JP2018505427A - マルチビーム距離測定プロセス - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、その全体が引用により本明細書中に組み込まれている、2015年1月13日出願の米国仮特許出願第62/102,901号の優先権及び利益を主張するものである。
本記載は、マルチビームレーザー光検出及び測距(LIDAR)システムに関する。
一部の公知のLIDARシステムでは、レーザーを用いて移動物体の距離と速度を推定することができる。しかしながら、計測に使用される公知のLIDARシステムは、多くの場合、比較的遅くて非効率である。従って、現状の技術の不足に対応し、他の新規及び革新的な特徴を提供するシステム、方法、及び装置が必要とされている。
一般的な一態様では、装置は、第1のレーザービームをある時間に物体上の第1の位置に送信するように構成された第1のレーザーサブシステム、及び第2のレーザービームを該時間に該物体上の第2の位置に送信するように構成された第2のレーザーサブシステムを備えることができる。この装置は、第1のレーザービームに応答して物体から反射される第1の反射レーザービームに基づいて第1の速度を算出するように構成された分析器を備えることができる。この分析器は、第2のレーザービームに応答して物体から反射される第2の反射レーザービームに基づいて第2の速度を算出するように構成することができる。第1の速度が、第2の速度と実質的に同じであるように、第1の位置を、第1のレーザーサブシステムによって標的とすることができ、かつ第2の位置を、第2のレーザーサブシステムによって標的とすることができる。
図1Aは、レーザーシステム100に対して静止又は移動することができる物体5の距離及び/又は速度を生成又は測定するために、複数のレーザーサブシステム105A〜105Nを使用するように構成されたレーザーシステム100(光検出及び測距(LIDAR)システムと呼ばれることもある)を例示する図である。一部の実施では、複数のレーザーシステム105A〜105Nは、1つ以上のレーザービームを送信するように構成することができる。従って、レーザーシステム100は、例えば、物体5の特徴付け(例えば、測定)のためにレーザーのアレイを生成するように構成することができる。一部の実施では、物体5は、標的又は標的物体5と呼ぶことができる。レーザーシステム100は、周波数変調連続波(FMCW)の適用例に使用することができる。このような適用例は、表面(例えば、製造環境における輸送手段(例えば、航空機、自動車など)の金属表面)の特徴付けを含む計測の適用例を含み得る。
F=(2*距離−LO)*HZPM (式1)
式中、F=ビート周波数、2*距離=標的の往復経路の距離、LO=局所発振器経路の長さ、HZPM=(Hz/秒lidarチャープレート)/c、かつc=光の速度(メートル/秒)。
F=(2*距離−LO)*HZPM+(v/c)*F0 (式2)
式中、F0は、LIDARレーザーの搬送波周波数=c/λであり、λは、レーザー波長である。一部の実施では、許容され得る距離及び/又は速度の変化は、式(2)を用いて算出することができる。例えば、距離の変化は、式(2)を用いて速度の変化に基づいて特定の閾値距離内で算出することができる。従って、速度(例えば、線形運動又は振動)の変化における許容差は、所与の距離の変化について決定することができる。同様に、距離の変化における許容差は、所与の速度(例えば、線形運動又は振動)の変化について決定することができる。
F(t)=(2*距離−LO)*HZPM+(v/c)*F0 (式3)
Fj(t)=(2*距離j−LO)*HZPM+(v/c)*F0 (式4)
一部の実施では、近接近は、例えば、それぞれの距離測定に関連した位置のそれぞれにおける振動による変位が、同じである又は少なくとも線形に相関するように近接して十分に近づき得る。
距離=(F/HZPM+LO)/2−(v/c)*F0/HZPM/2 (式5)
Claims (14)
- 第1のレーザービームをある時間に物体上の第1の位置に送信するように構成された第1のレーザーサブシステム;
第2のレーザービームを該時間に該物体上の第2の位置に送信するように構成された第2のレーザーサブシステム;及び
該第1のレーザービームに応答して該物体から反射される第1の反射レーザービームに基づいて第1の速度を算出するように構成され、かつ該第2のレーザービームに応答して該物体から反射される第2の反射レーザービームに基づいて第2の速度を算出するように構成された分析器を含み、
該第1の速度が、該第2の速度と実質的に同じであるように、該第1の位置が、該第1のレーザーサブシステムによって標的にされ、該第2の位置が、該第2のレーザーサブシステムによって標的にされる、光検出及び測距(LIDAR)システム。 - 前記第1の速度及び前記第2の速度が、前記時間に一致する、請求項1記載のLIDARシステム。
- 前記第1のレーザーサブシステムが、レーザー光源、スプリッタ、及び遅延部を含み、該スプリッタが、該レーザー光源と該遅延部との間に配設されている、請求項1記載のLIDARシステム。
- 前記第1のレーザーサブシステムが、レーザー光源、遅延部、及び結合器を含み、該遅延部が、該結合器と該レーザー光源との間に配設されている、請求項1記載のLIDARシステム。
- 前記分析器が、前記物体の表面の一定速度を算出するように構成され、該分析器が、該表面の該一定速度に基づいて前記第1の速度を補正するように構成されている、請求項1記載のLIDARシステム。
- 前記分析器が、前記物体の表面の変化する速度を算出するように構成され、該分析器が、該表面の該変化する速度に基づいて該第2の速度を補正するように構成されている、請求項1記載のLIDARシステム。
- 前記第1の速度及び前記第2の速度が、同時測定値の第1のセットに含められ、前記時間が第1の時間であり、
前記第1のレーザーサブシステムが、第3のレーザービームを第2の時間に前記物体上の第3の位置に送信するように構成され;
前記第2のレーザーサブシステムが、第4のレーザービームを該第2の時間に該物体上の第4の位置に送信するように構成され;
前記分析器が、該第3のレーザービームからの第3の反射レーザービームに基づいて第3の速度を算出するように構成され、該分析器が、該第4のレーザービームからの第4の反射レーザービームに基づいて第4の速度を算出するように構成され、
該第3の速度及び該第4の速度が、同時測定値の第2のセットに含められ、
該分析器が、同時測定値の第1のセット及び同時測定値の第2のセットに基づいて該第1の速度を修正するように構成されている、請求項1記載のLIDARシステム。 - 前記第1の速度が、前記第1の反射レーザービームに基づいて算出される第1の推定速度であり、前記第2の速度が、前記第1の反射レーザービームに基づいて算出される第2の推定速度である、請求項1記載のLIDARシステム。
- 第1のレーザービームをある時間に物体上の第1の位置に送信するように構成された第1のレーザーサブシステム;
第2のレーザービームを該時間に該物体上の第2の位置に送信するように構成された第2のレーザーサブシステム;及び
該第1のレーザービームに応答して該物体から反射される第1の反射レーザービームに基づいて、該第1の位置における第1の速度及び第1の距離を算出するように構成され、かつ該第2のレーザービームに応答して該物体から反射される第2の反射レーザービームに基づいて、該第2の位置における第2の速度及び第2の距離を算出するように構成された分析器を含み、
該第1の速度が、該第2の速度に線形に関連するように、該第1の位置が、該第2の位置に近接している、光検出及び測距(LIDAR)システム。 - 前記分析器が、前記物体の表面の一定速度を算出するように構成され、該分析器が、該表面の該一定速度に基づいて前記第1の距離を補正するように構成されている、請求項9記載のLIDARシステム。
- 前記分析器が、前記物体の表面の変化する速度を算出するように構成され、該分析器が、該表面の該変化する速度に基づいて前記第1の距離を補正するように構成されている、請求項9記載のLIDARシステム。
- 前記分析器が、絶対距離の精度に関係なく前記時間における前記第1の位置と前記第2の位置との間の相対距離を算出するように構成されている、請求項9記載のLIDARシステム。
- 前記第1のレーザーサブシステムが、前記第2のレーザーサブシステムに対して固定された位置にある、請求項9記載のLIDARシステム。
- 前記第1の距離が、前記第1の反射レーザービームに基づいて算出される第1の推定距離であり、かつ前記第2の速度が、前記第1の反射レーザービームに基づいて算出される第2の推定距離である、請求項9記載のLIDARシステム。
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