ホーム > 特許ランキング > ＡＱＲＯＮＯＳ， ＩＮＣ．
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(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】P2023109843
(43)【公開日】2023-08-08
(54)【発明の名称】ＬＩＤＡＲ及びレーザ用測定手法
(51)【国際特許分類】
G01S 17/34 20200101AFI20230801BHJP
G01S 17/89 20200101ALI20230801BHJP
G02F 1/03 20060101ALI20230801BHJP
G02B 26/10 20060101ALI20230801BHJP
【ＦＩ】
G01S17/34
G01S17/89
G02F1/03 505
G02B26/10 109Z
G02B26/10 Z
【審査請求】有
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023077976
(22)【出願日】2023-05-10
(62)【分割の表示】P 2020544563の分割
【原出願日】2018-11-02
(31)【優先権主張番号】62/581,267
(32)【優先日】2017-11-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】520155044
【氏名又は名称】アクロノス インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＡＱＲＯＮＯＳ， ＩＮＣ．
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100202326
【弁理士】
【氏名又は名称】橋本 大佑
(72)【発明者】
【氏名】シュ－ウェイ フアン
(72)【発明者】
【氏名】ペイジ リ
(57)【要約】 （修正有）
【課題】デュアルコム測定システムを提供する。
【解決手段】デュアルコム測定システムは、双方向モードロック型フェムト秒レーザと、高速回転台と、ファイバ結合器とを含み得る。高速回転台は、励起ダイオードに結合されていることができる。
【選択図】図８
【解決手段】デュアルコム測定システムは、双方向モードロック型フェムト秒レーザと、高速回転台と、ファイバ結合器とを含み得る。高速回転台は、励起ダイオードに結合されていることができる。
【選択図】図８
【特許請求の範囲】
【請求項1】
デュアルコム測定システムであって、
双方向モードロックフェムト秒レーザと、
高速回転台であって、
前記高速回転台は励起ダイオードに結合されている、高速回転台と、
ファイバ結合器とを備えるデュアルコム測定システム。
双方向モードロックフェムト秒レーザと、
高速回転台であって、
前記高速回転台は励起ダイオードに結合されている、高速回転台と、
ファイバ結合器とを備えるデュアルコム測定システム。
【請求項2】
請求項１に記載のデュアルコム測定システムにおいて、前記双方向モードロックフェム
ト秒レーザは前記高速回転台上に配置されている、デュアルコム測定システム。
ト秒レーザは前記高速回転台上に配置されている、デュアルコム測定システム。
【請求項3】
請求項１に記載のデュアルコム測定システムにおいて、前記双方向モードロックフェム
ト秒レーザは２つのレーザ出力を生成し得る、デュアルコム測定システム。
ト秒レーザは２つのレーザ出力を生成し得る、デュアルコム測定システム。
【請求項4】
請求項３に記載のデュアルコム測定システムにおいて、前記２つのレーザ出力は組み合
わされることができる、デュアルコム測定システム。
わされることができる、デュアルコム測定システム。
【請求項5】
請求項４に記載のデュアルコム測定システムにおいて、前記２つのレーザ出力は標準的
なファイバ結合器をもって組み合わされることができる、デュアルコム測定システム。
なファイバ結合器をもって組み合わされることができる、デュアルコム測定システム。
【請求項6】
請求項３に記載のデュアルコム測定システムにおいて、前記２つのレーザ出力はキャビ
ティを共有できる、デュアルコム測定システム。
ティを共有できる、デュアルコム測定システム。
【請求項7】
請求項３に記載のデュアルコム測定システムにおいて、前記２つのレーザ出力は本来的
に相互にコヒーレントたり得る、デュアルコム測定システム。
に相互にコヒーレントたり得る、デュアルコム測定システム。
【請求項8】
請求項１に記載のデュアルコム測定システムにおいて、前記高速回転台はファイバ回転
ジョイントを含む、デュアルコム測定システム。
ジョイントを含む、デュアルコム測定システム。
【請求項9】
請求項８に記載のデュアルコム測定システムにおいて、前記ファイバ回転ジョイントは
励起ファイバをキャビティ回転から切り離すことを容易にする、デュアルコム測定システ
ム。
励起ファイバをキャビティ回転から切り離すことを容易にする、デュアルコム測定システ
ム。
【請求項10】
請求項１に記載のデュアルコム測定システムにおいて、前記測定システムはSagnac効果
を活用する、デュアルコム測定システム。
を活用する、デュアルコム測定システム。
【請求項11】
請求項１に記載のデュアルコム測定システムにおいて、前記高速回転台の速さは１０，
０００ｒｐｍとされる、デュアルコム測定システム。
０００ｒｐｍとされる、デュアルコム測定システム。
【請求項12】
請求項１に記載のデュアルコム測定システムにおいて、前記高速回転台の速さは５０，
０００ｒｐｍとされる、デュアルコム測定システム。
０００ｒｐｍとされる、デュアルコム測定システム。
【請求項13】
デュアルサイドバンドＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムであって、
調光生成ユニットと、
送受信ユニットと、
制御及び処理ユニットとを備える、デュアルサイドバンドＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステ
ム。
調光生成ユニットと、
送受信ユニットと、
制御及び処理ユニットとを備える、デュアルサイドバンドＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステ
ム。
【請求項14】
請求項１３に記載のデュアルコム測定システムにおいて、前記調光生成ユニットは連続
波長ダイオードレーザをさらに備える、デュアルコム測定システム。
波長ダイオードレーザをさらに備える、デュアルコム測定システム。
【請求項15】
請求項１４に記載のデュアルコム測定システムにおいて、前記連続波長ダイオードレー
ザは電気光学的振幅モジュレータに入力される、デュアルコム測定システム。
ザは電気光学的振幅モジュレータに入力される、デュアルコム測定システム。
【請求項16】
請求項１３に記載のデュアルコム測定システムにおいて、前記送受信ユニットはビーム
エキスパンダをさらに備える、デュアルコム測定システム。
エキスパンダをさらに備える、デュアルコム測定システム。
【請求項17】
請求項１３に記載のデュアルコム測定システムにおいて、前記送受信ユニットは偏光ビ
ームスプリッタをさらに備える、デュアルコム測定システム。
ームスプリッタをさらに備える、デュアルコム測定システム。
【請求項18】
請求項１３に記載のデュアルコム測定システムにおいて、前記制御及び処理ユニットは
２次元走査ユニットをさらに備える、デュアルコム測定システム。
２次元走査ユニットをさらに備える、デュアルコム測定システム。
【請求項19】
請求項１８に記載のデュアルコム測定システムにおいて、前記２次元走査ユニットはガ
ルバノミラーをさらに備える、デュアルコム測定システム。
ルバノミラーをさらに備える、デュアルコム測定システム。
【請求項20】
請求項１８に記載のデュアルコム測定システムにおいて、前記２次元走査ユニットは八
角形ミラーをさらに備える、デュアルコム測定システム。
角形ミラーをさらに備える、デュアルコム測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は一般的にＬｉＤＡＲ及びレーザの分野に関するのであり、より具体
的にはデュアルコム（dual comb）測定手法互換な双方向レーザに関するのであり、また
、デュアルサイドバンド周波数変調連続波（ＦＭＣＷ、frequency-modulated continuous
-wave）測定手法にも関する。
的にはデュアルコム（dual comb）測定手法互換な双方向レーザに関するのであり、また
、デュアルサイドバンド周波数変調連続波（ＦＭＣＷ、frequency-modulated continuous
-wave）測定手法にも関する。
【背景技術】
【0002】
デュアルコム分光法は新たに出現した分光ツールであり、周波数解像力、周波数正確性
、広帯域性、及び周波数コムの輝度を活用して超高解像・高感度な広帯域分光法をもたら
す。デュアルコム分光法は、２つのコヒーレント周波数コムを用いることによって、コム
の歯毎に試料の分光応答を迅速に測定することができ、従来型の分光器のサイズ制約や機
材応答制限を伴わずにしてこれをなし得る。
、広帯域性、及び周波数コムの輝度を活用して超高解像・高感度な広帯域分光法をもたら
す。デュアルコム分光法は、２つのコヒーレント周波数コムを用いることによって、コム
の歯毎に試料の分光応答を迅速に測定することができ、従来型の分光器のサイズ制約や機
材応答制限を伴わずにしてこれをなし得る。
【0003】
デュアルコム系の手法は、高解像分光法、精密測距、及び３次元イメージングについて
興味深い応用法をもたらす。伝統的な手法との比較でデュアルコム手法がもたらし得る主
たる利点について述べる。例えば、デュアルコム分光法では、高解像性能を保ったまま、
標準的なフーリエ変換分光法に比して数オーダー改善した読み取り速度をもたらす。もっ
とも、該手法の広範な採用は、複雑であり且つ高価な超高速レーザシステムを要すること
によって妨げられてきた。
興味深い応用法をもたらす。伝統的な手法との比較でデュアルコム手法がもたらし得る主
たる利点について述べる。例えば、デュアルコム分光法では、高解像性能を保ったまま、
標準的なフーリエ変換分光法に比して数オーダー改善した読み取り速度をもたらす。もっ
とも、該手法の広範な採用は、複雑であり且つ高価な超高速レーザシステムを要すること
によって妨げられてきた。
【0004】
フーリエ変換分光法は、科学的研究や化学及び製薬業界における化学サンプル解析用の
手段である。近年においては、その測定速度、感度、及び精度は、デュアル周波数コムを
用いることによって著しく向上させることができるものと示されている。また、極短パル
スを用いて非線形効果を惹起する近年の例により、デュアルコム分光法の利便性が強化さ
れたといえる。もっとも、該手法が２つの周波数コムを要し、また、それらのコムがアク
ティブ安定化を要するがために、該手法が広範に採用されることが妨げられている。
手段である。近年においては、その測定速度、感度、及び精度は、デュアル周波数コムを
用いることによって著しく向上させることができるものと示されている。また、極短パル
スを用いて非線形効果を惹起する近年の例により、デュアルコム分光法の利便性が強化さ
れたといえる。もっとも、該手法が２つの周波数コムを要し、また、それらのコムがアク
ティブ安定化を要するがために、該手法が広範に採用されることが妨げられている。
【0005】
リモートセンシングにおける最も基本的な測定事項の１つとしては、物体の絶対距離を
決定する能力を挙げることができる。高精度測距は大規模製造分野及び将来における密陣
形航行人工衛星ミッションの両方において重要な役割を果たすのであり、個々の人工衛星
の相対的な向き及び位置を維持するために絶対距離に関して迅速且つ正確な測定が肝要で
ある。既知な手法について述べるに、２つのコヒーレント広帯域ファイバレーザ周波数コ
ム光源を用いるとして、飛行時間（ＴｏＦ、time-of-flight）手法及び干渉手法の利点を
組み合わせるコヒーレントレーザ測距システムを用いて絶対距離測定をもたらすのであっ
て、複数のリフレクタから低出力を伴いつつそれがなされる。パルスＴｏＦは精度３ｍｍ
をもたらし、曖昧性レンジは２００ｍｓにおいて１．５ｍとなる。光学キャリアフェーズ
を介して精度は６０ｍｓにおいて５ｎｍより良いものに改善され、無線周波数フェーズを
介して曖昧性レンジは３０ｋｍに拡張されるのであり、場合によっては長距離において１
０＾１３における２のレベルでの測距（2 parts in 10^13 ranging）をもたらし得る。も
っとも、一般的には、物体の距離又は物体の速度のどちらか一方だけを一時に決定し得る
。
決定する能力を挙げることができる。高精度測距は大規模製造分野及び将来における密陣
形航行人工衛星ミッションの両方において重要な役割を果たすのであり、個々の人工衛星
の相対的な向き及び位置を維持するために絶対距離に関して迅速且つ正確な測定が肝要で
ある。既知な手法について述べるに、２つのコヒーレント広帯域ファイバレーザ周波数コ
ム光源を用いるとして、飛行時間（ＴｏＦ、time-of-flight）手法及び干渉手法の利点を
組み合わせるコヒーレントレーザ測距システムを用いて絶対距離測定をもたらすのであっ
て、複数のリフレクタから低出力を伴いつつそれがなされる。パルスＴｏＦは精度３ｍｍ
をもたらし、曖昧性レンジは２００ｍｓにおいて１．５ｍとなる。光学キャリアフェーズ
を介して精度は６０ｍｓにおいて５ｎｍより良いものに改善され、無線周波数フェーズを
介して曖昧性レンジは３０ｋｍに拡張されるのであり、場合によっては長距離において１
０＾１３における２のレベルでの測距（2 parts in 10^13 ranging）をもたらし得る。も
っとも、一般的には、物体の距離又は物体の速度のどちらか一方だけを一時に決定し得る
。
【0006】
デュアルコム系測定法は、精密分光法やコヒーレントＬＩＤＡＲ等の精度及び安定性を
要する用途において卓越した有望性をみせている。もっとも、必要とされる相互コヒーレ
ンスをもたらすためには２つのモードロックされたフェムト秒レーザ周波数コム及び高速
位相ロックループ電子部品が必要とされるが故に、デュアルコム測定法は現在広範に用い
られるにまでは至っていない。したがって、より良いレーザ周波数コムが必要とされてい
る。また、物体の距離及び物体の速度を１回の測定だけで明瞭に決定できる測定手法が必
要とされている。
要する用途において卓越した有望性をみせている。もっとも、必要とされる相互コヒーレ
ンスをもたらすためには２つのモードロックされたフェムト秒レーザ周波数コム及び高速
位相ロックループ電子部品が必要とされるが故に、デュアルコム測定法は現在広範に用い
られるにまでは至っていない。したがって、より良いレーザ周波数コムが必要とされてい
る。また、物体の距離及び物体の速度を１回の測定だけで明瞭に決定できる測定手法が必
要とされている。
【0007】
ＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲもまた有望なレーザ測距手法である。ＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシス
テムにおいては、物体の距離は測定された電気的周波数として線形的にエンコードされて
いる。伝統的には、物体の速さは測定された電気的周波数にオフセットをもたらし、この
ため、物体速度に関して別の独立な測定をなさない限り、距離に関して不確定性がもたら
される。本明細書中の様々な実施形態との関係で説明されているデュアルサイドバンド方
法をもちいることによってこの問題は解決されるのであって、たった１回の測定だけで物
体距離及び物体速さの両方を曖昧性を伴わずにして決定できる。
テムにおいては、物体の距離は測定された電気的周波数として線形的にエンコードされて
いる。伝統的には、物体の速さは測定された電気的周波数にオフセットをもたらし、この
ため、物体速度に関して別の独立な測定をなさない限り、距離に関して不確定性がもたら
される。本明細書中の様々な実施形態との関係で説明されているデュアルサイドバンド方
法をもちいることによってこの問題は解決されるのであって、たった１回の測定だけで物
体距離及び物体速さの両方を曖昧性を伴わずにして決定できる。
【発明の概要】
【0008】
本発明の実施形態はデュアルコム測定システムを含む。デュアルコム測定システムは、
双方向モードロック型フェムト秒レーザと、高速回転台と、ファイバ結合器とを含み得る
。高速回転台は、励起ダイオードに結合されていることができる。
双方向モードロック型フェムト秒レーザと、高速回転台と、ファイバ結合器とを含み得る
。高速回転台は、励起ダイオードに結合されていることができる。
【0009】
この概要及び後述の詳細な説明は単に例示的／図示的／説明的なものに過ぎず、限定的
なものとして意図されてはおらず、権利付与請求されている発明についてさらなる説明を
与えるに過ぎない。当業者ならば続く図面及び詳細な説明を参照することによって他のシ
ステム、方法、特徴、及び例示的実施形態についての利点について把握できよう。
なものとして意図されてはおらず、権利付与請求されている発明についてさらなる説明を
与えるに過ぎない。当業者ならば続く図面及び詳細な説明を参照することによって他のシ
ステム、方法、特徴、及び例示的実施形態についての利点について把握できよう。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図面は略図であり縮尺通りには図示されていない。図示の実施形態からの変形は想定内
である。このため、図面中の図案は本発明の範疇を限定することは意図していない。
である。このため、図面中の図案は本発明の範疇を限定することは意図していない。
【0011】
【図1】本発明の１つの実施形態による、高速回転台上の双方向モードロックフェムト秒レーザについての概略図である。
【図2】図２Ａは、測距をなすために正サイドバンドのみが用いられる場合のグラフである。図２Ｂは、時間の関数としての、正サイドバンドについての光学周波数グラフである。 図２Ｃは、弱反射及び強反射を伴う物体についてのＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲ結果についての標準的なグラフである。
【図3】図３Ａは、本発明の例示的実施形態による、デュアルサイドバンドＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲのキャリアのみが抑制された場合のグラフである。図３Ｂは、本発明の例示的実施形態による、時間の関数としての、両サイドバンドについての光学周波数グラフである。図３Ｃは、本発明の例示的実施形態による、弱反射及び強反射を伴う物体についてのＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲ結果についてのグラフである。
【図4】本発明の例示的実施形態による、デュアルサイドバンドＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムについての概略図である。
【図5】本発明の例示的実施形態による、デュアルサイドバンドＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムについての概略図である。
【図6】本発明の実施形態による、ＬｉＤＡＲシステムにて用いられる送受信端末についての概略図である。
【図7】本発明の例示的実施形態による、ＬｉＤＡＲシステムにて用いられる制御データ処理センタについての概略図である。
【図8】本発明の例示的実施形態による、デュアルサイドバンドＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムについての概略図である。
【図9】本発明の例示的実施形態による、２次元走査ユニットについての概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下の開示は、本発明の様々な実施形態及びその使用方法について、少なくとも好適な
最良モードの実施形態を説明するのであり、以下の詳細な説明にて詳述する。当業者なら
ば、本明細書中に説明されている事項の精神及び範疇から逸脱せずそれに変更及び改造を
加えることができよう。本発明は異なる形式の異なる実施形態としてもたらされ得るもの
であるも、図面及び明細書中にて説明するように本発明の好適な実施形態について詳述す
るのであり、本開示は本発明の諸原理についての例示であると解されるべきものであり、
説明された実施形態にほんはつめいの広い範囲を限定することは意図されていない。別段
の規定なき限り、開示した実施形態との関連で説明した任意の特徴、要素、コンポーネン
ト、機能、及びステップは、任意の他の実施形態のそれらと自由に組み合わせたりそれら
と代替させることができるものとなることが意図されている。したがって、例示されてい
る事項は例示の目的のみで示されているものと理解されるべきであり、本発明の範囲を限
定するものとして理解してはならない。
最良モードの実施形態を説明するのであり、以下の詳細な説明にて詳述する。当業者なら
ば、本明細書中に説明されている事項の精神及び範疇から逸脱せずそれに変更及び改造を
加えることができよう。本発明は異なる形式の異なる実施形態としてもたらされ得るもの
であるも、図面及び明細書中にて説明するように本発明の好適な実施形態について詳述す
るのであり、本開示は本発明の諸原理についての例示であると解されるべきものであり、
説明された実施形態にほんはつめいの広い範囲を限定することは意図されていない。別段
の規定なき限り、開示した実施形態との関連で説明した任意の特徴、要素、コンポーネン
ト、機能、及びステップは、任意の他の実施形態のそれらと自由に組み合わせたりそれら
と代替させることができるものとなることが意図されている。したがって、例示されてい
る事項は例示の目的のみで示されているものと理解されるべきであり、本発明の範囲を限
定するものとして理解してはならない。
【0013】
以下の説明及び図面においては、同様の要素は同様の参照符合をもって特定される。「
例えば」、「等」、及び「又は」を用いた場合、別段の定めなき限り、非排他的な代替案
を非限定的に示していることになる。「～を含んでいる」又は「～を含む」との語の使用
は、別段の定めなき限り、「～を含んでいるがこれらには限定されていない」又は「～を
含むがこれらには限定されない」を意味する。
例えば」、「等」、及び「又は」を用いた場合、別段の定めなき限り、非排他的な代替案
を非限定的に示していることになる。「～を含んでいる」又は「～を含む」との語の使用
は、別段の定めなき限り、「～を含んでいるがこれらには限定されていない」又は「～を
含むがこれらには限定されない」を意味する。
【0014】
図１に転じるに、双方向レーザが示されており、これは追加のレーザを必要とせずにデ
ュアルコム測定手法１００Aに本質的に向いている。図示のように、一部の実施形態では
、双方向レーザは、Sagnac効果を活用して、双方向レーザ出力１２０，１３０間で反復レ
ート差を作出できる。反復レート差を作出するための他の原理も利用できる。開店中の単
一周波数レーザジャイロに関しては、Sagnac効果故に、時計回りにおけるレージング周波
数と反時計回りにおけるレージング周波数とは次の差をもつ：Δfopt=α・fopt・Ω 。こ
こで、αはレーザキャビティの設計に依存する定数であり、foptはジャイロが静止中のレ
ージング周波数であり、Ωは回転の角速度である。
ュアルコム測定手法１００Aに本質的に向いている。図示のように、一部の実施形態では
、双方向レーザは、Sagnac効果を活用して、双方向レーザ出力１２０，１３０間で反復レ
ート差を作出できる。反復レート差を作出するための他の原理も利用できる。開店中の単
一周波数レーザジャイロに関しては、Sagnac効果故に、時計回りにおけるレージング周波
数と反時計回りにおけるレージング周波数とは次の差をもつ：Δfopt=α・fopt・Ω 。こ
こで、αはレーザキャビティの設計に依存する定数であり、foptはジャイロが静止中のレ
ージング周波数であり、Ωは回転の角速度である。
【0015】
同様に、図１で示されるように、励起ダイオード１４０に結合された高速回転台１１０
上に双方向モードロックフェムト秒レーザを置いた場合、Sagnac効果故に時計回り方向と
反時計回り方向とについてレーザ出力１２０，１３０間に反復レート差が招来され得る。
反復レート差は回転台１１０の角速度に比例していることができ、Δf_rep=α・f_rep・
Ωとして表すことができ、ここで、αは同一キャビティ設計依存係数であり、f_repはシ
ステム静止時の反復レートである。図１に示すように、２つのモードロックフェムト秒レ
ーザを作成することを要さない。一部の実施形態では、２つのレーザ出力１２０，１３０
を図１に示すように標準的なファイバ結合器を用いて組み合わせることができ、そしてこ
れによってデュアルコム測定用の光源を得たことになる。また、２つのレーザ出力１２０
，１３０を組み合わせる任意の他の方法を用いることもできる。デュアルコム測定の標準
的な２レーザ型の実施形態では、２つのレーザキャビティは独立に変動し、それらのノイ
ズは全く無相関である。よって、何もしない場合には独立している２つのキャビティをロ
ックし、また、２つのレーザ間で相互コヒーレンスを担保するために高速フィードバック
電子機器が必要となり得る。追加の情報は付録A及びBに記載されており、それらの全体が
参照によって取り込まれる。一部の実施形態では、双方向レーザ出力１２０，１３０は同
じキャビティを共有しており、したがってどの線形キャビティゆらぎについても２つの双
方向レーザ出力１２０，１３０は等しく影響を受ける。この共通ノイズ特性故に、高速位
相ロックループ電子部品すら必要とせずに、２つのレーザ出力１２０，１３０は本来的に
互いにコヒーレントたり得る。回転台１１０は、ポンプファイバをキャビティ回転から分
離するためのファイバ回転ジョイント１５０をも含み得る。
上に双方向モードロックフェムト秒レーザを置いた場合、Sagnac効果故に時計回り方向と
反時計回り方向とについてレーザ出力１２０，１３０間に反復レート差が招来され得る。
反復レート差は回転台１１０の角速度に比例していることができ、Δf_rep=α・f_rep・
Ωとして表すことができ、ここで、αは同一キャビティ設計依存係数であり、f_repはシ
ステム静止時の反復レートである。図１に示すように、２つのモードロックフェムト秒レ
ーザを作成することを要さない。一部の実施形態では、２つのレーザ出力１２０，１３０
を図１に示すように標準的なファイバ結合器を用いて組み合わせることができ、そしてこ
れによってデュアルコム測定用の光源を得たことになる。また、２つのレーザ出力１２０
，１３０を組み合わせる任意の他の方法を用いることもできる。デュアルコム測定の標準
的な２レーザ型の実施形態では、２つのレーザキャビティは独立に変動し、それらのノイ
ズは全く無相関である。よって、何もしない場合には独立している２つのキャビティをロ
ックし、また、２つのレーザ間で相互コヒーレンスを担保するために高速フィードバック
電子機器が必要となり得る。追加の情報は付録A及びBに記載されており、それらの全体が
参照によって取り込まれる。一部の実施形態では、双方向レーザ出力１２０，１３０は同
じキャビティを共有しており、したがってどの線形キャビティゆらぎについても２つの双
方向レーザ出力１２０，１３０は等しく影響を受ける。この共通ノイズ特性故に、高速位
相ロックループ電子部品すら必要とせずに、２つのレーザ出力１２０，１３０は本来的に
互いにコヒーレントたり得る。回転台１１０は、ポンプファイバをキャビティ回転から分
離するためのファイバ回転ジョイント１５０をも含み得る。
【0016】
システム複雑性の削減及びコスト削減の観点から、近時においては、双方向レーザをデ
ュアルコム測定システムに適用することに関して興味が示されている。２つのモードロッ
クされたフェムト秒レーザ周波数コム及び高速位相ロックループ電子部品が必要とされる
が故に、デュアルコム測定法は現在広範に用いられるにまでは至っていない。一部の実施
形態では、２モードロックレーザを双方向レーザで代替することによって、レーザの費用
を半減し得る。また、先の段落で述べたように、高速位相ロックループ電子部品は最早不
要となり得るのであり、システム複雑性及びコストをさらに減らせる。現代においては、
既存技術はファイバレーザキャビティは静止しているものとされており、故にキャビティ
は非対称であることが要求される。さらに、２方向における反復レートを相違させるため
には、等しくない非線形性を導入することを要する。非対称なキャビティ及び要求される
非線形性故に、２つの方向において被るキャビティノイズは最早完全に相殺できない（線
形キャビティ揺らぎのみが２方向において等しくもたらされる）。したがって、双方向レ
ーザ出力は互いから徐々に離れていくのであり、低速フィードバックが実装されない限り
相互コヒーレンスは喪失される。また、レーザ安定性を担保するために、非対称性及び非
線形性あまり高度に設定できず、故に反復レート差は通常は１００Ｈｚ未満に制限され、
結果としてデュアルコム測定システムのデータ取得頻度が制約に服する。
ュアルコム測定システムに適用することに関して興味が示されている。２つのモードロッ
クされたフェムト秒レーザ周波数コム及び高速位相ロックループ電子部品が必要とされる
が故に、デュアルコム測定法は現在広範に用いられるにまでは至っていない。一部の実施
形態では、２モードロックレーザを双方向レーザで代替することによって、レーザの費用
を半減し得る。また、先の段落で述べたように、高速位相ロックループ電子部品は最早不
要となり得るのであり、システム複雑性及びコストをさらに減らせる。現代においては、
既存技術はファイバレーザキャビティは静止しているものとされており、故にキャビティ
は非対称であることが要求される。さらに、２方向における反復レートを相違させるため
には、等しくない非線形性を導入することを要する。非対称なキャビティ及び要求される
非線形性故に、２つの方向において被るキャビティノイズは最早完全に相殺できない（線
形キャビティ揺らぎのみが２方向において等しくもたらされる）。したがって、双方向レ
ーザ出力は互いから徐々に離れていくのであり、低速フィードバックが実装されない限り
相互コヒーレンスは喪失される。また、レーザ安定性を担保するために、非対称性及び非
線形性あまり高度に設定できず、故に反復レート差は通常は１００Ｈｚ未満に制限され、
結果としてデュアルコム測定システムのデータ取得頻度が制約に服する。
【0017】
他方で一部の実施形態では、デュアルコム測定システムを用いる双方向レーザは、Sagn
ac効果を利用でき、これは回転台の速さによって線形的に制御可能である。反復レート差
は最早キャビティ非対称性及び非線形性に依存しなくなり得る故に、一部の実施形態では
、相互コヒーレンスが徐々に失われること及びデータ取得頻度の増大を克服し得る。一部
の実施形態では、容易に入手可能なモーター付き回転台（速さ：１０，０００ｒｐｍ（Ω
））を用いることができ、反復レート差（Δfrep）を２ｋHz（即ち、従来技術に比べて１
オーダー以上優れた値）とすることができる。任意の他の種類の回転台を用いることもで
きる。回転速度が５０，０００ｒｐｍとされる高速回転台をもってすれば反復レート差は
１０ｋHzレベルへとさらに上げることができる。また、反復レートは回転速さに線形的に
比例するため、回転台の速さを変えるだけでチューニングをなし得るのであり、また、モ
ーターの回転の速さを追跡することによって再較正できる。（Δfrep＝α・frep・Ω）な
お、高速回転によりシステムの慣性モーメントが増大するのであり、故に環境からの任意
の外乱に対してシステム全体がより安定的なものたり得る（回転を付された弾丸がより安
定した飛翔体となることを想起されたい）。
ac効果を利用でき、これは回転台の速さによって線形的に制御可能である。反復レート差
は最早キャビティ非対称性及び非線形性に依存しなくなり得る故に、一部の実施形態では
、相互コヒーレンスが徐々に失われること及びデータ取得頻度の増大を克服し得る。一部
の実施形態では、容易に入手可能なモーター付き回転台（速さ：１０，０００ｒｐｍ（Ω
））を用いることができ、反復レート差（Δfrep）を２ｋHz（即ち、従来技術に比べて１
オーダー以上優れた値）とすることができる。任意の他の種類の回転台を用いることもで
きる。回転速度が５０，０００ｒｐｍとされる高速回転台をもってすれば反復レート差は
１０ｋHzレベルへとさらに上げることができる。また、反復レートは回転速さに線形的に
比例するため、回転台の速さを変えるだけでチューニングをなし得るのであり、また、モ
ーターの回転の速さを追跡することによって再較正できる。（Δfrep＝α・frep・Ω）な
お、高速回転によりシステムの慣性モーメントが増大するのであり、故に環境からの任意
の外乱に対してシステム全体がより安定的なものたり得る（回転を付された弾丸がより安
定した飛翔体となることを想起されたい）。
【0018】
図２Ａ～２Ｃは、標準搬送波について単一のサイドバンドを抑制した場合と関連するグ
ラフであって、伝統的なＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲ原理を示すグラフである。図２Ａでは、キ
ャリア及び負のサイドバンドが抑制されて、測距をなすために正のサイドバンドのみが活
用される、とのことを示すグラフ２００Ａが示されている。図２Ｂでは、正のサイドバン
ドを時間の関数として示している光学周波数グラフ２００Ｂが示されており、周波数スイ
ープ（Δ／Ｔ）は正の傾きを示している。図２Ｃでは、弱反射をもたらす物体が３ｍ（Ｌ
＝３ｍ）にあり強反射をもたらす物体が５ｍ（Ｌ＝５ｍ）にある場合の標準的なＦＭＣＷ
ＬｉＤＡＲ結果グラフ２００Ｃが示されている。ＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムにおい
ては、物体の距離は測定された電気的周波数として線形的にエンコードされており、次式
のとおり：
ここで、ｃは光速であり、ｆ＿Ｄは物体の速さによって生じるドップラー周波数である。
上述の式から分かるように、物体の速さは測定される電気的周波数にオフセットをもたら
し、その結果、別の独立な物体の速さ測定を行わない限り、距離に関して曖昧性がもたら
される。
ラフであって、伝統的なＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲ原理を示すグラフである。図２Ａでは、キ
ャリア及び負のサイドバンドが抑制されて、測距をなすために正のサイドバンドのみが活
用される、とのことを示すグラフ２００Ａが示されている。図２Ｂでは、正のサイドバン
ドを時間の関数として示している光学周波数グラフ２００Ｂが示されており、周波数スイ
ープ（Δ／Ｔ）は正の傾きを示している。図２Ｃでは、弱反射をもたらす物体が３ｍ（Ｌ
＝３ｍ）にあり強反射をもたらす物体が５ｍ（Ｌ＝５ｍ）にある場合の標準的なＦＭＣＷ
ＬｉＤＡＲ結果グラフ２００Ｃが示されている。ＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムにおい
ては、物体の距離は測定された電気的周波数として線形的にエンコードされており、次式
のとおり：
【数1】
上述の式から分かるように、物体の速さは測定される電気的周波数にオフセットをもたら
し、その結果、別の独立な物体の速さ測定を行わない限り、距離に関して曖昧性がもたら
される。
【0019】
図３Ａ～３Ｃではキャリア抑制デュアルサイドバンドと関連するグラフが示されており
、例示的なデュアルサイドバンドＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲ原理がそこにて示されている。図
３Ａは、デュアルサイドバンドＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲにおいてキャリアだけ抑制された場
合のグラフ３００Ａについて示す。測距をなすためには、正負両方のサイドバンドを活用
することができる。図３Ｂは、時間の関数として両方のサイドバンドについての光学周波
数グラフ３００Ｂについて示す。周波数スイープについて正の傾きがあると同時に周波数
スイープについて負の傾きもあり得る。図３Cは、例示的なデュアルサイドバンドＦＭＣ
Ｗ ＬｉＤＡＲについての例示的な結果グラフ３００Ｃについて示すのであり、弱反射を
もたらす物体が３ｍ（Ｌ＝３ｍ）にあり強反射をもたらす物体が５ｍ（Ｌ＝５ｍ）にある
場合についてのグラフである。各物体について２つの測定された電気的周波数がもたらさ
れ得る、即ち、１つはドップラー周波数でアップシフトされたｆＭ，ｕであり、１つはド
ップラー周波数でダウンシフトされたｆＭ，ｄである。一部の実施形態では、デュアルサ
イドバンド手法を用いて、たった１つの測定で、物体距離及び物体速さの両方を、同時に
且つ明確に決定できる。物体距離及び速さは、２つの電気的周波数（即ち、ｆＭ，ｕ及び
ｆＭ，ｄ）の各々を平均及び差分することによって算出できる。
、例示的なデュアルサイドバンドＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲ原理がそこにて示されている。図
３Ａは、デュアルサイドバンドＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲにおいてキャリアだけ抑制された場
合のグラフ３００Ａについて示す。測距をなすためには、正負両方のサイドバンドを活用
することができる。図３Ｂは、時間の関数として両方のサイドバンドについての光学周波
数グラフ３００Ｂについて示す。周波数スイープについて正の傾きがあると同時に周波数
スイープについて負の傾きもあり得る。図３Cは、例示的なデュアルサイドバンドＦＭＣ
Ｗ ＬｉＤＡＲについての例示的な結果グラフ３００Ｃについて示すのであり、弱反射を
もたらす物体が３ｍ（Ｌ＝３ｍ）にあり強反射をもたらす物体が５ｍ（Ｌ＝５ｍ）にある
場合についてのグラフである。各物体について２つの測定された電気的周波数がもたらさ
れ得る、即ち、１つはドップラー周波数でアップシフトされたｆＭ，ｕであり、１つはド
ップラー周波数でダウンシフトされたｆＭ，ｄである。一部の実施形態では、デュアルサ
イドバンド手法を用いて、たった１つの測定で、物体距離及び物体速さの両方を、同時に
且つ明確に決定できる。物体距離及び速さは、２つの電気的周波数（即ち、ｆＭ，ｕ及び
ｆＭ，ｄ）の各々を平均及び差分することによって算出できる。
【0020】
図４は、デュアルサイドバンドＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムｖ４００Ａについての概
略図である。単一周波数ダイオードレーザ４１０を電気光学的振幅モジュレータ（ＥＯＭ
、electro-optic amplitude modulator）４２０に入力することができる。ＥＯＭ４２０
を用いて単一周波数ダイオードレーザ４１０から２つのサイドバンドを作成することがで
きる。ＥＯＭ４２０のバイアス電圧は、キャリア周波数を抑制するものとなるように慎重
に選ばれる。そして、エルビウムドープ光増幅器４３０を用いて、光学出力を３Ｗにブー
ストすることができる。２次元走査ユニット４５０はコンピューティングシステム４６０
によって制御されることができ、光を興味対象領域へと導くことができ、やがてＬｉＤＡ
Ｒ画像を形成できる。バランス型手法４４０もまた統合して測定感度を向上させることが
できるのであり、デュアルサイドバンドＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステム４００Ａが距離１
２０ｍにある反射率１０％の物体について測定できるようになる。
略図である。単一周波数ダイオードレーザ４１０を電気光学的振幅モジュレータ（ＥＯＭ
、electro-optic amplitude modulator）４２０に入力することができる。ＥＯＭ４２０
を用いて単一周波数ダイオードレーザ４１０から２つのサイドバンドを作成することがで
きる。ＥＯＭ４２０のバイアス電圧は、キャリア周波数を抑制するものとなるように慎重
に選ばれる。そして、エルビウムドープ光増幅器４３０を用いて、光学出力を３Ｗにブー
ストすることができる。２次元走査ユニット４５０はコンピューティングシステム４６０
によって制御されることができ、光を興味対象領域へと導くことができ、やがてＬｉＤＡ
Ｒ画像を形成できる。バランス型手法４４０もまた統合して測定感度を向上させることが
できるのであり、デュアルサイドバンドＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステム４００Ａが距離１
２０ｍにある反射率１０％の物体について測定できるようになる。
【0021】
現在入手可能な例示的なＬｉＤＡＲシステムについて言及するとすれば、Velodyne社の
ものを挙げることができる。Velodyne社のＬｉＤＡＲシステムは、機械的な回転を伴う。
該システムは、６４個のレーザと６４個の検出器とを用いて様々な垂直アングルを包括す
る。１６個のレーザと３２個の検出器が１つのグループに含まれている。もっとも、この
ＬｉＤＡＲシステムの大きな欠点は、より遅い回転速度とＬｉＤＡＲシステムの複雑な設
計とにあると言えよう。別の利用可能なＬｉＤＡＲシステムについて言及するに、Quanen
ergy社のものを挙げることができる。該システムは、光学位相アレイを用いて物体につい
て走査するのであり、各アンテナの位相を制御することによって光を導く。もっとも、こ
のシステムの大きな欠点としては次のことを挙げることができる：スポットの質が低いた
め、長距離での物体検出が困難となること。図５は、本発明の例示的実施形態による、デ
ュアルサイドバンドＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステム５００についての概略図である。Ｌｉ
ＤＡＲシステムは主として次ぎの３つの部分を含む：調光生成ユニット、送受信ユニット
５０５、並びに制御及び処理ユニット５５０。
ものを挙げることができる。Velodyne社のＬｉＤＡＲシステムは、機械的な回転を伴う。
該システムは、６４個のレーザと６４個の検出器とを用いて様々な垂直アングルを包括す
る。１６個のレーザと３２個の検出器が１つのグループに含まれている。もっとも、この
ＬｉＤＡＲシステムの大きな欠点は、より遅い回転速度とＬｉＤＡＲシステムの複雑な設
計とにあると言えよう。別の利用可能なＬｉＤＡＲシステムについて言及するに、Quanen
ergy社のものを挙げることができる。該システムは、光学位相アレイを用いて物体につい
て走査するのであり、各アンテナの位相を制御することによって光を導く。もっとも、こ
のシステムの大きな欠点としては次のことを挙げることができる：スポットの質が低いた
め、長距離での物体検出が困難となること。図５は、本発明の例示的実施形態による、デ
ュアルサイドバンドＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステム５００についての概略図である。Ｌｉ
ＤＡＲシステムは主として次ぎの３つの部分を含む：調光生成ユニット、送受信ユニット
５０５、並びに制御及び処理ユニット５５０。
【0022】
送受信ユニット５０５は、１つ以上の送受信端末５１０及び５２０を有する。それは、
レーザ及び制御信号５３０並びにデータリンク５４０を有し得る。また、それは、制御及
び信号処理ユニット５５０を有することもできる。制御及び信号処理ユニット５５０は、
送受信ユニット５０５から分離されることができるのであり、これによって、ＬｉＤＡＲ
システム５００の車両内システムレイアウトがより柔軟になる。送受信ユニット５０５は
、車両の天辺に配置でき、制御及び信号処理ユニット５５０は車内に配置できる。そして
、制御信号は長い電気ケーブルを介して送受信ユニットへと伝達できるのであり、受信光
信号は長いＳＭＦ－２８ファイバを介して信号処理ユニット５５０へと戻される。
レーザ及び制御信号５３０並びにデータリンク５４０を有し得る。また、それは、制御及
び信号処理ユニット５５０を有することもできる。制御及び信号処理ユニット５５０は、
送受信ユニット５０５から分離されることができるのであり、これによって、ＬｉＤＡＲ
システム５００の車両内システムレイアウトがより柔軟になる。送受信ユニット５０５は
、車両の天辺に配置でき、制御及び信号処理ユニット５５０は車内に配置できる。そして
、制御信号は長い電気ケーブルを介して送受信ユニットへと伝達できるのであり、受信光
信号は長いＳＭＦ－２８ファイバを介して信号処理ユニット５５０へと戻される。
【0023】
図６は、本発明の実施形態による、ＬｉＤＡＲシステムにて用いられる送受信端末につ
いて示す。送受信端末は、ｘ軸制御ミラー６１０とｙ軸制御ミラー６２０とを有する２軸
制御ミラーシステムを用い得るのであり、これによって高速３次元走査と走査角度の高速
調整とを達成することができる。送受信端末６１０は、検出モジュール６３０をも有し得
る。レーザ及び制御信号６４０は、２軸制御ミラーシステムを用いて物体６６０へと偏向
できる。データリンク６５０は、検出モジュールを通って物体６６０へと届き得る。
いて示す。送受信端末は、ｘ軸制御ミラー６１０とｙ軸制御ミラー６２０とを有する２軸
制御ミラーシステムを用い得るのであり、これによって高速３次元走査と走査角度の高速
調整とを達成することができる。送受信端末６１０は、検出モジュール６３０をも有し得
る。レーザ及び制御信号６４０は、２軸制御ミラーシステムを用いて物体６６０へと偏向
できる。データリンク６５０は、検出モジュールを通って物体６６０へと届き得る。
【0024】
図７は、本発明の例示的実施形態による、ＬｉＤＡＲシステムにて用いられる制御デー
タ処理センタ７００について示す。センタ７００は、高次元情報を伝統的レーザ信号にエ
ンコードするために用い得るのであり、例えば速度等の物体についてより多くの情報をも
たらすことができる。ＬｉＤＡＲシステムからのこのような高次元情報によって、より少
ない推測や憶測で、複雑な環境に置かれた人工知能ユニットが自己が置かれた状況を認識
することができる。換言するに、本発明のＬｉＤＡＲシステムの強化されたセンシング能
力故に、人工知能ユニットの演算負荷を軽減できる。
タ処理センタ７００について示す。センタ７００は、高次元情報を伝統的レーザ信号にエ
ンコードするために用い得るのであり、例えば速度等の物体についてより多くの情報をも
たらすことができる。ＬｉＤＡＲシステムからのこのような高次元情報によって、より少
ない推測や憶測で、複雑な環境に置かれた人工知能ユニットが自己が置かれた状況を認識
することができる。換言するに、本発明のＬｉＤＡＲシステムの強化されたセンシング能
力故に、人工知能ユニットの演算負荷を軽減できる。
【0025】
図８は、調光生成ユニットと送受信ユニット５０５と制御及び処理ユニット５５０とを
有するデュアルサイドバンドＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムについての概略図８００を示
す。調光生成ユニット内では、１５５０ｎｍにセンタリングされた連続波長（ＣＷ、cont
inuous wavelength）ダイオードレーザ８１０を、２０ＧＨｚの電気光学振幅モジュレー
タ（ＥＯＭ、electro-optic amplitude modulator）８２０に入力する。無線周波（ＲＦ
）信号をＥＯＭ８２０内へと送ることによって、ＥＯＭ８２０は、２つの等強度サイドバ
ンドをＣＷダイオードレーザ８１０から生成する。電圧制御オシレータ（ＶＣＯ、voltag
e-controlled oscillator）８３０をここで適用して、ＣＷレーザの周波数変調のための
ＲＦ信号を生成する。ＶＣＯ８３０の駆動信号は、電圧出力が３．５Ｖから５．５Ｖとさ
れる５００ｋＨｚの疑似のこぎり信号であり、５ＧＨｚから６ＧＨｚでスイープするＲＦ
信号がもたらされる。最大検出射程が論理的には３００ｍに達するようにするために、５
００ｋＨｚとした。システムは、スイープ周波数を２００ｋＨｚから１００ＭＨｚの間で
変更して、同じ解像力を維持しつつ異なる検出射程をもたらし得る。本明細書にて説明す
る特徴を補完する限りにおいて、波長及び帯域を選ぶことができる。ｍＶレベルにて慎重
に電源からのバイアス電圧を選定することによって、キャリア周波数を最大限に抑制でき
、２つのサイドバンドが最大強度を達成できる。そして、変調された光学信号は、エルビ
ウムドープのファイバ前増幅器８４０を用いて２０ｍＷに増幅でき、５０：５０ファイバ
結合器によって２つの経路へと分割される。一方の経路は高出力エルビウムドープファイ
バ増幅器（ＥＤＦＡ、Erbium-doped fiber amplifier）８６０へと供給され、そして１０
Ｗにブーストされる。他方の経路は、２×２ ５０：５０ファイバ結合器８７０へと供給
されて、測距のためのローカル基準として用いられる。ＥＤＦＡ８６０の出力は、車両の
下部から天辺までへと長いＳＭＦ－２８ファイバを介して送受信ユニットに接続され、コ
リメータを介して自由空間ビームに変換される。そして、光ビームは、最大限の信号収集
のために直径2ｃｍのビームにビームエキスパンダによって拡張される。ビームが大きけ
れば大きい程に良い。偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ、polarization beam splitter）８
７０は、コリメータ検出のために実装される。そして、出力信号は、半波長板（ＨＷＰ、
half wave plate）を介して、強度を最大限活用するために電気的横方向（ＴＥ、transve
rse electric）偏光に最適化される。そして、光は、制御及び処理ユニットによって制御
される２次元走査ユニット８８０へと導かれる。２次元走査ユニット９００は、図９に示
されているように、次の２つのコンポーネントからなる：即ち、光の垂直偏向のためのガ
ルバノミラー９１０及び光の水平偏向のための回転する八角形ミラー９２０。ガルバノミ
ラーの回転角は、２０°の垂直視野角までをもたらすように構成されている。また、遠距
離物体検出のためのズームイン機能をも有していることができ、ガルバノミラー９２０の
回転角範囲を変えることによってこれを達成できる。ガルバノミラー９２０及び八角形ミ
ラー９１０の位置は、９０°の水平視野角をもたらすように慎重に設定されている。ガル
バノミラー９２０の走査レートは、１０Ｈｚから２Ｈｚの範囲に入るグローバルトリガレ
ートによって決定される。八角形ミラー９１０の回転速度は３０００ｒｐｍとされ、合計
で毎秒４００本の水平走査線がもたらされる。そして、トリガレートを１０Ｈｚから２Ｈ
ｚに変えることによって、レンダリング画像の解像度は４０ライン／フレームから２００
ライン／フレームに変えることができる。解像度が２００ライン／フレームである場合、
ライン毎に１５００ポイントを取ることができ、垂直空間分解能は０．１°となり得るの
であり、水平空間分解能は０．０６°となり得るため、画像の鮮明度を向上させることが
できる。
有するデュアルサイドバンドＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムについての概略図８００を示
す。調光生成ユニット内では、１５５０ｎｍにセンタリングされた連続波長（ＣＷ、cont
inuous wavelength）ダイオードレーザ８１０を、２０ＧＨｚの電気光学振幅モジュレー
タ（ＥＯＭ、electro-optic amplitude modulator）８２０に入力する。無線周波（ＲＦ
）信号をＥＯＭ８２０内へと送ることによって、ＥＯＭ８２０は、２つの等強度サイドバ
ンドをＣＷダイオードレーザ８１０から生成する。電圧制御オシレータ（ＶＣＯ、voltag
e-controlled oscillator）８３０をここで適用して、ＣＷレーザの周波数変調のための
ＲＦ信号を生成する。ＶＣＯ８３０の駆動信号は、電圧出力が３．５Ｖから５．５Ｖとさ
れる５００ｋＨｚの疑似のこぎり信号であり、５ＧＨｚから６ＧＨｚでスイープするＲＦ
信号がもたらされる。最大検出射程が論理的には３００ｍに達するようにするために、５
００ｋＨｚとした。システムは、スイープ周波数を２００ｋＨｚから１００ＭＨｚの間で
変更して、同じ解像力を維持しつつ異なる検出射程をもたらし得る。本明細書にて説明す
る特徴を補完する限りにおいて、波長及び帯域を選ぶことができる。ｍＶレベルにて慎重
に電源からのバイアス電圧を選定することによって、キャリア周波数を最大限に抑制でき
、２つのサイドバンドが最大強度を達成できる。そして、変調された光学信号は、エルビ
ウムドープのファイバ前増幅器８４０を用いて２０ｍＷに増幅でき、５０：５０ファイバ
結合器によって２つの経路へと分割される。一方の経路は高出力エルビウムドープファイ
バ増幅器（ＥＤＦＡ、Erbium-doped fiber amplifier）８６０へと供給され、そして１０
Ｗにブーストされる。他方の経路は、２×２ ５０：５０ファイバ結合器８７０へと供給
されて、測距のためのローカル基準として用いられる。ＥＤＦＡ８６０の出力は、車両の
下部から天辺までへと長いＳＭＦ－２８ファイバを介して送受信ユニットに接続され、コ
リメータを介して自由空間ビームに変換される。そして、光ビームは、最大限の信号収集
のために直径2ｃｍのビームにビームエキスパンダによって拡張される。ビームが大きけ
れば大きい程に良い。偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ、polarization beam splitter）８
７０は、コリメータ検出のために実装される。そして、出力信号は、半波長板（ＨＷＰ、
half wave plate）を介して、強度を最大限活用するために電気的横方向（ＴＥ、transve
rse electric）偏光に最適化される。そして、光は、制御及び処理ユニットによって制御
される２次元走査ユニット８８０へと導かれる。２次元走査ユニット９００は、図９に示
されているように、次の２つのコンポーネントからなる：即ち、光の垂直偏向のためのガ
ルバノミラー９１０及び光の水平偏向のための回転する八角形ミラー９２０。ガルバノミ
ラーの回転角は、２０°の垂直視野角までをもたらすように構成されている。また、遠距
離物体検出のためのズームイン機能をも有していることができ、ガルバノミラー９２０の
回転角範囲を変えることによってこれを達成できる。ガルバノミラー９２０及び八角形ミ
ラー９１０の位置は、９０°の水平視野角をもたらすように慎重に設定されている。ガル
バノミラー９２０の走査レートは、１０Ｈｚから２Ｈｚの範囲に入るグローバルトリガレ
ートによって決定される。八角形ミラー９１０の回転速度は３０００ｒｐｍとされ、合計
で毎秒４００本の水平走査線がもたらされる。そして、トリガレートを１０Ｈｚから２Ｈ
ｚに変えることによって、レンダリング画像の解像度は４０ライン／フレームから２００
ライン／フレームに変えることができる。解像度が２００ライン／フレームである場合、
ライン毎に１５００ポイントを取ることができ、垂直空間分解能は０．１°となり得るの
であり、水平空間分解能は０．０６°となり得るため、画像の鮮明度を向上させることが
できる。
【0026】
図８に示すように、制御及び処理ユニットは次のものを含み得る：バランス型光検出器
（ＢＰＤ、balanced photodetector）８９２、高速ＤＡＱカード、高速プロセッサ、２チ
ャンネル任意形状波形生成器、及び２チャンネル信号生成器。バランス型手法を統合して
測定感度を向上させることができるのであり、デュアルサイドバンドＦＭＣＷ ＬｉＤＡ
Ｒシステムが距離１２０ｍにある反射率１０％の物体について測定できるようになる。バ
ランス型検出器は、２つの信号経路を受信して共通ノイズを相殺できる。ＢＰＤは、２つ
の経路間の信号差の検出のみをなし得る。ＬｉＤＡＲシステムは、距離１２０ｍにある反
射率１０％の物体からは－７０ｄＢｍのパワーを受信できるのであり、これはバランス型
光検出器のノイズ等価パワーに達する。受信信号は２×２ ５０：５０ファイバ結合器８
９４を介してローカル基準信号と結合されるのであり、１ＧＨｚの帯域を有するＢＰＤ８
９２によって検出されるのであり、レーザの周波数変調範囲に合致している。帯域と変調
周波数とが合致する任意の他のペアも用い得る。ローカル基準経路の偏光はファイバ偏光
コントローラの３つの回転パドルを介して最適化されるのであり、ＢＰＤの２つの入力の
パワーは完全にイコライズされるように調整されるのであって最適信号対ノイズ比を得る
ためにファイバ可変光減衰器を挿入することによってこれをなす。そして、信号は３００
ＭＨｚのサンプリングレートでＤＡＱカードによって取得され、そして、グラフィックカ
ードによって支援されたリアルタイム高速フーリエ変換（ＦＦＴ、fast Fourier transfo
rm）を適用して、両方のサイドバンドの２つの電気周波数ピークを検出する。
及び
ここで、Δ＝ＶＣＯスイープ範囲×ＶＣＯスイープレート。そして、２つの周波数につい
てそれぞれ平均及び差分を取ることによって物体の距離及び速さを同時に且つ明確に算出
できる。最後に述べるに、処理済み信号は、興味対象領域におけるポイントオブクラウド
（point of cloud）生成のため、及び、車両内インタフェース上でのリアルタイムレンダ
リングのために用いられ得る。アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ、arrayed-waveguide grat
ing）は、ＶＣＯ８３０及びガルバノミラーに関して制御信号をもたらす。ＶＣＯ８３０
用の信号はＶＣＯの非線形スイープを補うために高次項を伴うカスタム化のこぎり信号と
することができ、ガルバノミラー用の信号は傾斜三角形波形とすることができる。後処理
において較正される限り、信号の形状は何でも良い。２チャンネル信号生成器は、５％パ
ルス持続を伴う２～１０Ｈｚパルス信号をＤＡＱカードにもたらしてデータ取得をなすの
であり、また、５０％デューティ比及び最大２Ｖ出力を伴う３００ＨｚのＴＴＬ信号をも
って八角形ミラーを制御する。したがって、一部の実施形態では、本願明細書にて説明さ
れた車両（或いは例えば飛行機や船等の任意の他の輸送装置）内にて実装された光生成ユ
ニット並びに制御及び信号処理ユニットは、座席の下かその他の場所に置かれ得るのであ
り、送受信ユニットは車両の天辺にマウントされることができる。光は、長いファイバケ
ーブルを介して送受信ユニットへと伝送され得るのであり、受信信号は長いファイバを介
して制御及び信号処理ユニットへと送り戻され得る。２次元走査ユニットは、長いＢＮＣ
ケーブルを介して制御ユニットによって制御されている。２次元走査においては、受信信
号はリアルタイム３次元ポイントオブクラウドへとレンダリングでき、これをインタフェ
ース上で表示でき、運転者に対しての表示装置ネットを伴い得る。輸送装置は、現在利用
可能な特徴を有しておりこれによって音声及び動画の両方で情報を運転者へと伝達し得る
。
（ＢＰＤ、balanced photodetector）８９２、高速ＤＡＱカード、高速プロセッサ、２チ
ャンネル任意形状波形生成器、及び２チャンネル信号生成器。バランス型手法を統合して
測定感度を向上させることができるのであり、デュアルサイドバンドＦＭＣＷ ＬｉＤＡ
Ｒシステムが距離１２０ｍにある反射率１０％の物体について測定できるようになる。バ
ランス型検出器は、２つの信号経路を受信して共通ノイズを相殺できる。ＢＰＤは、２つ
の経路間の信号差の検出のみをなし得る。ＬｉＤＡＲシステムは、距離１２０ｍにある反
射率１０％の物体からは－７０ｄＢｍのパワーを受信できるのであり、これはバランス型
光検出器のノイズ等価パワーに達する。受信信号は２×２ ５０：５０ファイバ結合器８
９４を介してローカル基準信号と結合されるのであり、１ＧＨｚの帯域を有するＢＰＤ８
９２によって検出されるのであり、レーザの周波数変調範囲に合致している。帯域と変調
周波数とが合致する任意の他のペアも用い得る。ローカル基準経路の偏光はファイバ偏光
コントローラの３つの回転パドルを介して最適化されるのであり、ＢＰＤの２つの入力の
パワーは完全にイコライズされるように調整されるのであって最適信号対ノイズ比を得る
ためにファイバ可変光減衰器を挿入することによってこれをなす。そして、信号は３００
ＭＨｚのサンプリングレートでＤＡＱカードによって取得され、そして、グラフィックカ
ードによって支援されたリアルタイム高速フーリエ変換（ＦＦＴ、fast Fourier transfo
rm）を適用して、両方のサイドバンドの２つの電気周波数ピークを検出する。
【数2】
【数3】
ここで、Δ＝ＶＣＯスイープ範囲×ＶＣＯスイープレート。そして、２つの周波数につい
てそれぞれ平均及び差分を取ることによって物体の距離及び速さを同時に且つ明確に算出
できる。最後に述べるに、処理済み信号は、興味対象領域におけるポイントオブクラウド
（point of cloud）生成のため、及び、車両内インタフェース上でのリアルタイムレンダ
リングのために用いられ得る。アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ、arrayed-waveguide grat
ing）は、ＶＣＯ８３０及びガルバノミラーに関して制御信号をもたらす。ＶＣＯ８３０
用の信号はＶＣＯの非線形スイープを補うために高次項を伴うカスタム化のこぎり信号と
することができ、ガルバノミラー用の信号は傾斜三角形波形とすることができる。後処理
において較正される限り、信号の形状は何でも良い。２チャンネル信号生成器は、５％パ
ルス持続を伴う２～１０Ｈｚパルス信号をＤＡＱカードにもたらしてデータ取得をなすの
であり、また、５０％デューティ比及び最大２Ｖ出力を伴う３００ＨｚのＴＴＬ信号をも
って八角形ミラーを制御する。したがって、一部の実施形態では、本願明細書にて説明さ
れた車両（或いは例えば飛行機や船等の任意の他の輸送装置）内にて実装された光生成ユ
ニット並びに制御及び信号処理ユニットは、座席の下かその他の場所に置かれ得るのであ
り、送受信ユニットは車両の天辺にマウントされることができる。光は、長いファイバケ
ーブルを介して送受信ユニットへと伝送され得るのであり、受信信号は長いファイバを介
して制御及び信号処理ユニットへと送り戻され得る。２次元走査ユニットは、長いＢＮＣ
ケーブルを介して制御ユニットによって制御されている。２次元走査においては、受信信
号はリアルタイム３次元ポイントオブクラウドへとレンダリングでき、これをインタフェ
ース上で表示でき、運転者に対しての表示装置ネットを伴い得る。輸送装置は、現在利用
可能な特徴を有しておりこれによって音声及び動画の両方で情報を運転者へと伝達し得る
。
【0027】
ここで用いる場合、「及び／又は」との用語は、第１の概念と第２の概念との間に配置
した場合、次のことのどれか１つを意味する：（１）第１の概念、（２）第２の概念、及
び（３）第１及び第２の概念。「及び／又は」を伴って列挙された複数の概念についても
同様に解されるべきであり、即ち、諸概念の「１つ以上」が結合されていることになる。
「及び／又は」構文部分で具体的に特定された概念の他にも他の概念も随意的には含まれ
得るので有り、具体的に特定された概念に関連しているか否かは問われない。したがって
、非限定的な例を述べるに、「Ａ及び／又はＢ」について非排他的な構文（例えば、「備
える」）を用いて言及する場合、１つの実施形態ではＡのみの場合（随意的にはＢ以外の
概念を含み得る）を指し得る。別の実施形態では、Ｂのみの場合（随意的にはＡ以外の概
念を含み得る）を指し得る。さらに別の実施形態では、Ａ及びＢの両方（随意的には他の
概念を含み得る。）を指し得る。これらの概念は、構成要素、動作、構造、ステップ、操
作、値等を指し得る。
した場合、次のことのどれか１つを意味する：（１）第１の概念、（２）第２の概念、及
び（３）第１及び第２の概念。「及び／又は」を伴って列挙された複数の概念についても
同様に解されるべきであり、即ち、諸概念の「１つ以上」が結合されていることになる。
「及び／又は」構文部分で具体的に特定された概念の他にも他の概念も随意的には含まれ
得るので有り、具体的に特定された概念に関連しているか否かは問われない。したがって
、非限定的な例を述べるに、「Ａ及び／又はＢ」について非排他的な構文（例えば、「備
える」）を用いて言及する場合、１つの実施形態ではＡのみの場合（随意的にはＢ以外の
概念を含み得る）を指し得る。別の実施形態では、Ｂのみの場合（随意的にはＡ以外の概
念を含み得る）を指し得る。さらに別の実施形態では、Ａ及びＢの両方（随意的には他の
概念を含み得る。）を指し得る。これらの概念は、構成要素、動作、構造、ステップ、操
作、値等を指し得る。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【手続補正書】
【提出日】2023-06-07
【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】
デュアルサイドバンドＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムであって、
調光生成ユニットと、
送受信ユニットと、
制御及び処理ユニットとを備える、デュアルサイドバンドＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステム。
調光生成ユニットと、
送受信ユニットと、
制御及び処理ユニットとを備える、デュアルサイドバンドＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステム。
【請求項2】
請求項１に記載のデュアルコム測定システムにおいて、前記調光生成ユニットは連続波長ダイオードレーザをさらに備える、デュアルコム測定システム。
【請求項3】
請求項２に記載のデュアルコム測定システムにおいて、前記連続波長ダイオードレーザは電気光学的振幅モジュレータに入力される、デュアルコム測定システム。
【請求項4】
請求項１に記載のデュアルコム測定システムにおいて、前記送受信ユニットはビームエキスパンダをさらに備える、デュアルコム測定システム。
【請求項5】
請求項１に記載のデュアルコム測定システムにおいて、前記送受信ユニットは偏光ビームスプリッタをさらに備える、デュアルコム測定システム。
【請求項6】
請求項１に記載のデュアルコム測定システムにおいて、前記制御及び処理ユニットは２次元走査ユニットをさらに備える、デュアルコム測定システム。
【請求項7】
請求項６に記載のデュアルコム測定システムにおいて、前記２次元走査ユニットはガルバノミラーをさらに備える、デュアルコム測定システム。
【請求項8】
請求項６に記載のデュアルコム測定システムにおいて、前記２次元走査ユニットは八角形ミラーをさらに備える、デュアルコム測定システム。
【外国語明細書】