(57)【要約】【課題】３次元焦平面アレイを組み込んだ軽量で低体積で安価なＬＡＤＡＲ（レーダー）センサを、特に、モジュラーの製造および迅速な現場でのコンフィギュレーション能力およびプロビジョニングのために適用する。【解決手段】本発明は、高速で、短距離ないし中距離で、３次元イメージ・マップおよび物体データを生成する。記載される技術および構造は、長距離システムの範囲を延ばすためにも用いることができるが、マルチセンサ・テレビジョン制作システムおよび３次元グラフィックス・キャプチャおよび映画制作での使用に適するコンパクトな短距離ないし中距離レーダー・センサに、焦点を合わせている。３次元焦平面アレイは、有用な新たな能力を提供するために様々な物理的構成で使用される。【選択図】図１
2018066766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モジュラーＬＡＤＡＲセンサであって、
ハウジング内のレシーバ・モジュールであって、レーザ・トランスミッタ・モジュールを迅速に取り付けるために、前記ハウジングは、クイック・コネクト光レシーバ・カップリングを有し、前記ハウジングは更に、レーザ・トランスミッタ電気的コネクタと、レーザ・トランスミッタ機械的マウントとを有するものである、レシーバ・モジュールと、
前記光レシーバ・カップリングと嵌合するクイック・コネクト光プラグ・カップリングを持つレンズ・アセンブリと、
前記レーザ・トランスミッタ電気的コネクタと係合し嵌合するようにされる電気的コネクタを持ち、且つ前記レーザ・トランスミッタ機械的マウントと嵌合する相補的機械マウンティングおよび締め付け機構を持つレーザ・トランスミッタ・モジュールであって、前記レーザ・トランスミッタは、前記モジュラーＬＡＤＡＲセンサの視野内のシーンを照らすための変調レーザ光出力および拡散光学系を持つものである、レーザ・トランスミッタ・モジュールと、
前記レンズ・アセンブリの焦平面に配される光検出器の２次元アレイであって、前記光検出器のそれぞれは、前記変調レーザ光出力における反射された部分から電気的応答信号を生成する出力を持つものである、光検出器の２次元アレイと、
複数のユニット・セル電気回路を持つ読み出し集積回路であって、前記ユニット・セル電気回路のそれぞれは、前記光検出器の出力の１つに接続される入力を有し、それぞれの前記ユニット・セル電気回路は、電気的応答信号復調器と、前記電気的応答信号復調器の出力に接続される距離測定回路とを有し、前記距離測定回路は更に、前記距離測定回路のためのゼロ距離基準を提供する基準信号に接続されるものである、読み出し集積回路と、
前記光検出器のアレイの少なくとも１つの電圧分配グリッドと温度安定周波数基準とに接続される検出器バイアス回路と
を含むモジュラーＬＡＤＡＲセンサ。
【請求項２】
請求項１のモジュラーＬＡＤＡＲセンサであって、前記クイック・コネクト光レシーバ・カップリングはバヨネット型マウントを含む、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ。
【請求項３】
請求項１のモジュラーＬＡＤＡＲセンサであって、前記レーザ・トランスミッタ電気的コネクタは鍵型コネクタである、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ。
【請求項４】
請求項１のモジュラーＬＡＤＡＲセンサであって、前記レーザ・トランスミッタ電気的コネクタは光コネクタ・コンタクト更に含む、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ。
【請求項５】
請求項１のモジュラーＬＡＤＡＲセンサであって、前記相補的機械マウンティングおよび前記締め付け機構はクリアランス・ホールおよびネジからなる、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ。
【請求項６】
請求項１のモジュラーＬＡＤＡＲセンサであって、前記変調レーザ光出力はパルス・レーザ光を含む、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ。
【請求項７】
請求項１のモジュラーＬＡＤＡＲセンサであって、前記変調レーザ光出力は正弦波変調レーザ光を含む、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ。
【請求項８】
請求項１のモジュラーＬＡＤＡＲセンサであって、前記光検出器の前記アレイはサファイア基板上の半導体膜上に形成される、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ。
【請求項９】
請求項８のモジュラーＬＡＤＡＲセンサであって、前記サファイア基板はマイクロレンズ・アレイを更に含む、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ。
【請求項１０】
視野および動作波長を有するモジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニットであって、前記モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニットは更に、
レーザ・トランスミッタであって、
モジュラーＬＡＤＡＲセンサの視野内のシーンを照らすための変調レーザ光出力および拡散光学系、
光の収集および焦点合わせを行うシステムの焦平面に配される光検出器の２次元アレイであって、前記光検出器のそれぞれは、前記変調レーザ光出力における反射された部分から電気的応答信号を生成する出力を有するものである、光検出器の２次元アレイ、および
複数のユニット・セル電気回路を持つ読み出し集積回路であって、前記ユニット・セル電気回路のそれぞれが、
前記光検出器の出力の１つに接続される入力、
電気的応答信号復調器、および
前記電気的応答信号復調器の出力に接続され、更に、前記距離測定回路のためのゼロ距離基準を提供する基準信号に接続される読み出し集積回路
を含むものである、読み出し集積回路
を有するレーザ・トランスミッタと、
前記光検出器のアレイの少なくとも１つの電圧分配グリッドと温度安定周波数基準とに接続される検出器バイアス回路と、
前記ユニット・セル電気回路の前記距離測定回路からの距離データを提供する通信ポートと、
ホスト・プラットフォームへの接続のための電気的コンタクトの少なくとも１つの嵌合ペアを有するクイック・コネクト機械的マウントおよび前記通信ポートへ接続される鍵型の電気的コネクタと
を含む、
モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット。
【請求項１１】
請求項１０のモジュラーＬＡＤＡＲセンサであって、前記レーザ・トランスミッタは、イットリウム・アルミニウム・ガーネット、エルビウム添加ガラス、ネオジウム添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット、およびエルビウム添加イットリウム・アルミニウム・ガーネットの組から選択された利得媒体で形成された光ポンピング固体レーザを含む、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ。
【請求項１２】
請求項１０のモジュラーＬＡＤＡＲセンサであって、前記レーザ・トランスミッタは、インジウム、ガリウム、ヒ素、リンの組から選択された少なくとも１つの元素を持つ半電導性利得媒体で形成された垂直キャビティ面発光レーザを含む、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ。
【請求項１３】
請求項１０のモジュラーＬＡＤＡＲセンサであって、前記変調レーザ光出力は、単一ガウシアン・パルス・プロフィール、複数ガウシアン・プロフィール・パルス、単一平頂パルス・プロフィール、複数平頂パルス、パルス正弦波、およびチャープ正弦波パルスの組から選択された波長で変調される、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ。
【請求項１４】
請求項１３のモジュラーＬＡＤＡＲセンサであって、前記波形はパルスのシーケンスであり、前記パルスのシーケンスはバーカー・コードを用いてエンコードされる、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ。
【請求項１５】
請求項１０のモジュラーＬＡＤＡＲセンサであって、前記光検出器の２次元アレイは、前記読み出し集積回路へ直接に取り付けられる、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ。
【請求項１６】
請求項１０のモジュラーＬＡＤＡＲセンサであって、前記光検出器の２次元アレイは、サファイア基板上に形成される、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ。
【請求項１７】
請求項１０のモジュラーＬＡＤＡＲセンサであって、前記光検出器の２次元アレイは、シリコン、インジウム、ガリウム、ヒ素、リン、アルミニウム、ホウ素、アンチモン、マグネシウム、ゲルマニウム、および窒素の組から選択された少なくとも１つの元素を有する半導体から形成される、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ。
【請求項１８】
請求項１０のモジュラーＬＡＤＡＲセンサであって、前記電気的応答信号復調器は、
トリガ回路へ接続される出力を持つ入力増幅器と、
一連のアナログ・サンプリング・ゲートであって、各サンプリング・ゲートが、関連するアナログ・メモリ・セルを持つ、アナログ・サンプリング・ゲートと、
前記サンプリング・ゲートのそれぞれのもののタイミングを制御するサンプル・クロックと、
前記サンプリング・ゲートのそれぞれのものを順に選択するセレクタと、
サンプルの数を数えるカウンタと、
前記アナログ・メモリ・セルのそれぞれのものへ接続される入力を持つ出力増幅器と、
前記アナログ・メモリ・セルの内容が前記増幅器を介して出力される順を選択するための出力制御部と
を含み、アナログ・デジタル変換器の入力が前記出力増幅器へ接続され、前記アナログ・デジタル変換器の出力がデジタル・プロセッサの入力へ接続され、前記電気的応答信号の一連のデジタル化されたアナログ・サンプルを生成し、前記デジタル・プロセッサは、デジタル処理アルゴリズムを用いて前記一連のデジタル化されたアナログ・サンプルに対して演算を行うことにより、前記電気的応答信号を復調するようにプログラムされる、
モジュラーＬＡＤＡＲセンサ。
【請求項１９】
請求項１０のモジュラーＬＡＤＡＲセンサであって、前記電気的応答信号復調器は、
位相比較器の第１入力へ接続される出力を持つ入力増幅器を含み、前記位相比較器では位相基準信号が第２入力へ接続され、前記位相比較器の出力は、積分器の入力へ接続され、前記積分器は、前記位相比較器の前記第１入力と前記第２入力との位相の差に比例する出力電圧を持つ積分器出力を有する、
モジュラーＬＡＤＡＲセンサ。
【請求項２０】
３次元視覚システムであって、
開口を持つエレクトロニック・エンクロージャを有するホスト・プラットフォームと、
視野および動作波長を持つモジュラーＬＡＤＡＲセンサであって、前記モジュラーＬＡＤＡＲセンサは、ユニットにおいて、前記エレクトロニック・エンクロージャの前記開口を介して前記ホスト・プラットフォームへ取り付けられ、電気的コネクタを介して前記ホスト・プラットフォームへ電気的に接続され、クイック・コネクトおよびリリースの機械的機構によりそこに保持されるものであり、前記電気的コネクタは、電気的コンタクトの少なくとも１つの嵌合ペアを有するものであり、前記モジュラーＬＡＤＡＲセンサは、
前記モジュラーＬＡＤＡＲセンサの視野内のシーンを照らすための変調レーザ光出力および拡散光学系を持つレーザ・トランスミッタ、
光の収集および焦点合わせを行うシステムの焦平面に配される光検出器の２次元アレイであって、前記光検出器のそれぞれは、前記変調レーザ光出力における反射された部分から電気的応答信号を生成する出力を有するものである、光検出器の２次元アレイ、
複数のユニット・セル電気回路を持つ読み出し集積回路であって、前記ユニット・セル電気回路のそれぞれが、前記光検出器の出力の１つに接続される入力を持ち、前記ユニット・セル電気回路のそれぞれが、
電気的応答信号復調器、および
前記電気的応答信号復調器の出力に接続される距離測定回路であって、前記距離測定回路のためのゼロ距離基準を提供する基準信号に更に接続される距離測定回路
を有するものである、
読み出し集積回路、および
前記光検出器のアレイの少なくとも１つの電圧分配グリッドと温度安定周波数基準とに接続される検出器バイアス回路
を含むモジュラーＬＡＤＡＲセンサと
を含む３次元視覚システム。
【請求項２１】
請求項２０の３次元視覚システムであって、前記ホスト・プラットフォームは、ガイド・レール、ガイド・スロット、およびガイド・ビームの組から選択される少なくとも１つの案内機構を更に含む、３次元視覚システム。
【請求項２２】
請求項２０の３次元視覚システムであって、前記モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニットは、ガイド・レール、ガイド・スロット、およびガイド・ビームの組から選択された少なくとも１つの案内機構が組み込まれる、３次元視覚システム。
【請求項２３】
請求項２０の３次元視覚システムであって、前記ホスト・プラットフォームは、前記エレクトロニック・エンクロージャの前記開口に固定された導電性カバーを更に含む、３次元視覚システム。
【請求項２４】
請求項２０の３次元視覚システムであって、前記ホスト・プラットフォームは、前記エレクトロニック・エンクロージャ内の窪んだ凹部内のほうへ開くように設計されたヒンジ付き導電性ドアを更に含む、３次元視覚システム。
【請求項２５】
請求項２０の３次元視覚システムであって、前記モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニットの外面は導電性の面である、３次元視覚システム。
【請求項２６】
請求項２０の３次元視覚システムであって、折り曲げた金属薄板、鋳造合金、鍛造合金、および成形されたプラスチックの組から選択された加工済み材料から形成されるハウジングを更に含む３次元視覚システム。
【請求項２７】
請求項２６の３次元視覚システムであって、前記ハウジングは、電気メッキ、化学的な薄膜の貼り付け、亜鉛コーティング、クロメート・コーティング、真空下でなされる蒸着金属コーティング、無電解メッキ、物理蒸着、スパッタリング、および溶射の組から選択されるプロセスにより処理された表面を有する、３次元視覚システム。
【請求項２８】
請求項２０の３次元視覚システムであって、エレクトロニック・エンクロージャを有する前記ホスト・プラットフォームは更に、その中に開口を有し、前記開口は、それへ取り付けられた導電性カバーを持ち、前記導電性カバーと前記エレクトロニック・エンクロージャの表面との間に導電性ガスケットが付けられる、３次元視覚システム。
【請求項２９】
請求項２０の３次元視覚システムであって、エレクトロニック・エンクロージャを有する前記ホスト・プラットフォームは更に、その中に開口を有し、複数の導電性ばね付きフィンガーが、前記開口の表面と、前記開口内へ挿入されたモジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニットの導電性の面との間での接続を行う、３次元視覚システム。
【請求項３０】
３次元イメージをキャプチャできる３次元ビデオ制作システムであって、
マスター・コントローラと、
複数のＬＡＤＡＲセンサであって、各ＬＡＤＡＲセンサが、イメージングの対象とされる共通シーンと重なる視野を有するものであり、
各ＬＡＤＡＲセンサは、信号伝送ケーブルを介して前記マスター・コントローラと接続され、
各ＬＡＤＡＲセンサは、内部リアル・タイム・クロックを有し、
各ＬＡＤＡＲセンサは、前記リアル・タイム・クロックから与えられる時間を用いて、獲得した３次元イメージ・ファイルへタイム・スタンプを与える
ものである、
複数のＬＡＤＡＲセンサと、
前記複数のＬＡＤＡＲセンサから３次元イメージを受け取るシーン・プロセッサであって、前記複数のＬＡＤＡＲセンサから受け取ったタイム・スタンプ付き３次元イメージを組み合わせることにより、対象とされる前記共通シーンの立体モデルを作成するシーン・プロセッサと
を含む３次元ビデオ制作システム。
【請求項３１】
請求項３０の３次元ビデオ制作システムであって、前記ＬＡＤＡＲセンサのそれぞれは、リアル・タイム・クロック基準信号を地球軌道上の衛星から受信する、３次元ビデオ制作システム。
【請求項３２】
請求項３０の３次元ビデオ制作システムであって、前記マスター・コントローラは、マスター・リアル・タイム・クロックと伝送ケーブル長測定システムとを更に含み、前記マスター・コントローラは、個別にケーブル長調節がなされたリアル・タイム・クロックを前記ＬＡＤＡＲセンサのそれぞれへ分配し、それにより、前記複数のＬＡＤＡＲセンサのそれぞれは、リアル・タイム・クロックと前記マスター・リアル・タイム・クロックとの同期を維持する、３次元ビデオ制作システム。
【請求項３３】
請求項３０の３次元ビデオ制作システムであって、前記ＬＡＤＡＲセンサのそれぞれは、２次元イメージング・デバイスへ取り付けられ、前記２次元イメージング・デバイスは更に、少なくとも２つの角度自由度があるポインティング・プラットフォームへ取り付けられる、３次元ビデオ制作システム。
【請求項３４】
請求項３３の３次元ビデオ制作システムであって、前記ポインティング・プラットフォームは、それぞれの角度自由度のためのモーター付きピボットを有する、３次元ビデオ制作システム。
【請求項３５】
請求項３４の３次元ビデオ制作システムであって、前記モーター付きピボットは、対象物を追跡するためにコントローラと共に動作する、３次元ビデオ制作システム。
【請求項３６】
請求項３０の３次元ビデオ制作システムであって、前記ＬＡＤＡＲセンサのそれぞれは、２次元イメージング・デバイスへ取り付けられ、前記２次元イメージング・デバイスは更に、横行プラットフォームへ取り付けられる、３次元ビデオ制作システム。
【請求項３７】
請求項３６の３次元ビデオ制作システムであって、前記横行プラットフォームは、車輪付き台車、軌道上の車輪付きカート、およびワイヤで支持されたオーバーヘッド・プラットフォームの組から選択される、３次元ビデオ制作システム。
【請求項３８】
請求項３７の３次元ビデオ制作システムであって、前記ワイヤで支持されたオーバーヘッド・プラットフォームは、ＳｋｙＣａｍ（登録商標）オーバーヘッド・カメラ・システムを含む、３次元ビデオ制作システム。
【請求項３９】
請求項３０の３次元ビデオ制作システムであって、対象とされる前記共通シーンは、俳優、アスリート、車両、およびプレイ中の物体の組から選択される対象物を更に含む、３次元ビデオ制作システム。
【請求項４０】
請求項３９の３次元ビデオ制作システムであって、前記対象物は、取り付けられる赤外線反射物でマーク付けされた特徴を更に有する、３次元ビデオ制作システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[１]  ここで開示される実施形態は、一般に、３次元イメージの生成および記録に関連し、特に、複数の光学センサにより供給されるデータから３次元立体物体モデル（3-D solid object model）を合成でき得るシステムに関連する。シーンの３次元マップおよび立体物体のモデルを作るために、制作システムにおいてビデオ・カメラを用いる試みに適合するように、多くのシステムが提案されてきた。ステレオ・システム、ホログラフィック・キャプチャ・システム、および動きから形状を捕らえるものが全て提案され、また、場合によっては実演が行われたが、時間を要する設定も、プレイにおいて俳優、セット、シーン、アスリート、または物を制限することになる動作条件も無しで、全３６０度立体物体モデルを作成する能力を持つシステムはない。
【背景技術】
【０００２】
[２]  Stettnerその他の米国特許第５,４４６,５２９号明細書、米国特許第６,１３３,９８９号明細書および米国特許第６,４１４,７４６号明細書に開示されている３次元イメージング技術は、単一のパルス光、典型的にはパルス・レーザ光を用いて、従来の２次元ピクチャの全情報を第３の次元の座標と共に提供し、その視野内の全てのものの３次元座標を提供する。この使用法は、内蔵光源としてフラッシュ・アタッチメントを使用する通常のデジタル２次元カメラから類推して、典型的にはフラッシュ３次元イメージングと称される。通常の２次元デジタル・カメラと同様に、光は、レンズにより、レーダー（ＬＡＤＡＲ）センサの焦平面へ焦点合わせされ、焦平面は、焦平面アレイ（ＦＰＡ）と呼ばれるピクセルのアレイを含む。ＬＡＤＡＲセンサの場合、これらのピクセルは「スマート」であり、関心対象物の反射特徴へ向けてのレーザ・パルスの往復飛行時間をプロセッサが計算することを可能にするデータを、収集することができる。各スマート・ピクセルはまた、戻ってくるレーザ・パルスの形状および大きさと関連するデータを収集する。Stern, Alvin Gabriel, and Daniel C. Cole. "High-sensitivity, wide-dynamic-range avalanche photodiode pixel design for large-scale imaging arrays." Journal of Electronic Imaging 19.2 (2010): 021102.が、ここに記載する幾つかの設計において共通である焦平面検出器アレイのエレメントの効率および分離を向上させ得る設計の特徴および製造技術に関して、参照される。
【０００３】
[３]  視野にわたって１以上のピクセルが走査される競合する設計とは対照的に、これらのフラッシュＬＡＤＡＲセンサの１つの価値は、費用がかかり且つ高度なメンテナンスを要し且つ典型的には大きくて重い精密な機械的スキャナを除去することである。フラッシュＬＡＤＡＲセンサの焦平面のピクセルは、アレイ内のそれらの常設位置により自動的に登録される。更に、１つのレーザ・パルスで１または少数のピクセルをキャプチャするのとは対照的にデータのフレームをキャプチャすることにより、データ・レートが大幅に増加され、重量および体積が減少される。各データ・フレームは、短い持続時間のレーザ・パルスの反射から獲得されるので、移動物または静止物の表面は、ぼやけや歪み無しで、動くプラットフォームからキャプチャすることができる。
【０００４】
[０４]  従って、設計のモジュール的特性により製造コストが低くかつ柔軟性のある、３次元データを生成する装置を提供することが、望まれる。また、本発明の目的は、幾つかの基本的な電気的および機械的なインターフェースを備えた任意のイメージング・プラットフォーム、コンピュータ、またはホスト・デバイスによる何れの応用でもユビキタスに使用することができるコンポーネントとして、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニットを提供することである。本発明の更なる目的は、柔軟性があり且つ迅速に再構成可能であり、プレイ、劇場、アリーナ、又は監視セクターの何れの分野にも適合させることを可能にするフラッシュＬＡＤＡＲセンサ・コンポーネントを、３次元ビデオ制作システムに提供することである。
【発明の概要】
【０００５】
[５]  モジュラーＬＡＤＡＲセンサは、ハウジング内でレシーバ・モジュールを用いる。ハウジングは、クイック・コネクト（quick connect）光レセプタクル・カプラを組み込んでおり、レーザ・トランスミッタ・モジュールを素早く取り付けるために、レーザ・トランスミッタ機械マウントとレーザ・トランスミッタ電気コネクタとを有する。クイック・コネクト光プラグ・カプラを持つレンズ・アセンブリは、光レセプタクル・カプラと嵌合される。電気コネクタを持つレーザ・トランスミッタ・モジュールは、レーザ・トランスミッタ電気コネクタおよび相補的機械マウンティングと係合および嵌合するように適合させられ、締め付け機構はレーザ・トランスミッタ機械マウントと嵌合される。レーザ・トランスミッタは、モジュラーＬＡＤＡＲセンサの視野内のシーンを照らすための変調レーザ光出力と拡散光学レメントとを有する。光検出器の２次元アレイが、レンズ・アセンブリの焦平面に配置され、光検出器のそれぞれは、変調レーザ光出力における反射された部分から電気的応答信号を生成する出力を有する。読み出し集積回路は、複数のユニット・セル電気回路を有し、それぞれのユニット・セル電気回路は、光検出器の出力の１つに接続される入力を有し、それぞれのユニット・セル電気回路は、電気的応答信号復調器と、電気的応答信号復調器の出力に接続される距離測定回路とを有し、距離測定回路のためのゼロ距離基準を提供する基準信号に接続される。検出器バイアス回路は、光検出器のアレイの少なくとも１つの電圧分配グリッドと温度安定（temperature stabilized）周波数とに接続される。
【０００６】
[６]  論議された特徴、機能、および利点は、本開示の様々な実施形態において独立して達成することができ、また、更に他の実施形態において組み合わせることができ、それらの更なる詳細は以下の説明および図面を参照して理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】[７]  図１は、スポーツ・イベントを放送するための制作ビデオ・カメラへ迅速に取り付けるように、および複合３次元イメージを生成するために複数のカメラおよびセンサを使用するように適合させた本発明の典型的な応用の図である。
【図２】[８]  図２は、ここで説明されるタイプのモジュラーＬＡＤＡＲセンサの本発明の、図１に示されているような、典型的な応用のシステム・ブロック図である。
【図３】[９]  図３は、現場の機器へ、ケーブル・アダプタを介して、迅速かつ容易に外部接続するために適した第１のタイプのモジュラーＬＡＤＡＲセンサを示し、ここでの場合の機器は個人用またはプロ用のビデオ・カメラである。
【図４】[１０]  図４は、現場の機器へ、クイック・マウントの電気的および機械的なコネクタを介して、迅速かつ容易に外部接続するために適した第２のタイプのモジュラーＬＡＤＡＲセンサを示し、ここでの場合の機器は個人用またはプロ用のビデオ・カメラである。
【図５Ａ】[１１]  図５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、および５Ｄは、それぞれ、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニットの分解図、上面図、クリップの詳細、およびスロットの詳細を示すものであり、シャシー内での内部取り付けと、嵌合、シャシー内での保持、および電磁場の放射の抑制とに関してのモジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニットの詳細な特徴に関するものである。
【図５Ｂ】図５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、および５Ｄは、それぞれ、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニットの分解図、上面図、クリップの詳細、およびスロットの詳細を示すものであり、シャシー内での内部取り付けと、嵌合、シャシー内での保持、および電磁場の放射の抑制とに関してのモジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニットの詳細な特徴に関するものである。
【図５Ｃ】図５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、および５Ｄは、それぞれ、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニットの分解図、上面図、クリップの詳細、およびスロットの詳細を示すものであり、シャシー内での内部取り付けと、嵌合、シャシー内での保持、および電磁場の放射の抑制とに関してのモジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニットの詳細な特徴に関するものである。
【図５Ｄ】図５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、および５Ｄは、それぞれ、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニットの分解図、上面図、クリップの詳細、およびスロットの詳細を示すものであり、シャシー内での内部取り付けと、嵌合、シャシー内での保持、および電磁場の放射の抑制とに関してのモジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニットの詳細な特徴に関するものである。
【図６】[１２]  図６は、モジュラーＬＡＤＡＲセンサおよび内部動作と、外部接続とのシステム・ブロック図である。
【図７】[１３]   図７は、図６の検出器アレイの各ピクセルと関連する読み出し集積回路のユニット・セル・エレクトロニクスの図を示す。
【図８】[１４]  図８は、複数のビデオ・カメラおよびＬＡＤＡＲセンサを用い且つ図１および図２に示す応用に関連する３次元ビデオ・プロダクション装置のためのビデオ制作ベイ内で動作するマスター・コントローラのオプションのケーブル長等化システムの構成要素のブロック図を示す。
【図９】[１５]  図９は、幾つかのＬＡＤＡＲセンサの組み合わせを必要とし、且つ正確なタイミングが要求される応用における、光ケーブルの相互接続遅延を等しくするために使用され得る波長マルチプレクサ・コンポーネントの図である。
【図１０】[１６]  図１０は、幾つかのＬＡＤＡＲセンサの組み合わせを必要とし、且つ正確なタイミングが要求される応用における、電気ケーブルの相互接続遅延を等しくするために使用され得る周波数マルチプレクサ・コンポーネントの図である。
【図１１】[１７]  図１１は、各々が３次元イメージ出力を有する複数のＬＡＤＡＲセンサから合成３次元モデルを作成する際に有用な本質的エレメントを組み込んだファイル・フォーマットの配置を示す図である。
【図１２Ａ】[１８]  図１２Ａおよび１２Ｂは、光学サブアセンブリと、モジュラーＬＡＤＡＲセンサのレシーバ・ボディに対してのレーザ・トランスミッタ・サブアセンブリとの、モジュラー取り付けを示す図、およびレンズのためのバヨネット・レセプタクル機構の詳細図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａおよび１２Ｂは、光学サブアセンブリと、モジュラーＬＡＤＡＲセンサのレシーバ・ボディに対してのレーザ・トランスミッタ・サブアセンブリとの、モジュラー取り付けを示す図、およびレンズのためのバヨネット・レセプタクル機構の詳細図である。
【図１３】[１９]  図１３は、モジュラーＬＡＤＡＲセンサの可視または近赤外線の応用で使用され得る、シリコン・オン・サファイヤまたは窒化ガリウム・オン・サファイアの基板上のアバランシェ光検出器のアレイとして実現される、検出器の改良された焦平面アレイの構成を示す。
【図１４】[２０]  図１４は、モジュラーＬＡＤＡＲセンサの可視または近赤外線の応用で使用され得る、シリコン・オン・サファイヤまたは窒化ガリウム・オン・サファイアの基板上のＰＩＮ光検出器のアレイとして実現される、検出器の改良された焦平面アレイの構成を示す。
【図１５】[２１]  図１５は、本発明の読み出し集積回路上へ向けての検出器の焦平面アレイのハイブリッド・アセンブリを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
[２２]  この出願は、先行の米国特許第５,６９６,５７７号明細書、米国特許第６,１３３,９８９号明細書、米国特許第５,６２９,５２４号明細書、米国特許第６,４１４,７４６号明細書、米国特許第６,３６２,４８２号明細書、米国意匠特許発明第Ｄ４６３,３８３号明細書、および２００２年１月３１日に出願され米国特許出願公開２００２／０１１７３４０号明細書として公開された米国特許出願第１０／０６６３４０号と関連する新たな主題事項を含み、これらの開示は参照によりここに組み込まれる。
【０００９】
[２３]  ここで開示される実施形態は、視野を持つモジュラーＬＡＤＡＲセンサと、幾つかの成分を有する動作波長とを用いる３次元イメージングのためのデバイスを提供し、ＬＡＤＡＲセンサの鍵となるコンポーネントのそれぞれは自蔵サブアセンブリであり、機能するＬＡＤＡＲセンサを作るために容易にそれらを集めて組み立てられる。各モジュールまたはサブアセンブリは、モジュラー・アセンブリに適する機械インターフェースと電気インターフェースとの双方を有する。モジュラーＬＡＤＡＲセンサは、光インターフェースおよびコネクタも含むことができる。モジュラーＬＡＤＡＲセンサは、外部が、適正な外部の機械的、電気的、および光学的なインターフェースのセットを有する任意の装置へ迅速に取り付けられるように、適合させられている。モジュラーＬＡＤＡＲセンサは、変調レーザ光出力を持つ半導体レーザまたはジャイアント・パルス固体レーザを組み込み得る照射用レーザ・モジュールと、モジュラーＬＡＤＡＲセンサの視野内のシーンを照らすための拡散光学レメントとを有する。モジュラーＬＡＤＡＲセンサはまた、光収集および焦点調整アセンブリの焦平面に配置される光検出器の２次元アレイを特徴とするレシーバ・モジュールを備える。光収集及び焦点調整アセンブリもまた、クイック・コネクト機械インターフェースを備えたモジュール式とすることができる。光検出器のそれぞれは、レーザ光出力の反射された部分から電気的応答信号を生成する出力を有する。電気的応答信号は、対応するユニット・セル電気回路のアレイを持つ読み出し集積回路に接続される。ユニット・セル電気回路の各々は、光検出器の出力の１つに接続された入力と、電気的応答信号復調器と、電気的応答信号復調器の出力に接続された距離測定回路とを有する。復調器は、電気的応答信号のシーケンシャルなサンプルを記憶するための電圧サンプラ及びアナログ・シフト・レジスタとすることができ、また、ミキサ、積分器、又は整合フィルタを含むことができる。復調はまた、各ピクセルからのデジタル化された一連のサンプルに対して処理を行う高速デジタル・プロセッサにより、読み出し集積回路の外部で行うことができる。高速デジタル・プロセッサは、シーケンシャルなアナログ・サンプルの加重和を用いるアルゴリズムを使用することができ、また、高速フーリエ変換、畳み込み、積分、微分、カーブ・フィッティング、または他のデジタル処理を、電気的応答信号のデジタル化されたアナログ・サンプルに対して使用することができる。ユニット・セルはまた、復調器の出力が予め設定された閾値を超えたときに出力応答を生成するように設定されたトリガ回路を、組み込むことができる。距離測定回路は更に、変調レーザ光出力のためのゼロ距離基準を提供する基準信号に接続される。モジュラーＬＡＤＡＲセンサは更に、検出器アレイの電圧分配グリッドと温度安定周波数基準とに接続された検出器バイアス回路とを組み込んでいる。
【００１０】
[２４]  図面に示され、図面に関して説明されるように、本発明は、第１に、ＬＡＤＡＲセンサ・コンポーネント・サブアセンブリのアセンブリである点と、第２に、クイック・コネクト・インターフェースが、対応するインターフェースを有する任意のホスト・プラットフォームに３次元イメージ・センシングを提供するというユビキタスな様式である点との２つの点で、モジュール式である。本発明は、レーザ・トランスミッタと、光学サブアセンブリと、内部レシーバ・モジュールを備えたカメラ・ボディとのモジュラー・アセンブリで実現されるコンパクトなモジュラーＬＡＤＡＲセンサである。モジュラーＬＡＤＡＲセンサは、ホスト・プラットフォームに対しての迅速な取り付けおよび取り外しのための外部クイック・コネクトの機械的および電気的なインターフェースが備えられ、それにより、相補的な電気的および機械的なクイック・コネクト・インターフェースを備えたあらゆるホスト・プラットフォームに３次元感知機能を提供する。幾つかの場合には、モジュラーＬＡＤＡＲセンサは、ホスト・プラットフォームの外面に取り付けられたクイック・コネクトの機械的および電気的なインターフェースにプラグ・インするよう、適合させられる。他の場合には、モジュラーＬＡＤＡＲセンサは、ホスト・プラットフォームの表面の内側に取り付けられたクイック・コネクトの機械的および電気的なインターフェースにプラグ・インするよう、適合させられる。幾つかの例では、クイック・コネクトの機械的および電気的なインターフェースは、光ファイバ・コネクタを含む。さらなる発展形態では、モジュラーＬＡＤＡＲセンサは、ホスト機器の表面上またはホスト機器の窪み内へのユニットの接続および接続解除を容易にするように合理化された、コンパクトなＬＡＤＡＲセンサ・ユニットとして実現される。
【００１１】
[２５]  モジュラーＬＡＤＡＲセンサは、周波数基準及び慣性基準を有するシステム制御プロセッサと、システム・メモリと、パルス・レーザ・トランスミッタと、送信光学系と、受信光学系と、受信光学系の焦平面に配置された光検出エレメントのアレイと、バイアス電圧を光検出用焦平面アレイへ供給する検出器バイアス変換器と、読み出し集積回路と、アナログ読み出しＩＣの出力からデジタル・イメージ・データを生成するアナログ／デジタル変換回路と、イメージ・データを調整および補正するデータ整理プロセッサと、修正されたイメージ・データベースにおいて特徴及び物体を識別及び追跡するための物体追跡プロセッサとを含む。フィードバック機構および制御機構とともに使用したとき、移動する物体の追跡３次元プロダクションが可能とされ、他のさまざまなモバイル機器では、衝突回避、シーン・キャプチャ、ガイダンス、およびナビゲーションが可能になる。
【００１２】
[２６]  ３次元焦平面アレイ（ＦＰＡ）の各ピクセルは、入射するレーザ光を電子信号に変換し、その大きさは、適時にサンプリングされ、ピクセル内のメモリに記憶される。各ピクセルはまた、ターゲット表面からのレーザ光の捕捉された反射に応答して、採取されているサンプルを計時するために、クロックを使用する。異なる実施形態は、バヨネット取付型の受光光学系と、特別用途向け縮小命令セット計算（ＲＩＳＣ）プロセッサと、垂直キャビティ面発光レーザのアレイと、レーザ・ダイオードのアレイまたは光学的にポンピングされる固体レーザと、シリコン・オン・サファイヤ（ＳＯＳ）または窒化ガリウム・オン・サファイア（ＧＮＯＳ）の基板上に形成される光検出レメントのＦＰＡとを含むことができ、光検出レメントは、アバランシェ・フォトダイオード（ＡＤＰ）、ＰＩＮダイオード、またはＮＩＰダイオードであり得る。モジュラーＬＡＤＡＲセンサはまた、ここに記載されるタイプの内部で接続可能なモジュラーＬＡＤＡＲセンサを受けるように適合された開口部を有するホスト・プラットフォーム・シャシーから放射されるＥＭＩを低減するための、特別な手段を有することもできる。ＥＭＩガスケット、ばね仕掛けのドア、および米国意匠特許発明第Ｄ４６３,３８３号明細書に記載されているＧＢＩＣケージと同様のオープン・ケージ構造に取り付けられるばね付きフィンガーが存在し得る。ケージ構造は、ホスト・プラットフォームのプリント回路基板またはエンクロージャ・パネルに接続するために、一体的に成形されたガイド・レールおよび「Ｊ」フックを有することができる。ケージ構造はまた、後部開口部に電気／光コネクタを取り付けることができ、また、好ましい実施形態では、電気／光コネクタをホスト・プラットフォームのＰＣボードに取り付けることができる。モジュラーＬＡＤＡＲセンサは、典型的には、焦平面アレイと読み取り集積回路とのハイブリッド・アセンブリを組み込み、読み出しＩＣは、ユニット・セル電気回路のアレイとして配置され、各ユニット・セルは、嵌合する焦平面アレイと同一の間隔および順序の配列になるように配置される。
【００１３】
[２７]  モジュラーＬＡＤＡＲセンサのユニット・セルはまた、パラメトリック・アナログ相関器を組み込んだマッチド・フィルタを使用することもでき、且つチャープされた伝送またはバーカー・コードなどのようなマルチパルス伝送コードを使用して、モジュラーＬＡＤＡＲセンサの視野内の物体または特徴からのマルチパス反射に対処すること、および処理利得を生み出すことができる。モジュラーＬＡＤＡＲセンサはまた、参考の資料に記載されているように、パルスＣＷ送信およびヘテロダイン検出を使用して距離性能を向上させることもできる。モジュラーＬＡＤＡＲセンサは、効率的に製造されるように、および必要な電気的、機械的、および光学的なインターフェースを有する電子ホスト・プラットフォームに対しての外部または内部の窪んだ接続可能なマウンティングにより現場で迅速に配置されるように、様々な革新的な特徴および構造により、良く適合するようにされる。モジュラーＬＡＤＡＲセンサは、軽量で低体積で低コストの設計に特に適合するようにされ、さまざまなイメージングの応用に適用されたときに新たな能力を提供する。第１の実施形態のモジュラーＬＡＤＡＲセンサは、上述のフラッシュ・モードで、または状況により必要とされるように、マルチパルス・モードで、またはパルス連続波モードで、動作することができる。
【００１４】
[２８]  モジュラーＬＡＤＡＲシステムを組み込んだ制作システムは、完全な３次元オブジェクトのモデリングおよびトラッキングと、２次元と３次元とのデータ・ベースをマージして得られるシーン・エンハンスメントと、３次元ビデオ・カメラと従来の２次元ビデオ・カメラとの管理とを可能にする多くの機能を有する。制作システムはまた、配備されたシステムが光学システムであっても電子システムであっても、様々な接続ケーブル間の長さの差をゼロにする機能と、モバイル制作バン（mobile production van）や編集ベイの地球での位置を自己で突き止める機能と、ローカル座標系を、特定の会場に配備された様々なカメラへワイヤレスで投影する機能とを有する。
【００１５】
[２９]  モジュラーＬＡＤＡＲセンサの第１の実施形態は、電気接続ピンを有する「Ｄ」コネクタ・プラグと、ホスト・プラットフォームへ取り付けるための保持されたジャックスクリューを備える金属のシェルおよびフランジとを含む。垂直キャビティ面発光レーザのアレイは、目に安全な波長で視野内のシーンへパルス照明エネルギーを提供する。第１の実施形態は、ハイブリッドの組立法を使用して読み出し集積回路の上にスタックされた単一の絶縁サファイア基板上に位置する１２８×１２８アレイの光検出エレメントを提供する。この設計の他の実施形態では、ＭおよびＮの値が２ないし１０２４以上である、光検出レメントのＭ×Ｎの焦平面アレイが考えられる。
【００１６】
[３０]  モジュラー受光光学系と、高効率の面発光半導体レーザを備えたレーザ・トランスミッタ・サブアセンブリとを使用するコンパクトな設計により、３次元ＬＡＤＡＲイメージング能力を様々なポータブルおよびプロフェッショナルの電子機器へ組み込む機会が作られ、様々なポータブルおよびプロフェッショナルな電子機器には、ビデオ・カメラ、ロボット・クローラ、自動車、トラック、飛行機、ボート、ポータブル・コンピュータ、および様々なイメージ機器が含まれる。好ましい実施形態および代替の実施形態でここに記載されているこのようなコンパクトで費用効果の高い設計の他の応用は把握することができ、より包括的なリストが後の段落で提示される。
【００１７】
[３１]  モジュラーＬＡＤＡＲ制作システムの第１の実施形態は、図１に等角図の形で示されている。制作バン２は、制作ビデオ・システムの主要コンポーネントの機能を制御する。制作バン２は、ＧＰＳ衛星からの全地球測位座標および時間基準を受信し、制作バンまたはトラック２の上部に取り付けられた受信および送信アンテナ４を介してビデオを送る。ローカル測位座標システムは、ローカル・アンテナ６を使用してローカル測位基準を送信し、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４またはホスト・ビデオ・カメラ・プラットフォームに取り付けられた他のカメラ・アンテナ１６，３０からの応答を受信することができる。制作バン２はまた、光ファイバ・ケーブル８を介して双方向光ファイバ伝送リンクを通じてプロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２に接続する。プロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２は、車輪付き台車に取り付けられ、スタジアムまたはアリーナの構造４４から突き出た専用のプラットフォーム１０に乗っている。モジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４は、「Ｄ」タイプ電気コネクタを介してプロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２の外部に取り付けられ、図４の詳細に示されるようにジャックスクリューで固定される。ＧＰＳ受信アンテナ１６は、ビデオ・カメラ１２またはモジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４に取り付けられ、衛星や、制作バン２などのような他のローカル基準から、位置および時間の基準データを受信する。ＧＰＳ受信アンテナ１６はまた、適切な光ファイバまたは電気ケーブルの接続が使用できない場合に、カメラ・ステータスやビデオ信号を制作バン２へ送り返すために使用することができる。プロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２およびモジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４は、典型的には、最小限でも、境界線１８内のフィールドのプレイを行う面全体を見るように設定されているが、プロダクションに使用するカメラの数およびタイプに応じて、より広い視野またはより狭い視野を有することもできる。主に重要なことは、プロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２とモジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４とが、この場合はゴール・ポストである不変的特徴２０がはっきりと見えるように設定され、不変的特徴２０は、一般に、エンド・ゾーンの旗やパイロン、ホーム・プレート、ピッチャー・マウンド、ホッケーのブルー・ライン、テニスコートのネット、アクターズ・マーク（actor's marks）、セット、シーンなどのようなシーンのフィールドまたはステージの任意の特徴、またはプレイやスタジオの背景の特徴、またはプレイのセット、シーン、コート、またはフィールドの任意の他の識別可能で静止した特徴であり得る。この場合はフットボールであるが、プレイ内にある物体２２は、プレイのフィールド、コート、ステージ、またはセット内を動き、プロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２，２８，３２、または、３８の何れかにより追跡され得る。スタジアム４４、アリーナ、スタジオ、またはセットは、ＳｋｙＣａｍ（登録商標）（スカイカム）２８または他のモバイル・オーバーヘッド・カメラ・システム２８を支持する複数の横行ケーブル２６のためのオーバーヘッド取付点を提供する支柱２４または他の垂直支持部材を有し、スカイカム（登録商標）または���のモバイル・オーバーヘッド・カメラ・システムはまた、図５Ａ−Ｄの図面に従ったモジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９を内蔵する。モバイル・オーバーヘッド・カメラ２８はまた、ＧＰＳ、または制作バン２からのローカル測位基準データ、カメラ状態、および移動制御コマンドを送受信するために使用されるアンテナ３０を有する。これらの信号はまた、電気ケーブルまたは光ファイバ・リンク３１を介して双方向に伝達され得、電気ケーブルまたは光ファイバ・リンク３１は、支柱２４に沿って垂直に張られた後、横行ケーブル２６に沿って又は横行ケーブル２６内に埋め込まれ得る。
【００１８】
[３２]  モジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４を備える第２のプロフェッショナル・ビデオ・カメラ３２は、スタジアム４４の遠端の第２のプラットフォームに取り付けられ、光ファイバ・ケーブル３４を介して制作バン２と双方向に通信し、車輪付き台車の上に取り付けられ、第１のプロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２からは影または死角となるシーンをカバーするように配置される。第３の光ファイバまたは電気ケーブル３６は、第３のモジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４およびローカル・アンテナが取り付けられた第３のフィールド・レベルにあるプロフェッショナル・ビデオ・カメラ３８を、制作バン２に接続する。第３のプロフェッショナル・ビデオ・カメラ３８は、鉄道車両と同様の方法で固定軌道４０上を走行する車輪付きカート３９に取り付けられる。３つのプロフェッショナル・ビデオ・カメラはすべて、アスリート／俳優４２がプレイのフィールド、セット、ステージ、またはコートの或る点から別の点へ移動したときに、アスリート／俳優を追跡するために用いることができる。俳優／アスリート４２は、フットボールのヘルメット、帽子、コート、シャツ、靴、または手袋などのような特殊な特徴を有することができ、それらへは、それらの追跡を強化するために特別な赤外線リフレクタを取り付けることができる。適用されたリフレクタは、アスリート／俳優４２およびプレイ内の物体２２からの反射光パルスのレベルを増加させ、従って、３次元距離データの精度を向上させ、俳優／アスリート４２およびプレイ内の物体２２を背景から分離することを更に容易にし、それにより、それら俳優／アスリート４２および運動中の物体２２の追跡を更に容易にする。これらの赤外線リフレクタは、アスリートのヘルメットに貼られたデカールまたは特殊反射フィルムとすることができ、それらは、対象とされる波長の光以外の光に対しては透明であり、ここでの場合、対象とされる波長は、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４から放射される１．５７ミクロンのパルス光である。野球のボール、ホッケー・パック、またはゴルフ・ボールの場合のような、２次元データのみを用いて視覚的に追跡することが非常に難しいであろうプレイ内の物体の検出および追跡を強化するために、これらのリフレクタの設置を、プレイ内の物体２２に対して行うことができる。プレイ内の任意の物体２２、または俳優／アスリート４２の衣装、ユニフォーム、または装備の特別な特徴に、反射フィルムをコーディングすることもでき、このコーディングでは、物体を物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバ内に置き、蒸着、溶射、スパッタリング、またはガス分解による一連のコーディングを適用する。赤外線リフレクタ・フィルムまたはデカールの使用は、相互作用における波長が可視スペクトルを超えているので、俳優／アスリート４２またはプレイ内の物体２２の外観を変更することなく、より効果的にＬＡＤＡＲを使用するトラッキングを可能にする。複数の２次元プロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２，２８，３２，３８およびモジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４，２９の使用は、境界２２内にある俳優／アスリート／演技者４２、プレイ内の物体２２、不変的特徴２０、およびプレイのフィールド、セット、ステージ、ま��はコートの完全なカラーの３次元モデルが、制作バン２内の３次元シーン・プロセッサにより作られることを可能にする３次元ビジョン・システムを提供する。個々のプロフェッショナル・ビデオ・カメラは、制作バン２から送られるコマンドにより視野内の任意の方向に向くように命令されることができ、また、リモート・トラッキング・モードに設定されることができ、そこでは、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４の出力３次元データは、プロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２のサーボ制御モーターへ供給され、方位角、仰角、およびズーム・レンズ駆動を制御するプロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２のサーボ・モータを使用して、動いている物体２２または俳優／アスリート／演技者４２の追跡すること及び枠に入れることができる。図１の好ましい実施形態は、従来の２次元ビデオを生成するプロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２に取り付けられたモジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４を有するが、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４は、何れの２次元ビデオ・カメラ１２からも独立して動作することができ、簡単なエレクトロニック・エンクロージャに収容された単純なオープン・フレーム・コンピュータ、組み込みコンピュータ、コントローラ、または専用電子回路からなる基礎的ホスト・プラットフォームに取り付けられるか又はその中にあるものとすることができる。
【００１９】
[３３]  図２は、図１に示されたモジュラーＬＡＤＡＲセンサ制作システムの設置のブロック図であり、いくつかの追加の特徴を示している。制作バン２はマスター制御コンソール４６を有し、これは、制作スイート（production suite）内の各カメラを制御し、各カメラ・システムから２次元および３次元のビデオ・フィードを受信し、ローカル・アンテナ６を介してローカル測位データをブロードキャストし、また、代わって、プロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２，２８，３２、または、３８のうちの１または複数からワイヤレス号を受信することができる。図１の設置では、マスター制御コンソール４６は、光ファイバ・ケーブル８を介して、プロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２およびモジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４からなる３次元カメラ・システム１へ、コマンドを送る。３次元カメラ・システム１（１２，１４）は、第１の車輪付き台車５０の上に取り付けられる。カメラ・システム１のポインティング、焦点合わせ、およびフレーミング（ズーム）は、人間の操作者により行われることができ、また、プロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２にあるローカル・デジタル・コントローラにより制御されるサーボ・モータにより行われることもできる。プロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２にあるローカル・コントローラへの入力は、マスター制御コンソール４６から来るものとすることができ、また、アスリート／俳優／演技者４２、プレイ内の物体２２、またはゴール・ポスト、ネット、パイロン、または支柱などのようなプレイのフィールド１８内の幾つかの識別可能な特徴２０を追跡することができるモジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４から来るものとすることができる。マスター制御コンソール４６はまた、光ファイバ・ケーブル８を介して、３次元カメラ・システム１からカメラ・ステータ・スデータおよび２次元および３次元のビデオ信号を受信する。また、マスター制御コンソール４６はシーン・プロセッサを有し、複数のソースから同時に、３次元の距離および強度のファイルと従来の２次元のビデオ・ファイルおよび静止画像とを受け入れることができ、複数のカメラ・ソースの共通の視野内の対象物またはシーンのソリッド・モデルを構成および改良することができる。３次元カメラ・システム１（１２，１４）の典型的なフレーム・レートは１５−３０フレーム／秒の範囲であり、光ファイバ・ケーブル８を介する送信信号および受信信号の時分割多重化を可能とする。３次元カメラ・システム１（１２，１４）から、任意の要求されるカメラ・ステータス情報とともに２次元および３次元のデータを送るため、およびマスター制御コンソール４６から制御コマンドを受け取るための十分な時間が、フレーム間に存在する。例えば、１Ｍピクセルのカメラが、２４ビットのカラー表現（Ｒ、Ｇ、Ｂ）と１２ビットの距離と８ビットの赤外線強度表現を使用する場合、典型的な非圧縮３次元フレームは約５.５Ｍバイトのオーダーになるであろう。このタイプの表現で必要とされるのは４４Ｍｂｉｔｓ／フレームだけである。中程度の１.２５ギガビット・イーサネット（登録商標）接続と２０Ｈｚのフル・フレーム・レートのビデオとの場合、ギガビット・イーサネット（登録商標）標準��続の１０００Ｍｂｉｔペイロードのうちの８８０Ｍｂｉｔｓのみが使用され、送られるカメラ・コマンドを含んでいるアップリンクに対して十分な時間が残される。３次元データ・フレームに対して可逆圧縮が用いられる場合、２：１圧縮を実現することができ、４０Ｈｚまでのフレーム・レートを可能にし、なおも、マスター制御コンソール４６からのカメラ制御アップリンク信号を受け入れる。代替として、フレーム・レートが高い必要がある場合、またはイメージ・ピクセル数が多い場合、波長分割多重化スキームを使用して、アップリンクおよびダウンリンクを分割すること、または、望まれる場合には、ダウンリンクの数を２倍または３倍にすることができる。波長分割多重化ハードウェアは、図９および図１０に詳述されている。当然ではあるが、単に、２Ｘ Ｆｉｂｒｅ Ｃｈａｎｎｅｌ（ファイバー・チャネル）（２.１２５Ｇｂｉｔｓ／ｓ）、４Ｘファイバー・チャネル（４.２５Ｇｂｉｔｓ／ｓ）、８Ｘファイバー・チャネル（８.５Ｇｂｉｔｓ／ｓ）、または１０ギガビット・イーサネット（登録商標）（１０Ｇｂｉｔｓ／ｓ）へ移行することで送信レートを増加させることによっても、複雑な波長分割多重方式にすることなく、低コストで優れた結果をもたらす。短い距離では、同軸ケーブル、Ｔｗｉｎａｘ、またはツイスト・ペアを介した電気接続を使用して、マスター制御コンソール４６を双方向的に３次元カメラ・システム１−３の何れかに接続することができる。これらの電気的接続は、イーサネット（登録商標）信号規格、ファイバー・チャネル信号規格、または他の一般的なシリアル伝送規格を使用することができ、トランス結合型または容量結合型とすることができ、マスター制御コンソール４６から上流へカメラ・コマンドおよび制御信号を送るために時分割多重化を使用することができる。代替の実施形態は、図１０に示すような周波数分割多重化スキームを使用して、同じ共有の物理媒体を使用して、マスター制御コンソール４６から３次元カメラ・システム１（１２，１４）への分離したコマンドおよび制御アップリンクを作成する。
【００２０】
[３４]  図２に関して続けると、制作バン２はまた、制作バン２の位置を正確に決定するための全地球測位衛星受信機４８およびアンテナ４を有する。代替として、制作バン２の位置は、測量者のマークからの三角測量またはそこの位置決めにより正確にかつ精度をもって確立することができる。マスター制御コンソール４６はまた、スカイカム（登録商標）のオーバーヘッド・モバイル・カメラ２８に接続し、これは、内部に取り付けられた図５Ａ−Ｄに示すタイプのモジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９を有する。光ファイバ・ケーブル３１を介した双方向光ファイバ・リンクが、マスター制御コンソール４６と３次元スカイカム（登録商標）のオーバーヘッド・モバイル・カメラ２８との間を接続する。モバイル・オーバーヘッド・カメラ２８は、スカイカム（登録商標）または他のブランドのものであってもよく、典型的には、少なくとも、慣性基準、ポインティングおよび位置決めサーボ・モータ、および安定化コントローラ、ならびに典型的なプロフェッショナル・ビデオ・カメラのすべての標準的特徴を有する。３次元スカイ・カメラ２８は、典型的には、横行ケーブル２６のシステムによりプレイのフィールド／ステージ１８上に懸架され、横行ケーブル２６は、アリーナ／スタジアム／セット４４の支柱２４または他の垂直支持機構から懸架される。第２の３次元カメラ・システム（３２，１４）は、第２の車輪付き台車５０の上に取り付けられ、第２の双方向光ファイバ・リンクおよび光ファイバ・ケーブル３４を介して接続される。第１の３次元カメラ・システム（１２，１４）のみが使用可能であり得るシステムでは１つの点に対してアクティブに照明を提供するので、第２の３次元カメラ・システム（３２，１４）を使用することにより、何れの３次元ピクセルも測定できない影を大幅に低減することを可能にする。第３の３次元カメラ・システム（３２，１４）は、軌道型の台車３９の上に取り付けられ、この場合は電気ケーブル３６である第３の双方向通信リンクを介して接続される。２つの３次元カメラ・システム（１２，１４）（３２，１４）のみが使用可能であり得るシステムでは２つの点に対してアクティブに照明を提供するので、第３の３次元カメラ・システム（３２，１４）を使用することにより、何れの３次元ピクセルも測定できない影を更に低減することを可能にする。フットボールでの得点を得るプレイでは、軌道型の台車３９およびレール４０を使用することにより、ゴール・ポストからゴール・ポスト２０へ、動きの主軸に沿って３次元カメラ・システムが迅速に移動することを可能にする。プラットフォーム１０などのような高いところに取り付けられた第１または第２の３次元カメラ・システム（３２，１４）からの距離が理由で、図１内の図で示されているフィールド・ゴール・キックで得点する場合のような、反対側のゴール・ポスト２０での又はその近くでの得点を得るプレイに対して、低い解像度の３次元イメージのみが入手可能である場合において、移動するプレイを迅速に追跡する能力は、はるかに高い解像度の３次元ピクチャを維持することを可能にする。３次元スカイ・カメラ２８は、オーバーヘッド・モバイル・カメラの一例であり、この例の第��の３次元カメラ・システムと考えることができ、迅速な横行の利点と、何れの他のタイプの固定プラットフォームや移動型軌道設備からも得られない独特の高角度視点とを組み合わせる。説明した本発明の性質や利点を変更することなく、３次元カメラ・システム１−４の何れも、多くの要因に応じて、光ファイバ・ケーブルではなく電気ケーブルまたはワイヤレスで接続することができ、要因は、フレーム・レート、距離、およびＥＭＩ環境を含む。光ファイバ・リンクは、データ・セキュリティが高く、損失が低く、帯域幅が高く、放射ＥＭＩレベルが低く、ＥＭＩ感受性が低く、重量および体積が低減されており、配置が容易なので、好ましい。図１および図２で説明したシステムは、監視スペースが２次元と３次元との両方の種類の任意の数のカメラと、組み合わされた能力とが共になってカバーされる監視用途にも、使用できる。監視用途では、３次元ビデオへと迅速にアップグレードする能力が大きな価値があり、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４または２９について、高価値のターゲットまたは防御可能なスペースを調査および監視する多くのそのような用途が見つかることが、期待される。
【００２１】
[３５]  図３は、外部ケーブル・アセンブリを介して、ここではプロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２であるホスト・プラットフォームへ素早く接続可能なタイプのモジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４を示す。プロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２は、タッピンねじ、リベット、クリップ、または他の締め具（締め具は示せず）によに外面にしっかりと取り付けられる金属シェル５２とボス５４とを有するＤＢ２５電気コネクタ・レセプタクルを有する。ボス５４は、プラス頭、すりわり付き頭、またはソケット・ヘッドのネジを有するジャックスクリュー５８を受け入れるように、穿孔され雌ネジ切りされる。第１の端部のプラグを有するケーブル・アセンブリは、プロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２のＤＢ２５電気コネクタ・レセプタクル（５２，５４）に接続する。ジャックスクリュー５８は、対応するＤＢ２５コネクタ・プラグのフランジ６０内に、典型的にはタッピンねじにより、保持される。ＤＢ２５コネクタ・プラグは、プロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２のシャシーにＤＢ２５コネクタ・プラグを固定するためのフランジ６０を備えた金属シェル５６を有する。ＤＢ２５コネクタは、嵌合する２５のピン／ソケット対を備えたピン・ソケット型コネクタであり、通常、ピンはプラグ内に保持され、ソケットはレセプタクルに保持される。各ピンの後端は、典型的には、はんだカップまたは圧着フェルールを有しており、個々の絶縁されたワイヤ６６を、はんだ付け、圧着、または他の方法で永久的に固定することができる。点線で示す境界６８内の２５本の絶縁されたワイヤ６６の束は、フラット・リボン形式または円形ケーブル形式にオーバーモールすることができ、また、ばらの状態のままにすること、緩いチューブ型シースに配置すること、または熱収縮チューブで覆って熱硬化させることができる。明瞭にするために、図には８本の絶縁されたワイヤ６６のみを示している。可撓性のゴムまたはポリマーの歪み緩和部７０が、コネクタ・シェル５６の背面と、ＤＢ２５コネクタの個々のピンとワイヤ６６との間のはんだ又は圧着ジョイントに、オーバーモールドされる。ケーブル・アセンブリは、第１の端部と同じ構成要素からなる第２の端部の第２のＤＢ２５コネクタ・プラグにより完全なものとなる。ケーブル・アセンブリの第２の端部のＤＢ２５コネクタ・プラグは、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４の外部パネルに永久的に取り付けられた金属シェル５２およびボス５４を有するＤＢ２５電気コネクタ・レセプタクルに接続される。また、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４はバヨネット型光学マウント６２を有し、対応するバヨネット部材を有するモジュラー・レンズ・アセンブリ６４を受ける。場合によっては、ケーブル・アセンブリの絶縁されたワイヤ６６のうちの１または複数のものを光ファイバ・ケーブルに置き換えることができ、ＤＢ２５電気コネクタのプラグおよびレセプタクルの電気ピンおよびソケットのペアを、光コネクタ・ペアの適切なフェルール、割スリーブ、または精密円筒状部材に置き換えることができる。モジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４は、ＤＢ２５コネクタを介して、ホスト・プラットフォーム（ここではビデオ・カメラ１２）から電力および接��の接続を受け、ホスト・プラットフォームのコントローラからコマンドおよび制御信号を受ける。また、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４は、３次元データおよび内部ステータス信号を、ホスト・プラットフォーム（この場合はビデオ・カメラ１２）のコントローラに返す。
【００２２】
[３６]  図４は、ＤＢ２５電気コネクタ嵌合ペアを介して、ここでの場合はプロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２であるホスト・プラットフォームへ素早く接続可能なタイプのモジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４を示す。プロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２は、ＤＢ２５電気コネクタ・レセプタクルと、タッピンねじ、リベット、クリップ、または他の締め具によに外面にしっかりと取り付けられる金属シェル５２およびボス５４とを有する。「Ｄ」型コネクタは、「鍵型」コネクタの一種であり、プラグとレセプタクルとが正しい向きでのみ嵌合し得ることを保証する。金属シェル５２は、ＥＭＩシールドと接地電位の表面とを提供し、コネクタを通じてのインピーダンスを制御された電気的伝送を可能にする。コネクタ・レセプタクルの締め具は、典型的には、ビデオ・カメラ・ハウジング１２の内部にあり、示されていない。ボス５４は、プラス頭、すりわり付き頭、またはソケット・ヘッドのネジを有し得るジャックスクリュー５８を受け入れるように、穿孔され雌ネジ切りされる。ＤＢ２５コネクタ・プラグは、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４の外面に恒久的に固定され、ＤＢ２５コネクタ・プラグをプロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２のシャシーへ迅速に固定するためのフランジ６０を有する金属シェル５６を有する。ＤＢ２５電気コネクタ・ペアは、嵌合する２５のピン／ソケット対を備えたピン・ソケット型コネクタであり、通常、ピンはプラグ内に保持され、ソケットはレセプタクルに保持される。ＤＢ２５コネクタ・プラグの各ピンの後端は、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４の内部へ突き出ており、典型的には、プリント回路基板のライト・アングル（right angle）・コネクタまたはストラッドル・マウント（straddle mount）・コネクタを有する。代替として、ＤＢ２５コネクタ・プラグの各ピンの後端は、はんだカップまたは圧着フェルールを有することができ、個々の絶縁されたワイヤを、はんだ付け、圧着、または他の方法で永久的に固定することができる。図４の図のモジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４に取り付けられたＤＢ２５コネクタ・プラグは、外板に恒久的に取り付けられたシェル５２およびボス５４を有するプロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２のＤＢ２５電気コネクタ・レセプタクルに接続される。適度なサイズおよび重量のモジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４に関して、ＤＢ２５電気コネクタのプラグとレセプタクルとのペアは、電気的な接続と機械的な支持および保持との両方を提供する。また、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４はバヨネット型光学マウント６２を有し、対応するバヨネット部材を有するモジュラー・レンズ・アセンブリ６４を受ける。場合によっては、ＤＢ２５電気コネクタのプラグおよびレセプタクルの電気ピンおよびソケットのペアを、光コネクタ・ペアの適切なフェルール、割スリーブ、または精密円筒状部材に置き換えることができる。モジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４は、ＤＢ２５コネクタを介して、ホスト・プラットフォーム（ここではビデオ・カメラ１２）から電力および接地の接続を受け、ホスト・プラットフォームのコントローラからコマンドおよび制御信号を受ける。また、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４は、３次元データおよ���内部ステータス信号を、ホスト・プラットフォーム（この場合はビデオ・カメラ１２）のコントローラに返す。
【００２３】
[３７]  図５Ａは、スカイカム（登録商標）２８またはプロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２などのようなホスト・プラットフォーム内の窪んだキャビティに差し込むように適合させられたモジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９としてのモジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４の変形例を示す。プロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２の凹状キャビティは、プロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２のハウジング１１８の前面パネル７４の切り欠きにより画定される開口部１１６を有する。図５Ａに示すように、ハウジング１１８は、典型的には、産業用カメラについては折り曲げた金属薄板で、また、ハイ・エンドのビデオ制作カメラについては亜鉛またはアルミニウムのキャスティングで、また、消費者向けのカメラについては射出成形された高衝撃プラスチックで、形成することができる。何れにしても、ハウジング１１８は、エレクトロニック・エンクロージャとしても機能しなければならず、また、ＬＡＤＡＲセンサ２９の高速電子機器ならびにプロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２の２次元イメージング電子機器により放射される何れの電磁干渉（ＥＭＩ）信号も内包しなければならない。これは、ハウジング１１８が導電性であることを必要とし、また、曲げられた金属薄板、金属キャスティング、および成形プラスチックのハウジング１１８が、金属メッキと、ジンケートまたはクロメート処理などのような化学的フィルムの適用と、プラスチック成形ハウジング１１８の場合には真空で適用される金属蒸着コーティングとのうちの何れかによる導電性の表面を有する必要がある。代替として、ハウジング１１８は、導電性プラスチックまたは導電性炭素繊維で形成されてもよいが、なおも、導電性の表面を、無電解めっき、電気めっき、物理蒸着、スパッタリング、または溶射の形態で加えることが必要とされる。また、前面パネル７４は保持機構１２０を有し、これは、開口部または切り欠き１１６により画定された凹状キャビティ内にモジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９を機械的に固定するように配置されるタップ穴、１／４回転締め具、またはスナップ機構であり得る。図５Ａはまた、開口部１１６の近くに見えるガイド・スロット１０４の外見を示している。破線Ａ−Ａは、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９の嵌合または差し込みの軸を示し、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９は、一体化された１つの光学系１００を持つものとして、または独立した送信光学系７８と受信光学系７６とを組み込んだモジュールとして、示されている。１つの一体化された光学系１００を伴って示されているモジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９は、取り付けパネル６０と、開口部１１６の両方の側のガイド・スロット１０４と係合するように設計されたパッケージの両側のガイド・ビーム８４とを特徴とする。プロフェッショナル・ビデオ・カメラを、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９を定位置に置かずに操作する場合、導電性カバー・プレート９８が、フロント・パネル７４のネジ穴１２０に嵌合するネジ５８で固定される。銀線メッシュ、導電性エラストマー、または変形可能な軟質金属からなる導電性ガスケット９６が、典型的には、カバー・プレート９��とフロント・パネル７４との間に挟まれ、漏れの少ないＥＭＩシールを確かなものとする。独立した受信光学系７６および送信光学系７８を特徴とするモジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９は、ガイド・ビーム８４および図５Ｃで更に詳細に示されるオプションのクイック・コネクト保持機構９２と共に、示されている。破線の円ＢＢ内には、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９の側面と、輪郭に合致した板バネ９２を固定して受けるボス９４とが示されており、板バネ９２は、フロント・パネル７４の断面にスナップ留めされてそこに保持されるように、曲げられている。保持機構９２は、示されたような輪郭に合致した板ばねとすることができ、また、ネジ、１／４回転締め具、スナップ、または本発明の意図または有益な効果を変えることなくハウジング１１８の嵌合保持機構１２０と相互作用する他の便利な機構とすることができる。図５Ａは、プロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２に取り付けられる可視レンズ・システム７２を示し、これは、固定レンズ、ズーム・レンズ、または回折光学系であり得る。成型されたガイド・レール１０２は、ガイド・スロット１０４を組み込んでおり、図５には、プラスチック・ケージ１０６内に一体的に成形されたものも示されている。ケージ１０６は、ケージ１０６アセンブリを支持構造に取り付けるように設計された「Ｊ」フック機構１０８を有する。ケージ１０６はまた、取り付けられた導電性ＥＭＩスプリング・フィンガー１１０と、ピボット１１４が取り付けられたバネ押上式の導電性ドア１１２とを有することができる。「Ｊ」フック１０８は、図５Ｂに示すプリント回路基板８０などのような支持構造内の開口部にスナップ留めされるように設計されている。ばねフィンガー１１０は、ケージ１０６の内部空間のモジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９の導電性表面に当たるように、且つフロント・パネル７４の開口１１６の縁を押すように設計され、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９から電子エンクロージャ１１８の前面パネル７４への連続的な導電経路を作る。モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９がプロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２へ挿入されていないときにはいつでも、導電性ドア１１２が、ハウジング１１８をＥＭＩ密封エレクトロニック・エンクロージャにする。モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９の外面は、選択された領域が導電性でなければならず、銅、ニッケル、銀、クロム、金、または他の適切な金属の薄い保護層でメッキされた鋳造のアルミニウムまたは亜鉛のハウジングとすることができる。モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９のハウジングは、プラスチックから成形されて、電気メッキされることや、ＰＶＤ真空処理でステンレス鋼を用い被覆されることや、溶射、高周波支援スパッタリングにより被覆されることもでき、また、代替として、接着剤、クリップ、圧着、または他の冷間成形技術を用いて貼られて固定されるか、または以前に成形されたプラスチックの形体の一部をリフローすることにより固定される、形成された金属薄板またはフォイルを有することができる。ピボット１１４は、ケージ１０６のアセンブリへ挿入されるとバネで押されるので、モジュ��ーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９がホスト・プラットフォームへ挿入されていないときには、導電性ドア１１２はフロント・パネル７４の内面にしっかりと押し付けらる。モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９が挿入されると、導電性ドア１１２は内側上方に動き、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９がガイド・レール１０２に沿って内側へ案内されて凹コネクタへ差し込まれることを可能にし、この凹コネクタは、図５Ｄのケージ・アセンブリ１０６の後部に示されたシェル５２および取り付けフランジ８６を備える「Ｄ」型コネクタなどである。代替として、ガイド・レール１０２は、ガイド・ビーム８４を有することができ、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９は、それに形成されたガイド・スロット１０４を有することができ、また、本発明の動作または利点を明らかに変更することなく、レールとスロットとの任意の組み合わせを、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９上で、およびハウジング１１８のカットアウト１１６内で、用いることもできる。
【００２４】
[３８]  図５Ｂは、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９がプロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２のホスト回路基板８０へ取り付けられたところの平面図を示す。ケージ・アセンブリ１０６は示しておらず、取付け点８２が示されており、これは、成形ケージ１０６の「Ｊ」フック１０８を収容するためのＰＣボード材料における切断されたスロットとすることができる。シェル５２およびフランジ８６を備える「Ｄ」型コネクタ・レセプタクルは、ネジ８８によりＰＣボードに取り付けられ、ライト・アングル・コネクタピン９０は、ＰＣボード８０のメッキされたスルー・ホールにはんだ付けされ、ホスト・プラットフォームとモジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９との間を電気的に接続する。モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９の後部のシェル５６を有する「Ｄ」型電気コネクタ・プラグは、図５Ａ〜Ｄの他の図に示すようにガイド・レール１０２と係合するガイド・ビーム８４（側面を示す）を備えるＰＣボードに取り付けられた対応する「Ｄ」型コネクタ・レセプタクルと、電気的に接続する。フロント・パネル７４の断面は内部ボス５４を示し、これは、フロント・パネル７４の内側にスポット溶接され、ジャックスクリュー５８を受けるねじ付きナットとすることができる。ジャックスクリュー５８は、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９のフランジ６０のクリアランス・ホールを通して取り付け、ここではプロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２であるホスト・プラットフォームに機械的に固定する。破線の円ＢＢ内に詳細に示されたクイック・コネクトおよびコネクト解除の機構は、図５Ｂに示されたジャックスクリューおよび保持ナットに対しての代替の取り付け方法として、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９の両側で使用することができる。モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９は、ホスト・プラットフォーム（ここではビデオ・カメラ１２）から、ＤＢ２５コネクタを介して、電力および接地の接続を受け、また、ホスト・プラットフォームのコントローラからコマンド信号および制御信号を受け取る。モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９はまた、３次元データおよび内部ステータス信号を、ホスト・プラットフォームのコントローラ（この場合はビデオ・カメラ１２）へ返す。
【００２５】
[３９]  モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９（または更に一般化されたモジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４）の主要な機能エレメントは、図６にブロック図形式で示されている。制御プロセッサ１２２は、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９またはモジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４の主要コンポーネントの機能を制御する。制御プロセッサ１２２は、双方向電気接続（論理、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）及びデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器１２１を用いる）を介してパルス・レーザ・トランスミッタ１２４へ接続し、双方向電気接続は、システム・コントローラ１２２からパルス・レーザ・トランスミッタ１２４へコマンドを送り、パルス・レーザ・トランスミッタ１２４からシステム・コントローラ１２２へ監視信号を戻す。パルス・レーザ・トランスミッタ１２４により生成されたレーザ光パルスの一部を遮るように、レーザのバック・ファセットに光感知ダイオード検出器（フラッシュ検出器）１２３が配置される。パルス・レーザ・トランスミッタ１２４のフロント・ファセットから取り出されたアウトバウンド・レーザ・パルスの光学サンプルは、典型的には光ファイバ・ケーブルを介して、自動距離補正（ＡＲＣ）信号として検出器アレイ１３０のコーナーへ送られる。パルス・レーザ・トランスミッタ１２４は、固体レーザ、モノブロック・レーザ、半導体レーザ、ファイバ・レーザ、または半導体レーザのアレイとすることができる。また、データ・レートを上げるために２つ以上の個別のレーザを使用することもできる。例示的な実施形態では、パルス・レーザ・トランスミッタ１２４は、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）のアレイである。別の実施形態では、パルス・レーザ・トランスミッタ１２４は、９７６ナノメートル半導体レーザ光によりポンピングされるエルビウムをドープしたリン酸塩ガラスの円盤状固体レーザである。
【００２６】
[４０]  動作において、制御プロセッサ１２２は、論理コマンドまたは変調信号をパルス・レーザ・トランスミッタ１２４へ送ることにより、レーザ照射パルスを開始し、パルス・レーザ・トランスミッタ１２４は、応答して、送信光学系１２６を介して強いレーザ・パルス光を送る。エルビウム・ガラス、ネオジムＹＡＧ、または他の固体利得媒体に基づく固体レーザの場合、単純な２レベル論理コマンドにより、ポンプ・レーザ・ダイオードに、或る期間の間だけ利得媒体へ放出することを開始させることができ、その結果として、パルス・レーザ・トランスミッタ１２４の一回のフラッシュが生じる。電子的にポンピングされ、レーザ・ダイオードへ注入された電流信号の変調により瞬時に変調され得る半導体レーザの場合には、より一般的な性質の変調信号が可能であり、図７に関する記載で示されるように大きい影響を及ぼすために用いることができる。変調信号は、上部が平らな正方形または台形のパルス、またはガウシアン・パルス、または一連のパルスであり得る。変調信号はまた、正弦波、ゲーテッド（gated）正弦波またはパルス（pulsed）正弦波、チャープされた正弦波、または周波数変調された正弦波、または振幅変調された正弦波、またはパルス幅変調された一連のパルスであり得る。変調信号は、通常、アナログ値を表すデジタル・メモリ・ワードのルックアップ・テーブルとしてのオンチップ・メモリ１２５に記憶され、このルックアップ・テーブルは、制御プロセッサ１２２により順に読み出され、オンボードのデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器１２１によりアナログ値に変換され、パルス・レーザ・トランスミッタ１２４の駆動回路へ送られる。メモリ１２５に格納されたルックアップ・テーブルとＤ／Ａコンバータとの組み合わせと、制御プロセッサ１２４にある必要な論理回路、クロック、およびタイマ１２７とが共になり、任意波形発生器（ＡＷＧ）回路ブロックを構成する。代替として、ＡＷＧ回路ブロックは、パルス・レーザ・トランスミッタ１２４の一部としてレーザ・ドライバ内に埋め込まれてもよい。代替の実施形態では、パルス幅モード（ＰＷＭ）制御出力が制御プロセッサ１２２により提供され、制御プロセッサ１２２は、第１の好ましい実施形態のＡＷＧと同じ機能を、わずかに異なる態様で行う。ＰＷＭ制御出力の利点は、制御プロセッサ１２２として使用することができるＲＩＳＣプロセッサの設計が簡単になることである。ＰＷＭ制御出力は、通常、完全に飽和したデジタル出力であり、デューティ・サイクルまたはパルス幅のみが変化する。基本パルス・レートは２０ＭＨｘ〜１００ＭＨｚの高さであり得るが、パルス・レーザ・トランスミッタ１２４への制御入力におけるフィルタリングまたは積分は、０．１〜１０ＭＨｚの低さの３ｄＢコーナー周波数のローパス・フィルタリング効果を有し得る。Ｄ／Ａ構造の代わりにＰＷＭ出力を使用するということは、アナログ／デジタル集積回路混合プロセスの代わりに、はるかに低コストで、完全にデジタル・プロセスのＲＩＳＣプロセッサを形成できることを意味する。制御プロセッサ１２２を完全なデジタル・プロセスとなるように製造する場合、図６に示すＡ／Ｄ変換器１２１をチップから除去しなければならず、また、アナログ／デジタル・フィードバックを完全に除去するか、Ａ／Ｄ変換器を別個の専用チップで実現するかの何れかを行う。送信光学系１２６は、パルス・レーザ・トランスミッタ１２４により生成された高強度スポットを、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９またはモジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４により撮像される望ましい視野にわたって、実質的に均一に拡散させる。送られたレーザ・パルス（ＡＲＣ信号と呼ばれる）の光学サンプルも、光ファイバを介して検出器アレイ１３０へ送られる。検出器アレイ１３０のコーナーのいくつかのピクセルは、ＡＲＣ（Automatic Range Correction、自動距離補正）信号により照らされ、これは、読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）１３２のタイミング回路のためのゼロ時間基準を確立する。読み出し集積回路１３２の各ユニット・セルは関連するタイミング回路を有し、これは、ＡＲＣ信号から導出される電気パルスによりカウントが開始される。代替として、フラッシュ検出器１２３の信号は、第２のタイミング・モードでゼロ基準として使用され得る。ＡＲＣ信号は、検出器アレイ１３２を通る通過時間に関連する可変の遅延の幾らかをきれいに取り除くが、付加的なコストがかかり且つ複雑になる。イメージ・フレームのデジタル表現が与えられると、同じタスクを、データ整理プロセッサ１４０などのような能力があり埋め込まれるプロセッサによりソフトウェア／ファームウェアで処理することができる。送られたレーザ・パルスの一部が、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９またはモジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４の視野内のシーンの特徴から反射されると、受光光学系１２８へ入射し得るものであり、受光光学系１２８は、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４の場合は、クイック・コネクト光学系マウントを用いて取り付けられ、ここでの場合、クイック・コネクト光学系マウントは、カスタム設計のバヨネット機械接続である。受光光学系１２８の視野内のシーンの特徴から反射されたパルス・レーザ光は、収集され、検出器アレイ１３０の個々の検出器エレメントへ焦点合わせされる。この反射されたレーザ光の光信号は、次いで、影響を受けた検出器エレメントにより検出され、電流パルスに変換され、その後、読み出し集積回路１３２の関連するユニット・セル電気回路により増幅され、飛行時間が測定される。したがって、視野内のシーン内のそれぞれの反射性の特徴への距離は、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４またはモジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９により測定可能である。検出器アレイ１３０および読み出し集積回路１３２は、Ｍ×ＮまたはＮ×Ｎの大きさのアレイとすることができる。球面レンズ、円筒レンズ、ホログラフィック・ディフューザ、回折格子アレイ、またはマイクロレンズ・アレイからなる送信光学系１２６は、パルス・レーザ・トランスミッタ１２２の出力ビームを適切な円錐形、楕円形または矩形のビームへと調整して、プロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２および図１に示されている場合のように、ホスト・プラットフォームの前にあるシーンまたは物の中央部を照らす。
【００２７】
[４１]  図６について続けると、受光光学レメント１２８は、凸レンズ、球面レンズ、円筒レンズ、または回折格子アレイであり得る。受信光学系１２８は、シーンから反射された光を集め、集めた光を検出器アレイ１３０に集中させる。従来、検出器アレイ１３０は、リン化インジウム半導体基板上に、光に露出される一組のカソード接点、および検出器アレイ１３０にデポジットされた多数のインジウム・バンプを介してサポート用読み出し集積回路１３２に電気的に接続される一組のアノード接点と共に、形成されている。次いで、検出器アレイ１３０の個々の検出器のカソード接点は、アレイの照射される側の高電圧検出器バイアス・グリッドに接続される。従って、検出器アレイ１３０の検出器エレメントの各アノード接点は、読み出し集積回路１３２のユニット・セル電子回路の入力へ独立して接続される。検出器アレイ１３０と読み出し集積回路１３２とのこの伝統的なハイブリッド・アセンブリをなおも使用することができるが、新しい技術は、エレメント間の結合またはクロストークを低減すること、また、漏れ電流（暗電流）を低減すること、および検出器アレイ１３０の個々の検出器エレメントの効率を改善することができる。新たな好適な方法では、検出器アレイ１３０のエレメントは、実質的に単結晶のサファイア・ウェハの上に形成することができる。読み出し集積回路１３２は、ユニット・セル電気回路の矩形アレイを備え、各ユニット・セルは、検出器アレイ１３０の光電検出器エレメントから受け取った低レベルの光電流を増幅し、増幅器出力をサンプリングし、シーンから反射されてユニット・セルの電気入力に接続された検出器アレイ１３０の検出器エレメントにより捕らえられた光パルスと関連するユニット・セル増幅器出力における電気パルスの存在を検出する能力を有する。検出器アレイ１３０は、光電子増幅が可能なアバランシェ・フォトダイオードのアレイとすることができ、設計波長の入射光信号により変調することができる。検出器アレイ１３０のエレメントはまた、優勢なキャリアが正孔であるＰ−真性−Ｎ設計または優勢なキャリアが電子であるＮ−真性−Ｐ設計であってもよく、対応するＲＯＩＣ１３２は、潜在的に、バイアス電圧の極性とそれに応じて調整される増幅器入力とを有する。
【００２８】
[４２]  例示的な実施形態の検出器アレイ１３０および読み出し集積回路１３２のハイブリッド・アセンブリが図１５に示されており、アセンブリは、典型的にはＦＲ−４基板（図示せず）上のサポート用回路アセンブリに取り付けられる。回路アセンブリはサポート回路を提供し、これは、数あるサポート機能に加えて、調整された電力、基準クロック信号、較正定数、および読み出す列および行の選択入力を供給し、かつ、検出器アレイ１３０の個々のエレメントに対する読み出し集積回路１３２からの距離および強度の出力を受け取り登録する。これらのサポート機能の多くは、同じ回路アセンブリにあるＲＩＳＣプロセッサでインプリメントすることができる。検出器バイアス変換器回路１４４は、時変の（time varying）検出器バイアスを検出器アレイ１３０に印加することができ、これは、検出器アレイ１３０の近い視界における飽和の危険を低減するために最適の検出器バイアス・レベルを提供し、かつ、検出器アレイ１３０の視野内の遠隔の物体の検出能力を最大にする。検出器バイアス変換器１４４により供給される時変の検出器バイアスの輪郭は、検出器アレイ１３０の視野内のシーン内の物体または点の反射率および距離を示すデータ整理プロセッサ１４０からの入力に基づいて、制御プロセッサ１２２により組み立てられる。制御プロセッサ１２２はまた、集積回路１３２、データ整理プロセッサ１４０、アナログ／デジタル変換器１３６、物体追跡プロセッサ１５８、およびそれらに関連するメモリの読み出しのために、タイミング・コア１２７から幾つかのクロック信号およびタイミング信号を提供する。制御プロセッサ１２２は、温度安定周波数基準１４２に依存して、様々なクロック信号およびタイミング信号を生成する。温度安定周波数基準１４２は、温度補償された水晶発振器（ＴＣＸＯ）、誘電体共振器発振器（ＤＲＯ）、または表面音響波デバイス（ＳＡＷ）であり得る。制御プロセッサ１２２にあるタイミング・コア１２７は、高周波数チューン可能発振器、プログラマブル・プリスケーラ分周器、位相比較器、及びエラー増幅器を含むことができる。
【００２９】
[４３]  制御プロセッサ１２２、データ整理プロセッサ１４０、および物体追跡プロセッサ１５８は、それぞれ、プログラム、データ、定数、および演算および計算の結果を格納するための関連するメモリを有する。仲間のデジタル・プロセッサとそれぞれ関連するこれらのメモリは、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、またはフラッシュなどのような他の不揮発性メモリを含むことができる。それらはまた、ＳＲＡＭやＤＲＡＭなどのような揮発性メモリを含むこともでき、また、揮発性および不揮発性のメモリの両方を個々のプロセッサそれぞれに統合することができる。共通フレーム・メモリ１４８は、多数のフレームを保持するように働き、各フレームは、１つのレーザ・パルスから生じるイメージである。２つのデータ収集モードがあり、１つはＳＵＬＡＲ、または深さのプログレッシブ・スキャンである。各レーザ・パルスは、典型的には、ＣＡＴスキャンに似たような２０「スライス」のデータをもたらし、各「スライス」は、共通のフレーム・メモリ１４８の１つのページとして格納され得る。各ピクセルが２ナノ秒の間隔でサンプリングすると、各「スライス」は、深さが約１フィート（約０．３ｍ）の差のところにあるイメージ空間の層である。２０個のスライスは１フレームのデータを表し、後続のレーザ・パルスのサンプリングは、２０フィート（約６ｍ）先の深さで開始され得るので、距離または深度が１０００フィート（約３００ｍ）までのイメージ空間全体を、５０個のレーザ照射パルスを連続させることでスイープすることができ、各レーザ・パルス応答は、１つのフレーム・エントリに保持される２０個の「スライス」データからなる。幾つかの場合には、フレーム・メモリは、５０フレームのデータをすべて保持するために十分な大きさとすることができる。水中面、または木陰のある森林、または何れかの静的な景観をマップするために取られたデータの場合と同様に、ソフトウェアでの高度な後処理技術により優れた精度や解像度をもたらし得る外部のコンピュータで、データの整理が行われる。第２のデータ収集モードは、ＴＲＩＧＧＥＲモードであり、個々のピクセルがそれぞれにパルス応答を探し、所定のパルス閾値基準が満たされると、パルス到達時間を一纏めとする２０個のアナログ・サンプルがピクセル・アナログ・メモリに保持され、動作中のデジタル・カウンタは公称距離測定で凍結される。２０個のアナログ・サンプルは、読み出し集積回路１３２の「Ａ」および「Ｂ」出力１３４を介して各ピクセルから出力され、これらは、現在の設計の１２８×１２８ピクセルのインターリーブされた行または列の値を表す。「Ａ」出力および「Ｂ」出力はアナログ出力であり、そこで示されるアナログ・サンプルは、デュアル・チャンネル・アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１３６によりデジタル値に変換される。出力をインターリーブするということは、出力のうちの一方（「Ａ」）が読み出しＩＣ１３２の奇数番目のラインを読み出し、他方の出力（「Ｂ」）が読み出しＩＣ１３２の偶数番目のラインを読み出すことを意味する。Ａ／Ｄ変換器１３６のデジタル出力１３８は、データ整理プロセッサ１４０の入力へ接続する。デジタル出力１３８は、典型的には、読み出しＩＣ１３２の各ピクセルで測定された補正されていないアナログ・サンプルの１０または１２ビットのデジタル表現であるが、用途に応じて、より多いまたはより少ないビットを用いる他の表現を使用することができる。デジタル出力１３８のレートは、フレーム・レートおよびアレイ内のピクセル数に依存する。各ピクセルからのデジタル距離表現は、共通の双方向デジタル・データ・バス１５２へ出力され、したがって、データ整理プロセッサ１４０へ転送される。この第２のモードでは、大幅なデータ整理が既に行われているが、その理由は、距離または深さの空間の全体が単一のレーザ・パルスの時間枠で掃引され得、データ整理プロセッサ１４０は、各ピクセルから受け取った公称距離測定値を精緻化するために各ピクセルの２０個のアナログ・サンプルに対して動作するのみであるからである。データ整理プロセッサ１４０は、基準ＡＲＣパルス信号により保存される出力レーザ照射パルスの形状にアナログ・サンプルをカーブ・フィッティングすることにより、各ピクセルから受け取った公称距離測定値を精緻化する。ＴＲＩＧＧＥＲ収集モードでは、フレーム・メモリ１４８は、照明レーザ・パルスごとに「ポイント・クラウド」イメージを保持することのみが必要とされる。「ポイント・クラウド」という用語は、本設計の１２８×１２８アレイの各ピクセルにより検出される反射光パルスの距離および強度により作成されるイメージを指す。この第２のモードでは、データ整理プロセッサは、主に、距離および強度（Ｒ＆Ｉ）データをフレーム・メモリ１４８へデータ・バス１４６を介して渡す前に、各ピクセルにより行われたＲ＆Ｉ測定を精緻化するように働き、この収集モードでは、「スライス」データまたはアナログ・サンプルは、Ｒ＆Ｉ「ポイント・クラウド」データから独立してメモリに保持されない。フレーム・メモリ１４８は、要求に応じて、個々のまたは複数のフレームまたは全ポイント・クラウド・イメージを、データ・バス１５４を介して制御プロセッサ１２２へ、また、データ・バス１５０を介してオプションの物体追跡プロセッサ１５８へ、提供する。
【００３０】
[４４]  典型的には、データ整理プロセッサ１４０および制御プロセッサ１２２は、同じタイプであり、ハードウェアの符号化された整数および浮動小数点演算ユニットを有する縮小命令セット（ＲＩＳＣ）・デジタル・プロセッサである。物体追跡プロセッサ１５８もまた、ＲＩＳＣプロセッサ１４０および１２２と同じタイプであり得るが、場合によっては、非常に複雑なグラフィック処理に適した大きい能力を有するプロセッサであってもよい。物体追跡プロセッサ１５８は、ハードウェアの符号化された整数および浮動小数点の演算ユニットに加えて、多数のハードウェアの符号化マトリックス演算機能を有することができ、これは、行列の行列式、行列の乗算、および行列反転を含むが、これらには限定されない。動作において、制御プロセッサ１２２は、読み出し集積回路１３２、Ａ／Ｄ変換器１３６、データ整理プロセッサ１４０、および物体追跡プロセッサ１５８を、双方向制御バス１５２を介して制御し、これにより、マスターである制御プロセッサ１２２は、従属する周辺機能である読み出しＩＣ１３２、Ａ／Ｄ変換器１３６、データ整理プロセッサ１４０、および物体追跡プロセッサ１５８へ、優先順位を基準にして、コマンドを送る。双方向制御バス１５２はまた、読出しＩＣ１３２、Ａ／Ｄ変換器１３６、データ整理プロセッサ１４０、および物体追跡プロセッサ１５８から制御プロセッサ１２２へ、ステータスおよびプロセス・パラメータ・データを返す働きもする。バス１５２はまた、修正されていないデジタル距離表現をデータ整理プロセッサ１４０へ渡すために用いられる。データ整理プロセッサ１４０は、公称距離データを精緻化し、Ａ／Ｄ変換器１３６から受け取ったデジタル化されたアナログ・サンプルから発展させた各ピクセル強度データを調整し、フル・イメージ・フレームを、一方向データ・バス１４６を介してフレーム・メモリ１４８へ出力し、フレーム・メモリ１４８は、用途に応じて数フレームないし数千フレームを保持する容量を有するデュアル・ポート・メモリである。物体追跡プロセッサ１５８は、複数フレームのイメージ・データを保持するのに十分な容量を有する内部メモリを有し、ビデオ圧縮、単一フレームまたはマルチフレームの解像度向上、統計処理、および物体の識別および追跡を含むマルチフレーム合成プロセスを可能にする。物体追跡プロセッサ１５８の出力は、一方向データ・バス１５６を介して、制御プロセッサ１２２内にあり得る通信ポート１６６へ送られる。従って、すべてのスライス・データ、距離および強度データ、制御、および通信は、双方向接続１６０および電気機械的インターフェース１６２を介して、通信ポート１６６とホスト・プラットフォームとの間で送られる。電力および接地の接続（図示せず）もまた、電気機械的インターフェース１６２を介して供給することができる。接続１６０は、電気または光の伝送線とすることができ、電気機械的インターフェース１６２は、ＤＢ２５電気コネクタまたは光電気ハイブリッド・コネクタとすることができ、機械的インターフェースは、単に、ＤＢ２５コネクタの機械的構造および関連するネジとすることができ、また、ガイド・レール、保持ラッチなどのような他の機械的支持��よび保持機構を含むことができる。双方向接続１６０は、イーサネット（登録商標）、ＵＳＢ、またはファイバー・チャネルなどの高速シリアル接続とすることができ、また、インフィニバンド（Ｉｎｆｉｎｉｂａｎｄ）などのような並列高速接続とすることもでき、また、高速のシリアル接続とパラレル接続との組み合わせとすることもでき、ここに列挙したものには限定されない。双方向接続１６０はまた、制御プロセッサ１２２へ情報をアップロードするように働き、情報は、データ整理プロセッサ１４０、物体追跡プロセッサ１５８、およびグローバル位置基準データのためのプログラム更新、ならびにモジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９または１４の機能ブロックの残りのものに対してのアプリケーション固有の制御パラメータを含む。外部位置基準に加えて、慣性／垂直基準１６４が制御プロセッサ１２２により用いられ、これは、位置および慣性の基準データを、距離および強度データを調節するためにデータ整理プロセッサ１４０へ送り、また、マルチフレーム・データ合成処理で使用するために物体追跡プロセッサ１５８へ送る。垂直基準は、一般に、ピッチ及びロールの測定を提供し、ここでは、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９又はモジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４及び／又はプロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２が取り付けられ得る水平面表面に対する仰角およびねじれ角（ロールに類似）を読み取るように適合される。プロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２などのようなホスト・プラットフォームは、ＵＳＢ、イーサネット（登録商標）、ＲＪ−４５、または他のインターフェースの接続からの嵌合するコネクタ・プラグを受けるために一般に使用可能な多数のコネクタ・レセプタクルを有することができ、また、ここで説明したタイプのモジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４またはモジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９を取り付けるために用いることができる。
【００３１】
[４５]  好ましい実施形態において半導体レーザを使用することは、わずかな偏差のみのガウシアン光パルス形状を生成するように、半導体レーザの一例であるＶＣＳＥＬレーザまたは任意のダイオード・レーザへの駆動電流の調整を可能にする。ＶＣＳＥＬの応答時間はサブナノ秒の形であり、典型的なパルス幅は電力半値点で５〜１００ナノ秒である。図６の図面において、ＶＣＳＥＬおよびレーザ・ドライバは、パルス・レーザ・トランスミッタ１２４の一部とすることができ、所望されるパルスまたは波形は、それ自体が、２００−３００ＭＨｚという典型的な変換レートを有するデジタル／アナログ変換器１２１により生成され、したがって、制御プロセッサ１２２と関連するメモリ１２５内のルックアップ・テーブルにおいて、出力パルス形状における理想的ガウシアンからの何れの偏差も補償することができ、これは、Ｄ／Ａ変換器によりパルス・レーザ・トランスミッタ１２４内のレーザ・ドライバへ供給される駆動電流波形に対するデジタル基準として機能する。ガウシアン単一パルス変調方式は、ＶＣＳＥＬレーザから使用可能な光パワーが限られている場合、短距離で良好に動作する。
【００３２】
[４６]  図７に示すユニット・セルの電子機器は、ＶＣＳＥＬレーザのガウシアン単一パルス変調方式で使用するように適合させられ、平頂（flat topped）パルス、ガウシアン、または他の形状のパルスのシーケンスを含む他の変調方式でも有効に機能する。これらのパルスは、距離の曖昧性を低減するために、幅および間隔が変化するものとすることができ、また、ランダム・パルス・シーケンスとすることもでき、また、他の場合には、バーカー符号化パルス・シーケンスとすることができる。動作において、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９またはモジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４の視野内の表面から反射されたパルス・レーザ光の一部は、受光光学エレメント１２８により集中され焦点合わせされ、検出器アレイ１３０の個々の検出器エレメント１３１へ落とし込まれる。個々のレメント１３１は、典型的には、アバランシェ・フォトダイオードであるが、ＰＩＮまたはＮＩＰ、または他の構造であってもよい。個別レメント１３１のそれぞれは、バイアス電圧分配ネットワークＶＤＥＴ１３３により電圧を用いてバイアスされる。個々の検出器レメント１３１へ入射した反射光信号は、典型的には光電流である電気信号に変換され、典型的にはトランスインピーダンス増幅器である入力増幅器１７２により増幅される。電流増幅器は、入力増幅器１７２として使用することもでき、電流出力は各サンプリング・ゲートと関連するユニット・セル・メモリ・セルの積分コンデンサを駆動し、その結果として、入力電流波形がサンプリングされて、一連の電圧サンプルとして記憶される。入力増幅器１７２の出力は、トリガ回路１７０と、多数のアナログ・サンプリング・ゲート１８０とへ分配される。典型的には、サンプリングは、照明レーザ・パルスが送られたときに開始され、サンプリング・クロック１８６の第１の遷移で開始し、このサンプリング・クロック１８６はゲーテッド・フリー・ランニング発振器（gated free running oscillator）とすることができる。トリガ回路１７０は、典型的には、所定の大きさを超えるパルスを受け取ったときにトリガを行うように設定された閾値電圧比較器であるが、他のパルス検出方式を用いることもできる。遅延回路１６８を介してのプログラム可能な遅延の後、サーキュラー・セレクタ１８２は、トリガ回路１７０の出力の論理遷移により凍結される。この第１の動作モードは、ＴＲＩＧＧＥＲモードと呼ばれる。ＴＲＩＧＧＥＲモードは、ＲＯＩＣ１３２の共通部分から来る、各ユニット・セルへのグローバル入力「Ｔ」により選択される。受け取ったパルスをトリガ回路１７０が検出する前に、サンプル・クロック１８６は、サーキュラー・セレクタ１８２の状態を前進させて、サンプリング制御出力Ｓ１−Ｓ３のうちの１つをイネーブルにし、それにより、サンプリング・ゲート１８０のうちの１つにより入力増幅器１７０の出力をサンプリングするようにさせる。サーキュラー・セレクタ１８２は、負論理リセット・ライン１８５を解放した後にサンプリング・クロックの各サイクルにカウンタ１８４へ論理遷移を出力するので、カウンタ１８４によりサンプル・クロック１８６の遷移の回数がカウントされる。サーキュラー・セレクタ１８２は、プログラミングに���じて、出力Ｓ１−Ｓ３を順番に循環するか、または異なる順序を有することができる。第２のサーキュラー・セレクタ１８２およびサンプル・クロック１８６は、カウンタ１８４、アナログ・サンプリング・ゲート１８０、およびアナログ・メモリ・セル１７８と共に、並列に動作することができる。サンプル・クロック１８６、カウンタ１８４、サーキュラー・セレクタ１８２、サンプリング・ゲート１８０、及びメモリ・セル１７８の組み合わせは、明瞭化のためにユニット・セル・サンプリング構造（破線境界１８３内）と呼ぶことができる。これらのサンプリング構造のうちの２つ、３つ、またはそれ以上は、入力増幅器１７２の出力上で並列に動作させることができ、このような構造の利点については、距離の曖昧性に関連して後に説明する。図７には、３つのサンプリング・ゲート１８０およびアナログ・メモリ・セル１７８が示されているが、いくつかの読み出しＩＣ１３２では、その数は数百またはそれ以上であり得る。第２の動作モードはＳＵＬＡＲモードと呼ばれ、このモードでは、サンプリングは、出射照明レーザ・パルスが出されたときに開始され、サンプリングは、アナログ・メモリ・セル１７８の全てが満たされるまで継続される。グローバル入力「Ｔ」の選択が解除されると、動作モードがＳＵＬＡＲに設定される。ＳＵＬＡＲモードでは、サンプリングは、出射照明レーザ・パルスが出された後の、プログラマブルの遅延がなされた時点で開始することもできる。従って、ＳＵＬＡＲモードは、単に、トリガ回路１７０の遷移を強制するのに十分な大きさの第１の反射に焦点を合わせるのではなく、所望であれば、ＬＡＤＡＲの視野内の空間全体を順に掃引することを可能にする。全てのアナログ・サンプル・データが取得されると、制御プロセッサ１２２からの制御コマンドは、出力制御器１７４および出力増幅器１７６を作動させて読み出しサイクルを開始して、所定の順序でアナログ・メモリ・セル１７８の内容を読み出す。５ｋＷ／ｃｍ２の出力密度を有する１ｃｍ２のＶＣＳＥＬアレイを想定し、且つモジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９の視野内の物体の反射率、及び検出器アレイ１３０の応答性及び過剰雑音に応じて、ガウシアン単一パルス変調方式の有効距離は、単純な閾値検出技術を用いて、１０〜２０メートルの範囲にあり得る。高価であり得、且つ大量の電流パルスを供給するために大容量の放電コンデンサを必要とし得る大きいＶＣＳＥＬアレイに頼ることなく、信号対雑音比を効果的に増加させる高度な変調および検出の技術を使用して、追加の処理利得を生成することができ、それにより、電力の増加を必要とせずにモジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９またはモジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４の距離が伸ばされる。ガウシアン単一パルス変調では、各ユニット・セルの電気回路からのデジタル化されたアナログ・サンプルを使用し、これらのサンプルをデジタル整合フィルタで処理して受け取ったパルスの重心を見つけ、それにより有意な処理利得を得るようにする検出技術を、用いることができる。この構造から得られる処理利得は、フィルタリング・アルゴリズムで使用されるサンプル数の平方根に比例する。例えば、２５６のアナログ・メモリ���セルを有するユニット・セル電気回路は、使用可能なアナログ・サンプルのすべてが整合フィルタ・アルゴリズムで使用された場合には、１６の処理利得をもたらすことができる。パルス・レーザ光が受光光学系１２８の視野のみに均一に分布すると仮定すると、距離もまた、送られるパワーの平方根に応じて増加し、結果として距離が４０〜８０メートル増加する。
【００３３】
[４７]  第２の変調方式では、一連のバーカー符号化された平頂パルスまたはガウシアン・パルスで変調されたＶＣＳＥＬアレイを、図７のユニット・セル電子回路によりサンプリングし、距離および強度の推定のためにデータ整理プロセッサ１４０により分析することができる。第３の変調方式では、ゲーテッド正弦波で変調されたＶＣＳＥＬアレイにより、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９またはモジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４の視野内のシーンの特徴から、ピーク電力を増加させることなく、より大きな累積エネルギーが反射されることを可能にする。ゲーテッド正弦波の各ピークは、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９またはモジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４の視野内のシーン内の物体または特徴からの個別の反射を有し、図７のユニット・セル電気回路は、最小限の回路を使用して、ＬＡＤＡＲセンサ・レシーバがこれらの反射パルスの多くからの累積エネルギーに応答することを、可能にする。好ましい実施形態での波形は、多数の正弦波サイクルであり、その数はいくつかの要因に応じて非常に大きくなり得る。図７に示すユニット・セル電子回路のレシーバ回路は、戻ってきたパルスのピークの累積エネルギーをサンプリングするか、または同期して検出することができる。２つのサンプリング・モードは、図７に示すユニット・セル・サンプリング構造によりサポートされる。入ってくる波形のアナログ・サンプルを順次取り込む場合において、単一パルスまたはマルチパルスのシーケンスのアナログ・サンプルを取る場合、サーキュラー・セレクタ１８２へのサンプリング・インピーダンス制御１７３（Ｚ）は最小値に設定される。サンプル・クロック１８６のサンプリング周波数もまた、各パルス幅の間に１０または２０のアナログ・サンプルを生成するように、選択される。サンプリング・インピーダンス制御１７３が最小に設定されると、サンプル制御Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、・・・はサンプリング・サイクル中に最大電圧でオンになる。各サンプリング・ゲート１８０は電界効果トランジスタであるので、サンプル制御電圧Ｓ１−Ｓ３を増加させると、サンプリングＦＥＴのゲート・ソース電圧が増加し、ソースとドレインとの間のチャネルの抵抗を下げ、サンプリング・ゲート１８０の直列抵抗を最小に設定する。サンプリング・ゲート１８０のインピーダンスが最小に設定されると、アナログ・メモリ・セル１７８として機能する蓄電コンデンサは、入力増幅器１７２の出力に存在する電圧まで急速に充電される。このモードは、このモードを第２のサンプリング・モードと区別するために「瞬時電圧サンプリング」と呼ぶことができ、これは、サンプリング・インピーダンス制御１７３がより高く、また、更には最大値に設定されたときに、選択される。サンプリング・インピーダンス制御１７３が、高インピーダンスまたは最大直列抵抗値となるように選択されると、出力Ｓ１−Ｓ３はイネーブルにされたときに最小電圧またはそれに近い電圧となり、その結果、サンプリング・ゲートＦＥＴ１８０のそれぞれのゲート・ソース電圧が低くなり、したがって、各サンプリング・ゲート１８０のＦＥＴのソースとドレインとの間のチャネルにおけるサンプリング・ゲート直列抵抗��高くなる。サンプリング・ゲート１８０の直列抵抗を高い値または最大値に設定すると、アナログ・メモリ・セル１７８の蓄電コンデンサを積分コンデンサとして機能させ、ＲＣフィルタを作る効果がある。この第２のサンプリング・モードは、レーザが典型的には高効率ＶＣＳＥＬである半導体レーザの場合において、パルス・レーザ・トランスミッタ１２４へ正弦波変調が印加される場合に、非常に有用であり得る。正弦波変調と同じ周波数である、サンプリング・クロック１８６をサンプリング・ゲート１８０へＳ１出力を介して印加することにより、和周波数と差周波数とがサンプリングされた信号に入り、アナログ・メモリ・セル１７８の蓄電コンデンサは和周波数を濾波し、差周波数はゼロになり、残りの位相差を表す直流電圧成分のみが残る。入力増幅器１７２の出力からの正弦波変調の多数のサイクルにわたって、このＤＣ電圧は位相差のサインまたはコサインとして現れる。この位相差は、反射面までの距離に比例する。処理利得を向上させるために、Ｓ２信号により駆動される第２のサンプリング・ゲートは、同じサンプリング・クロック周波数であるが位相が９０度ずれたものにより駆動され、２つのＤＣ電圧のうちの大きい方、または２つの電圧が、位相を推定するため、従って、距離を推定するために用いられ得る。典型的には、位相測定値の比が好ましいが、その理由は、戻り信号の振幅の変動を誤差項として取り除くからである。この第２のサンプリング・モードでは、サーキュラー・セレクタ１８２は、Ｆｓ入力に存在するサンプリング周波数をＳ１出力へ直接に渡し、Ｆｓを９０度位相シフトしたコピーをＳ２出力へ渡す。おそらくＦｓを４５度位相シフトさせたコピーであろうサンプリング周波数Ｆｓの第３の位相シフト・バージョンがＳ３出力へ渡され、以下同様に、ユニット・セル・サンプリング構造１８３の各サンプリング・ゲート１８０がそれぞれ一意の位相を有するＦｓサンプリング・クロック周波数信号のコピーを有するまで、渡されることができる。あるいは、すべてのサンプリング・ゲート１８０に、Ｆｓサンプリング周波数の０°位相シフト・コピーと９０°位相シフト・コピーとのみが供給されてもよい。何れの場合でも、メモリ・セル１７８から読み出された結果は、データ整理プロセッサ１６４において外部で組み合わされ、有意な処理利得を達成することができる。したがって、サンプリング・ゲート１８０は、サンプリング・インピーダンス制御１７３の状態およびサンプリング・クロック１８６により印加される周波数に応じて、第１のサンプリング・モードにおいて瞬時電圧サンプラとして、また、第２のサンプリング・モードにおいて周波数ミキサとして、動作することができる。第１のサンプリング・モードでは、パルスまたは一連のパルスの形状を取得することができ、第２のサンプリング・モードでは、正弦波などのような周期的波形変調を蓄電コンデンサでの周波数混合効果および積分を通じて復調することができ、その結果として位相が測定され、それにより、距離が推定さりる。第３の変調の場合、異なる周波数の２つ又はおそらく３つの正弦波が半導体レーザで変調信号として重ね合わされ、入力増幅器１７２から出力され受け取られた波形���、並列に配置され且つ変調信号の２つまたは３つの異なる周波数で動作する２つ又は３つのユニット・セル・サンプリング構造によりサンプリングされる。各周波数は、ユニット・セル・サンプリング構造１８３により復調され、位相が測定され、典型的には変調周波数のコピーであるサンプル・クロック１８６からの適切なサンプリング周波数を供給することにより関心周波数へとチューンされる。
【００３４】
[４８]  送られたレーザ正弦波変調に関しての反射されたレーザ・エネルギの位相を測定するときには、ある一定の限界が観察されなければならない。ＬＡＤＡＲが自由空間において１５０メートルの最大距離能力を有するべきである場合、送信から受信までの合計往復遅延は約１マイクロ秒であろう。したがって、位相測定が意味を持つようにするためには、１５０メートルの限界でのターゲットの空間（距離）エイリアシングを避けるために、送信周波数は１ＭＨｚ未満でなければならない。言い換えると、単一変調周波数の位相測定を有意義なものとするためには、ターゲットが遠いほど変調の周波数が低くなければならない。従来の掃引ＬＡＤＡＲでは、ターゲット上でのドエル・タイムが制限されているため、最大設計距離を超えた戻り信号は、短い見かけ距離ではエイリアスまたは「ゴースト」信号として現れないことが多い。本発明のＬＡＤＡＲでは、典型的なモードは開始モードであり、ターゲット空間を横切っての照射ビームの掃引も受信アンテナもない。したがって、本設計のモジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９またはモジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４では、設計された最大距離を超えたところのターゲットからの応答は、エイリアスのある応答（位相シフトが２πより大きい応答）を生成し得る。これらのエイリアスまたは「ゴースト」イメージの解決方法は、わずかに異なる周波数を持つ第２または第３の送信でターゲットを照射することであり、異なる周波数は、例えば、第１のゲーテッド正弦波照明パルスにおける１.０ＭＨｚに対しての０.９９ＭＨｚである。ターゲット画像が同じ見かけの距離に留まるならば、それは設計上の最大距離限界よりも短い距離のところにある実際のターゲットである可能性が高い。ターゲットの見かけの距離が第２の照明周波数ではシフトした場合、そのイメージは、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９またはモジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４の設計上の最大距離を超えた距離のところにあるターゲットからのエイリアスまたは「ゴースト」イメージである可能性が高い。本発明のモジュラーＬＡＤＡＲセンサ装置２９またはモジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４は周波数アジャイル・トランスミッタを使用し、周波数アジャイル・トランスミッタは、第１の送信周波数から第２の送信周波数へ、そして必要に応じて更なるものへ、急速にチューニングすることができる。１つの好ましい実施形態では、ユニット・セル・サンプリング構造を２倍または３倍にして並列に動作させ、２または３つの正弦波変調信号を半導体レーザ・トランスミッタで重ね合わせる。複数の周波数変調を使用する場合、個々の周波数は、互いに単なる高調波であってはならず、言い換えると、それらは低い値の整数の分数により関連するものとすべきではない。好ましい実施形態のモジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９またはモジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４は、典型的にはＶＣＳＥＬ構造である半導体レーザを使用することができ、整形された単一パルス、整形された複数パルス、成形および符号化された複数パルス、ゲーテッド正弦波、ゲーテッド・チャープ正弦波、および多周波数ゲーテッド正弦波の変調方式を使用することを可能にする。イメージ化される特定の���ーンや物体に適した変調方式を選択することにより、本設計の柔軟な変調能力は、距離および解像度についての最大の性能を有する最小サイズのパルス・レーザ照明源をもたらす。
【００３５】
[４９]  図８は、図１および図２に示すマルチカメラ制作システムの特徴を示す。それぞれのモジュラーＬＡＤＡＲ１４または２９から戻る３次元イメージが別の３次元イメージと時間的に一致することを確実にするために、ビデオまたは静止画の各フレームは、制作ビデオ・カメラ１２，２８，３２、または、３８によりタイム・スタンプが付される。動いているターゲットに関して、視野内のシーンの３次元モデルを合成する際には、同時にイメージが取得されていることが重要である。このタイム・スタンプ参照情報は、個々のカメラ１２にＧＰＳ受信機が埋め込まれているか又は取り付けられている場合には、ＧＰＳ受信機から来るものとすることができ、また、接続用光ファイバ・ケーブル８または電気ケーブル３６を介して、またはローカル無線送信により、ローカルに配信することができる。ＧＰＳが拒否される環境において、またはＧＰＳのアンテナおよび受信機の無い低コストのカメラが使用されている場合において、マスター制御コンソール４６は、接続用の光ファイバ８および電気ケーブル３６を介してローカル時間基準を分配することができ、また、いくつかの手段によりケーブル長の差をなくすことができる。マスター制御コンソール４６は、クロック及びタイミング制御部１９４を有し、これは、ケーブル長測定シーケンスが行われようとしていることを示すコマンドをカメラ・モジュール１（１２）へ送ることができ、それに続いて、アウトバウンドのタイミング・パルスが送られ、そのパルスは、 １３００ナノメートルの第１の波長の小型の半導体レーザへ印加される。１３００ナノメートルの第１の波長でのアウトバウンドのタイミング・パルスは、波長マルチプレクサ１８８により光ファイバ・ケーブル８へ結合される。光ファイバ・ケーブル８は、一般にＳＣ、ＬＣ、ＦＣ、またはＳＴタイプの雄型プラグ・コネクタ１９２を両端に有する。マスター制御コンソール４６は、パネルへ取り付けられた雌型レセプタクル光ファイバ・コネクタ１９０を有し、これは、光ファイバ・ケーブル８と光学的に接続しており嵌合相手となるＳＣ、ＬＣ、ＦＣ、またはＳＴタイプのものである。光ファイバ・ケーブル８の遠端では、カメラ・モジュール１（１２）もまた、嵌合相手となるＳＣ、ＬＣ、ＦＣ、またはＳＴタイプの、パネルへ取り付けられた雌型レセプタクル・コネクタ１９０を有する。クロック及びタイミング制御器１９４からタイミング・パルスがプロフェッショナル・ビデオ・カメラ１２により受信されると、それは、波長マルチプレクサ２０４によりメディア・アクセス・コントローラ（ＭＡＣ）２０２およびパルス反射器２０６へ送られる。タイミング・パルスは、適合するデータ・パルスよりも広く、ＭＡＣに無視されるが、パルス反射器２０６により直ちに検出され反射される。反射されたタイミング・パルスは、波長マルチプレクサ２０４で１３４５ナノメートルの第２の波長の第２の半導体レーザへ印加され、光ファイバ・ケーブル８へ送られて返される。タイミング・パルスがマスター制御コンソールの波長マルチプレクサ１８８へ返されて受信されると、それは、プロセスのタイミングをとる内部高速デジタル・カウンタを有するクロック及びタイミング制御回路１９���へ送られ、従って、光ファイバ・ケーブル８の双方向電気遅延が測定される。ケーブル電気長が分かれば、マスター制御コンソール４６はこの情報を使用して、各カメラ・モジュール内のリアル・タイム・クロック２０７を同期させる。マスター制御コンソールは、リアル・タイム・クロック２０７のステータスについて、特定のカメラ・モジュール１２に対してポーリングを行い、このリクエストは最も高い優先順位を有し、既知の遅延は伴うが直ちに応答しなければならない。リアル・タイム・クロック２０７からのこの応答は、マスター・リアル・タイム・クロック２０９に、ケーブルを介しての測定された遅延と、特定のカメラ・モジュールで知られており記録されているカメラ・モジュールを介しての固定電気遅延とを加算した値であるべきである。リアル・タイム・クロック２０７からの応答が期待通りではない場合、エラー／調整値がマスター制御コンソール４６からカメラ・モジュール１２へ送られ、このプロセスは、偏差／エラーが許容範囲内になるまで繰り返され、カメラ・フラッシュ間のデッド・タイム中に定期的にチェックされる。ターゲットが３０００ｆｐｓで移動する高速の弾丸や砲丸であり得る場合においてミリメートルの精度で正確な３次元モデルを作成するためには、幾つかのカメラ・モジュールのリアル・タイム・クロック２０７を１マイクロ秒未満で同期させる必要がある。光ファイバ・ケーブルを介してのマスター制御コンソール４６から幾つかのカメラ・モジュールへの全ての通信は、１３００ナノメートルである第１の波長で送られ、イメージおよびステータスのデータは、１３４５ナノメートルである第２の波長でカメラ・モジュールから受信される。同じ有益な効果を得るように他の波長を使用することもできる。
【００３６】
[５０]  同じケーブル長測定プロセスおよびリアル・タイム・クロック調整を電気ケーブル３６上で実行することができる。マスター制御コンソールは、クロック及びタイミング制御部１９４を有し、これは、ケーブル長測定シーケンスが行われようとしていることを示すコマンドをカメラ・モジュール３（３８）へ送り、それに続いて、アウトバウンドのタイミング・パルスが送られ、そのパルスは、２ギガヘルツＲＦパルスを生成する高周波数ゲーテッド発振器へ印加される。２ＧＨｚである第１の周波数のアウトバウンドのタイミング・パルスは、周波数マルチプレクサ１９６により電気ケーブル３６に結合される。電気ケーブル３６は、典型的には、ＢＮＣ、ＲＪ４５、ＴＮＣ、ＨＳＳＤＣ、ＤＢ９、または特定のケーブル・タイプに適した他のコネクタである雄型プラグ・コネクタ２００を両端に有する。マスター制御コンソール４６は、電気ケーブル３６と電気的に接続し嵌合相手となるＢＮＣ、ＲＪ４５、ＴＮＣ、またはＤＢ９タイプの、パネルに取り付けられた雌型レセプタクル電気コネクタ１９８を有する。本発明の動作および利点を大きく変えることなく、他のタイプのケーブルおよびコネクタを使用することができる。電気ケーブル３６の遠端では、カメラ・モジュール３（３８）もまた、嵌合相手となるＢＮＣ、ＲＪ４５、ＴＮＣ、またはＤＢ９タイプの、パネルに取り付けられた雌型レセプタクル・コネクタ１９８を有する。クロック及びタイミング制御器１９４からのタイミング・パルスがプロフェッショナル・ビデオ・カメラ３８により受信されると、それは、周波数マルチプレクサ２０８によりメディア・アクセス・コントローラ（ＭＡＣ）２０２およびパルス反射器２０６へ送られる。タイミング・パルスは、適合するデータ・パルスよりも広く、ＭＡＣに無視されるが、パルス反射器２０６により直ちに検出され反射される。反射されたタイミング・パルスは、周波数マルチプレクサ２０８で２５０ＭＨｚの第２の周波数の第２の高周波ゲーテッド発振器へ印加され、電気ケーブル３６へ送られて返される。タイミング・パルスがマスター制御コンソールの周波数マルチプレクサ１９６へ返されて受信されると、それは、プロセスのタイミングをとる内部高速デジタル・カウンタを有するクロック及びタイミング制御回路１９４へ送られ、従って、電気ケーブル３６の双方向電気遅延が測定される。次に、マスター制御コンソール４６は、カメラ・モジュール３（３８）のリアル・タイム・クロック２０７に対してポーリングを行い、リアル・タイム・クロック２０７のエラーが許容限界内になるまでエラーの測定および調整を行うことにより、カメラ・モジュール１（１２）に関して説明した様式と同じ様式で、カメラ・モジュール３（３８）のリアル・タイム・クロックを同期させることができる。電気ケーブルを介して接続されるマスター制御コンソール４６からカメラ・モジュールへの全ての通信は、２ＧＨｚの第１の周波数で送られ、イメージおよびステータスのデータは２５０ＭＨｚの第２の周波数でカメラ・モジュールから受信される。同じ有益な効果を得るように他の波長および電気的変調スキームも使用することもできる。代替的な信号方式では、双方向データ通信および制��を行えるように使用される、第１の波長λ１を用いる１つのファイバまたは周波数ｆ１を用いる電気ケーブルで、時分割多重化を使用することができ、ハンドシェークは、マスター制御コンソール４６にあるメディア・アクセス・コントローラ１８６により制御される。第２の波長λ２または周波数ｆ２を、ケーブル長測定機能用でのみ使用することができる。第３の代替的な信号方式は、双方向データ通信および制御を行えるように使用される、第１の波長λ１を用いる１つのファイバまたは周波数ｆ１を用いる電気ケーブルで、時分割多重化を使用することができ、ハンドシェークは、マスター制御コンソール４６にあるメディア・アクセス・コントローラ１８９により制御される。第２の波長λ２または周波数ｆ２は必要とされない。この場合、ケーブル長測定は、終端ＭＡＣ２０２により認識される特別な制御コードまたは非準拠のデータ・パルスを用いて管理される。例えば、すべてのデータ・フィールドに対して８Ｂ／１０Ｂの符号化を行うことができ、これは、２５６のデータ・ワードを１０２４の可能な組み合わを持つ空間へと符号化し、特別なステータスの報告やケーブル長測定などのような制御機能で使用できるように７６８のコードを残す。
【００３７】
[５１]  図９には、図８において１８８および２０４として参照された形式の双方向波長マルチプレクサが示されている。エンクロージャ２１０は、典型的には、ガラス・シール２１４のＴＣＥに一致する熱膨張係数（thermal coefficient of expansion）を有する鋼合金であり、深絞り加工または成形されたＣｏｖａｒ（登録商標）で作られ、これは、ベリリウム銅またはＣｏｖａｒ（登録商標）のリード線２１２を電気的に絶縁し、パッケージを環境に対して封止する。典型的にはアルミナまたは窒化アルミニウムである絶縁基板２１６は、エンクロージャ２１０の内面に取り付けられ、ワイヤボンド２２０を介してリード線２１２に接続される金属化された上面２１８を有する。絶縁基板２１６の上部には、典型的にはガリウム砒素ＰＩＮ構造の検出器ダイオード２２２が接合される。動作において、検出器ダイオード２２２は、ダイクロイック・ビーム・スプリッタ２３２から反射された光を受光し、このダイクロイック・ビーム・スプリッタ２３２は、好適な実施形態の様々なカメラ・モジュール１２，３８などに埋め込まれた波長マルチプレクサ２０４の場合には、典型的には１３００ｎｍである第１の波長λ１の光を反射し、他の波長は、わずかな減衰を伴って通過させる。精密レセプタクル・スリーブ２２４が、エンクロージャ２１０に溶接されるか、またはエンクロージャ２１０と共に成形され、フェルール止め具２３０が、エンクロージャ２１０と一体的に成形されるか、またはエンクロージャ２１０に溶接される。スリーブ２２４内には、研磨された光ファイバ２２６の短い部分を収容する中心穴を有する短い精密円筒フェルール２２８の部分が、接着される。フェルール２２８およびファイバ２２６は、嵌合する光ファイバ・コネクタ・プラグのプラグ端部からの同様のフェルールと、その嵌合するコネクタ・フェルールの先端がスリーブ２２４へ挿入されたときに、嵌合する。適切に嵌合すると、フェルール２２８および研磨された光ファイバ２２６は、光ファイバ２２６の回転軸に沿って双方向に光信号を受信および送信する。検出器ダイオード２２２は、適切な波長の光信号による照明に応答して電流または電圧を生成するＰＩＮ、ＡＰＤ、または光起電性変換器とすることができる。ダイクロイック・ビーム・スプリッタ２３２は、エポキシおよび／またはエンクロージャ２１０と一体的に形成され得るか又はエンクロージャ２１０に取り付けられ得る保持機構により、適所に保持される。垂直共振器面発光レーザまたは面発光ＬＥＤ２３４は、第２の基板２１６に取り付けられ、第２の組のリード２１２を介して印加される電流または電圧に応答して、第２の波長λ２の光信号を送る。第２の波長λ２は、典型的には１３４５ｎｍであるが、実用的なダイクロイック・ビーム・スプリッタ２３２が２つの波長の光を容易に分離できるように、λ１とは十分に異なる任意の波長とすることができる。図９のアセンブリは、一般に「ＢＩＤＩ」または双方向通信モジュールと呼ばれ、一般に地上光ファイバ・ネットワークで使用される。マスター制御コンソール４６に埋め込まれたソース端では、ＢＩＤＩ１８８は、検出器ダイオード２２２とＶＣＳＥＬまたはＬＥＤ２３４との位置を逆にしなければならないことを���いて、変更無しで全く同じ様式で組み立てられたビーム・スプリッタ２３２を用いることができる。更に、ＶＣＳＥＬまたはＬＥＤ２３４の波長は、ソース端のＢＩＤＩ１８８でλ１に切り替えられる必要がある。検出器ダイオード２２２は、典型的には広帯域検出器であり、λ１とλ２との両方を含む広範囲の波長に敏感であるので、通常は交換する必要はない。マスター制御コンソール４６は、光ファイバ接続によりサービスされる各カメラ・モジュールに対して１つのソース端ＢＩＤＩ１８８を有することができる。
【００３８】
[５２]  図１０は、図８で参照された周波数マルチプレクサ１９６の図である。入力ＲＦコネクタ２３６は、入力ＲＦケーブル・コネクタ、および制御インピーダンス・マイクロストリップ・ライン２３７へ接続する。結合されたラインのセグメント２３８は、典型的には１／４波長の長さであり、好ましい実施形態では２ＧＨｚの高い周波数ｆ１を、帯域通過フィルタ２４０および上部帯域出力コネクタ２４６へ送るために使用される。典型的には２５０ＭＨｚの低い帯域の周波数ｆ２は、低帯域出力コネクタ２４４へ送られて通する。低帯域出力２４４は、図８の例のＭＡＣ２０２またはパルス反射器２０６へ接続される前に、ローパスまたはバンドパス・フィルタ（図示せず）を介してフィルタリングされ得る。分離されたポートは、接地への５０オームの負荷２４２で終端される。他のインピーダンスを使用することができ、また、入力／出力ポートでコネクタレス接続を行うことができ、また、本発明の利点を実質的に変えることなく同じ結果をもたらすように、他のタイプのカプラ、同調フィルタ、または変圧器結合線を代わりに用いることができる。構造は、第２の周波数ｆ２でのダウンリンク通信を可能にするために、ソース端で逆にされる。
【００３９】
[５３]  図１１は、困難を最小限にとどめて立体物の３次元コンピュータ・モデリングを可能にするマルチカメラ３次元プロダクションを容易にするために使用することができるファイル・フォーマット２４８の表形式表現である。表の列にあるのは検出器アレイの（ｘ，ｙ）座標であり、ここでの場合、ｘ＝１−１２８、ｙ＝１−１２８である。各（ｘ，ｙ）座標ペアに対して、距離の１２ビット表現と強度の１２ビット表現とが格納される。距離数はカウンタ出力であり、これは、多数のシステム非線形性および／またはオフセット誤差に対して調整され得、また、診断目的または外部データ処理のために生の形で出力され得る。強度数は、アナログ・デジタル変換器のデジタル出力であり、これは、システムの非線形性および初期オフセットに対して補正され得、また、診断目的および後処理に適した生の形で出力され得る。ファイル・ヘッダには、いくつかの重要なパラメータが記録されており、それらは、複数のＬＡＤＡＲセンサからのデータを、図１に示す視野内のシーンおよび物体の複合３次元ソリッド・モデルへと素早く縮小するために不可欠なものである。ファイル・ヘッダは、シーン・キャプチャ・シーケンスの開始のタイム・スタンプを含み、タイム・スタンプは、典型的には、フラッシュ検出器１２３が遷移するときの実時間またはＡＲＣ信号が脈動するときの時点が含まれる。カメラ・モジュール１２またはモジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４またはモジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９にＧＰＳ受信機が装備されている場合、ＧＰＳ位置座標基準も格納され、また、測量用のマークおよび慎重な測定により提供されている経度、緯度、および高度を代わりに記録することもできる。更に、カメラの「ポーズ」を構成する他のエレメント、仰角（ピッチ）、ねじれ角（ロール）、および方位角（ヨー）が格納される。方位角データは、シャフト・エンコーダーから回復させることができ、それらのシャフト・エンコーダーは、カメラ・モジュール１２またはモジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４またはモジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニット２９の水平ピボット・マウントに取り付けられている。
【００４０】
[５４]  図１２Ａは、図４の組み立てられたユニットとしても示されているモジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４を含むコンポーネントのモジュール式組立を可能にする構造を示す図である。金属シェル５６は、多数の電気接点を、また、いくつかの変形例では光コネクタ・エレメントを包み込み、典型的には、ＤＢ２５雄型コネクタ・プラグの一部である。フランジ６０は、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４のための機械的保持及び取り付け機構を提供し、ねじ５８のためのクリアランス・ホールを有する。ねじ５８は、小型の金属薄板クリップ（図示せず）によりフランジ６０の取り付け穴内に保持することができる。バヨネット形式の光レシーバ・カップリング６２は、モジュラー・レンズ・アセンブリ６４の嵌合端部でバヨネット形式の光プラグ・カップリング２６２を受けるようにされている。バヨネット形式の光レシーバ・カップリング６２は、図１２Ｂに詳細に示されているバヨネット・レセプタクル機構２５０を有する。挿入スロット２５４は、傾斜のあるスロット２５６に接続され、保持デタント２５８へ導かれる。リーフ・スプリング２６０は、モジュラー・レンズ・アセンブリ６４が一旦挿入されて所定の位置へと回転されると、ボタン・キャッチ２５２をデタント２５８へと進めるように働く。ボタン・キャッチ２５８は、光プラグ・カップリング２６２の嵌合する円筒の表面に機械加工または溶接された短い円柱である。モジュラー・レンズ・アセンブリ６４は、典型的には円筒形であり、固定焦点距離とすることができ、代替としてズーム・レンズとすることもでき、内部シャッターを有してもよく、また、電動ズーム・ドライブを有してもよい。レーザ・トランスミッタ・モジュール２７０は、レシーバ・モジュール・ハウジング２６３から突き出た単純なヘッダ型の電気コネクタ・レセプタクル２６４に取り付けられる。電気コネクタ・レセプタクル２６４は、典型的には鍵付きコネクタであり、これは１つの向きでのみ嵌合することができる。レシーバ・モジュール・ハウジング２６３は、光収集及びフォーカシング・レンズ・アセンブリ６４及びレーザ・トランスミッタ２７０を除いて、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４の全てのエレメントを含む。レシーバ・モジュール・ハウジング２６３は、モジュラー・レンズ・アセンブリ６４ならびにレーザ・トランスミッタ・モジュール２７０の迅速な接続をサポートするための電気的および機械的インターフェースを特徴とする。レーザ・トランスミッタ・モジュール２７０は、フランジ２６６のクリアランス・ホールを通して取り付けられる４つのネジ２６８によりレシーバ・モジュール２６３の本体に固定される。フランジ２６６内には凹型嵌合コネクタ・プラグ（示さず）があり、レセプタクル２６４とフランジ２６６内の凹型嵌合コネクタ・プラグとの両方は、嵌合用電気コンタクトおよび嵌合用光コネクタ・コンタクト（示さず）を設けられ、典型的には、適切な方向での嵌合を保証するために鍵が付けられる。光透過開口および拡散レンズ２７２は、固定タイプであってもよいし、選択可能であってもよく、また、視野および焦点距離が連続的に可変なものであってもよい。モジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４の構成の大きな利点の１つは、��ーザ・トランスミッタ・モジュール２７０アセンブリの生産収率をレシーバ・モジュール２６３の生産収率から分離する能力にある。モジュール式構造のもう１つの利点は迅速なコンフィギュレーション能力であり、生産ラインの終わり近くで、また、更には現場で、長い焦点距離および狭い視野を有する大きい望遠レンズ・アセンブリ６４を、はるかに小さい短い焦点距離および広い視野のレンズ・アセンブリ６４と迅速に交換することができる。非常に強力な４ミリジュールの固体光学ポンピング・ロッド・レーザ、または短距離用途のあまり強力ではない半導体レーザのアレイであり得るレーザ・トランスミッタ・モジュール２７０の使用において、モジュラーＬＡＤＡＲセンサ１４は同様の利点がある。
【００４１】
[５５]  図１３は、図６に示されている読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）１３２と結合することができる新しいタイプの検出器アレイ１３０の断面を示す。このタイプ及びサイズの検出器アレイにおいて特に関心があるのは、検出器アレイ１３０の個々の検出器エレメントのエレメント間分離である。Stettnerその他による以前の特許出願に記載されている従来技術のフラッシュＬＡＤＡＲセンサにおいて、検出器は、半絶縁性リン化インジウム基板の上の薄いガリウム砒素膜に形成されたアバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）またはｐ−真性−ｎ（ＰＩＮ）検出器である。幾つかの場合には、検出器エレメントは典型的には４０−１００ミクロンのピッチの間隔で配され、個々の検出器エレメントは３０−７５ミクロンの活性領域を有しており、検出器エレメントが非常に接近しているので、１０−２０ミクロンのみの間隙が検出器アレイ１３０の個々のエレメントを分離する。検出器レメント間のこのレベルの密接は、接続する基板を介して及び容量性の効果を介しての、光学的および電気的なレメント間結合につながる。図１３に示す新しい構造は、電気的に絶縁するサファイア基板２７４から始めることにより、これらの問題に対処する。フォトレジストで被覆されてＵＶ光に露光されて準備された基板２７４を湿式または乾式エッチングすることにより、レンズ・エレメント２７６が、検出器アレイ１３０の各レメントの活性領域上に形成される。また、レンズ・エレメントは、サファイア基板の上に成形されたポリマー材料で形成することができるが、レンズ２７６と検出器アレイ１３０の検出器レメントとの光学軸が一致することを確実にするために、基板は、金型内で正確に向きを決められる必要がある。レンズ２７６に適したポリマーの融点は比較的低いので、レンズ２７６のオーバーモールドは、典型的には、検出器アレイ１３０の能動検出エレメントの形成の前ではなく、その後となる。好ましい態様では、レンズ２７６は、基板２７４のエッチングによりサファイアに形成され、ｎ＋またはｎ＋＋シリコン２８８の薄膜をサファイア基板２７４の上に成長させる。ｎ＋またはｎ＋＋領域２８８はまた、形成されるオーミック・コンタクトの先駆物質としても機能し得る。次いで、幾らか厚いｎ−シリコンの吸収層２８６を、ｎ＋領域２８８により形成されたカソード領域の上にエピタキシャル成長させる。次に、ｎ−シリコン層２８４をエピタキシャル成長させ、これは、デバイスが電圧バイアスを印加された状態で動作させられるときに、加速／増倍領域として機能することができる。次いで、シリコン真性層２８２をエピタキシャル成長させ、これは、デバイスのアバランシェ増倍領域として機能する。最後に、ｐ＋またはｐ＋＋シリコン領域２８０を成長させ、これは、デバイスの陽極として機能する。ホウ素およびアルミニウムを、ｐ型シリコン・エピタキシャル層の何のもののドーパントとしても使用することができる。リン、ヒ素、およびアンチモンを、ｎ型シリコン・エピタキシャル層の何れのもののドーパントとしても使用することができる。次に、典型的には６０度の角度のメサをデバイスに形成するが、それらは、シリコンを貫くようにドライまたはウェット・エッチングを行い、サファイアを露出させ、それぞれのメサ構造の完全に分離することにより形成される。サファイアは、エッチャントを適切に選択すると、エッチ・ストップとして作用する。次いで、オーミック・コンタクト２９０が、チタン／プラチナ／金をデポジットすることにより、または他の適切なメタリゼーション工程により、メサの間のトラフ内において及びｎ＋またはｎ＋＋領域２８８の横側に隣接して、形成され、検出器アレイ１３０の個々の検出器レメントのカソードのすべてに対して電気的接触がなされる。アノード・コンタクト２７８もまた、各メサ構造の上に同時に堆積され、これにもチタン／プラチナ／金のメタリゼーションが好ましい。次に、窒化シリコンの薄い誘電体層２９２が検出器のメサ間のトラフ内にデポジットされ、これは、カソード・コンタクト２９０上の絶縁キャップ層として働き、また、誘電体として働き、金属接地コンタクト２９４がデポジットされると局部的なキャパシタンスを生成する。カソード・コンタクト２９０は、相互に接続されたメッシュ・パターンに形成されることができ、検出器アレイ１３０の個々の検出器レメントのメサ構造のための四角形の開口があり、メサ構造はそれらを通って突き出ている。また、接地コンタクト２９４は、カソード・コンタクト２９０の上に重なり合うメッシュ・パターンを形成することができ、カソード・コンタクト２９０、接地コンタクト２９４、および誘電体層２９２の組み合わせは、典型的には検出器アレイ１３０の個々の検出器レメントへバイアス電圧を分配するために使用されるので、容量性電圧分配グリッドと名付けられ得る。次いで、窒化シリコンの第２の絶縁／キャップ層２９６が選択的にデポジットされ、メタリゼーション層とシリコン・エピタキシャル領域の一部とのパシベーションが行われる。シリコン・アバランシェ・フォトダイオードは、通常、フォトンの二次放出があるので、検出器アレイ１３０の個々の検出器レメント間の分離は保証されない。この理由のため、フォトン吸収バッファ領域２９８が検出器のメサ間の隙間にデポジットされ、これは、好ましい実施形態では、非常に微細な炭素粒子が入れられたポリマーである。それらの炭素粒子は、非常に微細なサブミクロンの炭素粒子であり得る。いくつかの設計では、シリコン層２８８などを更に成長させる前に、結晶質窒化アルミニウム（ＡｌＮ）２７５の薄い層をサファイア基板２７４の上に成長させることができる。ＡｌＮ２７５の薄い層は、サファイア・シリコン界面で光学的反射を低減するように働き、光学的屈折率整合層として有益であることを証明し得る。他の絶縁基板材料を使用することもできるが、サファイアは、単結晶エピタキシャル成長のために、シリコンによく適合し、検出器アレイ１３０の検出レメントのために望ましい。他のメタリゼーションのスキームを使用することもできるが、チタン／プラチナ／金が好ましい。記載されたデバイスの利点を大く変えることなく、炭素以外の材料をフォトン吸収バッファとして使用することもできる。検出器の材料としてシリコンを選択することは、照射波長を４００〜１１００ナノメートルの範囲にシフトさせることを意味し、これは、特定の用途では望ましいものであり得、１０６４ｎｍの固体Ｎｄ：ＹＡＧレーザまたは７８０〜１０００ｎｍの間の任意の波長のＩｎＧａＡｓＰの半導体レーザにより適応させることができる。
【００４２】
[５６]  １.５７ミクロンの好ましい波長で光検出器として機能させるために、図１３の構造は、図１３に示すメサ構造の５つの半導体層の何れかのシリコンの代わりに、窒化ガリウムまたは窒化インジウム・ガリウムを使用するように、適合させることができる。窒化ガリウムはまた、適切な結晶面方位を有するサファイア基板によく適合する。サファイア基板／ＧａＮ（GaN on sapphire）は、Ｂｌｕ−Ｒａｙ（登録商標）ディスク・プレーヤと照明とのそれぞれのために、高輝度の青色およびＵＶレーザならびにＬＥＤを大量に作るために、一般的に使用されている。ＧａＮからＡＰＤデバイスを構築するステップは、各エピタキシャル成長においてシリコンをＧａＮに代えることを除いて、図１３のシリコンＡＰＤ構造に関して説明したものと同じとなるであろう。シリコンおよびゲルマニウムは、ｎ型ＧａＮ層の何れかのもののドーパントとして使用することができる。幾つかの場合には、マグネシウムを、ＧａＮ中のｐ型層の何れかのもののドーパントとして使用することができる。ＧａＮは２次フォトン放出現象を呈さないので、材料がＧａＮであれば、フォトン吸収バッファ層２９８は不要であり、除去することもできる。
【００４３】
[５７]  図１４は、サファイア・ウェハ／ＧａＮ（GaN on sapphire wafer）から作成されたｐ−真性−ｎ（ＰＩＮ）検出器アレイ１３０の断面図を示す。２つのｎ−層２８６および２８４が除かれていることと、材料がＧａＮであり、２次フォトン放出現象を呈さないので、フォトン吸収バッファ層２９８が不要であることとを除いて、構造は同じであり、プロセスは図１３に関して説明したプロセスと同様である。代わりに、ｎ＋カソード３００は窒化ガリウムから成長させ、真性層３０２はＧａＮであり、ｐ＋アノード３０４もＧａＮから成長させる。いくつかの設計では、格子が整合した結晶質窒化アルミニウム（ＡｌＮ）２７５の薄い層を、ＧａＮ層３００などを更に成長させる前に、サファイア基板２７４の上に成長させることができる。ＡｌＮ２７５の薄い層は、サファイア−窒化ガリウム界面で光学的反射を低減するように働き、光学的屈折率整合層として有益であることを証明し得る。図１４のＰＩＮ検出器構造は、検出器アレイ１３０にわたっての個々の検出器の特性の均一性を幾分向上させ（ユニティー・ゲイン未満であっても）、プロセスの複雑さが少なく、歩留まりが良好であり、従って、ＡＰＤの優れた性能を必要としない幾つかの応用では好ましい。検出器アレイ１３０のための２つの検出器構造であって、一方はＰＩＮ検出器を備えたもであり他方はＡＰＤ検出器を備えたものである２つの検出器構造が、図１３と図１４とに示されており、それらは、絶縁サファイア基板上に形成され、支持するサファイア基板へのエッチ・バックを介して分離されており、シリコンまたはＧａＮの何れかから作られ、容量性電圧分布グリッドを有し、エレメント間結合の度合いを更に低減する。
【００４４】
[５８]  図１５は、読み出しＩＣ１３２と検出器アレイ１３０との嵌合を示す図である。行増幅器３０６および列増幅器３１４は、ユニット・セル電気回路３０８からの出力を、行出力または列出力の読み出しサイクルの一部として出力することを可能にする。読み出しＩＣ１３２への及び読み出しＩＣ１３２からのすべての信号は、ＲＯＩＣ１３２の周辺部のボンド・パッド３１２を介して通信される。各ユニット・セル電気回路３０８の上にはインジウム・バンプ３１０があり、これは、検出器アレイ１３０と読み出しＩＣ１３２とを嵌合させる結合プロセスの一部として、温度および圧力の下で、圧縮され変形させられる。インジウム・バンプ３１０は、低温はんだバンプとすることができ、これは、検出器アレイ１３０を読み出しＩＣ１３２に永久的に結合するように、リフローされることができる。矢印は嵌合の方向を示し、検出器アレイ１３０の上部には、レンズ・エレメント２７６を含むマイクロレンズ・アレイのグリッド・パターンを示し、レンズ・エレメント２７６は、光を、集めて、前面に形成された検出器アレイ１３０の個々の検出器エレメントのそれぞれへ焦点合わせする。
【００４５】
[５９]  特許法により要求されるように本開示の様々な実施形態を詳細に説明したが、当業者であれば、ここに開示された特定の実施形態に対する変更および代替物を認識するであろう。そのような改変は、添付の特許請求の範囲に規定される本開示の範囲および意図の範囲内にある。
【図１】
2018066766.tif 000003
【図２】
2018066766.tif 000004
【図３】
2018066766.tif 000005
【図４】
2018066766.tif 000006
【図５Ａ】
2018066766.tif 000007
【図５Ｂ】
2018066766.tif 000008
【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2018066766.tif 000015
【図１１】
2018066766.tif 000016
【図１２Ａ】
2018066766.tif 000017
【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
2018066766.tif 000020
【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年2月5日(2018.2.5)
【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】
３次元視覚システムであって、
マスター制御コンソールと、
複数のＬＡＤＡＲセンサであって、
各ＬＡＤＡＲセンサは視野を有し、少なくとも複数のＬＡＤＡＲセンサのいずれか一つが、前記少なくとも複数のＬＡＤＡＲセンサのいずれか一つとは別の、複数のＬＡＤＡＲセンサのすくなくともいずれか一つの視野の死角をカバーするように配置され、
前記複数のＬＡＤＡＲセンサのそれぞれは特殊な特徴を追跡するためにもちいられるものであり、
各ＬＡＤＡＲセンサは、信号伝送ケーブルを介して前記マスター制御コンソールと接続されるものである、
複数のＬＡＤＡＲセンサと、
開口を持つエレクトロニック・エンクロージャを有する少なくとも１つのホスト・プラットフォームと、
動作波長を持つ前記複数のＬＡＤＡＲセンサの少なくとも１つのモジュラーＬＡＤＡＲセンサであって、前記少なくとも１つのモジュラーＬＡＤＡＲセンサは、ユニットにおいて、前記エレクトロニック・エンクロージャの前記開口を介して前記ホスト・プラットフォームへ取り付けられ、電気的コネクタを介して前記ホスト・プラットフォームへ電気的に接続され、クイック・コネクトおよびリリースの機械的機構によりそこに保持されるものであり、前記電気的コネクタは、電気的コンタクトの少なくとも１つの嵌合ペアを有するものであり、前記少なくとも１つのモジュラーＬＡＤＡＲセンサは、
前記少なくとも１つのモジュラーＬＡＤＡＲセンサの視野内のシーンを照らすための変調レーザ光出力および拡散光学系を持つレーザ・トランスミッタ、
光の収集および焦点合わせを行うシステムの焦平面に配される光検出器の２次元アレイであって、前記光検出器のそれぞれは、前記変調レーザ光出力における反射された部分から電気的応答信号を生成する出力を有するものである、光検出器の２次元アレイ、
複数のユニット・セル電気回路を持つ読み出し集積回路であって、前記ユニット・セル電気回路のそれぞれが、前記光検出器の出力の１つに接続される入力を持ち、前記ユニット・セル電気回路のそれぞれが、
電気的応答信号復調器、および
前記電気的応答信号復調器の出力に接続される距離測定回路であって、前記距離測定回路のためのゼロ距離基準を提供する基準信号に更に接続される距離測定回路
を有するものである、
読み出し集積回路、および
前記光検出器のアレイの少なくとも１つの電圧分配グリッドと温度安定周波数基準とに接続される検出器バイアス回路
を含むものである、
モジュラーＬＡＤＡＲセンサと
を含む３次元視覚システム。
【請求項２】
請求項１に記載の３次元視覚システムであって、前記ホスト・プラットフォームは、ガイド・レール、ガイド・スロット、およびガイド・ビームの組から選択される少なくとも１つの案内機構を更に含む、３次元視覚システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の３次元視覚システムであって、前記モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニットは、ガイド・レール、ガイド・スロット、およびガイド・ビームの組から選択された少なくとも１つの案内機構が組み込まれる、３次元視覚システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の３次元視覚システムであって、前記ホスト・プラットフォームは、前記エレクトロニック・エンクロージャの前記開口に固定された導電性カバーを更に含む、３次元視覚システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の３次元視覚システムであって、前記ホスト・プラットフォームは、前記エレクトロニック・エンクロージャ内の窪んだ凹部内のほうへ開くように設計されたヒンジ付き導電性ドアを更に含む、３次元視覚システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の３次元視覚システムであって、前記モジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニットの外面は導電性の面である、３次元視覚システム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項の３次元視覚システムであって、折り曲げた金属薄板、鋳造合金、鍛造合金、および成形されたプラスチックの組から選択された加工済み材料から形成されるハウジングを更に含む３次元視覚システム。
【請求項８】
請求項７に記載の３次元視覚システムであって、前記ハウジングは、電気メッキ、化学的な薄膜の貼り付け、亜鉛コーティング、クロメート・コーティング、真空下でなされる蒸着金属コーティング、無電解メッキ、物理蒸着、スパッタリング、および溶射の組から選択されるプロセスにより処理された表面を有する、３次元視覚システム。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の３次元視覚システムであって、エレクトロニック・エンクロージャを有する前記ホスト・プラットフォームは更に、その中に開口を有し、前記開口は、それへ取り付けられた導電性カバーを持ち、前記導電性カバーと前記エレクトロニック・エンクロージャの表面との間に導電性ガスケットが付けられる、３次元視覚システム。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の３次元視覚システムであって、エレクトロニック・エンクロージャを有する前記ホスト・プラットフォームは更に、その中に開口を有し、複数の導電性ばね付きフィンガーが、前記開口の表面と、前記開口内へ挿入されたモジュラーＬＡＤＡＲセンサ・ユニットの導電性の面との間での接続を行う、３次元視覚システム。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の３次元視覚システムであって、
前記複数のＬＡＤＡＲセンサから３次元イメージを受け取るシーン・プロセッサであって、前記複数のＬＡＤＡＲセンサから受け取ったタイム・スタンプ付き３次元イメージを組み合わせることにより、対象とされる前記共通シーンの立体モデルを作成するシーン・プロセッサ
を更に含み、前記複数のＬＡＤＡＲセンサの各ＬＡＤＡＲセンサからの前記３次元イメージは、ホスト・プラットフォームと関連する内部リアル・タイム・クロックからのタイム・スタンプによりスタンプが付される、
３次元視覚システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の３次元視覚システムであって、前記ＬＡＤＡＲセンサのそれぞれは、リアル・タイム・クロック基準信号を地球軌道上の衛星から受信する、３次元視覚システム。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載の３次元視覚システムであって、前記マスター制御コンソールは、マスター・リアル・タイム・クロックと伝送ケーブル長測定システムとを更に含み、前記マスター制御コンソールは、個別にケーブル長調節がなされたリアル・タイム・クロックを前記ＬＡＤＡＲセンサのそれぞれへ分配し、それにより、前記複数のＬＡＤＡＲセンサのそれぞれは、リアル・タイム・クロックと前記マスター・リアル・タイム・クロックとの同期を維持する、３次元視覚システム。
【請求項１４】
請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の３次元視覚システムであって、前記ＬＡＤＡＲセンサのそれぞれは、２次元イメージング・デバイスへ取り付けられ、前記２次元イメージング・デバイスは更に、少なくとも２つの角度自由度があるポインティング・プラットフォームへ取り付けられる、３次元視覚システム。
【請求項１５】
請求項１４に記載の３次元視覚システムであって、前記ポインティング・プラットフォームは、それぞれの角度自由度のためのモーター付きピボットを有する、３次元視覚システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載の３次元視覚システムであって、前記モーター付きピボットは、対象物を追跡するためにコントローラと共に動作する、３次元視覚システム。
【請求項１７】
請求項１１〜１６のいずれか一項に記載の３次元視覚システムであって、前記ＬＡＤＡＲセンサのそれぞれは、２次元イメージング・デバイスへ取り付けられ、前記２次元イメージング・デバイスは更に、横行プラットフォームへ取り付けられる、３次元視覚システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載の３次元視覚システムであって、前記横行プラットフォームは、車輪付き台車、軌道上の車輪付きカート、およびワイヤで支持されたオーバーヘッド・プラットフォームの組から選択される、３次元視覚システム。
【外国語明細書】
2018066766000001.pdf