(57)【要約】ＬＩＤＡＲシステムは、複数の第１のエミッタを含む第１の光学伝送器を含み、第１のエミッタのそれぞれは、標的範囲においてＦＯＶを伴う光ビームを発生させるように位置付けられる。第２の光学伝送器は、複数の第２のエミッタを含み、第２のエミッタのそれぞれは、標的範囲においてＦＯＶを伴う光ビームを発生させるように位置付けられる。第１および第２の光学伝送器は、光ビームの少なくとも一部のＦＯＶが標的範囲において重複するように位置付けられる。コントローラは、標的範囲において重複するＦＯＶを伴う光ビームを発生させる複数の第１のエミッタおよび複数の第２のエミッタのうちの選択されたものを通電させることを制御する制御信号を発生させ、複数の光学検出器のうちの選択されたものをアクティブ化し、標的範囲において物体から反射される光ビームを検出する制御信号を発生させる。
2021532368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モジュール式光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システムであって、
ａ）複数の第１のエミッタを備える第１の光学伝送機であって、前記複数の第１のエミッタはそれぞれ、通電されたときに、標的範囲に視野（ＦＯＶ）を伴う光ビームを発生させるように位置付けられる、第１の光学伝送機と、
ｂ）複数の第２のエミッタを備える第２の光学伝送機であって、前記複数の第２のエミッタはそれぞれ、通電されたときに、前記標的範囲に視野を伴う光ビームを発生させるように位置付けられ、前記第１および第２の光学伝送機は、通電されたときに前記第１および第２の光学伝送機によって発生される前記光ビームのうちの少なくともいくつかの視野が、前記標的範囲において重複するように、相互に対して位置付けられる、第２の光学伝送機と、
ｃ）複数の光学検出器を備える光学受信機であって、前記複数の光学検出器のうちの個別のものは、前記第１および第２の光学伝送機のうちの少なくとも１つによって発生され、前記標的範囲における前記視野内の標的によって反射される個別の光ビームを検出するように位置付けられる、光学受信機と、
ｄ）前記第１および第２の光学伝送機の個別の制御入力に接続されている第１および第２の出力と、前記光学受信機の制御入力に接続されている第３の出力とを備えるコントローラであって、前記コントローラは、前記標的範囲において重複する前記視野を伴う光ビームを発生させる前記複数の第１のエミッタおよび複数の第２のエミッタのうちの選択されたものを通電させることを制御する制御信号を前記第１および第２の出力において発生させ、前記複数の光学検出器のうちの選択されたものをアクティブ化し、前記標的範囲における物体から反射される光ビームを検出する制御信号を前記第３の出力において発生させる、コントローラと
を備える、モジュール式光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システム。
【請求項２】
前記コントローラは、前記第１および第２の伝送機のうちの１つのみが、前記標的範囲における前記物体から反射されたときに、特定の光検出および測距測定の間に前記複数の光学検出器のうちの１つによって検出される光ビームを発生させるように、前記標的範囲において重複する前記視野を伴う光ビームを発生させる前記複数の第１のエミッタおよび複数の第２のエミッタのうちの選択されたものを通電させることを制御する、請求項１に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項３】
前記コントローラは、前記標的範囲において重複する視野を伴う光ビームに起因するクロストークが低減されるように、前記標的範囲において重複する視野を伴う光ビームを発生させる前記複数の第１のエミッタおよび複数の第２のエミッタのうちの選択されたものを通電させることを制御する、請求項１に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項４】
前記コントローラは、前記標的範囲において重複する視野を伴う光ビームに起因するクロストークが最小限にされるように、前記標的範囲において重複する視野を伴う光ビームを発生させる前記複数の第１のエミッタおよび複数の第２のエミッタのうちの選択されたものを通電させることを制御する、請求項１に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記標的範囲における開口内の屈折力が、事前決定された量未満であるように、前記標的範囲において重複する視野を伴う光ビームを発生させる前記複数の第１のエミッタおよび複数の第２のエミッタのうちの選択されたものを通電させることを制御する制御信号を前記第１および第２の出力において発生させる、請求項１に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項６】
前記事前決定された量は、最大許容露光量（ＭＰＥ）未満である、請求項５に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項７】
ａ）複数の光学検出器を備える第２の光学受信機であって、前記第２の光学受信機内の前記複数の光学検出器のうちの個別のものは、前記第１および第２の光学伝送機のうちの少なくとも１つによって発生され、前記標的範囲における前記視野内の前記標的によって反射される個別の光ビームを検出するように位置付けられる、第２の光学受信機と、
ｂ）前記第２の光学受信機の制御入力に接続されている第４の出力をさらに備える前記コントローラであって、前記コントローラは、前記第２の光学受信機内の前記複数の光学検出器のうちの選択されたものをアクティブ化し、前記標的範囲における前記物体から反射される光ビームを検出する制御信号を前記第４の出力において発生させる、前記コントローラと
をさらに備え、
前記コントローラは、前記第１の光学受信機内の前記複数の光学検出器または前記第２の光学受信機内の前記複数の光学検出器のいずれかのうちの選択されたもののみが、一度に前記標的範囲における前記物体から反射される光ビームを検出するように、制御信号を前記第３および第４の出力において発生させる、
請求項１に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項８】
前記第１および第２の光学伝送機は、単一のエンクロージャ内に収納される、請求項１に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項９】
前記第１および第２の光学伝送機は、物理的に別個のエンクロージャ内に収納される、請求項１に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項１０】
前記光学受信機は、前記第１および第２の光学伝送機を収納するエンクロージャから物理的に分離しているエンクロージャ内に収納される、請求項１に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項１１】
前記第１および第２の光学伝送機ならびに前記光学受信機のうちの少なくとも１つは、同一のエンクロージャ内に収納される、請求項１に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項１２】
前記第１および第２の光学伝送機、前記光学受信機、ならびに前記コントローラのうちの少なくとも１つは、同一のエンクロージャ内に収納される、請求項１に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項１３】
前記光学受信機内の前記複数の光学検出器は、２次元アレイを備える、請求項１に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項１４】
前記第１の光学伝送機内の前記複数の第１のエミッタは、エミッタの２次元アレイを備える、請求項１に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項１５】
前記エミッタの２次元アレイは、エミッタのマトリクスアドレス指定可能アレイを備える、請求項１４に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項１６】
前記第１の光学伝送機内の前記複数の第１のエミッタは、エミッタの第１および第２の２次元アレイを備える、請求項１に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項１７】
前記エミッタの第１および第２の２次元アレイは、交互配置された視野を伴う光ビームを発生させる、請求項１６に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項１８】
前記第１の光学伝送機内の前記複数の第１のエミッタは、ＶＣＳＥＬアレイを備える、請求項１に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項１９】
前記複数の第１のエミッタは、第１の波長における光ビームを発生させ、前記複数の第２のエミッタは、第２の波長における光ビームを発生させる、請求項１に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項２０】
前記複数の第１のエミッタのうちの少なくとも２つは、異なる波長における光ビームを発生させる、請求項１に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項２１】
前記コントローラは、前記第１および第２の光学伝送機の相対位置に基づいて、前記複数の第１のエミッタおよび複数の第２のエミッタのうちの選択されたものを通電させることを制御する前記制御信号を前記第１および第２の出力において発生させる、請求項１に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項２２】
前記コントローラは、前記複数の第１のエミッタおよび複数の第２のエミッタのうちの選択されたものを通電させることを制御する制御信号を前記第１、第２、および第３の出力において発生させ、前記第１の光学伝送機、前記第２の光学伝送機、および前記光学受信機の相対位置に基づいて、前記複数の光学検出器のうちの選択されたもののアクティブ化を制御する、請求項１に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項２３】
モジュール式光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システムであって、
ａ）第１の光学伝送機であって、前記第１の光学伝送機は、通電されたときに、標的範囲に交互配置された視野を伴う光ビームの第１および第２のアレイを発生させるエミッタの第１および第２の２次元アレイを備える、第１の光学伝送機と、
ｂ）第２の光学伝送機であって、前記第２の光学伝送機は、通電されたときに、前記標的範囲に交互配置された視野を伴う光ビームの第１および第２のアレイを発生させるエミッタの第１および第２の２次元アレイを備え、前記第１および第２の光学伝送機は、通電されたときに前記第１の光学伝送機によって発生される前記光ビームの第１および第２のアレイ内の前記光ビームのうちの少なくともいくつか、および通電されたときに前記第２の光学伝送機によって発生される前記光ビームの第１および第２のアレイ内の前記光ビームのうちの少なくともいくつかが、前記標的範囲において重複するように、位置付けられる、第２の光学伝送機と、
ｃ）複数の光学検出器を備える光学受信機であって、前記複数の光学検出器のうちの個別のものは、前記第１および第２の光学伝送機のうちの少なくとも１つによって発生され、前記標的範囲における前記視野内の標的によって反射される個別の光ビームを検出するように位置付けられる、光学受信機と、
ｄ）コントローラであって、前記コントローラは、前記第１および第２の光学伝送機の個別の制御入力に接続されている第１および第２の出力と、前記光学受信機の制御入力に接続されている第３の出力とを備え、前記コントローラは、通電されたときに、前記標的範囲に交互配置された視野を伴う前記光ビームの第１および第２のアレイを発生させる前記第１および第２の光学伝送機の両方の中の前記エミッタの第１および第２の２次元アレイ内の前記エミッタのうちの選択されたものを通電させることを制御する制御信号を前記第１および第２の出力において発生させ、前記複数の光学検出器のうちの選択されたものをアクティブ化し、前記標的範囲における物体から反射される光ビームを検出する制御信号を前記第３の出力において発生させる、コントローラと
を備える、モジュール式光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システム。
【請求項２４】
前記第１および第２の光学伝送機のうちの少なくとも１つの前記第１および第２のアレイの相対位置は、前記モジュール式光検出および測距システムの所望の角分解能を提供するように選択される、請求項２３に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項２５】
前記エミッタの第１の２次元アレイの波長は、前記第１および第２の光学伝送機のうちの少なくとも１つの中の前記エミッタの第２の２次元アレイの波長と異なる、請求項２３に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項２６】
前記コントローラは、前記第１および第２の伝送機のうちの１つのみが、前記標的範囲における前記物体から反射されたときに、特定の光検出および測距測定の間に前記複数の光学検出器のうちの１つによって検出される光ビームを発生させるように、通電されたときに、前記標的範囲に交互配置された視野を伴う前記光ビームの第１および第２のアレイを発生させる前記第１および第２の光学伝送機の両方の中の前記エミッタの第１および第２の２次元アレイ内の前記エミッタのうちの選択されたものを通電させることを制御する、請求項２３に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項２７】
前記コントローラは、前記標的範囲において重複する視野を伴う光ビームに起因するクロストークが低減されるように、通電されたときに、前記標的範囲に交互配置された視野を伴う前記光ビームの第１および第２のアレイを発生させる前記第１および第２の光学伝送機の両方の中の前記エミッタの第１および第２の２次元アレイ内の前記エミッタのうちの選択されたものを通電させることを制御する、請求項２３に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項２８】
前記コントローラは、前記標的範囲において重複する視野を伴う光ビームに起因するクロストークが最小限にされるように、通電されたときに、前記標的範囲に交互配置された視野を伴う前記光ビームの第１および第２のアレイを発生させる前記第１および第２の光学伝送機の両方の中の前記エミッタの第１および第２の２次元アレイ内の前記エミッタのうちの選択されたものを通電させることを制御する、請求項２３に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項２９】
前記コントローラは、前記標的範囲における開口内の屈折力が、事前決定された量未満であるように、通電されたときに、前記標的範囲に交互配置された視野を伴う前記光ビームの第１および第２のアレイを発生させる前記第１および第２の光学伝送機の両方の中の前記エミッタの第１および第２の２次元アレイ内の前記エミッタのうちの選択されたものを通電させることを制御する、請求項２３に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項３０】
前記事前決定された量は、最大許容露光量（ＭＰＥ）未満である、請求項２９に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項３１】
ａ）複数の光学検出器を備える第２の光学受信機であって、前記複数の光学検出器のうちの個別のものは、前記第１および第２の光学伝送機のうちの少なくとも１つによって発生され、前記標的範囲における前記視野内の前記標的によって反射される個別の光ビームを検出するように位置付けられる、第２の光学受信機と、
ｂ）前記第２の光学受信機の制御入力に接続されている第４の出力をさらに備える前記コントローラであって、前記コントローラは、前記第２の光学受信機内の前記複数の光学検出器のうちの選択されたものをアクティブ化し、前記標的範囲における前記物体から反射される光ビームを検出する、制御信号を前記第４の出力において発生させる、前記コントローラと
をさらに備え、
前記コントローラは、前記第１の光学受信機内の前記複数の光学検出器または前記第２の光学受信機内の前記複数の光学検出器のいずれかのうちの選択されたもののみが、一度に前記標的範囲における前記物体から反射される光ビームを検出するように、制御信号を前記第３および第４の出力において発生させる、
請求項２３に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項３２】
前記第１および第２の光学伝送機は、単一のエンクロージャ内に収納される、請求項２３に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項３３】
前記第１および第２の光学伝送機は、物理的に別個のエンクロージャ内に収納される、請求項２３に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項３４】
前記光学受信機は、前記第１および第２の光学伝送機を収納するエンクロージャから物理的に分離しているエンクロージャ内に収納される、請求項２３に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項３５】
前記第１および第２の光学伝送機ならびに前記光学受信機のうちの少なくとも１つは、同一のエンクロージャ内に収納される、請求項２３に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項３６】
前記第１および第２の光学伝送機、前記光学受信機、ならびに前記コントローラのうちの少なくとも１つは、同一のエンクロージャ内に収納される、請求項２３に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項３７】
前記光学受信機内の前記複数の光学検出器は、２次元アレイを備える、請求項２３に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項３８】
前記第１および第２の光学伝送機のうちの少なくとも１つの前記第１および第２の２次元アレイのうちの少なくとも１つは、ＶＣＳＥＬアレイを備える、請求項２３に記載のモジュール式光検出および測距システム。
【請求項３９】
モジュール式光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）の方法であって、前記方法は、
ａ）第１の伝送機内の複数の第１のエミッタを用いて、通電されたときに、標的範囲に視野（ＦＯＶ）を有する複数の光ビームを発生させることと、
ｂ）第２の伝送機内の複数の第２のエミッタを用いて、通電されたときに、前記標的範囲に視野を有する複数の光ビームを発生させることと、
ｃ）通電されたときに、前記第１および第２の光学伝送機によって発生される前記光ビームのうちの少なくともいくつかの視野が、前記標的範囲において重複するように、相互に対して前記第１および第２の光学伝送機を位置付けることと、
ｄ）複数の光学検出器のうちの個別のものが、前記標的範囲における前記視野内の標的によって反射される前記第１および第２の光学伝送機のうちの少なくとも１つによって発生される個別の光ビームを検出するように、複数の光学検出器を位置付けることと、
ｅ）前記標的範囲において重複する視野を伴う光ビームを発生させる前記複数の第１のエミッタおよび複数の第２のエミッタのうちの選択されたものを通電させ、前記複数の光学検出器のうちの選択されたものをアクティブ化し、前記標的範囲における物体から反射される光ビームを検出することと
を含む、方法。
【請求項４０】
前記第１および第２の伝送機のうちの１つのみが、前記標的範囲における前記物体から反射されたときに、特定の光検出および測距測定の間に前記複数の光学検出器のうちの１つによって検出される光ビームを発生させるように、前記標的範囲において重複する前記視野を伴う光ビームを発生させる前記複数の第１のエミッタおよび前記複数の第２のエミッタのうちの選択されたものを通電させることをさらに含む、請求項３９に記載のモジュール式ＬＩＤＡＲの方法。
【請求項４１】
前記標的範囲において重複する視野を伴う光ビームに起因するクロストークが、低減されるように、前記標的範囲において重複する視野を伴う光ビームを発生させる前記複数の第１のエミッタおよび複数の第２のエミッタのうちの選択されたものを通電させることをさらに含む、請求項３９に記載のモジュール式ＬＩＤＡＲの方法。
【請求項４２】
特定の眼に安全な測定開口内の屈折力が、事前決定された量未満であるように、前記標的範囲において重複する視野を伴う光ビームを発生させる前記複数の第１のエミッタおよび複数の第２のエミッタのうちの選択されたものを通電させることをさらに含む、請求項３９に記載のモジュール式ＬＩＤＡＲの方法。
【請求項４３】
前記第１のエミッタによって発生される前記複数の光ビームは、第１の波長を有し、前記第２のエミッタによって発生される前記複数の光ビームは、第２の波長を有する、請求項３９に記載のモジュール式ＬＩＤＡＲの方法。
【請求項４４】
前記複数の第１のエミッタのうちの少なくとも２つは、異なる波長における光ビームを発生させる、請求項３９に記載のモジュール式ＬＩＤＡＲの方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で使用される節の見出しは、組織する目的のためにすぎず、いかようにも本願に説明される主題を限定するものとして解釈されるべきではない。
（関連技術の相互参照）
【０００２】
本願は、２０１８年８月３日に出願され、「Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｍｏｄｕｌａｒ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  ＬＩＤＡＲ  Ｓｙｓｔｅｍ」と題された、同時係属米国仮特許出願第６２／７１４，４６３号の非仮出願である。米国特許出願第６２／７１４，４６３号の内容全体は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
自律、自動運転、および半自律自動車は、周辺の物体の検出および位置特定のためのレーダ、画像認識カメラ、およびソーナ等の異なるセンサおよび技術の組み合わせを使用する。これらのセンサは、衝突警告、自動緊急制動、車線逸脱警告、車線保持支援、適応クルーズ制御、および有人運転を含む、運転者の安全性の多数の改良を可能にする。これらのセンサ技術のうち、光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システムは、重要な役割を果たし、周辺環境のリアルタイム高分解能３Ｄマッピングを可能にする。
【０００４】
現在、自律走行車のために使用されている、市販のＬＩＤＡＲシステムの大部分は、環境を機械的に走査するある方法と組み合わせた、少数のレーザを利用する。例えば、いくつかの製造業者は、３６０°水平視野を提供するために、回転するモータ上に位置する伝送／受信光学系を伴う回転ＬＩＤＡＲシステムを提供する。レーザの１次元（１Ｄ）固定アレイが、垂直方向のために使用され、水平走査が、回転を通して遂行される。現在、市場における最大の１Ｄアレイは、１２８個のレーザを含有する。一部のベンダは、可動ミラーを利用し、ＦＯＶを走査する。例えば、ミラーは、ＭＥＭＳまたは検流計を使用して、作動されることができる。これらのシステムでは、多くの場合、１つまたは２つだけのレーザが、水平方向に１つ、垂直方向に１つである、２つのミラーと組み合わせて使用される。
【０００５】
機械的走査型ＬＩＤＡＲシステムでは、走査方法は、受信機および伝送機光学系に物理的制約を課す。例えば、回転モータ走査型ＬＩＤＡＲシステムでは、受信機は、典型的には、伝送機および受信機が動作の間に「同一のスポットに注目する」ことを可能にするために、同一のモータ上に伝送機とともに設置される。同様に、走査ミラーデバイス内の受信機は、多くの場合、標的から反射される光が、共有ミラー光学系を通して戻るように進行し、受信機に到達するように、伝送機と同一の可動ミラーを利用するように位置付けられる。これらの物理的制約は、ＬＩＤＡＲシステムのサイズおよび個々のコンポーネントのサイズならびに場所に制限を課し得る。加えて、これらの物理的制約は、測定範囲およびＳＮＲ／クロストークのような性能特徴に影響を及ぼす。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
可動部品を伴う公知のＬＩＤＡＲシステムは、信頼性の問題を起こしやすいことを含む、多くの理由により、問題である。本教示の一側面は、視野を走査するための可動部品を要求しないソリッドステートＬＩＤＡＲシステムが、より少ない物理的制約を伴って設計され得、性能の改良および自律走行車内のＬＩＤＡＲシステムの統合の融通性の増加の両方を可能にするという認識である。加えて、実質的により多くのレーザを伴うソリッドステートシステムは、走査パターンにいずれの機械的制約も伴わずに視野を無作為に走査する能力等の機械的走査では達成可能ではない、動作モードを可能にする。
【０００７】
多くの理由により、ＬＩＤＡＲシステムは、概して、測定要件をサポートするために、複数の別個のユニットを要求する。これらの理由は、例えば、サイズ限界、搭載制限、測定要件、他のシステムとの統合、および他の多くの理由を含む。したがって、モジュール式であり、容易に分散される、ＬＩＤＡＲシステムが、必要とされる。
【０００８】
本教示は、各レーザが、単一の固定投影角に対応し得る、複数のレーザを伴う、可動部品を含有しないソリッドステートＬＩＤＡＲシステムに関する。ソリッドステートレーザの使用は、それ自体では、ＭＥＭＳデバイスが、多くの場合、ソリッドステートと称されるため、可動部品が存在しないことを意味しない。しかしながら、ＬＩＤＡＲシステム内のＭＥＭＳデバイスは、典型的には、信頼性およびデバイス寿命の懸念であり得る、物理的運動を組み込む。本教示によるＬＩＤＡＲシステムの１つの特徴は、モジュール式分散型システム設計が、ソリッドステートレーザアレイを使用するそれらのシステムおよび／またはＭＥＭＳデバイスを伴わないシステムを含む、全てのソリッドステートシステムと互換性があることである。これは、物理的運動がないシステムを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
好ましい例示的実施形態による、本教示は、そのさらなる利点とともに、付随する図面と併せて解釈される、以下の詳細な説明により具体的に説明される。当業者は、下記に説明される図面が例証目的のためにすぎないことを理解するであろう。図面は、必ずしも一定の縮尺ではなく、代わりに、概して、本教示の原理を図示することが強調されている。図面は、いかようにも本出願者の教示の範囲を限定することを意図していない。
【００１０】
【図１】図１は、車両に実装されるＬＩＤＡＲシステムの動作を図示する。
【００１１】
【図２】図２は、複数のタイプの公知のセンサを利用する、自律走行車のための分散型センサシステムを図示する。
【００１２】
【図３】図３は、自動車のための複数の２次元視野および範囲を伴うマルチセンサＬＩＤＡＲシステムを表す、概略図を図示する。
【００１３】
【図４】図４は、車両のための公知の回転ＬＩＤＡＲシステムの概略図を図示する。
【００１４】
【図５】図５は、複数の公知の回転ＬＩＤＡＲシステムを装備する自律走行車を図示する。
【００１５】
【図６】図６は、複数の可動部品を伴う公知のＬＩＤＡＲシステムを図示する。
【００１６】
【図７Ａ】図７Ａは、ソリッドステートＬＩＤＡＲシステムの概略図を図示する。
【００１７】
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７ＡのＬＩＤＡＲシステムのシステム視野（ＦＯＶ）の２次元投影を図示する。
【００１８】
【図８Ａ】図８Ａは、視野を照明する単一の２Ｄレーザアレイ源を用いた、本教示によるＬＩＤＡＲシステムのための測定点群を図示する。
【００１９】
【図８Ｂ】図８Ｂは、視野を照明する２つの２Ｄレーザアレイ源を用いた、本教示によるＬＩＤＡＲシステムのための測定点群を図示する。
【００２０】
【図９】図９は、本教示のＬＩＤＡＲシステムで使用され得る、公知の底部発光ＶＣＳＥＬレーザの構造の断面の概略図を図示する。
【００２１】
【図１０】図１０は、本教示による、２５６個の別個のレーザエミッタを伴う２ＤモノリシックＶＣＳＥＬアレイの実施形態の概略図を図示する。
【００２２】
【図１１】図１１は、別個の伝送モジュールおよび受信モジュールを含む、本教示によるモジュール式ＬＩＤＡＲシステムの実施形態の概略図を図示する。
【００２３】
【図１２】図１２は、図１１のモジュール式ＬＩＤＡＲシステムによって発生される複合ＦＯＶの実施形態を図示する。
【００２４】
【図１３】図１３は、本教示のモジュール式ＬＩＤＡＲシステムの実施形態と統合された自律走行車を図示する。
【００２５】
【図１４】図１４は、合同伝送／受信モジュールを含む、本教示によるモジュール式ＬＩＤＡＲシステムの実施形態の概略図を図示する。
【００２６】
【図１５】図１５は、図１４のモジュール式ＬＩＤＡＲシステムによって発生される複合視野の実施形態を図示する。
【００２７】
【図１６】図１６は、自律走行車の中に統合される、本教示によるモジュール式ＬＩＤＡＲシステムの実施形態を図示する。
【００２８】
【図１７】図１７は、共同設置コントローラモジュールを伴う、本教示のモジュール式ＬＩＤＡＲシステムの実施形態の概略図を図示する。
【００２９】
【図１８】図１８は、図１７のモジュール式ＬＩＤＡＲシステムによって発生される複合視野の実施形態を図示する。
【００３０】
【図１９】図１９は、２つの別個の受信機と、２つの別個の伝送機とを含む、本教示によるモジュール式ＬＩＤＡＲシステムを備える、動作シナリオの実施形態を図示する。
【００３１】
【図２０】図２０は、本教示のコントローラの実施形態のブロック図を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本教示は、ここで、付随する図面に示されるような、その例示的実施形態を参照して、より詳細に説明されるであろう。本教示は、種々の実施形態および実施例と併せて説明されるが、本教示がそのような実施形態に限定されることは意図されない。対照的に、本教示は、当業者によって理解されるであろうように、種々の代替物、修正、および均等物を包含する。本明細書の教示へのアクセスを有する、当業者は、付加的実装、修正、および実施形態、ならびに本明細書に説明されるような本開示の範囲内に該当する他の使用分野を認識するであろう。
【００３３】
本明細書内の「一実施形態」または「ある実施形態」の言及は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が、本教示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書内の種々の場所における語句「一実施形態では」の表出は、必ずしも全て同一の実施形態を指しているわけではない。
【００３４】
本教示の方法の個々のステップは、本教示が動作可能なままである限り、任意の順序で、および／または同時に実施され得ることを理解されたい。さらに、本教示の装置および方法は、本教示が動作可能なままである限り、任意の数または全ての説明される実施形態を含み得ることを理解されたい。
【００３５】
図１は、車両に実装されるＬＩＤＡＲシステムの動作を図示する。ＬＩＤＡＲシステム１００は、標的場面に向かって光源によって発生される光ビーム１０２を投影する、照明器とも称されるレーザプロジェクタと、その標的場面内の人物１０６として示される物体から反射する光１０４を受光する、受信機とを含む。ＬＩＤＡＲシステムはまた、典型的には、反射光から物体１０６についての距離情報を算出する、コントローラおよび／またはシステムプロセッサと、所望の範囲および視野を横断する静的パターンであり得る、光の特定のパターンを走査もしくは提供し得る要素とを含む。受信機、コントローラ、およびシステムプロセッサは、受信された信号光を、ＬＩＤＡＲシステム範囲および視野内に入る周辺環境の点別３Ｄマップを表す測定に変換するために、使用される。種々の実施形態では、コントローラは、特定の用途および所望の性能に応じて、単純な電気回路であり得る、またはより複雑なプロセッサであり得る。
【００３６】
照明器および受信機を形成する、レーザ源および光ビーム投影システムは、車両１０８の前側に位置してもよい。レーザ源および光ビーム投影システムはまた、伝送機とも称され得る。人物１０６および／または車もしくは街灯等の別の物体が、源から受信機に戻るように反射される光を提供するであろう。コントローラまたはプロセッサが、次いで、物体までの範囲または距離を決定する。当技術分野で公知であるように、ＬＩＤＡＲ受信機が、光源から放射される光パルスの飛行時間測定に基づいて、範囲情報を計算する。加えて、特定の範囲と関連付けられる標的面内の場面を照明し、源およびプロジェクタシステムの特定の設計に基づく、ビームプロファイルについての既知の情報が、反射表面についての場所情報を決定するために使用され、それによって、場面の完全なＸ、Ｙ、Ｚまたは３次元像を生成する。換言すると、周辺環境の点別３次元（３Ｄ）マップは、源からの照明をＬＩＤＡＲシステムの視野内の受信機に反射する全ての表面からの位置情報を示す、測定データの集合を表す。このように、ＬＩＤＡＲシステムの視野内の物体の３Ｄ表現が、取得される。点別３Ｄデータマップはまた、測定点群とも称され得る。
【００３７】
図２は、複数のタイプの公知のセンサ２０４、２０６、２０８、２１０、２１２、２１４、２１６、２１８を利用する、自律走行車２０２のための分散型センサシステム２００を図示する。各センサ技術は、長所および短所を有する。異なるセンサ２０４、２０６、２０８、２１０、２１２、２１４、２１６、２１８から出力される測定の組み合わせが、場面からデータのセットを生成するために使用される。場面からの種々の測定を含む、分散型センサシステム２００からのデータセットは、ともに処理され、全ての条件下でエラーのない安全で確実なナビゲーションを可能にする。分散型センサシステム２００は、複数のカメラ２０４、２０６、２０８と、複数の超音波センサ２１０、２１２と、複数のレーダ２１４、２１６と、回転ＬＩＤＡＲシステム２１８と、コントローラ２２０とを含む。自律走行車２０２は、色を区別し得る、カメラ２０４、２０６、２０８を使用する。カメラ２０４、２０６、２０８はまた、交通信号灯、方向指示器、および測定されている場面からの他の放射光を見るために使用されてもよい。カメラ２０４、２０６、２０８はまた、小型物理的分離を搭載されることもでき、それらの画像は、立体画像を生成するために組み合わせられることができる。超音波センサ２１０、２１２は、車の数メートル以内の物体の近接性を検出するために使用される。レーダ２１４、２１６は、長距離における移動物体を検出するために使用される。一般に、レーダ２１４、２１６は、ＬＩＤＡＲシステム２１８の高分解能とともに動作しない。ＬＩＤＡＲシステム２１８は、リアルタイムで環境の高分解能３Ｄ点群を生成するために使用される。コントローラ２２０は、全ての種々のセンサ２０４、２０６、２０８、２１０、２１２、２１４、２１６、２１８からの測定の出力によって提供される、データセットを発生させ、処理するために使用される。コントローラはまた、種々のセンサ２０４、２０６、２０８、２１０、２１２、２１４の動作を調整するために使用されてもよい。
【００３８】
図３は、自動車３０２のための複数の２次元視野および範囲を伴うマルチセンサＬＩＤＡＲシステム３００を表す、概略図を図示する。本システムは、複数のＬＩＤＡＲモジュールを含む。モジュールは、示されておらず、結果として生じる視野および範囲のみが、示されている。例えば、適応クルーズ制御機能は、側方監視「サラウンドビュー」視野および範囲３０６、３０８を用いた、より広い視野およびより短い範囲を伴うシステムと比較して、狭い視野を伴うが、より長距離の範囲要件を伴う、視野および範囲３０４を要求し得る。自動車に関する複合視野は、モジュールのうちのいくつかまたは全ての性能特性が異なり得る、車両の周囲に位置付けられる全てのＬＩＤＡＲモジュールの組み合わせられた視野である。図３に図示されるシステム３００では、５つのＬＩＤＡＲモジュール（図示せず）が、複合視野を生成するために使用される。長距離前方監視ＬＩＤＡＲシステムの視野および範囲３０４は、より広い視野を伴うが、より短い範囲能力を伴う、視野および範囲３１０を有する、第２のＬＩＤＡＲモジュールと重複する視野を有する。また、第２のＬＩＤＡＲシステムの視野および範囲３１０の類似寸法を伴う視野および範囲３１２を有する、リアビューモジュールも存在する。
【００３９】
本教示は、ＬＩＤＡＲが、自律、または自動運転、もしくは運転者支援車両のために広く使用される、自動車車両との関連でＬＩＤＡＲシステムを説明するが、実施形態は、任意のタイプの車両に適用可能であり得ることを理解されたい。他のタイプの車両は、ロボット、トラクタ、トラック、飛行機、ドローン、ボート、船、およびその他を含み得る。本教示はまた、種々の定常用途にも適用可能である。例えば、高密度の大都市圏では、ＬＩＤＡＲが、車両および歩行者の両方の交通を監視するために採用されることができる。特に、ＬＩＤＡＲシステムのコストが、近い将来に削減されるにつれて、ＬＩＤＡＲシステムは、多くの異なる用途で展開されるであろうことが予想される。当業者は、本教示が、検出および測距されるものとして本明細書に説明される標的物体のタイプによって限定されず、より広義には、任意のタイプの標的に適用可能であることを理解するであろう。
【００４０】
図４は、車両のための公知の回転ＬＩＤＡＲシステム４００の概略図を図示する。ＬＩＤＡＲシステム４００は、回転モータを使用し、環境の３６０°水平走査を提供する。ＬＩＤＡＲシステム４００は、基部４０２を有する。例えば、基部４０２は、自動車（図示せず）に固定されることができる。ＬＩＤＡＲシステムの上部分４０４は、基部に対して回転し、受信機光学系および伝送機光学系を含有する。伝送機の視野および受信機の視野は、標的画像面に対応する距離にわたって重複する。受信機および伝送機光学系は、所望の垂直視野を網羅するような様式で固定される、レーザおよび検出器の１Ｄアレイであってもよい。１６、３２、６４、およびさらに１２８個のレーザのアレイが、時として、図４に示されるＬＩＤＡＲシステム４００等の回転ＬＩＤＡＲシステムと併用される。垂直角分解能は、固定され、典型的には、固定アレイ内のレーザの数に対する垂直視野の比と等しい。水平角分解能は、システムの回転速度および動作パラメータの関数であり、用途および所望の性能に基づいて変動されることができる。
【００４１】
概念上、単一の回転ＬＩＤＡＲシステムは、全３６０°視界を提供し、単一のＬＩＤＡＲシステムの使用を可能にすることができる。しかしながら、実践では、複数の回転ＬＩＤＡＲシステムが、車両の周囲の視野を分割するために使用される。図５は、複数の公知の回転ＬＩＤＡＲシステム５００を装備する自律走行車を図示する。図５に図示されるシステムは、それぞれ、１８０°未満である別個の視野を達成するように構成される、ルーフラック上に搭載される複数の別個の回転ＬＩＤＡＲシステム５０２を含む。いくつかのシステムは、１２個を上回る別個の回転ＬＩＤＡＲシステム５０２を含む。一般に、各回転ＬＩＤＡＲユニットの実質的な部分は、複数の回転ＬＩＤＡＲユニットの光学クロストークを最小限にするように、ある方向に遮断された視野を有することに留意されたい。回転ユニットが、視野が遮断される方向に向けられるとき、いかなる有用なデータも、その特定のＬＩＤＡＲユニットによって発生されていない。その点に関して、コストおよび効率の有意な不利益が、１８０°未満の視野とともに連続的に動作するＬＩＤＡＲシステムと対比した回転ＬＩＤＡＲの使用に起因する。
【００４２】
図６は、複数の可動部品を伴う公知のＬＩＤＡＲシステム６００を図示する。システム６００は、垂直および水平方向の両方で環境を走査する、Ｘ−Ｙ検流計６０６上に搭載される第１のミラー６０２および第２のミラー６０４を使用する。典型的には、１つまたは２つのレーザを含む、レーザ伝送機６０８からの光が、第１のミラー６０２から第２のミラー６０４上に反射し、２つのミラー６０２、６０４の組み合わせが、投影角を決定する。１つまたは２つのレーザが、典型的には、実質的な光学損失および複雑性を伴わずにミラーシステム上に複数のレーザ／受信機を整合させることの物理的困難により、回転ＬＩＤＡＲシステム内のようなより大型のレーザアレイの代わりに、これらのシステムで使用される。透過光は、画像面６１０における標的から反射し、受信機６１２は、受信機６１２が反射光を捕捉するように、画像面６１０における標的と重複する視野を有するように構成される。ミラーのサイズおよび物理的配向は、設計に種々の機械的制約を課する。例えば、ミラーのサイズは、収集され得る反射光の量を制約し、有効最大開口として作用する。ミラーサイズはまた、電力消費量、走査速度、およびシステム性能のトレードオフを伴って、性能に影響を及ぼす。
【００４３】
図７Ａは、ソリッドステートＬＩＤＡＲシステムの概略図を図示する。伝送機７０２は、アレイに構成され得る、複数のレーザを含む。各個々のレーザが、独立して発射されることができ、各レーザによって放射される光ビームは、全システム視野の一部のみに対する３Ｄ投影角に対応する。したがって、各レーザエミッタは、通電された（発射された）ときに、標的範囲における対応する視野を照明する、光ビームを発生させる。伝送機視野は、種々の通電されたエミッタ視野の組み合わせである。本教示のいくつかの実施形態は、レーザエミッタを使用するが、他のエミッタ、例えば、ＬＥＤまたは通電されたときに光ビームを発生させる他のデバイスも使用され得ることを理解されたい。本教示のＬＩＤＡＲシステムのいくつかの実施形態では、レーザアレイ内のレーザからの光ビームの全ては、伝送機光学系７０４を共有し、投影光（照明）７０６を生成する。標的範囲７１０からの反射光７０８は、受信機光学系７１２を共有する。本実施例では、自動車７１４が、標的範囲７１０内に示される。伝送機の一実施例が、本出願人に譲渡される、米国特許公開第２０１７／０３０７７３６Ａ１号に詳細に説明されている。米国特許公開第２０１７／０３０７７３６Ａ１号の内容全体は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【００４４】
図７Ａに図示されるＬＩＤＡＲシステム７００は、典型的には、伝送機アレイが個々のレーザを有するよりも少数の個々の検出器要素を有する、検出器アレイ７１６を使用する。これらの検出器は、標的範囲における特定の受信機視野にわたって光を検出する個々の検出器または検出器の群が、アクティブ化されるように、個別に制御されることができる。受信機視野は、アクティブ化された検出器視野の複合物を表す。アクティブ化は、例えば、標的範囲における特定の視野から光のみを通過させる、検出器の前の制御可能なシャッタ、または特定の検出器もしくは検出器の群に印加されるバイアスを含んでもよい。
【００４５】
図７Ｂは、図７Ａに関連して説明されるＬＩＤＡＲシステム７００のシステム視野７５０の２次元投影を図示する。検出器アレイの個々の検出器視野は、小さい正方形７５２として示される。伝送機内で通電される個々のレーザと関連付けられる照射測定点は、円７５４として図示される。
【００４６】
図７Ｂでは、検出器の数（すなわち、小さい正方形７５２の数）対各アレイ内のレーザの数（すなわち、円７５４の数）の比は、１対９である。図７Ｂに示される特定の実施例では、検出器アレイは、５×５アレイである。同等の角分解能を伴う従来技術のフラッシュＬＩＤＡＲシステムと比較して、要求される検出器の数が、有意に少なくあり得るため、検出器アレイのコストは、有意に低くあり得る。図７Ａのシステムの測定分解能は、検出器要素のサイズによって決定されないが、代わりに、伝送機内のレーザの数および個々のレーザビームのコリメーションによって決定される。これらのパラメータは、既知の方法で、標的範囲における円７５４のサイズ、および検出器要素の視野を表す円７５４ならびに正方形７５２の相対サイズに変換される。
【００４７】
図７Ｂは、図７ＡのＬＩＤＡＲシステムの重要側面を図示する。図７ＡのＬＩＤＡＲシステムの全体的視野内の単一の３Ｄ測定点が、特定の正方形７５６内のハッシュマークによって強調表示され、その測定点は、レーザアレイ内の具体的な個々のレーザに対応する、特定の濃い円７５８として示される。図７Ｂから、本測定点が本個々の検出器内に入り、その個々の検出器の視野が識別のために斜線パターンで示されていることが、さらに分かり得る。本図は、各レーザが、標的範囲における円７５４のサイズ、および検出器要素の視野を表す円７５４ならびに正方形７５２の相対サイズを生じさせる、具体的角投影角に対応するため、ＬＩＤＡＲシステム７００の３Ｄ分解能がレーザの数によって決定されることを図示する。
【００４８】
本教示の１つの特徴は、ＬＩＤＡＲモジュールが可動部品のないソリッドステートであることである。ＬＩＤＡＲモジュールは、複数のレーザを組み込み、各レーザは、固定投影角で光ビームを発生させる。結果として生じる複合視野、および１つ以上のモジュールを含む、ＬＩＤＡＲシステムの角分解能は、光学系およびレーザならびにモジュールの配列によって決定される。各モジュール内のレーザは、対応する光学系と組み合わせられると、所望のモジュール複合視野ならびに所望のモジュール角分解能の両方を提供するように位置付けられる、２Ｄアレイに群化される。各個々のレーザは、単一の指向角に対応する光ビームを発生させる。角分解能は、２つ以上の２Ｄレーザアレイの視野を交互配置することによって達成されることができる。２つの別個の２Ｄレーザアレイによって発生される２つの視野が、空間内で重複されるとき、結果として生じる複合視野が、より微細な角分解能を伴って発生される。
【００４９】
ＬＩＤＡＲシステムの物理的サイズは、自律走行車への統合のために重要である。現在の最先端のシステムは、概して、嵩張り、多くの場合、ルーフラック上に搭載されるが、目標は、外部が視覚的にシームレスであり、外見上魅力的であり得るように、最終的にＬＩＤＡＲシステムをシャーシの中に統合することである。相乗効果が、ＬＩＤＡＲシステムの一部または全体と共同パッケージ化することによって獲得され得る、ヘッドライト等のあるコンポーネントが存在する。本明細書に説明されるＬＩＤＡＲシステムの一側面は、それが、将来、ＬＩＤＡＲを視覚的に目立たなくする所望をサポートするように、小型モジュール式コンポーネントに分離され得ることである。
【００５０】
図８Ａは、視野を照明する単一の２Ｄレーザアレイ源に関する測定点群８００を図示する。各測定点８０２は、アレイ内の特定のレーザ要素によって放射される光に基づく測定信号を表す。測定点８０２の垂直間隔の間の距離８０４は、垂直角分解能を決定する。点群上の点８０２の水平間隔８０６は、点群８００の水平角分解能を決定する。
【００５１】
図８Ｂは、第２の２Ｄレーザアレイの照明が第１の２Ｄレーザアレイと実質的に重複するように投影された、本教示の実施形態に関する測定点群８５０を図示する。第１の２Ｄ  ＶＣＳＥＬアレイに対応する測定点８５２は、円として示され、第２の２Ｄ  ＶＣＳＥＬアレイからの測定点８５４は、三角形として示される。複合点群８５０は、水平、垂直、または水平および垂直方向の組み合わせで、より微細な角分解能を達成するために、２つの別個の２Ｄアレイの視野を交互配置することによって、形成される。そのような伝送機の一実施例が、本出願人に譲渡される、「ＶＣＳＥＬ  Ａｒｒａｙ  ＬＩＤＡＲ  Ｗｉｔｈ  Ｓｍａｌｌ  Ａｎｇｕｌａｒ  Ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ」と題された、米国特許出願第６２／５３８，１４９号に説明されている。米国特許出願第６２／５３８，１４９号の内容全体は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【００５２】
本教示のＬＩＤＡＲシステムは、各レーザが具体的投影角に対応するため、従来技術の機械的走査型ＬＩＤＡＲシステムよりも実質的に多くのレーザを利用することができる。例えば、自律走行車が、２０°の一様な垂直視野を伴う、全３６０°水平視野を要求し、両方向での平均角分解能が、０．５°である場合には、要求されるレーザの数は、２８，８００に等しい。全てのタイプのレーザが、数千個の個々のレーザを要求するＬＩＤＡＲシステムに関して、実用的様式で実装されることができるわけではない。実践では、多数のレーザを要求する本教示のＬＩＤＡＲシステムの種々の実施形態は、おそらく、それらの現在のサイズ、コスト、および性能の能力に起因して、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の２Ｄアレイを使用するであろう。しかしながら、他の種類の伝送機アレイもまた、使用されることができる。当業者は、多数のタイプのレーザが、本教示によるＬＩＤＡＲシステムで使用され得ることを理解するであろう。
【００５３】
本教示の１つの特徴は、上部発光ＶＣＳＥＬ、底部発光ＶＣＳＥＬＳ、および種々のタイプの高出力ＶＣＳＥＬを含む、種々の公知のＶＣＳＥＬデバイスを使用し得ることである。図９は、本教示のＬＩＤＡＲシステムで使用され得る、公知の底部発光ＶＣＳＥＬレーザ９００の構造の断面の概略図を図示する。ＶＣＳＥＬレーザ９００の放射開口９０２の面積は、典型的には、ｍＷ電力動作のための数ミクロンの直径から、１００ｍＷおよびそれを上回るＣＷ電力動作のための最大１００ミクロン以上の直径に及ぶ。ＶＣＳＥＬ９００は、例えば、ＧａＡｓまたは多数の他の半導体材料であり得る、基板９０４上に加工される。ｎ型分散ブラッグ反射器（ＤＢＲ）層９０６が、基板上に位置付けられる。アクティブ領域９０８が、ｎ型ＤＢＲ層９０６上に構築され、その後に、酸化物材料で形成されて作製され得る、開口が続く。ｐ型分散ブラッグ格子ＤＢＲ層９１２が、次いで、アクティブ領域上に成長される。典型的には、ｐ型ＤＢＲは、高度に反射性であり、ｎ型ＤＢＲは、部分的に反射性であり、層構造の底部基板側から光出力９１４をもたらす。アクティブ領域９０８、酸化物開口９１０、およびｐ型ＤＢＲ層９１２は、メサ構造に形成される。上部接点９１６および底部接点９１８が、電流をアクティブ領域に提供し、出力光を発生させるために使用される。酸化物開口９１０は、電流閉じ込めをアクティブ領域９０８に提供する。上部接点９１６は、ｐ型であり、底部接点９１８は、ｎ型である。放射開口９０２は、出力光９１４が底部発光ＶＣＳＥＬの底部基板側から出現することを可能にするように、底部接点９１８に形成される。１つだけの放射開口９０２が、多要素アレイの１つの要素を図示する図９に示されることに留意されたい。本タイプのＶＣＳＥＬ９００は、単一の要素、または基板９０４上に１もしくは２次元アレイとして加工され得る複数の要素ＶＣＳＥＬであってもよい。
【００５４】
いくつかの実施形態では、ＶＣＳＥＬアレイは、モノリシックであり、レーザは全て、共通基板を共有する。種々の共通基板タイプが、使用されることができる。例えば、共通基板は、半導体材料であり得る。共通基板はまた、セラミック材料を含むこともできる。いくつかの実施形態では、２Ｄ  ＶＣＳＥＬアレイは、１Ｄレーザバーの群から組み立てられる。
【００５５】
いくつかの実施形態では、ＶＣＳＥＬは、上部発光ＶＣＳＥＬＳである。他の実施形態では、ＶＣＳＥＬは、底部発光ＶＣＳＥＬＳである。個々のＶＣＳＥＬＳは、単一の大型放射開口を有することができるか、または個々のＶＣＳＥＬＳは、より大型の有効放射直径内の２つ以上のサブ開口から形成されることができるかのいずれかである。より大型の有効放射領域を形成するサブ開口の群は、時として、クラスタと称されることもある。ＶＣＳＥＬＳ上の接点は、駆動信号を、１つ以上の個々の要素もしくは全ての要素、または要素のサブセットに接続し、１つ以上の電気駆動信号が接点に供給されるときに、種々の異なる照明パターンを提供する。
【００５６】
図１０は、本教示による、２５６個の別個のレーザエミッタ１００２を伴う２ＤモノリシックＶＣＳＥＬアレイ１０００の実施形態の概略図を図示する。各レーザエミッタ１００２は、直径「ａ」１００４の放射開口を有する。各単一のレーザエミッタ１００２からの放射は、全放射開口を実質的に充填する。各レーザエミッタ１００２は、したがって、放射開口の直径１００４に等しい初期直径「ａ」を伴うレーザビームを発生させる。レーザエミッタ１００２は、間隔ｄｘ１００６を伴って水平方向に一様に離間される。レーザエミッタは、間隔ｄｙ１００８を伴って垂直方向に一様に離間される。最外レーザの中心から測定されるアレイの全体的サイズは、水平方向に距離Ｄｘ１０１０であり、垂直方向に距離Ｄｙ１０１２である。実際のチップサイズは、距離Ｄｘ１０１０および距離Ｄｙ１０１２よりも寸法がわずかに大きいであろう。種々の実施形態では、エミッタ１００２は、円形エミッタ形状以外の種々の形状を伴うビームを生成してもよい。例えば、卵形、正方形、長方形、および種々の独特な形状が、種々の実施形態で実現され得る。レーザが２Ｄアレイとして配列される実施形態では、レーザの行および列は、マトリクスアドレス指定可能様式で電気的に駆動されることができる。
【００５７】
本教示のいくつかの実施形態は、図９に示される構成等のレーザあたりの単一の大型開口を伴うＶＣＳＥＬの底部発光高出力アレイを利用する。本教示の他の実施形態は、サブ開口を備える、全体的放射面積を伴うＶＣＳＥＬの上部発光または底部発光高出力アレイを利用する。しかしながら、当業者は、本教示が、上部および底部発光ＶＣＳＥＬならびに関連付けられる放射開口のいずれの単一の構成にも限定されないことを理解するであろう。
【００５８】
本明細書に説明されるＬＩＤＡＲシステムの構成単位としての２Ｄ  ＶＣＳＥＬアレイの使用は、伝送機のための小さい物理的サイズを可能にするプラットフォームを確立する。２５６個の高出力の個々のレーザを伴う典型的２Ｄアレイが、約４ｍｍ×４ｍｍのモノリシックチップを用いて可能であろう。レーザ２Ｄアレイは、次いで、例えば、実施例として、マイクロレンズアレイ、＜２０ｍｍの寸法の共有レンズ、または２０ｍｍの最大寸法の回折光学系の使用を通して、物理的寸法を可能な限り小さく保つように選定される光学系とともに、使用される。
【００５９】
図１１は、モジュールあたり単一の伝送機および単一の受信機を含む、本教示によるモジュール式ＬＩＤＡＲシステム１１００の実施形態の概略図を図示する。伝送機、受信機、およびコントローラは、物理的に別個のモジュール１１０２、１１０４、１１０６、１１０８である。２つの伝送機モジュール１１０２、１１０４、受信機モジュール１１０６、およびコントローラモジュール１１０８が存在する。接続１１１０が、電力の提供、およびコントローラモジュール１１０８と他のモジュール１１０２、１１０４、１１０６との間の通信のために、モジュール１１０２、１１０４、１１０６、１１０８の間に存在する。モジュール１１０２、１１０４、１１０６、１１０８の間の通信は、光学的に、または電気的にのいずれかで生じ得、それらは、イーサネット（登録商標）または他の種々の他の通信プロトコルを含む、種々の通信プロトコルを使用してもよい。伝送機および受信機モジュール１１０２、１１０４、１１０６への電力は、示されるようにコントローラモジュール１１０８を通して供給され得る、または別個に供給されることができる。モジュール式ＬＩＤＡＲシステム１１００は、２つだけの伝送機モジュール１１０２、１１０４と、単一の受信機モジュール１１０６とを含む、比較的に単純な構成である。他の実施形態では、単一のコントローラモジュール１１０８が、１つ以上の伝送機および／または１つ以上の受信機を制御するために使用される。
【００６０】
図１２は、図１１に関連して説明されるモジュール式ＬＩＤＡＲシステム１１００によって発生される例示的複合視野１２００の実施形態を図示する。図１１および１２の両方を参照すると、一方の伝送機モジュール１１０２に関する視野１２０２を表す領域、および他方の伝送機モジュール１１０４に関する視野１２０４を表す領域が存在する。前述で説明されたように、各伝送機モジュール１１０２、１１０４は、より微細な角度測定分解能を生成するために、視野内で実質的に重複される少なくとも２つの２Ｄレーザアレイを使用する。第１のアレイからの個々のレーザ要素に関する視野は、円１２０６によって図示される。第２のアレイからの個々のレーザ要素に関する視野は、正方形１２０８によって図示される。図に示されるように、各伝送モジュール１１０２、１１０４に、２５６個のレーザの２つの１６×１６アレイが存在する。それらは、対応する円１２０６および正方形１２０８の密接に充塞されたアレイによって示される、実質的に重複した視野を生成する。両方のモジュール１１０２、１１０４のための二重アレイ構成は、本実施形態では同一である。また、対応する伝送機に関する視野１２０２、１２０４は、標的範囲において並んで位置するように構成される。
【００６１】
２つの伝送機の全複合視野は、１，０２４個のレーザ視野で構成される。いくつかの実施形態では、第１の伝送モジュール１１０２および第２の伝送モジュール１１０４内のレーザアレイの放射波長は、同一ではない。また、いくつかの実施形態では、単一の伝送機モジュール１１０２、１１０４内のレーザ波長も、同一ではない。例えば、各レーザアレイは、異なる波長において放射してもよい。本構成では、円１２０６によって表されるレーザ視野は、正方形１２０８によって表されるレーザ視野と波長が異なり得る。一般に、アレイまたはモジュールのいずれの内側の波長の数および分布への限界も存在しない。異なるレーザ波長の数および位置は、測定標的範囲における視野への所望の影響に基づいて選定される。複合視野１２００に関して、単一の受信機モジュールの視野が、組み合わせられた伝送機視野１２０２、１２０４の視野よりもわずかに大きい、鎖線のボックス１２１０によって示される。いくつかの実施形態では、受信機視野１２１０は、アレイとして構成される、複数の検出器からの複数の検出器視野を備える。典型的には、伝送機視野１２０２、１２０４よりもわずかに大きい受信機視野１２１０を有し、受信機および伝送機視野の整合を単純化することが所望される。
【００６２】
コントローラモジュール１１０８は、光学クロストークを最小限にするための２つの伝送機モジュール１１０２、１１０４の動作、ならびに眼に安全な動作のための屈折力レベルを管理する。コントローラモジュール１１０８はまた、いくつかの実施形態では、検出器の少なくとも１つの２Ｄアレイを使用し、他の実施形態では、検出器の複数の２Ｄアレイを使用する、受信機モジュール１１０６も管理する。種々の検出器アレイの数および位置は、標的範囲において特定の受信視野を達成するように選定される。例えば、２つの波長が、使用される場合には、受信機は、波長毎に１つずつ、検出器の２つの別個の２Ｄアレイを有することができる。
【００６３】
一般に、本教示の伝送機モジュールは、複数のレーザエミッタを含む。各レーザエミッタは、標的範囲における特定のエミッタ視野を照明するように位置付けられる。種々の実施形態では、複数のエミッタは、種々のパターンで位置付けられる。例えば、複数のエミッタは、垂直および／または水平方向にエミッタの間に特定の間隔を伴う１ならびに／もしくは２次元アレイであり得る。本発明の中心となるものは、個々のエミッタおよび／またはエミッタの群が、標的範囲における特定のエミッタ視野を照明するように位置付けられるという事実である。本情報は、典型的には、コントローラによって把握され、個々のエミッタおよび／またはエミッタの群の通電を制御することによって、標的範囲における特定の視野内で照明を生成するために使用される。任意の特定の時間においてコントローラからの信号に基づいて照明される、特定の伝送機に含有される１つ以上のエミッタ視野の視野は、伝送機視野と称される。
【００６４】
一般に、本教示の受信機モジュールは、複数の検出器要素を含む。各検出器要素は、標的範囲における特定の検出器視野から光を検出するように位置付けられる。種々の実施形態では、複数の検出器は、種々のパターンで位置付けられる。例えば、複数の検出器は、垂直および／または水平方向に検出器の間に特定の間隔を伴う１ならびに／もしくは２次元アレイであってもよい。本教示の一側面は、個々の検出器および／または検出器の群が、標的範囲における特定の検出視野から光を検出するように位置付けられ得るという事実である。視野についての本情報は、コントローラによって把握されることができ、選択された検出器が、１つまたは複数のアクティブ化された検出器の視野内の標的範囲から反射される光を検出するためにアクティブ化されるように、検出器／受信機を制御することによって、標的範囲における特定の視野から照明を検出するために使用される。任意の特定の時間においてコントローラからの信号に基づいて検出するようにアクティブ化される、特定の受信機に含有される１つ以上の検出器視野の視野は、受信機視野と称される。
【００６５】
コントローラは、いくつかの公知の制御機構のうちのいずれかによって、特定の検出器のアクティブ化を制御してもよい。例えば、制御可能な開口が、受信機視野内の１つ以上の検出器視野のアクティブ化を制御するために使用されてもよい。個々の検出器バイアスもまた、受信視野内の個々の検出器視野のアクティブ化を制御するように制御されることができる。
【００６６】
異なる伝送機および／または異なる受信機の間の重複領域が、多くの場合、特定の複合視野を横断して物体の連続追跡を提供するように、システムの中に設計される。例えば、各伝送機のエミッタの視野のうちの少なくともいくつかが、ある程度重複するときに、連続複合視野が、２つの伝送機によって提供される。さらに、少なくとも１つの検出器視野が、重複したエミッタ視野と重複されるときに、連続伝送・受信複合視野が、提供される。２つの受信機からの少なくともいくつかの個々の検出器視野の重複もまた、２つの異なる受信機を横断して連続複合受信視野を提供するために使用される。
【００６７】
重複領域では、コントローラが、システムから性能目標を達成するために使用される。例えば、コントローラは、２つの重複した伝送機のそれぞれからの１つだけのエミッタが、標的範囲における物体から反射されたときに、特定の光検出および測距測定の間に複数の光学検出器のうちの１つによって検出される、光ビームを発生させるように、標的範囲において重複する視野を伴う光ビームを発生させる、選択されたエミッタを通電させることを制御することができる。これは、特に、同一の波長において動作するそれらの伝送機のクロストークを排除する、または実質的に低減させる。
【００６８】
本教示の１つの特徴は、エミッタおよび検出器の制御が、モジュール式ＬＩＤＡＲシステムの性能をサポートするために使用され得ることである。コントローラは、種々のＦＯＶ位置についての情報、ならびに個々のレーザエミッタおよびレーザエミッタの群の通電を制御し、個々の検出器のアクティブ化を制御する能力を有する。知識は、個々の伝送機および／または受信機を超えて拡張し、全ての接続されたモジュールを含むことができる。したがって、コントローラは、全ての接続された伝送、受信、および／または伝送／受信モジュールから、任意の特定の時間において、ならびに／もしくは標的範囲における任意の所望の測定シーケンスに関して、特定の伝送機視野および特定の受信機視野を提供することができる。異なる波長が、単一の伝送機内で、または複数の伝送機を横断して使用される場合、複数の波長に関する伝送および検出の詳細は、典型的には、コントローラによって把握され、また、能動的に管理される。
【００６９】
本教示のＬＩＤＡＲシステムのいくつかの実施形態では、受信機は、別個に異なる波長を検出することができる。これらの実施形態では、レーザエミッタは、重複する視野内で同時に通電され、それによって、図８Ｂに関連して説明されるように、同時測定および角分解能の改良を可能にすることができる。本教示の一側面は、特定のエミッタの通電および特定の検出器のアクティブ化を制御する能力を有するコントローラを伴ってＬＩＤＡＲシステムを制御することが、システムのいくつかの重要な性能パラメータに対する制御を設計者に提供するという認識である。例えば、コントローラは、標的範囲における照明が、特定の開口サイズ内の屈折力に関する眼に安全な最大許容露光量（ＭＰＥ）を超えないように、伝送機野の通電を制御するように構成されることができる。最大許容露光量は、例えば、眼の安全性規格によって定義される開口内の屈折力の総和が、過剰に高いように、２つ以上のエミッタ視野が重複する場合に、超えられ得る。
【００７０】
コントローラはまた、１対１の対応が、通電されたエミッタと検出するように構成される検出器との間で維持されるように、伝送機エミッタおよび受信機検出器を制御するように構成されることもできる。コントローラは、１対１の対応が、エミッタの群からの通電された伝送機視野と検出するように構成される検出器の群からの受信機視野との間で維持されるように、伝送機エミッタおよび受信機検出器を制御することができる。コントローラはまた、エミッタの通電および／または検出器の検出を制御し、測定クロストークを低減させること等の種々の性能メトリックを改良するように構成されることもできる。例えば、測定クロストークは、１つを上回るエミッタの視野が検出器および／または受信機視野と重複するときに、生じ得る。これらの重複領域は、多くの場合、複合視野を横断して物体の連続追跡を提供するように、システムの中に設計される。すなわち、各伝送機のエミッタの視野のうちの少なくともいくつかが、ある程度重複するときに、連続複合視野が、２つの伝送機によって提供される。さらに、少なくとも１つの検出器視野が、エミッタ視野と重複される。一般に、２つの受信機からの少なくともいくつかの個々の検出器視野の重複もまた、２つの異なる受信機を横断して連続複合視野を提供するために使用される。
【００７１】
加えて、コントローラは、エミッタの通電および／または検出器のアクティブ化を制御し、標的範囲において所望ならびに／もしくは種々の角分解能を生成するように構成されることができる。コントローラはまた、エミッタの通電および／または検出器のアクティブ化を制御し、複合視野を横断して物体を追跡するように構成されることもできる。複合視野は、１つ以上の伝送機、１つ以上の受信機、および／またはモジュール式ＬＩＤＡＲシステムからの１つ以上のモジュールによって提供されることができる。
【００７２】
本教示による、ＬＩＤＡＲシステム設計へのモジュール式アプローチの１つの特徴は、種々のモジュールを自律走行車の中に容易に統合する能力である。図１３は、本教示による、モジュール式ＬＩＤＡＲシステム１３００の実施形態と統合された自律走行車を図示する。３つの受信機モジュール１３０２、１３０４、１３０６が、車１３０６の屋根の近傍に描写される。８つの伝送機モジュール１３１０、１３１２、１３１４、１３１６、１３１８、１３２０、１３２２、１３２４が、自動車１３０８のサイドミラー、ヘッドライト、およびグリル等の種々の面積内に位置して示される。コントローラモジュール１３２６は、自動車１３０８のトランク面積内に別個に位置する。比較的に小型のサイズの複数のモジュールを有する能力は、伝送機の位置特定を可能にし、自動車１３０８の事実上あらゆる場所内で受信し、これは、車両の中へのシームレスな統合を可能にする。コントローラモジュール１３２６は、種々の受信機モジュール１３０２、１３０４、１３０６および伝送機モジュール１３１０、１３１２、１３１４、１３１６、１３１８、１３２０、１３２２、１３２４の動作を調整し、光学クロストークを最小限にするように、かつ眼の安全性を制御するように作用する。
【００７３】
単一のコントローラモジュール１３２６の使用はまた、ソリッドステートシステムを用いると、システムが種々の伝送機モジュール１３１０、１３１２、１３１４、１３１６、１３１８、１３２０、１３２２、１３２４内のレーザアレイ内の要素のレーザ通電パターンを制御し、着目物体を連続的に測定することができるため、車両の前を横切る物体の円滑な追跡も可能にする。物体が、１つの伝送機視野から次の伝送機視野まで境界を横切るにつれて、コントローラモジュール１３２６は、伝送機モジュール１３１０、１３１２、１３１４、１３１６、１３１８、１３２０、１３２２、１３２４および受信機モジュール１３０２、１３０４、１３０６を協調させ、測定においていずれの相違も防止することができる。本明細書に説明されるモジュール式設計はまた、物理的サイズが比較的に小型であるため、異なるタイプの車両の中に統合することがより容易である。より多くの空間を占有する、より大型の単一のユニットを伴う公知のＬＩＤＡＲシステムは、図５に関連して説明されるシステムに示されるように車両の外部に位置する必要があり得る。明確なこととして、図５に関連して説明される自動車は、機械的回転ＬＩＤＡＲを伴う大型ルーフラックを有する必要性によって、魅力的ではない様式で外見上影響を受け、自動車の効率に影響を及ぼす望ましくない空気流動態を有するであろう。
【００７４】
本教示のモジュール式ＬＩＤＡＲシステムの１つの特徴は、伝送機要素と受信機要素との間の電気クロストークを最小限にする能力である。自動車用ＬＩＤＡＲのために使用されるレーザは、典型的には、比較的に高出力であり、眼の安全性の限界において動作し、多くの場合、光学パルスを発生させるために大きい電気駆動パルス電流を要求する。伝送機からの電気信号は、受信回路に電磁的に結合することを可能にされた場合、誤った帰還信号を提供し得る、過剰な雑音を生成し得る。これは、異なる波長を使用して１つを上回るレーザパルスを通電させる能力を有する、ＬＩＤＡＲシステムの場合、特に困難な問題である。これらのシステム構成では、任意の特定の伝送レーザの通電時間は、受信機タイミングから完全に独立し得る。本教示のモジュール式ＬＩＤＡＲシステムは、伝送および受信信号を分離し、いずれの電気クロストーク懸念も実質的に軽減することができる。本分離はまた、ＥＭＩ放射を改良するために使用されることもできる。
【００７５】
図１４は、モジュールあたり複数の伝送機を含む、本教示によるモジュール式ＬＩＤＡＲシステム１４００の実施形態の概略図を図示する。図１４では、１つのモジュール式ユニット１４０２、１４０４は、いくつかの伝送機１４０６および単一の受信機１４０８を含有する。コントローラモジュール１４１０は、別個のモジュールである。接続が、電力の提供のため、かつ通信のためのケーブル１４１２を使用して、モジュールの間に存在する。モジュール１４０２、１４０４、１４１０の間の通信は、光学的に、または電気的にのいずれかで、イーサネット（登録商標）または他の通信プロトコルを含む、種々の通信プロトコルで生じ得る。伝送／受信モジュールへの電力が、示されるようにコントローラモジュール１４１０を通して、または別個に供給され得る。
【００７６】
図１５は、図１４のモジュール式ＬＩＤＡＲシステム１４００によって発生される複合視野１５００の実施形態を図示する。図１４および１５の両方を参照すると、伝送／受信モジュール１４０２のために発生される視野１５０２および伝送／受信モジュール１４０４のために発生される視野１５０４が存在する。これらの視野１５０２、１５０４はそれぞれ、各モジュール１４０２、１４０４内の２つの伝送機毎の伝送視野１５０６、１５０８、１５１０、１５１２と、各モジュール１４０２、１４０４内の受信機毎の受信視野１５１４、１５１６とを含む。モジュール１４０２、１４０４毎の伝送／受信視野１５０２、１５０４は、図１２に示されるものと公称上同一であり、実質的に重複される１，０２４個のレーザ毎に視野を含む。複合視野は、したがって、２，０４８個のレーザ毎に視野を有する。２つのモジュール１４０２、１４０４の視野１５００は、１つの個々のユニットに関して水平方向に全視野の正確に２倍を提供するように配列されている。種々の実施形態では、２つの伝送／受信モジュールの波長は、同一であり得る、または異なり得る。当業者は、本教示がシステムによって採用される波長の数によって限定されないことを理解するであろう。コントローラモジュール１４１０は、両方の伝送・受信モジュール１４０２、１４０４を動作させ、モジュールの間の光学クロストークを最小限にするように、また、伝送アレイに関するレーザ駆動通電パターンを制御することによって眼の安全性を維持するように作用する。
【００７７】
本教示のモジュール式ＬＩＤＡＲシステムの１つの特徴は、複合視野が視野を横断して物体の連続追跡を可能にするように設計されることである。図１５に関連して説明される複合視野１５００を参照すると、連続追跡の利点は、伝送視野１５０６、１５０８、１５１０、１５１２の間に間隙が存在しないことである。しかしながら、受信視野１５１４、１５１６に重複が存在する。これは、受信視野１５１４、１５１６の両方が両方の伝送視野１５０８、１５１０から光を検出し得る、重複領域１５１８を生成する。コントローラモジュール１４１０は、最小限のクロストークのみが存在するように、重複領域１５１８内で光を生成する、伝送アレイ内の特定のレーザの通電を管理するために使用される。その結果として、伝送視野１５１０内で生成されるレーザ光は、受信視野１５１４内で最小限にされる。また、伝送視野１５０８からのレーザ光は、受信視野１５１６内で最小限にされる。加えて、コントローラモジュール１４１０は、複合視野１５００内のピーク電力が、眼に安全な閾値電力を決して超えないように、伝送機アレイ内の特定のレーザを通電させることを管理する。加えて、コントローラは、伝送／受信モジュール１４０２内の第１の伝送機および伝送／受信モジュール１４０４内の第２の伝送機のうちの１つのみが、標的範囲における物体から反射されたときに、特定の光検出および測距測定の間に第１および第２の伝送／受信モジュール１４０２、１４０４のうちの１つの中の複数の光学検出器のうちの１つによって検出される、光ビームを発生させるように、標的範囲において重複領域１５１８を伴う光ビームを発生させる、伝送機アレイ内の特定のレーザを通電させることを制御する。
【００７８】
図１６は、自律走行車１６０２の中に統合される、本教示によるモジュール式ＬＩＤＡＲシステム１６００の実施形態を図示する。図１６は、モジュール式伝送／受信モジュール１６０４、１６０６、１６０８が自動車１６０２上に位置付けられ得る方法を示す。２つの伝送／受信モジュール１６０４、１６０６が、屋根１６１０，の近くに設置される一方で、単一のモジュール１６０６は、車１６０２のグリル１６１２内に設置される。コントローラモジュール１６１４は、車１６０２のトランク内にある。本配列は、公知の大型機械的回転ＬＩＤＡＲシステムと比較して、種々の車両の中へのより容易な統合を可能にする。
【００７９】
本教示の１つの特徴は、伝送、受信、および／または伝送／受信モジュールが、必ずしもコントローラモジュールと別個にパッケージ化される必要がないことである。したがって、伝送、受信、および／または伝送／受信モジュール、ならびにコントローラモジュールは、物理的に異なる場所に位置する必要はない。図１７は、共同設置コントローラモジュール１７０２を伴う、本教示のモジュール式ＬＩＤＡＲシステム１７００の実施形態の概略図を図示する。単一のエンクロージャ１７０４が、単一のコントローラモジュール１７０２とともに伝送／受信モジュール１７０６、１７０８、１７１０、１７１２、１７１４、１７１６のセットを群化するために使用される。例えば、セミトレーラトラックまたはごみ収集車等の大型車両の場合、単一の共通エンクロージャ１７０４とモジュール式システムを併用することが所望され得る。そのような共通エンクロージャ１７０４は、環境因子への付加的堅牢性を提供し得る。
【００８０】
図１８は、図１７のモジュール式ＬＩＤＡＲシステム１７００によって発生される複合視野１８００の実施形態を図示する。図１７および１８の両方を参照すると、各伝送／受信モジュール１７０６、１７０８、１７１０、１７１２、１７１４、１７１６は、対応する受信視野１８０２、１８０４、１８０６、１８０８、１８１０、１８１２と、２つの対応する伝送視野１８１４、１８１６、１８１８、１８２０、１８２２、１８２４、１８２６、１８２８、１８３０、１８３２、１８３４、１８３６とを有する。伝送／受信モジュール１７０６、１７０８、１７１０、１７１２、１７１４、１７１６は、それぞれ２５６個のレーザを伴う２４個の２Ｄレーザアレイを使用する。図１８は、受信機視野１８０２、１８０４、１８０６、１８０８、１８１０、１８１２内に複数の重複が存在することを図示する。受信視野１８０２、１８０４、１８０６、１８０８、１８１０、１８１２は、重複を図示することに役立つように、異なる線タイプを用いて示される。本構成では、伝送視野の間の複数の縁または重複領域は、光学クロストークを回避するため、また、眼の安全性を確実にするために、管理される必要がある。コントローラモジュール１７０２は、全ての伝送／受信モジュール１７０６、１７０８、１７１０、１７１２、１７１４、１７１６を動作させ、安全性および性能仕様が満たされていることを確実にするとともに、複合視野１８００内の物体の追跡のような機能の最適化を可能にする。
【００８１】
図１９は、２つの別個の受信機１９０２、１９０４および２つの別個の伝送機１９０６、１９０８を伴う、本教示によるモジュール式ＬＩＤＡＲシステムを備える、動作シナリオ１９００の実施形態を図示する。本動作シナリオ１９００では、２つの受信機１９０２、１９０４はそれぞれ、３０°に等しい全体的視野を有し、被覆に間隙がないことを確実にするために、それらの視野にある程度の重複を有するように構成される。これは、例えば、歩行者１９１０、１９１２、１９１４の連続追跡を可能にする。２つの別個の伝送機１９０６、１９０８はそれぞれ、複数のレーザを含有する。各伝送機からの２対の鎖線１９１６、１９１８、１９２０、１９２２は、各伝送機内の２つのレーザの投影角を示す。２つのレーザは、歩行者１９１０、１９１２、１９１４に対応するように選定される。歩行者＃１  １９１０のみが、伝送機＃１  １９０６および受信機＃１  １９０２の視野内にある。歩行者＃３  １９１４のみが、伝送機＃２  １９０８および受信機＃２  １９０４の視野内にある。しかしながら、歩行者＃２  １９１２は、両方の伝送機１９０６、１９０８および両方の受信機１９０２、１９０４の視野内にある。
【００８２】
両方の受信機１９０２、１９０４は、検出器のアレイを使用する。検出器のアレイ内の各検出器は、全体的受信機視野のサブセットである視野を有する。例えば、図７Ｂおよび関連付けられる説明を参照されたい。示される動作シナリオ１９００では、各受信機の視野は、それぞれ１０°の視野を伴う３つの区分に分割されたものとして図示される。受信機＃１  １９０２に関して、これらは、領域１Ａ１９２４、１Ｂ１９２６、および１Ｃ１９２８である。受信機＃２  １９０４に関して、これらは、領域２Ａ１９３０、２Ｂ１９３２、および２Ｃ１９３４である。水平面内の一様な寸法の３要素検出器アレイが、いずれかの受信機１９０２、１９０４に関する視野１９２４、１９２６、１９２８、１９３０、１９３２、１９３４に対応するであろう。動作シナリオ１９００は、簡単にするために描かれ、検出器アレイサイズは、個々の検出器あたりより小さい視野を有するために、実際の実践ではより大型であり得ることを理解されたい。各検出器の視野は、参考として一意に標識される（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）。
【００８３】
単一のコントローラ１９３８が、両方の受信機１９０２、１９０４および両方の伝送機１９０６、１９０８を制御するために使用されることができる。図１９に示される動作シナリオ１９００は、歩行者＃１が、受信機＃１のみによって見られるが、両方の検出器１Ａおよび１Ｂによって見られることを図示する。歩行者＃２は、検出器１Ｃおよび検出器２Ａの視野が実質的な重複を有するため、両方の受信機＃１および受信機＃２によって見られることができる。重複は、対角線上に斜線の入った領域１９３６によって示される。コントローラ１９３８は、両方の受信機１９０２、１９０４に関する検出器要素に対応する、特定の視野１９２４、１９２６、１９２８、１９３０、１９３２、１９３４の知識を有し、したがって、本重複の領域の知識を有する。コントローラ１９３８はまた、伝送機＃１  １９０６内および伝送機＃２  １９０８内のレーザの投影角１９１６、１９１８、１９２０、１９２２の知識も有し、したがって、各伝送機１９０６、１９０８内の各レーザからの反射パルスを測定するために範囲距離が使用され得る、検出器を算出することができる。
【００８４】
コントローラ１９３８は、２つの伝送機１９０６、１９０８内のレーザに関するレーザ通電パターンを設定し、帰還信号パルスを測定するための全ての可能性として考えられる受信機１９０２、１９０４内の検出器または検出器の組み合わせを選択する。各レーザおよび範囲を測定するための最適な検出器の選択のための典型的基準は、最大受信信号電力または最高ＳＮＲを含み得る。コントローラ１９３８が、２つの受信機１９０２、１９０４内の検出器の間の重複領域１９３６内の通電パターンを制御しない場合、誤った測定をもたらす光学クロストークの可能性が存在する。例えば、歩行者＃２  １９１２は、伝送機１９０６、１９０８のいずれかを使用して測定されることができる。コントローラ１９３８が、歩行者＃２  １９１２における伝送機＃１  １９０６からパルスを通電し、そのパルスが受信機１９０２、１９０４によって測定される前に、伝送機＃２  １９０８から第２のパルスを通電した場合には、両方のパルスが、単一の測定の間に単一の検出器において観察されるであろう。これは、距離の誤差および／または誤った物体が検出されることをもたらすであろう。コントローラ１９３８は、その選定された検出器の視野内で、単一の測定の間にレーザと検出器との間の厳密な１対１のマッピングを維持するように、通電パターンを制御する。これは、モジュール式ＬＩＤＡＲシステム内の光学クロストークおよび測定の誤差を防止する。
【００８５】
図２０は、本教示のコントローラ２００２の実施形態のブロック図２０００を図示する。簡単にするために、コントローラ２００２が、２つの受信機２００４、２００６および２つの伝送機２００８、２０１０と通信して示されるが、実際の使用時には、任意の数の受信機およびコントローラが、存在し得る。コントローラ２００２は、情報の種々のセットを記憶させ、利用可能にする。本情報は、設定／較正の間に決定される、および／またはシステムの動作の間に更新されることができる。本情報は、システム制約２０１２を含む。例えば、システム制約は、単一のレーザに関する最大デューティサイクルと、システム動作への眼の安全性の制約と、他のタイプの制約とを含むことができる。また、対応する伝送機に対する各レーザの投影角および原点を含む、レーザデータ２０１４も存在する。加えて、各検出器の視野およびその対応する受信機に対する各検出器の原点を含む、検出器データ２０１６が存在する。さらに、コントローラ２００２は、システム位置情報２０１８、例えば、ある大域的原点および／または軸に対するシステム内の各伝送機および受信機モジュールの位置についての情報を有する。
【００８６】
コントローラ２００２は、付加的入力として受信機からのＴＯＦ測定情報を利用し、レーザ選択および通電パターンアルゴリズム／プロセスを決定することができる。ＴＯＦ算出が、光学受信機と同一の物理的ユニット内で実施されることができる、または他の場所で実施されることができる。
【００８７】
コントローラ２００２は、レーザ選択および通電パターンを制御するアルゴリズムを実行する。これは、ソリッドステートシステムであるため、多くのタイプの通電および走査パターンが、視野内で可能である。本教示による方法の一実施形態では、コントローラ２００２は、伝送機毎に発射されるべきレーザを選択する第１のステップ２０２０を実行する。第２のステップ２０２２では、コントローラは、対応する検出器を選択する。第３のステップ２０２４では、コントローラは、それらのレーザおよび検出器の視野内の重複をチェックする。誤差および／または光学クロストークをもたらし得る重複が存在しない場合、コントローラは、レーザが通電される第４のステップ２０２６に進む。対応する帰還パルスが、受信機＃１  ２００４および／または受信機＃２  ２００６において受信される。重複が存在する場合には、コントローラ２００２は、第１のステップ２０２０に戻るように進み、それに応じて通電させるレーザの新しいセットを選定し、所望の重複条件に適応するように、要求に応じて通電パターンを調節する。帰還パルスが、受信機＃１  ２００４および／または受信機＃２  ２００６において受信された後、ＴＯＦ分析２０２８が、実施される。分析２０２８の結果は、次に進める通電パターンを決定するために、ステップ１  ２０２０で使用されることができる。
（均等物）
【００８８】
本出願者の教示は、種々の実施形態と併せて説明されるが、本出願者の教示がそのような実施形態に限定されることは意図されない。対照的に、本出願者の教示は、当業者によって理解されるであろうように、本教示の精神および範囲から逸脱することなくそれに行われ得る、種々の代替物、修正、および均等物を包含する。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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