特開 2019-203977 偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティング及び偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティングを用いたレーザレーダ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2019-203977(P2019-203977A)

(43)【公開日】2019年11月28日

(54)【発明の名称】偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティング及び偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティングを用いたレーザレーダ

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/295 20060101AFI20191101BHJP

   G01S 7/481 20060101ALI20191101BHJP

   G01S 17/32 20060101ALI20191101BHJP

   G01S 17/93 20060101ALI20191101BHJP

   G02B 5/18 20060101ALI20191101BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/295

   G01S7/481 A

   G01S17/32

   G01S17/93

   G02B5/18

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2018-98642(P2018-98642)

(22)【出願日】2018年5月23日

(71)【出願人】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(72)【発明者】

【氏名】井上 大介

(72)【発明者】

【氏名】山下 達弥

(72)【発明者】

【氏名】市川 正

(72)【発明者】

【氏名】中尾 朱里

【テーマコード（参考）】

2H249

2K102

5J084

【Ｆターム（参考）】

2H249AA12

2H249AA55

2H249AA62

2K102AA28

2K102BA07

2K102BB04

2K102BC10

2K102BD09

2K102CA02

2K102DA04

2K102EA05

2K102EA12

2K102EA21

2K102EB08

2K102EB11

5J084AA05

5J084AA13

5J084AC02

5J084AD03

5J084BA03

5J084BA36

5J084BA48

5J084BB19

5J084CA08

5J084CA31

5J084CA49

5J084DA01

5J084DA09

5J084EA31

(57)【要約】

【課題】簡素かつ小規模な構成で、ＴＥ及びＴＭの各々に対応可能な偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティング及び偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティングを用いたレーザレーダを提供する。
【解決手段】偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティング１０は、ＴＥの回折角θ_TEの絶対値とＴＭの回折角θ_TMの絶対値とが等しく、かつ回折角θ_TEと回折角θ_TMとの正負が反対となるように構成された回折格子４０と、回折格子４０で受信光から分離されたＴＥが伝播する導波路３２Ｅと、回折格子４０で受信光から分離されたＴＭを伝播する導波路３２Ｍと、通電により導波路３２Ｅ、３２Ｍを通過する光の位相を変化させる移相器であるヒータ３８ＡＥ、３８ＢＥ、３８ＡＭ、３８ＢＭと、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

直交偏波の回折角の絶対値と平行偏波の回折角の絶対値とが等しく、かつ前記直交偏波の回折角と前記平行偏波の回折角との正負が反対となるように構成された回折格子と、
前記回折格子で受信光から分離された直交偏波が伝播する直交偏波用導波路と、
前記回折格子で受信光から分離された平行偏波を伝播する平行偏波用導波路と、
加熱又は通電により前記直交偏波用導波路を通過する光の位相を変化させる直交偏波用移相器と、
加熱又は通電により前記平行偏波用導波路を通過する光の位相を変化させる平行偏波用移相器と、
を備えた偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティング。

【請求項2】

波形発生源で生成された送信信号が伝播する送信用導波路と、
加熱又は通電により前記送信用導波路を通過する光の位相を変化させて前記回折格子に入射させる送信用移相器と、
を更に備えた請求項１記載の偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティング。

【請求項3】

請求項２記載の偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティングと、
前記送信信号と、前記直交偏波用移相器により位相が変化した光を表す受信信号との周波数差に基づいて、対象物までの距離を算出し、
前記送信信号と、前記平行偏波用移相器により位相が変化した光を表す受信信号との周波数差に基づいて、前記対象物までの距離を算出し、
それぞれ算出された前記対象物までの距離に基づいて、前記対象物までの距離を計測する演算部と、
を備えたレーザレーダ。

【請求項4】

請求項２記載の偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティングと、
前記直交偏波用移相器により位相が変化した光を表す受信信号に基づいて、前記受信光に含まれる前記直交偏波の強度を算出し、
前記平行偏波用移相器により位相が変化した光を表す受信信号に基づいて、前記受信光に含まれる前記平行偏波の強度を算出し、
それぞれ算出された強度の比に基づいて、対象物への送信光の入射角を算出することにより、前記対象物の形状を計測する演算部と、
を備えたレーザレーダ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティング及び偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティングを用いたレーザレーダに関する。

【背景技術】

【0002】

非特許文献１には、大規模ナノフォトニックアレイを用いたアンテナが開示されている。このようなアンテナは、測定対象物（以下、「対象物」と略記）との距離を測定するレーザレーダ装置に適用される。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】Large-scale nanophotonic phased array（Nature Vol.493, P195-199, 2013)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

自然光は、位相が異なる偏光が混在しているが、自然光に含まれる偏光の代表的なものとして、ＴＥ波（直交偏波：Transverse Electric Wave）とＴＭ波（平行偏波：Transverse Magnetic Wave）とが存在する。ＴＥ波（以下、「ＴＥ」と略記）は、電界成分が入射面に対し横向きであり、ＴＭ波（以下、「ＴＭ」と略記）は、磁界成分が入射面に対し横向きである。

【0005】

一般に、上記のようなアンテナは、１の回折格子に、１の導波路を有し、導波路を加熱又は通電することによって導波路の屈折率を変化させることにより、アンテナで受光した光の位相を変化させる。しかしながら、ＴＥ及びＴＭは屈折率等の光学特性が各々異なるので、ＴＥとＴＭとでは、導波路における伝播定数が異なり、ＴＭに対してＴＥと同様の位相変化を与えることができず、上記のようなアンテナは、ＴＥ又はＴＭのみが受光できるようになっている。

【0006】

上記のアンテナは、レーザ光源に偏光フィルタを適用することにより、回折格子から投光するレーザ光をＴＥのみ、またはＴＭのみ、とすることが可能であるが、例えば、ＴＥが対象物で反射した結果、ＴＭが反射光としてアンテナに戻ってくる場合がある。従って、ＴＥ又はＴＭのみ受光可能に構成されたアンテナでは、偏光の反射光を正確に受光できない問題がある。

【0007】

かかる問題を解消するために、ＴＥ及びＴＭの各々を受光可能なアンテナを備えたレーザレーダ装置が考えられるが、アンテナを構成する回折格子をＴＥ専用及びＴＭ専用で各々備えることを要し、装置が大型化すると共に、製品の製造コストが嵩むという問題があった。

【0008】

本発明は、上記に示した問題点を鑑みてなされたものであり、簡素かつ小規模な構成で、ＴＥ及びＴＭの各々に対応可能な偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティング及び偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティングを用いたレーザレーダを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティングは、直交偏波の回折角の絶対値と平行偏波の回折角の絶対値とが等しく、かつ前記直交偏波の回折角と前記平行偏波の回折角との正負が反対となるように構成された回折格子と、前記回折格子で受信光から分離された直交偏波が伝播する直交偏波用導波路と、前記回折格子で受信光から分離された平行偏波を伝播する平行偏波用導波路と、加熱又は通電により前記直交偏波用導波路を通過する光の位相を変化させる直交偏波用移相器と、加熱又は通電により前記平行偏波用導波路を通過する光の位相を変化させる平行偏波用移相器と、を備える。

【0010】

請求項２に記載の偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティングは、波形発生源で生成された送信信号が伝播する送信用導波路と、加熱又は通電により前記送信用導波路を通過する光の位相を変化させて前記回折格子に入射させる送信用移相器と、を更に備える。

【0011】

請求項３に記載のレーザレーダは、請求項２記載の偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティングと、前記送信信号と、前記直交偏波用移相器により位相が変化した光を表す受信信号との周波数差に基づいて、対象物までの距離を算出し、前記送信信号と、前記平行偏波用移相器により位相が変化した光を表す受信信号との周波数差に基づいて、前記対象物までの距離を算出し、それぞれ算出された前記対象物までの距離に基づいて、前記対象物までの距離を計測する演算部と、を備える。

【0012】

請求項４に記載のレーザレーダは、請求項２記載の偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティングと、前記直交偏波用移相器により位相が変化した光を表す受信信号に基づいて、前記受信光に含まれる前記直交偏波の強度を算出し、前記平行偏波用移相器により位相が変化した光を表す受信信号に基づいて、前記受信光に含まれる前記平行偏波の強度を算出し、それぞれ算出された強度の比に基づいて、対象物への送信光の入射角を算出することにより、前記対象物の形状を計測する演算部と、を備える。

【発明の効果】

【0013】

以上説明したように、簡素かつ小規模な構成で、ＴＥ及びＴＭの各々に対応可能になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】（Ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティングに含まれる回折格子の一例を示した概略図であり、（Ｂ）は、回折格子と組み合わされる導波路の一例を示した概略図である。

【図2】回折格子における、ＴＥの回折角及びＴＭの回折角の一例を示した説明図である。

【図3】回折格子と導波路とヒータとが組み合わされた偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティング１０の一例を示した概略図である。

【図4】（Ａ）は、ＴＥ用グレーティングの一例を、（Ｂ）は、ＴＭ用のグレーティングの一例を、（Ｃ）は、ＴＥ用グレーティングとＴＭ用グレーティングを重ね合わせた場合の一例であり、（Ｄ）は、本実施の形態に係る回折格子の一例を、各々示した説明図である。

【図5】本発明の第１の実施の形態に係る偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティングを含んだレーザレーダ装置の構成の一例を示したブロック図である。

【図6】ＦＭＣＷ（周波数変調連続波）による距離検出の原理の一例を示した説明図である。

【図7】本発明の第２の実施の形態に係るレーザレーダ装置の構成の一例を示したブロック図である。

【図8】入射角φと、Ψと、Δとの対応関係を示した説明図であり、対象物はアルミニウムを想定している。

【図9】対象物と送信光の入射角との関係の一例を示した説明図である。

【図10】決定した入射角φに基づいて、対象物の形状推定の一例を示した説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

［第１の実施の形態］
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１（Ａ）は、本実施の形態に係る偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティング１０に含まれる回折格子４０の一例を示した概略図であり、図１（Ｂ）は、回折格子４０と組み合わされる導波路３２の一例を示した概略図である。図１（Ａ）に示すように、回折格子４０は、入射したＴＥ、ＴＭを各々別方向に分離し、ＴＥは導波路３２Ｅに、ＴＭは３２Ｍに、各々伝播させる。

【0016】

図２は、回折格子４０における、ＴＥの回折角θ_TE及びＴＭの回折角θ_TMの一例を示した説明図である。図２に示したように、ＴＥが回折角θ_TEで、ＴＭが回折角θ_TMで各々回折格子４０に入射すると、ＴＥ及びＴＭは同一方向に伝播する。

【0017】

図２において、回折角θ_TE及び回折角θ_TMの各々を、回折格子４０の受光面の法線ベクトルＮ_Vに対する角度として定義する。

【0018】

|回折角θ_TE|＝|回折角θ_TM|となり、かつ回折角θ_TEと回折角θ_TMとの正負が反対となるように、すなわち法線ベクトルＮ_Vを中心に回折角θ_TE及び回折角θ_TMが対称となるように回折格子４０を構成すると、ＴＥ及びＴＭが同一方向から回折格子４０に入射した場合、ＴＥ及びＴＭは、図１（Ａ）に示したように、各々別方向に分離される。

【0019】

また、回折格子４０は、ヒータ３８ＡＥ、３８ＢＥ、３８ＡＭ、３８ＢＭを備え、ヒータ３８ＡＥ、３８ＢＭは、導波路３２Ｅを、ヒータ３８ＡＭ、３８ＢＭは、導波路３２Ｍを各々加熱する。ヒータ３８ＡＥ、３８ＢＥ、３８ＡＭ、３８ＢＭに通電して導波路３２Ｅ、３２Ｍを加熱することにより、導波路３２Ｅ、３２Ｍを伝播する光の屈折率を変化させることができる。以下では、ヒータ３８ＡＥ、３８ＢＥ、３８ＡＭ、３８ＢＭを一括して「ヒータ３８」と称する場合がある。

【0020】

図３は、回折格子４０と導波路３２とヒータ３８ＡＥ、３８ＢＥ、３８ＡＭ、３８ＢＭとが組み合わされた偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティング１０の一例を示した概略図である。導波路３２Ｅは、回折格子４０が分離したＴＥを、複数の導波路３２Ｅ−１〜３２Ｅ−８に伝播させるが、導波路３２Ｅ−１〜３２Ｅ−８は、最終的には１本の導波路３２Ｅに収束する。導波路３２Ｍも、回折格子４０が分離したＴＭを、複数の導波路３２Ｍ−１〜３２Ｍ−８に伝播させるが、導波路３２Ｍ−１〜３２Ｍ−８は、最終的には１本の導波路３２Ｍに収束する。以下では、導波路３２Ｅ−１、３２Ｍ−１から導波路３２Ｅ−８、３２Ｍ−１を一括して「導波路３２Ｅ、３２Ｍ」と称する場合がある。

【0021】

ヒータ３８ＡＥ、３８ＡＭは、導波路３２Ｅ−１、３２Ｍ−１から導波路３２Ｅ−８、３２Ｍ−８に向かうに従って、導波路３２を加熱する面積が大きくなるような形状を有する。一例として、図３ではヒータ３８ＡＥ、３８ＡＭが三角形の形状である場合について示した。逆に、ヒータ３８ＢＥ、３８ＢＭは、導波路３２Ｅ−１、３２Ｍ−１から導波路３２Ｅ−８、３２Ｍ−８に向かうに従って、導波路３２を加熱する面積が小さくなるような形状を有する。一例として、図３ではヒータ３８ＢＥ、３２ＢＭが逆三角形の形状である場合について示した。ヒータ３８ＡＥ、３８ＢＥ、３８ＡＭ、３８ＢＭは、Ｓｉ基板上にチタン、白金等の導電率が比較的低い金属を蒸着して生成してもよいし、Ｐ型半導体又はＮ型半導体等の不純物半導体で構成してもよい。

【0022】

導波路３２を構成するＳｉＯ₂の光の屈折率は、導波路３２に供給される熱量（ヒータ３８ＡＥ、３８ＢＥ、３８ＡＭ、３８ＢＭの発熱量）に比例して増大する。従って、ヒータ３８ＡＥ、３８ＢＥ、３８ＡＭ、３８ＢＭにより導波路３２が加熱されると、ヒータ３８ＡＥ、３８ＢＥ、３８ＡＭ、３８ＢＭの発熱量に対して導波路３２を通過する光の位相が線形的に変化し、結果的に、ヒータ３８ＡＥ、３８ＢＥ、３８ＡＭ、３８ＢＭは光の位相を変化させる移相器として機能する。受信光として回折格子４０で受光した光はＴＥとＴＭとに分離され、ＴＥは導波路３２Ｅ−１〜３２Ｅ−８に伝播し、ＴＭは導波路３２Ｍ−１〜３２Ｍ−８に伝播するが、導波路３２Ｅ−１〜３２Ｅ−８がヒータ３８ＡＥ、３８ＢＥにより加熱されることにより、導波路３２Ｅ−１〜３２Ｅ−８を伝播するＴＥの位相が変化する。同様に、導波路３２Ｍ−１〜３２Ｍ−８がヒータ３８ＡＭ、３８ＢＭにより加熱されることにより、導波路３２Ｍ−１〜３２Ｍ−８を伝播するＴＭの位相が変化する。本実施の形態では、ＴＥ用の移相器であるヒータ３８ＡＥ、３８ＢＥと、ＴＭ用の移相器であるヒータ３８ＡＭ、３８ＢＭとを備えることにより、ＴＥ及びＴＭの各々に対し、各々の特性に応じた別個独立の位相変化を与えることが可能である。

【0023】

導波路３２Ｅ（３２Ｅ−１〜３２Ｅ−８）、及び導波路３２Ｍ（３２Ｍ−１〜３２Ｍ−８）の各々は、上述のように受信光のみならず、後述するレーザ光源が出力したレーザ光も伝播する。レーザ光源が出力したレーザ光は導波路３２Ｅを介して、回折格子４０に導かれ、回折格子４０からレーザ光に含まれるＴＥが送信光として各々外界に投光される。なお、レーザ光源が出力したレーザ光は導波路３２Ｍを介して回折格子４０に導かれ、回折格子４０からレーザ光に含まれるＴＭが送信光として外界に投光されるようにしてもよい。

【0024】

ヒータ３８ＡＥ、３８ＢＥは、レーザ光源が出力したレーザ光が伝播する導波路３２Ｅ−１〜３２Ｅ−８を加熱することにより、回折格子４０から送信光として外界に投光されるＴＥの位相を変化させる。また、ヒータ３８ＡＭ、３８ＢＭは、レーザ光源が出力したレーザ光のＴＭが伝播する導波路３２Ｍ−１〜３２Ｍ−８を加熱することにより、回折格子４０から送信光として外界に投光されるＴＭの位相を変化させる。これにより、送信光として投光されるＴＥの方向が変化する。また、導波路３２Ｅ−１〜３２Ｅ−８の各々の加熱度合いを変えることにより、位相の変化度合いが各々異なり、送信光として投光されるＴＥの方向が異なることとなる。これによって、送信光として投光されるＴＥを走査させることが可能となる。

【0025】

図４（Ａ）は、ＴＥ用グレーティングの一例を、図４（Ｂ）は、ＴＭ用のグレーティングの一例を、図４（Ｃ）は、ＴＥ用グレーティングとＴＭ用グレーティングを重ね合わせた場合の一例であり、図４（Ｄ）は、本実施の形態に係る回折格子４０の一例を、各々示した説明図である。図４に示したように、本実施の形態では、ＴＥ用グレーティングとＴＭ用グレーティングを重ね合わせることにより、ＴＥ及びＴＭの各々に対応する回折格子４０のグレーティングを設定する。

【0026】

図５は、本実施の形態に係る偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティング１０を含んだレーザレーダ装置１００の構成の一例を示したブロック図である。図５に示したレーザレーダ装置１００は、主には、偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティング１０と、プロセッサ５０とで構成され、プロセッサ５０は、波形発生部１４でレーザ光源１２が出力するレーザ光の波形に係る信号を生成する。波形発生部１４は、発振周波数が自動的に一定の割合で連続的に変化する一種の掃引発振器であり、周波数が連続的に変化するレーザ光の波形に係る信号をデジタル信号として出力する。

【0027】

波形発生部１４が出力したデジタル信号は、ＤＡコンバータ１６Ａでアナログ信号である電圧の変化に変換され、レーザ光源１２は、ＤＡコンバータ１６Ａから入力された信号の電圧変化に応じて周波数及び波形が変化するレーザ光を偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティング１０に出力する。レーザ光源１２は、回折格子４０を偏光フィルタとして用いることにより、出力するレーザ光をＴＥのみ、又はＴＭのみに限定することができる。レーザ光源１２が出力したレーザ光の一部は送信信号６０として、後述するＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ：周波数変調連続波）による距離の検出に用いられる。

【0028】

偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティング１０に出力されたレーザ光は、導波路３２を介して回折格子４０から外界に送信光として投光される。

【0029】

送信光が対象物で反射されると、受信光として偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティング１０に入射してくる。受信光がＴＥの場合は、導波路３２Ｅに受信光が伝播し、フォトダイオード１８Ｅによって、受信光の強弱の変化が電流の変化の信号に変換される。受信光がＴＭの場合は、導波路３２Ｍに受信光が伝播し、フォトダイオード１８Ｍによって、受信光の強弱の変化が電流の変化の信号に変換される。また、送信信号６０も、フォトダイオード１８Ｅ、１８Ｍによって、各々電流の変化の信号に変換される。

【0030】

フォトダイオード１８Ｅ、１８Ｍが出力した電流は、トランスインピーダンス増幅回路（ＴＩＡ）２０Ｅ、２０Ｍによって電圧変化に変換され、ＡＤコンバータ２２Ｅ、２２Ｍにより、各々がデジタル信号に変換される。

【0031】

周波数解析部２４Ｅ及び距離換算部２６Ｅは、受信したＴＥでＦＭＣＷによる距離検出を行い、周波数解析部２４Ｍ及び距離換算部２６Ｍは、受信したＴＭでＦＭＣＷによる距離検出を行う。

【0032】

図６は、ＦＭＣＷによる距離検出の原理の一例を示した説明図である。レーザレーダ装置１００は、図６において横軸で表した時間に対して例えば三角波状に周波数変調された送信信号を送信する。送信信号が距離ｄだけ離れた対象物で反射されると、受信信号となってレーザレーダ装置１００に戻り、受信される。

【0033】

送信信号と受信信号とを時間軸に沿って表すと、受信信号は送信信号より遅延時間τだけ遅れる。この遅延時間τが対象物までの距離ｄの情報を含んでいる。しかしながら、遅延時間τを高精度で直接検出するのは困難なので、本実施の形態では、周波数解析部２４Ｅ、２４Ｍで、送信信号と受信信号との周波数差δｆを検出し、距離換算部２６Ｅ、２６Ｍで、周波数差δｆに基づいて遅延時間τを算出し、さらに距離ｄを算出する。本実施の形態では、送信信号の位相及び受信信号の位相が、図６に示したような時間軸上で比較できるように、移相器であるヒータ３８ＡＥ、３８ＢＥ、３８ＡＭ、３８ＢＭによって、送信信号の位相及び受信信号の位相の少なくともいずれかが変更される。

【0034】

なお、図６に示す送信信号、受信信号の波形は一例であって、他の波形、例えば鋸歯状の波形を有する送信信号、受信信号であってもよい。

【0035】

距離換算部２６Ｅ、２６Ｍによって算出された距離ｄは、出力統括部３０Ａで統括されて出力される。例えば、距離換算部２６Ｅ、２６Ｍによって算出された距離ｄの平均値が出力される。

【0036】

また、プロセッサ５０は、スキャン制御部２８を備えている。スキャン制御部２８は、移相器として機能するヒータ３８ＡＥ、３８ＢＥ、３８ＡＭ、３８ＢＭを制御して、送信光及び受信光の位相を変化させることにより、送信光及び受信光の方向を走査する。これにより、出力統括部３０Ａは、方向毎に、距離ｄの平均値を出力する。

【0037】

以上説明したように、本実施の形態に係る偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティング１０は、回折角θ_TEの絶対値と回折角θ_TMの絶対値とが等しく、かつ回折角θ_TEと回折角θ_TMとの正負が反対となるように構成された回折格子４０と、回折格子４０で各々分離されたＴＥ、ＴＭが伝播する導波路３２Ｅ、３２Ｍと、通電により導波路３２Ｅ、３２Ｍを通過する光の位相を変化させる移相器であるヒータ３８ＡＥ、３８ＢＥ、３８ＡＭ、３８ＢＭと含む簡素かつ小規模な構成で、受信したＴＥ及びＴＭの各々に対応可能となっている。

【0038】

従って、本実施の形態に係る偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティングは、ＴＥ専用の回折格子及びＴＭ専用の回折格子を各々備えることを要しないので、装置が小型化でき、製品の製造コストを抑制できる。また、ＴＥ用の導波路３２Ｅ及び移相器であるヒータ３８ＡＥ、ＢＥと、ＴＭ用の導波路３２Ｍ及び移相器であるヒータ３８ＡＭ、ＢＭと、を各々備えることにより、ＴＥ及びＴＭの各々に対し、各々の特性に応じた別個独立の位相変化を与えることが可能である。

【0039】

さらに、本実施の形態に係る偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティングを用いたレーザレーダ装置１００は、送信光と受信光との周波数差に基づいて、対象物までの距離を計測でき、車両の自動運転制御において、適切な加速及び減速の制御に資することができる。

【0040】

［第２の実施の形態］
続いて本発明の第２の実施の形態について説明する。図７は、本実施の形態に係るレーザレーダ装置２００の構成の一例を示したブロック図である。図７に示したレーザレーダ装置２００は、距離換算部２６Ｅが出力した、受信したＴＥの反射強度と、距離換算部２６Ｍが出力した、受信したＴＭの反射強度とを比較して、対象物における入射角を推定する強度比較部３４を有し、出力統括部３０Ｂは、方向毎に、強度比較部３４が推定した入射角と、距離換算部２６Ｅ、２６Ｍによって算出された距離ｄと、を出力ことにより、対象物の形状とする点において第１の実施の形態と相違するが、その他の構成は第１の実施の形態と同一なので、その他の構成には第１の実施の形態と同一の符号を付して詳細な説明は省略する。本実施の形態も、第１の実施の形態と同様に、送信信号（送信光）の位相及び受信信号（受信光）の位相が、図６に示したような時間軸上で比較できるように、移相器であるヒータ３８ＡＥ、３８ＢＥ、３８ＡＭ、３８ＢＭによって、送信光の位相及び受信光の位相の少なくともいずれかが変更される。さらに本実施の形態では、受信光に各々含まれるＴＥ及びＴＭの反射率の比の算出が容易になるように、移相器であるヒータ３８ＡＥ、３８ＢＥ、３８ＡＭ、３８ＢＭによって、当該ＴＥの位相及び当該ＴＭの位相の少なくともいずれかが変更される。なお、移相器であるヒータ３８ＡＥ、３８ＢＥ、３８ＡＭ、３８ＢＭは、第１の実施の形態と同様に、スキャン制御部２８によって制御される。

【0041】

レーザ光源１２から円偏光を送信した場合、ｐ偏光（ＴＭ）の反射率をｒ_pとし、ｓ偏光（ＴＥ）の反射率をｒ_sとすると、ｒ_pとｒ_sとには、下記の式（１）の関係が存在する。式（１）中のｔａｎψは試料表面におけるｐ、ｓ成分の振幅反射率比を表し、Δはｐ、ｓ成分の反射による位相差を表している。

【0042】

さらに式（１）の右辺は、下記の式（２）のように表される。

【0043】

式（２）中のφは入射角、Ｎは対象物の屈折率、ｎ_aは空気の屈折率である。従って、対象物の材質がある程度推定できる場合、式（１）の左辺の反射率ｒ_pとｒ_sとの比は、距離換算部２６Ｅ、２６Ｍに各々伝播する光の強度の比によって算出可能なので、式（１）、（２）によれば、送信光の対象物への入射角φが算出できる。

【0044】

図９に示したように、送信光７０の入射角φは、対象物８０の形状によって変化する。

【0045】

図８は、入射角φと、ψと、Δとの対応関係を示した説明図であり、対象物はアルミニウムを想定している。対象物の形状把握においては、式（１）、（２）を用いて入射角φを、その都度算出するのが原則であるが、プロセッサ５０の演算負荷が大きくなるので、本実施の形態では、図８に示したような対応関係を予め算出しておいて、プロセッサ５０がアクセス可能な記憶媒体に記憶しておき、プロセッサは図８に示したようなデータを参照して、入射角φを決定する。

【0046】

図７に示した構成と、図８に示したデータとを用いることにより、送信光の入射角φを決定でき、図１０に示したように、方向毎に決定した入射角φ及び距離に基づいて、対象物１０２、１０４の形状を推定することができる。

【0047】

以上説明したように、本実施の形態によれば、ｐ偏光の反射率とｓ偏光の反射率とに基づいて、対象物１０２、１０４への送信光の入射角φを算出し、方向毎に算出した入射角φ及び距離に基づいて対象物１０２、１０４の形状を推定することでき、さらには、対象物１０２、１０４の形状から、対象物が如何なるものであるかを推定することが可能となる。

【0048】

対象物１０２、１０４の形状、さらには対象物１０２、１０４が何であるかを推定することにより、車両の自動運転制御において、適切な回避行動等が可能になる。

【0049】

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能であることはいうまでもない。

【符号の説明】

【0050】

１０ 偏波ダイバーシティフェーズドアレイグレーティング
１２ レーザ光源
１８Ｅ、１８Ｍ フォトダイオード
２４Ｅ、２４Ｍ 周波数解析部
２６Ｅ、２６Ｍ 距離換算部
３０Ａ、３０Ｂ 出力統括部
３２、３２Ｅ、３２Ｍ 導波路
３４ 強度比較部
３８、３８ＡＥ、３８ＡＭ、３８ＢＥ、３８ＢＭ ヒータ
４０ 回折格子
５０ プロセッサ
６０Ｅ、６０Ｍ 送信信号
７０ 送信光
８０ 対象物
１００ レーザレーダ装置
１０２、１０４ 対象物
２００ レーザレーダ装置
δｆ 周波数差
θ_TE、θ_TM 回折角
τ 遅延時間
φ 入射角

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】