WO2022249561A1 - 測距装置、光集積回路、及び測距システム - Google Patents

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Definitions

  • An optical integrated circuit includes a light source unit that generates chirped light, and a plurality of pixels connected by a single waveguide, arranged in a predetermined direction in a first direction that is the same direction as the waveguide.
  • a scanner section having a pixel array arranged at a pitch; and a demultiplexing detection section for supplying transmission light obtained by demultiplexing the chirped light to the scanner section and detecting received light from the scanner section.
  • Each of the demultiplexing detection units 112-1 to 112-4 includes a splitter 131, a circulator 132, and a detector 133. Note that the branch detection units 112-1 to 112-4 are referred to as the branch detection unit 112 when there is no need to distinguish between them.
  • R represents the distance [m] from the ranging system 1 to the target 2.
  • ⁇ represents the chirp speed [Hz/s]
  • the grating 151 is, for example, a diffraction grating in which a plurality of slit-shaped holes are opened at predetermined intervals in a rectangular conductive material. be.
  • the pixel frame 152 is fixed to the substrate, and the grating 151 is fixed to the pixel frame 152 through the elastic body 153 .
  • the grating 151 when the grating 151 is in the upper position, that is, when it approaches the substrate, the light passing through the waveguide 161 passes below the pixel 141 and enters the grating 151 without being emitted from the grating 151. Emitted light is reflected or absorbed by the substrate and is not taken into the waveguide 161 . This state is called an off state.
  • the received data obtained here are labeled according to the coordinates of the field of view, they are ⁇ 3, 0 ⁇ , ⁇ 2, 0&1 ⁇ , ⁇ 1, 1&2 ⁇ , ⁇ 0, 2&3 ⁇ , ⁇ 3, 3&4 ⁇ , ⁇ 2, 4&5 ⁇ , ⁇ 1, 5&6 ⁇ , ⁇ 0, 6&7 ⁇ .
  • the MEMS switch (2) has a fixed off failure.
  • the distance and speed can be calculated without using the data received by the MEMS switch (2).
  • the MEMS switch (2) has a fixed ON failure in the examples of FIGS. 7 and 8 described above.
  • the MEMS switch (6) belonging to the same channel (Ch.2) as the MEMS switch (2) cannot emit light or receive light.
  • the laser energy that can be emitted in the same direction per unit time is limited in accordance with the so-called eye-safe safety standards for laser products (JIS C 6802:2014, etc.).
  • a MEMS switch with a fixed ON failure continues to emit transmitted light in the same direction, so there is a risk that the output light intensity of the channel will exceed the limit of the eye-safe standard.
  • the drive current of the SOA 231 in the channel where the fixed ON failure occurs is controlled to approximately 0, and the transmission optical power is kept low, thereby deviating from the safety standard. can be prevented.
  • a light source that generates chirped light
  • a demultiplexing detection unit that supplies transmission light obtained by demultiplexing the chirped light to the scanner unit and detects reception light supplied from the scanner unit, The scanner unit the transmission light from the demultiplexing detection unit is emitted from the light emitting unit of the pixel;
  • the distance measuring device according to any one of (1) to (5), wherein reflected light reflected by a target is received by a light receiving section of the pixel and supplied to the branching detection section.
  • the ranging apparatus further comprising a signal processing unit that calculates ranging information about the target based on received data obtained from the received light.

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Abstract

本開示は、より高い角度分解能での測距を行うことができるようにする測距装置、光集積回路、及び測距システムに関する。 １本の導波路で結ばれた複数の画素を、導波路と同一の方向である第１の方向に所定のピッチで配列した画素アレイを有し、画素アレイを１チャンネルとして、複数のチャンネルが設けられ、複数のチャンネルが、チャンネルごとに、所定のピッチよりも小さい所定の幅だけずらして、第１の方向と交差する方向である第２の方向に配列されているスキャナ部を備える測距装置が提供される。本開示は、例えば、FMCW LiDAR方式による測距を行う測距装置に適用することができる。

Description

測距装置、光集積回路、及び測距システム
　本開示は、測距装置、光集積回路、及び測距システムに関し、特に、より高い角度分解能での測距を行うことができるようにした測距装置、光集積回路、及び測距システムに関する。
　LiDAR(Light Detection and Ranging)は、レーザ照射に対する散乱光の測定による距離測定技術であり、自動運転を始めとした様々なアプリケーションに適用される。特に、高速道路における自動運転などを想定した場合、遠方の小さな障害物などを検知するために、より高い角度分解能で測定することができるLiDARの技術が求められている。
　LiDARの重要要素技術の１つとして、レーザ照射の方向を走査するスキャナ（偏向器）と呼ばれるデバイスが挙げられる。この種のスキャナとして、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)グレーティングスイッチを用いた２Ｄスキャナがある。
　特許文献１には、シリコンフォトニクスにより作成した光導波路の上部に、静電MEMSにより可動するグレーティング構造を有する光学スイッチが開示されている。特許文献１にはまた、この光学スイッチを、発光部あるいは受光部としての有効（オン）又は無効（オフ）を制御可能なスイッチとして動作させるとともに、そのようなスイッチを１画素として画素間を光導波路で結んで２次元配列することにより、２Ｄスキャナとして利用することが開示されている。
特表2020-523630号公報
　上述した２Ｄスキャナで高い角度分解能を実現するためには、MEMSグレーティングスイッチの微細化が必要であるが、微細化は製造を難しくし、歩留まりや信頼性が悪化する懸念がある。
　本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、より高い角度分解能での測距を行うことができるようにするものである。
　本開示の一側面の測距装置は、１本の導波路で結ばれた複数の画素を、前記導波路と同一の方向である第１の方向に所定のピッチで配列した画素アレイを有し、前記画素アレイを１チャンネルとして、複数のチャンネルが設けられ、前記複数のチャンネルが、チャンネルごとに、前記所定のピッチよりも小さい所定の幅だけずらして、前記第１の方向と交差する方向である第２の方向に配列されているスキャナ部を備える測距装置である。
　本開示の一側面の測距装置においては、１本の導波路で結ばれた複数の画素を、前記導波路と同一の方向である第１の方向に所定のピッチで配列した画素アレイを有するスキャナ部が設けられる。また、前記スキャナ部では、前記画素アレイを１チャンネルとして、複数のチャンネルが設けられ、前記複数のチャンネルが、チャンネルごとに、前記所定のピッチよりも小さい所定の幅だけずらして、前記第１の方向と交差する方向である第２の方向に配列されている。
　本開示の一側面の光集積回路は、チャープ光を生成する光源部と、１本の導波路で結ばれた複数の画素を、前記導波路と同一の方向である第１の方向に所定のピッチで配列した画素アレイを有するスキャナ部と、前記チャープ光を分波して得られる送信光を前記スキャナ部に供給するとともに、前記スキャナ部からの受信光を検波する分波検波部とを備え、前記スキャナ部は、前記画素アレイを１チャンネルとして、複数のチャンネルが設けられ、前記複数のチャンネルが、チャンネルごとに、前記所定のピッチよりも小さい所定の幅だけずらして、前記第１の方向と交差する方向である第２の方向に配列されている光集積回路である。
　本開示の一側面の光集積回路においては、チャープ光を生成する光源部と、１本の導波路で結ばれた複数の画素を、前記導波路と同一の方向である第１の方向に所定のピッチで配列した画素アレイを有するスキャナ部と、前記チャープ光を分波して得られる送信光を前記スキャナ部に供給するとともに、前記スキャナ部からの受信光を検波する分波検波部とが設けられる。また、前記スキャナ部では、前記画素アレイを１チャンネルとして、複数のチャンネルが設けられ、前記複数のチャンネルが、チャンネルごとに、前記所定のピッチよりも小さい所定の幅だけずらして、前記第１の方向と交差する方向である第２の方向に配列されている。
　本開示の一側面の測距システムは、チャープ光を生成する光源部と、１本の導波路で結ばれた複数の画素を、前記導波路と同一の方向である第１の方向に所定のピッチで配列した画素アレイを有するスキャナ部と、前記チャープ光を分波して得られる送信光を前記スキャナ部に供給するとともに、前記スキャナ部からの受信光を検波する分波検波部と有する光集積回路と、前記第１の方向と交差する方向である第２の方向を少なくとも走査する外部スキャナとを備え、前記スキャナ部は、前記画素アレイを１チャンネルとして、複数のチャンネルが設けられ、前記複数のチャンネルが、チャンネルごとに、前記所定のピッチよりも小さい所定の幅だけずらして、前記第２の方向に配列されている測距システムである。
　本開示の一側面の測距システムにおいては、チャープ光を生成する光源部と、１本の導波路で結ばれた複数の画素を、前記導波路と同一の方向である第１の方向に所定のピッチで配列した画素アレイを有するスキャナ部と、前記チャープ光を分波して得られる送信光を前記スキャナ部に供給するとともに、前記スキャナ部からの受信光を検波する分波検波部と有する光集積回路と、前記第１の方向と交差する方向である第２の方向を少なくとも走査する外部スキャナとが設けられる。また、前記スキャナ部では、前記画素アレイを１チャンネルとして、複数のチャンネルが設けられ、前記複数のチャンネルが、チャンネルごとに、前記所定のピッチよりも小さい所定の幅だけずらして、前記第２の方向に配列されている。
　なお、本開示の一側面の測距装置、及び光集積回路は、独立した装置であってもよいし、１つの装置を構成している内部ブロックであってもよい。
本開示を適用した測距システムの構成例を示す図である。 図１のSiPの詳細な構成例を示す図である。 本開示を適用した光集積回路の構成例を示す図である。 本開示を適用した測距システムによる測定原理を説明する図である。 本開示を適用した測距システムによる測定原理を説明する図である。 図３のスキャナ部の詳細な構成例を示す図である。 本開示を適用した測距システムによるスキャン方法を説明する図である。 本開示を適用した測距システムによるスキャン方法を説明する図である。 本開示を適用した光集積回路の他の構成例を示す図である。
＜１．本開示の実施の形態＞
（システム概要）
　図１は、本開示を適用した測距システムの構成例を示す図である。
　測距システム１は、FMCW LiDAR(Frequency Modulated Continuous Wave Light Detection and Ranging)方式による測距を行う。FMCW LiDAR方式では、光源の周波数変調を行い、この変調を行った送信光とその反射光との周波数の変化を読み取ることで、測距が行われる。
　図１において、測距システム１は、SiP１０、コリメータ１１、及び外部スキャナ１２から構成される。SiP１０の詳細な構成例を、図２に示している。
　図２において、SiP１０は、光集積回路１００－１乃至１００－３の３チップと、レーザドライバ１０１のICと、信号処理回路１０２のICとを１つのパッケージ基板に統合してSiP(System in Package)として構成している。
　信号処理回路１０２は、AFE１０２ＡとDSP１０２Ｂから構成される。AFE１０２Ａは、検波器のアナログ出力をデジタル信号列に変換するAFE(Analog Front End)である。DSP１０２Ｂは、スペクトル分析やピーク検出を行うDSP(Digital Signal Processor)である。
　SiP１０において、光集積回路１００－１乃至１００－３のそれぞれは、例えば、１つの画素アレイを１チャンネルとして４チャンネル構成とすることで、１つの回路で４本のビームを同時に照射して受信し、４点の測距及び速度測定を同時に行うことができる。SiP１０では、光集積回路１００－１乃至１００－３を同時に動作させることで、同時に12点の測距、すなわち、12チャンネルのLiDAR方式に対応した測距装置として動作する。
　また、図２に示すように、光集積回路１００－１乃至１００－３のうち、中央の光集積回路１００－２を180度回転させて、画素アレイが一直線に近い形で並ぶようにパッケージ上に実装することで、１Ｄスキャナアレイ２０を構成している。これにより、光集積回路１００－１乃至１００－３を、各光集積回路の長辺のサイズの３倍の長さを持ったラインセンサのように機能させることができる。
　このような実装により、大面積の光集積回路を１つ使うのと同等の有効受光面積を、複数の光集積回路を並べてより小さな面積で実現することができ、全体の製造コストを低下させることができる。なお、以下の説明では、光集積回路１００－１乃至１００－３のそれぞれを区別する必要がない場合、光集積回路１００と称する。
　測距システム１では、SiP１０とともに、画素アレイの出射光と入射光を平行光に変える光学系であるコリメータ１１と、外部スキャナ１２とを組み合わせることで、測距対象となるターゲットの視野FoVに対し、光集積回路１００からの送信光を照射し、その反射光から距離情報を得ることができる。図１では、測距システム１による測距対象となるターゲットの視野(FoV：Field of View)を、２Ｄの格子状の領域で表している。
　外部スキャナ１２としては、例えばリズリープリズム（Risley Prism）を用いることができる。リズリープリズムは、所定の偏角を持つ円形のプリズム（ウェッジプリズム）を２枚組み合わせて、それぞれをモータにより回転できるようにした光偏向装置である。２枚のプリズムを同じ回転数で互いに逆回転させることで、単一方向に沿って往復するスキャンパターン（１Ｄスキャン）が可能となる。
　１Ｄスキャンの方向は、各プリズムの回転開始位置を変えることで、水平方向と垂直方向、又は斜め方向に調整することができる。図１に示すように、測距システム１においては、SiP１０が垂直方向（図中のＹ方向）の１Ｄ画素アレイを有するので、リズリープリズム等の外部スキャナ１２を水平方向（図中のＸ方向）に１Ｄスキャンさせることで、２Ｄの視野FoVを測距することが可能となる。
（光集積回路の構成）
　図３は、図２の光集積回路１００の構成例を示す図である。
　光集積回路１００は、半導体リソグラフィ技術の応用であるシリコンフォトニクスにより、半導体基板上に光導波路を形成し、その材料組成やパターン形状によって様々な機能性光学素子を１チップに集積したものである。シリコンフォトニクスを用いた１チップ化により、部品点数を少なくして、より低コストで、かつ、より小型の構成を実現することができる。
　図３において、光集積回路１００は、光源部１１１、分波検波部１１２、及びスキャナ部１１３から構成される。光集積回路１００において、光源部１１１と、分波検波部１１２と、スキャナ部１１３とは、同一の半導体基板上に形成されて統合されている。
　光集積回路１００において、分波検波部１１２とスキャナ部１１３は、４チャンネル構成であり、１つの回路で４本のビームを同時に照射して受信し、４点の測距及び速度測定を同時に行うことができる。
　光源部１１１は、チャープ光源１２１、及び光源スプリッタ１２２を含む。チャープ光源１２１は、例えば峡線幅レーザ素子と光周波数検出器を含み、時間に対して光周波数が線形に変化する峡線幅光（チャープ光）を生成する。光源スプリッタ１２２は、チャープ光のパワーを４チャンネルのそれぞれに分配する。なお、チャープ光を利用した測定の原理は、図４と図５を参照して後述する。
　分波検波部１１２－１乃至１１２－４のそれぞれは、スプリッタ１３１、サーキュレータ１３２、及び検波器１３３を含む。なお、分波検波部１１２－１乃至１１２－４のそれぞれを区別する必要がない場合、分波検波部１１２と称する。
　スプリッタ１３１は、チャープ光のパワーの一部（例えば10％程度）を局部発振光として検波器１３３に供給し、その残りを送信光としてサーキュレータ１３２に供給する。局部発振光はLO(Local Oscillator)光、送信光はTX(Transmitter)光とも称する。
　サーキュレータ１３２は、伝播方向によって異なるポートへ光を導くことができる光学素子である。サーキュレータ１３２は、スプリッタ１３１からの送信光をスキャナ部１１３へと透過させる一方で、スキャナ部１１３からの受信光を検波器１３３へ導いて、スプリッタ１３１へと逆流するのを防ぐ。受信光は、RX(Receiver)光とも称する。
　検波器１３３は、例えば光干渉器とバランスド・フォトダイオード（BPD：Balanced Photodiode）を含む。検波器１３３は、スプリッタ１３１からの局部発振光と、サーキュレータ１３２からの受信光との差周波数を電流として出力する。この差周波数は、一般に、ビート周波数とも呼ばれる。
　ここで、図４と図５を参照して、測距システム１による測定原理について説明する。図４に示すように、測距システム１が、測距対象となるターゲット２までの距離Ｒと、ターゲット２との相対的な速度ｖを測定するに際して、送信光（TX光）を照射して、その反射光として受信光（RX光）を受信した場合を想定する。
　図５は、縦軸をレーザ周波数とし、横軸を時間としたときの送信光と受信光との関係を表している。図５においては、実線の三角波が送信光（TX光）を示し、一点鎖線の三角波が受信光（RX光）を示している。
　このとき、チャープは、光周波数を下降させる期間（ダウンチャープ）と、上昇させる期間（アップチャープ）とを含み、ダウンチャープとアップチャープを合わせた期間（図５のＴmod）が、１点の測距に対応する。このようなチャープ光を用いて測距を行うLiDARの方式を、FMCW LiDAR方式と呼んでいる。
　ダウンチャープにおけるビート周波数（図５のｆdown）と、アップチャープにおけるビート周波数（図５のｆup）を測定することで、下記の式（１）と式（２）を用いて、測距システム１からターゲット２までの距離Ｒと、測距システム１とターゲット２との相対速度ｖを算出することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　式（１）において、Ｒは、測距システム１からターゲット２までの距離[m]を表している。また、γは、チャープ速度[Hz/s]を表し、ｃは、光速[m/s]を表している。なお、図５のToFは、τ＝２Ｒ／ｃと表すことができ、τとγの関係から、式（１）の右辺が導かれる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　式（２）において、ｖは、測距システム１とターゲット２との相対速度[m/s]を表している。また、λlaserは、光源の中心波長[nm]を表している。なお、図５のΔｆDopplerは、ΔｆDoppler＝（ｖ／ｃ）ｆlaserと表すことができ、これらの関係から、式（２）の右辺が導かれる。
　図３に戻り、スキャナ部１１３は、MEMSグレーティングスイッチを１画素とする２０画素からなる画素アレイを４列に並べて構成される。スキャナ部１１３の詳細な構成例を、図６に示している。図６では、１つの画素アレイを１チャンネルと呼ぶとき、Ch.0乃至Ch.3の４チャンネル構成を示している。
　図６に示すように、画素１４１は、シリコンからなる導波路１６１の上方に、Poly-Si等の導電性材料によって形成されたグレーティング１５１と、画素枠１５２と、ばね等の弾性体１５３とを含む。
　グレーティング１５１は、例えば長方形の導電性材料に複数のスリット状の穴を所定の間隔で空けた回折格子であり、スリットの間隔は、スイッチが使用する光の波長のおよそ0.1～10倍の範囲である。画素枠１５２は、基板に対して固定され、グレーティング１５１は、弾性体１５３を通じて画素枠１５２に固定されている。
　図示はしないが、画素枠１５２と基板にはそれぞれ電極が接続され、両者の間は絶縁される。画素枠１５２と基板との間に所定の電圧を印加すると、静電MEMSの原理により、電圧の大小によってグレーティング１５１を基板に対して上下に動かすことができる。
　グレーティング１５１が下位置にあるとき、つまり、基板から遠ざかったとき、導波路１６１を通る光は、画素１４１の下を通過せずにグレーティング１５１から放射され、逆にグレーティング１５１に入射する光は、導波路１６１に取り込まれる。この状態をオン状態と呼ぶ。
　一方で、グレーティング１５１が上位置にあるとき、つまり、基板に近づいたとき、導波路１６１を通る光は、画素１４１の下を通過してグレーティング１５１からは何も放射されず、グレーティング１５１に入射する光は反射されるか、基板に吸収されて、導波路１６１には取り込まれない。この状態をオフ状態と呼ぶ。
　このように、画素１４１は、自由空間と導波路１６１との間で光を結合させる構造と、導波路１６１に対する光の通過と遮断とを切り替える光スイッチとを有する。このような構造により、光の入射と出射の位置の制御、すなわち、LiDAR方式に対応したスキャナとしての動作が可能となる。より具体的には、画素１４１は、静電MEMSを用いた可動式のグレーティングカプラにより構成することができる。静電MEMSを用いた可動式のグレーティングカプラは、光導波路スイッチとグレーティングとが一体化しているので、高密度な画素アレイを実現することができる。
　図６に示すように、スキャナ部１１３において、Ch.0乃至Ch.3の４チャンネルのうち、同一のチャンネルに属する20個の画素１４１のそれぞれは、各画素１４１の下の導波路１６１によって、垂直方向（図中のＹ方向）に一列に接続される。すなわち、スキャナ部１１３は、１本の導波路１６１で結ばれた複数の画素１４１を、導波路１６１と同一の方向（図中のＹ方向）に所定のピッチで配列した画素アレイを有し、当該画素アレイを１チャンネルとしてCh.0乃至Ch.3の４チャンネルが設けられる。
　また、Ch.0乃至Ch.3の４チャンネルにおいて、隣り合うチャンネルに属する画素１４１は、それぞれ、互いに所定のシフト量、図６の例では画素垂直ピッチの1/4のシフト量だけ、垂直方向（図中のＹ方向）にずらして配置される（図中のＡ１で示すCh.2とCh.3のチャンネル間のシフト量）。すなわち、各チャンネルの画素１４１と、隣接する他のチャンネルの画素１４１との間で、発光部（受発光部１４２）の少なくとも一部が、導波路１６１と同一の方向（図中のＹ方向）と交差する方向（図中のＸ方向）に重なっている。詳細は後述するが、各画素が、隣接する画素とＹ座標のカバー範囲をオーバーラップさせているため、信号処理によるスイッチ不良の代替が可能となる。
　図６の例では、チャンネル間のシフト量を、画素垂直ピッチの1/4としているが、チャンネル間のシフト量は、画素垂直ピッチよりも小さい所定の幅であればよい。例えば、チャンネル間のシフト量は、画素垂直ピッチとチャンネル数との関係により定めることができる。なお、チャンネル数は、４チャンネルに限らず、複数のチャンネルであればよい。
　図６に示した円内の拡大領域Ｅにおいて、受発光部１４２は、その領域が、各画素１４１におけるグレーティング１５１のスリットがある領域に対応し、各画素１４１における有効な発光と受光の面積を示している。このような画素配置と、水平方向（図中のＢ１で示すＸ方向）にスキャン（走査）する外部スキャナ１２（図１）をと組み合わせて、後述する信号分離処理により、画素１４１よりも小さい分解能を得ることができる。図６の例では、最小分解能は、枠Ｃ１で囲った面積、すなわち、画素面積の1/4に対応している。
（スキャン方法）
　次に、図７と図８を参照して、測距システム１によるスキャン方法の例について説明する。
　図７と図８においては、２種類の線が格子状に記されているが、格子状に記された線Ｄ１は、信号分離処理後の分解能を表しており、各格子が図６の枠Ｃ１に対応している。また、格子状に記されたＤ２は、被測定視野である視野（FoV）を表し、外部スキャナ１２は、水平方向（図中のＢ２で示すＸ方向）にスキャンする。画素１４１に含まれる受発光部１４２は、MEMSグレーティングスイッチ（以下、MEMSスイッチとも称する）を有し、各MEMSスイッチを識別するための番号が付されている。
　図２のSiP１０において、光集積回路１００－１乃至１００－３のスキャナ部１１３に配列される画素１４１は、240画素（3×80画素）であるが、ここでは説明を容易にするために、画素数を減らして単純化した例を示す。
　図７と図８では、画素アレイ（MEMSスイッチアレイ）が、Ch.0乃至Ch.3の４チャンネルで合計８画素とした場合を示す。また、２Ｄ走査対象の視野（FoV）は、水平方向に４画素で、垂直方向に７画素で、4×7画素＝28画素であるとする。図７と図８では、時刻T=1から時刻T=14までの14のタイムステップにより、28画素の測定が完了する。１つのタイムステップは、図５の説明で述べたダウンチャープとアップチャープを合わせた期間（Ｔmod）に対応する。
（Ａ）T=1,2 X=0
　時刻T=1,2において、Ch.0に属する３つのMEMSスイッチ(0, 4)の出射光と入射光は、外部スキャナ１２により、視野X=0に位置合わせされる。時刻T=1でMEMSスイッチ(0)が、時刻T=2でMEMSスイッチ(4)が、それぞれ順に発光することで、ターゲット２からの反射光を受光する。検波器１３３からの出力は、AFE１０２Ａによって受信データ（デジタル信号列）に変換される。
　このようにして得られた受信データに対し、対応する視野の座標(X, Y)を用いて、{X, Y}であるラベルが付与されるが、順に、{0, 0},{0, 3&4}のように表すことができる。ここで、「3&4」とは、Y=3とY=4の受信信号が混合されていることを示す。以下の説明でも同様に、複数のY座標の受信信号の混合を、「&」により表記する。
　このように、時刻T=1,2であるとき、Ch.0は、視野X=0の位置にあり、時刻T=1でMEMSスイッチ(0)が、時刻T=2でMEMSスイッチ(4)が、それぞれ発光して検波されることで、受信データが得られ、対応する視野に応じたラベルが付与される。
（Ｂ）T=3,4 X=1
　時刻T=3,4において、MEMSスイッチ(1, 5)の出射光と入射光は、視野X=0に位置合わせされ、MEMSスイッチ(0, 4)の出射光と入射光は、視野X=1に位置合わせされる。時刻T=3でMEMSスイッチ(0, 1)が、時刻T=4でMEMSスイッチ(4, 5)が、それぞれ順に発光と受光を行う。ここで得られる受信データに対し、視野の座標に応じたラベルを付与すると、順に、{1, 0},{0, 0&1},{1, 3&4},{0, 4&5}と表される。
（Ｃ）T=5,6 X=2
　時刻T=5,6において、MEMSスイッチ(2, 6)の出射光と入射光は視野X=0に、MEMSスイッチ(1, 5)の出射光と入射光は視野X=1に、MEMSスイッチ(0, 4)の出射光と入射光は視野X=2に、それぞれ位置合わせされる。時刻T=5でMEMSスイッチ(0, 1, 2)が、時刻T=6でMEMSスイッチ(4, 5, 6)がそれぞれ順に発光と受光を行う。ここで得られる受信データに対し、視野の座標に応じたラベルを付与すると、順に、{2, 0},{1, 0&1},{0, 1&2},{2, 3&4},{1, 4&5},{0, 5&6}と表される。
（Ｄ）T=7,8 X=3
　時刻T=7,8において、MEMSスイッチ(3, 7)の出射光と入射光は視野X=0に、MEMSスイッチ(2, 6)の出射光と入射光は視野X=1に、MEMSスイッチ(1, 5)の出射光と入射光は視野X=2に、MEMSスイッチ(0, 4)の出射光と入射光は視野X=3に、それぞれ位置合わせされる。時刻T=7でMEMSスイッチ(0, 1, 2, 3)が、時刻T=8でMEMSスイッチ(4, 5, 6, 7)がそれぞれ順に発光と受光を行う。ここで得られる受信データに対し、視野の座標に応じたラベルを付与すると、順に、{3, 0},{2, 0&1},{1, 1&2},{0, 2&3},{3, 3&4},{2, 4&5},{1, 5&6},{0, 6&7}と表される。
（Ｅ）T=9,10 X=4
　時刻T=9,10において、MEMSスイッチ(3, 7)の出射光と入射光は視野X=1に、MEMSスイッチ(2, 6)の出射光と入射光は視野X=2に、MEMSスイッチ(1, 5)の出射光と入射光は視野X=3に、それぞれ位置合わせされる。時刻T=9でMEMSスイッチ(1, 2, 3)が、時刻T=10でMEMSスイッチ(5, 6, 7)がそれぞれ順に発光と受光を行う。ここで得られる受信データに対し、視野の座標に応じたラベルを付与すると、順に、{3, 0&1},{2, 1&2},{1, 2&3},{3, 4&5},{2, 5&6},{1, 6&7}と表される。
（Ｆ）T=11,12 X=5
　時刻T=11,12において、MEMSスイッチ(3, 7)の出射光と入射光は視野X=2に、MEMSスイッチ(2, 6)の出射光と入射光は視野X=3に、それぞれ位置合わせされる。時刻T=11でMEMSスイッチ(2, 3)が、時刻T=12でMEMSスイッチ(6, 7)がそれぞれ順に発光と受光を行う。ここで得られる受信データに対し、視野の座標に応じたラベルを付与すると、順に、{3, 1&2},{2, 2&3},{3, 5&6},{2, 6&7}と表される。
（Ｇ）T=13,14 X=6
　時刻T=13,14において、MEMSスイッチ(3, 7)の出射光と入射光は視野X=3に位置合わせされる。時刻T=13でMEMSスイッチ(3)が、時刻T=14でMEMSスイッチ(7)がそれぞれ順に発光と受光を行う。ここで得られる受信データに対し、視野の座標に応じたラベルを付与すると、順に、{3, 2&3},{3, 6&7}と表される。
　測距システム１では、上述したスキャンを行うことで、時刻T=1から時刻T=14までの14のタイムステップで、28画素の測定が行われ、対応する視野（FoV）に応じたラベルが付与された受信データが得られる。
（距離・速度の算出方法）
　測距システム１では、上述したスキャンで得られた受信データを用いて、ラベルとして付与された各座標{X, Y}の距離及び速度が算出される。例えば、DSP１０２Ｂによって、各受信データ列を、離散フーリエ変換（DFT：Discrete Fourier Transformation）することで、周波数スペクトルが得られる。ここで、１測定のタイムステップの中には、ダウンチャープの期間とアップチャープの期間があるので、それぞれについての離散フーリエ変換の計算を行い、１測定あたり２つのスペクトルを得る。
　時刻T=1でMEMSスイッチ(0)から得られた{0, 0}のスペクトルと、時刻T=3でMEMSスイッチ(1)から得られた{0, 0&1}のスペクトルとを、各周波数について乗じて、その結果得られたスペクトル積の強度がピークを示す周波数を検出する。これにより、視野の座標{0, 0}に対応するビート周波数(ｆdown, ｆup)が得られる。そして、上述した式（１）及び式（２）を用いて、距離(Ｒ)及び速度(ｖ)が算出される。スペクトルの積を用いることで、座標{0, 0}の信号が強調され、時刻T=3でMEMSスイッチ(1)の測定データに重畳していた座標{0, 1}に対応する信号をピーク検出から除外することができる。
　同様に、時刻T=3でMEMSスイッチ(1)から得られた{0, 0&1}のスペクトルと、時刻T=5でMEMSスイッチ(2)から得られた{0, 1&2}のスペクトルとを、各周波数について乗じて、その結果得られたスペクトル積の強度がピークを示す周波数を検出する。これにより、視野の座標{0, 1}に対応するビート周波数が得られるので、距離及び速度を算出することができる。
　繰り返しになるので説明は省略するが、スペクトルの積によって、視野の各座標（図７と図８の例では、28画素（4×7画素））に対応する距離及び速度が算出される。
　測距システム１では、光放射構造と光導波路スイッチを有する画素（MEMSグレーティングスイッチを有する画素）を複数並べた１Ｄ画素アレイ（MEMSスイッチアレイ）を１チャンネルとして、複数のチャンネルが、チャンネルごとに、画素ピッチよりも小さい幅だけずらして配列されたスキャナ部１１３を含む光集積回路１００が設けられる。この光集積回路１００を含むSiP１０を、外部スキャナ１２によるスキャンと組み合わせることで、画素ピッチよりも高い角度分解能を得ることができる。よって、より高い角度分解能での測距を行うことができる。
　特に、上述した特許文献１に開示された技術において、角度分解能を高めるためには、画素を微細化して画素ピッチを小さくする必要がある。MEMSグレーティングスイッチのように可動部を有する構造は、微細化すると機械的強度が低下して、不良が発生する恐れがある。一方で、本開示では、画素の微細化を要せずに角度分解能を高めることができるため、機械的強度が低下するという問題も発生せず、結果として不良の発生を未然に回避することができる。
（MEMSスイッチの代替方法）
　次に、MEMSグレーティングスイッチに不良が発生した場合の代替方法について説明する。
　MEMSスイッチの不良モードとしては、オフ状態から動かなくなる固定オフ不良と、オン状態から動かなくなる固定オン不良が想定される。固定オフ不良は、該当するMEMSスイッチを含む画素（不良画素）のみの発光と受光ができないだけで、他の画素には影響がない。
　一方で、固定オン不良は、該当するMEMSスイッチを含む画素（不良画素）が画素下の導波路と常に結合された状態になるため、当該不良画素と導波路を共有し、当該不良画素よりも末端側に配列された画素についても発光と受光ができなくなる、いわゆるライン不良を引き起こすために影響が大きくなる。
　このように、固定オン不良では、通常、該当するMEMSスイッチを含むチャンネル全体が測定できなくなる。このような不良がMEMSスイッチに発生した場合でも、DSP１０２Ｂによって以下に示す計算を行うことで、全ての画素について測定を継続することができる。
　まず、上述した図７と図８の例において、MEMSスイッチ(2)が固定オフ不良である場合を想定する。MEMSスイッチ(2)の不良の影響を受けるのは、Y=1,2に該当する視野の座標である。例えば、視野の座標{1, 1}に対応する距離と速度は、上述のスペクトル積の代わりに、時刻T=5でMEMSスイッチ(1)から得られた{1, 0&1}のスペクトルから、時刻T=3でMEMSスイッチ(0)から得られた{1, 0}のスペクトルを減じたスペクトル差を求め、その強度がピークを示す周波数を検出することで得られる。これにより、MEMSスイッチ(2)の受信データを使用することなく、距離及び速度を算出することができる。
　視野の座標{2, 1}に対応する距離と速度は、時刻T=7でMEMSスイッチ(1)から得られた{2, 0&1}のスペクトルから、時刻T=5でMEMSスイッチ(0)から得られた{2, 0}のスペクトルを減じたスペクトル差を用いて算出することができる。
　視野の座標{2, 2}に対応する距離と速度は、時刻T=11でMEMSスイッチ(3)から得られた{2, 2&3}のスペクトルから、{2, 3}のスペクトルを減じたスペクトル差を用いて算出することができる。ここで、{2, 3}のスペクトルは、{2, 2&3}のスペクトルに、時刻T=6でMEMSスイッチ(4)から得られた{2, 3&4}のスペクトルを各周波数について乗じた後にルートを求める、すなわち、スペクトル積の平方根を計算することで得られる。
　以下同様にして、MEMSスイッチ(2)の受信データを使用することなく、Y=1,2に該当する視野の各座標について、スペクトル差を用いて距離と速度を算出することができる。ただし、一部座標については、スペクトル差とともに、スペクトル積の平方根が用いられる。また、MEMSスイッチ(2)以外の他のスイッチ番号が固定オフ不良となった場合でも、同様にして、影響を受ける視野の座標についてスペクトル差を用いて（ただし、一部座標についてはスペクトル積の平方根をも用いて）、測定を継続することができる。
　次に、上述した図７と図８の例において、MEMSスイッチ(2)が固定オン不良である場合を想定する。このとき、MEMSスイッチ(2)と同一のチャンネル（Ch.2）に属するMEMSスイッチ(6)での発光と受光ができなくなる。MEMSスイッチ(6)の不良の影響を受けるのは、Y=5,6に該当する視野の座標である。
　例えば、視野の座標{1, 5}に対応する距離と速度は、時刻T=6でMEMSスイッチ(5)から得られた{1, 4&5}のスペクトルから、{1, 4}のスペクトルを減じたスペクトル差を用いて算出することができる。ここで、{1, 4}のスペクトルは、{1, 4&5}のスペクトルと、時刻T=4でMEMSスイッチ(4)から得られた{1, 3&4}のスペクトルとのスペクトル積の平方根を計算することで得られる。
　以下同様にして、MEMSスイッチ(2)が固定オン不良である場合に、MEMSスイッチ(6)の受信データを使用することなく、Y=5,6に該当する視野の各座標について、スペクトル差を用いて（ただし、一部座標についてはスペクトル積の平方根をも用いて）、距離及び速度を算出することができる。また、MEMSスイッチ(2)以外の他のスイッチ番号が固定オン不良となった場合も、同様にして測定を継続することができる。
　以上、４チャンネル当たりのMEMSスイッチが８画素で、視野FoV=28画素である場合を説明したが、同様の信号処理により、より多数の画素に含まれるMEMSスイッチを用いて、より高解像度の視野（FoV）をスキャンする場合にも同様に処理することができる。すなわち、より高解像度の視野をスキャンする場合においても、固定オフ不良又は固定オン不良によって失われたMEMSスイッチに対応する測定点を、隣接する正常なMEMSスイッチの受信データから得られるスペクトル差やスペクトル積などのスペクトルを用いた信号処理によって代替することができる。
　このような代替処理を行うことで、画素に不良が発生した場合でも、測距を継続することができる。なお、上述した特許文献１に開示された技術においては、不良モードの対処方法が提示されおらず、画素に不良が発生した場合には、測距を継続することができない。
＜２．変形例＞
（光集積回路の他の構成）
　図９は、図２の光集積回路の他の構成例を示す図である。
　図９の光集積回路２００において、図３の光集積回路１００と対応する部分については同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。すなわち、光集積回路２００では、分波検波部１１２の代わりに、分波検波部２１２が設けられる。分波検波部２１２は、分波検波部２１２－１乃至２１２－４から構成される。
　分波検波部２１２－１乃至２１２－４のそれぞれでは、スプリッタ１３１、サーキュレータ１３２、及び検波器１３３に対し、SOA２３１が追加されている。
　SOA２３１は、光導波路の入出力ポートと、少なくとも２つの電極を有し、電極間に流す電流の大きさに応じて、入力光のパワーを増幅して出力する素子（半導体光増幅器：Semiconductor Optical Amplifier）である。SOA２３１は、光周波数を変化させることなく、パワーのみを増幅させるので、光源部１１１のチャープ形状は増幅によって変化しない。
　光集積回路２００のチャンネルごとに設けられたSOA２３１によって、各チャンネルのレーザ出力を高出力化することができるため、長距離の測距が可能となる。特に、光集積回路２００のチャンネル数が多い場合には、単一のチャープ光源を多数のチャンネルに分波することで、各チャンネル当たりの送信光パワーが不足しやすいので、チャンネルごとにSOA２３１を追加することが望ましい。
　LiDAR方式に対応した測距装置では、いわゆるアイセーフと呼ばれる、レーザ製品の安全基準（JIS C 6802:2014等）に従い、単位時間あたりに同一方向に照射できるレーザエネルギが制限されている。固定オン不良の発生したMEMSスイッチからは、正常なスイッチと異なり同一方向に送信光が照射し続けるため、当該チャンネルの出力光量がアイセーフ基準の制限を超過するリスクがある。このとき、各チャンネルに独立したSOA２３１を設けておくことで、固定オン不良が発生したチャンネルにおけるSOA２３１の駆動電流を略0に制御して、送信光パワーを低く保つことで、安全基準からの逸脱を防止することができる。
（測距装置の他の構成）
　上述した説明では、LiDARの方式として、FMCW LiDAR方式を例示したが、本開示を適用した測距装置としては、FMCW LiDAR方式に限らず、他のLiDARの方式を用いてもよい。例えば、光源の周波数変調を行わず、その代わりに送信から受信までの遅延時間を時間デジタイザ（TDC：Time to Digital Converter）回路等で計測する、dToF LiDAR(direct Time of Flight LiDAR)方式を用いることができる。
　FMCW LiDAR方式では、受信信号の周波数スペクトルから距離を求めていたが、dToF LiDAR方式では、時間ごとに受信信号の強度を表したヒストグラムを作成し、そのピークを検出することで、ターゲットまでの距離を求める。また、各スイッチの受信信号から、視野（FoV）の座標ごとの受信信号を求める方法として、FMCW LiDAR方式の場合にはスペクトルの積を用いたが、dToF LiDAR方式の場合には、２つのスイッチから得られたヒストグラムの、各時間に対して強度の積を求めることで同様に視野（FoV）の座標ごとの信号分離が可能である。
　また、スイッチに、固定オン不良又は固定オフ不良が生じた場合についても同様に、隣接する正常なスイッチの受信データをもとに、ヒストグラムの積及び差を用いて距離を計算することができる。
（外部スキャナの他の構成）
　上述した説明では、外部スキャナ１２として、リズリープリズムを用いた構成を例示したが、本開示はこれに限定されず、LiDAR方式に使用可能な任意のスキャナを用いることができる。具体的には、MEMSミラー、ボイスコイルミラー、ガルバノミラー、多面体回転ミラー、ヘッドスピン型メカスキャナ、液晶スキャナ（LCOS(Liquid Crystal on Silicon)を含む）などを用いることができる。
（画素の他の構成）
　上述した説明では、画素１４１の構造として、MEMSグレーティングスイッチを用いた構成を例示したが、スイッチの構成としては静電MEMSに限定されず、他の画素構造を採用してもよい。例えば、自由空間と光導波路との間で光を結合させることのできる任意の構造と、光導波路の通過と遮断を制御する任意の光スイッチを用いることができる。具体的には、熱光学スイッチや電気光学スイッチなどの光導波路スイッチと、非可動のグレーティングカプラとを組み合わせて、同様の機能を有する画素を構成することができる。
（測距システムの他の構成）
　上述した説明では、送受信で、MEMSスイッチを共用する構成を例示したが、本開示はこれに限定されず、例えば、送信用の光集積回路と、受信用の光集積回路とを個別に持って、いずれか一方の回路又は両方の回路に、本開示を適用したスキャナ構造を用いてもよい。送受信の回路を分離することは、部品点数は増えるものの、分波検波部１１２，２１２（図３，図９）のサーキュレータ１３２が不要になること、また送信光が導波路や光回路の経路中で意図しない反射を起こして、受信光にノイズ成分を重畳させるといった非理想要因を排除できるという利点がある。
　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。また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、他の効果があってもよい。
　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、本明細書において、「１Ｄ」は１次元、「２Ｄ」は２次元を表している。
　また、本開示は、以下のような構成をとることができる。
（１）
　１本の導波路で結ばれた複数の画素を、前記導波路と同一の方向である第１の方向に所定のピッチで配列した画素アレイを有し、
　前記画素アレイを１チャンネルとして、複数のチャンネルが設けられ、
　前記複数のチャンネルが、チャンネルごとに、前記所定のピッチよりも小さい所定の幅だけずらして、前記第１の方向と交差する方向である第２の方向に配列されている
　スキャナ部を備える
　測距装置。
（２）
　前記画素は、
　　自由空間と前記導波路との間で光を結合させる構造と、
　　前記導波路に対する光の通過と遮断とを切り替える光スイッチと
　を有する
　前記（１）に記載の測距装置。
（３）
　前記画素は、静電MEMSを用いた可動式のグレーティングカプラから構成される
　前記（２）に記載の測距装置。
（４）
　各チャンネルの画素と、隣接する他のチャンネルの画素との間で、発光部の少なくとも一部が、前記第２の方向に重なっている
　前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の測距装置。
（５）
　前記第１の方向と前記第２の方向とは、垂直に交わる
　前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の測距装置。
（６）
　チャープ光を生成する光源部と、
　前記チャープ光を分波して得られる送信光を前記スキャナ部に供給するとともに、前記スキャナ部から供給される受信光を検波する分波検波部と
　をさらに備え、
　前記スキャナ部は、
　　前記分波検波部からの送信光を、前記画素の発光部から発光し、
　　ターゲットにより反射された反射光を前記画素の受光部で受光して前記分波検波部に供給する
　前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の測距装置。
（７）
　前記受信光から得られる受信データに基づいて、前記ターゲットに関する測距情報を算出する信号処理部をさらに備える
　前記（６）に記載の測距装置。
（８）
　前記信号処理部は、第１の時刻に第１の画素から得られる第１のスペクトルと、第２の時刻に第２の画素から得られる第２のスペクトルとの積を用いて、前記ターゲットまでの距離、又は前記ターゲットとの相対的な速度を算出する
　前記（７）に記載の測距装置。
（９）
　前記信号処理部は、第１の時刻に第１の画素から得られる第１のスペクトルと、第２の時刻に第２の画素から得られる第２のスペクトルとの差を用いて、前記ターゲットまでの距離、又は前記ターゲットとの相対的な速度を算出する
　前記（７）に記載の測距装置。
（１０）
　前記信号処理部は、前記第２のスペクトルを、必要に応じて、前記第１のスペクトルと、第３の時刻に第３の画素から得られる第３のスペクトルと乗じた後に平方根を求めることで算出する
　前記（９）に記載の測距装置。
（１１）
　前記所定の幅は、前記所定のピッチと前記チャンネルの数との関係により定められる
　前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の測距装置。
（１２）
　FMCW LiDAR方式による測距を行う
　前記（１）乃至（１１）のいずれかに記載の測距装置。
（１３）
　チャープ光を生成する光源部と、
　１本の導波路で結ばれた複数の画素を、前記導波路と同一の方向である第１の方向に所定のピッチで配列した画素アレイを有するスキャナ部と、
　前記チャープ光を分波して得られる送信光を前記スキャナ部に供給するとともに、前記スキャナ部からの受信光を検波する分波検波部と
　を備え、
　前記スキャナ部は、
　　前記画素アレイを１チャンネルとして、複数のチャンネルが設けられ、
　　前記複数のチャンネルが、チャンネルごとに、前記所定のピッチよりも小さい所定の幅だけずらして、前記第１の方向と交差する方向である第２の方向に配列されている
　光集積回路。
（１４）
　前記光源部と、前記スキャナ部と、前記分波検波部とは、半導体基板上で統合されている
　前記（１３）に記載の光集積回路。
（１５）
　　チャープ光を生成する光源部と、
　　１本の導波路で結ばれた複数の画素を、前記導波路と同一の方向である第１の方向に所定のピッチで配列した画素アレイを有するスキャナ部と、
　　前記チャープ光を分波して得られる送信光を前記スキャナ部に供給するとともに、前記スキャナ部からの受信光を検波する分波検波部と
　有する光集積回路と、
　前記第１の方向と交差する方向である第２の方向を少なくともスキャンする外部スキャナと
　を備え、
　前記スキャナ部は、
　　前記画素アレイを１チャンネルとして、複数のチャンネルが設けられ、
　　前記複数のチャンネルが、チャンネルごとに、前記所定のピッチよりも小さい所定の幅だけずらして、前記第２の方向に配列されている
　測距システム。
（１６）
　前記光集積回路は、前記第１の方向に複数並べて設けられ、
　前記外部スキャナは、前記第２の方向に１次元のスキャンを行う
　前記（１５）に記載の測距システム。
（１７）
　前記第１の方向と前記第２の方向とは、垂直に交わる
　前記（１５）又は（１６）に記載の測距システム。
（１８）
　FMCW LiDAR方式による測距を行う
　前記（１５）乃至（１７）のいずれかに記載の測距システム。
　１　測距システム，　１０　SiP，　１１　コリメータ，　１２　外部スキャナ，　２０　１Ｄスキャナアレイ，　１００，１００－１乃至１００－３　光集積回路，　１１１　光源部，　１１２，１１２－１乃至１１２－４　分波検波部，　１１３　スキャナ部，　１２１　チャープ光源，　１２２　光源スプリッタ，　１３１　スプリッタ，　１３２　サーキュレータ，　１３３　検波器，　１４１　画素，　１４２　受発光部，　１５１　グレーティング，　１５２　画素枠，　１５３　弾性体，　１６１　導波路，　２００　光集積回路，　２１２，２１２－１乃至２１２－４　分波検波部，　２３１　SOA

Claims (18)

  1. 　１本の導波路で結ばれた複数の画素を、前記導波路と同一の方向である第１の方向に所定のピッチで配列した画素アレイを有し、
    　前記画素アレイを１チャンネルとして、複数のチャンネルが設けられ、
    　前記複数のチャンネルが、チャンネルごとに、前記所定のピッチよりも小さい所定の幅だけずらして、前記第１の方向と交差する方向である第２の方向に配列されている
    　スキャナ部を備える
    　測距装置。
  2. 　前記画素は、
    　　自由空間と前記導波路との間で光を結合させる構造と、
    　　前記導波路に対する光の通過と遮断とを切り替える光スイッチと
    　を有する
    　請求項１に記載の測距装置。
  3. 　前記画素は、静電MEMSを用いた可動式のグレーティングカプラから構成される
    　請求項２に記載の測距装置。
  4. 　各チャンネルの画素と、隣接する他のチャンネルの画素との間で、発光部の少なくとも一部が、前記第２の方向に重なっている
    　請求項１に記載の測距装置。
  5. 　前記第１の方向と前記第２の方向とは、垂直に交わる
    　請求項１に記載の測距装置。
  6. 　チャープ光を生成する光源部と、
    　前記チャープ光を分波して得られる送信光を前記スキャナ部に供給するとともに、前記スキャナ部から供給される受信光を検波する分波検波部と
    　をさらに備え、
    　前記スキャナ部は、
    　　前記分波検波部からの送信光を、前記画素の発光部から発光し、
    　　ターゲットにより反射された反射光を前記画素の受光部で受光して前記分波検波部に供給する
    　請求項１に記載の測距装置。
  7. 　前記受信光から得られる受信データに基づいて、前記ターゲットに関する測距情報を算出する信号処理部をさらに備える
    　請求項６に記載の測距装置。
  8. 　前記信号処理部は、第１の時刻に第１の画素から得られる第１のスペクトルと、第２の時刻に第２の画素から得られる第２のスペクトルとの積を用いて、前記ターゲットまでの距離、又は前記ターゲットとの相対的な速度を算出する
    　請求項７に記載の測距装置。
  9. 　前記信号処理部は、第１の時刻に第１の画素から得られる第１のスペクトルと、第２の時刻に第２の画素から得られる第２のスペクトルとの差を用いて、前記ターゲットまでの距離、又は前記ターゲットとの相対的な速度を算出する
    　請求項７に記載の測距装置。
  10. 　前記信号処理部は、前記第２のスペクトルを、必要に応じて、前記第１のスペクトルと、第３の時刻に第３の画素から得られる第３のスペクトルと乗じた後に平方根を求めることで算出する
    　請求項９に記載の測距装置。
  11. 　前記所定の幅は、前記所定のピッチと前記チャンネルの数との関係により定められる
    　請求項１に記載の測距装置。
  12. 　FMCW LiDAR方式による測距を行う
    　請求項６に記載の測距装置。
  13. 　チャープ光を生成する光源部と、
    　１本の導波路で結ばれた複数の画素を、前記導波路と同一の方向である第１の方向に所定のピッチで配列した画素アレイを有するスキャナ部と、
    　前記チャープ光を分波して得られる送信光を前記スキャナ部に供給するとともに、前記スキャナ部からの受信光を検波する分波検波部と
    　を備え、
    　前記スキャナ部は、
    　　前記画素アレイを１チャンネルとして、複数のチャンネルが設けられ、
    　　前記複数のチャンネルが、チャンネルごとに、前記所定のピッチよりも小さい所定の幅だけずらして、前記第１の方向と交差する方向である第２の方向に配列されている
    　光集積回路。
  14. 　前記光源部と、前記スキャナ部と、前記分波検波部とは、半導体基板上で統合されている
    　請求項１３に記載の光集積回路。
  15. 　　チャープ光を生成する光源部と、
    　　１本の導波路で結ばれた複数の画素を、前記導波路と同一の方向である第１の方向に所定のピッチで配列した画素アレイを有するスキャナ部と、
    　　前記チャープ光を分波して得られる送信光を前記スキャナ部に供給するとともに、前記スキャナ部からの受信光を検波する分波検波部と
    　有する光集積回路と、
    　前記第１の方向と交差する方向である第２の方向を少なくともスキャンする外部スキャナと
    　を備え、
    　前記スキャナ部は、
    　　前記画素アレイを１チャンネルとして、複数のチャンネルが設けられ、
    　　前記複数のチャンネルが、チャンネルごとに、前記所定のピッチよりも小さい所定の幅だけずらして、前記第２の方向に配列されている
    　測距システム。
  16. 　前記光集積回路は、前記第１の方向に複数並べて設けられ、
    　前記外部スキャナは、前記第２の方向に１次元のスキャンを行う
    　請求項１５に記載の測距システム。
  17. 　前記第１の方向と前記第２の方向とは、垂直に交わる
    　請求項１６に記載の測距システム。
  18. 　FMCW LiDAR方式による測距を行う
    　請求項１５に記載の測距システム。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016006938A (ja) * 2014-06-20 2016-01-14 キヤノン株式会社 撮像装置
JP2019525208A (ja) * 2016-08-24 2019-09-05 アウスター インコーポレイテッド フィールド内の距離情報を収集するための光学システム
US20200088994A1 (en) * 2018-09-14 2020-03-19 Apple Inc. Scanning Display Systems
JP2020523630A (ja) * 2017-06-07 2020-08-06 ザ・チャールズ・スターク・ドレイパ・ラボラトリー・インコーポレイテッド 導波管の内外に光を選択的に結合するための統合ｍｅｍｓスイッチ
US20210003784A1 (en) * 2019-07-01 2021-01-07 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Photonic Integrated Circuit Outcoupling Array for Imaging-Based Beam Steering

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016006938A (ja) * 2014-06-20 2016-01-14 キヤノン株式会社 撮像装置
JP2019525208A (ja) * 2016-08-24 2019-09-05 アウスター インコーポレイテッド フィールド内の距離情報を収集するための光学システム
JP2020523630A (ja) * 2017-06-07 2020-08-06 ザ・チャールズ・スターク・ドレイパ・ラボラトリー・インコーポレイテッド 導波管の内外に光を選択的に結合するための統合ｍｅｍｓスイッチ
US20200088994A1 (en) * 2018-09-14 2020-03-19 Apple Inc. Scanning Display Systems
US20210003784A1 (en) * 2019-07-01 2021-01-07 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Photonic Integrated Circuit Outcoupling Array for Imaging-Based Beam Steering

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