▶ ブラックモア センサーズ アンド アナリティクス インク．の特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-01-19
(54)【発明の名称】屈折ビームステアリング方法およびシステム
(51)【国際特許分類】
G01S 7/481 20060101AFI20220112BHJP
G01S 17/931 20200101ALI20220112BHJP
B60W 60/00 20200101ALI20220112BHJP
【ＦＩ】
G01S7/481 A
G01S17/931
B60W60/00
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021538999
(86)(22)【出願日】2019-12-31
(85)【翻訳文提出日】2021-08-24
(86)【国際出願番号】 US2019069144
(87)【国際公開番号】W WO2020142546
(87)【国際公開日】2020-07-09
(31)【優先権主張番号】62/788,304
(32)【優先日】2019-01-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】519174791
【氏名又は名称】ブラックモア センサーズ アンド アナリティクス エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】110002789
【氏名又は名称】特許業務法人ＩＰＸ
(72)【発明者】
【氏名】アンガス，エドワード ジョーゼフ
【テーマコード（参考）】
3D241
5J084
【Ｆターム（参考）】
3D241BA61
3D241BA62
3D241BA63
5J084AA05
5J084AA10
5J084AB20
5J084AC02
5J084BA03
5J084BA40
5J084BA50
5J084BA51
5J084BB12
5J084BB13
5J084BB14
5J084BB30
5J084CA03
5J084CA08
5J084CA09
5J084CA27
5J084CA31
5J084CA48
5J084CA68
5J084CA70
5J084DA01
5J084DA08
5J084DA09
5J084EA22
5J084FA01
(57)【要約】
光検出および距離測定（ＬＩＤＡＲ）システムが屈折ビームステアリングのために提示される。前記ＬＩＤＡＲシステムは、光軸に沿って送信されたビームを受信し、前記ビームを前記光軸に対して定義される第１角度と第２角度との間の第１平面に複数のスキャンラインで投影する第１スキャナと、前記第１スキャナに結合されたモーターと、特定波形の１つ以上のコンポーネントに基づいて回転情報を生成し、前記モーターにとって前記回転情報に基づいて、前記第１スキャナを回転させるようにする信号を前記モーターに送信するように構成される１つ以上のプロセッサを含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光軸に沿って送信されたビームを受信し、前記ビームを前記光軸に対して定義される第１角度と第２角度との間の第１平面に複数のスキャンラインで投影する第１スキャナと、前記第１スキャナに結合されるモーターと、
特定波形の１つ以上のコンポーネントに基づいて回転情報を生成し、前記モーターにとって前記回転情報に基づいて前記第１スキャナを回転させるようにする信号を前記モーターに送信するように構成される１つ以上のプロセッサと、を含むＬＩＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）システム。
【請求項2】
前記特定波形は、三角波形（Ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ Ｗａｖｅｆｏｒｍ）または鋸歯状波形（Ｓａｗｔｏｏｔｈ Ｗａｖｅｆｏｒｍ）である請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項3】
前記特定波形の１つ以上のコンポーネントは、前記特定波形の複数のフーリエ（Ｆｏｕｒｉｅｒ）コンポーネントの波形を含む請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項4】
前記複数のフーリエコンポーネント波形のうち、第１フーリエコンポーネント波形は、前記複数のフーリエコンポーネント波形のうち、第２フーリエコンポーネント波形の振幅よりも大きい振幅を有する請求項３に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項5】
前記第１フーリエコンポーネント波形は、前記第２フーリエコンポーネント波形の周波数よりも低い周波数を有する請求項４に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項6】
前記回転情報は、角周波数（Ａｎｇｕｌａｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）、周波数、位相または振幅のうち、少なくとも１つを含む請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項7】
前記１つ以上のプロセッサは、前記第１スキャナに関連する１つ以上のパラメータを決定し、
前記１つ以上のパラメータおよび前記１つ以上のコンポーネントに基づいて前記回転情報を生成するように追加で構成される請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項8】
前記１つ以上のパラメータは、角度、屈折率または寸法のうち、少なくとも１つを含む請求項７に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項9】
（ｉ）前記光軸に沿って配置され、（ｉｉ）前記第１スキャナから前記第１平面に投影された前記複数のスキャンラインを受信し、（ｉｉｉ）前記複数のスキャンラインを前記光軸に対して定義される第３角度と第４角度との間の第２平面に複数の第２スキャンラインで投影する第２スキャナをさらに含み、前記モーターは、前記第２スキャナに機械的に結合され、
前記信号は、前記モーターにとって前記回転情報に基づいて前記第２スキャナを回転させるようにする請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項10】
前記第１スキャナは、１つ以上のリスレープリズム（Ｒｉｓｌｅｙ Ｐｒｉｓｍ）を含む請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項11】
（ｉ）前記光軸に沿って配置され、（ｉｉ）前記第１平面に投影された前記複数のスキャンラインを受信し、（ｉｉｉ）前記複数のスキャンラインを第３平面に複数の第３スキャンラインで投影する第３スキャナをさらに含む請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項12】
前記第３スキャナは、ポリゴン（Ｐｏｌｙｇｏｎ）スキャナを含む請求項１１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項13】
前記第１スキャナは、第１軸に沿って前記ビームの作動（Ａｃｔｕａｔｉｏｎ）を制御し、前記第３スキャナは、第２軸に沿って前記ビームの作動を制御する請求項１１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項14】
請求項１ないし請求項１３のいずれか一項に記載の前記ＬＩＤＡＲシステムを使用する方法において、前記光軸に沿って送信された前記ビームを受信するステップと、
前記特定波形の前記１つ以上のコンポーネントに基づいて、第１スキャンパターンおよび第２スキャンパターンを含む前記回転情報を生成するステップと、
前記第１スキャンパターンに基づいて、前記ビームを前記第１平面に前記複数のスキャンラインで投影するステップと、
前記第１平面に投影された前記複数のスキャンラインを受信するステップと、
前記第２スキャンパターンに基づいて、前記複数のスキャンラインを前記第１平面と直交する前記第２平面に前記複数の第２スキャンラインで投影するステップと、を含む方法。
【請求項15】
請求項１ないし請求項１３のいずれか一項に記載のＬＩＤＡＲシステムを含む車両自動制御システム。
【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、全開示の内容が本明細書に参照として含まれる２０１９年１月４日に出願した米国臨時出願番号第６２／７８８、３０４号についての優先権およびその利益を主張する。
本出願は、全開示の内容が本明細書に参照として含まれる２０１９年１月４日に出願した米国臨時出願番号第６２／７８８、３０４号についての優先権およびその利益を主張する。
【背景技術】
【0002】
コンピューティングや車両レーザーレーダー（ＲＡＤＡＲ）とも呼ばれる光学検出および距離測定（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）のための多くの場合ニーモニック（Ｍｎｅｍｏｎｉｃ）のＬＩＤＡＲと呼ばれるレーザーを用いた距離の光学検出は、高度計から映像（Ｉｍａｇｉｎｇ）、衝突回避に至るまで様々な応用分野で使用される。ＬＩＤＡＲは、電波検出および距離測定（Ｒａｄｉｏ－Ｗａｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ、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サイズでより微細なスケールの距離解像度（Ｒａｎｇｅ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）を提供する。距離の光学検出は、光パルスのオブジェクトまでの往復移動時間に基づく直接距離測定を含み、送信されたチャープ（Ｃｈｉｒｐ）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を含み、自然信号から区別できる一連の単一周波数位相変化に基づいて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行われ得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
現在、開示された側面は、一般的に光学分野の光検出および距離測定（ＬＩＤＡＲ）に関連しており、特にＬＩＤＡＲシステムにおける屈折ビームステアリングのためのシステムおよび方法に関連している。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本明細書に開示された一実施例は、屈折ビームステアリングのための光検出および距離測定（ＬＩＤＡＲ）システムに直結する。一部の実施例において、前記ＬＩＤＡＲシステムは、光軸に沿って送信されたビームを受信し、前記ビームを第１平面に第１角度と第２角度との間の複数のスキャンラインで投影する第１スキャナを含む。一部の実施例において、第１角度および第２角度は、前記光軸について定義される。一部の実施例において、前記ＬＩＤＡＲシステムは、前記第１スキャナ（また、本明細書における「光学コンポーネント」と呼ばれる）に結合されたモーターを含む。一部の実施例において、前記システムは、特定波形の１つ以上のコンポーネントに基づいて、回転情報を生成するように構成される１つ以上のプロセッサを含む。一部の実施例において、前記１つ以上のプロセッサは、前記モーターに信号を送信するように追加で構成される。一部の実施例において、前記信号は、前記モーターにとって前記回転情報に基づいて前記第１スキャナを回転させるようにする。
【0005】
他の側面においては、現在開示されている事項は、ＬＩＤＡＲシステムで屈折ビームステアリングのための方法に直結する。一部の実施例において、前記方法は、光軸に沿って送信されたビームを受信するステップを含む。一部の実施例において、前記方法は、特定波形の１つ以上のコンポーネントに基づいて、第１スキャンパターンおよび第２スキャンパターンを生成するステップを含む。一部の実施例において、前記方法は、前記第１スキャンパターンに基づいて前記ビームを第１平面に複数のスキャンラインで投影するステップを含む。一部の実施例において、前記方法は、前記第１平面に投影された前記複数のスキャンラインを受信するステップを含む。一部の実施例において、前記方法は、前記第２スキャンパターンに基づいて前記複数のスキャンラインを第２平面に複数の第２スキャンラインで投影するステップを含む。一部の実施例において、前記第１平面は、前記第２平面に直交する。
【0006】
他の側面においては、現在開示されている事項は、１つ以上のプロセッサによって実行されるとき、前記１つ以上のプロセッサにとって三角波形の複数のフーリエコンポーネント波形を決定する動作を含む作業を行うためのコマンドを格納する不揮発性のコンピュータ読み取り可能な格納媒体（Ｎｏｎ－Ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－Ｒｅａｄａｂｌｅ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｍｅｄｉｕｍ）に直結する。一部の実施例において、前記不揮発性のコンピュータ読み取り可能な格納媒体は、１つ以上のプロセッサによって実行されるとき、前記１つ以上のプロセッサにとって前記複数のフーリエコンポーネント波形の第１パラメータ値に基づいて、１つ以上の光学コンポーネントのパラメータ値を決定する動作を含む作業を行うためのコマンドを格納する。一部の実施例において、前記不揮発性のコンピュータ読み取り可能な格納媒体は、１つ以上のプロセッサによって実行されるとき、前記１つ以上のプロセッサにとって、前記フーリエコンポーネント波形の第２パラメータ値に基づいて、前記１つ以上の光学コンポーネントのそれぞれの角周波数および相対位相を決定する動作を含む作業を行うためのコマンドを格納する。一部の実施例において、前記不揮発性のコンピュータ読み取り可能な格納媒体は、前記１つ以上の光学コンポーネントにとって光軸に沿って送信されたビームを受信し、前記ビームを前記三角波形に基づいて、第１平面に第１角度と第２角度との間の複数のスキャンラインで投影させるために１つ以上のプロセッサによって実行されるとき、前記１つ以上のプロセッサにとって、前記１つ以上の光学コンポーネントのそれぞれの前記角周波数と相対位相に基づいて、前記１つ以上の光学コンポーネントを回転させる動作を含む作業を行うためのコマンドを格納する。一部の実施例において、前記第１および第２角度のそれぞれは、前記光軸についてのものである。
【0007】
しかし、他の側面、特徴、および利点は、本発明を実行するために考えられる最良の実施形態を含む多数の特定の実施例および実行を図示することによって、次の詳細な説明から容易に明らかになる。他の実施例は、また他の様々な特徴および利点であり得、これらのいくつかの具体的事項は、すべて本発明の思想および範囲を逸脱しない線で多様かつ明白な側面で修正され得る。したがって、図面と説明は、制限のためのものではなく、事実上例示的なものとみなされることがある。
【図面の簡単な説明】
【0008】
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、添付図面において、類似の構成要素は、類似の参照番号が付与されており、
【0009】
【図1A】一実施例によって距離の測定のためにリターンされた光信号とともに一連の２進数として、送信された信号の例を示す概略的なグラフ（Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ Ｇｒａｐｈ）であり、
【図1B】一実施例によって基準信号のスペクトルおよびドップラーシフトされたリターン信号のスペクトルの例を示す概略的なグラフであり、
【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コンポーネントの交差スペクトルの例を示す概略的なグラフであり、
【図1D】一実施例によって距離についての光チャープ測定の例を示すグラフであり、
【図1E】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、周波数時間プロット（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｔｉｍｅ Ｐｌｏｔ）のリターン信号を破線として示すグラフであり、
【図2A】一実施例によって高解像度（Ｈｉ－ｒｅｓ）ＬＩＤＡＲシステムのコンポーネントの例を示すブロック図であり、
【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 鋸歯型（Ｓａｗ Ｔｏｏｔｈ）スキャンパターンを示すブロック図であり、
【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速度ポイントクラウド（Ｓｐｅｅｄ Ｐｏｉｎｔ Ｃｌｏｕｄ）の例を示すイメージであり、
【図4A】一実施例によって軸に対する光学コンポーネントの回転に基づいて円錐形の表面を定義するための角度で入射ビームをステアリングする図３のスキャニング光学装置の光学コンポーネントの例を示すイメージであり、
【図4G】一実施例によって光学コンポーネントの集合的回転（Ｃｏｌｌｅｃｔｉｖｅ Ｒｏｔａｔｉｏｎ）に基づいて、光軸に対して垂直なビームを集合的にステアリングする光軸に沿って連続的に配列された光学コンポーネントの例を示すイメージであり、
【図4N】一実施例によって２次元平面の垂直方向に沿って図４Ｇのステアリングされたビームの投影された角度を示す図４Ｋないし図４Ｍの正弦曲線波形（Ｓｉｎｕｓｏｉｄ Ｗａｖｅｆｏｒｍ）を結合することによって生成される波形の例を示すグラフであり、
【図4O】一実施例によって単位振幅の三角波形および単位振幅の正弦曲線波形の例を示すグラフであり、
【図5】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システムを含むシステムの例を示すブロック図であり、
【図6】一実施例によって望む波形に応じて第１角度および第２角度との間の第１平面でビームのスキャンパターンを最適化するための方法の例を示すフローチャートであり、
【図6B】一実施例によってＬＩＤＡＲシステムで屈折ビームステアリングのための方法の例を示すフローチャートであり、
【図7】本発明の一実施例が実行できるコンピュータシステムを示すブロック図であり、
【図8】本発明の一実施例が実行できるチップセット（Ｃｈｉｐ Ｓｅｔ）を例示する。
【発明を実施するための形態】
【0010】
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システムは、低いパルス反復率（Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｒａｔｅ）と高いパルスピーク電力（Ｐｕｌｓｅ Ｐｅａｋ Ｐｏｗｅｒ）を有する短いパルスレーザー（Ｓｈｏｒｔ Ｐｕｌｓｅ Ｌａｓｅｒ）を使用する。前記高いパルス電力は、光学コンポネントの急速な低下をもたらすことがある。チャープ（Ｃｈｉｒｐｅｄ）および位相エンコーディングＬＩＤＡＲシステムは、相対的に低いピーク光出力を有する長い光パルスを使用する。この構成において、前記距離精度は、パルス持続時間よりもチャープ帯域幅（Ｃｈｉｒｐ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）または長さ（Ｌｅｎｇｔｈ）および位相コードの帯域幅によって増加し、したがって、優れた距離精度が相変らず獲得され得る。
【0011】
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）電気信号を使用して有用な光帯域幅が達成されてきた。最近ＬＩＤＡＲからの発展は、同じ変調光搬送波を光検出器からリターンされた信号と結合された基準信号として使用してＲＦ帯域で基準信号とリターンされた光信号との間の周波数差または位相差に比例する比較的低い振動周波数の結果、電気信号を生成することを含む。検出器からの周波数差についてのこのような種類の振動周波数検出は、ヘテロダイン（Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ）検出と呼ばれる。これは準備されたＲＦコンポーネントの使用と安価な有用性による利点などのいくつかの利点を有する。
【0012】
現在、発明者の最近の研究は、ＬＩＤＡＲシステムと各外部オブジェクトとの間のベクトルに向上した範囲だけでなく、相対的に符号付き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を検出するための光学コンポーネントの新しい配列および一貫した処理を示す。これらのシステムは、本明細書で高解像度距離ドップラーＬＩＤＡＲと呼ばれる。特許協力条約（Ｐａｔｅｎｔ Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｔｒｅａｔｙ、ＰＣＴ）特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１７／０６２７０３およびＰＣＴ／ＵＳ２０１８／０１６６３２に基づいた世界知的所有権機関（Ｗｏｒｌｄ Ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ、ＷＩＰＯ）公報の例を参照してください。
【0013】
このような改善によって適切な周波数または位相コンテンツの鉛筆の厚さのレーザービームに目標速度の有無にかかわらず範囲が提供される。これらのビームがシーン（Ｓｃｅｎｅ）の上を擦れると、周辺のオブジェクトの位置と速度についての情報が取得されることができる。この情報は、自律走行やドライバー支援自動車のような車両の自動制御システムで価値があると予想される。
【0014】
レーザ光のオプトメカトロニクス（Ｏｐｔｏ－Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃ）偏向は、慣習的にＬＩＤＡＲシステムのビームステアリングに使用される。これらのマクロスケール上の慣習的なＬＩＤＡＲシステムは、空間的に一貫性のある光源を選択された方向に誘導するために材料特性に応じて反射、屈折および回折成分の選択を伴う。これらのシステムは、高電力データおよび広範囲な調整を必要とする精巧な２次電磁状態測定システムで作動する高性能電流測定（Ｇａｌｖａｎｏｍｅｔｒｉｃ）スキャナを使用する。
【0015】
しかし、前述したスキャナは、投影されたビームで不均一な間隔を生成するスキャンパターンを用い、その結果、リターンされたビームの不均一なカバレッジ（Ｃｏｖｅｒａｇｅ）をもたらす。
【0016】
したがって、現在開示されている事項は、ＬＩＤＡＲシステムの屈折ビームステアリングのためのシステムおよび方法に直結する。すなわち、現在開示されている事項は、投影されたビームで均一またはほぼ均一な間隔を生成する改善された屈折ビームステアリングシステムおよび方法を述べ、これは、リターンされたビームの均一なカバレッジをもたらす。さらに、前記開示された方法およびシステムは、１次元に応じた線形波形（例えば、三角形）でビームをステアリングするために必要な電力を軽減させ、調整のための要求事項を除去する。
【0017】
以下の説明では、説明の目的のために、本発明の完全な理解を提供するために多くの具体的な細部事項が提示される。しかし、このような具体的な細部事項がなくても、本発明が実行できるということは、通常の技術者に明らかであろう。他の例においては、本発明を不必要に不明瞭にしないために、よく知られた構造および装置がブロック図の形として表示される。
１．位相エンコーディングされた検出概要（Ｐｈａｓｅ－Ｅｎｃｏｄｅｄ）
１．位相エンコーディングされた検出概要（Ｐｈａｓｅ－Ｅｎｃｏｄｅｄ）
【0018】
距離測定のための光位相エンコーディング信号を用いると、送信された信号は、信号の一部についての搬送波（Ｃａｒｒｉｅｒ）と同相（Ｉｎ Ｐｈａｓｅ）であり（位相＝０）、次に、短い時間間隔の間にシンボルΔφによって表される１つ以上の位相変化だけ変動し（したがって、位相＝Δφ）送信された信号について繰り返しに２以上の位相値の間で前後にスイッチングする。一定の位相の最短間隔は、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、帯域で最低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。送信された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は、２つの位相値が存在し、最短間隔の位相は、１つの値については０とみなされ得、他の１つの値は、１とみなされ得るため、シンボルは、１ビット（Ｂｉｔ）であり、ボーレートは、ビットレート（Ｂｉｔ Ｒａｔｅ）とも呼ばれる。多重（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ）位相エンコーディングにおいて、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。
【0019】
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）してデータを伝達するデジタル変調方式を意味する。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される。無線周波数（ＲＦ）において、ＰＳＫは、無線近距離通信網（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ、ＬＡＮ）、無線周波数認識（ＲＦＩＤ）およびブルートゥース（登録商標）（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）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。単一の送信された波形の位相変化は、シンボルとみなされ得る。前記システムにおいて、復調器（Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒ）は、（基準波に対する）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よりも確実かつ簡単に実装できる（したがって、これは非コヒーレント（Ｎｏｎ－Ｃｏｈｅｒｅｎｔ）すなわち、非同期方式である）。
【0020】
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（ｆｃ）であり、ＲＦ周波数（ｆ０）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、ノイズとコード化した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り得る。送信された信号は、１つ以上のシンボル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。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得、ＭとＮは、負ではない整数である。
【0021】
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のユニット（Ａｒｂｉｔｒａｒｙ Ｕｎｉｔ）で示す。 垂直軸１２４ａは、周波数ｆＣ＋ｆ０で光送信信号の振幅を０に相対的な任意のユニットで表す。垂直軸１２４ｂは、周波数ｆＣ＋ｆ０で光リターン信号の振幅を０に相対的な任意のユニットで表し、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進シンボルの送信された信号を示す。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し、したがって、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（ｆＣ＋ｆ０）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。
【0022】
リターンの観察された周波数（ｆ’）は、数式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＝ｆｃ＋ｆ０）と異なる。
ここで、ｃは、媒質内の光の速度であり、ｖ０は、観察者の速度であり、ｖｓは、ソースと受信機を連結するベクトルに従うソースの速度である。観察者とソースが２つ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（ΔｆＤ）であり、数式２によって与えられる。
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（ｖ０＝０）の場合、毎秒１０メートル（ｖｓ＝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＝１０６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、距離計算のための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。
【数1】
ここで、ｃは、媒質内の光の速度であり、ｖ０は、観察者の速度であり、ｖｓは、ソースと受信機を連結するベクトルに従うソースの速度である。観察者とソースが２つ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（ΔｆＤ）であり、数式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（ｖ０＝０）の場合、毎秒１０メートル（ｖｓ＝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＝１０６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、距離計算のための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。
【0023】
位相コード化した距離測定において、位相コード化し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で検出され、実際に、ヘテロダイン（Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ）検出を使用して光検出器からの電気信号とＲＦ信号のコードを交差相関させることによって実行され、したがって、ＲＦ帯域に再びダウンミキシング（Ｄｏｗｎ－Ｍｉｘｉｎｇ）される。１つの遅延に対する交差相関関係は、２つのトレースを関連付けることによって、すなわち、２つのトレースで対応する値を乗じ、２つのトレースのすべての点について加算した後、各時間遅延について繰り返すことによって計算される。またはその代わりに、交差相関関係は、逆フーリエ変換に次いで２つのトレースそれぞれのフーリエ変換の積として算出され得る。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およびソフトウェアの実行は、順フーリエ変換および逆フーリエ変換のすべてについて汎用的に利用可能である。
【0024】
交差相関関係の計算が一般的に光検出器でリターンの振幅と位相が検出された後に、アナログまたはデジタル電気信号とともに行われることに注目するべきである。光検出器の信号を容易にデジタル化できるＲＦ周波数の範囲に変えるために、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（Ｍｉｘ）される。位相エンコードされた送信された光信号のコピーは、基準信号として使用できるが、多くの場合好ましくは、レーザーによって出力される連続波搬送周波数光信号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る。
【0025】
動いていないオブジェクトから反射する理想的な（ノイズがない）リターン信号の場合（したがって、リターンは、ドップラーシフトされない）、送信された信号の開始後の時間Δｔからピークが発生する。これは、リターンされた信号が時間Δｔで開始する送信された位相コードの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）オブジェクトまでの距離Ｒは、数式３によって与えられるのように、媒質内の光の速度Ｃに基づいて双方向の移動時間の遅延から算出される。
【数3】
【0026】
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る）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。
【0027】
発明者の以前の研究の様々な実施例によると、ドップラーシフトは、リターンされた信号の電気的処理で決定され、ドップラーシフトは、交差相関関係計算を訂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、一実施例による送信された信号の例示スペクトルおよびドップラーシフトされたコンプレックスリターン信号の例示スペクトルを示す概略的なグラフ１４０である。水平軸１４２は、任意のユニットで光搬送波ｆｃからのＲＦ周波数オフセットを示す。垂直軸１４４ａは、スペクトル密度とも呼ばれる０と比較して任意のユニットにおける特定の狭い周波数ビンの振幅を示す。垂直軸１４４ｂは、０と比較して任意のユニットにおけるスペクトル密度を示し、軸１４４ａと別のトレースでオフセットされる。トレース１４５は、送信された信号を示し、ピークは、適切なＲＦｆ０で発生する。トレース１４６は、動いているオブジェクトからＬＩＤＡＲシステムの方向に後方散乱する理想的な（ノイズがない）コンプレックスリターン信号を示し、したがって、より高い周波数にドップラーシフト（いわゆる、ブルーシフトされる）される。当該リターンは、適切なＲＦｆ０でピークを有しないが、代わりにシフトされた周波数ｆＳにΔｆＤほどブルーシフトされる。実際に、リターンの同相（Ｉｎ－Ｐｈａｓｅ）および直角（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）－入出力－コンポーネントをすべて示すコンプレックスリターンは、＋ΔｆＤでピークを決定するために使用され、したがって、ドップラーシフトの方向と、センサおよびオブジェクトとの間でベクトルに対するターゲットの動きの方向は、単一のリターンから検出され得る。
【0028】
一部のドップラー補正実施例においては、図１Ｂに示すように、送信された信号とリターンされた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後、対応するピークの周波数を減算することによってΔｆＤを捜す代わりに、ＲＦ帯域でダウンミックスされた（Ｄｏｗｎ－Ｍｉｘｅｄ）リターンされた信号の同相および直角コンポーネントの交差スペクトルを獲得す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、基準スペクトルと比較して任意のユニットにおける周波数シフトを示し、垂直軸１５４は、０と比較して任意のユニットにおける交差スペクトルの振幅を示す。トレース１５５は、ＬＩＤＡＲシステムの方向に動く第１オブジェクト（図１ＢでΔｆＤ１のブルーシフト＝ΔｆＤ）およびＬＩＤＡＲシステムから遠ざかっている第２オブジェクト（ΔｆＤ２のレッドシフト）によって生成される理想的な（ノイズがない）リターン信号で交差スペクトルを示す。１つのピークは、コンポーネントのうちの１つがΔｆＤ１ブルーシフトされるときに発生し、他のピークは、コンポーネントのうちの１つがΔｆＤ２レッドシフト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。このようなシフトは、ＬＩＤＡＲの付近で接近するオブジェクトの符号化された速度を決定するために用いられ得、衝突回避応用においても重要であり得る。しかし、もし入出力プロセッシングが行われない場合、ピークは、＋／－ΔｆＤ１および＋／－ΔｆＤ２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動きの方向が曖昧になる。
【0029】
発明者の以前の研究の追加細部事項に記述されたように、交差スペクトルから検出されたドップラーシフトは、交差相関関係を補正するために使用され、その結果、ラグｔからドップラー補正されたドップラーシフトされたリターンでピーク１３５は明らかであり、距離Ｒが決定され得る。一部の実施例において、Ｓ．Ｃｒｏｕｃｈなどによる「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅ－Ｅｎｃｏｄｅｄ Ｒａｎｇｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」というタイトルの、全体の内容がここに十分に記述されたように統合された、特許出願公開公報の詳細内容に記述されたように、同時入出力処理が行われる。他の実施例において、Ｓ．Ｃｒｏｕｃｈなどによる「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｔｉｍｅ Ｓｅｐａｒａｔｅｄ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒａｎｇｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」というタイトルの、全体の内容がここに十分に記述されたように統合された、特許出願公開公報の詳細内容に記述されたように、ドップラーリターンの符号を決定するために順次の入出力処理が使用される。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、当該分野の既知の方法でも、ドップラー補正を行うために使用される。一部の実施例において、ドップラーシフティングによるエラーは、許容または無視され、ドップラー補正は、距離測定に適用されない。
２．チャープ検出概要（Ｃｈｉｒｐｅｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｏｖｅｒｖｉｅｗ ）
２．チャープ検出概要（Ｃｈｉｒｐｅｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｏｖｅｒｖｉｅｗ ）
【0030】
図１Ｄは、一実施例によって距離についての光チャープ測定の例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、任意のユニットにおける時間をミリ秒（ｍｓ、１ｍｓ＝１０－３秒）の順に表す。グラフ１００は、送信された光信号として使用される光のビームの強さを表す。グラフ１００内の垂直軸１０４は、任意のユニットにおける送信された信号の強さを表す。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（Ｐｕｌｓｅ Ｄｕｒａｔｉｏｎ）τの間の強さを表す。グラフ１１０は、送信された信号の周波数を表す。垂直軸１１４は、任意のユニットから送信された周波数を表す。トレース１１６は、パルスの周波数がパルスの持続時間τにわたってｆ１からｆ２に増加し、これによって帯域幅Ｂ＝ｆ２－ｆ１を有することを表す。周波数変化率は、（ｆ２－ｆ１）／τである。
【0031】
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上に表現される。グラフ１１０のチャープ１１６もグラフ１６０上に点線で示される。第１リターンされた信号は、トレース１６６ａで与えられる、単に強度（図示せず）が減少され、Δｔだけ遅延した送信された基準信号である。Ｒがターゲットまでの距離であるとき、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場合、遅延した時間Δｔでのリターンされた信号の開始は、前述の数式３によって２Ｒ／ｃ－ｃは、媒質内の光の速度（約３×１０８ｍ／ｓ）－で与えられる。この時間の間、周波数は、距離に応じた量だけ、いわゆるｆＲだけ変化し、周波数変化率に遅延時間を乗じて数式４ａによって与えられる。
ｆＲ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された信号１１６とリターンされた信号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、数式４ｂによって与えられる。
パルスが完全に送信された後にリターンされた信号が到着すると、すなわち、２Ｒ／ｃがτよりも大きければ、数式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られている量または定められた量だけ遅延し得る。基準信号の定められた遅延時間または知られている遅延時間は、数式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。
【数4a】
ｆＲ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された信号１１６とリターンされた信号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、数式４ｂによって与えられる。
【数4b】
パルスが完全に送信された後にリターンされた信号が到着すると、すなわち、２Ｒ／ｃがτよりも大きければ、数式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られている量または定められた量だけ遅延し得る。基準信号の定められた遅延時間または知られている遅延時間は、数式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。
【0032】
一部の環境において、送信された光ビームにより照明された地点（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、または照明される地点内で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減少された強度および異なるように遅延した信号も受信されるであろう。これは、数式４ｂを使用して異なる距離を提供するｆＲの異なる測定値を有することになる。一部の環境においては、複数の追加のリターンされた信号が受信される。
【0033】
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ｆＲ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、はるかに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ｆＲを示し、数式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、デチャーピングの間に他のより大きい値のｆＲ（図示せず）を発生させ、結果的に数式４ｂを使用してより大きい距離を算出するものであろう。
【0034】
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された光信号を同じ光検出器に向けることである。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、ビート周波数におけるピークを算出するものであろう。このようなビート周波数は、テラヘルツ（ＴＨｚ、１ＴＨｚ＝１０１２ヘルツ）の光周波数の範囲ではないメガヘルツ（ＭＨｚ、１ＭＨｚ＝１０６Ｈｚ＝毎秒１０６サイクル）の無線周波数（ＲＦ）の範囲に属する。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ＲＦコンポーネントによって処理される。リターン信号は、（局部発振器（Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）の役割をするチャープと比較して）局部発振器の役割をする連続波（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ、ＣＷ）トーン（Ｔｏｎｅ）とミックスできる。これは、その自体がチャープである（または、どの波形が送信されても）検出された信号につながる。この場合、検出された信号は、 デジタイザー（Ｄｉｇｉｔｉｚｅｒ）帯域幅の要求事項が一般的により高くなり得るが、デジタルドメインで整合フィルタリング（Ｍａｔｃｈｅｄ Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）することができる。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。
【0035】
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ついての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できる。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実質的に同じであり、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）を保証し得る。
【0036】
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）の例示的な単位で表す。垂直軸は、搬送波周波数ｆｃまたは基準信号についての送信された光信号の周波数をギガヘルツ（ＧＨｚ、１ＧＨｚ＝１０９ヘルツ）の例示的な単位で表す。パルス持続時間の間、２つの光周波数を含む光ビームがいつでも生成される。１つの周波数がｆ１から（例えば、光搬送波より１ないし２ＧＨｚ高い）ｆ２に増加し、同時に他の周波数がｆ４から（例えば、光搬送波より１ないし２ＧＨｚ低い）ｆ３に減少する。２つの周波数帯域（例えば、ｆ１ないしｆ２の帯域１と、ｆ３ないしｆ４の帯域２）は、重ならず、送信された信号およびリターン信号が通過周波数ｆＰ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、ｆ１＜ｆ２＜ｆＰ＜ｆ３＜ｆ４であり得る。図示されるように、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し得る。一部の実施例において、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。
【0037】
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。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割をする対称的な側波帯（Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ Ｓｉｄｅｂａｎｄ）を生成する。一部の実施例において、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。
【0038】
側波帯対称（Ｓｉｄｅｂａｎｄ Ｓｙｍｍｅｎｔｒｙ）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、同じであり得る。一部の実施例において、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。
【0039】
Ｃｒｏｕｃｈなどによる「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｈｉｒｐｅｄ Ｒａｎｇｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」というタイトルの米国特許出願公開公報に記述されたように、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が利用可能なデジタイザの帯域幅を最大限に用いるように確実にすることが有利である。一般的に、これは距離周波数ビートが０に近くなるようにアップチャープまたはダウンチャープを移動させることによって行われる。
【0040】
図１Ｆは、対称ＬＯ信号を使用する図１Ｅと類似のグラフであり、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示す。チャープされた波形の場合、前述した他のアプローチのハードウェア要求事項を克服するために、時間分離Ｉ／Ｑ処理（別名タイムドメインマルチプレクシング）が使用されることができる。この場合、ＡＯＭは、実際の値の信号（Ｖａｌｕｅｄ Ｓｉｇｎａｌ）に対する距離－ドップラーの曖昧性をなくすために使用される。一部の実施例において、スコアリングシステムを使用してＳ．Ｃｒｏｕｃｈなどによる「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｈｉｒｐｅｄ Ｒａｎｇｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」というタイトルの全体の内容がここに十分に記述されたように統合された、特許出願公開公報内の細部事項に記述された通り、アップおよびダウンチャープのペアを合わせる。他の実施例において、Ｉ／Ｑ処理は、Ｓ．Ｃｒｏｕｃｈなどによる「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｔｉｍｅ Ｓｅｐａｒａｔｅｄ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒａｎｇｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」というタイトルの、全体の内容がここに十分に記述されたように統合された、特許出願公開公報内の細部事項に記述された通り、ドップラーチャープの符号を決定するために使用される。
３．光検出ハードウェア概要（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｈａｒｄｗａｒｅ Ｏｖｅｒｖｉｅｗ）
３．光検出ハードウェア概要（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｈａｒｄｗａｒｅ Ｏｖｅｒｖｉｅｗ）
【0041】
高解像度距離－ドップラー検出システムの使用方法を記述するために、一部の包括的なハードウェアアプローチが記述される。図２Ａは、一実施例によって高解像度距離ＬＩＤＡＲシステム２００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るか、または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ビーム（例えば、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された信号（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ Ｓｉｇｎａｌ）とも呼ばれるターゲットビーム２０５が生成され得る。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とよくミックスされるの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。図２Ａに示されたように、基準ビーム２０７ａは、変調器２８２ｂで個々に変調される。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（Ｓｐｒｅａｄ ｏｆ Ｒａｎｇｅｓ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）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、例えば、基準ビーム２０７ｂが別個の発振器から局部的に生成された場合、基準ビーム２０７ｂは、局部発振器（Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ、ＬＯ）信号と呼ばれる。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、基準ビーム２０７ｂ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された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、特定の距離に対して観察されたり、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装置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（Ｆｉｂｅｒ Ｄｅｌａｙ）を用いること、または、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（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔｉｎｇ）デバイス（音響光学変調器（Ａｃｏｕｓｔｏ－Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ、ＡＯＭ）または（例えば、変調器２８２ｂ）内）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（視野）を持って到着することになり得る。一部の実施例において、オブジェクトは、十分に近く、送信された持続時間は、十分に長く、リターンが遅延なしに、基準信号と十分に重畳する。
【0042】
送信された信号は、例えば、１つ以上のスキャニング光学装置（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、対をなしているか、または対をなしていない単一の検出器またはオブジェクトから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対をなしているか、または対をなしていない検出器の１次元（１Ｄ）または２次元（２Ｄ）アレイであり得る。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で結合され得る。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、複数回記録され得る。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、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り得る。フレームレートは、サンプリング帯域幅であり、「デジタイザー周波数（Ｄｉｇｉｔｉｚｅｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）」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）そ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された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。
【0043】
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（Ｃｈｉｐ Ｓｅｔ）のような処理システム２５０に利用可能に作られる。スキャナ制御モジュール２７０は、スキャニング光学装置２１８を駆動するためのスキャニング信号を提供する。スキャナ制御モジュール２７０は、図６のフローチャートに関連した方法６００の１つ以上のステップを行うためのコマンドを含み得る。処理システム２５０で符号を有するドップラー補償（Ｓｉｇｎｅｄ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）モジュール（図示せず）は、ドップラーシフトの符号と大きさを決定し得、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し得る。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伝送するための変調信号モジュール（図示せず）を含み得る。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。
【0044】
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、スキャニング光学装置２１８、または獲得システム２４０を実装するために任意の知られた装置やシステム使用できる。ターゲット上の焦点または投光照明（Ｆｌｏｏｄ）または瞳孔面（Ｐｕｐｉｌ Ｐｌａｎｅ）を通過する焦点についての光カップリング（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ）は図示されない。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。
【0045】
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。図２Ａに示されたように、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であり得る。一部の実施例において、周波数シフタが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。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、損失が多い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、周波数シフタが局部発振器（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（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｈｉｆｔｅｒ）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でき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（Ｂｅａｔ）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された信号（または、リターン信号）の周波数を知られている量（ΔｆＳ）ほどシフトできる。例えば、距離効果を発生させるブルーシフトがｆＢ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ｆＢ＋ΔｆＳで表され、ダウンチャープのビート周波数は、ｆＢ－ΔｆＳ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内にあるものであり、これによってこれらを分離する。ΔｆＳ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だろう。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距離を得るために知られたΔｆＳの正確に符号が付与された値に補正され得る。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された（Ｄｏｗｎ－Ｍｉｘｅｄ）後、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。様々なこれらの実施例は、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（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。
【0046】
図２Ｂは、高解像度ドップラーシステムのための鋸歯型（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）の範囲をスイープ（Ｓｗｅｅｐ）し、傾斜角（Ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ Ａｎｇｌｅ）の範囲（０の傾斜で水平方向（Ｌｅｖｅｌ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）の上下に軸２２４に沿って垂直に）をスイープする。 後述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。既知のすべてのスキャンパターンは、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、適応型スキャニング（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｓｃａｎｎｉｎｇ）は、Ｃｒｏｕｃｈによる「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒａｎｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ」、または「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒａｎｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ」というタイトルの、全体の内容がここに十分に記述されたように統合された、ＰＣＴ特許出願内で記述された方法を使用して行われる。図２Ｃは、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。
【0047】
図３は、一実施例による図２Ａのシステム２００のスキャニング光学装置２１８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、スキャニング光学装置２１８は、１つの軸（例えば、図２Ｂの軸２２２に沿って角度－Ａから＋Ａの間）に沿ってビーム２０５の作動（Ａｃｔｕａｔｉｏｎ）を制御する振動スキャン要素（Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｙ Ｓｃａｎ Ｅｌｅｍｅｎｔ）３０２と、他の軸（例えば、図２Ｂの軸２２４に沿って）に沿ってビーム２０５の作動を制御する単方向等速スキャン要素（Ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｓｐｅｅｄ Ｓｃａｎ Ｅｌｅｍｅｎｔ）３０４（例えば、ポリゴンスキャナ）を含む２つの要素スキャンシステムである。一実施例において、スキャニング光学装置２１８は、１つ以上の振動スキャン要素３０２および単方向等速スキャン要素３０４を含み、モーター３０６および処理システム２５０は除外し、スキャニング光学装置２１８は、システム２００より他のシステムで使用される。例示的な一実施例において、単方向等速スキャン要素３０４がビーム２０５を軸２２４に沿って駆動するとともに、振動スキャン要素３０２は、ビーム２０５を軸２２２に沿って角度－Ａから＋Ａの間で駆動する。例示的な一実施例において、振動スキャン要素３０２の作動速度は、双方向であり、等速スキャン要素３０４の単方向作動速度よりも大きいため、ビーム２０５は、ビームが軸２２４に沿って（例えば、角度はＤから＋Ｄの間）スキャンされる各インスタンスごと複数回軸２２２に沿って（例えば、角度－Ａから＋Ａの間）スキャンされる。
【0048】
一部の実施例において、スキャナ制御モジュール２７０は、処理システム２５０から振動スキャン要素３０２および／または単方向スキャン要素３０４に機械的に結合されたモーター３０６に送信される信号を生成する。一実施例において、振動スキャン要素３０２に機械的に結合された１つのモーターと、単方向スキャン要素３０４に機械的に結合された他のモーターが提供される。一実施例において、処理システム２５０から受信された信号に基づいて、モーター３０６は、信号内のパラメータ（例えば、角速度など）の値に基づいて振動スキャン要素３０２および／または単方向スキャン要素３０４を回転させる。スキャナ制御モジュール２７０は、信号内のパラメータ値を決定してビーム２０５が振動スキャン要素３０２によって好ましいスキャンパターン（例えば、軸２２２に沿って角度－Ａから＋Ａの間）で、スキャンされたり／スキャンされ、単方向等速スキャン要素３０４によって好ましいスキャンパターン（例えば、軸２２４に沿って角度Ｄから＋Ｄの間）でスキャンされるようにする。
４．屈折ビームステアリングのためのコヒーレントＬＩＤＡＲシステム
４．屈折ビームステアリングのためのコヒーレントＬＩＤＡＲシステム
【0049】
図４Ａおよび図４Ｂは、一実施例によって軸４１７に対する光学コンポーネント４０２の回転に基づいて、コーン形状の表面４２４を定義するステアリング角度４０６で入射ビーム４０８をステアリングする図３のスキャニング光学装置２１８の光学コンポーネント４０２を含むアセンブリ４００の例示を示すイメージである。一実施例において、光学コンポーネント４０２は、第１および第２角度の間（例えば、図２Ｂの軸２２２に沿って－Ａと＋Ａの間）で軸４１７に直交する軸４１４に沿って入射ビーム４０８のスキャニングを最適化するための振動スキャン要素３０２である。光学コンポーネント４０２は、軸４１４に対して測定される光学スキャン成分４０２の角度４０４を異にする角速度４１０に基づいて軸４１７に対して回転される。
【0050】
一実施例において、光学コンポーネント４０２は、プリズムのベースに直交する非角度の面（Ｎｏｎ－Ａｎｇｌｅｄ Ｆａｃｅ）４１１に対して測定されたプリズム角度４０７によって定義される角度のある面（Ａｎｇｌｅｄ Ｆａｃｅ）４０９を有するリスレープリズムである。一般的な技術の１つでわかるように、ステアリング角度４０６は、外部媒質（例えば、空気）に対するリスレープリズム４０２の屈折指数比率および屈折が発生する角度のある面４０９上の入射角に応じたスネルの法則（Ｓｎｅｌｌ’Ｓ Ｌａｗ）を用いて算出される。例示的な一実施例において、ステアリング角度４０６は、入射ビーム４０８の方向に対して測定され、したがって、角度のある面４０９における屈折角度よりも小さい（例えば、角度のある面４０９に対して法線で測定）。
【0051】
リスレープリズム４０２が軸４１７に対して回転しながら、ステアリングされたビーム４０８’は、軸４１７に沿ってスイープし、リスレープリズム４０２から軸４１７に沿って軸分離４２６が発生する２次元平面で円形ベース４３０および半径４２８でコーン形状の表面４２４を定義する。ステアリングされたベクトルビーム４０８は、次のパラメータ方程式（数式５ａないし５ｃ）で定義されるベクトル（Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚ）によって定義される。
このとき、θは、［０、２π］のドメインで定義された角度４０４、ｈは、軸分離４２６、ｒは、半径４２８、ｕは、［０、ｈ］のドメインで定義された変数、ｃは、ビームがリスレープリズム４０２を離れ、コーン形状の表面４２４のナップ（Ｎａｐｐｅ）が配置された軸４１７に沿った座標を示す。各数式５ａ－５ｃごとに、コーン半径４２８は、ｕ＝０のとき最大であり、（Ｓｘ、Ｓｙ）は、軸４１７に対して直交する２次元平面で半径がｒである円を定義する。数式５ａごとに、ｘ軸４１４ に沿ってステアリングされたビーム４０８’のコンポーネントは、ｒ ｓｉｎθである。角度４０６、半径４２８と軸分離４２６との間の関係は、次の数式６の通りである。
このとき、Ａは、ステアリング角度４０６、ｒは、半径４２８、ｈは、軸分離４２６を示す。
【数5a】
【数5b】
【数5c】
このとき、θは、［０、２π］のドメインで定義された角度４０４、ｈは、軸分離４２６、ｒは、半径４２８、ｕは、［０、ｈ］のドメインで定義された変数、ｃは、ビームがリスレープリズム４０２を離れ、コーン形状の表面４２４のナップ（Ｎａｐｐｅ）が配置された軸４１７に沿った座標を示す。各数式５ａ－５ｃごとに、コーン半径４２８は、ｕ＝０のとき最大であり、（Ｓｘ、Ｓｙ）は、軸４１７に対して直交する２次元平面で半径がｒである円を定義する。数式５ａごとに、ｘ軸４１４ に沿ってステアリングされたビーム４０８’のコンポーネントは、ｒ ｓｉｎθである。角度４０６、半径４２８と軸分離４２６との間の関係は、次の数式６の通りである。
【数6】
このとき、Ａは、ステアリング角度４０６、ｒは、半径４２８、ｈは、軸分離４２６を示す。
【0052】
時間が経って軸４１４に沿ってステアリングされたビーム角度４０６の投影が正弦曲線（Ｓｉｎｕｓｏｉｄ）４１５によって表現される。水平軸４１２は、任意のユニットにおける時間である。垂直軸４１４は、任意のユニットにおける角度である。一実施例において、正弦曲線４１５は、ステアリングされたビーム４０８’が時間が経って円形ベース４３０の周囲を回転することにより、軸４１４（例えば、図４Ａの垂直コンポーネント）に沿うステアリング角度４０６の投影を示す。
【0053】
図４Ｃは、一実施例による軸４１４に向かって図４Ａのステアリング角度４０６の投影を示す正弦曲線４１５の例示を示すグラフである。スキャンライン４１８は、正弦曲線４１５に沿って表現され、スキャンライン４１８は、リターンビームデータがターゲットから受信したときの正弦曲線４１５に沿った時間をそれぞれ示す。一実施例において、スキャンライン４１８は、比較的一定の距離のターゲットに基づいて同じ時間間隔を有する。図４Ｃは、正弦曲線４１５に沿うスキャンライン４１８の間に軸４１４に沿う不均一な空間４１６ａ、４１６ｂを示す。本発明の発明者は、ビーム４０８’が軸４１４に沿ってスキャンされるため、このような不均一な空間は、リターンデータの均一でないカバレッジ（Ｃｏｖｅｒａｇｅ）を示すため、この不均一な空間４１６ａ、４１６ｂが好ましくないことを確認した。本発明の発明者は、ビーム４０８’が軸４１４の角度範囲にわたってスキャンされるため、リターンビームデータの均一なカバレッジを達成するためにスキャンライン４１８の間に相対的な均一な間隔を有することが好ましいことを認識した。図４Ｄは、一実施例によって、図４Ｃの正弦曲線４１５に基づいて、軸４１４に沿って間隔が一定でないスキャンライン４１８の例示を示すグラフである。軸４１６は、軸４１４に対して直角であり、一実施例において、軸４１６は、ビームが単方向スキャン要素３０４によってスキャンされる方向（例えば、図２Ｂ内の軸２２４）を示す。
【0054】
図４Ｅは、一実施例によって図２Ａのスキャンされたビーム２０５のステアリング角度４０６の軸４１４に対する投影を示す三角波形４２０の例示を示すグラフである。本発明の発明者は、三角波形４２０のような線形勾配がある曲線は、軸４１４に沿うスキャンライン４１８の間の間隔４１６ａ’、４１６ｂ’が一致するため、図４Ｃの正弦曲線４１５の欠点を防止するという点を確認した。これはビームが軸４１４の角度範囲にわたってスキャンされるため、リターンビームデータの均一なカバレッジを達成するのに有利である。図４Ｆは、一実施例によって図４Ｅの三角波形４２０に基づいて、軸４１４に沿って一定の間隔のスキャンライン４１８’の例示を示すグラフである。ボックス４２２は、単方向スキャン要素３０４が軸４１６に沿ってビームを動かし、以後のスキャンが軸４１４にわたる第１および第２角度との間で行われるのに先立ち、軸４１４にわたる第１角度および第２角度の間（例えば、図２Ｂの軸２２２に沿う－Ａから＋Ａの間）でのスキャンライン４１８を含む角度範囲にわたるビームの単一スキャンを示す。
【0055】
本発明の発明者は、振動スキャン要素３０２で１つ以上の光学コンポーネント（例えば、１つ以上のリスレープリズム）を結合して正弦曲線波形４１５（例えば、軸４１４に沿ってスキャンラインの間隔が不均一および／またはリターンビームデータのカバレッジが不均一）よりも三角波形４２０（例えば、軸４１４に沿ってスキャンラインの間隔が均一および／またはリターンビームデータのカバレッジが均一）に近接した波形を得ることが有利であることを認識した。
【0056】
図４Ｇは、一実施例によって光学コンポーネントの集団回転に基づいて、光軸４１７に直交するビーム４０８を総体的にステアリングする光軸４１７に沿って順次配列された光学コンポーネントのアセンブリ４００’の例を示すイメージである。一実施例において、光学コンポーネントは、リスレープリズム４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃである。他の実施例において、３つの光学コンポーネントが提供される。しかし、３つより少ないか、または多くの光学コンポーネントが光軸４１７に沿って順次に配列され得る。一実施例において、各リスレープリズム４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃの１つ以上のパラメータ値（例えば、プリズム角度４０７、インデックスｎ、ステアリング角度４０６など）は、図６の方法に基づいて決定される。例示的な一実施例において、各リスレープリズム４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃのパラメータ値は、各リスレープリズムが望む波形（例えば、三角波形４２０）の各フーリエコンポーネント波形に基づいてビーム４０８をステアリングするように決定される。さらに、他の実施例において、リスレープリズム４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃは、それぞれの角速度４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃに基づいて回転される。一実施例において、角速度４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃの値は、図６の方法に基づいて決定される。例示的な一実施例において、角速度４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃの値は、望む波形（例えば、三角波形４２０）の各フーリエコンポーネント波形の周波数に基づいて決定される。一実施例において、リスレープリズム４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃおよびこれらのそれぞれの角速度４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃは、時間が経って軸４１４に沿ってステアリングされたビーム４０８’’の集団ステアリングが図４Ｅの三角波形４２０に近似するように選択される。これはビームが軸４１４に沿ってスキャンされるため、スキャンライン４１８の間に均一な間隔を達成するか、または均一な間隔に近づくのに有利である。
【0057】
図４Ｈは、一実施例によって第１リスレープリズム４０２ａおよび第１リスレープリズム４０２ａの角速度ベクトルによって軸４１７に直角な２次元平面で図４Ａのステアリング角度４０６ａの例示的な投影を示すグラフである。一実施例において、図４Ｈは、軸４１４、４１６によって定義される平面で第１リスレープリズム４０２ａによってステアリングされたビーム４０８’のステアリング角度４０６ａを示し、さらに、第１リスレープリズム４０２ａの角速度４１０ａを追加で示す。図４Ｋは、一実施例によって、第１リスレープリズム４０２ａの回転により、時間に応じた２次元平面の垂直軸４１４に沿って図４Ｈのステアリングビーム角度４０６ａの投影を示す正弦曲線４１５ａの例示を示すグラフである。
【0058】
図４Ｉは、一実施例によって第２リスレープリズム４０２ｂおよび第２リスレープリズム４０２ｂの角速度ベクトルによって軸４１７に直角な２次元平面で図４Ａのステアリング角度４０６ｂの例示的な投影を示すグラフである。一実施例において、図４Ｉは、軸４１４、４１６によって定義される平面で第２リスレープリズム４０２ｂによってステアリングされたビーム４０８’のステアリング角度４０６ｂを示し、さらに第２リスレープリズム４０２ｂの角速度４１０ｂを追加で示す。一実施例において、第２リスレープリズム４０２ｂによってステアリングされたビーム４０８’のステアリング角度４０６ｂは、第１リスレープリズム４０２ａによってステアリングされたビーム４０８’のステアリング角度４０６ａよりも小さい。図４Ｌは、一実施例によって、第２リスレープリズム４０２ｂの回転により、時間に応じた２次元平面の垂直軸４１４に沿って図４Ｉのステアリングビーム角度４０６ｂの投影を示す正弦曲線４１５ｂの例示を示すグラフである。
【0059】
図４Ｊは、一実施例によって第３リスレープリズム４０２ｃおよび第３リスレープリズム４０２ｃの角速度ベクトルによって軸４１７に直角な２次元平面で図４Ａのステアリング角度４０６ｃの例的な投影を示すグラフである。一実施例において、図４Ｊは、軸４１４、４１６によって定義される平面で第３リスレープリズム４０２ｃによってステアリングされたビーム４０８’のステアリング角度４０６ｃを示し、さらに第３リスレープリズム４０２ｃの角速度４１０ｃを追加で示す。一実施例において、第３リスレープリズム４０２ｃによってステアリングされたビーム４０８’のステアリング角度４０６ｃは、第１および第２リスレープリズム４０２ａ、４０２ｂによってステアリングされたビーム４０８’のステアリング角度４０６ａ、４０６ｂよりも小さい。図４Ｍは、一実施例によって第３リスレープリズム４０２ｃの回転により、時間に応じた２次元平面の垂直軸４１４に沿って図４Ｊのステアリングビーム角度４０６ｃの投影を示す正弦曲線４１５ｃの例示を示すグラフである。
【0060】
図４Ｎは、一実施例によって図４Ｋ－図４Ｍの正弦曲線波形４１５ａ、４１５ｂ、４１５ｃを組み合わせて生成された波形４２７の例示を示したグラフであり、ここで波形４２７は、２次元平面の軸４１４に沿って図４Ｇのステアリングされたビーム４０８’’のステアリング角度４０６の投影を示す。図４Ｎに示されたように、正弦曲線波形４１５ａ、４１５ｂ、４１５ｃは、特定の時間期間－例えば、すべて一緒にピークされたり、波形４２７のピークを生成したり、すべて谷（Ｖａｌｌｅｙ）に位置して波形４２７の谷を生成する場合－での位相にある。一実施例において、波形４２７は、図４Ｅの三角波形４２０に近接して軸４１４に沿ってスキャンライン４１８’の均一またはほぼ均一な間隔４１６’を得るためのものである。
【0061】
図４Ｏは、ユニット振幅を有する三角波形４４０およびユニット振幅を有する正弦曲線波形４４２の例示を示したグラフである。図４Ｐは、一実施例によって、三角波形４２０および図４Ｋ－図４Ｍの正弦曲線を組み合わせて生成される波形４２７の例示を示したグラフである。本発明の発明者は、ビーム４０８をステアリングするために使用される光学コンポーネント（例えば、リスレープリズム４０２）の数と三角波形４２０の近似値との間のトレードオフ（Ｔｒａｄｅｏｆｆ）を確認した。例示的な一実施例において、本発明の発明者は、正弦曲線波形４４２（例えば、１つのリスレープリズムとして生成できる）が三角波形４４０の約３７％の平均二乗誤差（Ｍｅａｎ－Ｓｑｕａｒｅｄ Ｅｒｒｏｒ）を示すのに対し、３つのリスレープリズム４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃを使用して生成される波形４２７は、三角波形の３．４％に過ぎない平均二乗誤差を示すことを確認した。したがって、一実施例において、本発明の発明者は、三角波形４２０を近似するために、３つのリスレープリズム４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃを使用して波形４２７を生成する。
５．車両制御概要（Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｏｖｅｒｖｉｅｗ）
５．車両制御概要（Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｏｖｅｒｖｉｅｗ）
【0062】
一部の実施例において、車両は、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少なくとも部分的に制御される。
【0063】
図５は、一実施例によって車両５１０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５２０を含む例示的なシステム５０１を示すブロック図である。一実施例において、ＬＩＤＡＲシステム５２０は、ＬＩＤＡＲシステム２００のうち、１つと類似している。 車両は、星５１１に表示された質量中心を有し、矢印５１３によって与えられた前方方向に移動する。一部の実施例において、車両５１０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の信号に応答して動作されるステアリングまたは制動システム（図示せず）のようなコンポネントを含む。 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のようなオン－ボード（Ｏｎ－Ｂｏａｒｄ）プロセッサ５１４を有する。一部の実施例において、オン－ボードプロセッサ５１４は、図７に示されたように、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５１４と通信可能に結合されたり、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ステアリング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５１４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５２４だけでなく、車両５１０周辺のスポット（Ｓｐｏｔｓ）を照明する垂直角度を介して一側から将来（Ｆｕｔｕｒｅ）のビーム５２３によって表示される他側にスイープ（Ｓｗｅｅｐ）するスキャニングビーム５２２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、振動スキャン要素３０２を含むスキャニング光学装置２１８が方位角視野５２４または垂直角度を介してビームをスキャンするのに使用できる。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、もしくはこれの部分集合である。 一実施例において、視野５２４にわたる最大設計距離（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｄｅｓｉｇｎ Ｒａｎｇｅ）は、約２００メートルまたは約１５０メートルないし約３００メートルの範囲である。
【0064】
一部の実施例において、車両は、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的なセンサ（Ａｎｃｉｌｌａｒｙ Ｓｅｎｓｏｒ、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（Ｇｙｒｏｓｃｏｐｅ）３３０が含まれる。
６．コヒーレントＬＩＤＡＲシステムでスキャンパターンを最適化するための方法（Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｃａｎ Ｐａｔｔｅｒｎ ｉｎ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ＬＩＤＡＲ Ｓｙｓｔｅｍ）
６．コヒーレントＬＩＤＡＲシステムでスキャンパターンを最適化するための方法（Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｃａｎ Ｐａｔｔｅｒｎ ｉｎ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ＬＩＤＡＲ Ｓｙｓｔｅｍ）
【0065】
図６は、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６００を示すフローチャートである。一実施例において、方法６００は、線形勾配を有する要求される波形に基づいて、第１角度と第２角度との間で第１方向にビームのスキャンパターンを最適化するためのものである。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で例示的目的で特定手順による統合ステップとして示されるが、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たり、直列または並列に時間的に重畳して行われたり、省略されたりすることができ、または１つ以上のステップが追加されたり、方法がいくつかの組み合わせ方式に変更される。
【0066】
６０１ステップにおいて、望む波形に対する複数のフーリエコンポーネント波形が決定される。一実施例において、望む（例えば、特定の）波形は、図４Ｅの三角波形４２０のような線形勾配を有する波形である。一実施例において、一般的な技術の１つで分かるように、６０１ステップのフーリエコンポーネント波形は、三角波形４２０のフーリエシリーズ分解の奇数シリーズ高調波である。他の実施例においては、三角波形より他の線形勾配を有する波形が使用される。一実施例において、単一の周期、範囲［１、－１］、２Ｔの周期を有する三角波形のフーリエシリーズは、下記の数式７ａによって定義される。
一実施例において、ステアリングされたビーム４０８’を生成する望む三角波形４２０について、このフーリエシリーズは、下記の数式７ｂのように再記載され得る。
このとき、Ｂは、コーン形状の表面４２４によって定義されるコーン角度またはｘ－ｚ平面（例えば、軸４１４、４１７によって定義される平面）での角度４０６の２倍であり、ｆは、軸４１７に対するリスレープリズム４０２とステアリングされたビーム４０８’の回転周波数（ヘルツ単位、Ｈｚ）であり、Ａｊｘは、ｊ番目のリスレープリズムの回転に基づいて、ｘ軸４１４に沿ったステアリング角度４０６の投影であり、ｊは、第１リスレープリズム４０２ａに対してはＡ、第２リスレープリズム４０２ｂに対してはＢ、第３リスレープリズム４０２ｃに対してはＣであり、インデックスｉは、数式７ｂの初項やＡＡｘに対しては１、数式７ｂの第２項やＡＢｘに対しては３、数式７ｂの第３項やＡＣｘに対しては５である。一実施例において、数式７ｂ内の正弦曲線の振幅Ａｊは、下記の数式７ｃのとおりである。
また、Ａｊは、装置内の各リスレープリズムについて計算される。一実施例において、装置に３つのリスレープリズムが使用される場合、ＡＡは、第１リスレープリズム４０２ａに基づくスイープされたビーム（Ｓｗｅｐｔ Ｂｅａｍ）４０８’の角度４０６ａであり、ｊ＝Ａ、ｉ＝１のときに、数式７ｂまたは数式７ｃの初項の正弦曲線の振幅である。同様に、ＡＢは、第２リスレープリズム４０２ｂに基づくスイープされたビーム４０８’の角度４０６ｂであり、ｊ＝Ｂ、ｉ＝３のとき、 数式７ｂまたは数式７ｃの第２項の正弦曲線の振幅である。同様に、ＡＣは、第３リスレープリズム４０２ｃに基づくスイープされたビーム４０８’の角度４０６ｃであり、ｊ＝Ｃ、ｉ＝５のとき、数式７ｂまたは数式７ｃの第３項の正弦曲線の振幅である。
【数7a】
一実施例において、ステアリングされたビーム４０８’を生成する望む三角波形４２０について、このフーリエシリーズは、下記の数式７ｂのように再記載され得る。
【数7b】
このとき、Ｂは、コーン形状の表面４２４によって定義されるコーン角度またはｘ－ｚ平面（例えば、軸４１４、４１７によって定義される平面）での角度４０６の２倍であり、ｆは、軸４１７に対するリスレープリズム４０２とステアリングされたビーム４０８’の回転周波数（ヘルツ単位、Ｈｚ）であり、Ａｊｘは、ｊ番目のリスレープリズムの回転に基づいて、ｘ軸４１４に沿ったステアリング角度４０６の投影であり、ｊは、第１リスレープリズム４０２ａに対してはＡ、第２リスレープリズム４０２ｂに対してはＢ、第３リスレープリズム４０２ｃに対してはＣであり、インデックスｉは、数式７ｂの初項やＡＡｘに対しては１、数式７ｂの第２項やＡＢｘに対しては３、数式７ｂの第３項やＡＣｘに対しては５である。一実施例において、数式７ｂ内の正弦曲線の振幅Ａｊは、下記の数式７ｃのとおりである。
【数7c】
また、Ａｊは、装置内の各リスレープリズムについて計算される。一実施例において、装置に３つのリスレープリズムが使用される場合、ＡＡは、第１リスレープリズム４０２ａに基づくスイープされたビーム（Ｓｗｅｐｔ Ｂｅａｍ）４０８’の角度４０６ａであり、ｊ＝Ａ、ｉ＝１のときに、数式７ｂまたは数式７ｃの初項の正弦曲線の振幅である。同様に、ＡＢは、第２リスレープリズム４０２ｂに基づくスイープされたビーム４０８’の角度４０６ｂであり、ｊ＝Ｂ、ｉ＝３のとき、 数式７ｂまたは数式７ｃの第２項の正弦曲線の振幅である。同様に、ＡＣは、第３リスレープリズム４０２ｃに基づくスイープされたビーム４０８’の角度４０６ｃであり、ｊ＝Ｃ、ｉ＝５のとき、数式７ｂまたは数式７ｃの第３項の正弦曲線の振幅である。
【0067】
さらに、一実施例において、数式７ｂ内の正弦曲線の周波数（ｉｆ）は、各リスレープリズムに対する角周波数ωを算出するために使用される。一実施例において、各リスレープリズムの角周波数ωは、次の数式７ｄのとおりである。
このとき、ｉは、第１リスレープリズム４０２ａに対して１、第２リスレープリズム４０２ｂに対して３、第３リスレープリズム４０２ｃに対して５である。
【数7d】
このとき、ｉは、第１リスレープリズム４０２ａに対して１、第２リスレープリズム４０２ｂに対して３、第３リスレープリズム４０２ｃに対して５である。
【0068】
一実施例において、数式７ｂの初項（例えば、ｊ＝Ａ、ｉ＝１）は、正弦曲線４１５ａまたは第１リスレープリズム４０２ａの回転に基づく軸４１４に沿うステアリング角度４０６ａの投影を示す。この実施例において、正弦曲線４１５ａの振幅は、初項に対する数式７ｂの正弦曲線の前記振幅に基づいている（例えば、ｊ＝Ａ、ｉ＝１のときの数式７ｃ）。また、この実施例において、正弦曲線４１５ａの角周波数は、２πｆの前記角周波数に基づいている（例えば、ｉ＝１のときの数式７ｄ）。一実施例において、数式７ｂの第２項（例えば、ｊ＝Ｂ、ｉ＝３）は、正弦曲線４１５ｂまたは第２リスレープリズム４０２ｂの回転に基づく軸４１４に沿うステアリング角度４０６ｂの投影を示す。この実施例において、正弦曲線４１５ｂの振幅は、第２項に対する数式７ｂの正弦曲線の前記振幅に基づいている（例えば、ｊ＝Ｂ、ｉ＝３のときの数式７ｃ）。また、この実施例において、正弦曲線４１５ｂの角周波数は、６πｆの前記角周波数に基づいている（例えば、ｉ＝３のときの数式７ｄ）。一実施例において、数式７ｂの第３項（例えば、ｊ＝Ｃ、ｉ＝５）は、正弦曲線４１５ｃまたは第３リスレーレンズ４０２ｃの回転に基づく軸４１４に沿うステアリング角度４０６ｃの投影を示す。この実施例において、正弦曲線４１５ｃの振幅は、第３項に対する数式７ｂの正弦曲線の前記振幅に基づいている（例えば、ｊ＝Ｃ、ｉ＝５のときの数式７ｃ）。また、この実施例において、正弦曲線４１５ｃの角周波数は、１０πｆの前記角周波数に基づいている（例えば、ｉ＝５のときの数式７ｄ）。一実施例において、単に光学コンポーネントの数と対応する数式７ｂのフーリエコンポーネント波形だけが６０１ステップで使用される（例えば、最初の３つのフーリエコンポーネント波形は、３つのリスレープリズム４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃに対して使用される）。前述したように、６０１ステップにおいては、３つより多いか、または少ない光学コンポーネントが使用できる。
【0069】
６０３ステップにおいて、光学コンポーネントのパラメータ値は、６０１ステップにおけるフーリエコンポーネント波形の第１パラメータ値に基づいて決定される。一実施例において、リスレープリズム４０２のパラメータは、複数のプリズム角度またはカット角度４０７、屈折インデックスｎ、直径４０５、厚さ４３２および／またはステアリング角度４０６である。他の実施例において、６０１ステップにおけるフーリエコンポーネント波形の第１パラメータは、振幅Ａｊ（例えば、数式７ｃを使用）および／または周波数または角周波数ω（例えば、数式７ｄを使用）である。
【0070】
一実施例において、６０３ステップにおいて、ステアリング角度４０６は、各リスレープリズム４０２に対して計算される。例示的な一実施例において、ステアリングされたビーム４０８’が約１０度のコーン角度Ｂと、約３０Ｈｚの周波数ｆを有するようにする望む三角波形４２０の場合、それぞれＡＡ、ＡＢ、ＡＣで表現される各リスレープリズム４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃに対するステアリング角度４０６ａ、４０６ｂ、４０６ｃを算出するために、本明細書では、数式７ｂないし７ｄが使用される。一実施例において、リスレープリズムがビーム４０８’をステアリングするためにだけ使用される場合、各リスレープリズムのステアリング角度は、ビーム４０８’のステアリング角度を示す。一実施例において、すべてのリスレープリズムによってステアリングされたビーム４０８’（例えば、コーン角度Ｂまたは５度）の望むステアリング角度がＡであるとき、これら３つの角度は、約０．８１０６Ａ、０．０９０１ａ、そして０．０３２４ａで計算される。この例示的な実施例において、３つのリスレープリズム４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃの３つのステアリング角度は、それぞれ約４．０５度、０．４５１度、０．１６２度で計算される。
【0071】
他の実装例によると、６０３ステップにおいて、各リスレープリズム４０２に対するカット角度４０７は、算出されたステアリング角度４０６ａ、４０６ｂ、４０６ｃ、および／または数式７ｃの振幅および／または数式７ｄの角周波数に基づいて計算される。前記例示的な実施例において、３つのリスレープリズム４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃに対するステアリング角度４０６ａ、４０６ｂ、４０６ｃが約４．０５、０．４５１、０．１６２度で算出される場合、３つのプリズムのカット角度４０７は、それぞれ約１１．７５、１．３１８、０．４７３度で計算される。一実施例において、ステアリング角度４０６に基づいてカット角度４０７を算出するための複数の方程式が付録Ａに収録される。
【0072】
さらに、一実施例によると、６０３ステップにおいて、直径４０５は、入射ビーム４０８の１つ以上のパラメータに基づいて決定される。例示的な一実施例において、直径４０５は、入射ビーム４０８の直径以上および／または入射ビーム４０８の直径の約１５０％である（例えば、ファンダメンタル横モードガウシアンビーム（Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍｏｄｅ Ｇａｕｓｉａｎ Ｂｅａｍ）または００ＴＥＭ）例示的な一実施例において、入射ビーム４０８の直径が約８ミリメートル（ｍｍ）であるか、または約６ｍｍから約１０ｍｍの範囲内である場合、直径４０５は、約１２ミリメートルであるか、または約９ｍｍから約１５ｍｍの範囲内にある。一部の実施例において、屈折インデックスは、標準クラウンガラスについてのものである（例えば、ｎ＝１．５２）。さらに、６０３ステップにおいて、例示的な一実施例によると、厚さ４３２は、次の数式７ｅに基づいて計算される。
このとき、Ｔは厚さ４３２、ｄは直径４０５、αはカット角度４０７である。一実施例において、数式７ｅを使用すると、３つの各リスレープリズム４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃについての厚さ４３２は、それぞれ約３ｍｍ、０．４ｍｍ、そして０．１５ｍｍで計算される。例示的な一実施例において、製造可能性および耐久性を促進するためにリスレープリズム４０２ｂ、４０２ｃについての後者の厚さは、最小厚さに増加し得る。リスレープリズム４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃの算出されたパラメータを考慮してアセンブリは、非常にコンパクトに作ることができる。
【数7e】
このとき、Ｔは厚さ４３２、ｄは直径４０５、αはカット角度４０７である。一実施例において、数式７ｅを使用すると、３つの各リスレープリズム４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃについての厚さ４３２は、それぞれ約３ｍｍ、０．４ｍｍ、そして０．１５ｍｍで計算される。例示的な一実施例において、製造可能性および耐久性を促進するためにリスレープリズム４０２ｂ、４０２ｃについての後者の厚さは、最小厚さに増加し得る。リスレープリズム４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃの算出されたパラメータを考慮してアセンブリは、非常にコンパクトに作ることができる。
【0073】
６０５ステップにおいて、角周波数の値および／または光学コンポーネントの相対位相は、６０１ステップにおけるフーリエコンポーネント波形の第２パラメータ値に基づいて決定される。他の実施例において、フーリエコンポーネント波形の第２パラメータは、角周波数ωおよび／またはｔ＞０のときの波形の符号である。さらに、この例示的な実施例において、ｆ＝３０Ｈｚであり、数式７ｄを使用すると、リスレープリズム４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃについての角周波数は、それぞれ約１、８００ｒｐｍ、５、４００ｒｐｍ、そして９、０００ｒｐｍで計算される。一実施例によると、数式７ｂの（－１）パラメータは、各フーリエコンポーネント波形の符号に影響を与え、これにより、各フーリエコンポーネント波形の相対位相にも影響を与える（例えば、反対符号は、位相離脱を示す）。一実施例において、第１リスレープリズム４０２ａの角周波数は、ｉ＝１のときの数式７ｂまたは数式７ｄの第１フーリエコンポーネント波形の角周波数ωａに基づいて選択される。一実施例において、第２リスレープリズム４０２ｂの角周波数は、ｉ＝３のときの数式７ｂまたは数式７ｄの第２フーリエコンポーネント波形の角周波数３ωａ（ｉ＝３）に基づいて選択される。一実施例において、第３リスレープリズム４０２ｃの角周波数は、ｉ＝５のときの数式７ｂまたは数式７ｄの第３フーリエコンポーネント波形の角周波数５ωａ（ｉ＝５）に基づいて選択される。したがって、一実施例において、第３リスレープリズム４０２ｃの角周波数は、第１リスレープリズム４０２ａの角周波数の約５倍であり、第２リスレープリズム４０２ｂの角周波数は、第１リスレープリズム４０２ａの角周波数の約３倍である。一実施例によると、６０５ステップにおいて、光学コンポーネントの相対位相は、図４Ｎ内の曲線４１５ａ、４１５ｂ、４１５ｃによって示されるように、数式７ｂの最初の３つのフーリエコンポーネント波形の間の相対位相に基づいて決定される。
【0074】
６０７ステップにおいて、６０１ステップと６０３ステップでパラメータが決定された光学コンポーネントが獲得されて光軸に沿って順次配置される。一実施例において、３つのリスレープリズム４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃは、光軸４１７に沿って順次に配列される。一実施例において、３つのリスレープリズム４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃは、光軸４１７に沿って順次に配列され、隣接するリスレープリズムの角度のある面４０９が互いに臨界距離（例えば、約１センチメートル、ｃｍ）以内にあるようにする。一実施例において、リスレープリズム４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃは、それぞれのプリズム４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃの（非角度の面４１１によって定義される）縦軸が軸４１７と直交するように順次に配列される。一実施例において、リスレープリズム４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃは、非角度の面４１１が入射ビーム４０８がリスレープリズム４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃに向かって送信される開始方向を指向するように配列される。
【0075】
６０９ステップにおいて、信号が角周波数および各光学コンポーネントの相対位相を示すデータを含む場合、当該信号は、６０５ステップで決定された角周波数および各光学コンポーネントの相対位相に基づいて、モーター３０６に送信される。一実施例によると、６０９ステップにおいて、信号は、第１リスレープリズム４０２ａに対する角周波数ωａ、第２リスレープリズム４０２ｂに対する角周波数３ｗａおよび第３リスレープリズム４０２ｃに対する角周波数５ｗａを示すデータを含む。さらに、一実施例によると、６０９ステップにおいて、信号は、数式７ｂの３つのフーリエコンポーネント波形の間の相対位相に基づいて、３つのリスレープリズム４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃの間の相対位相を示すデータを含む。例示的な一実施例において、信号データは、図４Ｎに示されたように、３つのリスレープリズム４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃが特定時間の位相に該当する３つの波形４１５ａ、４１５ｂ、４１５ｃと一致する特定時間の位相に該当することを示す（例えば、これらは共通のピークまたは共通の谷を有する）。
【0076】
６１１ステップにおいて、モーター３０６は、６０９ステップでモーター３０６によって受信された信号に基づいて、１つ以上の光学コンポーネントを回転させる。一実施例によると、６１１ステップにおいて、モーター３０６は、６０９ステップで信号内に受信された角周波数および相対位相に基づいて、３つのリスレープリズム４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃを回転させる。
【0077】
６１３ステップにおいて、ビーム４０８は、光軸４１７に沿って、光源（例えば、ソース２１２）によって送信され、１つ以上の光学コンポーネントに入射する。例示的な一実施例によると、６１３ステップにおいて、ビーム４０８は、光源２１２によって送信され、６１１ステップに基づいて回転している複数のリスレープリズム４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃに軸４１７に沿って入射する。
【0078】
６１５ステップにおいて、ビーム４０８は、望む波形に応じて、第１および第２角度との間の第１平面上でステアリングされたりスキャンされる。一実施例において、ビーム４０８は、三角波形４２０に近接した波形４２７に従って、第１および第２角度との間の第１平面（例えば、軸４１４、４１７によって定義される平面）上で複数のリスレープリズム４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃによってステアリングされたビーム４０８’’にステアリングされる。追加の実施例によると、６１５ステップにおいて、複数のリスレープリズム４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃは、第１平面上で第１および第２角度との間（例えば、図２Ｂの軸２２２に沿って角度－Ａから＋Ａの間）にビーム４０８’’を繰り返しスキャンする。他の実施例によると、６１５ステップにおいて、単方向スキャン要素３０４（例えば、ポリゴンスキャナ）。
【0079】
図６Ｂは、一実施例によってＬＩＤＡＲシステムで屈折ビームステアリングのための例示的な方法６００を示すフローチャートである。たとえ、図６Ｂでステップが図解の目的に応じて、特定の順序を持つ全体的なステップに示されているが、他の実施例によると、複数のステップ、またはその一部が他の順序で行われたり、時間上に直列または並列に重複したり、省略されたり、１つ以上の追加のステップが付加されたり、または方法が一部の方式の組み合わせに変更される。一部の実施例において、方法４００ｂの一部または全体の動作が任意のシステム（例えば、図２のＬＩＤＡＲシステム２００）、および／または本明細書に記述された１つ以上のコンポーネント（例えば、図２の処理システム２５０、図４Ａのリスレープリズム４０２）によって行われ得る。
【0080】
方法６００ｂは、光軸に沿って送信されたビームを受信する動作６０２ｂを含む。方法６００ｂは、望む波形の１つ以上のコンポーネントに基づいて、第１スキャンパターンおよび第２スキャンパターンを生成する動作６０４ｂを含む。方法６００ｂは、第１スキャンパターンに基づいて、ビームを第１平面に複数のスキャンラインとして投影する動作６０６ｂを含む。方法６００ｂは、第１平面に投影された複数のスキャンラインを受信する動作６０８ｂを含む。方法６００ｂは、第２スキャンパターンに基づいて、複数のスキャンラインを第２平面に複数の第２スキャンラインとして投影する動作６１０ｂを含む。一部の実施例において、第１平面は、第２平面と直交する。
７．コンピュータハードウェア概要（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｈａｒｄｗａｒｅ Ｏｖｅｒｖｉｅｗ）
７．コンピュータハードウェア概要（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｈａｒｄｗａｒｅ Ｏｖｅｒｖｉｅｗ）
【0081】
図７は、本発明の実施例が実行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。
【0082】
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およびバス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、コンピュータコマンドを構成する。
【0083】
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、コンピュータコマンド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、コンピュータコマンドの実行中に臨時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コマンドを含む靜的情報を格納するためにバス７１０に結合された他の靜的格納装置を含む。また、コンピュータシステム７００がオフになったり、それとも電源が損失されるときにも持続するコマンド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。
【0084】
コマンドを含む情報は、人間ユーザーによって操作される文字－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る使用のためにバス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に提供される小さな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。
【0085】
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。
【0086】
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）へのデータ通信連結を提供するＬＡＮカードであり得る。また、無線リンクが実装できる。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化を含む。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。
【0087】
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、実行のためのコマンド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。
【0088】
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（登録商標）－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、プロセッサ７０２に情報を提供するのに参与する媒体として、搬送波および他の信号を除外する任意の媒体を指すために使用される。
【0089】
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コマンドおよび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。
【0090】
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に連結を提供し得る。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でプレゼンテーションするためのビデオデータを表す情報を提供する。
【0091】
コンピュータシステム７００は、本明細書に説明された様々な技術を実装するために使用できる。メモリ７０４に含まれた１つ以上のコマンドの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によって様々な技術を行い得る。ソフトウェアおよびプログラムコードとも呼ばれるこのようなコマンドは、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に含まれたコマンド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。代替的な実施例において、ＡＳＩＣ７２０のようなハードウェアがここに説明された様々な動作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、本発明の様々な実施例は、ハードウェアとソフトウェアの任意の特定組み合わせに制限されない。
【0092】
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、後で実行するために格納装置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、コンピュータシステム７００は、搬送波上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
【0093】
様々な形態のコンピュータ読み取り可能な媒体は、実行のためのコマンドまたはデータ、またはこの両方の１つ以上のシーケンスをプロセッサ７０２に運搬するのに関連し得る。例えば、コマンドおよびデータは、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、コマンド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コマンドおよびデータを送信する。コンピュータシステム７００にローカルモデムは、電話回線上でコマンドおよびデータを受信し、赤外線送信機を使用してコマンド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コマンドおよびデータを受信し、コマンド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、コマンドとともに送信されたデータの一部を用いてメモリ７０４からコマンドを検索して実行する。メモリ７０４で受信されたコマンドおよびデータは、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。
【0094】
図８は、本発明の実施例を実行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、単一チップで実装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。
【0095】
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、コマンドを実行し、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シングコアを含む。代替的または追加的に、プロセッサ８０３は、コマンド、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）８０７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（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。
【0096】
プロセッサ８０３および付随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、実行可能なコマンド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）および靜的メモリ（例えば、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭなど）の両方を含む。また、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（Ａｌｔｅｒａｔｉｏｎｓ、Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎｓ ａｎｄ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ）
８．変更、拡張および修正（Ａｌｔｅｒａｔｉｏｎｓ、Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎｓ ａｎｄ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ）
【0097】
前記明細書において、本発明は、発明の具体的な実施例に関連して記述された。しかし、本発明のより広い精神および範囲から逸脱することなくても、様々な変更および変化が行われることは自明である。したがって、本明細書および図面は、限定的な意味より例示的な意味としてみなされるべきである。この明細書および請求の範囲全体において、文脈が別段必要でない限り、「含む」という言葉とその変形は、明示された項目、要素、ステップ、項目のグループ、要素のグループまたはステップのグループを含むが、他の項目、要素、ステップ、項目のグループ、要素のグループ、またはステップのグループを除外するものではないという意味で理解できるであろう。さらに、不定冠詞「一」や「一つ」は、文書の修正された項目、要素またはステップのいずれか１つ以上を示すためのものである。
【0098】
広い範囲を提示する数値の範囲とパラメータが近似値であるにもかかわらず、特定の限定されていない例で示された数値は、できるだけ正確に記録される。しかし、すべての数値は、本質的に、本明細書の作成時に各テスト測定で発見される標準偏差によって必然的に発生する特定のエラーを含む。また、文脈で別段の明示をしない限り、ここに示されている数値は、最下位の数字（Ｌｅａｓｔ Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ Ｄｉｇｉｔ）によって暗示される精度を有する。したがって、値１．１は、１．０５から１．１５の間の値を意味する。「おおよそ」、「約」という用語は、与えられた値を中心により広い範囲を示すために使用され、文脈で別段の明示をしない限り、「約１．１」が１．０から１．２の範囲を暗示するように最下位の数字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、「おおよそ」、「約」という用語は、２倍を暗示するが、例えば、「おおよそＸ」は、０．５Ｘから２Ｘの範囲内の値を暗示し、おおよそ１００というのは、５０から２００の範囲内の値を暗示する。さらに、ここに公開されたすべての範囲は、当該範囲に含まれるすべての下位範囲を網羅するものと理解されるべきである。例えば、正数専用パラメータに対する「１０未満」という範囲は、最小値０と最大値１０との間のすべての下位範囲を含み得る。すなわち、最小値が０以上であり、最大値が１０以下であるすべての下位範囲（例えば、１から４）を含み得る。
【0099】
本発明の一部の実施例は、以下に高解像度ＬＩＤＡＲシステムの文脈で記述される。本発明の一実施例は、ＬＩＤＡＲシステムの振動スキャン要素によるビームスキャニングの最適化についての文脈で記述される。本発明の他の実施例は、個人用車両の単一の前方搭載された高解像度ドップラーＬＩＤＡＲシステムの文脈で記述されるが、実施例は、この文脈に限定されない。他の実施例によると、同じタイプまたは他の高解像度ＬＩＤＡＲの複数のシステムがドップラーコンポーネントの有無、視野の重複の有無またはより小さいか、またはより大きい陸地、海、または航空車両に搭載されて操縦されるか、または自律制御される１つ以上のシステムの有無にかかわらず採用される。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図1F】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3】
【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4P】
【図5】
【図6】
【図6B】
【図7】
【図8】
【手続補正書】
【提出日】2021-09-27
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光軸に沿って送信されたビームを受信し、前記ビームを前記光軸に対して定義される第１角度と第２角度との間の第１平面に複数のスキャンラインで投影する第１スキャナと、前記第１スキャナに結合されるモーターと、
特定波形の１つ以上のコンポーネントに基づいて回転情報を生成し、前記モーターに前記回転情報に基づいて前記第１スキャナを回転させるようにする信号を前記モーターに送信するように構成される１つ以上のプロセッサと、を含むＬＩＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）システム。
【請求項2】
前記特定波形は、三角波形（Ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ Ｗａｖｅｆｏｒｍ）または鋸歯状波形（Ｓａｗｔｏｏｔｈ Ｗａｖｅｆｏｒｍ）である請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項3】
前記複数のスキャンラインは、前記第１平面に投影される第１スキャンラインおよび第２スキャンラインを含み、前記第１スキャンラインは、前記第２スキャンラインから均等にまたはほぼ均等に離隔される請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項4】
前記特定波形の１つ以上のコンポーネントは、前記特定波形の１つ以上のフーリエ（Ｆｏｕｒｉｅｒ）コンポーネント波形を含む請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項5】
前記１つ以上のフーリエコンポーネント波形のうち、第１フーリエコンポーネント波形は、前記１つ以上のフーリエコンポーネント波形のうち、第２フーリエコンポーネント波形の振幅よりも大きい振幅を有する請求項４に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項6】
前記第１フーリエコンポーネント波形は、前記第２フーリエコンポーネント波形の周波数よりも低い周波数を有する請求項５に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項7】
前記回転情報は、角周波数（Ａｎｇｕｌａｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）、周波数、位相または振幅のうち、少なくとも１つを含む請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項8】
前記１つ以上のプロセッサは、前記第１スキャナに関連する１つ以上のパラメータを決定し、
前記１つ以上のパラメータおよび前記１つ以上のコンポーネントに基づいて前記回転情報を生成するようにさらに構成される請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項9】
前記１つ以上のパラメータは、角度、屈折率または寸法のうち、少なくとも１つを含む請求項８に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項10】
（ｉ）前記光軸に沿って配置され、（ｉｉ）前記第１スキャナから前記第１平面に投影された前記複数のスキャンラインを受信し、（ｉｉｉ）前記複数のスキャンラインを前記光軸に対して定義される第３角度と第４角度との間の第２平面に複数の第２スキャンラインで投影する第２スキャナをさらに含み、前記モーターは、前記第２スキャナに機械的に結合され、
前記信号は、前記モーターに前記回転情報に基づいて前記第２スキャナを回転させるようにする請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項11】
前記第３角度と前記第４角度との差は、前記第１角度と前記第２角度との間の絶対差よりも大きい請求項１０に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項12】
前記第１スキャナは、１つ以上のリスレープリズム（Ｒｉｓｌｅｙ Ｐｒｉｓｍ）を含む請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項13】
（ｉ）前記光軸に沿って配置され、（ｉｉ）前記第１平面に投影された前記複数のスキャンラインを受信し、（ｉｉｉ）前記複数のスキャンラインを第３平面に複数の第３スキャンラインで投影する第２スキャナをさらに含む請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項14】
前記第２スキャナは、ポリゴン（Ｐｏｌｙｇｏｎ）スキャナを含む請求項１３に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項15】
前記第１スキャナは、第１軸に沿って前記ビームの作動（Ａｃｔｕａｔｉｏｎ）を制御し、前記第２スキャナは、第２軸に沿って前記ビームの作動を制御する請求項１３に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項16】
前記第１軸は、前記第２軸に直交する請求項１５に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項17】
前記第１平面に複数のスキャンラインとして、前記ビームを投影することに応答してリターンされた信号を受信する受信機をさらに含み、前記１つ以上のプロセッサは、前記リターンされた信号に基づいて車両を動作させる請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項18】
光軸に沿って送信されたビームを受信するステップと、特定波形の１つ以上のコンポーネントに基づいて、第１スキャンパターンおよび第２スキャンパターンを生成するステップと、
前記第１スキャンパターンに基づいて、前記ビームを第１平面に複数のスキャンラインで投影するステップと、
前記第１平面に投影された前記複数のスキャンラインを受信するステップと、
前記第２スキャンパターンに基づいて、前記第１平面と直交する第２平面に前記複数のスキャンラインを複数の第２スキャンラインで投影するステップと、を含む方法。
【請求項19】
前記第１平面に複数のスキャンラインとして前記ビームを投影することに応答してリターンされた信号を受信するステップと、前記リターンされた信号に基づいて車両を動作させるステップと、をさらに含む請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
１つ以上のプロセッサを含む自律走行車の制御システムとして、前記１つ以上のプロセッサは、三角波形の複数のフーリエコンポーネント波形を決定し、
前記複数のフーリエコンポーネント波形の第１パラメータ値に基づいて、１つ以上の光学コンポーネントのパラメータ値を決定し、
前記フーリエコンポーネント波形の第２パラメータ値に基づいて、１つ以上の光学コンポーネントの角周波数および相対位相を決定し、
前記１つ以上の光学コンポーネントが光軸に沿って送信されたビームを受信し、前記三角波形に基づいて、前記光軸に対する第１角度および第２角度との間の第１平面に前記ビームを複数のスキャンラインで投影させるために前記１つ以上の光学コンポーネントそれぞれの角周波数および相対位相に基づいて、前記１つ以上の光学コンポーネントを回転させ、
前記第１平面に複数のスキャンラインとして前記ビームを投影することに応答して複数の電気信号を受信し、
前記複数の電気信号を用いて自律走行車の動作を制御するように構成される自律走行車の制御システム。
【国際調査報告】