JP2022152115A

JP2022152115A - 光ビーム生成装置、および光探知機

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Publication number: JP2022152115A
Application number: JP2021054764A
Authority: JP
Inventors: 剛治堀部; Koji Horibe; 拓哉稲葉; Takuya Inaba
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2021-03-29
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2022-10-12
Also published as: WO2022209789A1

Abstract

【課題】変調連続波方式により対象物に光ビームを照射する際の安全性を確保する。【解決手段】光ビーム生成装置は、基準信号を生成する基準信号発生器と、基準信号に同期したパルスを生成するパルス発生器と、所定周波数範囲で周波数を連続的に変化させた第１光ビームを基準信号に同期させて繰り返し生成する第１光ビーム生成器と、パルスに同期して第１光ビームを増幅することにより第２光ビームを生成する光増幅器を備える。上記光ビーム生成装置により生成された第２光ビームを照射光として対象物に照射するとともに対象物からの反射光を受光し、照射光と反射光とを干渉させることにより得られる干渉波を生成する光干渉器と、干渉波を光電変換した信号である干渉信号を生成する光電変換器と、パルスに同期して前記干渉信号を取得し、取得した干渉信号を解析する演算装置と、を備えた光探知機を構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、光ビーム生成装置、および光探知機に関する。

ＡＤ（Autonomous Driving：自動運転）やＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System：先進運転支援システム）の進展に伴い、周囲環境の把握や自己位置推定等に用いるセンサとして、光ビームを照射光として対象物に照射しその反射光を利用して対象物までの距離を測定する光探知機（ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）、光レーダ装置、光検出測距装置等とも称される。）が注目されている。光探知機は、分解能が高く高精細な３次元マッピングが可能である等、ミリ波レーダにはない特徴を有しており、自己位置推定や物体認識等を高精度で行うための要となるセンサとして、研究／開発が活発に進められている。

非特許文献１には、変調連続波方式のＬｉＤＡＲに関して記載されている。同文献に記載のＬｉＤＡＲは、対象物までの距離や対象物の相対速度を高解像度で測定することを目的として構成され、音響光学変調器（ＡＯＭ:Acousto-Optic Modulator）の代わりに電気光学変調器（ＥＯＭ：Electro-Optical Modulator）を採用し、波長が１５５０ｎｍのレーザ光をチャープパルス（掃引帯域幅９８ＭＨｚ、持続時間１０μｓ、パルス繰り返し周波数２０ｋＨｚ）で変調する。

Jing Yang, et. al., "Distance and Velocity Measurement of Coherent Lidar Based on Chirp Pulse Compression", Sensors 2019, 19, 2313; doi:10.3390/s19102313, インターネット＜URL：https://www.mdpi.com/1424-8220/19/10/2313/htm＞.

光探知機が採用する測距原理は、ＴＯＦ（Time Of Flight）と変調連続波方式に大別される。このうちＴＯＦ方式では、対象物に照射する照射光として時分割されたパルス光を照射する。また、ＴＯＦ方式では、必要とされるＦＯＶ（Field Of View）を得るために、機械的もしくは光学的な走査デバイス（ガルバノスキャナ（Galvano Scanner）、ＭＥＭＳミラー等）を用いて照射光のビーム走査が行われる。一方、変調連続波方式では、ＦＯＶを確保するため、周波数変調した照射光をプリズム等の光学素子を通過させることにより連続的に偏向させて対象物に照射する。そして、対象物からの反射光を照射光と干渉させることにより得られる干渉波（ビート波）に基づき、対象物までの距離や対象物の相対速度を求める。

ところで、測定精度を確保する観点からすれば、光探知機が対象物に向けて照射する照射光の強度はなるべく大きいことが好ましい。また、安定した測定を可能にする観点からすれば、一回の照射時間が長いことが好ましい。一方、光探知機は、照射光として一般に人の目の網膜の吸収帯域の波長のレーザ光を用いているため、レーザ光による障害を防止し安全性を確保する観点からすれば、照射光の強度はなるべく小さく、また、照射時間は短いことが好ましい（例えば、日本工業規格「レーザ製品の安全基準」（JIS C 6802）を参照）。従って、光探知機から出射する照射光の強度や照射時間は、測定精度や測定の安定性の観点と、人の目に対する安全性の観点とを総合的に考慮して適切に設定する必要がある。

ここでＴＯＦ方式においては、照射光として時分割されたパルス光が間欠的に照射され、また、照射光のビーム走査も行われるため、人の目に与える影響は比較的少ないといえる。また、パルス光は間欠的に照射されるため、例えば、制御系の異常等によりビーム走査が停止した場合でも、人の目に入射するエネルギーの量は限定される。

一方、変調連続波方式においては、何らかの異常により照射光の周波数が固定されると、照射光の照射範囲が固定されてしまう。また、ＴＯＦ方式と同様に変調連続波方式においても必要に応じて機械的もしくは光学的なビーム走査が行われるが、周波数が固定されかつビーム走査も停止した場合は照射光の照射範囲が固定されてしまう。そのため、変調連続波方式においては、照射光の照射範囲が固定された場合でも安全性が確保されるように何らかの対策を講じる必要がある。尚、安全性を向上するための方策として、例えば、照射光の生成元となるレーザ光源を直接制御し照射光が間欠的に照射されるようにすることが考えられるが、レーザ光源を直接制御した場合は照射光の周波数安定性が損なわれてしまう可能性がある。

尚、非特許文献１には変調連続波方式のＬｉＤＡＲに関して記載されているが、照射光の照射範囲が固定された場合における安全性の確保についてはとくに記載されていない。

本発明はこのような背景に鑑みてなされたものであり、変調連続波方式により対象物に光ビームを照射する際の安全性を確保することが可能な、光ビーム生成装置、および光探知機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一つは、光ビーム生成装置であって、基準信号を生成する基準信号発生器と、前記基準信号に同期したパルスを生成するパルス発生器と、所定周波数範囲で周波数を連続的に変化させた第１光ビームを前記基準信号に同期させて繰り返し生成する第１光ビーム生成器と、前記パルスに同期して前記第１光ビームを増幅することにより第２光ビームを生成する光増幅器と、を備える。

その他、本願が開示する課題、およびその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、および図面により明らかにされる。

本発明によれば、変調連続波方式により対象物に光ビームを照射する際の安全性を確保することができる。

光探知機の概略的な構成を示すブロック図である。光探知機の各構成にて生成される信号および光ビームの関係を説明するタイミングチャートである。演算装置がパルスに同期してビート波を取り込む様子を説明するタイミングチャートである。演算装置がＡ／Ｄ変換器を介してビート波を取り込む様子を説明するタイミングチャートである。光探知機により対象物までの距離や対象物との間の相対速度を求める原理を説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。尚、以下の説明において、同一のまたは類似する構成について共通の符号を付して重複した説明を省略することがある。

図１は、本発明の一実施形態として示す、変調連続波方式を採用する光探知機１００（ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）、光レーダ装置、光検出測距装置等とも称される。）の概略的な構成を示すブロック図である。光探知機１００は、周波数変調された光ビーム（例えば、近赤外線波長領域（λ＝780～2500nm）のレーザ光。以下、「照射光」と称する。）を対象物２に向けて照射し、対象物２からの反射光を照射光（光ビーム）と干渉させることにより得られる干渉波（以下、「ビート波」とも称する。）に基づき、対象物２までの距離や対象物２との間の相対速度を求める。同図において、細い矢線は電気の流れを示し、太い矢線は光の流れを示す。

同図に示すように、光探知機１００は、任意波形発生器１０１、制御電源１０２、レーザ光源１０３、温度制御装置１０４、信号発生器１１０、光増幅器１２０、光干渉器１３０、光電変換器１４０、演算装置１５０、およびビーム走査装置１６０の各構成を含む。

このうち、任意波形発生器１０１、制御電源１０２、レーザ光源１０３、温度制御装置１０４、および信号発生器１１０は、照射光の生成元となるレーザ光（以下、「第１光ビーム」と称する。）を生成する第１光ビーム生成器を構成する。また、信号発生器１１０と光増幅器１２０は、周波数変調された光ビームである第１光ビームに基づき、照射光とする光ビーム（以下、「第２光ビーム」と称する。）を生成する第２光ビーム生成器を構成する。また、光干渉器１３０は、照射光を対象物２に照射するとともに対象物２から反射して戻ってくる反射光を受光し、反射光と照射光（第２光ビームの一部を分岐させて得られる参照光）とを干渉させることにより干渉波（ビート波）を生成する干渉器（ビート波生成器）を構成する。また、光電変換器１４０は、干渉波（ビート波）を光電変換した信号（以下、「干渉信号」と称する。）を演算装置１５０に入力する。演算装置１５０は、Ａ／Ｄ変換器１５１を備え、干渉信号をＡ／Ｄ変換（アナログ／デジタル変換）して解析することにより対象物２までの距離や対象物２との間の相対速度を求める。尚、同図において、各構成間の光ビームの授受は、例えば、空気を媒体として、もしくは光ファイバを介して行われる。以下、各構成について詳述する。

信号発生器１１０（基準信号発生器、パルス発生器）は、任意波形発生器１０１が波形を生成する際の基準となるクロック信号（以下、「基準信号」と称する。）を生成して任意波形発生器１０１に入力する。また、信号発生器１１０は、基準信号に同期したパルスを生成して光増幅器１２０と演算装置１５０に入力する。本実施形態では、基準信号は時間軸に沿って連続する矩形波（矩形波）であるものとする。パルスの詳細については後述する。

任意波形発生器１０１は、任意の波形（矩形波、三角波、正弦波、のこぎり波等）の信号を発生する波形発生器（function generator）として機能する。任意波形発生器１０１は、レーザ光源１０３によって生成されるレーザ光の周波数を制御するための電流（以下、「制御電流」と称する。）の生成に用いる波形を生成する。任意波形発生器１０１は、信号発生器１１０から入力される基準信号に同期させて上記波形を生成する。本例では、任意波形発生器１０１は、三角波を生成して制御電源１０２に入力するものとする。尚、任意波形発生器１０１は、信号発生器１１０の機能を兼ねるものでもよい。

制御電源１０２は、任意波形発生器１０１から入力される三角波に基づき制御電流を生成する。本実施形態では、制御電源１０２は、三角波の制御電流を生成するものとする。

レーザ光源１０３は、発振する周波数を外部入力される電流により制御（波長の制御）することが可能（波長掃引可能）なレーザ発振素子（例えば、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ素子、分布反射型（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）レーザ素子、ＭＥＭＳ－ＶＣＳＥＬ波長掃引レーザ等）を用いて構成される。本実施形態では、レーザ光源１０３は、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ素子を用いて構成されるものとする。レーザ光源１０３は、制御電源１０２から入力される制御電流によって所定周波数範囲（例えば、193.4024～193.4266[THz]（λ＝1549.903～1550.097[nm]）の範囲）で周波数を連続的に変化させたレーザ光（周波数変調光（チャープ光）。前述した第１光ビームに相当する。）を生成する。レーザ光源１０３において生成された第１光ビームは、光増幅器１２０に入力される。

尚、本実施形態では、レーザ光源１０３が電流制御される場合を示すが、レーザ光源１０３は電圧制御されるものでもよく、その場合、例えば、光増幅器１２０の内部において電圧制御から電流制御への変換が行われる。また、本実施形態では、レーザ光源１０３が、発振する周波数を外部から制御することが可能な素子である場合を示すが、例えば、電気光学変調器（ＥＯＭ：Electro-Optical Modulator）を用いて周波数変調光を生成するようにしてもよい。

温度制御装置１０４は、レーザ光源１０３を構成しているレーザ発振素子を所定の温度に維持する。温度制御装置１０４は、例えば、温度センサや熱電冷却素子（ペルチェ素子）を用いて構成され、例えば、レーザ発振素子の温度を監視して熱電冷却素子をフィードバック制御することによりレーザ光源１０３を所定の温度に維持する。

光増幅器１２０は、信号発生器１１０からパルス（基準信号に同期させたパルス）が入力されている時間区間に第１光ビームを所定の増幅率で増幅した光ビーム（第２光ビーム）を生成する。光増幅器１２０によって生成された第２光ビームは、光干渉器１３０に入力される。光増幅器１２０は、例えば、半導体光増幅器（ＳＯＡ:Semiconductor Optical Amplifier）やブースター光増幅器（ＢＯＡ:Booster Optical Amplifiers）、ドープファイバ増幅器（ＤＦＡ: Doped fiber amplifier）、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ: erbium-doped fiber amplifier）等を用いて構成される。本実施形態では、光増幅器１２０は、半導体光増幅器（ＳＯＡ）を用いて構成されるものとする。尚、光増幅器１２０は、増幅率を制御することで光スイッチとして機能させることもできる。例えば、増幅率を０とした場合、光増幅器１２０は、第２光ビームの生成を停止する。また、例えば、増幅率を１とした場合、光増幅器１２０は、第１光ビームと同じ振幅（エネルギー）の第２光ビームを生成する。

図１に示す光干渉器１３０は、光分岐器１３１、サーキュレータ１３２、コリメータ１３３、光導波路１３４、および光カプラ１３５を含む。

このうち光分岐器１３１は、例えば、光ファイバカプラ、ハーフミラー、ビームスプリッタ（ハーフプリズム）を用いて構成される。光分岐器１３１は、光増幅器１２０から入射する第２光ビームを、対象物２に照射する光ビーム（照射光）と、照射光が対象物２から反射して戻ってくる光（反射光）と干渉させるための光ビーム（以下、「参照光」と称する。）とに、所定の強度比（例えば、照射光：参照光＝９：１）で分岐させる。光分岐器１３１により分岐された照射光は、サーキュレータ１３２に入力される。一方、参照光は、光導波路１３４を介して光カプラ１３５に入力される。

サーキュレータ１３２は、光分岐器１３１から入力される照射光をコリメータ１３３に導くとともに、対象物２から戻ってくる反射光を光カプラ１３５へと導く。サーキュレータ１３２は、例えば、ファラデー回転子、１／２波長板、偏光ビームスプリッタ、反射ミラー(もしくはプリズム)を用いて構成される。

コリメータ１３３は、コリメートレンズ等の光学部品を用いて構成され、光分岐器１３１から導かれた照射光の広がりを調整（照査光が平行状態になるように調整（収差補正））する。また、コリメータ１３３は、対象物２から戻ってくる反射光を集光する。

光導波路１３４は、光分岐器１３１から当該光導波路１３４を経て光カプラ１３５に至るまでの参照光の光路長を調整する。光導波路１３４は、例えば、光ファイバを用いて構成される。

光カプラ１３５は、例えば、光ファイバカプラ、ハーフミラー、ビームスプリッタ（ハーフプリズム）を用いて構成され、反射光と参照光とを干渉させることにより干渉波（ビート波）を生じさせる干渉器として機能する。光カプラ１３５において生じた干渉波は、光電変換器１４０に導かれる。尚、後段の光電変換器１４０が差動増幅型のものである場合、光カプラ１３５は、光カプラ１３５から出力される光を２つの光路に分岐させ、夫々を光電変換器１４０の異なるポートに入力する。

光電変換器１４０は、光カプラ１３５から導かれる入力される光を光電変換し、入力された光の強度に応じた電流信号（干渉信号）を生成する。光電変換器１４０によって生成された干渉信号は、演算装置１５０に入力される。光電変換器１４０は、例えば、光検出器（バランス型（差動増幅型）光検出器、フォトダイオード等）を用いて構成される。

演算装置１５０は、例えば、プロセッサ（ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）等）、記憶装置（主記憶装置、補助記憶装置）、Ａ／Ｄ変換器１５１（Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換ボード等）、通信装置（ネットワークカード等）等を備えた情報処理装置（コンピュータ）を用いて構成される。演算装置１５０は、増幅器１１７から入力される電圧信号をＡ／Ｄ変換器１５１によりデジタル信号として取り込み、取り込んだデジタル信号についてフーリエ変換（ＦＦＴ）、周波数領域におけるピークサーチ等の信号解析処理を行い、解析結果に基づき、対象物２までの距離や対象物２との間の相対速度を求める。対象物２までの距離や対象物２との間の相対速度の具体的な算出方法については後述する。

ビーム走査装置１６０は、照射光の走査範囲（ＦＯＶ）を拡大するための機械的もしくは光学的な装置であり、例えば、ガルバノスキャナ（Galvano Scanner）、ＭＥＭＳミラー等である。尚、光探知機１００は、必ずしもビーム走査装置１６０を備えていなくてもよい。

図２は、光探知機１００の各構成にて生成される信号および光ビームの関係を説明するタイミングチャートである。以下、同図とともに説明する。

同図に示すように、任意波形発生器１０１は、信号発生器１１０から入力される矩形波の基準信号２１に同期させて三角波２２を生成する。本例では、任意波形発生器１０１は、三角波２２の立ち上りから立ち下がりまでの期間が、基準信号２１の１周期に一致するように三角波２２を生成している。

制御電源１０２は、三角波２２に基づき制御電流を生成し、生成した制御電流をレーザ光源１０３に入力する。レーザ光源１０３は、制御電流に基づき、基準信号２１の周期で周波数変調した第１光ビーム２３を生成する。

信号発生器１１０は、基準信号２１に同期させたタイミングでパルス２４（本例では矩形波）を生成し、生成したパルス２４を光増幅器１２０と演算装置１５０に入力する。本例では、信号発生器１１０は、パルス２４の立ち上りから立ち下がりまでの期間が、基準信号２１の１周期の期間に対応するようにパルス２４を生成している。

尚、本例では、パルス２４の立ち上がりのタイミングを、基準信号２１の立ち上がりよりもやや遅延させている。これは光増幅器１２０の立ち上がりに要する時間（光増幅器１２０が安定動作するまでに要する時間）を考慮したものである。この遅延時間としては、例えば、実験室系で測定された値を設定する。後述するように、光増幅器１２０の増幅率は、パルス２４の振幅に応じて制御される。パルス２４の振幅やパルス２４の時間間隔（デューティ比）は、測定精度および安定性の観点と、安全性の観点とを総合的に考慮して設定される。

光増幅器１２０は、信号発生器１１０から入力されるパルス２４が存在する時間区間に、光増幅器１２０から導かれた第１光ビーム２３を所定の増幅率で増幅して第２光ビーム２５（照射光）を生成する。尚、本例では、光増幅器１２０は、パルス２４の振幅に応じた増幅率で第１光ビーム２３を増幅して第２光ビーム２５を生成する。第２光ビーム２５は、光干渉器１３０により対象物２に照射される。

このように、光増幅器１２０は、パルス２４が存在する時間区間にのみ間欠的に第２光ビーム２５を生成するので、第２光ビーム２５に基づく照射光は、光干渉器１３０から間欠的に出力されることとなる。そのため、例えば、制御系の異常等により照射光の照射範囲が固定されてしまった場合でも、人の目に与える影響を抑えることができ、安全性を確保することができる。また、パルス２４の振幅やパルス２４の時間間隔（デューティ比）を適切に設定することで、単位時間当たりの照射光のエネルギー量（単位時間に照射される照射光のエネルギーの積算値）を制限することができ、このことによっても安全性を確保することができる。

反射光２６は、光が対象物２との間を往復するのに要する時間だけ遅延して光干渉器１３０のコリメータ１３３に入射する。反射光２６の時間間隔は、連続するパルス２４間の時間間隔と一致する。尚、反射光２６は、散乱等の影響により照射光よりも振幅が減衰している。

反射光２６は、光干渉器１３０にて照射光（第２光ビーム２５）（参照光）と干渉し、それによりビート波２７（干渉波）が生成される。連続するビート波２７の時間間隔は、連続するパルス２４の時間間隔と一致している。

＜ビート波の取り込み＞
図３Ａは、演算装置１５０が、信号発生器１１０から入力されるパルス２４に同期してビート波２７を取り込む際のパルス２４とビート波２７の関係を説明するタイミングチャートである。

演算装置１５０は、パルス２４の入力端子（以下、「パルス入力端子」と称する。）に入力されるパルス２４の振幅（例えば、パルス入力端子の電圧）をリアルタイムに監視しており、パルス２４の振幅の絶対値が予め設定された閾値を超えると、ビート波２７の取り込みを開始する。また、取り込みを開始した後、パルス２４の振幅の絶対値が上記の閾値以下になると、ビート波２７の取り込みを停止する。

このように、演算装置１５０は、パルス入力端子にパルス２４に同期して、即ち、ビート波２７が存在する時間区間にビート波２７を取り込むので、不必要に多くの信号を取り込むことなく、かつ、ビート波２７を確実に取り込むことができる。尚、同図の例では、ビート波２７の末尾の部分は取り込まれていないが、当該部分はノイズの含有率が高く、取り込まれなくても精度への影響は少ない。

図３Ｂは、演算装置１５０が、信号発生器１１０から入力されるパルス２４に同期してビート波２７を取り込む際のパルス２４とビート波２７の関係を説明するタイミングチャートである。

図３Ａの例では、パルス入力端子に入力されるパルス２４の振幅の絶対値を閾値と比較することでビート波２７の取り込みの開始／終了を制御するが、本例では、演算装置１５０は、パルス入力端子にパルス２４の入力が開始されたタイミングで（パルス２４の立ち上がりが検出されたタイミングで）Ａ／Ｄ変換器１５１によるビート波２７のＡ／Ｄ変換を開始し、パルス入力端子へのパルス２４の入力が終了したタイミングで（パルス２４の立ち下がりが検出されたタイミングで）上記のＡ／Ｄ変換を停止するようにしている。

このようにパルス２４に同期してＡ／Ｄ変換器１５１によるＡ／Ｄ変換の開始／停止を制御することで、不必要にＡ／Ｄ変換器１５１を機能させることなく効率よくかつ確実にビート波２７を取り込むことができる。

＜距離と相対速度の算出＞
図４は、演算装置１５０が、対象物２までの距離および対象物２との間の相対速度を求める原理を説明する図であり、周波数変調波（三角変調波）の時間ｔと角速度ωとの関係、および、時間ｔと周波数ｆとの関係を示すグラフである。

ここで対象物２までの距離をＲとした場合、光速をｃとして、距離Ｒと時間遅れτとの間には次の関係がある。

前述のように、角速度（周波数）として観測されるのはατであるので、対象物２との間に相対速度が無いとした場合、光ビート信号の信号解析処理により得られる２つの周波数を夫々、ｆ_１，ｆ_２とすれば、次式から距離に対応する周波数ｆ_Ｒを求めることができる。

尚、変調周期Ｔ_ｍに対する変調の変化率αとΔｆとの間には次の関係がある。

一方、相対速度に対応する周波数ｆ_Ｄは、ドップラー効果の理論式に基づき次式で表わすことができる。

ここでνは対象物２との間の相対速度、λ_０は周波数変調光の中心波長（中心周波数ｆ_０の逆数）である。

＜総括＞
以上、詳細に説明したように、本実施形態の光探知機１００によれば、変調連続波方式において光ビームを間欠的に照射する仕組みを実現することができる。また、光探知機１００は、第２光ビーム（照射光）の生成元となる第１光ビームを生成するレーザ光源１０３を直接制御しない（光増幅器１２０によって第２光ビーム（照射光）の生成を制御する。）ので、第２光ビームを安定して生成することができる。

また、光増幅器１２０は、パルス２４の振幅の大きさに応じた増幅率で第１光ビームを増幅して第２光ビームを生成するので、第２光ビームを照射するタイミングの制御と増幅率の制御とを同じパルス２４により効率よく行うことができ、簡素な構成からなる光増幅器１２０を実現することができる。

また、パルス２４のデューティ比および光増幅器１２０の増幅率を適切に設定することで、第２光ビームの単位時間あたりのエネルギーが所定の上限値（法定の上限値等）以下となるようにすることができる。

また、光探知機１００は、照射光と対象物からの反射光との干渉波（ビート波２７）に基づく干渉信号を、パルスに同期して取得するので、不必要な信号を取り込むことなく、かつ、確実に干渉信号を取得することができる。

また、光探知機１００は、同じパルス２４を、第１光ビームの生成、第２光ビームの生成、および演算装置１５０への干渉信号の取り込みに多目的に利用するので、簡素な構成からなる光探知機１００を実現することができる。

また、光探知機１００は、例えば、パルスの入力に同期してＡ／Ｄ変換器１５１を機能させるので、Ａ／Ｄ変換器１５１を効率よく動作させることができ、かつ、干渉信号を確実に取得することができる。

また、光探知機１００は、光増幅器１２０の立ち上りに要する時間を考慮したタイミングでパルス２４を生成するので、不要な情報（光増幅器１２０が立ち上がっていない（安定していない）期間における情報（信号））の取得を防ぐことができる。

以上、本発明の実施形態につき詳述したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、上記の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために構成を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記の実施形態の構成の一部について、他の構成に追加、削除、置換することが可能である。

２対象物、１００光探知機、１０１任意波形発生器、１０２制御電源、１０３レーザ光源、１０４温度制御装置、１１０信号発生器、１２０光増幅器、１３０光干渉器、１３１光分岐器、１３２サーキュレータ、１３３コリメータ、１３４光導波路、１３５光カプラ、１４０光電変換器、１５０演算装置、１５１Ａ／Ｄ変換器、１６０ビーム走査装置

Claims

基準信号を生成する基準信号発生器と、
前記基準信号に同期したパルスを生成するパルス発生器と、
所定周波数範囲で周波数を連続的に変化させた第１光ビームを前記基準信号に同期させて繰り返し生成する第１光ビーム生成器と、
前記パルスに同期して前記第１光ビームを増幅することにより第２光ビームを生成する光増幅器と、
を備える、光ビーム生成装置。
請求項１に記載の光ビーム生成装置であって、
前記光増幅器は、前記パルスの振幅の大きさに応じた増幅率で前記第１光ビームを増幅して前記第２光ビームを生成する、
光ビーム生成装置。
請求項２に記載の光ビーム生成装置であって、
前記パルスのデューティ比および前記増幅率は、前記第２光ビームの単位時間あたりのエネルギーが所定の上限値以下となるように設定される、
光ビーム生成装置。
基準信号を生成する基準信号発生器と、
前記基準信号に同期したパルスを生成するパルス発生器と、
所定周波数範囲で周波数を連続的に変化させた第１光ビームを前記基準信号に同期させて繰り返し生成する第１光ビーム生成器と、
前記パルスに同期して前記第１光ビームを増幅することにより第２光ビームを生成する光増幅器と、
前記第２光ビームを照射光として対象物に照射するとともに前記対象物からの反射光を受光し、前記照射光と前記反射光とを干渉させることにより得られる干渉波を生成する光干渉器と、
前記干渉波を光電変換した信号である干渉信号を生成する光電変換器と、
前記パルスに同期して前記干渉信号を取得し、取得した前記干渉信号を解析する演算装置と、
を備える、光探知機。
請求項４に記載の光探知機であって、
前記演算装置は、前記パルスの振幅の絶対値が予め設定された閾値を超えている期間における前記干渉信号を取得する、
光探知機。
請求項４に記載の光探知機であって、
前記演算装置は、前記干渉信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器を備え、
前記Ａ／Ｄ変換器は、前記パルスの入力が開始されたタイミングで前記干渉信号のＡ／Ｄ変換を開始し、前記パルスの入力が終了したタイミングで前記干渉信号のＡ／Ｄ変換を停止し、
前記演算装置は、前記Ａ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換された前記干渉信号を解析する、
光探知機。
請求項４に記載の光探知機であって、
前記パルス発生器は、前記光増幅器の立ち上りに要する時間を考慮したタイミングで前記パルスを生成する、
光探知機。
請求項４に記載の光探知機であって、
前記演算装置は、前記干渉信号を解析することにより取得される前記干渉波の周波数に基づき、前記対象物までの距離または前記対象物の相対速度を求める、
光探知機。