JP6723327B2 - ライダーシステムにおける飛行時間を測定するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本開示は、ライダーシステムにおける飛行時間を測定するためのシステムおよび方法に関する。

特定のライダーシステムは、比例またはシーケンシャルコンデンサ記憶装置を使用して、例えば、ライダーパスルの飛行時間を測定することができる。比例またはシーケンシャルコンデンサ記憶装置は、高Ｓ／Ｎ比のアナログデジタル変換器または多数のストレージコンデンサを必要とすることがある。

ライダーシステムを使用して、標的領域内の１つ以上の対象までの距離を測定することができる。ライダーシステムは光パルスを放出することができ、光パルスは、標的領域内の対象によって反射され得る。反射光は、フォトダイオードなどの受光素子により受信され得る。次に、ライダーシステムは、光パルスが標的領域まで移動して戻ってくるのにかかった時間を決定することができる。この時間は、飛行時間と呼ばれることがある。特定のシステムでは、記憶装置を使用して、受光素子から受け取った電荷を蓄えることができ、各記憶素子を１つの時間間隔に対応させることができる。そのようなシステム内の記憶素子の数を増やすことにより、飛行時間をより正確に測定することができる。しかし、記憶素子の数を増やすと、集積回路上のかなりのスペース、例えば、ＩＣチップ面積の１／３ものスペースが不必要に使われることがあり、また、タイミングツリーのバランスの問題に悩まされることもある。タイミングツリーのバランスの問題は、多数のコンデンサをチップの異なる領域に分配することができ、それにより、例えば、クロック信号の経路または制御信号の経路に大きな変化がもたらされる可能性がある場合に、発生し得る。クロック信号の経路、または制御信号の経路の大きな変化は、タイミングおよびルーティングのバランス取りの難しさにつながる可能性がある。本発明者らは、所望の飛行時間分解能を維持しながら、低減された数の記憶素子を使用することができるライダーシステムの必要性を、特に認識している。

本開示は、１つの態様で、ライダーシステムにおける光ビームの往復移動時間を測定する方法を特徴付けることができる。方法には、第１の記憶素子グループ内の個々の記憶素子をアクティブ化することを含むことができる。個々の各記憶素子は、複数の第１の時間間隔の間、アクティブ化することができる。複数の第１の時間間隔の各々は、第１の継続時間を有することができる。方法には、第２の記憶素子グループ内の個々の記憶素子をアクティブ化することを含むことができる。個々の各記憶素子は、複数の第２の時間間隔の１つの間、アクティブ化することができる。複数の第２の時間間隔の各々は、第１の継続時間より長い第２の継続時間を有することができる。方法には、例えば、光ビームの受信された部分に対応する、第１および第２の記憶素子グループから決定される個々の記憶素子に基づいて、光ビームの往復移動時間を決定することも含むことができる。第１および第２の記憶素子グループから決定された個々の記憶素子の各々は、往復移動時間の異なる桁に対応させることができる。第２の継続時間は、第１の継続時間の長さの少なくとも２倍にすることができる。方法には、例えば、光ビームの受信された部分に対応する複数の第１の時間間隔の間アクティブ化され得る、第１の記憶素子グループから個々の記憶素子を決定することを含むことができる。方法には、例えば、光ビームの受信された部分に対応する第２の時間間隔のうちの１つの間アクティブ化され得る、第２の記憶素子グループから個々の記憶素子を決定することを含むことができる。方法には、光ビームの受信された部分に対応する、第１のグループからのｎ番目の素子、および第２のグループからのｍ番目の素子を決定することと、例えば、ｎと第１の時間間隔の長さとの積と、ｍと第２の時間間隔の長さとの積とを合計することにより往復移動時間を決定することと、を含むことができる。

本開示は、１つの態様で、ライダーシステムにおける光ビームの往復移動時間を決定する方法を特徴付けることができる。方法には、連続する記憶素子グループ内の個々の記憶素子をアクティブ化することであって、あるグループ内の記憶素子は、前のグループ内の記憶素子よりも長い時間間隔の間アクティブ化され得る、アクティブ化することを含むことができる。方法には、例えば、光ビームの受信された部分に対応する、連続する記憶素子グループの各々から決定された個々の記憶素子に基づいて、光ビームの往復移動時間を決定することを含むことができる。記憶素子は、前のグループ内の記憶素子がアクティブ化される時間間隔の長さの少なくとも２倍の時間間隔の間、アクティブ化することができる。方法には、連続する記憶素子グループのうちの第１のグループ内の個々の記憶素子を繰り返しアクティブ化することを含むことができる。連続する記憶素子グループのうちの第２のグループ内の記憶素子は、連続する記憶素子グループのうちの第１のグループ内の個々の記憶素子の各々のアクティブ化に対応するような時間間隔の間、繰り返しアクティブ化することができる。方法には、連続する記憶素子グループのうちの少なくとも１つの中の個々の記憶素子を、可変の時間間隔の間、アクティブ化することを含むことができる。方法には、連続する記憶素子グループのうちの少なくとも１つの中の個々の記憶素子を、指数関数的に変化する時間間隔の間アクティブ化することを含むことができる。連続する記憶素子グループの各々は、前の記憶素子グループよりも指数関数的に少ない数の記憶素子を含むことができる。

本開示は、１つの態様で、ライダーシステムにおける光パルスの往復移動時間を決定するためのシステムを特徴付けることができる。システムは、標的に向かって光パルスを放出するように構成することが可能な光送信システムを含むことができる。システムは、標的からの光パルスを受信するように構成することが可能な受信器を含むことができる。システムは、第１の記憶素子グループを含むことができる。システムは、第２の記憶素子グループを含むことができる。システムは、第１の記憶素子グループ内の個々の記憶素子をアクティブ化するように構成することが可能な制御回路を含むことができる。個々の各記憶素子は、対応する複数の第１の時間間隔の間、アクティブ化することができる。対応する第１の時間間隔の各々は、第１の継続時間を有することができる。制御回路は、第２の記憶素子グループ内の個々の記憶素子をアクティブ化するように構成することができる。個々の各記憶素子は、複数の第２の時間間隔の１つの間、アクティブ化することができる。複数の第２の時間間隔の各々は、第１の継続時間より長い第２の継続時間を有することができる。制御回路は、例えば、光パルスの受信された部分に対応する、第１および第２の記憶素子グループから個々の記憶素子に基づいて、光パルスの往復移動時間を決定するように構成することができる。第１の記憶素子グループを、往復移動時間の第１の桁に対応させ、第２の記憶素子グループを、往復移動時間の第２の桁に対応させることができる。第１のグループおよび第２のグループの記憶素子は、デシマルツリーまたはバイナリツリー構造に配置することができる。制御回路は、例えば、光ビームの受信された部分に対応する複数の第１の時間間隔の間アクティブ化され得る、第１の記憶素子グループの中の個々の記憶素子を決定するように構成することができる。制御回路は、例えば、光ビームの受信された部分に対応する第２の時間間隔のうちの１つの間アクティブ化され得る、第２の記憶素子グループの中の個々の記憶素子を決定するように構成することができる。制御回路は、光ビームの受信された部分に対応する、第１のグループの中のｎ番目の素子、および第２のグループの中のｍ番目の素子を決定し、例えば、ｎと第１の時間間隔の長さとの積と、ｍと第２の時間間隔の長さとの積とを合計することにより、往復移動時間を決定するように構成することができる。第１の記憶素子グループの数は、第２の記憶素子グループ内の記憶素子の数よりも指数関数的に多くすることができる。システムは、第３の記憶素子グループを含むことができる。制御回路は、第３の記憶素子グループ内の個々の記憶素子をアクティブ化するように構成することができる。個々の各記憶素子は、複数の第３の時間間隔の１つの間、アクティブ化することができる。複数の第３の時間間隔の各々は、第１の継続時間よりも短い第３の継続時間を有することができる。制御回路は、例えば、光パルスの受信された部分に対応する、第１、第２および第３の記憶素子グループからの個々の記憶素子に基づいて、光パルスの往復移動時間を決定するように構成することができる。

ここで、添付の図面を参照しながら、実施例を通して本開示を説明する。

ライダーシステムの例を図示する。 ライダーシステにおいて飛行距離を決定する例を図示する。 ライダーシステムにおける記憶素子の動作の例を図示する。 ライダーシステムの動作の例を図示する。 ライダーシステムの動作の例を図示する。 ライダーシステムの動作の例を図示する。 ライダーシステムの動作の例を図示する。 ライダーシステムの動作方法の例を図示する。

ライダーシステムは、標的領域内の対象により反射され、フォトダイオードなどの受光素子によって受信することが可能な光パルスを放出して、標的領域内の１つ以上の対象までの距離を測定するのに使用することができる。ライダーシステムはその際、各記憶素子を１つ以上の時間間隔に対応させることができ、受光素子から受信された電荷を蓄えるための、低減された数の記憶素子を使用して、光パルスが標的領域まで移動して戻ってくるのにかかる飛行時間を、所望の飛行時間分解能を維持しながら、決定することができる。記憶素子の数の低減は、１つ以上の記憶素子グループを提供することにより行うことができる。ライダーシステムで受信された光に対応する電荷を蓄えるように、１つ以上の記憶素子グループを動作させることができる。各記憶素子グループを、飛行時間の数値の１つの桁に対応させることができる。

図１Ａは、ライダーシステム１００の各部を例示したものである。ライダーシステム１００は、タイマー１０４、ドライバ１０８、放出光パルス１１６を、光学系１２０を介して標的１２４に向けて提供するための送信器１１２、受信器１２８、トランスインピーダンスアンプ１３２、乗算器１３６、ストレージアレイ１４０、マルチプレクサ１４４、アナログデジタル変換器１４８、バッファ１５２、インターフェース１５６およびプロセッサ１６０を含む、または使用することができる。送信器１１２は、１つ以上の赤外線発光ダイオードまたは赤外線レーザーダイオードを含むことができる。受信器１２８、１つ以上のフォトダイオード（例えば、フォトダイオードアレイ）を含むことができる。タイマー１０４は、ドライバ１０８およびストレージアレイ１４０に接続することができる。ドライバ１０８は、送信器１１２に接続することができる。受信器１２８は、トランスインピーダンスアンプ１３２に接続することができる。トランスインピーダンスアンプ１３２は、乗算器１３６に接続することができる。乗算器１３６は、ストレージアレイ１４０に接続することができる。ストレージアレイは、マルチプレクサ１４４に接続することができる。マルチプレクサ１４４は、アナログデジタル変換器１４８に接続することができる。アナログ−デジタル変換器１４８は、バッファ１５２に接続することができる。バッファ１５２は、インターフェース１５６に接続することができる。インターフェース１５６は、プロセッサ１６０に接続することができる。タイマー１０４は、動作中、電気信号をドライバ１０８に提供することができ、それに応じて、ドライバ１０８は、電気駆動信号を送信器１１２に提供することができる。次に、送信器１１２は、電気駆動信号に応答して、放出光パルス１１６を提供することができる。次に、放出光パルス１１６は、標的１２４に向かって進む前に、光学系１２０（例えば、１つ以上のレンズ）を通過することができる。標的１２４は、放出光パルス１１６の一部を反射または散乱することができる。受信器１２８は、放出光パルスの一部に対応する、反射または散乱された光パルス１２６を、標的１２４から受信することができる。次に、受信光パルス１２６は、例えば、トランスインピーダンスアンプ１３２によって電圧に変換され、この電圧は、乗算器１３６により増大させることができる。乗算器１３６の出力は、ストレージアレイ１４０に提供されて、例えば、アレイの中の１つ以上のコンデンサを帯電させることができる。タイマー１０４は、例えば、１つ以上の帯電用コンデンサを選択またはアクティブ化するために使用できる、時間的に変化する電気信号をストレージアレイ１４０に提供することができる。１つ以上のコンデンサに蓄えられた電荷は、放出光パルス１１６の受信された部分の到着に対応させることができる。次に、コンデンサに蓄えられた電荷は、マルチプレクサ１４４に提供することができ、その結果得られた信号は、アナログデジタル変換器１４８によってデジタル化することができ、例えば、バッファ１５２および１５６を介して、プロセッサ１６０に提供することができる。次に、プロセッサ１６０は、受信光パルス１２６に、どのコンデンサが対応するかを決定することができる。次に、どのコンデンサが受信光パルス１２６に対応するかに関する、この決定に基づいて、放出光パルス１１６の往復移動時間を決定することができる。

図１Ｂは、例えば、式
に従って、標的１２４までの距離を決定できる方法の例を図示したものである。式中、ｄはライダーシステム１００から標的１２４までの距離を、ｔは往復移動時間を、ｃは光速を表す。受信器１２８がフォトダイオードアレイを含む例では、標的１２４に対応する、２次元の視野内の各セグメントについて、距離を決定することができる。次に、そのような情報を使用して、標的に対応する、３次元の画像を再構築することができる。

図１Ｃは、以下に説明されているバイナリツリー構造のような、バイナリまたは他のツリー構造内で重なり合い得る、異なる時間エポック１４１、１４２、１４３に従って信号を記録するために使用される、ストレージアレイ１４０内のコンデンサをグループ化して、ストレージアレイ１４０を動作させる例の、より詳細な図表を示す。ストレージアレイ１４０は、例えば、第１のグループ１５３、第２のグループ１５２、および第３のグループ１５１のような、１つ以上の記憶素子グループを含むことができる。本明細書においては３つのグループが記載されているが、任意の数のグループを使用することができる。これらの異なるグループは、反射されたライダーパルスを受信するための異なる時間エポックを表すように構成することができ、本明細書で説明されるような、例えば、２進、１０進などの特定の番号体系の数の「桁の値」を表すように、時間的に重なり合うように配置することができる。図１Ｃに示したようなバイナリツリーの例では、第１のグループ１５３は、２つの記憶素子１５３ａおよび１５３ｂを含むことができ、第２のグループ１５２は、２つの記憶素子１５２ａおよび１５２ｂを含むことができ、第３のグループ１５１は、２つの記憶素子１５１ａおよび１５１ｂを含むことができる。各グループは２つの記憶素子を有するものとして示されているが、任意の数の記憶素子を使用することができる。記憶素子当たりのアクティブ化の回数は、例えば、異なる時間エポックを表すように、グループごとに変えることができる。アクティブ化されている間、各記憶素子は電荷を蓄えることができる。標的１２４に対応する２次元の視野内で距離を決定した後、記憶素子を放電および／またはリセットすることができる。

図１Ｃに示したバイナリツリーの例では、記憶素子当たりのアクティブ化の回数は、指数関数的に変えることができる。例えば、第１のグループ１５３内の各記憶素子１５３ａおよび１５３ｂは、２^２回交互にアクティブ化して、グループ１の時間エポック１４３ａ−ｈを交互に表すことができる。第２のグループ１５２内の各記憶素子１５２ａおよび１５２３ｂは、２^１回交互にアクティブ化して、グループ２の時間エポック１４２ａ−ｄを交互に表すことができる。第３のグループ内の各記憶素子１５１ａおよび１５１ｂは、２^０回交互にアクティブ化して、グループ３の時間エポック１４３ａ−ｂを交互に表すことができる。

図１Ｃに示したバイナリツリーの例の動作では、タイマー１０４は、第１のグループ１５３の記憶素子１５３ａおよび１５３ｂの対のうちの１つの記憶素子だけが、時間間隔１４３ａ−ｈの各々の間アクティブ化されるように、第１のグループ１５３の記憶素子を交互にアクティブ化することができる。第１のグループ１５３の記憶素子の対のうちの第１の記憶素子１５３ａは、１４３ａ、１４３ｃ、１４３ｅおよび１４３ｇと名付けられた時間間隔の間、アクティブ化することができる。第１のグループの記憶素子の対のうちの第２の記憶素子１５３ｂは、１４３ｂ、１４３ｄ、１４３ｆおよび１４３ｈと名付けられた時間間隔の間、アクティブ化することができる。

同様に、図１Ｃに示したバイナリツリーの例の動作では、タイマー１０４は、第２のグループ１５２の記憶素子１５２ａおよび１５２ｂの対のうちの１つの記憶素子だけが、時間間隔１４２ａ−ｄの各々の間アクティブ化されるように、第２のグループ１５２の記憶素子を交互にアクティブ化することができる。第２のグループ１５２の記憶素子の対のうちの第１の記憶素子１５２ａは、１４２ａおよび１４２ｃと名付けられた時間間隔の間アクティブ化することができ、第２のグループ１５２の記憶素子の対のうちの第２の記憶素子１５２ｂは、１４２ｂおよび１４３ｄと名付けられた時間間隔の間アクティブ化することができる。

同様に、図１Ｃに示したバイナリツリーの例の動作では、タイマー１０４は、第３のグループ１５１の記憶素子１５１ａおよび１５１ｂの対のうちの１つの記憶素子だけが、時間間隔１４１ａ−ｂの各々の間クティブ化されるように、第３のグループ１５１の記憶素子をアクティブ化することができる。第３のグループ１５１の記憶素子の対のうちの第１の記憶素子１５１ａは、１４１ａと名付けられた時間間隔の間アクティブ化することができ、第３のグループの記憶素子の対のうちの第２の記憶素子１５１ｂは、１４１ｂと名付けられた時間間隔の間アクティブ化することができる。

受信パルス１２８に対応する電荷は、第１、第２、および第３のグループからアクティブ化された素子に蓄えることができる。図１Ｃに示したバイナリツリーの例では、時間間隔１４３ｄの間、第１のグループ１５３の第２の素子１５３ｂに電荷を蓄えることができ、時間間隔１４２ｂの間、第２のグループ１５２の第２の素子１５２ｂに電荷を蓄えることができ、時間間隔１４１ａの間、第３グループ１５１の第１の素子１５１ａに電荷を蓄えることができる。次に、プロセッサは、ストレージアレイ１４０の中のどの素子が、受信されたライダーパルス１２６に対応する電荷を蓄えているかに基づいて、放出ライダーパルス１１６から受信パルス１２６までの飛行時間を決定することができる。図１Ｃに示した例では、グループの各々が、２進数の１桁を表すことができる。各グループにおいて、グループ内の第１の素子に蓄えられた電荷は、２進数のゼロに対応させることができ、グループ内の第２の素子に蓄えられた電荷は、２進数の１に対応させることができる。このように、図１Ｂに示した例では、ライダーパルス１１６の飛行時間は、２進数「０１１」で表すことができる。

図２Ａは、本明細書で説明されるような、グループ化されたバイナリツリー、または他のグループ化されたツリーのアプローチではなく、グループ化されない比例またはシーケンシャルコンデンサアレイのアプローチの動作の例を示したものである。比例またはシーケンシャルコンデンサアレイアのアプローチでは、時間分解能は、各コンデンサを１つのユニークな時間間隔にマップすることができる、アレイ内のコンデンサの数に比例し得る。駆動パルス２０４は、送信器１１２などの送信器により、標的に向けて放出することができる。反射パルス２０８は、受信器１２８などの受信器により、受信することができる。ストレージアレイ１４０などのストレージアレイは、反射されたパルスを受信するために予想される飛行時間の間隔にわたる一群の連続した時間間隔の中の単一の時間間隔の間各コンデンサをアクティブ化することができる、グループ化されていないコンデンサアレイを含むことができる。例えば、ストレージアレイは、１００個のコンデンサの、グループ化されていないアレイを含むことができる。グループ化されていないアプローチでは、本明細書で説明されるようなバイナリまたは他のツリーのアプローチと比較すると、タイマー１０４などのタイマーは、例えば、スイッチング素子またはスイッチング素子アレイを使用して、１００個のコンデンサのうちの各１個を、指定された時間間隔（例えば、２ｎｓ）の間、順次連続的にアクティブ化することができる。例えば、制御パルス２１２を使用して、第１のコンデンサを第１の時間間隔の間アクティブ化することができ、制御パルス２１６を使用して、第２の時間間隔の間第２のコンデンサをアクティブ化することができ、制御パルス２２０を使用して、第３の時間間隔の間第３のコンデンサ２２０をアクティブ化することができ、以下、制御パルス２２４を使用して、反射パルスの予想される飛行時間にわたる全時間間隔の中の第１００の時間間隔の間第１００のコンデンサをアクティブ化することができるまで、同様にすることができる。受信器によって受信された反射パルスに対応する電荷は、コンデンサのうちの１つに、アクティブ化されている間、蓄えることができる。飛行時間は、蓄えられた電荷を有するコンデンサから決定することができる。飛行時間は、ライダーシステムによって放出された駆動パルス２０４の前縁と、ライダーシステムによって受信された反射パルス２０８の前縁との間の差に対応させることができる。図２Ａに示した比較例では、各コンデンサが２ｎｓの時間間隔の間アクティブ化される場合、グループ化されていない比例またはシーケンシャルコンデンサアレイの分解能は、３０ｍの距離全域で３０ｃｍになる可能性がある。

図２Ｂは、低減された数の記憶素子（例えば、コンデンサ）が、バイナリまたは他のツリー配置にグループ化でき、図２Ａに示したグループ化されていない比例またはシーケンシャルの例と同じ精度を達成するために使用できる、ライダーシステムの動作の例を図示したものである。図２Ｂに示したような例示的なグループ化の例では、例えば、コンデンサの数を２＊ｎ^１／２に減らすために、コンデンサを２つのグループに分けることができる。ここで、ｎは、図２Ａに示したグループ化されていない比較例におけるコンデンサの数を表す。コンデンサを３つのグループに分けることができる例では、コンデンサの数を３＊ｎ^１／３に減らすことができる。ここで、ｎは、図２Ａに示したグループ化されていない比較例におけるコンデンサの数を表す。コンデンサをｍ個のグループに分けることができる例では、コンデンサの数をｍ＊ｎ^１／ｍに減らすことができる。ここで、ｎは、図２Ａに示したグループ化されていない比較例におけるコンデンサの数を表す。

図２Ｂに示した例では、第１のグループ内の１０個のコンデンサおよび第２のグループ内の１０個のコンデンサが、３０ｍの距離の全域で３０ｃｍの分解能を提供することができる。かかる例では、第１のコンデンサグループが、飛行時間の第１の１０進数の桁を表すことができ、第２のコンデンサグループが、飛行時間の第２の１０進数の桁を表すことができる。より一般には、第１のグループのコンデンサの数は、第１のグループが表す桁の基数に対応させることができ、第２のグループのコンデンサの数は、第２のグループが表す桁の基数に対応させることができる。駆動パルス２０４は、送信器１１２などの送信器により、標的に向けて放出することができる。反射パルス２０８は、受信器１２８のような受信器により、受信することができる。一連の制御パルス２２８は、第１のグループ内のコンデンサを順次にアクティブ化することができる。受信器によって受信された反射パルスに対応する電荷は、第１のグループのコンデンサのうちの１つに、アクティブ化されている間、蓄えることができる。第１のグループ内の個々のコンデンサは、２ｎｓの時間間隔の間、アクティブ化することができる。アクティブ化のシーケンスはある回数繰り返すことができ、この回数は、第２のグループの素子の数に対応させることができる。一連の制御パルス２３２は、第２のグループ内のコンデンサを順次アクティブ化することができる。受信器によって受信された反射パルスに対応する電荷は、第２のグループのコンデンサのうちの１つに、アクティブ化されている間、蓄えることができる。第２のグループ内のコンデンサは、２０ｎｓの時間間隔の間アクティブ化することができ、第２のグループ内の各コンデンサがアクティブ化されている間、第１のグループ内の全てのコンデンサを順次アクティブ化することができる。第２のグループ内の全てのコンデンサがアクティブ化された後、プロセッサ１６０のようなプロセッサは、受信パルスに対応する、蓄えられた電荷を有する、第１のグループ内の１つのコンデンサ、および蓄えられた電荷を有する、第２のグループ内の１つのコンデンサを決定することができる。次に、決定されたコンデンサから、飛行時間を計算することができる。飛行時間は、ライダーシステムによって放出された駆動パルス２０４の前縁と、ライダーシステムによって受信された反射パルス２０８の前縁との間の差に対応させることができる。

ライダーシステムでは、ライダーシステムと標的との間の距離が増加すると、反射パルスの強さ（例えば、強度）が減少する可能性がある。反射パルスの強度は、距離の２乗で、あるいは、前述したように、飛行時間と距離は式
により関連させることができるので、同様に、測定された飛行時間の２乗で、減少することがある。図２Ｃは、例えば、飛行時間が長くなると起り得る信号強度の低下を補償するために、記憶素子（例えば、コンデンサ）のアクティベーション時間を変えることができるライダーシステムの動作の例を図示したものである。記憶素子のアクティベーション時間は、飛行時間の２乗で変えることができる。図２Ｂに示した例と同様に、コンデンサは２つのグループに分けることができる。駆動パルス２０４は、送信器１１２などの送信器により、標的に向けて放出することができる。反射パルス２０８は、受信器１２８のような受信器により、受信することができる。一連の制御パルス２２８は、第１のグループ内のコンデンサを、連続的に増加する時間間隔の間、アクティブ化することができる。第１の制御信号２３６ａは、１ｎｓの時間、第１のグループ内の第１のコンデンサをアクティブ化することができ、第２の制御信号２３６ｂは、２ｎｓの時間、第１のグループ内の第２のコンデンサをアクティブ化することができ、第３の制御信号２３６ｃは、４ｎｓの時間、第１のグループ内の第３のコンデンサをアクティブ化することができ、第４の制御信号２３６ｄは、８ｎｓの時間、第１のグループ内の第４のコンデンサをアクティブ化することができる。次いで、第１の制御信号２３６ａはさらに、１６ｎｓの時間、第１のグループ内の第１のコンデンサをアクティブ化することができ、第２の制御信号２３６ｂは、３２ｎｓの時間、第１のグループ内の第２のコンデンサをアクティブ化することができ、第３の制御信号２３６ｃは、６４ｎｓの時間、第１のグループ内の第３のコンデンサをアクティブ化することができ、第４の制御信号２３６ｄは、１２８ｎｓの時間、第１のグループ内の第４のコンデンサをアクティブ化することができる。一連の制御パルス２４０は、連続的に増加する時間間隔の間、第２のグループ内のコンデンサをアクティブ化することができる。第１の制御信号２４０ａは、１５ｎｓの時間、第２のグループ内の第１のコンデンサをアクティブ化することができる。ここで、１５ｎｓは、第１のグループの第１のアクティベーションの合計（例えば、１ｎｓ＋２ｎｓ＋４ｎｓ＋８ｎｓ）に対応させることができる。第２の制御信号２４０ｂは、２４０ｎｓの時間、第２のグループ内の第２のコンデンサをアクティブ化することができる。ここで、２４０ｎｓは、第１のグループの第２のアクティベーションの合計（例えば、１６ｎｓ＋３２ｎｓ＋６４ｎｓ＋１２８ｎｓ）に対応させることができる。受信器によって受信された反射パルスに対応する電荷は、アクティブ化されている間、コンデンサに蓄えることができる。第１および第２のグループ内のコンデンサのアクティベーション時間を増加させることにより、ライダーシステムと標的との間の距離の増加に対応する、より遅い時間に受信される反射信号の強度の低下を補償することができる。

図２Ｄは、例えば、飛行時間が長くなると起り得る信号強度の低下を補償するために、記憶素子（例えば、コンデンサ）のアクティベーション時間を、一連の間隔内で変えることができる、ライダーシステムの動作方法の例を図示したものである。第１のグループ１６２は、４つの記憶素子１６２ａ−１６２ｄを含むことができ、第２のグループ１６１は、２つの記憶素子１６１ａおよび１６１ｂを含むことができる。アクティブ化されている間、各記憶素子は電荷を蓄えることができる。標的１２４に対応する２次元の視野内で距離を決定した後、記憶素子を放電および／またはリセットすることができる。

図２Ｄに示した例では、記憶素子は、飛行時間の増加に伴って増加する時間、アクティブ化することができる。記憶素子の各々は、２回アクティブ化することができる。例えば、第１のグループ１６２の各記憶素子１６２ａ−１６２ｄを順番にアクティブ化して、グループ１の時間エポック１７２ａ−ｈを順番に表すことができる。第２のグループ１６２の各記憶素子１６１ａおよび１６２ｂを交互にアクティブ化して、グループ２の時間エポック１７２ａ−ｂを交互に表すことができる。

受信パルス１２８に対応する電荷は、第１および第２のグループ内のアクティブ化されている素子に蓄えることができる。図２Ｄに示したな例では、時間間隔１７２ｆの間、第１のグループ１６２の第２の素子１６２ｂに電荷を蓄えることができ、時間間隔１７１ｂの間、第２のグループ１６１の第２の素子１６１ｂに電荷を蓄えることができる。次に、プロセッサは、ストレージアレイ１７０内のどの素子が、放出されたライダーパルス１１６に対応する電荷を蓄えているかに基づいて、放出されたライダーパルス１１６の飛行時間を決定することができる。図２Ｄに示した例では、ライダーパルス１１６の飛行時間は、時間間隔１７２ｆの間の、第２の素子１６２ｂのアクティブ化に対応する３２ｎｓのウィンドウ内にあると決定することができる。３２ｎｓのウィンドウは、３１ｎｓから６２ｎｓまでに及ぶ飛行時間に対応させることができる。図２Ｄに図した例から分かるように、飛行時間が増加した場合、反射パルスの強度の低下を補償するために、記憶素子のアクティベーション時間を増加させることができるが、飛行時間の分解能が低下する可能性がある。

図３は、ライダーシステム１００のようなライダーシステムの動作方法を例示したものである。ライダーシステムは、光パルス１１６のような光パルスを、標的１２４のような標的に向けて放出することができる（ステップ３１０）。受信器１２８のような受信器は、標的によって反射または散乱された、光パルスの一部を受信することができる。受信された光パルスは、例えば、トランスインピーダンスアンプを使用して、電圧に変換することができる。この電圧を使用して、１つ以上のグループの記憶素子に電荷を蓄えることができる。例えば、受信された光パルスに対応する電荷を、１つ以上のアクティブ化された記憶素子に蓄えるために、第１のグループ内の１つ以上の記憶素子をアクティブ化することができる（ステップ３２０）。第１のグループ内の各記憶素子は、複数の第１の時間間隔（例えば、１ｎｓの時間間隔）の間、アクティブ化することができる。第１のグループ内の記憶素子は、飛行時間の第１の桁に対応させることができる。例えば、受信された光パルスに対応する電荷を、１つ以上のアクティブ化された記憶素子に蓄えるために、第２のグループ内の１つ以上の記憶素子をアクティブ化することができる（ステップ３３０）。第２のグループ内の記憶素子は、複数の第２の時間間隔（例えば、１０ｎｓの時間間隔）のうちの１つの間、アクティブ化することができる。第２のグループ内の記憶素子は、飛行時間の第２の桁に対応させることができる。全ての記憶素子は、複数の第２の時間間隔の各々の間、順次アクティブ化することができる。第２の時間間隔の各々の継続時間は、第１の時間間隔の継続時間の少なくとも２倍にすることができる。蓄えられた電荷を有する記憶素子から、飛行時間を決定することができ、標的までの距離を、飛行時間から決定することができる。（ステップ３４０）。蓄えられた電荷をどの記憶素子が有しているかに基づいて、光ビームの受信された部分に対応する、第１の記憶素子グループのｎ番目の素子、および第２の記憶素子グループのｍ番目の素子を決定することができる。次に、ｎと第１の時間間隔の長さとの積、およびｍと第２の時間間隔の長さとの積を合計することにより、往復移動時間を決定することができる。

本明細書で説明されている非限定的な態様の各々は、それ自体で成立する、または、１つ以上の他の実施例と様々な並べ替えもしくは組み合わせで組み合わることができる。上述した詳細な説明は、詳細な説明の一部を形成する添付の図面への参照を含んでいる。図面には、本発明を実施することのできる具体的な実施形態が、例証として示されている。本明細書では、これらの実施形態もまた「例」と称している。こうした例は、図示または記載されているものに加えて、他の要素を含むことがある。ただし、本発明者は、図示または記載されている要素のみ提供される例も企図している。さらに、本発明者は、特定の例（もしくはその１つまたは複数の特徴）について、または本明細書で図示もしくは記載されている他の例（もしくはその１つまたは複数の特徴）について、図示または記載されている要素を任意に組み合わせた、または並び替えた例（またはその１つまたは複数の特徴）を使用する例も企図している。本文書と、参照により組み込まれた文献との間に矛盾した用法がある場合、本文書における用法が優先する。

本文書中では、特許文献では一般的であるように、「少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」もしくは「１つまたは複数（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」の任意の他の事例または使用とは無関係に、「１つの（ａまたはａｎ）」の用語を１つ、または１つよりも多くのものを含むように使用している。本文書では、用語「または（ｏｒ）」は、別段の指示がない限り、「ＡまたはＢ」が、「ＡだがＢではない」、「ＢだがＡではない」、ならびに「ＡおよびＢ」を含むような非排他的な「または」を指すように用いられる。本文書では、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「ここで（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」なる用語はそれぞれ、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「そこで（ｗｈｅｒｅｉｎ）」という用語の平易な英語の等価物として使用されている。また、以下の特許請求の範囲においては、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語はオープンエンド形態である。すなわち、請求項中のそのような用語の後に列挙された要素に加えて、さらに要素を含むシステム、デバイス、物品、組成、製剤または処理も、依然としてその請求項の範囲内に入るものとみなされる。さらに、以下の特許請求の範囲において、「第１」、「第２」、および「第３」などの用語は、単にラベルとして使用されており、それらの対象に数的要件を課すことを意図したものではない。

本明細書に記載されている方法の例は、少なくとも部分的に、機械またはコンピュータで実施することが可能である。いくつかの例には、上記の例で説明した方法を実施するための電子デバイスを構成するのに使用可能な命令を用いてコード化した、コンピュータ可読な媒体、または機械可読な媒体が含まれることがある。こうした方法の実施には、マイクロコード、アセンブリ言語コード、高水準言語コードなどのコードが含まれることがある。こうしたコードには、様々な方法を実行するためのコンピュータ可読命令が含まれることがある。このコードは、コンピュータプログラム製品の一部を形成し得る。さらに、例においては、このコードは、例えば、実行中または他の時間に、１つ以上の揮発性または不揮発性の有形的コンピュータ可読媒体に有形的に保存することができる。これらの有形的コンピュータ可読媒体の例には、ハードディスク、リムーバブル磁気ディスク、リムーバブル光ディスク（例えば、コンパクトディスクおよびデジタルビデオディスク）、磁気カセット、メモリカードまたはメモリスティック、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）などが含まれることがあるが、これらに限定されない。

上の説明は、例証となることを意図しており、限定することを意図していない。例えば、上述の例（またはそれらの１つまたは複数の特徴）を、互いに組み合わせて用いることができる。上記の記載を検討した当業者等によって、他の実施形態が用いられる可能性がある。読者が技術的開示内容の特性を迅速に確かめることができるように、米国特許法施行規則（３７Ｃ．Ｆ．Ｒ §１．７２（ｂ））に従って要約書を提供している。この要約書は、それが特許請求の範囲または請求項の意味を解釈または制限するのに用いられないという理解のもとに提出されたものである。また、上記の詳細な説明では、開示を簡潔にするために、様々な特徴を一緒にまとめていることがある。このことは、特許請求されていない、開示された特徴が、請求項には必須であることを意図するものと解釈すべきではない。むしろ、発明の主題は、開示された特定の実施形態の全ての特徴よりも少なくなることがあり得る。したがって、以下の請求の範囲は、これにより、実施例または実施形態としての詳細な説明中に包含されて、各請求項は、別々の実施形態としてそれ自体で成立する。さらに、そのような実施形態を様々な組み合わせ、または並び替えで、お互いに組み合わせる可能性が予想される。本発明の範囲は、こうした特許請求の権利が与えられる等価物の全範囲と併せて、添付の特許請求の範囲を参照して決定すべきである。

１００ ライダーシステム
１０４ タイマー
１０８ ドライバ
１１２ 送信器
１１６ 放出光パルス
１２０ 光学系
１２４ 標的
１２６ 光パルス
１２８ 受信器
１３２ トランスインピーダンスアンプ
１３６ 乗算器
１４０ ストレージアレイ
１４４ マルチプレクサ
１４８ アナログデジタル変換器
１５２ バッファ
１５６ インターフェース
１６０ プロセッサ

Claims (8)

1. ライダーシステムにおける光ビームの往復移動時間を決定するための方法であって、
   第１の記憶素子グループ内の個々の記憶素子をアクティブ化することであって、各々が第１の継続時間を有する複数の第１の時間間隔の間、個々の各記憶素子がアクティブ化される、アクティブ化することと、
   第２の記憶素子グループ内の個々の記憶素子をアクティブ化することであって、各々が前記第１の継続時間よりも長い第２の継続時間を有する複数の第２の時間間隔のうちの１つの間、個々の各記憶素子がアクティブ化される、アクティブ化することと、
   前記光ビームの受信された部分に対応する、前記第１および第２の記憶素子グループから決定された個々の記憶素子に基づいて、前記光ビームの往復移動時間を決定することとを含み、
   前記第１および第２の記憶素子グループから決定された前記個々の記憶素子の各々が、前記往復移動時間の異なる桁に対応する、方法。
2. 前記第２の継続時間が、前記第１の継続時間の長さの少なくとも２倍である、請求項１に記載の方法。
3. 前記光ビームの受信された部分に対応する、前記第１の記憶素子グループからのｎ番目の素子、および前記第２の記憶素子グループからのｍ番目の素子を決定することと、
   ｎと前記第１の時間間隔の長さとの積と、ｍと前記第２の時間間隔の長さとの積とを合計することにより往復移動時間を決定することと、を含む、請求項１または２に記載の方法。
4. ライダーシステムにおける光パルスの往復移動時間を決定するためのシステムであって、
   標的に向かって光パルスを放出するように構成されている光送信システムと、
   前記標的から光パルスを受信するように構成されている受信器と、
   第１の記憶素子グループと、
   第２の記憶素子グループと、
   制御回路と、を備え、前記制御回路が、
   前記第１の記憶素子グループ内の個々の記憶素子をアクティブ化することであって、対応する複数の第１の時間間隔の間、個々の各記憶素子がアクティブ化され、前記対応する複数の第１の時間間隔の各々が第１の継続時間を有する、アクティブ化することと、
   前記第２の記憶素子グループ内の個々の記憶素子をアクティブ化することであって、各々が前記第１の継続時間よりも長い第２の継続時間を有する複数の第２の時間間隔のうちの１つの間、個々の各記憶素子がアクティブ化される、アクティブ化することと、
   前記光パルスの受信された部分に対応する、前記第１および第２の記憶素子グループからの前記個々の記憶素子に基づいて、前記光パルスの往復移動時間を決定することと、を行うように構成されており、
   前記第１の記憶素子グループが前記往復移動時間の第１の桁に対応し、前記第２の記憶素子グループが前記往復移動時間の第２の桁に対応する、システム。
5. 前記第１および第２の記憶素子グループが、デシマルツリーまたはバイナリツリー構造に配置される、請求項４に記載のシステム。
6. 前記制御回路が、前記光パルスの受信された部分に対応する、前記第１の記憶素子グループからのｎ番目の素子、および前記第２の記憶素子グループからのｍ番目の素子を決定し、ｎと前記第１の時間間隔の長さとの積と、ｍと前記第２の時間間隔の長さとの積とを合計することにより往復移動時間を決定するように構成されている、請求項４に記載のシステム。
7. 前記第１の記憶素子グループの記憶素子当たりのアクティブ化の回数は、前記第２の記憶素子グループの記憶素子当たりのアクティブ化の回数とは異なる、請求項４に記載のシステム。
8. 第３の記憶素子グループをさらに備え、前記制御回路が、
   前記第３の記憶素子グループ内の個々の記憶素子をアクティブ化することであって、各々が前記第１の継続時間よりも短い第３の継続時間を有する複数の第３の時間間隔のうちの１つの間、個々の各記憶素子がアクティブ化される、アクティブ化することと、
   前記光パルスの受信された部分に対応する、前記第１、第２および第３の記憶素子グループからの前記個々の記憶素子に基づいて、前記光パルスの往復移動時間を決定することと、を行うように構成されている、請求項４から７のいずれか一項に記載のシステム。