WO2024009836A1

WO2024009836A1 - 測距装置

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Publication number: WO2024009836A1
Application number: PCT/JP2023/023701
Authority: WO
Inventors: 晴彦寺田
Original assignee: ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
Priority date: 2022-07-05
Filing date: 2023-06-27
Publication date: 2024-01-11

Abstract

［課題］本開示では、光パワー損失の抑制が可能な同軸構成の測距装置を提供する。［解決手段］本開示によれば、送信光を生成可能なレーザ光源と、相互型の光アンテナと、光検出素子と、前記レーザ光源と前記光検出素子と前記光アンテナとをスイッチング可能に光結合する光スイッチと、を備える、測距装置が提供される。

Description

測距装置

　本開示は、測距装置に関する。

　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、自律走行車を始めとした様々なアプリケーションに適用される。ＬｉＤＡＲの測定方式は複数提案されており、特に、光干渉器を用いて参照光と受信光の差周波数を検出し測距を行う方式はコヒーレントＬｉＤＡＲと呼ばれる。また、所謂ＦＭＣＷ（周波数変調連続波）ＬｉＤＡＲは、コヒーレントＬｉＤＡＲの一種である。

　ＬｉＤＡＲの光学系は、送信光学系と受信光学系を独立に備え、両者の光軸が一致しない、二軸（ＢｉａｘｉａｌまたはＢｉｓｔａｔｉｃ）構成と、単一光学系を送信と受信とで共用し、光軸が一致する、同軸（ＣｏａｘｉａｌまたはＭｏｎｏｓｔａｔｉｃ）構成に分類できる。同軸構成は、一般に二軸構成に比べサイズを小さくでき、送受信のアラインメント調整が容易であることから、コヒーレントＬｉＤＡＲに好適であると考えられる。

特表２０２１－５２３３８６号公報

Yong, Wang, et al. "Four-port cross-shaped circulator based on two-dimensional magneto-photonic crystals." Acta Optica Sinica 34.10. Han, Jae-Hoon, et al. "Efficient low-loss InGaAsP/Si hybrid MOS optical modulator." Nature Photonics 11.8 (2017): 486-490. Lu, Zeqin, et al. "High-performance silicon photonic tri-state switch based on balanced nested Mach-Zehnder interferometer." Scientific reports 7.1 (2017): 1-7. Kim, Younghyun, et al. "Heterogeneously-Integrated Optical Phase Shifters for Next-Generation Modulators and Switches on a Silicon Photonics Platform: A Review." Micromachines 12.6 (2021): 625.

　ところが、同軸構成では、送信光の光アンテナ側への分離と、受信光の光検出素子側への分離の際に、光パワーの損失が生じてしまう。

　そこで、本開示では、光パワー損失の抑制が可能な同軸構成の測距装置を提供する。

　上記の課題を解決するために、本開示によれば、
　送信光を生成可能なレーザ光源と、
　相互型の光アンテナと、
　光検出素子と、
　前記レーザ光源と前記光検出素子と前記光アンテナとをスイッチング可能に光結合する光スイッチと、
　を備える、測距装置が提供される。

　前記光スイッチは、前記送信光を前記光アンテナ側に透過させる第１透過率と、前記光アンテナで集光された受信光を前記光検出素子側に透過させる第２透過率と、を変更可能であってもよい。

　前記光スイッチは、前記第１透過率と、前記第２透過率との組合せを時系列に変更してもよい。

　前記光スイッチは、前記レーザ光源と前記光検出素子とが光結合する第１干渉型光分岐素子と、
　前記第１干渉型光分岐素子に一端が接続される第１光導波路と、
　前記第１干渉型光分岐素子に一端が接続される第２光導波路と、
　前記第１光導波路の他端と、前記第２光導波路の他端とに接続される第２干渉型光分岐素子と、
　前記第１光導波路を透過する光の位相をシフトする第１位相シフタと、を有し、
　前記光アンテナは、前記第２干渉型光分岐素子と光結合してもよい。

　前記光スイッチは、前記第２光導波路を透過する光の位相をシフトする第２位相シフタを更に有してもよい。

　前記光スイッチは、
　前記レーザ光源に接続される第３光導波路と接続される第１ポートと、
　前記光アンテナに接続される第４光導波路と接続される第２ポートと、
　第３干渉型光分岐素子の一方側に接続される第５光導波路と接続される第３ポートと、を有し、
　前記第１干渉型光分岐素子は、前記第１ポートと前記第３ポートと、光結合され、
　前記第２干渉型光分岐素子は、前記第２ポートと、光結合され、
　第３干渉型光分岐素子の他方側に前記光検出素子が光結合されてもよい。

　前記レーザ光源に接続される第６光導波路が一方側に接続される第４干渉型光分岐素子と、を更に備え、
　前記第４干渉型光分岐素子は、前記第３光導波路と、第３干渉型光分岐素子に接続される第７光導波路とが、他方側に接続されてもよい。

　前記光スイッチは、
　前記第２干渉型光分岐素子に接続される第４ポートを更に有し、
　前記第４ポートに接続される第７光導波路が、前記第３干渉型光分岐素子の一方側に接続されてもよい。

　前記光スイッチは、
　前記第２干渉型光分岐素子に接続される第４ポートを更に有し、
　前記第４ポートに接続される第７光導波路に接続される第２光検出素子を更に備えてもよい。

　第１位相シフタは、マッハツェンダー変調器であってもよい。

　前記レーザ光源、前記光検出素子、前記光アンテナ、及び前記光スイッチの少なくとも一部はフォトニック集積回路として構成されてもよい。

　前記光アンテナは、扇形に広がるテーパー部と周期的な摂動構造を持つグレーティングカプラであってもよい。

　前記レーザ光源は、周波数、位相、偏光、及び強度の少なくともいずれかを変調又は変更可能でもよく、前記光スイッチは、リングレゾネータ型、ディスクレゾネータ型、及びメムス型のいずれかによって構成されてもよい。

　前記光スイッチは、前記第１透過率を第１の値とし、前記第２透過率を第２の値とする第１状態と、前記第１透過率を前記第１の値より小さくし、前記第２透過率を前記第２の値より大きくする第２状態を、測定期間中に有してもよい。

　前記光スイッチは、第１ポート、第２ポート、及び第３ポートを有し、
　前記第１ポートが前記レーザ源に接続され、前記第２ポートが前記検出素子に接続され、前記第３ポートが光アンテナに接続されてもよい。

　前記光スイッチは、第４ポートを有し、
　前記第４ポートから出射される光を参照光として前記光アンテナで集光された受信光と干渉させてもよい。

　前記光スイッチは、第４ポートを有し、
　前記第４ポートを前記検出素子に接続してもよい。

　前記光スイッチは、前記第１透過率を前記第１の値より大きくし、前記第２透過率を前記第２の値より小さくする第３状態を、測定期間中に更に有してもよい。

　前記光スイッチの状態切替動作が、疑似ランダム符号に基づいてもよい。

　第１位相シフタは、ｐ－ｎ接合型、ｐ－ｉ－ｎ接合型、及びＳＩＳキャパシタ型のいずれかにより構成され、キャリア変調を利用する位相シフタであってもよい。

本実施形態に係る測距装置の構成図。本願に係る位相シフタの例を示す図。光スイッチの動作曲線例を示す図。測距装置の動作タイミングチャート例を示す図。測距装置の信号対雑音比を解析的に算出した例を示す図。第１実施形態の変形例１に係る測距装置の構成図。第１実施形態の変形例２に係る測距装置の構成図。第１実施形態の変形例３に係る測距装置の構成図。第１実施形態の変形例４に係る測距装置の動作タイミングチャート例を示す図。第１実施形態の変形例５に係る測距装置の動作タイミングチャート例を示す図。第１実施形態の変形例６に係る測距装置の光スイッチの例を示す図。車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。

　以下、図面を参照して、測距装置の実施形態について説明する。以下では、固体撮像素子、および、測距装置には、図示又は説明されていない構成部分や機能が存在しうる。以下の説明は、図示又は説明されていない構成部分や機能を除外するものではない。

（第１実施形態）
　図１は、本実施形態に係る測距装置の構成図である。図１に示すように、測距装置１０は、例えばフォトニック集積回路（ＰＩＣ：Ｐｈｏｔｏｎｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）として構成可能である。すなわち、図１は、フォトニック集積回路における測距装置１０のレイアウト例を示す。この測距装置１０は、チャープレーザ（Ｃｈｉｒｐｅｄ　Ｌａｓｅｒ）１２と、光スイッチ１４と、光アンテナ１６と、平衡フォトダイオード（Ｂａｌａｎｃｅｄ　ＰＤ）１８、２０と、制御処理回路部２２と、複数の干渉型光分岐素子２４、２６と、光導波路２８～４６を備える。これらの光導波路２８～４６は、半導体基板上にＳｉまたは窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４等）の細線として形成される。なお、光アンテナ１６は、フォトニック集積回路内に構成してもよく、或いは、フォトニック集積回路外に構成してもよい。同様に、制御処理回路部２２は、フォトニック集積回路内に構成してもよく、或いは、フォトニック集積回路外に構成してもよい。

　チャープレーザ１２は、光周波数を時間に対して上下させる所謂チャープ動作が可能なレーザ光源である。チャープレーザ１２は、光導波路２８にレーザ光を出射する。光導波路２８は、レーザ光を干渉型光分岐素子２４に出射する。

　干渉型光分岐素子２４は、光導波路２８を介して入射したレーザ光を送信光ＴＸと参照光ＬＯ（ＬＯ：Ｌｏｃａｌ　Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）にパワー分割する。送信光ＴＸは、光導波路３０により導波され、光スイッチ１４のポート１に入射する。一方で、参照光ＬＯは、光導波路３１により導波され、干渉型光分岐素子２６に入射する。なお、光スイッチ１４の詳細は後述する。

　光スイッチ１４のポート２から出射した送信光ＴＸは、光導波路３６を介して光アンテナ１６に入射する。光アンテナ３６は、例えば、相互型であり、例えば扇形に広がるテーパー部と周期的な摂動（Ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ）構造を持つグレーティングカプラ（ＧＣ：Ｇｒａｔｉｎｇ　Ｃｏｕｐｌｅｒ）である。この光アンテナ３６は、ポート２から入射した送信光ＴＸを、測定対象物に照射する。なお、本実施形態に係る相互型とは、光アンテナ１６から送信光ＴＸを出射可能であると共に、光アンテナ１６により受信光ＲＸを集光可能であることを意味する。

　また、光アンテナ３６は、相互型であるので、測定対象物から反射した受信光ＲＸを収集し、導波路３６を介して光スイッチ１４のポート２に出射する。この受信光ＲＸは、スイッチ１４のポート３から出射し、光導波路４０に入射する。光導波路４０に導波された受信光ＲＸは、干渉型光分岐素子２６に入射する。このように、光スイッチ１４と光アンテナ３６とは、単一光学系を送信光ＴＸと受信光ＲＸとで共用し、少なくとも光軸の一部が一致する同軸（ＣｏａｘｉａｌまたはＭｏｎｏｓｔａｔｉｃ）構成である。

　干渉型光分岐素子４６に入射した受信光ＲＸと、参照光ＬＯとは、干渉型光分岐素子４６の内部で干渉する。干渉型光分岐素子４６の内部で干渉した干渉光は、光導波路４２、４６を介して光信号として平衡フォトダイオード１８、２０のそれぞれに検出される。平衡フォトダイオード１８、２０は、光信号を電流信号に変換し、制御処理部２２に出力する。このように、光スイッチ１４は、チャープレーザ１２と、光アンテナ３６と、平衡フォトダイオード１８、２０とをスイッチング可能に光結合する。なお、本実施形態に係る平衡フォトダイオード１８、２０が光検出素子に対応する。

　制御処理部２２は、例えば、チャープレーザ１２、光スイッチ１４、平衡フォトダイオード１８、２０と電気的に通信可能である。この制御処理部２２は、所定の時間周期で、チャープレーザ１２のレーザ光の周波数を増加させ、続いて、減少させることが可能である。また、この制御処理部２２は、例えばチャープレーザ１２と、光スイッチ１４の位相シフタ１４２と、を同期制御する。

　さらにまた、制御処理部２２は、平衡フォトダイオード１８、２０の電流信号を電圧信号に変換する。そして、制御処理部２２は、電圧信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信号に含まれる周波数成分をＦＦＴによって検出して、この周波数成分に基づいて物体との距離および物体の速度を算出する。すなわち、制御処理部２２は、平衡フォトダイオード１８、２０の出力信号をＡＤ変換後にスペクトル解析することで差周波数を特定し、差周波数に基づき、測定対象までの距離および速度情報を得ることが可能となる。このように、測距装置１０は、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｗａｖｅ：　周波数変調連続波）方式の測距装置として距離測定を行うことが可能である。なお、本実施形態では、周波数変調連続波方式の測距装置の例で説明するが、これに限定されない。すなわち、レーザ光源には、チャープレーザ１２の他に、例えば位相、偏光、及び強度の少なくともいずれかを変調又は変更可能なレーザ光源を用いることも可能である。

　ここで、図１、及び図２Ａ、Ｂを参照しつつ、光スイッチ１４の詳細を説明する。図１に示すように、光スイッチ１４は、干渉型光分岐素子１４０と、位相シフタ（Ｐｈａｓｅ　Ｓｈｉｆｔｅｒ）１４２と、干渉型光分岐素子１４４と、を有する。光導波路３０は第１ポートを介して干渉型光分岐素子１４０に接続され、光導波路４０は第３ポートを介して干渉型光分岐素子１４０に接続される。干渉型光分岐素子１４０には、光導波路３２、３４のそれぞれの一端が接続され、光導波路３２、３４のそれぞれの他端は、干渉型光分岐素子１４４に接続される。

　干渉型光分岐素子１４４には、光導波路３６、３８のそれぞれの一端が接続される。そして、上述のように光導波路３６の他端は、ポート２を介して光アンテナ１６に接続される。また、光導波路３２には、位相シフタ１４２が配置される。

　位相シフタ１４２には、制御処理部２２に制御されるＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ－ｔｏ－Ａｎａｌｏｇ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）（不図示）が接続される。これにより、制御処理部２２は、ＤＡＣのアナログ電圧信号により光導波路３２により導波される送信光ＴＸの位相を制御する。

　図２Ａは、本願に係る位相シフタ１４０の例を示す図である。Ａ図は、ｐ－ｎ接合型による位相シフタ１４０の例であり、Ｂ図は、ｐ－ｉ－ｎ接合型による位相シフタ１４０の例であり、Ｃ図は、ＳＩＳャパシタ型による位相シフタ１４０の例である（特許文献２、及び非特許文献４参照）。これらの位相シフタ１４０は、例えば光導波路３２に装着されるマッハツェンダー変調器（ＭＺＩ）の位相シフタであり、例えばキャリア変調を利用する。また、位相シフタ１４０には、ヒータを利用した熱光学位相シフタを用いることも可能である。

　マッハツェンダー変調器（ＭＺＩ）の位相シフタ１４０は、ＩＩＩ－Ｖ／Ｓｉハイブリッド構造を用いた高速・低損失な位相シフタである。このため、光サーキュレータ（非特許文献１参照）と異なり、ＩＩＩ－Ｖ／Ｓｉハイブリッド構造は量産技術が確立されつつあり、低コスト化が可能である。

　このような構成により、ポート１から入射した送信光ＴＸは、一方の光導波路３２を伝播する送信光ＴＸ１と他方の光導波路３４を伝播する送信光ＴＸ２に分岐される。送信光ＴＸ１は、位相シフタ１４２により位相がシフトされる。そして、干渉型光分岐素子１４４の内部で送信光ＴＸ１と送信光ＴＸ２とが干渉し、それらの位相差に応じて光導波路３６、３８のそれぞれに光出力パワーが振り分けられる。

　逆に、光アンテナ３６により集光され、ポート２から入射した受信光ＲＸは、一方の光導波路３２を伝播する受信光ＲＸ１と他方の光導波路３４を伝播する受信光ＲＸ２に分岐される。送信光ＴＸ１は、位相シフタ１４２により位相がシフトされる。そして、干渉型光分岐素子１４０の内部で受信光ＲＸ１と受信光ＲＸ２とが干渉し、それらの位相差に応じて光導波路３０、４０のそれぞれに光出力パワーが振り分けられる。

　図２Ｂは、光スイッチ１４の動作曲線例を示す図である。横軸は、位相シフタに印可されるアナログ電圧信号の電圧を示し、縦軸は、透過率（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）をデシベル（ｄｂ）で示す。

　ラインＬＴＸは、ポート１から入射した送信光ＴＸがポート２から出射する比率を示す。例えば動作点Ａである電圧ＡでラインＬＴＸが－０．５であれば、ポート１から入射した送信光ＴＸのパワーを１とするときに、パワー０．９４４の光がポート２から出射する。

　一方で、ラインＬＲＸは、ポート２から入射した受信光ＲＸがポート３から出射する比率を示す。例えば電圧ＡでラインＬＲＸが－１５であれば、ポート２から入射した受信光ＲＸのパワーを１とするときに、パワー０．０３２の光がポート３から出射する。

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　動作点Ｂである電圧Ｂでは、ラインＬＴＸは、－２であるので、ポート１から入射した送信光ＴＸのパワーを１とするときに、パワー０．６３１の光がポート２から出射する。一方で、ラインＬＲＸは、－５であるので、ポート２から入射した送信光ＴＸのパワーを１とするときに、パワー０．３１６の光がポート３から出射する。

　動作点Ｃである電圧Ｃでは、ラインＬＴＸは、－１５であるので、ポート１から入射した送信光ＴＸのパワーを１とするときに、パワー０．０３２の光がポート２から出射する。一方で、ラインＬＲＸは、－０．５であるので、ポート２から入射した送信光ＴＸのパワーを１とするときに、パワー０．８９１の光がポート３から出射する。

　すなわち、動作点Ａにおいて、送信光ＴＸは良く透過（－０．５ｄＢ）し、受信光ＲＸはほとんど阻止（－１５ｄＢ）される。反対に、動作点Ｃにおいては受信光が良く透過（－０．５ｄＢ）し、送信光は阻止（－１５ｄＢ）される。動作点Ｂにおいては、送信と受信の双方が、中間程度の損失（－２　ｏｒ　－５ｄＢ）で透過することが分かる。

　このように、光スイッチ１４は、ポート１から入射した送信光ＴＸをポート２から出射させる透過率ＬＴＸと、ポート２から入射した受信光ＲＸをポート３から出射させる透過率ＬＲＸと、を切り変えることが可能である。また、図２Ｂに示すように透過率ＬＴＸが増加する場合には、透過率ＬＲＸは減少し、透過率ＬＴＸが減少する場合には、透過率ＬＲＸは増加する傾向を示す。

　これらから分かるように、位相シフタ１４２に印可する電圧を変更することにより光スイッチ１４の動作特性を変更可能となる。すなわち、光スイッチ１４は、光アンテナ３６から照射される送信光ＴＸと、平衡フォトダイオード１８、２０に導波される受信光ＲＸのパワーを切り変えることが可能となる。

　次に、測距装置１０の制御処理部２２による制御例を説明する。図３は、測距装置１０の動作タイミングチャート例を示す図である。Ａ図（上段）は、光スイッチ１４の透過特性を示し、Ｂ図（下段）は、チャープレーザ１２の光周波数の上昇および下降動作（チャープ・プロファイル）を示す。

　Ａ、Ｂ図のグラフの横軸は、共通の時刻を示し、Ａ図の縦軸は透過率を示し、Ｂ図の縦軸はチャープレーザ１２の光周波数を示す。Ａ図のグラフの上部には、図２に対応する位相シフタ１４２の動作点（ＢまたはＣ）を示す。Ａ図に示すように、２μｓｅｃ毎に位相シフタ１４２の動作点が、Ｂ、Ｃ、Ｂ、Ｃと交互に切り変えられる。すなわち、ラインＬ２ＴＸは、ポート１（図１参照）から入射した送信光ＴＸがポート２（図１参照）から出射する透過率を示し、ラインＬ２ＲＸは、ポート２から入射した受信光ＲＸがポート１から出射する透過率を示す。

　図Ｂに示すように、ラインＬ３ＴＸは、送信光ＴＸの例として、４μｓｅｃごとに上昇・下降を繰り返すＵｐ・Ｄｏｗｎチャープスキームを示す。また、ラインＬ３ＲＸは、送信光ＴＸを照射する測定対象（ターゲット）が測距装置１０から距離３００ｍの位置にあり、測定対象の反射を受信した場合の受信光ＲＸの周波数を示す。

　大気中の距離３００ｍをレーザ光が往復するのにかかる時間は２μｓｅｃであるから、ラインＬ３ＲＸの波形は、ラインＬ３ＴＸの波形を時間方向に２μｓｅｃ遅らせた形状となる。時区間０～２μｓｅｃにおいて、送信光ＴＸ（図１参照）は光スイッチ１４により－２ｄＢで透過し、光アンテナ１６から３００ｍ先の測定対象に出射される。３００ｍ先の測定対象から反射した受信光ＲＸ（図１参照）は、３００ｍを往復する。このため、光アンテナ１６により時区間２～４μｓｅｃで受信される。

　このとき、受信光ＲＸは、光スイッチ１４により－０．５ｄＢで透過し、平衡フォトダイオード１８、２０で最終的に受信される。このときの受信損失は最小化（０．５ｄＢ）されているので、送受信の損失は合計で２．５ｄＢとなる。これから分かるように、光スイッチ１４の動作特性を時系列に切り変えることにより、送信光ＴＸ（図１参照）の送信タイミングにおける透過比率と、受信光ＲＸ（図１参照）の受信タイミングにおける透過比率と、を効率的に変更することが可能となる。

　上述のように、コヒーレントＬｉＤＡＲである測距装置１０では、受信光ＲＸ（図１参照）を参照光ＬＯ（図１参照）で検波する。本実施形態において、参照光ＬＯのチャープ・プロファイルはラインＬ３ＴＸに等しくなる。これから分かるように、Ｕｐチャープ（光周波数上昇期間）においては図の”Ｔｄ＿ｕｐ”の期間が、Ｄｏｗｎチャープ（光周波数下降期間）においては”Ｔｄ＿ｄｎ”の期間が有効測定時間となる。

　有効測定期間において、平衡フォトダイオード１８、２０の出力信号には受信光ＲＸと参照光ＬＯの差周波数が生じる。上述のように、制御処理部２２は、平衡フォトダイオード１８、２０の出力信号をＡＤ変換後にスペクトル解析することで差周波数を特定し、ＵｐチャープとＤｏｗｎチャープの差周波数からターゲット距離および速度情報を得ることが可能となる。

　次に測定対象までの距離が０ｍの場合を考えると、図示しないが、チャープ・プロファイルはＬ３ＴＸａ＝Ｌ３ＲＸａとなり、Ｔｄ＿ｕｐは０～２μｓｅｃ、Ｔｄ＿ｄｎは４～６μｓｅｃとなる。送信損失は２ｄＢと変わらないが、受信損失は受信時の位相シフタ動作点がＢであるから５ｄＢと大きくなり、送受信合計では７ｄＢの損失になる。

　また、測定対象までの距離が１５０ｍの場合には、ＴＸに対するＲＸの遅れは１μｓｅｃであり、Ｔｄ＿ｕｐは１～３μｓｅｃ、Ｔｄ＿ｄｎは５～７μｓｅｃになる。送信損失は２ｄＢと変わらず、受信損失は５ｄＢの区間と０．５ｄＢの区間が半分ずつとなり、平均的には受信で２．７５ｄＢ、送受信計４．７５ｄＢの損失となる。

　同様にして、測定対象までの距離が０～３００ｍにおける損失を計算することが可能である。図４は、コヒーレントＬｉＤＡＲである測距装置１０の信号対雑音比（ＳＮＲ）を解析的に算出した例を示す図である。縦軸が信号対雑音比（ＳＮＲ）を示し、横軸が測定対象までの距離を示す。ラインＬ４が本実施形態に係る測距装置１０の信号対雑音比を示し、ラインＬ６が比較例に係る測距装置の信号対雑音比を示す。比較例は、例えば光スイッチ１４の代わりに、光カプラ（特許文献１参照）を用いた例である。つまり比較例では、常に光が均等に分岐される例である。このように、本実施形態に係る光スイッチ１４０を用いることで、測定対象物での距離が例えば１００メートル以上である長距離の場合に、比較例よりも優れたＳＮＲが得られることが分かる。一方で短距離においては比較例より若干劣るもの、６ｄＢ以上のＳＮＲが得られており実使用上の問題とはならないことが分かる。

　なお、本実施形態では、主たる測定対象までの距離として３００ｍを例として説明したが、これに限定されない。例えば、主たる測定対象までの距離に合わせて、位相シフタ１４２（図１参照）の状態を切り替えることが可能である。例えば、主たる測定対象までの距離が６００ｍの例では、距離６００ｍに対応する往復時間（Ｔｉｍｅ－ｏｆ－ｆｌｉｇｈｔ）は４μｓｅｃであるので、４μｓｅｃの時間刻みで位相シフタ１４２の状態を切り替えることにより、受信損失を最小化することが可能となる。

　以上説明したように、本実施形態に係る測距装置１０は、チャープレーザ１２からの送信光ＴＸを光アンテナ３８側に出射する透過率と、光アンテナ３８側からの受信光ＲＸを平衡フォトダイオード１８、２０側に出射する透過率と、を計測時間の経過に応じてそれぞれ変更可能な光スイッチ１４０を備えることとした。これにより、送信光ＴＸの光パワー透過率と、測定光ＴＸの測定対象物からの戻り光である受信光ＲＸの光パワー透過率と、を測定対象物の距離に応じて変更でき、所定の距離範囲における測距装置１０の信号対雑音比（ＳＮＲ）の低下を抑制できる。

（第１実施形態の変形例１）
　第１実施形態の変形例１に係る測距装置１０は、光導波路３４にも、位相シフタ１４３を更に構成する点で第１実施形態に係る測距装置１０と相違する。以下では、第１実施形態に係る測距装置１０と相違する点を説明する。

　図５は、第１実施形態の変形例１に係る測距装置１０の構成図である。図５に示すように、第１実施形態の変形例１に係る測距装置１０は、光導波路３４にも、位相シフタ１４３を更に構成する。位相シフタ１４２が１つの場合には、光スイッチ１４０の操作には位相差πが必要となる。これに対して、２つの位相シフタ１４２、１４２を用いる場合には１つの位相シフタあたり移相量はπ／２で済み、低電圧化・スイッチングの高速化に寄与することが可能となる。

（第１実施形態の変形例２）
　第１実施形態の変形例２に係る測距装置１０は、光スイッチ１４０の出力の一部を参照光ＬＯとする点で第１実施形態に係る測距装置１０と相違する。以下では、第１実施形態に係る測距装置１０と相違する点を説明する。

　図６は、第１実施形態の変形例２に係る測距装置１０の構成図である。図６に示すように、第１実施形態の変形例２に係る測距装置１０の光スイッチ１４０は、干渉型光分岐素子（１４４）に接続される第４ポートを更に有する。第４ポートに接続される光導波路３８ａは、干渉型光分岐素子２６に接続される。

　これにより、ポート１に入射する送信光ＴＸのパワーの一部（ポート２へ透過しなかった光パワー）がポート４に出射され、これを参照光ＬＯとして利用することが可能となる。このため、第１実施形態に係る測距装置１０１と異なり、チャープレーザ１２の光パワーを全て光スイッチ１４０に入射可能となり、より高い送信パワーを得ることができる。加えて、平衡フォトダイオード１８、２０に流れる直流電流をモニタすることでポート４のパワーを測定することが可能となる。これにより、制御処理部２２は、光スイッチ１４に内蔵される位相シフタ１４２の電圧制御へフィードバックすることが可能となる。

（第１実施形態の変形例３）
　第１実施形態の変形例３に係る測距装置１０は、光スイッチ１４０の出力の一部を検出素子５０で検出可能とする点で第１実施形態に係る測距装置１０と相違する。以下では、第１実施形態に係る測距装置１０と相違する点を説明する。

　図７は、第１実施形態の変形例３に係る測距装置１０の構成図である。図７に示すように、第１実施形態の変形例３に係る測距装置１０の光スイッチ１４０は、干渉型光分岐素子（１４４）に接続される第４ポートを更に有する。第４ポートに接続される光導波路３８ｂには、光検出素子５０が接続される。光検出素子（Ｍｏｎｉｔｏｒ　ＰＤ）５０は、制御処理部２２と電気的に接続されている。

　このように、ポート４に独立した光検出素子５０を接続する。第１実施形態の変形例２に係る測距装置１０の例では平衡フォトダイオード１８、２０に流れる直流電流をモニタする際に、ポート３から平衡フォトダイオード１８、２０に入射する受信光ＲＸの影響を受けてしまう。これに対して、第１実施形態の変形例３に係る測距装置１０は、図７に示すように、独立した光検出素子５０けることで、受信光ＲＸの影響を受けずにポート４のパワーを測定することが可能となる。これにより、制御処理部２２は、光スイッチ１４に内蔵される位相シフタ１４２の電圧制御へ、より高精度にフィードバックすることが可能となる。

（第１実施形態の変形例４）
　第１実施形態の変形例４に係る測距装置１０は、位相シフタ１４２の状態遷移を３種類とする点で第１実施形態に係る測距装置１０と相違する。以下では、第１実施形態に係る測距装置１０と相違する点を説明する。

　図８は、第１実施形態の変形例４に係る測距装置１０の動作タイミングチャート例を示す図である。Ａ図（上段）は、光スイッチ１４の透過特性を示し、Ｂ図（下段）は、チャープレーザ１２の光周波数の上昇および下降動作（チャープ・プロファイル）を示す。Ｂ図は、図３と同等であるので、説明を省略する。

　Ａ、Ｂ図のグラフの横軸は、共通の時刻を示し、Ａ図の縦軸は透過率を示し、Ｂ図の縦軸はチャープレーザ１２の光周波数を示す。Ａ図のグラフの上部には、図２に対応する位相シフタ１４２の動作点（Ａ、Ｂ、Ｃ）を示す。Ａ図に示すように、１μｓｅｃ毎に位相シフタ１４２の動作点が、Ａ、Ｂと切り変えられ、さらに２μｓｅｃ経過すると動作点が、Ｃに変えられる。このように光スイッチ１４の状態が、Ａ、Ｂ、Ｃの３状態に時系列に繰り返し、変更される。

　すなわち、ラインＬ４ＴＸは、ポート１（図１参照）から入射した送信光ＴＸがポート２（図１参照）から出射する透過率を示し、ラインＬ４ＲＸは、ポート２から入射した受信光ＲＸがポート１から出射する透過率を示す。なお、図面を見やすくするため、ラインＬ４ＲＸの位置をずらして図示している。

　この例では、第１実施形態に係る測距装置１０の例（図４）に比べ、測定対象物の距離が３００ｍの信号対雑音比（ＳＮＲ）は、更に０．７５ｄＢ改善される。一方で、測定対象物の距離が１００ｍ以内の近距離では、第１実施形態に係る測距装置１０の例（図４）に比べ、悪化する。このように、測定対象物までの距離が所定範囲内にある場合に、所定範囲に対応させて光スイッチ１４の状態の組合せを増加させることにより、信号対雑音比（ＳＮＲ）を更に改善することが可能となる。

（第１実施形態の変形例５）
　第１実施形態の変形例５に係る測距装置１０は、位相シフタ１４２の状態遷移をより高速に変更する点で第１実施形態に係る測距装置１０と相違する。以下では、第１実施形態に係る測距装置１０と相違する点を説明する。

　図９は、第１実施形態の変形例５に係る測距装置１０の動作タイミングチャート例を示す図である。Ａ図（上段）は、光スイッチ１４の透過特性を示し、Ｂ図（下段）は、チャープレーザ１２の光周波数の上昇および下降動作（チャープ・プロファイル）を示す。Ｂ図は、図３と同等であるので、説明を省略する。

　Ａ、Ｂ図のグラフの横軸は、共通の時刻を示し、Ａ図の縦軸は透過率を示し、Ｂ図の縦軸はチャープレーザ１２の光周波数を示す。すなわち、ラインＬ５ＴＸは、ポート１（図１参照）から入射した送信光ＴＸがポート２（図１参照）から出射する透過率を示し、ラインＬ５ＲＸは、ポート２から入射した受信光ＲＸがポート１から出射する透過率を示す。なお、図面を見やすくするため、ラインＬ５ＲＸの位置をずらして図示している。

　Ａ図のグラフの上部には、図２に対応する位相シフタ１４２の動作点（（Ｃ／Ａ　ＰＲＢＳ）、Ｃ）を示す。Ａ図に示すように、動作点ＡとＣを図９のように高速に切り替えても良い。より具体的には、０～２μｓｅｃ、４～６μｓｅｃ、８～１０μｓｅｃ、の時区間において、疑似ランダム符号（ＰＲＢＳ）に従い位相シフタ１４２の透過率をＯＮ／ＯＦＦ変調することが可能である。このように送信光ＴＸがパルス状になるため、受信信号と送信信号（パルス列）の自己相関関数を計算することが可能となる。これにより、送受信間の時間遅れを推定でき、より測距精度を向上させることが可能となる。なお、この場合、光スイッチ１４のスイッチング速度に対する要求は、第１実施形態に係る測距装置１０の光スイッチ１４のスイッチング速度よりも高くなる。

（第１実施形態の変形例６）
　第１実施形態の変形例６に係る測距装置１０の光スイッチ１４が、リングレゾネータ型、ディスクレゾネータ型、及びメムス型のいずれかによって構成される点で第１実施形態に係る測距装置１０と相違する。以下では、第１実施形態に係る測距装置１０と相違する点を説明する。

　図１０は、第１実施形態の変形例６に係る測距装置１０の光スイッチ１４の例を示す図である。数字はポートの例を示す。Ａ図は、リングレゾネータ（Ｒｉｎｇ　ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）型による光スイッチ１４の例であり、Ｂ図は、ディスクレゾネータ（Ｄｉｓｋ　ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）型による光スイッチ１４の例であり、Ｃ図は、メムス（ＭＥＭＳ）型による光スイッチ１４の例である（非特許文献４参照）。

　リングレゾネータ型、ディスクレゾネータ型による光スイッチ１４の構造はキャリア応答がないため、電気光学効果に比べ損失が小さく、クロストークを小さくすることが可能となる。また、メムス型による光スイッチ１４の構造は例えば位相シフタを必要としないので、クロストークの小さい大規模なスイッチアレイを設計することが容易となる。

　＜＜１．応用例＞＞
　本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械（トラクター）などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。

　図１１は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システム７０００の概略的な構成例を示すブロック図である。車両制御システム７０００は、通信ネットワーク７０１０を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図１１に示した例では、車両制御システム７０００は、駆動系制御ユニット７１００、ボディ系制御ユニット７２００、バッテリ制御ユニット７３００、車外情報検出ユニット７４００、車内情報検出ユニット７５００、及び統合制御ユニット７６００を備える。これらの複数の制御ユニットを接続する通信ネットワーク７０１０は、例えば、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＬＩＮ（Ｌｏｃａｌ　Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）又はＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）等の任意の規格に準拠した車載通信ネットワークであってよい。

　各制御ユニットは、各種プログラムにしたがって演算処理を行うマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータにより実行されるプログラム又は各種演算に用いられるパラメータ等を記憶する記憶部と、各種制御対象の装置を駆動する駆動回路とを備える。各制御ユニットは、通信ネットワーク７０１０を介して他の制御ユニットとの間で通信を行うためのネットワークＩ／Ｆを備えるとともに、車内外の装置又はセンサ等との間で、有線通信又は無線通信により通信を行うための通信Ｉ／Ｆを備える。図１１では、統合制御ユニット７６００の機能構成として、マイクロコンピュータ７６１０、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０、音声画像出力部７６７０、車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０及び記憶部７６９０が図示されている。他の制御ユニットも同様に、マイクロコンピュータ、通信Ｉ／Ｆ及び記憶部等を備える。

　駆動系制御ユニット７１００は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット７１００は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。駆動系制御ユニット７１００は、ＡＢＳ（Ａｎｔｉｌｏｃｋ　Ｂｒａｋｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）又はＥＳＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）等の制御装置としての機能を有してもよい。

　駆動系制御ユニット７１００には、車両状態検出部７１１０が接続される。車両状態検出部７１１０には、例えば、車体の軸回転運動の角速度を検出するジャイロセンサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、あるいは、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、ステアリングホイールの操舵角、エンジン回転数又は車輪の回転速度等を検出するためのセンサのうちの少なくとも一つが含まれる。駆動系制御ユニット７１００は、車両状態検出部７１１０から入力される信号を用いて演算処理を行い、内燃機関、駆動用モータ、電動パワーステアリング装置又はブレーキ装置等を制御する。

　ボディ系制御ユニット７２００は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット７２００は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット７２００には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット７２００は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。

　バッテリ制御ユニット７３００は、各種プログラムにしたがって駆動用モータの電力供給源である二次電池７３１０を制御する。例えば、バッテリ制御ユニット７３００には、二次電池７３１０を備えたバッテリ装置から、バッテリ温度、バッテリ出力電圧又はバッテリの残存容量等の情報が入力される。バッテリ制御ユニット７３００は、これらの信号を用いて演算処理を行い、二次電池７３１０の温度調節制御又はバッテリ装置に備えられた冷却装置等の制御を行う。

　車外情報検出ユニット７４００は、車両制御システム７０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット７４００には、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０のうちの少なくとも一方が接続される。撮像部７４１０には、ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ　Ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）カメラ、ステレオカメラ、単眼カメラ、赤外線カメラ及びその他のカメラのうちの少なくとも一つが含まれる。車外情報検出部７４２０には、例えば、現在の天候又は気象を検出するための環境センサ、あるいは、車両制御システム７０００を搭載した車両の周囲の他の車両、障害物又は歩行者等を検出するための周囲情報検出センサのうちの少なくとも一つが含まれる。

　環境センサは、例えば、雨天を検出する雨滴センサ、霧を検出する霧センサ、日照度合いを検出する日照センサ、及び降雪を検出する雪センサのうちの少なくとも一つであってよい。周囲情報検出センサは、超音波センサ、レーダ装置及びＬＩＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｒａｎｇｉｎｇ、Ｌａｓｅｒ　Ｉｍａｇｉｎｇ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｒａｎｇｉｎｇ）装置のうちの少なくとも一つであってよい。これらの撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０は、それぞれ独立したセンサないし装置として備えられてもよいし、複数のセンサないし装置が統合された装置として備えられてもよい。

　ここで、図１２は、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０の設置位置の例を示す。撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６，７９１８は、例えば、車両７９００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部のうちの少なくとも一つの位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部７９１０及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として車両７９００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部７９１２，７９１４は、主として車両７９００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部７９１６は、主として車両７９００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。

　なお、図１２には、それぞれの撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲ａは、フロントノーズに設けられた撮像部７９１０の撮像範囲を示し、撮像範囲ｂ，ｃは、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部７９１２，７９１４の撮像範囲を示し、撮像範囲ｄは、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部７９１６の撮像範囲を示す。例えば、撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両７９００を上方から見た俯瞰画像が得られる。

　車両７９００のフロント、リア、サイド、コーナ及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２２，７９２４，７９２６，７９２８，７９３０は、例えば超音波センサ又はレーダ装置であってよい。車両７９００のフロントノーズ、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２６，７９３０は、例えばＬＩＤＡＲ装置であってよい。これらの車外情報検出部７９２０～７９３０は、主として先行車両、歩行者又は障害物等の検出に用いられる。

　図１１に戻って説明を続ける。車外情報検出ユニット７４００は、撮像部７４１０に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像データを受信する。また、車外情報検出ユニット７４００は、接続されている車外情報検出部７４２０から検出情報を受信する。車外情報検出部７４２０が超音波センサ、レーダ装置又はＬＩＤＡＲ装置である場合には、車外情報検出ユニット７４００は、超音波又は電磁波等を発信させるとともに、受信された反射波の情報を受信する。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、降雨、霧又は路面状況等を認識する環境認識処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、車外の物体までの距離を算出してもよい。

　また、車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等を認識する画像認識処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに対して歪補正又は位置合わせ等の処理を行うとともに、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを合成して、俯瞰画像又はパノラマ画像を生成してもよい。車外情報検出ユニット７４００は、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを用いて、視点変換処理を行ってもよい。

　車内情報検出ユニット７５００は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部７５１０が接続される。運転者状態検出部７５１０は、運転者を撮像するカメラ、運転者の生体情報を検出する生体センサ又は車室内の音声を集音するマイク等を含んでもよい。生体センサは、例えば、座面又はステアリングホイール等に設けられ、座席に座った搭乗者又はステアリングホイールを握る運転者の生体情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００は、運転者状態検出部７５１０から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。車内情報検出ユニット７５００は、集音された音声信号に対してノイズキャンセリング処理等の処理を行ってもよい。

　統合制御ユニット７６００は、各種プログラムにしたがって車両制御システム７０００内の動作全般を制御する。統合制御ユニット７６００には、入力部７８００が接続されている。入力部７８００は、例えば、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチ又はレバー等、搭乗者によって入力操作され得る装置によって実現される。統合制御ユニット７６００には、マイクロフォンにより入力される音声を音声認識することにより得たデータが入力されてもよい。入力部７８００は、例えば、赤外線又はその他の電波を利用したリモートコントロール装置であってもよいし、車両制御システム７０００の操作に対応した携帯電話又はＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の外部接続機器であってもよい。入力部７８００は、例えばカメラであってもよく、その場合搭乗者はジェスチャにより情報を入力することができる。あるいは、搭乗者が装着したウェアラブル装置の動きを検出することで得られたデータが入力されてもよい。さらに、入力部７８００は、例えば、上記の入力部７８００を用いて搭乗者等により入力された情報に基づいて入力信号を生成し、統合制御ユニット７６００に出力する入力制御回路などを含んでもよい。搭乗者等は、この入力部７８００を操作することにより、車両制御システム７０００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりする。

　記憶部７６９０は、マイクロコンピュータにより実行される各種プログラムを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、及び各種パラメータ、演算結果又はセンサ値等を記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）を含んでいてもよい。また、記憶部７６９０は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｃ　Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等によって実現してもよい。

　汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、外部環境７７５０に存在する様々な機器との間の通信を仲介する汎用的な通信Ｉ／Ｆである。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、ＧＳＭ（登録商標）（Ｇｌｏｂａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｍｏｂｉｌｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、ＷｉＭＡＸ（登録商標）、ＬＴＥ（登録商標）（Ｌｏｎｇ　Ｔｅｒｍ　Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）若しくはＬＴＥ－Ａ（ＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄ）などのセルラー通信プロトコル、又は無線ＬＡＮ（Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）ともいう）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などのその他の無線通信プロトコルを実装してよい。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えば、基地局又はアクセスポイントを介して、外部ネットワーク（例えば、インターネット、クラウドネットワーク又は事業者固有のネットワーク）上に存在する機器（例えば、アプリケーションサーバ又は制御サーバ）へ接続してもよい。また、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えばＰ２Ｐ（Ｐｅｅｒ　Ｔｏ　Ｐｅｅｒ）技術を用いて、車両の近傍に存在する端末（例えば、運転者、歩行者若しくは店舗の端末、又はＭＴＣ（Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｔｙｐｅ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）端末）と接続してもよい。

　専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、車両における使用を目的として策定された通信プロトコルをサポートする通信Ｉ／Ｆである。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、例えば、下位レイヤのＩＥＥＥ８０２．１１ｐと上位レイヤのＩＥＥ１１６０９との組合せであるＷＡＶＥ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ａｃｃｅｓｓ　ｉｎ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）、ＤＳＲＣ（Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ　Ｓｈｏｒｔ　Ｒａｎｇｅ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、又はセルラー通信プロトコルといった標準プロトコルを実装してよい。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、典型的には、車車間（Ｖｅｈｉｃｌｅ　ｔｏ　Ｖｅｈｉｃｌｅ）通信、路車間（Ｖｅｈｉｃｌｅ　ｔｏ　Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）通信、車両と家との間（Ｖｅｈｉｃｌｅ　ｔｏ　Ｈｏｍｅ）の通信及び歩車間（Ｖｅｈｉｃｌｅ　ｔｏ　Ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ）通信のうちの１つ以上を含む概念であるＶ２Ｘ通信を遂行する。

　測位部７６４０は、例えば、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）衛星からのＧＮＳＳ信号（例えば、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）衛星からのＧＰＳ信号）を受信して測位を実行し、車両の緯度、経度及び高度を含む位置情報を生成する。なお、測位部７６４０は、無線アクセスポイントとの信号の交換により現在位置を特定してもよく、又は測位機能を有する携帯電話、ＰＨＳ若しくはスマートフォンといった端末から位置情報を取得してもよい。

　ビーコン受信部７６５０は、例えば、道路上に設置された無線局等から発信される電波あるいは電磁波を受信し、現在位置、渋滞、通行止め又は所要時間等の情報を取得する。なお、ビーコン受信部７６５０の機能は、上述した専用通信Ｉ／Ｆ７６３０に含まれてもよい。

　車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、マイクロコンピュータ７６１０と車内に存在する様々な車内機器７７６０との間の接続を仲介する通信インタフェースである。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ（Ｎｅａｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）又はＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ＵＳＢ）といった無線通信プロトコルを用いて無線接続を確立してもよい。また、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、図示しない接続端子（及び、必要であればケーブル）を介して、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｂｕｓ）、ＨＤＭＩ（登録商標）（Ｈｉｇｈ－Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ、又はＭＨＬ（Ｍｏｂｉｌｅ　Ｈｉｇｈ－ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ　Ｌｉｎｋ）等の有線接続を確立してもよい。車内機器７７６０は、例えば、搭乗者が有するモバイル機器若しくはウェアラブル機器、又は車両に搬入され若しくは取り付けられる情報機器のうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。また、車内機器７７６０は、任意の目的地までの経路探索を行うナビゲーション装置を含んでいてもよい。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、これらの車内機器７７６０との間で、制御信号又はデータ信号を交換する。

　車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、マイクロコンピュータ７６１０と通信ネットワーク７０１０との間の通信を仲介するインタフェースである。車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、通信ネットワーク７０１０によりサポートされる所定のプロトコルに則して、信号等を送受信する。

　統合制御ユニット７６００のマイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、各種プログラムにしたがって、車両制御システム７０００を制御する。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット７１００に対して制御指令を出力してもよい。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｄｒｉｖｅｒ　Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）の機能実現を目的とした協調制御を行ってもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行ってもよい。

　マイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、車両と周辺の構造物や人物等の物体との間の３次元距離情報を生成し、車両の現在位置の周辺情報を含むローカル地図情報を作成してもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される情報に基づき、車両の衝突、歩行者等の近接又は通行止めの道路への進入等の危険を予測し、警告用信号を生成してもよい。警告用信号は、例えば、警告音を発生させたり、警告ランプを点灯させたりするための信号であってよい。

　音声画像出力部７６７０は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図１１の例では、出力装置として、オーディオスピーカ７７１０、表示部７７２０及びインストルメントパネル７７３０が例示されている。表示部７７２０は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。表示部７７２０は、ＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ　Ｒｅａｌｉｔｙ）表示機能を有していてもよい。出力装置は、これらの装置以外の、ヘッドホン、搭乗者が装着する眼鏡型ディスプレイ等のウェアラブルデバイス、プロジェクタ又はランプ等の他の装置であってもよい。出力装置が表示装置の場合、表示装置は、マイクロコンピュータ７６１０が行った各種処理により得られた結果又は他の制御ユニットから受信された情報を、テキスト、イメージ、表、グラフ等、様々な形式で視覚的に表示する。また、出力装置が音声出力装置の場合、音声出力装置は、再生された音声データ又は音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して聴覚的に出力する。

　なお、図１１に示した例において、通信ネットワーク７０１０を介して接続された少なくとも二つの制御ユニットが一つの制御ユニットとして一体化されてもよい。あるいは、個々の制御ユニットが、複数の制御ユニットにより構成されてもよい。さらに、車両制御システム７０００が、図示されていない別の制御ユニットを備えてもよい。また、上記の説明において、いずれかの制御ユニットが担う機能の一部又は全部を、他の制御ユニットに持たせてもよい。つまり、通信ネットワーク７０１０を介して情報の送受信がされるようになっていれば、所定の演算処理が、いずれかの制御ユニットで行われるようになってもよい。同様に、いずれかの制御ユニットに接続されているセンサ又は装置が、他の制御ユニットに接続されるとともに、複数の制御ユニットが、通信ネットワーク７０１０を介して相互に検出情報を送受信してもよい。

　なお、図１を用いて説明した本実施形態に係る制御処理部２２の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを、いずれかの制御ユニット等に実装することができる。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体を提供することもできる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリ等である。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信されてもよい。

　以上説明した車両制御システム７０００において、図１を用いて説明した本実施形態に係る測距装置１０は、図１１に示した応用例の車外情報検出部７９２０，７９２６，７９３０に適用することができる。例えば、車外情報検出部７９２０，７９２６，７９３０における送信光ＴＸの光パワー透過率と、測定光ＴＸの測定対象物からの戻り光である受信光ＲＸの光パワー透過率と、を測定対象物の距離に応じて変更でき、所定の距離範囲における信号対雑音比（ＳＮＲ）の低下を抑制できる。

　なお、本技術は以下のような構成を取ることができる。

（１）
　送信光を生成可能なレーザ光源と、
　相互型の光アンテナと、
　光検出素子と、
　前記レーザ光源と前記光検出素子と前記光アンテナとをスイッチング可能に光結合する光スイッチと、
　を備える、測距装置。

（２）
　前記光スイッチは、前記送信光を前記光アンテナ側に透過させる第１透過率と、前記光アンテナで集光された受信光を前記光検出素子側に透過させる第２透過率と、を変更可能である、（２）に記載の測距装置。

（３）
　前記光スイッチは、前記第１透過率と、前記第２透過率との組合せを時系列に変更する、（２）に記載の測距装置。

（４）
　前記光スイッチは、前記レーザ光源と前記光検出素子とが光結合する第１干渉型光分岐素子と、
　前記第１干渉型光分岐素子に一端が接続される第１光導波路と、
　前記第１干渉型光分岐素子に一端が接続される第２光導波路と、
　前記第１光導波路の他端と、前記第２光導波路の他端とに接続される第２干渉型光分岐素子と、
　前記第１光導波路を透過する光の位相をシフトする第１位相シフタと、を有し、
　前記光アンテナは、前記第２干渉型光分岐素子と光結合する、（３）に記載の測距装置。

（５）
　前記光スイッチは、前記第２光導波路を透過する光の位相をシフトする第２位相シフタを更に有する、（４）に記載の測距装置。

（６）
　前記光スイッチは、
　前記レーザ光源に接続される第３光導波路と接続される第１ポートと、
　前記光アンテナに接続される第４光導波路と接続される第２ポートと、
　第３干渉型光分岐素子の一方側に接続される第５光導波路と接続される第３ポートと、を有し、
　前記第１干渉型光分岐素子は、前記第１ポートと前記第３ポートと、光結合され、
　前記第２干渉型光分岐素子は、前記第２ポートと、光結合され、
　第３干渉型光分岐素子の他方側に前記光検出素子が光結合される、（４）に記載の測距装置。

（７）
　前記レーザ光源に接続される第６光導波路が一方側に接続される第４干渉型光分岐素子と、を更に備え、
　前記第４干渉型光分岐素子は、前記第３光導波路と、第３干渉型光分岐素子に接続される第７光導波路とが、他方側に接続される、（６）
に記載の測距装置。

（８）
　前記光スイッチは、
　前記第２干渉型光分岐素子に接続される第４ポートを更に有し、
　前記第４ポートに接続される第７光導波路が、前記第３干渉型光分岐素子の一方側に接続される、（６）
に記載の測距装置。

（９）
　前記光スイッチは、
　前記第２干渉型光分岐素子に接続される第４ポートを更に有し、
　前記第４ポートに接続される第７光導波路に接続される第２光検出素子を更に備える、（６）
に記載の測距装置。

（１０）
　第１位相シフタは、マッハツェンダー変調器である、（４）に記載の測距装置。

（１１）
　前記レーザ光源、前記光検出素子、前記光アンテナ、及び前記光スイッチの少なくとも一部はフォトニック集積回路として構成される、（１）に記載の測距装置。

（１２）
　前記光アンテナは、扇形に広がるテーパー部と周期的な摂動構造を持つグレーティングカプラである、（１）に記載の測距装置。

（１３）
　前記レーザ光源は、周波数、位相、偏光、及び強度の少なくともいずれかを変調又は変更可能であり、
　前記光スイッチは、リングレゾネータ型、ディスクレゾネータ型、及びメムス型のいずれかによって構成される、（１）に記載の測距装置。

（１４）
　前記光スイッチは、前記第１透過率を第１の値とし、前記第２透過率を第２の値とする第１状態と、前記第１透過率を前記第１の値より小さくし、前記第２透過率を前記第２の値より大きくする第２状態を、測定期間中に有する、（２）に記載の測距装置。

（１５）
　前記光スイッチは、第１ポート、第２ポート、及び第３ポートを有し、
　前記第１ポートが前記レーザ源に接続され、前記第２ポートが前記検出素子に接続され、前記第３ポートが光アンテナに接続される、（１）に記載の測距装置。

（１６）
　前記光スイッチは、第４ポートを有し、
　前記第４ポートから出射される光を参照光として前記光アンテナで集光された受信光と干渉させる、（１５）に記載の測距装置。

（１７）
　前記光スイッチは、第４ポートを有し、
　前記第４ポートを前記検出素子に接続する、（１５）に記載の測距装置。

（１８）
　前記光スイッチは、前記第１透過率を前記第１の値より大きくし、前記第２透過率を前記第２の値より小さくする第３状態を、測定期間中に更に有する、（１４）に記載の測距装置。

（１９）
　前記光スイッチの状態切替動作が、疑似ランダム符号に基づく、（１）に記載の測距装置。

（２０）
　第１位相シフタは、ｐ－ｎ接合型、ｐ－ｉ－ｎ接合型、及びＳＩＳキャパシタ型のいずれかにより構成され、キャリア変調を利用する位相シフタである、（１０）に記載の測距装置。

　本開示の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本開示の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本開示の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

　１～４：ポート、１０：測距装置、１２：チャープレーザ、１４：光スイッチ、１６：光アンテナ、１８、２０：平衡フォトダイオード、２４、２６：干渉型光分岐素子、２８～４６：光導波路、４０：レンズ、５０：光検出素子、１４０：干渉型光分岐素子、１４２、１４３：位相シフタ、１４０：干渉型光分岐素子。

Claims

　送信光を生成可能なレーザ光源と、
　相互型の光アンテナと、
　光検出素子と、
　前記レーザ光源と前記光検出素子と前記光アンテナとをスイッチング可能に光結合する光スイッチと、
　を備える、測距装置。
　前記光スイッチは、前記送信光を前記光アンテナ側に透過させる第１透過率と、前記光アンテナで集光された受信光を前記光検出素子側に透過させる第２透過率と、を変更可能である、請求項１に記載の測距装置。
　前記光スイッチは、前記第１透過率と、前記第２透過率との組合せを時系列に変更する、請求項２に記載の測距装置。
　前記光スイッチは、前記レーザ光源と前記光検出素子とが光結合する第１干渉型光分岐素子と、
　前記第１干渉型光分岐素子に一端が接続される第１光導波路と、
　前記第１干渉型光分岐素子に一端が接続される第２光導波路と、
　前記第１光導波路の他端と、前記第２光導波路の他端とに接続される第２干渉型光分岐素子と、
　前記第１光導波路を透過する光の位相をシフトする第１位相シフタと、を有し、
　前記光アンテナは、前記第２干渉型光分岐素子と光結合する、請求項３に記載の測距装置。
　前記光スイッチは、前記第２光導波路を透過する光の位相をシフトする第２位相シフタを更に有する、請求項４に記載の測距装置。
　前記光スイッチは、
　前記レーザ光源に接続される第３光導波路と接続される第１ポートと、
　前記光アンテナに接続される第４光導波路と接続される第２ポートと、
　第３干渉型光分岐素子の一方側に接続される第５光導波路と接続される第３ポートと、を有し、
　前記第１干渉型光分岐素子は、前記第１ポートと前記第３ポートと、光結合され、
　前記第２干渉型光分岐素子は、前記第２ポートと、光結合され、
　第３干渉型光分岐素子の他方側に前記光検出素子が光結合される、請求項４に記載の測距装置。
　前記レーザ光源に接続される第６光導波路が一方側に接続される第４干渉型光分岐素子と、を更に備え、
　前記第４干渉型光分岐素子は、前記第３光導波路と、第３干渉型光分岐素子に接続される第７光導波路とが、他方側に接続される、請求項６に記載の測距装置。
　前記光スイッチは、
　前記第２干渉型光分岐素子に接続される第４ポートを更に有し、
　前記第４ポートに接続される第７光導波路が、前記第３干渉型光分岐素子の一方側に接続される、請求項６に記載の測距装置。
　前記光スイッチは、
　前記第２干渉型光分岐素子に接続される第４ポートを更に有し、
　前記第４ポートに接続される第７光導波路に接続される第２光検出素子を更に備える、請求項６に記載の測距装置。
　第１位相シフタは、マッハツェンダー変調器である、請求項４に記載の測距装置。
　前記レーザ光源、前記光検出素子、前記光アンテナ、及び前記光スイッチの少なくとも一部はフォトニック集積回路として構成される、請求項１に記載の測距装置。
　前記光アンテナは、扇形に広がるテーパー部と周期的な摂動構造を持つグレーティングカプラである、請求項１に記載の測距装置。
　前記レーザ光源は、周波数、位相、偏光、及び強度の少なくともいずれかを変調又は変更可能であり、
　前記光スイッチは、リングレゾネータ型、ディスクレゾネータ型、及びメムス型のいずれかによって構成される、請求項１に記載の測距装置。
　前記光スイッチは、前記第１透過率を第１の値とし、前記第２透過率を第２の値とする第１状態と、前記第１透過率を前記第１の値より小さくし、前記第２透過率を前記第２の値より大きくする第２状態を、測定期間中に有する、請求項２に記載の測距装置。
　前記光スイッチは、第１ポート、第２ポート、及び第３ポートを有し、
　前記第１ポートが前記レーザ源に接続され、前記第２ポートが前記検出素子に接続され、前記第３ポートが光アンテナに接続される、請求項１に記載の測距装置。
　前記光スイッチは、第４ポートを有し、
　前記第４ポートから出射される光を参照光として前記光アンテナで集光された受信光と干渉させる、請求項１５に記載の測距装置。
　前記光スイッチは、第４ポートを有し、
　前記第４ポートを前記検出素子に接続する、請求項１５に記載の測距装置。
　前記光スイッチは、前記第１透過率を前記第１の値より大きくし、前記第２透過率を前記第２の値より小さくする第３状態を、測定期間中に更に有する、請求項１４に記載の測距装置。
　前記光スイッチの状態切替動作が、疑似ランダム符号に基づく、請求項１に記載の測距装置。
　第１位相シフタは、ｐ－ｎ接合型、ｐ－ｉ－ｎ接合型、及びＳＩＳキャパシタ型のいずれかにより構成され、キャリア変調を利用する位相シフタである、請求項１０に記載の測距装置。