特許 7121862 屈折ファセットを有する回転型ポリゴン偏向器を備えたＬＩＤＡＲ装置

(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】2022-08-09

(45)【発行日】2022-08-18

(54)【発明の名称】屈折ファセットを有する回転型ポリゴン偏向器を備えたＬＩＤＡＲ装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/481 20060101AFI20220810BHJP

   B60W 40/02 20060101ALI20220810BHJP

   B60W 60/00 20200101ALI20220810BHJP

   G01S 17/931 20200101ALI20220810BHJP

【ＦＩ】

G01S7/481 A

B60W40/02

B60W60/00

G01S17/931

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2021538998

(86)(22)【出願日】2019-12-23

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-19

(86)【国際出願番号】 US2019068351

(87)【国際公開番号】W WO2020142316

(87)【国際公開日】2020-07-09

【審査請求日】2021-09-10

(31)【優先権主張番号】62/788,368

(32)【優先日】2019-01-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【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】アンガス，エドワード ジョーゼフ

(72)【発明者】

【氏名】ギャロウェイ，ライアン ムーア

【審査官】渡辺 慶人

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－１４８５５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１５５４６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２２６９３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０４４７５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２１４５６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２０３１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０１８０６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】独国特許出願公開第１０２０１７２００６９２（ＤＥ，Ａ１）

【文献】米国特許第０５２２７９１０（ＵＳ，Ａ）

【文献】特表２００４－５３８４９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－３０５１５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／４８ － ７／５１

１７／００ － １７／９５

Ｇ０２Ｂ ２６／１０ － ２６／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のファセット（Ｆａｃｅｔｓ）を含むポリゴン偏向器（Ｐｏｌｙｇｏｎ Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ）と、
前記ポリゴン偏向器に回転可能に結合され、第１平面に直交する第１軸を中心に前記ポリゴン偏向器を回転させるように構成されるモーターと、
前記ポリゴン偏向器の内部に位置し、前記複数のファセットのうち、特定のファセットに入射される第１ビームをコリメート（Ｃｏｌｌｉｍａｔｅ）するように構成される光学装置と、を含み、
前記複数のファセットのうち、第１ファセットは、前記第１平面に対して第１ファセット角度で配向し、
前記複数のファセットのうち第２のファセットは、前記第１平面に対して第２ファセット角度で配向し、
前記第１ファセット角度は、前記第２ファセット角度とは異なり、
前記複数のファセットのうち、前記特定のファセットは、前記ポリゴン偏向器が第２ビームを出力するために前記第１軸を中心に回転する際、前記第１ビームを前記第１平面内で第１角度と第２角度との間で屈折させるように構成され、
前記ポリゴン偏向器は、５０％よりも大きいデューティサイクル（Ｄｕｔｙ Ｃｙｃｌｅ）を有し、前記デューティサイクルは、前記ポリゴン偏向器が回転する持続時間に対する前記ポリゴン偏向器が前記第１ビームを屈折させる持続時間に基づくＬＩＤＡＲ装置。

【請求項2】

前記複数のファセットは、前記複数のファセットのそれぞれが前記第１ビームを前記第１平面に直交する第２平面内で屈折させて構成されるように、前記ポリゴン偏向器の上部または下部のうちの１つと非直交（Ｎｏｎ－Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ）角度を形成する請求項１に記載のＬＩＤＡＲ装置。

【請求項3】

前記第１平面内の複数の第１ビームは、前記第１ビームを含み、
前記ＬＩＤＡＲ装置は、前記ポリゴン偏向器の内部で前記複数の第１ビームを送信するように構成された平面ファイバーアレイ（Ｐｌａｎａｒ Ｆｉｂｅｒ Ａｒｒａｙ）を含み、
前記光学装置は、前記第１平面に直交する第２平面内で角度拡散（Ａｎｇｕｌａｒ Ｓｐｒｅａｄ）を有する前記複数のビームを成形するように構成された請求項１に記載のＬＩＤＡＲ装置。

【請求項4】

前記平面ファイバーアレイは、前記光学装置の焦点面（Ｆｏｃａｌ Ｐｌａｎｅ）に取り付けられる請求項３に記載のＬＩＤＡＲ装置。

【請求項5】

前記角度拡散は、前記ファイバーアレイ内のファイバーの横方向の間隔に基づく請求項３に記載のＬＩＤＡＲ装置。

【請求項6】

前記光学装置は、前記第１ビームをコリメートするように構成される第１レンズおよび偏向した第１ビームを提供するために、前記コリメートされた第１ビームを偏向させるように構成された第２レンズを含み、
前記ポリゴン偏向器の内部表面は、前記ポリゴン偏向器内で前記偏向した第１ビームをコリメートするように構成された請求項３に記載のＬＩＤＡＲ装置。

【請求項7】

前記第１レンズは、非球面レンズ（Ａｓｐｈｅｒｉｃ Ｌｅｎｓ）であり、前記第２レンズは、前記内部表面と同じ曲率を有するポジティブ円筒レンズ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ Ｌｅｎｓ）である請求項６に記載のＬＩＤＡＲ装置。

【請求項8】

前記光学装置は、一対のミラーをさらに含み、前記一対のミラーは、前記一対のミラーのうち、第１ミラーが前記第１ビームを前記平面ファイバーアレイから前記一対のミラーのうち、第２ミラーに反射して構成されるように互いに対して位置し、前記第２ミラーは、前記第１ビームを前記第１レンズに反射するように構成される請求項６に記載のＬＩＤＡＲ装置。

【請求項9】

前記光学装置は、自由形状の円環体単一レンズ（Ｆｒｅｅ ｆｏｒｍ Ｔｏｒｉｃ Ｓｉｎｇｌｅ Ｌｅｎｓ）である請求項３に記載のＬＩＤＡＲ装置。

【請求項10】

それぞれのファセットは、前記ポリゴン偏向器の屈折率対前記ポリゴン偏向器を囲む媒質の屈折率の割合に基づいて前記第２平面内の前記第１ビームの角度拡散を増加させるように構成された請求項３に記載のＬＩＤＡＲ装置。

【請求項11】

前記モーターは、
前記内部を定義する前記ポリゴン偏向器の内部表面に回転可能に結合された複数のベヤリング（Ｂｅａｒｉｎｇ）と、
前記第１軸を中心に前記ポリゴン偏向器を回転させるためにコイルによって作動する回転子（ｒｏｔｏｒ）と、
前記ポリゴン偏向器の前記内部に位置する固定子（Ｓｔａｔｏｒ）と、を含むブラシレス（Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ）ＤＣモーターであり、
前記固定子は、前記光学装置が位置するキャビティ（Ｃａｖｉｔｙ）を定義する請求項１に記載のＬＩＤＡＲ装置。

【請求項12】

前記ポリゴン偏向器は、前記第１ビームの波長で透過性（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ）である請求項１に記載のＬＩＤＡＲ装置。

【請求項13】

検出器アレイと、
プロセッシング回路をさらに含み
前記プロセッシング回路は、
前記ポリゴン偏向器が前記第１軸を中心に回転周波数で回転するようにし、
前記ポリゴン偏向器が前記第１ビームを前記第１軸に直交する第１平面内で第１角度と第２角度との間で屈折させるように、レーザーソース（Ｌａｓｅｒ Ｓｏｕｒｃｅ）が前記ポリゴン偏向器の内部で前記第１ビームを送信するようにし、
前記第１ビームに応答してオブジェクトから前記検出器アレイに受信された第２ビームに基づいて前記検出器アレイから信号を受信し、
前記検出器アレイから受信された前記信号に基づいて前記オブジェクトまでの距離を決定するように構成される請求項１ないし請求項１２のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲ装置。

【請求項14】

請求項１ないし請求項１３のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲ装置を含む自律走行車。

【請求項15】

請求項１３に記載のＬＩＤＡＲ装置を備え、
前記プロセッシング回路は、ステアリングシステム（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）または制動システム（Ｂｒａｋｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）のうち、少なくとも１つに、１つ以上の信号を送信する請求項１４に記載の自律走行車。

【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、全開示の内容が本明細書に参照として含まれる２０１９年１月４日に出願した米国臨時出願番号第６２／７８８、３６８号についての優先権およびその利益を主張する。

【背景技術】

【0002】

光学検出および距離測定（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）のための多くの場合ニーモニック（Ｍｎｅｍｏｎｉｃ）のＬＩＤＡＲと呼ばれ、時々レーザーレーダー（Ｒａｄｉｏ－Ｗａｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）とも呼ばれるレーザーを用いた光学距離検出は、高度測定から、イメージング、衝突回避に至るまで様々な応用のために使用される。ＬＩＤＡＲは、ＲＡＤＡＲ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サイズでより微細なスケールの距離解像度（Ｒａｎｇｅ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）を提供する。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0003】

少なくとも１つの態様は、ＬＩＤＡＲ装置に関するものである。ＬＩＤＡＲ装置は、複数のファセット（Ｆａｃｅｔｓ）を含むポリゴン偏向器（Ｐｏｌｙｇｏｎ Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ）を含み得る。ＬＩＤＡＲ装置は、ポリゴン偏向器に回転可能に結合されたモーターを含み得る。モーターは、第１平面に直交する第１軸を中心にポリゴン偏向器を回転させるように構成される。ＬＩＤＡＲ装置は、ポリゴン偏向器の内部に位置した光学装置を含み得る。光学装置は、複数のファセットのうち、特定のファセットに入射される第１ビームをコリメート（Ｃｏｌｌｉｍａｔｅ）するように構成される。複数のファセットのうち、特定のファセットは、ポリゴン偏向器が第２ビームを出力するために第１軸を中心に回転する際、第１ビームを第１平面内で第１角度と第２角度との間で屈折させるように構成される。

【0004】

少なくとも１つの態様は、ＬＩＤＡＲシステムに関するものである。ＬＩＤＡＲシステムは、複数のファセットを含むポリゴン偏向器を含み得る。ＬＩＤＡＲシステムは、検出器アレイを含み得る。ＬＩＤＡＲシステムは、ポリゴン偏向器が第１軸を中心に回転周波数で回転するようにし、ポリゴン偏向器が第１ビームを第１軸に直交する第１平面内で第１角度と第２角度との間で屈折させるように、レーザーソースがポリゴン偏向器の内部で第１ビームを送信するようにし、第１ビームに応答してオブジェクトから検出器アレイに受信された第２ビームに基づいて検出器アレイから信号を受信し、検出器アレイから受信された信号に基づいてオブジェクトまでの距離を決定するように構成されたプロセッシング回路を含み得る。

【0005】

少なくとも１つの態様は、ＬＩＤＡＲ装置を含む自律走行車に関するものである。ＬＩＤＡＲ装置は、複数のファセットを含むポリゴン偏向器を含み得る。ＬＩＤＡＲ装置は、ポリゴン偏向器に回転可能に結合されたモーターを含み得る。モーターは、第１平面に直交する第１軸を中心にポリゴン偏向器を回転させるように構成される。ＬＩＤＡＲ装置は、ポリゴン偏向器の内部に位置した光学装置を含み得る。光学装置は、複数のファセットのうち、特定のファセットに入射される第１ビームをコリメートするように構成される。複数のファセットのうち、特定のファセットは、ポリゴン偏向器が第２ビームを出力するために第１軸を中心に回転する際、第１ビームを第１平面内で第１角度と第２角度との間で屈折させるように構成される。

【0006】

少なくとも１つの他の態様は、方法に関するものである。この方法は、モーターによって複数のファセットを含むポリゴン偏向器を第１軸を中心に回転させるステップと、ポリゴン偏向器の内部にある光学装置によってファセットのうちの１つに入射するビームを成形（Ｓｈａｐｉｎｇ）するステップと、ポリゴン偏向器が第１軸を中心に回転することによって、前記複数のファセットのそれぞれによって前記ビームを第１軸に直交する第１平面内で第１角度と第２角度との間で屈折させるステップと、を含み得る。当該技術分野の通常の技術者は、本発明の内容が単に例示的であり、いかなる方式でも限定するものと意図されていないことを理解するであろう。本明細書に説明された任意の特徴は、任意の他の特徴とともに使用でき、これらの特徴の任意の部分集合は、様々な実施例に基づいて組み合わせて使用できる。請求項によってのみ定義される本明細書に説明された装置および／または方法の他の態様、発明的特徴と利点は、本明細書に説明され、添付された図面と一緒に取られる詳細な説明から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0007】

添付図面において、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。

【0008】

【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された信号（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された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、リターンされた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、リターンされた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ー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（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】一実施例によって図２ａのシステムのスキャニング光学装置の例示的なコンポーネントを示すブロック図であり、

【図2e】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3】視野（Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ）にわたって入射ビームを反射するように、モーターによって回転するポリゴンリフレクター（Ｐｏｌｙｇｏｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）を含む従来のアセンブリの一例を示すブロック図であり、

【図4】一実施例によって偏向器の内部から入射されるビームを屈折させるように、モーターによって回転するポリゴン偏向器（Ｐｏｌｙｇｏｎ Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ）を含むアセンブリの一例を示すブロック図であり、

【図5a】一実施例によって偏向器の内部から入射されるビームを屈折させるように、モーターによって回転するポリゴン偏向器を含むアセンブリの側面断面図（Ｃｒｏｓｓ－Ｓｅｃｔｉｏｎａｌ Ｓｉｄｅ Ｖｉｅｗ）の一例を示す概略図であり、

【図5b】一実施例によって図５ａのポリゴン偏向器の上面断面図（Ｃｒｏｓｓ－Ｓｅｃｔｉｏｎａｌ Ｔｏｐ Ｖｉｅｗ）の一例を示す概略図であり、

【図5c】一実施例によって図５ａのアセンブリの平面ファイバーアレイの側面図の一例を示す概略図であり、

【図5d】一実施例によって図５ａのアセンブリのレンズアセンブリの側面図の一例を示す概略図であり、

【図5e】一実施例によって２つの回転位置にある図５ａのポリゴン偏向器の一例を示す概略図であり、

【図5f】一実施例によって図５ａのポリゴン偏向器の部分側面断面図の一例を示す概略図であり、

【図5g】一実施例によって図５ａのアセンブリに使用された円環体レンズ（Ｔｏｒｉｃ Ｌｅｎｓ）の切断断面図の一例を示す概略図であり、

【図6】一実施例によって第１平面内で第１角度と第２角度との間のビー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7】一実施例によるコンピュータシステムを示すブロック図であり、

【図8】一実施例によるチップセット（Ｃｈｉｐ Ｓｅｔ）を示す。

【発明を実施するための形態】

【0009】

ＬＩＤＡＲシステムのスキャニングのための方法と装置、システム、およびコンピュータ読み取り可能な媒体が説明される。一部の実施例が高解像度ＬＩＤＡＲシステムに関連して後述される。実施例は、ドップラー（Ｄｏｐｐｌｅｒ）および非－ドップラー（Ｎｏｎ－Ｄｏｐｐｌｅｒ）ＬＩＤＡＲシステムを含むＬＩＤＡＲシステムの単方向スキャン要素（Ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｓｃａｎ Ｅｌｅｍｅｎｔ）によるビームスキャニングの最適化に関連して説明される。実施例は、ポリゴン偏向器（Ｐｏｌｙｇｏｎ Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ）、例えば、ポリゴン偏向器の内部からポリゴン偏向器のファセット（Ｆａｃｅｔ）に入射するビームを偏向させたり屈折させるように構成されたポリゴン偏向器によるビームスキャニングの最適化に関連して説明される。ポリゴン偏向器は、ポリゴン構造に基づいた多数のファセットを有するポリゴン形状の要素であり得る。それぞれのファセットは、ポリゴン偏向器が軸を中心に回転する際、視野（Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ）にわたって偏向を行うように（例えば、ファセット上の入射光ビーム（Ｉｎｃｉｄｅｎｔ Ｌｉｇｈｔ Ｂｅａｍ）を反射したり、ポリゴン形状の要素の内部からの入射光ビームを屈折するように）構成される。ポリゴン偏向器は、ポリゴン偏向器が回転する間、隣接するファセットの間のファセットブレーク（Ｆａｃｅｔ Ｂｒｅａｋ）を介してビームが遷移するとき、視野にわたってビームを繰り返しにスキャンする。一部の実施例は、個人用自動車のフロントに設置された単一の高解像度ドップラーＬＩＤＡＲシステムに関連して説明されるが、様々な実施例は、これに限定されない。一部の実施例は、ビームのレーザーエッチング（Ｌａｓｅｒ Ｅｔｃｈｉｎｇ）、表面処理、バーコードスキャニングおよび屈折スキャニングに関連して用いられ得る。

【0010】

一部のスキャニングシステムは、静的な入射光ビームに対して回転する規則的な形状の反射性オブジェクトであるポリゴンリフレクター（Ｐｏｌｙｇｏｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒｓ）を活用する。反射性ファセットは、視野上の一方向に光の繰り返し反射を引き起こす。これらのポリゴンリフレクターは、いくつかの欠点が存在し得る。例えば、反射性ファセット上の入射光ビームは、視野が反射性ファセットと同一平面にある入射光ビームを含む角度を有し得ないため、本質的に視野を制限する。視野が入射光ビームを含む角度に拡張され、視野が本質的に入射光ビームによって制限される場合、有用なリターンビームデータを得られない。これは本質的にビームが視野にわたってスキャンされるデューティサイクルまたは時間の割合をポリゴンリフレクターの総動作時間に制限することもできる。本開示内容に応じた様々なシステムおよび方法は、視野にわたって入射光ビームを反射することよりも、視野にわたって入射光ビームを偏向（例えば、屈折）させるポリゴン偏向器を活用する屈折ビーム－ステアリングアセンブリ（Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｂｅａｍ－Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）および方法を使用できる。ポリゴン偏向器は、入射光ビームが偏向器の内部から指向されるため、本質的に視野を制限しないため、視野とデューティサイクルの両方を向上させ得る。

【0011】

ＬＩＤＡＲ装置は、ビームを、第１平面内で第１角度と第２角度との間でスキャンすることができる。装置は、複数のファセットを含むポリゴン偏向器および当該ポリゴン偏向器に回転可能に結合され、ポリゴン偏向器を第１平面に直交する第１軸を中心に回転させるように構成されたモーターを含む。装置は、ポリゴン偏向器の内部からファセットに入射するビームをコリメートするためにポリゴン偏向器の内部に位置した光学装置をさらに含む。それぞれのファセットは、ポリゴン偏向器が第１軸を中心に回転することにより、ビームを第１平面内で第１角度と第２角度との間で屈折させるように構成される。ＬＩＤＡＲ装置を実装するシステムおよび方法が提供され得る。

１．位相エンコーディング（Ｐｈａｓｅ－Ｅｎｃｏｄｅｄ）検出概要

【0012】

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（Ｉｎ Ｐｈａｓｅ）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とみなされ得るため、シンボルは、１ビット（Ｂｉｔ）であり、ボーレートは、ビットレート（Ｂｉｔ Ｒａｔｅ）とも呼ばれる。多重（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ）位相エンコーディングにおいて、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。

【0013】

位相シフトキーイング（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される。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）通信のために手広く使用される。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。前記システムにおいて、復調器は、（基準波に対する）、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、差動位相シフトキーイング（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よりも確実かつ簡単に具現できる（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）。

【0014】

距離の光学的検出は、光学パルスのオブジェクトまでの往復移動時間（Ｒｏｕｎｄ Ｔｒｉｐ Ｔｒａｖｅｌ Ｔｉｍｅ）に基づいた直接距離測定と、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たリターンされた信号との間の周波数の差に基づいたチャープされた検出と、自然信号から区別できる一連の単一周波数位相変化に基づいた位相エンコードされた検出と、を含むいくつもの他の技術で達成し得る。

【0015】

収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（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いパルスレーザーを使用できる。高いパルスパワーは、光学コンポネントの急激な性能低下につながり得る。チャープおよび位相エンコーディング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できる。この構成において、距離精度は、パルス持続時間ではなく、チャープ帯域幅または長さと、位相コードの帯域幅によって増加でき、したがって、優れた距離精度が相変らず獲得され得る。

【0016】

光搬送波（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃａｒｒｉｅｒ）を変調するために広帯域無線周波数（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ、ＲＦ）電気信号を用いて有用な光帯域幅が実現された。ＬＩＤＡＲについて、光学検出器でリターンされた信号と組み合わさる基準信号として同じ変調された光搬送波を使用すると、結果に応じた電気信号で基準光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帯域における相対的に低いビート（Ｂｅａｔ）周波数を生成し得る。検出器における周波数差についてのこのような種類のビート周波数検出は、ヘテロダイン検出（Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）という。これは直ちに、そして安価に使用できるＲＦコンポネントを使用できるという長所のような様々な利点を有するものとして当業界に知られている。

【0017】

高解像度距離－ドップラーＬＩＤＡＲシステムは、リターンされた信号で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配列およびコヒーレント（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ）処理を用いてＬＩＤＡＲシステムとそれぞれの外部オブジェクトの間のベクトルで改善された距離だけでなく、相対的な符号を有する速度（Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｓｉｇｎｅｄ Ｓｐｅｅｄ）を提供し得る。

【0018】

場合によっては、このような改善は、ターゲット速度があるか、またはなくても、適切な周波数または位相コンテンツを有する鉛筆のような細いレーザービーム（Ｐｅｎｃｉｌ Ｔｈｉｎ Ｌａｓｅｒ Ｂｅａｍ）で距離を提供する。このようなビームを場面（Ｓｃｅｎｅ）にスイープ（Ｓｗｅｅｐ）すると、周囲のオブジェクトの位置および速度に関する情報が獲得され得る。この情報は、自律走行またはドライバー支援自動車のような自律走行車のための制御システムで使用できる。

【0019】

送信機および受信機が同じ装置内にあるため、光距離測定応用にコヒーレント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、ノイズとコード化し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り得る。送信された信号は、１つ以上のシンボル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。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得、ＭとＮは、負ではない整数である。

【0020】

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、周波数ｆ_Ｃ＋ｆ_０で光送信信号の振幅を０に相対的な任意単位で表す。垂直軸１２４ｂは、周波数ｆ_Ｃ＋ｆ_０で光リターン信号の振幅を０に相対的な任意単位で表し、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し、したがって、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。

【0021】

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従うソースの速度である。観察者とソースが２つ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、距離計算のための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。

【0022】

位相コード化した距離測定（Ｐｈａｓｅ Ｃｏｄｅｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）において、位相コード化したリターンの到達は、送信された信号または他の基準信号を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得、これは、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）することによって、実質的に実施され得る。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）について繰り返すことによって計算され得る。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 ）することによって達成され得る。順方向および逆方向の高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ、ＦＦＴ）は、ハードウェアおよびソフトウェアで効率的に実施され得る。

【0023】

交差相関の計算は、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周波数の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（Ｍｉｘ）される。位相エンコード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。

【0024】

動いていないオブジェクトから反射した（したがって、リターンは、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から発生する。これは、リターンされた信号が時間Δｔで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）オブジェクトまでの距離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に基づいた双方向の移動時間遅延（Ｔｗｏ Ｗａｙ Ｔｒａｖｅｌ Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ）から計算される。

【数3】

【0025】

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る）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。

【0026】

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使用されることができる。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システムを向かって動いているオブジェクトから後方散乱して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、代わりにシフトされた周波数ｆ_ＳにΔｆ_Ｄほど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、ドップラーシフト方向と、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が単一のリターンから検出され得る。

【0027】

一部のドップラー補償（Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）実施例において、図１ｂに示すように、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た後，対応するピークの周波数を減算することによってΔｆ_Ｄを捜す代わりに、ＲＦ帯域でダウンミックス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システムを向かって動いている第１オブジェクト（Δｆ_Ｄ１のブルーシフト＝図１ｂのΔｆ_Ｄ）とＬＩＤＡＲシステムから遠ざかっている第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１５６ａは、成分の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１５６ｂは、成分の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。このシフトは、例えば、衝突防止アプリケーションのために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。

【0028】

交差スペクトルから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できる。一部の実施例において、同時Ｉ／Ｑ処理が行われ得る。一部の実施例において、ドップラーリターンの符号（Ｓｉｇｎ）を決定するために直列Ｉ／Ｑ処理が使用できる。一部の実施例において、ドップラーシフトに起因する誤差は、容認されるか、または無視されることがあり、いかなる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 ）

【0029】

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、約ミリ秒（ｍｓ、１ｍｓ＝１０^－３秒）の時間を任意単位で表す。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表す。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で開始する制限されたパルス持続時間τの間、パワーがオン（ｏｎ）であることを示す。グラフ１１０は、送信された信号の周波数を示す。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の間、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。

【0030】

リターンされた信号は、グラフ１１０のように時間を示す水平軸１０２と周波数を示す垂直軸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。第１リターンされた信号は、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を表すことができるトレース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、前述した数式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、距離に基づいた量だけ変更され、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ことができる。したがって、距離Ｒは、数式４ｂによって与えられる。

【数4b】

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ている量または定められた量だけ遅延し得る。基準信号の定められた遅延時間または知られている遅延時間は、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。

【0031】

一部の環境において、送信された光ビームにより照明された地点（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、または照明される地点内で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。このような環境において、グラフ１６０にトレース１６６ｂに表示されたように、第２減少された強度および異なるように遅延した信号も受信されるであろう。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ことになる。一部の環境においては、複数の追加のリターンされた信号が受信される。

【0032】

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、はるかに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、デチャーピングの間に他のより大きい値の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ものであろう。

【0033】

デチャーピングは、基準光信号とリターンされた光信号を同じ光検出器に指向させて行われ得る。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ものであろう。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）の範囲内にある。このような信号は、マイクロプロセッサ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ＲＦコンポーネントによって処理される。リターン信号は、（局部発振器（Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）の役割をするチャープと比べて）局部発振器の役割をする連続波（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ、ＣＷ）トーン（Ｔｏｎｅ）とミックスできる。これは、その自体がチャープである（または、どのような波形が送信されても）検出された信号につながる。この場合、検出された信号は、 デジタイザー（Ｄｉｇｉｔｉｚｅｒ）帯域幅の要求事項が一般的により高くなり得るが、デジタルドメインで整合フィルタリング（Ｍａｔｃｈｅｄ Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）することができる。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。

【0034】

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ついての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できる。この接近方式は、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実質的に同じであり、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。

【0035】

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または基準信号についての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、２つの光周波数を含む光ビームがいつでも生成される。１つの周波数が、ｆ_１から（例えば、光搬送波より１ないし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ないし２ＧＨｚ低い）ｆ_３に減少する。２つの周波数帯域（例えば、ｆ_１ないしｆ_２の帯域１と、ｆ_３ないしｆ_４の帯域２）は、重なっておらず、送信された信号およびリターンされた信号が通過周波数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。示されるように、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し得る。一部の実施例において、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。

【0036】

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割をする対称的な側波帯（Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ Ｓｉｄｅｂａｎｄ）を生成する。一部の実施例において、一般的に、搬送波周波数に多くのエネルギーを残さない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、代わりに、ほとんどすべてのエネルギーが側波帯に入る。

【0037】

側波帯対称（Ｓｉｄｅｂａｎｄ Ｓｙｍｍｅｎｔｒｙ）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、同じであり得る。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。

【0038】

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できるように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（Ｒａｎｇｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｂｅａｔ）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。

【0039】

図１ｆは、対称ＬＯ信号を使用する図１ｅと類似のグラフであり、０ではないドップラーシフトがあるとき、この周波数時間プロットでリターン信号を破線として示す。チャープ波形の場合、時間分離したＩ／Ｑ処理（時間ドメインマルチプレクシング（Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）とも呼ばれる）が他の接近方式のハードウェア要求事項を克服するために使用できる。その場合に、ＡＯＭが実数値（Ｒｅａｌ Ｖａｌｕｅｄ）の信号についての距離ドップラーの曖昧さを打開するために使用できる。一部の実施例において、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のに使用できる。一部の実施例において、Ｉ／Ｑ処理がドップラーチャープの符号を決定するのに使用できる。

３．光検出ハードウェア概要

【0040】

図２ａは、一実施例によって高解像度距離ＬＩＤＡＲシステム２００の例示的なコンポー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るか、または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ビーム（例えば、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で送信された信号（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ Ｓｉｇｎａｌ）とも呼ばれるターゲットビーム２０５が生成され得る。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。図２ａに示されたように、基準ビーム２０７ａは、変調器２８２ｂで個々に変調される。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れた遅延を導入する。一部の実施例において、例えば、基準ビーム２０７ｂが別個の発振器から局部的に生成された場合、基準ビーム２０７ｂは、局部発振器（Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ、ＬＯ）信号と呼ばれる。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２０７ｂ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で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、特定の距離に対して観察されたり、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用いたり、利用せず、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ー遅延（Ｆｉｂｅｒ Ｄｅｌａｙ）を用いること、または、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（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔｉｎｇ）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ができる。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、リターンが遅延なしに、基準信号と十分に重畳する。

【0041】

送信された信号は、例えば、１つ以上のスキャニング光学装置（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、対をなしているか、または対をなしてい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対をなしているか、または対をなしていない検出器の１次元（１Ｄ）または２次元（２Ｄ）アレイであり得る。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ー２８４で結合され得る。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、複数回記録され得る。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累積時間（Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ）は、ダウン－レンジ規模（Ｄｏｗｎ－Ｒａｎｇｅ Ｅｘｔｅｎｔ）に影響を与える。数または累積時間は、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レート（Ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｃａｍｅｒａ Ｆｒａｍｅ Ｒａｔｅ）に基づいて選択される実質的な考慮事項であり得る。フレームレートは、サンプリング帯域幅であり、「デジタイザー周波数（Ｄｉｇｉｔｉｚｅｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）」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）そ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。

【0042】

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（Ｃｈｉｐ Ｓｅｔ）のような処理システム２５０に利用可能に作られる。スキャナ制御モジュール２７０は、スキャニング光学装置２１８を駆動するためのスキャニング信号を提供する。スキャナ制御モジュール２７０は、図６のフローチャートに関連した方法６００の１つ以上のステップを行うためのコマンドを含み得る。処理システム２５０で符号を有するドップラー補償（Ｓｉｇｎｅｄ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）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得、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し得る。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伝送するための変調信号モジュール（図示せず）を含み得る。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。

【0043】

ターゲット上の焦点または投光照明（Ｆｌｏｏｄ）または瞳孔面（Ｐｕｐｉｌ Ｐｌａｎｅ）を通過する焦点についての光カップリング（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ）は図示されない。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）、光ファイバー（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ）、光ミキサーのような他のコンポーネントを単独または一部の組み合わせのように、１つのコンポーネントから他のコンポー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ーネントである。

【0044】

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ーネントの例を示す。図２ａに示されたように、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であり得る。一部の実施例において、周波数シフタが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。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、損失が多いコンポー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、周波数シフタが局部発振器（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（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｈｉｆｔｅｒ）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でＦＦＴコンポーネントによってピックアップでき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（Ｂｅａｔ）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）の周波数を知られている量（Δｆ_Ｓ）ほどシフトできる。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されて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にオフセットだけ減少される。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帯域内にあるものであり、これによってこれらを分離する。Δｆ_Ｓが予想し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関連する距離での曖昧さはないだろう。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得る。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された（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。様々なこれらの実施例は、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。

【0045】

図２ｂは、高解像度ドップラーシステムのための鋸歯型（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）の範囲をスイープ（Ｓｗｅｅｐ）し、傾斜角（Ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ Ａｎｇｌｅ）の範囲（０の傾斜で水平方向（Ｌｅｖｅｌ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）の上下に軸２２４に沿っての垂直に）をスイープする。適応型（Ａｄａｐｔｅｄ）スキャニングを含む様々なスキャンパターンが使用できる。図２ｃは、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。

【0046】

図２ｄは、図２ａのシステム２００のスキャニング光学装置２１８の例示的なコンポーネントを示すブロック図である。一実施例において、スキャニング光学装置２１８は、１つの軸に沿って（例えば、図２ｂの軸２２２に沿って角度－Ａと＋Ａとの間）ビーム２０５の作動を制御する振動スキャン要素（Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｙ Ｓｃａｎ Ｅｌｅｍｅｎｔ）２２６と、他の軸に沿って（例えば、図２ｂの軸２２４に沿って）１つの方向にビーム２０５の作動を制御する単方向等速スキャン要素（Ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｓｐｅｅｄ Ｓｃａｎ Ｅｌｅｍｅｎｔ）２２８（例えば、ポリゴン偏向器）を含む２つの要素スキャンシステムである。スキャニング光学装置２１８は、図２ａのシステム２００に使用できる。スキャニング光学装置２１８は、ビームのレーザーエッチング、表面処理、バーコードスキャニングおよび屈折スキャニングを含むシステム２００のようなＬＩＤＡＲシステム以外のシステムに使用できる。一部の実施例において、振動スキャン要素２２６は、単方向スキャン要素２２８なしで提供される。または、他の実装例において、単方向スキャン要素２２８は、振動スキャン要素２２６なしで提供される。一実施例において、単方向等速スキャン要素２２８が軸２２４に沿って１つの方向にビーム２０５を同時に作動させる間、振動スキャン要素２２６は、ビーム２０５を軸２２２に沿って反対方向に角度－Ａと＋Ａとの間で作動させる。一実施例において、振動スキャン要素２２６の作動速度は、双方向であり、等速スキャン要素２２８の単方向作動速度よりも大きいため、ビーム２０５は、当該ビームが軸２２２に沿ってスキャンされるたびに（例えば、Ｄの角度から＋Ｄまで）軸２２４に沿って前後（例えば、－Ａと＋Ａとの間で）にスキャンされる。

【0047】

一部の実施例において、スキャナ制御モジュール２７０は、処理システム２５０から振動スキャン要素２２６および／または単方向スキャン要素２２８に機械的に結合されたモーター２３２に送信される信号を提供する。一実施例において、１つのモーターが振動スキャン要素２２６に機械的に結合され、他のモーターが単方向スキャン要素２２８に機械的に結合されるように２つのモーターが提供される。一実施例において、処理システム２５０から受信された信号に基づいて、モーター２３２は、信号内のパラメータ（例えば、角速度など）の値に応じて振動スキャン要素２２６および／または単方向スキャン要素２２８を回転させる。スキャナ制御モジュール２７０は、ビーム２０５が振動スキャン要素２２６によって要求されるスキャンパターン（例えば、軸２２２に沿って角度－Ａと＋Ａとの間）で、および／または単方向等速スキャン要素２２８によって要求されるスキャンパターン（例えば、軸２２４に沿って角度Ｄと＋Ｄとの間）でスキャンされるように、信号内のパラメータ値を決定し得る。

４．屈折ビーム－ステアリングのためのコヒーレントＬＩＤＡＲシステム

【0048】

図３は、視野３１０にわって入射ビーム３１１を反射するように（図３の平面内における第１角度と第２角度との間で）、モーター（図示せず）によって回転するポリゴンリフレクター３０４を含むアセンブリ３００を示すブロック図である。ポリゴンリフレクター３０４は、複数の反射性ファセット３０６（例えば、六角形リフレクター内の６つのファセット）を含む。それぞれのファセット３０６は、リフレクター３０４が回転軸を中心に回転することにより、入射ビーム３１１を視野３１０を定義する反射されたビーム３１２に反射する。視野３１０は、入射ビーム３１１がファセット３０６内の第１および第２ブレーク（Ｂｒｅａｋ）に出会うときに定義できる。視野３１０が入射ビーム３１１と一致する角度を含むことができないため、視野３１０は、ファセット３０６と同一平面にある入射ビーム３１１の位置によって制限されることができる。このようなスキャン角度について有用なリターンビームデータが収集できないため、視野３１０は、入射ビーム３１１を含むことができない。したがって、同一平面であり、ファセット３０６の外部表面に入射する入射ビーム３１１の特性のために、ポリゴンリフレクター３０４は、限られた視野３１０を有する。この視野３１０は、ポリゴンリフレクター３０４のデューティサイクルを制限でき、このデューティサイクルは、アセンブリ３００の総動作時間についてファセット３０６が視野３１０にわたってビーム３１２を反射する時間として定義される。このデューティサイクルは、従来のポリゴンリフレクター３０４の約５０％であり得る。

【0049】

図４は、モーター２３２によって回転され、偏向器４０４の内部４３２から入射されるビーム４１１を偏向（例えば、屈折）させるポリゴン偏向器４０４を含むアセンブリ４００を示すブロック図である。ポリゴン偏向器４０４は、単方向等速スキャン要素２２８を含み得、このスキャン要素は、図２ａのシステム２００に使用されたり、使用されないことがある。入射ビーム４１１は、ポリゴン偏向器４０４の内部４３２に位置した光学装置４０５（例えば、１つ以上のレンズまたはミラー）によって成形（Ｓｈａｐｉｎｇ）（例えば、コリメート）されることができる。入射ビーム４１１は、内部４３２の光学装置４０５によって成形される前にポリゴン偏向器４０４の外部から内部４３２に指向されることができる。一部の実施例において、複数の入射ビーム４１１は、ファセット４０６に向かう前に光学装置４０５によって提供されて成形される。ファセット４０６は、ファセット４０６の屈折率およびファセット４０６に入射されるビーム４１１の入射角に応じて、Ｓｎｅｌｌの法則に基づいて、入射ビーム４１１を屈折したビーム４１２に屈折させることができる。一実施例において、視野４１０は、第１ファセット４０６で入射ビーム４１１のファセットブレークの間の屈折したビーム４１２によって定義される。一実施例において、視野４１０は、ポリゴンリフレクター３０４における視野３１０よりも大きい。一実施例において、約９０度以下の視野３１０と比較すると、視野４１０は、約９０度（例えば、シリコンのような高屈折率物質で製造されたポリゴン偏向器４０４）、または約５０度（例えば、非特異（ｎｏｎ－ｅｘｏｔｉｃ）物質で製造されたポリゴン偏向器４０４）である。一実施例において、（例えば、対向するファセット４０６の間の距離として定義される）ポリゴン偏向器４０４の幅は、（例えば、対向するファセット３０６の間の距離として定義さされる）ポリゴンリフレクター３０４の幅とほぼ同じであり、それぞれのファセット４０６の幅は、それぞれのファセット３０６の幅とほぼ同じである。したがって、アセンブリ３００と比較してアセンブリ４００の省スペースは、ポリゴン偏向器４０４に対してアセンブリ３００の外部コンポーネント（例えば、入射ビーム３１１を指向させるコリメータ）を必要としていないアセンブリ４００に起因し得る。一実施例において、ポリゴン偏向器４０４は、（例えば、偏向器４０４両側のファセット４０６の間で測定された）約７０ｍｍの幅および各ファセット４０６を伴う約４４ｍｍの長さを有する。一実施例において、ポリゴンリフレクター３０４は、ポリゴン偏向器４０４と同様の寸法を有するが、（例えば、入射ビーム３１１を指向するために）約５０ｍｍの寸法にポリゴンリフレクター３０４から約２５ｍｍ離隔された追加のコリメータを有する。したがって、ポリゴン偏向器４０４の前方領域の長さは、約１４０ｍｍであるポリゴンリフレクター３０４に比べて約７０ｍｍである。一実施例において、ポリゴン偏向器４０４が、モーター２３２によって回転することにより、入射ビーム４１１は、それぞれのファセット４０６によって視野４１０にわったて連続的に屈折する。一実施例において、ポリゴン偏向器４０４のデューティサイクルは、５０％よりも大きく、および／または約７０％および／または約８０％よりも大きい。デューティサイクルは、ポリゴン偏向器４０４の回転および入射ビーム４１１の成形に基づく第２時間に対する入射ビーム４１１の屈折に基づく第１時間の割合に基づくことができる。

【0050】

図５ａは、モーター５３４によって回転され、偏向器５０１の内部５３２から入射されるビーム５８０を屈折させるポリゴン偏向器５０１を含むアセンブリ５００の側面断面図の一例を示す概略図である。図５ｂは、図５ａのポリゴン偏向器５０１の上面断面図の一例を示す概略図である。一実施例において、ポリゴン偏向器５０１は、複数のファセット５０６を含む。一実施例において、ポリゴン偏向器５０１は、透過性であるか、またはビーム５８０の波長で高い（例えば、約９０％よりも高い）伝送特性（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ）を有する物質で製造される。図５ａ－図５ｂは、六角形の偏向器（例えば、６つの側面）を示しているが、様々な実施例は、六角形の偏向器で制限されず、任意の数の側面を有する任意のポリゴン偏向器を含み得、同じ角度と同じファセット５０６の幅を有する正多角形である必要はないが、例えば、ファセット５０６の角度または幅が同じではない不規則な多角形であり得る。

【0051】

ポリゴン偏向器５０１は、モーター５３４に回転可能に結合し得る。一実施例において、モーター５３４は、回転軸５４０を中心にポリゴン偏向器５０１を回転させる。一実施例において、回転軸５４０は、ポリゴン偏向器５０１が回転速度５０２に回転する第１平面５４１（図５ｂの平面）に直交する。図５ａ－図５ｂは、回転速度５０２が時計回りであることを表現しているが、回転速度５０２は、反時計回りであり得る。一実施例において、回転速度の大きさは、約１００ｒｐｍ（Ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎｓ ｐｅｒ Ｍｉｎｕｔｅ）ないし約１、０００ｒｐｍおよび／または約１０ｒｐｍないし約１０、０００ｒｐｍである。一部の実施例において、回転速度の大きさは、ここに開示された数値範囲よりも大きいサイズであり得る。一実施例において、モーター５３４は、内部５３２を定義するポリゴン偏向器５０１の内部表面５３６に回転可能に結合された複数のベアリング５２０ａ、５２０ｂを含むブラシレスＤＣ（Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ ＤＣ、ＢＬＤＣ）モーターである。モーター５３４は、回転軸５４０を中心にポリゴン偏向器５０１を回転させるためにコイル５２４によって作動する回転子（ｒｏｔｏｒ）５２２を含み得る。モーター５３４は、ポリゴン偏向器５０１の内部５３２に部分的に位置する固定子（Ｓｔａｔｏｒ）５２６を含み得、固定子５２６は、ファセット５０６に入射する入射ビーム５８０をステアリングするために光学機器が位置したキャビティ（Ｃａｖｉｔｙ）を定義する。固定子は、コイル５２４を駆動して回転子５２２を作動させるために電磁場を出力し得る。一実施例において、モーター５３４は、マサチューセッツ州ブレインツリーに所在するＮｉｄｅｃ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造されたＢＬＤＣモーターである。

【0052】

一実施例において、ファセット５０６に入射する入射ビーム５８０をステアリングするために１つ以上の光学装置がポリゴン偏向器５０１の内部５３２に配置される。一実施例において、光学装置は、複数のレンズおよび／または一対のミラー５２８ａ、５２８ｂを含むレンズアセンブリ５０５を含む。一実施例において、レンズアセンブリ５０５は、自由形状の円環体単一レンズ（Ｆｒｅｅ ｆｏｒｍ Ｔｏｒｉｃ Ｓｉｎｇｌｅ Ｌｅｎｓ）である。

【0053】

図５ｇは、図５ａのアセンブリ５００に使用される円環体単一レンズ５０５’の切断断面図の一例を示す概略図である。一実施例において、円環体レンズ５０５’は、レンズアセンブリ５０５の代わりに使用される。一実施例において、円環体レンズ５０５’は、円筒レンズの一部の特性および球面レンズの他の特性を特徴とし、および／またはレンズアセンブリ５０５の第１および第２レンズの光学組み合わせであるドーナツ形のハイブリッドレンズであるため、選択される。一実施例において、モジュール２７０のソフトウェアコマンドは、レンズアセンブリ５０５と同等の円環体レンズ５０５’の複数のパラメータ値を決定するための複数のコマンドを含み得る。一実施例において、ビーム５８０が、レンズアセンブリ５０５の焦点面（Ｆｏｃａｌ Ｐｌａｎｅ）（例えば、図５ａの平面５４３）に取り付けられた平面ファイバーアレイ（Ｐｌａｎａｒ Ｆｉｂｅｒ Ａｒｒａｙ）５２９を有する内部５３２に送信される。

【0054】

図５ｃは、一実施例によって図５ａのアセンブリ５００の平面ファイバーアレイ５２９の側面図の一例を示す概略図である。一実施例において、図５ｃは、図５ａと同じ平面５４３（例えば、レンズアセンブリ５０５の焦点面）に沿って取ったものである。一実施例において、平面ファイバーアレイ５２９は、個々の横方向の間隔（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｓｐａｃｉｎｇ）５８４ａ、５８４ｂほど離隔した複数のファイバー５８２ａ、５８２ｂ、５８２ｃを含む。図５ｃの平面ファイバーアレイ５２９に３つのファイバー５８２が示されているが、これはただの一例であり、３つより多いか少ないファイバー５８２が平面ファイバーアレイ５２９に提供され得る。一部の実施例において、横方向の間隔５８４ａ、５８４ｂは、隣接するファイバー対の間で同じである。一部の実施例において、横方向の間隔５８４ａ、５８４ｂは、隣接するファイバー対の間で同じではない（例えば、ファイバー５８２ａ、５８２ｂの間の間隔５８４ａは、ファイバー５８２ｂ、５８２ｃの間の間隔 ５８４ｂと同じではない）。一実施例において、個々のビーム５８０は、各ファイバー５８２の先端（Ｔｉｐ）から送信され、したがって、複数のビーム５８０がファイバー５８２の先端から内部５３２（例えば、固定子５２６のキャビティ５３０）内に送信される。１つの例示的な実施例において、平面ファイバーアレイ５２９は、中国広東省中山に所在するＺｈｏｎｇｓｈａｎ Ｍｅｉｓｕ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｍｐａｎｙによって製造された固定間隔ファイバーアレイ（Ｆｉｘｅｄ Ｓｐａｃｉｎｇ Ｆｉｂｅｒ Ａｒｒａｙ）および平面光波回路（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ、ＰＬＣ）連結体である。

【0055】

図５ａに示すように、平面ファイバーアレイ５２９から送信された複数のビーム５８０は、第１ミラー５２８ａによって、第２ミラー５２８ｂに反射されることができ、第２ミラーは、再び複数のビーム５８０をレンズアセンブリ５０５に反射する。一実施例において、ミラー５２８ａ、５２８ｂは、ミラー５２８ｂによって反射されたビーム５８０がミラー５２８ａに入射するビーム５８０の方向から約１８０度の方向に指向されるように、互いに直角（例えば、９０度または約７０度ないし約１１０度の範囲内の角）をなす。一実施例において、ビーム５８０は、第１ミラー５２８ａより第２ミラー５２８ｂの方が、より広い角度分布をカバーするため、第２ミラー５２８ｂは、第１ミラー５２８ａよりも長い反射表面を有する。例示的な実施例において、ミラー５２８は、ニュージャージー州バーリントンに所在するＥｄｍｕｎｄｓ Ｏｐｔｉｃｓによって製造される。

【0056】

図５ｄは、一実施例によって図５ａのアセンブリ５００のレンズアセンブリ５０５の側面図の一例を示す概略図である。一実施例において、図５ｄは、図５ｂの平面５４１に沿って取ったものである（例えば、図５ａの平面５４３に直交する）。一実施例において、レンズアセンブリ５０５は、第２ミラー５２８ｂから第１レンズ５８２に反射される発散するビーム５８０をコリメートする第１レンズ５８２を含む。一実施例において、第１レンズ５８２は、第２ミラー５２８ｂから発散するビーム５８０が非球面レンズ（Ａｓｐｈｅｒｉｃ Ｌｅｎｓ）によってコリメートされるように選択される焦点距離（Ｆｏｃａｌ Ｌｅｎｇｔｈ）を有する非球面レンズである。一実施例において、非球面レンズの焦点距離は、第２ミラー５２８ｂ越しに延長される。

【0057】

図５ｄに示すように、第１レンズ５８２からコリメートされたビーム５８０’は、第２レンズ５８４によって転向（Ｄｉｖｅｒｔ）することができる。一実施例において、第２レンズ５８４は、ポジティブ円筒レンズ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ Ｌｅｎｓ）の焦点距離に基づいてビームを収束させるポジティブ円筒レンズである。一実施例において、第２レンズ５８４から収束するビーム５８０’’は、ビーム５８０’’’がポリゴン偏向器５０１内でコリメートされ、ファセット５０６に入射するように、内部５３２を定義するポリゴン偏向器５０１の内部表面５３６によって屈折する。例示的な実施例において、第１レンズ５８２の焦点距離は、約４０～５０ｍｍ、および／または約２０～６０ｍｍであるため、約１０μｍモードフィールド直径（Ｍｏｄｅ Ｆｉｅｌｄ Ｄｉａｍｅｔｅｒ、ＭＦＤ）および／または約６～１４μｍＭＦＤの標準光ファイバーを使用して直径が約８～１０ｍｍ、および／または約６～１２ｍｍであるビーム５８０’を生成する。一実施例において、ファイバーアレイ５２９内でビームの間隔５８４ａ、５８４ｂは、約１２７μｍの増分またはその倍数であるため、約１～４度の総円弧角の範囲（Ｔｏｔａｌ Ｓｕｂｔｅｎｄｅｄ Ａｎｇｕｌａｒ Ｓｐｒｅａｄ）５６０を得られる。一実施例において、ポジティブ円筒レンズの曲率は、内部表面５３６の曲率と同じであり、および／またはポジティブ円筒レンズから空気への屈折率遷移は、内部表面５３６を超えて空気からポリゴン偏向器５０１への屈折率遷移と反対である。一実施例において、第２レンズ５８４の屈折率は、約１．７または約１．３ないし約１．８の範囲にあり、ポリゴン偏向器５０１の屈折率は、約１．７または約１．３ないし約１．８の範囲にあり、ポジティブ円筒レンズおよび内部表面５３６の曲率は、約２５．４ｍｍの半径および／または約２０ｍｍないし約３０ｍｍの範囲および／または約１５ｍｍないし約４０ｍｍの範囲にある。ファセット５０６ａに入射するコリメートされたビーム５８０’’’は、平面５４１または図５ｄの平面内ビーム５８０’’’を表す図５ｂに示されている。

【0058】

図５ｅは、２つの回転位置５５０ａ、５５０ｂにある図５ｂのポリゴン偏向器５０１を示す概略図である。一実施例において、内部５３２からファセット５０６ａに入射するコリメートされたビーム５８０’’’は、Ｓｎｅｌｌの法則に基づいてファセット５０６ａによって屈折する。

【数5】

ここで、ｎ_１は、ポリゴン偏向器５０１の屈折率であり、θ_１は、ファセット５０６ａ（の内部）における法線に対するビーム５８０’’’のファセット５０６ａに対する入射角であり、ｎ_２は、ビーム５１２が屈折しているポリゴン偏向器５０１を囲む媒質の屈折率（例えば、空気＝１）であり、θ_２は、ファセット５０６ａ（の外部）における法線に対するビーム５１２ａの屈折角度である。屈折角度は、回転軸５４２に直交する軸５４４に対する角度５５２ａとして測定することができる。図５ｅに示すように、複数のビーム５１２ａは、（軸５４４に対して）角度５５２ａに屈折する。ポリゴン偏向器５０１が軸５４２を中心に、第１回転位置５５０ａから第２回転位置５５０ｂに回転することにより、入射ビーム５８０’’’は、軸５４４に対してファセット５０６ａの一側によって屈折するビーム（例えば、角度５５２ａで屈折したビーム５１２ａ）でファセット５０６ａの反対側によって屈折するビーム（例えば、角度５５２ｂで屈折したビーム５１２ｂ）になって屈折したビーム５１２の視野５１０を定義することができる。一実施例において、視野５１０は、約５０度（例えば、ポリゴン偏向器５０１の屈折率が約１．６である場合）と、約９０度（例えば、シリコンのような高屈折率の屈折物質について屈折率がより高い場合）である。

【0059】

図５ｆは、図５ａのポリゴン偏向器５０１の部分側面断面図の一例を示す概略図である。一実施例において、図５ｆは、図５ａの平面５４３内にある。一実施例において、入射ビーム５８０’’’が平面５４３内に示され、入射ビーム５８０’’’の角度拡散５６０が示される。一実施例において、角度拡散５６０は、数式６によって、平面ファイバーアレイ５２９のファイバー５８２の横方向の間隔５８４に関連している。

【数6】

ここで、ｙは、レンズアセンブリ５０５の焦点面外部のファイバー５８２の距離、例えば、平面５４３の外部のファイバー５８２の距離であり、焦点距離は、レンズアセンブリ５０５のレンズ５８２の焦点距離である。一部の実施例において、ファセット５０６は、ポリゴン偏向器５０１の上部または下部と非直交（Ｎｏｎ－Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ）角度５７４を形成する。一実施例において、非直交角度５７４は、９０度以外の任意の角度および／または約７５度ないし約１０５度の範囲の角度および／または約６０度ないし約１２０度の範囲の角度である。さらに、図５ｆの非直交角度５７４は、９０度未満であるが、例えば、図５ａのファセット５０６ｂに対する非直交角度５７４のように、非直交角度５７４は、９０度より大きいことがある。角度５７４は、ファセット５０６の一部または全部について直交し、および／または約９０度であり得る。角度５７４は、各ファセット５０６について非直交であり得るが、１つ以上のファセットに対して変動できる（例えば、１つ以上のファセット５０６に対して、約９０度未満であるが、１つ以上のファセット５０６に対して約９０度より大きいことがある）。角度５７４が９０度未満の１つ以上のファセット５０６および角度５７４が９０度より大きい１つ以上のファセット５０６の配列の利点は、平面５４３（図５ｆ）内の屈折したビーム５１２が（角度５７４が９０度未満のファセット５０６に対して）水平軸５４４の上と（角度５７４が９０度より大きいファセット５０６に対して）水平軸５４４の下の間を行き来する（Ａｌｔｅｒｎａｔｅ）ことができるというものである。これは（例えば、種々の範囲内でオブジェクトからのリターンビームデータを取得するために）ビーム５１２が平面５４３内で種々の範囲にわたってスキャンされるように許容できる。

【0060】

一実施例において、ファセット５０６に入射される入射ビーム５８０’’’は、ファセット５０６による屈折後に、より大きな角度拡散５６２に広がる角度拡散５６０を有する。一実施例において、角度拡散５６２は、ポリゴン偏向器５０１を囲む媒質の屈折率（例えば、空気＝１）に対するのポリゴン偏向器５０１の屈折率（例えば、ｎ＝１．５）の割合に応じて広がる。例示的な実施例において、各ビーム５８０’’’がファセット５０６に入射する約１度の角度の間隔を有する場合、それぞれの屈折したビーム５１２は、例えば、ポリゴン偏向器内のビーム５８０’’’の角度の間隔と屈折率の割合の積である約１．５度の角度の間隔を有する。

【0061】

一実施例において、角度拡散を広げることに加えて、平面５４３内のビーム５１２の順方向（Ｎｅｔ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）がファセット５０６での屈折によって変更される。一実施例において、平面５４３内で数式５のＳｎｅｌｌの法則に基づいて、ファセット５０６に入射する入射ビーム５８０’’’の中心線５７０は、屈折したビーム５１２の中心線５７２にファセット５０６によって屈折する。したがって、屈折したビーム５１２の角度拡散５６２の増加に加えて、ファセット５０６は、入射ビーム５８０’’の中心線５７０に対して、屈折したビーム５１２の中心線５７２の方向を変更できる。一実施例において、角度拡散５６０の変化は、例えば、ビーム５８０の間が約１度の角度拡散５６０からビーム５８０の間が約１．５度の角度拡散５６２まで約５０％程度変化することができる。一実施例において、中心線５７２は、中心線５７０に対して＋５度、＋１０度、－５度、－１０度程度に変化する。

５．車両制御概要

【0062】

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。

【0063】

図２ｅは、一実施例によって車両２３８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２３６を含む例示的なシステム２３４を示すブロック図である。一実施例において、ＬＩＤＡＲシステム２３６は、ＬＩＤＡＲシステム２００のうち、１つと類似している。車両は、星２４２に表示された質量中心を有し、矢印２４４によって与えられた前方方向に移動する。一部の実施例において、車両２３８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の信号に応答して動作されるステアリング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２４６を有する。一部の実施例において、オン－ボードプロセッサ２４６は、図７に示されたように、遠隔プロセッサと有線または無線で通信する。一実施例において、ＬＩＤＡＲシステムの処理システム２５０は、オン－ボードプロセッサ２４６と通信可能に結合されたり、（例えば、ＬＩＤＡＲシステム２３６から受信された情報を使用して検出される１つ以上のオブジェクトに対する衝突回避を行うために）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ステアリング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２４６の動作を実行するのに使用される。車両制御モジュール２７２は、ＬＩＤＡＲシステム２３６を使用して決定された距離データまたは速度データ（方向データ含む）のうち、少なくとも１つを使用して処理システム２５０の動作を制御できる。高解像度ドップラーＬＩＤＡＲは、方位角視野２５４だけでなく、車両２３８周辺のスポット（Ｓｐｏｔｓ）を照明する垂直角度を介して一側から将来（Ｆｕｔｕｒｅ）のビーム２５３によって表示される他側にスイープ（Ｓｗｅｅｐ）するスキャニングビーム２５２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、振動スキャン要素２２６および／または単方向スキャン要素２２８を含むスキャニング光学装置２１８が方位角視野２５４または垂直角度を介してビームをスキャンするのに使用できる。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度か、もしくはこれの部分集合である。一実施例において、視野２５４にわたる最大設計距離（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｄｅｓｉｇｎ Ｒａｎｇｅ）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。

【0064】

一部の実施例において、車両は、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的なセンサ（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２５６が含まれる。

６．コヒーレントＬＩＤＡＲシステムでスキャンパターンを最適化するための方法

【0065】

図６は、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。一実施例において、方法６００は、線形勾配を有する要求される波形に基づいて、第１角度と第２角度との間で第１方向にビームのスキャンパターンを最適化するためのものである。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た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。ステップが図６で例示的目的で特定手順による統合ステップとして示されるが、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たり、省略されたりすることができ、または１つ以上のステップが追加されたり、方法がいくつかの組み合わせ方式に変更される。

【0066】

ステップ６０１において、ポリゴン偏向器４０４は、モーターを用いて第１軸を中心に回転する。一実施例において、ステップ６０１でポリゴン偏向器５０１は、軸５４０を中心にモーター５３４を用いて回転する。一実施例において、ステップ６０１でポリゴン偏向器４０４、５０１を回転させるために１つ以上の信号がモーター２３２、５３４に送信され、信号は、回転パラメータの複数の値（例えば、回転速度、回転速度方向、回転持続時間などの値）を表すデータを含む。

【0067】

ステップ６０３において、複数のビームがポリゴン偏向器４０４の内部４３２に送信される。一実施例において、ステップ６０３で、複数のビーム５８０がポリゴン偏向器５０１の内部５３２の平面ファイバーアレイ５２９から送信される。一実施例において、ステップ６０３で内部５３２からビームを送信するために光源（例えば、レーザーソース）が内部５３２に位置する。

【0068】

ステップ６０５において、複数のビームは、内部４３２の複数の光学装置４０５によって造形されてビームがコリメートされ、ポリゴン偏向器４０４の内部４３２からファセット４０６に入射される。一実施例において、ステップ６０５で平面ファイバーアレイ５２９からの複数のビーム５８０は、一対のミラー５２８ａ、５２８ｂによって内部５３２に位置した第１レンズ５８２を含むレンズアセンブリ５０５に反射される。

【0069】

ステップ６０７において、ステップ６０５でミラー５２８ａ、５２８ｂからの複数のビーム５８０は、第１レンズ５８２によってビーム５８０’にコリメートされる。一実施例において、第１レンズ５８２は、非球面レンズである。

【0070】

ステップ６０９において、ステップ６０７で第１レンズ５８２からの複数のビーム５８０’は、第２レンズ５８４によって転向する。一実施例において、第２レンズ５８４は、ポジティブ円筒レンズであり、ビーム５８０’は、ポリゴン偏向器５０１の内部表面５３４に入射される収束するビーム５８０’’に収束される。

【0071】

ステップ６１１において、ステップ６０９の収束するビーム５８０’’は、ポリゴン偏向器５０１の内部表面５３４によってコリメートされ、コリメートされたビーム５８０’’’がポリゴン偏向器５０１に送信され、ファセット５０６に入射する。

【0072】

ステップ６１３において、ファセット５０６に入射するコリメートされたビーム５８０’’’は、ファセット５０６によってビーム５１２として回転軸５４２に直交する第１平面５４１に第１角度から平面５４１内の視野５１０を定義する第２角度に屈折する。一実施例において、視野５１０は、ファセット５０６の一側から反対側に通過するコリメートされたビーム５８０’’’によって定義され、コリメートされたビーム５８０’’’がファセット５０６内のブレーク（Ｂｒｅａｋ）越しに通過するときに終了する。一実施例において、コリメートされたビーム５８０’’’が、隣接するファセット５０６に通過すると、屈折したビーム５１２は、平面５４１内で視野５１０を介して再－スキャンされる。他の実装例において、ステップ６１３でファセット５０６に入射するコリメートされたビーム５８０’’’は、ビーム５１２として、第１平面５４１に直交する第２平面５４３に屈折する。一実施例において、第２平面５４３内におけるビーム５８０’’’の屈折は、ビーム５１２の角度拡散５６２の増加および／またはポリゴン偏向器５０１の回転に基づいた平面５４３内のビーム５１２の中心線の屈折および／またはビーム５１２の回転を含む。ポリゴン偏向器４０４は、５０％よりも大きいデューティサイクルを有し得、ここで、デューティサイクルは、屈折ステップに基づいた第１時間と回転および成形ステップに基づいた第２時間の割合に基づく。デューティサイクルは、７０％よりも大きい可能性がある。

７．コンピュータハードウェア概要

【0073】

図７は、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ー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、他の実施例では、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。

【0074】

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７０２がバス７１０と結合される。プロセッサ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７０２によって行われる動作シーケンスは、コンピュータコマンドを構成する。

【0075】

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。ランダムアクセスメモリ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ、ＲＡＭ）または、他の動的格納装置のようなメモリ７０４は、コンピュータコマンド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、コンピュータコマンドの実行中に臨時値を格納するためにプロセッサ７０２によって使用される。また、コンピュータシステム７００は、読み取り専用メモリ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ、ＲＯＭ）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コマンド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、それとも電源が損失されるときにも持続するコマンド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。

【0076】

コマンドを含む情報は、人間ユーザーによって操作される文字と数字の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に提供される小さな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。

【0077】

図示された実施例において、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ、ＡＳＩＣ）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。

【0078】

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ー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）へのデータ通信連結を提供するＬＡＮカードであり得る。また、無線リンクが具現できる。電波（Ｒａｄｉｏ Ｗａｖｅ）、光波（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｗａｖｅ）および赤外線波（Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｗａｖｅ）を含む音波および電磁波のような搬送波は、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化を含む。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。

【0079】

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、実行のためのコマンドを含む情報をプロセッサ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、光ファイバー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。

【0080】

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、ＰＲＯＭ（プログラム可能なＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ（消去可能なＰＲＯＭ）、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、プロセッサ７０２に情報を提供するのに参与する媒体として、搬送波および他の信号を除外する任意の媒体を指すために使用される。

【0081】

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コマンドおよび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。

【0082】

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に連結を提供し得る。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。

【0083】

コンピュータシステム７００は、本明細書に説明された様々な技術を実装するために使用できる。メモリ７０４に含まれた１つ以上のコマンドの１つ以上のシーケンスを行うプロセッサ７０２に応答してコンピュータシステム７００によって様々な技術を行い得る。ソフトウェアおよびプログラムコードとも呼ばれるこのようなコマンドは、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に含まれたコマンドシーケンスの実行は、プロセッサ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。代替的な実施例において、ＡＳＩＣ７２０のようなハードウェアがここに説明された様々な動作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、本発明の実施例は、ハードウェアとソフトウェアの任意の特定組み合わせに制限されない。

【0084】

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７０２によって行われるか、後で実行するために格納装置７０８または他の不揮発性格納装置に格納されるか、またはその両方であり得る。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。

【0085】

様々な形態のコンピュータ読み取り可能な媒体は、実行のためのコマンドまたはデータ、またはこの両方の１つ以上のシーケンスをプロセッサ７０２に運搬するのに関連し得る。例えば、コマンドおよびデータは、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、コマンド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コマンドおよびデータを送信する。コンピュータシステム７００にローカルモデムは、電話回線上でコマンドおよびデータを受信し、赤外線送信機を使用してコマンド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コマンドおよびデータを受信し、コマンド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に運搬し、プロセッサ７０２は、コマンドとともに送信されたデータの一部を用いてメモリ７０４からコマンドを検索して実行する。メモリ７０４で受信されたコマンドおよびデータは、プロセッサ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。

【0086】

図８は、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およびメモリコンポーネントを含む。例として、物理的パッケージは、物理的強度、サイズの保存および／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、コンポーネントおよび／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。

【0087】

１つの実施例において、チップセット８００は、チップセット８００のコンポー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８０３は、コマンドを実行し、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の例は、２つ、４つ、８つまたはその以上のプロセシングコアを含む。代替的または追加的に、プロセッサ８０３は、コマンド、パイプライニング（Ｐｉｐｅｌｉｎｉｎｇ）およびマルチスレッディング（Ｍｕｌｔｉｔｈｒｅａｄｉｎｇ）の独立した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を含み得る。また、プロセッサ８０３は、１つ以上のデジタル信号プロセッサ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ、ＤＳＰ）８０７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ーネントを伴い得る。ＤＳＰ８０７は、通常、プロセッサ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ーネントは、１つ以上のフィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ、ＦＰＧＡ）（図示せず）、１つ以上のコントローラ（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。

【0088】

プロセッサ８０３および付随するコンポーネントは、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、実行可能なコマンド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。

【0089】

これまで、一部の例示的な実施例を説明したが、前述の実施例は、例示的であり、制限的ものではなく、例として提示されたものは明らかである。特に、本明細書に提示された多くの例が方法の動作またはシステム要素の特定の組み合わせを含むが、このような動作とこのような要素は、同じ目的を達成するために他の方式で組み合わされ得る。１つの実施例に関連して議論された動作、要素および機能は、他の実施例の類似の機能から排除されるように意図されたものではない。

【0090】

本明細書で使用される語法および用語は、説明のためのものであり、限定するものとみなされてはならない。本明細書において、「含む」、「備える」、「含有する（Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「付随する（Ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」、「～を特徴とする（Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ）」、「～であることを特徴とする（Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｉｎ ｔｈａｔ）」およびこれらの変形の使用は、その後に列挙される項目、その均等物および追加の項目のみならず、その後に列挙される項目からなる代替的な実施例を排他的に含むように意図される。１つの実施例において、本明細書に説明されたシステムおよび方法は、説明された要素、動作またはコンポネントのうちのいずれか、または２以上のそれぞれの組み合わせ、または両方からなる。

【0091】

本明細書において、単数形で言及したシステムおよび方法の実施例または要素または動作についての任意の言及は、複数のこのような要素を含む実施例も含み得、本明細書において、任意の実施例または要素または動作についての任意の複数形の言及は、単一の要素のみを含む実施例も含み得る。単数または複数形の言及は、現在開示されたシステムまたは方法、これらのコンポネント、動作または要素を単数または複数の構成に限定しようとする意図ではない。任意の情報、動作または要素に基づく任意の動作または要素についての言及は、動作または要素が任意の情報、動作または要素に少なくとも部分的に基づく実施例を含み得る。

【0092】

本明細書に開示された任意の具現例は、任意の他の具現例または実施例と結合され得、「一具現例」、「一部の具現例」、「１つの具現例」などは、必ず相互に排他的ではなく、具現例に関連して説明された特定の特徴、構造または特性が少なくとも１つの具現例または実施例に含まれ得ることを示すためのものである。本明細書に使用されたこのような用語は、必ずすべて同じ具現例を示すものではない。任意の具現例は、本明細書に開示された態様および具現例に符合する任意の方式で包括的または排他的に任意の他の具現例と結合され得る。

【0093】

図面、詳細な説明または任意の請求項の技術的特徴に参照記号が付いてくる場合には、参照記号は、図面、詳細な説明および請求の範囲の理解度を高めるために含まれている。したがって、参照記号の有無は、任意の請求項の要素の範囲にいかなる限定的効果も有しない。

【0094】

本明細書に説明されたシステムおよび方法は、その特性から逸脱することなく、他の具体的な形態で具体化できる。追加の相対的な平行、直角、垂直または他の位置設定または指向の説明は、純粋な垂直、平行または直角の位置設定の＋／－１０％または＋／－１０度内の変動を含む。「おおよそ（Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、「約（Ａｂｏｕｔ）」、「実質的に（Ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」または程度（Ｄｅｇｒｅｅ）についての他の用語についての言及は、明示的に別の方法で示さない限り、与えられた測定値、単位または範囲から＋／－１０％の変動を含む。結合された要素は、直接または介在要素を用いて電気的、機械的または物理的に相互に結合され得る。したがって、本明細書に説明されたシステムおよび方法の範囲は、前述の説明ではなく、添付された請求の範囲によって表現され、請求の範囲の均等論の意味および範囲内にある変更が含まれる。

【0095】

「結合される（Ｃｏｕｐｌｅｄ）」という用語およびその変形は、２つの部材を互いに直接的または間接的に結合することを含む。このような結合は、固定的な（例えば、永久的なまたは固定された）または移動可能な（例えば、除去可能なまたは分離可能な）ものであり得る。このような結合は、互いに直接結合された２つの部材、別の介在部材および互いに結合された任意の追加中間部材を用いて互いに結合された２つの部材または２つの部材のうち、１つと単一の統合体として一体に形成された介在部材を用いて互いに結合された２つの部材に実現されることができる。「結合される」またはその変形が追加用語によって修飾される場合（例えば、直接結合される場合）、前記の提供された「結合される」の一般的な定義は、追加用語の普通の言語意味によって限定され（例えば、「直接結合される」は、いかなる別の介在部材のない２つの部材の結合を意味する）、前記の提供された「結合される」の一般的な定義よりも狭い定義となる。このような結合は、機械的、電気的または流体的であり得る。

【0096】

「または」についての言及は、「または」を用いて説明された任意の用語は、説明された用語のうち、１つ、２以上または全部を包括するものと解釈され得る。「ＡまたはＢのうち、少なくとも１つ」についての言及は、「Ａ」のみ、「Ｂ」のみおよび「Ａ」と「Ｂ」の両方を含み得る。「含む／備える」または他の開放型の用語とともに使用されるこれらの言及は、追加項目を含み得る。

【0097】

様々な要素の大きさ、寸法、構造、形状および割合、パラメータ値、装着配列、材料の使用、色、指向の変化のような説明された要素および動作の修正は、本明細書に開示された内容の教示（Ｔｅａｃｈｉｎｇ）および利点から実質的に逸脱することなく発生し得る。例えば、一体に形成されたものとして表された要素は、多数の部分または要素で構成され得、要素の位置は、反転されるか、または変更でき、個別要素または位置の特性または数は、変動されるか、または変更できる。本開示内容の範囲を逸脱しなく、開示された要素および動作の設計、動作条件および配列で他の代替、修正、変更および省略も行われ得る。

【0098】

本明細書で要素の位置（例えば、「上部（Ｔｏｐ）」、「下部（Ｂｏｔｔｏｍ）」、「上に（Ａｂｏｖｅ）」、「下に（Ｂｅｌｏｗ）」）についての言及は、単に図面で様々な要素の指向を説明するために使用される。様々な要素の指向は、他の例示的な実施例によって異なり得、このような変動は、本開示内容によって含まれることが注目されるべきである。

【図1a】

【図1b】

【図1c】

【図1d】

【図1e】

【図1f】

【図2a】

【図2b】

【図2c】

【図2d】

【図2e】

【図3】

【図4】

【図5a】

【図5b】

【図5c】

【図5d】

【図5e】

【図5f】

【図5g】

【図6】

【図7】

【図8】