JP7216188B2 - コリメートされたビームのファンを用いたコヒーレントｌｉｄａｒのスキャニングのための方法およびシステム - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）に基づいて、全体の内容が本明細書に完全に説明されたように参照として本明細書に含まれる２０１９年 ８月 １０日付に出願された米国臨時出願第６２／７１７、２００号の利益を主張する。

光検出および距離測定のための多くの場合ニーモニック（Ｍｎｅｍｏｎｉｃ）のライダー（ＬＩＤＡＲ）と呼ばれ、時にはレーザーレーダー（Ｌａｓｅｒ ＲＡＤＡＲ、Ｒａｄｉｏ－ｗａｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）とも呼ばれるレーザーを用いる距離の光学的検出は、高図測定から、イメージング（Ｉｍａｇｉｎｇ）、衝突回避に至るまで様々な応用分野で使用される。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。距離の光学的検出は、オブジェクト（Ｏｂｊｅｃｔ）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くチャープ検出と、自然信号から区別可能な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ディング検出を含むいくつかの他の技術で達成され得る。

収容可能な距離精度および検出感度を実現するため、直接長距離ＬＩＤＡＲ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｌｏｎｇ Ｒａｎｇｅ ＬＩＤＡＲ）システムは、低いパルス反復率（Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｒａｔｅ）および非常に高いパルスピークパワーを有する短いパルスレーザーを使用する。高いパルスパワーは、光学コンポーネントの急激な性能低下につながり得る。チャープおよび位相エンコーディングＬＩＤＡＲシステムは、相対的に低いピーク光パワーを有する長い光パルスを使用する。この構成において、距離精度は、パルス持続時間ではなく、チャープ帯域幅または長さと、位相コードの帯域幅によって増加し、したがって、優れた距離精度が相変らず獲得され得る。

光搬送波（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃａｒｒｉｅｒ）を変調するために広帯域無線周波数（ＲＦ）電気信号を用いて有用な光帯域幅が実現された。ＬＩＤＡＲの最近の発展は、光学的検出器でリターンされた信号と組み合わさる基準信号として同じ変調された光搬送波を使用して基準光信号とリターンされた光信号との間の周波数または位相での差に比例するＲＦ帯域での相対的に低いビート（Ｂｅａｔ）周波数を結果に応じた電気信号で生成することを含む。検出器での周波数差についてのこのような種類のビート周波数検出は、ヘテロダイン検出（Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）という。これは、直ちに、そして安価に使用できるＲＦコンポーネントを使用する利点のような当該分野に知られているいくつかの長所を有する。

本発明者による最近の研究は、ＬＩＤＡＲシステムとそれぞれの外部オブジェクトの間のベクトルで改善された距離だけでなく、相対的な符号を有する（Ｓｉｇｎｅｄ）速度を提供するリターンされた信号からドップラーシフト（Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｓｈｉｆｔ）を検出するための光学コンポーネントの新しい配列とコヒーレント（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ）処理を示している。このシステムは、ここで高解像度距離ドップラーＬＩＤＡＲ（Ｈｉ－ｒｅｓ Ｒａｎｇｅ－Ｄｏｐｐｌｅｒ ＬＩＤＡＲ）システムと呼ばれる。例えば、世界知的所有権機関（ＷＩＰＯ）公報ＷＯ２０１８／１６０２４０およびＷＯ２０１８／１４４８５３を参照し得る。

このような改善は、ターゲット速度の有無にかかわらず、適切な周波数または位相コンテンツのペンシル型の薄いレーザービーム（Ｐｅｎｃｉｌ Ｔｈｉｎ Ｌａｓｅｒ Ｂｅａｍ）で距離を提供する。このようなビームが場面（Ｓｃｅｎｅ）上にスイープ（Ｓｗｅｅｐ）されるとき、周囲の物体の位置および速度に関する情報が獲得され得る。この情報は、自律走行またはドライバー支援自動車のような自律走行車のための制御システムで有用であると期待されている。

従来のＬＩＤＡＲシステムは、１つのソースビームから多数のビームを生成するのに使用されるコリメータ（Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）を含む。しかし、従来のＬＩＤＡＲシステムでのコリメータは、注目すべき短所を有する。本発明者は、このコリメータが通常、従来のＬＩＤＡＲシステムの１つ以上の設計パラメータを満足するが、システムの他の設計パラメータを頻繁に満足できないことを認識した。例えば、大型ビームコリメータは、要求されるビームの大きさを生成し得るが、要求される角度間隔を実現するのに十分に近くに満たされることができない。他の例において、アレイ（Ａｒｒａｙ）コリメータは、互いに十分に近くにあるビームを生成し得るが、ＬＩＤＡＲシステムに十分に大きなビームの大きさを提供することはできない。ここで、これらの短所を克服するコリメータが説明される。また、このコリメータは、改善されたスキャニングＬＩＤＡＲを実現するために様々なスキャニング装置および方法に使用される。例えば、スキャニング装置は、コリメータとともに固定された速度で回転するポリゴン（Ｐｏｌｙｇｏｎ）スキャナを採用し、従来のスキャニング技術よりも効率的なスキャニングを実現する。

距離精度とターゲットの速度精度を提供するサンプリングおよび処理は、統合時間（Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ）と呼ばれる時間間隔で様々な持続時間を有する１つ以上のレーザー信号の統合（Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を伴う。タイムリーな方式で場面をカバーすることは、車両が車両前方の空間内に進みすぎる（多くの場合、約１ないし数秒の特定時間内に移動される約１ないし数十メートルの距離）前に車両周囲の環境を理解するために自律走行車の周囲に様々な角度を（多くの場合、約数千回）サンプリングするのに十分な、十分に正確な測定を繰り返すこと（多くの場合、１ないし数十マイクロ秒の間、１つ以上の信号を含む）を伴う。特定時間（多くの場合、サイクルまたはサンプリング時間という）内にカバーできる異なる角度の数は、サンプリングレートによる。本発明者は、自律走行車が近くの環境を通過して移動することにより、１つ以上のＬＩＤＡＲビームを用いて近くの環境を効率的に判断するために、距離および速度精度のための統合時間、サンプリングレートおよび異なるサンプリング角度パターンの間にトレードオフが行われ得ることを認識した。

第１実施例のセットにおいて、ＬＩＤＡＲシステムのためのアセンブリ装置は、第１平面に配列された導波管アレイを含む。導波管アレイは、複数のビームを生成するように構成され、それぞれのビームは、アレイ内の各導波路から送信される。また、装置は、複数のビームを第１平面で角拡散（Ａｎｇｕｌａｒ Ｓｐｒｅａｄ）を有するコリメートされたビームのファン（Ｆａｎ ｏｆ Ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ Ｂｅａｍｓ）に作るように構成されたコリメータを含む。さらに、装置は、第１平面とは異なる第２平面でファンの方向を調整するように構成されたポリゴンスキャナを含む。

第２実施例セットにおいて、前述のアセンブリを含み、プロセッサと、メモリと、命令語シーケンスと、をさらに含むシステムが提供され、命令語シーケンスは、システムが、ファンのスキャンパターンの角度範囲を定義する第２平面での第１角度および第２角度を受信し、ポリゴンスキャナを用いて第２平面でのファンの方向を第１角度から第２角度に調整し、所定の距離にあるターゲットの角拡散（Ａｎｇｕｌａｒ Ｓｐｒｅａｄ）を含む複数のリターンビームを受信するように構成される。

第３実施例セットにおいて、第１平面に配列されたＬＩＤＡＲシステムの導波管アレイを用いて複数のビームを生成するステップを含む方法が提供され、各ビームは、アレイ内のそれぞれの導波路から送信される。方法は、コリメータを用いて複数のビームを第１平面で角拡散を有するコリメートされたビームのファンに作るステップをさらに含む。方法は、プロセッサにおいて、第１平面とは異なる第２平面での第１角度および第２角度を受信するステップをさらに含み、第１角度および第２角度は、第２平面でのファンのスキャンパターンの角度範囲を定義する。方法は、スキャンパターンを形成するためにポリゴンスキャナを用いて第２平面でのファンの方向を第１角度から第２角度に調整するステップをさらに含む。方法は、アレイ内の導波管で、所定の距離に位置したターゲットからリターンビームを受信するステップをさらに含む。

第４実施例セットにおいて、第１平面に配列されたＬＩＤＡＲシステムの導波管アレイを用いて複数のビームを生成するステップを含む方法が提供され、各ビームは、アレイ内のそれぞれの導波路から送信される。方法は、コリメータを用いて複数のビームを第１平面で角拡散を有するコリメートされたビームのファンに作るステップをさらに含む。方法は、プロセッサにおいて、第１平面とは異なる第２平面での第１角度および第２角度を受信するステップをさらに含み、第１角度および第２角度は、第２平面でのファンのスキャンパターンの角度範囲を定義する。方法は、スキャナを用いて第１平面および第２平面によって定義された２次元空間でのファンの全体軌跡（Ｇｒｏｓｓ Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ）の第１成分を調整するステップをさらに含み、第１成分は、第１平面での第１増分角度（Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ Ａｎｇｌｅ）である。方法は、スキャナを用いてファンの全体軌跡の第２成分を調整するステップをさらに含み、第２成分は、第２平面での第２増分角度である。方法は、導波管から送信ビームを放出し、導波管でリターンビームを受信するように、全体軌跡のそれぞれの成分についてアレイ内のそれぞれの導波管の間でスイッチングするステップをさらに含む。

また他の側面、特徴および利点は、本発明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例および実装例を単純に例示することによって、以下の詳細な説明から簡単に理解できる。また、他の実施例は、他の異なる特徴および利点を有し得、これらの多くの具体的内容は、すべて本発明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、本質的に制限的であるものではなく、例示的であるものとみなされるべきである。

添付された図面において、実施例は、制限的な方式ではなく、例示的な方式で説明され、類似の参照番号については、類似の要素を指す。

一実施例によって一連の２進数（Ｂｉｎａｒｙ Ｄｉｇｉｔ）の例示的な送信された信号を距離の測定のためにリターンされた光信号とともに示す概略的なグラフである。

一実施例によって基準信号の例示的なスペクトルとドップラーシフトされたリターンされた信号（Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｓｈｉｆｔｅｄ Ｒｅｔｕｒｎ Ｓｉｇｎａｌ）の例示的なスペクトルを示す概略的なグラフである。

一実施例によってドップラーシフトされたリターンされた信号の位相成分の例示的な交差－スペクトル（Ｃｒｏｓｓ－ｓｐｅｃｔｒｕｍ）を示す概略的なグラフである。

一実施例によって例示的な光チャープ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｈｉｒｐ）距離測定を示すグラフセットである。

対称ＬＯ信号を使用するグラフであって、一実施例によってドップラーシフトがないとき、リターン信号を周波数時間プロット（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｔｉｍｅ Ｐｌｏｔ）で破線として例示である。

対称ＬＯ信号を使用する図１Ｅと同様のグラフであって、一実施例によって非ゼロドップラーシフトがあるとき、リターン信号を周波数時間プロットで破線として例示である。

一実施例によって高解像度（Ｈｉ－ｒｅｓ）ＬＩＤＡＲシステムの例示的なコンポーネントを示すブロック図である。

一部の実施例で使用される高解像度ドップラーシステムのための鋸歯（Ｓａｗ Ｔｏｏｔｈ）スキャンパターンを示すブロック図である。

一実施例によって高解像度ドップラーＬＩＤＡＲシステムによって生成された例示的な速度ポイントクラウド（Ｓｐｅｅｄ Ｐｏｉｎｔ Ｃｌｏｕｄ）を示すイメージである。

一実施例によって高解像度（Ｈｉ－ｒｅｓ）ＬＩＤＡＲシステムの例示的なコンポーネントを示すブロック図である。

一実施例によってコリメートされたファンビーム（Ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ Ｆａｎ Ｂｅａｍ）を形成するために導波管（Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）を有する高解像度ＬＩＤＡＲシステムで使用されるコリメータの側断面図の一例を示すブロック図である。

一実施例によってコリメートされたファンビーム内の１つのビームを作る図２Ｅのコリメータの線図（Ｒａｙ Ｄｉａｇｒａｍ）の一例を示すブロック図である。

一実施例によって角度範囲にわたって図２Ｅのコリメートされたファンビームの方向をスキャンするための例示的なコンポーネントを示すブロック図である。

一実施例によって図２Ｇのコンポーネントの上面図を示すブロック図である。

一実施例によってアレイの１つ以上の導波管の間でスイッチングするために図２Ｇのシステムで使用される例示的な光スイッチを示すブロック図である。

一実施例によって車両に取り付けられた少なくとも１つの高解像度ＬＩＤＡＲシステムを含む例示的なシステムを示すブロック図である。

一実施例によって車両に取り付けられた少なくとも１つの高解像度ＬＩＤＡＲシステムを含む例示的なシステムを示すブロック図である。

一実施例によって図２Ｇのシステムを用いたコリメートされたファンビームの多数のインターリーブスワイプ（Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅ Ｓｗｉｐｅ）の一例を示すイメージである。

一実施例によって図２Ｇのシステムを用いたコリメートされたファンビームの多数のオフセットスワイプ（Ｏｆｆｓｅｔ Ｓｗｉｐｅ）の一例を示すイメージである。

一実施例によってアレイ内の導波管が不規則に離隔した図２Ｇのシステムを用いたコリメートされたファンビームの１つのスワイプの一例を示すイメージである。

一実施例によって機械式スキャナを用いてスキャンされたコリメートされたファンビームの全体軌跡（Ｇｒｏｓｓ Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ）を示すグラフである。

一実施例によって導波管の間のスイッチングに基づいて導波管アレイから受信されたリターンビームデータと図４Ｄの全体軌跡を示すグラフである。

一実施例によって図４Ｅでリターンビームデータを生成するための隣接する導波管の間のスイッチ時間値を示す時間軸の一例を示すグラフである。

一実施例によって図２Ｇのシステムでスキャナについてのスキャン方向対時間の一例を示すグラフである。

一実施例によって図２Ｄのシステムで様々なターゲット距離とスキャン速度についてのビーム離脱（Ｗａｌｋｏｆｆ）の一例を示すグラフである。

一実施例によって図２Ｄのシステムでの様々なスキャンレート（Ｓｃａｎ Ｒａｔｅ）についてのカップリング効率対ターゲット距離の一例を示すグラフである。

一実施例によってＬＩＤＡＲシステムのスキャナを動作させるための例示的な方法を示すフローチャートである。

一実施例によってＬＩＤＡＲシステムのスキャナを動作させるための例示的な方法を示すフローチャートである。

一実施例によってＬＩＤＡＲシステムのスキャナを動作させるための例示的な方法を示すフローチャートである。

本発明の一実施例が具現されることができるコンピュータシステムを示すブロック図である。

本発明の一実施例が具現されることができるチップセットを例示する。

ＬＩＤＡＲシステムのコリメートされたビームのファンをスキャニングするための方法、装置、システムおよびコンピュータ読み取り可能な媒体が説明される。以下の説明において、説明の目的に、本明細書の完全な理解を提供するために様々な具体的な詳細内容が説明される。しかし、当業者には、このような具体的な内容なしに本発明を実施することができることは明らかであろう。他の例では、本発明を不必要に曖昧にすることを避けるためによく知られている構造と装置は、ブロック図の形として例示される。

広い範囲を表す数値範囲とパラメータは、たとえ近似値であっても、具体的な非－限定的な例において意味する数値は、できるだけ正確に報告される。しかし、任意の数値は、本発明の作成時点で、それぞれの実験測定で発見された標準偏差から生じるしかない特定の誤差を内在的に含む。さらに、文脈から特に明らかでない限り、本発明に提示された数値は、最下位の数字によって与えられる含蓄された精度を有する。したがって、値１．１は、１．０５から１．１５までの値を暗示する。「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のに使用され、文脈から特に明らかでない限り、「約１．１」が１．０から１．２まで暗示するように、最下位の数字の周辺のより広い範囲を暗示する。もし、最下位の数字が不明であれば、「約」という用語は、２の引数（Ｆａｃｔｏｒ ｏｆ Ｔｗｏ）を意味する。例えば、「約Ｘ」は、０．５Ｘから２Ｘまでの範囲内の値を暗示する。例えば、「約１００」は、５０から２００までの範囲内の値を暗示する。さらに、本発明に開示されたすべての範囲は、その中に含まれた任意の範囲とすべての下位の範囲を含むものと理解されるべきである。例えば、陽のパラメータについての「１０未満」の範囲は、０（Ｚｅｒｏ）の最小値と１０の最大値との間の（そして、０の最小値と１０の最大値を含む）任意の下位の範囲およびすべての下位の範囲、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下位の範囲およびすべての下位の範囲、例えば、１ないし４を含む。

本発明の一部の実施例は、第１角度および第２角度によって定義されるスキャンパターンにわたってスキャンできるビームのコリメートされたファンを生成するＬＩＤＡＲシステムと連携して以下で説明される。他の実施例において、本発明は、個人用自動車での単一前面装着（Ｓｉｎｇｌｅ Ｆｒｏｎｔ Ｍｏｕｎｔｅｄ）の高解像度ドップラーＬＩＤＡＲシステムと連携して説明される。しかし、実施例は、このような状況に制限されない。他の実施例において、重畳または重畳しない視野を有し、ドップラーコンポーネントを有するか、または有しない同じタイプまたは他の高解像度ＬＩＤＡＲの１つまたは多数のシステムまたはパイロットされるか、または自律的なより小さいか、より大きな地上、海上、空中または宇宙運送手段に取り付けられた１つ以上のこれらのシステムが使用される。また他の実施例において、本発明は、三脚に取り付けられるか、または監視塔に位置設定されたＬＩＤＡＲシステムのように靜的ＬＩＤＡＲと連携して説明される。

１．位相エンコーディング（Ｐｈａｓｅ－Ｅｎｃｏｄｅｄ）検出概要

距離測定のための光位相エンコーディング信号を用いて送信された信号は、送信された信号の一部についての搬送波（Ｃａｒｒｉｅｒ）と同相（Ｉｎｐｈａｓｅ）であり（位相＝０）、次に、短い時間間隔の間にシンボルΔφによって表される１つ以上の位相変化だけ変動し（したがって、位相＝０、Δφ、２Δφ．．．）、送信された信号について繰り返しに２以上の位相値の間で前後にスイッチングする。一定の位相の最も短い間隔は、パルス持続時間τと呼ばれるエンコーディングのパラメータであり、通常、帯域で最も低い周波数の多数の周期の持続時間 である。逆（１／τ）は、ボーレート（Ｂａｕｄ Ｒａｔｅ）であり、それぞれのボーは、シンボルを示す。送信された信号の時間中のこのような一定の位相パルスの数（Ｎ）は、シンボルの数（Ｎ）であり、エンコーディングの長さを示す。２進（Ｂｉｎａｒｙ）エンコーディングにおいて、２つの位相値が存在し、最も短い間隔の位相が１つの値について０とみなされ得、他の１つの値は、１とみなされ得るため、シンボルは、１ビット（Ｂｉｔ）であり、ボーレートもビットレート（Ｂｉｔ Ｒａｔｅ）と呼ばれる。多重（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ）位相エンコーディングの場合、多数の位相値が存在する。例えば、Δφ＊｛０、１、２および３｝のような４つの位相値は、Δφ＝π／２（９０度）について｛０、π／２、πおよび３π／２｝とそれぞれ同じであり、したがって、４つの位相値は、それぞれ０、１、２、３を示し得る。この例において、それぞれのシンボルは、２ビットであり、ビットレートは、ボーレートの２倍である。

位相シフトキーイング（Ｐｈａｓｅ－Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ、ＰＳＫ）は、基準信号（搬送波）の位相を変更（変調）させることによって、データを伝達するデジタル変調方式を意味する。変調は、正確な時間にサイン入力とコサイン入力を変化させることによって刻印される。無線周波数（ＲＦ）において、ＰＳＫは、無線近距離通信網（ＬＡＮ）、無線周波数認識（ＲＦＩＤ）およびブルートゥース（登録商標）通信のために手広く使用される。代替的に、一定の基準波（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｗａｖｅ）について動作する代わりに、送信は、自分自身について動作し得る。単一送信波形の位相変化は、シンボルとみなされ得る。前記システムにおいて、復調器は（基準波についての）、位相この自体ではなく、受信信号の位相変化を決定する。前記方式が連続する位相の間の差に依存するため、これは、差動位相シフトキーイング（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｈａｓｅ－Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ、ＤＰＳＫ）と称される。復調器が受信信号の正確な位相を決定するために基準信号のコピーを有する必要がないため、ＤＰＳＫは、通信アプリケーションで通常のＰＳＫよりも確実かつ簡単に具現されることができる（したがって、これは非コヒーレント（Ｎｏｎ－Ｃｏｈｅｒｅｎｔ）方式である）。

送信機および受信機が同じ装置内にあるため、光距離測定アプリケーションにコヒーレントＰＳＫが使用できる。搬送波周波数（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）は、光周波数（ｆ_ｃ）であり、ＲＦ（ｆ_０）は、光搬送波（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃａｒｒｉｅｒ）に変調される。シンボルの数（Ｎ）と持続時間τは、要求される距離精度と解像度を実現するために選択される。シンボルのパターンは、ノイズとコード化された（Ｃｏｄｅｄ）信号の他のソースから区別できるように選択される。したがって、送信された信号とリターンされた信号との間の強い相関関係は、反射するか、または後方散乱した（Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｅｄ）信号の強い表示である。送信された信号は、１つ以上のシンボルのブロックで構成され、それぞれのブロックは、ノイズが存在する場合にも反射するか、または後方散乱したリターンとの強い相関関係を提供するほど十分に長い。次の議論で、送信された信号は、ブロック当たりＮ個のシンボルのＭ個のブロックで構成され、ＭとＮは、負ではない整数である。

図１Ａは、一実施例によって一連の２進数（Ｂｉｎａｒｙ Ｄｉｇｉｔ）として例示的な送信された信号を距離の測定のためにリターンされた光信号とともに示す概略的なグラフ１２０である。水平軸１２２は、０（Ｚｅｒｏ）での開始時間後の時間を任意単位（Ａｒｂｉｔｒａｒｙ Ｕｎｉｔ）で示す。垂直軸１２４ａは、０についての周波数（ｆ_Ｃ＋ｆ_０）での光送信された信号の振幅を任意単位で表す。垂直軸１２４ｂは、０についての周波数（ｆ_Ｃ＋ｆ_０）での光リターンされた信号の振幅を任意単位で示し、トレースを分離するために軸１２４ａからオフセットされる。トレース１２５は、０００１１０１０から開始して省略符号で表示されたように、継続するコードを生成するために図１Ａに示すような位相変化を有するＭ＊Ｎ２進シンボルの送信された信号を示す。トレース１２６は、動いていないオブジェクトから散乱した理想的な（ノイズがない）リターンされた信号を示す（したがって、リターンは、ドップラーシフトされない）。振幅は、減少されるが、コード０００１１０１０は、認識可能である。トレース１２７は、動いているオブジェクトから散乱し、したがって、ドップラーシフトされる理想的な（ノイズがない）リターンされた信号を示す。リターンは、適切な光周波数（ｆ_Ｃ＋ｆ_０）ではなく、予想した周波数帯域内でよく検出されず、したがって、振幅が減少する。

リターンの観察された周波数（ｆ’）は、数１によって与えられるドップラー効果によるリターンの正確な周波数（ｆ＝ｆ_ｃ＋ｆ_０）と異なる。

ここで、ｃは、媒質内の光の速度であり、ｖ_０は、観察者の速度であり、ｖ_ｓは、ソースと受信機を連結するベクトルに従うソースの速度である。観察者とソースが両者の間でベクトル上で同じ方向に同じ速度で動いている場合、２つの周波数は、同じであることに注目するべきである。２つの周波数の間の差（Δｆ＝ｆ’－ｆ）は、距離測定について問題点を引き起こすドップラーシフト（Δｆ_Ｄ）であり、数２によって与えられる。

エラーの大きさは、信号の周波数ｆとともに増加することに注目するべきである。また、静止したＬＩＤＡＲシステム（ｖ_０＝０）の場合、毎秒１０メートル（ｖ_ｓ＝１０）で移動するオブジェクトと約５００ＴＨｚの周波数を有する可視光線についてのドップラーシフトの大きさは、約１６メガヘルツ（ＭＨｚ、１ＭＨｚ＝１０^６ヘルツ（Ｈｚ）、１Ｈｚ＝毎秒１サイクル）であることに注目するべきである。以下に説明される様々な実施例において、距離計算のためにデータを処理するためにドップラーシフトが検出されて使用される。

位相コード化された距離測定（Ｐｈａｓｅ Ｃｏｄｅｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）で、位相コード化されたリターンの到達は、送信された信号または他の基準信号をリターンされた信号と交差相関（Ｃｒｏｓｓ－Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓ）させることによって、リターンされた信号内で検出され、ＲＦ信号のためのコードをヘテロダイン（Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ）検出を用いる光検出器からの電気信号と交差相関させ、ＲＦ帯域に戻すダウンミキシング（Ｄｏｗｎ－Ｍｉｘｉｎｇ）することによって、実質的に実施される。任意の１つのラグ（Ｌａｇ）のための交差相関は、２つのトレースをコンボルビング（Ｃｏｎｖｏｌｖｉｎｇ）することによって、すなわち、２つのトレース内の対応する値を乗じ、トレース内のすべての点（Ｐｏｉｎｔ）について加算した後、それぞれのタイムラグ（Ｔｉｍｅ Ｌａｇ）について繰り返すことによって計算される。代替的に、交差相関は、２つのトレースそれぞれのフーリエ変換を乗じた後に逆（Ｉｎｖｅｒｓｅ）フーリエ変換することによって達成され得る。高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ、ＦＦＴ）のための効率的なハードウェアとソフトウェアの具現は、順方向フーリエ変換と逆方向フーリエ変換の両方のために広く用いられ得る。

交差相関の計算は、通常、リターンの振幅と位相が光検出器から検出された後に、アナログまたはデジタル電気信号を用いて行われることに注目するべきである。光検出器での信号を容易にデジタル化できるＲＦ周波数範囲にシフトさせるために、光リターンされた信号は、検出器に影響を与える前に基準信号と光学的にミックスされる。位相エンコード化された送信光信号のコピーは、基準信号として使用できるが、レーザーによって出力される連続波搬送波周波数光信号（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｉｇｎａｌ）を基準信号として使用し、検出器によって出力される電気信号の振幅と位相の両方をキャプチャすることも可能であり、多くの場合好ましい。

動いていないオブジェクトから反射する（したがって、リターンは、ドップラーシフトされない）理想的な（ノイズがない）リターンされた信号について、ピークは、送信された信号の開始後に時間Δｔから発生する。これは、リターンされた信号が時間Δｔで開始する送信位相コードバージョンを含むことを示す。反射する（または後方散乱する）オブジェクトについての距離Ｒは、数３によって与えられるのように、媒質内の光の速度Ｃに基づく双方向（Ｔｗｏ Ｗａｙ）旅行時間遅延から計算される。

動いているオブジェクトから散乱した（したがって、リターンは、ドップラーシフトされる）理想的な（ノイズがない）リターンされた信号についてリターンされた信号は、適切な周波数ビン（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｂｉｎ）内の位相エンコーディングを含まず、相関関係は、すべてのタイムラグ（Ｔｉｍｅ Ｌａｇ）について低く保持され、ピークは、容易に検出されず、ノイズがある場合には、多くの場合に検出可能ではない。したがって、Δｔは、容易に決定されず、距離Ｒは、容易に生成されない。

本発明者の以前研究の様々な実施例によると、ドップラーシフトは、リターンされた信号の電気的処理で決定され、ドップラーシフトは、交差相関計算を補正するために使用される。したがって、ピークは、より容易に発見され、距離は、より容易に決定され得る。図１Ｂは、一実施例によって送信された信号の例示的スペクトルとドップラーシフトされた複素数リターンされた信号の例示的スペクトルを示す概略的なグラフ１４０である。水平軸１４２は、光搬送波ｆ_ｃからオフセットされたＲＦ周波数を任意単位で表す。垂直軸１４４ａは、スペクトル密度（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）とも呼ばれる特定の狭い周波数ビンの振幅を０に相対的な任意単位で表す。垂直軸１４４ｂは、スペクトル密度を０に相対的な任意単位で示し、トレースを分離するために軸１４４ａからオフセットされる。トレース１４５は、送信された信号を示し、ピークは、適切なＲＦｆ_０で発生する。トレース１４６は、ＬＩＤＡＲシステムを向けて動いているオブジェクトから後方散乱してより高い周波数でドップラーシフト（ブルーシフト（Ｂｌｕｅ Ｓｈｉｆｔ）と呼ばれる）理想的な（ノイズがない）複素数リターンされた信号を示す。リターンは、適切なＲＦｆ_０でピークを有しない。しかし、代わりにΔｆ_Ｄほどシフトされた周波数ｆ_Ｓにブルーシフトされる。実際に、リターンの同相および直交位相（Ｉｎ－Ｐｈａｓｅ ａｎｄ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ、Ｉ／Ｑ）成分をすべて示す複素数リターンが＋Δｆ_Ｄでピークを決定するのに使用されるため、ドップラーシフト方向と、センサとオブジェクトとの間のベクトル上でターゲットの移動方向が単一リターンで明らかに示される。

一部のドップラー補償（Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）実施例において、図１Ｂに示すように、送信された信号とリターンされた信号の両方のスペクトルを得、それぞれでピークを見つけた上で対応するピークの周波数を減算することによってΔｆ_Ｄを捜す代わりに、ＲＦ帯域でダウンミックスされたリターンされた信号の同相および直交位相成分の交差スペクトル（Ｃｒｏｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）を取ることがより効果的である。図１Ｃは、一実施例によって例示的な交差スペクトルを示す概略的なグラフ１５０である。水平軸１５２は、基準スペクトルについての周波数シフトを任意単位で示し、垂直軸１５４は、交差スペクトルの振幅を０に相対的な任意単位で表す。トレース１５５は、ＬＩＤＡＲシステムを向けて動いている第１オブジェクト（Δｆ_Ｄ１のブルーシフト＝図１ＢでのΔｆ_Ｄ）とＬＩＤＡＲシステムから遠ざかっている第２オブジェクト（Δｆ_Ｄ２のレッドシフト（Ｒｅｄ Ｓｈｉｆｔ））によって生成された理想的な（ノイズがない）リターンされた信号との交差スペクトルを示す。１つのピークは、成分の１つがブルーシフトΔｆ_Ｄ１されるときに発生し、他のピークは、成分の１つがレッドシフトΔｆ_Ｄ２されるとき、他のピークが発生する。したがって、ドップラーシフトが決定される。このシフトは、衝突防止アプリケーションのために重要であり得るＬＩＤＡＲ付近でオブジェクトの符号を有する接近速度（Ｓｉｇｎｅｄ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ Ａｐｐｒｏａｃｈ）を決定するのに用いられ得る。しかし、Ｉ／Ｑ処理が完了していない場合、ピークは、＋／－Δｆ_Ｄ１および＋／－Δｆ_Ｄ２両方に示され、したがって、ドップラーシフトの符号およびこれによる移動方向で曖昧さが存在する。

本発明者の以前研究でより詳細に説明したように、交差スペクトル内で検出されるドップラーシフトは、ピーク１３５がラグΔｔでドップラー補償されたドップラーシフトされたリターンで明らかになり、距離Ｒが決定されるように、交差相関を補正するのに使用される。一部の実施例において、全体の内容が本明細書に完全に説明されたように、本明細書によって参照として含まれ、発明の名称が「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｈａｓｅ－ｅｎｃｏｄｅｄ ｒａｎｇｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」である世界知的所有権機関（Ｗｏｒｌｄ Ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ）公報ＷＯ２０１８／１４４８５３により詳細に説明したように、同時Ｉ／Ｑ処理が行われる。他の実施例において、全体の内容が本明細書に完全に説明されたように、本明細書によって参照として含まれ、発明の名称が「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｔｉｍｅ Ｓｅｐａｒａｔｅｄ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒａｎｇｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」である世界知的所有権機関公報ＷＯ２０１９／０１４１７７により詳細に説明したように、ドップラーリターンの符号を決定するため直列Ｉ／Ｑ処理が用いられる。他の実施例において、ドップラー補正を決定するために他の手段が使用され、様々な実施例において、ドップラー補正を行うために当該技術分野で知られている任意の方法が使用される。一部の実施例において、ドップラーシフトによるエラーは、容認されるか、または無視され、どのようなドップラー補正も距離測定に適用されない。

２．チャープ検出概要（Ｃｈｉｒｐｅｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｏｖｅｒｖｉｅｗ ）

図１Ｄは、一実施例によって例示的な光チャープ距離測定（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｈｉｒｐ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｒａｎｇｅ）を示すグラフセットである。水平軸１０２は、４つのグラフすべてについて同じであり、時間を約ミリ秒（ｍｓ、１ｍｓ＝１０^－３秒）の任意単位で表す。グラフ１００は、送信光信号として使用される光のビームのパワーを表す。グラフ１００の垂直軸１０４は、送信された信号のパワーを任意単位で表す。トレース１０６は、時間０で開始して制限されたパルス持続時間τの間、パワーがＯｎであることを示す。グラフ１１０は、送信された信号の周波数を表す。垂直軸１１４は、送信周波数を任意単位で表す。トレース１１６は、パルスの持続時間τにわたってパルスの周波数がｆ_１からｆ_２に増加し、これによって帯域幅ｂ＝ｆ_２－ｆ_１を有することを表す。周波数変化率は、（ｆ_２－ｆ_１）／τである。

リターンされた信号は、グラフ１１０のように時間を表す水平軸１０２と周波数を表す垂直軸１１４を有するグラフ１６０に示される。また、グラフ１１０のチャープ１１６がグラフ１６０上に点線で示される。強度（図示せず）が減少され、Δｔだけ遅延した送信基準信号である第１リターンされた信号はトレース１６６ａで与えられる。リターンされた信号が２Ｒの距離を移動した後に、外部オブジェクトから受信されるとき、リターンされた信号は、前述の数３によって２Ｒ／ｃで与えられる遅延した時間Δｔで開始する（ここでＲは、ターゲットまでの距離であり、ｃは、媒質における光の速度（約３×１０^８ｍ／ｓ））。この時間の間、周波数ｆ_Ｒは、距離に基づく量だけ変更され、周波数変化率に遅延時間を乗じることにより与えられた。これは、数４ａによって与えられる。
ｆ_Ｒの値は、デチャーピング（Ｄｅ－ｃｈｉｒｐｉｎｇ）と呼ばれる時間ドメインミキシング動作で送信された信号１１６とリターンされた信号１６６ａとの間の周波数差によって測定される。したがって、距離Ｒは、数４ｂによって与えられる。

もちろん、パルスが完全に送信された後にリターンされた信号が到着すると、すなわち、２Ｒ／ｃがτよりも大きければ、数４ａおよび４ｂは、有効ではない。この場合に、基準信号は、リターンされた信号が基準信号と重畳することを保証するように知られている量または定められた量だけ遅延する。基準信号の定められた遅延時間または知られている遅延時間は、数４ｂから計算された距離に追加される追加距離を提供するために光の速度Ｃと乗じられる。媒質で光の速度の不確実性によって絶対距離は不正確であり得るが、これは、ほとんど一定の誤差（Ｎｅａｒ－Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｅｒｒｏｒ）であり、周波数差を基盤とした相対的距離は、相変らず非常に正確である。

一部の状況において、送信された光ビームによって照明される地点（ペンシルビームの断面（Ｐｅｎｃｉｌ Ｂｅａｍ Ｃｒｏｓｓ Ｓｅｃｔｉｏｎ））ば、半透明オブジェクトの前方および後方、またはＬＩＤＡＲから様々な距離にあるオブジェクトのより近い部分とより遠い部分、または照明される地点内で２つの分離したオブジェクトのように異なる距離にある２つ以上の異なる散乱体に出会う。このような環境において、グラフ１６０にトレース１６６ｂに表示されたように、第２減少された強度および異なるように遅延した信号も受信されるであろう。これは、数４ｂを使用して異なる距離を提供するｆ_Ｒの異なる測定値を有することになる。一部の状況では、複数の追加のリターンされた信号が受信される。

グラフ１７０は、第１リターンされた信号１６６ａと基準チャープ１１６との間の差の周波数ｆ_Ｒを示す。水平軸１０２は、図１Ｄで整列した他のすべてのグラフのように時間を示し、垂直軸１６４は、さらに拡大したスケール上で周波数差を示す。トレース１７６は、送信されたチャープに応答して測定された一定の周波数ｆ_Ｒを示し、数４ｂによって与えられる特定の距離を示す。第２リターンされた信号１６６ｂは、存在する場合、デチャーピングの間に他のより大きい値のｆ_Ｒ（図示せず）を発生させるであろうし、結果的に数４ｂを使用してより大きい距離を算出するであろう。

デチャーピングのための一般的な方法は、基準光信号とリターンされた光信号を同じ光検出器に指向させることである。検出器の電気的出力は、検出器に収束する２つの信号の周波数差と同じか、またはこれに依存するビート周波数（Ｂｅａｔ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）によって左右される。このような電気的出力信号のフーリエ変換は、ビート周波数でピークを算出するであろう。このようなビート周波数は、テラヘルツ（ＴＨｚ、１ＴＨｚ＝１０^１２ヘルツ）の光周波数の範囲ではないメガヘルツ（ＭＨｚ、１ＭＨｚ＝１０^６Ｈｚ＝毎秒１０^６サイクル）の無線周波数（ＲＦ）範囲内にある。このような信号は、マイクロプロセッサまたは特殊製作されたＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）またはその他のデジタル信号処理（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、ＤＳＰ）集積回路で行われるＦＦＴアルゴリズムのような一般的かつ安価なＲＦコンポーネントによって容易に処理される。他の実施例において、リターンされた信号は、（局部発振器（Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）としてチャープと比べて）局部発振器の役目をする連続波（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ、ＣＷ）トーン（Ｔｏｎｅ）と混合される。これは、その自体がチャープ（またはすべての送信波形）である検出信号につながる。この場合、検出された信号は、Ｋａｃｈｅｌｍｙｅｒ１９９０に説明されているように、デジタルドメインで整合フィルタリング（Ｍａｔｃｈｅｄ Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）を経る。短所は、デジタイザー（Ｄｉｇｉｔｉｚｅｒ）帯域幅の要求事項が一般的により高いものである。コヒーレント検出の肯定的な面は、他の方式で保持される。

一部の実施例において、ＬＩＤＡＲシステムは、同時アップおよびダウンチャープ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｕｐ ａｎｄ Ｄｏｗｎ Ｃｈｉｒｐｓ）を生成するように変更される。この接近方式は、他のものの中でも、オブジェクトの速度差、実際に距離を変更するオブジェクトについてのＬＩＤＡＲ位置変更またはビーム内の一時的な散乱体（Ｓｃａｔｔｅｒｅｒｓ）、またはこれらの組み合わせによって誘発される変動性を除去する。それでは、この接近方式は、アップおよびダウンチャープで測定されたドップラーシフトおよび距離が実質的に同じであり、最も有用に結合され得ることを保証する。ドップラースキームは、高い確率の正確な補償のために周波数空間で非対称にシフトされたリターンペアの並列キャプチャ（Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｃａｐｔｕｒｅ）を保証する。

図１Ｅは、一実施例によって対称ＬＯ信号を使用するグラフであり、ドップラーシフトがないとき、リターン信号を周波数時間プロット（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｔｉｍｅ Ｐｌｏｔ）で破線として示す。水平軸は、時間を１０^－５秒（数十マイクロ秒）の例示的な単位で表す。垂直軸は、搬送波周波数ｆ_ｃまたは基準信号についての光送信された信号の周波数をギガヘルツ（ＧＨｚ、１ＧＨｚ＝１０^９ヘルツ）の例示的な単位で表す。パルス持続時間の間、いつでも２つの光周波数を含む光ビームが生成される。１つの周波数が、例えば、ｆ_１からｆ_２に増加し（例えば、光搬送波の１ないし２ｇＨｚの上）、同時に他の周波数がｆ_４からｆ_３に減少する（例えば、光搬送波の１ないし２ｇＨｚの下）。２つの周波数帯域（例えば、ｆ_１ないしｆ_２の帯域１と、ｆ_３ないしｆ_４の帯域２）は、オーバーラップされないため、送信された信号およびリターンされた信号が通過周波数ｆ_Ｐから開始する通過帯域を有する高域通過フィルタや低域通過フィルタまたはこれらの組み合わせによって光学的に分離できる。例えば、ｆ_１＜ｆ_２＜ｆ_３＜ｆ_４であり得る。開示される実施例において、より高い周波数がアップチャープを提供し、より低い周波数がダウンチャープを提供するが、他の実施例においては、より高い周波数がダウンチャープを生成し、より低い周波数がアップチャープを生成する。

一部の実施例では、２つの異なるレーザーソースが毎時間、それぞれのビームで２つの異なる光周波数を生成するのに使用される。しかし、一部の実施例において、単一の光搬送波は、単一のＲＦチャープによって変調され、同時アップおよびダウンチャープの役目をする対称的な側波帯（Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ Ｓｉｄｅｂａｎｄ）を生成する。この実施例のうち、一部において、一般的に、搬送波周波数に多くのエネルギーを残さない２重側波帯マッハツェンダ強度変調器（Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｉｄｅｂａｎｄ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）が使用され、代わりに、ほとんどすべてのエネルギーが側波帯に入る。

側波帯対称（Ｓｉｄｅｂａｎｄ Ｓｙｍｍｅｎｔｒｙ）の結果として、同じ次数の側波帯が使用されると、２つの光チャープの帯域幅は、同じであり得る。他の実施例において、他の側波帯が使用され、例えば、２つの２次側波帯が使用されるか、１次側波帯および重畳しない２次側波帯が使用されるか、または一部の他の組み合わせが使用される。

全体の内容が本明細書に完全に説明されたように、本明細書によって参照として含まれ、発明の名称が「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｈｉｒｐｅｄ Ｒａｎｇｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」である世界知的所有権機関公報ＷＯ２０１８／１６０２４０に説明したように、送信ＴＸおよび局部発振器ＬＯチャープ波形を選択するとき、システムの周波数シフトされた帯域（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔｅｄ Ｂａｎｄ）が利用可能なデジタイザー（Ｄｉｇｉｔｉｚｅｒ）帯域幅を最大限に活用することが有利である。一般的に、これは、０に近い距離周波数ビート（Ｒａｎｇｅ Ｒｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｂｅａｔ）を有するようにアップチャープまたはダウンチャープをシフトして達成される。

図１Ｆは、対称ＬＯ信号を使用する図１Ｅと同様のグラフであり、非ゼロのドップラーシフトがあるとき、周波数時間プロットでリターンされた信号を破線として示す。例えば、距離効果（Ｒａｎｇｅ Ｅｆｆｅｃｔ）を発生させるブルーシフトがｆ_Ｂであれば、アップチャープのビート周波数は、オフセットだけ増加されてｆ_Ｂ＋Δｆ_Ｓで発生し、ダウンチャープのビート周波数は、ｆ_Ｂ－Δｆ_Ｓにオフセットだけ減少される。したがって、アップチャープは、ダウンチャープよりも高い周波数帯域におり、これによってこれらを分離する。Δｆ_Ｓが予想したドップラー効果よりも大きければ、アップチャープおよびダウンチャープに関連する距離での曖昧さはない。次に、測定されたビートは、適切なアップチャープおよびダウンチャープ範囲を得るために知られたΔｆ_Ｓの正しい符号が付与された値に補正され得る。チャープされた波形の場合、時間分離されたＩ／Ｑ処理（時間ドメインマルチプレクシング（Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）とも呼ばれる）が前述の他の接近方式のハードウェア要求事項を克服するために使用できる。その場合に、ＡＯＭが実数値（Ｒｅａｌ Ｖａｌｕｅｄ）の信号についての距離ドップラー曖昧さを打開するために使用できる。一部の実施例において、スコアリングシステム（Ｓｃｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）が前記の引用された公報でより詳細に説明されたように、アップおよびダウンチャープリターンをペアリングするのに使用される。他の実施例において、前記でより詳細に説明されたように、Ｉ／Ｑ処理がドップラーチャープの符号を決定するのに使用できる。

３．光検出ハードウェア概要

高解像度距離ドップラー検出システムを使用する方法を説明するために、いくつかの包括的なハードウェア接近方式が説明される。図２Ａは、一実施例によって高解像度距離ＬＩＤＡＲシステムの例示的なコンポーネントを示すブロック図である。光信号は、矢印で表示される。電子的な（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ）有線または無線連結は、矢先がない線分で表示される。レーザーソース２１２は、持続時間Ｄを有する位相コード化されるか、またはチャープされた光信号２０３を生成するために、スプリッタ２１６の以前または以後に、変調器２８２ａから位相または周波数変調された搬送波２０１を放出する。スプリッタ２１６は、基準経路２２０に使用するための変調された（または、図示されたように、変調されない）光信号を分離する。ビーム２０１のエネルギーの大部分を有する本明細書で送信された信号（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ Ｓｉｇｎａｌ）とも呼ばれるターゲットビーム２０５が生成される。また、少ない量ではあるが、オブジェクト（図示せず）から散乱したリターン光２９１と良好な混合を生成するに十分な量のエネルギーを有する変調されるか、または変調されていない基準ビーム２０７ａが生成される。例示された実施例において、基準ビーム２０７ａは、変調器２８２ｂで個々に変調される。基準ビーム２０７ａは、基準経路２２０を通過し、基準ビーム２０７ｂとして１つ以上の検出器に指向される。一部の実施例において、基準経路２２０は、基準ビーム２０７ｂが関心距離の範囲内でＬＩＤＡＲ外部のオブジェクトから散乱した光とともに検出器アレイ２３０に到逹するのに十分な知られた遅延を導入する。一部の実施例において、基準ビーム２０７ｂは、別個の発振器から局所的に基準ビーム２０７ｂを生成する以前の接近方式を参照して局部発振器（Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ、ＬＯ）信号と呼ばれる。様々な実施例において、 柔軟性が低い接近方式からより柔軟な接近方式まで網羅し、基準は、１）経路の長さがよくマッチングされるように検出器アレイで送信ビームの一部をまた反射させるために場面（Ｓｃｅｎｅ）内にミラーを配置すること、２）経路の長さを近くマッチングさせ、特定の距離について観察されたり、予測された位相または周波数差を補償するための経路長さ調節を利用したり、利用せず、図２Ａで提案されたように、検出器アレイ付近の光学機器を用いて基準ビームをブロードキャスト（Ｂｒｏａｄｃａｓｔ）するためにファイバー遅延（Ｆｉｂｅｒ Ｄｅｌａｙ）を用いること、または３）経路長さの不一致（Ｍｉｓｍａｔｃｈ）を補償するための別個の変調を生成するために周波数シフティングデバイス（音響光学変調器（Ａｃｏｕｓｔｏ－Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ、ＡＯＭ））または局部発振器の波形変調の時間遅延を用いること、または一部の組み合わせより、散乱したり反射したフィールドに到着することになる。一部の実施例において、オブジェクトは、十分に近く、送信持続時間は、リターンが遅延なしに、基準信号と十分に重畳するように十分に長い。

送信された信号は、多くの場合、いくつかのスキャニング光学機器（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｏｐｔｉｃｓ）２１８を介して関心領域を照明するために送信される。検出器アレイは、ペアになったり、またはペアを成すない単一の検出器またはオブジェクトからのリターンされたビーム２９１におおよそ垂直な平面に配列されたペアになったり、またはペアを成すない検出器の１次元（１Ｄ）または２次元（２Ｄ）アレイである。基準ビーム２０７ｂおよびリターンされたビーム２９１は、適切に検出される光特性信号を生成するために０またはその以上の光ミキサー２８４で結合される。干渉パターンの周波数、位相または振幅または一部の組み合わせは、獲得システム２４０によってそれぞれの検出器について信号持続時間Ｄの間、複数回記録される。信号持続時間当たり処理される時間的（Ｔｅｍｐｏｒａｌ）サンプルの数または統合時間（Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ）は、ダウン－レンジ規模（Ｄｏｗｎ－Ｒａｎｇｅ Ｅｘｔｅｎｔ）に影響を与える。数または統合時間は、多くの場合、信号当たりシンボルの数、信号反復率（Ｓｉｇｎａｌ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｒａｔｅ）および可用カメラフレームレート（Ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｃａｍｅｒａ Ｆｒａｍｅ Ｒａｔｅ）に基づいて選択される実質的な考慮事項である。フレームレートは、サンプリング帯域幅であり、「デジタイザー（Ｄｉｇｉｔｉｚｅｒ）周波数」と呼ばれる。距離規模（Ｒａｎｇｅ Ｅｘｔｅｎｔ）の唯一の根本的な限界は、レーザーのコヒーレンス（Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ）長さおよび（明確な距離測定のために）それが繰り返す前のチャープまたは固有位相コードの長さである。これは、リターンされたヘテロダイン（Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ）信号またはビット（Ｂｉｔｓ）のデジタルレコードが以前の送信履歴から送信ビットの任意の部分と比較されたり、交差相関できるため、可能になる。

獲得されたデータは、図７を参照して後述されるコンピュータシステムまたは図８を参照して後述されるチップセットのような処理システム２５０に利用可能になる。スキャナ制御モジュール２７０は、以下で説明される１つ以上の実施例によって、スキャニング光学機器２１８および／またはソース２１２および／または第１および第２スキャナ２４１、２４４（図２Ｇ）および／または光スイッチ２４７（図２ｊ）を駆動するためのスキャニング信号を提供する。１つの実施例において、スキャナ制御モジュール２７０は、図６Ａのフローチャートを参照して以下で説明される方法６００および／または図６Ｂのフローチャートを参照して以下で説明される方法６３０および／または図６Ｃのフローチャートを参照して以下で説明される方法６５０の１つ以上のステップを行うための命令語を含む。処理システム２５０で符号付きドップラー補償（Ｓｉｇｎｅｄ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）モジュール（図示せず）は、ドップラーシフトの符号と大きさを決定し、任意の他の補正とともにそれに基づく補正された距離を決定する。また、処理システム２５０は、変調器２８２ａ、２８２ｂを駆動する１つ以上の電気信号を伝送するための変調信号モジュール（図示せず）を含む。一部の実施例において、処理システムは、またシステム２００が設置される車両を制御するための車両制御モジュール２７２を含む。

任意の知られている装置またはシステムがレーザーソース２１２、変調器２８２ａ、２８２ｂ、ビームスプリッタ２１６、基準経路２２０、光ミキサー２８４、検出器アレイ２３０、スキャニング光学機器２１８または獲得システム２４０を具現するために使用できる。瞳孔平面（Ｐｕｐｉｌ Ｐｌａｎｅ）を通過する焦点またはターゲット上の焦点またはフラッド（Ｆｌｏｏｄ）についての光カップリング（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ）は、図示されない。本明細書に使用されたように、光カプラ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｕｐｌｅｒ）は、他のものの中でも、真空、空気、ガラス、クリスタル、ミラー、レンズ、光サーキュレータ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｉｒｃｕｌａｔｏｒ）、ビームスプリッタ、位相板（Ｐｈａｓｅ Ｐｌａｔｅ）、偏光子（Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）、光ファイバー（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ）、光ミキサーのような他のコンポーネントを、単独または一部の組み合わせのように、１つのコンポーネントから他のコンポーネントに光を指向させるために空間座標内で光の伝搬（Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）に影響を与える任意のコンポーネントである。

また、図２Ａは、一実施例による同時アップおよびダウンチャープＬＩＤＡＲシステムのためのコンポーネントの例を示す。この実施例において、変調器２８２ａは、送信ビーム２０５の光経路に追加された周波数シフタ（Ｓｈｉｆｔｅｒ）である。他の実施例において、周波数シフタは、リターンされたビーム２９１の光経路または基準経路２２０の代わりに追加される。一般的に、変調器（例えば、ＡＯＭ、Ａｃｏｕｓｔｏ－Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）として使用される装置が関連する損失を有し、損失コンポーネントを受信側に配置するか、または光増幅器の後ろに配置することは、不利であるため、周波数シフティング要素は、局部発振器（Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ（ＬＯ）、基準経路ともいう）側または送信側（光増幅器の前）に変調器２８２ｂとして追加される。光シフタの目的は、光検出器２３０によって出力される電気信号の分析において、例えば、処理システム２５０でＦＦＴコンポーネントによってピックアップされ得る異なる周波数帯域でアップおよびダウンチャープのビート（Ｂｅａｔ）周波数が発生するように、基準信号の周波数について送信された信号（またはリターンされた信号）の周波数を知られている量（Δｆ_Ｓ）ほどシフトするものである。一部の実施例において、平衡検出器（Ｂａｌａｎｃｅｄ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）から由来するＲＦ信号は、ＦＦＴを介して分離される帯域とともに直接デジタル化される。一部の実施例において、平衡検出器から由来するＲＦ信号は、直接デジタル化できる低帯域（アップチャープまたはダウンチャープのうち、１つに対応）と基底帯域に電子的にダウンミックスされた（Ｄｏｗｎ－Ｍｉｘｅｄ）後、デジタル化できる高帯域（反ついてのチャープに対応）に分離するためにアナログＲＦ電子装置を用いて前処理される。両方の実施例は、検出された信号の帯域を使用可能なデジタイザーリソース（Ｄｉｇｉｔｉｚｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ）に一致させる経路を提供する。一部の実施例において（例えば、直接距離測定の実施例で）、変調器２８２ａは、除外される。

図２Ｂは、一部の従来技術の実施例で使用される高解像度ドップラーシステムのための簡単な鋸歯（Ｓａｗ Ｔｏｏｔｈ）スキャンパターンを示すブロック図である。スキャンは、方位角（水平方向）および傾斜角（ゼロ（０）傾斜で平坦な方向（Ｌｅｖｅｌ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）の上下垂直に）の範囲をスイープ（Ｓｗｅｅｐ）する。以下で説明される様々な実施例において、他のスキャンパターンが使用される。当該技術分野に知られている任意のスキャンパターンが様々な実施例で使用できる。例えば、一部の実施例において、全体の内容それぞれが本明細書によってまるで本明細書に説明されたように、参照によって含まれる世界知的所有権機関公報ＷＯ２０１８／１２５４３８で説明された方法を用いて適応型スキャニングが行われる。

図２Ｃは、一実施例によって高解像度ドップラーＬＩＤＡＲシステムによって生成された例示的な速度ポイントクラウドを示すイメージである。イメージ内のそれぞれのピクセルは、ピクセルに関連する傾斜角（Ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ Ａｎｇｌｅ）および方位角（Ａｚｉｍｕｔｈ Ａｎｇｌｅ）で距離または強度または相対的速度または一部の組み合わせを示すポイントクラウド（Ｐｏｉｎｔ Ｃｌｏｕｄ）でのポイントを示す。

図２Ｄは、一実施例によって高解像度（Ｈｉ－ｒｅｓ）ＬＩＤＡＲシステム２００’の例示的なコンポーネントを示すブロック図である。一実施例において、システム２００’は、ここで論議される特徴を除いてシステム２００に類似している。一実施例において、システム２００’は、モノスタティックトランシーバ（Ｍｏｎｏｓｔａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ）を用いて構成されるコヒーレントＬＩＤＡＲシステムである。システム２００’は、送信経路２２２上の単一モード光導波管に沿ってサーキュレーター２２６を介してコリメート光学機器２１９の焦点平面内に、または約１００ミクロン（μｍ）内に、またはコリメート光学機器２１９の焦点距離の約０．１％ないし約０．５％内に位置する単一モード光導波管の先端（Ｔｉｐ）２１７の外に搬送波２０１を送信するソース２１２を含む。１つの例示的な実施例において、コリメート光学機器２１９は、タブレット（Ｄｏｕｂｌｅｔ）、非球面または多重要素デザインを含む。一実施例において、光導波管の先端２１７を通り抜ける搬送波２０１は、スキャニング光学機器２１８によって角度範囲２２７にわたってスキャンされるコリメートされたターゲットビーム（Ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ Ｔａｒｇｅｔ Ｂｅａｍ）２０５’に光学機器２２９によって作られる。一部の実施例において、搬送波２０１は、コリメーション光学機器２２９の上流にある変調器２８２ａで位相または周波数変調される。他の実施例において、変調器２８２は、除外される。一実施例において、オブジェクトからリターンされたビーム２９１は、スキャニング光学機器２１８によって指向され、コリメーション光学機器２２９によって先端２１７上に集束し、リターンされたビーム２９１が単一モード光導波管の先端２１７で受信される。次に、一実施例において、リターンされたビーム２９１は、サーキュレーター２２６によって受信経路２２４に沿って単一モード光導波管内に、そして、リターンされたビーム２９１が局部発振器経路２２０に沿って単一モード光導波管を介して指向される基準ビーム２０７ｂと結合される光ミキサー２８４に再指向（Ｒｅｄｉｒｅｃｔ）される。１つの実施例において、システム２００’は、基準信号２０７ｂとリターンされたビーム２９１の最大空間モード重畳（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｓｐａｔｉａｌ Ｍｏｄｅ Ｏｖｅｒｌａｐ）がリターンされた信号２９１と局部発振器２０７ｂとの間のヘテロダインミキシング（光干渉）効率を最大化するという原理のもとで動作する。この配列は、バイスタティック（Ｂｉ－Ｓｔａｔｉｃ）ＬＩＤＡＲシステムに関連する容易ではない整列手続きを回避するのに役立つため有利である。

一部の実施例において、システム２００’は、導波管アレイに配列された２以上の導波管を含み、アレイ内のそれぞれの導波管は、図２Ｄでの先端２１７と同様の位置に位置する先端を有する。１つの実施例において、導波管アレイのそれぞれの導波管は、それぞれのリターンされたビーム２９１をそれぞれの基準ビーム２０７ｂと結合するためのそれぞれのサーキュレーター２２６およびそれぞれの光ミキサー２８４を有する。他の実施例において、システム２００’は、導波管の数より少ない数のサーキュレーター２２６および光ミキサー２８４を含み、システムは、１つ以上の導波管からのリターンされたビーム２９１データが１つ以上の各基準ビーム２０７ｂと光ミキサー２８４で結合されるように、各期間で１つ以上の導波管の間でスイッチングするように構成される。この実施例は、アレイ内の導波管の数より少ない数の処理チャネル（例えば、より少ない数のサーキュレーター２２６および光ミキサー２８４）を許容する。

図２Ｅは、一実施例によってコリメートされたファンビーム２３３を形成するために導波管アレイ２１５を有するシステム２００またはシステム２００’のようなＬＩＤＡＲシステムで使用されるコリメータ２３１の例示的な側断面図を示すブロック図である。一実施例において、ＬＩＤＡＲシステムは、以下で共通的に導波管２２５と参照される複数の光導波管２２５ａ、２２５ｂ、２２５ｃ、２２５ｄの導波管アレイ２１５を含む。それぞれの導波管２２５ａ、２２５ｂ、２２５ｃ、２２５ｄの先端２１７は、図２Ｄの導波管２２５の先端２１７と同様の方式で、例えば、コリメート光学機器２２９の焦点平面に位置する。一部の実施例において、ソース２１２からのビーム２０１は、ビーム２０１を導波管２２５ａ、２２５ｂ、２２５ｃ、２２５ｄの先端２１７に指向させる多数のサーキュレーター２２６への送信経路２２２に沿って多数の導波管２２５ａ、２２５ｂ、２２５ｃ、２２５ｄにスプリッタによって分割される。他の実施例において、多数の導波管２２５に指向される多数のビーム２０１を生成する多数のソース２１２が提供される。導波管２２５ａ、２２５ｂ、２２５ｃ、２２５ｄからのリターンされたビーム２９１は、それぞれのリターンされたビーム２９１が基準経路２２０に沿って複数の光導波管（図示せず）のいずれかを介して送信されたそれぞれの基準ビーム２０７ｂと結合する多数の光ミキサー２８４のそれぞれに多数のサーキュレーター２２６によって送信される。

一実施例において、コリメートされたビームのファン（Ｆａｎ ｏｆ Ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ Ｂｅａｍｓ）２３３は、スキャニングＬＩＤＡＲシステムに使用できる、以下で共通的にレーザービーム２３６として参照されるコリメートされたレーザービーム２３６ａ、２３６ｂ、２３６ｃ、２３６ｄの集合である。１つの例示的な実施例において、要求されるビーム２３６直径の大きさは、約５ｍｍないし約１２ｍｍの範囲内におり、ビーム２３６の間の要求される角度間隔（Ａｎｇｕｌａｒ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）は、約０．０５度ないし約１０度の範囲内にある。例示的な一実施例において、コリメートされたビームのファン２３３の角拡散（Ａｎｇｕｌａｒ Ｓｐｒｅａｄ）は、約２度か、約０．５度ないし約４度または約０．０５度ないし約１０度の範囲内にある。一実施例において、個々のコリメートされたビームのファン２３３は、発散するビーム２０１をアレイ２１５の先端２１７から単一のコリメート光学機器２２９を介して通過させることによって生成される。一部の実施例において、それぞれの光ファイバー２２５からのビーム２０１は、コリメート光学機器２２９で重畳するが、コリメータ２３１から個々にコリメートされたビーム２３６として出る。

１つの実施例において、導波管アレイ２１５は、ｖ－グルーブ（ｖ－Ｇｒｏｏｖｅ）光ファイバーアレイ、多重ファイバーコネクター（例えば、１つのコネクター内の個々の光ファイバー）、光ファイバーバンドル（例えば、多数のコアを有する単一の光ファイバー）、平面光波回路（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）または近接配置された（Ｃｌｏｓｅｌｙ Ｓｐａｃｅｄ）光導波管２２５の他の配列の１つである。一部の実施例において、導波管２２５の間の間隔２２１は、約１００μｍないし約１０００μｍの範囲内にある。１つの実施例において、導波管２２５の間の間隔２２１は、アレイ２１５の全体にわたってほぼ同じである。他の実施例において、導波管の間の間隔２２１は、アレイ２１５の全体にわたって不規則である（例えば、導波管２２５の間の間隔２２１は、このような導波管２２５に関連するファン２３３の特定角度領域の予想されるターゲット距離に基づいて調整される）。例示的な一実施例において、導波管アレイ２１５は、間隔２２１が約１２５μｍないし約２５０μｍの範囲内におり、導波管２２５の数が約２ないし約１６の範囲内にあるｖ－グルーブ光ファイバーアレイである。一部の実施例において、導波管２２５は、アレイ２１５を形成するために線形方式で配列されるが、他の実施例において、導波管２２５は、２次元アレイを形成するために２次元方式で配列される。

一実施例において、ビーム２０１は、それぞれ導波管２２５の先端２１７から導波管２２５領域の断面の大きさ、導波管２２５の材料および／またはビーム２０１の波長のうち、１つ以上によって決定される立体角（Ｓｏｌｉｄ Ａｎｇｌｅ）に放出される。１つの実施例において、ＬＩＤＡＲシステムは、導波管２２５と互換される任意の光波長および導波管２２５の任意の構成で使用される。例示的な一実施例において、ソース２１２からのビーム２０１の波長は、約１５５０ナノメートル（ｎｍ）であり、および／または導波管２２５は、導波管２２５の端部面または先端２１７で１０μｍモードフィールド直径を有する単一モードである。

図２Ｆは、一実施例によってコリメートされたファンビーム２３３内の１つのビーム２３６ａを作る図２Ｅのコリメータ２３１の線図（Ｒａｙ Ｄｉａｇｒａｍ）の一例を示すブロック図である。一実施例において、コリメート光学機器２２９は、反射型または屈折型である。１つの例示的な実施例において、反射型コリメータ２３１内のコリメート光学機器２２９は、放物線型のミラー（Ｐａｒａｂｏｌｉｃ Ｍｉｒｒｏｒ）である。他の例示的な実施例において、屈折型コリメータ２３１内のコリメート光学機器２２９は、１つ以上の屈折レンズ要素を含む。一実施例において、光学機器２２９の有効焦点距離２３５は、コリメートされたビーム直径２４６を決定し、光ファイバーの間隔２２１とともに、コリメートされたビーム２３６の間の角度間隔を決定する。一実施例において、ビーム直径２４６は、焦点距離２３５、ビーム２０１の波長および導波管２２５ａのモードフィールド直径（Ｍｏｄｅ Ｆｉｅｌｄ Ｄｉａｍｅｔｅｒ、ＭＦＤ）により、以下の数５で表される。

ここで、λは、ビーム２０１の波長であり、ＭＦＤは、導波管２２５ａのモードフィールド直径であり、ｆｏｃａｌ ｌｅｎｇｔｈは、コリメート光学機器２２９の焦点距離２３５である。例示的な実施例において、波長は、約１５００ナノメートル（ｎｍ）か、約１４００ｎｍないし約１６００ｎｍの範囲内にある。焦点距離は、約７５ミリメートル（ｍｍ）か、約５０ｍｍないし約１００ｍｍの範囲内にある。そして、ＭＦＤは、約１０．５ミクロン（μｍ）か、約８μｍないし約１２μｍの範囲内にある。一実施例において、導波管アレイ２１５の端部面（例えば、導波管２２５ａ、２２５ｂの先端２１７ａ、２１７ｂ）とコリメート光学機器２２９との間の間隔は、コリメート光学機器２２９の有効焦点距離２３５とほぼ同じように設計される。

この説明の目的のために、「～とほぼ同じ（Ａｂｏｕｔ Ｅｑｕａｌ ｔｏ）」は、間隔が臨界距離（例えば、約１００μｍ）以内であるか、または焦点距離２３５の臨界百分率以内（例えば、焦点距離の約±０．５％以内）であることを意味する。これは、有利には、出力ビーム２３６の高いレベルのコリメーションを実現する。一部の実施例において、収束ビーム２３６の集合が要求されるアプリケーションについて、アレイ２１５の端部面と光学機器２２９との間の距離は、焦点距離２３５よりも大きい（例えば、焦点距離の約＋０．５％以内）。他の実施例において、収束ビーム２３６の集合が要求されるアプリケーションについて、アレイ２１５の端部面と光学機器２２９との間の距離は、焦点距離２３５よりも小さい（例えば、焦点距離の約－０．５％以内）。一部の実施例において、弱く収束するビーム２３６の集合を有することが好ましい。

一部の実施例において、特定ビーム２３６ａがコリメータ２３１を通り抜ける角度θ２３９は、導波管の先端２１７ａをコリメート光学機器２２９の光軸２３７から離隔させる距離２２８およびコリメート光学機器２２９の有効焦点距離２３５による。これは、以下の数６で表される。

ここで、ｙは、離隔距離２２８であり、焦点距離（Ｆｏｃａｌ Ｌｅｎｇｔｈ）は、コリメート光学機器２２９の焦点距離２３５である。

一部の実施例において、図２Ｆに示された配列は、単一要素としてモデリングできる１つ以上の光学要素を有する相対的に簡単なコリメートシステムに適用できる。他の実施例において、多数の光学要素は、要求される出力ビーム直径２４６を保持しながら、導波管の先端２１７ａ、２１７ｂとコリメータ２３１の出力との間により短い距離を実現する。１つの例示的な実施例において、各ビーム２０１の発散を増加させるために光学機器は、導波管２２５の先端２１７に含まれる。

４．ファンビームスキャニング

ここに説明したように、スキャニング光学機器２１８の様々な実施例が、１つ以上の平面でコリメートされたビームのファン２３３の方向を調整するのに使用される。図２Ｇは、一実施例によって角度範囲にわたって図２Ｅのコリメートされたファンビーム２３３の方向をスキャンするための例示的なコンポーネントを示すブロック図である。図２Ｈは、一実施例によって図２Ｇのコンポーネントの上面図を示すブロック図である。図２Ｇおよび２ｈの目的のために、アレイ２１５の導波管２２５およびコリメートされたビームのファン２３３は、例えば、図２Ｇでの平面や図２Ｈでの垂直平面２３４である第１平面に配列される。一実施例において、修正されたコリメートされたファンビーム２３３’を生成するために第１平面、例えば、図２Ｇでの平面でコリメートされたファン２３３の方向を調整するスキャナ２４１が提供される。１つの実施例において、スキャナ２４１は、第１平面でコリメートされたファン２３３の方向を調整できる任意の反射型または屈折型の光学機器である。例示的な一実施例において、スキャナ２４１は、検流計（Ｇａｌｖａｎｏｍｅｔｅｒ）、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラー、ボイスコイル駆動ミラー（Ｖｏｉｃｅ Ｃｏｉｌ Ａｃｔｕａｔｅｄ Ｍｉｒｒｏｒ）または他のポリゴンスキャナ（Ｐｏｌｙｇｏｎ Ｓｃａｎｎｅｒ）である。

一実施例において、第１平面とは異なる第２平面、例えば、図２Ｇの平面とは異なる第２平面でコリメートされたファンビーム２３３’の方向を調整する第２スキャナも提供される。１つの実施例において、第２平面は、第１平面にほぼ直交し（例えば、約９０度±１０度）、例えば、図２Ｇの平面に直交するか、または図２Ｈの平面内にある。

一実施例において、第２スキャナは、回転軸２４３を中心に角速度２４９で回転する複数のファセット（Ｆａｃｅｔ）２４５ａ、２４５ｂを有するポリゴンスキャナ２４４である。１つの例示的な実施例において、ポリゴンスキャナ２４４は、一定の速度で回転軸２４３を中心に回転する。例示的な実施例において、ポリゴンスキャナ２４４は、次の特性のうち、１つ以上を有する。Ｃｏｐａｌ回転ミラー（Ｃｏｐａｌ Ｔｕｒｎｅｄ Ｍｉｒｒｏｒ）を有するＢｌａｃｋｍｏｒｅ（登録商標）Ｓｅｎｓｏｒｓによって製造されたもの、約２インチであるか、または約１インチないし約３インチの範囲内の内接直径（Ｉｎｓｃｒｉｂｅｄ Ｄｉａｍｅｔｅｒ）を有するもの、それぞれのミラーの高さが約０．５インチであるか、または約０．２５インチないし約０．７５インチの範囲内であるもの、全体の高さが約２．５インチであるか、または約２インチないし約３インチの範囲内であるもの、エンコーダポールペアスイッチング（Ｅｎｃｏｄｅｒ Ｐｏｌｅ－Ｐａｉｒ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）を備える３相ＢＬＤＣ（３－Ｐｈａｓｅ Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）モーターによって電力が供給されるもの、約１０００ｒｐｍ（ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）ないし約５０００ｒｐｍの範囲内の回転速度を有するもの、約５：１の減少比（Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ｒａｔｉｏ）と、約１．５インチであるか、または１インチないし約２インチの範囲内であるコリメータ２３１からの距離を有するもの。図２Ｈに示すように、１つの実施例において、ポリゴンスキャナ２４４は、第１平面２３４（例えば、導波管２２５とコリメートされたファン２３３が内部に配列される図２Ｇの平面）がポリゴンスキャナ２４４の回転軸２４３を交差するように配置される。図２Ｇに示すように、他の実施例において、導波管アレイ２１５は、回転軸２４３に平行な方向（例えば、図２Ｇで垂直方向）に積層された導波管２２５を特徴とする。

コリメータ２３１およびスキャナ２４１、２４４を含むＬＩＤＡＲシステムのための意図されたアプリケーションは、スキャニングレーザービームを用いる３Ｄ ＬＩＤＡＲイメージングシステムのためのものである。一実施例において、ＬＩＤＡＲイメージングシステムの１つの目標は、できるだけ短い時間に場面の高いカバレッジ（例えば、与えられた視野内でできるだけ多く測定された３Ｄポイントまたは測定された３Ｄポイントの間のできるだけ小さな距離）を提供するものである。１つの実施例において、同時にスキャニングするコリメートされたファン２３３内に多数のビーム２３６を有することは、１つのビームを有することに比べて与えられた量の時間でカバレッジを増加させ、したがって、多重ビームシステムを有することが好ましい。

１つの実施例において、コリメートされたファンビーム２３３’は、ポリゴンスキャナ２４４のファセット２４５ａに入射し、ファセット２４５ａによって第２平面内のコリメートされたファンビーム２３３’’に再指向される。１つの実施例において、ポリゴンスキャナの第１角度および第２角度は、第２平面でファン２３３’’のスキャンパターンまたはスワイプ（Ｓｗｉｐｅ）を定義し、第１および第２角度は、処理システム２５０のメモリ７０４に格納される。ポリゴンスキャナ２４４およびファセット２４５ａが回転することにより、ファン２３３’’は、ビームのスワイプを行うために第２平面内で第１角度から第２角度に再指向される。１つの実施例において、レーザーソース２１２およびビーム２０１は、ポリゴンスキャナ２４４がファセット２４５ａ、２４５ｂの間で回転することによってオン（ＯＮ）状態を保持し、処理システム２５０は、第１および第２角度の間でファン２３３’’のスキャンパターンまたはスワイプのみを使用し、角度範囲外のファン２３３’’の部分、例えば、ファセット２４５ａ、２４５ｂの間を通過するファン２３３’’の部分を使用しないように時間設定される。このような例示的な実施例において、処理システム２５０は、それぞれのファセット２４５ａ、２４５ｂに沿って第１角度と第２角度との間のファン２３３’’のスキャンパターンまたはスワイプに基づいてリターンされたビーム２９１のみを考慮し、ファセット２４５ａ、２４５ｂの間を通過する例えば、ファセット２４５ａ、２４５ｂの間のファセットエッジ（Ｆａｃｅｔ Ｅｄｇｅ）の上に通過するファン２３３’’の部分に基づくリターンされたビーム２９１を考慮しないように時間設定される。この実施例において、ポリゴンスキャナ２４４は、ＬＩＤＡＲシステムの効率性を最大化するために一定の速度で連続的に回転する。一実施例において、ＬＩＤＡＲシステムは、ビームの多重スキャンパターンまたはスワイプを行い、それぞれのスキャンパターンについて、処理システム２５０は、ポリゴンスキャナ２４４のそれぞれのファセット２４５ａ、２４５ｂ上の第２平面内で第１角度から第２角度に再指向されるファン２３３’’を考慮するように時間設定される。

図４Ａは、一実施例によって図２Ｇのシステムを用いるコリメートされたファンビーム２３３’’の多数のインターリーブ（Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅ）スワイプ４４２ａ、４４２ｂの一例を示すイメージである。一実施例において、スワイプ４４２ａは、第２平面でポリゴンスキャナ２４４による第１角度から第２角度へのファン２３３’’の第１スワイプである。１つの実施例において、第１スワイプ４４２ａを実行した後、第１スキャナ２４１は、増分角度（Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ Ａｎｇｌｅ）４４４だけ第１平面でファンビーム２３３’の方向を調整する。例示的な一実施例において、インターリーブスワイプ４４２ａ、４４２ｂについての増分角度４４４は、約０．５度であるか、または約０．０５ないし約１度の範囲内にあるか、または約０．００５ないし約２度の範囲内にある。例示的な一実施例において、増分角度４４４は、第１平面でファンビーム２３３’の角拡散よりも小さい。一実施例において、第１スキャナ２４１が増分角度４４４だけファンビーム２３３’を調整した後、ポリゴンスキャナ２４４は、第２平面で第１角度から第２角度にコリメートされたファンビーム２３３’’の第２スワイプ４４２ｂを行う。第３インターリーブスワイプは、図４Ａで最も明るい線で表示される。３つのインターリーブスワイプ４４２ａ、４４２ｂおよび最も明るい線が図４Ａに示されるが、３つより多くのスワイプがスワイプ４４２ａ、４４２ｂについて、前記の論議されたものと同様の方式でインタリービングされ得る。１つの実施例において、スワイプ４４２ａ、４４２ｂは、臨界間隔（例えば、約５００μｍであるか、またはその範囲が約４００μｍないし約６００μｍ）よりも大きいアレイ２１５内の導波管２２５の間隔２２１に基づいてインタリービングされる。

スワイプ４４２ａ、４４２ｂのインタリービングを行うために、処理システム２５０は、ファンビーム２３３’’が第１スワイプ４４２ａの間、第１角度から第２角度にスキャンされることによってリターンされたビーム２９１を考慮するように時間設定され、次に、処理システム２５０は、増分角度４４４だけ第１平面でファンビーム２３３’を調整するためにスキャナ２４１に第２信号を送信し、そして、処理システム２５０は、ファンビーム２３３’’が第２スワイプ４４２ｂの間、第１角度から第２角度にスキャンされることによってリターンされたビーム２９１を考慮するように追加で時間設定される。１つの実施例において、処理システム２５０は、ファンビーム２３３’’がファセット２４５のうち、１つから反射し、初期時間と最終時間との間に第２平面で第１角度から第２角度にスキャンされるとき、各初期時間および最終時間との間のリターンされたビーム２９１を考慮するように時間設定される。ビームスワイプ４４２ａ、４４２ｂのインタリービングの１つの利点は、単一ビーム２９１（例えば、図２Ｄのビーム２０５’）の使用に比べてより高い解像度のリターンされたビーム２９１のデータが実現されるものである。

図４Ｂは、一実施例によって図２Ｇのスキャニングシステムを用いたコリメートされたファンビーム２３３’’の多数のオフセットスワイプ４４２ａ’、４４２ｂ’、４４２ｃ’の一例を示すイメージである。一実施例において、スワイプ４４２ａ’は、第２平面でポリゴンスキャナ２４４による第１角度から第２角度へのファン２３３’’の第１スワイプである。１つの実施例において、第１スワイプ４４２ａ’を実行した後、第１スキャナ２４１は、増分角度４４４’だけ第１平面でファンビーム２３３’の方向を調整する。例示的な一実施例において、オフセットスワイプ４４２ａ’、４４２ｂ’についての増分角度４４４’は、約２．５度または約１度ないし約４度の範囲で選択されるか、または約０．５度ないし約６度の範囲で選択される。例示的な一実施例において、増分角度４４４’は、第１平面でファンビーム２３３’の角拡散とほぼ同じである。一実施例において、第１スキャナ２４１が増分角度４４４’だけファンビーム２３３’を調整した後に、ポリゴンスキャナ２４４は、コリメートされたファンビーム２３３’’の第２スワイプ４４２ｂ’を第２平面内で第１角度から第２角度に行う。次に、第１スキャナ２１４は、ポリゴンスキャナ２４４が第３スワイプ４４２ｃ’を行う前に、増分角度４４４’だけファンビーム２３３’を調整する。３つのオフセットスワイプ４４２ａ’、４４２ｂ’、４４２ｃ’が図４Ｂに示されるが、３つ以上のスワイプがスワイプ４４２ａ’、４４２ｂ’、４４２ｃ’について、前記の論議されたものと同様の方式でオフセットされ得る。１つの実施例において、スワイプ４４２ａ’、４４２ｂ’、４４２ｃ’は、臨界間隔（例えば、約１００μｍであるか、またはその範囲が約８０μｍないし約１２０μｍ）よりも小さいアレイ２１５内の導波管２２５の間隔２２１に基づいてオフセットされる。

オフセットスワイプ４４２ａ’、４４２ｂ’、４４２ｃ’を行うために、処理システム２５０は、ファンビーム２３３’’が第１スワイプ４４２ａ’の間に、第１角度から第２角度にスキャンされることによってリターンされたビーム２９１を考慮するように時間設定され、次に、処理システム２５０は、増分角度４４４’だけファンビーム２３３’を調整するためにスキャナ２４１に第２信号を送信し、そして、処理システム２５０は、ファンビーム２３３’’が第２スワイプ４４２ｂ’の間、第１角度から第２角度にスキャンされることによってリターンされたビーム２９１を考慮するように追加で時間設定される。プロセッサは、ポリゴンスキャナ２４４が第３スワイプ４４２ｃ’の間、第１角度から第２角度にスキャンされるとき、リターンされたビーム２９１を考慮するように同様に時間設定される。ビームスワイプ４４２ａ’、４４２ｂ’、４４２ｃ’のオフセットの１つの利点は、単一ビーム２９１（例えば、図２Ｄのビーム２０５’）の使用に比べて、または図４Ａに示されたインタリービングに比べて視野をより迅速に満たすことである。

図４Ｃは、一実施例によってアレイ２１５内の導波管２２５が不規則に離隔した図２Ｇのシステムを用いるコリメートされたファンビーム２３３’’の１つのスワイプ４４２’’の一例を例示するイメージである。一実施例において、スワイプ４４２’’は、第１間隔４４８ａを有する第１複数のビーム４４６ａと、第２間隔４４８ｂを有する第２複数のビーム４４６ｂと、第３間隔４４８ｃを有する第３複数のビーム４４６ｃと、を含み、ここで第３間隔４４８ｃは、第２間隔４４８ｂよりも大きく、第２間隔４４８ｂは、第１間隔４４８ａよりも大きい。例示的な実施例において、第１間隔４４８ａは、約０．１度であるか、または約０．０５度ないし約０．１５度の範囲内にある。例示的な実施例において、第２間隔４４８ｂは、約０．２度であるか、または約０．１度ないし約０．３度の範囲内にある。例示的な実施例において、第３間隔４４８ｃは、約０．４度であるか、または約０．３度ないし約０．５度の範囲内にある。

一実施例において、第１複数のビーム４４６ａは、第１間隔２２１ａを有する第１複数の導波管２２５に起因し、第２複数のビーム４４６ｂは、第２間隔２２１ｂを有する第２複数の導波管２２５に起因し、第３複数のビーム４４６ｃは、第３間隔２２１ｃを有する第３複数の導波管２２５に起因し、ここで第３間隔２２１ｃは、第２間隔２２１ｂよりも大きく、第２間隔は、第１間隔２２１ａよりも大きい。例示的な一実施例において、第１間隔２２１ａは、約１００μｍであるか、または約８０μｍないし約１２０μｍの範囲内におり、第２間隔２２１ｂは、約２００μｍであるか、または約１６０μｍないし約２４０μｍの範囲内におり、第３間隔２２１ｃは、約４００μｍであるか、または約３２０μｍないし約４８０μｍの範囲内にある。図４Ｃがそれぞれの領域で異なるビーム間隔を有するスワイプ４４２’’の３つの異なる領域を示すが、本発明は、３つの異なる領域に限定されず、異なるビーム間隔を有する３つよりも少ないか、または多くのスワイプ領域を生成し得る。

他の実施例において、アレイ２１５の間隔２２１は、スワイプ４４２’’のそれぞれの領域４４６の間隔４４８がその領域４４６に対応するターゲット距離に基づくように調整される。例示的な一実施例において、ビームの間により小さい間隔４４８ａを有する領域４４６ａは、スワイプ４４２’’の領域４４６ａが大きいターゲット距離（例えば、１００ｍ以上または図３Ｂでのビーム３４４）に対応するように配列される一方、より大きい間隔４４８ｃを有する領域４４６ｃは、領域４４６ｃがより小さいターゲット距離（例えば、１００ｍ未満または図３Ｂのビーム３４２、３４６）に対応するように配列される。他の例示的な実施例において、スワイプ４４２’’を形成するビームファン２３３’’は、より長い距離でより稠密なカバレッジを提供する（例えば、図３Ｂに示すように、車両３１０の直前の地面３４９を向けて指向されるビーム３４２についてのより大きい角拡散と車両３１０の移動方向３１３にほぼ平行なビーム３４４についてのより小さい角拡散）。

図６Ａは、ＬＩＤＡＲシステムのスキャナを動作させるための例示的な方法６００を示すフローチャートである。図６Ａおよび後続フローチャートである図６Ｂおよび図６Ｃでステップが例示の目的のために特定の手順による統合ステップとして示されるが、他の実施例において、１つ以上のステップまたはその一部は、異なる手順で行われるか、時間的に直列または並列に重畳するか、省略されるか、１つ以上の追加ステップが追加されるか、または方法がいくつかの組み合わせ方式として変更される。

６０１ステップにおいて、第１平面に配列された導波管アレイを使用して複数のビームが生成され、ここで各ビームは、アレイ内の各導波路から送信される。一実施例において、６０１ステップにおける、複数のビーム２０１は、第１平面（例えば、図２Ｅ／２ｇの平面または図２Ｈの平面２３４）に配列された導波管アレイ２１５を使用して生成され、ここでそれぞれのビーム２０１は、アレイ２１５の導波管２２５の各先端２１７から送信される。１つの例示的な実施例において、６０１ステップにおける、処理システム２５０は、アレイ２１５のそれぞれの導波管２２５内に結合される多数のビームに分割される１つのビーム２０１を送信するために信号をソース２１２に送信する。他の例示的な実施例において、６０１ステップにおける、処理システムは、信号を多数のソース２１２に送信し、ここでそれぞれのソース２１２は、アレイ２１５のそれぞれの導波管２２５内に結合される各ビーム２０１を送信する。

６０３ステップにおいて、６０１ステップから生成されたビームは、コリメータを用いて第１平面で角拡散を有するコリメートされたビームのファンに作られる。一実施例において、６０３ステップにおける、導波管アレイ２１５を用いて生成されたビームは、コリメータ２３１を用いてコリメートされたビーム２３６のファン２３３に作られ、ファン２３３は、第１平面で角拡散を有する。例示的な一実施例において、ファン２３３は、導波管２２５がアレイ２１５に配列されたものと同じ第１平面（例えば、図２Ｇの平面）で角拡散を有する。他の実施例において、６０３ステップにおける、コリメート光学機器２２９の焦点平面についての導波管アレイ２１５の先端２１７の位置、焦点距離２３５、導波管２２５間の間隔２２１および光軸２３７から導波管２２５を分離する距離２２８のうち、１つ以上は、要求される角拡散とビーム直径２４６を有するファン２３３を実現するために調整される。一部の実施例において、このようなパラメータ値のうち、１つ以上は、機械的にエンジニアリングされる。他の実施例において、導波管２２５の後ろから作用する他の装置（例えば、スイッチネットワーク）が多数の導波管２２５についての出力を電子的に制御するために使用できる。

６０５ステップにおいて、第１平面とは異なる第２平面でファン２３３のスキャンパターンまたはスワイプの角度範囲を定義する第１角度および第２角度が受信される。一実施例において、６０５ステップにおける、第１角度および第２角度は、入力装置７１２および／またはポインティング装置７１６を使用して入力および／または処理システム２５０のネットワークリンク７７８を介して受信され、処理システム２５０のメモリ７０４に格納される。例示的な一実施例において、第１角度および第２角度は、ファン２３３’’がポリゴンスキャナ２４４によって第２平面（例えば、図２Ｈの平面）でスイープされる初期および最終角度を定義する。例示的な一実施例において、スキャンパターンまたはスワイプの角度範囲は、約２０度であるか、または約１５度ないし約２５度の範囲内におり、第１角度は、約－１５度であるか、または約－２０度ないし約－１０度の範囲内におり、第２角度は、約＋５度であるか、または約０度ないし約＋１０度の範囲内におり、第１角度および第２角度は、平面２３４についての法線について測定される。他の実施例において、角度範囲は、第１角度（例えば、最も低いスワイプ角度）でファン２３３の底と第２角度（例えば、最も高いスワイプ角度）でのファン２３３の頂が関心垂直視野（Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ、ＦＯＶ）をカバーするようにファン２３３の角拡散に依存する。

６０７ステップにおいて、ファンの方向は、第２スキャナを使用して第２平面で第１角度から第２角度に調整される。例示的な一実施例において、６０７ステップは、回転軸２４３を中心に一定の速度で回転するポリゴンスキャナ２４４を使用してファン２３３’’が第２平面で第１角度から第２角度に調整されるように、ポリゴンスキャナ２４４を用いて行われる。例示的な一実施例において、６０７ステップにおける、処理システム２５０は、ポリゴンスキャナ２４４が初期および最終時間の間に第２平面で第１角度から第２角度にファン２３３’’をスキャニングするときに、リターンされたビーム２９１を考慮するように時間設定される。一実施例において、処理システム２５０は、ファン２３３’’が第２平面で第１角度と第２角度との間に定義された角度範囲外の角度にわたってスキャンされるときに受信されるリターンされたビーム２９１を拒否するように時間設定される。例示的な一実施例において、インタリービングスワイプのために６０７ステップにおける、ポリゴンスキャナ２４４は、スワイプ４４２ａを形成するために第１角度から第２角度にファン２３３’’をスキャンする。他の例示的な実施例において、オフセットスワイプのために６０７ステップにおけるポリゴンスキャナ２４４は、スワイプ４４２ａ’を形成するために第１角度から第２角度にファン２３３’’をスキャンする。また他の実施例において、６０７ステップにおける、不規則なビーム間隔を有するスワイプのためにポリゴンスキャナ２４４は、スワイプ４４２’’を形成するために第１角度から第２角度にファン２３３’’をスキャンする。この例示的な実施例において、不規則なビーム間隔を有するスワイプのために、６０９、６１１ステップは、省略され得る。他の実施例において、不規則なビーム間隔を有するスワイプのために６０９、６１１ステップは、以下で説明されるように行われる。

６０９ステップにおいて、ファンの方向は、アレイ内の導波管の間隔に基づいて第１平面で増分角度だけ調整される。一実施例において、６０９ステップにおける、第１平面でのファン２３３’’の方向は、アレイ２１５内の導波管２２５の間隔２２１に基づいて増分角度４４４、４４４’だけスキャナ２４１によって調整される。例示的な一実施例において、６０９ステップにおける、増分角度４４４は、インタリービングスワイプのために使用される。他の例示的な実施例において、６０９ステップにおける、増分角度４４４’は、オフセットスワイプのために使用される。１つの実施例において、６０９ステップは、６０７ステップの以後に行われる。他の実施例において、６０９ステップにおける、処理システム２５０は、ファン２３３’の方向を第１平面で増分角度４４４、４４４’だけ調整するためにスキャナ２４１に信号を送信する。他の実施例において、６０９ステップは、スキャナ２４１によって実行されず、代わりに６０７ステップの繰り返しのためにポリゴンスキャナ２４４の異なる角を有するファセット２４５を用いることによって行われ、ファセット２４５は、回転軸２４３について異なる角を成す。例示的な一実施例において、第１ポリゴンファセット２４５ａは、第１スワイプ４４２ａを行うために６０７ステップの第１反復で使用され、第２ポリゴンファセット２４５ｂは、第２スワイプ４４２ｂを行うために６０７ステップの第２反復で使用され、第２ポリゴンファセット２４５ｂは、スワイプ４４２ｂを増分角度４４４だけ調整するように回転軸２４３についてファセット２４５ａと異なる角を成す。１つの実施例において、ポリゴンスキャナ２４４の隣接するファセット２４５は、回転軸２４３について異なる増分で角を成す。例示的な一実施例において、異なる増分は、範囲が約３度ないし約７度である。他の例示的な実施例において、それぞれの隣接するファセット２４５は、角度増分の全体範囲がポリゴンスキャナ２４４にわたって約１５度ないし３５度の範囲内にあるように異なる増分を有する。

６１１ステップにおいて、ファンのスワイプが実行された回数が決定される。例示的な一実施例において、６１１ステップにおける決定は、処理システム２５０のメモリ７０４に格納されたフィールドに基づいており、ここで格納されたフィールドは、６０７ステップのそれぞれの繰り返しについて増加されるカウンターである。また、６１１ステップにおいて、処理システム２５０は、決定されたスワイプ回数を要求されるスワイプ回数（例えば、２、４など）と比較する。決定されたスワイプ回数が要求されるスワイプ回数よりも小さければ、方法６００は、６０７ステップに戻る。決定されたスワイプ回数が要求されるスワイプ回数と同じであれば、方法は終了する。要求されるスワイプ回数が４である例示的な一実施例において、６１１ステップは、６１１ステップでスワイプ回数が要求されるスワイプ回数と同じで方法６００が終了すると決定されるまで方法６００を６０７ステップに３回シフトさせる。

５．ファンビームのステップ型スキャニング

一実施例において、リターンされたビーム２９１の往復移動遅延（Ｒｏｕｎｄ Ｔｒｉｐ Ｄｅｌａｙ）によって、ビームがスキャニング光学機器２１８によってスキャニングされているときに、リターンされたビーム２９１の受信モードは、送信されたビーム２０５’の送信モードから側方にシフトされたり（Ｌａｔｅｒａｌｌｙ Ｓｈｉｆｔｅｄ）、「離脱（Ｗａｌｋ Ｏｆｆ）」するであろう。図２Ｇの導波管アレイ２１５について、リターンされたビーム２９１は、それぞれの導波管２２５の先端２１７で送信されたビーム２０１から側方にシフトされたり、「離脱」できる。図５Ａは、一実施例によって図２Ｇのシステム２００’’で様々なターゲット距離およびスキャン速度についてのビーム離脱の一例を示すイメージである。水平軸５０２は、ターゲット距離を示し、垂直軸５２２は、スキャニング光学機器２１８（例えば、スキャナ２４１、ポリゴンスキャナ２４４）を用いたビームのスキャン速度を示す。図５Ａが示すように、集束したリターンされたビーム２９１のイメージ５１８ａが光ファイバー先端２１７に中心があって短いターゲット距離でビーム離脱がないことを示し、集束したリターンされたビーム２９１のイメージ５１８ｂも光ファイバー先端２１７に中心があって遠いターゲット距離でビーム離脱がないことを示すため、ビームがスキャニングされないとき（下部行）には、ビーム離脱がない。ビームが中間スキャン速度でスキャンされるとき（図５Ａの中間行）、集束したリターンされたビーム２９１のイメージ５８８ａと光ファイバー先端２１７との間で中間ビームの離脱５１９ａが観察され、集束したリターンされたビーム２９１のイメージ５８８ａと光ファイバー先端２１７との間でより大きいビーム離脱５１９ｂが観察される。ビームが速いスキャン速度でスキャンされるとき（図５Ａの上部行）、中間スキャン速度でのビーム離脱５１９ａを超過するビーム離脱５２１ａが短い距離で観察され、中間スキャン速度でのビーム離脱５１９ｂを超過するビーム離脱５２１ｂが長い距離で観察される。したがって、ビーム離脱は、ターゲット距離とスキャン速度が増加することによって増加する。一実施例において、増加したターゲット距離は、時間遅延を誘発し、その間、イメージ５１８ａ、５１８ｂは、光ファイバーコアの先端２１７から遠く移動する。したがって、一部の実施例において、ＬＩＤＡＲは、この離脱を適切に処理するように動作される。１つの実施例において、このような動作は、イメージ５１８の直径に基づいてビーム離脱５１９を制限する（例えば、イメージ５１８の直径の半分以下）。

図５Ｂは、一実施例によってＬＩＤＡＲシステムで様々なスキャンレート（Ｓｃａｎ Ｒａｔｅ）についてのカップリング効率対ターゲット距離の一例を示すグラフである。水平軸５０２は、メートル（ｍ）単位でターゲット距離を示し、垂直軸５３０は、単位がないカップリング効率を示す。一実施例において、カップリング効率は、ビーム離脱５１９に反比例する。第１トレース５３２ａは、ビームのスキャニングがないことに基づく様々なターゲット距離についての集束したリターンされたビーム２９１の光ファイバー先端２１７へのカップリング効率を示す。カップリング効率は、広い範囲のターゲット距離について相対的に高く、一定の状態を保持する。第２トレース５３２ｂは、ビームの中間スキャンレートに基づく様々なターゲット距離についての集束したリターンされたビーム２９１の光ファイバー先端２１７へのカップリング効率を示す。一実施例において、中間スキャンレートでのカップリング効率は、中間ターゲット距離（例えば、約１２０ｍ）でピークに到逹した後、ターゲット距離が増加することによって減少する。第３トレース５３２ｃは、ビームの速いスキャンレートに基づく様々なターゲット距離についての集束したリターンされたビーム２９１の光ファイバー先端２１７へのカップリング効率を示す。一実施例において、速いスキャンレートのカップリング効率は、低いターゲット距離（例えば、約８０ｍ）でピークに到逹した後、ターゲット距離が増加することによって減少する。

ここで、スキャニングがないか、またはスキャンレートが最小化されるとき、ビーム離脱５１９、５２１が回避され、カップリング効率（および信号対雑音比またはＳＮＲ）が最適化されることを知ることができる。したがって、ステップ型スキャン（Ｓｔｅｐ Ｓｃａｎ）を用いて第１角度から第２角度に図２Ｇのシステムでコリメートされたファン２３３’’についてのスキャンパターンが開発された。一実施例において、ステップ型スキャンは、最小期間の間、第１角度と第２角度との間の１つ以上の増分角度でファン２３３’’を停止させる。例示的な一実施例において、第１角度と第２角度との間の増分角度は、ＬＩＤＡＲデータ（例えば、リターンされたビーム２９１）が要求される角度である。一実施例において、最小期間は、導波管が次の角度に移動される前にリターンされたビーム２９１の波形がそれぞれの導波管の先端２１７で受信されることを保証するように、ターゲットからのリターンされたビーム２９１のリターントリップ時間（Ｒｅｔｕｒｎ Ｔｒｉｐ Ｔｉｍｅ）およびリターンされたビーム２９１内の波形の持続時間（例えば、パルス波形の持続時間）に基づいて調整される。他の実施例において、ステップ型スキャンは、増分角度の間の角度についてのスキャンレートを最大化し、スキャンパターンの時間効率性を最大化する。このステップ型スキャンは、スキャンパターンのカップリング効率と時間効率を同時に最大化する。

一実施例において、図２Ｇおよび図２Ｈのシステムは、ポリゴンスキャナ２４４に追加して第２平面（例えば、図２Ｈの平面）でファン２３３’’を調整する第２スキャナ２５２を含む。例示的な一実施例において、ポリゴンスキャナ２４４は、第２スキャナ２５２よりも大きい視野（ＦＯＶ）を有する。他の例示的な実施例において、第２スキャナ２５２は速いが、最小限の持続性（Ｔｅｎａｂｉｌｉｔｙ）を有するシリコンフォトニクスベースの光学位相アレイ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｂａｓｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ）である。図４Ｇは、一実施例よって図２Ｈのシステムにおいて、スキャナ２４４、２５１に基づく第２平面でのファン２３３’’のスキャン方向の一例を示すグラフである。第１トレース４３５は、ポリゴンスキャナ２４４に基づく第２平面でのファン２３３’’の調整された方向を示す。水平軸４３０は、任意単位で時間を示し、垂直軸４３２は、ポリゴンスキャナ２４４に起因する第２平面でのファン２３３’’の方向を示す。一実施例において、ポリゴンスキャナ２４４が一定の速度で回転するため、トレース４３５は、第１角度（例えば、ｔ＝０で）から第２角度（例えば、所定の時間ｔで）への第２平面でのファン２３３’’の一定のスキャンレートを示す。トレース４３５に基づくファン２３３’’の一定のスキャンレートは、離脱５１９、５２１を誘発できるため（例えば、一定のスキャンレートが離脱についての臨界レートを超過するとき）、リターンされたビーム２９１のカップリング効率およびＳＮＲを減少させ得る。したがって、次に説明したように追加調整が行われる。

第２トレース４３７は、第２スキャナ２５２に基づく第２平面でのファン２３３’’の調整された方向を示す。第２トレース４３７は、有利には、第１トレース４３５と結合されるとき、第２平面でファン２３３’’の調整された純方向（Ｎｅｔ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）が最適化されたパラメータを有するステップ型スキャンになるように選択される。水平軸４３０は、任意単位で時間を示し、垂直軸４３４は、第２スキャナ２５２に起因する第２平面でのファン２３３’’の方向を示す。一実施例において、トレース４３７は、約５ヘルツ（Ｈｚ）ないし約２５Ｈｚの範囲内にある周波数と約１５度ないし約３５度の範囲内にある角度範囲（例えば、最大角度と最小角度との間の間隔）を有する鋸歯パターンである。他の実施例において、他のパターンが角度範囲の中間でより多い密度を助長する場合、鋸歯パターントレース４３７の代わりに正弦波パターン、三角パターンまたは他の任意のパターンが使用される。１つの実施例において、トレース４３７の鋸歯パターンは、角ばった部分および垂直部分を特徴とし、角ばった部分は、同じ時間の増分の間に、トレース４３５の方向と反対方向に過ぎる。１つの例示的な実施例において、角ばった部分の傾きは、持続時間４５０の間にステップ型スキャンの平らな部分を実現するためにトレース４３５の傾きと同じで反対になるように選択される。

第３トレース４３９は、ポリゴンスキャナ２４４および第２スキャナ２５２に基づく、例えば、スキャン４３５、４３７の組み合わせに基づく、第２平面でのファン２３３’’の調整された純（Ｎｅｔ）方向を示す。垂直軸４３６は、第２平面でのファン２３３’’の調整された純方向を示す。一実施例において、トレース４３９のステップ型スキャンは、持続時間４５０および角度増分４５４の高さを有するステップを含む。例示的な一実施例において、角度増分４５４は、約０．０５度ないし約０．２度の範囲内にある。一実施例において、トレース４３９のステップ型スキャンは、ファン２３３’’のスキャン角度が持続時間４５０の間、第１角度と第２角度との間の増分角度（例えば、角度増分４５４によって分離した角度）で停止されることを示す。さらに、一実施例において、トレース４３９のステップ型スキャンは、スキャンレートが増分角度の間で最大化されることを示す。これは、有利には、それぞれの増分角度から受信されたリターンされたビーム２９１の収集効率およびＳＮＲを最大化する同時にスキャンパターンの時間効率を最大化する。

一実施例において、角度増分４５４は、リターンされたビーム２９１のデータが第２平面にわたって第１角度と第２角度との間の要求される角度解像度で獲得されるように選択される。他の実施例において、持続時間４５０は、導波管アレイ２１５からビーム２０１を送信し、リターンされたビーム２９１の初期部分を受信し、導波管の先端２１７でリターンされたビーム２９１の残りの部分を受信するに十分な時間を提供するように選択される。図４Ｆは、リターントリップ時間（Ｒｅｔｕｒｎ Ｔｒｉｐ Ｔｉｍｅ）４２０（例えば、リターンされたビーム２９１の初期部分の送信時間４２４およびリターン時間４２６に基づく）およびリターンされたビーム２９１での波形の持続時間に基づく追加時間４２２の合計に基づいて持続時間４５０が調整される１つの実施例を示す。これは、有利には、ファン２３３’’が第１増分角度からステップ型スキャンの第２増分角度に移動される前にリターンされたビーム２９１での波形がそれぞれの導波管の先端２１７で受信されることを保証する。

図６Ｂは、一実施例によってＬＩＤＡＲシステムのスキャナを作動するための例示的な方法６３０を示すフローチャートである。６３１、６３３および６３５ステップは、６０１、６０３、６０５ステップに類似している。

６３７ステップにおいて、ファン２３３’’の方向は、ポリゴンスキャナ２４４および第２スキャナ２５２を用いて第２平面で同時に調整される。一実施例において、６３７ステップにおける、処理システム２５０は、ポリゴンスキャナ２４４および第２スキャナ２５２に信号を送信し、ポリゴンスキャナ２４４への信号は、スキャナ２４４が一定の速度で回転するようにし、スキャナ２５２への信号は、スキャナ２５２が例えば、鋸歯トレース４３７に基づいて第２平面でファン２３３’’の方向を調整するようにする。

６３９ステップにおいて、第１角度と第２角度との間のステップ関数の増分角度で、ビーム２０１は、アレイ２１５の導波管から送信され、リターンされたビーム２９１は、アレイ２１５の導波管で受信される。一実施例において、増分角度は、ステップ型スキャントレース４３９の角度増分４５４によって定義される。１つの実施例において、ファン２３３’’のスキャンは、第１角度で開始する。ファン２３３’’は、ステップ型スキャントレース４３９に基づいて第１角度と第１増分角度との間の最大スキャンレートでスキャンされる。第１増分角度におけるファン２３３’’は、持続時間４５０の間、第１増分角度に保持される。一実施例において、ソース２１２およびビーム２０１は、ステップ型スキャントレース４３９の間、オン（ＯＮ）状態に保持される。例示的な一実施例において、処理システム２５０は、角度増分４５４の間に受信されたリターンされたビーム２９１を除外し、ステップ型スキャントレース４３９の各角度増分４５４で持続時間４５０の間の受信されたリターンされたビーム２９１を考慮するように時間設定される。リターンされたビーム２９１は、持続時間４５０の間、導波管アレイ２１５の先端で受信される。一実施例において、持続時間４５０の後に、ファン２３３’’は、最大スキャンレートで角度増分４５４だけ第１増分角度から第２増分角度に再スキャンされる。例示的な一実施例において、ファン２３３’’は、持続時間４５０の間に第２増分角度に保持され、処理システム２５０は、持続時間４５０の間に受信されたリターンされたビーム２９１を考慮するように時間設定される。これは、第２平面にわたって第１角度と第２角度との間の各増分角度について繰り返される。

６４１ステップにおいて、ファン２３３’’の追加的なスキャンまたはスワイプが行われるかの可否が決定される。６４１ステップにおける決定は、ファン２３３’’の完了したスワイプ回数とファン２３３’’の要求されるスワイプ回数を比べることに基づく。例示的な一実施例において、ファン２３３’’の完了したスワイプ回数は、処理システム２５０のメモリ７０４に格納され、６３９ステップのそれぞれの繰り返しについて増加されるカウンターである。他の例示的な実施例において、ファン２３３’’の要求されるスワイプ回数は、メモリ７０４に格納された数である。６４１ステップでの決定が肯定的であれば、方法６３０は、６３７ブロックに移動する。６４１ステップにおける決定が否定的であれば、方法６３０は、終了する。一部の実施例において、方法６００の６０９ステップは、方法６３０がインターリーブまたはオフセットスワイプを行うのに使用されるように、方法６３０で採用され得る。

６．光スイッチを用いたスキャニング

一部の実施例において、ＬＩＤＡＲシステムは、アレイ２１５内の導波管２２５の数よりも少ない処理チャネル（例えば、多数のサーキュレーター２２６、光ミキサー２８４、経路２２０、２２２、２２４内の多数の導波管）を特徴とする。これは、有利には、ＬＩＤＡＲシステムをより簡単かつ費用効率的に作る。しかし、このシステムにおけるアレイ２１５の多数の導波管２２５からのリターンされたビーム２９１のデータを処理するために、システムは、ビーム２０１を送信してリターンされたビーム２９１を受信することに使用される導波管２２５の数が処理チャネルの数を超過しないように、それぞれの期間でアレイ２１５内の１つ以上の導波管２２５の間でスイッチングする。

一実施例において、それぞれの導波管の先端２１７で測定の時間的直列化のために光スイッチが光を導波管２２５のうち、いずれかに個々に指向させるのに使用される。これは、有利には、角度測定方向の間のほぼ瞬時スイッチングで空間にわたるＬＩＤＡＲ資源の分配を許容する。例示的な一実施例において、５０ナノ秒（Ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ）未満のスイッチ時間を有する高速光スイッチが使用される。このスイッチ時間は、多くのアプリケーションで使用される測定統合時間（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ）よりもはるかに短い。また、他の例示的な実施例において、統合フォトニクス（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）プラットフォームは、入力の適切な位相制御のための多重モード干渉構造（Ｍｕｌｔｉ－Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を用いて低損失スイッチの基礎を形成し得る。

図２Ｉは、一実施例によってアレイ２１５の１つ以上の導波管２２５の間でスイッチングするために図２Ｇのシステムで使用される例示的な光スイッチ２４７を示すブロック図である。一実施例において、それぞれの光スイッチ２４７は、位相シフタ（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔｅｒ）に結合されたＭＭＩスイッチである。ビーム２０１を導波管２２５ａ、２２５ｂにルーティングするか（例えば、スイッチ２４７ａ）、または導波管２２５ｃ、２２５ｄにルーティングするように（例えば、スイッチ２４７ｂ）、第１対のスイッチ２４７ａ、２４７ｂが選択的に活性化される。ビーム２０１を導波管２２５ａにルーティングするか（例えば、スイッチ２４７ｃ）、または導波管２２５ｂにルーティングするように（例えば、スイッチ２４７ｄ）、第２対のスイッチ２４７ｃ、２４７ｄが選択的に活性化される。ビーム２０１を導波管２２５ｃにルーティングするか（例えば、スイッチ２４７ｅ）、または導波管２２５ｄにルーティングするように（例えば、スイッチ２４７ｆ）、第３対のスイッチ２４７ｅ、２４７ｆが選択的に活性化される。

例示的な一実施例において、スイッチ２４７は、処理システム２５０からスイッチ２４７に送信された信号に基づいて活性化される。１つの例示的な実施例において、ＬＩＤＡＲシステムは、処理システム２５０が第１期間の間、第１複数のスイッチ（例えば、スイッチ２４７ａ、２４７ｃ）に信号を送信することによって第１期間の間、導波管２２５ａを介してビーム２０１を送信する。第１期間中、ビーム２０１は、第１導波管２２５ａの先端２１７から送信され、リターンされたビーム２９１は、第１導波管２２５ａの先端で受信される。同様に、他の例示的な実施例において、ＬＩＤＡＲシステムは、処理システム２５０が第２期間の間、第２複数のスイッチ（例えば、スイッチ２４７ａ、２４７ｄ）に信号を送信することによって、第２期間（例えば、第１期間の後）の間、導波管２２５ｂを介してビーム２０１を送信する。次に、ビーム２０１は、第２導波管２２５ｂの先端２１７から送信され、リターンされたビーム２９１は、第２期間の間、第２導波管２２５ｂの先端２１７で受信される。システムは、それぞれの期間の間にビーム２０１を送信し、１つ以上の導波管２２５からリターンされたビーム２９１を受信するために、それぞれの期間の間、１つ以上の導波管２２５の間で同様にスイッチングし得る。

図４Ｆは、一実施例によって隣接する導波管２２５の間のスイッチ時間値を示す時間軸４１０の一例を示すグラフである。活性化時間４２４は、第１期間が開始するとき、第１導波管２２５ａが活性化されること、例えば、処理システム２４０が活性化時間４２４にスイッチ２４７ａ、２４７ｃに信号を送信することを示す。ビーム２０１は、活性化時間４２４から開始し、第１導波管２２５ａの先端２１７から送信される。リターントリップ時間４２０は、リターン時間４２６に第１導波管２２５ａの先端２１７でリターンされたビーム２９１の第１部分が受信されることを待機する。次に、システム２００’’が第１導波管２２５ａから第２導波管２２５ｂにスイッチングする時間であるスイッチ時間４２８が到達するまでリターンされたビーム２９１の波形の持続時間（例えば、３．６μｓ）に基づく波形時間４２２を待機する。

したがって、１つの実施例において、第１導波管２２５ａが活性化された状態に保持される第１期間は、リターントリップ時間４２０とビームの持続時間（例えば、波形時間４２２）の合計である。例示的な一実施例において、第１期間の後に、処理システム２５０は、導波管２２５ａを不活性化するためにスイッチ２４７ａ、２４７ｃに信号を送信し、導波管２２５ｂを活性化するために第２期間の間、信号をスイッチ２４７ａ、２４７ｄに送信し、第２期間の持続時間は、第１期間の持続時間とほぼ同じである。一実施例において、システム２００’’は、このような方式でアレイ２１５のそれぞれの導波管２２５の間でスイッチングする。他の実施例において、システム２００’’は、一度に２以上の導波管２２５の間でスイッチングし、ここで導波管２２５が活性状態に保持される期間は、前述の第１期間とほぼ同じである。このような実施例において、システム２００’’は、２以上の処理チャネル（例えば、２以上のサーキュレーター２２６、ミキサー２８４など）を特徴とする。他の実施例において、スイッチング中にデューティサイクル（Ｄｕｔｙ Ｃｙｃｌｅ）不利益を発生させないように、第１期間の終了と第２期間の開始との間のスイッチ時間（例えば、約５０ナノ秒）は、ＬＩＤＡＲシステムでリターンされたビーム２９１の統合時間（Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ）よりも短い。

光スイッチを含む一実施例において、低速機械式スキャナがスキャン方向に直角に配列されたスイッチ型アレイ（Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ａｒｒａｙ）とペアをなす。１つの実施例において、図２Ｇのスキャナ２４１は、ファンビーム２３３の角拡散が第１平面に保持されるか、または第１平面に平行な平面に整列する間、第１平面（例えば、図２Ｇの平面）および第２平面（例えば、図２Ｇの平面に直交する平面）によって定義された２次元空間でファンビーム２３３の全体軌跡（Ｇｒｏｓｓ Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ）を調整する低速機械式スキャナである。この実施例において、ポリゴンスキャナ２４４は、省略される。例示的な一実施例において、低速機械式スキャナ２４１は、検流計（Ｇａｌｖａｎｏｍｅｔｅｒ）、ＭＥＭＳミラーおよびボイスコイルベースステアリングミラー（Ｖｏｉｃｅ Ｏｏｉｌ Ｂａｓｅｄ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ｍｉｒｒｏｒ）のうち、１つである。

図４Ｄは、一実施例によって機械式スキャナ２４１でスキャンされたコリメートされたファンビーム２３３の全体軌跡４０６を示すグラフ４００である。水平軸４０２は、第１平面（例えば、図２Ｇの平面）でのファンビーム２３３の方向または角度を示す。垂直軸４０４は、第２平面（例えば、図２Ｇに垂直な平面）でのファンビーム２３３の方向または角度を示す。図４Ｅは、一実施例によって導波管２２５の間のスイッチングに基づいて図４Ｄの全体軌跡４０６と導波管アレイ２１５から受信されたリターンビームデータ４１０を示すグラフである。一実施例において、スキャナ２４１は、軌跡４０６の第１成分（例えば、第１平面でのファン２３３の角度）および軌跡４０６の第２成分（例えば、第２平面でのファン２３３の角度）を調整し始める。スキャナ２４１によって軌跡４０６に沿ってファン２３３を調整する間、ファン２３３は、第１平面に平行に保持される。軌跡４０６に沿ったそれぞれの増分位置における、ＬＩＤＡＲシステムは、それぞれの増分位置でファン２３３の角度スパン（Ｓｐａｎ）４１０にわたってリターンされたビーム２９１のデータを収集するように、アレイ２１５内の１つ以上の導波管２２５の間でスイッチングする。

一実施例において、図４Ｄの軌跡４０６は、機械式スキャナ２４１の全体スキャン軌跡を示す。一実施例において、ドットアレイ４１０は、垂直スキャン過程の間、側方向の位置の間で順次にスイッチング（例えば、導波管２２５の間でスイッチング）することによって、アクセスできる様々なポイントを示す。一実施例において、図４Ｅは、このような接近方式でよって合理的なポイントグリッド（Ｇｒｉｄ）が合成できることを示している。側方向にもスキャニングする機械式スキャナ２４１で接近方式が作動するようにするために、スイッチノードのサブセットが任意の位置で活用され得る。このサブセットは、全体スキャニングの動きに対応するために側方向にシフトできる。結果は、サンプル領域の長方形グリッドであり得る。

図６Ｃは、一実施例によってＬＩＤＡＲシステムのスキャナを動作させるための例示的な方法６５０を示すフローチャートである。一実施例において、６５１、６５３、６５５ステップは、６０１、６０３、６０５ステップに類似している。

６５７ステップにおいて、スキャナ２４１は、増分期間の間、第１増分角度だけ軌跡４０６の第１成分（例えば、第１平面でのファン２３３の角度）を調整する。一実施例において、第１増分角度は、約０．０５度ないし約０．２度の範囲内にある。６５９ステップにおいて、スキャナ２４１は、増分期間の間、第２増分角度だけ軌跡４０６の第２成分（例えば、第２平面でのファン２３３の角度）を調整する。一実施例において、第２増分角度は、約０．０５度ないし約０．５度の範囲内にある。一実施例において、６５７および６５９ステップにおける、処理システム２５０は、軌跡４０６の第１および第２成分が調整されるように、１つ以上の信号をスキャナ２４１に送信する。他の実施例において、処理システム２５０は、軌跡４０６についての調整を開始するためにスキャナ２４１に１つの信号を送信する。一実施例において、第２増分角度は、第１増分角度よりも大きい。他の実施例において、第１増分角度についての第２増分角度の比は、少なくとも２または少なくとも５または少なくとも１０である。

６６１ステップにおいて、スキャナ２４１が６５７および６５９ステップで軌跡４０６を調整した後、ＬＩＤＡＲシステムは、それぞれの期間の間、ビーム２０１がそれぞれの導波管の先端２１７から送信され、リターンされたビーム２９１がそれぞれの導波管の先端２１７で受信されるように、それぞれの期間の間、アレイ２１５内のそれぞれの導波管２２５の間でスイッチングする。例示的な一実施例において、処理システム２５０は、それぞれの導波管２２５の間でスイッチングするように１つ以上の信号をスイッチ２４７に送信する。一実施例において、スキャナ２４１が軌跡４０６に沿って他の位置に軌跡４０６を再調整する前に６６１ステップがアレイ２１５のそれぞれの導波管２２５の間でスイッチングするために行われるように、スキャナ２４１の速度は十分に遅く。例示的な一実施例において、スキャナ２４１の速度は、約毎秒５００度ないし約毎秒１０００度の範囲内にあるか、または約毎秒２００度ないし約毎秒１５００度の範囲内にある。

６６３ステップにおいて、軌跡４０６の第２成分（例えば、第２平面でのファン２３３の角度）が６５５ステップから受信された第１角度または第２角度に到逹したかの可否が決定される。一実施例において、スキャナ２４１は、軌跡４０６に沿うそれぞれの位置で第２平面でのファン２３３の角度を含むデータを処理システム２５０に送信し、処理システム２５０は、この角度を処理システム２５０のメモリ７０４に格納された第１角度および第２角度と比較する。受信された角度が第１または第２角度に対応しなければ、方法６５０は、６５７ブロックに再移動する。これは、軌跡４０６の第２成分（例えば、垂直軸４０４）がまだ第１角度または第２角度（例えば、図４Ｄで０度または７．５度）に達していないことを示す。したがって、方法６５０は、スキャナ２４１が続けて軌跡４０６を調整するように６５７ブロックに移動する。受信された角度が第１角度または第２角度に対応すると、方法６５０は、ファン２３３がまだあらかじめ決められた回数のスワイプを介してスキャンされていないかどうかが判断される６６５ブロックに移動する。例示的な一実施例において、６６３ステップで受信された角度が第１角度または第２角度に対応すると決定される場合、６５５ステップで処理システム２５０は、メモリ７０４に格納されたファン２３３のスワイプ回数のカウンターを増加させる。６６５ステップにおいて、プロセッサ２５０は、メモリ７０４に格納されたスワイプ回数がメモリに格納されたあらかじめ決められたスワイプ回数よりも少ないかの可否を判断する。６６５ステップでの決定が肯定的であれば、方法６５０は、６５７ブロックに再移動する。６６５ステップでの決定が否定的であれば、方法６５０は、終了する。例示的な実施例において、図４Ｄは、垂直軸４０４に沿って第１角度と第２角度との間でのファン２３３の４回のスワイプを示す。

７．車両制御概要

一部の実施例において、車両は、車両に取り付けられた高解像度ドップラーＬＩＤＡＲシステムから受信されたデータに基づいて少なくとも部分的に制御される。

図３Ａは、一実施例によって車両３１０に取り付けられた少なくとも１つの高解像度ドップラーＬＩＤＡＲシステム３２０を含む例示的なシステム３０１を示すブロック図である。一実施例において、ＬＩＤＡＲシステム３２０は、ＬＩＤＡＲシステム２００、２００’、２００’’のうち、１つに類似している。車両は、星３１１によって表示された質量中心を有し、矢印３１３によって与えられる前方方向に移動する。一部の実施例において、車両３１０は、処理システム２５０の車両制御モジュール２７２のようなプロセッサからの信号に応答して動作される操向または制動システム（図示せず）のようなコンポーネントを含む。一部の実施例において、車両は、図８に示されたチップセット（Ｃｈｉｐ Ｓｅｔ）のようなオン－ボード（Ｏｎ－Ｂｏａｒｄ）プロセッサ３１４を有する。一部の実施例におけるオン－ボードプロセッサ３１４は、図７に示すように、遠隔プロセッサと有線または無線で通信する。一実施例において、ＬＩＤＡＲシステムの処理システム２５０は、オン－ボードプロセッサ３１４と通信可能に結合されたり、ＬＩＤＡＲシステムの処理システム２５０は、車両制御モジュール２７２が処理システム２５０にとって車両の方向および速度を制御するために車両の操向または制動システムに１つ以上の信号を送信させるように、オン－ボードプロセッサ３１４の動作を実行するのに使用される。高解像度ドップラーＬＩＤＡＲは、方位角視野３２４だけでなく、車両３１０周辺でのスポット（Ｓｐｏｔｓ）を照明する垂直角度（図３Ｂ）を介して一方の側から将来（Ｆｕｔｕｒｅ）のビーム３２３により表示される他の側にスイープ（Ｓｗｅｅｐ）するスキャニングビーム３２２を使用する。一部の実施例において、視野は、３６０度の方位角である。一部の実施例において、傾斜角の視野は、約＋１０度ないし約－１０度か、もしくはこれのサブセットである。

一部の実施例において、車両は、当該技術分野によく知られている他のものの中でも、ＧＰＳセンサ、走行距離計（Ｏｄｏｍｅｔｅｒ）、回転速度計（Ｔａｃｈｏｍｅｔｅｒ）、温度センサ、真空センサ、電圧または電流センサのような補助のセンサ（図示せず）を含む。一部の実施例において、回転情報を提供するためにジャイロスコープ３３０が含まれる。

図３Ｂは、一実施例によって車両３１０に取り付けられた少なくとも１つの高解像度ＬＩＤＡＲシステム３２０を含む例示的なシステム３０１’を示すブロック図である。一実施例において、ＬＩＤＡＲシステム３２０は、システム２００またはシステム２００’またはシステム２００’’に類似している。一実施例において、車両３１０は、矢印３１３に基づく前方方向に地面３４９（例えば、道路）の上に移動する。ＬＩＤＡＲシステム３２０は、矢印３１３について測定された第１角度に指向された第１ビーム３４２から矢印３１３について測定された第２角度に指向された第２ビーム３４６への角度範囲３２６にわたってスキャニングする。１つの実施例において、第１角度および第２角度は、地面３４９についてほぼ直交して指向される垂直平面内の垂直角度である。説明の目的上、「ほぼ直交する（Ａｂｏｕｔ Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ）」は、地面３４９についての法線の±２０度以内を意味する。

８．コンピュータハードウェア概要

図７は、本発明の一実施例が具現されることができるコンピュータシステム７００を示すブロック図である。コンピュータシステム７００は、コンピュータシステム７００の他の内部および外部コンポーネントの間に情報を伝達するためのバス７１０のような通信メカニズムを含む。情報は、典型的には電圧である測定可能な現状の物理的信号として表されるが、他の実施例では、磁気相互作用、電磁相互作用、圧力相互作用、化学相互作用、分子原子相互作用および量子相互作用のような現象を含む。例えば、Ｎ極およびＳ極磁場、または０の電圧および非ゼロの電圧は、２進数（ビット）の２つの状態（０、１）を示す。他の現象は、より高いベースの数を示し得る。測定前に複数の同時量子状態の重畳は、量子ビット（クビット）を示す。１つ以上の数字シーケンスは、数字または文字についてのコードを示すのに使用されるデジタルデータを構成する。一部の実施例において、アナログデータと呼ばれる情報は、特定の範囲内の測定可能な値の近接連続体（Ｎｅａｒ Ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ）に表示される。コンピュータシステム７００またはその一部は、本明細書に説明された１つ以上の方法のうち、１つ以上のステップを行うための手段を構成する。

２進数シーケンスは、数字または文字についてのコードを示すのに使用されるデジタルデータを構成する。バス７１０は、情報がバス７１０に接続された装置の間に迅速に送信されるように、多くの並列情報コンダクタ（Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を含み得る。情報を処理するための１つ以上のプロセッサ７０２がバス７１０と結合される。プロセッサ７０２は、情報についての動作セットを行う。動作セットは、バス７１０から情報を取り込むこと、バス７１０上に情報を配置することを含む。また、動作セットは、通常、２つ以上の情報単位の比較、情報単位の位置シフト、加算または乗算のような、２つ以上の情報単位の結合を含む。プロセッサ７０２によって行われる動作シーケンスは、コンピュータ命令語を構成する。

また、コンピュータシステム７００は、バス７１０に結合されたメモリ７０４を含む。ランダムアクセスメモリ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ、ＲＡＭ）または他の動的格納装置のようなメモリ７０４は、コンピュータ命令語を含む情報を格納する。動的メモリは、その中に格納された情報がコンピュータシステム７００によって変更されるようにする。ＲＡＭは、メモリアドレスと呼ばれる位置に格納された情報単位が隣接するアドレスの情報と独立して格納され、検索されるようにする。また、メモリ７０４は、コンピュータ命令語の実行中に一時的な値を格納するためにプロセッサ７０２によって使用される。また、コンピュータシステム７００は、読み取り専用メモリ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ、ＲＯＭ）７０６またはコンピュータシステム７００によって変更されない命令語を含む靜的情報を格納するためにバス７１０に結合された他の靜的格納装置を含む。また、コンピュータシステム７００がオフになったり、それとも電源が損失されるときにも持続する命令語を含む情報を格納するための磁気ディスクまたは光ディスクのような不揮発性（永久）格納装置７０８がバス７１０に結合され得る。

命令語を含む情報は、人間のユーザーによって操作される文字と数字のキーを含むキーボードのような外部入力装置７１２、またはセンサからプロセッサによって使用するためにバス７１０に提供される。センサは、その周辺の状態を検出し、このような検出をコンピュータシステム７００で情報を表すために使用される信号と互換可能な信号に変換する。主に人間と相互作用するために使用されるバス７１０に結合された他の外部装置は、イメージを提供するためのＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）または液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のようなディスプレイ装置７１４を含み、ディスプレイ７１４に提供される小さなカーソルイメージの位置を制御し、ディスプレイ７１４上に提供されるグラフィック要素に関連する命令を発行するためのマウスまたはトラックボールまたはカーソル方向キーのようなポインティング装置７１６を含む。

図示された実施例において、特殊用途集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ、ＡＳＩＣ）７２０のような特殊目的のハードウェアがバス７１０に結合される。特殊目的のハードウェアは、特別な目的のためにプロセッサ７０２によって迅速に実行されない動作を十分に迅速に実行するように構成される。ＡＳＩＣの例は、ディスプレイ７１４のためのイメージを生成するためのグラフィックス加速器カード、ネットワークを介して送信されたメッセージを暗号化および復号化するための暗号ボード（Ｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｂｏａｒｄ）、音声認識およびハードウェア内でより効率的に実装されている一部の複雑な一連の動作を繰り返しに行うロボットアーム（Ａｒｍ）および医療スキャニング装備のような特殊な外部装置とのインターフェースを含む。

また、コンピュータシステム７００は、バス７１０に結合された通信インターフェース７７０の１つ以上のインスタンスを含む。通信インターフェース７７０は、プリンター、スキャナおよび外部ディスクのような独自のプロセッサで動作する様々な外部装置に双方向通信カップリングを提供する。一般的に、カップリングは、独自のプロセッサを有する様々な外部装置が接続されるローカルネットワーク７８０に接続されるネットワークリンク７７８を用いて行われる。例えば、通信インターフェース７７０は、パーソナルコンピュータ上の並列ポートまたは直列ポートまたはＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）ポートであり得る。一部の実施例において、通信インターフェース７７０は、ＩＳＤＮ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）カードまたはＤＳＬ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ）カードまたは対応するタイプの電話回線への情報通信連結を提供する電話モデムである。一部の実施例において、通信インターフェース７７０は、バス７１０上の信号を同軸ケーブルを介する通信連結のための信号または光ファイバーケーブルを介する通信連結のための光信号に変換するケーブルモデムである。他の例として、通信インターフェース７７０は、イーサネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）のような互換可能な近距離通信網（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ、ＬＡＮ）へのデータ通信連結を提供するＬＡＮカードであり得る。また、無線リンクが具現されることができる。電波（Ｒａｄｉｏ Ｗａｖｅ）、光波（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｗａｖｅ）および赤外線波（Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｗａｖｅ）を含む音波および電磁波のような搬送波は、ワイヤまたはケーブルなしで空間を通過する。信号は、振幅、周波数、位相、偏光または搬送波の他の物理的特性の人工的な変化を含む。無線リンクについて、通信インターフェース７７０は、デジタルデータのような情報ストリームを運搬する赤外線および光信号を含む電気、音響または電磁信号を送受信する。

本明細書において、コンピュータ読み取り可能な媒体という用語は、実行のための命令語を含む情報をプロセッサ７０２に提供するのに参与する任意の媒体を指すのに使用される。このような媒体は、不揮発性媒体、揮発性媒体および送信媒体を含むが、ここに限定されない様々な形態を取り得る。不揮発性媒体は、例えば、格納装置７０８のような、光または磁気ディスクを含む。揮発性媒体は、例えば、動的メモリ７０４を含む。送信媒体は、例えば、同軸ケーブル、銅線、光ファイバーケーブルおよび電波、光波および赤外線波を含む音波および電磁波のような、有線またはケーブルなしで空間を通過する波を含む。本明細書において、コンピュータ読み取り可能な格納媒体という用語は、送信媒体を除外し、プロセッサ７０２への情報提供に参与する任意の媒体を指すために使用される。

コンピュータ読み取り可能な媒体の一般的な形態は、フロッピーディスク、フレキシブル（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ）ディスク、ハードディスク、磁気テープ、または任意の他の磁気媒体、コンパクトディスクＲＯＭ（ＣＤ－ＲＯＭ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）または他の光媒体、パンチカード、ペーパーテープ、またはホールパターンを有する任意の他の物理的媒体、ＲＡＭ、プログラム可能なＲＯＭ（ＰＲＯＭ）、消去可能なＰＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、ＦＬＡＳＨ－ＥＰＲＯＭ、または他のメモリチップまたはカートリッジ、搬送波、またはコンピュータが読み取ることができる任意の他の媒体を含む。本明細書において、非一時的な（Ｎｏｎ－Ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ）コンピュータ読み取り可能な格納媒体という用語は、搬送波および他の信号を除外し、プロセッサ７０２への情報提供に参与する任意の媒体を指すために使用される。

１つ以上のタイプ（Ｔａｎｇｉｂｌｅ）の媒体内にエンコードされたロジッグは、コンピュータ読み取り可能な格納媒体上のプロセッサ命令語およびＡＳＩＣ７２０のような特殊目的のハードウェアのうち、いずれかまたは両方を含む。

ネットワークリンク７７８は、通常、情報を使用するか、または処理する他の装置への１つ以上のネットワークを介する情報通信を提供する。例えば、ネットワークリンク７７８は、ローカルネットワーク７８０を介してホストコンピュータ７８２またはインターネットサービス提供者（ＩＳＰ）によって運営される装備７８４に接続を提供し得る。ＩＳＰ装備７８４は、現在に一般的にインターネット７９０と呼ばれるネットワークの公開的かつ全世界的なパケット－交換通信ネットワークを介してデータ通信サービスを提供する。インターネットに接続されたサーバー７９２と呼ばれるコンピュータは、インターネットを介して受信された情報に応答してサービスを提供する。例えば、サーバー７９２は、ディスプレイ７１４でのプレゼンテーションのためのビデオデータを表す情報を提供する。

本発明は、本明細書に説明された技術を実施するためのコンピュータシステム７００の使用に関するものである。本発明の一実施例によると、この技術は、メモリ７０４に含まれた１つ以上の命令語の１つ以上のシーケンスを行うプロセッサ７０２に応答してコンピュータシステム７００によって行われる。ソフトウェアおよびプログラムコードとも呼ばれるこれらの命令語は、格納装置７０８のような他のコンピュータ読み取り可能な媒体からメモリ７０４に読み込まれることができる。メモリ７０４に含まれた命令語のシーケンスの実行は、プロセッサ７０２にとって本明細書に説明された方法のステップを行うようにする。他の実施例において、ＡＳＩＣ７２０のようなハードウェアが本発明を実施するためにソフトウェアの代わりに、またはソフトウェアとともに使用できる。したがって、本発明の実施例は、ハードウェアとソフトウェアの任意の特定の組み合わせに制限されない。

ネットワークリンク７７８および通信インターフェース７７０を介する他のネットワークを介して送信された信号は、コンピュータシステム７００へのそしてそれからの情報を運搬する。コンピュータシステム７００は、他のものの中でも、ネットワーク７８０、７９０を介して、ネットワークリンク７７８および通信インターフェース７７０を介して、プログラムコードを含む情報を送受信し得る。インターネット７９０を用いる一例において、サーバー７９２は、インターネット７９０、ＩＳＰ装備７８４、ローカルネットワーク７８０および通信インターフェース７７０を介して、コンピュータ７００から送信されたメッセージによって要請された特定アプリケーションのためのプログラムコードを送信する。受信されたコードは、受信されるときにプロセッサ７０２によって行われるか、後で実行するために格納装置７０８または他の不揮発性格納装置に格納されるか、またはその両方であり得る。このような方式において、コンピュータシステム７００は、搬送波での信号の形態でアプリケーションプログラムコードを得られる。

様々な形態のコンピュータ読み取り可能な媒体は、実行のためにプロセッサ７０２に命令語またはデータ、またはこの両方の１つ以上のシーケンスを運搬することに関連し得る。例えば、命令語およびデータは、初期にホスト７８２のような遠隔コンピュータの磁気ディスク上に運搬され得る。遠隔コンピュータは、命令語およびデータをその動的メモリにローディングし、モデムを使用して電話回線を介して命令語およびデータを送信する。コンピュータシステム７００にローカルモデムは、電話回線上で命令語およびデータを受信し、赤外線送信機を使用して命令語およびデータをネットワークリンク７７８の役割をする赤外線搬送波上の信号に変換する。通信インターフェース７７０の役割をする赤外線検出器は、赤外線信号内に運搬された命令語およびデータを受信し、命令語およびデータを表す情報をバス７１０上に位置させる。バス７１０は、情報をメモリ７０４に移し、プロセッサ７０２は、命令語とともに送信されたデータの一部を用いてメモリ７０４から命令語を検索して実行する。メモリ７０４で受信された命令語およびデータは、プロセッサ７０２による実行前または後に格納装置７０８に選択的に格納され得る。

図８は、本発明の一実施例が具現されることができるチップセット８００を示す。チップセット８００は、本明細書に説明された方法の１つ以上のステップを行うようにプログラミングされ、例えば、１つ以上の物理的パッケージ（例えば、チップ）に含まれた図７に関連して説明されたプロセッサおよびメモリコンポーネントを含む。例として、物理的パッケージは、物理的強度、サイズの保存および／または電気的相互作用の制限のような１つ以上の特性を提供するために構造的アセンブリ（例えば、ベースボード）上の１つ以上の材料、コンポーネントおよび／またはワイヤの配列を含む。所定の実施例において、チップセットは、単一チップで具現できることが考慮される。チップセット８００またはその一部は、本明細書に説明された方法の１つ以上のステップを行うための手段を構成する。

１つの実施例において、チップセット８００は、チップセット８００のコンポーネントの間で情報を伝達するためのバス８０１のような通信メカニズムを含む。プロセッサ８０３は、命令語を実行し、例えば、メモリ８０５に格納された情報を処理するためにバス８０１に接続される。プロセッサ８０３は、それぞれのコアが独立して行うように構成された１つ以上のプロセッシングコアを含み得る。マルチコアプロセッサは、単一の物理的パッケージ内で多重処理を可能にする。マルチコアプロセッサの例は、２つ、４つ、８つまたはその以上のプロセッシングコアを含む。代替的または追加的に、プロセッサ８０３は、命令語、パイプライニング（Ｐｉｐｅｌｉｎｉｎｇ）およびマルチスレッディング（Ｍｕｌｔｉｔｈｒｅａｄｉｎｇ）の独立した実行を可能にするためにバス８０１を介して直列で構成された１つ以上のマイクロプロセッサを含み得る。また、プロセッサ８０３は、１つ以上のデジタル信号プロセッサ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ、ＤＳＰ）または１つ以上のＡＳＩＣ８０９のような所定の処理機能および作業を行うための１つ以上の特殊コンポーネントを伴い得る。ＤＳＰ８０７は、通常、プロセッサ８０３と独立して実世界の信号（例えば、サウンド）をリアルタイムで処理するように構成される。同様に、ＡＳＩＣ８０９は、汎用プロセッサによって容易に実行されない特殊機能を行うように構成され得る。本明細書に説明された発明的機能を実行することを支援するための他の特殊コンポーネントは、１つ以上のフィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ、ＦＰＧＡ）（図示せず）、１つ以上のコントローラー（図示せず）または１つ以上の他の特殊目的のコンピュータチップを含む。

プロセッサ８０３および付随するコンポーネントは、バス８０１を介してメモリ８０５に接続される。メモリ８０５は、実行されるときに本明細書に説明された方法の１つ以上のステップを行うように、実行可能な命令語を格納するための動的メモリ（例えば、ＲＡＭ、磁気ディスク、書き込み可能な光ディスクなど）および靜的メモリ（例えば、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭなど）の両方を含む。メモリ８０５は、本明細書に説明された方法のうち、１つ以上のステップの実行に関連したり、その実行によって生成されたデータを格納する。

９．変更、拡張および修正

前述の詳細説明において、本発明は、具体的な実施例を参照して説明された。しかし、本発明のより広い思想および範囲から逸脱することなく、様々な変形および変化が行われ得ることが明らかである。したがって、明細書および図面は、制限的な意味ではなく、例示的な意味とみなされるべきである。本明細書および請求項の全体にわたって、文脈上他に要求しない限り、「含む」および「含んでいる」のような「含む」という単語およびその変形は、任意の他の項目、要素またはステップ、または項目、要素またはステップのグループを排除しない、言及した項目、要素またはステップ、または項目、要素またはステップのグループの包含を意味するものと理解できるであろう。また、不定冠詞は、冠詞によって修飾される１つ以上の項目、要素またはステップを表すものと意図される。

Claims (19)

1. 複数の導波管を含み、第１平面から複数のビームを生成するように構成される導波管アレイと、ここで前記複数のビームのそれぞれのビームは、前記導波管アレイのそれぞれの導波管から送信され、
   前記導波管アレイから前記複数のビームを受信し、前記第１平面から複数のコリメートされたビーム（Ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ Ｂｅａｍ）の集合を出力するように構成されたコリメータ（Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）と、ここで前記複数のコリメートされたビームは、角拡散（Ａｎｇｕｌａｒ Ｓｐｒｅａｄ）を定義し、
   前記第１平面から当該第１平面とは異なる第２平面にあるように、前記複数のコリメートされたビームの方向を調整するように構成された第１スキャナと、ここで前記コリメータは、前記導波管アレイと前記第１スキャナとの間に設けられ、
   １以上のプロセッサーであって、
   前記第２平面で第１角度および第２角度を識別し、
   前記第１スキャナによって前記複数のコリメートされたビームの方向の第１成分を調整し、
   ここで前記第１成分は、前記第１平面における第１増分角度であり、
   前記第１スキャナによって前記複数のコリメートされたビームの方向の第２成分を調整し、
   ここで前記第２成分は、前記第１角度と前記第２角度との間の前記第２平面における第２増分角度であり、
   前記第１成分および第２成分のそれぞれについて、前記複数のコリメートされたビームの送信ビームを放出する前記導波管アレイの第１導波管とリターン信号に対応するリターンビームを受信する前記導波管アレイの第２導波管との間でスイッチングする１以上のプロセッサーと、を含む、ライダー（ＬＩＤＡＲ）装置。
2. 前記コリメータは、前記複数のビームを前記複数のコリメートされたビームのファン（Ｆａｎ）に成形するように構成される請求項１に記載のライダー（ＬＩＤＡＲ）装置。
3. 前記コリメータは、環境内のオブジェクトについての角拡散を定義するように構成される請求項１に記載のライダー（ＬＩＤＡＲ）装置。
4. 前記第１スキャナは、回転軸を中心に一定の速度で回転するように構成される請求項１に記載のライダー（ＬＩＤＡＲ）装置。
5. 前記第１平面は、前記回転軸と交差し、前記導波管アレイは、前記回転軸に平行に配列される請求項４に記載のライダー（ＬＩＤＡＲ）装置。
6. 前記導波管アレイは、前記導波管アレイの第１領域で前記複数の導波管の第１間隔および前記導波管アレイの第２領域で前記複数の導波管の第２間隔を定義し、前記第１間隔は、前記第２間隔よりも大きい請求項１に記載のライダー（ＬＩＤＡＲ）装置。
7. 前記第１スキャナは、複数のインターリビングされた出力（Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ Ｏｕｔｐｕｔ）を実行するが、少なくとも前記複数のインターリビングされた出力のうち、第１インターリビングされた出力と前記複数のインターリビングされた出力のうち、第２インターリビングされた出力との間の増分角度だけ前記複数のコリメートされたビームの方向を調整して前記複数のインターリビングされた出力を行うように構成される請求項１に記載のライダー（ＬＩＤＡＲ）装置。
8. 前記第２平面で前記複数のコリメートされたビームの方向を追加に調整するように構成される第２スキャナをさらに含み、ステップ型スキャンを行うために前記第１スキャナと前記第２スキャナが前記ファンの方向が前記第２平面から第３平面にあるように調整する請求項２に記載のライダー（ＬＩＤＡＲ）装置。
9. 前記第２スキャナは、鋸歯スキャン（Ｓａｗｔｏｏｔｈ Ｓｃａｎ）を行うために、前記複数のコリメートされたビームの方向を調整するように構成される請求項８に記載のライダー（ＬＩＤＡＲ）装置。
10. 第１平面で複数のビームを送信するように構成される導波管アレイと、ここで、前記複数のビームのそれぞれは、前記導波路アレイのそれぞれの導波路から送信され、
    前記導波管アレイから前記複数のビームを受信し、前記第１平面から複数のコリメートされたビーム（Ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ Ｂｅａｍ）の集合を出力するように構成されたコリメータ（Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）と、ここで前記複数のコリメートされたビームは、角拡散（Ａｎｇｕｌａｒ Ｓｐｒｅａｄ）を定義し、
    前記第１平面から当該第１平面とは異なる第２平面にあるように、前記複数のコリメートされたビームの方向を調整するように構成された第１スキャナと、ここで前記コリメータは、前記導波管アレイと前記第１スキャナとの間に設けられ、
    １以上のプロセッサーであって、
    前記第２平面で第１角度および第２角度を識別し、
    前記第１スキャナによって前記複数のコリメートされたビームの方向の第１成分を調整し、
    ここで前記第１成分は、前記第１平面における第１増分角度であり、
    前記第１スキャナによって前記複数のコリメートされたビームの方向の第２成分を調整し、
    ここで前記第２成分は、前記第１角度と前記第２角度との間の前記第２平面における第２増分角度であり、
    前記第１成分および第２成分のそれぞれについて、前記複数のコリメートされたビームの送信ビームを放出する前記導波管アレイの第１導波管とリターン信号に対応するリターンビームを受信する前記導波管アレイの第２導波管との間でスイッチングする１以上のプロセッサーと、を含むライダー装置、および
    前記複数のコリメートされたビームに応答して受信されたリターン信号を使用して決定されたターゲットまでの距離を用い、自律走行車の作動を制御するように構成された車両コントローラを含む自律走行車の制御システム。
11. 前記第１スキャナは、反射光学機器（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃ）、屈折光学機器（Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃ）、検流計（Ｇａｌｖａｎｏｍｅｔｅｒ）、マイクロ電子機械（Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ、ＭＥＭＳ）ミラー、ボイスコイル駆動ミラー（Ｖｏｉｃｅ Ｃｏｉｌ Ａｃｔｕａｔｅｄ Ｍｉｒｒｏｒ）またはポリゴンスキャナ（Ｐｏｌｙｇｏｎ Ｓｃａｎｎｅｒ）のうち、少なくとも１つを含む請求項１０に記載の自律走行車の制御システム。
12. 前記ライダー装置は、前記複数のコリメートされたビームの方向を前記第２平面から第３平面にあるように調整するように構成される第２スキャナをさらに含む請求項１０に記載の自律走行車の制御システム。
13. 前記第２スキャナは、鋸歯スキャンを行うために前記複数のコリメートされたビームの方向を調整するように構成される請求項１２に記載の自律走行車の制御システム。
14. 前記第１スキャナは、回転軸を中心に一定の速度で回転するように構成されたポリゴンスキャナである請求項１０に記載の自律走行車の制御システム。
15. 前記導波管アレイは、複数の導波管を含み、前記導波管アレイの第１領域内の前記複数の導波管の第１間隔および前記導波管アレイの第２領域内の前記複数の導波管の第２間隔を定義し、前記第１間隔は、前記第２間隔よりも大きい請求項１０に記載の自律走行車の制御システム。
16. 前記スキャナまたは検出器アレイのうち、少なくとも１つは、前記リターン信号を受信するように構成される請求項１０に記載の自律走行車の制御システム。
17. 導波管アレイによって第１平面で複数のビームを送信するステップと、
    コリメータによって前記複数のビームを使用して角拡散を定義する複数のコリメートされたビームの集合を出力するステップと、
    第１スキャナによって前記複数のコリメートされたビームの方向を前記第１平面から当該第１平面とは異なる第２平面にあるように調整するステップと、
    前記第２平面で第１角度および第２角度を識別するステップと、
    前記第１スキャナによって前記複数のコリメートされたビームの方向の第１成分を調整するステップと、
    ここで前記第１成分は、前記第１平面における第１増分角度であり、
    前記第１スキャナによって前記複数のコリメートされたビームの方向の第２成分を調整するステップと、
    ここで前記第２成分は、前記第１角度と前記第２角度との間の前記第２平面における第２増分角度であり、
    前記第１成分および第２成分のそれぞれについて、前記複数のコリメートされたビームの送信ビームを放出する前記導波管アレイの第１導波管とリターン信号に対応するリターンビームを受信する前記導波管アレイの第２導波管との間でスイッチングするステップと、
    前記複数のコリメートされたビームに応答して受信されたリターン信号を使用して決定されたターゲットまでの距離を用い、自律走行車の作動を制御するステップと、を含む方法。
18. 第２スキャナによって鋸歯スキャン（Ｓａｗｔｏｏｔｈ Ｓｃａｎ）を行うように前記複数のコリメートされたビームの方向を調整するステップをさらに含む請求項１７に記載の方法。
19. 前記第１スキャナは、ポリゴンスキャナであり、前記方法は、回転軸を中心に前記ポリゴンスキャナを一定の速度で回転させるステップをさらに含む請求項１７に記載の方法。

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