(57)【要約】  複数の走査方向に従って領域を光学的に走査する方法であって、複数の走査方向に対して走査順序を規定するインターリーブ・シーケンスを受信するステップと、インターリーブ・シーケンスに従って光パルスを順次伝播するステップと、領域内に存在する少なくとも１つの物体上での伝播された光パルスの反射に相当するパルスエコーを検出するステップと、検出されたパルスエコーを出力するステップとを含む方法が提供される。光エコーの時間的ずれを補正するコンピュータにより実行される方法がさらに記載される。
2020536245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の走査方向に従って領域を光学的に走査する方法であって、
前記複数の走査方向に対して走査順序を規定するインターリーブ・シーケンスを受信するステップと、
前記インターリーブ・シーケンスに従って光パルスを順次伝播するステップと、
前記領域内に存在する少なくとも１つの物体上での前記伝播された光パルスの反射に相当するパルスエコーを検出するステップと、
前記検出されたパルスエコーを出力するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記インターリーブ・シーケンスを前記受信するステップが、
前記複数の走査方向を受信することと、
前記インターリーブ・シーケンスを生成することと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の走査方向を前記受信するステップが、
全走査範囲を受信することと、
走査方向数のうちの１つおよび走査方向毎の視野を受信することと、
前記走査方向を決定することと、
を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記インターリーブ・シーケンスを前記生成するステップが、
前記複数の走査方向を複数の方向サブアセンブリに分割することと、
前記方向サブアセンブリを使用して前記インターリーブ・シーケンスを生成することと、
を含む、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記インターリーブ・シーケンスに従って光パルスを前記順次伝播するステップと、
前記領域内に存在する少なくとも１つの物体上での前記伝播した光パルスの反射に相当するパルスエコーを前記検出するステップと、
前記検出されたパルスエコーを前記出力するステップと、
を反復することをさらに含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
複数の走査方向に従って領域を光学的に走査するシステムであって、
前記複数の走査方向に対して走査順序を規定するインターリーブ・シーケンスを受信するコントローラと、
前記インターリーブ・シーケンスに従って光パルスを順次伝播するパルス光光源と、
前記領域内に存在する少なくとも１つの物体上での前記伝播された光パルスの反射に相当するパルスエコーを検出し、前記検出されたパルスエコーを出力する光検知器と、
を含む、システム。
【請求項７】
前記コントローラが、
前記複数の走査方向を受信し、
前記インターリーブ・シーケンスを生成する、
ように構成されている、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記コントローラが、
全走査範囲を受信し、
いくつかの走査方向のうちの１つおよび走査方向毎の視野を受信し、
前記走査方向を決定する、
ように構成されている、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記コントローラが、
前記複数の走査方向を複数の方向サブアセンブリに分割し、
前記方向サブアセンブリを使用して前記インターリーブ・シーケンスを生成する、
ように構成されている、請求項７または８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記インターリーブ・シーケンスに従って光パルスを前記順次伝播することと、
前記領域内に存在する少なくとも１つの物体上での前記伝播した光パルスの反射に相当するパルスエコーを前記検出することと、
前記検出されたパルスエコーを前記出力することと、
を反復するようにさらに構成されている、請求項６から９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
物体を含む領域を光学的に走査する方法であって、
第１の光パルスを第１の射出時点で射出して前記領域を検査するステップと、
前記物体上での前記第１の光パルスの反射に関連し、前記第１の時点から開始する時間関数としての第１の検出光の強度に相当する第１のエコーを検出するステップと、
前記第１の時点と異なる第２の時点で第２の光パルスを射出するステップと、
前記物体上での前記第２の光パルスの反射に関連し、前記第２の時点から開始する時間関数としての第２の検出光の強度に相当する第２のエコーを検出するステップと、
変位速度を受信するステップと、
前記変位速度と、前記第１および第２の時点と、光の速度とを使用して、補正時間を決定するステップと、
前記補正時間を使用して前記第２のエコーを補正することによって、補正エコーを取得するステップと、
前記補正エコーを出力するステップと、
を含む、方法。
【請求項１２】
前記変位速度を前記受信するステップが、前記変位速度を測定することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記変位速度を前記受信するステップが、パルス光光源および光検知器を搭載した車両の速度を受信することを含み、前記パルス光光源は前記第１および第２の光パルスを射出し、前記光検知器は前記第１および第２のエコーを検出する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記車両の速度を前記受信するステップが、前記車両の速度を測定することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２のエコーを前記補正するステップが、時間関数として、前記補正時間に相当する量だけ、前記第２の検出光の強度を一時的に変換することを含む、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
物体を含む領域を光学的に走査するシステムにおいて、
第１の光パルスを第１の射出時点で射出して前記領域を検査し、前記第１の時点と異なる第２の時点で第２の光パルスを射出するパルス光光源と、
前記物体上での前記第１の光パルスの反射に関連し、前記第１の時点から開始する時間関数として第１の検出光の強度に相当する第１のエコー、および、前記物体上での前記第２の光パルスの反射に関連し、前記第２の時点から開始する時間関数として第２の検出光の強度に相当する第２のエコーを検出する光検知器と、
補正部であって、
変位速度を受信し、
前記変位速度と、前記第１および第２の時点と、光の速度とを使用して、補正時間を決定し、
前記補正時間を使用して前記第２のエコーを補正することによって、補正エコーを取得し、
前記補正エコーを出力する
補正部と、
を備える、システム。
【請求項１７】
前記変位速度を測定する装置をさらに備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記補正部が、前記パルス光光源および前記光検知器が搭載された車両の速度を受信するように構成されている、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記変位速度を測定する装置をさらに備える、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記補正部が、時間関数として、前記補正時間に相当する量だけ、前記第２の検出光の強度を一時的に変換するように構成されている、請求項１６から１９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２１】
光エコーの時間的ずれを補正するコンピュータにより実行される方法において、
物体上での第１の光パルスの反射に関連する第１のエコーを受信するステップであって、前記第１の光パルスは関心領域を検査する第１の射出時点で射出され、前記第１のエコーは前記第１の時点から開始する時間関数として第１の検出光の強度に相当する、第１のエコーを受信するステップと、
前記物体上での第２の光パルスの反射に関連する第２のエコーを受信するステップであって、前記第２の光パルスは、前記第１の時点と異なる第２の時点で射出され、前記第２のエコーは前記第２の時点から開始する時間関数として第２の検出光の強度に相当する、第２のエコーを受信するステップと、
変位速度を受信するステップと、
前記変位速度と、前記第１および第２の時点と、光の速度とを使用して、補正時間を決定するステップと、
前記補正時間を使用して前記第２のエコーを補正することによって、補正エコーを取得するステップと、
前記補正エコーを出力するステップと、
を含む、方法。
【請求項２２】
前記変位速度を前記受信するステップが、前記変位速度を測定することを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記変位速度を前記受信するステップが、射出に使用されるパルス光光源および光検知器を搭載した車両の速度を受信することを含み、前記パルス光光源は前記第１および第２の光パルスを射出し、前記光検知器は前記第１および第２のエコーを検出する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記車両の速度を前記受信するステップが、前記車両の速度を測定することを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記第２のエコーを前記補正するステップが、時間関数として、前記補正時間に相当する量だけ、前記第２の検出光の強度を一時的に変換することを含む、請求項２１から２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
光エコーの時間的ずれを補正するシステムにおいて、
物体上での第１の光パルスの反射に関連する第１のエコーを受信することであって、前記第１の光パルスは関心領域を検査する第１の射出時点で射出され、前記第１のエコーは前記第１の時点から開始する時間関数として第１の検出光の強度に相当する、第１のエコーを受信することと、
前記物体上での第２の光パルスの反射に関連する第２のエコーを受信することであって、前記第２の光パルスは、前記第１の時点と異なる第２の時点で射出され、前記第２のエコーは前記第２の時点から開始する時間関数として第２の検出光の強度に相当する、第２のエコーを受信することと、
変位速度を受信することと、
前記変位速度と、前記第１および第２の時点と、光の速度とを使用して、補正時間を決定することと、
を行うように構成されている補正決定モジュールと、
前記補正時間を使用して前記第２のエコーを補正することによって、補正エコーを取得することと、
前記補正エコーを出力することと、を行うように構成されている補正適用モジュールと、
を備える、システム。
【請求項２７】
前記変位速度を測定する装置をさらに備える、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記補正決定モジュールが、パルス光光源および光検知器を搭載した車両の速度を受信するように構成されており、前記パルス光光源は前記第１および第２の光パルスを射出し、前記光検知器は前記第１および第２のエコーを検出する、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２９】
前記変位速度を測定する装置をさらに備える、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記補正適用モジュールが、時間関数として、前記補正時間に相当する量だけ、前記第２の検出光の強度を一時的に変換するように構成されている、請求項２６から２９のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は、光学式距離計器に関し、より詳細には、全波形マルチパルスシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
背景技術
自動運転は、あらゆる照明条件下および環境条件下で車両が車両自体の環境を認識する必要がある。現在のところ、カメラ、レーダー、および超音波センサを使用しているが、より強力な解決策が求められている。
【０００３】
可能性のある解決策として、ライダーが台頭してきている。機械式スキャナが概念的実施形態を裏付ける証拠として使用されているが、性能、信頼性、および費用に関して当業界の要件を満たしていないという根強い共通認識がある。三次元（３Ｄ）フラッシュライダーも市販されているが、供給される範囲が限定されており、非常に高額である。
【０００４】
したがって、改良された距離計が必要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
概要
第１の広義の態様によると、複数の走査方向に従って領域を光学的に走査する方法であって、上記複数の走査方向に対して走査順序を規定するインターリーブ・シーケンスを受信するステップと、上記インターリーブ・シーケンスに従って光パルスを順次伝播するステップと、上記領域内に存在する少なくとも１つの物体上での上記伝播された光パルスの反射に相当するパルスエコーを検出するステップと、上記検出されたパルスエコーを出力するステップと、を含む方法を提供する。
【０００６】
一実施形態では、上記インターリーブ・シーケンスを受信する上記ステップが、上記複数の走査方向を受信することと、上記インターリーブ・シーケンスを生成することとを含む。
【０００７】
一実施形態では、上記複数の走査方向を受信する上記ステップが、全走査範囲を受信することと、いくつかの走査方向のうちの１つおよび走査方向毎の視野を受信することと、上記走査方向を決定することとを含む。
【０００８】
一実施形態では、上記インターリーブ・シーケンスを生成する上記ステップが、上記複数の走査方向を複数の方向サブアセンブリに分割することと、上記方向サブアセンブリを使用して上記インターリーブ・シーケンスを生成することとを含む。
【０００９】
一実施形態では、上記方法が、上記インターリーブ・シーケンスに従って光パルスを順次伝播する上記ステップと、上記領域内に存在する少なくとも１つの物体上での上記伝播した光パルスの反射に相当するパルスエコーを検出する上記ステップと、上記検出されたパルスエコーを出力する上記ステップと、を反復することをさらに含む。
【００１０】
第２の広義の態様によると、複数の走査方向に従ってある領域を光学的に走査するシステムであって、上記複数の走査方向に対して走査順序すなわち走査シーケンスを規定するインターリーブ・シーケンスを受信するコントローラと、上記インターリーブ・シーケンスに従って光パルスを順次伝播するパルス光光源と、上記領域内に存在する少なくとも１つの物体上での上記伝播された光パルスの反射に相当するパルスエコーを検出し、上記検出されたパルスエコーを出力する光検知器と、を含むシステムを提供する。
【００１１】
一実施形態では、上記コントローラが、上記複数の走査方向を受信し、上記インターリーブ・シーケンスを生成するように構成されている。
【００１２】
一実施形態では、上記コントローラが、全走査範囲を受信し、いくつかの走査方向のうちの１つおよび走査方向毎の視野を受信し、上記走査方向を決定するように構成されている。
【００１３】
一実施形態では、上記コントローラが、上記複数の走査方向を複数の方向サブアセンブリに分割し、上記方向サブアセンブリを使用して上記インターリーブ・シーケンスを生成するように構成されている。
【００１４】
一実施形態では、上記システムが、上記インターリーブ・シーケンスに従って光パルスを前記順次伝播することと、上記領域内に存在する少なくとも１つの物体上での上記伝播した光パルスの反射に相当するパルスエコーを前記検出することと、上記検出されたパルスエコーを前記出力することと、を反復するようにさらに構成されている。
【００１５】
第３の広義の態様によると、物体を含む領域を光学的に走査する方法であって、第１の光パルスを第１の射出時点で射出して上記領域を検査するステップと、上記物体上での上記第１の光パルスの反射に関連し、上記第１の時点から開始する時間関数としての第１の検出光の強度に相当する第１のエコーを検出するステップと、上記第１の時点と異なる第２の時点で第２の光パルスを射出するステップと、上記物体上での上記第２の光パルスの反射に関連し、上記第２の時点から開始する時間関数としての第２の検出光の強度に相当する第２のエコーを検出するステップと、変位速度を受信するステップと、上記変位速度と、上記第１および第２の時点と、光の速度とを使用して、補正時間を決定するステップと、上記補正時間を使用して上記第２のエコーを補正することによって、補正エコーを取得するステップと、上記補正エコーを出力するステップと、を含む方法を提供する。
【００１６】
一実施形態では、上記変位速度を受信する上記ステップが、パルス光光源および光検知器を搭載した車両の速度を受信することを含み、上記パルス光光源は上記第１および第２の光パルスを射出し、上記光検知器は上記第１および第２のエコーを検出する。
【００１７】
一実施形態では、上記車両の速度を受信する上記ステップが、上記車両の速度を測定することを含む。
【００１８】
一実施形態では、上記第２のエコーを補正する上記ステップが、時間関数として、上記補正時間に相当する量だけ、上記第２の検出光の強度を一時的に変換することを含む。
【００１９】
別の広義の態様によると、物体を含む領域を光学的に走査するシステムにおいて、第１の光パルスを第１の射出時点で射出して上記領域を検査し、上記第１の時点と異なる第２の時点で第２の光パルスを射出するパルス光光源と、上記物体上での上記第１の光パルスの反射に関連し、上記第１の時点から開始する時間関数として第１の検出光の強度に相当する第１のエコー、および上記物体上での上記第２の光パルスの反射に関連し、上記第２の時点から開始する時間関数として第２の検出光の強度に相当する第２のエコーを検出する光検知器と、補正部であって、変位速度を受信し、上記変位速度と、上記第１および第２の時点と、光の速度とを使用して、補正時間を決定し、上記補正時間を使用して上記第２のエコーを補正することによって、補正エコーを取得し、上記補正エコーを出力する補正部と、を備えるシステムを提供する。
【００２０】
一実施形態では、上記補正部が、上記パルス光光源および上記光検知器が搭載された車両の速度を受信するように構成されている。
【００２１】
一実施形態では、上記システムが、上記変位速度を測定する装置をさらに備える。
一実施形態では、上記補正部が、時間関数として、上記補正時間に相当する量だけ、上記第２の検出光の強度を一時的に変換するように構成されている。
【００２２】
さらなる広義の態様によると、光エコーの時間的ずれを補正するコンピュータ実装方法において、物体上での第１の光パルスの反射に関連する第１のエコーを受信するステップであって、上記第１の光パルスは関心領域を検査する第１の射出時点で射出され、上記第１のエコーは上記第１の時点から開始する時間関数として第１の検出光の強度に相当する、第１のエコーを受信するステップと、上記物体上での第２の光パルスの反射に関連する第２のエコーを受信するステップであって、上記第２の光パルスは、上記第１の時点と異なる第２の時点で射出され、上記第２のエコーは上記第２の時点から開始する時間関数として第２の検出光の強度に相当する、第２のエコーを受信するステップと、変位速度を受信するステップと、上記変位速度と、上記第１および第２の時点と、光の速度とを使用して、補正時間を決定するステップと、上記補正時間を使用して上記第２のエコーを補正することによって、補正エコーを取得するステップと、上記補正エコーを出力するステップと、を含むコンピュータにより実行される方法を提供する。
【００２３】
一実施形態では、上記変位速度を受信する上記ステップが、射出に使用されるパルス光光源および光検知器を搭載した車両の速度を受信することを含み、上記パルス光光源は上記第１および第２の光パルスを射出し、上記光検知器は上記第１および第２のエコーを検出する。
【００２４】
一実施形態では、上記車両の速度を受信する上記ステップが、上記車両の速度を測定することを含む。
【００２５】
一実施形態では、前記第２のエコーを補正するステップが、時間関数として、上記補正時間に相当する量だけ、上記第２の検出光の強度を一時的に変換することを含む。
【００２６】
さらに別の広義の態様によると、光エコーの時間的ずれを補正するシステムにおいて、物体上での第１の光パルスの反射に関連する第１のエコーを受信することであって、上記第１の光パルスは関心領域を検査する第１の射出時点で射出され、上記第１のエコーは上記第１の時点から開始する時間関数として第１の検出光の強度に相当する、第１のエコーを受信することと、上記物体上での第２の光パルスの反射に関連する第２のエコーを受信することであって、上記第２の光パルスは、上記第１の時点と異なる第２の時点で射出され、上記第２のエコーは上記第２の時点から開始する時間関数として第２の検出光の強度に相当する、第２のエコーを受信することと、変位速度を受信することと、上記変位速度と、上記第１および第２の時点と、光の速度とを使用して、補正時間を決定することと、を行うように構成されている補正決定モジュールと、上記補正時間を使用して上記第２のエコーを補正することによって、補正エコーを取得することと、上記補正エコーを出力することと、を行うように構成されている補正適用モジュールと、を備えるシステムを提供する。
【００２７】
一実施形態では、上記補正決定モジュールが、パルス光光源および光検知器を搭載した車両の速度を受信するように構成されており、上記パルス光光源は上記第１および第２の光パルスを射出し、上記光検知器は上記第１および第２のエコーを検出する。
【００２８】
一実施形態では、上記システムが、上記変位速度を測定する装置をさらに備える。
一実施形態では、上記補正適用モジュールが、時間関数として、上記補正時間に相当する量だけ、上記第２の検出光の強度を一時的に変換するように構成されている。
【００２９】
図面の簡単な説明
本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図面と併せて取り上げる以下の詳細な説明により明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来技術による、光学式距離計器の全般的レイアウトおよび一部を形成する主要な構成要素の概略図である。
【図２】一実施形態による、ライダーが射出する光パルスと、２つの検出ピークを備えた帰還信号波形のタイミングを示す図である。
【図３】一実施形態による、ある交差点で停止した車両が三次元センサを装備している場面を示す図である。
【図４Ａ】従来技術による、最適な条件下での飛行時間センサの操作を示す図である。
【図４Ｂ】従来技術による、実際の条件下での図４Ａの飛行時間センサの操作を示す図である。
【図５Ａ】従来技術による、エコートレースを示す図である。
【図５Ｂ】従来技術による、平均エコートレースを示す図である。
【図５Ｃ】従来技術による、平均エコートレースを示す図である。
【図６】従来技術による、三次元センサによって見えるものを表すのに使用されるグレースケールコーディングを用いた深度マップを示す。
【図７】一実施形態による、ソリッドステート走査式ライダーシステムの主要な構成要素のブロック図である。
【図８】一実施形態による、距離計を物理的に示す図である。
【図９】一実施形態による、検出点のマトリックスを示す図である。
【図１０】一実施形態による、距離計を物理的に示す図である。
【図１１】一実施形態による、距離計を物理的に示す図である。
【図１２】一実施形態による、距離計を物理的に示す図である。
【図１３】一実施形態による、距離計を物理的に示す図である。
【図１４】一実施形態による、検知器アレイによって縦信号を複数の個々の測定値に分割して三次元マトリックスを構築することを示す図である。
【図１５】一実施形態による、マイクロミラーの回転周期を示す図である。
【図１６】一実施形態による、インターリーブ係数８を用いた走査方向のインターリーブ・シーケンスの生成を示す図である。
【図１７】一実施形態による、インターリーブ係数８を用いた走査方向のインターリーブ・シーケンスの生成を示す図である。
【図１８】一実施形態による、走査方向のインターリーブ・シーケンスが複数のサブシーケンスに分割される、走査方向毎の複数の射出光パルスのための方法を示すフローチャートである。
【図１９】一実施形態による、２つの同期信号によるマイクロミラーの回転周期を示す図である。
【図２０Ａ】従来技術による、アナモフィックレンズの斜視図である。
【図２０Ｂ】図１０Ａのアナモフィックレンズの側面図である。
【図２０Ｃ】図１０Ａのアナモフィックレンズの前面図である。
【図２１】従来技術による、移動中の車両と物体との距離を示す図である。
【図２２Ａ】一実施形態による、図２１の車両の変位がエコーの検出タイミングに及ぼす影響を示す図である。
【図２２Ｂ】一実施形態による、図２１の車両の変位がエコーの検出タイミングに及ぼす影響を示す図である。
【図２２Ｃ】一実施形態による、図２１の車両の変位がエコーの検出タイミングに及ぼす影響を示す図である。
【図２３Ａ】一実施形態による、車両の変位が相殺されたときのエコーの検出タイミングを示す図である。
【図２３Ｂ】一実施形態による、車両の変位が相殺されたときのエコーの検出タイミングを示す図である。
【図２３Ｃ】一実施形態による、車両の変位が相殺されたときのエコーの検出タイミングを示す図である。
【図２４】一実施形態による、走査方向のインターリーブ・シーケンスに従って、ある領域を走査する方法のフローチャートである。
【図２５】一実施形態による、走査方向のインターリーブ・シーケンスを作成する方法のフローチャートである。
【図２６】一実施形態による、パルス光光源の複数の視野を示す図である。
【図２７】一実施形態による、車両の変位を相殺する方法のフローチャートである。
【図２８】一実施形態による、図２５の方法のステップのうちの少なくともいくつかを実行するように適合された処理モジュールのブロック図である。
【図２９】一実施形態による、図２７の方法のステップのうちのいくつかを実行するように適合された処理モジュールのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
添付の図面全体を通じて、同様の特徴は同様の参照符号によって識別されることに留意されたい。
【００３２】
詳細な説明
光学式距離計の構成の概要
図１の概略図を参照すると、従来技術による光学式距離計１０の全般的レイアウトや主要な構成要素／サブシステムをより理解できる。光学式距離計１０は、パルス飛行時間（ＴＯＦ）原理に従って動作し、所定の時間特徴および空間特徴を有する光パルスの列を発する発光器２０を含む。光学式距離計１０はまた、光帰還信号を検知し、ついでこれらの信号を電気波形に変換する受光器４０を含む。受光器４０の検知チャネルは、ノイズとは区別される少なくとも１つのピークを含み得る帰還信号波形を出力する。帰還信号波形は、発光器２０による各光パルスの射出後に得られるが、所与の瞬間にこの波形が有用な情報を担持していない場合も起こり得る。一方、帰還信号波形に存在する各ピークは、検知チャネルの視野（ＦＯＶ）内に現在位置する物体のシグネチャである。図２は、ライダー射出光パルス９０のタイミングと、２つの検出ピーク、すなわち短距離物体９４および長距離物体９６を有する帰還信号波形９２のタイミングを示す図である。マルチチャネルがある場合、いくつかの連続的なチャネルは、たとえば巨大な物体（例：壁）の距離が測定されたかまたは物体が測定器の近づいた場合に、全く同じシグネチャ（パルスエコーとも称する）を含む波形を生成することができる。
【００３３】
パルスＴＯＦ原理によると、帰還信号波形におけるシグネチャの正確な位置（タイミング）は物体までの距離を表し、一方、その相対振幅は発光器２０の射出波長での物体の距離と光反射率との両方に依存する。図１はまた、受光器４０の出力が、（アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）８０によりデジタル形式に変換された後の）帰還信号波形のさらなる処理と、出力データのデータインターフェース７０への送信とを実行する制御処理装置（ＣＰＵ）６０に接続されていることを示している。
【００３４】
ＣＰＵ６０は、光パルスによる視野の照射中および照射後におけるエコーバック信号の完全な波形トレースを保存する。５０ｎｓ未満のパルス幅および低デューティサイクルで、検知器から数メートル離れた物体での反射の完全な波形トレースを捕捉することができるように、トレースの取得が行われる時間は、このパルス幅より長い。したがって、上記の取得により、パルスの射出が始まった瞬間から、このパルスの射出が終了した後まで継続し次の短い光パルスの射出の前に終了する時間までにわたり、個々の完全な時間波形トレースを捕捉し保存することが可能になる。さらに、トレースと発せられた波形との比較を可能にするために、複数のサンプリング点を取得しなければならない。ＣＰＵ６０は、各光パルスを発するための発光器２０へ転送されるパルストリガ信号の生成など、他のいくつかの機能を実行する。同期トリガ信号（同相または位相がずれた）もまた、帰還信号波形の取得を開始するように、受光器４０へ送信される。ＣＰＵは、波形の取得の開始および停止によって取得を制御する。取得時間は、光学式距離計１０がカバーする最大距離により決定される。
【００３５】
光学式距離計１０はまた、図１に示す各種サブシステムに電力を供給する手段を含む。明確さのため、これらの電力供給源は図１に示していない。
【００３６】
発光器
発光器２０は、各々の持続時間がたとえば数ｎｓの極めて短い光パルスを放射し、この持続時間は受光器４０の出力側で生成される帰還信号波形に存在し得るシグネチャの幅（持続時間）の下限を設定する。実際、光パルスで実現可能な最も短い持続時間は、発光器２０内に組み込まれたドライバ電子機器および光源の両方のインパルス応答によって制限される。帰還信号波形のシグネチャは、受光器４０の全体的な検知帯域幅が充分に高く、一般的に数十〜数百ＭＨｚの範囲内にあれば、発せられた光パルスの忠実な複製となる。
【００３７】
スペクトル面に関して言えば、発せられた光パルスのスペクトルは、たとえば電磁スペクトルの近赤外領域にある。手頃な価格の小型光源および高感度光検知器が入手可能であること、近赤外光に対して補助具なしの人間の眼の反応が弱く、そのため放射された光パルスにより気が散らないこと、および可視波長領域における対応レベルと比較してこのスペクトル領域における太陽放射照度背景レベルが弱いことなどのいくつかの要因により、近赤外光の使用が望ましい。可視光もまた、たとえば環境の照射が必要な場合（光を用いた大域的照射またはシグナリング情報）に用いることができる。可視光は、白色光であってよく、または、たとえば赤色光を生成するために特定の波長もしくは波長範囲で発せられてもよい。
【００３８】
図１の実施形態では、少なくとも１個の高出力発光ダイオード（ＬＥＤ）装置を用いて、発光器２０のＬＥＤ光源２２を形成する。ＬＥＤ光源２２が発する光は、図１に示すように、たとえば視準レンズアセンブリ２４に続いて光拡散器２６を用いて、所望の照射野（ＦＯＩ）にわたり広がるように光学的に調整可能である。視準レンズアセンブリ２４は、ＬＥＤ光源２２から発せられた拡散性が高い未加工出力光ビーム２８をより良好に捕捉できるように、入力開口数が多くてもよい。レンズアセンブリ２４は、捕捉された光の向きを変えて、光拡散器２６の寸法に適した横断面を有する光照度分布３０をその出口開口部面に形成する。同様に、レンズアセンブリ２４は、拡散器２６の特定された光学拡散特性を確実に満たすように、発せられた光ビーム２８の拡散角を数度まで減らす。光ビームは、光拡散器２６内を透過すると、発光器２０のＦＯＩを画定する開口（拡散）角を有する非対称な光円錐３２に変換される。ＦＯＩに滑らかで均一の光照度分布を与えることに加えて、光拡散器２６を用いることによって、ＬＥＤ光源２２の取り付けが容易になる。拡散器２６から出射する光ビーム３２の空間特徴は、ＬＥＤ光源２２に組み込まれた個々のＬＥＤ装置の正確な配置や整列配置には殆ど影響されない。その結果、異なる光拡散性を備えた光拡散器２６を用いるだけで、同じＬＥＤ光源２２から各種のＦＯＩを得ることができる。ホログラフィック光拡散器のピーク光透過率は、所望の波長で９０％やさらにそれ以上に達し得る。さらに、入射光が所定の（非対称）ＦＯＩにわたり広がるようにホログラフィック光整形拡散器を設計することができ、各種のアプリケーション用に意図された光学式距離計で最適に用いられるように水平方向および垂直方向の両方で顕著に異なる拡散角を有していてよい。この種の光拡散器はまた、ほぼガウシアン形状をなす滑らかな出力光照度分布を有しているために好ましい。
【００３９】
ＬＥＤ光源２２から発せられた光ビーム２８を光学的に調整する他の方法もまた、本発明の範囲を逸脱することなく想到可能である。たとえば、意図されたアプリケーションによって、両方の直交する横断方向に対称な極めて広いＦＯＩ（１２０度以上など）にわたりフラッド光３２が必要な場合、ＬＥＤ光源２２は、視準レンズアセンブリ２４も光拡散器２６も一切伴わずに発光器２０に組み込むことができる。このような経済的アプローチが可能であるのは、ＬＥＤから発せられる未加工出力光の高拡散性および平滑性による。さらに、このようなアプローチにより、ＬＥＤ光源２２の一部を形成する各ＬＥＤ装置の中心射出軸の向きを個別に調整することによって、結果的に得られるＦＯＩを若干調整することが可能になる。代替として、光拡散器２６の代わりにレンチキュラレンズシートを使用してもよい。レンチキュラレンズシートは一般的に、互いに平行で拡大鏡のアレイとして機能する一組の線形なひだ（レンチクルと呼ばれる）により一方の表面がエンボス加工された、押出加工プラスチックシートからなる。レンチキュラレンズは、単一横方向（レンチクルの向きに垂直）に沿って光を広げるために用いられ、意図されたアプリケーションによって必要である特定のＦＯＩを生成することができる。ＬＥＤ反射器によってまた、極めて低コストで光を整形することができる。
【００４０】
最後に、発光器２０はまた、パルスＴＯＦ原理の効果的な実装に適したピーク振幅および持続時間を有する電流パルスを用いてＬＥＤ光源２２を駆動する電子機器３４を含んでいる。上述のように、ＣＰＵ６０によって生成されたパルス電圧トリガ信号が、ＬＥＤドライバ電子機器３４による各電流パルスの生成を命令する。たとえば、光パルスは、典型的には５０ｎｓ未満の持続時間で発することができる。パルスが射出される繰り返し率に応じて、射出のデューティサイクル（相対ＯＮ時間）は０．１％まで低くすることができる。低いデューティサイクルでＬＥＤ光源２２を駆動することによって、寿命を短縮することなく、ＬＥＤ光源２２の公称定格電流を大幅に上回る値でピーク電流駆動レベルを向上させることができる。放射された光パルスの所望のピーク光出力を得るために、ＬＥＤのピーク駆動レベルの低下は、追加的なＬＥＤ光源２２を発光器２０に搭載してこれらの駆動電子機器３４を適切に多重化することで、補償されことができる。
【００４１】
０．１％未満のデューティサイクルでパルス幅が５０ｎｓより狭い場合、公称値の数倍の振幅を得ることができる。例示的実施形態では、０．２％のデューティサイクルでパルス幅が２０ｎｓとなる。デューティサイクル＝パルス幅×フレームレートであるため、本例のフレームレートは１００ｋＨｚである。別の例示的実施形態では、０．５％のデューティサイクルおよび５０ｎｓのパルス幅で、本システムは１００ｋＨｚのフレームレートに達する、すなわち毎秒１００，０００パルスが発せられる。したがって、各パルス間の時間は１０μｓである。
【００４２】
距離＝取得時間×光の速度／２であり、必要な距離が９０ｍである場合、完全な波形の取得は６００ｎｓ持続するが、これはパルス幅よりはるかに長く、パルスが発せられたときに開始され、次のパルスが射出する前に終了する。別の例示的実施形態では、０．１％のデューティサイクルおよび２０ｎｓのパルス幅で、本システムは５０ｋＨｚのフレームレートに達する。これらの高いフレームレートは、適切なパルス／変調ドライバを備えたＬＥＤの使用により可能となる。
【００４３】
放射された光ビームが集められた重なりが結果的にＦＯＩのより良好な充填（均一性）を生むように、各ＬＥＤ光源２２を特定の方向に沿って個別に整列配置（光学的ボアサイト調整）することによって、発光器２０は複数のＬＥＤ光源２２を用いることの利点をさらに得ることができる。このようなアプローチによって、光拡散器２６を用いることなく、所望の全体寸法を有する均一なＦＯＩが得られる。
【００４４】
受光器
受光器は、少なくとも１つの検知器のアレイを有する。このアレイは、１次元であっても２次元であってもよい。
【００４５】
一実施形態では、水平方向に沿って延びるＮ個の小型ＦＯＶの１×Ｎ個の線形配列からなる全ＦＯＶ内に位置する物体の光検知および距離測定は、図１の概略図に示すように、受光器の構成４０によって可能になる。図１では、水平面がページの平面と平行に設定されている。基準Ｘ軸も図１に示されているが、基準Ｚ軸に対して垂直な方向に水平に設定され、基準Ｚ軸は発光器２０および受光器４０の両方の光軸が指す方向に平行（すなわち、測定器１０の照準線と平行）である。よって、Ｘ軸およびＺ軸の両方に直交するＹ軸は、垂直方向を指す。全視野は、光学式距離計器の発光器が生成する照射野（ＦＯＩ）で囲まれている。
【００４６】
必要な水平範囲ＦＯＶＸは、意図されたアプリケーションに応じて変動する。たとえば、自動車アプリケーションにおいて、衝突前緩和用のシステムでは約１５度、盲点検知用では４０度、駐車支援用のシステムでは８５度に達し得る。例示的な一実施形態では、全視野の最小全範囲は、１５度×２．５度である。別の例示的実施形態において、全視野の全範囲は、８５度×１３度である。
【００４７】
受光器４０の集光開口部に入射する光帰還信号は、最初に、発光器２０の射出スペクトルにより決定される限られた波長帯域から外れた波長スペクトルを有する寄生背景光の部分を遮断する光学フィルタ４２（任意選択）を通過する。光学フィルタ４２の帯域通過を比較的広く選択しなければならず、ある状況では、光学フィルタ４２を使用することなく受光器４０を動作させることが望ましい場合がある。より便利にすべく、光学フィルタリング動作はまた、光波長スペクトルのある部分を遮断すべく面のうちの１つが適切な光学フィルムでコーティングされた市販の光保護窓の使用によって実現可能である。代替として、波長選択的光透過率を可能にすべく、所定の材料から作られた高耐性の保護窓が、取得可能である。
【００４８】
光学フィルタ４２を透過する光帰還信号の部分は、ついで、対物レンズ４４を介して伝送される。対物レンズ４４は、対物レンズ４４の焦点面内で（またはその近傍で）、水平方向横ならびに配置された一連の光検知器４６の感光面に集光させる。対物レンズ４４は、図１に模式的に示すように、単一のレンズ素子を含んでいてよく、または、複数のレンズ素子を含む光学アセンブリとして実装されていてもよい。代替として、対物レンズ４４は、鏡または鏡と補正レンズ／プレートの組み合わせにより構築することができる。
【００４９】
光検知器４６のアレイは、たとえば同一の特徴を有する複数の個々の光検知器を含んでいる。上述のように、各光検知器の感光表面積は、対応するＦＯＶを決定する。
【００５０】
光学式距離測定器１０の例示的実施形態の受光器４０はまた、ＰＩＮフォトダイオードのアレイ４６の出力側で未加工の電流波形を調整するアナログフロントエンド電子機器４８を含んでいる。当業者に明らかであるように、例示的アナログフロントエンド電子機器４８は、低ノイズトランスインピーダンス増幅器、広帯域増幅段、およびＰＩＮフォトダイオードのアレイ４６にバイアスをかける低電圧回路を含んでいてよい。ＰＩＮアレイ４６とマルチチャネル・アナログフロントエンド電子機器４８は、同一のプリント回路基板を共有することができ、かつ、たとえば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の形として一体化できる。
【００５１】
フロントエンド電子機器４８のアナログ出力が、アナログ電圧波形をデジタル化するアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）ボード８０に転送される。各検知チャネル毎に毎秒数十〜数百個のメガサンプルの速度でデジタル化することよって、帰還信号波形に存在し得るシグネチャの取りこぼしを低減するのに充分な距離分解能が得られる。計器１０がＦＯＶ内に存在する物体を検知するので、シグネチャの持続時間はほぼ同じままである点に注意されたい。これは、ＡＤＣボード８０のサンプリング周波数を、好都合なサンプリング点数で各シグネチャのサンプリングをするのに充分高く選択できることを意味する。５０ｎｓ未満のパルス幅および低デューティサイクルで、検知器から数メートル離れた物体での反射の完全な波形トレースを捕捉することができるように、トレースの取得が行われる時間は、このパルス幅より長い。さらに、トレースと発せられた波形との比較を可能にするために、複数のサンプリング点を取得しなければならない。取得プロセスはまた、シフト技術を用いて、ＡＤＣ８０のサンプリング周波数を減らすことができる。
【００５２】
制御処理装置（ＣＰＵ）
ＡＤＣボード８０の出力側における時間系列数値データストリームの組、すなわちデジタル化された帰還信号波形の組は、さらなる処理のためＣＰＵ６０へ転送される。ＣＰＵ６０の中核は、たとえば、組み込みアプリケーションに適していて、必要なチャネル数で並列処理を実行可能なマイクロプロセッサーアセンブリである。ＣＰＵ６０はまた、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサー（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ：ＤＳＰ）、その他のプログラム可能な論理回路など、他の種類の処理手段を中心に展開することもできる。数値処理の性質および範囲は、意図されたアプリケーションに依存する。ＣＰＵ６０は、ついで、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ＵＳＢ、またはＣＡＮｂｕｓなどの例示的なデータ通信インターフェース下で動作するデータインターフェース７０を介して光学式距離計１０を組み込み可能な、より高レベルのシステムに出力データを伝送することができる。
【００５３】
記録された信号波形の数値処理
光学式距離計器１０は、物体の検知や距離測定を行う最大距離により定められた適切な時間間隔にわたり取得されたデジタル化帰還信号波形の組を出力することができるため、完全な波形の光検知および距離測定（Ｌｉｇｈｔ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ａｎｄ  Ｒａｎｇｉｎｇ：ＬＩＤＡＲ）計器であると考えることができる。検知されたピークが所定の閾値を超えるとすぐに電子カウンターを停止することによって物体の距離測定を行う古典的アナログ光学式距離計と比較すると、完全波形計器は、記録されたデジタル波形に対して多くの数値処理タスクを実行可能にすることによって、より大きな柔軟性を提供する。
【００５４】
たとえば、任意の所与の検知チャネルに関連付けられた帰還信号波形に存在し得るシグネチャの信号対ノイズ比（ＳＮＲ）は、チャネルにより取得された多数の連続的な波形の平均をとることにより、向上することができる。連続的な波形に存在するノイズ寄与が互いに独立しており完全に無相関であるならば、標準的な信号平均化（累積）がもたらすＳＮＲを向上させることができる。固定的なパターンノイズ寄与を適切に除去した後で多く見られるように、この条件が満たされると、波形のＳＮＲは（ｎＷ）１／２倍増加する可能性がある。ここでは、ｎＷは平均化された波形の数である。平均化された波形数を制限する別の条件は、シグネチャを生成する処理の定常性へのニーズである。換言すれば、波形に存在するシグネチャの特性（ピーク振幅、形状、時間／距離位置）が、平均化される波形の完全な組を記録するのに必要な時間にわたり不変のままでなければならない。光学式距離計１０に対して急速に移動する物体の検知を試みる場合、この条件の遵守が困難となり得る。移動物体に関連付けられたシグネチャは、波形毎に多少感知可能な程度にドリフトする。このような状況は、本明細書に記述する光学式距離計１０が意図されたアプリケーションで頻繁に生じるが、発光器２０の充分に高い、たとえばｋＨｚ範囲のパルス繰り返し率を選択することにより、その有害な影響を軽減することができる。高繰り返し率で動作することによって、充分に短い時間間隔内に多数の帰還信号波形の捕捉が可能になり、所与の移動物体に関連付けられたシグネチャの顕著なドリフトが防止される。移動物体を扱う別の方法は、移動物体からのシグネチャのＳＮＲの向上を特に目的とした帰還信号波形の洗練された数値処理を実行することである。
【００５５】
図３は、車両１０２が三次元センサ１０４を装備している場面１００を示す図である。車両１０２は、自転車１１０の自転車ドライバと、歩行者１１２と、自動二輪車１１４の自動二輪車ドライバと、道路作業バレル１１６と、前向きの車両１１８とを含む複数の物体１０８が存在する交差点１０６で停止している。三次元センサ１０４の三次元視野１２０は、実際の実施形態では一般的には見た目に明らかではないが、図式的に表されている。
【００５６】
図４Ａに示すように、視野の狭い飛行時間センサを使用して反射ターゲットで反射された光パルスを検出する最適な状況では、強い信号が直接ＬｉＤＡＲ受信器に戻される。実際の状況では、視野の狭い飛行時間センサを使用して車両などの平常のターゲットで反射された光パルスを検出するが、入射光信号が車両に当たると散乱し、図４Ｂに示すように、その光のわずかな部分（距離の２乗で減少）のみがＬｉＤＡＲ受信器に戻る。容易にわかるように、シングルポイントＬｉＤＡＲシステムの視野（ＦＯＶ）は限定されている。シングルポイントセンサは、観察される領域全体を直接的にはカバーしない。戻された信号は、著しい信号の散乱により、強度と有効範囲が減少している。
【００５７】
実際には、図５Ａのタイプの複数のエコートレースが累積され、平均化されて、図５Ｂおよび図５Ｃに示すように信号を平滑化することが可能となる。累積されたエコートレースの数とともに、ＳＮＲが向上する。図６は、三次元センサによって見えるものを表すのに使用されるグレースケールコーディングを用いた深度マップを示す。
【００５８】
図７は、ソリッドステート走査式ＬｉＤＡＲシステムの主要な構成要素の例示的なブロック図を示す。光源２２２は、たとえば、レーザダイオードであり、ＭＥＭＳマイクロミラーのようなビームステアリング要素２２４を備えている。
【００５９】
図８は、シングルエミッタとフォトダイオードアレイを含む一実施形態のシステムコンポーネントを物理的に示しており、ここでは、このエミッタのみにビームステアリング要素が備えられている。
【００６０】
このスキャナは、多重パルス測定による共振ＭＥＭＳマイクロミラーを使用する。ＭＥＭＳミラーには、線形モードと共振モードの２つの動作モードがある。共振ミラーによって、高速運動、大きな機械的可動域、および振動への高耐性がもたらされる。多重パルス測定は、ひとつの測定を形成するための複数の集録の累積である。それによって、ＳＮＲが向上する。
【００６１】
三次元スキャナの発光器側２２０の主な構成要素は、レーザダイオード２２２、ＭＥＭＳマイクロミラー２２４、および拡散レンズ２２６である。図１０は、視準レンズを含んでいてもよく、振動するマイクロミラーに向けられる平行レーザビームをパルス化する例示的なレーザダイオード２２２を示す。図１１は、単軸で極めて高い周波数で振動するマイクロミラーの一例を示す。図１２は、例示的な拡散レンズ２２６を通過した後の拡散したレーザビームを示す図である。
【００６２】
レーザダイオード２２２は、平行レーザビーム２２８を平均周波数でパルス化する。この周波数は、ＭＥＭＳマイクロミラー２２４の周波数に適合される。例示的な一実施形態では、平均周波数は５５．７ｋＨｚである。レーザビーム２２８は、ＭＥＭＳマイクロミラー２２４の共振の１周期中に何度もパルス化される。ＭＥＭＳマイクロミラー２２４は、共振周波数を有し、１つの軸で振動し、垂直パターンまたは水平パターンの光２３０を生成する。例示的な一実施形態では、パターンは垂直である。拡散レンズ２２６は、平行レーザビームを拡散して、拡散ビーム２３２を作成する。例示的な一実施形態では、このビームは元々０．２５×０．２５ビームであり、拡散レンズはビームを２０度拡散して０．２５×２０度のビームを得る。
【００６３】
三次元スキャナの受光器側２４０の主要な構成要素は、レシーバレンズ２４４およびＡＰＤアレイ（アバランシェフォトダイオード）などの光検知器２４６である。図１３は、光を捕捉するレシーバレンズ２４４の一例を示している。レシーバレンズ２４４は、反射光ビームをＡＰＤアレイ２４６に集光する。アレイＡＰＤ２４６は、受信した光によって刺激される。図１４は、一例のＡＰＤアレイ２４６が各垂直信号を複数の個々の測定でセグメント化して三次元マトリックスを構築する方法を示している。
【００６４】
図２０は、アナモルフィックレンズ（図２０Ａ）の一例を示し、その平行（図２０Ｂ）図と垂直（図２０Ｃ）図である。アナモルフィックレンズは、結果として得られる視野がセンサの形状因子の唯一の機能とならないように、視野を圧縮または拡大するために使用される。アナモルフィックレンズは、レシーバレンズ２４４として使用可能である。
【００６５】
使用中、レーザダイオード２２２は、マイクロミラー２２４に向けられる平行レーザビーム２２８をパルス化する。平行レーザビーム２２８は、ＭＥＭＳマイクロミラー２２４に到達し、ミラーによって拡散レンズ２２６へと向きを変えられる。平行レーザビーム２３０は、レーザビームを拡散させる拡散レンズ２２６に到達する。拡散したレーザビーム２３２が物体に到達すると、この物体は光を反射する。反射した光は、ついで、レシーバレンズ２４４によって受けられる。レシーバレンズ２４４はアレイフォトダイオード２４６へとこの光の向きを変える。アレイの各ピクセルは、ピクセル線を生成する対応する出力ポートに情報を送る。６４素子のアレイフォトダイオードを使用すると、６４ピクセル線が作成される。
【００６６】
マトリックスを完成させるために、このシーケンスをマイクロミラー２２４のさまざまな角度で複数回実行する。例示的な一実施形態では、このシーケンスは２５６回繰り返され、１つのシーケンスはマイクロミラー２２４の２５６個の異なる角度で繰り返される。結果、１つの２５６×６４マトリックスが作成される。ＭＥＭＳマイクロミラー２２４は、共振状態で動作し、準正弦波軌道を有する。ＭＥＭＳマイクロミラー２２４は１つの軸で振動し、水平面または垂直面をスイープすることができる。例示的な一実施形態では、この面が−３０度から＋３０度まで水平方向にスイープされる。別の実施形態では、この面が−１５度から＋１５度までスイープされる。
【００６７】
レーザダイオード２２２のパルスは、ミラー２２４の共振周期と同期される。マイクロミラー２２４はフレームレートよりも高い周波数を有するので、複数の取得を完了するためには複数の共振周期が必要である。共振周期の一例では、レーザビームが３２回パルス化される
図２４は、検知される物体を含み得る領域を光学走査するための方法３００の一実施形態を示す。この方法は、パルス光光源、光検知器、およびコントローラを含む、ライダー光学式距離計などの光学システムによって実施される。コントローラは、マイクロプロセッサなどの制御ユニット、データを格納するメモリ、ならびにデータを受信および／または送信する通信ユニットを備える。
【００６８】
ステップ３０２では、走査方向のインターリーブ・シーケンスを受信する。走査方向とは、光パルスが射出される方向を指す。パルス光光源は、以下でさらに詳細に説明するように、それが光パルスを射出する方向を変更するように適合されていることを理解されたい。走査される領域は複数のサブ領域に分割され、パルスが対応する走査方向に沿って射出される場合、サブ領域それぞれが光学システムの視野に相当する。光学システムはさらに、走査方向を変更するように適合されているので、所与の数の走査方向が、走査される領域をカバーするために必要である。結果として、光学システムは、複数の異なる走査方向に沿って光パルスを順次射出するように適合され、それぞれの視野は各走査方向に対応する。
【００６９】
従来技術では、走査方向を左端方向から右端方向に、またはその逆に連続的に変更することによって、サブ領域が連続的に走査される。たとえば、パルス光光源は、左端方向に沿って第１の光パルスを発するように配置されている。ついで、パルス光光源の方向が変更されて、第２の光パルスが第２の走査方向に沿って射出され、第２の走査方向とは、第１の走査方向の右側の近くにある第１の方向である。ついで、パルス光光源の方向が変更されて、第３の光パルスが第３の走査方向に沿って射出され、第３の走査方向とは、第２の走査方向の右側の近くにある第１の方向である。これらのステップは、右端の走査方向に沿って光パルスが射出されるまで繰り返される。したがって、従来技術によると、走査方向は、左端方向から右端の走査方向に向かって、または右端の走査方向から左端の走査方向に向かって昇順に連続的に走査される。
【００７０】
従来技術とは対照的に、ステップ３０２で受信された走査方向のインターリーブ・シーケンスは、走査方向に関して、左端方向から右端の走査方向に向かって、または右端の走査方向から左端の走査方向に向かって昇順であると定義しておらず、このことを以下により詳細に説明する。
【００７１】
再び図２４を参照すると、ステップ３０４では、光パルスは、インターリーブ・シーケンスにリストされているスキャン位置に従って、光学システムによって順次射出される。第１の光パルスは、インターリーブ・シーケンスの第１の位置を占める走査方向に従って射出される。ついで、インターリーブ・シーケンスで第２の位置を占める走査方向に従って第２の光パルスが射出され、以下、インターリーブ・シーケンスの最後の位置を占める走査方向に従って光パルスが射出されるまで、同様に光パルスが射出される。
【００７２】
ステップ３０６では、パルスエコーは光学システムによって検出される、すなわち、各パルスエコーの時間あたりの強度または振幅が感知され測定される。このパルスエコーは、スキャンされた領域に存在する物体上での射出されたパルスの反射に相当する。光学システムが全波形ライダー距離計である一実施形態では、所定の射出パルスに対するパルスエコーは、所定の射出パルスが射出された時間と次のパルスが射出される時間との間に含まれる期間中に検出された光に対応する。
【００７３】
ステップ３０８では、検出されたパルスエコーが出力される、すなわち、時間関数としてのパルスエコーの検出された光強度または振幅が出力される。たとえば、検出されたパルスエコーはメモリに保存されてもよい。一実施形態では、検出されたパルスエコーに対応する走査方向の識別が、パルスエコーとともに出力される。
【００７４】
図２５は、インターリーブ・シーケンスを生成する方法３１８の一実施形態を示す。この方法３１８は、光学システムのコントローラによって実行され得ることを理解されたい。代替として、インターリーブ・シーケンスは、光学システムから独立したコンピュータ機器によって生成され、その後光学システムに送信される。
【００７５】
ステップ３２０では、関心領域を走査するために必要な走査方向が受信される。たとえば、Ｎ走査方向ｄ１、ｄ２、ｄ３、…、ｄｊ、…ｄＮは、ステップ３２０で受信可能である。ここで、Ｎは走査方向の総数である。
【００７６】
ステップ３２２では、受信した走査方向が、方向ＳＵＢ１、ＳＵＢ２、…、ＳＵＢＳの複数のＳサブアセンブリに分割される。ここで、Ｓは方向サブアセンブリの数である。各サブアセンブリＳＵＢｊは、受信した走査方向から選択された所定数ｎｊの走査方向を含み、したがって受信した走査方向から選択された方向の順序付きリストに対応する。
【００７７】
一実施形態では、方向サブアセンブリがすべて、同じ数の方向を含んでいるため、サブアセンブリ全体でｎｊは一定であり、次のようになる。
【００７８】
ｎ１＝ｎ２＝…＝ｎＳ＝ｎ
この場合、Ｎ＝ｎ＊Ｓである。別の実施形態では、サブアセンブリに含まれる方向の数は、サブアセンブリごとに異なっていてもよい。
【００７９】
一実施形態では、受信された同じ走査方向は、少なくとも２つの異なるサブアセンブリに含まれていてもよい。別の実施形態では、２つの異なるサブアセンブリが、受信された同じ走査方向を含むことができないように、受信された走査方向を単一のサブアセンブリに割り当ててもよい。
【００８０】
ステップ３２４では、方向サブアセンブリＳＵＢｊを使用してインターリーブ・シーケンスＩＳが作成される。すべてのサブアセンブリが等しい数ｎの方向を含む場合、インターリーブ・シーケンスＩＳは次のように表すことができる。
【００８１】
ＩＳ＝［ＳＵＢ１（１），ＳＵＢ２（１），…，ＳＵＢＳ（１），ＳＵＢ１（２），ＳＵＢ２（２），…，ＳＵＢＳ（２），…，ＳＵＢ１（ｎ），ＳＵＢ２（ｎ），…，ＳＵＢＳ（ｎ）］
ここで、
ＳＵＢ１＝［ＳＵＢ１（１），ＳＵＢ１（２），…，ＳＵＢ１（ｎ）］
ＳＵＢ２＝［ＳＵＢ２（１），ＳＵＢ２（２），…，ＳＵＢ２（ｎ）］…
ＳＵＢＳ＝［ＳＵＢＳ（１），ＳＵＢＳ（２），…，ＳＵＢＳ（ｎ）］、および
ＳＵＢｊ（ｉ）は、ステップ３２０で受信した走査方向のうちの所定の１つに対応する。
【００８２】
一実施形態では、方法３００は、走査される関心領域の関数として、走査方向を決定するステップをさらに含む。この場合、方法３００は、関心領域を受信するステップを含む。たとえば、関心領域は、［−３０度、＋３０度］などの初期角度範囲として定義でき、この初期角度範囲は、予め定義するか、またはユーザが入力すると受信され得る走査方向の数で割って、複数のサブ角度範囲を取得し、そのサブ角度範囲のそれぞれは各走査方向に関連付けられている。たとえば、各走査方向がそれぞれのサブ角度範囲の中心に配置されてもよい。
【００８３】
理解されたいのは、関心領域を走査するための走査方向を生成する任意の適切な方法が使用可能なことである。上記の例では、走査方向の数は予め定義されているが、他のシナリオも可能であり得る。たとえば、２つの連続する走査方向間の角距離を予め定義してもよい。
【００８４】
図２６は、関心領域を光学的に走査するために、１２個の異なる走査方向ｄ１、…、ｄ１２に従って、パルス光光源３２８によって光パルスが射出されるシナリオを示している。１２個の走査方向ｄ１、…、ｄ１２のそれぞれは、それぞれの視野３３０、…、３５２に関連付けられている。
【００８５】
理解されたいのは、光パルスの射出方向を変更するように適合された任意の適切なパルス光光源を使用してもよいことである。たとえば、パルス光光源３２８は、走査方向を変更すべく電動式かつ回転式であってもよい。一例では、パルス光光源３２８が電動式回転ステージを備えていてもよい。別の例では、パルス光光源３２８は、走査方向を変更するために、少なくとも１つの電動式の回転可能なミラーを備えていてもよい。さらなる実施形態では、パルス光光源３２８を含む光学システムが、図８に示す距離計に相当していてもよく、そのため、パルス光光源３２８は、走査方向を変更するために共振モードで動作するＭＥＭＳマイクロミラーを含む。図１５は、共振で動作するマイクロミラーの角位置または向きの共振周期の一例を示している。共振周期は、マイクロミラーが第１の極限の角位置または向きから第２の極限の角位置または向きに回転する第１の半周期と、マイクロミラーが第２の極限の角位置または向きから第１の極限の角位置または向きに戻って回転する第２の半周期とで構成される。この例示的な周期では、３２個の光パルスが、単一の共振周期中にマイクロミラーによって反射されてもよい。図１９は、−１４度〜＋１４度の振動に対するミラー同期信号のグラフの一例を示している。当技術分野で知られているように、２つの同期信号を使用して、マイクロミラーの正確な向きを決定する。一実施形態では、例示的実施形態のミラー周波数は、約１３００Ｈｚ〜約１７５０Ｈｚの範囲である。
【００８６】
従来技術によれば、光パルスは、走査方向の昇順で反復的および連続的に射出される。昇順が左端から右端である例では、光源３２８の走査方向が左端の視野３３０の走査方向ｄ１に対応する場合に第１のパルスが射出される。たとえば、走査方向ｄ１は、視野３３０内の中央に配置されてもよい。次に、パルス光光源３２８の軸が視野３３２に対応する第２の方向ｄ２に従って向けられると第２の光パルスが射出され、パルス光光源３２８の軸が視野３３４に対応する第３の方向ｄ３に従って向けられると第３の光パルスが射出され、以下、パルス光光源３２８の軸が右端の視野３５２に対応する１２番目の方向ｄ１２に沿って向けられると光パルスが射出されるまで、同様に光パルスが射出される。共振ミラーは、光パルスの射出方向を変更するのに使用してもよく、パルス光光源のパルスレートは、各走査方向ｄ１、…、ｄ１２に対してパルスが射出されるように調整される一方、ミラーは、方向ｄ１に対応する左端の角位置から方向ｄ１２に対応する右端の方向に回転する。
【００８７】
本方法によれば、従来技術の方法とは対照的に、光パルスは、走査方向の昇順によるのではなく、走査方向のインターリーブ・シーケンスに従って射出される。
【００８８】
たとえば、３つの方向サブアセンブリを次のように作成することができる。
ＳＵＢ１＝［ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４］
ＳＵＢ２＝［ｄ５，ｄ６，ｄ７，ｄ８］
ＳＵＢ３＝［ｄ９，ｄ１０，ｄ１１，ｄ１２］
この場合、インターリーブ・シーケンスＩＳは以下の通りである。
【００８９】
ＩＳ＝［ｄ１，ｄ５，ｄ９，ｄ２，ｄ６，ｄ１０，ｄ３，ｄ７，ｄ１１，ｄ４，ｄ８，ｄ１２］
上記の従来技術の方法と比較して、方向を調整するために共振ミラーが使用される例を再び参照すると、共振ミラーの動作が同じ、たとえば同じ回転速度であると仮定すると、２つのパルスの射出間の時間が長くなる。従来技術では、ミラーが第２の方向ｄ２に従って向けられたときに第２のパルスが射出されるが、本方法によると、ミラーが第５の方向ｄ５に従って向けられたときにのみ第２のパルスが射出される。ミラーは第１方向ｄ１から第２方向ｄ２に回転するよりもミラーが第１方向ｄ１から第５方向ｄ５に回転するのに時間がかかるため、エコーを検出する時間が従来技術と比較して増加し、したがって、従来技術と比較して、物体の明確な検出範囲も増加する。しかしながら、本方法は、従来技術の方法と比較して、領域全体を走査する時間がより多く必要である。というのは、従来技術の方法では、１２方向を走査するには左端の角位置から右端の角位置までミラーを１回転する必要がある一方、１２方向を走査するにはミラーを左端の位置から右端の位置まで４回転する必要があるためである。
【００９０】
本方法の一実施形態では、および上述のように、ミラーの回転の半周期の間、すなわち、ミラーがその左端の角位置からその右端の角位置に、またはその逆に回転する間にのみ、光パルスが射出される。図１５
別の実施形態では、ミラーの回転の全周期の間、すなわち、ミラーが左端の角位置から右端の角位置に回転するとき、およびミラーが右端の角位置から左端の角位置に回転するときに、光パルスが射出される。
【００９１】
図２６に示した前の例を参照すると、マイクロミラーの２つの完全な共振周期中に光パルスが射出される場合、次の３つのサブアセンブリが作成され得る。
【００９２】
ＳＵＢ１＝［ｄ４，ｄ１０，ｄ３，ｄ９］
ＳＵＢ２＝［ｄ８，ｄ６，ｄ７，ｄ５］
ＳＵＢ３＝［ｄ１２，ｄ２，ｄ１１，ｄ１］
この場合、インターリーブ・シーケンスＩＳは以下の通りである。
【００９３】
ＩＳ＝［ｄ４，ｄ８，ｄ１２，ｄ１０，ｄ６，ｄ２，ｄ３，ｄ７，ｄ１１，ｄ９，ｄ５，ｄ１］
ミラーの第１の半回転周期中、つまりはミラーが左端の角位置から右端の角位置に回転するときに方向ｄ４、ｄ８、ｄ１２が達成される一方で、ミラーの次の半回転周期中、すなわち、ミラーが右端の角位置から左端の角位置に回転するときに方向ｄ１０、ｄ６、ｄ２が達成される。したがって、ミラーの第１の全回転周期中に６方向が走査可能である。ミラーの第３の半回転周期中、すなわち、ミラーが左端の角位置から右端の角位置に回転するときに方向ｄ３、ｄ７、ｄ１１が達成される一方で、ミラーの第４の半回転周期中、すなわち、ミラーが右端の角位置から左端の角位置に回転するときに方向ｄ９、ｄ５、ｄ１が達成される。したがって、ミラーの第２の全回転周期中に６つの追加の方向が走査可能であり、モーターのたった２つの全回転周期で１２の方向が走査可能である。
【００９４】
一実施形態では、光学システムが、上述のように全波形ライダー計器であり、走査方向ごとに少なくとも２つのパルスが射出される。
【００９５】
測定ごとに複数の光パルスが各走査方向に対し射出される実施形態では、インターリーブ・シーケンスが、走査方向ごとに射出される光パルス数に対応する所定の回数だけ、繰り返し実行されてもよい。この場合、インターリーブ・シーケンスで定義された順序に従って、各走査方向に第１の光パルスが射出される。次にまた、このインターリーブ・シーケンスに従って、第２の光パルスが各走査方向に射出され、以下、所定数の光パルスが走査方向ごとに射出されるまで、同様に光パルスが射出される。
【００９６】
１回の測定中に複数の光パルスが各走査方向に射出される別の実施形態では、インターリーブ・シーケンスが、走査方向ごとに射出され光パルスの数に対応する所定の回数だけ実行される複数のインターリーブ・サブシーケンスに分割されてもよい。この場合、第１のインターリーブ・サブシーケンスが所定の回数だけ実行され、次に第２のインターリーブ・サブシーケンスが所定の回数だけ実行され、以下、図１８の例示的フローチャートに示すように、同様に実行される。この例示的方法では、第１のステップは、すべてのパラメータをゼロに設定することである。マイクロミラーの位置を確認する。マイクロミラーが初期の予め定められた位置にない場合、マイクロミラーの位置を調整する。マイクロミラーの位置が正しい場合、第１のバンクまたは走査方向サブアセンブリで定義された第１の走査方向に従って、第１のパルスが射出される。次に、走査方向の第１のバンクで定義された第２の走査方向に従って第２のパルスが射出され、走査方向の第１のバンクで定義された第３の走査方向に従って第３のパルスが射出され、以下、第１のバンクで定義されたすべての走査方向が１度走査されるまで、すなわち、第１のパルスが第１のバンクに含まれる各走査方向に従って順次送信されるまで、同様にパルスが射出される。次に、所望のサンプル数に達するまで、これらのステップ、すなわち、第１のバンクに含まれるすべての走査方向の順次走査を、所定の回数だけ繰り返す。
【００９７】
一旦第１のバンクのすべてのラインすなわち走査方向が所定数だけ走査され、所望のサンプル数が取得されると、バンクカウンターがインクリメントされ、第２のバンクの走査方向が走査される。第２のバンクまたは走査方向サブアセンブリで定義された第１の走査方向に従って、第１のパルスが射出される。次に、走査方向の第２のバンクで定義された第２の走査方向に従ってパルスが射出され、走査方向の第２のバンクで定義された第３の走査方向に従ってさらなるパルスが射出され、以下、第２のバンクで定義されたすべての走査方向が１度走査されるまで、すなわち、第１のパルスが第２のバンクに含まれる各走査方向に従って順次送信されるまで、同様に光パルスが射出される。次に、所望のサンプル数に達するまで、これらのステップ、すなわち、第２のバンクに含まれるすべての走査方向の順次走査を、所定の回数だけ繰り返す。
【００９８】
上記のステップは、走査方向のすべてのバンクが走査されるまで繰り返される。
一実施形態では、インターリーブ・シーケンスは、マイクロミラーの半回転周期中に、またはマイクロミラーの全回転周期中に実行される走査方向を含んでいてもよい。
【００９９】
たとえば、インターリーブ・シーケンスは以下の通りであってもよい。
ＩＳ＝［ｄ１，ｄ５，ｄ９，ｄ２，ｄ６，ｄ１０，ｄ３，ｄ７，ｄ１１，ｄ４，ｄ８，ｄ１２］
たとえば、以下のように、インターリーブ・シーケンスが、マイクロミラーの半回転周期中に走査される走査方向をそれぞれ含む４つのインターリーブ・サブシーケンスを含んでいてもよい。
【０１００】
ＩＳＳ１＝［ｄ１，ｄ５，ｄ９］
ＩＳＳ２＝［ｄ２，ｄ６，ｄ１０］
ＩＳＳ３＝［ｄ３，ｄ７，ｄ１１］
ＩＳＳ４＝［ｄ４，ｄ８，ｄ１２］
この場合、第１のインターリーブ・サブシーケンスＩＳＳ１は、走査方向ごとおよび測定ごとに射出される光パルスの数に対応する所定の回数だけまず実行される。ついで、第２のインターリーブ・サブシーケンスＩＳＳ２が所定の回数だけ実行されてから、第３のインターリーブ・サブシーケンスＩＳＳ３が所定の回数だけ実行される。最後に、第４のインターリーブ・サブシーケンスＩＳＳ４が所定の回数だけ実行される。
【０１０１】
たとえば、１回の測定中に３つの光パルスが各走査方向に沿って射出される場合、第１のインターリーブ・サブシーケンスＩＳＳ１がまず３回実行される。すなわち、３つの光パルスが、マイクロミラーの３つの連続した半回転周期中にそれぞれ走査方向ｄ１、ｄ５およびｄ９に沿って繰り返し射出される。すなわち、第１の光パルスが、マイクロミラーの第１の半回転周期中に方向ｄ１、ｄ５およびｄ９のそれぞれに沿って射出され、次に第２の光パルスが、マイクロミラーの第２の半回転周期中に方向ｄ１、ｄ５およびｄ９のそれぞれに沿って射出され、第３の光パルスが、第３の半回転周期中に方向ｄ１、ｄ５およびｄ９のそれぞれに沿って射出される。
【０１０２】
次に、３つの光パルスは、マイクロミラーの３つの連続する半回転周期のそれぞれの間に、走査方向ｄ２、ｄ６、ｄ１０に沿って繰り返し射出される。次に、３つの光パルスが、マイクロミラーの３つの連続する半回転周期のそれぞれの間に、走査方向ｄ３、ｄ７、ｄ１１に沿って繰り返し射出される。最後に、３つの光パルスが、マイクロミラーの３つの連続する半回転周期のそれぞれの間に、走査方向ｄ４、ｄ８、ｄ１２に沿って繰り返し射出される。
【０１０３】
マイクロミラーの全回転周期中に走査方向が走査される一実施形態では、インターリーブ・シーケンスが、走査方向ごとに射出され光パルスの数に対応する所定の回数だけ実行される複数のインターリーブ・サブシーケンスに分割されてもよい。この場合、第１のインターリーブ・サブシーケンスが所定の回数だけ実行され、ついで、第２のインターリーブ・サブシーケンスが所定の回数だけ実行され、以下同様に実行される。インターリーブ・シーケンスは、マイクロミラーの半回転周期中に、またはマイクロミラーの全回転周期中に実行される走査方向を含んでいてもよい。
【０１０４】
たとえば、インターリーブ・シーケンスは以下の通りであってもよい。
ＩＳ＝［ｄ４，ｄ８，ｄ１２，ｄ１０，ｄ６，ｄ２，ｄ３，ｄ７，ｄ１１，ｄ９，ｄ５，ｄ１］
たとえば、以下のように、インターリーブ・シーケンスは、マイクロミラーの全回転周期中に走査される走査方向をそれぞれ含む２つのインターリーブ・サブシーケンスを含んでいてもよい。
【０１０５】
ＩＳＳ１＝［ｄ４，ｄ８，ｄ１２，ｄ１０，ｄ６，ｄ２］
ＩＳＳ２＝［ｄ３，ｄ７，ｄ１１，ｄ９，ｄ５，ｄ１］
第１のインターリーブ・サブシーケンスは、走査方向ごとおよび測定ごとに射出される光パルスの数に対応する所定の回数だけ実行される。ついで、第２のインターリーブ・サブシーケンスＩＳＳ２が、指定された回数だけ実行される。
【０１０６】
たとえば、１回の測定中に３つの光パルスが各走査方向に沿って射出される場合、第１のインターリーブ・サブシーケンスＩＳＳ１がまず３回実行される。すなわち、３つの光パルスが、マイクロミラーの３つの連続した全回転周期中にそれぞれ走査方向ｄ４、ｄ８、ｄ１２、ｄ１０、ｄ６、ｄ２に沿って繰り返し射出される。すなわち、第１の光パルスが、マイクロミラーの第１の全回転周期中に方向ｄ４、ｄ８、ｄ１２、ｄ１０、ｄ６、ｄ２のそれぞれに沿って射出され、次に第２の光パルスがマイクロミラーの第２の全回転周期中に方向ｄ４、ｄ８、ｄ１２、ｄ１０、ｄ６、ｄ２のそれぞれに沿って射出され、第３の光パルスが、第３の全回転周期中に方向ｄ４、ｄ８、ｄ１２、ｄ１０、ｄ６、ｄ２のそれぞれに沿って射出される。
【０１０７】
次に、３つの光パルスは、マイクロミラーの３つの連続する全回転周期のそれぞれの間に、走査方向ｄ３、ｄ７、ｄ１１、ｄ９、ｄ５、ｄ１に沿って繰り返し射出される。
【０１０８】
測定を完了するのに必要な時間が固定されている一実施形態では、方向のインターリーブ・シーケンスに従って光パルスを射出すると、表１に示すように、明確な検出範囲が増加するがＳＮＲが減少する場合がある。
【０１０９】
表１は、以下の設定例に対する例示的インターリーブ構成を示している：ミラー周波数１７４０Ｈｚ、ミラー半周期０．２８７ミリ秒、フレームレート１５Ｈｚ、１：１の多重化、および２５６ラインでの分解能。この例では、走査方向のインターリーブ・シーケンスを生成するの使用されるすべてのサブアセンブリが、等しい数の方向を含み、ミラーの振動角範囲は６０度、すなわち、ミラーの向きが−３０度〜＋３０度で振動してもよい。走査方向の総数が２５６の場合、２つの連続する走査方向の角度差は、約０．２４度になる。
【０１１０】
バンクまたはインターリーブ係数の数は、インターリーブ・シーケンスの作成に使用される走査方向のサブアセンブリ数に相当する。分解能は、関心領域の走査に使用される走査方向の数を指す。バンクごとのライン数は、走査方向のサブアセンブリに含まれる方向の数に相当する。測定ごとのパルス数は、測定に関連した時間周期中に同じ走査方向に沿って射出されるパルスの数を指す。ＳＮＲ向上とは、測定ごとに１つのパルスがあるシナリオに対するＳＮＲの向上を指す。
【０１１１】
【表１】
2020536245.tif 000003
【０１１２】
インターリーブ係数が１の場合、インターリーブ・シーケンスはなく、２５６の走査方向が左から右、または右から左に連続して走査される。このシナリオでは、最大のＳＮＲ向上が認められるが、最大のパルスレートが必要となる。したがって、このシナリオでは、明確な範囲が最も小さくなる。
【０１１３】
インターリーブ係数が２に等しい場合、走査方向の２つのサブアセンブリが作成され、それぞれに１２８の方向が含まれ、走査方向の総数は２５６に等しくなる。たとえば、次のように、第１のサブアセンブリＳＵＢ１が１２８の走査方向を含み、第２のサブアセンブリＳＵＢ２が１２８の走査方向を含んでいてもよい。
【０１１４】
ＳＵＢ１＝［ｄ１，ｄ３，…，ｄ２５５］
ＳＵＢ２＝［ｄ２，ｄ４，…，ｄ２５６］
第１のサブアセンブリＳＵＢ１および第２のサブアセンブリＳＵＢ２を順次組み合わせて、以下のインターリーブ・シーケンスを取得する。
【０１１５】
ＩＳ＝［ｄ１，ｄ３，ｄ５，…，ｄ２５５，ｄ２，ｄ４…，ｄ２５６］
インターリーブ係数が３に等しい場合、方向の３つのサブアセンブリが作成され、それぞれに８５の方向が含まれ、走査方向の総数は２５５に等しくなる。たとえば、第１のサブアセンブリＳＵＢ１、第２のサブアセンブリＳＵＢ２、および第３のサブアセンブリＳＵＢ３は、次のように表すことができる。
【０１１６】
ＳＵＢ１＝［ｄ１，ｄ４，…，ｄ２５４］
ＳＵＢ２＝［ｄ２，ｄ５，…，ｄ２５５］
ＳＵＢ２＝［ｄ３，ｄ６，…，ｄ２５６］
サブアセンブリＳＵＢ１、ＳＵＢ２、およびＳＵＢ２を順次組み合わせて、以下のインターリーブ・シーケンスを取得する。
【０１１７】
ＩＳ＝［ｄ１，ｄ４，…，ｄ２５４，ｄ２，ｄ５，…，ｄ２５５，…，ｄ３，ｄ６，…，ｄ２５６］
インターリーブ係数が増加するにつれて、インターリーブ・シーケンスの作成に同じ方法が使用される。たとえば、図１６および図１７は、インターリーブ係数が８の場合のシナリオを示している。図１６に示すように、マイクロミラーの半周期振動中に、走査方向またはラインｄ１、ｄ９、ｄ１７、…ｄ２４９に対して光パルスが射出され得る。ついで、図１７に示すように、マイクロミラーの第２の半周期振動中に、走査方向またはラインｄ２、ｄ１０、ｄ１８、…ｄ２５０に対して光パルスが射出され、以下、同様に射出される。この場合、２５６のライン（または走査方向）を走査するには、最小で８つの半周期が必要である。ミラーの振動の往復の半周期中に光パルスが射出される場合、２５６の方向の走査に必要なのは８つの半周期のみである。しかし、光パルスがミラーの振動当たりわずか１つの半周期中に射出されると、ミラーの振動の１６全周期が２５６の方向を走査するために必要とされる。
【０１１８】
理解されたいのは、振動の各全周期の終わりに、次の一連のパルスを生成するために、光源のパルスのタイミングを移動しなければならないことである。
【０１１９】
表１に示した結果からわかるように、２つの連続するパルスを放射する間の経過時間が長くなり、検出時間が長くなるため、インターリーブ係数を大きくすると、物体の明確な検出範囲が広くなる。インターリーブ係数を増やすと、マイクロミラーの共振周波数をさらに下げることができるため、これによって、マイクロミラーの機械的制約および物理的制約が緩和される。ただし、パルス数が１回の測定中に同じ走査方向で射出される可能性があるため、インターリーブ係数の増加に伴い、ＳＮＲ向上は減少する。したがって、望ましい明確な範囲と許容可能なＳＮＲ向上との間にトレードオフがみられる場合がある。いくつかの実施形態では、システムの分解能、すなわち、走査方向数と、検出されたエコーおよび明確な範囲を格納するために利用可能なメモリとのトレードオフが望ましい場合もある。
【０１２０】
上述のように、ＳＮＲを向上するために、いくつかの光パルスが同じ走査方向に沿って射出されてもよい。この場合は、同じ走査方向で測定されたエコーが平均化され、ＳＮＲが向上する。ただし、光学システムが移動中の車両に搭載されている場合、図２１および図２２Ａから図２２Ｃに示すように、同じ走査方向に沿って異なるパルスが射出する間の経過時間によって、車両の速度による結果の品質に影響を与える可能性がある。
【０１２１】
図２１に示すように、光パルスが反射するターゲット物体に対して車両が動いている場合、車両とこの物体との距離は減少する。図２２Ａは、車両が図２１の第１の位置にある場合に、物体上で反射した第１のパルスのエコーを示している。この場合、第１の光パルスが所与の方向に沿って時間ｔ０で射出される。図２２Ａに示すエコーは、時間ｔ０＋Δｔ０で受信される。時間ｔ１で第２のパルスが射出されると、車両は第１の位置から移動したため、物体に近づく。したがって、物体と光学システムとの距離が短くなり、図２２Ｂに示すように、第２のパルスが射出される時間ｔ１と第２のエコーが受信される時間ｔ１＋Δｔ１との差が、第１のパルスが射出される時間ｔ０と第１のエコーが受信される時間ｔ０＋Δｔ０との差よりも小さくなる。ＳＮＲを向上させるために第１および第２のエコーを平均化すると、図２２Ｃに示すように、結果として得られる平均エコーが時間的に広がり、測定の質が低下する。
【０１２２】
図２８は、いくつかの実施形態による、方法３１８のステップ３２０から３２４を実行するための例示的処理モジュール３６０を示すブロック図である。処理モジュール３６０は、通常、メモリ３６４に格納されたモジュールまたはプログラムおよび／もしくは指示を実行し、それによって処理操作を実行する１つ以上のコンピュータ処理ユニット（ＣＰＵ）および／またはグラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）３６２と、メモリ３６４と、これらのコンポーネントを相互接続する１つ以上の通信バス３６６とを含む。通信バス３５６は、任意選択で、システムコンポーネント間の相互接続と通信制御を行う回路（チップセットと呼ばれることもある）を含む。メモリ３６４は、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＤＤＲ  ＲＡＭまたはその他のランダムアクセス・ソリッドステート・メモリデバイスなどの高速ランダムアクセスメモリが含まれ、１つ以上の磁気ディスク格納デバイス、光学ディスク格納デバイス、フラッシュメモリデバイス、またはその他の不揮発性ソリッドステート格納デバイスなどの不揮発性メモリを含んでいてもよい。メモリ３６４は、任意選択で、ＣＰＵおよび／またはＧＰＵ３６２から遠隔配置された１つ以上の格納デバイスを含む。メモリ３６４、あるいはメモリ３６４内の不揮発性メモリデバイスは、非一時的コンピュータ可読記憶媒体を含む。いくつかの実施形態では、メモリ３６４、またはメモリ３６４のコンピュータ可読記憶媒体は、以下のプログラム、モジュール、およびデータ構造、またはそのサブセットを格納する：
関心領域を走査するために、走査される関心領域を受信し、走査方向を生成する走査方向モジュール３７０；
走査方向を複数の方向サブアセンブリに分割する分割モジュール３７２；および
複数の方向サブアセンブリから１つのインターリーブ・シーケンスを生成するインターリーブ・シーケンス・モジュール３７４。
【０１２３】
上記で特定された要素のそれぞれは、前述のメモリデバイスの１つ以上に格納されてもよく、上記の機能を実行するための一連の指示に対応する。上記で特定されたモジュールまたはプログラム（すなわち、一連の指示）は、別個のソフトウェアプログラム、手順、またはモジュールとして実装する必要はない。したがって、これらのモジュールのさまざまなサブセットを組み合わせたり、さまざまな実施形態に再配置したりできる。いくつかの実施形態では、メモリ３６４は、上記で特定されたモジュールおよびデータ構造のサブセットを格納してもよい。さらに、メモリ３６４は、上記に記載されていない追加のモジュールおよびデータ構造を格納してもよい。
【０１２４】
図２８は処理モジュール３６０を示しているが、図２８は、本明細書で説明する実施形態の構造図としてではなく、管理モジュールに存在する可能性のあるさまざまな特徴の機能説明として意図されている。実際には、当業者によって認識されるように、別々に示されているアイテムを組み合わせることができ、いくつかのアイテムを分離することができる。
【０１２５】
図２７は、光学式距離計システムなどの光学システムと物体との相対位置が時間とともに変化する場合の、エコーの時間的ずれを補正するための方法４００の一実施形態を示す。
【０１２６】
ステップ４０２では、第１の光パルスは、第１の時点ｔ０で射出される。第１の光パルスは所与の方向に沿って射出される。光パルスは物体によって反射され、物体上で第１の光パルスの反射によって生成された第１のエコーは、ステップ４０４で、ｔ０＋Δｔ０に等しい時間で検出される。第１のエコーは図２３Ａに示されている。エコーは、対応する光パルスが射出された時間から始まる時間関数として測定された光強度／振幅を表す。図２２Ａおよび図２２Ｂは、エコーの例を示す。
【０１２７】
ステップ４０４では、第２の光パルスが時間ｔ１で射出される。第２の光パルスが所与の方向に沿って射出される。第２の光パルスも、物体によって反射され、物体上で第２の光パルスの反射によって生成された第２のエコーは、ステップ４０６で、ｔ１＋Δｔ１に等しい時間で検出される。
【０１２８】
ステップ４０８では、光学システムと物体との間の相対速度を受信する。物体が固定位置にあり、光学式距離計システムが物体に対して動く実施形態では、相対速度は、光学システムの速度、たとえば光学システムが搭載されている車両の速度に対応する。光学システムが固定位置にあり、物体が光学システムに対して移動する実施形態では、相対速度は物体の速度に対応する。
【０１２９】
一実施形態では、方法４００が、光学システムと物体との間の相対速度を測定するステップをさらに含む。物体が固定位置にあり、光学システムが物体に対して移動し、車両に搭載されている実施形態では、車両の速度計を使用して速度を測定してもよい。別の実施形態では、たとえばＧＰＳを使用して光学システムの位置を測定することによって、また光パルスが射出される時間によって、速度を測定してもよい。速度はまた、加速度計またはその他の適切な装置を使用して測定してもよい。
【０１３０】
ステップ４１０では、受信した相対速度を使用して、補正時間δｔが計算される。補正時間は、光学システムと物体との間の相対運動を相殺すべく第２のエコーが検出された時間に追加する時間に対応し、以下のように表す。
【０１３１】
δｔ＝Δｔ０−Δｔ１
第１のパルスおよび第２のパルスが射出する間に光学システムがカバーする距離ΔＬは、次のように表すことができる。
【０１３２】
ΔＬ＝Ｌ０−Ｌ１
ここで、Ｌ０は時間ｔ０における光学システムと物体との距離であり、Ｌ１は時間ｔ０における光学システムと物体との距離である。
【０１３３】
距離Ｌ０およびＬ１は次のように定義される。
Ｌ０＝ｃ．（Δｔ０／２）
Ｌ１＝ｃ．（Δｔ１／２）
ここで、ｃは光の速度である。
【０１３４】
距離ΔＬは、物体に対する光学システムの速度の関数として、次のように表すこともできる。
【０１３５】
ΔＬ＝ｖ．（ｔ１−ｔ０）
したがって、
ΔＬ＝Ｌ０−Ｌ１＝ｖ．（ｔ１−ｔ０）
Ｌ０およびＬ１をこれらの式に代入すると、次のようになる。
【０１３６】
ｃ．（Δｔ０／２）−ｃ．（Δｔ１／２）＝ｖ．（ｔ１−ｔ０）および
ｃ．（Δｔ０−Δｔ１）／２＝ｖ．（ｔ１−ｔ０）
δｔ＝Δｔ０−Δｔ１より、方程式は次のようになる。
【０１３７】
ｃ．δｔ／２＝ｖ．（ｔ１−ｔ０）
したがって、補正時間δｔは、次のように表される。
【０１３８】
δｔ＝２ｖ．（ｔ１−ｔ０）／ｃ
ステップ４１４では、補正時間δｔを使用して、第２のエコーが補正される。第２のエコーは、補正時間δｔに対応する量だけ時間に変換される。図２３Ｂは、第１のエコーと時間的に整列した補正済の第２のエコーを示している。
【０１３９】
ステップ４１６では、補正されたエコーが出力される。たとえば、補正された第２のエコーはメモリに格納されてもよい。
【０１４０】
一度補正されると、第２のエコーは第１のエコーと平均化され、図２３Ｃに示される結果として得られた平均エコーは、補正が行われていない場合の図２２Ｃの平均エコーに対してもはや拡大されない。
【０１４１】
複数の光パルスが同じ方向に沿って異なる時間に射出される場合、方法４００は、測定の品質を改善するために、射出されたパルスに対応するエコーを整列すべく使用されてもよい。
【０１４２】
方法４００は、光学式距離計システムのコントローラなどの光学システムのコントローラによって実行されてもよいことを理解されたい。あるいは、方法４００は、光学システムに接続された独立したコンピュータ機器によって実行されてもよい。この場合、コンピュータ機器は、少なくとも１つの処理ユニット、メモリおよび通信手段を備えている。上記の補正方法を実行するために、処理ユニットによって実行される命令や指令がメモリに格納される。
【０１４３】
図２９は、いくつかの実施形態による、方法４００のステップ４１０〜４１６を実行するための例示的処理モジュール４３０を示すブロック図である。処理モジュール４３０は、通常、メモリ４３４に格納されたモジュールまたはプログラムおよび／もしくは指示を実行し、それによって処理操作を実行する１つ以上のＣＰＵおよび／またはＧＰＵ４３２と、メモリ４３４と、これらのコンポーネントを相互接続する１つ以上の通信バス４３６とを含む。通信バス４３６は、任意選択で、システムコンポーネント間の相互接続と通信制御を行う回路（チップセットと呼ばれることもある）を含む。メモリ４３４は、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＤＤＲ  ＲＡＭまたはその他のランダムアクセス・ソリッドステート・メモリデバイスなどの高速ランダムアクセスメモリが含まれ、１つ以上の磁気ディスク格納デバイス、光学ディスク格納デバイス、フラッシュメモリデバイス、またはその他の不揮発性ソリッドステート格納デバイスなどの不揮発性メモリを含んでいてもよい。メモリ４３４は、任意選択で、ＣＰＵおよび／またはＧＰＵ４３２から遠隔配置された１つ以上の格納デバイスを含む。メモリ４３４、あるいはメモリ４３４内の不揮発性メモリデバイスは、非一時的コンピュータ可読記憶媒体を含む。いくつかの実施形態では、メモリ４３４、またはメモリ４３４のコンピュータ可読記憶媒体は、以下のプログラム、モジュール、およびデータ構造、またはそのサブセットを格納する：
変位速度を受信し、その変位速度と、上記の第１および第２の時点と光の速度とを使用して補正時間を決定する補正決定モジュール４４０、および
補正時間を使用して第２のエコーを補正し、補正されたエコーを出力する補正適用モジュール４４２。
【０１４４】
上記で特定された要素のそれぞれは、前述のメモリデバイスの１つ以上に格納されてもよく、上記の機能を実行するための一連の指示に対応する。上記で特定されたモジュールまたはプログラム（すなわち、一連の指示）は、別個のソフトウェアプログラム、手順、またはモジュールとして実装する必要はない。したがって、これらのモジュールのさまざまなサブセットを組み合わせたり、さまざまな実施形態に再配置したりできる。いくつかの実施形態では、メモリ４３４は、上記で特定されたモジュールおよびデータ構造のサブセットを格納してもよい。さらに、メモリ４３４は、上記に記載されていない追加のモジュールおよびデータ構造を格納してもよい。
【０１４５】
図２９は処理モジュール４３０を示しているが、図２９は、本明細書で説明する実施形態の構造図としてではなく、管理モジュールに存在する可能性のあるさまざまな特徴の機能説明として意図されている。実際には、当業者によって認識されるように、別々に示されているアイテムを組み合わせることができ、いくつかのアイテムを分離することができる。
【０１４６】
上述の本発明の実施形態は、例示のみを意図したものである。それゆえ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるものとする。したがって、本発明の範囲は、車両に搭載された運転者支援／安全システムに限定されると解釈されるべきではない。したがって、本発明の光学式距離計器は、たとえば、さまざまな種類の物体（車両、自転車、歩行者、舗道）を、広い視野で、さまざまな気象条件、および自然光源と人工光源の両方から発生する広範囲の照明条件下で確実に検出する必要のある道路の交差点で、交通監視専用の固定システムに統合可能である。また、自動車業界の運転者支援アプリケーションなどのモバイルアプリケーションにも統合可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2020536245.tif 000010
【図５Ｃ】
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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】
2020536245.tif 000017
【図１２】
2020536245.tif 000018
【図１３】
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【図１４】
2020536245.tif 000020
【図１５】
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【図１６】
2020536245.tif 000022
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
2020536245.tif 000030
【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
2020536245.tif 000034
【図２３Ｃ】
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【図２４】
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【図２５】
2020536245.tif 000037
【図２６】
2020536245.tif 000038
【図２７】
2020536245.tif 000039
【図２８】
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【図２９】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年6月3日(2020.6.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の走査方向に従って領域を光学的に走査する方法であって、
前記複数の走査方向に対して走査順序を規定するインターリーブ・シーケンスを受信するステップと、
前記インターリーブ・シーケンスに従って光パルスを順次伝播するステップと、
前記領域内に存在する少なくとも１つの物体上での前記伝播された光パルスの反射に相当するパルスエコーを検出するステップと、
前記検出されたパルスエコーを出力するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記インターリーブ・シーケンスを前記受信するステップが、
前記複数の走査方向を受信することと、
前記インターリーブ・シーケンスを生成することと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の走査方向を前記受信するステップが、
全走査範囲を受信することと、
走査方向数のうちの１つおよび走査方向毎の視野を受信することと、
前記走査方向を決定することと、
を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記インターリーブ・シーケンスを前記生成するステップが、
前記複数の走査方向を複数の方向サブアセンブリに分割することと、
前記方向サブアセンブリを使用して前記インターリーブ・シーケンスを生成することと、
を含む、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記インターリーブ・シーケンスに従って光パルスを前記順次伝播するステップと、
前記領域内に存在する少なくとも１つの物体上での前記伝播した光パルスの反射に相当するパルスエコーを前記検出するステップと、
前記検出されたパルスエコーを前記出力するステップと、
を反復することをさらに含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
複数の走査方向に従って領域を光学的に走査するシステムであって、
前記複数の走査方向に対して走査順序を規定するインターリーブ・シーケンスを受信するコントローラと、
前記インターリーブ・シーケンスに従って光パルスを順次伝播するパルス光光源と、
前記領域内に存在する少なくとも１つの物体上での前記伝播された光パルスの反射に相当するパルスエコーを検出し、前記検出されたパルスエコーを出力する光検知器と、
を含む、システム。
【請求項７】
前記コントローラが、
前記複数の走査方向を受信し、
前記インターリーブ・シーケンスを生成する、
ように構成されている、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記コントローラが、
全走査範囲を受信し、
いくつかの走査方向のうちの１つおよび走査方向毎の視野を受信し、
前記走査方向を決定する、
ように構成されている、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記コントローラが、
前記複数の走査方向を複数の方向サブアセンブリに分割し、
前記方向サブアセンブリを使用して前記インターリーブ・シーケンスを生成する、
ように構成されている、請求項７または８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記インターリーブ・シーケンスに従って光パルスを前記順次伝播することと、
前記領域内に存在する少なくとも１つの物体上での前記伝播した光パルスの反射に相当するパルスエコーを前記検出することと、
前記検出されたパルスエコーを前記出力することと、
を反復するようにさらに構成されている、請求項６から９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
光エコーの時間的ずれを補正するコンピュータにより実行される方法において、
物体上での第１の光パルスの反射に関連する第１のエコーを受信するステップであって、前記第１の光パルスは関心領域を検査する第１の射出時点で射出され、前記第１のエコーは前記第１の時点から開始する時間関数として第１の検出光の強度に相当する、第１のエコーを受信するステップと、
前記物体上での第２の光パルスの反射に関連する第２のエコーを受信するステップであって、前記第２の光パルスは、前記第１の時点と異なる第２の時点で射出され、前記第２のエコーは前記第２の時点から開始する時間関数として第２の検出光の強度に相当する、第２のエコーを受信するステップと、
変位速度を受信するステップと、
前記変位速度と、前記第１および第２の時点と、光の速度とを使用して、補正時間を決定するステップと、
前記補正時間を使用して前記第２のエコーを補正することによって、補正エコーを取得するステップと、
前記補正エコーを出力するステップと、
を含む、方法。
【請求項１２】
前記変位速度を前記受信するステップが、前記変位速度を測定することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記変位速度を前記受信するステップが、射出に使用されるパルス光光源および光検知器を搭載した車両の速度を受信することを含み、前記パルス光光源は前記第１および第２の光パルスを射出し、前記光検知器は前記第１および第２のエコーを検出する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記車両の速度を前記受信するステップが、前記車両の速度を測定することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２のエコーを前記補正するステップが、時間関数として、前記補正時間に相当する量だけ、前記第２の検出光の強度を一時的に変換することを含む、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
光エコーの時間的ずれを補正するシステムにおいて、
物体上での第１の光パルスの反射に関連する第１のエコーを受信することであって、前記第１の光パルスは関心領域を検査する第１の射出時点で射出され、前記第１のエコーは前記第１の時点から開始する時間関数として第１の検出光の強度に相当する、第１のエコーを受信することと、
前記物体上での第２の光パルスの反射に関連する第２のエコーを受信することであって、前記第２の光パルスは、前記第１の時点と異なる第２の時点で射出され、前記第２のエコーは前記第２の時点から開始する時間関数として第２の検出光の強度に相当する、第２のエコーを受信することと、
変位速度を受信することと、
前記変位速度と、前記第１および第２の時点と、光の速度とを使用して、補正時間を決定することと、
を行うように構成されている補正決定モジュールと、
前記補正時間を使用して前記第２のエコーを補正することによって、補正エコーを取得することと、
前記補正エコーを出力することと、を行うように構成されている補正適用モジュールと、
を備える、システム。
【請求項１７】
前記変位速度を測定する装置をさらに備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記補正決定モジュールが、パルス光光源および光検知器を搭載した車両の速度を受信するように構成されており、前記パルス光光源は前記第１および第２の光パルスを射出し、前記光検知器は前記第１および第２のエコーを検出する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記変位速度を測定する装置をさらに備える、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記補正適用モジュールが、時間関数として、前記補正時間に相当する量だけ、前記第２の検出光の強度を一時的に変換するように構成されている、請求項１６から１９のいずれか一項に記載のシステム。
【国際調査報告】
2020536245.tif 000042
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2020536245.tif 000044