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特表2024-521162組み合わせた高速／低速スキャニングを有するＬｉＤＡＲ
(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】2024-05-28
(54)【発明の名称】組み合わせた高速／低速スキャニングを有するＬｉＤＡＲ
(51)【国際特許分類】
G01S 7/481 20060101AFI20240521BHJP
G01S 17/931 20200101ALI20240521BHJP
【ＦＩ】
G01S7/481 A
G01S17/931
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023572859
(86)(22)【出願日】2022-05-24
(85)【翻訳文提出日】2024-01-22
(86)【国際出願番号】 IB2022054861
(87)【国際公開番号】W WO2022249067
(87)【国際公開日】2022-12-01
(31)【優先権主張番号】17/331,265
(32)【優先日】2021-05-26
(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】521508977
【氏名又は名称】マカル オプティクス リミテッド
【氏名又は名称原語表記】ＭＡＫＡＬＵ ＯＰＴＩＣＳ ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】Ｈａｍａｄａ ４， ２０６６７１８ Ｙｏｋｎｅａｍ Ｉｌｉｔ， Ｉｓｒａｅｌ
(74)【代理人】
【識別番号】100132698
【弁理士】
【氏名又は名称】川分 康博
(74)【代理人】
【識別番号】100221372
【弁理士】
【氏名又は名称】岡崎 信治
(72)【発明者】
【氏名】ツァドカ，サギエ
(72)【発明者】
【氏名】アガッシ，シャイ
【テーマコード（参考）】
5J084
【Ｆターム（参考）】
5J084AA05
5J084AA07
5J084AA10
5J084AA14
5J084AB01
5J084AB16
5J084AC02
5J084BA03
5J084BA20
5J084BA39
5J084BA49
5J084BB07
5J084BB14
5J084BB28
5J084BB31
5J084BB35
5J084CA03
5J084EA04
(57)【要約】
３次元ＬｉＤＡＲスキャニングは、光学スイッチなどのソリッドステート高速スキャニング装置とミラーなどのより低速のスキャニング装置とを組み合わせ、改善された分解能及び検出レンジを有する１００Ｈｚ以上のフレームレートを提供するために、ポート数が多い光学スイッチ用のスイッチアーキテクチャを含み得る。コントローラは、スキャニングエリア、スキャニング又はフレームレート、及びフレームの分解能、検出された物体、或いは、スキャニングの時間スライスに関して視野（ＦＯＶ）を調節可能なスキャニングを提供する。コントローラは、３Ｄ画像をカラー２Ｄ画像とマッチングさせるためにＲＧＢデータをＮＩＲデータと組み合わせる。コントローラ又はコンピュータは、ＦＯＶ内の又は外の物体を識別、分類、及び追跡するためにベクトルクラウドデータを生成するようにポイントクラウドを処理する。ベクトルクラウドデータは、道路トラフィック及びシーンデータ、物体履歴、及びＦＯＶ外の物体共有の保存及び／又は伝達のための損失なし圧縮を提供する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
レーザーと、前記レーザーからレーザーパルスを受信し、前記レーザーパルスを複数の出力のうちの選択された１つの出力にリダイレクトするよう構成された入力を有する第１の光学スイッチと、
それぞれが前記第１の光学スイッチの前記複数の出力のうちの異なる出力に結合された第１の複数のファイバと、
制御信号に応答して回動又は回転するよう構成されたミラーと、
前記第１の複数のファイバから前記レーザーパルスを受信し、前記レーザーパルスを前記ミラーにリダイレクトするよう構成された第１の少なくとも１つの光学要素と、
少なくとも１つの検出器と、
前記少なくとも１つの検出器に結合された出力を有する第２の複数のファイバと、
視野から反射された前記レーザーパルスを受信し、受信した反射パルスを前記ミラーにリダイレクトするよう構成された第２の少なくとも１つの光学要素と、
前記第１の光学スイッチを制御して前記レーザーパルスを前記第１の光学スイッチの前記入力から前記複数の出力のそれぞれに順番に導波し、前記視野の少なくとも一部をスキャンするよう前記第１の複数のファイバからの光を導波し前記視野からの反射光を前記第２の複数のファイバの入力に導波するよう前記ミラーを回動又は回転させるよう制御する制御信号を生成し、前記少なくとも１つの検出器からの信号を処理して前記視野の少なくとも一部を表すデータを生成するよう構成された少なくとも１つのコントローラと、
を有するスキャニングＬｉＤＡＲシステム。
【請求項2】
前記第１の光学スイッチは、前記入力から前記複数の出力のうちの１つへ光をスイッチングすることに関連する可動部品を有さない、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記第１の光学スイッチは、磁気光学スイッチを有する、請求項２に記載のシステム。
【請求項4】
前記第１の光学スイッチは、少なくとも第１のスイッチング要素を有する入力層と、複数のスイッチング要素を有する出力層と、を含む複数の層を有し、
前記第１のスイッチング要素及び前記複数のスイッチング要素のそれぞれは、前記少なくとも１つのコントローラからの制御信号に応答して、単一の入力と複数の出力との間に順番に光を光学的にスイッチングするよう構成され、
前記入力層の前記第１のスイッチング要素の前記単一の入力は前記第１の光学スイッチの前記入力を有し、前記出力層の前記スイッチング要素の前記複数の出力は前記第１の光学スイッチの前記出力を有し、
前記層内のそれぞれのスイッチング要素の前記単一の入力を有するそれぞれの層は、隣接する層内の前記スイッチング要素のうちの関連するものの前記複数の出力のうちの１つに接続され、
前記少なくとも１つのコントローラは、第１のスイッチング速度において前記第１のスイッチング要素を動作させ、前記第１のスイッチング速度よりも低速のスイッチング速度においてそれぞれの層の前記スイッチング要素を動作させるよう構成された、請求項２に記載のシステム。
【請求項5】
前記少なくとも１つのコントローラは、前記第１のスイッチング速度と前記層内の整数の数のスイッチング要素に対応する前記第１のスイッチング速度の整数倍の間のスイッチング速度においてそれぞれの層の前記スイッチング要素を動作させるよう構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項6】
前記第１のスイッチング要素は電気光学スイッチを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項7】
前記複数のスイッチング要素のそれぞれは磁気光学スイッチを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項8】
前記入力層と前記出力層の間の中間層を更に含み、前記入力層は、１×２電気光学スイッチを含み、前記中間層は、２つの１×４磁気光学スイッチを含み、前記出力層は、８つの１×４磁気光学スイッチを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項9】
前記ミラーは、ガルバノミラー、回転プリズム、ＭＥＭＳミラー、又は圧電トランスデューサ（ＰＺＴ）ミラーを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項10】
前記第１の複数のファイバは、前記視野内のピクセル列をスキャニングするために線形アレイ状に配置され、前記ミラーは、前記視野にわたって前記ピクセル列を水平方向に移動させるように前記少なくとも１つのコントローラによって制御され、或いは、前記第１の複数のファイバは、前記視野内のピクセル行をスキャンするように線形アレイ状に配置され、前記ミラーは、前記視野にわたって前記ピクセル行を垂直方向に移動させるように前記少なくとも１つのコントローラによって制御される、請求項１に記載のシステム。
【請求項11】
前記少なくとも１つの検出器は、前記第２の複数のファイバの前記出力のうちの１つにそれぞれが結合された複数の検出器を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項12】
前記複数の検出器の数は、前記第１の複数のファイバ及び前記第２の複数のファイバの数に対応する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項13】
前記第１の少なくとも１つの光学要素は、前記第１の軸に垂直である第２の軸に沿った角度発散よりも整数倍だけ大きい第１の軸に沿った角度発散を有する出力ビームを前記レーザーパルスから形成し、前記第２の複数のファイバの数は、前記第１の複数のファイバ内のファイバの数の整数倍及び前記第１の光学スイッチの出力の数の整数倍である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項14】
前記少なくとも１つの第１の光学要素は、楕円断面を有する出力ビームを形成するように構成された非球面レンズ、アナモルフィックプリズム、又は円筒形レンズを含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項15】
前記レーザーは、９００ナノメートル（ｎｍ）～１７００ナノメートル（ｎｍ）の公称波長を有するパルスを生成するように構成されたファイバレーザーを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項16】
前記第１の少なくとも１つの光学要素は、前記レーザーパルスを前記ミラーにリダイレクトし、前記視野からの前記反射光を前記第２の複数のファイバの前記入力にリダイレクトするよう構成されたビームスプリッタを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項17】
前記少なくとも１つの検出器は、近赤外（ＮＩＲ）光を検出するよう構成された第１の線形検出器と、可視光を検出するよう構成された第２の線形検出器と、を含み、前記システムは、前記視野から反射光を受信し、前記第２の複数のファイバから受信した反射ＮＩＲ光を前記第１の線形検出器にリダイレクトし、前記第２の複数のファイバからの可視光を前記第２の線形検出器にリダイレクトするよう構成された二色性ビームスプリッタを更に含み、
前記少なくとも１つのコントローラは、前記第１の及び第２の線形検出器からのデータを組み合わせ及びオーバーレイして前記視野の組み合わせられた画像を生成するようプログラミングされたプロセッサを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項18】
前記少なくとも１つのコントローラは、前記視野を表すフレームの第１の部分内に前記視野のエリア当たり第１の数のデータポイントを生成するより低い分解能と、前記視野を表す前記フレームの第２の部分内に前記視野のエリア当たり第２の数のデータポイントを生成するより高い分解能と、を含むハイブリッドスキャニングモードにて前記第１の光学スイッチ及び前記ミラーを制御するように更に構成され、前記データポイントの前記第２の数は前記データポイントの前記第１の数を超える、請求項１に記載のシステム。
【請求項19】
前記少なくとも１つのコントローラは、第１のフレームレートにて前記視野を表すフレーム内に第１の数のデータポイントを生成する少なくともより低い分解能の第１のモードと、第２のフレームレートにて前記視野を表す前記フレーム内に第２の数のデータポイントを生成するより高い分解能の第２のモードと、にて前記第１の光学スイッチ及び前記ミラーを制御するように更に構成され、データポイントの前記第２の数は、データポイントの前記第１の数を超え、前記第２のフレームレートは、前記第１のフレームレート未満である、請求項１に記載のシステム。
【請求項20】
前記第１のフレームレートによって乗算されたデータポイントの前記第１の数は、前記第２のフレームレートによって乗算されたデータポイントの前記第２の数に等しい、請求項１９に記載のシステム。
【請求項21】
前記少なくとも１つのコントローラは、前記第１の及び第２のモードの間でスイッチングし、前記視野の単一フレームを生成するために前記第１の及び第２のモードにおける動作によって生成された前記データを組み合わせるよう更に構成される、請求項１９に記載のシステム。
【請求項22】
前記少なくとも１つのコントローラは、前記システムの場所、周辺条件、又は前記視野内の物体の識別に応じて、前記第１のモード及び前記第２のモードの１つを選択する、請求項１９に記載のシステム。
【請求項23】
前記少なくとも１つのコントローラは、前記視野の一部分のみをスキャニングするために前記第１の光学スイッチ及び前記ミラーを制御するように更に構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項24】
前記少なくとも１つのコントローラは、物体を識別するために前記データを処理するように更に構成され、前記視野の前記部分は前記物体に対応する、請求項１に記載のシステム。
【請求項25】
前記少なくとも１つのコントローラは、前記視野の反復されたスキャニングによって生成された前記データを処理してポイントクラウドを生成し、
少なくともいくつかの前記ポイントクラウドの速度及び方向を含む速度ベクトルを判定して対応するベクトルクラウドを生成するよう構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項26】
前記少なくとも１つのコントローラは、既定の許容値未満だけ異なる類似の値を有するベクトルクラウド内のベクトルのクラスタに基づいて物体を識別する、請求項２５に記載のシステム。
【請求項27】
前記少なくとも１つのコントローラは、類似の値を有する複数のベクトルクラスタに基づいて複数の関係する物体を識別し、前記複数の物体を複数の既定の物体タイプのうちの１つに分類する、請求項２６に記載のシステム。
【請求項28】
前記少なくとも１つのコントローラは、前記視野内の複数の物体ごとに、物体タイプ、前記視野との関係における物体位置、及び物体ベクトルを保存又は伝達し、前記視野の圧縮された表現を提供するよう更に構成される、請求項２６に記載のシステム。
【請求項29】
前記少なくとも１つのコントローラは、前記物体タイプ、位置、及びベクトルを遠隔配置されたコンピュータサーバーに伝達するよう構成される、請求項２８に記載のシステム。
【請求項30】
前記少なくとも１つのコントローラは、前記遠隔配置されたコンピュータサーバーによる予め保存された物体タイプ、位置、及びベクトルに対する前記物体タイプ、位置、及びベクトルの比較に基づいて前記遠隔配置されたコンピュータサーバーから確実性スコアを受信するよう更に構成される、請求項２９に記載のシステム。
【請求項31】
前記少なくとも１つのコントローラは、前記サーバーが、前記伝達された物体タイプ、位置、及びベクトルの１つ又は複数に基づいて前記物体を識別することに応答して、前記遠隔配置されたコンピュータサーバーによって予め保存されている物体に関係するデータを受信するよう更に構成される、請求項２９に記載のシステム。
【請求項32】
前記物体に関係するデータは物体履歴データを有する、請求項３１に記載のシステム。
【請求項33】
前記物体履歴データは、移動タイムスタンプ、移動方向、速度、及び前記視野との関係における場所のうち少なくとも１つを含む、請求項３２に記載のシステム。
【請求項34】
前記少なくとも１つのコントローラは、前記視野の外側にある少なくとも１つの物体に関連するベクトルデータを受信するよう更に構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項35】
前記少なくとも１つのコントローラは、前記視野内にある少なくとも１つの物体に関連するベクトルデータを受信し、前記受信したベクトルデータを前記視野の少なくとも一部分を表す生成されたデータと組み合わせるように、更に構成された、請求項１に記載のシステム。
【請求項36】
請求項１に記載のＬｉＤＡＲシステムを有する車両。
【請求項37】
請求項１に記載のシステムを使用して視野をスキャニングすることを有する方法。
【請求項38】
レーザーパルスを生成することと、入力で受信した前記レーザーパルスを、第１の軸に沿って方向付けされた第１の線形アレイ状に配置された対応する第１の複数のファイバに結合された複数の出力のそれぞれに光学的にスイッチングすることと、
少なくとも１つのミラーを回動又は回転させて、前記第１の軸に直交する第２の軸に沿って前記第１の複数のファイバからの光をリダイレクトし、視野の少なくとも一部を照射することと、
少なくともいくつかの前記レーザーパルスを照射された物体から反射された光を、前記少なくとも１つのミラーによって、第２の線形アレイ状に配置された第２の複数のファイバを通じて少なくとも１つの検出器に導波することと、
前記少なくとも１つの検出器からの信号を処理して、前記視野の少なくとも一部を表すデータを生成することと、
を有する方法。
【請求項39】
光学的にスイッチングすることは、第１の層光学スイッチの前記入力からの前記レーザーパルスを第１のスイッチング時間内に複数の第１の層出力にスイッチングすることと、
前記第１の層出力のそれぞれは、複数の第２の層光学スイッチのうちの１つの単一の入力に接続されており、
前記第２の層光学スイッチのそれぞれごとに連続的に、前記単一の入力からの前記レーザーパルスを、前記第１のスイッチング時間よりも長い第２のスイッチング時間内に、複数の第２の層出力のうちの１つにスイッチングすることと、
を含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項40】
光学スイッチの第３の層は、前記複数の第２の層出力及び複数の第３の層出力のうちの１つに結合された単一の入力をそれぞれ含み、前記方法は、前記第３の層光学スイッチのそれぞれごとに連続的に、前記単一の入力からの前記レーザーパルスを、前記第２のスイッチング時間よりも長い第３のスイッチング時間内に、前記複数の第３の層出力のうちの１つにスイッチングすること
を更に含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項41】
前記第１の層光学スイッチは電気光学スイッチを有し、前記第２の層光学スイッチは磁気光学スイッチを含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項42】
少なくとも１つのミラーを回動又は回転させることは、ガルバノミラー、回転プリズム、ＭＥＭＳミラー、又は圧電トランスデューサに結合されたミラーを回動又は回転させることを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項43】
前記第１の複数のファイバからの前記レーザーパルスを、ビームスプリッタを通じて前記少なくとも１つのミラーに導波することと、前記少なくともいくつかのレーザーパルスを照射された物体から反射された前記光を、前記ビームスプリッタを通じて前記第２の複数のファイバに導波することと、
を更に含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項44】
前記少なくとも１つの検出器は、少なくとも第１の検出器及び第２の検出器を含み、前記方法は、物体から反射され波長の第１の範囲を有する前記光の第１の部分を前記第１の検出器に導波することと、
物体から反射され波長の第２の範囲を有する前記光の第２の部分を前記第２の検出器に導波することと、
を更に含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項45】
前記波長の第１の範囲は可視波長を含み、前記波長の第２の範囲は赤外波長を含み、前記光の第１の及び第２の部分を導波することは、物体から反射された前記光を二色性ビームスプリッタを通じて導波することを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項46】
前記レーザーパルスを光学的にスイッチングし、前記少なくとも１つのミラーを回動又は回転させて、低分解能によって前記視野の第１の部分をスキャンし、高分解能によって前記視野の第２の部分をスキャンすることを更に含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項47】
前記レーザーパルスを光学的にスイッチングし、前記少なくとも１つのミラーを回動又は回転させて、第１の時間期間中に、より低い分解能を有するより高いレートにおいて前記視野をスキャンすることと、前記レーザーパルスを光学的にスイッチングし、前記少なくとも１つのミラーを回動又は回転させて、第２の時間期間中に、より高い分解能を有するより低いレートにおいて前記視野をスキャンすることと、
を更に有する、請求項３８に記載の方法。
【請求項48】
前記第１の時間期間中に生成される前記データは、前記第２の時間期間中に生成される前記データと同一数のデータポイントを含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項49】
前記より高いレート及び前記より低いレートにおけるスキャニングによって生成されたデータを組み合わせて、前記視野を表すデータの単一フレームを生成することを更に含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項50】
前記より高いレート及びより低いレートはフレームレートを含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項51】
物体を識別するために前記データを処理することと、前記レーザーパルスを光学的にスイッチングし、前記少なくとも１つのミラーを回動又は回転させて、前記視野の少なくとも１つのその他の部分とは異なる分解能によって前記物体をスキャンすることと、
を更に含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項52】
前記視野の反復されたスキャニングによって生成された前記データを処理してポイントクラウドを生成することと、前記少なくともいくつかのポイントクラウドの速度及び方向を含む速度ベクトルを判定して、対応するベクトルクラウドを生成することと、
を更に含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項53】
既定の許容値未満だけ異なる類似の値を有する前記ベクトルクラウド内のベクトルのクラスタに基づいて前記視野内の物体を識別することを更に含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項54】
類似の値を有する複数のベクトルクラスタに基づいて複数の関係する物体を識別することと、前記複数の物体を複数の既定の物体タイプのうちの１つに分類することと、を更に含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項55】
前記視野内の複数の物体のそれぞれごとに、物体タイプ、前記視野との関係における物体位置、及び物体ベクトルを保存又は伝達して、前記視野の圧縮された表現を提供することを更に含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項56】
前記物体タイプ、位置、及びベクトルを遠隔配置されたコンピュータサーバーに伝達することを更に含む、請求項５５に記載の方法。
【請求項57】
前記遠隔配置されたコンピュータサーバーによる予め保存された物体タイプ、位置、及びベクトルに対する前記物体タイプ、位置、及びベクトルの比較に基づいて、前記遠隔配置されたコンピュータサーバーから確実性スコアを受け取ることを更に含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項58】
前記サーバーが、前記伝達された物体タイプ、位置、及びベクトルの１つ又は複数に基づいて前記物体を識別することに応答して、前記遠隔配置されたコンピュータサーバーによって予め保存されている物体に関係するデータを受信することを更に含む、請求項５５に記載の方法。
【請求項59】
前記物体に関係するデータは物体履歴データを含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項60】
移動タイムスタンプ、移動方向、速度、及び前記視野との関係における場所の少なくとも１つを含む物体履歴データを受信することを更に含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項61】
前記視野の外側にある少なくとも１つの物体に関連するベクトルデータを受信することを更に含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項62】
前記視野内にある少なくとも１つの物体に関連するベクトルデータを受信することと、前記受け取られたベクトルデータを前記視野の前記少なくとも一部分を表す前記生成されたデータと組み合わせることと、を更に含む、請求項３８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ソリッドステート及び機械スキャニングを組み合わせたスキャニングＬｉＤＡＲ及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ＬｉＤＡＲは、物体までのレンジ又は距離を判定するために視野（ＦＯＶ）内の物体によって反射されたトランスミッタからの光を使用する、能動型の遠隔検知技術である。この情報を処理することにより、例えば、自動車又はドローンなどの様々なタイプの車両において、マッピング、物体識別、物体回避、ナビゲーションなどに使用される画像又はその他のものを生成し得る。いくつかのＬｉＤＡＲ解決策が提案されており、特定の用途において受け入れ可能であり得るが、様々な方式は、その他の用途においてはそれ自体を不適切なものにし得る、関連する欠点を有する。ＦＯＶにわたってレーザービームをスキャニングするために、様々なタイプのアクチュエータ又は装置を使用し得る。２つの機械的ミラーを使用してＦＯＶをスキャニングする際には、通常、１秒間に複数回以上にわたってＦＯＶ全体をカバーし得るように、ミラーの１つが、極端な速度及び精度を伴って動作する。このようなミラーは、ＬｉＤＡＲスキャニングパターンを常にサポートするために、１年当たり１千億サイクル、又は場合によっては１兆サイクルを実行するものと予想される。このような巨大な数のサイクル及び高速チューニングは、時間に伴って摩耗と損傷を結果的にもたらし、システムの信頼性を大幅に低減することになり、この方法を使用して生成され得る画像のフレームレートを制限する。これらの問題に対処するために関連する可動部品を除去し、信頼性及び安定性を改善するように、ソリッドステートスキャニングのみを有するスキャニングＬｉＤＡＲシステムが開発されている。但し、これらのシステムにおける関連する光学損失は分解能及び検出レンジを制約し得ると共に、すべての用途にとってパワー要件が適切なわけではない場合がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0003】
本開示のシステム及び方法は、ソリッドステート高速スキャニングメカニズムとより低速の機械スキャニングメカニズムの組合せを通じた３次元ＬｉＤＡＲスキャニングを提供する。組み合わせたソリッドステート及び機械スキャニングＬｉＤＡＲは、自律型車両及び／又は自動運転車にとって、これまでに配備されたシステムよりもより良好に適し得る、改善された分解能及び検出レンジを提供し得る。１００Ｈｚフレームレート又はそれ以上をもサポートし得る高速のスキャニングレートを提供するために、機械的システムの高速スキャニングミラーは磁気光学（ＭＯ）スイッチなどのソリッドステートデバイスに置換され、その一方で、高速スイッチングメカニズム内に可動部品が存在しないために、システム全体のより高い信頼性を提供する。
【0004】
１つ又は複数の実施形態において、スキャニングＬｉＤＡＲシステムは、レーザーと、レーザーからレーザーパルスを受信し、レーザーパルスを複数の出力のうちの選択された出力にリダイレクトするよう構成された入力を有する第１の光学スイッチと、それぞれが第１の光学スイッチの複数の出力のうちの異なる出力に結合された第１の複数のファイバと、制御信号に応答して回動又は回転するように構成されたミラーと、第１の複数のファイバからレーザーパルスを受信し、レーザーパルスをミラーにリダイレクトするよう構成された第１の少なくとも１つの光学要素と、少なくとも１つの検出器と、少なくとも１つの検出器に結合された出力を有する第２の複数のファイバと、視野から反射されたレーザーパルスを受信し、受信した反射パルスをミラーにリダイレクトするよう構成された第２の少なくとも１つの光学要素と、少なくとも１つのコントローラと、を有する。少なくとも１つのコントローラは、第１の光学スイッチを制御して第１の光学スイッチの入力から複数の出力のそれぞれにレーザーパルスを順番に導波し、視野の少なくとも一部をスキャンするよう第１の複数のファイバからの光を導波し視野からの反射光を第２の複数のファイバの入力に導波するようミラーを回動又は回転させるよう制御する制御信号を生成し、少なくとも１つの検出器からの信号を処理して視野の少なくとも一部を表すデータを生成するよう構成される。第１の光学スイッチは、入力から複数の出力のうちの１つへ光をスイッチングすることに関連する可動部品を有さないように構成され得ると共に、磁気光学スイッチとして実装され得る。
【0005】
様々な実施形態において、システムは、少なくとも第１のスイッチング要素を有する入力層と、複数のスイッチング要素を有する出力層と、を含む複数の層を有する少なくとも１つの光学スイッチを含み、第１のスイッチング要素及び複数のスイッチング要素のそれぞれは、少なくとも１つのコントローラからの制御信号に応答して単一の入力と複数の出力との間に順番に光を光学的にスイッチングするように構成され、入力装置の第１のスイッチング要素の単一の入力は光学スイッチの入力を有し、出力層のスイッチング要素の複数の出力は光学スイッチの出力を有し、層内のそれぞれのスイッチング要素の単一出力を有するそれぞれの層は、隣接する層内のスイッチング要素のうちの関連するものの複数の出力のうちの１つに接続され、少なくとも１つのコントローラは、第１のスイッチング速度において第１のスイッチング要素を動作させ、第１のスイッチング速度よりも低速のスイッチング速度においてそれぞれの層のスイッチング要素を動作させるように構成されている。１つ又は複数の実施形態において、少なくとも１つのコントローラは、第１のスイッチング速度と層内の整数の数のスイッチング要素に対応する第１のスイッチング速度の整数倍の間のスイッチング速度においてそれぞれの層のスイッチング要素を動作させるよう構成されている。第１のスイッチング要素は電気光学スイッチを含み得る。複数のスイッチング要素のそれぞれは磁気光学スイッチを含み得る。１つ又は複数の実施形態において、光学スイッチは、入力層と出力層との間に中間層を含み得、磁気光学スイッチよりも大きなスイッチング速度において動作する電気光学スイッチを有する１×３２スイッチを提供するために、入力層は１つの１×２電気光学スイッチを含み、中間層は２つの１×４磁気光学スイッチを含み、出力層は８つの１×４磁気光学スイッチを含む。
【0006】
様々な実施形態において、システムは、ガルバノミラー、回転プリズム、ＭＥＭＳミラー、又は圧電トランスデューサ（ＰＺＴ）ミラーを含み得る。第１の複数のファイバは、視野にわたってピクセル列を水平方向に移動させるように少なくとも１つのコントローラによって制御されたミラーによって視野内にピクセル列をスキャンするように線形アレイ状に配置され得、或いは、第１の複数のファイバは、視野にわたってピクセル行を垂直方向に移動させるように少なくとも１つのコントローラによって制御されたミラーによって視野内にピクセル行をスキャンするように線形アレイ状に配置され得る。少なくとも１つの検出器は、第２の複数のファイバの出力のうちの１つにそれぞれが結合された複数の検出器を有し得る。複数の検出器の数は、第１の複数のファイバ及び第２の複数のファイバの数に対応し得る。一実施形態において、第１の少なくとも１つの光学要素は、第１の軸に垂直である第２の軸に沿った角度発散よりも整数倍だけ大きい第１の軸に沿った角度発散を有するレーザーパルスから出力ビームを形成し、第２の複数のファイバは、第１の複数のファイバ内のファイバの数の整数倍と、第１の光学スイッチの出力の数の整数倍と、を含む。少なくとも１つの第１の光学要素は、楕円断面を有する出力ビームを形成するように構成された非球面レンズ、アナモルフィックプリズム、又は円筒形レンズを含み得る。レーザーは、９００ナノメートル（ｎｍ）～１７００ナノメートル（ｎｍ）の公称波長を有するパルスを生成するよう構成されたファイバレーザーを含み得る。第１の少なくとも１つの光学要素は、レーザーパルスをミラーにリダイレクトし、視野からの反射光を第２の複数のファイバの入力にリダイレクトするように構成されたビームスプリッタを含み得る。少なくとも１つの検出器は、近赤外（ＮＩＲ）光を検出するように構成された第１の線形検出器と、可視光を検出するように構成された第２の線形検出器と、を含み得、システムは、視野からの反射光を受信し、第２の複数のファイバから受信した反射ＮＩＲ光を第１の線形検出器にリダイレクトし、第２の複数のファイバからの可視光を第２の線形検出器にリダイレクトするよう構成された二色性ビームスプリッタを含む。少なくとも１つのコントローラは、第１の及び第２の線形検出器からのデータを組み合わせ及びオーバーレイして視野の組み合わせられた画像を生成するようプログラミングされたプロセッサを含み得る。
【0007】
１つ又は複数の実施形態において、システムは、視野を表すフレームの第１の部分内に視野のエリア当たり第１の数のデータポイントを生成するより低い分解能と、視野を表すフレームの第２の部分内に視野のエリア当たり第２の数のデータポイントを生成するより高い分解能モードと、を含むハイブリッドスキャニングモードにて第１の光学スイッチ及びミラーを制御するように構成された少なくとも１つのコントローラを含み、データポイントの第２の数は、データポイントの第１の数を超える。
【0008】
実施形態は、少なくとも第１のフレームレートにて視野を表すフレーム内に第１の数のデータポイントを生成するより低い分解能の第１のモードと、第２のフレームレートにて視野を表すフレーム内に第２の数のデータポイントを生成するより高い分解能の第２のモードと、にて第１の光学スイッチ及びミラーを制御するように構成された少なくとも１つのコントローラを有するシステムを含んでいてもよく、データポイントの第２の数は、データポイントの第１の数を超え、第２のフレームレートは第１のフレームレート未満である。一実施形態において、第１のフレームレートによって乗算されたデータポイントの第１の数は、第２のフレームレートによって乗算されたデータポイントの第２の数に等しい。少なくとも１つのコントローラは、第１の及び第２のモードとの間でスイッチングし、視野の単一フレームを生成するために第１の及び第２のモードの動作によって生成されたデータを組み合わせるよう構成され得る。少なくとも１つのコントローラは、第１の光学スイッチ及びミラーを制御して視野の一部分のみをスキャニングするよう更に構成し得る。少なくとも１つのコントローラは、データを処理して物体を識別するよう更に構成されていてもよく、視野の一部分は物体に対応する。少なくとも１つのコントローラは、システムの場所、周辺条件、又は視野内の物体の識別に応答して、第１のモード及び第２のモードのいずれかを選択し得る。
【0009】
様々な実施形態において、少なくとも１つのコントローラは、視野の反復されたスキャニングによって生成されたデータを処理してポイントクラウドを生成し、少なくともいくつかのポイントクラウドの速度及び方向を含む速度ベクトルを判定して対応するベクトルクラウドを生成するよう構成され得る。少なくとも１つのコントローラは、既定の許容値未満だけ異なる類似の値を有するベクトルクラウド内のベクトルのクラスタに基づいて物体を識別し得る。少なくとも１つのコントローラは、類似の値を有する複数のベクトルクラスタに基づいて複数の関係する物体を識別し得ると共に、複数の物体を複数の既定の物体タイプのうちの１つに分類し得る。少なくとも１つのコントローラは、視野内の複数の物体ごとに、物体タイプ、視野との関係における物体位置、及び物体速度ベクトルを保存又は伝達し、視野の圧縮された表現を提供するよう更に構成され得る。少なくとも１つのコントローラは、物体タイプ、位置、及びベクトルを遠隔配置されたコンピュータサーバーに伝達するよう構成され得る。少なくとも１つのコントローラは、遠隔配置されたコンピュータサーバーによる予め保存された物体タイプ、位置、及びベクトルに対する物体タイプ、位置、及びベクトルの比較に基づいて遠隔配置されたコンピュータサーバーから確実性スコアを受信するよう更に構成され得る。少なくとも１つのコントローラは、サーバーが、伝達された物体タイプ、位置、及びベクトルの１つ又は複数に基づいて物体を識別することに応答して、遠隔配置されたコンピュータサーバーによって予め保存されている物体に関係するデータを受信するように更に構成され得る。物体に関係するデータは物体履歴データを有してもよく、これは、移動タイムスタンプ、移動方向、速度、及び視野との関係における場所のうち少なくとも１つを含み得る。少なくとも１つのコントローラは、視野の外側にある少なくとも１つの物体に関連するベクトルデータを受信するよう更に構成され得る。少なくとも１つのコントローラは、視野内に位置する少なくとも１つの物体に関連するベクトルデータを受信し、受信したベクトルデータを視野の少なくとも一部分を表す生成されたデータと組み合わせるよう更に構成され得る。
【0010】
少なくとも１つの実施形態は、連続的なスキャニングにおいて識別された複数の物体の３Ｄ物体表現と、それぞれの連続的なスキャニングにおける物体タイプ、位置、及び速度ベクトルと、を分離する能力を含み得る。３Ｄ物体表現は、時間に伴って、異なる角度から観察された同一物体の表現及びスキャニングを収集し得るが、その理由は、ＬｉＤＡＲ及び物体が一定の移動状態にあり、従って、これにより、センサと物体の間の、のみならず、物体自体の、向きを変更し得るからである。統合された３Ｄ表現は、異なる記憶内に保存されることになり、時間に伴う物体ベクトルは、３Ｄ物体に対するポインタと共に保存される。同様に、すべてのバックグラウンド（静止）物体も、時間に伴って統合される３Ｄ物体として保存される。それぞれの物体は、１つ又は複数のＬｉＤＡＲについて一意に保持される方式により、一意の識別子番号によって識別される。コントローラの一実施形態は、ＬｉＤＡＲが現時点においてスキャニングしているジオフェンスを有する場所内の様々な自動車タイプ又は（樹木又は看板などの）識別された静止物体などの可能なターゲットの既定のバンクに照らして物体を一意に識別することを試みることができる。
【0011】
コントローラの少なくとも１つの実施形態は、スキャニングに由来するオリジナルのポイントクラウドに対する高い忠実性（損失なし）を有し続ける方式によって収集された履歴時系列データからポイントクラウドを生成することが可能であり得る。このスキャニングされた画像の損失なし圧縮は、圧縮された形態におけるシーンデータの履歴保存及びリアルタイム送信のために大きな利益を提供する。
【0012】
少なくとも１つの実施形態は、上述の特徴のうちの任意のものを有するＬｉＤＡＲシステムを有する車両を含む。車両は、自律型車両であってよい。実施形態は、上述の特徴の１つ又は複数を有するシステムを使用して視野をスキャニングすることを有する方法を含む。
【0013】
実施形態は、レーザーパルスを生成することと、入力において受信したレーザーパルスを、第１の軸に沿って方向付けされた第１の線形アレイ状に配置された対応する第１の複数のファイバに結合された複数の出力のそれぞれに光学的にスイッチングすることと、少なくとも１つのミラーを回動又は回転させて、第１の軸に直交する第２の軸に沿って第１の複数のファイバからの光をリダイレクトし、視野の少なくとも一部を照射することと、少なくともいくつかのレーザーパルスを照射された物体から反射された光を、前記少なくとも１つのミラーによって、第２の線形アレイ状に配置された第２の複数のファイバを通じて少なくとも１つの検出器に導波することと、前記少なくとも１つの検出器からの信号を処理して、前記視野の少なくとも一部を表すデータを生成することと、を有する方法を含む。方法は、第１の層光学スイッチの入力からのレーザーパルスを第１のスイッチング時間内に複数の第１の層出力に対してスイッチングすることにより、光学的にスイッチングすることと、第１の層出力のそれぞれは、複数の第２の層の光学スイッチの１つの単一の入力に接続されており、第２の層光学スイッチのそれぞれごとに連続的に、単一の入力からのレーザーパルスを、第１のスイッチング時間より長い第２のスイッチング時間内に、複数の第２の層出力のうちの１つにスイッチングすることと、を含み得る。少なくとも１つの実施形態において、方法は、複数の第２の層出力のうちの１つに結合された単一の入力をそれぞれが含む光学スイッチの第３の層と、複数の第３の層出力と、を含み、第３の層光学スイッチのそれぞれごとに連続的に、第２のスイッチング時間より長い第３のスイッチング時間内に、単一の入力からのレーザーパルスを複数の第３の層出力のうちの１つにスイッチングすることを含む。
【0014】
方法の実施形態は、電気光学スイッチを有する第１の層光学スイッチと、磁気光学スイッチを有する第２の層光学スイッチと、を含み得る。方法は、ガルバノミラー、回転プリズム、ＭＥＭＳミラー、又は圧電トランスデューサに結合されたミラーの少なくとも１つを回動又は回転させることを含み得る。方法は、第１の複数のファイバからのレーザーパルスを、ビームスプリッタを通じて少なくとも１つのミラーに導波することと、少なくともいくつかのレーザーパルスを照射された物体から反射された光を、ビームスプリッタを通じて第２の複数のファイバに導波することと、を含み得る。
【0015】
様々な実施形態において、方法は、物体から反射され波長の第１の範囲を有する光の第１の部分を第１の検出器に導波することと、物体から反射され波長の第２の範囲を有する光の第２の部分を第２の検出器に導波することと、を含む。方法は、可視波長を含む波長の第１の範囲及び赤外波長を含む波長の第２の範囲を導波することを含み得る。光の第１の及び第２の部分を導波することは、物体から反射された光を二色性ビームスプリッタを通じて導波することを有し得る。
【0016】
１つ又は複数の実施形態において、方法は、レーザーパルスを光学的にスイッチングし、少なくとも１つのミラーを回動又は回転させて、低分解能によって視野の第１の部分をスキャンし、高分解能によって視野の第２の部分をスキャンすることを含む。方法は、また、レーザーパルスを光学的にスイッチングし、少なくとも１つのミラーを回動又は回転させて、第１の時間期間中に、より低い分解能を有するより高いレートにおいて視野をスキャンすることと、レーザーパルスを光学的にスイッチングし、少なくとも１つのミラーを回動又は回転させて、第２の時間期間中に、より高い分解能を有するより低いレートにおいて視野をスキャンすることと、を含み得る。第１の時間期間中に生成されるデータは、第２の時間期間中に生成されるデータと同一数のデータポイントを有し得る。方法は、より高いレート及びより低いレートにおけるスキャニングによって生成されたデータを組み合わせて視野を表すデータの単一のフレームを生成することを含み得る。より高いレート及びより低いレートは、フレームレートであってよい。
【0017】
実施形態はまた、物体を識別するためにデータを処理することと、レーザーパルスを光学的にスイッチングし、少なくとも１つのミラーを回動又は回転させて、視野の少なくとも１つのその他の部分とは異なる分解能によって物体をスキャンすることと、を含み得る。方法は、視野の反復されたスキャニングによって生成されたデータを処理してポイントクラウドを生成することと、少なくともいくつかのポイントクラウドの速度及び方向を含む速度ベクトルを判定して対応するベクトルクラウドを生成することと、を含み得る。方法は、既定の許容値未満だけ異なる類似の値を有するベクトルクラウド内のベクトルのクラスタに基づいて視野内の物体を識別することを含み得る。また、方法は、類似の値を有する複数のベクトルクラスタに基づいて複数の関係する物体を識別することと、複数の物体を複数の既定の物体タイプのうちの１つに分類することと、を含み得る。
【0018】
１つ又は複数の実施形態において、方法は、野内の複数の物体のそれぞれごとに、物体タイプ、視野との関係における物体位置、及び物体ベクトルを保存又は伝達して、視野の圧縮された表現を提供することを更に含む。方法は、物体タイプ、位置、及びベクトルを遠隔配置されたコンピュータサーバーに伝達することを含み得る。様々な実施形態において、方法は、遠隔配置されたコンピュータサーバーによる予め保存された物体タイプ、位置、及びベクトルに対する物体タイプ、位置、及びベクトルの比較に基づいて遠隔配置されたコンピュータサーバーから確実性スコアを受信することを含む。方法は、サーバーが、伝達された物体タイプ、位置、及びベクトルのうちの１つ又は複数に基づいて物体を識別することに応答して、遠隔配置されたコンピュータサーバーによって予め保存されている物体に関係するデータを受信することを含み得る。物体に関係するデータは、物体履歴データを有してもよく、これは、移動タイムスタンプ、移動方向、速度、及び視野との関係における場所を含み得る。方法は、視野の外側にある少なくとも１つの物体に関連するベクトルデータを受信することを含み得る。方法は、視野の内部にある少なくとも１つの物体に関連するベクトルデータを受信することと、受信するベクトルデータを視野の少なくとも一部分を表す生成されたデータと組み合わせることと、を含み得る。
【0019】
１つ又は複数の実施形態は、関連する利点を提供し得る。例えば、様々な実施形態は、ソリッドステート高速スキャニング装置をより低速の機械スキャニング装置と組み合わせた３Ｄ－ＬｉＤＡＲスキャニング用のシステム及び方法を提供する。ソリッドステートデバイスのみを使用するＬｉＤＡＲ方式は、信頼性及び安定性の利点を有する一方で、機械スキャニング装置とのソリッドステートデバイスの組合せは、より良好な分解能及び検出レンジを有するＬｉＤＡＲスキャニングを提供することができ、これは、特に自律型車両及び／又は自動運転車の用途に適し得る。ソリッドステートデバイス及び機械スキャニング装置の組合せは、ミラーのうち１つが１秒間に複数回にわたって視野全体をスキャニングし得るように極端な速度及び精度によって稼働しており、数十億又は数兆サイクルにわたって摩耗と損傷に晒されている、２つの機械的ミラーを有するシステムに関して、改善された信頼性を提供し得る。このような方式の高速ミラースキャニングを磁気光学（ＭＯ）スイッチなどの光学スイッチによって置換することは、１００Ｈｚ以上のフレームレートをサポートする能力を有するより高速のスキャニングレートを提供し得る。光学スイッチのカスケード型の層又はステージを有する光学スイッチアーキテクチャは、より小さなパワー消費及び全体的なスイッチ費用により、増大したＬｉＤＡＲフレームレートを促進するために、ポート数の大きいＭＯスイッチのスイッチング時間を低減する。ＬｉＤＡＲスキャニングの結果として得られるポイントクラウドデータの変化に基づいてベクトルクラウドを生成することは、ＬｉＤＡＲセンサの視野の内側及び外側における検出情報の共有及び物体の改善された検出を提供するために車両及び／又は外部サーバー又はサービスの間の高速低帯域幅保存及び通信用のデータの損失なし圧縮を促進する。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】組み合わせた高速／低速スキャニング装置及び代替レーザービーム形状を有するスキャニングＬｉＤＡＲ用のシステム及び方法の実施形態の動作を示すブロック図である。
【図2】視野（ＦＯＶ）内の物体から反射された自然光を使用して組み合わせたＬｉＤＡＲ／可視光画像を形成する能力を有するＬｉＤＡＲ検出器を示すブロック図である。
【図3】入力層に接続された層内の光学スイッチング装置のスイッチング時間を低減するための光学スイッチの層を有するスケーラブルな光学スイッチアーキテクチャを示す。
【図6】組み合わせたソリッドステートデバイス及び機械スキャニング装置を使用したＬｉＤＡＲスキャニング用のシステム及び方法の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0021】
本明細書には、必要に応じて詳細な実施形態が開示されているが、開示されている実施形態は、代表的なものであるに過ぎず、その代わりに様々な形態において実施され得ることを理解されたい。これらの図は、必ずしも縮尺が正確ではなく、特定のコンポーネントの詳細を示すために、いくつかの特徴が誇張又は極小化されている場合がある。従って、本明細書において開示されている特定の構造的及び機能的な詳細は、限定として解釈してはならず、特許請求されている主題を様々に利用するように当業者に教示するための代表的な基礎としてのみ解釈することを要する。同様に、様々な実施形態は、代表的な実装形態に関連する特徴の組合せを示しているが、当業者は、１つ又は複数の実施形態の特徴は、明示的に記述又は図示されていない場合がある新しい実施形態を形成するために容易に組み合わせることができることを認識するであろう。
【0022】
この説明において使用されている画像又は関係する用語は、視覚的表現に限定されるものではなく、更に一般的には、視野（ＦＯＶ）のデータ表現を意味する。データの視覚的表現を生成することなしにコントローラによって処理され得る多次元データアレイを提供するために、ＦＯＶ内のそれぞれの計測ポイント又はピクセルごとに、場所／位置、距離／レンジ、強度、偏向、速さ／速度、などのような異なるタイプのデータを収集し得る。同様に、ピクセルに対する参照も、関連するデータの視覚的表現又は表示、或いは、表示画面上のエリアを意味しておらず又は必要としておらず、更に一般的には、ＦＯＶ内の別個の計測ポイント又は観察ポイントを意味する。特定のピクセル場所における基礎をなす個別の計測は、ピクセル内の分解能を改善又は向上させるように使用され得るサブピクセルを意味し得る。例えば、異なるレーザーパルス又はレーザーパルスの異なる特性／プロパティから特定の（ｘ，ｙ）ピクセル場所について生成された計測値に対応するサブピクセルは、分解能を改善するようにピクセル内の時間ドメイン又は空間ドメインの変化を検出又は識別するために使用され得る更なるデータを提供する。
【0023】
分解能は、その最も広い意味において使用されており、及び、一般に、ピクセル（容積又は３次元空間を参照する際には、しばしば、ボクセルとも呼称される）の数／単位面積又は容積を意味し、より高い分解能は、より大きな数のピクセル又はデータポイント／単位面積又は容積を通知し、これは、例えば、規定されたＦＯＶ、ＦＯＶの一部分、又はＦＯＶ内の又は外側の物体を含み得る。
【0024】
車両は、その最も一般的な意味において、あらゆるものを保持する、搬送する、又は運搬するために使用される、自己推進型の機械化された機器として使用されている。自律（或いは、自動化された）車両又は半自律（或いは、半自動化された）車両は、それぞれ、その環境を検知する又はその他の方法で環境情報を受け取る及び人間の介入なしに又は限られた人間の介入を伴って運転する能力を有する車両を意味する。
【0025】
光学スイッチは、信号を入力から出力まで光として維持する全光学的なスイッチを意味する。光学スイッチは、順番に入力といくつかの出力のうちの１つとの間に光を連続的にスイッチング又はルーティングするために、電気光学、音響光学、又は磁気光学効果などの様々な効果を使用し得る。本開示を目的とした場合には、光信号又はパルスを１つのチャネルから別のものに、即ち、入力から複数の出力のうちの１つに、或いは、複数の入力の１つから出力に、ルーティングするために光学信号を電気信号に及び光学信号に戻るように変換する装置は、光学スイッチと見なされてはいない。全光学的スイッチは、光学信号又はパルスの空間ドメインスイッチングを提供するために電気信号又は電子コントローラによって制御し得る。可動部品を有さない光学スイッチは、スイッチング動作を実行するためのなんらの可動機械コンポーネントも有さない、即ち、ＭＥＭＳに基づいたフォトニックスイッチ内に提供されているものなどの可動ミラーを排除した装置を意味する。
【0026】
光学要素は、ミラー、レンズ（段階的屈折率又は勾配型屈折率レンズを含む）、プリズム、格子、などのような個別の要素のみならず、こちらも光をリダイレクトするように及び／又は光の１つ又は複数の特性を変更するように入射光に対して動作し得る及び反射性、屈折性、回折性、及び／又は更なる高次のプロセスを含み得る統合型のオプティクス及びホログラフィック光学要素をも含む、光に対して動作する任意の要素又はコンポーネントを意味する。
【0027】
ポイントクラウドは、空間内の３次元形状又は物体を表すデータセットを意味する。それぞれのポイントは、固定された又は静止状態の基準点に関して、検出された形状又は物体の単一ポイントのｘ、ｙ、及びｚ座標を表している。また、特定の実施形態に応じて、それぞれのポイントは、例えば、ＲＧＢ（赤色、緑色、青色）値などの色コンテンツ及び／又は速さ／速度、物体識別、又は物体タイプ／カテゴリを含むその他のデータ、パラメータ、又は特性を含み得る。
【0028】
ベクトルクラウドは、ポイントクラウド内のポイント又はポイントのグループの変化又は差を表すデータセットを意味し、ポイント又はポイントのグループの以前の位置又は場所、固定された基準、又は移動する基準であり得る基準からの距離の変化の速度及び方向（或いは、速さ）との関係における変化又は差の特徴を判定し得る。
【0029】
フレームは、特定の時間期間におけるＦＯＶ（或いは、その一部分）のデータ表現を意味し、これは、少なくとも一度だけＦＯＶ（或いは、その一部分）をスキャニングするために必要とされる時間を反映し得る。フレームデータは、ＦＯＶ（或いは、その一部分）の２回以上のスキャニングによって生成されたデータの数学的又は統計的組合せであってよい。例えば、特定のピクセルのフレームデータは、（距離、色、速度、などのような）そのピクセルに関連する様々なデータの値の最大、最小、平均、又はその他の関数又は計算であってよい。フレームレートは、フレームの数／単位時間を意味し、及び、通常は、複数のスキャニング／フレームに伴うスキャニングレートの分数である。
【0030】
一般に、本明細書において開示されているプロセス、方法、又はアルゴリズムは、処理装置、コントローラ、又はコンピュータによって実行することが可能であり、これは、任意の既存のプログラミング可能な電子制御ユニット又は専用の電子制御ユニット又はコントローラを含み得る。同様に、プロセス、方法、又はアルゴリズムは、限定を伴うことなしに、ＲＯＭ装置などの書き込み不能ストレージ媒体上において永久的に保存された情報と、電子的、磁気的、及び／又は光学的ストレージ装置を含む書き込み可能ストレージ媒体上において変更可能に保存された情報と、を含む多くの形態においてコントローラ又はコンピュータによって実行可能であるデータ及び命令として保存し得る。また、特定のプロセス、方法、又はアルゴリズムは、ソフトウェア実行可能オブジェクトにおいて実装し得る。或いは、この代わりに、プロセス、方法、又はアルゴリズムは、全体的に又は部分的に、用途固有の集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラム可能なゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、状態機械、コントローラ、又は任意のその他のハードウェアコンポーネント又は装置、或いは、ハードウェア、ソフトウェア、及びファームウェアコンポーネントの組合せなどの適切な専用の又はカスタムのハードウェアコンポーネントを使用することにより、実施し得る。同様に、特定のシーケンス又は順序におけるプロセス、アルゴリズム、又は機能の図示又は記述は、記述されている動作又は結果を実行するために必要とされていない場合もある。いくつかのプロセス、機能、アルゴリズム、又はこれらの一部分は、反復的に実行されてもよく、異なるシーケンスにおいて実行されてもよく、或いは、特定の用途の場合には省略されてもよい。
【0031】
図１は、組み合わせた高速／低速スキャニング装置及び代替レーザービーム形状を有するスキャニングＬｉＤＡＲ用のシステム及び方法の実施形態の動作を示すブロック図である。システム１００は、少なくとも１つの物体１０６を有する視野（ＦＯＶ）１０４の少なくとも一部分を表すデータを生成するように構成された組み合わせたトランスミッタ及びレシーバ要素を有するＬｉＤＡＲセンサ１０２を含む。システム１００は、車両１９０に取り付けられていてもよく又はその他の方法でこれと一体化されていてもよい。車両１９０は、センサ１０２によって提供された信号及び関連するデータに基づいた運転者支援アラート、ディスプレイ、制御装置、などを有する自律型車両（ＡＶ）、半自律型車両、又は従来の車両であってよい。
【0032】
センサ１０２は、レーザー１１０と、レーザー１１０からレーザーパルスを受信するように構成された入力を有する第１の光学スイッチ１１２を制御する少なくとも１つのコントローラ１０８と、を含む。様々な実施形態において、レーザー１１０は、９００ｎｍ～１７００ｎｍの出力公称波長を有するＳＷＩＲ範囲においてパルス化モードにおいて動作するファイバレーザーである。少なくとも１つの実施形態において、レーザー１１０は、センサ１０２がより長いレンジ及び改善された撮像／検知性能を提供するためにより大きなパワーによって動作し得るように、眼にとって安全な領域内の１５５０ｎｍの公称出力波長において動作する。レーザー１１０は、例えば、１００～５００ＫＨｚのレーザーパルスレートにより、例えば、１００Ｈｚ以上のデータフレームレートを提供するように動作させることができる。当然のことながら、データフレームレート及びレーザーパルス反復レートは、特定の用途及び実装形態に基づいて変化する。
【0033】
図１に示されている代表的な実施形態において、第１の光学スイッチ１１２は、１つ又は複数のコントローラ１０８などの少なくとも１つのコントローラによって制御された状態において、ファイバレーザー１１０によって出力された光学パルスをスイッチ１１２の入力からＮ個の出力のうちの１つに転送するように電子的に制御される全光学的１×Ｎスイッチである。一実施形態において、光学スイッチ１１２は、Ａｇｉｌｔｒｏｎ，Ｉｎｃ．ｏｆ Ｗｏｂｕｒｎ，ＭＡ，ＵＳＡ又はＰｒｉｍａｎｅｘ，Ｉｎｃ．ｏｆ Ｑｉｎｇｄａｏ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａによって提供されている市販のスイッチに類似した１×３２磁気光学スイッチによって実装されている。磁気光学スイッチは、スイッチがスイッチング動作を実行するために可動部品を含まないように、光学パルスをスイッチングするためのファラデーローテーターを含む。様々な実施形態は、以上の例における市販の磁気光学スイッチに必要とされている駆動電圧及び電流の必要とされる増大を伴うことなしにポート数の大きい光学スイッチのスイッチング時間を低減するために、図３～図５を参照して図示及び記述されているマルチステージ又はマルチ層のカスケード型のアーキテクチャを含む１×Ｎ光学スイッチを含み得る。また、システム１００は、狭帯域又は広帯域光学ファイバ１４８を含んでいてもよく、これは、検出器１５２に到達する及びシステムノイズを増大させる周辺太陽光の量を低減するために、受け取る側のオプティクスの経路内に配置され、及び、送出レーザーの波長を中心としてセンタリングされている。
【0034】
スイッチ１１２の出力のそれぞれは、第１の軸又は方向に沿って線形アレイ状に位置決めされた第１の複数のファイバ１１４のうちの１つに結合されている。一実施形態において、トランスミッタファイバ１１４の線形アレイは、垂直方向において方向付けされている。ファイバ１１４の出力は、レーザー１１０によって生成されたレーザーパルスを光学ヘッド（ＯＨ）１１６に供給する。１つ又は複数の実施形態において、ＯＨ１１６は、センサ１０２のその他のコンポーネントに関して遠隔配置されている。ＯＨ１１６は、透過オプティクス１１８を含み、これは、関連する光１３０（或いは、１３０’）が、１つ又は複数の物体１０６を収容するＦＯＶ１０４の対応する部分を照明するために異なる角度に導波されるように、ファイバ１１４からレーザーパルスを受け取るように、及び、１つ又は複数のコントローラ１０８からの制御信号に応答して回動、回転、又はその他の移動を実行するように構成されたミラー１２０にレーザーパルスをリダイレクトするように、構成された少なくとも１つの光学要素によって実装し得る。ミラー１２０は、ガルバノミラー、回転プリズム、ＭＥＭＳミラーにより、又はＰＺＴに基づいたミラーにより、或いは、特定の用途のために十分正確に１つの次元において空間内にレーザービームを移動させることができる任意のその他の機械的回転／移動／操向メカニズムにより、実装し得る。透過オプティクス１１８の少なくとも１つの光学要素は、ＦＯＶ１０４の望ましいカバレージ部分に基づいて規定された角度において一般的に円形のペンシルビーム１３０又はオーバル又は楕円出力ビーム１３０’を提供するために、発散レンズ１２２又は１つ又は複数の非対称な、非球面の、及び／又は円筒形の光学要素を含み得る。また、オプティクス１１８は、１つ又は複数の収束レンズ１２４又は類似の光学要素を含むこともできる。透過オプティクス１１８の少なくとも１つの光学要素は、１つ又は複数のレンズを含んでいてもよく、それぞれのレンズは、ファイバ１１４の単一のもの、ファイバ１１４のグループ、又はすべてのファイバ１１４と関連付けられている。
【0035】
図１に示されている代表的な実施形態において、ＯＨ１１６は、組み合わせたトランスミッタ及びレシーバコンポーネントを含み、これは、ＦＯＶ１０４の対応する部分を照明するために、ファイバ１１４からのレーザーパルスをミラー１２０に及び次いで組み合わせたトランスミッタ／レシーバオプティクス１２８を通じてリダイレクトするビームスプリッタ１２６を含み得る。オプティクス１２８は、例えば、１つ又は複数の発散レンズ１３２、収束レンズ１３４、及び／又は１つ又は複数の非対称な、非球面の、及び／又は円筒形の光学要素を含み得る。ＦＯＶ１０４のスキャニングの際に、１つ又は複数のコントローラ１０８は、ミラー１２０の第１の位置に対応する第１の軸１４０に沿って出力光ビーム１３０をスキャニングするように複数のスイッチ出力及びファイバ１１４のそれぞれを通じてレーザー１１０からのレーザーパルスを導波するために光学スイッチ１１２を制御するように構成されている。１つ又は複数のコントローラ１０８は、第１の軸１４０に直交する第２の軸１４２に沿った隣接位置にスキャニングレーザーパルスを移動させるように第２の位置に回動又は回転するためにミラー１２０を制御するように更に構成されている。このプロセスは、ＦＯＶ１０４の少なくとも一部分をスキャニングするために反復されている。一実施形態において、センサ１０２は、スイッチ１１２の動作が垂直方向においてビーム１３０（或いは、１３０’）をスキャニングし、ミラー１２０が回動又は回転してピクセル１４４の隣接した列をスキャニングするよう構成されている。別の実施形態において、センサ１０２は、スイッチ１１２の動作が水平方向においてビーム１３０（或いは、１３０’）をスキャニングし、ミラー１２０が回動又は回転してピクセル１１４の隣接した行をスキャニングするように垂直方向においてスキャニングビームを移動させるよう構成されている。当業者は、直交する軸１４０、１４２は、図示のように垂直方向及び水平方向において方向付けされる必要がないことを認識するであろう。
【0036】
ＦＯＶ１０４がレーザーパルスによってスキャニングされていることから、１つ又は複数の物体１０６から反射された光は、組み合わせたオプティクス１２８を通過し、ミラー１２０によって反射され、及び、ビームスプリッタ１２６を通じて第２の複数のファイバ１５０に通過し、これが、反射された光を少なくとも検出器１５２に供給する。１つ又は複数の検出器１５２のそれぞれは、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、ＰＩＮダイオード、ショットキーバリアフォトダイオード、又は特定の用途のために望ましい信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を提供する類似の感度を有する任意のその他の光学検出器などのフォトダイオードによって実装し得る。１つ又は複数の検出器１５２は、対応する信号を１つ又は複数のコントローラ１６０に提供する。特定の実装形態に応じて、コントローラ１６０は、純粋な制御機能以外の機能を実行し得ると共に、例えば、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ、データを分析するＦＰＧＡ、それぞれの検出されたポイントの位置を算出するプロセッサ、及びデータを遠隔ＰＣ又はモニタに伝達するリンクなどの様々な電子回路又はソリッドステートデバイスを収容し得る。１つ又は複数のコントローラ１６０は、物体１０６を含むＦＯＶ１０４の少なくとも一部分を表すデータを生成する。１つ又は複数のコントローラ１６０は、ローカルストレージ１６２内にＦＯＶ１０４を表すデータを保存し得ると共に／又は、例えば、クラウドサーバー１７０などの遠隔配置された外部コンピュータにデータを伝達し得る。１つ又は複数のコントローラ１６０は、１つ又は複数のコントローラ１０８の１つ又は複数を含み得ると共に、いくつかのケースにおいては、センサ１０２は、単一コントローラのみを含み得る。
【0037】
複数のファイバ１５０は、７本のファイバが１つの束にグループ化されるなどのように、グループとして束ねることが可能であり、それぞれの束は、検出器１５２のラインのうちの単一の検出器に接続されている。単一検出器内への複数のファイバの接続は、ファイバの複数のコアの対物面を９５％を超える効率を伴って検出器の結像面内に投影する高ＮＡ光学レンズの組合せを通じて効率的に実行し得る。この複数のファイバを単一検出器内に束ねる方法が可能である理由は、すべてのファイバが常に送出レーザーによって照明されているわけではない、即ち、レーザーは、図１において説明されているように、ファイバとの間にスイッチングするからである。異なる時間スロットにおいて照明される異なるグループからのファイバを束ねることにより、単一検出器が正しい時点においてそれぞれのファイバをサンプリングすることができる。この束ねる方法はシステム内の受光ファイバの数を増大させ、従って、検出器の数を増大させることなしに画像の分解能を向上させる。
【0038】
一実施形態において、ファイバ１５０は、線形アレイ状に配置されており、ファイバのそれぞれは、ＦＯＶ１０４のそれぞれのピクセル１４４が検出器１５２のうちの１つに対応するように、関連する検出器を有する。一実施形態において、それぞれのレーザーパルスは、検出器１５２の数が、第１の複数のファイバ１１４及び第２の複数のファイバ１５０の数に対応するように、検出器１５２のうちの１つによって検出される関連するピクセル１４４を照明するペンシル出力ビーム１３０を形成する。別の実施形態においては、拡大された楕円又はオーバルレーザービーム１３０’は、第１の軸に垂直である第２の軸に沿った角度発散よりも整数倍だけ大きい第１の軸に沿った角度発散を有し、複数のピクセル１４４を照射する。この実施形態において、第２の複数のファイバ１５０は、第１の複数のファイバ１１４内のファイバの数の整数倍と、光学スイッチ１１２の出力数の整数倍と、を含む。これは、ＦＯＶ１０４の関連する軸をスキャニングするために光学スイッチ１１２に必要とされる出力ポートの数を低減し、或いは、その代わりに、同一数の出力ポートの場合により大きなＦＯＶ１０４を提供する。例えば、拡大されたレーザービーム１３０’は、ターゲット物体１０６の大きなエリアを照射し得ると共に、（検出器のサンプリングレートが光学スイッチ１１２のスイッチング時間よりも格段に高速であると仮定することにより）検出器１５２がターゲット上の五つ（５個）のピクセル１４４から反射を受け取ることを許容し、従って、対応する係数、即ち、５の倍数、だけ、画像のキャプチャレートを増大させることができる。また、システムは、このケースにおいては、より小さなカウントの光学スイッチ１１２の使用からも受益する（このケースにおいては、５分の１の数の出力ポート）。より小さなカウントの光学スイッチ１１２は、スイッチ１１２をＯＨ１１６に結合するためにファイバ１１４の数の１／５を必要とする。これは、より大きな出力パワー／ポート及びより小さなシステムの全体コストを提供する。
【0039】
一実施形態において、コントローラ１０８、１６０の少なくとも１つは、本明細書において記述されている１つ又は複数の制御機能又はアルゴリズムを実行するために１つ又は複数のコントローラによって実行可能である命令を表すデータを保存するために、関連する一時的ではないメモリ又はコンピュータ可読ストレージ媒体１６２を有するマイクロプロセッサに基づいたコントローラである。複数のコントローラが提供されている場合には、コントローラは、通信してデータを交換し、及び／又は、調整又は協働して特定のタスク、機能、アルゴリズム、などを実行し得る。
【0040】
１つ又は複数のコントローラ１０８、１６０の１つ又は複数は、ＦＯＶ１０４を反復的にスキャニングするためにセンサ１０２を制御し得る。ＦＯＶを表すデータの単一のフレームを形成するために、２回以上のスキャニングからのデータを組み合わせることができる。例えば、ＦＯＶ１０４用のフレーム内に表されている特定のピクセル１４４のデータは、ＦＯＶ１０４の１０回のスキャニングからの値の平均値であってよい。或いは、この代わりに、ビーム１３０を別の場所に移動させる前に、１０個のレーザーパルスがそれぞれのピクセル１４４ごとに生成されてもよく、値は、データのフレームを生成するために平均化される。
【0041】
１つ又は複数の実施形態において、１つ又は複数のコントローラ１０８、１６０は、１つ又は複数の手動的又は自動的に選択された調節可能なスキャニングモードにおいて動作し得る。一実施形態において、１つ又は複数のコントローラ１０８、１６０は、より高いフレームレート及びより低い分解能を有する第１のモード及びより高い分解能を有するより低いフレームレートを有する第２のモードを提供するためにセンサ１０２の動作を制御し、両方のモードは、同一数のデータポイントを生成する。例えば、ＬｉＤＡＲセンサ１０２は、第１のモードにおいて動作し、これにより、１００スキャニング／ｓにおいてＸポイント／スキャニングを生成してもよく、或いは、第２のモードにおいて動作し、これにより、同一のＦＯＶ１０４について１０スキャニング／ｓにおいて１０Ｘポイント／スキャニングを生成してもよい。両方のスキャニングモードは、分解能とスキャニング周波数の間のトレードオフのソフトウェア制御を伴って、同一数のポイント／秒を生成する。スキャニングモードは、関連するインターフェイスを介して車両１９０の乗員によって手動的に選択されてもよく、或いは、例えば、動作条件、車両の場所、トラフィック、及び環境内の識別された物体１０６の数に応じて、自律型車両内に自動的に選択されてもよい。或いは、この代わりに、又は組合せにおいて、第１の及び第２のモードは、同一のスキャニングレートを維持しつつ、より高い分解能においてＦＯＶ１０４の一部分のみをスキャニングしてもよい。例えば、車両１９０がトンネルを通じて移動している場合に、センサ１０２は１００Ｈｚで動作を継続し、これにより、スキャニング分解能を倍加しつつＦＯＶ１０４の半分のみをスキャンし得る。このモードは、カバーされた領域のサイズに基づいてより大きな分解能を提供するスキャニングマスクを提供するように、ソフトウェアを使用して制御される。
【0042】
また、１つ又は複数のコントローラ１０８、１６０は、より高い分解能において物体マスクによって指定された領域のみをスキャニングするために、物体マスクの組を使用してセンサ１０２を制御することもできる。より高い分解能データは、特定の物体のための物体分類を改善するために分類エンジンに入力し得る。
【0043】
また、１つ又は複数のコントローラ１０８、１６０は、ハイブリッドスキャニングモードにてセンサ１０２を動作させ、これにより、時間スライス内にスキャニングモードとの間にスイッチングし及び異なる構成にてそれぞれの時間スライスを稼働させ、特定のコンテキスト内に結果を組み合わせる又は融合するように、構成することもできる。ハイブリッドモードは、利用可能なスキャニング／秒のそれぞれをコンテキスト用のスキャニング計画に従って異なるスキャニング目的に割り当てている。１つ又は複数のスキャニング計画は、フルソフトウェア制御を通じて容易にアクセス及び使用され得るハイブリッド計画を提供するためにＬｉＤＡＲセンサ１０２又は車両１９０内に局所的に保存し得る。例えば、スキャニング計画は、（９個の時間スライスを必要とする）３×分解能における３回のスキャニングを規定してもよく、これには、（物体マスクサイズに応じて）調節可能なより高い分解能における識別された物体のスキャニングに対して割り当てられる単一の時間スライスが後続する。このようなハイブリッド計画は、実際の物体のためのより良好な物体分類能力を提供する物体の高分解能画像を伴って、（スキャニング能力／秒の９０％を所要する）３×分解能における有効な３０Ｈｚスキャニングを提供する。
【0044】
ＦＯＶ１０４のＬｉＤＡＲセンサ１０２による反復されたスキャニングは、物体１０６の時間に伴うより小さなシフトと、ポイントクラウドを形成する関連するポイントと、を提供する。３０Ｈｚを超えるフレームレートにおける反復された高速スキャニングは、２回以上のスキャニングにわたって物体１０６などの同一の物体を関連付けるために使用し得る。同一の物体１０６が明瞭に識別されたら、１つ又は複数のコントローラ１０８、１６０、クラウドサーバー１７０、又は別のコントローラ、或いは、車両１９０のプロセッサは、スキャニングの間の時間にわたるセンサ１０２からの物体１０６の距離の変化に基づいて、ポイントクラウド内のそれぞれのポイントごとに速度を評価し得る。その結果、コントローラは、単純なポイントクラウドの代わりに、又はこれとの組合せにおいて、ベクトルクラウドを生成し得る。ポイントクラウド内のそれぞれのポイントは、更新又は変更されたモーション、方向、及び速度を表すベクトルとして評価される。ポイントベクトルは、（直交移動の場合に正確ではない）周波数変調波に関連するドップラー効果に依存するものなどのような、その他の方法よりも正確である。この能力は、１０Ｈｚのレベルのフレームレートを有する現時点において利用可能なＬｉＤＡＲセンサの場合には、実際的ではない。例えば、１００ｋｍ／ｈで走行する車両１９０に対向して１００ｋｍ／ｈで移動するターゲット物体１０６を仮定した場合に、車両１９０とターゲット物体１０６との間の相対速度は、２００ｋｍ／ｈ、即ち、５５ｍ／ｓである。（フレーム間１００ｍｓの）１０Ｈｚフレームレートにおいて、ターゲット物体１０６はフレーム間に５．５ｍ移動するが、これは、計測される物体１０６の長さを超え、その結果、物体１０６は到来するトラフィックにおいて見失われる可能性がある。対照的に、これらの相対センサ対物体速度において１００Ｈｚフレームレートを提供するＬｉＤＡＲセンサ１０２は、（連続的なフレーム間に０．５ｍ移動する）個々の車両を追跡及び識別し得る。より高いフレームレートのＬｉＤＡＲセンサ１０２は、方向及び速度をより正確に追跡し、これにより、同一のＦＯＶ１０４の連続的なフレームの間における物体誤識別の可能性を低減又は除去する能力を有する。
【0045】
図２は、視野（ＦＯＶ）内の物体から反射された自然光を使用することによって組み合わせたＬｉＤＡＲ／可視光画像を形成する能力を有するＬｉＤＡＲレシーバ／検出器を示すブロック図である。システム２００は、図１を参照して記述されているように、ＬｉＤＡＲセンサ１０２との組合せにおいて別個のＯＨとして使用され得るレシーバ／検出器２０１を含む。この代わりに、レシーバ／検出器２１０の主要コンポーネントを組み合わせたセンサ１０２内に統合し、これにより、ファイバ１５０から反射光を受け取り及び１つ又は複数の検出器１５２を置換することもできる。
【0046】
レシーバ／検出器２１０は、ＦＯＶ１０４内の物体１０６から反射光２１２を受け取っている。反射光２１２は、１つ又は複数の物体１０６から反射された自然（フルスペクトル）又は周辺光との組合せにおいてピクセル１４４を照射するレーザーパルスからの反射光を含む。反射光２１２は、レシーバオプティクス２２０を通過し、これは、収束又は合焦レンズ２２２及び発散レンズ２２４などの少なくとも１つの光学要素を含み得る。レシーバオプティクス２２０を通過した後に、反射光２１２は、二色性ビームスプリッタ２３０により、波長に基づいてスプリット又は分割され、波長の第１の範囲２３２は、第１の検出器２４０にほぼまっすぐに通過し、波長の第２の範囲は、二色性ビームスプリッタ２３０によって第２の検出器２５０にリダイレクトされている。この実施形態において、第１の検出器２４０は、レーザー１１０によって生成されたレーザーパルスを含む近赤外（ＮＩＲ）波長を検出し、第２の検出器２５０は、（赤色－緑色－青色又はＲＧＢ光と呼称され得る）可視光を検出する。検出器２４０、２５０によって生成されたアナログ信号は、関連する画像プロセッサ２６０に提供される前に、Ａ／Ｄコンバータ２４２によってデジタルデータに変換し得る。画像プロセッサ２６０は、別個のコントローラ又はプロセッサ或いは１つ又は複数のコントローラ１０８、１６０の１つによって実装し得る。
【0047】
ＬｉＤＡＲセンサのオプティクスの受光経路に沿った受動型ＲＧＢ検出器２５０の追加は、レーザー１１０によってピクセルごとにスキャニングされているこれらのターゲット１０６と並行して、ＦＯＶ１０４内のターゲット１０６から反射されている自然周辺光の可視色を検出する。次いで、画像プロセッサ２６０は、ＦＯＶ１０４内の物体１０６のカラー二次元画像とマッチング及びオーバーレイされるレーザーの（１５５０ｎｍなどの）ＮＩＲ波長における３次元ＬｉＤＡＲ画像を生成し得ると共に、大きな値をスキャニングされているシーンのポイントクラウドデータに追加し得る。図２には、代表的な構成が示されているが、このような組み合わせられた画像を有するＬｉＤＡＲセンサを実装するには、特許請求されている主題の範囲内にその他の光学構成も可能である。
【0048】
図３～図４は、入力層又はステージに接続された層又はステージ内の光学スイッチング装置のスイッチング時間を低減するための光学スイッチの層を有するスケーラブルな光学スイッチアーキテクチャを示しており、それぞれの層又はステージは、類似のスイッチング又はタイミング要件を有する。図３～図４に示されている１×４光学スイッチのより単純な代表的実施形態は、入力層に接続されている層のスイッチング時間を低減するための動作原理及びアーキテクチャを説明しており、及び、図５に関して図示及び記述されている異なるスイッチ構成の３つの層を有する１×３２スイッチの実施形態によって更に実証されている１×Ｎ光学スイッチを構築するために、それぞれの層ごとに同一又は異なるスイッチ構成を有する複数層にスケーリングし得る。図３において示されているように、光学スイッチ３００は、入力層３１０（第１の層）と、出力層３２０（第２の層）と、を含む。入力層３１０は、単一の入力３２４及び複数の出力３２６を有する単一スイッチ３２２（ＳＷ１）を含む。入力スイッチ３２２は１×２光学スイッチによって実装されているが、この入力層のスイッチ構成は、こちらも入力層用の１×２スイッチを有する図５に示されている１×３２スイッチ実施形態によって実証されているように、光学スイッチ３００の全体的な出力ポート数を制限してはいない。入力層用の１×２スイッチの使用は、同一の用途用の異なるスイッチ構成に関して様々な利点を提供し得るが、これは、限定ではない。入力装置３１０は、１×Ｍスイッチ構成などのように、２つ以上の出力を有する単一スイッチを有するアーキテクチャに一般化又は拡張し得る。スイッチ３２２は、複数の出力３２６のうちいずれが入力３２４に結合されているかを判定する少なくとも１つのタイミング、ゲーティング、又はスイッチング信号入力を含む。スイッチング信号入力３２８は、スイッチ３００の特定のアーキテクチャ用の指定されたスイッチング時間内にスイッチング信号を生成する関連するコントローラ又は制御回路（不図示）に接続されている。コントローラ又は制御回路は、図４を参照して図示及び記述されているように、外部コントローラ（不図示）からのマスタータイミング又はスイッチング信号に応答して異なる層内のスイッチ用の異なるスイッチング信号を提供するために、スイッチ内に統合し得る。
【0049】
スイッチ３００の出力層３２０は、１×２光学スイッチ３３０、３３２によって表されている複数の１×Ｐ光学スイッチを含む。（第２の）出力層３２０のそれぞれのスイッチは、（隣接する）入力／第１の層３１０の複数の出力３２６の１つに接続された関連する単一の入力３３４、３３８を含む。また、（第２の）出力層３２０のそれぞれのスイッチは、関連する複数の出力３３６、３４０と、関連するスイッチ入力３３４、３３８に結合される複数のスイッチ出力３３６、３４０のうちの１つを判定する関連するタイミング／ゲーティング／スイッチング信号入力３４２、３４４と、をも含む。出力層３２０の複数の出力３３６、３４０は、図４を参照して記述されているシーケンシャルなスイッチング順序において出口ポート３５０を提供するように構成し得る。出力層３２０と出口ポート３５０の間の出力の特定の構成又は再位置決めは、スイッチの数及びそれぞれの層のスイッチ構成を含むスイッチアーキテクチャに応じて変化する。或いは、この代わりに、スイッチ３００は、任意の便利な順序において出口ポート３５０を出力層３２０に接続してもよく、出口ポート３５０は、出力レーザーパルスが上述のように規定された軸に沿ってスキャニングを提供するために隣接するファイバにわたってシーケンシャルに出現するように、線形アレイ中に配置又は再位置決めされた対応する数のファイバに結合されている。
【0050】
図４は、図３のスケーラブルな光学スイッチアーキテクチャの動作を示すタイミング図である。図４に示されているように、図３及び図５の代表的な実施形態において示されているスイッチアーキテクチャは、全体的なスイッチング速度を増大させるために及びさもなければ必要とされる従来の磁気光学スイッチアーキテクチャを駆動するための電圧及び電流の増大を伴うことなしにＬｉＤＡＲセンサ用の増大したフレームレートを促進するために、ポート数の大きい光学スイッチのスイッチング時間を低減する。図３及び図５の代表的な実施形態によって示されているスイッチングアーキテクチャは、低パワー消費及びより低い全体スイッチ費用により、より高速のスイッチング時間をサポートする。
【0051】
図３及び図４を参照すれば、レーザーパルスは、（一例として）状態を１０μｓごとに変化させるスイッチング信号３２８に応じて出力ポート３２６ａ又は３２６ｂのいずれかに結合されるスイッチ３２２の入力３２４に進入する。出力ポート３２６ａにおけるレーザーパルスは、ＳＷ２用のスイッチング信号３４２の状態に応じて、スイッチ（ＳＷ２）の入力３３４に、次いで、出力ポート３３６1又は３３６2のいずれかに移動する。同様に、出力ポート３２６ｂにおけるレーザーパルスも、ＳＷ３用のスイッチング信号３４４の状態に応じて、スイッチ（ＳＷ３）３３２の入力３３８に、次いで、出力ポート３４０3又は３４０4のいずれかに移動する。スイッチング信号３４２、３４４は、このケースにおいては２０μｓごとに状態を変更し、ＳＷ２用の信号３４２は、ＳＷ３用の信号３４４に関して１０μｓだけ時間シフトされる。従って、１０μｓごとにスイッチ３００に入力されるレーザーパルスは、１０μｓごとに出口ポート３５０に出現するが、入力装置３１０のみは、２０μｓ以内でスイッチングする出力層３２０と比較して、１０μｓ以内でスイッチングする。図３～図４の実施形態において示されている構成の場合、このことは、図３に示されているように、出口アレイ３５０の線形アレイ内に再位置決めされ得る３３６1－３４０3－３３６2－３４０4という時間シーケンスにおけるレーザーパルスを出力ポートに結果的にもたらす。
【0052】
図３～図４の例示用の光学スイッチアーキテクチャから、アーキテクチャは、１×２スイッチの第３の層を追加することにより、２つの層を有する１×４構成から１×８構成に容易にスケーリング又は拡張され得ることが明瞭であろう。１×２スイッチの第３の層は、第２の層内における２０μｓ又は第１の層内における１０μｓなどの代わりに、４０μｓのスイッチング時間を必要とする。
【0053】
図５は、図４に関して図示及び記述されているものに類似したタイミング信号を有する図３のスケーラブルなスイッチアーキテクチャに基づいて構築された、３つの層又はステージを有する代表的な１×３２光学スイッチを示している。光学スイッチ５００は、１×２スイッチ５１２を有する入力層５１０と、２つの１×４スイッチ５２２、５２４を有する中間層５２０と、８つの１×４スイッチ５３２、５３４、５３６、５３８、５４０、５４２、５４４、５４６、及び５４８を有する出力層５３０と、を含む。それぞれのスイッチＳＷ１～ＳＷ１１は、図３～図４を参照して記述されている例と同様に、入力に結合される複数の出力のうちの１つを判定する対応するスイッチング信号を受け取るスイッチング入力（不図示）を含む。Ｘのスイッチング時間を有する入力層スイッチング信号の場合に、中間層５２０の２つのスイッチ５２２、５２４のそれぞれは、相互の関係においてＸだけオフセットされた２Ｘのスイッチング時間を有するスイッチング信号を有する。同様に、出力層５３０の８つのスイッチ５３２～５４８も、それぞれ、相互の関係においてＸだけ時間シフトされた８Ｘのスイッチング時間を有するスイッチング信号を有することになり、即ち、ＳＷ５用のスイッチング信号は、その他のスイッチング信号のそれぞれに関して２ＸなどのようにＸの整数倍だけ時間シフトされている一方で、ＳＷ１１用の信号は、ＳＷ４用の信号に関して７Ｘだけ時間シフトされている。当然のことながら、それぞれの層ごとの信号のスイッチング時間及び時間シフトは、層内のスイッチの数と、以前の層内のスイッチの数との関係におけるカスケード内のそれぞれのスイッチの構成と、に依存する。
【0054】
スイッチ５３０～５４８の出力は、図３～図４を参照して上述したように、シーケンシャルな出口ポート５５０の線形アレイを提供するように再構成し得る。図５の例において、出力１～３２は、１、１７、５、２１、９、２５、１３、２９、２、１８、６、２２、１０、２６、１４、３０、３、１９、７、２３、１１、２７、１５、３１、４、２０、８、２４、１２、２８、１６、３２というスイッチングシーケンス順序で構成されることになろう。
【0055】
図３～図５の実施形態において示されているように、入力層に接続されたそれぞれの層は、入力層よりも低速のスイッチング速度を有するスイッチを含む。更に詳しくは、それぞれの層は、入力層のスイッチング速度と層内のスイッチング要素の整数の数に対応する入力層スイッチング速度の整数倍の間のスイッチング速度を有する。図３～図４の例においては、出力層は、入力層スイッチング速度（１０μｓ）と入力層スイッチング速度の二倍（２×１０μｓ＝２０μｓ）の間のスイッチング速度を有する２つのスイッチング要素（ＳＷ２及びＳＷ３）を有する。図５の例示用の実施形態においては、入力層は、１０μｓのスイッチング速度を有し、中間層は、２つのスイッチを含み、及び、２０μｓ（２×１０μｓ）の対応するスイッチング速度を有し、及び、出力層は、８０μｓ（８×１０μｓ＝８０μｓ）のスイッチング速度を有する８つのスイッチを含む。同様に、層内のそれぞれのスイッチごとのスイッチング信号も、相互の関係において入力層のスイッチング速度によって時間シフトされる。図３～図４の例示用の方法において、第２の層３２０内のそれぞれのスイッチごとのスイッチング信号は、入力層３１０のスイッチング速度（１０μｓ）だけ時間シフトされている。この関係は、層内のスイッチの特定のサイズ／構成、即ち、スイッチが１×２、１×３、１×４、又は１×Ｐスイッチであるのかどうか、とは無関係に適用される。例えば、光学スイッチは、１０μｓのスイッチング速度を有する単一の１×３スイッチを有する入力層、３０μｓのスイッチング速度を有する３つの１×４スイッチの第２の層、及び１２０μｓのスイッチング速度を有する１２個の１×２スイッチの出力層を含み得る。別の例として、光学スイッチは、２０μｓにおいてスイッチングする入力層、４０μｓ（２×２０μｓ）においてスイッチングする２つのスイッチを有する中間層、及び８０μｓ（４×２０μｓ）においてスイッチングする４つのスイッチを有する出力層を有する３つの層として構成された７つの１×２スイッチを含み得る。
【0056】
図３～図５に関して光学スイッチアーキテクチャの代表的な実施形態において示されているように、光学スイッチ３００、５００は、第１のスイッチング要素３２２、５１２を有する少なくとも入力層３１０、５１０と、複数のスイッチング要素３３０～３３２、５３２～５４８を有する出力層３２０、５３０と、を含む複数の層又はステージを含む。第１のスイッチング要素３２２、５１２及び複数のスイッチング要素３３０～３３２、５３２～５４８のそれぞれは、例えば、３２８などの制御信号に応答して、例えば３２４などの信号入力と例えば３２６などの複数の出力との間に順番に光を光学的にスイッチングするように構成されている。入力層３１０、５１０の第１のスイッチング要素の単一の入力３２４、５１２は、光学スイッチ３００、５００の入力を有し、及び、出力層３２０、５３０のスイッチング要素の複数の出力３５０、５５０は、光学スイッチ３００、５００の出力を有する。それぞれの層３１０、３２０、５１０、５２０、５３０は、隣接する層内のスイッチング要素のうちの関連するものの複数の出力の１つに接続された層内のそれぞれのスイッチング要素の単一の入力を有する。第１のスイッチング要素３２２、５１２は、第１のスイッチング速度において動作し、及び、それぞれの層３２０、５２０、５３０のスイッチング要素は、第１のスイッチング速度よりも低速のスイッチ速度において、及び、更に詳しくは、第１のスイッチング速度と層内のスイッチング要素の整数の数に対応する第１のスイッチング速度の整数倍の間のスイッチング速度において動作する。特定の層内のそれぞれのスイッチング要素ごとのスイッチング信号は、特定の層内のその他のスイッチング要素に関して第１のスイッチング速度の整数倍だけ時間シフトされている。
【0057】
本開示による光学スイッチアーキテクチャは、例えば、全磁気光学スイッチなどのように、同一のタイプ又は動作原理のスイッチング要素（スイッチ）を含み得る。或いは、この代わりに、入力層スイッチング要素は、電気光学スイッチング要素又はセラミックに基づいたスイッチング要素又は任意のその他の高速光学スイッチなどの異なるタイプのスイッチング要素と置換することもできる。適し得る市販のソリッドステート光学スイッチング要素又はスイッチは、Ｂｏｓｔｏｎ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．（ＢＡＴｉ）ｏｆ Ｗｏｂｕｒｎ，ＭＡ，ＵＳＡによって製造される自由空間アーキテクチャにおいて動作するＯＰＴＯＣＥＲＡＭＩＣ（登録商標）材料を使用したスイッチのＮＡＮＯＮＡ（登録商標）ラインを含む。電気光学又はセラミックに基づいたスイッチの使用は、望ましい高速スイッチング速度を提供するために磁気光学スイッチよりも少ないパワーを必要とし得る一方で、これらのスイッチは、通常、磁気光学スイッチよりも大きな光学損失及び大きな費用を有する。電気光学又はセラミックに基づいたスイッチを有する少数のスイッチによって入力層のみを又は恐らくは第２の層を置換することは、ＬｉＤＡＲセンサの１００Ｈｚ以上のフレームレートを実現するために望ましい高速スイッチング速度を提供しつつ、スイッチの全体的な光学損失及び費用に対するこれらの影響を軽減する。
【0058】
図６は、組み合わせたソリッドステートデバイス及び機械スキャニング装置を使用したＬｉＤＡＲスキャニング用のシステム及び方法の動作を示すフローチャートである。システム又は方法６００は、６１０において表されているように、レーザーパルスを生成することと、６１２において表されているように第１の軸に沿って方向付けされた第１の線形アレイ状に配置された対応する第１の複数のファイバに結合された複数の出力のそれぞれに対する入力において受信されたレーザーパルスを光学的にスイッチングすることと、を含む。システム又は方法は、６１４において表されているように、第２の軸に沿って隣接する行／列にパルスを移動させるために機械的装置を制御することを含む。これは、少なくとも１つのミラーを回動又は回転させて、第１の軸に直交する第２の軸に沿って第１の複数のファイバから光をリダイレクトして視野の少なくとも一部分を照射することを含み得る。６１６において表されているように、光学スイッチング及び機械的位置決め装置の対応する制御により、１つ又は複数の調節可能なスキャニングモードを提供してスキャニングレート、分解能、及び／又はエリアを調節し得る。例えば、調節可能なスキャニングモードは、運転条件、車両の場所、及び／又は環境内のトラフィック及び識別された物体の数に応じて、より高いスキャニングレート又はより高い分解能を提供するスキャニングモードを手動的又は自動的に選択するために、車両操作者により、或いは、自律型車両コントローラにより、選択し得る。例えば、システム又は方法は、両方のスキャニングモードが同一数のポイント／秒を生成する状態において、同一のＦＯＶに伴って、Ｙスキャニング／秒においてＸポイント／スキャニング、或いは、Ｙ／１０スキャニング／秒において１０Ｘポイント／スキャニング、を生成する１つのモードにおいて動作することができる。別の調節可能なスキャニング動作モードにおいて、システム又は方法は、同一のスキャニングレートを維持しつつ、より高い分解能において利用可能なＦＯＶの一部分のみをスキャニングし得る。例えば、トンネル内を移動する車両は１００Ｈｚでスキャニングし得るが、スキャニング分解能を倍増させつつ、ＦＯＶの２分の１のみをスキャニングし得る。このモードは、ＦＯＶのスキャニングされた部分のサイズ／エリアに基づいて増大した分解能を提供するように、スキャニングマスクを提供するソフトウェアによって制御し得る。別の調節可能なスキャニングモードにおいては、特定の物体のためのより良好な分類データを提供するように、より高い分解能において物体のそれらの領域のみをスキャニングするために、物体マスクが使用される。
【0059】
更に別のスキャニングモードにおいて、システム又は方法は、時間スライス内にスキャニングモードを変更し得、これにより、それぞれの時間スライスを異なる構成にて稼働させると共に、特定のコンテキスト内に結果を組み合わせる又は融合する。代表的なハイブリッドスキャニングモードは、スキャニング計画に従って、異なるスキャニング目的に基づいて、利用可能なスキャニング／秒を割り当てる。１つ又は複数のコントローラによって実行されるソフトウェア命令によって特定のコンテキストのために後続のアクセスが選択されるように、１つ又は複数のスキャニング計画が保存され得る。
【0060】
システム又は方法は、６１８において表されているように、第２の線形アレイ状に配置された第２の複数のファイバを通じて、少なくとも１つのミラーを介して少なくともいくつかのレーザーパルスを照射された視野内の物体から反射された光を、少なくとも１つの検出器に導波することを含み、これは、物体から反射され波長の第１の範囲を有する光の第１の部分を、６２０において表されているように、第１の検出器に導波することと、物体から反射され波長の第２の範囲を有する光の第２の部分を、６２２において表されているように、第２の検出器に導波することと、を含み得る。波長の第１の範囲は、可視波長を含んでいてもよく、波長の第２の範囲は、赤外波長を含んでいてもよく、光の第１の及び第２の部分を導波することは、二色性ビームスプリッタを通じて物体から反射された光を導波することを有する。第１の及び第２の検出器からの信号は、６２４において表されているように、処理されて組み合わせられるか又はオーバーレイされ得る。
【0061】
１つ又は複数の検出器からの信号は処理されて、視野の少なくとも一部分を表す６２６において表されているポイントクラウドが生成される。高いフレームレートによる同一のＦＯＶの反復されたスキャニングは、物体及びポイントクラウド内のポイントの時間に伴うより小さな変化を提供する。３０Ｈｚを超えるフレームレートにおける反復された高速スキャニングは、２回以上のスキャニングにわたって物体を識別するために使用し得る。同一の物体が明瞭に識別された後に、ポイントクラウド内のそれぞれのポイントごとに速度を判定することができる。この結果、システム又は方法は、単純なポイントクラウドではなく、６２８において表されているように、ベクトルクラウドを生成することができる。クラウド上のそれぞれのポイントは、更新されたモーション、方向、及び速度を表すベクトルとして評価される。このようなポイントベクトルは、（直交する移動については正確ではない）周波数変調波によって生成されたドップラー効果に依存するものなどの、その他の方法よりも高精度である。
【0062】
６３０において表されているように、システム又は方法は、類似の、即ち、既定の閾値未満だけ異なる値を有するベクトルのクラスタに基づいて、物体と、関連する境界線とを識別し得る。本開示は、共有された物体は、同一の方向に同一の速度で移動し（なんらかの許容値内に）同一のベクトルクラウドを有することを認識している。ベクトルクラウドは、同一のモーションベクトルを共有するものとして、同一の物体のすべてのポイントを観察する。この結果、プロセッサのソフトウェアアルゴリズムがクラスタリング及び識別を目的として物体及び関連する境界線を識別することがより容易である。
【0063】
物体は、６３２において表されているように、クラスタリングに基づいて分類され得る。同一又は類似のモーションベクトルを共有する物体の正確な識別に基づいて、ベクトルクラウドを利用することにより、関係する物体のグループ又はクラスタを、物体の特定のタイプに、より容易に分類又は類別し得る。識別は、樹木又は看板などのより一般的な環境物体に加えて、特定の車両タイプ、又はさらには車両メーカー／モデルなどの、認識された物体タイプを特定することができる。
【0064】
システム又は方法は、６３４において表されているように、ＦＯＶの圧縮された表現としてＦＯＶ内のそれぞれのポイントの距離及び速度を含み得るベクトルクラウドデータを保存及び／又は伝達する。共有された速度及びクラスタリングに起因した物体分類の後に、システム又は方法は、物体、場所、及び統合されたモーションベクトルに基づいたシーンの圧縮された評価をその他の適切に装備された車両及び／又は外部クラウドサーバー又はサービスに伝達し得る。識別された物体の場所又は速度のみに依存するよりも良好にＦＯＶ及び物体マッピングを評価するために、ベクトルクラウドによって特徴付けされたパラメータを使用し得る。ベクトルクラウド内の物体が特徴付け及び識別された後に、システム又は方法は、（時間に伴って更に詳細に完成される）３次元物体に対する単一の参照として連続的なスキャニング内に出現する物体を局所的に保存し得る。同様に、関連する物体ベクトルクラウドを再送するのではなく、予め伝達された物体に対する単一の参照をリモートサーバー又はサービスに送信することもできる。それぞれのスキャニングは、損失を伴うことなしに画像を取得するために、ベクトルクラウド内に個々のポイント又はベクトルを保存する必要はない。ベクトルクラウドに基づいた圧縮された画像は、物体全体の物体参照、場所、向き、及び単一モーションベクトルを保存するために使用され得る。このような情報は、ベクトルクラウドを再生するのに十分なものであり、物体を表すポイントよりも格段に圧縮されている。また、スキャニングにおける移動していない物体も、シーン物体として一旦保存され得ると共に、後続のスキャニングにおいて参照され得る。
【0065】
ベクトルクラウドデータは、６３６において一般的に表されているように、特定のシーン又は領域内の道路トラフィック及びその他の物体のマッピングなどのサービスを提供する１つ又は複数のリモートサーバーに転送され得る。ポイントによってではなく速度ベクトルによってターゲット物体を表すことは、特定の領域又は場合によっては世界全体をマッピング及び監視する外部サービスへの検出されたターゲットのデータの伝達を促進する。このようなサービスは、航空管制が航空交通を監視するために行うものと類似の能力を提供し、任意の特定の車両のセンサ能力とは無関係に、複数の車両のための１つ又は複数の共有された／共通の参照ポイントを保持することになろう。シーンの圧縮されたベクトルに基づいた理解は、非常に高いフレームレートにも拘わらず非常にわずかな帯域幅を使用して、スケールにおける高い効率性により、同一の「トラフィックセル」内の多くの車両によって、損失なしに共有し得る。
【0066】
６３８において表されているように、視野をスキャニングすることによって検出されたベクトルクラウド内の１つ又は複数の物体は、外部サーバー又はサービスによって提供される共有ベクトル空間からの対応するデータを使用することにより、検証又は確認し得る。外部サービスは、上述のように、特定の領域内の複数の車両からベクトルクラウド情報を受信する。この共有ベクトル空間は、特定の車両からのデータをその他の車両によって予め共有されているデータと比較するために使用され得る。このようなサービスは、特定の車両のＬｉＤＡＲセンサから送信されたベクトルクラウド用の検証又は確認を提供し、これにより、ベクトル内に識別されているすべての物体のための確実性スコアを評価して返すことができる。受信した検証又は確実性スコアは、識別された物体とＬｉＤＡＲセンサによって判定された対応する物体位置及びモーションとの関係におけるサービスによって保存されているその位置及びモーションの間のマッチング又は相関値を提供する。
【0067】
システム及び方法は、６４０において表されているように、ベクトルクラウドデータに基づいて１つ又は複数の識別された物体のための物体分類及びエンリッチメントデータを受信し得る。外部サービスは、１つ又は複数の識別された物体のためのより完全な又は確実な情報を提供し得ると共に、この情報をデータエンリッチメントとして車両ＬｉＤＡＲセンサに伝達し得る。このような情報は、物体を肯定的に識別又は分類するには不十分である情報によってＬｉＤＡＲによって検出された離れた物体を改善することができる。例えば、２００メートル以上から識別された物体が識別又は分類のために十分なデータをＬｉＤＡＲシステムに提供しない場合がある。外部サービス又はサーバーに伝達されたベクトルクラウドデータに基づいて、外部サービスは、例えば、サービスによって共有ベクトル空間内に保存されている情報並びにベクトルクラウドデータの相対場所、サイズ、及び速度に応じて、自動車又はトラックとして又は更に具体的には青色のトヨタプリウス（登録商標）として、物体を識別し得る。
【0068】
６４２において表されているように、システム又は方法は、１つ又は複数の物体を識別するベクトルクラウドデータに基づいてリモートサーバー又はサービスから物体履歴データを受信し得る。物体は、特定の場所又はシーンのコンテキストにおける履歴を有する。履歴物体データは、物体タイプ、位置、速度、タイムスタンプ、などを含み得る。例えば、移動していない車両は、最後の移動時刻（タイムスタンプ）の履歴を有することになり、例えば、最後の速度又は最大速さ又は速度を含み得る。システム又は方法によって受信した物体のための履歴データは、状況における特定の運転方式に関する軽減方式又は履歴データに基づいた車両経路に進入する特定の物体の尤度の判定を評価するために使用し得る。同様に、封鎖されたレーン又は道路の近傍の物体も、道路又は車両経路に向かう又はこれから離れる移動を通知する履歴移動ベクトルを有し得る。このようなデータは、外部サービスからＬｉＤＡＲセンサに提供されるオーバーレイとして物体ベクトルに追加され得る。
【0069】
システム又は方法は、６４４において表されているように、ＦＯＶの外側の物体について外部サービス又はサーバーからデータを受信し得る。本開示によるベクトルクラウドデータの使用は、ＬｉＤＡＲセンサのＦＯＶの外側にある物体の事前検出情報を提供するために、高速及び低帯域幅における外部サービスによるベクトルデータの共有を促進する。このような物体は、遠過ぎ得るか、近過ぎ得るか、又はその他の方法で車両のＬｉＤＡＲセンサによる検出が妨げられ得るが、その他の車両のセンサには可視状態であり得、又は外部サービス又はサーバーにとっては既知であり得る。同様に、このような物体は、例えば、妨げられた視界を有するコーナーの周りなどのように、検出することが困難である角度から車両に接近する可能性もある。外部サーバー又はサービスから物体情報を受信することは、悪天候又は低視認性状態における動作を改善することができ、このような場合には、安全な運転又は高い確実性（並びに、より大きな速度）の維持のために、自動車の間の情報の共有が不可欠であり得る。
【0070】
６４６において表されているように、システム又は方法は、ＦＯＶ内に、他の場合では検出されない物体又は識別されない物体のための物体データを受信できる。外部サーバー又はサービス或いはその他の車両又は道路センサは、近傍のエリア内の物体について車両のＬｉＤＡＲセンサに物体ベクトルデータを伝達し得ると共に、スキャニングＬｉＤＡＲによって生成されたデータを処理する１つ又は複数のコントローラを介して、これらのターゲットシンボルをローカル車両ポイントクラウド画像内に注入し得る。このようなベクトルは、外部道路センサ及び／又は様々な検出センサを有するエリア内のその他の車両から受け取ることができる。注入されたターゲットを含む改善又は拡張されたポイントクラウドは、すべての天候状態においてターゲットをより良好に検出及び分類するために、ＬｉＤＡＲセンサの知覚及び分類ソフトウェアによって使用し得る。
【0071】
従って、以上において詳述した及び図１～６において示されているスキャニングＬｉＤＡＲ用のシステム又は方法の代表的な実施形態の１つ又は複数は、いくつかの利点を提供し得る。例えば、１つの軸に沿ったソリッドステート高速スキャニングデバイスの直交する軸に沿ったより低速の機械スキャニング装置との間の組合せは、ソリッドステートスイッチングデバイスに完全に依存したＬｉＤＡＲに関して、より小さな費用及びパワー消費においてより良好な分解能及び検出レンジをＬｉＤＡＲスキャニングに提供し得る。ソリッドステートデバイス及び機械スキャニング装置の組合せは、ミラーの１つが極端な速度及び精度によって動作し、数十億又は数兆のサイクルにわたって摩耗と損傷に晒される２つの機械的ミラーを有するシステムに関して、改善された信頼性を提供し得る。磁気光学（ＭＯ）スイッチなどの光学スイッチによってこのような方式の高速ミラースキャニングを置換することは、１００Ｈｚ以上フレームレートをサポートする能力を有する、より高速のスキャニングレートを提供し得る。ポート数が大きいスイッチのスイッチング時間を低減するために光学スイッチのカスケード型の層又はステージを有する光学スイッチアーキテクチャを含む実施形態は、より小さなパワー消費及び全体スイッチ費用により、増大したＬｉＤＡＲフレームレートを促進する。ＬｉＤＡＲスキャニングから結果的に得られるポイントクラウドデータの変化に基づいてベクトルクラウドを生成することは、検出器情報の共有及びＬｉＤＡＲセンサの視野の内側の及び外側の物体の改善された検出を提供するために、車両間の及び／又は車両と外部サーバー又はサービスとの間の高速低帯域幅保存及び通信用のデータの損失なし圧縮を促進する。当業者には、本開示に基づいた特定の用途及び実装形態の多くのその他の利点が認識され得るであろう。
【0072】
以上、代表的な実施形態について説明したが、これらの実施形態は、特許請求されている主題のすべての可能な形態を記述することを意図したものではない。本明細書において使用されている用語は、限定ではなく説明の用語であり、本開示及び特許請求された主題の範囲を逸脱することなしに、様々な変更が実施され得ることを理解されたい。これに加えて、様々な実装実施形態の特徴は、明示的に記述又は図示されていないが、但し、本開示及び特許請求されている主題の範囲に含まれる、当業者には認識可能であり得る、更なる実施形態を形成するために組み合わせることもできる。様々な実施形態は、利点を提供するものとして又は１つ又は複数の望ましい特性に関してその他の実施形態又は従来技術の実装形態よりも好ましいものとして記述されている場合がある。当業者が認識するように、１つ又は複数の特徴又は特性は、望ましい全体的なシステム属性を実現するために損なわれる場合もあるが、これは、特定の用途及び実装形態に依存し得る。これらの属性は、限定されることなく、費用、強度、耐久性、ライフサイクル費用、市場可能性、外観、パッケージング、サイズ、サービス可能性、重量、製造可能性、組立の容易性などを含む。１つ又は複数の特性に関して、その他の実施形態又は従来技術の実装形態よりも望ましくないものとして記述されている実施形態は、必ずしも本開示の範囲外ではなく、特定の用途には望ましいものであり得る。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【国際調査報告】