JP7425081B2 - マルチスタティックコヒーレントLiDARの装置、方法及びシステム - Google Patents
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Description
本願は、2019年3月20日に出願された「マルチスタティックコヒーレントLiDAR」との名称の米国仮出願第62/821,427号、及び2019年10月25日に出願された「マルチスタティックコヒーレントLiDAR」との名称の米国仮出願第62/926,085号の利益を主張する。上述した出願それぞれの開示全体が、ここに参照により組み入れられる。
Claims (43)
- 装置であって、
少なくとも一つの送信器と、
2つ以上の受信器と
を含み、
前記少なくとも一つの送信器は、送信される光波の少なくとも一つのビームを標的位置に向けて送信角度に沿って与えるように構成される送信アパチャであり、
前記光波は、前記光波の少なくとも第1部分と、前記光波の前記第1部分の特性とは異なる特性を有する前記光波の第2部分とを含み、
少なくとも一つの受信器が、
前記送信アパチャ又は異なる受信器の受信アパチャの少なくとも一つに近接するように配列される受信アパチャと、
前記受信アパチャの中にある光フェーズドアレイであって、対応する収集角度に沿って前記受信アパチャに到達した収集光波の少なくとも一部分を受信するように構成される光フェーズドアレイと、
前記収集光波の前記受信がされた一部分を、前記光波の前記第1部分の特性に従ってフィルタリングするように構成されるフィルタと、
前記収集光波の前記フィルタリングがされた一部分に基づいて信号を与えるように構成される検出器と
を含む、装置。 - 各検出器がコヒーレント検出器を含み、
前記コヒーレント検出器は、前記収集光波の前記受信がされた一部分をローカル振動子光波に光学的に結合して結合光波を与え、前記結合光波を検出して前記信号を与えるように構成される、請求項1の装置。 - コヒーレント検出器においてヘテロダイン検出を可能にするべく、前記ローカル振動子光波と前記送信される光波との間に周波数シフトが存在する、請求項2の装置。
- 各信号は振幅及び位相角を含み、前記信号に対応する各成分が、前記振幅に基づくが前記位相角からは独立した数量を含む、請求項2の装置。
- 各信号がデジタル形式に変換され、デジタル形式の前記信号を処理して前記位相角への依存性が除去される、請求項4の装置。
- 少なくとも一つのコヒーレント検出器が、同相結合光波を与えるべく第1ローカル振動子光波を使用し、直交結合光波を与えるべく前記第1ローカル振動子光波に対してシフトされた第2ローカル振動子光波を使用することにより、同相/直交(I/Q)空間における前記振幅及び位相角を与えるように構成される、請求項4の装置。
- 前記検出器の一つから与えられる実数値信号に対して変換が行われ、前記実数値信号の結果的な複素変換の複素空間において前記振幅及び位相角が与えられる、請求項4の装置。
- 各検出器が、一対の平衡光検出器が生成する光電流間の差を表す電流を生成するように構成される、請求項2の装置。
- 前記受信アパチャの総数量は3から20の間である、請求項1の装置。
- 前記受信アパチャの総数量は4から10の間である、請求項9の装置。
- 送信アパチャの総数量は1である、請求項9の装置。
- 各受信アパチャの面積は、前記送信アパチャの面積と4/9倍から9/4倍の範囲内で等しい、請求項1の装置。
- 前記受信アパチャは、前記光フェーズドアレイが、前記光フェーズドアレイの素子の位相を使用して各収集角度の操舵を与えるべく構成される平面内の軸に沿って配列される、請求項1の装置。
- 前記受信器の各光フェーズドアレイは、対応する収集角度を前記標的位置に整列させるように構成される、請求項1の装置。
- 前記送信器は、前記送信アパチャの中にある光フェーズドアレイを含む、請求項1の装置。
- 前記受信アパチャの中にある各光フェーズドアレイの面積は、前記送信アパチャの中にある前記光フェーズドアレイの面積と4/9倍から9/4倍の範囲内で等しい、請求項15の装置。
- 前記送信アパチャの中にある又は前記受信アパチャの少なくとも一つの中にある少なくとも一つの光フェーズドアレイは、前記光フェーズドアレイの素子の位相を使用して第1角度を操舵し、波長を使用して第2角度を操舵するように構成される、請求項15の装置。
- 前記受信器は第1受信器であり、
前記受信アパチャは第1受信アパチャであり、
前記光フェーズドアレイは第1光フェーズドアレイであり、
前記フィルタは第1フィルタであり、
前記検出器は第1検出器であり、
前記2つ以上の受信器は第2受信器を含み、
前記第2受信器は、
第2受信アパチャとして構成される前記送信アパチャと、
前記送信アパチャの中にある第2光フェーズドアレイであって、対応する収集角度に沿って前記送信アパチャに到達した収集光波の少なくとも一部分を受信するように構成される第2光フェーズドアレイと、
前記収集光波の前記受信がされた一部分を、前記光波の前記第1部分の特性とは異なりかつ前記光波の前記第2部分の特性とも異なる特性に従ってフィルタリングするように構成される第2フィルタと、
前記第2フィルタによりフィルタリングされた前記収集光波の、前記フィルタリングがされた一部分に基づいて信号を与えるように構成される第2検出器と
を含む、請求項1の装置。 - 前記収集光波に関連付けられる推定距離を、前記2つ以上の受信器の検出器から与えられた前記信号の2つ以上のそれぞれに対応する対応成分を含む組み合わせに少なくとも部分的に基づいて決定するように構成される回路をさらに含む、請求項1の装置。
- 前記送信器は、前記回路が前記推定距離を決定することができるように前記送信される光波に線形周波数変調を適用する、請求項19の装置。
- 前記送信アパチャはさらに、前記送信される光波の特性とは異なる特性を有する光波の少なくとも一部分を受信するべく光フェーズドアレイが使用される受信アパチャとして構成され、
前記受信アパチャの少なくとも一つが、前記異なる特性を有する光波のビームを与える送信アパチャとして使用される、請求項1の装置。 - 前記特性は、特有の波長、特有のタイムスロット、又は特有の偏光の少なくとも一つを含む、請求項1の装置。
- 前記特性は特有の波長を含む、請求項22の装置。
- 一つ以上の光源が、異なるそれぞれのスペクトル帯域にわたってチューニング可能な複数のスペクトル成分を与え、
前記光波の前記第1部分が第1スペクトル成分を含み、
前記光波の前記第2部分が、前記第1スペクトル成分とは異なる第2スペクトル成分を含む、請求項23の装置。 - 前記一つ以上の光源をさらに含む、請求項24の装置。
- 前記送信アパチャはさらに、前記第1スペクトル成分とは異なりかつ前記第2スペクトル成分とも異なる第3スペクトル成分を受信するべく光フェーズドアレイが使用される受信アパチャとして構成される、請求項24の装置。
- 前記第3スペクトル成分は、前記第1スペクトル成分の波長と前記第2スペクトル成分の波長との間の波長を有し、
前記送信される光波は、前記第3スペクトル成分の波長において有意なパワーを有しない。請求項26の装置。 - 前記送信アパチャは第1送信アパチャであり、
前記送信される光波は第1送信光波であり、
前記装置は、前記第1スペクトル成分と異なりかつ前記第2スペクトル成分とも異なる第3スペクトル成分を少なくとも含む第2送信光波の少なくとも一つのビームを与えるように構成される第2送信アパチャを含む、請求項24の装置。 - 前記第2送信アパチャはさらに、前記光フェーズドアレイが前記第1スペクトル成分を受信するべく使用される第2受信アパチャとして構成される、請求項28の装置。
- 前記第1スペクトル成分を第1送信アパチャに与える少なくとも一つの光源から導出されるローカル振動子を用いてコヒーレント混合することによって、前記第2受信アパチャから受信した前記第1スペクトル成分を検出するべく構成されるコヒーレント受信器をさらに含む、請求項29の装置。
- 前記第3スペクトル成分は、前記第1スペクトル成分の波長と前記第2スペクトル成分の波長との間の波長を有し、前記第1送信光波は、前記第3スペクトル成分の波長において有意なパワーを有しない。請求項28の装置。
- 前記第1送信アパチャ及び前記第2送信アパチャは、複数アパチャの配列体の中心近くに配置され、前記受信アパチャの少なくともいくつかは、前記複数アパチャの配列体の端近くに配置される、請求項31の装置。
- 受信アパチャの数量は、複数アパチャの配列体における送信アパチャの数量よりも大きい、請求項31の装置。
- 方法であって、
送信光波の少なくとも一つのビームを、送信器の送信アパチャから標的位置に向けて送信角度にそって与えることであって、前記送信光波は、前記送信光波の少なくとも第1部分と、前記送信光波の前記第1部分の特性とは異なる特性を有する前記送信光波の第2部分とを含むことと、
2つ以上の受信器の受信アパチャにおいて収集光波を受信することと
を含み、
少なくとも一つの受信器が、
前記送信アパチャ又は異なる受信器の受信アパチャの少なくとも一つに近接するように配列される受信アパチャと、
前記受信アパチャの中にある光フェーズドアレイであって、対応する収集角度に沿って前記受信アパチャに到達した収集光波の少なくとも一部分を受信するように構成される光フェーズドアレイと、
前記収集光波の前記受信がされた一部分を、前記送信光波の前記第1部分の特性に従ってフィルタリングするように構成されるフィルタと、
前記収集光波の前記受信がされた一部分に基づいて信号を与えるように構成される検出器と
を含む、方法。 - LiDARシステムであって、
2つ以上のアパチャの配列体と、
送信器サブシステムと、
受信器サブシステムと
を含み、
前記配列体は、前記2つ以上のアパチャの少なくとも2つから、送信光波の少なくとも一部分を標的位置に向けて与えるように構成され、
前記2つ以上のアパチャは、
第1アパチャと、
第2アパチャと
を含み、
前記第1アパチャは、前記第1アパチャの中にある第1光フェーズドアレイを含み、
前記第2アパチャは、前記第2アパチャの中にある第2光フェーズドアレイを含み、
前記送信器サブシステムは、
前記2つ以上のアパチャのすべてよりも少ない数のアパチャからなる第1サブセットに前記送信光波の第1部分を与えることであって、前記第1サブセットは前記第1アパチャを含むことと、
前記2つ以上のアパチャのすべてよりも少ない数のアパチャからなる第2サブセットに前記送信光波の第2部分を与えることであって、前記第2サブセットは前記第1サブセットとは異なり、前記第2アパチャを含み、前記送信光波の前記第2部分は、前記送信光波の前記第1部分の特性とは異なる特性を有することと
を行うように構成され、
前記受信器サブシステムは、
前記配列体における前記2つ以上のアパチャの少なくとも一つに到着した収集光波の一部分を、前記送信光波の前記第2部分の特性に従ってフィルタリングするように構成される第1フィルタと、
前記第1フィルタによりフィルタリングされた前記収集光波の前記一部分に基づいて信号を与えるように構成される第1検出器と
を含む、LiDARシステム。 - 前記特性は特有の波長を含み、
前記送信光波の前記第1部分は第1スペクトル帯域に波長を有する光を含み、
前記送信光波の前記第2部分は、前記第1スペクトル帯域とは異なる第2スペクトル帯域に波長を有する光を含む、請求項35のLiDARシステム。 - 前記第1フィルタは、前記第1アパチャに到着した前記収集光波の一部分をフィルタリングするように構成され、
前記受信器サブシステムはさらに、
前記第2アパチャに到達した前記収集光波の一部分を、前記送信光波の前記第1部分の特性に従ってフィルタリングするように構成される第2フィルタと、
前記第2フィルタによりフィルタリングされた前記収集光波の前記一部分に基づいて信号を与えるように構成される第2検出器と
を含む、請求項36のLiDARシステム。 - 前記送信器サブシステムは、前記第1スペクトル帯域の波長を有する光を第3スペクトル帯域の波長を有する光と結合させるように構成される波長分割マルチプレクシングコンポーネントを含み、
前記第2スペクトル帯域は、前記第1スペクトル帯域と前記第3スペクトル帯域との間に存在する、請求項37のLiDARシステム。 - 前記2つ以上のアパチャの配列体は第3アパチャを含み、
前記第3アパチャは、前記第3アパチャの中に第3光フェーズドアレイを含み、
前記第1フィルタは、前記第3アパチャに到達した前記収集光波の一部分をフィルタリングするように構成される、請求項36のLiDARシステム。 - 前記送信器サブシステムは、
第1スペクトル帯域の波長を有する光を、第3スペクトル帯域の波長を有する光と結合させるように構成される第1波長分割マルチプレクシングコンポーネントと、
前記第2スペクトル帯域の波長を有する光を、第4スペクトル帯域の波長を有する光と結合させるように構成される第2波長分割マルチプレクシングコンポーネントと
を含み、
前記第2スペクトル帯域は前記第1スペクトル帯域と前記第3スペクトル帯域との間に存在し、
前記第3スペクトル帯域は前記第2スペクトル帯域と前記第4スペクトル帯域との間に存在する、請求項39のLiDARシステム。 - 前記第1フィルタは、前記第2スペクトル帯域にわたってチューニング可能な通過帯域を有するチューニング可能フィルタを含み、
前記受信器サブシステムは、前記第2スペクトル帯域の波長を有する光に少なくとも部分的に基づいて前記第1フィルタをチューニングするように構成される、請求項36のLiDARシステム。 - 前記フィルタは前記光フェーズドアレイの外側に存在する、請求項1の装置。
- 前記フィルタは前記光フェーズドアレイの外側に存在する、請求項34の方法。
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