(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信（ＴＸ）経路上の振動光ファイバーカンチレバーシステムであって、
間隔を置いてレーザーパルスを放出するレーザー放出要素と、
圧電セラミックチューブ及び光ファイバーケーブルであって、前記光ファイバーケーブルの自由端が、前記圧電セラミックチューブの自由端の外に所定の長さだけ延び、前記圧電セラミックチューブが、振動が前記光ファイバーケーブルの前記自由端において増幅されるように、信号によって駆動されて前記振動光ファイバーカンチレバーシステムの共振周波数において振動し、前記光ファイバーケーブルの前記自由端の動きが所定の走査パターンに従い、レーザーパルスが前記光ファイバーケーブルの前記自由端から出て、前記ＴＸの光学系を通ってターゲットに投射される、圧電セラミックチューブ及び光ファイバーケーブルと、を備える、振動光ファイバーカンチレバーシステムと、
受信（ＲＸ）の光学系を備えるＲＸ経路に配置された２次元（２Ｄ）光センサーアレイであって、前記ターゲットで反射された光が前記ＲＸの光学系によって２Ｄ光センサーアレイ上に集められる、２Ｄ光センサーアレイと、
ダイナミックスイッチ及び１つまたは複数の時間測定変換器と、を備え、
前記レーザーパルスが投射される方向に基づいて、前記ダイナミックスイッチが、前記反射光を受けると予想される前記２Ｄ光センサーアレイ中の１つまたは複数の特定の光センサーからの出力を前記時間測定変換器にルーティングし、
前記反射光を受けると予想される前記２Ｄ光センサーアレイ中の１つまたは複数の特定の光センサーによって反射光が受信されないことに応じて、見掛けの投射方向を、前記反射光を受ける光センサーと相関させることによって、前記ＴＸ経路のための較正／再較正プロセスが実施される、ライダーデバイス。
【請求項２】
前記時間測定変換器が、時間−デジタル変換器（ＴＤＣ）またはアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）のいずれかである、請求項１に記載のライダーデバイス。
【請求項３】
前記２Ｄ光センサーアレイが、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）またはＰＩＮフォトダイオードを含む、請求項１に記載のライダーデバイス。
【請求項４】
ライダーデバイスを動作させるための方法であって、
送信（ＴＸ）経路上の振動光ファイバーカンチレバーシステムを動作させるステップであって、
レーザー放出要素によって、間隔を置いてレーザーパルスを放出するステップと、
圧電セラミックチューブ及び光ファイバーケーブルを用いて走査するステップであって、前記光ファイバーケーブルの自由端が前記圧電セラミックチューブの自由端の外に延び、前記圧電セラミックチューブが、前記振動光ファイバーカンチレバーシステムの共振周波数において振動するように信号によって駆動され、前記光ファイバーケーブルの前記自由端の動きが所定の走査パターンに従い、前記レーザーパルスが、前記光ファイバーケーブルの前記自由端においてＴＸの光学系を通してターゲットに投射される、走査するステップと、を備える、振動光ファイバーカンチレバーシステムを動作させるステップと、
受信（ＲＸ）経路上の２次元（２Ｄ）光センサーアレイを動作させるステップであって、
前記ターゲットで反射された光をＲＸの光学系によって２Ｄ光センサーアレイ上に集めるステップと、
前記レーザーパルスが投影される方向に基づいて、前記集められた光を受けると予想される前記２Ｄ光センサーアレイ中の１つまたは複数の特定の光センサーに前記集められた光の出力を、１つまたは複数の時間測定変換器にダイナミックにスイッチングするステップと、を備える、２Ｄ光センサーアレイを動作させるステップと、
前記反射光を受けると予想される前記２Ｄ光センサーアレイ中の１つまたは複数の特定の光センサーによって反射光が受信されないことに応じて、見掛けの投射方向を、前記反射光を受ける光センサーと相関させることによって、前記ＴＸ経路のための較正／再較正プロセスを実施するステップと、
を備える、ライダーデバイスを動作させるための方法。
【請求項５】
前記時間測定変換器が、時間−デジタル変換器（ＴＤＣ）またはアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）のいずれかである、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記２Ｄ光センサーアレイが、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）またはＰＩＮフォトダイオードを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
送信（ＴＸ）経路上の振動光ファイバーカンチレバー手段であって、
圧電セラミックチューブ及び光ファイバーケーブルであって、前記光ファイバーケーブルの自由端が、前記圧電セラミックチューブの自由端の外に所定の長さだけ延び、前記圧電セラミックチューブが、振動が前記光ファイバーケーブルの前記自由端において増幅されるように、信号によって駆動されて振動光ファイバーカンチレバーシステムの共振周波数において振動し、前記光ファイバーケーブルの前記自由端が所定の走査パターンに従う、圧電セラミックチューブ及び光ファイバーケーブルと、
ＴＸの光学系手段であって、レーザーパルスが前記光ファイバーケーブルの前記自由端から出て、前記ＴＸの光学系手段を通ってターゲットに投射される、ＴＸの光学系手段と、を備える、振動光ファイバーカンチレバー手段と、
受信（ＲＸ）経路の２次元（２Ｄ）光センシング手段であって、ＲＸの光学系手段を備え、前記ターゲットで反射された光が前記ＲＸの光学系によって２Ｄ光センサーアレイ上に集められる、２Ｄ光センシング手段と、
ダイナミックスイッチ及び１つまたは複数の時間測定変換器と、を備え、
前記レーザーパルスが投射される方向に基づいて、前記ダイナミックスイッチが、前記反射光を受けると予想される前記２Ｄ光センサーアレイ中の１つまたは複数の特定の光センサーからの出力を前記時間測定変換器にルーティングし、
前記反射光を受けると予想される前記２Ｄ光センサーアレイ中の１つまたは複数の特定の光センサーによって反射光が受信されないことに応じて、見掛けの投射方向を、前記反射光を受ける光センサーと相関させることによって、前記ＴＸ経路のための較正／再較正プロセスが実施される、ライダーデバイス。
【請求項８】
コードを含む非一時的コンピュータ可読媒体であって、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、
ライダーデバイスの送信（ＴＸ）経路上の振動光ファイバーカンチレバーシステムを駆動するステップであって、前記振動光ファイバーカンチレバーシステムが、
圧電セラミックチューブ及び光ファイバーケーブルを備え、前記光ファイバーケーブルの自由端が、前記圧電セラミックチューブの自由端の外に所定の長さだけ延び、前記圧電セラミックチューブが、振動が前記光ファイバーケーブルの前記自由端において増幅されるように、信号によって駆動されて前記振動光ファイバーカンチレバーシステムの共振周波数において振動し、前記光ファイバーケーブルの前記自由端の動きが所定の走査パターンに従う、振動光ファイバーカンチレバーシステムを駆動するステップと、
間隔を置いてレーザーパルスを放出するレーザー放出要素を駆動するステップと、
レーザーパルスを、ＴＸの光学系によってターゲットに投射するステップであって、レーザーパルスが前記光ファイバーケーブルの前記自由端から出て、前記ＴＸの光学系を通ってターゲットに投射される、レーザーパルスを、ＴＸの光学系によってターゲットに投射するステップと、
前記ライダーデバイスの受信（ＲＸ）経路の２次元（２Ｄ）光センサーアレイを駆動するステップと、
前記レーザーパルスを、ＲＸの光学系によって集光するステップであって、前記ターゲットで反射された光が前記ＲＸの光学系によって２Ｄ光センサーアレイ上に集められる、前記レーザーパルスを、ＲＸの光学系によって集光するステップと、
前記レーザーパルスが投射される方向に基づいて、前記集められた光を受けると予想される前記２Ｄ光センサーアレイ中の１つまたは複数の特定の光センサーに前記集められた光の出力を、１つまたは複数の時間測定変換器にダイナミックにスイッチングするステップと、
前記反射光を受けると予想される前記２Ｄ光センサーアレイ中の１つまたは複数の特定の光センサーによって反射光が受信されないことに応じて、見掛けの投射方向を、前記反射光を受ける光センサーと相関させることによって、前記ＴＸ経路のための較正／再較正プロセスを実施するステップと、
を備える方法を実行させる、非一時コンピュータ可読媒体。
【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、２０１６年９月１５日に出願された「ＩＭＰＬＥＭＥＮＴＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＴＨＥ  ＦＯＣＡＬ  ＰＬＡＮＥ  ２Ｄ  ＡＰＤ  ＡＲＲＡＹ  ＦＯＲ  ＨＹＰＥＲＩＯＮ  ＬＩＤＡＲ  ＳＹＳＴＥＭ」という名称の米国特許出願第１５／２６６，６１８号、および２０１５年９月１８日に出願された「ＩＭＰＬＥＭＥＮＴＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＴＨＥ  ＦＯＣＡＬ  ＰＬＡＮＥ  ２Ｄ  ＡＰＤ  ＡＲＲＡＹ  ＦＯＲ  ＨＹＰＥＲＩＯＮ  ＬＩＤＡＲ  ＳＹＳＴＥＭ」という名称の米国仮特許出願第６２／２２０，７７７号の優先権の利益を主張する。上述した出願の全体が、参照によって本明細書に組み込まれている。
【０００２】
本明細書で開示する主題は、電子デバイスに関し、より詳細には、光を使用して物体までの距離を測定するための方法、装置、およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
ライダー（Ｌｉｄａｒ）（同じくＬＩＤＡＲ、ＬｉＤＡＲ、またはＬＡＤＡＲ、「光」および「レーダー」の混成語）は、レーザーでターゲットに光を当て、反射光を分析することによって距離を測定するリモートセンシング技術である。周囲環境の物体までの距離を正確に測る能力は、屋内マッピングおよびナビゲーション、高度な写真撮影、またはコンピュータビジョンなどの多くのモバイルアプリケーションに重要である。
【０００４】
物体の精度の高い３Ｄスキャンを直ちに生成する能力は、モバイルデバイスには重要な機能となるであろう。
【０００５】
知られている方法は、レンジが限られていること、精度が低いこと、屋内動作の限界など、多数の欠点を抱えている。多くの事例では、従来の解決策は、モバイルデバイスの小さいフォームファクタで適応することができない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様は、送信（ＴＸ）経路上の振動光ファイバーカンチレバーシステムと、受信（ＲＸ）経路上の２次元（２Ｄ）光センサーアレイとを備える、ライダーデバイスに関する。
【０００７】
ライダーデバイスを実装するための方法が、送信（ＴＸ）経路上に振動光ファイバーカンチレバーシステムを実装するステップと、受信（ＲＸ）経路上に２次元（２Ｄ）光センサーアレイを実装するステップとを含む。
【０００８】
ライダーデバイスが、送信（ＴＸ）経路上の振動光ファイバーカンチレバー手段と、受信（ＲＸ）経路上の２次元（２Ｄ）光検知手段とを備える。
【０００９】
非一時的コンピュータ可読媒体が、プロセッサによって実行されると、ライダーデバイスの送信（ＴＸ）経路上の振動光ファイバーカンチレバーシステムを駆動するステップと、ライダーデバイスの受信（ＲＸ）経路上の２次元（２Ｄ）光センサーアレイを駆動するステップとを含む方法をプロセッサに実施させるコードを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の実施形態が実践され得る例示的なデバイスを示す図である。
【図２】例示的な振動光ファイバーカンチレバーシステムを示す図である。
【図３】ＴＸ経路とＲＸ経路の両方を含む例示的なライダーを示す図である。
【図４】２Ｄ光センサーアレイからデータを抽出するための例示的なシリアルアーキテクチャを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示の実施形態は、レーザーでターゲットに光を当て、反射光を分析することによって距離を測定するための装置、システム、および方法に関する。
【００１２】
図１を参照すると、ライダーとともに使用するように適合された例示的なデバイス１００が示されている。デバイス１００は、バス１０５を介して電気的に結合することができる（または、それ以外の場合には、適宜、通信している場合がある）ハードウェア要素を備えるものとして示されている。ハードウェア要素は、限定はしないが、１つもしくは複数の汎用プロセッサおよび／または１つもしくは複数の（デジタル信号処理チップ、グラフィックス加速プロセッサなどの）専用プロセッサを含む１つまたは複数のプロセッサ１１０と、限定はしないが、ライダー１５０、マウス、キーボード、スピーカー、プリンタなどを含む１つまたは複数の入出力デバイス１１５とを含んでもよい。ライダー１５０は、ハードウェアライダーコントローラを含んでもよい。
【００１３】
デバイス１００は、１つもしくは複数の非一時的記憶デバイス１２５をさらに含む（かつ／または１つもしくは複数の非一時的記憶デバイス１２５と通信している）場合があり、非一時的記憶デバイス１２５は、限定はしないが、ローカルおよび／もしくはネットワークアクセス可能記憶装置を含むことができ、かつ／または限定はしないが、ディスクドライブ、ドライブアレイ、光記憶デバイス、プログラム可能、フラッシュ更新可能などとすることができるランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）および／もしくは読取り専用メモリ（「ＲＯＭ」）などのソリッドステート記憶デバイスを含むことができる。そのような記憶デバイスは、限定はしないが、様々なファイルシステム、データベース構造などを含む、任意の適切なデータストアを実装するように構成されてもよい。
【００１４】
デバイス１００は、限定はしないが、モデム、ネットワークカード（ワイヤレスまたは有線）、赤外線通信デバイス、ワイヤレス通信デバイス、および／またはチップセット（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈデバイス、８０２．１１デバイス、Ｗｉ−Ｆｉデバイス、ＷｉＭＡＸデバイス、セルラー通信設備など）などを含むことができる通信サブシステム１３０を含む場合もある。通信サブシステム１３０は、ネットワーク、他のコンピュータシステム／デバイス、および／または本明細書で説明する任意の他のデバイスとデータを交換できるようにする場合がある。多くの実施形態では、デバイス１００は、上記で説明したように、ＲＡＭデバイスまたはＲＯＭデバイスを含むことができる作業メモリ１３５をさらに備えることになる。
【００１５】
デバイス１００は、本明細書で説明するように、オペレーティングシステム１４０、デバイスドライバ、実行可能ライブラリ、および／あるいは、方法を含む場合があるか、または方法を実装し、かつ／もしくは他の実施形態によって提供されるシステムを構成するように設計される場合がある、１つまたは複数のアプリケーションプログラム１４５などの他のコードを含む、作業メモリ１３５内に現在配置されているものとして示されている、ソフトウェア要素を含む場合もある。単に例として、以下で論じる方法に関連して説明する１つまたは複数の手順は、コンピュータ（および／またはコンピュータ内のプロセッサ）によって実行可能なコードおよび／または命令として実装されてもよく、一態様では、次いで、そのようなコードおよび／または命令は、説明した方法に従って１つまたは複数の動作を実行するように汎用コンピュータ（または他のデバイス）を構成するおよび／または適合させるために使用され得る。
【００１６】
これらの命令および／またはコードのセットは、上述の記憶デバイス１２５などの非一時的コンピュータ可読記憶媒体に記憶される場合がある。いくつかの場合には、記憶媒体は、デバイス１００などのコンピュータデバイス内に組み込まれる場合がある。他の実施形態では、記憶媒体は、記憶媒体に記憶された命令／コードを用いて汎用コンピュータをプログラムし、構成し、かつ／または適合させるために記憶媒体を使用することができるように、コンピュータデバイス（たとえば、コンパクトディスクなどのリムーバブル媒体）とは別個であり、かつ／または、インストールパッケージ内に提供される場合がある。これらの命令は、コンピュータ化されたデバイス１００によって実行可能である実行可能コードの形態をとる場合があり、かつ／または、（たとえば、様々な一般的に利用可能なコンパイラ、インスタレーションプログラム、圧縮／解凍ユーティリティなどのうちのいずれかを使用して）コンパイルおよび／もしくはデバイス１００へのインストールに際して実行可能コードの形態をとる、ソースおよび／もしくはインストール可能なコードの形態をとる場合がある。
【００１７】
特定の要件に従って、かなりの変更を行ってもよいことは、当業者には明らかであろう。たとえば、カスタマイズされたハードウェアが使用される場合もあり、かつ／または、特定の要素は、ハードウェア、ソフトウェア（アプレットなどのポータブルソフトウェアを含む）、もしくは両方において実装される場合がある。さらに、ネットワーク入出力デバイスなどの他のコンピューティングデバイスへの接続が使用されてもよい。
【００１８】
ライダー１５０などのライダーは、２つのサブシステム、すなわちビームステアリング要素と、レンジファインダーとからなる。ビームステアリング要素は、走査パターンを生成するように投射レーザービームを操縦してもよい。またレンジファインダーは、走査される物体からの反射光を、パルス飛行時間、位相シフト飛行時間、またはコヒーレント検出などのような測定および／または技法に基づいて、物体の様々な部分までの距離に関する情報に変換してもよい。一実施形態では、ビームステアリング要素サブシステムとレンジファインダーサブシステムの両方が、極めて小さいフォームファクタで実装される場合がある。
【００１９】
したがって、ライダーが、２つの光路、すなわち、レーザーがレーザー源から走査される物体（ターゲット）まで進む送信（ＴＸ）経路と、反射光がターゲットからレンジファインダーの受光要素まで進む受信（ＲＸ）経路とを含んでもよい。
【００２０】
一実施形態では、ＴＸ経路上で、走査レーザーは、シングルモードまたはマルチモード光ファイバーケーブルなどの光ファイバーケーブルから、一連のＴＸ光学系を通して、放出されてもよい。レンジファインダーサブシステムからのレーザーは、光ファイバーケーブルに結合されてもよい。
【００２１】
図２を参照すると、例示的な振動光ファイバーカンチレバーシステム２００を示す図が示されている。光ファイバーケーブル２１０は、圧電セラミックチューブ２２０に通されてもよい。圧電セラミックチューブ２２０は、デバイス１００などのデバイスの本体に、一方の端部２３０で固定され、他方の端部２４０では固定されていなくてもよい。光ファイバーケーブル２１０は、圧電セラミックチューブ２２０の自由端２４０に固定されてもよく、一方、光ファイバーケーブル２１０の自由端２５０は、圧電セラミックチューブ２２０の自由端２４０から所定の長さだけさらに延長されてもよい。したがって、固定−自由振動カンチレバーシステム２００が生成され得る。圧電セラミックチューブ２２０外の固定されていない光ファイバーゲーブル延長部の長さ、および光ファイバーケーブル２１０の他の物理特性が、カンチレバーの共振周波数を決定し得ることは、当業者には認識されよう。
【００２２】
好適な駆動信号を印加することによって、圧電セラミックチューブ２２０は、所望の周波数で振動するように駆動されてもよい。圧電セラミックチューブ２２０がカンチレバーの共振周波数で振動するように駆動されるとき、カンチレバーは共振モードで励磁され得る。言い換えれば、カンチレバーの基部での小さい振動が増幅されてもよく、光ファイバーケーブル２１０の先端（たとえば、自由端２５０）は、大きい振幅で振動してもよい。さらに、光ファイバーゲーブル２１０の先端（たとえば、自由端２５０）の動きは、好適な駆動信号が圧電セラミックチューブ２２０に印加されて、制御されてもよい。したがって、所望の走査パターンが実現され得る。
【００２３】
単純なレンズアセンブリなどの単純なＴＸ光学系が、光ファイバーケーブル２１０の先端（たとえば、自由端２５０）から出るレーザーを集め、投射のためにレーザーを調整するために使用され得る。
【００２４】
ＲＸ経路では、反射光が、全方位レンズまたはレンズアセンブリによって、光センサー上に集められてもよい。したがって、走査される物体までの距離は、光センサーによって生成された信号に基づいて決定されてもよく、一方、物体の方向は、光ファイバーケーブル２１０の先端（たとえば、自由端２５０）の位置に基づいて決定されてもよい。
【００２５】
これにより、ライダーは、走査されるターゲットの部分の高精度３Ｄ座標を含む点群（ｐｏｉｎｔｓ  ｃｌｏｕｄ）を生成してもよい。環境の３Ｄマップ、または物体の３Ｄスキャンが、ライダー点群に基づいて生成されてもよい。
【００２６】
広視野角（ＦＯＶ）レンズを用いて走査される物体からの反射光を単一の光センサー上に集めることには、いくつかの不利点がある場合がある。レンズは広ＦＯＶを有するので、太陽光放射、または自動車のハイビーム光などのバックグラウンド干渉が、光センサー上に集められる場合がある。結果として、ライダーのレンジは、悪影響を受ける場合がある。
【００２７】
ＲＸ経路上の広ＦＯＶレンズの代替として、反射光は、アクティブＦＯＶが縮小され得るように、カンチレバーに戻って結合されてもよい。しかしながら、結合効率が制限される可能性があるので、バックグラウンド干渉の軽減に伴って、有効信号が減少する場合がある。さらに、ＴＸ経路上のレーザーパルスがＲＸ経路にかなり漏出して、ＲＸ経路上の電子機器の感度を低下させ、したがってライダーの性能を低下させる場合がある。
【００２８】
図３を参照すると、ＴＸ経路とＲＸ経路の両方を含む例示的なライダー３００を示す図が示されている。ＴＸ経路３１０では、振動光ファイバーカンチレバー３１５が、ＴＸ光学系３２０を通してターゲットに走査レーザーを投射するために利用され得る。一実施形態では、好適な駆動信号で、光ファイバーケーブルの自由端は、らせん状パターンに沿って移動してもよい。使用される走査パターンは、本開示を限定せず、他の走査パターンが利用される場合もある。レーザー放出要素は、間隔を置いてレーザーパルスを発射してもよい。図３の各ドット３２５は、単一のレーザーパルスに対応し得る。ＲＸ経路３３０では、反射光ならびに干渉は、ＲＸ光学系３３５によって、複数の光センサーを含む２次元（２Ｄ）光センサーアレイ３４０上に集められる。言い換えれば、２Ｄ光センサーアレイ３４０は、ＲＸ光学系３３５の焦点面に位置していてもよい。使用される光センサーのタイプは、本開示を限定しない。たとえば、２Ｄ光センサーアレイ３４０は、光センサーとして、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）またはＰＩＮフォトダイオードを含んでもよい。図３では、４×４の２Ｄ光センサーアレイが示されているが、２Ｄ光センサーアレイの構成は、本開示を限定しない。さらに、図３ではＲＸ光学系３３５に単一のレンズしか示されていないが、より複雑なＲＸ光学系が利用される場合もあることを諒解されたい。
【００２９】
２Ｄ光センサーアレイ３４０中の各個々の光センサーのＦＯＶは、システム全体の組み合わせられたＦＯＶの何分の１かにすぎないので、各光センサーに集められるバックグラウンド干渉は、比例して縮小され、一方、ライダーに有用な反射光は減衰されない。したがって、ライダーの信号対雑音比（ＳＮＲ）値は、改善され、レンジを増大させ、測定の精度を上げ得る。さらに、ライダーは、干渉の存在下でよりロバストに作動し得る。
【００３０】
上記で説明した一実施形態では、走査される物体までの距離を測定するために、パルス飛行時間（ＴｏＦ）法が利用されてもよい。この方法を使用するには、対応するレーザーパルスが環境に投射されたときの時間に対して、反射光が２Ｄ光センサーアレイ３４０中の特定の１つまたは複数の光センサーによって記録されたときの時間が測定される必要がある。様々な環境において、測定は、時間−デジタル変換器（ＴＤＣ）、またはアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を使用して実施される場合がある。
【００３１】
ＴＤＣでは、カウンタの開始および停止をトリガするために、あらかじめ定義されたしきい値のセットが使用されてもよく、したがって光センサーからの電圧が一定の値を超えるとき、カウンタが作動されてもよい。ＴＤＣは、単純なアーキテクチャを有し、実装が容易である。しかしながら、ＴＤＣは時間情報のみを取り込むことが可能であるので、反射光の電力など、ライダーに有用な他のデータは、正確に取り込まれない場合がある、または失われる場合がある。また、複数の物体、たとえば、木の枝、雨滴などが光路に存在するとき、ＴＤＣは、光センサー信号において利用可能なデータを正しく表現することができない場合がある。
【００３２】
一方、ＡＤＣは、包括的および正確に光センサー信号からデータを抽出することがより良くできる場合がある。ライダーとともに使用するために、高性能ＡＤＣ、たとえば約１０ＧＨｚで稼動するＡＤＣが、必要とされる場合がある。いくつかの実施形態では、ＡＤＣ性能要件は、より小さいＡＤＣワードサイズ（たとえば、８ビット）で緩和される場合がある。
【００３３】
２Ｄ光センサーアレイからの信号は、パラレルアーキテクチャまたはシリアルアーキテクチャのいずれかで処理され得る。パラレルアーキテクチャでは、２Ｄ光センサーアレイ中の各光センサーが、専用の時間測定変換器（ＴＤＣまたはＡＤＣのいずれか）を設けられ、これに接続される。これにより、２Ｄ光センサーアレイ中のすべての光センサーの出力は、時間測定変換器によって直ちに処理され得る。
【００３４】
一実施形態では、各レーザーパルスが送られる方向は、ＴＸ経路アーキテクチャの結果としてわかるので、対応する反射光を受ける２Ｄ光センサーアレイ中の１つまたは複数の特定の光センサーもわかる。そのようなアーキテクチャでは、ライダー測定の精度は、ＴＸ経路上の走査解像度によって規定され、一方、ＲＸ経路アーキテクチャは、測定のＳＮＲを高める。言い換えれば、反射光を受けない２Ｄ光センサーアレイ中の光センサーからの出力は、有用な情報を含まないので、タイミング情報のみが不明であり、測定される必要がある。
【００３５】
図４を参照すると、２Ｄ光センサーアレイからデータを抽出するための例示的なシリアルアーキテクチャ４００を示す図が示されている。２Ｄ光センサーアレイ４１０中の個々の光センサーからのすべての出力が、ダイナミックスイッチ４２０を通してルーティングされてもよい。ＴＸ経路から取得され得る、投射されたレーザーパルスの方向に基づいて、ダイナミックスイッチ４２０は、反射光を受けると予想される１つまたは複数の特定の光センサーからの出力を時間測定変換器４３０にルーティングしてもよい。様々な実装形態に応じて、時間測定変換器４３０の数は変化してもよい。一実施形態では、単一の時間測定変換器４３０が使用されてもよい。時間測定変換器４３０の数は、レーザーパルスが発射されるごとに、信号が処理される光センサーの数を制限する。ＴＸ経路上で各新しいレーザーパルスが発射された後に、ダイナミックスイッチ４２０は、それに応じて１つまたは複数の光センサーの新しい特定のセットからの出力を、時間測定変換器４３０にルーティングしてもよい。したがって、ダイナミックスイッチ４２０を使用して、光センサーの数よりも少ない時間測定変換器４３０が必要とされる場合がある。一実施形態では、単一の時間測定変換器４３０のみが必要とされ、使用される。
【００３６】
２Ｄ光センサーアレイはまた、ＴＸ経路の較正／再較正プロセスを支援するのに利用されてもよい。２Ｄ光センサーアレイ中の予想される１つまたは複数の光センサーによって反射光が受信されないとき、ＴＸ経路は、正しい方向にレーザーパルスを投射していない可能性がある。見掛けの投射方向を、反射光を受ける光センサーと相関させることによって、ＴＸ経路のための較正／再較正プロセスが実施され、チューニングパラメータが更新されてもよい。
【００３７】
したがって、本開示の実施形態は、ＴＸ経路上の振動光ファイバーカンチレバーシステムと、ＲＸ経路上の２Ｄ光センサーアレイとを備えるライダーに関する。振動光ファイバーカンチレバーシステムは、圧電セラミックチューブと、光ファイバーケーブルとをさらに備えてもよい。光ファイバーケーブルの自由端は、圧電セラミックチューブの自由端の外に、所定の長さだけ延長されてもよい。圧電セラミックチューブは、カンチレバーシステムの共振周波数で振動するように、好適な信号によって駆動されてもよく、光ファイバーケーブルの自由端で振動が増幅されるようにする。光ファイバーケーブルの自由端の動きは、所定の走査パターンに従ってもよく、レーザー放出要素が、間隔を置いてレーザーパルスを放出してもよい。レーザーパルスは、光ファイバーケーブルの自由端から出て、ＴＸ光学系によって、走査されるターゲットに投射されてもよい。走査されるターゲットで反射された光は、ＲＸ光学系によって、２Ｄ光センサーアレイ上に集められてもよい。レーザーパルスが投射される方向に基づいて、ダイナミックスイッチが、反射光を受けると予想される２Ｄ光センサーアレイ中の１つまたは複数の特定の光センサーからの出力を、１つまたは複数の時間測定変換器にルーティングし、時間測定変換器は、ＴＤＣまたはＡＤＣのいずれかであってもよい。一実施形態では、ただ１つの時間測定変換器が使用されてもよい。
【００３８】
ライダーは、時間測定変換器によって取り込まれたデータを処理し、点群を生成してもよく、点群に基づいて、環境の正確な３Ｄマップ、または物体の３Ｄスキャンが構築されてもよい。したがって、ライダー測定の精度は、ＴＸ経路上の走査解像度によって規定され、Ｆ、ＲＸ経路アーキテクチャは、測定のＳＮＲを高める。ライダーは、本開示の実施形態によれば、より長いレンジおよびより優れた信号精度を有することができ、干渉が存在する可能性がある場合よりロバストに作動することができる。
【００３９】
本開示の別の実施形態は、送信（ＴＸ）経路上に振動光ファイバーカンチレバーシステムを実装するステップと、受信（ＲＸ）経路上に２次元（２Ｄ）光センサーアレイを実装するステップとを含む、ライダーデバイスを実装するための方法に関する。
【００４０】
本開示のさらに別の実施形態は、プロセッサによって実行されると、ライダーデバイスの送信（ＴＸ）経路上の振動光ファイバーカンチレバーシステムを駆動するステップと、ライダーデバイスの受信（ＲＸ）経路上の２次元（２Ｄ）光センサーアレイを駆動するステップとを含む方法をプロセッサに実施させるコードを備える非一時的コンピュータ可読媒体に関する。
【００４１】
本明細書において提示される例示的な方法、装置、または製造品は、全体的に、または部分的に、モバイル通信デバイスにおいて、またはモバイル通信デバイスとともに使用するために実装される場合がある。本明細書で用いられる場合、「モバイルデバイス」、「モバイル通信デバイス」、「ハンドヘルドデバイス」、「タブレット」など、またはそのような用語の複数形は、互換的に用いられる場合があり、１つまたは複数の通信プロトコルに従って適切な通信ネットワークを介して情報のワイヤレス送信または受信を通して通信する場合があり、時間の経過とともに場所または位置が変化する場合がある、任意の種類の専用のコンピューティングプラットフォームまたはデバイスを指す場合がある。例示として、専用のモバイル通信デバイスは、たとえば、セルラー電話、衛星電話、スマート電話、ヒートマップまたは無線マップ生成ツールまたはデバイス、被観測信号パラメータ生成ツールまたはデバイス、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ラップトップコンピュータ、パーソナルエンターテインメントシステム、電子ブックリーダ、タブレットパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、パーソナルオーディオまたはビデオデバイス、パーソナルナビゲーションユニット、ウェアラブルデバイスなどを含んでもよい。しかしながら、これらは本明細書で説明する１つまたは複数のプロセスまたは動作を容易にするか、またはサポートするために利用される場合があるモバイルデバイスに関連する説明のための例にすぎないことを諒解されたい。
【００４２】
本明細書で説明する方法は、特定の適用例に応じて様々な方法で、かつ様々な構成により実装されてもよい。たとえば、そのような方法は、ソフトウェアとともに、ハードウェア、ファームウェア、および／またはこれらの組合せで実装されてもよい。たとえば、ハードウェア実装形態では、処理ユニットは、１つもしくは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理デバイス（ＤＳＰＤ）、プログラマブル論理デバイス（ＰＬＤ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、電子デバイス、本明細書で説明する機能を実行するように設計された他のデバイスユニット、および／またはそれらの組合せの中で実装されてもよい。
【００４３】
本明細書で説明する記憶媒体は、１次、２次、および／または３次記憶媒体を含む場合がある。１次記憶媒体は、たとえばランダムアクセスメモリおよび／または読取り専用メモリなどのメモリを含む場合がある。２次記憶媒体は、磁気またはソリッドステートハードドライブなどの大容量記憶装置を含む場合がある。３次記憶媒体は、磁気または光ディスク、磁気テープ、ソリッドステート記憶デバイスなどのリムーバブル記憶媒体を含む場合がある。いくつかの実装形態では、記憶媒体またはその一部は、プロセッサのようなコンピューティングプラットフォームの他の構成要素を動作可能に受容するか、または場合によってはそれに結合するように構成可能である場合がある。
【００４４】
少なくともいくつかの実装形態では、本明細書で説明する記憶媒体の１つまたは複数の部分は、記憶媒体の特定の状態によって表現されるデータおよび／または情報を表す信号を記憶する場合がある。たとえば、データおよび／または情報を表す電子信号は、バイナリ情報（たとえば、１および０）としてデータおよび／または情報を表すように記憶媒体（たとえばメモリ）のそのような一部分の状態に影響を与えることによって、またはこのような状態を変化させることによって、記憶媒体の一部分に「記憶」される場合がある。したがって、特定の実装形態では、データおよび／または情報を表す信号を記憶するために記憶媒体の一部分の状態をそのように変化させることは、記憶媒体を異なる状態または物に変換することに相当する。
【００４５】
上述の詳細な説明において、多くの具体的な詳細について、特許請求される主題の完全な理解をもたらすために説明してきた。しかし、特許請求される主題は、これらの具体的な詳細なしに実施してもよいことは、当業者には理解されよう。他の例では、当業者であれば既知である方法および装置は、特許請求される主題を不明瞭にしないために、詳細には説明していない。
【００４６】
上述の詳細な説明のいくつかの部分は、特定の装置または専用のコンピューティングデバイスもしくはプラットフォームのメモリ内に記憶される、バイナリのデジタル電子信号上の、動作のアルゴリズムまたは記号による表現の形で提示してきた。この特定の明細書の文脈において、「特定の装置」などの用語は、プログラムされると、プログラムソフトウェアからの命令に従って特定の機能を実行する汎用コンピュータを含む。アルゴリズム記述または記号表現は、当業者が作業内容を他の当業者に伝えるために、信号処理または関連技術において当業者によって使用される技法の例である。アルゴリズムは、本明細書において、一般に、所望の結果につながる首尾一貫した動作シーケンスまたは同様の信号処理であると見なされる。このコンテキストでは、演算または処理は物理量の物理的操作を伴う。通常、必須ではないが、そのような量は、情報を表す電子信号として、記憶され、転送され、組み合わされ、比較され、または別の方法で操作されることが可能な、電気信号または磁気信号の形態をとる場合がある。場合によっては、主に一般に使用されるという理由から、そのような信号を、ビット、データ、値、要素、記号、文字、語、数字、番号、情報などとして言及することが便利であることがわかっている。しかしながら、これらの用語または同様の用語のすべてが、適切な物理量と関連付けられるべきであり、便宜的な呼び方にすぎないことは理解されたい。
【００４７】
別段に明記されていない限り、以下の論述から明らかなように、本明細書全体にわたって、「処理する」、「算出する」、「計算する」、「識別する」、「特定する」、「確立する」、「取得する」などの用語を利用する論述は、専用コンピュータまたは類似の専用電子コンピューティングデバイスなどの、特定の装置の動作またはプロセスを指すことを諒解されたい。したがって、本明細書のコンテキストでは、専用コンピュータまたは同様の専用電子コンピューティングデバイスは、専用コンピュータまたは同様の専用電子コンピューティングデバイスのメモリ、レジスタ、または他の情報記憶デバイス、送信デバイス、またはディスプレイデバイス内の、電子的または磁気的な物理量として一般に表される信号を操作または変換することが可能である。この特定の特許出願のコンテキストにおいて、「特定の装置」という用語は、プログラムされると、プログラムソフトウェアからの命令に従って特定の機能を実行する汎用コンピュータを含む場合がある。
【００４８】
本明細書を通じて「一例」、「例」、「いくつかの例」または「例示的な実装形態」への言及は、特徴および／もしくは例に関して説明する特定の特徴、構造物または特性が、特許請求する主題の少なくとも１つの特徴および／または例に含まれ得ることを意味する。したがって、本明細書を通じて様々な場所における「一例では」、「例」、「いくつかの例では」もしくは「いくつかの実装形態では」という語句または他の同様の語句の出現は、同じ特徴、例および／または限定にすべて言及しているとは限らない。さらに、特定の特徴、構造または特性は、１つまたは複数の例および／または特徴において組み合わせることができる。
【００４９】
現在例示的な特徴と考えられることについて示し説明したが、特許請求される主題から逸脱することなく、様々な他の修正が行われ得、均等物が代用され得ることが、当業者には理解されよう。さらに、本明細書で説明した主要な概念から逸脱することなしに、特定の状況を特許請求される主題の教示に適応させるために、多くの修正が行われ得る。したがって、特許請求される主題は、開示される特定の例に限定されず、そのような特許請求される主題は添付の特許請求の範囲内にあるすべての態様およびその均等物も含む場合があることを意図している。
【符号の説明】
【００５０】
１００  デバイス
１０５  バス
１１０  プロセッサ
１１５  入出力デバイス
１２５  非一時的記憶デバイス
１３０  通信サブシステム
１３５  作業メモリ
１４０  オペレーティングシステム
１４５  アプリケーションプログラム
１５０  ライダー
２００  振動光ファイバーカンチレバーシステム
２１０  光ファイバーケーブル
２２０  圧電セラミックチューブ
３００  ライダー
３１０  ＴＸ経路
３１５  振動光ファイバーカンチレバー
３２０  ＴＸ光学系
３２５  ドット
３３０  ＲＸ経路
３３５  ＲＸ光学系
３４０  ２次元（２Ｄ）光センサーアレイ
４１０  ２Ｄ光センサーアレイ
４２０  ダイナミックスイッチ
４３０  時間測定変換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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