KR102501648B1 - 준-연속파 라이다 동작을 위한 다중 출력들에 걸친 코히런트 신호 결합 - Google Patents
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Abstract
광 검출 및 거리 측정(LIDAR) 작동을 위한 신호 처리 시스템은 증폭기와 증폭기에 결합된 스플리터를 포함한다. 증폭기는 복수의 위상들과 각각 연관된 복수의 광 신호들을 수신하고, 복수의 광 신호들을 사용하여 복수의 증폭된 광 신호들을 생성하도록 구성된다. 스플리터는 복수의 증폭된 광 신호들을 수신하고 복수의 위상들에 따라 복수의 증폭된 광 신호들을 결합하여 복수의 출력들에 걸쳐 광 신호를 생성하도록 구성된다.
Description
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2020년 3월 5일자 출원된 미국 임시 특허 출원 제62/985,724호, 2020년 3월 23일자 출원된 미국 임시 특허 출원 제62/993,436호 및 2021년 1월 6일자 출원된 미국 임시 특허 출원 제17/142,868호의 이익 및 그 우선권을 주장하며, 이들 각각의 전체 개시 내용은 참조로 여기에 포함된다.
광 검출 및 거리 측정을 위한, 종종 니모닉(mnemonic)인 라이다(LIDAR)로 불리고, 때때로 레이저 레이더(laser RADAR(radio-wave detection and ranging))라고도 불리는 레이저를 이용한 거리의 광학적 검출은 고도 측정으로부터, 이미징(imaging), 충돌 회피에 이르기까지 다양한 응용 분야에 사용된다. LIDAR는 RADAR와 같은 종래의 마이크로파 거리 측정 시스템(microwave ranging system)보다 작은 빔 크기로 더 미세한 스케일 범위(scale range)의 해상도를 제공한다. 거리의 광학적 검출은 물체(object)에 대한 광 펄스의 왕복 이동 시간(round trip travel time)에 기초한 직접 거리 측정과, 송신된 처프(chirped) 광 신호와 물체로부터 산란되어 리턴된 신호 사이의 주파수 차이에 기초한 처프 검출과, 자연 신호로부터 구별 가능한 단일 주파수 위상 변화의 시퀀스에 기초한 위상 인코딩 검출(phase-encoded detection)을 포함한 여러 다른 기술들로 달성될 수 있다.
본 개시 내용의 여러 양태들은 개괄적으로 광학 분야에서 광 검출 및 거리 측정(LIDAR)에 관한 것으로, 더 구체적으로는 차량의 운전을 지원하기 위한, 준-연속파(quasi-continuous wave, quasi-CW) LIDAR 작동을 위한 다중 출력들에 걸친 코히런트 빔 결합을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일 양태에서, 본 개시 내용은 광 검출 및 거리 측정(LIDAR) 작동을 위한 신호 처리 시스템에 관한 것이다. 일부 구현예들에서, 상기 신호 처리 시스템은 복수의 위상들과 각각 연관된 복수의 광 신호들을 수신하고 상기 복수의 광 신호들을 사용하여 복수의 증폭된 광 신호들을 생성하도록 구성된 증폭기를 포함한다. 일부 구현예들에서, 상기 신호 처리 시스템은 상기 증폭기에 결합되되, 상기 복수의 증폭된 광 신호들을 수신하고 상기 복수의 위상들에 따라 상기 복수의 증폭된 광 신호들을 결합하여 복수의 출력들에 걸쳐 광 신호를 생성하도록 구성된 스플리터(splitter)를 포함한다.
다른 양태에서, 본 개시 내용은 신호 처리 시스템을 포함하는 LIDAR 시스템에 관한 것이다. 일부 구현예들에서, 상기 신호 처리 시스템은 복수의 광 신호들을 수신하고 복수의 위상들과 각각 연관된 복수의 위상 시프트된 광 신호들을 생성하도록 구성된 위상 시프터를 포함한다. 일부 구현예들에서, 상기 신호 처리 시스템은 복수의 위상 시프트된 광 신호들을 수신하고, 상기 복수의 위상 시프트된 광 신호들을 사용하여 복수의 증폭된 광 신호들을 생성하도록 구성된 증폭기를 포함한다. 일부 구현예들에서, 상기 신호 처리 시스템은 상기 증폭기에 결합되되, 상기 복수의 증폭된 광 신호들을 수신하고 상기 복수의 위상들에 따라 상기 복수의 증폭된 광 신호들을 결합하여 복수의 출력들에 걸쳐 광 신호를 생성하도록 구성된 스플리터를 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 개시 내용은 LIDAR 작동을 위한 신호 처리 시스템을 포함하는 자율 주행 차량 제어 시스템에 관한 것이다. 일부 구현예들에서, 상기 신호 처리 시스템은 복수의 광 신호들을 수신하고 복수의 위상들과 각각 연관된 복수의 위상 시프트된 광 신호들을 생성하도록 구성된 위상 시프터를 포함한다. 일부 구현예들에서, 상기 신호 처리 시스템은 상기 복수의 위상 시프트된 광 신호들을 수신하고 상기 복수의 위상 시프트된 광 신호들을 사용하여 복수의 증폭된 광 신호들을 생성하도록 구성된 증폭기를 포함한다. 일부 구현예들에서, 상기 신호 처리 시스템은 상기 증폭기에 결합되되, 상기 복수의 증폭된 광 신호들을 수신하고 상기 복수의 위상들에 따라 상기 복수의 증폭된 광 신호들을 결합하여 복수의 출력들에 걸쳐 광 신호를 생성하도록 구성된 스플리터를 포함한다. 일부 구현예들에서, 상기 신호 처리 시스템은 상기 광 신호를 사용하여 자율 주행 차량의 동작을 제어하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들을 포함한다.
또 다른 양태들, 특징들 및 장점들은 본 개시 내용을 수행하기 위해 고려되는 최상의 모드를 포함하는 다수의 특정 구현예들을 단순히 예시함으로써 다음의 상세한 설명으로부터 확실히 분명하다. 다른 구현예들은 또한 다른 및 상이한 특징들 및 장점들을 가질 수 있고, 이들의 여러 세부 사항은 본 개시 내용의 취지 및 범위를 벗어나지 않는 다양한 자명한 측면에서 수정될 수 있다. 따라서, 도면들 및 설명은 본질적으로 예시적인 것으로 간주되어야 하며 제한적인 것으로 간주되어서는 안된다.
첨부 도면에서 구현예들이 제한적인 방식이 아니라 예시적인 방식으로 예시되며, 유사한 참조 번호가 유사한 요소를 지칭한다.
도 1은 일부 구현예들에 따른 자율 주행 차량을 위한 시스템 환경의 예를 예시하는 블록도이고;
도 2a는 일부 구현예들에 따른, 차량의 동작을 위한 예시적인 준-연속파(quasi-CW) LIDAR 시스템을 나타내는 블록도이고;
도 2b는 일부 구현예들에 따른, 차량의 동작을 위한 예시적인 준-연속파 LIDAR 시스템을 나타내는 블록도이고;
도 3은 일부 구현예들에 따른, 준-연속파 LIDAR 동작을 위한 다중 출력들에 걸친 코히런트 신호 결합을 위한 코히런트 신호 발생기 아키텍처의 예시적인 환경을 나타내는 블록도이고;
도 4는 예시적인 구현예에 따른, 도 3의 코히런트 신호 발생기의 출력 채널(312a-312d)에서 측정된 준-연속파 파형을 나타내는 시간 기반 그래프이고;
도 5는 예시적인 구현예에 따른, 도 3의 코히런트 신호 발생기의 SOA(308a-308d)로부터 출력된 전력의 합을 나타내는 시간 기반 그래프이고;
도 6은 일부 구현예들에 따른, 모든 광을 출력 채널로 지향시키도록 구성될 때의 도 3의 코히런트 신호 발생기 아키텍처의 예시적인 환경을 나타내는 블록도이고;
도 7은 일부 구현예들에 따른, 모든 광을 출력 채널로 지향시키도록 구성될 때의 도 3의 코히런트 신호 발생기 아키텍처의 예시적인 환경을 나타내는 블록도이고;
도 8은 일부 구현예들에 따른, 모든 광을 출력 채널로 지향시키도록 구성될 때의 도 3의 코히런트 신호 발생기 아키텍처의 예시적인 환경을 나타내는 블록도이고;
도 9는 일부 구현예들에 따른, 모든 광을 출력 채널로 지향시키도록 구성될 때의 도 3의 코히런트 신호 발생기 아키텍처의 예시적인 환경을 나타내는 블록도이고;
도 10은 일부 구현예들에 따른, 준-연속파 LIDAR 작동을 위한 다중 출력들에 걸친 코히런트 신호 결합을 위한 코히런트 신호 발생기 아키텍처의 예시적인 환경을 나타내는 블록도이다.
도 1은 일부 구현예들에 따른 자율 주행 차량을 위한 시스템 환경의 예를 예시하는 블록도이고;
도 2a는 일부 구현예들에 따른, 차량의 동작을 위한 예시적인 준-연속파(quasi-CW) LIDAR 시스템을 나타내는 블록도이고;
도 2b는 일부 구현예들에 따른, 차량의 동작을 위한 예시적인 준-연속파 LIDAR 시스템을 나타내는 블록도이고;
도 3은 일부 구현예들에 따른, 준-연속파 LIDAR 동작을 위한 다중 출력들에 걸친 코히런트 신호 결합을 위한 코히런트 신호 발생기 아키텍처의 예시적인 환경을 나타내는 블록도이고;
도 4는 예시적인 구현예에 따른, 도 3의 코히런트 신호 발생기의 출력 채널(312a-312d)에서 측정된 준-연속파 파형을 나타내는 시간 기반 그래프이고;
도 5는 예시적인 구현예에 따른, 도 3의 코히런트 신호 발생기의 SOA(308a-308d)로부터 출력된 전력의 합을 나타내는 시간 기반 그래프이고;
도 6은 일부 구현예들에 따른, 모든 광을 출력 채널로 지향시키도록 구성될 때의 도 3의 코히런트 신호 발생기 아키텍처의 예시적인 환경을 나타내는 블록도이고;
도 7은 일부 구현예들에 따른, 모든 광을 출력 채널로 지향시키도록 구성될 때의 도 3의 코히런트 신호 발생기 아키텍처의 예시적인 환경을 나타내는 블록도이고;
도 8은 일부 구현예들에 따른, 모든 광을 출력 채널로 지향시키도록 구성될 때의 도 3의 코히런트 신호 발생기 아키텍처의 예시적인 환경을 나타내는 블록도이고;
도 9는 일부 구현예들에 따른, 모든 광을 출력 채널로 지향시키도록 구성될 때의 도 3의 코히런트 신호 발생기 아키텍처의 예시적인 환경을 나타내는 블록도이고;
도 10은 일부 구현예들에 따른, 준-연속파 LIDAR 작동을 위한 다중 출력들에 걸친 코히런트 신호 결합을 위한 코히런트 신호 발생기 아키텍처의 예시적인 환경을 나타내는 블록도이다.
LIDAR 시스템은 광 신호(때로 "빔"이라고 함)를 제공하기 위한 레이저 공급원, 연속파(CW) 변조 또는 준-연속파(quasi-CW) 변조를 이용하여 광 신호의 위상 및/또는 주파수를 변조하기 위한 하나 이상의 변조기들, 변조된 신호를 증폭하여 해당 신호가 특정 범위까지 송신되게 하는 증폭기, 및/또는 증폭된 신호를 주어진 시야 내의 환경으로 조정하기 위한 광학 장치(예를 들어, 미러 스캐너)를 포함할 수 있다.
연속파 변조를 이용하는 LIDAR 시스템에서, 변조기는 레이저 광을 연속적으로 변조한다. 예를 들어 변조 사이클이 10초인 경우, 입력 신호는 전체 10초에 걸쳐 변조된다. 대신에, 준-연속파 변조를 이용하는 LIDAR 시스템에서, 변조기는 활성 부분과 비활성 부분을 모두 갖도록 레이저 광을 변조한다. 예를 들어, 10초 사이클의 경우, 변조기는 레이저 광을 8초 동안만 변조(때로는 "활성 부분"이라고도 함)하지만 2초 동안은 레이저 광을 변조하지 않는다(때로는 "비활성 부분"이라고도 함). 이렇게 함으로써 LIDAR 시스템은 변조기가 연속적인 신호를 제공할 필요가 없기 때문에 2초 동안 전력 소비를 줄일 수 있다.
자동차 응용에 사용되는 주파수 변조 연속파(frequency modulated continuous wave, FMCW) LIDAR에서는, FMCW 측정 및 신호 처리 방법이 사용되는 준-연속파 변조를 이용하여 LIDAR 시스템을 작동하는 것이 유리할 수 있지만, 광 신호가 항상 온-상태(on-state)(예를 들어, 인에이블 상태, 전원 공급된 상태, 전송 중의 상태 등)인 것은 아니다. 일부 구현예들에서, 준-연속파 변조는 1% 이상 내지 최대 50%인 듀티 사이클(duty cycle)을 가질 수 있다. 오프-상태(off-state)의 에너지(예를 들어, 디스에이블 상태, 전원 꺼진 상태 등)가 실제 측정 시간 동안 소모될 수 있다면, 더 긴 시간 범위 내의 모든 에너지의 코히런트 통합을 위한 신호 대 잡음비(SNR)의 증가 및/또는 신호 처리 요건의 감소가 있을 수 있다.
일부 구현예들에서, 에르븀-도핑된 광섬유 증폭기(EDFA)를 사용하여 코히런트 신호 발생기(예를 들어, 도 2a의 코히런트 신호 발생기(206) 및 도 2b의 코히런트 신호 발생기(206))를 구현할 수 있다. 코히런트 빔 발생기에 EDFA를 사용하는 것에 의해, 광 이득 및/또는 에너지가 저장 및 출력될 수 있는 준-연속파 변조를 구현하는 시스템의 경우, EDFA에 대한 입력을 펄스화하는 것만으로도, 신호가 EDFA로부터 더 짧은 버스트로 제공될 수 있다.
일부 구현예들에서, 반도체 광 증폭기(SOA)를 사용하여 코히런트 신호 발생기(예를 들어, 도 2a의 코히런트 신호 발생기(206) 및 도 2b의 코히런트 신호 발생기(206))를 구현할 수 있다. 코히런트 신호 발생기에 SOA들을 사용함으로써 높은 수준의 통합을 달성할 수 있다. 예를 들어, 다수의 SOA들이 축소되어(scaled-down) 단일 반도체 칩에 배치될 수 있으며, 이는 속도(예를 들어, 대기 시간 감소) 및 전력 소비(예를 들어, 전력이 SOA들 사이에서 더 효율적으로 라우팅될 수 있음)를 개선할 뿐만 아니라, 제조 공정을 개선할 수 있다. 즉, 코히런트 신호 발생기(때로는 "신호 처리 시스템"이라고도 함)를 단일 반도체 칩으로 축소한다는 것은 반도체 칩(예를 들어 실리콘)의 크기가 더 작아져서 코히런트 신호 발생기의 성능에 영향을 미치는 제조 결함의 가능성을 줄일 수 있음을 의미한다.
따라서, 본 개시 내용은 차량용 LIDAR 시스템의 동작을 지원하기 위한, 준-연속파 LIDAR 동작을 위한 다중 출력들에 걸친 코히런트 신호 생성(예를 들어, 결합, 병합, 추가, 믹싱 등)을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
다양한 예시적인 구현예들에서, 아래 구문들에서 설명되는 바와 같이, 코히런트 신호 발생기는 하나 이상의 위상 시프터들 및/또는 하나 이상의 스플리터들(예를 들어, 50/50 스플리터들)을 포함할 수 있다. 코히런트 신호 발생기는 하나 이상의 빔 스플리터들(예를 들어, 50/50 빔 스플리터 등)을 통해 코히런트 신호 발생기의 하나 이상의 출력 채널들에 각각 결합되는 SOA들과 같은 다중 서브 증폭기들을 포함하는 증폭기를 포함할 수 있다. 각 서브 증폭기는 고정된 출력 전력을 갖는 연속파(예를 들어, 최대 95% 듀티 사이클)를 제공할 수 있다. 코히런트 신호 발생기는 (하나 이상의 스플리터들을 사용하여) 서브 증폭기들의 일부 또는 전부의 출력 전력들을 코히런트 결합하여 결합된 출력 전력을 발생시키고, 결합된 출력 전력을 출력 채널들 중 하나로 전송할 수 있다. 예를 들어, 코히런트 신호 발생기가 각각 100 mW의 출력 전력을 생성하는 8개의 서브 증폭기들을 포함하는 경우, 코히런트 신호 발생기는 8개의 서브 증폭기들의 출력 전력을 결합하여 800 mW의 결합된 출력 전력을 생성하고, 결합된 출력 전력을 출력 채널들 중 하나로 전송한다.
전력 결합은 모든 서브 증폭기들 간의 광학적 위상 관계들의 특정 설정들에 의해 제어될 수 있다. 위상들은 코히런트 신호 발생기의 모든 서브 증폭기들로부터 결합된 출력 전력(예를 들어, 각각 100 mW를 생성하는 8개의 서브 증폭기들로부터 생성/결합되는 800 mW의 출력 전력)을 하나의 출력 채널로, 코히런트 신호 발생기의 서브 증폭기들 중 일부로부터 결합된 출력 전력(예를 들어, 각각 100 mW를 생성하는 코히런트 신호 발생기의 8개의 서브 증폭기들 중 2개의 서브 증폭기들로부터 생성/결합되는 200 mW의 출력 전력)을 하나의 출력 채널로, 또는 이들 사이의 임의의 조합인 결합된 출력 전력을 제공하도록 설정(예를 들어, 구성, 프로그램, 초기화)될 수 있다. 위상들은 서브 증폭기들 중 임의의 서브 증폭기의 출력 전력(예를 들어, 100 mW)을 출력 채널들 중 임의의 출력 채널에 제공하도록 설정될 수 있다.
위상 설정들은 빠르게 변경될 수 있기 때문에, 일부 구현예들에서 CNC 네트워크의 아키텍처는 모든 서브 증폭기들로부터 결합된 전체 출력 전력(예를 들어, 8개의 서브 증폭기 네트워크에서 800 mW)이 각각의 출력 채널(예를 들어, 8개의 채널들)로 순차적으로 전송되게 함으로써 각 출력 채널로부터 제공되는 시간에 일련의 펄스를 생성하도록 한다. 일부 구현예들에서, 코히런트 신호 발생기의 모든 출력 채널들로부터 제공되는 총 평균 전력은 일정하게 유지되지만, 출력 채널들 사이의 전력 분포는 시간에 따라 변할 수 있다.
여기에 설명된 다양한 예시적인 구현예들은 다음 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. (1) 코히런트 신호 발생기의 (입력에서 출력까지의) 일부 또는 모든 경로는 온도에 걸쳐 안정적인 작동을 보장하도록 길이 정합(length-matched)될 수 있다. (2) 하나 이상의 스플리터들의 서브 증폭기들 중 일부 또는 전부의 출력 전력들은 코히런트 신호 발생기의 하나 이상의 출력 채널들에서 높은 콘트라스트를 얻도록 거의 동일할 수 있다. (3) 하나 이상의 스플리터들은 저손실 및/또는 50/50에 매우 근접한 분할 비율을 가질 수 있다. (4) 코히런트 신호 발생기는 잘못된 경로에 대한 결합이 최소화되는 하나 이상의 도파관 교차들을 포함할 수 있다. 코히런트 신호 발생기는 안정적인 동작을 유지하기 위해 각 레이어의 분기부들 절반에 하나 이상의 저속 정적 위상 시프터를 포함할 수 있다. (5) 코히런트 신호 발생기는 개발 목적 및/또는 안정적인 작동을 보장하기 위해 하나 이상의 스플리터들의 분기부들을 따라 선택된 지점 및/또는 출력 채널들에 탭(tap) 포토다이오드를 포함할 수 있다. (6) 코히런트 신호 발생기는 코히런트 검출을 위한 하나 이상의 변조기들 앞에 레이저 공급원으로부터의 탭을 포함할 수 있다. (7) 코히런트 신호 발생기는 하나 이상의 서브 증폭기들 앞에 하나 이상의 위상 시프터를 포함할 수 있다. (8) 코히런트 신호 발생기는 하나 이상의 서브 증폭기들 뒤에 하나 이상의 위상 시프터를 포함할 수 있다. (9) 코히런트 신호 발생기는 스위칭을 효율적이고 신속하게 구현하기에 충분히 빠른(예를 들어, 100 ns 미만의 상승 시간) 하나 이상의 서브 증폭기 뒤에 하나 이상의 위상 시프터들을 포함하여 서브 증폭기 이득에 의해 손실이 보상되는 이익을 제공할 수 있다.
일부 구현예들에서, 하나 이상의 스플리터들은 다중 모드 간섭(MMI) 구조체 또는 커플러로 대체될 수 있다. 일부 구현예들에서, 바이너리 스위치 네트워크가 하나 이상의 스플리터들(또는 MMI 구조체 또는 커플러) 뒤에서 출력들을 훨씬 더 많은 출력 채널들로 분할하는 데 사용될 수 있다.
아래의 설명에서, 설명의 목적으로, 본 개시 내용의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정한 구체적 내용들이 제시된다. 그러나, 본 개시 내용은 이와 같은 특정한 구체적 내용들 없이 실시될 수 있음이 당업자에게 분명할 것이다. 다른 경우에, 본 개시 내용을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해 널리 알려진 구조 및 장치들이 블록도 형태로 도시된다.
1. 자율 주행 차량을 위한 시스템 환경
도 1은 일부 구현예들에 따른 자율 주행 차량을 위한 시스템 환경의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 명세서에 개시된 다양한 기술들이 구현될 수 있는 예시적인 자율 주행 차량(100)이 도시되어 있다. 예를 들어, 차량(100)은 에너지 공급원(106)에 의해 동력을 공급받고 드라이브트레인(108)에 동력을 제공할 수 있는 원동기(104)를 포함하는 파워트레인(102)과, 방향 제어 장치(112), 파워트레인 제어 장치(114) 및 브레이크 제어 장치(116)를 포함하는 제어 시스템(110)을 포함할 수 있다. 차량(100)은 사람 및/또는 화물을 수송할 수 있고 다양한 환경에서 이동할 수 있는 차량을 포함하는 임의의 수의 상이한 유형의 차량으로 구현될 수 있으며, 전술한 구성요소들(102-116)은 이들 구성요소들이 사용되는 차량 유형에 따라 크게 달라질 수 있음을 이해할 것이다.
단순함을 위해, 이하에서 논의되는 구현예들은 자동차, 밴, 트럭, 버스 등과 같은 차륜형 육상 차량에 초점을 맞출 것이다. 이러한 구현예들에서, 원동기(104)는 (무엇보다도) 하나 이상의 전기 모터들 및/또는 내연 기관을 포함할 수 있다. 에너지 공급원은 예를 들어, (예를 들어, 가솔린, 디젤, 수소 등을 제공하는) 연료 시스템, 배터리 시스템, 태양 전지 패널 또는 다른 재생 가능한 에너지 공급원, 및/또는 연료 전지 시스템을 포함할 수 있다. 드라이브트레인(108)은 원동기(104)의 출력을 차량 동작으로 변환하기 위한 변속기 및/또는 임의의 다른 기계적 구동 컴포넌트들과 휠 및/또는 타이어뿐만 아니라, 차량을 제어 가능하게 정지시키거나 감속하도록 구성된 하나 이상의 브레이크들 및 차량(100)의 궤적을 제어하기에 적절한 방향 또는 조향 컴포넌트(예를 들어, 차량(100)의 하나 이상의 휠들이 대체로 수직인 축을 중심으로 피벗되게 하여 차량의 종축에 대한 휠들의 회전면들의 각도를 변경시키는 랙 및 피니언 조향 연결 장치)를 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, (예를 들어, 전기/가스 하이브리드 차량들의 경우) 파워트레인들과 에너지 공급원들의 조합들이 사용될 수 있으며, 일부 경우에는 (예를 들어, 개별 휠들 또는 차축들에 전용인) 다중 전기 모터들이 원동기로서 사용될 수 있다.
방향 제어 장치(112)는 차량(100)이 원하는 궤적을 따를 수 있도록 방향 또는 조향 컴포넌트들로부터 피드백을 제어하고 수신하기 위한 하나 이상의 액추에이터들 및/또는 센서들을 포함할 수 있다. 파워트레인 제어 장치(114)는 파워트레인(102)의 출력을 제어하도록, 예를 들어 원동기(104)의 출력을 제어하고, 드라이브트레인(108)에서 변속기의 기어를 제어하는 등의 제어를 행함으로써 차량(100)의 속도 및/또는 방향을 제어하도록 구성될 수 있다. 브레이크 제어 장치(116)는 차량(100)을 감속시키거나 정지시키는 하나 이상의 브레이크들, 예를 들어, 차량의 휠들에 결합된 디스크 또는 드럼 브레이크들을 제어하도록 구성될 수 있다.
오프로드 차량, 전지형(all-terrain) 차량 또는 궤도 차량, 건설 장비 등을 포함하되 이에 국한되지 않는 다른 차량 유형들은 필수적으로 다른 파워트레인들, 드라이브트레인들, 에너지 공급원들, 방향 제어 장치들, 파워트레인 제어 장치들 및 브레이크 제어 장치들을 사용할 것이다. 더욱이, 일부 구현예들에서, 컴포넌트들의 일부는, 예를 들어, 차량의 방향 제어 장치가 주로 하나 이상의 원동기들의 출력을 변경하여 처리되는 경우 결합될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 구현예들은 자율 주행 차륜형 육상 차량에서의 본 명세서에 설명된 기술들의 특정한 응용으로 제한되지 않는다.
차량(100)에 대한 다양한 레벨의 자율 주행 제어는, 하나 이상의 프로세서들(122) 및 하나 이상의 메모리들(124)를 포함할 수 있으며 각각의 프로세서(122)는 메모리(124)에 저장된 프로그램 코드 명령어들(126)을 실행하도록 구성된 차량 제어 시스템(120)에서 실행될 수 있다. 프로세서(들)는 예를 들어, 그래픽 처리 장치(들)(GPU(s)) 및/또는 중앙 처리 장치(들)(CPU(s))를 포함할 수 있다.
센서들(130)은 차량의 작동을 제어하는 데 사용하기 위해 차량의 주변 환경으로부터 정보를 수집하기에 적절한 다양한 센서들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서들(130)은 레이더 센서(134), LIDAR 센서(136), 3D 포지셔닝 센서(138) - 예를 들어, 가속도계, 자이로스코프, 자력계, 또는 GPS(지구 위치 시스템), GLONASS(Globalnaya Navigazionnaya Sputnikovaya Sistema, 또는 Global Navigation Satellite System), BeiDou Navigation Satellite System(BDS), Galileo, Compass 등의 위성 항법 시스템 중의 임의의 것 - 를 포함할 수 있다. 3D 포지셔닝 센서들(138)은 위성 신호들을 이용하여 지구 상의 차량 위치를 결정하는 데 사용될 수 있다. 센서들(130)은 카메라(140) 및/또는 관성 측정 장치(IMU)(142)를 포함할 수 있다. 카메라(140)는 모노그래픽 또는 스테레오그래픽 카메라일 수 있고 정지영상 및/또는 동영상을 기록할 수 있다. IMU(142)는 3개의 방향에서 차량의 선형 및 회전 운동을 검출할 수 있는 다중 자이로스코프들 및 가속도계들을 포함할 수 있다. 휠 인코더들과 같은 하나 이상의 인코더들(도시되지 않음)을 사용하여 차량(100)의 하나 이상의 휠들의 회전을 모니터링할 수 있다. 각각의 센서(130)는 센서 데이터를 다른 센서들(130)의 데이터 속도들과 상이한 데이터 속도들로 출력할 수 있다.
센서들(130)의 출력들은 위치 파악(localization) 서브시스템(152), 계획 서브시스템(156), 지각(perception) 서브시스템(154) 및 제어 서브시스템(158)을 포함하는 일련의 제어 서브시스템들(150)에 제공될 수 있다. 위치 파악 서브시스템(152)은 차량(100)의 주변 환경 내에서, 그리고 일반적으로 일부 기준 프레임 내에서 차량(100)의 위치 및 지향(때로 "포즈(pose)"라고도 함)을 정밀하게 결정하는 등의 기능들을 수행할 수 있다. 자율 주행 차량의 위치는 레이블이 지정된 자율 주행 차량 데이터를 생성하는 일부로 동일한 환경 내의 추가 차량의 위치와 비교될 수 있다. 지각 서브시스템(154)은 차량(100)을 둘러싼 환경 내의 물체들을 검출, 추적, 결정 및/또는 식별하는 것과 같은 기능들을 수행할 수 있다. 일부 구현예들에 따른 기계 학습 모델이 물체들의 추적에 활용될 수 있다. 계획 서브시스템(156)은 환경 내의 정지 및 이동 물체들뿐만 아니라 원하는 목적지가 주어진 상태에서 일부 시간 프레임에 걸쳐 차량(100)에 대한 궤적을 계획하는 것과 같은 기능들을 수행할 수 있다. 일부 구현예들에 따른 기계 학습 모델을 활용하여 차량 궤적을 계획할 수 있다. 제어 서브시스템(158)은 차량(100)의 계획된 궤적을 구현하기 위해 차량 제어 시스템(120)의 다양한 제어 장치들을 제어하는 데 적절한 제어 신호들을 생성하는 것과 같은 기능들을 수행할 수 있다. 기계 학습 모델이 활용하여 계획된 궤적을 구현하도록 자율 주행 차량을 제어하는 하나 이상의 신호들을 생성할 수 있다.
차량 제어 시스템(120)에 대한 도 1에 예시된 컴포넌트들의 집합은 본질적으로 단지 예시일 뿐이라는 것을 이해할 것이다. 일부 구현예들에서 개별 센서들은 생략될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 일부 구현예들에서, 이중화(redundancy)를 위해 그리고/또는 차량 주변의 다른 영역들을 커버하기 위해 도 1에 예시된 유형의 다중 센서들이 사용될 수 있으며, 다른 유형의 센서들이 사용될 수 있다. 유사하게, 상이한 유형들 및/또는 여러 조합의 제어 서브시스템들이 다른 구현예들에서 사용될 수 있다. 또한, 서브시스템들(152-158)은 프로세서(122) 및 메모리(124)와 별개인 것으로 예시되어 있지만, 일부 구현예들에서 서브시스템(152-158)의 기능의 일부 또는 전부가 하나 이상의 메모리들(124)에 상주하고 하나 이상의 프로세서들(122)에 의해 실행되는 프로그램 코드 명령어들(126)로 구현될 수 있으며, 이들 서브시스템들(152-158)이 일부 경우에 동일한 프로세서(들) 및/또는 메모리를 사용하여 구현될 수 있음을 이해할 것이다. 서브시스템들은 다양한 전용 회로 로직, 다양한 프로세서들, 다양한 필드 프로그래머블 게이트 어레이들(FPGA), 다양한 주문형 집적 회로들(ASIC), 다양한 실시간 컨트롤러들 등을 사용하여 적어도 부분적으로 구현될 수 있으며, 전술한 바와 같이, 다중 서브시스템들은 회로, 프로세서들, 센서들 및/또는 다른 컴포넌트들을 활용할 수 있다. 또한, 차량 제어 시스템(120)의 다양한 컴포넌트들은 다양한 방식으로 네트워크화될 수 있다.
일부 구현예들에서, 차량(100)은 차량(100)용 이중화 또는 백업 제어 시스템으로서 사용될 수 있는 2차 차량 제어 시스템(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 2차 차량 제어 시스템은 차량 제어 시스템(120)에서 불리한 이벤트가 발생하는 경우 자율 주행 차량(100)을 완전히 작동할 수 있는 반면, 다른 구현예들에서 2차 차량 제어 시스템은 제한된 기능, 예를 들어, 1차 차량 제어 시스템(120)에서 검출된 불리한 이벤트에 응답하여 차량(100)의 조절된 정지를 수행하는 기능만을 가질 수 있다. 또 다른 구현예들에서, 2차 차량 제어 시스템은 생략될 수 있다.
일반적으로, 소프트웨어, 하드웨어, 회로 로직, 센서들, 네트워크들 등의 다양한 조합을 포함하는 수많은 상이한 아키텍처들을 사용하여 도 1에 예시된 다양한 컴포넌트들을 구현할 수 있다. 각 프로세서는 예를 들어, 마이크로프로세서로 구현될 수 있으며, 각 메모리는 주 저장 장치 및 임의의 보조 레벨들의 메모리 - 예를 들어, 캐시 메모리들, 비휘발성 또는 백업 메모리들(예를 들어, 프로그램 가능 또는 플래시 메모리들), 읽기 전용 메모리들 등 - 를 포함하는 랜덤 액세스 메모리(RAM) 디바이스들을 나타낼 수 있다. 또한, 각 메모리는 차량(100)의 다른 곳에 물리적으로 위치된 메모리 저장 장치, 예를 들어, 프로세서 내의 캐시 메모리 및 대용량 저장 디바이스 또는 다른 컴퓨터 컨트롤러에 저장되는 등의 가상 메모리로 사용되는 임의의 저장 용량을 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 도 1에 예시된 하나 이상의 프로세서들 또는 완전히 별개인 프로세서들을 사용하여 예를 들어 엔터테인먼트 시스템들을 제어하고 도어들, 조명들, 편의 특징부들 등을 작동시키도록 자율 주행 제어의 목적을 벗어난 차량(100)의 추가 기능을 구현할 수 있다.
또한, 추가적인 저장을 위해, 차량(100)은 하나 이상의 대용량 저장 디바이스들, 예를 들어, 특히, 이동식 디스크 드라이브, 하드 디스크 드라이브, 직접 액세스 저장 디바이스(DASD), 광학 드라이브(예를 들어, CD 드라이브, DVD 드라이브 등), 고체 상태 저장 드라이브(SSD), 네트워크 연결된 저장 장치, 저장 영역 네트워크 및/또는 테이프 드라이브 등을 포함할 수 있다.
또한, 차량(100)은 차량(100)이 사용자 또는 오퍼레이터로부터 다수의 입력들을 수신하고 그에 대한 출력들을 생성토록 하는, 예를 들어, 하나 이상의 디스플레이들, 터치스크린들, 음성 및/또는 제스처 인터페이스들, 버튼들 및 다른 촉각 제어 장치 등과 같은 사용자 인터페이스(164)를 포함할 수 있다. 다른 방법으로, 사용자 입력은 다른 컴퓨터 또는 전자 디바이스, 예를 들어 모바일 디바이스의 앱 또는 웹 인터페이스를 통해 수신될 수 있다.
더욱이, 차량(100)은 하나 이상의 네트워크(170)(예를 들어, 특히, 근거리 통신망(LAN), 광역 통신망(WAN), 무선 네트워크 및/또는 인터넷)와의 통신에 적절한 네트워크 인터페이스(162)와 같은 하나 이상의 네트워크 인터페이스들을 포함하여, 예를 들어, 차량(100)이 그 자율 주행 제어에 사용되는 환경 및 다른 데이터를 수신하는 클라우드 서비스와 같은 중앙 서비스를 비롯한 다른 컴퓨터 및 전자 디바이스와의 정보 통신을 하도록 허용한다. 하나 이상의 센서들(130)에 의해 수집된 데이터는 추가적인 처리를 위해 네트워크(170)를 통해 컴퓨팅 시스템(172)에 업로드될 수 있다. 일부 구현예들에서, 타임 스탬프가 업로드 전에 차량 데이터의 각 인스턴스(instance)에 추가될 수 있다.
도 1에 예시된 각 프로세서 및 여기에 개시된 다양한 추가적인 컨트롤러들과 서브시스템들은 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이 일반적으로 운영 시스템의 제어 하에 작동하고 다양한 컴퓨터 소프트웨어 애플리케이션들, 컴포넌트들, 프로그램들, 개체들, 모듈들, 데이터 구조들 등을 실행하거나 이들에 의존한다. 더욱이, 다양한 애플리케이션들, 컴포넌트들, 프로그램들, 객체들, 모듈들 등은 또한 네트워크(170)를 통해 차량(100)에 결합된 다른 컴퓨터, 예를 들어, 분산, 클라우드 기반 또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 환경의 하나 이상의 프로세서들에서 실행될 수 있어서, 컴퓨터 프로그램의 기능을 구현하는 데 필요한 처리가 네트워크를 통해 다수의 컴퓨터들 및/또는 서비스들에 할당될 수 있다.
일반적으로, 여기에 설명된 다양한 구현예들을 구현하기 위해 실행되는 루틴들은 운영 시스템의 일부로 구현되거나, 특정 애플리케이션, 컴포넌트, 프로그램, 객체, 모듈 또는 명령어들의 시퀀스, 또는 이들의 서브 집합(subset)으로서 구현되건 간에, 여기에서 "프로그램 코드"로 지칭될 것이다. 프로그램 코드는, 다양한 메모리들 및 저장 장치들 내에 다양한 시간에 상주하고, 하나 이상의 프로세서들에 의해 판독 및 실행될 때 본 개시 내용의 다양한 양태들을 구현하는 단계들 또는 요소들을 실행하는 데 필요한 단계들을 수행하는 하나 이상의 명령어들을 포함할 수 있다. 더욱이, 구현예들은 완전히 기능하는 컴퓨터 및 시스템의 맥락에서 설명되고 이하에서 설명될 것이지만, 여기에 설명된 다양한 구현예들은 다양한 형태들의 프로그램 제품으로 배포될 수 있으며, 구현예들은 이러한 배포를 실제로 수행하는 데 사용되는 특정 유형의 컴퓨터 판독 가능 매체와 무관하게 구현될 수 있음을 이해할 것이다.
컴퓨터 판독 가능 매체의 예들로는 특히, 휘발성 및 비휘발성 메모리 디바이스들, 플로피 및 기타 이동식 디스크들, SSD(solid state drive)들, 하드 디스크 드라이브들, 자기 테이프 및 광 디스크들(예를 들어, CD-ROM, DVD 등)과 같은 유형의 비일시적 매체(tangible, non-transitory media)가 포함된다.
또한, 이하에서 설명되는 다양한 프로그램 코드는 이것이 특정 구현예로 구현되는 애플리케이션을 기초로 식별될 수 있다. 그러나, 이하의 임의의 특정 프로그램 명명법은 단지 편의를 위해 사용된 것이며, 따라서 본 개시 내용은 그러한 명명법에 의해 식별 및/또는 암시된 임의의 특정 애플리케이션에서만 사용하도록 제한되어서는 안된다는 것을 이해해야 한다. 더욱이, 컴퓨터 프로그램들이 루틴들, 절차들, 방법들, 모듈들, 객체들 등으로 체계화될 수 있는 전형적으로 무한한 수의 방식과 프로그램 기능이 전형적인 컴퓨터 내에 상주하는 다양한 소프트웨어 계층들(예를 들어, 운영 시스템들, 라이브러리들, API들, 애플리케이션들, 애플릿들 등) 중에 할당될 수 있는 다양한 방식을 고려할 때, 본 개시 내용은 여기에 설명된 프로그램 기능의 특정 체계화 및 할당으로 제한되지 않음을 이해해야 한다.
도 1에 예시된 환경은 여기에 개시된 구현예들을 제한하도록 의도된 것은 아니다. 실제로, 다른 대안적인 하드웨어 및/또는 소프트웨어 환경들이 여기에 개시된 구현예들의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있다.
2. 다중 출력들에 걸친 코히런트 신호 결합
도 2a는 일부 구현예들에 따른 차량의 동작을 위한 예시적인 준-연속파 LIDAR 시스템을 나타내는 블록도이다. 준-연속파 LIDAR 시스템(200a)은 광 신호(때로 "빔"으로 지칭됨)를 제공하기 위한 레이저 공급원(202)을 포함한다.
준-연속파 LIDAR 시스템(200a)은 광 신호를 변조하기 위한 변조기(204) 및 준-연속파 LIDAR 작동을 위한 다중 출력들에 걸친 코히런트 신호 생성(예를 들어, 결합, 병합, 추가, 믹싱 등)을 위한 코히런트 신호 발생기(206)(때로 "신호 처리 시스템"으로 지칭됨)를 포함한다. 즉, 변조기(204)는 레이저 공급원(202)으로부터 광 신호를 수신하고, 연속파 변조 또는 준-연속파 변조를 사용하여 광 신호의 위상 및/또는 주파수를 변조하고, 변조된 신호를 코히런트 신호 발생기(206)의 하나 이상의 입력 채널들에 제공한다.
코히런트 신호 발생기(206)는 수신된 변조 신호들을 결합하여 코히런트 신호 발생기(206)의 복수의 출력들(예를 들어, 도 3의 출력 채널들(312a-312d))에 걸쳐 연속파 신호를 생성하고, 연속파 신호를 스캐너(208)(예를 들어, 진동 스캐너, 단방향 스캐너, Risley 프리즘 등)로 제공한다. 일부 구현예들에서, 코히런트 신호 발생기(206)는 상이한 듀티 사이클에서 복수의 서브 증폭기들(예를 들어, 도 3의 SOA들(308a-308d))을 동작시킴으로써 연속파 신호를 생성한다.
수신된 연속 신호에 기초하여, 스캐너(208)는 물체(210)의 광학적 검출을 위한 하나 이상의 광학 요소들을 구동하기 위해 하나 이상의 스캐닝 신호들을 생성한다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 변조기(204)는 코히런트 신호 발생기(206)와 별개일 수 있다.
준-연속파 LIDAR 시스템(200a)의 컴포넌트들(예를 들어, 레이저 공급원(202), 변조기(204), 코히런트 신호 발생기(206), 및 스캐너(208)) 중 임의의 컴포넌트는 하나 이상의 반도체 패키지들에 포함될 수 있다. 예를 들어, 레이저 공급원(202)은 제1 반도체 패키지에 있을 수 있고, 코히런트 신호 발생기(204)는 제2 반도체 패키지에 있을 수 있으며, 스캐너(206)는 제3 반도체 패키지에 있을 수 있다. 다른 예로서, 반도체 패키지는 레이저 공급원(202), 변조기(204), 코히런트 신호 발생기(206) 및 스캐너(208)를 포함할 수 있다.
도 2b는 일부 구현예들에 따른 차량의 동작을 위한 예시적인 준-연속파 LIDAR 시스템을 나타내는 블록도이다. 준-연속파 LIDAR 시스템(200b)은 레이저 공급원(202), 코히런트 신호 발생기(206), 및 물체(210)의 광학적 검출을 위한 스캐너(208)를 포함한다. 도 2b의 코히런트 신호 발생기(206)는 도 2a의 변조기(204)의 특징 및/또는 기능을 갖는다.
준-연속파 LIDAR 시스템(200b)의 컴포넌트들(예를 들어, 레이저 공급원(202), 코히런트 신호 발생기(206), 및 스캐너(208)) 중 임의의 컴포넌트는 하나 이상의 반도체 패키지들에 포함될 수 있다.
도 3은 일부 구현예들에 따른, 준-연속파 LIDAR 동작을 위한 다중 출력들에 걸친 코히런트 신호 결합을 위한 코히런트 신호 발생기 아키텍처(예를 들어, 도 2a의 코히런트 신호 발생기(206) 및 도 2b의 코히런트 신호 발생기(206))의 예시적인 환경을 나타내는 블록도이다. 환경(300)은 광 신호(때로 "빔"으로 지칭됨)를 제공하기 위한 레이저 공급원(202)을 포함한다. 환경(300)은 변조된 신호를 생성하기 위해 연속파 변조 또는 준-연속파 변조를 사용하여 광 신호의 위상 및/또는 주파수를 변조하기 위한 변조기(204)를 포함한다.
환경(300)은 변조된 신호의 위상을 조정하고 변조된 신호를 증폭기(308)에 제공하기 위한 위상 시프터 네트워크(306)를 포함한다. 위상 시프터 네트워크(306)는 "위상 시프터(306a-d)"로 통칭되는 위상 시프터(306a), 위상 시프터(306b), 위상 시프터(306c), 및 위상 시프터(306d)를 포함한다.
증폭기(308)는 "SOA(308a-d)"로 통칭되는 SOA(308a), SOA(308b), SOA(308c) 및 SOA(308d)와 같은 서브 증폭기를 포함한다. 각 서브 증폭기는 증폭된 신호를 생성한다.
환경(300)은 보강 및 상쇄 간섭 원리에 기초하여 증폭된 신호들의 일부 또는 전부를 결합함으로써 출력 파형들을 생성하는 빔 스플리터 네트워크(310)(때로 "스플리터(310)"로 지칭됨)를 포함한다. 빔 스플리터 네트워크(310)는 "빔 스플리터(310a-d)"로 통칭되는 빔 스플리터(310a)(도 3에서 "50/50 3l0a"로 도시됨), 빔 스플리터(310b)(도 3에서 "50/50 3l0b"로 도시됨), 빔 스플리터(310c)(도 3에서 "50/50 3l0c"로 도시됨) 및 빔 스플리터(310d)(도 3에서 "50/50 3l0d"로 도시됨)를 포함한다.
환경(300)은 "출력 채널(312a-d)"로 통칭되는 출력 채널(312a), 출력 채널(312b), 출력 채널(312c), 및 출력 채널(312d)을 포함한다. 도 3은 선택된 수의 컴포넌트들(예를 들어, 레이저 공급원(202), 변조기(204), 위상 시프터(306a-d), SOA(308a-d) 및 빔 스플리터(310a-d)) 및 출력 채널들(312a-d)만을 도시하지만, 당업자는 환경(300)이 준-연속파 LIDAR 동작을 위한 코히런트 신호 결합을 용이하게 하기 위해 임의의 배열로 상호 연결된 (임의의 조합들의) 임의의 수의 컴포넌트들 및/또는 출력 채널들을 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 8-채널 코히런트 신호 발생기 아키텍처(예를 들어, 도 8에 도시됨)는 8개의 위상 시프터들, 8개의 SOA들, 8개의 출력 채널들 및 13개의 스플리터들을 포함할 것이다. 다른 예로서, 16-채널 코히런트 신호 발생기는 16개의 위상 시프터들, 16개의 SOA들, 16개의 출력 채널들 및 26개의 스플리터들을 포함할 것이다.
레이저 공급원(202)은 변조기(204)의 입력 단자에 결합되고, 변조기의 출력은 위상 시프터(306a)의 입력 단자, 위상 시프터(306b)의 입력 단자, 위상 시프터(306c)의 입력 단자 및 위상 시프터(306d)의 입력 단자에 결합된다.
위상 시프터(306a)의 출력 단자는 SOA(308a)의 입력 단자에 결합되고, SOA의 출력 단자는 빔 스플리터(310b)의 제1 입력 단자에 결합된다. 위상 시프터(306b)의 출력 단자는 SOA(308b)의 입력 단자에 결합되고, SOA(308b)의 출력 단자는 빔 스플리터(310a)의 제1 입력 단자에 결합된다. 위상 시프터(306c)의 출력 단자는 SOA(308c)의 입력 단자에 결합되고, SOA(308c)의 출력 단자는 빔 스플리터(310a)의 제2 입력 단자에 결합된다. 위상 시프터(306d)의 출력 단자는 SOA(308d)의 입력 단자에 결합되고, SOA(308d)의 출력 단자는 빔 스플리터(310b)의 제2 입력 단자에 결합된다.
빔 스플리터(310a)의 제1 출력 단자는 빔 스플리터(310c)의 제1 입력 단자에 결합되고, 빔 스플리터(310c)의 제1 출력 단자는 출력 채널(312a)(도 3에서 "출력(312a)"으로 도시됨)에 결합되고 빔 스플리터(310c)의 제2 출력 단자는 출력 채널(312b)(도 3에서 "출력(312b)"으로 도시됨)에 결합된다.
빔 스플리터(310a)의 제2 출력 단자는 빔 스플리터(310d)의 제2 입력 단자에 결합되고, 빔 스플리터(310d)의 제1 출력 단자는 출력 채널(312c)(도 3에서 "출력(312c)"으로 도시됨)에 결합되고 빔 스플리터(310d)의 제2 출력 단자는 출력 채널(312d)(도 3에서 "출력(312d)"으로 도시됨)에 결합된다.
빔 스플리터(310b)의 제1 출력 단자는 빔 스플리터(310c)의 제2 입력 단자에 결합되고, 빔 스플리터(310b)의 제2 출력 단자는 빔 스플리터(310d)의 제1 입력 단자에 결합된다.
반도체 패키징(도 3에 도시되지 않음)은 일부 구현예들에서 환경(300)의 컴포넌트들(예를 들어, 레이저 공급원(202), 변조기(204), 위상 시프터(306a-d), SOA(308a-d) 및 빔 스플리터(310a-d))의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 반도체 패키징은 변조기(204)의 컴포넌트들을 포함할 수 있고, 제2 반도체 패키징은 위상 시프터(306)의 컴포넌트들(예를 들어, 위상 시프터(306a-d)), 증폭기(308)의 컴포넌트들(예를 들어, SOA들(308a-d)), 및/또는 빔 스플리터 네트워크(310)의 컴포넌트들(예를 들어, 빔 스플리터들(3l0a-d))을 포함할 수 있다. 이 배열에서, 제1 반도체 패키징의 하나 이상의 출력들은 제2 반도체 패키징의 하나 이상의 입력들에 결합될 수 있다.
다른 예로서, 반도체 패키징은 변조기(204)의 컴포넌트들, 위상 시프터(306)의 컴포넌트들(예를 들어, 위상 시프터(306a-d)), 증폭기(308)의 컴포넌트들(예를 들어, SOA들(308a-d)) 및/또는 빔 스플리터 네트워크(310)의 컴포넌트들(예를 들어, 빔 스플리터들(310a-d))을 포함할 수 있다. 이 배열에서, 레이저 공급원(202)은 반도체 패키징의 하나 이상의 입력들에 결합될 수 있다.
일부 구현예들에서, 출력 채널들(312a-312d)은 반도체 패키징 상의 출력들에 대응할 수 있다.
도 3을 더 참조하면, 상이한 듀티 사이클에서 서브 증폭기(예를 들어, SOA들(308a-d))를 작동시킴으로써, 증폭기(308) 및 빔 스플리터 네트워크(310)는 코히런트 신호 발생기의 출력 채널들(312a-312d)에 걸쳐 연속 출력 파형(예를 들어, 도 4의 출력 파형들(402a-d))을 생성할 수 있다. 즉, 각각의 SOA(308a-d)로부터의 연속파 전력은 (보강 및 상쇄 간섭 원리에 기초하여) 빔 스플리터 네트워크(310)에서 코히런트 합산되어 한 번에 N배만큼 단일 출력 채널에 대한 출력 전력을 이상적으로 증가시킬 수 있다(N은 서브 증폭기의 수). 이 증가된 출력 전력은 사용 가능한 채널들의 유효 수를 증가시키는 스위칭을 제공하는 상이한 출력들로 여러 상이한 시간에 지향(예를 들어, 라우팅, 포커싱 등)될 수 있다. 도파관들의 광로(optical path) 길이에 의존하는 빔 스플리터 네트워크(310)의 위상들은 제어가 어렵다. 일부 구현예들에서, 빔 스플리터들(310a-310d) 사이의 경로들 중 일부 또는 전부가 정합될 수 있다. 일부 구현예들에서, 우수한 설계 및/또는 프로세스 제어를 통해 출력의 제어에 필요한 위상 시프터들(예를 들어, 위상 시프터들(306a-d))의 수가 감소될 수 있다.
도 4는 예시적인 구현예에 따른 도 3의 코히런트 신호 발생기의 출력 채널들(312a-312d)에서 측정된 준-연속파 파형들을 나타내는 시간 기반 그래프(400)이다. 시간 기반 그래프는 출력 파형(402a), 출력 파형(402b), 출력 파형(402c), 및 출력 파형(402b)을 포함하고, 이들 각각은 일련의 작동 조건들 하에서 코히런트 신호 발생기의 컴포넌트들(예를 들어, 레이저 공급원(202), 변조기(204), 위상 시프터들(306a-d), SOA들(308a-d) 및 빔 스플리터들(310a-d))의 작동에 따른 준-연속파 파형들이다.
예를 들어, 도 3을 참조하면, 레이저 공급원(202)는 400 mW 연속파(예를 들어, 최대 95% 듀티 사이클)로 변조기를 구동한다. 변조기(204)는 준-연속파 변조를 이용하여 수신된 광 신호의 위상 및/또는 주파수를 변조하여 변조된 광 신호를 생성하고 변조된 광 신호를 위상 시프터들(306a-d)의 각각의 입력 단자로 전송한다. 프로세서(도 3에 도시되지 않음)에 의해 제어되는 각각의 위상 시프터(306a-d)는 시프트된 변조 신호를 생성하기 위해 수신하는 변조 신호의 위상을 시프트(예를 들어, 조정, 수정 등)하고, 시프트된 변조 신호를 증폭기(308)로 전송한다. 증폭기(308)는 탭(309a)에서 100 mW로 측정되는 제1 증폭 신호, 탭(309b)에서 100 mW로 측정되는 제2 증폭 신호, 탭(309c)에서 100 mW로 측정되는 제3 증폭 신호, 및 탭(309d)에서 100 mW로 측정되는 제4 증폭 신호를 생성하도록 위상 시프터(306)로부터 수신한 시프트된 변조 신호들(4개 카피들) 각각을 증폭시킨다. 증폭기(308)는 증폭된 신호(예를 들어, 제1 증폭 신호, 제2 증폭 신호, 제3 증폭 신호, 및 제4 증폭 신호)를, 출력 채널(312a)에서 출력 파형(402a), 출력 채널(312b)에서 출력 파형(402b), 출력 채널(312c)에서 출력 파형(402c), 및 출력 채널(312d)에서 출력 파형(402d)을 생성하는 빔 스플리터 네트워크(310)로 전송한다.
빔 스플리터 네트워크(310)는 보강 및 상쇄 간섭 원리들을 기초로 증폭된 신호들의 일부 또는 전부를 결합함으로써 출력 파형들(412a-412d) 각각을 생성한다.
[0076] 보강 간섭에서, 빔 스플리터 네트워크(310)는 2개의 파형들을 결합하여 2개의 파형들 각각보다 더 높은 진폭을 갖는 최종 파형을 생성한다. 예를 들어, 빔 스플리터 네트워크(310)가 동일한 진폭을 갖는 2개의 파형들을 결합하는 경우, 최종 파형은 2개의 파형들의 진폭의 2배인 최대 진폭을 가질 것이다. 진폭이 원래 진폭과 최대 진폭 사이에 있는 영역을 보강 간섭이라고 한다. 보강 간섭은 파형들이 서로 동위상일 때 발생한다.
상쇄 간섭에서, 빔 스플리터 네트워크(310)는 2개의 파형들 각각보다 더 낮은 진폭을 갖는 최종 파형을 생성하도록 2개의 파형들을 결합한다. 예를 들어, 빔 스플리터 네트워크(310)가 동일한 진폭을 갖는 2개의 파형들을 결합하는 경우, 최종 파형은 0인 최소 진폭을 가질 것이다. 이 경우, 최종 파형은 일부 위치들에서 완전히 사라질 것이다. 원래 진폭과 최소 진폭 사이의 영역을 상쇄 간섭 영역이라고 한다. 상쇄 간섭은 파형들이 서로 역위상(out-of-phase)일 때 발생한다.
도 5는 예시적인 구현예에 따른 도 1의 코히런트 신호 발생기의 SOA들(308a-308d)로부터 출력된 전력들의 합을 나타낸 시간 기반 그래프이다. 시간 기반 그래프(500)는 출력 채널(312a)(도 5에서 "Ch1"로 도시됨)에서의 출력 파형(402a), 출력 채널(312b)(도 5에서 "Ch2"로 도시됨)에서의 출력 파형(402b), 출력 채널(312c)(도 5에서 "Ch3"으로 도시됨)에서의 출력 파형(402c) 및 출력 채널(312d)(도 5에서 "Ch4"로 도시됨)에서의 출력 파형(402d) 사이의 관계를 나타낸다.
빔 스플리터(310a-d)(예를 들어, 50:50 2x2 스플리터들)를 포함하는 빔 스플리터 네트워크(310)에 의해, 광을 특정 출력 채널(312a-312d)로 유도하는 데 필요한 SOA들(308a-d) 이후의 광의 위상들을 결정하는 것은 간단하다. 각각의 빔 스플리터(310a-d)는 수학식 1에 따라 2x2 산란 행렬(scattering matrix)로 매개변수화(parameterized)될 수 있다.
[수학식 1]
전체 네트워크는 확장될 수 있다. 예를 들어, 도 4의 코히런트 신호 발생기(예를 들어, 4x4 네트워크)는 각 레이어의 2x2 스플리터를 기술하는 2x2 서브 행렬들로 각각 구성된 2개 레이어들의 4x4 산란 행렬들로 매개변수화될 수 있다. 도 3에 도시된 4x4 네트워크에 대한 최종 행렬은 수학식 2에 기초할 수 있다.
[수학식 2]
이 산란 행렬은 수학식 3에 따라 모든 전력이 단일 출력 채널(312a-d)로 유도되게 하는 입력 필드들의 위상을 찾도록 반전될 수 있다.
[수학식 3]
도 6은 모든 광을 출력 채널로 지향시키도록 구성될 때의 일부 구현예들에 따른 도 3의 코히런트 신호 발생기 아키텍처의 예시적인 환경을 나타내는 블록도이다. 환경(600)은 빔 스플리터 네트워크(310)로의 입력으로부터 모든 출력 채널들(312a-d)까지의 모든 경로들이 동일한 길이를 갖는다고 가정할 때, 모든 광을 출력 채널(312a)로 유도하기 위한 진폭 및 위상들을 보여준다. 위상들은 상대적이므로 모든 위상들을 동일한 양만큼 임의로 회전시키면 모든 광이 동일한 출력 채널에 남아 있게 된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 위상 시프터(306a)는 0도로 구성되고, 위상 시프터(306b)는 90도로 구성되며, 위상 시프터(306c)는 180도로 구성되고, 위상 시프터(306d)는 90도로 구성되며, 탭(309a)에서 증폭된 신호는 100 mW이고, 탭(309b)에서 증폭된 신호는 100 mW이고, 탭(309c)에서 증폭된 신호는 100 mW이며, 탭(309d)에서 증폭된 신호는 100 mW이다. 이러한 조건에서 코히런트 신호 발생기는 출력 채널(312a)에서 400 mW 파형(100 mW + 100 mW + 100 mW + 100 mW = 400 mW)을 생성하고 출력 채널(312b, 312c, 312d)에서 0 mW를 생성한다.
도 7은 모든 광을 출력 채널로 지향시키도록 구성될 때의 일부 구현예들에 따른 도 3의 코히런트 신호 발생기 아키텍처의 예시적인 환경을 나타내는 블록도이다. 환경(700)은 빔 스플리터 네트워크(310)로의 입력으로부터 모든 출력 채널들(312a-d)까지의 모든 경로가 동일한 길이를 갖는다고 가정할 때, 모든 광을 출력 채널(312b)로 유도하기 위한 진폭 및 위상들을 보여준다. 위상들은 상대적이므로 모든 위상들을 동일한 양만큼 임의로 회전시키면 모든 광이 동일한 출력 채널에 남아 있게 된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 위상 시프터(306a)는 90도로 구성되고, 위상 시프터(306b)는 0도로 구성되며, 위상 시프터(306c)는 90도로 구성되고, 위상 시프터(306d)는 180도로 구성되며, 탭(309a)에서 증폭된 신호는 100 mW이고, 탭(309b)에서 증폭된 신호는 100 mW이고, 탭(309c)에서 증폭된 신호는 100 mW이며, 탭(309d)에서 증폭된 신호는 100 mW이다. 이러한 조건에서 코히런트 신호 발생기는 출력 채널(312b)에서 400 mW 파형(100 mW + 100 mW + 100 mW + 100 mW = 400 mW)을 생성하고 출력 채널(312a, 312c, 312d)에서 0 mW를 생성한다.
도 8은 모든 광을 출력 채널로 지향시키도록 구성될 때의 일부 구현예들에 따른 도 3의 코히런트 신호 발생기 아키텍처의 예시적인 환경을 나타내는 블록도이다. 환경(800)은 빔 스플리터 네트워크(310)로의 입력으로부터 모든 출력 채널들(312a-d)까지의 모든 경로들이 동일한 길이를 갖는다고 가정할 때, 모든 광을 출력 채널(312c)로 유도하기 위한 진폭 및 위상들을 보여준다. 위상들은 상대적이므로 모든 위상들을 동일한 양만큼 임의로 회전시키면 모든 광이 동일한 출력 채널에 남아 있게 된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 위상 시프터(306a)는 180도로 구성되고, 위상 시프터(306b)는 90도로 구성되며, 위상 시프터(306c)는 0도로 구성되고, 위상 시프터(306d)는 90도로 구성되며, 탭(309a)에서 증폭된 신호는 100 mW이고, 탭(309b)에서 증폭된 신호는 100 mW이고, 탭(309c)에서 증폭된 신호는 100 mW이며, 탭(309d)에서 증폭된 신호는 100 mW이다. 이러한 조건에서 코히런트 신호 발생기는 출력 채널(312c)에서 400 mW 파형(100 mW + 100 mW + 100 mW + 100 mW = 400 mW)을 생성하고 출력 채널(312a, 312b, 312d)에서 0 mW를 생성한다.
도 9는 모든 광을 출력 채널로 지향시키도록 구성될 때의 일부 구현예들에 따른 도 3의 코히런트 신호 발생기 아키텍처의 예시적인 환경을 나타내는 블록도이다. 환경(900)은 빔 스플리터 네트워크(310)로의 입력으로부터 모든 출력 채널들(312a-d)까지의 모든 경로들이 동일한 길이를 갖는다고 가정할 때, 모든 광을 출력 채널(312d)로 유도하기 위한 진폭 및 위상들을 보여준다. 위상들은 상대적이므로 모든 위상들을 동일한 양만큼 임의로 회전시키면 모든 광이 동일한 출력 채널에 남아 있게 된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 위상 시프터(306a)는 90도로 구성되고, 위상 시프터(306b)는 180도로 구성되며, 위상 시프터(306c)는 90도로 구성되고, 위상 시프터(306d)는 0도로 구성되며, 탭(309a)에서 증폭된 신호는 100 mW이고, 탭(309b)에서 증폭된 신호는 100 mW이고, 탭(309c)에서 증폭된 신호는 100 mW이며, 탭(309d)에서 증폭된 신호는 100 mW이다. 이러한 조건에서 코히런트 신호 발생기는 출력 채널(312d)에서 400 mW 파형(100 mW + 100 mW + 100 mW + 100 mW = 400 mW)을 생성하고 출력 채널(312a, 312b, 312c)에서 0 mW를 생성한다.
도 10은 일부 구현예들에 따른, 준-연속파 LIDAR 동작을 위한 다중 출력들에 걸친 코히런트 신호 결합을 위한 코히런트 신호 발생기 아키텍처의 예시적인 환경을 나타내는 블록도이다. 환경(1000)은 광 신호를 제공하기 위한 레이저 공급원(202)을 포함한다. 환경(1000)은 연속파 변조 또는 준-연속파 변조를 사용하여 광 신호의 위상 및/또는 주파수를 변조하여 변조된 신호를 생성하기 위한 변조기(204)를 포함한다.
환경(1000)은 변조된 신호의 위상을 조정하고 변조된 신호를 증폭기에 제공하기 위한 위상 시프터 네트워크를 포함한다. 위상 시프터 네트워크는 "위상 시프터(1006a-h)"로 통칭되는 위상 시프터(1006a), 위상 시프터(1006b), 위상 시프터(1006c), 위상 시프터(1006d), 위상 시프터(1006e), 위상 시프터(1006f), 위상 시프터(1006g) 및 위상 시프터(1006h)를 포함한다.
증폭기는 "SOA(1008a-h)"로 통칭되는 SOA(1008a), SOA(1008b), SOA(1008c), SOA(1008d), SOA(1008e), SOA(1008f), SOA(1008g), 및 SOA(1008h)와 같은 서브 증폭기를 포함한다. 각 서브 증폭기는 증폭된 신호를 생성한다.
환경(1000)은 보강 및 상쇄 간섭 원리에 기초하여 증폭된 신호들의 일부 또는 전부를 결합함으로써 출력 파형들을 생성하는 빔 스플리터 네트워크(1010)를 포함한다. 빔 스플리터 네트워크(1010)는 "빔 스플리터(1010a-m)"로 통칭되는 빔 스플리터(1010a)(도 10에서 "50/50 10l0a"로 도시됨), 빔 스플리터(1010b)(도 10에서 "50/50 10l0b"로 도시됨), 빔 스플리터(1010c)(도 10에서 "50/50 10l0c"로 도시됨), 빔 스플리터(1010d)(도 10에서 "50/50 10l0d"로 도시됨), 빔 스플리터(1010e)(도 10에서 "50/50 10l0e"로 도시됨), 빔 스플리터(1010f)(도 10에서 "50/50 10l0f"로 도시됨), 빔 스플리터(1010g)(도 10에서 "50/50 10l0g"로 도시됨), 빔 스플리터(1010h)(도 10에서 "50/50 10l0h"로 도시됨), 빔 스플리터(1010i)(도 10에서 "50/50 10l0i"로 도시됨), 빔 스플리터(1010j)(도 10에서 "50/50 10l0j"로 도시됨), 빔 스플리터(1010k)(도 10에서 "50/50 10l0k"로 도시됨), 빔 스플리터(1010l)(도 10에서 "50/50 10l0l"로 도시됨), 및 빔 스플리터(1010m)(도 10에서 "50/50 10l0m"로 도시됨)를 포함한다.
환경(1000)은 "출력 채널(1012a-h)"로 통칭되는 출력 채널(1012a), 출력 채널(1012b), 출력 채널(1012c), 출력 채널(1012d), 출력 채널(1012e), 출력 채널(1012f), 출력 채널(1012g), 및 출력 채널(1012h)을 포함한다. 도 10은 선택된 수의 컴포넌트들(예를 들어, 레이저 공급원(202), 변조기(204), 위상 시프터(1006a-h), SOA(1008a-h) 및 빔 스플리터(1010a-m)) 및 출력 채널들(1012a-h)만을 도시하지만, 당업자는 환경(1000)이 준-연속파 LIDAR 동작을 위한 코히런트 신호 결합을 용이하게 하기 위해 임의의 배열로 상호 연결된 임의의 수의 컴포넌트들 및/또는 출력 채널들(의 임의의 조합들)을 포함할 수 있음을 이해할 것이다.
이전의 설명은 당업자가 여기에 설명된 다양한 양태들을 실행할 수 있도록 제공된다. 이들 양태들에 대한 다양한 변형들은 당업자에게 확실히 분명하며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 다른 양태들에 적용될 수 있다. 따라서, 청구범위는 여기에 예시된 양태들로 제한되지 않지만 청구범위 표현(language claims)과 일치하는 전체 범위에 따르도록 의도되며, 여기서 단수의 요소에 대한 언급은 구체적으로 명시되지 않는 한 "오직 하나"를 의미하는 것으로 의도되지 않고 오히려 "하나 이상"을 의미한다. 구체적으로 달리 명시되지 않는 한, "일부"라는 용어는 하나 이상을 말한다. 당업자에게 알려져 있거나 나중에 알려지게 되는 이전의 설명 전반에 설명된 다양한 양태들의 요소들에 대한 모든 구조적 및 기능적 균등물들은 참조로서 본 명세서에 명시적으로 포함되고, 청구범위에 포괄되도록 의도된다. 더욱이, 여기에 개시된 어떤 것도 이러한 개시 내용이 청구범위에 명시적으로 인용되는지 여부에 관계없이 대중에게 헌정되도록 의도되지 않는다. 요소가 "~을 위한 수단"이라는 문구를 사용하여 명시적으로 언급되지 않는 한 어떠한 청구범위 요소도 기능식 표현(means plus function)으로 해석되어서는 안된다.
개시된 프로세스들에서의 블록들의 특정 순서 또는 계층 구조는 예시적인 접근법의 예인 것으로 이해된다. 설계 선호도에 따라, 프로세스들에서의 블록들의 특정 순서 또는 계층 구조는 이전의 설명의 범위 내에 남아 있으면서 재배열될 수 있는 것으로 이해된다. 첨부된 방법 청구범위는 다양한 블록들의 요소들을 샘플 순서로 제시하며, 제시된 특정 순서 또는 계층 구조로 제한되는 것을 의미하지 않는다.
개시된 구현예들의 이전의 설명은 당업자가 개시된 주제를 구성 또는 사용할 수 있도록 제공된다. 이러한 구현예들에 대한 다양한 변형들은 당업자에게 확실히 분명하며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 이전의 설명의 취지 또는 범위를 벗어나지 않고 다른 구현예들에 적용될 수 있다. 따라서, 이전의 설명은 본 명세서에 도시된 구현예들로 제한되도록 의도되지 않고, 본 명세서에 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 가장 넓은 범위로 부여되어야 한다.
예시되고 설명된 다양한 예들은 청구범위의 다양한 특징들을 설명하기 위한 다수의 예로서만 제공된다. 그러나, 임의의 주어진 예와 관련하여 도시되고 설명된 특징들은 반드시 관련된 예에 제한되지 않으며, 도시되고 설명된 다른 예들에 사용되거나 이들 예와 함께 조합될 수 있다. 또한, 청구범위는 어느 하나의 예에 의해 제한되는 것으로 의도되지 않는다.
전술한 방법의 설명 및 프로세스 흐름도는 단지 예시적인 예들로 제공되며, 다양한 예들의 블록들이 제시된 순서대로 수행되어야 함을 요구하거나 암시하려는 것은 아니다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 전술한 예들에서 블록들의 순서는 임의의 순서로 수행될 수 있다. "이후", "그런 다음", "다음" 등과 같은 단어는 블록들의 순서를 제한하도록 의도되지 않으며; 이들 단어는 단순히 방법들에 대한 설명을 통해 독자를 안내하는 데 사용된다. 또한, 예를 들어 단수 형태의 물품을 사용하는 단수의 청구범위 요소에 대한 어떤 언급도 해당 요소를 단수로 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
본 명세서에 개시된 예들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 로직 블록들, 모듈들, 회로들, 및 알고리즘 블록들은 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이들의 조합으로서 구현될 수 있다. 하드웨어와 소프트웨어의 이러한 호환성을 명확하게 설명하기 위해, 다양한 예시적인 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들 및 블록들은 일반적으로 그 기능 측면에서 전술되었다. 이러한 기능이 하드웨어로 구현되는지 소프트웨어로 구현되는지는 전체 시스템에 부과되는 특정 애플리케이션 및 설계 제약 조건에 따라 다르다. 당업자는 설명된 기능을 각각의 특정 응용에 대해 다양한 방식으로 구현할 수 있지만, 이러한 구현의 결정은 본 개시 내용의 범위에서 벗어나는 원인으로 해석되어서는 안된다.
본 명세서에 개시된 예들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 로직들, 로직 블록들, 모듈들 및 회로들을 구현하는 데 사용되는 하드웨어는 범용 프로세서, DSP, ASIC, FPGA 또는 기타 프로그래밍 가능한 로직 디바이스, 이산 게이트 또는 트랜지스터 로직, 이산 하드웨어 컴포넌트들, 또는 여기에 설명된 기능을 수행하도록 설계된 이들의 임의의 조합으로 구현되거나 수행될 수 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서일 수 있지만, 대안으로 프로세서는 임의의 임의의 기존 프로세서, 컨트롤러, 마이크로컨트롤러 또는 상태 기계(state machine)일 수 있다. 프로세서는 또한 컴퓨팅 디바이스들의 조합, 예를 들어 DSP와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서, DSP 코어와 함께 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 임의의 다른 이러한 구성으로서 구현될 수 있다. 대안적으로, 일부 블록들 또는 방법들은 주어진 기능에 특정한 회로에 의해 수행될 수 있다.
일부 예시적인 예들에서, 설명된 기능은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어로 구현되는 경우, 상기 기능들은 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 또는 비일시적 프로세서 판독 가능 저장 매체에 하나 이상의 명령어들 또는 코드로서 저장될 수 있다. 여기에 개시된 방법 또는 알고리즘의 블록들은 비일시적 컴퓨터 판독 가능 또는 프로세서 판독 가능 저장 매체에 상주할 수 있는 프로세서 실행 가능 소프트웨어 모듈로 구현될 수 있다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능 또는 프로세서 판독 가능 저장 매체는 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 액세스될 수 있는 임의의 저장 매체일 수 있다. 비제한적인 예로서, 이러한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 또는 프로세서 판독 가능 저장 매체는 RAM, ROM, EEPROM, FLASH 메모리, CD-ROM 또는 기타 광 디스크 저장 장치, 자기 디스크 저장 장치 또는 기타 자기 저장 장치, 또는 명령어들 또는 데이터 구조들의 형태로 원하는 프로그램 코드를 저장하는 데 사용될 수 있고 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 여기에서 사용된 디스크(disk)와 디스크(disc)는 컴팩트 디스크(compact disc(DC)), 레이저 디스크(disc), 광 디스크(disc), 디지털 다목적 디스크(digital versatile disc(DVD)), 플로피 디스크(disk) 및 블루레이 디스크(disc)를 포함하며, 여기서 디스크(disk)는 일반적으로 데이터를 자기적으로 재생하는 반면, 디스크(disc)는 데이터를 레이저로 광학적으로 재생한다. 상기의 조합들도 비일시적 컴퓨터 판독 가능 및 프로세서 판독 가능 매체의 범위 내에 포함된다. 또한, 방법 또는 알고리즘의 동작들은 컴퓨터 프로그램 제품에 통합될 수 있는 비일시적 프로세서 판독 가능 저장 매체 및/또는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 코드들 및/또는 명령어들의 하나 또는 임의의 조합 또는 집합으로 상주할 수 있다.
개시된 예들에 대한 이전의 설명은 당업자가 본 개시 내용을 구성 또는 사용할 수 있도록 제공된다. 이들 예들에 대한 다양한 변형들은 당업자에게 확실히 분명할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 개시 내용의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 일부 예들에 적용될 수 있다. 따라서, 본 개시 내용은 본 명세서에 제시된 예들에 제한되도록 의도되지 않고, 다음의 청구범위 및 본 명세서에 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 가장 넓은 범위로 부여되어야 한다.
넓은 범위를 설명하는 수치 범위들 및 파라미터들이 근사치임에도 불구하고, 특정의 비제한적인 예들에 기재된 수치 값들은 가능한 한 정확하게 보고된다. 그러나, 임의의 수치들은 본질적으로 본 문서 작성의 시점에 각각의 테스트 측정치에서 얻어지는 표준 편차로 인해 필연적으로 발생하는 특정 오류를 포함하고 있다. 더욱이, 문맥상 달리 명시하지 않는 한, 여기에 제시된 수치 값은 최하위 숫자에 의해 주어진 묵시적인 정밀도를 갖는다. 따라서, 1.1 값은 1.05부터 1.15까지를 의미한다. "대략"이라는 용어는 주어진 값을 중심으로 더 넓은 범위를 나타내는 데 사용되며, 문맥상 달리 명시하지 않는 한, 최하위 숫자 주변의 더 넓은 범위를 의미하는 데, 예컨대, "대략 1.1"은 1.0에서 1.2까지의 범위를 의미한다. 최하위 숫자가 불명확한 경우, "대략"이라는 용어는 2배수를 의미한다. 예를 들어 "대략 X"는 0.5X에서 2X까지의 범위의 값을 의미한다. 예를 들어, 대략 100은 50부터 200까지의 범위의 값을 의미한다. 또한, 본 명세서에 개시된 모든 범위는 그 안에 포함된 임의의 및 모든 하위 범위를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 양수값 파라미터에 대한 "10 미만"의 범위는 (해당 값을 포함하는) 0의 최소값과 10의 최대값 사이의 임의의 및 모든 하위 범위, 즉 0 이상의 최소값과 10 이하의 최대값을 가지는 임의의 및 모든 하위 범위, 예컨대 1 내지 4의 범위이다.
본 개시 내용의 일부 구현예들은 자가용 자동차의 영역(예를 들어, 전면, 후면, 측면, 상단 및/또는 하단)에 장착되는 하나 이상의 고해상도 도플러 LIDAR 시스템과 관련하여 아래에서 설명되지만, 구현예들은 이것에 제한되지 않는다. 다른 구현예들에서, 도플러 컴포넌트들가 있거나 없고 시야가 중첩되거나 중첩되지 않는 동일한 유형 또는 다른 고해상도 LIDAR의 하나 또는 다중의 시스템들 또는 조종되거나 자율 주행되는 소형 또는 대형의 육상, 해상 또는 항공 차량에 장착된 하나 이상의 이러한 시스템들이 채용된다. 다른 구현예들에서, 스캐닝 고해상도 LIDAR는 육상 또는 해상에서 임시 또는 영구적 고정 위치에 장착된다.
Claims (20)
- 복수의 위상들과 각각 연관된 복수의 광 신호들을 수신하고, 상기 복수의 광 신호들을 사용하여 복수의 증폭된 광 신호들을 생성하도록 구성된 증폭기; 및
상기 증폭기에 결합된 스플리터 - 상기 스플리터는 상기 복수의 증폭된 광 신호들을 수신하고, 복수의 출력에 걸쳐 광 신호를 생성하도록 상기 복수의 위상들에 따라 상기 복수의 증폭된 광 신호들을 결합하도록 구성되고, 상기 복수의 출력에 걸친 상기 광 신호의 진폭은 상기 복수의 증폭된 광 신호들의 결합된 진폭에 대응하고, 상기 복수의 증폭된 광 신호들의 개수는 4 이상임 -
를 포함하는, LIDAR 동작을 위한 신호 처리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 위상들 중 제1 위상은 상기 복수의 위상들 중 제2 위상과 상이한, LIDAR 동작을 위한 신호 처리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 증폭된 광 신호들은 각각 공통 또는 실질적으로 공통인 진폭과 연관되는, LIDAR 동작을 위한 신호 처리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 증폭기는 상기 복수의 광 신호들 중 각각의 하나의 신호를 수신하도록 각각 구성된 복수의 서브 증폭기를 포함하는, LIDAR 동작을 위한 신호 처리 시스템. - 제4항에 있어서,
상기 스플리터는 상기 복수의 서브 증폭기들 중 각각의 하나에 각각 결합된 복수의 빔 스플리터들을 포함하고,
상기 복수의 빔 스플리터들은 상기 복수의 증폭된 광 신호들 중 각각의 하나의 신호를 수신하도록 각각 구성되는, LIDAR 동작을 위한 신호 처리 시스템. - 제4항에 있어서,
상기 복수의 출력들의 카운트는 상기 복수의 서브 증폭기들의 카운트에 대응하는, LIDAR 동작을 위한 신호 처리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 광 신호들은 각각 준-연속파 신호에 대응하고,
상기 스플리터는 상기 복수의 증폭된 광 신호들을 사용하여 상기 복수의 출력들 중의 출력에서 결합된 광 신호를 생성하도록 추가로 구성된, LIDAR 동작을 위한 신호 처리 시스템. - 제7항에 있어서,
상기 스플리터는,
제1 신호를 생성하도록 제1 세트의 역위상(out-of-phase) 신호들을 결합하고,
제2 신호를 생성하도록 제2 세트의 역위상 신호들을 결합하며,
상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 결합하여 결합된 광 신호를 생성하도록
추가로 구성된, LIDAR 동작을 위한 신호 처리 시스템. - 제7항에 있어서,
상기 스플리터는,
상기 복수의 출력들 중의 상기 출력에서 상기 결합된 신호를 생성하는 것에 응답하여 상기 복수의 출력들 중 다른 출력들에서 복수의 신호들을 제거하도록
추가로 구성된, LIDAR 동작을 위한 신호 처리 시스템. - 삭제
- 신호 처리 시스템을 포함하고,
상기 신호 처리 시스템은,
복수의 광 신호들을 수신하고, 복수의 위상과 각각 연관된 복수의 위상 시프트된 광 신호들을 생성하도록 구성된 위상 시프터;
상기 복수의 위상 시프트된 광 신호들을 수신하고, 상기 복수의 위상 시프트된 광 신호들을 사용하여 복수의 증폭된 광 신호들을 생성하도록 구성된 증폭기; 및
상기 증폭기에 결합된 스플리터 - 상기 스플리터는 상기 복수의 증폭된 광 신호들을 수신하고, 복수의 출력에 걸쳐 광 신호를 생성하도록 상기 복수의 위상들에 따라 상기 복수의 증폭된 광 신호들을 결합하도록 구성되고, 상기 복수의 출력에 걸친 상기 광 신호의 진폭은 상기 복수의 증폭된 광 신호들의 결합된 진폭에 대응하고, 상기 복수의 증폭된 광 신호들의 개수는 4 이상임 -
를 포함하는, LIDAR 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 복수의 위상들 중 제1 위상은 상기 복수의 위상들 중 제2 위상과 상이한, LIDAR 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 복수의 증폭된 광 신호들은 각각 공통 또는 실질적으로 공통인 진폭과 연관되는, LIDAR 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 증폭기는 상기 복수의 위상 시프트된 광 신호들 중 각각의 하나의 신호를 수신하도록 각각 구성된 복수의 서브 증폭기를 포함하는, LIDAR 시스템. - 제14항에 있어서,
상기 스플리터는 상기 복수의 서브 증폭기들 중 각각의 하나에 각각 결합된 복수의 빔 스플리터들을 포함하고,
상기 복수의 빔 스플리터들은 상기 복수의 증폭된 광 신호들 중 각각의 하나의 신호를 수신하도록 각각 구성되는, LIDAR 시스템. - 제14항에 있어서,
상기 복수의 출력들의 카운트는 상기 복수의 서브 증폭기들의 카운트에 대응하는, LIDAR 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 스플리터는 상기 복수의 증폭된 광 신호들을 사용하여 상기 복수의 출력들 중의 출력에서 결합된 광 신호를 생성하도록 추가로 구성된, LIDAR 시스템. - 제17항에 있어서,
상기 스플리터는,
제1 신호를 생성하도록 제1 세트의 역위상 신호들을 결합하고,
제2 신호를 생성하도록 제2 세트의 역위상 신호들을 결합하며,
상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 결합하여 결합된 광 신호를 생성하도록
추가로 구성된, LIDAR 시스템. - 제17항에 있어서,
상기 스플리터는,
상기 복수의 출력들 중의 상기 출력에서 상기 결합된 광 신호를 생성하는 것에 응답하여 상기 복수의 출력들 중 다른 출력들에서 복수의 신호들을 제거하도록
추가로 구성된, LIDAR 시스템. - LIDAR 동작을 위한 신호 처리 시스템을 포함하고,
상기 신호 처리 시스템은,
복수의 광 신호들을 수신하고, 복수의 위상과 각각 연관된 복수의 위상 시프트된 광 신호들을 생성하도록 구성된 위상 시프터;
상기 복수의 위상 시프트된 광 신호들을 수신하고, 상기 복수의 위상 시프트된 광 신호들을 사용하여 복수의 증폭된 광 신호들을 생성하도록 구성된 증폭기; 및
상기 증폭기에 결합된 스플리터 - 상기 스플리터는 상기 복수의 증폭된 광 신호들을 수신하고, 복수의 출력에 걸쳐 광 신호를 생성하도록 상기 복수의 위상들에 따라 상기 복수의 증폭된 광 신호들을 결합하도록 구성되고, 상기 복수의 출력에 걸친 상기 광 신호의 진폭은 상기 복수의 증폭된 광 신호들의 결합된 진폭에 대응하고, 상기 복수의 증폭된 광 신호들의 개수는 4 이상임 - ; 및
상기 광 신호를 사용하여 자율 주행 차량의 작동을 제어하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들을 포함하는, 자율 주행 차량 제어 시스템.
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