(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調周波数ωおよび位相φを有する光エネルギーＳｏｕｔを放出する一次光源と、距離Ｚだけ離れた目標物体によって反射されて戻される放出された前記光エネルギーＳｏｕｔの少なくとも一部分である光エネルギーＳｉｎを検出する飛行時間センサーを含み、前記光エネルギーＳｏｕｔと前記光エネルギーＳｉｎの間の前記位相φのシフトから前記距離Ｚを決定する位相ベースの飛行時間（ＴＯＦ）システムであって、前記位相ベースの飛行時間（ＴＯＦ）システムは、
前記飛行時間センサーには、前記目標物体に反射されたその出力光エネルギーＳｏｕｔ−ｎが、前記一次光源によって放出され前記目標物体に反射された光エネルギーＳｏｕｔと実質的に区別ができない、少なくとも１つの補助光放出ユニットをさらに含み、
前記補助光放出ユニットの各々によって放出される光エネルギーＳｏｕｔ−ｎが、変調周波数ωおよび位相φに関して前記一次光源から放出された前記光エネルギーＳｏｕｔの複製である、
位相ベースの飛行時間（ＴＯＦ）システム。
【請求項２】
前記補助光放出ユニットが、少なくとも１つのワイヤレス光放出（ＷＯＥ）ユニットを含み、
前記ワイヤレス光放出（ＷＯＥ）ユニットが、
放出された前記光エネルギーＳｏｕｔの一部分を受け取るための手段と、
前記ワイヤレス光放出（ＷＯＥ）ユニットによって受け取られるときの前記一次光源の発生した前記光エネルギーＳｏｕｔによる前記変調周波数ωおよび前記位相φと同期している光エネルギーＳｏｕｔ−ｎを発生させるための手段とを含む
請求項１に記載の位相ベースの飛行時間（ＴＯＦ）システム。
【請求項３】
前記ワイヤレス光放出（ＷＯＥ）ユニットが発生する出力光エネルギーＳｏｕｔ−ｎが、前記ワイヤレス光放出（ＷＯＥ）ユニットが受け取った光エネルギーＳｏｕｔの変調周波数ωおよび位相φに対して動的にロックされ、
前記ワイヤレス光放出（ＷＯＥ）ユニットの動作が、前記目標物体によって前記位相ベースの飛行時間（ＴＯＦ）システムの方に反射して戻される光エネルギーの実効パワーを増加させる、
請求項２に記載の位相ベースの飛行時間（ＴＯＦ）システム。
【請求項４】
前記光エネルギーＳｏｕｔ−ｎの変調周波数ωおよび位相φの少なくとも一方を前記光エネルギーＳｏｕｔの変調周波数ωおよび位相φに強制的に同期させるための閉ループフィードバックシステムを少なくとも１つの前記ワイヤレス光放出（ＷＯＥ）ユニットに設けたことを特徴とする、
請求項２又は３に記載の位相ベースの飛行時間（ＴＯＦ）システム。
【請求項５】
前記閉ループフィードバックシステムが、
電圧制御発振器（ＶＣＯ）と、
前記光エネルギーＳｏｕｔと前記光エネルギーＳｏｕｔ−ｎとの間の前記変調周波数ωの誤差および前記位相φの誤差の少なくとも一方を示す誤差信号を発生させる位相ロックループ（ＰＬＬ）ユニットであり、前記誤差信号が、閉ループフィードバックにおいて、前記光エネルギーＳｏｕｔ−ｎの変調周波数ωおよび位相φの少なくとも一方を前記光エネルギーＳｏｕｔの変調周波数ωおよび位相φにロックするために発生される、位相ロックループ（ＰＬＬ）ユニットとを含む、
請求項４に記載の位相ベースの飛行時間（ＴＯＦ）システム。
【請求項６】
前記放出された前記光エネルギーＳｏｕｔの一部分を受け取るための手段が、前記光エネルギーＳｏｕｔの少なくとも一部分を受け取る複数のセンサーを含み、
前記ワイヤレス光放出（ＷＯＥ）ユニットが、
前記放出された前記光エネルギーＳｏｕｔの一部分を受け取るための手段内の少なくとも第１のセンサーおよび第２のセンサーによって取得されるデータを使用して奥行き画像を形成するための手段と、
前記ＰＬＬを駆動する際にどのセンサー出力を使用するかを、前記センサーの各々からの出力信号から識別するための手段とを含む、
請求項５に記載の位相ベースの飛行時間（ＴＯＦ）システム。
【請求項７】
前記ワイヤレス光放出（ＷＯＥ）ユニットが、前記ＰＬＬを同期させる際に使用するための最良のロックデータを記憶するメモリーをさらに含む、
請求項５又は６に記載の位相ベースの飛行時間（ＴＯＦ）システム。
【請求項８】
前記ワイヤレス光放出（ＷＯＥ）ユニットが、前記ワイヤレス光放出（ＷＯＥ）ユニットによって受け取られる前記光エネルギーＳｏｕｔからの入来光エネルギーの量、および前記目標物体に当たる前記ワイヤレス光放出（ＷＯＥ）ユニットによって放出される前記光エネルギーＳｏｕｔ−ｎの量の少なくとも一方を増加させるように、前記一次光源を基準にして前記ワイヤレス光放出（ＷＯＥ）ユニットの位置を変えるための手段を含む、
請求項２〜７のいずれか一項に記載の位相ベースの飛行時間（ＴＯＦ）システム。
【請求項９】
前記補助光放出ユニットが、少なくとも１つのプラグ有線接続光放出（ＰＷＯＥ）ユニットを含むことを特徴とし、
前記プラグ有線接続光放出（ＰＷＯＥ）ユニットが、前記一次光源に隣接する前記位相ベースの飛行時間（ＴＯＦ）システムに取り外し可能に結合することができるものであり、
前記位相ベースの飛行時間（ＴＯＦ）システムが、前記一次光源を基準にした遅延に対して前記プラグ有線接続光放出（ＰＷＯＥ）ユニットを較正するための手段を含む、
請求項１〜８のいずれか一項に記載の位相ベースの飛行時間（ＴＯＦ）システム。
【請求項１０】
前記較正するための手段が、
前記一次光源によって放出される光エネルギーＳｏｕｔのみを使用して前記目標物体の一次奥行き画像を取得するための手段と、
前記プラグ有線接続光放出（ＰＷＯＥ）ユニットの各々によって放出される光エネルギーのみを使用して前記目標物体の奥行き画像を一度に１ユニットずつ取得するための手段と、
前記一次奥行き画像を、前記プラグ有線接続光放出（ＰＷＯＥ）ユニットの各々によって放出される光エネルギーを使用して取得された奥行き画像と一度に１つずつ比較するための手段と、
前記一次奥行き画像と前記プラグ有線接続光放出（ＰＷＯＥ）ユニットの各々によって放出される光エネルギーで取得された奥行き画像との間の差を最小にするように、前記プラグ有線接続光放出（ＰＷＯＥ）ユニットの各々に関連する遅延を補償するための手段であり、前記プラグ有線接続光放出（ＰＷＯＥ）ユニットの遅延を調整することなしにソフトウェアを使用して補償する、手段とを含む、
請求項９に記載の位相ベースの飛行時間（ＴＯＦ）システム。
【請求項１１】
前記較正するための手段が、
前記一次光源によって放出される光エネルギーＳｏｕｔのみを使用して前記目標物体の一次奥行き画像を取得するための手段と、
前記プラグ有線接続光放出（ＰＷＯＥ）ユニットの各々によって放出される光エネルギーのみを使用して前記目標物体の奥行き画像を一度に１ユニットずつ取得するための手段と、
前記一次奥行き画像を、前記プラグ有線接続光放出（ＰＷＯＥ）ユニットの各々によって放出される光エネルギーを使用して取得された奥行き画像と比較するための手段と、
前記一次奥行き画像と前記プラグ有線接続光放出（ＰＷＯＥ）ユニットの各々によって放出される光エネルギーで取得された奥行き画像との間の差を最小にするように、前記プラグ有線接続光放出（ＰＷＯＥ）ユニットの前記遅延を変更するための手段とを含む、
請求項９に記載の位相ベースの飛行時間（ＴＯＦ）システム。
【請求項１２】
前記補助光放出ユニットが、前記一次光源に対して距離をおいて配置され、且つ、前記目標物体に対して距離をおいて配置されることを特徴とする、
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の位相ベースの飛行時間（ＴＯＦ）システム。
【請求項１３】
変調周波数ωおよび位相φを有する光エネルギーＳｏｕｔを放出する一次光源と、距離Ｚだけ離れた目標物体によって反射されて戻される放出された前記光エネルギーＳｏｕｔの少なくとも一部分である光エネルギーＳｉｎを検出する飛行時間センサーを含み、前記光エネルギーＳｏｕｔと前記光エネルギーＳｉｎの間の前記位相φのシフトから前記距離Ｚを決定する位相ベースの飛行時間（ＴＯＦ）システムの検出性能を動的に増強する方法であって、前記方法が、
少なくとも１つの補助光放出ユニットからの光エネルギーＳｏｕｔ−ｎを使用するステップであり、その出力光エネルギーＳｏｕｔ−ｎが、前記飛行時間センサーには、前記一次光源によって放出される光エネルギーＳｏｕｔと区別ができない、ステップを含み、
前記補助光放出ユニットの各々によって放出される光エネルギーＳｏｕｔ−ｎが、変調周波数ωおよび位相φに関して前記一次光源から放出された前記光エネルギーＳｏｕｔの複製である方法。
【請求項１４】
前記補助光放出ユニットが、少なくとも１つのワイヤレス光放出（ＷＯＥ）ユニットを含み、
前記ワイヤレス光放出（ＷＯＥ）ユニットが、
放出された前記光エネルギーＳｏｕｔの一部分を受け取るための手段と、
前記ワイヤレス光放出（ＷＯＥ）ユニットによって受け取られるときの前記一次光源の発生した前記光エネルギーＳｏｕｔによる前記変調周波数ωおよび前記位相φと同期している光エネルギーＳｏｕｔ−ｎを発生させるための手段とを含む
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ワイヤレス光放出（ＷＯＥ）ユニットが発生する出力光エネルギーＳｏｕｔ−ｎが、前記ワイヤレス光放出（ＷＯＥ）ユニットが受け取った光エネルギーＳｏｕｔの変調周波数ωおよび位相φに対して動的にロックされ、
前記ワイヤレス光放出（ＷＯＥ）ユニットの動作が、前記目標物体によって前記位相ベースの飛行時間（ＴＯＦ）システムの方に反射して戻される光エネルギーの実効パワーを増加させる、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記光エネルギーＳｏｕｔ−ｎの変調周波数ωおよび位相φの少なくとも一方を前記光エネルギーＳｏｕｔの変調周波数ωおよび位相φに強制的に同期させるための閉ループフィードバックシステムを少なくとも１つの前記ワイヤレス光放出（ＷＯＥ）ユニットに設けたことを特徴とする、
請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記閉ループフィードバックシステムが、
電圧制御発振器（ＶＣＯ）と、
前記光エネルギーＳｏｕｔと前記光エネルギーＳｏｕｔ−ｎとの間の前記変調周波数ωの誤差および前記位相φの誤差の少なくとも一方を示す誤差信号を発生させる位相ロックループ（ＰＬＬ）ユニットであり、前記誤差信号が、閉ループフィードバックにおいて、前記光エネルギーＳｏｕｔ−ｎの変調周波数ωおよび位相φの少なくとも一方を前記光エネルギーＳｏｕｔの変調周波数ωおよび位相φにロックするために発生される、位相ロックループ（ＰＬＬ）ユニットとを含む、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記放出された前記光エネルギーＳｏｕｔの一部分を受け取るための手段が、前記光エネルギーＳｏｕｔの少なくとも一部分を受け取る複数のセンサーを含み、
前記ワイヤレス光放出（ＷＯＥ）ユニットが、
前記放出された前記光エネルギーＳｏｕｔの一部分を受け取るための手段内の少なくとも第１のセンサーおよび第２のセンサーによって取得されるデータを使用して奥行き画像を形成するための手段と、
前記ＰＬＬを駆動する際にどのセンサー出力を使用するかを、前記センサーの各々からの出力信号から識別するための手段とを含む、
請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記ワイヤレス光放出（ＷＯＥ）ユニットが、前記ＰＬＬを同期させる際に使用するための最良のロックデータを記憶するメモリーをさらに含む、
請求項１７又は１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ワイヤレス光放出（ＷＯＥ）ユニットが、前記ワイヤレス光放出（ＷＯＥ）ユニットによって受け取られる前記光エネルギーＳｏｕｔからの入来光エネルギーの量、および前記目標物体に当たる前記ワイヤレス光放出（ＷＯＥ）ユニットによって放出される前記光エネルギーＳｏｕｔ−ｎの量の少なくとも一方を増加させるように、前記一次光源を基準にして前記ワイヤレス光放出（ＷＯＥ）ユニットの位置を変えるための手段を含む、
請求項１４〜１９のいずれか一項に記載の位相ベースの飛行時間（ＴＯＦ）システム。
【請求項２１】
前記補助光放出ユニットが、更に、少なくとも１つのプラグ有線接続光放出（ＰＷＯＥ）ユニットを含むことを特徴とし、
前記プラグ有線接続光放出（ＰＷＯＥ）ユニットが、前記一次光源に隣接する前記位相ベースの飛行時間（ＴＯＦ）システムに取り外し可能に結合することができるものであり、
前記位相ベースの飛行時間（ＴＯＦ）システムが、前記一次光源を基準にした遅延に対して前記プラグ有線接続光放出（ＰＷＯＥ）ユニットを較正するための手段を含む、
請求項１３〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記較正するための手段が、
前記一次光源によって放出される光エネルギーＳｏｕｔのみを使用して前記目標物体の一次奥行き画像を取得するための手段と、
前記プラグ有線接続光放出（ＰＷＯＥ）ユニットの各々によって放出される光エネルギーのみを使用して前記目標物体の奥行き画像を一度に１ユニットずつ取得するための手段と、
前記一次奥行き画像を、前記プラグ有線接続光放出（ＰＷＯＥ）ユニットの各々によって放出される光エネルギーを使用して取得された奥行き画像と一度に１つずつ比較するための手段と、
前記一次奥行き画像と前記プラグ有線接続光放出（ＰＷＯＥ）ユニットの各々によって放出される光エネルギーで取得された奥行き画像との間の差を最小にするように、前記プラグ有線接続光放出（ＰＷＯＥ）ユニットの各々に関連する遅延を補償するための手段であり、前記プラグ有線接続光放出（ＰＷＯＥ）ユニットの遅延を調整することなしにソフトウェアを使用して補償する、手段とを含む、
請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記較正するための手段が、
前記一次光源によって放出される光エネルギーＳｏｕｔのみを使用して前記目標物体の一次奥行き画像を取得するための手段と、
前記プラグ有線接続光放出（ＰＷＯＥ）ユニットの各々によって放出される光エネルギーのみを使用して前記目標物体の奥行き画像を一度に１ユニットずつ取得するための手段と、
前記一次奥行き画像を、前記プラグ有線接続光放出（ＰＷＯＥ）ユニットの各々によって放出される光エネルギーを使用して取得された奥行き画像と比較するための手段と、
前記一次奥行き画像と前記プラグ有線接続光放出（ＰＷＯＥ）ユニットの各々によって放出される光エネルギーで取得された奥行き画像との間の差を最小にするように、前記プラグ有線接続光放出（ＰＷＯＥ）ユニットの前記遅延を変更するための手段とを含む、
請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記補助光放出ユニットが、前記一次光源に対して距離をおいて配置され、且つ、前記目標物体に対して距離をおいて配置されることを特徴とする、
請求項１３〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明は、一般に、位相ベースの飛行時間（ＴＯＦ）範囲探知システムに関し、より詳細には、一次光エネルギー源に動的に周波数同期および位相同期される少なくとも１つの追加の光源によりそのようなシステムで使用される光エネルギー源を増大することに関する。そのような追加の光源はＴＯＦシステムから遠方にワイヤレスで設置することができるか、またはＴＯＦシステムそれ自体に取り外し可能にプラグ接続で取り付けることができる。
【背景技術】
【０００２】
[0002]飛行時間（ＴＯＦ）システムは当技術分野で既知であり、米国特許第６，３２３，９４２号の「ＣＭＯＳ−Ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ  Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒ  ＩＣ」（２００１）に説明されているような非位相化ベースのシステムと、さらなる背景材料として参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，５８０，４９６号「Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｆｏｒ  ＣＭＯＳ−Ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ  Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  Ｕｓｉｎｇ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ」（２００３）に説明されているような位相ベースのシステムとの両方を含む。
【０００３】
[0003]図１Ａは、位相ベースのＴＯＦシステム１００、例えば、米国特許第６，５８０，４９６号に説明されているものなどのシステムを例示する。ＴＯＦシステム１００は、可動部分なしで、比較的少ないオフチップ構成要素で、単一のＩＣ１１０に実装することができる。システム１００は検出器（またはセンサー）１４０の２次元アレイ１３０を含み、その各々は、関連する検出器によって出力された検出電荷を処理するための専用回路１５０を有する。共同して、検出器１４０およびその回路１５０は画素１５５を構成する。典型的な用途では、アレイ１３０は１００×１００の画素１５５を含むことができる。ＩＣ１１０は、マイクロプロセッサーまたはマイクロコントローラユニット１６０、メモリー１７０（好ましくは、ランダムアクセスメモリー、すなわちＲＡＭ、および読取り専用メモリー、すなわちＲＯＭを含む）、高速分配可能なクロック１８０、および様々なコンピューティングおよび入力／出力（Ｉ／Ｏ）回路１９０をさらに含む。
【０００４】
[0004]マイクロプロセッサー１６０の制御下で、発振器１１５によって、光エネルギー源１２０は周期的にエネルギーが与えられ、光エネルギーＳｏｕｔをレンズ１２５経由で物体目標２０の方に放出する。典型的には、光エネルギーは、例えば、レーザダイオードまたはＬＥＤデバイス１２０によって放出される光である。Ｓｏｕｔは、好ましくは、大体２００ＭＨｚの変調周波数成分をもつ周期信号である。便宜上、ＳｏｕｔはＡ・ｃｏｓ（ωｔ）で表すことができる。Ｓｏｕｔは、典型的には、数十ｍＷ範囲の低い平均およびピークパワーを有し、そのため、発光器１２０は比較的狭い帯域幅、例えば、数百ｋＨｚをもつ安価な光源とすることができる。放出された光エネルギーＳｏｕｔのうちの若干は、戻りエネルギーＳｉｎとして目標物体２０の表面から反射されることになり、ＳｉｎはＳｉｎ＝Ａ・ｃｏｓ（ωｔ＋Φ）で表すことができ、ここで、Φは相対位相シフトである。戻りエネルギーＳｉｎは、開口視野絞りおよびレンズ、まとめて１３５を通過し、画素検出器１４０の２次元アレイ１３０に当たり、そこで画像が形成される。Ｓｉｎは、能動的に放出されたＳｏｕｔ成分に加えて周囲のエネルギー成分を含むことがあることに留意されたい。
【０００５】
[0005]各画素１５５は、受け取ったＳｉｎの強度（または振幅）と、システム１００と目標物体２０との間の往復移動距離Ｚの大きさを示す、受け取ったＳｉｎと放出されたＳｏｕｔとの間の相対位相シフト（Φ）とを測定する。発光器１２０によって送出された光エネルギーのパルスごとに、目標物体２０の一部の３次元画像が取得され、位相シフト（Φ）が分析されて、距離Ｚが決定される。
【０００６】
[0006]システム１００の方に反射して戻る前に目標物体２０のより遠方の表面領域まで横切る放出された光エネルギーＳｏｕｔは、目標物体のより近い表面部分（またはより近い目標物体）に当たり、そこから反射される放射よりも長い飛行時間を明確に示すことになる。さらに、距離Ｚの値が異なると、相対位相シフト（Φ）の大きさが明確に異なることになる。したがって、相対位相シフト位相（Φ）は、システム１００と目標物体２０との間の距離Ｚの大きさを与えることができる。画素アレイ１３０の多数の場所にわたりＳｉｎ信号を検出することにより、奥行き画像と呼ばれる測定信号がもたらされる。取得されたデータは明度データ（例えば、信号振幅Ａ）および正しいＴＯＦ相対位相シフト（Φ）を含み、目標物体２０の表面領域までの距離Ｚの値を決定する。
【０００７】
[0007]システム１００’において、発光器１２０によって送出されるエネルギー（Ｓ１＝ｃｏｓ（ωｔ））が目標物体２０まで距離ｚを横切るのに必要とされる飛行時間（ＴＯＦ）に起因する位相シフトΦが存在することになり、アレイ１３０’中の光検出器１４０’によって検出される戻りエネルギーはＳ２＝Ａ・ｃｏｓ（ωｔ＋Φ）であり、ここで、Ａは検出された反射信号の輝度を示し、画素検出器によって受け取られる同じ戻り信号を使用して測定することができる。図１Ｂおよび１Ｃは、説明を簡単にするために周期Ｔ＝２π／ωをもつ正弦波形を仮定して、位相シフトΦと飛行時間との間の関係を示す。
【０００８】
[0008]飛行時間による位相シフトΦは、
Φ＝２・ω・ｚ／Ｃ＝２・（２πｆ）・ｚ／Ｃ
である。
【０００９】
[0009]ここで、Ｃは光速の３００，０００ｋｍ／秒である。したがって、エネルギー放出器から（および検出器アレイから）目標物体までの距離ｚは次式で与えられる。
[0010]  ｚ＝Φ・Ｃ／２ω＝Φ・Ｃ／｛２・（２πｆ）｝
[0011]ＴＯＦシステムで取得される３次元画像化データを取得および処理するための様々な技法が当技術分野で知られている。例えば、Ｂａｍｊｉ等の米国特許第６，５２２，３９５号（２００３）は、Ｎｏｉｓｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  Ｓｕｉｔａｂｌｅ  ｆｏｒ  Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ａｃｑｕｉｒａｂｌｅ  ｗｉｔｈ  ＣＭＯＳ−Ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ  Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒ  ＩＣｓ（ＣＭＯＳ互換画像センサーＩＣで取得可能な３次元情報に好適な雑音低減技法）を開示している。
【００１０】
[0012]Ｓｏｕｔによって供給され、目標物体１２０が見る実効照明は、Ｚの２乗に反比例する。したがって、発光器１２０からの出力パワーの大きさを増加させると、システム１００の性能が増強され、Ｚの大きさの増加に対してより正確な測定を行うことができる。しかしシステムによっては、発光器１２０はＩＣ１１０に接合されることがあり、その結果、発光器をより強力な（より高いワット数の）デバイスと取り替えることが困難となることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
[0013]したがって、１つまたは複数の追加の光源を設けて、目標物体が見るＳｏｕｔの照明の強度を増大することができる方法への必要性がある。そのような追加の光源は、システム１００に恐らく隣接して設置される比較的高いパワーを供給する発光器、および／またはＴＯＦの一次光パワー源よりも目標物体の近くに設置されるパワーの少ない発光器を含むことができる。しかし、結果として得られるシステムの適切な動作には、各追加の光源からの光エネルギーが光エネルギーＳｏｕｔに同期することが必要とされる。
【００１２】
[0014]本発明は、光源エネルギーＳｏｕｔとして発光器１２０によって発生された光エネルギーに同期されている少なくとも１つの追加の光源を設けるための方法およびシステムを提供する。そのような追加の光源はＴＯＦシステムの一次光源とワイヤレス同期することができ、かつ／またはＴＯＦシステムハウジングに取り外し可能に取り付け、したがって、ワイヤレスではなく有線接続することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
[0015]本発明では、多くの用途において、位相ベースのＴＯＦシステムによって放出される実効光パワーを増大し、より多くの光エネルギーを目標物体の少なくとも１つの領域の方に誘導することが望ましいことが認識される。実効光パワーの増大は、一実施形態では、ＴＯＦシステムからのＳｏｕｔ放出に変調周波数および位相に関して、好ましくは、光学的に、およびワイヤレスで、動的に同期される少なくとも１つの補助ワイヤレス光放出器（ＷＯＥ）ユニットを含むことによって達成される。ＷＯＥユニットは、放出される光エネルギーで目標物体の少なくとも一部を照明するように配置される。そのようなユニットによって放出される光パワーは、ＴＯＦシステムによって放出されるＳｏｕｔ光パワーよりも少ない、それよりも多い、またはそれとちょうど同じでありうる。比較的低いパワーのＷＯＥユニットの利点は、適度に小さいコストおよび形状係数と、目標物体の比較的近くにＷＯＥユニットを配置できることとである。目標物体の近くに配置されたそのようなユニットによって供給される実効光エネルギー照明は非常に重要でありうる。好ましくは、補助光放出器は各々スタンドアロンユニットであり、そうである必要はないが、バッテリーで動作することができる。
【００１４】
[0016]前に述べた通り、ＴＯＦシステムによって取得される奥行き画像の品質は入来反射Ｓｉｎ光エネルギーに相関する。適切な奥行き画像を生成するには、Ｓｏｕｔ光エネルギーのすべての光源、すなわち、ＴＯＦシステムの光放出器およびすべてのＷＯＥが、変調周波数および位相の両方に関してＴＯＦシステムのＳｏｕｔ放出光エネルギーに動的に同期されることが必要とされる。好ましくは、各ＷＯＥは、ＴＯＦシステムによって放出される入来Ｓｏｕｔ光エネルギーに応答する第１の光センサーと、光エネルギーを出力する光放出器と、公称ではＴＯＦ発振器の周波数で動作するフリーランニング電圧制御発振器（ＶＣＯ）と、ＷＯＥによって放出される光エネルギーに応答する第２の光センサーと、ＷＯＥによって放出される光エネルギーの周波数および位相を入来ＴＯＦ光エネルギーＳｏｕｔのものに強制的に一致させるために、閉ループフィードバック中で動作する、なるべくなら位相ロックループ（ＰＬＬ）システムとを含む。各ＷＯＥ内で、ＶＣＯの周波数は、好ましくはＰＬＬ回路を使用して、ＴＯＦシステムのＳｏｕｔ周波数に動的に同期され、周波数同期は、ＷＯＥユニットの放出した光エネルギーのサンプリングによって確認される。ＷＯＥユニットの放出した光エネルギーの位相はＴＯＦシステムのＳｏｕｔ位相に同期され、位相同期は、ＷＯＥユニットの放出した光エネルギーのサンプリングによって確認される。好ましくは、各ＷＯＥユニットの第１の光センサーおよび光放出器は、入来Ｓｏｕｔ光エネルギーをより良好に検出し、ユニットの放出した光エネルギーを目標物体の方により良好に誘導するように機械的に回転させることができる。好ましくはハードウェアの支援によりＴＯＦシステム内で実行されるソフトウェアは、好ましくは、Ｓｉｎ信号の初期の時間領域を無視することができ、その時間領域の間、同期のロックはまだ達成されていない。さらに、ＴＯＦシステム内で実行されるソフトウェアは、必要に応じ、ＷＯＥユニットの周波数および位相を動的にロックするのに必要な時間、ＦＯＶ、出力パワー、および個別のＷＯＥユニットの他の特性を考慮に入れて、必要に応じ、Ｓｉｎ情報の処理を知的に援助することができる。好ましくは、各ＷＯＥユニット内のメモリーは最も最近のＰＬＬ同期パラメータを記憶して、Ｓｏｕｔ光エネルギーの周波数および／または位相の変化のときに再同期化を潜在的に早めることができる。
【００１５】
[0017]第２の実施形態では、少なくとも１つの補助プラグ有線接続光放出器（ＰＷＯＥ）ユニットは、好ましくは、短いワイヤー長により伝播遅延が最小にされたプラグ接続によって、ＴＯＦシステムのハウジングに、物理的に、取り外し可能に、取り付けることができる。プラグ接続は、非常に短いワイヤー長により、このＰＷＯＥをＴＯＦの一次光放出器への駆動信号に結合させるのを可能にする。ＴＯＦシステム内の回路はそのようなＰＷＯＥユニットの各々を単独で使用することによって取得された画像の遅延の遅れを一度に１つずつ試験し、ＴＯＦの一次光放出器を単独で使用することによって取得された画像と比較する。ＴＯＦシステム回路は、別個に使用される各ＰＷＯＥユニットからの光エネルギーを使用して、一次光学ユニットからの光エネルギーなしに取得されたデータに関連する遅延の遅れを補償することができる。代替として、ＴＯＦ回路は、一次光学ユニットの遅れに一致するように各ＰＷＯＥの遅れを調整することができる。次に、任意の数のこのように適切に遅延補償された、または選択されたＰＷＯＥは、目標物体に当たる光エネルギーの量を増加させるために、ＴＯＦシステム一次光源と並列に使用することができる。ＴＯＦシステムは、所望であれば、少なくとも１つのＷＯＥおよび少なくとも１つのＰＷＯＥユニットを使用することができる。
【００１６】
[0018]本発明の他の特徴および利点は、添付図面に関連して、好ましい実施形態が詳細に記載された以下の説明から明白となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】[0019]先行技術による一般的な位相ベースのＴＯＦシステムのブロック図である。
【図１Ｂ】[0020]先行技術による、図１Ａのシステムによって送出された高周波成分をもつ送出周期Ｓｏｕｔ信号を示す図である。
【図１Ｃ】[0021]先行技術による、図１Ｂの送出信号に関して位相遅延をもつ戻りＳｉｎ波形を示す図である。
【図２】[0022]本発明の実施形態による、補助ワイヤレス光放出器（ＷＯＥ）ユニットと、補助プラグ有線接続光放出器（ＰＷＯＥ）ユニットとを備えた一般的な位相ベースのＴＯＦシステムのブロック図である。
【図３】[0023]本発明の実施形態による、ＷＯＥユニットの例示的な詳細を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
[0024]ＴＯＦシステムによって取得される奥行き画像およびデータの品質および解像度は、ＴＯＦシステムによって放出される光エネルギーＳｏｕｔの大きさに部分的に依存する。Ｓｏｕｔのエネルギーの大きさが増加するにつれて、実効Ｚ範囲が増加し、所与の奥行きＺにおける取得奥行きデータの解像度が向上する。いくつかの用途では、目標物体の一部のみを照明する実効Ｓｏｕｔ光パワーを増加させることが望ましい、または必要であることがある。実効Ｓｏｕｔ光パワー照明の大きさは、Ｓｏｕｔの光源と目標物体とを隔てる距離Ｚの２乗に反比例する。したがって、実効光パワーを増加させる１つの解決策は距離Ｚを減少させることである。これは、目標物体のより近くに少なくとも１つの追加の補助光エネルギーユニット（ＷＯＥ）を配置することによって達成することができる。しかし、課題は、各ＷＯＥからの発光の周波数および位相が、ＴＯＦ主発振器１１５によって制御されるＴＯＦ発光器１２０からのＴＯＦ１００’のＳｏｕｔ放出に動的に同期することを保証することである。この課題は、ＴＯＦシステム１００’によって発生される光エネルギーＳｏｕｔがスペクトラム拡散特性を示すことがある点で困難となることがある。
【００１９】
[0025]本発明の実施形態は、補助プラグ有線接続光エネルギー（ＰＷＯＥ）ユニットおよび／または補助ワイヤレス光エネルギー（ＷＯＥ）ユニットをもつＴＯＦシステムを提供することができる。まず、ＰＷＯＥユニットを図２に関して説明する。ＴＯＦシステム１００’は、一次発光器１２０からの光エネルギーを、１つまたは複数のＰＷＯＥユニット２１０−１、２１０−２により、１つまたは複数のＷＯＥユニット２２０−１、２２０−２などにより、または少なくとも１つのＰＷＯＥユニットと少なくとも１つのＷＯＥユニットとにより増大させることができる。ＰＷＯＥユニットまたはＷＯＥユニットからの出力光エネルギーは、ＴＯＦシステムの一次光源１２０によって放出される光エネルギーＳｏｕｔのパワーを超える、それと等しい、またはそれ未満とすることができる。所望であれば、システム１００’の光パワーを発生させるのに、発光器１２０の代わりに１つまたは複数のＰＷＯＥユニットを使用することができる。
【００２０】
[0026]まず、図２に示されるような補助プラグ有線接続光放出器（ＰＷＯＥ）ユニットを参照すると、図２のＴＯＦシステム１００’は放出される光エネルギーの内部一次光源１２０を有し、それは、２１０−１、２１０−２などの少なくとも１つの補助プラグ有線接続光放出器（ＰＷＯＥ）ユニットで増大する、かつ／またはそれと取り替えることができる。ＰＷＯＥユニットは、好ましくは、対合するようにコネクタ２２０−１、２２０−２にプラグを差し込み（またはプラグを抜き）、コネクタ２２０−ｎは、一次光放出器源１２０に極めて近くではないとしても隣接してＴＯＦシステム１００’のハウジングに取り付けられる。
【００２１】
[0027]ＴＯＦシステム１００’が製造されるとき、一次光放出器源１２０はシステムに合わせて較正されているはずである。しかし、個別のＰＷＯＥユニットはそのように較正されないことになり、ユニットとＴＯＦシステム１００’内の回路との間の相対的ワイヤー長が短いとしても、未較正の遅延時間が本質的に存在する。補正されない限り、ＰＷＯＥユニットのいくつかに関連する遅延時間のため、不正確なＺ値を有する奥行きデータが取得されることになる。
【００２２】
[0028]一実施形態では、ＰＷＯＥユニットは、本質的な遅延時間に対して以下のように較正される。最初に、ＴＯＦシステム１００’は、一次光エネルギー光源１２０によって放出されるＳｏｕｔエネルギーのみを使用して既知の目標物体２０からの奥行きデータを取得する。次に、光源１２０を一時的に無効にし、ＴＯＦシステム１００’または目標物体２０を移動させることなしに、例えば、ＰＷＯＥユニット２１０−１によって単独で放出されるＳｏｕｔ２１０−１を使用して、新しい奥行きデータが取得される。単一のＰＷＯＥが一次光学ユニット１２０なしに使用される場合、好ましくはＴＯＦシステム内にあるソフトウェアは、いかなる追加の回路も必要とすることなくそのＰＷＯＥの遅延差を補償することができる。あるいは、次に、ＴＯＦシステム１００’内のソフトウェアおよび／またはハードウェア１７７は、ＰＷＯＥユニット２１０−１の遅延を微調整して、一次光源１２０のみを使用したときに得られたデータに取得したデータを強制的に一致させることができる。そのように較正された後、ＰＷＯＥユニット２１０−１によって放出される光エネルギーは、目標物体２０には、一次光源１２０によって放出される光エネルギーと実質的に区別ができない。目標物体２０が見る様々な光源からのエネルギーは、共通の位相および共通の周波数を有するように見えることになる。この同じ較正手順を繰り返して、ＰＷＯＥユニットごとに遅延を個別に補償することができ、ＴＯＦシステム１００’はＰＷＯＥユニットとともに使用されることになり、好ましくは、ＴＯＦシステム１００’のモジュール１７７がそのように補償を行う。
【００２３】
[0029]ＰＷＯＥユニットが較正された後、出力光エネルギーは、一次光源１２０の光エネルギーと並列に効率よく組み合わされる。実際は、用途によっては、一次光源１２０を使用する代わりに１つまたは複数のＰＷＯＥユニットを使用することが望ましいことがある。１つまたは複数のＰＷＯＥユニットは、例えば、一次光源１２０よりも実質的に多くの光パワーを出力することがある。当然、ＰＷＯＥユニットによって出力されたパワーは一次光源１２０によって出力されたパワー以下とすることができる。
【００２４】
[0030]次に、２２０−１、２２０−２、２２０−３などのような補助ワイヤレス光放出器（ＷＯＥ）ユニットを使用して、ＴＯＦシステム１００’の一次光源１２０によって発生される光エネルギーを増大する、さらにはそれに取って代わる本発明の実施形態を考える。一方、上述のＰＷＯＥユニットは、典型的には、一次光源１２０の極めて近くに取り付けられることになり、ＷＯＥユニットは、典型的には、ＴＯＦシステム１００’から離れたところに配置されることになる。
【００２５】
[0031]次に、補助ワイヤレス光放出器（ＷＯＥ）ユニットの使用を考える。本発明によるＷＯＥユニットはＰＷＯＥユニットよりも高度化されている。図２で示されるように、本発明の実施形態は、周波数および位相に関してＴＯＦシステム１００からのＳｏｕｔ放出に、好ましくはワイヤレスで、好ましくは光学的および動的に、同期される少なくとも１つのＷＯＥユニット２２０−１、２２０−２、２２０−３、２２０−４を配置することによって、ＴＯＦシステム１００’によって放出される実効光パワーを増大させる。前に述べた通り、そのようなユニットによって放出される光パワーは、ＴＯＦシステムによって放出されるＳｏｕｔ光パワーよりも少ない、それよりも多い、またはそれとちょうど同じでありうる。比較的低いパワーのＷＯＥの利点は、適度に小さいコストおよび形状係数と、目標物体の比較的近くにＷＯＥを配置できることとである。好ましくは、各ＷＯＥはスタンドアロンユニットであり、バッテリーで動作することができる。各ＷＯＥは、ユニットが異なる特性を有する場合、異なることがある出力光エネルギー視野（ＦＯＶ）を有することになる。いくつかの実施形態は、ＴＯＦシステム１００’からの若干のＳｏｕｔエネルギーを遮り、それをＷＯＥユニットに反射するために鏡１８５などの反射表面を含むことができる。理解できるように、用途によっては、様々なＷＯＥユニットの理想的な場所は困難を伴うことがあり、反射表面はＷＯＥユニットのそれほど理想的でない位置に適切に収容することができる。
【００２６】
[0032]理解できるように、ＷＯＥユニットの場所または位置と個別のＦＯＶとの間にトレードオフが存在する。例えば、ＷＯＥユニット２２０−３が比較的低い出力パワー、大体１５０ｍＷを有するが、比較的広いＦＯＶを有することができる場合、所望であれば、より狭い実効ＦＯＶ内により多くの光エネルギーを集中させるためにＷＯＥユニット２２０−３内の光放出器にコリメータを追加することができる。ＦＯＶが小さすぎる場合、光放出器に拡散器を追加して、放出された光を拡大および散乱させ、ＦＯＶを効率よく増強することができる。大部分について、ＴＯＦシステム１００’は図１ＡのＴＯＦシステム１００と同じであるが、好ましくは、プロセッサ、例えばプロセッサ１６０で実行することができる、メモリー１７０に記憶された、または記憶可能な少なくとも１つのソフトウェアルーチン１７５を含むことになる。本明細書で説明するように、ルーチン１７５を実行することにより、１つまたは複数のＷＯＥユニットとのＴＯＦシステム１００’の動作が容易になる。
【００２７】
[0033]ＷＯＥユニットのある場所は他の場所よりも望ましい。図２において、明らかに、ＴＯＦ１００’から目標物体２０まで直接に光エネルギーが採る経路は、ＴＯＦ１００’からＷＯＥユニット２２０−１まで、さらにＷＯＥ２２０−１から目標物体まで光エネルギーが採る組合せの経路よりも少ない。ＷＯＥユニットがＴＯＦ１００’と目標物体２０との間で放射状方向に配置されうる場合、より良好な性能が実現される。ＷＯＥユニットがＴＯＦ１００’の比較的に近くに配置される場合、放射状方向性の理想的な条件は一般にほぼ満たされる。実際には、実質的な放射状方向性が存在しないことがあり、ＴＯＦ１００’に好ましくは関連するソフトウェアにより、好ましくは、適切な補正が行われうる。
【００２８】
[0034]ＴＯＦシステムの動作特性は、一般に、実行されるべき用途によって決定される。一般的なＴＯＦシステム１００’の例示的なシステム特性は発光器１２０から出力される大体１Ｗの光パワーとすることができ、ＴＯＦシステムの変調周波数ωは大体５０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの程度とすることができ、データは３０〜６０フレーム／秒で取得される。結果として得られるＴＯＦシステムは大体３Ｍの有効範囲を有することになる。例示的なＷＯＥユニットは、当然、同じシステム変調周波数に動的に同期されることになり、さらに、ＴＯＦのＳｏｕｔ放出と同じ位相を有するように動的に同期されることになる。個別のＷＯＥから出力される例示的な光パワーは大体１００ｍＷほどと低く、または数ワットほどと高いことがある。
【００２９】
[0035]図３は、例示的なＷＯＥ２２０−ｎ、例えば、図２のユニット２２０−１、または２２０−２、または２２０−３、２２０−４などを示す。ＴＯＦシステム１００’によって放出されたＳｏｕｔ光エネルギーの少なくとも一部分を入来信号Ｓｉｎとして受け取り、周波数ωおよび位相φに関して入来信号Ｓｉｎを用いてロックされた光エネルギーＳｏｕｔ−ｎを出力することが各ＷＯＥ２２０−ｎの機能である。この機能は、好ましくは、位相ロックループ（ＰＬＬ）システム２３０を各ＷＯＥユニット２２０−ｎに好ましくは設けることによって実施される。ＰＬＬ２３０は、第１の入力としてＳｉｎの周波数ωおよび位相φの情報を含む信号を受け取り、第２の入力としてＳｏｕｔ−ｎのωおよび位相φの情報を含む信号を受け取る。閉ループフィードバックにより、ＷＯＥ２２０−ｎによって放出されるＳｏｕｔ−ｎ光エネルギーの周波数ωおよび位相φは、検出されたＴＯＦ発光Ｓｉｎの周波数ωおよび位相φにロックされる。したがって、各ＷＯＥユニットによって放出されるＳｏｕｔ−ｎ光エネルギーは、ＴＯＦシステム１００’によって放出されて検出された入来光エネルギーＳｉｎを周波数および同位相に関して複製する。Ｓｏｕｔ−ｎの大きさがＳｉｎの大きさよりも大きくなりうること、およびＷＯＥユニットがＴＯＦシステム１００’よりも目標物体のすぐ近くに置かれうることの故に利得が実現される。
【００３０】
[0036]図３において、ＴＯＦシステム１００’からの光エネルギーＳｏｕｔ（信号Ｓｉｎとして表わされる）は、少なくとも１つの光センサー２４０−Ａ、２４０−Ａ’によって検出される。様々な２４０−Ａセンサーは、好ましくは、Ｓｏｕｔ放出をより良好に検出するために、ＴＯＦシステム１００’を狙いやすくするようにスイベル機構２５０を用いて機械的に取り付けられる。図３の右側部分を見ると、ＷＯＥ発光器２６０によって放出される光エネルギーは、直接にまたはファイバー光学系２７０などの使用によりＷＯＥセンサー２４０−Ｂで検出される。好ましくは、発光器２６０は、Ｓｏｕｔ−ｎ光エネルギーを目標物体２０またはその上の領域の方に向けやすくするために、スイベル機構２８０を用いて機械的に取り付けられる。スイベル機構２５０、２８０などにより、より良好に、ＷＯＥユニットは、ＴＯＦシステムからの入来Ｓｏｕｔ光エネルギーの大きさを増強およびできる限り最大化すること、および／または目標物体に当たるＷＯＥユニットからの放出された光エネルギーＳｏｕｔ−ｎの大きさを増強およびできる限り最大化することができる。理解できるように、目標物体に当たる光エネルギーの大きさを増加させることが望ましく、光エネルギーの大きさの増強は、より大きい振幅のＳｉｎ信号が検出のためにＴＯＦシステムに反射して戻されることになることを意味する。当然、様々なＷＯＥモジュールからの光エネルギーＳｏｕｔ−ｎの寄与には、ＴＯＦシステムによって放出された光エネルギーを基準とした適切な変調周波数および位相を有することが必要とされる。センサー２４０−Ｂからの信号は、ＷＯＥの放出した光エネルギーＳｏｕｔ−ｎに関連する周波数ωおよび位相φ情報を含むことに留意されたい。
【００３１】
[0037]ＰＬＬ２３０内で、比較器ユニット２９０は入力としてＳｉｎ信号およびＳｏｕｔｎ信号の両方を受け取り、したがって、入来光エネルギーＳｉｎおよびＷＯＥ複製出力光エネルギーＳｏｕｔ−ｎの両方に関する周波数ωおよび位相φを受け取る。これらの信号は比較器２９０内で比較され、比較器出力信号は低域フィルタ３００に結合される。フィルタ３００からの出力信号は、なるべくなら電圧制御発振器３１０を駆動し、その出力周波数ωおよび出力位相φはフィードバックによってＳｉｎの周波数および位相に強制的にロックされる。発光器２６０から出力されるパワーは、ＴＯＦシステム発光器１２０によって放出される光パワー（図１Ａを参照）と異なることがあることを理解されたい。
【００３２】
[0038]この方法では、各ＷＯＥユニット２２０−ｎは、周波および位相に関してＴＯＦの放出した光エネルギー信号Ｓｏｕｔに動的に同期された光エネルギーＳｏｕｔ−ｎを出力する。ＴＯＦセンサーアレイ１３０（図１Ａを参照）に関する限り、すべての入来光エネルギーＳｉｎは、あたかもＴＯＦ発光器１２０によって放出されたように見なすことができる。本質的に、各ＷＯＥ２２０−ｎはＴＯＦシステム１００からの入力波面Ｓｏｕｔを受け取り、周波数および同位相に関して入力波面と同期する出力波面Ｓｏｕｔ−ｎを発生させることによって波面を複製する。
【００３３】
[0039]図３にさらに示されるように、各ＷＯＥユニット２２０−ｎは、好ましくは、電源Ｖｃｃ、例えばバッテリー、ならびにメモリー３００と、メモリーに記憶された少なくとも１つのルーチンをオプションとして実行するように結合されたプロセッサ３１０とを含む。いくつかの実施形態では、メモリー３００はＷＯＥユニット２２０−ｎの最新のＰＬＬロックパラメータを記憶することができる。これは、各ＷＯＥ内の周波数・位相同期が、ロック条件のための各ユニットの最新のＰＬＬパラメータを動的に記憶することによって早められうる点で有利である。プロセッサ３１０は、好ましくは、最も最近に記憶されたロックデータにアクセスし、この情報をＰＬＬシステム２５０に供給する。ＰＬＬシステム２５０はそれ自体の周波数および位相ロックを達成することになるが、最も最近に記憶されたロックパラメータから始めると、各ＷＯＥ内のロックの達成を速めることができる。ＴＯＦシステム１００’内で良好な奥行きデータを生成するには、すべてのＳｉｎ信号がＴＯＦの放出したＳｏｕｔ信号を基準にして周波数および同位相に関して同期されることが必要とされる。実際には、ＴＯＦのＳｏｕｔ光学発光の周波数ωおよび位相φを基準にして安定して同期されるＳｏｕｔ−ｎを発生するには、ＷＯＥユニットごとに有限量の時間を要する。好ましくは、メモリー１７０中のルーチン１７５（図２を参照）は、ＷＯＥにとって最長の、すなわち、最適に安定なそのようなロック時間情報を記憶することができる。この情報は、安定なロック条件が達成されるより前のＷＯＥからの情報を含むＳｉｎ信号の一部を無視するようにＴＯＦシステム１００’に効果的に命令するのにプロセッサ１６０（図１Ａを参照）によって使用されうる。
【００３４】
[0040]理解できるように、実際には、２３０、したがってユニット２２０−１に当たる光エネルギーＳｏｕｔは、多数の経路および／または近傍で動作する恐らく別のＴＯＦシステムからの寄与に恐らく起因して多数の位相を有する光エネルギーを含むことがある。Ｓｏｕｔ光エネルギーは、例えば、ユニット２２０−１に当たる前に局所環境の壁または付属品から跳ね返ることがある。一実施形態では、入来Ｓｏｕｔ光エネルギーは、例えば、恐らく、レンズ、例えば図３のレンズ２３２を通過させられることによって空間的に識別される。レンズ２３２の存在により、所与のボアサイトから発出する入来ＴＯＦシステム光エネルギー光線のみが２４０−Ａ上に収束する。別の実施形態では、多数のセンサー２４０−Ａ、２４０−Ａ’を設けることができ、各々はそれ自体のボアサイトを有する。この複数のセンサーは共通レンズ、例えば２３２’を共有することができ、またはセンサー２４０−Ａにより示されるレンズ２３２などの個別のレンズを有することができる。これらのセンサーは共通基板上にアレイ様に実装することができ、好ましくは、カリフォルニア州、サニーヴェールのＣａｎｅｓｔａ，  Ｉｎｃ．に与えられ、現在はＭｉｃｒｏｓｏｆｔ，  Ｉｎｃ．に譲渡された多くの米国特許に記載されているような位相ベースの画素とすることができる。複数のセンサー２４０−Ａを使用して、基本奥行き画像２３４を形成することができる。例えば、ＷＯＥ２２０−１に関連するメモリー３００に記憶されたソフトウェアルーチンは、好ましくは、最適なセンサー２４０−Ａ、２４０−Ａ’などを画像２３４から知的に識別および選択することができ、最適なセンサーの光出力信号がＰＬＬ２５０で使用されることになる。代替として、ＷＯＥ２２０−１の中への、それの内の、それからの光または電磁エネルギーは、限定はしないが、ファイバー光学系、電気ケーブル布線などを含む他の技法を使用して導かれうる。
【００３５】
[0041]様々な実施形態において、ＰＬＬ２５０内のロックの達成は瞬時には行われないことを理解されたい。したがって、この固有の遅延を補償するために、ＴＯＦシステム１００’内で、一次光エネルギー放出器または光源１２０からの光出力の開始を命令するクロックモジュール１８０の信号は、アレイ１３０内の信号積分および光エネルギー検出を制御するクロック信号よりも時間的に早く発せられることになる。他の実施形態では、様々なＷＯＥ内で、内部メモリー、例えば３００は前に出会った、または観察した周波数−位相領域を記憶することができ、したがって、この情報に素早くアクセスして周波数および位相をロックするのに必要な時間を短くすることができる。用途によっては、例えば、ＷＯＥが反射光エネルギーまたは電磁放射を「見る」のを意図的に可能にするために、少なくとも１つのＷＯＥが、ゼロ位相以外の位相を有する少なくとも若干の光エネルギーを放出することができるようにすることが望ましいことがある。
【００３６】
[0042]説明したもの以外の実施形態を使用することもできる。例えば、図１Ａおよび図２を参照すると、画素アレイ１３０内の第１の画素１５５は、ＷＯＥからの入来Ｓｏｕｔエネルギーをサンプリングするのに使用することができる。アレイ内の第２の画素１５５は、２７０などの光ファイバーを恐らく使用してＴＯＦシステム１００’のＳｏｕｔをサンプリングするのに使用することができる。これらの２つの画素出力からの出力信号間の誤差により、同期を推進するための信号を発生させることができる。図３に示されるように、様々なＷＯＥはバッテリー動作とすることができ（しかし、そうである必要はない）、好ましくは、光エネルギーまたは電磁入来エネルギーが検出されない場合、様々なＷＯＥは動作を停止して動作電力を保存することができる。当然、これらのユニットは低電力消費スタンバイモードにあることになり、その結果、入来エネルギーの検出により、ＷＯＥは再び完全に電力投入されることになる。オプションとして、様々なＷＯＥ動作パラメータは、ケーブルまたはワイヤレス、例えばＲＦを介して、あるいはＴＯＦシステム１００’からの特別の変調を恐らく光学的に使用することによって、個別のユニットにダウンロードすることができる。
【００３７】
[0043]以下の特許請求の範囲によって定義されるような本発明の主題および趣旨から逸脱することなしに、開示した実施形態に変更および改変を行うことができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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