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(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】2023-09-29
(45)【発行日】2023-10-10
(54)【発明の名称】発熱体を有する電気光学システム
(51)【国際特許分類】
G01S 7/481 20060101AFI20231002BHJP
G02B 26/10 20060101ALI20231002BHJP
G02B 26/08 20060101ALI20231002BHJP
【ＦＩ】
G01S7/481 Z
G02B26/10 104Z
G02B26/08 E
【請求項の数】
21
(21)【出願番号】P 2021543594
(86)(22)【出願日】2019-10-03
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-02-01
(86)【国際出願番号】 IB2019001075
(87)【国際公開番号】W WO2020070554
(87)【国際公開日】2020-04-09
【審査請求日】2022-09-30
(31)【優先権主張番号】62/741,034
(32)【優先日】2018-10-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】519094710
【氏名又は名称】イノヴィズ テクノロジーズ リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】アルパーン，ヤイール
(72)【発明者】
【氏名】ガーゲル，マイケル
【審査官】藤田 都志行
(56)【参考文献】
【文献】特開２００９－２２９５１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－１９７３３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００７－５２２５２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０８０８９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１２／１４７１６７（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｓ ７／４８－ ７／５１
Ｇ０１Ｓ １７／００－１７／９５
Ｇ０２Ｂ ２６／０８－２６／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーアセンブリであって、ＭＥＭＳミラーと、
フレームと、
前記ＭＥＭＳミラーアセンブリと一体的に形成され、前記ＭＥＭＳミラーを前記フレームに対して動かすように構成された少なくとも１つの圧電アクチュエータであって、前記少なくとも１つの圧電アクチュエータは本体と、電界に曝されると前記本体を曲げるように構成される圧電要素とを含み、それにより前記ＭＥＭＳミラーを動かす、少なくとも１つの圧電アクチュエータと、
電流が少なくとも１つの発熱抵抗体を流れるときに前記圧電要素を加熱するように構成された前記少なくとも１つの発熱抵抗体と
を備え、
前記フレーム、前記少なくとも１つの圧電アクチュエータ及び前記少なくとも１つの発熱抵抗体は、単一の共通のウェーハ上に備えられる、ミラーアセンブリ。
【請求項2】
前記圧電要素の温度に関連する情報に応答して、前記電流を前記少なくとも１つの発熱抵抗体に流すように構成されたコントローラを更に備える、請求項１に記載のミラーアセンブリ。
【請求項3】
前記少なくとも１つの発熱抵抗体は、前記共通のウェーハの金属層上に実装される、請求項１または２に記載のミラーアセンブリ。
【請求項4】
前記電界を前記圧電要素に印加するために使用される少なくとも１つの電極は、前記金属層上に実装される、請求項３に記載のミラーアセンブリ。
【請求項5】
前記少なくとも１つの発熱抵抗体は、前記共通のウェーハのシリコン系層のドープ領域上に実装される、請求項１または２に記載のミラーアセンブリ。
【請求項6】
前記少なくとも１つの発熱抵抗体は、前記圧電アクチュエータの少なくとも１つの上に実装される、請求項１または２に記載のミラーアセンブリ。
【請求項7】
前記少なくとも１つの発熱抵抗体は、前記フレーム上に実装される、請求項１または２に記載のミラーアセンブリ。
【請求項8】
前記少なくとも１つの発熱抵抗体は、前記圧電アクチュエータの前記少なくとも１つに隣接した前記フレームのエッジ上に実装される、請求項１、２、および７のいずれか１項に記載のミラーアセンブリ。
【請求項9】
前記少なくとも１つの発熱抵抗体は、前記圧電アクチュエータの少なくとも１つに隣接した前記ＭＥＭＳミラーアセンブリの非可動部分上に実装される、請求項１～８のいずれか１項に記載のミラーアセンブリ。
【請求項10】
前記ＭＥＭＳミラーアセンブリの少なくとも１つのコンポーネントの温度を検出するように構成されたセンサと、前記少なくとも１つの発熱抵抗体の活性化を制御するように構成されたコントローラとを更に備える、請求項１～９のいずれか１項に記載のミラーアセンブリ。
【請求項11】
前記センサは較正された抵抗である、請求項１０に記載のミラーアセンブリ。
【請求項12】
前記ＭＥＭＳミラーを作動させるための電圧に応答して、前記温度を示す前記情報を生成するようにプログラムされたプロセッサを更に備える、請求項２に記載のミラーアセンブリ。
【請求項13】
前記少なくとも１つの発熱抵抗体は、１／４～５キロオームの間の全抵抗を有する、請求項１～１２のいずれか１項に記載のミラーアセンブリ。
【請求項14】
前記少なくとも１つの発熱抵抗体は、５～５００ミリワットの間の範囲を有する熱量を放出する、請求項１～１３のいずれか１項に記載のミラーアセンブリ。
【請求項15】
コントローラを更に備え、前記少なくとも１つの発熱抵抗体は、第１の発熱抵抗体と第２の発熱抵抗体とを含み、
かつ
前記コントローラは、前記圧電要素の前記温度に関連する前記受信した情報に基づき、第１の電流の前記第１の発熱抵抗体への印加および第２の電流の前記第２の発熱抵抗体への印加を制御するように構成され、前記第１の電流は前記第２の電流とは異なる、
請求項１～１４のいずれか１項に記載のミラーアセンブリ。
【請求項16】
単一の共通のウェーハ上に備えられた、フレーム、少なくとも１つの圧電アクチュエータ及び少なくとも１つの発熱抵抗体を有する、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーアセンブリを操作するための方法であって、電界を前記圧電アクチュエータの圧電要素に印加し、それにより前記圧電アクチュエータに結合されているＭＥＭＳミラーを動かすことと、
前記圧電要素を加熱するために、前記少なくとも１つの発熱抵抗体に電流を流すことと
を含む、方法。
【請求項17】
前記ＭＥＭＳミラーアセンブリからの温度読取りに基づいて、前記電流を選択的に流すことを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記温度読取りが閾値温度よりも低い温度を示す場合に、前記電流を選択的に流すことを更に含む、請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項19】
前記閾値温度は露点であり、前記露点はその温度を下回ると水滴が凝結し始めて露を形成する大気温度であり、前記大気温度は圧力及び湿度に応じて変化する、請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
前記少なくとも１つの発熱抵抗体は、第１の発熱抵抗体と第２の発熱抵抗体とを含み、かつ
前記方法は、第１の電流を前記第１の発熱抵抗体に流すことと、第２の電流を前記第２の発熱抵抗体に流すこととを更に含み、前記第１の電流は前記第２の電流と異なる、
請求項１６～１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項21】
前記加熱することは、前記圧電要素を、前記ＭＥＭＳミラーアセンブリ周辺の周囲温度より少なくともセ氏５度だけ高い温度まで加熱することを含む、請求項１６～２０のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１８年１０月４日に出願された、米国仮特許出願第６２／７４１，０３４号に対する優先権を主張し、それは、参照により全体として本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１８年１０月４日に出願された、米国仮特許出願第６２／７４１，０３４号に対する優先権を主張し、それは、参照により全体として本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
本開示は、一般に、周囲環境をスキャンするための技術に関し、例えば、ＬＩＤＡＲ技術を用いて周囲環境内の物体を検出するシステム及び方法に関する。
【0003】
運転者支援システム及び自律走行車の出現によって、自動車は、車両のナビゲーションに影響を及ぼし得る障害物、危険、物体、及び他の物理パラメータを識別することを含めて、周囲の状況を信頼性高く検知し解釈できるシステムを搭載することが必要となっている。この目的のため、単独で又は冗長的に動作するレーダ、ＬＩＤＡＲ、カメラベースのシステムを含む多くの異なる技術が提案されている。
【0004】
運転者支援システム及び自律走行車に伴う１つの検討すべき事項は、雨、霧、暗さ、明るい光、及び雪を含む様々な条件においてシステムが周囲の状況を判断する能力である。光検出と測距（ＬＩＤＡＲ：light detection and ranging system、ＬＡＤＡＲとしても知られている）は、物体に光を照射して反射したパルスをセンサで測定することで物体までの距離を測定することによって、様々な条件で良好に機能することができる技術の一例である。レーザは、ＬＩＤＡＲシステムにおいて使用できる光源の一例である。あらゆる検知システムと同様、ＬＩＤＡＲベースの検知システムが自動車業界によって充分に導入されるため、システムは、遠方の物体の検出を可能とする信頼性の高いデータを提供しなければならない。しかしながら、現在、ＬＩＤＡＲシステムを目に安全なものにする（すなわち、投影光放出が目の角膜及びレンズに吸収されて網膜に熱損傷を与える場合に生じ得る人の目に対する損傷を与えないようにする）必要によって、ＬＩＤＡＲシステムの最大照射パワーは制限されている。
【0005】
本開示のシステム及び方法は、目の安全の規制に従いながらＬＩＤＡＲシステムの性能を向上させることを対象とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本開示に従った実施形態は、ユーザの環境からの画像を自動的にキャプチャ及び処理するための装置及び方法、ならびにユーザの環境からキャプチャされた画像に関連した情報を処理するためのシステム及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
一実施形態において、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーアセンブリが開示される。ＭＥＭＳミラーアセンブリは、フレーム及びフレームに結合されたＭＥＭＳミラーを含む。ＭＥＭＳミラーアセンブリは、本体及び圧電要素を含む少なくとも１つの圧電アクチュエータも含み得る。電界に曝されると、圧電要素は本体を曲げるように構成され得、それによりＭＥＭＳミラーをフレームの平面に関して動かす。ＭＥＭＳミラーアセンブリは、電流が少なくとも１つの発熱抵抗体を流れるときに圧電要素を加熱するように構成された少なくとも１つの発熱抵抗体を更に含み得る。
【0008】
一実施形態において、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーアセンブリを操作するための方法が開示される。方法は、圧電アクチュエータの本体を曲げるためにＭＥＭＳミラーアセンブリの圧電アクチュエータの圧電要素に電界を印加することを含む。方法は、圧電要素を加熱するために、ＭＥＭＳミラーアセンブリの少なくとも１つの発熱抵抗体に電流を流すことも含み得る。
【0009】
一実施形態において、ソリッドステート光検出器が開示される。ソリッドステート光検出器は、感光性フォトダイオードに衝突する光を示す出力信号を生成するように構成された少なくとも１つの感光性フォトダイオードを含む集積回路を含み得る。ソリッドステート光検出器は、電流が少なくとも１つの発熱抵抗体を流れるときにソリッドステート光検出器を加熱するように構成された少なくとも１つの発熱抵抗体も含み得る。電気光学システムは、電流源の電流を少なくとも１つの発熱抵抗体に送るための回路を更に含み得る。
【0010】
一実施形態において、電気光学システムを操作するための方法が開示される。方法は、感光性フォトダイオードを加熱するために電気光学システムの少なくとも１つの発熱抵抗体に電流を流すことを含み得る。少なくとも１つの発熱抵抗体は、感光性フォトダイオードが実装されているチップ上に実装され得る。方法は、電気光学システムの感光性フォトダイオードによって電気光学システムの視野（ＦＯＶ）から光を検出することも含み得る。
【0011】
他の開示される実施形態に従って、非一時的コンピュータ読み取り可能記憶媒体はプログラム命令を記憶することができ、この命令は、少なくとも１つのプロセッサによって実行され、本明細書に記載される方法の任意のものを実施する。
【0012】
前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明は、単なる例示及び説明であり、特許請求の範囲を限定するものではない。
【0013】
本開示に組み込まれてその一部を構成する添付図面は、開示される様々な実施形態を示している。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1A】開示される実施形態に従った例示的なＬＩＤＡＲシステムを示す図である。
【図1B】開示される実施形態に従った、車両上に搭載されたＬＩＤＡＲシステムの単一スキャンサイクルの例示的な出力を示す画像である。
【図1C】開示される実施形態に従ったＬＩＤＡＲシステムの出力から決定されたポイントクラウドモデルの表現を示す別の画像である。
【図2A】本開示の実施形態に従った投影ユニットの構成を示す図である。
【図2B】本開示の実施形態に従った投影ユニットの構成を示す図である。
【図2C】本開示の実施形態に従った投影ユニットの構成を示す図である。
【図2D】本開示の実施形態に従った投影ユニットの構成を示す図である。
【図2E】本開示の実施形態に従った投影ユニットの構成を示す図である。
【図2F】本開示の実施形態に従った投影ユニットの構成を示す図である。
【図2G】本開示の実施形態に従った投影ユニットの構成を示す図である。
【図3A】本開示の実施形態に従ったスキャンユニットの構成を示す図である。
【図3B】本開示の実施形態に従ったスキャンユニットの構成を示す図である。
【図3C】本開示の実施形態に従ったスキャンユニットの構成を示す図である。
【図3D】本開示の実施形態に従ったスキャンユニットの構成を示す図である。
【図4A】本開示の実施形態に従った検知ユニットの構成を示す図である。
【図4B】本開示の実施形態に従った検知ユニットの構成を示す図である。
【図4C】本開示の実施形態に従った検知ユニットの構成を示す図である。
【図4D】本開示の実施形態に従った検知ユニットの構成を示す図である。
【図4E】本開示の実施形態に従った検知ユニットの構成を示す図である。
【図5A】視野の単一部分の単一フレーム時間における放出パターンを示す４つの例示的な図を含む。
【図5B】視野全体の単一フレーム時間における放出スキームを示す３つの例示的な図を含む。
【図5C】視野全体の単一フレーム時間中に投影された実際の光放出及び受光された反射を示す図である。
【図6A】本開示の実施形態に従った第１の例示的な実施を示す図である。
【図6B】本開示の実施形態に従った第１の例示的な実施を示す図である。
【図6C】本開示の実施形態に従った第１の例示的な実施を示す図である。
【図6D】本開示の実施形態に従った第２の例示的な実施を示す図である。
【図7A】本開示のいくつかの実施形態に従った例示的なＭＥＭＳミラーアセンブリを示す図である。
【図7B】本開示のいくつかの実施形態に従った例示的なＭＥＭＳミラーアセンブリを示す図である。
【図8】本開示のいくつかの実施形態に従った例示的なＭＥＭＳミラーアセンブリを示す図である。
【図9】本開示のいくつかの実施形態に従ったＭＥＭＳミラーアセンブリを操作するための例示的なプロセスのフローチャートである。
【図10A】本開示のいくつかの実施形態に従った例示的な電気光学システムを示す図である。
【図10B】本開示のいくつかの実施形態に従った例示的な電気光学システムを示す図である。
【図10C】本開示のいくつかの実施形態に従った例示的な電気光学システムを示す図である。
【図11A】本開示のいくつかの実施形態に従った例示的な電気光学システムを示す図である。
【図11B】本開示のいくつかの実施形態に従った例示的な電気光学システムを示す図である。
【図12】本開示のいくつかの実施形態に従った例示的な電気光学システムを操作するための例示的なプロセスのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下の詳細な説明は添付図面を参照する。可能な限り、図面及び以下の記載では同一の参照番号を用いて同一又は同様の部分を指し示す。本明細書ではいくつかの例示的な実施形態を記載するが、変更、適合、及びその他の実施も可能である。例えば、図面に示されたコンポーネントに対する置換、追加、又は変更を行うことができ、開示される方法に対するステップの置換、並べ替え、除去、又は追加によって本明細書に記載される例示的な方法を変更することができる。従って、以下の詳細な説明は開示される実施形態及び例に限定されない。適正な範囲は添付の特許請求の範囲によって規定される。
【0016】
用語の定義
開示される実施形態は光学システムを含み得る。本明細書で用いる場合、「光学システム」という用語は、光の発生、検出、及び／又は操作のために使用される任意のシステムを広く含む。単に一例として、光学システムは、光を発生、検出、及び／又は操作するための１つ以上の光学コンポーネントを含み得る。例えば、光源、レンズ、ミラー、プリズム、ビームスプリッタ、コリメータ、偏光光学系、光学変調器、光学スイッチ、光学増幅器、光学検出器、光学センサ、光ファイバ、半導体光学コンポーネントは、それぞれ必ずしも必須ではないが、光学システムの一部となり得る。１つ以上の光学コンポーネントに加えて、光学システムは、電気的コンポーネント、機械的コンポーネント、化学反応コンポーネント、及び半導体コンポーネントのような、他の非光学コンポーネントも含み得る。非光学コンポーネントは、光学システムの光学コンポーネントと協働することができる。例えば光学システムは、検出された光を分析するための少なくとも１つのプロセッサを含み得る。
開示される実施形態は光学システムを含み得る。本明細書で用いる場合、「光学システム」という用語は、光の発生、検出、及び／又は操作のために使用される任意のシステムを広く含む。単に一例として、光学システムは、光を発生、検出、及び／又は操作するための１つ以上の光学コンポーネントを含み得る。例えば、光源、レンズ、ミラー、プリズム、ビームスプリッタ、コリメータ、偏光光学系、光学変調器、光学スイッチ、光学増幅器、光学検出器、光学センサ、光ファイバ、半導体光学コンポーネントは、それぞれ必ずしも必須ではないが、光学システムの一部となり得る。１つ以上の光学コンポーネントに加えて、光学システムは、電気的コンポーネント、機械的コンポーネント、化学反応コンポーネント、及び半導体コンポーネントのような、他の非光学コンポーネントも含み得る。非光学コンポーネントは、光学システムの光学コンポーネントと協働することができる。例えば光学システムは、検出された光を分析するための少なくとも１つのプロセッサを含み得る。
【0017】
本開示に従って、光学システムはＬＩＤＡＲシステムとすることができる。本明細書で用いる場合、「ＬＩＤＡＲシステム」という用語は、反射光に基づいて１対の有形物体（tangible object）間の距離を示すパラメータの値を決定することができる任意のシステムを広く含む。一実施形態において、ＬＩＤＡＲシステムは、ＬＩＤＡＲシステムが放出した光の反射に基づいて１対の有形物体間の距離を決定できる。本明細書で用いる場合、「距離を決定する」という用語は、１対の有形物体間の距離を示す出力を発生することを広く含む。決定された距離は、１対の有形物体間の物理的寸法を表すことができる。単に一例として、決定された距離は、ＬＩＤＡＲシステムとＬＩＤＡＲシステムの視野内の別の有形物体との間の飛行距離線を含み得る。別の実施形態において、ＬＩＤＡＲシステムは、ＬＩＤＡＲシステムが放出した光の反射に基づいて１対の有形物体間の相対速度を決定することができる。１対の有形物体間の距離を示す出力の例には、有形物体間の標準的な長さ単位の数（例えばメートル数、インチ数、キロメートル数、ミリメートル数）、任意の長さ単位の数（例えばＬＩＤＡＲシステム長の数）、距離と別の長さとの比（例えばＬＩＤＡＲシステムの視野内で検出された物体の長さに対する比）、時間量（例えば標準的な単位、任意の単位又は比、例えば有形物体間を光が移動するのに要する時間として与えられる）、１つ以上のロケーション（例えば承認された座標を用いて規定される、既知のロケーションに対して規定される）、及びその他のものが含まれる。
【0018】
ＬＩＤＡＲシステムは、反射光に基づいて１対の有形物体間の距離を決定することができる。一実施形態において、ＬＩＤＡＲシステムは、光信号の放出とセンサによるその検出の時点との間の時間期間を示す時間情報を生成するセンサの検出結果を処理することができる。この時間期間は時として光信号の「飛行時間（time of flight）」と称される。一例において、光信号は短いパルスであり、受信の際にその立ち上がり時間及び／又は立ち下がり時間を検出することができる。関連する媒体（通常は空気）中における光の速度に関する既知の情報を用いて、光信号の飛行時間に関する情報を処理することで、放出と検出との間で光信号が移動する距離を提供できる。別の実施形態において、ＬＩＤＡＲシステムは、周波数位相シフト（又は多周波数位相シフト）に基づいて距離を決定することができる。具体的には、ＬＩＤＡＲシステムは、光信号の（例えば最終的な測度を与えるためいくつかの連立方程式を解くことによって）１つ以上の変調位相シフトを示す情報を処理することができる。例えば、放出された光学信号を１つ以上の一定周波数によって変調できる。放出された信号と検出された反射との間の変調の少なくとも１つの位相シフトは、放出と検出との間で光が移動した距離を示すことができる。変調は、連続波光信号、準連続波光信号、又は別のタイプの放出される光信号に適用され得る。距離を決定するため、ＬＩＤＡＲシステムによって追加情報を使用できることに留意するべきである。追加情報は例えば、信号の投影ロケーションと検出ロケーションとの間のロケーション情報（例えば相対位置）（特に、相互に距離が離れている場合）、及びその他のものである。
【0019】
いくつかの実施形態において、ＬＩＤＡＲシステムは、ＬＩＤＡＲシステムの環境内の複数の物体を検出するために使用できる。「ＬＩＤＡＲシステムの環境内の物体を検出する」という用語は、ＬＩＤＡＲシステムに関連付けられた検出器の方へ光を反射した物体を示す情報を発生することを広く含む。２つ以上の物体がＬＩＤＡＲシステムによって検出された場合、異なる物体に関して発生された情報、例えば、自動車が道路を走行している、鳥が木にとまっている、人が自転車に触れる、ライトバン（van）が建物の方へ移動するといった情報は、相互に連絡することができる。ＬＩＤＡＲシステムが物体を検出する環境の寸法は、実施に伴って変動し得る。例えばＬＩＤＡＲシステムは、ＬＩＤＡＲシステムが搭載されている車両の環境内で、最大で１００ｍ（又は２００ｍ、３００ｍ等）の水平方向距離まで、及び最大で１０ｍ（又は２５ｍ、５０ｍ等）の垂直方向距離まで、複数の物体を検出するために使用できる。別の例においてＬＩＤＡＲシステムは、車両の環境内で、又は既定の水平方向範囲内（例えば２５°、５０°、１００°、１８０°等）で、及び既定の垂直方向高さ（例えば±１０°、±２０°、＋４０°～２０°、±９０°、又は０°～９０°）まで、複数の物体を検出するため使用できる。
【0020】
本明細書で用いる場合、「物体を検出する」という用語は、物体の存在を決定することを広く指すことができる（例えば、物体はＬＩＤＡＲシステムに対して及び／又は別の基準ロケーションに対して特定の方向に存在し得る、又は、物体は特定の空間体積内に存在し得る）。これに加えて又はこの代わりに、「物体を検出する」という用語は、物体と別のロケーション（例えばＬＩＤＡＲシステムのロケーション、地球上のロケーション、又は別の物体のロケーション）との間の距離を決定することを指す可能性がある。これに加えて又はこの代わりに、「物体を検出する」という用語は、物体を識別すること（例えば自動車、木、道路のような物体の種類を分類すること、特定の物体（例えばワシントン記念塔）を認識すること、自動車登録番号を判定すること、物体の組成（例えば固体、液体、透明、半透明）を明らかにすること、物体の運動パラメータ（例えば移動中であるか、その速度、移動方向、物体の膨張）を決定することを指す可能性がある。これに加えて又はこの代わりに、「物体を検出する」という用語は、ポイントクラウドマップを発生することを指す可能性がある。ポイントクラウドマップの１つ以上のポイントの各々は、物体内のロケーション又は物体面上のロケーションに対応する。一実施形態において、視野のポイントクラウドマップ表現に関するデータ解像度は、視野の０．１°×０．１°又は０．３°×０．３°に関連付けることができる。
【0021】
本開示に従って、「物体」という用語は、その少なくとも一部から光を反射することができる有限の組成物を広く含む。例えば物体は、少なくとも部分的に固体である（例えば自動車、木）、少なくとも部分的に液体である（例えば道路の水たまり、雨）、少なくとも部分的に気体である（例えば煙、雲）、多数の別個の粒子から成る（例えば砂あらし、霧、スプレー）、例えば～１ミリメートル（ｍｍ）、～５ｍｍ、～１０ｍｍ、～５０ｍｍ、～１００ｍｍ、～５００ｍｍ、～１メートル（ｍ）、～５ｍ、～１０ｍ、～５０ｍ、～１００ｍのような１つ以上の大きさであり得る。また、より小さいか又は大きい物体、及びこれらの例の間の任意の大きさも検出できる。様々な理由から、ＬＩＤＡＲシステムは物体の一部のみを検出する場合があることに留意するべきである。例えば、場合によっては、光は物体のいくつかの側面のみから反射される（例えば、ＬＩＤＡＲシステムに対向する側面のみが検出される）。他の場合、光は物体の一部のみに投影される（例えば、レーザビームが道路又は建物に投影される）。また他の場合、物体は、ＬＩＤＡＲシステムと検出された物体との間の別の物体によって部分的に遮られる。また他の場合、ＬＩＤＡＲのセンサは物体の一部から反射された光のみを検出し得る。これは例えば、周囲光又は他の干渉が物体のいくつかの部分の検出を妨害するからである。
【0022】
本開示に従って、ＬＩＤＡＲシステムは、ＬＩＤＡＲシステムの環境をスキャンすることで物体を検出するように構成できる。「ＬＩＤＡＲシステムの環境をスキャンする」という用語は、ＬＩＤＡＲシステムの視野又は視野の一部を照射することを広く含む。一例において、ＬＩＤＡＲシステムの環境をスキャンすることは、光偏向器を移動又は枢動させて、視野の様々な部分へ向かう様々な方向に光を偏向させることによって達成できる。別の例において、ＬＩＤＡＲシステムの環境をスキャンすることは、視野に対するセンサの位置決め（すなわちロケーション及び／又は向き）を変えることによって達成できる。別の例において、ＬＩＤＡＲシステムの環境をスキャンすることは、視野に対する光源の位置決め（すなわちロケーション及び／又は向き）を変えることによって達成できる。更に別の例において、ＬＩＤＡＲシステムの環境をスキャンすることは、少なくとも１つの光源及び少なくとも１つのセンサが視野に対して固定して（rigidly）移動するようにそれらの位置を変えることによって達成できる（すなわち、少なくとも１つのセンサ及び少なくとも１つの光源の相対的な距離及び向きは維持される）。
【0023】
本明細書で用いる場合、「ＬＩＤＡＲシステムの視野」という用語は、物体を検出することができるＬＩＤＡＲシステムの観察可能な環境の範囲を広く含み得る。ＬＩＤＡＲシステムの視野（ＦＯＶ）は様々な条件によって影響を受け得ることに留意するべきである。様々な条件は、限定ではないが、ＬＩＤＡＲシステムの向き（例えばＬＩＤＡＲシステムの光軸の方向）、環境に対するＬＩＤＡＲシステムの位置（例えば地面、及び隣接地形、及び障害物からの距離）、ＬＩＤＡＲシステムの動作パラメータ（例えば放出パワー、計算設定、規定の動作角度）等である。ＬＩＤＡＲシステムの視野は、例えば立体角を用いて規定することができる（例えばφ、θ角を用いて規定される。φ及びθは、例えばＬＩＤＡＲシステム及び／又はそのＦＯＶの対称軸に対する垂直面において規定される）。一例において、視野は、特定の範囲内（例えば最大で２００ｍ）で規定することができる。
【0024】
同様に、「瞬時視野（instantaneous field of view）」という用語は、任意の所与の瞬間にＬＩＤＡＲシステムによって物体を検出することができる観察可能な環境の範囲を広く含み得る。例えばスキャンＬＩＤＡＲシステムでは、瞬時視野はＬＩＤＡＲシステムの全ＦＯＶよりも狭く、ＬＩＤＡＲシステムのＦＯＶの他の部分における検出を可能とするためＬＩＤＡＲシステムのＦＯＶ内で移動させることができる。ＬＩＤＡＲシステムのＦＯＶ内での瞬時視野の移動は、ＬＩＤＡＲシステムへの光ビーム及び／又はＬＩＤＡＲシステムからの光ビームを異なる方向に偏向させるようにＬＩＤＡＲシステムの（又はＬＩＤＡＲシステム外部の）光偏向器を移動させることによって達成できる。一実施形態において、ＬＩＤＡＲシステムは、ＬＩＤＡＲシステムが動作している環境内のシーン（scene）をスキャンするように構成できる。本明細書で用いる場合、「シーン」という用語は、ＬＩＤＡＲシステムの視野内の物体のいくつか又は全てを、ＬＩＤＡＲシステムの動作期間中の相対位置で及び現在の状態で広く含み得る。例えばシーンは、地上の要素（例えば土、道路、草、歩道、路面標識）、空、人工物体（例えば車両、建物、標識）、植物、人物、動物、光投影要素（例えば懐中電灯、太陽、他のＬＩＤＡＲシステム）等を含み得る。
【0025】
開示される実施形態は、再構築３次元モデルの生成に使用される情報を取得することを含み得る。使用できるタイプの再構築３次元モデルの例には、ポイントクラウドモデル及びポリゴンメッシュ（Polygon Mesh）（例えば三角形メッシュ）が含まれる。「ポイントクラウド」及び「ポイントクラウドモデル」という用語は、当技術分野において周知であり、ある特定の座標系に空間的に位置付けられるデータポイントセットを含むものと解釈するべきである（すなわち、各座標系によって記述される空間内に識別可能ロケーションを有する）。「ポイントクラウドポイント」という用語は、空間（無次元であるか、又は例えば１ｃｍ３のような微小セル空間である場合がある）内のポイントを指し、そのロケーションは座標セットを用いたポイントクラウドモデルによって記述できる（例えば（Ｘ、Ｙ、Ｚ）、（ｒ、φ、θ））。単に一例として、ポイントクラウドモデルは、そのポイントのいくつか又は全てのための追加情報を記憶することができる（例えば、カメラ画像から生成されたポイントのための色情報）。同様に、他のいずれのタイプの再構築３次元モデルも、その物体のいくつか又は全てのための追加情報を記憶することができる。同様に、「ポリゴンメッシュ」及び「三角形メッシュ」という用語は当技術分野において周知であり、とりわけ、１つ以上の３Ｄ物体（多面体等）の形状を画定する頂点（vertex）、稜線（edge）、及び面（face）のセットを含むように解釈するべきである。面は、レンダリングを簡略化できるという理由から、三角形（三角形メッシュ）、四角形、又は他の単純な凸多角形のうち１つ以上を含み得る。また、面は、より一般的な凹多角形、又はくぼみ（hole）を有する多角形を含み得る。ポリゴンメッシュは、頂点－頂点メッシュ、面－頂点メッシュ、ウイングドエッジメッシュ（Winged-edge mesh）、及びレンダーダイナミックメッシュ（Render dynamic mesh）のような様々な技法を用いて表現できる。ポリゴンメッシュの様々な部分（例えば頂点、面、稜線）は、直接的に及び／又は相対的に、ある特定の座標系に空間的に位置付けられる（すなわち、各座標系によって記述される空間内に識別可能ロケーションを有する）。再構築３次元モデルの生成は、任意の標準的な、専用の、及び／又は新規の写真測量技法を用いて実施することができ、それらの多くは当技術分野において既知である。ＬＩＤＡＲシステムによって他のタイプの環境モデルも生成できることに留意するべきである。
【0026】
開示される実施形態に従って、ＬＩＤＡＲシステムは、光を投影するように構成された光源を用いる少なくとも１つの投影ユニットを含み得る。本明細書で用いる場合、「光源」という用語は、光を放出するように構成された任意のデバイスを広く指す。一実施形態において、光源は、固体レーザ、レーザダイオード、高出力レーザのようなレーザ、又は発光ダイオード（ＬＥＤ）ベースの光源のような代替的な光源とすればよい。更に、図面全体を通して示されている光源１１２は、光パルス、連続波（ＣＷ）、準ＣＷ等、異なるフォーマットの光を放出することができる。例えば、使用できる光源の１つのタイプは、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：vertical-cavity surface-emitting laser）である。使用できる別のタイプの光源は、外部キャビティダイオードレーザ（ＥＣＤＬ：external cavity diode laser）である。いくつかの例では、光源は約６５０ｎｍから１１５０ｎｍの間の波長の光を放出するように構成されたレーザダイオードを含み得る。あるいは、光源は、約８００ｎｍから約１０００ｎｍ、約８５０ｎｍから約９５０ｎｍ、又は約１３００ｎｍから約１６００ｎｍの波長の光を放出するように構成されたレーザダイオードを含み得る。別段の指示がない限り、数値に関する「約」という用語は、言及された値に対して最大５％の分散として規定される。投影ユニット及び少なくとも１つの光源についての更なる詳細は、図２Ａから図２Ｃを参照して以下で説明する。
【0027】
開示される実施形態に従って、ＬＩＤＡＲシステムは、視野をスキャンするため光源からの光を偏向させるように構成された少なくとも１つの光偏向器を用いる少なくとも１つのスキャンユニットを含み得る。「光偏向器」という用語は、光を最初の経路から逸脱させるように構成されている任意の機構又はモジュールを広く含み、例えば、ミラー、プリズム、制御可能レンズ、機械的ミラー、機械的スキャンポリゴン（scanning polygon）、アクティブ回折（例えば制御可能ＬＣＤ）、リスレープリズム（Risley prism）、非機械電子光学ビームステアリング（Vscentにより作製されるもの等）、偏光格子（Boulder Non-Linear Systemsにより提供されるもの等）、光学フェーズドアレイ（ＯＰＡ：optical phased array）、及びその他のものである。一実施形態において、光偏向器は、少なくとも１つの反射要素（例えばミラー）、少なくとも１つの屈折要素（例えばプリズム、レンズ）等、複数の光学コンポーネントを含み得る。一例において、光偏向器は、光を様々な角度数に（例えば別々の角度数に、又は連続的な角度数範囲に）逸脱させるように、可動性であり得る。光偏向器は、任意選択的に、様々なやり方で制御可能であり得る（例えば、α度に偏向させる、偏向角をΔαだけ変える、光偏向器のコンポーネントをＭミリメートル移動させる、偏向角が変わる速度を変化させる）。更に光偏向器は、任意選択的に、単一の面（例えばθ座標）内で偏向の角度を変えるように動作可能であり得る。光偏向器は、任意選択的に、２つの非平行の面（例えばθ及びφ座標）内で偏向の角度を変えるように動作可能であり得る。この代わりに又はこれに加えて、光偏向器は任意選択的に、所定の設定間で（例えば所定のスキャンルートに沿って）又はその他で偏向の角度を変えるように動作可能であり得る。ＬＩＤＡＲシステムにおける光偏向器の使用に関して、光偏向器をアウトバウンド方向（送信方向すなわちＴＸとも称される）で用いて、光源からの光を視野の少なくとも一部へ偏向できることに留意するべきである。しかしながら、光偏向器をインバウンド方向（受信方向すなわちＲＸとも称される）で用いて、視野の少なくとも一部からの光を１つ以上の光センサへ偏向させることも可能である。スキャンユニット及び少なくとも１つの光偏向器についての更なる詳細は、図３Ａから図３Ｃを参照して以下で説明する。
【0028】
開示される実施形態は、視野をスキャンするために光偏向器を枢動することを含み得る。本明細書で用いる場合、「枢動する（pivot）」という用語は、物体（特に固体の物体）を、回転中心を実質的に固定したままに維持しながら、１つ以上の回転軸を中心として回転させることを広く含む。一実施形態において、光偏向器の枢動は、固定軸（例えばシャフト）を中心として光偏向器を回転させることを含み得るが、必ずしもそうとは限らない。例えばいくつかのＭＥＭＳミラー実施では、ＭＥＭＳミラーは、ミラーに接続された複数の曲げ部（bender）の作動によって動くことができ、ミラーは回転に加えてある程度の空間並進を生じ得る。それにもかかわらず、このようなミラーは実質的に固定された軸を中心として回転するように設計できるので、本開示に従って、枢動すると見なされる。他の実施形態において、あるタイプの光偏向器（例えば非機械電子光学ビームステアリング、ＯＰＡ）は、偏向光の偏向角を変えるために移動コンポーネントも内部移動も必要としない。光偏向器の移動又は枢動に関する検討は、必要な変更を加えて、光偏向器の偏向挙動を変化させるように光偏向器を制御することにも適用できることに留意するべきである。例えば光偏向器を制御することで、少なくとも１つの方向から到達する光ビームの偏向角を変化させることが可能となる。
【0029】
開示される実施形態は、光偏向器の単一の瞬時位置に対応する視野の部分に関連した反射を受信することを含み得る。本明細書で用いる場合、「光偏向器の瞬時位置」（「光偏向器の状態」とも称される）という用語は、ある瞬間的な時点に又は短い時間期間にわたって光偏向器の少なくとも１つの制御されたコンポーネントが位置している空間内のロケーション又は位置を広く指す。一実施形態において、光偏向器の瞬時位置は基準系（frame of reference）に対して測定することができる。基準系はＬＩＤＡＲシステム内の少なくとも１つの固定点に関連し得る。又は、例えば基準系はシーン内の少なくとも１つの固定点に関連し得る。いくつかの実施形態において、光偏向器の瞬時位置は、光偏向器（例えばミラー、プリズム）の１つ以上のコンポーネントのある程度の移動を含み得るが、この移動は通常、視野のスキャン中の最大変化度に対して限られた程度のものである。例えばＬＩＤＡＲシステムの視野全体のスキャンは、光の偏向を３０°の範囲にわたって変化させることを含み得る。また、少なくとも１つの光偏向器の瞬時位置は、光偏向器の０．０５°内の角度シフトを含み得る。他の実施形態において、「光偏向器の瞬時位置」という用語は、ＬＩＤＡＲシステムによって生成されるポイントクラウド（又は別のタイプの３Ｄモデル）の単一ポイントのデータを与えるために処理される光の取得中の光偏向器の位置を指し得る。いくつかの実施形態において、光偏向器の瞬時位置は、偏向器がＬＩＤＡＲ視野の特定の小領域（sub-region）の照射中に短時間停止する固定の位置又は向きに一致し得る。他の場合、光偏向器の瞬時位置は、光偏向器がＬＩＤＡＲ視野の連続的又は半連続的なスキャンの一部として通過する、光偏向器の位置／向きのスキャン範囲に沿った特定の位置／向きと一致し得る。いくつかの実施形態では、ＬＩＤＡＲ ＦＯＶのスキャンサイクル中に光偏向器が複数の異なる瞬時位置に位置付けられるように光偏向器を移動させることができる。言い換えると、スキャンサイクルが発生する時間期間中、偏向器を一連の異なる瞬時位置／向きに移動させることができ、偏向器は、スキャンサイクル中の異なる時点でそれぞれ異なる瞬時位置／向きに到達できる。
【0030】
開示される実施形態に従って、ＬＩＤＡＲシステムは、視野内の物体からの反射を検出するように構成された少なくとも１つのセンサを用いる少なくとも１つの検知ユニットを含み得る。「センサ」という用語は、電磁波の特性（例えば電力、周波数、位相、パルスタイミング、パルス持続時間）を測定することができ、測定された特性に関する出力を生成するための任意のデバイス、要素、又はシステムを広く含む。いくつかの実施形態において、少なくとも１つのセンサは、複数の検出要素から構築された複数の検出器を含み得る。少なくとも１つのセンサは、１つ以上のタイプの光センサを含み得る。少なくとも１つのセンサは、他の特性（例えば感度、大きさ）が異なる同じタイプの複数のセンサを含み得ることに留意するべきである。他のタイプのセンサを用いてもよい。例えば、ある距離範囲（特に近距離）における検出の向上、センサのダイナミックレンジの向上、センサの時間的応答の向上、及び、様々な環境条件（例えば大気温度、雨等）における検出の向上のような様々な理由から、いくつかのタイプのセンサを組み合わせて使用することも可能である。
【0031】
一実施形態において、少なくとも１つのセンサは、一般的なシリコン基板上で検出要素として機能する、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：avalanche photodiode）、単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ：single photon avalanche diode）から構築された固体単一光子検知デバイスであるＳｉＰＭ（Silicon photomultiplier、シリコン光電子増倍管）を含む。一例において、ＳＰＡＤ間の典型的な距離は約１０μｍから約５０μの間であり、各ＳＰＡＤは約２０ｎｓから約１００ｎｓの間の回復時間を有し得る。他の非シリコン材料による同様の光電子増倍管も使用できる。ＳｉＰＭデバイスはデジタル／スイッチングモードで動作するが、全ての微小セルが並列に読み出されて、異なるＳＰＡＤによって検出される単一の光子から数百及び数千の光子までのダイナミックレンジ内で信号を発生することを可能とするので、ＳｉＰＭはアナログデバイスである。異なるタイプのセンサ（例えばＳＰＡＤ、ＡＰＤ、ＳｉＰＭ、ＰＩＮダイオード、光検出器）からの出力が組み合わされて単一の出力になり、これをＬＩＤＡＲシステムのプロセッサによって処理できることに留意するべきである。検知ユニット及び少なくとも１つのセンサについての更なる詳細は、図４Ａから図４Ｃを参照して以下で説明する。
【0032】
開示される実施形態に従って、ＬＩＤＡＲシステムは、様々な機能を実行するように構成された少なくとも１つのプロセッサを含むか又は少なくとも１つのプロセッサと通信することができる。少なくとも１つのプロセッサは、１つ又は複数の入力に対して論理動作を実行する電気回路を有する任意の物理デバイスを構成し得る。例えば少なくとも１つのプロセッサは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、マイクロチップ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）の全体又は一部、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又は命令の実行もしくは論理動作の実行に適した他の回路を含む、１つ以上の集積回路（ＩＣ）を含み得る。少なくとも１つのプロセッサによって実行される命令は、例えば、コントローラに一体化されているか又は埋め込まれたメモリに予めロードするか、又は別個のメモリに記憶することができる。メモリは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ハードディスク、光学ディスク、磁気媒体、フラッシュメモリ、他の永久メモリ、固定メモリ、もしくは揮発性メモリ、又は命令を記憶することができる他の任意の機構を含み得る。いくつかの実施形態において、メモリは、ＬＩＤＡＲシステムの環境内の物体に関するデータを表す情報を記憶するように構成されている。いくつかの実施形態において、少なくとも１つのプロセッサは２つ以上のプロセッサを含み得る。各プロセッサは同様の構成を有するか、又は、それらのプロセッサは相互に電気的に接続されるかもしくは切断された異なる構成とすることができる。例えばプロセッサは、別々の回路とするか、又は単一の回路に一体化することができる。２つ以上のプロセッサを用いる場合、これらのプロセッサは、独立して又は協働して動作するように構成できる。これらのプロセッサは、電気的に、磁気的に、光学的に、音響的に、機械的に、又はそれらの相互作用を可能とする他の手段によって、結合することができる。処理ユニット及び少なくとも１つのプロセッサについての更なる詳細は、図５Ａから図５Ｃを参照して以下で説明する。
【0033】
システムの概要
図１Ａは、投影ユニット１０２、スキャンユニット１０４、検知ユニット１０６、及び処理ユニット１０８を含むＬＩＤＡＲシステム１００を示す。ＬＩＤＡＲシステム１００は車両１１０上に搭載可能である。本開示の実施形態に従って、投影ユニット１０２は少なくとも１つの光源１１２を含み、スキャンユニット１０４は少なくとも１つの光偏向器１１４を含み、検知ユニット１０６は少なくとも１つのセンサ１１６を含み、処理ユニット１０８は少なくとも１つのプロセッサ１１８を含み得る。一実施形態において、少なくとも１つのプロセッサ１１８は、視野１２０をスキャンするため、少なくとも１つの光源１１２の動作と少なくとも１つの光偏向器１１４の移動を連携させるように構成できる。スキャンサイクル中、少なくとも１つの光偏向器１１４の各瞬時位置を視野１２０の特定の部分１２２に関連付けることができる。更に、ＬＩＤＡＲシステム１００は、視野１２０の方へ投影される光を誘導する及び／又は視野１２０内の物体から反射された光を受光するための少なくとも１つの任意選択的な光学ウィンドウ１２４を含み得る。任意選択的な光学ウィンドウ１２４は、投影光のコリメーション及び反射光の集束のような異なる目的に供することができる。一実施形態において、任意選択的な光学ウィンドウ１２４は、開口、平坦なウィンドウ、レンズ、又は他の任意のタイプの光学ウィンドウとすればよい。
図１Ａは、投影ユニット１０２、スキャンユニット１０４、検知ユニット１０６、及び処理ユニット１０８を含むＬＩＤＡＲシステム１００を示す。ＬＩＤＡＲシステム１００は車両１１０上に搭載可能である。本開示の実施形態に従って、投影ユニット１０２は少なくとも１つの光源１１２を含み、スキャンユニット１０４は少なくとも１つの光偏向器１１４を含み、検知ユニット１０６は少なくとも１つのセンサ１１６を含み、処理ユニット１０８は少なくとも１つのプロセッサ１１８を含み得る。一実施形態において、少なくとも１つのプロセッサ１１８は、視野１２０をスキャンするため、少なくとも１つの光源１１２の動作と少なくとも１つの光偏向器１１４の移動を連携させるように構成できる。スキャンサイクル中、少なくとも１つの光偏向器１１４の各瞬時位置を視野１２０の特定の部分１２２に関連付けることができる。更に、ＬＩＤＡＲシステム１００は、視野１２０の方へ投影される光を誘導する及び／又は視野１２０内の物体から反射された光を受光するための少なくとも１つの任意選択的な光学ウィンドウ１２４を含み得る。任意選択的な光学ウィンドウ１２４は、投影光のコリメーション及び反射光の集束のような異なる目的に供することができる。一実施形態において、任意選択的な光学ウィンドウ１２４は、開口、平坦なウィンドウ、レンズ、又は他の任意のタイプの光学ウィンドウとすればよい。
【0034】
本開示に従って、ＬＩＤＡＲシステム１００は、自律走行又は半自律走行の道路車両（例えば自動車、バス、ライトバン、トラック、及び他の任意の地上車）において使用することができる。ＬＩＤＡＲシステム１００を備えた自律走行道路車両は、環境をスキャンし、人の入力なしで目的地車両まで運転することができる。同様に、ＬＩＤＡＲシステム１００は、自律型／半自律型航空機（例えばＵＡＶ、ドローン、クワッドコプター、及び他の任意の航空機もしくは飛行デバイス）、又は自律型もしくは半自律型の水上船（例えばボート、船、潜水艦、及び他の任意の船舶）においても使用され得る。ＬＩＤＡＲシステム１００を備えた自律型航空機及び水上船は、環境をスキャンし、自律的に又は遠隔の人のオペレータを用いて目的地までナビゲートすることができる。一実施形態に従って、車両１１０（道路車両、航空機、又は水上船）は、車両１１０が動作している環境の検出及びスキャンに役立てるためＬＩＤＡＲシステム１００を使用することができる。
【0035】
ＬＩＤＡＲシステム１００またはそのコンポーネントのいずれも、本明細書で開示される実施形態例及び方法のいずれとも一緒に使用され得ることに留意すべきである。更に、ＬＩＤＡＲシステム１００のいくつかの態様は例示的な車両ベースのＬＩＤＡＲプラットフォームに関連して説明されるが、ＬＩＤＡＲシステム１００、そのコンポーネントのいずれか、または本明細書で説明するプロセスのいずれかは、他のプラットフォームタイプのＬＩＤＡＲシステムに適用可能であり得る。
【0036】
いくつかの実施形態において、ＬＩＤＡＲシステム１００は、車両１１０の周りの環境をスキャンするための１つ以上のスキャンユニット１０４を含み得る。ＬＩＤＡＲシステム１００は、車両１１０の任意の部分に取り付けるか又は搭載することができる。検知ユニット１０６は、車両１１０の周囲からの反射を受信し、視野１２０内の物体から反射した光を示す反射信号を処理ユニット１０８に転送することができる。本開示に従って、スキャンユニット１０４は、車両１１０のバンパー、フェンダー、サイドパネル、スポイラ、屋根、ヘッドライトアセンブリ、テールライトアセンブリ、バックミラーアセンブリ、フード、トランク、又はＬＩＤＡＲシステムの少なくとも一部を収容できる他の任意の適切な部分に搭載するか又は組み込むことができる。場合によっては、ＬＩＤＡＲシステム１００は車両１１０の環境の完全な周囲ビューをキャプチャする。このため、ＬＩＤＡＲシステム１００は３６０°の水平方向視野を有し得る。一例において、図１Ａに示されているように、ＬＩＤＡＲシステム１００は車両１１０の屋根に搭載された単一のスキャンユニット１０４を含み得る。あるいはＬＩＤＡＲシステム１００は、それぞれ視野を有する複数のスキャンユニット（例えば２、３、４、又はそれ以上のスキャンユニット１０４）を含み、これらの視野を合わせると車両１１０の周りの３６０度のスキャンによって水平方向視野をカバーすることができる。ＬＩＤＡＲシステム１００は任意のやり方で配置された任意の数のスキャンユニット１０４を含み、使用されるユニット数に応じて各ユニットが８０°から１２０°又はそれ未満の視野を有し得ることは、当業者に認められよう。更に、各々が単一のスキャンユニット１０４を備えた複数のＬＩＤＡＲシステム１００を車両１１０上に搭載することによって、３６０°の水平方向視野を得ることも可能である。それにもかかわらず、１つ以上のＬＩＤＡＲシステム１００が完全な３６０°の視野を与える必要はないこと、及び、いくつかの状況ではより狭い視野が有用であり得ることに留意するべきである。例えば車両１１０は、車両の前方に７５°の視野を有する第１のＬＩＤＡＲシステム１００と、場合によっては後方に同様のＦＯＶを有する（任意選択的に、より小さい検出範囲を有する）第２のＬＩＤＡＲシステム１００と、を必要とする可能性がある。また、様々な垂直方向視野角も実施され得ることに留意するべきである。
【0037】
図１Ｂは、開示される実施形態に従った、車両１１０上に搭載されたＬＩＤＡＲシステム１００の単一のスキャンサイクルからの例示的な出力を示す画像である。この例において、スキャンユニット１０４は車両１１０の右ヘッドライトアセンブリに組み込まれている。画像における全ての灰色ドットは、検知ユニット１０６によって検出された反射から決定された車両１１０の周りの環境内のロケーションに対応する。ロケーションに加えて、各灰色ドットは、例えば強度（例えばそのロケーションからどのくらいの量の光が戻るか）、反射率、他のドットに対する近接、及びその他のもの等、様々なタイプの情報に関連付けることも可能である。一実施形態において、ＬＩＤＡＲシステム１００は、視野の複数のスキャンサイクルで検出された反射から複数のポイントクラウドデータエントリを生成して、例えば車両１１０の周りの環境のポイントクラウドモデルの決定を可能とすることができる。
【0038】
図１Ｃは、ＬＩＤＡＲシステム１００の出力から決定されたポイントクラウドモデルの表現を示す画像である。開示される実施形態に従って、車両１１０の周りの環境の生成されたポイントクラウドデータエントリを処理することにより、ポイントクラウドモデルから周囲ビュー画像を生成できる。一実施形態において、ポイントクラウドモデルは、ポイントクラウド情報を処理して複数のフィーチャを識別するフィーチャ抽出モジュールに提供することができる。各フィーチャは、ポイントクラウド及び／又は車両１１０の周りの環境内の物体（例えば自動車、木、人物、及び道路）の様々な様相（aspect）に関するデータを含み得る。フィーチャは、同一の解像度のポイントクラウドモデルを有する（すなわち、任意選択的に同様の大きさの２Ｄアレイに配置された同数のデータポイントを有する）、又は異なる解像度を有し得る。フィーチャは、任意の種類のデータ構造内に記憶することができる（例えばラスタ、ベクトル、２Ｄアレイ、１Ｄアレイ）。更に、車両１１０の表現、境界線、又は（例えば図１Ｂに示されているような）画像内の領域もしくは物体を分離する境界ボックス、及び１つ以上の識別された物体を表すアイコンのような仮想フィーチャを、ポイントクラウドモデルの表現の上に重ねて、最終的な周囲ビュー画像を形成できる。例えば、周囲ビュー画像の中央に車両１１０の記号を重ねることができる。
【0039】
投影ユニット
図２Ａから図２Ｇは、ＬＩＤＡＲシステム１００における投影ユニット１０２の様々な構成及びその役割を示す。具体的には、図２Ａは単一の光源を備えた投影ユニット１０２を示す図であり、図２Ｂは共通の光偏向器１１４に照準を合わせた複数の光源を備えた複数の投影ユニット１０２を示す図であり、図２Ｃは一次及び二次光源１１２を備えた投影ユニット１０２を示す図であり、図２Ｄは投影ユニット１０２のいくつかの構成で使用される非対称偏向器を示す図であり、図２Ｅは、非スキャンＬＩＤＡＲシステムの第１の構成を示す図であり、図２Ｆは、非スキャンＬＩＤＡＲシステムの第２の構成を示す図であり、図２Ｇは、アウトバウンド方向においてスキャンし、インバウンド方向においてスキャンしないＬＩＤＡＲシステムを示す図である。投影ユニット１０２の図示される構成は多くの変形及び変更を有し得ることは当業者に認められよう。
図２Ａから図２Ｇは、ＬＩＤＡＲシステム１００における投影ユニット１０２の様々な構成及びその役割を示す。具体的には、図２Ａは単一の光源を備えた投影ユニット１０２を示す図であり、図２Ｂは共通の光偏向器１１４に照準を合わせた複数の光源を備えた複数の投影ユニット１０２を示す図であり、図２Ｃは一次及び二次光源１１２を備えた投影ユニット１０２を示す図であり、図２Ｄは投影ユニット１０２のいくつかの構成で使用される非対称偏向器を示す図であり、図２Ｅは、非スキャンＬＩＤＡＲシステムの第１の構成を示す図であり、図２Ｆは、非スキャンＬＩＤＡＲシステムの第２の構成を示す図であり、図２Ｇは、アウトバウンド方向においてスキャンし、インバウンド方向においてスキャンしないＬＩＤＡＲシステムを示す図である。投影ユニット１０２の図示される構成は多くの変形及び変更を有し得ることは当業者に認められよう。
【0040】
図２Ａは、投影ユニット１０２が単一の光源１１２を含むＬＩＤＡＲシステム１００のバイスタティック構成の一例を示す。「バイスタティック構成（bi-static configuration）」という用語は、ＬＩＤＡＲシステムから出射する投影光及びＬＩＤＡＲシステムに入射する反射光が実質的に異なる光路を通るＬＩＤＡＲシステム構成を広く指す。いくつかの実施形態では、ＬＩＤＡＲシステム１００のバイスタティック構成は、完全に異なる光学コンポーネントの使用によるか、平行であるが、完全には分離されていない光学コンポーネントの使用によるか、または光路の一部だけに対して同一の光学コンポーネントの使用による、光路の分離を含み得る（光学コンポーネントは、例えば、ウィンドウ、レンズ、ミラー、ビームスプリッタ等を含み得る）。図２Ａに示される例において、バイスタティック構成は、アウトバウンド光及びインバウンド光が単一の光学ウィンドウ１２４を通過するが、スキャンユニット１０４は２つの光偏向器を含む構成を含んでいる。第１の光偏向器１１４Ａはアウトバウンド光用であり、第２の光偏向器１１４Ｂはインバウンド光用のものである（ＬＩＤＡＲシステムのインバウンド光は、シーン内の物体から反射した放出光を含み、更に、他のソースから到達する周囲光も含み得る）。図２Ｅ及び図２Ｇに示される例において、バイスタティック構成は、アウトバウンド光が第１の光学ウィンドウ１２４Ａを通過し、インバウンド光は第２の光学ウィンドウ１２４Ｂを通過する構成を含んでいる。前述の全ての構成例において、インバウンド光路及びアウトバウンド光路は相互に異なる。
【0041】
この実施形態において、ＬＩＤＡＲシステム１００の全てのコンポーネントは、単一の筐体２００内に収容するか、又は複数の筐体間に分割することができる。図示のように、投影ユニット１０２は、光（投影光２０４）を放出するように構成されたレーザダイオード２０２Ａ（又は共に結合された１つ以上のレーザダイオード）を含む単一の光源１１２に関連付けられている。１つの非限定的な例では、光源１１２によって投影される光は、約８００ｎｍから約９５０ｎｍの間の波長であり、約５０ｍＷから約５００ｍＷの間の平均パワーを有し、約５０Ｗから約２００Ｗの間のピークパワーを有し、約２ｎｓから約１００ｎｓの間のパルス幅を有し得る。更に、光源１１２は任意選択的に、レーザダイオード２０２Ａによって放出された光の操作のため（例えばコリメーションや集束等のため）に使用される光学アセンブリ２０２Ｂに関連付けることができる。他のタイプの光源１１２も使用可能であり、本開示はレーザダイオードに限定されないことに留意するべきである。更に、光源１１２は、光パルス、変調周波数、連続波（ＣＷ）、準ＣＷ、又は使用される特定の光源に対応した他の任意の形態のように、様々なフォーマットで光を放出することができる。投影フォーマット及び他のパラメータは、処理ユニット１０８からの命令のような異なるファクタに基づいて、時々光源によって変更されることがある。投影光は、視野１２０に投影光を誘導するためのステアリング要素として機能するアウトバウンド偏向器１１４Ａの方へ投影される。この例において、スキャンユニット１０４は、視野１２０内の物体２０８から反射して戻った光子（反射光２０６）をセンサ１１６の方へ誘導する枢動可能帰還偏向器１１４Ｂも含む。反射光はセンサ１１６によって検出され、物体に関する情報（例えば物体２１２までの距離）は処理ユニット１１８によって決定される。
【0042】
この図において、ＬＩＤＡＲシステム１００はホスト２１０に接続されている。本開示に従って、「ホスト」という用語は、ＬＩＤＡＲシステム１００とインタフェースで接続する任意のコンピューティング環境を指し、車両システム（例えば車両１１０の一部）、試験システム、セキュリティシステム、調査システム、交通制御システム、都会モデリングシステム、又はその周囲を監視する任意のシステムであり得る。そのようなコンピューティング環境は、少なくとも１つのプロセッサを含む、及び／又はクラウドを介してＬＩＤＡＲシステム１００に接続され得る。いくつかの実施形態において、ホスト２１０は、カメラや、ホスト２１０の様々な特徴（例えば加速度、ハンドルの偏向、車の後退等）を測定するように構成されたセンサのような外部デバイスに対するインタフェースも含み得る。本開示に従って、ＬＩＤＡＲシステム１００は、ホスト２１０に関連付けられた静止物体（例えば建物、三脚）、又はホスト２１０に関連付けられた携帯型システム（例えば携帯型コンピュータ、ムービーカメラ）に固定することができる。本開示に従って、ＬＩＤＡＲシステム１００をホスト２１０に接続することで、ＬＩＤＡＲシステム１００の出力（例えば３Ｄモデル、反射率画像）をホスト２１０に提供できる。具体的には、ホスト２１０はＬＩＤＡＲシステム１００を用いて、ホスト２１０の環境又は他の任意の環境の検出及びスキャンに役立てることができる。更に、ホスト２１０は、ＬＩＤＡＲシステム１００の出力を、他の検知システム（例えばカメラ、マイクロフォン、レーダシステム）の出力と一体化するか、同期するか、又は他の方法で共に使用することができる。一例において、ＬＩＤＡＲシステム１００はセキュリティシステムによって使用され得る。
【0043】
また、ＬＩＤＡＲシステム１００は、ＬＩＤＡＲシステム１００内で情報を転送するためサブシステム及びコンポーネントを相互接続するバス２１２（又は他の通信機構）も含み得る。任意選択的に、バス２１２（又は別の通信機構）は、ＬＩＤＡＲシステム１００をホスト２１０と相互接続するため使用することができる。図２Ａの例において、処理ユニット１０８は、少なくとも部分的にＬＩＤＡＲシステム１００の内部フィードバックから受信した情報に基づいて、投影ユニット１０２、スキャンユニット１０４、及び検知ユニット１０６の動作を連携させて規制するための２つのプロセッサ１１８を含む。言い換えると、処理ユニット１０８は、ＬＩＤＡＲシステム１００を閉ループ内で動的に動作させるように構成できる。閉ループシステムは、要素のうち少なくとも１つからのフィードバックを有し、受信したフィードバックに基づいて１つ以上のパラメータを更新することによって特徴付けられる。更に、閉ループシステムは、フィードバックを受信し、少なくとも部分的にそのフィードバックに基づいてそれ自体の動作を更新することができる。動的システム又は要素は、動作中に更新できるものである。
【0044】
いくつかの実施形態によれば、ＬＩＤＡＲシステム１００の周りの環境をスキャンすることは、視野１２０を光パルスで照射することを含み得る。光パルスは、パルス持続時間、パルス角分散、波長、瞬時パワー、光源１１２からの異なる距離における光子密度、平均パワー、パルスパワー強度、パルス幅、パルス繰り返し率、パルスシーケンス、パルスデューティサイクル、波長、位相、偏光、及びその他のもののようなパラメータを有し得る。また、ＬＩＤＡＲシステム１００の周りの環境をスキャンすることは、反射光の様々な様相を検出し特徴付けることを含み得る。反射光の特徴は、例えば飛行時間（すなわち放出から検出までの時間）、瞬時パワー（例えばパワーシグネチャ（power signature））、帰還パルス全体の平均パワー、及び帰還パルス期間における光子分布／信号を含み得る。光パルスの特徴を対応する反射の特徴と比較することによって、距離を推定し、場合によっては物体２１２の反射強度のような物理特性も推定することができる。このプロセスを、所定のパターン（例えばラスタ、リサジュー、又は他のパターン）で複数の隣接部分１２２に繰り返すことによって、視野１２０の全体的なスキャンを達成できる。以下で更に詳しく検討するように、いくつかの状況においてＬＩＤＡＲシステム１００は、各スキャンサイクルにおいて視野１２０の部分１２２の一部にのみ光を誘導することができる。これらの部分は相互に隣接している場合があるが、必ずしもそうとは限らない。
【0045】
別の実施形態において、ＬＩＤＡＲシステム１００は、ホスト２１０（例えば車両コントローラ）と通信を行うためのネットワークインタフェース２１４を含み得る。ＬＩＤＡＲシステム１００とホスト２１０との間の通信は破線の矢印によって表されている。一実施形態においてネットワークインタフェース２１４は、総合デジタル通信網（ＩＳＤＮ：integrated services digital network）カード、ケーブルモデム、衛星モデム、又は対応するタイプの電話線にデータ通信接続を与えるモデムを含み得る。別の例として、ネットワークインタフェース２１４は、コンパチブルなローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）にデータ通信接続を与えるＬＡＮカードを含み得る。別の実施形態において、ネットワークインタフェース２１４は、無線周波数受信器及び送信器及び／又は光学（例えば赤外線）受信器及び送信器に接続されたイーサネットポートを含み得る。ネットワークインタフェース２１４の具体的な設計及び実施は、ＬＩＤＡＲシステム１００及びホスト２１０が動作するように意図された１又は複数の通信ネットワークに依存する。例えば、ネットワークインタフェース２１４を用いて、３ＤモデルやＬＩＤＡＲシステム１００の動作パラメータのようなＬＩＤＡＲシステム１００の出力を外部システムに提供することができる。他の実施形態では、通信ユニットを用いて、例えば外部システムから命令を受信し、検査された環境に関する情報を受信し、別のセンサからの情報を受信することができる。
【0046】
図２Ｂは、複数の投影ユニット１０２を含むＬＩＤＡＲシステム１００のモノスタティック構成の一例を示す。「モノスタティック構成（monostatic configuration）」という用語は、ＬＩＤＡＲシステムから出射する投影光及びＬＩＤＡＲシステムに入射する反射光が実質的に同一の光路を通るＬＩＤＡＲシステム構成を広く指す。一例において、アウトバウンド光ビーム及びインバウンド光ビームは、アウトバウンド光ビーム及びインバウンド光ビームの両方が通る少なくとも１つの光学アセンブリを共有し得る。別の例では、アウトバウンド光は光学ウィンドウ（図示せず）を通過し、インバウンド光放射は同一の光学ウィンドウ（図示せず）を通過し得る。モノスタティック構成は、スキャンユニット１０４が単一の光偏向器１１４を含み、これが投影光を視野１２０の方へ誘導すると共に反射光をセンサ１１６の方へ誘導する構成を含み得る。図示のように、投影光２０４及び反射光２０６は双方とも非対称偏向器２１６に入射する。「非対称偏向器」という用語は、２つの側を有する任意の光学デバイスであって、一方の側から入射する光ビームを第２の側から入射する光ビームを偏向させるのとは異なる方向に偏向させ得るものを指す。一例において、非対称偏向器は投影光２０４を偏向させず、反射光２０６をセンサ１１６の方へ偏向させる。非対称偏向器の一例は偏光ビームスプリッタを含み得る。別の例において、非対称２１６は、光を一方向にのみ通過させることができる光アイソレータを含み得る。非対称偏向器２１６の概略図が図２Ｄに示されている。本開示に従って、ＬＩＤＡＲシステム１００のモノスタティック構成は、反射光が光源１１２に入射するのを防止すると共に全ての反射光をセンサ１１６の方へ誘導することで検出感度を増大させる非対称偏向器を含み得る。
【0047】
図２Ｂの実施形態において、ＬＩＤＡＲシステム１００は、共通の光偏向器１１４に照準を合わせた単一の光源１１２をそれぞれ備える３つの投影ユニット１０２を含む。一実施形態において、複数の光源１１２（２つ以上の光源を含む）は実質的に同じ波長で光を投影することができ、各光源１１２は概ね、視野の異なるエリア（１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃとして図に示されている）に関連付けられている。これによって、１つの光源１１２で達成され得るよりも広い視野のスキャンが可能となる。別の実施形態では、複数の光源１０２は異なる波長で光を投影することができ、全ての光源１１２を視野１２０の同じ部分（又は重複部分）に誘導することができる。
【0048】
図２Ｃは、投影ユニット１０２が一次光源１１２Ａ及び二次光源１１２Ｂを含むＬＩＤＡＲシステム１００の例を示す。一次光源１１２Ａは、ＳＮＲ及び検出範囲を最適化するため、人の目に感知されるよりも長い波長の光を投影することができる。例えば一次光源１１２Ａは、約７５０ｎｍから１１００ｎｍの間の波長の光を投影できる。これに対して二次光源１１２Ｂは、人の目に見える波長の光を投影することができる。例えば二次光源１１２Ｂは、約４００ｎｍから７００ｎｍの間の波長の光を投影できる。一実施形態において、二次光源１１２Ｂは、一次光源１１２Ａによって投影される光と実質的に同じ光路に沿って光を投影できる。双方の光源は時間同期することができ、同時に又は交互のパターンで光放出を投影できる。交互のパターンは、光源が同時にアクティブにならないことを意味し、相互干渉を軽減することができる。波長範囲及び活性化スケジュールの他の組み合わせも実施され得ることは当業者に認められよう。
【0049】
いくつかの実施形態に従って、二次光源１１２ＢがＬＩＤＡＲ光学出力ポートに近すぎる場合、人はまばたきする可能性がある。これによって、近赤外スペクトルを利用する典型的なレーザ源では実現できない目に安全な機構を保証し得る。別の実施形態において、二次光源１１２Ｂは、ＰＯＳ（point of service：サービス提供時点管理）における較正及び信頼性のため使用することができる。これは、車両１１０に対して地面から特定の高さの特別なリフレクタ／パターンを用いて行われるヘッドライトの較正と多少類似した方法で行われる。ＰＯＳのオペレータは、ＬＩＤＡＲシステム１００から指定距離にある試験パターンボード等の特徴的なターゲット上のスキャンパターンを単に目視検査することで、ＬＩＤＡＲの較正を調べることができる。更に、二次光源１１２Ｂは、ＬＩＤＡＲがエンドユーザのため動作しているという動作信頼性のための手段を提供できる。例えばシステムは、光偏向器１１４の前に人が手を置いてその動作を試すことができるように構成され得る。
【0050】
また、二次光源１１２Ｂは、一次光源１１２Ａが故障した場合にバックアップシステムとして兼用できる非可視要素も有し得る。この特徴は、高い機能的安全性ランクを有するフェイルセーフデバイスに有用であり得る。二次光源１１２Ｂが可視であることを踏まえ、更にコスト及び複雑さの理由から、二次光源１１２Ｂは一次光源１１２Ａよりも小さいパワーを伴い得る。従って、もし一次光源１１２Ａが故障した場合、システムの機能性は二次光源１１２Ｂの機能及び能力セットへ低下することになる。二次光源１１２Ｂの能力は一次光源１１２Ａの能力よりも劣る場合があるが、ＬＩＤＡＲシステム１００のシステムは、車両１１０が目的地に安全に到着できるように設計され得る。
【0051】
図２Ｄは、ＬＩＤＡＲシステム１００の一部となり得る非対称偏向器２１６を示す。図示されている例において、非対称偏向器２１６は、反射面２１８（ミラー等）及び一方向偏向器２２０を含む。必ず当てはまるわけではないが、非対称偏向器２１６は任意選択的に静電型偏向器（static deflector）とすることができる。非対称偏向器２１６は、例えば図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、少なくとも１つの偏向器１１４を介した光の送信及び受信に共通の光路を可能とするため、ＬＩＤＡＲシステム１００のモノスタティック構成において使用できる。しかしながら、ビームスプリッタのような典型的な非対称偏向器は、特に送信路よりもパワー損失に敏感である可能性のある受信路において、エネルギ損失によって特徴付けられる。
【0052】
図２Ｄに示されているように、ＬＩＤＡＲシステム１００は送信路に位置決めされた非対称偏向器２１６を含むことができる。非対称偏向器２１６は、送信光信号と受信光信号とを分離するための一方向偏向器２２０を含む。任意選択的に、一方向偏向器２２０は送信光に対して実質的に透明であり、受信光に対して実質的に反射性であり得る。送信光は投影ユニット１０２によって生成され、一方向偏向器２２０を通ってスキャンユニット１０４へ進むことができる。スキャンユニット１０４は送信光を光アウトレットの方へ偏向させる。受信光は光インレットを通って少なくとも１つの偏向要素１１４に到達し、偏向要素１１４は反射信号を光源から離れて検知ユニット１０６へ向かう別の経路に偏向させる。任意選択的に、非対称偏向器２１６は、一方向偏向器２２０と同一の偏光軸で直線偏光される偏光光源１１２と組み合わせてもよい。特に、アウトバウンド光ビームの断面は反射信号の断面よりも著しく小さい。従って、ＬＩＤＡＲシステム１００は、放出された偏光ビームを非対称偏向器２１６の寸法まで集束させるか又は他の方法で操作するための１つ以上の光学コンポーネント（例えばレンズ、コリメータ）を含み得る。一実施形態において、一方向偏向器２２０は、偏光ビームに対して事実上透明である偏光ビームスプリッタとすることができる。
【0053】
いくつかの実施形態に従って、ＬＩＤＡＲシステム１００は、放出光の偏光を変えるための光学系２２２（例えば４分の１波長位相差板）を更に含み得る。例えば、光学系２２２は放出光ビームの直線偏光を円偏光に変えることができる。視野から反射してシステム１００に戻った光は、偏向器１１４を通って光学系２２２に到達し、送信光とは逆回りの円偏光である。次いで光学系２２２は、受信した反対回りの偏光を、偏光ビームスプリッタ２１６と同一の軸でない直線偏光に変換する。上記のように、ターゲットまでの距離を伝達するビームの光学分散のため、受信光部分は送信光部分よりも大きい。
【0054】
受信光の一部は一方向偏向器２２０に入射し、一方向偏向器２２０は、いくらかのパワー損失を伴って光をセンサ１０６の方へ反射する。しかしながら、受信光の別の部分は、一方向偏向器２２０を取り囲む反射面２１８（例えば偏光ビームスプリッタのスリット）に入射する。反射面２１８は、実質的にパワー損失なしで光を検知ユニット１０６の方へ反射する。一方向偏向器２２０は、様々な偏光軸及び方向から構成された光を反射し、これは最終的には検出器に到達する。任意選択的に、検知ユニット１０６は、レーザ偏光に依存せず、主に特定波長範囲の入射光子量に対する感度が高いセンサ１１６を含むことができる。
【0055】
提案される非対称偏向器２１６は、貫通孔を備えた単純なミラーに比べてはるかに優れた性能を提供することに留意するべきである。孔を備えたミラーでは、孔に到達した反射光は全て検出器から失われる。しかしながら偏向器２１６では、一方向偏向器２２０がその光のかなりの部分（例えば約５０％）を各センサ１１６の方へ偏向させる。ＬＩＤＡＲシステムにおいて、遠隔距離からＬＩＤＡＲに到達する光子数は極めて限られるので、光子捕獲率の向上は重要である。
【0056】
いくつかの実施形態に従って、ビーム分割及びステアリングのためのデバイスが記載される。第１の偏光を有する光源から偏光ビームを放出することができる。放出されたビームは偏光ビームスプリッタアセンブリを通過するように誘導できる。偏光ビームスプリッタアセンブリは、第１の側の一方向スリット及び反対側のミラーを含む。一方向スリットによって、放出された偏光ビームを４分の１波長位相差板の方へ伝達することができる。４分の１波長位相差板は、放出された信号を偏光信号から線形信号へ（又はその逆に）変化させることで、後に反射ビームが一方向スリットを通過できないようにする。
【0057】
図２Ｅは、スキャンユニット１０４のないＬＩＤＡＲシステム１００のバイスタティック構成の例を示す。視野全体（または実質的に視野全体）を偏向器１１４なしで照射するために、投影ユニット１０２は任意選択的に光源のアレイ（例えば、１１２Ａ～１１２Ｆ）を含み得る。一実施形態において、光源のアレイは、プロセッサ１１８によって制御される光源の線形アレイを含み得る。例えば、プロセッサ１１８は、光源の線形アレイに平行レーザビームを第１の任意選択的な光学ウィンドウ１２４Ａに向かって連続的に投影させ得る。第１の任意選択的な光学ウィンドウ１２４Ａは、投影光を拡散させて、水平に広くて垂直に狭いビームを連続して形成するためのディフューザレンズを含み得る。任意選択的に、システム１００の少なくとも１つの光源１１２の一部または全部は、光を同時に投影し得る。例えば、プロセッサ１１８は、光源のアレイに、複数の非隣接の光源１１２からの光ビームを同時に投影させ得る。図示例では、光源１１２Ａ、光源１１２Ｄ、及び光源１１２Ｆは、レーザビームを第１の任意選択的な光学ウィンドウ１２４Ａに向かって同時に投影し、それにより視野を３つの狭い垂直ビームで照射する。第４の光源１１２Ｄからの光ビームは、視野内の物体に到達し得る。物体から反射した光は、第２の光学ウィンドウ１２４Ｂによってキャプチャされ得、センサ１１６へ方向転換され得る。投影光及び反射光の光路は実質的に異なるので、図２Ｅに示される構成は、バイスタティック構成であると考えられる。投影ユニット１０２は、２次元アレイ等の非線形構成に、６角形タイルに、または任意の他の方法で、配置された複数の光源１１２も含み得ることに留意されたい。
【0058】
図２Ｆは、スキャンユニット１０４のないＬＩＤＡＲシステム１００のモノスタティック構成の一例を示す。図２Ｅに示されている実施形態例と同様、偏向器１１４なしで視野全体を照射するために、投影ユニット１０２は光源のアレイ（例えば、１１２Ａ～１１２Ｆ）を含み得る。しかし、図２Ｅとは対照的に、ＬＩＤＡＲシステム１００のこの構成は、投影光及び反射光の両方のための単一の光学ウィンドウ１２４を含み得る。非対称偏向器２１６を使用すると、反射光はセンサ１１６へ方向転換され得る。投影光及び反射光の光路は実質的に相互に類似しているので、図２Ｅに示される構成は、モノスタティック構成であると考えられる。投影光及び反射光の光路の文脈における「実質的に類似（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｓｉｍｉｌａｒ）」という用語は、その２つの光路の間の重なりが８０％以上、８５％以上、９０％以上、または９５％以上であり得ることを意味する。
【0059】
図２Ｇは、ＬＩＤＡＲシステム１００のバイスタティック構成の一例を示す。この図におけるＬＩＤＡＲシステム１００の構成は、図２Ａに示される構成と類似している。例えば、両方の構成はアウトバウンド方向における投影光を視野の方へ誘導するためのスキャンユニット１０４を含む。しかし、図２Ａの実施形態とは対照的に、この構成では、スキャンユニット１０４はインバウンド方向における反射光を方向転換しない。代わりに、反射光は第２の光学ウィンドウ１２４Ｂを通過してセンサ１１６に入る。投影光及び反射光の光路は実質的に相互に異なるので、図２Ｇに示される構成は、バイスタティック構成であると考えられる。投影光及び反射光の光路の文脈における「実質的に異なる（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ）」という用語は、その２つの光路の間の重なりが１０％未満、５％未満、１％未満、または０．２５％未満であり得ることを意味する。
【0060】
スキャンユニット
図３Ａから図３Ｄは、ＬＩＤＡＲシステム１００におけるスキャンユニット１０４の様々な構成及びその役割を示す。具体的には、図３ＡはＭＥＭＳミラー（例えば方形）を備えたスキャンユニット１０４を示す図であり、図３ＢはＭＥＭＳミラー（例えば円形）を備えたスキャンユニット１０４を示す図であり、図３ＣはモノスタティックスキャンＬＩＤＡＲシステムで使用されるリフレクタのアレイを備えたスキャンユニット１０４を示す図であり、図３ＤはＬＩＤＡＲシステム１００の周りの環境を機械的にスキャンする例示的なＬＩＤＡＲシステム１００を示す図である。スキャンユニット１０４の図示されている構成は単なる例示であり、本開示の範囲内で多くの変形及び変更を有し得ることは、当業者に認められよう。
図３Ａから図３Ｄは、ＬＩＤＡＲシステム１００におけるスキャンユニット１０４の様々な構成及びその役割を示す。具体的には、図３ＡはＭＥＭＳミラー（例えば方形）を備えたスキャンユニット１０４を示す図であり、図３ＢはＭＥＭＳミラー（例えば円形）を備えたスキャンユニット１０４を示す図であり、図３ＣはモノスタティックスキャンＬＩＤＡＲシステムで使用されるリフレクタのアレイを備えたスキャンユニット１０４を示す図であり、図３ＤはＬＩＤＡＲシステム１００の周りの環境を機械的にスキャンする例示的なＬＩＤＡＲシステム１００を示す図である。スキャンユニット１０４の図示されている構成は単なる例示であり、本開示の範囲内で多くの変形及び変更を有し得ることは、当業者に認められよう。
【0061】
図３Ａは、単一軸の方形ＭＥＭＳミラー３００を備えた例示的なスキャンユニット１０４を示す。この例において、ＭＥＭＳミラー３００は少なくとも１つの偏向器１１４として機能する。図示のように、スキャンユニット１０４は１つ以上のアクチュエータ３０２（具体的には３０２Ａ及び３０２Ｂ）を含み得る。一実施形態において、アクチュエータ３０２は、半導体（例えばシリコン）で作製することができ、作動コントローラによって印加された電気信号に応答して寸法を変える圧電層（例えばＰＺＴ、チタン酸ジルコン酸鉛、窒化アルミニウム）と、半導体層と、ベース層と、を含む。一実施形態において、アクチュエータ３０２の物理特性は、電流が流れた場合にアクチュエータ３０２に加わる機械的応力を決定し得る。圧電材料が活性化されると、これがアクチュエータ３０２に力を加えてアクチュエータ３０２を曲げる。一実施形態において、ミラー３００が特定の角度位置に偏向した場合のアクティブ状態の１つ以上のアクチュエータ３０２の抵抗率（Ｒａｃｔｉｖｅ）を測定し、休止状態の抵抗率（Ｒｒｅｓｔ）と比較することができる。Ｒａｃｔｉｖｅを含むフィードバックは、予想角と比べられる実際のミラー偏向角を決定するための情報を与え、必要に応じてミラー３００の偏向を補正することができる。ＲｒｅｓｔとＲａｃｔｉｖｅとの差を、ループを閉じるように機能し得る角度偏向値へのミラー駆動に相関付けることができる。この実施形態は、実際のミラー位置の動的追跡のために使用され、線形モード及び共振モードの双方のＭＥＭＳミラースキームにおいて応答、振幅、偏向効率、及び周波数を最適化することができる。この実施形態については図３２から図３４を参照して以下で更に詳しく説明する。
【0062】
スキャン中、接点３０４Ａから接点３０４Ｂまで（アクチュエータ３０２Ａ、ばね３０６Ａ、ミラー３００、ばね３０６Ｂ、及びアクチュエータ３０２Ｂを介して）電流が流れ得る（図では破線で表されている）。絶縁ギャップ３１０のような半導体フレーム３０８の絶縁ギャップによって、アクチュエータ３０２Ａ及び３０２Ｂは、ばね３０６及びフレーム３０８を介して電気的に接続された２つの別個のアイランドとなり得る。電流、又は任意の関連付けられた電気的パラメータ（電圧、電流周波数、容量、比誘電率等）を、関連した位置フィードバックによって監視することができる。コンポーネントのうち１つが損傷する機械的故障の場合、構造を流れる電流が変わり、機能的な較正値から変化する。極端な状況では（例えば、ばねが破損した場合）、故障した要素による電気チェーンの回路遮断のため、電流は完全に中断する。
【0063】
図３Ｂは、二軸円形ＭＥＭＳミラー３００を備えた別の例示的なスキャンユニット１０４を示す。この例において、ＭＥＭＳミラー３００は少なくとも１つの偏向器１１４として機能する。一実施形態において、ＭＥＭＳミラー３００は約１ｍｍから約５ｍｍの間の直径を有し得る。図示のように、スキャンユニット１０４は、それぞれ異なる長さである可能性がある４つのアクチュエータ３０２（３０２Ａ、３０２Ｂ、３０２Ｃ、及び３０２Ｄ）を含み得る。図示する例において、電流（図では破線で表されている）は接点３０４Ａから接点３０４Ｄへ流れるが、他の場合、電流は接点３０４Ａから接点３０４Ｂへ、接点３０４Ａから接点３０４Ｃへ、接点３０４Ｂから接点３０４Ｃへ、接点３０４Ｂから接点３０４Ｄへ、又は接点３０４Ｃから接点３０４Ｄへ流れ得る。いくつかの実施形態に従って、二軸ＭＥＭＳミラーは、水平方向及び垂直方向に光を偏向させるように構成できる。例えば二軸ＭＥＭＳミラーの偏向角は、垂直方向に約０°から３０°の間であり、水平方向に約０°から５０°の間とすることができる。ミラー３００の図示されている構成は多くの変形及び変更を有し得ることは当業者に認められよう。一例において、少なくとも偏向器１１４は、二軸方形ミラー又は単一軸円形ミラーを有することも可能である。円形ミラー及び方形ミラーの例は、単に一例として図３Ａ及び図３Ｂに示されている。システム仕様に応じて任意の形状を採用できる。一実施形態においては、アクチュエータ３０２を少なくとも偏向器１１４の一体的な部分として組み込んで、ＭＥＭＳミラー３００を移動させるためのパワーを直接与えられるようになっている。更に、ＭＥＭＳミラー３００は１つ以上の剛性支持要素によってフレーム３０８に接続され得る。別の実施形態では、少なくとも偏向器１１４は静電又は電磁ＭＥＭＳミラーを含み得る。
【0064】
上述のように、モノスタティックスキャンＬＩＤＡＲシステムは、投影光２０４の放出及び反射光２０６の受光のために同じ光路の少なくとも一部を利用する。アウトバウンド経路の光ビームはコリメートされて細いビームに集束され得るが、帰還経路の反射は分散のためより大きい光部分に広がる。一実施形態において、スキャンユニット１０４は帰還経路において大きい反射エリアを有し、反射（すなわち反射光２０６）をセンサ１１６へ方向転換する非対称偏向器２１６を有し得る。一実施形態において、スキャンユニット１０４は、大きい反射エリアを備えたＭＥＭＳミラーを含むことができ、視野及びフレームレート性能に対する影響は無視できる程度である。非対称偏向器２１６についての更なる詳細は図２Ｄを参照して以下に与えられる。
【0065】
いくつかの実施形態において（例えば図３Ｃに例示されているように）、スキャンユニット１０４は、小型の光偏向器（例えばミラー）を備えた偏向器アレイ（例えばリフレクタアレイ）を含み得る。一実施形態においては、同期して動作する個別の小型の光偏向器のグループとして光偏向器１１４を実施することで、光偏向器１１４は、より大きな偏向角及び高いスキャンレートで実行可能となる。偏向器アレイは事実上、有効エリアに関して大型の光偏向器（例えば大型のミラー）として機能できる。偏向器アレイは、共有ステアリングアセンブリ構成を用いて動作させることができる。この構成によって、センサ１１６は、光源１１２によって同時に照射される視野１２０の実質的に同じ部分からの反射光子を収集できる。「同時に」という用語は、２つの選択された機能が、一致するか又は重複する時間期間中に発生することを意味する。この場合、一方が他方の持続期間中に開始及び終了するか、又は後のものが他方の完了前に開始する。
【0066】
図３Ｃは、小型のミラーを有するリフレクタアレイ３１２を備えたスキャンユニット１０４の一例を示す。この実施形態において、リフレクタアレイ３１２は少なくとも１つの偏向器１１４として機能する。リフレクタアレイ３１２は、（個別に又は一緒に）枢動し、光パルスを視野１２０の方へ向かわせるように構成された複数のリフレクタユニット３１４を含み得る。例えばリフレクタアレイ３１２は、光源１１２から投影された光のアウトバウンド経路の一部であり得る。具体的には、リフレクタアレイ３１２は、投影光２０４を視野１２０の一部へ誘導することができる。また、リフレクタアレイ３１２は、視野１２０の照射部分内に位置する物体の表面から反射した光の帰還経路の一部であり得る。具体的には、リフレクタアレイ３１２は、反射光２０６をセンサ１１６の方へ又は非対称偏向器２１６の方へ誘導することができる。一例において、リフレクタアレイ３１２の面積は約７５から約１５０ｍｍ２の間であり得る。ここで、各リフレクタユニット３１４は約１０μｍの幅を有し、支持構造は１００μｍよりも低くすることができる。
【0067】
いくつかの実施形態によれば、リフレクタアレイ３１２は、操縦可能（steerable）偏向器の１つ以上のサブグループを含み得る。電気的に操縦可能な偏向器の各サブグループは、リフレクタユニット３１４のような１つ以上の偏向器ユニットを含み得る。例えば、各操縦可能偏向器ユニット３１４は、ＭＥＭＳミラー、反射面アセンブリ、及び電気機械アクチュエータのうち少なくとも１つを含むことができる。一実施形態において、各リフレクタユニット３１４は、１つ以上の別個の軸の各々に沿って特定の角度に傾斜するように個々のプロセッサ（図示せず）によって個別に制御することができる。あるいは、リフレクタアレイ３１２は、リフレクタユニット３１４の少なくとも一部が同時に枢動してほぼ同じ方向を指し示すようにリフレクタユニット３１４の移動を同期して管理するよう構成された共通コントローラ（例えばプロセッサ１１８）に関連付けることができる。
【0068】
更に、少なくとも１つのプロセッサ１１８は、アウトバウンド経路用の少なくとも１つのリフレクタユニット３１４（以降、「送信用ミラー」と称する）、及び、帰還経路用のリフレクタユニット３１４のグループ（以降、「受信用ミラー」と称する）を選択することができる。本開示に従って、送信用ミラーの数を増やすと、反射光子ビームの広がりが増大する可能性がある。更に、受信用ミラーの数を減らすと、受信フィールドが狭くなり、周囲光条件（雲、雨、霧、極端な熱、及び他の環境条件）が補償され、信号対雑音比が改善する可能性がある。また、上記のように、放出光ビームは典型的に反射光部分よりも細いので、偏向アレイの小さい部分によって充分に検出できる。更に、送信に使用される偏向アレイの部分（例えば送信用ミラー）から反射した光がセンサ１１６に到達するのを阻止し、これによって、システム動作に対するＬＩＤＡＲシステム１００の内部反射の効果を低減できる。また、少なくとも１つのプロセッサ１１８は、１つ以上のリフレクタユニット３１４を枢動させて、例えば熱的効果及び利得効果による機械的障害及びドリフトを克服することができる。一例において、１つ以上のリフレクタユニット３１４は、意図されるもの（周波数、レート、速度等）とは異なるように移動する可能性があるが、それらの移動は偏向器を適切に電気的に制御することによって補償され得る。
【0069】
図３Ｄは、ＬＩＤＡＲシステム１００の環境を機械的にスキャンする例示的なＬＩＤＡＲシステム１００を示す。この例において、ＬＩＤＡＲシステム１００は、ＬＩＤＡＲシステム１００の軸を中心として筐体２００を回転させるためのモータ又は他の機構を含み得る。あるいは、モータ（又は他の機構）は、１つ以上の光源１１２及び１つ以上のセンサ１１６が搭載されているＬＩＤＡＲシステム１００の剛性構造を機械的に回転させ、これによって環境をスキャンすることができる。上述のように、投影ユニット１０２は、光放出を投影するように構成された少なくとも１つの光源１１２を含み得る。投影された光放出はアウトバウンド経路に沿って視野１２０の方へ進むことができる。具体的には、投影光２０４が任意選択的な光学ウィンドウ１２４の方へ進む場合、投影された光放出は偏向器１１４Ａによって反射されて出射アパーチャ３１４を通ることができる。反射された光放出は、物体２０８から帰還経路に沿って検知ユニット１０６の方へ進むことができる。例えば、反射光２０６が検知ユニット１０６の方へ進む場合、反射光２０６は偏向器１１４Ｂによって反射される。１つ以上の光源又は１つ以上のセンサを同期して回転させるための回転機構を備えたＬＩＤＡＲシステムは、内部光偏向器を操縦する代わりに（又はそれに加えて）この同期させた回転を用い得ることは、当業者によって認められよう。
【0070】
視野１２０のスキャンが機械的である実施形態において、投影された光放出は、投影ユニット１０２をＬＩＤＡＲシステム１００の他の部分から分離する壁３１６の一部である出射アパーチャ３１４へ誘導できる。いくつかの例において、壁３１６は、偏向器１１４Ｂを形成するため反射性材料で覆われた透明な材料（例えばガラス）で形成することができる。この例において、出射アパーチャ３１４は、反射性材料で覆われていない壁３１６の部分に相当し得る。これに加えて又はこの代わりに、出射アパーチャ３１４は壁３１６の孔又は切断部を含み得る。反射光２０６は、偏向器１１４Ｂによって反射され、検知ユニット１０６の入射アパーチャ３１８の方へ誘導され得る。いくつかの例において、入射アパーチャ３１８は、特定の波長範囲内の波長を検知ユニット１０６に入射させると共に他の波長を減衰させるように構成されたフィルタウィンドウを含み得る。視野１２０からの物体２０８の反射は、偏向器１１４Ｂによって反射されてセンサ１１６に入射することができる。反射光２０６のいくつかの特性を投影光２０４と比較することによって、物体２０８の少なくとも１つの様相を決定できる。例えば、投影光２０４が光源１１２によって放出された時点とセンサ１１６が反射光２０６を受光した時点とを比較することによって、物体２０８とＬＩＤＡＲシステム１００との間の距離を決定できる。いくつかの例では、物体２０８の形状、色、材料のような他の様相も決定され得る。
【0071】
いくつかの例において、ＬＩＤＡＲシステム１００（又は、少なくとも１つの光源１１２及び少なくとも１つのセンサ１１６を含むその一部）を、少なくとも１つの軸を中心として回転させて、ＬＩＤＡＲシステム１００の周囲の３次元マップを決定することができる。例えば、視野１２０をスキャンするため、矢印３２０で示されているように実質的な垂直軸を中心としてＬＩＤＡＲシステム１００を回転させることができる。図３Ｄは、矢印３２０で示されているように軸を中心として時計回りにＬＩＤＡＲシステム１００を回転させることを示すが、これに加えて又はこの代わりに、ＬＩＤＡＲシステム１００を反時計回りに回転させてもよい。いくつかの例において、ＬＩＤＡＲシステム１００は垂直軸を中心として３６０度回転させることができる。他の例において、ＬＩＤＡＲシステム１００は、ＬＩＤＡＲシステム１００の３６０度よりも小さいセクタに沿って前後に回転させ得る。例えば、ＬＩＤＡＲシステム１００を、完全な回転を行うことなく軸を中心として前後に揺れるプラットフォーム上に搭載することができる。
【0072】
検知ユニット
図４Ａから図４Ｅは、ＬＩＤＡＲシステム１００における検知ユニット１０６の様々な構成及びその役割を示す。具体的には、図４Ａは、検出器アレイを備えた例示的な検知ユニット１０６を示す図であり、図４Ｂは、２次元センサを用いたモノスタティックスキャンを示す図であり、図４Ｃは、２次元センサ１１６の一例を示す図であり、図４Ｄは、センサ１１６に関連付けられたレンズアレイを示す図であり、図４Ｅは、レンズ構造を示す３つの図を含む。図示されている検知ユニット１０６の構成は単なる例示であり、本開示の原理と一致する多くの代替的な変形及び変更を有し得ることは、当業者に認められよう。
図４Ａから図４Ｅは、ＬＩＤＡＲシステム１００における検知ユニット１０６の様々な構成及びその役割を示す。具体的には、図４Ａは、検出器アレイを備えた例示的な検知ユニット１０６を示す図であり、図４Ｂは、２次元センサを用いたモノスタティックスキャンを示す図であり、図４Ｃは、２次元センサ１１６の一例を示す図であり、図４Ｄは、センサ１１６に関連付けられたレンズアレイを示す図であり、図４Ｅは、レンズ構造を示す３つの図を含む。図示されている検知ユニット１０６の構成は単なる例示であり、本開示の原理と一致する多くの代替的な変形及び変更を有し得ることは、当業者に認められよう。
【0073】
図４Ａは、検出器アレイ４００を備えた検知ユニット１０６の一例を示す。この例において、少なくとも１つのセンサ１１６は検出器アレイ４００を含む。ＬＩＤＡＲシステム１００は、ＬＩＤＡＲシステム１００から異なる距離に位置する（数メートル又はそれ以上であり得る）視野１２０内の物体（例えば自転車２０８Ａ及び雲２０８）を検出するように構成されている。物体２０８は、固体の物体（例えば道路、木、自動車、人物）、流体の物体（例えば霧、水、大気中の粒子）、又は別のタイプの物体（例えばほこり又は照射された粉末状物体）であり得る。光源１１２から放出された光子が物体２０８に当たると、光子は反射、屈折、又は吸収される。典型的には、図に示されているように、物体２０８Ａから反射した光子のうち一部分のみが任意選択的な光学ウィンドウ１２４に入射する。距離の１５ｃｍまでの変化によって１ｎｓの移動時間差が生じるので（光子は物体２０８との間で光の速度で移動するので）、異なる物体に当たった異なる光子の移動時間の時間差は、充分に迅速な応答で光時間センサによって検出可能であり得る。
【0074】
センサ１１６は、視野１２０から反射して戻ってきた光子パルスの光子を検出するための複数の検出要素４０２を含む。検出要素は全て、（例えば図示されているような）矩形配列又は他の任意の配列を有し得る検出器アレイ４００に含まれ得る。検出要素４０２は同時に又は部分的に同時に動作することができる。具体的には、各検出要素４０２はサンプリング期間ごとに（例えば１ナノ秒ごとに）検出情報を提供し得る。一例において、検出器アレイ４００は、共通のシリコン基板上の単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ、検出要素４０２として機能する）のアレイから構築された固体単一光子検知デバイスであるＳｉＰＭ（シリコン光電子増倍管）とすることができる。他の非シリコン材料による同様の光電子増倍管も使用できる。ＳｉＰＭデバイスはデジタル／スイッチングモードで動作するが、全ての微小セルが並列に読み出されて、異なるＳＰＡＤによって検出される単一の光子から数百及び数千の光子までのダイナミックレンジ内で信号を発生することを可能とするので、ＳｉＰＭはアナログデバイスである。上述のように、２つ以上のタイプのセンサが実施され得る（例えばＳｉＰＭ及びＡＰＤ）。場合によっては、検知ユニット１０６は、別個の又は共通のシリコン基板上に、ＳｉＰＭアレイに一体化された少なくとも１つのＡＰＤ及び／又はＳｉＰＭに隣接して配置された少なくとも１つのＡＰＤ検出器を含む。
【0075】
一実施形態において、検出要素４０２を複数の領域４０４にグループ化することができる。これらの領域は、センサ１１６内の（例えば検出器アレイ４００内の）幾何学的ロケーション又は環境であり、様々な形状に形成できる（例えば図示のような矩形、方形、環状等、又は他の任意の形状）。ある領域４０４の幾何学的エリア内に含まれる個々の検出器の全てがその領域に属するわけではないが、ほとんどの場合、領域間の境界にある程度の重複が望ましい場合を除いて、それらの検出器は、センサ３１０の他のエリアをカバーする他の領域４０４には属さない。図４Ａに示されているように、これらの領域は非重複領域４０４であり得るが、重複する場合もある。全ての領域に、その領域に関連した領域出力回路４０６を関連付けることができる。領域出力回路４０６は、対応する検出要素４０２のグループの領域出力信号を提供できる。例えば、出力回路４０６の領域は加算回路であり得るが、他の形態の各検出器の出力の単一出力への組み合わせも採用され得る（スカラー、ベクトル、又は他の任意のフォーマットにかかわらず）。任意選択的に、各領域４０４は単一のＳｉＰＭであるが、必ずしもそうとは限らず、１つの領域は、単一のＳｉＰＭの小部分、いくつかのＳｉＰＭのグループ、又は異なるタイプの検出器の組み合わせとしてもよい。
【0076】
図示されている例において、処理ユニット１０８は、（例えば車両１１０内の）ホスト２１０（の内部又は外部の）分離された筐体２００Ｂに配置され、検知ユニット１０６は、反射光を分析するための専用プロセッサ４０８を含み得る。あるいは、反射光２０６を分析するために処理ユニット１０８を使用してもよい。ＬＩＤＡＲシステム１００は、図示されている例とは異なるやり方で複数の筐体に実装できることに留意するべきである。例えば、光偏向器１１４を、投影ユニット１０２及び／又は検知モジュール１０６とは異なる筐体に配置してもよい。一実施形態において、ＬＩＤＡＲシステム１００は、電気ワイヤ接続、無線接続（例えばＲＦ接続）、光ファイバケーブル、及び上記のものの任意の組み合わせのような異なるやり方で相互に接続された複数の筐体を含むことができる。
【0077】
一実施形態において、反射光２０６の分析は、異なる領域の個々の検出器の出力に基づいて反射光２０６の飛行時間を決定することを含み得る。任意選択的に、プロセッサ４０８は、複数の領域の出力信号に基づいて反射光２０６の飛行時間を決定するように構成できる。飛行時間に加えて、処理ユニット１０８は反射光２０６を分析して帰還パルス全体の平均パワーを決定することができ、帰還パルス期間における光子分布／信号（「パルス形状」）を決定できる。図示されている例において、任意の検出要素４０２の出力は直接プロセッサ４０８に送信されず、領域４０４の他の検出器の信号と組み合わされ（例えば加算され）た後にプロセッサ４０８に渡すことができる。しかしながら、これは単なる例示であり、センサ１１６の回路は検出要素４０２からの情報を他のルートで（領域出力回路４０６を介することなく）プロセッサ４０８に送信することも可能である。
【0078】
図４Ｂは、２次元センサ１１６を用いてＬＩＤＡＲシステム１００の環境をスキャンするように構成されたＬＩＤＡＲシステム１００を示す図である。図４Ｂの例において、センサ１１６は、４×６の検出器４１０（「画素」とも称される）の行列である。一実施形態において、画素サイズは約１×１ｍｍとすることができる。センサ１１６は、２つの非平行な軸（例えば、図示の例に示されているような直交軸）において検出器４１０の２つ以上のセット（例えば行、列）を有するという意味で２次元である。センサ１１６内の検出器４１０の数は、例えば所望の分解能、信号対雑音比（ＳＮＲ）、所望の検出距離等に応じて、様々な実施において変動し得る。例えば、センサ１１６は５から５，０００までのいずれかの数の画素を有し得る。別の例（図には示していない）では、センサ１１６を１次元行列としてもよい（例えば１×８画素）。
【0079】
各検出器４１０は複数の検出要素４０２を含み得る。検出要素４０２は、例えばアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）と単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）の組み合わせ、又は、レーザパルス送信イベントから受信イベントまでの飛行時間及び受信光子の強度の双方を測定する検出要素である。例えば各検出器４１０は、２０から５，０００までのいずれかの数のＳＰＡＤを含み得る。各検出器４１０内の検出要素４０２の出力を、加算、平均化、又は他の方法で組み合わせて、一体的な画素出力を与えることができる。
【0080】
図示されている例において、検知ユニット１０６は、ＬＩＤＡＲシステム１００の視野１２０よりも小さい視野を有する２次元センサ１１６（又は複数の２次元センサ１１６）を含み得る。この考察において、視野１２０（いずれの方向にも移動、回転、又は横揺れすることなくＬＩＤＡＲシステム１００によってスキャンできる全視野）を「第１のＦＯＶ４１２」と表記し、より小さいセンサ１１６の視野を「第２のＦＯＶ４１２」（「瞬時ＦＯＶ」と言い換え可能である）と表記する。第１のＦＯＶ４１２に対する第２のＦＯＶ４１４の対象範囲は、ＬＩＤＡＲシステム１００の具体的な用途に応じて異なり、例えば０．５％から５０％の間とすることができる。一例において、第２のＦＯＶ４１２は垂直方向に細長い０．０５°から１°の間とすればよい。ＬＩＤＡＲシステム１００が２つ以上の２次元センサ１１６を含む場合であっても、それらのセンサアレイの視野の組み合わせは依然として第１のＦＯＶ４１２よりも小さく、例えば少なくとも５分の１、少なくとも１０分の１、少なくとも２０分の１、少なくとも５０分の１であり得る。
【0081】
第１のＦＯＶ４１２をカバーするため、スキャンユニット１０６は、異なる時点で環境の異なる部分から到達する光子をセンサ１１６へ誘導することができる。図示されているモノスタティック構成では、投影光２０４を視野１２０の方へ誘導すると共に、少なくとも１つの偏向器１１４が瞬時位置に配置された場合、スキャンユニット１０６は反射光２０６をセンサ１１６へ誘導することができる。典型的に、第１のＦＯＶ４１２のスキャン中の各時点で、ＬＩＤＡＲシステム１００によって放出される光ビームは、（角度開口で）第２のＦＯＶ４１４よりも大きい環境の部分をカバーし、スキャンユニット１０４及びセンサ１１６によって集光される環境の部分を含む。
【0082】
図４Ｃは２次元センサ１１６の一例を示す図である。この実施形態において、センサ１１６は８×５の検出器４１０の行列であり、各検出器４１０は複数の検出要素４０２を含む。一例において、検出器４１０Ａはセンサ１１６の第２の行（「Ｒ２」と表記されている）及び第３の列（「Ｃ３」と表記されている）に位置し、４×３の検出要素４０２の行列を含む。別の例において、検出器４１０Ｂはセンサ１１６の第４の行（「Ｒ４」と表記されている）及び第６の列（「Ｃ６」と表記されている）に位置し、３×３の検出要素４０２の行列を含む。従って、各検出器４１０内の検出要素４０２の数は一定であるか又は異なる場合があり、共通アレイ内の異なる検出器４１０は異なる数の検出要素４０２を有し得る。各検出器４１０内の全ての検出要素４０２の出力を、加算、平均化、又は他の方法で組み合わせて、単一の画素出力値を提供することができる。図４Ｃの例における検出器４１０は矩形の行列（直線の行及び直線の列）に配列されているが、例えば円形の配列又はハニカム配列のような他の配列を用いてもよい。
【0083】
いくつかの実施形態によれば、各検出器４１０からの測定によって、光パルス放出イベントから受信イベントまでの飛行時間及び受信光子の強度を決定することが可能となる。受信イベントは、光パルスが物体２０８から反射された結果であり得る。飛行時間は、反射物体から任意選択的な光学ウィンドウ１２４までの距離を表すタイムスタンプ値であり得る。飛行時間値は、時間相関単一光子計数（ＴＣＳＰＣ：Time Correlated Single Photon Counter）のような光子検出及び計数方法、信号積分及び検定（signal integration and qualification）のようなアナログの光子検出方法（アナログ－デジタル変換又は簡素な比較器による）、又は他の方法によって認識することができる。
【0084】
いくつかの実施形態において、また図４Ｂを参照すると、スキャンサイクル中、少なくとも１つの光偏向器１１４の各瞬時位置を視野１２０の特定の部分１２２に関連付けることができる。センサ１１６の設計によって、視野１２０の単一部分からの反射光と複数の検出器４１０との関連付けが可能となる。従って、ＬＩＤＡＲシステムのスキャン解像度は、（１スキャンサイクル当たりの）瞬時位置の数にセンサ１１６内の検出器４１０の数を乗算することによって表され得る。各検出器４１０（すなわち各画素）からの情報は、３次元空間においてキャプチャされた視野が構築される基本データ要素を表す。これは例えば、ポイントクラウド表現の基本要素を含み、空間位置及び関連付けられた反射強度値を有する。一実施形態において、複数の検出器４１０によって検出された視野１２０の単一部分からの反射は、視野１２０のその単一部分内に位置する様々な物体から戻ってきた可能性がある。例えば、視野１２０の単一部分は遠視野で５０×５０ｃｍよりも大きい場合があり、相互に部分的に重なった２つ、３つ、又はそれ以上の物体を容易に含み得る。
【0085】
図４Ｄは、ここに開示される主題の例に従ったセンサ１１６の一部の横断面図である。センサ１１６の図示されている部分は、４つの検出要素４０２（例えば４つのＳＰＡＤ、４つのＡＰＤ）を含む検出器アレイ４００の一部を含む。検出器アレイ４００は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）で実現された光検出器センサとすればよい。検出要素４０２の各々は、基板周囲内に位置決めされた検知エリアを有する。必ずしもそうとは限らないが、センサ１１６は、狭い視野を有するモノスタティックＬｉＤＡＲシステムにおいて使用することができる（例えば、スキャンユニット１０４が異なる時点で異なる視野部分をスキャンするので）。入射光ビームのための狭い視野は、実施された場合、焦点外の撮像の問題を解消する。図４Ｄに例示されているように、センサ１１６は複数のレンズ４２２（例えばマイクロレンズ）を含むことができ、各レンズ４２２は入射光を異なる検出要素４０２の方へ（例えば検出要素４０２のアクティブエリアの方へ）誘導することができ、これは焦点外の撮像が問題でない場合に使用可能であり得る。センサ１１６に到達する光のほとんどを検出要素４０２のアクティブエリアの方へ偏向させ得るので、レンズ４２２を用いて検出器アレイ４００の開口率（optical fill factor）及び感度を増大することができる。
【0086】
図４Ｄに例示されているような検出器アレイ４００は、様々な方法（例えばインプラント）によってシリコン基板内に埋め込まれたいくつかの層を含むことができ、この結果、検知エリア、金属層に対する接点要素、及び絶縁要素（例えばシャロートレンチインプラント（ＳＴＩ）、ガードリング、光学トレンチ等）が得られる。検知エリアは、ＣＭＯＳ検出器における体積測定要素（volumetric element）であり、デバイスに適正な電圧バイアスが印加された場合に、入射する光子の電流への光学的変換を可能とする。ＡＰＤ／ＳＰＡＤの場合、検知エリアは、電界の組み合わせによって、光子吸収により生じた電子を増倍エリアの方へ引っ張り、このエリアで光子誘起電子が増幅されて、増倍された電子のアバランシェ破壊を引き起こす。
【0087】
前側の照射された検出器（例えば図４Ｄに示されているような）は、半導体（シリコン）の上にある金属層と同じ側に入力光ポートを有する。金属層は、個々の光検出器要素（例えばアノード及びカソード）と、バイアス電圧、クエンチング／バラスト要素、及び共通アレイ内の他の光検出器のような様々な要素との電気的接続を実現する必要がある。光子が検出器の検知エリアに入射する際に通過する光学ポートは、金属層を介した通路で構成されている。この通路を介したいくつかの方向からの光の通過は、１つ以上の金属層（例えば図４Ｄの最も左側の検出器要素４０２に図示されている金属層ＭＬ６）によって阻止され得ることに留意するべきである。このような阻止は、検出器の全体的な光吸収効率を低下させる。
【0088】
図４Ｅは、ここに開示される主題の例に従った、それぞれにレンズ４２２が関連付けられた３つの検出要素４０２を示す。４０２（１）、４０２（２）、及び４０２（３）と表記された図４Ｅの３つの検出要素の各々は、センサ１１６の検出要素４０２の１つ以上に関連付けて実施され得るレンズ構成を示している。これらのレンズ構成の組み合わせも実施できることに留意するべきである。
【0089】
検出要素４０２（１）に関して図示されているレンズ構成では、関連付けられたレンズ４２２の焦点は半導体表面よりも上に位置することができる。任意選択的に、検出要素の異なる金属層の開口は、関連付けられたレンズ４２２によって生じる集束光の円錐形と整合した様々な大きさを有し得る。このような構造は、デバイス全体としてアレイ４００の信号対雑音比及び分解能を改善することができる。パワーの伝送及び接地シールドのために大きい金属層が重要であり得る。この手法は例えば、入射光ビームが平行光線で構成され、撮像焦点が検出信号に対して何の影響も及ぼさない場合、狭い視野を有するモノスタティックＬｉＤＡＲ設計において有用であり得る。
【0090】
検出要素４０２（２）に関して図示されているレンズ構成では、スイートスポットを識別することによって、検出要素４０２による光子検出の効率を改善することができる。具体的には、ＣＭＯＳで実装される光検出器は、検知体積エリア内に、光子がアバランシェ効果を生じる確率が最も高いスイートスポットを有し得る。従って、検出要素４０２（２）で例証されるように、レンズ４２２の焦点を検知体積エリア内部のスイートスポットロケーションに位置決めすることができる。レンズ形状及び焦点からの距離は、レンズから半導体材料内に埋め込まれた検知スイートスポットロケーションまでの経路に沿ってレーザビームが通過する全ての要素の屈折率を考慮に入れることができる。
【0091】
図４Ｅの右側の検出要素に関して図示されているレンズ構成では、拡散器及び反射要素を用いて、半導体材料における光子吸収の効率を改善することができる。具体的には、近ＩＲ波長は、シリコン材料の著しく長い経路によって、この経路を進む光子の高い吸収確率を達成する必要がある。典型的なレンズ構成では、光子は検知エリアを横断することがありし、吸収されて検出可能電子にならない可能性がある。光子が電子を生じる確率を改善する長い吸収経路によって、検知エリアの大きさは、典型的な製造プロセスで製造されるＣＭＯＳデバイスにとって実用的でない寸法（例えば数十ｕｍ）になる。図４Ｅの最も右側の検出器要素は、入射光子を処理するための技法を示している。関連付けられたレンズ４２２は入射光を拡散器要素４２４上に集束する。一実施形態において、光センサ１１６は、検出器のうち少なくともいくつかの外面から離れたギャップ内に位置する拡散器を更に含み得る。例えば拡散器４２４は、光ビームを横方向へ（例えばできる限り垂直方向に）検知エリア及び反射性光学トレンチ４２６の方へ向けることができる。拡散器の位置は、焦点、焦点よりも上方、又は焦点よりも下方である。この実施形態において、入射光は、拡散器要素が配置されている特定のロケーション上に集束され得る。任意選択的に、検出器要素４２２は、光子誘起電子が失われて有効検出効率を低下させ得る非アクティブエリアを光学的に回避するように設計される。反射性光学トレンチ４２６（又は他の形態の光学的に反射性の構造）は、光子を検知エリア内で往復させ、これによって検出の可能性が増大する。理想的には、光子が吸収されて電子／ホール対を生成するまで無制限に、光子は、検知エリア及び反射性トレンチから成るキャビティ内でトラップされる。
【0092】
本開示に従って、入射する光子を吸収して高い検出確率に寄与するため、長い経路が生成される。また、検出要素４２２において、他の検出器に漏れて誤検出イベントを発生する可能性のあるなだれ中の寄生光子のクロストーク効果を低減するため、光学トレンチも実施することができる。いくつかの実施形態によれば、より高い歩留まりの受信信号を利用する、つまり、できるだけ多くの受信信号を受信し、信号の内部劣化で失われる信号が少なくなるように、光検出器アレイを最適化することができる。光検出器アレイは、（ａ）任意選択的に基板の上にある金属層を適切に設計することによって、半導体表面よりも上のロケーションに焦点を移動させること、（ｂ）基板の最も応答性の高い／感度の高いエリア（すなわちは「スイートスポット」）に焦点を誘導すること、（ｃ）基板よりも上方に拡散器を追加して信号を「スイートスポット」の方へ誘導すること、及び／又は反射性材料をトレンチに追加して、偏向された信号を反射して「スイートスポット」に戻すことによって、改善することができる。
【0093】
いくつかのレンズ構成において、レンズ４２２は、対応する検出要素４０２の中心の上方に焦点があるように位置決めされ得るが、必ずしもそうとは限らないことに留意するべきである。他のレンズ構成では、対応する検出要素４０２の中心に対するレンズ４２２の焦点の位置は、検出アレイ４００の中心からの各検出要素４０２の距離に基づいてシフトされる。これは、中心から遠い検出器要素の方が軸から大きく外れた角度で光を受光する比較的大きい検出アレイ４００において有用であり得る。焦点のロケーションを（例えば検出アレイ４００の中心の方へ）シフトさせると、入射角の補正が可能となる。具体的には、焦点のロケーションを（例えば検出アレイ４００の中心の方へ）シフトさせると、検出器の表面に対して同一角度に位置決めされた全ての検出要素で実質的に同じレンズ４２２を用いながら、入射角の補正が可能となる。
【0094】
検出要素４０２のアレイにレンズ４２２のアレイを追加することは、視野の小さい部分のみをカバーする比較的小さいセンサ１１６を用いる場合に有用であり得る。そのような場合、シーンからの反射信号は実質的に同じ角度から検出器アレイ４００に到達するので、全ての光を個々の検出器上に容易に集束できるからである。また、一実施形態においては、空間的な区別性（distinctiveness）を犠牲にして、アレイ４００全体の検出確率の増大を促進する（検出器／サブ検出器間の無効エリアで光子が「無駄になる」ことを防止する）ため、ＬＩＤＡＲシステム１００でレンズ４２２を用いることができる。この実施形態は、空間的な区別性を優先するＣＭＯＳ ＲＧＢカメラのような従来の実施（すなわち、検出要素Ａの方向に伝搬する光をレンズによって検出要素Ｂの方へ誘導することはできない、つまり、アレイの別の検出要素に「流す（bleed）」ことはできない）とは対照的である。任意選択的に、センサ１１６は、各々が対応する検出要素４０２に相関付けられたレンズ４２２のアレイを含むが、レンズ４２２のうち少なくとも１つは、第１の検出要素４０２へ伝搬する光を第２の検出要素４０２の方へ偏向させる（これによってアレイ全体の検出確率を増大することができる）。
【0095】
具体的には、本開示のいくつかの実施形態に従って、光センサ１１６は光検出器のアレイ（例えば検出器アレイ４００）を含むことができ、各光検出器（例えば検出器４１０）は、各検出器の外面を光が通過した場合に電流を流すように構成されている。更に、光センサ１１６は、光検出器のアレイの方へ光を誘導するように構成された少なくとも１つのマイクロレンズを含むことができ、少なくとも１つのマイクロレンズは焦点を有する。光センサ１１６は更に、少なくとも１つのマイクロレンズと光検出器のアレイとの間に介在すると共に少なくとも１つのマイクロレンズからアレイへ光を通過させるギャップを有する導電性材料の少なくとも１つの層を含むことができ、少なくとも１つの層は、少なくとも１つのマイクロレンズとアレイとの間に空間を維持するような大きさに形成され、ギャップ内で、光検出器のアレイの検出表面から離間したロケーションに焦点（例えば焦点は平面であり得る）を位置付ける。
【0096】
関連する実施形態において、各検出器は複数の単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）又は複数のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を含み得る。導電性材料は多層金属狭窄部（constriction）とすることができ、導電性材料の少なくとも１つの層はアレイ内の検出器に電気的に接続することができる。一例において、導電性材料の少なくとも１つの層は複数の層を含む。更に、ギャップは、少なくとも１つのマイクロレンズから焦点の方へ収束し、かつ、焦点の領域からアレイの方へ発散するような形状とすることができる。他の実施形態において、光センサ１１６は、各光検出器に隣接した少なくとも１つのリフレクタを更に含み得る。一実施形態において、レンズアレイに複数のマイクロレンズを配置し、検出器アレイに複数の検出器を配置することができる。別の実施形態において、複数のマイクロレンズは、アレイ内の複数の検出器へ光を投影するように構成された単一のレンズを含み得る。
【0097】
非限定的な例として図２Ｅ、図２Ｆ及び図２Ｇを参照すると、システム１００の１つ以上センサ１１６は、光を、スキャン偏向器１１４から、またはスキャンなしでＦＯＶから直接、受信し得ることが分かる。たとえＦＯＶ全体からの光が少なくとも１つのセンサ１１６に同時に到着しても、いくつかの実施態様において、１つ以上のセンサ１１６は、任意の所定の時間における検出出力のためにＦＯＶの部分だけをサンプリングし得る。例えば、投影ユニット１０２の照射がＦＯＶの異なる部分を異なる時に（偏向器１１４を使用するかどうか、及び／または異なる光源１１２を異なる時に作動させることにより）照射する場合、光は検知ユニット１０６の全ての画素またはセンサ１１６に到着し得、そしてＬＩＤＡＲ照射を検出すると予期される画素／センサだけが検出出力のために活発にデータを収集し得る。このように、画素／センサの残りは、不必要に周囲雑音を収集しない。スキャン－アウトバウンドまたはインバウンド方向における－に言及すると、実質的に異なるスケールのスキャンが実装され得ることが分かる。例えば、いくつかの実施態様において、スキャンされる領域はＦＯＶの１％または０．１％をカバーし得、他方、他の実施態様において、スキャンされる領域はＦＯＶの１０％または２５％をカバーし得る。ＦＯＶ値の他の全ての相対部分も、言うまでもなく、実装され得る。
【0098】
処理ユニット
図５Ａから図５Ｃは、本開示のいくつかの実施形態に従った処理ユニット１０８の様々な機能を示している。具体的には、図５Ａは視野の単一の部分の単一のフレーム時間内の放出パターンを示す図であり、図５Ｂは視野全体の単一のフレーム時間内の放出スキームを示す図であり、図５Ｃは単一のスキャンサイクル中に視野の方へ投影された実際の光放出を示す図である。
図５Ａから図５Ｃは、本開示のいくつかの実施形態に従った処理ユニット１０８の様々な機能を示している。具体的には、図５Ａは視野の単一の部分の単一のフレーム時間内の放出パターンを示す図であり、図５Ｂは視野全体の単一のフレーム時間内の放出スキームを示す図であり、図５Ｃは単一のスキャンサイクル中に視野の方へ投影された実際の光放出を示す図である。
【0099】
図５Ａは、少なくとも１つの光偏向器１１４の瞬時位置に関連付けられた視野１２０の単一の部分１２２の単一のフレーム時間内の放出パターンの４つの例を示す。本開示の実施形態に従って、処理ユニット１０８は、視野１２０のスキャンにおいて光束を変動させ得るように、少なくとも１つの光源１１２及び光偏向器１１４を制御する（又は、少なくとも１つの光源１１２及び少なくとも１つの光偏向器１１４の動作を連携させる）ことができる。他の実施形態に従って、処理ユニット１０８は少なくとも１つの光源１１２のみを制御し、光偏向器１１４は固定の既定パターンで移動又は枢動させることができる。
【0100】
図５Ａの図ＡからＤは、視野１２０の単一の部分１２２の方へ放出された光のパワーを経時的に示す。図Ａにおいて、プロセッサ１１８は、視野１２０のスキャン中に初期光放出が視野１２０の部分１２２の方へ投影されるように光源１１２の動作を制御することができる。投影ユニット１０２がパルス光光源を含む場合、初期光放出は１つ以上の初期パルス（「パイロットパルス」とも称される）を含み得る。処理ユニット１０８は、初期光放出に関連付けられた反射についてのパイロット情報をセンサ１１６から受信することができる。一実施形態において、パイロット情報は、１つ以上の検出器（例えば１つ以上のＳＰＡＤ、１つ以上のＡＰＤ、１つ以上のＳｉＰＭ等）の出力に基づく単一の信号として、又は複数の検出器の出力に基づく複数の信号として表現され得る。一例において、パイロット情報はアナログ及び／又はデジタル情報を含み得る。別の例において、パイロット情報は単一の値及び／又は（例えば異なる時点及び／又はセグメントの異なる部分の）複数の値を含み得る。
【0101】
初期光放出に関連付けられた反射についての情報に基づいて、処理ユニット１０８は、この後に視野１２０の部分１２２の方へ投影される光放出のタイプを決定するように構成できる。視野１２０の特定部分について決定されたこの後の光放出は、同一のスキャンサイクル中に（すなわち同一のフレーム内で）、又は後続のスキャンサイクルで（すなわち後続のフレーム内で）実施され得る。
【0102】
図Ｂにおいて、プロセッサ１１８は、視野１２０のスキャン中に異なる強度の光パルスが視野１２０の単一の部分１２２の方へ投影されるように光源１１２の動作を制御することができる。一実施形態において、ＬＩＤＡＲシステム１００は、１つ以上の異なるタイプの深度マップを生成するように動作可能であり得る。深度マップのタイプは例えば、ポイントクラウドモデル、ポリゴンメッシュ、深度画像（画像の各画素もしくは２Ｄアレイの深度情報を保持する）、又はシーンの他の任意のタイプの３Ｄモデルのうちいずれか１つ以上である。深度マップのシーケンスは、異なる深度マップが異なる時点で生成される時系列であり得る。スキャンサイクル（「フレーム」と言い換え可能である）に関連付けられたシーケンスの各深度マップは、対応するその後のフレーム時間の期間内に生成できる。一例において、典型的なフレーム時間は１秒未満持続し得る。いくつかの実施形態において、ＬＩＤＡＲシステム１００は、固定フレームレート（例えば毎秒１０フレーム、毎秒２５フレーム、毎秒５０フレーム）を有するか、又はフレームレートは動的であり得る。他の実施形態において、シーケンス内の異なるフレームのフレーム時間は同一でない場合がある。例えばＬＩＤＡＲシステム１００は、毎秒１０フレームのレートを実施し、（平均）１００ミリ秒で第１の深度マップ、９２ミリ秒で第２のフレーム、１４２ミリ秒で第３のフレームを生成する等とすることができる。
【0103】
図Ｃにおいて、プロセッサ１１８は、視野１２０のスキャン中に異なる持続時間に関連付けられた光パルスが視野１２０の単一の部分１２２の方へ投影されるように光源１１２の動作を制御することができる。一実施形態において、ＬＩＤＡＲシステム１００は、各フレームにおいて異なる数のパルスを発生するように動作可能であり得る。パルスの数は０から３２の間のパルス（例えば１、５、１２、２８、又はそれ以上のパルス）で変動する可能性があり、以前の放出から得られた情報に基づき得る。光パルス間の時間は所望の検出範囲に依存し、５００ｎｓから５０００ｎｓまでの間とすることができる。一例において、処理ユニット１０８は、各光パルスに関連付けられた反射についての情報をセンサ１１６から受信することができる。この情報（又は情報の欠如）に基づいて、処理ユニット１０８は追加の光パルスが必要であるか否かを判定できる。図ＡからＤにおける処理時間及び放出時間の期間は縮尺どおりでないことに留意するべきである。具体的には、処理時間は放出時間よりも著しく長い場合がある。図Ｄにおいて、処理ユニット１０２は連続波光源を含み得る。一実施形態において、初期光放出は光が放出される時間期間を含み、後続の放出は初期光放出に連続しているか、又は不連続であり得る。一実施形態において、連続的な放出の強度は経時的に変化し得る。
【0104】
本開示のいくつかの実施形態に従って、放出パターンは、視野１２０の各部分ごとに決定することができる。言い換えると、プロセッサ１１８は、視野１２０の異なる部分の照射の差別化を可能とするように光放出を制御できる。一例において、プロセッサ１１８は、同一スキャンサイクル（例えば初期放出）からの反射光の検出に基づいて、視野１２０の単一の部分１２２に対する放出パターンを決定することができる。これによってＬＩＤＡＲシステム１００は極めて動的となる。別の例において、プロセッサ１１８は、以前のスキャンサイクルからの反射光の検出に基づいて、視野１２０の単一の部分１２２に対する放出パターンを決定することができる。後続の放出について、以下のうちいずれか１つのような光源パラメータの異なる値を決定することによって、後続の放出のパターンに差が生じ得る。
ａ．後続の放出の全体的なエネルギ
ｂ．後続の放出のエネルギプロファイル
ｃ．１フレーム当たりの光パルス繰り返し数
ｄ．持続時間、レート、ピーク、平均パワー、及びパルス形状等の光変調特性
ｅ．偏光や波長等、後続の放出の波動特性
ａ．後続の放出の全体的なエネルギ
ｂ．後続の放出のエネルギプロファイル
ｃ．１フレーム当たりの光パルス繰り返し数
ｄ．持続時間、レート、ピーク、平均パワー、及びパルス形状等の光変調特性
ｅ．偏光や波長等、後続の放出の波動特性
【0105】
本開示に従って、後続の放出の差別化を異なる用途に供することができる。一例において、安全性が検討事項である視野１２０の部分では放出パワーレベルを制限すると共に、視野１２０の他の部分ではより高いパワーレベルを放出することができる（これによって信号対雑音比及び検出範囲を改善する）。これは目の安全に関連するが、更に、皮膚の安全、光学システムの安全、検知材料の安全、及びそれ以外のものにも関連し得る。別の例では、同一フレーム又は以前のフレームからの検出結果に基づいて、より有益である視野１２０の部分（例えば関心領域、遠くにあるターゲット、低反射ターゲット等）の方へ、より大きいエネルギを誘導すると共に、視野１２０の他の部分への照射エネルギを制限することができる。処理ユニット１０８は、単一のスキャンフレーム時間内で単一の瞬時視野からの検出信号を数回処理できることに留意するべきである。例えば、各パルスの放出後、又はある数のパルスの放出後に、後続の放出を決定できる。
【0106】
図５Ｂは、視野１２０の単一のフレーム時間における放出スキームの３つの例を示す。本開示の実施形態に従って、少なくとも処理ユニット１０８は、取得情報を用いて、動的にＬＩＤＡＲシステム１００の動作モードを調整する及び／又はＬＩＤＡＲシステム１００の特定のコンポーネントのパラメータ値を決定できる。取得情報は、視野１２０でキャプチャされた処理データから決定するか、又はホスト２１０から（直接的又は間接的に）受信することができる。処理ユニット１０８は、取得情報を用いて、視野１２０の異なる部分をスキャンするためのスキャンスキームを決定できる。取得情報は、現在の光条件、現在の気候条件、ホスト車両の現在の運転環境、ホスト車両の現在のロケーション、ホスト車両の現在の軌道、ホスト車両の周りの道路の現在の地形、又は光反射によって検出できる他の任意の条件もしくは物体を含み得る。いくつかの実施形態において、決定されるスキャンスキームは以下のうち少なくとも１つを含み得る。（ａ）スキャンサイクルの一部としてアクティブにスキャンされる視野１２０内の部分の指定、（ｂ）視野１２０の異なる部分における光放出プロファイルを規定する投影ユニット１０２の投影プラン、（ｃ）例えば偏向方向、周波数を規定し、リフレクタアレイ内のアイドル要素を指定するスキャンユニット１０４の偏向プラン、及び（ｄ）検出器の感度又は応答パターンを規定する検知ユニット１０６の検出プラン。
【0107】
更に処理ユニット１０８は、少なくとも部分的に、視野１２０内の少なくとも１つの関心領域及び視野１２０内の少なくとも１つの非関心領域の識別を得ることによって、スキャンスキームを決定できる。いくつかの実施形態において処理ユニット１０８は、少なくとも部分的に、視野１２０内の少なくとも１つの高い関心領域及び視野１２０内の少なくとも１つの低い関心領域の識別を得ることによって、スキャンスキームを決定できる。視野１２０内の少なくとも１つの関心領域の識別は、例えば、視野１２０内でキャプチャされた処理データから、別のセンサ（例えばカメラ、ＧＰＳ）のデータに基づいて、ホスト２１０から（直接的に又は間接的に）受信して、又は上記のもののいずれかの組み合わせによって決定され得る。いくつかの実施形態において、少なくとも１つの関心領域の識別は、監視することが重要である視野１２０内の部分、エリア、セクション、画素、又は物体の識別を含み得る。関心領域として識別される可能性のあるエリアの例は、横断歩道、移動する物体、人物、付近の車両、又は車両ナビゲーションに役立ち得る他の任意の環境条件もしくは物体を含み得る。非関心領域（又は低関心領域）として識別される可能性のあるエリアの例は、静的な（移動していない）遠くの建物、スカイライン、地平線よりも上のエリア、及び視野内の物体であり得る。視野１２０内の少なくとも１つの関心領域の識別を取得したら、処理ユニット１０８は、スキャンスキームを決定するか又は既存のスキャンスキームを変更することができる。（上述したように）光源パラメータを決定又は変更することに加えて、処理ユニット１０８は、少なくとも１つの関心領域の識別に基づいて検出器リソースを割り当てることができる。一例においては、ノイズを低減するため、処理ユニット１０８は、関心領域に相当すると予想される検出器４１０を活性化し、非関心領域に相当すると予想される検出器４１０を無効にすることができる。別の例において、処理ユニット１０８は、例えば反射パワーが低い長距離検出に対するセンサ感度を増大するように、検出器感度を変更できる。
【0108】
図５Ｂの図ＡからＣは、視野１２０をスキャンするための異なるスキャンスキームの例を示す。視野１２０内の方形はそれぞれ、少なくとも１つの偏向器１１４の瞬時位置に関連付けられた異なる部分１２２を表している。説明文５００に、方形の充填パターンによって表される光束レベルが記載されている。図Ａは、全ての部分が同じ重要度／優先度を有し、それらにデフォルト光束が割り当てられている第１のスキャンスキームを示す。第１のスキャンスキームは、始動段階で利用するか、又は別のスキャンスキームと周期的に交互に用いて予想外の物体／新しい物体について全視野を監視することができる。一例において、第１のスキャンスキームの光源パラメータは、一定振幅で光パルスを発生するように構成できる。図Ｂは、視野１２０の一部に高光束が割り当てられ、視野１２０の残り部分にデフォルト光束及び低光束が割り当てられている第２のスキャンスキームを示す。最も関心の低い視野１２０の部分に低光束を割り当てることができる。図Ｃは、視野１２０内で小型車両及びバス（シルエットを参照）が識別されている第３のスキャンスキームを示す。このスキャンスキームでは、車両及びバスの輪郭を高いパワーで追跡し、車両及びバスの中央部分に低レベルの光束を割り当てる（又は光束を割り当てない）ことができる。このような光束割り当てによって、光学予算の多くを識別された物体の輪郭に集中させ、重要度の低い中央部には少なくすることができる。
【0109】
図５Ｃは、単一のスキャンサイクル中に視野１２０の方へ向かう光の放出を示している。図示の例において、視野１２０は８×９の行列によって表現され、７２のセルの各々は、少なくとも１つの光偏向器１１４の異なる瞬時位置に関連付けられた別個の部分１２２に対応する。この例示的なスキャンサイクルにおいて、各部分は、その部分の方へ投影された光パルスの数を表す１つ以上の白いドットを含み、いくつかの部分は、センサ１１６によって検出されたその部分からの反射光を表す黒いドットを含む。図示されているように、視野１２０は、視野１２０の右側のセクタＩ、視野１２０の中央のセクタＩＩ、及び視野１２０の左側のセクタＩＩＩという３つの部分に分割されている。この例示的なスキャンサイクルにおいて、セクタＩは最初に１部分当たり単一の光パルスが割り当てられ、過去に関心領域として識別されたセクタＩＩは最初に１部分当たり３つの光パルスが割り当てられ、セクタＩＩＩは最初に１部分当たり２つの光パルスが割り当てられる。図示のように、視野１２０のスキャンによって４つの物体２０８が明らかとなっている。すなわち、近視野（例えば５から５０メートルの間）における２つの自由形状の物体、中視野（例えば５０から１５０メートルの間）における角の丸い方形の物体、及び、遠視野（例えば１５０から５００メートルの間）における三角形の物体である。図５Ｃの検討では光束の割り当ての例としてパルス数を使用するが、視野の異なる部分に対する光束の割り当ては他のやり方で実施できることに留意するべきである。例えば、パルス持続時間、パルス角分散、波長、瞬時パワー、光源１１２からの異なる距離における光子密度、平均パワー、パルスパワー強度、パルス幅、パルス繰り返し率、パルスシーケンス、パルスデューティサイクル、波長、位相、偏光、及びその他のものを使用できる。図５Ｃの単一のスキャンサイクルのような光放出の説明は、ＬＩＤＡＲシステム１００の様々な機能を例証している。第１の実施形態において、プロセッサ１１８は、２つの光パルスを用いて第１の距離にある第１の物体（例えば角の丸い方形の物体）を検出し、３つの光パルスを用いて第１の距離よりも遠い第２の距離にある第２の物体（例えば三角形の物体）を検出するように構成されている。第２の実施形態において、プロセッサ１１８は、関心領域が識別されている視野の部分に多くの光を割り当てるように構成されている。具体的には、この例において、セクタＩＩは関心領域として識別され、従って３つの光パルスが割り当てられたのに対し、視野１２０の残り部分には２つ以下の光パルスが割り当てられた。第３の実施形態において、プロセッサ１１８は、最初に１部分当たり２つの光パルスが割り当てられたセクタＩＩＩの一部である図５Ｃの部分Ｂ１、Ｂ２、及びＣ１に対し、単一の光パルスだけが投影されるように光源１１２を制御するよう構成されている。これを行う理由は、処理ユニット１０８が第１の光パルスに基づいて近視野の物体を検出したからである。また、他の検討すべき事項の結果として、最大より少ないパルス量の割り当ても実行できる。例えば、少なくともいくつかの領域において、第１の距離の物体（例えば近視野の物体）が検出されると、視野１２０のこの部分へ放出する全体的な光量を低減することができる。
【0110】
ＬＩＤＡＲシステム１００の様々なコンポーネント及びそれらに関連した機能についての更なる詳細及び例は、２０１６年１２月２８日に出願された本出願人の米国特許出願第１５／３９１，９１６号、２０１６年１２月２９日に出願された本出願人の米国特許出願第１５／３９３，７４９号、２０１６年１２月２９日に出願された本出願人の米国特許出願第１５／３９３，２８５号、２０１６年１２月２９日に出願された本出願人の米国特許出願第１５／３９３，５９３号に含まれる。これらは援用により全体が本願に含まれる。
【0111】
例示的な実施：車両
図６Ａから図６Ｃは、車両（例えば車両１１０）におけるＬＩＤＡＲシステム１００の実施を示す。上述した又は以下に記載するＬＩＤＡＲシステム１００の態様はいずれも、車両１１０に組み込んで距離検知車両を提供することができる。具体的には、この例においてＬＩＤＡＲシステム１００は、複数のスキャンユニット１０４と、場合によっては複数の投影ユニット１０２とを、単一の車両内に一体化している。一実施形態において、車両はそのようなＬＩＤＡＲシステムを利用して、重複ゾーン内及び重複ゾーンを超えた所でのパワー、範囲、及び精度の向上、更に、ＦＯＶの感度の高い部分（例えば車両の前方移動方向）における冗長性の向上が可能となる。図６Ａに示されているように、車両１１０は、視野１２０Ａのスキャンを制御するための第１のプロセッサ１１８Ａと、視野１２０Ｂのスキャンを制御するための第２のプロセッサ１１８と、これら２つの視野のスキャンの同期を制御するための第３のプロセッサ１１８Ｃと、を含み得る。一例において、プロセッサ１１８Ｃは車両コントローラとすることができ、第１のプロセッサ１１８Ａと第２のプロセッサ１１８との間の共有インタフェースを有し得る。共有インタフェースは、時間的及び／又は空間的スペースにおける重複を形成するため、中間処理レベルでのデータ交換及び組み合わせ視野のスキャンの同期を可能とする。一実施形態において、共有インタフェースを用いて交換されるデータは、（ａ）重複した視野及び／又はその近傍の画素に関連付けられた受信信号の飛行時間、（ｂ）レーザステアリング位置ステータス、（ｃ）視野内の物体の検出ステータスとすることができる。
図６Ａから図６Ｃは、車両（例えば車両１１０）におけるＬＩＤＡＲシステム１００の実施を示す。上述した又は以下に記載するＬＩＤＡＲシステム１００の態様はいずれも、車両１１０に組み込んで距離検知車両を提供することができる。具体的には、この例においてＬＩＤＡＲシステム１００は、複数のスキャンユニット１０４と、場合によっては複数の投影ユニット１０２とを、単一の車両内に一体化している。一実施形態において、車両はそのようなＬＩＤＡＲシステムを利用して、重複ゾーン内及び重複ゾーンを超えた所でのパワー、範囲、及び精度の向上、更に、ＦＯＶの感度の高い部分（例えば車両の前方移動方向）における冗長性の向上が可能となる。図６Ａに示されているように、車両１１０は、視野１２０Ａのスキャンを制御するための第１のプロセッサ１１８Ａと、視野１２０Ｂのスキャンを制御するための第２のプロセッサ１１８と、これら２つの視野のスキャンの同期を制御するための第３のプロセッサ１１８Ｃと、を含み得る。一例において、プロセッサ１１８Ｃは車両コントローラとすることができ、第１のプロセッサ１１８Ａと第２のプロセッサ１１８との間の共有インタフェースを有し得る。共有インタフェースは、時間的及び／又は空間的スペースにおける重複を形成するため、中間処理レベルでのデータ交換及び組み合わせ視野のスキャンの同期を可能とする。一実施形態において、共有インタフェースを用いて交換されるデータは、（ａ）重複した視野及び／又はその近傍の画素に関連付けられた受信信号の飛行時間、（ｂ）レーザステアリング位置ステータス、（ｃ）視野内の物体の検出ステータスとすることができる。
【0112】
図６Ｂは、視野１２０Ａと視野１２０Ｂとの間の重複領域６００を示す。図示する例において、重複領域は、視野１２０Ａからの２４の部分１２２及び視野１２０Ｂからの２４の部分１２２に関連している。重複領域が規定されてプロセッサ１１８Ａ及び１１８に既知であると仮定すると、各プロセッサは、複数の光源の光を対象とした目の安全の限度に従うため、又は光学予算を維持するといった他の理由から、重複領域６００に放出される光の量を制限するように設計できる。更に、プロセッサ１１８Ａ及び１１８は、スキャンユニット１０４Ａとスキャンユニット１０４Ｂとの間のゆるい同期によって、及び／又はレーザ伝送タイミングの制御によって、及び／又は検出回路を有効にするタイミングによって、２つの光源が放出する光の干渉を回避できる。
【0113】
図６Ｃは、視野１２０Ａと視野１２０Ｂとの間の重複領域６００をどのように用いて車両１１０の検出距離を増大させ得るかを示している。本開示に従って、重複ゾーン内に公称光放出を投影する２つ以上の光源１１２を利用することで、有効検出範囲を増大できる。「検出範囲」という用語は、ＬＩＤＡＲシステム１００が物体を明瞭に検出できる車両１１０からのおおよその距離を含み得る。一実施形態において、ＬＩＤＡＲシステム１００の最大検出範囲は約３００メートル、約４００メートル、又は約５００メートルである。例えば２００メートルの検出範囲では、ＬＩＤＡＲシステム１００は、車両１１０から２００メートル（又はそれ以下）に位置する物体を、時間のうち９５％超、９９％超、９９．５％超で検出し得る。物体の反射率が５０％未満（例えば２０％未満、１０％未満、又は５％未満）である場合も。更に、ＬＩＤＡＲシステム１００は１％未満の誤警報率を有し得る。一実施形態において、時間的及び空間的スペースに配置された２つの光源からの投影光を用いて、ＳＮＲを改善し、従って重複領域に位置する物体の範囲及び／又はサービス品質を向上させることができる。プロセッサ１１８Ｃは、視野１２０Ａ及び１２０Ｂにおける反射光から高レベルの情報を抽出できる。「情報を抽出する」という用語は、当業者に既知の任意の手段によって、キャプチャした画像データ内で、物体、個体、ロケーション、イベント等に関連した情報を識別する任意のプロセスを含み得る。更に、プロセッサ１１８Ａ及び１１８Ｂは、物体（道路の区切り、背景、歩行者、車両等）や運動ベクトルのような高レベル情報を共有することで、各プロセッサがもうすぐ関心領域になりそうな周辺領域に注意を向けることを可能とする。例えば、視野１２０Ａ内の移動中の物体が間もなく視野１２０Ｂ内に入ることを判定できる。
【0114】
例示的な実施：調査システム
図６Ｄは、調査システムにおけるＬＩＤＡＲシステム１００の実施を示している。上述のように、ＬＩＤＡＲシステム１００は静止物体６５０に固定することができ、静止物体６５０は、より広い視野を得るためＬＩＤＡＲシステム１００の筐体を回転させるためのモータ又は他の機構を含み得る。あるいは、調査システムが複数のＬＩＤＡＲユニットを含むことも可能である。図６Ｄに示す例では、調査システムは単一の回転可能ＬＩＤＡＲシステム１００を用いて、視野１２０を表す３Ｄデータを取得すると共に、この３Ｄデータを処理して、人物６５２、車両６５４、環境の変化、又は他の任意の形態のセキュリティにとって重要なデータを検出することができる。
図６Ｄは、調査システムにおけるＬＩＤＡＲシステム１００の実施を示している。上述のように、ＬＩＤＡＲシステム１００は静止物体６５０に固定することができ、静止物体６５０は、より広い視野を得るためＬＩＤＡＲシステム１００の筐体を回転させるためのモータ又は他の機構を含み得る。あるいは、調査システムが複数のＬＩＤＡＲユニットを含むことも可能である。図６Ｄに示す例では、調査システムは単一の回転可能ＬＩＤＡＲシステム１００を用いて、視野１２０を表す３Ｄデータを取得すると共に、この３Ｄデータを処理して、人物６５２、車両６５４、環境の変化、又は他の任意の形態のセキュリティにとって重要なデータを検出することができる。
【0115】
本開示のいくつかの実施形態に従って、３Ｄデータは、小売業プロセスを監視するため分析することができる。一実施形態において、３Ｄデータは、物理的なセキュリティを必要とする小売業プロセスで使用できる（例えば、小売施設内への侵入、小売施設の内部又は周囲での破壊行為、保護エリアへの不正アクセス、及び駐車場内の自動車の周囲での不審な行動の検出）。別の実施形態において、３Ｄデータは、公共の安全のために使用できる（例えば、店舗敷地で滑って転ぶ人、店舗の床に危険な液体をこぼすこと又はそれによる通行妨害、店舗の駐車場での襲撃又は誘拐、火災非常口の通行妨害、及び店舗エリア内又は店舗外での混雑の検出）。別の実施形態において、３Ｄデータはビジネス機密データ収集のために使用できる（例えば、店舗エリアを通る人を追跡して、何人が通過するか、どこで立ち止まるか、どのくらいの間立ち止まるか、彼らの買い物習慣がどのように購買習慣と比較されるかを明らかにする）。
【0116】
本開示の他の実施形態に従って、３Ｄデータは、交通違反の取り締まりのために分析し使用することができる。具体的には、３Ｄデータを用いて、法定最高速度又は何らかの他の道路交通法の要件を超えて走行している車両を識別できる。一例では、ＬＩＤＡＲシステム１００を用いて、信号が赤である時に一時停止線又は指定の停止位置を超えている車両を検出できる。別の例では、ＬＩＤＡＲシステム１００を用いて、公共交通機関用に確保された車線を走行している車両を識別できる。更に別の例では、ＬＩＤＡＲシステム１００を用いて、赤信号では特定の方向転換が禁止されている交差点で方向転換している車両を識別できる。
【0117】
組込み発熱抵抗体を備えたＭＥＭＳミラーアセンブリ
【0118】
可動コンポーネントを含む微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、及び特にＭＥＭＳミラーまたは他の大きな表面が低温で動作するのを可能にするために、新規のＭＥＭＳシステムが以下で説明され、それは、１つ以上の組込み発熱抵抗体を含む。ＭＥＭＳシステムの１つ以上のコンポーネント（例えば、アクチュエータ）を加熱するように構成された１つ以上の組込み発熱体を有することは、ＭＥＭＳシステムが動作する最適環境を維持するのに役立ち得る。
【0119】
本開示は、スキャンＬＩＤＡＲシステムの一部であり得るＭＥＭＳシステムのＭＥＭＳミラーアセンブリの例を提供するが、本開示の態様はそれらの最も広い意味において、ＬＩＤＡＲシステムのためのＭＥＭＳアセンブリに制限されないことに留意すべきである。むしろ、前述の原理は他のタイプの電気光学システム（例えば、カメラ、距離計、電子顕微鏡）にも適用され得ることが企図される。
【0120】
図３Ａ～図３Ｄは、例示的なＭＥＭＳスキャンデバイス１０４を示す。加えて、本開示はＭＥＭＳミラーを含むＭＥＭＳシステムを説明するが、ピストンまたはバルブ等の、ＭＥＭＳ機能表面を含む他のタイプのＭＥＭＳシステムも企図される。例えば、ＭＥＭＳミラーを含む代わりに、ＭＥＭＳシステムは光を誘導する表面を枢動させるように構成された圧電的に活性化されるコンポーネント（例えば、ピストン、バルブ）を含み得る。一例として、ＭＥＭＳシステムは圧電的に活性化される枢動表面を含み得る。
【0121】
いくつかの実施形態では、例示的なＭＥＭＳシステムは、少なくとも１つの軸の周りを動くように構成されたＭＥＭＳミラー及びＭＥＭＳミラーの動きを引き起こすように構成された少なくとも１つのアクチュエータを含むＭＥＭＳアセンブリを含み得る。ＭＥＭＳミラーアセンブリは、電流が発熱体を流れるときにアクチュエータの少なくとも一部を加熱するように構成された少なくとも１つの発熱体も含み得る。いくつかの実施形態では、ＭＥＭＳミラーアセンブリは、単一のウェーハダイから作られ得る。他の実施形態では、ＭＥＭＳミラーアセンブリは、一緒に固定された２つ以上のウェーハダイ（例えば、密閉されたコンパートメントを形成するために一緒に接着されているガラスウェーハ及びシリコンウェーハ）から作られ得る。
【0122】
図７Ａ、図７Ｂ及び図８は、本開示のいくつかの実施形態に従った、例示的なＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａ、７００Ｂ、及び８００を示す。ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａ、７００Ｂ、及び８００は、ある場合には個別に説明されているが、１つのＭＥＭＳミラーアセンブリの１つ以上のコンポーネントは他のＭＥＭＳミラーアセンブリで使用され得る。ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａは、フレーム７１１、ＭＥＭＳミラー７０１、１つ以上のアクチュエータ（例えば、アクチュエータ７２１、７２２、７２３、７２４）、１つ以上の相互接続要素７４１、７４２、７４３、７４４、及び１つ以上の発熱体（例えば、発熱抵抗体７５１、７５２、７５３、７５４）を含み得る。フレーム７１１は、ＭＥＭＳミラー７０１がフレーム７１１に対して１つ以上の回転軸の周りを枢動するのを可能にしながら、ＭＥＭＳミラーを構造的に支持し得る。ＭＥＭＳミラー７０１は、反射面を含み得る。ＭＥＭＳミラー７０１は、フレーム７１１に対して平行移動可能であり得、かつ／またはフレーム７１１に対して１つ以上の軸の周りを回転可能であり得る、という点においてＭＥＭＳミラー７０１は可動ＭＥＭＳミラーであり得る。相互接続要素７４１、７４２、７４３、及び７４４はＭＥＭＳミラー７０１に結合されて、ＭＥＭＳミラー７０１が少なくとも１つの回転軸の周りを回転するのを促進するように構成され得る。アクチュエータ７２１、７２２、７２３、及び７２４は、相互接続要素７４１、７４２、７４３、及び７４４の１つ以上に機械力を印加して、ＭＥＭＳミラーのフレームに対する平行移動または回転移動を引き起こし得る。発熱抵抗体７５１、７５２、７５３、及び７５４は、アクチュエータ７２１、７２２、７２３、及び７２４の１つ以上を加熱するように構成され得る。必ずしもそうとは限らないが、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａは、スキャンユニット１０４及び／または光偏向器１１４に関して（例えば、図３Ａ及び図３Ｂに関して）説明した任意の構造または機能性を実装し得る。
【0123】
いくつかの実施形態では、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａは、コントローラ７６１、電源７７１、及び１つ以上のセンサ（図示せず）も含み得る。コントローラ７６１は、発熱抵抗体の１つ以上の活性化を制御するように構成され得る。例えば、コントローラ７６１は、発熱抵抗体７５１への電流の印加を制御し得、それにより近くのアクチュエータ（例えば、アクチュエータ７２１）を加熱する。いくつかの実施形態では、コントローラ７６１は、１つ以上のアクチュエータの活性化を制御するようにも構成され得る。電源７７１は、加熱のために電力を供給するように構成され得る。いくつかの実施形態では、電源７７１は、コントローラ７６１にも電力を供給し得る。１つ以上のセンサは、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａが動作する条件を監視するように構成され得る。例えば、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａは、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａの１つ以上のコンポーネントの温度を監視するように構成された１つ以上の温度センサを含み得る。センサは、それが監視する条件（複数可）に関連した信号及び／または情報をコントローラ７６１に送信するようにも構成され得る。
【0124】
フレーム７１１は、ＭＥＭＳミラーがフレームに対して回転及び／または平行移動するのが可能であり得るように、ＭＥＭＳミラーが取り付けられ得る任意の支持構造を含み得る。例えば、フレーム７１１は、ＭＥＭＳミラーがフレームに対して１つ以上の回転軸の周りを枢動するのを可能にしながらＭＥＭＳミラーを構造的に支持し得るＭＥＭＳミラーを製造するために使用されたウェーハダイの一部を含み得る。
【0125】
いくつかの実施形態では、フレーム７１１は、１つ以上のアクチュエータ（例えば、アクチュエータ７２１、７２２、７２３、及び７２４）及び／または相互接続要素（例えば、相互接続要素７４１、７４２、７４３、７４４）を除いて、ＭＥＭＳミラー７０１のアクティブエリア（フレーム７１１の平面から、またはそうでなければフレーム７１１に関してもっと、動くことができる任意の部分）から間隔を空けられ得る。フレーム７１１は、連続フレームまたは２つ以上の別個の部分から成るフレームを含み得る。例えば、フレームは、１つ以上のシリコン層を含むウェーハ層から作られ得、１つ以上のシリコン層は恐らくは、ＭＥＭＳミラーの一部である少なくとも１つのシリコン層を含む。シリコン以外の材料の層も使用され得る。
【0126】
ＭＥＭＳミラー７０１は、光がその最初の経路から逸脱するのを可能にするように構成され得る。ＭＥＭＳミラー７０１は、フレーム７１１に対して平行移動可能であり得、かつ／またはフレーム７１１に対して１つ以上の軸の周りを回転可能であり得る、という点においてＭＥＭＳミラー７０１は可動ＭＥＭＳミラーであり得る。例えば、ＭＥＭＳミラー７０１は、図７Ａに示されるように、平行移動可能、または例示的な軸７８１、７８２、及び／もしくは７８３の周りを回転可能であり得る（図の平面に入る）。例えば、ＭＥＭＳミラー７０１は、フレーム７１１の平面内で回転され得る。
【0127】
いくつかの実施形態では、ＭＥＭＳミラー７０１は、ウェーハの平面（またはフレーム７１１）に関して回転する回転可能部分を備えたＭＥＭＳ構造を含み得る。代替または追加として、ＭＥＭＳミラー７０１は、ウェーハの平面（またはフレーム７１１）に関して平行移動する平行移動可能部分を備えたＭＥＭＳ構造を含み得る。いくつかの例示的な実施形態では、回転可能部分（及び／または平行移動可能部分）は、光源からの光を反射または偏向させることが可能なＭＥＭＳミラーを形成するために反射コーティングもしくは表面を含み得る。ＭＥＭＳミラー７０１は、図７Ａ（及び図Ｂ）では円形を有しているとして示されているが、ＭＥＭＳミラー７０１は、正方形、多角形（例えば、八角形）、楕円形、またはＭＥＭＳアセンブリとの使用に適した任意の他の幾何形状を有し得ることが企図される。本開示はＭＥＭＳミラー及びフレームの例を説明しているが、本開示の態様はその最も広い意味において、ＭＥＭＳミラー及び／またはフレームの開示される例に制限されないことに留意すべきである。
【0128】
ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａは、ＭＥＭＳミラー７０１が少なくとも１つの軸（例えば、軸７８１、７８２、及び／または７８３）の周りを枢動するのを引き起こすように構成された１つ以上のアクチュエータを含み得る。アクチュエータ（例えば、アクチュエータ７２１、７２２、７２３、７２４）は、ＭＥＭＳミラーのフレームに対する平行移動及び／または回転移動を引き起こすことが可能である得るＭＥＭＳミラーアセンブリの１つ以上の可動構造部材を含み得る。開示されるアクチュエータは、ＭＥＭＳミラーアセンブリの一体的な部分であり得るか、またはＭＥＭＳミラーアセンブリから分かれて別個であり得る。開示されるアクチュエータは、開示されるＭＥＭＳミラーに直接または間接的に取り付けられ得る。いくつかの実施形態では、ミラーアセンブリ７００Ａの１つ以上のアクチュエータは、２０１８年１１月２８日に出願された「ＬＩＤＡＲ ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ」というタイトルの国際出願第ＰＣＴ／ＩＢ２０１８／００１４６７号に開示されているアクチュエータの１つ以上であり得、その国際出願は参照により全体として本明細書に組み込まれる。
【0129】
いくつかの実施形態では、アクチュエータは、アクチュエータ本体（例えば、シリコンで作られた）及び圧電要素を含み得る。例として、アクチュエータ７２１は、本体（その部品番号は示されていない）及び圧電要素７３１を含み得る。同様に、アクチュエータ７２２、７２３、及び７２４の各々は、本体及び対応する圧電要素７３２、７３３、または７３４を含み得る。圧電要素は、電界に曝されると、本体を曲げてアクティブエリアを動かすように構成され得る。
【0130】
いくつかの実施形態では、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａは、２つ以上のタイプのアクチュエータを含み得る。異なるタイプのアクチュエータは、アクティブエリアの異なる方向における動きを可能にする。アクチュエータ７２１及び７２２は、異なるタイプのアクチュエータであり得る。圧電要素７３１は、第１の電界に曝されると、アクチュエータ７２１の本体を曲げて、ＭＥＭＳミラー７０１を第１の方向に動かすように構成され得、圧電要素７３２は、第２の電界に曝されると、アクチュエータ７２２の本体を曲げて、ＭＥＭＳミラー７０１を第２の方向に動かすように構成され得る。
【0131】
ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａは、１つ以上のアクチュエータがそれを介してＭＥＭＳミラー７０１に結合される１つ以上の相互接続要素（例えば、相互接続要素７４１、７４２、７４３、７４４）も含み得る。例えば、相互接続要素７４１は、アクチュエータ７２１の１つ以上の作動アーム、作動アームと関連付けられたばね（図示せず）、及びＭＥＭＳミラー７０１の間に電気的及び／または機械的接続を提供し得る。いくつかの例示的な実施形態では、相互接続要素は、作動アームの１つ以上、ばね、及び／またはＭＥＭＳミラー７０１に直接的に取り付けられ得る。代替または追加として、相互接続要素は、相互に結合され得、かつ１つ以上の作動アーム、ばね、及び／またはＭＥＭＳミラー７０１に取り付けられ得る、２つ以上のコネクタ部材を含み得る。いくつかの実施形態では、相互接続要素７４１は、２０１８年１１月２８日に出願された「ＬＩＤＡＲ ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ」というタイトルの国際出願第ＰＣＴ／ＩＢ２０１８／００１４６７号に開示されている１つ以上のコネクタを含み得、その国際出願は参照により全体として本明細書に組み込まれる。相互接続要素は、シリコン、金属、またはＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａにおいて使用される任意の他の材料から作られ得る。相互接続要素は、アクチュエータ内、ＭＥＭＳミラー７０１内、またはその両方に存在する１つ以上のウェーハ層の延長として作られ得る。
【0132】
ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａは、ＭＥＭＳミラーアセンブリの１つ以上のコンポーネント（またはその部分）を加熱するように構成された１つ以上の発熱体（例えば、発熱抵抗体７５１、７５２、７５３、及び７５４）を更に含む。例えば、発熱体は、電流が発熱抵抗体７５１を流れるときにアクチュエータ７２１の圧電要素７３１を加熱するように構成された発熱抵抗体７５１であり得る。同様に、発熱抵抗体７５２、７５３、及び７５４は、電流が対応する発熱抵抗体を流れるときにそれぞれ、圧電要素７３２、７３３、及び７３４を加熱するように構成され得る。
【0133】
いくつかの実施形態では、例えば、図７Ａに示されるように、ＭＥＭＳミラーアセンブリは、複数の発熱抵抗体を含み得、その各々はＭＥＭＳミラーアセンブリの１つのコンポーネントを加熱するように構成され得る。代替または追加として、ＭＥＭＳミラーアセンブリは、１つのコンポーネントを加熱するために２つ以上の発熱抵抗体を含み得る。例えば、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａは、圧電要素７３１を加熱するために発熱抵抗体７５１及び別の発熱抵抗体（図示せず）を含み得る。コントローラ７６１は、本開示の別の箇所で記載されるとおり、圧電要素７３１を加熱するために発熱抵抗体を制御し得る。例えば、コントローラ７６１は、圧電要素７３１の温度が閾値を下回る場合、発熱抵抗体を活性化することを決定し得る。コントローラ７６１はまた、回路を介して発熱抵抗体の各々に電流を流すために電源７７１も制御し得る。発熱抵抗体は、コンポーネント上に（または近接して）均一的に実装され得る。代替として、発熱抵抗体は、コンポーネント上に（または近接して）均一的に実装されない可能性がある。例えば、第１の発熱抵抗体は相互接続要素７４１（すなわち、アクチュエータ７２１のフレーム７１１への接続）の近くに実装され得、第２の発熱抵抗体７５１はアクチュエータ７２１のアーム上に（または近接して）実装され得る。いくつかの実施形態では、第１及び第２の発熱抵抗体は同じタイプまたは異なるタイプであり得る。代替または追加として、コントローラ７６１は、同じ電流または異なる電流を第１及び第２の発熱抵抗体に供給するために電源７７１を制御し得る。
【0134】
いくつかの実施形態では、コントローラ７６１は、異なる電流を異なる発熱抵抗体に供給するために電源７７１を制御し得る。例えば、電源７７１は、第１の電流を発熱抵抗体７５１に、及び第１の電流とは異なる（例えば、もっと大きいか、または小さい電流）、第２の電流を発熱抵抗体７５１に供給し得る。
【0135】
いくつかの実施形態では、ＭＥＭＳミラーアセンブリは、２つ以上のコンポーネントを加熱するように構成された１つの発熱体を含む。例として、図７Ｂに示されるように、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ｂは、電流が発熱抵抗体７５６を流れるときにアクチュエータ７２１、７２２、７２３、及び７２４（または圧電要素７３１、７３２、７３３、及び７３４）を加熱するように構成された発熱抵抗体７５６を含み得る。いくつかの実施形態では、発熱抵抗体７５１、７５２、７５３、及び／または７５４は、コンポーネントの温度を示す情報に応答してＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａの１つ以上のコンポーネント（例えば、そのアクチュエータ７２１及び／または圧電要素７３１）を加熱するように構成され得る。例えば、コントローラ７６１は、圧電要素７３１の温度が閾値を下回っていることを示す情報を受信し得る。コントローラ７６１はまた、圧電要素７３１を加熱するために電源７７１を制御して電流を発熱抵抗体７５１に供給し得る。
【0136】
いくつかの実施形態では、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａの発熱抵抗体は同じタイプであり得る。代替として、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａは、２つ以上の異なるタイプの発熱抵抗体を含み得る。例えば、発熱抵抗体７５１は、発熱抵抗体７５２（または他の発熱抵抗体）とは異なる全抵抗、発熱量、もしくは同様のもの、またはそれらの組み合わせを有し得る。
【0137】
いくつかの実施形態では、発熱抵抗体（例えば、発熱抵抗体７５１、７５２、７５３、７５４、及び７５６の１つ）は、全抵抗を１／４～５キロオームの範囲で有し得る。いくつかの実施形態では、発熱抵抗体の全抵抗は、１／４～１オーム、１～１０オーム、１０～５０オーム、５０～１００オーム、１００～５００オーム、５００～１０００オーム、１～２キロオーム、及び２～５キロオームの部分範囲に制限され得る。
【0138】
いくつかの実施形態では、発熱抵抗体（例えば、発熱抵抗体７５１、７５２、７５３、７５４、及び７５６）は、発熱量を５～５０００ミリワットの範囲で有し得る。いくつかの実施形態では、発熱抵抗体の発熱量は、５～１０ミリワット、１０～５０ミリワット、５０～１００ミリワット、及び１００～５００ミリワットの部分範囲に制限され得る。
【0139】
いくつかの実施形態では、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａは、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａが動作する条件を監視するように構成された様々なセンサ（図示せず）を含み得る。例えば、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａは、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａの１つ以上のコンポーネントの温度を監視するように構成された１つ以上の温度センサを含み得る。例えば、温度センサ（例えば、抵抗温度センサ）は、アクチュエータ７２１（及び／または圧電要素７３１）の温度を測定するように構成され得る。代替または追加として、温度センサはＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａの周囲温度を監視するように構成され得る。
【0140】
センサは、それが監視する条件（複数可）に関連した信号及び／または情報をコントローラ７６１に送信するように構成され得る。例えば、センサは、圧電要素７３１の温度を示す情報をコントローラ７６１に送信し得、コントローラ７６１は、受信した情報に基づいて圧電要素７３１を加熱するために１つ以上の発熱抵抗体を活性化させるかどうかを判断し得る。センサによる温度の測定（または監視）は、連続的または断続的であり得る。代替または追加として、センサは、コントローラ７６１から制御信号を受信して、温度を測定し、それが取得する温度情報をコントローラ７６１に送信し得る。センサは、例えば、ＭＥＭＳミラーアセンブリの１つ以上のコンポーネントの動作への変化する温度の影響を測定することにより、温度を直接または間接的に測定し得る。例として、コントローラ７６１は、アクチュエータ７２１によってＭＥＭＳミラー７０１を作動させるための電圧を示す情報を受信して、センサに送信される制御信号を生成し得る。コントローラ７６１は、温度を示すデータを生成するために他のセンサからのデータも使用し得る。例えば、ＭＥＭＳミラーを動かすために必要な電圧に関する情報は、温度を評価するためにアクチュエータによって引き起こされた動きの程度を示す動きフィードバックデータと一緒に使用され得る。制御信号を受信後、センサはアクチュエータ７２１（または圧電要素７３１）の温度を測定し、温度情報をコントローラ７６１に送信し得る。
【0141】
いくつかの実施形態では、センサは、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａの一部として実装され得る。例えば、センサは、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａのコンポーネント上に（または近接して）実装され得る。例として、センサは、フレーム７１１、ＭＥＭＳミラー７０１、アクチュエータ７２１、７２２、７２３、及び７２４（またはその圧電要素）の１つ、コントローラ７６１、もしくは同様のもの、またはその組み合わせ上に実装され得る。他の実施形態では、センサは、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａの外部に実装され得る（例えば、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａの周りの周囲温度を測定するように構成されたＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａの外部の温度センサ）。
【0142】
いくつかの実施形態では、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａは、コントローラ７６１及び電源７７１も含み得る。コントローラ７６１は、１つ以上のプロセッサ、マイクロプロセッサ、もしくは同様のもの、またはそれらの組み合わせを含み得る。コントローラ７６１は、１つ以上の発熱抵抗体７５１、７５２、７５３、及び７５４の活性化を制御するように構成され得る。例えば、コントローラ７６１は、発熱抵抗体の１つ以上に電流を供給するために電源７７１を制御し得る。代替または追加として、コントローラ７６１は、１つ以上のアクチュエータ７２１、７２２、７２３、及び７２４の作動を制御し得る。例えば、コントローラ７６１は、アクチュエータに印加される電界を制御し、それによりアクチュエータの作動を活性化（または非活性化）し得る。いくつかの実施形態では、コントローラ７６１は、アクチュエータ、発熱抵抗体、及び電源７７１の少なくとも１つと同じチップ上に実装され得る。他の実施形態では、コントローラ７６１は、ＭＥＭＳミラーアセンブリの外部コンポーネントとして（例えば、ＬＩＤＡＲシステムのプロセッサ１１８の部分として）実装され得る。
【0143】
電源７７１は、加熱のために１つ以上の発熱抵抗体に電力を供給するように構成され得る。電源７７１は、電池、ＡＣ電源、ＤＣ電源、充電可能コンデンサ、もしくは同様のもの、またはそれらの組み合わせであり得る。いくつかの実施形態では、電源７７１は、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａの部分である電源（例えば、内部電源）を含み得る。代替または追加として、電源７７１は、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａの外部の電源を含み得る。
【0144】
いくつかの実施形態では、電源７７１は、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａの様々なコンポーネント（例えば、アクチュエータ、発熱抵抗体、コントローラ、様々なセンサ）に電気的に結合され得る。電源７７１は、コントローラ７６１の外部であり得る。代替として、電源７７１及びコントローラ７６１は、単一のユニットとして一体化され得る。いくつかの実施形態では、コントローラ７６１及び電源７７１は、ＭＥＭＳミラーアセンブリに電気的に結合され得るが、ＭＥＭＳミラーアセンブリの外部であり得る。例えば、コントローラ７６１（及び／または電源７７１）は、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａの外部に（例えば、ＭＥＭＳミラーアセンブリを含むＬＩＤＡＲシステムの別の部分として）実装され得る。
【0145】
いくつかの実施形態では、コントローラ７６１は、ＭＥＭＳミラーアセンブリ（またはそのコンポーネント）からの温度読取りに基づき、選択的に電源７７１に発熱抵抗体を通る電流を印加させ得る。例えば、コントローラ７６１は、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａからの温度読取り（例えば、圧電要素７３１からの温度読取り）に基づき、選択的に電流を発熱抵抗体７５１に供給する（しかし、発熱抵抗体７５２、７５３、または７５４には供給しない）ために電源７７１を制御するように構成され得る。例として、コントローラ７６１は、温度読取りが閾値温度よりも低い場合、選択的に電源７７１に発熱抵抗体７５１を通る電流を印加させ得る。
【0146】
いくつかの実施形態では、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａの２つ以上のコンポーネント（例えば、フレーム７１１、ＭＥＭＳミラー７０１、アクチュエータ７２１、発熱抵抗体７５１の１つ以上）は、単一のウェーハ上に製造され得、共通の層（例えば、共通のシリコン層、共通のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）層）を共有し得る。例えば、発熱抵抗体７５１、７５２、７５３、及び７５４の１つ以上は、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａのウェーハの金属層上に実装され得る。代替または追加として、発熱抵抗体７５１、７５２、７５３、及び７５４の１つ以上は、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａのウェーハのシリコン系層のドープ領域上に実装され得る。シリコン系層は、シリコン、ポリシリコン、ドープ（または一部ドープ）シリコン、ドープ（または一部ドープ）ポリシリコン、またはシリサイド等の任意の他のシリコン系材料で作られ得る。別の例として、電界を圧電要素に印加するために使用される少なくとも１つの電極は、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａのウェーハの金属層上に実装され、発熱抵抗体７５１、７５２、７５３、及び７５４の１つ以上は、圧電作動のために使用される電極と同じ金属層上に実装され得る。
【0147】
ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａは、追加のコンポーネント、例えば、コントローラ７６１、電源７７１、センサ（例えば、温度センサ）、光学コンポーネント、構造要素、ケーシング等、も含み得る。かかる追加のコンポーネントは、ＭＥＭＳミラーと同じウェーハ上、別のウェーハ上に実装され得るか、または別の方法でＭＥＭＳミラー７０１のウェーハと一体化され得る。
【0148】
いくつかの実施形態では、１つ以上の発熱抵抗体は、ＭＥＭＳミラーアセンブリのコンポーネント上に実装され得る。例えば、１つ以上の発熱抵抗体はアクチュエータ上に実装され得る。代替または追加として、１つ以上の発熱抵抗体はフレーム上に実装され得る。例として、１つ以上の発熱抵抗体は、アクチュエータに隣接したフレームのエッジ上に実装され得る。
【0149】
いくつかの実施形態では、１つ以上の発熱抵抗体は、ＭＥＭＳミラーアセンブリの非可動部分上に、例えば、アクチュエータに隣接して、実装され得る。例えば、ＭＥＭＳミラーアセンブリは、１つ以上の固定シリコン片を含み得、１つ以上の発熱抵抗体は、固定シリコン片の少なくとも１つの上に実装され得る。
【0150】
図８は、４つの固定シリコン片を含む例示的なＭＥＭＳミラーアセンブリ８００を示す。図７Ａに示されるＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａと同様、図８の例示的なＭＥＭＳミラーアセンブリ８００は、ＭＥＭＳミラー８０２、フレーム８０４、ならびにアクチュエータ８１２Ａ、８１４Ａ、８１６Ａ、及び８１８Ａを含み得る。図８のＭＥＭＳミラーアセンブリ８００のアクチュエータ８１２Ａは、作動アーム８２４及びシリコン片８２５を含み得る。シリコン片８２５は固定で、ＭＥＭＳミラーアセンブリ８００に対して非可動であり得る。シリコン片８２５は、作動アーム８２４に隣接して配置され得、作動アーム８２４から間隙８２８によって分離され得る。作動アーム８２４は、相互接続要素８３０を用いてＭＥＭＳミラー８０２に結合され得る。しかし、シリコン片８２５は、ＭＥＭＳミラー８０２に機械的にも電気的にも結合されていない可能性がある。ＭＥＭＳミラーアセンブリ８００のシリコン片８２５は、作動アーム８２４とＭＥＭＳミラー８０２との間に配置されて、作動アーム８２４とＭＥＭＳミラー８０２から間隔を空けられ得る。更に、シリコン片８２５は、ＭＥＭＳミラー８０２に結合されていない場合、ＭＥＭＳミラーアセンブリ８００の第２の作動アーム８２６に類似し得る。
【0151】
同様に、アクチュエータ８１４Ａ、８１６Ａ、及び８１８Ａの各々は、それぞれ、１つの作動アーム８３４、８４４、及び８５４を含み得る。同様に図８に示されるように、アクチュエータ８１４Ａ、８１６Ａ、及び８１８Ａは、それぞれ、シリコン片８３５、８４５、及び８５５を、それぞれ、間隙８３８、８４８、及び８５８によってそれぞれの作動アーム８３４、８４４、及び８５４から分離されて、含み得る。追加として、作動アーム８３４、８４４、及び８５４は、それぞれ、相互接続要素８４０、８５０、及び８６０を用いてＭＥＭＳミラー８０２に結合され得る。シリコン片８３５、８４５、及び８５５は、作動アーム８３６、８４６、及び８５６がＭＥＭＳミラー８０２に結合されていない場合、それぞれ、作動アーム８３６、８４６、及び８５６に類似し得る。いくつかの実施形態では、シリコン片８２５、８３５、８４５、及び８５５の１つ以上は、アクチュエータ及びミラーが実装されているシリコン層に属し得る。
【0152】
１つ以上の発熱抵抗体（例えば、発熱抵抗体８６２、８６４、８６６、及び８６８）は、シリコン片８２５、８３５、８４５、及び８５５の各々上に実装され得、それらは固定であり得る。発熱抵抗体は、電流が流れるときに対応するアクチュエータ（及び／またはその圧電要素）を加熱するように構成され得る。
【0153】
図９は、開示される実施形態に従った例示的な加熱プロセス９００のフローチャートである。加熱プロセス９００の１つ以上のステップは、コントローラ７６１（及び／または、本明細書で説明されるコントローラの他の実施形態、例えば、ＬＩＤＡＲシステムのプロセッサ１１８）によって実行され得る。加熱プロセスは、本明細書では、図７Ａに示されるＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａのコンポーネントを使用して説明されるが、それは、本開示で説明される他の例示的なＭＥＭＳミラーアセンブリに適用され得る。
【0154】
ステップ９０１で、温度情報が受信され得る。いくつかの実施形態では、ステップ９０１は、コントローラ（例えば、コントローラ７６１、プロセッサ１１８）によって実行され得る。例えば、コントローラ７６１は温度情報を受信し得る。いくつかの実施形態では、コントローラ７６１は、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａのコンポーネントを示す情報を温度センサから受信し得る。例えば、アクチュエータ７２１に近接したセンサは、アクチュエータ７２１（または圧電要素７３１）の温度を測定し、温度を示す情報をコントローラ７６１に送信し得る。別の例として、コントローラ７６１は、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａの周辺の周囲温度を示す情報を、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａの外部のセンサから受信し得る。
【0155】
いくつかの実施形態では、センサは、１つ以上のコンポーネント（例えば、１つ以上のアクチュエータまたはその圧電要素）の温度を継続的に測定し、情報をコントローラ７６１に継続的に送信し得る。代替または追加として、センサは、温度を断続的に測定し、コントローラ７６１が利用可能であれば、温度情報をコントローラ７６１に送信し得る。例えば、センサは、事前に決定された期間にわたって一度、温度を測定するように構成され得、その期間は、０．１秒～１０分の範囲であり得る。いくつかの実施形態では、その期間は０．１～１秒、１～１０秒、１０～６０秒、及び１～１０分の部分範囲に制限され得る。代替または追加として、センサは、要求に応じて温度を測定するように構成され得る。例えば、センサは、制御信号をコントローラ７６１から受信し得る。それに応じて、センサは温度を（継続的または断続的に）測定し、温度情報をコントローラ７６１に送信し得る。いくつかの実施形態では、センサは、測定を停止するための第２の制御信号を受信するまで、温度の測定を継続し得る。
【0156】
ステップ９０３で、１つ以上の発熱体を活性化（または非活性化）するかどうかが判断され得る。いくつかの実施形態では、ステップ９０３は、コントローラ（例えば、コントローラ７６１、プロセッサ１１８）によって実行され得る。例えば、コントローラ７６１は、受信した温度情報に基づいて、ＭＥＭＳミラーアセンブリ７００Ａの１つ以上のコンポーネントを加熱するために発熱抵抗体７５１、７５２、７５３、及び７５４の１つ以上を活性化（または非活性化）するかどうかを判断するように構成され得る。例えば、コントローラ７６１は、圧電要素７３１の温度が活性化閾値を下回っているかどうかを判断し得、活性化閾値は、コンポーネント（複数可）が最適に動作する温度範囲の下限であり得る。そうであれば、コントローラ７６１は、圧電要素７３１を加熱するために発熱抵抗体７５１を活性化することを決定し得る。他方、コントローラ７６１が、圧電要素７３１の温度は活性化閾値以上であると判断する場合、コントローラ７６１は、発熱抵抗体７５１の活性化は必要ないと決定し得る（すなわち、何の措置も取らない）。別の例として、コントローラ７６１は、第１のコンポーネントの温度を示す情報を第１のセンサから受信し、第２のコンポーネントの温度を示す情報を第２のセンサから受信し得る。例として、コントローラ７６１は、ＭＥＭＳミラー７０１の温度を示す情報を第１のセンサから受信し、アクチュエータ７２１の温度を示す情報を第２のセンサから受信し得る。コントローラ７６１はまた、ＭＥＭＳミラー７０１の温度が第１の活性化閾値を上回っていて、他方、圧電要素７３１の温度は第２の活性化閾値を下回っていることを判断し得る（第２の活性化閾値は、第１の閾値と同一であるか、または異なり得る）。コントローラ７６１は更に、発熱抵抗体７５２を活性化するが、ＭＥＭＳミラー７０１（図７Ａには示さず）に近接した発熱抵抗体は活性化しないことを決定し得る。更なる例として、コントローラ７６１は、コンポーネントの温度の１つが、特定のコンポーネントに対応する活性化閾値（コンポーネントに対して同一であるか、または異なり得る）を下回っていると判断して、一部または全部の発熱抵抗体７５１、７５２、７５３、及び７５４を活性化することを決定し得る。
【0157】
いくつかの実施形態では、活性化温度閾値は電気光学システム（またはＭＥＭＳミラーアセンブリ）が動作する露点に関連し得る。露点は、その温度を下回ると水滴が凝結し始めて露を形成し得る大気温度を指し、それは、圧力及び湿度に応じて変化し得る。例えば、コントローラ７６１は、電気光学システム（またはＭＥＭＳミラーアセンブリ）が動作する露点を受信し得る（または圧力、湿度等の様々な要因に基づいて判断し得る）。コントローラ７６１は、露点を活性化閾値として設定し得る。代替として、コントローラ７６１は、露点を下回るか、または上回るあるセ氏温度を活性化閾値として設定し得る。例として、コントローラ７６１は、露点を下回る（または上回る）３℃を活性化閾値として設定し得る。
【0158】
いくつかの実施形態では、活性化温度閾値は、ＭＥＭＳミラーアセンブリの動作条件に関連し得る。例えば、コントローラ７６１は、ＭＥＭＳミラーアセンブリ（及び／または電気光学システム）の温度を動作範囲内に維持するために十分に高い活性化温度を設定するように構成され得る。例として、活性化温度は、コントローラ７６１により、それを下回るとミラーの動きの程度が制限され、動作のための電圧が高過ぎ、１つ以上の圧電要素が損傷するか、異常に動作するか、もしくは同様であるか、またはそれらの組み合わせである、温度として設定され得る。代替または追加として、コントローラ７６１は、低温のためにコンポーネント（複数可）が準最適な状態であることを示すＭＥＭＳミラーアセンブリの１つ以上のコンポーネントからのエラー信号を受信し得る。コントローラ７６１は、本開示の別の箇所で記載されるとおり、１つ以上の発熱抵抗体を活性化し得る。
【0159】
コントローラ７６１は、非活性化条件が満足される場合、発熱抵抗体７５１、７５２、７５３、及び７５４の１つ以上を非活性化するようにも構成され得る。例えば、コントローラ７６１は、受信した温度情報に基づき発熱抵抗体７５１を非活性化し得る。例えば、コントローラ７６１は、（本開示の別の箇所で記載されるとおり）圧電要素７３１を加熱するために発熱抵抗体７５１が活性化された後、圧電要素７３１の温度を示す情報をセンサから受信し得る。コントローラ７６１は、圧電要素７３１の温度は非活性化閾値以上であると判断し得る。コントローラ７６１は、発熱抵抗体７５１を非活性化することを決定し得る。コンポーネントの非活性化閾値は、その活性化閾値以上であり得る。いくつかの実施形態では、非活性化閾値は、ＭＥＭＳミラーアセンブリの周囲温度に関連し得る（例えば、周囲温度よりもセ氏５、１０、または１５度高い）。代替または追加として、コントローラ７６１は、所定の加熱期間（例えば、１、５、または１０分）の後、発熱抵抗体を非活性化し得る。いくつかの実施形態では、非活性化閾値は、電気光学システム（またはＭＥＭＳミラーアセンブリ）が動作する露点に関連し得る。例えば、コントローラ７６１は、電気光学システム（またはＭＥＭＳミラーアセンブリ）が動作する露点を受信し得る（または圧力、湿度等の様々な要因に基づいて判断し得る）。コントローラ７６１は、露点を上回るあるセ氏温度を非活性化閾値として設定し得る。例として、コントローラ７６１は、露点を上回る５～２０℃の間の任意の数を非活性化閾値として設定し得る。
【0160】
いくつかの実施形態では、コントローラ７６１は、非活性化条件が満足されるまで発熱抵抗体の活性化を制御し得る。例えば、コントローラ７６１は、圧電要素７３１を加熱するために発熱抵抗体７５１を活性化し得、発熱抵抗体７５１は、活性化されると圧電要素７３１を加熱するように構成され得る。コントローラ７６１は、加熱の後、圧電要素７３１の温度を示す情報をセンサから受信し得る。コントローラ７６１は、圧電要素７３１の温度がＭＥＭＳミラーアセンブリ周辺の周囲温度よりも温度差（例えば、セ氏５または１０度）だけ高いと判断し得る。コントローラ７６１は次いで、発熱抵抗体７５１を非活性化し得る。温度差はセ氏１～３０度の範囲であり得る。いくつかの実施形態では、温度差は、セ氏１～５度、セ氏５～１０度、セ氏１０～２０度、及びセ氏２０～３０度の部分範囲に制限され得る。いくつかの実施形態では、発熱抵抗体を非活性化するための条件は、加熱後に非活性化温度閾値に達していること、発熱抵抗体によって加熱するための期間に達していること、もしくは同様のもの、またはそれらの組み合わせに関連し得る。
【0161】
いくつかの実施形態では、コントローラ７６１は、コンポーネントの温度及び基準温度に基づいてコンポーネントを加熱するために発熱抵抗体を活性化（及び／または非活性化）することを決定し得る。基準温度は別のコンポーネントの温度であり得る。例えば、コントローラ７６１は、圧電要素７３１の温度を示す情報を第１のセンサから受信し得、ＭＥＭＳミラー７０１の温度を示す情報を第２のセンサから受信し得、それは基準温度として役立つ。コントローラ７６１は、圧電要素７３１の温度と基準温度との間の比較に基づき、圧電要素７３１を加熱する発熱抵抗体７５１を活性化（及び／または非活性化）することを決定し得る。例として、コントローラ７６１は、圧電要素７３１の温度が基準温度よりもセ氏５度低い場合、発熱抵抗体７５１を活性化することを決定し得る。
【0162】
ステップ９０５で、１つ以上の発熱体が活性化（または非活性化）され得る。いくつかの実施形態では、ステップ９０５は、コントローラ（例えば、コントローラ７６１、プロセッサ１１８）によって実行され得る。例えば、コントローラ７６１は、それが活性化（または非活性化）することを決定した発熱体（例えば、発熱抵抗体７５１、７５２、７５３、及び７５４の１つ以上）を活性化（または非活性化）するように構成され得る。例えば、コントローラ７６１は、発熱抵抗体への電流の印加を引き起こすように構成され得る。例として、コントローラ７６１は、電源７７１を（例えば、制御信号を電源７７１に送信することにより）制御して発熱抵抗体に電流を供給し得、発熱抵抗体は電流がそれを流れるときに１つ以上のコンポーネントを加熱し得る。
【0163】
いくつかの実施形態では、コントローラ７６１は、発熱抵抗体が加熱するコンポーネント（複数可）の温度に基づき、電流を発熱抵抗体に印加させ得る。例えば、コントローラ７６１は、電源７７１を制御して、圧電要素７３１が第１の温度である場合に第１の電流を発熱抵抗体７５１に供給し、圧電要素７３１が第１の温度よりも低い第２の温度である場合に第１の電流よりも大きい第２の電流を発熱抵抗体７５１に供給し得る。
【0164】
いくつかの実施形態では、コントローラ７６１は、発熱抵抗体が加熱するコンポーネントの温度間の差に基づいて、異なる電流を異なる発熱抵抗体に印加させ得る。例えば、コントローラ７６１は、発熱抵抗体７５１及び７５２を活性化することを決定し得る。コントローラ７６１は、電源７７１を制御して、第１の電流を発熱抵抗体７５１に供給し、第２の電流を発熱抵抗体７５２に供給し得、それは第１の電流と異なり得る（例えば、第１の電流よりも大きいか、または小さい）。代替または追加として、コントローラ７６１は、発熱抵抗体のタイプに基づき、異なる電流を異なる発熱抵抗体に印加させ得る。
【0165】
電源７７１は、電流を１つ以上の発熱抵抗体に様々な方法で（コントローラ７６１の指示下または勝手に）供給し得る。例えば、電源７７１は、パルス電流を発熱抵抗体に供給し得る。代替または追加として、電源７７１は、電流を発熱抵抗体に継続的に供給し得る。代替または追加として、電源７７１は、電流を発熱抵抗体に断続的に供給し得る。例えば、電源７７１は、発熱抵抗体への電流の供給を第１の期間継続し、供給を第２の期間停止し、次いで、供給を第３の期間再開し得る、等と続く。供給するため及び供給を中止するための期間は同一または異なり得る。
【0166】
電源７７１は、コントローラ７６１の指示下または勝手に、発熱抵抗体に同じ量の熱を放散させ得る（または同じ熱量を持たせ得る）電流を２つ以上の発熱抵抗体に供給し得る。発熱抵抗体の熱放散量（熱量）は、発熱抵抗体を流れる電流の生成及び発熱抵抗体の電圧に比例し得る。例えば、電源７７１は、発熱抵抗体７５１及び７５２に同じ熱量を放散させる電流を発熱抵抗体７５１及び７５２に供給し得る。例として、発熱抵抗体を通る電流は同じ流れを有し得、発熱抵抗体の電圧は同じである。代替として、電源７７１は、発熱抵抗体に異なる熱量を放散させ得る電流を２つ以上の発熱抵抗体に供給し得る。例えば、電源７７１は、第１の電流を発熱抵抗体７５１に供給し得る。電源７７１はまた、第１の電流とは異なり得る、第２の電流を発熱抵抗体７５２に供給し得る。例として、第２の電流は、第１の電流よりも大きい（または小さい）流れを有し得る。代替または追加として、電源７７１は、発熱抵抗体７５１の電圧を発熱抵抗体７５２の電圧とは異なるようにさせ得る。
【0167】
そのソリッドステート光検出器のための加熱機構を備えた電気光学システム
【0168】
電気光学システムが動作する最適環境を維持するために、システムの１つ以上のコンポーネントの温度を動作範囲内に保つためにシステムに組み込まれた１つ以上の発熱抵抗体を含めることは望ましくあり得る。集積回路を含み得る、新しいソリッドステート光検出器が、以下で説明される。ソリッドステート光検出器は、電気光学システムの一部であり得、それはＬＩＤＡＲシステム（例えば、ＬＩＤＡＲシステム１００）の一部であり得る。前述の原理はさらに他のタイプの電気光学システム（例えば、カメラ、距離計、電子顕微鏡）に適用され得ることも企図される。電気光学システムは、光を電気光学システムの視野（ＦＯＶ）からソリッドステート光検出器に向かわせるための光学系も含み得る。いくつかの実施形態では、電気光学システムは、ソリッドステート光検出器の１つ以上のコンポーネント（例えば、１つ以上の発熱抵抗体）に電流を供給するための電流源も含み得る。
【0169】
集積回路は、感光性フォトダイオード（複数可）に衝突する光を示す出力信号を生成するように構成された１つ以上の感光性フォトダイオードを含み得る。集積回路は、ソリッドステート光検出器の１つ以上のコンポーネントを加熱するように構成された１つ以上の発熱体（例えば、発熱抵抗体）も含み得る。集積回路は、電流を発熱体（複数可）に送るための回路を更に含み得る。
【0170】
図１０Ａ、図１０Ｂ、及び図１０Ｃは、本開示される主題の例に従った、例示的なソリッドステート光検出器を示す。ソリッドステート光検出器１０００Ａ、１０００Ｂ、及び１０００Ｃ（ならびに図１１Ａ及び図１１Ｂに示されるソリッドステート光検出器１１００Ａ及び１１００Ｂ）はある場合には個別に説明されているが、１つのソリッドステート光検出器の１つ以上のコンポーネントは本明細書で説明される他のソリッドステート光検出器で使用され得る。
【0171】
図１０Ａに示されるように、ソリッドステート光検出器１０００Ａは、とりわけ、集積回路１００１Ａを含み得、それは感光性フォトダイオード１０１１、発熱体（例えば、発熱抵抗体１０２１）、及び電流を電源（電流源とも呼ばれる）から発熱体へ送るための回路を含み得る。感光性フォトダイオード１０１１は、光を感知して、その感光性フォトダイオードに衝突する光を示す出力信号を生成するように構成され得る。発熱抵抗体１０２１は、ソリッドステート光検出器（またはその１つ以上のコンポーネント）を加熱するように構成され得る。例えば、発熱抵抗体１０２１は、電流が発熱抵抗体１０２１を流れるときに、感光性フォトダイオード１０１１を加熱するように構成され得る。
【0172】
集積回路は、ソリッドステート光検出器（またはその１つ以上のコンポーネント）の温度を監視するように構成されたセンサも含み得る。図１０Ｂは、集積回路１００１Ｂを含む例示的なソリッドステート光検出器１０００Ｂを示しており、集積回路１００１Ｂはソリッドステート光検出器及び／または感光性フォトダイオード１０１２の温度を監視するように構成されたセンサ１０３２を含み得る。集積回路１００１Ｂは、ソリッドステート光検出器及び／または感光性フォトダイオード１０１２の監視された温度に基づき、感光性フォトダイオード１０１２を加熱するための発熱抵抗体１０２２も含み得る。
【0173】
集積回路は、１つ以上の発熱体の活性化を制御するように構成されたコントローラ及び回路を介して電流を発熱体に供給するように構成された電源を更に含み得る。図１０Ｃは、集積回路１００１Ｃを含む例示的なソリッドステート光検出器１０００Ｃを示しており、集積回路１００１Ｃはコントローラ１０４３、電源（図示せず）、センサ１０３３、感光性フォトダイオード１０１３、１０１４、１０１５、１０１６、１０１７、及び１０１８、ならびに発熱抵抗体１０２３を含み得る。センサ１０３３は、ソリッドステート光検出器（及び／またはその１つ以上のコンポーネント）の温度を監視するように構成され得る。コントローラ１０４３は、ソリッドステート光検出器及び／または１つ以上のコンポーネント（例えば、感光性フォトダイオード１０１３、１０１４、１０１５、１０１６、１０１７、及び１０１８の１つ以上）の監視された温度に基づき、発熱抵抗体１０２３の活性化を制御するように構成され得る。例えば、コントローラ１０４３は、感光性フォトダイオード１０１３の温度を示す情報をセンサ１０３３から受信し得る。コントローラ１０４３は、温度が閾値を下回っていることも判断し得る。コントローラ１０４３は、電源を制御して電流を発熱抵抗体１０２３に供給するように更に構成され得、それにより感光性フォトダイオード１０１３（及び／または１つ以上の他のコンポーネント）を加熱する。
【0174】
感光性フォトダイオードは、電気光学システムのＦＯＶ内の物体からの反射を検出するように構成され得る。感光性フォトダイオードはまた、その感光性フォトダイオードに衝突する光（例えば、強度、タイミング、もしくは同様のもの、またはそれらの組み合わせ）に基づいて、出力信号も生成し得る。電気光学システムは、１つ以上の感光性フォトダイオードを含み得、その各々は１つ以上の検出器を含み得る。検出器（例えば、感光性フォトダイオード１０１１の検出器、感光性フォトダイオード１０１２の１つ以上の検出器、１つ以上の感光性フォトダイオード１０１３、１０１４、１０１５、１０１６、１０１７、及び１０１８）は、感光ダイオードセンサ、例えば、アバランシェ光検出器（ＡＰＤ）、単一光子アバランシェ検出器（ＳＰＡＤ）、シリコン光電子増倍検出器（ＳｉＰＭ）、ＰＩＮフォトダイオード等、であり得る。
【0175】
いくつかの実施形態では、ソリッドステート光検出器は、検出器を含む感光性フォトダイオードを含み得る。例えば、図１０Ａに示されるように、電気光学システム１０００Ａは、電気光学システムのＦＯＶ内で光を検出するように構成された検出器を含む感光性フォトダイオード１０１１を含み得る。他の実施形態では、電気光学システムは、複数の検出器を含む感光性フォトダイオードを含み得る。例えば、感光性フォトダイオードは、検出器の行または列を含み得る。別の例として、図１０Ｂに示されるように、ソリッドステート光検出器（すなわち、ソリッドステート光検出器１０００Ｂ）は、４×８検出器（「画素」または「検出セル（ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｃｅｌｌ）」とも呼ばれる）の行列を含む感光性フォトダイオード１０１２を含み得る。いくつかの実施形態では、画素の各々は、ＦＯＶの一部から光を検出するように構成され得る。画素のサイズは異なり得る。例えば、画素サイズは、約１００×１００μｍ２または１×１ｍｍ２であり得る。感光性フォトダイオード１０１２は１つ以上の出力も含み得、その各々は、感光性フォトダイオード１０１２の異なる部分（画素）に対応し得る。感光性フォトダイオード１０１２は、検出器の２つ以上のセット（例えば、行、列）を２つの非平行軸において有するという意味において２次元であり得る。感光性フォトダイオード１０１２内の検出器の数は、異なる実施態様間で（例えば、所望の解像度、信号対雑音比（ＳＮＲ）、所望の検出距離に応じて）異なり得る。例えば、感光性フォトダイオード１０１２は５～５，０００画素の間のいずれかを有し得る。もっと少ないか、またはもっと多い画素カウント（例えば、メガピクセル単位）も実装できる。
【0176】
感光性フォトダイオードの検出器は、同じタイプであり得るか、または異なるタイプを含み得る。代替または追加として、同じタイプの検出器は、異なる特性（例えば、感度、サイズ）を有し得る。異なるタイプの検出器の組み合わせは、例えば、距離範囲（例えば、近距離）にわたる検出の向上、検出器のダイナミックレンジの向上、検出器の時間的応答の向上、及び／または様々な環境条件（例えば、大気温度、雨等）における検出の向上等の、様々な理由から使用できる。
【0177】
いくつかの実施形態では、電気光学システムは、複数の感光性フォトダイオードを含み得、その各々は１つ以上の検出器を含み得る。例えば、図１０Ｃに示されるように、電気光学システム１０００Ｃは、感光性フォトダイオード１０１３、１０１４、１０１５、１０１６、１０１７、及び１０１８を含み得る。感光性フォトダイオード１０１３、１０１４、１０１５、１０１６、１０１７、及び１０１８の各々は、複数の検出器を含み得る。いくつかの実施形態では、ソリッドステート光検出器は、感光性フォトダイオード（及び／または検出器）と関連付けられた読出し回路も含み得る。
【0178】
ソリッドステート光検出器は、１つ以上の発熱体（例えば、図１０Ａ、図１０Ｂ、及び図１０Ｃにそれぞれ示される発熱抵抗体１０２１、１０２２、及び１０２３）を含み得る。発熱抵抗体は、ソリッドステート光検出器の１つ以上のコンポーネント（例えば、感光性フォトダイオード、透明層、コントローラ、もしくは同様のもの、またはそれらの組み合わせ）を加熱するように構成され得る。例えば、図１０Ａに示されるように、発熱抵抗体１０２１は、感光性フォトダイオード１０１１を加熱するように構成され得る。代替または追加として、ソリッドステート光検出器は、１つのコンポーネントを加熱するために２つ以上の発熱抵抗体を含み得る。例えば、ソリッドステート光検出器１０００Ａは、感光性フォトダイオード１０１１を加熱するために発熱抵抗体１０２１および別の発熱抵抗体（図示せず）を含み得る。代替または追加として、ソリッドステート光検出器は、２つ以上の感光性フォトダイオードを加熱するように構成された発熱抵抗体を含み得る。例えば、図１０Ｃに示されるように、ソリッドステート光検出器１０００Ｃは発熱抵抗体１０２３を含み得、それは、感光性フォトダイオード１０１３、１０１４、１０１５、１０１６、１０１７、及び１０１８を加熱するように構成され得る。発熱抵抗体は、コンポーネント上に、またはコンポーネントに近接して実装され得る。例えば、発熱抵抗体は、感光性フォトダイオードに近接して、その感光性フォトダイオードが実装されている基板上に実装され得る。いくつかの実施形態では、１つ以上の発熱抵抗体は、集積回路のポリシリコンまたは金属層上に実装され得る。
【0179】
いくつかの実施形態では、ソリッドステート光検出器は、１つ以上のコンポーネントを加熱するために１つ以上の発熱抵抗体を制御するように構成されたコントローラを含み得る。例えば、図１０Ｃに示されるように、ソリッドステート光検出器１０００Ｃは集積回路１００１Ｃを含み得、それは、発熱抵抗体１０２３の活性化を制御するように構成されたコントローラ１０４３を含み得る。コントローラ７６１は発熱抵抗体１０２３を制御して、感光性フォトダイオード１０１３、１０１４、１０１５、１０１６、１０１７、及び１０１８の少なくとも１つを加熱し得る。例として、コントローラ１０４３は、感光性フォトダイオードの温度が閾値を下回っている場合、発熱抵抗体１０２３を活性化することを決定し得る。コントローラ１０４３は、発熱抵抗体に電流を通すために電源（図示せず）も制御し得る。
【0180】
いくつかの実施形態では、ソリッドステート光検出器は、１つ以上のコンポーネントを加熱するように構成された２つ以上の発熱抵抗体を含み得る。発熱抵抗体は、コンポーネント上に（または近接して）均一的に実装され得る。代替として、発熱抵抗体は、コンポーネント上に（または近接して）均一的に実装されない可能性がある。いくつかの実施形態では、発熱抵抗体は同じタイプまたは異なるタイプであり得る。代替または追加として、コントローラは、同じ電流または異なる電流を発熱抵抗体に供給するために電源を制御し得る。
【0181】
いくつかの実施形態では、異なる電流を異なる発熱抵抗体に供給するために電源を制御し得る。例えば、電源は第１の電流を第１の発熱抵抗体に、および、第１の電流とは異なる（例えば、もっと大きいか、または小さい電流）、第２の電流を第２の発熱抵抗体に供給し得る。
【0182】
いくつかの実施形態では、ソリッドステート光検出器は、２つ以上のコンポーネントを加熱するように構成された１つの発熱体を含み得る。例として、図１０Ｃに示されるように、ソリッドステート光検出器１０００Ｃは、電流が発熱抵抗体１０２３を流れるときに感光性フォトダイオード１０１３、１０１４、１０１５、１０１６、１０１７、及び１０１８を加熱するように構成された発熱抵抗体１０２３を含み得る。
【0183】
いくつかの実施形態では、発熱体は、ソリッドステート光検出器（及び／またはその１つ以上のコンポーネント）の温度を示す情報に応答して、ソリッドステート光検出器（及び／またはその１つ以上のコンポーネント）を加熱するように構成され得る。例として、コントローラ１０４３は、感光性フォトダイオード１０１３の温度が閾値を下回っていることを示す情報を受信し得る。コントローラ１０４３は、感光性フォトダイオード１０１３を加熱するために、電源を制御して電流を発熱抵抗体１０２３に供給し得る。
【0184】
いくつかの実施形態では、発熱抵抗体は同じタイプであり得る。代替として、電気光学システムは、２つ以上の異なるタイプの発熱抵抗体を含み得る。例えば、発熱抵抗体は、別の発熱抵抗体（または他の発熱抵抗体）とは異なる全抵抗、発熱量、もしくは同様のもの、またはそれらの組み合わせを有し得る。
【0185】
いくつかの実施形態では、発熱抵抗体（例えば、発熱抵抗体１０２１、１０２２、及び／または１０２３）は、全抵抗を１／４～５キロオームの範囲で有し得る。いくつかの実施形態では、発熱抵抗体の全抵抗は、１／４～１オーム、１～１０オーム、１０～５０オーム、５０～１００オーム、１００～５００オーム、５００～１０００オーム、１～２キロオーム、及び２～５キロオームの部分範囲に制限され得る。
【0186】
いくつかの実施形態では、発熱抵抗体（例えば、発熱抵抗体７５１、７５２、７５３、７５４、及び７５６）は、発熱量を５～５０００ミリワットの範囲で有し得る。いくつかの実施形態では、発熱抵抗体の発熱量は、５～１０ミリワット、１０～５０ミリワット、５０～１００ミリワット、１００～５００ミリワット、５００～１０００ミリワット、１０００～１５００ミリワット、１５００～２５００ミリワット、及び２５００～５０００ミリワットの部分範囲に制限され得る。
【0187】
いくつかの実施形態では、ソリッドステート光検出器は、そのソリッドステート光検出器が動作する条件を監視するように構成された様々なセンサ（図示せず）を含み得る。例えば、ソリッドステート光検出器の集積回路は、ソリッドステート光検出器（及び／またはその１つ以上のコンポーネント）の温度を監視するように構成された１つ以上の温度センサを含み得る。例えば、温度センサ（例えば、抵抗温度センサ）は、ソリッドステート光検出器またはその感光性フォトダイオードの温度を測定するように構成され得る。代替または追加として、温度センサはソリッドステート光検出器（またはそのソリッドステート光検出器を含む電気光学システム）の周囲温度を監視するように構成され得る。センサは、帰還抵抗、ダイオード、トランジスタ、もしくは同様のもの、またはそれらの組み合わせの少なくとも１つを含み得る。センサは、例えば、ソリッドステート光検出器の１つ以上のコンポーネントの動作への変化する温度の影響を測定することにより、温度を直接または間接的に測定し得る。
【0188】
センサは、それが監視する条件（複数可）に関連した信号及び／または情報をソリッドステート光検出器のコントローラに送信するように構成され得る。例えば、センサは、感光性フォトダイオード１０１３、１０１４、１０１５、１０１６、１０１７、及び１０１８の１つ以上の温度を示す情報をコントローラ１０４３に送信し得、コントローラ１０４３は、受信した情報に基づいて、感光性フォトダイオード１０１３、１０１４、１０１５、１０１６、１０１７、及び１０１８の１つ以上を加熱するために１つ以上の発熱抵抗体を活性化させるかどうかを判断し得る。センサによる温度の測定（または監視）は、連続的または断続的であり得る。代替または追加として、センサは、コントローラ１０４３から制御信号を受信して、温度を測定し、それが取得する温度情報をコントローラ１０４３に送信し得る。例として、コントローラ１０４３は、１つ以上の感光性フォトダイオードの動作状態を示す情報を受信して、センサに送信される制御信号を生成し得る。制御信号を受信後、センサは感光性フォトダイオードの温度を測定し、その温度情報をコントローラ１０４３に送信し得る。
【0189】
いくつかの実施形態では、センサは、ソリッドステート光検出器の一部として実装され得る。例えば、センサは、集積回路上のソリッドステート光検出器のコンポーネント上に（または近接して）実装され得る。例として、センサは、感光性フォトダイオードまたはコントローラ１０４３が実装されている基板上に実装され得る。別の例として、センサは、透明層（例えば、図１Ａに示されるウィンドウ１２４、図１１Ａに示されるウィンドウ１１３１、図１１Ｂに示されるマイクロレンズ１１５２、図４Ｄに示されるマイクロレンズ４２２）に近接して実装され得る。他の実施形態では、センサは、ソリッドステート光検出器または電気光学システムの外部に実装され得る（例えば、電気光学システムの周りの周囲温度を測定するように構成された電気光学システムの外部の温度センサ）。
【0190】
いくつかの実施形態では、ソリッドステート光検出器はコントローラ（例えば、コントローラ１０４３）および電源も含み得る。コントローラ１０４３は、１つ以上のプロセッサ、マイクロプロセッサ、もしくは同様のもの、またはそれらの組み合わせを含み得る。コントローラ１０４３は、１つ以上の発熱抵抗体の活性化を制御するように構成され得る。例えば、コントローラ１０４３は、電源（図示せず）を制御して電流を発熱抵抗体の１つ以上に供給し得る。
【0191】
電源は、加熱のために１つ以上の発熱抵抗体に電力を供給するように構成され得る。電源は、電池、ＡＣ電源、ＤＣ電源、充電可能コンデンサ、もしくは同様のもの、またはそれらの組み合わせであり得る。いくつかの実施形態では、電源は、ソリッドステート光検出器または電気光学システムの部分である電源（例えば、内部電源）を含み得る。代替または追加として、電源は、ソリッドステート光検出器または電気光学システムの外部の電源を含み得る。
【0192】
いくつかの実施形態では、電源は、ソリッドステート光検出器の様々なコンポーネント（例えば、感光性フォトダイオード、発熱抵抗体、コントローラ、様々なセンサ）に電気的に結合され得る。電源は、コントローラ１０４３の外部であり得る。代替として、電源及びコントローラ１０４３は、単一のユニットとして一体化され得る。いくつかの実施形態では、コントローラ１０４３及び電源は、電気光学システムに電気的に結合され得るが、電気光学システムの外部であり得る。例えば、コントローラ１０４３（及び／または電源）は、電気光学システムの外部に（例えば、電気光学システムを含むＬＩＤＡＲシステムの別の部分として）実装され得る。
【0193】
いくつかの実施形態では、コントローラ１０４３は、ソリッドステート光検出器（またはそのコンポーネント）からの温度読取りに基づき、選択的に電源に発熱抵抗体を通る電流を印加させ得る。例えば、コントローラ１０４３は、ソリッドステート光検出器１０００Ｃからの温度読取り（例えば、感光性フォトダイオード１０１３からの温度読取り）に基づき、選択的に電流を発熱抵抗体１０２３に供給する（しかし、もしあれば、他の発熱抵抗体（複数可）には供給しない）ために電源を制御するように構成され得る。例として、コントローラ１０４３は、温度読取りが閾値温度よりも低い場合、選択的に電源に発熱抵抗体１０２３を通る電流を印加させ得る。
【0194】
いくつかの実施形態では、電気光学システムはＬＩＤＡＲシステムであり、それは、ＦＯＶ内の少なくとも１つの物体までの距離を判断するために、感光性フォトダイオード（複数可）の検出を処理するようにプログラムされたプロセッサを更に含み得る。他のタイプの電気光学システム（例えば、カメラ、電気光学顕微鏡）も企図され得る。
【0195】
いくつかの実施形態では、ソリッドステート光検出器は、そのソリッドステート光検出器に結合された透明層を更に含み得、ソリッドステート光検出器は、その透明層上への氷（または霜）の蓄積を減らすか、または防ぐように構成された発熱抵抗体を含み得る。透明層は、例えば、ウィンドウ、ウェッジ（ｗｅｄｇｅ）、マイクロレンズのアレイ、プリズム、プリズムのアレイ、光学フィルタ、もしくは同様のもの、またはそれらの組み合わせであり得る。透明層は、透明、一部透明、または半透明であり得る。
【0196】
図１１Ａは、感光性フォトダイオード１１１１ならびに発熱抵抗体１１２１および１１２２を含む例示的なソリッドステート光検出器１１００Ａを示す。感光性フォトダイオード１１１１は、本開示の別の箇所で記載されるような感光性フォトダイオードに類似し得る。発熱抵抗体１１２１および１１２２は、本開示の別の箇所で記載されるような発熱抵抗体に類似し得る。ソリッドステート光検出器１１００Ａは、感光性フォトダイオード１１１１に結合されたウィンドウ１１３１も含み得る。氷または霜（例えば、氷１１４１）は、ある条件下で（例えば、電気光学システムを含むＬＩＤＡＲシステムの外部及び／または内部が、湿気または蒸気の存在下で氷点を下回り得る）ウィンドウ１１３１上に蓄積し得る。氷または霜は光学ブロック（またはフィルタ）を形成し、かつ／またはウィンドウ１１３１の光学特性を変え得る（例えば、レンズの光強度を変える）。氷の蓄積を減らすか、または防ぐために、発熱抵抗体１１２２（及び／または発熱抵抗体１１２１）はウィンドウ１１３１（及び／または感光性フォトダイオード１１１１）を加熱するように構成され得る。加熱プロセスは、本開示の別の箇所で（例えば、プロセス１２００に従って）記載される加熱プロセスに類似し得る。
図１１Ｂは、感光性フォトダイオード１１１１ならびに発熱抵抗体１１２１および１１２４を含む例示的なソリッドステート光検出器１１００Ｂを示す。感光性フォトダイオード１１１１は、本開示の別の箇所で記載されるような感光性フォトダイオードに類似し得る。発熱抵抗体１１２３および１１２４は、本開示の別の箇所で記載されるような発熱抵抗体に類似し得る。ソリッドステート光検出器１１００Ｂは、感光性フォトダイオード１１１２に結合されたマイクロレンズ１１５２のアレイも含み得る。氷または霜（例えば、氷１１４２）は、ある条件下で（例えば、ソリッドステート光検出器を含むＬＩＤＡＲシステムの外部及び／または内部が、湿気または蒸気の存在下で氷点を下回り得る）マイクロレンズ１１５２（またはその１つ以上のマイクロレンズ）上に蓄積し得る。氷または霜は光学ブロック（またはフィルタ）を形成し、かつ／またはマイクロレンズ１１５２の光学特性を変え得る（例えば、レンズの光強度を変える）。氷の蓄積を減らすか、または防ぐために、発熱抵抗体１１２４（及び／または発熱抵抗体１１２３）はマイクロレンズ１１５２（及び／または感光性フォトダイオード１１１２）を加熱するように構成され得る。加熱プロセスは、本開示の別の箇所で（例えば、プロセス１２００に従って）記載される加熱プロセスに類似し得る。
図１１Ｂは、感光性フォトダイオード１１１１ならびに発熱抵抗体１１２１および１１２４を含む例示的なソリッドステート光検出器１１００Ｂを示す。感光性フォトダイオード１１１１は、本開示の別の箇所で記載されるような感光性フォトダイオードに類似し得る。発熱抵抗体１１２３および１１２４は、本開示の別の箇所で記載されるような発熱抵抗体に類似し得る。ソリッドステート光検出器１１００Ｂは、感光性フォトダイオード１１１２に結合されたマイクロレンズ１１５２のアレイも含み得る。氷または霜（例えば、氷１１４２）は、ある条件下で（例えば、ソリッドステート光検出器を含むＬＩＤＡＲシステムの外部及び／または内部が、湿気または蒸気の存在下で氷点を下回り得る）マイクロレンズ１１５２（またはその１つ以上のマイクロレンズ）上に蓄積し得る。氷または霜は光学ブロック（またはフィルタ）を形成し、かつ／またはマイクロレンズ１１５２の光学特性を変え得る（例えば、レンズの光強度を変える）。氷の蓄積を減らすか、または防ぐために、発熱抵抗体１１２４（及び／または発熱抵抗体１１２３）はマイクロレンズ１１５２（及び／または感光性フォトダイオード１１１２）を加熱するように構成され得る。加熱プロセスは、本開示の別の箇所で（例えば、プロセス１２００に従って）記載される加熱プロセスに類似し得る。
【0197】
いくつかの実施形態では、ソリッドステート光検出器の２つ以上のコンポーネント（例えば、感光性フォトダイオード、発熱抵抗体、コントローラ、電源の１つ以上）は、単一チップ（または回路）上に製造され得る。例えば、発熱抵抗体１０２３ならびに感光性フォトダイオード１０１３、１０１４、１０１５、１０１６、１０１７、及び１０１８の１つ以上（および電流を発熱抵抗体１０２３に送るための回路）は、集積回路上に実装され得る。代替または追加として、発熱抵抗体および感光性フォトダイオードの電極は、集積回路の同じ金属層上に実装され得る。代替または追加として、発熱抵抗体は、集積回路のシリコン系層のドープ領域上に実装され得る。いくつかの実施形態では、発熱抵抗体および感光性フォトダイオードは、たとえ同じ金属層上に（例えば、同じ金属塗布（ｍｅｔａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）プロセスで）実装されても、機械的及び／または電気的に相互に分離され得る。他の実施形態では、発熱抵抗体および感光性フォトダイオードは機械的及び／または電気的に結合され得る。
【0198】
ソリッドステート光検出器は、追加のコンポーネント、例えば、コントローラ、電源、センサ（例えば、温度センサ）、光学コンポーネント、構造要素、透明層等、も含み得る。追加のコンポーネントの１つは、発熱抵抗体及び／または感光性フォトダイオードと同じチップ上、別のチップ上に実装され得るか、または別の方法で一体化され得る。
【0199】
いくつかの実施形態では、１つ以上の発熱抵抗体は、ソリッドステート光検出器のコンポーネントに近接した位置上に実装され得る。例として、１つ以上の発熱抵抗体は、感光性フォトダイオードに近接して実装され得る。
【0200】
図１２は、開示される実施形態に従った例示的な加熱プロセス１２００のフローチャートである。加熱プロセス１２００の１つ以上のステップは、ソリッドステート光検出器のコントローラまたはソリッドステート光検出器の外部のコントローラ（例えば、プロセッサ１１８）によって実行され得る。加熱プロセスは本明細書では、図１０Ｃに示されるソリッドステート光検出器１０００Ｃのコンポーネントを使用して説明されるが、それは本開示で説明される他の例示的なソリッドステート光検出器に適用され得る。
【0201】
ステップ１２０１で、温度情報が受信され得る。ステップ１２０１は、ソリッドステート光検出器のコントローラ及び／またはプロセッサ１１８によって実行され得る。例えば、コントローラ１０４３は温度情報を受信し得る。いくつかの実施形態では、コントローラ１０４３は、ソリッドステート光検出器１０００Ｃ（またはその１つ以上のコンポーネント、例えば、１つ以上の感光性フォトダイオード、透明層、もしくは同様のもの、またはそれらの組み合わせ等）を示す情報を温度センサから受信し得る。例えば、感光性フォトダイオード１０１３に近接したセンサは、感光性フォトダイオード１０１３の温度を測定し、温度を示す情報をコントローラ１０４３に送信し得る。別の例として、コントローラ１０４３は、ソリッドステート光検出器１０００Ｃの周辺の周囲温度を示す情報を、ソリッドステート光検出器１０００Ｃの外部のセンサから受信し得る。
【0202】
いくつかの実施形態では、センサは、ソリッドステート光検出器（または、その１つ以上のコンポーネント、例えば、１つ以上の感光性フォトダイオード、透明層、もしくは同様のもの、またはそれらの組み合わせ等）の温度を継続的に測定し、情報をコントローラ１０４３に継続的に送信し得る。代替または追加として、センサは、温度を断続的に測定し、コントローラ１０４３が利用可能であれば、温度情報をコントローラ１０４３に送信し得る。例えば、センサは、事前に決定された期間にわたって一度、温度を測定するように構成され得、その期間は、０．１秒～１０分の範囲であり得る。いくつかの実施形態では、その期間は０．１～１秒、１～１０秒、１０～６０秒、及び１～１０分の部分範囲に制限され得る。代替または追加として、センサは、要求に応じて温度を測定するように構成され得る。例えば、センサは、制御信号をコントローラ１０４３から受信し得る。それに応じて、センサは温度を（継続的または断続的に）測定し、温度情報をコントローラ１０４３に送信し得る。いくつかの実施形態では、センサは、測定を停止するための第２の制御信号を受信するまで、温度の測定を継続し得る。
【0203】
ステップ１２０３で、発熱抵抗体の１つ以上を活性化（または非活性化）するかどうかが判断され得る。ステップ１２０３は、ソリッドステート光検出器のコントローラ及び／またはプロセッサ１１８によって実行され得る。例えば、コントローラ１０４３は、受信した温度情報に基づいて、ソリッドステート光検出器またはソリッドステート光検出器の１つ以上のコンポーネント（例えば、集積回路、１つ以上の感光性フォトダイオード、センサ、コントローラ、透明層、もしくは同様のもの、またはそれらの組み合わせ）を加熱するために発熱抵抗体（例えば、発熱抵抗体１０２３を含む）の１つ以上を活性化（または非活性化）するかどうかを判断するように構成され得る。例えば、コントローラ１０４３は、感光性フォトダイオード１０１３、１０１４、１０１５、１０１６、１０１７、および１０１８の１つ以上の温度が活性化閾値を下回っているかどうかを判断し得、活性化閾値は、コンポーネント（複数可）が最適に動作する温度範囲の下限であり得る。そうであれば、コントローラ１０４３は、感光性フォトダイオード（複数可）を加熱するために発熱抵抗体１０２３を活性化することを決定し得る。他方、コントローラ１０４３が、感光性フォトダイオードの温度は活性化閾値以上であると判断する場合、コントローラ１０４３は、発熱抵抗体１０２３の活性化は必要ないと決定し得る（すなわち、何の措置も取らない）。別の例として、コントローラ１０４３は、第１のコンポーネントの温度を示す情報を第１のセンサから受信し、第２のコンポーネントの温度を示す情報を第２のセンサから受信し得る。例として、コントローラ１０４３は、感光性フォトダイオード１０１３の温度を示す情報を第１のセンサから受信し、感光性フォトダイオード１０１４の温度を示す情報を第２のセンサから受信し得る。コントローラ１０４３はまた、感光性フォトダイオード１０１３の温度が第１の活性化閾値を上回っていて、他方、感光性フォトダイオード１０１４の温度は第２の活性化閾値を下回っていることも判断し得る（第２の活性化閾値は、第１の閾値と同一であるか、または異なり得る）。コントローラ１０４３は更に、感光性フォトダイオード１０１４に近接した発熱抵抗体を活性化するが、感光性フォトダイオード１０１３（図１０Ａには示さず）に近接した発熱抵抗体は活性化しないことを判断し得る。更なる例として、コントローラ１０４３は、コンポーネントの温度の１つが、特定のコンポーネントに対応する活性化閾値（コンポーネントに対して同一であるか、または異なり得る）を下回っていると判断して、一部または全部の発熱抵抗体を活性化することを決定し得る。
【0204】
いくつかの実施形態では、活性化温度閾値は電気光学システム（またはソリッドステート光検出器）が動作する露点に関連し得る。例えば、コントローラ１０４３は、電気光学システム（またはソリッドステート光検出器）が動作する露点を受信し得る（または圧力、湿度等の様々な要因に基づいて判断し得る）。コントローラ１０４３は、露点を活性化閾値として設定し得る。代替として、コントローラ１０４３は、露点を下回るか、または上回るあるセ氏温度を活性化閾値として設定し得る。例として、コントローラ７６１は、露点を下回る（または上回る）３℃を活性化閾値として設定し得る。
【0205】
いくつかの実施形態では、コントローラ１０４３は、感光性フォトダイオードが実装されているチップからの温度読取りに基づいて、発熱抵抗体を活性化することを判断するように構成され得る。例えば、コントローラ１０４３は、感光性フォトダイオードが実装されているチップからの温度読取りを受信して、温度が閾値を下回っていることを判断するように構成され得る。コントローラ１０４３は、感光性フォトダイオードを加熱するために発熱抵抗体を選択的に活性化することを判断するように構成され得る。
【0206】
コントローラ１０４３は、非活性化条件が満足される場合、１つ以上の発熱抵抗体を非活性化するようにも構成され得る。例えば、コントローラ１０４３は、受信した温度情報に基づき発熱抵抗体を非活性化し得る。例として、コントローラ１０４３は、（本開示の別の箇所で記載されるとおり）感光性フォトダイオード１０１３を加熱するために発熱抵抗体１０２３が活性化された後、感光性フォトダイオード１０１３の温度を示す情報をセンサから受信し得る。コントローラ１０４３は、感光性フォトダイオード１０１３の温度は非活性化閾値以上であると判断し得る。コントローラ１０４３は、発熱抵抗体１０２３を非活性化することを決定し得る。コンポーネントの非活性化閾値は、その活性化閾値以上であり得る。いくつかの実施形態では、非活性化閾値は、ソリッドステート光検出器の周囲温度に関連し得る（例えば、周囲温度よりもセ氏５、１０、または１５度高い）。代替または追加として、コントローラ１０４３は、所定の加熱期間（例えば、１、５、または１０分）の後、発熱抵抗体を非活性化し得る。
【0207】
いくつかの実施形態では、コントローラ１０４３は、非活性化条件が満足されるまで発熱抵抗体の活性化を制御し得る。例えば、コントローラ１０４３は、感光性フォトダイオード１０１３を加熱するために発熱抵抗体１０２３を活性化し得、発熱抵抗体１０２３は、活性化されると感光性フォトダイオード１０１３を加熱するように構成され得る。コントローラ１０４３は、加熱の後、感光性フォトダイオード１０１３の温度を示す情報をセンサから受信し得る。コントローラ１０４３は、感光性フォトダイオード１０１３の温度がソリッドステート光検出器（またはその感光性フォトダイオード）周辺の周囲温度よりも温度差（例えば、セ氏５または１０度）だけ高いと判断し得る。コントローラ１０４３は次いで、発熱抵抗体１０２３を非活性化し得る。温度差はセ氏１～３０度の範囲であり得る。いくつかの実施形態では、温度差は、セ氏１～５度、セ氏５～１０度、セ氏１０～２０度、またはセ氏２０～３０度の部分範囲に制限され得る。いくつかの実施形態では、発熱抵抗体を非活性化するための条件は、加熱後に非活性化温度閾値に達していること、発熱抵抗体によって加熱するための期間に達していること、もしくは同様のもの、またはそれらの組み合わせに関連し得る。
【0208】
いくつかの実施形態では、非活性化閾値は、電気光学システム（またはソリッドステート光検出器）が動作する露点に関連し得る。例えば、コントローラ１０４３は、電気光学システム（またはソリッドステート光検出器）が動作する露点を受信し得る（または圧力、湿度等の様々な要因に基づいて判断し得る）。コントローラ１０４３は、露点を上回るあるセ氏温度を非活性化閾値として設定し得る。例として、コントローラ１０４３は、露点を上回る５～２０℃の間の任意の数を非活性化閾値として設定し得る。
【0209】
いくつかの実施形態では、コントローラ１０４３は、コンポーネントの温度及び基準温度に基づいてコンポーネントを加熱するために発熱抵抗体を活性化（及び／または非活性化）することを決定し得る。基準温度は別のコンポーネントの温度であり得る。例えば、コントローラ１０４３は、感光性フォトダイオード１０１３の温度を示す情報を第１のセンサから受信し得、感光性フォトダイオード１０１４の温度を示す情報を第２のセンサから受信し得、それは基準温度として役立つ。コントローラ１０４３は、感光性フォトダイオード１０１３の温度と基準温度との間の比較に基づき、感光性フォトダイオード１０１３を加熱する発熱抵抗体１０２３を活性化（及び／または非活性化）することを決定し得る。例として、コントローラ１０４３は、感光性フォトダイオード１０１３の温度が基準温度よりもセ氏５度低い場合、発熱抵抗体１０２３を活性化することを決定し得る。
【0210】
ステップ１２０５で、１つ以上の発熱体が活性化（または非活性化）され得る。ステップ１２０５は、ソリッドステート光検出器のコントローラまたはソリッドステート光検出器の外部のコントローラによって実行され得る。例えば、コントローラ１０４３は、それが活性化（または非活性化）することを決定した発熱体を活性化（または非活性化）するように構成され得る。例えば、コントローラ１０４３は、回路によって発熱抵抗体への電流の印加を引き起こすように構成され得る。例として、コントローラ１０４３は、電源を（例えば、制御信号を電源に送信することにより）制御して回路によって発熱抵抗体に電流を供給し得、発熱抵抗体は電流がそれを流れるときに１つ以上のコンポーネントを加熱し得る。いくつかの実施形態では、加熱は、感光性フォトダイオード及び／もしくはソリッドステート光検出器の透明層上への氷の蓄積を減らすか、または防ぎ得る。
【0211】
いくつかの実施形態では、感光性フォトダイオードが低温でより良好に動作し得る（例えば、より低雑音である）と仮定すると、感光性フォトダイオードを加熱することは、感光性フォトダイオードの性能に影響を及ぼし得る。例えば、感光性フォトダイオードを加熱することは、電源の感度を低下させ得る。コントローラ１０４３は、加熱が感光性フォトダイオードの性能に悪影響を及ぼし得る場合、感光性フォトダイオードを加熱する発熱抵抗体を非活性化し得る。例えば、コントローラ１０４３は、感光性フォトダイオードが加熱されたか、または加熱されている後に、感光性フォトダイオードの性能に関連する情報を受信し得る。コントローラ１０４３は、受信した情報に基づいて、発熱抵抗体を非活性化するかどうかを判断し得る。コントローラ１０４３はまた、加熱が感光性フォトダイオードの性能に悪影響を及ぼしていると判断する場合、発熱抵抗体を非活性化し得る。別の例として、コントローラ１０４３は、感光性フォトダイオードが加熱されたか、または加熱されている後に、感光性フォトダイオードの温度に関連する情報を受信し得る。コントローラ１０４３は、温度は非活性化閾値以上であると判断し得る。コントローラ１０４３は、感光性フォトダイオードが最適温度で動作し得るように、発熱抵抗体を非活性化することを更に決定し得、それによりＦＯＶから感光性フォトダイオードへの経路の光透過性または光学効率を維持する。
【0212】
いくつかの実施形態では、コントローラ１０４３は、発熱抵抗体に感光性フォトダイオードを、ソリッドステート光検出器（または感光性フォトダイオード）周辺の周囲温度よりも少なくともあるセ氏温度だけ高い温度まで、加熱させるように構成され得る。例えば、コントローラ１０４３は、発熱抵抗体に感光性フォトダイオードを、ソリッドステート光検出器（または感光性フォトダイオード）周辺の周囲温度よりも少なくともセ氏５～２０度の間の任意の数だけ高い温度まで、加熱させるように構成され得る。
【0213】
いくつかの実施形態では、コントローラ１０４３は、発熱抵抗体が加熱するコンポーネント（複数可）の温度に基づき、電流をその発熱抵抗体に印加させ得る。例えば、コントローラ１０４３は、電源を制御して、感光性フォトダイオード１０１３が第１の温度である場合に第１の電流を発熱抵抗体１０２３に供給し、感光性フォトダイオード１０１３が、第１の温度よりも低い第２の温度である場合に、第１の電流よりも大きい第２の電流を発熱抵抗体１０２３に供給し得る。
【0214】
いくつかの実施形態では、コントローラ１０４３は、発熱抵抗体が加熱するコンポーネントの温度間の差に基づいて、異なる電流を異なる発熱抵抗体に印加させ得る。例えば、コントローラ１０４３は、第１の発熱抵抗体及び第２の発熱抵抗体を活性化することを決定し得る。コントローラ１０４３は、電源を制御して、第１の電流を第１の発熱抵抗体に供給し、第２の電流を第２の発熱抵抗体に供給し得、それは第１の電流と異なり得る（例えば、第１の電流よりも大きいか、または小さい）。代替または追加として、コントローラ１０４３は、発熱抵抗体のタイプに基づき、異なる電流を異なる発熱抵抗体に印加させ得る。
【0215】
電源は、電流を１つ以上の発熱抵抗体に様々な方法で（コントローラ１０４３の指示下または勝手に）供給し得る。例えば、電源は、パルス電流を発熱抵抗体に供給し得る。代替または追加として、電源は、電流を発熱抵抗体に継続的に供給し得る。代替または追加として、電源は、電流を発熱抵抗体に断続的に供給し得る。例えば、電源は、発熱抵抗体への電流の供給を第１の期間継続し、供給を第２の期間停止し、次いで、供給を第３の期間再開し得る、等と続く。供給するため及び供給を中止するための期間は同一または異なり得る。
【0216】
電源は、コントローラ１０４３の指示下または勝手に、発熱抵抗体に同じ量の熱を放散させ得る（または同じ熱量を持たせ得る）電流を２つ以上の発熱抵抗体に供給し得る。発熱抵抗体の熱放散量（熱量）は、発熱抵抗体を流れる電流の生成及び発熱抵抗体の電圧に比例し得る。例えば、電源は、発熱抵抗体に同じ熱量を放散させる電流を第１の発熱抵抗体及び第２の発熱抵抗体に供給し得る。例として、発熱抵抗体を通る電流は同じ流れを有し得、発熱抵抗体の電圧は同じである。代替として、電源は、発熱抵抗体に異なる熱量を放散させ得る電流を２つ以上の発熱抵抗体に供給し得る。例えば、電源は、第１の電流を第１の発熱抵抗体に供給し得る。電源はまた、第１の電流とは異なり得る、第２の電流を第２の発熱抵抗体に供給し得る。例として、第２の電流は、第１の電流よりも大きい（または小さい）流れを有し得る。代替または追加として、電源は、第１の発熱抵抗体の電圧を第２の発熱抵抗体の電圧とは異なるようにさせ得る。
【0217】
いくつかの実施形態では、電気光学システムは、（１つ以上の発熱抵抗体からの加熱の後及び／または前）感光性フォトダイオードによって電気光学システムのＦＯＶから光を検出するように構成され得る。例えば、感光性フォトダイオード（または透明層）を加熱する少なくとも１つのインスタンスは、光の検出に先行し得る。いくつかの実施形態では、検出は（例えば、ソリッドステート光検出器のＦＯＶをスキャンするために）継続的に実行され得、他方、加熱は、加熱条件が満足される場合（例えば、温度が閾値温度を下回る場合）に実行される。
【0218】
前述の記載は例示の目的で提示されている。これは網羅的でなく、開示される厳密な形態又は実施形態に限定されない。本明細書の検討及び開示される実施形態の実施から、当業者には変更及び適合が明らかであろう。更に、開示される実施形態の態様はメモリに記憶されているものとして記載されるが、これらの態様は、例えばハードディスク又はＣＤ ＲＯＭ、又は他の形態のＲＡＭ又はＲＯＭ、ＵＳＢメディア、ＤＶＤ、ブルーレイ、又は他の光学ドライブ媒体のような二次記憶デバイス等、他の形態のコンピュータ読み取り可能媒体にも記憶できることは当業者には認められよう。
【0219】
記載された説明及び開示された方法に基づくコンピュータプログラムは、経験豊かな開発者のスキル内である。様々なプログラム又はプログラムモジュールを、当業者に既知の技法のいずれかを用いて生成するか、又は、既存のソフトウェアに関連付けて設計することができる。例えばプログラムセクション又はプログラムモジュールは、．Ｎｅｔフレームワーク、．Ｎｅｔコンパクトフレームワーク（及びＶｉｓｕａｌ ＢａｓｉｃやＣ等の関連言語）、Ｊａｖａ、Ｃ＋＋、Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ－Ｃ、ＨＴＭＬ、ＨＴＭＬ／ＡＪＡＸの組み合わせ、ＸＭＬ、又はＪａｖａアプレットを含むＨＴＭＬにおいて又はこれらによって、設計することができる。
【0220】
更に、例示的な実施形態を本明細書に記載したが、均等の要素（equivalent elements）、変更、省略、（例えば様々な実施形態にわたる態様の）組み合わせ、適合、及び／又は変形を有する任意の及び全ての実施形態の範囲は、本開示に基づいて当業者によって認められよう。特許請求の範囲における限定は、特許請求の範囲で使用される言語に基づいて広義に解釈され、本明細書において又は本出願の審査中に記載される例に限定されない。これらの例は非排他的に（non-exclusive）解釈されるものとする。更に、開示される方法のステップは、ステップの順序を変えること及び／又はステップを挿入又は削除することを含めて、任意に変更され得る。従って、本明細書及び例は単に例示と見なされ、真の範囲及び精神は以下の特許請求の範囲及び均等物（equivalents）の全範囲によって示されることが意図される。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図2F】
【図2G】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図11A】
【図11B】
【図12】