特許 7545170 アクチュエータを使用する眼に安全な長距離ＬＩＤＡＲシステム

(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】2024-08-27

(45)【発行日】2024-09-04

(54)【発明の名称】アクチュエータを使用する眼に安全な長距離ＬＩＤＡＲシステム

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/484 20060101AFI20240828BHJP

   G01S 7/481 20060101ALI20240828BHJP

【ＦＩ】

G01S7/484

G01S7/481 A

【請求項の数】 32

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023039330

(22)【出願日】2023-03-14

(62)【分割の表示】P 2021570369の分割

【原出願日】2020-05-19

(65)【公開番号】P2023072033

(43)【公開日】2023-05-23

【審査請求日】2023-05-18

(31)【優先権主張番号】62/854,782

(32)【優先日】2019-05-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】518370091

【氏名又は名称】オプシス テック リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(74)【代理人】

【識別番号】100181674

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 貴敏

(74)【代理人】

【識別番号】100181641

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】230113332

【弁護士】

【氏名又は名称】山本 健策

(72)【発明者】

【氏名】マーク ジェイ． ドノバン

(72)【発明者】

【氏名】ラリー ファビニー

【審査官】藤田 都志行

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－２１４５６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１２９７３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１８２７８９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００５８９２３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３５０９８３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／４８－ ７／５１

Ｇ０１Ｓ １７／００－１７／９５

Ｇ０１Ｃ ３／００－ ３／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システムであって、
ａ）複数のレーザであって、前記複数のレーザの各々は、前記複数のレーザを一度に発射することが、全ＬＩＤＡＲシステムＦＯＶを網羅する光学ビームを生み出さないように、通電されると、視野（ＦＯＶ）を有する光学ビームを発生させる、複数のレーザと、
ｂ）アレイ内に形成され、前記複数のレーザによって発生させられる光学ビームの光学経路内に位置付けられる複数の検出器であって、前記複数のレーザによって発生させられる前記複数の光学ビームのうちの１つのＦＯＶと前記複数のレーザによって発生させられる前記複数の光学ビームのうちの別の１つのＦＯＶとが、前記複数の検出器上に結像されるときに光学ビーム間に間隙をもたらす、複数の検出器と、
ｃ）レンズシステムであって、前記レンズシステムは、前記複数のレーザによって発生させられる前記光学ビームが前記複数の検出器によって受信される前に前記レンズシステムによって受信されるように、前記複数のレーザによって発生させられる前記光学ビームの光学経路内に位置付けられ、前記レンズシステムは、前記複数のレーザによって発生させられる前記光学ビームをコリメートし、投影する、レンズシステムと、
ｄ）前記複数のレーザおよび前記レンズシステムのうちの少なくとも一方に結合されるアクチュエータであって、前記複数のレーザによって発生させられる前記光学ビームの前記ＦＯＶと前記検出器の前記ＦＯＶとの間の相対運動を引き起こすように、前記レンズシステムの光軸に対して直交する方向への前記複数のレーザと前記レンズシステムとの間の相対運動を引き起こす、アクチュエータと、
ｅ）前記アクチュエータの入力に接続される出力と、前記複数のレーザの入力に接続される出力とを有するコントローラであって、前記コントローラは、前記複数のレーザの発射パターンと前記アクチュエータの相対運動とが、全ＬＩＤＡＲシステムＦＯＶを網羅する光学ビームを生み出すように、前記発射パターンと前記アクチュエータの前記相対運動とを制御するように構成される、コントローラと
を備える、ＬＩＤＡＲシステム。

【請求項2】

前記複数のレーザのうちの少なくともいくつかは、垂直共振器面発光レーザである、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項3】

前記複数のレーザのうちの少なくともいくつかは、２次元モノリシック垂直共振器面発光レーザを備える、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項4】

前記複数のレーザは、前記複数のレーザのそれぞれのＦＯＶ内でクラス１の眼の安全性を維持するように構成される、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項5】

前記コントローラはさらに、レーザを個々に制御するように構成される、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項6】

前記複数の検出器のうちの少なくともいくつかは、単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）検出器を備える、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項7】

前記複数の検出器のうちの少なくともいくつかは、シリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）検出器を備える、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項8】

前記アクチュエータは、撓曲ベースのアクチュエータを備える、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項9】

前記アクチュエータは、音声コイルを備える、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項10】

前記アクチュエータは、圧電トランスレータを備える、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項11】

前記アクチュエータは、電気機械デバイスを備える、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項12】

前記アクチュエータは、前記複数の光学ビームが２次元パターンで移動するように、前記複数のレーザと前記レンズシステムとの間の相対運動を引き起こすように構成される、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項13】

前記２次元パターンは、長方形パターンを含む、請求項１２に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項14】

前記アクチュエータは、前記複数のレーザによって発生させられる前記光学ビームの前記ＦＯＶと前記検出器の前記ＦＯＶとの間の相対運動が前記ＬＩＤＡＲシステムの角度分解能を変化させるように構成される、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項15】

前記アクチュエータは、前記複数のレーザによって発生させられる前記光学ビームの前記ＦＯＶと前記検出器の前記ＦＯＶとの間の相対運動が、レーザパルスが発信されている期間に実質的にゼロであるように構成される、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項16】

前記コントローラはさらに、前記複数の検出器のうちの少なくともいくつかの複数の出力に電気的に接続される複数の入力を備え、前記コントローラは、監視されるべき特定の検出器を選択するように構成されている、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項17】

前記複数のレーザの各々は、アレイ内の各レーザエミッタが特定の投影角に対応するように構成される、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項18】

前記複数の検出器は、前記複数のレーザによって発生させられる前記複数の光学ビームのうちの少なくとも１つのＦＯＶが、前記複数の検出器のうちの少なくとも２つのＦＯＶに重複するように構成される、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項19】

前記複数のレーザは、レーザアレイを備える、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項20】

前記複数のレーザによって発生させられる前記複数の光学ビームのうちの１つの前記ＦＯＶと前記複数のレーザによって発生させられる前記複数の光学ビームのうちの別の１つの前記ＦＯＶとが、前記複数の検出器上に結像されるときに光学ビーム間に前記間隙をもたらし、前記複数の検出器上に結像される光学ビームのアレイを生み出す、請求項１９に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項21】

前記相対運動の範囲は、任意の２つの光学ビーム間のピッチの半分だけ、前記複数のレーザによって発生させられる前記複数の光学ビームのうちの１つの前記ＦＯＶを偏移させることと公称上同等である、請求項２０に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項22】

前記複数のレーザによって発生させられる前記光学ビームの前記ＦＯＶと前記検出器の前記ＦＯＶとの間の前記相対運動は、長方形パターンを横断する、請求項１９に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項23】

前記複数のレーザの前記発射パターンと、前記レンズシステムに対して前記複数のレーザを移動させることとが、レーザパルスの最中に移動しない光学ビームを生み出すように、前記発射パターンと、前記レンズシステムに対して前記複数のレーザシステムを移動させることとを制御することをさらに備える、請求項１９に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項24】

前記コントローラはさらに、前記複数のレーザの前記発射パターンと前記アクチュエータの前記相対運動とが、光学ビームの運動がレーザパルスの最中に生み出されることを引き起こさないように、前記発射パターンと前記アクチュエータの前記相対運動とを制御するように構成される、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項25】

光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）の方法であって、
ａ）複数のレーザのうちの選択されたものの各々が視野（ＦＯＶ）を有する光学ビームを発生させるように、および、前記複数のレーザを一度に発射することが、全ＬＩＤＡＲシステムＦＯＶを網羅する光学ビームを生み出さないように、前記複数のレーザのうちの前記選択されたものに通電することと、
ｂ）レンズシステムを用いて、前記複数のレーザのうちの前記選択されたものによって発生させられる前記光学ビームをコリメートし、複数の検出器上に投影することであって、前記複数のレーザによって発生させられる前記複数の光学ビームのうちの１つのＦＯＶと前記複数のレーザによって発生させられる前記複数の光学ビームのうちの別の１つのＦＯＶとが、前記複数の検出器上に結像されるときに光学ビーム間に間隙をもたらす、ことと、
ｃ）前記レンズシステムに対して前記複数のレーザを移動させ、それによって、前記複数のレーザによって発生させられる前記光学ビームの前記ＦＯＶと前記複数の検出器の前記ＦＯＶとの間の相対運動を引き起こすことと、
ｄ）前記複数のレーザの発射パターンと、前記レンズシステムに対して前記複数のレーザを移動させることが、全ＬＩＤＡＲシステムＦＯＶを網羅する光学ビームを生み出すように、前記発射パターンと、前記レンズシステムに対して前記複数のレーザを移動させることとを制御することと、
ｅ）前記複数のレーザのうちの選択されたものによって発生させられる前記複数の光学ビームのうちの少なくとも１つのＦＯＶ内で、前記複数の検出器のうちの前記選択されたものを監視することと
を含む、方法。

【請求項26】

前記複数のレーザのうちの選択されたものに通電することは、所定の光出力レベルが任意の個々の光学ビームＦＯＶ内で超過されないように、レーザのパターンを発射することを含む、請求項２５に記載の方法。

【請求項27】

前記複数のレーザのうちの選択されたものに通電することは、クラス１の眼の安全性の限界が任意の個々の光学ビームＦＯＶ内で超過されないように、レーザのパターンを発射することを含む、請求項２５に記載の方法。

【請求項28】

前記複数のレーザのうちの選択されたものに通電することは、所定の光出力レベルが任意の重複する光学ビームＦＯＶ内で超過されないように、レーザのパターンを発射することを含む、請求項２５に記載の方法。

【請求項29】

前記複数のレーザのうちの選択されたものに通電することは、クラス１の眼の安全性の限界が任意の重複する光学ビームＦＯＶ内で超過されないように、レーザのパターンを発射することを含む、請求項２５に記載の方法。

【請求項30】

前記複数のレーザと前記レンズシステムとの間の前記相対運動は、前記レンズシステムの光軸に対して直交する方向にある、請求項２５に記載の方法。

【請求項31】

前記相対運動は、前記複数のレーザのうちの少なくともいくつかのエミッタ間の物理的距離の約半分である、請求項２５に記載の方法。

【請求項32】

前記複数のレーザと前記レンズシステムとの相対運動は、レーザパルスが発信される時間の間に生じない、請求項２５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

本明細書において使用される節の見出しは、編成目的のためにすぎず、本願に説明される主題をいかようにも限定するものとして解釈されるべきではない。

【0002】

関連出願の相互参照
本願は、２０１９年５月３０日に出願され「Ｅｙｅ－Ｓａｆｅ Ｌｏｎｇ－Ｒａｎｇｅ
ＬＩＤＡＲ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ａｃｔｕａｔｏｒ」と題された米国仮特許出願第６２／８５４，７８２号の非仮出願である。米国仮特許出願第６２／８５４，７８２号の全内容は、参照することによって本明細書に援用される。

【0003】

導入
自律型自動車、自動運転型自動車、および半自律型自動車は、周囲の物体の検出および位置特定のためのレーダ、画像認識カメラ、およびソナー等、異なるセンサおよび技術の組み合わせを使用する。これらのセンサは、衝突警報、自動緊急ブレーキング、車線逸脱警報、車線維持支援、アダプティブクルーズコントロール、およびパイロット運転を含む、運転者の安全性における多数の改良を可能にする。これらのセンサ技術の中で、光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システムは、重要となる役割を担い、周囲の環境のリアルタイムの高分解能３Ｄマッピングを可能にする。ＬＩＤＡＲシステムが、広く大量に展開されるために、それらは、低コストおよび信頼性の両方、かつ物理的に小型である必要がある。

【0004】

ＬＩＤＡＲシステムが広く入手可能な状態になり、市販価格が低下するにつれて、それらはまた、セキュリティ監視、産業用ロボット、およびドローン等の多くの他の用途においても展開され始めるであろう。これらの他の用途および自律車両空間自体内の用途要件が、広く変動しつつある。高速でナビゲートすることができる自律型自動車に関して要求される最大距離、角度分解能、およびフレームレートが、建物の内側において移動する産業用ロボットに関する要件を実質的に超過し得る。そのような場合には、ＬＩＤＡＲシステムのコストおよび性能が、用途の仕様との最良の合致を提供するように最適化される。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

本教示は、物体までの距離（範囲）を測定するためにレーザ光を使用する遠隔感知方法である光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）に関する。自律車両は、ＬＩＤＡＲシステムを使用し、高分解能を有する周囲環境の非常に正確な３Ｄマップを発生させる。本明細書に説明されるシステムおよび方法は、高レベルの信頼性で、また、長い測定範囲および低コストも維持しながら、パルス飛行時間（ＴＯＦ）ＬＩＤＡＲシステムを提供することを対象とする。本教示の一側面は、コストに関するＬＩＤＡＲシステム全体の最適化に焦点を当てらる一方、小型の物理的サイズにおいて依然として優れた信頼性および性能を提供する。

【0006】

パルスＴＯＦ ＬＩＤＡＲを提供する本明細書に説明されるシステムおよび方法はまた、クラス１の眼の安全性も維持するように構成される。クラス１の眼の安全性評価は、システムが通常使用の全ての条件下で安全であることを意味する。クラス１の眼の安全性を維持するために、レーザ光エネルギーまたはレーザ光出力は、米国および国際安全性規格によって定義されるような最大許容露光量（ＭＰＥ）レベルを超過することはできない。しかしながら、ＬＩＤＡＲシステムの測定範囲は、最大発信光パルスエネルギーまたは出力レベルに著しく依存する。したがって、自動車用ＬＩＤＡＲシステムが、実行可能である限り、意図的にクラス１のＭＰＥ限界に近接して動作することが望ましい。

【0007】

同一波長で動作する全てのＬＩＤＡＲシステムが同一のＭＰＥ限界を受けるであろうことを前提として、ＭＰＥ出力限界の近くの出力レベルにおいて動作する別のＬＩＤＡＲシステムに対する１つのＬＩＤＡＲシステムのための範囲のさらなる改良が、光学システムの側面を革新することによって生じなければならない。本教示の一側面は、全てのエネルギーが小さいＦＯＶ内に発信される非常にコリメートされたレーザビームを使用するＬＩＤＡＲシステムである。そのような構成は、同一の量のレーザ光がより広いＦＯＶにわたって分散されるシステムと比較して、比較的長い測定範囲を提供する。すなわち、同様に小さい視野（ＦＯＶ）にわたる測定を可能にする受信機設計と組み合わせて非常にコリメートされたレーザビームを使用することが、測距能力を改良する反射信号出力と背景の光レベルとの望ましい比率をもたらす。

【0008】

公知のＬＩＤＡＲシステムの１つタイプは、広いＦＯＶにわたってレーザ光を放出する放出源を採用する、いわゆるフラッシュＬＩＤＡＲシステムである。いくつかのフラッシュＬＩＤＡＲシステムはまた、可動部品を有しないソリッドステートでもある一方、他のフラッシュＬＩＤＡＲシステムは、一方向に走査するミラーを使用し、増分的に全視野を掃引する「線」を照明する。可動部品を有しないソリッドステートフラッシュＬＩＤＡＲシステムは、単一の照明事象によって場面全体を照明しなければならない。しかし、クラス１の眼の安全性のＭＰＥ限界において動作するＬＩＤＡＲシステムに関して、ソリッドステートフラッシュＬＩＤＡＲによって照明される広いＦＯＶは、放出源からの光が非常にコリメートされるシステムと比較して、測定範囲を有意に限定する。

【0009】

ＬＩＤＡＲシステム内の測定値または測定点が、標的範囲において特定の照明によって生み出された特定の検出された信号を処理することによって生み出されることを理解されたい。ＴＯＦは、この特定の検出された信号に基づいて計算される。測定点に関する特定の検出された信号は、システムが本明細書においてさらに説明されるように制御される方法に応じて、単一の検出器または複数の検出器によって発生させられることができる。また、測定点に関する特定の検出された信号は、システムが制御される方法に応じて、単一のレーザまたは複数のレーザによっても発生させられることができる。

【0010】

本教示によるいくつかのパルスＴＯＦ ＬＩＤＡＲシステムは、クラス１の眼の安全性に関するＭＰＥ限界の光出力／エネルギー、またはそれをわずかに下回る光出力／エネルギーを有するコリメート発信器レーザビームを使用し、従来のフラッシュＬＩＤＡＲシステムと比較して有意な範囲増加を提供する。加えて、本教示によるいくつかのパルスＴＯＦ ＬＩＤＡＲシステムは、複数のレーザパルスのパルス平均化および／またはパルスヒストグラム化を使用し、信号対雑音比（ＳＮＲ）を改良し、これはさらに測距を改良する。これらのＬＩＤＡＲシステムは、６０Ｈｚを優に上回り、さらに数ｋＨｚまでの、非常に高い単一のパルスフレームレートを採用し、複数のパルスの平均化を可能にする。

【0011】

自動車用ＬＩＤＡＲシステムの１つの重要な性能目標は、光学システムの角度分解能である。空間内の別個の物体を明確に定義すること、および／または画像分析を通して物体識別を実施することが可能であるために、高角度分解能が自動車用ＬＩＤＡＲシステムに関して要求される。現在、自動車用ＬＩＤＡＲシステムは、約０．２°未満である角度分解能を要求する。これらのシステムは、達成可能である場合、さらにより高い解像度から恩恵を得るであろう。

【0012】

さらに、特に長い距離においては、測定点間の占有面積内に、いかなる「間隙」も存在するべきではない。そのような間隙が存在するべきではない理由を例証するために、２００メートル測距の実践的使用状況を検討する。２００メートルにおける０．２°の角度は、０．７メートルの側方距離に対応する。典型的な人物は、幅がおよそ０．１５メートルであるため、分解能が０．２°であり２００メートルにおけるコリメートレーザビーム直径が０．７メートルより小さい場合、ＬＩＤＡＲシステムは、２００メートルの範囲において人物の存在を完全に逸することが可能性として考えられ得る。

【0013】

信頼性もまた、自律車両のために設計されるＬＩＤＡＲシステムの重要な側面である。動作環境は、自動車用ＬＩＤＡＲシステムにとって、特に厄介である。ＬＩＤＡＲセンサの故障は、衝突をもたらし得、また、車両の動作も妨げ得る。可動部品を有しないＬＩＤＡＲシステムは、概して、回転部品または大規模な走査ミラーを使用するＬＩＤＡＲシステムと比較して、より信頼性がある。可動部品は、機械的摩耗を受けやすく、限定された寿命時間を有する。本教示のＬＩＤＡＲシステムは、運動を含むが、モータまたは他の大規模な走査ミラーと同程度までの摩耗を受けにくい「摩擦のない」機構を優先的に使用する。
本発明は、例えば以下の項目を提供する。
（項目１）
光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システムであって、
ａ）複数のレーザであって、前記複数のレーザの各々は、通電されると、視野（ＦＯＶ）を有する光学ビームを発生させる、複数のレーザと、
ｂ）アレイ内に形成され、前記複数のレーザによって発生させられる光学ビームの光学経路内に位置付けられる複数の検出器であって、前記複数のレーザによって発生させられる前記複数の光学ビームのうちの少なくとも１つのＦＯＶが、前記複数の検出器のうちの少なくとも２つのＦＯＶに重複する、複数の検出器と、
ｃ）前記複数の光学検出器の前に、前記複数のレーザによって発生させられる前記光学ビームの光学経路内に位置付けられるレンズシステムであって、前記複数のレーザによって発生させられる前記光学ビームをコリメートし、投影する、レンズシステムと、
ｄ）前記複数のレーザおよび前記レンズシステムのうちの少なくとも一方に結合されるアクチュエータであって、前記複数のレーザによって発生させられる前記光学ビームの前記ＦＯＶと前記検出器の前記ＦＯＶとの間の相対運動を引き起こすように、前記レンズシステムの光軸に対して直交する方向への前記複数のレーザと前記レンズシステムとの間の相対運動を引き起こす、アクチュエータと
を備える、ＬＩＤＡＲシステム。
（項目２）
前記複数のレーザのうちの少なくともいくつかは、垂直共振器面発光レーザである、項目１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
（項目３）
前記複数のレーザのうちの少なくともいくつかは、２次元モノリシック垂直共振器面発光レーザを備える、項目１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
（項目４）
前記複数のレーザは、前記複数のレーザのそれぞれのＦＯＶ内でクラス１の眼の安全性を維持するように構成される、項目１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
（項目５）
前記複数のレーザの少なくともいくつかは、マトリクスアドレス指定可能なコントローラを用いて通電されるように構成される、項目１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
（項目６）
前記複数の検出器のうちの少なくともいくつかは、単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）検出器を備える、項目１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
（項目７）
前記複数の検出器のうちの少なくともいくつかは、シリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）検出器を備える、項目１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
（項目８）
前記アクチュエータは、撓曲ベースのアクチュエータを備える、項目１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
（項目９）
前記アクチュエータは、音声コイルを備える、項目１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
（項目１０）
前記アクチュエータは、圧電トランスレータを備える、項目１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
（項目１１）
前記アクチュエータは、形状記憶トランスレータを備える、項目１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
（項目１２）
前記アクチュエータは、前記複数の光学ビームが２次元パターンで移動するように、前記複数のレーザと前記レンズシステムとの間の相対運動を引き起こすように構成される、項目１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
（項目１３）
前記２次元パターンは、長方形パターンを含む、項目１２に記載のＬＩＤＡＲシステム。
（項目１４）
前記アクチュエータは、前記複数のレーザによって発生させられる光学ビームの前記ＦＯＶと前記検出器の前記ＦＯＶとの間の相対運動が前記ＬＩＤＡＲシステムの角度分解能を変化させるように構成される、項目１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
（項目１５）
前記アクチュエータは、前記複数のレーザによって発生させられる光学ビームの前記ＦＯＶと前記検出器の前記ＦＯＶとの間の相対運動が、前記複数のレーザによって発生させられる前記光学ビームの重複するＦＯＶが全ＬＩＤＡＲシステムＦＯＶを網羅するように選定されるように構成される、項目１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
（項目１６）
前記アクチュエータは、前記複数のレーザによって発生させられる光学ビームの前記ＦＯＶと前記検出器の前記ＦＯＶとの間の相対運動が、レーザパルスが発信されている期間に実質的にゼロであるように構成される、項目１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
（項目１７）
前記複数のレーザのうちの少なくともいくつかの入力に電気的に接続される複数の出力を有するコントローラをさらに備え、前記コントローラは、通電されるべき前記複数のレーザ内の特定のレーザを選択する、項目１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
（項目１８）
前記コントローラはさらに、前記複数の検出器のうちの少なくともいくつかの複数の出力に電気的に接続される複数の入力を備え、前記コントローラは、監視されるべき特定の検出器を選択するように構成されている、項目１７に記載のＬＩＤＡＲシステム。
（項目１９）
光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）の方法であって、
ａ）複数のレーザのうちの選択されたものの各々が視野（ＦＯＶ）を有する光学ビームを発生させるように、前記複数のレーザのうちの前記選択されたものに通電することと、
ｂ）レンズシステムを伴う前記複数のレーザのうちの前記選択されたものによって発生させられる前記光学ビームをコリメートし、複数の検出器上に投影することであって、前記複数のレーザによって発生させられる前記複数の光学ビームのうちの少なくとも１つのＦＯＶが、前記複数の検出器のうちの少なくとも２つのＦＯＶに重複する、ことと、
ｃ）前記レンズシステムに対して前記複数のレーザを移動させ、それによって、前記複数のレーザによって発生させられる前記光学ビームの前記ＦＯＶと前記複数の検出器の前記ＦＯＶとの間の相対運動を引き起こすことと、
ｄ）前記複数のレーザのうちの前記選択されたものによって発生させられる前記複数の光学ビームのうちの少なくとも１つのＦＯＶ内で、前記複数の検出器のうちの選択されたものを監視することと
を含む、方法。
（項目２０）
前記複数のレーザのうちの選択されたものに通電することは、所定の光出力レベルが任意の個々の光学ビームＦＯＶ内で超過されないように、レーザのパターンを発射することを含む、項目１９に記載の方法。
（項目２１）
前記複数のレーザのうちの選択されたものに通電することは、クラス１の眼の安全性の限界が任意の個々の光学ビームＦＯＶ内で超過されないように、レーザのパターンを発射することを含む、項目１９に記載の方法。
（項目２２）
前記複数のレーザのうちの選択されたものに通電することは、所定の光出力レベルが任意の重複する光学ビームＦＯＶ内で超過されないように、レーザのパターンを発射することを含む、項目１９に記載の方法。
（項目２３）
前記複数のレーザのうちの選択されたものに通電することは、クラス１の眼の安全性の限界が任意の重複する光学ビームＦＯＶ内で超過されないように、レーザのパターンを発射することを含む、項目１９に記載の方法。
（項目２４）
前記複数のレーザと前記レンズシステムとの間の前記相対運動は、前記レンズシステムの光軸に対して直交する方向にある、項目１９に記載の方法。
（項目２５）
前記相対運動は、前記複数のレーザのうちの少なくともいくつかのエミッタ間の物理的距離の約半分である、項目１９に記載の方法。
（項目２６）
前記複数のレーザと前記レンズシステムとの相対運動は、レーザパルスが発信される時間の間に生じない、項目１９に記載の方法。

【図面の簡単な説明】

【0014】

好ましい例示的実施形態によると、本教示は、そのさらなる利点とともに、付随の図面と併せて、以下の詳細な説明においてより具体的に説明される。当業者は、下記に説明される図面が、例証の目的のためにすぎないことを理解するであろう。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、代わりに、概して、本教示の原理を図示することに重点が置かれている。図面は、本出願人の教示の範囲をいかようにも限定することを意図していない。

【0015】

【図1A】図１Ａは、公知のソリッドステートＬＩＤＡＲシステムの概略図を図示する。

【0016】

【図1B】図１Ｂは、図１ＡのＬＩＤＡＲシステムのシステム視野（ＦＯＶ）の２次元投影を図示する。

【0017】

【図2A】図２Ａは、各エミッタが本教示のＬＩＤＡＲ発信器のいくつかの実施形態において使用されることができる単一の大開口に対応する、２５６個の別個のレーザエミッタを伴う２ＤモノリシックＶＣＳＥＬアレイの概略図を図示する。

【0018】

【図2B】図２Ｂは、各エミッタが本教示によるＬＩＤＡＲ発信器内で使用されることができる９個のサブ開口を有する、２５６個の別個のレーザエミッタを伴う２ＤモノリシックＶＣＳＥＬアレイの概略図を図示する。

【0019】

【図3A】図３Ａは、１６個のレーザエミッタビームの発散が検出器アレイ上に結像されるときにビーム間に間隙をもたらす、本教示によるＬＩＤＡＲシステムのある実施形態の動作のためのＬＩＤＡＲシステムＦＯＶの２次元投影を図示する。

【0020】

【図3B】図３Ｂは、個々のレーザエミッタビームの発散が図３Ａに示されるものと同一であるが、検出器アレイ上に結像されるときにビーム間のいかなる間隙も排除するためにレーザエミッタの数が６４まで増加させられている、ＬＩＤＡＲシステムのためのＬＩＤＡＲシステムＦＯＶの２次元投影を図示する。

【0021】

【図4】図４は、アレイ内の各レーザエミッタが特定の投影角に対応する、本教示の発信器のある実施形態の概略図を図示する。

【0022】

【図5】図５は、個々のレーザエミッタビームの発散が、図３Ａに関連して説明されるシステムと同一であり、レンズシステムとレーザアレイとの相対運動が、示されるようなパターンで走査するために使用される、本教示によるＬＩＤＡＲシステムのある実施形態のＬＩＤＡＲシステムＦＯＶの２次元投影を図示する。

【0023】

【図6A】図６Ａは、２つの物理的に別個の発信器を使用する、本教示によるＬＩＤＡＲシステムのある実施形態を図示する。

【0024】

【図6B】図６Ｂは、２つの発信器内のレンズシステムとアレイとの１つの相対位置における、図６ＡのＬＩＤＡＲシステムのある実施形態のＬＩＤＡＲシステムＦＯＶの２次元投影を図示する。

【0025】

【図6C】図６Ｃは、２つの発信器内のレンズシステムとアレイとの別の相対位置における、図６ＡのＬＩＤＡＲシステムのある実施形態のＬＩＤＡＲシステムＦＯＶの２次元投影を図示する。

【0026】

【図7】図７は、レーザビームの形状が公称上長方形であり、検出器アレイ内の単一のピクセルのＦＯＶがレーザビームより小さい、本教示によるＬＩＤＡＲシステムのある実施形態のＬＩＤＡＲシステムＦＯＶの２次元投影を図示する。

【0027】

【図8】図８は、マイクロレンズアレイの相対運動が、レーザビームの投影角を変化させるために使用される、本教示によるＬＩＤＡＲシステム発信器のある実施形態を図示する。

【発明を実施するための形態】

【0028】

本教示は、ここで、付随の図面に示されるようなその例示的実施形態を参照してより詳細に説明される。本教示は、種々の実施形態および例と併せて説明されるが、本教示がそのような実施形態に限定されることは意図されていない。むしろ、本教示は、当業者によって理解されるように、種々の代替、修正、および均等物を包含する。本明細書の教示へのアクセスを有する当業者は、本明細書に説明されるような本開示の範囲内にある付加的な実装、修正、および実施形態、ならびに他の使用分野を認識するであろう。

【0029】

本明細書における「一実施形態」または「ある実施形態」の言及は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が本教示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書内の種々の場所における語句「１つの実施形態では」の表出は、必ずしも全てが同一の実施形態を指しているわけではない。

【0030】

本教示の方法の個々のステップは、本教示が動作可能のままである限り、任意の順序において、および／または同時に、実施されることができることを理解されたい。さらに、本教示の装置および方法は、本教示が動作可能のままである限り、説明される実施形態のうちの任意の数のものまたは全てを含むことができることを理解されたい。

【0031】

図１Ａは、公知のソリッドステートＬＩＤＡＲシステムの概略図を図示する。図１Ａに図示されるシステムは、全システム視野を全て一度に照明するフラッシュ発信器を採用しない。レーザアレイ１０２が、種々のパターンの光学ビームを発生させる。光学ビームは、アレイ１０２内のエミッタから、そのエミッタが制御パルスによってアクティブ化されるときに放出される。１つ以上のエミッタが、特定のシーケンスに従ってアクティブ化されることができる。レーザアレイ１０２内のレーザからの光学ビームは、標的平面１１０における標的１０６に光学ビームを投影する一般的な発信器光学系１０４を通って伝搬する。この特定の例における標的１０６は、自動車１０６であるが、標的は任意の物体であり得ることを理解されたい。

【0032】

入射光学ビームからの光の一部が、標的１０６によって反射される。反射された光学ビームのこれらの部分が、受信器光学系１１２を共有する。検出器アレイ１１４が、受信器光学系１１２によって投影される反射された光を受信する。種々の実施形態では、検出器アレイ１１４は、可動部品を有しないソリッドステートである。検出器アレイ１１４は、典型的に、発信器アレイ１０２が個々のレーザを有するよりも少ない数の個々の検出器要素を有する。

【0033】

ＬＩＤＡＲシステム１００の測定分解能は、検出器アレイ１１４内の検出器要素のサイズによって決定されないが、代わりに、発信器アレイ１０２内のレーザの数および個々の光学ビームのコリメーションによって決定される。言い換えると、分解能は、各光学ビームの視野によって限定される。ＬＩＤＡＲシステム１００内のプロセッサ（図示せず）は、検出器アレイ１１４において検出されるレーザアレイ１０２によって発信された光学ビームから標的１０６までの距離を決定する飛行時間（ＴＯＦ）測定を実施する。

【0034】

本教示によるＬＩＤＡＲシステムの１つの特徴は、発信器アレイ１０２内の個々のレーザおよび／またはレーザの群が、個々に制御されることができることである。発信器アレイ内の各々の個々のエミッタは、独立して発射されることができ、全システム視野の一部のみに範囲を定める３次元（３Ｄ）投影角に対応する光学ビームが、各レーザエミッタによって放出される。そのようなＬＩＤＡＲシステムの一例が、本譲受人に譲渡されている米国特許公開第２０１７／０３０７７３６ Ａ１号に説明されている。米国特許公開第２０１７／０３０７７３６ Ａ１号の全内容は、参照することによって本明細書に援用される。

【0035】

本教示によるＬＩＤＡＲシステムの別の特徴は、検出器アレイ１１４内の検出器および／または検出器の群も個々に制御されることができることである。発信器アレイ１０２内の個々のレーザおよび／またはレーザの群、ならびに検出器アレイ１１４内の検出器および／または検出器の群のこの独立的な制御が、システム視野、光出力レベル、および走査パターンの制御を含む種々の望ましい動作特徴を提供する。

【0036】

図１Ｂは、図１ＡのＬＩＤＡＲシステムのシステム視野１５０の２次元投影を図示する。図１Ａおよび図１Ｂの両方を参照すると、検出器アレイ内の個々の検出器の視野が、小さい正方形１５２によって表される。発信器レーザアレイ１０２内の個々のエミッタと関連付けられる検出された信号から結果として生じる照明される測定点が、円１５４によって図示される。図１ＡのＬＩＤＡＲシステムの全視野内の単一の３Ｄ測定点が、レーザアレイ内の特定の個々のレーザに対応する特定の濃い円１５８として示される。さらに、この測定点が個々の検出器内に属し、検出器アレイ１１４内のその個々の検出器の視野が、識別のために斜交平行線パターンを有する正方形１５６で示されていることが、図１Ｂに見られ得る。この図は、各レーザが、標的範囲における円１５４のサイズを生じさせる特定の角度の投影角、および、円１５４と、個々の検出器要素の視野を表す正方形１５２との相対サイズに対応するので、ＬＩＤＡＲシステムのいくつかの実施形態の３Ｄ分解能が、レーザの数によって決定されることを図示する。

【0037】

したがって、発信器アレイ内の特定の個々のレーザもしくはレーザの群を制御すること、ならびに／または受信アレイ内の検出器の個々のレーザまたはレーザの群を制御することによって、所望の視野が確立されることができる。種々のシステム視野が、個々のエミッタもしくはエミッタの群、ならびに／または個々の検出器もしくは検出器の群に関する異なる相対的視野を使用して、確立されることができる。視野は、特定の性能メトリックおよび／またはその組み合わせを生み出すように確立されることができる。これらの性能メトリックは、例えば、改良された信号対雑音比、より長い範囲もしくは制御された範囲、眼の安全性の動作出力レベル、およびより低いもしくはより高い制御可能な分解能を含む。重要なこととして、これらの性能メトリックは、動作の間に、ＬＩＤＡＲシステム性能を最適化するように修正されることができる。

【0038】

本教示によるＬＩＤＡＲシステムは、所望のパターンに従って標的を照明するために、レーザデバイスのアレイ内の特定のレーザデバイスの選択的制御を提供することが可能であるアレイ駆動制御システムを使用する。また、本教示によるＬＩＤＡＲシステムは、独立して処理されることができる検出器信号を発生させる検出器のアレイを使用することができる。その結果、本教示によるＬＩＤＡＲシステムの特徴は、共有される発信光学系および受信光学系を使用して投影される発信光学ビームおよび受信光学ビームの両方を有するエミッタの固定アレイと検出器の固定アレイとを含む電気的かつ非機械的でありおよび／または非可動の部品を排他的に伴うＬＩＤＡＲシステムからの各種の動作能力を提供するための能力である。そのようなＬＩＤＡＲシステム構成は、また、サイズが小型であり、動作において信頼性があり、比較的低コストである柔軟なシステムをもたらすことができる。

【0039】

本教示のＬＩＤＡＲシステムの１つの特徴は、ＬＩＤＡＲシステムが、光学ビームを発生させるためのレーザアレイと、標的から反射されたこれらの光学ビームからの光の一部を受信するための検出器アレイとに依拠することである。したがって、それらは、サイズが比較的小型であり、動作において信頼性があり、コストが低いという点で、ソリッドステートコンポーネントの多くの特徴から恩恵を得る。種々の検出器技術が、本教示によるＬＩＤＡＲシステムのための検出器アレイを構築するために使用されることができる。例えば、単一光子アバランシェダイオード検出器（ＳＰＡＤ）アレイ、アバランシェ光検出器（ＡＰＤ）アレイ、およびシリコン光電子増倍管アレイ（ＳＰＡ）が、使用されることができる。検出器サイズは、単一の検出器のＦＯＶを設定することによって分解能を設定するだけでなく、各デバイスの速度および検出感度にも関連する。ＬＩＤＡＲのための検出器の最先端の２次元アレイは、すでに、ＶＧＡカメラの分解能に接近しつつあり、ＣＭＯＳカメラ技術において見られるものと同様のピクセル密度の増加の傾向に追随することが予期される。したがって、正方形２０４によって表される検出器ＦＯＶのますます小さくなるサイズが、時間とともに実現されることが予期される。例えば、２６４，０００個のピクセル（６８８（Ｈ）×３８４（Ｖ））を有するＡＰＤアレイが、最近、「Ａ ２５０ｍ Ｄｉｒｅｃｔ Ｔｉｍｅ－ｏｆ－Ｆｌｉｇｈｔ Ｒａｎｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｓｕｂ－Ｒａｎｇｉｎｇ Ｉｍａｇｅｓ ａｎｄ ａ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ－Ｄｉｏｄｅｓ
（ＶＡＰＤ） ＣＭＯＳ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ」， Ｓｅｎｓｏｒｓ ２０１８， １８， ３６４２において報告された。

【0040】

種々のタイプのレーザアレイもまた、本教示によるＬＩＤＡＲシステム内で使用されることができる。レーザアレイの一例は、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）レーザデバイスから作製される。これは、上面発光ＶＣＳＥＬ、底面発光ＶＣＳＥＬ、および種々のタイプの高出力ＶＣＳＥＬを含むことができる。これらのＶＣＳＥＬデバイスは、独立型単一エミッタであることもあるし、または１もしくは２次元アレイとして基板上に製作されることができる複数のエミッタＶＣＳＥＬの一部であることもある。特定のレーザから光学ビームを発生させるために通電される、ＶＣＳＥＬ接点が、個々にアドレス指定もしくは通電されることができ、ならびに／または共通電気入力信号を用いてＶＣＳＥＬの群に通電するように、種々の構成においてともに電気的に接続されることができる。本教示のＬＩＤＡＲシステムの１つの特徴は、特定のＬＩＤＡＲシステム用途のための適切な駆動信号を用いて、アレイ内の１つ以上のＶＣＳＥＬデバイスの通電を制御するためのシステムおよび方法である。いくつかの実施形態では、ＶＣＳＥＬアレイは、モノリシックであり、レーザは全て、共通基板を共有する。種々の共通基板タイプが、使用されることができる。例えば、共通基板は、半導体材料であることができる。共通基板はまた、セラミック材料を含むこともできる。いくつかの実施形態では、ＶＣＳＥＬアレイは、２Ｄ ＶＣＳＥＬアレイであり、２Ｄ ＶＣＳＥＬアレイは、１次元（１Ｄ）のバーの群から、または多数の個々のダイからさえも組み立てられる。

【0041】

本教示によるＬＩＤＡＲシステムの１つの特徴は、ＬＩＤＡＲシステムが各種のレーザアレイのための制御可能な視野を提供することができることである。いくつかの実施形態は、ＶＣＳＥＬアレイを使用する。いくつかの実施形態では、ＶＣＳＥＬは、上面発光ＶＣＳＥＬである。他の実施形態では、ＶＣＳＥＬは、底面発光ＶＣＳＥＬである。個々のＶＣＳＥＬが単一の大きい放出開口を有することもあるし、または、個々のＶＣＳＥＬがより大きい有効放出直径内の２つ以上のサブ開口から形成されることもある。より大きい有効放出領域を形成するサブ開口の群は、時として、クラスタと称される。クラスタ内のサブ開口は、それらが単一の制御信号によって電子的にアクティブ化されるように、電気的に並列に接続されることができる。

【0042】

図２Ａは、２５６個の別個のレーザエミッタ２０２を有する２ＤモノリシックＶＣＳＥＬアレイ２００の概略図を図示し、各エミッタ２０２は、本教示のＬＩＤＡＲ発信器のいくつかの実施形態において使用される単一の大開口に対応する。各レーザエミッタは、直径ａ２０４の放出開口を有する。各々の単一のレーザエミッタ２０２からの放出が、実質的に、放出開口直径ａ２０４全体を満たす。したがって、各レーザエミッタは、放出開口の直径に等しい初期の直径ａを有するレーザビームを発生させる。レーザエミッタは、間隔ｄ_ｘ２０６で水平方向に均一に離間され、間隔ｄ_ｙ２０８で垂直方向に均一に離間される。最も外のレーザの中心から測定されるようなアレイの全体的サイズは、水平方向に距離Ｄ_ｘ２１０、垂直方向に距離Ｄ_ｙ２１２である。実際のチップサイズは、寸法Ｄ_ｘ２１０およびＤ_ｙ２１２よりわずかに大きい。種々の実施形態では、エミッタは、種々の形状を有する光学ビームを生み出し得る。例えば、楕円形、正方形、長方形、および種々の変則的形状が、実現されることができる。エミッタ２０２間に領域２１４が存在し、領域２１４は、間隙であり、間隙は、エミッタを有しておらず、したがって、照明を提供しない。

【0043】

図２Ｂは、本教示のＬＩＤＡＲ発信器のいくつかの実施形態において利用されることができる、各レーザエミッタ２５２が９個のサブ開口２５４を有する、２５６個の別個のレーザエミッタ２５２を有する２ＤモノリシックＶＣＳＥＬアレイ２５０の概略図を図示する。各々の単一のレーザエミッタ２５２からの放出が、９個のサブ開口２５４全てからの放出をもたらす。９個のサブ開口２５４のうちの１つ以上が製作異常またはデバイス故障に起因して光を放出できない場合、エミッタ２５２が、依然として機能し、たとえより低い出力パワーであっても、光学ビームを発生させる。出力光学ビームは、サブ開口２５４のパターンに対応し、サブ開口２５４は、各種の形状で配列されることができる。示される構成では、出力ビームは、形状が公称上正方形であり、９個のサブ開口２５４の３×３正方形アレイのエミッタ２５２形状に対応する。レーザエミッタ２５２は、間隔ｄ_ｘ２５６で水平方向に均一に離間され、間隔ｄ_ｙ２５８で垂直方向に均一に離間される。最も外のレーザの中心から測定されるアレイの全体的サイズは、水平方向に距離Ｄ_ｘ２６０、垂直方向に距離Ｄ_ｙ２６２である。実際のチップサイズは、距離Ｄ_ｘ２６０および距離Ｄ_ｙ２６２よりわずかに大きいであろう。規則的アレイと不規則的アレイとを含む各種のアレイパターンが可能である。図２Ａ－ＢのＶＣＳＥＬは、光が放出されないＶＣＳＥＬダイの区域、例えば、領域２１４、２６４を含む。

【0044】

本教示のいくつかの実施形態は、図２Ａに示される構成等にある、レーザあたり単一の大開口を有し、規則的に離間された長方形アレイで構成されるＶＣＳＥＬの底面発光型高出力アレイを利用する。本教示のＬＩＤＡＲシステムの他の実施形態は、サブ開口を備える全体的発光区域を有するＶＣＳＥＬの上面発光型または底面発光型の高出力アレイを利用する。しかしながら、当業者は、本教示が、発光開口またはアレイの間隔もしくは形状に関連付けられる上面発光ＶＣＳＥＬおよび底面発光ＶＣＳＥＬの任意の単一の構成に限定されないことを理解するであろう。

【0045】

本教示のＬＩＤＡＲシステムの１つの特徴は、エミッタの全てが同一の波長における光を放出しないこともあることである。したがって、アレイ内の種々のエミッタは、他のエミッタと異なる波長を有する光を生み出すことができる。例えば、ある列またはある行内のエミッタが１つの波長を放出し得、互い違いの列または行内のエミッタが、異なる波長を放出し得る。各種の波長パターンが、使用されることができる。

【0046】

本教示のＬＩＤＡＲシステムの構築ブロックとしての２Ｄ ＶＣＳＥＬアレイの使用が、発信器のための小さい物理的サイズを可能にする発信器プラットフォームを確立する。例えば、およそ４ｍｍ×４ｍｍである寸法を有するモノリシックチップ上に、２５６個の高出力型の個々のレーザエミッタを有する典型的な２Ｄアレイを製作することが可能である。次いで、モノリシック２Ｄレーザアレイは、物理的寸法を可能な限り小さく保つように選定される発信光学系とともに使用される。例えば、いくつかの実施形態は、モノリシックチップと同様のサイズを有するマイクロレンズアレイを使用する。他の実施形態は、例えば２０ｍｍ未満の直径を有する共有レンズを使用する。さらに他の実施形態は、例えば、２０ｍｍ直径の最大寸法を有する回折光学系を使用する。

【0047】

本教示のＬＩＤＡＲシステムの１つの特徴は、エミッタによって生み出される光学ビームの間隔および／または発散が、所望のパターン、形状、または他の規定される特性を有するエミッタＦＯＶを発生させるように構成されることができることである。例えば、光学ビームは、重複するように作成されることもできるし、または、重複しないように作製されることもできる。ＦＯＶパターンの選定は、例えば、特定のパターンに応じて、距離、眼の安全性の出力レベル、信号対雑音比、および／または分解能の制御を提供する。

【0048】

図３Ａは、１６個のレーザエミッタビームの発散が検出器アレイ上に結像されるとビーム間に間隙をもたらす、本教示のＬＩＤＡＲシステムのある実施形態の動作のためのＬＩＤＡＲシステムＦＯＶ３００の２次元投影を図示する。レーザエミッタＦＯＶが、円３０２によって表され、検出器要素ＦＯＶが、正方形３０４によって表される。図３Ａに示される実施形態では、円３０２のサイズを有するＦＯＶが、公称上、４つの検出器要素ＦＯＶの正方形３０４を完全に網羅する。この光学的構成は、非常にコリメートされた光学ビームから結果として生じ得る。対照的に、より大きいエミッタＦＯＶをもたらす光学的構成が、より多くの検出器要素を網羅し、光学ビームのコリメーションを低減させることによって達成され得る。図３Ａに関連して説明される実施形態等のレーザビームのより高いコリメーションを伴う実施形態では、測定範囲が改良される。これは、特に、レーザビームによって部分的にのみ網羅され得るより小さい標的に当てはまる。

【0049】

１０ｍｒａｄの発散を有するＬＩＤＡＲシステムのためのコリメートレーザビームの数値例を検討する。１００メートルの範囲において、１メートルのビーム幅が存在し得る。例えば、人物は、およそ０．１５メートルのみの幅であるため、１メートルビームの一部が、人物上に到達せず、したがって、測定のために使用される反射信号に寄与しない。そのような構成では、より小さい発散とより小さいビーム幅とを有するビームを発生させることが、好まれる。しかしながら、図３Ａに図示されるように、ビーム発散と全視野の網羅との間には、トレードオフが存在する。図３Ａに示されるＬＩＤＡＲシステムＦＯＶ３００の投影において、１６個のレーザビームが使用される。この光学的構成では、有意な間隙３０６が、視野内に結果として生じる。図３Ｂは、これらの間隙を防止する１つの可能な解決策を図示する。

【0050】

図３Ｂは、個々のレーザエミッタビームの発散が図３Ａと同一であるが、検出器アレイ上に結像されるときにビーム間のいかなる間隙も排除するために、レーザエミッタの数が６４個のビームまで増加されている、ＬＩＤＡＲシステムの動作のためのＬＩＤＡＲシステムＦＯＶ３５０の２次元投影を図示する。レーザエミッタＦＯＶが、円３５２によって表され、検出器要素ＦＯＶが、正方形３５４によって表される。本実施形態では、レーザエミッタの数が、１６から６４に増加され、レーザが、間隙を伴うことなく視野の完全な網羅を提供するような方式で交互配置される。むしろ、ビームＦＯＶは、重複部３５６を有する。各エミッタからの光学ビームの発散は、図３Ａの実施形態と同一である。図３ＢのＬＩＤＡＲシステムの実装のための１つの解決策は、システム内の各ＦＯＶ３５２と個々のレーザとの間に１対１対応を有することであり得、そのため、この場合、６４個の個々のレーザが、必要とされ得る。実際のシステムでは、レーザの数が、数千以上まで増加され得、それらのレーザおよび関連付けられる電子機器のコストが、懸念となり得る。

【0051】

図４は、アレイ４０２内の各レーザエミッタが特定の投影角に対応する、本教示の発信器４００のある実施形態の概略図を図示する。レンズシステム４０４が、アレイ４０２内のエミッタによって発生させられる光学ビームをコリメートし、投影する。レンズシステム４０４は、相対運動の軸４０６に沿って移動可能である。本教示の１つの特徴は、限定された相対運動がレーザエミッタ（単数または複数）と発信光学系との間に提供され、視野内に光学ビームの移動を提供することができることである。この移動は、所望のパターンの光学ビームを提供するような付加的な自由度の制御を可能にする。レンズシステムとレーザアレイとの間の相対運動を導入するための主な理由は、要求される個々のレーザの数を減少させることであり、トレードオフは、限定された相対運動／作動を組み込むための付加的なコストおよび複雑性である。システム要件に応じて、測定視野内にいかなる間隙も伴うことなく、完全なＦＯＶを網羅するために要求される個々のレーザの数と相対運動の量とを平衡させる最適または少なくとも有利なコスト、性能、および物理的サイズが、存在する。

【0052】

アレイ４０２は、放出平面における寸法Ｄ４０８を有する。レンズシステム４０４とアレイ４０２との間の１つの相対位置において、アレイ４０２の中心におけるエミッタ４１０が、中心線４１４に沿って光学ビーム４１２を発生させる。レンズシステム４０４は、このビーム４１２をコリメートし、標的範囲における中心位置４１６に投影する。寸法Ｄ４０８を有するアレイ４０２の縁における外側エミッタ４１８が、光学ビーム４２０を発生させる。レンズシステム４０４は、このビーム４２０をコリメートし、標的範囲における外側位置４２２に投影する。いくつかの実施形態では、縁エミッタ４１８からの外側ビーム４２０の、中心エミッタ４１０からの中心ビーム４１２に対する投影される角度４２４は、視野の半分（ＦＯＶ／２）に等しい。コントローラ４２６は、レーザアレイ４０２内のエミッタのうちの少なくともいくつかの入力に電気的に接続される出力を有する。コントローラは、通電されるべき複数のレーザ内の特定の個々のレーザまたはレーザの群を選択し、したがって、所望のパターンの光学ビームを伴う特定のレーザＦＯＶを生み出すことが可能である。

【0053】

図４はまた、レーザ毎にビームをコリメートすることと、一意の投影角で各レーザを投影することとの両方を行うように作用するレーザエミッタ４０２のアレイとレンズシステム４０４との相対運動を使用するＬＩＤＡＲシステム４００の基本動作原理も図示する。図４では、レンズシステム４０４の光軸４１４に対して直交するレーザアレイ４０２とレンズシステム４０４との間の相対運動の方向が、矢印４０６によって示される。投影角は、各レーザの光軸からの距離によって定義される。そのため、レンズシステム４０４とアレイ４０２とが相互に対して移動させられる場合、特定のレーザエミッタによって発生させられる各光学ビームの投影角もまた、対応して変化する。したがって、本教示の１つの特徴は、レンズシステム４０４とレーザアレイ４０２との相対運動が、ＬＩＤＡＲシステムＦＯＶ内の間隙を網羅すること等のために、任意の用途のために角度分解能を変化させるために使用されることができることである。当業者は、図４に示される光学的構成が、レーザエミッタまたはレーザアレイと、投影光学系との間の相対運動の使用の１つの特定の例であることを理解するであろう。相対運動の原理は、いかなる特定のレンズシステムにも制約されない。特に、レンズシステム内のレンズの全てを移動させ、特定のレーザのための投影角の変化を生成することは、必要ではないことを理解されたい。すなわち、レンズシステム４０４内のレンズのいくつかまたは全てが、移動し得る。また、レンズシステム４０４は、特定の数のレンズに限定されない。

【0054】

本教示の１つの特徴は、レンズシステム４０４とアレイ４０２との相対運動が、コントローラ４２６に対して既知である特定のパターンの光学ビームＦＯＶを提供することである。これは、例えば、ビーム位置、ビームサイズ、および／またはビーム重複を含む。したがって、いくつかの実施形態では、コントローラ４２６によるレーザの発射のパターンの制御と組み合わせられる相対運動が、標的範囲における光学ビームの出力レベルを管理するために使用されることができる。具体的には、発射パターンは、所定の光出力レベルが、いかなる個々の光学ビームＦＯＶにおいても超過されないことを確実にするために使用されることができる。いくつかの実施形態では、所定の出力レベルは、クラス１の眼の安全性の限界である。発射パターンはまた、所定の光出力レベルが、いかなる重複する光学ビームＦＯＶにおいても超過されないように制御されることができる。

【0055】

図２Ａおよび図２Ｂに関連して説明されるＶＣＳＥＬデバイスは、レーザエミッタ４０２のアレイとレンズシステム４０４との間の相対運動を採用するＬＩＤＡＲシステム４００と併用されることができる。図２Ａ－図２Ｂおよび図４を参照すると、レーザの発散が遠視野内に放出される光学ビームの重複をもたらさないほど十分に小さい場合、光が放出しないＶＣＳＥＬダイの区域、例えば、領域２１４、２６４が、視野内に間隙をもたらし得る。本明細書に説明されるアレイ４０２とレンズシステム４０４との相対運動が、視野内のそれらの間隙を満たすために使用されることができる。

【0056】

図５は、個々のレーザエミッタビームの発散が、図２Ａに関連して説明される２５６個の別個のレーザエミッタを有する２ＤモノリシックＶＣＳＥＬアレイのための発散と同一であり、レンズシステムとレーザアレイとの相対運動が、示されるパターンで走査するために使用される、本教示のＬＩＤＡＲシステムのある実施形態のＬＩＤＡＲシステムＦＯＶ５００の２次元投影を図示する。初期の位置におけるエミッタＦＯＶパターンが、実線の円５０２の４×４アレイによって示される。隣の３つの位置は、エミッタＦＯＶを正方形パターンで移動させ、移動する正方形パターンが、破線の円によって図示される。位置２が、破線の円５０４として示される。位置３が、破線の円５０４’として示される。位置４が、破線の円５０４’’として示される。

【0057】

図４および図５の両方を参照すると、レーザアレイ４０２とレンズシステム４０４との相対運動が、移動するＦＯＶが４×４アレイ構成における１６個のレーザのみを用いて全ＬＩＤＡＲシステムＦＯＶを網羅するように、矢印５０６、５０６’、５０６’’、５０６’’’によって図示される長方形または正方形パターンを横断する。本実施形態に図示される相対運動が水平方向および垂直方向の両方において要求されることに留意されたい。相対運動の必要な範囲は、レーザエミッタによって発生させられる任意の２つの光学ビーム間のピッチの半分だけレーザパターンを偏移させることと同等である。いくつかの実施形態に関して、要求される実際の相対運動は、数百ミクロンであり得るアレイのエミッタ間の物理的距離の約半分であり得る。

【0058】

レーザアレイ４０２とレンズシステム４０４との間の相対運動は、撓曲ベースのアクチュエータ４２８の使用を通して遂行されることができる。種々の実施形態では、アクチュエータ４２８は、種々の公知のアクチュエータ技術を備える。例えば、アクチュエータは、ドイツのＰｈｙｓｉｋ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔを含むいくつかの供給業者から商業的に利用可能である。撓曲ベースのアクチュエータを駆動するための力が、圧電モータまたは音声コイルアクチュエータを含む種々の電気機械デバイスによって生み出されることができる。

【0059】

図６Ａは、２つの物理的に別個の発信器６０２、６０４を使用する、本教示のＬＩＤＡＲシステム６００のある実施形態を図示する。各発信器６０２、６０４は、１６個のレーザエミッタを有するＶＣＳＥＬアレイ６０６、６０８を含む。２つの発信器６０２、６０４は、レーザアレイ６０６、６０８から、レンズシステム６１０、６１２によってコリメートされて投影される光学ビームを発生させる。発信器６０２、６０４は、異なる周波数における光を発生させることができる。種々の実施形態では、レンズシステム６１０、６１２は、１つ以上のレンズおよび／または他の光学要素（図示せず）を含むことができる。２つの発信器６０２、６０４からの光学ビームは、標的範囲６１６にある標的６１４（この図示においては自動車である）を照明する。

【0060】

発信器６０２、６０４の両方から反射される光が、単一の受信器６１８において組み合わせられる。受信器６１８は、種々の構成における１つ以上のレンズを含むことができる受信光学システム６２０を含む。受信光学システム６２０はまた、フィルタ、ミラー、および多数の他の光学要素等の他の光学要素も含むことができる。受信光学システム６２０はまた、検出器アレイ６２２も含む。発信器６０２、６０４および受信器６２２の両方のＦＯＶは、大部分が重複している。

【0061】

図６Ａの第１の発信器６０２のレンズシステム６１０とアレイ６０６との異なる相対位置、および第２の発信器６０４のレンズシステム６１２とアレイ６０８との異なる相対位置が、２つの発信器６０２、６０４からのエミッタＦＯＶの望ましい制御可能な位置を生み出す。これらの制御可能な位置は、アレイ６０６、６０８とレンズシステム６１０、６１２との間の相対運動を引き起こすアクチュエータ６２４、６２６によって生み出される。特に、この構成は、図４および図５に関連して説明されるような、レーザアレイ６０６、６０８とそれらのそれぞれのレンズシステム６１０、６１２との間の相対運動の変化の組み合わせ、ならびに１つ以上の標的距離における所望のＦＯＶを横断する完全な網羅を提供するためのエミッタＦＯＶの交互配置を可能にする。いくつかの実施形態では、交互配置されるエミッタＦＯＶが、異なる波長を有する光学ビームによって発生させられる。

【0062】

コントローラ６２８が、レーザアレイ６０６、６０８、検出器アレイ６２２に、およびアクチュエータ６２４、６２６に接続される。コントローラ６２８は、コントローラが通電されるべきアレイ６０６、６０８内の特定の個々のレーザまたはレーザの群を選択し、したがって、光学ビームの所望のパターンを有する特定のレーザＦＯＶを生み出すことが可能であるように、レーザアレイ６０６、６０８内の個々のレーザおよび／またはレーザの群の入力に電気的に接続される出力を含む。コントローラ６２８は、検出器アレイ６２２内の検出器のうちの少なくともいくつかに電気的に接続される出力を含む。したがって、コントローラは、監視されるべき特定の検出器を選択することができる。コントローラ６２８はまた、アクチュエータの速度および／または投および／または方向を制御し、アレイ６０６、６０８とレンズシステム６１０、６１２との間の相対運動の所望の速度および／または変位および／または方向を提供するようなアクチュエータ６２４への接続も含む。

【0063】

図６Ｂは、２つの発信器内のレンズシステム６１０、６１２とレーザアレイ６０６、６０８との１つの相対位置における、図６ＡのＬＩＤＡＲシステムのある実施形態のＬＩＤＡＲシステムＦＯＶ６３０の２次元投影を図示する。図６Ａ－図６Ｂの両方を参照すると、このＬＩＤＡＲシステムＦＯＶ６３０は、白丸６３２によって表される第１の発信器６０２のためのエミッタＦＯＶと、異なる陰影が付けられた円６３４によって表される第２の発信器６０４のためのエミッタＦＯＶとを含む。いくつかの実施形態では、白丸６３２によって表される第１のＦＯＶパターンを発生させる光学ビームは、１つの波長であり、陰影が付けられた円６３４によって表される第２のＦＯＶパターンを発生させる光学ビームは、異なる波長である。

【0064】

検出器アレイ６２２内の検出器ＦＯＶが、正方形の１６×１６グリッド６３６として図示される。また、図に示されるものは、自動車６１４である標的のＦＯＶ６３８である。２つの発信器６０２、６０４から放出される光学ビームは、自由空間内に交互配置され、図６Ｂに示される円６３２、６３４のアレイであるＦＯＶのパターンを生み出す。

【0065】

図６Ｃは、２つの発信器６０２、６０４内のレンズシステム６１０、６１２とレーザアレイ６０６、６０８との別の相対位置における、図６ＡのＬＩＤＡＲシステムのある実施形態のＬＩＤＡＲシステムＦＯＶ６７０の２次元投影を図示する。図６Ａ－図６Ｃの全てを参照すると、このＬＩＤＡＲシステムＦＯＶ６７０は、白丸６７２によって表される１つの発信器６０２のためのエミッタＦＯＶと、異なる陰影が付けられた円６７４によって表される第２の発信器６０４のためのエミッタＦＯＶとを含む。

【0066】

検出器アレイ６２２内の検出器ＦＯＶが、正方形の１６×１６グリッド６７６として図示される。また、示されるものは、自動車６７８である標的のＦＯＶである。２つの発信器６０２、６０４から放出される光学ビームは、自由空間内に交互配置され、図６Ｃに示される円６７２、６７４のアレイであるＦＯＶのパターンを生み出す。各アレイ６０６、６０８のそのそれぞれのレンズシステム６１０、６１２に対する相対運動の方向６４０、６８０内での相対位置は、位置が静的である、すなわち、図６Ｂの位置または図６Ｃに図示される位置のみにおいて動作する場合、そうでなければ存在し得るＬＩＤＡＲシステムＦＯＶ内の間隙を排除するために使用される。例えば、図６Ｂに示されるＦＯＶ間隙領域６４２は、図６Ｃにおいて、円６８４によって示されるレーザエミッタのＦＯＶによって網羅されるように示される網羅された領域６８２内にある。

【0067】

図６Ａ－図６Ｃに関連して説明される実施形態は、レンズシステムとレーザアレイとの相対運動（制御された相対位置）が、単独で、または交互配置および／もしくは異なる波長エミッタの使用と組み合わせられ、ＬＩＤＡＲシステムの種々の性能改良をもたらす所望のＦＯＶパターンを生み出すことができる方法の一例にすぎない。光学的自由空間交互配置とレンズ運動との多数の他の組み合わせが存在すること、および／または、異なる光波長の使用が、本教示の範囲内で可能であることを理解されたい。

【0068】

最も公知のＬＩＤＡＲシステムは、少数のレーザを用いてＦＯＶを走査するために、ミラーまたはモータを使用する。運動は、ある方式では、持続的である。持続的運動は、所望のフレームレートを達成するために、絶えずＦＯＶを掃引することによって遂行される。図６Ａ－図６Ｃを参照すると、本教示の一側面は、レーザパルスのタイミング、フレームレート、およびレーザアレイとレンズシステムとの相対運動のタイミングおよび他の側面の適切な選択である。公知のシステムと対照的に、図６Ａ－図６Ｃに図示されるＬＩＤＡＲシステムに関して、レンズシステムの運動が存在しない一方、そのレンズシステムに対応するレーザがパルス化されており、これは、複数のパルスが、有意な時間的平均化を伴うことなく、平均化／ヒストグラム化のために使用されることを可能にする。

【0069】

本教示による動作方法のある例は、以下の通りである。図６Ａのレーザアレイ６０６、６０８内の３２個のレーザが同時に発射されないように、ＬＩＤＡＲシステムが各レーザを個々に動作させることを検討する。また、改良されたＳＮＲを有する平均測定値を発生させるために、複数のパルスがレーザ毎に使用されること、例えば６４個のパルスが距離測定毎に使用され得ることも検討する。各発信器を通して走査するために要する時間は、１６個のレーザ×６４個のパルス×Ｔであり得る（式中、Ｔは、測定範囲によって必要とされるパルス繰り返し数である）。２００ｍの距離に関して、Ｔは、１．３３μ秒を上回らなければならない。したがって、この例に関して、各発信器を用いて単一のフレームを発生させるための合計時間は、約１．３ミリ秒である。次の発信器に切り替える前に、各発信器を用いてフレームが発生させられ、その後再び戻る場合、許容可能な動作のモードは、他方の発信器のレンズシステム／レンズアレイを移動させながら、そのレンズシステムを定常状態にした状態で、一方の発信器を用いてデータを採取することであり得る。そして、システムパフォーマンスに影響を及ぼすことなく運動を遂行するために要求される時間は、１．３ミリ秒未満であり得る。数百ミクロンの進行を伴う撓曲ベースのアクチュエータは、典型的に、要件の範囲内である数ミリ秒の範囲内でそのような段階的運動を実施する能力を有している。

【0070】

実践的ＬＩＤＡＲシステムにおいて、アレイ内のレーザの数は、はるかに多く、例えば図２Ａおよび図２Ｂに示されるような２５６個であり得ることに留意されたい。１６回等のより少ない平均値を有する場合でも、１つの発信器を用いて単一のフレームを得るために要求される時間は、約５．３ミリ秒である。概して、アクチュエータの時間は、約数ミリ秒である。このタイミングは、他の要因の中でもとりわけ、レーザアレイあたりのレーザの数、各レーザに印加されるパルスの数、距離範囲、および発信器の数に応じて、図６Ａ－図６Ｃに関連して説明されるものと同様のある範囲のＬＩＤＡＲ構成に合致する。

【0071】

図７は、光学ビームＦＯＶ７０２、７０４の形状が公称上長方形である、本教示のＬＩＤＡＲシステムのある実施形態のＬＩＤＡＲシステムＦＯＶ７００の２次元投影を図示する。単一の検出器ピクセルのＦＯＶは、検出器アレイ内の単一のピクセルのＦＯＶがレーザビームＦＯＶ７０２、７０４より小さいような小さい正方形７０６によって表される。図７では、単一のレーザビームＦＯＶ７０２、７０４は、形状が略長方形であり、検出器アレイ上に投影されると、受信器検出器アレイ内の数十個ものピクセルに重複する。この場合、レーザビームは、反射されるパルスの喪失を伴うことなく複数のパルスが単一のピクセルを用いて得られるように、ある速度で掃引されることができる。

【0072】

レーザビームの運動の間、レーザ光学ビームＦＯＶは、開始位置７０８と、重複していない終了位置７１０とを有する。例えば、ピクセル２ ７１２が、位置１の最右縁に位置し、これは、レーザアレイとレンズシステムの光軸との間の特定のオフセットに対応するビームの開始位置７０８である。ピクセル２ ７１２は、位置２の最左縁に存在し、これは、レーザビームの終了位置７１０である。これは、時間の大部分に関して、ピクセル２がレーザビームからのある反射された光を受信することを意味する。レーザビームが運転中である場合でも、複数の測定が、このピクセルから行われることができる。これは、要求される数の測定値を取得するための十分な時間を可能にする。この場合、相対運動は、典型的に、レーザビームパターンのピッチの半分より大きい。ピクセル１ ７１６は、レーザＦＯＶ７０２のための開始位置７０８内に位置する。構成は、ピクセル３ ７１４等、縁上の特定のピクセルが、１つを上回るレーザビームを用いて照明されることを可能にする。

【0073】

図８は、マイクロレンズアレイ８０２の相対運動がレーザビーム８０４、８０６の投影角を変化させるために使用される、本教示のＬＩＤＡＲシステム発信器８００のある実施形態を図示する。エミッタアレイ８０８が、アレイ８０８内の各レーザ要素８１０から、ビーム８０４、８０８等の光学ビームを発生させる。例えば、いくつかの実施形態では、エミッタアレイ８０８は、ＶＣＳＥＬアレイである。また、いくつかの実施形態では、エミッタアレイ８０８は、１次元アレイであり、他の実施形態では、エミッタアレイ８０８は、２次元アレイである。いくつかの実施形態では、マイクロレンズアレイ８０２は、１次元アレイであり、他の実施形態では、マイクロレンズアレイ８０２は、２次元アレイである。ビーム８０４、８０８等の光学ビームは、マイクロレンズアレイ８０２を通過し、次いで、付加的な発信器光学系８１２を通過して標的平面８１４まで至る。

【0074】

マイクロレンズアレイ８０２とエミッタアレイ８０８との間の相対運動が、矢印８１６によって図示される。この相対運動は、アクチュエータ８１７によって引き起こされる。矢印８１６によって図示される相対運動は、本実施形態では、垂直運動として示されるが、各種の方向における相対運動が存在し得ることを理解されたい。使用される相対運動の方向は、標的平面８１４における光学ビーム、例えば、ビーム８０４、８０８の所望の相対位置に依存する。矢印８１６によって図示されるこの相対運動は、本明細書に説明されるような受信ＦＯＶに対するレーザＦＯＶの所望のＦＯＶを提供し、マイクロレンズアレイ８０２を使用するＬＩＤＡＲ発信器８００を備えるＬＩＤＡＲシステムの種々の性能目標を充足させるために使用されることができる。

【0075】

マイクロレンズアレイ８０２は、対応するエミッタアレイ８０８によって放出される個々のレーザビーム８０４、８０６あたり少なくとも１つの小さいレンズ８１８を有する多くの小さいレンズ８１８を有する。小さいレンズ８１８の寸法は、エミッタアレイ８０８内のエミッタ要素のピッチとほぼ同一である。この寸法は、典型的には、数百ミクロンである。図８に図示される実施形態では、発信器光学系８１２は、固定された付加的な大きいレンズとして示されている。固定された発信器光学系８１２はまた、レーザビーム８０４、８０６をコリメートするためにも使用され、そのため、発信器８００の全体的ＦＯＶを決定することに役立つ。本実施形態に示される構成では、マイクロレンズアレイ８０２のみが、システムの速度／応答時間をさらに最適化するために移動させられる。マイクロレンズアレイ８０２は、小さい質量を有するので、迅速に移動させられることができる。また、小さい運動が、大きい角度変化を発生させることもできる。

【0076】

例えば、本明細書に説明されるように２Ｄ ＶＣＳＥＬアレイと組み合わせられたマイクロレンズアレイは、投影角の所望の変化を達成するために、約１０ミクロン移動することのみが必要であり得る。マイクロレンズアレイ８０２は、特に、これがガラスの代わりにプラスチック材料から形成される場合、物理的に小さく、典型的には、ＶＣＳＥＬアレイよりわずかだけ大きくあり得る（これは、その質量が低く保たれ得ることを意味する）。約１０ミクロンであり得る要求される小さい質量および小さい運動が、要求される加速／力に関する要件を低減させ、短い作動時間を可能にする。そのような実施形態では、レンズアレイ８０２は、約５０μ秒未満で約１０ミクロン変位させられることができ、これは、走査パターンおよびフレームレートに影響を及ぼす付加的なシステム柔軟性を与えることができる。コントローラ８２０は、アクチュエータに接続して相対運動の制御を提供し、レーザアレイ８０８に接続して特定の個々のレーザまたはレーザの群の発射を制御する。
均等物

【0077】

本出願人の教示は、種々の実施形態と併せて説明されるが、本出願人の教示がそのような実施形態に限定されることは意図していない。むしろ、本出願人の教示は、当業者によって理解されるように、本教示の精神および範囲から逸脱することなく、その中に成され得る種々の代替、修正、および均等物を包含する。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7】

【図8】