(57)【要約】      （修正有）【課題】大きな物体の製造、アセンブリの用途に使われ、目標の位置を決定するレーザ測距センサを提供する。【解決手段】システムは、連続波光のセンサビームを目標に対して向けるように各々が構成される、３以上のレーザー測距センサを含む。目標によって反射される光は、センサビームと干渉して干渉ビームを生成する。干渉ビームは、各々のレーザー測距センサの中の局部発振器ビームと組み合わされて、合成波ビームを生成する。レーザー測距センサの各々はまた、合成波ビームを感知する一連の光検出器を含み、かつ一連の光検出器からの出力に基づいて、目標までの距離を測定することができる。システムはさらに、レーザー測距センサの各々から距離測定値を受信し、かつ距離測定値に基づいて座標系の中で目標の位置を計算するコントローラを含む。【選択図】図１
2015094761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標に対して連続波光のセンサビームを向けるように各々が構成される少なくとも３つのレーザー測距センサを備え、前記センサビームのビーム拡がりは、前記目標の幅よりも大きい幅を有し；
前記レーザー測距センサは、各々、前記目標によって反射されてかつ前記センサビームと干渉する光からもたらされる干渉ビームと、局部発振器ビームとを組み合わせて合成波ビームを発生させるように構成され；
前記レーザー測距センサは、各々、前記合成波ビームを感知し、かつ一連の光検出器からの出力に基づいて前記目標までの距離を測定するように構成される前記一連の光検出器を備える、光検出装置を含み；及び
前記レーザー測距センサの各々から距離測定値を受信し、かつ前記距離測定値に基づいて座標系の中で前記目標の位置を計算するように構成されるコントローラを備える、機構。
【請求項２】
前記一連の光検出器は、デジタルカメラの中に構成要素を備える、請求項１に記載の機構。
【請求項３】
前記レーザー測距センサのうちの少なくとも１つは、
第１の光線を発生させるように構成される第１の連続波レーザー；
第２の光線を発生させるように構成される第２の連続波レーザー；
第３の光線を発生させるように構成される第３の連続波レーザー；
前記第１、第２、及び第３の光線を組み合わせて前記センサビームを発生させるように構成される第１の光コンバイナ；
前記センサビームを前記目標の上に集中させるように構成されるテレスコープを備え、前記目標からの反射光はセンサビームと干渉して干渉ビームをもたらし；
前記第１、第２、及び第３の光線の一部分を受信し、かつ前記第１、第２、及び第３の光線を周波数シフトして、第１、第２、及び第３の局部発振器ビームを発生させるように構成される周波数シフターユニット；
前記干渉ビーム、及び前記第１、第２、及び第３の局部発振器ビームを組み合わせて、前記合成波ビームを発生させるように構成される第２の光コンバイナ；
前記合成波ビームを感知して出力信号を発生させるように構成される、前記一連の光検出器を備える前記光検出装置；及び
前記第１の光線及び前記第１の局部発振器ビームの組み合わせによって生み出される第１のヘテロダインを検出し、前記第２の光線及び前記第２の局部発振器ビームの組み合わせによって生み出される第２のヘテロダインを検出し、前記第３の光線及び前記第３の局部発振器ビームの組み合わせによって生み出される第３のヘテロダインを検出し、かつ前記第１、第２、及び第３のヘテロダインの各々に対して光位相を決定するために、前記一連の光検出器からの前記出力信号を処理するように構成される、シグナルプロセッサを備え；
前記シグナルプロセッサは、前記第１の光線の第１の周波数及び前記第２の光線の第２の周波数の間の差異に基づいて第１の合成波に対する第１の合成波長を決定し、前記第１のヘテロダインの第１の光位相及び前記第２のヘテロダインの第２の光位相の間の差異に基づいて前記第１の合成波に対する第１の合成位相を決定し、かつ前記第１の合成波長及び前記第１の合成位相に基づいて前記目標までの距離を決定するように構成される、請求項１に記載の機構。
【請求項４】
前記シグナルプロセッサは、前記第１の光線の前記第１の周波数及び前記第３の光線の第３の周波数の間の差異に基づいて第２の合成波に対する第２の合成波長を決定し、前記第１のヘテロダインの前記第１の光位相及び前記第３のヘテロダインの第３の光位相の間の差異に基づいて前記第２の合成波に対する第２の合成位相を決定し、かつ前記第２の合成波長及び前記第２の合成位相にさらに基づいて前記目標までの前記距離を決定するように構成され；
前記シグナルプロセッサはさらに、前記第１の合成波長及び前記第１の合成位相を乗じて、前記第１の合成波に対して前記目標までの第１の距離測定値を計算するように構成され；
前記シグナルプロセッサはまた、前記第１の合成波に対して計算された前記第１の距離測定値を、前記第２の合成波の前記第２の合成波長で割ることによって、前記第２の合成波の推定位相を計算し、前記第２の合成位相に対して前記推定位相の整数部分を加えて、前記第２の合成波に対する全位相を得て、かつ前記第２の合成波に対する前記全位相及び前記第２の合成波長を乗じて、前記第２の合成波に対して第２の距離測定値を計算するように構成される、請求項３に記載の機構。
【請求項５】
前記レーザー測距センサのうちの少なくとも１つはさらに：
光周波数コムを含む１組の光線を発生させるように構成される光周波数コムレーザー；
前記光周波数コムレーザーからの前記１組の光線と、前記第１、第２、第３の連続波レーザーからの前記第１、第２、第３の光線とを組み合わせるように構成される第３の光コンバイナ；及び
前記第１、第２、及び第３の光線の前記周波数を前記光周波数コムレーザーによって発生される前記光周波数コムと比較し、かつ前記第１、第２、及び第３の連続波レーザーからの前記第１、第２、及び第３の光線の前記周波数を、前記光周波数コムの種々のティースに対して調整するように構成される位相固定コントローラを備える、請求項３に記載の機構。
【請求項６】
前記光周波数コムの前記ティースは、前記光周波数コムレーザーのパルス繰り返し周波数によって分離され；かつ
前記光周波数コムレーザーの前記パルス繰り返し周波数は、周波数標準に結び付けられ；
前記周波数標準は、米国標準技術局（ＮＩＳＴ）によって定義される、請求項５に記載の機構。
【請求項７】
前記シグナルプロセッサは、前記一連の光検出器の中の個別の画素に対して距離測定値を計算するように構成される、請求項３に記載の機構。
【請求項８】
座標系の中で目標の位置を測定する方法であって、前記方法は、
少なくとも３つのレーザー測距センサの各々から連続波光のセンサビームを前記目標に対して向けることを含み、前記センサビームのビーム拡がりは、前記目標の幅よりも大きい幅を有し、
前記レーザー測距センサの各々において、前記目標によって反射されてかつ前記センサビームと干渉する光からもたらされる干渉ビームと、局部発振器ビームとを組み合わせて、合成波ビームを発生させること；
前記レーザー測距センサの各々において、一連の光検出器を使用して前記合成波ビームを感知すること；
前記一連の光検出器からの出力に基づいて、前記レーザー測距センサの各々において前記目標までの距離を測定すること；及び
前記レーザー測距センサからの前記距離測定値に基づいて、前記座標系の中で前記目標の前記位置を計算することを含む、方法。
【請求項９】
前記合成波ビームを感知することは：
デジタルカメラの中の前記一連の光検出器を用いて、前記合成波ビームを感知することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記センサビームを向け、干渉ビームを感知し、かつ前記レーザー測距センサのうちの少なくとも１つにおいて前記目標までの距離を測定するステップはさらに：
第１の連続波レーザー、第２の連続波レーザー、及び第３の連続波レーザーの各々において光線を発生させること；
前記第１、第２、及び第３の連続波レーザーから受信した前記光線を組み合わせて、前記センサビームを発生させること；
前記センサビームを前記目標の上に集中させることを含み、前記目標からの反射光は前記センサビームと干渉して前記干渉ビームをもたらし；
前記連続波レーザーから分割された前記光線の周波数をシフトして、局部発振器ビームを発生させること；
前記干渉ビーム、及び前記局部発振器ビームを組み合わせて前記合成波ビームを発生させること；
前記一連の光検出器を備える光検出装置を用いて前記合成波ビームを感知すること；
前記第１の連続波レーザーからの第１の光線及び第１の局部発振器ビームの組み合わせによって生み出される第１のヘテロダインを検出し、前記第２の連続波レーザーからの第２の光線及び第２の局部発振器ビームの組み合わせによって生み出される第２のヘテロダインを検出し、かつ前記第３の連続波レーザーからの第３の光線及び第３の局部発振器ビームの組み合わせによって生み出される第３のヘテロダインを検出するために、前記一連の光検出器からの出力を処理すること；
前記第１、第２、及び第３のヘテロダインの各々に対して光位相を決定すること；
前記第１の光線の第１の周波数及び前記第２の光線の第２の周波数の間の差異に基づいて、第１の合成波に対する第１の合成波長を決定すること；及び
前記第１のヘテロダインの第１の光位相及び前記第２のヘテロダインの第２の光位相の間の差異に基づいて、前記第１の合成波に対する第１の合成位相を決定すること；及び
前記第１の合成波長及び前記第１の合成位相に基づいて、前記目標までの前記距離を決定することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の光線の前記第１の周波数及び前記第３の光線の第３の周波数の間の差異に基づいて、第２の合成波に対する第２の合成波長を決定すること；
前記第１のヘテロダインの前記第１の光位相及び前記第３のヘテロダインの第３の光位相の間の差異に基づいて、前記第２の合成波に対する第２の合成位相を決定すること；
前記第２の合成波長及び前記第２の合成位相にさらに基づいて、前記目標までの前記距離を決定すること；及び
前記第１の合成波長及び前記第１の合成位相を乗じて、前記第１の合成波に対して前記目標までの第１の距離測定値を計算することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の合成波に対して計算された前記第１の距離測定値を、前記第２の合成波の前記第２の合成波長で割ることによって、前記第２の合成波の推定位相を計算すること；
前記第２の合成位相に対して前記推定位相の整数部分を加えて、前記第２の合成波に対する全位相を得ること；及び
前記第２の合成波に対する前記全位相及び前記第２の合成波長を乗じて、前記第２の合成波に対する第２の距離測定値を計算することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
光周波数コムレーザーを用いて光周波数コムを含む１組の光線を発生させること；
前記光周波数コムレーザーからの前記１組の光線と、前記第１、第２、第３の連続波レーザーからの前記第１、第２、第３の光線とを組み合わせること；
前記第１、第２、及び第３の光線の周波数を、前記光周波数コムレーザーによって発生される前記光周波数コムと比較すること；及び
前記第１、第２、及び第３の連続波レーザーからの前記第１、第２、及び第３の光線の前記周波数を、前記光周波数コムの種々のティースに対して調整することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記光周波数コムの前記ティースは、前記光周波数コムレーザーのパルス繰り返し周波数によって分離され；かつ
前記光周波数コムレーザーの前記パルス繰り返し周波数は、周波数標準に結び付けられる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記周波数標準は、米国標準技術局（ＮＩＳＴ）によって定義される、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザーの分野に関し、かつより具体的には、大きな物体の製造及び／又はアセンブリなどの用途において使用される、レーザー測距センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
「測距」という用語は、１つの位置から別の位置への距離を決定する工程を言及している。ＳＯＮＡＲ（ＳＯｕｎｄ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ａｎｄ  Ｒａｎｇｉｎｇ）、ＲＡＤＡＲ（ＲＡｄｉｏ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ａｎｄ  Ｒａｎｇｉｎｇ）、ＬＩＤＡＲ（ＬＩｇｈｔ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ａｎｄ  Ｒａｎｇｉｎｇ）、及びＬＡＤＡＲ（ＬＡｓｅｒ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ａｎｄ  Ｒａｎｇｉｎｇ）などの、距離を決定することができる様々なシステムが存在する。測距技術の１つのタイプは、距離を決定するために移動時間を使用する。例えば、センサは、音又は光のパルスを目標に送信し、かつエコーが目標から反射されるまでの時間を測定し、物体までの距離を決定する。測距技術の他のタイプは、連続音波又は連続光波を使用する。例えば、センサは、連続音波又は連続光波を目標に送信し、かつ目標からの反射は、音波又光波と干渉して「干渉」波を生成する。（同じ周波数の）送信された波及び反射波が組み合わさって干渉波を形成する場合、干渉波の結果としてのパターンは、送信された波及び反射波の間の位相差によって決定される。この位相差は、目標までの距離を決定するために使用されることができる。
【０００３】
このような測距センサは、航空機などの製品の製造又はアセンブリにおいて使用される。部品がアセンブルされる場合、その部品が正しくアセンブルされていることを確実にするために、精密な測定が必要とされる。大きな部品が異なる位置で製作される場合は特に、アセンブリの間において大きな部品の形状及び輪郭を合致させることは困難になり得る。レーザー測距センサがアセンブリの工程において使用される場合、非常に高い精度で測定値を提供するレーザー測距センサを設計することが望ましい。
【発明の概要】
【０００４】
本明細書の中で説明される実施形態は、レーザー測距センサを実装するシステム及び方法を提供する。本明細書の中において説明されるシステムは、座標系の中で目標の位置を決定するために、３以上のレーザー測距センサを使用する。例えば、目標が施設の中でアセンブルされている物体の上にある場合、３以上のレーザー測距センサは、目標までの距離を測定するために、施設の中の既知の位置に設置される。レーザー測距センサからの距離測定値を使用して、目標の位置は、三辺測量などのように、正確に決定することができる。
【０００５】
本明細書の中において説明されるレーザー測距センサは、干渉分光法を使用して、目標までの距離を測定する。より具体的には、レーザー測距センサは、増加する波長を有する合成波のラダーを使用して、目標までの正確な距離測定値を計算する。例示的なレーザー測距センサは、多重連続波レーザーからの光線を混ぜ合わせて、センサビームを発生させ、かつ光錐のようにセンサビームを目標に対して向け又は投射する。目標から光が反射される場合、反射はレーザー測距センサからのセンサビームと干渉し、結果として干渉ビームをもたらす。連続波レーザーは、種々の周波数における光線を放射する。光線が干渉ビームの中で混ぜ合わされる場合、種々の周波数の光線は、本明細書の中において「合成波」として言及される「ビート（ｂｅａｔ）」周波数を発生させる。多重連続波レーザーが使用されるので、合成波のラダーが生成される。その後、合成波の特性は、距離を測定するために処理されることができる。
【０００６】
また、レーザー測距センサの範囲内において、連続波レーザーからの光線の一部分は、分割されかつ周波数シフトされて局部発振器ビームを発生させる。局部発振器ビームが干渉ビームと混ぜ合わされる場合、連続波レーザーからの光線の周波数及びそれに対応する局部発振器ビームの周波数の間の差異に基づいて、ヘテロダインが生み出される。ヘテロダインは、干渉ビームの情報（例えば、振幅及び位相）を搬送するが、それはより低い周波数においてである。それ故、光位相は、各々のヘテロダインに対して決定されることができ、かつヘテロダインの光位相は、合成波の位相を決定するために使用される。その後、合成波の波長及び位相は、目標までの距離を決定するために使用される。
【０００７】
一実施形態は、座標系の中で目標の位置を決定するための機構を含む。機構は、目標に対して連続波光のセンサビームを向けるように各々が構成される３以上のレーザー測距センサを含み、ここで、センサビームのビーム拡がりは、目標の幅よりも大きい幅を有する。レーザー測距センサは、各々、目標によって反射されてかつセンサビームと干渉する光からもたらされる干渉ビームと、局部発振器ビームとを組み合わせて、合成波ビームを発生させるように構成される。各々のレーザー測距センサはまた、合成波ビームを感知するように構成される一連の光検出器を備える光検出装置を含む。レーザー測距センサの各々は、一連の光検出器からの出力に基づいて、目標までの距離を測定するように構成される。機構はさらに、レーザー測距センサの各々から距離測定値を受信し、かつ距離測定値に基づいて座標系の中で目標の位置を計算するように構成されるコントローラを含む。
【０００８】
別の実施形態において、レーザー測距センサのうちの１以上は、第１の光線を発生させるように構成される第１の連続波レーザー、第２の光線を発生させるように構成される第２の連続波、及び第３の光線を発生させるように構成される第３の連続波を含む。レーザー測距センサはまた、第１、第２、及び第３の光線を組み合わせてセンサビームを発生させるように構成される光コンバイナ、及びセンサビームを目標の上に集中させるように構成されるテレスコープを含み、ここで、目標から反射した光は、センサビームと干渉して結果として干渉ビームをもたらす。レーザー測距センサはまた、第１、第２、及び第３の光線の一部分を受信し、かつ第１、第２、及び第３の光線を周波数シフトして、第１、第２、及び第３の局部発振器ビームを発生させるように構成される周波数シフターユニットを含む。レーザー測距センサの別の光コンバイナは、干渉ビーム、並びに第１、第２、及び第３の局部発振器ビームを組み合わせて、合成波ビームを発生させるように構成される。レーザー測距センサの範囲内の一連の光検出器は、合成波ビームを感知して、シグナルプロセッサに対して提供される出力信号を発生させる。シグナルプロセッサは、第１の光線及び第１の局部発振器ビームの組み合わせによって生み出される第１のヘテロダインを検出し、第２の光線及び第２の局部発振器ビームの組み合わせによって生み出される第２のヘテロダインを検出し、第３の光線及び第３の局部発振器ビームの組み合わせによって生み出される第３のヘテロダインを検出し、かつ第１、第２、及び第３のヘテロダインの各々に対して光位相を決定するために、出力信号を処理するように構成される。シグナルプロセッサはさらに、第１の光線の第１の周波数及び第２の光線の第２の周波数の間の差異に基づいて第１の合成波長を決定し、第１のヘテロダインの第１の光位相及び第２のヘテロダインの第２の光位相の間の差異に基づいて第１の合成位相を決定し、かつ第１の合成波長及び第１の合成位相に基づいて目標までの距離を決定するように構成される。
【０００９】
別の実施形態において、シグナルプロセッサは、第１の光線の第１の周波数及び第３の光線の第３の周波数の間の差異に基づいて第２の合成波長を決定し、第１のヘテロダインの第１の光位相及び第３のヘテロダインの第３の光位相の間の差異に基づいて第２の合成位相を決定し、かつ第２の合成波長及び第２の合成位相にさらに基づいて目標までの距離を決定するように構成される。
【００１０】
別の実施形態において、例示的なレーザー測距センサは、光周波数コムを含む光線の１組を発生させるように構成される光周波数コムレーザー、及び光周波数コムレーザーからの光線の１組を、第１、第２、及び第３の連続波レーザーからの第１、第２、第３の光線と組み合わせるように構成される別の光コンバイナを含む。レーザー測距センサはさらに、第１、第２、及び第３の光線の周波数を光周波数コムレーザーによって発生される光周波数コムと比較し、かつ第１、第２、及び第３の連続波レーザーからの第１、第２、及び第３の光線の周波数を、光周波数コムの種々のティース（ｔｅｅｔｈ）に対して調整するように構成される位相固定コントローラを含む。また、光周波数コムのティースの分離は、光周波数コムレーザーの範囲内で使用されるパルス繰り返し周波数と等しい。パルス繰り返し周波数は、米国標準技術局（ＮＩＳＴ）などの標準化機構からの周波数標準に結び付けられる。それ故、システムからの測定値は、ＮＩＳＴ標準又は他の標準に帰することができ、かつシステムの環境又は場所と関わりなく同じである。
【００１１】
別の実施形態は、座標系の中で目標の位置を決定する方法を含む。方法は、少なくとも３つのレーザー測距センサの各々から連続波光のセンサビームを目標に対して向けることを含み、ここで、センサビームのビーム拡がりは、目標の幅よりも大きい幅を有する。方法はさらに、目標によって反射されてかつセンサビームと干渉する光からもたらされる干渉ビームと、局部発振器ビームとを組み合わせて、合成波ビームを発生させることを含む。方法はさらに、一連の光検出器を使用して合成波を感知すること、及び一連の光検出器からの出力に基づいて、レーザー測距センサの各々において目標までの距離を測定することを含む。方法はさらに、レーザー測距センサからの距離測定値に基づいて、座標系の中で目標の位置を計算することを含む。
【００１２】
上述の特徴、機能、及び利点は、様々な実施形態において独立に実現することが可能であり、また別の実施形態において組み合わせることも可能である。これらの実施形態について、以下の説明及び添付図面を参照してさらに詳細に説明する。
【００１３】
本発明のいくつかの実施形態は、今度は、例示目的のみで、かつ添付の図面を参照しながら説明される。同じ参照番号は、全ての図面において同じ要素又は同じタイプの要素を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、例示的な実施形態におけるレーザー測距センサを図解する。
【図２】図２は、例示的な実施形態における目標までの距離を測定するレーザー測距センサを図解する。
【図３】図３は、例示的な実施形態における測定ユニットを校正するように作動される校正ユニットを図解する。
【図４】図４は、例示的な実施形態における距離の測定を実行するように作動される測定ユニットを図解する。
【図５】図５は、例示的な実施形態における合成波のラダーを図解する。
【図６】図６は、例示的な実施形態における測定チャネルに対して生成されるヘテロダインを図解する。
【図７】図７は、例示的な実施形態におけるレーザー測距センサを作動させるための方法の流れ図である。
【図８】図８は、例示的な実施形態における座標系の中で１以上の目標の位置を決定するためのシステムを図解する。
【図９】図９は、例示的な実施形態における目標の位置を決定するための方法を図解する流れ図である。
【図１０】図１０は、例示的な実施形態におけるレーザー測距センサの光検出装置を図解する。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図面及び以下の説明は、具体的な例示的実施形態を解説する。そこで、当業者は、本明細書の中においてはっきりとは説明され又は示されていないが、本明細書の中において説明される原理を具現化し、かつこの説明に続く特許請求の範囲の熟慮された領域の中に含まれる、様々な変形例を発想することができる、ということが理解されるだろう。さらに、本明細書の中において説明される任意の実施例は、本開示の原理を理解することにおいて助けとなるように意図され、かつ限定的なものではないと解釈されるべきである。結果として、本開示は、以下に説明される具体的な実施形態又は実施例によって限定されるものではないが、特許請求の範囲及びそれらの等価物によって限定される。
【００１６】
図１は、例示的な実施形態におけるレーザー測距（例えば、ＬＡＤＡＲ）センサ１００を図解している。センサ１００は、センサ１００から目標（図１の中において示されていない）までの距離又は測距の測定を実行するために作動可能である。例えば、センサ１００は、航空機の部品などの大きな物体を精密に測定するために、アセンブリ又は製造の工程において使用される。このような大きな物体が種々の場所において製造される場合、合致する部品の形状及び輪郭が精密に形成されないと、アセンブリの間において問題が生ずる。それ故、本明細書の中において説明されるタイプのレーザー測距センサは、製造され又はアセンブルされる部品を精密に測定するために、種々の場所において使用される。
【００１７】
図２は、例示的な実施形態における目標までの距離を測定するセンサ１００を図解する。センサ１００は、アセンブルまたは製造される航空機の部品などの物体２０２を対象としている。センサ１００は、物体２０２の上の１以上の目標２０４までの距離を測定することができる。例えば、センサ１００は、アセンブルされる部品の端までの距離を測定することができる。目標２０４は、回帰反射型の目標、又は逆反射体を含まない非協力的な（ｎｏｎ−ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ）目標を含む。
【００１８】
図１の中において示された実施形態において、センサ１００は、測定ユニット１１０及び校正ユニット１６０を含む。測定ユニット１１０は、合成波の干渉分光法を使用して、目標までの距離を測定する構成要素を含む。干渉分光法は、波（例えば、光波）を重ね合わせかつ波の組み合わせから情報を抽出するための技術である。干渉分光法を使用する簡略化された実施例として、光線は分割器によって２つの同一なビームへと分割される。ビームの各々は、異なる経路の上で移動し、かつ検出器において再度組み合わされる。ビームが移動する経路（例えば、距離）において差異が存在する場合、その後、ビームの間に位相差が生成される。ビームの間の位相差は、経路の長さ及びその結果として目標までの距離を決定するために使用される。
【００１９】
光線が目標に送信される場合、目標から反射される光は、送信される光と干渉する。目標が静止している場合、反射ビームは、送信されるビームと同じ周波数を有する。送信される光が反射光と同位相（同じ周波数）を有する場合、その後、建設的干渉が生じる。送信される光が反射光と異なる位相である場合、その後、相殺的干渉が生じる。干渉の結果は、「干渉」ビームとして言及される。
【００２０】
以下により詳細に説明されるように、測定ユニット１１０は、密集した光の周波数を有する多重レーザーからの光線を組み合わせて、ビームを目標に向ける。密集した光の周波数は、干渉ビームの中に１組のビート周波数を発生させ、それらは、本明細書の中において、「合成波」のラダー又は組として言及される。測定ユニット１１０は、各々の合成波の位相（本明細書の中において、合成位相として言及される）を決定することができ、かつその後、合成波の位相に基づいて目標までの距離を測定することができる。測定ユニット１１０は種々の周波数を有するレーザーの１組を使用するので、合成位相のラダーは、合成波のラダーから生成される。合成波のうちの１つ（最も長い波長を有する波）は、目標までの距離の直接測定であるが（目標は１波長よりも小さいと想定する）、測定の精度は十分ではない。この合成波からの距離測定の精度は、次の合成波に対して波長の絶対数を示すのには十分である。次の合成波（次に最も長い波長を有する波）の位相は、距離測定の精度における増加を提供する。この工程は、望ましい精度が取得されるまで、ラダーの各々の位相に対して繰り返される。
【００２１】
校正ユニット１６０は、距離測定を実行するための測定ユニット１１０を校正するために作動する校正要素を含む。以下により詳細に説明されるように、校正ユニット１６０は、測定ユニット１１０の範囲内において連続波（ＣＷ）レーザーを調整するために、光周波数コムレーザーを使用する。光周波数コムレーザーは、一連の離散したかつ均等間隔のモードを含むスペクトラムを有する光源である。測定ユニット１１０の範囲内のＣＷレーザーは、光周波数コムの種々のティースに対して調整される。光周波数コムのティースは精密な周波数を有するので、測定ユニット１１０のＣＷレーザーは、精密な周波数に対して調整される。
【００２２】
合成波のラダーを生成するために、測定ユニット１１０は、各々がＣＷレーザー１１２から１１４を有する、図１の中の３つの測定チャネルを含む。レーザー１１２から１１４は、各々、異なる波長に対して調整される。例えば、レーザー１１２はλ１に対して調整され、レーザー１１３はλ２に対して調整され、かつレーザー１１４はλ３に対して調整される。波長λ１は、約１５５０ナノメートル（ｎｍ）であり、波長λ２は、約１５５０．０８ｎｍであり、かつλ３は、約１５５０．８ｎｍである。種々の波長が特定の用途に対して望ましいように選択される一方で、レーザー１１２から１１４の各々からの波長における差異が存在するべきである。種々の波長は、目標までの距離を決定するために処理される干渉の発生を可能にする。
【００２３】
第１の測定チャネルに対して、レーザー１１２は、光ファイバーによって分割器１１６に結合される。分割器１１６は、光ファイバーによって別の分割器１２０に結合される。分割器１１６は、レーザー１１２からの光線を分割するように構成される。レーザー１１２からの光線の一部分は、測定ユニット１１０の範囲内の分割器１２０まで移動し、かつ光線の一部分は、校正ユニット１６０の範囲内の光コンバイナ１６６（後に説明される）まで移動する。分割器１２０は、光ファイバーを介して周波数シフター１２４に接続し、かつ光ファイバーを介して光コンバイナ１３０に接続する。分割器１２０は再び、レーザー１１２からの光線を分割するように構成される。レーザー１１２からの光線の一部分は、周波数シフター１２４へ移動し、かつ光線の一部分はコンバイナ１３０へ移動する。周波数シフター１２４は、固定された量によってレーザー１１２からの光線を周波数シフトするように構成される。例えば、周波数シフター１２４は、１７０ヘルツによってレーザー１１２からの光線の周波数をシフトする。周波数シフター１２４のいくつかの実施例は、音響光学変調器（ＡＯＭ）及びドップラーシフターである。周波数シフトされた光線は、第１の測定チャネルに対する局部発振器ビームとして言及される。その後、第１の測定チャネルに対する局部発振器ビームは、周波数シフター１２４から光コンバイナ１２８へ移動する。
【００２４】
第２の測定チャネルに対して、レーザー１１３は、光ファイバーによって分割器１１７に結合される。分割器１１７は、光ファイバーによって別の分割器１２１に結合される。分割器１１７は、レーザー１１３からの光線を分割するように構成される。レーザー１１３からの光線の一部分は、測定ユニット１１０の範囲内の分割器１２１へ移動し、かつ光線の一部分は、校正ユニット１６０の範囲内の光コンバイナ１６７へ移動する。分割器１２１は、光ファイバーを介して周波数シフター１２５に接続し、かつ光ファイバーを介してコンバイナ１３０に接続する。分割器１２１は再び、レーザー１１３からのレーザー光線を分割するように構成される。レーザー１１３からの光線の一部分は、周波数シフター１２５へ移動し、かつ光線の一部分はコンバイナ１３０へ移動する。周波数シフター１２５は、固定された量によって（かつ周波数シフター１２４とは異なって）レーザー１１３からの光線を周波数シフトするように構成され、第２の測定チャネルに対して局部発振器ビームを生成する。その後、第２の測定チャネルに対する局部発振器ビームは、コンバイナ１２８へ移動する。
【００２５】
第３の測定チャネルに対して、レーザー１１４は、光ファイバーによって分割器１１８に結合される。分割器１１８は、光ファイバーによって別の分割器１２２に結合される。分割器１１８は、レーザー１１４からの光線を分割するように構成される。レーザー１１４からの光線の一部分は、測定ユニット１１０の範囲内の分割器１２２へ移動し、かつ光線の一部分は、校正ユニット１６０の範囲内の光コンバイナ１６８へ移動する。分割器１２２は、光ファイバーを介して周波数シフター１２６に接続し、かつ光ファイバーを介してコンバイナ１３０に接続する。分割器１２２は再び、レーザー１１４からのレーザー光線を分割するように構成される。レーザー１１４からの光線の一部分は、周波数シフター１２６へ移動し、かつ光線の一部分はコンバイナ１３０へ移動する。周波数シフター１２６は、固定された量によって（かつ周波数シフター１２４及び１２５とは異なって）レーザー１１４からの光線を周波数シフトするように構成され、第３の測定チャネルに対して局部発振器ビームを生成する。その後、第３の測定チャネルに対する局部発振器ビームは、コンバイナ１２８へ移動する。
【００２６】
３つの測定チャネルが図１の中において示されているが、測定ユニット１１０は、より多くのチャネルを含むことができる。３以上の測定チャネルが測定ユニット１１０の中において使用され、距離測定に対して望ましい精度を提供する。また、３つの周波数シフター１２４から１２６が図１の中において示されているが、共通の周波数シフターが、上述されたように局部発振器ビームを生成するために、導入され得る。
【００２７】
３つの測定チャネルからの光線は、コンバイナ１３０の範囲内で組み合わされ又は混ぜ合わされ、センサビームを形成する。コンバイナ１３０は、光ファイバーを介して分割器１３１に接続する。分割器１３１は、センサビームを分割するように構成される。センサビームの一部分は、サーキュレーター１３２へ移動し、かつセンサビームの一部分は、参照チャネルの光コンバイナ１５０へ移動し、それは、以下に詳細に説明される。センサビームは、サーキュレーター１３２を通ってテレスコープ１３４へ移動する。テレスコープ１３４は、測定されている目標（図１の中においては示されていない）に向けてセンサビームを集中させるように構成される。
【００２８】
テレスコープ１３４がセンサビームを目標に向ける場合、目標から反射される光は、センサビームと干渉し、結果として「干渉」ビーム１３６をもたらす。その後、サーキュレーター１３２は、干渉ビーム１３６を光コンバイナ１３８へ向ける。同時に、３つの測定チャネルに対する局部発振器ビームは、コンバイナ１２８の範囲内において組み合わされ又は混ぜ合わされて、集合的な局部発振器ビームを形成する。集合的な局部発振器ビームは、コンバイナ１２８から分割器１５２へ移動する。分割器１５２は、集合的な局部発振器ビームを分割するように構成される。集合的な局部発振器ビームの一部分は、コンバイナ１３８へ移動し、かつ集合的な局部発振器ビームの一部分は、コンバイナ１５０へ移動する。コンバイナ１３８は、干渉ビームを集合的な局部発振器ビームと組み合わせ又は混ぜ合わせて、「合成波」ビームを発生させる。合成波ビームは、光検出装置１４０の上に投射される。光検出装置１４０は、単一の光検出要素を含み、又はデジタルカメラの中などにある一連の光検出要素を含む。光検出装置１４０は、合成波ビームからの光を感知し、かつシグナルプロセッサ１４４に対して出力信号を提供するように構成される。
【００２９】
測定ユニット１１０はまた、参照チャネルを含む。参照チャネルに対して、分割器１３１から分割されたセンサビームの部分は、コンバイナ１５０へ移動する。同時に、分割器１５２からの集合的な局部発振器ビームの一部分は、コンバイナ１５０へ移動する。コンバイナ１５０は、センサビームを集合的な局部発振器ビームと組み合わせ又は混ぜ合わせて、参照「合成波」ビームを発生させる。参照合成波ビームは、光検出装置１４６の上に投射される。光検出装置１４６は、参照合成波ビームからの光を感知し、かつシグナルプロセッサ１４４に対して出力信号を提供するように構成される。
【００３０】
校正ユニット１６０は、光ファイバーを介して分割器１６４と接続する、光周波数コムレーザー１６２を含む。分割器１６４は、光ファイバーを介してコンバイナ１６６から１６８と接続する。分割器１６４は、光周波数コムレーザー１６２からの光線を分割するように構成され、それによって、光周波数コムレーザー１６２からの光線の一部分は、コンバイナ１６６から１６８へ移動する。コンバイナ１６６から１６８は、各々、光周波数コムレーザー１６２からの光線をそれらのそれぞれの測定チャネルからの光線と組み合わせ又は混ぜ合わせるように構成される。コンバイナ１６６から１６８は、各々、位相固定コントローラ１６９と接続する。コントローラ１６９は、今度は、レーザー１１２から１１４のうちの各々と接続する。
【００３１】
図１の中において示されるようなセンサ１００のアーキテクチャは、１つの実施例に過ぎない。センサ１００が以下に説明されるように作動されることを可能とする、このアーキテクチャに対する変形例が存在し得る。
【００３２】
以下は、センサ１００の例示的な作動を説明している。精密な距離測定を実行するために、センサ１００の範囲内の測定ユニット１１０は、校正ユニット１６０によって校正される。図３は、例示的な実施形態における測定ユニット１１０を校正するように作動される校正ユニット１６０を図解している。レーザー１１２から１１４は、それぞれ分割器１１６から１１８へ移動する、光線３０１から３０３を送信する。分割器１１６は、レーザー１１２からの光線３０１の一部分をコンバイナ１６６へ提供し、分割器１１７は、レーザー１１３からの光線３０２の一部分をコンバイナ１６７へ提供し、かつ分割器１１８は、レーザー１１４からの光線３０３の一部分をコンバイナ１６８へ提供する。
【００３３】
同時に、光周波数コムレーザー１６２は、光周波数コムを含む１組の光線３０６を発生する。光周波数コムを発生させるために、レーザー１６２は、光の超短パルスを発生させることができる、光源（例えば、フェムト秒のレーザー）を有する。光源は、繰り返し周期Ｔｒｅｐによって時間の中で分離される規則的な短い光のパルスを放射する。搬送光波の電磁場は、これらのパルスを作り上げ、非常に高い周波数で振動する。光源からの規則的なパルスは、パルス繰り返し周波数ｆｒｅｐと等しくなるように間隔を空けられている光周波数のコムから成る。搬送波信号ｆｃは、振幅変調され、それは、変調周波数ｆｒｅｐと等しく間隔を空けられている周波数領域の中に側波帯を生み出す。周波数領域の中において、側波帯は、搬送波周波数のまわりに集まるコムの上のティースと似ている。コムティース（またコム要素として言及される）のうちの任意の１つの周波数は：
ｆ＝ｎ×ｆｒｅｐ＋ｆｏであり、ここで、ｎは整数であり、ｆｒｅｐはパルス繰り返し周波数であり、かつｆｏは搬送波オフセット周波数である。
【００３４】
それ故、光周波数コムレーザー１６２は、レーザー１６２の範囲内において使用されるパルス繰り返し周波数によって波長の中で分離された１組の光線３０６を発生させる。分割器１６４は、レーザー１６２から光線３０６を受信し、かつコンバイナ１６６から１６８の各々に対して光線３０６の一部分を提供する。コンバイナ１６６は、光周波数コムレーザー１６２からの光線を第１の測定チャネルのレーザー１１２からの光線と組み合わせ、かつ位相固定コントローラ１６９に対して組み合わされた光線３１１を提供する。コンバイナ１６７は、光周波数コムレーザー１６２からの光線を第２の測定チャネルのレーザー１１３からの光線と組み合わせ、かつ位相固定コントローラ１６９に対して組み合わされた光線３１２を提供する。同様に、コンバイナ１６８は、光周波数コムレーザー１６２からの光線を第３の測定チャネルのレーザー１１４からの光線と組み合わせ、かつ位相固定コントローラ１６９に対して組み合わされた光線３１３を提供する。
【００３５】
位相固定コントローラ１６９は、光周波数コムレーザー１６２によって発生される光線の組に対して、レーザー１１２から１１４の周波数を比較することができる。その後、位相固定コントローラ１６９は、それぞれレーザー１１２から１１４に対して制御信号３２１から３２３を送ることによって、光周波数コムの個別のティースに対してレーザー１１２から１１４を調整することができる。例えば、位相固定コントローラ１６９は、光周波数コムの上のトゥース（ａ  ｔｏｏｔｈ）を選択し、かつその後、光周波数コムの選ばれたトゥースの周波数からの固定的かつ既知のオフセットに対してレーザー１１２の出力を調整する（典型的には、コムティースの間の空間の小さな断片）。位相固定コントローラ１６９は、各々のレーザーが望ましい周波数を作動させるまで、レーザー１１２から１１４の各々に対して類似の工程を実行する。これは、有利なことに、各々のレーザー１１２から１１４の波長の間の既知の差異を伴って、レーザー１１２から１１４を正確な波長に対して調整する。
【００３６】
また、上述されたように測定ユニット１１０を調整することによって、測定ユニット１１０によって測定される距離は、米国標準技術局（ＮＩＳＴ）などの標準に帰することができる。光周波数コムレーザー１６２からのコムのティースは、光周波数コムレーザー１６２のパルス繰り返し周波数によって分離され、かつレーザー１１２から１１４は光周波数コムのティースに対して精密に調整される。それ故、光周波数コムレーザー１６２のパルス繰り返し周波数を既知の周波数標準に結び付けることができる場合、その後、測定ユニット１１０から測定される距離は、標準に帰することができる。
【００３７】
校正の後、測定ユニット１１０は、目標に対する距離測定を実行することができる。図４は、例示的な実施形態における距離の測定を実行するように作動される測定ユニット１１０を図解している。第１の測定チャネルを見ると、レーザー１１２は光線４０１を分割器１１６へ送信し、それは、分割器１２０に光線４０１の一部分を提供する。分割器１２０は、今度は、光線４０１の一部分をコンバイナ１３０に提供し、かつ光線４０１の一部分を周波数シフター１２４に提供する。周波数シフター１２４は、既知の量（例えば、１７０ヘルツ）によって光線４０１の周波数をシフトし、第１の測定チャネルに対して局部発振器ビーム４１１を発生させる。その後、第１の測定チャネルに対する局部発振器ビーム４１１は、周波数シフター１２４からコンバイナ１２８へ移動する。
【００３８】
類似の工程が第２及び第３の測定チャネルに対しても行われる。第２の測定チャネルに対して、レーザー１１３は光線４０２を分割器１１７へ送信し、それは、分割器１２１に光線４０２の一部分を提供する。分割器１２１は、今度は、光線４０２の一部分をコンバイナ１３０に提供し、かつ光線４０２の一部分を周波数シフター１２５に提供する。周波数シフター１２５は、既知の量（周波数シフター１２４とは異なる）によって光線４０２の周波数をシフトし、第２の測定チャネルに対して局部発振器ビーム４１２を発生させる。その後、第２の測定チャネルに対する局部発振器ビーム４１２は、周波数シフター１２５からコンバイナ１２８へ移動する。第３の測定チャネルに対して、レーザー１１４は光線４０３を分割器１１８へ送信し、それは、分割器１２２に光線４０３の一部分を提供する。分割器１２２は、今度は、光線４０３の一部分をコンバイナ１３０に提供し、かつ光線４０３の一部分を周波数シフター１２６に提供する。周波数シフター１２６は、既知の量（周波数シフター１２４及び１２５とは異なる）によって光線４０３の周波数をシフトし、第３の測定チャネルに対して局部発振器ビーム４１３を発生させる。その後、第３の測定チャネルに対する局部発振器ビーム４１３は、周波数シフター１２６からコンバイナ１２８へ移動する。
【００３９】
測定チャネルに対する光線４０１から４０３は、コンバイナ１３０の範囲内において組み合わされ又は混ぜ合わされて、測定ユニット１１０に対してセンサビーム４２０を発生させる。分割器１３１は、センサビーム４２０を分割する。センサビーム４２０の一部分は、サーキュレーター１３２を通ってテレスコープ１３４へ移動し、かつセンサビーム４２０の一部分は参照チャネルのコンバイナ１５０へ移動する。その後、テレスコープ１３４は、センサビーム４２０を測定されている目標へ向かって集中させるために使用される。センサビーム４２０が目標から反射されるので、目標に反射された光は、センサビーム４２０と干渉し、結果として干渉ビーム１３６をもたらす。干渉ビーム１３６は、サーキュレーター１３２を通ってコンバイナ１３８に戻るように移動する。また、測定チャネルに対する局部発振器ビーム４１１から４１３は、コンバイナ１２８の範囲内で組み合わされ又は混ぜ合わされて、集合的な局所発振器ビーム４２２を発生させる。集合的な局部発振器ビーム４２２は、分割器１５２によって分割される。集合的な局部発振器ビーム４２２の一部分は、コンバイナ１３８へ移動し、かつ集合的な局部発振器ビーム４２２の一部分は、コンバイナ１５０へ移動する。
【００４０】
コンバイナ１３８は、干渉ビーム１３６及び集合的な局部発振器ビーム４２２を受信し、かつこれらのビームを組み合わせ又は混ぜ合わせて、合成波ビーム４３０を発生させる。その後、合成波ビーム４３０は、光検出装置１４０へ移動し、そこで、光検出装置１４０は、光を合成波ビーム４３０から電気信号へ変換させるように構成される。その後、光検出装置１４０は、シグナルプロセッサ１４４に対して電気信号を提供する。電気信号は、長い時間にわたり合成波ビーム４３０の多数試料を含む。
【００４１】
シグナルプロセッサ１４４は、光検出装置１４０から出力信号を受信し、かつ合成波ビーム４３０から合成波のラダーを識別するために、光検出装置１４０からの出力信号を処理することができる。合成波のラダーは、レーザー１１２から１１４の間の周波数の差異によって生成される。図５は、例示的な実施形態における合成波のラダーを図解している。第１の合成波は、レーザー１１２からの光線及びレーザー１１３からの光線の間の周波数の差異によって生成される。これらの２つの光線が組み合わされる場合、その組合わせは、ビート周波数において振動する波を生成し、それは、第１の合成波として言及される（図５の中において合成波１としてラベルが付けられている）。第１の合成波の周波数は、レーザー１１２からの光線及びレーザー１１３からの光線の間の周波数における差異となる。第２の合成波は、レーザー１１２からの光線及びレーザー１１４からの光線の間の周波数の差異によって生成される。これらの２つの光線が組み合わされる場合、その組合わせは、ビート周波数において振動する波を生成し、それは、第２の合成波として言及される（図５の中において合成波２としてラベルが付けられている）。第２の合成波の周波数は、レーザー１１２からの光線及びレーザー１１４からの光線の間の周波数における差異となる。さらに別の合成波は、レーザー１１２からの光線及びレーザー１１３からの光線の間の周波数の差異によって生成される。しかしながら、この合成波の周波数は、上述された第２の合成波の周波数と近いので、無視される。
【００４２】
図５の中の合成波のラダーは、２つの合成波を含む。しかしながら、より多くのレーザーが測定ユニット１１０に加えられる場合、その後、より多くの合成波がラダーに対して生成される。例えば、第４のＣＷレーザーが加えられる場合、その後、第３の合成波は、レーザー１１２からの光線及び第４のレーザーからの光線の間の周波数の差異によって生成される。第５のＣＷレーザーが加えられる場合、その後、第４の合成波は、レーザー１１２からの光線及び第５のレーザーからの光線の間の周波数の差異によって生成される。ラダーの中の合成波の数は、距離測定に対して望ましい精度、センサ１００と目標の間の距離などに応じる。
【００４３】
シグナルプロセッサ１４４は合成波の周波数を知っているので、シグナルプロセッサ１４４はまた、各々の合成波に対する波長を知っている。第１の合成波の波長は、λｓｙｎ１とラベルが付けられ、かつ第２の合成波の波長は、λｓｙｎ２とラベルが付けられる。合成波は、干渉ビームの情報（例えば、振幅及び位相）を搬送するので、合成波から距離測定を得るために、シグナルプロセッサ１４４は、干渉ビームの中の合成波の位相を決定する。しかしながら、測定ユニット１１０において、合成波のうちの１以上の周波数は、高過ぎて従来のシグナル処理では処理できない。合成波の位相を特定するために、シグナルプロセッサ１４４は、以下に説明されるように、各々の測定チャネルに対して生成されたヘテロダインの上の情報を処理する。
【００４４】
図６は、例示的な実施形態における測定チャネルに対して生成されるヘテロダインを図解している。干渉ビームは、レーザー１１２から１１４からの光線の組み合わせである。干渉ビームが局部発振器ビームと組み合わされる場合、第１の測定チャネルに対する局部発振器ビームは、第１の測定チャネルの光線と干渉し、非常に低いビート周波数において振動する第１のヘテロダインを生成する。第１のヘテロダイン（図６の中のヘテロダイン１）の周波数は、レーザー１１２からの光線及び第１の測定チャネルに対する局部発振器ビームの間の周波数における差異となる（図１の中において周波数シフター１２４によって決定されるように）。第１のヘテロダインは、第１の測定チャネルに関する干渉ビームの情報（例えば、振幅及び位相）を搬送する。第１のヘテロダインの周波数は、ＲＦスペクトラム（例えば、１７０ヘルツ）の中にあり、したがって、シグナルプロセッサ１４４は、第１のヘテロダインに対する光位相（θｈｅｔ１）を容易に抽出することができる。
【００４５】
類似のやり方において、第２の測定チャネルに対する局部発振器ビームは、第２の測定チャネルの光線と干渉し、非常に低いビート周波数において振動する第２のヘテロダインを生成する。第２のヘテロダイン（図６の中のヘテロダイン２）の周波数は、レーザー１１３からの光線及び第２の測定チャネルに対する局部発振器ビームの間の周波数における差異となる（図１の中において周波数シフター１２５によって決定されるように）。第２のヘテロダインは、第２の測定チャネルに関する干渉ビームの情報（例えば、振幅及び位相）を搬送する。シグナルプロセッサ１４４は、第２のヘテロダインに対する光位相（θｈｅｔ２）を抽出することができる。
【００４６】
第３の測定チャネルに対する局部発振器ビームは、第３の測定チャネルの光線と干渉し、非常に低いビート周波数において振動する第３のヘテロダインを生成する。第３のヘテロダイン（図６の中のヘテロダイン３）の周波数は、レーザー１１４からの光線及び第３の測定チャネルに対する局部発振器ビームの間の周波数における差異となる（図１の中において周波数シフター１２６によって決定されるように）。第３のヘテロダインは、第３の測定チャネルに関する干渉ビームの情報（例えば、振幅及び位相）を搬送する。シグナルプロセッサ１４４は、第３のヘテロダインに対する光位相（θｈｅｔ３）を抽出することができる。
【００４７】
測定チャネルのヘテロダインに対する光位相を決定した後に、シグナルプロセッサ１４４は、ヘテロダインから抽出された光位相に基づいて、合成波の位相を決定することができる。第１の合成波は、干渉ビームの範囲内において、レーザー１１２からの光線及びレーザー１１３からの光線の間の周波数の差異に基づいて生成される（図５を見よ）。シグナルプロセッサ１４４は、第１のヘテロダインの光位相及び第２のヘテロダインの光位相の間の差異に基づいて、第１の合成波に対する位相（θｓｙｎ１）を決定することができる。第２の合成波は、干渉ビームの範囲内において、レーザー１１２からの光線及びレーザー１１４からの光線の間の周波数の差異に基づいて生成される（図５を見よ）。シグナルプロセッサ１４４は、第１のヘテロダインの光位相及び第３のヘテロダインの光位相の間の差異に基づいて、第２の合成波に対する位相（θｓｙｎ２）を決定することができる。それ故、シグナルプロセッサ１４４は、ヘテロダインから抽出された光位相に基づいて、合成波の各々に対して位相を計算することができる。
【００４８】
この段階において、シグナルプロセッサ１４４は、第１の合成波に対する波長（λｓｙｎ１）及び位相（θｓｙｎ１）、並びに第２の合成波に対する波長（λｓｙｎ２）及び位相（θｓｙｎ２）を有する。合成波に対するこの情報を用いて、シグナルプロセッサ１４４は、目標までの距離を計算することができる。シグナルプロセッサ１４４は最初に、一番長い波長を有する合成波に対するデータを処理する（この実施例に対して、一番長い波長を有する合成波は第１の合成波であると想定する）。この実施形態において、センサ１００から目標までの距離は、一番長い波長の合成波の波長よりも短いと想定される。シグナルプロセッサ１４４は、距離を計算するために以下の方程式を使用する：すなわち、
Ｚ＝λ＊θ、ここで、Ｚは距離であり、λは波長であり（例えば、ｎｍ）、かつθは位相である（例えば、ラジアン又は周期）。
【００４９】
その後、シグナルプロセッサ１４４は、第１の合成波に対する波長（λｓｙｎ１）及び第１の合成波に対する位相（θｓｙｎ１）を乗じて、距離の値（Ｚ１）を得る。この距離の値は、第１の合成波の周期の中において目標がどこに位置付けられるかを表す。例えば、第１の合成波の波長が１メートルであり、かつ第１の合成波の位相が０．５周期である場合、その後、シグナルプロセッサ１４４は目標に対する距離を０．５メートルであると計算する。
【００５０】
次に、シグナルプロセッサ１４４は、ラダーの中の次のより短い合成波に対するデータを処理する（この実施例に対して、第２の合成波がラダーの中の次のものであると想定する）。シグナルプロセッサ１４４は、第１の合成波に対して計算された距離の値（Ｚ１）を、第２の合成波の波長（λｓｙｎ２）で割ることによって、第２の合成波の推定位相（θｅｓｔ）を計算する。推定位相（θｅｓｔ）は、整数の部分及び分数の部分の両方を有する。シグナルプロセッサ１４４は、第２の合成波に対して測定された位相（θｓｙｎ２）に対して、推定位相（θｅｓｔ）の整数部分を加えて、第２の合成波に対する全位相（θｓｙｎ２ｔｏｔａｌ）を得る。第２の合成波に対する全位相（θｓｙｎ２ｔｏｔａｌ）は、センサ１００及び目標の間の第２の合成波の上に生じる周期の数を表している。その後、シグナルプロセッサ１４４は、第２の合成波に対する全位相（θｓｙｎ２ｔｏｔａｌ）及び第２の合成波に対する波長（λｓｙｎ２）を乗じて、より正確な距離の値（Ｚ２）を計算する。
【００５１】
例えば、シグナルプロセッサ１４４がＺ１に対して０．５メートルの値を計算し、かつ第２の合成波の波長（λｓｙｎ２）が１０ｍｍであると想定する。その後、シグナルプロセッサ１４４は、０．５メートルを１０ｍｍで割って、第２の合成波の推定位相（θｅｓｔ）である５０という値をもたらす。その後、シグナルプロセッサ１４４は、第２の合成波に対して測定された位相（θｓｙｎ２）に対して、推定位相（θｅｓｔ）の整数部分を加える。この実施例に対して、第２の合成波に対して測定された位相（θｓｙｎ２）が、０．５７であると想定する。第２の合成波に対する全位相（θｓｙｎ２ｔｏｔａｌ）は、それ故、推定位相（θｅｓｔ）及び第２の合成波に対して測定された位相（θｓｙｎ２）の合計であり、それは５０．５７である。その後、シグナルプロセッサ１４４は、第２の合成波に対する波長（λｓｙｎ２）に第２の合成波に対する全位相（θｓｙｎ２ｔｏｔａｌ）を乗じて、距離の値（Ｚ２）を計算する。第２の合成波に対する波長（λｓｙｎ２）が１０ｍｍである場合、それで、第２の合成波に対する全位相（θｓｙｎ２ｔｏｔａｌ）及び波長（λｓｙｎ２）の積は、０．５０５７メートル（５０．５７＊１０ｍｍ）となる。この距離測定は、より長い波長に対する従来の距離測定よりも高い分解能を有し、従来のものは０．５メートルであった。
【００５２】
シグナルプロセッサ１４４は、距離の値（Ｚ）が望ましい精度を有するまで、次のより短い波長を有するラダーの中の各々の合成波に対して上述の処理を繰り返す。
【００５３】
シグナルプロセッサ１４４はまた、参照チャネルからのデータを処理し、任意の意図されない位相が周波数シフター１２４から１２６によってシステムの中に加えられているか否かを判定する。コンバイナ１３０からのセンサビーム４２０（図４を見よ）は、コンバイナ１５０へ移動する。コンバイナ１５０はまた、コンバイナ１２８からの集合的な局部発振器ビーム４２２を受信し（分割器１５２を通って）、かつこれらのビームを組み合わせ又は混ぜ合わせて、参照合成波ビーム４４０を発生させる。その後、参照合成波ビーム４４０は、光検出装置１４６へ移動する。光検出装置１４６は、参照合成波ビーム４４０からの光を感知し、かつ参照合成波ビーム４４０を表す電気信号を発生させる。その後、光検出装置１４６は、シグナルプロセッサ１４４に対して電気信号を提供する。
【００５４】
シグナルプロセッサ１４４は、光検出装置１４６からの電気信号を処理し、参照合成波ビーム４４０の中のヘテロダインを検出する（図４を見よ）。センサビーム４４０が局部発振器ビームと組み合わされる場合、第１の測定チャネルに対する局部発振器ビームは、センサビームの中のレーザー１１２からの光線と干渉し、参照チャネルの中にヘテロダインを生成し、それは第４のヘテロダインとして言及される。このヘテロダインの周波数は、レーザー１１２からの光線及び第１の測定チャネルに対する局部発振器ビームの間の周波数における差異となる（図１の中において周波数シフター１２４によって決定されるように）。シグナルプロセッサ１４４は、参照チャネルの第４のヘテロダインに対する光位相（θｈｅｔ４）を抽出することができる。
【００５５】
類似のやり方において、第２の測定チャネルに対する局部発振器ビームは、センサビームの中のレーザー１１３からの光線と干渉して、参照チャネルの中に別のヘテロダインを生成し、それは第５のヘテロダインとして言及される。このヘテロダインの周波数は、レーザー１１３からの光線及び第２の測定チャネルに対する局部発振器ビームの間の周波数における差異となる（図１の中において周波数シフター１２５によって決定されるように）。シグナルプロセッサ１４４は、参照チャネルの第５のヘテロダインに対する光位相（θｈｅｔ５）を抽出することができる。
【００５６】
第３の測定チャネルに対する局部発振器ビームは、センサビームの中のレーザー１１４の光線と干渉して、参照チャネルの中にさらに別のヘテロダインを生成し、それは第６のヘテロダインとして言及される。このヘテロダインの周波数は、レーザー１１４からの光線及び第３の測定チャネルに対する局部発振器ビームの間の周波数における差異となる（図１の中において周波数シフター１２６によって決定されるように）。シグナルプロセッサ１４４は、参照チャネルの第６のヘテロダインに対する光位相（θｈｅｔ６）を抽出することができる。
【００５７】
その後、シグナルプロセッサ１４４は、測定チャネルの中で計算されたヘテロダインを参照チャネルの中のヘテロダインと比較して、周波数シフター１２４から１２６によって任意の無関係な位相がシステムの中に導入されているか否かを判定する。例えば、シグナルプロセッサ１４４は、第１の測定チャネルの第１のヘテロダインの光位相（θｈｅｔ１）を、参照チャネルの第４のヘテロダインの光位相（θｈｅｔ４）と比較することができる。シグナルプロセッサ１４４は、第２の測定チャネルの第２のヘテロダインの光位相（θｈｅｔ２）を、参照チャネルの第５のヘテロダインの光位相（θｈｅｔ５）と比較することができる。シグナルプロセッサ１４４はまた、第３の測定チャネルの第３のヘテロダインの光位相（θｈｅｔ３）を、参照チャネルの第６のヘテロダインの光位相（θｈｅｔ６）と比較することができる。任意の矛盾が存在する場合、シグナルプロセッサ１４４は、測定チャネルの光位相から参照チャネルの光位相を減じて、測定チャネルの中のヘテロダインを修正する。
【００５８】
センサ１００を作動させるための工程は上述されたが、以下は、合成波の干渉分光法を使用して、目標２０４までの距離を測定するための例示的な方法を要約している。図７は、例示的な実施形態におけるレーザー測距センサ１００を作動させるための方法７００の流れ図である。方法７００は、図１のレーザー測距センサ１００に関して説明されるが、当業者は、本明細書の中において説明される方法は、示されていない他の装置又はシムテムによって実行され得ることを理解するだろう。本明細書の中において説明される方法のステップは、包括的なものではなく、かつ示されていない他のステップを含むことができる。ステップはまた、代替的な順序において実行されることができる。
【００５９】
上述されたように、方法７００は、合成波の干渉分光法を使用して、目標２０４までの距離を決定することができる。ステップ７０２は、第１の連続波（ＣＷ）レーザー、第２のＣＷレーザー、及び第３のＣＷレーザーからの光線を組み合わせることによってセンサビームを発生させることを含み、かつステップ７０４は、センサビームを目標２０４の上に集中させることを含む。目標２０４から反射した光は、センサビームと干渉し、結果として干渉ビームをもたらす。ステップ７０６は、ＣＷレーザーから分割された光線の周波数をシフトして、局部発振器ビームを発生させることを含む。ステップ７０８は、干渉ビーム及び局部発振器ビームを組み合わせて、合成波ビームを発生させることを含み、かつステップ７１０は、光検出装置を用いて合成波のビームを感知することを含む。ステップ７１２は、光検出装置からの出力を処理して、ＣＷレーザーからの光線及びそれと関連する局部発振器ビームの組み合わせによって生み出されるヘテロダインを検出することを含み、かつステップ７１４は、ヘテロダインの各々に対する光位相を決定することを含む。
【００６０】
図７の方法は、合成波ビームの中に存在する合成波からのデータを処理することによって、目標２０４までの距離を決定する。第１の合成波に対して、方法７００は、ＣＷレーザーのうちの最初の１つからの光線の周波数、及びＣＷレーザーのうちの２番目の１つからの光線の周波数の間の差異に基づいて、第１の合成波に対する合成波長を決定するステップ７１６を含む。方法７００はさらに、ヘテロダインの最初の１つの光位相、及びヘテロダインの２番目の１つの光位相の間の差異に基づいて、第１の合成波に対する合成位相を決定するステップ７１８を含む。
【００６１】
その後、ステップ７１６から７１８は、付加的な合成波に対して繰り返し行われる。例えば、第２の合成波に対して、ステップ７１６は、ＣＷレーザーのうちの最初の１つからの光線の周波数、及びＣＷレーザーのうちの３番目の１つからの光線の周波数の間の差異に基づいて、第２の合成波に対する合成波長を決定することを含む。ステップ７１８は、ヘテロダインの最初の１つの光位相、及びヘテロダインの３番目の１つの光位相の間の差異に基づいて、第２の合成波に対する合成位相を決定することを含む。付加的な合成波が合成波ビームの中に存在する場合、その後、ステップ７１６から７１８は、ｎ合成波に対して繰り返し行われ得る。
【００６２】
合成波に対するデータが決定された後、方法７００はさらに、合成波の合成波長及び合成位相に基づいて、目標までの距離を決定するステップ７２０を含む。
【００６３】
別の実施形態において、上述されたような複数のレーザー測距センサは、互いに連動して使用され、座標系の中で１以上の位置を決定する。例えば、図２の中の物体２０２は、大きな施設においてアセンブルされている部品であると想定しよう。上述されたような複数のレーザー測距センサは、施設の中の既知の場所において設置され、物体２０２の上の１以上の目標の場所又は位置を決定する。
【００６４】
図８は、例示的な実施形態における座標系の中で１以上の目標の位置を決定するためのシステム８００を図解している。図８の中のシステム８００は、三辺測量の概念を使用して、座標系の中で物体８１０の上の目標８１２の位置を決定する。例えば、物体８１０は、製造されている又はアセンブルされている航空機の部品を含む。目標８１２は、回帰反射型の目標を含む。
【００６５】
システム８００に対して３つのレーザー測距センサ８０１から８０３が設置され、目標８１２までの距離を測定する。当業者は、３つのレーザー測距センサ８０１から８０３が示されているが、他の実施形態においてより多くのレーザー測距センサが実装され得ることを理解するだろう。レーザー測距センサ８０１から８０３は、物体８１０が製造又はアセンブルされている施設の中の天井に近接して、又は物体８１０に対する見通しが可能な任意の他の場所に設置される。また、レーザー測距センサ８０１から８０３の位置は、物体８１０と関連する座標系の中で既知である。それ故、システム８００は、「屋内のＧＰＳ」システムと似ている。
【００６６】
システム８００はまた、レーザー測距センサ８０１から８０３と結合されているコントローラ８０６を含む。コントローラ８０６は、レーザー測距センサ８０１から８０３の各々から目標８１２までの距離測定値を受信するように構成される。これらの距離測定値に基づいて、コントローラ８０６は物体８１０と関連する座標系の中で物体８１２の位置又は場所を計算することができる。
【００６７】
図９は、例示的な実施形態における目標８１２の位置を決定するための方法９００を図解する流れ図である。方法９００は、図８のシステム８００に関して説明されるが、当業者は、本明細書の中において説明される方法は、示されていない他の装置又はシムテムによって実行され得ることを理解するだろう。本明細書の中において説明される方法のステップは、包括的なものではなく、かつ示されていない他のステップを含むことができる。ステップはまた、代替的な順序において実行されることができる。
【００６８】
ステップ９０２において、レーザー測距センサ８０１から８０３は、各々、センサビームを目標８１２の方向へ向けるように構成される。これを図解するために、図８は、目標８１２に向けてセンサビーム８２１を送信するレーザー測距センサ８０１、目標８１２に向けてセンサビーム８２２を送信するレーザー測距センサ８０２、及び目標８１２に向けてセンサビーム８２３を送信するレーザー測距センサ８０３を示している。各々のレーザー測距センサ８０１から８０３からのセンサビームは、レーザー測距センサ１００に対して上述されたようなセンサビームを表している。それ故、各々のセンサビーム８２１から８２３は、ＣＷレーザーからの複数の光線の混合である。この実施形態において、各々のセンサビーム８２１から８２３は、広いビーム拡がりを有する光錐である。この錐の幅は、望ましいように調整されることができるが、センサビーム８２１から８２３は、少なくとも、目標８１２の幅よりも大きいビーム拡がりを有するべきであるという想定がされている。このようにして、センサ８０１から８０３は、必ずしも、測定のために個別の目標に直接向けられる必要はない。センサ８０１から８０３からの光錐は、１以上の目標の方向に投射されることができ、かつ目標は光を反射して各々のセンサ８０１から８０３に対する干渉ビームを生成する。
【００６９】
例えば、センサビーム８２１がレーザー測距センサから目標８１２に向けて送信される場合、目標８１２から反射される光は、送信されているセンサビーム８２１と干渉する。反射光は、目標８１２が静止している場合、センサビーム８２１を作り上げている光の周波数と同じ周波数を有する。センサビーム８２１からの光が反射光と同位相（同じ周波数）を有する場合、その後、建設的干渉が生じる。センサビーム８２１からの光が反射光と同位相でない場合、その後、非建設的干渉が生じる。干渉の結果は、レーザー測距センサ８０１に対して「干渉」ビームとして言及される。類似の干渉ビームが、レーザー測距センサ８０２から８０３の各々に対して生成される。
【００７０】
付加的に、各々のレーザー測距センサ８０１から８０３は、上述されたように、それらに対応する干渉ビームと局部発信器ビームを組み合わせる（図９のステップ９０３を見よ）。各々のレーザー測距センサ８０１から８０３の範囲内の干渉ビーム及び局部発信器ビームの組み合わせは、合成波ビームを発生させる。それ故、各々のレーザー測距センサ８０１から８０３は、合成波を感知することができる（図９のステップ９０４を見よ）。
【００７１】
図９のステップ９０６において、各々のレーザー測距センサ８０１から８０３は、それらに対応する合成波ビームを処理して、目標８１２までの距離を測定するように構成される。目標８１２までの距離を測定するための例示的な工程は、図１から図７の中において詳細に説明された、合成波の干渉分光法を使用する。本実施形態において、レーザー測距センサ８０１から８０３は、各々、それらに対応する合成波ビームを感知する場合に、一連の光検出器を含む光検出装置を使用する。図１０は、例示的な実施形態におけるレーザー測距センサの光検出装置１０００を図解する。光検出装置１０００は、光検出器の配列１００４から成る。光検出器の配列１００４は、一組の光検出器の要素を含む。光検出器の要素は、増幅器又は集積回路を形成する他の関連する回路と接続される。光検出器の配列１００４は、ＣＭＯＳセンサ又は電荷結合素子（ＣＣＤ）センサなどの、デジタルカメラの中の構成要素である。
【００７２】
光検出装置１０００が作動の際にどのように使用されるかを示すために、レーザー測距センサ８０１からのセンサビーム８２１（また図８を見よ）が、目標８１２に向けて送信されているように示されている。上述されたように、レーザー測距センサ８０１は、目標８１２の幅よりも大きいビーム拡がりを有する光錐として、センサビーム８２１を放射する。目標８１２から反射される光は、送信されているセンサビーム８２１と干渉して、干渉ビーム１００８を形成する。図１０においてまた、レーザー測距センサ８０１の範囲内で発生される集合的な局部発信器ビーム１０１０が図解されている（集合的な局部発信器ビームを発生させることにおける説明に対して図４を見よ）。干渉ビーム１００８は、光コンバイナ１０１２の範囲内において、集合的な局部発信器ビーム１０１０と混ぜ合わされる。干渉ビーム１００８及び集合的な局部発信器ビーム１０１０の組み合わせは、本明細書の中において合成波ビームとして言及される。コンバイナ１０１２からの合成波ビーム１０１４は、光検出器の配列１００４の上に投射される。それ故、光検出器の配列１００４の中の個別の光検出器の要素は、配列の中のそれらの特定の画素位置において光を感知することができる。その後、光検出器の要素からの電気信号は、図１から図７の中において上述されたように、シグナルプロセッサへ移送される。
【００７３】
その後、シグナルプロセッサは、光検出器の配列１００４からの電気信号を処理して、目標８１２に対する１以上の距離測定値を計算する。作動において、１つの光検出器の要素は、目標８１２によって反射された光によってイルミネートされることが推定される。それ故、シグナルプロセッサは、光検出器の配列１００４の中の１つの画素に対する距離測定値を計算することを必要とするのみである。しかしながら、複数の光検出器の要素が目標８１２から反射される光によってイルミネートされる場合、その後、シグナルプロセッサはイルミネートされている光検出器の配列１００４の中の１以上の個別の画素に対して距離測定値を計算することができる。
【００７４】
類似の工程がレーザー測距センサ８０１から８０３（図８を見よ）の各々の中において実行され、それによって、各々のレーザー測距センサ８０１から８０３は、目標８１２までの距離測定値を測定する（図９のステップ９０６を見よ）。その後、コントローラ８０６は、レーザー測距センサ８０１から８０３の各々から距離測定値を受信する。コントローラ８０６は、距離測定値に基づいて、座標系の中で目標８１２の位置を計算することができる（図９のステップ９０８を見よ）。例えば、コントローラ８０６は、距離測定値に基づいて、物体８１０の座標系の中で目標８１２に対する３次元（３Ｄ）座標（例えば、デカルト座標系のｘ、ｙ、ｚ座標）を計算する。３（以上）の距離測定値を用いて、コントローラ８０６は、三辺測量を使用して、座標系の中で目標８１２の精密な位置（又は３Ｄ座標）を決定することができる。
【００７５】
レーザー測距センサ８０１から８０３は、広いビーム拡がりを伴ってセンサビームを放出しかつ光検出器の配列を使用するので、複数の目標が各々のレーザー測距センサ８０１から８０３によって測定され得る。レーザー測距センサ８０１から８０３のセンサビームによってイルミネートされる目標の各々は、光を反射して干渉ビームを形成する。それ故、目標の各々は、レーザー測距センサ８０１から８０３の光検出器の配列の中の種々の光検出器の要素をイルミネートする。その後、光検出器の配列の中の個別の光検出器の要素からの出力は、目標の各々までの距離を測定するために処理されることができる。その後、目標の各々の位置は、三辺測量を使用して決定されることができる。
【００７６】
本明細書はまた、以下の条項による構成も含む。
【００７７】
条項１
目標に対して連続波光のセンサビームを向けるように各々が構成される少なくとも３つのレーザー測距センサを備え、前記センサビームのビーム拡がりは、前記目標の幅よりも大きい幅を有し；
前記レーザー測距センサは、各々、前記目標によって反射されてかつ前記センサビームと干渉する光からもたらされる干渉ビームと、局部発振器ビームとを組み合わせて合成波ビームを発生させるように構成され；
前記レーザー測距センサは、各々、前記合成波ビームを感知し、かつ一連の光検出器からの出力に基づいて前記目標までの距離を測定するように構成される前記一連の光検出器を備える、光検出装置を含み；及び
前記レーザー測距センサの各々から距離測定値を受信し、かつ前記距離測定値に基づいて座標系の中で前記目標の位置を計算するように構成されるコントローラを備える、機構。
【００７８】
条項２
前記一連の光検出器は、デジタルカメラの中に構成要素を備える、条項１に記載の機構。
【００７９】
条項３
前記レーザー測距センサのうちの少なくとも１つは、
第１の光線を発生させるように構成される第１の連続波レーザー；
第２の光線を発生させるように構成される第２の連続波レーザー；
第３の光線を発生させるように構成される第３の連続波レーザー；
前記第１、第２、及び第３の光線を組み合わせて前記センサビームを発生させるように構成される第１の光コンバイナ；
前記センサビームを前記目標の上に集中させるように構成されるテレスコープを備え、前記目標からの反射光はセンサビームと干渉して干渉ビームをもたらし；
前記第１、第２、及び第３の光線の一部分を受信し、かつ前記第１、第２、及び第３の光線を周波数シフトして、第１、第２、及び第３の局部発振器ビームを発生させるように構成される周波数シフターユニット；
前記干渉ビーム、及び前記第１、第２、及び第３の局部発振器ビームを組み合わせて、前記合成波ビームを発生させるように構成される第２の光コンバイナ；
前記合成波ビームを感知して出力信号を発生させるように構成される、前記一連の光検出器を備える前記光検出装置；及び
前記第１の光線及び前記第１の局部発振器ビームの組み合わせによって生み出される第１のヘテロダインを検出し、前記第２の光線及び前記第２の局部発振器ビームの組み合わせによって生み出される第２のヘテロダインを検出し、前記第３の光線及び前記第３の局部発振器ビームの組み合わせによって生み出される第３のヘテロダインを検出し、かつ前記第１、第２、及び第３のヘテロダインの各々に対して光位相を決定するために、前記一連の光検出器からの前記出力信号を処理するように構成される、シグナルプロセッサを備え；
前記シグナルプロセッサは、前記第１の光線の第１の周波数及び前記第２の光線の第２の周波数の間の差異に基づいて第１の合成波に対する第１の合成波長を決定し、前記第１のヘテロダインの第１の光位相及び前記第２のヘテロダインの第２の光位相の間の差異に基づいて前記第１の合成波に対する第１の合成位相を決定し、かつ前記第１の合成波長及び前記第１の合成位相に基づいて前記目標までの距離を決定するように構成される、条項１に記載の機構。
【００８０】
条項４
前記シグナルプロセッサは、前記第１の光線の前記第１の周波数及び前記第３の光線の第３の周波数の間の差異に基づいて第２の合成波に対する第２の合成波長を決定し、前記第１のヘテロダインの前記第１の光位相及び前記第３のヘテロダインの第３の光位相の間の差異に基づいて前記第２の合成波に対する第２の合成位相を決定し、かつ前記第２の合成波長及び前記第２の合成位相にさらに基づいて前記目標までの前記距離を決定するように構成される、条項３に記載の機構。
【００８１】
条項５
前記シグナルプロセッサは、前記第１の合成波長及び前記第１の合成位相を乗じて、前記第１の合成波に対して前記目標までの第１の距離測定値を計算するように構成される、条項４に記載の機構。
【００８２】
条項６
前記シグナルプロセッサは、前記第１の合成波に対して計算された前記第１の距離測定値を、前記第２の合成波の前記第２の合成波長で割ることによって、前記第２の合成波の推定位相を計算し、前記第２の合成位相に対して前記推定位相の整数部分を加えて、前記第２の合成波に対する全位相を得て、かつ前記第２の合成波に対する前記全位相及び前記第２の合成波長を乗じて、前記第２の合成波に対して第２の距離測定値を計算するように構成される、条項５に記載の機構。
【００８３】
条項７
前記レーザー測距センサのうちの少なくとも１つはさらに：
光周波数コムを含む１組の光線を発生させるように構成される光周波数コムレーザー；
前記光周波数コムレーザーからの前記１組の光線と、前記第１、第２、第３の連続波レーザーからの前記第１、第２、第３の光線とを組み合わせるように構成される第３の光コンバイナ；及び
前記第１、第２、及び第３の光線の前記周波数を前記光周波数コムレーザーによって発生される前記光周波数コムと比較し、かつ前記第１、第２、及び第３の連続波レーザーからの前記第１、第２、及び第３の光線の前記周波数を、前記光周波数コムの種々のティースに対して調整するように構成される位相固定コントローラを備える、条項３に記載の機構。
【００８４】
条項８
前記光周波数コムの前記ティースは、前記光周波数コムレーザーのパルス繰り返し周波数によって分離され、
前記光周波数コムレーザーの前記パルス繰り返し周波数は、周波数標準に結び付けられる、条項７に記載の機構。
【００８５】
条項９
前記周波数標準は、米国標準技術局（ＮＩＳＴ）によって定義される、条項８に記載の機構。
【００８６】
条項１０
前記シグナルプロセッサは、前記一連の光検出器の中の個別の画素に対して距離測定値を計算するように構成される、条項３に記載の機構。
【００８７】
条項１１
座標系の中で目標の位置を測定する方法であって、前記方法は、
少なくとも３つのレーザー測距センサの各々から連続波光のセンサビームを前記目標に対して向けることを含み、前記センサビームのビーム拡がりは、前記目標の幅よりも大きい幅を有し、
前記レーザー測距センサの各々において、前記目標によって反射されてかつ前記センサビームと干渉する光からもたらされる干渉ビームと、局部発振器ビームとを組み合わせて、合成波ビームを発生させること；
前記レーザー測距センサの各々において、一連の光検出器を使用して前記合成波ビームを感知すること；
前記一連の光検出器からの出力に基づいて、前記レーザー測距センサの各々において前記目標までの距離を測定すること；及び
前記レーザー測距センサからの前記距離測定値に基づいて、前記座標系の中で前記目標の前記位置を計算することを含む、方法。
【００８８】
条項１２
前記合成波ビームを感知することは：
デジタルカメラの中の前記一連の光検出器を用いて、前記合成波ビームを感知することを含む、条項１１に記載の方法。
【００８９】
条項１３
前記センサビームを向け、干渉ビームを感知し、かつ前記レーザー測距センサのうちの少なくとも１つにおいて前記目標までの距離を測定するステップはさらに：
第１の連続波レーザー、第２の連続波レーザー、及び第３の連続波レーザーの各々において光線を発生させること；
前記第１、第２、及び第３の連続波レーザーから受信した前記光線を組み合わせて、前記センサビームを発生させること；
前記センサビームを前記目標の上に集中させることを含み、前記目標からの反射光は前記センサビームと干渉して前記干渉ビームをもたらし；
前記連続波レーザーから分割された前記光線の周波数をシフトして、局部発振器ビームを発生させること；
前記干渉ビーム、及び前記局部発振器ビームを組み合わせて前記合成波ビームを発生させること；
前記一連の光検出器を備える光検出装置を用いて前記合成波ビームを感知すること；
前記第１の連続波レーザーからの第１の光線及び第１の局部発振器ビームの組み合わせによって生み出される第１のヘテロダインを検出し、前記第２の連続波レーザーからの第２の光線及び第２の局部発振器ビームの組み合わせによって生み出される第２のヘテロダインを検出し、かつ前記第３の連続波レーザーからの第３の光線及び第３の局部発振器ビームの組み合わせによって生み出される第３のヘテロダインを検出するために、前記一連の光検出器からの出力を処理すること；
前記第１、第２、及び第３のヘテロダインの各々に対して光位相を決定すること；
前記第１の光線の第１の周波数及び前記第２の光線の第２の周波数の間の差異に基づいて、第１の合成波に対する第１の合成波長を決定すること；及び
前記第１のヘテロダインの第１の光位相及び前記第２のヘテロダインの第２の光位相の間の差異に基づいて、前記第１の合成波に対する第１の合成位相を決定すること；及び
前記第１の合成波長及び前記第１の合成位相に基づいて、前記目標までの前記距離を決定することを含む、条項１１に記載の方法。
【００９０】
条項１４
前記第１の光線の前記第１の周波数及び前記第３の光線の第３の周波数の間の差異に基づいて、第２の合成波に対する第２の合成波長を決定すること；
前記第１のヘテロダインの前記第１の光位相及び前記第３のヘテロダインの第３の光位相の間の差異に基づいて、前記第２の合成波に対する第２の合成位相を決定すること；及び
前記第２の合成波長及び前記第２の合成位相にさらに基づいて、前記目標までの前記距離を決定することをさらに含む、条項１３に記載の方法。
【００９１】
条項１５
前記第１の合成波長及び前記第１の合成位相を乗じて、前記第１の合成波に対して前記目標までの第１の距離測定値を計算することを含む、条項１４に記載の方法。
【００９２】
条項１６
前記第１の合成波に対して計算された前記第１の距離測定値を、前記第２の合成波の前記第２の合成波長で割ることによって、前記第２の合成波の推定位相を計算すること；
前記第２の合成位相に対して前記推定位相の整数部分を加えて、前記第２の合成波に対する全位相を得ること；及び
前記第２の合成波に対する前記全位相及び前記第２の合成波長を乗じて、前記第２の合成波に対する第２の距離測定値を計算することをさらに含む、条項１５に記載の方法。
【００９３】
条項１７
光周波数コムレーザーを用いて光周波数コムを含む１組の光線を発生させること；
前記光周波数コムレーザーからの前記１組の光線と、前記第１、第２、第３の連続波レーザーからの前記第１、第２、第３の光線とを組み合わせること；
前記第１、第２、及び第３の光線の周波数を、前記光周波数コムレーザーによって発生される前記光周波数コムと比較すること；及び
前記第１、第２、及び第３の連続波レーザーからの前記第１、第２、及び第３の光線の前記周波数を、前記光周波数コムの種々のティースに対して調整することをさらに含む、条項１３に記載の方法。
【００９４】
条項１８
前記光周波数コムの前記ティースは、前記光周波数コムレーザーのパルス繰り返し周波数によって分離され；かつ
前記光周波数コムレーザーの前記パルス繰り返し周波数は、周波数標準に結び付けられる、条項１７に記載の方法。
【００９５】
条項１９
前記周波数標準は、米国標準技術局（ＮＩＳＴ）によって定義される、条項１８に記載の方法。
【００９６】
条項２０
少なくとも３つのレーザー測距センサを備え、各々のレーザー測距センサは：
センサビームを目標に向けて投射し、前記センサビームは少なくとも３つの連続波レーザーからの光線の組み合わせを含み；
前記目標によって反射されてかつ前記センサビームと干渉する光からもたらされる干渉ビームと、局部発振器ビームとを組み合わせて、合成波ビームを発生させ；
一連の光検出器を使用して、前記合成波ビームを感知し；かつ
干渉分光法を使用して前記合成波ビームを処理して、前記目標までの距離を測定するように構成され；及び
前記レーザー測距センサの各々から距離測定値を受信し、かつ前記距離測定値に基づいて座標系の中で前記目標の位置を計算するように構成されるコントローラを備える、機構。
【００９７】
図面の中において示され又は本明細書の中において説明される任意の様々な要素は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの何らかの組み合わせとして、実装される。例えば、要素は、専用のハードウェアとして実装される。専用のハードウェア要素は、「プロセッサ」、「コントローラ」、又は何らかの類似の専門用語として言及され得る。プロセッサによって提供される場合、機能は、単一の専用プロセッサによって、単一の共用プロセッサによって、又はそれらのいくつかは共用にされる複数の個別のプロセッサによって、提供される。さらに、用語「プロセッサ」又は「コントローラ」という用語の明確な使用は、ソフトウェアを実行することができるハードウェアに対する排他的な言及であると解釈されるべきではなく、かつ非限定的に、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、ネットワークプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）若しくは他の電気回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ソフトウェアを格納するリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、不揮発性記憶装置、論理回路、又は何らかの他の物理ハードウェア構成要素又はモジュールを、暗に含む。
【００９８】
また、要素は、その要素の機能を実行するプロセッサ又はコンピュータによって実行可能な指示命令として実装され得る。指示命令のいくつかの実施例は、ソフトウェア、プログラムコード、及びファームウェアである。プロセッサによって実行される場合、指示命令は使用可能であり、プロセッサに要素の機能を実行させる。指示命令は、プロセッサによって可読な記憶装置の上に格納される。記憶装置のいくつかの実施例は、デジタル又は半導体式のメモリ、磁気ディスク及び磁気テープなどの磁気記憶媒体、ハードドライブ、又は光学的に可読なデジタルデータ記憶媒体である。
【００９９】
具体的な実施形態が本明細書の中において説明されたが、本発明の範囲は、それらの具体的な実施形態に限定されるものではない。むしろ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲及びそれらの任意の等価物によって画定される。
【符号の説明】
【０１００】
１００  センサ
１１０  測定ユニット
１１２  レーザー
１１３  レーザー
１１４  レーザー
１１６  分割器
１１７  分割器
１１８  分割器
１２０  分割器
１２１  分割器
１２２  分割器
１２４  周波数シフター
１２５  周波数シフター
１２６  周波数シフター
１２８  コンバイナ
１３０  コンバイナ
１３１  分割器
１３２  サーキュレーター
１３４  テレスコープ
１３６  干渉ビーム
１３８  コンバイナ
１４０  光検出装置
１４４  シグナルプロセッサ
１４６  光検出装置
１５０  コンバイナ
１６０  校正ユニット
１６２  光周波数コムレーザー
１６４  分割器
１６６  コンバイナ
１６７  コンバイナ
１６８  コンバイナ
１６９  位相固定コントローラ
２０２  物体
２０４  目標
３０１  光線
３０２  光線
３０３  光線
３０６  光線
３１１  光線
３１２  光線
３１３  光線
３２１  制御信号
３２２  制御信号
３２３  制御信号
４０１  光線
４０２  光線
４０３  光線
４１１  局部発振器ビーム
４１２  局部発振器ビーム
４１３  局部発振器ビーム
４２０  センサビーム
４２２  集合的な局部発振器ビーム
４３０  合成波ビーム
４４０  参照合成波ビーム
７００  方法
７０２  ステップ
７０４  ステップ
７０６  ステップ
７０８  ステップ
７１０  ステップ
７１２  ステップ
７１４  ステップ
７１６  ステップ
７１８  ステップ
７２０  ステップ
８００  システム
８０１  レーザー測距センサ
８０２  レーザー測距センサ
８０３  レーザー測距センサ
８０６  コントローラ
８１０  物体
８１２  目標
８２１  センサビーム
８２２  センサビーム
８２３  センサビーム
９００  方法
９０２  ステップ
９０３  ステップ
９０４  ステップ
９０６  ステップ
９０８  ステップ
１０００  光検出装置
１００４  光検出器の配列
１００８  干渉ビーム
１０１０  局部発振器ビーム
１０１２  コンバイナ
１０１４  合成波ビーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2015094761.tif 000011
【図１０】
2015094761.tif 000012
【外国語明細書】
2015094761000001.pdf
2015094761000002.pdf
2015094761000003.pdf
2015094761000004.pdf