(57)【要約】  高帯域幅モバイル通信と光検出・測距（ＬＩＤＡＲ）との共通部分に位置するシステム及び方法が提供される。このシステム及び方法は、発散ビーム自由空間光学系（ＤＢＦＳＯ）について詳述し、組み合わされたＬＩＤＡＲ／ＤＢＦＳＯシステムを説明することによりＬＩＤＡＲのコスト問題を解決する。１つの一体化されたハードウェアシステムが、ＬＩＤＡＲとＤＢＦＳＯとの両方の能力を提供し、多くの構成において、両能力は、２つの別個のシステムに関連するコスト及び複雑さを低減しながら、同時に動作することができる。システムは、据置又はモバイルとすることができ、走査構成と固定構成との両方に適用される。【選択図】図１ａ
2020506402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光受信器であって、
光検出・測距（ＬＩＤＡＲ）パルス又は通信パルスとして放出された光パルスを受信し、前記光パルスを対応する電気信号に変換するように構成された、検出器と、
前記検出器に結合され、対応する電気信号を受信し、それに基づいてそれぞれ前記ＬＩＤＡＲパルス及び前記通信パルスに対応するＬＩＤＡＲ信号と通信信号とを区別するように構成された、電子回路と、
を備える光受信器。
【請求項２】
ＬＩＤＡＲパルスと通信パルスが、異なる時間窓に割り当てられ、
前記電子回路が、前記光パルスが前記検出器により受信される前記異なる時間窓のうちの或る時間窓に基づいて前記ＬＩＤＡＲ信号と前記通信信号とを区別するように構成される、請求項１に記載の光受信器。
【請求項３】
前記電子回路が、波長に基づいて前記ＬＩＤＡＲ信号と前記通信信号とを区別するように構成され、対応する電気信号のうち一組の波長を有する電気信号が、ＬＩＤＡＲ信号として処理され、対応する電気信号のうちもう一組の波長を有する電気信号が、通信信号として処理される、請求項１に記載の光受信器。
【請求項４】
ＬＩＤＡＲパルス及び通信パルスが直交偏光で放出され、前記光受信器が、ＬＩＤＡＲパルス及び通信パルスのうちの一方又は他方の偏光の光パルスを、又は前記ＬＩＤＡＲパルス及び前記通信パルスのいずれかを選択的に通過させるように構成された偏光光学系をさらに備え、前記電子回路が、前記偏光光学系が通過させるように構成される光パルスの偏光に基づいて前記ＬＩＤＡＲ信号と前記通信信号とを区別するように構成される、請求項１に記載の光受信器。
【請求項５】
前記電子回路が、信号閾値に基づいて前記ＬＩＤＡＲ信号と前記通信信号とを区別するように構成され、対応する電気信号のうち信号閾値を上回る電気信号が、ＬＩＤＡＲ信号として処理され、対応する電気信号のうち信号閾値を下回る電気信号が、通信信号として処理される、請求項１に記載の光受信器。
【請求項６】
前記光受信器が、角度ＬＩＤＡＲマップを生成するべく又は１つ以上の通信リンクを確立する又は維持するべく或る角度範囲にわたって走査することができる、請求項１に記載の光受信器。
【請求項７】
前記光受信器が、或る角度範囲をカバーするように構成された複数の光受信器を含むシステムにおいて動作可能である、請求項１に記載の光受信器。
【請求項８】
システムであって、
光送信器と、
光受信器と、
前記光送信器及び前記光受信器に結合される電子回路と、
を備え、前記電子回路が、光検出・測距（ＬＩＤＡＲ）情報を生成し、前記光送信器及び前記光受信器を介して１つ以上の光リンク上でデータを送信及び受信するように構成される、システム。
【請求項９】
前記光送信器、前記光受信器、及び前記電子回路が、車両にあり、別の車両にある第２のシステムに光学的に接続するように構成される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記電子回路がさらに、前記１つ以上の光リンクのうちの少なくとも１つで前記ＬＩＤＡＲ情報を固定ネットワークにリレーするように構成される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記電子回路が前記ＬＩＤＡＲ情報を生成するように構成されることが、ＬＩＤＡＲパルスを用いて少なくとも１つの他のシステムまでの距離を測定するように構成されることを含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
前記電子回路が少なくとも１つの他のシステムまでの距離を測定するように構成されることが、少なくとも２つの他のシステムまでの距離を測定するように構成されることを含み、前記電子回路がさらに、少なくとも２つの他のシステムまでの距離を用いてシステムの位置を計算するように構成される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記電子回路が前記ＬＩＤＡＲ情報を生成するように構成されることが、ＬＩＤＡＲパルスを用いて少なくとも１つの空中物体を検出するように構成されることを含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１４】
前記電子回路がデータを送信及び受信するように構成されることが、前記１つ以上の光リンクのうちの少なくとも１つで少なくとも１つの空中物体についての情報をリレーするように構成されることを含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記電子回路に結合される画像データを生成するように構成されたイメージングカメラをさらに備え、
前記電子回路がさらに、前記イメージングカメラに結合され、少なくとも１つの他のシステムの位置を識別するのに前記画像データを用いる又は前記画像データを前記ＬＩＤＡＲ情報と一体化するように構成される、請求項８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、光通信及び測距に関し、特に、発散ビーム自由空間光学系とＬＩＤＡＲとの組み合わせに関する。
【背景技術】
【０００２】
自律車両が最近増加しており、車両の周りの３Ｄ空間情報と、車両間の及び車両とネットワークとの間のより高帯域幅のより短い待ち時間の通信との両方が必要とされている。これまで、光検出・測距（ＬＩＤＡＲ）システムは、周囲の３Ｄマップを構築するのに高出力レーザと高速検出器を用いていた。これらのシステムは、非常に高コストであり、通常は、表面トポロジーを測定するために航空機上に配備可能であった。最近の進歩は、何万ドルかのコストで数十メートルの範囲にわたって動作するより低コストのＬＩＤＡＲシステムをもたらした。それでも、ＬＩＤＡＲシステムは依然として、自律車両システムの最も高価な部分のうちの１つであり、配備が抑制されている。
【０００３】
ＬＩＤＡＲの主な焦点は、通常はレーザからの光パルスを用いて、環境を感知及びマッピングすることである。これを行う最も一般的な方法は、レーザからパルスを送信し、該パルスが物体に当たって跳ね返ってくるのにどれくらいかかるか時間を測ることによる。物体との近接性は、光の速度、したがって、往復の経路長を知ることにより計算することができる。非常に正確な測定は、最良のタイミング分解能のために超高速検出器を使用する。
【０００４】
通信は、モバイルと固定との両方とも、広い角度範囲、セルラーフォン産業の一部としての既成の広大なインフラストラクチャ、及び近距離ＷＬＡＮネットワークの高い可用性により、無線周波数（ＲＦ）を用いていた。しかしながら、高帯域幅の短い待ち時間の通信の達成に関して未だ解決されていない２つの問題、すなわち、ＲＦスペクトルの可用性（いくつかの規制制度ではその費用）と、自律性などの高度な動作をサポートするのに必要とされる帯域幅の量、の問題がある。これまでに開示されているように、スペクトル及び高帯域幅は、発散ビーム自由空間光学系システム（ＤＢＦＳＯ通信）を有するモバイル車両に提供することができる。他は、帯域幅の増加のためのミリメートル波通信システムを通じてこれらの問題の解決を試みているが、それらをモバイル用途で実行可能にするのに必要なアンテナサイズ及び電力消費に関する問題を有している。
【０００５】
固定ネットワークでは、高帯域幅（Ｇｂｐｓ＋）の見通し内無線ネットワークの使用がより一般的となってきており、セルラーバックホールでのこのような機器の使用により特に明白であるが、現在ではエンドユーザの接続性においてもより一般的となってきている。多くの有線ネットワークプロバイダは、エンドユーザへのファイバの敷設の高コストを認識しているので、無線でのサービスの提供に焦点をあてて努力している。ネットワークは、エンドユーザの信頼性要求を達成するために無線チャネルの環境を知る必要がある。しかしながら、すべてのケースにおいて、この認識をネットワークにもたらすのに二次システムが必要とされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
モバイル用途又は据置用途のいずれに関しても、高帯域幅通信とＬＩＤＡＲとの両方を行うことができる、統一された低コストのシステムに対する明白な必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、高帯域幅モバイル通信とＬＩＤＡＲとの共通部分に位置する。本開示の例示的な実装は、自由空間光（ＦＳＯ）通信システムでＬＩＤＡＲ情報を取得する際の問題を解決する。すなわち、同じ物理的ハードウェアが、データの送受信と、周囲環境についてのＬＩＤＡＲ情報の生成との、２つの目的を果たすことができる。システムは、パルスを送信し、散乱元物体までの距離を計算するべく飛行時間を測定する。システムは、ＦＳＯ通信システムと同じハードウェアを使用し、異なる光処理及び／又は電子処理を有し得る。適切なＦＳＯ通信システムの一例は、参照により組み込まれる米国特許出願公開第２０１６／０２９４４７２号により開示される。
【０００８】
加えて、ＬＩＤＡＲシステムは、受動型（可動部品なし）又は能動型（１つ以上の可動部品あり）とすることができる。ＬＩＤＡＲ情報は、光トランシーバの視野内のエリアに関して得ることができ、又は一次通信リンク視野外の空間をマップするのにポインティングを使用する。
【０００９】
いくつかの例示的な実装は、ＬＩＤＡＲ型情報も生成することができるＦＳＯ通信システムを提供する。すなわち、システムは、他のＦＳＯトランシーバとの間でデータを送受信するだけでなく、散乱元物体への方向の関数としての距離を測定することができる。
【００１０】
この分野での以前の研究は、大量のデータを地上局に送り返す必要がある空中ＬＩＤＡＲシステムに焦点をあてていた。これらのシステムは、ＬＩＤＡＲと以前のＦＳＯシステムとの両方に関する要件である従来の非常に細い発散性ビームの手法を用いる。
【００１１】
本明細書で説明されるシステムは、データの送受信と環境についての情報の生成との両方のために発散ビームと広受光角検出器を用いる。期待される距離は、１〜１０００メートルの範囲内であるが、より遠くすることもできる。以前のシステムは、ＬＩＤＡＲデータを第２の場所へ送信することに焦点をあてていた。本明細書で説明されるシステムは、ＬＩＤＡＲデータをダウンリンクでネットワークに送信するだけでなく、あらゆるデータを両方向に送信する。
【００１２】
車両及び固定インフラストラクチャを含む多くの場所でのこれらのシステムの広い配備は、今日利用可能ではない新しい特徴及び機能を可能にするであろう。これは、輸送及び他のアクティビティのためのマップのリアルタイム更新、地上トラフィック及びドローン飛行を含む空中トラフィックの監視、インフラストラクチャ問題のリアルタイム更新、及びメッシュ通信システムの再構成を含む。
【００１３】
したがって、本開示は、限定ではなしに、以下の例示的な実装を含む。
【００１４】
いくつかの例示的な実装は、光受信器であって、光検出・測距（ＬＩＤＡＲ）パルス又は通信パルスとして放出された光パルスを受信し、光パルスを対応する電気信号に変換するように構成された、検出器と、検出器に結合され、対応する電気信号を受信し、それに基づいてそれぞれＬＩＤＡＲパルス及び通信パルスに対応するＬＩＤＡＲ信号と通信信号とを区別するように構成された、電子回路と、を備える光受信器を提供する。
【００１５】
いずれかの前記例示的な実装又はいずれかの前記例示的な実装の任意の組み合わせに記載の光受信器のいくつかの例示的な実装では、ＬＩＤＡＲパルスと通信パルスは、異なる時間窓に割り当てられ、電子回路は、光パルスが検出器により受信される異なる時間窓のうちの或る時間窓に基づいてＬＩＤＡＲ信号と通信信号とを区別するように構成される。
【００１６】
いずれかの前記例示的な実装又はいずれかの前記例示的な実装の任意の組み合わせに記載の光受信器のいくつかの例示的な実装では、電子回路は、波長に基づいてＬＩＤＡＲ信号と通信信号とを区別し、この場合、対応する電気信号のうち波長の１つの組を有する電気信号は、ＬＩＤＡＲ信号として処理され、対応する電気信号のうち波長の別の組を有する電気信号は、通信信号として処理される。
【００１７】
いずれかの前記例示的な実装又はいずれかの前記例示的な実装の任意の組み合わせに記載の光受信器のいくつかの例示的な実装では、ＬＩＤＡＲパルス及び通信パルスは直交偏光で放出され、光受信器は、ＬＩＤＡＲパルス及び通信パルスのうちの一方又は他方の偏光の光パルスを、又はＬＩＤＡＲパルス及び通信パルスのいずれかを選択的に通過させるように構成された偏光光学系をさらに備え、電子回路は、偏光光学系が通過させるように構成される光パルスの偏光に基づいてＬＩＤＡＲ信号と通信信号とを区別するように構成される。
【００１８】
いずれかの前記例示的な実装又はいずれかの前記例示的な実装の任意の組み合わせに記載の光受信器のいくつかの例示的な実装では、電子回路は、信号閾値に基づいてＬＩＤＡＲ信号と通信信号とを区別するように構成され、対応する電気信号のうち信号閾値を上回る電気信号は、ＬＩＤＡＲ信号として処理され、対応する電気信号のうち信号閾値を下回る電気信号は、通信信号として処理される。
【００１９】
いずれかの前記例示的な実装又はいずれかの前記例示的な実装の任意の組み合わせに記載の光受信器のいくつかの例示的な実装では、光受信器は、角度ＬＩＤＡＲマップを生成するべく又は１つ以上の通信リンクを確立する又は維持するべく或る角度範囲にわたって走査することができる。
【００２０】
いずれかの前記例示的な実装又はいずれかの前記例示的な実装の任意の組み合わせに記載の光受信器のいくつかの例示的な実装では、光受信器は、或る角度範囲をカバーするように構成された複数の光受信器を含むシステムにおいて動作可能である。
【００２１】
いくつかの例示的な実装は、システムであって、光送信器と、光受信器と、光送信器及び光受信器に結合される電子回路とを備え、電子回路が、光検出・測距（ＬＩＤＡＲ）情報を生成し、光送信器及び光受信器を介して１つ以上の光リンク上でデータを送信及び受信するように構成される、システムを提供する。
【００２２】
いずれかの前記例示的な実装又はいずれかの前記例示的な実装の任意の組み合わせに記載のシステムのいくつかの例示的な実装では、光送信器、光受信器、及び電子回路は、車両にあり、別の車両にある第２のシステムに光学的に接続するように構成される。
【００２３】
いずれかの前記例示的な実装又はいずれかの前記例示的な実装の任意の組み合わせに記載のシステムのいくつかの例示的な実装では、電子回路はさらに、１つ以上の光リンクのうちの少なくとも１つでＬＩＤＡＲ情報を固定ネットワークにリレーするように構成される。
【００２４】
いずれかの前記例示的な実装又はいずれかの前記例示的な実装の任意の組み合わせに記載のシステムのいくつかの例示的な実装では、電子回路がＬＩＤＡＲ情報を生成するように構成されることは、ＬＩＤＡＲパルスを用いて少なくとも１つの他のシステムまでの距離を測定するように構成されることを含む。
【００２５】
いずれかの前記例示的な実装又はいずれかの前記例示的な実装の任意の組み合わせに記載のシステムのいくつかの例示的な実装では、電子回路が少なくとも１つの他のシステムまでの距離を測定するように構成されることは、少なくとも２つの他のシステムまでの距離を測定するように構成されることを含み、電子回路はさらに、少なくとも２つの他のシステムまでの距離を用いてシステムの位置を計算するように構成される。
【００２６】
いずれかの前記例示的な実装又はいずれかの前記例示的な実装の任意の組み合わせに記載のシステムのいくつかの例示的な実装では、電子回路がＬＩＤＡＲ情報を生成するように構成されることは、ＬＩＤＡＲパルスを用いて少なくとも１つの空中物体を検出するように構成されることを含む。
【００２７】
いずれかの前記例示的な実装又はいずれかの前記例示的な実装の任意の組み合わせに記載のシステムのいくつかの例示的な実装では、電子回路がデータを送信及び受信するように構成されることは、１つ以上の光リンクのうちの少なくとも１つで少なくとも１つの空中物体についての情報をリレーするように構成されることを含む。
【００２８】
いずれかの前記例示的な実装又はいずれかの前記例示的な実装の任意の組み合わせに記載のシステムのいくつかの例示的な実装では、システムは、電子回路に結合される画像データを生成するように構成されたイメージングカメラを備え、電子回路はさらに、イメージングカメラに結合され、少なくとも１つの他のシステムの位置を識別するのに画像データを用いる又は画像データをＬＩＤＡＲ情報と一体化するように構成される。
【００２９】
本開示のこれらの及び他の特徴、態様、及び利点は、以下で簡単に説明される添付図と一緒に以下の詳細な説明を読むことで明らかとなるであろう。本開示は、このような特徴又は要素が本明細書で説明される具体例の実装で明確に組み合わされる或いは列挙されるかどうかに関係なく、本開示に記載の２、３、４、又はそれ以上の特徴又は要素の任意の組み合わせを含む。本開示は、全体論的に読まれることを意図され、したがって、本開示の任意の分離可能な特徴又は要素は、その態様及び例示的な実装のいずれかにおいて、本開示の文脈上そうではないと明記されない限り、組み合わせ可能であるとみなされるべきである。
【００３０】
したがって、この概要は、本開示のいくつかの態様の基本理解をもたらすためにいくつかの例示的な実装を単に要約する目的で提供されることが分かるであろう。したがって、前述の例示的な実装は単なる例であり、本開示の範囲又は精神を多少なりとも狭めるように解釈されるべきではないことが分かるであろう。他の例示的な実装、態様、及び利点が、いくつかの説明した例示的な実装の原理を単なる例として示す添付図と併せて取り上げられる以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。
【００３１】
したがって、本開示の例示的な実装を一般的な用語で説明したが、ここで、必ずしも縮尺通りに描かれていない添付図の参照を行う。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１ａ】光学系、カメラ、及び例示的なビームを含み得る、本開示の例示的な実装に係るエミッタ、受信器、及び電子装置を例示する図である。
【図１ｂ】本開示の例示的な実装に係るシステムを例示する図である。
【図２】例示的な実装に係る、ＬＩＤＡＲと通信との間の時分割を例示する図である。
【図３】例示的な実装に係る、ＬＩＤＡＲ及び通信と共に波長分割多重化を例示する図である。
【図４】例示的な実装に係る、ＬＩＤＡＲと通信とを区別するのに偏光を用いることを例示する図である。
【図５】例示的な実装に係る、ＬＩＤＡＲと通信とを区別するのに混合出力パルスを用いることを例示する図である。
【図６】例示的な実装に係る、ＬＩＤＡＲ及び通信と共に道路のマッピングを例示する図である。
【図７ａ】通信／ＬＩＤＡＲシステムが送受信している方向を角度により変化させるのに機械システムを用いることを例示する図である。
【図７ｂ】例示的な実装に係る、３６０度の水平カバレッジを有するオムニアンテナを例示する図である。
【図８】例示的な実装に係る、ドローン又は他の飛行体の位置についての情報を車両及びネットワークに通信するのにＬＩＤＡＲと通信ビームとの両方を用いることができることを例示する図である。
【図９】絶対位置を計算し、これを他の車両又はネットワークにリレーするのに、１つ以上の固定ノード又は相互からのＴＯＦ情報を用いる車両を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
ここで本開示を、その例示的な実装を参照しながら以下により十分に説明する。これらの例示的な実装は、本開示が十分且つ完全となり、本開示の範囲が当業者に十分に伝わるように説明される。実際は、本開示は、多くの異なる形態で具体化されてよく、本明細書に記載された実装に限定されると解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実装は、本開示が適用可能な法的要件を満たすことになるように提供される。本明細書及び付属の請求項で用いられる場合の、例えば、単数形（「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」など）は、文脈上そうではないと明白に規定される場合を除き、複数の指示対象を含む。また、例えば、本明細書では、定量的尺度、値、関係性などへの言及がなされ得る。特に明記しない限り、これらのすべてではないがいずれか１つ以上は、絶対であり得る、又は公差に起因するものなどの生じ得る容認できるバリエーションを考慮に入れるために概算であり得る。
【００３４】
既に挙げた、本明細書に組み込まれる’４７２特許出願公開により開示されたような自由空間光（ＦＳＯ）通信システムは、以前のＦＳＯシステムのポインティング及び追跡要件を低減する又はなくすべく、発散光ビームと広い受光角を有する検出器を用いる。モジュラ無線光オムニアンテナなどを用いることにより全４πステラジアンまでのより広いエリアをカバーするべく複数のビーム及び検出器を用いることができる。適切なオムニアンテナの一例は、参照により組み込まれる２０１７年３月６日に出願されたＡｄａｍｓらの米国特許出願第１５／４５１，０９２号で開示される。
【００３５】
上記のオムニアンテナ型システムは、他のノードと通信することに加えてＬＩＤＡＲ情報を処理するように改造することができる。
【００３６】
本開示の例示的な実装に係るシステムは、一般に、固定又はモバイル通信用に構成された１つ以上の光送信器又は光受信器のいずれか又はその両方をそれぞれ含む複数のノードを含む。いくつかの例では、１つ以上の光送信器及び光受信器は、１つ以上の光トランシーバの形態で同じ場所に配置され得る。したがって、例示的な実装のシステムは、１つ以上の光送信器、光受信器、及び／又は光トランシーバの種々の組み合わせを含み得る。
【００３７】
ノードは、データを送信及び／又は受信する、或いはデータの送信及び／又は受信をサポートするように構成されたいくつかの異なるタイプの固定又はモバイル通信デバイス及び構造体として実装され得る、或いはこれらに装備され得る。適切な通信デバイス及び構造体の例は、マスト、伸縮マスト、タワー、ポール、ツリー、建物、バルーン、凧、陸上車両、船舶、宇宙機、天体、航空機、コンピュータ、タブレットコンピュータ、スマートフォン、及び無線通信用に装備される又は他の方法で無線通信が可能ないくつかの他のタイプのデバイスのいずれかを含む。
【００３８】
図１は、いくつかの例に係る、光送信器１０４と光受信器１０２との両方を有する光トランシーバ１２４を含むシステム１２２を例示する。図示したように、例えば、光送信器は、それぞれのサポートする電子回路１０６、光学系１１０などに結合され得る１つ以上のレーザダイオードなどの１つ以上のエミッタ１０５（例えば、エミッタのアレイ、又はエミッタアレイが図示されている）を含み得る。同様に、例えば、光受信器は、それぞれのサポートする電子回路１０６、光学系１０８などに結合され得る１つ以上のピンフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、光電子増倍管（ＰＭＴ）などの１つ以上の検出器１２６（例えば、検出器のアレイ、又は検出器アレイが図示されている）を含み得る。
【００３９】
サポートする電子回路１０６は、変調器、復調器、プロセッサなどのいくつかの構成部品のそれぞれのうちの１つ以上を含んでよく、いくつかの例では、少なくとも光送信器と光受信器との両方のサポートする電子回路は、同じ場所に配置され得る。いくつかの例では、サポートする電子回路は、信号処理と空間データ処理（さらに詳しく後述する）との両方を行うべく、カスタムＦＰＧＡ、ＡＳＩＣなどの共通の電子装置及びプロセッサを組み込んでいてよい。他の実装では、２つの機能のために異なるプロセッサ及び論理パスを有することが有利であり得る。
【００４０】
いくつかの例では、光学系１０８、１１０は、共通のレンズ及び他の光学部品を組み込んでいてよい。他の例では、例えば、機能のための共通の光部品（エミッタ／検出器）及び電子部品を維持しながら、通信機能又は測距機能のいずれかのためのより大きな利得を達成するべく、別個の光学部品が存在し得る。いくつかの例では、光学部品は、種々の機能間で共有され得るが、異なる機能の最適な実行に適応するように構成可能であり得る。光学部品は、レンズ及び／又は送信器又は検出器の機械的移動により構成可能であり得る。レンズは、電流により構成可能な焦点距離又は方向を有する１つ以上の液体レンズであり得る。
【００４１】
光通信のために、そのエミッタ１０５と、サポートする電子回路１０６と、任意の光学系１１０とを有する光送信器１０４は、データを搬送する光ビームを放出するように構成され得る。その検出器１２６と、サポートする電子回路１０６と、任意の光学系１０８とを有する光受信器１０２は、光ビームを検出し、そこからデータを回収するように構成され得る。本開示の例示的な実装によれば、光通信のために用いられるのと同じエミッタを、ＬＩＤＡＲのために用いることができるパルスを生成及び放出するように構成することができる。
【００４２】
ＬＩＤＡＲシステムの最大コストの構成部品のうちの１つは、高精度光学系及び必要な光部品であることが良く知られている。コストが法外に高いため、いくつかの市販のＬＩＤＡＲシステムは狭い（１０°）視野で構築される程度であり、これは３６０°のカバレッジを提供するべく軸を中心として回転される。本開示の例示的な実装は、これらの高価な構成部品の使用を拡大し、より高機能のＬＩＤＡＲシステム（より多くのセンサ、より速いリフレッシュレート）を構築するのに用いることができるコストドルを開放する。
【００４３】
１つ以上の検出器１２６が、エミッタ１０５の近くに存在し、発光領域と部分的に又は完全に重なる視野を有し、エミッタにより放出され、次いで周囲エリア内の素子に反射又は散乱され、最終的に検出器に戻ったフォトンを検出するのに用いることができる。光パルスの放出時間と、光の速度及び伝送媒体の屈折率についての任意の既知の情報を用いて検出器により検出される時間との間の時間を計算することにより、簡単な距離測定が行われ得る。
【００４４】
複数の時間ビンで検出器１２６を使用し、時間ビンのエッジに対する光パルスの始まりを判定するべく２つ以上の時間ビンでの相対出力を測定することにより、飛行時間が計算され得る。これにより、積分ビンの立上がり及び立下りが十分に鋭いという条件で、より長い光パルス及び積分時間の使用が可能となる。例として、光パルス幅が１００ｎｓであり且つ積分時間ビンも１００ｎｓであるＬＩＤＡＲシステムを考える。第１の信号検出方法を用いること、すなわち、散乱光がアップを示す第１の時間ビンを判定することにより、システムは、約１００ｎｓ＊空気中の光の速度／２又は約１５メートルの分解能を有することになる。
【００４５】
しかしながら、第１及び第２の時間ビンでの信号レベルが用いられる場合、分解能を大いに向上させることができる。１つの処理方法は、第１のビンでの信号の大きさから第２の時間ビンでの信号の大きさを差し引き、２つのビンの大きさの和で割ることである。結果が１の場合、信号は完全に第１のビンにあり、結果が０の場合、信号は２つのビン間で等しく分割され、結果が−１の場合、信号は完全に第２のビンにある。分解能は、このとき各ビンでの信号対雑音レベルにより設定されるが、１００以上とすることもできる。ＳＮＲが約１００の場合、１００ｎｓの例に関する分解能は、１００ｎｓ＊光の速度／（２＊ＳＮＲ）約０．１５メートル、１５ｃｍとなる。これは、或る範囲のパルス時間及び積分時間にわたって作用し、１ｃｍ未満の分解能に容易に到達することができる。より長いパルス及び積分時間を用いることは、潜在的に、より大きいレーザ出力を可能にし、検出器１２６の要件、特にデジタル化速度を低減する。より長い積分時間も、検出器の帯域幅の関数である何らかのノイズを低減する。
【００４６】
通信情報からＬＩＤＡＲ情報を分離するためのいくつかの方法が存在する。
【００４７】
通常、通信システムでは、特定の送信器の近くの検出器が、別個のノードの一部である別のエミッタからのフォトンを検出している。したがって、同じ場所に配置されたエミッタからの光が、通信エミッタからの光と干渉する場合がある。この可能性のある干渉を軽減する又はなくすためのいくつかの方法が存在する。
【００４８】
（１）光パルスのタイプを空間的に分離するのに検出器アレイを用いることができる。図１ａに示されるのは、通信とＬＩＤＡＲ信号との両方を検出するために検出器アレイ１２６から作製された受信器１０２をどのように実装することができるかの例である。単一のレンズ光学系１０８を用いて、異なる方向１１６及び１１８から来る光パルスが、多素子検出器アレイ１２６の異なる素子１２８、１３０にマップされ、したがって、それらは異なる検出器素子により検出されるので一時的に重なることができる。システムは、レンズを用い得る検出器又は検出器アレイを有する受信器（ＲＸ）１０２、通信とＬＩＤＡＲ信号との両方１２０を送信し、レンズ１１０を用い得る送信器（ＴＸ）１０４、及び電子回路１０６からなる。いくつかのシステムは、カメラ１１４及びカメラ光学系１１２も含み得る。ＴＸ、ＲＸ、及び電子回路が、サブシステム１２４を構成し、一方、何らかの光学系、カメラ、及び他の機械要素の包含が、通信／ＬＩＤＡＲシステム１２２を形成する。一実装（図１ｂ）では、２つの車両１３６、１３４（ノード１２２）が、ＬＩＤＡＲビーム１３８を用いて互いの存在及び位置を知る。車両１３６はまた、通信ビーム１４０を用いてネットワーク又は固定ノード１３２と通信している。各車両は、例えば、図１ａに描画された検出器アレイ１２６を備える光受信器１０２を有する。
【００４９】
（２）別の手法では、システムは、通信パルスをＬＩＤＡＲパルスと分けて保つのに時分割を用いることができる。図２は、通信とＬＩＤＡＲのために異なる時間窓が割り当てられる１つのこのようなケースを描画する。ノードＡ２０２とノードＢ２０８は、通信リンク２０６を介して互いに通信しているが、それらの近くの物体を検出するのにＬＩＤＡＲビーム２０４及び２１０も用いている。それらは、情報を分かれた識別可能な状態に保つのに時分割を用いる。例えば、ウィンドウ１＿２１２中に、ノードＡ２０２とノードＢ２０８との間に通信リンク２０６が存在することになり、ウィンドウ２＿２１４中に、ノードＡ２０２が、ＬＩＤＡＲパルス２０４を送出し、その戻りを受信することになり、ウィンドウ３＿２１６中に、ノードＢ２０８が、ＬＩＤＡＲパルス２１０を送出し、その戻りを受信することになる。次いで、プロセスは反復し得る。ウィンドウ２＿２１４及びウィンドウ３＿２１６は、ほとんどの場合、パルスが測定される最大距離まで伝搬する、及び散乱光が戻ることを可能にするのに十分に長いであろう。例えば、空気中で最高１００メートルのＬＩＤＡＲを測定するのに、ほとんどの場合、およそ２＊１００ｍ／３ｅ８ｍ／ｓ＝６６７ｎｓかかるであろう。ウィンドウ２１２、２１４、及び２１６のサイズは、通信帯域幅とＬＩＤＡＲ能力の繰返し率及び距離とをトレードオフするべく必要に応じて設定することができる。この及び他の実装では、システムの通信部は、通信リンクを使用するネットワークの観点からよりシームレスなデータ転送を提供するのに十分な情報キャッシングを装備するであろう。
【００５０】
（３）図３に示すように通信をＬＩＤＡＲと分けて保つのに波長分割多重化（ＷＤＭ）も用いることができる。このケースでは、通信フォトンをＬＩＤＡＲフォトンと差別化するのに異なる波長の光を用いることができる。例えば、ノードＡの送信器３０８は、８５０ｎｍ＿３１０を用いることができ、ノードＢの送信器３１４は、８６０ｎｍ＿３１２を用いることができる。ノードＡ上のＬＩＤＡＲ検出器３０４は、ノードＡ３０２からのＬＩＤＡＲパルスを検出するべく８５０ｎｍの中心波長（ＣＷＬ）帯域通過フィルタを有することになり、ノードＡ上の通信検出器３０６は、ノードＢ３２０からの通信光を検出することができるように８６０ｎｍのＣＷＬフィルタを有することになる。ノードＢ３２０は、反対の様態で構成されることになり、そのＬＩＤＡＲ検出器３１８は、８６０ｎｍのＣＷＬフィルタを有することになり、その通信検出器３１６は、８５０ｎｍのＣＷＬ帯域通過フィルタを有することになる。フィルタは、両方の波長のために１つの検出器が用いられることを可能にするべく、調整可能、特に時間調整可能とすることもできる。一般に、１つ以上の波長のうちの１つの組がＬＩＤＡＲのために用いられることになり、１つ以上の波長のうちの第２の組が通信のために用いられることになる。
【００５１】
別の手法は、図４に描画された交差偏光を用いる。このケースでは、エミッタは、可能な限り直線的に偏光されるべきであり、ＬＩＤＡＲ検出器は、直交偏光を探すべきである。例えば、通信エミッタ４０２は、垂直に偏光された光を放出しており、通信検出器４０６ａは、その前方に垂直偏光子４０４ａを有する。ＬＩＤＡＲ送信器４０８は、垂直偏光子４０４ｂを通過しない、したがって、通信受信器４０６ｂにより見られない、水平方向に偏光された光を放出する。ＬＩＤＡＲ検出器（図示せず）は、その前方に水平偏光子を有し、ここでは通信検出器と同じ概念があてはまる。これは、直交偏光の（直線又は円又は他の）任意の組み合わせに関して作用することになる。
【００５２】
別の実装では、通信とＬＩＤＡＲとの両方のために同じ検出器が用いられるように、その偏光軸が時間と共に変化する単一の偏光子を用いることもできる。
【００５３】
別の実装では、通信とＬＩＤＡＲフォトンを同じ視野から同時に受信するべく、２つの検出器と共に偏光ビームスプリッタ又は他の偏光光学系を用いることもできる。
【００５４】
（４）別の実装は、ＬＩＤＡＲパルスに起因するビット損失を克服するのに前方誤り訂正（ＦＥＣ）を用いる。図５に示すように通信とＬＩＤＡＲのために同じ検出器が同時に用いられる。一例として、エミッタ５０２は、通信パルス５０４の中に散在した高出力ＬＩＤＡＲパルス５０６を送出することになる。パルス出力は、ほとんどの場合、通信ビットレベルと差別化するのに十分に高くされるべきである。
【００５５】
検出器は、通常行われるように通信ビットを検出することになり、ＬＩＤＡＲ出力を感知するための閾値検出器５０８を有することになり、この場合、ビットが有効なデータであるか又はノイズであるかを判定するのにビット判定閾値５１０が用いられ、ビットが高出力ＬＩＤＡＲパルス５０６であるか又は標準通信パルス５０４であるかを判定するのにＬＩＤＡＲ／通信判定閾値５１２が用いられる。ＬＩＤＡＲパルスは、発射後のあらゆる時点で到達することができるので通信パルスを妨害する場合があり、システムは、干渉を受けたビットを訂正するのにＦＥＣを用いてよい。ＬＩＤＡＲパルス幅は、ＦＥＣが訂正できる実行ビットの数よりも小さいことが有利であり得る。
【００５６】
代替的に、ＬＩＤＡＲパルス閾値５１２は、通信閾値５１０よりも低くされ得る。通信ビット閾値は、通常は、オン／オフ変調（ＯＯＫ）のためにゼロレベルと１レベルの中間に設定され、これにより、同様の数のエラーゼロとエラー１が生成される。ＬＩＤＡＲパルスに関して、システムは信号レベルがノイズフロアを上回る十分な確率を必要とするのみであり得るので、より低い閾値レベルで十分であり得る。
【００５７】
ＬＩＤＡＲパルスは、通信パルスの何倍もの出力レベルとすることができる（２倍〜数１０００倍）。
ＬＩＤＡＲは後方散乱光を用いるので、より高いパルス出力が有利である。ＬＩＤＡＲパルスは、エミッタから物体へ移動し、物体で或る角度範囲にわたって散乱し、検出器に戻る。したがって、所与の距離にわたる通信信号に比べて、ＬＩＤＡＲパルスは、４倍の損失（距離の二乗）＋２〜１００倍以上であり得る散乱損失を経験し得る。
【００５８】
通信構成でエミッタとして用いられるレーザは、通常は、ビットサイクルに比べて長い任意の時間にわたって、レーザがほぼ半分の時間だけオンとなることを意味する５０％デューティサイクル構成で動作する。ほとんどのレーザは、それらがより低いデューティサイクルで動作する場合に、はるかにより高いピーク出力を達成することができる。いくつかのレーザに関して、ピーク出力は平方根則に概ね従う、すなわち、ピーク出力はほぼ平方根（１／デューティサイクル）であり、ゆえに、１０％デューティサイクルに関して、ピーク出力は持続波（ＣＷ）出力の３．３倍であり、１％デューティサイクルに関して、ピーク出力はＣＷ出力の１０倍である。
【００５９】
時分割を用いる１００メートルＬＩＤＡＲのケースを考えると、ほとんどの場合、ＬＩＤＡＲパルスが放出された後で通信パルスが再開する前に６７０ナノ秒の不感時間（光の速度に起因する）が存在するはずである。ＬＩＤＡＲパルスが１ｎｓ（ギガビット通信システムから）である場合、デューティサイクルは約１／６７０であり、ピーク出力は、ＣＷ出力の約２５倍とすることができる。
【００６０】
混合信号のケースに関して、ＬＩＤＡＲパルスの後で通信パルスの前にいくらかの不感時間を有する必要があり得る、又はＬＩＤＡＲパルスに関するより高いピークパルスを可能にするべく通信パルス高さが低減され得る。例えば、通信パルスが可能な最大の９０％で実行される場合、ＣＷ能力の１０％がＬＩＤＡＲパルスのために利用可能であり、１０ミリ秒毎の１ナノ秒パルス（０．０１％デューティサイクル）は、依然としてＣＷ出力の平方根（１／０．０００１）＊１０％＝１０倍とすることもできる。
【００６１】
複数の方向からの情報を得るためのオムニアンテナの使用
ここまでの説明では、ＬＩＤＡＲ情報及び通信を単一の視野から生成及び処理するための種々の技術に焦点をあてていた。この概念は、オムニアンテナが有し得るだけ多くの数のエミッタ（及び／又はアレイ）及び検出器（及び／又はアレイ）をカバーする。前述のように、図７ｂのオムニアンテナは、それら独自の視野を有する多数のパネル７１２で構成され、すべてのパネルは、コア７１４に接続され得る。パネル内に、一対多のエミッタ及び検出器が存在し、特に、検出器は、それぞれそれら独自の視野を有し得る。
【００６２】
あらゆるＬＩＤＡＲシステムと同様に、各検出器は、１つ又は複数の光のパルスから時系列のデータを生成することができる。このケースでは、第１のリターン信号、最も強いリターン信号、植生を通過する信号などを含むがこれらに限定されないデータを分析及び処理するのにあらゆる公知のＬＩＤＡＲ処理技術を用いることができる。
【００６３】
このシステムの横方向の分解能は、各アドレス指定可能な検出器素子の視野により設定される。これは、数１０度（数１０ラジアン）からミリ度（数１０ミリラジアン）の分解能までの範囲とすることができる。速度を増加させる及び周辺光の影響を減少させるべくより広い検出器アレイが用いられるので、ＬＩＤＡＲ能力の空間分解能が増加することになる。
【００６４】
オムニアンテナシステムの一例は、１８個のパネルを有し、各パネルは、垂直方向に及び水平方向に＋／−１０度をカバーする。各パネルに１０×１０の検出器アレイが用いられる場合、各検出器は、約２度×２度をカバーする。１００メートルの範囲で、ＬＩＤＡＲ情報に関する分解能は、約３．５平方メートルである。同様に、１０メートルでは、分解能は、０．３５平方メートルである。検出器の数は、各方向に容易に増やすことができる。例えば、１メガピクセルのカメラが現在低価格で容易に入手可能であり、ゆえに、１，０００×１，０００アレイ（１メガピクセル）の１８個のパネルを用いると、１００メートルでの分解能は３５ｃｍであり、１０メートルでは３．５ｃｍである。
【００６５】
時間分解能は、一般に、エミッタの立ち上がり時間、検出器の立ち上がり時間、及び関連する電子装置の遅延の組み合わせにより設定される。いくつかの例では、５００ピコ秒の立ち上がり時間を有するレーザがより早くから用いられており、１００ピコ秒以下の立ち上がり時間が他のデバイス上で利用可能である。光の速度に関する３．０ｅ８ｍ／ｓで、１ナノ秒は、約３３ｃｍ、又は約１６ｃｍの往復分解能に対応する。１００ピコ秒の立ち上がり時間は、約１．６ｃｍの分解能を与える。
【００６６】
この構成では、システムは、少数の可動部を有してよく、又は可動部を有さなくてよい。すなわち、システムの視野は、ＬＩＤＡＲ及び／又は通信を必要とするエリアをカバーするのに十分であり得る。加えて、パネルは、同じ位置に又は離れた位置に設置され得る。例えば、車上で、すべてのパネルは、ルーフ上のバブルにマウントすることもでき、又は車のバンパーの各コーナー又はいくつかの他の位置に少数のパネルが存在し得る。この実装は、現在の市販のＬＩＤＡＲシステムで典型的な１０Ｈｚのリフレッシュレートと比べて、ＬＩＤＡＲに関するはるかにより速いリフレッシュレートを有し得る。前述のように、これらのシステムは、メガヘルツのリフレッシュレートを容易にもたらすことができ、最終的に、エミッタが変調することができるだけ速くする、すなわち、ギガヘルツ以上とすることもできる。
【００６７】
角度ポインティングを通じた角度ＬＩＤＡＲマップの生成
角度ＬＩＤＡＲマップは、地形マッピング及びより正確な物体識別に有用である。通信／ＬＩＤＡＲシステムは、異なる角度からデータを得るべく極方向と方位角方向との両方に回転することができる。図７ａでは、サブシステム１２４が、機械的に回転するマウント７１６にマウントされるマウント可能なケース７０２内に設置され、極方向７０６又は方位角方向７０４のモーションを可能にする。これらの機械的ポインティングシステムは、通信／ＬＩＤＡＲシステムの角回転を可能にする回転ステージ、モータ、アクチュエータ、及びベアリングを含み得る。それらは、角位置を制御するのに入来する通信／ＬＩＤＡＲ情報を用いるフィードバックループを含んでも又は含まなくてもよい。
【００６８】
走査システム
システムの他の実装は、今日の商業的に入手可能なＬＩＤＡＲシステムと同様に、或る角度範囲にわたるＬＩＤＡＲを生成するのに１つ又は複数のビームの走査を用い得る。図７ａに示された一例は、送信ビーム、受信ビーム、又はその両方を選択された方向に操舵するために、機械的マウント上のミラー７０８又はスキャナ７１０を用いる。これらのシステムでは、走査の角度範囲は、次いで、水平に円を描くように機械的に移動される。このような構成では、走査範囲はまた、トランシーバを他のトランシーバにポインティングする、したがって通信リンクを作成するのに用いることができる。これらは、エミッタ（又は送信器）及び／又は検出器（又は受信器）又はその両方を機械的に操舵又はポインティングすることを含む。機械的移動を必要としないフェーズドアレイ実装も、ポインティング又は操舵のために用いられ得る。ＬＩＤＡＲと通信送信ビームは、同じビームであって一緒にポインティングしてよく、又は異なるビームで同じポインティングであってよく、又は異なるビームで異なるポインティングであってよい。同様に、受信器は、ＬＩＤＡＲと通信のために同じ検出器を用い、走査又はポインティングされてよく、又は同時に同じ位置にポインティングされる異なる検出器（又はアレイ）であってよく、又は任意の所与の時点で異なる位置にポインティングされる異なる検出器（又はアレイ）であってよい。
【００６９】
これらの走査システムでは、通信は、時間の或る部分、例えば、ビームが別の受信器（固定又はモバイル）にポインティングされる走査の部分の間だけもたらされることがあり得る。これは、全体のデータスループットを低減するが、依然として有用となるのに十分に速い場合があり得る。例として、ビームが２度のビーム発散及び受光角で、１０Ｈｚで３６０度回転する場合、各回転の１／１８０毎に通信が発生することになる。１Ｇｂｐｓの伝送リンクに関して、このとき、データスループットは、１００ミリ秒ほどの長さの待ち時間を伴って５．５Ｍｂｐｓである。別の実装では、ビームは、２０度以上のみで走査してよく、このとき通信デューティサイクルは１０％であり、ゆえに、スループットは、スイープ速度により設定される待ち時間を伴って１００Ｍｂｐｓである。
【００７０】
カメラを有するシステム
検出器アレイを含むいくつかの異なる検出器実装でシステムが説明されている。これらの検出器は、カメラとして用いられ得る、すなわち、２Ｄ画像情報又はビデオシーケンスを経時的に生成するのに用いられ得るが、システムに１つ以上のさらなるカメラを有することも有利であり得る。これらのカメラは、ＬＩＤＡＲ又は通信波長及び他の波長で同様に動作し得る。例えば、特に９００ｎｍ又はより高い波長に敏感な現在利用可能な多くのＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）センサが存在する。それらは、ＬＩＤＡＲ又は通信波長並びに可視又は他の波長を見るのに用いることができる。ＣＣＤ、ＩｎＧａＡｓなどを含む他の材料及びカメラアーキテクチャが同様に用いられ得る。
【００７１】
これらのカメラは、他のＬＩＤＡＲ／通信システムの位置を識別するのに用いられる画像データを生成するように構成され得る。この情報は、通信ビームを１つ以上の他のシステムにポインティングするのに用いられ得る。カメラはまた、ＬＩＤＡＲにより生成されたデータと一体化され得るさらなる画像データを生成するのに用いられ得る。この一体化及び／又は処理は、ローカルに又は別の場所で行われ得る。
【００７２】
フル電磁スペクトル
システムは、主として近赤外光に関して説明されているが、革新は、フル電磁スペクトルにわたって作用する。異なるユースケース及び実施形態のために異なる波長がより有利であり得る。例として、スペクトルのＩＲ部にさらに踏み込んだ光の使用は、太陽からの背景光の低減に起因して有利であり得る。
【００７３】
本開示の例示的な実装のシステムは、いくつかの異なる様態で適用されてよく、そのうちのいくつかの例が以下に提供される。いくつかの例では、ＬＩＤＡＲシステムにより生成される情報を送信するのに通信リンクが用いられ得る。ＬＩＤＡＲシステムは、ＬＩＤＡＲ／ＤＢＦＳＯシステムが存在するエンティティ以外の他のエンティティに有用であろう情報を生成し得る。通信リンクは、いくつかの又はすべてのＬＩＤＡＲ情報を他のエンティティ又はネットワークに送信するのに用いられ得る。いくつかの実施例を挙げる：
【００７４】
実施例＃１：車両ハイブリッドシステムにおいて
−物体検出
このケースでは、システムは、各車両の周りの環境をマップし得る（一例が図６に描画される）。ここで、車両６０２は、ＬＩＤＡＲ／通信システム１２２により生成される６１６を用いて他の車両６０４を含む周りの物体をマップし、６１４を用いて道路標識６０８をマップする。通信ビーム６１０及び６１２は、この情報を、固定ノード又はネットワーク６０６からの他の種々の必要な情報と共に送信するのに用いられる。１つの車両６０２は、同時に通信ビーム６１６を用いて別の車両６０４と通信しながら、別の車両６０４の位置をマップアウトするのにＬＩＤＡＲビーム６１６を用い得る。
【００７５】
ＬＩＤＡＲ情報は、ほとんどの場合、他の車両を含むが、道路、道路状況（雨、雪など）、インフラストラクチャ、道路工事、道路脇又は中央分離帯上の車両などを含む環境内の何か他のものも含む。道路は、非常に良くマップされるが、動的態様は、現在のシステムから欠落している場合がある。車両の位置及び向き（ＧＰＳ又は他のシステムからの）と組み合わされるＬＩＤＡＲ情報は、車両の周りの多次元マップを提供するべく組み合わせることができる。これは、車両及び他の物体が移動する際の三次元の空間的位置データ及び時間次元を含む。このデータは、有用となる他の車両又はネットワークに送信される必要があるであろう。システムの通信部は、このデータ伝送のために用いられ得る。
【００７６】
−衝突検出
ＬＩＤＡＲ及びＲＡＤＡＲが、車両の衝突回避及び自動制動に現在用いられる。一体型の通信／ＬＩＤＡＲシステムを、この用途のために容易に用いることができる。例として、６０ｍｐｈ（約１００ｋｍ／時）からの制動距離は、典型的なミニバンに関して１４３フィートである。これに関して、１４３フィート＝４３．５メートルであり、１００ｋｍ／時から０への一定の減速を仮定して３．３秒かかる。１０フレーム／秒以上で動作するどのＬＩＤＡＲも、ほとんどの場合、停止時間に無視できる時間を追加することになる。エミッタとしてのレーザは、最高１メガサイクル／秒で容易に動作することができる。検出器は、通信のためにナノ秒の時間スケールで動作してよく、一方、多くの検出器にわたるピーク検出は、より低い速度で動作してよく、検出器につき１メガサンプル／秒が確実に可能である。これは、高速通信能力を維持しながら、衝突回避システムのためのより広い視野を可能にする。
【００７７】
−情報を他の車両にリレーすることができる
地形、道路状況などを更新するべく、中央データベース６２０に情報を送り返すことができる。ＬＩＤＡＲと通信との組み合わせは、１つの車両から他の車両への及び／又は１つ以上のデータベースへのデータの迅速な取得及び送信を可能にする。他の車両への送信は、カバレッジエリアを増大するために、本発明の発散ビームＦＳＯ、若しくはＲＦ又はミリメートル波を用いる直接送信を含んでよく、どちらも他の伝送媒体を含んでよい。
【００７８】
リポジトリ６２４が、１つ以上の車両からデータを収集し、リポジトリ内の情報を更新し得る。この情報は、最も有用な情報を抽出し、車両と共有される必要がある情報の量を減らすべく、統合され、フィルタされ、他の方法で処理され得る。これは、走行中の車両から新しいデータが入来し、更新されたリポジトリ情報が車両と共有されている状態の、進行中のプロセスであり得る。データは、光リンク又は他の通信リンクを介して車両に送り返され得る。このシステムは、リアルタイム又はほぼリアルタイムの構成で動作し得る。
【００７９】
別の構成では、ＬＩＤＡＲ及び通信は、他の車両を検出する及び／又は他の車両に通信するためにのみ用いられるのに十分なだけ近距離であり得る。例えば、ＬＩＤＡＲ／ＦＳＯシステムは、各車両の前バンパー及び後バンパーに存在することもでき、これらのシステムは、ＬＩＤＡＲを用いてこの車両の周りの他の車両を検出し、次いで、同じくＬＩＤＡＲ／ＦＳＯシステムを有する近くのそれらの車両と通信することになる。これらの車両は、より長い範囲又はより大きい角度カバレッジのための他のＬＩＤＡＲ又は通信システムを有し得る。
【００８０】
−車両
車両は、車、トラック、列車、ボート、空中車両、潜水艦、バルーン、宇宙船などを含み得る。
【００８１】
実施例＃２：メッシュネットワークのノード間の物理世界のマッピング
図７は、本開示の例示的な実装に係る、３６０°の水平カバレッジを有するオムニアンテナを例示する。オムニアンテナは、パネル７１２及びコア７１４からなる。オムニアンテナにより可能にされるメッシュネットワークでは、それらの間に存在する物理環境を知らせるノードと、ネットワークのメンテナンス及び弾力性のための他のノードを有することに利点が存在する。この３Ｄ空間情報は、起こりうるリンク障害を予測し、このような障害に対処するためにネットワークトポロジーをどのように変化させるかをすぐに知るのに用いることができる。３Ｄ空間データはまた、変化する天候及び大気条件を解釈するのに用いることができ、したがって、ビームの出力を増加させる又は広がりを集束させることにより信号強度が増加するようにパネル設定を修正するのに用いることができる。
【００８２】
このようなメッシュネットワークでは、得られた情報は、アクティビティの監視及びセキュリティなどのネットワークメンテナンス以外の複数の用途に用いることができる。メッシュ構成では、組み合わされた３Ｄ空間データは、ほとんどの場合、ノード間のエリアの前方及び後方への視野を有することになるので、単一のＬＩＤＡＲシステムにより取得されるデータを上回る利点を有することになる。
【００８３】
実施例＃３：メッシュネットワークのノード間の物理的アクティビティの監視
公共安全において、より詳細な且つあまり侵入的でない情報収集の需要が高まっている。無線光通信ノードの接続されたメッシュからの点群情報は、メッシュのカバレッジエリア全体でのモーション及びアクティビティの証拠を提供することができる。この情報は、国民のプライバシーを維持しながら、公共安全への肯定的な影響を有することになる。
【００８４】
いくつかの例では、これは、粉塵粒子、水粒子、汚染粒子、化学薬品、及び炭疽菌などの生物学的兵器などの、ＬＩＤＡＲの視野内の空気中を浮遊している微粒子及び化合物についての情報を含むことになる。この情報は、気象条件、汚染、及びテロ攻撃に関する知識、タイミング、及び安全性を向上させるために極めて重要であろう。
【００８５】
いくつかの例では、これは、図８に描画されたドローンなどのＬＩＤＡＲの視野内の飛行物体についての情報を含むことになる。この情報は、システムに対する物理的位置、経時的に収集されるいずれかの複数のデータセットに基づく速度情報、又はＬＩＤＡＲパルスから得られるドップラー情報、及び／又は経時的に収集される複数の速度データポイントに基づく加速度情報を含むこともできる。他の情報は、サイズ、ロータの数、及び／又はロータ速度などの飛行物体の物理的態様を含むこともできる。
【００８６】
図８は、互いに及び固定ネットワーク８０２又はノードと通信する車両１＿８０４及び車両２＿８０６を描画する。ドローン２＿８１４は、扱いやすいドローンであり、ドローン２＿８１４と車両１＿８０４又は車両２＿８０６のいずれかとの間のＬＩＤＡＲパルス８１６、８２０は、その存在を警告し、車両１＿８０４又は車両２＿８０６のいずれか、又はその両方で始まる光通信チャネル８１８、８２２を潜在的にトリガすることができる。通信チャネル上で伝送される情報は、ドローン識別情報、飛行経路、オペレータなどを含むこともできる。情報は、カメラ又は他のＦＳＯ／ＬＩＤＡＲシステムを含むドローン上のセンサから来ることもできる。車両１（２）＿８０４（８０６）は、次いで、この情報を車両２（１）＿８０６（８０４）又は固定ネットワーク８０２に送信し得る。
【００８７】
いくつかの例では、ドローンはシステムと通信しないであろう。これはドローン１＿８２４により示され、この場合、ＬＩＤＡＲパルス８２６、８２８がその存在を検出しているが、それ自体を識別するための通信チャネルを有さない。このケースでは、該ドローンは、テロ行為などの違法行為に関係する場合があり、この例は、ドローン及びその高度に分解された位置対時間についての詳細なリアルタイム情報と共に関係当局へ急報することもできる。この情報は、固定ネットワーク８０２又は他の手段を介して受け渡され得る。
【００８８】
いくつかの例では、ドローンの高分解能で事前計画された及び事前承認された飛行計画データが、ＬＩＤＡＲ制御システム内で利用可能であろう。システムは、次いで、実際のドローントラックを事前承認されたトラックと比較し、関係当局により確立することもできる或る制限を超える逸脱に基づいて適宜警報を生じることになる。他の逸脱は、警報を生じないが、改善された天候予報のために使用し、エリア内を飛行している他のドローンに通信することもできる、気象条件の詳細なマップを確立するのに用いられるであろう。このシステムは、リアルタイム又はほぼリアルタイムで動作し得る。
【００８９】
実施例＃４：自律車両に関するビーコン情報の提供
データ通信を提供することに加えて、固定ノードは、図９に示すようにモバイルノードにビーコン情報を提供し得る。距離情報と方向情報との両方を提供することができる。固定ノード１＿９０６は、車両１＿９０２と車両２＿９０４との両方と通信し、それらとそれぞれ飛行時間（ＴＯＦ）情報９１６及び９１０を共有し得る。固定ノード２＿９０８は、車両２とＴＯＦ情報９１２を共有し得る。固定ノードからのＴＯＦ情報の両方のピースを用いて、車両２＿９０４は、その位置を計算し、それを車両１へのＴＯＦ情報９１４と共に車両１＿９０２と共有することができる。車両１＿９０２は、次いで、その位置を計算し得る。これは、ＧＰＳ位置データよりもより速く且つより正確であり得る、又はＧＰＳが利用可能ではない又は障害が起きた場所で作用し得る。モバイルノードは、１つ以上の固定ノードからの情報を用い得る。１つ以上の他のモバイルノードからの情報も用いられ得る。或る場合には、モバイルノードは、速度並びに位置を判定するのにそのＬＩＤＡＲビームからのドップラー情報を用い得る。
【００９０】
モバイルノードは、カメラの使用により又は或る方向からの光を優先的に受光するための１つ以上のフォトダイオードのセットアップにより、固定ノードへの方向を判定し得る。カメラは、モバイルノードに関する追跡システムの一部であり得る。モバイルノードは、固定ノードまでの距離を求めるのにそのＬＩＤＡＲ能力を用いてよく、又は往復飛行時間を用いてよい。固定ノードからの位置情報と組み合わされた、距離情報及び方向情報は、モバイルノードがどこにあるかを判定することを可能にし得る。
【００９１】
本明細書に記載の本開示の多くの修正及び他の実装が、上記の説明及び関連する図面で提示される教示の利益を有する本開示が属する技術分野の当業者に発想されるであろう。したがって、本開示は、開示された特定の実装に限定されるものではないことと、修正及び他の実装が付属の請求項の範囲内に含まれることを意図されることが理解される。さらに、上記の説明及び関連する図面は、要素及び／又は機能の或る例示的な組み合わせとの関連で例示的な実装を説明するが、要素及び／又は機能の異なる組み合わせが、付属の請求項の範囲から逸脱することなく代替的な実装により提供され得ることを理解されたい。これに関して、例えば、上記で明示的に説明されたもの以外の要素及び／又は機能の異なる組み合わせも、付属の請求項のうちのいくつかに記載され得るものとして考えられる。特定の用語が本明細書で採用されるが、それらは、限定する目的ではなく、単に一般的且つ記述的意味で用いられる。
【図１ａ】
2020506402.tif 000003
【図１ｂ】
2020506402.tif 000004
【図２】
2020506402.tif 000005
【図３】
2020506402.tif 000006
【図４】
2020506402.tif 000007
【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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