(57)【要約】  １つ以上の光位相変調装置によって三次元環境にスキャンする複数の照明ビームにより三次元ＬＩＤＡＲ測定を実行するための方法及びシステムについてここに記載する。１つの態様では、各ＬＩＤＡＲ測定チャネルからの照明光は、光位相変調装置によって異なる方向で周囲環境に放射される。また、光位相変調装置は、各戻り測定光を対応する光検出器に向かわせる。各ＬＩＤＡＲ測定チャネルの照明パルス出力は、対応する各光位相変調装置の、命令による状態変化と同期する。いくつかの実施形態では、各光位相変調装置は単一のＬＩＤＡＲ測定チャネルに関連付けられている。いくつかの実施形態では、複数のＬＩＤＡＲ測定チャネルが単一の変調装置に関連付けられている。いくつかの実施形態では、一次元光位相変調装置が使用される。他の実施形態では、二次元光位相変調装置が使用される。【選択図】図１
2020511666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の統合ＬＩＤＡＲ測定装置であって、
プリント回路基板に取り付けられた照明源であって、前記照明源は照明光の測定パルスを生成するよう構成された照明源と、
前記プリント回路基板に取り付けられた検出器であって、前記検出器は、光の戻りパルスを検出し、前記検出された戻りパルスを示す出力信号を生成するように構成された検出器であり、前記戻りパルスは、対応する前記測定パルスによって照明された周囲環境内の１つの位置から反射された前記測定パルスであり、照明光の前記測定パルスと前記戻りパルスは、前記第１の統合ＬＩＤＡＲ装置内の空間にわたって共通の光路を共有することを特徴とする検出器と、
前記プリント回路基板に取り付けられた照明ドライバであって、前記照明ドライバは、前記照明源と電気的に結合され、前記照明源に照明光の前記測定パルスを放射させる電力量を前記照明源に供給するように構成されていることを特徴とする照明ドライバと、
前記プリント回路基板に取り付けられたアナログ信号調整電子機器であって、前記アナログ信号調整電子機器は、前記検出器によって生成された前記出力信号を増幅するよう構成されていることを特徴とするアナログ信号調整電子機器と、
前記プリント回路基板に取り付けられたアナログ・デジタル変換器であって、前記アナログ・デジタル変換器は、増幅された前記出力信号をデジタル信号に変換するよう構成されていることを特徴とするアナログ・デジタル変換器と、
を具備することを特徴とする第１の統合ＬＩＤＡＲ測定装置と、
前記第１の統合ＬＩＤＡＲ測定装置と測定中の前記周囲環境との間の光路に配置された光位相変調装置であって、前記光位相変調装置は、照明光の入射測定パルスを複数の異なる方向の内のいずれかに向け直させるように構成されていることを特徴とする光位相変調装置と、
計算システムであって、
前記光位相変調装置に前記入射測定パルスのビームを前記複数の異なる方向の内の１つに向け直させる制御信号を前記光位相変調装置に伝達し、
検出した光を示すデジタル信号を受信し、
前記ＬＩＤＡＲ装置から、３次元環境内の測定位置へ行き前記ＬＩＤＡＲ装置へ戻るまでの測定パルスの飛行時間を、前記デジタル信号に基づいて決定するように構成されている、
ことを特徴とする計算システムと、
を具備する光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システム。
【請求項２】
照明光の測定パルスを生成するよう構成された第２の統合ＬＩＤＡＲ測定装置であって、前記光位相変調装置は、前記第２の統合ＬＩＤＡＲ測定装置と測定中の前記周囲環境との間の光路に配置され、前記光位相変調装置は、前記第２の統合ＬＩＤＡＲ測定装置からの照明光の前記入射測定パルスを別の複数の方向の内のいずれかの方向に向け直させるよう構成されている、第２の統合ＬＩＤＡＲ測定装置をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項３】
照明光の測定パルスを生成するよう構成された第２の統合ＬＩＤＡＲ測定装置と、
前記第２の統合ＬＩＤＡＲ測定装置と測定中の前記周囲環境との間の光路に配置された第２の光位相変調装置であって、前記光位相変調装置は、前記第２の統合ＬＩＤＡＲ測定装置からの照明光の前記入射測定パルスを別の複数の方向の内のいずれかの方向に向け直させるよう構成されている、第２の光位相変調装置と、
をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項４】
前記第１の統合ＬＩＤＡＲ測定装置と前記第１の光位相変調装置との間の光路に配置された１つ以上の集束光学要素と、
前記第１の光位相変調装置と測定中の前記周囲環境との間の光路に配置された集光光学要素と、
をさらに具備することを特徴とする請求項２に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項５】
前記計算システムはさらに、
照明光の前記測定パルスの放射を、前記光位相変調装置の物理的状態の変化と同期させる制御信号を前記第１の統合ＬＩＤＡＲ測定装置に伝達するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項６】
ベースフレームと、
前記ベースフレームに対して回転する回転フレームであって、前記第１の統合ＬＩＤＡＲ測定装置と前記光位相変調装置は前記回転フレームに対して固定されている、回転フレームと、
をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項７】
前記光位相変調装置は一次元の光位相変調装置であり、照明光の前記測定パルスは、前記光位相変調装置との相互作用の前に一次元に集束されることを特徴とする請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項８】
前記光位相変調装置は二次元の光位相変調装置であることを特徴とする請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項９】
前記第１の統合ＬＩＤＡＲ測定装置の前記照明源から供給される照明光の測定ビームは、ファイバ導波路により前記検出器の受け入れ円錐に注入されることを特徴とする請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項１０】
前記飛行時間は、前記照明源と前記検出器との間の内部クロストークによる第１の検出パルス信号と、第２の検出パルス信号との間の経過時間に基づいて飛行時間を測定することを特徴とする請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項１１】
第１の統合ＬＩＤＡＲ測定装置であって、
プリント回路基板に取り付けられた照明源であって、前記照明源は照明光の測定パルスを生成するよう構成された照明源と、
前記プリント回路基板に取り付けられた検出器であって、前記検出器は、光の戻りパルスを検出し、前記検出された戻りパルスを示す出力信号を生成するように構成された検出器であり、前記戻りパルスは、対応する前記測定パルスによって照明された周囲環境内の１つの位置から反射された前記測定パルスであり、照明光の前記測定パルスと前記戻りパルスは、前記第１の統合ＬＩＤＡＲデバイス内の空間にわたって共通の光路を共有することを特徴とする検出器と、
を具備することを特徴とする第１の統合ＬＩＤＡＲ測定装置と、
前記第１の統合ＬＩＤＡＲ測定装置と測定中の前記周囲環境との間の光路に配置された光位相変調装置であって、前記光位相変調装置は、照明光の入射測定パルスを複数の異なる方向のいずれかに向け直させるように構成されていることを特徴とする光位相変調装置と、
１つ以上のプロセッサにより実行されたとき前記１つ以上のプロセッサに、
前記光位相変調装置に前記光位相変調装置の物理的状態を変化させ、そして、前記入射測定パルスのビームを前記複数の異なる方向の内の１つに向け直させる制御信号を前記光位相変調装置に伝達させ、
照明光の前記測定パルスの放射を前記光位相変調装置の物理的状態の変化と同期させる制御信号を前記第１の統合ＬＩＤＡＲ測定装置に伝達させる、
コンピュータ読み取り可能な命令を具備する非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体と、
を具備する光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システム。
【請求項１２】
照明光の測定パルスを生成するよう構成された第２の統合ＬＩＤＡＲ測定装置であって、前記光位相変調装置は、前記第２の統合ＬＩＤＡＲ測定装置と測定中の前記周囲環境との間の光路に配置され、前記光位相変調装置は、前記第２の統合ＬＩＤＡＲ測定装置からの照明光の前記入射測定パルスを別の複数の方向の内のいずれかの方向に向け直させるよう構成されている、第２の統合ＬＩＤＡＲ測定装置をさらに具備することを特徴とする請求項１１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項１３】
照明光の測定パルスを生成するよう構成された第２の統合ＬＩＤＡＲ測定装置と、
前記第２の統合ＬＩＤＡＲ測定装置と測定中の前記周囲環境との間の光路に配置された第２の光位相変調装置であって、前記光位相変調装置は、前記第２の統合ＬＩＤＡＲ測定装置からの照明光の前記入射測定パルスを別の複数の方向の内のいずれかの方向に向け直させるよう構成されている、第２の光位相変調装置と、
をさらに具備することを特徴とする請求項１１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項１４】
前記第１の統合ＬＩＤＡＲ測定装置と前記第１の光位相変調装置との間の光路に配置された１つ以上の集束光学要素と、
前記第１の光位相変調装置と測定中の前記周囲環境との間の光路に配置された１以上の集光光学要素と、
をさらに具備することを特徴とする請求項１２に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項１５】
ベースフレームと、
前記ベースフレームに対して回転する回転フレームであって、前記第１の統合ＬＩＤＡＲ測定装置と前記光位相変調装置は前記回転フレームに対して固定されている、回転フレームと、
をさらに具備することを特徴とする請求項１１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項１６】
前記光位相変調装置は一次元の光位相変調装置であり、照明光の前記測定パルスは、前記光位相変調装置との相互作用の前に一次元に集束されることを特徴とする請求項１１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項１７】
前記光位相変調装置は二次元の光位相変調装置であることを特徴とする請求項１１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項１８】
前記第１の統合ＬＩＤＡＲ測定装置の前記照明源から供給される照明光の前記測定ビームは、ファイバ導波路により前記検出器の受け入れ円錐に注入されることを特徴とする請求項１１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項１９】
プリント回路基板に取り付けられた照明源から、照明光の第１の測定パルスを生成するステップと、
前記プリント回路基板に取り付けられた検出器により、光の戻りパルスを検出するステップであって、前記戻りパルスは、対応する前記測定パルスにより照らされた周囲環境内の１つの位置から反射された第１の測定パルスである、ステップと、
前記照明源と測定中の前記周囲環境との間の光路に配置された第１の光位相変調装置によって、照明光の第１の測定パルスの位相を変調するステップであって、前記位相の前記変調により照明光の前記第１の測定パルスを所望の方向に向け直させる、ステップと、
検出された前記光を示すデジタル信号を受信するステップと、
前記照明源から前記３次元環境における測定位置へ行き、そして前記検出器に戻る前記第１の測定パルスの飛行時間を前記デジタル信号に基づいて決定するステップと、
を具備する方法。
【請求項２０】
照明光の前記第１の測定パルスを生成するステップを、前記第１の測定パルスの位相を変調するステップと同期させるステップをさらに具備することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
ベースフレームに対して前記プリント回路基板と前記光位相変調装置を回転させるステップであって、前記プリント回路基板と前記第１の光位相変調装置は回転フレームに対して固定されていることを特徴とするステップをさらに具備することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の光位相変調装置との相互作用の前に照明光の前記第１の測定パルスを一次元に集束するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記照明源により供給される照明光の前記第１の測定パルスをファイバ導波路により前記検出器の受け入れ円錐に注入するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記飛行時間を決定するステップには、前記照明源と前記検出器との間の内部クロストークによる第１の検出パルス信号と、第２の検出パルス信号との間の経過時間を決定するステップが含まれることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
第２の照明源からの照明光の第２の測定パルスを生成するステップと、
前記第２の照明源と測定中の前記周囲環境との間の光路に配置された第１の光位相変調装置によって、照明光の前記第２の測定パルスの位相を変調するステップであって、前記位相の前記変調により照明光の前記第２の測定パルスの方向を変えさせる、ステップと、
をさらに具備することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
第２の照明源からの照明光の第２の測定パルスを生成するステップと、
前記第２の照明源と測定中の前記周囲環境との間の光路に配置された第２の光位相変調装置によって、照明光の前記第２の測定パルスの位相を変調するステップであって、前記位相の前記変調により照明光の前記第２の測定パルスの方向を変えさせる、ステップと、
をさらに具備することを特徴とする請求項１９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）
本特許出願は、２０１７年３月２０日に出願された「構造化された光及び統合化された照明と検出によるＬＩＤＡＲベースの３Ｄイメージング」というタイトルの米国特許仮出願第６２／４７３，６２８号に基づき優先権を主張している、２０１８年３月２０日に出願された「構造化された光及び統合化された照明と検出によるＬＩＤＡＲベースの３Ｄイメージング」というタイトルの米国特許出願第１５／９２６，０９５に基づく優先権を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれるものとする。
【０００２】
開示した実施形態は、ＬＩＤＡＲベースの３Ｄポイントクラウド測定システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
ＬＩＤＡＲシステムは、光のパルスを使用して、各光パルスの飛行時間（ＴＯＦ）に基づいて物体までの距離を測定する。ＬＩＤＡＲシステムの光源から発せられる光パルスは、遠方の物体と互いに影響し合う。光の一部は物体から反射し、ＬＩＤＡＲシステムの検出器に戻る。光パルスの放射と戻り光パルスの検出との間の経過時間に基づいて、距離を推定する。いくつかの例では、レーザーエミッターによって光のパルスが生成される。光パルスは、レンズまたはレンズアセンブリを介して集光される。レーザー光のパルスがエミッターの近くに取り付けられた検出器に戻るのにかかる時間を測定する。距離は、時間測定により高精度で導出される。
【０００４】
一部のＬＩＤＡＲシステムは単一のレーザーエミッター／検出器の組み合わせを使用し、回転ミラーを組み合わせて、平面を効果的にスキャンする。このようなシステムによって実行される距離測定は、事実上二次元（つまり平面）であり、捕捉した距離ポイントは二次元（つまり単一平面）のポイントクラウドとされる。いくつかの例では、回転ミラーは非常に高速度で回転する（例えば：毎分数千回転）。
【０００５】
多くの操作シナリオでは、３Ｄポイントクラウドが必要である。周囲の環境を三次元で調査するために、多くのスキームが採用されている。いくつかの例では、２Ｄ機器は上下に、及び／又は前後に、多くの場合ジンバル上で動作する。これは、センサーの「ウィンク」または「うなずき」として当業者に一般的に知られている。したがって、単一のビームＬＩＤＡＲユニットを使用して、一度に１点ではあるが、距離点の３Ｄアレイ全体をキャプチャできる。関連する例では、プリズムを使用してレーザーパルスを、それぞれがわずかに異なる垂直角を持つ複数の層に「分割」する。これは、上記のうなずき効果をシミュレートするが、センサー自体は作動しない。
【０００６】
上記のすべての例で、単一のレーザーのエミッター／検出器の組み合わせの光路は、単一のセンサーよりも広い視野を得るために何らかの形で変更されている。このような装置が単位時間あたりに生成できるピクセル数は、本質的に、単一のレーザーのパルス繰り返し率の制限により制限される。ミラー、プリズム、又は、カバレッジエリアを拡大する装置の作動により、ビーム経路を変更することで、ポイントクラウド密度が低下することとなる。
【０００７】
上記のように、３Ｄポイントクラウドシステムにはいくつかの構成がある。しかしながら、多くのアプリケーションでは、広い視野で見る必要がある。例えば、自律走行車の用途では、車両の前の地面を見るために、垂直方向の視野をできるだけ下方に拡大する必要がある。さらに、車が道路の窪みに入った場合に備えて、垂直方向の視野は地平線の上方に拡大する必要がある。さらに、現実の世界で生じる動きとその動きの画像化との間の遅延を最小限にする必要がある。いくつかの例では、完結した画像更新を毎秒少なくとも５回行うことが望ましい。これらの要件に対処するために、複数のレーザーエミッターと検出器のアレイを含む３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステムが開発された。このシステムは、２０１１年６月２８日に発行された米国特許番号７，９６９，５５８に記載されており、その内容は、参照により全体が本明細書に組み込まれるものとする。
【０００８】
多くの用途において、一連のパルスが放出される。各パルスの方向は、連続的に急速に変化する。これらの例では、個々のパルスに関連付けられた距離測定ではピクセルを考慮し、高速で連続的に放出及び捕捉されたピクセルの集合（つまり「ポイントクラウド」）を画像として得たり、他の理由（障害物の検出など）のために分析したりできる。いくつかの例では、結果的に得られたポイントクラウドをユーザーに三次元で表示される画像として得るために表示ソフトウェアを使用する。実写カメラで撮影されたかのように見える３Ｄ画像として測定距離を表現するためにさまざまなスキームを使用することができる。
【０００９】
いくつかの既存のＬＩＤＡＲシステムは、共通の基板（例えば、電気実装ボード）上で統合されていない照明源と検出器を採用している。さらに、照明ビーム経路と収集ビーム経路は、ＬＩＤＡＲ装置内で分離されている。これにより、オプトメカニクスの設計が複雑になり、調整が困難になる。
【００１０】
加えて、異なる方向に照明ビームをスキャンさせるために使用される機械装置は、機械的振動、慣性力、及び一般的な環境条件に敏感である。設計が適切でない場合、これらの機械装置は劣化して、性能の低下や故障につながる可能性がある。
【００１１】
高いレベルのイメージング解像度と範囲を維持しつつ、ＬＩＤＡＲシステムの光機械設計の改善をおこなうことが望まれる。
【発明の概要】
【００１２】
ここでは、１つ以上の光学位相変調装置によって三次元環境にわたってスキャンする複数の照明ビームで三次元ＬＩＤＡＲ測定を実行するための方法及びシステムについて説明する。
【００１３】
いくつかの実施形態では、ＬＩＤＡＲ測定システムには、主制御装置と、戻り信号受信機集積回路、照明ドライバ集積回路、照明源、光検出器アセンブリ、及びトランスインピーダンス増幅器を含む１つ以上の統合ＬＩＤＡＲ測定装置とが含まれる。これらの各要素は、要素間の機械的サポートと電気的接続をおこなう共通基板（例えば、プリント回路基板）に取り付けられている。
【００１４】
照明源は、照明光の測定パルスを放射する。照明光は、測定中の周囲の三次元環境にある物体により反射される。反射光の一部は、測定パルスと関連付けられた戻り測定光として収集される。
【００１５】
１つの特徴によれば、統合ＬＩＤＡＲ測定装置から放出される照明光と、統合ＬＩＤＡＲに向けられた対応する戻り測定光測定装置は共通の光路を共有する。いくつかの実施形態では、統合ＬＩＤＡＲ測定装置の照明源により生じた照明光は、ファイバ導波路によって対応する検出器の受け入れ円錐に注入される。
【００１６】
別の特徴によれば、照明光は、ＬＩＤＡＲ測定システムの１つ以上の光位相変調装置（例えば、光位相変調装置）によって周囲環境の特定の場所に向けられる。同様に、戻り測定光は、ＬＩＤＡＲ測定システムの１つ以上の光位相変調装置によって対応する光検出器に向けられる。光位相変調装置は、統合ＬＩＤＡＲ測定装置と測定中の環境との間の光路に配置される。光位相変調装置は、３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステムの視野を効果的に拡大し、視野内のサンプリング密度を高める。
【００１７】
コンピューティングシステムは、コマンド信号を各光位相変調装置に伝達し、光位相変調装置に入射光を所望の方向に向け直させる。加えて、コンピューティングシステムは、信号を各統合ＬＩＤＡＲ測定装置に通信して、各統合ＬＩＤＡＲ測定装置の照明パルス出力を、対応する各光位相変調装置への命令の状態の変化と同期させる。このようにして、各統合ＬＩＤＡＲ測定装置によって生成された測定パルスは、統合されたＬＩＤＡＲ測定装置によって生成された各測定パルスによって調べた、周囲環境の一部がわかるように、予測可能な制御された方法で周囲環境をスキャンする。
【００１８】
一般に、ＬＩＤＡＲ測定システムには、統合ＬＩＤＡＲ測定装置及び光位相変調装置を含む任意の数の測定チャネルを含めることができる。
【００１９】
いくつかの実施形態では、各光位相変調装置は、単一の統合ＬＩＤＡＲ測定装置に関連付けて、単一の測定チャネルを形成する。しかし、他のいくつかの実施形態では、光位相変調装置は、複数の統合ＬＩＤＡＲ測定装置に関連付けられる。これらの実施形態では、複数の測定チャネルは単一の光位相変調装置に光学的に統合される。
【００２０】
いくつかの実施形態では、光位相変調装置は一次元光位相変調装置である。したがって、照明ビームと収集ビームは、光位相変調装置との相互作用の前に一次元に焦点が合わせられる。しかし、いくつかの他の実施形態では、二次元光位相変調装置が使用される。これらの実施形態では、照明ビーム及び収集ビームは、両方の光学的次元で光学位相変調装置と相互作用することができる。これらの実施形態では、照明ビーム及び収集ビームを一次元に集束させる必要はない。
【００２１】
さらなる特徴によれば、各統合ＬＩＤＡＲ測定装置及び対応する光位相変調装置は、ＬＩＤＡＲシステムのベースフレームに対して回転する回転フレームに取り付けられる。照明光のビームと光位相変調装置との相互作用により、ＬＩＤＡＲシステムのベースフレームに対して、統合ＬＩＤＡＲ測定装置が動くことによって照明ビームがわずかに動くこと加えて、周囲の環境に照明ビームをさまざまな方向にスキャンする。
【００２２】
別のさらなる特徴によれば、飛行時間は、照明源と光検出器との間の内部的なクロストークにより検出されたパルスの検出と、有効な戻りパルスとの間で費やされた時間に基づき決定される。このようにして、システムに起因する遅延は飛行時間の推定から排除される。
【００２３】
上述の記載は要約であり、したがって、必然的に、簡素化、一般化及び詳細の省略が含まれ、したがって、当業者であればこの要約は単なる例示であり、決して限定のためのものではないことを理解するであろう。他の態様、創作的特徴、及びここに記載した装置及び／又はプロセスの利点は、ここに記載した非限定的な詳細な説明において明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】少なくとも１つの新規な態様における３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム２００の１つの実施形態を示す簡略図である。
【００２５】
【図２】パルス測定ビームの放射と戻り測定パルスの捕捉のタイミングを図示する。
【００２６】
【図３】３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステムの発光／収集エンジン１１２を図示する。
【００２７】
【図４】３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステムの集光光学系１１６の詳細を図示する。
【００２８】
【図５】光検出器アセンブリ２５０の簡略図をさらに詳細に示す。
【００２９】
【図６】１つの実施形態において光位相変調装置を使用する３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステムの実施形態１６０を示す。
【００３０】
【図７】別の実施形態において複数の光位相変調装置を使用する３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステムの実施形態１７０を示す。
【００３１】
【図８】別の実施形態において複数入力光位相変調装置を使用する３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステムの実施形態１８０を示す。
【００３２】
【００３３】
【図９】１つの実施形態における回転式ＬＩＤＡＲ測定装置１００を示す。
【００３４】
【図１０】別の実施形態における回転式ＬＩＤＡＲ測定装置１００を示す。
【００３５】
【図１１】例示的な１つの実施形態における３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム１００の分解図を示す。
【００３６】
【図１２】別の実施形態における統合ＬＩＤＡＲ測定装置１２０を示す。
【００３７】
【図１３】別の実施形態における統合ＬＩＤＡＲ測定装置１３０の概略図を示す。
【００３８】
【図１４】少なくとも１つの新規な態様において、光位相変調装置によりスキャンされた測定ビームに基づいてＬＩＤＡＲ測定を実行する方法４００を概説するフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
次に、添付図に示されている、本発明の背景及びいくつかの実施形態について詳細に言及する。
【００４０】
図１は、１つの実施形態におけるＬＩＤＡＲ測定システム２００を示す。ＬＩＤＡＲ測定システム２００には、主制御装置２６０と、１つ以上の統合ＬＩＤＡＲ測定装置２３０とが含まれる。統合ＬＩＤＡＲ測定装置２３０には、戻り信号受信機集積回路（ＩＣ）２１０、照明ドライバ集積回路（ＩＣ）２２０、照明源２３５、光検出器アセンブリ２５０、及びトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）２４０が含まれる。これらの各要素は、要素を機械的に支持し及び電気的に接続するための共通基板２３５（例えば、プリント回路基板）に取り付けられている。
【００４１】
照明源２３５は、電流２２１のパルスに応答して照明光２５９の測定パルスを放射する。いくつかの実施形態では、照明源２３５はレーザーベース（例えばレーザーダイオード）である。いくつかの実施形態では、照明源は、１つ以上の発光ダイオードに基づいている。一般に、いくつかの適切なパルス照明源を考慮することができる。照明光２５９は、ＬＩＤＡＲ測定システム２００を出て、測定中の周囲の三次元環境内の物体で反射される。反射光の一部は、測定パルス２５９に関連する戻り測定光２５５として収集される。図１に示すように、統合ＬＩＤＡＲ測定装置２３０から放射される照明光２５９、及びこの統合ＬＩＤＡＲ測定装置に向かう対応する戻り測定光２５５は、統合ＬＩＤＡＲ測定装置２３０を出て周囲環境に入る前に、統合ＬＩＤＡＲ測定装置２３０での共通の光路を通る。
【００４２】
１つの態様では、照明光２５９は、ＬＩＤＡＲ測定システム１００の１つ以上の光位相変調装置（例えば、光位相変調装置２７０）によって周囲環境の特定の場所に向けられる。さらなる１つの態様では、戻り測定光２５５は、ＬＩＤＡＲ測定システム１００の１つ以上の光位相変調装置によって光検出器２５０に向けられ、集束される。光位相変調装置は、統合ＬＩＤＡＲ測定装置２３０と測定中の環境との間の光路に配置される。光位相変調装置は、視野を効果的に拡大し、３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステムの視野内のサンプリング密度を高める。
【００４３】
図１に示すように、主制御装置２６０によって生成されたコマンド信号２６６は、主制御装置２６０から光位相変調装置２７０に伝達される。それに応答して、光位相変調装置２７０は状態を変化させ、所望の方向に照明ビーム２５９を回折させる。例えば、図１に示すように、光位相変調装置２７０は、命じられた光位相変調装置２７０の状態に応じて、照明ビーム２５９を５つの異なる方向（例えば、方向２７１Ａ〜Ｅ）のうちの１つに回折させる。
【００４４】
図５は光検出器アセンブリ２５０の簡略図をさらに詳細に示す。光検出器アセンブリ２５０には、活性領域２５２を有する検出器２５３が含まれる。図５に示すように、パルス発光装置２３０は、検出器の活性領域２５２の視野の外側に配置される。図５に示すように、オーバーモールド２５４が検出器に取り付けられている。オーバーモールド２５４には、戻り光２５５の光線受け入れ円錐に対応する円錐空洞が含まれる。１つの態様では、照明源２３５からの照明光２５９は、ファイバ導波路２５７によって検出器受け入れ円錐に注入される。光カプラー２５６は、照明源２３５（例えば、レーザーダイオードのアレイ）をファイバ導波路２５７と光学的に結合させる。ファイバ導波路２５７の端部では、ミラー要素２５８が導波路に対して４５度の角度に向けられ、照明光２５９を戻り光２５５の円錐に注入する。１つの実施形態では、ファイバ導波路２５７の端面は４５度の角度で切断され、端面は、鏡面とするために、高反射誘電体コーティングでコーティングされる。いくつかの実施形態では、導波路２５７には、長方形のガラスコアと、より低い屈折率のポリマークラッディングとが含まれる。いくつかの実施形態では、アセンブリ２５０全体が、ポリマークラッディングの屈折率にほぼ一致する屈折率を有する材料でカプセル化される。このようにして、導波路は、照明光２５９を最小のオクルージョンで戻り光２５５の受け入れ円錐に注ぐ。加えて、戻り光２５９の受け入れ円錐へ照明光２５９を注ぐことは、統合ＬＩＤＡＲ測定装置２３０から放射された照明光２５９、及び統合ＬＩＤＡＲ測定装置に向けられた対応する戻り測定光２５５が、統合ＬＩＤＡＲ測定装置２３０を出て周囲の環境に入る前に、統合ＬＩＤＡＲ測定装置２３０の共通の光路を共有することを保証することになる。
【００４５】
検出器２５３のアクティブ検出領域２５２に投射される戻り光の受け入れ円錐内の導波路２５７の配置は、照明スポットと検出器視野が遠視野で確実に最大の重なりを有するように選択される。
【００４６】
図１に示すように、周囲環境から反射された戻り光２５５は、光検出器２５０によって検出される。いくつかの実施形態では、光検出器２５０にはアバランシェフォトダイオードが含まれる。光検出器２５０は、アナログトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）２４０によって増幅される出力信号２４９を生成する。しかしながら、一般に、出力信号２４９の増幅には、複数の増幅段を含めることができる。この意味で、アナログトランスインピーダンス増幅器は、この特許文書の範囲内において他の多くのアナログ信号増幅の構成を考えることができるため、非限定的な例として提示される。図１には、ＴＩＡ２４０が、戻り信号受信機ＩＣ２１０とは別個の装置として示されているが、一般に、ＴＩＡ２４００は受信機ＩＣ２１０と統合することができる。いくつかの実施形態では、ＴＩＡ２４０を受信機ＩＣ２１０と統合して、スペースを節約し、信号の混濁を低減することが好ましい。
【００４７】
増幅された信号２４１は、戻り信号受信機ＩＣ２１０に伝達される。受信機ＩＣ２１０には、タイミング回路と、照明源２３５から三次元の反射物体へ行き、そして光検出器２５０に戻る測定パルスの飛行時間を推定する時間デジタル変換器とが含まれる。推定飛行時間を示す信号２１１は、さらなる処理及びＬＩＤＡＲ測定システム２００のユーザーへの通信のために主制御装置２６０に伝達される。加えて、戻り信号受信機ＩＣ２１０は、ピーク値（すなわち、戻りパルス）を含む戻り信号２４１のセグメントをデジタル化し、デジタル化されたセグメントを示す信号２１２を主制御装置２６０に伝達するように構成される。いくつかの実施形態では、主制御装置２６０は、これらの信号セグメントを処理して、検出された物体の特性を識別する。いくつかの実施形態では、主制御装置２６０は、さらなる処理のために信号２１２をＬＩＤＡＲ測定システム２００のユーザーに伝達する。
【００４８】
主制御装置２６０は、統合ＬＩＤＡＲ測定装置２３０の受信機ＩＣ２１０に伝達されるパルスコマンド信号２６７を生成するように構成される。パルスコマンド信号２６７は、主制御装置２６０によって生成されたデジタル信号である。したがって、パルスコマンド信号２６７のタイミングは、マスターコントローラ２６０に関連するクロックによって決定される。いくつかの実施形態では、パルスコマンド信号２６７は、照明ドライバＩＣ２２０によりパルス生成を始動させるため、及び受信機ＩＣ２１０によりデータ取得を始動させるために直接使用される。しかしながら、照明ドライバＩＣ２２０及び受信機ＩＣ２１０は、主制御装置２６０と同じクロックを共有することはない。このため、パルス生成とデータ収集を始動させるためにパルスコマンド信号２６７を直接使用する場合、飛行時間の正確な推定を行うことははるかに面倒な計算となる。
【００４９】
一般に、ＬＩＤＡＲ測定システムには、ＬＩＤＡＲ装置から周囲環境に照明光のパルスビームを放射して、周囲環境内の物体から反射してきた戻り光を測定する多数の異なる統合ＬＩＤＡＲ測定装置２３０が含まれる。
【００５０】
これらの実施形態では、主制御装置２６０は、パルスコマンド信号２６７を各々異なる統合ＬＩＤＡＲ測定装置に伝達する。このようにして、主制御装置２６０は、いくつもの統合ＬＩＤＡＲ測定装置によって実行されるＬＩＤＡＲ測定のタイミングを調整する。さらなる態様では、１つ以上の光位相変調装置が照明パルスの光路内にあり、統合ＬＩＤＡＲ測定装置の各々に関連する測定パルスを返送する。このようにして、１つ以上の光位相変調装置は、各照明パルスを導き、ＬＩＤＡＲ測定システム２００の測定パルスを返送する。
【００５１】
図示の実施形態では、受信機ＩＣ２１０は、パルスコマンド信号２６７を受信し、パルスコマンド信号２６７に応答して、パルストリガー信号ＶＴＲＧ２１３を生成する。パルストリガー信号２１３は、照明ドライバＩＣ２２０に伝達され、照明ドライバＩＣ２２０を直接始動させて、電力のパルス２２１を照明源２３５に送り、照明源２３５から照明光２５９のパルスを出させる。加えて、パルストリガー信号２１３は、戻り信号２４１及び関連する飛行時間計算のデータ取得を直接開始させる。このようにして、受信機ＩＣ２１０の内部クロックに基づいて生成されたパルストリガー信号２１３は、パルス生成と戻りパルスデータ取得の両方を開始させるために使用される。これにより、パルス生成とリターンパルス収集の正確な同期を保証し、時間デジタル変換による正確な飛行時間計算を可能にする。
【００５２】
図２は、統合ＬＩＤＡＲ測定装置２３０からの測定パルスの放射及び戻り測定パルスの捕捉に関連するタイミングを図示する。図２に示すように、測定は、受信機ＩＣ２１０によって生成されるパルストリガー信号２１３の立ち上がりエッジによって開始される。図１及び図２に示すように、増幅された戻り信号２４１は、受信機ＩＣ２１０によって受信される。測定窓（つまり、収集されたリターン信号データが特定の測定パルスに関連付けられる期間）は、パルストリガー信号２１３の立ち上がりエッジでデータ取得を有効にすることで始動する。受信機ＩＣ２１０は、測定パルスシーケンスの放射に応答して戻り信号が予想されるときの時間窓に対応するように、測定窓の期間Ｔmeasurementを制御する。いくつかの例では、測定窓はパルストリガー信号２１３の立ち上がりエッジで有効になり、ＬＩＤＡＲシステムの範囲の約２倍の距離にわたる光の飛行時間に対応する時間で無効になる。この方法では、ＬＩＤＡＲシステムに隣接するオブジェクト（つまり、無視できる飛行時間）からＬＩＤＡＲシステムの最大範囲の位置にあるオブジェクトまでの、戻り光を収集するために測定窓が開かれる。このようにして、有用なリターン信号に貢献できない可能性のある他のすべての光が除外される。
【００５３】
図２に示すように、戻り信号２４１には、放出された測定パルスに対応する３つの戻り測定パルスが含まれる。一般に、信号検出は、検出されたすべての測定パルスについて実行される。さらなる信号分析を実行して、最も近い有効信号２４１Ｂ（すなわち、戻り測定パルスの最初の有効なインスタンス）、最も強い信号、及び最も遠い有効信号２４１Ｃ（すなわち、測定窓における戻り測定パルスの最後の有効なインスタンス）を識別することができる。これらのインスタンスはいずれも、ＬＩＤＡＲシステムによって潜在的に有効な距離測定として報告され得る。
【００５４】
ＬＩＤＡＲシステムからの光の放出に関連する内部システム遅延（例えば、スイッチング要素、エネルギー蓄積要素、及びパルス発光装置に関連する信号通信遅延及び待ち時間）及び光の収集と収集した光を示す信号の生成に関連する時間遅れ（例えば、増幅器のレイテンシ、アナログ・デジタル変換遅延など）は、光の測定パルスの飛行時間の推定における誤差に関係する。したがって、パルストリガー信号２１３の立ち上がりエッジと各有効リターンパルス（すなわち、２４１Ｂ及び２４１Ｃ）との間の経過時間に基づく飛行時間の測定には望ましくない測定エラーが入り込む。いくつかの実施形態では、実際の光学飛行時間の正しい推定値に到達するために、電子的遅延を相殺するための、較正済みのあらかじめ定められた遅延時間を採用する。ただし、動的に変化する電子的遅延に対する静的な相殺の精度には限界がある。頻繁に再較正を行うこともできるが、これには計算の複雑さが伴い、システムの動作時間に影響を与える。
【００５５】
別の態様では、受信機ＩＣ２１０は、照明源２３５と光検出器２５０との間の内部クロストークによる検出パルス２４１Ａの検出と有効な戻りパルス（例えば、２４１Ｂ及び２４１Ｃ）との間の経過時間に基づいて飛行時間を測定する。このようにして、システムに起因する遅延は飛行時間の推定から排除される。パルス２４１Ａは、事実上光の伝播距離が存在しない内部クロストークによって生成される。したがって、パルストリガー信号の立ち上がりエッジからの時間の遅延及びパルス２４１Ａの検出のインスタンスにより、照明及び信号検出に関連するシステムに起因する遅延のすべてが捕捉される。有効なリターンパルス（例えば、リターンパルス２４１Ｂ及び２４１Ｃ）の飛行時間を、検出されたパルス２４１Ａを参照して測定することにより、内部クロストークによる照明及び信号検出に関連するすべてのシステムに起因する遅延が排除される。図２に示されるように、受信機ＩＣ２１０は、リターンパルス２４１Ｂに関する飛行時間ＴＯＦ１、及びリターンパルス２４１Ａを基準としたリターンパルス２４１Ｃに関する飛行時間ＴＯＦ２を推定する。
【００５６】
いくつかの実施形態では、信号分析は、受信機ＩＣ２４０によってすべて実行される。これらの実施形態では、統合ＬＩＤＡＲ測定装置２３０から伝達される信号２１１には、受信機ＩＣ２１０によって決定された飛行時間の表示が含まれる。いくつかの実施形態では、信号２１２には、受信機ＩＣ２１０によって生成された戻り信号２４１のデジタル化されたセグメントが含まれる。これらの生の測定信号セグメントは、３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステムに搭載された、又は３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステムの外部にある１つ以上のプロセッサによってさらに処理され、距離の別の推定値、検出された対象の物理的特性、又はこれらの組み合わせに到達する。
【００５７】
図３は、１つの実施形態における光放射／収集エンジン１１２を示す。光放射／収集エンジン１１２は、統合されたＬＩＤＡＲ測定装置１１３のアレイを含む。各統合ＬＩＤＡＲ測定装置は、光放射素子、光検出素子、及び共通基板（例えば、電気基板）上に統合された関連する制御及び信号調整電子機器を含む。
【００５８】
各統合ＬＩＤＡＲ測定装置から放射された光は、放射された光をコリメートして３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステムから環境に投射される照明光のビームを生成するビーム成形光学素子１１６を通過する。このようにして、それぞれが異なるＬＩＤＡＲ測定装置から放射される光線１１８のアレイは、図３に示されるように３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム１００から放射される。一般に、３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム１００から任意の数の光線を同時に放射するために、任意の数のＬＩＤＡＲ測定装置を配置できる。特定のＬＩＤＡＲ測定装置による照明により環境内にあるオブジェクトから反射された光は、ビーム成形光学素子１１６によって収集される。収集された光は、ビーム成形光学素子１１６を通過し、そこで特定の同一のＬＩＤＡＲ測定装置の検出素子に焦点が合わせられる。このようにして、異なるＬＩＤＡＲ測定装置によって生成された照明による環境の異なる部分への照明に関連する収集光は、対応する各ＬＩＤＡＲ測定装置の検出器に別々に焦点が合わせられる。
【００５９】
図４は、ビーム成形光学素子１１６の詳細を示す図である。図４に示されるように、ビーム成形光学素子１１６は、統合ＬＩＤＡＲ測定装置１１３のアレイの各検出器上に収集光１１８を集束させるように配置された４つのレンズ素子１１６Ａ〜Ｄを含む。図４に示す実施形態では、光学系１１６を通過する光はミラー１２４で反射され、統合ＬＩＤＡＲ測定装置のアレイの各検出器に向けられる。いくつかの実施形態では、１つ以上のビーム成形光学素子１１６は、所定の波長範囲外の光を吸収する１つ以上の材料で構成される。所定の波長範囲には、統合ＬＩＤＡＲ測定装置１１３のアレイによって放射される光の波長が含まれる。１つの例では、レンズ要素の1つ以上は、統合ＬＩＤＡＲ測定装置１１３のアレイのそれぞれによって生成される赤外線よりも短い波長の光を吸収する着色剤添加物を含むプラスチック材料により構成される。１つの例では、着色剤は、Ａａｋｏ  ＢＶ（オランダ）から入手可能なＥｐｏｌｉｇｈｔ  ７２７６Ａである。一般に、任意の数の異なる着色剤を光学系１１６のプラスチックレンズ要素のいずれかに追加して、望ましくないスペクトルを除去することができる。
【００６０】
さらなる態様では、１つ以上の統合ＬＩＤＡＲ測定装置は、１つ以上の統合ＬＩＤＡＲ測定装置によって生成された照明ビームを異なる方向に向ける光位相変調装置と光通信を行う。光位相変調装置は、光位相変調装置に状態を変化させ、それにより光位相変調装置から回折される光の方向を変化させるための制御信号を受信する能動装置である。このようにして、１つ以上の統合ＬＩＤＡＲ装置によって生成された照明ビームは、さまざまな向きでスキャンされ、測定中の周囲の３Ｄ環境を効果的に調べる。周囲環境に投影された回折ビームは環境内のオブジェクトと相互作用する。それぞれの統合ＬＩＤＡＲ測定装置は、ＬＩＤＡＲ測定システムと検出された物体との間の距離を、物体から収集した戻り光に基づいて測定する。光位相変調装置は、統合ＬＩＤＡＲ測定装置と周囲環境の測定オブジェクトとの間の光路中に配置される。したがって、照明光と対応する戻り光の両方が光位相変調装置を通過する。
【００６１】
図６は、１つの実施形態における光位相変調装置を使用するスキャニングＬＩＤＡＲシステム１６０を示す。スキャニングＬＩＤＡＲシステム１６０には、統合ＬＩＤＡＲ測定装置１６１、計算システム３００、及び能動的に制御される光位相変調装置１６３が含まれる。統合ＬＩＤＡＲ測定装置１６１によって生成された照明光１６２のビームは、光位相変調装置１６３に向かって伝播する。光位相変調装置１６３の物理的状態に応じて、照明ビームは、いくつかの異なる方向（例えば、図６に示す方向１６４Ａ〜Ｅ）のいずれか１つに回折される。周囲環境から及び周囲環境のオブジェクトから反射した戻り光１６５は、光位相変調装置１６３を通過し、統合ＬＩＤＡＲ測定装置１６１によって検出される。いくつかの実施形態では、統合ＬＩＤＡＲ測定装置１６１は、上述のように、ＬＩＤＡＲ測定システム１６０と検出された物体との間の距離を測定する。いくつかの実施形態では、計算された距離は、計算システム３００に伝達される。
【００６２】
図６に示すように、計算システム３００は、信号１６６を光位相変調装置１６３に伝達する。信号１６６により、光位相変調装置１６３は、照明ビーム１６２が所望の方向に回折されるように状態を変化させる。加えて、計算システム３００は、統合ＬＩＤＡＲ測定装置１６１の照明パルス出力と、信号１６６によって命令された光位相変調装置１６３の状態の変化とを同期させる統合ＬＩＤＡＲ測定装置１６１に、信号１６７を伝達する。このようにして、統合ＬＩＤＡＲ測定装置１６１によって生成された測定パルスは、予測可能な制御された方法で周囲環境をスキャンし、統合ＬＩＤＡＲ測定装置１６１によって生成された各測定パルスによって調べられた周囲環境の一部は計算システム３００により識別される。
【００６３】
図７は、別の実施形態における光位相変調装置を使用するスキャニングＬＩＤＡＲシステム１７０を示す。スキャニングＬＩＤＡＲシステム１７０には、図１に示されるデバイス２３０、計算システム３００、及び能動的に制御される光位相変調装置１７２Ａ〜Ｃのような、いくつかの統合ＬＩＤＡＲ測定装置１７１Ａ〜Ｃが含まれる。統合ＬＩＤＡＲ測定装置１７２Ａ〜Ｃによって生成された照明光１７３Ａ〜Ｃのビームは、それぞれ光位相変調装置１７２Ａ〜Ｃに向かって伝播する。光位相変調装置１７２Ａ〜Ｃの物理的状態に応じて、照明ビームは、コマンド信号１７５Ａ〜Ｃに従って、いくつかの異なる方向のいずれか１つに回折される。周辺環境内の１つ以上のオブジェクトから反射された戻り光１７４Ａ〜Ｃは、光位相変調装置１７２Ａ〜Ｃを通過し、それぞれ統合ＬＩＤＡＲ測定装置１７１Ａ〜Ｃによって検出される。いくつかの実施形態では、各統合ＬＩＤＡＲ測定装置１７１Ａ〜Ｃは、上述のように、ＬＩＤＡＲ測定システム１７０と検出された物体との間の距離を測定する。いくつかの実施形態では、算出された距離は計算システム３００に伝達される。
【００６４】
図７に示すように、計算システム３００は、信号１７５Ａ〜Ｃをそれぞれ光位相変調装置１７２Ａ〜Ｃに伝達する。信号１７５Ａ〜Ｃは光位相変調装置１７２Ａ〜Ｃの状態を変化させ、入射照明ビーム１７３Ａ〜Ｃをプログラムされた方向に回折させる。加えて、計算システム３００は、信号１７６Ａ〜Ｃを統合ＬＩＤＡＲ測定装置１７１Ａ〜Ｃに伝達して、各統合ＬＩＤＡＲ測定装置の照明パルス出力を対応する各光位相変調装置の状態変化と同期させる。このようにして、各統合ＬＩＤＡＲ測定装置１７１Ａ〜Ｃによって生成された測定パルスは、予測可能な制御された方法で周囲環境を通して、スキャンされる。従って、統合ＬＩＤＡＲ測定装置１７１Ａ〜Ｃにより生成された各測定パルスにより情報を得る周囲環境の一部が計算システム３００で明らかになる。
【００６５】
図７を参照すると、３つの光学位相変調装置及び対応する統合ＬＩＤＡＲ測定装置が示されている。しかし、一般に、ＬＩＤＡＲ測定システムには、統合ＬＩＤＡＲ測定装置と光位相変調装置を含む任意の数の測定チャネルを含めることができる。
【００６６】
図６及び図７に示す実施形態では、各光位相変調装置は、単一の統合ＬＩＤＡＲ測定装置に関連付けられて、単一の測定チャネルを形成する。しかし、他のいくつかの実施形態では、光位相変調装置は、複数の統合ＬＩＤＡＲ測定装置に関連付けられている。これらの実施形態では、複数の測定チャネルが単一の光位相変調装置に光学的に統合されている。
【００６７】
図８は、別の実施形態における光位相変調装置を使用するスキャニングＬＩＤＡＲシステム１８０を示す。スキャニングＬＩＤＡＲシステム１８０には、図１に示されたデバイス２３０、計算システム３００、及び能動的に制御される光位相変調装置１８２のような、いくつかの統合ＬＩＤＡＲ測定装置１８１Ａ〜Ｄが含まれる。統合ＬＩＤＡＲ測定装置１８１Ａ〜Ｄによって生成された照明光のビームは、光位相変調装置１８２に向かって伝播する。例えば、照明ビーム１８５Ａは、ＬＩＤＡＲ測定装置１８１Ａから光学位相変調装置１８２に向かって伝播する。図８に示す実施形態では、各照明ビームは、集束光学系１８３によって１つの軸に沿って（すなわち、図面ページと平行に）集束する。他の軸（つまり、図面ページに垂直）では、照明ビームは集束しない。したがって、光位相変調装置１８２の入射時、各照明ビームは、図面ページに垂直に延びる線状ビームとなる。光位相変調装置１８２の物理的状態に応じて、照明ビームは、コマンド信号１８７に応じて、いくつかの異なる方向のいずれか１つに回折される。回折ビーム１８６Ａ〜Ｄは周囲環境に伝播する。各回折ビームは、集光光学系（例えば、集光光学系１８４Ａ〜Ｄ）を通過して、図面に平行な光軸に沿って発散する回折ビームをコリメートする。周囲環境の１つ以上のオブジェクトから反射された戻り光は、光位相変調装置１８２を通過し、対応する統合ＬＩＤＡＲ測定装置の各々により検出される。いくつかの実施形態では、各統合ＬＩＤＡＲ測定装置１８１Ａ〜Ｄは、上述のように、ＬＩＤＡＲ測定システム１８０と検出されたオブジェクトとの間の距離を測定する。いくつかの実施形態では、算出された距離は、計算システム３００に伝達される。
【００６８】
図８に示された実施形態では光位相変調装置１８２は、一次元の光位相変調装置である。したがって、照明ビーム及び収集ビームは、光位相変調装置１８２との相互作用の前に一次元に集束される。いくつかの他の実施形態では、二次元光学位相変調装置が使用される。これらの実施形態では、照明ビーム及び収集ビームは、両方の光学寸法で光学位相変調装置と相互作用することができる。これらの実施形態では、照明ビーム及び集光ビームを一次元に集束させる必要はない。
【００６９】
図８に示すように、計算システム３００はコマンド信号１８７を光位相変調装置１８２に伝達する。信号１８７により、光位相変調装置１８２は、入射照明ビームがプログラムされた方向に回折されるように状態を変化させる。加えて、計算システム３００は、信号１８８Ａ〜Ｄを統合ＬＩＤＡＲ測定装置１８１Ａ〜Ｄに伝達して、各統合ＬＩＤＡＲ測定装置の照明パルス出力を対応する各光位相変調装置の状態の変化と同期させる。このようにして、各統合ＬＩＤＡＲ測定装置１８１Ａ〜Ｄによって生成された測定パルスが、予測可能な制御された方法で周囲環境をスキャンすることで、統合ＬＩＤＡＲ測定装置１８１Ａ〜Ｄによって生成された各測定パルスによって調査された周囲環境の一部が計算システム３００によって識別される。
【００７０】
図８には、４つの統合ＬＩＤＡＲ測定装置が示されている。ただし、一般的に、ＬＩＤＡＲ測定システムは、光学位相変調装置を照らすいくつかの統合ＬＩＤＡＲ測定装置を含むことができる。
【００７１】
ここで説明するＬＩＤＡＲ測定システムでは、任意の適切な光位相変調装置を使用することができる。例示的な光位相変調装置には、カリフォルニア州サニーベールのシリコンライトマシーンズ（米国）によって製造されたグレーティングライトバルブ（ＴＭ）などの位相アレイ、デジタル光処理（ＤＬＰ）ユニットなどの微小な電気機械（ＭＥＭＳ）ベースの位相変調装置、液体クリスタルオンシリコン（ＬＣｏＳ）変調器、透過型液晶位相アレイ、反射型液晶フェーズアレイ等のようなアレイが含まれる。
【００７２】
図６〜図８は、異なる実施形態において、少なくとも１つの光位相変調装置を使用したスキャニングＬＩＤＡＲシステムを示している。いくつかの例では、これらの異なる実施形態は、図１を参照して説明したＬＩＤＡＲ測定システム２００の一部として実施される。１つの実施形態において、主制御装置２６０は、コマンド信号１６６を光位相変調装置１６３に伝達して光位相変調装置１６３の状態を制御し、信号１６７を統合ＬＩＤＡＲ測定装置１６１に伝達して、統合ＬＩＤＡＲ測定装置１６１の照明パルス出力を光位相変調装置１６３の状態の変化と同期させる。同様に、別の実施形態では、主制御装置２６０は、コマンド信号１７５Ａ〜Ｃをそれぞれ光位相変調装置１７２Ａ〜Ｃに伝達して、光位相変調装置１７２Ａ〜Ｃの状態を制御し、信号１７６Ａ〜Ｃをそれぞれ統合ＬＩＤＡＲ測定装置１７１Ａ〜Ｃに伝達し、統合ＬＩＤＡＲ測定装置１７１Ａ〜Ｃの照明パルス出力を光位相変調装置１７２Ａ〜Ｃの状態の変化と同期させる。同様に、別の実施形態では、主制御装置２６０は、コマンド信号１８７を光位相変調装置１８２に伝達して光位相変調装置１８２の状態を制御し、信号１８８Ａ〜Ｄをそれぞれ統合ＬＩＤＡＲ測定装置１８１Ａ〜Ｄに伝達し、統合ＬＩＤＡＲ測定装置１８１Ａ〜Ｄの照明パルス出力を光位相変調装置１８２の状態の変化と同期させる。
【００７３】
ここで説明するように、ＬＩＤＡＲ測定システムには、それぞれのＬＩＤＡＲ装置から周囲環境に照明光のパルスビームを放射し、周囲環境内の物体から反射される戻り光を測定する１つ以上の統合ＬＩＤＡＲ測定装置が含まれる。さらに、ＬＩＤＡＲ測定システムには、ＬＩＤＡＲ測定システムから放射される１つ以上の照明ビームの方向を制御するための１つ以上の光位相変調装置が含まれる。
【００７４】
いくつかの実施形態では、統合ＬＩＤＡＲ測定装置及び光位相変調装置は、３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステムの、視野、サンプリング密度、又は視野とサンプリング密度の両方をさらに増加させるために、ＬＩＤＡＲ測定システムのベースフレームに対して回転する。
【００７５】
図９は、１つの例示的な動作シナリオにおける３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム１００の実施形態を示す図である。３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム１００には、下部ハウジング１０１と、赤外光（例えば、７００から１，７００ナノメートルのスペクトル範囲内の波長を有する光）に対して透明な材料から構築されたドーム型シェル要素１０３を含む上部ハウジング１０２とが含まれる。１つの例として、ドーム型シェル要素１０３は、９０５ナノメートルを中心とする波長を有する光に対して透明である。
【００７６】
図９に示されるように、複数の光ビーム１０５は、中心軸１０４から測定された角度範囲ａにわたって、ドーム型シェル要素１０３を通して３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム１００から放射される。図９に示す実施形態では、各光ビームは、互いに離間した複数の異なる位置でｘ軸及びｙ軸によって規定される平面に投影される。例えば、ビーム１０６は位置１０７でｘｙ平面に投影される。
【００７７】
図９に示す実施形態では、３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム１００は、中心軸１０４を中心として回転することによって複数の光ビーム１０５のそれぞれをスキャンするように構成される。ｘｙ平面に投影される各光ビームは、中心軸１０４とｘｙ平面の交点を中心とする円形パターンをトレースする。例えば、時間の経過とともに、ｘｙ平面に投影されたビーム１０６は、中心軸１０４を中心とする名目上の円形軌道１０８をトレースする。
【００７８】
図１０は、１つの例示的な動作シナリオにおける３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム１０の別の実施形態を示す図である。３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム１０には、下部ハウジング１１と、赤外線（例えば、７００から１，７００ナノメートルのスペクトル範囲内の波長を持つ光）を透過する材料で構成されている円筒形シェル要素１３を含む上部ハウジング１２とが含まれる。１つの例によれば、円筒シェル要素１３は、９０５ナノメートルを中心とする波長を有する光に対して透明である。
【００７９】
図１０に示されるように、複数の光ビーム１５が、角度範囲βにわたって円筒形シェル要素１３を通して３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム１０から放射される。図１０に示す実施形態において、各光線の主光線が示されている。各光線は、複数の異なる方向で周囲の環境に外向きに投影される。例えば、ビーム１６は、周囲環境中の位置１７に放射される。システム１０から放射された各光ビームはわずかに発散する。１つの例によれば、システム１０から放射された光ビームは、システム１０から１００メートルの距離において直径２０センチメートルのスポットサイズで照らす。このように、照明光の各ビームは、システム１０から放射される円錐形の照明光となる。
【００８０】
図１０に示される実施形態では、３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム１０は、中心軸１４を中心とする回転によって複数の光ビーム１５のそれぞれをスキャンするように構成される。図示目的のために、光ビーム１５は、３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム１０の非回転座標フレームに対してある角度方向で示されており、光ビーム１５'は、非回転座標フレームに対して別の角度方向で示されている。光ビーム１５が中心軸１４を中心に回転すると、周囲の環境に放射される各光ビーム（例えば、各ビームに関連付けられた円錐形の各照明光）が中心軸１４を中心にスイープされる円錐形の照明ビームに対応する多くの周囲を照らす。
【００８１】
図１１は、例示的な１つの実施形態における３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム１００の分解図を示す。３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム１００には、中心軸１０４を中心に回転する光放射／収集エンジン１１２がさらに含まれる。図１１に示す実施形態では、光放射／収集エンジン１１２の中心光軸１１７は、中心軸１０４に対して角度θで傾斜している。図１１を参照すると、３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム１００には、下側ハウジング１０１に対して固定位置に取り付けられた静止電子ボード１１０が含まれる。回転電子ボード１１１は、静止電子ボード１１０の上方に配置され、静止電子ボード１１０に対して所定の回転速度（例えば、毎分２００回転以上）で回転するように構成される。電力信号と電子信号は、１つ以上の変圧器、静電容量素子、又は光学素子を通って静止電子ボード１１０と回転電子ボード１１１との間を伝達され、これらの信号の非接触伝送が行われる。光放射／収集エンジン１１２は、回転する電子ボード１１１に対して固定的に配置され、したがって、所定の角速度ωで中心軸１０４を中心に回転する。
【００８２】
図１１に示されるように、光放射／収集エンジン１１２には、統合ＬＩＤＡＲ測定装置１１３のアレイが含まれる。１つの態様では、各統合ＬＩＤＡＲ測定装置には、光放射素子、光検出素子、及び共通基板（例えば、プリント回路基板又は他の電気回路基板）上に統合された関連する制御及び信号調整電子機器が含まれる。
【００８３】
各統合ＬＩＤＡＲ測定装置から放射された光は、放射光をコリメートして３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステムから環境に投影される照明光のビームを生成する一連の光学要素１１６を通過する。このようにして、それぞれが異なるＬＩＤＡＲ測定装置から放射される光ビーム１０５のアレイは、図９に示されるように３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム１００から放射される。一般に、３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム１００から任意の数の光線を同時に又は連続して放射するように、任意の数のＬＩＤＡＲ測定装置を配置することができる。特定のＬＩＤＡＲ測定装置による照明により環境内の物体から反射された光は、光学素子１１６によって収集される。収集された光は光学素子１１６を通過し、そこで同じ特定のＬＩＤＡＲ測定装置の検出素子に焦点が合わせられる。このようにして、異なるＬＩＤＡＲ測定装置によって生成された照明による、環境のさまざまな部分の照明に関連する収集光は、それぞれ対応するＬＩＤＡＲ測定装置の検出器に別個に焦点が合わせられる。
【００８４】
図９〜図１１を参照して説明したように、統合ＬＩＤＡＲ測定装置のアレイはＬＩＤＡＲ装置の回転フレームに取り付けられている。この回転フレームは、ＬＩＤＡＲ装置のベースフレームに対して回転する。しかし、一般に、統合ＬＩＤＡＲ測定装置のアレイは、任意の適切な方法で移動可能（例えば、ジンバル、パン／チルトなど）とすることができ、又はＬＩＤＡＲ装置のベースフレームに対して固定することもできる。
【００８５】
さらなる態様では、図９〜図１１を参照して説明したように、回転フレームに取り付けられた各統合ＬＩＤＡＲ測定装置は、又はＬＩＤＡＲシステムのベースフレームに対して移動する各統合ＬＩＤＡＲ測定装置は、ここに記載の光位相変調装置に向けて照明光のビームを放射する。照明光のビームと光位相変調装置との相互作用により、ＬＩＤＡＲシステムのベースフレームに対する統合ＬＩＤＡＲ測定装置の動きによって提供される照明ビームの通常の動きに加えて、別の方向へ周囲環境に照明ビームをスキャンする。これらの例では、光位相変調装置は、対応する各統合ＬＩＤＡＲ測定装置に対して固定位置に取り付けられている。いくつかの例では、各統合ＬＩＤＡＲ測定装置及び対応する光位相変調装置は、図９〜図１１を参照して説明したように中心軸を中心として回転する。これらの例では、照明ビーム（光学的位相変調での変化なし）の通常の経路を、図９〜図１１を参照して説明する。さらに、各照明ビームは、ここに記載された対応する各光位相変調装置によって課せられる光位相変調による変化に従って、プログラムされた方法で通常の経路から方向変更がなされる。
【００８６】
いくつかの他の実施形態では、各統合ＬＩＤＡＲ測定装置には、統合ＬＩＤＡＲ測定装置によって生成された照明ビームをスキャンさせるビーム指向要素（例えば、スキャンミラー、ＭＥＭＳミラーなど）が含まれる。
【００８７】
いくつかの他の実施形態では、２つ以上の統合ＬＩＤＡＲ測定装置はそれぞれ、周囲環境のいろいろな方向にビームを反射するスキャンミラーデバイス（例えば、ＭＥＭＳミラー）に向かって照明光のビームを放射する。
【００８８】
図１２は、別の実施形態における統合ＬＩＤＡＲ測定装置１２０を示している。統合ＬＩＤＡＲ測定装置１２０には、パルス光放射装置１２２、光検出素子１２３、共通基板１２１（例えば、電気ボード）上に統合された関連する制御信号調整電子機器、及びコネクタ１２６が含まれる。パルス放射装置１２２は照明光１２４のパルスを生成し、検出器１２３は収集された光１２５を検出する。統合ＬＩＤＡＲ測定装置１２０は、統合ＬＩＤＡＲ測定装置１２０から放射され、統合ＬＩＤＡＲ測定装置によって検出された光の飛行時間に基づいて、３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステムと周囲環境の物体との間の距離を示すデジタル信号を生成する。統合ＬＩＤＡＲ測定装置１２０は、コネクタ１２６を介して３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステムに電気的に結合されている。統合ＬＩＤＡＲ測定装置１２０は、３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステムから制御信号を受信し、測定結果を、コネクタ１２６を介して３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステムに伝達する。
【００８９】
図１３は、別の実施形態における統合ＬＩＤＡＲ測定装置１３０の概略図を示す。統合ＬＩＤＡＲ測定装置１３０には、パルス発光装置１３４、光検出素子１３８、ミラー１３５、同心焦点光学系１４９、照明ドライバ１３３、信号調整電子機器１３９、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換電子機器１４０、制御装置１３２、及び共通基板１４４上に統合されたデジタル入力／出力（I／Ｏ）電子機器１３１が含まれる。いくつかの実施形態において、これらの要素は、共通の基板（例えば、プリント回路基板）に個別に取り付けられる。いくつかの実施形態では、これらの要素のグループは一緒にパッケージ化され、統合化されたパッケージは共通の基板に取り付けられる。一般に、各要素は、個別に実装されるか、統合化されたパッケージの部分として実装されるかにかかわらず、共通基板に実装されて統合デバイスを形成する。
【００９０】
測定は、制御装置１３２によって生成されたパルス発射信号１４６で始まる。内部システムの遅延により、パルスインデックス信号は、ＴＤだけ時間遅延させたパルス発射信号１４６からシフトされた制御装置１３２によって測定される。時間遅延には、ＬＩＤＡＲシステムからの光の放射に関連する既知の遅延（例えば、信号伝達遅れと、スイッチング要素、エネルギー蓄積要素、パルス発光装置に関連する待ち時間）及び光の収集と収集した光を示す信号の生成に関連する既知の遅延（例えば、増幅器の待ち時間、アナログ―デジタル変換遅れなど）が含まれる。
【００９１】
他のいくつかの実施形態では、インデックスパルス信号は使用されない。代わりに、レーザーダイオードが光学的クロストークにより点灯すると、信号を検出器が取得する。この信号は迅速にランプし、検出器を飽和させる。いくつかの実施形態において、この信号のスタート時点は、飛行時間測定の開始時間として採用される。さらなる実施形態では、トランスインピーダンス増幅器１３８の差動出力信号も一緒に加算される。この結果生じる信号には、レーザー放電による非コモンモードノイズが含まれる。
【００９２】
戻り信号１４７は、特定の場所が照らされることに応答して、ＬＩＤＡＲシステムによって検出される。測定窓（即ち、収集された戻り信号データが特定の測定パルスに関連付けられる期間）は、検出器１３８からのデータ取得を有効にすることによって開始される。制御装置１３２は、一連の測定パルスの放射に応答して戻り信号が予想される時間窓に対応するように測定窓のタイミングを制御する。いくつかの例では、測定窓は、一連の測定パルスが放射された時点で有効になり、ＬＩＤＡＲシステムの範囲の実質的に２倍の距離の光の飛行時間に対応する時点で無効になる。このように、測定窓は、ＬＩＤＡＲシステムに隣接するオブジェクト（つまり、無視できる飛行時間）からＬＩＤＡＲシステムの最大範囲までにあるオブジェクトからの戻り光を収集するために開いている。このようにして、有用な戻り信号とはならない可能性のある他のすべての光が排除される。
【００９３】
１つの例では、戻り信号１４７には、放射された測定パルスに対応する２つの戻り測定パルスが含まれる。一般に、信号検出は、検出されたすべての測定パルスについて実行される。さらに信号分析を実行して、最も近い信号（つまり、戻り測定パルスの最初のインスタンス）、最も強い信号、及び最も遠い信号（つまり、測定窓内の戻り測定パルスの最後のインスタンス）を特定することができる。これらのインスタンスはいずれも、ＬＩＤＡＲシステムによって潜在的に有効な距離測定として報告することができる。例えば、飛行時間ＴＯＦ１は、放射された測定パルスに対応する最も近い（すなわち、最も早い）戻り測定パルスから計算することができる。
【００９４】
いくつかの実施形態では、信号分析は、制御装置１３２によってすべて実行される。これらの実施形態では、統合ＬＩＤＡＲ測定装置１３０から伝達される信号１４３には、制御装置１３２によって決定された距離の表示が含まれる。いくつかの実施形態では、信号１４３には、Ａ／Ｄ変換器１４０によって生成されたデジタル信号１４８が含まれる。これらの生の測定信号は、３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステムのボード上又は３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステムの外部にある１つ以上のプロセッサによってさらに処理され、距離の測定値となる。いくつかの実施形態では、制御装置１３２は、信号１４８対して予備的な信号処理ステップを実行し、信号１４３には、３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステムのボード上又は３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステムの外部にある１つ以上のプロセッサによってさらに処理され、距離の測定値となった処理済みデータが含まれる。
【００９５】
いくつかの実施形態では、３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステムには、図９〜図１１に示されるＬＩＤＡＲシステムのような複数の統合ＬＩＤＡＲ測定装置が含まれる。いくつかの実施形態では、各統合ＬＩＤＡＲ測定装置の発射の間に遅延時間が設定される。信号１４２には、統合ＬＩＤＡＲ測定装置１３０の発射に関する遅延時間の表示が含まれる。いくつかの例では、遅延時間は、ＬＩＤＡＲ装置の最大範囲にあるオブジェクトとの間を往復する一連の測定パルスの飛行時間よりも長くなる。この方法では、統合ＬＩＤＡＲ測定装置の間でクロストークは生じない。他のいくつかの例では、別の統合ＬＩＤＡＲ測定装置から放射された測定パルスがＬＩＤＡＲ装置に戻るより前に、１つの統合ＬＩＤＡＲから測定パルスが放射される。これらの実施形態では、クロストークを回避するために、各ビームによって調査する周囲環境の領域が十分に空間的に分離されていることを確実にするように注意が払われる。
【００９６】
照明ドライバ１３３は、パルス発射信号１４６に応答してパルス電流信号１４５を生成する。パルス発光装置１３４は、パルス電流信号１４５に応答してパルス光放射１３６を生成する。照明光１３６は、ＬＩＤＡＲシステムの１つ以上の光学要素（図示せず）により、周囲環境の特定の場所に焦点が合わせられる。
【００９７】
いくつかの実施形態では、パルス発光装置はレーザーベースである（例えば、レーザーダイオード）。いくつかの実施形態では、パルス照明源は、１つ以上の発光ダイオードに基づいている。一般に、任意の適切なパルス照明源を考えることができる。
【００９８】
いくつかの実施形態では、デジタルＩ／Ｏ１３１、タイミングロジック１３２、Ａ／Ｄ変換電子機器１４０、及び信号調整電子機器１３９は、単一のシリコンベースのマイクロエレクトロニクスチップに統合される。別の実施形態では、同じくこれらの要素は、照明ドライバも含む単一の窒化ガリウム又はシリコンベースの回路に統合される。いくつかの実施形態では、Ａ／Ｄ変換電子機器及び制御装置１３２は、組み合わされて時間・デジタル変換器となる。
【００９９】
周囲環境から反射された戻り光１３７は、光検出器１３８によって検出される。いくつかの実施形態では、光検出器１３８はアバランシェフォトダイオードである。光検出器１３８は、信号調整電子機器１３９によって増幅されることになる出力信号１４７を生成する。いくつかの実施形態では、信号調整電子機器１３９には、アナログトランスインピーダンス増幅器が含まれる。しかしながら、一般に、出力信号１４７の増幅には、複数の増幅段を含めることができる。この意味で、本特許文書の範囲内で他の多くのアナログ信号増幅方式を考えることができるため、アナログトランスインピーダンス増幅器は非限定的な例として提示している。
【０１００】
増幅された信号は、Ａ／Ｄ変換器１４０に伝達される。デジタル信号は、制御装置１３２に伝達される。制御装置１３２は、パルス発射信号１４６と協同して、ＡＤＣ１４０によるデータ取得のタイミングを制御するために使用する有効化／無効化信号を生成する。
【０１０１】
図１３に示すように、統合ＬＩＤＡＲ測定装置１３０から放射される照明光１３６と統合ＬＩＤＡＲ測定装置に向けられた戻り光１３７は、統合ＬＩＤＡＲ測定装置１３０から周囲環境に出る前では、統合ＬＩＤＡＲ測定装置１３０上の共通光路を共有する。図１３に示す実施形態では、戻り光１３７は、同心の集束光学系１４９によって集束され、ミラー１３５から検出器１３８の活性領域に向かって反射する。１つの態様では、ミラー１３５には、パルス発光装置１３４から放射された光が通過するスロットが含まれる。照明光１３６は、パルス発光装置１３４から放射され、ミラー１３５のスロットを通過し、同心集束光学系１４９によってコリメートされ、統合ＬＩＤＡＲ測定装置を出る。このようにして、戻り光１３７の受け入れ円錐への照明光１３６の注入により、統合ＬＩＤＡＲ測定装置１３０から放射された照明光１３６と、統合ＬＩＤＡＲ測定装置に向けられた対応する戻り測定光１３７は、統合ＬＩＤＡＲ測定装置１３０を出て周囲環境に入る前に、統合ＬＩＤＡＲ測定装置１３０上の共通光路を共有する。
【０１０２】
いくつかの他の実施形態では、戻り光は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）によって照明光から分離される。非偏光ビームスプリッターを使用することもできるが、これは一般にさらなる光損失をもたらす。この実施形態では、パルス発光装置から放射された光は、照明光がＰＢＳを通過するように偏光されている。ただし、戻り光には、通常、混じり合った偏光が含まれる。したがって、ＰＢＳにより、戻り光の一部が検出器に向けられ、戻り光の他の一部がパルス光放射装置に向けられる。いくつかの実施形態では、ＰＢＳの後に１／４波長板を含めることが望ましい。これは、環境との相互作用によって戻り光の偏光が大きく変化しない場合に有利である。１／４波長板がなければ、戻り光の大部分がＰＢＳを通過してパルス発光装置に向けられ、望ましくない結果となる。ただし、１／４波長板により、戻り光の大部分がＰＢＳを通過して検出器に向けられる。
【０１０３】
しかし、一般に、戻り光の偏光が完全に混じり合い、単一のＰＢＳが使用される場合、１／４波長板が使用されているかどうかに関係なく、戻り光の半分は検出器に向けられ、残りの半分はパルス光放射装置に向けられる。偏光ビームスプリッターに関連する戻り光の損失を回避するために、図１３を参照して説明したスロット付きミラー１３５を使用する。
【０１０４】
主制御装置２９０又は任意の外部計算システムには、パーソナルコンピュータシステム、メインフレームコンピュータシステム、ワークステーション、画像コンピュータ、並列プロセッサ、又は当該技術分野で知られている他のデバイスを含むことができるが、これらに限定されない。一般に、「計算システム」という語は、記憶媒体からの命令を実行する１つ以上のプロセッサを備えた任意の装置を包含するよう広く定義することができる。
【０１０５】
ここに記載されたような方法を実装するプログラム命令２９２は、電線、ケーブル、又は無線伝送リンクなどの伝送媒体を介して伝送することができる。例えば、図１に示すように、メモリ２９１に格納されたプログラム命令２９２は、バス２９４を介してプロセッサ２９５に伝送される。プログラム命令２９２は、コンピュータ読み取り可能媒体（例えば、メモリ２９１）に格納される。例示的なコンピュータ読み取り可能媒体には、読み取り専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、磁気ディスク又は光学ディスク、又は磁気テープが含まれる。
【０１０６】
計算システム３００には、パーソナルコンピュータシステム、メインフレームコンピュータシステム、ワークステーション、画像コンピュータ、並列プロセッサ、又は当該技術分野で知られている他のデバイスを含めることができるが、これらに限定されない。一般に、用語「計算システム」は、記憶媒体からの命令を実行する１つ以上のプロセッサを備えた任意の装置を包含するよう広く定義することができる。
【０１０７】
ここに記載されたような方法を実装するプログラム命令３０４は、電線、ケーブル、又は無線伝送リンクなどの伝送媒体を介して伝送することができる。例えば、図９〜図１１１に示すように、メモリ３０２に格納されたプログラム命令３０４は、バス３０３を介してプロセッサ３０１に伝送される。プログラム命令３０４は、コンピュータ読み取り可能媒体（例えば、メモリ３０２）に格納される。例示的なコンピュータ読み取り可能媒体には、読み取り専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、磁気ディスク又は光学ディスク、又は磁気テープが含まれる。
【０１０８】
図１４は、ここに記載のＬＩＤＡＲシステムによる実施に適した方法４００のフローチャートを示している。いくつかの実施形態では、ＬＩＤＡＲシステム１０、１００、１６０、１７０、１８０、及び２００は、図１４に示した方法４００に従って動作可能である。しかしながら、一般に、方法４００の実行は、本明細書で説明されるＬＩＤＡＲシステム１０、１００、１６０、１７０、１８０、及び２００の実施形態に限定されない。これらの例示及び対応する説明は、他の多くの実施形態及び動作例が可能であるため、例として提示するものである。
【０１０９】
ブロック４０１において、照明光の第１の測定パルスは、プリント回路基板に取り付けられた照明源によって生成される。
【０１１０】
ブロック４０２において、光の戻りパルスは、プリント回路基板に取り付けられた検出器によって検出される。戻りパルスは、対応する測定パルスによって照らされた周囲環境内から反射された第１の測定パルスである。
【０１１１】
ブロック４０３において、照明光の第１の測定パルスの位相は、照明源と測定中の周囲環境との間の光路に配置された第１の光位相変調装置によって変調される。位相の変調により、照明光の第１の測定パルスが所望の方向に向け直される。
【０１１２】
ブロック４０４では、検出された光を示すデジタル信号を受信する。
【０１１３】
ブロック４０５において、照明源から三次元環境における測定位置へ行き、そして検出器に戻る第１の測定パルスの飛行時間を、デジタル信号に基づいて決定する。
【０１１４】
１つ以上の例示的な実施形態では、説明した機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はそれらの任意の組み合わせで実施することができる。ソフトウェアで実施される場合、機能は、コンピュータ読み取り可能媒体上の１つ以上の命令又はコードとして格納又は送信することができる。コンピュータで読み取り可能媒体には、コンピュータの記憶媒体と、ある場所から他の場所へのコンピュータプログラムの転送を容易にする任意の媒体を含む通信媒体の両方が含まれる。記憶媒体は、汎用コンピュータ又は専用コンピュータがアクセスできる利用可能な任意の媒体とすることができる。限定するためではなく例示として、そのようなコンピュータ読み取り可能媒体には、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ-ＲＯＭ又は他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置又は他の磁気記憶装置、又は、所望のプログラムコードを命令又はデータ構造の形式で持ち運び又は格納のために使用することができ、汎用コンピュータ又は専用コンピュータ、又は汎用プロセッサ又は専用プロセッサからアクセスすることができる他の媒体を含むことができる。また、すべての接続は、コンピュータ読み取り可能媒体と適切に称される。例えば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、デジタル加入者線（ＤＳＬ）、又は赤外線、ラジオ波、マイクロ波のような無線技術を使用して、Ｗｅｂサイト、サーバ、又はその他のリモートソースから送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ、又は赤外線、ラジオ波、マイクロ波のような無線技術が媒体の定義に含まれる。ここで使用されるディスク及び磁気ディスクには、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザーディスク、光ディスク、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、フロッピーデイスクが含まれ、ここで、通常、磁気ディスクは磁気的にデータを再生するものであり、ディスクはレーザーで光学的にデータを再生するものである。これらの組み合わせもコンピュータ読み取り可能媒体の範囲内に含まれる。
【０１１５】
特定の実施形態を説明目的のために上述の通りで説明したが、この特許文書の教示は一般的な利用可能性を示し、上記の特定の実施形態に限定することを意味しない。したがって、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく、説明した実施形態の様々な特徴の様々な修正、改変、及び組み合わせを実施することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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