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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】2024-10-04
(45)【発行日】2024-10-15
(54)【発明の名称】ＬＩＤＡＲウィンドウにおける障害検出
(51)【国際特許分類】
G01S 7/497 20060101AFI20241007BHJP
G01S 17/34 20200101ALI20241007BHJP
G01S 17/931 20200101ALI20241007BHJP
【ＦＩ】
G01S7/497
G01S17/34
G01S17/931
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2023510492
(86)(22)【出願日】2020-08-31
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-09-06
(86)【国際出願番号】 US2020048737
(87)【国際公開番号】W WO2022035442
(87)【国際公開日】2022-02-17
【審査請求日】2023-08-28
(31)【優先権主張番号】16/994,109
(32)【優先日】2020-08-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】521095112
【氏名又は名称】エヴァ インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100119792
【弁理士】
【氏名又は名称】熊崎 陽一
(72)【発明者】
【氏名】クラウス ペリン ホセ
(72)【発明者】
【氏名】ビスワナサ クマール バルガブ
(72)【発明者】
【氏名】ムートリ ラジェンドラ ツシャール
(72)【発明者】
【氏名】レズク ミナ
【審査官】佐藤 宙子
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－０７６５８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】独国特許出願公開第１０２０１７２２２６１８（ＤＥ，Ａ１）
【文献】特開２００３－３０７５６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－０２２０８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－１１８５１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２８４２６８（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
Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０
(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、ＬＩＤＡＲウィンドウを通して周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）光ビームを送信し、同光ビームの反射からのリターン信号を受信する光スキャナと、
前記リターン信号に応じて反射距離に依存した距離依存ベースバンド信号を生成する光処理装置と、
プロセッサ、およびこのプロセッサにより実行されるプログラム命令を格納するメモリを含む信号処理装置と、を備え、
前記プロセッサにより前記プログラム命令が実行されると、
前記周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）光ビームの反射から受信した前記リターン信号が前記ＬＩＤＡＲウィンドウ上またはその近傍の障害物により生じたものかどうかを、前記障害物からの前記リターン信号に対応する前記距離依存ベースバンド信号内の閾値周波数に基づいて判定し、
前記障害物が前記ＬＩＤＡＲシステムの使用に及ぼす影響を判定し、
加えて、前記障害物が前記ＬＩＤＡＲシステムの使用に及ぼす影響を低減する指示を与えるように構成される、ＬＩＤＡＲシステム。
【請求項2】
請求項１記載のＬＩＤＡＲシステムであって、前記リターン信号が前記ＬＩＤＡＲウィンドウ上の障害物によって生じたものかどうかを判定するために、前記距離依存ベースバンド信号内の前記閾値周波数よりも低い周波数を検出するように前記プロセッサにより指示される、ＬＩＤＡＲシステム。
【請求項3】
請求項２記載のＬＩＤＡＲシステムであって、前記障害物が前記ＬＩＤＡＲシステムの使用に及ぼす影響を判定するために、前記ＬＩＤＡＲウィンドウで遮蔽された視野（ＦＯＶ）と、前記障害物によって反射された光エネルギーとを特定する反射率マップを生成するように前記プロセッサにより指示される、ＬＩＤＡＲシステム。
【請求項4】
請求項３記載のＬＩＤＡＲシステムであって、前記信号処理装置は、前記ＬＩＤＡＲウィンドウにおける視野（ＦＯＶ）の反射率マップを解析し、前記遮蔽された視野（ＦＯＶ）が安全上重要な視野（ＦＯＶ）であるかどうかを判定するとともに、前記視野の最大検出範囲が安全上重要な最小検出範囲よりも小さいかどうかを判定する、ＬＩＤＡＲシステム。
【請求項5】
請求項４記載のＬＩＤＡＲシステムであって、車両搭載装置に設けられており、かつ、前記信号処理装置は、前記障害物が前記ＬＩＤＡＲシステムの使用に及ぼす影響を低減するために、前記車両を減速させる、前記車両を停止させる、および前記ＬＩＤＡＲウィンドウをクリーニングする、のうち一つ以上の指示を与える、ＬＩＤＡＲシステム。
【請求項6】
請求項１記載のＬＩＤＡＲシステムであって、前記光処理装置は、
周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）光ビームを生成する光源と、
前記光源からのＦＭＣＷ光ビームを受信する光カプラと、
前記光カプラに接続され、前記ＦＭＣＷ光ビームを前記光スキャナに送信するとともに、前記光スキャナから前記リターン信号を受信する偏光ビームスピリッタ（ＰＢＳ）と、
前記偏光ビームスピリッタ（ＰＢＳ）から受信するリターン信号と、前記光カプラから受信するＦＭＣＷ光ビームのサンプル信号とを空間混合することにより前記距離依存ベースバンド信号を生成する光検出器（ＰＤ）と、を備える、ＬＩＤＡＲシステム。
【請求項7】
請求項２記載のＬＩＤＡＲシステムであって、前記光処理装置に接続され、前記距離依存ベースバンド信号の時間領域サンプルを生成するサンプラと、
前記サンプラに接続され、前記時間領域サンプルを周波数領域に変換する離散フーリエ変換（ＤＦＴ）プロセッサと、
前記離散フーリエ変換（ＤＦＴ）プロセッサに接続され、前記周波数領域で前記閾値周波数より低い周波数における前記距離依存ベースバンド信号のエネルギーピークを検索するピーク検索プロセッサと、を備える、ＬＩＤＡＲシステム。
【請求項8】
請求項７に記載のＬＩＤＡＲシステムであって、前記信号処理装置は、
前記ピーク検索プロセッサに接続され、ドップラー走査アーティファクトを補正する周波数補償プロセッサと、
前記周波数補償プロセッサに接続され、前記ＬＩＤＡＲウィンドウにおける視野（ＦＯＶ）の反射率マップおよびウィンドウ健全性評価レポートを生成するポストプロセッサと、を備える、ＬＩＤＡＲシステム。
【請求項9】
ＬＩＤＡＲシステムにおける方法であって、周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）光ビームに対応するリターン信号を受信するステップと、
光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）のためのリターン信号に基づいてＬＩＤＡＲウィンドウ上またはその近傍の障害物を検出するステップであって、前記リターン信号が、前記障害物に応じた前記リターン信号に対応する閾値周波数に基づくものであるステップと、
前記障害物が前記ＬＩＤＡＲシステムの使用に及ぼす影響を判定するステップと、
前記障害物が前記ＬＩＤＡＲシステムの使用に及ぼす影響を低減する指示を与えるステップと、を含む方法。
【請求項10】
請求項９に記載の方法であって、前記ＬＩＤＡＲウィンドウの障害物を検出する方法は、
前記リターン信号に応じて反射距離に依存した距離依存ベースバンド信号を生成するステップと、
前記距離依存ベースバンド信号内で前記ＬＩＤＡＲウィンドウまたはその近傍に対応する前記閾値周波数より低い周波数を検出するステップと、を含む方法。
【請求項11】
請求項１０に記載の方法であって、前記距離依存ベースバンド信号内で前記閾値周波数より低い周波数を検出する方法は、
前記距離依存ベースバンド信号を時間領域でサンプリングするステップと、
前記ステップによる時間領域のサンプルを周波数領域に変換するステップと、
前記閾値周波数よりも低い周波数領域において前記距離依存ベースバンド信号のエネルギーピークを検索するステップと、を含む方法。
【請求項12】
請求項１０に記載の方法であって、前記障害物が前記ＬＩＤＡＲシステムの使用に及ぼす影響を判定する方法は、
前記ＬＩＤＡＲシステムにおける視野（ＦＯＶ）の反射率マップを生成するステップと、
前記反射率マップを解析することにより前記ＬＩＤＡＲシステムで遮蔽された視野（ＦＯＶ）を特定し、かつ、同遮蔽された視野（ＦＯＶ）から反射されたエネルギーを特定するステップと、を含む方法。
【請求項13】
請求項１２に記載の方法であって、さらに、前記遮蔽された視野（ＦＯＶ）が安全上重要な視野（ＦＯＶ）であるかどうかを判定するステップと、
前記視野の最大検出範囲が安全上重要な最小検出範囲よりも小さいかどうかを判定するステップと、を含む方法。
【請求項14】
請求項９に記載の方法であって、前記ＬＩＤＡＲシステムが車両搭載装置を備えており、かつ、前記障害物が前記ＬＩＤＡＲシステムの使用に及ぼす影響を低減するために、前記車両を減速させる、前記車両を駐車させる、および前記ＬＩＤＡＲウィンドウをクリーニングする、のうち一つ以上の指示を与える、方法。
【請求項15】
非一時的コンピュータ可読媒体であって、ＬＩＤＡＲシステムのプロセッサにより実行されるプログラム命令が格納されており、前記プロセッサにより前記プログラム命令が実行されると、
前記ＬＩＤＡＲシステムが、
周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）光ビームに対応するリターン信号を受信し、
受信した前記リターン信号がＬＩＤＡＲウィンドウ上またはその近傍の障害物により生じたものかどうかを、前記障害物に応じた前記リターン信号に対応する閾値周波数に基づいて判定し、
前記障害物が前記ＬＩＤＡＲシステムの使用に及ぼす影響を判定し、
加えて、前記障害物が前記ＬＩＤＡＲシステムの使用に及ぼす影響を低減する指示を与える、コンピュータ可読媒体。
【請求項16】
請求項１５に記載のコンピュータ可読媒体であって、前記ＬＩＤＡＲウィンドウの障害物を検出するために、前記ＬＩＤＡＲシステムが、さらに、
前記リターン信号に応じて反射距離に依存した距離依存ベースバンド信号を生成し、
前記距離依存ベースバンド信号内で前記ＬＩＤＡＲウィンドウまたはその近傍に対応する前記閾値周波数より低い周波数を検出する、コンピュータ可読媒体。
【請求項17】
請求項１６に記載のコンピュータ可読媒体であって、前記距離依存ベースバンド信号内で前記閾値周波数より低い周波数を検出するために、前記ＬＩＤＡＲシステムが、さらに、
前記距離依存ベースバンド信号を時間領域でサンプリングし、
前記時間領域のサンプルを周波数領域に変換し、
前記閾値周波数よりも低い周波数領域において周波数領域ピークを検索する、
コンピュータ可読媒体。
【請求項18】
請求項１５に記載のコンピュータ可読媒体であって、前記障害物が前記ＬＩＤＡＲシステムの使用に及ぼす影響を判定するために、前記ＬＩＤＡＲシステムが、さらに、前記ＬＩＤＡＲシステムにおける視野（ＦＯＶ）の反射率マップを生成し、
前記反射率マップを解析することにより前記ＬＩＤＡＲシステムで遮蔽された視野（ＦＯＶ）を特定し、かつ、同遮蔽された視野（ＦＯＶ）から反射されたエネルギーを特定する、コンピュータ可読媒体。
【請求項19】
請求項１８に記載のコンピュータ可読媒体であって、前記ＬＩＤＡＲシステムが、さらに、前記遮蔽された視野（ＦＯＶ）が安全上重要な視野（ＦＯＶ）であるかどうかを判定し、
前記視野の最大検出範囲が安全上重要な最小検出範囲よりも小さいかどうかを判定する、コンピュータ可読媒体。
【請求項20】
請求項１５に記載のコンピュータ可読媒体であって、前記ＬＩＤＡＲシステムが車両搭載装置を備えており、かつ、前記障害物が前記ＬＩＤＡＲシステムの使用に及ぼす影響を低減するために、前記ＬＩＤＡＲシステムが、前記車両を減速させる、前記車両を駐車させる、または、前記ＬＩＤＡＲウィンドウをクリーニングする指示を与える、コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき２０２０年８月１４日に出願された米国特許出願第１６／９９４，１０９号の優先権を主張するものであり、その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本発明は、光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システムに関し、詳しくは、ＬＩＤＡＲシステムの視野ウィンドウにおける障害物の検出、評価、および低減に関する。
【背景技術】
【0003】
周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）ＬＩＤＡＲシステムは、ターゲットに向けて周波数変調された光を照射するために波長可変レーザを使用し、またターゲットからの後方散乱光または反射光を検出するために送信信号のローカルコピーを備えたコヒーレント受信器を使用する。そして、同受信器において、ローカルコピーと、ターゲットまでの往復時間だけ遅延し戻るリターン信号とを混合し、それにより、システムの視野内における各ターゲットまでの距離に比例したビート周波数を生成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
このようなＬＩＤＡＲシステムは、外部環境が過酷な車両搭載用のナビゲーションとして使用することができる。ターゲットに照射する光ビームは、同システムの光学系、電気光学系、機械系の各部品を保護するために、密閉された窓（ＬＩＤＡＲウィンドウ）を通して伝送される。
しかしながら、このような光ビームは、雨、水滴、泥、道路塩（雪・氷を溶かすためにまかれた塩化カルシウム等）、昆虫、またはその他の破片によって妨げられることがあり、このような場合、光ビームが遮断または減衰され、安全上の問題が引き起こされるおそれがある。
しかしながら、このような光ビームは、雨、水滴、泥、道路塩（雪・氷を溶かすためにまかれた塩化カルシウム等）、昆虫、またはその他の破片によって妨げられることがあり、このような場合、光ビームが遮断または減衰され、安全上の問題が引き起こされるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
以下、本発明の態様、すなわち、ＬＩＤＡＲウィンドウに対する障害物を検出、評価し、かつその影響を低減するためのＬＩＤＡＲシステムおよびその方法の各発明の態様について説明する。
【0006】
本発明の一態様によるＬＩＤＡＲシステムは、ＬＩＤＡＲウィンドウを通して光ビームを送信し、同光ビームの反射からのリターン信号を受信する光スキャナを備える。また、同ＬＩＤＡＲシステムは、前記リターン信号に応じて反射距離に依存した距離依存ベースバンド信号を生成する光処理装置を備える。さらに同ＬＩＤＡＲシステムは、プロセッサ、およびこのプロセッサにより実行されるプログラム命令を格納する非一時的メモリを含む信号処理装置を備える。
そして、前記プロセッサにより前記プログラム命令が実行されると、
受信した前記リターン信号が前記ＬＩＤＡＲウィンドウ上（またはその近傍）の障害物により生じたものかどうかを判定し、
前記障害物が前記ＬＩＤＡＲシステムの使用に及ぼす影響を判定し、
加えて、前記障害物が前記ＬＩＤＡＲシステムの使用に及ぼす影響を低減する指示を与えるように構成される。
そして、前記プロセッサにより前記プログラム命令が実行されると、
受信した前記リターン信号が前記ＬＩＤＡＲウィンドウ上（またはその近傍）の障害物により生じたものかどうかを判定し、
前記障害物が前記ＬＩＤＡＲシステムの使用に及ぼす影響を判定し、
加えて、前記障害物が前記ＬＩＤＡＲシステムの使用に及ぼす影響を低減する指示を与えるように構成される。
【0007】
本発明の一態様おいて、前記リターン信号が前記ＬＩＤＡＲウィンドウ上の障害物によって生じたものかどうかを判定するために、前記信号処理装置は、前記距離依存ベースバンド信号内の閾値周波数よりも低い周波数を検出するように構成される。
【0008】
本発明の一態様において、前記障害物が前記ＬＩＤＡＲシステムの使用に及ぼす影響を判定するために、前記ＬＩＤＡＲシステムは、前記ＬＩＤＡＲウィンドウで遮蔽された視野（ＦＯＶ）と、前記障害物によって反射された光エネルギーとを特定する反射率マップを生成するように構成される。
【0009】
本発明の一態様による前記ＬＩＤＡＲシステムは、前記ＬＩＤＡＲウィンドウにおける視野（ＦＯＶ）の反射率マップを解析し、前記遮蔽された視野（ＦＯＶ）が安全上重要な視野（ＦＯＶ）であるかどうかを判定するとともに、前記視野の最大検出範囲が安全上重要な最小検出範囲よりも小さいかどうかを判定するように構成される。
【0010】
本発明の一態様において、前記ＬＩＤＡＲシステムが車両搭載装置になっており、かつ、前記信号処理装置は、前記障害物が前記ＬＩＤＡＲシステムの使用に及ぼす影響を低減するために、前記車両を減速させる、前記車両を停止させる、および前記ＬＩＤＡＲウィンドウをクリーニングする、のうち一つ以上の指示を与えるように構成される。
【0011】
本発明の一態様による前記ＬＩＤＡＲシステムは、
周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）光ビームを生成する光源と、
前記光源からのＦＭＣＷ光ビームを受信する光カプラと、
前記光カプラに接続され、前記ＦＭＣＷ光ビームを前記光スキャナに送信するとともに、前記光スキャナから前記リターン信号を受信する偏光ビームスピリッタ（ＰＢＳ）と、
前記偏光ビームスピリッタ（ＰＢＳ）から受信するリターン信号と、前記光カプラから受信するＦＭＣＷ光ビームのサンプル信号とを空間混合することにより前記距離依存 ベースバンド信号を生成する光検出器（ＰＤ）と、を備える。
周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）光ビームを生成する光源と、
前記光源からのＦＭＣＷ光ビームを受信する光カプラと、
前記光カプラに接続され、前記ＦＭＣＷ光ビームを前記光スキャナに送信するとともに、前記光スキャナから前記リターン信号を受信する偏光ビームスピリッタ（ＰＢＳ）と、
前記偏光ビームスピリッタ（ＰＢＳ）から受信するリターン信号と、前記光カプラから受信するＦＭＣＷ光ビームのサンプル信号とを空間混合することにより前記距離依存 ベースバンド信号を生成する光検出器（ＰＤ）と、を備える。
【0012】
本発明の一態様による前記信号処理装置は、
前記光処理装置に接続され、前記距離依存ベースバンド信号の時間領域サンプルを生成するサンプラと、
前記サンプラに接続され、前記時間領域サンプルを周波数領域に変換する離散フーリエ変換（ＤＦＴ）プロセッサと、
前記離散フーリエ変換（ＤＦＴ）プロセッサに接続され、前記周波数領域で前記閾値周波数より低い周波数における前記距離依存ベースバンド信号のエネルギーピークを検索するピーク検索プロセッサと、を備える。
前記光処理装置に接続され、前記距離依存ベースバンド信号の時間領域サンプルを生成するサンプラと、
前記サンプラに接続され、前記時間領域サンプルを周波数領域に変換する離散フーリエ変換（ＤＦＴ）プロセッサと、
前記離散フーリエ変換（ＤＦＴ）プロセッサに接続され、前記周波数領域で前記閾値周波数より低い周波数における前記距離依存ベースバンド信号のエネルギーピークを検索するピーク検索プロセッサと、を備える。
【0013】
本発明の一態様による前記信号処理装置は、
前記ピーク検索プロセッサに接続され、ドップラー走査アーティファクトを補正する周波数補償プロセッサと、
前記周波数補償プロセッサに接続され、前記ＬＩＤＡＲウィンドウにおける視野の反射率マップおよびウィンドウ健全性評価レポートを生成するポストプロセッサと、を備える。
前記ピーク検索プロセッサに接続され、ドップラー走査アーティファクトを補正する周波数補償プロセッサと、
前記周波数補償プロセッサに接続され、前記ＬＩＤＡＲウィンドウにおける視野の反射率マップおよびウィンドウ健全性評価レポートを生成するポストプロセッサと、を備える。
【0014】
本発明の一態様によるＬＩＤＡＲシステムにおける方法は、
光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）のためのリターン信号に基づいて前記ＬＩＤＡＲウィンドウ上またはその近傍の障害物を検出するステップと、
前記障害物が前記ＬＩＤＡＲシステムの使用に及ぼす影響を判定するステップと、
前記障害物が前記ＬＩＤＡＲシステムの使用に及ぼす影響を低減する指示を与えるステップと、を含む。
光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）のためのリターン信号に基づいて前記ＬＩＤＡＲウィンドウ上またはその近傍の障害物を検出するステップと、
前記障害物が前記ＬＩＤＡＲシステムの使用に及ぼす影響を判定するステップと、
前記障害物が前記ＬＩＤＡＲシステムの使用に及ぼす影響を低減する指示を与えるステップと、を含む。
【0015】
本発明の一態様による非一時的コンピュータ可読媒体は、ＬＩＤＡＲシステムのプロセッサにより実行されるプログラム命令を格納しており、
前記プロセッサにより前記プログラム命令が実行されると、前記ＬＩＤＡＲシステムが以下の処理を行う。
受信した前記リターン信号が前記ＬＩＤＡＲウィンドウ上またはその近傍の障害物により生じたものかどうかを判定し、
前記障害物が前記ＬＩＤＡＲシステムの使用に及ぼす影響を判定し、
加えて、前記障害物が前記ＬＩＤＡＲシステムの使用に及ぼす影響を低減する指示を与える。
前記プロセッサにより前記プログラム命令が実行されると、前記ＬＩＤＡＲシステムが以下の処理を行う。
受信した前記リターン信号が前記ＬＩＤＡＲウィンドウ上またはその近傍の障害物により生じたものかどうかを判定し、
前記障害物が前記ＬＩＤＡＲシステムの使用に及ぼす影響を判定し、
加えて、前記障害物が前記ＬＩＤＡＲシステムの使用に及ぼす影響を低減する指示を与える。
【図面の簡単な説明】
【0016】
本発明の種々の態様を明確にするために、後述の詳細な説明（実施形態）で参照される図面を示す。なお図中の同一の符号は同一の要素である。
【図1】本発明の実施形態におけるＬＩＤＡＲシステムの一例を示すブロック図である。
【0017】
【図2】本発明の実施形態におけるＬＩＤＡＲ波形の一例を示す時間－周波数特性図である。
【0018】
【図3】本発明の実施形態における光処理装置を示すブロック図である。
【0019】
【図4】本発明の実施形態における、時間領域の距離依存ベースバンド信号の一例を示す時間－振幅プロット（座標図）である。
【0020】
【図5】本発明の実施形態における信号処理装置を示すブロック図である。
【0021】
【図6】本発明の実施形態におけるＬＩＤＡＲウィンドウの反射率マップを示す説明図である。
【0022】
【図7】本発明の実施形態における角度分解能と周波数分解能との間のトレードオフを説明するためのサンプリングタイムライン図である。
【0023】
【図8】本発明の実施形態における、ＬＩＤＡＲウィンドウの障害を検出および評価するための一方法を示すフローチャートである。
【0024】
【図9】本発明の実施形態における、ＬＩＤＡＲウィンドウの障害を検出および評価するためのシステムを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、本発明の実施形態によるＬＩＤＡＲシステムと、ＬＩＤＡＲウィンドウ上の障害物による影響を検出し、評価し、かつ低減する方法について説明する。
本発明の実施形態におけるＬＩＤＡＲシステムは、輸送、製造、計測、医療、セキュリティシステムなど、任意のセンシング市場に導入することができる。その他、実施形態で説明されるＬＩＤＡＲシステムは、自動運転支援システムや自動運転車の空間認識を支援する周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）デバイスのフロントエンド（前置型）パーツとして実装される。
本発明の実施形態におけるＬＩＤＡＲシステムは、輸送、製造、計測、医療、セキュリティシステムなど、任意のセンシング市場に導入することができる。その他、実施形態で説明されるＬＩＤＡＲシステムは、自動運転支援システムや自動運転車の空間認識を支援する周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）デバイスのフロントエンド（前置型）パーツとして実装される。
【0026】
図１は、一実施形態によるＬＩＤＡＲシステム１００を示している。ＬＩＤＡＲシステム１００には、複数のコンポーネントが組み込まれているが、図示より少ないコンポーネントであってもよく、または追加コンポーネントを含んでもよい。
図１に示すように、ＬＩＤＡＲシステム１００は、フォトニクスチップ上に実装された光学回路１０１を有する。光学回路１０１には、アクティブ光学部品とパッシブ光学部品とが組み込まれる。アクティブ光学部品は、光信号を生成、増幅、および/または検出するようになっており、異なる波長の光ビームを有し、一つ以上の光増幅器、一つ以上の光学的な検出器等を含む。
図１に示すように、ＬＩＤＡＲシステム１００は、フォトニクスチップ上に実装された光学回路１０１を有する。光学回路１０１には、アクティブ光学部品とパッシブ光学部品とが組み込まれる。アクティブ光学部品は、光信号を生成、増幅、および/または検出するようになっており、異なる波長の光ビームを有し、一つ以上の光増幅器、一つ以上の光学的な検出器等を含む。
【0027】
フリースペースオプティクス１１５は、光信号を伝送し適切な入力/出力ポートにルーティングおよび操作するための一つ以上の光導波路を備える。フリースペースオプティクス１１５には、タップ、波長分割多重器（ＷＤＭ）、スプリッタ／コンバイナ（分割器/合成器）、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、コリメータ、カプラ等の一つ以上の光学部品が含まれる。加えて、フリースペースオプティクス１１５には、偏波状態を変換し、たとえば偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を使用して受信偏光光を光検出器に直接誘導するための部品が含まれる場合がある。また、フリースペースオプティクス１１５には、周波数の異なる光ビームを軸（例．速軸）上の異なる角度に偏向する回折素子がさらに含まれる場合がある。
【0028】
本実施形態のＬＩＤＡＲシステム１００は、一つ以上のスキャンミラーを有する光スキャナ１０２を備えている。これらのスキャンミラーは、スキャンパターンに従って環境をスキャンする光信号を誘導するために、回折素子の速軸に直交または実質的に直交する軸（例．遅軸）に沿って回転可能になっている。
たとえば、スキャンミラーは一つまたは複数のガルバノメータによって回転可能である。光スキャナ１０２は、また環境内の任意の物体に反射した光を受信し、光学回路１０１のパッシブ光学（回路）部品に戻るリターン光ビームにする。リターン光ビームは、たとえば偏光ビームスプリッタによって光検出器に向けられる。
なお、光スキャナ１０２には、ミラーやガルバノメータに加えて、四分の一波長板、レンズ、反射防止コーティングされた光学窓などの部品が含まれる場合がある。
たとえば、スキャンミラーは一つまたは複数のガルバノメータによって回転可能である。光スキャナ１０２は、また環境内の任意の物体に反射した光を受信し、光学回路１０１のパッシブ光学（回路）部品に戻るリターン光ビームにする。リターン光ビームは、たとえば偏光ビームスプリッタによって光検出器に向けられる。
なお、光スキャナ１０２には、ミラーやガルバノメータに加えて、四分の一波長板、レンズ、反射防止コーティングされた光学窓などの部品が含まれる場合がある。
【0029】
ＬＩＤＡＲシステム１００には、光学回路１０１および光スキャナ１０２を制御およびサポートするために、ＬＩＤＡＲ制御装置１１０が設けられる。ＬＩＤＡＲ制御装置１１０には、ＬＩＤＡＲシステム１００に必要な処理デバイスが含まれる。処理デバイスはマイクロプロセッサ、中央処理装置などの汎用処理デバイスであり、具体的には、複合命令セット演算（ＣＩＳＣ）マイクロプロセッサ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）マイクロプロセッサ、超長命令語（ＶＬＩＷ）マイクロプロセッサ、または他の命令セットを実装するプロセッサ、あるいは、命令セットの組み合わせを実装するプロセッサである。また、上記処理デバイスは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：現場プログラム可能ゲートアレイ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークプロセッサ等の特殊用途処理デバイスの一つ以上であってもよい。
【0030】
ＬＩＤＡＲ制御装置１１０には、ＤＳＰなどの信号処理ユニット１１２が設けられる。これにより、 ＬＩＤＡＲ制御装置１１０は、光学ドライバ１０３を制御するためのデジタル制御信号を出力する。デジタル制御信号は、信号変換ユニット１０６を介してアナログ信号に変換される。信号変換ユニット１０６にはたとえばデジタル／アナログ変換器が含まれる。
光学ドライバ１０３は、光学回路１０１のアクティブ光学部品に駆動信号を送り、レーザや増幅器などの光源を駆動する。他の一実施形態においては、複数の光源を駆動するために、複数の光学ドライバ１０３および信号変換ユニット１０６を設けてもよい。
光学ドライバ１０３は、光学回路１０１のアクティブ光学部品に駆動信号を送り、レーザや増幅器などの光源を駆動する。他の一実施形態においては、複数の光源を駆動するために、複数の光学ドライバ１０３および信号変換ユニット１０６を設けてもよい。
【0031】
ＬＩＤＡＲ制御装置１１０はまた、光スキャナ１０２に対してデジタル制御信号を出力するように構成される。モーション制御装置１０５は、ＬＩＤＡＲ制御装置１１０から受信した制御信号に基づいて、光スキャナ１０２のガルバノメータを制御することができる。具体的には、デジタル／アナログ変換器を使用して、ＬＩＤＡＲ制御装置１１０からの座標ルーティング情報を、光スキャナ１０２のガルバノメータによって処理可能な信号に変換することができる。
また、モーション制御装置１０５は、光スキャナ１０２のコンポーネントの位置または動作に関する情報をＬＩＤＡＲ制御装置１１０に送り返すこともできる。具体的には、アナログ／デジタル変換器を使用して、ガルバノメータの位置に関する情報をＬＩＤＡＲ制御装置１１０が処理可能な信号に変換することができる。
また、モーション制御装置１０５は、光スキャナ１０２のコンポーネントの位置または動作に関する情報をＬＩＤＡＲ制御装置１１０に送り返すこともできる。具体的には、アナログ／デジタル変換器を使用して、ガルバノメータの位置に関する情報をＬＩＤＡＲ制御装置１１０が処理可能な信号に変換することができる。
【0032】
ＬＩＤＡＲ制御装置１１０は、入力されたデジタル信号を解析するように構成される。これに関連して、ＬＩＤＡＲシステム１００には、光学回路１０１で受信された一つまたは複数のビームを測定するための光受信器１０４が設けられる。具体的には、光受信器１０４としての基準ビーム受信器は、アクティブ光学部品からの基準ビームの振幅を測定し、アナログ／デジタル変換器により同基準ビーム受信器からの信号を、ＬＩＤＡＲ制御装置１１０で処理可能な信号に変換する。また、光受信器１０４としてのターゲット受信器は、ビート周波数変調光信号の形でターゲットの距離と速度に関する情報をもつ光信号を計測する。この場合、光信号の反射ビームは、ローカル発振器からの第２の信号（ローカルコピー）と混合されてもよい。
光受信器１０４には、ターゲット受信器からの信号をＬＩＤＡＲ制御装置１１０によって処理可能な信号に変換する高速アナログ／デジタル変換器を設けることができる。本実施形態では、光受信器１０４からの信号は、ＬＩＤＡＲ制御装置１１０に受信される前に、信号調整ユニット１０７による信号調整を施される。たとえば信号調整ユニット１０７では、光受信器１０４からの信号に対して、オペアンプによる受信信号の増幅が行われ、増幅された信号がＬＩＤＡＲ制御装置１１０に送られる。
光受信器１０４には、ターゲット受信器からの信号をＬＩＤＡＲ制御装置１１０によって処理可能な信号に変換する高速アナログ／デジタル変換器を設けることができる。本実施形態では、光受信器１０４からの信号は、ＬＩＤＡＲ制御装置１１０に受信される前に、信号調整ユニット１０７による信号調整を施される。たとえば信号調整ユニット１０７では、光受信器１０４からの信号に対して、オペアンプによる受信信号の増幅が行われ、増幅された信号がＬＩＤＡＲ制御装置１１０に送られる。
【0033】
ＬＩＤＡＲシステム１００には、環境の画像をキャプチャするように構成された一つ以上の撮像装置１０８、同システムの地理的位置を提供するように構成された全地球測位システム（ＧＰＳ）１０９、または他のセンサ入力を設けることもできる。
また、ＬＩＤＡＲシステム１００には画像処理装置１１４を設けることができる。この場合、同画像処理装置１１４は、撮像装置１０８および全地球測位システム（ＧＰＳ）１０９から画像および地理的位置を受信し、画像および位置またはそれに関連する情報を、ＬＩＤＡＲ制御装置１１０またはそれに接続された他の装置に送信するように構成される。
また、ＬＩＤＡＲシステム１００には画像処理装置１１４を設けることができる。この場合、同画像処理装置１１４は、撮像装置１０８および全地球測位システム（ＧＰＳ）１０９から画像および地理的位置を受信し、画像および位置またはそれに関連する情報を、ＬＩＤＡＲ制御装置１１０またはそれに接続された他の装置に送信するように構成される。
【0034】
ＬＩＤＡＲシステム１００は、非縮退光学光源を用いて二次元で距離および速度を同時に測定するように構成される。この機能により、周囲環境の距離、速度、方位および高さ（標高）について遠距離測定がリアルタイムで可能になる。
【0035】
本実施形態におけるスキャンプロセスは、光学ドライバ１０３およびＬＩＤＡＲ制御装置１１０から開始される。ＬＩＤＡＲ制御装置１１０は、光学ドライバ１０３に一つまたは複数の光ビームをそれぞれ変調するように指示し、これらの変調信号は光学回路１０１のパッシブ光学回路を通ってフリースペースオプティクス１１５のコリメータに伝送される。同コリメータは、この光ビームを光スキャナ１０２に向けて誘導し、光スキャナ１０２はモーション制御装置１０５で事前にプログラムされたパターンで環境をスキャンする。
光学回路１０１には、光が光学回路１０１を出る際に偏光を変換する偏光波板（ＰＷＰ）を設けてもよい。この場合、偏光波板は四分の一波板または半波板を採用することができる。偏光された光ビームの一部は、光学回路１０１に戻るように反射される場合もある。たとえば、ＬＩＤＡＲシステム１００で使用されるレンズ・コリメータシステムは、自然な反射特性または反射コーティングを有する場合があり、これにより光ビームの一部が光学回路１０１に反射される。
光学回路１０１には、光が光学回路１０１を出る際に偏光を変換する偏光波板（ＰＷＰ）を設けてもよい。この場合、偏光波板は四分の一波板または半波板を採用することができる。偏光された光ビームの一部は、光学回路１０１に戻るように反射される場合もある。たとえば、ＬＩＤＡＲシステム１００で使用されるレンズ・コリメータシステムは、自然な反射特性または反射コーティングを有する場合があり、これにより光ビームの一部が光学回路１０１に反射される。
【0036】
環境から反射された光信号は、光学回路１０１を通して受信器（光受信機１０４）に送られる。このとき、反射光の偏光が変化しているため偏光光の一部とともに偏光ビームスプリッタに送られる。その結果、反射された光信号は、光源と同じ光ファイバまたは波導路には戻らず、それぞれ異なる光受信器に反射される。これらの信号は互いに干渉し、混合信号を生成する。ターゲットから戻ってくる各ビーム信号は、時間シフトされた波形を生成し、これら２つの波形間の時間的位相差によって光受信器（光検出器） で計測されるビート周波数が生成される。そして、この混合信号は光受信器１０４で処理される。
【0037】
光受信器１０４で受信したアナログ信号は、ＡＤＣ（アナログ／デジタル変換器）によりデジタル信号に変換される。次いで、同デジタル信号は、ＬＩＤＡＲ制御装置１１０に送信される。同装置の信号処理ユニット１１２は、同デジタル信号を受信しそれらを処理する。
本実施形態において、信号処理ユニット１１２は、モーション制御装置１０５およびガルバノメータ（図示されない）から位置データを受信し、画像処理装置１１４から画像データを受信することができる。これにより、信号処理ユニット１１２は、光スキャナ１０２が追加ポイントを走査する際に、環境内のポイントの範囲と速度に関する情報を有する３Ｄポイントクラウドを生成することができる。信号処理ユニット１１２はまた、３Ｄポイントクラウドを画像データと重ね合わせて、周囲の物体の速度および距離を決定する場合もある。このユニットによるシステムはさらに衛星ベースのナビゲーション位置データを処理して正確な全地球的位置情報を提供する場合もある。
本実施形態において、信号処理ユニット１１２は、モーション制御装置１０５およびガルバノメータ（図示されない）から位置データを受信し、画像処理装置１１４から画像データを受信することができる。これにより、信号処理ユニット１１２は、光スキャナ１０２が追加ポイントを走査する際に、環境内のポイントの範囲と速度に関する情報を有する３Ｄポイントクラウドを生成することができる。信号処理ユニット１１２はまた、３Ｄポイントクラウドを画像データと重ね合わせて、周囲の物体の速度および距離を決定する場合もある。このユニットによるシステムはさらに衛星ベースのナビゲーション位置データを処理して正確な全地球的位置情報を提供する場合もある。
【0038】
図２は、ＬＩＤＡＲシステム１００のようなＬＩＤＡＲシステムで使用可能なＦＭＣＷスキャン信号２０１の時間－周波数ダイアグラム２００である。この例において、スキャン信号２０１の波形は、チャープ帯域幅ΔｆCおよびチャープ周期ＴCを持つ鋸波形（鋸「チャープ」）であり、ｆFM（ｔ）とラベル付けされている。鋸波の傾きは、ｋ =（ΔｆC/ ＴC）となる。
図２にはまたターゲットリターン信号２０２が示される。ｆＦＭ（ｔ－Δｔ）で示されるターゲットリターン信号２０２は、スキャン信号２０１の時間遅延バージョンであり、Δｔは、スキャン信号２０１によるターゲットへの照射往復時間である。この往復時間は Δｔ＝２Ｒ／ｖ で表すことができる。ここで、Ｒ はターゲットの距離、ｖ は光ビームの速度である光速ｃである。したがって、同ターゲットの距離Ｒ は、Ｒ＝ｃ（Δｔ／２） として計算できる。
リターン信号２０２がスキャン信号と光学的に混合されると、距離依存の差周波数（「ビート周波数」）ΔｆＲ（ｔ）が生成される。ビート周波数ΔｆＲ（ｔ）は、鋸波の傾きｋによって時間遅延Δｔに線形（直線的）に関連付けられる。つまり、ΔｆＲ（ｔ） ＝ｋΔｔ として表される。ターゲット距離RはΔt に比例するため、ターゲット距離Ｒは Ｒ ＝（ｃ／２）（ΔｆＲ（ｔ）／ｋ） として計算できる。すなわち、距離Ｒは、ビート周波数ΔｆＲ（ｔ）に線形（直線的）に関連付けられる。
ビート周波数ΔｆＲ（ｔ）は、ＬＩＤＡＲシステム１００の光受信器１０４でアナログ信号として生成される。このビート周波数は、ＬＩＤＡＲシステム１００の信号調整ユニット１０７内のアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）によってデジタル信号に変換される。
このようにしてデジタル化されたビート周波数信号は、ＬＩＤＡＲシステム１００内の信号処理ユニット（例えば、信号処理ユニット１１２）でデジタル処理される。
ただし、ターゲットがＬＩＤＡＲシステム１００に対して速度を有する場合、ターゲットのリターン信号には一般に周波数オフセット（ドップラーシフト）が生じることに注意する必要がある。ドップラーシフトは別途検出されてリターン信号の周波数を補正するために使用されるため、図２では説明の簡略化のためドップラーシフトは表示されない。
また、ＡＤＣのサンプリング周波数は、エイリアシングを発生させずにシステムで処理可能な最高のビート周波数に設定される。一般的に処理可能な最高周波数はサンプリング周波数の半分（すなわち「ナイキスト制限」）である。例えば、制限のないＡＤＣのサンプリング周波数が１ギガヘルツである場合、エイリアシングなしで処理できる最高ビート周波数（ΔｆＲｍａｘ）は５００メガヘルツである。この制限は、システムの最大ターゲット距離Ｒｍａｘ＝（ｃ／２）（ΔｆＲｍａｘ／ｋ）で決まり、これは鋸波の傾きｋを変更することによって調整することができる。
本実施形態では、データサンプルはＡＤＣから連続的に得られるが、下記に説明する後続のデジタル処理は、「時間セグメント」に分割され、ＬＩＤＡＲシステム１００内の周期性に関連付けられることがある。たとえば時間セグメントは、一定数のチャープ周期ＴC、または前述の光スキャナの方位における回転数に対応する。
図２にはまたターゲットリターン信号２０２が示される。ｆＦＭ（ｔ－Δｔ）で示されるターゲットリターン信号２０２は、スキャン信号２０１の時間遅延バージョンであり、Δｔは、スキャン信号２０１によるターゲットへの照射往復時間である。この往復時間は Δｔ＝２Ｒ／ｖ で表すことができる。ここで、Ｒ はターゲットの距離、ｖ は光ビームの速度である光速ｃである。したがって、同ターゲットの距離Ｒ は、Ｒ＝ｃ（Δｔ／２） として計算できる。
リターン信号２０２がスキャン信号と光学的に混合されると、距離依存の差周波数（「ビート周波数」）ΔｆＲ（ｔ）が生成される。ビート周波数ΔｆＲ（ｔ）は、鋸波の傾きｋによって時間遅延Δｔに線形（直線的）に関連付けられる。つまり、ΔｆＲ（ｔ） ＝ｋΔｔ として表される。ターゲット距離RはΔt に比例するため、ターゲット距離Ｒは Ｒ ＝（ｃ／２）（ΔｆＲ（ｔ）／ｋ） として計算できる。すなわち、距離Ｒは、ビート周波数ΔｆＲ（ｔ）に線形（直線的）に関連付けられる。
ビート周波数ΔｆＲ（ｔ）は、ＬＩＤＡＲシステム１００の光受信器１０４でアナログ信号として生成される。このビート周波数は、ＬＩＤＡＲシステム１００の信号調整ユニット１０７内のアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）によってデジタル信号に変換される。
このようにしてデジタル化されたビート周波数信号は、ＬＩＤＡＲシステム１００内の信号処理ユニット（例えば、信号処理ユニット１１２）でデジタル処理される。
ただし、ターゲットがＬＩＤＡＲシステム１００に対して速度を有する場合、ターゲットのリターン信号には一般に周波数オフセット（ドップラーシフト）が生じることに注意する必要がある。ドップラーシフトは別途検出されてリターン信号の周波数を補正するために使用されるため、図２では説明の簡略化のためドップラーシフトは表示されない。
また、ＡＤＣのサンプリング周波数は、エイリアシングを発生させずにシステムで処理可能な最高のビート周波数に設定される。一般的に処理可能な最高周波数はサンプリング周波数の半分（すなわち「ナイキスト制限」）である。例えば、制限のないＡＤＣのサンプリング周波数が１ギガヘルツである場合、エイリアシングなしで処理できる最高ビート周波数（ΔｆＲｍａｘ）は５００メガヘルツである。この制限は、システムの最大ターゲット距離Ｒｍａｘ＝（ｃ／２）（ΔｆＲｍａｘ／ｋ）で決まり、これは鋸波の傾きｋを変更することによって調整することができる。
本実施形態では、データサンプルはＡＤＣから連続的に得られるが、下記に説明する後続のデジタル処理は、「時間セグメント」に分割され、ＬＩＤＡＲシステム１００内の周期性に関連付けられることがある。たとえば時間セグメントは、一定数のチャープ周期ＴC、または前述の光スキャナの方位における回転数に対応する。
【0039】
図３は、一実施形態におけるＬＩＤＡＲシステム（光学システム）３００を示すブロック図である。ＬＩＤＡＲシステム３００は、図１で説明した光スキャナ１０２と同様な光スキャナ３０１を備える。ＬＩＤＡＲシステム３００はまた、図１で説明したフリースペースオプティクス１１５、光学回路１０１、光学ドライバ１０３、光受信器１０４、および信号変換ユニット１０６を含む光処理装置３０２を備える。
【0040】
光処理装置３０２には、周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）光ビーム３０４を生成する光源３０３が含まれる。光ビーム３０４は、光カプラ３０５を介して偏光ビームスピリッタ（ＰＢＳ）３０６に送られる。光ビーム３０４のサンプル３０７（基準ビーム）は光カプラ３０５を介して光検出器（ＰＤ）３０８に送られる。ＰＢＳ３０６は、偏光によって光ビーム３０４を光スキャナ３０１に送るように構成される。光スキャナ３０１は、ＬＩＤＡＲウィンドウ３０９の視野（ＦＯＶ）をカバーする方位角および仰角の範囲内で光ビーム３０４でターゲット環境をスキャンするように構成されている。なお、図３では説明の簡略化のため方位角スキャンのみが示されている。
【0041】
図３に示すように、ある方位角度（または角度の範囲）では、光ビーム３０４はＬＩＤＡＲウィンドウ３０９を障害なく透過し、ターゲット３１０を照射する。ターゲット３１０からのリターン信号３１１－１は、ＬＩＤＡＲウィンドウ３０９を障害なく透過し、光スキャナ３０１によってＰＢＳ３０６に送られる。
スキャン中の後の時点（すなわち方位角度が増加した時）には、光スキャナ３０１により光ビーム３０４が障害物３１２で全部または部分的に妨げられたＬＩＤＡＲウィンドウ３０９上の場所に向けられることがある。その結果、光ビーム３０４はＬＩＤＡＲウィンドウ３０９を透過し、障害物３１２によって反射または部分的に反射される。そして、障害物３１２からのリターン信号３１１－２は、ＬＩＤＡＲウィンドウ３０９を通過し、光スキャナ３０１によってＰＢＳ３０６に送られる。
なお、図３には、障害物３１２で反射または吸収されなかった光ビーム３０４の減衰した部分を表す減衰光ビーム３０４Ａも示されている。説明の簡潔化のため減衰光ビーム３０４Ａが別のターゲットを照射していることは示されていない。
スキャン中の後の時点（すなわち方位角度が増加した時）には、光スキャナ３０１により光ビーム３０４が障害物３１２で全部または部分的に妨げられたＬＩＤＡＲウィンドウ３０９上の場所に向けられることがある。その結果、光ビーム３０４はＬＩＤＡＲウィンドウ３０９を透過し、障害物３１２によって反射または部分的に反射される。そして、障害物３１２からのリターン信号３１１－２は、ＬＩＤＡＲウィンドウ３０９を通過し、光スキャナ３０１によってＰＢＳ３０６に送られる。
なお、図３には、障害物３１２で反射または吸収されなかった光ビーム３０４の減衰した部分を表す減衰光ビーム３０４Ａも示されている。説明の簡潔化のため減衰光ビーム３０４Ａが別のターゲットを照射していることは示されていない。
【0042】
図３に示すような二つのリターン信号３１１（ターゲット３１０からのリターン信号３１１－１と、障害物３１２からのリターン信号３１１－２とを含む時間領域信号）は、ＰＢＳ３０６によって光ビーム３０４と異なる偏光をもって光検出器（ＰＤ）３０８に送られる。ＰＤ３０８では、これらのリターン信号３１１が光ビーム３０４のローカロコピーであるサンプル３０７（基準ビーム）と空間的に混合され、時間領域での距離依存ベースバンド信号３１３が生成される。距離依存ベースバンド信号３１３は、サンプル３０７（基準ビーム）と、二つのリターン信号３１１との周波数差（すなわちΔｆＲ（ｔ））と時間との関係によって決まる。
【0043】
図４は、本発明の一実施形態によって生成された時間領域の距離依存ベースバンド信号３１３の時間―振幅プロットである。図４において、横軸は時間または時間の関数である方位走査角度を表す。図３で説明したスキャン方向を考慮する場合、光ビーム３０４はまず図４に示すように、ターゲット３１０によって反射され、その後に障害物３１２によって反射される。
図４において、障害物３１２による信号強度はターゲット３１０による信号よりも大きく表示されているが、これはターゲットの距離と障害物３１２の反射係数に依存するものであり、常にこのような関係とは限らない。
本実施形態による信号処理装置は、後述の図５で説明するように、図４に示される情報を処理して、さらなる処理を行うための離散時間領域シーケンスを生成する。
図４において、障害物３１２による信号強度はターゲット３１０による信号よりも大きく表示されているが、これはターゲットの距離と障害物３１２の反射係数に依存するものであり、常にこのような関係とは限らない。
本実施形態による信号処理装置は、後述の図５で説明するように、図４に示される情報を処理して、さらなる処理を行うための離散時間領域シーケンスを生成する。
【0044】
図５は、一実施形態による信号処理装置５００を示すブロック図である。信号処理装置５００は、図１で説明した、信号変換ユニット１０６、信号調整ユニット１０７、ＬＩＤＡＲ制御装置１１０、信号処理ユニット１１２、およびモーション制御装置１０５等から構成される。
信号処理システム５００の各機能ブロックは、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはこれらの組み合わせにより実現される。図５において、光処理装置３００から生成された距離依存ベースバンド信号３１３は、時間領域サンプラ５０１に送られ、この時間領域サンプラ５０１は、連続的な距離依存ベースバンド信号３１３を離散時間領域シーケンス５０２に変換する。この離散時間領域シーケンス５０２は、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）プロセッサ５０３に送られ、同ＤＦＴプロセッサ５０３により離散周波数領域シーケンス５０４に変換される。
離散周波数領域シーケンス５０４において、障害物３１２に対応する周波数は、ターゲット３１０に対応する周波数よりも低くなることが判る。これは、障害物３１２への往復時間がターゲット３１０への往復時間よりも短いためである。また、距離依存ベースバンド信号のビート周波数は距離に比例することも判る。つまり、ΔｆＲ（ｔ）＝ｋΔｔであり、ΔｆＲはビート周波数、Δｔは往復時間、およびｋは図２で説明したチャープ波形の傾きである。
信号処理システム５００の各機能ブロックは、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはこれらの組み合わせにより実現される。図５において、光処理装置３００から生成された距離依存ベースバンド信号３１３は、時間領域サンプラ５０１に送られ、この時間領域サンプラ５０１は、連続的な距離依存ベースバンド信号３１３を離散時間領域シーケンス５０２に変換する。この離散時間領域シーケンス５０２は、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）プロセッサ５０３に送られ、同ＤＦＴプロセッサ５０３により離散周波数領域シーケンス５０４に変換される。
離散周波数領域シーケンス５０４において、障害物３１２に対応する周波数は、ターゲット３１０に対応する周波数よりも低くなることが判る。これは、障害物３１２への往復時間がターゲット３１０への往復時間よりも短いためである。また、距離依存ベースバンド信号のビート周波数は距離に比例することも判る。つまり、ΔｆＲ（ｔ）＝ｋΔｔであり、ΔｆＲはビート周波数、Δｔは往復時間、およびｋは図２で説明したチャープ波形の傾きである。
【0045】
このように、ＬＩＤＡＲシステムの幾何学的情報、すなわちＬＩＤＡＲウィンドウから光源までの距離を含む情報が既知であるため、閾値周波数（例えば図５に示す閾値周波数５０５）を下回るビート周波数は、ＬＩＤＡＲウィンドウの障害物に関連していることが判る。
離散周波数領域シーケンス５０４はピーク検索プロセッサ５０６に送られ、このピーク検索プロセッサ５０６によって周波数領域でのエネルギーピークが検索される。これにより、ターゲットからの反射（例えばターゲットからの反射：リターン信号３１１－１）と、ＬＩＤＡＲウィンドウの障害物からの反射リターン（例えば障害物３１２からの反射：リターン信号３１１－２）とが特定される。
本実施形態の信号処理装置５００には、このシステムに生じる周波数アーティファクトを修正または除去するための周波数補償プロセッサ５０７が設けられる。たとえば、本実施形態のスキャンプロセス自体に光スキャナ３０１の高速回転ミラーによるドップラー周波数シフトを生じさせる場合があり、これに対して周波数補償プロセッサ５０７が処理を行う。
ピーク検索プロセッサ５０６によって提供される情報、すなわち距離依存ベースバンド信号３１３に反映されたリターン信号のエネルギー周波数プロファイル（周波数成分とその周波数成分に対応するエネルギー量を表したグラフ）は、周波数補償プロセッサ５０７による周波数補償を経てポストプロセッサ５０８に送られる。
ポストプロセッサ５０８は、メモリ５０９に格納された処理手順（プログラム命令）に従って、ＬＩＤＡＲシステム１００のモーション制御装置１０５からの方位角および仰角データに上記エネルギー周波数プロファイルを組み合わせ、ＬＩＤＡＲウィンドウの視野（ＦＯＶ）の反射率マップおよびウィンドウ全体の健全性評価レポートを生成する。
離散周波数領域シーケンス５０４はピーク検索プロセッサ５０６に送られ、このピーク検索プロセッサ５０６によって周波数領域でのエネルギーピークが検索される。これにより、ターゲットからの反射（例えばターゲットからの反射：リターン信号３１１－１）と、ＬＩＤＡＲウィンドウの障害物からの反射リターン（例えば障害物３１２からの反射：リターン信号３１１－２）とが特定される。
本実施形態の信号処理装置５００には、このシステムに生じる周波数アーティファクトを修正または除去するための周波数補償プロセッサ５０７が設けられる。たとえば、本実施形態のスキャンプロセス自体に光スキャナ３０１の高速回転ミラーによるドップラー周波数シフトを生じさせる場合があり、これに対して周波数補償プロセッサ５０７が処理を行う。
ピーク検索プロセッサ５０６によって提供される情報、すなわち距離依存ベースバンド信号３１３に反映されたリターン信号のエネルギー周波数プロファイル（周波数成分とその周波数成分に対応するエネルギー量を表したグラフ）は、周波数補償プロセッサ５０７による周波数補償を経てポストプロセッサ５０８に送られる。
ポストプロセッサ５０８は、メモリ５０９に格納された処理手順（プログラム命令）に従って、ＬＩＤＡＲシステム１００のモーション制御装置１０５からの方位角および仰角データに上記エネルギー周波数プロファイルを組み合わせ、ＬＩＤＡＲウィンドウの視野（ＦＯＶ）の反射率マップおよびウィンドウ全体の健全性評価レポートを生成する。
【0046】
図６は、反射率マップ６００の一例である。この反射率マップ６００には、連続する障害物６０１のプロットが含まれる。障害物６０１の各点は、例えば図３で説明したＬＩＤＡＲシステム３００のＬＩＤＡＲウィンドウ３０９の視野（ＦＯＶ）内のピクセルを表し、各ピクセルは方位角と仰角に関連付けられる。
図６の例では、方位角は－５０度から＋５０度の１００度の範囲であり、仰角は－３０度から＋３０度の６０度の範囲である。ＬＩＤＡＲウィンドウの反射率は、各仰角と各方位角で反射率等高線としてプロットすることができる。図６には、２０度の仰角での方位角に対する反射率は反射率等高線６０２で示される。一方、－３０度の方位角での仰角に対する反射率は反射率等高線６０３で示される。
図６の例では、方位角は－５０度から＋５０度の１００度の範囲であり、仰角は－３０度から＋３０度の６０度の範囲である。ＬＩＤＡＲウィンドウの反射率は、各仰角と各方位角で反射率等高線としてプロットすることができる。図６には、２０度の仰角での方位角に対する反射率は反射率等高線６０２で示される。一方、－３０度の方位角での仰角に対する反射率は反射率等高線６０３で示される。
【0047】
前述した反射率マップとウィンドウ健全性評価レポートは、信号処理ユニット１１２およびＬＩＤＡＲ制御装置１１０が障害物の影響（障害物がＬＩＤＡＲシステムの使用に及ぼす影響）を判定し、その影響を低減するために必要な措置を行うために用いられる。
本実施形態におけるウィンドウ健全性評価レポートには、ウィンドウ３０９のＦＯＶのどの部分がどの程度ブロックされているのかに関する詳細情報が含まれる。たとえばＬＩＤＡＲシステム１００が安全に作動するために十分な視野があるかどうかに関する情報が含まれる。
本実施形態では、ウィンドウ健全性評価レポートがウィンドウの障害レベルにおいて安全な作動状態を示していない場合、ＬＩＤＡＲ制御装置１１０は、ＬＩＤＡＲシステム１００を搭載している車両または他のプラットフォームを安全な場所に停車させ、必要な措置を講じるように指示する。
反射率マップとウィンドウ健全性評価レポートは、遮蔽もしくはそれに近い視野をマッピングし、障害物からの反射エネルギー量とリターン信号の信号対ノイズ比に基づいて、障害のあるウィンドウ３０９における視野（ＦＯＶ）の最大検出範囲を計算するために使用することができる。
信号処理装置５００（信号処理ユニット１１２）は、これらの情報を使用して移動中の車両の前方視野など、安全上重要な視野が遮られているかどうかを判定することができる。
また、信号処理装置５００（信号処理ユニット１１２）は、最大検出範囲の減少が、安全上重要な最小検出範囲を超えて、道路障害物、あるいは他の移動車両の検出および回避を妨げる安全上重大な障害であるかどうかを判定することができる。
本実施形態が車載ＬＩＤＡＲシステムである場合には、信号処理ユニット１１２およびＬＩＤＡＲ制御装置１１０は、同システムの使用上の影響を低減するための是正措置をとることができる。
このような是正措置としては、たとえば車両を減速して対応時間を増やすための制御信号を送信する、安全な場所に停車させるための指示を送る、あるいはウィンドウ洗浄やウィンドウワイパーシステムの起動等のウィンドウクリーニング手順を実行する等が挙げられる。
本実施形態におけるウィンドウ健全性評価レポートには、ウィンドウ３０９のＦＯＶのどの部分がどの程度ブロックされているのかに関する詳細情報が含まれる。たとえばＬＩＤＡＲシステム１００が安全に作動するために十分な視野があるかどうかに関する情報が含まれる。
本実施形態では、ウィンドウ健全性評価レポートがウィンドウの障害レベルにおいて安全な作動状態を示していない場合、ＬＩＤＡＲ制御装置１１０は、ＬＩＤＡＲシステム１００を搭載している車両または他のプラットフォームを安全な場所に停車させ、必要な措置を講じるように指示する。
反射率マップとウィンドウ健全性評価レポートは、遮蔽もしくはそれに近い視野をマッピングし、障害物からの反射エネルギー量とリターン信号の信号対ノイズ比に基づいて、障害のあるウィンドウ３０９における視野（ＦＯＶ）の最大検出範囲を計算するために使用することができる。
信号処理装置５００（信号処理ユニット１１２）は、これらの情報を使用して移動中の車両の前方視野など、安全上重要な視野が遮られているかどうかを判定することができる。
また、信号処理装置５００（信号処理ユニット１１２）は、最大検出範囲の減少が、安全上重要な最小検出範囲を超えて、道路障害物、あるいは他の移動車両の検出および回避を妨げる安全上重大な障害であるかどうかを判定することができる。
本実施形態が車載ＬＩＤＡＲシステムである場合には、信号処理ユニット１１２およびＬＩＤＡＲ制御装置１１０は、同システムの使用上の影響を低減するための是正措置をとることができる。
このような是正措置としては、たとえば車両を減速して対応時間を増やすための制御信号を送信する、安全な場所に停車させるための指示を送る、あるいはウィンドウ洗浄やウィンドウワイパーシステムの起動等のウィンドウクリーニング手順を実行する等が挙げられる。
【0048】
一実施形態のＬＩＤＡＲシステムは、時間領域サンプラ５０１（図５参照）によって距離依存ベースバンド信号３１３をサンプリングするためのサンプリングレートと、ＬＩＤＡＲウィンドウの視野内の各ピクセルあたりのサンプル数とを設定することができる。図７のタイムライン７０１および７０２に示すように、１ピクセルあたりのサンプル数は一定のサンプリングレートを有するものとする。タイムライン７０１はＮサンプル／ピクセルを示し、タイムライン７０２は２Ｎサンプル／ピクセルを示す。
この場合、ピクセルあたりのサンプル数の選択は、角度分解能（すなわち障害物の位置の精度）と周波数分解能（すなわち距離分解能に対応）とのバランスを保つ（トレードオフ）手段となる。ピクセルあたりのサンプル数が減ると、角度分解能が高くなり、距離分解能が低下する。一方、ピクセルあたりのサンプル数が増えると、角度分解能が低下し、距離分解能が高くなる。
他の実施形態では、ＬＩＤＡＲウィンドウの障害が検出されたタイミングで、時間領域サンプラ５０１はサンプリングレートを増加させて、視野（ＦＯＶ）の遮蔽された部分をより精確に解像する。このようなタイミングでサンプリングレートの増加させることにより、距離分解能を犠牲にすることなく、角度分解能を向上させるために使用することができる。
この場合、ピクセルあたりのサンプル数の選択は、角度分解能（すなわち障害物の位置の精度）と周波数分解能（すなわち距離分解能に対応）とのバランスを保つ（トレードオフ）手段となる。ピクセルあたりのサンプル数が減ると、角度分解能が高くなり、距離分解能が低下する。一方、ピクセルあたりのサンプル数が増えると、角度分解能が低下し、距離分解能が高くなる。
他の実施形態では、ＬＩＤＡＲウィンドウの障害が検出されたタイミングで、時間領域サンプラ５０１はサンプリングレートを増加させて、視野（ＦＯＶ）の遮蔽された部分をより精確に解像する。このようなタイミングでサンプリングレートの増加させることにより、距離分解能を犠牲にすることなく、角度分解能を向上させるために使用することができる。
【0049】
図８は、前述の実施形態に従ってＬＩＤＡＲウィンドウの障害の影響（障害物がＬＩＤＡＲシステムの使用に及ぼす影響）を判定し、その影響を低減するための方法８００を示すフローチャートである。
方法８００は、ステップ（操作）８０２で開始され、ＦＭＣＷ－ＬＩＤＡＲリターン信号（例えば、リターン信号３１１）から距離依存ベースバンド信号（例えば、ベースバンド信号３１３）を生成する。ステップ８０４では、距離依存ベースバンド信号を時間領域でサンプリングする（例えば、時間領域サンプラ５０１を使用する。）。ステップ８０６では、時間領域サンプルを周波数領域に変換する（例えば、ＤＦＴプロセッサ５０３を使用する）。ステップ８０８では、閾値周波数より低い周波数で周波数領域のエネルギーピークを検索する（例えば、ピーク検索プロセッサ５０６を使用する。）。ステップ８１０では、ＦＭＣＷ－ＬＩＤＡＲシステムの遮蔽された視野（ＦＯＶ）を特定する（例えば、ポストプロセッサ５０８で特定する。）。ステップ８１２では、遮蔽されたＦＯＶから反射されるエネルギーを特定する（例えば、ポストプロセッサ５０８によって生成された反射率マップに基づいて特定する。）。ステップ８１４では、遮蔽されたＦＯＶが安全上重要なＦＯＶであるかどうかを判定する（例えば、信号処理ユニット１１２によって判定する。）。ステップ８１６では、最大検出範囲が安全上重要な最小検出範囲よりも小さいかどうかを判定する（例えば、信号処理ユニット１１２によって判定する。）。ステップ８１８では、障害の影響を低減する（例えば、ウィンドウを自動的に洗浄／拭き取りするか、ＬＩＤＡＲシステムのホスト車両を安全な場所に自動的に誘導して後でクリーニングする。）指示を与える。
方法８００は、ステップ（操作）８０２で開始され、ＦＭＣＷ－ＬＩＤＡＲリターン信号（例えば、リターン信号３１１）から距離依存ベースバンド信号（例えば、ベースバンド信号３１３）を生成する。ステップ８０４では、距離依存ベースバンド信号を時間領域でサンプリングする（例えば、時間領域サンプラ５０１を使用する。）。ステップ８０６では、時間領域サンプルを周波数領域に変換する（例えば、ＤＦＴプロセッサ５０３を使用する）。ステップ８０８では、閾値周波数より低い周波数で周波数領域のエネルギーピークを検索する（例えば、ピーク検索プロセッサ５０６を使用する。）。ステップ８１０では、ＦＭＣＷ－ＬＩＤＡＲシステムの遮蔽された視野（ＦＯＶ）を特定する（例えば、ポストプロセッサ５０８で特定する。）。ステップ８１２では、遮蔽されたＦＯＶから反射されるエネルギーを特定する（例えば、ポストプロセッサ５０８によって生成された反射率マップに基づいて特定する。）。ステップ８１４では、遮蔽されたＦＯＶが安全上重要なＦＯＶであるかどうかを判定する（例えば、信号処理ユニット１１２によって判定する。）。ステップ８１６では、最大検出範囲が安全上重要な最小検出範囲よりも小さいかどうかを判定する（例えば、信号処理ユニット１１２によって判定する。）。ステップ８１８では、障害の影響を低減する（例えば、ウィンドウを自動的に洗浄／拭き取りするか、ＬＩＤＡＲシステムのホスト車両を安全な場所に自動的に誘導して後でクリーニングする。）指示を与える。
【0050】
図９は、前述の実施形態によるＦＭＣＷ－ＬＩＤＡＲシステムにおいて、ＬＩＤＡＲウィンドウの障害の影響（障害物がＬＩＤＡＲシステムの使用に及ぼす影響）を判定し、その影響を低減するためのシステム９００のブロック図である。
システム９００は、信号処理ユニット１１２および／または信号処理装置５００の一部であるプロセッサ９０１を備える。システム９００にはまた、プログラム命令を含むメモリ９０２（例えばＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等の非一時的コンピュータ可読媒体）を備えており、このプログラム命令がプロセッサ９０１によって実行されると、ＬＩＤＡＲシステム１００が図８に示すようにＬＩＤＡＲウィンドウの障害を検出し、その影響を判定評価し、かつ低減する方法を実施することになる。具体的には、非一時的コンピュータ可読なメモリ９０２には、次のプログラム命令が格納される。
ＦＭＣＷ－ＬＩＤＡＲのリターン信号（例えばリターン信号３１１）から距離依存ベースバンド信号を生成するための指示９０４；
時間領域で距離依存ベースバンド信号をサンプリングするための指示９０６（例えば時間領域サンプラ５０１を使用）;
時間領域のサンプルを周波数領域に変換するための指示９０８（例えばＤＦＴプロセッサ５０３を使用）;
閾値周波数未満の周波数領域でエネルギーピークを検索するための指示９１０（例えばピーク検索プロセッサ５０６を使用）;
ＬＩＤＡＲシステムの遮蔽された視野（ＦＯＶ）を特定するための指示９１２（例えばポストプロセッサ５０８で特定）;
遮蔽されたＦＯＶからで反射されるエネルギーを特定するための指示９１４（例えば、ポストプロセッサ５０８で生成された反射率マップから特定）;
遮蔽されたＦＯＶが安全上重要なＦＯＶであるかどうかを判定するための指示９１６（例えば、信号処理ユニット１１２によって判定）;
最大検出範囲が安全上重要な最小検出範囲よりも小さいかどうかを判定するための指示９１８（例えば、信号処理ユニット１１２によって判定）; および
遮蔽障害におる影響を低減するための指示９２０（例えば、自動的にＬＩＤＡＲウィンドウのクリーニング／ワイピングを行うか、または自動的にＬＩＤＡＲシステムのホスト車両を安全な場所に誘導してからクリーニングを行う。）。
システム９００は、信号処理ユニット１１２および／または信号処理装置５００の一部であるプロセッサ９０１を備える。システム９００にはまた、プログラム命令を含むメモリ９０２（例えばＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等の非一時的コンピュータ可読媒体）を備えており、このプログラム命令がプロセッサ９０１によって実行されると、ＬＩＤＡＲシステム１００が図８に示すようにＬＩＤＡＲウィンドウの障害を検出し、その影響を判定評価し、かつ低減する方法を実施することになる。具体的には、非一時的コンピュータ可読なメモリ９０２には、次のプログラム命令が格納される。
ＦＭＣＷ－ＬＩＤＡＲのリターン信号（例えばリターン信号３１１）から距離依存ベースバンド信号を生成するための指示９０４；
時間領域で距離依存ベースバンド信号をサンプリングするための指示９０６（例えば時間領域サンプラ５０１を使用）;
時間領域のサンプルを周波数領域に変換するための指示９０８（例えばＤＦＴプロセッサ５０３を使用）;
閾値周波数未満の周波数領域でエネルギーピークを検索するための指示９１０（例えばピーク検索プロセッサ５０６を使用）;
ＬＩＤＡＲシステムの遮蔽された視野（ＦＯＶ）を特定するための指示９１２（例えばポストプロセッサ５０８で特定）;
遮蔽されたＦＯＶからで反射されるエネルギーを特定するための指示９１４（例えば、ポストプロセッサ５０８で生成された反射率マップから特定）;
遮蔽されたＦＯＶが安全上重要なＦＯＶであるかどうかを判定するための指示９１６（例えば、信号処理ユニット１１２によって判定）;
最大検出範囲が安全上重要な最小検出範囲よりも小さいかどうかを判定するための指示９１８（例えば、信号処理ユニット１１２によって判定）; および
遮蔽障害におる影響を低減するための指示９２０（例えば、自動的にＬＩＤＡＲウィンドウのクリーニング／ワイピングを行うか、または自動的にＬＩＤＡＲシステムのホスト車両を安全な場所に誘導してからクリーニングを行う。）。
【0051】
前述した説明では、本発明の実施形態を理解しやすくするために、特定のシステム、コンポーネント、方法などの具体例を複数示しているが、当業者であればこれらの具体例の説明がなくても本発明を実施しうる。
また、公知のコンポーネントや方法はその詳細が省略されていたり、単純なブロック図の形式で示されることがあるが、これは本発明の理解を容易にするためである。したがって、開示された内容は単に例示であり、一事例は他の例示と異なる場合があっても、本発明の範囲内に含まれる場合がある。
また、公知のコンポーネントや方法はその詳細が省略されていたり、単純なブロック図の形式で示されることがあるが、これは本発明の理解を容易にするためである。したがって、開示された内容は単に例示であり、一事例は他の例示と異なる場合があっても、本発明の範囲内に含まれる場合がある。
【0052】
本明細書において「一実施形態」または「実施形態」という表現が使用される場合、それらの実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造、または特性が少なくとも一つの実施形態に含まれていることを意味する。したがって、本明細書のいくつかの箇所で「一実施形態において」または「実施形態において」という表現が現れている場合、必ずしも同じ実施形態を示すものではない。
【0053】
ここで説明されている方法の操作は特定の順序で示されているが、各方法の操作の順序は変更されることがあり、特定の操作を逆順で行ってもよいし、少なくとも一部の操作を他の操作と同時に行ってもよい。異なる操作の指示または補助的な操作は、断続的または交互に行うことができる。
【0054】
上記の本発明に関する実施形態の説明は、その抽象的な概念説明を含め本発明をこれらに限定するものではない。本明細書において説明された実施形態や具体例は、本発明の説明の目的で記載されるものであり、本件技術分野における当業者が認識する範囲で種々の同等な変更を行うことができる。
ここで使用される「例」または「例示的」の語は、事例または例示として役立つように使用されている。「例」または「例示的」と説明された態様や造形がどのようなものであっても他の態様や造形に対して優れたものとして解釈されるべきではない。「例」または「例示的」という用語の使用は、概念を具体的な形で示すことを意図している。
本明細書において使用される「または」の用語は、排他的な「または」ではなく、包括的な「または」として解釈されることを意図している。つまり、特に指定されていない限り、あるいは文脈から明らかでない限り、「ＸはＡまたはＢを含む」という表現は、自然な包括的な並び替えのいずれかを意味する。つまり、ＸがＡを含む場合、ＸがＢを含む場合、あるいはＸがＡとＢの両方を含む場合、すべての前述の場合において、「Ｘ はＡまたはＢを含む」という条件を満たすものとする。
さらに、本明細書および添付された特許請求の範囲の請求項で使用される冠詞「ａ」と「ａｎ」は、特に指定されていない限り、文脈から単数形であることが明らかでない場合には「一つまたは複数」を意味するものと解釈される。
さらに、明細書において「第１」、「第２」、「第３」、「第４」のような用語が使用される場合、これらの用語は異なる要素を区別するためのラベルとして使用されるもので、数字の指定に従って必ずしも順序を示すものではない。
ここで使用される「例」または「例示的」の語は、事例または例示として役立つように使用されている。「例」または「例示的」と説明された態様や造形がどのようなものであっても他の態様や造形に対して優れたものとして解釈されるべきではない。「例」または「例示的」という用語の使用は、概念を具体的な形で示すことを意図している。
本明細書において使用される「または」の用語は、排他的な「または」ではなく、包括的な「または」として解釈されることを意図している。つまり、特に指定されていない限り、あるいは文脈から明らかでない限り、「ＸはＡまたはＢを含む」という表現は、自然な包括的な並び替えのいずれかを意味する。つまり、ＸがＡを含む場合、ＸがＢを含む場合、あるいはＸがＡとＢの両方を含む場合、すべての前述の場合において、「Ｘ はＡまたはＢを含む」という条件を満たすものとする。
さらに、本明細書および添付された特許請求の範囲の請求項で使用される冠詞「ａ」と「ａｎ」は、特に指定されていない限り、文脈から単数形であることが明らかでない場合には「一つまたは複数」を意味するものと解釈される。
さらに、明細書において「第１」、「第２」、「第３」、「第４」のような用語が使用される場合、これらの用語は異なる要素を区別するためのラベルとして使用されるもので、数字の指定に従って必ずしも順序を示すものではない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】