特開 2023-103334 ＬＩＤＡＲシステム内における送信および受信モードの空間的変位の提供

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023103334

(43)【公開日】2023-07-26

(54)【発明の名称】ＬＩＤＡＲシステム内における送信および受信モードの空間的変位の提供

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/481 20060101AFI20230719BHJP

   G01S 17/931 20200101ALI20230719BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20230719BHJP

【ＦＩ】

G01S7/481 A

G01S17/931

G01C3/06 120Q

G01C3/06 140

【審査請求】有

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023077302

(22)【出願日】2023-05-09

(62)【分割の表示】P 2021563052の分割

【原出願日】2020-02-10

(31)【優先権主張番号】62/837,050

(32)【優先日】2019-04-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】519174791

【氏名又は名称】ブラックモア センサーズ アンド アナリティクス エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】110002789

【氏名又は名称】弁理士法人ＩＰＸ

(72)【発明者】

【氏名】ロジャーズ・エヴァン

(72)【発明者】

【氏名】ギャロウェイ・ライアン

(72)【発明者】

【氏名】バーバー・ゼブ

(72)【発明者】

【氏名】スピレイン・ショーン

(57)【要約】      （修正有）

【課題】ＬＩＤＡＲを使用して距離の光学的検出を提供するためのシステムおよび方法に関する。
【解決手段】装置は、トランシーバーと１つ以上の光学機器とを含む。トランシーバーは、送信モードでレーザーソースから送信信号を送信し、受信モードでオブジェクトによって反射したリターン信号を受信するように構成される。１つ以上の光学機器は、送信信号とリターン信号との間の距離を光学的に変更することにより、送信モードと受信モードを空間的に分離するように構成される。
【選択図】図２ｉ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光検出および距離測定（ＬＩＤＡＲ）システムとして、
送信モードでレーザーソースからの送信信号を送信し、受信モードでオブジェクトによって反射したリターン信号を受信するように構成されたトランシーバーと、
前記送信信号と前記リターン信号との間の距離を光学的に変更することにより、前記送信モードと前記受信モードを空間的に分離するように構成された１つ以上の光学機器と、を含むＬＩＤＡＲシステム。

【請求項2】

前記トランシーバーは、送信導波管および受信導波管を含むバイスタティックトランシーバーであり、そして、
前記１つ以上の光学機器は、前記バイスタティックトランシーバーと前記オブジェクトとの間に位置する請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項3】

前記１つ以上の光学機器は、前記送信信号と前記リターン信号のうちの１つの信号を前記送信信号と前記リターン信号のうちの前記１つの信号の方向に直交する方向に変位させるように構成された複屈折ディスプレーサを含む請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項4】

前記送信導波管から送信された前記送信信号を成形し、前記オブジェクトによって反射したリターン信号を成形するように構成されたコリメート光学機器をさらに含む請求項３に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項5】

前記送信信号と前記リターン信号の直交フィールド成分との間の相対位相を調整するように構成された偏光変換光学機器をさらに備え、
前記複屈折ディスプレーサおよび前記偏光変換光学機器は、前記バイスタティックトランシーバーと前記コリメート光学機器との間に位置する請求項４に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項6】

前記受信導波管は、前記送信導波管から間隔だけ離隔し、
前記複屈折ディスプレーサは、前記送信信号と前記リターン信号のうちの１つの信号を前記送信信号と前記リターン信号のうちの前記１つの信号の方向と直交する距離だけ変位させるように構成され、そして、
前記距離は、前記間隔に基づいている請求項２に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項7】

前記複屈折ディスプレーサは、前記装置の縦軸に沿った寸法を有し、前記寸法は、前記距離が前記間隔とほぼ同じになるように大きさが形成される請求項６に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項8】

前記複屈折ディスプレーサは、前記間隔に基づいて前記リターン信号を変位させるが、前記変位したリターン信号が前記受信導波管に入射するように前記送信信号を変位させることなく、前記リターン信号を変位させるように構成される請求項６に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項9】

請求項１ないし請求項８のうち、いずれかの記載のＬＩＤＡＲシステムおよび１つ以上のプロセッサーを含む自律車両制御システムとして、
前記１つ以上のプロセッサーは、
前記トランシーバーをして送信モードでレーザーソースから送信信号を送信し、受信モードでオブジェクトによって反射したリターン信号を受信するようにし、
前記１つ以上の光学機器をして前記送信信号と前記リターン信号との間の距離を光学的に変更することにより、前記送信モードと前記受信モードを空間的に分離させるように構成された自律車両制御システム。

【請求項10】

前記１つ以上の光学機器は、複屈折ディスプレーサを含み、
前記１つ以上のプロセッサーは、前記複屈折ディスプレーサをして、前記送信信号と前記リターン信号のうちの１つの信号を前記送信信号と前記リターン信号のうちの前記１つの信号の方向に直交する方向に変位させるように構成された請求項９に記載の自律車両制御システム。

【請求項11】

前記１つ以上のプロセッサーは、コリメート光学機器をして前記送信導波管から送信された送信信号を成形し、前記オブジェクトによって反射した前記リターン信号を成形させるように構成され、
前記１つ以上のプロセッサーは、偏光変換光学機器をして前記送信信号と前記リターン信号の直交フィールド成分との間の相対位相を調整させるように構成され、
前記複屈折ディスプレーサと前記偏光変換光学機器は、前記バイスタティックトランシーバーと前記コリメート光学機器との間に位置する請求項１０に記載の自律車両制御システム。

【請求項12】

請求項１ないし請求項８のうち、いずれかの記載のＬＩＤＡＲシステムを使用する方法として、
レーザーソースからの送信信号を前記トランシーバーの送信導波管から送信するステップと、
前記トランシーバーの受信導波管によってオブジェクトによって反射したリターン信号を受信するステップと、
複屈折ディスプレーサによって、前記送信信号と前記リターン信号のうちの１つの信号を前記送信信号と前記リターン信号のうちの前記１つの信号の方向と直交する方向に変位させるステップと、を含み、
前記複屈折ディスプレーサは、前記トランシーバーと前記オブジェクトとの間に位置する方法。

【請求項13】

前記受信導波管は、前記送信導波管から間隔だけ離隔しており、
前記変位は、前記送信信号と前記リターン信号のうちの１つの信号を前記送信信号と前記リターン信号のうちの前記１つの信号の方向に直交する距離だけ変位させることを含み、前記距離は、前記間隔に基づいている請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記受信導波管は、前記送信導波管から間隔だけ離隔しており、前記変位は、前記複屈折ディスプレーサによって前記リターン信号を前記間隔に基づいて前記リターン信号の方向に直交する方向に変位させるが、前記変位したリターン信号が前記受信導波管に入射するように前記送信信号を前記送信信号の方向に直交する方向に変位させることなく、前記リターン信号を変位させることを含む請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

偏光変換光学機器によって、前記送信信号と前記リターン信号の直交フィールド成分の相対位相を調整するステップと、
コリメート光学機器によって、前記送信導波管から送信された前記送信信号および前記オブジェクトから反射した前記リターン信号を成形するステップと、をさらに含み、
前記複屈折ディスプレーサおよび前記偏光変換光学機器は、前記トランシーバーと前記コリメート光学機器との間に位置する請求項１４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願についての相互参照
本出願は、全体の開示内容が本明細書に参照として含まれる２０１９年４月２２日付に出願された米国臨時出願番号第６２／８３７、０５０号についての利益およびその優先権を主張する。

【背景技術】

【0002】

光学検出および距離測定（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）のためのニーモニック（Ｍｎｅｍｏｎｉｃ）であるＬＩＤＡＲ（ライダ）として参照され、時には、レーザーＲＡＤＡＲとも呼ばれるレーザーを用いる光学距離検出は、高度測定からイメージング、衝突回避に至るまで様々なアプリケーションのために使用される。ＬＩＤＡＲは、ＲＡＤＡＲ（Ｒａｄｉｏ－ｗａｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）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。距離の光学検出は、オブジェクト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された（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いているチャープ検出と、自然信号から区別可能な一連の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ドされた検出（Ｐｈａｓｅ－Ｅｎｃｏｄｅｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）を含む様々な他の技術を用いて行われ得る。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本開示内容の実施例は、概括的に、コヒーレントＬＩＤＡＲにおいて送信および受信モードの空間的変位（Ｓｐａｔｉａｌ Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）を提供するためのシステムおよび方法を含むが、これに限定されないＬＩＤＡＲを使用して距離の光学的検出を提供するためのシステムおよび方法に関するものである。

【課題を解決するための手段】

【0004】

第１セットの実施例において、装置は、トランシーバーおよび自由空間光学機器を含む。トランシーバーは、送信経路に沿ってレーザーソースから第１信号を送信し、ターゲットによって反射した第２信号を受信するように構成され得る。自由空間光学機器は、第２信号が送信経路で受信されないように、受信経路に沿って第２信号を指向するように構成され得る。トランシーバーは、単一モード導波管を含むモノスタティックトランシーバー（Ｍｏｎｏｓｔａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ）であり得る。自由空間光学機器は、レーザーソースと単一モード導波管との間に位置し得る。一部の実施例において、自由空間光学機器は、光サーキュレータ、光アイソレータ、偏光ビームスプリッタ／結合器、または光ファイバ結合の光サーキュレータのうちの１つである。一部の実施例において、自由空間光学機器は、光アイソレータまたは偏光ビームスプリッタ／結合器のうちの１つである。自由空間光学機器は、第１偏光で送信経路からの第１信号を偏光させ、第１偏光に直交する第２偏光で第２信号を偏光させるように構成され得る。一部の実施例において、自由空間光学機器は、送信経路に接続された第１ポート、単一モード導波管の先端に接続された第２ポート、および受信経路に接続された第３ポートを含む光ファイバ結合の光サーキュレータであり得る。自由空間光学機器は、第１ポートから第２ポート方向への信号の移動を許容し、第２ポートから第１ポートへの信号の移動を許容しないように構成され得る。自由空間光学機器は、第２ポートから第３ポート方向への信号の移動を許容し、第３ポートから第２ポートへの信号の移動を許容しないように構成され得る。一部の実施例において、装置は、単一モード導波管とターゲットとの間に位置したコリメート光学機器をさらに含み得る。コリメート光学機器は、単一モード導波管から送信された第１信号をコリメートし、第２信号を単一モード導波管の先端にフォーカシングさせるように構成され得る。

【0005】

第２セットの実施例において、装置は、トランシーバーおよび自由空間光学機器を含む。トランシーバーは、送信モードでレーザーソースから第１信号を送信し、受信モードでターゲットによって反射した第２信号を受信するように構成され得る。自由空間光学機器は、第１信号と第２信号との間の距離を光学的に変更することによって、送信モードと受信モードを空間的に分離するように構成され得る。一部の実施例において、トランシーバーは、送信導波管および受信導波管を含むバイスタティックトランシーバー（Ｂｉｓｔａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ）であり得る。自由空間光学機器は、バイスタティックトランシーバーとターゲットとの間に位置し得る。一部の実施例において、自由空間光学機器は、第１信号と第２信号のうちの１つの信号を第１信号と第２信号のうちの１つの信号の方向に直交する方向に変位させるように構成された複屈折ディスプレーサ（Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ Ｄｉｓｐｌａｃｅｒ）であり得る。一部の実施例において、装置は、送信導波管から送信された第１信号を成形（Ｓｈａｐｅ）し、ターゲットによって反射した第２信号を成形するように構成されたコリメート光学機器をさらに含み得る。一部の実施例において、装置は、第１信号と第２信号の直交フィールド成分の間の相対位相を調整するように構成された偏光変換光学機器をさらに含み得る。複屈折ディスプレーサおよび偏光変換光学機器は、バイスタティックトランシーバーとコリメート光学機器との間に位置し得る。一部の実施例において、受信導波管は、送信導波管から間隔だけ離隔し得る。複屈折ディスプレーサは、第１信号と第２信号のうちの１つの信号を第１信号と第２信号のうちの１つの信号の方向と直交する距離だけ変位させるように構成され得る。距離は、間隔に基づく可能性がある。一部の実施例において、複屈折ディスプレーサは、装置の縦軸に沿った寸法を有し得、寸法は、距離が間隔とほぼ同じになるように大きさが形成される。一部の実施例において、複屈折ディスプレーサは、第１信号を変位させないようにし、変位した第２信号が受信導波管に入射するように、第２信号を間隔に基づいて変位させるように構成され得る。

【0006】

第３セットの実施例において、方法は、レーザーソースからトランシーバーの送信導波管からの第１信号を送信するステップを含む。方法は、トランシーバーの受信導波管によってターゲットによって反射した第２信号を受信するステップを含み得る。方法は、複屈折ディスプレーサにより、第１信号と第２信号のうちの１つの信号を第１信号と第２信号のうちの１つの信号の方向と直交する方向に変位させるステップを含み得る。複屈折ディスプレーサは、トランシーバーとターゲットとの間に位置し得る。受信導波管は、送信導波管から間隔だけ離隔し得る。変位は、第１信号と第２信号のうちの１つの信号を第１信号と第２信号のうちの１つの信号の方向と直交する距離だけ変位させることを含み得、距離は、間隔に基づく。受信導波管は、送信導波管から間隔だけ離隔し得る。変位は、第１信号を第１信号の方向と直交する方向に変位させることなく、複屈折ディスプレーサによって第２信号を変位した第２信号が受信導波管に入射するように、間隔に基づく第２信号の方向と直交する方向に変位させることを含み得る。一部の実施例において、方法は、偏光変換光学機器によって第１信号と第２信号の直交フィールド成分との間の相対位相を調整するステップを含み得る。方法は、コリメート光学機器によって送信導波管から送信された第１信号およびターゲットから反射した第２信号を成形するステップを含み得る。複屈折ディスプレーサおよび偏光変換光学機器は、トランシーバーとコリメート光学機器との間に位置し得る。一部の実施例において、調整ステップは、偏光変換光学機器によって第１信号の第１線形偏光を第１方向の第１円偏光に調整し、偏光変換光学機器によってターゲットによって反射した第２信号の第２円偏光を第１線形偏光に直交する第２線形偏光に調整することを含み、第２円偏光は、第１方向とは反対の第２方向を有し得る。一部の実施例において、変位は、複屈折ディスプレーサのうち、第１複屈折ディスプレーサによって第１信号の第１成分を変位させるが、第１成分の第１線形偏光に基づいて変位させ、第１信号の第２成分を変位させないが、第１線形偏光に直交する第２成分の第２線形偏光に基づいて変位させないことを含み得る。調整は、偏光変換光学機器によって第１成分の第１線形偏光を第２線形偏光に回転させ、第２成分の第２線形偏光を第１線形偏光に回転させることを含み得る。変位は、複屈折ディスプレーサのうち、第２複屈折ディスプレーサによって偏光変換光学機器から入射する第１信号の第２成分を変位させるが、第２成分の第１線形偏光に基づいて変位させ、第１信号の第１成分を変位させないが、第１成分の第２線形偏光に基づいて変位させないことを含み得る。

【0007】

また他の様態、特徴および長所は、本開示内容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以下の詳細な説明から容易に理解できる。また、他の実施例は、また他のおよび異なる特徴および長所を有し得、これらの多くの具体的内容は、本開示内容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、制限的であるものではなく、本質的に例示的であるものとみなされるべきである。

【図面の簡単な説明】

【0008】

添付された図面における実施例は、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。

【0009】

【図1a】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り、

【図1b】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り、

【図1c】一実施例によってドップラーシフトされたリターン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り、

【図1d】一実施例によって例示的な光チャープ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｈｉｒｐ）距離測定を示す一連のグラフであり、

【図1e】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）で破線として示し、

【図1f】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示し、

【図2a】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ネントを示すブロック図であり、

【図2b】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状（Ｓａｗ Ｔｏｏｔｈ）スキャンパターンを示すブロック図であり、

【図2c】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り、

【図2d】一実施例によって高解像度ＬＩＤＡＲシステムの例示的なコンポネントを示すブロック図であり、

【図2e】一実施例によってバイスタティック（Ｂｉｓｔａｔｉｃ）ＬＩＤＡＲシステムの例示的なコンポネントの側面図を示すブロック図であり、

【図2f】一実施例によって図２ｅの例示的なコンポネントの上面図を示すブロック図であり、

【図2g】一実施例によってモノスタティック（Ｍｏｎｏｓｔａｔｉｃ）ＬＩＤＡＲシステムの例示的なコンポネントの側面図を示すブロック図であり、

【図2h】一実施例によってモノスタティックＬＩＤＡＲシステムの例示的なコンポネントの上面図を示すブロック図であり、

【図2i】一実施例によってバイスタティックＬＩＤＡＲシステムの例示的なコンポネントの上面図を示すブロック図であり、

【図2j】一実施例によってバイスタティックＬＩＤＡＲシステムの例示的なコンポネントの上面図を示すブロック図であり、

【図2k】一実施例によってバイスタティックＬＩＤＡＲシステムの例示的なコンポネントの上面図を示すブロック図であり、

【図2l】一実施例によって図２ｉのＬＩＤＡＲシステムのバイスタティックトランシーバー（Ｂｉｓｔａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ）の正面図を示すブロック図であり、

【図2m】一実施例によって図２ｉのＬＩＤＡＲシステムのバイスタティックトランシーバーの正面図を示すブロック図であり、

【図2n】一実施例によってバイスタティックＬＩＤＡＲシステムの例示的なコンポネントの上面図を示すブロック図であり、

【図2o】一実施例によってバイスタティックＬＩＤＡＲシステムの例示的なコンポネントの上面図を示すブロック図であり、

【図3a】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り、

【図3b】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り、

【図3c】一実施例によって図３ｂのＬＩＤＡＲシステムから多重角度で送信されたビームの例を示すブロック図であり、

【図3d】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り、

【図4a】一実施例によってスキャニングなしの図２ｄのシステムから送信された信号についての例示的な信号対雑音比（ＳＮＲ）対ターゲット距離を示すグラフであり、

【図4b】一実施例によってファーフィールド（Ｆａｒ Ｆｉｅｌｄ）における図４ａのＳＮＲ曲線の形状を駆動する１／ｒ２乗損失を示す曲線の一例を示すグラフであり、

【図4c】一実施例によってスキャニングなしの図２ｄのシステムから送信された信号についてのコリメートされたビーム直径対距離の一例を示すグラフであり、

【図4d】一実施例によってスキャニングなしの図２ｄのシステムから送信された信号についての収集効率に関連するＳＮＲ対距離の一例を示すグラフであり、

【図4e】一実施例によって図２ｅのシステムにおける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（Ｗａｌｋｏｆｆ）の一例を示すイメージであり、

【図4f】一実施例によって図２ｅのシステムにおける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り、

【図4g】一実施例によって図２ｅのシステムにおける様々なスキャンレートについてのＳＮＲ対ターゲット距離の一例を示すグラフであり、

【図4h】一実施例によって移動する車両に取り付けられた図２ｅのシステムにおけるビームの通常のスキャン軌跡の一例を示すグラフであり、

【図4i】一実施例によって図２ｅのシステムにおける様々なインティグレーションタイム（Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ）についてのＳＮＲ対ターゲット距離の一例を示すグラフであり、

【図4j】一実施例によって図２ｅのシステムにおける測定レート（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｒａｔｅ）対ターゲット距離の一例を示すグラフであり、

【図4k】一実施例によって図２ｅのシステムにおける様々な間隔の値についてのＳＮＲ対ターゲット距離の一例を示すグラフであり、

【図4l】一実施例によって図２ｅのシステムにおける様々なＳＮＲ値についての間隔対ターゲット距離の一例を示すグラフであり、

【図4m】一実施例によって図２ｅのシステムにおける様々な間隔の値についてのＳＮＲ対ターゲット距離の一例を示すグラフであり、

【図4n】一実施例によって図２ｅのシステムにおける様々なＳＮＲ値についての間隔対ターゲット距離の一例を示すグラフであり、

【図4o】一実施例によって図２ｅのシステムにおける最小しきい値ＳＮＲを有する様々なターゲット距離についての間隔対スキャン速度の一例を示すグラフであり、

【図5】一実施例によって図２ｅのシステムにおける多重の角度範囲にわたって時間に応じた垂直角度の一例を示すグラフであり、

【図6a】一実施例によってＬＩＤＡＲシステムのスキャンパターンを最適化するための例示的な方法を示すフローチャートであり、

【図6b】一実施例によってバイスタティックＬＩＤＡＲシステム内の送信および受信モジュールの空間的変位のための例示的な方法を示すフローチャートであり、

【図7】本開示内容の一実施例を実装できるコンピュータシステムを示すブロック図であり、

【図8】本開示内容の一実施例を実装できるチップセット（Ｃｈｉｐ Ｓｅｔ）を例示する。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本開示内容の実施例は、一般的に、コヒーレントＬＩＤＡＲ内で送信および受信モードの空間的変位（Ｓｐａｔｉａｌ Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）を提供するためのシステムおよび方法を含むが、これに限定されないＬＩＤＡＲを使用して距離の光学的検出を提供するためのシステムおよび方法に関するものである。

【0011】

許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、低いパルス反復率および非常に高いパルスピークパワーを有する短パルスレーザーを使用する。高いパルスパワーは、光学コンポネントの急速な劣化につながり得る。チャープおよび位相エンコードされた（Ｃｈｉｒｐｅｄ ａｎｄ Ｐｈａｓｅ－Ｅｎｃｏｄｅｄ）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、パルス持続時間より位相コードの帯域幅およびチャープ帯域幅または長さに応じて増加するため、依然として、優れた距離精度が得られる。

【0012】

光搬送波を変調するために広帯域無線周波数（ＲＦ）の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、同一の変調された光搬送波を基準信号として使用することを含み、基準信号は、光検出器からリターンされた信号と結合し、結果的な電気信号から基準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差に比例するＲＦ帯域の相対的に低いビート周波数を生成する。検出器における周波数差についてのこれらの種類のビート周波数検出をヘテロダイン検出（Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）という。これは、準備かつ安価な可用性のＲＦコンポネントを使用する長所のようないくつかの長所を有する。

【0013】

本発明者による最近の研究は、改善された距離だけでなく、ＬＩＤＡＲシステムとそれぞれの外部オブジェクトとの間のベクトルについての相対的な符号の速度を提供するリターンされた信号のドップラーシフトを検出するための光学コンポネントの新しい配列および干渉性処理を示している。これらのシステムは、ここで高解像度距離ドップラーＬＩＤＡＲと呼ばれる。これらの改善事項は、目標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に距離を提供し得る。これらのビームがシーン（Ｓｃｅｎｅ）をスウェプト（Ｓｗｅｐｔ）すると、周囲のオブジェクトの位置と速度に関する情報を取得できる。この情報は、自律走行や運転者補助車両などの自律走行車の制御システムにおいて価値があると期待される。

【0014】

さらに、本開示内容の発明者は、モノスタティックトランシーバー（Ｍｏｎｏｓｔａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ）を使用することを含む従来のＬＩＤＡＲシステムが、コリメート光学機器の焦点面で単一モード（ＳＭ）光ファイバの整列を含むことに注目した。この配列は、送信および受信光が同じ光経路に従っているため、自己整列の長所を有するが、本開示内容の発明者は、また、送信および受信モードの分離が一部の循環手段を介してＳＭ光ファイバ内で行われるべきであることを認識した。本開示内容の発明者は、また、バイスタティックトランシーバーを使用する従来のＬＩＤＡＲシステムが送信モードと受信モードを空間的に分離するための手段を提供していないことを認識した。この欠乏の１つの短所は、このような従来のＬＩＤＡＲシステム内のバイスタティックトランシーバーのそれぞれの送信および受信導波管と送信および受信モードの必要な整列が非常に困難であるということである。

【0015】

この問題を解決するために、本開示内容の一部の実施例は、送信および受信モードを空間的に分離するためにトランシーバー（例えば、バイスタティックトランシーバー）の送信および受信導波管の外部に位置した自由空間光学コンポネント（自由空間光学機器）を提供する。この構成は、トランシーバー（例えば、バイスタティックトランシーバー）内のそれぞれの送受信導波管と送信および受信モードを容易に整列させる長所を提供し得る。ここで、「自由空間光学機器」という用語は、通信またはコンピュータネットワーキングのためにデータを無線送信するために自由空間（例えば、空気、宇宙空間、真空など）で伝搬される光を使用する光学コンポネントまたは装置を意味する。

【0016】

一部の実施例において、装置は、トランシーバー（例えば、モノスタティックトランシーバー）および自由空間光学機器を含む。トランシーバーは、送信経路に沿ってレーザーソースから第１信号を送信し、ターゲットによって反射した第２信号を受信するように構成され得る。自由空間光学機器は、第２信号が送信経路で受信されないように、受信経路に沿って第２信号を指向するように構成され得る。この構成は、トランシーバー（例えば、モノスタティックトランシーバー）内で送信経路からのみ送信ビームを送信し、受信経路でのみリターンビームを受信して送信および受信モードがトランシーバー内で分離される長所を提供し得る。

【0017】

以下、ＬＩＤＡＲシステムのスキャニングのための方法、装置、システムおよびコンピュータ読み取り可能な媒体を説明する。以下の説明において、説明の目的に、本開示内容の完全な理解を提供するために多数の特定の詳細が提示される。しかし、本開示内容は、このような特定の詳細なしに実施されることができるということが当該技術分野における通常の技術者に明らかであろう。他の場合において、本開示内容が不要に曖昧にすることを避けるために広く知られている構造と装置がブロック図の形として例示される。

【0018】

本開示内容の一部の実施例は、高解像度ＬＩＤＡＲシステムの側面で以下に説明される。本開示内容の一実施例は、高解像度バイスタティックＬＩＤＡＲシステムの側面で説明される。本開示内容の他の実施例は、自家用自動車の前面に取り付けられた単一の高解像度ドップラーＬＩＤＡＲシステムの側面で説明されるが、実施例は、このような側面に限定されない。他の実施例において、重複または重複しない視野を有し、ドップラーコンポネントの有無にかかわらず、同じタイプまたは他の高解像度ＬＩＤＡＲの１つまたは複数のシステム、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、またはより大きな地上、海上、空中または宇宙運送手段に取り付けられた１つ以上のこのようなシステムが使用される。静的－地上ベース（Ｓｔａｔｉｃ－Ｌａｎｄ Ｂａｓｅｄ）のＬＩＤＡＲスキャニングは、また、以下に説明される開示内容の実施例にも適用可能である。

【0019】

この説明の目的として、「バイスタティックＬＩＤＡＲシステム」は、ターゲットにある送信導波管からビームを送信し、１つ以上の受信導波管でターゲットから反射した１つ以上のリターンビームを受信するためにバイスタティックトランシーバーを使用するＬＩＤＡＲシステムを意味する。さらに、この説明の目的として、「バイスタティックトランシーバー」は、少なくとも１つの送信導波管および少なくとも１つの受信導波管を含む導波管アレイを意味する。一部の実施例において、バイスタティックトランシーバーは、１つ以上の導波管の対であり、ここで導波管の各対は、１つの送信導波管および１つの受信導波管である。他の実施例において、バイスタティックトランシーバーは、１つの送信導波管、第１間隔だけ導波管の第１側面から離隔した第１受信導波管および第２間隔だけ送信導波管の第２側面から離隔した第２受信導波管をそれぞれ含む１つ以上のグループの導波管である。また他の実施例において、バイスタティックトランシーバーの導波管は、１次元アレイまたは２次元アレイの導波管に配列される。
１．位相エンコーディング（Ｐｈａｓｅ－Ｅｎｃｏｄｅｄ）検出概要

【0020】

距離測定のための光位相エンコーディング信号を用いると、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によって表現される１つ以上の位相変化だけ変動し（したがって、位相＝Δφ）、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、したがって、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で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）に対して｛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。

【0021】

位相シフト変調（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する。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）通信のために広範囲に使用される。代替的に、一定の基準波（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｗａｖｅ）に対して動作する代わりに、送信は、それ自体に対して動作し得る。単一の送信された波形の位相変化は、シンボルとみなされ得る。このシステムにおいて、復調器は（基準波についての）、位相その自体ではなく、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、差動位相シフト変調（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よりもかなり簡単に実装できる（したがって、これは非コヒーレント（Ｎｏｎ－Ｃｏｈｅｒｅｎｔ）、すなわち、非同期方式である）。

【0022】

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周波数（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。次の説明において、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ものと仮定する。

【0023】

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、送信された光信号の振幅を０についての周波数（ｆ_Ｃ＋ｆ_０）の任意単位で表す。垂直軸１２４ｂは、リターンされた光信号の振幅を０についての周波数（ｆ_Ｃ＋ｆ_０）の任意単位で示し、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することによって、ドップラーシフトされる理想的な（ノイズがない）リターン信号を示す。リターンは、適切な光周波数（ｆ_Ｃ＋ｆ_０）になく、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。

【0024】

リターンの観察された周波数（ｆ'）は、数式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。

【数1】

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よるソースの速度である。観察者とソースが両者の間の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、数式２によって与えられる。

【数2】

誤差の大きさは、信号の周波数ｆに応じて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の誤差が検出されて使用される。

【0025】

位相コード化された距離測定（Ｐｈａｓｅ Ｃｏｄｅｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）において、位相コード化された反射の到達は、送信された信号または他の基準信号を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（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）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）を行うことにより、実質的に実装できる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、リターンで検出される。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リューション処理（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）ごとに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、逆方向フーリエ変換（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ）を行う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およびソフトウェアの実装例は、順方向および逆方向の両方のフーリエ変換について広く使用できる。

【0026】

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。光検出器における信号を容易にデジタル化できるＲＦ周波数範囲に移動させるために、光リターン信号は、検出器に衝突す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された光信号のコピーは、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。

【0027】

動いていないオブジェクトから反射した（したがって、リターンが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で発生する。これは、リターン信号が時間Δｔから開始する送信された位相コードの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、数式３によって与えられるように、媒質内の光の速度Ｃに基づく双方向旅行時間遅延（Ｔｗｏ Ｗａｙ Ｔｒａｖｅｌ Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ）から計算される。

【数3】

【0028】

動いているオブジェクトから散乱した（したがって、リターンがドップラーシフトされた）理想的な（ノイズがない）リターン信号について、リターン信号は、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。

【0029】

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、交差相関計算を補正するためにドップラーシフトが適用される。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垂直軸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システムに向けて動いているオブジェクトから後方散乱し、より高い周波数にドップラーシフト（ブルーシフト（Ｂｌｕｅ Ｓｈｉｆｔ）と呼ばれる）された理想的な（ノイズがない）複素数リターン信号を示す。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は、＋Δｆ_Ｄでピークを決定するのに使用されるため、ドップラーシフトの方向および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は、単一リターンから明確である。

【0030】

一部のドップラー補償（Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）実施例において、図１ｂに示されたように、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てから対応するピークの周波数を減算することによりΔｆ_Ｄを捜す代わりに、ＲＦ帯域でダウンミキシング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り得る。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システムに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のΔｆ_Ｄ）とＬＩＤＡＲシステムから離れている第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）リターン信号との交差スペクトルを示す。１つのピークは、成分のうちの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、成分のうちの１つがレッドシフトΔｆ_Ｄ２されるときに発生する。したがって、ドップラーシフトが決定される。これらのシフトは、例えば、衝突防止アプリケーションについて重要であるように、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の両方に示され、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し得る。

【0031】

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、同時Ｉ／Ｑ処理は、全体の内容が本明細書に完全に説明されたように、参照として含まれたＳ．Ｃｒｏｕｃｈなどによる「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｈａｓｅ－ｅｎｃｏｄｅｄ ｒａｎｇｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」という題下の特許出願公開により詳細に説明されているように行われる。他の実施例において、直列Ｉ／Ｑ処理は、全体の内容が本明細書に完全に説明されたように、参照として含まれたＳ．Ｃｒｏｕｃｈなどによる「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｔｉｍｅ Ｓｅｐａｒａｔｅｄ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒａｎｇｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」という題下の特許出願公開により詳細に説明されているようにドップラーリターンの符号を決定するのに使用される。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に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が、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 ）

【0032】

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）を示す一連のグラフである。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、送信された光信号として使用される光のビームのパワーを示す。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であることを表す。グラフ１１０は、送信された信号の周波数を表す。垂直軸１１４は、送信された信号の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。

【0033】

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（例えば、トレース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だけ遅延した送信された基準信号である第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、前述の数式３によって２Ｒ／ｃで与えられる遅延した時間Δｔで開始し、ここで、Ｒは、ターゲットまでの距離であり、ｃは、媒質内の光の速度（約３×１０^８ｍ／ｓ）である。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て与えられる。これは、数式４ａによって与えられる。

【数4a】

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、数式４ｂによって与えられる。

【数4b】

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、数式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た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た遅延時間は、数式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。

【0034】

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））は、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、または照明された地点内で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。このような状況において、グラフ１６０にトレース１６６ｂで表示されたように、第２減少した強度および異なるように遅延した信号も受信される。これは、数式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。一部の状況においては、複数の追加のリターンされた信号が受信される。

【0035】

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、より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、数式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、デチャーピング中に異なるより大きい値のｆ_Ｒ（図示せず）を発生させ、結果的に、数式４ｂを使用してより大きい距離を算出するであろう。

【0036】

デチャーピング（Ｄｅ－ｃｈｉｒｐｉｎｇ）のための共通の方法は、基準光信号とリターンされた光信号を同じ光検出器に送ることである。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であるか、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ー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な低コストのＲＦコンポネントによって容易に処理される。他の実施例において、リターン信号は、（局部発振器（Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）の役目をするチャープと比べて）局部発振器の役目をする連続波（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ、ＣＷ）トーン（Ｔｏｎｅ）と混合（Ｍｉｘ）され得る。これは、その自体がチャープ（またはどんな波形が送信されても）である検出された信号につながる。この場合、検出された信号は、ここに使用されたものとは一致しない用語を除き、その全体内容がここに完全に言及されたように含まれる１９９０年度Ｋａｃｈｅｌｍｙｅｒに記述されているように、デジタルドメインで整合フィルタリングを経ることになるだろう。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。そうでない場合、コヒーレント検出の肯定的な面は保持される。

【0037】

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対する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。前記方式は、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事実上同じであり、最も有用に結合され得ることを保証する。ドップラー方式は、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。

【0038】

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または基準信号に対する送信された光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（例えば、光搬送波より１～２ＧＨｚ高い）ｆ_２に増加し、同時に他の周波数がｆ_４から（例えば、光搬送波より１～２ＧＨｚ低い）ｆ_３に減少する。２つの周波数帯域（例えば、ｆ_１～ｆ_２の帯域１と、ｆ_３～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_ｐ<ｆ_３<ｆ_４であり得る。例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。

【0039】

一部の実施例において、２つの異なるレーザーソースが毎時間ごとに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。これらの実施例のうち、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ず、代わりに、ほぼすべてのエネルギーが側波帯に入る２重側波帯マッハツェンダ強度変調器（Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｉｄｅｂａｎｄ Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）が使用される。

【0040】

側波帯対称（Ｓｉｄｅｂａｎｄ Ｓｙｍｍｅｔｒｙ）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、同じである。一部の実施例において、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。

【0041】

Ｃｒｏｕｃｈなどによる「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｈｉｒｐｅｄ Ｒａｎｇｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」という題下の米国特許出願公開に記述されているように、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。

【0042】

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信号を破線として示す。チャープされた波形の場合、時間分離されたＩ／Ｑ処理（時間ドメイン多重化（Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）とも呼ばれる）が前述したように、他のアプローチ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、ＡＯＭが実数値（Ｒｅａｌ Ｖａｌｕｅｄ）信号に対する距離ドップラー曖昧さを打開するために使用される。一部の実施例において、その全体の内容がここに完全に説明されているように参照で含まれたＳ．Ｃｒｏｕｃｈなどによる「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｈｉｒｐｅｄ ｒａｎｇｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」という題下の特許出願公開により詳細に説明されているように、スコアリングシステム（Ｓｃｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）が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ために使用される。一部の実施例において、その全体の内容がここに完全に説明されているように参照で含まれたＳ．Ｃｒｏｕｃｈなどによる「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｔｉｍｅ Ｓｅｐａｒａｔｅｄ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒａｎｇｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」という題下の特許出願公開により詳細に説明されているように、Ｉ／Ｑ処理がドップラーチャープの符号を決定するために使用される。
３．光検出ハードウェア概要

【0043】

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、いくつかの一般ハードウェア接近方式を記述する。図２ａは、一実施例によって高解像度距離ＬＩＤＡＲシステム２００の例示的なコンポ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たり、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において送信された信号（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された光２９１とよくミックスされるの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で個別に変調される。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（Ｓｐｒｅａｄ ｏｆ Ｒａｎｇｅｓ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）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部的に生成された基準ビーム２０７ｂを生成する従来の接近方式を意味する局部発振器（Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ、ＬＯ）信号と命名される。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、基準ビームは、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から送信された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、利用せずに、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遅延（Ｆｉｂｅｒ Ｄｅｌａｙ）を用いること、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（例えば、変調器２８２ｂ内））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を通じて散乱するか、または反射したフィールド（視野）を持って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、送信された持続時間は十分に長く、リターンが遅延することなく基準信号と十分に重畳する。

【0044】

送信された信号は、多くの場合、一部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、ペアをなすか、またはペアをなさない単一の検出器またはオブジェクトから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をなすか、またはペアをなさない検出器の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対して信号持続時間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インティグレーションタイム（Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ）は、ダウン－レンジ規模（Ｄｏｗｎ－Ｒａｎｇｅ Ｅｘｔｅｎｔ）に影響を与える。数またはインティグレーションタイムは、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率（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場合がある。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）こ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された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。

【0045】

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に利用可能に構成される。スキャナ制御モジュール２７０は、後述する１つ以上の実施例によるスキャニング光学機器２１８を駆動するためのスキャニング信号を提供する。一実施例において、スキャナ制御モジュール２７０は、図６ａのフローチャートに関連する方法６００および／または図６ｂのフローチャートに関連する方法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で符号付きのドップラー補償モジュール（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送信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、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をさらに含む。

【0046】

任意の公知の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投光照明（Ｆｌｏｏｄ）についての光カップリング（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ）は、示されていない。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（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ）、光ミキサのような他のコンポネントを単独または一部の組み合わせのように、１つのコンポネントから他のコンポ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ネントである。

【0047】

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ネントの例を示す。この実施例において、変調器２８２ａは、送信されたビーム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、これとは異なり、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、損失の多いコンポ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内のＦＦＴコンポ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（またはリターン信号）の周波数を知られた量（Δｆ_Ｓ）だけシフトするものである。例えば、距離効果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してｆ_Ｂ＋Δｆ_Ｓで表され、ダウンチャープのビート周波数は、ｆ_Ｂ－Δｆ_Ｓでオフセットだけ減少するであろう。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を有し、これによってこれらは分離される。Δｆ_Ｓが予想され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連関した距離での曖昧性はないだろう。その次に、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の距離を得るために知られたΔｆ_Ｓの正確に符号が付与された値に補正されることができる。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（Ｄｏｗｎ－Ｍｉｘｅｄ）後、デジタル化できる高帯域（反対するチャープに対応）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（例えば、直接距離測定）の実施例において、変調器２８２ａは、除外される。

【0048】

図２ｂは、一部の実施例に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型（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、（水平に）方位角（Ａｚｉｍｕｔｈ Ａｎｇｌｅ）範囲をスイープし、傾斜角（Ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ Ａｎｇｌｅ）の範囲を（０傾斜から水平方向（Ｌｅｖｅｌ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）の上下の垂直に）スイープ（Ｓｗｅｅｐ）する。以下に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、その全体の内容ががここに完全に説明されているように参照で含まれたＣｒｏｕｃｈによる「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ａｄａｐｔｉｖｅ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｏｐｔｉｃａｌ ｒａｎｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ」または「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ａｄａｐｔｉｖｅ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｏｐｔｉｃａｌ ｒａｎｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ」という題下のＰＣＴ特許出願に説明された方法を用いて適応型スキャニング（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｓｃａｎｎｉｎｇ）が行われる。図２ｃは、一部の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。

【0049】

図２ｄは、一部の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、ここで議論される特徴を除いてシステム２００と同様である。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ー（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自由空間光学機器２２６を介してコリメート（Ｃｏｌｌｉｍａｔｉｎｇ）光学機器２２９の焦点平面内に位置した単一モード光導波管の先端（ｔｉｐ）２１７の外へ搬送波２０１を送信するソース２１２を含む。一部の実施例において、先端２１７は、コリメート光学機器２２９の焦点平面の臨界距離（例えば、約１００μｍ）内またはコリメート光学機器２２９の焦点長さの約０．１％ないし約０．５％内に位置する。他の実施例において、コリメート光学機器２２９は、２重（Ｄｏｕｂｌｅｔ）、非球面または多重要素デザインのうち、１つ以上を含む。一実施例において、光導波管の先端２１７を抜け出る搬送波２０１は、スキャニング光学器機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２０５'に光学器機２２９によって作られる。一部の実施例において、搬送波２０１は、コリメート光学器機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、リターンビーム２９１が単一モード光導波管の先端２１７で受信されるように、オブジェクトからリターンされたリターンビーム２９１は、スキャニング光学機器２１８によって指向され、コリメート光学機器２２９によって先端２１７にフォーカシングされる。一実施例において、次に、リターンビーム２９１は、自由空間光学機器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２８４に再指向（Ｒｅｄｉｒｅｃｔ）される。一実施例において、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。このモノスタティック配列は、バイスタティック（Ｂｉ－ｓｔａｔｉｃ）ＬＩＤＡＲシステムに連関する易しくない整列手続きを回避するのに役立つため、有利である。

【0050】

図２ｅは、一実施例によってバイスタティックＬＩＤＡＲシステム２００''の例示的なコンポネントの例示的な側断面図を示すブロック図である。図２ｆは、一実施例によって図２ｅのバイスタティックＬＩＤＡＲシステム２００''の例示的なコンポネントの上面図を示すブロック図である。一実施例において、バイスタティックＬＩＤＡＲシステム２００''は、ここで論議される特徴を除いて図２ｄのシステム２００'と同様である。

【0051】

一実施例において、システム２００''は、送信導波管２２３および１つ以上の受信導波管２２５ａ、２２５ｂを含むバイスタティックトランシーバー２１５を含む。第１受信導波管２２５ａは、間隔２２１ａだけ送信導波管２２３と離隔する。第２受信導波管２２５ｂは、間隔２２１ａより大きい間隔２２１ｂだけ送信導波管２２３から離隔する。図２ｆは、２つの受信導波管２２５ａ、２２５ｂを示すが、システムは、２つの受信導波管に限定されず、１つまたは３つ以上の受信導波管を含み得る。例示的な実施例において、バイスタティックトランシーバー２１５は、密接に離隔した導波管の製造がバイスタティックトランシーバー開口として働くようにする平面光回路のようなオン－チップ（Ｏｎ－Ｃｈｉｐ）導波管技術によって支援される。例示的な一実施例において、バイスタティックトランシーバー２１５は、カリフォルニア州サンノゼ所在のＮｅｏＰｈｏｔｏｎｉｃｓ（登録商標） Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって開発された平面光波回路技術を特徴とする。他の例示的な実施例において、バイスタティックトランシーバー２１５は、平面光波回路技術の標準製造工程についての最小の修正でカスタムメイド製作される。また他の例示的な実施例において、バイスタティックトランシーバー２１５は、オハイオ州コロンバスのＰＬＣ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ（登録商標）によって製造される。

【0052】

一実施例において、システム２００''におけるソース２１２は、搬送波２０１を送信経路２２２を介して送信導波管２２３に沿って送信導波管２２３の先端２１７に送信する。一実施例において、システム２００''は、システム２００''のコストおよび複雑性を有利に低減できる自由空間光学機器２２６を排除する。送信導波管２２３の先端２１７を抜け出る搬送波２０１は、システム２００'のように、コリメート光学機器２２９によってコリメートされたターゲットビーム２０５'に形成される。

【0053】

一実施例において、スキャニング光学機器２１８は、複数のミラーまたはファセット２４５ａ、２４５ｂを有し、回転軸２４３を中心に角速度２４９で回転するように構成されたポリゴンスキャナ２４４である。一実施例において、ポリゴンスキャナ２４４は、回転軸２４３を中心に一定の速度で回転するように構成される。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、すなわち、Ｃｏｐａｌ回転ミラー（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インチまたは範囲が約１インチないし約３インチである内接直径を有するもの、それぞれのミラーが約０．５インチであるか、または約０．２５インチないし約０．７５インチの範囲の高さを有するもの、全体の高さが約２．５インチまたは約２インチないし約３インチの範囲であるもの、エンコーダポールペアスイッチングを有する３相ブラシレス直流（Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ、ＢＬＤＣ）モータによって電力が供給されるもの、範囲が約１、０００ｒｐｍないし約５、０００ｒｐｍの回転速度を有するもの、減少比が約５：１であり、コリメータ２２９からの距離が約１．５インチであるか、または１インチないし約２インチの範囲であるもののうち、１つ以上を有する。他の実施例において、システム２００''のスキャニング光学機器２１８は、ポリゴンスキャナ２４４ではない任意の光学機器である。

【0054】

一実施例において、コリメートされたターゲットビーム２０５'は、ポリゴンファセット２４５のうちの１つからスキャンされたビーム２０５''に反射し、ポリゴンスキャナ２４４が角速度２４９で回転することにより、角度範囲２２７を通じてスキャンされる。一実施例において、送信導波管２２３および受信導波管２２５を含むバイスタティックトランシーバー２１５は、第１平面（例えば、図２ｆの平面）に配列され、ポリゴンスキャナ２４４は、同じ第１平面（または、第１平面と平行な平面）で角度範囲２２７にわたってビーム２０５''の方向を調整する。他の実施例において、第１平面は、回転軸２４３に直交する。この説明の目的上、「平行」は、±１０度以内を意味し、「直交」は、９０±１０度以内を意味する。

【0055】

一実施例において、ビーム２０５''は、所定の距離に位置したターゲットによって反射し、リターンビーム２９１'は、リターンビーム２９１'を受信導波管２２５ａの先端２１７にフォーカシングするコリメート光学機器２２９にファセット２４５のうちの１つによって反射する。

【0056】

一実施例において、システム２００''、２００'''、２００''''の１つ以上のパラメータの値は、リターンビーム２９１'の信号対雑音比（ＳＮＲ）を最適化するためにシステム２００''、２００'''、２００''''の設計段階中に選択される。一実施例において、これらのパラメータ値は、ＳＮＲを最適化するために角度範囲２２７にわたってターゲット設計範囲に基づいて選択されるポリゴンスキャナ２４４の回転速度の値を含む。図４ｇは、一実施例によって図２ｅのシステム２００''における様々なスキャンレートに対するターゲット範囲対ＳＮＲの例を示すグラフである。水平軸４０２は、メートル（ｍ）単位のターゲット距離であり、垂直軸４０４は、デシベル（ｄＢ）単位のＳＮＲである。第１曲線４４０ｄは、ビームがスキャンされていないターゲット距離に基づいて受信導波管２２５の先端２１７にフォーカシングされたリターンビーム２９１'のＳＮＲを示す。第２曲線４４０ｂは、ビームが遅いスキャンレート（例えば、毎秒約２、５００度）でスキャンされるターゲット距離に基づいて受信導波管２２５の先端２１７にフォーカシングされたリターンビーム２９１'のＳＮＲを示す。第３曲線４４０ｃは、ビームが最適なスキャンレート（例えば、約５、５００ｄｅｇ／ｓｅｃ）でスキャンされるターゲット距離に基づいて受信導波管２２５の先端２１７にフォーカシングされたリターンビーム２９１'のＳＮＲを示す。ＳＮＲしきい値４４２（例えば、１０ｄＢ）も示されている。したがって、システム２００''を設計する際、ユーザは、まず角度範囲（例えば、０ｍ～１５０ｍ）にわたってターゲット設計距離を決定した後、図４ｇを用いて曲線４４０ｂ、４４０ｃ、４４０ｄのうち、いずれの曲線がそのターゲット設計距離にわたってＳＮＲしきい値４４２よりも高いＳＮＲを維持するのかを迅速に決定する。この例示的な実施例において、曲線４４０ｃは、ターゲット設計距離（例えば、０ｍ～１５０ｍ）にわたってＳＮＲしきい値４４２よりも高いＳＮＲを維持するため、ユーザは、システム２００''を設計する際、曲線４４０ｃに係る最適なスキャン速度（例えば、約５、５００ｄｅｇ／ｓｅｃ）を選択する。したがって、ポリゴンスキャナ２４４は、この最適なスキャン速度に基づいて固定された回転速度を有するように設定される。したがって、曲線４４０は、特に、ポリゴンスキャナ２４４の固定されたスキャン速度を選択するときに、ユーザがシステム２００''を設計する効率的な方法を有利に提供する。一実施例において、それぞれの曲線４４０は、システム２００''を使用して生成され、各曲線４４０に関連するポリゴンスキャナの各スキャン速度でリターンビーム２９１'のＳＮＲを測定する。曲線４４０は、図４ｇに示されたものに限定されず、同様の手段を使用して生成されたすべてのＳＮＲ曲線を含む。一部の実施例において、図４ｇの曲線と同様の曲線は、前記システム２００''と同様の方式でシステム２００'''（図２ｉ）またはシステム２００''''（図２ｊ）に対して生成し得、ユーザにシステム２００'''またはシステム２００''''を設計する有利かつ効率的な方法を提供する。

【0057】

他の実施例において、システム２００'の設計段階中に選択される設計パラメータの値は、ＳＮＲを最適化するために角度範囲２２７にわたってターゲット設計距離およびポリゴンスキャナ２４４のスキャン速度に基づいて選択される間隔２２１の値を含む。他の実施例において、システム２００'''（図２ｉ）の設計段階中に選択される設計パラメータの値は、自由空間光学機器２６０の間隔２２１および／または長さ２６２の値を含む。一部の実施例において、自由空間光学機器２６０は、複屈折ディスプレーサ（Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ Ｄｉｓｐｌａｃｅｒ）であり得るが、これに限定されない。一実施例において、自由空間光学機器２６０の長さ２６２は、システムの縦軸に沿って測定され、ここで縦軸は、送信されたビーム２０５'（図２ｉ）および／またはリターンビーム２９１（図２ｊ）および／または光ファイバアレイ２１５'、２１５''からターゲット２９２に向かうベクトルの方向によって定義される。また他の実施例において、システム２００''''（図２ｊ）の設計段階中に選択される設計パラメータの値は、第１自由空間光学機器２６０ａの間隔２２１ａ、２２１ｂおよび／または長さ２６２ａおよび／または第２自由空間光学機器２６０ｂの長さ２６２ｂを含む。一部の実施例において、第１および第２自由空間光学機器のそれぞれは、複屈折ディスプレーサであり得るが、これに限定されない。図４ｋは、一実施例によって低い固定されたスキャン速度（例えば、４、０００度／秒）における図２ｅのシステム２００''内の様々な間隔２２１の値に対するターゲット距離対ＳＮＲの例を示すグラフである。水平軸４０２は、メートル（ｍ）単位のターゲット距離であり、垂直軸４０４は、デシベル（ｄＢ）単位のＳＮＲである。第１曲線４６４ａは、４ｗ_０の間隔２２１に対するターゲット距離に基づいて受信導波管２２５の先端２１７にフォーカシングされたリターンビーム２９１'のＳＮＲを示し、ここで、ｗ_ｏは、送信導波管２２３の直径である。第２曲線４６４ｂは、０（例えば、０ｗ_０）の間隔２２１に対するターゲット距離に基づいて受信導波管２２５の先端２１７にフォーカシングされたリターンビーム２９１'のＳＮＲを示す。第１曲線４６４ａと第２曲線４６４ｂとの間の各曲線４６４は、間隔２２１の値で０．２５ｗ_ｏの減少を示す。一実施例において、ターゲット設計距離にわたってＳＮＲしきい値４４２よりも高いＳＮＲ値を有するため、曲線４６４ｃは、ターゲット設計距離（例えば、０ｍ～２５０ｍ）に対して選択される。曲線４６４ｃに関連する間隔値２２１は、０．２５ｗ_ｏであり、したがって、ターゲット設計距離（例えば、０ｍ～２５０ｍ）および低い固定されたスキャン速度（例えば、４、０００度／秒）でシステム２００''を設計する際、間隔２２１は、０．２５ｗ_０に設定される。一部の実施例において、図４ｋの曲線４６４と同様のＳＮＲ曲線がシステム２００'''（図２ｉ）の様々な間隔２２１および／または長さ２６２の値に基づいて、および／またはシステム２００''''（図２ｊ）の様々な間隔２２１ａ、２２１ｂおよび長さ２６２ａ、２６２ｂの値に基づいて生成し得る。図４ｌは、低い固定されたスキャン速度（例えば、４、０００度／秒）を有するシステム２００''に対する複数のＳＮＲ曲線４６６を示すグラフである。水平軸４０２に沿った特定のターゲット設計距離（例えば、２５０ｍ）に対して、ＳＮＲ曲線４６６は、曲線４６６に関連するＳＮＲレベルを維持するのに必要な（垂直軸４０９に沿った）間隔２２１の値を伝達する。例示的な実施例において、２５０ｍのターゲット設計距離に対して、曲線４６６ａは、１８ｄＢのＳＮＲが間隔２２１の多重値（例えば、約０．２５ｗ_０および約２．７５ｗ_０）に維持でき、したがって、システム２００''の設計時にユーザに異なるオプションを提供する。図４ｋに加えて、曲線４６６は、知られたターゲット設計距離および固定されたスキャン速度に基づいてシステム２００''を設計する際に、ユーザのための迅速な照会手段を提供する。一実施例において、図４ｋの曲線４６４のように、曲線４６６は、多重ターゲット距離値にわたって多重間隔２２１値でリターンビーム２９１'のＳＮＲを測定することによって、システム２００''を使用して生成される。さらに、曲線４６６は、図４ｌに示されたものに限定されない。一部の実施例において、図４ｌの曲線４６６と同様のＳＮＲ曲線は、システム２００'''の様々な間隔２２１および／または長さ２６２の値に基づいて、および／またはシステム２００''''の様々な間隔２２１ａ、２２１ｂおよび長さ２６２ａ、２６２ｂの値に基づいて生成し得る。

【0058】

図４ｍは、図４ｋのグラフと同様のグラフであるが、高い固定されたスキャン速度（例えば、１２、０００度／秒）についてのグラフである。第１曲線４６５ａは、第１曲線４６４ａと同様であり、４ｗ_ｏの間隔２２１の場合である。第２曲線４６５ｂは、第２曲線４６４ｂと同様であり、ゼロ（例えば、０ｗ_ｏ）の間隔２２１の場合である。同じターゲット設計距離（例えば、０ｍ～２５０ｍ）を使用し、曲線４６５ｃは、ターゲット設計距離にわたってＳＮＲしきい値４４２よりも高いＳＮＲ値を有するために選択される。曲線４６５ｃに関連する間隔２２１の値は、２．７５ｗ_ｏであり、したがって、ポリゴンスキャナ２４４が高い固定されたスキャン速度（例えば、１２、０００度／秒）で動作する場合、システム２００''における間隔２２１は、２．７５ｗ_ｏに設定される。したがって、システム２００''を設計する際、ユーザは、まず角度の範囲にわたってターゲット設計距離（例えば、０ｍ～２５０ｍ）を決定した後、図４ｍを使用して曲線４６５のうち、いずれがポリゴンスキャナ２４４の固定されたスキャン速度およびターゲット設計距離にわたってＳＮＲしきい値４４２よりも高いＳＮＲを維持するのかを迅速に決定し得る。一部の実施例において、図４ｍの曲線４６５と同様のＳＮＲ曲線は、システム２００'''の様々な間隔２２１および／または長さ２６２の値および／またはシステム２００''''の様々な間隔２２１ａ、２２１ｂおよび長さ２６２ａ、２６２ｂの値に基づいて生成し得る。図４ｎは、高い固定されたスキャン速度（例えば、１２、０００度／秒）を有するシステム２００''についての複数のＳＮＲ曲線４６７を示すグラフである。水平軸４０２に沿った特定のターゲット設計距離（例えば、１００ｍ）について、ＳＮＲ曲線４６７は、曲線４６７に関連するＳＮＲレベルを維持するのに必要な（垂直軸４０９に沿った）間隔２２１の値を伝達する。例示的な実施例において、１００ｍのターゲット設計距離について、曲線４６７ａは、２８ｄＢのＳＮＲが多重間隔２２１の値（例えば、約０．７５ｗ_ｏおよび約２．２５ｗ_０）に維持できることを示す。図４ｍに加えて、曲線４６７は、知られたターゲット設計距離および固定されたスキャン速度に基づいてシステム２００''を設計する際に、ユーザのための迅速な照会手段を提供する。一実施例において、図４ｍの曲線４６５のように、曲線４６７は、システム２００''を使用して多重ターゲット距離値にわたって多重間隔２２１の値でリターンビーム２９１'のＳＮＲを測定することによって生成される。また、曲線４６７は、図４ｎに示されたものに限定されない。一部の実施例において、図４ｎの曲線４６７と同様のＳＮＲ曲線は、システム２００'''の様々な間隔２２１および／または長さ２６２の値に基づいて、および／またはシステム２００''''の様々な間隔２２１ａ、２２１ｂおよび長さ２６２ａ、２６２ｂの値に基づいて生成し得る。

【0059】

図４ｏは、一実施例によって図２ｅのシステムにおいて、最小しきい値ＳＮＲを有する様々なターゲット距離値についての間隔対スキャン速度の例を示すグラフである。水平軸４０３は、毎秒キロ度（Ｋｉｌｏ Ｄｅｇｒｅｅｓ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ）単位のスキャン速度である。垂直軸４０９は、ｗ_ｏ単位の間隔２２１である。水平軸４０３に沿った特定のスキャン速度において、曲線４６９は、曲線４６９に関連するターゲット設計距離値にわたってＳＮＲしきい値４４２（例えば、１０ｄＢ）を維持するために間隔２２１の値を提供する。例示的な実施例において、１２、０００度／秒のスキャン速度における曲線４６９ａは、２５０ｍのターゲット設計距離に対してＳＮＲしきい値４４２を維持するために約２．７５ｗ_ｏの間隔２２１値を示す。これは、図４ｍの曲線４６５ｃの例示的な実施例と一致する。さらに、例示的な実施例において、４、０００度／秒のスキャン速度に対して曲線４６９ａは、２５０ｍのターゲット設計距離に対してＳＮＲしきい値４４２を維持するために約０．２５ｗ_ｏの間隔２２１値を示す。これは、図４ｋの曲線４６４ｃの例示的な実施例と一致する。したがって、図４ｏは、システム２００''の設計段階中に有用な追加の有利な照会グラフを提供する。一部の実施例において、図４ｏの曲線４６９と同様の曲線は、システム２００'''の様々な間隔２２１および／または長さ２６２の値に基づいて、および／またはシステム２００''''の様々な間隔２２１ａ、２２１ｂおよび長さ２６２ａ、２６２ｂの値に基づいて生成し得る。

【0060】

図２ｆに示されたように、ポリゴンスキャナ２４４は、例えば、ターゲットへの往復時間の間、例えば、ビーム２０５''がファセット２４５ａからターゲットに反射される時間と、リターンビーム２９１'がファセット２４５ａによって光学機器２２９に反射される時間の間に第１指向（例えば、実線）から第２指向（例えば、点線）に回転する。一実施例において、これらの時間の間のファセット２４５ａの回転は、リターンビーム２９１'が入射ビーム２０５'について所定の角度２２８でファセット２４５ａによって偏向する原因である。一実施例において、ポリゴンスキャナ２４４の（例えば、往復時間に基づく）ターゲット距離および／または回転速度および／またはバイスタティックトランシーバー２１５上のリターンビーム２９１'のイメージ４１８（図４ｅ）の直径は、角度２２８を決定し、これにより送信導波管２２３に対して受信導波管２２５ａを位置させ、リターンビーム２９１'が受信導波管２２５ａの先端にフォーカシングするように選択される間隔２２１ａを決定する。図２ｉのシステム２００'''の実施例において、リターンビーム２９１'が受信導波管２２５'の先端にフォーカシングされるように、自由空間光学機器２６０（例えば、複屈折ディスプレーサ）の長さ２６２および／またはリターンビーム２９１'の変位距離２６４以外に前記パラメータのうちの１つ以上も考慮される。図２ｊのシステム２００''''の実施例において、リターンビーム２９１'が受信導波管２２５ａ'、２２５ｂ'の先端にフォーカシングされるように、自由空間光学機器２６０ａ、２６０ｂの長さ２６２ａ、 ２６２ｂおよび／またはリターンビーム２９１'の変位距離２６４ａ、２６４ｂ以外に前記パラメータのうちの１つ以上も考慮される。一実施例において、図２ｆのシステム２００''について、数式５は、間隔２２１、ポリゴンスキャナ２４４の回転速度およびターゲット距離の間の関係を表現する。

【数5】

ここで、ｙは、間隔２２１であり、焦点距離は、コリメート光学機器２２９の焦点長さ（メートル単位）であり、回転速度は、ポリゴンスキャナ２４４の回転速度（毎秒ラジアン単位）であり、ｃは、光速（毎秒メートル単位）であり、距離は、ターゲット距離（メートル単位）である。

【0061】

システム２００'''、システム２００''''の実施例において、変位したビーム（例えば、第２線形偏光２５４を有するリターンビーム２９１'）が偏向する角度（例えば、図２ｉの角度２５９）として定義される自由空間光学機器２６０（例えば、複屈折ディスプレーサ）についてのビーム離脱（Ｗａｌｋ－ｏＦＦ）角度αは、以下によって定義される。

【数6】

ここで、ｎ_ｏおよびｎ_ｅは、自由空間光学機器２６０（例えば、複屈折ディスプレーサ）の正常および異常屈折率であり、θは、結晶軸角度（例えば、離脱を最大化するために一般的に約４５度）である。一実施例において、変位距離２６４は、単に次のとおりである。

【数7】

ここで、ｄは、変位距離であり、Ｌは、自由空間光学機器２６０の長さ２６２である。一実施例において、システム２００'''、２００''''における導波管間の間隔２２１は、（例えば、数式７を用いた）変位ベクトルｄおよび（例えば、数式５を用いた）往復遅延に基づく間隔の大きさの和である。ここで、「正常屈折率」は、結晶軸に直交し（例えば、自由空間光学機器２６０の表面に対して垂直に入射し、自由空間光学機器２６０を介して当該方向に継続する）、正常の屈折法則に従って挙動する線形偏光（例えば、図２ｉ～２ｊの線形偏光２５２）のビームが屈折する屈折率を意味する。さらに、「異常屈折率」は、結晶軸に平行であり（例えば、自由空間光学機器２６０の表面に対して垂直に入射し、自由空間光学機器２６０を介して当該方向に継続しない）、正常の屈折法則に従って挙動しない線形偏光（例えば、図２ｉ～２ｊの線形偏光２５２）のビームが屈折する屈折率を意味する。

【0062】

一実施例において、受信導波管２２５ａは、送信導波管２２３の直径ｗ_ｏの約２～５倍の間隔２２１ａを有し、追加の距離（例えば、約５０ｍを超える）に位置するターゲットからリターンビーム２９１'を受信するために使用される。追加の距離に位置したターゲットの場合、往復時間がより長く、ファセット２４５ａは、図２ｆに示されたものよりも大きく回転し、したがって、リターンビーム２９１'は、コリメート光学機器２２９についてより大きな角度２２８だけ偏向する。しかし、追加の距離に位置したターゲットの場合、バイスタティックトランシーバー２１５上のリターンビーム２９１'のイメージ４１８（図４ｅ）の直径がより小さいため、間隔２２１ａの大きさおよび範囲がより小さく（例えば、精度が向上して）、イメージ４１８が適切な間隔２２１ａによって受信導波管２２５ａに移動されることを保証する。一実施例において、間隔２２１は、イメージ４１８の直径の比率（例えば、１未満）に基づく。一部の実施例において、間隔２２１（図２ｉ）および／または間隔２２１ａ、２２１ｂ（図２ｊ）は、また、それぞれのバイスタティックトランシーバー２１５'、２１５''上のイメージ４１８の直径の比率（例えば、１未満）および／または複屈折ディスプレーサの長さおよび／または複屈折ディスプレーサによるビームの変位距離などの他のパラメータに基づく。

【0063】

一実施例において、受信導波管２２５ｂは、送信導波管２２３の直径ｗ_０の約５～１０倍の間隔２２１ｂを有し、より小さい距離（例えば、より小さい約５０ｍ未満）に位置したターゲットからリターンビーム２９１'を受信するのに使用される。より小さい距離に位置したターゲットの場合、往復時間がより短く、ファセット２４５ａは、図２ｆに示されたものよりも少ない程度で回転し、したがって、リターンビーム２９１'は、コリメート光学機器２２９に対してより小さい角度２２８だけ偏向する。しかし、より小さい距離に位置したターゲットの場合、受信導波管２２５ｂで最小ＳＮＲを達成するためにより大きいイメージ４１８が特定の量だけシフトされるかどうかについてのより広い許容度（Ｌａｔｉｔｕｄｅ）があるため、バイスタティックトランシーバー２１５上のリターンビーム２９１'のイメージ４１８（図４ｅ）の直径がより大きく、これにより間隔２２１ａの大きさおよび範囲がより大きい（例えば、精度減少である）。

【0064】

したがって、一実施例において、受信導波管２２５ａ、２２５ｂは、ビーム２０５''が固定された回転速度で角度範囲２２７にわたってスキャンされるとき、異なる距離のターゲットからリターンビーム２９１'を受信するのに使用できる。例示的な実施例において、導波管２２５ａは、角度範囲２２７の第１部分にわたってより長い距離に位置したターゲットからリターンビーム２９１'を受信し、導波管２２５ｂは、角度範囲２２７の第２部分にわたってより短い距離に位置したターゲットからリターンビーム２９１'を受信する。しかし、他の実施例において、ビーム２０５''が角度範囲２２７（例えば、約０ｍ～約２５０ｍ）にわたってスキャンされるとき、ターゲット距離の１つの値または値の範囲内において、ターゲットからリターンビーム２９１'を受信するために１つの受信導波管２２５ａまたは２２５ｂだけが使用される。

【0065】

一実施例において、システム２００''は、自由空間光学機器２２６を排除するため、受信導波管２２５ａは、受信経路２２４に沿って提供され、光ミキサ２８４に連結される。基準ビーム２０７ｂは、基準ビーム２０７ｂが光ミキサ２８４内で受信導波管２２５ａからのリターンビーム２９１'と結合されるように、ＬＯ経路２２０に沿って導波管内で送信される。複数の受信導波管２２５ａ、２２５ｂが提供される一実施例において、受信導波管２２５ｂが受信経路２２４に沿って提供され、それぞれの基準ビーム２０７ｂが受信導波管２２５ｂからのリターンビーム２９１'と結合されるそれぞれの光ミキサ２８４に連結されるように類似の配列が受信導波管２２５ｂに提供される。１つの受信導波管２２５ａがバイスタティックトランシーバー２１５にある一実施例において、１つの処理チャネル（例えば、ＬＯ経路に沿った１つの受信導波管、１つの光ミキサ、１つの導波管）のみが提供される。例示的な実施例において、図２ｉのシステム２００'''のバイスタティックトランシーバー２１５'の受信導波管２２５'のために１つの処理チャネルのみが提供される。しかし、２対以上の導波管－ここで導波管の各対は、図２ｉの送信導波管２２３'および受信導波管２２５'を含む－を含む導波管の線形アレイ（例えば、１次元線形アレイ）を示す図２ｋのシステム２００'''の受信導波管２２５ａ'、２２５ｂ'のために複数の処理チャネルが提供される。複数の受信導波管２２５ａ、２２５ｂが提供される他の実施例において、複数の処理チャネルが提供される。例示的な実施例において、図２ｊのシステム２００''''のバイスタティックトランシーバー２１５''の受信導波管２２５ａ'、２２５ｂ'のために複数の処理チャネルが提供される。この例示的な実施例において、複数の処理チャネルは、受信導波管２２５ａ'、２２５ｂ'の先端に受信された複数のリターンビームの直交線形偏光を処理するように構成される。また他の例示的な実施例において、バイスタティックトランシーバー２１５''は、線形アレイ（例えば、１次元アレイ）であり、したがって、複数の処理チャネルが提供され、１次元線形アレイの導波管のうち、複数の受信導波管に受信された複数のリターンビーム信号（例えば、直交線形偏光を有する）を同時に処理する。したがって、一実施例において、システム２００''、２００'''、２００''''は、受信導波管２２５の数と同じ数の処理チャネルを含む。一実施例において、これはリターンビーム２９１'が受信導波管２２５ａ、２２５ｂから非重畳期間に順次に受信されるため、獲得システム２４０および／または処理システム２５０は、リターンビーム２９１'を受信導波管２２５から順次の期間に応じて処理（例えば、第１時間周期にわたって受信導波管２２５ａからリターンビーム２９１'を処理し、第２期間にわたって受信導波管２２５ｂからリターンビーム２９１'を処理）するように構成される。獲得システム２４０および／または処理システム２５０は、システム２００'''、システム２００''''内に受信された複数のリターンビームを同時に処理するように構成される。
４．コヒーレントＬＩＤＡＲシステムパラメータ

【0066】

一実施例において、システム２００'のモノスタティックコヒーレントＬＩＤＡＲ性能は、いわゆる「リンクバジェット（Ｌｉｎｋ Ｂｕｄｇｅｔ）」にシステムパラメータを含むことによってモデリングされる。リンクバジェットは、様々なシステムおよびターゲットパラメータについて信号対雑音比（ＳＮＲ）の予想値を推定する。一実施例において、システム側におけるリンクバジェットは、出力光パワー、インティグレーションタイム、検出器特性、導波管連結における挿入損失、イメージングされたスポットとモノスタティック収集導波管との間のモード重畳および光トランシーバー特性のうち、１つ以上を含む。他の実施例において、ターゲット側におけるリンクバジェットは、大気特性（Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ）、ターゲット反射度およびターゲット距離のうち、１つ以上を含む。

【0067】

図４ａは、一実施例によってスキャニングなしの図２ｄのシステム２００'でリターンビーム２９１についての例示的な信号対雑音比（ＳＮＲ）対ターゲット距離を示すグラフである。他の実施例において、図４ａは、図２ａのシステム２００におけるリターンビーム２９１についてのＳＮＲ対ターゲット距離の一例を示す。水平軸４０２は、メートル（ｍ）単位のターゲット距離である。垂直軸４０４は、デシベル（ｄＢ）単位のＳＮＲである。曲線４１０は、ニアフィールド（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ）４０６とファーフィールド（Ｆａｒ Ｆｉｅｌｄ）に分割されたＳＮＲ対距離の値を示し、相対的に平坦な傾きを有する曲線４１０のニアフィールド４０６から負の傾き（例えば、約１０ｍ当たり－２０ｄＢ）を有する曲線４１０のファーフィールド４０８へ遷移する。リターンビーム２９１が通過する散乱する大気がターゲットまでの距離の２乗によって増加し、リターンビーム２９１を収集するための光導波管の先端２１７の表面積が固定されるため、ファーフィールド４０８におけるＳＮＲ減少は、「ｒ２乗（ｒ－ｓｑｕａｒｅ）」の損失によって支配される。図４ｂは、一実施例によってファーフィールド４０８におけるＳＮＲ曲線４１０の形状を駆動する１／ｒ２乗の損失を示す曲線４１１の一例を示すグラフである。水平軸４０２は、メートル（ｍ）単位の距離であり、垂直軸４０７は、単位のないパワー損失である。

【0068】

ニアフィールド４０６において、ＳＮＲの１次ドライバー（Ｄｒｉｖｅｒ）は、コリメート光学機器２２９によって先端２１７にフォーカシングされる前のコリメートされたリターンビーム２９１の直径である。図４ｃは、一実施例によってスキャニングなしの図２ｄのシステム２００'におけるリターンビーム２９１についてのコリメートされたビーム直径対距離の一例を示すグラフである。水平軸４０２は、メートル（ｍ）単位のターゲット距離であり、垂直軸４０５は、メートル（ｍ）単位のリターンビーム２９１の直径である。一実施例において、曲線４１４は、リターンビーム２９１が光導波管の先端２１７にフォーカシングされる以前にコリメート光学機器２２９に入射するコリメートされたリターンビーム２９１の直径を示す。曲線４１４は、コリメート光学機器２２９に入射するコリメートされたリターンビーム２９１の直径が増加するターゲット距離に応じて増加することを示す。

【0069】

一実施例において、ニアフィールド４０６におけるコリメートされたリターンビーム２９１の直径がより大きいターゲット距離で増加するにつれて、コリメート光学機器２２９によって先端２１７にフォーカシングされるリターンビーム２９１の直径は縮小する。図４ｄは、一実施例によってスキャニングなしの図２ｄのシステムから送信された信号についてのリターンビーム２９１の先端２１７における収集効率に関連するＳＮＲ対距離の一例を示すグラフである。水平軸４０２は、メートル（ｍ）単位のターゲット距離であり、垂直軸４０４は、デシベル（ｄＢ）単位のＳＮＲである。曲線４１６は、コリメート光学機器２２９によって先端２１７にフォーカシングされたリターンビーム２９１のニアフィールドＳＮＲをターゲット距離に基づいて示す。ニアフィールド４０６内の近い距離でコリメート光学機器２２９によって先端２１７にフォーカシングされたリターンビーム２９１のイメージ４１８ａは、単一モード光ファイバ先端２１７のコアサイズよりも十分に大きい。したがって、収集効率に関連するＳＮＲは、相対的に低い。ニアフィールド４０６内のより長い距離でコリメート光学機器２２９によって先端２１７にフォーカシングされたリターンビーム２９１のイメージ４１８ｂは、イメージ４１８ａよりもはるかに小さく、したがって、収集効率に起因するＳＮＲは、より長い距離で増加する。一実施例において、曲線４１６は、ニアフィールド４０６のＳＮＲがフォーカシングされたリターンビーム２９１のより長い距離で改善された収集効率に基づいて正の傾き（例えば、１０メートル当たり＋２０ｄＢ）を有することを示している。一実施例において、ニアフィールドＳＮＲにおけるこのような正の傾きは、「ｒ－２乗」の損失に起因する図４ｂで論議されたニアフィールドＳＮＲにおける負の傾きを相殺させ、したがって、ニアフィールド４０６における曲線４１０の相対的に平坦な領域につながる。図４ｄのＳＮＲ曲線４１６内の正の傾きは、ファーフィールド４０８まで延長されず、したがって、ファーフィールド４０８におけるＳＮＲ曲線４１０に示されたように、図４ｂの「ｒ－２乗」損失がファーフィールド４０８ＳＮＲを支配する。

【0070】

図４ａないし図４ｄに係る論議においては、リターンビーム２９１のＳＮＲをターゲット距離の関数として予想するが、図４ａないし図４ｄで予想されるＳＮＲは、モノスタティックコヒーレントＬＩＤＡＲシステム２００'についてのものであって、これはスキャニング光学機器２１８のスキャンレートを考慮しないため、スキャンされたモノスタティックコヒーレントＬＩＤＡＲシステム２００'の性能を完全に特徴化しない。以下、図４ｅないし図４ｇは、ビーム２０５''が０よりも大きいスキャンレートでスキャンされるバイスタティックコヒーレントＬＩＤＡＲシステム２００''の側面で論議される。一実施例において、リターンビーム２９１'の往復移動遅延によって、ビームがスキャニング光学機器２１８（例えば、ポリゴンスキャナ２４４）によってスキャンされているときに、リターンビーム２９１'の受信モードは、送信されたビーム２０５'の送信されたモードから左右にシフトするか、または「離脱（Ｗａｌｋ Ｏｆｆ）」するであろう。一実施例において、リターンビーム２９１'は、送信されたビーム２０５'に対して角度２２８に偏向し、コリメート光学機器２２９は、側方向シフトまたは「離脱」が間隔２２１ａに対応するか、または間隔２２１ａのしきい値内にある場合、受信導波管２２５ａの先端２１７へリターンビーム２９１'をフォーカシングする。一実施例において、しきい値は、受信導波管２２５の先端２１７上のリターンビーム２９１'のイメージの直径の最大比率（例えば、１より小さい比率）である。一実施例において、離脱は、リターンビーム２９１'のイメージ４１８と受信導波管２２５との重なりが最適な収集効率につながるようにすることが必要であり、例えば、離脱は、イメージ４１８の中心が受信導波管２２５の先端２１７の±１０％以内になるように提供される。図４ｅは、一実施例によって図２ｅのシステム２００''における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、ターゲット距離であり、垂直軸４２２は、スキャニング光学機器２１８を用いたビームのスキャン速度である。図４ｅに示されたように、フォーカシングされたリターンビーム２９１のイメージ４１８ａが送信導波管２２３の先端２１７に集中して短いターゲット距離でビーム離脱がないことを示し、フォーカシングされたリターンビーム２９１のイメージ４１８ｂも送信導波管２２３の先端２１７に集中し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、ビームがスキャンされないとき（下部行）においては、ビーム離脱はない。一実施例において、ビーム２９１'は、受信導波管２２５の先端２１７にまたはその近くに集中されず、および／またはビーム離脱がほとんどまたは全くないため、ビーム離脱は、送信導波管２２３と受信導波管２２５との間の間隔２２１のしきい値内にない。その結果、バイスタティックトランシーバーシステム２００''についての最適な配列ではない。図４ｅに示されたように、イメージ４１８ａの直径は、間隔２２１よりも大きいため、リターンビーム２９１'のイメージ４１８ａは、受信導波管２２５の先端２１７と部分的に重なる。その結果、リターンビーム２９１'の一部がより短いターゲット距離で受信導波管２２５の先端２１７に受信されるため、ビーム２０５''がスキャンされない場合でも信号対雑音比ＳＮＲは、０よりも大きい。さらに、図４ｅに示されたように、イメージ４１８ｂの直径は、間隔２２１よりも小さいか、またはほぼ同じであるため、リターンビーム２９１'のイメージ４１８ｂは、より長いターゲット距離に対して受信導波管２２５の先端２１７と重畳していないことがある。結局、ビーム２０５''がスキャンされないとき、より長いターゲット距離で受信導波管２２５の先端にリターンビーム２９１'がほとんど受信されないか、または全く受信されない。

【0071】

ビーム２０５''が中間スキャン速度でスキャンされるとき（図４ｅの中間行）、短いターゲット距離についてフォーカシングされたリターンビーム２９１'のイメージ４１８ａと送信導波管２２３の先端２１７との間で中間ビーム離脱４１９ａが観察され、遠いターゲット距離についてフォーカシングされたリターンビーム２９１'のイメージ４１８ｂと送信導波管２２３の先端２１７との間でより大きいビーム離脱４１９ｂが観察される。ビーム離脱４１９ｂは、より小さいターゲット距離についてのビーム離脱４１９ａよりも大きいターゲット距離についてより大きいが、リターンビーム２９１'は、受信導波管２２５上のイメージ４１８ａのはるかに大きい直径によってより小さいターゲット距離でより高いＳＮＲを有する。離脱４１９ｂは、イメージ４１８ｂの直径の比より小さいため、これは、遠いターゲット距離についてのバイスタティックトランシーバーシステム２００''についての最適の配列ではない。しかし、一部の実施例において、間隔２２１は、ポリゴンスキャナ２４４が中間スキャン速度で回転するときに、受信導波管２２５ａが短い距離でリターンビーム２９１'を受信するように構成されるように離脱４１９ａに基づいて選択されるが、これは、短いターゲット距離についてのイメージ４１８ａの増加した直径は、小さな離脱４１９ａにもかかわらず、リターンビーム２９１'のＳＮＲがＳＮＲしきい値よりも大きくなる可能性があるためである。

【0072】

ビーム２０５''が高いスキャン速度でスキャンされるとき（図４ｅの上部行）、中間スキャン速度のビーム離脱４１９ａを超過するビーム離脱４２１ａが短い距離で観察され、中間スキャン速度のビーム離脱４１９ｂを超過するビーム離脱４２１ｂ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につれて増加する。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、その間に、イメージ４１８ａ、４ｌ８ｂが送信導波管２２３の先端２１７から遠くシフトされる。したがって、モード重畳のモデルは、この離脱を適切に説明する。一実施例において、このようなモデルは、ビーム離脱４１９、４２１をイメージ４１８の直径に基づいて（例えば、イメージ４１８の直径の半分よりも大きくないように）制限しなければならず、したがって、より短いターゲット距離のターゲット４１８ａについて、ビーム離脱４１９、４２１の許容可能な範囲についてのより広い許容度が存在する。一実施例において、ポリゴンスキャナ２４４が固定された最適のスキャン速度で設定でき、より短い距離のターゲットからのリターンされたビーム２９１'が受信導波管２２５ｂに偏向し、より長い距離のターゲットからリターンされたビーム２９１'が受信導波管２２５ａに偏向するように、間隔２２１ｂは、ビーム離脱４２１ａに基づいて調整され、間隔２２１ａは、ビーム離脱４２１ｂに基づいて調整される。この例示的な実施例において、ビーム離脱４２１ａは、間隔２２１ａのしきい値内にあり、ビーム離脱４２１ｂは、間隔２２１ｂのしきい値内にある。一部の実施例において、図４ｅに示されるものと同様のビーム離脱は、図２ｉのシステム２００'''および／または図２ｊのシステム２００''''における様々なターゲット距離、スキャン速度、複屈折ディスプレーサの長さおよび／または変位したビーム距離について生成し得る。

【0073】

図４ｆは、一実施例によって図２ｅのシステム２００''における様々なスキャンレート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４０２は、メートル（ｍ）単位のターゲット距離であり、垂直軸４３０は、単位がないカップリング効率である。一実施例において、カップリング効率は、間隔２２１とビーム離脱４１９、４２１との間の差および／またはイメージ４１８の直径に反比例する（例えば、より大きい直径の場合、間隔２２１とビーム離脱４１９、４２１との間の差でより広い許容度を有し、より小さい直径の場合、当該差でより狭い許容度をが有する）。第１曲線４３２ａは、ビーム２０５'のスキャニングがないことに基づいてモノスタティックシステム２００'の光ファイバの先端２１７にフォーカシングされたリターンビーム２９１の様々なターゲット距離について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、一定の状態を維持される。第２曲線４３２ｃは、ビームの中間スキャンレートに基づいて受信導波管２２５の先端２１７にフォーカシングされたリターンビーム２９１'の様々なターゲット距離について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におけるカップリング効率は、高いターゲット距離（例えば、約４５０ｍ）でピークに到逹した後、前記高いターゲット距離上下のターゲット距離について減少する。第３曲線４３２ｂは、ビームの高いスキャンレートに基づいて受信導波管２２５の先端２１７にフォーカシングされたリターンビーム２９１'のカップリング効率を様々なターゲット距離について示す。一実施例において、高いスキャンレートのカップリング効率は、中間ターゲット距離（例えば、約１８０ｍ）でピークに到逹した後、ターゲット距離が増加するにつれて減少する。第４曲線４３２ｄは、ビームのスキャニングがないとき、様々なターゲット距離についての受信導波管２２５の先端２１７にフォーカシングされたリターンビーム２９１'のカップリング効率を示す。ビームのスキャニングがないと、リターンビーム２９１'が送信導波管２２３（図４ｅの下部行）に中心整列するため、カップリング効率は、ターゲット距離の全体にわたって約０である。結果的に、ビーム２０５''のスキャニングがない場合は、バイスタティックＬＩＤＡＲシステム２００''についての有利な動作モードではない。一部の実施例において、図４ｆに示されたものと同様のカップリング効率は、図２ｉのシステム２００'''および／または図２ｊのシステム２００''''における様々なターゲット範囲、スキャン速度、複屈折ディスプレーサの長さおよび／または変位したビーム距離について生成し得る。

【0074】

図４ｆにおける曲線に基づいて、スキャニングがなければ、受信導波管２２５へのカップリング効率がほとんどまたは全く発生しないため、バイスタティックＬＩＤＡＲシステム２００''について最適ではない。また、スキャン速度が遅すぎると、広いターゲット距離（例えば、<３００ｍ）内で見られない。この場合に、フォーカシングされたリターンビーム２９１'のイメージ４１８ｂのビーム離脱４１９ｂは、非常に長いターゲット距離（例えば、３００ｍ以上）でのみ間隔２２１に接近する。結果的に、少なくともこのような非常に長い距離よりも短い距離を有するターゲット（例えば、距離が<３００ｍであるターゲットの場合）についてのリターンビーム２９１'のデータをキャプチャするためにバイスタティックＬＩＤＡＲシステム２００''を遅いスキャン速度で作動させることは、最適ではない。また、図４ｆは、最適の速度（例えば、曲線４３２ｂ）のスキャニングは、広いターゲット距離（例えば、約１００～約３００ｍ）内に位置したターゲットを見られるようにすることを例示する。これは、ビーム離脱４２１ｂが間隔２２１のしきい値内にあることに基づく。例示的な一実施例において、中間スキャン速度は、約１、０００度／秒ないし約２、０００度／秒の範囲内にあり、最適のスキャン速度は、約４、０００度／秒から約７、０００度／秒までの範囲内にある。

【0075】

図４ｇは、一実施例によって図２ｅのシステム２００''における様々なスキャンレートについてのＳＮＲ対ターゲット距離の一例を示すグラフである。水平軸４０２は、メートル（ｍ）単位のターゲット距離であり、垂直軸４０４は、デシベル（ｄＢ）単位のＳＮＲである。第１曲線４４０ｄは、ビームがスキャンされない場合に、受信導波管２２５の先端２１７にフォーカシングされたリターンビーム２９１'のＳＮＲをターゲット距離に基づいて示す。ビームがスキャンされないときにビーム離脱はないが、フォーカシングされたリターンビーム２９１'のイメージ４１８ａは、受信導波管２２５の先端２１７と部分的に重畳し（図４ｅの下部行）、したがって、ＳＮＲは、０よりも大きく、イメージ４１８ａの直径が比較的大きいため、ＳＮＲしきい値４４２よりも大きいことがある。さらに、ビームが長いターゲット距離についてスキャンされないときに（図４ｅの下部行）、フォーカシングされたリターンビーム２９１'のイメージ４１８ｂの直径は、より短いターゲット距離よりもはるかに小さく、受信導波管２２５の先端２１７と重畳していない。したがって、一部のターゲット距離（例えば、９０ｍ）を超えると、曲線４４０ｄのＳＮＲは、０に近づく。

【0076】

第２曲線４４０ｂは、ビームが中間スキャンレートでスキャンされる場合に、受信導波管２２５の先端２１７にフォーカシングされたリターンビーム２９１'のＳＮＲをターゲット距離に基づいて示す。例示的な実施例において、低いスキャンレートは、約２、５００度／秒であるか、約１、０００度／秒ないし約４、０００度／秒の範囲または約５００度／秒ないし約５、０００度／秒の範囲内にある。第３曲線４４０ｃは、最適のスキャンレートでビームがスキャンされる場合に、受信導波管２２５の先端２１７にフォーカシングされたリターンビーム２９１'のＳＮＲをターゲット距離に基づいて示す。例示的な実施例において、最適のスキャンレートは、約５、５００度／秒であるか、約４、０００度／秒ないし約７、０００度／秒の範囲または約３、０００度／秒ないし約８、０００度／秒の範囲内にある。一実施例において、低いスキャンレートおよび最適のスキャンレートは、システム２００''のビームの大きさおよび／または間隔２２１および／または目標を含むシステム２００''の１つ以上のパラメータに基づく。例示的な実施例において、前述した低いスキャンレートと最適のスキャンレートの数値の範囲は、約４００メートル（ｍ）の最大ターゲット距離までイメージをスキャンするために使用される約１センチメートル（ｃｍ）の直径を有するコリメートされたビームに基づく。

【0077】

最終的に、ビーム離脱４１９、４２１と間隔２２１との間の差は、コヒーレントバイスタティックＬＩＤＡＲシステム２００''におけるＳＮＲの重要な抑制者（Ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ）であり、および／または特定ターゲット距離についてのイメージ４１８の直径は、しきい値ＳＮＲを達成するための前記差の許容誤差または精度を示す。一実施例において、バイスタティックシステム２００''におけるビームのスキャンレートは、角度範囲および結果的なターゲット距離にわたって固定されたスキャンレート（例えば、ポリゴンスキャナ２４４の角速度２４９の固定された速度）に設定され、ここで固定スキャンレートは、固定スキャンレートの連関するＳＮＲがターゲット距離にわたってＳＮＲしきい値より高いように選択される。先に議論されたように、図４ｇのＳＮＲ曲線は、システム２００'''（図２ｉ）およびシステム２００''''（図２ｊ）で受信導波管の先端に受信されたリターンビームに対して生成できる。一実施例において、本明細書で論じた方法と同様の方法は、（例えば、関連するＳＮＲ曲線がターゲット距離にわたってＳＮＲしきい値よりも高いスキャンレートで設定された）このようなシステムにおいて、スキャニング光学機器の固定されたスキャンレートを決定するためにＳＮＲ曲線とともに使用できる。従来のコヒーレントＬＩＤＡＲシステムにおいて、これはスキャン軌跡４６０にわたってビームをスキャンするのに使用される相対的に低い固定されたスキャンレートをもたらし、これは図４ｈに示されたように、隣接するスキャンの間に大きなギャップ４６２をもたらす。スキャン速度の制限は、ビーム軌跡４６０に沿って稠密なサンプリングにつながる。ビームが少ない数のかなり大きなフィールド（例えば、いずれの次元で数十倍の度）にわたってスキャンされるとき、ビーム軌跡４６０は、角度範囲に大きなギャップ４６２を残す。これは大きなギャップ４６２に位置したターゲットが検出されないため、理想的ではない。長方形サンプリングの「正方形グリッド」は、達成されない。代わりに、スキャン軌跡４６０に沿うサンプリングと１０：１より大きいことがある軌跡４６０との間のギャップ４６２の間に非対称が観察される。この問題を念頭に置いて、本開示内容の発明者は、固定されたビームスキャン速度を最大化し、この概念についての効率的なハードウェアソルーション（例えば、ポリゴンスキャナ２４４）を提供するもののうち、１つ以上を含む様々の補完ソルーションを開発した。

【0078】

ビームのスキャンレートに加えて、リターンビーム２９１'のＳＮＲは、獲得システム２４０および／または処理システム２５０がリターンビーム２９１'をサンプリングして処理するインティグレーションタイムによって影響を受ける。一部の実施例において、ビームは、離散角度（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ａｎｇｌｅｓ）の間にスキャンされ、それぞれの離散角度におけるそれぞれのインティグレーションタイムの間、角度範囲２２７内の離散角度で固定された状態またはほとんど固定された状態に維持される。他の実施例において、ビームは、（例えば、ポリゴンスキャナ２４４を用いて）角度範囲２２７の全体にわたって固定されたスキャンレートでスキャンされる。リターンビーム２９１'のＳＮＲは、インティグレーションタイムおよび／またはターゲット距離および／またはスキャンレートおよび／または間隔２２１の値によって影響を受ける。したがって、より長いターゲット距離からリターンビーム２９１'について同じＳＮＲを達成するためにより長いインティグレーションタイムが必要である。

【0079】

図４ｉは、一実施例によって図２ｅのシステム２００''における様々なインティグレーションタイムについてのＳＮＲ対ターゲット距離の一例を示すグラフである。水平軸４０２は、メートル（ｍ）単位のターゲット距離であり、垂直軸４０４は、デシベル（ｄＢ）単位のＳＮＲである。第１曲線４５０ａは、ターゲット距離にわたるリターンビーム２９１'のＳＮＲ値を表し、ここでシステム２００''は、第１インティグレーションタイム（例えば、３．２μｓ）に設定される。第２曲線４５０ｂは、ターゲット距離にわたるリターンビーム２９１'のＳＮＲ値を表し、ここでシステム２００''は、第２インティグレーションタイム（例えば、例えば、１．６μｓ）に設定される。第３曲線４５０ｃは、ターゲット距離にわたるリターンビーム２９１'のＳＮＲ値を表し、ここでシステム２００''は、第３インティグレーションタイム（例えば、８００ｎｓ）に設定される。第４曲線４５０ｄは、ターゲット距離にわたるリターンビーム２９１'のＳＮＲ値を表し、ここでシステム２００''は、第４インティグレーションタイム（例えば、４００ｎｓ）に設定される。曲線４５０は、固定されたターゲット距離についてインティグレーションタイムの増加と共に増加したＳＮＲが達成されることを示す。さらに、曲線４５０は、固定されたインティグレーションタイムについて、リターンビーム２９１のＳＮＲが以前に論じた理由で距離の増加と共に減少することを示す。一実施例において、固定されたインティグレーションタイムに関連するＳＮＲがターゲット距離にわたるＳＮＲしきい値４５２を超えるように、角度の範囲２２７および結果的なターゲット距離におけるスキャニングのために固定されたインティグレーションタイム（例えば、１．６μｓ）が選択される。他の実施例は、それぞれの角度におけるターゲット距離を用いて角度の範囲２２７内のそれぞれの角度におけるインティグレーションタイムを最小化し、角度の範囲２２７にわたってインティグレーションタイムを最小化することを含む。図４ｊは、一実施例によって図２ｅのシステム２００''における測定速度（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｒａｔｅ）対ターゲット距離の一例を示すグラフである。水平軸４０２は、メートル（ｍ）単位のターゲット距離であり、垂直軸４７４は、毎秒許容可能な測定回数単位の単位時間当たり許容可能な測定回数である。曲線４７６は、それぞれのターゲット距離における毎秒許容可能な測定回数を表す。一実施例において、曲線４７６は、インティグレーションタイムの逆数、例えば、毎秒それぞれのターゲット距離で検出できるリターンビーム２９１'の数を示し、インティグレーションタイムは、それぞれのターゲット距離でリターンビーム２９１'を処理するのにどれくらいかかるかを示す。また、曲線４７８が提供され、これはそれぞれのターゲット距離における毎秒許容可能な測定回数の良い目標である。曲線４７８は、与えられたアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）レートに対する２の累乗間隔に基づく。曲線４７８は、デジタル化されたサンプルの数が２の累乗であるとき、このような長さ信号についての高速フーリエ変換がより効率的であるため、毎秒許容可能な測定回数の良い目標を示す。曲線４５０は、限定されるものではないが、導波管間隔２２１、送信された信号２０５'の電力およびコリメート光学機器２２９の焦点距離を含む１つ以上のシステム２００''システムパラメータに基づいて変化する。一実施例において、図４ｉの曲線４５０と同様の曲線がシステム２００'''（図２ｉ）およびシステム２００''''（図２ｊ）で受信導波管の先端に受信されたリターンビームのインティグレーションタイムについて生成され得る。ここで論じた方法と同様の方法が、固定されたインティグレーションタイム、例えば、ターゲット距離にわたってＳＮＲしきい値を超える曲線のインティグレーションタイムの値を決定するように使用できる。
５．バイスタティックＬＩＤＡＲシステムのための自由空間光学機器

【0080】

図２ｇおよび図２ｈは、一実施例によってモノスタティックＬＩＤＡＲシステムの例示的なコンポネントの上面図を示すブロック図である。図２ｇおよび図２ｈに示されたモノスタティックＬＩＤＡＲシステムは、ここで議論される特徴を除いて図２ｄのシステムと同様である。図２ｄのシステムとは異なり、図２ｇおよび図２ｈのシステム２０７、２０９の送信経路２２２'および受信経路２２４'は、直交指向を有する偏光維持（ＰＭ）導波管である。また、図２ｇのモノスタティックＬＩＤＡＲシステム２０７は、（図２ｄの自由空間光学機器２２６の代わりに）自由空間光学機器２２６'およびコリメート光学機器２２９とターゲット２９２との間に位置した１／４波長板２１１を含む。一部の実施例において、自由空間光学機器２２６'は、光アイソレータ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｓｏｌａｔｏｒ）または偏光ビームスプリッタ／結合器であり得るが、これらに限定されるものではない。自由空間光学機器２２６'（例えば、偏光ビームスプリッタ／結合器）は、第１線形偏光（例えば、垂直線形偏光）で送信経路２２２'からのビームを偏光させ、これは、モノスタティック光ファイバの先端２１７から出力される。次に、コリメート光学機器２２９は、第１線形偏光でビームをコリメートし、その後、１／４波長板２１１がビームの第１線形偏光を第１円偏光（例えば、右側円偏光）に変換する。次に、ビームは、第１円偏光の方向とは反対の第２円偏光（例えば、左側円偏光）への位相変化を引き起こすターゲット２９２から反射される。次に、コリメート光学機器２２９は、このリターンビームをモノスタティック光ファイバの先端２１７にフォーカシングさせる。次に、自由空間光学機器２２６'は、第２円偏光を送信ビームの第１線形偏光に直交する第２線形偏光（例えば、水平線形偏光）に変換することによってビームを偏光させる。受信経路２２４'のＰＭ光ファイバは、第２線形偏光と整列しており、第２線形偏光を有するリターンビームは、受信経路２２４'のＰＭ光ファイバでのみ受信され、送信経路２２２'のＰＭ光ファイバでは受信されないが、これは第２線形偏光に直交状態に整列しているためである。

【0081】

図２ｈのシステム２０９は、図２ｈのシステム２０９が自由空間光学機器２２６を特徴としており、１／４波長板２１１を排除することを除いて、図２ｇのシステム２０７と同様の方式で動作する。一部の実施例において、図２ｈの自由空間光学機器２２６は、光ファイバ結合のサーキュレータであり得るが、これに限定されるものではない。一部の実施例において、図２ｈの自由空間光学機器２２６（例えば、光ファイバ結合のサーキュレータ）は、第１ポート（例えば、送信経路２２２'導波管）から第２ポート（例えば、導波管の先端２１７）への一方向にのみ移動を許容し、第２ポートから第１ポートへの反対方向に移動することは許容しないように設計される。同様に、自由空間光学機器２２６（例えば、光ファイバ結合のサーキュレータ）は、第２ポート（例えば、導波管の先端２１７）から第３ポート（例えば、受信経路２２４'導波管）への一方向にのみ移動を許容し、第３ポートから第２ポートへの反対方向に移動することは許容しないように設計される。これは、送信経路２２２'導波管からの送信ビームが導波管の先端２１７からのみ送信され、導波管の先端２１７から受信されたリターンビームが受信経路２２４'導波管でのみ受信されることを保証する。

【0082】

本開示内容の発明者は、図２ｇおよび図２ｈのシステムが、送信および受信モードがモノスタティック光ファイバ内で分離されるモノスタティックＬＩＤＡＲシステムのために特別に設計されることに注目した。したがって、これらのシステムは、光ファイバアレイまたはバイスタティックトランシーバー内に空間的に分離された送信および受信導波管があるバイスタティックＬＩＤＡＲシステムにおける送信および受信モードの空間的分離のためのメカニズムを提供しない。さらに、本開示内容の発明者は、図２ｇのシステムが偏光変換光学機器（例えば、１／４波長板２１１）をコリメート光学機器２２９の越しに配置することを必要とするため、ＬＩＤＡＲシステムにより近接した自由空間光学機器を便利に採用した配列を設計することがより有利であることを認識した。例えば、自由空間光学機器をＬＩＤＡＲシステムにより近接して配置すると、バイスタティックＬＩＤＡＲシステムの動作中に比べ、送信および受信モードの必須整列をより容易に維持できる長所がある。他の例において、ＬＩＤＡＲシステムにより近接した自由空間光学機器の配置は、ビームがコリメートされたビームに比べて導波管の先端の近くではるかに小さいため、より小さい（例えば、より安価な）コンポネントを使用することを含む長所がある。また、コリメート光学機器の他側にサーキュレータを使用するには、整列許容誤差を維持することがより難しい受信モードの角度オフセットを生成するために複屈折ウェッジ（Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ Ｗｅｄｇｅｓ）を使用しなければならない。

【0083】

図２ｉは、一実施例によってバイスタティックＬＩＤＡＲシステム２００'''の例示的なコンポネントの上面図を示すブロック図である。一実施例において、バイスタティックＬＩＤＡＲシステム２００'''は、本明細書で議論された特徴を除いては、バイスタティックＬＩＤＡＲシステム２００''と同様である。一実施例において、システム２００'''は、送信導波管２２３'および間隔２２１だけ送信導波管２２３'から離隔した受信導波管２２５'を含む一対の導波管を含む光ファイバアレイまたはバイスタティックトランシーバー２１５'を含む。例示的な実施例において、間隔２２１は、約１２７μｍまたは約１００μｍ～約１５０μｍの範囲および／または約５０μｍ～約３００μｍの範囲にある。一実施例において、バイスタティックトランシーバー２１５'は、導波管の（例えば、１次元または２次元の）線形アレイである。例示的な実施例において、バイスタティックトランシーバー２１５'は、フォトリソグラフィ技術によって定義された並列光ファイバ間のサブミクロン整列許容誤差を有する標準通信コンポネントである。一実施例において、送信導波管２２３'および／または受信導波管２２５'は、偏光維持（ＰＭ）導波管または光ファイバである。例示的な実施例において、送信導波管２２３'および受信導波管２２５'は、直交指向を有するＰＭ光ファイバである（例えば、送信導波管２２３'は、垂直指向を有するＰＭ光ファイバであり、受信導波管２２５'は、水平指向を有するＰＭ光ファイバであるか、またはその逆である）。この実施例において、送信導波管２２３'の先端から送信されたビーム２０５'は、例えば、送信導波管２２３'のＰＭ光ファイバに対応する第１線形偏光２５２（例えば、垂直線形偏光）で偏光される。さらに、この実施例において、受信導波管２２５'の先端で受信されたリターンビーム２９１'は、例えば、受信導波管２２５'のＰＭ光ファイバに対応し、第１線形偏光に直交する第２線形偏光２５４（例えば、水平線形偏光）で偏光される。

【0084】

一実施例において、バイスタティックＬＩＤＡＲシステム２００'''は、第１線形偏光２５２（例えば、垂直線形偏光）にビームを変位させることなく、ビームの方向に直交する距離２６４だけ第１線形偏光に直交する第２線形偏光２５４（例えば、水平線形偏光）にビームを変位させる自由空間光学機器２６０（例えば、複屈折ディスプレーサ）を含む。一実施例において、距離２６４は、ビームが横断する自由空間光学機器２６０の長さ２６２および／または自由空間光学機器２６０の材料に基づく。例示的な実施例において、自由空間光学機器２６０は、方解石、ＹＶＯ_４、αＢＢＯまたは金紅石（Ｒｕｔｉｌｅ）のような任意の複屈折材料で製造される。他の例示的な実施例において、自由空間光学機器２６０は、長さ２６２について約±０．０１ミリメートル（ｍｍ）および／または結晶軸および表面角度について±０．１度の精密製造公差を有する。これは変位距離２６４についてミクロンレベルの許容誤差を許容する。この説明の目的上、「表面角度」は、入射ビームおよび出射ビームについての複屈折ディスプレーサの入力および出力表面の任意の傾斜角度を意味する。さらに、この説明の目的上、「結晶軸」は、変位（例えば、図２ｉの変位２６４）の方向を定義する複屈折ディスプレーサの結晶のｃ－軸（例えば、光軸）であり、ビームについてのその角度（例えば、図２ｉの角度２５９）は、離脱角度を計算するために使用される。例示的な実施例において、一例における変位平面の角度（例えば、図２ｉの平面における角度２５９）は、ビームの方向（例えば、図２ｉの自由空間光学機器２６０に入射されるリターンビーム２９１'の方向）について約４５度である。材料のタイプは、正または負の複屈折を表すため、結晶軸の方向は、材料によって異なる。図２ｉの例示的な実施例において、自由空間光学機器２６０は、ＹＶＯ_４材料（例えば、正の複屈折性）で製造され、左側下端から右側上端へ（方向ではない）約４５度の角度で図２ｉの平面で光軸を有する。他の例示的な実施例において、αＢＢＯ材料（例えば、負の複屈折性）で製造されたディスプレーサは、図２ｉの平面で上部左側から下部右側に角をなす光軸を有する。偏向角度（例えば、離脱角度）は、数式６に定義されている。

【0085】

一実施例において、送信導波管２２３'から送信された第１線形偏光２５２を有するビーム２０５'は、自由空間光学機器２６０に入射する。自由空間光学機器２６０は、第１線形偏光２５２を有する入射ビームを変位させないため、送信されたビーム２０５'は、変位を受けずに自由空間光学機器２６０を通過する。次に、送信されたビーム２０５'は、送信されたビーム２０５'の直交フィールドコンポネント間の相対位相を調整するように偏光変換光学機器に入射される。一実施例において、偏光変換光学機器は、送信されたビーム２０５'の第１線形偏光２５２を第１方向（例えば、時計回り）を有する第１円偏光２５６に調整する１／４波長板２１１である。例示的な実施例において、１／４波長板は、石英で製造され、自由空間光学機器２６０の変位軸について約４５度に指向される。

【0086】

次に、第１円偏光２５６を有する送信されたビーム２０５'は、コリメート光学機器２２９によってコリメートされ、および／またはスキャニング光学機器２１８によってスキャンされる。一部の実施例において、スキャニング光学機器２１８は、省略され、送信されたビーム２０５'は、コリメート光学機器２２９によってコリメートされる。例示的な実施例において、コリメート光学機器２２９は、研削および研磨またはモールディングによって製造することができる非球面レンズである。他の例示的な実施例において、コリメート光学機器２２９は、単一または多重要素（例えば、二重、三重要素など）の球面レンズである。図２ｉに示されたように、自由空間光学機器２６０（例えば、複屈折ディスプレーサ）および偏光変換光学機器（例えば、１／４波長板２１１）は、バイスタティックトランシーバー２１５'とコリメート光学機器２２９との間に位置し、これは１／４波長板２１１がモノスタティック導波管の先端２１７からコリメート光学機器２２９の遠方に位置する図２ｇのモノスタティックシステム２０７と区別される。

【0087】

一実施例において、コリメート光学機器２２９および／またはスキャニング光学機器２１８は、送信されたビーム２０５'をターゲット２９２に指向する。ここで、ターゲット２９２からのリターンビーム２９１'の反射は、第１円偏光２５６から第１円偏光２５６の第１方向と反対の第２方向（例えば、反時計回り）を有する第２円偏光２５８への位相変化を引き起こす。コリメート光学機器２２９および／またはスキャニング光学機器２１８は、第２円偏光２５８のリターンビーム２９１'を１／４波長板２１１に指向し、１／４波長板は、第２円偏光２５８を送信されたビーム２０５'の第１線形偏光２５２に直交する第２線形偏光２５４に調整する。

【0088】

一実施例において、第２線形偏光２５４のリターンビーム２９１'は、自由空間光学機器２６０（例えば、複屈折ディスプレーサ）に入射される。自由空間光学機器２６０は、第２線形偏光２５４の入射ビームを変位させるため、リターンビーム２９１'は、リターンビーム２９１'が自由空間光学機器２６０を通過するときに、リターンビーム２９１'の進行方向に直交する方向に距離２６４だけ変位する。一実施例において、自由空間光学機器２６０の長さ２６２および／または自由空間光学機器２６０の材料は、距離２６４が送信導波管２２３'と受信導波管２２５'との間隔２２１に基づいて調整されるように選択される。例示的な実施例において、自由空間光学機器２６０の長さ２６２および／または材料は、距離２６４が間隔２２１と（例えば、±２％または±５％以内で）ほぼ同じように選択される。他の例示的な実施例において、自由空間光学機器２６０の材料は、イットリウムオルソバナデート（ＹＶＯ_４）およびその結晶指向を有するように選択され、長さ２６２は、距離２６４が間隔２２１にほぼ同じように大きさが決定される。

【0089】

図２ｉに示されたように、リターンビーム２９１'が距離２６４だけ変位した後、リターンビーム２９１'は、受信導波管２２５'の先端と整列してその先端から受信される。例示的な実施例において、約１．２デシベル（ｄＢ）未満の典型的な結合損失が達成され得る。一実施例において、リターンビーム２９１'は、以降、検出器アレイ２３０内の１つ以上の光ミキサ２８４を使用して基準ビーム２０７ｂ、またはＬＯ信号と結合される。一実施例において、リターンビーム２９１'は、有利には、送信されたビーム２０５'の線形偏光２５２に直交する線形偏光２５４を有し、したがって、リターンビーム２９１'の処理は、他のバイスタティックシステムから得られないターゲット２９２に関する追加データを（例えば、リターンビーム２９１'の線形偏光２５４を使用して）提供し得る。排他的ではなく一般的に、天然材料は、散乱の際に偏光が除去される傾向があるが、塗布された金属を含む人工材料は、偏光をよりよく維持する傾向がある。処理ステップ中に獲得されたリターンビーム２９１'の偏光特性は、オブジェクトを類似の形状のオブジェクトから区別かつ識別するのに使用できる。例示的な実施例において、防衛または商業用の空中および地上の静的および移動プラットフォームについてのターゲット識別アプリケーションは、偏光情報から利益を得られる。

【0090】

図２ｉは、バイスタティックトランシーバー２１５'がアレイ（例えば、１次元アレイ）に配列された１つの送信導波管２２３'および１つの受信導波管２２５'を含む１対の導波管を含む一実施例を示すが、他の実施例において、バイスタティックトランシーバー２１５'は、２対以上の導波管を含む。図２ｋは、一実施例によるバイスタティックＬＩＤＡＲシステム２００'''の例示的なコンポネントの上面図を示すブロック図である。図２ｋのバイスタティックトランシーバー２１５'は、２つ以上の送信導波管２２３ａ'、２２３ｂ'および２つ以上の受信導波管２２５ａ'を含むが、それぞれの送信導波管２２３ａ'、２２５ｂ'に隣接して受信導波管２２５ａ'、２２５ｂ'を有するアレイ（例えば、１次元アレイ）に配列された２対以上の導波管を特徴とする。図２ｋに示されたように、一実施例において、送信されたビーム２０５ａ'、２０５ｂ'は、並列または直列に送信導波管２２３ａ'、２２３ｂ'の先端から出力される。図２ｋにさらに示されたように、一実施例において、リターンビーム２９１ａ'、２９１ｂ'は、並列または直列に受信導波管２２５ａ'、２２５ｂ'の先端で受信される。例示的な実施例において、送信導波管２２３ａ'、２２３ｂ'の先端から出力された送信されたビーム２０５ａ'、２０５ｂ'は、角度離隔した送信ビームのファン（Ｆａｎ）を形成し、受信導波管２２５ａ'、２２５ｂ'の先端から受信されたリターンビーム２９１ａ'、２９１ｂ'は、角度離隔したリターンビームのファンを形成する。図２ｋに示されたように、一実施例において、単一自由空間光学機器２６０（例えば、単一複屈折ディスプレーサ）および偏光変換光学機器（例えば、１／４波長板２１１）がバイスタティックトランシーバー２１５'から多重ビームを形成するのに使用され、これは、送信および受信導波管の各対について個別ビーム－形成光学機器が使用される既存のバイスタティックシステムと比較して長所を提供する。

【0091】

図２ｊは、一実施例によるバイスタティックＬＩＤＡＲシステム２００''''の例示的なコンポネントの上面図を示すブロック図である。システム２００''''は、ここで議論された特徴を除いて、図２ｉのシステム２００'''と同様である。一実施例において、図２ｊの光ファイバアレイまたはバイスタティックトランシーバー２１５''は、送信導波管２２３、第１間隔２２１ａだけ送信導波管２２３の第１側面から離隔した第１受信導波管２２５ａ'、および第２間隔２２１ｂだけ送信導波管２２３ｂの第２側面から離隔した第２受信導波管２２５ｂ'を含む導波管（例えば、３つ）のグループを含む。一実施例において、バイスタティックトランシーバー２１５''の導波管は、１次元アレイまたは２次元アレイに配置される。一実施例において、２次元アレイは、１次元アレイの隣接積層と一致する導波管配列に基づく。一部の実施例において、第１間隔２２１ａは、第２間隔２２１ｂとほぼ同じである。図２ｊは、バイスタティックトランシーバー２１５''が送信導波管の両側に受信導波管を有する一対の受信導波管を含むことを例示しているが、他の実施例において、一対の受信導波管は、図２ｆの配列のように送信導波管の同一側面に位置する。例示的な実施例において、間隔２２１ａおよび／または２２１ｂは、約１２７μｍまたは約１００μｍ～約１５０μｍの範囲および／または約５０μｍ～約３００μｍの範囲にある。一実施例において、バイスタティックトランシーバー２１５''は、導波管の（例えば、１次元または２次元の）線形アレイである。例示的な実施例において、バイスタティックトランシーバー２１５''は、フォトリソグラフィ技術によって定義された並列光ファイバの間のサブミクロン整列許容誤差を有する標準通信コンポネントである。

【0092】

一実施例において、図２ｊの送信導波管２２３は、単一モード（ＳＭ）光ファイバであり、受信導波管２２５ａ'、２２５ｂ'は、互いに対して直交するように指向された偏光維持（ＰＭ）光ファイバである。一実施例において、送信導波管２２３の先端から送信されたビーム２０５'は、送信導波管２２３のＳＭ光ファイバによって収容される非偏光２５３である。他の実施例において、第１受信導波管２２５ａ'に受信されたリターンビーム２９１'の第１成分２３７は、第１受信導波管２２５ａ'のＰＭ光ファイバと整列する第１線形偏光２５２を有する。また、他の実施例において、第２受信導波管２２５ｂ'に受信されたリターンビーム２９１'の第２成分２３９は、第２受信導波管２２５ｂ'のＰＭ光ファイバと整列する第２線形偏光２５４を有する。

【0093】

一実施例において、単一自由空間光学機器２６０（例えば、複屈折ディスプレーサ）を特徴とする図２ｉのシステム２００'''とは異なり、図２ｊのシステム２００''''は、第１自由空間光学機器２６０ａ（例えば、複屈折ディスプレーサ）、第２自由空間光学機器２６０ｂ（例えば、他の複屈折ディスプレーサ）、および第１および第２自由空間光学機器２６０ａ、２６０ｂとの間に位置した１つ以上の偏光変換光学機器を特徴とする。一実施例において、第１および第２自由空間光学機器２６０ａ、２６０ｂは、ビーム（またはビームの成分）を第１線形偏光２５２に変位させ、ビーム（またはビームの成分）を第１線形偏光２５２に直交する第２線形偏光２５４に変位させないことを含む図２ｉの自由空間光学機器２６０と同様の方法でビームを変位させる。また、第１および第２自由空間光学機器２６０ａ、２６０ｂは、自由空間光学機器２６０を製造するのに使用される類似の材料で製造することができる。２つの複屈折ディスプレーサが例示されているが、他の実施例においては、３つ以上の複屈折ディスプレーサが提供される。

【0094】

一実施例において、図２ｊに示されたように、非偏光された２５３送信されたビーム２０５'は、第１自由空間光学機器２６０ａ（例えば、複屈折ディスプレーサ）に入射する。一実施例において、第１自由空間光学機器２６０ａは、送信されたビーム２０５'の第１成分２３５を第１成分２３５の第１線形偏光２５２に基づいて送信されたビーム２０５'の移動方向と直交する距離２６４ａだけ変位させる。一実施例において、第１自由空間光学機器２６０ａは、送信されたビーム２０５'の第２成分２３３を第２成分２３３の第２線形偏光２５４に基づいて変位させない。したがって、一実施例において、第１自由空間光学機器２６０ａは、非偏光された送信されたビーム２０５'を直交線形偏光２５２、２５４を有するそれぞれの成分２３３、２３５に分岐させる。一実施例において、第１自由空間光学機器２６０ａの長さ２６２ａおよび／または材料は、距離２６４ａが第１間隔２２１ａと（例えば、±１０％以内）ほぼ同じようにサイズ調整されるように選択される。これは、有利にも、第１受信導波管２２５ａ'と整列するように送信されたビーム２０５'の第１成分２３５をシフトさせる。

【0095】

一実施例において、図２ｊに示されたように、送信されたビーム２０５'および／またはリターンビーム２９１'の直交フィールド成分間の相対位相を調整するために１つ以上の偏光変換光学機器が提供される。一実施例において、偏光変換光学機器は、ファラデー回転子２６６および半波長板２６８を含む。例示的な実施例において、ファラデー回転子２６６は、ビスマス鉄ガーネット（ＢＩＧ）材料で製造され、および／または約４５度のファラデー回転を達成する。他の例示的な実施例において、半波長板２６８は、石英で製造され、および／または約４５度だけ偏光を回転させるように指向される。他の実施例において、他の偏光変換光学機器が提供され、および／または偏光変換光学機器は、４５度以外の角度で偏光を回転させる。

【0096】

一実施例において、第１成分２３５の第１線形偏光２５２は、ファラデー回転子２６６によって中間線形偏光２５５に回転され、第２成分２３３の第２線形偏光２５４は、ファラデー回転子２６６によって中間線形偏光２５７に回転される。また、一実施例において、第１成分２３５の中間線形偏光２５５は、半波長板２６８によって第２線形偏光２５４に回転され、中間線形偏光２５７は、半波長板２６８によって第１線形偏光２５２に回転される。したがって、一実施例において、ファラデー回転子２６６および半波長板２６８は、第１成分２３５の第１線形偏光２５２を第２線形偏光２５４に全体的に回転させ、さらに第２成分２３３の第２線形偏光２５４を第１線形偏光２５２に全体的に回転させる。

【0097】

一実施例において、第２自由空間光学機器２６０ｂ（例えば、複屈折ディスプレーサ）は、第２成分２３３の第１線形偏光２５２に基づいて偏光変換光学機器から入射する送信されたビーム２０５'の第２成分２３３を変位させる。一実施例において、第２自由空間光学機器２６０ｂの長さ２６２ｂおよび／または材料は、第２成分２３３が第１間隔２２１ａと（例えば、±１０％以内）ほぼ同一の距離２６４ａだけ変位するように選択される。他の実施例において、第２自由空間光学機器２６０ｂは、第１成分２３５の第２線形偏光２５４に基づいて送信されたビーム２０５'の第１成分２３５を変位させない。一実施例において、送信されたビーム２０５'の第１成分２３５および第２成分２３３は、自由空間光学機器２６０ｂの変位と非偏光２５３である送信されたビーム２０５'に基づいて再結合する。一実施例において、コリメート光学機器２２９および／またはスキャニング光学機器２１８に入射する再形成された（Ｒｅｆｏｒｍｅｄ）送信されたビーム２０５'は、再形成された送信されたビーム２０５'が第１受信導波管２２５ａ'と整列するように横方向にシフトされたことを除いては、第１自由空間光学機器２６０ａに入射する送信されたビーム２０５'と同じである。

【0098】

他の実施例において、再形成された送信されたビーム２０５'は、コリメート光学機器２２９によってコリメートされ、および／またはスキャニング光学機器２１８によってスキャンされる。一部の実施例において、スキャニング光学機器２１８は省略され、再形成された送信されたビーム２０５'は、コリメート光学機器によってコリメートされる。リターンビーム２９１'は、ターゲット２９２から反射され、同様に、非偏光２５３である。図２ｊに示されたように、一実施例において、非偏光されたリターンビーム２９１'は、第２自由空間光学機器２６０ｂ（例えば、複屈折ディスプレーサ）に入射する。一実施例において、第２自由空間光学機器２６０ｂは、第１成分２３７の第１線形偏光２５２に基づいてリターンビーム２９１'の第１成分２３７を変位させる。一実施例において、第１成分２３７は、第１間隔２２１ａとほぼ同じ距離２６４ａだけ変位する。他の実施例において、第２自由空間光学機器２６０ｂは、第１線形偏光２５２に直交する第２成分２３９の第２線形偏光２５４に基づいてリターンビーム２９１'の第２成分２３９を変位させない。

【0099】

他の実施例において、リターンビーム２９１'の第１成分２３７および第２成分２３９は、偏光変換光学機器に入射する。一実施例において、偏光変換光学機器は、第１成分２３７の第１線形偏光２５２および第２成分２３９の第２線形偏光２５４に影響を与えない。偏光変換光学機器がファラデー回転子２６６および半波長板２６８を含む一実施例において、半波長板２６８は、第１成分２３７の第１線形偏光２５２を中間線形偏光２５７に回転させ、第２成分２３９の第２線形偏光２５４を中間線形偏光２５５に回転させる。追加の実施例において、ファラデー回転子２６６は、続いて第１成分２３７の中間線形偏光２５７を第１線形偏光２５２に逆回転させ、第２成分２３９の中間線形偏光２５５を第２線形偏光２５４に逆回転させる。したがって、例示的な実施例において、半波長板２６８とファラデー回転子２６６は、第１および第２成分２３７、２３９が偏光変換光学機器に入射することと同じそれぞれの線形偏光で第１自由空間光学機器２６０ａ（例えば、複屈折ディスプレーサ）に入射するように、第１および第２成分２３７、２３９の線形偏光の回転に関連して相互に相殺される。例示的な実施例において、半波長板２６８およびファラデー回転子２６６は、それぞれの線形偏光を等しく反対方向に約４５度回転させる。

【0100】

一実施例において、第１線形偏光２５２を有する第１成分２３７および第２線形偏光２５４を有するリターンビーム２９１'の第２成分２３９は、第１自由空間光学機器２６０ａ（例えば、複屈折ディスプレーサ）に入射する。一実施例において、第１自由空間光学機器２６０ａは、第１成分２３７の第１線形偏光２５２に基づいてリターンビーム２９１'の第１成分２３７を変位させ、さらに第２成分の第２線形偏光２５４に基づいてリターンビーム２９１'の第２成分２３９を変位させることはない。一実施例において、第１成分２３７は、変位した第１成分２３７が第２受信導波管２２５ｂ'と整列するように第２間隔２２１ｂに基づく距離２６４ｂだけ変位する。例示的な実施例において、自由空間光学機器２６０ａの長さ２６２ａおよび／または材料のような第１自由空間光学機器２６０ａの１つ以上のパラメータが距離２６４ｂが第２間隔２２１ｂとほぼ等しく調整されるように選択される。

【0101】

図２ｌは、一実施例によって図２ｉのＬＩＤＡＲシステム２００'''のバイスタティックトランシーバー２１５'の正面図を示すブロック図である。図２ｌの左側は、スキャニング光学機器２１８を有していない、および／または送信されたビーム２０５'のスキャニングが起こらない実施例を示す。一実施例において、変位ベクトル２７４は、リターンビーム２９１'が受信導波管２２５'の先端から受信されるように距離２６４にわったて自由空間光学機器２６０（例えば、複屈折ディスプレーサ）によって変位する方向を示す。送信されたビーム２０５'のスキャニングがないため、往復時間遅延による離脱は発生せず、したがって、自由空間光学機器２６０は、変位ベクトル２７４が送信導波管２２３'から受信導波管２２５'へのベクトル２７５と整列するように配置される。

【0102】

図２ｌの中間は、スキャニング光学機器２１８が採用され、送信されたビーム２０５'のスキャニングがスキャン方向２７６に発生する実施例を示す。この実施例において、スキャン方向２７６は、バイスタティックトランシーバー２１５'の送信および受信導波管２２３'、２２５'の間のベクトル２７５に対して（例えば、直交するように）角度をなす。一実施例において、リターンビーム２９１'は、送信および受信導波管２２３'、２２５'の間のベクトル２７５と整列している図２ｌの左側のような同じ変位ベクトル２７４に沿って自由空間光学機器２６０（例えば、複屈折ディスプレーサ）によって変位する。しかし、図２ｌの中間に示されたように、ビームのスキャニングに起因する往復時間遅延は、ビーム離脱２７７を引き起こし、これにより、リターンビーム２９１'が受信導波管２２５'を通過することにする。

【0103】

図２ｌの右側は、スキャニング光学機器２１８が採用され、送信されたビーム２０５'のスキャニングがスキャン方向２７６に発生する実施例を示す。一実施例において、リターンビーム２９１'は、送信および受信導波管２２３'、２２５'の間のベクトル２７５に対して所定の角度２７８に指向された補正された変位ベクトル２７４'に沿って自由空間光学機器２６０（例えば、複屈折ディスプレーサ）によって変位する。一実施例において、これは、自由空間光学機器２６０をバイスタティックトランシーバー２１５'に対して前記角度２７８だけ（例えば、図２ｉの平面外の方向に）傾けたり指向することによって達成される。一実施例において、角度２７８は、ベクトル２７５に対してスキャン方向２７６と同じ方向に指向される。他の実施例において、角度２７８の大きさは、スキャン速度の大きさに基づく。例示的な実施例において、角度２７８は、約５度または約１度ないし約１０度の範囲および／または約０度ないし約２０度の範囲である。例示的な実施例において、角度２７８は、以下によってスキャン速度（例えば、ポリゴンスキャナの回転速度）に関連する。

【数8】

ここで、θは、角度２７８であり、焦点距離は、コリメート光学機器２２９の焦点長さ（メートル単位）であり、回転速度は、ポリゴンスキャナ２４４の回転速度（毎秒ラジアン単位）であり、距離は、ターゲット距離（メートル単位）であり、導波管間隔は、間隔２２１（メートル単位）であり、ｃは、光速（毎秒メートル単位）である。他の実施例において、自由空間光学機器２６０（例えば、複屈折ディスプレーサ）が（例えば、図２ｉの平面外に）角度２７８だけ回転するよりも、自由空間光学機器２６０の光軸が同じ角度２７８だけ切断される。図２ｌの右側に示されたように、傾斜した変位ベクトル２７４'およびスキャニングからの往復遅延に関連するビーム離脱２７７に基づいてリターンビーム２９１'は、受信導波管２２５'の先端から受信される。

【0104】

図２ｍは、一実施例によって図２ｉのＬＩＤＡＲシステム２００'''のバイスタティックトランシーバー２１５'の正面図を示すブロック図である。図２ｍの上部は、スキャニング光学機器２１８がなく、したがって、送信されたビーム２０５'のスキャニングが発生しない実施例を示す。一実施例において、変位ベクトル２７４は、リターンビーム２９１'が自由空間光学機器２６０（例えば、複屈折ディスプレーサ）によって変位する方向に基づく方向およびリターンビーム２９１'が受信導波管２２５'の先端から受信される距離２６４に基づく大きさを有する。

【0105】

図２ｍの中間は、スキャニング光学機器２１８が採用され、送信されたビーム２０５'のスキャニングがスキャン方向２７６'に発生する実施例を示す。この実施例において、スキャン方向２７６'は、バイスタティックトランシーバー２１５'の送信および受信導波管２２３'、２２５'の間のベクトル２７５に対して（例えば、±１０度以内に）ほぼ平行である。一実施例において、リターンビーム２９１'は、図２ｌの左側のように、同じ変位ベクトル２７４の大きさによって自由空間光学機器２６０（例えば、複屈折ディスプレーサ）によって変位する。しかし、図２ｍの中間に示されたように、ビームのスキャニングから往復時間遅延に起因するビーム離脱２７７'は、リターンビーム２９１'が送信導波管２２３'と受信導波管２２５'との間で受信導波管２２５'を通過させるため、変位ベクトル２７４の大きさ（例えば、距離２６４）は小さすぎた。

【0106】

図２ｍの下部は、スキャニング光学機器２１８が採用され、送信されたビーム２０５'のスキャニングがスキャン方向２７６'に発生する実施例を示す。一実施例において、リターンビーム２９１'は、往復遅延によるビーム離脱２７７'によってビーム２９１'が受信導波管２２５'で受信されるように増加した大きさ（例えば、増加した距離２６４）を有する補正された変位ベクトル２７４''によって自由空間光学機器２６０（例えば、複屈折ディスプレーサ）によって変位する。一部の実施例において、変位ベクトルの大きさは、自由空間光学機器２６０の長さ２６２を調整することによって調節される。例示的な実施例において、リターンビーム２９１'が変位する距離２６４は、自由空間光学機器の長さ２６２を増加させることによって増加する。実施例において、長さ２６２の変化は、変位距離２６４の変化の比率（例えば、約１０ｘ）である。例示的な実施例において、長さ２６２は、約２００μｍ未満または約約１００μｍないし約３００μｍの範囲で変化する。他の例示的な実施例において、長さ２６２の変化は、バイスタティックトランシーバーに対するスキャン方向に応じて正の値または負の値となる。

【0107】

図２ｎは、一実施例によってバイスタティックＬＩＤＡＲシステム２００'''の例示的なコンポネントの上面図を示すブロック図である。一実施例において、図２ｎは、バイスタティックトランシーバー２１５'内の送信および受信導波管２２３'、２２５'の間の方向または軸２７５に対して角度２７８で指向された自由空間光学機器２６０（例えば、複屈折ディスプレーサ）を示す。したがって、一実施例において、リターンビーム２９１'は、往復時間遅延に関連するビーム離脱２７７を考慮するとき、リターンビーム２９１'が受信導波管２２５'の先端から受信されるように、自由空間光学機器２６０によってバイスタティックトランシーバー２１５'に対して角度２７８で距離２６４だけ変位する。さらに、一実施例において、図２ｎは、バイスタティックトランシーバー２１５'の１つ以上の送信導波管２２３'が発散する送信ビーム２０５ａ'、２０５ｂ'のファンを送信し、その後、これらのビームのファンは、コリメート光学機器２２９および／またはスキャニング光学機器２１８によってコリメートされた送信されたビーム２０５ａ''、２０５ｂ''のファンにコリメートされることを示す。例示的な実施例において、発散送信ビーム２０５ａ'、２０５ｂ'は、コリメート光学機器２２９で約８ｍｍまたは約４ｍｍないし約１２ｍｍの範囲および／または約２ｍｍないし約２０ｍｍの範囲の直径に拡大される。しかし、他の実施例において、発散送信ビーム２０５ａ'、２０５ｂ'の直径は、ＬＩＤＡＲシステムの物理的大きさおよび距離性能の要求を満たすように変化する。他の例示的な実施例において、コリメート光学機器２２９は、送信されたビーム２０５ａ''、２０５ｂ''をコリメートする約４０ｍｍないし約５０ｍｍの範囲および／または約３０ｍｍないし約６０ｍｍの範囲の焦点長さを有する非球面レンズである。同様に、コリメート光学機器２２９は、それぞれのコリメートされた送信されたビーム２０５ａ''、２０５ｂ''と大きく重なるコリメートされたリターンビーム（図示せず）のファンを受信する。例示的な実施例において、コリメートされた送信されたビーム２０５ａ''、２０５ｂ''とコリメートされたリターンビームのファンの間の角度間隔は、約０．０２度ないし約０．０５度および／または約０．０１度ないし約０．１０度程度である。一実施例において、コリメート光学機器２２９は、コリメートされたリターンビームのファンを図２ｎの１／４波長板２１１で収束リターンビームにフォーカシングする。一実施例において、図２ｎの光ファイバアレイ２１５'と自由空間光学機器２６０（例えば、複屈折ディスプレーサ）との間の破線の下の細い点線は、隣接する受信導波管２２５'に入射する分離されたリターンビームを示す。一実施例において、図２ｎのトランシーバーは、有利にも、２つの送信導波管が単一のコリメータから送信されたビームのファンを生成する配列を提供する。

【0108】

図２ｏは、一実施例によってバイスタティックＬＩＤＡＲシステム２００''''の例示的なコンポネントの上面図を示すブロック図である。図２ｏのバイスタティックトランシーバー２１５''は、１つ以上の導波管グループを含み、ここで導波管の各グループは、送信導波管２２３と送信導波管２２３の両側にある一対の受信導波管２２５ａ'、２２５ｂ'である。例示的な実施例において、送信導波管２２３は、ＳＭ光ファイバであり、一対の受信導波管２２５ａ'、２２５ｂ'は、直交指向を有するＰＭ光ファイバである。例示的な実施例において、バイスタティックトランシーバー２１５''は、複数の３つの導波管を含み、ここで３つの導波管のそれぞれのグループは、送信導波管２２３および送信導波管２２３の両側にある一対の受信導波管２２５ａ'、２２５ｂ'である。さらに、一実施例において、図２ｏは、バイスタティックトランシーバー２１５''の１つ以上の送信導波管２２３が一対の発散する送信されたビームを送信し、その後、この一対のビームは、コリメート光学機器２２９および／またはスキャニング光学機器２１８によって（図２ｎに示されたように）コリメートされた送信されたビームのファンにコリメートされることを示す。例示的な実施例において、発散する送信されたビームは、コリメート光学機器で約８ｍｍまたは約４ｍｍないし約１２ｍｍの範囲および／または約２ｍｍないし約２０ｍｍの範囲の直径に拡張される。他の例示的な実施例において、コリメート光学機器２２９は、送信されたビーム２０５''をコリメートする約４０ｍｍないし約５０ｍｍの範囲および／または約３０ｍｍないし約６０ｍｍの範囲の焦点長さを有する非球面レンズである。同様に、コリメート光学機器２２９は、コリメートされたリターンビーム２９１ａ''、２９１ｂ''のファンを受信し、収束リターンビーム２９１ａ'、２９１ｂ'を図２ｊの自由空間光学機器２６０ｂにフォーカシングする。図２ｎの実施例のように、コリメートされたリターンビーム２９１ａ''、２９１ｂ''のファンは、コリメートされた送信されたビームのファンと大きく重なる。例示的な実施例において、コリメートされたリターンビーム２９１ａ''、２９１ｂ''のファンとコリメートされた送信されたビームとの間の角度間隔は、約０．０２度ないし約０．０５度および／または約０．０１度ないし約０．１０度程度である。一実施例において、図２ｏのトランシーバーは、有利にも、２つの送信導波管が単一のコリメータから送信されたビームのファンを生成する配列を提供する。

【0109】

図６ｂは、一実施例によってバイスタティックＬＩＤＡＲシステム内における送信および受信モードの空間的変位の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、ステップ６５１におけるビーム２０５'がレーザーソース２１２から、そしてバイスタティックトランシーバーの送信導波管２２３'、２２３を介して送信される。一部の実施例におけるビーム２０５'が非偏光されるステップ６５１において、ビーム２０５'が図２ｊのバイスタティックトランシーバー２１５''の送信導波管２２３（例えば、ＳＭ光ファイバ）から送信される。他の実施例におけるビーム２０５'が線形に偏光されるステップ６５１において、ビーム２０５'が図２ｉのバイスタティックトランシーバー２１５'の送信導波管（例えば、ＰＭ光ファイバ）から送信される。

【0110】

一実施例において、ステップ６５３における送信されたビーム２０５'は、送信されたビーム２０５'の方向に直交する方向に複屈折ディスプレーサに変位する。一実施例において、ステップ６５３における図２ｊのシステム２００''''内の送信されたビーム２０５'の第１成分２３５は、送信されたビーム２０５'の方向に直交する距離２６４ａだけ変位する。例示的な実施例において、距離２６４ａは、変位した第１成分２３５が第１受信導波管２２５ａ'と整列するように第１間隔２２１ａに基づく。一部の実施例において、例えば、図２ｉのシステム２００'''においてステップ６５３が省略される。

【0111】

一実施例において、ステップ６５５における送信されたビーム２０５'の直交フィールド成分間の相対位相が偏光変換光学機器で調整される。一実施例において、ステップ６５５における送信されたビーム２０５'の第１線形偏光２５２が１／４波長板２１１（図２ｉ）を使用して第１円偏光２５６に調整される。他の実施例において、ステップ６５５における送信されたビーム２０５'の第１成分２３５の第１線形偏光２５２がファラデー回転子２６６および半波長板２６８（図２ｊ）を使用して第１線形偏光２５２に直交する第２線形偏光２５４に回転する。同様に、ステップ６５５において、送信されたビーム２０５'の第２成分２３３の第２線形偏光２５４は、ファラデー回転子２６６および半波長板２６８（図２ｊ）を使用して第１線形偏光２５２に回転する。

【0112】

一実施例において、ステップ６５５におけるリターンビーム２９１'の直交フィールド成分間の相対位相が偏光変換光学機器で調整される。一実施例において、ステップ６５５におけるリターンビーム２９１'の第２円偏光２５８が１／４波長板２１１（図２ｉ）を使用して第２円偏光２５４に調整される。

【0113】

一実施例において、ステップ６５７におけるコリメート光学機器２２９を使用して送信導波管から送信されたビーム２０５'を成形（Ｓｈａｐｅ）し、そして、ターゲット２９２から反射したリターンビーム２９１'を形成する。一実施例において、ステップ６５７におけるコリメート光学機器２２９は、発散する送信されたビーム２０５'（例えば、コリメート光学機器２２９における約８ｍｍの直径）が光学機器２２９によってコリメートされるようにする焦点長さを有する。例示的な実施例において、コリメート光学機器２２９は、発散する送信されたビーム２０５'がコリメートされた送信されたビーム２０５''にコリメートされるようにする大きさ（例えば、約４０ｍｍ～約５０ｍｍの範囲）の焦点長さを有する。

【0114】

一実施例において、ステップ６５８におけるリターンビーム２９１'は、リターンビーム２９１'の方向に直交する方向に複屈折ディスプレーサで変位する。一実施例において、ステップ６５８における図２ｉのシステム２００'''内のリターンビーム２９１'は、リターンビーム２９１'の方向に直交する距離２６４だけ変位する。例示的な実施例において、距離２６４は、間隔２２１に基づく。他の実施例において、ステップ６５８における図２ｊのシステム２００''''内のリターンビーム２９１'の第１成分２３７は、リターンビーム２９１'の方向に直交する距離２６４ａだけ変位する。例示的な実施例において、距離２６４ａは、変位した第１成分２３５が第１受信導波管２２５ａ'と整列するように第１間隔２２１ａに基づく。

【0115】

一実施例において、ステップ６５９におけるリターンビーム２９１'は、バイスタティックトランシーバーの１つ以上の受信導波管で受信される。一実施例において、リターンビーム２９１'は、図２ｉのシステム２００'''の受信導波管２２５'で受信される。他の実施例において、リターンビーム２９１'の直交線形偏光の第１および第２成分２３７、２３９は、それぞれの受信導波管２２５ａ'、２２５ｂ'で受信される。

【0116】

一実施例において、ステップ６６１におけるステップ６５９で受信されたリターンビーム２９１'は、１つ以上の光ミキサ２８４で基準信号２０７（またはＬＯ信号）と結合される。リターンビーム２９１'の直交線形偏光の多重成分２３７、２３９がそれぞれの受信導波管２２５ａ'、２２５ｂ'で受信される一部の実施例において、多重処理チャネルがそれぞれの成分に提供され、リターンビーム２９１'のそれぞれの個別成分を個別に処理する。一実施例において、ステップ６６３におけるステップ６６１の結合に基づいて信号が生成され、ステップ６６５における生成された信号に基づいて装置が動作される。一部の実施例において、装置は、車両の制動または加速または操向システムのような車両である。
６．車両制御概要

【0117】

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。

【0118】

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''、２００'''、２００''''のうち、１つと同様である。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ー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のようなオン－ボード（Ｏｎ－Ｂｏａｒｄ）プロセッサー３１４を有する。一部の実施例において、オン－ボードプロセッサー３１４は、図７に示されたように、遠隔プロセッサーと有線または無線通信する。一実施例において、ＬＩＤＡＲシステムの処理システム２５０がオン－ボードプロセッサー３１４と通信可能に結合されたり、ＬＩＤＡＲ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－ボードプロセッサー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周辺のスポット（Ｓｐｏｔｓ）を照明する垂直角度（図３ｂ）を通じて一方の側から将来（Ｆｕｔｕｒｅ）のビーム３２３によって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度であるか、またはこれの部分集合である。システム３２０がシステム２００''である一部の実施例において、視野３２４は、角度範囲２２７によって定義される。システム３０１を設計する際、視野３２４にわたる各角度のビームのあらかじめ定められた最大設計距離が決定され、視野３２４の範囲内の各角度の最大予想ターゲット距離を示す。例示的な一実施例において、最大設計距離は、視野３２４についての固定値または固定値の範囲である。例示的な一実施例において、視野３２４についての最大設計距離は、約２００メートルまたは約１５０メートルないし約３００メートルの範囲である。

【0119】

一部の実施例において、車両は、当該技術分野に広く公知されている他のものの中から、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。

【0120】

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''と同様である。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に対して測定された第１角度に指向された第１ビーム３４２から矢印３１３に対して測定された第２角度に指向された第２ビーム３４６まで角度の範囲３２６にわたってスキャンする。一実施例において、第１角度および第２角度は、地面３４９に対してほぼ垂直に指向された垂直平面内の垂直角度である。この説明の目的上、「ほぼ直交」は、地面３４９についての法線の±２０度以内を意味する。ＬＩＤＡＲシステム３２０がシステム２００''と類似している一部の実施例において、角度の範囲３２６は、角度の範囲２２７によって定義される。

【0121】

システム３０１'を設計するのにおいて、それぞれの角度のビームのあらかじめ定められた最大設計距離が決定され、範囲３２６内のそれぞれの角度における最大予想ターゲット距離を示す。他の実施例において、それぞれの角度における最大設計距離は、あらかじめ決定されないが、増分期間における処理システム２５０のメモリで定期的に測定され、アップデートされる。一実施例において、第１ビーム３４２は、地面３４９に向けて指向され、車両３１０からの一部の最大設計距離内で地面３４９と交差する。したがって、第１角度において、システム３２０は、地面３４９を超えて位置したターゲットを考慮しない。例示的な実施例において、第１ビーム３４２の第１角度は、矢印３１３に対して約－１５度であるか、または約－２５度ないし約－１０度の範囲であり、最大設計距離は、約４メートル（ｍ）であるか、約１ｍないし約１０ｍの範囲または約２ｍないし約６ｍの範囲内にある。一実施例において、第２ビーム３４６は、空に向けて指向され、車両３１０からの一部の最大設計距離内で上限３４７と交差する。したがって、第２角度において、システム３２０は、上限３４７の上に位置したターゲットを考慮しない。一実施例において、上限３４７は、（例えば、０ｍの高度と定義される）地面３４９から約１２ｍの高度または約８ｍないし１５ｍ範囲内の高度にあり、第２ビーム３４６の第２角度は、矢印３１３に対して約１５度であるか、または約１０度ないし約２５度の範囲内にある角度を形成し、最大設計距離は、約７ｍであるか、約４ｍないし約１０ｍの範囲内にあるか、または約１ｍないし約１５ｍの範囲内にある。一部の実施例において、上限３４７高度は、ＬＩＤＡＲシステム３２０の高度（例えば、地面３４９が０ｍと定義される場合、約１．５ｍまたは約１ｍないし約４ｍの範囲）に依存する。一実施例において、第１ビーム３４２と第２ビーム３４６との間の中間ビーム３４４は、矢印３１３とほぼ平行に指向され、車両３１０から最大設計距離に位置したターゲット３４３と交差する。例示的な実施例において、図３ｂは、スケールに合わせて図示せず、ターゲット３４３は、示されたものよりも車両３１０からはるかに遠い距離に位置する。この説明の目的上、「ほぼ平行に」は、矢印３１３の約±１０度以内または約±１５度以内を意味する。例示的な実施例において、ターゲット３４３の最大設計距離は、約２００ｍであるか、約１５０ｍないし約３００ｍの範囲内にあるか、または約１００ｍないし約５００ｍの範囲内にある。

【0122】

図３ｂは、地面３４９の上に走行するように構成された車両３１０に取り付けられたＬＩＤＡＲシステムを示しているが、本開示内容の実施例は、このようなタイプの車両に限定されず、ＬＩＤＡＲシステムは、飛行するように構成された航空機３１０'（例えば、旅客機）に取り付けられ得る。一実施例において、車両３１０'は、１つ以上のターゲット３４３が存在する地面３４９の上に飛行するように構成される。図３ｄは、一実施例によって地面３４９の上に飛行するように構成された車両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、矢印３１３に対する第１角度の第１ビーム３４２'の最大設計距離が地面３４９に対して下限３４８に基づいて定義されるという点を除いては、システム３０１'のＬＩＤＡＲシステム３２０と類似の方式で作動する。例示的な実施例において、下限３４８は、約０ｍないし約－１０ｍの範囲または約０ｍないし約－２ｍの範囲のシステム３２０高度についての高度を有する。他の例示的な実施例において、上限３４７は、約０ｍないし約１０ｍ範囲のシステム３２０の高度についての高度を有する。他の例示的な実施例において、第１角度は、約－３０度または約－６０度ないし約－１５度の範囲内にある。一部の実施例において、第１角度は、上限３４７の第２角度と同じであり、反対であり得る。
７．コヒーレントＬＩＤＡＲシステムにおけるスキャンパターンを最適化するための方法

【0123】

図６ａは、自律走行車でＬＩＤＡＲシステムのスキャンパターンを最適化するための例示的な方法６００を示すフローチャートである。一部の実施例において、システム６００は、自律走行車に取り付けられるＬＩＤＡＲシステムのスキャンパターンを最適化するためのものである。ステップが例示の目的で特定の手順による統合ステップとして図６ａおよび図６ｂそして、後続するフローチャートで示されるが、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、直列または並列に時間的に重畳して行われるか、省略されるか、または１つ以上の追加ステップが追加されるか、方法が一部の組み合わせ方式で変更される。

【0124】

６０１ステップにおいて、信号がバイスタティックトランシーバーの送信導波管によって送信された後にターゲットによって反射し、バイスタティックトランシーバーの受信導波管によって受信された信号の第１ＳＮＲ値を示すプロセッサーからデータが受信されるが、ここで受信導波管は、間隔だけ送信導波管から離隔する。第１ＳＮＲ値は、ターゲット距離の値に基づき、第１ＳＮＲ値は、ＬＩＤＡＲシステムのスキャンレートのそれぞれの値についてのものである。一実施例において、６０１ステップにおける第１ＳＮＲ値は、ビーム２０５'が送信導波管２２３によって送信された後にターゲットによって反射し、バイスタティックトランシーバー２１５の受信導波管２２５によって受信されたリターンビーム２９１'の値であり、ここで受信導波管２２５は、間隔２２１だけ送信導波管２２３から離隔する。一実施例において、データは、システム２００''の受信導波管２２５ａ、２２５ｂのうち、１つまたは両者の先端２１７にフォーカシングされたリターンビーム２９１'の第１ＳＮＲ値である。他の実施例において、ステップ６０１におけるデータは、システム２００''の検出器アレイ２３０上のフォーカシングされたリターンビーム２９１'の第１ＳＮＲ値である。一実施例において、データは、リターンビーム２９１'のＳＮＲ値を示す曲線４４０ｂおよび／または曲線４４０ｃおよび／または曲線４４０ｄの値を含み、それぞれの曲線４４０は、ビームのスキャンレートのそれぞれの値についてのものである。例示的な一実施例において、曲線４４０ｂ、４４０ｃ、４４０ｄは、間隔２２１の同じ値に基づき、ステップ６０１において、複数のセットの曲線４４０ｂ、４４０ｃ、４４０ｄが複数の間隔２２１値のそれぞれに対して受信される。一部の実施例において、データは、曲線４４０ｂ、４４０ｃ、４４０ｄに限定されず、図４ｇに示されたものよりも少ないか、またはより多くの曲線のＳＮＲ値を含み、ここでそれぞれのＳＮＲ曲線は、スキャンレートのそれぞれの値に基づき、および／または曲線４４０ｂ、４４０ｃ、４４０ｄは、間隔２２１の特定値に基づく。

【0125】

他の実施例において、６０１ステップで受信されたデータは、スキャンレートのそれぞれの値および／または間隔２２１のそれぞれの値についてのターゲット距離にわたって曲線を形成するのに使用できるＳＮＲ値を含む。一実施例において、曲線４６４、４６６は、スキャンレートの固定値（例えば、４、０００度／秒）に基づいて間隔２２１の多重値に対して提供される。他の実施例において、曲線４６５、４６７は、スキャンレートの固定値（例えば、１２、０００度／秒）に基づいて間隔２２１の多重値に対して提供される。また他の実施例において、ステップ６０１における曲線４６９は、ＳＮＲしきい値を達成するためにそれぞれのターゲット距離に対して提供され、曲線４６９は、特定の固定されたスキャン速度について要求される間隔２２１値を示す。例示的な実施例において、ステップ６０１におけるデータは、処理システム２５０のメモリに格納され、各セットの第１ＳＮＲ値は、ＬＩＤＡＲシステムのスキャンレートの連関する値および／または間隔２２１の連関する値とともに格納される。一実施例において、６０１ステップにおける第１ＳＮＲ値は、約０メートルないし約５００メートル（例えば、自動車）の範囲にわたって、または約０メートルないし約１、０００メートル（例えば、航空機）の範囲内で、そして約２、０００度／秒ないし約６、０００度／秒または約１、０００度／秒ないし約７、０００度／秒の範囲内のスキャンレート値についておよび／または約０ｗ_０ないし４ｗ_０または０ｗ_０ないし１０ｗ_０の範囲の間隔２２１値について獲得され、ここでｗ_０は、送信導波管２２３の直径である。一部の実施例において、第１ＳＮＲ値は、あらかじめ定められ、ステップ６０１でプロセッサーによって受信される。他の実施例において、第１ＳＮＲ値は、ＬＩＤＡＲシステムによって測定され、続いてステップ６０１でプロセッサーによって受信される。一実施例において、データが入力装置７１２を用いてステップ６０１で入力され、および／または近距離通信網７８０、インターネット７９０または外部サーバー７９２からネットワークリンク７７８を介して処理システム２５０のメモリ７０４にアップロードされる。

【0126】

一実施例において、６０１ステップにおける第１ＳＮＲ値（例えば、曲線４４０ｂ、４４０ｃ、４４０ｄ）が第１間隔２２１ａに基づいて第１受信導波管２２５ａによって受信されたリターンビーム２９１'に対して受信され、他のセットの第１ＳＮＲ値（例えば、曲線４４０ｂ、４４０ｃ、４４０ｄ）が第２間隔２２１ｂに基づいて第２受信導波管２２５ｂによって受信されたリターンビーム２９１'に対して受信される。１つの例示的な実施例において、受信導波管２２５ａ、２２５ｂによって受信されたリターンビーム２９１'に対する第１ＳＮＲ値は、あらかじめ定められ、ステップ６０１でプロセッサーによって受信される。他の例示的な実施例において、受信導波管２２５ａ、２２５ｂによって受信されたリターンビーム２９１'に対する第１ＳＮＲ値は、ＬＩＤＡＲシステムによって測定され、続いて６０１ステップでプロセッサーによって受信される。

【0127】

６０３ステップにおいて、ターゲットの距離の値に基づいてターゲットによって反射し、ＬＩＤＡＲシステムによって検出された信号の第２ＳＮＲ値を示すデータがプロセッサーから受信され、第２ＳＮＲ値は、ＬＩＤＡＲシステムのインティグレーションタイムのそれぞれの値についてのものである。一実施例において、６０３ステップにおけるデータは、それぞれのインティグレーションタイムについてのシステム２００''でフォーカシングされたリターンビーム２９１'の第２ＳＮＲ値であり、インティグレーションタイムの間、ビームが獲得システム２４０および／または処理システム２５０によって処理される。一実施例において、データは、リターンビーム２９１'のＳＮＲ値を示す曲線４５０ａおよび／または曲線４５０ｂおよび／または曲線４５０ｃおよび／または曲線４５０ｄの値を含み、それぞれの曲線４５０は、ビームが獲得システム２４０および／または処理システム２５０によって処理されるインティグレーションタイムのそれぞれの値についてのものである。一部の実施例において、データは、曲線４５０ａ、４５０ｂ、４５０ｃ、４５０ｄに限定されず、図４ｉに示されたものよりも少ないか、またはより多くの曲線を含み、それぞれのＳＮＲ曲線は、インティグレーションタイムのそれぞれの値に基づく。他の実施例において、データは、曲線である必要はなく、代わりにインティグレーションタイムのそれぞれの個別値についてターゲット距離にわたって曲線を形成するのに使用されるＳＮＲ値である。例示的な一実施例において、６０３ステップにおけるデータは、処理システム２５０のメモリに格納され、第２ＳＮＲ値のそれぞれの集合は、ＬＩＤＡＲシステムのインティグレーションタイムの連関する値とともに格納される。一実施例において、６０３ステップにおける第２ＳＮＲ値は、（例えば、自動車の場合）約０メートルないし約５００メートルの範囲にわたってまたは（例えば、航空機の場合）約０メートルないし約１、０００メートルの範囲から、約１００ナノ秒（ｎｓ）ないし約５ミリ秒（μｓ）のインティグレーションタイム値に対して獲得される。一部の実施例において、第２ＳＮＲ値は、あらかじめ定められ、ステップ６０３でプロセッサーによって受信される。他の実施例において、第２ＳＮＲ値は、ＬＩＤＡＲシステムによって測定された後、ステップ６０３でプロセッサーによって受信される。一実施例において、データは、入力装置７１２を用いて６０３ステップで入力され、および／または近距離通信網７８０、インターネット７９０または外部サーバー７９２からネットワークリンク７７８を介して処理システム２５０のメモリ７０４にアップロードされる。

【0128】

６０５ステップにおいて、角度範囲２２７を定義する第１角度および第２角度を示すデータがプロセッサーから受信される。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（例えば、マウスまたはポインティング装置７１６）を用いて入力され、および／またはネットワークリンク７７８を介して処理システム２５０にアップロードされる。角度範囲２２７が図３ａの視野３２４である一実施例において、第１角度は、第１ビーム３２２と車両３１０の進行方向を示す矢印３１３との間の角度として定義され、第２角度は、第２ビーム３２３と矢印３１３との間の角度として定義される。

【0129】

角度範囲２２７が図３ｂの角度範囲３２６である他の実施例において、第１角度は、第１ビーム３４２と車両３１０の進行方向を示す矢印３１３との間の角度として定義され、第２角度は、第２ビーム３４６と矢印３１３との間の角度として定義される。一実施例において、第１角度と第２角度は、矢印３１３に対して対称であり、例えば、第１角度と第２角度は、互いに同一かつ反対である。一実施例において、第１角度は、第１ビーム３４２が地面３４９に向けて指向されるように選択され、第２角度は、第２ビーム３４６が地面３４９から離れて上限３４７に向けて指向されるように選択される。

【0130】

一実施例において、ステップ６０１、６０３および６０５は、ステップ６０１、６０３および６０５のデータが１つの同時ステップでプロセッサーから受信される１つのステップで同時に行われる。

【0131】

６０７ステップにおいて、角度範囲内の各角度のターゲットの最大設計距離を示すデータがプロセッサーから受信される。一実施例において、最大設計距離は、角度範囲２２７の各角度のターゲットのあらかじめ定められた最大距離である。一実施例において、６０７ステップにおける各角度のターゲットの最大設計距離は、図３ａの視野３２４に基づく。例示的な実施例において、最大設計距離は、視野３２４についての固定された値または固定値の範囲である。例示的な実施例において、視野３２４についての最大設計距離は、約２５０メートルまたは約１５０メートルないし約３００メートルの範囲にある。

【0132】

他の実施例において、６０７ステップのデータは、角度範囲３２６より大きい第１角度範囲にわたって提供される。一実施例において、６０７ステップのデータは、角度範囲にわたって増分角度で提供され、ここで増分角度は、約０．００５度ないし約０．０１度の範囲または約０．０００５度ないし約０．０１度の範囲で選択される。

【0133】

１つの例示的な実施例において、６０７ステップのデータは、入力装置７１２（例えば、マウスまたはポインティング装置７１６）を用いて入力され、および／またはネットワークリンク７７８を介して処理システム２５０にアップロードされる。一部の実施例において、最大設計距離は、あらかじめ定められ、６０７ステップ中に受信される。他の実施例において、システム２００、２００'、２００''は、角度範囲２２７内の各角度の最大設計距離を測定するために使用され、各角度の最大設計距離は、続いて６０７ステップで処理システム２５０によって受信される。

【0134】

６０９ステップにおいて、ＬＩＤＡＲシステムのＳＮＲが最小ＳＮＲしきい値よりも大きいように角度範囲２２７内の各角度でＬＩＤＡＲシステムの最大スキャンレートが決定される。一実施例において、６０９ステップにおける角度範囲２２７の角度について固定された最大スキャンレートが決定される。角度範囲２２７についての最大設計距離についての値の範囲は、まず、６０７ステップで受信されたデータに基づいて決定される。次に、６０１ステップで受信されたＳＮＲ値が角度範囲２２７にわたって最大設計距離（例えば、約１５０ｍ～約３００ｍ）の値または値の範囲について決定され、これらの第１ＳＮＲ値のうち、いずれが最小ＳＮＲしきい値を超過するかがさらに決定される。一実施例において、曲線４４０ｂ、４４０ｃ、４４０ｄの値は、角度範囲２２７にわたって最大設計距離（例えば、約８０ｍ～約１２０ｍ）の値の範囲について決定され、曲線４４０ｄの値だけが最大設計距離（例えば、約８０ｍ～約１２０ｍ）の値の範囲について最小ＳＮＲしきい値４４２を超過することがさらに決定される。曲線４４０ｄの値だけが最小ＳＮＲしきい値４４２を超過するため、角度範囲２２７にわたって固定された最大スキャンレートは、曲線４４０ｄに対応するスキャンレートに設定される。例示的な一実施例において、ステップ６０９における最大スキャンレートの決定は、受信導波管２２５ａ、２２５ｂの先端２１７上のリターンビーム２９１'のビーム離脱４１９、４２１（図４ｅ）が間隔２２１のしきい値内にあることを保障し、ここでしきい値は、先端上のリターンビーム２９１'のイメージ４１８の直径に基づく（例えば、より大きい直径についてより大きいしきい値、より小さい直径についてより小さいしきい値を有する）。例示的な一実施例において、しきい値は、受信導波管２２５の先端２１７上のリターンビーム２９１'のイメージ４１８の直径の比率である。例示的な一実施例において、比率は、約０．５または約０．３ないし約０．７の範囲にある。

【0135】

他の実施例において、６０９ステップにおける間隔２２１の異なる値に対応する第１ＳＮＲ値（例えば、曲線４６４、４６５、４６６、４６７、４６９）は、最小ＳＮＲしきい値４４２を超過し、最小ＳＮＲしきい値４４２を超過する第１ＳＮＲ値のうち、最大値である第１ＳＮＲ値（例えば、固定スキャン速度４、０００度／秒についての曲線４６４のうちの１つまたは固定スキャン速度１２、０００度／秒についての曲線４６５のうちの１つ）を決定するのに使用される。一実施例において、システム２００''の設計段階中に、送信導波管２２３と受信導波管２２５との間の間隔２２１は、決定された第１ＳＮＲ値に対応する間隔２２１の値に基づいて選択され、固定された最大スキャンレートは、決定された第１ＳＮＲ値に対応するスキャンレートに基づいて選択される（例えば、間隔２２１の値は、０ｍ～２５０ｍのターゲット設計距離についての曲線４６５ｃに基づいて２．７５ｗ_０で選択され、および／または固定スキャンレートは、曲線４６５について１２、０００度／秒の固定スキャンレートに基づいて選択される）。１つの例示的な実施例において、第１間隔２２１ａ（例えば、０．２５ｗ_０）に対応する第１ＳＮＲ値（例えば、曲線４６４ｃ）は、ＳＮＲが（例えば、ターゲット距離>８０ｍについての）角度範囲２２７の第１部分にわたってＳＮＲしきい値４４２を超過するように、固定されたスキャンレート（例えば、４、０００度／秒）について使用され、 第２間隔２２１ｂ（例えば、４ｗ_０）に対応する第１ＳＮＲ値（例えば、曲線４６４ａ）は、ＳＮＲが（例えば、ターゲット距離<８０ｍについての）角度範囲２２７の第２部分にわたってＳＮＲしきい値４４２を超過するように、固定されたスキャンレートについて使用される。この実施例において、角度範囲２２７にわたって固定された最大スキャンレートは、最適のスキャンレートに設定される。この実施例は、スキャンレートが角度範囲２２７にわたって固定されている間に、角度範囲２２７にわたって最大設計距離の異なる部分からリターンビーム２９１'データを検出するために多重受信導波管２２５ａ、 ２２５ｂを有利に使用する（例えば、受信導波管２２５ａは、より長い距離のターゲットからリターンビーム２９１'を受信し、受信導波管２２５ｂは、より短い距離のターゲットからリターンビーム２９１'を受信する）。角度範囲２２７が角度範囲３２６である例示的な実施例において、受信導波管２２５ｂは、第１および第２角度で送信されたビーム３４２、３４６に基づいてリターンビーム２９１'を受信し、受信導波管２２５ａは、中間送信されたビーム３４４に基づいてリターンビーム２９１'を受信する。

【0136】

他の実施例において、６０９ステップにおける、角度範囲２２７の各角度についてそれぞれの最大スキャンレートが決定される。各角度において、当該角度についての最大設計距離は、６０７ステップで受信されたデータに基づいて先に決定される。次に、６０１ステップで受信された第１ＳＮＲ値は、前記角度での最大設計距離について決定され、これらの第１ＳＮＲ値のうち、いずれが最小ＳＮＲしきい値を超過するかがさらに決定される。一実施例において、曲線４４０ｂ、４４０ｃ、４４０ｄの値は、最大設計距離（例えば、約９０ｍ）について決定され、曲線４４０ｂ、４４０ｃの値が最小ＳＮＲしきい値４４２を超過することがさらに決定される。最小ＳＮＲしきい値を超過する第１ＳＮＲ値のうち、最大スキャンレートを有する第１ＳＮＲ値が選択され、当該角度について最大スキャンレートが６０９ステップで決定される。前記実施例において、最大設計距離（例えば、約９０ｍ）で最小ＳＮＲしきい値４４２を超過する曲線４４０ｂ、４４０ｃの値のうち、曲線４４０ｃ値は、最大スキャンレートとして選択され、最大スキャンレート（例えば、曲線４４０ｃに連関する最適のスキャンレート）が当該角度について６０９ステップで決定される。１つの例示的な実施例において、図４ｇは、第１および第２角度のビーム３４２、３４６についてステップ６０９で決定された最大スキャンレート（例えば、曲線４４０ｃに基づく最適のスキャンレート）が第１および第２角度との間の角度のビーム３４４についてステップ６０９で決定された最大スキャン（例えば、曲線４４０ｂに基づく遅いスキャンレート）よりも大きいことを示す。このような例示的な実施例において、スキャニング光学機器２１８のスキャンレートは、角度範囲２２７にわたって変更され、リターンビーム２９１'は、より短いターゲット距離（例えば、ビーム３４２、３４６）に対応する角度範囲２２７の当該部分について速いスキャンレートでスキャンされ、より長いターゲット距離（例えば、ビーム３４４）に対応する角度範囲２２７の当該部分について遅いスキャンレートでスキャンされる。このような例示的な実施例において、１つの受信導波管２２５が角度範囲２２７にわたってリターンビーム２９１'をキャプチャするのに使用される。例示的な一実施例において、ステップ６０９における最大スキャンレートの決定は、受信導波管２２５の先端２１７上のリターンビーム２９１'のビーム離脱４１９（図４ｅ）が間隔２２１のしきい値内にあり、ここでしきい値は、先端２１７上のリターンビーム２９１'のイメージ４１８の直径の比率よりも小さい。例示的な実施例において、前記比率は、約０．５または約０．３ないし約０．７の範囲にある。

【0137】

図３ｃは、一実施例によって図３ｂのＬＩＤＡＲシステム３２０から多重角度３４５ａ、３４５ｂで送信されたビーム３４３ａ、３４３ｂの一例を示すブロック図である。一実施例において、ビーム３４３ａ、３４３ｂは、第１ビーム３４２と中間ビーム３４４との間の中間ビームである。他の実施例において、ビーム３４３ａは、第１ビーム３４２であり、ビーム３４３ｂは、第１ビーム３４２の後に処理される後続ビームである。６０９ステップにおいて、ＬＩＤＡＲシステム３２０の最大スキャンレートは、角度３４５ａで決定される。角度３４５ａでのビーム３４３ａの最大設計距離（例えば、３０ｍ）が先に６０７ステップにおけるデータを用いて決定される。次に、最大設計距離についての６０１ステップからの第１ＳＮＲ値が決定される。例示的な実施例において、第１ＳＮＲ値は、曲線４４０ｂ、４４０ｃ、４４０ｄの値を含む。次に、最大設計距離の第１ＳＮＲ値のうち、いずれが最小ＳＮＲしきい値を超過するかが決定される。例示的な実施例において、最大設計距離（例えば、３０ｍ）における曲線４４０ｂ、４４０ｃ、４４０ｄの値は、すべて最小ＳＮＲしきい値４４２を超過する。次に、これらの第１ＳＮＲ値のうち、いずれが最大スキャンレートを有するのかが決定され、当該角度について６０９ステップで前記最大スキャンレートが決定される。例示的な実施例において、曲線４４０ｃは、最大スキャンレートを有し、したがって、この最大スキャンレートは、ビーム３４３ａを角度３４５ａでスキャンするのに使用される。一実施例において、図４ｉは、第１および第２角度（例えば、曲線４５０ｄに基づく４００ｎｓ）のビーム３４２、３４６について６１１ステップで決定された最小スキャンレートが第１および第２角度（例えば、曲線４５０ａに基づく３．２μｓ）との間の角度のビーム３４４について６１１ステップで決定された最小インティグレーションタイムよりも短いことを示す。

【0138】

６１１ステップにおいて、ＬＩＤＡＲシステムのＳＮＲが最小ＳＮＲしきい値よりも大きいように、角度範囲２２７の各角度でＬＩＤＡＲシステムの最小インティグレーションタイムが決定される。最大設計距離が角度範囲２２７にわたって固定された値または固定された値の範囲を有する一部の実施例において、６１１ステップにおける、固定された最大設計距離（例えば、２００ｍ）または固定された最大設計距離の範囲（例えば、１８０ｍ～２２０ｍ）に基づいて角度範囲２２７にわたって固定された最小インティグレーションタイムが決定される。他の実施例において、角度範囲２２７のそれぞれの角度で当該角度についての最大設計距離が６０７ステップで受信されたデータに基づいて先に決定される。次に、６０３ステップで受信された第２ＳＮＲ値が当該角度での最大設計距離について決定され、これらの第２ＳＮＲ値のうち、いずれが最小ＳＮＲしきい値を超過するかがさらに決定される。一実施例において、曲線４５０ａ、４５０ｂ、４５０ｃ、４５０ｄ値が最大設計距離（例えば、約１２０ｍ）または最大設計距離についての値の範囲について決定され、曲線４５０ａ、４５０ｂ、４５０ｃの値が最小ＳＮＲしきい値４５２を超過することがさらに決定する。最小ＳＮＲしきい値を超過する第２ＳＮＲ値のうち、最小インティグレーションタイムを有する第２ＳＮＲ値が選択され、当該角度または角度範囲２２７についての最小インティグレーションタイムが６１１ステップで決定される。前記実施例において、最大設計距離（例えば、１２０ｍ）で最小ＳＮＲしきい値４５２を超過する曲線４５０ａ、４５０ｂ、４５０ｃの値のうち、曲線４５０ｃ値が最小インティグレーションタイムを有するものとして選択され、当該角度についての最小インティグレーションタイム（例えば、約８００ｎｓ）が６１１ステップで決定される。

【0139】

６１１ステップにおいて、ＬＩＤＡＲシステム３２０の最小インティグレーションタイムは、角度３４５ａで決定される。角度３４５ａでビーム３４３ａの最大設計距離（例えば、３０ｍ）は、まず６０７ステップのデータを用いて決定される。次に、最大設計距離についての６０３ステップからの第２ＳＮＲ値が決定される。例示的な実施例において、第２ＳＮＲ値は、曲線４５０ａ、４５０ｂ、４５０ｃ、４５０ｄの値を含む。次に、最大設計距離でこれらの第２ＳＮＲ値のうち、いずれが最小ＳＮＲしきい値を超過するかが決定される。例示的な実施例において、最大設計距離（例えば、３０ｍ）での曲線４５０ａ、４５０ｂ、４５０ｃ、４５０ｄの値は、すべて最小ＳＮＲしきい値４５２を超過する。次に、これらの第２ＳＮＲ値のうち、いずれが最小インティグレーションタイムを有するかが決定され、当該角度についてこの最小インティグレーションタイムが６１１ステップで決定される。例示的な実施例において、曲線４５０ｄは、最小インティグレーションタイム（例えば、４００ｎｓ）を有し、したがって、この最小インティグレーションタイムは、ビーム３４３ａを角度３４５ａで処理するのに使用される。

【0140】

６１３ステップにおいて、６０９、６１１ステップの他の繰り返しを行うために追加角度が角度範囲２２７に残っているかどうかが決定される。最大設計距離が角度範囲２２７にわたって固定された値または固定された値の範囲を有する一部の実施例において、６０９、６１１ステップが最大設計距離の固定された値または固定された値の範囲に基づいてそれぞれ一回行われ、６１３、６１５ステップは、省略され、方法６００は、６１７ステップに進行する。この実施例において、最大設計距離の固定値または固定値の範囲に基づいて６０９ステップで固定された最大スキャンレートが決定され、固定された最小インティグレーションタイムが最大設計距離の固定値または固定値の範囲に基づいて６１１ステップで決定される。

【0141】

一実施例において、角度範囲３２６についての６１３ステップにおける６０９、６１１ステップの初期繰り返しが範囲３２６内の第１ビーム３４２の第１角度に行われた場合、６１３ステップは、６０９および６１１ステップの以前繰り返しが角度範囲３２６の第２ビーム３４６の第２角度でまたはそれ以上で行われたかどうかの決定を含む。６０９および６１１ステップの初期繰り返しが範囲３２６の第２角度で行われた他の実施例において、６１３ステップは、６０９および６１１ステップの以前繰り返しが角度範囲３２６の第１角度でそれ以上で行われたかどうかの決定を含む。６１３ステップが範囲３２６により多くの角度が残っていると決定すると、方法は、６１５ブロックに進行する。６１３ステップが範囲３２６内にこれ以上の角度が残っていないと決定すると、方法は、６１７ブロックに進行する。

【0142】

６１５ステップにおいて、初期角度で６０９および６１１ステップの以前繰り返しを行った後に、６０９および６１１ステップを繰り返す後続角度の決定が行われる。一実施例において、図３ｃは、初期角度３４５ａの初期ビーム３４３ａで６０９および６１１ステップの以前繰り返しを行った後に、６０９および６１１ステップを繰り返す後続ビーム３４３ｂの後続角度３４５ｂを示している。一実施例において、６１５ステップは、後続角度３４５ｂと初期角度３４５ａと後続角度３４５ｂとの間の角度増分３５０ａの決定を含む。一実施例において、後続角度３４５ｂは、初期角度３４５ａ、６０９ステップで決定された角度３４５ａの最大スキャンレートおよび６１１ステップで決定された角度３４５ａの最小インティグレーションタイムに基づく。例示的な実施例において、後続角度θ_ｓは、次の数式を用いて初期角度θ_ｉ、最大スキャンレートＳ_ｍおよび最小インティグレーションタイムＩ_ｍに基づく。

【数9】

例示的な実施例において、初期角度３４５ａが－１５度であり、最大スキャンレートが毎秒１５度であり、最小インティグレーションタイムが２μｓであれば、後続角度３４５ｂは、数式９を用いて約－１４．９７度である。６１５ステップで後続角度を決定した後、方法は、ブロック６０９に再進行して６０９および６１１ステップが後続角度で繰り返される。

【0143】

６１７ステップにおいて、６０９および６１１ステップのこれ以上の繰り返しが行われる必要がないと決定された後、ＬＩＤＡＲシステムのスキャンパターンは、角度範囲３２６の各角度で６０９ステップからの最大スキャンレートおよびステップ６１１からの最小インティグレーションタイムに基づいて定義される。最大設計距離が角度範囲２２７にわたって固定された値または固定された値の範囲を有する一部の実施例において、固定された最大スキャンレートは、最大設計距離の固定された値または固定された値の範囲に基づいて６０９ステップで決定され、固定された最小インティグレーションタイムは、最大設計距離の固定された値または固定された値の範囲に基づいて６１１ステップで決定される。この実施例において、６１７ステップにおけるスキャンパターンは、角度範囲２２７にわたって各角度で固定された最大スキャンレートおよび固定された最小インティグレーションタイムに基づいて定義される。

【0144】

他の実施例において、スキャンパターンは、第１ビーム３４２の第１角度と第２ビーム３４６の第２角度との間の角度範囲３２６内の各角度についての最大スキャンパターンおよび最小インティグレーションタイムを含む。例示的な一実施例において、スキャンパターンは、処理システム２５０のメモリ（例えば、メモリ７０４）に格納される。他の例示的な実施例において、スキャンパターンの隣接する角度の間の角度増分は、６１５ステップで決定され、例えば、角度増分は、６１５ステップにおける後続角度と初期角度との間の間隔である。他の例示的な実施例において、図３ｃは、６１５ステップの目的上、後続角度３４５ｂと初期角度３４５ａとの間の角度増分３５０ａおよび６１７ステップで決定されたスキャンパターンを例示する。

【0145】

６１９ステップにおいて、ＬＩＤＡＲシステムは、６１７ステップで決定されたスキャンパターンに応じて作動する。最大設計距離が角度範囲２２７にわたって固定された値または固定された値の範囲を有する一実施例において、固定された最大スキャンレートは、最大設計距離の固定された値または固定された値の範囲に基づいて６０９ステップで決定される。この実施例において、６１９ステップにおけるＬＩＤＡＲシステムのビームは、角度範囲２２７にわたってスキャニング光学機器２１８を用いて固定された最大スキャンレートでスキャンされる。例示的な一実施例において、６１９ステップにおけるビーム２０５''は、ポリゴンスキャナ２４４を用いて固定された最大スキャンレートでスキャンされる。一実施例において、処理システム２５０は、ポリゴンスキャナ２４４によって角速度２４９の速度が固定された最大スキャンレートとなるように信号をポリゴンスキャナ２４４に送信する。さらに、この実施例において、ＬＩＤＡＲシステムの最小インティグレーションタイムは、最大設計距離についての固定された値または固定された値の範囲に基づく固定された最小インティグレーションタイムに基づく。一実施例において、ビーム２０５''は、ビーム２０５''がポリゴンスキャナ２４４の隣接するファセット２４５によってスキャンされることにより、角度範囲２２７にわたって連続的にスキャンされる。したがって、例示的な一実施例において、ビーム２０５''は、角度範囲２２７にわたってファセット２４５ａによってスキャンされ、続いて、ビーム２０５''は、角度範囲２２７にわたってファセット２４５ｂによってスキャンされる。６１９ステップのうち、リターンビーム２９１'は、コリメート光学機器２２９によって受信導波管２２５の先端２１７にフォーカシングされる。多数の受信導波管２２５ａ、２２５ｂが提供される例示的な実施例において、ビーム２０５''が角度範囲２２７の第１部分にわたって固定された最大スキャンレートでスキャンされるとき（例えば、追加のターゲット距離；ビーム３４４）、リターンビーム２９１'は、第１受信導波管２２５ａの先端２１７にフォーカシングされ、ビーム２０５''が角度範囲２２７の第２部分にわたって固定された最大スキャンレートでスキャンされるとき（例えば、より短いターゲット距離；ビーム３４２、３４６）、リターンビーム２９１'は、第２受信導波管２２５ｂの先端にフォーカシングされる。他の例示的な実施例において、１つの受信導波管２２５ａおよび受信導波管２２５ｂは省略され、ビーム２０５''が角度範囲２２７（例えば、視野３２４）にわたって固定された最大スキャンレートでスキャンされるとき、リターンビーム２９１'は、受信導波管２２５ａの先端に受信される。

【0146】

６１９ステップにおいて、ＬＩＤＡＲシステムの１つ以上のパラメータがシステム２００''の設計段階中に選択される。例示的な実施例において、送信導波管２２３と受信導波管２２５との間の間隔２２１の値は、グラフ４６４、４６５、４６６、４６７、４６９のうち、１つ以上を使用することに基づいて選択され、ここでユーザは、リターンビーム２９１'のＳＮＲしきい値を達成するためにターゲット設計距離およびスキャン速度の知られた値に基づく間隔２２１の値を決定する。また他の例示的な実施例において、ポリゴンスキャナ２４４のスキャン速度の値は、グラフ４６４、４６５、４６６、４６７、４６９およびグラフ４４０の使用に基づいて選択され、ここでユーザは、リターンビーム２９１'のＳＮＲしきい値を達成するためにターゲット設計距離および間隔２２１の知られた値に基づいてスキャン速度の値を決定する。

【0147】

他の実施例において、６１９ステップにおけるＬＩＤＡＲシステムのビームは、１つ以上のサイクルにわたって角度範囲３２６でスキャンされ、ここで各角度のビームのスキャンレートは、当該角度についてのスキャンパターンの最大スキャンレートであり、各角度でのＬＩＤＡＲシステムのインティグレーションタイムは、当該角度についての最小インティグレーションタイムである。一実施例において、６１９ステップにおける、それぞれの角度でＬＩＤＡＲシステムの処理システム２５０は、それぞれの角度でのスキャンレートが当該角度についてのスキャンパターンの最大スキャンレートとなるように１つ以上の信号をスキャニング光学機器２１８に送信する。さらに、一実施例において、６１９ステップにおける、それぞれの角度でＬＩＤＡＲシステムの処理システム２５０は、インティグレーションタイムが当該角度についてのスキャンパターンの最小インティグレーションタイムになるように、各角度で受信されたリターンビーム２９１についての獲得システム２４０および／または処理システム２５０のインティグレーションタイムを調整する。これは有利にも、ＬＩＤＡＲシステムが各角度で適切なＳＮＲを維持することを保障しながら、ビームが最大スキャンレートでスキャンされ、リターンビームがそれぞれの角度で最も短いインティグレーションタイムで処理されることを保障する。

【0148】

図５は、一実施例によって図２ｅのシステムにおける多重の角度範囲にわたって時間に応じた垂直角度を例示するグラフである。水平軸５０２は、秒（ｓ）単位の時間であり、垂直軸は、ラジアン（ｒａｄ）単位の角度である。曲線５４０は、６１９ステップにおける多重のスキャンパターンのうちにビームについてのスキャニング中に時間によるビームの角度を示す。時間の瞬間での曲線５４０の傾きは、当該時間のビームのスキャンレートを示す。一実施例において、曲線５４０の領域５４２は、ビームが上限３４７に向けて指向されるときに、より速いスキャンレート（例えば、曲線５４０の高い傾き）を示し、曲線５４０の領域５４４は、ビームが地面３４９に向けて指向されるときに、より速いスキャンレート（例えば、曲線５４０の高い傾き）を示し、曲線５４０の領域５４６は、ビームが地面３４９と平行に指向されるときに、より遅いスキャンレート（例えば、曲線５４０のより低い傾き）を示している。ビーム２０５''が固定された最大スキャンレートでスキャンされる他の実施例において、曲線は、角度範囲２２７にわたって固定された傾きを示している。

【0149】

他の実施例において、６１９ステップの途中または後に、プロセッサーは、少なくとも部分的に６１９ステップの途中にＬＩＤＡＲシステムによって収集されたデータに基づいて車両３１０を作動させる。一実施例において、ＬＩＤＡＲシステムの処理システム２５０および／または車両３１０のプロセッサー３１４は、６１９ステップでＬＩＤＡＲシステムによって収集されたデータに基づいて車両の操向および／または制動システムに１つ以上の信号を送信する。１つの例示的な実施例において、処理システム２５０は、ＬＩＤＡＲデータに応答して車両３１０の位置を制御するために車両３１０の操向または制動システムに１つ以上の信号を送信する。一部の実施例において、処理システム２５０は、６１９ステップで収集されたＬＩＤＡＲデータに基づいて車両３１０のプロセッサー３１４に１つ以上の信号を送信し、これにより、プロセッサー３１４は、車両３１０の操向および制動システムに１つ以上の信号を送信する。
８．コンピュータハードウェア概要

【0150】

図７は、本開示内容の一実施例を実装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、他の実施例において、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。

【0151】

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に連結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ー７０２がバス７１０と結合される。プロセッサー７０２は、情報についての一連の動作を行う。一連の動作は、バス７１０から情報を取得することおよびバス７１０上に情報を配置することを含む。また、一連の動作は、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。プロセッサー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。

【0152】

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。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）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ー７０２によって使用される。また、コンピュータシステム７００は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）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、それとも電力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。

【0153】

命令語を含む情報は、人間ユーザによって操作される文字－数字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ーによる使用のためにバス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に提供される小さい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。

【0154】

図示された実施例において、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）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ー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化ボード（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（Ｒｏｂｏｔｉｃ Ａｒｍ）および医療スキャニング装備のような特別な外部装置とのインターフェースを含む。

【0155】

また、コンピュータシステム７００は、バス７１０に連結された通信インターフェース７７０の１つ以上の例を含む。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ーで動作する様々な外部装置についての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、独自のプロセッサー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）へのデータ通信接続を提供するＬＡＮカードであり得る。また、無線リンクが具現できる。音波および電磁波－電波（Ｒａｄｉｏ Ｗａｖｅ）、光波（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｗａｖｅ）および赤外線波（Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｗａｖｅ）を含む－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動を含む。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。

【0156】

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ー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、プロセッサー７０２に情報を提供するのに参与する任意の媒体を指すために使用される。

【0157】

コンピュータ読み取り可能な媒体の一般的な形態は、例えば、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（登録商標）－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、コンピュータ読み取り可能な非一時的な（Ｎｏｎ－Ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ）格納媒体という用語は、搬送波および他の信号を除外し、プロセッサー７０２に情報を提供するのに参与する任意の媒体を指すために使用される。

【0158】

１つ以上の有形の媒体（Ｔａｎｇｉｂｌｅ Ｍｅｄｉａ）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ー命令語およびＡＳＩＣ７２０のような特殊目的のハードウェアのうち、１つまたは両方を含む。

【0159】

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でプレゼンテーションするためのビデオデータを表す情報を提供する。

【0160】

本開示内容は、本明細書に説明された技術を具現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。本開示内容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ー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に含まれた命令語シーケンスの実行は、プロセッサー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。代替の実施例において、ＡＳＩＣ７２０のようなハードウェアが本開示内容を具現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、本開示内容の実施例は、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。

【0161】

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に、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ー７０２によって行われるか、後で行うために格納装置７０８または他の不揮発性格納装置に格納されか、またはこれらのすべてが行われ得る。このような方式で、コンピュータシステム７００は、搬送波上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。

【0162】

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ー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のに関連し得る。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にローカルなモデムは、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に運び、プロセッサー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、プロセッサー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。

【0163】

図８は、本開示内容の一実施例が具現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ーおよびメモリコンポネントを含む。例として、物理的パッケージは、物理的強度、大きさの保存および／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。

【0164】

一実施例において、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。プロセッサー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に連結される。プロセッサー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ーは、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ーの例は、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、プロセッサー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）の独立的な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ーを含み得る。また、プロセッサー８０３は、１つ以上のデジタル信号プロセッサー（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ネントを伴い得る。ＤＳＰ８０７は、通常、プロセッサー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、汎用プロセッサー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ネントは、１つ以上のＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）（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。

【0165】

プロセッサー８０３および随伴するコンポネントは、バス８０１を介してメモリ８０５に連結される。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。また、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

【0166】

前述の明細書において、本開示内容は、その特定の実施例を参照して説明されている。しかし、本開示内容のより広い思想および範囲から逸脱することなく、様々な修正および変更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。本明細書および特許請求の範囲の全体にわたって、文脈で異に要求しない限り、「含み」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、以下の言及された項目、要素またはステップまたは複数の項目、要素またはステップを含むことを意味するが、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ことを意味するものと理解できるであろう。単数形の項目は、当該単数形に限る項目、要素またはステップのうち、１つ以上を示すものを意味する。本明細書に使用されたように、文脈上明らかに異にしない限り、値は、他の値の２倍（２倍または半分）内にある場合、「およそ」他の値である。例示的な範囲が提供されるが、文脈で明らかに異にしない限り、任意の記載された範囲は、様々な実施例にも意図されたものである。したがって、０から１０までの範囲は、一部の実施例において、１ないし４の範囲を含む。

【0167】

広い範囲を説明する数値範囲およびパラメータが近似値であるにもかかわらず、特定の非限定的な例に記載された数値は、できるだけ正確に報告される。しかし、任意の数値は、本質的に本文書作成の時点でそれぞれのテスト測定値から得られる標準偏差によって必然的に発生する特定の誤差を含んでいる。さらに、文脈上異なり明らかでない限り、ここに提示される数値は、最下位の数字によって与えられる黙示的な精度を有する。したがって、１．１の値は、１．０５から１．１５までを意味する。「約」という用語は、与えられた値を中心により広い範囲を示すために使用され、文脈上明らかでない限り、最下位の数字周辺のより広い範囲を意味するが、例えば、「約１．１」は、１．０から１．２までの範囲を意味する。最下位の数字が不明確な場合、「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までの範囲の値を意味する。例えば、約１００は、５０から１００までの範囲の値を意味する。また、本明細書に開示されているすべての範囲は、その中に含まれる任意のおよびすべての下位範囲を含むものと理解されるべきである。例えば、「１０未満」の範囲は、最小値０と最大値１０との間の（当該値を含む）任意のおよびすべての下位範囲、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およびすべての下位範囲、例えば、１ないし４の範囲である。

【0168】

本開示内容の一部の実施例は、光信号に変調された無線周波数における二進、π／２（９０度）位相エンコーディングの側面で以下に説明されるが、実施例は、この側面に限定されない。他の実施例において、異なる位相差（例えば、３０度、６０度、または１８０度）を有するか、または３つ以上の異なる位相を有するエンコーディングである他の位相エンコーディングが使用される。実施例は、他の実施例において、以降、線形ステッピングまたは回転光学コンポネントであるか、または送信機アレイまたは検出器アレイまたは検出器の対を有する任意の知られたスキャン手段を使用してスキャンできる単一の光ビームと単一の検出器または一対の検出器についてのリターンの側面から説明される。この説明の目的上、「位相コード持続時間」は、光信号に変調された位相エンコードされた信号についての位相シーケンスを示すコードの持続時間である。

【0169】

一部の実施例において、装置は、バイスタティックトランシーバー、複屈折ディスプレーサ、偏光変換光学機器およびコリメート光学機器を含む。バイスタティックトランシーバーは、レーザーソースからの第１信号を送信するように構成された送信導波管および間隔だけ送信導波管から離隔しており、ターゲットによって反射した第２信号を受信するように構成された受信導波管を含み得る。複屈折ディスプレーサは、第１信号および第２信号のうち、１つの方向に直交する方向に第１信号および第２信号のうち、１つを変位させるように構成され得る。偏光変換光学機器は、第１信号と第２信号の直交フィールド成分の間の相対位相を調整するように構成され得る。コリメート光学機器は、送信導波管から送信された第１信号を成形し、ターゲットによって反射した第２信号を成形するように構成され得る。複屈折ディスプレーサと偏光変換光学機器がバイスタティックトランシーバーとコリメート光学機器との間に位置する。

【0170】

一部の実施例において、複屈折ディスプレーサは、第１信号および第２信号のうち、１つの方向に直交する距離だけ第１信号および第２信号のうち、１つを変位させるように構成され得、距離は間隔に基づく。

【0171】

一部の実施例において、複屈折ディスプレーサは、装置の縦軸に沿った寸法を有し得、寸法は、距離が間隔とほぼ同じになるように大きさが形成される。

【0172】

一部の実施例において、バイスタティックトランシーバーは、１つ以上の導波管の対を含み得る。それぞれの対は、１つの送信導波管と１つの受信導波管とを含み得る。複屈折ディスプレーサは、第１信号が複屈折ディスプレーサによって変位しないように構成され得、また、変位した第２信号が受信導波管に入射するように間隔に基づいて第２信号を変位させるように構成され得る。

【0173】

一部の実施例において、送信導波管および受信導波管は、直交指向を有する偏光維持光ファイバであり得る。第１信号および第２信号は、偏光維持光ファイバの直交指向に基づく直交偏光で線形偏光することができる。

【0174】

一部の実施例において、偏光変換光学機器は、１／４波長板であり得る。１／４波長板は、第１信号の第１線形偏光を第１方向の第１円偏光に調整するように構成され得る。１／４波長板は、ターゲットによって反射した第２信号の第２円偏光を第１線形偏光に直交する第２線形偏光に調整するようにさらに構成され得る。第２円偏光は、第１方向とは反対である第２方向を有し得る。

【0175】

一部の実施例において、バイスタティックトランシーバーは、１つの送信導波管と１対の受信導波管を含み得、１対の受信導波管は、送信導波管の第１側面から第１間隔だけ離隔した第１受信導波管および送信導波管の第２側面から第２間隔だけ離隔した第２受信導波管を含む。送信導波管は、単一モード光ファイバを含み得、第１および第２受信導波管は、直交指向を有する偏光維持光ファイバであり得る。第１信号は、偏光されないことがある。第１および第２受信導波管は、偏光維持光ファイバの直交指向に基づいて直交偏光で線形偏光されたそれぞれの第２信号を受信するように構成され得る。

【0176】

一部の実施例において、複屈折ディスプレーサは、第１複屈折ディスプレーサおよび第２複屈折ディスプレーサを含み得、第１複屈折ディスプレーサと第２複屈折ディスプレーサとの間に偏光変換光学機器が配置される。第１複屈折ディスプレーサは、第１成分の第１線形偏光に基づいて第１信号の第１成分を変位させるように構成され得、第１線形偏光に直交する第２成分の第２線形偏光に基づいて第１信号の第２成分を変位させないようにさらに構成され得る。偏光変換光学機器は、第１成分の第１線形偏光を第２線形偏光に回転させるように構成され得、第２成分の第２線形偏光を第１線形偏光に回転させるようにさらに構成され得る。第２複屈折ディスプレーサは、第２成分の第１線形偏光に基づいて偏光変換光学機器から入射する第１信号の第２成分を変位させるように構成され得、第１成分の第２線形偏光に基づいて第１信号の第１成分を変位させないようにさらに構成され得る。第１複屈折ディスプレーサに入射する第１信号は、偏光されないことがある。第１複屈折ディスプレーサは、第１間隔に基づいて第１信号の第１成分を変位させるように構成され得る。第２複屈折ディスプレーサは、第１間隔に基づいて第１信号の第２成分を変位させるように構成され得る。第２複屈折ディスプレーサは、第１成分の第１線形偏光に基づいてターゲットによって反射した第２信号の第１成分を変位させるように構成され得、第１線形偏光に直交する第２成分の第２線形偏光に基づいて第２信号の第２成分を変位させないようにさらに構成され得る。第１複屈折ディスプレーサは、第１成分の第１線形偏光に基づいて第２信号の第１成分を変位させるように構成され得、第１成分の第２線形偏光に基づいて第２信号の第２成分を変位させないようにさらに構成され得る。ターゲットから第２複屈折ディスプレーサに入射する第２信号は、偏光されないことがある。第２複屈折ディスプレーサは、第１間隔に基づいて第２信号の第１成分を変位させるように構成され得る。第１複屈折ディスプレーサは、第２間隔に基づいて第２信号の第１成分を変位させるように構成され得る。

【0177】

一部の実施例において、偏光変換光学機器は、第２複屈折ディスプレーサから偏光変換光学機器に入射する第２信号の第１および第２成分の線形偏光に影響を与えないように構成され得る。偏光光学機器は、ファラデー回転子および半波長板を含み得る。半波長板は、第２信号の第１および第２成分の線形偏光を回転させるように構成され得る。ファラデー回転子は、第２信号の第１および第２成分の線形偏光を半波長板と同じ量だけ逆に回転させるように構成され得る。

【0178】

一部の実施例において、装置は、第１角度および第２角度によって定義された角度範囲にわたってスキャンレートでスキャン方向に第１信号の方向を調整するように構成されたスキャニング光学機器を含み得る。スキャン方向は、送信導波管から受信導波管へのベクトルの方向について非平行であり得る。複屈折ディスプレーサは、変位した第２信号が受信導波管内に受信されるようにベクトルについての角度で指向されることがある。ベクトルについての角度の方向は、スキャン方向に基づくことができ、角度の大きさは、スキャンレートに基づくことができる。

【0179】

一部の実施例において、スキャン方向は、送信導波管から受信導波管へのベクトルの方向についてほぼ平行であり得る。複屈折ディスプレーサは、第２信号の変位の大きさがスキャン方向に基づくように構成され得る。装置の縦軸に沿った複屈折ディスプレーサの寸法は、変位の大きさを調整するように選択できる。一部の実施例において、スキャン方向は、ベクトルと同じ方向であり得る。変位の大きさは、変位した第２信号が受信導波管内に受信されるようにベクトルの大きさよりも大きいことがある。

【0180】

一部の実施例において、方法は、レーザーソースからバイスタティックトランシーバーの送信導波管からの第１信号を送信するステップを含む。方法は、また、バイスタティックトランシーバーの受信導波管でターゲットによって反射した第２信号を受信するステップを含む。受信導波管は、送信導波管から間隔だけ離隔し得る。方法は、また、複屈折ディスプレーサを使用して第１信号および第２信号のうちの１つを第１信号および第２信号のうちの１つの方向に直交する方向に変位させるステップを含む。方法は、また、偏光変換光学機器を使用して第１信号と第２信号の直交フィールド成分の間の相対位相を調整するステップを含む。方法は、また、コリメート光学機器を使用して送信導波管から送信された第１信号およびターゲットから反射した第２信号を成形するステップを含む。複屈折ディスプレーサおよび偏光光学機器は、バイスタティックトランシーバーとコリメート光学機器との間に位置し得る。

【0181】

一部の実施例において、変位は、第１信号と第２信号のうちの１つの信号を第１信号と第２信号のうちの１つの信号の方向に直交する距離だけ変位させることを含み得る。距離は、間隔に基づくことができる。

【0182】

一部の実施例において、変位は、複屈折ディスプレーサを使用して第１信号を第１信号の方向に直交する方向に変位させることなく第２信号を変位させるが、変位した第２信号が受信導波管に入射するように、第２信号を間隔に基づいて第２信号の方向に直交する方向に変位させることを含み得る。

【0183】

一部の実施例において、偏光変換光学機器は、１／４波長板であり得る。調整ステップは、１／４波長板を使用して第１信号の第１線形偏光を第１方向の第１円偏光に調整することを含み得る。調整ステップは、また、１／４波長板を使用してターゲットによって反射した第２信号の第２円偏光を第１線形偏光に直交する第２線形偏光に調整することを含み得る。第２円偏光は、第１方向とは反対の第２方向を有し得る。

【0184】

一部の実施例において、複屈折ディスプレーサは、第１複屈折ディスプレーサおよび第２複屈折ディスプレーサを含み得、第１複屈折ディスプレーサと第２複屈折ディスプレーサとの間に偏光変換光学機器が配置される。第１複屈折ディスプレーサによる変位は、第１信号の第１成分を変位させるが、第１成分の第１線形偏光に基づいて第１信号の第１成分を変位させ、第１信号の第２成分を変位させないが、第１線形偏光に直交する第２成分の第２線形偏光に基づいて第１信号の第２成分を変位させないことを含み得る。偏光変換光学機器による調整は、第１成分の第１線形偏光を第２線形偏光に回転させ、第２成分の第２線形偏光を第１線形偏光に回転させることを含み得る。第２複屈折ディスプレーサによる変位は、第２成分の第１線形偏光に基づいて偏光変換光学機器から入射する第１信号の第２成分を変位させ、第１成分の第２線形偏光に基づいて第１信号の第１成分を変位させないことを含み得る。

【0185】

一部の実施例において、バイスタティックトランシーバーは、１つの送信導波管と１対の受信導波管を含み得、１対の受信導波管は、送信導波管の第１側面から第１間隔だけ離隔した第１受信導波管および送信導波管の第２側面から第２間隔だけ離隔した第２受信導波管を含む。第１複屈折ディスプレーサに入射する第１信号は、偏光されないことがある。第１複屈折ディスプレーサで第１信号の第１成分を変位させることは、第１間隔に基づくことができる。第２複屈折ディスプレーサで第１信号の第２成分を変位させることは、第１間隔に基づくことができる。

【0186】

一部の実施例において、第２複屈折ディスプレーサによる変位は、ターゲットによって反射した第２信号の第１成分を変位させるが、第１成分の第１線形偏光に基づいて変位させ、第２信号の第２成分を変位させないが、第１線形偏光に直交する第２成分の第２線形偏光に基づいて変位させないことを含み得る。第１複屈折ディスプレーサによる変位は、第２信号の第１成分を変位させるが、第１成分の第１線形偏光に基づいて変位させ、第２信号の第２成分を変位させないが、第１成分の第２線形偏光に基づいて変位させないことを含み得る。

【0187】

一部の実施例において、バイスタティックトランシーバーは、１つの送信導波管と１対の受信導波管を含み得、１対の受信導波管は、送信導波管の第１側面から第１間隔だけ離隔した第１受信導波管および送信導波管の第２側面から第２間隔だけ離隔した第２受信導波管を含む。ターゲットからの第１複屈折ディスプレーサに入射する第２信号は、偏光されないことがある。第２複屈折ディスプレーサで第２信号の第１成分を変位させることは、第１間隔に基づくことができる。第１複屈折ディスプレーサで第２信号の第１成分を変位させることは、第２間隔に基づくことができる。

【0188】

一部の実施例において、偏光変換光学機器は、第２複屈折ディスプレーサから偏光変換光学機器に入射する第２信号の第１および第２成分の線形偏光に影響を与えないように構成され得る。偏光光学機器は、ファラデー回転子および半波長板を含み得る。調整ステップは、半波長板を使用して第２信号の第１および第２成分の線形偏光を回転させ、ファラデー回転子を使用して第２信号の第１および第２成分の線形偏光を半波長板と同じであるが、反対の量だけ回転させることを含み得る。

【0189】

一部の実施例において、方法は、スキャニング光学機器を使用して第１角度と第２角度によって定義された角度範囲にわたってスキャンレートでスキャン方向に第１信号の方向を調整するステップを含み得る。スキャン方向は、送信導波管から受信導波管へのベクトルに非平行であり得る。変位は、複屈折ディスプレーサをベクトルについての角度で指向させることを含み得る。角度の方向は、スキャン方向に基づいており、角度の大きさは、スキャンレートに基づく。スキャン方向は、送信導波管から受信導波管へのベクトルにほぼ平行であり得る。変位は、スキャン方向に基づいて変位の大きさを調整することを含み得る。

【0190】

一部の実施例において、ＬＩＤＡＲシステムのスキャンパターンを最適化するシステムは、前述の装置およびレーザーソースを備えたＬＩＤＡＲシステムを含み得る。システムは、プロセッサーおよび１つ以上の命令語シーケンスを有する少なくとも１つのメモリをさらに含み得る。１つ以上の命令語シーケンスは、プロセッサーによって実行されるとき、システムが送信導波管から第１信号を送信し、受信導波管で第２信号を受信し、１つ以上の光ミキサで第２信号を１つのレーザーソースからの基準ビームと結合し、第２信号と基準ビームとの結合に基づいて信号を生成し、当該信号に基づいて装置を動作させるようにする。装置は、送信導波管および複数の受信導波管を備えた１次元バイスタティックトランシーバーを含み得る。システムは、複数の処理チャネルをさらに含み得る。第２信号を受信するステップは、それぞれの複数の受信導波管で複数の第２信号を受信するステップを含み得る。結合ステップは、複数の処理チャネル内で複数の第２信号を基準ビームと結合するステップを含み得る。それぞれの処理チャネルは、それぞれの受信導波管に割り当てられる。

【図1a】

【図1b】

【図1c】

【図1d】

【図1e】

【図1f】

【図2a】

【図2b】

【図2c】

【図2d】

【図2e】

【図2f】

【図2g】

【図2h】

【図2i】

【図2j】

【図2k】

【図2l】

【図2m】

【図2n】

【図2o】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【図3d】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図4d】

【図4e】

【図4f】

【図4g】

【図4h】

【図4i】

【図4j】

【図4k】

【図4l】

【図4m】

【図4n】

【図4o】

【図5】

【図6a】

【図6b】

【図7】

【図8】

【手続補正書】

【提出日】2023-06-01

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光検出及び測距（ＬＩＤＡＲ）システムにおいて、
レーザーソースと、トランシーバーと、１つ以上の光学機器とを備え、
前記レーザーソースは、ビームを生成するように構成され、
前記トランシーバーは、前記ビームに基づいて送信信号を生成し、前記送信信号を送信導波管を通して送信し、オブジェクトによって反射されたリターン信号を受信導波管を通して受信するように構成され、
１つ以上の前記光学機器は、
前記トランシーバーの外部にあり、
前記送信信号又は前記リターン信号の一方の信号を変位させることにより、前記送信信号と前記リターン信号の間の距離を光学的に変化させるように構成され、
前記変位前の一方の前記信号及び前記変位後の一方の前記信号は、互いに平行である、
ＬＩＤＡＲシステム。

【請求項2】

請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステムであって、
１つ以上の前記光学機器は、前記リターン信号が進行する第２方向と直交する第１方向に前記リターン信号を変位させるように構成される、
ＬＩＤＡＲシステム。

【請求項3】

請求項２に記載のＬＩＤＡＲシステムであって、
１つ以上の前記光学機器は、少なくとも２つの屈折率を有するディスプレーサを含み、
前記ディスプレーサは、前記リターン信号を前記第１方向に変位させるように構成される、
ＬＩＤＡＲシステム。

【請求項4】

請求項３に記載のＬＩＤＡＲシステムであって、
第１光学機器を更に備え、
前記第１光学機器は、前記送信導波管から送信された前記送信信号をコリメートし、前記オブジェクトによって反射された前記リターン信号を集光するように構成される、
ＬＩＤＡＲシステム。

【請求項5】

請求項４に記載のＬＩＤＡＲシステムであって、
偏光変換光学機器を更に備え、
前記偏光変換光学機器は、前記送信信号及び前記リターン信号の偏光を、前記送信信号の調整された偏光が前記リターン信号の調整された偏光と直交するように、前記送信信号及び前記リターン信号の調整された偏光に調整するように構成された、
ＬＩＤＡＲシステム。

【請求項6】

請求項５に記載のＬＩＤＡＲシステムであって、
前記ディスプレーサ及び前記偏光変換光学機器は、前記トランシーバーと前記第１光学機器との間に配置される、
ＬＩＤＡＲシステム。

【請求項7】

請求項３に記載のＬＩＤＡＲシステムであって、
前記受信導波管は、前記送信導波管から離間して間隔をあけて配置され、
前記ディスプレーサは、前記リターン信号を前記第１方向に第１距離だけ変位させるように構成され、
前記第１距離は、前記間隔に基づく、
ＬＩＤＡＲシステム。

【請求項8】

請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステムであって。
１つ以上の前記光学機器は、前記送信信号が進む第４方向と直交する第３方向に前記送信信号を変位させるように構成される、
ＬＩＤＡＲシステム。

【請求項9】

１つ以上のプロセッサを含む自律走行車制御システムにおいて、
１つ以上の前記プロセッサは、
レーザーソースに、ビームを生成させ、
トランシーバーに、前記ビームに基づいて送信信号を生成させ、前記送信信号を送信導波管を通して送信させ、オブジェクトによって反射されたリターン信号を受信導波管を通して受信させ、
１つ以上の光学機器に、前記送信信号又は前記リターン信号の一方の信号を変位させることにより、前記送信信号と前記リターン信号との間の距離を光学的に変化させ、前記変位前の一方の前記信号と前記変位後の一方の前記信号が互いに平行であり、
前記トランシーバーによって受信された前記リターン信号に基づいて車両を動作させる、
自律走行車制御システム。

【請求項10】

請求項９に記載の自律走行車制御システムであって、
１つ以上の前記光学機器は、少なくとも２つの屈折率を有するディスプレーサを含み、
１つ以上の前記プロセッサは、前記ディスプレーサに、前記リターン信号が進行する第２方向と直交する第１方向に前記リターン信号を変位させるように構成される、
自律走行車制御システム。

【請求項11】

請求項１０に記載の自律走行車制御システムであって、
前記１つ以上のプロセッサは、第１光学機器に、前記送信導波管から送信された送信信号をコリメートし、前記オブジェクトによって反射された前記リターン信号を集光させように構成される、
自律走行車制御システム。

【請求項12】

請求項１１に記載の自律走行車制御システムであって、
１つ以上の前記プロセッサは、偏光変換光学機器に、前記送信信号及び前記リターン信号の偏光を、前記送信信号の調整された偏光が前記リターン信号の調整された偏光と直交するように、前記送信信号及び前記リターン信号の調整された偏光に調整するように構成され、
前記ディスプレーサ及び前記偏光変換光学機器は、前記トランシーバーと前記第１光学機器との間に配置される、
自律走行車制御システム。

【請求項13】

請求項１２に記載された自律走行車制御システムであって、
前記受信導波管は、前記送信導波管から離間して間隔を空けて配置され、
１つ以上の前記プロセッサは、前記ディスプレーサに、前記リターン信号を前記第１方向に第１距離だけ変位させるよう構成され、
前記第１距離は、前記間隔に基づく、
自律走行車制御システム。

【請求項14】

請求項１０に記載の自律走行車制御システムであって、
１つ以上の前記プロセッサは、前記ディスプレーサに、前記送信信号が移動する第４方向と直交する第３方向に前記送信信号を変位させるように構成される、
自律走行車制御システム。

【請求項15】

光検出及び測距（ＬＩＤＡＲ）システムを備える自律走行車において、
レーザーソースと、トランシーバーと、１つ以上の光学機器とを備え、
前記レーザーソースは、ビームを生成するように構成され、
前記トランシーバーは、前記ビームに基づいて送信信号を生成し、前記送信信号を送信導波管を通して送信し、オブジェクトによって反射されたリターン信号を受信導波管を通して受信するように構成され、
１つ以上の前記光学機器は、
前記トランシーバーの外部にあり、
前記送信信号又は前記リターン信号の一方の信号を変位させることにより、前記送信信号と前記リターン信号の間の距離を光学的に変化させるように構成され、
前記変位前の一方の前記信号及び前記変位後の一方の前記信号は、互いに平行である、
自律走行車。

【請求項16】

請求項１５に記載の自律走行車であって、
１つ以上の前記光学機器は、少なくとも２つの屈折率を有するディスプレーサを含み、
前記ディスプレーサは、前記リターン信号が進行する第２方向と直交する第１方向に前記リターン信号を変位させるように構成される、
自律走行車。

【請求項17】

請求項１６に記載の自律走行車であって、
第１光学機器を更に備え、
前記第１光学機器は、前記送信導波管から送信された前記送信信号をコリメートし、前記オブジェクトによって反射された前記リターン信号を集光するように構成される、
自律走行車。

【請求項18】

請求項１７に記載の自律走行車であって、
前記ＬＩＤＡＲシステムは、偏光変換光学機器を更に備え、
前記偏光変換光学機器は、前記送信信号及び前記リターン信号の偏光を、前記送信信号の調整された偏光が前記リターン信号の調整された偏光と直交するように、前記送信信号及び前記リターン信号の調整された偏光に調整するように構成され、
前記ディスプレーサ及び前記偏光変換光学機器は、前記トランシーバーと前記第１光学機器との間に配置される、
自律走行車。

【請求項19】

請求項１８に記載の自律走行車であって、
前記受信導波管は、前記送信導波管から離間して間隔をあけて配置され、
前記ディスプレーサは、前記リターン信号を前記第１方向に第１距離だけ変位させるように構成され、
前記第１距離は、前記間隔に基づく、
自律走行車。

【請求項20】

請求項１６に記載の自律走行車であって、
前記ディスプレーサは、前記送信信号が移動する第４方向と直交する第３方向に前記送信信号を変位させるように構成される、
自律走行車。

【外国語明細書】