数の命令を実行するように構成されたプロセッサ及び／又はコントローラを含み得る。命令は、例えば、回路に、上述の動作のうちのいずれかを実行させるように構成されたアプリケーション、ソフトウェア、ファームウェア等として具現化されてもよい。ソフトウェアは、コンピュータ可読記憶デバイス上に記録されたソフトウェアパッケージ、コード、命令、命令セット及び／又はデータとして具現化されてもよい。ソフトウェアは、任意の数のプロセスを含むように具現化又は実装されてもよく、プロセスは、更に、任意の数のスレッド等を階層様に含むように具現化又は実装されてもよい。ファームウェアが、メモリデバイス内にハードコードされた（例えば、不揮発性の）、コード、命令又は命令セット、及び／又はデータとして具現化されてもよい。回路は、まとめて又は個別に、例えば、集積回路（ＩＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、システムオンチップ（ＳｏＣ）、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、サーバ、スマートフォン等の、より大きなシステムの一部を形成する回路として具現化され得る。他の実施形態は、プログラム可能制御デバイスによって実行されるソフトウェアとして実装され得る。本明細書で説明されているように、ハードウェア要素、ソフトウェア要素、又はそれらの任意の組み合わせを使用して様々な実施形態が実装されてもよい。ハードウェア要素の例としては、プロセッサ、マイクロプロセッサ、回路、回路素子（例えば、トランジスタ、抵抗器、キャパシタ、及びインダクタ等）、集積回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラム可能ロジックデバイス（ＰＬＤ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、フィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、論理ゲート、レジスタ、半導体デバイス、チップ、マイクロチップ、及びチップセット等が含まれ得る。
本明細書で開示されたシステムのうちのいずれかを参照して議論された様々な電気光学又は電気素子のうちの任意のものが、プレーナ光波回路（ＰＬＣ）又は光集積回路（ＯＩＣ）の上に配置されたコンポーネントであり得る。従って、ＰＬＣ又はＯＩＣは、ＰＬＣ又はＯＩＣ周辺の光をガイドするための、任意の数の集積導波路構造を含み得る。ＰＬＣ又はＯＩＣは、シリコン導波路を使用するシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板を含み得る。いくつかの他の実施形態において、ＰＬＣ又はＯＩＣは、一部の例を挙げると、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、リン化インジウムガリウム（ＩｎＧａＰ）、又は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含む導波路を有するＩＩＩ－Ｖ半導体材料を含む。
Claims (29)
- 抑制されたドップラー周波数シフトを有する光検出測距（ＬＩＤＡＲ）システムであって、前記ＬＩＤＡＲシステムは：
・第１光を発するように構成された少なくとも１つの光源、
・前記光源によって照射された移動対象によって反射される入力反射光を受信するように構成された、少なくとも１つの撮像入力開口部及び前記少なくとも１つの撮像入力開口部に関連付けられた１つの撮像チャネル、
・前記光源によって照射された前記移動対象によって反射される参照反射光を受信するように構成された、少なくとも１つの参照開口部及び前記少なくとも１つの参照開口部に関連付けられた１つの参照チャネル、
・少なくとも１つの撮像発振器、
・前記撮像入力開口部及び前記撮像発振器に関連付けられ、前記入力反射光及び前記撮像発振器の間の干渉信号を取得するように構成された、少なくとも１つの第１撮像光受信器、
・参照発振器、
・前記参照開口部及び前記参照発振器に関連付けられ、前記参照反射光及び前記参照発振器の間の参照干渉信号を取得するように構成された、参照光受信器、
・前記参照光受信器に続いて位置決めされた信号フィルタ配置、ここで前記信号フィルタ配置は、前記参照干渉信号のサンプルを蓄積し前記サンプルを結合して、前記参照干渉信号のＳＮＲを向上させるように構成された、時間的フィルタリングユニットを有する、及び
・前記少なくとも１つの第１撮像光受信器に、及び、前記信号フィルタ配置に接続されており、前記移動対象によって生じるドップラー周波数シフトがキャンセル又は低減されるように、前記干渉信号及び前記参照干渉信号の間の相互変調積を生成するように構成された、少なくとも１つの混合器
を備える、ＬＩＤＡＲシステム。 - 前記少なくとも１つの第１撮像光受信器は、前記入力反射光、及び、第１同相成分及び第１直交成分を含む前記撮像発振器の間の干渉信号を取得するように構成された光ＩＱ受信器であり、前記参照光受信器は、参照同相成分及び参照直交成分を含む参照干渉信号を取得するように構成された光ＩＱ受信器である、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
- 前記参照光受信器に関連付けられており、前記参照同相成分及び前記参照直交成分を時間微分することが意図されている、時間微分モジュールを更に備える、請求項２に記載のＬＩＤＡＲシステム。
- 前記少なくとも１つの混合器は：
・前記第１直交成分及び前記参照同相成分を混合することが意図されている第１混合器、
・前記第１同相成分及び前記参照同相成分を混合することが意図されている第２混合器
を有する、請求項２又は３に記載のＬＩＤＡＲシステム。 - 前記少なくとも１つの混合器は：
・前記第１直交成分及び前記参照直交成分を混合することが意図されている第１混合器、
・前記第１同相成分及び前記参照直交成分を混合することが意図されている第２混合器
を有する、請求項２又は３に記載のＬＩＤＡＲシステム。 - 前記少なくとも１つの混合器は：
・前記第１同相成分及び時間微分された参照直交成分を混合することが意図されている第３混合器、及び
・前記第１直交成分及び前記時間微分された参照直交成分を混合することが意図されている第４混合器
を有する、請求項２から５のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。 - 前記少なくとも１つの混合器は：
・前記第１同相成分及び時間微分された参照同相成分を混合することが意図されている第３混合器、及び
・前記第１直交成分及び前記時間微分された参照同相成分を混合することが意図されている第４混合器
を有する、請求項２から５のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。 - 各混合器に関連付けられたローパスフィルタを更に備える、請求項４から７のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。
- 前記参照発振器及び前記撮像発振器は、共通の原点を共有する、請求項１から８のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。
- 前記参照開口部は前記撮像入力開口部と同じであり、前記参照チャネル及び前記撮像チャネルはスプリッタによりそれから得られる、請求項１から９のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。
- 前記参照発振器の波長は変化のないまま留まり、前記撮像発振器の波長は標準的なＦＭＣＷ（周波数変調連続波：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）方式に従って掃引される、請求項１から１０のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。
- 前記第１撮像光受信器及び前記参照光受信器に関連付けられ、前記干渉信号及び前記参照干渉信号をフィルタリングするように構成された、１つ又は複数のローパスフィルタを更に備える、請求項１から１１のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。
- 前記参照光受信器及び前記第１撮像光受信器に続いて位置決めされ、前記参照同相成分、前記参照直交成分、前記第１同相成分及び前記第１直交成分を増幅するように構成された、トランスインピーダンス増幅器を更に備える、請求項２に記載のＬＩＤＡＲシステム。
- 前記混合器はギルバートセルである、請求項１、又は４～７のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。
- 前記信号フィルタ配置は、前記参照干渉信号を複数の他の参照信号と混合する、請求項１から１４のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。
- 前記時間的フィルタリングユニットは、前記サンプルを平均することによって、前記サンプルを結合するように構成されている、請求項１から１５のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。
- 前記時間的フィルタリングユニットは、一連の位相同期ループ（ＰＬＬ）を使用することによって前記サンプルを結合するように構成されている、請求項１から１６のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。
- ・第１光を発するように構成された少なくとも１つの光源、
・前記光源によって照射された移動対象によって反射される入力反射光を受信するように構成された、少なくとも１つの撮像入力開口部及び前記少なくとも１つの撮像入力開口部に関連付けられた１つの撮像チャネル、
・前記光源によって照射された前記移動対象によって反射される参照反射光を受信するように構成された、少なくとも１つの参照開口部及び前記少なくとも１つの参照開口部に関連付けられた１つの参照チャネル、
・少なくとも１つの撮像発振器、
・前記撮像入力開口部及び前記撮像発振器に関連付けられ、前記入力反射光及び前記撮像発振器の間の干渉信号を取得するように構成された、少なくとも１つの第１撮像光受信器、
・参照発振器、
・前記参照開口部及び前記参照発振器に関連付けられ、前記参照反射光及び前記参照発振器の間の参照干渉信号を取得するように構成された、参照光受信器、
・前記参照光受信器に続いて位置決めされた信号フィルタ配置、ここで前記信号フィルタ配置は、前記参照干渉信号のサンプルを蓄積し前記サンプルを結合して、前記参照干渉信号のＳＮＲを向上させるように構成された、時間的フィルタリングユニットを有する、及び、
・前記少なくとも１つの撮像発振器に接続されており、前記移動対象によって生じるドップラー周波数シフトがキャンセル又は低減されるように、前記干渉信号及び前記参照干渉信号の間の相互変調積が前記少なくとも１つの第１撮像光受信器の出力に出現するように、前記参照チャネルから得られた信号に基づいて、前記少なくとも１つの撮像発振器に振幅又は位相変調を適用するように構成された、光変調器
を備える、ＬＩＤＡＲシステム。 - 前記少なくとも１つの第１撮像光受信器は、前記入力反射光、及び、第１同相成分及び第１直交成分を含む前記撮像発振器の間で干渉信号を取得するように構成された光ＩＱ受信器であり、前記参照光受信器は、参照同相成分及び参照直交成分を含む参照干渉信号を取得するように構成された光ＩＱ受信器である、請求項１８に記載のＬＩＤＡＲシステム。
- 前記参照光受信器及び前記第１撮像光受信器に続いて位置決めされ、前記参照同相成分、前記参照直交成分、前記第１同相成分及び前記第１直交成分を増幅するように構成された、トランスインピーダンス増幅器を更に備える、請求項１９に記載のＬＩＤＡＲシステム。
- 前記参照発振器及び前記撮像発振器は、共通の原点を共有する、請求項１８から２０のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。
- 前記参照開口部は前記撮像入力開口部と同じであり、前記参照チャネル及び前記撮像チャネルはスプリッタによりそれから得られる、請求項１８から２１のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。
- 前記参照発振器の波長は変化のないまま留まり、前記撮像発振器の波長は標準的なＦＭＣＷ（周波数変調連続波：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）方式に従って掃引される、請求項１８から２２のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。
- 前記第１撮像光受信器及び前記参照光受信器に関連付けられ、前記干渉信号及び前記参照干渉信号をフィルタリングするように構成された、１つ又は複数のローパスフィルタを更に備える、請求項１８から２３のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。
- 前記信号フィルタ配置は、前記参照干渉信号を複数の他の参照信号と混合する、請求項１８から２４のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。
- 前記時間的フィルタリングユニットは、前記サンプルを平均することによって、前記サンプルを結合するように構成されている、請求項１８から２５のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。
- 前記時間的フィルタリングユニットは、一連の位相同期ループ（ＰＬＬ）を使用することによって前記サンプルを結合するように構成されている、請求項１８から２６のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム。
- ・第１光を発するように構成された少なくとも１つの光源、
・前記光源によって照射された移動対象によって反射される入力反射光を受信するように構成された、少なくとも１つの撮像入力開口部及び前記少なくとも１つの撮像入力開口部に関連付けられた１つの撮像チャネル、
・前記光源によって照射された前記移動対象によって反射される参照反射光を受信するように構成された、少なくとも１つの参照開口部及び前記少なくとも１つの参照開口部に関連付けられた１つの参照チャネル、
・少なくとも１つの撮像発振器、
・前記撮像入力開口部及び前記撮像発振器に関連付けられ、前記入力反射光及び前記撮像発振器の間の干渉信号を取得するように構成された、少なくとも１つの第１撮像光受信器、
・参照発振器、
・前記参照開口部及び前記参照発振器に関連付けられ、前記参照反射光及び前記参照発振器の間の参照干渉信号を取得するように構成された、参照光受信器、
・前記参照光受信器に続いて位置決めされた信号フィルタ配置、ここで前記信号フィルタ配置は、参照干渉信号のサンプルを蓄積し前記サンプルを結合して、前記参照干渉信号のＳＮＲを向上させるように構成された、時間的フィルタリングユニットを有する、
を備え、
・ここで、前記少なくとも１つの光源が、前記移動対象によって生じるドップラー周波数シフトがキャンセル又は低減されるように、前記干渉信号及び前記参照干渉信号の間の相互変調積が前記少なくとも１つの第１撮像光受信器の出力に出現するように、前記参照チャネルから得られた信号に基づいて、前記発された第１光に振幅又は位相変調を適用するように構成された光源変調方式を有する
ＬＩＤＡＲシステム。 - 請求項１から２８のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステムを使用し、
・移動対象に向けて、第１光を発する段階、
・前記移動対象から来る反射光を受信する段階、
・前記反射光及び撮像発振器の間の第１干渉信号を取得する段階、
・前記反射光及び参照発振器の間の参照干渉信号を取得する段階、
・前記参照干渉信号のサンプルを蓄積する段階、及び、前記参照干渉信号のＳＮＲを向上させるために、前記サンプルを平均する段階、及び
・前記移動対象によって生じるドップラー周波数シフトがキャンセル又は低減されるように、前記第１干渉信号及び前記参照干渉信号の間の相互変調積を取得する段階
を備える、ＬＩＤＡＲシステム内のドップラー周波数シフトを抑制するための方法。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2021/060395 WO2022223112A1 (en) | 2021-04-21 | 2021-04-21 | Lidar system with supressed doppler frequency shift |
Publications (1)
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|---|---|
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (5)
| Country | Link |
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