(57)【要約】  ＬＩＤＡＲ測定システムの複数チャンネルからの戻り信号を統合する方法及びシステムをここに記載する。１つの態様では、複数受信チャンネルの出力は、アナログ・デジタル変換器の単一のチャンネルに入力される前に電気的に結合される。別の態様では、測定した信号品質を改善するため、ＤＣオフセット電圧を各トランスインピーダンス増幅器の出力に供給する。別の態様では、各受信チャンネルの各光検出器に供給するバイアス電圧を、電力を節約し、測定の整合性を良くするために、測定温度に基づいて調整する。別の態様では、各受信チャンネルの各光検出器に供給するバイアス電圧を、電力を節約し、測定の整合性を良くするために、測定温度に基づいて調整する。別の態様では、各送信チャンネルの各照明源に供給するバイアス電圧を、測定温度に基づいて調整する。別の態様では、アナログからデジタルへの変換の前に受信チャンネルの複数の組の出力信号を多重化するためにマルチプレクサを採用する。【選択図】図１
2020534529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルであって、各々が、
電源に電気的に結合されたとき照明光の測定パルスを放射する照明源と、
前記照明源及び前記電源に電気的に結合された照明ドライバであって、前記照明ドライバはパルストリガ信号に応答して前記照明源を前記電源に選択的に電気的に結合するよう構成された照明ドライバと、
照明光の前記測定パルスに応答して３次元環境内の点から反射された戻り光の量を検出する光検出器と、
時間の経過とともに検出された戻り光の量を示す戻り信号を生成し、前記戻り信号を前記第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの第１の共有出力ノードに提供する戻り信号受信機と、
を具備することを特徴とする第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルと、
入力チャンネルを有するアナログ・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、前記アナログ・デジタル変換器の入力チャンネルで前記第１の共有出力ノードに提供された第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの各戻り信号を受信する、アナログ・デジタル変換器と、
を具備するＬＩＤＡＲ測定システム。
【請求項２】
第２の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルであって、各々が、
電源に電気的に結合されたとき照明光の測定パルスを放射する照明源と、
前記照明源及び前記電源に電気的に結合された照明ドライバであって、前記照明ドライバはパルストリガ信号に応答して前記照明源を前記電源に選択的に電気的に結合するよう構成された照明ドライバと、
照明光の前記測定パルスに応答して３次元環境内の点から反射された戻り光の量を検出する光検出器と、
時間の経過とともに検出された戻り光の量を示す戻り信号を生成し、前記戻り信号を前記第２の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの第２の共有出力ノードに提供する戻り信号受信機と、
を具備することを特徴とする第２の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルと、
前記第１の共有出力ノードに結合された第１の入力チャンネルと、前記第２の共有出力ノードに結合された第２の入力チャンネルと、前記アナログ・デジタル変換器の入力チャンネルに結合された出力チャンネルと、を有するアナログマルチプレクサであって、前記アナログマルチプレクサは、前記第１の入力チャンネルで前記第１の共有出力ノードに提供された前記第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの各戻り信号を受信し、前記第２の入力チャンネルで前記第２の共有出力ノードに提供された前記第２の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの各戻り信号を受信し、前記出力チャンネルで前記第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネル及び前記第２の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの各戻り信号を表示する多重化された出力信号を生成することを特徴とする、
請求項１に記載のＬＩＤＡＲ測定システム。
【請求項３】
前記第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルは、前記照明源に結合された照明バイアス電源をさらに具備し、前記照明バイアス電源は、コマンド信号に応答して所望の量の電気バイアス電力を前記照明源に供給することを特徴とする、請求項１に記載のＬＩＤＡＲ測定システム。
【請求項４】
前記照明源及び前記第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの照明ドライバに近接して配置された温度センサと、
前記温度センサ及び前記第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの各々に関連する各照明バイアス電源に電気的に結合された主制御装置であって、前記主制御装置は、前記温度センサからの送信サブシステム温度の表示を受け取り、少なくとも部分的に前記測定された送信サブシステム温度に基づき前記第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの各々に関連する電気バイアス電力の前記所望の量を示すコマンド信号を生成することを特徴とする、主制御装置と、
をさらに具備する請求項３に記載のＬＩＤＡＲ測定システム。
【請求項５】
前記アナログ・デジタル変換器及び前記第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの各々に関連する各照明バイアス電源に電気的に結合された主制御装置であって、前記主制御装置は、前記第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの各戻り信号の表示を受け取り、少なくとも部分的に前記第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの各々に関する前記戻り信号に基づき前記第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの各々に関連する電気バイアス電力の前記所望の量を示すコマンド信号を生成することを特徴とする、主制御装置と、
をさらに具備する請求項３に記載のＬＩＤＡＲ測定システム。
【請求項６】
前記第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルは各々、
前記光検出器に結合された光検出器バイアス電源であって、前記光検出器バイアス電源は、コマンド信号に応答して前記光検出器に所望の量の電気バイアス電力を供給することを特徴とするバイアス電源をさらに具備する請求項１に記載のＬＩＤＡＲ測定システム。
【請求項７】
前記戻り信号受信機及び前記第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの光検出器に近接して配置された温度センサと、
前記温度センサ及び前記第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの各々に関連する各光検出器バイアス電源に電気的に結合された主制御装置であって、前記主制御装置は前記温度センサからの受信サブシステム温度の表示を受信し、前記測定した受信サブシステム温度に基づき前記第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの各々に関連する前記所望の量の電気バイアスを表示する前記コマンド信号を送信することを特徴とする主制御装置と、
を具備する請求項６に記載のＬＩＤＡＲ測定システム。
【請求項８】
前記複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの各光検出器から前記アナログ・デジタル変換器までの電気経路内の電気要素は互いに直流（ＤＣ）で結合されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＩＤＡＲ測定システム。
【請求項９】
前記第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルは各々、前記光検出器の出力に結合された入力ノード及び出力ノードを有するトランスインピーダンス増幅器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測定システム。
【請求項１０】
前記第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの各々に関連する各トランスインピーダンス増幅器の前記出力ノードに電気的に結合された主制御装置であって、前記主制御装置は、各トランスインピーダンス増幅器の前記出力ノードで直流（ＤＣ）オフセット電圧を生成することを特徴とする請求項９に記載のＬＩＤＡＲ測定システム。
【請求項１１】
前記ＬＩＤＡＲ測定システムは、前記アナログ・デジタル変換器により生成される対応するデジタル信号の信号対雑音比を最大化するために、各トランスインピーダンス増幅器の前記出力ノードで前記ＤＣオフセット電圧を生成することを特徴とする請求項１０に記載のＬＩＤＡＲ測定システム。
【請求項１２】
第１の複数のＬＩＤＡＲ受信チャンネルであって、前記第１の複数のＬＩＤＡＲ受信チャンネルは、
照明光の測定パルスに応答して３次元環境内の点から反射された戻り光の量を検出する光検出器と、
前記光検出器に結合されたトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）であって、前記ＴＩＡは前記戻り光を表示する信号を生成するよう構成されているトランスインピーダンス増幅器と、
を具備することを特徴とする第１の複数のＬＩＤＡＲ受信チャンネルと、
前記第１の複数のＬＩＤＡＲ 受信チャンネルの各々に関連する前記戻り光を表示する信号を受信するよう構成された入力チャンネルを有するアナログ・デジタル変換器であって、前記信号は前記第１の複数のＬＩＤＡＲ受信チャンネルの第１の共有出力ノードに提供され、前記複数のＬＩＤＡＲ受信チャンネルの各光検出器から前記アナログ・デジタル変換器までの電気経路中の任意の電気要素は互いに直流（ＤＣ）で結合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ＬＩＤＡＲ測定システム。
【請求項１３】
前記第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの各々に関連する各トランスインピーダンス増幅器の出力ノードに電気的に結合された主制御装置であって、前記主制御装置は、各トランスインピーダンス増幅器の前記出力ノードで直流（ＤＣ）オフセット電圧を生成することを特徴とする請求項１２に記載のＬＩＤＡＲ測定システム。
【請求項１４】
前記ＬＩＤＡＲ測定システムは、前記アナログ・デジタル変換器により生成される対応するデジタル信号の信号対雑音比を最大化するために、各トランスインピーダンス増幅器の前記出力ノードで前記ＤＣオフセット電圧を生成することを特徴とする請求項１３に記載のＬＩＤＡＲ測定システム。
【請求項１５】
第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの各々から照明光の測定パルスを放射するステップと、
照明光の各測定パルスに応答して３次元環境内の点から反射された戻り光の量を検出するステップと、
戻り光の各量を表示する戻り信号を生成するステップと、
前記第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの第１の共有出力ノードへ各戻り信号の表示を提供するステップと、
アナログ・デジタル変換器の入力チャンネルで前記第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの各戻り信号の表示を受け取るステップと、
を具備する方法。
【請求項１６】
第２の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの各々から照明光の測定パルスを放射するステップと、
前記第２の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルに関連する照明光の各測定パルスに応答して３次元環境内の点から反射された戻り光の量を検出するステップと、
前記第２の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルに関連する戻り光の各量を表示する戻り信号を生成するステップと、
前記第２の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの第２の共有出力ノードへ前記第２の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルに関連する各戻り信号の表示を提供するステップと、
前記第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの各戻り信号及び前記第２の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの各戻り信号を示す多重化された出力信号を生成するステップと、
前記アナログ・デジタル変換器の前記入力チャンネルで前記多重化された出力信号を受け取るステップと、
をさらに具備する請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの複数の照明源及び複数の照明ドライバに近接する位置の温度を測定するステップと、
測定された前記温度に少なくとも部分的に基づき前記第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの各照明源に供給された電気バイアス電力の量を調整するステップと、
をさらに具備する請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの各戻り信号の表示を受信するステップであって、前記第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの各照明源に供給された電気バイアス電力の量を調整するステップは、前記第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの各々に対応する前記戻り信号の前記表示に基づくことを特徴とするスッテップ、をさらに具備することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの複数の光検出器及び複数の戻り信号受信機に近接する位置の温度を測定するステップと、
測定された前記温度に少なくとも部分的に基づき前記第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの各光検出器に供給された電気バイアス電力の量を調整するステップと、
をさらに具備する請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの各トランスインピーダンス増幅器の出力ノードで直流（ＤＣ）オフセット電圧を生成するステップであって、前戻り光の各量を表示する前記戻り信号の前記生成するステップは、前記第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの各々に関連する前記トランスインピーダンス増幅器を用い、前記ＤＣオフセット電圧は、前記アナログ・デジタル変換器で生成された対応するデジタル信号の信号対雑音比を最大化するよう生成されることを特徴とするステップ、をさらに具備する請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願は、２０１７年９月１８日に出願された「ＬＩＤＡＲ信号収集」というタイトルの米国特許仮出願第６２／５５９，７８３号に基づき優先権を主張して２０１８年９月１８日に出願された「ＬＩＤＡＲ信号収集」というタイトルの米国特許出願第１６／１３４，０００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点群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、遠方のオブジェクトと互いに影響し合う。光の一部はオブジェクトから反射し、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、レンズ又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、回転ミラーを組みこんで、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２次元（つまり平面）であり、捕捉した距離ポイントは２次元（つまり単一平面）の点群とされる。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３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、センサの「ウィンク」又は「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アレイ全体を捕捉できる。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、単一のレーザーエミッター／検出器の組み合わせの光路は、単一のセンサ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、点群密度が低下することとなる。
【０００７】
上記のように、３Ｄ点群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、水平方向と水平方向の両方で広い視野で見る必要がある。例えば、自律車両アプリケーションでは、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、連続する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及び強度測定ではピクセルを考慮し、高速で連続的に放射及び捕捉されたパルスの集合（つまり「点群」）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、結果的に得られた点群をユーザーに３次元で表示される画像として提示す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ＬＩＤＡＲ測定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】
高い解像度、スループット、及び、範囲で３次元環境を測定するために、測定パルスは非常に狭く、短い周期で繰り返されなければならない。現在のシステムでは、持続時間の短いパルスを生成し、高周波で短い持続時間の戻りパルスを分別する能力が限られているため、分解能が低くなる。
【００１０】
実際の動作環境においてターゲットの反射率および近接度が大きく変化するため、検出器の飽和により測定能力が限定される。電力消費により、ＬＩＤＡＲシステムが過熱することもある。光デバイス、ターゲット、回路、温度は実際のシステムにおいてさまざまである。これらすべての要素がさまざまに変化するので、各ＬＩＤＡＲチャンネルを適切にキャリブレーションしなければシステムパフォーマンスが制限される。
【００１１】
画像の解像度と範囲を改善するために、ＬＩＤＡＲシステムの駆動エレクトロニクスと受信エレクトロニクスの改善が望まれている。
【発明の概要】
【００１２】
ここでは、ＬＩＤＡＲ測定システムの複数のチャンネルからの戻り信号から、アナログ・デジタル変換器の単一チャンネルの入力に統合する方法およびシステムについて説明する。
【００１３】
１つの態様では、ＬＩＤＡＲ測定システムの複数の受信チャンネルの出力は、アナログ・デジタル変換器の単一のチャンネルに入力される前に電気的に結合される。
【００１４】
さらなる態様では、ＬＩＤＡＲ測定システムの複数の受信チャンネルの各光検出器からアナログ・デジタル変換器までの各電気経路内の電気要素は、互いに直流（ＤＣ）で結合されている。
【００１５】
別の態様では、ＬＩＤＡＲ測定システムの各受信チャンネルの各トランスインピーダンス増幅器の出力にＤＣオフセット電圧を供給し、測定した信号品質を改善する。
【００１６】
別の態様では、ＬＩＤＡＲ測定システムの各受信チャンネルの各光検出器に供給するバイアス電圧は、電力を節約し、測定の整合性を良くするために、受信チャンネルの構成要素の測定温度に基づいて調整される。
【００１７】
別の態様では、ＬＩＤＡＲ測定システムの各送信チャンネルの各照明源に供給するバイアス電圧は、送信チャンネルの構成要素の測定温度に基づいて調整される。
【００１８】
別の態様では、マルチプレクサが複数の受信チャンネルとアナログ・デジタル変換器の単一チャンネルとの間に配置され、測定スループットを向上させるためにアナログからデジタルへの変換の前に受信チャンネルの出力信号を多重化する。
【００１９】
前述は要約であり、必然的に、簡略化、一般化、及び省略が含まれ、従って、当業者は、要約が単なる例示であり、決して限定のための物でないことを理解するであろう。ここに記載されたデバイスおよび／またはプロセスの他の態様、創作的特徴、および利点は、ここに記載した非限定的な詳細な説明で明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】１つの実施形態における複数チャンネルＬＩＤＡＲ測定システム１２０を示す図である。
【００２１】
【図２】１つの実施形態におけるＮ個の受信チャンネルをもつ１組の複数チャンネルＬＩＤＡＲ測定システム１２０を示す。
【００２２】
【図３】１つの実施形態におけるＮ個の送信チャンネルをもつ１組の複数チャンネルＬＩＤＡＲ測定システム１２０を示す。
【００２３】
【図４】別の実施形態における複数の受信チャンネルをもつ２組の複数チャンネルＬＩＤＡＲ測定システムを示す。
【００２４】
【図５】ＬＩＤＡＲ測定装置１２０の測定チャンネルからの測定パルスの放出および戻り測定パルスの捕捉に関するタイミングの図を示す。
【００２５】
【図６】１つの例示的な動作シナリオにおける３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム１００の実施形態を例示する図である。
【００２６】
【図７】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。
【００２７】
【図８】１つの例示的な実施形態における３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム１００の分解図を図示する。
【００２８】
【図９】３Ｄ−ＬＩＤＡＲＲシステム１００の光学系１１６を詳細に図示する。
【００２９】
【図１０】集光された光１１８の各ビームの成形を示す、３Ｄ−ＬＩＤＡＲＲシステム１００の光学系１１６の断面図を示す。
【００３０】
【図１１】少なくとも１つの新規な態様において、複数チャンネルＬＩＤＡＲ測定システムによってＬＩＤＡＲ測定を実行する方法２００を例示するフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
ここで、背景例および本発明のいくつかの実施形態を詳細に言及し、それらの例を、添付の図面に示す。
【００３２】
ここでは、ＬＩＤＡＲ測定システムの複数のチャンネルからの戻り信号を、アナログ・デジタル変換器の単一のチャンネルの入力に統合する方法およびシステムについて説明する。
【００３３】
図１は、１つの実施形態における複数チャンネルＬＩＤＡＲ測定システム１２０を示す。ＬＩＤＡＲ測定システム１２０には、主制御装置１９０とＮ個のＬＩＤＡＲ測定チャンネル１２５Ａ〜Ｎが含まれ、ここでＮは任意の正の整数である。ＬＩＤＡＲ測定システム１２０の各チャンネルには、送信チャンネル（例えば、送信チャンネル１６０Ａ〜Ｎ）および対応する受信チャンネル（例えば、受信チャンネル１３０Ａ〜Ｎ）が含まれる。
【００３４】
図１に示すように、各ＬＩＤＡＲ送信チャンネル１６０Ａ〜Ｎには、照明源１６３Ａ〜Ｎが含まれる。各送信チャンネル１６０Ａ〜Ｎの照明ドライバは、対応する受信チャンネル１３０Ａ〜Ｎから受信したパルストリガ信号１５１Ａ〜Ｎに応答して、対応する各照明源１６３Ａ〜Ｎに照明光１６４Ａ〜Ｎの測定パルスを放射させる。照明光１６４Ａ〜Ｎの各測定パルスは、ミラー要素１２１Ａ〜Ｎを通過し、周囲環境を照らす。周囲環境の各照明位置で物体から反射された各戻り光１３６Ａ〜Ｎは、対応するミラー要素１２１Ａ〜Ｎに入射する。オーバーモールドレンズ１３１Ａ〜Ｎには、それぞれ戻り光１３６Ａ〜Ｎの光受け入れ円錐に対応する円錐形のキャビティが含まれる。戻り光１３６Ａ〜Ｎは、それぞれ各光検出器１３２Ａ〜Ｎに対応するミラー１２１Ａ〜Ｎから反射される。
【００３５】
図１に示すように、ＬＩＤＡＲ測定システム１２０の各チャンネルから放出された照明光１６４Ａ〜Ｎ及びＬＩＤＡＲ測定システム１２０に向かう対応する戻り測定光１３６Ａ〜Ｎは、共通の光路を通る。
【００３６】
図１に示されるように、各照明源１６３Ａ〜Ｎは、各光検出器１３０の視野の外側に配置される。照明源１６３Ａ〜Ｎからの照明光１６４Ａ〜Ｎは、それぞれミラー１２１Ａ〜Ｎの開口部を介して対応する検出器受容コーンに注がれる。
【００３７】
いくつかの実施形態では、各照明源１６３Ａ〜Ｎは、レーザーベースのもの（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、各照明源は、１つまたは複数の発光ダイオードをベースにする。一般に、任意の適切なパルス照明源を考慮することができる。
【００３８】
主制御装置１４４は、それぞれがチャンネル１３０Ａ〜Ｎに伝達されるパルスコマンド信号１２２Ａ〜Ｎを生成するように構成される。これらの実施形態では、主制御装置１４４は、パルスコマンド信号の各々を異なるＬＩＤＡＲ測定チャンネルに伝達する。このようにして、主制御装置１４４は、任意の数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルによって実行されるＬＩＤＡＲ測定のタイミングを調整する。各パルスコマンド信号は、主制御装置１４４によって生成されたデジタル信号である。従って、各パルスコマンド信号のタイミングは、主制御装置１４４に関連するクロックによって決定される。
【００３９】
いくつかの実施形態では、各パルスコマンド信号１２２Ａ〜Ｎは、送信チャンネル１６０Ａ〜Ｎによるパルス生成及び対応する各受信チャンネル１３０Ａ〜Ｎによるデータ取得をそれぞれ開始させるために直接使用される。しかしながら、送信チャンネル１６０Ａ〜Ｎ及び受信チャンネル１３０Ａ〜Ｎは、主制御装置１４４と同じクロックを用いない。このため、パルスコマンド信号を直接使用してパルス生成及びデータ取得を開始させる場合、飛行時間の正確な推定は、はるかに計算が面倒になる。
【００４０】
他のいくつかの実施形態では、各受信チャンネル１３０Ａ〜Ｎは、パルスコマンド信号１２２Ａ〜Ｎを受信し、それぞれパルスコマンド信号１２２Ａ〜Ｎに応答して対応するパルストリガ信号１５１Ａ〜Ｎを生成する。各パルストリガ信号１５１Ａ〜Ｎは、送信チャンネル１６０Ａ〜Ｎに伝達され、各送信チャンネルに関連する照明ドライバを直接始動させ、対応する照明光パルス１６４Ａ〜Ｎを生成する。さらに、各パルストリガ信号１５１Ａ〜Ｎにより直接、リターン信号１３６Ａ〜Ｎのデータ取得及び関連する飛行時間の計算を開始する。このようにして、各受信チャンネル１３０Ａ〜Ｎの戻り信号受信機の内部クロックに基づいて生成されたパルストリガ信号１５１Ａ〜Ｎは、それぞれ、特定のＬＩＤＡＲ測定チャンネルのパルス生成と戻りパルスデータ収集の両方を開始させるために使用される。これにより、時間からデジタルへの変換による正確な飛行時間の計算を可能にする正確なパルスの同期と戻りパルスデータ収集が保証される。
【００４１】
１つの態様では、各受信チャンネル１３０Ａ〜Ｎの出力は、（たとえば、電圧ノード１４０で）電気的に結合される。このようにして、受信チャンネル１３０Ａ〜Ｎの出力は、アナログ・デジタル変換器１４３の入力で効率的に合計される。
【００４２】
図２は、１つの実施形態におけるＬＩＤＡＲ測定システム１２０の受信チャンネルの詳細な図を示す。付番した構成要素は、図１で説明したものは図２に示すものと類似し、その逆も成り立つ。図２に示すように、ＬＩＤＡＲ測定システム１２０には、いくつかのアナログ受信チャンネル１３０Ａ〜Ｎ、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１４３、及び主制御装置１４４が含まれる。
【００４３】
図２に示すように、各アナログ受信チャンネル１３０Ａ〜Ｎには、光検出器（例えば、アバランシェフォトダイオード１３２Ａ〜Ｎ、または他の光電デバイス）及びトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）１３３Ａ〜Ｎが含まれる。さらに、各アナログ受信チャンネルには、１つ以上の二次増幅器段１３４Ａ〜Ｎを含む。一般に、二次増幅器段１３４Ａ〜Ｎはオプションである。
【００４４】
図２に示される実施形態では、入射光１３６Ａは、ＡＰＤ１３２Ａによって検出される。入射する戻りパルス１３６Ａに応答して、ＡＰＤ１３２Ａは電流信号１３７Ａを生成する。ＴＩＡ１３３Ａは、電流信号１３７Ａを受け取り、電圧ノード１３８Ａに生じる電圧信号を生成する。図２に示す実施形態では、ＴＩＡ１３３Ａはシングルエンド電圧出力を生成する。しかしながら、いくつかの他の実施形態では、ＴＩＡ１３３Ａは、ノード１３８Ａでの電圧信号を増幅し、出力信号１３９Ａを生成する。いくつかの実施形態では、増幅器１３４Ａの出力は電流信号である。しかしながら、いくつかの他の実施形態では、増幅器１３４Ａの出力は電圧信号である。図２に示すように、出力信号１３９Ａは、戻り光パルス１３６Ａの検出に応答して生成された受信チャンネル１３０Ａの出力である。同様に、各受信チャンネル１３０Ａ〜Ｎは、それぞれ各受信チャンネル１３０Ａ〜Ｎで検出した戻り光パルス１３６Ａ〜Ｎを示す出力信号Ａ〜Ｎを生成する。
【００４５】
図２に示されるように、各受信チャンネル１３０Ａ〜Ｎの出力は、電圧ノード１４０で電気的に結合される。このようにして、受信チャンネル１３０Ａ〜Ｎの出力は効率的に合計される。統合された出力信号１５２は、各受信チャンネル１３０Ａ〜Ｎに関連する連続するレーザーパルス放出と同じ順序での各受信チャンネル１３０Ａ〜Ｎの出力を示すアナログ信号である。
【００４６】
合計された信号は、その後、直接またはさらなる処理（例えば、増幅器１４２による増幅）の後に、アナログ・デジタル変換器１４３の単一チャンネルへの入力として供給される。図２に示す実施形態では、合計された出力信号１５２は、増幅器１４２によって増幅される。増幅された信号１４６は、ＡＤＣ１４３によってデジタル信号１４７に変換される。デジタル信号１４７は、主制御装置１４４が受信する。
【００４７】
あるいは、増幅器１４２がない場合、受信チャンネル１３０Ａ〜Ｎの出力は、（例えば、図１に示されるように）ＡＤＣ１４３の入力で効率的に合計される。一般に、増幅器１４２はオプションである。
【００４８】
さらなる態様では、光検出器（例えば、ＡＰＤ１３２Ａ〜Ｎ）からＡＤＣ１４３への各電気経路内の電気要素は直流（ＤＣ）で互いに結合される。言い換えると、各受信チャンネル１３０Ａ〜Ｎについて、ＡＰＤ１３２Ａ〜Ｎ、ＴＩＡ１３３Ａ〜Ｎ、増幅器１３４Ａ〜Ｎ、増幅器１４２、及びＡＤＣ１４３のいずれとの間にもＤＣ信号遮断要素（例えば、コンデンサ等）として機能する明示的に形成されたエネルギー蓄積要素はなく、電気導体のみが存在する。図２に示す実施形態では、各ＡＰＤ１３２Ａ〜Ｎは、対応するＴＩＡ１３３Ａ〜ＮにＤＣで結合される。各ＴＩＡ１３３Ａ〜Ｎは、対応する増幅器１３４Ａ〜ＮにＤＣで結合される。各増幅器１３４Ａ〜Ｎは、増幅器１４２にＤＣで結合される。増幅器１４２は、ＡＤＣ１４３にＤＣで結合される。
【００４９】
別の態様では、ＤＣオフセット電圧が、各受信チャンネルに関連するＴＩＡの出力に供給される。
【００５０】
図２の実施形態において、主制御装置１４４はコマンド信号１４５をローカル制御装置１９０に伝達する。コマンド信号１４５は、受信チャンネル１３０Ａ〜Ｎの各ＴＩＡの出力における所望のＤＣ電圧オフセットを示す。次に、ローカル制御装置１９０は、ＤＣオフセット電圧信号１４８Ａ〜Ｎを、それぞれ、ＴＩＡ１３３Ａ〜Ｎの出力において（デジタル・アナログ変換器１９１を介して）電圧ノード１３８Ａ〜Ｎに伝達する。いくつかの実施形態では、主制御装置１４４及びローカル制御装置１９０は、別個のデバイスである。しかしながら、いくつかの他の実施形態では、単一のデバイスを、ＤＣオフセット電圧信号を生成し、各のＴＩＡの出力に伝達するために使用される。いくつかの実施形態では、主制御装置１４４はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）デバイスであり、ローカル制御装置１９０は複合プログラマブルロジックデバイス（ＣＰＬＤ）である。しかしながら、一般に、任意の適切なコンピュータデバイスを使用することができる。
【００５１】
いくつかの実施形態では、主制御装置１４４は、測定された信号１４７の質に基づいてコマンド信号１４５を生成する。いくつかの例では、コマンド信号１４５は、ＡＤＣ１４３によって生成されるデジタル信号１４７の信号対雑音比を最大化するように生成される。いくつかの例では、コマンド信号１４５は、ＬＩＤＡＲ装置の動作環境に存在するＤＣノイズ信号を相殺するために生成される。ＤＣノイズを相殺することにより、ＡＤＣ１４３のフルスケールを動的測定に利用できる。これにより、信号対雑音比が向上する。
【００５２】
別の態様では、１つまたは複数の受信チャンネルに関連する温度を測定する。さらなる態様では、測定した温度を、各ＡＰＤに供給されるバイアス電圧を調整するために使用する。
【００５３】
図２に示す実施形態において、温度センサモジュールは、受信チャンネル１３０Ａ〜Ｎの１つ以上の構成要素（すなわち、受信チャンネル１３０Ａ〜Ｎを含む受信サブシステムの構成要素）に近接して配置される。１つの実施例では、温度センサモジュール１５０は、受信チャンネル（例えば、受信チャンネル１３０Ａ〜Ｎのいずれか）から４０ミリメートル以内に配置される。しかしながら、一般に、温度センサは、１つ以上の受信チャンネルから任意の適切な距離に配置することができる。温度センサモジュール１５０は、モジュール１５０が配置されている温度を測定し、測定した温度を示すデジタル信号１５１を（例えば、シリアル周辺インターフェースを介して）主制御装置１４４に伝達する。測定した温度に応答して、主制御装置はコマンド信号１７６をローカル制御装置１９０に伝達する。コマンド信号１７６は、受信チャンネル１３０Ａ〜Ｎの各ＡＰＤに提供される所望のバイアス電圧を示す。次に、ローカル制御装置１９０は、バイアス電圧コマンド信号１７７Ａ〜Ｎをそれぞれ（デジタル／アナログコンバータ１９１を介して）ＡＰＤバイアス電源１３１Ａ〜Ｄに伝達する。各ＡＰＤバイアス電源１３１Ａ〜Ｎは、各ＡＰＤ１３２Ａ〜Ｎにそれぞれ供給されるバイアス電圧信号１３５Ａ〜Ｎを調整する。
【００５４】
いくつかの実施形態では、主制御装置１４４及びローカル制御装置１９０は、別個のデバイスである。しかしながら、他のいくつかの実施形態では、バイアス電圧信号を各ＡＰＤバイアス電源に伝達させるために、単一のデバイスが採用される。
【００５５】
主制御装置１４４は、１つ以上の受信チャンネルに関連する測定された温度に基づいてコマンド信号１７６を生成する。コマンド信号１７６は、電力を節約し、測定の整合性良くするために生成される。
【００５６】
別の態様では、１つ以上の送信チャンネルに関連する温度が測定される。さらなる態様では、測定された温度は、各照明源に供給されるバイアス電圧を調整するために採用される。
【００５７】
図３は、１つの実施形態におけるＬＩＤＡＲ測定システム１２０の送信チャンネルの詳細な図を示す。図１に関して説明したような構成要素の番号は、図３でも同様でありその逆も成り立つ。図３は、１組のＮ個の送信チャンネル１６０Ａ〜Ｎ（ここで、Ｎは任意の正の整数であり得る）を示す。各送信チャンネルには、電源１６１Ａ〜Ｎ及び照明源１６３Ａ〜Ｎ（例えば、レーザーダイオード）が含まれる。各照明源１６３Ａ〜Ｎは、光パルス１６４Ａ〜Ｎを放射する。周辺環境から反射された光は、対応する受信チャンネル（例えば、図２に示す受信チャンネル１３０Ａ〜Ｎ）によって検出される。各光パルスに関する飛行時間により、ＬＩＤＡＲ装置と周囲の環境で検出されたオブジェクトとの間の距離を測定する。
【００５８】
図３に示すように、温度センサモジュール１６５は、送信チャンネル１６０Ａ〜Ｎ（すなわち、送信チャンネル１６０Ａ〜Ｎを含む送信サブシステムの構成要素）の１つ以上の構成要素のすぐ近くに配置される。１つの実施例では、温度センサモジュール１６５は、送信チャンネル１６０Ａ〜Ｎから４０ミリメートル以内に配置されている。しかし、一般的には、温度センサは、1つ以上の送信チャンネルから適切な任意距離に配置できる。温度センサモジュール１６５は、モジュール１６５が配置されている場所の温度を測定し、測定した温度を示すデジタル信号１６６を（例えば、シリアル周辺インターフェースを介して）主制御装置１４４に伝達する。測定された温度に応答して、主制御装置１４４はコマンド信号１６７をローカル制御装置１６８に伝達する。コマンド信号１６７は、送信チャンネル１６０Ａ〜Ｎの各レーザーダイオードに供給される所望のバイアス電圧を示す。次に、ローカル制御装置１６８は、バイアス電圧コマンド信号１４９Ａ〜Ｎをそれぞれ（デジタル・アナログ変換器１６９を介して）電源１６１Ａ〜Ｄに伝達する。各電源１６１Ａ〜Ｎは、各レーザーダイオード１６３Ａ〜Ｎにそれぞれ供給されるバイアス電圧信号１６２Ａ〜Ｎを調整する。
【００５９】
いくつかの実施形態では、主制御装置１４４及びローカル制御装置１６８は、別個のデバイスである。しかしながら、他のいくつかの実施形態では、バイアス電圧信号を各バイアス電源に伝達するために単一のデバイスが採用される。
【００６０】
いくつかの実施形態では、主制御装置１４４は、１つ以上の送信チャンネルに関連する測定された温度と、対応する各受信チャンネルで検出された信号のレベル（例えば、信号１３９Ａ〜Ｎ）に基づいてコマンド信号１６７を生成する。
【００６１】
さらなる態様では、測定スループットを強化するためにマルチプレクサが、複数の組の受信チャンネルとＡＤＣ１４３との間に配置される。
【００６２】
図４は、別の実施形態における複数チャンネルＬＩＤＡＲ測定システムの２組の複数受信チャンネルを示す。図１に関して説明した同様の番号の構成要素は、図４に示すものと類似し、及びその逆も成り立つ。図４は、受信チャンネル１３０Ａ〜Ｎ及び追加の受信チャンネルセット１７０Ａ〜Ｎを示す。受信チャンネル１３０Ａ〜Ｎの出力は、前述のように、電圧ノード１４０で電気的に結合される。同様に、受信チャンネル１７０Ａ〜Ｎの出力は、電圧ノード１７１で電気的に結合される。図４に示す実施形態では、２チャンネルマルチプレクサ１４１は、合計された出力信号１４０及び１７１を受け取り、多重化された出力１４５を生成する。多重化された出力１４５は、増幅器１４２によって増幅される。増幅された信号１４６は、ＡＤＣ１４３の単一のチャンネルによってデジタル信号１４７に変換される。デジタル信号１４７は、主制御装置１４４によって受信される。このようにして、２Ｎ個の受信チャンネルの出力が１つのＡＤＣチャンネルに結合される。
【００６３】
１つの実施形態では、各受信チャンネルは、単一のプリント回路基板上に作られる。一群のＮボードは、マルチプレクサ１４１、増幅器１４２、ローカル制御装置１９０、ＤＡＣ１９１、及び温度センサモジュール１５０を有する別のプリント回路基板に電気的に結合される。ＡＤＣ１４３及び主制御装置１４４は、さらに別のプリント回路基板上に組み立てられる。同様に、各送信チャンネルは単一のプリント回路基板上に作られる。一群のＮボードは、温度センサモジュール１６５、ローカル制御装置１６８、及びＤＡＣ１６９を有する別のプリント回路基板に電気的に結合される。
【００６４】
いくつかの実施形態では、照明ドライバ、照明源１６３Ａ〜Ｎ、光検出器１３２Ａ〜Ｎ、及び戻り信号受信機が、直接または間接的に、レシーバーは、直接または間接的に、機械的サポートと構成要素間での電気的接続を行う共通基板（例えば、プリント回路基板）に取り付けられる。
【００６５】
一般に、本明細書で説明される電源のいずれも、別個の基板に取り付けられ、適切な方法で様々な電子要素に電気的に結合することができる。あるいは、本明細書で説明する電源のいずれかを、適切な方法で他の電子要素と統合することができる。
【００６６】
ここで説明する電源は、電圧又は電流で指定された電力を供給するように構成することができる。従って、電圧源または電流源としてここで説明するいずれの電源も、それぞれ、同等の電流源または電圧源として考えることができる。
【００６７】
図５は、ＬＩＤＡＲ測定装置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５に示すように、例えば主制御装置１４４によって生成されるパルストリガ信号１２２Ａの立ち上がりエッジによって測定を開始する。測定窓（つまり、収集された戻り信号データが特定の測定パルスと関連付けられている期間）は、パルストリガ信号１２２Ａの立ち上がりエッジでデータ取得を有効にすることによって開始される。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時間の窓に対応する測定窓の持続時間Ｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔを制御する。いくつかの例では、パルストリガ信号１２２Ａの立ち上がりエッジで測定窓が有効になり、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刻で無効になる。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排除される。
【００６８】
図５に示すように、戻り信号１４７には、放射された測定パルスに対応する３つの戻り測定パルス１４７Ａ〜Ｃが含まれる。これらの事象はいずれも、ＬＩＤＡＲシステムによって有効な距離測定値として報告される可能性がある。
【００６９】
別の態様では、主制御装置は、それぞれが別々のＬＩＤＡＲ測定チャンネルに伝達される複数のパルスコマンド信号を生成するように構成される。
【００７０】
図６〜図８は、複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルを有する３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステムを示す。いくつかの実施形態では、各ＬＩＤＡＲ測定チャンネルの起動同士の間に遅延時間が設定される。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の測定パルスシーケンスの飛行時間よりも長くなる。このようにして、ＬＩＤＡＲ測定チャンネルのいずれにもクロストークをなくす。いくつかの他の例では、別のＬＩＤＡＲ測定チャンネルから放射された測定パルスがＬＩＤＡＲ装置に戻る前に、１つのＬＩＤＡＲ測定チャンネル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される周囲環境の領域同士の十分な空間的分離を確保するように注意が払われる。
【００７１】
図６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を有する上部ハウジング１０２とが含まれる。１つの実施例では、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。
【００７２】
図６に示すように、複数の光ビーム１０５は、中心軸１０４から測定した角度範囲αにわたって、３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム１００からドーム型シェル要素１０３を通って放射される。図５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射される。例えば、ビーム１０６は位置１０７でｘｙ平面に投射される。
【００７３】
図６に示す実施形態では、３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム１００は、中心軸１０４の周りに複数の光ビーム１０５のそれぞれをスキャンするように構成される。ｘｙ平面に投射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たどる。例えば、時間の経過とともに、ｘｙ平面に投射されたビーム１０６は、中心軸１０４を中心とする円形軌道１０８をたどる。
【００７４】
図７は、１つの例示的な操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シェル要素１３を有する上部ハウジング１２とが含まれる。１つの実施例では、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。
【００７５】
図８に示すように、３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム１０から複数の光ビーム１５が、角度範囲βにわたって円筒シェル要素１３を通って放射される。図８に示す実施形態では各光ビームの主光線が示されている。各光ビームは、複数の異なる方向で周囲の環境へと外向きに投射される。例えば、ビーム１６は、周囲環境の位置１７へと投射される。いくつかの実施形態では、システム１０から放射された光の各ビームはわずかに発散する。１つの例では、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メートルの距離で直径２０センチメートルのスポットサイズを照射する。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状の照明光となる。
【００７６】
図７に示す実施形態では、３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム１０は、中心軸１４の周りの複数の光ビーム１５のそれぞれでスキャンするように構成されている。例示の目的で、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、光線１５'は、この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、周囲の環境に投影される各光ビーム（例えば、各ビームに関連付けられた各円錐状の照明光）は照明ビームが中心軸１４の周りをスイープするときに、対応する環境を照射する。
【００７７】
図８は、例示的な１つの実施形態における３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム１００の分解図を示している。３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム１００には、中心軸１０４を中心として回転する光放射／収集エンジン１１２がさらに含まれる。図８に示すように、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。３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム１００には、下部ハウジング１０１に固定された位置に取り付けられた静止電子基板１１０が含まれる。回転電子基板１１１は静止電子基板１１０の上に配置され、静止電子基板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。電力と電子信号は、１つ以上の変圧素子、コンデンサ素子、又は光学素子を通って電子基板１１０と回転電子基板１１１との間で伝達され、これらの信号の非接触伝送が行われることになる。光放射／収集エンジン１１２は、回転する電子基板１１１に固定して設置され、したがって、所定の角速度ωで中心軸１０４の周りを回転する。
【００７８】
図８に示すように、光放射／収集エンジン１１２は、それぞれが送信チャンネル（例えば、送信チャンネル１６０Ａ〜Ｎ）を含むプリント回路基板１１４のアレイを含む。各送信チャンネルに関連する照明源から放射された光は、ミラー（図示せず）に向けられる。ミラーから反射された光は、図６に示すように、放射された光をコリメートして３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム１００から放出される光ビームのアレイ１０５にするために一連の照明光学素子１１５を通過する。一般に、任意の数の光放射素子を、同時に、または実質的に同時に、３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム１００から任意の数の光ビームを放射するように配置することができる。さらに、任意の数の光放射素子を配置して、３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム１００から任意の数の光ビームを順次放射することができる。１つの実施形態では、２つ以上の光放射素子が実質的に同時に光放射が開始され、次に、プログラムされた期間が経過した後、別の２つ以上の光放射素子が実質的に同時に光放射が開始される。環境内のオブジェクトから反射された光は、集光光学素子１１６によって集光される。集められた光各照明ビームに関連する集光された光は、集光光学素子１１６を通過し、それぞれ受信チャンネル（例えば、受信チャンネル１３０Ａ〜Ｎ）を含むプリント回路基板１１３のアレイのそれぞれの各検出素子に集光する。収集光学素子１１６を通過した後、集光された光は、ミラー（図示せず）から各検出器要素へと反射される。実際には、各測定チャンネル間のクロストークにより、同時に開始できるチャンネルの数が制限される。しかし、画像解像度を最大にするためには、順次にではなく、同時に多くのチャンネルから飛行時間測定が得られるよう、できるだけ多くのチャンネルを同時に開始させることが望ましい。
【００７９】
図９は、光学素子１１６の詳細を示す。図９に示すように、光学素子１１６には、受信チャンネル１１３のアレイの各検出器上に収集光１１８を集光させるように配置された４つのレンズ素子１１６Ａ〜Ｄが含まれる。図９に示す実施形態では、光学素子１１６を通過する光は、ミラー１２４で反射され、受信チャンネル１１３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つ以上の光学系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、受信チャンネル１１３のアレイによって放射される光の波長が含まれる。１つの実施例では、レンズ要素の１つ以上は、受信チャンネル１１３のアレイの各々によって生成される赤外線よりも短い波長を有する光を吸収する着色剤添加物を含むプラスチック材料で構成される。１つの例では、着色剤はＡａｋｏ  ＢＶ（オランダ）から入手可能なＥｐｏｌｉｇｈｔ７２７６Ａである。一般に、任意の数の異なる着色剤を光学素子１１６のプラスチックレンズ要素のいずれかに加えて、望ましくないスペクトルを除去することができる。
【００８０】
図１０は、収集された光１１８の各ビームの整形を表現する光学系１１６の断面図を示している。
【００８１】
このように、図７に示された３Ｄ−ＬＩＤＡＲシステム１０のようなＬＩＤＡＲシステム及び図６に示されたシステム１００には、それぞれがＬＩＤＡＲ装置から周囲環境に照明光のパルスビームを放射し、周囲環境内のオブジェクトから反射された戻り光を測定するＬＩＤＡＲ測定チャンネルが含まれる。
【００８２】
図６及び図７を参照しながら説明する実施形態のような、いくつかの実施形態では、ＬＩＤＡＲ測定チャンネルのアレイは、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、ＬＩＤＡＲ測定チャンネルのアレイは、任意の適切な方法（例えば、ジンバル、パン／チルトなど）で移動可能にすることも又はＬＩＤＡＲ装置のベースフレームに固定することもできる。
【００８３】
他のいくつかの実施形態では、各ＬＩＤＡＲ測定チャンネルには、ＬＩＤＡＲ測定チャンネルによって生成された照明ビームをスキャンするビーム指向要素（例えば、スキャニングミラー、ＭＥＭＳミラーなど）が含まれる。
【００８４】
いくつかの他の実施形態では、２つ以上のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの各々は、照明光のビームを周囲の環境のさまざまな方向に反射するスキャニングミラー装置（例えば、ＭＥＭＳミラー）に向かって、照明光のビームを放射する。
【００８５】
さらなる態様において、１つ以上のＬＩＤＡＲ測定チャンネルは、これらの１つ以上のＬＩＤＡＲ測定チャンネル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学的に通信を行う。光位相変調装置は、光位相変調装置の状態を変化させ、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。周囲環境に投射された回折ビームはその環境と相互に影響しあう。それぞれのＬＩＤＡＲ測定チャンネルは、オブジェクトから収集された戻り光に基づいて、ＬＩＤＡＲ測定システムと検出されたオブジェクトとの間の距離を測定する。光位相変調装置は、ＬＩＤＡＲ測定チャンネルと周囲環境の測定対象オブジェクトとの間の光路に配置される。したがって、照明光と対応する戻り光は、両方とも光位相変調デバイスを通過する。
【００８６】
図１１は、ここに記載の複数チャンネルＬＩＤＡＲ測定システムによる実施に適した、方法２００のフローチャートを示す。いくつかの実施形態では、複数チャンネルＬＩＤＡＲ測定システム１２０は、図１１に示した方法１００に従って動作可能である。しかしながら、一般に、方法２００の実行は、図１を参照して説明した複数チャンネルＬＩＤＡＲ測定システム１２０の実施形態に対するものに限定されない。これらの例示及びこれらに対応する説明は、多くの他の実施形態及び動作例を考えることができるため、例として示すものである。
【００８７】
ブロック２０１において、照明光の測定パルスを、第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの各々から放射する。
【００８８】
ブロック２０２において、照明光の各測定パルスに応答して３次元環境内の点から反射された戻り光の量を検出する。
【００８９】
ブロック２０３において、戻り光の各量を示す戻り信号を生成する。
【００９０】
ブロック０２０４において、各戻り信号の表示を、第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの第１の共有出力ノードに提供する。
【００９１】
ブロック２０５において、第１の複数のＬＩＤＡＲ測定チャンネルの各戻り信号の表示を、アナログ・デジタル変換器の入力チャンネルで受信する。
【００９２】
ここで説明したコンピューティングシステムには、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ーシステム、ワークステーション、画像コンピュータ、パラレルプロセッサ、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、「コンピューティングシステム」という用語は、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有する装置を包含するように広く定義することができる。
【００９３】
ここで説明したような方法を実行するプログラム命令は、有線、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。プログラム命令は、コンピュータ読み取り可能媒体に保存される。例示的なコンピュータ読み取り可能媒体として、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ディスク、又は磁気テープが含まれる。
【００９４】
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、及びブルーレイディスクが含まれ、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。
【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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【国際調査報告】
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