JP7463929B2 - 光学スキャナ - Google Patents

Description

本開示は、光フェーズドアレイを用いる光学スキャナに関する。

光フェーズドアレイ（以下、ＯＰＡ）を用いて、ビーム形成及びビームステアリングを行う技術が知られている。ＯＰＡは、Optical Phased Arrayの略である。ＯＰＡでは、光を放射する複数のアンテナエレメントを有するアンテナアレイを用い、各アンテナエレメントに与える位相シフト量をそれぞれ制御する。

ビームステアリングのために各アンテナエレメントに与える位相シフト量は、アンテナアレイの配置及び使用する光の波長によって理論的に一意に定まる。しかし、光源から各アンテナエレメントに到る導波路の特性が温度変化等によって変化すると、各アンテナエレメントに与えられる位相シフト量に誤差が発生し、ビームプロファイル及び出射角度等について必要な性能を得られなくなる。

これに対して、下記特許文献１には、個々のアンテナエレメントに供給された光の位相を監視する位相モニタを設置し、モニタ値が目標値と一致するように、各アンテナエレメントに接続された導波路を通過する光の位相をフィードバック制御する技術が提案されている。

米国特許出願公開第２０２０／０１５８８３９号明細書

しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、以下の課題が見出された。
すなわち、ＯＰＡは、ＰＩＣと呼ばれる基板上に形成される。ＰＩＣは、Photonic Integrated Circuitの略である。ＯＰＡを車載ＬｉＤＡＲに適用した場合、周囲温度環境やその他実装部品の発熱により、ＰＩＣ基板に歪み（例えば、基板の反り等）が生じることが想定される。ＬｉＤＡＲは、Light Detection and Rangingの略である。基板の歪みが生じると、アンテナエレメントの配置が３次元的に変化することで、ビームプロファイルの崩れやビーム出射角度のずれが発生する。従来技術では、アンテナエレメントの３次元的な配置が一定であることを前提とした技術であるため、アンテナエレメントの３次元的な配置に影響を与える基板の歪みに起因した誤差に対処できない。

本開示の１つの局面は、光フェーズドアレイを用いる光学スキャナにおいて、アンテナエレメントの配置の変化に基づく誤差を補正する技術を提供する。

本開示の一態様は、光学スキャナであって、受光部（３，３Ｂ）と、基準光照射部（６）と、受光側補正部（７：Ｓ２００～Ｓ２６０）と、を備える。
受光部は、複数の分岐光の位相を、走査用位相量を用いて個別に制御することによって、光ビームによる走査を実現するように構成された光フェーズドアレイを有する。基準光照射部は、基準光を発生させて受光部に照射するように構成される。受光側補正部は、基準光が入射された受光部での検出結果から、受光部を実装する基板の歪みによって、複数の分岐光に生じる位相ずれ量を推定し、推定される位相ずれ量が小さくなるように複数の
分岐光に付与する位相調整量を設定する。

このような構成の光学スキャナによれば、光フェーズドアレイを有する受光部のビームプロファイルやビーム照射方向の校正に用いる位相調整量の算出に、受光部の外部に設けられた基準光照射部からの基準光を用いる。従って、複数の分岐光を伝送する導波路間の特性が異なる等の内的要因による位相ずれ量だけでなく、受光部を実装するＰＩＣ基板が歪む等の外的要因による位相ずれ量を検出できるため、内的要因及び外的要因のいずれの影響も除去できる。

また、光学スキャナによれば、温度環境変化に伴う基板歪みがビームプロファイル及びビーム照射方向に与える影響を抑制できるため、厳しい温度環境下での作動が要求される車載ＬｉＤＡＲ等に適用できる。

第１実施形態の光学スキャナの構成を示すブロック図である。 光フェーズドアレイの原理を示す説明図である。 光フェーズドアレイの照射パターンを示すグラフである。 基板の歪みがビームプロファイルに与える影響を示す説明図である。 基板の歪み方とビームプロファイルとの関係を示す説明図である。 第１実施形態における通常処理のフローチャートである。 第１実施形態における補正処理のフローチャートである。 基準光照射部からＯＰＡに至る光経路にミラーを設けた例を示す説明図である。 基準光照射部からＯＰＡに至る光経路にプリズムを設けた例を示す説明図である。 基準光照射部からＯＰＡに至る光経路にレンズを設けた例を示す説明図である。 基準光の波面のバリエーションを示す説明図である。 第２実施形態における補正処理のフローチャートである。 第２実施形態の変形例における補正処理のフローチャートである。 第３実施形態における補正処理のフローチャートである。 第４実施形態の光学スキャナの構成を示すブロック図である。 第５実施形態の光学スキャナの構成を示すブロック図である。 第５実施形態における発光側補正処理のフローチャートである。 第６実施形態の光学スキャナの構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
図１に示す第１実施形態の光学スキャナ１は、光源２と、光フェーズドアレイ（即ち、ＯＰＡ）３と、ディテクタ４と、位相コントローラ５と、基準光照射部６と、信号処理部７とを備える。

光学スキャナ１は、筐体１０に収納され、筐体１０の前壁に形成された開口部１１から光を照射する。開口部１１は、ＯＰＡ３から照射される光ビームによって走査が行なわれる角度範囲（すなわち、走査範囲）であるＦＯＶを妨げることがない大きさを有する。ＦＯＶは、Field Of Viewの略である。

光源２は、レーザ光を発生させるデバイスである。ここでは、ＦＭ変調された１．５μ
ｍ帯又は１．３μｍ帯の波長を有する連続波が用いられる。
ＯＰＡ３は、光の回折・干渉を利用して、光ビームの断面形状（すなわち、ビームプロファイル）や照射方向を制御するデバイスである。ＯＰＡ３は、スプリッタ３１と、位相シフタ３２と、アンテナアレイ３３とを備える。ＯＰＡ３は、光源２と共に単一のＰＩＣ基板上に実装されてもよい。

スプリッタ３１は、光源２からの入射光を複数の導波路で構成された導波路アレイに分配する。また、スプリッタ３１は、導波路アレイからの入射光を混合した混合光を生成する。この混合光は、光源２からの入射光とともに光をディテクタ４に入射される。

位相シフタ３２は、導波路アレイを構成する複数の導波路それぞれに設けられ、位相コントローラ５からの指示に従い、電気光学効果や熱光学効果等を利用して導波路の屈折率を変化させることで、各導波路を通過する光の位相を個別に変化させる。

アンテナアレイ３３は、一定間隔で配置されたＫ個（例えば、Ｋ＝数百～数千程度）のアンテナエレメント（以下、エレメント）を有する。導波路アレイにおいてスプリッタ３１との接続端とは反対側の端部を個々のエレメントとして用いてもよい。

アンテナアレイ３３は、導波路アレイから供給される光をＦＯＶに向けて照射すると共に、ＦＯＶから到来する光を受光して、導波路アレイに供給する。なお、アンテナアレイ３３は、光を回折・干渉させる回折格子を介して光の照射及び受光を行うように構成されてもよい。

ＯＰＡ３は、図２に示すように、識別子ｋで特定されるエレメントからの放射によるθ方向の電場Ｅｋは、（１）式で表される。但し、Ｅ０は電場振幅、ＥＦ（θ）はエレメント単体の指向性（すなわち、照射パターン）を表すエレメントファクタである。λは波長、θは電波面進行／到来方向、ｄｋはｋで特定されるエレメントの基準エレメントからの距離、φｋは位相シフタ３２によってｋで特定されるエレメントに与えられる位相である。なお、基準エレメントは、アンテナアレイ３３の一端（例えば、図２では左端）に位置するエレメントでありｋ＝０で表される。以下、基準エレメントに近いものから順にｋの値が大きくなる。

Ｋ個のエレメントを有するアンテナアレイ３３全体で作られるθ方向の合成電場Ｅｓｕｍ（θ）は、（２）式で表される。但し、ＡＦ（θ，λ）は、アンテナアレイ３３全体の指向性を表すアレイファクタであり、（３）式で表される。

（４）式は、（３）式から抽出される位相条件式であり、位相条件式を満たす方向θ０にメインローブが形成される。つまり、位相φｋを適切な値にすることで、メインローブが形成される方向θ０を任意に設定できる。但し、ｍを０以外の整数として、（５）式を満たす場合、θｇｍ方位にも強いピーク、すなわち、グレーティングローブが形成される。

従って、ＯＰＡ３では、図３に示すような、照射パターンが得られる。ＦＯＶは、メインローブが形成される方向θ０を中心として、ｍ＝±１のグレーティングローブが形成される方向θｇｍを含まない範囲に設定されることが一般的であるが、グレーティングローブを利用し、ＦＯＶを広げる場合もあり、前記範囲に限らない。

ディテクタ４は、フォトダイオード等の受光素子を用いて構成され、ＯＰＡ３で受光及び混合されることで生成される混合光を電気信号に変換し、受光信号として信号処理部７に供給する。受光信号は、ＦＭＣＷ波の送信波（すなわち、参照波）と受信波の差の周波数成分を有したビート信号となる。

位相コントローラ５は、ＯＰＡ３による光ビームの照射方向θに応じて、位相シフタ３２に与える走査位相量φ（θ）を変化させることで、光ビームによる走査を実現する。走査位相量φ（θ）は、アンテナアレイ３３のエレメント毎に設定される位相シフト量φ_０～φ_Ｋ－１を要素とするベクトルである。走査位相量φ（θ）は、エレメントの配置及びビームの照射方向θに応じて理論的に定まる値である。

位相コントローラ５は、信号処理部７からの指示により調整指示があった場合には、基準光照射部６から基準光が到来する方向をθｍとして、調整用位相量φ（θｍ）を位相シフタ３２に与える。

位相コントローラ５は、信号処理部７から供給される位相調整量ψで、走査位相量φ（θ）又は調整用位相量φ（θｍ）を補正した値を位相シフタ３２に与える。位相調整量ψは、エレメント毎に設定される調整量ψ_０～ψ_Ｋ－１を要素とするベクトルである。位相調整量ψは、ＯＰＡ３が実装されるＰＩＣ基板の歪み等により、アンテナアレイ３３の配置が３次元的に変化することによって生じる位相ずれの影響を除去するための調整量である。

基準光照射部６は、図１に示すように、ＯＰＡ３によって光ビームのメインローブの照射方向を制御可能な角度範囲内であり、且つ、ＦＯＶの外側に配置される。具体的は、筐体１０において、開口部１１が形成された前壁の内壁面等に設置される。基準光照射部６には、例えば、光源２と同じ波長帯のレーザ光を発生させるレーザダイオードが用いられる。

信号処理部７は、ＣＰＵ７１と、例えば、ＲＯＭ又はＲＡＭ等の半導体メモリ（以下、メモリ）７２と、を有するマイクロコンピュータを備える。信号処理部７は、通常処理及
び補正処理を少なくとも実行する。メモリ７２には、通常処理及び補正処理を実行するためのプログラムの他、補正処理に用いるルックアップテーブル（以下、ＬＵＴ）が少なくとも記憶される。

［１－２．ビームプロファイル］
ここで、ＯＰＡ３を実装するＰＩＣ基板の歪みが、ビームプロファイルに与える影響について説明する。

ビームプロファイルは、ＯＰＡ３によって形成される光ビームの特徴を表すものであり、ここでは、ビームの広がり角及びビーム照射方向のうち、少なくとも一つが用いられる。ビームプロファイルは、ＯＰＡ３を実装するＰＩＣ基板が熱等によって歪むことによって、本来の設計値に対するずれが生じる。

具体的には、図４に示すように、ＰＩＣ基板に歪みがないときの基板面を基準面とし、ＰＩＣ基板の一端が基準面から離れるようにＰＩＣ基板を変形させたときの基準面からの距離を歪量から歪み量とする。歪み量が大きくなるほど、ビームの広がり角が大きくなると共に、ビーム照射方向（すなわち、メインローブの中心方向）のずれ量も大きくなる傾向を有する。

また、図５に示すように、ＰＩＣ基板の左端が設計値に相当する基準面からプラス方向に歪んだ場合、及びＰＩＣ基板の右端が基準面からマイナス方向に歪んだ場合、照射方向はいずれも右方向にずれる。ＰＩＣ基板の右端が基準面からプラス方向に歪んだ場合、及びＰＩＣ基板の左端が基準面からマイナス方向に歪んだ場合、照射方向はいずれも左方向にずれる。

ＬＵＴは、ＰＩＣ基板の歪みに応じてビームプロファイルが設計値から変化すると、ディテクタ４で検出される受光信号から得られる補正用受光情報が変化することを利用して作成される。補正用受光情報としては、例えば、ビート信号の強度や信号の周波数軸上での広がり（例えば、半値幅）が用いられる。

具体的には、位相ずれ量の推定に用いる推定用ＬＵＴと、位相調整量ψの更新に用いる更新用ＬＵＴと用意される。位相ずれ量とは、ＰＩＣ基板に歪みがない状態で、各エレメントで検出される光の位相を基準として、ＰＩＣ基板に歪みがある状態で、各エレメントで検出される光の位相を表したベクトル値である。

推定用ＬＵＴは、ＰＩＣ基板の歪み方と補正用受光情報との関係を予め測定した結果と、ＰＩＣ基板の歪みによって各エレメント間に生じる位相ずれ量を論理的に算出した結果とを用いて作成され、受光情報と位相ずれ量との対応を表すＬＵＴである。

更新用ＬＵＴは、位相ずれ量と、位相調整量ψの更新に用いる修正量Δψとの対応を表すＬＵＴである。修正量Δψは、位相ずれ量をゼロに近づけるために、位相調整量ψの現在値に加える修正量である。

［１－３．処理］
信号処理部７が実行する通常処理を、図６のフローチャートを用いて説明する。
通常処理は、予め設定された通常処理周期で、繰り返し実行される。

Ｓ１１０では、信号処理部７は、位相コントローラ５に走査制御を実行させる指示を出力すると共に、ＦＯＶの走査に必要な時間の間、光源２を発光させる指示を出力する。
走査制御の指示を受けた位相コントローラ５は、走査位相量φ（θ）に、補正処理で設
定される位相調整量ψを加えた位相シフト量φ（θ）＋ψを、走査位相量φ（θ）を順次変化させながら位相シフタ３２に供給する。その結果、ＯＰＡ３からＦＯＶを走査する光ビームが照射される。

続くＳ１２０では、信号処理部７は、ディテクタ４から受光信号を取得し、受光信号から測距用情報を取得する。測距用情報には、例えば、ＦＭＣＷレーダで用いる、上り変調時及び下り変調時のそれぞれで検出されるビート信号の周波数が含まれる。

続くＳ１３０では、信号処理部７は、測距用情報に基づき、ＦＭＣＷレーダにおける既知の手法を用いて、光を反射した物体までの距離及び相対速度、物体が存在する方位等を含む物標情報を生成して、処理を終了する。

次に、信号処理部７が実行する補正処理を、図７のフローチャートを用いて説明する。
補正処理は、通常処理が実行される毎に、通常処理の前又は後に実行される。これに限らず、補正処理は、通常処理周期より長く設定された補正処理周期毎、或いは光学スキャナ１が起動される毎に実行されてもよい。なお、補正処理を実行する信号処理部７が受光側補正部に相当する。

Ｓ２１０では、信号処理部７は、位相コントローラ５に補正制御を実行させる指示を出力すると共に、基準光照射部６に、補正制御に必要な期間だけ発光させる指示を出力する。
これにより、基準光照射部６からＯＰＡ３のアンテナアレイ３３に向けて光ビームが照射される。補正制御の指示を受けた位相コントローラ５は、ＯＰＡ３から見て基準光照射部６が位置する方向をθＬとして、補正用位相量φ（θＬ）に位相調整量ψを加えた位相シフト量φ（θＬ）＋ψを位相シフタ３２に供給する。これにより、ＯＰＡ３は、アンテナアレイ３３のビームが基準光照射部６を向いた状態で基準光照射部６から照射される基準光を受光する。

続くＳ２２０では、信号処理部７は、ディテクタ４から受光信号を取得し、取得した受光信号から補正用情報を抽出する。
続くＳ２３０では、信号処理部７は、Ｓ２２０で抽出した補正用情報と、推定用ＬＵＴとを用いて、ＯＰＡ３を実装するＰＩＣ基板の歪みによって生じる位相ずれ量を推定する。

続くＳ２４０では、信号処理部７は、Ｓ２３０で推定された位相シフト量が、予め設定された許容範囲内の大きさであるか否かを判定し、許容範囲内であれば処理を終了し、許容範囲を超えていれば、処理をＳ２５０に移行する。

Ｓ２５０では、信号処理部７は、Ｓ２３０で推定された位相シフト量と、修正用ＬＵＴとを用いて、位相調整量ψの更新に用いる修正量Δψを算出し、算出した修正量Δψを位相調整量ψの現在値に加算することで、位相調整量ψを更新して処理を終了する。

［１－３．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１ａ）光学スキャナ１では、ＯＰＡ３のビームプロファイルやビーム照射方向θの校正に用いる位相調整量ψの算出に、ＯＰＡ３の外部に設けられた基準光照射部６からの基準光を用いる。従って、各エレメントに接続された導波路間の特性が異なる等の内的要因による位相ずれ量だけでなく、ＯＰＡ３を実装するＰＩＣ基板が歪む等の外的要因による位相ずれ量を検出できるため、内的要因及び外的要因のいずれの影響も除去できる。

また、光学スキャナ１によれば、温度環境変化に伴うＰＩＣ基板の歪みがビームプロファイル及びビーム照射方向に与える影響を抑制できるため、厳しい温度環境下での作動が要求される車載ＬｉＤＡＲ等に適用できる。

（１ｂ）光学スキャナ１では、補正用受光情報から位相ずれ量を推定するとき、及び位相ずれ量から修正量Δψを算出するときに、ＬＵＴを用いるため、信号処理部７での処理負荷を削減できる。

［１－４．変形例］
上記実施形態では、基準光照射部６からの基準光が、ＯＰＡ３に直接入射されるように構成されている。これに対して、例えば、図８に示すように、基準光を反射するミラー６１を用い、ミラー６１で反射した反射光がＯＰＡ３に入射されるように、ミラー６１及び基準光照射部６を配置してもよい。

また、例えば、図９に示すように、基準光を透過させることで光経路を屈曲させるプリズム６２を用い、プリズム６２を透過した基準光が、ＯＰＡ３に入射されるように、プリズム６２及び基準光照射部６を配置してもよい。

また、例えば、図１０に示すように、基準光を透過させることでビームを絞るレンズ６３を用い、レンズ６３を透過した基準光が、ＯＰＡ３に入射されるように、レンズ６３及び基準光照射部６を配置してもよい。

なお、ミラー６１、プリズム６２、レンズ６３、及び基準光照射部６は、いずれもＦＯＶの外部に配置される。また、ミラー６１、プリズム６２、及びレンズ６３は、いずれか二つ、又は三つ全部を組み合わせて用いてもよい。

ミラー６１及びプリズム６２を用いて光経路を屈曲させる場合、基準光照射部６の配置の自由度を向上させることができる。
レンズ６３を用いる場合、基準光の波面を調整することができる。即ち、図１１に示すように、レンズ６３を使用しない場合、ＯＰＡ３に入射される基準光は球面波となるが、レンズを使用することによって、球面波を平面波に変換することができる。基準光の波面は、位相ずれ量の推定に必要な受光情報がより得やすいように設定すればよい。

［２．第２実施形態］
［２－１．第１実施形態との相違点］
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

前述した第１実施形態では、補正処理において、位相調整量ψを１回だけ算出している。これに対して、第２実施形態では、位相調整量ψを複数回繰り返し算出する点で異なる。
［２－２．処理］
信号処理部７が、図７のフローチャートを用いて説明した補正処理の代わりに実行する補正処理を、図１２のフローチャートを用いて説明する。

本実施形態の補正処理では、Ｓ２４０の後にＳ２５０が追加されている。
すなわち、Ｓ２４０に続くＳ２５０では、信号処理部７は、終了条件を充足しているか否かを判定する。終了条件は、位相調整量ψの更新を繰り返しても位相ずれ量が許容範囲内の値とならないことにより、補正処理を終了できなくなることを防ぐためのステップで
ある。終了条件として、例えば、Ｓ２１０～Ｓ２４０の処理の繰り返し数が上限回数に達することを用いてもよい。

信号処理部７は、終了条件を充足すると判定した場合は、処理を終了し、終了条件を充足しないと判定した場合は、処理をＳ２１０に戻す。
つまり、第２実施形態では、位相ずれ量が許容範囲内の値となるか、又は終了条件が充足されるまで、位相調整量ψの更新が繰り返される。

［２－３．効果］
以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）（１ｂ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。

（２ａ）第２実施形態では、位相ずれ量が許容範囲内の値になるまで位相調整量ψの更新が繰り返されるため、ビームプロファイルの品質、及び走査に用いる光ビームの照射方位の精度を、一定以上に保持できる。

［２－４．変形例］
第２実施形態では、位相調整量ψの更新を単純に繰り返しているが、繰り返すことで得られる位相ずれ量の変化の仕方から、ＰＩＣ基板の歪み方を推定して、更新に反映させてもよい。

図５に示すように、光ビームの照射方向のずれが同じであっても、ＰＩＣ基板の歪み方（すなわち、アンテナアレイ３３の形成面が凹か凸か）に違いがある。そして、ＰＩＣ基板の歪み方の違いによって、位相のずれ量の傾向が大きく異なる場合、歪み方によって異なる修正用ＬＵＴを用意する必要がある。以下、凸修正用ＬＵＴ及び凹修正用ＬＵＴという。

この場合、信号処理部７が、図７のフローチャートを用いて説明した補正処理の代わりに実行する補正処理を、図１３のフローチャートを用いて説明する。
図１３のフローチートでは、図１２のフローチャートと比較して、Ｓ２４０とＳ２５０との間に、Ｓ２４５が追加されている。

すなわち、Ｓ２４０にて、信号処理部７が、位相ずれ量が許容範囲外であると判定した場合、処理をＳ２４５に移行する。
Ｓ２４５では、信号処理部７は、今回の補正処理において、Ｓ２１０～Ｓ２４０の処理の繰り返し数が１回目である場合、凹修正用ＬＵＴ、凸修正用ＬＵＴのいずれかを任意に選択する。前回の補正処理において最終的に使用された修正用ＬＵＴを選択してもよい。繰り返し数が２回目以降である場合、位相ずれ量の大きさが、前回より増大していれば、修正用ＬＵＴの選択に誤りがあるとして、修正用ＬＵＴの選択を切り替え、前回より減少していれば、修正用ＬＵＴの選択は正しいとして、現在の選択を継続する。

このようにＰＩＣ基板の歪み方を推定するステップを加えることで、位相調整量ψの更新精度を向上させることができる。
［３．第３実施形態］
［３－１．第１実施形態との相違点］
第３実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

前述した第１実施形態では、基準光照射部６が一つの基準光源を有する。これに対し、
第３実施形態では、基準光照射部６が複数の基準光源を有する点で、第１実施形態と相違する。

基準光照射部６に属する各光源は、ＯＰＡ３への基準光の入射角度及び基準光の波面のうち、少なくとも一つが異なるように設定される。基準光の入射角度は、基準光源の配置によって変化させてもよいし、図８及び図９に示したように、ミラー６１及びプリズム６２を用いることで変化させてもよい。基準光の波面は、例えば、図１０に示したように、レンズ６３の有無によって変化させてもよい。

［３－２．処理］
信号処理部７が、図７のフローチャートを用いて説明した補正処理の代わりに実行する補正処理を、図１４のフローチャートを用いて説明する。

本実施形態の補正処理では、Ｓ２００，Ｓ２２５が追加され、Ｓ２３０の代わりにＳ２３５を実行する。
Ｓ２００では、信号処理部７は、基準光照射部６に属する複数の光源のいずれか一つを選択する。

続くＳ２１０～Ｓ２２０は、先の説明と同様である。但し、Ｓ２１０では、Ｓ２００で選択された光源を発光させる。
続くＳ２２５では、信号処理部７は、Ｓ２００にて基準光照射部６に属する全ての光源が選択されたか否かを判定し、全ての基準光源が選択されていれば、処理をＳ２３０に進め、未選択の基準光源があれば、処理をＳ２００に戻す。

Ｓ２３５では、信号処理部７は、複数の光源を用いて抽出された複数の補正用受光情報を用いて位相ずれ量を推定する。推定には、何らかの方法で統合された補正用受光情報から位相ずれ量を推定してもよいし、複数の受光情報毎に、個別のＬＵＴを用いて算出される複数の位相ずれ量の推定結果を統合することで一つの位相ずれ量を算出してもよい。

続くＳ２４０及びＳ２５０は、先の説明と同様である。
なお、Ｓ２４０以下の処理は、図１２又は図１３に示したＳ２４０以下の処理と同様に、位相調整量ψの更新を繰り返すように構成されてもよい。

［３－３．効果］
以上詳述した第３実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）（１ｂ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。

（３ａ）第３実施形態では、ＯＰＡ３への入射角又は波面が異なる複数の基準光のそれぞれについて補正用受光情報を抽出し、これら異なる状態で測定された複数の受光情報を用いて位相ずれ量を推定する。つまり、位相ずれ量の推定に、より多くの補正用受光情報を利用できるため、推定精度を向上させることができる。

［４．第４実施形態］
［４－１．第１実施形態との相違点］
第４実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

第１実施形態では、信号処理部７は、補正処理のために、ディテクタ４からの受信信号を用いている。これに対し、第４実施形態では、位相シフタ３２からスプリッタ３１に入
力される位相調整された分岐光を用いる点で、第１実施形態と相違する。

図１５に示すように、第４実施形態の光学スキャナ１ａは、第１実施形態の光学スキャナ１の構成に加えて、位相モニタ９を備える。
位相モニタ９は、アンテナアレイ３３で受光され、位相シフタ３２にて位相調整された複数の分岐光のそれぞれについて、分岐光の位相を検出して、信号処理部７に供給する。

なお、位相モニタ９は、エレメントの数に対応したすべての分岐光の位相をモニタしてもよいし、配列に沿って一定間隔で選択される一部のエレメントに対応した分岐光の位相をモニタしてもよい。すなわち、基板歪みの状態は、隣接するエレメント間で急激な変化を起こす可能性が低いため、必ずしも、全てのエレメントについて分岐光の位相をモニタする必要はない。

［４－３．効果］
以上詳述した第４実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）（１ｂ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。

（４ａ）光学スキャナ１ａでは、合成される前の分岐光の位相から、位相ずれ量が直接検出されるため、高精度な位相ずれ量を得ることができ、その結果、位相調整量ψを精度よく更新できる。

［５．第５実施形態］
［５－１．第１実施形態との相違点］
第５実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

前述した第１実施形態では、発光及び受光を一つのＯＰＡ３を用いて行っている。これに対し、第５実施形態では、発光と受光とで異なるＯＰＡ３Ａ，３Ｂを用いる点で、第１実施形態と相違する。

図１６に示すように、第５実施形態の光学スキャナ１ｂは、ＯＰＡ３の代わりに、発光側ＯＰＡ３Ａと、受光側ＯＰＡ３Ｂと、を備える。また、光学スキャナ１ｂは、更に、導光部８を更に備える。

発光側ＯＰＡ３Ａ及び、受光側ＯＰＡ３Ｂは、いずれもＯＰＡ３と同様の構成を有する。但し、発光側ＯＰＡ３Ａの構成要素は、スプリッタ３１Ａ、位相シフタ３２Ａ、アンテナアレイ３３Ａと表記し、受光側ＯＰＡ３Ｂの構成要素は、スプリッタ３１Ｂ、位相シフタ３２Ｂ、アンテナアレイ３３Ｂと表記する。

光源は、スプリッタ３１Ａに光を入射し、ディテクタ４は、スプリッタ３１Ｂから合成光を受光するように接続される。
スプリッタ３１Ａは、光源２からの入射光を複数に分岐する。位相シフタ３２Ａは、スプリッタ３１Ａにて分岐された複数の分岐光の位相を、位相コントローラ５からの指示に従って個別に調整する。アンテナアレイ３３Ａは、位相調整された光を、開口部１１を介して筐体１０の外部に照射する。

アンテナアレイ３３Ｂは、開口部１１を介して筐体１０の内部に入射する光を受光する。位相シフタ３２Ｂは、アンテナアレイ３３Ｂを構成する各エレメントにて受光された光の位相を、位相コントローラ５からの指示に従って個別に調整する。スプリッタ３１Ｂは
、位相シフタ３２Ｂにて位相調整された光を一つの信号に合成してディテクタ４に供給する。

位相コントローラ５は、位相シフタ３２Ａに用いる位相調整量ψＡと、位相シフタ３２Ｂに用いる位相調整量ψＢとを個別に設定する。位相シフタ３２Ａ，３２Ｂは、信号処理部７から、走査制御の指示が入力された場合、共通の走査位相量φ（θ）に、異なる位相調整量ψＡ，ψＢを加算した位相シフト量φ（θ）＋ψＡ、φ（θ）＋ψＢを用いて制御を実行する。

基準光照射部６は、アンテナアレイ３３Ｂに向けて基準光を照射するように設定される。
導光部８は、例えば、ミラーが用いられ、アンテナアレイ３３Ａからの照射光を反射し、反射光がアンテナアレイ３３Ｂに入射されるように配置される。

導光部８は、発光側ＯＰＡ３Ａ及び受光側ＯＰＡ３Ｂが形成する光ビームのメインローブの照射方向を制御可能な角度範囲内であり、かつ、ＦＯＶの外部に配置される。発光側ＯＰＡ３Ａから見て導光部８が位置する方向をθＡ、受光側ＯＰＡ３Ｂから見て導光部８が位置する方向をθＢとする。

［５－２．処理］
光学スキャナ１ｂでの通常処理は、第１実施形態で説明した通常処理と同様である。
光学スキャナ１ｂでの補正処理は、２段階に分けて実施される。まず、受光側ＯＰＡ３Ｂの位相調整量ψＢを算出する受光側補正処理を実行し、その後、発光側ＯＰＡ３Ａの位相調整量ψＡを算出する発光側補正処理を実行する。なお、受光側補正処理を実行する信号処理部７が受光側補正部に相当し、発光側補正処理を実行する信号処理部７が発光側補正部に相当する。

なお、受光側補正処理は、第１実施形態で説明した補正処理と同様である。基準光照射部６で発光させた光をアンテナアレイ３３Ｂに受光させ、ディテクタ４からの受光信号によって算出する。なお、受光側補正処理は、第１実施形態で説明した補正処理と同様であるため、説明を省略する。

発光側補正処理を、図１７のフローチャートを用いて説明する。なお、発光側補正処理を実行する前には、受信側補正処理が実行されているため、受光側ＯＰＡ３Ｂの位相調整量ψＢは校正された状態となっている。

Ｓ３１０では、信号処理部７は、位相コントローラ５に発光側の補正制御を実行させる指示を出力すると共に、光源２に、補正制御に必要な期間だけ発光させる指示を出力する。
基準光照射部６からＯＰＡ３のアンテナアレイ３３に向けて光ビームが照射される。補正制御の指示を受けた位相コントローラ５は、補正用位相量φ（θＡ）に位相調整量ψＡを加えた位相シフト量φ（θＡ）＋ψＡを、位相シフタ３２Ａに供給する。更に、位相コントローラ５は、補正用位相量φ（θＢ）に位相調整量ψＢを加えた位相シフト量φ（θＢ）＋ψＢを、位相シフタ３２Ｂに供給する。

これにより、ＯＰＡ３Ａから導光部８に向けて基準光が照射され、導光部８で反射した基準光を、ＯＰＡ３Ｂが受光する。
続くＳ３２０～Ｓ３５０の処理は、第１実施形態で説明したＳ２２０～Ｓ２５０の処理と同様である。但し、Ｓ３５０では、位相調整量ψＡが更新される。

［５－３．効果］
以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）（１ｂ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。

（５ａ）光学スキャナ１ｂは、基準光照射部６からの基準光を受光側ＯＰＡ３Ｂに受光させた結果を用いて、受光側ＯＰＡ３Ｂの校正を行う。その後、発光側ＯＰＡ３Ａからの照射光を、導光部８を介して受光側ＯＰＡ３Ｂに受光させた結果を用いて、発光側ＯＰＡ３Ａの校正を行う。従って、受光側ＯＰＡ３Ｂに起因する位相ずれと、発光側ＯＰＡ３Ａに起因する位相ずれと、を分離して、個別に調整できる。

［５－４．変形例］
発光側補正処理のＳ３４０以降の処理は、図１２又は図１３に示したＳ２４０以下の処理と同様に、位相調整量ψの更新を繰り返すように構成されてもよい。

受光側補正処理にて、ＰＩＣ基板の歪み方を推定するように構成されている場合、その推定結果を、発光側補正処理に利用して、修正用ＬＵＴを選択してもよい。すなわち、発光側ＯＰＡ３Ａと、受光側ＯＰＡ３Ｂとは、同一のＰＩＣ基板上に配置されるため、一方の補正処理での歪み方の推定結果を、他方の補正処理に利用することができる。

導光部８が一つの導光路を形成するように構成されているが、複数の導光路を形成するように構成されてもよい。この場合、各導光路を介して受光側ＯＰＡ３Ｂに照射される各調整光は、該調整光の入射角度及び調整光の波面のうち、少なくとも一つが異なるように設定される。調整光の入射角度は、図８及び図９での例示と同様に、ミラー６１及びプリズム６２を用いることで変化させてもよい。調整光の波面は、例えば、図１０での例示と同様に、レンズ６３の有無によって変化させてもよい。

［６．第６実施形態］
［６－１．第５実施形態との相違点］
第６実施形態は、基本的な構成は第５実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第５実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

前述した第５実施形態では、発光側ＯＰＡ３Ａを用いて光を照射するように構成されている。これに対し、第６実施形態では、発光側ＯＰＡ３Ａを用いることなく光を照射するように構成されている点で、第５実施形態と相違する。

図１８に示すように、第３実施形態の光学スキャナ１ｃは、発光側ＯＰＡ３Ａの代わりにビームスキャン部３５を備える。
ビームスキャン部３５は、ＯＰＡ以外の手法でビームスキャンを実現する既知の機構を有する。ビームスキャン部３５は、例えば、光源２から放射された光ビームを絞る光学系と、光学系によって絞られたビームの照射方向を、回転ミラー等を用いて変化させる走査機構とを備えてもよい。

［６－２．処理］
光学スキャナ１ｃでは、信号処理部７では、受光側補正処理が実行され、発光側補正処理は、省略される。

［６－３．効果］
以上詳述した第６実施形態によれば、発光側に関する効果を除き、第５実施形態と同様の効果を得ることができる。

［７．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は前述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（７ａ）上記実施形態では、ＯＰＡ３，３Ａ，３Ｂのメインローブを向けることが可能な位置に、基準光照射部６及び導光部８を配置しているが、基準光照射部６及び導光部８の配置は、これに限定されるものではない。例えば、メインローブが所定方向（例えば正面方向）にあるときに、グレーティングローブが照射される位置に、基準光照射部６及び導光部８を配置してもよい。

（７ｂ）本開示に記載の信号処理部７及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の信号処理部７及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の信号処理部７及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されてもよい。信号処理部７に含まれる各部の機能を実現する手法には、必ずしもソフトウェアが含まれている必要はなく、その全部の機能が、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現されてもよい。

（７ｃ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。

（７ｄ）本開示は、前述の光学スキャナの他、当該光学スキャナを構成要素とするシステム、当該光学スキャナの信号処理部としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実体的記録媒体、ＯＰＡの位相調整方法など、種々の形態で実現することもできる。

１，１ａ～１ｃ…光学スキャナ、２…光源、３…光フェーズドアレイ、４…ディテクタ、５…位相コントローラ、６…基準光照射部、７…信号処理部、９…位相モニタ、１０…筐体、１１…開口部、３１…スプリッタ、３２…位相シフタ、３３…アンテナアレイ、７１…ＣＰＵ、７２…メモリ。

Claims (12)

1. 複数の分岐光の位相を、走査用位相量を用いて個別に制御することによって、光ビームによる走査を実現するように構成された光フェーズドアレイを有する受光部（３，３Ｂ）と、
   基準光を発生させて前記受光部に照射するように構成された基準光照射部（６）と、
   前記基準光が入射された前記受光部での検出結果から、前記受光部を実装する基板の歪みによって、前記複数の分岐光に生じる位相ずれ量を推定し、推定される前記位相ずれ量が小さくなるように前記複数の分岐光に付与する位相調整量を設定する受光側補正部（７：Ｓ２００～Ｓ２６０）と、
   を備える光学スキャナ。
2. 請求項１に記載の光学スキャナであって、
   前記基準光照射部は、複数の光源を備え、
   前記複数の光源は、前記基準光の前記受光部への入射角度及び前記基準光の波面のうち、少なくとも一つが異なるように設定された、
   光学スキャナ。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光学スキャナであって、
   前記基準光照射部は、前記受光部が走査する角度範囲の外側に配置された、
   光学スキャナ。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の光学スキャナであって、
   前記受光側補正部は、前記位相調整量の算出を前記位相ずれ量の推定値が予め設定された許容範囲内の値となるまで繰り返し実行し、前記位相ずれ量の推定値の変化から、前記受光部が実装された基板の歪み方を推定するように構成された、
   光学スキャナ。
5. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の光学スキャナであって、
   前記受光部とは別体の前記光フェーズドアレイを有する発光部（３Ａ）と、
   前記発光部から照射された光を導いて、該光が前記受光部に入射されるように構成された導光部（８）と、
   前記導光部により導かれた光が入射された前記受光部での検出結果から、前記発光部を実装する基板の歪みによって生じる、前記発光部に属する前記複数の分岐光の前記位相ずれ量を推定し、推定される前記位相ずれ量が小さくなるように前記発光部が扱う前記複数の分岐光に付与する位相調整量を設定するように構成された発光側補正部（７：Ｓ３１０～Ｓ３５０）と、
   を更に備える光学スキャナ。
6. 請求項５に記載の光学スキャナであって、
   前記導光部は、複数の導光路を備え、
   前記複数の導光路は、該導光路によって導かれた調整光の前記受光部への入射角度及び前記調整光の波面のうち、少なくとも一つが異なるように設定された、
   光学スキャナ。
7. 請求項５又は請求項６に記載の光学スキャナであって、
   前記導光部は、前記発光部が形成する光ビームのグレーティングローブが入射されるように構成された、
   光学スキャナ。
8. 請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載の光学スキャナであって、
   前記導光部は、前記発光部及び前記受光部による走査の対象となる角度範囲の外側に配置された、
   光学スキャナ。
9. 請求項５から請求項８までのいずれか１項に記載の光学スキャナであって、
   前記発光部及び前記受光部は、一つの共通基板に実装され、
   前記受光側補正部は、前記位相調整量の算出を前記位相ずれ量の推定値が予め設定された許容範囲内の値となるまで繰り返し実行し、前記位相ずれ量の推定値の変化から、前記共通基板の歪み方を推定するように構成され、
   前記発光側補正部は、前記受光側補正部で推定された前記共通基板の歪み方に従って、前記位相調整量を算出するように構成された、
   光学スキャナ。
10. 請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の光学スキャナであって、
    前記光フェーズドアレイは、
    前記複数の分岐光を伝送する導波路アレイにおける第１の端部に設けられ、前記複数の分岐光への分岐又は前記複数の分岐光を合成するスプリッタ（３１）と、
    前記導波路アレイにおける第２の端部に設けられたアンテナアレイ（３３）と、
    前記導波路アレイを構成する導波路毎に、該導波路を通過する光の位相を変化させる位相シフタ（３２）と、
    を備える光学スキャナ。
11. 請求項１０に記載の光学スキャナであって、
    前記受光部での受光結果として、前記スプリッタで合成された合成光の受光結果を用いるように構成された、
    光学スキャナ。
12. 請求項１０に記載の光学スキャナであって、
    前記受光部での受光結果として、前記スプリッタで合成される前の前記複数の分岐光の受光結果を用いるように構成された、
    光学スキャナ。

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