(57)【要約】【課題】光学部品のみを含む複数の光学ヘッドとともに、周波数変調光信号源と、反射光用の中央受信器とを含む中央ユニットを提供する、分散型のＦＭライダシステムについて記載する。【解決手段】中央ユニットと光学ヘッドとの間に、光遅延線又はタイミング補正フォトニックもしくは電子回路は必要ない。相対的にシンプルな光学ヘッドは、衝撃又は振動からの広範な保護を必要とせず、そして光結合部材により接続され、移動体と、牽引されるトレーラ又は類似の移動体との間に分散させることができる。【選択図】図２Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散型のＦＭライダシステムであって、
ハウジングを有する信号処理ユニットを備え、
前記ハウジングは、周波数変調波形を提供する周波数変調光源と、反射した周波数変調波形を電子信号に変換する受信器と、前記受信器と電子通信する制御器とを含み、
前記周波数変調光源と光通信する第１の光スキャナと、前記受信器と光通信する第１の光入力部とを有する光学ヘッドと、
前記周波数変調光源と前記第１の光スキャナ間の光通信を提供する第１の導波路と、を備えることを特徴とする、分散型のＦＭライダシステム。
【請求項２】
前記第１の導波路は、前記第１の光入力部と前記受信器間の光通信を提供することを特徴とする、請求項１記載の分散型のＦＭライダシステム。
【請求項３】
前記第１の光入力部と前記受信器間の光通信を提供する第２の導波路をさらに備えることを特徴とする、請求項１記載の分散型のＦＭライダシステム。
【請求項４】
前記信号処理ユニットと前記光学ヘッド間には電気通信が存在しないことを特徴とする、請求項１記載の分散型のＦＭライダシステム。
【請求項５】
前記ハウジングに結合された防振動衝撃台をさらに備えることを特徴とする、請求項１記載の分散型のＦＭライダシステム。
【請求項６】
前記光学ヘッドには、防衝撃又は防振動部材が設けられていないことを特徴とする、請求項１記載の分散型のＦＭライダシステム。
【請求項７】
前記信号処理ユニットは主移動体に取り付けられ、そして、前記光学ヘッドは副移動体に取り付けられ、
前記副移動体は前記主移動体に結合され、前記主移動体により、受動的に誘導又は牽引されることを特徴とする、請求項１記載の分散型のＦＭライダシステム。
【請求項８】
前記主移動体と前記副移動体との間に配置され、前記信号処理ユニットと前記光学ヘッド間で光通信する光結合部材をさらに備えることを特徴とする、請求項７記載の分散型のＦＭライダシステム。
【請求項９】
分散型のＦＭライダシステムであって、
ハウジングを有する信号処理ユニットを備え、
前記ハウジングは、周波数変調光を提供する周波数変調光源と、反射した周波数変調光を電子信号に変換する受信器と、前記受信器と電子通信する制御器とを含み、
前記周波数変調光源と光通信する第１の光スキャナ及び前記受信器と光通信する第１の光入力部を有する第１の光学ヘッドと、
前記周波数変調光源及び前記第１の光スキャナと光通信する第１の導波路と、
前記第１の光入力部及び前記受信器と光通信する第２の導波路と、
前記周波数変調光源と光通信する第２の光スキャナ及び前記受信器と光通信する第２の光入力部を有する第２の光学ヘッドと、
前記周波数変調光源及び前記第２の光スキャナと光通信する第３の導波路と、
前記第２の光入力部及び前記受信器と光通信する第４の導波路と、を備えることを特徴とする、分散型のＦＭライダシステム。
【請求項１０】
前記信号処理ユニット、前記第１の光学ヘッド、及び前記第２の光学ヘッドと光通信する光スイッチをさらに備えることを特徴とする、請求項９記載の分散型のＦＭライダシステム。
【請求項１１】
前記光スイッチが前記ハウジング内に位置することを特徴とする、請求項１０記載の分散型のＦＭライダシステム。
【請求項１２】
前記信号処理ユニットと、前記第１の光学ヘッドと、前記第２の光学ヘッドとの間には電気通信が存在しないことを特徴とする、請求項９記載の分散型のＦＭライダシステム。
【請求項１３】
前記信号処理ユニットと、前記第１の光学ヘッド又は前記第２の光学ヘッドとの間の光通信には、光遅延装置を含まないことを特徴とする、請求項９記載の分散型のＦＭライダシステム。
【請求項１４】
前記ハウジングに結合される防振動衝撃台をさらに備えることを特徴とする、請求項９記載の分散型のＦＭライダシステム。
【請求項１５】
前記第１の光学ヘッド又は前記第２の光学ヘッドに、防衝撃又は防振動部材が設けられていないことを特徴とする、請求項９記載の分散型のＦＭライダシステム。
【請求項１６】
前記信号処理ユニット及び前記第１の光学ヘッドは、主移動体に取り付けられ、前記第２の光学ヘッドは、副移動体に取り付けられ、
前記副移動体は、前記主移動体に結合され、前記主移動体によって受動的に誘導又は牽引されることを特徴とする、請求項９記載の分散型のＦＭライダシステム。
【請求項１７】
前記主移動体と前記副移動体との間に配置され、前記信号処理ユニットと前記第２の光学ヘッドとの間で光通信する光結合部材をさらに備えることを特徴とする、請求項１６記載の分散型のＦＭライダシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１６年７月２８日出願の米国特許仮出願第６２／３６７，８１５号明細書の優先権を主張する。これら及び他の参照される付帯資料は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。参照により組み込まれた引例される用語の定義又は用法が、本明細書に示す用語の定義と不一致又は反する場合、本明細書で示す用語の定義を有効とみなす。
【０００２】
本発明の分野はライダシステムであり、具体的には、移動体（ビークル）で使用するための周波数変調された連続波を用いたライダシステムである。
【背景技術】
【０００３】
以下の説明には、本発明を理解するのに役立つであろう情報が含まれる。そして、本明細書で示す情報が、先行技術、もしくは本願が請求する発明に相当すると、若しくは、明示的又は暗示的に参照する刊行物が先行技術であると認めるものではない。
【０００４】
ライダは、自律航法に関する様々な分野において、検知（感知）する用途で重要になりつつある。具体的には、自立走行車両、ＵＡＶ、及びロボットは、他のセンサからの情報の有る無しに関わらず、それらプラットフォーム（輸送機関）の移動をガイドするために、利用するイメージング（画像化）情報を生成するライダに依存する。
現在のところ、上述のような用途で使用するための、器具ヘッド（光源、光検知器、送信／ステアリング光学部品、及び、検知光学部品が配置される）と、制御及び処理アセンブリとからなるライダシステムは、単一のハウジングに収容され、次いで、画像分析用のコンピュータ又は類似の機能の装置に電力及びデータを伝達するためのケーブル及びワイヤに接続される。これは、全パッケージをプラットフォーム（輸送機関）上に、イメージングが必要とされる領域に接近する箇所に配置すべきことを示唆する。
例えば、先進運転支援システム（ＡＤＡＳ）と共に使用する場合は、道路及び路肩に接近できるように、ライダは車の頂部、又はその他の箇所（例えばフロントグリルの下）に配置しなければならない。上記は、パッケージが車体構造の妨げにならないように、という要望がある場合には、実装が困難となり得る。そして、ライダの適切な稼働の妨げとなったり、ライダの性能を抑制する、望ましくない衝撃及び振動の影響を低減するために、能動的（アクティブ）／受動的（パッシブ）絶縁（アイソレーション）部材をパッケージに組み込まなければならない場合にはさらに複雑化する。
【０００５】
ライダは、様々な方法で実現され得る。「飛行時間（タイムオブフライト）」（ＴＯＦ）ライダでは、光の短パルスが放射され、反射したパルスが受信され、放射と受信との間の遅延により、エミッタ（放射体）と反射物体との間の距離が測定される。しかし、このようなＴＯＦシステムには、多くの短所がある。
例えば、受信した光の強度にのみ依存する単純なＴＯＦ測定では、外部の無関係な信号源からの干渉をきわめて受けやすい。この問題は、エミッタと反射物体との間の距離が増大するとより顕著になる。これは、距離により、反射信号の強さが必然的に低下させられるからである。
また、極めて短い時間間隔を正確に測定する際の固有の制限により、ＴＯＦライダシステムの空間分解能は、近距離に制限される。加えて、ＴＯＦライダの範囲は、比較的微弱な反射信号を検知する能力と相関している。結果として生じる範囲制限は、高感度光検出器を使用し対処されることが多い。場合によっては、このような検出器は、単一の光子を検知することができる。
しかし、この高度な感度も、標的以外の物体又は他の光源からの反射ＴＯＦライダパルスとして、干渉信号の誤認の増加につながる。
これらの短所にもかかわらず、ＴＯＦライダシステムは今までのところ、主に、非常にコンパクトなシステムを提供する能力と、比較的安価な非コヒーレントレーザ光源を利用する能力ゆえに、広い用途を見いだしている。
【０００６】
この問題を解決するための１つのアプローチは、システム部品を車両の周囲に分散させたＴｏＦライダシステムを提供することである。
このようなアプローチの例が、（Ｖｉｌｌｅｎｅｕｖｅ及びＥｉｃｈｅｎｈｏｌｚに対する）米国特許出願公開第２０１７／０１５３３１９号明細書に見られる。
本明細書に示す刊行物はすべて、個々の刊行物又は特許出願が詳細かつ個別に、参照により組み込まれることが示されるのと同じ程度、参照により組み込まれる。
組み込まれた引例中の用語の定義又は用法が、本明細書に示す同じ用語の定義と不一致又は反する場合、本明細書に示す同じ用語の定義が適用され、引例中の同じ用語の定義は適用されない。
このようなアプローチでは、ＴｏＦライダシステムのいくつかの部品（送信スキャナ、反射光を収集するための入力部、及び、反射光を特徴付けるための受信器等）を、車両の１つの箇所に、ユニットとして配置することができ、それと同時に、（光源などの）別の部品を他所に配置することができる。分散して配置された部品は、従来のファイバ光学系及び電気ケーブル配線を使用して接続することができる。
しかし、ＴＯＦライダの時間に依存する性質により、タイミング忠実度を維持するために、送信スキャナ、入力部、及び受信器は近接して配置される必要がある。その結果、このようなシステムの走査／受信アセンブリは、比較的大きく複雑なままである。
【０００７】
ＴＯＦライダの代替物が、開発されてきた。代替物の１つである、周波数変調（ＦＭ）ライダは、時分割された周波数変調光エネルギーの経時的な周波数の変化、又は「チャープ」を表す反復波形を生成するために、コヒーレントレーザ源に依存している。
波形又はチャープの範囲内の周波数は経時的に変化し、基準信号に対する、反響する波形又はチャープの位相及び周波数の測定により、エミッタに対する反射物体の距離及び速度が測定される。反射したチャープの他の特性（例えば強度）は、反射面の色、表面質感、又は組成に関係し得る。
加えてＦＭライダは、干渉光源（受信信号とコヒーレントでない非変調信号を生成する傾向がある）の影響を比較的受けにくく、高感度光検出器を使用する必要はない。
【０００８】
残念ながら、今日まで開発されてきたＦＭライダシステムは、相対的に大きなＦＭＣＷレーザ源に依存しているために、通常はコンパクトでない。
加えて、このようなシステムは通常、相対的に大きな干渉計により供給される放射チャープの周波数に対応する周波数変調を有する、慎重に変調された低ノイズの局部発振器（例えば、狭線幅のソリッドステート、ガス、又はファイバレーザ）に依存している。この局部発振器は、放射された波形又はチャープを正確に再現し、かつ、受信した反射信号の基準として機能する。
その結果、ＦＭライダは通常、大きくて複雑で高価であり、その性能の利点にもかかわらず、ＴＯＦライダに対する実施が制限されてきた。
【０００９】
ゆえに、自動車（移動体）を取り巻く領域を完全にカバーする、有効かつ安価なライダシステムが依然として必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１７／０１５３３１９号
【発明の概要】
【００１１】
本発明の課題の様々な目的、特徴、局面及び利点が、添付図面とともに、好ましい実施形態の以下の詳細な説明から、より明らかとなるであろう。添付図面において、類似の番号は類似の部品を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明概念の分散型のＦＭライダシステムを模式的に示す。システム部品は、光学部品を含む小型で軽量の光学ヘッド１２０と、周波数変調パルス又はチャープソース及び受信器を含む信号処理ユニット１０５とに分けられる。図１Ａは、放射及び入射周波数変調光信号で、別々の導波路を有するシステムを模式的に示している。図１Ｂは、放射及び入射周波数変調光信号で、共通の導波路を利用するシステムを模式的に示している。
【図２】中央信号処理ユニットとの光通信において複数の光学ヘッドを組み込む、本発明概念の分散型のＦＭライダシステムを模式的に示している。図２Ａは、光ルータが、入射及び／又は放射ＦＭ変調光チャープ又はパルスを分散させるために利用され、集中型の信号制御ユニットから分離されているシステムを模式的に示している。図２Ｂは、光ルータが、入射及び／又は放射ＦＭ変調光チャープ又はパルスを分散させるために利用され、集中型の信号制御ユニット内に配置されるシステムを、模式的に示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の課題は、ＦＭライダシステムの部品が移動体（ビークル）周囲の異なる箇所に分散され、そして、ＦＭライダシステムの部品が光遅延線又は同様の特性を有する装置を含むことなく光ファイバと相互接続される、機器とシステムと方法とを提供することである。
例えば、スキャナ及び反射信号用の入力部を含む、小型で相対的にシンプルな光学ヘッドを、反射信号用の受信器、ソースレーザ、及びＦＭライダの他の部品から離隔して配置することができる。分散した部品は、光ファイバによって接続することができ、電気通信は必要としない。加えて、相対的に小型で軽量の光学ヘッドは、広範な箇所に好適に配置することができ、低減されたサイズ及び重量により、衝撃及び振動制御をシンプルにする。
いくつかの実施形態では、２つ以上の光学ヘッドが、車両（移動体）又はトレーラ周囲に分散されており、光信号用の光ファイバ及びルーティング装置を使用して、ＦＭライダシステムの他の部品（例えば、反射信号用の受信器、レーザ光源等）に接続されている。
【００１４】
本明細書に記載の装置及びシステムにより、移動体上又は内の広範な箇所への配置に適した軽量で頑丈な部品を使用した、物体、障害物、及び車両（移動体）の正確な識別を可能にする、分散型のＦＭライダシステムが提供されることを理解されたい。
【００１５】
以下の記述により、本発明の課題の多くの例示的な実施形態を示す。
各実施形態は、発明の要素の１つの組み合わせを示すが、本発明の課題は、開示された要素のすべての可能な組み合わせを含むとみなされる。ゆえに、１つの実施形態が要素Ａ、Ｂ及びＣを備え、第２の実施形態が要素Ｂ及びＤを備えている場合、本発明の課題は、明示的に開示されていなくとも、Ａ、Ｂ、Ｃ、又はＤとの他の組み合わせを含むとも考えられる。
【００１６】
本明細書で使用され、文脈で異なるよう示されていない限り、「に結合された」という用語は、（互いに結合される２つの要素が互いに接触する）直接の結合と、（少なくとも１つの追加の要素が、２つの要素の間に配置されている）非直接的な結合との両方を含むことを意図している。ゆえに、「に結合された」という用語及び「と結合された」という用語は、同義的に使用される。
【００１７】
本発明概念であるＦＭライダシステムは、周波数変調光源（ＦＭレーザ又はＦＭレーザ光学サブシステム等）と、周波数変調レーザ波形又はチャープを環境（周囲）に伝達するための光学走査装置と反射パルス又はチャープを捕捉するための入力部とを含む光学ヘッドと、捕捉された波形又はチャープを受信し、捕捉された波形又はチャープを電気信号へと変換するための受信器と、を含んでいてもよい。
このようなシステムは、電気信号を受信し、そして反射物体の距離に関する情報を引き出す制御器を含んでいてもよい。制御器を、光スキャナに結合することもでき、光パルス又はチャープの走査ストリームの比率及び方向に関する指示を与えることもできる。同様に制御器を、周波数変調レーザ光源に結合することもでき、反復率、周波数ランプ持続時間、周波数ランプ構成、及び／又は、伝達されることになる波形、変調又はチャープの他の特性に関する指示を与えることもできる。
【００１８】
いずれかの適切な周波数変調光源を利用して、本発明概念のシステム及び装置による伝達用に、周波数変調パルス又はチャープを生成することができる。
いくつかの実施形態では、放射光の瞬時周波数をシフトさせるため、波長可変レーザダイオードに変調バイアス電流を印加することにより、光波形又はチャープを生成することができる。
他の実施形態では、レーザ光源の出力を、電気光学又は音響光学変調器を介して方向付けして、必要な周波数シフトを供給することができる。
このような実施形態では、レーザ光の一部を、変調器を介して方向付けして、局部発振器信号を供給することができる。
【００１９】
いくつかの実施形態では、本発明概念の装置及びシステムは、周波数変調光源として、ウィスパリングギャラリーモード光共振器に光学的に結合された光源を組み込んでいてもよい。レーザからの光は、ウィスパリングギャラリーモード光共振器へ結合され、光共振器のウィスパリングギャラリーモードの周波数特性を有する反射対向伝搬波として再び結合される。この反射波は、光注入によりソースレーザの線幅を低減することができる。
周波数変調波形又はチャープを、ウィスパリングギャラリーモード光共振器の光学特性を変調することにより生成することができる。これは次いで、共振器のウィスパリングギャラリーモードによりサポートされる周波数の変調につながる。
このような変調周波数を有する光を使用して、頑丈かつ安価なレーザ光源、例えば半導体レーザからの周波数変調波形又はチャープを供給することができる。
【００２０】
本発明概念の一実施形態は、レーザ光源と、レーザ光源に光学的に結合されて、光注入を介して線幅狭窄化（又は代わりに電子ロック）をもたらす、変調可能なウィスパリングギャラリーモード共振器と、ウィスパリングギャラリーモード光共振器の光学特性（例えば屈折率）を変化させることのできる変換器と、変換器を制御する制御器と、制御器により生成された光チャープを送信するための送信アセンブリと、反射した光学的な周波数変調波形又はチャープを受信する受信器と、反射した周波数変調波形又はチャープから引き出したデータを利用してチャープを反射する物体の位置を判定するプロセッサと、を含む、ライダシステムである。
いくつかの実施形態では、これらの部品のすべてが、単一の基板上に設けられている。ロックされたレーザ源の線幅は、１ｋＨｚ未満であってもよい。
このような実施形態では、レーザ源は、反射物体の位置を判定する際に、反射波形、変調、又はチャープと組み合わされる基準波形、変調、又はチャープソースとしても作動することができる。
【００２１】
本発明概念の実施形態では、ＦＭレーザ及び受信器は、光スキャナ（周波数変調光を周囲へと方向付けするのに利用される）と、光入力部（周囲からの反射光を受信するのに利用される）とを含む光学ヘッドから離隔して収容される。
図１Ａに示すように、ＦＭレーザは、ＦＭ変調、波形、又はチャープソース１１０の一部であってもよく、そして、受信器１５０（受信した反射光を電気的インパルスに変換するよう機能する）と、制御器１６０とともに収容されることができる。
好ましい実施形態では、これらの部品は、共通の囲い又はハウジング１００内の共通の信号処理ユニット１０５内に収容されることができ、共通の囲い又はハウジングは、移動体内の中央、又は好適な位置に配置することができる。
相対的に外部からの影響を受けやすい部品への損傷を低減又は無くすために、ハウジング又は囲い１００は、振動及び／又は衝撃低減取り付け台（防振動衝撃台）に取り付け又は結合され得る。
【００２２】
図示したように、信号処理ユニットの部品は、光学ヘッド１２０と光通信してもよい。光通信は、光ファイバなどの導波路（１１５、１４５）により提供され得る。例えば、放射光導波路１１５は、ＦＭチャープソース１１０と光学ヘッドのスキャナ／エミッタ１３０との間に、光通信を提供することができる。同様に、入射光導波路１４５は、光学ヘッド１２０の光入力部（入光部）１４０で収集された反射光を、信号処理ユニット１０５の受信器１５０に方向付けすることができる。
図１Ａには別体の入射及び放射光導波路を使用することが示されているが、いくつかの実施形態では、図１Ｂに示すように、放射周波数変調波形又はチャープと、反射された周波数変調波形又はチャープを含み得る入射の光とで、共通の導波路１１５Ａを使用してもよい。
いくつかの実施形態では、必要であれば、放射周波数変調波形又はチャープと入射周波数変調波形又はチャープとの間の相違を、光スイッチ又はルータにより、及び／又は、周波数変調波形又はチャープのタイミングを追跡することにより提供することができる。このような光スイッチ又はルータを、ハウジング１００内又は外側に配置することができる。
【００２３】
光学ヘッド１２０が、光学部品及び関係する操縦器（マニピュレータ）のみを含めばよいことを理解されたい。例えば、光学ヘッドは、反射されたパルス又はチャープ用に、光スキャナ１３０（例えばＸ／Ｙスキャナ）及び光入力部１４０を含むことができる。光スキャナは、それらの方位（向き）を制御する機構（モータ及び／又は圧電素子など）に結合された、１つ以上の反射面を含んでいてもよく、反射面は、周波数変調光源から（例えば光ファイバを介して）光スキャナにより受信されたパルス又はチャープのストリームの走査を可能にする。
走査機能を提供するのに適した様々な機構があり、それには、回転又はジンバル搭載ミラー、ＭＥＭ装置、相互に直交する仕方でアクチュエータ（例えば、電気モータ、ソレノイド及び／又は圧電素子）に取り付けられた２つ以上のミラーのセット、回転プリズム、及び／又は、回転レンズが含まれる。適切なＭＥＭ装置の一例は、ＭｉｎＦａｒｏｓ（登録商標）により開発された、ソリッドステート三脚ミラー台である。
いくつかの実施形態では、位相配列ステアリング装置を使用して、走査機能を提供することができる。このような走査機能を利用して、一連の送信パルス又はチャープを、Ｘ−Ｙ平面を通る、及び／又は、三次元ボリュームをインテロゲート（調査）するパターンで方向付けすることができる。
【００２４】
光入力部１４０が、入射の反射光（反射された入射光）を、受信器１５０に光学的に結合された入射導波路１４５へと方向付けするよう配置される、集光用装置を含んでいてもよく、これは光学ヘッドから離隔して配置することができる。例えば、レンズ又はミラーを、光学ヘッド１２０の光学的に透明な窓の後ろに配置することができる。
入射光ファイバ１４５として機能する導波路の入力ファセットを、レンズ又はミラーの焦点に、又は焦点付近に配置することができる。
【００２５】
いくつかの実施形態では、放射された変調、波形、又はチャープ、あるいは変調された光が光学ヘッドを離れる位置と、反射した変調、波形、又はチャープが光入力部に入る位置とは、同軸にある。
他の実施形態では、放射された変調、波形、又はチャープ、あるいは変調された光が光学ヘッドを離れる位置と、反射した変調、波形、又はチャープ、あるいは変調された光が光入力部に入る位置とは、異なる光軸上に位置する。
好ましい実施形態では、コンパクトな装置とするために、放射された変調、波形、又はチャープ、あるいは変調された光がライダシステムを離れる位置と、反射した変調、波形、又はチャープ、あるいは変調された光が光入力部に入る位置とは同軸にあり、近接している。
いくつかの実施形態では、本質的に単一及び／又は固体デバイスを提供するために、光スキャナ及び光入力部は、シリコンチップ又はウエハ上といった共通の表面上に形成される。
【００２６】
光スキャナ及び光入力部は両方共、シンプルかつコンパクトであるため、光学ヘッドを相対的に小型かつ軽量とすることができる。これにより、移動体の広範な箇所に、例えば、フロントグリルの後ろ、ドア又はルーフパネル内、バンパーアセンブリの内部などに、本発明概念の光学ヘッドを設置することができる。比較的小型かつ軽量であることで、耐振動性及び耐衝撃性を簡単化することもできる。
このようなシステム部品が、相対的に露出した位置にあることを特に鑑みて、光学ヘッドの相対的な簡素さにより、修理及び交換の費用が単純化及び低減されることも理解されたい。
【００２７】
好ましい実施形態では、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、単一の信号処理ユニット１０５が、光導波路（光学ガイド）を使用して２つ以上の光学ヘッド（１３０Ａ〜１３０Ｆ）に光学的に結合されている。
分散型のライダシステムを提供するために、光学ヘッドを移動体外部に配置してもよい。各光学ヘッドの観察視野の重なりを提供するために、光学ヘッドの数及び位置を選択することができ、移動体周囲の完全なライダの有効範囲（カバー領域）を提供する。
光チャープ又はパルス間の飛行時間の相違（差）を補正するために、光遅延線又は類似の装置を光導波路に組み込む必要がないことを理解されたい。同様に、送信及び受信された光及び信号間の飛行時間の相違（差）を補正するために、システムを較正したり、補正アルゴリズムを適用することは必要ではない。
いくつかの実施形態では、各光学ヘッドを信号処理ユニットに直接接続することができる。信号処理ユニットは、光ルータ、若しくは、個々の光学ヘッドからの入射反射光（反射した入射光）を共通の受信器へ切り替える（スイッチングする）ことができる類似の装置を含んでいてもよい。
他の実施形態では、それぞれの光学ヘッドを、光スイッチ、光ルータ、又は類似の装置１７０に接続することができる。これにより、周波数変調された変調、波形、又はチャープを、あるいはＦＭ変調、波形、又はチャープから変調された光を、あるいは変調された光源１１０を、放射光ファイバ又は導波路を介して1つ以上の光ヘッド１３０へ方向付けることができ、及び／又は、反射した周波数変調された変調、波形、又はチャープを、あるいは変調された光を、入射光ファイバ又は導波路を介して１つ以上の光学ヘッド１３０から受信器１５０へ方向付けすることができる。
いくつかの実施形態では、図２Ａに示すように、光ルータ１７０は、信号処理ユニット１０５から離隔して配置されている。
他の実施形態では、図２Ｂに示すように、光ルータ１７０は、信号処理ユニット１０５内に配置されている。
【００２８】
制御器１６０は、周波数変調したＦＭ変調、波形、又はチャープ、あるいは、例えば所望のＦＭ変調、波形、又はチャープを生成するために利用される周波数変調電気信号を供給する、変調された光源の制御を提供することができる。
いくつかの実施形態では、制御器は、受信器１５０から電気信号を受信することもでき、電気信号は周囲からの反射光に対応している。
このような実施形態では、制御器は、光学ヘッドの範囲（射程）内にある反射物体の位置データを引き出すために、受信した電気信号の情報内容を利用する、プロセッサ及び／又はアルゴリズムを含んでいてもよい。制御器は、１つ以上のマイクロプロセッサが組み込まれ得る１つ以上の処理モジュールを含んでもよい。適切なマイクロプロセッサは例えば、ＱｕａｌＣｏｍｍ（登録商標）のＳｎａｐＤｒａｇｏｎ（登録商標）チップの構成品等である。
例えば、制御器は、周囲から受信した反射チャープと基準非反射チャープとからの組み合わせたデータに対する初期処理用の高速フーリエ変換モジュールを含んでいてもよい。次いで、このような高速フーリエ変換モジュールで変換されたデータを、反射光を生成した反射面の空間座標及び／又は速度を引き出すために使用することができる。
制御器１６０は、１つ以上の反射ＦＭ変調、波形、又はチャープ、又は他の方法で変調された光から得られたデータを、点群（ポイントクラウド）（すなわち、反射面の空間座標を表すデータ点の集まり）の形態で、保存及び／又は送信することができる。このような点群により、速度及び／又は二次的な情報（色、質感、粗さ、組成など）に関する情報をコード化することもできる。
【００２９】
いくつかの実施形態では、本発明概念のＦＭライダは、車両支援システムに一体化されている。このような実施形態では、ＦＭライダは、移動体（例えば、陸上車両、航空機、ドローン及び／又は船舶）に一体化されても、取り付けられていてもよい。
例えば、信号処理ユニット１０５は、信号処理ユニットのための十分な空間と、必須の耐衝撃性及び耐振動性取り付けとを提供する箇所に設置し、その一方で複数の光学ヘッドを移動体の外部の適切な位置に（又は、少なくとも外部と光学的にアクセスできる状態で）分散して配置することができる。このような実施形態では、ＦＭライダは、ＦＭライダシステムの走査範囲内の反射物体の位置及び／又は速度に関する空間データを提供することができる。
走査範囲は、ＦＭライダシステムの構成に応じて、面及び／又は立体（ボリューム）を表すことができる。データは、点群として表すことができ、その際、各点は、反射物体に関する二次元又は三次元の空間座標を少なくとも表す。
いくつかの実施形態では、反射光の特徴（例えば、振幅及び／又は強度）により、反射物体の追加の特徴（例えば、組成、色、表面質感等）に関する情報を提供することができる。このような追加の特徴の値を、点群の点にコード化することができる。
【００３０】
移動体に搭載された／搭載されていないプロセッサで上記のような点群データを利用し、このような装備の移動体の運転を支援することが可能である。
いくつかの実施形態では、このような支援は、移動体の操縦者に与えられる警告及び／又は促し（示唆）の形態であってもよい。移動体の操縦者は移動体内に居てもいいし、移動体を遠隔で操縦することもできる。
いくつかの実施形態では、移動体の操縦者への支援は、自動化された移動体の応答の形態で与えられてもよい。自動化された移動体の応答は例えば、速さの変化（例えば、加速、減速、制動等）、高度、及び／又は方向である。このような自動化された移動体の応答は、移動体の操縦者が促しに従うことで、又は、自律的な方法で提供され得る。
いくつかの実施形態では、このような自動化された移動体の応答は、例えば、検知された状況が特定の規準に合致するときに、操縦者による移動体の制御を無効にする場合がある。このような規準は例えば、検知された状況が、操縦者の負傷、及び／又は検知された個々の移動体の損傷又は損失につながり得る、あるいは操縦者の動作よりも迅速な行動が必要であり得ると判断される場合等である。
【００３１】
本発明概念の他の実施形態では、移動体に搭載された／搭載されていないプロセッサで点群データが利用され、このような装備のある移動体に、自律的に動作する能力を提供することができる。
いくつかの実施形態では、このような自律的な機能性は、移動体内又は遠隔にいる操縦者の自由裁量とすることができる。このような実施形態では、移動体は一部の操作（例えば、離陸、着陸、歩行者の混雑等）の間は移動体の操縦者からの命令を受けることができ、他の状況下では自律的に動作することができる。
他の実施形態では、このような装備のある移動体は、完全に自律的に動作する。自律的な移動体は、乗客（すなわち、移動体の操縦に関わっていない人）を乗せるよう構成することができ、若しくは、人間の存在なしに作動するよう設計することができる。
【００３２】
本発明概念の実施形態のいくつかでは、単一の信号処理ユニット（ＦＭ変調、波形、又はチャープ、あるいは変調された光源と、反射光を電子インパルスに変換するための受信器と、制御器と、任意で光スイッチ又はルータとを組み込む）と、光導波路により接続された複数の光学ヘッド（反射光用の光スキャナと光入力部とを組み込む）とを含む、分散型のライダシステムを、自動車（移動体）に組み込むことができる。
いくつかの実施形態では、このような分散型のライダシステムの部品は、信号処理ユニットの為に設けられた衝撃及び振動保護部材と共に、個別の移動体（自動車、船舶、航空機等）の周囲に分散させる。
他の実施形態では、このような分散型のライダシステムの部品は、主移動体（操縦者及び／又は自律的な操縦システムを含み得る）と、主移動体によって受動的に誘導及び／又は牽引される、結合された副の（従の）移動体との間に分散する。副移動体は、副移動体に原動力を与えるエンジン又はモータを含んでいてもよく、若しくは、主移動体から原動力の供給を受けることで、エンジン又はモータがなくてもよい。
いくつかの実施形態では、副移動体は、主移動体によって誘導される、操縦及び／又は制動機構を含んでいてもよい。
例えば、信号処理ユニット（及び、任意に１つ以上の光学ヘッド）を、動力及び主たる操縦を供給する、商用の輸送トラックのキャブ部分（運転台）内又はキャブ部分上に設置することができる。そして、キャブに結合されキャブによって牽引される、１つ以上のトレーラ内又はトレーラ上に、１つ以上の光学ヘッドを設置することができる。そして、キャブの管理下にあるトレーラのための制動（ブレーキ）が提供される。これらの部品間の接続は、光ファイバ又は導波路により提供される。
このような実施形態では、主移動体と副移動体との間に、光コネクタを設けてもよい。光コネクタは、副移動体内又は副移動体上に取り付けられた１つ以上の光学ヘッドに接続された１つ以上の光ファイバ又は導波路と、主移動体内又は主移動体上に配置された信号処理ユニットに接続された１つ以上の導波路との間に、光リンクを設ける。
【００３３】
本発明概念のいくつかの実施形態では、本発明概念の分散型のＦＭライダが、先進運転支援システム（ＡＤＡＳ）に組み込まれてもよい。このようなシステムでは、運転中に安全性を向上させる、自動的な／適応性のある、及び／又は、強化された移動体システムが提供される。このようなシステムは、起こり得る問題について運転者に注意する技術を利用することにより、衝突及び事故を回避するよう、又は、移動体の制御を引き受けることにより、衝突を回避するよう設計されている。
ＡＤＡＳにより、自動点灯、アダプティブ・クルーズ・コントロール及び自動制動などの適応特性を提供することができ、そして、ＧＰＳ／交通警報を組み込むことができ、スマートフォン及び／又はデータクラウドに接続することができる。このようなシステムは、他の車両もしくは障害物の存在及び／又は接近について運転者に注意を促すことができ、車両を所望の車線内に保つことができ、及び／又は、車両のミラーで視認できない物体を運転者に表示することができる。
【００３４】
他の実施形態では、本発明概念の分散型のＦＭライダを組み込んだＡＤＡＳシステムにより、移動体の動きを誘導する指示をシステムに与えることができる。例えばＡＤＡＳシステムは、移動体の制動システム、ステアリングシステム、及び／又はエンジン加速装置の部品を操作するアクチュエータを起動する指示を与えることができる。
このような実施形態では、システムは、移動体の操縦者の行動を補うことができ、又は、移動体が自律的又は半自律的な方法で操縦されることを可能にすることができる。
他の実施形態では、ＡＤＡＳシステムは、移動体システムに対して、少なくとも部分的に、移動体を操縦する指示を与えることができる。例えば、ＡＤＡＳエンジンは、クルーズ・コントロール・システムに指示を与えることができ、次いで、クルーズ・コントロール・システムは、様々な移動体操縦の部品に結合されたアクチュエータに指示を与える。
また、本発明概念のＡＤＡＳシステムは、移動体の操縦者による直接の行動を必要とせずに、移動体を操縦する自律的な運転システムに指示を与えることができる。
【００３５】
すでに説明したものに加えて、さらに多くの変形例が、本明細書中の本発明概念を逸脱することなしに可能であることは、当業者にとって明らかであろう。ゆえに、本発明の課題は、添付の特許請求の範囲の主旨にある場合を除いて、限定されない。
さらに明細書及び特許請求の範囲の両方を解釈する際、すべての用語は、文脈と一致した、考え得る最も広い意味で解釈されるものとする。
特に、「備える」及び「備えた」という用語は、非排他的な意味では要素、部品、又はステップに言及しており、言及された要素、部品、又はステップが、明示的に言及されていない他の要素、部品、又はステップとともに存在しても、又は利用されても、又は組み合わされてもよいことを示唆していると解釈されるものとする。
明細書で請求しているものが、Ａ、Ｂ、Ｃ・・・及びＮからなる群から選択される何かの少なくとも１つに言及している場合、文面は、群からの１つの要素のみを要求しており、ＡプラスＮ又はＢプラスＮなどでないと解釈されるものとする。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【国際調査報告】
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