(57)【要約】  本開示は、光検出および測距（ＬＩＤＡＲまたはライダ）システムを含むシステムおよび方法に関する。すなわち、例示的な方法は、ＬＩＤＡＲシステムの光源に、放出ベクトルに沿って光を放出させることを含む。方法はまた、放出光の放出ベクトルを調整することと、放出ベクトルの仰角成分を決定することと、を含む。方法はさらに、決定された仰角成分に基づいて、放出光のパルス当たりのエネルギーを動的に調整することを含む。例示的なシステムは、車両と、車両に結合された光源と、を含む。光源は、車両の環境に向かって放出ベクトルに沿って光を放出するように構成されている。システムはまた、放出ベクトルの仰角成分を決定し、決定された仰角成分に基づいて、放出光のパルス当たりのエネルギーを動的に調整するように動作可能なコントローラを含む。【選択図】図５Ａ
2021511483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムであって、
車両と、
前記車両に結合された光源であって、前記車両の環境に向かって少なくとも１つの光パルスを放出するように構成された、光源と、
コントローラであって、
前記少なくとも１つの光パルスの放出ベクトルを決定するように、
前記放出ベクトルの仰角成分を決定するように、かつ
前記決定された仰角成分に基づいて、少なくとも１つの後続の光パルスのパルス当たりのエネルギーを動的に調整するように動作可能な、コントローラと、を備える、システム。
【請求項２】
前記光源が、走査パターンで光を放出するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記コントローラが、前記走査パターンに従って、前記少なくとも１つの後続の光パルスの前記放出ベクトルを調整するようにさらに動作可能である、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記コントローラが、点群データ、マップデータ、画像データ、対象データ、再帰反射体の場所データ、時刻、周辺光の状態、太陽の位置、前記車両の姿勢、前記車両の方位、または前記車両の動作状態のうちの少なくとも１つにさらに基づいて、前記少なくとも１つの後続の光パルスの前記パルス当たりのエネルギーを動的に調整するように動作可能である、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システムをさらに備え、前記光源が、前記ＬＩＤＡＲシステムの要素である、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの後続の光パルスが、複数の光パルスを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記複数の光パルスのうちの少なくとも１つの光パルスのパルス長が、１０ピコ秒〜１０ナノ秒の間にある、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記コントローラが、前記複数の光パルスのうちの少なくとも１つの光パルスのパルス当たりのエネルギーを動的に調整するように動作可能であり、前記少なくとも１つの光パルスのパルスエネルギーが、１０ナノジュール〜１０マイクロジュールの間にある、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記複数の光パルスのうちの少なくとも一部のパルス繰り返し率が、５０キロヘルツ〜１メガヘルツの間にある、請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
前記光源が、９０５ナノメートルまたは１５５０ナノメートルの波長を有する光パルスを放出するように動作可能なファイバレーザを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記コントローラが、シードレーザパラメータまたはポンプレーザパラメータのうちの少なくとも１つを調整することにより、前記少なくとも１つの後続の光パルスの前記パルス当たりのエネルギーを動的に調整するように動作可能である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
方法であって、
光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システムの光源の放出ベクトルを決定することと、
前記放出ベクトルの仰角成分を決定することと、
前記決定された仰角成分に基づいて、前記光源によって放出された少なくとも１つの光パルスのパルス当たりのエネルギーを動的に調整することと、を含む、方法。
【請求項１３】
前記ＬＩＤＡＲシステムが、車両に結合され、前記少なくとも１つの光パルスの前記パルス当たりのエネルギーを動的に調整することが、点群データ、マップデータ、画像データ、対象データ、再帰反射体の場所データ、時刻、周辺光の状態、太陽の位置、前記車両の姿勢、前記車両の方位、または前記車両の動作状態のうちの少なくとも１つにさらに基づく、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記光源に複数の光パルスを放出させることをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数の光パルスのうちの少なくとも１つの光パルスのパルス長が、１０ピコ秒〜１０ナノ秒の間にある、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの光パルスのパルス当たりのエネルギーを動的に調整することが、前記複数の光パルスのうちの少なくとも１つの光パルスのパルスエネルギーを調整することを含み、前記少なくとも１つの光パルスのパルスエネルギーが、１０ナノジュール〜１０マイクロジュールの間にある、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記複数の光パルスのうちの少なくとも一部のパルス繰り返し率が、５０キロヘルツ〜１メガヘルツの間にある、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記光源が、９０５ナノメートルまたは１５５０ナノメートルの波長を有する光を放出するように動作可能なファイバレーザを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの光パルスの前記パルス当たりのエネルギーを動的に調整することが、シードレーザ動作パラメータまたはポンプレーザ動作パラメータのうちの少なくとも１つを調整することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの光パルスの前記パルス当たりのエネルギーを動的に調整することが、レーザ安全基準にさらに基づく、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年９月２８日に出願された米国特許出願第１６／１４５，６４７号の利益を主張し、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
本明細書に別段の記載がない限り、この章に記載されている資料は、本出願の特許請求の範囲の先行技術ではなく、この章に含めることにより先行技術であると認められるべきではない。
【０００３】
光検出および測距（ＬＩＤＡＲまたはライダ）システムは、環境に光を放出して、対象から反射された放出光に基づいて対象に関する情報を決定する。ＬＩＤＡＲの範囲および感度は、環境に放出されるエネルギー量によって基本的に制約される。すなわち、光パルスまたは連続光信号当たりのエネルギー量を増加させると、一般に、より長い距離での対象の明確な検出が可能になる。しかしながら、レーザ放出自体は、アクセス可能なレーザ放出を制限するレーザ安全性の考慮事項によって、並びにその平均光パルスパワーを制限するレーザ光源の動作パラメータによって制約される。
【０００４】
従来のＬＩＤＡＲシステムは、＋／−７度（ピッチ）の公称垂直角度範囲にわたってレーザ光を走査し得る。ＬＩＤＡＲシステムから１００メートルの距離で、そのような角度範囲は、高さが約２４メートルの垂直範囲を走査することができる。多くの状況では、半自律型または完全自律型の車両は、このような大きな垂直範囲内の対象を検出する必要はない。したがって、より効率的にＬＩＤＡＲシステムの環境に光エネルギーを分配することが望ましい。
【発明の概要】
【０００５】
本開示は、一般に、環境に関する情報を取得するように構成され得る光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システムに関する。そのようなＬＩＤＡＲデバイスは、自律型および半自律型の自動車、トラック、オートバイ、およびそれぞれの環境内で移動することができる他のタイプの車両などの車両に実装することができる。
【０００６】
第１の態様では、システムが提供される。システムは、車両と、車両に結合された光源と、を含む。光源は、車両の環境に向けて少なくとも１つの光パルスを放出するように構成される。システムはまた、少なくとも１つの光パルスの放出ベクトルを決定し、放出ベクトルの仰角成分を決定し、決定された仰角成分に基づいて後続の光パルスのパルス当たりのエネルギーを動的に調整するように動作可能なコントローラも含む。
【０００７】
第２の態様では、方法が提供される。方法は、光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システムの光源に、放出ベクトルに沿って光を放出させることを含む。方法は、走査パターンに従って放出光の放出ベクトルを調整することを含む。方法はまたさらに、放出ベクトルの仰角成分を決定することを含む。方法はまた、決定された仰角成分に基づいて、放出光のエネルギーを動的に調整することも含む。
【０００８】
他の態様、実施形態、および実装形態は、当業者には、以下の詳細な説明を添付の図面を適宜参照して読み取ることにより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的な実施形態によるシステムを例示する。
【図２Ａ】例示的な実施形態による光放出シナリオを例示する。
【図２Ｂ】例示的な実施形態による光放出シナリオを例示する。
【図３】例示的な実施形態による車両を例示する。
【図４】例示的な実施形態による検知システムを例示する。
【図５Ａ】例示的な実施形態による検知シナリオを例示する。
【図５Ｂ】例示的な実施形態による検知シナリオを例示する。
【図５Ｃ】例示的な実施形態による検知シナリオを例示する。
【図５Ｄ】例示的な実施形態による検知シナリオを例示する。
【図６】例示的な実施形態による方法を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
例示的な方法、デバイス、およびシステムが本明細書において説明される。「例（ｅｘａｍｐｌｅ）」および「例示的（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」という語は、本明細書においては、「例、事例、または例示としての役割を果たす（ｓｅｒｖｉｎｇ  ａｓ  ａｎ  ｅｘａｍｐｌｅ，ｉｎｓｔａｎｃｅ，ｏｒ  ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ）」ことを意味するために使用されることを理解されたい。本明細書において「例」または「例示的」であるとして説明される任意の実施形態または特徴は、他の実施形態または特徴よりも好ましい、または有利であると必ずしも解釈されるべきではない。本明細書において提示される主題の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用することができ、他の変更を行うことができる。
【００１１】
このように、本明細書において説明される例示的な実施形態は、限定を意味するものではない。本明細書において概略説明され、図に例示される本開示の態様は、多種多様な異なる構成で配置する、置き換える、組み合わせる、分離する、および設計することができ、これらの構成の全てが本明細書において想到される。
【００１２】
さらに、文脈が異なることを示唆していない限り、これらの図の各図に示されている特徴は、互いに組み合わせて使用することができる。このように、図は一般に、例示される全ての特徴が実施形態ごとに必要である訳ではないという理解の下に、１つ以上の概略実施形態の構成態様として考えられるべきである。
【００１３】
Ｉ．概要
例示的な実施形態では、ＬＩＤＡＲシステムは、局所的な地形および／または放出ベクトルの仰角に基づいて、放出光のパルス当たりのエネルギーを動的に調整することができる。その結果、ＬＩＤＡＲシステムは、より効率的かつ制御可能にレーザパワーをその環境に放出することができる。例えば、そのようなＬＩＤＡＲシステムは、路面においておよび路面の上の数メートルに対応する仰角で走査するとき、より高いエネルギーのレーザパルスを提供することができる。さらに、ＬＩＤＡＲシステムは、車両の近くの対象（例えば、地面または別のタイプの近距離対象）に向かって光を放出すると予想されるものなど、他の仰角または放出ベクトルでより低いエネルギーのレーザパルスを提供することができる。
【００１４】
このようにして、ＬＩＤＡＲシステムは、レーザ分類およびレーザ光源の動作制限に関連する時間スケールにわたって同じまたは同様の平均パワーを維持しながら、その環境内で光エネルギーをより効率的に分配することができる。
【００１５】
本開示のいくつかの実施形態は、仰角（ピッチ）およびヨーの両方で機械的に走査するＬＩＤＡＲシステムを含んでもよい。しかしながら、本明細書に記載されるシステムおよび方法は、動的に制御可能な走査を用いる任意のＬＩＤＡＲシステムに適用することができ、また、レーザ光放出パワーの平均量に基づくレーザ安全性分類の対象となり得ることが理解されよう。
【００１６】
ＩＩ．システム例
図１は、例示的な実施形態によるシステム１００を例示する。システム１００は、車両１１０と、車両１１０に結合された光源１２０と、を含む。光源１２０は、車両１１０の環境１６０に向けて放出ベクトル１３０に沿って光を放出するように構成される。いくつかの実施形態では、放出光は、複数の光パルスを含み得る。追加的または代替的に、光源１２０は、放出光を連続光ビームとして放出することができる。いくつかの実施形態では、光源１２０は、９０５ナノメートルまたは１５５０ナノメートルの波長を有する光を放出するように動作可能なファイバレーザを含むことができる。本明細書では、他のタイプの発光体デバイスおよび／または放出波長が可能であり、想到されることが理解されよう。
【００１７】
いくつかの実施形態では、システム１００は、光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システムを含み得る。そのようなシナリオでは、光源１２０は、ＬＩＤＡＲシステムの要素を表すことができる。いくつかの実施形態では、システム１００は、図３を参照して以下に例示および記載される車両３００などの、自律型または半自律型の車両の検知システムの一部として組み込まれてもよい。
【００１８】
図１に戻ると、本明細書で記載されるように、放出ベクトル１３０は、光源１２０から放出された光の大きさおよび方向を表すことができる。一例として、光源１２０から放出される光の方向は、水平面ならびに／または地面の少なくとも一部に対応する平面および／もしくはそれと平行な平面を含み得る、基準平面に基づくことができる。いくつかの実施形態では、放出ベクトル１３０は、仰角成分およびヨー角成分を含み得る。そのようなシナリオでは、仰角成分は、光源１２０から放出された光の方向と基準平面との間の角度差に基づく正または負の角度値を含み得る。さらに、ヨー角成分は、例えば、光源１２０から放出された光の方向と、車両の正面または車両の進行方向のうちの少なくとも１つとの間の角度差に基づく正または負の角度値を含み得る。
【００１９】
光源１２０は、光源１２０に光パルスを放出させるように電流パルスを提供するように構成され得るパルサー回路１２２を含み得る。例示的な実施形態では、パルサー回路１２２は、１つまたは複数の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含み得る。例えば、パルサー回路１２２は、光源１２０から放出された光の１つまたは複数の特性を制御するように動作可能であり得る複数のＧａＮ  ＦＥＴを含んでもよい。例えば、制御可能な特性には、パルス持続時間、パルスパワーなどが含まれ得る。
【００２０】
追加的または代替的に、光源１２０は、電源１２４を含むことができる。電源１２４は、光源１２０に適切な動作条件（例えば、供給電圧／電流）を提供することができる。いくつかのシナリオでは、電源１２４は、レーザパワー増幅器および／またはシードレーザのうちの１つまたは複数の特性を制御するように動作可能であり得る。いくつかの実施形態では、電源１２４は、光源１２０によって放出される光の平均エネルギーおよび／または波長を調整するように動作可能であり得る。
【００２１】
システム１００はまた、コントローラ１５０も含む。コントローラ１５０は、車両搭載コンピュータ、外部コンピュータ、または例えばスマートフォン、タブレットデバイス、パーソナルコンピュータ、ウェアラブルデバイスなどのモバイルコンピューティングプラットフォームを含んでもよい。追加的または代替的に、コントローラ１５０は、クラウドサーバネットワークなどの遠隔に位置するコンピュータシステムを含んでもよく、またはそれに接続されてもよい。例示的な実施形態では、コントローラ１５０は、本明細書に記載されたいくつかまたはすべての方法ブロックまたはステップを行うように構成されてもよい。
【００２２】
コントローラ１５０は、１つまたは複数のプロセッサ１５２と、少なくとも１つのメモリ１５４と、を含んでもよい。プロセッサ１５２は、例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含んでもよい。ソフトウェア命令を実行するように構成される他のタイプのプロセッサ、コンピュータ、またはデバイスが本明細書において想到される。メモリ１５４は、以下に限定されないが、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、プログラム可能読み出し専用メモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラム可能読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラム可能読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、不揮発性ランダムアクセスメモリ（例えば、フラッシュメモリ）、半導体ドライブ（ＳＳＤ）、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、デジタルテープ、読み取り／書き込み（Ｒ／Ｗ）ＣＤ、Ｒ／Ｗ  ＤＶＤなどの非一過性コンピュータ可読媒体を含んでもよい。
【００２３】
コントローラ１５０の１つまたは複数のプロセッサ１５２は、本明細書に記載の様々な動作を実行するために、メモリ１５４内に格納された命令を実行するように構成されてもよい。
【００２４】
追加的または代替的に、コントローラ１５０は、本明細書に記載の様々な動作を実行するように動作可能な回路（例えば、同期デジタル回路）を含み得る。例えば、回路は、ショットテーブルを含んでもよい。回路の他の機能（例えば、読み取りおよび順序付け）は、同期デジタル論理回路によって実行されてもよい。いくつかの実施形態では、回路およびその動作は、ベリログまたは別のハードウェア記述言語で指定されてもよい。そのようなシナリオでは、コントローラ１５０は、プロセッサを含む必要はない。
【００２５】
いくつかの実施形態では、コントローラ１５０によって実行される動作は、少なくとも１つの光パルスおよび／または対応する光源１２０の放出ベクトル１３０を決定することを含み得る。いくつかの例では、放出ベクトル１３０は、環境に対する光源１２０の位置および／または配向に基づいて決定され得る。
【００２６】
コントローラ１５０によって実行される動作は、放出ベクトル１３０の仰角成分を決定することを含む。一例として、放出ベクトル１３０の仰角成分を決定することは、基準平面および／または基準軸上の放出ベクトル１３０のベクトル射影の長さを計算することを含み得る。放出ベクトル１３０の仰角成分を決定する他の手法が可能であり、想到される。
【００２７】
コントローラ１５０によって実行される動作は、決定された仰角成分に基づいて、１つまたは複数の後続の光パルスのパルス当たりエネルギーを動的に調整することを含み得る。
【００２８】
いくつかの実施形態では、光源１２０は、所望の走査経路に従う走査パターンで光を放出するように構成され得る。そのようなシナリオでは、コントローラ１５０は、走査パターンおよび所望の走査経路による放出光の放出ベクトル１３０を調整するように動作可能であり得る。そのようなシナリオでは、コントローラ１５０は、走査パターンおよび所望の走査経路の様々な部分に従って提供される放出光のエネルギーを動的に調整し得る。例えば、閾値角度（例えば、ゼロ度の仰角）または平面よりも小さい仰角成分に対応する所望の走査経路の部分について、コントローラ１５０は、放出光に第１のエネルギーを提供することができる。そのようなシナリオでは、閾値角度よりも大きい仰角成分に対応する所望の走査経路の部分について、コントローラ１５０は、第２のエネルギーを有する放出光を提供することができる。
【００２９】
上記の例は閾値角度を含むが、コントローラ１５０が光源１２０からの放出光のエネルギーを動的に調整する間に、他の角度閾値、角度範囲、空間領域、および／または標的位置が考慮され得ることが理解されよう。
【００３０】
いくつかの実施形態では、コントローラ１５０は、点群データ、マップデータ、画像データ、対象データ、再帰反射体の場所データ、時刻、周囲光の状態、太陽位置、車両１１０の姿勢、車両１１０の方位、または車両１１０の動作状態のうちの少なくとも１つにさらに基づいて、放出光のエネルギーを動的に調整するように動作可能であり得る。例えば、人間の対象者（例えば、歩行者）に安全に提供できる光パルスの効果的な「線量」は、人間の対象者の瞳孔拡張に依存する場合があり、ひいては、時刻または周囲の照明状態などの要因の影響を受ける可能性がある。特に、暗い状態では、人の瞳孔がより収縮される（例えば、縮瞳の）可能性がある明るい状態と比較して、人の拡張した瞳孔（例えば、散瞳）は、大量の所与の光パルスをその人の網膜に透過させ得る。
【００３１】
他の例では、コントローラ１５０は、環境１６０内の対象の位置またはタイプに基づいて、放出光のエネルギーを調整してもよい。例えば、別の車両が車両１１０と同じ道路内にある場合、走査範囲内の他の車両の明確な識別を維持するために、比較的高いエネルギーの放出光を提供してもよい。しかしながら、道路標識（例えば、一時停止標識、横断歩道標識など）または他のタイプの静的な対象が観察される場合、そのような対象に向けて放出される後続の光は、比較的低いエネルギーで提供されてもよい。本明細書では、他のそのような「優先度」または「関心領域」に従う放出光エネルギー値の調整が可能であり、想到される。
【００３２】
上述のように、再帰反射体は、放出光の平均より高い部分をシステム１００に向けて反射し戻す環境１６０内の対象を表すことができる。場合によっては、検出器を飽和させるか、またはシステムにクロストーク干渉を導入することにより、再帰反射体が一時的にＬＩＤＡＲシステムに「不感（ｂｌｉｎｄ）」になり得る。これらの影響を低減するために、コントローラ１５０は、既知の再帰反射体がある位置に提供される放出光のエネルギーを低減してもよい。例えば、コントローラ１５０は、環境の他の領域に提供された光の１／１００または１／１０のエネルギーで再帰反射体に向けて放出光を提供することができる。
【００３３】
複数の光パルスとして放出される光を含むシナリオでは、複数の光パルスは、複数の光パルスのうちの少なくとも１つの光パルスのパルス長を１０ピコ秒から１０ナノ秒の間であるように含むことができる。本明細書では、他のパルス長が可能であり、想到される。
【００３４】
追加的または代替的に、コントローラ１５０は、複数の光パルスのうちの少なくとも１つの光パルスのパルスエネルギーを動的に調整するように動作可能であり得る。少なくとも１つの光パルスのパルスエネルギーは、１０ナノジュール〜１０マイクロジュールの間であり得る。他のパルスエネルギーが想到され、可能である。例示的な実施形態では、コントローラ１５０は、光源１２０のパルサー回路１２２および／または電源１２４のうちの少なくとも１つを調整することにより、パルスエネルギーを動的に調整することができる。パルスエネルギーを動的に調整する他の手法が可能であり、想到される。
【００３５】
いくつかの実施形態では、複数の光パルスのうちの少なくとも一部のパルス繰り返し率は、５０キロヘルツ〜１メガヘルツの間にある。他のパルス繰り返し率が想到され、可能である。
【００３６】
ファイバレーザである光源１２０を含む実施形態では、コントローラ１５０は、シードレーザパラメータ（例えば、シードレーザエネルギー）またはポンプレーザパラメータ（例えば、ポンプレーザエネルギーなど）のうちの少なくとも１つを調整することにより、放出光のエネルギーを動的に調整するように動作可能であり得る。いくつかの実施形態では、光源１２０は、１つまたは複数のレーザダイオード、発光ダイオード、または他のタイプの発光デバイスを含むことができる。例示的な実施形態では、光源１２０は、９０３ナノメートル付近の波長で光を放出するように構成されたＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓレーザダイオードを含むことができる。いくつかの実施形態では、光源１２０は、レーザダイオード、レーザバー、またはレーザスタックのうちの少なくとも１つを含む。追加的または代替的に、光源１２０は、１つまたは複数の主発振器パワー増幅器（ＭＯＰＡ）ファイバレーザを含んでもよい。そのようなファイバレーザは、１５５０ナノメートルまたはその付近で光パルスを提供するように構成され得、シードレーザと、シードレーザ光をより高いパワーレベルに増幅するように構成されたある長さのアクティブ光ファイバと、を含み得る。しかしながら、他のタイプの発光デバイス、材料、および放出波長が可能であり、想到される。
【００３７】
いくつかの実施形態では、光源１２０は、所望の解像度を提供するように、それぞれの標的位置に向かって複数の放出ベクトルに沿って環境に光を放出するように構成される。そのようなシナリオでは、光源１２０は、放出光がシステム１００の外部環境１６０と相互作用するように、複数の放出ベクトルに沿って光を放出するように動作可能である。
【００３８】
図２Ａおよび２Ｂは、それぞれの光放出シナリオ２００および２３０を例示する。図２Ａおよび２Ｂは直交座標系を含むが、極座標系などの他の座標系も可能であることが理解されよう。図２Ａは、例示的な実施形態による光放出シナリオ２００を例示する。シナリオ２００は、放出ベクトル２１０ａに沿って光（例えば、光パルスまたは連続光放射）を放出する光源１２０を含む。図１を参照して例示および記載されるように、放出ベクトル２１０ａは、車両１１０の環境１６０などの環境内の標的位置２２０ａに向けられ得る。放出ベクトル２１０ａは、ベクトル２１２ａおよび２１４ａの合計として表すことができる。
【００３９】
例示のように、ベクトル２１２ａは、車両１１０の進行方向または方位（ここでは、ｘ軸に平行であるとして例示されている）に沿った放出ベクトル２１０ａのベクトル射影であり得る。このようなシナリオでは、ベクトル２１４ａは、車両１１０の進行方向または方位に垂直な軸（ここでは、ｚ軸に平行であるとして例示されている）に沿った放出ベクトル２１０ａのベクトル射影を含むことができる。いくつかの実施形態では、ベクトル２１２ａおよび／または２１４ａを使用して、放出ベクトル２１０ａの仰角成分２１６ａを決定することができる。図２Ａに例示するように、仰角成分２１６ａは、ｘ−ｙ平面に対して正の角度値を含み得る。
【００４０】
図２Ｂは、例示的な実施形態による光放出シナリオ２３０を例示する。シナリオ２３０は、放出ベクトル２１０ｂに沿って光（例えば、光パルスまたは連続光放射）を放出する光源１２０を含む。図１を参照して例示および記載されるように、放出ベクトル２１０ｂは、車両１１０の環境１６０などの環境内の標的位置２２０ｂに向けられ得る。放出ベクトル２１０ｂは、ベクトル２１２ｂおよび２１４ｂの合計として表すことができる。
【００４１】
例えば、ベクトル２１２ｂは、車両１１０の進行方向または方位（ここでは、ｘ軸に平行であるとして例示されている）に沿った放出ベクトル２１０ｂのベクトル射影であり得る。そのようなシナリオでは、ベクトル２１４ｂは、車両１１０の進行方向または方位に垂直な軸（ここでは、ｚ軸に平行であるとして例示されている）に沿った放出ベクトル２１０ｂのベクトル射影を含み得る。いくつかの実施形態では、ベクトル２１２ｂおよび／または２１４ｂを使用して、放出ベクトル２１０ｂの仰角成分２１６ｂを決定することができる。図２Ａに例示されるように、仰角成分２１６ａは、ｘ−ｙ平面に対して負の角度値を含み得る。
【００４２】
図２Ａおよび２Ｂは、それぞれの仰角成分を有する特定の光放出シナリオを各々例示しているが、光源１２０は、車両１１０の環境１６０を走査するために、急速に変化する方向においておよび様々な標的位置に向かって光を放出することができることが理解されよう。したがって、仰角は、連続的かつ動的にリアルタイムで、または様々な時間に（例えば、定期的に、および／または標的の関心領域の決定に応答して）コントローラ１５０によって決定することができる。
【００４３】
図３は、例示的な実施形態による車両を例示する。車両３００は、１つまたは複数のセンサシステム３０２、３０４、３０６、３０８、および３１０を含むことができる。１つまたは複数のセンサシステム３０２、３０４、３０６、３０８、および３１０は、図４を参照して以下に例示および記載されるように、センサシステム４１０と同様または同一であり得る。一例として、センサシステム３０２、３０４、３０６、３０８、および３１０は、伝送ブロック４２０を含み得る。すなわち、センサシステム３０２、３０４、３０６、３０８、および３１０は、所与の平面（例えば、ｘ−ｙ平面）に対してある範囲の角度にわたって配列された複数の発光体デバイスを有するＬＩＤＡＲセンサを含み得る。
【００４４】
センサシステム３０２、３０４、３０６、３０８、および３１０のうちの１つまたは複数は、所与の平面に垂直な軸（例えば、ｚ軸）の周りを回転して、車両３００の周りの環境を光パルスで照明するように構成されてもよい。反射光パルスの様々な態様（例えば、飛行時間の経過、偏光など）の検出に基づいて、環境に関する情報を決定してもよい。
【００４５】
例示的な実施形態では、センサシステム３０２、３０４、３０６、３０８、および３１０は、車両３００の環境内の物理的対象に関連し得るそれぞれの点群情報を提供するように構成されてもよい。システム１００、車両３００、ならびにセンサシステム３０２および３０４は、特定の特徴を含むものとして例示されているが、他のタイプのシステムが本開示の範囲内で想到されることが理解されよう。
【００４６】
例示的な実施形態は、複数の発光体デバイスを有するシステムを含んでもよい。システムは、ＬＩＤＡＲデバイスの伝送ブロックを含んでもよい。例えば、システムは、車両（例えば、自動車、トラック、オートバイ、ゴルフカート、航空機、ボートなど）のＬＩＤＡＲデバイスであってもよいし、またはその一部であってもよい。複数の発光体デバイスの各発光体デバイスは、それぞれのビーム仰角に沿って光パルスを放出するように構成される。本明細書の他の箇所で記載するように、それぞれのビーム仰角は、基準角度または基準平面に基づくことができる。いくつかの実施形態では、基準平面は、車両の運動軸に基づいてもよい。
【００４７】
本明細書の特定の記載および例図は複数の発光体デバイスを有するシステムを記載しているが、より少ない発光体デバイス（例えば、単一の発光体デバイス）を有するＬＩＤＡＲシステムもまた本明細書で想到される。例えば、レーザダイオードによって放出された光パルスは、システムの環境の周りに制御可能に向けられてもよい。光パルスの放出角度は、例えば、機械的走査ミラーおよび／または回転モータなどの走査デバイスによって調整されてもよい。例えば、走査デバイスは、所与の軸の周りに往復運動で回転すること、および／または垂直軸の周りに回転することができる。別の実施形態では、発光体デバイスは、回転するプリズムミラーに向けて光パルスを放出してもよく、それにより、各光パルスと相互作用するときにプリズムミラー角度のある角度に基づいて光パルスを環境に放出させてもよい。追加的または代替的に、環境の周りの光パルスを走査するために、走査光学系および／または他のタイプの電気光学機械デバイスが可能である。
【００４８】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載のように、単一の発光体デバイスは、可変ショットスケジュールに従って、および／またはショット当たりの可変パワーで光パルスを放出してもよい。すなわち、各レーザパルスまたはショットの放出パワーおよび／またはタイミングは、ショットのそれぞれの仰角に基づくことができる。さらに、可変ショットスケジュールは、ＬＩＤＡＲシステムから、またはＬＩＤＡＲシステムを支持する所与の車両の表面（例えば、フロントバンパー）から所与の距離で所望の垂直間隔を提供することに基づくことができる。一例として、発光体デバイスからの光パルスが下へ向けられると、標的までの予想される最大距離が短くなるため、ショットあたりのパワーが低下する可能性がある。逆に、基準平面より上の仰角で発光体デバイスによって放出された光パルスは、より長い距離を移動するパルスを適切に検出するのに十分な信号対雑音を提供するように、ショット当たりのパワーが比較的高くなり得る。
【００４９】
いくつかの実施形態では、ショット当たりのパワー／エネルギーは、動的な様式でショットごとに制御され得る。他の実施形態では、ショット当たりのパワー／エネルギーは、いくつかのパルスの連続セット（例えば、１０個の光パルス）について制御され得る。すなわち、光パルス列の特性は、パルス当たろおよび／または数パルス当たろに変更することができる。
【００５０】
図４は、例示的な実施形態による検知システム４１０を例示する。検知システム４１０は、図１を参照して例示および記載されるように、システム１００の要素のうちの一部または全てを含むことができる。検知システム４１０は、光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システムであってもよい。検知システムは、伝送ブロック４２０、受信ブロック４３０、共有空間４４０、およびレンズ４５０などの様々な構成要素の配列を収容するハウジング４１２を含む。検知システム４１０は、レンズ４５０によって平行にされ、平行光ビーム４５４として検知システム４１０の環境に伝送される、伝送ブロック４２０からの放出光ビーム４５２を提供するように構成された構成要素の配列を含む。さらに、検知システム４１０は、集束光４５８として受信ブロック４３０に向けて集束するために、レンズ４５０によって検知システム４１０の環境内の１つまたは複数の対象からの反射光４５６を収集するように構成された構成要素の配列を含む。反射光４５６は、検知システム４１０の環境内の１つまたは複数の対象によって反射された平行光ビーム４５４からの光を含む。
【００５１】
放出光ビーム４５２および集束光４５８は、同様にハウジング４１０に含まれる共有空間４４０を横断することができる。いくつかの実施形態では、放出光ビーム４５２は、共有空間４４０を通る伝送経路に沿って伝播し、集束光４５８は、共有空間４４０を通る受信経路に沿って伝播する。
【００５２】
検知システム４１０は、受信ブロック４３０によって受信された集束光４５８を処理することによって、検知システム４１０の環境内の１つまたは複数の対象の態様（例えば、位置、形状など）を決定することができる。例えば、検知システム４１０は、放出光ビーム４５２に含まれるパルスが伝送ブロック４２０によって放出された時間と、集束光４５８に含まれる対応するパルスが受信ブロック４３０によって受信された時間とを比較し、その比較に基づいて、１つまたは複数の対象と検知システム４１０との間の距離を決定することができる。
【００５３】
検知システム４１０に含まれるハウジング４１２は、検知システム４１０に含まれる様々な構成要素を取り付けるためのプラットフォームを提供することができる。ハウジング４１２は、ハウジング４１２の内部空間に含まれる検知システム４１０の様々な構成要素を支持することができる任意の材料から形成することができる。例えば、ハウジング４１２は、プラスチックまたは金属などの構造材料から形成されてもよい。
【００５４】
いくつかの例では、ハウジング４１２は、周囲光および／または伝送ブロック４２０から受信ブロック４３０への放出光ビーム４５２の意図しない伝送を低減するように構成された光学シールドを含んでもよい。光シールドは、環境からの周囲光を遮断する材料でハウジング４１２の外面を形成および／またはコーティングすることによって提供することができる。追加的に、ハウジング４１２の内面は、伝送ブロック４２０を受信ブロック４３０から光学的に隔離して、放出光ビーム４５２がレンズ４５０に到達する前に受信ブロック４３０が放出光ビーム４５２を受信するのを防ぐために、上述の材料を含むこと、および／またはその材料でコーティングすることができる。
【００５５】
いくつかの例では、ハウジング４１２は、センサシステム４１０の周囲環境からの電磁雑音（例えば、無線周波数（ＲＦ）雑音など）および／または伝送ブロック４２０と受信ブロック４３０の間の電磁雑音を低減する電磁シールドのために構成することができる。電磁シールドは、伝送ブロック４２０によって放出された放出光ビーム４５２の品質を改善し、受信ブロック４３０によって受信されるおよび／または提供される信号の雑音を低減することができる。電磁シールドは、金属、金属インク、金属発泡体、炭素発泡体、または電磁放射を適切に吸収または反射するように構成された任意の他の材料などの、１つまたは複数の材料でハウジング４１２を形成および／またはコーティングすることによって達成することができる。電磁シールドに使用することができる金属としては、例えば、銅またはニッケルを挙げることができる。
【００５６】
いくつかの例では、ハウジング４１２は、実質的に円筒形の形状を有し、検知システム４１０の軸の周りを回転するように構成することができる。例えば、ハウジング４１２は、約１０センチメートルの直径を有する実質的に円筒形の形状を有することができる。いくつかの例では、軸は、実質的に垂直である。様々な構成要素を含むハウジング４１２を回転させることにより、いくつかの例では、検知システム４１０の様々な構成要素の配列を頻繁に再較正することなく、検知システム４１０の環境の３６０度ビューの３次元マップを決定することができる。追加的または代替的に、検知システム４１０は、検知システム４１０の視野を制御するために、ハウジング４１２の回転軸を傾けるように構成されてもよい。
【００５７】
図４には例示されていないが、検知システム４１０は、任意選択的に、ハウジング４１２用の取り付け構造を含んでもよい。取り付け構造は、検知システム４１０の軸の周りでハウジング４１２を回転させるためのモータまたは他の手段を含むことができる。代替的に、取り付け構造は、検知システム４１０以外のデバイスおよび／またはシステムに含めることができる。
【００５８】
いくつかの例では、伝送ブロック４２０、受信ブロック４３０、およびレンズ４５０などの検知システム４１０の様々な構成要素は、所定の位置でハウジング４１２に取り外し可能に取り付けられて、各構成要素および／または各構成要素に含まれるサブ構成要素の配列を較正する負担を減らすことができる。したがって、ハウジング４１２は、検知システム４１０の様々な構成要素のためのプラットフォームとして機能し、検知システム４１０の組み立て、保守、較正、および製造の容易さを提供する。
【００５９】
伝送ブロック４２０は、出口開口部４２６を介して複数の放出光ビーム４５２を放出するように構成され得る複数の光源４２２を含む。いくつかの例では、複数の放出光ビーム４５２のそれぞれは、複数の光源４２２のうちの１つに対応する。伝送ブロック４２０は、任意選択的に、光源４２２と出口開口部４２６との間の放出光ビーム４５２の伝送経路に沿ってミラー４２４を含むことができる。
【００６０】
光源４２２としては、レーザダイオード、発光ダイオード（ＬＥＤ）、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、ポリマー発光ダイオード（ＰＬＥＤ）、発光ポリマー（ＬＥＰ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、または光を選択的に伝送、反射、および／または放出して、複数の放出光ビーム４５２を提供するように構成された任意の他のデバイスを挙げることができる。いくつかの例では、光源４２２は、受信ブロック４３０に含まれる検出器４３２によって検出することができる波長範囲で放出光ビーム５２を放出するように構成することができる。波長範囲は、例えば、電磁スペクトルの紫外、可視、および／または赤外部分にあってもよい。いくつかの例では、波長範囲は、レーザによって提供されるような、狭い波長範囲であり得る。一例では、波長範囲は、約９０５ｎｍである波長を含む。追加的に、光源４２２は、放出光ビーム４５２をパルスの形態で放出するように構成することができる。いくつかの例では、複数の光源４２２は、１つまたは複数の基板（例えば、プリント回路基板（ＰＣＢ）、フレキシブルＰＣＢなど）上に配置され、複数の光ビーム４５２を出口開口部４２６に向けて放出するように配列され得る。
【００６１】
いくつかの例では、複数の光源４２２は、放出光ビーム４５２に含まれる非平行光ビームを放出するように構成することができる。例えば、放出光ビーム４５２は、複数の光源４２２によって放出された非平行光ビームによって伝送経路に沿って１つまたは複数の方向に発散することができる。いくつかの例では、伝送経路に沿った任意の位置での放出光ビーム４５２の垂直および水平範囲は、複数の光源４２２によって放出された非平行光ビームの発散の範囲に基づくことができる。
【００６２】
放出光ビーム４５２の伝送経路に沿って配列された出口開口部４２６は、出口開口部４２６で複数の光源４２２によって放出された複数の光ビーム４５２の垂直および水平範囲に適応するように構成され得る。図４に示されるブロック図は、説明の便宜上、機能モジュールに関連して説明されることに留意されたい。しかしながら、図４のブロック図の機能モジュールは、他の場所に物理的に実装することができる。例えば、出口開口部４２６が伝送ブロック４２０に含まれることが例示されているが、出口開口部４２６は、伝送ブロック４２０と共有空間４４０の両方に物理的に含めることができる。例えば、伝送ブロック４２０および共有空間４４０は、出口開口部４２６を含む壁によって分離することができる。この場合において、出口開口部４２６は、壁の透明部分に対応することができる。一例では、透明部分は、壁の穴または切り欠き部分であり得る。別の例では、壁は、非透明材料でコーティングされた透明基板（例えば、ガラス）から形成することができ、出口開口部４２６は、非透明材料でコーティングされていない基板の一部とすることができる。
【００６３】
検知システム４１０のいくつかの例では、複数の光ビーム４５２の垂直および水平範囲に適応しながら、出口開口部４２６のサイズを最小化することが望ましい場合がある。例えば、出口開口部４２６のサイズを最小化することにより、ハウジング４１２の機能において上述した光源４２２の光シールドを改善することができる。追加的または代替的に、伝送ブロック４２０と共有空間４４０とを分離する壁は、集束光４５８の受信経路に沿って配列することができ、したがって、出口開口部４２６を最小化して、集束光４５８のより大きな部分が壁に到達することを可能にすることができる。例えば、壁は、反射材料（例えば、共有空間４４０の反射面４４２）でコーティングすることができ、受信経路は、反射材料によって集束光４５８を受信ブロック４３０に向かって反射することを含むことができる。この場合において、出口開口部４２６のサイズを最小化することにより、集束光４５８のより大きな部分が、壁をコーティングしている反射材料で反射することを可能にすることができる。
【００６４】
出口開口部４２６のサイズを最小化するために、いくつかの例では、光源４２２によって放出された非平行光ビームを部分的に平行化して、放出光ビーム４５２の垂直および水平範囲を最小化し、したがって出口開口部４２６のサイズを最小化することにより、放出光ビーム４５２の発散を低減することができる。例えば、複数の光源４２２の各光源は、光源に隣接して配列された円筒形レンズを含むことができる。光源は、第２の方向よりも第１の方向にさらに発散する対応する非平行化光ビームを放出してもよい。円筒形レンズは、非平行化光ビームを第１の方向に事前に平行化して、部分的に平行化された光ビームを提供し、それにより第１の方向の発散を低減することができる。いくつかの例では、部分的に平行化された光ビームは、第２の方向よりも第１の方向に発散しにくい。同様に、複数の光源４２２の他の光源からの非平行化光ビームは、第１の方向に縮小されたビーム幅を有し得、したがって放出光ビーム４５２は、部分的に平行化された光ビームによってより小さな発散となり得る。この例では、光ビーム４５２を部分的に平行化するため、出口開口部４２６の垂直および水平範囲の少なくとも一方を減らすことができる。
【００６５】
追加的または代替的に、出口開口部４２６のサイズを最小化するために、いくつかの例では、光源４２２は、伝送ブロック４２０によって画定された成形表面に沿って配列することができる。いくつかの例では、成形表面は、ファセット加工および／または実質的に湾曲されてもよい。ファセット加工面および／または湾曲面は、放出光ビーム４５２が出口開口部４２６に向かって収束するように構成することができ、したがって、出口開口部４２６における放出光ビーム４５２の垂直および水平範囲は、伝送ブロック４２０のファセット加工面および／または湾曲面に沿った光源４２２の配列によって低減され得る。
【００６６】
いくつかの例では、伝送ブロック４２０の湾曲面は、放出光ビーム４５２の発散の第１の方向に沿った曲率と、放出光ビーム４５２の発散の第２の方向に沿った曲率とを含み得、この結果、複数の光ビーム４５２が、伝送経路に沿って複数の光源４２２の前の中央領域に向かって収束する。
【００６７】
光源４２２のそのような湾曲した配列を容易にするために、いくつかの例では、光源４２２は、１つまたは複数の方向に沿って曲率を有する可撓性基板（例えば、可撓性ＰＣＢ）上に配置され得る。例えば、湾曲した可撓性基板は、放出光ビーム４５２の発散の第１の方向および放出光ビーム４５２の発散の第２の方向に沿って湾曲させることができる。追加的または代替的に、光源４２２のそのような湾曲した配列を容易にするために、いくつかの例では、光源４２２は、１つまたは複数の垂直方向に配向したプリント回路基板（ＰＣＢ）の湾曲した縁部上に配置することができ、その結果、ＰＣＢの湾曲した縁部は、第１の方向（例えば、ＰＣＢの垂直面）の曲率と実質的に一致する。この例では、１つまたは複数のＰＣＢが、第２の方向（例えば、１つまたは複数のＰＣＢの水平面）の曲率と実質的に一致する水平曲率に沿って伝送ブロック４２０に取り付けられ得る。例えば、伝送ブロック４２０は、４つのＰＣＢを含むことができ、各ＰＣＢは、伝送ブロック４２０の湾曲面に沿って６４個の光源を提供するように、１６個の光源を取り付けている。この例では、６４個の光源は、放出光ビーム４５２が伝送ブロック４２０の出口開口部４２６に向かって収束するようなパターンで配列される。
【００６８】
伝送ブロック４２０は、任意選択的に、光源４２２と出口開口部４２６との間の放出光ビーム４５２の伝送経路に沿ってミラー４２４を含んでもよい。ミラー４２４を伝送ブロック４２０に含めることにより、放出光ビーム４５２の伝送経路を折り曲げて、伝送経路が折り曲げられていない別の伝送ブロックのサイズよりも小さなサイズの伝送ブロック４２０および検知システム４１０のハウジング４１２を提供することができる。
【００６９】
受信ブロック４３０は、入口開口部４３６を介して集束光４５８を受信するように構成され得る複数の検出器４３２を含む。いくつかの例では、複数の検出器４３２のそれぞれは、複数の光源４２２の対応する光源によって放出され、検知システム４１０の環境内の１つまたは複数の対象から反射された光ビームに対応する集束光４５８の一部を受信するように構成および配列される。受信ブロック４３０は、任意選択的に、不活性ガス４３４を有する密閉環境内に検出器４３２を含んでもよい。
【００７０】
検出器４３２は、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）、フォトトランジスタ、シリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）、カメラ、アクティブピクセルセンサ（ＡＰＳ）、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）、低温検出器、または放出光ビーム４５２の波長範囲内の波長を有する集束光４５８を受信するように構成された任意の他の光センサを含み得る。
【００７１】
各検出器４３２による、複数の光源４２２の対応する光源からの集束光５８の一部の受信を容易にするために、検出器４３２は、１つまたは複数の基板上に配置され、それに応じて配列され得る。例えば、光源４２２は、伝送ブロック４２０の湾曲面に沿って配列され得る。検出器４３２は、受信ブロック４３０の湾曲面に沿って配列され得る。いくつかの実施形態では、受信ブロック４３０の湾曲面は、伝送ブロック４２０の湾曲面と同様または同一の湾曲面を含んでもよい。したがって、検出器４３２のそれぞれは、複数の光源４２２の対応する光源によって最初に放出された光を受信するように構成され得る。
【００７２】
受信ブロック４３０の湾曲面を提供するために、検出器４３２は、伝送ブロック４２０に配置された光源４２２と同様に、１つまたは複数の基板上に配置され得る。例えば、検出器４３２は、可撓性基板（例えば、可撓性ＰＣＢ）上に配置され、可撓性基板の湾曲面に沿って配列され、光源４２２の対応する光源から生じる集束光をそれぞれ受信することができる。この例では、可撓性基板は、受信ブロック４３０の湾曲面の形状に対応する表面を有する２つのクランプ片の間に保持されてもよい。したがって、この例では、可撓性基板を受信ブロック４３０上にスライドさせ、２つのクランプ片を使用してそれを正しい曲率で保持することにより、受信ブロック４３０の組立てを簡略化することができる。
【００７３】
受信経路に沿って横断する集束光４５８は、入口開口部４３６を介して検出器４３２によって受信することができる。いくつかの例では、入口開口部４３６は、複数の光源４２２によって放出された波長範囲内の波長を有する光を通過させ、他の波長を有する光を減衰させるフィルタリングウィンドウを含むことができる。この例では、検出器４３２は、波長範囲内の波長を有する光を実質的に含む集束光４５８を受信する。
【００７４】
いくつかの例では、受信ブロック４３０に含まれる複数の検出器４３２は、例えば、不活性ガス４３４で満たされた密閉環境内のアバランシェフォトダイオードを含むことができる。不活性ガス４３４としては、例えば、窒素が挙げられ得る。
【００７５】
共有空間４４０は、伝送ブロック４２０からレンズ４５０への放出光ビーム４５２の伝送経路を含み、レンズ４５０から受信ブロック４３０への集束光４５８の受信経路を含む。いくつかの例では、伝送経路は、共有空間４４０内の受信経路と少なくとも部分的に重なる。共有経路４４０内に伝送経路および受信経路を含めることによって、検知システム４１０のサイズ、コスト、ならびに／あるいは組み立て、製造、および／または保守の複雑さに関する利点をもたらすことができる。
【００７６】
出口開口部４２６および入口開口部４３６は、それぞれ伝送ブロック４２０および受信ブロック４３０の一部として例示されているが、そのような開口部は、他の場所に配列または配置されてもよいことが理解される。いくつかの実施形態では、出口開口部４２６および入口開口部４３６の機能および構造を組み合わせてもよい。例えば、共有空間４４０は、共有の入口／出口開口部を含んでもよい。システム４１０の光学構成要素をハウジング４１２内に配列する他の手法が可能であり、想到されることが理解されよう。
【００７７】
いくつかの例では、共有空間４０は、反射面４４２を含むことができる。反射面４４２は、受信経路に沿って配列することができ、集束光４５８を入口開口部４３６に向けて検出器４３２上に反射するように構成することができる。反射面４４２は、プリズム、ミラー、または集束光４５８を受信ブロック４３０内の入口開口部４３６に向かって反射するように構成された任意の他の光学要素を含んでもよい。いくつかの例では、壁が、共有空間４４０を伝送ブロック４２０から分離してもよい。これらの例では、壁は、透明基板（例えば、ガラス）を含んでもよく、反射面４４２は、出口開口部４２６用のコーティングされていない部分を有する壁上の反射コーティングを含んでもよい。
【００７８】
反射面４４２を含む実施形態では、反射面４４２は、伝送ブロック４２０内のミラー４２４と同様に受信経路を折り曲げることにより、共有空間４４０のサイズを縮小することができる。追加的または代替的に、いくつかの例では、反射面４４２は、集束光４５８を受信ブロック４３０に向けることができ、さらに、ハウジング４１２内の受信ブロック４３０の配置に柔軟性を提供する。例えば、反射面４４２の傾斜を変化させることにより、集束光４５８をハウジング４１２の内部空間の様々な部分に反射させることができ、したがって、受信ブロック４３０をハウジング４１２内の対応する位置に配置することができる。追加的にまたは代替的に、この例では、検知システム１０は、反射面４４２の傾斜を変化させることによって較正することができる。
【００７９】
ハウジング４１２に取り付けられたレンズ４５０は、伝送ブロック４２０内の光源４２２から放出光ビーム４５２を平行化するとともに、検知システム４１０の環境内の１つまたは複数の対象からの反射光４５６を受信ブロック４３０内の検出器４３２上に集束するための光パワーを有することができる。一例では、レンズ４５０は、約１２０ｍｍの焦点距離を有する。平行化用の伝送レンズおよび集束用の受信レンズの代わりに、同じレンズ４５０を使用してこれらの機能の両方を実行することにより、サイズ、コスト、および／または複雑さに関する利点をもたらすことができる。いくつかの例では、放出光ビーム４５２を平行化して平行化光ビーム４５４を提供することにより、検知システム１０の環境内の１つまたは複数の対象まで平行化光ビーム４５４が移動した距離を決定することができる。
【００８０】
本明細書に記載のように、レンズ４５０は伝送レンズおよび受信レンズとして利用されるが、別個のレンズおよび／または他の光学要素が本開示の範囲内で想到されることが理解されよう。例えば、レンズ４５０は、別個の光伝送および受信経路に沿った別個のレンズまたはレンズセットを表すことができる。
【００８１】
例示的なシナリオでは、伝送経路に沿って横断する光源４２２からの放出光ビーム４５２は、レンズ４５０によって平行化されて、平行化光ビーム４５４を検知システム４１０の環境に提供することができる。次に、平行化光ビーム４５４は、検知システム４１０の環境内の１つまたは複数の対象で反射し、反射光４５６としてレンズ４５０に戻ることができる。次に、レンズ４５０は、反射光４５６を収集し、集束光４５８として受信ブロック３０に含まれる検出器４３２上に集束させることができる。いくつかの例では、検知システム４１０の環境内の１つまたは複数の対象の態様は、放出光ビーム４５２を集束光ビーム５８と比較することによって決定することができる。その態様としては、例えば、１つまたは複数の対象の距離、形状、色、および／または材料を挙げることができる。追加的に、いくつかの例では、ハウジング４１２を回転させることによって、検知システム４１０の周囲の三次元マップを決定することができる。
【００８２】
複数の光源４２２が伝送ブロック４２０の湾曲面に沿って配列されるいくつかの例では、レンズ４５０は、伝送ブロック４２０の湾曲面に対応する焦点面を有するように構成することができる。例えば、レンズ４５０は、ハウジング４１２の外側の非球面と、共有空間４４０に面するハウジング４１２の内側の環状面と、を含むことができる。この例では、レンズ４５０の形状により、レンズ４５０は、放出光ビーム４５２を平行化するとともに、反射光４５６を集束させることができる。追加的に、この例では、レンズ４５０の形状により、レンズ４５０は、伝送ブロック４２０の湾曲面に対応する焦点面を有することができる。いくつかの例では、レンズ４５０によって提供される焦点面は、伝送ブロック４２０の湾曲形状と実質的に一致する。追加的に、いくつかの例では、検出器４３２は、レンズ４５０によって提供される湾曲した焦点面に沿って集束光４５８を受信するために、受信ブロック４３０の湾曲形状に同様に配列され得る。したがって、いくつかの例では、受信ブロック４３０の湾曲表面はまた、レンズ４５０によって提供される湾曲した焦点面と実質的に一致し得る。
【００８３】
図５Ａ〜５Ｄは、車両および１つまたは複数のセンサシステムを含む様々な検知シナリオのいくつかの図を例示する。図５Ａは、例示的な実施形態による検知シナリオ５００における車両３００の側面図を例示する。そのようなシナリオでは、センサシステム３０２は、最大仰角５１２と最小仰角５１４との間の仰角範囲５１０にわたって車両３００の環境に光パルスを放出するように構成され得る。いくつかの実施形態では、センサシステム３０２は、調整可能な走査領域内の車両３００の環境に光を放出するように構成された光源（例えば、ファイバレーザ）を含んでもよい。
【００８４】
追加的または代替的に、センサシステム３０２は、非線形の仰角分布で配列された複数の発光体デバイスを含んでもよい。すなわち、所望の垂直ビーム解像度を達成するために、センサシステム３０２の複数の発光体デバイスは、隣接するビーム間の異質な仰角差を含むビーム仰角にわたって配列されてもよい。
【００８５】
例示的な実施形態では、ある閾値角度または平面（例えば、軸５１６に対応する水平面）未満の仰角成分を有するセンサシステム３０２から放出される光は、第１のエネルギーで提供され得る。そのようなシナリオでは、その閾値角度または平面を超える仰角成分を有するセンサシステム３０２から放出される光は、第１のエネルギーよりも高いまたは低い可能性のある第２のエネルギーで提供され得る。
【００８６】
さらなる例として、センサシステム３０４は、最大仰角５２２と最小仰角５２４との間で定義され得る仰角範囲５２０にわたって車両３００の環境に光パルスを放出するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、センサシステム３０４の１つまたは複数の発光体デバイスは、回転ミラー（例えば、プリズムミラー）からの光を反射することによって、車両３００の周りの環境を照明することができる。
【００８７】
そのような例示的な実施形態では、コントローラ（例えば、図１を参照して例示および記載されるようなコントローラ１５０）は、光パルスまたは連続光ビームの放出ベクトルの仰角成分を決定し、決定された仰角成分に基づいて放出光のエネルギーを動的に調整することができる。
【００８８】
例示的な実施形態では、ある閾値角度または平面未満の仰角成分（例えば、軸５２６に対応する水平面および／または図５Ｃを参照して記載されるような「地上スキミング」ビーム仰角５９４）でセンサシステム３０４から放出される光は、第１のエネルギー（例えば、１マイクロジュール）で提供され得る。そのようなシナリオでは、その閾値角度または平面を超える仰角成分を有するセンサシステム３０２から放出される光は、第２のエネルギー（例えば、１００ナノジュール）で提供され得る。第１および第２のエネルギー値は、本明細書に記載されている値よりも高くまたは低くてもよいことが理解されよう。
【００８９】
図５Ｂは、検知シナリオ５５０における車両３００の背面図を示す。検知シナリオ５５０に例示されるように、センサシステム３０２、３０８および３１０は、最大仰角５６２および最小仰角５６４を有する仰角範囲５６０にわたって対象を検出するように構成され得る。同様に、センサシステム３０８および３１０は、それぞれの最大仰角５７２ａおよび５７２ｂならびにそれぞれの最小仰角５７４ａおよび５７４ｂによって境界付けられ得る、それぞれの仰角範囲５７０ａおよび５７０ｂを提供し得る。
【００９０】
例示的な実施形態は、車両が世界中を移動するときに、車両の周りの変化する環境に基づいて、放出光パルス（例えば、パルスエネルギー）の様々な態様を調整することを含み得る。具体的には、放出光パルスの態様は、限定するものではないが、波状道路（例えば、上り坂または下り坂を走行するとき、カーブを回って走行するときの勾配の変化など）、道路上または道路の近くの対象（例えば、歩行者、他の車両、建物など）、あるいは他の静的もしくは動的に変化する環境条件または状況に基づいて、変動し得る。
【００９１】
図５Ｃは、例示的な実施形態による検知シナリオ５９０を例示する。車両３００は、上り坂の道路表面５９１と接触していてもよい。そのようなシナリオでは、検知の関心対象は、同じ道路表面５９１と接触している他の車両（例えば、坂を越えて接近して来る交通車）を含み得る。車両の走行経路を妨害する可能性があるそのような対象および／または他の車両は、道路表面５９１の上方に０〜４メートルの間にあり得る。したがって、センサ３０２は、最小ビーム仰角５９２と最大ビーム仰角５９３の間の対象を検知するように動作可能であり得るが、いくつかの実施形態では、最小ビーム仰角５９２と動的に変化する「地面スキミング」ビーム仰角５９４との間で得られるデータが、波状の道路表面４９１に沿って他の車両および対象を検出するために、より重要であるか、またはより高い優先度を有するものとして指定されてもよい。「地上スキミング」ビーム仰角５９４は、特定の場所５８８に対応する走査角として動的に定義することができ、これは、道路の上の所定の高さ５８７にあり得、車両３００から所定の距離だけ離れ得る。例示的な実施形態では、特定の場所５８８は、車両３００から約６０メートルとすることができ、所定の高さ５８７は、道路表面５９１の上方に約４メートルとすることができる。
【００９２】
いくつかの実施形態およびいくつかの状況下では、本明細書に記載のシステムおよび方法は、可能なビーム仰角の全範囲（例えば、最小ビーム仰角５９２と最大ビーム仰角５９３の間の全角度範囲の間の角度）を常に走査する必要はない。代わりに、（放出光の他の特性の中でも）ビームの走査範囲、走査レート、走査解像度、およびビームエネルギーは、道路および／または車両３００の周りの環境の他の部分の動的に変化するヨー依存の輪郭に基づいて変化し得る。
【００９３】
例えば、いくつかのシナリオでは、「地上スキミング」ビーム仰角５９４と最大ビーム仰角５９３との間のビーム仰角をまったく走査する必要がない。すなわち、所与のヨー角について、車両３００の進行を妨げる可能性のある対象を含まないと予測され得る仰角範囲に光パルスを放出する必要はない。追加的または代替的に、光パルスは、短縮され得るそれらの角度範囲に放出され得、より低いエネルギーで提供され、かつ／または完全に排除され得る。
【００９４】
さらに、最小ビーム仰角５９２と「地上スキミング」ビーム仰角５９４との間の角度に放出される光パルスの場合、地面上または地面の近くの対象が検出される可能性を上げるために、放出光の特定の態様が調整され得る。例えば、いくつかのシナリオでは、その角度範囲内に存在する対象からの潜在的な戻り信号を増やすために、パルス当たりのエネルギーおよび／または連続ビームエネルギーを増やすことができる。
【００９５】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載のシステムおよび方法は、車両の周りに（例えば、３６０度または複数のヨー角にわたって）延びる等高線に基づいて様々なセンサシステムから放出される光の放出エネルギーを調整することを含んでもよく、車両３００から所定の距離離れて（例えば、６０、１００、または２００メートル離れて）位置し、かつ／または地面上の所定の高さに位置する実質的に連続した線として定義されてもよい。そのような等高線は、車両３００がその環境の周りを移動するときに動的に調整されてもよい。等高線は、地形図または車両３００および／または他の車両によって取得された現在もしくは以前の点群情報に基づいて決定することができる。いくつかの実施形態では、等高線は、図５Ｃに示される場所５８８または図５Ｄに示される場所５８９などの、地面上または地面上方の１つまたは複数の特定の場所を通過することができる。
【００９６】
例えば、等高線が車両３００から６０メートルの距離で地面から１メートルの所定の高さを表すシナリオを考える。車両３００が地面から１メートルのところに対象のない平坦な地形上にあるとき、等高線は、車両を中心とする半径６０メートルの二次元の円によって表すことができる。しかしながら、車両３００が地面から１メートルのところで丘陵地および／または対象に遭遇する場合、等高線は、動的に変化する地形的特徴および／または対象データに基づいて、三次元の円、楕円、または不規則な形状を含み得る。いくつかの実施形態では、放出光のエネルギーは、等高線の形状に基づいて動的に調整され得る。
【００９７】
図５Ｄは、例示的な実施形態による、検知シナリオ５９５を例示する。車両３００は、下り坂の道路表面５９９と接触していてもよい。図４Ｅを参照して上記したように、センサ３０２のいくつかのビーム角度は、他のものよりも「優先」されてもよい。例えば、「地面スキミング」ビーム仰角５９８は、車両３００から離れた所定の距離および地面について所定の高さに対応する特定の場所５８９（各ヨー角に対して定義され得る）に基づいて動的に変化し得る。「地上スキミング」ビーム仰角５９８と最小ビーム仰角５９６との間のビーム仰角の範囲は、他のビーム仰角（例えば、「地上スキミング」ビーム仰角５９８と最大ビーム仰角５９７との間のビーム仰角）よりも優先されてもよい。
【００９８】
上記のように、いくつかの実施形態では、光パルスは、「地上スキミング」ビーム仰角５９８を超えるビーム仰角に放出される必要はない。追加的または代替的に、そのような仰角範囲に放出される光パルスのパルス当たりのエネルギーは、完全に低減または排除されてもよい。ヨー依存ビーム角度範囲への光パルスの伝送と受信の他の区別は、例えば、地形図、点群情報、または車両３００の環境内の対象および／または地面に関する他の知識に基づいて可能である。いくつかの実施形態では、点群情報は、（運転中よりも早い以前の走査から、および／または同じ経路に沿った車両の以前の運転からの走査から）ＬＩＤＡＲシステムを利用する車両によって、あるいはＬＩＤＡＲシステムを利用する別の車両によって収集されてもよい。他の車両は、一般的な車両群の一部である場合もあれば、別の車両群に関連付けられている場合もある。
【００９９】
ＩＩＩ．例示的方法
図６は、例示的な実施形態による方法６００を例示する。方法６００は、本明細書に明示的に例示もしくはさもなければ開示されるステップまたはブロックよりも少ないあるいは多いステップまたはブロックを含むことができることが理解されよう。さらに、方法６００のそれぞれのステップまたはブロックは、任意の順序で実行することができ、各ステップまたはブロックは、１回または複数回実行することができる。いくつかの実施形態では、方法６００のブロックまたはステップの一部または全ては、図１に関連して例示および記載されるように、コントローラ１５０によって実行されてもよい。
【０１００】
ブロック６０２は、光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システムの光源に放出ベクトルに沿って光を放出させることを含む。いくつかの実施形態では、ブロック６０２は、光源に複数の光パルスを放出させることを含み得る。例示的な実施形態では、複数の光パルスのうちの少なくとも１つの光パルスのパルス長は、１０ピコ秒から１０ナノ秒の間の範囲内であり得る。他のパルス長が可能であり、想到されることが理解されるであろう。
【０１０１】
ブロック６０４は、走査パターンに従って放出光の放出ベクトルを調整することを含む。一例として、放出光の放出ベクトルを調整することは、放出光と相互作用するＬＩＤＡＲシステムの機械的ミラーを調整することを含み得る。機械的ミラーを調整することにより、ＬＩＤＡＲシステムの外部環境に対して放出光の放出ベクトルを変更することができる。追加的または代替的に、放出ベクトルを調整することは、別のタイプの光学要素（例えば、レンズ、開口部など）を調整することを含み得る。放出ベクトルは、数ある可能性の中でもとりわけ、走査経路、所望の空間解像度、および／または関心領域に従って調整することができる。
【０１０２】
ブロック６０６は、放出ベクトルの仰角成分を決定することを含む。本明細書に記載のように、仰角成分を決定することは、基準軸または基準面（例えば、水平面）上への放出ベクトルのベクトル射影を決定することを含み得る。追加的または代替的に、仰角成分を決定することは、例えば、他の可能性の中でもとりわけ、機械的ミラーの現在の位置、所与の光源の取り付け位置、視野内の所定の走査パターン内の現在の位置、車両の姿勢（例えば、車両の上り坂または下り坂の角度）に基づいて、仰角成分を提供するルックアップテーブルに問い合わせることを含み得る。そのようなシナリオでは、図１を参照して例示および記載されるように、ルックアップテーブルは、メモリ１５４内に格納され得る。追加的または代替的に、ルックアップテーブルは、他の場所（例えば、クラウドサーバまたは別の場所）に格納され得る。
【０１０３】
ブロック６０８は、決定された仰角成分に基づいて、放出光のエネルギーを動的に調整することを含む。ブロック６０８は、複数の光パルスのうちの少なくとも１つの光パルスのパルスエネルギーを調整することを含み得る。例えば、少なくとも１つの光パルスのパルスエネルギーは、１０ナノジュール〜１０マイクロジュールの間にあり得る。いくつかのシナリオでは、放出光のエネルギーを調整して、標的対象までの距離のさまざまな予測値を考慮することができる。例えば、負の仰角成分（例えば、実質的に下向きのビーム）を有する車載ＬＩＤＡＲから放出された光は、地面または地面に沿った別の対象と相互作用することが予想され得る。したがって、そのような仰角で提供される放出光のエネルギーは、「地上スキミング」角度および標的対象までの予測距離が長い他の仰角に対応するものなどの、他の仰角ほど高い必要はない。
【０１０４】
いくつかの実施形態では、放出光のエネルギーを動的に調整することは、さらに、レーザ安全基準に基づくことができる。例えば、レーザ安全基準としては、レーザの安全な使用に関するアメリカの国家基準（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  ｆｏｒ  Ｓａｆｅ  Ｕｓｅ  ｏｆ  Ｌａｓｅｒｓ）（ＡＮＳＩ  Ｚ１３６．１−２０１４）または他の国際的なレーザ安全基準が挙げられ得る。一例として、レーザ安全基準としては、ＩＥＣ６０８２５−１および／またはＩＥＣ６０６０１−２−２２などの国際電気標準会議（ＩＥＣ）によって確立された基準、ならびに他の同様の基準が挙げられ得る。場合によっては、レーザ安全基準としては、特定の領域に所与の時間および所与の波長で放出される光エネルギーの推奨および／または必須の閾値が挙げられ得る。このようなレーザ安全基準は、ＩＲ−Ａ（約８００〜１４００ナノメートル）およびＩＲ−Ｂ（約１４００〜３０００ナノメートル）の波長範囲上で具体的に提供され得る。しかしながら、他の波長範囲も可能であり、想到されている。
【０１０５】
追加的または代替的に、放出光のエネルギーを動的に調整することは、自律型車両のレーザ安全プログラムまたは基準など、現在確立されていなくても、別のタイプのレーザ安全プログラムまたは基準に基づくことができる。
【０１０６】
適用可能なレーザ安全基準は、その適用可能なレーザ安全基準に準拠するように、最小または最大の滞留時間、線量制限、パルス当たりのエネルギー、機械的スルーレート、および他の制限を設定することによって、本明細書におけるシステムおよび方法に組み込むことができる。
【０１０７】
さらに、放出光のエネルギーを動的に調整することは、他の可能性の中でも特に、光源のクラス（例えば、クラス２レーザ、クラス３Ｂレーザなど）、時刻、歩行者が存在するかどうか、都市／農村の場所、閉じられた／開いた道路、車両速度、車両密度に基づくことができる。
【０１０８】
追加的または代替的に、ＬＩＤＡＲシステムが車両に結合されるいくつかの実施形態では、方法６００は、点群データ、マップデータ、画像データ、対象データ、再帰反射体の場所データ、時刻、周辺光の状態、太陽の位置、車両の姿勢、車両の方位、または車両の動作状態の少なくとも１つにさらに基づいて、放出光のエネルギーを動的に調整することを含み得る。
【０１０９】
いくつかの実施形態では、複数の光パルスのうちの少なくとも一部のパルス繰り返し率は、５０キロヘルツ〜１メガヘルツの間にあり得る。他のパルス繰り返し率が可能であり、想到される。
【０１１０】
いくつかのシナリオでは、光源は、９０５ナノメートルまたは１５５０ナノメートルの波長を有する光を放出するように動作可能なファイバレーザを含む。そのようなシナリオでは、放出光のエネルギーを動的に調整することは、シードレーザ動作パラメータまたはポンプレーザ動作パラメータのうちの少なくとも１つを調整することを含み得る。特定の例として、１５５０ナノメートルの波長で光を放出するレーザの場合、約４０ミリワットの最大光パワーに対応する７ｍｍ２のターゲット領域に提供される５μＪの最大エネルギー制限を（例えば、レーザ安全基準に基づいて）確立することができる。このようなシナリオでは、環境に放出される光が最大エネルギー制限を下回ったままであるように光源を制御することができる。これを達成するために、機械的ミラーおよび／または回転マウントを移動して、放出光が所与の場所に閾値時間よりも長く滞留しないようにすることができる。追加的または代替的に、パルサー回路または電源は、光源が９０５ナノメートルで２００ｎＪ未満を所与の場所に向けて放出するように調整され得る。他のシナリオ、波長、および最大エネルギー制限が可能であり、想到されることが理解されよう。
【０１１１】
図に示されている特定の構成は、限定であるとみなされるべきではない。他の実施形態は、所定の図に示される各構成要素をより多く、またはより少なく含むことができることを理解されたい。さらに、図示の構成要素のうちのいくつかの構成要素は、組み合わせることができる、または省略することができる。なおもさらには、例示的な実施形態は、図に示されていない構成要素を含むことができる。
【０１１２】
情報の処理を表すステップまたはブロックは、本明細書において説明される方法または技術の特定の論理機能を実行するように構成することができる回路に対応することができる。代替的に、またはさらに、情報の処理を表すステップまたはブロックは、モジュール、セグメント、物理コンピュータ（例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）もしくは特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ））、またはプログラムコードの一部（関連データを含む）に対応することができる。プログラムコードは、特定の論理機能または処理を方法または技術において実行するプロセッサにより実行可能な１つ以上の命令を含むことができる。プログラムコードおよび／または関連データは、ディスク、ハードドライブ、または他の記憶媒体を含む、ストレージデバイスのような任意のタイプのコンピュータ可読媒体に格納することができる。
【０１１３】
コンピュータ可読媒体は、レジスタメモリ、プロセッサキャッシュ、およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）のような、データを短期間にわたって格納するコンピュータ可読媒体のような非一時的なコンピュータ可読媒体を含むこともできる。コンピュータ可読媒体は、プログラムコードおよび／またはデータを長期間にわたって格納する非一時的なコンピュータ可読媒体も含むこともできる。このように、コンピュータ可読媒体は、例えばリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、光ディスクまたは磁気ディスク、コンパクトディスクリードオンリーメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）のような補助ストレージまたは長期永続的ストレージを含むことができる。コンピュータ可読媒体は、任意の他の揮発性または不揮発性ストレージシステムとすることもできる。コンピュータ可読媒体は、例えばコンピュータ可読記憶媒体、または有形のストレージデバイスであると考えることができる。
【０１１４】
様々な例および実施形態が開示されてきたが、他の例および実施形態が当業者には明らかであろう。開示される様々な例および実施形態は、例示目的であり、限定することを意図するものではなく、真の範囲は、以下の特許請求の範囲により示される。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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