(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-06-27
(45)【発行日】2022-07-05
(54)【発明の名称】多重パルスＬＩＤＡＲに基づく三次元撮像
(51)【国際特許分類】
G01S 7/484 20060101AFI20220628BHJP
G01S 7/497 20060101ALI20220628BHJP
G01S 17/894 20200101ALI20220628BHJP
G01C 3/06 20060101ALN20220628BHJP
【ＦＩ】
G01S7/484
G01S7/497
G01S17/894
G01C3/06 120Q
G01C3/06 140
【請求項の数】
27
(21)【出願番号】P 2018540039
(86)(22)【出願日】2017-01-31
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2019-03-14
(86)【国際出願番号】 US2017015869
(87)【国際公開番号】W WO2017132703
(87)【国際公開日】2017-08-03
【審査請求日】2020-01-30
(31)【優先権主張番号】62/289,277
(32)【優先日】2016-01-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】15/339,790
(32)【優先日】2016-10-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】518183103
【氏名又は名称】ベロダイン ライダー ユーエスエー，インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100067736
【弁理士】
【氏名又は名称】小池 晃
(74)【代理人】
【識別番号】100192212
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 貴明
(74)【代理人】
【識別番号】100204032
【弁理士】
【氏名又は名称】村上 浩之
(74)【代理人】
【識別番号】100200001
【弁理士】
【氏名又は名称】北原 明彦
(72)【発明者】
【氏名】ホール，デイビッド エス．
(72)【発明者】
【氏名】ケルステンス， ピーター ジェイ．
【審査官】九鬼 一慶
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１０／００４５９６５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開平０４－３０１７８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－０９７９２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１０１２３４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許第０５３０９２１２（ＵＳ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３４６３２５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許第０４９４４０３６（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｓ ７／４８ － ７／５１
Ｇ０１Ｓ １７／００ －１７／９５
Ｇ０１Ｂ １１／００ －１１／３０
Ｇ０１Ｃ ３／００ － ３／３２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光検出及び測距（ＬＩＤＡＲ）装置であって、前記ＬＩＤＡＲ装置は、前記ＬＩＤＡＲ装置から三次元環境内に照射光の第１の多重パルスビームを出射し、照射光の多重パルスを含む照射光の第１の測定パルスシーケンスにより、前記三次元環境内の特定位置を照射する多重パルス照射源と、
照射光の前記第１の多重パルスビームにより照射された前記三次元環境内の前記特定位置から反射された前記第１の測定パルスシーケンスの量を検出し、検出された光量を示す出力信号を発生する感光検出器と、
計算システムと、
を有し、
前記計算システムは、
前記検出された光量を示す前記出力信号を受信し、
前記出力信号をデジタル信号に変換し、
前記デジタル信号に基づいて前記ＬＩＤＡＲ装置から前記三次元環境内の前記特定位置そして前記特定位置から前記ＬＩＤＡＲ装置に戻るまでの前記第１の測定パルスシーケンスの飛行時間を測定し、そして、
前記感光検出器により発生された前記出力信号内のノイズの測定に応じて、前記多重パルス照射源が、第２の測定パルスシーケンスを含む照射光の第２の多重パルスビームを出射するように構成し、前記第２の測定パルスシーケンスが、前記第１の測定パルスシーケンスと相違し、そして、前記ＬＩＤＡＲ装置の他の多重パルス照射源に対応する第３の測定パルスシーケンスと相違することを特徴とするＬＩＤＡＲ装置。
【請求項2】
前記多重パルス照射源が、パルス発光装置と、
前記パルス発光装置に選択的に結合された複数の電気エネルギー蓄積素子と、
前記パルス発光装置に前記複数の電気エネルギー蓄積素子のそれぞれを選択的に結合するように構成された複数のスイッチ素子と、
前記複数の電気エネルギー蓄積素子に電気的に結合する電気エネルギー源と、
を有し、
前記電気エネルギー源は、前記複数の電気エネルギー蓄積素子に電気エネルギーを供給することを特徴とする請求項１に記載のＬＩＤＡＲ装置。
【請求項3】
前記計算システムはさらに、前記複数のスイッチ素子のそれぞれに制御信号を伝達するように構成されており、前記制御信号が、前記複数のスイッチ素子の１つ以上のスイッチ素子を、実質的に非導電性の状態から実質的に導電性の状態に変化させることを特徴とする請求項２に記載のＬＩＤＡＲ装置。
【請求項4】
前記制御信号が、前記複数の電気エネルギー蓄積素子の１つ以上の電気エネルギー蓄積素子から前記パルス発光装置への一連の放電を引き起こし、そして、前記パルス発光装置が、前記一連の放電を受電し、照射光の前記第１の多重パルスビームを発生することを特徴とする請求項３に記載のＬＩＤＡＲ装置。
【請求項5】
照射光の前記第１の多重パルスビームが、第１の振幅を有する第１のパルスと、前記第１の振幅より大きな又は小さな第２の振幅を有する第２のパルスと、を含むことを特徴とする請求項４に記載のＬＩＤＡＲ装置。
【請求項6】
照射光の前記第１の多重パルスビームが、第１の持続時間を有する第１のパルスと、前記第１の持続時間より長い又は短い第２の持続時間を有する第２のパルスと、を含むことを特徴とする請求項４に記載のＬＩＤＡＲ装置。
【請求項7】
照射光の前記第１の多重パルスビームが、第１の振幅及び第１の持続時間を有する第１のパルスと、第２の振幅及び第２の持続時間を有する第２のパルスと、を含み、前記第２の振幅は前記第１の振幅より大きく、そして、前記第２の持続時間は前記第１の持続時間より長いことを特徴とする請求項４に記載のＬＩＤＡＲ装置。
【請求項8】
照射光の前記第１の多重パルスビームが、符号ダイバーシティ方式、振幅ダイバーシティ方式、及び時間ダイバーシティ方式のいずれかにより符号化されることを特徴とする請求項４に記載のＬＩＤＡＲ装置。
【請求項9】
前記計算システムがさらに、閾値を超えた前記出力信号の複数の連続するインスタンスのそれぞれに関する検出の時間を測定し、そして、複数の連続する前記インスタンスのそれぞれの間の時間が、照射光の前記第１の多重パルスビームの多重パルスの間の時間と実質的に同じであるか測定するように構成されており、照射光の前記第１の多重パルスビームの前記飛行時間は、前記ＬＩＤＡＲ装置から前記第１の多重パルスビームが出射された時間、及び前記閾値を超えた前記出力信号の複数の連続する前記インスタンスのそれぞれに関する検出の時間の間の差に基づいて測定されることを特徴とする請求項１に記載のＬＩＤＡＲ装置。
【請求項10】
前記計算システムがさらに、前記出力信号をフィルタリングし、そして、フィルタリングされた前記出力信号が閾値を超えた時のインスタンスを測定するように構成されており、照射光の前記第１の多重パルスビームの前記飛行時間は、前記ＬＩＤＡＲ装置から前記第１の多重パルスビームが出射された時間、及びフィルタリングされた前記出力信号が前記閾値を超えた時の前記インスタンスに関する検出の時間の間の差に基づいて測定されることを特徴とする請求項１に記載のＬＩＤＡＲ装置。
【請求項11】
前記フィルタリングが、シグネチャ検出フィルタにより実施されることを特徴とする請求項１０に記載のＬＩＤＡＲ装置。
【請求項12】
前記ＬＩＤＡＲ装置の測定範囲の２倍の距離にわたる光の飛行時間を超える存続期間を有する測定窓の間、前記検出された光量を示す前記出力信号が発生されることを特徴とする請求項１に記載のＬＩＤＡＲ装置。
【請求項13】
光検出及び測距（ＬＩＤＡＲ）装置であって、前記ＬＩＤＡＲ装置は、前記ＬＩＤＡＲ装置から三次元環境内に照射光の第１の多重パルスビームを出射し、照射光の多重パルスを含む照射光の第１の測定パルスシーケンスにより、前記三次元環境内の特定位置を照射する多重パルス照射源と、
照射光の前記第１の多重パルスビームにより照射された前記三次元環境内の前記特定位置から反射された前記第１の測定パルスシーケンスの量を検出し、検出された光量を示す出力信号を発生する感光検出器と、
一定量のプログラムコードを記憶している非一時的なコンピュータ可読媒体と、
を有し、
前記プログラムコードが計算システムにより実行されると、前記プログラムコードにより、前記計算システムは、
前記検出された光量を示す前記出力信号を受信し、
前記出力信号をデジタル信号に変換し、
前記デジタル信号に基づいて前記ＬＩＤＡＲ装置から前記三次元環境内の前記特定位置そして前記特定位置から前記ＬＩＤＡＲ装置に戻るまでの前記第１の測定パルスシーケンスの飛行時間を測定し、そして、
前記感光検出器により発生された前記出力信号内のノイズの測定に応じて、前記多重パルス照射源が、第２の測定パルスシーケンスを含む照射光の第２の多重パルスビームを出射するように構成し、前記第２の測定パルスシーケンスが、前記第１の測定パルスシーケンスと相違し、そして、前記ＬＩＤＡＲ装置の他の多重パルス照射源に対応する第３の測定パルスシーケンスと相違することを特徴とするＬＩＤＡＲ装置。
【請求項14】
照射光の前記第１の多重パルスビームが、第１の振幅を有する第１のパルスと、前記第１の振幅より大きな又は小さな第２の振幅を有する第２のパルスと、を含むことを特徴とする請求項１３に記載のＬＩＤＡＲ装置。
【請求項15】
照射光の前記第１の多重パルスビームが、第１の持続時間を有する第１のパルスと、前記第１の持続時間より長い又は短い第２の持続時間を有する第２のパルスと、を含むことを特徴とする請求項１３に記載のＬＩＤＡＲ装置。
【請求項16】
照射光の前記第１の多重パルスビームが、符号ダイバーシティ方式、振幅ダイバーシティ方式、及び時間ダイバーシティ方式のいずれかにより符号化されることを特徴とする請求項１３に記載のＬＩＤＡＲ装置。
【請求項17】
一定量の前記プログラムコードがさらに、前記計算システムに、前記出力信号をフィルタリングさせ、そして、フィルタリングされた前記出力信号が閾値を超えた時のインスタンスを測定させ、照射光の前記第１の多重パルスビームの前記飛行時間は、前記ＬＩＤＡＲ装置から前記第１の多重パルスビームが出射された時間、及びフィルタリングされた前記出力信号が前記閾値を超えた時の前記インスタンスに関する検出の時間の間の差に基づいて測定されることを特徴とする請求項１３に記載のＬＩＤＡＲ装置。
【請求項18】
前記ＬＩＤＡＲ装置の測定範囲の２倍の距離にわたる光の飛行時間を超える存続期間を有する測定窓の間、検出された光量を示す前記出力信号が発生されることを特徴とする請求項１３に記載のＬＩＤＡＲ装置。
【請求項19】
ＬＩＤＡＲ装置から三次元環境内に照射光の第１の多重パルスビームを出射し、照射光の前記第１の多重パルスビームが、照射光の多重パルスを含む照射光の第１の測定パルスシーケンスにより、前記三次元環境内の特定位置を照射し、照射光の前記第１の多重パルスビームが、前記ＬＩＤＡＲ装置の多重パルス照射源から出射され、照射光の前記第１の多重パルスビームにより照射された前記三次元環境内の前記特定位置から反射された前記第１の測定パルスシーケンスの量を検出し、
検出された光量を示す出力信号を発生し、
前記出力信号をデジタル信号に変換し、
前記デジタル信号に基づいて前記ＬＩＤＡＲ装置から前記三次元環境内の前記特定位置そして前記特定位置から前記ＬＩＤＡＲ装置に戻るまでの前記第１の測定パルスシーケンスの飛行時間を測定し、そして、
前記出力信号内のノイズの測定に応じて、前記多重パルス照射源が、第２の測定パルスシーケンスを含む照射光の第２の多重パルスビームを出射するように構成し、前記第２の測定パルスシーケンスが、前記第１の測定パルスシーケンスと相違し、そして、前記ＬＩＤＡＲ装置の他の多重パルス照射源に対応する第３の測定パルスシーケンスと相違することを特徴とする方法。
【請求項20】
照射光の前記第１の多重パルスビームが、第１の振幅を有する第１のパルス及び前記第１の振幅より大きな又は小さな第２の振幅を有する第２のパルス、第１の持続時間を有する第１のパルス及び前記第１の持続時間より長い又は短い第２の持続時間を有する第２のパルス、又はその組み合わせを含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項21】
照射光の前記第１の多重パルスビームが、符号ダイバーシティ方式、振幅ダイバーシティ方式、及び時間ダイバーシティ方式のいずれかにより符号化されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項22】
さらに、前記出力信号をフィルタリングし、そして、フィルタリングされた前記出力信号が閾値を超えた時のインスタンスを測定し、前記第１の測定パルスシーケンスの前記飛行時間は、前記ＬＩＤＡＲ装置から前記第１の測定パルスシーケンスが出射された時間、及びフィルタリングされた前記出力信号が前記閾値を超えた時の前記インスタンスに関する検出の時間の間の差に基づいて測定されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項23】
前記ＬＩＤＡＲ装置の測定範囲の２倍の距離にわたる光の飛行時間を超える存続期間を有する測定窓の間、照射光の前記第１の多重パルスビームにより照射された前記三次元環境内の前記特定位置から反射された前記第１の測定パルスシーケンスの量が検出されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項24】
前記出力信号内のノイズの測定が閾値を超えることを特徴とする請求項１に記載のＬＩＤＡＲ装置。
【請求項25】
前記多重パルス照射源が、第２の測定パルスシーケンスを含む照射光の第２の多重パルスビームを出射するように構成し、前記第２の測定パルスシーケンスが、前記第１の測定パルスシーケンスと相違することにより、前記第２の測定パルスシーケンスの飛行時間の測定工程への外因性ノイズ源の影響を減少することを特徴とする請求項１に記載のＬＩＤＡＲ装置。
【請求項26】
前記複数のスイッチ素子が、１以上の前記電気エネルギー蓄積素子を前記パルス発光装置に選択的に結合することにより、前記第１の測定パルスシーケンスを発生するように構成されることを特徴とする請求項２に記載のＬＩＤＡＲ装置。
【請求項27】
前記ＬＩＤＡＲ装置の前記多重パルス照射源が、パルス発光装置と、前記パルス発光装置に選択的に結合された複数の電気エネルギー蓄積素子と、前記パルス発光装置に前記複数の電気エネルギー蓄積素子のそれぞれを選択的に結合するように構成された複数のスイッチ素子と、前記複数の電気エネルギー蓄積素子に電気的に結合して前記複数の電気エネルギー蓄積素子に電気エネルギーを供給する電気エネルギー源と、を有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【0001】
本出願は、２０１６年１０月３１日に出願された、「多重パルスＬＩＤＡＲに基づく三次元撮像」という名称の米国特許出願１５/３３９，７９０の優先権を主張するものであり、同様に、２０１６年１月３１日に出願された、「多重パルスＬＩＤＡＲに基づく三次元撮像」という名称の米国仮出願６２/２８９，２７７の優先権を主張するものであり、これらの出願は参照されることにより、本出願に援用される。
【技術分野】
【0002】
本発明は、ＬＩＤＡＲに基づく三次元ポイントクラウド測定システムに関する。
【背景技術】
【0003】
ＬＩＤＡＲシステムは光パルスを使用し、各光パルスの飛行時間（ＴＯＦ）に基づいて物体への距離を測定するものである。ＬＩＤＡＲシステムの光源から出射された光パルスは遠位の物体と相互に作用する。光の一部が物体から反射され、ＬＩＤＡＲシステムの検出器に戻る。光パルスの出射から戻り光パルスの検出までに経過した時間に基づいて、距離が推定される。いくつかの例においては、光パルスはレーザー発光器により発生される。光パルスはレンズ又はレンズアセンブリを通して集束される。レーザー光パルスがレーザー発光器の近くに設置された検出器に戻るまでの時間が測定され、高精度の時間測定から距離が得られる。
【0004】
いくつかのＬＩＤＡＲシステムは、単一のレーザー発光器／検出器並びに回転ミラーの組み合わせを使用して、平面を横切って効果的に走査する。そのようなＬＩＤＡＲシステムにより実施された距離測定は実際上二次元（即ち、平面状）であり、捕捉された距離点は二次元（即ち、単一面）のポイントクラウドとして描画される。いくつかの例において、回転ミラーは非常に速い速度（例えば、数千ｒｐｍ）で回転する。
【0005】
しかしながら、多くの動作シナリオにおいて、三次元のポイントクラウドを求められることが多い。三次元で周囲環境に問合せするいくつかの方式が採用されている。いくつかの例においては、二次元装置が、多くの場合ジンバル上で、上下及び／又は前後に作動される。このことは、センサのノッディング又はウィンキングとして当業者には知られている。したがって、単一ビームＬＩＤＡＲユニットを使用して、一度に一点であるにもかかわらず、三次元の距離点列全体を捕捉することができる。関連する例においては、レーザーパルスを多層に分割するためにプリズムが使用され、各層はわずかに異なる鉛直角を有する。これは、センサ自体が作動することはないが、上述のノッディング効果をシミュレートする。
【0006】
全ての上記の例において、単一レーザー発光器／検出器の組み合わせの光路が、広い視野を達成するためにどうにかして変更されている。しかし、単一レーザーのパルス繰返し数が限定されていることにより、そのような装置が単位時間毎に発生することができるピクセル数は本質的に限定されている。ミラー、プリズム、又は装置の作動のいずれによるものであっても、より広いカバー領域を達成するためのビーム経路の変更は、ポイントクラウド密度の減少を伴うものである。
【0007】
上述のように、いくつかの構成において三次元ポイントクラウドシステムが存在する。しかしながら、多くの用途において、広い視野にわたって距離測定を収集する必要がある。例えば、自立走行車両用途において、縦視野は車両の前方の地面まで下に伸びているべきである。また、道路内のくぼみに車両が進入した場合、縦視野は水平線より上に伸びているべきである。また、現実世界で起きている行動とこれらの行動の画像化の間の遅れは最小限である必要がある。いくつかの例においては、毎秒少なくとも５回の完全な画像の更新を提供することが望ましい。これらの要求に応えるために、多重レーザー発光器アレイ及び検出器アレイを備える三次元ＬＩＤＡＲシステムが開発された。このシステムは２０１１年６月２８日付で発行された米国特許７９６９５５８号に記載されており、この特許は参照されることにより、本出願に援用する。
【0008】
多くの用途において、一連のパルスが出射される。各パルスの方向は、連発で順次変更される。これらの例において、個々のパルスのそれぞれに関連する距離測定はピクセルとみなすことができ、連発して出射されて捕捉されたピクセルの集合（即ち、ポイントクラウド）は、画像とみなすことができ、又は、他の理由（例えば、障害物の検出）により分析される。いくつかの例において、結果的に得られたポイントクラウドを使用者に三次元の画像として描画するために閲覧ソフトウェアが使用されている。実写カメラで撮影されたような三次元画像として距離測定を描くために異なる方式を使用することができる。
【0009】
いくつかの例において、連続発光パルスのタイミングは、特定の出射パルスに関連する戻り信号が後続の出射パルスが発射される前に検出されるように設定されている。このことは、検出された戻り信号が、検出された戻り信号を発生させた特定の出射パルスに適切に関連付けられることを確実にする。
【0010】
いくつかの他の例においては、多重パルスの戻り信号がいずれも検出される前に、周囲環境内に多重パルスが出射される。伝統的に、この方法は、検出信号間でクロストークが生じる可能性を増加させる。即ち、多重パルスの戻り信号がいずれも検出される前に周囲環境内に多重パルスが出射されると、検出された戻り信号は、検出された戻り信号を発生させた特定の出射パルスとは異なる出射パルスに間違って関連付けられる可能性がある。このことは、距離測定にエラーを引き起こす可能性がある。
【0011】
伝統的に、多重パルス間のクロストークを避けるために、多重パルスのそれぞれが異なる方向に出射される。多重パルスのそれぞれを異なる方向に出射することにより、多重パルスのそれぞれにより問合せされるそれぞれの空間体積は、多重パルスの他のパルスにより問合せされるどの空間体積からも完全に分離される。同時に問合せされた空間の分離が増加すると、クロストークにより測定エラーを引き起こす可能性が減少する。
【0012】
連続パルス技術が使用されても、又は空間分離を伴う多重パルス技術が使用されても、性能の課題が残っている。
【0013】
戻り信号の検出は、測定ノイズの大きな原因を含んでいる。いくつかの例においては、太陽光、太陽フレア又は宇宙線による光パルスが検出され、特定の出射パルスと間違って関連付けられる。このことは間違った距離測定という結果をもたらす。いくつかの他の例においては、他のＬＩＤＡＲシステムからの出射パルスが検出され、特定の出射パルスと間違って関連付けられる。このこともまた間違った距離測定という結果をもたらす。レーザーパルス強度を増加することなくＬＩＤＡＲシステムの測定範囲が拡張されるにつれて、これらの問題は悪化する。
【0014】
既存のＬＩＤＡＲシステムは、所定の時間で周囲環境の特定体積を問合せする単一光パルスを使用している。これらのシステムは、太陽光、宇宙線又は他のＬＩＤＡＲベースの撮像システムのような外部ノイズ源からの信号混入が生じやすい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0015】
測定範囲を拡張し、このＬＩＤＡＲシステムと関連付けされていない照明源と関連する検出信号を除去するような、ノイズ除去の改良が望ましい。
【課題を解決するための手段】
【0016】
ここに、多重パルスＬＩＤＡＲ測定を実施するシステム及び方法を提供する。１つの側面において、各ＬＩＤＡＲ測定ビームは、照射光の一連の多重パルスにより、三次元環境内の位置を照射する。各測定パルスシーケンスは、照射光の多重パルスを含み、三次元ＬＩＤＡＲシステム及び特定位置間の距離の推定が結果として得られる。特定位置から反射された光は、ＬＩＤＡＲシステムからＬＩＤＡＲシステムのプログラムされた範囲に出射され、ＬＩＤＡＲシステムに戻るまでの光の飛行時間以上の存続期間を有する測定窓の間、ＬＩＤＡＲシステムの感光検出器により検出される。
【0017】
更なる側面において、ＬＩＤＡＲ装置は、ＬＩＤＡＲ装置から三次元環境の特定照射点に出射され、特定照射点からＬＩＤＡＲ装置に戻るまでの多重パルス測定ビームの飛行時間を測定する。
【0018】
いくつかの実施形態において、各ＬＩＤＡＲ測定間の遅延時間は、ＬＩＤＡＲ装置の最大範囲に位置する物体へ向かい、物体からＬＩＤＡＲ装置に戻るまでの測定パルスシーケンスの飛行時間よりも長く設定されている。この方法により、ＬＩＤＡＲシステムの異なるチャンネル間でクロストークが生じない。
【0019】
いくつかの他の実施形態において、１つの多重パルス照射システムから出射された測定パルスシーケンスがＬＩＤＡＲ装置まで戻る時間が経過する前に、他の多重パルス照射システムから測定パルスシーケンスを出射することができる。いくつかの実施形態において、クロストークを避けるために、各ビームにより問合せされる周囲環境の領域の間が十分に空間的に分離されることを確実にするように注意が払われている。いくつかの実施形態において、特定の測定チャンネルに関連付けられた多重パルス照射は、他のどの測定チャンネルにより発生された他のどの多重パルス照射とも異なるように符号化されている。
【0020】
多重パルス照射ビームは、符号ダイバーシティ方式、振幅ダイバーシティ方式、時間ダイバーシティ方式、又はこれらの組み合わせにより符号化されることができる。測定パルスシーケンスを符号化し、戻り測定パルスシーケンスを復号化することにより、測定パルスシーケンスによる照射に関連付けられた反射信号を外因性信号から区別することができる。
【0021】
いくつかの実施例において、多重パルス照射ビームの符号化は疑似ランダムにより実施することができる。いくつかの実施例において、多重パルスビームの符号化は、戻り信号内のチャンネルノイズの測定に対応して変更することができる。例えば、もし戻り信号が閾値を超えるノイズを含んでいる場合、他のコードが選択される。この方法により、他のＬＩＤＡＲシステムのような外因性ノイズ源の影響を最小化する符号化を選択することができる。
【0022】
一般的に、測定パルスシーケンスの一連のパルスは、大きさ及び持続時間を変更することができる。さらに、各測定パルスシーケンスのパルス数及びパルス間の遅延も変更することができる。
【0023】
上記は概要であり、したがって、必要に応じて簡略化、一般化、及び詳細の省略を含み、結果として、概要は単に説明的なものであり、限定的なものではないことは当業者には理解できるであろう。ここに記載の装置及び／又は方法の他の側面、発明の特徴、及び利点は、以下に記載の非限定的な詳細な説明により明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】ここに記載の多重パルス測定方法を実施するために使用される三次元ＬＩＤＡＲシステム１００の１つの実施形態を示す簡略図である。
【図2】ここに記載の多重パルス測定方法を実施するために使用される三次元ＬＩＤＡＲシステム１０の他の実施形態を示す簡略図である。
【図3】１つの例示的実施形態における三次元ＬＩＤＡＲシステム１００の分解図である。
【図4】三次元ＬＩＤＡＲシステム１００の発光・集光エンジン１１２を示す図である。
【図5】三次元ＬＩＤＡＲシステム１００の集光光学系１１６の詳細図である。
【図6】集光された光１１８の各ビームの形状を示す三次元ＬＩＤＡＲシステム１００の集光光学系１１６の断面図である。
【図7】多重パルス照射システム１３０、光検出システム１５０、及び制御装置１４０を含む三次元ＬＩＤＡＲシステムの構成要素を示す図である。
【図8】多重パルス測定ビームの出射及び戻り測定パルスシーケンスの捕捉のタイミングを示す図である。
【図9】フィルタリング前後の戻り測定パルスシーケンスを示す図である。
【図10】時間区分を含む戻り測定パルスシーケンスを示す図である。
【図12】比較的小さな振幅で短い持続時間の４つのパルスと、その後に続く比較的大きな振幅で長い持続時間の第５のパルスを含む測定パルスシーケンス１６７を示す図である。
【図13】１６個の多重パルス照射サブシステムの発光のタイミングを示す図である。
【図14】少なくとも１つの新しい側面における多重パルスＬＩＤＡＲ測定を実施する方法２００を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0025】
本発明のいくつかの実施形態と添付の図面に図示されている背景的実施例の詳細について説明する。
【0026】
図１は、１つの例示的動作シナリオにおける三次元ＬＩＤＡＲシステム１００の実施形態を示す図である。三次元ＬＩＤＡＲシステム１００は、下部ハウジング１０１及び赤外光（例えば、７００～１７００ｎｍのスペクトル領域内の波長を有する光）を透過させる材料から成るドーム状シェル要素１０３を含む上部ハウジング１０２を有する。１つの実施例において、ドーム状シェル要素１０３は、９０５ｎｍを中心とする波長を有する光を透過させる。
【0027】
図１に図示されているように、三次元ＬＩＤＡＲシステム１００から複数の光パルスビーム１０５が、ドーム状シェル要素１０３を通って、中心軸１０４から測定して角度範囲αにわたって、出射される。図１に図示されている実施形態においては、各光ビームの主光線が図示されている。各光ビームの各主光線は、Ｘ軸及びＹ軸により規定された平面上に互いに間隔を置いて複数の異なる位置に投射される。例えば、ビーム１０６はＸＹ平面上の位置１０７に投射される。
【0028】
図１に図示されている実施形態において、三次元ＬＩＤＡＲシステム１００は、中心軸１０４の周りの複数の光ビーム１０５のそれぞれを走査するように構成される。ＸＹ平面状に投射された各光ビームは、中心軸１０４とＸＹ平面の交点を中心とする円形パターンを描く。例えば、ＸＹ平面上に投射されるビーム１０６の主光線は、時間とともに、中心軸１０４を中心とする円形軌跡１０８を描く。ＸＹ平面は、三次元ＬＩＤＡＲシステム１００から出射されるビームの空間的分離を示すために図１に図示されている。一般的に、三次元ＬＩＤＡＲシステム１００から出射されたビームは、周辺環境内に投射され、各ビームの経路内の物体上に投射する。
【0029】
図２は、１つの例示的動作シナリオにおける三次元ＬＩＤＡＲシステム１０の他の実施形態を示す図である。三次元ＬＩＤＡＲシステム１０は、下部ハウジング１１及び赤外光（例えば、７００～１７００ｎｍのスペクトル領域内の波長を有する光）を透過させる材料から成る円筒形シェル要素１３を含む上部ハウジング１２を有する。１つの実施例において、円筒形シェル要素１３は、９０５ｎｍを中心とする波長を有する光を透過させる。
【0030】
図２に図示されているように、三次元ＬＩＤＡＲシステム１０から複数の光ビーム１５が、円筒形シェル要素１３を通って、角度範囲βにわたって、出射される。図２に図示されている実施形態においては、各光ビームの主光線が図示されている。各光ビームは周囲環境内の異なる方向に外向きに投射される。例えば、ビーム１６は周囲環境内の位置１７上に投射される。いくつかの実施形態において、三次元ＬＩＤＡＲシステム１０から出射された各光ビームは少しずつ広がる。１つの実施例において、三次元ＬＩＤＡＲシステム１０から出射された光ビームは、三次元ＬＩＤＡＲシステム１０から１００ｍの距離において直径２０ｃｍのスポットサイズを照射する。この方法において、各照射光ビームは、三次元ＬＩＤＡＲシステム１０から出射された照射光錐である。
【0031】
図２に図示されている実施形態において、三次元ＬＩＤＡＲシステム１０は、中心軸１４の周りを角速度ωで、複数の光ビーム１５のそれぞれを走査するように構成されている。説明の目的で、光ビーム１５が、三次元ＬＩＤＡＲシステム１０の非回転座標枠に関連する１つの角度配向に図示されており、そして、光ビーム１５’が、上記非回転座標枠に関連する他の角度配向に図示されている。光ビーム１５は中心軸１４の周りを回転するので、周囲環境内に投射された各光ビーム（例えば、各ビームに関連した各照射光錐）は、中心軸１４の周りを通過するので、円錐形照射ビームに対応する体積の環境を照射する。
【0032】
図３は、１つの例示的実施形態における三次元ＬＩＤＡＲシステム１００の分解図である。三次元ＬＩＤＡＲシステム１００はさらに、中心軸１０４の周りを回転する発光・集光エンジン１１２を有する。図３に図示されているように、発光・集光エンジン１１２の中心光軸１１７は、中心軸１０４に対して角度θで傾斜している。三次元ＬＩＤＡＲシステム１００は、下部ハウジング１０１に対して固定位置に取り付けられた固定電子基板１１０を有する。固定電子基板１１０の上方に回転電子基板１１１が配置され、回転電子基板１１１は、固定電子基板１１０に対して所定の回転速度（例えば、２００ｒｐｍより速い速度）で回転するように構成されている。電力信号及び電子信号が、固定電子基板１１０と回転電子基板１１１の間で、１つ以上のトランス素子、容量素子又は光学素子を通して通信され、これらの信号の非接触送信をもたらす。発光・集光エンジン１１２は回転電子基板１１１に対して固定的に配置され、したがって、中心軸１０４の周りを所定の角速度ωで回転する。
【0033】
図３に図示されているように、発光・集光エンジン１１２は、発光素子アレイ１１４及び光検出素子アレイ１１３を有する。各発光素子から出射された光は、（図示しない）ミラーに向かっていく。ミラーから反射した光は、一連の照明光学系１１５を通過し、一連の照明光学系１１５が、出射光を図１に図示されている三次元ＬＩＤＡＲシステム１００から出射される光ビームアレイ１０５にコリメートする。一般的に、三次元ＬＩＤＡＲシステム１００から任意の数の光ビームを同時に、又は実質的に同時に出射するために任意の数の発光素子を配置することができる。また、三次元ＬＩＤＡＲシステム１００から任意の数の光ビームを連続的に出射するために任意の数の発光素子を配置することができる。１つの実施形態において、２つ以上の発光素子が実質的に同時に光を出射するように作動され、そして、プログラムされた期間経過後、次の２つ以上の発光素子が実質的に同時に光を出射するように作動される。環境内の物体から反射された光は、集光光学系１１６により集光される。各照射ビームに関連付けられた集光された光は集光光学系１１６を通過し、光検出素子アレイ１１３の各光検出素子上に集束される。集光光学系１１６を通過後、集光された光は（図示しない）ミラーから各光検出素子上に反射される。実際には、各測定チャンネル間のクロストークにより同時に作動できるチャンネル数が限定される。しかしながら、撮像解像度を最大化するためには、可能な限り多くのチャンネルを同時に作動することが望ましく、それにより、飛行時間の測定が多くのチャンネルから、連続的にではなく、同時に得られる。
【0034】
図４は、発光・集光エンジン１１２を示すもう１つの図である。１つの側面において、発光・集光エンジン１１２は、発光・集光エンジン１１２の様々な構成要素と回転電子基板１１１の間の電気的接続性及び機械的支持を提供する中間電子基板１２１、１２２及び１２３を有する。例えば、光検出素子アレイ１１３の各光検出素子は中間電子基板１２１に取り付けられる。次に、中間電子基板１２１は回転電子基板１１１に機械的及び電気的に結合される。同様に、発光素子アレイ１１４の各発光素子は中間電子基板１２３に取り付けられる。次に、中間電子基板１２３は回転電子基板１１１に機械的及び電気的に結合される。もう１つの実施例において、照明光学系１１５及び集光光学系１１６は、中間電子基板１２２に機械的に取り付けられる。この実施例において、中間電子基板１２２は、照明光学系１１５を集光光学系１１６から空間的及び光学的に分離し、集光された光への照射光の混入を防止する。次に、中間電子基板１２２は、回転電子基板１１１に機械的及び電気的に結合される。この方法により、中間電子基板は、機械的及び電気的接続性を提供し、三次元ＬＩＤＡＲシステム１００の動作に必要な電気部品を取り付け可能な追加基板領域を提供する。
【0035】
図５は、集光光学系１１６の詳細図である。図５に図示されているように、集光光学系１１６は、光検出素子アレイ１１３の各光検出素子上に集光された光１１８を集束するように配置された４つのレンズ素子１１６Ａ～１１６Ｄを有する。集光光学系１１６を通過した光は、ミラー１２４により反射され、光検出素子アレイ１１３の各光検出素子上に配向される。もう１つの側面において、集光光学系１１６の１つ以上の光学素子は、発光素子アレイ１１４の各発光素子により出射された光の波長を含む所定の波長範囲外の光を吸収する１つ以上の材料から構成される。１つの実施例において、１つ以上のレンズ素子は、発光素子アレイ１１４の各発光素子により発生された赤外光より低い波長を有する光を吸収する着色剤添加剤を含むプラスチック材料から構成される。１つの実施例において、プラスチック材料は、発光素子アレイ１１４の各発光素子により発生された赤外光より低い波長を有する光の少なくとも９０％を吸収する。１つの実施例において、着色剤は、Ａａｋｏ ＢＶ（オランダ）から入手可能なＥｐｏｌｉｇｈｔ ７２７６Ａである。一般的に、望まないスペクトルの光を除去するために、集光光学系１１６の任意のプラスチックレンズ素子に任意の数の異なる着色剤を添加することができる。
【0036】
図６は、集光された光１１８の各ビームの湾曲を示す集光光学系１１６の断面図である。
【0037】
上述のように、集光光学系１１６の１つ以上の光学素子は、発光素子アレイ１１４の各発光素子により出射された光の波長を含む所定の波長範囲外の光を吸収する１つ以上の材料から構成される。しかしながら、一般的に、照明光学系１１５の１つ以上の光学素子も、発光素子アレイ１１４の各発光素子により出射された光の波長を含む所定の波長範囲外の光を吸収する１つ以上の材料から構成されることができる。
【0038】
図１に図示されている三次元ＬＩＤＡＲシステム１００、及び図２に図示されている三次元ＬＩＤＡＲシステム１０のようなＬＩＤＡＲシステムは、ＬＩＤＡＲ装置から周囲環境内に照射光のパルスビームを出射するパルス照射源を有している。いくつかの実施形態において、パルス照射源はレーザーベースである。いくつかの実施例において、パルス照射源は１つ以上の発光ダイオードベースである。一般的に、どんな適切なパルス照射源を検討してもよい。
【0039】
１つの側面において、各測定ビームが、照射光の一連の多重パルスにより三次元環境（例えば、ピクセル）の特定位置を照射する。したがって、各測定パルスシーケンスは、周囲環境内の１つの位置を問合せする照射光の多重パルスを有し、その結果として、三次元ＬＩＤＡＲシステムからその位置までの距離を推定する。その位置から反射された光は、ＬＩＤＡＲシステムからＬＩＤＡＲシステムのプログラムされた範囲に出射され、ＬＩＤＡＲシステムに戻るまでの光の飛行時間以下の存続期間を有する測定窓の間、三次元ＬＩＤＡＲシステムの感光検出器により検出される。感光検出器は、三次元周囲環境内の特定位置から反射された測定パルスシーケンスを検出する。この方法により、測定パルスシーケンスの各パルスの特定測定位置からの反射が三次元ＬＩＤＡＲシステムにより捕捉される。
【0040】
更なる側面において、三次元ＬＩＤＡＲシステムは、ＬＩＤＡＲ装置から三次元環境内の特定照射位置そして特定照射位置からＬＩＤＡＲ装置へ戻るまでの多重パルス測定ビームの飛行時間を測定する。飛行時間は、測定窓の間に検出された反射光に基づいて測定される。ＬＩＤＡＲ装置と照射光の多重パルスビームにより照射された三次元環境内の特定位置の間の距離は、飛行時間及び既知の光の速度に基づいて測定される。
【0041】
図７は、１つの実施形態における多重パルス照射システム１３０、光検出システム１５０、及び制御装置１４０を含む三次元ＬＩＤＡＲシステムの構成要素を示す図である。図７に図示されている実施形態は、非限定的な実施例として提供されており、本出願書類の範囲内で、ここに記載の多重パルスＬＩＤＡＲ測定を実施するための多くの他の適切な実施形態を検討することができる。
【0042】
多重パルス照射システム１３０は、パルス発光装置１３７を有する。パルス発光装置１３７は、パルス発光装置１３７に提供されるパルス電気信号１３６に応答してパルス発光を発生する。パルス発光装置１３７により発生された光は、三次元ＬＩＤＡＲシステムの１つ以上の光学素子により、集束されて周辺環境内の特定位置１３８上に測定パルスシーケンスとして投射される。１つの実施例において、パルス発光装置１３７により出射された光は、出射光を図２に図示される三次元ＬＩＤＡＲシステム１０から出射される多重パルス光ビーム１６にコリメートする照明光学系１１５により、集束されて特定位置上に投射される。
【0043】
多重パルス照射システム１３０は、パルス発光装置１３７に選択的に結合された任意の数の電気エネルギー蓄積素子（ＥＳＥ）を有する。例示する目的で、図7にはＮ個の電気エネルギー蓄積素子の３つの電気エネルギー蓄積素子（ＥＳＥ１３２Ａ～Ｃ）が描かれており、Ｎは任意の整数である。いくつかの実施例において、各電気エネルギー蓄積素子はコンデンサである。電気エネルギー源１３１（例えば、電圧源）は、各電気エネルギー蓄積素子に電気的に結合され、各電気エネルギー蓄積素子に電気エネルギーを供給する。各電気エネルギー蓄積素子は、スイッチ素子によりパルス発光装置１３７に選択的に結合している。また、例示する目的で、図7にはＮ個のスイッチ素子の３つのスイッチ素子（１３９Ａ～Ｃ）が描かれている。各スイッチ素子は、制御信号（例えば、デジタル制御信号ＭＰＣ）の状態に応じて、２つの状態の間を切り替えるように構成されている。第１の状態において、スイッチ素子は実質的に非導電性である。第１の状態において、対応する電気エネルギー蓄積素子はパルス発光装置１３７から効果的に切断されている。第１の状態において、電気エネルギー源１３１から対応する各電気エネルギー蓄積素子へ電気エネルギーが流れ、電気エネルギー蓄積素子を効果的に充電する。第２の状態において、スイッチ素子は実質的に導電性である。第２の状態において、対応する電気エネルギー蓄積素子はパルス発光装置１３７に電気的に結合する。第２の状態において、電気エネルギー蓄積素子からパルス発光装置１３７へ電気エネルギーが流れる。
【0044】
図７に図示されているように、任意の電気エネルギー蓄積素子によりパルス発光装置１３７に同時に供給される電流のいずれも効果的に付加的である。この方法により、パルス発光装置１３７に提供された電流信号１３６は、制御信号ＭＰＣにより効果的に整形される。例えば、制御信号ＭＰＣ[Ｎ]がスイッチ素子１３９Ｃを制御して実質的に非導電状態から実質的に導電状態に切り替えた時に、電流１３３のパルスがパルス発光装置１３７に提供される。同様に、電流１３４及び１３５のパルスを電気エネルギー蓄積素子１３２Ｂ及び１３２Ａからパルス発光装置１３７へそれぞれ提供することができる。
【0045】
図７に図示されているように、制御装置１４０は制御信号ＭＰＣを発生し、制御信号ＭＰＣはパルス発光装置１３７に電流パルスを提供するタイミングを制御し、それにより、ＬＩＤＡＲ装置から出射される光パルスのタイミングを制御する。
【0046】
一般的に、制御装置１４０により指令された一連のパルスのそれぞれは、大きさ及び持続時間を変更することができる。さらに、各測定パルスシーケンスのパルス数及びパルス間の遅延時間も変更することができる。いくつかの実施例において、測定パルスシーケンスの1つのパルスは、同じ測定パルスシーケンスのもう１つのパルスよりも大きな振幅を有する。いくつかの実施例において、測定パルスシーケンスの1つのパルスは、同じ測定パルスシーケンスのもう１つのパルスよりも長い持続時間を有する。いくつかの実施例において、測定パルスシーケンスの1つのパルスは、同じ測定パルスシーケンスのもう１つのパルスよりも大きな振幅及び長い持続時間を有する。
【0047】
１つの実施形態において、多重パルス照射システム１３０は、図７を参照して記載されている方法により、パルス発光装置に選択的に結合された８つの電気エネルギー蓄積素子を有する。一般的に、光エネルギーの８つの利用可能なパルスが所望のタイミングに合わせられ、結合される。図１２に図示する１つの実施例においては、測定パルスシーケンスは、比較的小さい振幅で短い持続時間の４つのパルスと、その後に続く、比較的大きな振幅で長い持続時間の第５のパルスを有している。最初の４つのパルスのそれぞれは、１つの電気エネルギー蓄積素子の放電を作動することにより発生される。第５のパルスは、残りの４つの電気エネルギー蓄積素子を同時に作動してパルス発光装置内に電流を供給することにより発生される。もう１つの実施形態において、第５のパルスは、より大きなエネルギー蓄積能力を有する単一の電気エネルギー蓄積素子により発生することもできる。この方法により、測定パルスシーケンスは比較的小さい振幅の４つのパルスと、その後に続く、大きな振幅の１つのパルスを有する。最初の４つのパルスは短距離の測定に適しており、大きな振幅のパルスは比較的長距離の測定に適しているので、このことが望ましい。一般的に、電気エネルギー蓄積素子は任意の適切な方法で大きさを設定することができ、多重パルス照射シーケンス内で所望のパルス振幅を得るために任意の数の電気エネルギー蓄積素子を同時に作動することができる。
【0048】
一般的に、多重パルス照射システム１３０は、パルス発光装置に選択的に直列に結合された任意の数の電気エネルギー蓄積素子を有することができる。さらに、１つ以上の電気エネルギー蓄積素子は、１つ以上の他の電気エネルギー蓄積素子と異なるエネルギー蓄積能力を有することができる。
【0049】
更なる実施形態において、三次元ＬＩＤＡＲシステム、例えば図２に図示されている三次元ＬＩＤＡＲシステム１０は、共通の制御装置（例えば、制御装置１４０）と一体となって作動する１６個の多重パルス照射システムを有する。図１３は、１６個の多重パルス照射システムの各々の発光のタイミングを示す図１８０である。
【0050】
図１３に図示されているように、測定パルスシーケンスは第１の多重パルス照射システムから出射される。遅延時間Ｔ遅延経過後に、ＬＩＤＡＲ装置の第２の多重パルス照射システムから測定パルスシーケンスが出射される。この方法により、測定期間Ｔ測定の間に、ＬＩＤＡＲ装置から異なる方向に一連の１６個の測定パルスシーケンスが出射される。１６個の多重パルス照射システムの各々の電気エネルギー蓄積素子は、測定期間後に充電期間Ｔ充電の間充電される。充電期間後に、その次の測定期間にわたって、もう１つの測定パルスシーケンスが各多重パルス照射システムから出射される。
【0051】
いくつかの実施形態において、遅延時間Ｔ遅延は、ＬＩＤＡＲ装置の最大範囲に位置する物体へ向かい、該物体から戻ってくるまでの測定パルスシーケンスの飛行時間よりも長く設定されている。この方法により、１６個の多重パルス照射システムのいずれの間にもクロストークが生じない。
【0052】
いくつかの他の実施形態において、１つの多重パルス照射システムから出射された測定パルスシーケンスがＬＩＤＡＲ装置に戻るまでの時間が経過する前に、もう１つの多重パルス照射システムから測定パルスシーケンスを出射することができる。いくつかのこれらの実施形態において、クロストークを避けるために、各ビームにより問合せされた周囲環境の領域の間が十分に空間的に分離されることを確実にするように注意が払われている。いくつかのこれらの実施形態において、ＬＩＤＡＲシステムに使用された任意の多重パルス照射システムにより発生された多重パルス照射は、他の任意の多重パルス照射システムにより発生された他の任意の多重パルス照射と異なるように符号化される。この方法により、各多重パルス照射ビームに関連付けられた戻り信号は、もしビーム間で空間的重なりがあっても、他の任意の集光された光と区別することができる。
【0053】
図７に図示されているように、特定位置１３８から反射された光は、光検出器１５５により検出される。光検出器１５５は、アナログ相互インピーダンス増幅器１５２により増幅される出力信号１５１を発生する。一般的に、出力信号１５１の増幅は、複数の増幅段階を有することができる。この場合、アナログ相互インピーダンス増幅器１５２は非限定的な実施例として提供されており、多くの他のアナログ信号増幅構成が本出願書類の範囲内に含まれると考えることができる。
【0054】
増幅信号１５３は、制御装置１４０に伝達される。制御装置１４０のアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）１４４が、アナログ信号１５３を更なる処理において使用されるデジタル信号に変換するために使用される。制御装置１４０は、多重パルス制御信号ＭＰＣと共同してＡＤＣ１４４によるデータ取得のタイミングを制御するために使用されるイネーブル／ディスエーブル信号１４５を発生する。
【0055】
図８は、測定パルスシーケンスの出射及び戻り測定パルスシーケンスの捕捉に関わるタイミングを示す図である。図８に図示されているように、測定は、制御装置１４０により発生された多重パルス発射信号１６１（例えば、ＭＰＣ[１]）とともに始まる。内部システムの遅延により、多重パルス発射信号１６１から時間遅延ＴＤによりずれているインデックス信号１６２が測定される。時間遅延は、ＬＩＤＡＲシステムからの発光に関する既知の遅延（例えば、信号通信遅延及びスイッチ素子、エネルギー蓄積素子及びパルス発光装置に関する待機時間）と、集光と集光された光を示している信号発生に関する既知の遅延（例えば、増幅器の待機時間、アナログ／デジタル変換遅延等）と、を含んでいる。インデックス信号１６２は、図８に図示されているように多重パルス信号であってもよく、又は、単一パルス信号であってもよい。インデックス信号は、システム内の時間遅延を測定するために発生される。そして、インデックス信号は、システム動作中の任意の適切な時間において再発生することができる。また、インデックス信号は、１つ以上の測定チャンネルに関する時間遅延を推定するために使用される。
【0056】
図８に図示されているように、戻り信号１６３は、特定位置の照射に対応してＬＩＤＡＲシステムにより検出される。測定窓（例えば、収集された戻り信号データが特定測定パルスシーケンスに関連付けられている期間）は、光検出素子１５０からのイネーブルデータ取得により開始される。制御装置１４０は、測定パルスシーケンスの出射に対応する戻り信号が予期される時間の窓に対応するように測定窓のタイミングを制御する。いくつかの実施例において、測定窓は、測定パルスシーケンスが出射された時点で作動され、ＬＩＤＡＲシステムの範囲の２倍の距離にわたる光の飛行時間に対応する時点において停止される。この方法により、測定窓は、ＬＩＤＡＲシステムに近接する物体からの戻り光（わずかな飛行時間）からＬＩＤＡＲシステムの最大範囲に位置する物体からの戻り光までを集光するために開かれている。この方法により、有効な戻り信号として貢献することができない他の全ての光は除外される。
【0057】
図８に図示されているように、戻り信号１６３は、出射された測定パルスシーケンスに対応する２つの戻り測定パルスシーケンスを有する。一般的に、信号検出は、全ての検出された測定パルスシーケンスに実施される。さらに、信号分析が、最も近い信号（例えば、戻り測定パルスシーケンスの最初のインスタンス）、最も強い信号及び最も遠い信号（例えば、測定窓における戻り測定パルスシーケンスの最後のインスタンス）を特定するために実施される。これらのインスタンスはどれも、ＬＩＤＡＲシステムによる潜在的に有効な距離測定として報告することができる。例えば、図８に図示されているように、飛行時間ＴＯＦ１は、出射された測定パルスシーケンスに対応する最も近い（例えば、最も早い）戻り測定パルスシーケンスから計算することができる。
【0058】
ＬＩＤＡＲシステム及び周囲環境内の特定位置の間の距離測定における測定パルスシーケンスの出射及び集光は、ノイズ除去のためのいくつかの構成の実施を可能にする。このことは、達成可能な範囲の増大及び不要信号（例えば、太陽雑音、太陽フレア、他のＬＩＤＡＲ装置からのクロストーク等）に対する感度の減少をもたらす。多重パルス照射ビームは、符号ダイバーシティ方式、振幅ダイバーシティ方式、時間ダイバーシティ方式、又はこれらの組み合わせにより符号化されることができる。測定パルスシーケンスを符号化し、戻り測定パルスシーケンスを復号化することにより、測定パルスシーケンスによる照射に関連付けられた反射信号を外因性信号から区別することができる。
【0059】
いくつかの実施例において、多重パルス照射ビームの符号化は疑似ランダムにより実施することができる。いくつかの実施例において、多重パルスビームの符号化は、戻り信号内のチャンネルノイズの測定に対応して変更することができる。例えば、もし戻り信号が閾値を超えるノイズを含んでいる場合、他のコードが選択される。この方法により、他のＬＩＤＡＲシステムのような外因性ノイズ源の影響を最小化する符号化を選択することができる。
【0060】
図９に図示されている１つの実施例において、戻り測定パルスシーケンス１６３は、例えば、シグネチャ検出フィルタによりフィルタリングされる。１つの実施例において、シグネチャ検出フィルタは、自己相関フィルタである。フィルタリングされた信号１６５も図９に図示されている。これらの実施例において、フィルタリングされた出力信号が閾値を超える場合、収集された信号は正当な戻り測定パルスシーケンスであると決定される。
【0061】
図１０及び１１に図示されているもう１つの実施例において、戻り測定パルスシーケンス１６３の複数のピークの時間的間隔が測定される。例えば、図１１に図示されているように、表１７０は、戻り測定パルスシーケンス１６３の各ピークに関する時間及び隣接するピーク間の時間を示している。連続するインスタンスのそれぞれの間の時間が、出射された測定パルスシーケンスの各パルス間の時間と実質的に同じである場合、戻り測定パルスシーケンスは正当であると決定される。したがって、照射光の多重パルスビームの飛行時間は、多重パルスビームがＬＩＤＡＲ装置から出射された時間及び閾値を超えた出力信号の複数の連続するインスタンスに関する検出の時間の間の差に基づいて測定される。
【0062】
更なる側面において、ＬＩＤＡＲシステム及び周囲環境内の特定位置の間の距離測定における多重パルスシーケンスの出射及び集光は、ＬＩＤＡＲシステム及び検出された物体の間の相対速度の推定を可能にする。
【0063】
図１４は、少なくとも１つの新しい側面における多重パルスＬＩＤＡＲ測定を実施する方法２００を示す図である。方法２００は、本発明の図１及び２にそれぞれ図示されているＬＩＤＡＲシステム１００及び１０のようなＬＩＤＡＲシステムにより実施するのに適している。１つの側面において、方法２００のデータ処理ブロックは、制御装置１４０の１つ以上のプロセッサにより、又は他の汎用計算システムにより、実行される事前にプログラムされたアルゴリズムによって実行することができる。ここで、ＬＩＤＡＲシステム１００及び１０の特定構成は限定を示しているものではなく、単なる実例として解釈されるべきである。
【0064】
ブロック２０１において、照射光の多重パルスビームが、ＬＩＤＡＲ装置から三次元環境内に出射される。照射光の多重パルスビームが、照射光の測定パルスシーケンスにより、三次元環境内の特定位置を照射する。
【0065】
ブロック２０２において、測定窓の間、照射光の多重パルスビームにより照射された三次元環境内の特定位置から反射された測定パルスシーケンスの量が検出される。測定窓は、ＬＩＤＡＲ装置の測定範囲の２倍の距離にわたる光の飛行時間を超える存続期間を有する。
【0066】
ブロック２０３において、検出された光量を示す出力信号が発生される。
【0067】
ブロック２０４において、出力信号は、例えば図７に図示されている制御装置１４０のアナログ／デジタル変換器により、デジタル信号に変換される。
【0068】
ブロック２０５において、デジタル信号に基づいて、ＬＩＤＡＲ装置から三次元環境内の特定位置そして特定位置からＬＩＤＡＲ装置に戻るまでの測定パルスシーケンスの飛行時間が測定される。
【0069】
１つ以上の例示的な実施形態において、記載されている機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はそれらの組み合わせにおいて実施することができる。ソフトウェアにおいて実施される場合、機能は、コンピュータ可読媒体上の１つ以上の指令又はコードとして伝達又は記憶されることができる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体及び通信媒体を含み、１つの場所から他の場所へのコンピュータプログラムの転送を容易にするどの媒体も含むことができる。記憶媒体は、汎用コンピュータ又は専用コンピュータによりアクセスすることができる任意の利用可能な媒体を使用することができる。限定としてではなく、例として、コンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ又は他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置又は他の磁気記憶装置、又は、汎用コンピュータ又は専用コンピュータにより、又は汎用プロセッサ又は専用プロセッサによりアクセスすることができ、データ構造又は指令の形の所望のプログラムコードを記憶又は保持するために使用することができる他の任意の媒体を含むことができる。また、任意の接続もコンピュータ可読媒体と呼ぶのにふさわしい。例えば、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペアケーブル、デジタル加入者回線（ＤＳＬ）、又は赤外線通信、無線通信、及びマイクロ波通信等の無線技術を使用して、ウェブサイト、サーバー、又は他の遠隔供給源からソフトウェアが伝送された場合、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペアケーブル、デジタル加入者回線（ＤＳＬ）、又は赤外線通信、無線通信、及びマイクロ波通信等の無線技術は、媒体の定義内に含まれる。ここで使用されるディスクは、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザーディスク、光ディスク、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、フロッピーディスク及びブルーレイディスクを含み、ディスクは通常データを磁気的に再生し、また、ディスクはデータをレーザーにより光学的に再生する。上記の組み合わせもコンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるものである。
【0070】
説明の目的で特定実施形態が上述されているが、この特許出願書類の教示は汎用性を有し、上記の特定実施形態に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲に記載の本発明の範囲から逸脱することなく、様々な改良、適応、及び上記実施形態の様々な構成の組み合わせを実行することができる。
【符号の説明】
【0071】
１０ 三次元ＬＩＤＡＲシステム
１１ 下部ハウジング
１２ 上部ハウジング
１３ 円筒形シェル要素
１４ 中心軸
１５ 複数の光ビーム
１６ ビーム
１７ 位置
１００ 三次元ＬＩＤＡＲシステム
１０１ 下部ハウジング
１０２ 上部ハウジング
１０３ ドーム状シェル要素
１０４ 中心軸
１０５ 複数の光ビーム
１０６ ビーム
１０７ ＸＹ平面上の位置
１０８ 円形軌跡
１１０ 固定電子基板
１１１ 回転電子基板
１１２ 発光・集光エンジン
１１３ 光検出素子アレイ
１１４ 発光素子アレイ
１１５ 照明光学系
１１６ 集光光学系
１１６Ａ レンズ素子
１１６Ｂ レンズ素子
１１６Ｃ レンズ素子
１１６Ｄ レンズ素子
１１７ １１２の中心光軸
１１８ 集光された光
１２１ 中間電子基板
１２２ 中間電子基板
１２３ 中間電子基板
１２４ ミラー
１３０ 多重パルス照射システム
１３１ 電気エネルギー源
１３２Ａ 電気エネルギー蓄積素子
１３２Ｂ 電気エネルギー蓄積素子
１３２Ｃ 電気エネルギー蓄積素子
１３３ 電流
１３４ 電流
１３５ 電流
１３６ パルス電気信号、電流信号
１３７ パルス発光装置
１３８ 特定位置
１３９Ａ スイッチ素子
１３９Ｂ スイッチ素子
１３９Ｃ スイッチ素子
１４０ 制御装置
１４４ アナログ／デジタル変換器
１４５ イネーブル／ディスエーブル信号
１５０ 光検出システム
１５１ 出力信号
１５２ アナログ相互インピーダンス増幅器
１５３ 増幅信号、アナログ信号
１５５ 光検出器
１６１ 多重パルス発射信号
１６２ インデックス信号
１６３ 戻り信号、戻り測定パルスシーケンス
１６５ フィルタリングされた信号
１６７ 測定パルスシーケンス
１１ 下部ハウジング
１２ 上部ハウジング
１３ 円筒形シェル要素
１４ 中心軸
１５ 複数の光ビーム
１６ ビーム
１７ 位置
１００ 三次元ＬＩＤＡＲシステム
１０１ 下部ハウジング
１０２ 上部ハウジング
１０３ ドーム状シェル要素
１０４ 中心軸
１０５ 複数の光ビーム
１０６ ビーム
１０７ ＸＹ平面上の位置
１０８ 円形軌跡
１１０ 固定電子基板
１１１ 回転電子基板
１１２ 発光・集光エンジン
１１３ 光検出素子アレイ
１１４ 発光素子アレイ
１１５ 照明光学系
１１６ 集光光学系
１１６Ａ レンズ素子
１１６Ｂ レンズ素子
１１６Ｃ レンズ素子
１１６Ｄ レンズ素子
１１７ １１２の中心光軸
１１８ 集光された光
１２１ 中間電子基板
１２２ 中間電子基板
１２３ 中間電子基板
１２４ ミラー
１３０ 多重パルス照射システム
１３１ 電気エネルギー源
１３２Ａ 電気エネルギー蓄積素子
１３２Ｂ 電気エネルギー蓄積素子
１３２Ｃ 電気エネルギー蓄積素子
１３３ 電流
１３４ 電流
１３５ 電流
１３６ パルス電気信号、電流信号
１３７ パルス発光装置
１３８ 特定位置
１３９Ａ スイッチ素子
１３９Ｂ スイッチ素子
１３９Ｃ スイッチ素子
１４０ 制御装置
１４４ アナログ／デジタル変換器
１４５ イネーブル／ディスエーブル信号
１５０ 光検出システム
１５１ 出力信号
１５２ アナログ相互インピーダンス増幅器
１５３ 増幅信号、アナログ信号
１５５ 光検出器
１６１ 多重パルス発射信号
１６２ インデックス信号
１６３ 戻り信号、戻り測定パルスシーケンス
１６５ フィルタリングされた信号
１６７ 測定パルスシーケンス
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】