(57)【要約】  タイム・オブ・フライト・システムを動作させる方法は、第１の明確なレンジを有する第１の周波数を備える、標的から反射された第１の光信号を検出するステップと、第１の光信号を処理して標的までの第１の推定距離を求めるステップと、第１の推定距離と、以前の出力フレームを生成するのに使用された標的までの第２の推定距離とに基づいて、標的までの真の距離を含む出力フレームを生成するステップとを含んでなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の明確なレンジを有する第１の周波数を備える、標的から反射された第１の光信号を検出するステップと、
前記第１の光信号を処理して前記標的までの第１の推定距離を求めるステップと、
前記第１の推定距離と、以前の出力フレームを生成するのに使用された前記標的までの第２の推定距離とに基づいて、前記標的までの真の距離を含む出力フレームを生成するステップと
を含んでなる、タイム・オブ・フライト・システムを動作させる方法。
【請求項２】
前記第２の推定距離は、前記第１の明確なレンジと異なる第２の明確なレンジを有する第２の周波数を備える第２の光信号を処理することによって生成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記以前の出力フレームは、前記第２の光信号を処理した後に生成され、
前記第１の光信号は、前記以前の出力フレームを生成した後に処理される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の光信号は、前記出力フレームの第１のサブフレームの期間中に処理され、
前記第２の光信号は、前記第１のサブフレームの前の前記以前の出力フレームの第２のサブフレームの期間中に処理される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記標的までの真の距離を求めることは、前記第１の推定距離と前記第２の推定距離との間の計算された差に基づいて前記第１の推定距離を調整することを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記標的までの前記第１の推定距離は、前記第１の光信号における第１の位相シフトを用いて求められる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の光信号及び前記第２の光信号は、検出器アレイの個々の検出器素子によって検出される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の周波数は複数の周波数を組み合わせたものであり、前記複数の周波数を前記組み合わせたものは前記第１の明確なレンジを有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記標的は複数の標的のうちの１つであり、
前記標的までの前記第１の推定距離は、第１のサブフレームの期間中に生成される前記複数の標的までの一連の推定距離のうちの１つである、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
第１の明確なレンジを有する第１の周波数を備える、標的から反射された第１の光信号を検出するように構成される検出器アレイと、
前記第１の光信号を処理して前記標的までの第１の推定距離を求めることと、前記第１の推定距離と、以前の出力フレームを生成するのに使用された前記標的までの第２の推定距離とに基づいて、前記標的までの真の距離を含む出力フレームを生成することとを行うように構成される制御回路と
を備えてなるタイム・オブ・フライト・システム。
【請求項１１】
前記検出器アレイは、前記第１の明確なレンジと異なる第２の明確なレンジを有する第２の周波数を備える第２の光信号を検出するように更に構成され、
前記制御回路は、前記第２の光信号を処理することによって前記第２の推定距離を生成するように更に構成される、請求項１０に記載のＴｏＦシステム。
【請求項１２】
前記以前の出力フレームは、前記第２の光信号を処理した後に生成され、
前記第１の光信号は、前記以前の出力フレームを生成した後に処理される、請求項１１に記載のＴｏＦシステム。
【請求項１３】
前記標的までの真の距離を求めることは、前記第１の推定距離と前記第２の推定距離との間の計算された差に基づいて前記第１の推定距離を調整することを含む、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のＴｏＦシステム。
【請求項１４】
前記標的までの前記真の距離は、前記第１の推定距離と、前記第１の明確なレンジの第１の倍数との第１の和、及び／又は、前記第２の推定距離と、前記第２の明確なレンジの第２の倍数との第２の和であり、
前記第１の推定距離から前記第２の推定距離を減算した結果が正の数であるとの判断に応じて、前記第２の倍数は以下の式
（ＴＤ１−ＴＤ２）／（ＵＲ２−ＵＲ１）
によって計算され、
ここで、ＵＲ１は前記第１の明確なレンジであり、ＵＲ２は前記第２の明確なレンジであり、ＴＤ１は前記第１の推定距離であり、ＴＤ２は前記第２の推定距離である、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載のＴｏＦシステム。
【請求項１５】
前記制御回路は、前記第１の光信号における第１の位相シフトを用いて前記標的までの前記第１の推定距離を求めるように更に構成される、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載のＴｏＦシステム。
【請求項１６】
前記第１の周波数は複数の周波数を組み合わせたものであり、前記複数の周波数を前記組み合わせたものは前記第１の明確なレンジを有する、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載のＴｏＦシステム。
【請求項１７】
前記第１の周波数を備える前記第１の光信号を放射するように構成される第１の複数の放射器と、前記第２の周波数を備える前記第２の光信号を放射するように構成される第２の複数の放射器とを含む放射器アレイを更に備える、請求項１０〜１６のいずれか一項に記載のＴｏＦシステム。
【請求項１８】
前記標的は複数の標的のうちの１つであり、
前記標的までの前記第１の推定距離は、第１のサブフレームの期間中に生成される前記複数の標的までの一連の推定距離のうちの１つである、請求項１０〜１７のいずれか一項に記載のＴｏＦシステム。
【請求項１９】
第１の明確なレンジを有する第１の変調周波数における第１の光信号の、第１のサブフレームでの送信を制御して、標的までの第１の推定距離を得ることと、
前記第１の推定距離と、以前の出力フレームを生成するのに使用された前記標的までの第２の推定距離とに基づいて、前記標的までの真の距離を含む出力フレームを生成することと
を含む動作を実行するように構成される、標的までの距離を求める制御回路。
【請求項２０】
前記第２の推定距離は、前記第１の明確なレンジと異なる第２の明確なレンジを有する第２の周波数を備える第２の光信号を処理することによって生成され、
前記標的までの真の距離を求めることは、前記標的までの前記第１の推定距離と前記標的までの前記第２の推定距離との間の計算された差を、前記第１の明確なレンジと前記第２の明確なレンジとの間の計算された差と比較することを含む、請求項１９に記載の制御回路。
【請求項２１】
前記以前の出力フレームは、前記第２の光信号を処理した後に生成され、
前記第１の光信号は、前記以前の出力フレームを生成した後に処理される、請求項１９又は２０に記載の制御回路。
【請求項２２】
前記制御回路は、前記第１の光信号の前記送信と、前記標的によって反射された後の検出器による前記第１の光信号の検出との間の計算された継続時間に基づいて、前記標的までの前記第１の推定距離を求めるように更に構成される、請求項１９〜２１のいずれか一項に記載の制御回路。
【請求項２３】
第１の明確なレンジを有する第１の周波数を備える、標的から反射された第１の光信号を検出するステップと、
前記第１の光信号を処理して前記標的までの第１の推定距離を求めるステップと、
前記第１の推定距離に基づいて、第１の真の距離を含む第１の出力フレームを生成するステップと、
前記第１の明確なレンジと異なる第２の明確なレンジを有する第２の周波数を備える、前記標的から反射された第２の光信号を検出するステップと、
前記第２の光信号を処理して前記標的までの第２の推定距離を求めるステップと、
前記標的までの前記第１の推定距離及び前記第２の推定距離に基づいて、第２の真の距離を含む第２の出力フレームを生成するステップと
を含んでなるタイム・オブ・フライト・システムを動作させる方法。
【請求項２４】
前記第２の出力フレームを生成するステップは、前記第２の推定距離と前記第１の推定距離との比較に基づいて前記標的までの前記第２の推定距離を調整することによって、前記第２の真の距離を生成することを含む、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［優先権の主張］
本出願は、２０１８年８月１７日付に出願された「Method for Identifying and Correcting Erroneous 3D Points and for Increasing the Range of Indirect Time-of-Flight Cameras without Increasing Phase Error」という発明の名称の米国仮特許出願第６２／７１９，１８２号による優先権を主張するものである。この米国仮特許出願の全内容は、引用することによって本明細書の一部をなすものとする。
【０００２】
本開示は、ＬＩＤＡＲシステムを対象とし、より詳細には、タイム・オブ・フライトＬＩＤＡＲシステムにおいて標的までの距離をより正確に求める方法及びデバイスを対象とする。
【背景技術】
【０００３】
インターネット・オブ・シングズ（ＩｏＴ：Internet-of-Things）及び自律航法等の多くの新興技術が、３次元（３Ｄ：three-dimensional）空間における物体までの距離の検出及び測定を必要とし得る。例えば、自律走行が可能な自動車は、基本動作として及び安全性要件を満たすために３Ｄ検出及び認識を必要とし得る。３Ｄ検出及び認識は、例えば、産業用又は家庭用のロボット又は玩具による屋内ナビゲーションにも必要とされる場合がある。
【０００４】
光ベースの３Ｄ測定は、幾つかの場合においてレーダ（低い角度精度、バルキー）又は超音波（非常に低い精度）よりも優れている場合がある。例えば、光ベースの３Ｄセンサシステムは、検出器（フォトダイオード又はカメラ等）と、光源としての発光デバイス（発光ダイオード（ＬＥＤ：light emitting diode）又はレーザダイオード等）とを備えることができる。この発光デバイスは、通常、可視波長範囲の外部の光を放射する。垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：vertical cavity surface emitting laser）は、３Ｄ空間における距離及び速度を測定するために光ベースのセンサにおいて使用することができる１つのタイプの発光デバイスである。ＶＣＳＥＬのアレイは、パワースケーリングを可能にすることができ、非常に短いパルスをより高いパワー密度で提供することができる。
【０００５】
距離測定、深さプロファイリング、及び３Ｄ撮像（例えば、光検出及び測距（ＬＩＤＡＲ：Light Detection And Ranging））を含む多くのアプリケーションでは、タイム・オブ・フライト（ＴｏＦ：Time of flight）ベースの撮像が使用される。ＴｏＦ  ３Ｄ撮像システムは、間接ＴｏＦ（ｉＴｏＦ：indirect ToF）システム又は直接ＴｏＦシステムとして類別することができる。
【０００６】
直接ＴｏＦ測定は、ＴｏＦシステムの放射器素子による放射光の放射と、ＴｏＦシステムの検出器素子による物体又は他の標的からの反射後の放射光（本明細書では、エコー信号とも呼ばれる）の検知との間の時間の長さを直接測定することを含む。この時間の長さから、標的までの距離を推定することができる。間接ＴｏＦ測定は、放射信号の振幅を変調することと、エコー信号の位相遅延又は位相シフトを測定することとを含む。標的までの距離は、戻ってくるエコー信号の検出された位相シフトから計算することができる。
【発明の概要】
【０００７】
本明細書に記載の幾つかの実施の形態は、ＶＣＳＥＬ若しくは他の面発光レーザダイオード、端面発光レーザダイオード、及び／又は他の半導体レーザ等のレーザダイオード、並びにそれらを組み込んだアレイを対象とする。
【０００８】
幾つかの実施の形態によれば、タイム・オブ・フライト・システムを動作させる方法は、第１の明確なレンジを有する第１の周波数を備える、標的から反射された第１の光信号を検出するステップと、前記第１の光信号を処理して前記標的までの第１の推定距離を求めるステップと、前記第１の推定距離と、以前の出力フレームを生成するのに使用された前記標的までの第２の推定距離とに基づいて、前記標的までの真の距離を含む出力フレームを生成するステップとを含んでなる。
【０００９】
幾つかの実施の形態において、前記第２の推定距離は、前記第１の明確なレンジと異なる第２の明確なレンジを有する第２の周波数を備える第２の光信号を処理することによって生成される。
【００１０】
幾つかの実施の形態において、前記以前の出力フレームは、前記第２の光信号を処理した後に生成され、前記第１の光信号は、前記以前の出力フレームを生成した後に処理される。
【００１１】
幾つかの実施の形態において、前記第１の光信号は、前記出力フレームの第１のサブフレームの期間中に処理され、前記第２の光信号は、前記第１のサブフレームの前の前記以前の出力フレームの第２のサブフレームの期間中に処理される。
【００１２】
幾つかの実施の形態において、前記標的までの前記真の距離を求めることは、前記第１の推定距離と前記第２の推定距離との間の計算された差に基づいて前記第１の推定距離を調整することを含む。
【００１３】
幾つかの実施の形態において、前記標的までの前記第１の推定距離は、前記第１の光信号における第１の位相シフトを用いて求められる。
【００１４】
幾つかの実施の形態において、前記第１の光信号及び前記第２の光信号は、検出器アレイの個々の検出器素子によって検出される。
【００１５】
幾つかの実施の形態において、前記第１の周波数は複数の周波数を組み合わせたものであり、前記複数の周波数を前記組み合わせたものは前記第１の明確なレンジを有する。
【００１６】
幾つかの実施の形態において、前記標的は複数の標的のうちの１つであり、前記標的までの前記第１の推定距離は、第１のサブフレームの期間中に生成される前記複数の標的までの一連の推定距離のうちの１つである。
【００１７】
幾つかの実施の形態によれば、タイム・オブ・フライト（ＴｏＦ）システムは、第１の明確なレンジを有する第１の周波数を備える、標的から反射された第１の光信号を検出するように構成される検出器アレイと、前記第１の光信号を処理して前記標的までの第１の推定距離を求めることと、前記第１の推定距離と、以前の出力フレームを生成するのに使用された前記標的までの第２の推定距離とに基づいて、前記標的までの真の距離を含む出力フレームを生成することとを行うように構成される制御回路とを備えてなる。
【００１８】
幾つかの実施の形態において、前記検出器アレイは、前記第１の明確なレンジと異なる第２の明確なレンジを有する第２の周波数を備える第２の光信号を検出するように更に構成され、前記制御回路は、前記第２の光信号を処理することによって前記第２の推定距離を生成するように更に構成される。
【００１９】
幾つかの実施の形態において、前記以前の出力フレームは、前記第２の光信号を処理した後に生成され、前記第１の光信号は、前記以前の出力フレームを生成した後に処理される。
【００２０】
幾つかの実施の形態において、前記標的までの真の距離を求めることは、前記第１の推定距離と前記第２の推定距離との間の計算された差に基づいて前記第１の推定距離を調整することを含む。
【００２１】
幾つかの実施の形態において、前記標的までの前記真の距離は、前記第１の推定距離と、前記第１の明確なレンジの第１の倍数との第１の和、及び／又は、前記第２の推定距離と、前記第２の明確なレンジの第２の倍数との第２の和であり、前記第１の推定距離から前記第２の推定距離を減算した結果が正の数であるとの判断に応じて、前記第２の倍数は以下の式
（ＴＤ１−ＴＤ２）／（ＵＲ２−ＵＲ１）
によって計算され、
ここで、ＵＲ１は前記第１の明確なレンジであり、ＵＲ２は前記第２の明確なレンジであり、ＴＤ１は前記第１の推定距離であり、ＴＤ２は前記第２の推定距離である。
【００２２】
幾つかの実施の形態において、前記制御回路は、前記第１の光信号における第１の位相シフトを用いて前記標的までの前記第１の推定距離を求めるように更に構成される。
【００２３】
幾つかの実施の形態において、前記第１の周波数は複数の周波数を組み合わせたものであり、前記複数の周波数を前記組み合わせたものは前記第１の明確なレンジを有する。
【００２４】
幾つかの実施の形態において、前記ＴｏＦシステムは、前記第１の周波数を備える前記第１の光信号を放射するように構成される第１の複数の放射器と、前記第２の周波数を備える前記第２の光信号を放射するように構成される第２の複数の放射器とを含む放射器アレイを更に備える。
【００２５】
幾つかの実施の形態において、前記標的は複数の標的のうちの１つであり、前記標的までの前記第１の推定距離は、第１のサブフレームの期間中に生成される前記複数の標的までの一連の推定距離のうちの１つである。
【００２６】
幾つかの実施の形態によれば、標的までの距離を求める制御回路は、第１の明確なレンジを有する第１の変調周波数における第１の光信号の、第１のサブフレームでの送信を制御して、標的までの第１の推定距離を得ることと、前記第１の推定距離と、以前の出力フレームを生成するのに使用された前記標的までの第２の推定距離とに基づいて、前記標的までの真の距離を含む出力フレームを生成することと、を含む動作を実行するように構成される。
【００２７】
幾つかの実施の形態において、前記第２の推定距離は、前記第１の明確なレンジと異なる第２の明確なレンジを有する第２の周波数を備える第２の光信号を処理することによって生成され、前記標的までの真の距離を求めることは、前記標的までの前記第１の推定距離と前記標的までの前記第２の推定距離との間の計算された差を、前記第１の明確なレンジと前記第２の明確なレンジとの間の計算された差と比較することを含む。
【００２８】
幾つかの実施の形態において、前記以前の出力フレームは、前記第２の光信号の前記処理の後に生成され、前記第１の光信号は、前記以前の出力フレームを生成した後に処理される。
【００２９】
幾つかの実施の形態において、前記制御回路は、前記第１の光信号の前記送信と、前記標的によって反射された後の検出器による前記第１の光信号の検出との間の計算された継続時間に基づいて、前記標的までの前記第１の推定距離を求めるように更に構成される。
【００３０】
幾つかの実施の形態によれば、タイム・オブ・フライト・システムを動作させる方法は、第１の明確なレンジを有する第１の周波数を備える、標的から反射された第１の光信号を検出するステップと、前記第１の光信号を処理して前記標的までの第１の推定距離を求めるステップと、前記第１の推定距離に基づいて、第１の真の距離を含む第１の出力フレームを生成するステップと、前記第１の明確なレンジと異なる第２の明確なレンジを有する第２の周波数を備える、前記標的から反射された第２の光信号を検出するステップと、前記第２の光信号を処理して前記標的までの第２の推定距離を求めるステップと、前記標的までの前記第１の推定距離及び前記第２の推定距離に基づいて、第２の真の距離を含む第２の出力フレームを生成するステップとを含んでなる。
【００３１】
幾つかの実施の形態において、前記第２の出力フレームを生成するステップは、前記第２の推定距離と前記第１の推定距離との比較に基づいて前記標的までの前記第２の推定距離を調整することによって、前記第２の真の距離を生成することを含む。
【００３２】
本発明は、添付図面及び添付の詳細な説明を考慮することによってより明らかになる。これらの図面及び詳細な説明において、同じ参照符号又は同じ参照指示子は、本明細書全体を通して同じ要素を表している。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態によるフラッシュＬＩＤＡＲシステム又は回路の一例を示す図である。
【図２】図１の制御回路をより詳細に示す図である。
【図３】本明細書に記載の幾つかの実施形態による、送信信号及び受信信号のプロットである。
【図４】本明細書に記載の幾つかの実施形態による、２つの変調された周波数を利用する放射光のプロットである。
【図５Ａ】本明細書に記載の幾つかの実施形態による、複数の周波数組み合わせを使用して標的距離を計算する例の概略図である。
【図５Ｂ】本明細書に記載の幾つかの実施形態による、複数の周波数組み合わせを使用して標的距離を計算する例の概略図である。
【図５Ｃ】本明細書に記載の幾つかの実施形態による、複数の周波数組み合わせを使用して標的距離を計算する例の概略図である。
【図５Ｄ】本明細書に記載の幾つかの実施形態による、複数の周波数組み合わせを使用して標的距離を計算する例の概略図である。
【図５Ｅ】本明細書に記載の幾つかの実施形態による、複数の周波数組み合わせを使用して標的距離を計算する例の概略図である。
【図６】本明細書に記載の幾つかの実施形態による、タイム・オブ・フライト・システムを動作させる方法を示す図である。
【図７】２つの異なる周波数において取得される２つのサブフレームに基づいて標的までの真の距離を計算して出力フレームを生成するアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図８】前のフレームのサブフレームに基づいて推定距離を調整することによって標的までの真の距離を計算する、本明細書に記載の実施形態による改良されたアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図９】本明細書に記載の実施形態を利用する出力フレームの比較を示す図である。
【図１０】本明細書に記載の実施形態を利用する直接ＴｏＦシステムの出力フレームの比較を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の幾つかの実施形態は、交番する走査周波数組み合わせの使用が、距離を計算するのに使用される処理時間及び／又は物理リソースを大幅に増加させることなく、標的までの距離を求めることができる精度を高める技術的改良をＬＩＤＡＲシステムにもたらすことができるという認識から得ることができる。
【００３５】
本発明の実施形態に従って標的１５０までの距離の計算を行うように構成されるフラッシュＬＩＤＡＲシステム又は回路１００の一例が図１に示されている。システム１００は、制御回路１０５と、タイミング回路１０６と、複数の放射器１１５ｅを含む放射器アレイ１１５と、複数の検出器１１０ｄを含む検出器アレイ１１０（例えば、単一光子検出器のアレイ）とを備える。放射器アレイ１１５の放射器素子１１５ｅは、タイミング発生器及び／又はドライバ回路１１６によって制御される時刻に（例えば、任意選択とすることができる散光器及び／又は光学フィルタ１１４を通じて）放射パルスをそれぞれ放射する。特定の実施形態では、放射器１１５ｅは、ＬＥＤ又はレーザ（ＶＣＳＥＬ等）等のパルス光源とすることができる。放射光は、標的１５０から反射されて戻り、検出器アレイ１１０によって検知される。制御回路１０５は、放射器アレイ１１５から標的１５０まで行き検出器アレイ１１０に戻る行程にわたる照射パルスのタイム・オブ・フライトを、直接測定技法及び／又は間接測定技法を含むことができるＴｏＦ測定技法を使用して測定するピクセルプロセッサを実装する。
【００３６】
放射器アレイ１１５は複数の放射器１１５ｅを含み、検出器アレイ１１０は複数の検出器１１０ｄを含む。幾つかの実施形態では、放射器アレイ１１５における放射器素子１１５ｅのそれぞれは、それぞれのドライバ回路１１６に接続され、これらのドライバ回路によって制御される。他の実施形態では、放射器アレイ１１５における放射器素子１１５ｅ（例えば、互いに空間的に近接する放射器素子１１５ｅ）のそれぞれのグループは、同じドライバ回路１１６に接続することができる。ドライバ回路又は回路部１１６は、放射器１１５ｅから出力される光放射信号のタイミング及び振幅を制御するように構成される１つ以上のドライバトランジスタを備えることができる。複数の放射器１１５ｅからの光信号の放射は、フラッシュＬＩＤＡＲシステム１００の単一の画像フレームを提供する。放射器１１５ｅの最大光パワー出力は、本明細書に記載の実施形態に従って検出することができる最も明るい背景照明条件において、最も遠くの反射が最も少ない標的からのエコー信号の信号対雑音比を生成するように選択することができる。散光器１１４は、例として、放射器アレイ１１５の視野を増大させるために示されているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３７】
放射器１１５ｅのうちの１つ以上から出力された光放射は、１つ以上の標的１５０に突き当たりかつ標的１５０によって反射され、反射光は、検出器１１０ｄのうちの１つ以上により（例えば、１つ以上のレンズ１１２を介して）光信号として検出され、電気信号表現に変換され、視野１９０の３Ｄ点群表現１７０を規定するように（例えば、タイム・オブ・フライトに基づいて）処理される。本明細書に記載するような本発明の実施形態によるＬＩＤＡＲシステムの動作は、図１の制御回路１０５等、１つ以上のプロセッサ又はコントローラによって実施することができる。
【００３８】
幾つかの実施形態では、放射器１１５ｅのそれぞれは、特定の周波数を有する光を放射することができる。幾つかの実施形態では、放射器アレイ１１５は、全体として複数の異なる周波数を有する光を放射するように構成することができる。例えば、放射器１１５ｅの第１のサブセットは、第１の周波数を有する光を放射するように構成することができ、放射器１１５ｅの第２のサブセットは、第２の周波数を有する光を放射するように構成することができる。幾つかの実施形態では、個々の放射器１１５ｅは、複数の周波数から選択することができる光を放射するように構成することができる。放射器１１５ｅのサブセットに基づく放射器アレイ１１５によって放射される光の周波数の選択、又は、個々の放射器１１５ｅの周波数の選択は、制御回路１０５及び／又はドライバ回路１１６の制御を受けることができる。放射器１１５ｅの動作を制御するメカニズムを含むＬＩＤＡＲシステムを製造する方法、システム、及び装置の例は、２０１８年４月１２日に出願された「DEVICES WITH ULTRA-SMALL VERTICAL CAVITY SURFACE EMITTING LASER EMITTERS INCORPORATING BEAM STEERING」という発明の名称の米国特許出願第１５／９５１，８２４号に記載されている。この米国特許出願の全内容は、引用することによって本明細書の一部をなすものとする。
【００３９】
幾つかの実施形態では、検出器アレイ１１０は、単一光子なだれ検出器（ＳＰＡＤ：single photon avalanche detector）１１０ｄ等の複数の単一光子検出器１１０ｄを含むことができる。ＳＰＡＤアレイ１１０は、高い感度及びタイミング分解能が所望される撮像アプリケーションでは、固体検出器１１０ｄとして使用することができる。幾つかの実施形態では、検出器１１０ｄのそれぞれは、特定の周波数を有する光を検出するように構成することができる。幾つかの実施形態では、検出器アレイ１１０は、全体として複数の異なる周波数を有する光を検出するように構成することができる。例えば、検出器１１０ｄの第１のサブセットは、第１の周波数を有する光を検出するように構成することができ、検出器１１０ｄの第２のサブセットは、第２の周波数を有する光を検出するように構成することができる。幾つかの実施形態では、個々の検出器１１０ｄは、複数の周波数から選択することができる光を検出するように構成することができる。
【００４０】
幾つかのＬＩＤＡＲシステム１００は、検出器アレイ１１０のピクセルごとに複数（例えば、２つ）の周波数において変調された光信号を送信及び受信し、この光信号の位相を測定することによって動作する。このことは、間接ＴｏＦ（ｉＴｏＦ）としても知られている。この位相はそれぞれ、ピクセルに含まれるか又はピクセルによって撮像される標的１５０の距離に関係付けることができるが、位相は異なるレートで変化し得る。しかしながら、使用される周波数の関連した波長は、通常、読み取り範囲又は撮像範囲よりも短く、そのため、２つの位相の組み合わせは、距離を一意に特定するのに用いることができる。間接ＴｏＦデバイスは、各ピクセルにおいて標的１５０の距離に関連した位相を測定することによって動作することができる。これらの位相は、画像フレームの異なるサブフレーム内で測定することができる一連の個別の測定値を用いて測定することができる。これらの測定の結果は、複数（例えば、２つ）のベクトル成分を生成し、これらの成分によって形成される角度が位相である。
【００４１】
本明細書において用いられる場合、サブフレームは、標的までの距離の推定値を生成するのに用いられる１つ以上のサンプルの集合とすることができる。推定距離は、標的までの真の距離でない場合がある（例えば、他のデータによって立証されていない）。本明細書において用いられる場合、フレームは、標的までの真の距離（例えば、他のデータにより確証済み）を生成するのに用いられるサブフレームの集合体とすることができる。フレームは、サブフレームの集合体を含むことができる。フレーム、出力フレーム、及び画像フレームは、本明細書では区別なく用いられる場合がある。
【００４２】
例えば、ＴｏＦシステムは、１つ以上の標的の一連の範囲（例えば、推定距離）を生成することができる。１つ以上の周波数を使用した一連の範囲推定値の集合体は、サブフレームとみなすことができる。フレームは、２つ以上のサブフレーム（例えば、それぞれが固有の単数又は複数の周波数を有する）からのデータの集合体を含むことができる。フレームは、視野内の１つ以上の標的までの報告されたレンジ（例えば、真の距離）を含む情報の単位とすることができる。用語「フレーム」及び「サブフレーム」は、本明細書では様々な実施形態に関して用いられるが、それらの用語は、本明細書に記載の実施形態を限定することを意図するものではない。幾つかの実施形態では、サブフレームは、位相成分測定値等の他のタイプの測定値を包含することができる。例えば、幾つかの実施形態では、サブフレームは、他のサブフレームを含むことができる。幾つかの実施形態では、フレーム及びサブフレームは、例えば、更なる測定値なしで推定距離から真の距離を直接生成することが可能であるとき（すなわち、サブフレームとフレームとの間に１対１の対応関係が存在するとき）等に、実質的に同様の数の測定値を包含することができる。
【００４３】
本明細書に記載の実施形態では、以前の方式と異なり、ＬＩＤＡＲシステムのフレームレートは、サブフレームレートと実質的に等しくすることができる。これによって、モーションアーティファクトに対処する能力の改善を可能にすることもできるし、全てのサブフレームを取得するのに必要とされる時間を削減することができるので、必要とされる放射器電力を削減することによってシステム電力を削減する能力の改善を可能にすることもできる。
【００４４】
ｉＴｏＦシステムでは、検出器アレイ１１０の検出器素子１１０ｄのそれぞれをタイミング回路１０６に接続することができる。タイミング回路１０６は、放射器アレイ１１５のドライバ回路部１１６に位相ロックすることができる。検出器素子１１０ｄのそれぞれ又は検出器素子１１０ｄのグループの動作及び感度のタイミングは、タイミング回路１０６によって制御することができる。タイミング回路１０６は、検出器アレイ１１０のそれぞれのピクセル（１つ以上の検出器素子１１０ｄを含む）を動作させ、それぞれの測定サブフレームに対応するそれぞれの位相オフセット（例えば、９０度、１８０度、２７０度）においてエコー信号をサンプリングすることができる。０度、９０度、１８０度、及び２７０度の４つの位相オフセットの測定値に関する本明細書における説明は例にすぎず、本開示の実施形態は、これよりも少ない成分測定値又はこれよりも多くの成分測定値を距離レンジ計算に利用することができることが理解される。したがって、検出器アレイ１１０から出力される検出信号のそれぞれは、異なる位相オフセット、例えば、０度、９０度、１８０度、２７０度、又は他の位相オフセットにおいてそれぞれサンプリングされた複数の成分測定値を含むことができる。
【００４５】
幾つかの実施形態では、検出器アレイ１１０の検出器素子１１０ｄは、第１の蓄積ウェル（accumulator well）及び第２の蓄積ウェルを備えることができ、各ウェルは、制御回路１０５又は関連したタイミング回路１０６によって作動され、各測定サブフレームのそれぞれの部分の入射光子を検出する。各測定サブフレームは、それぞれの測定周波数ｆｍによって規定される周期（周期＝１／ｆｍ）の小部分（fraction）だけ遅延、すなわち「シフト」させることができる。各サブフレームは、このように、基準光信号パルス又は他の基準信号に対して０度、９０度、１８０度、又は２７０度の位相がずれた（又はオフセットされた）位相成分の測定値とすることができる。（複数の場合もある）検出器の動作は、画像フレームの４つのサブフレームのそれぞれについて、測定周波数に対応する周期の４分の１ずつシフトされる。
【００４６】
例えば、２０ＭＨｚの変調周波数（したがって、５０ナノ秒（ｎｓ）の周期）において放射器アレイ１１５から放射される光信号の場合に、０度のサブフレームの測定は、０ｎｓ〜２５ｎｓ（例えば、５０ｎｓ周期の半分）の時間範囲の間の検出器１１０ｄの第１の蓄積ウェルの作動と、時間範囲２５ｎｓ〜５０ｎｓ（例えば、５０ｎｓ周期の他方の半分）の間の検出器１１０ｄの第２の蓄積ウェルの作動とを含むことができる。第１の蓄積ウェル及び第２の蓄積ウェルの作動のタイミングはそれぞれ、測定フレームの各後続サブフレーム（例えば、９０度、１８０度、２７０度）の測定について１２．５ｎｓ（例えば、５０ｎｓ周期の４分の１）ずつ同様にシフト又はオフセットすることができる。例えば、本明細書に記載のＬＩＤＡＲシステムが２つの測定周波数を使用するとき、距離は、画像フレーム内の８つのサブフレーム（すなわち、２つの測定周波数のそれぞれにおける４つの成分測定値又はサブフレーム）を使用して測定することができる。
【００４７】
図２は、図１の制御回路１０５をより詳細に示している。幾つかの実施形態では、制御回路１０５は、放射器アレイ１１５から標的１５０に進み、検出器アレイ１１０に戻るまでの行程にわたる照射パルスの位相遅延又は位相シフト（すなわち、検出器アレイ１１０から出力されるそれぞれの検出信号によって示されるように、放射器アレイ１１５によって放射される光信号と、検出器アレイ１１０において受信される反射光信号又はエコーとの間の位相の差）を測定し、標的１５０までの距離を計算するピクセルプロセッサを備えることができる。本明細書に記載の制御回路の幾つかの部分又は全体は、幾つかの実施形態では、放射器アレイ１１５及び／又は検出器アレイ１１０内に統合することができる。
【００４８】
ｉＴｏＦシステムは、電磁エネルギーの振幅を変調することによって動作することができる。標的１５０までの距離は、戻ってくるエコー信号の検出される位相シフトから計算することができる。すなわち、
【数１】
2021534429.tif 000003
ここで、ｃは光の速度であり、ｔは、光子が放射器１１５ｅから標的１５０まで進み、検出器１１０ｄに戻るのに必要とされる時間であり、φは変調された信号の位相シフトであり、ｆｍは変調周波数である。最大位相は２πであるので、単一の動作周波数の明確なレンジ（ＵＲ：unambiguous range、あいまいさがないレンジ）＝ｃ／２ｆｍである。明確なレンジは、ｉＴｏＦシステム１００の位相から距離へのマッピングが、その範囲を越えると、その範囲を越えた標的１５０がより短い範囲を有するものとして計算され得るようにロールオーバ（roll over）及び／又は「折り返し（wrap around）」する範囲を指すことができる。この場合に、ｐｈａｓｅ＿ｒｅｐｏｒｔｅｄ＝ｐｈａｓｅ＿ｒｅａｌ  ｍｏｄ  （２π）となる。例えば、光の繰り返されるパルス状の性質に起因して、１０メートルの明確なレンジは、１２メートル離れた物体の場合に２メートルの測定値を返す。
【００４９】
上述したように、ｉＴｏＦシステム１００は、標的１５０から反射された検出光の位相に基づいて標的までの距離を求めるために、特定の周波数の光信号を標的１５０に照射することができる。戻ってくる光の位相遅延は、光が視野１９０内の標的１５０によって反射された後に測定することができる。その後、位相遅延を測定し、例えば、直交サンプリング技法を使用して距離に変換することができる。間接ＴｏＦシステムは、直接ＴｏＦシステムと比較してより低い計算要件及び／又は処理要件に起因して高いフレームレートを有することができる。
【００５０】
例えば、ｆｍの変調周波数を有する光送信の場合に、遅延τを有する時間ｔの関数としての送信信号ｓ（ｔ）及び受信信号ｒ（ｔ）は、以下の式によって与えられる。
【数２】
2021534429.tif 000004
ここで、Ａ及びＢは、反射信号の未知のスケール及びオフセットである。例えば、Ａは、受信信号ｒ（ｔ）の振幅であり、標的１５０の反射率及び／又は検出器１１０ｄの感度に依存し得る。Ｂは、動作環境に関連した周囲照明に起因し得る。これらのパラメータは、放射器及び／又は制御回路において推定することができる。
【００５１】
ｓ（ｔ）及びｒ（ｔ）の相互相関は以下の式となる。
【数３】
2021534429.tif 000005
【００５２】
式３において、振幅Ａ、オフセットＢ、及び遅延τは未知である。これらの変数は、例えば、R. P. Horaud著の「Tutorial on 3D Sensors, Apr 2013」に記載されている４位相測定法によって求めることができる。４位相測定法では、４つの等距離サンプルを、図３に示す変調サイクル内のロケーション（ｘ０、ｘ１、ｘ２、ｘ３）において捕捉することができる。
【００５３】
これらの４つの出力とソース信号ｓ（ｔ）との相互相関は、ｃ（ｘ０）、ｃ（ｘ１）、ｃ（ｘ２）、ｃ（ｘ３）によって表される。３つの未知の変数は、これらの相関に基づいて求めることができる。振幅Ａは、以下のように求めることができる。
【数４】
2021534429.tif 000006
【００５４】
オフセットＢは、背景照明に起因し得るものであり、以下のように求めることができる。
【数５】
2021534429.tif 000007
【００５５】
遅延τは、放射器１１５ｅから送信され、標的１５０の表面から反射され、そして、検出器１１０ｄによって受信された光のタイム・オブ・フライトであり、以下のように求めることができる。
【数６】
2021534429.tif 000008
【００５６】
τの値は、τ＝２ｄ／ｃとして、ＴｏＦシステム１００と照射された標的１５０との間の距離ｄに比例する。ここで、ｃは光の速度である。その場合に、ｓ（ｔ）とｒ（ｔ）との間の遅延した位相は、φ＝２πｆｍτ＝２πｆｍ（２ｄ／ｃ）として表すことができる。φは（０，２π］の範囲を有するので、測定された距離ｄは、φ＝２πであるときにその最大の明確なレンジに達する。ｆｍ＝１５ＭＨｚにおいて動作する放射器１１５ｅの場合に、明確なレンジは１０メートルになる。
【００５７】
幾つかの実施形態では、２つ以上の変調周波数を組み合わせたものを使用して、明確なレンジを増大させることができる。複数の異なる変調周波数のそれぞれについて、４つの位相測定値を取得することができる（例えば、２つの主要な測定周波数の場合には、８つの測定値を取得することができる）。例えば、光学システムは、２つの周波数（例えば、約１８ＭＨｚ及び２１ＭＨｚ）において動作する光信号から取得される位相測定値を使用することができる。２つの周波数を使用することによって、これらの２つの周波数の間の差に基づいて明確なレンジを、相対的に高い分解能を有するが、５０メートルに増大させることができる。例えば、１８ＭＨｚ及び２１ＭＨｚにおいて動作する２つの周波数は、５０メートルの明確なレンジを有することができ、これは、３ＭＨｚシステムの明確なレンジに匹敵する。しかしながら、１８ＭＨｚ及び２１ＭＨｚにおいて動作するシステムは、３ＭＨｚシステムと比較してより高い周波数の光が使用されることに起因してより高い分解能が可能である。
【００５８】
２つの変調周波数が使用される実施形態では、変調周波数ごとに１つずつの２つの位相が検出される。そのような例が図４に示されている。図４は、それぞれの明確なレンジ４１０をそれぞれ有する２つの変調された周波数ｆ１及びｆ２の放射光の信号振幅対時間のプロットを示している。図４に示すように、周波数ｆ１、ｆ２を組み合わせたものの明確なレンジは、２つの周波数ｆ１、ｆ２の最大公約数の明確なレンジに増大させることができる。
【００５９】
ｉＴｏＦシステム用に選択される周波数（又は複数の周波数）は、ｉＴｏＦシステムの動作に影響を与える場合がある。例えば、低い変調周波数を使用するシステムにおけるレンジ計算は、位相雑音の影響を受けやすい場合がある。所与の位相誤差は、変調周波数が低い場合には、より大きなレンジ誤差に変換される場合がある。したがって、高周波数を組み合わせたものを使用して位相雑音／位相誤差を削減することと、低い周波数を使用してレンジを増大させることとの間にトレードオフが存在し得る。
【００６０】
ｉＴｏＦシステムのレンジ計算におけるもう１つの誤差源は、デュアル（又はデュアルよりも多い）周波数モードにおいて整数サイクルの数の不正確な計算から生じる場合がある。この整数サイクルの数は、幾つかのアルゴリズムを使用して計算することができる。一般的に言えば、所与の明確なレンジの位相ペア（変調された周波数のペアに対応する）の許容された組み合わせが知られている。その結果、（例えば、送信信号からのエコー信号の比較からの）検出される位相のペアが与えられると、例えば、ルックアップテーブルを使用して、標的までのレンジを正しく推定することができる。２つの周波数ペアが接近している（例えば、本明細書において分離間隔（separation interval）とも呼ばれる小さな周波数差を有する）とき、そのような許容されたペアがより多く存在する。したがって、位相誤差によって、整数サイクルの数が不正確に推定される可能性があり、その結果、レンジ誤差が大きくなる可能性がある。したがって、明確なレンジを増大させるために２つの接近した（例えば、小さな分離間隔を有する）周波数を使用することと、サイクルの整数個数の不正確な推定の確率を低減し、その結果、実際のレンジの不正確な推定を低減するために、より大きな分離間隔を有する２つの周波数を使用することとの間にトレードオフが存在し得る。
【００６１】
幾つかの取得モードは、明確なレンジを増大させるために、各フレームにおいて３つ以上の周波数を使用する場合がある。しかしながら、これは、より多くの光エネルギーを出力することを必要とする場合があり、これは、多くのアプリケーションにおいて望ましくない可能性があり、特に、追加の周波数が明確なレンジを解明することにしか使用されず、更なる標的データを収集するのに使用されない場合には望ましくない可能性がある。したがって、そのようなシステムの効率（例えば、所与の一組のフレームにおいて返されるデータの量対その一組のフレームにおいて利用される電力）が低減されるおそれがある。
【００６２】
ｉＴｏＦシステムでは、少なくとも２つの測定を使用することができ、ほとんどの場合に、単一レンジフレームを取得するために、３つ、５つ、９つ又は１７個の測定を使用することができる（例えば、M. Heredia Conde著「Compressive Sensing for the Photonic Mixer Device」（DOI 10.1007/978-3-658-18057-7_2）のセクション２．３．３参照）。少なくとも２つの測定は、レンジを計算するのに使用される。第３の測定は、多くの場合に、シーンの受動照明を特徴付けるために行われる。追加の２つの測定は、ピクセル非対称をオフセットするのに使用することができる。幾つかの実施態様では、追加の４つの測定を使用してシステムの明確なレンジを増大させることができる。幾つかの実施態様では、センサのダイナミックレンジを増大させるために、８つの測定が、異なる積分時間を用いて繰り返される。本発明の幾つかの実施形態は、１つの明確なレンジ用の４つの測定と、第２の明確なレンジ用の４つの測定とを含み、これらの測定の交番及び／又はトグルによって、システムの全体的なレンジを増大させることができる測定方式を記載している。４つの測定のそれぞれは、本明細書ではサブフレームと呼ばれる。幾つかの実施形態では、シーンの照明を特徴付けるために追加の受動測定を含めることができる。
【００６３】
ＬＩＤＡＲシステムの測定を実行する方法として、順次サブフレーム及び同時サブフレームの少なくとも２つの方法が報告されている。順次サブフレーム方式（例えば、Lange他による独国特許出願公開第１０２０１２２２３２９５号に記載されている）では、測定のそれぞれについて、光エネルギーの４分の３が収集されず、したがって、これらのシステムが利用するレーザは高パワーとなることがあり、電力消費が高くなることもあるし、レンジが制限されることもある。順次サブフレーム方式の利点は、ピクセルごとに小さなエリアを使用し、したがって、大きなアレイを、低分解能及び／又はより安価な半導体技術を使用して小さなダイ上に製造することができることを含む。
【００６４】
同時サブフレーム方式（例えば、Galera他による米国特許第９，９２１，３００号に記載されている）では、フレーム及び／又は位相の全てから収集された信号は、単一のレーザサイクル内で収集することができる。この構成は、各ピクセルにおいて４つの記憶ノード及びサポート回路部を利用することができる。そのようなシステムは、より低いレーザ及び／又はパワーを有することができ、より長いレンジを達成することを可能とすることができる。しかしながら、それらのピクセルサイズは、同じ半導体技術ノードの場合に、順次サブフレーム方式と比較して大きくなる。この結果、ｉＴｏＦと比較して、アレイの分解能はより低くなることもあるし、センサはより高価なものとなることもある。
【００６５】
いずれの方式にも、変調周波数と測定誤差との間にトレードオフが存在する。変調周波数を高くすると、測定精度が改善されるが、明確なレンジが削減される。この理由から、２周波数方式を用いることができる。しかしながら、上述したように、そのような方式では、８つのサブフレームのうちの所与のサブフレームにおいて、１つの周波数の１つの位相しか収集されないので、光エネルギーの７／８（順次サブフレームの場合）が無駄になる。同時方式では、例えば、１つのフレームにつき２つの周波数を使用して、測定の４つの位相が同時に収集される場合には、この比率を２分の１にまですることができる。
【００６６】
本明細書に記載の実施形態は、レンジ精度及びシリコン利用を維持しながら、より長いレンジを達成するシステム及び方法を提供する。これは、周波数又は周波数ペアを交番及び／又はトグルすることと、単一フレームレイテンシをシステムに導入することとによって行われる。
【００６７】
本明細書において論述されるように、エコー信号が、明確なレンジを越えて位置する標的から返される場合に、レンジ・ロールオーバ誤差が生じる可能性がある。例えば、一例の２周波数システムの明確なレンジが５０メートルである場合に、５５メートル離れた標的のレンジは、５メートル離れているとして誤って計算される場合がある。より高い明確なレンジを有するより低い周波数、又は周波数組み合わせを使用することによってこの潜在的誤差の解決を試みることができる従来のメカニズムは、位相推定又はサイクルの整数個数の推定に起因して測定誤差の影響を受けやすいおそれがある。
【００６８】
本発明の幾つかの実施形態は、ＬＩＤＡＲシステムの動作可能レンジにわたるロールオーバ誤差を削減又は防止することを可能にする。さらに、本発明の幾つかの実施形態は、位相推定又はサイクルの整数個数の推定に起因し得る誤差率を高めることなく、ＬＩＤＡＲシステムの明確なレンジを数倍に拡張することができる。
【００６９】
幾つかの実施形態では、１つのフレームサブセットにおいて、第１の明確なレンジを有する第１の変調周波数組み合わせが使用される。１つ以上の他のフレームサブセットでは、第２の異なる明確なレンジを有する第２の異なる変調周波数の組み合わせが使用される。フレームにおける第１の変調周波数組み合わせ及び第２の変調周波数組み合わせの明確なレンジ内にある標的は、異なるフレームサブセットにわたって同じ標的距離にあるように見受けられるか又は見える場合がある。変調周波数の組み合わせの１つ以上の明確なレンジの外部にある標的は、異なるフレームサブセット間で交番する推定距離にあるように見受けられるか又は見える場合があり、推定距離の間の差は、明確なレンジの間の差の倍数である。異なる周波数を有する異なるフレームサブセット間で推定距離を変化させるように見受けられる標的をそれらの周波数の明確なレンジの差に従って識別することによって、システムは、ロールオーバされたレンジ測定値を識別することができる。推定された標的距離の間の差を計算することによって、システムは、標的の正しい距離を計算することができる。
【００７０】
幾つかの実施形態では、第１の組み合わせの変調周波数は、第１の分離間隔だけ離れていてもよく、第２の組み合わせの変調周波数は、第１の分離間隔と異なる第２の分離間隔だけ離れていてもよい。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。
【００７１】
一般性を失うことなく、本発明の１つの実施態様の単なる例として、システムは、フレームの第１のサブセットにおいて第１の周波数及び第２の周波数を含む第１の変調周波数ペアと、フレームの第２のサブセットにおいて第３の周波数及び第４の周波数を含む第２の変調周波数ペアとを使用することができる。第１の変調周波数ペアの第１の周波数及び第２の周波数は、第１の明確なレンジＵＲ１を有することができる。第２の変調周波数ペアの第３の周波数及び第４の周波数は、第２の明確なレンジＵＲ２を有することができる。第２の明確なレンジＵＲ２は、第１の明確なレンジＵＲ１と異なることができる。例えば、ＵＲ１は、ＵＲ２よりも小さいものとすることができる。
【００７２】
例えば、システムは、フレームの第１のサブセット（例えば、奇数フレーム）において第１の変調周波数ペアとして１８ＭＨｚ及び２１ＭＨｚの変調周波数ペアを使用することができ、フレームの第２のサブセット（例えば、偶数フレーム）において第２の変調周波数ペアとして１８ＭＨｚ及び２０ＭＨｚの変調周波数ペアを使用することができる。周波数ペアのこの組み合わせは、１８ＭＨｚ／２１ＭＨｚペアの明確なレンジ（ＵＲ１）が５０メートルであり、１８ＭＨｚ／２０ＭＨｚペアの明確なレンジ（ＵＲ２）が７５メートルである場合において、それぞれ３ＭＨｚの最大公約数及び２ＭＨｚの最大公約数に対応する。この例によって示すように、幾つかの実施形態では、第１の変調周波数ペアの第１の周波数又は第２の周波数のうちの一方は、第２の変調周波数ペアの第３の周波数又は第４の周波数の一方と同じものとすることができる。
【００７３】
図５Ａは、本発明の実施形態による、標的１５０が、ＬＩＤＡＲシステム１００から、第１の変調周波数ペアの第１の明確なレンジＵＲ１及び第２の変調周波数ペアの第２の明確なレンジＵＲ２の双方よりも小さい距離Ｄ１にある一例を示している。この場合には、第１の変調周波数ペアに基づいて計算される推定距離はＤ１（例えば、標的１５０までの実際の距離）であり、第２の変調周波数ペアによって計算される推定距離もＤ１である。１つの例において、標的１５０は、実際の２０メートルの距離（Ｄ１）にあり、１８／２１ＭＨｚ変調周波数を使用するフレームと、１８／２０ＭＨｚ変調周波数を使用するフレームとの双方において正しく測定される。換言すれば、標的１５０までの距離Ｄ１は、双方のフレームにおいて正しく測定される。このシナリオでは、２つの周波数組み合わせによって返される推定距離の間の差は０である（例えば、Ｄ１（第１の変調周波数ペアに基づいて計算される）−Ｄ１（第２の変調周波数ペアに基づいて計算される）＝０）。
【００７４】
図５Ｂは、本発明の実施形態による、標的１５０が、ＬＩＤＡＲシステム１００から、第１の変調周波数ペアの第１の明確なレンジＵＲ１よりも大きいが第２の変調周波数ペアの第２の明確なレンジＵＲ２よりも小さい距離Ｄ２にある一例を示している。この場合には、第１の変調周波数ペアに基づいて計算される推定距離は、第１の明確なレンジＵＲ１の「ロールオーバ」に起因してＤ２−ＵＲ１であり、第２の変調周波数ペアに基づいて計算される推定距離は、Ｄ２が第２の変調周波数ペアの第２の明確なレンジＵＲ２内にあるので、Ｄ２である。このシナリオでは、推定距離の間の差はＵＲ１である。（例えば、（Ｄ２−ＵＲ１）−Ｄ２＝−ＵＲ１である）。１つの例において、標的１５０は６０メートルにあり、ＬＩＤＡＲシステム１００は、５０メートルの明確なレンジＵＲ１を有する第１の変調周波数ペアと、７５メートルの明確なレンジＵＲ２を有する第２の変調周波数ペアとを利用する。第１の変調周波数ペアを利用するフレーム（例えば、奇数フレーム）では、標的１５０は、１０メートルの距離にあると推定され、第２の変調周波数ペアを利用するフレーム（例えば、偶数フレーム）では、標的１５０は、６０メートルの距離にあると推定される。２つの推定距離の間の差は５０メートルであり、これは、第１の変調周波数ペアの明確なレンジに等しい。処理ユニットは、本明細書において更に論述するように、標的１５０の真の範囲を６０メートルと計算する。
【００７５】
図５Ｃは、本発明の実施形態による、標的１５０が、ＬＩＤＡＲシステム１００から、第１の変調周波数ペアの第１の明確なレンジＵＲ１及び第２の変調周波数ペアの第２の明確なレンジＵＲ２の双方を越える距離Ｄ３にある一例を示している。この場合には、第１の変調周波数ペアに基づいて計算される推定距離は、第１の明確なレンジＵＲ１のロールオーバに起因してＤ３−ＵＲ１であり、第２の変調周波数ペアに基づいて計算される推定距離は、第２の明確なレンジＵＲ２のロールオーバに起因してＤ３−ＵＲ２である。このシナリオでは、推定距離の間の差はＵＲ２−ＵＲ１である。（例えば、（Ｄ３−ＵＲ１）−（Ｄ３−ＵＲ２）＝ＵＲ２-ＵＲ１である）。このシナリオの一例には、標的１５０が９０メートルにあり、ＬＩＤＡＲシステム１００が、５０メートルの明確なレンジＵＲ１を有する第１の変調周波数ペアと、７５メートルの明確なレンジＵＲ２を有する第２の変調周波数ペアとを利用するときが含まれる。第１の変調周波数ペアを利用するフレーム（例えば、奇数フレーム）では、標的１５０は、４０メートルの距離にあるように見える一方、第２の変調周波数ペアを利用するフレーム（例えば、偶数フレーム）では、標的１５０は、１５メートルの距離にあるように見える。システムは、したがって、標的１５０の真の距離を９０メートルであると計算する。この例では、測定された範囲の差が２５メートルであったが、これは、２つの変調周波数ペアの明確なレンジの間の差であることに留意されたい。
【００７６】
図５Ｄは、本発明の実施形態による、標的１５０が、ＬＩＤＡＲシステム１００から、第１の変調周波数ペアの第１の明確なレンジＵＲ１よりも２倍以上（例えば、ｍ倍、ここで、ｍは自然数である）大きく、かつ、第２の変調周波数ペアの第２の明確なレンジＵＲ２よりも２倍以上（例えば、ｎ倍、ここで、ｎは自然数である）大きい距離Ｄ４にある一例を示している。この場合には、第１の変調周波数ペアに基づいて計算される推定距離は、第１の明確なレンジＵＲ１のロールオーバに起因してＤ４−ｍＵＲ１であり、第２の変調周波数ペアに基づいて計算される推定距離は、第２の明確なレンジＵＲ２のロールオーバに起因してＤ４−ｎＵＲ２である。このシナリオでは、推定距離の間の差はｎＵＲ２−ｍＵＲ１である。（例えば、（Ｄ４−ｍＵＲ１）−（Ｄ４−ｎＵＲ２）＝ｎＵＲ２−ｍＵＲ１である）。
【００７７】
注目すべきは、ｍ＝ｎである場合に、２つの推定距離の間の差がｎ（ＵＲ１−ＵＲ２）である、すなわち、２つの明確なレンジの間の差の倍数であることである。言い換えると、標的距離（例えば、Ｄ４）を第１の明確なレンジＵＲ１によって除算した第１の商が、標的距離（例えば、Ｄ４）を第２の明確なレンジＵＲ２よって除算した第２の商に等しいとき、２つの推定距離の間の差は、２つの明確なレンジの間の差の倍数になる。図５Ｅは、本発明の実施形態による、標的１５０がＬＩＤＡＲシステム１００から距離Ｄ５にあり、ｍがｎに等しい場合の一例を示している。換言すれば、標的１５０は、第１の変調周波数ペア及び第２の周波数ペアが同じ回数ロールオーバするような距離Ｄ５にある。この場合には、第１の変調周波数ペアは、Ｄ５−ｎＵＲ１の推定距離を生成し、第２の変調周波数ペアは、Ｄ５−ｎＵＲ２の推定距離を生成する。２つの推定距離の間の差は、（Ｄ５−ｎＵＲ１）−（Ｄ５−ｎＵＲ２）＝ｎ（ＵＲ１-ＵＲ２）である。
【００７８】
一例の実施形態では、５０メートルの第１の明確なレンジＵＲ１を有する第１の変調周波数ペア（例えば、１８ＭＨｚ／２１ＭＨｚの周波数ペア）及び５１メートルの第２の明確なレンジＵＲ２を有する第２の変調周波数ペア（例えば、１７．６４ＭＨｚ／２０．５８ＭＨｚの周波数ペア）が使用される。標的が１１０メートル離れている場合には、第１の変調周波数ペアが使用されるフレーム（例えば、奇数フレーム）によって、１０メートルの距離が求められ、第２の変調周波数ペアが使用されるフレーム（例えば、偶数フレーム）によって、８メートルの距離が求められる。これらの推定距離の間の差は２（例えば、１０−８）であり、これは、第１の明確なレンジＵＲ１と第２の明確なレンジＵＲ２との間の差の２倍である。したがって、システムは、２×５０＋１０＝２×５１＋８＝１１０メートルの真の距離を計算する。
【００７９】
注目すべき追加のシナリオは、ｍがｎより１つ多いとき、例えば、ｍ＝ｎ＋１であるときである。この場合には、変調周波数ペアのうちの一方は、他方の変調周波数ペアよりも１回多くロールオーバしている。図５Ｄはそのような例を示している。前述したように、第１の変調周波数ペアは、Ｄ４−ｍＵＲ１である推定距離ＴＤ１を生成することができ、第２の変調周波数ペアは、Ｄ４−ｎＵＲ２である推定距離ＴＤ２を生成することができる。したがって、標的までの実際の距離Ｄ４はｍＵＲ１＋ＴＤ１又はｎＵＲ１＋ＴＤ２である。一方、ｍ＝ｎ＋１であると仮定すると、距離Ｄ４は、（ｎ＋１）ＵＲ１＋ＴＤ１又はｎＵＲ２＋ＴＤ２となる。これらの２つの距離が等しいと設定し、ｎについて解くと、以下の式が得られる。
【数７】
2021534429.tif 000009
【００８０】
図５Ｂは、ｍ＝１及びｎ＝０である（例えば、第１の変調周波数ペアのみがロールオーバしている）一例を示している。標的距離が、変調周波数ペアのうちの一方の明確なレンジ（例えば、ＵＲ１）の或る第１の倍数を越えているとともに、他方の変調周波数ペアの明確なレンジ（例えば、ＵＲ２）の或る第２の倍数を越えているときに、推定距離の間の差（例えば、ＴＤ１−ＴＤ２）は負になる。したがって、ｍ＝ｎ＋１である状態は、推定標的距離の間の差を調べることによって検出することができる。
【００８１】
例えば、５０メートルの第１の明確なレンジＵＲ１を有する第１の変調周波数ペア（例えば、１８ＭＨｚ／２１ＭＨｚの周波数ペア）及び５１メートルの第２の明確なレンジＵＲ２を有する第２の変調周波数ペア（例えば、１７．６４ＭＨｚ／２０．５８ＭＨｚの周波数ペア）が使用される。標的が１０１メートル離れている場合に、第１の変調周波数ペアが使用されるフレーム（例えば、奇数フレーム）によって、１メートルの距離が求められ、第２の変調周波数ペアが使用されるフレーム（例えば、偶数フレーム）によって、５０メートルの距離が求められる。これらの推定距離の間の差は−４９（例えば、１−５０）である。数値は負であるので、上記で特定された式を使用して、ｎについて解くことができ、ｎ＝（５０−４９）／（１）＝１である。したがって、システムは、（１＋１）×５０＋１＝１×５１＋５０＝１０１メートルの真の距離を計算する。
【００８２】
ｍ及びｎを任意の数とすることができる実施形態では、追加のデータなしで、標的１５０の真の距離を求めることは困難であり得る。しかしながら、ＬＩＤＡＲシステムは、無限の潜在的距離動作するように設計されていないので、より遠くの距離等の理論上の限界を考慮することなく実際的なＬＩＤＡＲシステムにおいて現実的に使用することができる周波数を選択することを可能にすることができる。例えば、ＬＩＤＡＲシステムが動作するように意図されている距離は、放射器に使用される電力及び制限された解析エリアをサポートする設計目標によって制限することができる。例えば、自動車又は他の車両用に設計されたＬＩＤＡＲシステムの場合に、標的は、２００メートル内の認識可能なもので十分とすることができる。したがって、本発明者らは、ＬＩＤＡＲシステムの最も遠くのサポートされた標的距離にわたってｍ＝ｎ又はｍ＝（ｎ−１）であるような、最も遠くのサポートされた標的距離内に明確なレンジを有する現実的な周波数ペアリングを選択することが可能であることを認識している。言い換えると、ＬＩＤＡＲが標的を検出することが可能であるべき最も遠い距離を表す距離Ｔｍａｘについて、本発明の実施形態は、距離Ｔｍａｘを第１の周波数グループの第１の明確なレンジＵＲ１によって除算した第１の商が、距離Ｔｍａｘ全体にわたって、距離Ｔｍａｘを第２の周波数グループの第２の明確なレンジＵＲ２によって除算した第２の商に等しくなるように、又は、第２の商より小さくなるように、周波数グループを選択する。
【００８３】
例えば、２００メートルのＴｍａｘを有するように構成されたシステムの場合に、２００メートルを第１の周波数ペアの明確なレンジによって除算した商が、２００メートルを第２の周波数ペアの明確なレンジによって除算した第２の商に等しくなるように、又は、第２の商より小さくなるように、２つの周波数ペアを選択することができる。例えば、第１の周波数ペアは、４０メートルの明確なレンジを有することができ、第２の周波数ペアは、４３メートルの明確なレンジを有することができる。２００メートルを４０メートルによって除算した商は５であり、２００メートルを４３メートルによって除算した商は４である。４０メートルの明確なレンジを有する第１の変調周波数ペアを選択することができ、４３メートルの明確なレンジを有する第２の変調周波数ペアを選択することができる。幾つかの実施形態では、これらの２つの明確なレンジは、システムの作動レンジ（operating range）内の公約数を有しないように選択することができる。
【００８４】
そのようなシステムでは、本明細書において論述するように、異なるフレーム内で取得される２つの周波数ペアの推定距離の間の差を調べることができる。幾つかの実施形態では、推定距離の間の差は、第２の明確なレンジよりも小さい第１の明確なレンジを有する第１の周波数ペアの第１の推定距離から、第２の明確なレンジを有する第２の周波数ペアの第２の推定距離を減算することによって計算することができる。
【００８５】
２つの推定距離の間の差が０である場合には、双方の推定距離を標的までの真の距離とすることができる。２つの推定距離の間の差が正である場合には、２つの推定距離の間の差を２つの明確なレンジの間の差（例えば、ＵＲ２−ＵＲ１）の絶対値によって除算することによって、２つの推定距離の倍数（例えば、明確なレンジがロールオーバしている回数であるｍ又はｎ）を見つけることができる。標的までの真の距離は、明確なレンジをこの倍数倍したものに推定距離を加えたものである。
【００８６】
２つの推定距離の間の差が負である場合には、大きい側の明確なレンジを有する変調周波数ペア（例えば、第２の周波数ペア）の倍数を、以下の式によって見つけることができる。
【数８】
2021534429.tif 000010
ここで、ＵＲ１は第１の周波数ペアの第１の明確なレンジであり、ＵＲ２は第２の周波数ペアの第２の明確なレンジであり、（ＴＤ１−ＴＤ２）は２つの推定距離の間の差である。ｎが計算されると、ｍ＝ｎ＋１が得られる。標的までの真の距離は、明確なレンジをそれぞれの倍数倍したものに推定距離を加えたものである。例えば、第１の変調周波数ペアについては、真の距離はｍ（ＵＲ１）＋ＴＤ１となり、及び／又は、第２の変調周波数ペアについては、真の距離はｎ（ＵＲ２）＋ＴＤ２となる。図５Ａ〜図５Ｅに示すように、標的までの真の距離は、以前のフレームにおいて取得された測定値及び／又はサブフレームに基づいてフレーム内で求めることができる。
【００８７】
図６は、本明細書に記載の幾つかの実施形態による、タイム・オブ・フライト・システムを動作させる方法を示している。図６に示すように、この方法は、第１の明確なレンジを有する第１の周波数を備える光信号の第１のサブセットを検出することを含むブロック６１０を含むことができる。幾つかの実施形態では、図１に示すように、光信号の第１のサブセットをＬＩＤＡＲシステム１００の放射器１１５ｅによって放射し、標的１５０から反射させ、検出器アレイ１１０の検出器１１０ｄによって検出することができる。幾つかの実施形態では、第１の周波数は、複数の周波数を含むことができ、第１の明確なレンジは、これらの複数の周波数に基づくものとすることができる。幾つかの実施形態では、光信号の第１のサブセットは、第１のサブフレーム中に検出することができる。
【００８８】
動作は、ブロック６２０を続行することができる。ブロック６２０は、第２の明確なレンジを有する第２の周波数を備える光信号の第２のサブセットを検出することを含む。幾つかの実施形態では、図１に示すように、光信号の第２のサブセットを、ＬＩＤＡＲシステム１００の放射器１１５ｅによって放射し、標的１５０から反射させ、検出器アレイ１１０の検出器１１０ｄによって検出することができる。幾つかの実施形態では、第２の周波数は、複数の周波数を含むことができ、第２の明確なレンジは、これらの複数の周波数に基づくものとすることができる。幾つかの実施形態では、光信号の第１のサブセットは、第１のサブフレームにおいて検出することができ、光信号の第２のサブセットは、第２のサブフレームにおいて検出することができる。
【００８９】
動作は、ブロック６３０を続行することができる。ブロック６３０は、光信号の第１のサブセットを処理して、標的までの第１の推定距離を求めることを含む。幾つかの実施形態では、光信号の第１のサブセットを処理することは、光信号の第１のサブセットにおける第１の位相シフトを検出することを含むことができ、標的までの第１の推定距離を求めることは、検出された第１の位相シフトに基づくことができる。
【００９０】
動作は、ブロック６４０を続行することができる。ブロック６４０は、光信号の第２のサブセットを処理して、標的までの第２の推定距離を求めることを含む。幾つかの実施形態では、光信号の第２のサブセットを処理することは、光信号の第２のサブセットにおける第２の位相シフトを検出することを含むことができ、標的までの第２の推定距離を求めることは、検出された第２の位相シフトに基づくことができる。
【００９１】
動作は、ブロック６５０を続行することができる。ブロック６５０は、第１の推定距離と第２の推定距離との間の差に基づいて標的までの真の距離を求めることを含む。真の距離は、ＴｏＦシステムのフレームの一部として出力することができる。真の距離を求めることは、図５Ａ〜図５Ｅに関して本明細書において論述した動作等によって行うことができる。
【００９２】
本明細書に記載の実施形態は、数学方程式の記載を含むが、本発明は、これらの方程式を使用した真の距離の計算に限定されるものではないことが理解されるであろう。幾つかの実施形態では、第１の推定距離及び第２の推定距離に基づいて真の距離を求めるのにルックアップテーブルを使用することができる。幾つかの実施形態では、真の距離を求めることに影響を与え得る雑音推定値又は他のデータ等の他の入力値に基づいて他の式（及び／又はルックアップテーブル）を使用することができる。幾つかの実施形態では、可能な測定範囲の組み合わせ対実際の範囲のテーブルが数値的に生成される。フレーム当たりＮ個の周波数を有するシステムでは、Ｎ個の周波数のうちのいずれかの測定された各サブフレームについて、最も可能性の高い真の距離を求めるために、以前のＮ個のサブフレームの測定された推定距離の値を使用して、可能な測定範囲の組み合わせのテーブル内を見ることができる。幾つかの実施形態では、最尤法等の適した統計的アルゴリズムを使用して、測定された推定距離に位相雑音等の測定雑音が存在する状態で、最も可能性の高い真の距離を求めることができる。
【００９３】
本発明の実施形態は、第１の周波数によって報告される第１の推定距離と、第２の周波数によって報告される第２の推定距離とに基づいて標的までの真の距離を求める方法を利用して、ＬＩＤＡＲシステムを更に改良することができる。
【００９４】
ＬＩＤＡＲシステムの連続フレームのサブフレームにおいて使用される周波数を交番させる（例えば、第１のフレームの第１のサブフレームが第１の周波数を利用し、後続の第２のフレームの第２のサブフレームが第２の周波数を利用する）ことによって、前の第１のフレームからの推定距離を使用して、後続の第２のフレームからの推定距離を補正することができる。言い換えると、標的までの真の距離を含む出力フレームは、前のフレームの第１のサブフレームからの推定距離に基づいて、第２のサブフレームにおいて求められた推定距離を調整することに基づいて生成することができる。これによって、より低いエネルギー出力において高いフレームレートを維持しながら、距離推定に関して高い精度を有するシステムを可能にすることができる。
【００９５】
図７及び図８は、本発明の利益を強調する２つのｉＴｏＦシステムの間の比較を示すフローチャートである。図７は、２つの異なる周波数において取得される２つのサブフレームに基づいて標的までの真の距離を計算して出力フレームを生成するアルゴリズムを示すフローチャートである。図８は、前のフレームのサブフレームに基づいて推定距離を調整することによって標的までの真の距離を計算する、本明細書に記載の実施形態による改良されたアルゴリズムを示すフローチャートである。
【００９６】
図７を参照すると、２つの異なる周波数において取得される２つのサブフレームに基づいて標的までの真の距離を求めるシステムは、動作７１０から始動することができ、動作７１０において、第１のサブフレームにおける第１の周波数の光信号に基づいて第１の推定距離（例えば、ＴＤ１）を計算することができる。第１の周波数は第１の明確なレンジを有することができる。以下の論述は、第１の周波数及び第２の周波数に言及することがあるが、幾つかの実施形態では、第１の周波数及び／又は第２の周波数はそれぞれ複数の周波数とすることができることが理解されるであろう。
【００９７】
動作は、動作７２０を続行することができる。動作７２０において、第２のサブフレームにおける第２の周波数の光信号に基づいて第２の推定距離（例えば、ＴＤ２）を計算することができる。第２の周波数は、第１の明確なレンジと異なる第２の明確なレンジを有することができる。
【００９８】
動作は、動作７３０を続行することができる。動作７３０において、第１の推定距離及び第２の推定距離の双方に基づいて標的までの真の距離を計算することができる。この真の距離は、第１の周波数と第２の周波数との間の関係、並びに、第１の推定距離及び第２の推定距離に基づくことができる。
【００９９】
動作は、動作７４０を続行することができる。動作７４０において、２つのサブフレームからの第１の推定距離及び第２の推定距離に基づく標的までの真の距離を含む出力フレーム（例えば、Ｆｒａｍｅ（ＴＤ１，ＴＤ２））がＬＩＤＡＲシステムに出力される。図７に示すように、このフレームを出力するために、システムは、光信号の２つのサブフレーム（第１の周波数及び第２の周波数にある）を処理し、２つの推定距離を計算する。例えば、光信号の複数のサブフレームを各フレームにおいてサンプリングしておき、光信号の１つ以上の位相オフセットを捕捉しておくことができる。
【０１００】
出力フレームが放射された後、動作は、動作７５０を続行することができる。動作７５０において、処理が完了したか否かが判断される。完了した場合には、システムは終了する。完了していない場合には、フレーム処理は動作７１０を続行し、動作７１０において、第１の推定距離が再び計算される。この方法は継続し、各動作は、２つの周波数を利用する２つのサブフレーム（それぞれは複数のサブフレームを含む可能性がある）を利用して出力フレームを生成する。
【０１０１】
図８を参照すると、本明細書に記載の技法を利用する対照的なシステムは、動作８１０から始動することができる。動作８１０において、第１の周波数の光信号のサンプリングされたサブフレーム（例えば、キャプチャサブフレーム）に基づいて第１の推定距離（例えば、ＴＤ１）を計算することができる。第１の周波数は、第１の明確なレンジを有することができる。幾つかの実施形態では、キャプチャサブフレームは、光信号がサンプリングされて、光信号の１つ以上の位相オフセットが捕捉された複数のサブフレームを含むことができる。
【０１０２】
動作は、動作８２０を続行することができる。動作８２０において、変調周波数がトグルされ、第２の周波数の光信号のサンプリングされたサブフレーム（例えば、キャプチャサブフレーム）に基づいて第２の推定距離（例えば、ＴＤ２）を計算することができる。第２の周波数は、第１の明確なレンジと異なる第２の明確なレンジを有することができる。
【０１０３】
動作は、動作８３０を続行することができる。動作８３０において、本明細書に記載の技法を利用して第２の推定距離ＴＤ２を調整することによって、標的までの真の距離を計算することができる。例えば、前のサブフレームの第１の推定距離ＴＤ１と第２の推定距離ＴＤ２との間の差に基づいて、標的までの真の距離を求めることができる。例えば、第１の推定距離ＴＤ１と第２の推定距離ＴＤ２との間の差は、第２の推定距離ＴＤ２に関してロールオーバが発生したことを示すことができる。標的までの真の距離を求める方法及び／又はロールオーバが発生したか否かを判断する方法は、図５Ａ〜図５Ｅに関して本明細書において論述されている。例えば、第２の推定距離ＴＤ２がその第２の明確なレンジに基づいて何回ロールオーバしているかの倍数を求めることができる。第１の推定距離ＴＤ１と第２の推定距離ＴＤ２との間の差に基づいて第２の推定距離ＴＤ２を調整して、調整された第２の推定距離ＴＤ２′を生成することができる。
【０１０４】
前述した一例を用いると、５０メートルの第１の明確なレンジＵＲ１を有する第１の変調周波数ペア（例えば、１８ＭＨｚ／２１ＭＨｚの周波数ペア）及び５１メートルの第２の明確なレンジＵＲ２を有する第２の変調周波数ペア（例えば、１７．６４ＭＨｚ／２０．５８ＭＨｚの周波数ペア）を使用することができる。これらの明確なレンジが与えられると、第１の周波数ペアを使用する第１の測定によって、１メートルの第１の推定距離ＴＤ１を求めることができ、第２の周波数ペアを使用する第２の測定によって、５０メートルの第２の推定距離ＴＤ２を求めることができる。本明細書に記載の幾つかの実施形態を用いると、システムは、２つの推定距離の間の差が、第２の周波数ペアを使用する測定が（例えば、倍数ｎの計算を通じて）１回ロールオーバしていることを示していると判断することができる。したがって、システムは、１×５１＋５１＝１０１メートルの調整された第２の推定距離ＴＤ２′を計算することができる。
【０１０５】
本明細書において論述された例は、数学方程式及び／又は他の解析を使用して推定距離を調整することを記載しているが、本明細書に記載の実施形態はこれらの動作に限定されるものではないことが理解されるであろう。幾つかの実施形態では、例えば、第１の推定距離及び第２の推定距離が入力されるルックアップテーブルに基づいて第２の推定距離を調整することができる。
【０１０６】
動作は、動作８４０を続行することができる。動作８４０において、調整された第２の推定距離に基づく真の距離を含む出力フレーム（例えば、Ｆｒａｍｅ（ＴＤ２′））がＬＩＤＡＲシステムに出力される。
【０１０７】
動作は、動作８５０を続行することができる。動作８５０において、周波数がトグルされ、第１の推定距離ＴＤ１が、第１の周波数の光信号に基づいてサブフレームにおいて再び計算される。これは、本明細書において説明された動作８１０と同様のものとすることができる。ただし、動作８１０と異なり、システムは、この時、求められた第１の推定距離ＴＤ１を比較するための前の推定距離（ＴＤ２）を有する。したがって、動作８６０において、前の出力フレーム（例えば、Ｆｒａｍｅ（ＴＤ２′））において計算された第２の推定距離に基づいて、本明細書に記載の技法を利用して第１の推定距離ＴＤ１を調整することによって、標的までの真の距離を計算することができる。例えば、前のフレームからの第１の推定距離ＴＤ１と第２の推定距離ＴＤ２との間の差に基づいて、標的までの真の距離を求めることができる。例えば、第１の推定距離ＴＤ１と第２の推定距離ＴＤ２との間の差は、ロールオーバが第１の推定距離ＴＤ１に関して発生していることを示すことができる。標的までの真の距離を求める方法及び／又はロールオーバが発生しているか否かを判断する方法は、図５Ａ〜図５Ｅに関して本明細書において論述されている。例えば、第１の推定距離ＴＤ１が何回ロールオーバしているかの倍数を求めることができる。第１の推定距離ＴＤ１は、第１の推定距離ＴＤ１と第２の推定距離ＴＤ２との間の差に基づいて、調整された第１の推定距離ＴＤ１′に調整することができる。
【０１０８】
第１の変調周波数ペアが５０メートルの第１の明確なレンジＵＲ１を有し、第２の変調周波数ペアが５１メートルの第２の明確なレンジＵＲ２を有し、第１の推定距離及び第２の推定距離がそれぞれ１メートル及び５０メートルである上記の例を用いると、システムは、２つの推定距離の間の差が、第１の周波数ペアを使用する測定が（例えば、倍数ｍの計算を通じて）２回ロールオーバしていることを示していると判断することができる。したがって、システムは、２×５０＋１＝１０１メートルの調整された第１の推定距離ＴＤ１′を計算することができる。
【０１０９】
動作は、動作８７０を続行することができる。動作８７０において、調整された第１の推定距離に基づく真の距離を含む出力フレーム（例えば、Ｆｒａｍｅ（ＴＤ１′））が、ＬＩＤＡＲシステムに出力される。
【０１１０】
このように、図８は、ＬＩＤＡＲシステムが、標的から反射される第１の明確なレンジを有する第１の周波数を備える第１の光信号を検出し、第１の光信号を処理して標的までの第１の推定距離を求め、第１の推定距離及び以前の出力フレームを生成するのに使用された標的までの第２推定距離に基づく標的までの真の距離を含む出力フレームを生成する一実施形態を示している。
【０１１１】
出力フレーム（例えば、Ｆｒａｍｅ（ＴＤ１′）及びＦｒａｍｅ（ＴＤ２′））のタイミングの比較によって、図８のシステムと図７のシステムとの間の相違がわかる。図８のシステムは、第１の周波数又は第２の周波数によって行われる測定後ごとに（例えば、キャプチャサブフレームごとに）出力フレームを出力することが可能である。図７のシステムは、出力フレームごとに２つの測定値（例えば、２つのキャプチャサブフレーム）を利用する。本明細書に記載の実施形態では、Ｎ個の周波数からなる光信号がキャプチャサブフレームの間に順次収集される場合であっても、ＬＩＤＡＲシステムの更新レート又はフレームレートを、（図７のように）Ｎ個の全ての周波数の収集時間ではなく、各周波数の収集時間によって求めることができる。図８のシステムは、幾つかの理由によって、図７のシステムを上回る改善を示している。
【０１１２】
例えば、キャプチャサブフレーム（例えば、推定距離を求めるための光信号のサンプル）の数がほぼ同じである場合に、図８のシステムは、約２倍の数の出力フレームを出力することが可能である。（図８のシステムは、出力フレームに対応しない初期キャプチャサブフレームを有するが、後続のキャプチャサブフレームは出力フレームに１対１形式で対応することができる。）図９は、本明細書に記載の実施形態を利用した出力フレームの比較を示している。図９は、一律の縮尺であることを意図しておらず、例示のためにのみ提供されている。図９では、システムＡは、図７に関して説明したプロセスを利用するＬＩＤＡＲシステムに対応し、システムＢは、図８に関して説明したプロセスを利用するＬＩＤＡＲシステムに対応する。図９に示すように、同じタイミングのサンプル（例えば、キャプチャサブフレーム）及び推定距離（例えば、ＴＤ１及びＴＤ２）の生成について、システムＢは、出力フレームをより高い頻度で生成することが可能である。したがって、本明細書に記載の実施形態によるシステムは、結果（例えば、計算された標的距離）の精度を犠牲にすることなく、増加したフレームレートを有することを可能にすることができる。
【０１１３】
第２の可能な利益は、特定のフレームレート（例えば、出力フレームを生成するレート）が固定されているときに生じる。そのような環境では、図８の実施形態によるシステムは、サンプリングの半分を利用することによって、図７のフレームレートと同一のフレームレートを提供することを可能とすることができることがわかる。言い換えると、図８の実施形態は、図７のシステムの精度及び出力フレームレートに匹敵することを可能とすることができるが、光信号のサンプル（例えば、キャプチャサブフレーム）は概ね半分である。したがって、図８のシステムが利用するエネルギーは、光信号の生成に関係したその削減された要件（及びそのような生成に使用される光源の制御）に起因してより少なくすることができる。このように、前のフレームからの情報に基づいて（例えば、推定距離を比較することによって）推定距離を調整するように構成されたシステムは、利用することができる他の技法を上回る改良されたシステムを表すことができる。
【０１１４】
この説明は、ｉＴｏＦを利用するＬＩＤＡＲシステムに焦点を当ててきたが、本明細書に記載の実施形態は、直接ＴｏＦシステムにも同様に適用することができる。図１を再度参照すると、直接ＴｏＦシステムでは、放射器１１５ｅが、標的１５０に送信され、反射されて検出器アレイ１１０に戻ってくる光信号（例えば、レーザ等の光のパルス）を放射することができる。直接ＴｏＦベースのＬＩＤＡＲシステム１００は、放射器アレイ１１５から標的１５０に進み検出器アレイ１１０に戻ってくるラウンドトリップ時間に基づいて標的１５０までの距離を検出することができる（すなわち、ｉＴｏＦシステムにおけるような戻り信号の位相と対照的である）。
【０１１５】
直接ＴｏＦシステムは、取得において使用される周波数に関連した明確なレンジも有することができる。直接ＴｏＦシステムの所与の作動範囲について、後続のキャプチャサブフレーム用に放射される光信号が前のキャプチャサブフレームの光信号と干渉しないように周波数を選択することができる。この明確なレンジは、以下の式によって定義される。
【数９】
2021534429.tif 000011
ここで、ｃは光の速度であり、Ｔは光パルスの繰り返し間隔（例えば、サイクル時間、１／ｆ）である。パルス幅が１．３μｓの場合に、明確なレンジは約２００メートルである。これによって、１ｍｓのフレーム内に概ね１０００個の光パルスが可能になる。
【０１１６】
より多くのサンプルを所与のフレーム内で達成するために、パルスのサイクル時間を減少させる（例えば、パルス周波数を増加させる）ことができる。しかしながら、サイクル時間が減少すると、明確なレンジＵＲも減少する。したがって、従来のシステムは、パルス周波数を増加させるそれらの能力が明確なレンジによって制限される場合がある。ｉＴｏＦシステムと同様に、明確なレンジを越える標的は、「ロールオーバ」するように見える。換言すれば、標的からの戻りは、後続のサブフレームに現れる（及びより接近した距離にあると解釈される）。ｉＴｏＦシステムと同様に、１０メートルの明確なレンジを有する直接ＴｏＦシステムは、１１メートルにある標的を１メートルの推定距離を有するものとして報告する場合がある。
【０１１７】
ロールオーバ問題に対処するために、複数の周波数を使用することができる。例えば、複数のキャプチャサブフレームを使用することができ、各キャプチャサブフレームは、所与のパルスサイクルにおいて一連のレーザバーストを含む。パルスサイクルのそれぞれについてそれぞれの推定距離を求めることができる。標的までの真の距離は、（例えば、ルックアップテーブルを介して）これらの推定距離のそれぞれの比較に基づいて求めることができる。ただし、本明細書において論述されたｉＴｏＦの例と同様に、そのようなプロセスは、出力フレームごとに複数のキャプチャサブフレームを実行することを必要とする場合がある。
【０１１８】
本明細書に記載の実施形態は、ｉＴｏＦシステムと同様に直接ＴｏＦシステムを用いて同様の方法で動作することができる。例えば、交番するサイクル時間を有する交番するキャプチャサイクル又は交番するバーストであって、それぞれの第１の明確なレンジ及び第２の明確なレンジを有する第１のパルスサイクル時間及び第２のパルスサイクル時間のうちの一方を利用する各交番キャプチャサブフレームを使用することができる。標的までの第１の推定距離及び第２の推定距離をサブフレームのそれぞれについて計算することができる。幾つかの実施形態では、第１の推定距離と第２の推定距離との間の差を計算することができる。推定された第１の距離及び第２の距離の間の距離に基づいて、推定された第１の距離及び第２の距離のうちの一方を調整することによって標的までの真の距離を計算することができる。幾つかの実施形態では、標的までの真の距離は、第１の推定距離及び第２の推定距離が入力であるルックアップテーブルに基づいて、推定された第１の距離及び第２の距離のうちの一方を調整することによって計算することができる。したがって、直接ＴｏＦシステムは、図８に示すフローチャートと同様に動作することができる。第１のパルス周波数及び第２のパルス周波数の明確なレンジのそれぞれは、ＬＩＤＡＲシステムの作動距離（operating distance）よりもそれぞれ小さなものとすることができる。例えば、ＬＩＤＡＲシステムの作動距離は、２００メートルとすることができるが、個々のパルス周波数は、例えば、それぞれ５０メートル及び５１メートルのより小さな明確なレンジを有することができる。
【０１１９】
図１０は、本明細書に記載の実施形態を利用する直接ＴｏＦシステムの出力フレームの比較を示している。図１０は、一律の縮尺であることを意図しておらず、例示のためにのみ提供されている。
【０１２０】
図１０に示すように、比較上の直接ＴｏＦシステムであるシステムＣは、複数のキャプチャサブフレームにわたる複数のパルスサイクルを利用することができる。例えば、図１０は、第１の明確なレンジＵＲ１を有する第１の周波数／パルスサイクルと、第２の明確なレンジＵＲ２を有する第２の周波数／パルスサイクルと、第Ｎの明確なレンジＵＲＮを有する第Ｎの周波数／パルスサイクルとを示している。第１のキャプチャサブフレームでは、第１のパルスサイクルを有する光パルスを使用して標的を照射することができる。パルスのそれぞれからの戻りを解析して、標的までの第１の推定距離ＴＤ１を求めることができる。第２のキャプチャサブフレームでは、第２のパルスサイクルを有する光パルスを使用して標的を照射することができる。パルスのそれぞれからの戻りを解析して、標的までの第２の推定距離ＴＤ２を求めることができる。このプロセスは、第Ｎのパルスサイクルを有する光パルスが標的を照射し、第Ｎの推定距離ＴＤＮが求められる第Ｎのキャプチャサブフレームまで繰り返すことができる。システムは、その後、第１の推定距離〜第Ｎの推定距離を比較して、標的までの真の距離を求めることができる。例えば、複数の推定距離（例えば、ＴＤ１〜ＴＤＮ）の解析は、推定距離及び基本となる明確なレンジのそれぞれに関連した共通の距離を（例えば、ルックアップテーブルを介して）求めることができる。その後、第１のキャプチャサブフレーム〜第Ｎのキャプチャサブフレームに基づいて、真の距離を有する出力フレーム（Ｆｒａｍｅ（ＴＤ１．．．ＴＤＮ））を生成することができる。図７及び図９に関して論述したシステム及び方法と同様に、システムＣは、Ｎ個のキャプチャサブフレームを利用して、標的までの真の距離を有する１つの出力フレームを生成することができる。
【０１２１】
対照的に、本明細書において論述したように、異なる及び／又は交番する明確なレンジを有する異なる周波数の交番パルスを送信し、交番周波数のそれぞれに対応する推定距離を検出することによって、図１０にシステムＤによって示すような改良されたシステムを得ることができる。システムＤは、第１のキャプチャサブフレーム中に第１の明確なレンジに対応する第１の周波数を有するパルスを放射する。第１の推定距離ＴＤ１は、第１のキャプチャサブフレームから求めることができる。システムは、第１のキャプチャサブフレーム後の第２のキャプチャサブフレーム中に第２の明確なレンジに対応する第２の周波数を有するパルスを放射する。第２の推定距離ＴＤ２は、第２のキャプチャサブフレームから求めることができる。本明細書に記載の（例えば、図８に関する）方法を利用すると、本明細書に記載の実施形態による直接ＴｏＦシステムは、第１の推定距離及び第２の推定距離に基づいて標的までの真の距離を生成することができる。
【０１２２】
幾つかの実施形態では、真の距離は、第１のキャプチャサブフレーム及び第２のキャプチャサブフレームに基づいて（例えば、これらの２つのサブフレームの推定距離の間の差及び／又はルックアップテーブルを介して）生成することができる。例えば、本明細書において説明したように、第２の推定距離ＴＤ２を求めた後、第１の推定距離ＴＤ１と第２の推定距離ＴＤ２との間の計算された差に基づいて第２の推定距離ＴＤ２を調整して、調整された第２の推定距離ＴＤ２′を生成することができる。真の距離は、出力フレーム（例えば、Ｆｒａｍｅ（ＴＤ２′））において報告することができる。
【０１２３】
幾つかの実施形態では、真の距離は、第１の推定距離及び第２の推定距離を入力として用いるルックアップテーブルの使用に基づいて生成することができる。例えば、第２の推定距離ＴＤ２を求めた後、ルックアップテーブルからの出力に基づいて第２の推定距離ＴＤ２を調整して、調整された第２の推定距離ＴＤ２′を生成することができる。真の距離は、出力フレーム（例えば、Ｆｒａｍｅ（ＴＤ２′））において報告することができる。
【０１２４】
幾つかの実施形態では、システムは、第１の周波数及び第２の周波数のバースト間をトグルすることができる。幾つかの実施形態では、第１の周波数及び第２の周波数はそれぞれ、システムの作動範囲よりも短い明確なレンジに対応することができる。明確なレンジ（及び対応する周波数）がトグルされる交番キャプチャサブフレームの推定距離を解析することによって、標的までの真の距離を計算することができる。
【０１２５】
システムＣをシステムＤと比較すると、出力フレームの所与の継続時間の間、システムＤは、所与の数のキャプチャサブフレームについてより多くの計算された距離（例えば、より多くの出力フレーム）を出力することができる。例えば、図１０に示すように、本明細書に記載の実施形態によるシステムＤは、システムＣの１対Ｎ関係と比較して、定常状態動作中に概ね１対１関係で出力フレームを提供することを可能とすることができる。これによって、システムのフレームレートの増加、又は所与のフレームレートに対する電力のより効率的な使用を可能にすることができる。したがって、本明細書に記載の実施形態に従って動作するシステムＤは、精度を犠牲にすることなく、より多くのデータ及び／又はより高い電力効率を達成することができる。
【０１２６】
本明細書に説明されているようなシステム及び方法は、従来のシステムを上回る非常に多くの利点を有する。例えば、本明細書に論述されているように、異なる取得サブフレームにわたる異なる周波数及び／又は周波数ペアの使用によって、光エネルギーもシリコン面積も失うことなく、標的のロケーションをより精密に求めることを可能にすることができる。本明細書に論述されているように、単一の周波数又は周波数ペアを利用する従来のシステムは、より大きなレンジ誤差をもたらすより低い変調周波数を使用しない限り、レンジ・ロールオーバに起因して標的の真のロケーションを推定することができない場合がある。そのような従来のシステムは、多くの場合に、専ら標的の明確なレンジを解明するために追加のサブフレームの使用に頼らなければならない。これらの追加のサブフレームは、データ（例えば、点群の点）を提供しない場合があるが、専ら又は主として明確な距離（unambiguous distance）を求めるために使用される場合がある。本発明の実施形態では、複数の周波数ペアの使用によって、データを連続して収集することが可能になり、収集データ間の差は、明確なレンジの問題を解決するために追加のサブフレームの使用に頼る必要なく標的を正確に位置特定するのに使用される。その結果、本発明の実施形態は、従来のシステムよりも効率的及び／又は正確なものとすることができる。本明細書に記載の実施形態は、推定距離が補正される前に、１フレーム、例えば３０ｍｓの遅延を受ける場合があるが、この遅延は、特に、そのようなロールオーバ事象が比較的稀であるときは、ほとんどシステムが許容することができる。本明細書に記載の実施形態は、最後のＮ個（Ｎは、固有のレーザサイクル又はレーザバーストの数である）のサブフレームを調べることができ、（前の出力フレームからのサブフレームを利用することによって）Ｎ個のサブフレームごとではなく１つのサブフレームごとに真の距離を報告することができる。幾つかの実施形態では、本明細書に記載の実施形態は、フレーム更新レート（標的の範囲が報告される頻度）を維持することができるが、大幅に低いシステム電力（ほぼｎｏｍｉｎａｌ＿ｐｏｗｅｒ／ｓｑｒｔ（Ｎ）程度）を利用することができる。なぜならば、本明細書に記載の実施形態は、各パルスバーストからの情報を取得するのにＮ倍長い時間を有することができるからである。
【０１２７】
様々な実施形態が、例示の実施形態を示す添付図面を参照して本明細書において説明されてきた。しかしながら、これらの実施形態は、異なる形態で具現化することができ、本明細書において述べられた実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。逆に、これらの実施形態は、本開示が十分かつ完全であり、本発明の概念を当業者に十分に伝達するように提供されている。本明細書に記載の例示の実施形態並びに一般的原理及び特徴に対する様々な変更は容易に理解されるであろう。
【０１２８】
本発明の概念の態様が、本開示の実施形態による方法、装置（システム）及びコンピュータプログラム製品のフローチャート説明図及び／又はブロック図に関して、本明細書において説明されている。フローチャート説明図及び／又はブロック図の各ブロック、並びにフローチャート説明図及び／又はブロック図におけるブロックの組み合わせは、コンピュータプログラム命令によって実施することができることが理解されるであろう。コンピュータ又は他のプログラム可能な命令実行装置のプロセッサを介して実行される命令が、フローチャート及び／又はブロック図の単数又は複数のブロックにおいて指定された機能／動作を実施するメカニズムを生成するように、これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、又は他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサに提供されて、機械を生み出すことができる。
【０１２９】
これらのコンピュータプログラム命令は、実行されたときに、フローチャート及び／又はブロック図の単数又は複数のブロックにおいて指定された機能／動作をコンピュータに実施させる命令を含む製品を、コンピュータ可読媒体に記憶されたときに生み出すように、これらの命令は、実行されたときに、コンピュータ、他のプログラム可能なデータ処理装置、又は他のデバイスに特定の方法で機能するように指示することができるコンピュータ可読媒体に記憶することもできる。コンピュータ又は他のプログラム可能な装置上で実行される命令が、フローチャート及び／又はブロック図の単数又は複数のブロックにおいて指定された機能／動作を実施するプロセスを提供するように、コンピュータプログラム命令は、コンピュータ、他のプログラム可能な命令実行装置、又は他のデバイス上にロードされて、コンピュータ、他のプログラム可能な装置又は他のデバイス上で一連の動作ステップを実行し、コンピュータ実施プロセスを生み出すことができる。
【０１３０】
図におけるフローチャート及びブロック図は、本発明の概念の様々な態様によるシステム、方法、及びコンピュータプログラム製品の可能な実施態様のアーキテクチャ、機能、及び動作を示している。この点に関して、フローチャート又はブロック図における各ブロックは、（複数の場合もある）指定された論理機能を実施する１つ以上の実行可能命令を含むモジュール、セグメント、又はコード部分を表すことができる。幾つかの代替の実施態様では、ブロックで示される機能は、図に示される順序どおりに行われない場合があることにも留意すべきである。例えば、連続して示された２つのブロックは、含まれる機能に応じて、実際にはほぼ同時に実行される場合もあるし、時に逆の順序で実行される場合もある。ブロック図及び／又はフローチャート説明図の各ブロック、並びにブロック図及び／又はフローチャート説明図におけるブロックの組み合わせは、指定された機能又は動作を実行する専用のハードウェアベースのシステムによって実施することもできるし、専用のハードウェア及びコンピュータ命令の組み合わせによって実施することもできることにも留意すべきである。
【０１３１】
実施形態例は、主に、特定の実施態様において提供された特定の方法及びデバイスに関して記載している。しかしながら、それらの方法及びデバイスは、他の実施態様で有効に動作することができる。「幾つかの実施形態」、「１つの実施形態」及び「別の実施形態」等の言い回しは、同じか又は異なる実施形態とともに複数の実施形態を指す場合がある。実施形態について、或る特定の構成要素を有するシステム及び／又はデバイスに関して説明してきた。しかしながら、そうしたシステム及び／又はデバイスは、示したものより少ないか又は追加の構成要素を含むことができ、本発明の概念の範囲から逸脱することなく、それらの構成要素の配置及びタイプの変形形態を作成することができる。実施形態例について、或る特定のステップ又は動作を有する特定の方法に関してもまた記載してきた。しかしながら、そうした方法及びデバイスは、異なる及び／又は追加のステップ／動作、並びに、実施形態例とは矛盾しない異なる順序でのステップ／動作を有する、他の方法に対しても有効に動作することができる。したがって、本発明の概念は、示した実施形態に限定されるようには意図されておらず、本明細書に記載した原理及び特徴と一貫する最も広い範囲が与えられるべきである。
【０１３２】
本明細書では、第１、第２等の用語を用いて様々な要素について記載している場合があるが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきではないことが理解されよう。これらの用語は、或る要素を別の要素と区別するためにのみ用いられる。例えば、本発明の範囲から逸脱することなく、第１の要素を第２の要素と呼ぶことができ、同様に第２の要素を第１の要素と呼ぶことができる。
【０１３３】
本明細書における本発明の説明に用いられる術語は、特定の実施形態を説明することを目的としたものにすぎず、本発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明及び添付の特許請求の範囲において使用されるように、個数が指定されていない用語は、文脈上明確にそうでないことが示されていない限り、単数だけでなく複数のものを含むことが意図されている。
【０１３４】
本明細書において用いられる用語「及び／又は」は、関連した列挙項目の１つ以上のもののありとあらゆる可能な組み合わせを指し、それらの組み合わせを包含することも理解されるであろう。用語「含む」及び／又は「備える」は、本明細書において用いられるとき、記載された特徴、完全体、ステップ、動作、要素／素子、及び／又は構成要素／成分の存在を明記するものであるが、１つ以上の他の特徴、完全体、ステップ、動作、要素／素子、構成要素／成分、及び／又はそれらの群の存在も追加も排除するものでないことが更に理解されるであろう。
【０１３５】
別段の定めがない限り、科学技術用語を含む、本発明の実施形態を開示する際に用いられる全ての用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有し、本発明が記述される時点において知られている特定の定義に必ずしも限定されない。したがって、これらの用語は、その時点の後に作成された同義語を含むことができる。一般的に用いられる辞書において定義されるような用語は、本明細書において、及び関連技術の文脈においてそれらの用語が意味するのと一致する意味を有するように解釈されるべきであり、本明細書において明らかに定義されない限り、理想的な、又はあまりにも形式張った意味に解釈されないことは更に理解されよう。
【０１３６】
本明細書において、上記の説明及び図面に関連して多くの異なる実施形態が開示されてきた。これらの実施形態の全ての組み合わせ及び部分的組み合わせをそのまま説明し示すことは、過度に繰返しが多くわかりにくいものとなることが理解されよう。したがって、図面を含む本明細書は、本明細書において説明される本発明の実施形態並びにそれらを作成し用いる方式及びプロセスの全ての組み合わせ及び部分的組み合わせの完全な明細書を構成すると解釈されるものとし、任意のそのような組み合わせ又は部分的組み合わせに対する特許請求を支持するものとする。
【０１３７】
本明細書において本発明を様々な実施形態に関して説明してきたが、本発明の原理の範囲及び趣旨内で更なる変形及び変更を行うことができることが理解されるであろう。特定の用語が用いられているが、それらの用語は、一般的かつ記述的な意味でのみ用いられており、限定のために用いられていない。以下の特許請求の範囲は、本出願が全ての法域において優先権出願として全ての法的要件を満たすことを保証するために提供されるものであり、本発明の範囲を規定するものと解釈されるべきでない。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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