特許 7588741 コヒーレントＬＩＤＡＲのピッチ－キャッチスキャニングのための方法およびシステム

(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】2024-11-14

(45)【発行日】2024-11-22

(54)【発明の名称】コヒーレントＬＩＤＡＲのピッチ－キャッチスキャニングのための方法およびシステム

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/481 20060101AFI20241115BHJP

   G01S 17/34 20200101ALI20241115BHJP

   G01S 17/931 20200101ALI20241115BHJP

【ＦＩ】

G01S7/481 A

G01S17/34

G01S17/931

【請求項の数】 15

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024037015

(22)【出願日】2024-03-11

(62)【分割の表示】P 2022102598の分割

【原出願日】2019-08-14

(65)【公開番号】P2024073521

(43)【公開日】2024-05-29

【審査請求日】2024-03-12

(31)【優先権主張番号】62/727,294

(32)【優先日】2018-09-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】520390450

【氏名又は名称】オーロラ・オペレイションズ・インコーポレイティッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＵＲＯＲＡ ＯＰＥＲＡＴＩＯＮＳ， ＩＮＣ．

【住所又は居所原語表記】１６５４ Ｓｍａｌｌｍａｎ Ｓｔｒｅｅｔ， Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ， ＰＡ １５２２２， ＵＮＩＴＥＤ ＳＴＡＴＥＳ ＯＦ ＡＭＥＲＩＣＡ

(74)【代理人】

【識別番号】100107456

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 成人

(74)【代理人】

【識別番号】100209657

【弁理士】

【氏名又は名称】新井 宏

(74)【代理人】

【識別番号】100162352

【弁理士】

【氏名又は名称】酒巻 順一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123995

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅一

(72)【発明者】

【氏名】クラウチ，ステファン シー．

(72)【発明者】

【氏名】アンガス，エドワード ジョセフ

(72)【発明者】

【氏名】ミルビッチ，ミシェル

【審査官】渡辺 慶人

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－２０２８５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１４６１８９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０８－２０１５２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１４－０１４５４８１（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／００ － ７／５１

１３／００ － １３／９５

１７／００ － １７／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両用の光検出および距離測定（ＬＩＤＡＲ）センサシステムであって、
ビームを生成するように構成されたレーザーソースと、
前記ビームに基づいて送信信号を出力するように構成された送信導波管と、
前記送信信号を受信し、前記送信信号をあるスキャンレートでオブジェクトに向けて出力するように構成された１つ以上のスキャニング光学器機と、
前記スキャンレートと、前記オブジェクトの検出のためのターゲット距離とに関連する間隔だけ前記送信導波管から離隔した受信導波管であって、前記オブジェクトによる前記送信信号の反射または散乱からのリターン信号を受信するように構成された受信導波管と、
を備え、
前記１つ以上のスキャニング光学器機は、回転軸を中心に回転するように構成されたポリゴンスキャナを含み、
前記ポリゴンスキャナの前記スキャンレートは、約毎秒１０００度ないし約毎秒７０００度である、ＬＩＤＡＲセンサシステム。

【請求項2】

前記１つ以上のスキャニング光学器機が、前記送信信号を第１の角度で受信し、前記送信信号を前記スキャンレートで第２の角度ないし第３の角度の角度範囲にわたって出力するように構成される、請求項１に記載のＬＩＤＡＲセンサシステム。

【請求項3】

前記ターゲット距離が約１００メートルないし約３００メートルである、請求項１に記載のＬＩＤＡＲセンサシステム。

【請求項4】

前記１つ以上のスキャニング光学器機および前記受信導波管の間にコリメーション光学器機をさらに備え、前記コリメーション光学器機が、前記１つ以上のスキャニング光学器機からの前記リターン信号を前記受信導波管の先端にフォーカシングするように構成される、請求項１に記載のＬＩＤＡＲセンサシステム。

【請求項5】

請求項１に記載のＬＩＤＡＲセンサシステムであって、
前記間隔が第１間隔であり、前記受信導波管が第１受信導波管であり、前記リターン信号が第１リターン信号であり、前記第１受信導波管が、前記角度範囲の第１部分にわたって第１距離で前記第１リターン信号を受信するように構成され、
前記ＬＩＤＡＲセンサシステムが、前記第１間隔よりも大きな第２間隔だけ前記送信導波管から離隔した第２受信導波管をさらに備え、前記第２受信導波管が、前記角度範囲の第２部分にわたって第２距離で第２リターン信号を受信するように構成される、請求項１に記載のＬＩＤＡＲセンサシステム。

【請求項6】

自律走行車制御システムであって、
ビームを生成するように構成されたレーザーソースと、
前記ビームに基づいて送信信号を出力するように構成された送信導波管と、
前記送信信号を受信し、前記送信信号をあるスキャンレートでオブジェクトに向けて出力するように構成された１つ以上のスキャニング光学器機と、
前記送信導波管からある間隔だけ離隔した受信導波管であって、前記間隔は、前記スキャンレートと、前記オブジェクトの検出のためのターゲット距離とに関連し、前記オブジェクトによる前記送信信号の反射または散乱からのリターン信号を受信するように構成された受信導波管と、
１つ以上のプロセッサと、
を備え、前記１つ以上のプロセッサが、
前記リターン信号に基づいて前記オブジェクトまでの距離または前記オブジェクトの速度の少なくとも一方を決定し、
前記距離または前記速度の少なくとも一方に基づいて自律走行車の動作を制御する
ように構成され、
前記１つ以上のスキャニング光学器機は、回転軸を中心に回転するように構成されたポリゴンスキャナを含み、
前記ポリゴンスキャナの前記スキャンレートは、約毎秒１０００度ないし約毎秒７０００度である、自律走行車制御システム。

【請求項7】

前記１つ以上のスキャニング光学器機が、前記送信信号を第１の角度で受信し、前記送信信号を前記スキャンレートで第２の角度ないし第３の角度の角度範囲にわたって出力するように構成される、請求項６に記載の自律走行車制御システム。

【請求項8】

前記ターゲット距離が約１００メートルないし約３００メートルである、請求項６に記載の自律走行車制御システム。

【請求項9】

前記１つ以上のスキャニング光学器機および前記受信導波管の間にコリメーション光学器機をさらに備え、前記コリメーション光学器機が、前記１つ以上のスキャニング光学器機からの前記リターン信号を前記受信導波管の先端にフォーカシングするように構成される、請求項６に記載の自律走行車制御システム。

【請求項10】

請求項６に記載の自律走行車制御システムであって、
前記間隔が第１間隔であり、前記受信導波管が第１受信導波管であり、前記リターン信号が第１リターン信号であり、前記第１受信導波管が、前記角度範囲の第１部分にわたって第１距離で前記第１リターン信号を受信するように構成され、
前記ＬＩＤＡＲセンサシステムが、前記第１間隔よりも大きな第２間隔だけ前記送信導波管から離隔した第２受信導波管をさらに備え、前記第２受信導波管が、前記角度範囲の第２部分にわたって第２距離で第２リターン信号を受信するように構成される、請求項６に記載の自律走行車制御システム。

【請求項11】

ＬＩＤＡＲセンサシステムを備える自律走行車であって、
前記ＬＩＤＡＲセンサシステムが、
ビームを生成するように構成されたレーザーソースと、
前記ビームに基づいて送信信号を出力するように構成された送信導波管と、
前記送信信号を受信し、前記送信信号をあるスキャンレートでオブジェクトに向けて出力するように構成された１つ以上のスキャニング光学器機と、
前記送信導波管からある間隔だけ離隔した受信導波管であって、前記間隔は、前記スキャンレートと、前記オブジェクトの検出のためのターゲット距離とに関連し、前記オブジェクトによる前記送信信号の反射または散乱からのリターン信号を受信するように構成された受信導波管と、
前記リターン信号に基づいて前記オブジェクトまでの距離または前記オブジェクトの速度の少なくとも一方を決定するように構成された１つ以上のプロセッサと、
を備え、
操向システムと、
制動システムと、
前記オブジェクトまでの前記距離または前記オブジェクトの前記速度の少なくとも一方に基づいて前記操向システムまたは前記制動システムの少なくとも一方を制御するように構成された車両コントローラと、
をさらに備え、
前記１つ以上のスキャニング光学器機は、回転軸を中心に回転するように構成されたポリゴンスキャナを含み、
前記ポリゴンスキャナの前記スキャンレートは、約毎秒１０００度ないし約毎秒７０００度である、自律走行車。

【請求項12】

前記１つ以上のスキャニング光学器機が、前記送信信号を第１の角度で受信し、前記送信信号を前記スキャンレートで第２の角度ないし第３の角度の角度範囲にわたって出力するように構成される、請求項１１に記載の自律走行車。

【請求項13】

前記ターゲット距離が約１００メートルないし約３００メートルである、請求項１１に記載の自律走行車。

【請求項14】

前記１つ以上のスキャニング光学器機および前記受信導波管の間にコリメーション光学器機をさらに備え、前記コリメーション光学器機が、前記１つ以上のスキャニング光学器機からの前記リターン信号を前記受信導波管の先端にフォーカシングするように構成される、請求項１１に記載の自律走行車。

【請求項15】

請求項１１に記載の自律走行車であって、
前記間隔が第１間隔であり、前記受信導波管が第１受信導波管であり、前記リターン信号が第１リターン信号であり、前記第１受信導波管が、前記角度範囲の第１部分にわたって第１距離で前記第１リターン信号を受信するように構成され、
前記ＬＩＤＡＲセンサシステムが、前記第１間隔よりも大きな第２間隔だけ前記送信導波管から離隔した第２受信導波管をさらに備え、前記第２受信導波管が、前記角度範囲の第２部分にわたって第２距離で第２リターン信号を受信するように構成される、請求項１１に記載の自律走行車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願についての相互参照
本出願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）に基づいて、全体の内容が本明細書に完全に説明されたように、参照としてここに含まれる２０１８年９月 ５日付に出願された米国出願第６２／７２７、２９４号の利益を主張する。

【背景技術】

【0002】

光検出および距離測定のためのニーモニック（Ｍｎｅｍｏｎｉｃ）のＬＩＤＡＲ（ライダー）と呼ばれ、時には、レーザーレーダー（ＲＡＤＡＲ、Ｒａｄｉｏ－ｗａｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）とも呼ばれるレーザーを用いる距離の光学検出は、高度測定から、イメージング、衝突回避に至るまで様々な応用分野で使用される。ＬＩＤＡＲは、ＲＡＤＡＲのような従来のマイクロ波距離測定システム（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｒａｎｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）よりも小さいビームの大きさでより微細なスケール範囲（Ｓｃａｌｅ Ｒａｎｇｅ）の解像度を提供する。距離の光学検出は、オブジェクト（Ｏｂｊｅｃｔ）についての光パルスの往復移動時間（Ｒｏｕｎｄ Ｔｒｉｐ Ｔｒａｖｅｌ Ｔｉｍｅ）に基づく直接距離測定と、送信されたチャープ（Ｃｈｉｒｐｅｄ）光信号とオブジェクトから散乱してリターンされた信号との間の周波数差に基づくチャープ検出と、自然信号から区別可能な単一周波数位相変化のシーケンスに基づく位相エンコーディング検出（Ｐｈａｓｅ－Ｅｎｃｏｄｅｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）を含むいくつかの他の技術で達成され得る。

【0003】

収容可能な距離精度および検出感度を実現するため、直接長距離ＬＩＤＡＲ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｌｏｎｇ Ｒａｎｇｅ ＬＩＤＡＲ）システムは、低いパルス反復率（Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｒａｔｅ）および非常に高いパルスピークパワーを有する短いパルスレーザーを使用する。高いパルスパワーは、光学コンポーネントの急激な性能低下につながり得る。チャープおよび位相エンコーディングＬＩＤＡＲ（Ｃｈｉｒｐｅｄ ａｎｄ Ｐｈａｓｅ－Ｅｎｃｏｄｅｄ ＬＩＤＡＲ）システムは、相対的に低いピーク光パワーを有する長い光パルスを使用する。この構成において、距離精度は、パルス持続時間ではなく、チャープ帯域幅または長さと、位相コードの帯域幅に応じて増加し、したがって、優れた距離精度が相変らず獲得され得る。

【0004】

光搬送波（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃａｒｒｉｅｒ）を変調するために広帯域無線周波数（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ、ＲＦ）の電気信号を用いて有用な光帯域幅が実現された。ＬＩＤＡＲの最近の発展は、光学検出器でリターンされた信号と組み合わさる基準信号として同じ変調された光搬送波を使用して基準光信号とリターン光信号との間の周波数または位相での差に比例するＲＦ帯域における相対的に低いビート（Ｂｅａｔ）周波数を結果に応じた電気信号で生成することを含む。検出器における周波数差についてのこれらの種類のビート周波数検出は、ヘテロダイン検出（Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）という。これは、直ちに、そして安価に使用できるＲＦコンポーネントを使用する利点のような当該分野に知れたいくつかの長所を有する。

【0005】

本発明者による最近の研究は、ＬＩＤＡＲシステムとそれぞれの外部オブジェクトの間のベクトルで改善された距離だけでなく、相対的な符号を有する（Ｓｉｇｎｅｄ）速度を提供するリターンされた信号からドップラーシフト（Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｓｈｉｆｔ）を検出するための光学コンポーネントの新しい配列とコヒーレント（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ）処理を示している。このシステムは、ここで高解像度距離ドップラーＬＩＤＡＲ（Ｈｉ－ｒｅｓ Ｒａｎｇｅ－Ｄｏｐｐｌｅｒ ＬＩＤＡＲ）システムと呼ばれる。例えば、世界知的所有権機関（ＷＩＰＯ）公報ＷＯ２０１８／１６０２４０およびＷＯ２０１８／１４４８５３を参照し得る。

【0006】

このような改善は、ターゲット速度があるか、またはなくても、適切な周波数または位相コンテンツのペンシルのように薄いレーザービーム（Ｐｅｎｃｉｌ Ｔｈｉｎ Ｌａｓｅｒ Ｂｅａｍ）で距離を提供する。このようなビームを場面（Ｓｃｅｎｅ）にスイープ（Ｓｗｅｅｐ）すると、周囲の物体の位置および速度に関する情報が獲得され得る。この情報は、自律走行またはドライバー支援自動車のような自律走行車のための制御システムで価値のあるものと予想される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

距離精度とターゲットの速度精度を提供するサンプリングおよび処理は、累積時間（Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ）と呼ばれる時間間隔で様々な持続時間を有する１つ以上のレーザー信号の累積 （Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を伴う。タイムリーな方式で場面をカバーすることは、車両が車両前方の空間内に（多くの場合、約１ないし数秒の特定時間内に移動される約１ないし数十メートルの距離で）進みすぎる前に車両周囲の環境を理解するために自律走行車の周囲に様々な角度を（多くの場合、約数千回）サンプリングするのに十分な、（多くの場合、１ないし数十マイクロ秒の間、１つ以上の信号を含む）十分に正確な測定を繰り返すことを伴う。特定時間（多くの場合、サイクルまたはサンプリング時間という）内にカバーできる異なる角度の数は、サンプリングレートによる。ここで、車両が環境を通過して移動することにより、自律走行車の近くの環境を効率的に判断するために、１つ以上のＬＩＤＡＲビームを用いて距離および速度精度のための累積時間、サンプリングレートおよび異なるサンプリング角度パターンの間にトレードオフが行われ得ることを認識した。

【課題を解決するための手段】

【0008】

第１実施例セットにおいて、自律走行車でＬＩＤＡＲシステムのスキャンパターンを最適化するための方法は、プロセッサにおいて、バイスタティックトランシーバの受信導波管（Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）から分離間隔（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）だけ離隔したバイスタティックトランシーバの送信導波管によって信号が送信された後に、ターゲットによって反射して受信導波管によって受信された信号の第１信号対雑音比（ＳＮＲ）値を示すデータを受信するステップを含む。第１ＳＮＲ値は、ターゲットの距離の値に基づき、第１ＳＮＲ値は、ＬＩＤＡＲシステムのスキャンレートのそれぞれの値についてのものである。方法は、プロセッサにおいて、ターゲットの距離の値に基づく信号の第２ＳＮＲ値を受信するステップをさらに含み、第２ＳＮＲ値は、示すデータをＬＩＤＡＲシステムの累積時間のそれぞれの値についてのものである。方法は、プロセッサにおいて、スキャンパターンの角度範囲を定義する第１角度および第２角度を示すデータを受信するステップをさらに含む。方法は、プロセッサにおいて、角度範囲内のそれぞれの角度でターゲットの最大設計距離を示すデータを受信するステップをさらに含む。方法は、角度範囲内のそれぞれの角度に対して、最大設計距離に基づく第１ＳＮＲ値が最小ＳＮＲしきい値を超過する大きいスキャンレートのうち、最大値に基づいてＬＩＤＡＲシステムの最大スキャンレートを決定するステップをさらに含む。方法は、角度範囲内のそれぞれの角度に対して、最大設計距離に基づく第２ＳＮＲ値が最小ＳＮＲしきい値を超過する累積時間のうち、最小値に基づいてＬＩＤＡＲシステムの最小累積時間を決定するステップをさらに含む。方法は、プロセッサを用いて角度範囲内のそれぞれの角度での最大スキャンレートおよび最小累積時間に基づいてＬＩＤＡＲシステムのスキャンパターンを定義するステップをさらに含む。方法は、スキャンパターンに応じてＬＩＤＡＲシステムを作動させるステップをさらに含む。

【0009】

他の実施例において、システム、装置またはコンピュータ読み取り可能な媒体は、前述の方法の１つ以上のステップを行うように構成される。

【0010】

また他の様態、特徴および利点は、本発明を行うために考慮される最上のモードを含む多数の特定の実施例および実装例を単純に例示することによって、続く詳細な説明から簡単に理解できる。また、他の実施例は、他の異なる特徴および利点を有し得、これらの多くの具体的内容は、すべて本発明の思想および範囲を逸脱することなく、様々な明白な側面で修正できる。したがって、図面および説明は、本質的に制限的であるものではなく、例示的であるものとみなされるべきである。

【図面の簡単な説明】

【0011】

添付された図面における実施例は、制限的な方式ではなく、例示的な方式で説明され、類似の参照番号については、類似の要素を指す。

【0012】

【図1a】一実施例によって一連の２進数（Ｂｉｎａｒｙ Ｄｉｇｉｔ）の例示的な送信信号を距離の測定のためにリターンされた光信号とともに示す概略的なグラフ、

【0013】

【図1b】一実施例によって基準信号の例示的なスペクトルとドップラーシフトされたリターン信号（Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｓｈｉｆｔｅｄ Ｒｅｔｕｒｎ Ｓｉｇｎａｌ）の例示的なスペクトルを示す概略的なグラフ、

【0014】

【図1c】一実施例によってドップラーシフトされたリターン信号の位相成分の例示的な交差－スペクトル（Ｃｒｏｓｓ－Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）を示す概略的なグラフ、

【0015】

【図1d】一実施例によって距離に関する例示的な光チャープ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｈｉｒｐ）測定を示すグラフセット、

【0016】

【図1e】対称ＬＯ信号を使用するグラフであって、一実施例によってドップラーシフトがないとき、リターン信号を周波数時間プロット（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｔｉｍｅ Ｐｌｏｔ）で破線として示し、

【0017】

【図1f】対称ＬＯ信号を使用する図１ｅと同様のグラフであって、一実施例によって非ゼロドップラーシフトがあるとき、この周波数時間プロットでリターン信号を破線として例示、

【0018】

【図2a】一実施例によって高解像度（Ｈｉ－ｒｅｓ）ＬＩＤＡＲシステムの例示的なコンポーネントを示すブロック図、

【0019】

【図2b】一部の実施例で使用される高解像度ドップラーシステムのための鋸歯状（ Ｓａｗ Ｔｏｏｔｈ）スキャンパターンを示すブロック図、

【0020】

【図2c】一実施例によって高解像度ドップラーＬＩＤＡＲシステムによって生成された例示的な速度ポイントクラウド（Ｓｐｅｅｄ Ｐｏｉｎｔ Ｃｌｏｕｄ）を示すイメージ、

【0021】

【図2d】一実施例によって高解像度ＬＩＤＡＲシステムの例示的なコンポーネントを示すブロック図、

【0022】

【図2e】一実施例によってバイスタティック（Ｂｉｓｔａｔｉｃ）ＬＩＤＡＲシステムの例示的なコンポネントの側面図を示すブロック図、

【0023】

【図2f】一実施例によって図２ｅの例示的なコンポーネントの上面図を示すブロック図、

【0024】

【図3a】一実施例によって車両に取り付けられた少なくとも１つの高解像度ＬＩＤＡＲシステムを含む例示的なシステムを示すブロック図、

【0025】

【図3b】一実施例によって車両に取り付けられた少なくとも１つの高解像度ＬＩＤＡＲシステムを含む例示的なシステムを示すブロック図、

【0026】

【図3c】一実施例によって図３ｂのＬＩＤＡＲシステムから多数の角度で送信されたビームの一例を示すブロック図、

【0027】

【図3d】一実施例によって車両に取り付けられた少なくとも１つの高解像度ＬＩＤＡＲシステムを含む例示的なシステムを示すブロック図、

【0028】

【図4a】一実施例によってスキャニングなしの図２ｄのシステムから送信された信号についての例示的な信号対雑音比（ＳＮＲ）対ターゲット距離を示すグラフ、

【0029】

【図4b】一実施例によってファーフィールド（Ｆａｒ Ｆｉｅｌｄ）における図４ａのＳＮＲトレースの形状を作る１／ｒ２乗損失を示すトレースの一例を示すグラフ と、

【0030】

【図4c】一実施例によってスキャニングなしの図２ｄのシステムから送信された信号についてのコリメートビーム直径対距離の一例を示すグラフ、

【0031】

【図4d】一実施例によってスキャニングなしの図２ｄのシステムから送信された信号についての収集効率に関連するＳＮＲ対距離の一例を示すグラフ、

【0032】

【図4e】一実施例によって図２ｅのシステムで様々なターゲット距離およびスキャン速度についてのビーム離脱（Ｗａｌｋｏｆｆ）の一例を示すイメージ、

【0033】

【図4f】一実施例によって図２ｅのシステムで様々なスキャンレート（Ｓｃａｎ Ｒａｔｅ）についてのカップリング効率対ターゲット距離の一例を示すグラフ、

【0034】

【図4g】一実施例によって図２ｅのシステムで様々なスキャンレートについてのＳＮＲ対ターゲット距離の一例を示すグラフ、

【0035】

【図4h】一実施例によって移動する車両に取り付けられた図２ｅのシステムでビームの従来のスキャン軌跡の一例を示すグラフ、

【0036】

【図4i】一実施例によって図２ｅのシステムで様々な累積時間（Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ）についてのＳＮＲ対ターゲット距離の一例を示すグラフ、

【0037】

【図4j】一実施例によって図２ｅのシステムで測定レート対ターゲット距離の一例を示すグラフ、

【0038】

【図4k】一実施例によって図２ｅのシステムで様々な分離間隔の値についてのＳＮＲ対ターゲット距離の一例を示すグラフ、

【0039】

【図4l】一実施例によって図２ｅのシステムで様々なＳＮＲ値についての分離間隔対ターゲット距離の一例を示すグラフ、

【0040】

【図4m】一実施例によって図２ｅのシステムで様々な分離間隔の値についてのＳＮＲ対ターゲット距離の一例を示すグラフ、

【0041】

【図4n】一実施例によって図２ｅのシステムで様々なＳＮＲ値についての分離間隔対ターゲット距離の一例を示すグラフ、

【0042】

【図4o】一実施例によって図２ｅのシステムで最小臨界ＳＮＲを有する様々なターゲット距離についての分離間隔対スキャン速度の一例を示すグラフ、

【0043】

【図5】一実施例によって図２ｅのシステムで多数の角度範囲にわたった時間についての垂直角度の一例を示すグラフ、

【0044】

【図6】一実施例によってＬＩＤＡＲシステムのスキャンパターンを最適化するための例示的な方法を示すフローチャート、

【0045】

【図7】本発明の一実施例を実装できるコンピュータシステムを示すブロック図、

【0046】

【図8】本発明の一実施例を実装できるチップセットを例示する。

【発明を実施するための形態】

【0047】

ＬＩＤＡＲシステムのスキャニングのための方法、装置、システムおよびコンピュータ読み取り可能な媒体が説明される。以下の説明において、説明の目的に、本明細書の完全な理解を提供するために様々な具体的な詳細内容が説明される。しかし、このような具体的な内容なしに本発明が実施されることができるということが当該技術分野における通常の技術者に明らかであろう。他の場合において、本発明を不必要に曖昧にすることを避けるためによく知られている構造と装置は、ブロック図の形として例示される。

【0048】

広い範囲を表す数値範囲とパラメータは、たとえ近似値であっても、具体的な非限定的な例で説明される数値は、できるだけ正確に報告される。しかし、任意の数値は、本発明の作成時点で、これらのそれぞれの実験測定で発見された標準偏差から必然的に発生する特定の誤差を内在的に含む。また、文脈から特に明確でない限り、本発明に提示された数値は、最下位の数字によって与えられる含蓄された精度を有する。したがって、値１．１は、１．０５から１．１５までの値を暗示する。「約」という用語は、与えられた値を中心に、より広い範囲を表すのに使用され、文脈から特に明確でない限り、「約１．１」が１．０から１．２まで暗示するように、最下位の数字の周辺のより広い範囲を暗示する。もし、最下位の数字が不明であれば、「約」という用語は、２の因数（Ｆａｃｔｏｒ ｏｆ Ｔｗｏ）を意味する。例えば、「約Ｘ」は、範囲が０．５Ｘないし２Ｘの値を暗示し、例えば、「約１００」は、範囲が５０ないし２００の値を暗示する。さらに、本発明に開示されたすべての範囲は、その中に含まれる任意の下位の範囲およびすべての下位の範囲を含むものと理解されるべきである。例えば、正のパラメータについての「１０未満」の範囲は、０（Ｚｅｒｏ）の最小値と１０の最大値との間の（そして、０の最小値と１０の最大値を含む）任意の下位の範囲およびすべての下位の範囲、すなわち、０以上の最小値と１０以下の最大値を有する任意の下位の範囲およびすべての下位の範囲、例えば、１ないし４を含む。

【0049】

本発明の一部の実施例は、高解像度ＬＩＤＡＲシステムと連携して以下で説明される。本発明の１つの実施例は、高解像度バイスタティック（Ｂｉｓｔａｔｉｃ）ＬＩＤＡＲシステムと連携して説明される。本発明の他の実施例は、個人用自動車での単一前面装着（Ｓｉｎｇｌｅ Ｆｒｏｎｔ Ｍｏｕｎｔｅｄ）高解像度ドップラーＬＩＤＡＲシステムと連携して説明される。しかし、実施例は、このような状況に制限されない。他の実施例において、重畳したり、重畳しない視野を有し、ドップラーコンポネントを有したり、有しない同じタイプまたは他の高解像度ＬＩＤＡＲの１つまたは多数のシステムまたはパイロットされたり、自律的なより小さかったり、より大きい地上、海上または空中運送手段に取り付けられた１つ以上のこのようなシステムが使用される。
１．位相エンコーディング（Ｐｈａｓｅ－Ｅｎｃｏｄｅｄ）検出概要

【0050】

距離測定のための光位相エンコーディング信号を用いて送信信号は、送信された信号の一部についての搬送波（Ｃａｒｒｉｅｒ）と同相（Ｉｎｐｈａｓｅ）であり（位相＝０）、次に、短い時間間隔の間にシンボルΔφによって表現される１つ以上の位相変化だけ変動し（したがって、位相＝０、Δφ、２Δφ．．．）、送信信号に対して繰り返しに２以上の位相値の間で前後にスイッチングする。一定の位相の最も短い間隔は、パルス持続時間τと呼ばれるエンコーディングのパラメータであり、通常、帯域で最も低い周波数の多数の周期の持続時間 である。逆（１／τ）は、ボーレート（Ｂａｕｄ Ｒａｔｅ）であり、それぞれのボーは、シンボルを示す。送信信号の時間中のこのような一定の位相パルスの数（Ｎ）は、シンボルの数（Ｎ）であり、エンコーディングの長さを示す。２進（Ｂｉｎａｒｙ）エンコーディングにおいて、２つの位相値が存在し、最も短い間隔の位相が１つの値について０とみなされ得、他の１つの値は、１とみなされ得、したがって、シンボルは、１ビット（Ｂｉｔ）であり、ボーレートもビットレート（Ｂｉｔ Ｒａｔｅ）と呼ばれる。多重（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ）位相エンコーディングで多数の位相値が存在する。例えば、Δφ＊｛０、１、２および３｝のような４つの位相値は、Δφ＝π／２（９０度）に対して｛０、π／２、πおよび３π／２｝とそれぞれ同じであり、したがって、４つの位相値は、それぞれ０、１、２、３を示し得る。この例において、それぞれのシンボルは、２ビットであり、ビットレートは、ボーレートの２倍である。

【0051】

位相シフトキーイング（Ｐｈａｓｅ－Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ、ＰＳＫ）は、基準信号（搬送波）の位相を変更（変調）させることによって、データを伝達するデジタル変調方式（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｓｃｈｅｍｅ）を意味する。変調は、正確な時間にサイン入力とコサイン入力を変化させることによって刻印する。無線周波数（ＲＦ）において、ＰＳＫは、無線ＬＡＮ、無線周波数認識（ＲＦＩＤ）およびブルートゥース（登録商標）通信のために手広く使用される。代替的に、一定の基準波（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｗａｖｅ）に対して動作する代わりに、送信は、それ自体に対して動作し得る。単一の送信波形の位相変化は、シンボルとみなされ得る。このシステムにおいて、復調器は（基準波についての）、位相その自体ではなく、受信信号の位相変化を決定する。前記方式が連続する位相の間の差に依存するため、これは、差動位相シフトキーイング（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｈａｓｅ－Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ、ＤＰＳＫ）と称される。復調器が受信信号の正確な位相を決定するために基準信号のコピーを有する必要がないため、ＤＰＳＫは、通信アプリケーションで通常のＰＳＫよりもかなり簡単に実装できる（したがって、これは非コヒーレント（Ｎｏｎ－Ｃｏｈｅｒｅｎｔ）方式である）。

【0052】

送信機および受信機が同じ装置内にあるため、光距離測定応用に、コヒーレントＰＳＫが使用できる。搬送波周波数（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）は、光周波数（ｆ_ｃ）であり、ＲＦ周波数（ｆ_０）は、光搬送波（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃａｒｒｉｅｒ）に変調される。シンボルの数（Ｎ）と持続時間τは、要求される距離精度と解像度を実現するために選択される。シンボルのパターンは、ノイズとコード化された（Ｃｏｄｅｄ）信号の他のソースから区別できるように選択される。したがって、送信された信号とリターンされた信号との間の強い相関関係は、反射するか、または後方散乱した（Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｅｄ）信号の強い表示である。送信された信号は、１つ以上のシンボルのブロックで構成され、それぞれのブロックは、ノイズが存在する場合にも反射するか、または後方散乱したリターンとの強い相関関係を提供するほど十分に長い。次の議論において、送信された信号は、ブロック当たりＮ個のシンボルのＭ個のブロックで構成され、ＭとＮは、負ではない整数である。

【0053】

図１ａは、一実施例によって一連の２進数（Ｂｉｎａｒｙ Ｄｉｇｉｔ）として例示的な送信された信号を距離の測定のためにリターンされた光信号とともに示す概略的なグラフ１２０である。水平軸１２２は、０（Ｚｅｒｏ）での開始時間後の時間を任意単位（Ａｒｂｉｔｒａｒｙ Ｕｎｉｔ）で示す。垂直軸１２４ａは、周波数（ｆ_Ｃ＋ｆ_０）での光送信信号の振幅を０についての任意単位で示す。垂直軸１２４ｂは、周波数（ｆ_Ｃ＋ｆ_０）でのリターンされた光信号の振幅を０についての任意単位で示し、トレースを分離するために軸１２４ａからオフセットされる。トレース１２５は、０００１１０１０から開始して省略符号で表示されたように、継続するコードを生成するために図１ａに示すような位相変化を有するＭ＊Ｎ２進シンボルの送信信号を示す。トレース１２６は、動いていないオブジェクトから散乱した理想的な（ノイズがない）リターン信号を示す（したがって、リターンは、ドップラーシフトされない）。振幅は、減少されるが、コード０００１１０１０は、認識可能である。トレース１２７は、動いているオブジェクトから散乱することによって、ドップラーシフトされる理想的な（ノイズがない）リターン信号を示す。リターンは、適切な光周波数（ｆ_Ｃ＋ｆ_０）になく、予想した周波数帯域内でよく検出されず、したがって、振幅が減少する。

【0054】

リターンの観察された周波数（ｆ’）は、数１によって与えられるドップラー効果によるリターンの正確な周波数（ｆ＝ｆ_ｃ＋ｆ_０）と異なる。

【数1】

ここで、ｃは、媒質内の光の速度であり、ｖ_０は、観察者の速度であり、ｖ_ｓは、ソースと受信機を連結するベクトルによるソースの速度である。観察者とソースが両者の間のベクトル上で同じ方向に同じ速度で動いている場合、２つの周波数は、同じであることに注目するべきである。２つの周波数の間の差（Δｆ＝ｆ’－ｆ）は、距離測定について問題点を引き起こすドップラーシフト（Δｆ_Ｄ）であり、数２によって与えられる。

【数2】

誤差の大きさは、信号の周波数ｆに応じて増加することに注目するべきである。また、静止したＬＩＤＡＲシステム（ｖ_０＝０）の場合、毎秒１０メートル（ｖ_ｓ＝１０）で移動するオブジェクトと約５００ＴＨｚの周波数を有する可視光線についてのドップラーシフトの大きさは、約１６メガヘルツ（ＭＨｚ、１ＭＨｚ＝１０^６ヘルツ（Ｈｚ）、１Ｈｚ＝毎秒１サイクル）であることに注目するべきである。以下に説明される様々な実施例において、距離計算のためにデータを処理するためにドップラーシフトの誤差が検出されて使用される。

【0055】

位相コード化された距離測定（Ｐｈａｓｅ Ｃｏｄｅｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）で、位相コード化されたリターンの到達は、送信された信号または他の基準信号をリターンされた信号と交差相関（Ｃｒｏｓｓ－Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓ）させることによって、リターンされた信号内で検出され、ＲＦ信号のためのコードをヘテロダイン（Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ）検出を用いる光検出器（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）からの電気信号と交差相関させ、ＲＦ帯域に戻すダウンミキシング（Ｄｏｗｎ－Ｍｉｘｉｎｇ）することによって、実質的に実装する。任意の１つのラグ（Ｌａｇ）のための交差相関は、２つのトレースをコンボリューション処理（Ｃｏｎｖｏｌｖｉｎｇ）することによって、すなわち、２つのトレース内の対応する値を乗じ、トレース内のすべての点（Ｐｏｉｎｔ）に対して加算した後、それぞれのタイムラグ（Ｔｉｍｅ Ｌａｇ）に対して繰り返すことによって計算される。代替的に、交差相関は、２つのトレースそれぞれのフーリエ変換を乗じた後に、フーリエ逆変換すなわち、逆方向フーリエ変換（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ）を行うことによって達成され得る。高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ、ＦＦＴ）のための効率的なハードウェアとソフトウェアの具現は、順方向フーリエ変換と逆方向フーリエ変換の両方のために広く用いられ得る。

【0056】

交差相関の計算は、通常、リターンの振幅と位相が光検出器から検出された後に、アナログまたはデジタル電気信号を用いて行われることに注目するべきである。光検出器における信号を容易にデジタル化できるＲＦ周波数範囲に移動させるために、光リターン信号は、検出器に衝突する前に基準信号と光学的にミックスされる。位相エンコード化された送信光信号のコピーは、基準信号として使用できるが、レーザーによって出力される連続波搬送波周波数光信号（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｉｇｎａｌ）を基準信号として使用し、検出器によって出力される電気信号の振幅と位相の両方をキャプチャすることも可能であり、多くの場合好ましい。

【0057】

動いていないオブジェクトから反射する（したがって、リターンがドップラーシフトされない）理想的な（ノイズがない）リターン信号について、ピークは、送信信号の開始後に時間Δｔで発生する。これは、リターン信号が時間Δｔで開始する送信位相コードバージョンを含むことを示す。反射する（または後方散乱する）オブジェクトについての距離Ｒは、数３によって与えられるように、媒質内の光の速度Ｃに基づく双方向旅行時間遅延（Ｔｗｏ Ｗａｙ Ｔｒａｖｅｌ Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ）から計算される。

【数3】

【0058】

動いているオブジェクトから散乱した（したがって、リターンがドップラーシフトされた）理想的な（ノイズがない）リターン信号について、リターン信号は、適切な周波数ビン（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｂｉｎ）内の位相エンコーディングを含まず、相関関係は、すべてのタイムラグ（Ｔｉｍｅ Ｌａｇ）について低く保持され、ピークは、容易に検出されず、ノイズがある場合には、多くの場合に検出可能ではない。したがって、Δｔは、容易に決定されず、距離Ｒは、容易に生成されない。

【0059】

本発明者の以前研究の様々な実施例によると、ドップラーシフトは、リターン信号の電気的処理で決定され、ドップラーシフトは、交差相関計算を補正するために使用される。したがって、ピークは、より容易に発見され、距離は、より容易に決定され得る。図１ｂは、一実施例によって送信信号の例示的スペクトルとドップラーシフトされた複素数リターン信号の例示的スペクトルを示す概略的なグラフ１４０である。水平軸１４２は、光搬送波ｆ_ｃからオフセットされたＲＦ周波数を任意単位で示す。垂直軸１４４ａは、スペクトル密度（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）とも呼ばれる特定の狭い周波数ビンの振幅を０に相対的な任意単位で示す。垂直軸１４４ｂは、スペクトル密度を０に相対的な任意単位で示 し、トレースを分離するために垂直軸１４４ａからオフセットされる。トレース１４５は、送信信号を示し、ピークは、適切なＲＦｆ_０で発生する。トレース１４６は、ＬＩＤＡＲシステムに向けて動いているオブジェクトから後方散乱し、より高い周波数でドップラーシフト（ブルーシフト（Ｂｌｕｅ Ｓｈｉｆｔ）と呼ばれる）された理想的な（ノイズがない）複素数リターン信号を示す。リターンは、適切なＲＦｆ_０でピークを有しない。しかし、代わりにΔｆ_Ｄほどシフトされた周波数ｆ_Ｓにブルーシフトされる。実際に、リターンの同相および直交位相 （Ｉｎ－Ｐｈａｓｅ ａｎｄ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ、Ｉ／Ｑ）成分をすべて示す複素数リターンが、＋Δｆ_Ｄでピークを決定するのに使用されるため、ドップラーシフトの方向と、センサとオブジェクトとの間のベクトル上のターゲットの移動方向が単一リターンで明らかに示される。

【0060】

一部のドップラー補償（Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）実施例において、図１ｂに示すように、送信信号とリターン信号の両方のスペクトルを得、それぞれでピークを見つけた次に対応するピークの周波数を減算することによってΔｆ_Ｄを捜す代わりに、ＲＦ帯域でダウンミキシングされたリターン信号の同相および直交位相成分の交差スペクトル（Ｃｒｏｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）を取ることがより効果的である。図１ｃは、一実施例によって例示的な交差スペクトルを示す概略的なグラフ１５０である。水平軸１５２は、基準スペクトルについての周波数シフトを任意単位で示し、垂直軸１５４は、交差スペクトルの振幅を０に相対的な任意単位で示す。トレース１５５は、ＬＩＤＡＲシステムに向けて動いている第１オブジェクト（Δｆ_Ｄ１のブルーシフト＝図１ｂにおけるΔｆ_Ｄ）とＬＩＤＡＲシステムから離れている第２オブジェクト（Δｆ_Ｄ２のレッドシフト（Ｒｅｄ Ｓｈｉｆｔ））によって生成された理想的な（ノイズがない）リターン信号との交差スペクトルを示す。１つのピークは、成分のうちの１つがブルーシフトΔｆ_Ｄ１されるときに発生し、他のピークは、成分のうちの１つがレッドシフトΔｆ_Ｄ２されるときに発生する。したがって、ドップラーシフトが決定される。このシフトは、衝突防止アプリケーションのために重要であり得る、ＬＩＤＡＲ付近のオブジェクトの符号を有する接近速度（Ｓｉｇｎｅｄ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ Ａｐｐｒｏａｃｈ）を決定するのに用いられ得る。しかし、Ｉ／Ｑ処理が完了していない場合、ピークは、＋／－Δｆ_Ｄ１および＋／－Δｆ_Ｄ２の両方に示され、したがって、ドップラーシフトの符号およびこれによる移動方向で曖昧さが存在する。

【0061】

本発明者の以前研究でより詳細に説明したように、交差スペクトル内で検出されるドップラーシフトは、ピーク１３５がラグ（Ｌａｇ）Δｔでドップラー補償されたドップラーシフトされたリターンで明らかになり、距離Ｒが決定されるように、交差相関を補正するのに使用される。一部の実施例において、全体の内容が本明細書に完全に説明されたように、本明細書によって参照として含まれ、発明の名称が「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｈａｓｅ－ｅｎｃｏｄｅｄ ｒａｎｇｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」である世界知的所有権機関（Ｗｏｒｌｄ Ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ）公報ＷＯ２０１８／１４４８５３により詳細に説明したように、同時Ｉ／Ｑ処理が行われる。他の実施例において、全体の内容が本明細書に完全に説明されたように、本明細書によって参照として含まれ、発明の名称が「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｔｉｍｅ Ｓｅｐａｒａｔｅｄ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒａｎｇｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」であるＳ．Ｃｒｏｕｃｈなどによる特許出願公報により詳細に説明されたように、ドップラーリターンの符号（Ｓｉｇｎ）を決定するために直列Ｉ／Ｑ処理が用いられる。他の実施例において、ドップラー補正を決定するために他の手段が使用され、様々な実施例において、ドップラー補正を行うために当該技術分野に知られている任意の方法が使用される。一部の実施例において、ドップラーシフトに起因する誤差は、容認されるか、または無視され、どのようなドップラー補正も距離測定に適用されない。
２．チャープ検出概要（Ｃｈｉｒｐｅｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｏｖｅｒｖｉｅｗ ）

【0062】

図１ｄは、一実施例によって例示的な光チャープ距離測定（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｈｉｒｐ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｒａｎｇｅ）を示すグラフセットである。水平軸１０２は、４つのグラフすべてについて同じであり、時間を約ミリ秒（ｍｓ、１ｍｓ＝１０^－３秒）の任意単位で示す。グラフ１００は、送信光信号として使用される光のビームのパワーを示す。グラフ１００の垂直軸１０４は、送信信号のパワーを任意単位で示す。トレース１０６は、時間０で開始して制限されたパルス持続時間τの間、パワーがＯｎであることを示す。グラフ１１０は、送信信号の周波数を示す。垂直軸１１４は、送信周波数を任意単位で示す。トレース１１６は、パルスの持続時間τにわたってパルスの周波数がｆ_１からｆ_２に増加し、これによって帯域幅Ｂ＝ｆ_２－ｆ_１を有することを示す。周波数変化率は、（ｆ_２－ｆ_１）／τである。

【0063】

リターンされた信号は、グラフ１１０のように時間を表す水平軸１０２と周波数を表す垂直軸１１４を有するグラフ１６０に示される。また、グラフ１１０のチャープ１１６がグラフ１６０上に点線で示される。強度（図示せず）が減少され、Δｔだけ遅延した送信基準信号である第１リターン信号は、トレース１６６ａで与えられる。リターンされた信号が２Ｒの距離を移動した後に、外部オブジェクトから受信されるとき、リターンされた信号は、前述の数３によって２Ｒ／ｃで与えられる遅延した時間Δｔで開始する（ここで、Ｒは、ターゲットまでの距離であり、ｃは、媒質における光の速度（約３×１０^８ｍ／ｓ））。この時間の間、周波数ｆ_Ｒは、距離に基づく量だけ変更され、周波数変化率に遅延時間を乗じて与えられる。これは、数４ａによって与えられる。

【数4】

ｆ_Ｒの値は、デチャーピング（Ｄｅ－ｃｈｉｒｐｉｎｇ）と呼ばれる時間ドメインミキシング動作で送信信号１１６とリターン信号１６６ａとの間の周波数差によって測定される。したがって、距離Ｒは、数４ｂによって与えられる。
もちろん、パルスが完全に送信された後にリターン信号が到着すると、すなわち、２Ｒ／ｃがτよりも大きければ、数４ａおよび４ｂは、有効ではない。この場合に、基準信号は、リターンされた信号が基準信号と重畳することを保証するように知れた量または定められた量だけ遅延する。基準信号の定められた遅延時間または知れた遅延時間は、数４ｂから計算された距離に追加される追加距離を提供するために光の速度Ｃと乗じられる。媒質で光の速度の不確実性によって絶対距離は不正確であり得るが、これは、ほとんど一定の誤差（Ｎｅａｒ－Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｅｒｒｏｒ）であり、周波数差を基盤とした相対的距離は、相変らず非常に正確である。

【0064】

一部の状況において、送信された光ビームによって照明される地点（ペンシルビームの断面（Ｐｅｎｃｉｌ Ｂｅａｍ Ｃｒｏｓｓ Ｓｅｃｔｉｏｎ））は、半透明オブジェクトの前方および後方、またはＬＩＤＡＲから様々な距離にあるオブジェクトのより近い部分とより遠い部分、または照明された地点内で２つの分離したオブジェクトのように異なる距離にある２つ以上の異なる散乱体に出会う。このような環境において、グラフ１６０にトレース１６６ｂで表示されたように、第２減少した強度および異なるように遅延した信号も受信される。これは、数４ｂを使用して異なる距離を提供するｆ_Ｒの異なる測定値を有する。一部の状況では、複数の追加のリターンされた信号が受信される。

【0065】

グラフ１７０は、第１リターンされた信号１６６ａと基準チャープ１１６との間の差の周波数ｆ_Ｒを示す。水平軸１０２は、図１ｄで整列した他のすべてのグラフのように時間を示し、垂直軸１６４は、より拡大したスケール上で周波数差を示す。トレース１７６は、送信されたチャープに応答して測定された一定の周波数ｆ_Ｒを示し、数４ｂによって与えられる特定の距離を示す。第２リターンされた信号１６６ｂは、存在する場合、デチャーピング中に異なるより大きい値のｆ_Ｒ（図示せず）を発生させ、結果的に、数４ｂを使用してより大きい距離を算出するであろう。

【0066】

デチャーピングのための一般的な方法は、基準光信号とリターン光信号を同じ光検出器に指向させるものである。検出器の電気的出力は、検出器に収束する２つの信号の周波数差と同じか、またはこれに依存するビート周波数（Ｂｅａｔ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）によって左右される。このような電気的出力信号のフーリエ変換は、ビート周波数でピークを算出するであろう。このようなビート周波数は、テラヘルツ（ＴＨｚ、１ＴＨｚ＝１０^１２ヘルツ）の光周波数の範囲ではないメガヘルツ（ＭＨｚ、１ＭＨｚ＝１０^６Ｈｚ＝毎秒１０^６サイクル）の無線周波数（ＲＦ）範囲内にある。このような信号は、マイクロプロセッサまたは特殊製作されたＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）またはその他のデジタル信号処理（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、ＤＳＰ）集積回路で行われるＦＦＴアルゴリズムのような一般的かつ安価なＲＦコンポーネントによって容易に処理される。他の実施例において、リターン信号は、（局部発振器（Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）の役目をするチャープと比べて）局部発振器の役目をする連続波（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ、ＣＷ）トーン（Ｔｏｎｅ）と混合（Ｍｉｘ）される。これは、その自体がチャープ（またはすべての送信波形）である検出信号につながる。この場合、検出された信号は、Ｋａｃｈｅｌｍｙｅｒ１９９０に説明されているように、デジタルドメインで整合フィルタリング（Ｍａｔｃｈｅｄ Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）を経るであろう。短所は、デジタイザー（Ｄｉｇｉｔｉｚｅｒ）帯域幅の要求事項が一般的により高いものである。そうでない場合、コヒーレント検出の肯定的な面は保持される。

【0067】

一部の実施例において、ＬＩＤＡＲシステムは、同時アップおよびダウンチャープ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｕｐ ａｎｄ Ｄｏｗｎ Ｃｈｉｒｐｓ）を生成するように変更される。この接近方式は、他のものの中でも、オブジェクトの速度差、実際に距離を変更するオブジェクトに対するＬＩＤＡＲ位置変更またはビーム内の一時的な散乱体（Ｓｃａｔｔｅｒｅｒｓ）、またはこれらの組み合わせによって誘発される変動性を除去する。それでは、この接近方式は、アップおよびダウンチャープで測定されたドップラーシフトおよび距離が事実上同じであり、最も有用に結合され得ることを保証する。ドップラー方式は、高い確率の正確な補償のために周波数空間で非対称にシフトされたリターンペアの並列キャプチャ（Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｃａｐｔｕｒｅ）を保証する。

【0068】

図１ｅは、一実施例によって対称ＬＯ信号を使用するグラフであり、ドップラーシフトがないとき、リターン信号を周波数時間プロット（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｔｉｍｅ Ｐｌｏｔ）で破線として示す。水平軸は、時間を１０^－５秒（数十マイクロ秒）の例示的な単位で示す。垂直軸は、搬送波周波数ｆ_ｃまたは基準信号に対する光送信信号の周波数をギガヘルツ（ＧＨｚ、１ＧＨｚ＝１０^９ヘルツ）の例示的な単位で示す。パルス持続時間の間、いつでも２つの光周波数を含む光ビームが生成される。１つの周波数が、例えば、ｆ_１からｆ_２に増加し（例えば、光搬送波の１ないし２ＧＨｚの上）、同時に他の周波数がｆ_４からｆ_３に減少する（例えば、光搬送波の１ないし２ＧＨｚの下）。２つの周波数帯域（例えば、ｆ_１ないしｆ_２の帯域１と、ｆ_３ないしｆ_４の帯域２）は、オーバーラップされないため、送信信号およびリターン信号が通過周波数ｆ_Ｐから開始する通過帯域を有する高域通過フィルタや低域通過フィルタまたはこれらの組み合わせによって光学的に分離できる。例えば、ｆ_１＜ｆ_２＜ｆ_ｐ＜ｆ_３＜ｆ_４であり得る。開示される実施例において、より高い周波数がアップチャープを提供し、より低い周波数がダウンチャープを提供するが、他の実施例においては、より高い周波数がダウンチャープを生成し、より低い周波数がアップチャープを生成する。

【0069】

一部の実施例において、２つの異なるレーザーソースが毎時間ごとにそれぞれのビームで２つの異なる光周波数を生成するのに使用される。しかし、一部の実施例において、単一の光搬送波は、単一のＲＦチャープによって変調され、同時アップおよびダウンチャープの役目をする対称的な側波帯（Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ Ｓｉｄｅｂａｎｄ）を生成する。この実施例のうち、一部において、一般的に搬送波周波数に多くのエネルギーを残さない２重側波帯マッハツェンダ強度変調器（Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｉｄｅｂａｎｄ Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）が使用され、代わりに、ほとんどすべてのエネルギーが側波帯に入る。

【0070】

側波帯対称（Ｓｉｄｅｂａｎｄ Ｓｙｍｍｅｔｒｙ）の結果として、同じ次数の側波帯が使用されると、２つの光チャープの帯域幅は、同じである。他の実施例において、他の側波帯が使用され、例えば、２つの２次側波帯が使用されるか、１次側波帯および重畳しない２次側波帯が使用されるか、または一部の他の組み合わせが使用される。

【0071】

全体の内容が本明細書に完全に説明されたように、本明細書によって参照として含まれ、発明の名称が「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｈｉｒｐｅｄ Ｒａｎｇｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」である公報ＷＯ２０１８／１６０２４０に説明したように、送信ＴＸおよび局部発振器ＬＯチャープ波形を選択するとき、システムの周波数シフトされた帯域（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔｅｄ Ｂａｎｄ）が利用可能なデジタイザー（Ｄｉｇｉｔｉｚｅｒ）帯域幅を最大限に活用することが有利である。一般的に、これは、０に近い範囲周波数ビート（Ｒａｎｇｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｂｅａｔ）を有するように、アップチャープまたはダウンチャープをシフトして達成される。

【0072】

図１ｆは、対称ＬＯ信号を使用する図１ｅと同様のグラフであり、非ゼロのドップラーシフトがあるとき、周波数時間プロットでリターン信号を破線として示す。例えば、距離効果（Ｒａｎｇｅ Ｅｆｆｅｃｔ）を発生させるブルーシフトがｆ_Ｂであれば、アップチャープのビート周波数は、オフセットだけ増加されてｆ_Ｂ＋Δｆ_Ｓで発生し、ダウンチャープのビート周波数は、ｆ_Ｂ－Δｆ_Ｓにオフセットだけ減少される。したがって、アップチャープは、ダウンチャープよりも高い周波数帯域にあり、これによってこれらを分離する。Δｆ_Ｓが予想したドップラー効果よりも大きければ、アップチャープおよびダウンチャープに関連する距離での曖昧さはない。次に、測定されたビートは、適切なアップチャープおよびダウンチャープ範囲を得るために知れたΔｆ_Ｓの正しい符号が付与された値に補正され得る。チャープされた波形の場合、時間分離されたＩ／Ｑ処理（時間ドメインマルチプレクシング（Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）とも知られる）が前述の他の接近方式のハードウェアの要求事項を克服するために使用できる。その場合に、ＡＯＭが実数値（Ｒｅａｌ Ｖａｌｕｅｄ）の信号についての距離ドップラーの曖昧さを打開するために使用できる。一部の実施例において、スコアリングシステム（Ｓｃｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）が前記の引用された公報でより詳細に説明されたように、アップおよびダウンチャープリターンをペアリングするのに使用される。他の実施例において、前記でより詳細に説明されたように、Ｉ／Ｑ処理がドップラーチャープの符号を決定するのに使用できる。
３．光検出ハードウェア概要

【0073】

高解像度距離ドップラー検出システムを使用する方法を説明するために、一部の包括的なハードウェア接近方式が説明される。図２ａは、一実施例によって高解像度距離ＬＩＤＡＲシステムの例示的なコンポーネントを示すブロック図である。光信号は、矢印で表示される。電子的な（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ）有線または無線連結は、矢先がない線分で表示される。レーザーソース２１２は、持続時間Ｄを有する位相コード化されたり、チャープされた光信号２０３を生成するために、スプリッタ２１６の以前または以後に、変調器２８２ａから位相または周波数変調された搬送波２０１を放出する。スプリッタ２１６は、基準経路２２０に使用するための変調された（または、図示されたように、変調されない）光信号を分離する。ビーム２０１のエネルギーの大部分を有する本明細書で送信信号（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ Ｓｉｇｎａｌ）とも呼ばれるターゲットビーム２０５が生成される。また、少ない量ではあるが、オブジェクト（図示せず）から散乱したリターンされた光２９１と良好な混合を生成するに十分な量のエネルギーを有する変調されるか、または変調されていない基準ビーム２０７ａが生成される。例示された実施例において、基準ビーム２０７ａは、変調器２８２ｂで個別に変調される。基準ビーム２０７ａは、基準経路２２０を通過し、基準ビーム２０７ｂとして１つ以上の検出器に指向される。一部の実施例において、基準経路２２０は、基準ビーム２０７ｂが関心距離の範囲内でＬＩＤＡＲ外部のオブジェクトから散乱した光とともに検出器アレイ２３０に到逹するのに十分な知れた遅延を導入する。一部の実施例において、基準ビーム２０７ｂは、別個の発振器から局部的に基準ビーム２０７ｂを生成する以前の接近方式を参照して局部発振器（Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ、ＬＯ）信号と命名される。様々な実施例において、柔軟性が低い接近方式からより柔軟な接近方式まで網羅し、基準は、１）経路の長さがよくマッチングされるように検出器アレイで送信ビームの一部をまた反射させるために場面（Ｓｃｅｎｅ）内にミラーを配置すること、２）経路の長さを近くマッチングさせ、特定の距離について観察されたり、予測された位相または周波数差を補償するための経路長さ調節を用いたり、利用せず、図２ａで提案されたように、検出器アレイ付近の光学機器を用いて基準ビームをブロードキャスト（Ｂｒｏａｄｃａｓｔ）するためにファイバー遅延を用いること、３）経路長さの不一致（Ｍｉｓｍａｔｃｈ）を補償するための別個の変調を生成するために周波数シフティングデバイス（音響光学変調器（Ａｃｏｕｓｔｏ－Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ、ＡＯＭ））または局部発振器の波形変調の時間遅延を用いること、または一部の組み合わせを通じて散乱するか、または反射したフィールドに到着することになる。一部の実施例において、リターンが遅延なしに、基準信号と十分に重畳するように、オブジェクトは十分に近く、送信持続時間は十分に長い。

【0074】

送信信号は、多くの場合、一部のスキャニング光学機器（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｏｐｔｉｃｓ）２１８を介して関心領域を照明するために送信される。検出器アレイは、ペアをなすか、またはペアをなさない単一の検出器またはオブジェクトからのリターンされたビーム２９１におおよそ垂直な平面に配列されたペアをなすか、またはペアをなさない検出器の１次元（１Ｄ）または２次元（２Ｄ）アレイである。基準ビーム２０７ｂおよびリターンされたビーム２９１は、適切に検出される光特性信号を生成するために０またはその以上の光ミキサー２８４で結合される。干渉パターンの周波数、位相または振幅または一部の組み合わせは、獲得システム２４０によってそれぞれの検出器に対して信号持続時間Ｄの間、複数回記録される。信号持続時間当たり処理される時間的（Ｔｅｍｐｏｒａｌ）サンプルの数または累積時間（Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ）は、ダウン－レンジ規模（Ｄｏｗｎ－Ｒａｎｇｅ Ｅｘｔｅｎｔ）に影響を与える。数または累積時間は、多くの場合、信号当たりシンボルの数、信号反復率（Ｓｉｇｎａｌ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｒａｔｅ）および可用カメラフレームレート（Ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｃａｍｅｒａ Ｆｒａｍｅ Ｒａｔｅ）に基づいて選択される実質的な考慮事項である。フレームレートは、サンプリング帯域幅であり、「デジタイザー（Ｄｉｇｉｔｉｚｅｒ）周波数」と呼ばれる。距離規模（Ｒａｎｇｅ Ｅｘｔｅｎｔ）の唯一の根本的な限界は、レーザーのコヒーレンス（Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ）長さおよび（明確な距離測定のために）これが繰り返す前のチャープまたは固有位相コードの長さである。これは、リターンされたヘテロダイン（Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ）信号またはビット（Ｂｉｔｓ）のデジタルレコードが以前の送信履歴から送信ビットの任意の部分と比較されたり、交差相関できるため、 可能になる。

【0075】

獲得されたデータは、図７を参照して後述されるコンピュータシステムまたは図８を参照して後述されるチップセットのような処理システム２５０に利用可能になる。スキャナ制御モジュール２７０は、以下で説明される１つ以上の実施例によって、スキャニング光学器機２１８を駆動するためのスキャニング信号を提供する。１つの実施例において、スキャナ制御モジュール２７０は、図６のフローチャートを参照して以下で説明される方法６００の１つ以上のステップを行うための命令語を含む。処理システム２５０で符号付きのドップラー補償モジュール（Ｓｉｇｎｅｄ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌｅ）（図示せず）は、ドップラーシフトの符号と大きさを決定し、任意の他の補正とともにそれに基づく補正された距離を決定する。また、処理システム２５０は、変調器２８２ａ、２８２ｂを駆動する１つ以上の電気信号を送信するための変調信号モジュール（図示せず）を含む。一部の実施例において、処理システムは、システム２００が設置される車両を制御するための車両制御モジュール２７２をさらに含む。

【0076】

任意の既知の装置またはシステムがレーザーソース２１２、変調器２８２ａ、２８２ｂ、ビームスプリッタ２１６、基準経路２２０、光ミキサー２８４、検出器アレイ２３０、スキャニング光学機器２１８または獲得システム２４０を具現するために使用できる。瞳孔面（Ｐｕｐｉｌ Ｐｌａｎｅ）を通過する焦点またはターゲット上の焦点または投光照明（Ｆｌｏｏｄ）についての光カップリング（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ）は、示されていない。本明細書に使用されたように、光カプラ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｕｐｌｅｒ）は、他のものの中でも、真空、空気、ガラス、クリスタル、ミラー、レンズ、光サーキュレータ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｉｒｃｕｌａｔｏｒ）、ビームスプリッタ、位相板（Ｐｈａｓｅ Ｐｌａｔｅ）、偏光子（Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）、光ファイバー（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ）、光ミキサーのような他のコンポーネントを単独または一部の組み合わせのように、１つのコンポーネントから他のコンポーネントに光を指向させるために空間座標内で光の伝搬（Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）に影響を与える任意のコンポーネントである。

【0077】

また、図２ａは、一実施例による同時アップおよびダウンチャープＬＩＤＡＲシステムのためのコンポーネントの例を示す。この実施例において、変調器２８２ａは、送信されたビーム２０５の光経路に追加された周波数シフタ（Ｓｈｉｆｔｅｒ）である。他の実施例において、これとは異なり、周波数シフタは、リターンされたビーム２９１の光経路または基準経路２２０に追加される。一般的に、変調器（例えば、ＡＯＭ、Ａｃｏｕｓｔｏ－Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）として使用される装置が関連する損失を有し、損失コンポーネントを受信側に配置するか、または光増幅器の後ろに配置することは、不利であるため、周波数シフティング（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔｉｎｇ）要素は、局部発振器（Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ（ＬＯ）、基準経路ともいう）側または送信側（光増幅器の前）に変調器２８２ｂとして追加される。光シフタの目的は、光検出器２３０によって出力される電気信号の分析において、例えば、処理システム２５０でＦＦＴコンポーネントによってピックアップされ得る異なる周波数帯域でアップおよびダウンチャープのビート周波数が発生するように、基準信号の周波数について送信信号（またはリターン信号）の周波数を知れた量（Δｆ_Ｓ）だけシフトするものである。一部の実施例において、平衡検出器（Ｂａｌａｎｃｅｄ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）から由来するＲＦ信号は、ＦＦＴを介して分離される帯域とともに直接デジタル化される。一部の実施例において、平衡検出器から由来するＲＦ信号は、直接デジタル化できる低帯域（アップチャープまたはダウンチャープのうち、１つに対応）と基底帯域に電子的にダウンミックス（Ｄｏｗｎ－Ｍｉｘｅｄ）された後に、デジタル化できる高帯域（反対するチャープに対応）に分離するためにアナログＲＦ電子装置を用いて前処理される。両方の実施例は、検出された信号の帯域を使用可能なデジタイザーリソース（Ｄｉｇｉｔｉｚｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ）に一致させる経路を提供する。一部の実施例において、（例えば、直接距離測定の実施例において）変調器２８２ａは、除外される。

【0078】

図２ｂは、一部の従来技術の実施例で使用される高解像度ドップラーシステムのための簡単な鋸歯型（Ｓａｗ Ｔｏｏｔｈ）スキャンパターンを示すブロック図である。スキャンは、（水平に）方位角（Ａｚｉｍｕｔｈ Ａｎｇｌｅ）範囲をスイープし、（０傾斜の水平方向（Ｌｅｖｅｌ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）の上下の垂直に）傾斜角（Ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ Ａｎｇｌｅ）の範囲をスイープ（Ｓｗｅｅｐ）する。以下で説明される様々な実施例において、他のスキャンパターンが使用される。当該技術分野に知られている任意のスキャンパターンが様々な実施例で使用できる。例えば、一部の実施例において、全体の内容それぞれが本明細書によってまるで本明細書に説明されたように、参照によって含まれる世界知的所有権機関公報ＷＯ２０１８／１２５４３８で説明された方法を用いて適応型（Ａｄａｐｔｅｄ）スキャニングが行われる。

【0079】

図２ｃは、一実施例によって高解像度ドップラーＬＩＤＡＲシステムによって生成された例示的な速度ポイントクラウドを示すイメージである。イメージ内のそれぞれのピクセルは、ピクセルに関連する傾斜角および方位角で距離または強度または相対的速度または一部の組み合わせを示すポイントクラウド（Ｐｏｉｎｔ Ｃｌｏｕｄ）におけるポイントを示す。

【0080】

図２ｄは、一実施例によって高解像度（Ｈｉ－ｒｅｓ）ＬＩＤＡＲシステム２００’の例示的なコンポーネントを示すブロック図である。一実施例において、システム２００’は、ここで論議される特徴を除いてシステム２００と類似している。一実施例において、システム２００’は、モノスタティックトランシーバ（Ｍｏｎｏｓｔａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ）を用いて構成されるコヒーレントＬＩＤＡＲシステムである。システム２００’は、送信経路２２２上の単一モード光導波管に沿ってサーキュレーター２２６を介してコリメート光学機器２２９の焦点平面内に位置した単一モード光導波管の先端（Ｔｉｐ）２１７の外へ搬送波２０１を送信するソース２１２を含む。一実施例において、先端２１７は、コリメート光学機器２２９の焦点平面の臨界距離（例えば、約１００μm）内またはコリメート光学機器２２９の焦点長さの約０．１％ないし約０．５％内に位置する。他の実施例において、コリメート（Ｃｏｌｌｉｍａｔｉｎｇ）光学機器２２９は、２重（Ｄｏｕｂｌｅｔ）、非球面または多重要素デザインのうち、１つ以上を含む。一実施例において、光導波管の先端２１７を抜け出る搬送波２１０は、スキャニング光学器機２１８によって角度範囲２２７にわたってスキャンされるコリメートされたターゲットビーム２０５’に光学器機２２９によって作られる。一部の実施例において、搬送波２０１は、コリメーション光学器機２２９の上流にある変調器２８２ａで位相または周波数変調される。他の実施例において、変調器２８２は、除外される。一実施例において、リターンビーム２９１が単一モード光導波管の先端２１７で受信されるように、オブジェクトからリターンされたビーム２９１は、スキャニング光学機器２１８によって指向され、コリメーション光学機器２２９によって先端２１７にフォーカシングされる。次に、一実施例において、リターンビーム２９１は、サーキュレーター２２６によって受信経路２２４に沿って単一モード光導波管内に、そして、リターンビーム２９１が局部発振器経路２２０に沿って単一モード光導波管を介して指向される基準ビーム２０７ｂと結合される光ミキサー２８４に再指向（Ｒｅｄｉｒｅｃｔ）される。１つの実施例において、システム２００’は、基準信号２０７ｂとリターンされたビーム２９１の最大空間モード重畳（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｓｐａｔｉａｌ Ｍｏｄｅ Ｏｖｅｒｌａｐ）がリターンされた信号２９１と局部発振器２０７ｂとの間のヘテロダインミキシング（光干渉）効率を最大化するという原理のもとで動作する。このモノスタティック配列は、バイスタティック（Ｂｉｓｔａｔｉｃ）ＬＩＤＡＲシステムに連関する易しくない整列手続きを回避するのに役立つため、有利である。

【0081】

図２ｅは、一実施例によってバイスタティックＬＩＤＡＲシステム２００’’の例示的なコンポネントの例示的な側断面図を示すブロック図である。図２ｆは、一実施例によって図２ｅのバイスタティックＬＩＤＡＲシステム２００’’の例示的なコンポネントの上面図を示すブロック図である。一実施例において、バイスタティックＬＩＤＡＲシステム２００’’は、図２ｄのシステム２００’と類似しており、ここで論議される特徴を含む。

【0082】

一実施例において、システム２００’’は、送信導波管２２３と１つ以上の受信導波管２２５ａ、２２５ｂを含むバイスタティックトランシーバ２１５を含む。第１受信導波管２２５ａは、送信導波管２２３から分離間隔２２１ａだけ離隔する。送信導波管からの受信導波管のこのような分離は、光が１つの位置から放出（ピッチ（Ｐｉｔｃｈ））され、他の位置で受信（キャッチ（Ｃａｔｃｈ））されるため、ピッチ－キャッチ（Ｐｉｔｃｈ Ｃａｔｃｈ）配列という。第２受信導波管２２５ｂは、送信導波管２２３から間隔２２１ａよりも大きい分離間隔２２１ｂだけ離隔する。 図２ｆが２つの受信導波管２２５ａ、２２５ｂを示すが、システムは、２つの受信導波管に限定されず、１つの受信導波管または２つより多い受信導波管を含み得る。例示的な一実施例において、バイスタティックトランシーバ２１５は、バイスタティックトランシーバ絞り（Ａｐｅｒｔｕｒｅ）の役割をするように、密接に離隔した導波管の製造を許容する平面光回路（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ）のようなオン－チップ（Ｏｎ－Ｃｈｉｐ）導波管技術によって支援される。例示的な一実施例において、バイスタティックトランシーバ２１５は、カリフォルニア州サンノゼのＮｅｏＰｈｏｔｏｎｉｃｓ（登録商標） Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって開発された平面光波回路技術を特徴とする。他の例示的な実施例において、バイスタティックトランシーバ２１５は、平面光波回路技術の標準製造工程についての最小の修正でカスタムメイド製作される。また他の例示的な実施例において、バイスタティックトランシーバ２１５は、オハイオ州コロンバスのＰＬＣ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ（登録商標）によって製造される。

【0083】

一実施例において、システム２００’’でソース２１２は、搬送波、すなわち、ビーム２０１を送信経路２２２を介して送信導波管２２３に沿って送信導波管２２３の先端２１７に送信する。１つの実施例において、システム２００’’は、サーキュレーター２２６を除外し、有益には、これはシステム２００’’のコストと複雑さを減少させる。送信導波管２２３の先端２１７を抜け出る搬送波２０１は、システム２００’のように、コリメーション光学器機２２９によってコリメートターゲットビーム２０５’に作られる。

【0084】

一実施例において、スキャニング光学器機２１８は、複数のミラーまたはファセット（Ｆａｃｅｔ）２４５ａ、２４５ｂを有し、回転軸２４３を中心に角速度２４９で回転するように構成されたポリゴンスキャナ（Ｐｏｌｙｇｏｎ Ｓｃａｎｎｅｒ）２４４である。１つの例示的な実施例において、ポリゴンスキャナ２４４は、一定の速度で回転軸２４３を中心に回転するように構成される。例示的な一実施例において、ポリゴンスキャナ２４４は、次の特性、すなわち、Ｃｏｐａｌ回転ミラー（Ｃｏｐａｌ Ｔｕｒｎｅｄ Ｍｉｒｒｏｒ）を有するＢｌａｃｋｍｏｒｅ（登録商標） Ｓｅｎｓｏｒｓによって製造されたもの、約２インチまたは範囲が約１インチないし約３インチである内接直径（Ｉｎｓｃｒｉｂｅｄ Ｄｉａｍｅｔｅｒ）を有するもの、それぞれのミラーが約０．５インチの高さを有するか、またはその範囲が約０．２５インチないし約０．７５インチであるもの、全体の高さが約２．５インチまたは約２インチないし約３インチの範囲であるもの、エンコーダポールペアスイッチング（Ｅｎｃｏｄｅｒ Ｐｏｌｅ－Ｐａｉｒ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）を用いて３相ブラシレス直流（Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ、ＢＬＤＣ）モータによって電力が供給されるもの、約１，０００ｒｐｍ（毎分回転数）ないし約５，０００ｒｐｍ範囲の回転速度を有するもの、約５：１の減少比と、コリメータ２３１についての距離が約１．５インチであるか、または１インチないし約２インチの範囲であるもののうち、１つ以上を有する。他の実施例において、システム２００’’のスキャニング光学器機２１８は、ポリゴンスキャナ２４４ではない任意の光学器機である。

【0085】

一実施例において、コリメートターゲットビーム２０５’は、ポリゴンスキャナ２４４が角速度２４９で回転することによってポリゴンファセット２４５のうちの１つからスキャンされたビーム２０５’’に反射し、角度範囲２２７にわたってスキャンされる。１つの実施例において、送信導波管２２３と受信導波管２２５を含むバイスタティックトランシーバ２１５は、第１平面（例えば、図２ｆの平面）に配列され、ポリゴンスキャナ２４４は、同じ第１平面（または、第１平面と平行な平面）上の角度範囲２２７にわたってビーム２０５’’の方向を調整する。他の実施例において、第１平面は、回転軸２４３に直交する。この説明の目的で、「平行な（Ｐａｒａｌｌｅｌ）」は、±１０度以内を意味し、「直交する（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ）」は、９０±１０度以内を意味する。

【0086】

一実施例において、ビーム２０５’’は、所定の距離に位置したターゲットによって後方散乱し、リターンビーム２９１’は、破線の輪郭で示されているように、ファセットがコリメーション光学機器２２９に向かって少し動いた後に、ファセットのうちの１つによって反射される。コリメーション光学機器２２９は、リターンビーム２９１’を何よりも以下で集合的に受信導波管２２５と呼ばれる受信導波管２２５ａ、２２５ｂの先端２１７のオフセット位置内にフォーカシングする。回転するポリゴンによって生成されたオフセットは、システム２００’’の信号対雑音比（ＳＮＲ）を改善するために送信導波管と受信導波管との間に分離間隔を設けるために様々な実施例で活用される。

【0087】

図２ｆに示すように、ポリゴンスキャナ２４４は、ターゲットについての往復移動時間の間、例えば、ビーム２０５’’がファセット２４５ａからターゲットに反射する時間と、リターンビーム２９１’がファセット２４５ａから光学器機２２９に反射する時間の間に、第１指向（Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）（例えば、実線）から第２指向（例えば、点線）に回転する。１つの実施例において、この時間の間のファセット２４５ａの回転は、入射ビーム２０５’に相対的な角度２２８でファセット２４５ａによって偏向するリターンビーム２９１’を説明する。一実施例において、（例えば、往復移動時間に基づく）ターゲット距離および／またはポリゴンスキャナ２４４の回転速度および／またはバイスタティックトランシーバ２１５におけるリターンビーム２９１’のイメージ４１８（図４ｅ）の直径は、角度２２８を決定し、これによって、分離間隔２２１ａは、リターンビーム２９１’が受信導波管２２５ａの先端にフォーカシングされるように、送信導波管２２３に関する受信導波管２２５ａを配置するために選択される。一実施例において、数５は、分離間隔２２１、ポリゴンスキャナ２４４の回転速度およびターゲット距離との間の関係を示す。

【数5】

ここで、ｙは、分離間隔２２１であり、Ｆｏｃａｌ Ｌｅｎｇｔｈは、コリメーション光学器機２２９の焦点長さ（メートル単位）であり、Ｒｏｔａｔｉｏｎ Ｒａｔｅは、ポリゴンスキャナ２４４の回転速度（毎秒ラジアン単位）であり、ｃは、光の速度（毎秒メートル単位）であり、Ｒａｎｇｅは、ターゲット距離（メートル単位）である。

【0088】

一実施例において、システム２００’’の１つ以上のパラメータの値は、リターンビーム２９１’の信号対雑音比（ＳＮＲ）を最適化するためにシステム２００’’の設計段階中に選択される。１つの実施例において、このようなパラメータの値は、ＳＮＲを最適化するための角度範囲２２７にわたるターゲット設計距離に基づいて選択されたポリゴンスキャナ２４４の回転速度の値を含む。図４ｇは、一実施例によって図２ｅのシステム２００’’における様々なスキャンレートについてのＳＮＲ対ターゲット距離の一例を示すグラフである。水平軸４０２は、メートル（ｍ）単位のターゲット距離であり、垂直軸４０４は、デシベル（ｄＢ）単位のＳＮＲである。第１トレース４４０ｄは、ビームがスキャンされないターゲット距離に基づいて受信導波管２２５の先端２１７にフォーカシングされたリターンビーム２９１’のＳＮＲを示す。第２トレース４４０ｂは、遅いスキャンレート（例えば、約毎秒２、５００度）でビームがスキャンされるターゲット距離に基づいて受信導波管２２５の先端２１７にフォーカシングされたリターンビーム２９１’のＳＮＲを示す。第３トレース４４０ｃは、最適のスキャンレート（例えば、約５、５００度／秒）でビームがスキャンされるターゲット距離に基づいて受信導波管２２５の先端２１７にフォーカシングされたリターンビーム２９１’のＳＮＲを示す。また、ＳＮＲしきい値４４２（例えば、約１０ｄＢ）が示される。したがって、システム２００’’を設計するとき、ユーザーは、まず角度範囲にわたったターゲット設計距離（例えば、０ｍないし１５０ｍ）を決定した後、図４ｇを用いてどのトレース４４０ｂ、４４０ｃ、４４０ｄがそのターゲット設計距離にわたってＳＮＲしきい値４４２の上にＳＮＲを維持するかどうかをすぐに判断する。この例示的な実施例において、トレース４４０ｃがターゲット設計距離（例えば、０ｍないし１５０ｍ）にわたってＳＮＲしきい値４４２の上にＳＮＲを維持し、したがって、ユーザーは、システム２００’’を設計するにおいて、トレース４４０ｃに連関する最適のスキャン速度（例えば、約５、５００度／秒）を選択する。したがって、ポリゴンスキャナ２４４は、この最適のスキャン速度に基づいて固定された回転速度を有するように設定される。したがって、有益には、トレース４４０は、特に、ポリゴンスキャナ２４４の固定されたスキャン速度を選択するとき、ユーザーがシステム２００’’を設計する効率的な方法を提供する。一実施例において、それぞれのトレース４４０は、システム２００’’を用いてそれぞれのトレース４４０に連関するポリゴンスキャナのそれぞれのスキャン速度でリターンビーム２９１’のＳＮＲを測定して生成される。トレース４４０は、図４ｇに示したものに限定されず、類似の手段を用いて生成される任意のＳＮＲトレースを含む。

【0089】

他の実施例において、システム２００’の設計段階中に選択される設計パラメータの値は、ＳＮＲを最適化するためにポリゴンスキャナ２４４のスキャン速度と角度範囲２２７にわたったターゲット設計距離に基づいて選択された分離間隔２２１の値を含む。図４ｋは、一実施例によって遅い固定されたスキャン速度（例えば、４，０００度／秒）で図２ｅのシステム２００’’における様々な分離間隔２２１の値についてのＳＮＲ対ターゲット距離の一例を示すグラフである。水平軸４０２は、メートル（ｍ）単位のターゲット距離であり、垂直軸４０４は、デシベル（ｄＢ）単位のＳＮＲである。第１トレース４６４ａは、４ｗ_０の分離間隔２２１についてのターゲット距離に基づいて受信導波管２２５の先端２１７にフォーカシングされたリターンビーム２９１’のＳＮＲを示し、ｗ_０は、送信導波管２２３の直径である。第２トレース４６４ｂは、０の分離間隔２２１（例えば、０ｗ_０）についてのターゲット距離に基づいて受信導波管２２５の先端２１７にフォーカシングされたリターンビーム２９１’のＳＮＲを示す。第１トレース４６４ａと第２トレース４６４ｂとの間のそれぞれのトレース４６４は、分離間隔２２１の値における０．２５ｗ_０減少を示す。１つの実施例において、トレース４６４ｃがターゲット設計距離にわたってＳＮＲしきい値４４２よりも大きいＳＮＲ値を有するため、トレース４６４ｃが第１設計距離（例えば、０ｍないし２５０ｍ）について選択される。トレース４６４ｃに連関する分離間隔２２１は、０．２５ｗ_０であり、したがって分離間隔２２１は、ターゲット設計距離（例えば、０ｍないし２５０ｍ）と遅い固定されたスキャン速度（例えば、４，０００度／秒）でシステム２００’’を設計するときに、０．２５ｗ_０に設定される。図４ｌは、遅い固定されたスキャン速度（例えば、４，０００度／秒）を有するシステム２００’’についての複数のＳＮＲトレース４６６を示すグラフである。水平軸４０２に沿う特定の設計ターゲット距離（例えば、２５０ｍ）について、ＳＮＲトレース４６６は、トレース４６６に関連するＳＮＲレベルを維持できる（垂直軸４０９に沿う）分離間隔２２１の値を伝達する。例示的な一実施例において、２５０ｍの設計ターゲット距離について、トレース４６６ａは、１８ｄＢのＳＮＲが多数の値（例えば、約０．２５ｗ_０および約２．７５ｗ_０）の分離間隔２２１で維持でき、したがって、システム２００’’を設計するときにユーザーに異なる選択事項を提供することを示す。図４ｋに加えて、トレース４６６は、知れた設計ターゲット距離および固定されたスキャン速度に基づいてシステム２００’’を設計するときに、ユーザーに迅速なルックアップ（Ｌｏｏｋ Ｕｐ）手段を提供する。一実施例において、図４ｋのトレース４６４のように、トレース４６６は、システム２００’’を用いて多数のターゲット距離値にわたった多数の分離間隔２２１の値でリターンビーム２９１’のＳＮＲを測定することによって生成される。さらに、トレース４６６は、図４ｌに示したものに限定されず、他の設備パラメータを用いてシミュレーションされたり、測定され得る。

【0090】

図４ｍは、図４ｋと類似しているが、速い固定されたスキャン速度（例えば、１２，０００度／秒）についてのグラフを示す。第１トレース４６５ａは、第１トレース４６４ａと類似しており、４ｗ_０の分離間隔２２１についてのものである。第２トレース４６５ｂは、第１トレース４６４ｂと類似しており、０の分離間隔２２１（例えば、０ｗ_０）についてのものである。同じターゲット設計距離（例えば、０ｍないし２５０ｍ）を用いると、トレース４６５ｃがターゲット設計距離にわたってＳＮＲしきい値４４２よりも大きいＳＮＲ値を有するため、トレース４６５ｃが選択される。トレース４６５ｃに連関する分離間隔２２１は、２．７５ｗ_０であり、したがって、ポリゴンスキャナ２４４が高い固定されたスキャン速度（例えば、１２，０００度／秒）で作動すれば、システム２００’’における分離間隔２２１は、２．７５ｗ_０に設定される。したがって、システム２００’’を設計するとき、ユーザーは、まず角度範囲にわたってターゲット設計距離（例えば、０ｍないし２５０ｍ）を決定した後に、トレース４６５のうち、どれがポリゴンスキャナ２４４の固定されたスキャン速度およびターゲット設計距離にわたってＳＮＲしきい値４４２よりも大きいＳＮＲを維持するのかを迅速に判断するために図４ｍを使用できる。トレースは、送信導波管２２３と受信導波管２２５との間の要求される分離間隔２２１を提供するように、ハードウェアを設計するのに使用できる。

【0091】

図４ｎは、速い固定されたスキャン速度（例えば、１２，０００度／秒）を有するシステム２００’’についての複数のＳＮＲトレース４６７を示すグラフである。水平軸４０２に沿う特定の設計ターゲット距離（例えば、１００ｍ）について、ＳＮＲトレース４６７は、トレース４６７に関連するＳＮＲレベルを維持できる（垂直軸４０９に沿う）分離間隔２２１の値を伝達する。例示的な一実施例において、１００ｍの設計ターゲット距離について、トレース４６７ａは、２８ｄＢのＳＮＲが多数の値（例えば、約０．７５ｗ_０および２．２５ｗ_０）の分離間隔２２１で維持できることを示す。図４ｍに加えて、トレース４６７は、知れた設計ターゲット距離および固定されたスキャン速度に基づいてシステム２００’’を設計するとき、ユーザーに速いルックアップ手段を提供する。一実施例において、図４ｍのトレース４６５のように、トレース４６７は、システム２００’’を用いて多数のターゲット距離値にわたった多数の分離間隔２２１の値でリターンビーム２９１’のＳＮＲを測定することによって生成される。さらに、トレース４６７は、図４ｎに示されたものに限定されない。

【0092】

図４ｏは、一実施例によって図２ｅのシステムで最小臨界ＳＮＲを有する様々なターゲット距離値についての分離間隔対スキャン速度の一例を示すグラフである。水平軸４０３は、毎秒キロ度（Ｋｉｌｏｄｅｇｒｅｅ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｍｄ）単位のスキャン速度である。垂直軸４０９は、ｗ_０（例えば、光ファイバーモード半径（Ｆｉｂｅｒ Ｍｏｄｅ Ｒａｄｉｕｓ））単位の分離間隔である。水平軸４０３に沿う特定のスキャン速度において、トレース４６９は、トレース４６９に連関する設計ターゲット距離値にわたってＳＮＲしきい値４４２（例えば、１０ｄＢ）を維持するための分離間隔２２１の値を提供する。例示的な一実施例において、１２，０００度／秒のスキャン速度について、トレース４６９ａは、２５０ｍの設計ターゲット距離についてＳＮＲしきい値４４２を維持するための約２．７５ｗ_０の分離間隔２２１の値を示す。これは、図４ｍのトレース４６５ｃの例示的な実施例と符合する。さらに、例示的な一実施例において、４，０００度／秒のスキャン速度について、トレース４６９ａは、２５０ｍの設計ターゲット距離についてＳＮＲしきい値４４２を維持するための約０．２５ｗ_０の分離間隔２２１の値を示す。これは、図４ｋのトレース４６４ｃの例示的な実施例と符合する。したがって、図４ｏは、システム２００’’の設計および製造中に有用な追加の有益なルックアップグラフを提供する。

【0093】

一実施例において、受信導波管２２５ａは、送信導波管２２３の直径ｗ_０の約２ないし５倍の分離間隔２２１ａを有し、より遠い距離（例えば、約５０ｍよりも大きい）に位置したターゲットからリターンビーム２９１’を受信するのに使用される。より遠い距離に位置したターゲットについて、往復移動時間は、より長く、ファセット２４５ａは、図２ｆに示されたものよりも大きい程度に回転し、したがって、リターンビーム２９１’は、コリメーション光学器機２２９により大きい角度だけ偏向する。しかし、より遠い距離に位置したターゲットについて、イメージ４１８が受信導波管２２５ａに適切な分離間隔２２１ａだけ移動することを保障するためにバイスタティックトランシーバ２１５上のリターンビーム２９１’のイメージ４１８（図４ｅ）の直径は、より小さく、これにより分離間隔２２１ａは、より小さいサイズおよび範囲（例えば、増加した精度）を有する。１つの実施例において、分離間隔２２１は、（例えば、１より小さい）イメージ４１８の直径の比に基づく。

【0094】

一実施例において、受信導波管２２５ｂは、送信導波管２２３の直径ｗ_０の約５ないし１０倍の分離間隔２２１ａを有し、より小さい（例えば、約５０ｍよりも小さい）距離に位置したターゲットからリターンビーム２９１’を受信するのに使用される。より小さい距離に位置したターゲットについて、往復移動時間はより短く、ファセット２４５ａは、図２ｆに示されたものよりも少ない程度で回転し、したがって、リターンビーム２９１’は、コリメーション光学器機２２９により少ない角度だけ偏向する。しかし、より小さい距離に位置したターゲットについて、受信導波管２２５ｂで最小ＳＮＲを達成するためにより大きいイメージ４１８が特定の量だけ移動されるかどうかについてのより広い許容範囲があるため、バイスタティックトランシーバ２１５におけるリターンビーム２９１’のイメージ４１８（図４ｅ）の直径は、より大きく、これにより分離間隔２２１ａは、より大きいサイズおよび範囲（例えば、減少した精度）を有する。

【0095】

したがって、一実施例において、受信導波管２２５ａ、２２５ｂは、ビーム２０５’’が固定された回転速度で角度範囲２２７にわたってスキャンされることによって異なる距離にあるターゲットからリターンビーム２９１’を受信するのに使用できる。例示的な一実施例において、導波管２２５ａは、角度範囲２２７の第１部分にわたってより長い距離に位置したターゲットからリターンビーム２９１’を受信し、導波管２２５ｂは、角度範囲２２７の第２部分にわたってより短い距離に位置したターゲットからリターンビーム２９１’を受信する。しかし、他の実施例において、ビーム２０５’’が（例えば、約０ｍないし約２５０ｍの）角度範囲２２７にわたってスキャンされることにより、単に１つの受信導波管２２５ａまたは２２５ｂを使用して１つのターゲット距離の値以内または一定のターゲット距離の値の範囲以内のターゲットからリターンビーム２９１’を受信する。

【0096】

一実施例において、リターンが送信されたビームと同じ経路にないため、システム２００’’は、サーキュレーター２２６を除外し、したがって、受信導波管２２５ａは、オフセットされた受信経路２２４に沿って提供されて光ミキサー２８４に連結される。基準ビーム２０７ｂが光ミキサー２８４で受信導波管２２５ａからのリターンビーム２９１’と結合されるように、基準ビーム２０７ｂは、ＬＯ経路２２０に沿って導波管内から送信される。多数の異なる距離についてチューニングされる多数の受信導波管２２５ａ、２２５ｂが提供される一実施例において、受信導波管２２５ｂが受信経路２２４に沿って提供され、それぞれの基準ビーム２０７ｂが受信導波管２２５ｂからのリターンビーム２９１’と結合されるそれぞれの光ミキサー２８４に連結されるように、類似の配列が受信導波管２２５ｂに提供される。バイスタティックトランシーバ２１５内に１つの受信導波管２２５ａがある１つの実施例において、単に１つの処理チャネル（例えば、ＬＯ経路に沿う１つの受信導波管、１つの光ミキサー、１つの導波管）が提供される。多数の受信導波管２２５ａ、２２５ｂが提供される他の実施例において、多数の処理チャネルが提供される。したがって、システム２００’’は、受信導波管２２５の数と同じ数の処理チャネルを含む。

【0097】

一実施例において、リターンビーム２９１’が重畳しない期間に順次に受信導波管２２５ａ、２２５ｂから受信されるため、獲得システム２４０および／または処理システム２５０は、受信導波管２２５からリターンビーム２９１’を順次的な期間に応じて処理（例えば、第１期間の間に、受信導波管２２５ａからのリターンビーム２９１’を処理し、第２期間の間に、受信導波管２２５ｂからのリターンビーム２９１’を処理）するように構成される。

４．コヒーレントＬＩＤＡＲシステムパラメータ

【0098】

一実施例において、システム２００’のモノスタティックコヒーレントＬＩＤＡＲ性能は、いわゆる「リンクバジェット（Ｌｉｎｋ Ｂｕｄｇｅｔ）」にシステムパラメータを含むことによってモデリングされる。リンクバジェットは、様々なシステムおよびターゲットパラメータについて信号対雑音比（ＳＮＲ）の予想値を推定する。１つの実施例において、システム側におけるリンクバジェットは、出力光パワー、累積時間、検出器特性、導波管連結における挿入損失、イメージングされたスポット（Ｉｍａｇｅｄ Ｓｐｏｔ）とモノスタティック収集導波管（Ｍｏｎｏｓｔａｔｉｃ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）との間のモード重畳および光トランシーバ特性のうち、１つ以上を含む。他の実施例において、ターゲット側におけるリンクバジェットは、大気（Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ）特性、ターゲット反射度（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）およびターゲット距離のうち、１つ以上を含む。

【0099】

図４ａは、一実施例によってスキャニングなしの図２ｄのシステム２００’でリターンされたビーム２９１についての例示的な信号対雑音比（ＳＮＲ）対ターゲット距離を示すグラフである。他の実施例において、図４ａは、図２ａのシステム２００におけるリターンされたビーム２９１についてのＳＮＲ対ターゲット距離の一例を示す。水平軸４０２は、メートル（ｍ）単位のターゲット距離である。垂直軸４０４は、デシベル（ｄＢ）単位のＳＮＲである。トレース４１０は、ニアフィールド（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ）４０６とファーフィールド（Ｆａｒ Ｆｉｅｌｄ）に分割されたＳＮＲ対距離の値を示し、相対的に平坦な傾きを有するトレース４１０のニアフィールド４０６から負の傾き（例えば、約１０ｍ当たり－２０ｄＢ）を有するトレース４１０のファーフィールド４０８へ遷移する。リターンされたビーム２９１が通過する散乱する大気がターゲットまでの距離の２乗によって増加し、リターンされたビーム２９１を収集するための光導波管の先端２１７の表面積が固定されるため、ファーフィールド４０８におけるＳＮＲ減少は、「ｒ２乗（ｒ－ｓｑｕａｒｅ）」の損失によって支配される。図４ｂは、一実施例によってファーフィールド４０８におけるＳＮＲトレース４１０の形状を作る１／ｒ２乗の損失を示すトレース４１１の一例を示すグラフである。水平軸４０２は、メートル（ｍ）単位の距離であり、垂直軸４０７は、単位のないパワー損失である。

【0100】

ニアフィールド４０６において、ＳＮＲの１次ドライバー（Ｄｒｉｖｅｒ）は、コリメーション光学器機２２９によって先端２１７にフォーカシングされる前のコリメートされたリターンビーム２９１の直径である。図４ｃは、一実施例によってスキャニングなしの図２ｄのシステム２００’でリターンビーム２９１についてのコリメートビーム直径対距離の一例を示すグラフである。水平軸４０２は、メートル（ｍ）単位のターゲット距離であり、垂直軸４０５は、メートル（ｍ）単位のリターンビーム２９１の直径である。一実施例において、トレース４１４は、リターンビーム２９１が光導波管の先端２１７にフォーカシングされる以前にコリメーション光学器機２２９に入射するコリメートされたリターンビーム２９１の直径を示す。トレース４１４は、コリメーション光学器機２２９に入射するコリメートされたリターンビーム２９１の直径が増加するターゲット距離に応じて増加することを示す。

【0101】

一実施例において、ニアフィールド４０６におけるコリメートされたリターンビーム２９１の直径がより大きいターゲット距離で増加するにつれて、コリメーション光学器機２２９によって先端２１７にフォーカシングされたリターンビーム２９１の直径は縮小する。図４ｄは、一実施例によってスキャニングなしの図２ｄのシステムから送信された信号についての先端２１７におけるリターンビーム２９１の収集効率に関連するＳＮＲ対距離の一例を示すグラフである。水平軸４０２は、メートル（ｍ）単位のターゲット距離であり、垂直軸４０４は、デシベル（ｄＢ）単位のＳＮＲである。トレース４１６は、ターゲット距離に基づいてコリメーション光学器機２２９によって先端２１７でフォーカシングされたリターンされたビーム２９１のニアフィールドＳＮＲを示す。ニアフィールド４０６内の近い距離でコリメーション光学器機２２９によって先端２１７にフォーカシングされたリターンされたビーム２９１のイメージ４１８ａは、単一モード光ファイバー先端２１７のコアサイズよりも十分に大きい。したがって、収集効率に関連するＳＮＲは、相対的に低い。ニアフィールド４０６内のより長い距離でコリメーション光学器機２２９によって先端２１７にフォーカシングされたリターンされたビーム２９１のイメージ４１８ｂは、イメージ４１８ａよりもはるかに小さく、したがって、収集効率に起因するＳＮＲは、より長い距離で増加する。一実施例において、トレース４１６は、ニアフィールド４０６のＳＮＲがより長い距離でフォーカシングされたリターンされたビーム２９１の改善された収集効率に基づいて正の傾き（例えば、１０メートル当たり＋２０ｄＢ）を有することを示している。１つの実施例において、ニアフィールドＳＮＲにおけるこのような正の傾きは、「ｒ－２乗」の損失に起因する図４ｂで論議されたニアフィールドＳＮＲにおける負の傾きを相殺させ、したがって、ニアフィールド４０６におけるトレース４１０の相対的に平坦な領域につながる。図４ｄのＳＮＲトレース４１６における正の傾きは、ファーフィールド４０８まで延長されず、したがって、ファーフィールド４０８におけるＳＮＲトレース４１０に示すように、図４ｂの「ｒ－２乗」損失がファーフィールド４０８ＳＮＲを支配する。

【0102】

図４ａないし図４ｄに係る論議がターゲット距離の関数としてリターンされたビーム２９１のＳＮＲを予想するが、図４ａないし図４ｄで予想されるＳＮＲは、モノスタティックコヒーレントＬＩＤＡＲシステム２００’であり、図２ｅに示されたリターンビームのオフセットまたはスキャニング光学器機２１８のスキャンレート（Ｓｃａｎ Ｒａｔｅ）を考慮しないため、スキャンされたモノスタティックコヒーレントＬＩＤＡＲシステム２００’の性能を完全に特徴化しない。以下、図４ｅないし図４ｇは、ビーム２０５’’が０よりも大きいスキャンレートでスキャンされるバイスタティックコヒーレントＬＩＤＡＲシステム２００’’と連携して論議される。一実施例において、リターンビーム２９１’の往復移動遅延（Ｒｏｕｎｄ Ｔｒｉｐ Ｄｅｌａｙ）によって、ビームがスキャニング光学器機２１８（例えば、ポリゴンスキャナ２４４）によってスキャンされているときに、リターンビーム２９１’の受信モードは、送信されたビーム２０５’の送信導波管から左右にシフトするか、または「離脱（Ｗａｌｋ Ｏｆｆ）」するであろう。一実施例において、リターンビーム２９１’は、送信されたビーム２０５’に相対的な角度２２８に偏向され、左右のシフトまたは「離脱」が分離間隔２２１ａに対応するか、または分離間隔２２１ａのしきい値内にある場合、コリメーション光学器機２２９は、受信導波管２２５ａの先端２１７へリターンビーム２９１’をフォーカシングする。一実施例において、しきい値は、受信導波管２２５ａの先端２１７におけるリターンビーム２９１’のイメージの直径の最大比（例えば、１よりも小さい比）である。１つの実施例において、有益には、離脱は、送信導波管２２５ａとのリターンビーム２９１’のイメージ４１８の重畳が最適収集効率につながるようにするものであり、例えば、離脱は、イメージ４１８の中心が受信導波管２２５の先端２１７の±１０％内にあるようにするものである。

【0103】

図４ｅは、一実施例によって図２ｅのシステム２００’’における様々なターゲット距離およびスキャン速度についてのビーム離脱の一例を示すイメージである。水平軸４０２は、ターゲット距離であり、垂直軸４２２は、スキャニング光学器機２１８を用いたビームのスキャン速度である。図４ｅが示すように、フォーカシングされたリターンビーム２９１’のイメージ４１８ａが送信導波管２２３の先端２１７に集中されて短いターゲット距離でビーム離脱がないことを示し、フォーカシングされたリターンビーム２９１’のイメージ４１８ｂも送信導波管２２３の先端２１７に集中されて遠いターゲット距離でビーム離脱がないことを示すため、ビームがスキャンされないとき（下部行）には、ビーム離脱はない。一実施例において、ビーム２９１’が受信導波管２２５の先端２１７またはその近くに集中されず、および／またはビーム離脱がほとんどまたは全然ないため、ビーム離脱が送信導波管２２３と受信導波管２２５との間の分離間隔２２１のしきい値内にない。結果的に、これはバイスタティックトランシーバシステム２００’’についての最適の配列ではない。図４ｅに示すように、イメージ４１８ａの直径は、分離間隔２２１よりも大きく、したがって、リターンビーム２９１’のイメージ４１８ａは、受信導波管２２５の先端２１７と部分的に重畳する。結果的に、リターンビーム２９１’の一部の部分がより短いターゲット距離で受信導波管２２５の先端２１７から受信され、したがって、ビーム２０５’’がスキャンされないときにも、信号対雑音比（ＳＮＲ）は、０よりも大きい。さらに、図４ｅに示すように、イメージ４１８ｂの直径は、分離間隔２２１よりも小さいか、これとほぼ同じであり、したがって、リターンビーム２９１’のイメージ４１８ｂの直径は、より長いターゲット距離について受信導波管２２５の先端２１７と重畳しないことがある。その結果、ビーム２０５’’がスキャンされないとき、リターンビーム２９１’は、より長いターゲット距離で受信導波管２２５の先端からほとんどまたは全然受信されない。

【0104】

ビーム２０５’’が中間スキャン速度でスキャンされるとき（図４ｅの中間行）、フォーカシングされたリターンビーム２９１’のイメージ４１８ａと送信導波管２２３の先端２１７との間で短い距離についての中間ビーム離脱４１９ａが観察され、フォーカシングされたリターンビーム２９１’のイメージ４１８ｂと送信導波管２２３の先端２１７との間で遠いターゲット距離についてのより大きいビーム離脱４１９ｂが観察される。より長いターゲット距離についてのビーム離脱４１９ｂがより短いターゲット距離についてのビーム離脱４１９ａよりも大きいとしても、リターンビーム２９１’は、受信導波管２２５におけるイメージ４１８ａのはるかに大きい直径によってより短いターゲット距離でより高いＳＮＲを有する。離脱４１９ｂがイメージ４１８ｂの直径の比より小さいため、これは、遠いターゲット距離についてのバイスタティックトランシーバシステム２００’’のための最適の配列ではない。しかし、一部の実施例において、より短いターゲット距離についてのイメージ４１８ａの増加した直径が小さい離脱４１９ａにもかかわらず、ＳＮＲしきい値よりも大きいリターンビーム２９１’のＳＮＲを提供できるため、ポリゴンスキャナ２４４が中間スキャン速度で回転しているときに、受信導波管２２５ａがより短いターゲット距離内のリターンビーム２９１’を受信するように、間隔２２１は、離脱４１９ａに基づいて選択される。

【0105】

ビーム２０５’’が高いスキャン速度でスキャンされるとき（図４ｅの上部行）、中間スキャン速度でのビーム離脱４１９ａを超過するビーム離脱４２１ａが短い距離で観察され、中間スキャン速度でのビーム離脱４１９ｂを超過するビーム離脱４２１ｂが長い距離で観察される。したがって、ビーム離脱は、ターゲット距離とスキャン速度が増加するにつれて増加する。一実施例において、増加したターゲット距離は、時間遅延を誘発し、その間に、イメージ４１８ａ、４ｌ８ｂが送信導波管２２３の先端２１７から遠く移動する。したがって、モード重畳のモデルがこの離脱を適切に説明する。１つの実施例において、このようなモデルは、イメージ４１８の直径に基づいてビーム離脱４１９、４２１を（例えば、イメージ４１８の直径の半分より大きくないように）制限しなければならず、したがって、より短いターゲット距離にあるターゲット４１８ａについて、ビーム離脱４１９、４２１の許容可能な範囲についてのより広い許容範囲がある。１つの実施例において、ポリゴンスキャナ２４４が固定された最適のスキャン速度で設定されるように、そして、より短い距離のターゲットからリターンされたビーム２９１’が受信導波管２２５ｂに偏向され、より長い距離のターゲットからリターンされたビーム２９１’が受信導波管２２５ａに偏向するように、間隔２２１ｂは、ビーム離脱４２１ａに基づいて調整され、間隔２２１ａは、ビーム離脱４２１ｂに基づいて調整される。この例示的な実施例において、ビーム離脱４２１ａは、間隔２２１ａのしきい値内にあり、ビーム離脱４２１ｂは、間隔２２１ｂのしきい値内にある。

【0106】

図４ｆは、一実施例によって図２ｅのシステム２００’’における様々なスキャンレートについてのカップリング効率対ターゲット距離の一例を示すグラフである。水平軸４０２は、メートル（ｍ）単位のターゲット距離であり、垂直軸４３０は、単位がないカップリング効率である。一実施例において、カップリング効率は、分離間隔２２１とビーム離脱４１９、４２１および／またはイメージ４１８の直径の間の差に反比例する（例えば、より大きい直径について、分離間隔２２１とビーム離脱４１９、４２１との間の差により広い許容範囲があり、より小さい直径について、差により狭い許容範囲がある）。第１トレース４３２ａは、ビーム２０５’のスキャニングがないことに基づいて様々なターゲット距離についてモノスタティックシステム２００’における光ファイバー先端２１７にフォーカシングされたリターンビーム２９１のカップリング効率を示す。カップリング効率は、広い範囲のターゲット距離について相対的に高く、一定に維持される。第２トレース４３２ｃは、ビームの中間スキャンレートに基づいて様々なターゲット距離について受信導波管２２５の先端２１７にフォーカシングされたリターンビーム２９１’のカップリング効率を示す。一実施例において、中間スキャンレートでのカップリング効率は、長いターゲット距離（例えば、約４５０ｍ）でピークに到逹した後、このような長いターゲット距離より長く、短いターゲット距離について減少する。第３トレース４３２ｂは、ビームの高いスキャンレートに基づいて様々なターゲット距離について受信導波管２２５の先端２１７にフォーカシングされたリターンビーム２９１’のカップリング効率を示す。一実施例において、高いスキャンレートのカップリング効率は、中間ターゲット距離（例えば、約１８０ｍ）でピークに到逹した後、ターゲット距離が増加するにつれて減少する。第４トレース４３２ｄは、ビームのスキャニングがないことに基づいて様々なターゲット距離について受信導波管２２５ａの先端２１７にフォーカシングされたリターンビーム２９１’のカップリング効率を示す。ビームのスキャニングがないことが送信導波管２２３に中心を置いたリターンビーム２９１’を提供するため（図４ｅの下部行）、カップリング効率は、ターゲット距離の全体にわたって約０である。結果的に、ビーム２０５’’のスキャニングがないことは、バイスタティックＬＩＤＡＲシステム２００’’についての有益な動作モードではない。

【0107】

図４ｆにおけるトレースに基づいて、スキャニングがなければ、受信導波管２２５内へのカップリング効率がほとんど発生しないか、または全然発生せず、したがって、バイスタティックＬＩＤＡＲシステム２００’’について最適ではない。また、遅すぎるスキャンすれば、広いターゲット距離（例えば、＜３００ｍ）内で見られない。この場合に、フォーカシングされたリターンビーム２９１’のイメージ４１８ｂのビーム離脱４１９ｂが非常に長いターゲット距離（例えば、３００ｍ以上）で分離間隔２２１に接近するだけである。結果的に、これは少なくともこのような非常に長い距離よりも短い距離（例えば、距離＜３００ｍであるターゲット）を有するターゲットについてリターンビーム２９１’のデータをキャプチャするために、遅いスキャン速度でバイスタティックＬＩＤＡＲシステム２００’’を作動させることは、最適ではない。また、図４ｆは、最適速度のスキャニング（例えば、トレース４３２ｂ）により、広いターゲット距離（例えば、約１００ないし約３００ｍ）内に位置したターゲットが見ることができることを示す。これは、ビーム離脱４２１ｂが分離間隔２２１のしきい値内にあることに基づく。例示的な一実施例において、中間スキャン速度は、約１，０００度／秒ないし約２，０００度／秒の範囲内にあり、最適のスキャン速度は、約４，０００度／秒ないし約７，０００度／秒の範囲内にある。

【0108】

図４ｇは、一実施例によって図２ｅのシステム２００’’における様々なスキャンレートについてのＳＮＲ対ターゲット距離の一例を示すグラフである。水平軸４０２は、メートル（ｍ）単位のターゲット距離であり、垂直軸４０４は、デシベル（ｄＢ）単位のＳＮＲである。第１トレース４４０ｄは、ビームがスキャンされないターゲット距離に基づいて受信導波管２２５の先端２１７にフォーカシングされたリターンビーム２９１’のＳＮＲを示す。ビームがスキャンされないときにビーム離脱がないとしても、フォーカシングされたリターンビーム２９１’のイメージ４１８ａは、受信導波管２２５の先端２１７と部分的に重畳し（図４ｅの下部行）、したがって、ＳＮＲは、０よりも大きく、イメージ４１８ａの直径が相対的に大きいため、ＳＮＲしきい値よりも大きいことがある。さらに、長いターゲット距離についてビームがスキャンされないときに（図４ｅの下部行）、フォーカシングされたリターンビーム２９１’のイメージ４１８ｂの直径は、より短いターゲット距離よりもはるかに小さく、受信導波管２２５の先端２１７と重畳し得ない。したがって、一部のターゲット距離（例えば、９０ｍ）を超えると、トレース４４０ｄのＳＮＲは、０に接近する。

【0109】

第２トレース４４０ｂは、遅いスキャンレート（例えば、約毎秒２、５００度）でビームがスキャンされるターゲット距離に基づいて受信導波管２２５の先端２１７にフォーカシングされたリターンビーム２９１’のＳＮＲを示す。例示的な一実施例において、遅いスキャンレートは、約２、５００度／秒（度毎秒）であるか、約１，０００度／秒ないし約４，０００度／秒の範囲内に、または約５００度／秒ないし約５，０００度／秒の範囲内にある。第３トレース４４０ｃは、最適のスキャンレート（例えば、約５，５００度／秒）でビームがスキャンされる場合に、ターゲット距離に基づいて受信導波管２２５の先端２１７にフォーカシングされたリターンビーム２９１’のＳＮＲを示す。例示的な一実施例において、最適のスキャンレートは、約５，５００度／秒であるか、約４，０００度／秒ないし約７，０００度／秒の範囲内に、または約３，０００度／秒ないし約８，０００度／秒の範囲内にある。一実施例において、遅いスキャンレートおよび最適のスキャンレートは、ビームの大きさおよび／または分離間隔２２１および／またはシステム２００’’の目標を含むシステム２００’’の１つ以上のパラメータに基づく。例示的な一実施例において、前述した遅いスキャンレートおよび最適のスキャンレートの数値範囲は、約４００メートル（ｍ）の最大ターゲット距離までイメージをスキャンするのに使用される約１センチメートル（ｃｍ）の直径を有するコリメートビームに基づく。

【0110】

最終的に、ビーム離脱４１９、４２１と分離間隔２２１との間の差は、コヒーレントバイスタティックＬＩＤＡＲシステム２００’’におけるＳＮＲの重要な抑制者（Ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ）であり、および／または特定ターゲット距離についてのイメージ４１８の直径は、臨界ＳＮＲを達成するためのこの差の許容誤差または精度を示す。一実施例において、バイスタティックシステム２００’’におけるビームのスキャンレートは、角度範囲および結果的なターゲット距離にわたって固定されたスキャンレート（例えば、ポリゴンスキャナ２４４の角速度２４９の固定された速度）に設定され、固定されたスキャンレートは、固定されたスキャンレートの連関するＳＮＲがターゲット距離にわたってＳＮＲしきい値より大きいように選択される。従来のコヒーレントＬＩＤＡＲシステムにおいて、これは相対的に低い固定されたスキャンレートがスキャン軌跡４６０にわたってビームをスキャンするのに使用されるようにし、これは図４ｈに示すように、隣接するスキャンの間に大きいギャップ４６２をもたらす。スキャン速度の限界は、ビーム軌跡４６０に沿う稠密なサンプリングにつながる。ビームが適正に大きい視野（例えば、いずれの次元でも数十度）にわたってスキャンされるとき、ビーム軌跡は、角度カバレッジで大きいギャップ４６２を残す。これは大きいギャップ４６２内に位置したターゲットが検出されないため、理想的ではない。長方形サンプリングの「正方形グリッド（Ｓｑｕａｒｅ Ｇｒｉｄ）」は、達成されない。代わりに、スキャン軌跡４６０に沿うサンプリングと１０：１より大きいことがある軌跡４６０との間のギャップ４６２の間に非対称が観察される。この問題を念頭に置いて、固定されたビームスキャン速度を最大化することと、この概念についての効率的なハードウェア解決策（例えば、ポリゴンスキャナ２４４）を生成することのうち、１つ以上を含む種々の相互補完的解決策がここに提示される。

【0111】

ビームのスキャンレートに加えて、リターンビーム２９１’のＳＮＲは、獲得システム２４０および／または処理システム２５０がリターンビーム２９１’をサンプリングして処理する累積時間によって影響を受ける。一部の実施例において、ビームは、離散角度（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ａｎｇｌｅｓ）の間にスキャンされ、それぞれの離散角度におけるそれぞれの累積時間についての角度範囲２２７内の離散角度で固定された状態またはほとんど固定された状態に維持される。他の実施例において、ビームは、角度範囲２２７の全体にわたって固定されたスキャンレート（例えば、ポリゴンスキャナ２４４を用いて）でスキャンされる。リターンビーム２９１’のＳＮＲは、累積時間および／またはターゲット距離および／またはスキャンレートおよび／または分離間隔２２１によって影響を受ける。以前に論議されたように、ビームの断面積は、ターゲット距離に応じて増加し、増加した大気散乱をもたらし、したがって、リターンビーム２９１’の強度は、距離増加に応じて減少する。したがって、より長いターゲット距離からのリターンビーム２９１’について同じＳＮＲを達成するためにより長い累積時間が必要である。

【0112】

図４ｉは、一実施例によって図２ｅのシステム２００’’における様々な累積時間についてのＳＮＲ対ターゲット距離の一例を示すグラフである。水平軸４０２は、メートル（ｍ）単位のターゲット距離であり、垂直軸４０４は、デシベル（ｄＢ）単位のＳＮＲである。第１トレース４５０ａは、ターゲット距離にわたったリターンビーム２９１’のＳＮＲ値を示し、ここでシステム２００’’は、第１累積時間（例えば、３．２μs）に設定される。第２トレース４５０ｂは、ターゲット距離にわたったリターンビーム２９１’のＳＮＲ値を示し、ここでシステム２００’’は、第２累積時間（例えば、１．６μs）に設定される。第３トレース４５０ｃは、ターゲット距離にわたったリターンビーム２９１’のＳＮＲ値を示し、ここでシステム２００’’は、第３累積時間（例えば、８００ｎｓ）に設定される。第４トレース４５０ｄは、ターゲット距離にわたったリターンビーム２９１’のＳＮＲ値を示し、ここでシステム２００’’は、第４累積時間（例えば、４００ｎｓ）に設定される。トレース４５０は、固定されたターゲット距離について累積時間の増加に応じてＳＮＲが増加することを示している。また、トレース４５０は、固定された累積時間についてリターンビーム２９１’のＳＮＲが以前に論議された理由で増加した距離に応じて減少することを示している。一実施例において、固定された累積時間に関連するＳＮＲがターゲット距離にわたってＳＮＲしきい値４５２を超過するように、固定された累積時間（例えば、１．６μs）が角度範囲２２７および結果的な目標範囲におけるスキャニングのために選択される。

【0113】

他の実施例は、それぞれの角度におけるターゲット距離を用いて角度範囲２２７内のそれぞれの角度で累積時間を最小化し、角度範囲２２７にわたって累積時間を最小化することを含む。図４ｊは、一実施例によって図２ｅのシステム２００’’における測定レート（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｒａｔｅ）対ターゲット距離の一例を示すグラフである。水平軸４０２は、メートル（ｍ）単位のターゲット距離であり、垂直軸４７４は、毎秒許容可能な百万単位の測定についての単位時間当たり許容可能な測定回数である。トレース４７６は、それぞれのターゲット距離における毎秒許容可能な測定回数を示す。一実施例において、トレース４７６は、累積時間の逆数、例えば、毎秒それぞれのターゲット距離で検出されることができるリターンビーム２９１’の数を示し、累積時間は、それぞれのターゲット距離でリターンビーム２９１’を処理するのにどれだけかかるかを示している。また、トレース４７８が提供され、これはそれぞれのターゲット距離における毎秒許容可能な測定回数の良い目標である。トレース４７８は、与えられたＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）レートについての２の累乗の間隔に基づく。トレース４７８は、デジタル化したサンプルの数が２の累乗であるとき、このような長さ信号についての高速フーリエ変換がより効率的であるため、毎秒許容可能な測定回数の良い目標を示す。トレース４５０は、導波管分離間隔２２１、送信信号２０５’のパワーおよびコリメーション光学器機２２９の焦点長さを含むが、これに限定されない１つ以上のシステム２００’’のパラメータに基づいて変更される。
５．車両制御概要

【0114】

一部の実施例において、車両に取り付けられた高解像度ドップラーＬＩＤＡＲシステムから受信されたデータに基づいて車両が少なくとも部分的に制御される。

【0115】

図３ａは、一実施例によって車両３１０に取り付けられた少なくとも１つの高解像度ドップラーＬＩＤＡＲシステム３２０を含む例示的なシステム３０１を示すブロック図である。一実施例において、ＬＩＤＡＲシステム３２０は、ＬＩＤＡＲシステム２００、２００’、２００’’のうち、１つと類似している。車両は、星３１１によって表示された質量中心を有し、矢印３１３によって与えられる前方方向に移動する。一部の実施例において、車両３１０は、処理システム２５０の車両制御モジュール２７２のようなプロセッサからの信号に応答して動作される操向または制動システム（図示せず）のようなコンポーネントを含む。一部の実施例において、車両は、図８に示されたチップセット（Ｃｈｉｐ Ｓｅｔ）のようなオン－ボード（Ｏｎ－Ｂｒａｒｄ）プロセッサ３１４を有する。一部の実施例におけるオン－ボードプロセッサ３１４は、図７に示すように、遠隔プロセッサと有線または無線で通信する。一実施例において、ＬＩＤＡＲシステムの処理システム２５０は、オン－ボードプロセッサ３１４と通信可能に結合されたり、ＬＩＤＡＲシステムの処理システム２５０は、車両制御モジュール２７２が処理システム２５０にとって車両の方向および速度を制御するために車両の操向または制動システムに１つ以上の信号を送信させるように、オン－ボードプロセッサ３１４の動作を実行するのに使用される。高解像度ドップラーＬＩＤＡＲは、方位角視野３２４だけでなく、車両３１０周辺におけるスポット（Ｓｐｏｔｓ）を照明する垂直角度（図３ｂ）を通じて一方の側から将来（Ｆｕｔｕｒｅ）のビーム３２３によって表示される他の側にスイープ（Ｓｗｅｅｐ）するスキャニングビーム３２２を使用する。一部の実施例において、視野は、３６０度の方位角である。一部の実施例において、傾斜角の視野は、約＋１０度ないし約－１０度であるか、またはこれのサブセットである。システム３２０がシステム２００’’である一部の実施例において、視野３２４は、角度範囲２２７によって定義される。システム３０１を設計するのにおいて、視野３２４上のそれぞれの角度でビームのあらかじめ定められた最大設計範囲が決定され、視野３２４の範囲内のそれぞれの角度で最大予想ターゲット距離を示す。例示的な一実施例において、最大設計距離は、視野３２４上の固定された値であるか、または固定された範囲の値である。例示的な一実施例において、視野３２４にわたった最大設計距離は、約２００メートルであるか、または約１５０メートルないし約３００メートルの範囲内にある。

【0116】

一部の実施例において、車両は、当該技術分野によく知られている他のものの中で、ＧＰＳセンサ、走行距離計（Ｏｄｏｍｅｔｅｒ）、回転速度計（Ｔａｃｈｏｍｅｔｅｒ）、温度センサ、真空センサ、電圧または電流センサのような補助センサ（図示せず）を含む。一部の実施例において、回転情報を提供するためにジャイロスコープ３３０が含まれる。

【0117】

図３ｂは、一実施例によって車両３１０に取り付けられた少なくとも１つの高解像度ＬＩＤＡＲシステム３２０を含む例示的なシステム３０１’を示すブロック図である。一実施例において、ＬＩＤＡＲシステム３２０は、システム２００またはシステム２００’またはシステム２００’’と類似している。一実施例において、車両３１０は、矢印３１３に基づく前方方向に地面３４９（例えば、道路）の上に移動する。ＬＩＤＡＲシステム３２０は、矢印３１３に対して測定された第１角度に指向された第１ビーム３４２から矢印３１３に対して測定された第２角度に指向された第２ビーム３４６への角度範囲３２６にわたってスキャンする。１つの実施例において、第１角度および第２角度は、地面３４９に対してほぼ直交して指向された垂直平面内の垂直角度である。この説明の目的上、「ほぼ直交して（Ａｂｏｕｔ Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ）」とは、地面３４９についての法線の±２０度以内を意味する。ＬＩＤＡＲシステム３２０がシステム２００’’と類似している一部の実施例において、角度範囲３２６は、角度範囲２２７によって定義される。

【0118】

システム３０１’を設計するのにおいて、それぞれの角度におけるビームのあらかじめ定められた最大設計距離が決定され、これは範囲３２６内のそれぞれの角度における最大予想ターゲット距離を示す。他の実施例において、それぞれの角度における最大設計距離は、あらかじめ定められず、規則的に測定されて増分時間周期で処理システム２５０のメモリ内にアップデートされる。一実施例において、第１ビーム３４２は、地面３４９に向けて指向され、車両３１０からの一部の最大設計距離内で地面３４９と交差する。したがって、第１角度でシステム３２０は、地面３４９を超えて位置したターゲットを考慮しない。一実施例において、第１ビーム３４２の第１角度は、矢印３１３に対して約－１５度であるか、または約－２５度ないし約－１０度の範囲内にあり、最大設計距離は、約４メートル（ｍ）であるか、約１ｍないし約１０ｍの範囲内にあるか、または約２ｍないし約６ｍの範囲内にある。一実施例において、第２ビーム３４６は、空に向けて指向され、車両３１０からの一部の最大設計距離内で上限３４７と交差する。したがって、第２角度でシステム３２０は、上限３４７の上に位置したターゲットを考慮しない。一実施例において、上限３４７は、（例えば、０ｍの高度を定義する）地面３４９から約１２ｍの高度または約８ｍないし１５ｍ範囲内の高度にあり、第２ビーム３４６の第２角度は、矢印３１３に対して約１５度であるか、または約１０度ないし約２５度の範囲内にあり、最大設計距離は、約７ｍであるか、約４ｍないし約１０ｍの範囲内にあるか、または約１ｍないし約１５ｍの範囲内にある。一部の実施例において、上限３４７高度は、ＬＩＤＡＲシステム３２０の高度による（例えば、地面３４９が０ｍと定義されるときに、約１．５ｍであるか、または約１ｍ ないし約４ｍの範囲内にある）。一実施例において、第１ビーム３４２と第２ビーム３４６との間の中間ビーム３４４は、矢印３１３とほぼ平行に指向され、車両３１０から最大設計距離に位置したターゲット３４３を交差する。１つの例示的な実施例において、図３ｂは、スケールに合わせて図示せず、ターゲット３４３は、示されたものよりも車両３１０からはるかに遠い距離に位置する。この説明の目的であって、「ほぼ平行に（Ａｂｏｕｔ Ｐａｒａｌｌｅｄ）」とは、矢印３１３の約±１０度以内または約±１５度以内を意味する。例示的な一実施例において、ターゲット３４３の最大設計距離は、約２００ｍであるか、約１５０ｍないし約３００ｍの範囲内にあるか、または約１００ｍないし約５００ｍの範囲内にある。

【0119】

図３ｂが地面３４９の上に移動するように構成された車両３１０に取り付けられたＬＩＤＡＲシステムを示しているが、本発明の実施例は、このようなタイプの車両に限定されず、ＬＩＤＡＲシステムは、飛行するように構成された空中飛行体３１０’（例えば、乗用空中飛行体）に取り付けることができる。一実施例において、飛行体３１０’は、１つ以上のターゲット３４３が存在する地面３４９の上に飛行するように構成される。図３ｄは、一実施例によって地面３４９の上に飛行するように構成された飛行体３１０’に取り付けられた少なくとも１つの高解像度ＬＩＤＡＲシステム３２０を含む例示的なシステム３０１’’を示すブロック図である。一実施例において、ＬＩＤＡＲシステム３２０は、矢印３１３に対して第１角度をなす第１ビーム３４２’の最大設計距離が地面３４９に相対的な下限（Ｆｌｏｏｒ）３４８に基づいて定義されるという点を除いて、システム３０１’のＬＩＤＡＲシステム３２０と類似の方式で作動する。例示的な一実施例において、下限３４８は、約０ｍないし約－１０ｍの範囲内または約０ｍないし約－２ｍの範囲内のシステム３２０の高度に相対的な高度を有する。他の例示的な実施例において、上限３４７は、約０ｍないし約１０ｍの範囲内のシステム３２０の高度に相対的な高度を有する。他の例示的な実施例において、第１角度は、約－３０度であるか、または約－６０度ないし約－１５度の範囲内にある。一部の実施例において、第１角度は、上限３４７の第２角度と同じであり、それに反対側にあり得る。
６．コヒーレントＬＩＤＡＲシステムにおけるスキャンパターンを最適化するための方法

【0120】

図６は、ＬＩＤＡＲシステムのバイスタティックスキャンパターンを最適化するための例示的な方法６００を示すフローチャートである。一部の実施例において、システム６００は、自律走行車に取り付けられたＬＩＤＡＲシステムのスキャンパターンを最適化するためのものである。ステップが図６で例示の目的で特定の手順で累積ステップとして示されるが、他の実施例において、１つ以上のステップまたはその一部は、異なる手順で行われるか、時間的に直列または並列に重畳するか、省略されるか、１つ以上の追加ステップが追加されるか、または方法が一部の組み合わせ方式で変更される。

【0121】

６０１ステップにおいて、バイスタティックトランシーバの送信導波管によって送信された後にターゲットによって反射し、バイスタティックトランシーバの受信導波管によって受信された信号の第１ＳＮＲ値を示すデータがプロセッサから受信され、受信導波管は、送信導波管から分離間隔だけ離隔する。第１ＳＮＲ値は、ターゲットの距離の値に基づき、第１ＳＮＲ値は、ＬＩＤＡＲシステムのスキャンレートのそれぞれの値についてのものである。一実施例において、６０１ステップにおける第１ＳＮＲ値は、ビーム２０５’が送信導波管２２３によって送信された後にターゲットによって反射し、バイスタティックトランシーバ２１５の受信導波管２２５によって受信されたリターンビーム２９１’の第１ＳＮＲ値であり、受信導波管２２５は、送信導波管２２３から分離間隔２２１だけ離隔する。１つの実施例において、データは、システム２００’’で受信導波管２２５ａ、２２５ｂのうち、１つまたは両者の先端２１７にフォーカシングされたリターンビーム２９１’の第１ＳＮＲ値である。他の実施例において、ステップ６０１におけるデータは、システム２００’’で検出器アレイ２３０にフォーカシングされたリターンビーム２９１’の第１ＳＮＲ値である。１つの実施例において、データは、リターンビーム２９１’のＳＮＲ値を示すトレース４４０ｂおよび／またはトレース４４０ｃおよび／またはトレース４４０ｄの値を含み、それぞれのトレース４４０は、ビームのスキャンレートのそれぞれの値についてのものである。例示的な一実施例において、トレース４４０ｂ、４４０ｃ、４４０ｄは、同じ値の分離間隔２２１に基づき、ステップ６０１でトレース４４０ｂ、４４０ｃ、４４０ｄの複数のセットがそれぞれの複数の値の分離間隔２２１に対して受信される。一部の実施例において、データは、トレース４４０ｂ、４４０ｃ、４４０ｄに限定されず、図４ｇに示されたものよりも少ないか、またはより多くのトレースのＳＮＲ値を含み、それぞれのＳＮＲトレースは、スキャンレートのそれぞれの値に基づき、および／またはトレース４４０ｂ、４４０ｃ、４４０ｄは、分離間隔２２１の特定値に基づく。

【0122】

他の実施例において、６０１ステップで受信されたデータは、スキャンレートのそれぞれの個別値（Ｅａｃｈ Ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ Ｖａｌｕｅ）および／または分離間隔２２１のそれぞれの値についてターゲット距離にわたってトレースを形成するのに使用できるＳＮＲ値を含む。１つの実施例において、トレース４６４、４６６が固定された値のスキャンレート（例えば、４，０００度／秒）に基づいて多数の値の分離間隔２２１に対して提供される。他の実施例において、トレース４６５、４６７が固定された値のスキャンレート（例えば、１２，０００度／秒）に基づいて多数の値の分離間隔２２１に対して提供される。また他の実施例において、ステップ６０１でＳＮＲしきい値を達成するためにトレース４６９がそれぞれのターゲット距離に対して提供され、トレース４６９は、特定の固定されたスキャン速度について必要な分離間隔２２１値を示す。例示的な一実施例において、ステップ６０１におけるデータは、処理システム２５０のメモリに格納され、それぞれのセットの第１ＳＮＲ値は、ＬＩＤＡＲシステムのスキャンレートの連関する値および／または分離間隔２２１の連関する値とともに格納される。１つの実施例において、６０１ステップにおける第１ＳＮＲ値は、約０メートルないし約５００メートルの範囲（例えば、自動車）内に、または約０メートルないし約１，０００メートルの範囲（例えば、飛行体）で約２，０００度／秒ないし約６，０００度／秒または約１，０００度／秒ないし約７，０００度／秒の範囲内のスキャンレートについておよび／または約０ｗ_０ないし４ｗ_０または０ｗ_０ないし１０ｗ_０の範囲の分離間隔２２１値に対して獲得され、ｗ_０は、送信導波管２２３の直径である。一部の実施例において、第１ＳＮＲ値は、あらかじめ定められ、ステップ６０１でプロセッサによって受信される。他の実施例において、第１ＳＮＲ値は、ＬＩＤＡＲシステムによって測定され、続いてステップ６０１でプロセッサによって受信される。１つの実施例において、データは、入力装置７１２を用いてステップ６０１で入力され、および／または近距離通信網７８０、インターネット７９０または外部サーバー７９２からネットワークリンク７７８を介して処理システム２５０のメモリ７０４にアップロードされる。

【0123】

一実施例において、６０１ステップにおける第１ＳＮＲ値（例えば、トレース４４０ｂ、４４０ｃ、４４０ｄ）は、第１分離間隔２２１ａに基づいて第１受信導波管２２５ａによって受信されたリターンビーム２９１’に対して受信され、他のセットの第１ＳＮＲ値（例えば、トレース４４０ｂ、４４０ｃ、４４０ｄ）は、第２分離間隔２２１ｂに基づいて第２受信導波管２２５ｂによって受信されたリターンビーム２９１’に対して受信される。１つの例示的な実施例において、受信導波管２２５ａ、２２５ｂによって受信されたリターンビーム２９１’に対する第１ＳＮＲ値は、あらかじめ定められ、ステップ６０１でプロセッサによって受信される。他の例示的な実施例において、受信導波管２２５ａ、２２５ｂによって受信されたリターンビーム２９１’に対する第１ＳＮＲ値は、ＬＩＤＡＲシステムによって測定され、続いて６０１ステップでプロセッサによって受信される。

【0124】

６０３ステップにおいて、ターゲットの距離の値に基づいてターゲットによって反射し、ＬＩＤＡＲシステムによって検出された信号の第２ＳＮＲ値を示すデータがプロセッサから受信され、ここで第２ＳＮＲ値は、ＬＩＤＡＲシステムの累積時間のそれぞれの値についてのものである。一実施例において、６０３ステップにおけるデータは、それぞれの累積時間についてシステム２００’’でフォーカシングされたリターンビーム２９１’の第２ＳＮＲ値であり、この累積時間の間、ビームが獲得システム２４０および／または処理システム２５０によって処理される。１つの実施例において、データは、リターンビーム２９１’のＳＮＲ値を示すトレース４５０ａおよび／またはトレース４５０ｂおよび／またはトレース４５０ｃおよび／またはトレース４５０ｄの値を含み、それぞれのトレース４５０は、ビームが獲得システム２４０および／または処理システム２５０によって処理される累積時間のそれぞれの値についてのものである。一部の実施例において、データは、トレース４５０ａ、４５０ｂ、４５０ｃ、４５０ｄに限定されず、図４ｉに示されたものよりも少ないか、またはより多くのトレースを含み、それぞれのＳＮＲトレースは、累積時間のそれぞれの値に基づく。他の実施例において、データは、トレースである必要はなく、代わりに累積時間のそれぞれの個別値（Ｅａｃｈ Ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ Ｖａｌｕｅ）についてターゲット距離にわたってトレースを形成するのに使用されるＳＮＲ値である。例示的な一実施例において、６０３ステップにおけるデータは、処理システム２５０のメモリに格納され、それぞれのセットの第２ＳＮＲ値は、ＬＩＤＡＲシステムの累積時間の連関する値とともに格納される。１つの実施例において、６０３ステップにおける第２ＳＮＲ値は、約０メートルないし約５００メートルの範囲にわたって（例えば、自動車）または約０メートルないし約１，０００メートルの範囲から（例えば、飛行体）約１００ナノ秒（ｎｓ）ないし約５ミリ秒（μs）の累積時間値に対して獲得される。一部の実施例において、第２ＳＮＲ値は、あらかじめ定められ、ステップ６０３でプロセッサによって受信される。他の実施例において、第２ＳＮＲ値は、ＬＩＤＡＲシステムによって測定され、続いてステップ６０３でプロセッサによって受信される。１つの実施例において、データは、入力装置７１２を用いて６０３ステップで入力され、および／または近距離通信網７８０、インターネット７９０または外部サーバー７９２からネットワークリンク７７８を介して処理システム２５０のメモリ７０４にアップロードされる。

【0125】

６０５ステップにおいて、角度範囲２２７を定義する第１角度および第２角度を示すデータがプロセッサから受信される。１つの実施例において、６０５ステップにおける第１角度と第２角度は、入力装置７１２（例えば、マウスまたはポインティング装置７１６）を用いて入力され、および／またはネットワークリンク７７８を介して処理システム２５０にアップロードされる。角度範囲２２７が図３ａの視野３２４である１つの実施例において、第１角度は、第１ビーム３２２と車両３１０の移動方向を示す矢印３１３との間の角度として定義され、第２角度は、第２ビーム３２３と矢印３１３との間の角度として定義される。

【0126】

角度範囲２２７が図３ｂの視野３２６である他の実施例において、第１角度は、第１ビーム３４２と車両３１０の移動方向を示す矢印３１３との間の角度として定義され、第２角度は、第２ビーム３４６と矢印３１３との間の角度として定義される。一実施例において、第１角度と第２角度は、矢印３１３に対して対称であり、例えば、第１角度と第２角度は、同じであり、互いに反対である。１つの実施例において、第１角度は、第１ビーム３４２が地面３４９に向けて指向されるように選択され、第２角度は、第２ビーム３４６が地面３４９から上限３４７に向けて指向されるように選択される。

【0127】

１つの実施例において、６０１、６０３および６０５ステップは、１つのステップで同時に行われ、ここで６０１、６０３および６０５ステップにおけるデータは、１つの同時ステップでプロセッサから受信される。

【0128】

６０７ステップにおいて、角度範囲内のそれぞれの角度でターゲットの最大設計距離を示すデータがプロセッサから受信される。一実施例において、最大設計距離は、角度範囲２２７内のそれぞれの角度におけるターゲットのあらかじめ定められた最大ターゲット距離である。１つの実施例において、６０７ステップにおけるそれぞれの角度でのターゲットの最大設計距離は、図３ａの視野３２４に基づく。例示的な一実施例において、最大設計距離は、視野３２４にわたって固定された値であるか、または固定された範囲の値である。例示的な一実施例において、視野３２４にわたった最大設計距離は、約２５０メートルであるか、または約１５０メートルないし約３００メートルの範囲内にある。

【0129】

他の実施例において、６０７ステップにおけるデータは、角度範囲３２６より大きい第１角度範囲にわたって提供される。１つの実施例において、６０７ステップにおけるデータは、角度範囲にわたって増分角度（Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ Ａｎｇｌｅ）で提供され、増分角度は、約０．００５度ないし約０．０１度の範囲内または約０．０００５度ないし約０．０１度の範囲内で選択される。

【0130】

１つの例示的な実施例において、６０７ステップにおけるデータは、入力装置７１２（例えば、マウスまたはポインティング装置７１６）を用いて入力され、および／またはネットワークリンク７７８を介して処理システム２５０にアップロードされる。一部の実施例において、最大設計距離は、あらかじめ定められ、６０７ステップ中に受信される。他の実施例において、システム２００、２００’、２００’’は、角度範囲２２７内のそれぞれの角度で最大設計距離を測定するために使用され、続いてそれぞれの角度での最大設計距離が６０７ステップで処理システム２５０によって受信される。

【0131】

６０９ステップにおいて、ＬＩＤＡＲシステムのＳＮＲが最小ＳＮＲしきい値よりも大きいようにＬＩＤＡＲシステムの最大スキャンレートが角度範囲２２７内のそれぞれの角度で決定される。一実施例において、６０９ステップにおける固定された最大スキャンレートが角度範囲２２７内の角度について決定される。角度範囲２２７にわたって最大設計距離についての値の範囲が６０７ステップで受信されたデータに基づいてまず決定される。次に６０１ステップで受信された第１ＳＮＲ値が角度範囲２２７にわたった最大設計距離の値または値の範囲（例えば、約１５０ｍないし約３００ｍ）について決定され、これらの第１ＳＮＲ値のうち、いずれが最小ＳＮＲしきい値を超過するかがさらに決定される。１つの実施例において、トレース４４０ｂ、４４０ｃ、４４０ｄの値が角度範囲２２７にわたって最大設計距離の値の範囲（例えば、約８０ｍないし約１２０ｍ）について決定され、トレース４４０ｄの値だけが最大設計距離の値の範囲（例えば、約８０ｍないし約１２０ｍ）に対して最小ＳＮＲしきい値４４２を超過するとさらに決定される。トレース４４０ｄの値だけが最小ＳＮＲしきい値４４２を超過するため、角度範囲２２７にわたった固定された最大スキャンレートは、トレース４４０ｄに対応するスキャンレートに設定される。例示的な一実施例において、ステップ６０９で最大スキャンレートを決定することは、受信導波管２２５ａ、２２５ｂの先端２１７でのリターンビーム２９１’のビーム離脱４１９、４２１（図４ｅ）が分離間隔２２１のしきい値内にあることを保障し、しきい値は、先端でのリターンビーム２９１’のイメージ４１８の直径に基づく（例えば、より大きい直径についてより大きいしきい値と、より小さい直径についてより小さいしきい値）。例示的な一実施例において、しきい値は、受信導波管２２５の先端２１７でのリターンビーム２９１’のイメージ４１８の直径の比である。例示的な一実施例において、比は、約０．５であるか、または約０．３ないし約０．７の範囲内にある。

【0132】

他の実施例において、６０９ステップにおける分離間隔２２１の異なる値に対応する第１ＳＮＲ値（例えば、トレース４６４、４６５、４６６、４６７、４６９が最小ＳＮＲしきい値４４２を超過し、最小ＳＮＲしきい値４４２を超過する第１ＳＮＲ値のうち、最大の第１ＳＮＲ値（例えば、固定されたスキャン速度４，０００度／秒についてのトレース４６４のうち、１つまたは固定されたスキャン速度１２，０００度／秒についてのトレース４６５のうち、１つ）を決定するのに使用される。一実施例において、システム２００’’の設計段階中に、送信導波管２２３と受信導波管２２５との間の分離間隔２２１は、決定された第１ＳＮＲ値に対応する分離間隔２２１の値に基づき、固定された最大スキャンレートは、決定された第１ＳＮＲ値に対応するスキャンレートに基づいて選択される（例えば、分離間隔２２１の値は、０ｍないし２５０ｍのターゲット設計距離についてトレース４６５ｃに基づいて２．７５ｗ_０で選択され、および／または固定されたスキャンレートは、トレース４６５について１２，０００度／秒の固定されたスキャンレートに基づいて選択される）。１つの例示的な実施例において、ＳＮＲが角度範囲２２７の第１部分にわたって（例えば、ターゲット距離＞８０ｍに対して）ＳＮＲしきい値４４２を超過するように、第１分離間隔２２１ａ（例えば、０．２５ｗ_０）に対応する第１ＳＮＲ値（例えば、トレース４６４ｃ）が固定されたスキャンレート（例えば、４，０００度／秒）について使用され、ＳＮＲが角度範囲２２７の第２部分にわたって（例えば、ターゲット距離＜８０ｍに対して）ＳＮＲしきい値４４２を超過するように、第２分離間隔２２１ｂ（例えば、５ｗ_０）に対応する第１ＳＮＲ値（例えば、トレース４６４ａ）が固定されたスキャンレートについて使用される。この実施例において、角度範囲２２７にわたった固定された最大スキャンレートは、最適のスキャンレートに設定される。有益には、この実施例は、スキャンレートが角度範囲２２７にわたって固定される間に、角度範囲２２７にわたって最大設計距離の異なる部分からリターンビーム２９１’を検出するために多数の受信導波管２２５ａ、 ２２５ｂを使用する（例えば、受信導波管２２５ａは、より長い距離にあるターゲットからリターンビーム２９１’を受信し、受信導波管２２５ｂは、より短い距離にあるターゲットからリターンビーム２９１’を受信する）。角度範囲２２７が角度範囲３２６である例示的な一実施例において、受信導波管２２５ｂは、送信されたビーム３４２、３４６に基づいて第１および第２角度でリターンビーム２９１’を受信し、受信導波管２２５ａは、中間送信されたビーム３４４に基づいてリターンビーム２９１’を受信する。

【0133】

他の実施例において、６０９ステップにおける、それぞれの最大スキャンレートが角度範囲２２７内のそれぞれの角度について決定される。それぞれの角度において、その角度についての最大設計距離が６０７ステップで受信されたデータに基づいてまず決定される。次に、６０１ステップで受信された第１ＳＮＲ値が角度での最大設計距離について決定され、これらの第１ＳＮＲ値のうち、いずれが最小ＳＮＲしきい値を超過するかがさらに決定される。１つの実施例において、トレース４４０ｂ、４４０ｃ、４４０ｄの値が最大設計距離（例えば、約９０ｍ）について決定され、トレース４４０ｂ、４４０ｃの値が最小ＳＮＲしきい値４４２を超過するとさらに決定される。最小ＳＮＲしきい値を超過するこれらの第１ＳＮＲ値のうち、最大スキャンレートを有する第１ＳＮＲ値が選択され、最大スキャンレートがその角度について６０９ステップで決定される。前記実施例において、最大設計距離（例えば、約９０ｍ）で最小ＳＮＲしきい値４４２を超過するトレース４４０ｂ、４４０ｃの値のうち、トレース４４０ｃ値が最大スキャンレートとして選択され、最大スキャンレート（例えば、トレース４４０ｃに連関する最適のスキャンレート）がその角度について６０９ステップで決定される。１つの例示的な実施例において、図４ｇは、第１および第２角度でビーム３４２、３４６についてステップ６０９で決定された最大スキャンレート（例えば、トレース４４０ｃに基づく最適のスキャンレート）が第１および第２角度との間の角度でビーム３４４についてステップ６０９に決定された最大スキャン（例えば、トレース４４０ｂに基づく遅いスキャンレート）よりも大きいことを示す。このような例示的な実施例において、スキャニング光学器機２１８のスキャンレートは、角度範囲２２７にわたって変更され、リターンビーム２９１’は、より短いターゲット距離に対応する角度範囲２２７のその部分について速いスキャンレートでスキャンされ（例えば、ビーム３４２、３４６）、より長いターゲット距離に対応する角度範囲２２７のその部分について遅いスキャンレートでスキャンされる（例えば、ビーム３４４）。このような例示的な実施例において、１つの受信導波管２２５が角度範囲２２７にわたってリターンビーム２９１’をキャプチャするのに使用される。例示的な一実施例において、ステップ６０９で最大スキャンレートを決定することは、受信導波管２２５の先端２１７におけるリターンビーム２９１’のビーム離脱４１９（図４ｅ）が分離間隔２２１のしきい値内にあることを保障し、しきい値は、先端２１７におけるリターンビーム２９１’のイメージ４１８の直径の比よりも小さい。例示的な一実施例において、比は、約０．５であるか、または約０．３ないし約０．７の範囲内にある。

【0134】

図３ｃは、一実施例によって図３ｂのＬＩＤＡＲシステム３２０から多数の角度３４５ａ、３４５ｂで送信されたビーム３４３ａ、３４３ｂの一例を示すブロック図である。１つの実施例において、ビーム３４３ａ、３４３ｂは、第１ビーム３４２と中間ビーム３４４との間の中間ビームである。他の実施例において、ビーム３４３ａは、第１ビーム３４２であり、ビーム３４３ｂは、第１ビーム３４２の後に処理される後続ビームである。６０９ステップにおいて、ＬＩＤＡＲシステム３２０の最大スキャンレートが角度３４５ａで決定される。角度３４５ａでのビーム３４３ａの最大設計距離（例えば、３０ｍ）が６０７ステップにおけるデータを用いてまず決定される。次に、最大設計距離についての６０１ステップからの第１ＳＮＲ値が決定される。例示的な一実施例において、第１ＳＮＲ値は、トレース４４０ｂ、４４０ｃ、４４０ｄの値を含む。次に、最大設計距離におけるこれらの第１ＳＮＲ値のうち、いずれが最小ＳＮＲしきい値を超過するかが決定される。例示的な実施例において、最大設計距離（例えば、３０ｍ）におけるトレース４４０ｂ、４４０ｃ、４４０ｄの値は、すべて最小ＳＮＲしきい値４４２を超過する。次に、これらの第１ＳＮＲ値のうち、いずれが最大スキャンレートを有するのかが判断され、この最大スキャンレートがその角度について６０９ステップで決定される。例示的な実施例において、トレース４４０ｃが最大スキャンレートを有し、したがって、この最大スキャンレートが角度３４５ａでビーム３４３ａをスキャンするのに使用される。一実施例において、図４ｉは、第１および第２角度におけるビーム３４２、３４６について６１１ステップで決定された最小スキャンレート（トレース４５０ｄに基づく４００ｎｓ）が第１および第２角度との間の角度でのビーム３４４について６１１ステップで決定された最小累積時間（トレース４５０ａに基づく３．２μs）よりも短いことを示す。

【0135】

６１１ステップにおいて、ＬＩＤＡＲシステムのＳＮＲが最小ＳＮＲしきい値よりも大きいように、ＬＩＤＡＲシステムの最小累積時間が角度範囲２２７内のそれぞれの角度で決定される。最大設計距離が角度範囲２２７にわたって固定された値または固定された範囲の値を有する一部の実施例において、６１１ステップにおける、固定された最小累積時間が固定された最大設計距離（例えば、２００ｍ）または最大設計距離の固定された値の範囲（例えば、１８０ｍないし２２０ｍ）に基づいて角度範囲２２７にわたって決定される。他の実施例において、角度範囲２２７内のそれぞれの角度でその角度についての最大設計距離が６０７ステップで受信されたデータに基づいてまず決定される。次に、６０３ステップで受信された第２ＳＮＲ値がその角度で最大設計距離について決定され、これらの最大ＳＮＲ値のうち、いずれが最小ＳＮＲしきい値を超過するかがさらに決定される。１つの実施例において、トレース４５０ａ、４５０ｂ、４５０ｃ、４５０ｄの値が最大設計距離（例えば、約１２０ｍ）についてまたは最大設計距離についての値の範囲について決定され、トレース４５０ａ、４５０ｂ、４５０ｃの値が最小ＳＮＲしきい値４５２を超過するとさらに決定する。最小ＳＮＲしきい値を超過するこれらの第２ＳＮＲ値のうち、最小累積時間を有する第２ＳＮＲ値が選択され、最小累積時間がその角度または角度範囲２２７について６１１ステップで決定される。前記実施例において、最大設計距離（例えば、１２０ｍ）で最小ＳＮＲしきい値４５２を超過するトレース４５０ａ、４５０ｂ、４５０ｃの値のうち、最小累積時間を有するトレース４５０ｃ値が選択され、最小累積時間（例えば、約８００ｎｓ）がその角度について６１１ステップで決定される。

【0136】

６１１ステップにおいて、角度３４５ａでＬＩＤＡＲシステム３２０の最小累積時間が決定される。角度３４５ａでのビーム３４３ａの最大設計距離（例えば、３０ｍ）が６０７ステップにおけるデータを用いてまず決定される。次に、最大設計距離についての６０３ステップからの第２ＳＮＲ値が決定される。例示的な一実施例において、第２ＳＮＲ値は、トレース４５０ａ、４５０ｂ、４５０ｃ、４５０ｄの値を含む。次に、最大設計距離におけるこれらの第２ＳＮＲ値のうち、いずれが最小ＳＮＲしきい値を超過するかが決定される。例示的な実施例において、最大設計距離（例えば、３０ｍ）でのトレース４５０ａ、４５０ｂ、４５０ｃ、４５０ｄの値がすべて最小ＳＮＲしきい値４５２を超過する。次に、これらのＳＮＲ値のうち、いずれが最小累積時間を有するかが決定され、この最小累積時間がその角度について６１１ステップで決定される。例示的な実施例において、トレース４５０ｄは、最小累積時間（例えば、４００ｎｓ）を有し、したがって、この最小累積時間が角度３４５ａでビーム３４３ａを処理するのに使用される。

【0137】

６１３ステップにおいて、６０９、６１１ステップの他の繰り返しを行うために角度範囲２２７内に追加角度が残っているのかが判断される。最大設計距離が角度範囲２２７にわたって固定された値を有するか、または固定された範囲の値を有する一部の実施例において、６０９、６１１ステップは、最大設計距離の固定された値または固定された範囲の値に基づいてそれぞれ一回行われ、６１３、６１５ステップは、省略され、方法６００は、６１７ステップに進行する。この実施例において、固定された最大スキャンレートが最大設計距離の固定された値または固定された範囲の値に基づいて６０９ステップで決定され、固定された最小累積時間が最大設計距離の固定された値または固定された範囲の値に基づいて６１１ステップで決定される。

【0138】

１つの実施例において、６０９、６１１ステップの初期繰り返しが範囲３２６内の第１ビーム３４２の第１角度で行われた角度範囲３２６についての６１３ステップにおける６１３ステップは、６０９、６１１ステップの以前繰り返しが角度範囲３２６内の第２ビーム３４６の第２角度以上であったかどうかの判断を含む。６０９、６１１ステップの初期繰り返しが範囲３２６の第２角度で行われた他の実施例において、６１３ステップは、６０９、６１１ステップの以前繰り返しが角度範囲３２６の第１角度以上であったかどうかの判断を含む。角度範囲内のより多くの角度が残っていると６１３ステップで判断すると、方法は、６１５ブロックに進行する。範囲３２６内にこれ以上の角度が残っていないと６１３ステップで判断すると、方法は、６１７ブロックに進行する。

【0139】

６１５ステップにおいて、初期角度で６０９、６１１ステップの以前繰り返しを行った後に、６０９、６１１ステップを繰り返す後続角度についての判断が行われる。一実施例において、図３ｃは、初期ビーム３４３ａの初期角度３４５ａで６０９、６１１ステップの以前繰り返しを行った後に、６０９、６１１ステップを繰り返す後続ビーム３４３ｂの後続角度３４５ｂを示している。一実施例において、６１５ステップは、後続角度３４５ｂおよび初期角度３４５ａと後続角度３４５ｂとの間の角度増分３５０ａについての判断を含む。１つの実施例において、後続角度３４５ｂは、初期角度３４５ａ、６０９ステップで決定された角度３４５ａでの最大スキャンレートおよび６１１ステップで決定された角度３４５ａでの最小累積時間に基づく。一実施例において、後続角度θ_ｓは、初期角度θ_ｉ、最大スキャンレートＳ_ｍおよび最小累積時間Ｉ_ｍに基づき、次の数を用いる。

【数6】

一実施例において、初期角度３４５ａが－１５度であり、最大スキャンレートが毎秒１５度であり、最小累積時間が２μsであれば、後続角度３４５ｂは、数６を用いて約－１４．９７度である。６１５ステップで後続角度を決定した後、６０９、６１１ステップが後続角度で繰り返されるように、方法は、６０９ブロックに再進行する。

【0140】

６１７ステップにおいて、６０９、６１１ステップのこれ以上の繰り返しが行われる必要がないと判断された後、角度範囲３２６内のそれぞれの角度での６０９ステップからの最大スキャンレートおよびステップ６１１からの最小累積時間に基づいてＬＩＤＡＲシステムのスキャンパターンが定義される。最大設計距離が角度範囲２２７にわたって固定された値または固定された範囲の値を有する一部の実施例において、固定された最大スキャンレートが最大設計距離の固定された値または固定された範囲の値に基づいて６０９ステップで決定され、固定された最小累積時間が最大設計距離の固定された値または固定された範囲の値に基づいて６１１ステップで決定される。この実施例において、６１７ステップにおけるスキャンパターンは、角度範囲２２７にわたってそれぞれの角度での固定された最大スキャンレートおよび固定された最小累積時間に基づいて定義される。

【0141】

他の実施例において、スキャンパターンは、第１ビーム３４２の第１角度と第２ビーム３４６の第２角度との間の角度範囲３２６内のそれぞれの角度についての最大スキャンレートおよび最小累積時間を含む。例示的な一実施例において、スキャンパターンは、処理システム２５０のメモリ（例えば、メモリ７０４）に格納される。他の例示的な実施例において、スキャンパターンでの隣接する角度の間の角度増分が６１５ステップで決定され、例えば、角度増分は、６１５ステップにおける後続角度と初期角度との間の間隔である。他の例示的な実施例において、図３ｃは、６１５ステップのための後続角度３４５ｂと初期角度３４５ａとの間の角度増分３５０ａおよび６１７ステップで決定されたスキャンパターンを示す。

【0142】

６１９ステップにおいて、ＬＩＤＡＲシステムは、６１７ステップで決定されたスキャンパターンに応じて作動する。最大設計距離が角度範囲２２７にわたって固定された値または固定された範囲の値を有する１つの実施例において、固定された最大スキャンレートが最大設計距離の固定された値または固定された範囲の値に基づいて６０９ステップで決定される。この実施例において、６１９ステップにおけるＬＩＤＡＲシステムのビームは、角度範囲２２７にわたってスキャニング光学器機２１８を用いて固定された最大スキャンレートでスキャンされる。例示的な一実施例において、６１９ステップにおけるビーム２０５’’は、固定された最大スキャンレートでポリゴンスキャナ２４４を用いてスキャンされる。１つの実施例において、処理システム２５０は、ポリゴンスキャナ２４４にとって角速度２４９の速度が固定された最大スキャンレートとなるようにする信号をポリゴンスキャナ２４４に送信する。さらに、この実施例において、ＬＩＤＡＲシステムの最小累積時間は、最大設計距離についての固定された値または固定された範囲の値に基づく固定された最小累積時間に基づく。一実施例において、ビーム２０５’’がポリゴンスキャナ２４４の隣接するファセット２４５によってスキャンされることにより、ビーム２０５’’は、角度範囲２２７にわたって連続にスキャンされる。したがって、例示的な一実施例において、ビーム２０５’’は、角度範囲２２７にわたってファセット２４５ａによってスキャンされ、続いて、ビーム２０５’’は、角度範囲２２７にわたってファセット２４５ｂによってスキャンされる。６１９ステップのうち、リターンビーム２９１’は、コリメーション光学器機２２９によって受信導波管２２５の先端２１７内にフォーカシングされる。多数の受信導波管２２５ａ、２２５ｂが提供される例示的な一実施例において、ビーム２０５’’が角度範囲２２７の第１部分にわたって固定された最大スキャンレートでスキャンされるとき（例えば、より遠いターゲット距離；ビーム３４４）、リターンビーム２９１’は、第１受信導波管２２５ａの先端２１７内にフォーカシングされ、ビーム２０５’’が角度範囲２２７の第２部分にわたって固定された最大スキャンレートでスキャンされるとき（例えば、より短いターゲット距離；ビーム３４２、３４６）、リターンビーム２９１’は、第２受信導波管２２５ｂの先端内にフォーカシングされる。他の例示的な実施例において、１つの受信導波管２２５ａがあり、受信導波管２２５ｂが省略され、ビーム２０５’’が角度範囲２２７（例えば、視野３２４）にわたって固定された最大スキャンレートでスキャンされることにより、リターンビーム２９１’は、受信導波管２２５ａの先端から受信される。

【0143】

６１９ステップにおいて、ＬＩＤＡＲシステムの１つ以上のパラメータがシステム２００’’の設計段階中に選択される。例示的な一実施例において、送信導波管２２３と受信導波管２２５との間の分離間隔２２１の値がグラフ４６４、４６５、４６６、４６７、４６９のうち、１つ以上の使用に基づいて選択され、ユーザーは、リターンビーム２９１’のＳＮＲしきい値を得るために設計ターゲット距離およびスキャン速度の知れた値に基づいて分離間隔２２１の値を決定する。また他の例示的な実施例において、ポリゴンスキャナ２４４のスキャン速度の値がグラフ４６４、４６５、４６６、４６７、４６９、４４０の使用に基づいて選択され、ユーザーは、リターンビーム２９１’のＳＮＲしきい値を得るために設計ターゲット距離および分離間隔２２１の知れた値に基づいてスキャン速度の値を決定する。

【0144】

他の実施例において、６１９ステップにおけるＬＩＤＡＲシステムのビームは、１つ以上のサイクルのうち、角度範囲３２６内でスキャンされ、それぞれの角度でのビームのスキャンレートは、その角度についてのスキャンパターンでの最大スキャンレートであり、それぞれの角度でのＬＩＤＡＲシステムの累積時間は、その角度についての最小累積時間である。１つの実施例において、６１９ステップにおける、それぞれの角度でＬＩＤＡＲシステムの処理システム２５０は、それぞれの角度でのスキャンレートがその角度についてのスキャンパターンの最大スキャンレートとなるようにスキャニング光学器機２１８に１つ以上の信号を送信する。さらに、１つの実施例において、６１９ステップでそれぞれの角度でＬＩＤＡＲシステムの処理システム２５０は、累積時間がその角度についてのスキャンパターンの最小累積時間になるように、それぞれの角度で受信されたリターンされたビーム２９１について獲得システム２４０および／または処理システム２５０の累積時間を調整する。有益には、これはＬＩＤＡＲシステムがそれぞれの角度で適切なＳＮＲを維持することを保障しながら、ビームが最大スキャンレートでスキャンされ、リターンビームがそれぞれの角度で最も短い累積時間に処理されることを保障する。

【0145】

図５は、一実施例によって図２ｅのシステムで多数の角度範囲にわたった時間についての垂直角度の一例を示すグラフである。水平軸５０２は、秒（ｓ）単位の時間であり、垂直軸は、ラジアン（ｒａｄ）単位の角度である。トレース５４０は、６１９ステップにおける多数のスキャンパターンのうちのビームについてスキャニング中の時間についてのビームの角度を示す。時間上の一瞬間でのトレース５４０の傾きは、その時間でのビームのスキャンレートを示す。一実施例において、トレース５４０の領域５４２は、ビームが上限３４７に向けて指向されるときのより速いスキャンレート（例えば、トレース５４０の高い傾き）を示し、トレース５４０の領域５４４は、ビームが地面３４９に向けて指向されるときのより速いスキャンレート（例えば、トレース５４０の高い傾き）を示し、そして、トレース５４０の領域５４６は、ビームが地面３４９と平行に指向されるときのより遅いスキャンレート（例えば、トレース５４０の低い傾き）を示している。ビーム２０５’’が固定された最大スキャンレートでスキャンされる他の実施例において、トレースは、角度範囲２２７にわたって固定された傾きを示している。

【0146】

他の実施例において、６１９ステップの間または後に、プロセッサは、６１９ステップ途中にＬＩＤＡＲシステムによって収集されたデータに少なくとも部分的に基づいて車両３１０を作動させる。１つの実施例において、ＬＩＤＡＲシステムの処理システム２５０および／または車両３１０のプロセッサ３１４は、６１９ステップでＬＩＤＡＲシステムによって収集されたデータに基づいて車両の操向および／または制動システムに１つ以上の信号を送信する。１つの例示的な実施例において、処理システム２５０は、ＬＩＤＡＲデータに応答して車両３１０の位置を制御するために車両３１０の操向または制動システムに１つ以上の信号を送信する。他の実施例において、処理システム２５０は、６１９ステップで収集されたＬＩＤＡＲデータに基づいて車両３１０のプロセッサ３１４に１つ以上の信号を送信し、これによって、プロセッサ３１４は、車両３１０の操向および制動システムに１つ以上の信号を送信する。
７．コンピュータハードウェア概要

【0147】

図７は、本発明の一実施例を実装できるコンピュータシステム７００を示すブロック図である。コンピュータシステム７００は、コンピュータシステム７００の他の内部および外部コンポーネントの間に情報を伝達するためのバス７１０のような通信メカニズムを含む。情報は、典型的には電圧である測定可能な現状の物理的信号として表されるが、他の実施例では、磁気相互作用、電磁相互作用、圧力相互作用、化学相互作用、分子原子相互作用および量子相互作用のような現象を含む。例えば、Ｎ極およびＳ極磁場、または０の電圧および非ゼロの電圧は、２進数（ビット）の２つの状態（０、１）を示す。他の現象は、より高いベースの数を示し得る。測定前に複数の同時量子状態の重畳は、量子ビット（クビット）を示す。１つ以上の数字シーケンスは、数字または文字についてのコードを示すのに使用されるデジタルデータを構成する。一部の実施例において、アナログデータと呼ばれる情報は、特定の範囲内の測定可能な値の近接連続体（Ｎｅａｒ Ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ）に表示される。コンピュータシステム７００またはその一部は、本明細書に説明された１つ以上の方法のうち、１つ以上のステップを行うための手段を構成する。

【0148】

２進数シーケンスは、数字または文字についてのコードを示すのに使用されるデジタルデータを構成する。バス７１０は、情報がバス７１０に連結された装置の間に迅速に送信されるように、多くの並列情報コンダクタ（Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を含み得る。情報を処理するための１つ以上のプロセッサ７０２がバス７１０と結合される。プロセッサ７０２は、情報についての一連の動作を行う。一連の動作は、バス７１０から情報を取得することと、バス７１０上に情報を配置することを含む。また、一連の動作は、通常、２つ以上の情報単位の比較、情報単位の位置シフト、加算または乗算のような２つ以上の情報単位の結合を含む。プロセッサ７０２によって行われる動作シーケンスは、コンピュータ命令語を構成する。

【0149】

また、コンピュータシステム７００は、バス７１０に結合されたメモリ７０４を含む。ランダムアクセスメモリ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ、ＲＡＭ）または他の動的格納装置のようなメモリ７０４は、コンピュータ命令語を含む情報を格納する。動的メモリは、その中に格納された情報がコンピュータシステム７００によって変更されるようにする。ＲＡＭは、メモリアドレスと呼ばれる位置に格納された情報単位が隣接するアドレスの情報と独立して格納され、検索されるようにする。また、メモリ７０４は、コンピュータ命令語の実行中に一時的な値を格納するためにプロセッサ７０２によって使用される。また、コンピュータシステム７００は、読み取り専用メモリ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ、ＲＯＭ）７０６またはコンピュータシステム７００によって変更されない命令語を含む静的情報を格納するためにバス７１０に結合された他の静的格納装置を含む。また、コンピュータシステム７００がオフになったり、それとも電力が損失されるときにも持続する命令語を含む情報を格納するための磁気ディスクまたは光ディスクのような不揮発性（永久）格納装置７０８がバス７１０に結合され得る。

【0150】

命令語を含む情報は、人間ユーザーによって操作される文字と数字のキーを含むキーボードのような、外部入力装置７１２またはセンサからプロセッサによって使用するためにバス７１０に提供される。センサは、その周辺の状態を検出し、このような検出をコンピュータシステム７００で情報を表すために使用される信号と互換可能な信号に変換する。主に人間と相互作用するために使用されるバス７１０に結合された他の外部装置は、イメージを提供するためのＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）または液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のようなディスプレイ装置７１４を含み、ディスプレイ７１４に提供される小さいカーソルイメージの位置を制御し、ディスプレイ７１４上に提供されるグラフィック要素に関連する命令を発行するためのマウスまたはトラックボールまたはカーソル方向キーのようなポインティング装置７１６を含む。

【0151】

図示された実施例において、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ、ＡＳＩＣ）７２０のような特殊目的のハードウェアがバス７１０に結合される。特殊目的のハードウェアは、特別な目的のためにプロセッサ７０２によって迅速に実行されない動作を十分に迅速に実行するように構成される。ＡＳＩＣの例は、ディスプレイ７１４のためのイメージを生成するためのグラフィックス加速器カード、ネットワークを介して送信されたメッセージを暗号化および復号化するための暗号化ボード（Ｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｂｏａｒｄ）、音声認識およびハードウェア内でより効率的に実装されている一部の複雑な一連の動作を繰り返しに行うロボットアーム（Ｒｏｂｏｔｉｃ Ａｒｍ）および医療スキャニング装備のような特別な外部装置とのインターフェースを含む。

【0152】

また、コンピュータシステム７００は、バス７１０に連結された通信インターフェース７７０の１つ以上の例を含む。通信インターフェース７７０は、プリンター、スキャナおよび外部ディスクのような独自のプロセッサで動作する様々な外部装置についての双方向通信カップリングを提供する。一般的に、カップリングは、独自のプロセッサを有する様々な外部装置が接続されるローカルネットワーク７８０に接続されるネットワークリンク７７８を用いて行われる。例えば、通信インターフェース７７０は、パーソナルコンピュータ上の並列ポートまたは直列ポートまたはＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）ポートであり得る。一部の実施例において、通信インターフェース７７０は、ＩＳＤＮ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）カードまたはＤＳＬ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ）カードまたは対応するタイプの電話回線への情報通信連結を提供する電話モデムである。一部の実施例において、通信インターフェース７７０は、バス７１０上の信号を同軸ケーブルを介する通信連結のための信号または光ファイバーケーブルを介する通信連結のための光信号に変換するケーブルモデムである。他の例として、通信インターフェース７７０は、イーサネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）のような互換可能な近距離通信網（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ、ＬＡＮ）にデータ通信接続を提供するＬＡＮカードであり得る。また、無線リンクが具現できる。電波（Ｒａｄｉｏ Ｗａｖｅ）、光波（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｗａｖｅ）および赤外線波（Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｗａｖｅ）を含む音波および電磁波のような搬送波は、ワイヤまたはケーブルなしで空間を通過する。信号は、振幅、周波数、位相、偏光または搬送波の他の物理的特性の人工的な変動を含む。無線リンクについて、通信インターフェース７７０は、デジタルデータのような情報ストリームを運搬する赤外線および光信号を含む電気、音響または電磁信号を送受信する。

【0153】

本明細書において、コンピュータ読み取り可能な媒体という用語は、実行のための命令語を含む情報をプロセッサ７０２に提供するのに参与する任意の媒体を指すのに使用される。このような媒体は、不揮発性媒体、揮発性媒体および送信媒体を含むが、ここに限定されない様々な形態を取り得る。不揮発性媒体は、例えば、格納装置７０８のような、光または磁気ディスクを含む。揮発性媒体は、例えば、動的メモリ７０４を含む。送信媒体は、例えば、同軸ケーブル、銅線、光ファイバーケーブルおよび電波、光波および赤外線波を含む音波および電磁波のような、有線またはケーブルなしで空間を通過する波を含む。本明細書において、コンピュータ読み取り可能な格納媒体という用語は、送信媒体を除外し、プロセッサ７０２に情報を提供するのに参与する任意の媒体を指すために使用される。

【0154】

コンピュータ読み取り可能な媒体の一般的な形態は、例えば、フロッピーディスク、フレキシブル（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ）ディスク、ハードディスク、磁気テープ、または任意の他の磁気媒体、コンパクトディスクＲＯＭ（ＣＤ－ＲＯＭ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）または他の光媒体、パンチカード、ペーパーテープ、またはホールパターンを有する任意の他の物理的媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ（プログラム可能なＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ（消去可能なＰＲＯＭ）、ＦＬＡＳＨ－ＥＰＲＯＭ、または他のメモリチップまたはカートリッジ、搬送波、またはコンピュータが読み取ることができる任意の他の媒体を含む。本明細書において、コンピュータ読み取り可能な非一時的な（Ｎｏｎ－Ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ）格納媒体という用語は、搬送波および他の信号を除外し、プロセッサ７０２に情報を提供するのに参与する任意の媒体を指すために使用される。

【0155】

１つ以上の有形の媒体（Ｔａｎｇｉｂｌｅ Ｍｅｄｉａ）内にエンコードされたロジッグは、コンピュータ読み取り可能な格納媒体上のプロセッサ命令語およびＡＳＩＣ７２０のような特殊目的のハードウェアのうち、１つまたは両方を含む。

【0156】

ネットワークリンク７７８は、通常、情報を使用するか、または処理する他の装置への１つ以上のネットワークを介する情報通信を提供する。例えば、ネットワークリンク７７８は、ローカルネットワーク７８０を介してホストコンピュータ７８２またはインターネットサービス提供者（ＩＳＰ）によって運営される装備７８４に接続を提供し得る。ＩＳＰ装備７８４は、現在に一般的にインターネット７９０と呼ばれるネットワークの公開的かつ全世界的なパケット－交換通信ネットワークを介してデータ通信サービスを提供する。インターネットに接続されたサーバー７９２と呼ばれるコンピュータは、インターネットを介して受信された情報に応答してサービスを提供する。例えば、サーバー７９２は、ディスプレイ７１４におけるプレゼンテーションのためのビデオデータを表す情報を提供する。

【0157】

本発明は、本明細書に説明された技術を具現するためのコンピュータシステム７００の使用に関するものである。本発明の一実施例によると、この技術は、メモリ７０４に含まれた１つ以上の命令語の１つ以上のシーケンスを行うプロセッサ７０２に応答してコンピュータシステム７００によって行われる。ソフトウェアおよびプログラムコードとも呼ばれるこれらの命令語は、格納装置７０８のような他のコンピュータ読み取り可能な媒体からメモリ７０４に読み込まれることができる。メモリ７０４に含まれた命令語のシーケンスの実行は、プロセッサ７０２にとって本明細書に説明された方法のステップを行うようにする。他の実施例において、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）７２０のようなハードウェアが本発明を具現するためにソフトウェアの代わりに、またはソフトウェアとともに使用できる。したがって、本発明の実施例は、ハードウェアとソフトウェアの任意の特定の組み合わせに制限されない。

【0158】

ネットワークリンク７７８および通信インターフェース７７０を介する他のネットワークを介して送信された信号は、コンピュータシステム７００に、そして、それからの情報を運搬する。コンピュータシステム７００は、他のものの中でも、ネットワーク７８０、７９０を介して、ネットワークリンク７７８および通信インターフェース７７０を介して、プログラムコードを含む情報を送受信し得る。インターネット７９０を用いる一例において、サーバー７９２は、インターネット７９０、ＩＳＰ装備７８４、ローカルネットワーク７８０および通信インターフェース７７０を介して、コンピュータ７００から送信されたメッセージによって要請された特定アプリケーションのためのプログラムコードを送信する。受信されたコードは、受信されるときにプロセッサ７０２によって行われるか、後で行うために格納装置７０８または他の不揮発性格納装置に格納されるか、またはその両方であり得る。このような方式であって、コンピュータシステム７００は、搬送波での信号の形態でアプリケーションプログラムコードを得られる。

【0159】

様々な形態のコンピュータ読み取り可能な媒体は、実行のためにプロセッサ７０２に命令語またはデータ、またはこの両方の１つ以上のシーケンスを運搬するのに関連し得る。例えば、命令語およびデータは、初期にホスト７８２のような遠隔コンピュータの磁気ディスク上に運搬され得る。遠隔コンピュータは、命令語およびデータをその動的メモリにローディングし、モデムを使用して電話回線を介して命令語およびデータを送信する。コンピュータシステム７００にローカルなモデムは、電話回線上で命令語およびデータを受信し、赤外線送信機を使用して命令語およびデータをネットワークリンク７７８の役割をする赤外線搬送波上の信号に変換する。通信インターフェース７７０の役割をする赤外線検出器は、赤外線信号内に運搬された命令語およびデータを受信し、命令語およびデータを表す情報をバス７１０上に位置させる。バス７１０は、情報をメモリ７０４に運搬し、プロセッサ７０２は、命令語とともに送信されたデータの一部を用いてメモリ７０４から命令語を検索して実行する。メモリ７０４で受信された命令語およびデータは、プロセッサ７０２による実行前または後に格納装置７０８に選択的に格納され得る。

【0160】

図８は、本発明の一実施例が具現できるチップセット８００を示す。チップセット８００は、本明細書に説明された方法の１つ以上のステップを行うようにプログラミングされ、例えば、１つ以上の物理的パッケージ（例えば、チップ）に含まれた図７に関連して説明されたプロセッサおよびメモリコンポーネントを含む。例として、物理的パッケージは、物理的強度、サイズの保存および／または電気的相互作用の制限のような１つ以上の特性を提供するために構造的アセンブリ（例えば、ベースボード）上の１つ以上の材料、コンポーネントおよび／またはワイヤの配列を含む。所定の実施例において、チップセットは、単一チップで具現できることが考慮される。チップセット８００またはその一部は、本明細書に説明された方法の１つ以上のステップを行うための手段を構成する。

【0161】

１つの実施例において、チップセット８００は、チップセット８００のコンポーネントの間で情報を伝達するためのバス８０１のような通信メカニズムを含む。プロセッサ８０３は、命令語を実行し、例えば、メモリ８０５に格納された情報を処理するためにバス８０１に連結される。プロセッサ８０３は、それぞれのコアが独立して行うように構成された１つ以上のプロセッシングコアを含み得る。マルチコアプロセッサは、単一の物理的パッケージ内で多重処理を可能にする。マルチコアプロセッサの例は、２つ、４つ、８つまたはその以上のプロセッサコアを含む。代替的または追加的に、プロセッサ８０３は、命令語、パイプライニング（Ｐｉｐｅｌｉｎｉｎｇ）およびマルチスレッディング（Ｍｕｌｔｉｔｈｒｅａｄｉｎｇ）の独立した実行を可能にするためにバス８０１を介して直列で構成された１つ以上のマイクロプロセッサを含み得る。また、プロセッサ８０３は、１つ以上のデジタル信号プロセッサ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ、ＤＳＰ）または１つ以上のＡＳＩＣ８０９のような所定の処理機能および作業を行うための１つ以上の特殊コンポーネントを伴い得る。ＤＳＰ８０７は、通常、プロセッサ８０３と独立して実世界の信号（例えば、サウンド）をリアルタイムで処理するように構成される。同様に、ＡＳＩＣ８０９は、汎用プロセッサによって容易に実行されない特殊機能を行うように構成され得る。本明細書に説明された発明的機能を実行することを支援するための他の特殊コンポーネントは、１つ以上のフィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ、ＦＰＧＡ）（図示せず）、１つ以上のコントローラー（図示せず）または１つ以上の他の特殊目的のコンピュータチップを含む。

【0162】

プロセッサ８０３および随伴するコンポーネントは、バス８０１を介してメモリ８０５に連結される。メモリ８０５は、実行されるときに本明細書に説明された方法の１つ以上のステップを行うように、実行可能な命令語を格納するための動的メモリ（例えば、ＲＡＭ、磁気ディスク、書き込み可能な光ディスクなど）および静的メモリ（例えば、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭなど）の両方を含む。メモリ８０５は、本明細書に説明された方法のうち、１つ以上のステップの実行に関連したり、その実行によって生成されたデータを格納する。
８．変更、拡張および修正

【0163】

前述の詳細な説明において、本発明は、具体的な実施例を参照して説明されている。しかし、本発明のより広い思想および範囲から逸脱することなく、様々な修正および変更が行われ得ることが明らかである。したがって、明細書および図面は、制限的な意味ではなく、例示的な意味とみなされるべきである。本明細書および請求項の全体にわたって、文脈上他に要求しない限り、「含み」および「含んでいる」のような「含む」という単語およびその変形は、任意の他の項目、要素またはステップ、または項目、要素またはステップのグループを排除しない言及した項目、要素またはステップ、または項目、要素またはステップのグループの包含を意味するものと理解できるであろう。また、不定冠詞は、冠詞によって修飾される１つ以上の項目、要素またはステップを表すものと意図される。

【図1a】

【図1b】

【図1c】

【図1d】

【図1e】

【図1f】

【図2a】

【図2b】

【図2c】

【図2d】

【図2e】

【図2f】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【図3d】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図4d】

【図4e】

【図4f】

【図4g】

【図4h】

【図4i】

【図4j】

【図4k】

【図4l】

【図4m】

【図4n】

【図4o】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】