JP2022090856A - 測距装置、および測距方法、並びにプログラム - Google Patents

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Abstract

【課題】低コストで高精度なLiDARを実現できるようにする。【解決手段】複数のチャンネルの送信光の周波数をチャープ変調する変調周期を分割した複数の分割時間において、複数の光源の発光および消光を、光源毎に固有のパターンで制御し、受信光と送信光との干渉光を検波して、デジタル化し、受信信号列にしてFFTを掛けて、周波数スペクトルを求め、ピークの大小比較からビート周波数を特定し、測定対象までの距離および相対速度を測定する。本開示は、LiDARに適用することができる。【選択図】図６

Description

本開示は、測距装置、および測距方法、並びにプログラムに関し、特に、低コストで高精度な測距を実現できるようにした測距装置、および測距方法、並びにプログラムに関する。
LiDAR（Light Detection and Ranging，Laser Imaging Detection and Ranging）と呼ばれる測距装置が一般に普及している。
LiDARは、測距光としてレーザ光を照射して対象物に照射し、照射タイミングと反射光の受光タイミングとから求められる往復時間の測定により、対象物までの測距を実現する測距装置である。
LiDARの測距性能における外光に対する耐性を向上させる技術として、波長の異なる複数の波長からなる多チャンネルのレーザ光にチャープ変調を施して送信光として投光し、対象物からの反射光を受光し、送信光と僅かに異なる周波数の参照光との差周波数となるビート周波数に基づいて測距を実現する技術が提案されている（特許文献１参照）。
米国特許出願公開第２０２０／０１４２０６５号
しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、多チャンネルの送信光と参照光とが個別の光源として構成されているため、光源が高コスト化する。
また、測距光と僅かに異なる周波数となる参照光との周波数差が測距精度に影響するため、周波数差を高精度に制御するための構成が煩雑なものとなる上、高コスト化する。
さらに、受光部の構成については、カットオフ周波数が高く、高精度化させるには、高コスト化してしまう。
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、特に、低コストで高精度の測距を実現させるものである。
本開示の一側面の測距装置、およびプログラムは、複数の送信光の光源と、前記複数の送信光の光源の発光および消光を個別に制御する発光制御部と、前記送信光を周波数に応じた角度で偏向させる光偏向部と、前記送信光が測定対象により反射することで受光される受信光との干渉により生じる干渉光を検波する検波部とを備える測距装置、およびプログラムである。
本開示の一側面の測距方法は、複数の送信光の光源と、前記複数の送信光の光源の発光および消光を個別に制御する発光制御部と、前記送信光を周波数に応じた角度で偏向させる光偏向部と、前記送信光が測定対象により反射することで受光される受信光との干渉により生じる干渉光を検波する検波部とを備える測距装置の測距方法であって、前記発光制御部が、前記複数の送信光の光源の発光および消光を個別に制御し、前記光偏向部が、前記送信光を前記周波数に応じた角度で偏向させ、前記検波部が、前記送信光が測定対象により反射することで受光される受信光との干渉により生じる干渉光を検波する測距方法である。
本開示の一側面においては、複数の送信光の光源の発光および消光が個別に制御され、前記送信光が周波数に応じた角度で偏向され、前記送信光が測定対象により反射することで受光される受信光との干渉により生じる干渉光が検波される。
コヒーレントLiDARの概要を説明する測距装置の構成例を説明する図である。 図１の光源部の構成例を説明する図である。 図１の回路部の構成例を説明する図である。 図１の測距装置の距離と相対速度の推定方法を説明する図である。 ビート周波数に基づいた距離と相対速度の推定方法を説明する図である。 本開示の測距装置の構成例を説明する図である。 発光制御テーブルに記録された発光を制御するための符号を説明する図である。 発光制御テーブルの情報に基づいた発光制御を説明する図である。 ビート周波数の求め方を説明する図である。 図６の測距装置による測定処理を説明するフローチャートである。 第１の変形例を説明する図である。 第２の変形例を説明する図である。 第２の変形例を説明する図である。 第３の変形例を説明する図である。 汎用のパーソナルコンピュータの構成例を説明する図である。
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
以下、本技術を実施するための形態について説明する。説明は以下の順序で行う。
１．コヒーレントLiDARの概要
２．好適な実施の形態
３．第１の変形例
４．第２の変形例
５．第３の変形例
６．ソフトウェアにより実行させる例
＜＜１．コヒーレントLiDARの概要＞＞
本開示は、低コストで高精度な測距装置を実現させるものである。そこで、まず、本開示の測距装置を説明するに当たって、コヒーレントLiDARの概要について説明する。
図１の測距装置１１は、いわゆるコヒーレントLiDAR（Light Detection and Ranging，Laser Imaging Detection and Ranging）と呼ばれる測距方式を採用した測距装置であり、受信光を送信光と僅かに異なる周波数の参照光である局部発振光と干渉させ、発生する干渉光から得られるビート周波数の測定により測距を実現する。
コヒーレントLiDARは、参照光に近い受信光を選択的に選んで測距を実現することができるため、従来のToF（Time of Flight）方式のLiDARと比べて、外光の影響を受け難く、より高精度な測距を実現することができる。
測距装置１１は、受発光部２１、および回路部２２より構成される。受発光部２１は、測定対象１２に向けて照射する送信光を発生させて、測定対象１２に照射すると共に、測定対象１２からの反射光を受信光として受光して、送信光と僅かに異なる参照光と干渉させ、発生した干渉光を回路部２２に出力する。
より詳細には、受発光部２１は、光源部３１、受発光アレイ３２、および検波部３３を備えている。
光源部３１は、単一周波数のコヒーレント光（帯域幅<1MHz）を発生し、発生したコヒーレント光に基づいて、所定周波数差を持つ複数チャンネルの送信光ＴＸを発生すると共に、時間に対してリニアに周波数を変化させるチャープ変調（例±1GHz/10usec）を施し、合波して光導波路を介して受発光アレイ３２に出力する。
光源部３１は、送信光ＴＸの周波数と極僅かながら所定の周波数だけ異なる周波数の複数チャンネルの局部発振光ＬＯ（Local Oscillation）を参照光として発生すると共に、送信光ＴＸと同様にチャープ変調を施し、合波して光導波路を介して検波部３３に出力する。尚、光源部３１の詳細は、図２を参照して後述する。
受発光アレイ３２は、送信部（ＴＸ部）３２ａと受信部（ＲＸ部）３２ｂを備えており、送信光ＴＸを測定対象１２に対して照射すると共に、測定対象１２により反射された反射光を受光し、受信光ＲＸとして検波部３３に出力する。
送信部（ＴＸ部）３２ａは、出射角が光周波数に依存する光偏向器を備えたアレイ状の構成であり、合波された送信光ＴＸをチャンネル毎の周波数に応じて異なる方向に偏向して、距離および相対速度を測定する測定対象を含む視野へ同時投射する。
受信部（ＲＸ部）３２ｂは、入射角が光周波数に依存する光偏向器を備えたアレイ状の構成であり、測定対象からの送信光ＴＸの反射光を同時受光し、受信光ＲＸとして光導波路を介して検波部３３に出力する。
受発光アレイ３２は、このような構成により、チャンネル数に応じた測距装置の1秒間あたりの測定点数(point/sec)を稼ぐことが可能となりフレームレートや解像度を向上させる。
検波部３３は、検波回路３３ａを備えており、光源部３１より供給される局部発振光ＬＯと、受発光アレイ３２より供給される受信光ＲＸとを干渉させて、両者の差周波数の干渉光を検波して回路部２２に出力する。
より詳細には、検波回路３３ａは、Balanced PD（Photodetector）３３ａ－１、および増幅回路３３ａ－２を備えている。Balanced PD（Photodetector）３３ａ－１は、PD（Photodiode）３３ａ－１－１，３３ａ－１－２を備えている。
PD（Photodiode）３３ａ－１－１，３３ａ－１－２は、相互に直列に接続されており、それぞれ局部発振光ＬＯと受信光ＲＸの光量に応じた電流を発生する。Balanced PD（Photodetector）３３ａ－１は、PD（Photodiode）３３ａ－１－１，３３ａ－１－２の中間出力を、増幅回路３３ａ－２により増幅させて、局部発振光ＬＯと受信光ＲＸとの差周波数からなる干渉光の信号として回路部２２に出力する。
回路部２２は、局部発振光ＬＯと受信光ＲＸとの干渉光より、チャンネル毎の局部発振光ＬＯと受信光ＲＸとの差周波数となるビート周波数を測定することにより、測定されたビート周波数に基づいて測定対象までの距離、および測定対象との相対速度を測定する。尚、回路部２２の構成については、図３を参照して詳細を後述する。
＜光源部の構成例＞
次に、図１の光源部３１の構成例について説明する。光源部３１は、発光制御部５１、ＴＸ部５２、ＬＯ部５３、および光MUX５４，５５を備える。
発光制御部５１は、ＴＸ部５２を制御して、多チャンネルの単一周波数レーザ光（SFL）を発生し、それぞれに対してチャープ変調を施して光MUX５４に出力する。
光MUX５４は、ＴＸ部５２より供給されるチャープ変調が施された多チャンネルの単一周波数レーザ光（SFL）を合波させて送信光ＴＸを発生し、光導波路を介して受発光アレイ３２に出力する。
発光制御部５１は、ＬＯ部５３を制御して、送信光ＴＸの周波数と極僅かながら異なる周波数の多チャンネルの単一周波数レーザ光（SFL）を発生し、それぞれに対してチャープ変調を施して光MUX５４に出力する。
光MUX５５は、ＬＯ部５３より供給されるチャープ変調が施された多チャンネルの単一周波数レーザ光（SFL）を合波させて局部発振光ＬＯを発生し、導波管を介して検波部３３に出力する。
尚、図２の例においては、ＴＸ部５２およびＬＯ部５３が、それぞれチャンネル０乃至５の６チャンネル分の送信光ＴＸ０乃至ＴＸ５、および局部発振光ＬＯ０乃至ＬＯ５を発生させる例が示されているが、チャンネル数は６以外であってもよい。
＜回路部の構成例＞
次に、図３を参照して、回路部２２の構成例について説明する。
回路部２２は、RF部７１、合成部７２、信号処理部７３、および推定部７４を備えている。
RF（Radio Frequency）部７１は、複数の発振器からなり、各チャンネルの局部発振光ＬＯと、送信光ＴＸとの周波数差に対応した周波数シフトに必要とされるAC（Active Current）信号を発生して合成部７２に出力する。
合成部７２は、局部発振光ＬＯと受信光ＲＸとの干渉光の検波結果に対してチャンネル毎の周波数差に対応するAC信号を合成することで、周波数シフトさせて各チャンネルの信号を抽出して信号処理部７３に出力する。
信号処理部７３は、チャンネル毎にTIA（Trans-Impedance Amplifier）、ADC（Analog to Digital Converter）、FFT（Fast Fourier Transform）を備えており、検波部３３、および合成部７２より供給される各チャンネルの信号に基づいて、チャンネル毎のビート周波数を検出して推定部７４に出力する。
推定部７４は、各チャンネルのビート周波数に基づいて、測定対象までの距離と相対速度を推定（算出）する。
＜図１の測距装置による測距方法＞
次に、図４，図５を参照して、図１の測距装置１１による測距方法について説明する。
送信光ＴＸは、上述したように６チャンネルの異なる周波数の単一周波数レーザ（SFL）からなる送信光ＴＸ０乃至ＴＸ５が合波したものであり、その光周波数は、チャンネル毎の所定の周波数ずつ異なり、例えば、図４で示されるように、チャンネル毎に1THzずつ異なる。
尚、図４は、チャンネル０乃至５の送信光ＴＸ０乃至ＴＸ５が、それぞれチャープ変調されるときの時系列の光周波数の変化を示した波形であり、ＴＸ０乃至ＴＸ５と付されたそれぞれの波形が、送信光ＴＸ０乃至ＴＸ５の時系列の光周波数の変化を示している。
また、送信光ＴＸは時間に対して線形に周波数がチャープ変調されているため、変調帯域幅（光周波数の高低差）を、例えば、1GHzとし、チャープ変調の1周期の区間を時刻０乃至Ｔとすると、図４の黒い実線で示されるように１周期の中間のタイミングとなる時刻Ｔ／２まで所定のレートで1GHzまで上昇し、以降所定のレートで降下する山形の波形で表現される。
送信光ＴＸが6チャンネルの単一周波数レーザ（SFL）からなる送信光ＴＸ０乃至ＴＸ５が多重化された合波である場合、局部発振光ＬＯは、送信光ＴＸの周波数に対して僅かに異なる周波数からなる単一周波数レーザ（SFL）からなる局部発振光ＬＯ０乃至ＬＯ５が多重化された合波とされる。
局部発振光ＬＯの各チャンネルの周波数と、送信光ＴＸの各チャンネルの周波数の差は、チャンネル番号に応じて異なる値とされており、例えば、チャンネル番号（0乃至5）×2GHzとされており、かつ、それぞれの周波数差は、チャープ変調による変動も含めて、発光制御部５１により厳密に一定に保たれている。
図４においては、例えば、チャンネル０の局部発振光ＬＯ０は、基準となる最低周波数が190.000THzであり、チャンネル１の送信光ＴＸ０の基準となる最低周波数が190.000THzであり、両者の差は０とされ、チャープ変調により変化する山形の波形についても、時刻Ｔ／２においてピークとなる山形となり、両者の差が0GHzとなるように一致した波形が維持されている。
また、局部発振光ＬＯ１は、基準となる最低周波数が191.000THzであり、送信光ＴＸ１の基準となる最低周波数が191.002THzであり、両者の差が2（＝チャンネル１×2GHz）GHzであり、チャープ変調により変化する山形の波形についても、時刻Ｔ／２においてピークとなる山形となり、両者の差が2GHzとなるように一致した波形が維持されている。
さらに、局部発振光ＬＯ５は、基準となる最低周波数が195.000THzであり、送信光ＴＸ５の基準となる最低周波数が195.010THzであり、両者の差が10（＝チャンネル５×2GHz）GHzであり、チャープ変調により変化する山形の波形についても、時刻Ｔ／２においてピークとなる山形となり、両者の差が10GHzとなるように一致した波形が維持されている。
一方、受信光ＲＸ０乃至ＲＸ５は、それぞれ送信光ＴＸ０乃至ＴＸ５に対し、測定対象１２までの距離に応じて、時間方向（図４の横軸方向）に遅れ時間Δ（＝ToF）が生じた波形となる。
さらに、受信光ＲＸ０乃至ＲＸ５は、それぞれ測定対象１２との相対速度に応じて、光ドップラーシフトにより、送信光ＴＸ０乃至ＴＸ５に対して、周波数方向（図４の縦軸方向）にずれＳを生じる。したがって、図４においては、ずれＳが所定値だけ発生した例が示されているが、相対速度が０であれば、ずれＳは０となり、周波数方向のずれはなくなる。
検波部３３は、上述したように、受信光ＲＸと局部発振光ＬＯを混合して干渉させ、その差周波数を干渉波として取り出す。
この時、検波回路３３ａにおいて、Balanced PD（Photodetector）３３ａ－１を構成するPD（Photo Diode）３３ａ－１－１，３３ａ－１－２のカットオフ周波数を超える周波数成分が除去されるので、検波回路３３ａの出力（図３の検波回路３３ａにおけるBalanced PD３３ａ－１を構成する2つの直列接続されたPD（Photo Diode）３３ａ－１－１，３３ａ－１－２の中間端子からの出力）からは、局部発振光ＬＯ０と受信光ＲＸ０の差周波数ｆｄ０、局部発振光ＬＯ１と受信光ＲＸ１の差周波数ｆｄ１、局部発振光ＬＯ２と受信光ＲＸ２の差周波数ｆｄ２、局部発振光ＬＯ３と受信光ＲＸ３の差周波数ｆｄ３、局部発振光ＬＯ４と受信光ＲＸ４の差周波数ｆｄ４、および局部発振光ＬＯ５と受信光ＲＸ５の差周波数ｆｄ５が重畳した波形が出力されることになる。
検波回路３３ａからの出力は、RF部７１により発生されたチャンネル番号に応じたAC（Alternating Current）信号（例えば、チャンネル（0乃至5）×2GHz）と合成部７２において合成されることで、周波数シフトされ、チャンネル毎に信号処理部７３により信号処理される。
すなわち、周波数シフトされた信号は、TIA（Trans-Impedance Amplifier）により、AC電流からAC電圧に変換され、ADC（Analog to Digital Converter）によりアナログ信号からデジタルに変換され、FFT（Fast Fourier Transform）により、デジタル信号列から周波数スペクトルに変換されて、各チャンネルのビート周波数が検出される。
推定部７４は、このようにして求められたチャンネル毎のビート周波数に基づいて、測定対象までの距離と相対速度を推定（算出）する。
＜ビート周波数に基づいた距離および相対速度の推定方法＞
局部発振光ＬＯと受信光ＲＸとの時間方向の光周波数が、例えば、図５で示される点線と一点鎖線の波形で示される場合、ビート周波数と測距装置１１の位置（測定位置）から測定対象１２までの光の往復時間との関係は、以下の式（１）により表される。
Figure 2022090856000002
ここで、fdownは、図５で示されるチャープ変調による周波数変化が減少状態における（ダウンチャープ変調における）ビート周波数であり、fupは、図５で示されるチャープ変調による周波数変化が増加状態における（アップチャープ変調における）ビート周波数である。
また、γは、チャープ速度であり、図５で示されるように、チャープ変調は線形的に変化するので、この変化の傾きである。
さらに、τは、測距装置１１の位置（測定位置）から測定対象１２までの光の往復時間であり、いわゆるToF（Time of Flight）である。
すなわち、測距装置１１の位置（測定位置）から測定対象１２までの距離dは、高速をcとするとτc/2で求められる。
つまり、測距装置１１の位置（測定位置）から測定対象１２までの距離dは、アップチャープ変調におけるビート周波数と、ダウンチャープ変調におけるビート周波数との和に対して、光速cを掛けて、チャープ速度γの4倍の値で除することにより算出する（推定する）ことができる。
一方、ビート周波数と、測距装置１１の測定対象１２に対する相対速度との関係は、以下の式（２）により表される。
Figure 2022090856000003
ここで、ΔfDopplerは、ドップラーシフトによる周波数変化量であり、λlaserは、単一周波数レーザの周波数の波長である。
すなわち、アップチャープ変調におけるビート周波数と、ダウンチャープ変調におけるビート周波数の差は、ドップラーシフトによる周波数変化量ΔfDopplerの２倍であり、相対速度vの2倍を単一周波数レーザの波長λlaserで除したものである。
つまり、測距装置１１の位置（測定位置）の測定対象１２に対する相対速度vは、アップチャープ変調におけるビート周波数と、ダウンチャープ変調におけるビート周波数との差を２で除して、単一周波数レーザの波長λlaserを掛けることで算出する（推定する）ことができる。
ところで、上述した図１の測距装置１１によりコヒーレントLiDARが実現されることになるが、光源部３１においては、送信光ＴＸと局部発振光ＬＯとをそれぞれ複数チャンネルについて発生させることになるため、光源となるチャンネル数に対して２倍の光源が必要となるため装置が高コスト化する。
また、複数チャンネルの局部発振光ＬＯと送信光ＴＸとの周波数差を正確に一定に保たない限り、距離と相対速度の測定精度が悪化し易いことから、高度な周波数制御を維持するための光源部３１の構成を高精度化する必要があり、やはり高コスト化する。
さらに、検波部３３および回路部２２の構成におけるCutoff周波数が、例えば、上述したように６チャンネルの多重化時において10GHz程度とする必要があり、これらを実現するためには、検波部３３および回路部２２の構成の高精度化が必要とされるため、装置が高コスト化する上、さらなる多重化の実現にも高コスト化が避けられない。
また、RF部７１の発振器に所望周波数成分以外の成分（スプリアス・高調波）が含まれる場合、チャンネル分離が不完全になり、距離および相対速度の測定精度が低下してしまうため、RF部７１の発振器や合成部７２を高精度化する必要があり、やはり高コスト化する。
そこで、本開示においては、局部発振光ＬＯと送信光ＴＸとの光源を共通化すると共に、チャープ変調周期内において、チャンネル毎に発光と消光を個別に制御することで、局部発振光ＬＯと送信光ＴＸとの光源が同一でも、周波数多重化および周波数分離を可能な構成とする。
結果として、より低コストにPoint/secを高めることが可能となり、より低コストで、高精度な測定対象までの距離と相対速度の測定が可能なコヒーレントLiDARからなる測距装置を実現させることが可能となる。
＜＜２．好適な実施の形態＞＞
＜本開示の測距装置の構成例＞
次に、図６のブロック図を参照して、本開示の測距装置の構成例について説明する。尚、図６において、各構成間の実線は、光導波路を表現しており、点線は、信号線を示している。
図６の測距装置１０１は、複数チャンネルの送信光を発生し、測定対象からの反射光を受信光として受光し、送信光から分離された参照光としての局部発振光と干渉させることで干渉光を発生させ、干渉光よりビート周波数を求めて測距と相対速度を実現するコヒーレントLiDARである。
より詳細には、測距装置１０１は、制御部１１１、発光制御部１１２、チャープ制御部１１３、垂直制御部１１４、水平制御部１１５、受発光部１１６、TIA１１７，ADC１１８、およびDSP１１９を備える。
制御部１１１は、プロセッサやメモリなどから構成され、測距装置１０１の動作の全体を制御する。
制御部１１１は、発光制御部１１２、チャープ制御部１１３、垂直制御部１１４、および水平制御部１１５を制御する。
制御部１１１は、RSOAアレイ１３１の発光および消光と、位相器アレイ１３２を制御するための符号情報を記憶した制御テーブル１１１ａを備えており、制御テーブル１１１ａの情報に基づいて、発光制御部１１２、およびチャープ制御部１１３を制御する。
発光制御部１１２は、制御テーブル１１１ａに基づいて、制御部１１１により制御され、受発光部１１６のRSOAアレイ１３１の発光および消光をチャンネル毎に制御する。
チャープ制御部１１３は、制御テーブル１１１ａに基づいて、制御部１１１により制御されて、受発光部１１６の位相器アレイ１３２のチャープ変調の変調周期や変調帯域幅を制御し、各チャンネルの発光周波数を上昇または下降させる。
垂直制御部１１４は、受発光部１１６のBGFアレイ１３３を制御して、チャンネル毎の発振周波数を大まかに制御することにより、光偏向器１３８における、送信光ＴＸのチャンネル毎の周波数に応じた垂直方向（V：Vertical）の出射方向を制御する。
水平制御部１１５は、光分割部１３７に設けられた微小半導体ヒータを制御して、位相シフト量を制御することにより、最終段となる光偏向器１３８における、送信光ＴＸの水平方向（H：Horizontal）の出射方向を制御する。
受発光部１１６は、測定対象に出社する送信光ＴＸを発生すると共に、測定対象からの反射光を受信光として受光し、送信光と受信光との干渉光を検波して、RF信号としてTIA１１７に出力する。
受発光部１１６を構成する光デバイス群は、Photonic ICとして、半導体基板上に集積することが好ましい。また、その半導体基板としては、SOI（Silicon-on-Insulator）を用いるようにしてもよい。
TIA（Trans Impedance Amplifier）１１７は、受発光部１１６より検波された干渉光のRF信号を電圧振幅へと変換し、ADC１１８に出力する。
ADC（Analog-to-Digital Converter）１１８は、TIA１１７より供給されるRF信号の電圧振幅を所定のサンプリング周期でデジタル化し、受信信号列としてDSP１１９に出力する。
DSP（Digital Signal Processor）１１９は、デジタル化された受信信号列に対して、デジタル信号処理、例えば、高速フーリエ変換（FFT: Fast Fourier Transformation）や離散フーリエ変換（DFT：Discrete Fourier Transform）等の処理を行い、チャンネル毎の差周波数からなる干渉光の周波数スペクトルを得て、ビート周波数を検出し、制御部１１１に供給する。
制御部１１１は、このように求められたビート周波数に基づいて、測定対象までの測距と相対速度を推定する（算出する）。尚、ビート周波数に基づいた測定対象までの測距と相対速度の推定方法については、図５を参照して説明した手法と同様である。
受発光部１１６は、RSOAアレイ１３１、位相器アレイ１３２、BGFアレイ１３３、多重化部１３４、分離部１３５、光弁別部１３６、光分割部１３７、光偏向器１３８、温度センサ１３９、および検波部１４０を備える。
RSOA（Reflective Semiconductor Optical Amplifier：反射型半導体光増幅器）１３１、位相器アレイ（Phase Shifter Array）１３２、およびBGF（Bragg Grating Filter）アレイ１３３は、周波数変調（チャープ変調）を実現するため、光周波数を電気的に微調整可能なチューナブルSFL（Single Frequency Laser）１４１として機能する。
チューナブルSFL１４１は、RSOAアレイ１３１、位相器アレイ１３２、およびBGFアレイ１３３が直列に接続された構造とされることにより全体としてレーザ共振器として機能する。
すなわち、RSOAアレイ１３１は、誘導放出により発生した光を増幅して位相器アレイ１３２に出力する。位相器アレイ１３２は、RSOAアレイ１３１により発生された光をBGFアレイ１３３に透過させる。
BGFアレイ１３３は、位相器アレイ１３２を透過してきたRSOAアレイ１３１からの光のうち、特定の光周波数成分のみをRSOAアレイ１３１に反射して、RSOAアレイ１３１により再度増幅させる。
チューナブルSFL（Single Frequency Laser）１４１は、以上のような一連の増幅動作が繰り返されることにより、最終的にBGFアレイ１３３から光を透過させることで、レーザ共振器として機能し、各チャンネルのSFLを発生させる。
RSOAアレイ１３１は、発光制御部１１２により制御される印加電流により、発光出力を制御する。BGFアレイ１３３は、発光制御部１１２により制御される印加電流により、その発振周波数（波長）を大まかに調整して発光する。
位相器アレイ１３２は、チャープ制御部１１３により制御される印加電流により、屈折率を微小変化させ、発振周波数を微調整し、いわゆるチャープ変調を施す。
BGFアレイ１３３は、垂直制御部１１４により制御され、各チャンネルの発振周波数を独立に制御する。
すなわち、最終段である光偏向器１３８における垂直（V：Vertical）方向の偏向は、光周波数に依存するため、各チャンネルのSFLよりなる送信光ＴＸの周波数（光発振周波数）が制御されることにより、光偏向器１３８の走査可能な範囲内における任意の垂直方向の角度に送信光ＴＸを投射することができる。このように、BGFアレイ１３３が制御されることにより、複数のチャンネル毎に独立して、送信光ＴＸのそれぞれについて異なる垂直方向の角度に同時に投射することが可能となる。
多重化部１３４は、例えば、MMI（マルチモード干渉計）などからなり、複数のそれぞれ異なる光周波数の送信光ＴＸを1つの周波数多重光に合波し、１本の光導波路より分離部１３５に出力する。
分離部１３５は、多重化部１３４より供給される周波数多重光からなる送信光ＴＸの一部を局部発振光ＬＯとし（所定の比率（例えば、局部発振光ＬＯ：送信光ＴＸ＝１：９）などで分離し）、局部発振光ＬＯを検波部１４０に出力すると共に、送信光ＴＸを光弁別部１３６に出力する。
光弁別部１３６は、ポートによって光を通す方向が異なる光回路であり、分離部１３５のポートからの送信光ＴＸを光分割部１３７へのポートに出射させ、光分割部１３７のポートからの戻り光のである受信光ＲＸを検波部１４０へのポートに出射させる。
光分割部１３７は、１本の光弁別部１３６からのポートと、複数の光偏向器１３８側のポートを備えており、光弁別部１３６のポートから入射した送信光ＴＸを、分岐して光偏向器１３８への複数のポートに出射させると共に、光偏向器１３８側の各ポートにおける位相を独立に制御可能な光回路である。
光分割部１３７は、例えば、複数のSplitter（光分岐器）と複数の微小半導体ヒータとが内部に設けられた構成とされ、水平制御部１１５により微小半導体ヒータの加熱温度が制御されることにより、加熱された導波路の屈折率が熱光学効果により変化することを利用して、各ポートの位相を制御する。
光偏向器１３８は、例えば、光学フェーズドアレイ（OPA：Optical Phased Array）などから構成され、光分割部１３７により位相制御された複数の光導波路が所定の間隔で配列され、光導波路の各々は、所定の間隔でくびれた構造とされる。このような構造により、光偏向器１３８は、光周波数の異なる複数のチャンネルの送信光ＴＸを、波長毎に異なる、垂直方向の偏向角で測定対象に向けて同時出射させる。
尚、図６においては、光偏向器１３８より出射されたチャンネル毎に周波数の異なる送信光ＴＸが、例えば、チャンネル毎の周波数に対応した波長λ１乃至λｎの送信光として出射されることが表現されているが、ここでは、チャンネル数が６であるので、ｎは５となる。
また、光学フェーズドアレイ（OPA：Optical Phased Array）の詳細については、Realization of Integrated Coherent LiDAR, Taehwan Kim, UC Berkeley technical report, 2020（http://www2.eecs.berkeley.edu/Pubs/TechRpts/2020/EECS-2020-38.pdf）を参照されたい。
温度センサ１３９は、チューナブルSFL１４１の温度を測定し、その温度情報を垂直制御部１１４に供給する。一般に、チューナブルSFL１４１の光周波数は温度依存性を有するため、光周波数を一定に保つためには温度補償が必要とされている。
垂直制御部１１４は、温度センサ１３９からの温度情報に基づいて前述のBGFアレイ１３３に印加する電流あるいは電圧を調整することで、偏向制御の機能と、温度補償の機能とを兼ね備える。
温度センサ１３９は、受発光部１１６を構成するPhotonic IC上において、チューナブルSFL１４１のなるべく近傍に実装されることが望ましい。
検波部１４０は、光カプラとPD（Photo Detector）からなり、光カプラにより局部発振光ＬＯと受信光ＲＸとを混合し、PD（Photo Detector）によってRF信号に変換する。より具体的には、検波部１４０における光カプラは、例えば、180°Hybrid 2x2 Couplerであり、PDは例えば同一特性を持つ2個のフォトダイオードのペアからなる、BPD: Balanced Photo Diodeである。PDの出力が、検波部１４０の出力とされ、局部発振光LOと受信光ＲＸの差周波数が含まれる。
尚、検波部１４０の構成は、実質的に、図３を参照して説明した検波回路３３ａとほぼ同様のものである。
＜図６の測距装置による測定対象との距離および相対速度の測定方法＞
＜発光制御テーブル＞
次に、発光制御テーブル１１１ａに基づいた、発光制御部１１２によるRSOAアレイ１３１の発光制御と、チャープ制御部１１３による位相器アレイ１３２のチャープ変調制御とについて説明する。
図７は、発光制御テーブル１１１ａにテーブル化して記録されている符号の一例である。図７の発光制御テーブル１１１ａにテーブル化して記録されている符号は、光周波数の異なる６本の送信光ＴＸ０乃至ＴＸ５が多重化されて、送信光ＴＸとされる場合の発光制御とチャープ変調の制御信号を符号化した符号の一例である。
図７の発光制御テーブル１１１ａにおいては、横軸にチャープ変調制御の変調周期期間を８等分したときのタイムスロットＴ０乃至Ｔ７が示され、縦軸に、各タイムスロットＴ０乃至Ｔ７のそれぞれにおける送信光ＴＸ０乃至ＴＸ５のアップチャープ変調期間およびダウンチャープ変調期間、並びに、発光期間および消光期間が示されている。
すなわち、図７においては、「d」がダウンチャープ変調期間を表し、「u」がアップチャープ変調期間を表し、点線の丸で囲まれていない期間が発光期間であり、点線の丸で囲まれた期間が消光期間である。
また、図８は、図７の発光制御テーブル１１１ａにテーブル化して記録されている符号の一例に基づいて、RSOAアレイ１３１の発光が制御されるときに発生する周波数の異なる６本の送信光ＴＸ０乃至ＴＸ５が、チャープ変調されるときの時系列の周波数の変化を示す波形例を示している。
すなわち、図８においては、例えば、チャンネル０の送信光ＴＸ０の基準となる最低周波数が190.000THzであり、チャンネル１の送信光ＴＸ１の基準となる最低周波数が191.000THzであり、チャンネル５の送信光ＴＸ５の基準となる最低周波数が195.000THzである。
また、図示しないが、チャンネル２の送信光ＴＸ２の基準となる最低周波数が192.000THzであり、チャンネル３の送信光ＴＸ３の基準となる最低周波数が193.000THzであり、チャンネル４の送信光ＴＸ４の基準となる最低周波数が194.000THzである。
さらに、図８においては、時刻ｔ１乃至ｔ９がチャープ変調の変調同期の１周期であり、このうち、時刻ｔ１乃至ｔ５がアップチャープ期間であり、時刻ｔ５乃至ｔ９がダウンチャープ期間である。また、変調帯域幅は、図８の例ではいずれも同一の1GHzである。
そして、時刻ｔ１乃至ｔ２が、図７におけるタイムスロットＴ０に対応し、時刻ｔ２乃至ｔ３が、タイムスロットＴ１に対応し、時刻ｔ３乃至ｔ４が、タイムスロットＴ２に対応し、時刻ｔ４乃至ｔ５が、タイムスロットＴ３に対応する。
同様に、時刻ｔ５乃至ｔ６が、タイムスロットＴ４に対応し、時刻ｔ６乃至ｔ７が、タイムスロットＴ５に対応し、時刻ｔ７乃至ｔ８が、タイムスロットＴ６に対応し、時刻ｔ８乃至ｔ９が、タイムスロットＴ７に対応する。
（チャンネル０について）
すなわち、図７のチャンネル０（Ch.0）では、タイムスロットＴ０，Ｔ１においては「u」と表示され、発光した状態で、かつ、所定のレートでアップチャープ変調がなされていることが示され、タイムスロットＴ２，Ｔ３においては点線で囲まれた状態で「u」と表示され、消光した状態で、かつ、所定のレートでアップチャープ変調がなされていることが示される。
また、図７のチャンネル０（Ch.0）では、タイムスロットＴ４，Ｔ５においては「d」と表示され、発光した状態で、かつ、所定のレートでダウンチャープ変調がなされていることが示され、タイムスロットＴ６，Ｔ７においては点線で囲まれた状態で「d」と表示され、消光した状態で、かつ、所定のレートでダウンチャープ変調がなされていることが示される。
これに対応して、図８のタイムスロットＴ０，Ｔ１に対応する時刻ｔ１乃至ｔ３においては、ＴＸ０が付された実線で示される直線で示されるように、チャンネル０の送信光ＴＸ０の周波数が、発光された状態で、基準となる最低周波数190.000THzから線形的に所定のレートで上昇してアップチャープ変調されていることが表現されている。
また、図８のタイムスロットＴ２，Ｔ３に対応する時刻ｔ３乃至ｔ５においては、ＴＸ０が付された点線で示される直線で示されるように、チャンネル０の送信光ＴＸ０の光周波数が、消光された状態で、時刻ｔ３の周波数から線形的に所定のレートで上昇してアップチャープ変調されていることが表現されている。
さらに、図８のタイムスロットＴ４，Ｔ５に対応する時刻ｔ５乃至ｔ７においては、ＴＸ０が付された実線で示される直線で示されるように、チャンネル０の送信光ＴＸ０の周波数が、発光された状態で、時刻ｔ５の周波数から線形的に下降してダウンチャープ変調されていることが表現されている。
また、図８のタイムスロットＴ６，Ｔ７に対応する時刻ｔ７乃至ｔ９においては、ＴＸ０が付された点線で示される直線で示されるように、チャンネル０の送信光ＴＸ０の光周波数が、消光された状態で、時刻ｔ７の周波数から線形的に、基準となる最低周波数190.000THzまで所定のレートで下降してダウンチャープ変調されていることが表現されている。
送信光ＴＸ０が測定対象に反射し、得られる受信光ＲＸ０は、そのToF（Time-of-flight：飛行距離、即ち測定対象までの距離の2倍）に応じた遅れΔを生じ、その時間対周波数の関係は図８においては送信光ＴＸに対して右方向にずれる。また、測定対象との相対速度に応じて、光ドップラーシフトにより、受信光ＲＸ０は送信光ＴＸ０に対して周波数方向（図８の縦軸方向）に対してずれＳが生じる。
（チャンネル１について）
図７のチャンネル１（Ch.1）では、タイムスロットＴ０，Ｔ２においては「u」と表示され、発光した状態で、かつ、所定のレートでアップチャープ変調がなされていることが示され、タイムスロットＴ１，Ｔ３においては点線で囲まれた状態で「u」と表示され、消光した状態で、かつ、所定のレートでアップチャープ変調がなされていることが示される。
また、図７のチャンネル１（Ch.0）では、タイムスロットＴ４，Ｔ６においては「d」と表示され、発光した状態で、かつ、所定のレートでダウンチャープ変調がなされていることが示され、タイムスロットＴ５，Ｔ７においては点線で囲まれた状態で「d」と表示され、消光した状態で、かつ、所定のレートでダウンチャープ変調がなされていることが示される。
これに対応して、図８のタイムスロットＴ０に対応する時刻ｔ１乃至ｔ２においては、ＴＸ１が付された実線で示される直線で示されるように、チャンネル１の送信光ＴＸ１の周波数が、発光された状態で、基準となる最低周波数191.000THzから線形的に所定のレートで上昇してアップチャープ変調されていることが表現されている。
また、図８のタイムスロットＴ１に対応する時刻ｔ２乃至ｔ３においては、ＴＸ１が付された点線で示される直線で示されるように、チャンネル１の送信光ＴＸ１の周波数が、消光された状態で、時刻ｔ２の周波数から線形的に所定のレートで上昇してアップチャープ変調されていることが表現されている。
さらに、図８のタイムスロットＴ２に対応する時刻ｔ３乃至ｔ４においては、ＴＸ１が付された実線で示される直線で示されるように、チャンネル１の送信光ＴＸ１の周波数が、発光された状態で、時刻ｔ３の周波数から線形的に所定のレートで上昇してアップチャープ変調されていることが表現されている。
また、図８のタイムスロットＴ３に対応する時刻ｔ４乃至ｔ５においては、ＴＸ１が付された点線で示される直線で示されるように、チャンネル１の送信光ＴＸ１の周波数が、消光された状態で、時刻ｔ４の周波数から線形的に所定のレートで上昇してアップチャープ変調されていることが表現されている。
さらに、図８のタイムスロットＴ４に対応する時刻ｔ５乃至ｔ６においては、ＴＸ１が付された実線で示される直線で示されるように、チャンネル１の送信光ＴＸ１の周波数が、発光された状態で、時刻ｔ５の周波数から線形的に所定のレートで下降してダウンチャープ変調されていることが表現されている。
また、図８のタイムスロットＴ５に対応する時刻ｔ６乃至ｔ７においては、ＴＸ１が付された点線で示される直線で示されるように、チャンネル１の送信光ＴＸ１の周波数が、消光された状態で、時刻ｔ６の周波数から線形的に所定のレートで下降してダウンチャープ変調されていることが表現されている。
さらに、図８のタイムスロットＴ６に対応する時刻ｔ７乃至ｔ８においては、ＴＸ１が付された実線で示される直線で示されるように、チャンネル１の送信光ＴＸ１の周波数が、発光された状態で、時刻ｔ７の周波数から線形的に所定のレートで下降してダウンチャープ変調されていることが表現されている。
また、図８のタイムスロットＴ７に対応する時刻ｔ８乃至ｔ９においては、ＴＸ１が付された点線で示される直線で示されるように、チャンネル１の送信光ＴＸ１の周波数が、消光された状態で、時刻ｔ８の周波数から線形的に、基準となる最低周波数191.000THzまで所定のレートで下降してダウンチャープ変調されていることが表現されている。
送信光ＴＸ１が測定対象に反射し、得られる受信光ＲＸ１は、そのToF（Time-of-flight：飛行距離、即ち測定対象までの距離の2倍）に応じた遅れΔを生じ、その時間対周波数の関係は図８においては送信光ＴＸ１に対して右方向にずれる。また、測定対象との相対速度に応じて、光ドップラーシフトにより、受信光ＲＸ１は送信光ＴＸ１に対して周波数方向（図８の縦軸方向）に対してずれＳが生じる。
（チャンネル５について）
すなわち、図７のチャンネル５（Ch.5）では、タイムスロットＴ０，Ｔ１においては点線で囲まれた状態で「u」と表示され、消光した状態で、かつ、所定のレートでアップチャープ変調がなされていることが示され、タイムスロットＴ２，Ｔ３においては「u」と表示され、発光した状態で、かつ、所定のレートでアップチャープ変調がなされていることが示される。
また、図７のチャンネル５（Ch.5）では、タイムスロットＴ４，Ｔ５においては点線で囲まれた状態で「d」と表示され、消光した状態で、かつ、所定のレートでダウンチャープ変調がなされていることが示され、タイムスロットＴ６，Ｔ７においては「d」と表示され、発光した状態で、かつ、所定のレートでダウンチャープ変調がなされていることが示される。
これに対応して、図８のタイムスロットＴ０，Ｔ１に対応する時刻ｔ１乃至ｔ３においては、ＴＸ５が付された点線で示される直線で示されるように、チャンネル５の送信光ＴＸ５の周波数が、消光された状態で、基準となる最低周波数195.000THzから線形的に所定のレートで上昇してアップチャープ変調されていることが表現されている。
また、図８のタイムスロットＴ２，Ｔ３に対応する時刻ｔ３乃至ｔ５においては、ＴＸ０が付された実線で示される直線で示されるように、チャンネル５の送信光ＴＸ５の周波数が、発光された状態で、時刻ｔ３の周波数から線形的に所定のレートで上昇してアップチャープ変調されていることが表現されている。
さらに、図８のタイムスロットＴ４，Ｔ５に対応する時刻ｔ５乃至ｔ７においては、ＴＸ５が付された点線で示される直線で示されるように、チャンネル５の送信光ＴＸ５の周波数が、消光された状態で、時刻ｔ５の周波数から線形的に所定のレートで下降してダウンチャープ変調されていることが表現されている。
また、図８のタイムスロットＴ６，Ｔ７に対応する時刻ｔ７乃至ｔ９においては、ＴＸ０が付された実線で示される直線で示されるように、チャンネル５の送信光ＴＸ５の周波数が、発光された状態で、時刻ｔ７の周波数から線形的に、基準となる最低周波数195.000THzまで所定のレートで下降してダウンチャープ変調されていることが表現されている。
送信光ＴＸ５が測定対象に反射し、得られる受信光ＲＸ５は、そのToF（Time-of-flight：飛行距離、即ち測定対象までの距離の2倍）に応じた遅れΔを生じ、その時間対周波数の関係は図８においては送信光ＴＸ５に対して右方向にずれる。また、測定対象との相対速度に応じて、光ドップラーシフトにより、受信光ＲＸ５は送信光ＴＸ５に対して周波数方向（図８の縦軸方向）に対してずれＳが生じる。
尚、チャンネル２乃至４においては、図示しないが、図７の発光制御テーブル１１１ａに記録された符号に対応して、チャンネル０，１，５と同様に発光とチャープ変調が制御される。
＜受信光ＲＸと局部発振光ＬＯとを用いた検波＞
また、受信光ＲＸは、送信光ＴＸと同じ光源からそのパワーの一部が、分離部１３５により分離して得られた局部発振光ＬＯを用いて、検波部１４０によりRF（Radio Frequency）信号に変換される。
RF信号には、局部発振光ＬＯと受信光ＲＸの差周波数であるビート周波数が、複数チャンネル分だけ含まれる。局部発振光ＬＯと送信光ＴＸとの周波数は同じなので、ビート周波数は、送信光ＴＸと受信光ＲＸとの差周波数と言い換えてもよい。
図７の発光制御テーブル１１１ａの符号に基づいて発光が制御されることにより、各タイムスロットにおいて、RF信号に含まれるのは、発光した状態でチャープ変調されたチャンネルの成分のみとなる。
したがって、タイムスロットＴ０のRF信号には、アップチャープ変調における、送信光ＴＸ０と受信光ＲＸ０との差周波数、送信光ＴＸ１と受信光ＲＸ１との差周波数、および送信光ＴＸ３と受信光ＲＸ３との差周波数のそれぞれの成分が含まれる。
また、タイムスロットＴ１のRF信号には、アップチャープ変調における、送信光ＴＸ０と受信光ＲＸ０との差周波数、送信光ＴＸ２と受信光ＲＸ２との差周波数、および送信光ＴＸ４と受信光ＲＸ４との差周波数のそれぞれの成分が含まれる。
さらに、タイムスロットＴ２のRF信号には、アップチャープ変調における、送信光ＴＸ１と受信光ＲＸ１との差周波数、送信光ＴＸ２と受信光ＲＸ２との差周波数、および送信光ＴＸ５と受信光ＲＸ５との差周波数のそれぞれの成分が含まれる。
さらに、タイムスロットＴ３のRF信号には、アップチャープ変調における、送信光ＴＸ３と受信光ＲＸ３との差周波数、送信光ＴＸ４と受信光ＲＸ４との差周波数、および送信光ＴＸ５と受信光ＲＸ５との差周波数のそれぞれの成分が含まれる。
また、タイムスロットＴ４のRF信号には、ダウンチャープ変調における、送信光ＴＸ０と受信光ＲＸ０との差周波数、送信光ＴＸ１と受信光ＲＸ１との差周波数、および送信光ＴＸ３と受信光ＲＸ３との差周波数のそれぞれの成分が含まれる。
さらに、タイムスロットＴ５のRF信号には、ダウンチャープ変調における、送信光ＴＸ０と受信光ＲＸ０との差周波数、送信光ＴＸ２と受信光ＲＸ２との差周波数、および送信光ＴＸ４と受信光ＲＸ４との差周波数のそれぞれの成分が含まれる。
また、タイムスロットＴ６のRF信号には、ダウンチャープ変調における、送信光ＴＸ１と受信光ＲＸ１との差周波数、送信光ＴＸ２と受信光ＲＸ２との差周波数、および送信光ＴＸ５と受信光ＲＸ５との差周波数のそれぞれの成分が含まれる。
さらに、タイムスロットＴ７のRF信号には、ダウンチャープ変調における、送信光ＴＸ３と受信光ＲＸ３との差周波数、送信光ＴＸ４と受信光ＲＸ４との差周波数、および送信光ＴＸ５と受信光ＲＸ５との差周波数が含まれる。
そこで、TIA１１７、およびADC１１８は、各タイムスロットＴ０乃至Ｔ７におけるRF信号を、所定のサンプリング周期でデジタル化し、受信信号列ＭＴ１乃至ＭＴ７としてDSP１１９に出力する。DSP１１９は、受信信号列ＭＴ１乃至ＭＴ７をデジタル信号処理して、チャンネル毎の周波数スペクトルに分離する。
より具体的には、DSP１１９は、受信信号列ＭＴ１乃至ＭＴ７に、チャンネル毎に固有の窓関数を適用し、FFT（高速フーリエ変換）処理（またはDFT（離散フーリエ変換）処理）により信号列を、チャンネル毎の周波数スペクトルに変換する。
窓関数は、例えば最も単純ものとして、発光してアップチャープ変調される期間またはダウンチャープ変調される期間のタイムスロットについて受信信号をそのまま通し、消光してアップチャープ変調される期間またはダウンチャープ変調される期間のタイムスロットについては0とする、矩形窓が挙げられる。
DSP１１９は、例えば、矩形窓を用いて、各チャンネルに対応する周波数スペクトルを、式（３）のように表現する。
Figure 2022090856000004
ここで、Xch.A,up(ω)は、アップチャープ期間であるタイムスロットＴ０乃至Ｔ３におけるチャンネルＡの矩形窓を適用した周波数スペクトルである。また、Xch.A,dn(ω)は、ダウンチャープ周期であるタイムスロットＴ４乃至Ｔ７におけるチャンネルＡの矩形窓を適用した周波数スペクトルである。
また、FFT(B,C,D,E)は、FFT処理された各チャンネルの周波数スペクトルであり、B,C,D,Eは、ダウンチャープ期間においては、それぞれタイムスロットＴ０乃至Ｔ３の受信信号列であり、アップチャープ期間においては、それぞれタイムスロットＴ４乃至Ｔ７の受信信号列である。また、MTFは、タイムスロットＴＦの受信信号列である。
すなわち、例えば、チャンネル０のアップチャープ期間の周波数スペクトルXch.0,up(ω)は、発光中のタイムスロットＴ０，Ｔ１の受信信号列ＭＴ０，ＭＴ１であり、消光中のタイムスロットＴ２，Ｔ３の周波数スペクトルが０であるときのFFTの演算結果であることが示されている。
また、例えば、チャンネル０のダウンチャープ期間の周波数スペクトルXch.0,down(ω)は、発光中のタイムスロットＴ４，Ｔ５の周波数スペクトルがＭＴ４，ＭＴ５であり、消光中のタイムスロットＴ６，Ｔ７の周波数スペクトルが０であるときのFFTの演算結果であることが示されている。
さらに、例えば、チャンネル１のアップチャープ期間の周波数スペクトルXch.1,up(ω)は、発光中のタイムスロットＴ０，Ｔ２の周波数スペクトルがＭＴ０，ＭＴ２であり、消光中のタイムスロットＴ１，Ｔ３の周波数スペクトルが０であるときのFFTの演算結果であることが示されている。
また、例えば、チャンネル１のダウンチャープ期間の周波数スペクトルXch.1,down(ω)は、発光中のタイムスロットＴ４，Ｔ６の周波数スペクトルがＭＴ４，ＭＴ６であり、消光中のタイムスロットＴ５，Ｔ７の周波数スペクトルが０であるときのFFTの演算結果であることが示されている。尚、チャンネル２乃至５についても同様である。
＜ビート周波数の特定方法＞
制御部１１１は、このようにして求められた周波数スペクトルに基づいて、各チャンネルのビート周波数を推定する。
例えば、チャンネル０と１のアップチャープ変調期間における周波数スペクトルXch.0,up(ω)，Xch.1,up(ω)が、それぞれ図９の左部および右部である場合について考える。
図９の左部においては、チャンネル０の周波数スペクトルXch.0,up(ω)においては、周波数ｆ０とｆ１にピークがあり、周波数ｆ０の方が、周波数ｆ１よりも高いピークであることが示されている。
また、図９の右部においては、チャンネル１の周波数スペクトルXch.1,up(ω)においても、周波数ｆ０とｆ１にピークがあり、周波数ｆ１の方が、周波数ｆ０よりも高いピークであることが示されている。
これにより、図９の結果から、チャンネル０のビート周波数が、周波数ｆ０であり、チャンネル１のビート周波数が、周波数ｆ１であると判断できる。
尚、図９の例では、チャンネル０，１の例について説明したが、チャンネル２乃至５についても同様に判断できる。
また、図９の例では、アップチャープ変調期間のみについて例示しているが、ダウンチャープ変調期間における周波数スペクトルも併せて用いて、周波数スペクトルにおけるスペクトル強度であるピークの高さが最も高い周波数をビート周波数として判断できる。
制御部１１１は、図９を参照して説明した手法により特定された各チャンネルのビート周波数の情報に基づいて、図５を参照して説明した手法により、測定対象までの距離および相対速度を推定する（算出する）。
以上のような手法により、１つのチャープ変調周期内において、複数のチャンネルの送信光ＴＸ０乃至５のうちの発光と消光とをタイムスロットで組み合わせて変化させるようにして発光および消光、並びにチャープ変調を行うことにより、局部発振光ＬＯと送信光ＴＸとを１つの光源で共通化させてもチャンネル毎に分離してビート周波数を測定し、測定対象までの測距および相対速度の測定を実現することが可能となる。
これにより、局部発振光ＬＯと送信光ＴＸとを同一の光源としても、周波数が異なる多チャンネルの送信光ＴＸを多重化すると共に分離することが可能となり、装置構成を簡素化しても、Point/secを高めることが可能となる。
結果として、低コストで高精度なコヒーレントLiDARを実現することが可能となる。
＜測定処理＞
次に、図１０のフローチャートを参照して、図６の測距装置１０１による測定処理について説明する。
ステップＳ１１において、発光制御部１１２は、発光制御テーブル１１１ａの情報に基づいて、制御部１１１により制御され、RSOAアレイ１３１の発光および消光を制御する。
ステップＳ１２において、チャープ制御部１１３は、発光制御テーブル１１１ａの情報に基づいて、制御部１１１により制御され、位相器アレイ１３２により光周波数を制御して、チャープ変調を制御する。
尚、BGFアレイ１３３は、事前に垂直制御部１１４により、最終段である光偏向器１３８において出射される送信光ＴＸの垂直方向が制御されている。
光分割部１３７は、事前に水平制御部１１５により、最終段である光偏向器１３８において出射される送信光ＴＸの水平方向が制御されている。
そして、RSOAアレイ１３１、位相器アレイ１３２、およびBGFアレイ１３３からなるチューナブルSFL１４１が、アレイ状の周波数の異なる複数チャンネルの送信光ＴＸ０乃至ＴＸ５を発生して多重化部１３４に出力する。
多重化部１３４は、複数チャンネルの送信光ＴＸ０乃至ＴＸ５を多重化することで１つの合波にして、送信光ＴＸとして分離部１３５に出力する。
分離部１３５は、所定の比率で送信光ＴＸの一部を、局部発振光ＬＯとして分離して検波部１４０に出力させると共に、残りの送信光ＴＸを光弁別部１３６に出力する。
光弁別部１３６は、分離部１３５からの送信光を光分割部１３７に透過させる。
光分割部１３７は、光弁別部１３６より供給される送信光ＴＸを、水平制御部１１５により制御された水平方向に対応するように分割し、光偏向器１３８に出力する。
光偏向器１３８は、分割された送信光ＴＸを合波に多重化された各チャンネルの周波数に応じた垂直方向の角度で偏向し、送信光ＴＸとして同時出射する。
ステップＳ１３において、光偏向器１３８は、複数のチャンネルの送信光ＴＸが測定対象で反射することで生じる複数のチャンネルの反射光を受光し、１つの受信光ＲＸとして合波して光分割部１３７に出力する。
光分割部１３７は、複数のチャンネルの受信光を含む受信光ＲＸを１つにして、光弁別部１３６に出力する。
光弁別部１３６は、光分割部１３７からの受信光ＲＸを弁別し、検波部１４０に出力する。
ステップＳ１４において、検波部１４０は、複数のチャンネルを含む受信光ＲＸと局部発振光ＬＯとを混合することで、局部発振光ＬＯ（送信光ＴＸ）と受信光ＲＸと差分周波数からなる干渉波を生成し、干渉波をRF信号に変換して、TIA１１７に出力する。
ステップＳ１５において、TIA１１７は、RF信号を電圧振幅へと変換し、ADC１１８に出力する。ADC１１８は、RF信号の電圧振幅を、所定のサンプリング周期でデジタル化することで、チャンネル毎に受信信号列を生成し、DSP１１９に出力する。
ステップＳ１６において、DSP１１９は、受信信号列に対してチャンネル毎に窓関数を適用する。
ステップＳ１７において、DSP１１９は、窓関数を適用した受信信号列に対してFFTを掛けることにより、チャンネル毎の周波数スペクトルを求める。
ステップＳ１８において、DSP１１９は、周波数スペクトルに基づいて、各チャンネルのピーク周波数を検出する。
ステップＳ１９において、DSP１１９は、求めたピーク周波数のピーク強度を比較し、比較結果に基づいて、チャンネル毎にビート周波数を特定し、制御部１１１に出力する。
ステップＳ２０において、制御部１１１は、DSP１１９より供給された各チャンネルのビート周波数の情報に基づいて、測定対象までの距離と相対速度を推定する。
以上の処理により、発光制御テーブル１１１ａに格納された符号によりチャンネル毎に発光および消光、並びにチャープ変調が制御されて、各チャンネルの送信光ＴＸが発光されるようにした。また、送信光ＴＸと受信光ＲＸとの差周波数からなる干渉波より得られるRF信号に基づいた受信信号列をFFT処理することで得られる周波数スペクトルのチャンネル毎のピーク周波数に基づいてビート周波数を特定し、距離と相対速度を推定するようにした。
これにより、局部発振光ＬＯと送信光ＴＸとを同一の光源としても、周波数が異なる多チャンネルの送信光ＴＸを多重化すると共に分離することが可能となるので、装置構成を簡素化することが可能となる。
結果として、簡素な構成でもPoint/secを高めることが可能となるので、高精度なコヒーレントLiDARを低コストで実現することが可能となる。
尚、以上においては、チャンネル数が６チャンネルである場合の例について説明してきたが、チャンネル数は６チャンネル以外であってもよい。
チャンネル数は、例えば、窓関数を適用する期間における総タイムスロット数に対する、発光した状態でチャープ変調がなされるタイムスロット数に基づいて設定されるようにしてもよい。
すなわち、図８を参照して説明したように、窓関数が適用されるタイムスロット数が、４であって、発光した状態でチャープ変調がなされるタイムスロット数が２であるような場合については、例えば、コンビネーションを用いた演算により、4C2＝6チャンネルとなる。
したがって、例えば、窓関数が適用されるタイムスロット数が、６であって、発光した状態でチャープ変調がなされるタイムスロット数が３であるような場合については、コンビネーションを用いた演算により、6C3＝20チャンネルとなる。
ただし、チャンネル数が多いほど、時間あたりの測定点数(Point/sec)を増やせるので、解像度やフレームレートを高めることができる。その反面、光源の構造やスペクトルの分離は、チャンネル数に応じて複雑になる。
さらに、窓関数については、上述した矩形窓に限らずその他の窓関数でもよく、例えば、ガウス窓、ハン窓、ハミング窓、およびカイザー窓などでもよい。
＜＜３．第１の変形例＞＞
例えば、図１１で示されるように、垂直軸方向に大きなサイズの測定対象１５１である場合、複数チャンネルにまたがって同速度で、かつ、同距離の測定対象が検出され得る。
図６の測距装置１０１においては、各チャンネルの変調帯域幅（周波数の最大値と最小値の差）を例えば1GHzとしたが、複数チャンネルが同じ1GHzの変調帯域幅だと、複数チャンネルのスペクトルに同じ周波数で、かつ、同じ強度のピークが立ち、分離が難しくなる懸念がある。
そこで、これを防ぐため各チャンネルの変調帯域幅を、例えば送信光ＴＸ０は、1.00GHzとし、送信光ＴＸ１は、1.01GHzとし、送信光ＴＸ２は、1.02GHzとし、送信光ＴＸ３は、1.03GHzとし、送信光ＴＸ４は、1.04GHzとし、送信光ＴＸ５は、1.05GHzとするように、少なくともFFTの周波数分解能以上の差がつくように、各チャンネルにおいて固有の変調帯域幅を設定することで、複数チャンネルの分離が難しくなる可能性を低減させることができる。
すなわち、チャンネル毎に変調帯域幅が異なっていれば、同速度で、かつ、同距離の測定対象が複数チャンネルに跨っていても、チャンネル毎に異なるビート周波数として検出されるので、正しく測定対象を検出できる。
＜＜４．第２の変形例＞＞
図６の測距装置１０１では、チャンネルに対応する周波数スペクトルに複数の周波数のピークがある場合、最も高いピーク強度を示す周波数を、そのチャンネルのビート周波数であると判定する例について説明してきた。
また、上述した第１の変形例においては、チャンネルによって異なる変調帯域幅を使用して、複数チャンネルに同一ビート周波数が同時に検出される可能性を低減する例について説明してきた。
上述した第１の変形例を適用したとしても、確率は低いながら、偶然、複数チャンネルに同一のビート周波数が同時に検出される場合がありうる。そのような場合にも、各チャンネルに対応する周波数スペクトルのピーク強度に基づいて、どの周波数が、どのチャンネルのビート周波数であるのかについては、ある程度推定可能である。
例えば、図１２は、チャンネル０と１とに同一のビート周波数を示す測定対象が検出され、チャンネル１の受信光ＲＸ１の光強度が、チャンネル０の受信光ＲＸ０の光強度の半分であった場合の各チャンネルの周波数スペクトルを示している。
尚、図１２の各ピークの上部に付記した数字はスペクトル強度を表しており、チャンネル０の周波数スペクトルXch.0,upにおける周波数ｆ０のスペクトル強度が１であることを表しており、以下、その右側に左から順にチャンネル１乃至５の周波数スペクトルXch.1,up乃至Xch.5,upにおける周波数ｆ０のスペクトル強度が、順に、左から0.8，0.6，0.6，0.4，0.4であることを表している。
図１２において、ビート周波数ｆ０は、いずれのチャンネルの周波数スペクトルにおいてもピークを示しているが、その中でスペクトル強度が最も高いチャンネル０に第１の測定対象が検出されたと判断できる。
ここで、もし、測定対象がチャンネル０のみに検出されたのであれば、図７の発光制御テーブル１１１ａの符号化例から、タイムスロットＴ０，Ｔ１のいずれか一方で発光するチャンネル１乃至４の周波数スペクトルには、チャンネル０の約半分の強度のピークが表れ、チャンネル０と発光期間を共有しないチャンネル５には周波数ｆ０は検出されないはずである。
しかしながら、チャンネル５が周波数ｆ０について弱いピークを示すことから周波数ｆ０を示す測定対象がチャンネル０以外にも存在すると判断できる。
チャンネル１の周波数ｆ０のピークは、チャンネル０の周波数ｆ０のピークに次いで高い。
そこで、チャンネル０と１の双方に同じビート周波数が検出されたと推定し、受信光ＲＸ０の強度を0.8（タイムスロットＴ０において0.4、タイムスロットＴ１において0.4）、受信光ＲＸ１の強度を0.4（タイムスロットＴ０において0.2、タイムスロットＴ２において0.2）としたときに、各チャンネルの周波数スペクトルが、図１２で示される周波数スペクトルに一致することを、所定の推定処理によって特定できる。
別の例として、図１３は、３つのチャンネルに同一のビート周波数を示す測定対象が検出された場合の各チャンネルの周波数スペクトルを示している。
図１３の場合、チャンネル０，１，３に同一の周波数ｆ０がビート周波数として検出されたと推定し、受信光ＲＸ０の強度を0.6（タイムスロットＴ０において0.3、タイムスロットＴ１において0.3）、受信光ＲＸ１の強度を0.4（タイムスロットＴ０において0.2、タイムスロットＴ２において0.2）、受信光ＲＸ３の強度を0.4（タイムスロットＴ０において0.2、タイムスロットＴ３において0.2）としたときに、各チャンネルの周波数スペクトルが図１３の周波数スペクトルに一致することを、所定の推定処理によって特定できる。
上記、所定の推定処理は、決定的アルゴリズムによるものでもよいし、あるいは機械学習やCNN（Convolutional Neural Network：畳み込みニューラルネットワーク）を用いてもよい。
＜＜５．第３の変形例＞＞
図６の測距装置１０１においては、光偏向器１３８として2D（二次元）ステアリング可能なOPAが用いられる例について説明してきたが、光偏向器１３８としては、OPA以外の構成を用いるようにしてもよい。
例えば、光偏向器１３８に代えて、プリズムと回転ミラーとを設けるようにしてもよい。
図１４は、光偏向器１３８に代えて、プリズムと回転ミラーとを設けるようにした測距装置１０１の構成例である。
図１４の測距装置１０１において、図６の測距装置１０１と異なる点は、光偏向器１３８に代えて、プリズム１８１および回転ミラー１８２を設けた点である。
プリズム１８１は、出射角が光周波数に依存する光学素子の一つであり、垂直方向に周波数の異なる複数のチャンネルの送信光ＴＸを放射させる。
また、回転ミラー１８２は、垂直方向の軸を中心として、水平方向に対して回動可能な構成とされたミラーであり、水平制御部１１５により制御されて、送信光ＴＸの水平方向に対して走査を実現することが可能であり、OPAからなる光偏向器１３８を使う場合と同様に2Dスキャンが可能である。
尚、図１４の測距装置１０１のその他の構成については、図６の測距装置１０１と同様であるので、その説明は省略する。
また、図１４の測距装置１０１による測定処理についても、図６の測距装置１０１と送信光ＴＸの放射に係る方式が異なるのみであるので、その説明は省略する。
＜＜６．ソフトウェアにより実行させる例＞＞
ところで、上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるが、ソフトウェアにより実行させることもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のコンピュータなどに、記録媒体からインストールされる。
図１５は、汎用のコンピュータの構成例を示している。このパーソナルコンピュータは、CPU(Central Processing Unit)１００１を内蔵している。CPU１００１にはバス１００４を介して、入出力インタフェース１００５が接続されている。バス１００４には、ROM(Read Only Memory)１００２およびRAM(Random Access Memory)１００３が接続されている。
入出力インタフェース１００５には、ユーザが操作コマンドを入力するキーボード、マウスなどの入力デバイスよりなる入力部１００６、処理操作画面や処理結果の画像を表示デバイスに出力する出力部１００７、プログラムや各種データを格納するハードディスクドライブなどよりなる記憶部１００８、LAN（Local Area Network）アダプタなどよりなり、インターネットに代表されるネットワークを介した通信処理を実行する通信部１００９が接続されている。また、磁気ディスク（フレキシブルディスクを含む）、光ディスク（CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory)、DVD(Digital Versatile Disc)を含む）、光磁気ディスク（ＭＤ(Mini Disc)を含む）、もしくは半導体メモリなどのリムーバブル記憶媒体１０１１に対してデータを読み書きするドライブ１０１０が接続されている。
CPU１００１は、ROM１００２に記憶されているプログラム、または磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、もしくは半導体メモリ等のリムーバブル記憶媒体１０１１ら読み出されて記憶部１００８にインストールされ、記憶部１００８からRAM１００３にロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。RAM１００３にはまた、CPU１００１が各種の処理を実行する上において必要なデータなども適宜記憶される。
以上のように構成されるコンピュータでは、CPU１００１が、例えば、記憶部１００８に記憶されているプログラムを、入出力インタフェース１００５及びバス１００４を介して、RAM１００３にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。
コンピュータ（CPU１００１）が実行するプログラムは、例えば、パッケージメディア等としてのリムーバブル記憶媒体１０１１に記録して提供することができる。また、プログラムは、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供することができる。
コンピュータでは、プログラムは、リムーバブル記憶媒体１０１１をドライブ１０１０に装着することにより、入出力インタフェース１００５を介して、記憶部１００８にインストールすることができる。また、プログラムは、有線または無線の伝送媒体を介して、通信部１００９で受信し、記憶部１００８にインストールすることができる。その他、プログラムは、ROM１００２や記憶部１００８に、あらかじめインストールしておくことができる。
なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。
尚、図１５におけるCPU１００１が、図６，図１４の制御部１１１、発光制御部１１２、チャープ制御部１１３、垂直制御部１１４、および水平制御部１１５の機能を実現させる。
また、本明細書において、システムとは、複数の構成要素（装置、モジュール（部品）等）の集合を意味し、すべての構成要素が同一筐体中にあるか否かは問わない。したがって、別個の筐体に収納され、ネットワークを介して接続されている複数の装置、及び、１つの筐体の中に複数のモジュールが収納されている１つの装置は、いずれも、システムである。
なお、本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
例えば、本開示は、１つの機能をネットワークを介して複数の装置で分担、共同して処理するクラウドコンピューティングの構成をとることができる。
また、上述のフローチャートで説明した各ステップは、１つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。
さらに、１つのステップに複数の処理が含まれる場合には、その１つのステップに含まれる複数の処理は、１つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。
尚、本開示は、以下のような構成も取ることができる。
＜１＞ 複数の送信光の光源と、
前記複数の送信光の光源の発光および消光を個別に制御する発光制御部と、
前記送信光を周波数に応じた角度で偏向させる光偏向部と、
前記送信光が測定対象により反射することで受光される受信光との干渉により生じる干渉光を検波する検波部と
を備える測距装置。
＜２＞ 前記発光制御部は、前記複数の送信光の光源を、それぞれ異なる周波数で制御し、
前記光偏向部は、それぞれ周波数の異なる、前記複数の送信光を、前記周波数に応じた角度で偏向して、複数の視野に同時に投射する
＜１＞に記載の測距装置。
＜３＞ 前記周波数の異なる、前記複数の送信光は、合波されることで１つの合波送信光とされ、
前記光偏向部は、前記合波送信光に合波されている、前記複数の送信光のそれぞれを、前記周波数に応じた角度で偏向して、複数の視野に同時に投射する
＜２＞に記載の測距装置。
＜４＞ 前記合波送信光の一部を局部発振光として分離する分離部をさらに備え、
前記検波部は、前記受信光と前記局部発振光との干渉により生じる干渉光を検波する
＜３＞に記載の測距装置。
＜５＞ 前記複数の送信光の周波数を、所定の変調周期で変調させる変調部を備え、
前記発光制御部は、前記変調周期を複数の時間区間に分割するときの、前記時間区間を単位とした、前記複数の送信光の光源毎に固有のパターンで発光および消光を制御する
＜２＞に記載の測距装置。
＜６＞ 前記複数の送信光の光源毎の固有のパターンが符号化された符号が登録されている発光制御テーブルをさらに含み、
前記発光制御部は、前記発光制御テーブルに登録された符号に基づいて、前記時間区間を単位とした、前記複数の送信光の光源毎に固有のパターンで発光および消光を制御する
＜５＞に記載の測距装置。
＜７＞ 前記複数の送信光の光源の数は、前記変調周期を複数の時間区間に分割したときの分割数と、前記変調周期における発光または消光が設定された時間区間数とに基づいて設定される
＜５＞に記載の測距装置。
＜８＞ 前記複数の送信光の光源の数は、前記変調周期を複数の時間区間に分割したときの分割数と、前記変調周期における発光または消光が設定された時間区間数とのコンビネーションに基づいて設定される
＜７＞に記載の測距装置。
＜９＞ 前記変調部は、前記複数の送信光の周波数を、それぞれ同一の変調帯域幅で変調させる
＜５＞に記載の測距装置。
＜１０＞ 前記変調部は、前記複数の送信光の周波数を、それぞれ異なる変調帯域幅で変調させる
＜５＞に記載の測距装置。
＜１１＞ 前記検波部の出力が光電変換されることで得られる受信信号列のうち、前記複数の送信光の光源が発光した時間区間に対応する受信信号列が抽出されて離散フーリエ変換されることで得られる、前記複数の送信光の光源のそれぞれに対応する複数の周波数スペクトルに基づいて、測定対象の距離および相対速度が推定され、
前記変調部は、前記離散フーリエ変換における周波数分解能以上となるように、前記複数の送信光の周波数を、それぞれ異なる変調帯域幅で変調させる
＜１０＞に記載の測距装置。
＜１２＞ 前記検波部の出力から得られる、前記複数の送信光の光源のそれぞれに対応する複数の周波数スペクトルに基づいて、測定対象の距離および相対速度が推定される
＜１＞に記載の測距装置。
＜１３＞ 前記検波部の出力から得られる、前記複数の送信光の光源のそれぞれに対応する複数の周波数スペクトルより特定されるビート周波数に基づいて、前記測定対象の距離および相対速度が特定される
＜１２＞に記載の測距装置。
＜１４＞ 前記ビート周波数は、前記検波部の出力から得られる、前記複数の送信光の光源のそれぞれに対応する複数の周波数スペクトルのピークの大小の比較に基づいて特定される
＜１３＞に記載の測距装置。
＜１５＞ 前記複数の送信光の光源のそれぞれに対応する複数の周波数スペクトルは、前記検波部の出力を光電変換して得た受信信号列のうち、前記複数の送信光の光源が発光した時間区間に対応する受信信号列が抽出されて離散フーリエ変換されたものである
＜１２＞に記載の測距装置。
＜１６＞ 前記光偏向部は、光学フェーズドアレイ（OPA：Optical Phased Array）である
＜１＞乃至＜１５＞のいずれかに記載の測距装置。
＜１７＞ 前記光偏向部は、プリズムと回転ミラーとにより構成される
＜１＞乃至＜１５＞のいずれかに記載の測距装置。
＜１８＞ 前記測距装置は、コヒーレントLiDAR（Light Detection and Ranging，Laser Imaging Detection and Ranging）である
＜１＞乃至＜１７＞のいずれかに記載の測距装置。
＜１９＞ 複数の送信光の光源と、
前記複数の送信光の光源の発光および消光を個別に制御する発光制御部と、
前記送信光を周波数に応じた角度で偏向させる光偏向部と、
前記送信光が測定対象により反射することで受光される受信光との干渉により生じる干渉光を検波する検波部とを備える測距装置の測距方法であって、
前記発光制御部が、前記複数の送信光の光源の発光および消光を個別に制御し、
前記光偏向部が、前記送信光を前記周波数に応じた角度で偏向させ、
前記検波部が、前記送信光が測定対象により反射することで受光される受信光との干渉により生じる干渉光を検波する
測距方法。
＜２０＞ 複数の送信光の光源と、
前記複数の送信光の光源の発光および消光を個別に制御する発光制御部と、
前記送信光を周波数に応じた角度で偏向させる光偏向部と、
前記送信光が測定対象により反射することで受光される受信光との干渉により生じる干渉光を検波する検波部と
を備える測距装置を制御するコンピュータを、
前記複数の送信光の光源の発光および消光を個別に制御する発光制御部として機能させるプログラム。
１０１ 測距装置， １１１ 制御部， １１１ａ 発光制御テーブル， １１２ 発光制御部， １１３ チャープ制御部， １１４ 垂直制御部， １１５ 水平制御部， １１６ 受発光部， １１７ TIA， １１８ ADC， １１９ DSP， １３１ RSOAマスク， １３２ 位相器アレイ， １３３ BGFアレイ， １３４ 多重化部， １３５ 分離部， １３６ 光弁別部， １３７ 光分割部， １３８ 光偏向器， １３９ 温度センサ， １４０ 検波部， １４１ チューナブルSFL， １８１ プリズム， １８２ 回転ミラー

Claims (20)

  1. 複数の送信光の光源と、
    前記複数の送信光の光源の発光および消光を個別に制御する発光制御部と、
    前記送信光を周波数に応じた角度で偏向させる光偏向部と、
    前記送信光が測定対象により反射することで受光される受信光との干渉により生じる干渉光を検波する検波部と
    を備える測距装置。
  2. 前記発光制御部は、前記複数の送信光の光源を、それぞれ異なる周波数で制御し、
    前記光偏向部は、それぞれ周波数の異なる、前記複数の送信光を、前記周波数に応じた角度で偏向して、複数の視野に同時に投射する
    請求項１に記載の測距装置。
  3. 前記周波数の異なる、前記複数の送信光は、合波されることで１つの合波送信光とされ、
    前記光偏向部は、前記合波送信光に合波されている、前記複数の送信光のそれぞれを、前記周波数に応じた角度で偏向して、複数の視野に同時に投射する
    請求項２に記載の測距装置。
  4. 前記合波送信光の一部を局部発振光として分離する分離部をさらに備え、
    前記検波部は、前記受信光と前記局部発振光との干渉により生じる干渉光を検波する
    請求項３に記載の測距装置。
  5. 前記複数の送信光の周波数を、所定の変調周期で変調させる変調部を備え、
    前記発光制御部は、前記変調周期を複数の時間区間に分割するときの、前記時間区間を単位とした、前記複数の送信光の光源毎に固有のパターンで発光および消光を制御する
    請求項２に記載の測距装置。
  6. 前記複数の送信光の光源毎の固有のパターンが符号化された符号が登録されている発光制御テーブルをさらに含み、
    前記発光制御部は、前記発光制御テーブルに登録された符号に基づいて、前記時間区間を単位とした、前記複数の送信光の光源毎に固有のパターンで発光および消光を制御する
    請求項５に記載の測距装置。
  7. 前記複数の送信光の光源の数は、前記変調周期を複数の時間区間に分割したときの分割数と、前記変調周期における発光または消光が設定された時間区間数とに基づいて設定される
    請求項５に記載の測距装置。
  8. 前記複数の送信光の光源の数は、前記変調周期を複数の時間区間に分割したときの分割数と、前記変調周期における発光または消光が設定された時間区間数とのコンビネーションに基づいて設定される
    請求項７に記載の測距装置。
  9. 前記変調部は、前記複数の送信光の周波数を、それぞれ同一の変調帯域幅で変調させる
    請求項５に記載の測距装置。
  10. 前記変調部は、前記複数の送信光の周波数を、それぞれ異なる変調帯域幅で変調させる
    請求項５に記載の測距装置。
  11. 前記検波部の出力が光電変換されることで得られる受信信号列のうち、前記複数の送信光の光源が発光した時間区間に対応する受信信号列が抽出されて離散フーリエ変換されることで得られる、前記複数の送信光の光源のそれぞれに対応する複数の周波数スペクトルに基づいて、測定対象の距離および相対速度が推定され、
    前記変調部は、前記離散フーリエ変換における周波数分解能以上となるように、前記複数の送信光の周波数を、それぞれ異なる変調帯域幅で変調させる
    請求項１０に記載の測距装置。
  12. 前記検波部の出力から得られる、前記複数の送信光の光源のそれぞれに対応する複数の周波数スペクトルに基づいて、測定対象の距離および相対速度が推定される
    請求項１に記載の測距装置。
  13. 前記検波部の出力から得られる、前記複数の送信光の光源のそれぞれに対応する複数の周波数スペクトルより特定されるビート周波数に基づいて、前記測定対象の距離および相対速度が特定される
    請求項１２に記載の測距装置。
  14. 前記ビート周波数は、前記検波部の出力から得られる、前記複数の送信光の光源のそれぞれに対応する複数の周波数スペクトルのピークの大小の比較に基づいて特定される
    請求項１３に記載の測距装置。
  15. 前記複数の送信光の光源のそれぞれに対応する複数の周波数スペクトルは、前記検波部の出力を光電変換して得た受信信号列のうち、前記複数の送信光の光源が発光した時間区間に対応する受信信号列が抽出されて離散フーリエ変換されたものである
    請求項１２に記載の測距装置。
  16. 前記光偏向部は、光学フェーズドアレイ（OPA：Optical Phased Array）である
    請求項１に記載の測距装置。
  17. 前記光偏向部は、プリズムと回転ミラーとにより構成される
    請求項１に記載の測距装置。
  18. 前記測距装置は、コヒーレントLiDAR（Light Detection and Ranging，Laser Imaging Detection and Ranging）である
    請求項１に記載の測距装置。
  19. 複数の送信光の光源と、
    前記複数の送信光の光源の発光および消光を個別に制御する発光制御部と、
    前記送信光を周波数に応じた角度で偏向させる光偏向部と、
    前記送信光が測定対象により反射することで受光される受信光との干渉により生じる干渉光を検波する検波部とを備える測距装置の測距方法であって、
    前記発光制御部が、前記複数の送信光の光源の発光および消光を個別に制御し、
    前記光偏向部が、前記送信光を前記周波数に応じた角度で偏向させ、
    前記検波部が、前記送信光が測定対象により反射することで受光される受信光との干渉により生じる干渉光を検波する
    測距方法。
  20. 複数の送信光の光源と、
    前記複数の送信光の光源の発光および消光を個別に制御する発光制御部と、
    前記送信光を周波数に応じた角度で偏向させる光偏向部と、
    前記送信光が測定対象により反射することで受光される受信光との干渉により生じる干渉光を検波する検波部と
    を備える測距装置を制御するコンピュータを、
    前記複数の送信光の光源の発光および消光を個別に制御する発光制御部として機能させるプログラム。
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