特許 7625574 ＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲのための焦点平面アレイシステム

(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】2025-01-24

(45)【発行日】2025-02-03

(54)【発明の名称】ＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲのための焦点平面アレイシステム

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/481 20060101AFI20250127BHJP

   G01S 7/484 20060101ALI20250127BHJP

   G01S 17/34 20200101ALI20250127BHJP

【ＦＩ】

G01S7/481 A

G01S7/484

G01S17/34

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2022505269

(86)(22)【出願日】2020-07-24

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-09-26

(86)【国際出願番号】 US2020043556

(87)【国際公開番号】W WO2021021654

(87)【国際公開日】2021-02-04

【審査請求日】2023-07-19

(31)【優先権主張番号】62/879,382

(32)【優先日】2019-07-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】62/879,383

(32)【優先日】2019-07-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(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】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】マイケルズ・アンドルー・スタイル

(72)【発明者】

【氏名】リン・セン

【審査官】東 治企

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－２００２７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／００７１０５６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１３７６１１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１４６４１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０４９２２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０３４９４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１１５７８２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０５３７２６７０（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１７９６５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／２２３２９９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／１８４３３６（ＷＯ，Ａ２）

【文献】米国特許出願公開第２００７／０１８１８１０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／００－７／４２

Ｇ０１Ｓ １３／００－１３／９５

Ｇ０２Ｂ ５／１８－５／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

周波数変調連続波ＬｉＤＡＲシステムの焦点平面アレイシステムであって、
コヒーレントピクセルを含むコヒーレントピクセルアレイ－それぞれの前記コヒーレントピクセルは、コヒーレント光を放出するように構成される－と、
前記コヒーレントピクセルアレイから放出されるコヒーレント光を１つ以上の光ビームとして環境内に回折させるように位置設定された少なくとも１つの回折格子を含む回折格子スタック－前記１つ以上の光ビームは、それぞれ特定の角度で放出され、前記特定の角度は、前記１つ以上のビームを形成する前記コヒーレント光を生成した前記コヒーレントピクセルの位置に部分的に基づく－と、を含み、
前記１つ以上の光ビームは、前記環境内のオブジェクトから反射してリターン光を形成し、
前記回折格子スタックは、前記リターン光を前記１つ以上のビームを生成した１つ以上のコヒーレントピクセルに回折させるように位置設定される、焦点平面アレイシステム。

【請求項2】

前記少なくとも１つの回折格子は、非周期的回折格子である請求項１に記載の焦点平面アレイシステム。

【請求項3】

前記少なくとも１つの回折格子は、ブレーズド回折格子（Ｂｌａｚｅｄ Ｇｒａｔｉｎｇ）であり、前記少なくとも１つの回折格子は、前記少なくとも１つの回折格子の中心からの距離に応じて単調に展開する周期性を有する請求項２に記載の焦点平面アレイシステム。

【請求項4】

前記少なくとも１つの回折格子は、多段階格子（Ｍｕｌｔｉ－Ｓｔｅｐ Ｇｒａｔｉｎｇ）であり、前記少なくとも１つの回折格子は、前記少なくとも１つの回折格子の中心からの距離に応じて単調に展開する周期性を有する請求項２に記載の焦点平面アレイシステム。

【請求項5】

前記少なくとも１つの回折格子は、表面レリーフ格子（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｒｅｌｉｅｆ Ｇｒａｔｉｎｇ）、正弦波格子（Ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ Ｇｒａｔｉｎｇ）、ブレーズド回折格子、階段格子（Ｓｔｅｐ Ｇｒａｔｉｎｇ）を含むグループから選択される請求項１に記載の焦点平面アレイシステム。

【請求項6】

前記１つ以上のビームは、コリメート（Ｃｏｌｌｉｍａｔｅ）され、それぞれのコヒーレントピクセルは、前記回折格子スタックについて固有の位置を有し、前記回折格子スタックは、前記回折格子スタックから固有の角度で出力される対応する光ビームを形成するためにそれぞれの個別のコヒーレントピクセルから放出されるコヒーレント光を回折させるように位置設定される請求項１に記載の焦点平面アレイシステム。

【請求項7】

前記焦点平面アレイシステムは、前記焦点平面アレイシステムの視野の一部にわたって前記１つ以上の光ビームをスキャンするように構成される請求項１に記載の焦点平面アレイシステム。

【請求項8】

前記コヒーレントピクセルアレイは、２Ｄアレイであり、前記焦点平面アレイシステムは、前記１つ以上の光ビームを２次元にスキャンするように構成される請求項７に記載の焦点平面アレイシステム。

【請求項9】

前記コヒーレントピクセルアレイのコヒーレントピクセルによって放出された光は、軸からずれた軸外し光であり、
前記焦点平面アレイシステムは、前記コヒーレントピクセルアレイと前記回折格子スタックとの間に位置設定される光学素子－前記光学素子は、前記コヒーレントピクセルアレイによって放出された前記軸外し光を軸上光に再指向させるように位置設定され、前記軸上光は、前記コヒーレントピクセルアレイの光軸に実質的に平行である－をさらに含む請求項１に記載の焦点平面アレイシステム。

【請求項10】

前記１つ以上の光ビームのうち、第１光ビームは、前記コヒーレントピクセルからの光から形成され、前記第１光ビームは、前記環境内のオブジェクトから反射してリターン光を形成し、前記光学素子は、前記回折格子スタックから前記リターン光を受信し、受信された前記リターン光を軸からずれた軸外し光に再指向させ、前記軸外しリターン光は、前記コヒーレントピクセルから検出される請求項９に記載の焦点平面アレイシステム。

【請求項11】

前記光学素子は、ブレーズド回折格子であり、前記コヒーレントピクセルから放出された光は、軸上にあるように回折する請求項９に記載の焦点平面アレイシステム。

【請求項12】

前記光学素子は、前記コヒーレントピクセルアレイをオーバーモールドするモノリシック材料であり、前記モノリシック材料の表面は、前記コヒーレントピクセルによって放出された光が軸上にあるように屈折するように前記コヒーレントピクセルについて斜めである請求項９に記載の焦点平面アレイシステム。

【請求項13】

前記光学素子は、マイクロプリズムアレイである請求項９に記載の焦点平面アレイシステム。

【請求項14】

前記マイクロプリズムアレイは、線形マイクロプリズムのアレイである請求項１３に記載の焦点平面アレイシステム。

【請求項15】

前記マイクロプリズムアレイは、円形のマイクロプリズムのアレイであり、前記マイクロプリズムは、一連のリングを形成し、前記コヒーレントピクセルアレイ内の前記コヒーレントピクセルは、放射状の分布パターンを有し、それぞれのマイクロプリズムは、前記コヒーレントピクセルアレイ内の少なくとも１つのコヒーレントピクセルを重畳する請求項１３に記載の焦点平面アレイシステム。

【請求項16】

前記マイクロプリズムアレイにおけるそれぞれのマイクロプリズムは、前記コヒーレントピクセルアレイ内の単一のコヒーレントピクセルを重畳する請求項１３に記載の焦点平面アレイシステム。

【請求項17】

前記コヒーレントピクセルアレイによって放出された光は、軸からずれた軸外し光であり、
前記焦点平面アレイシステムは、前記コヒーレントピクセルアレイと前記回折格子スタックとの間に位置設定される光学素子－前記光学素子は、前記コヒーレントピクセルアレイによって放出された前記軸外し光を軸上光に再指向させるように位置設定され、前記軸上光は、前記コヒーレントピクセルアレイの光軸に実質的に平行である－をさらに含む請求項１に記載の焦点平面アレイシステム。

【請求項18】

前記１つ以上の光ビームは、前記コヒーレントピクセルアレイからの光から形成され、前記１つ以上のビームは、前記環境内のオブジェクトから反射してリターン光を形成し、前記光学素子は、前記回折格子スタックから受信された前記リターン光を軸からずれた軸外し光に再指向させるように位置設定され、前記軸外しリターン光は、前記１つ以上のビームを生成した前記コヒーレントピクセルから検出される請求項１７に記載の焦点平面アレイシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願についての相互参照
本出願は、全体の開示内容が本明細書に参照として含まれる２０１９年７月２６日付に出願された米国臨時出願番号第６２／８７９、３８２号および２０１９年７月２６日付に出願された米国臨時出願番号第６２／８７９、３８３号についての３５Ｕ．Ｓ．Ｃ§１１９（ｅ）下の優先権を主張する。

【0002】

本開示内容は、一般的に、周波数変調連続波（ＦＭＣＷ、Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）光検出および距離測定（ＬｉＤＡＲ、Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）に関するものであって、特にＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムのための焦点平面アレイシステムに関する。

【背景技術】

【0003】

従来のＬｉＤＡＲシステムは、レーザービームをステアリングするために機械的移動部品およびバルク光学レンズ素子（すなわち、屈折レンズシステム）を使用する。そして、多数の応用（例えば、自動車）の場合、かさばりすぎ、高価で信頼できない。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

ＬｉＤＡＲシステムのためのレンズフリー焦点平面アレイ（ＦＰＡ、Ｆｏｃａｌ Ｐｌａｎｅ Ａｒｒａｙ）システム。ＬｉＤＡＲシステムは、例えば、ＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムであり得る。ＦＰＡシステムは、１つ以上の光ビームを環境内に放出する。１つ以上のビームは、環境内のオブジェクトから反射および／または散乱し、ＦＰＡシステムによって検出される。ＬｉＤＡＲシステムは、検出されたリターン光を使用して環境を説明する深さ情報を生成する。ＦＰＡシステムは、コヒーレントピクセルアレイ（ＣＰＡ、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｐｉｘｅｌ Ａｒｒａｙ）と回折格子スタック（ＤＧＳ、Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｓｔａｃｋ）を含む。ＣＰＡは、複数のコヒーレントピクセル（ＣＰ、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｐｉｘｅｌ）を含む。ＣＰは、１Ｄまたは２Ｄアレイに配列され得る。ＣＰは、干渉光を放出し、またリターン光を受信する。ＤＧＳは、直列に配列された１つ以上の回折格子を含む。ＤＧＳは、ＣＰＡアレイ内のそれぞれのＣＰによって放出された光をコリメートする薄い非周期的回折格子から構成され得る。ＤＧＳは、ＣＰＡによって放出されたコヒーレント光を１つ以上の光ビームとして環境内に指向させる。一部の実施形態において、ＤＧＳは、またＣＰＡのＣＰから放出した光をコリメートする。１つ以上の光ビームは、それぞれ特定の出力角度で放出され、特定の出力角度は、１つ以上のビームを形成するコヒーレント光を生成したＣＰの位置に部分的に基づく。一部の実施形態において、特定の出力角度は、それぞれのＣＰについて固有であり、それぞれのＣＰからの前記光は、ＤＧＳによってそのＣＰに固有の角度で光ビームとして出力される。

【0005】

ＦＰＡシステムは、ＣＰＡの異なるＣＰを選択的に活性化することによって、１つ以上のビームを１Ｄおよび／または２Ｄにスキャンすることができる。ＣＰＡ内のピクセルの位置に応じて、ＤＧＳから出るコリメートされたビームは、互いに異なる出力角度で伝播する。したがって、それぞれのＣＰは、ＤＧＳについて固有の位置を有し、一部の実施形態において、ＤＧＳは、ＤＧＳから固有の角度で出力される対応する光ビームを形成するためにそれぞれの個別のＣＰから放出されるコヒーレント光を回折させるように位置設定される。この効果は、ＬｉＤＡＲビームがプローブされている環境を横切ってステアリングされることを可能にする。このように、ＦＰＡシステムは、ＦＰＡシステムの視野の一部（例えば、部分）または全体にわたって１つ以上の光ビームをスキャンするように構成され得る。ＦＰＡシステムは、１つ以上の光ビームを１次元または２次元にスキャンすることができる。逆に、特定のリターン角度でＤＧＳに伝播する光ビームは、ＤＧＳによってＣＰＡ上の１つのスポットにフォーカシングされる。例えば、ビームを放出したＣＰは、反射／散乱したビームを受信するＣＰであり得る。

【0006】

一部の実施形態において、ＦＰＡシステムは、ＣＰＡのＣＰから放出した軸外し光（Ｏｆｆ－Ａｘｉｓ Ｌｉｇｈｔ）を（例えば、主放出軸がＣＰＡアレイに実質的に垂直である）軸上光（Ｏｎ－Ａｘｉｓ Ｌｉｇｈｔ）に変換するために光学素子（例えば、マイクロプリズム（Ｍｉｃｒｏｐｒｉｓｍ）アレイ、ブレーズド回折格子（Ｂｌａｚｅｄ Ｇｒａｔｉｎｇ）など）を含む。このようにして、ＣＰから放出される軸外し光は、軸上に放出されるように回折し得、軸上光は、ＤＧＳに提供される。そして、逆に、局所環境から反射した光は、ＤＧＳと光学素子を通過した後にＣＰから検出され得る。

【0007】

一部の実施形態において、ＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムは、ＦＰＡシステムを含む。ＦＰＡシステムは、ＣＰＡとＤＧＳを含む。ＣＰＡは、ＣＰを含み、それぞれのＣＰは、コヒーレント光を放出するように構成される。ＤＧＳは、ＣＰＡから放出されるコヒーレント光を１つ以上の光ビームとして環境内に回折させるように位置設定された少なくとも１つの回折格子を含む。そして、１つ以上の光ビームは、それぞれ特定の角度で放出され、特定の角度は、１つ以上のビームを形成するコヒーレント光を生成したＣＰの位置に部分的に基づく。

【0008】

一部の実施形態において、ＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムのＤＧＳが説明される。ＤＧＳは、コヒーレントピクセルアレイ（ＣＰＡ）のコヒーレントピクセル（ＣＰ）から放出されるコヒーレント光を１つ以上の光ビームとして環境内に回折させるように位置設定された少なくとも１つの回折格子を含み、１つ以上の光ビームは、それぞれ特定の角度で放出され、特定の角度は、１つ以上のビームを形成するコヒーレント光を生成したＣＰの個別の位置に部分的に基づく。

【図面の簡単な説明】

【0009】

本開示の実施形態の他の利点および特徴は、添付の図面の例に関連する以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲からより確実に明らかになるであろう。

【0010】

【図1】一部の実施形態によるＤＧＳとのＣＰＡの組み合わせに基づくＬｉＤＡＲビームステアリング応用のためのＦＰＡシステムのダイヤグラムを示す。

【0011】

【図2】１つ以上の実施形態によるＦＰＡシステムを含むＬｉＤＡＲシステムを示す。

【0012】

【図3】１つ以上の実施形態による不均一な格子周期性を有するブレーズド回折格子を含むＤＧＳを含むＦＰＡである。

【0013】

【図4】１つ以上の実施形態による数値的に設計された多段階格子を含むＤＧＳを含むＦＰＡである。

【0014】

【図5】１つ以上の実施形態によるＣＰＡの上部に位置設定されたマイクロプリズムアレイのダイヤグラムである。

【0015】

【図6】１つ以上の実施形態によるＣＰＡの上部に位置設定されたブレーズド回折格子のダイヤグラムである。

【0016】

【図7】１つ以上の実施形態による２次元に配列された例示的なマイクロプリズムアレイ（または同等にはブレーズド回折格子）を示す。

【0017】

【図8】１つ以上の実施形態による光学素子の内蔵型バージョンを示す。

【0018】

【図9】１つ以上の実施形態によるスイッチ可能なコヒーレントピクセルアレイ（Ｓｗｉｔｃｈａｂｌｅ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｐｉｘｅｌ Ａｒｒａｙ）ＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲチップの概略図を示す。

【0019】

【図10a】１つ以上の実施形態による４つのバージョンのコヒーレントピクセルを示す。

【図10b】１つ以上の実施形態による４つのバージョンのコヒーレントピクセルを示す。

【図10c】１つ以上の実施形態による４つのバージョンのコヒーレントピクセルを示す。

【図10d】１つ以上の実施形態による４つのバージョンのコヒーレントピクセルを示す。

【発明を実施するための形態】

【0020】

ＬｉＤＡＲシステムは、システムの視野についての深さ情報（例えば、１つ以上のオブジェクトについての距離、速度、加速度）を決定する。ＬｉＤＡＲシステムは、ＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムであり得る。ＬｉＤＡＲシステムは、ＦＰＡシステムを含む。

【0021】

ＦＰＡシステムは、１つ以上の光ビームを環境内に放出する。ＦＰＡシステムは、ＦＰＡシステムの視野の一部（例えば、部分）または全体にわたって１つ以上の光ビームをスキャンするように構成され得る。ＦＰＡシステムは、１つ以上の光ビームを１次元または２次元にスキャンすることができる。ＦＰＡシステムは、１つ以上のビームをステアリングおよび／または作るためにレンズを使用しない。１つ以上のビームは、環境内のオブジェクトから反射および／または散乱し、ＦＰＡシステムによって検出される。ＦＰＡシステムは、スイッチ可能なＣＰＡとＤＧＳを含む。ＣＰＡは、ＣＰを含み、ＣＰは、それぞれコヒーレント（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ）光を放出するように構成される。ＤＧＳは、直列に配列された（例えば、非周期的な）１つ以上の回折格子を含む。さらに、一部の実施形態において、ＤＧＳは、また並列に配列された追加の回折格子を含み得る。１つ以上の回折格子は、ＣＰＡから放出されるコヒーレント光を１つ以上の光ビームとして（例えば、回折を通して）環境内に指向させるように位置設定される。一部の実施形態において、ＤＧＳは、またＣＰによって放出された光をコリメートする。そして、１つ以上の光ビームは、それぞれ特定の角度で放出され、特定の角度は、１つ以上のビームを形成するコヒーレント光を生成したＣＰの位置に部分的に基づく。したがって、それぞれのＣＰは、ＤＧＳについて固有の位置を有し、一部の実施形態において、ＤＧＳは、ＤＧＳから固有の角度で出力される対応する光ビームを形成するためにそれぞれの個別のＣＰから放出されるコヒーレント光を回折させるように位置設定される。このように、ＦＰＡシステムは、ＣＰＡの異なるＣＰを選択的に活性化することによって、視野にわたって１つ以上のビームを１Ｄおよび／または２Ｄにスキャンすることができる。リターン光は、特定のリターン角度でＤＧＳに入射し、ＤＧＳは、リターン光のリターン角度の関数としてリターン光を特定のＣＰに指向させる。したがって、ＣＰからの光で構成されたビームの出力角度がリターン光のリターン角度と一致する場合、ＤＧＳは、リターン光をその同じＣＰに指向させる。

【0022】

一部の実施形態において、ＦＰＡシステムは、また、ＣＰＡのＣＰから放出した軸外し（Ｏｆｆ－Ａｘｉｓ）光を軸上（Ｏｎ－Ａｘｉｓ）光（例えば、主放出軸がＣＰＡアレイに実質的に垂直な光）に変換するために、光学素子（例えば、マイクロプリズム（Ｍｉｃｒｏｐｒｉｓｍ）アレイ、ブレーズド回折格子（Ｂｌａｚｅｄ Ｇｒａｔｉｎｇ）など）を含む。一部の実施形態において、ＣＰＡに垂直に伝播する光は、ＣＰＡの光軸に実質的に平行である。このようにして、ＣＰから放出される軸外し光は、軸上に放出されるように回折し得、軸上光は、ＤＧＳに提供される。そして、逆に、局所環境から反射した光は、ＤＧＳと光学素子を通過した後にＣＰから検出され得る。光学素子は、ＣＰＡとＤＧＳとの間に位置設定され得、光学素子は、ＣＰＡによって放出された軸外し光を軸上にあるように再指向させるように位置設定され、軸上光は、ＣＰＡの光軸に実質的に平行である。

【0023】

ＣＰは、リターン光を使用して１つ以上の出力信号を生成する。１つ以上の出力信号は、ＬｉＤＡＲシステムの視野についての深さ情報を決定するために使用される。深さ情報は、ＬｉＤＡＲシステムの視野内の様々な表面までの距離（Ｒａｎｇｅ）を示し、また、ＬｉＤＡＲシステムの視野内のオブジェクトの速度を説明する情報も含み得る。

【0024】

ＦＰＡシステムが少なくとも１次元で光をステアリングできることに注意するべきである。そして、一部の実施形態において、ＣＰは、ＦＰＡシステムが光ビームを２次元でステアリングできるように２次元に配列される。移動部品なしでビームをステアリングできることは、従来の機械的に駆動される多数のＬｉＤＡＲシステムで発見されるフォームファクタ、コスト、および信頼性の問題を軽減することができる。さらに、ＦＰＡシステムのＤＧＳは、ＦＰＡベースのＬｉＤＡＲシステム内のレンズに代替的な費用対効果が高く、軽量で小型のフォームファクタを有する。また、ＤＧＳは、従来のレンズが提供するものより高い追加の自由度を追加し、そうでない場合に成就できるものより高い性能を潜在的に可能にする。

【0025】

図１は、一部の実施形態によるＦＰＡシステム１１１のダイヤグラムを示す。ＦＰＡシステム１１１は、ＬｉＤＡＲのためのＣＰＡ１００およびＤＧＳ１１０を含む。ＣＰＡ１００は、複数のＣＰ１０２を含む。ＣＰＡ１００は、例えば、個別のＣＰの１Ｄまたは２Ｄアレイであり得る。それぞれのＣＰは、ＤＧＳ１１０に向かって垂直に光ビームを放出し、このビームの特性は（例えば、ビーム１０３、１０４によって示されたように）、ＣＰの位置に応じて変わり得る。ビーム１０３、１０４は、ＤＧＳ１１０を介して伝播し、ＣＰＡ１００内のソースＣＰの位置に応じた個別の角度で出射される。例えば、ＣＰ１０１がオンになると、ＤＧＳ１１０は、入射ビーム１０３を（実線で示されている）コリメートされた出射ビーム１０７に変換する。対照的に、ＣＰ１０２からの光は、ＤＧＳ１１０がコリメートされた出射ビーム１０８として出力する（点線で示されている）ビーム１０４として示される。任意の所与の時間に、１つ以上のＣＰをアレイで活性化できる。

【0026】

ＤＧＳ１１０は、１つ以上の非周期的回折格子１０５から構成される。一般的に、ＤＧＳ１１０は、複数の非周期的回折格子１０５を含む。少数のＣＰがＤＧＳ１１０の中心軸の近くに位置設定された一部の実施形態において、単一の非周期的回折格子を使用できる。ＤＧＳ１１０内の非周期的回折格子１０５は、直列および／または並列に配列され得る。例えば、図１は、直列に配列された複数の非周期的回折格子１０５を示す。他の実施形態において、ＤＧＳ１１０は、並列に配列された複数の非周期的回折格子を含み得、複数の非周期的回折格子の少なくとも一部も直列に配列される。例えば、ＤＧＳ１１０は、ＤＧＳ１１０の光軸に中心を置く中心領域を含み得、中心領域は、周辺領域によって囲まれる。一部の実施形態において、中心領域は、１つ以上の非周期的回折格子の第１セットを含み得、周辺領域は、互いに直列に配列された非周期的回折格子の他のセットを含み得る。この配列は、周辺領域を通過する光が中心領域を通過する光とは異なる方式で操作されるようにすることができる。例えば、中心領域は、周辺領域によって生成されたビーム角度の範囲よりも小さい範囲のビーム角度（例えば、出力ビーム角度）を生成し得る。他の実施形態において、中心領域における非周期的回折格子の数は、周辺領域における非周期的回折格子の数よりも多い。これは、例えば、費用対効果の高い方法で中心領域の近くのＣＰから放出されるビームのアパーチャ（Ａｐｅｒｔｕｒｅ）を改善するのに有用であり得る。

【0027】

このような回折格子は、連続的に変調された位相または個別位相レベルのセットを有し得る。格子１０５は、ガラスなどの低屈折率の材料、またはシリコンや他の半導体などの高屈折率の材料から製造できる。格子は、表面レリーフ格子（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｒｅｌｉｅｆ Ｇｒａｔｉｎｇ）、正弦波格子（Ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ Ｇｒａｔｉｎｇ）、ブレーズド回折格子（Ｂｌａｚｅｄ Ｇｒａｔｉｎｇ）、階段格子（Ｓｔｅｐ Ｇｒａｔｉｎｇ）、またはこれらの一部の組み合わせのような様々な形を取り得る。これは、ナノインプリントリソグラフィ（Ｎａｎｏ－Ｉｍｐｒｉｎｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、ディープ紫外線リソグラフィ（Ｄｅｅｐ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、または通常の技術を有する者が利用可能な他の製造技術を使用して製造できる。ＤＧＳ１１０に複数の回折格子がある実施形態において、格子は、媒質１０６によって分離できる。この媒質は、システムパラメータによって求められるように、空気であるか、またはポリマーまたはガラスのような他の高屈折率の材料であり得る。１つ以上の非周期的回折格子１０５は、互いにＣＰＡ１００に直列に配列される。

【0028】

通常の技術を有する者は、ＣＰＡ１００内の異なるＣＰからコリメートされたビームに結合された電力を最大化するように、ＤＧＳ１１０の回折格子を設計できる。図１のＦＰＡシステム１１１は、ＦＰＡシステム１１１から環境内に放出される光を示しており、光は、リターン光（図示せず）として環境内からＦＰＡシステム１１１に再び反射／散乱する可能性があることに注意するべきである。一部の実施形態において、ＤＧＳ１１０は、リターン光が放出ＣＰにリターンされるようにするものである（例えば、ビーム１０７からのリターン光は、ＣＰ１０１によって検出され、ビーム１０８に対応するリターン光は、ＣＰ１０２によって検出される）。例えば、送信方向に、ＣＰによって放出された光は、ＤＧＳ１１０を通過する。ビームがスタックを介して伝播かつ回折するにつれて、これは特定の角度（例えば、出力ビーム角度）でコリメートされたビームに作られる。このビームが（拡散）表面から反射するとき、光は、リターン光と同じ角度（例えば、リターンビーム角度）でＤＧＳにリターンし、したがって、リターン経路に沿ってＤＧＳ１１０にぶつかるおおよその「コリメートされた（Ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ）」波動がある。リターン方向に、ＤＧＳ１１０は、リターン光を逆の方法でＣＰに再びフォーカシングする。そして、反射表面が理想的な逆反射体である場合、リターン光は、放出ＣＰにほぼ完璧に再びフォーカシングされる。したがって、それぞれの放出ＣＰは、また、これが放出したリターン光も検出する－これは、ここで「相互型システム（Ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）」と呼ばれる。このようにして、１つ以上のＣＰは、ＤＧＳ１１０が１つ以上の光ビームに回折する光を放出し、ＤＧＳ１１０は、対応するリターン光を１つ以上のＣＰに回折させる。通常の技術を有する者は、ＣＰＡ内のすべてのＣＰについて最適に動作するようにＤＧＳ内の格子を設計できる。

【0029】

図２は、１つ以上の実施形態によるＦＰＡシステムを含むＬｉＤＡＲシステムを示す。ＦＰＡシステムは、図１を参照して前述したＦＰＡシステム１１１であり得る。例えば、ＦＰＡシステムは、相互型システムであり得る。ＦＰＡシステムは、ＤＧＳ２００、選択的な光学素子２０２およびＣＰＡ２０１を含む。ＤＧＳ２００は、ＤＧＳ１１０と実質的に同じであり得、ＣＰＡ２０１は、ＣＰＡ１００と実質的に同じであり得る。図２において、ＤＧＳ２００は、出力ビーム角度を補正するために光学素子２０２（例えば、プリズム、マイクロプリズムアレイ、回折格子など）を選択的に採用できるＣＰＡ２０１から入力を受ける。一部の場合において、光学素子２０２は、（例えば、図８に関連して以下で説明するように）ＣＰＡ２０１がその内部に内蔵され得ることに注意するべきである。ＤＧＳ２００は、様々な角度２０７でビームを出力する。ＣＰＡ２０１内のＣＰは、ＦＰＡドライバ２０５によって制御される。ＣＰＡ２０１内の１つ以上の個別のＣＰは、光を放出および受信するように活性化できる。ＣＰＡ２０１によって放出された光は、Ｑチャンネルレーザーアレイ２０４によって生成される。Ｑチャンネルレーザーアレイ２０４は、Ｑ個の並列チャンネルを有するレーザーアレイであり、Ｑは整数である。Ｑチャンネルレーザーアレイ２０４は、ＣＰＡ２０１と直接統合できたり、ＣＰＡ２０１と一緒にパッケージ化された別のモジュールであり得る。Ｑチャンネルレーザーアレイ２０４は、レーザーコントローラ２０６によって制御される。レーザーコントローラ２０６は、デジタル－アナログコンバータ２０８を介してＬｉＤＡＲ処理エンジン２０３から制御信号を受信する。また、処理は、ＦＰＡドライバ２０５を制御し、ＣＰＡ２０１からデータを送信および受信する。

【0030】

ＬｉＤＡＲ処理エンジン２０３は、マイクロコンピュータ２０９を含む。マイクロコンピュータ２０９は、ＦＰＡシステムからのデータを処理し、ＦＰＡドライバ２０５およびレーザーコントローラ２０６を介してＦＰＡシステムに制御信号を送信する。また、ＬｉＤＡＲ処理エンジン２０３は、Ｎチャンネル受信機２１０を含む。信号は、Ｎチャンネル受信機２１０によって受信され、信号は、Ｍチャンネルアナログ－デジタルコンバータ（ＡＤＣ）２１１のセットを使用してデジタル化される。

【0031】

図３は、１つ以上の実施形態による不均一な格子周期性を有するブレーズド回折格子を含むＤＧＳ３１０を含むＦＰＡシステム３１１である。ＦＰＡシステム３１１は、ＦＰＡシステム１１１の一実施形態である。ＦＰＡ３１１は、ＣＰＡ３００およびＤＧＳ３１０を含む。図示されていないが、ＦＰＡ３１１は、また、ＣＰＡ３００とＣＰＡのＣＰから放出された軸外し光を軸上光（例えば、主放出軸がＣＰＡに垂直な光）に変換するＤＧＳ３１０の間の光学素子（例えば、プリズム、プリズムアレイまたは別の回折格子）を含み得ることに注意するべきである。一部の実施形態において、ＣＰＡに垂直に伝播する光は、ＣＰＡの光軸に実質的に平行である。また、光学素子は、軸上のリターン光（環境から反射したビームの一部）を軸外し光となるように屈折させることができる。示されるように、ＣＰ３０１は、ＤＧＳ３１０を介して伝播する拡張する光ビーム３０３を放出する。ＤＧＳ３１０は、直列に配列された複数のブレーズド回折格子３０５を含む。複数のブレーズド回折格子３０５は、ＤＧＳ３１０から垂直に伝播するコリメートされた光ビーム３０６を生成する。この実施形態において、ブレーズド回折格子は、それぞれ従来のバルク光学レンズ素子の挙動を模倣するように、格子中心からの距離に応じて単調に展開される（すなわち、概ね増加するが、特定の部分では一定に維持されて減少しない）周期性を有する。従来のバルク光学レンズ素子は、本明細書に記載のＤＧＳの実施形態と比較して（例えば、相対的により重く、より大きなフォームファクタを有し、より高価である）多くの欠点を有することに注意するべきである。同様に、ＣＰＡ３００における中心から外れて位置した第２ＣＰ３０２は、光を斜めのコリメートされた光ビーム３０７に変換するＤＧＳ３１０を介して伝播する光ビーム３０４を放出する。異なるＣＰからの光は、ＤＧＳ３１０の出力において異なるビーム角度（例えば、出力ビーム角度）を有することに注意するべきである。したがって、ＦＰＡシステムは、異なるＣＰを選択的に活性化することによって、全環境でビームをステアリングできる。

【0032】

図３は、ＦＰＡシステム３１１から環境内に放出される光を示しており、光は、リターン光（図示せず）として環境からＦＰＡシステム３１１に再び反射／散乱する可能性があることに注意するべきである。一部の実施形態において、ブレーズド回折格子３０５のスタックは、リターン光が放出ＣＰにリターンされる相互型システムとなるように設計される（例えば、ビーム３０６からのリターン光がＣＰ３０１によって検出され、ビーム３０７に対応するリターン光がＣＰ３０２によって検出される）。

【0033】

図４は、１つ以上の実施形態による数値的に設計された多段階格子を含むＤＧＳ４１０を含むＦＰＡシステム４１１である。ＦＰＡシステム４１１は、ＦＰＡシステム１１１の一実施形態である。ＦＰＡ４１１は、ＣＰＡ４００およびＤＧＳ４１０を含む。示されていないが、ＦＰＡ４１１は、また、ＣＰＡ４００とＣＰＡのＣＰから放出された軸外し光を軸上光（例えば、主放出軸がＣＰＡに垂直な光）に変換するＤＧＳ４１０の間の光学素子（例えば、プリズム、プリズムアレイまたは別の回折格子）を含み得ることに注意するべきである。一部の実施形態において、ＣＰＡに垂直に伝播する光は、ＣＰＡの光軸に実質的に平行である。また、光学素子は、軸上のリターン光（環境から反射したビームの一部）を軸外し光となるように屈折させることができる。示されるように、ＣＰ４０１は、ＤＧＳ４１０を介して伝播する拡張する光ビーム４０３を放出する。ＤＧＳ４１０は、直列に配列された複数の多段階格子４０５を含む。多段階格子は、数値最適化の方法を使用して設計される重要でない厚さの分布を有する。同様に、ＣＰＡ４０２の中心から外れて位置した第２ピクセルは、ＤＧＳ４１０を介して伝播する光ビーム４０４を放出する。ＤＧＳ４１０は、光を斜めのコリメートされた光ビーム４０７に変換する。

【0034】

図４は、ＦＰＡシステム４１１から環境内に放出される光を示しており、光は、リターン光（図示せず）として環境からＦＰＡシステム４１１に再び反射／散乱する可能性があることに注意するべきである。一部の実施形態において、ＤＧＳ４１０は、リターン光を放出ＣＰにリターンさせる相互型システムである（例えば、ビーム４０６からのリターン光がＣＰ４０１によって検出され、ビーム４０７に対応するリターン光がＣＰ４０２によって検出される）。

【0035】

図５は、１つ以上の実施形態によるＣＰＡ１００の上部に位置設定されたマイクロプリズムアレイ５０２のダイヤグラムである。マイクロプリズムアレイ５０２は、光学素子２０２の一実施形態である。マイクロプリズムアレイ５０２は、周辺媒質（例えば、空気）の屈折率より高い屈折率を有する材料からなる（少なくともＣＰＡ１００によって放出された光の帯域にわたって）透明な三角形要素のアレイを含む。ＣＰＡ１００は、個別のＣＰのアレイを含む。前述のように、ＣＰＡ１００のＣＰは、一度に１つずつおよび／またはグループでオンおよびオフにすることができる。

【0036】

それぞれのＣＰは、発光分布に応じて光を放出する発光領域を含む。例えば、ＣＰ１０１は、主放出軸５２０と軸外し境界５２５、５３０とを有する放出分布を有する。主放出軸５２０は、放出領域が最も強い光を放出する方向である。放出分布は、主放出軸５２０を中心に回転対称であるか、または回転非対称であり得る。

【0037】

示されるように、それぞれのＣＰは、主放出軸が角度５０５で斜めの光ビームを放出する。－その結果、ＣＰのそれぞれによって放出された光は、軸外し光である。軸外し光は、主放出軸がＣＰＡ１００に垂直な軸に平行でない光である。一部の実施形態において、軸は、ＦＰＡシステムの光軸であり得る。対照的に、軸上光は、主放出軸が軸に実質的に平行な光である。示されるように、角度５０５は、それぞれのＣＰについて同じであるが、他の実施形態において、角度の一部または全部が互いに異なり得ることに注意するべきである。マイクロプリズムアレイ５０２のそれぞれのマイクロプリズムは、１つ以上のファセット（Ｆａｃｅｔ）５０４を含む。それぞれのＣＰは、マイクロプリズムの少なくとも１つのファセットと重畳する。一部の実施形態において、単一のマイクロプリズムが複数のＣＰを重畳できることに注意するべきである。マイクロプリズムは、（例えば、マイクロプリズムの材料および１つ以上のファセット５０４の形状を通じて）軸外し光が軸上光に再指向され、同様に軸上光（すなわち、リターン光）が軸外し光に再指向されるように（すなわち、ＣＰに入射するように）構成され得る。

【0038】

図６は、１つ以上の実施形態によるＣＰＡ１００の上部に位置設定されたブレーズド回折格子６０２のダイヤグラムである。ブレーズド回折格子６０２は、光学素子２０２の一実施形態である。ブレーズド回折格子６０２は、屈折の代わりに回折の原理のもとに動作するという点を除いて、マイクロプリズムアレイ５０２と同じ機能を実施する。

【0039】

図７は、１つ以上の実施形態による２次元に配列された例示的なマイクロプリズムアレイ（または同等には、ブレーズド回折格子）を示す。マイクロプリズムアレイは、光学素子２０２および／またはマイクロプリズムアレイ５０２の一実施形態であり得る。７００において、マイクロプリズムアレイは、同一に斜めのＣＰの規則的なグリッドと互換性がある１Ｄ線形アレイに配列される。７０１において、マイクロプリズムアレイは、放射状に対称であり、これはＣＰの放射状に対称であるグリッドと互換性がある。７０２において、マイクロプリズムの位置と方向は、任意であり、これはＣＰの任意の配列と互換性がある。例えば、７０２に示されるそれぞれのマイクロプリズムは、１つ以上の対応するＣＰをカバーすることができ、一部の場合において、７０２におけるそれぞれのマイクロプリズムは、単一の対応するＣＰをカバーする。３つの例すべてにおいて、出射ビームは、同じ軸上の角度で伝播する。

【0040】

図８は、１つ以上の実施形態によって光学素子の内蔵型バージョンを示す。この場合において、コヒーレントピクセルアレイ８００（例えば、ＣＰＡ１００の一実施形態）は、高屈折率媒質８０２に内蔵されたＣＰ８０１を含む。光学素子は、コヒーレントピクセルアレイ８００をオーバーモールドするモノリシック材料であり、モノリシック材料の表面８０４は、ＣＰ８０１によって放出された光が軸上光に屈折するようにＣＰ８０１について角度を成している。ＣＰは、小さな角度で伝播する光ビーム８０３を放出する。ビームは、研磨かつ小さな角度で斜めの表面５０４に衝突することによって、送信されたビーム８０５が垂直に伝播される（すなわち、実質的に軸上にあることになる）。他の実施形態において、表面の角度は、送信されたビーム８－５が一部の他のターゲット角度で放出されるようにするものであり得る。

【0041】

図９は、１つ以上の実施形態によるスイッチ可能なコヒーレントピクセルアレイ（ＳＣＰＡ、Ｓｗｉｔｃｈａｂｌｅ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｐｉｘｅｌ Ａｒｒａｙ）ＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲチップ９１１の概略図を示す。ＬｉＤＡＲチップは、光集積回路である。チップは、複数の基本機能サブアレイ９００を含み得る。それぞれのサブアレイ９００は、光の入／出力（Ｉ／Ｏ）ポート９０２と、選択的な１－Ｋ光スプリッター９０３と、１つ以上のＳＣＰＡ９０１と、を含み、ここで、Ｋは整数である。１－Ｋ光スプリッター９０３は、受動型または能動型であり得る。それぞれの光Ｉ／Ｏは、オフチップまたはオンチップレーザーによって提供される周波数変調光源によって供給される。光Ｉ／Ｏの数を減らすために選択的な１－Ｋ光スプリッターを介して光パワーがオンチップに分配されることができる。図示の実施形態において、１－Ｋ光スプリッター９０３のそれぞれの出力は、対応するＳＰＣＡ９０１に供給される。図示の実施形態において、それぞれのＳＣＰＡ９０１は、Ｍ個のコヒーレントピクセル９０５および光スイッチネットワーク９０４を含み、ここで、Ｍは整数である。一部の場合において、１つ以上の光スイッチネットワーク９０４、選択的な１－Ｋ光スプリッター９０３、またはこれらの一部の組み合わせは、単に光スイッチといえることに注意するべきである。光スイッチは、入力ポート９０２をコヒーレントピクセル内の光アンテナにスイッチ可能に結合するように構成され、これにより入力ポートと光アンテナとの間に光経路を形成する。光スイッチは、複数の能動光スプリッターを含み得る。一部の実施形態において、光スイッチは、ＦＭＣＷトランシーバのスキャニング期間中に周波数変調されたレーザー信号を一度に１つずつ光アンテナのそれぞれに光学的に結合する。

【0042】

光スイッチネットワーク９０４は、距離測定および検出のために周波数変調された光（ＦＭ Ｌｉｇｈｔ）を送信および受信するように、Ｍ個のコヒーレントピクセルのうち、１つ以上を選択する。コヒーレントピクセルは、チップ上に物理的に１次元アレイ（例えば、線形アレイ）または２次元アレイ（例えば、長方形または規則性アレイ、例えば、グリッドのような非ランダム配列）に配列され得る。一部の実施形態において、選択されたコヒーレントピクセルは、光を自由空間に送信し、リターンされる光信号を受信し、コヒーレント検出を行い、光信号をデジタル信号処理のために電気信号に直接変換できる。受信された光信号は、検出できるようにスイッチネットワークを介して再び伝播することなく、代わりに（例示された実施形態には示されていないが）出力が個別にルーティングされ、これは損失を減少させ、したがって、信号品質を改善することに注意するべきである。

【0043】

図１０ａ～図１０ｄは、１つ以上の実施形態による４つのバージョンのコヒーレントピクセルを示す。４つのバージョンのコヒーレントピクセルは、例えば、図９で前述したコヒーレントピクセルの実施形態であり得る。図１０ａおよび図１０ｂにおいて、光スイッチネットワーク（例えば、光スイッチネットワーク９０４）からの光がコヒーレントピクセルの光入力ポート１００３に提供される。双方向の光２×２スプリッター１００２は、光をＴＸ信号１００５と局部発振器１００６（ＬＯ、Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）という２つの出力ポートに分割する。ＴＸ信号１００５は、光アンテナ１０００を使用してチップから送信される。光アンテナは、格子カプラ、エッジカプラ、統合反射器、または任意のスポットサイズコンバータのように、オンチップ導波管から自由空間に光を放出するか、または自由空間からオンチップ導波管に光を結合する装置である。光アンテナは、通常、１つの特定の偏光（例えば、ＴＥ）を有する光についてはるかに高い放出／結合効率を有する偏光感度を有し得る。アンテナは、相互型であり、したがって、測定下のオブジェクトから反射したビームを収集し、これを双方向２×２スプリッター１００２に再び送信し、当該スプリッターは、これを再びポート１００４、１００６の間に分割する。双方向の光２×２スプリッター１００２は、送信機と受信機が一緒に配置されたこのようなモノスタティック構成において、「擬似サーキュレータ（Ｐｓｅｕｄｏ Ｃｉｒｃｕｌａｔｏｒ）」として機能する。ポート１００４およびＬＯ１００６からの受信された信号は、図１０ａのような平衡２×２光結合器１００１または図１０ｂのようなハイブリッド光学素子（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｈｙｂｒｉｄ）１００９であり得る光ミキサーによるコヒーレント検出のためにミックスされる。最後に、図１０ａにおける一対のフォトダイオード（ＰＤ、Ｐｈｏｔｏ－Ｄｉｏｄｅ）１００７と図１０ｂにおける４つのＰＤは、ビートトーン検出のために光信号を電気信号に変換する。図１０ａにおけるバージョンは、平衡フォトダイオード（ＢＰＤ、Ｂａｌａｎｃｅｄ Ｐｈｏｔｏ－Ｄｉｏｄｅ）バージョンと呼ばれ、図１０ｂのバージョンは、ハイブリッドバージョンと呼ばれる。ハイブリッドバージョンは、ＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムで速度－距離の曖昧さを解消したり、高度なＤＳＰアルゴリズムを可能にするために使用できる同相および直交位相（Ｉｎ－ｐｈａｓｅ ａｎｄ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）出力（Ｉ／Ｑ）を提供する。双方向の光２×２スプリッターを「擬似サーキュレータ」として使用すれば、数百個のピクセルを有する大規模アレイ（Ｌａｒｇｅ－Ｓｃａｌｅ Ａｒｒａｙ）について非実用的なすべての単一ピクセルのための個別サーキュレータを有することを除去できる。したがって、（誘導された光パワーの一部がコヒーレント検出に使用できないため）、コヒーレントピクセルは、最大６ｄＢの信号対雑音比（ＳＮＲ）ペナルティでコストおよびフォームファクタを大幅に低減し得る。例えば、受信された光信号は、ポート１００３とポート１００４との間で分割でき、後者は、コヒーレント検出に使用される。図１０ｃおよび１０ｄに示されるコヒーレントピクセルの設計は、新しい構造に偏光分割アンテナ１０１０を導入することによって、このような制限を解決する。光スイッチネットワークからの光は、コヒーレントピクセルの光入力ポート１００３に提供される。光スプリッター１０１２は、光をＴＸ信号１０１５と局部発振器１０１４（ＬＯ）という２つの出力ポートに分割する。ＴＸ信号１０１５は、１つの偏光（例えば、ＴＭ）を有する偏光分割光アンテナ１０１０を使用してチップから直接送信される。アンテナは、測定下のオブジェクトから反射したビームを収集し、直交偏光（例えば、ＴＥ）を導波管１０１３に結合し、これを光ミキサーに直接送信する。この場合において、アンテナによって受信された光信号は、追加のスプリッターまたは「擬似サーキュレータ」によってこれ以上分割されない。ポート１０１３とＬＯ１０１４から受信された信号は、図１０ｃのような平衡２×２光結合器１００１、または図１０ｄのようなハイブリッド光学素子１００９であり得る光ミキサーによるコヒーレント検出のためにミックスされる。最後に、図１０ｃにおける一対のフォトダイオード（ＰＤ）１００７と図１０ｄにおける４つのＰＤは、ビートトーン検出のために光信号を電気信号に変換する。この設計は、すべての単一のコヒーレントピクセルについて非常に効率的な統合サーキュレータを実装し、超高感度のオンチップモノスタティックＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲを可能にする。その詳細は、図８～図１０でさらに論じられる。一部の実施形態において、図２と連携して、図１０ａ～図１０ｄのコヒーレントピクセルは、複数の光アンテナのそれぞれが別のスプリッターを有し、それぞれのスプリッターは、光スイッチと対応するアンテナの間の個別の光経路に沿って結合されるようにするものである。
追加構成情報

【0044】

図面および前述の説明は、単に例示として好ましい実施形態に関する。前述のように、本明細書に開示された構造および方法の代替実施形態は、請求項の原理から逸脱することなく採用できる実行可能な代替として容易に認識されることに注意するべきである。

【0045】

詳細な説明は、多数の詳細を含むが、これらは本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではなく、単に異なる例を例示するものと解釈されるべきである。本開示内容の範囲は、前記で詳細に説明されていない他の実施形態が含まれていることを理解されるべきである。本明細書に開示された方法および装置の配列、動作および詳細について、添付の特許請求の範囲で定義された思想および範囲から逸脱することなく、通常の技術を有する者に自明である様々な他の変形、変化および変更が行われ得る。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその法的均等物によって決定されるべきである。

【0046】

代替実施形態は、コンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアおよび／またはこれらの組み合わせで実装される。実施形態は、プログラマブルプロセッサによる実行のために機械読み取り可能な格納装置に実質的に具体化されたコンピュータプログラム製品として実装でき、方法ステップは、入力データについて動作して出力を生成することによって機能を行うために命令語プログラムを実行するプログラマブルプロセッサによって行われ得る。実施形態は、有利には、データ格納システム、少なくとも１つの入力装置および少なくとも１つの出力装置からデータおよび命令語を受信し、これからデータおよび命令語を送信するように結合された少なくとも１つのプログラマブルプロセッサを含むプログラマブルシステムで実行可能な１つ以上のコンピュータプログラムで実装できる。それぞれのコンピュータプログラムは、高度な手続き的またはオブジェクト指向のプログラミング言語または必要に応じてアセンブリまたは機械語で実装でき、任意の場合、言語は、コンパイルまたはインタープリトされた言語であり得る。適切なプロセッサは、例として、汎用および特殊目的のマイクロプロセッサを含む。一般的に、プロセッサは、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）および／またはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）から命令語およびデータを受信する。一般的に、コンピュータは、データファイルを格納するための１つ以上の大容量の格納装置を含み、このような装置は、内部ハードディスクおよびリムーバブルディスクなどの磁気ディスク、光磁気ディスク、および光ディスクを含む。コンピュータプログラム命令語およびデータを実質的に実装するのに適切な格納装置は、例として、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭおよびフラッシュメモリ装置などの半導体メモリ装置、内部ハードディスクおよびリムーバブルディスクなどの磁気ディスク、光磁気ディスク、およびＣＤ－ＲＯＭディスクを含むあらゆる形態の不揮発性メモリを含む。前述のすべては、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ、Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）および他の形態のハードウェアによって補完されるか、またはこれに統合され得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10a】

【図10b】

【図10c】

【図10d】