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(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】P2024174655
(43)【公開日】2024-12-17
(54)【発明の名称】ＬｉＤＡＲ送受信機
(51)【国際特許分類】
G01S 17/34 20200101AFI20241210BHJP
G01S 17/931 20200101ALI20241210BHJP
G01C 3/06 20060101ALI20241210BHJP
G01S 7/481 20060101ALI20241210BHJP
【ＦＩ】
G01S17/34
G01S17/931
G01C3/06 120Q
G01C3/06 140
G01S7/481 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】29
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023092593
(22)【出願日】2023-06-05
(71)【出願人】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(71)【出願人】
【識別番号】520124752
【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ
(71)【出願人】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001128
【氏名又は名称】弁理士法人ゆうあい特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】守口 智博
(72)【発明者】
【氏名】安藤 浩
(72)【発明者】
【氏名】大山 浩市
【テーマコード（参考）】
2F112
5J084
【Ｆターム（参考）】
2F112AD01
2F112BA10
2F112CA05
2F112CA12
2F112DA09
2F112DA15
2F112DA17
2F112DA21
2F112DA25
2F112DA28
2F112DA32
2F112EA20
2F112GA01
5J084AA04
5J084AA05
5J084AA07
5J084AB01
5J084AB07
5J084AC02
5J084AD01
5J084BA04
5J084BA38
5J084BA49
5J084BA50
5J084BA51
5J084BB01
5J084BB15
5J084BB16
5J084BB26
5J084BB28
5J084CA08
(57)【要約】
【課題】ＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲにおいて光源と光検出器を分離する技術において、光学系の構成が複雑化するのを抑制しつつＩＱ信号を取得できるようにする。
【解決手段】ＬｉＤＡＲ送受信機は、光源１と、波長板２３と、偏光ビームスプリッタ２２と、第１光検出器３ａと、第２光検出器３ｂと、を備えると共に、コート２４を備える。コート２４は、出射光Ｌｐの経路における偏光ビームスプリッタ２２とターゲットＴＲの間に配置され、第１ビームＬｂ１におけるターゲット反射光Ｌｔｒと参照光Ｌｒとの位相差である第１位相差と、第２ビームＬｂ２におけるターゲット反射光Ｌｔｒと参照光Ｌｒとの位相差である第２位相差とを異ならせるようなターゲット反射光Ｌｔｒまたは参照光Ｌｒの進行方向に沿った厚みを有する。
【選択図】図２
【解決手段】ＬｉＤＡＲ送受信機は、光源１と、波長板２３と、偏光ビームスプリッタ２２と、第１光検出器３ａと、第２光検出器３ｂと、を備えると共に、コート２４を備える。コート２４は、出射光Ｌｐの経路における偏光ビームスプリッタ２２とターゲットＴＲの間に配置され、第１ビームＬｂ１におけるターゲット反射光Ｌｔｒと参照光Ｌｒとの位相差である第１位相差と、第２ビームＬｂ２におけるターゲット反射光Ｌｔｒと参照光Ｌｒとの位相差である第２位相差とを異ならせるようなターゲット反射光Ｌｔｒまたは参照光Ｌｒの進行方向に沿った厚みを有する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基準波長の光に対して周波数変調された出射光（Ｌｐ）を出射する光源（１）と、
前記出射光を、前記出射光の経路に沿って前記光源からターゲット（ＴＧ）に向かう側である第１の側に通過させることで偏光方向を変化させ、前記出射光の一部が前記ターゲットで反射した後のターゲット反射光（Ｌｔｒ）と前記出射光の他の一部が前記ターゲットに当たる前に反射した後の参照光（Ｌｒ）とを含む干渉光（Ｌｂ）を、前記第１の側とは反対の第２の側に通過させることで前記干渉光（Ｌｂ）の偏光方向を変化させる波長板（２３）と、
前記出射光の経路における前記光源と前記波長板の間に配置され、前記出射光の偏光状態に従って前記出射光を前記波長板に出射すると共に、前記干渉光の偏光状態に従って前記干渉光を前記光源に戻る向きとは異なる向きに出す偏光ビームスプリッタ（２２）と、
前記干渉光に含まれる第１ビームを、前記第１ビームが前記偏光ビームスプリッタから出た後で検出する第１光検出器（３ａ）と、
前記干渉光に含まれる第２ビームを、前記第２ビームが前記偏光ビームスプリッタから出た後で検出する第２光検出器（３ｂ）と、を備え、
前記第１ビームと前記第２ビームは、互いにずれた位置を並進し、
当該ＬｉＤＡＲ送受信機は、前記出射光の経路における前記偏光ビームスプリッタと前記ターゲットの間に配置され、前記第１ビームにおける前記ターゲット反射光と前記参照光との位相差である第１位相差と、前記第２ビームにおける前記ターゲット反射光と前記参照光との位相差である第２位相差とを異ならせるような前記ターゲット反射光または前記参照光の進行方向に沿った厚みを有する厚み形成部品（２３、２４、２５、３０）を含む、ＬｉＤＡＲ送受信機。
前記出射光を、前記出射光の経路に沿って前記光源からターゲット（ＴＧ）に向かう側である第１の側に通過させることで偏光方向を変化させ、前記出射光の一部が前記ターゲットで反射した後のターゲット反射光（Ｌｔｒ）と前記出射光の他の一部が前記ターゲットに当たる前に反射した後の参照光（Ｌｒ）とを含む干渉光（Ｌｂ）を、前記第１の側とは反対の第２の側に通過させることで前記干渉光（Ｌｂ）の偏光方向を変化させる波長板（２３）と、
前記出射光の経路における前記光源と前記波長板の間に配置され、前記出射光の偏光状態に従って前記出射光を前記波長板に出射すると共に、前記干渉光の偏光状態に従って前記干渉光を前記光源に戻る向きとは異なる向きに出す偏光ビームスプリッタ（２２）と、
前記干渉光に含まれる第１ビームを、前記第１ビームが前記偏光ビームスプリッタから出た後で検出する第１光検出器（３ａ）と、
前記干渉光に含まれる第２ビームを、前記第２ビームが前記偏光ビームスプリッタから出た後で検出する第２光検出器（３ｂ）と、を備え、
前記第１ビームと前記第２ビームは、互いにずれた位置を並進し、
当該ＬｉＤＡＲ送受信機は、前記出射光の経路における前記偏光ビームスプリッタと前記ターゲットの間に配置され、前記第１ビームにおける前記ターゲット反射光と前記参照光との位相差である第１位相差と、前記第２ビームにおける前記ターゲット反射光と前記参照光との位相差である第２位相差とを異ならせるような前記ターゲット反射光または前記参照光の進行方向に沿った厚みを有する厚み形成部品（２３、２４、２５、３０）を含む、ＬｉＤＡＲ送受信機。
【請求項2】
前記参照光が前記厚み形成部品を透過する際に前記参照光のうち前記第１ビームを構成する部分と前記第２ビームを構成する部分との間に光路長の差が生じること、および前記ターゲット反射光が前記厚み形成部品を透過する際に前記ターゲット反射光のうち前記第１ビームを構成する部分と前記第２ビームを構成する部分との間に光路長の差が生じることの、いずれか一方または両方が実現するよう、前記厚み形成部品の前記厚みが構成されている、請求項１に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
【請求項3】
前記厚み形成部品は、前記波長板の前記第１の側の面に取り付けられたコート（２４）を含み、
前記コートの前記第１の側の面において前記出射光の前記他の一部が反射することで前記参照光が生じ、
前記第１ビームを構成する前記参照光が通る位置の前記コートの厚みと前記第２ビームを構成する前記参照光が通る位置の前記コートの厚みとが異なることにより、前記第１位相差と前記第２位相差とが異なる、請求項１に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
前記コートの前記第１の側の面において前記出射光の前記他の一部が反射することで前記参照光が生じ、
前記第１ビームを構成する前記参照光が通る位置の前記コートの厚みと前記第２ビームを構成する前記参照光が通る位置の前記コートの厚みとが異なることにより、前記第１位相差と前記第２位相差とが異なる、請求項１に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
【請求項4】
前記厚み形成部品は前記波長板を含み、
前記波長板の前記第１の側の面において前記出射光の前記他の一部が反射することで前記参照光が生じ、
前記第１ビームを構成する前記参照光が前記波長板を通るときの光路長と前記第２ビームを構成する前記参照光が前記波長板を通るときの光路長とが異なることにより、前記第１位相差と前記第２位相差とが異なる、請求項１に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
前記波長板の前記第１の側の面において前記出射光の前記他の一部が反射することで前記参照光が生じ、
前記第１ビームを構成する前記参照光が前記波長板を通るときの光路長と前記第２ビームを構成する前記参照光が前記波長板を通るときの光路長とが異なることにより、前記第１位相差と前記第２位相差とが異なる、請求項１に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
【請求項5】
前記波長板は、板状の基材（２３１）と、前記基材の前記第２の側の面に形成されて通過する光を複屈折させる複屈折部（２３２）と、を有し、
前記基材の前記第１の側の面において前記出射光の前記他の一部が反射することで前記参照光が生じ、
前記第１ビームを構成する前記参照光が前記基材を通るときの光路長と前記第２ビームを構成する前記参照光が前記基材を通るときの光路長とが異なることにより、前記第１位相差と前記第２位相差とが異なる、請求項４に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
前記基材の前記第１の側の面において前記出射光の前記他の一部が反射することで前記参照光が生じ、
前記第１ビームを構成する前記参照光が前記基材を通るときの光路長と前記第２ビームを構成する前記参照光が前記基材を通るときの光路長とが異なることにより、前記第１位相差と前記第２位相差とが異なる、請求項４に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
【請求項6】
前記厚み形成部品は、前記波長板と空間を隔てて前記波長板の前記第１の側に設けられる表面反射光学素子（３０、２４）を含み、
前記表面反射光学素子の前記第１の側の面において前記出射光の前記他の一部が反射することで前記参照光が生じ、
前記第１ビームを構成する前記参照光が前記表面反射光学素子を通るときの光路長と前記第２ビームを構成する前記参照光が前記表面反射光学素子を通るときの光路長とが異なることにより、前記第１位相差と前記第２位相差とが異なる、請求項１に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
前記表面反射光学素子の前記第１の側の面において前記出射光の前記他の一部が反射することで前記参照光が生じ、
前記第１ビームを構成する前記参照光が前記表面反射光学素子を通るときの光路長と前記第２ビームを構成する前記参照光が前記表面反射光学素子を通るときの光路長とが異なることにより、前記第１位相差と前記第２位相差とが異なる、請求項１に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
【請求項7】
前記表面反射光学素子は、基材（３０）と、前記基材の前記第１の側の面および前記第２側の面の一方または両方を被覆するコート（２４）と、を有し、
前記コートの前記第１の側の面において前記出射光の前記他の一部が反射することで前記参照光が生じ、
前記第１ビームを構成する前記参照光が通る位置の前記コートの厚みと前記第２ビームを構成する前記参照光が通る位置の前記コートの厚みとが異なることにより、前記第１位相差と前記第２位相差とが異なる、請求項６に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
前記コートの前記第１の側の面において前記出射光の前記他の一部が反射することで前記参照光が生じ、
前記第１ビームを構成する前記参照光が通る位置の前記コートの厚みと前記第２ビームを構成する前記参照光が通る位置の前記コートの厚みとが異なることにより、前記第１位相差と前記第２位相差とが異なる、請求項６に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
【請求項8】
前記第１ビームを構成する前記参照光が通る位置の前記表面反射光学素子の厚みと前記第２ビームを構成する前記参照光が通る位置の前記表面反射光学素子の厚みとが異なることにより、前記第１位相差と前記第２位相差とが異なる、請求項６に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
【請求項9】
前記コートは、前記第１ビームが通る経路と前記第２ビームが通る経路のうち前記第１ビームが通る経路にのみ配置され、
前記コートの厚みをｔ１とし、前記コートの屈折率をｎ１とし、奇数をｍとし、前記基準波長をλとし、空気の屈折率をｎａｉｒとすると、ｍ×λ／４＝（ｎ１＋ｎａｉｒ）×ｔ１の関係が満足される、請求項３または７に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
前記コートの厚みをｔ１とし、前記コートの屈折率をｎ１とし、奇数をｍとし、前記基準波長をλとし、空気の屈折率をｎａｉｒとすると、ｍ×λ／４＝（ｎ１＋ｎａｉｒ）×ｔ１の関係が満足される、請求項３または７に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
【請求項10】
前記基材のうち、前記第１ビームが通る位置の厚みをｔｓ１とし、前記第２ビームが通る位置の厚みをｔｓ２とし、前記基材の屈折率をｎｓ１とし、奇数をｍとし、前記基準波長をλとし、空気の屈折率をｎａｉｒとすると、ｍ×λ／４＝（ｎｓ１＋ｎａｉｒ）×｜ｔｓ１－ｔｓ２｜の関係が満足される、請求項５に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
【請求項11】
前記表面反射光学素子のうち、前記第１ビームが通る位置の厚みをｔｓ１とし、前記第２ビームが通る位置の厚みをｔｓ２とし、前記表面反射光学素子の屈折率をｎｓ１とし、奇数をｍとし、前記基準波長をλとし、空気の屈折率をｎａｉｒとすると、ｍ×λ／４＝（ｎｓ１＋ｎａｉｒ）×｜ｔｓ１－ｔｓ２｜の関係が満足される、請求項８に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
【請求項12】
前記厚み形成部品は、前記第１ビームにおける前記ターゲット反射光と前記第２ビームにおける前記ターゲット反射光との位相差を低減するように、前記ターゲット反射光が通って前記参照光が通らない位置に配置される光路長補償素子（２５）を含む、請求項１に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
【請求項13】
前記厚み形成部品は、前記第１ビームにおける前記ターゲット反射光と前記第２ビームにおける前記ターゲット反射光との位相差を解消するように、前記第２ビームを構成する前記ターゲット反射光が通って前記第２ビームを構成する前記参照光が通らない位置に配置される光路長補償素子（２５）を含み、
前記コートは、前記干渉光の前記第１ビームが通る経路と前記第２ビームが通る経路のうち前記第１ビームが通る経路にのみ配置され、
前記コートの厚みをｔ１とし、前記コートの屈折率をｎ１とし、奇数をｍとし、前記基準波長をλとすると、ｍ×λ／４＝２×ｎ１×ｔ１の関係が満足される、請求項３または７に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
前記コートは、前記干渉光の前記第１ビームが通る経路と前記第２ビームが通る経路のうち前記第１ビームが通る経路にのみ配置され、
前記コートの厚みをｔ１とし、前記コートの屈折率をｎ１とし、奇数をｍとし、前記基準波長をλとすると、ｍ×λ／４＝２×ｎ１×ｔ１の関係が満足される、請求項３または７に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
【請求項14】
前記厚み形成部品は、前記第１ビームにおける前記ターゲット反射光と前記第２ビームにおける前記ターゲット反射光との位相差を解消するように、前記第２ビームを構成する前記ターゲット反射光が通って前記第２ビームを構成する前記参照光が通らない位置に配置される光路長補償素子（２５）を含み、
前記基材のうち、前記第１ビームが通る位置の厚みをｔｓ１とし、前記第２ビームが通る位置の厚みをｔｓ２とし、前記基材の屈折率をｎｓ１とし、奇数をｍとし、前記基準波長をλとすると、ｍ×λ／４＝２×ｎｓ１×｜ｔｓ１－ｔｓ２｜の関係が満足される、請求項５に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
前記基材のうち、前記第１ビームが通る位置の厚みをｔｓ１とし、前記第２ビームが通る位置の厚みをｔｓ２とし、前記基材の屈折率をｎｓ１とし、奇数をｍとし、前記基準波長をλとすると、ｍ×λ／４＝２×ｎｓ１×｜ｔｓ１－ｔｓ２｜の関係が満足される、請求項５に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
【請求項15】
前記厚み形成部品は、前記第１ビームにおける前記ターゲット反射光と前記第２ビームにおける前記ターゲット反射光との位相差を解消するように、前記第２ビームを構成する前記ターゲット反射光が通って前記第２ビームを構成する前記参照光が通らない位置に配置される光路長補償素子（２５）を含み、
前記表面反射光学素子のうち、前記第１ビームが通る位置の厚みをｔｓ１とし、前記第２ビームが通る位置の厚みをｔｓ２とし、前記表面反射光学素子の屈折率をｎｓ１とし、奇数をｍとし、前記基準波長をλとすると、ｍ×λ／４＝２×ｎｓ１×｜ｔｓ１－ｔｓ２｜の関係が満足される、請求項８に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
前記表面反射光学素子のうち、前記第１ビームが通る位置の厚みをｔｓ１とし、前記第２ビームが通る位置の厚みをｔｓ２とし、前記表面反射光学素子の屈折率をｎｓ１とし、奇数をｍとし、前記基準波長をλとすると、ｍ×λ／４＝２×ｎｓ１×｜ｔｓ１－ｔｓ２｜の関係が満足される、請求項８に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
【請求項16】
前記厚み形成部品は、前記波長板の第１の側に設けられる位相差発生素子（３０、２４）を備え、
前記出射光の前記他の一部は、前記位相差発生素子よりも第２の側で反射して前記参照光を生じ、
前記ターゲット反射光が前記位相差発生素子を通る際、前記ターゲット反射光のうち前記第１ビームを構成する部分と前記第２ビームを構成する部分との間に位相差が生じることにより、前記第１位相差と前記第２位相差とが異なる、請求項１に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
前記出射光の前記他の一部は、前記位相差発生素子よりも第２の側で反射して前記参照光を生じ、
前記ターゲット反射光が前記位相差発生素子を通る際、前記ターゲット反射光のうち前記第１ビームを構成する部分と前記第２ビームを構成する部分との間に位相差が生じることにより、前記第１位相差と前記第２位相差とが異なる、請求項１に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
【請求項17】
前記位相差発生素子は、基材（３０）と、前記基材の前記第１の側の面および前記第２側の面の一方または両方を被覆するコート（２４）と、を有し、
前記第１ビームを構成する前記ターゲット反射光が通る位置の前記コートの厚みと前記第２ビームを構成する前記ターゲット反射光が通る位置の前記コートの厚みとが異なることにより、前記第１位相差と前記第２位相差とが異なる、請求項１６に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
前記第１ビームを構成する前記ターゲット反射光が通る位置の前記コートの厚みと前記第２ビームを構成する前記ターゲット反射光が通る位置の前記コートの厚みとが異なることにより、前記第１位相差と前記第２位相差とが異なる、請求項１６に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
【請求項18】
前記第１ビームを構成する前記ターゲット反射光が通る位置の前記位相差発生素子の厚みと前記第２ビームを構成する前記ターゲット反射光が通る位置の前記位相差発生素子の厚みとが異なることにより、前記第１位相差と前記第２位相差とが異なる、請求項１６に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
【請求項19】
前記位相差発生素子は、前記第１ビームが通る経路と前記第２ビームが通る経路のうち前記第１ビームが通る経路にのみ配置されることにより、前記第１位相差と前記第２位相差とが異なる、請求項１８に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
【請求項20】
前記コートは、前記第１ビームが通る経路と前記第２ビームが通る経路のうち前記第１ビームが通る経路にのみ配置され、
前記コートの厚みをｔ１とし、前記コートの屈折率をｎ１とし、奇数をｍとし、前記基準波長をλとし、空気の屈折率をｎａｉｒとすると、ｍ×λ／４＝（ｎ１－ｎａｉｒ）×ｔ１の関係が満足される、請求項１７に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
前記コートの厚みをｔ１とし、前記コートの屈折率をｎ１とし、奇数をｍとし、前記基準波長をλとし、空気の屈折率をｎａｉｒとすると、ｍ×λ／４＝（ｎ１－ｎａｉｒ）×ｔ１の関係が満足される、請求項１７に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
【請求項21】
前記位相差発生素子のうち、前記第１ビームが通る位置の厚みをｔｓ１とし、前記第２ビームが通る位置の厚みをｔｓ２とし、前記位相差発生素子の屈折率をｎｓ１とし、奇数をｍとし、前記基準波長をλとし、空気の屈折率をｎａｉｒとすると、ｍ×λ／４＝（ｎｓ１－ｎａｉｒ）×｜ｔｓ１－ｔｓ２｜の関係が満足される、請求項１８または１９に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
【請求項22】
前記波長板はλ／４波長板であり、前記偏光ビームスプリッタの前記第１の側にある、請求項１に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
【請求項23】
前記光路長補償素子は、前記波長板の第１の側に配置されると共に、前記ターゲット反射光が平行光となっている位置に配置されている、請求項１２に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
【請求項24】
前記表面反射光学素子は、前記波長板の第１の側に配置されると共に、前記ターゲット反射光が平行光となっている位置に配置されている、請求項６ないし８のいずれか１つに記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
【請求項25】
前記位相差発生素子は、前記波長板の第１の側に配置されると共に、前記ターゲット反射光が平行光となっている位置に配置されている、請求項１６ないし１９のいずれか１つに記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
【請求項26】
前記光源と前記偏光ビームスプリッタとの間には単一のレンズもしくは組レンズから構成されるコリメータ（１２）が配置されている請求項１に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
【請求項27】
前記偏光ビームスプリッタと光検出器の間には単一のレンズもしくは組レンズから構成される受光レンズ（２７）が配置されている請求項１に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
【請求項28】
前記受光レンズは、前記第１光検出器および前記第２光検出器を構成する光検出素子の数と同数のレンズを有しているか、あるいは、前記第１光検出器および前記第２光検出器を構成する光検出素子の数と同数のレンズ形状を有する単一のレンズアレイを有する、請求項２７に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
【請求項29】
前記偏光ビームスプリッタの前記第１の側に、前記出射光および前記ターゲット反射光のビーム径の拡大または縮小を行う組レンズ（２８、２９）を備えた、請求項１に記載のＬｉＤＡＲ送受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ＬｉＤＡＲ送受信機に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、光源から周波数が連続変調された出射光が出射され、その出射光がターゲットで反射して生じたターゲット反射光と出射光に由来する参照光とを干渉させ、得られた干渉光に基づいてターゲットを検出するＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲの技術が知られている。このＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲに適用可能な送受信機として、偏光ビームスプリッタと波長板を用いて光源から光検出器を分離できる送受信機が、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特表２０２２－５０５１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
発明者は、上記技術において、光検出器で受信する干渉光からＩＱ信号を取得するようにすると、干渉光の瞬時周波数や瞬時位相情報を得ることができると考えた。しかし、上記文献では、ＩＱ信号を取得する構成が開示されておらず、そのような構成を単純に実現しようとすると、偏光ビームスプリッタの数や波長板の数が膨大になり、光学系の構成が非常に複雑になってしまう。
【0005】
本開示は上記点に鑑み、ＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲにおいて光源と光検出器を分離する技術において、光学系の構成が複雑化するのを抑制しつつＩＱ信号を取得できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、
基準波長の光に対して周波数変調された出射光（Ｌｐ）を出射する光源（１）と、
前記出射光を、前記出射光の経路に沿って前記光源からターゲット（ＴＧ）に向かう側である第１の側に通過させることで偏光方向を変化させ、前記出射光の一部が前記ターゲットで反射した後のターゲット反射光（Ｌｔｒ）と前記出射光の他の一部が前記ターゲットに当たる前に反射した後の参照光（Ｌｒ）とを含む干渉光（Ｌｂ）を、前記第１の側とは反対の第２の側に通過させることで前記干渉光（Ｌｂ）の偏光方向を変化させる波長板（２３）と、
前記出射光の経路における前記光源と前記波長板の間に配置され、前記出射光の偏光状態に従って前記出射光を前記波長板に出射すると共に、前記干渉光の偏光状態に従って前記干渉光を前記光源に戻る向きとは異なる向きに出す偏光ビームスプリッタ（２２）と、
前記干渉光に含まれる第１ビームを、前記第１ビームが前記偏光ビームスプリッタから出た後で検出する第１光検出器（３ａ）と、
前記干渉光に含まれる第２ビームを、前記第２ビームが前記偏光ビームスプリッタから出た後で検出する第２光検出器（３ｂ）と、を備えたＬｉＤＡＲ送受信機であり、
前記第１ビームと前記第２ビームは、互いにずれた位置を並進し、
前記出射光の経路における前記偏光ビームスプリッタと前記ターゲットの間に配置され、前記第１ビームにおける前記ターゲット反射光と前記参照光との位相差である第１位相差と、前記第２ビームにおける前記ターゲット反射光と前記参照光との位相差である第２位相差とを異ならせるような前記ターゲット反射光または前記参照光の進行方向に沿った厚みを有する厚み形成部品（２３、２４、２５、３０）を、当該ＬｉＤＡＲ送受信機が含む。
基準波長の光に対して周波数変調された出射光（Ｌｐ）を出射する光源（１）と、
前記出射光を、前記出射光の経路に沿って前記光源からターゲット（ＴＧ）に向かう側である第１の側に通過させることで偏光方向を変化させ、前記出射光の一部が前記ターゲットで反射した後のターゲット反射光（Ｌｔｒ）と前記出射光の他の一部が前記ターゲットに当たる前に反射した後の参照光（Ｌｒ）とを含む干渉光（Ｌｂ）を、前記第１の側とは反対の第２の側に通過させることで前記干渉光（Ｌｂ）の偏光方向を変化させる波長板（２３）と、
前記出射光の経路における前記光源と前記波長板の間に配置され、前記出射光の偏光状態に従って前記出射光を前記波長板に出射すると共に、前記干渉光の偏光状態に従って前記干渉光を前記光源に戻る向きとは異なる向きに出す偏光ビームスプリッタ（２２）と、
前記干渉光に含まれる第１ビームを、前記第１ビームが前記偏光ビームスプリッタから出た後で検出する第１光検出器（３ａ）と、
前記干渉光に含まれる第２ビームを、前記第２ビームが前記偏光ビームスプリッタから出た後で検出する第２光検出器（３ｂ）と、を備えたＬｉＤＡＲ送受信機であり、
前記第１ビームと前記第２ビームは、互いにずれた位置を並進し、
前記出射光の経路における前記偏光ビームスプリッタと前記ターゲットの間に配置され、前記第１ビームにおける前記ターゲット反射光と前記参照光との位相差である第１位相差と、前記第２ビームにおける前記ターゲット反射光と前記参照光との位相差である第２位相差とを異ならせるような前記ターゲット反射光または前記参照光の進行方向に沿った厚みを有する厚み形成部品（２３、２４、２５、３０）を、当該ＬｉＤＡＲ送受信機が含む。
【0007】
このように、光学系において、厚み形成部品のターゲット反射光または参照光の進行方向に沿った厚みが調整されることで、ＩＱ信号の取得に必要な第１位相差と第２位相差の違いが設けられる。これにより、光学系の部品点数が抑えられ、ひいては、光学系の複雑化が抑えられる。
【0008】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】第１実施形態に係るＬｉＤＡＲ送受信機の構成図である。
【図2】光学系の詳細を示す図である。
【図3】波長板、コート、光路長補償素子の構成を示す図である。
【図4】第２実施形態における光学系の詳細を示す図である。
【図5】波長板および光路長補償素子の構成を示す図である。
【図6】第３実施形態における光学系の詳細を示す図である。
【図7】第４実施形態における波長板の構成を示す図である。
【図8】第５実施形態における光学系の詳細を示す図である。
【図9】表面反射光学素子の詳細を示す図である。
【図10】第６実施形態における表面反射光学素子の詳細を示す図である。
【図11】第７実施形態における光学系の詳細を示す図である。
【図12】波長板および位相差発生素子の構成を示す図である。
【図13】第８実施形態における波長板および位相差発生素子の構成を示す図である。
【図14】第９実施形態における波長板および位相差発生素子の構成を示す図である。
【図15】第１０実施形態における光学系の詳細を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の一実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態に係るＬｉＤＡＲ送受信機は、ＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲ方式を用いてターゲットＴＧの位置、形状、速度等を特定する。特定される位置および速度は、それぞれ、ターゲットＴＧのＬｉＤＡＲ送受信機に対する相対位置および相対速度である。ＦＭＣＷは、Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅの略である。
【0011】
このＬｉＤＡＲ送受信機は、例えば、車両に搭載されて車両の周囲の物体（例えば先行車両、人、障害物）の位置、形状、速度等を特定するために用いられてもよいし、他の用途に用いられてもよい。
【0012】
このＬｉＤＡＲ送受信機は、光源１、光学系２、第１光検出器３ａ、第２光検出器３ｂ、処理回路４を有する。光源１は、レーザ発振器１１と、変調器１２とを有する。レーザ発振器１１は、所定の基準周波数（例えば、１５５０ｎｍ、１３００ｎｍ）のレーザ光を生成して出力する。レーザ発振器１１は、例えばレーザダイオードが用いられるが、それ以外のものが用いられてもよい。
【0013】
変調器１２は、レーザ発振器１１が出力した基準周波数のレーザ光に対して所定の変調振幅（例えば０．００１ｎｍ幅、例えば０．００５ｎｍ幅）の周波数変調を行うことで、周波数が増減変化するレーザ光である出射光Ｌｐを光学系２に出射する。周波数の変化は、例えば、周波数が所定のチャープ率で増加した後所定のチャープ率で減少する三角波の態様であってもよいし、他の変化態様であってもよい。
【0014】
光学系２は、光源１から出射された出射光Ｌｐの一部をターゲットＴＧに導く光路を形成する空間干渉光学系である。また光学系２は、出射光Ｌｐの当該一部がターゲットＴＧで反射した後のターゲット反射光Ｌｔｒと、出射光Ｌｐの他の一部がターゲットＴＧに当たる前に光学系２内で反射して生じた参照光Ｌｒとを合成し、合成後の干渉光Ｌｂのうち第１ビームＬｂ１を第１光検出器３ａに出力し第２ビームＬｂ２を第２光検出器３ｂに出力する。
【0015】
第１光検出器３ａは、受けた第１ビームＬｂ１に応じた電気信号としてＩ信号を生成し、生成したＩ信号を処理回路４に出力する受光素子である。第２光検出器３ｂは、受けた第２ビームＬｂ２に応じた電気信号としてＱ信号を生成し、生成したＱ信号を処理回路４に出力する受光素子である。Ｉ信号内に含まれるターゲット反射光Ｌｔｒと参照光Ｌｒとの位相差は、Ｑ信号内に含まれるターゲット反射光Ｌｔｒと参照光Ｌｒとの位相差に対して、９０°ずれている。なお、ずれ角は、厳密な９０°に限らず、Ｉ信号とＱ信号が取得できる程度には、９０°から乖離していてもよい。
【0016】
処理回路４は、第１光検出器３ａから出力されたＩ信号と第２光検出器３ｂから出力されたＱ信号とに基づいて、ターゲットＴＧの位置、形状、速度等を算出する。処理回路４は、例えば、ＩＱ信号（すなわち、Ｉ信号およびＱ信号）からターゲットＴＧの位置、形状、速度等を算出する処理が記述されたソフトウェアを記憶するメモリを有する。また処理回路４は、当該メモリから当該ソフトウェアを読み出して実行するＣＰＵ等を備えたマイクロコンピュータで構成されている。あるいは、処理回路４は、ＩＱ信号からターゲットＴＧの位置、形状、速度等を算出する処理を実行するよう回路構成された専用の電子回路であってもよい。
【0017】
処理回路は、上記のような処理において、ＩＱ信号をビート信号として用いることで、ＦＭＣＷ方式によりターゲットＴＧの位置、形状、速度等を算出する。この際、Ｉ信号とＱ信号の両方が得られると、受信した干渉光Ｌｂの瞬時位相がわかるので、距離算出、速度算出の精度が向上する。
【0018】
以下、光学系２の構成について説明する。図２に示すように、光学系２は、コリメータ２１、偏光ビームスプリッタ２２、波長板２３、コート２４、光路長補償素子２５、ビームスキャナ２６、受光レンズ２７を有している。本実施形態では、コート２４、光路長補償素子２５が、厚み形成部品を構成する。
【0019】
コリメータ２１は、光源１から出た出射光Ｌｐを平行光のビームに集束させる単一のレンズもしくは組レンズから構成される。偏光ビームスプリッタ２２は、出射光Ｌｐの経路に沿ったコリメータ２１のターゲットＴＧ側、すなわち第１の側に配置されている。以下、出射光Ｌｐの経路に沿ったターゲットＴＧ側を第１の側と呼び、その反対側すなわち光源１側を第２の側と呼ぶ。
【0020】
偏光ビームスプリッタ２２は、コリメータ２１からの出射光Ｌｐを通過させると共に、波長板２３からの干渉光Ｌｂを光源１の方向とは異なる受光レンズ２７の方向に反射する光学部材である。干渉光Ｌｂは波長板２３の作用により偏光方向が出射光Ｌｐと異なっており、偏光ビームスプリッタ２２は、この偏光方向の違いを利用して上記のような光の進行方向を実現する。
【0021】
波長板２３は、偏光ビームスプリッタ２２に対して第１の側に配置されている。波長板２３は、波長板２３を通る光の２つの直交する偏光成分間の位相をずらすことによって、当該光の偏光状態を変化させる光学部材である。より具体的には、波長板２３は、λ／４波長板で構成される。
【0022】
コート２４は、コート２４を通る光の光路長を調整するための光学膜である。コート２４は、空気とは異なる屈折率を有し、波長板２３に対して第１の側に配置されている。
【0023】
より具体的には、コート２４は、図２、図３に示すように、波長板２３の第１の側の面のうち、第１ビームＬｂ１が通る経路にある面２３ａの全体を覆うように、面２３ａに塗布されて形成される。また、コート２４は、波長板２３の第１の側の面のうち、第２ビームＬｂ２が通る経路にある面２３ｂは覆わないように形成される。
【0024】
ここで、干渉光Ｌｂ、第１ビームＬｂ１、第２ビームＬｂ２について説明する。出射光Ｌｐのうち、光学系２からターゲットＴＧに向かう部分以外の他の一部は、光学系２内で波長板２３またはコート２４で反射されて、偏光ビームスプリッタ２２に向かう参照光Ｌｒとなる。
【0025】
コート２４および波長板２３から偏光ビームスプリッタ２２、受光レンズ２７を経て第１光検出器３ａ、第２光検出器３ｂへ向かう経路においては、参照光Ｌｒとターゲット反射光Ｌｔｒが合成されて干渉光Ｌｂのビームが形成される。そして、干渉光Ｌｂの一部が第１ビームＬｂ１であり、他の一部が第２ビームＬｂ２である。また、参照光Ｌｒと合成される前のターゲット反射光Ｌｔｒも、後に第１ビームＬｂ１中の参照光Ｌｒと合成されるものは、第１ビームＬｂ１を構成し、後に第２ビームＬｂ２中の参照光Ｌｒと合成されるものは、第２ビームＬｂ２を構成する。
【0026】
なお、各図において、出射光Ｌｐは実線で表され、ターゲット反射光Ｌｔｒは破線で表され、参照光Ｌｒは一点鎖線で表される。また、出射光Ｌｐ、ターゲット反射光Ｌｔｒ、参照光Ｌｒの光軸中心は、二点鎖線で表される。出射光Ｌｐ、ターゲット反射光Ｌｔｒ、参照光Ｌｒは、経路が部分的に共通している。
【0027】
図２、図３に示すように、第１ビームＬｂ１と第２ビームＬｂ２は、互いにずれた位置を互いに平行に並進する。第１ビームＬｂ１と第２ビームＬｂ２の位置のずれは、干渉光Ｌｂの進行方向に交差する方向へのずれである。より具体的には、当該ずれは、干渉光Ｌｂの進行方向に直交する方向へのずれである。
【0028】
ここで、参照光Ｌｒのうち第１ビームＬｂ１を構成する部分は、出射光Ｌｐが波長板２３およびコート２４の内部を通ってコート２４の第１の側の面２４ａにおいて反射することにより生じる。また、参照光Ｌｒのうち第２ビームＬｂ２を構成する部分は、出射光Ｌｐが波長板２３の内部を通って波長板２３の面２３ｂにおいて反射することにより生じる。
【0029】
波長板２３の第２の側の面、波長板２３とコート２４の界面、光路長補償素子２５の第１の側の面、および光路長補償素子２５の第２の側の面には、光の反射を抑える処理（例えば、ＡＲコート処理）が施されている。
【0030】
また、コート２４は、波長板２３の第１の側の面のうち、面２３ａに隣り合うと共に第１ビームＬｂ１も第２ビームＬｂ２も通らない経路に該当する面２３ｃを覆う様に形成される。これは、第１ビームＬｂ１の通る位置が少しずれた場合への対策である。
【0031】
また、コート２４の、第１ビームＬｂ１の進行方向に沿った厚みｔ１、およびコート２４の屈折率ｎ１は、上述の基準周波数に対応する波長を基準波長λとすると、ｍ×λ／４＝２×ｎ１×ｔ１を満たす。ここで、ｍは奇数である。コート２４の厚みｔ１は、反射防止膜や誘電体多層膜といた蒸着技術により、高精度に制御できる。ただし、この式は厳密に満たされる場合に限らず、ＩＱ信号が取得できる程度には、厳密に満たされる状態から乖離していてもよい。このことは、他の実施形態も含め、本明細書の全体において示す厚みと屈折率に関する条件について、同様である。
【0032】
光路長補償素子２５は、波長板２３に対して第１の側に配置され、光路長補償素子２５を通る光の光路長を変化させるために空気とは異なる屈折率を有する光学部材である。光路長補償素子２５は、波長板２３に接触していてもよいし、波長板２３との間に空隙があってもよい。
【0033】
光路長補償素子２５の、そこを通るターゲット反射光Ｌｔｒの進行方向に沿った厚みｔｃ、および光路長補償素子２５の屈折率ｎｃは、（ｎ１－ｎａｉｒ）×ｔ１＝（ｎｃ－ｎａｉｒ）×ｔｃを満たす。ここで、ｎａｉｒは空気の屈折率である。このようにするのは、第１ビームＬｂ１を構成するターゲット反射光Ｌｔｒと第２ビームＬｂ２を構成するターゲット反射光Ｌｔｒとを同一位相とするためである。ただし、この式は厳密に満たされる場合に限らず、ＩＱ信号が取得できる程度には、厳密に満たされる状態から乖離していてもよい。このことは、他の実施形態も含め、本明細書の全体において示す厚みと屈折率に関する条件について、同様である。
【0034】
図２、図３に示すように、光路長補償素子２５は、第２ビームＬｂ２を構成するターゲット反射光Ｌｔｒが通る経路に配置される。また、光路長補償素子２５は、第１ビームＬｂ１を構成するターゲット反射光Ｌｔｒが通る経路から避けて配置される。
【0035】
ビームスキャナ２６は、波長板２３、コート２４、光路長補償素子２５に対して第１の側に配置される。ビームスキャナ２６は、波長板２３、コート２４、光路長補償素子２５を通ってビームスキャナ２６に入射した出射光Ｌｐを反射する。そしてビームスキャナ２６は、反射後の出射光Ｌｐの向きを操作して所定の走査パターンに従ってターゲットＴＧを含む検知対象範囲をビーム走査可能な走査ミラーである。ビームスキャナ２６は、例えば、１つまたは２つ以上のガルバノメータによって回転可能であってもよいし、多面体ミラーを回転させてもよいし、他の構成で実現されてもよい。
【0036】
またビームスキャナ２６は、出射光ＬｐがターゲットＴＧで反射することで生じるターゲット反射光Ｌｔｒを反射して平行光のビームとして波長板２３、コート２４、光路長補償素子２５の側に戻す。
【0037】
受光レンズ２７は、偏光ビームスプリッタ２２からの光の一部を集光して第１光検出器３ａに入射させ、他の一部を集光して第２光検出器３ｂに入射させる単一のレンズもしくは組レンズから構成される。受光レンズ２７は、第１光検出器３ａへの集光用のレンズ、第２光検出器３ｂへの集光用のレンズという独立した２つのレンズで構成されていてもよいし、これら２つのレンズの機能を実現するよう２つのレンズ形状を有する単一のレンズアレイで構成されていてもよい。
【0038】
以上のような構成のＬｉＤＡＲ送受信機の作動について、以下説明する。上述の通り、光源１から、基準周波数に対して増減変化する周波数を有する出射光Ｌｐが出力される。この出射光Ｌｐは、コリメータ２１で平行光のビームに集束された後、偏光ビームスプリッタ２２に入る。
【0039】
この出射光Ｌｐは、図３に示すように、所定の第１方向を偏光方向Ｙ１とする直線偏光となるよう光源１にて調整されており、偏光ビームスプリッタ２２は、そのような偏光状態の出射光Ｌｐを透過させる。したがって、出射光Ｌｐは、偏光ビームスプリッタ２２を透過して波長板２３に入る。出射光Ｌｐは、波長板２３を通ることで、偏光状態が第１方向への直線偏光から円偏光に変化する。
【0040】
第１ビームＬｂ１の領域を通った出射光Ｌｐは波長板２３を通った後、コート２４に入る。コート２４に入った出射光Ｌｐの一部は、コート２４を透過してビームスキャナ２６に向かう。コート２４に入った出射光Ｌｐの他の一部は、コート２４の第１の側の面２４ａで反射して第２の側に進む参照光Ｌｒとなる。
【0041】
第２ビームＬｂ２の領域を通った出射光Ｌｐの一部は、波長板２３を通った後、光路長補償素子２５を透過してビームスキャナ２６に向かう。また、第２ビームＬｂ２の領域において出射光Ｌｐの他の一部は、波長板２３の第１の側の面２３ｂで反射して第２の側に進む参照光Ｌｒとなる。
【0042】
ビームスキャナ２６に向かった出射光Ｌｐは、ビームスキャナ２６で反射されてターゲットＴＧに向かい、更にターゲットＴＧで反射してビームスキャナ２６に戻る方向に進むターゲット反射光Ｌｔｒとなる。ターゲット反射光Ｌｔｒは、出射光Ｌｐと同様に円偏光であるが、その回転方向は出射光Ｌｐとは逆回りになる。ビームスキャナ２６の走査により、出射光Ｌｐは広がった領域におけるターゲットＴＧの各部で順次反射する。
【0043】
ビームスキャナ２６で反射したターゲット反射光Ｌｔｒのうち、第１ビームＬｂ１を構成する部分は、光路長補償素子２５をバイパスしてコート２４に入る。コート２４に入ったターゲット反射光Ｌｔｒは、出射光Ｌｐがコート２４の面２４ａで反射して生じた参照光Ｌｒと合成されて、干渉光Ｌｂの第１ビームＬｂ１となる。第１ビームＬｂ１は、コート２４を透過した後、波長板２３を透過する。
【0044】
ビームスキャナ２６で反射したターゲット反射光Ｌｔｒのうち、第２ビームＬｂ２を構成する部分は、光路長補償素子２５を透過してコート２４をバイパスして波長板２３に入る。波長板２３に入ったターゲット反射光Ｌｔｒは、出射光Ｌｐが波長板２３の面２４ｂで反射して生じた参照光Ｌｒと合成されて、干渉光Ｌｂの第２ビームＬｂ２となり、波長板２３を透過する。
【0045】
波長板２３を透過した第１ビームＬｂ１、第２ビームＬｂ２は、波長板２３によって偏光状態が円偏波から直線偏波に変化する。この直線偏波の偏光方向Ｙ２は、図３に示すように、上述の第１方向に対して交差する（例えば直交する）第２方向となっている。したがって、第１ビームＬｂ１、第２ビームＬｂ２は偏光ビームスプリッタ２２で、光源１の方向とは異なる受光レンズ２７の方向に反射される。そして、第１ビームＬｂ１、第２ビームＬｂ２は、受光レンズ２７において、それぞれ第１光検出器３ａ、第２光検出器３ｂに集光される。
【0046】
ここで、第１ビームＬｂ１、第２ビームＬｂ２におけるターゲット反射光Ｌｔｒおよび参照光Ｌｒの位相について説明する。第１ビームＬｂ１における参照光Ｌｒと、第２ビームＬｂ２における参照光Ｌｒは、偏光ビームスプリッタ２２に向けて波長板２３を出るまでの光路差が２×ｎ１×ｔ１＝ｍ×λ／４となる。これは、図３に示すように、第１ビームＬｂ１の参照光Ｌｒの光路は、コート２４内を往復する分だけ、第２ビームＬｂ２の参照光Ｌｒの光路よりも長いからである。なお、参照光Ｌｒの光路は、出射光Ｌｐであったときの光路も含む。
【0047】
第１ビームＬｂ１におけるターゲット反射光Ｌｔｒと、第２ビームＬｂ２におけるターゲット反射光Ｌｔｒは、偏光ビームスプリッタ２２に向けて波長板２３を出るまでの光路差がない。これは、第１ビームＬｂ１におけるターゲット反射光Ｌｔｒがコート２４を通過することによる光路長の変化が、第２ビームＬｂ２におけるターゲット反射光Ｌｔｒが通る光路長補償素子２５によって、補償されるからである。
【0048】
このように、第１ビームＬｂ１を構成する参照光Ｌｒとターゲット反射光Ｌｔｒとの位相差（すなわち、第１位相差）は、第２ビームＬｂ２を構成する参照光Ｌｒとターゲット反射光Ｌｔｒとの位相差（すなわち、第２位相差）に対して、π／２ずれる。すなわち、ターゲット反射光Ｌｔｒと参照光Ｌｒが第１ビームＬｂ１と第２ビームＬｂ２に２分岐され、参照光Ｌｒのみ、第１ビームＬｂ１と第２ビームＬｂ２でπ／２の位相差を持つ。そして、それぞれの参照光Ｌｒが同じビーム内のターゲット反射光Ｌｔｒと干渉し、Ｉ信号に対応する第１ビームＬｂ１とＱ信号に対応する第２ビームＬｂ２が構成される。
【0049】
ここで第１ビームＬｂ１と第２ビームＬｂ２におけるターゲット反射光Ｌｔｒの信号強度を時間ｔの関数で表した値をＥｓ（ｔ）とする。また、第１ビームＬｂ１における参照光Ｌｒの信号強度を時間ｔの関数で表した値をＥｒ＿Ｉ（ｔ）とし、第２ビームＬｂ２における参照光Ｌｒの信号強度を時間ｔの関数で表した値をＥｒ＿Ｑ（ｔ）とすると、以下の式が成立する
【0050】
【数1】
【0051】
【数2】
【0052】
［１］以上説明した通り、本実施形態においては、出射光Ｌｐの経路における偏光ビームスプリッタ２２とターゲットＴＧの間に配置され、第１位相差と第２位相差とを異ならせるようなターゲット反射光Ｌｔｒおよび参照光Ｌｒの進行方向に沿った厚みを有する厚み形成部品を含む。そして、本実施形態では、厚み形成部品は、コート２４である。
【0053】
このように、光学系２において、厚み形成部品のターゲット反射光Ｌｔｒまたは参照光Ｌｒの進行方向に沿った厚みが、屈折率との関係に応じて調整されることで、ＩＱ信号の取得に必要な第１位相差と第２位相差の違いが設けられる。これにより、光学系の部品点数が抑えられ、ひいては、光学系の複雑化が抑えられる。
【0054】
［２］具体的には、参照光Ｌｒがコート２４を透過する際に参照光Ｌｒのうち第１ビームＬｂ１を構成する部分と第２ビームＬｂ２を構成する部分との間に光路長の差が生じる。このように、参照光Ｌｒの光路長を調整することで、第１位相差と第２位相差の違いを作ることができる。
【0055】
［３］また、コート２４の第１の側の面２４ａにおいて出射光Ｌｐの他の一部が反射することで第１ビームＬｂ１を構成する参照光Ｌｒが生じる。そして、第１ビームＬｂ１を構成する参照光Ｌｒが通る位置のコート２４の厚みと第２ビームを構成する参照光Ｌｒが通る位置のコートの厚みとが異なる。
【0056】
具体的には、本実施形態では、第１ビームＬｂ１を構成する参照光Ｌｒが通る位置のコート２４の厚みｔ１は０より大きく、第２ビームＬｂ２を構成する参照光Ｌｒが通る位置のコート２４の厚みは０である。すなわち、第２ビームＬｂ２を構成する参照光Ｌｒが通る位置にはコート２４は存在しない。
【0057】
これにより、コート２４が、第１ビームＬｂ１におけるターゲット反射光Ｌｔｒと参照光Ｌｒとの位相差である第１位相差と、第２ビームＬｂ２におけるターゲット反射光Ｌｔｒと参照光Ｌｒとの位相差である第２位相差とを異ならせる。このように、波長板２３を被覆するコート２４という簡易な構成で、ＩＱ信号を取得することができる。
【0058】
［４］また、光路長補償素子２５は、第１ビームＬｂ１におけるターゲット反射光Ｌｔｒと第２ビームＬｂ２におけるターゲット反射光Ｌｔｒとの位相差を低減および解消するように、ターゲット反射光Ｌｔｒが通って参照光Ｌｒが通らない位置に配置される。具体的には、第２ビームＬｂ２を構成するターゲット反射光Ｌｔｒが通る位置に配置される。このようにすることで、第１ビームＬｂ１、第２ビームＬｂ２間におけるターゲット反射光Ｌｔｒの位相差を、参照光Ｌｒとは独立に、調整できる。
【0059】
［２０］また、光路長補償素子２５は、波長板２３の第１の側に配置されると共に、ターゲット反射光Ｌｔｒが平行光となっている位置に配置されている。このような位置において、安定的にターゲット反射光Ｌｔｒの位相差を調整できる。
【0060】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、図４、図５を用いて説明する。図４に示すように、本実施形態は、第１実施形態に対して、光路長補償素子２５が省略され、かつ、コート２４の構成が異なっている。本実施形態のコート２４は、厚みｔ１および屈折率ｎ１の一方または両方が、第１実施形態と異なっているが、その他の構成（例えば波長板２３に対する配置）は第１実施形態と同じである。
次に、第２実施形態について、図４、図５を用いて説明する。図４に示すように、本実施形態は、第１実施形態に対して、光路長補償素子２５が省略され、かつ、コート２４の構成が異なっている。本実施形態のコート２４は、厚みｔ１および屈折率ｎ１の一方または両方が、第１実施形態と異なっているが、その他の構成（例えば波長板２３に対する配置）は第１実施形態と同じである。
【0061】
第１実施形態で光路長補償素子２５を設けたのは、第１ビームＬｂ１、第２ビームＬｂ２における波長板２３へのコート２４の有無により発生するターゲット反射光Ｌｔｒの位相差に応じて、所望のＩＱ信号を得るためである。
【0062】
出射光Ｌｐも、コート２４の有無に起因してターゲット反射光Ｌｔｒと同様に位相差が発生する。しかし、出射光ＬｐがターゲットＴＧで反射および拡散され再び光学系２へ戻ってきた時のターゲット反射光Ｌｔｒは、コート２４の厚み分だけ時間遅延した光と遅延していない光の２種類の光が混合されている。コート２４の厚みが基準波長λ程度（例えば基準波長λの１０倍以下）であれば、時間遅延およびそれに起因する距離差は非常に小さく、第１光検出器３ａ、第２光検出器３ｂ、処理回路４の測定分解能よりも十分に小さく無視できる。したがって、ターゲットＴＧに向かう出射光Ｌｐの位相差の影響は無視できる。
【0063】
適切なＩＱ信号を生成するためには、Ｉ信号とＱ信号で位相差π／２が必要となる。ただし、厳密なπ／２のみならず、ＩＱ信号を得ることができる範囲においてπ／２から乖離していてもよい。このことは、本実施形態に限らず、本明細書の全体において同様である。第１実施形態では、それを実現するために位相が異なる２つの参照光Ｌｒを生成する例について説明した。しかし、ＩＱ信号を生成するためには、ターゲット反射光Ｌｔｒの間に位相差π／２を設けてもよいし、更に言えば、参照光Ｌｒとターゲット反射光Ｌｔｒのトータルで位相差π／２があってもよい。
【0064】
すなわち、第１ビームＬｂ１を構成する参照光Ｌｒとターゲット反射光Ｌｔｒとの位相差が、第２ビームＬｂ２を構成する参照光Ｌｒとターゲット反射光Ｌｔｒとの位相差に対して、π／２ずれるようにすれば、適切なＩＱ信号を生成することができる。
【0065】
このことに基づいて、本実施形態では、コート２４の厚みｔ１、コート２４の屈折率ｎ１は、ｍ×λ／４＝（ｎ１＋ｎａｉｒ）×ｔ１を満足するように設定されている。これは、図５に示すように、第１ビームＬｂ１において参照光Ｌｒはコート２４を２回通過し、第１ビームＬｂ１におけるターゲット反射光Ｌｔｒはコート２４を１回だけ通過するからである。
【0066】
すなわち、コート２４に起因して、第１ビームＬｂ１では、第２ビームＬｂ２に対して、参照光Ｌｒは光路差が２×ｎ１×ｔ１だけ異なり、ターゲット反射光Ｌｔｒは光路差が（ｎ１－ｎａｉｒ）×ｔ１だけ異なる。したがって、コート２４の存在だけで、参照光Ｌｒとターゲット反射光Ｌｔｒとの位相差を、第１ビームＬｂ１と第２ビームＬｂ２の間で（ｎ１＋ｎａｉｒ）×ｔ１だけ、異ならせることができる。具体的には、本実施形態では、参照光Ｌｒとターゲット反射光Ｌｔｒとの位相差が、第１ビームＬｂ１と第２ビームＬｂ２の間で、ｍ×λ／４だけ異なる。なお、本実施形態では、コート２４が厚み形成部品を構成する。
【0067】
以下、本実施形態におけるＬｉＤＡＲ送受信機の作動について説明する。上述の通り、光源１から、基準周波数に対して増減変化する周波数を有する出射光Ｌｐを出力する。この出射光は、コリメータ２１で平行光のビームに集束された後、偏光ビームスプリッタ２２に入る。本実施形態において、出射光Ｌｐ、ターゲット反射光Ｌｔｒ、参照光Ｌｒにおける偏光状態は、第１実施形態と同じである。
【0068】
出射光Ｌｐは、偏光ビームスプリッタ２２を透過して波長板２３に入る。出射光Ｌｐは第１ビームＬｂ１の領域では、波長板２３を通った後、コート２４に入り、一部がコート２４を透過してビームスキャナ２６に向かい、他の一部がコート２４の面２４ａで反射して参照光Ｌｒとなる。出射光Ｌｐは、第２ビームＬｂ２の領域では、一部が波長板２３を通った後ビームスキャナ２６に向かい、他の一部は、波長板２３の面２３ｂで反射して参照光Ｌｒとなる。
【0069】
ビームスキャナ２６に向かった出射光Ｌｐは、第１実施形態と同様にビームスキャナ２６で反射してターゲットＴＧに向かい、ターゲットＴＧで反射してターゲット反射光Ｌｔｒとしてビームスキャナ２６で反射する。
【0070】
ビームスキャナ２６で反射したターゲット反射光Ｌｔｒのうち、第１ビームＬｂ１を構成する部分は、コート２４に入り、参照光Ｌｒと合成されて干渉光Ｌｂの第１ビームＬｂ１となる。ビームスキャナ２６で反射したターゲット反射光Ｌｔｒのうち、第２ビームＬｂ２を構成する部分は、コート２４をバイパスして波長板２３に入り、参照光Ｌｒと合成されて、干渉光Ｌｂの第２ビームＬｂ２となる。第１ビームＬｂ１、第２ビームＬｂ２のその後の経路は第１実施形態と同じである。
【0071】
ここで、第１ビームＬｂ１、第２ビームＬｂ２におけるターゲット反射光Ｌｔｒおよび参照光Ｌｒの位相について説明する。上述の通り、参照光Ｌｒとターゲット反射光Ｌｔｒとの位相差が、第１ビームＬｂ１と第２ビームＬｂ２の間で、ｍ×λ／４だけ異なる。すなわち、第１位相差と第２位相差と、ｍ×λ／４だけ異なる。
【0072】
したがって、第１ビームＬｂ１を構成する参照光Ｌｒとターゲット反射光Ｌｔｒとの位相差は、第２ビームＬｂ２を構成する参照光Ｌｒとターゲット反射光Ｌｔｒとの位相差に対して、π／２ずれる。このようにして、Ｉ信号に対応する第１ビームＬｂ１とＱ信号に対応する第２ビームＬｂ２が生成される。
【0073】
このようなＩＱ信号を活用することで、第１実施形態と同様、処理回路４は、ある瞬間における瞬時位相を回転方向も含め特定することができ、瞬時周波数も計算可能となる。したがって、距離算出、相対速度算出の精度が向上する。
【0074】
［１］以上の通り、コート２４は、第１ビームＬｂ１が通る経路と第２ビームＬｂ２が通る経路のうち第１ビームＬｂ１が通る経路にのみ配置される。その他の経路において配置されてもよいし、配置されなくてもよい。そして、コート２４の厚みをｔ１とし、コート２４の屈折率をｎ１とし、奇数をｍとし、基準波長をλとすると、ｍ×λ／４＝ｎ１×ｔ１の関係が満足される。このようにすることで、第１実施形態のような光路長補償素子２５がなくても、ＩＱ信号を取得することができる。なお、本実施形態と第１実施形態で同じ構成からは、同じ効果を得ることができる。
【0075】
（第３実施形態）
次に第３実施形態について、図６を用いて説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、追加レンズ２８、２９が設けられている。その他の構成は第１実施形態と同じである。追加レンズ２８、２９は、全体として、出射光Ｌｐとターゲット反射光Ｌｔｒのビーム径を拡大または縮小するための組レンズを構成する。
次に第３実施形態について、図６を用いて説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、追加レンズ２８、２９が設けられている。その他の構成は第１実施形態と同じである。追加レンズ２８、２９は、全体として、出射光Ｌｐとターゲット反射光Ｌｔｒのビーム径を拡大または縮小するための組レンズを構成する。
【0076】
追加レンズ２８、２９は、波長板２３、コート２４、光路長補償素子２５のいずれに対しても第１の側に配置され、かつ、波長板２３、コート２４、光路長補償素子２５とビームスキャナ２６との間に配置される。また、追加レンズ２９は、追加レンズ２８とビームスキャナ２６の間に配置される。
【0077】
このようにすることで、波長板２３、コート２４、光路長補償素子２５を通過した後の出射光Ｌｐは、追加レンズ２８で集光された後、追加レンズ２９で再度平行光となり、ビームスキャナ２６に進む。追加レンズ２９を通過した後の出射光Ｌｐのビーム径は、追加レンズ２８に入る直前の出射光Ｌｐのビーム径よりも大きい。
【0078】
また、ビームスキャナ２６で反射された後のターゲット反射光Ｌｔｒは、追加レンズ２９で集光された後、追加レンズ２８で再度平行光となり、波長板２３、コート２４、光路長補償素子２５に進む。追加レンズ２８を通過した後のターゲット反射光Ｌｔｒのビーム径は、追加レンズ２９に入る直前のターゲット反射光Ｌｔｒのビーム径よりも小さい。
【0079】
なお、本実施形態のような追加レンズ２８、２９の追加は、第２実施形態に対して行ってもよい。本実施形態と第１、第２実施形態で同じ構成からは、同じ効果を得ることができる。
【0080】
（第４実施形態）
次に第４実施形態について、図７を用いて説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、コート２４が排除され、波長板２３の構成が変更されている。具体的には、波長板２３は、基材２３１と、複屈折部２３２とを有している。基材２３１は、出射光Ｌｐに対向するように配置された板形状の透明なガラス等の部材である。
次に第４実施形態について、図７を用いて説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、コート２４が排除され、波長板２３の構成が変更されている。具体的には、波長板２３は、基材２３１と、複屈折部２３２とを有している。基材２３１は、出射光Ｌｐに対向するように配置された板形状の透明なガラス等の部材である。
【0081】
複屈折部２３２は、基材２３１の第２の側の面２３ｄに蒸着等によって形成される薄膜であり、複屈折部２３２を通過する光を複屈折させることで、波長板２３のλ／４波長板としての機能を実現する。複屈折部２３２は、有機材料から構成されていても無機材料から構成されていてもよい。
【0082】
本実施形態においては、基材２３１と複屈折部２３２との界面にも、光の反射を抑える処理（例えば、ＡＲコート処理）が施されている。また、本実施形態においては、出射光Ｌｐの一部が基材２３１の第１の側の面２３ａで反射することで第１ビームＬｂ１を構成する参照光Ｌｒが生じ、出射光Ｌｐの一部が基材２３１の第１の側の面２３ｂで反射することで第２ビームＬｂ２を構成する参照光Ｌｒが生じる。基材２３１の第１の側の面のうち、面２３ａは、第１ビームＬｂ１が通る領域にあり、面２３ｂは、第２ビームＬｂ２が通る位置にある。
【0083】
以下、基材２３１の構成について更に説明する。基材２３１の屈折率ｎｓ１は、空気の屈折率とは異なっている。また、基材２３１の、第１ビームＬｂ１を通る位置における第１ビームＬｂ１の進行方向に沿った厚みｔｓ１は、第２ビームＬｂ２を通る位置における第２ビームＬｂ２の進行方向に沿った厚みｔｓ２と、異なっている。具体的には、ｍ×λ／４＝２×ｎｓ１×｜ｔｓ１－ｔｓ２｜という関係が満たされる。また、光路長補償素子２５の、そこを通るターゲット反射光Ｌｔｒの進行方向に沿った厚みｔｃ、および光路長補償素子２５の屈折率ｎｃは、（ｎｓ１－ｎａｉｒ）×｜ｔｓ１－ｔｓ２｜＝（ｎｃ－ｎａｉｒ）×ｔｃを満たす。本実施形態においては、厚みｔｓ１は厚みｔｓ２よりも大きい。
【0084】
以上のような構成のＬｉＤＡＲ送受信機の作動について、以下説明する。上述の通り、光源１から、基準周波数に対して増減変化する周波数を有する出射光Ｌｐを出力する。この出射光は、コリメータ２１で平行光のビームに集束された後、偏光ビームスプリッタ２２に入る。本実施形態において、出射光Ｌｐ、ターゲット反射光Ｌｔｒ、参照光Ｌｒにおける偏光状態は、第１実施形態と同じである。
【0085】
出射光Ｌｐは、偏光ビームスプリッタ２２を透過して更に波長板２３に入る。波長板２３に入った出射光Ｌｐの一部は、波長板２３を透過して第１の側に向かう。波長板２３に入った出射光Ｌｐの他の一部は、基材２３１の第１の側の面２３ａ、２３ｂで反射して第２の側に進む参照光Ｌｒとなる。
【0086】
具体的には、第１ビームＬｂ１の領域を通る出射光Ｌｐの一部は、波長板２３を透過してビームスキャナ２６に向かう。第１ビームＬｂ１の領域を通った出射光Ｌｐの他の一部は、波長板２３の第１の側の面２３ａで反射して第２の側に進む参照光Ｌｒとなる。
【0087】
第２ビームＬｂ２の領域を通った出射光Ｌｐの一部は、波長板２３を通った後、光路長補償素子２５を透過してビームスキャナ２６に向かう。また、第２ビームＬｂ２の領域において出射光Ｌｐの他の一部は、波長板２３の第１の側の面２３ｂで反射して第２の側に進む参照光Ｌｒとなる。
【0088】
ビームスキャナ２６に向かった出射光Ｌｐは、第１実施形態と同様にビームスキャナ２６で反射してターゲットＴＧに向かい、ターゲットＴＧで反射してターゲット反射光Ｌｔｒとしてビームスキャナ２６で反射される。更にターゲット反射光Ｌｔｒは、第１ビームＬｂ１となる部分は光路長補償素子２５をバイパスして波長板２３に入り、第２ビームＬｂ２となる部分は光路長補償素子２５を透過して波長板２３に入る。
【0089】
波長板２３に入ったターゲット反射光Ｌｔｒは、参照光Ｌｒと干渉して、第１ビームＬｂ１、第２ビームＬｂ２を含む干渉光Ｌｂを構成する。第１ビームＬｂ１、第２ビームＬｂ２のその後の経路は第１実施形態と同じである。
【0090】
ここで、第１ビームＬｂ１、第２ビームＬｂ２におけるターゲット反射光Ｌｔｒおよび参照光Ｌｒの位相について説明する。第１ビームＬｂ１における参照光Ｌｒと、第２ビームＬｂ２における参照光Ｌｒは、偏光ビームスプリッタ２２に向けて波長板２３を出るまでの光路差がｍ×λ／４となる。
【0091】
これは、参照光Ｌｒの光路は、波長板２３の基材２３１内を往復するが、第１ビームＬｂ１の領域と第２ビームＬｂ２の領域とでは、基材２３１の厚みがｔｓ１－ｔｓ２だけ違うので、光路長も２×ｎｓ１×｜ｔｓ１－ｔｓ２｜だけ異なるからである。
【0092】
第１ビームＬｂ１におけるターゲット反射光Ｌｔｒと、第２ビームＬｂ２におけるターゲット反射光Ｌｔｒは、偏光ビームスプリッタ２２に向けて波長板２３を出るまでの光路差がない。これは、基材２３１の厚みの違いによる光路長の差を、光路長補償素子２５が補償するからである。
【0093】
このように、第１ビームＬｂ１を構成する参照光Ｌｒとターゲット反射光Ｌｔｒとの位相差は、第２ビームＬｂ２を構成する参照光Ｌｒとターゲット反射光Ｌｔｒとの位相差に対して、π／２ずれる。すなわち、ターゲット反射光Ｌｔｒと参照光Ｌｒが第１ビームＬｂ１と第２ビームＬｂ２に２分岐され、参照光Ｌｒのみ、第１ビームＬｂ１と第２ビームＬｂ２でπ／２の位相差を持つ。そして、それぞれの参照光Ｌｒが同じビーム内のターゲット反射光Ｌｔｒと干渉し、Ｉ信号に対応する第１ビームＬｂ１とＱ信号に対応する第２ビームＬｂ２が生成される。
【0094】
このようなＩＱ信号を活用することで、第１実施形態と同様、処理回路４は、ある瞬間における瞬時位相を回転方向も含め特定することができ、瞬時周波数も計算可能となる。したがって、距離算出、相対速度算出の精度が向上する
【0095】
［１］以上のように、波長板２３の第１の側の面２３ａ、２３ｂにおいて出射光Ｌｐの他の一部が反射することで参照光Ｌｒが生じる。そして、第１ビームＬｂ１を構成する参照光Ｌｒが波長板２３を通るときの光路長と第２ビームＬｂ２を構成する参照光Ｌｒが波長板２３を通るときの光路長とが異なることで、第１位相差と第２位相差が異なる。このように、波長板２３自体の光路長の違いを利用してＩＱ信号を得ることができる。
【0096】
なお、第１実施形態に対する本実施形態のような変更は、第２実施形態にも適用することができる。ただしその場合は、光路長補償素子２５が無いので、ｍ×λ／４＝２×ｎｓ１×｜ｔｓ１－ｔｓ２｜という関係ではなく、ｍ×λ／４＝（ｎｓ１＋ｎａｉｒ）×｜ｔｓ１－ｔｓ２｜という関係が満たされる。
【0097】
また、第１実施形態に対する本実施形態のような変更は、第３実施形態にも適用することができる。本実施形態と第１～第３実施形態で同じ構成からは、同じ効果を得ることができる。
【0098】
（第５実施形態）
次に第５実施形態について、図８、図９を用いて説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、基材３０が追加され、コート２４の配置が変更されている。本実施形態においては、基材３０とコート２４が、表面反射光学素子を構成する。また、本実施形態では、表面反射光学素子と光路長補償素子２５が、厚み形成部品を構成する。
次に第５実施形態について、図８、図９を用いて説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、基材３０が追加され、コート２４の配置が変更されている。本実施形態においては、基材３０とコート２４が、表面反射光学素子を構成する。また、本実施形態では、表面反射光学素子と光路長補償素子２５が、厚み形成部品を構成する。
【0099】
基材３０は、波長板２３に対して空隙を隔てて第１の側に配置されると共に、光路長補償素子２５、ビームスキャナ２６に対し第２の側に配置される、ガラス等の透明板である。
【0100】
コート２４は、図９に示すように、基材３０の第１の側の面のうち、第１ビームＬｂ１を構成するターゲット反射光Ｌｔｒが通る経路に該当する面３０ａの全体を覆うように面３０ａに塗布されて形成される。また、コート２４は、基材３０の第１の側の面のうち、第２ビームＬｂ２を構成するターゲット反射光Ｌｔｒが通る経路に該当する面３０ｂは覆わないように形成される。
【0101】
ここで、参照光Ｌｒのうち第１ビームＬｂ１を構成する部分は、出射光Ｌｐが波長板２３、基材３０およびコート２４を通ってコート２４の第１の側の面２４ａにおいて反射することにより生じる。また、参照光Ｌｒのうち第２ビームＬｂ２を構成する部分は、出射光Ｌｐが波長板２３、基材３０を通って基材の第１の側の面３０ｂにおいて反射することにより生じる。
【0102】
波長板２３の第１側の面、波長板２３の第２の側の面、基材３０の第２の側の面、基材３０とコート２４の界面、光路長補償素子２５の第１、第２の側の面には、光の反射を抑える処理（例えば、ＡＲコート処理）が施されている。
【0103】
また、コート２４の、第１ビームＬｂ１の進行方向に沿った厚みｔ１、およびコート２４の屈折率ｎ１は、第１実施形態と同じである。コート２４の厚みｔ１は、反射防止膜や誘電体多層膜といた蒸着技術により、高精度に制御できる。
【0104】
以下、本実施形態におけるＬｉＤＡＲ送受信機の作動について説明する。上述の通り、光源１から、基準周波数に対して増減変化する周波数を有する出射光Ｌｐを出力する。この出射光は、コリメータ２１で平行光のビームに集束された後、偏光ビームスプリッタ２２に入る。本実施形態において、出射光Ｌｐ、ターゲット反射光Ｌｔｒ、参照光Ｌｒにおける偏光状態は、第１実施形態と同じである。
【0105】
出射光Ｌｐは、偏光ビームスプリッタ２２を透過して波長板２３を透過し、更に基材３０に入る。出射光Ｌｐは第１ビームＬｂ１の領域では、基材３０を通った後、コート２４に入り、一部がコート２４を透過してビームスキャナ２６に向かい、他の一部がコート２４の面２４ａで反射して参照光Ｌｒとなる。出射光Ｌｐは、第２ビームＬｂ２の領域では、一部が基材３０を通った後で光路長補償素子２５を透過してビームスキャナ２６に向かい、他の一部は、基材３０の面３０ｂで反射して参照光Ｌｒとなる。
【0106】
ビームスキャナ２６に向かった出射光Ｌｐは、第１実施形態と同様にビームスキャナ２６で反射してターゲットＴＧに向かい、ターゲットＴＧで反射してターゲット反射光Ｌｔｒとしてビームスキャナ２６で反射する。
【0107】
ビームスキャナ２６で反射したターゲット反射光Ｌｔｒのうち、第１ビームＬｂ１を構成する部分は、光路長補償素子２５をバイパスしてコート２４に入る。コート２４に入ったターゲット反射光Ｌｔｒは、出射光Ｌｐがコート２４の面２４ａで反射して生じた参照光Ｌｒと合成されて、干渉光Ｌｂの第１ビームＬｂ１となる。第１ビームＬｂ１は、コート２４を透過した後、基材３０および波長板２３を透過する。
【0108】
ビームスキャナ２６で反射したターゲット反射光Ｌｔｒのうち、第２ビームＬｂ２を構成する部分は、光路長補償素子２５を透過してコート２４をバイパスして基材３０に入る。基材３０に入ったターゲット反射光Ｌｔｒは、出射光Ｌｐが基材３０の面３０ｂで反射して生じた参照光Ｌｒと合成されて、干渉光Ｌｂの第２ビームＬｂ２となり、基材３０および波長板２３を透過する。第１ビームＬｂ１、第２ビームＬｂ２のその後の経路は第１実施形態と同じである。
【0109】
ここで、第１ビームＬｂ１、第２ビームＬｂ２におけるターゲット反射光Ｌｔｒおよび参照光Ｌｒの位相について説明する。第１ビームＬｂ１における参照光Ｌｒと、第２ビームＬｂ２における参照光Ｌｒは、偏光ビームスプリッタ２２に向けて波長板２３を出るまでの光路差がｍ×λ／４となる。これは、図９に示すように、第１ビームＬｂ１の参照光Ｌｒの光路は、コート２４内を往復する分だけ、第２ビームＬｂ２の参照光Ｌｒの光路よりも長いからである。
【0110】
第１ビームＬｂ１におけるターゲット反射光Ｌｔｒと、第２ビームＬｂ２におけるターゲット反射光Ｌｔｒは、偏光ビームスプリッタ２２に向けて波長板２３を出るまでの光路差がない。これは、第１ビームＬｂ１におけるターゲット反射光Ｌｔｒがコート２４を通過することによる光路長の変化が、第２ビームＬｂ２におけるターゲット反射光Ｌｔｒが通る光路長補償素子２５によって、補償されるからである。
【0111】
このように、第１ビームＬｂ１を構成する参照光Ｌｒとターゲット反射光Ｌｔｒとの位相差は、第２ビームＬｂ２を構成する参照光Ｌｒとターゲット反射光Ｌｔｒとの位相差に対して、π／２ずれる。すなわち、ターゲット反射光Ｌｔｒと参照光Ｌｒが第１ビームＬｂ１と第２ビームＬｂ２に２分岐され、参照光Ｌｒのみ、第１ビームＬｂ１と第２ビームＬｂ２でπ／２の位相差を持つ。そして、それぞれの参照光Ｌｒが同じビーム内のターゲット反射光Ｌｔｒと干渉し、Ｉ信号に対応する第１ビームＬｂ１とＱ信号に対応する第２ビームＬｂ２が生成される。
【0112】
このようなＩＱ信号を活用することで、第１実施形態と同様、処理回路４は、ある瞬間における瞬時位相を回転方向も含め特定することができ、瞬時周波数も計算可能となる。したがって、距離算出、相対速度算出の精度が向上する。
【0113】
なお、本実施形態の他の例として、コート２４は、基材３０の第１の側ではなく第２の側に配置されていてもよい。この場合も、出射光Ｌｐの一部がコート２４の第１の側の面で反射することで参照光Ｌｒが生じる。あるいは、コート２４は、基材３０の第１の側と第２の側の両方に配置されていてもよい。この場合は、出射光Ｌｐの一部が基材３０の第１の側にあるコート２４の第１の側の面で反射することで参照光Ｌｒが生じる。
【0114】
［１］以上説明した通り、波長板２３と空隙を隔てて波長板２３の第１の側に設けられる表面反射光学素子の第１の側の面である面２４ａ、面３０ｂにおいて、出射光Ｌｐが反射することで参照光Ｌｒが生じる。また、第１ビームＬｂ１を構成する参照光Ｌｒが表面反射光学素子を通るときの光路長と第２ビームＬｂ２を構成する参照光Ｌｒが表面反射光学素子を通るときの光路長とが異なることにより、第１位相差と第２位相差が異なる。このように、波長板２３から離れた位置に参照光Ｌｒを生じる表面反射光学素子を配し、それに位相差を調整する機能も持たせることでも、簡易な構成でＩＱ信号を取得することができる。
【0115】
［２］また、表面反射光学素子は、基材３０と、基材３０の第１の側の面および第２側の面の一方または両方を被覆するコート２４とを有する。そしてコート２４の第１の側の面２４ａでの反射により参照光Ｌｒが生じる。そして、第１ビームＬｂ１を構成する参照光Ｌｒが通る位置のコート２４の厚みと第２ビームＬｂ２を構成する参照光Ｌｒが通る位置のコート２４の厚みとが異なることにより、第１位相差と第２位相差が異なる。
【0116】
具体的には、本実施形態では、第１ビームＬｂ１を構成する参照光Ｌｒが通る位置のコート２４の厚みｔ１はゼロより大きく、第２ビームＬｂ２を構成する参照光Ｌｒが通る位置のコート２４の厚みは０である。すなわち、第２ビームＬｂ２を構成する参照光Ｌｒが通る位置にはコート２４は存在しない。
【0117】
これにより、コート２４が、第１ビームＬｂ１おけるターゲット反射光Ｌｔｒと参照光Ｌｒとの位相差である第１位相差と、第２ビームＬｂ２におけるターゲット反射光Ｌｔｒと参照光Ｌｒとの位相差である第２位相差とを異ならせる。このように、波長板２３を被覆するコート２４という簡易な構成で、ＩＱ信号を取得することができる。
【0118】
［３］また、表面反射光学素子は、波長板２３の第１の側に配置されると共に、ターゲット反射光Ｌｔｒが平行光となっている位置に配置されている。このような位置で、表面反射光学素子は、ターゲット反射光Ｌｔｒおよび参照光Ｌｒの位相を調整することができる。
【0119】
なお、第１実施形態に対する本実施形態のような変更は、第２実施形態にも適用することができる。ただしその場合は、光路長補償素子２５が無いので、コート２４の屈折率ｎ１および厚みｔ１は、第２実施形態と同じになる。また、本実施形態と第１、第２実施形態で同じ構成からは、同じ効果を得ることができる。
【0120】
（第６実施形態）
次に第６実施形態について、図１０を用いて説明する。本実施形態は、第５実施形態に対して、コート２４が廃され、基材３０の構成が変更されている。
次に第６実施形態について、図１０を用いて説明する。本実施形態は、第５実施形態に対して、コート２４が廃され、基材３０の構成が変更されている。
【0121】
具体的には、基材３０の屈折率ｎｓ１は、空気の屈折率とは異なっている。また、基材３０の、第１ビームＬｂ１を通る位置における第１ビームＬｂ１の進行方向に沿った厚みｔｓ１は、第２ビームＬｂ２を通る位置における第２ビームＬｂ２の進行方向に沿った厚みｔｓ２と、異なっている。具体的には、ｍ×λ／４＝２×ｎｓ１×｜ｔｓ１－ｔｓ２｜という関係が満たされる。また、光路長補償素子２５の、そこを通るターゲット反射光Ｌｔｒの進行方向に沿った厚みｔｃ、および光路長補償素子２５の屈折率ｎｃは、（ｎｓ１－ｎａｉｒ）×｜ｔｓ１－ｔｓ２｜＝（ｎｃ－ｎａｉｒ）×ｔｃを満たす。本実施形態においては、厚みｔｓ１は厚みｔｓ２よりも大きい。
【0122】
以上のような構成のＬｉＤＡＲ送受信機の作動について、以下説明する。上述の通り、光源１から、基準周波数に対して増減変化する周波数を有する出射光Ｌｐを出力する。この出射光は、コリメータ２１で平行光のビームに集束された後、偏光ビームスプリッタ２２に入る。本実施形態において、出射光Ｌｐ、ターゲット反射光Ｌｔｒ、参照光Ｌｒにおける偏光状態は、第５実施形態と同じである。
【0123】
出射光Ｌｐは、偏光ビームスプリッタ２２を透過して波長板２３を透過し、更に基材３０に入る。出射光Ｌｐは第１ビームＬｂ１の領域では、基材３０に入った後、基材３０の第１の側の面のうち第１ビームＬｂ１が通る経路にある面３０ａを一部が透過してビームスキャナ２６に向かい、他の一部が面３０ａで反射して参照光Ｌｒとなる。出射光Ｌｐは、第２ビームＬｂ２の領域では、基材３０に入った後、基材３０の第１の側の面のうち第２ビームＬｂ２が通る経路にある面３０ｂを一部が透過して更に光路長補償素子２５を透過してビームスキャナ２６に向かう。そして他の一部が面３０ｂで反射して参照光Ｌｒとなる。
【0124】
ビームスキャナ２６に向かった出射光Ｌｐは、第５実施形態と同様にビームスキャナ２６で反射してターゲットＴＧに向かい、ターゲットＴＧで反射してターゲット反射光Ｌｔｒとしてビームスキャナ２６で反射する。
【0125】
ビームスキャナ２６で反射したターゲット反射光Ｌｔｒのうち、第１ビームＬｂ１を構成する部分は、光路長補償素子２５をバイパスして基材３０に入る。基材３０に入ったターゲット反射光Ｌｔｒは、出射光Ｌｐが基材３０の面３０ａで反射して生じた参照光Ｌｒと合成されて、干渉光Ｌｂの第１ビームＬｂ１となる。第１ビームＬｂ１は、基材３０および波長板２３を透過する。
【0126】
ビームスキャナ２６で反射したターゲット反射光Ｌｔｒのうち、第２ビームＬｂ２を構成する部分は、光路長補償素子２５を透過して基材３０に入る。基材３０に入ったターゲット反射光Ｌｔｒは、出射光Ｌｐが基材３０の面３０ｂで反射して生じた参照光Ｌｒと合成されて、干渉光Ｌｂの第２ビームＬｂ２となり、基材３０および波長板２３を透過する。第１ビームＬｂ１、第２ビームＬｂ２のその後の経路は第５実施形態と同じである。
【0127】
ここで、第１ビームＬｂ１、第２ビームＬｂ２におけるターゲット反射光Ｌｔｒおよび参照光Ｌｒの位相について説明する。第１ビームＬｂ１における参照光Ｌｒと、第２ビームＬｂ２における参照光Ｌｒは、偏光ビームスプリッタ２２に向けて波長板２３を出るまでの光路差がｍ×λ／４となる。
【0128】
これは、図１０に示すように、参照光Ｌｒの光路は、基材３０内を往復するが、第１ビームＬｂ１の領域と第２ビームＬｂ２の領域とでは、基材３０の厚みがｔｓ１－ｔｓ２だけ違うので、光路長も２×ｎｓ１×｜ｔｓ１－ｔｓ２｜だけ異なるからである。
【0129】
第１ビームＬｂ１におけるターゲット反射光Ｌｔｒと、第２ビームＬｂ２におけるターゲット反射光Ｌｔｒは、偏光ビームスプリッタ２２に向けて波長板２３を出るまでの光路差がない。これは、基材３０の厚みの違いによる光路長の差を、光路長補償素子２５が補償するからである。
【0130】
このように、第１ビームＬｂ１を構成する参照光Ｌｒとターゲット反射光Ｌｔｒとの位相差は、第２ビームＬｂ２を構成する参照光Ｌｒとターゲット反射光Ｌｔｒとの位相差に対して、π／２ずれる。すなわち、ターゲット反射光Ｌｔｒと参照光Ｌｒが第１ビームＬｂ１と第２ビームＬｂ２に２分岐され、参照光Ｌｒのみ、第１ビームＬｂ１と第２ビームＬｂ２でπ／２の位相差を持つ。そして、それぞれの参照光Ｌｒが同じビーム内のターゲット反射光Ｌｔｒと干渉し、Ｉ信号に対応する第１ビームＬｂ１とＱ信号に対応する第２ビームＬｂ２が構成される。
【0131】
このようなＩＱ信号を活用することで、第５実施形態と同様、処理回路４は、ある瞬間における瞬時位相を回転方向も含め特定することができ、瞬時周波数も計算可能となる。したがって、距離算出、相対速度算出の精度が向上する。
【0132】
［１］また、本実施形態では、参照光Ｌｒが厚み形成部品である表面反射光学素子を透過する際に参照光Ｌｒのうち第１ビームＬｂ１を構成する部分と第２ビームＬｂ２を構成する部分との間に光路長の差が生じる。
【0133】
［２］また、第１ビームＬｂ１を構成する参照光Ｌｒが通る位置の表面反射光学素子の厚みｔｓ１と第２ビームＬｂ２を構成する参照光Ｌｒが通る位置の表面反射光学素子の厚みｔｓ２とが異なることにより、第１位相差と第２位相差が異なる。
【0134】
なお、本実施形態に対して第２実施形態のように光路長補償素子２５を廃するような変更がされてもよい。ただしその場合は、ｍ×λ／４＝２×ｎｓ１×｜ｔｓ１－ｔｓ２｜という関係ではなく、ｍ×λ／４＝（ｎｓ１＋ｎａｉｒ）×｜ｔｓ１－ｔｓ２｜という関係が満たされるように、基材３０が構成される。
【0135】
（第７実施形態）
次に第７実施形態について、図１１、図１２を用いて説明する。本実施形態は、第５実施形態に対して、出射光Ｌｐが反射して参照光Ｌｒが生成される位置が異なっている。更に、第５実施形態に対して、光路長補償素子２５が廃されている。そして、本実施形態においては、基材３０とコート２４が、表面反射光学素子でなく位相差発生素子を構成する。また、本実施形態では、位相差発生素子が、厚み形成部品に対応する。また、本実施形態のコート２４は、厚みｔ１および屈折率ｎ１の一方または両方が、第１実施形態と異なっている。
次に第７実施形態について、図１１、図１２を用いて説明する。本実施形態は、第５実施形態に対して、出射光Ｌｐが反射して参照光Ｌｒが生成される位置が異なっている。更に、第５実施形態に対して、光路長補償素子２５が廃されている。そして、本実施形態においては、基材３０とコート２４が、表面反射光学素子でなく位相差発生素子を構成する。また、本実施形態では、位相差発生素子が、厚み形成部品に対応する。また、本実施形態のコート２４は、厚みｔ１および屈折率ｎ１の一方または両方が、第１実施形態と異なっている。
【0136】
まず、本実施形態においては、出射光Ｌｐは、波長板２３の第１の側の面２３ａ、２３ｂにおいて反射され、それにより、参照光Ｌｒが生じる。このために、本実施形態においては、波長板２３の第２の側の面、基材３０の第１、第２の側の面、コート２４の第１、第２の側の面において、光の反射を抑える処理（例えば、ＡＲコート処理）が施されている。
【0137】
また、本実施形態では、コート２４の厚みｔ１、コート２４の屈折率ｎ１は、ｍ×λ／４＝（ｎ１－ｎａｉｒ）×ｔ１を満足するように設定されている。これは、図１２に示すように、ターゲット反射光Ｌｔｒのうち第１ビームＬｂ１を構成する部分は、コート２４を１回通過し、ターゲット反射光Ｌｔｒのうち第２ビームＬｂ２を構成する部分は、コート２４を通過しないからである。なお、本実施形態においては、第１ビームＬｂ１を構成する参照光Ｌｒも第２ビームＬｂ２を構成する参照光Ｌｒもコート２４を通らないので、これら２つの参照光の間の光路差は生じない。
【0138】
以下、本実施形態におけるＬｉＤＡＲ送受信機の作動について説明する。上述の通り、光源１から、基準周波数に対して増減変化する周波数を有する出射光Ｌｐを出力する。この出射光は、コリメータ２１で平行光のビームに集束された後、偏光ビームスプリッタ２２に入る。本実施形態において、出射光Ｌｐ、ターゲット反射光Ｌｔｒ、参照光Ｌｒにおける偏光状態は、第５実施形態と同じである。
【0139】
出射光Ｌｐは、偏光ビームスプリッタ２２を透過して波長板２３に入り、一部が波長板２３を透過して、基材３０とコート２４で構成される表面反射光学素子の側に進み、他の一部が波長板２３の第１の側の面２３ａ、２３ｂで反射して参照光Ｌｒとなる。更に出射光Ｌｐは、位相差発生素子を透過してビームスキャナ２６に向かう。
【0140】
ビームスキャナ２６に向かった出射光Ｌｐは、第５実施形態と同様にビームスキャナ２６で反射してターゲットＴＧに向かい、ターゲットＴＧで反射してターゲット反射光Ｌｔｒとしてビームスキャナ２６で反射する。
【0141】
ビームスキャナ２６で反射したターゲット反射光Ｌｔｒのうち、第１ビームＬｂ１を構成する部分は、コート２４と基材３０を通過して、波長板２３に入る。ビームスキャナ２６で反射したターゲット反射光Ｌｔｒのうち、第２ビームＬｂ２を構成する部分は、コート２４をバイパスして基材３０を通過して、波長板２３に入る。
【0142】
波長板２３に入ったターゲット反射光Ｌｔｒは、出射光Ｌｐが面２３ａ、２３ｂで反射して生じた参照光Ｌｒと合成されて、干渉光Ｌｂの第１ビームＬｂ１、第２ビームＬｂ２となる。第１ビームＬｂ１、第２ビームＬｂ２のその後の経路は第５実施形態と同じである。
【0143】
ここで、第１ビームＬｂ１、第２ビームＬｂ２におけるターゲット反射光Ｌｔｒおよび参照光Ｌｒの位相について説明する。第１ビームＬｂ１における参照光Ｌｒと、第２ビームＬｂ２における参照光Ｌｒとの間には、位相差がない。しかし、第１ビームＬｂ１におけるターゲット反射光Ｌｔｒと、第２ビームＬｂ２におけるターゲット反射光Ｌｔｒとの間には、偏光ビームスプリッタ２２に向けて波長板２３を出るまでの光路差が（ｎ１－ｎａｉｒ）×ｔ１＝ｍ×λ／４となる。これは、図１２に示すように、第１ビームＬｂ１のターゲット反射光Ｌｔｒの光路は、コート２４内を通過する分だけ、第２ビームＬｂ２のターゲット反射光Ｌｔｒの光路と異なっているからである。
【0144】
この結果、第１ビームＬｂ１を構成する参照光Ｌｒとターゲット反射光Ｌｔｒとの位相差は、第２ビームＬｂ２を構成する参照光Ｌｒとターゲット反射光Ｌｔｒとの位相差に対して、π／２ずれる。これにより、それぞれの参照光Ｌｒが同じビーム内のターゲット反射光Ｌｔｒと干渉し、Ｉ信号に対応する第１ビームＬｂ１とＱ信号に対応する第２ビームＬｂ２が生成される。
【0145】
このようなＩＱ信号を活用することで、第５実施形態と同様、処理回路４は、ある瞬間における瞬時位相を回転方向も含め特定することができ、瞬時周波数も計算可能となる。したがって、距離算出、相対速度算出の精度が向上する。
【0146】
［１］以上の通り、位相差発生素子は、基材３０およびコート２４を備える。そして、出射光Ｌｐの他の一部は、位相差発生素子よりも第２の側で反射して参照光Ｌｒを生じる。具体的には、波長板２３の第１の側の面２３ａ、２３ｂにおける反射により参照光Ｌｒが生じる。
【0147】
そして、ターゲット反射光Ｌｔｒが位相差発生素子を通る際、ターゲット反射光Ｌｔｒのうち第１ビームＬｂ１を構成する部分と第２ビームＬｂ２を構成する部分との間に位相差が生じる。これにより、第１位相差と第２位相差が異なる。このように、ターゲット反射光Ｌｔｒと参照光Ｌｒとの位相差を第１ビームＬｂ１、第２ビームＬｂ２間で異ならせるための部材である位相差発生素子と、参照光Ｌｒを生じさせる部材である波長板２３と分離することも可能である。
【0148】
［２］また、第１ビームＬｂ１を構成するターゲット反射光Ｌｔｒが通る位置のコート２４の厚みと第２ビームＬｂ２を構成するターゲット反射光Ｌｔｒが通る位置のコート２４の厚みとが異なることにより、第１位相差と第２位相差が異なる。このように、コート２４の厚みを調整することで、簡易にＩＱ信号を得ることが可能である。
【0149】
［３］また、位相差発生素子は、波長板２３の第１の側に配置されると共に、ターゲット反射光Ｌｔｒが平行光となっている位置に配置されている。このような位置において、位相差発生素子は、ターゲット反射光Ｌｔｒの位相を安定的に調整できる。
【0150】
なお、本実施形態の他の例として、コート２４は、基材３０の第１の側ではなく第２の側に配置されていてもよい。あるいは、コート２４は、基材３０の第１の側と第２の側の両方に配置されていてもよい。
【0151】
また、本実施形態の他の例として、波長板２３が反射により参照光Ｌｒを生じさせるのではなく、波長板２３と位相差発生素子の間に、反射により参照光Ｌｒを生じさせる部材が配置されていてもよい。
【0152】
また、本実施形態の他の例として、出射光Ｌｐは、波長板２３の第１の側の面で反射するのではなく、波長板２３の第１の側の面と位相差発生素子の間で反射して参照光Ｌｒを生じるようになっていてもよい。例えば、波長板２３と位相差発生素子の間に、出射光Ｌｐの一部を透過すると共に他の一部を反射して参照光Ｌｒを生じさせる部材が配置されてもよい。すなわち、参照光Ｌｒは、位相差発生素子よりも第２の側で反射して参照光を生じるようになっていればよい。なお、本実施形態と第１～第５実施形態で同様の構成からは、同様の効果を得ることができる。
【0153】
（第８実施形態）
次に第８実施形態について図１３を用いて説明する。本実施形態では、第７実施形態に対して、コート２４が廃され、基材３０の構成が変更されている。
次に第８実施形態について図１３を用いて説明する。本実施形態では、第７実施形態に対して、コート２４が廃され、基材３０の構成が変更されている。
【0154】
具体的には、基材３０の屈折率ｎｓ１は、空気の屈折率とは異なっている。また、基材３０の、第１ビームＬｂ１を通る位置における第１ビームＬｂ１の進行方向に沿った厚みｔｓ１は、第２ビームＬｂ２を通る位置における第２ビームＬｂ２の進行方向に沿った厚みｔｓ２と、異なっている。具体的には、ｍ×λ／４＝（ｎｓ１－ｎａｉｒ）×｜ｔｓ１－ｔｓ２｜という関係が満たされる。本実施形態においては、厚みｔｓ１は厚みｔｓ２よりも大きい。
以下、本実施形態におけるＬｉＤＡＲ送受信機の作動について説明する。上述の通り、光源１から、基準周波数に対して増減変化する周波数を有する出射光Ｌｐを出力する。この出射光は、コリメータ２１で平行光のビームに集束された後、偏光ビームスプリッタ２２に入る。本実施形態において、出射光Ｌｐ、ターゲット反射光Ｌｔｒ、参照光Ｌｒにおける偏光状態は、第７実施形態と同じである。
以下、本実施形態におけるＬｉＤＡＲ送受信機の作動について説明する。上述の通り、光源１から、基準周波数に対して増減変化する周波数を有する出射光Ｌｐを出力する。この出射光は、コリメータ２１で平行光のビームに集束された後、偏光ビームスプリッタ２２に入る。本実施形態において、出射光Ｌｐ、ターゲット反射光Ｌｔｒ、参照光Ｌｒにおける偏光状態は、第７実施形態と同じである。
【0155】
出射光Ｌｐは、偏光ビームスプリッタ２２を透過して波長板２３に入り、一部が波長板２３を透過して、基材３０で構成される位相差発生素子の側に進み、他の一部が波長板２３の第１の側の面２３ａ、２３ｂで反射して参照光Ｌｒとなる。更に出射光Ｌｐは、位相差発生素子を透過してビームスキャナ２６に向かう。
【0156】
ビームスキャナ２６に向かった出射光Ｌｐは、第７実施形態と同様にビームスキャナ２６で反射してターゲットＴＧに向かい、ターゲットＴＧで反射してターゲット反射光Ｌｔｒとしてビームスキャナ２６で反射する。
【0157】
ビームスキャナ２６で反射したターゲット反射光Ｌｔｒのうち、第１ビームＬｂ１を構成する部分は、基材３０の厚みｔｓ１の部分を通過して、波長板２３に入る。ビームスキャナ２６で反射したターゲット反射光Ｌｔｒのうち、第２ビームＬｂ２を構成する部分は、基材３０の厚みｔｓ２の部分を通過して、波長板２３に入る。
【0158】
波長板２３に入ったターゲット反射光Ｌｔｒは、出射光Ｌｐが面２３ａ、２３ｂで反射して生じた参照光Ｌｒと合成されて、干渉光Ｌｂの第１ビームＬｂ１、第２ビームＬｂ２となる。第１ビームＬｂ１、第２ビームＬｂ２のその後の経路は第７実施形態と同じである。
【0159】
ここで、第１ビームＬｂ１、第２ビームＬｂ２におけるターゲット反射光Ｌｔｒおよび参照光Ｌｒの位相について説明する。第１ビームＬｂ１における参照光Ｌｒと、第２ビームＬｂ２における参照光Ｌｒとの間には、位相差がない。しかし、第１ビームＬｂ１におけるターゲット反射光Ｌｔｒと、第２ビームＬｂ２におけるターゲット反射光Ｌｔｒとの間には、偏光ビームスプリッタ２２に向けて波長板２３を出るまでの光路差がｍ×λ／４できる。これは、図１３に示すように、第１ビームＬｂ１のターゲット反射光Ｌｔｒの光路は、第２ビームＬｂ２のターゲット反射光Ｌｔｒの光路よりも、基材３０内を通過する光路長が（ｎ１－ｎａｉｒ）×（ｔｓ１－ｔｓ２）だけ長いからである。
【0160】
この結果、第１ビームＬｂ１を構成する参照光Ｌｒとターゲット反射光Ｌｔｒとの位相差は、第２ビームＬｂ２を構成する参照光Ｌｒとターゲット反射光Ｌｔｒとの位相差に対して、π／２ずれる。これにより、それぞれの参照光Ｌｒが同じビーム内のターゲット反射光Ｌｔｒと干渉し、Ｉ信号に対応する第１ビームＬｂ１とＱ信号に対応する第２ビームＬｂ２が生成される。
【0161】
このようなＩＱ信号を活用することで、第７実施形態と同様、処理回路４は、ある瞬間における瞬時位相を回転方向も含め特定することができ、瞬時周波数も計算可能となる。したがって、距離算出、相対速度算出の精度が向上する。
【0162】
［１］また、第１ビームＬｂ１を構成するターゲット反射光Ｌｔｒが通る位置の基材３０の厚みと第２ビームＬｂ２を構成するターゲット反射光Ｌｔｒが通る位置の基材３０の厚みとが異なる。このように位相差発生素子の基材３０が第１位相差と第２位相差とを異ならせることにより、簡易にＩＱ信号を取得することができる。なお、本実施形態と第７実施形態で同じ構成からは、同じ効果を得ることができる。
【0163】
（第９実施形態）
次に第９実施形態について、図１４を用いて説明する。本実施形態は、第８実施形態に対して、位相差発生素子を構成する基材３０の構成が異なっている。具体的には、基材３０は、第１ビームＬｂ１を構成するターゲット反射光Ｌｔｒが通る位置に配置されると共に、第２ビームＬｂ２を構成するターゲット反射光Ｌｔｒが通る位置を避けて配置される。
次に第９実施形態について、図１４を用いて説明する。本実施形態は、第８実施形態に対して、位相差発生素子を構成する基材３０の構成が異なっている。具体的には、基材３０は、第１ビームＬｂ１を構成するターゲット反射光Ｌｔｒが通る位置に配置されると共に、第２ビームＬｂ２を構成するターゲット反射光Ｌｔｒが通る位置を避けて配置される。
【0164】
本実施形態の基材３０は、ターゲット反射光Ｌｔｒの進行方向に沿った厚みが一様である。具体的には、基材３０の当該厚みをｔｓ１とし、基材３０の屈折率をｎｓ１とし、奇数をｍとし、基準波長をλとすると、ｍ×λ／４＝（ｎｓ１－ｎａｉｒ）×ｔｓ１の関係が満足される。
【0165】
以下、本実施形態におけるＬｉＤＡＲ送受信機の作動について説明する。上述の通り、光源１から、基準周波数に対して増減変化する周波数を有する出射光Ｌｐを出力する。この出射光は、コリメータ２１で平行光のビームに集束された後、偏光ビームスプリッタ２２に入る。本実施形態において、出射光Ｌｐ、ターゲット反射光Ｌｔｒ、参照光Ｌｒにおける偏光状態は、第８実施形態と同じである。
【0166】
出射光Ｌｐは、偏光ビームスプリッタ２２を透過して波長板２３に入り、一部が波長板２３を透過して第１の側に進み、他の一部が波長板２３の第１の側の面２３ａ、２３ｂで反射して参照光Ｌｒとなる。更に出射光Ｌｐは、一部が基材３０を透過し、別の一部が基材３０をバイパスした後、ビームスキャナ２６に向かう。
【0167】
ビームスキャナ２６に向かった出射光Ｌｐは、第８実施形態と同様にビームスキャナ２６で反射してターゲットＴＧに向かい、ターゲットＴＧで反射してターゲット反射光Ｌｔｒとしてビームスキャナ２６で反射する。
【0168】
ビームスキャナ２６で反射したターゲット反射光Ｌｔｒのうち、第１ビームＬｂ１を構成する部分は、基材３０を通過して、波長板２３に入る。ビームスキャナ２６で反射したターゲット反射光Ｌｔｒのうち、第２ビームＬｂ２を構成する部分は、基材３０をバイパスして、波長板２３に入る。
【0169】
波長板２３に入ったターゲット反射光Ｌｔｒは、出射光Ｌｐが面２３ａ、２３ｂで反射して生じた参照光Ｌｒと合成されて、干渉光Ｌｂの第１ビームＬｂ１、第２ビームＬｂ２となる。第１ビームＬｂ１、第２ビームＬｂ２のその後の経路は第８実施形態と同じである。
【0170】
ここで、第１ビームＬｂ１、第２ビームＬｂ２におけるターゲット反射光Ｌｔｒおよび参照光Ｌｒの位相について説明する。第１ビームＬｂ１における参照光Ｌｒと、第２ビームＬｂ２における参照光Ｌｒとの間には、位相差がない。しかし、第１ビームＬｂ１におけるターゲット反射光Ｌｔｒと、第２ビームＬｂ２におけるターゲット反射光Ｌｔｒとの間には、偏光ビームスプリッタ２２に向けて波長板２３を出るまでの光路差が（ｎｓ１－ｎａｉｒ）×ｔｓ１＝ｍ×λ／４できる。これは、図１４に示すように、第１ビームＬｂ１のターゲット反射光Ｌｔｒの光路は、基材３０を通る分だけ、第２ビームＬｂ２のターゲット反射光Ｌｔｒの光路よりも、基材３０内を通過する光路長が（ｎｓ１－ｎａｉｒ）×ｔｓ１だけ長いからである。
【0171】
この結果、第１ビームＬｂ１を構成する参照光Ｌｒとターゲット反射光Ｌｔｒとの位相差は、第２ビームＬｂ２を構成する参照光Ｌｒとターゲット反射光Ｌｔｒとの位相差に対して、π／２ずれる。これにより、それぞれの参照光Ｌｒが同じビーム内のターゲット反射光Ｌｔｒと干渉し、Ｉ信号に対応する第１ビームＬｂ１とＱ信号に対応する第２ビームＬｂ２が生成される。
【0172】
このようなＩＱ信号を活用することで、第８実施形態と同様、処理回路４は、ある瞬間における瞬時位相を回転方向も含め特定することができ、瞬時周波数も計算可能となる。したがって、距離算出、相対速度算出の精度が向上する。
【0173】
［１６］以上のように、位相差発生素子は、第１ビームＬｂ１が通る経路と第２ビームＬｂ２が通る経路のうち第１ビームＬｂ１が通る経路にのみ配置されることにより、第１位相差と第２位相差が異なる。このように、位相差発生素子の厚みおよび配置を調整することで、簡易にＩＱ信号を取得することができる。なお、本実施形態と第８実施形態で同じ構成からは、同じ効果を得ることができる。
【0174】
（第１０実施形態）
次に第１０実施形態について、図１５を用いて説明する。本実施形態は、第７実施形態に対して、追加レンズ２８、２９が設けられている。その他の構成は第７実施形態と同じである。追加レンズ２８、２９は、全体として、出射光Ｌｐとターゲット反射光Ｌｔｒのビーム径を拡大または縮小するための組レンズを構成する。
次に第１０実施形態について、図１５を用いて説明する。本実施形態は、第７実施形態に対して、追加レンズ２８、２９が設けられている。その他の構成は第７実施形態と同じである。追加レンズ２８、２９は、全体として、出射光Ｌｐとターゲット反射光Ｌｔｒのビーム径を拡大または縮小するための組レンズを構成する。
【0175】
追加レンズ２８、２９は、波長板２３に対して第１の側に配置され、かつ、基材３０およびコート２４から構成される位相差発生素子と波長板２３との間に配置される。また、追加レンズ２９は、追加レンズ２８と位相差発生素子の間に配置される。
【0176】
このようにすることで、波長板２３を通過した後の出射光Ｌｐは、追加レンズ２８で集光された後、追加レンズ２９で再度平行光となり、位相差発生素子に進む。追加レンズ２９を通過した後の出射光Ｌｐのビーム径は、追加レンズ２８に入る直前の出射光Ｌｐのビーム径よりも大きい。
【0177】
また、ビームスキャナ２６で反射された後のターゲット反射光Ｌｔｒは、位相差発生素子を透過して追加レンズ２９で集光された後、追加レンズ２８で再度平行光となり、波長板２３に進む。追加レンズ２８を通過した後のターゲット反射光Ｌｔｒのビーム径は、追加レンズ２９に入る直前のターゲット反射光Ｌｔｒのビーム径よりも小さい。
【0178】
なお、本実施形態のような追加レンズ２８、２９の追加は、第８、第９実施形態に対して行ってもよい。本実施形態と第７～第９実施形態で同じ構成からは、同じ効果を得ることができる。
【0179】
（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。また、本発明は、上記各実施形態に対する以下のような変形例および均等範囲の変形例も許容される。なお、以下の変形例は、それぞれ独立に、上記実施形態に適用および不適用を選択できる。すなわち、以下の変形例のうち任意の組み合わせを、上記実施形態に適用することができる。
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。また、本発明は、上記各実施形態に対する以下のような変形例および均等範囲の変形例も許容される。なお、以下の変形例は、それぞれ独立に、上記実施形態に適用および不適用を選択できる。すなわち、以下の変形例のうち任意の組み合わせを、上記実施形態に適用することができる。
【0180】
（変形例１）
上記実施形態では、光学系２がコリメータ２１およびビームスキャナ２６を有しているが、これらのいずれも、必須の要素というわけではない。光源１から出射光Ｌｐが平行光として出射される場合は、コリメータ２１は不要である。また、検出対象を走査する必要がない場合は、ビームスキャナ２６は不要である。
上記実施形態では、光学系２がコリメータ２１およびビームスキャナ２６を有しているが、これらのいずれも、必須の要素というわけではない。光源１から出射光Ｌｐが平行光として出射される場合は、コリメータ２１は不要である。また、検出対象を走査する必要がない場合は、ビームスキャナ２６は不要である。
【0181】
（変形例２）
上記実施形態では、Ｉ信号とＱ信号のそれぞれを個別の光検出器で受光するため、第１光検出器３ａと第２光検出器３ｂが用いられる。そして、第１光検出器３ａ、第２光検出器３ｂの各々は、単体構成となっている。すなわち、それぞれ単一の光検出素子で構成されている。しかし、第１光検出器３ａ、第２光検出器３ｂの各々は、複数構成となっていてもよい。例えば、バランスドフォトディテクタを用いる場合は、Ｉ信号およびＱ信号のそれぞれに対して２個の光検出素子が必要となるので、その場合は第１光検出器３ａも第２光検出器３ｂも２個の光検出素子から構成される。
上記実施形態では、Ｉ信号とＱ信号のそれぞれを個別の光検出器で受光するため、第１光検出器３ａと第２光検出器３ｂが用いられる。そして、第１光検出器３ａ、第２光検出器３ｂの各々は、単体構成となっている。すなわち、それぞれ単一の光検出素子で構成されている。しかし、第１光検出器３ａ、第２光検出器３ｂの各々は、複数構成となっていてもよい。例えば、バランスドフォトディテクタを用いる場合は、Ｉ信号およびＱ信号のそれぞれに対して２個の光検出素子が必要となるので、その場合は第１光検出器３ａも第２光検出器３ｂも２個の光検出素子から構成される。
【0182】
この場合も、受光レンズ２７は、第１光検出器３ａおよび第２光検出器３ｂを構成する光検出素子の数と同数のレンズを有する。あるいは、受光レンズ２７は、第１光検出器３ａおよび第２光検出器３ｂを構成する光検出素子の数と同数のレンズ形状を有する単一のレンズアレイであってもよい。
【0183】
（変形例３）
上記実施形態では、光源１は１個のレーザ発振器を有しているが、他の例として、複数のレーザ発振器を有していてもよい。複数のレーザ発振器を有する場合、各レーザ発振器の基準波長は同じであっても異なっていてもよい。それら複数のレーザ発振器で生成された光は光導波路を用いて単一の導波路に結合された後に出射されてもよい。このとき、複数のレーザ発振器は同時に発光させてもよいし、時間的に異なるタイミングで発光させてもよい。
上記実施形態では、光源１は１個のレーザ発振器を有しているが、他の例として、複数のレーザ発振器を有していてもよい。複数のレーザ発振器を有する場合、各レーザ発振器の基準波長は同じであっても異なっていてもよい。それら複数のレーザ発振器で生成された光は光導波路を用いて単一の導波路に結合された後に出射されてもよい。このとき、複数のレーザ発振器は同時に発光させてもよいし、時間的に異なるタイミングで発光させてもよい。
【0184】
また、複数のレーザ発振器の各波長が同一か否かに限らず、各レーザ発振器を空間的に異なる位置に設置されてもよい。あるいは、複数のレーザ発振器を並べて配置する代わりに、複数のレーザ発振器をそれぞれ別の光導波路へ接続し、接続した複数の光導波路を異なる位置に設置してもよい。またあるいは、複数ではなく単一のレーザ発振器からの出射光を光導波路へ結合させ、その光を複数の導波路へ分岐し複数の光源として扱ってもよい。
【0185】
（変形例４）
上記実施形態では、光路長補償素子２５は、第１ビームＬｂ１におけるターゲット反射光Ｌｔｒと第２ビームＬｂ２におけるターゲット反射光Ｌｔｒとの位相差を解消するために用いられているが、解消するのではなく、位相差を（例えば１／２、１／３、２／３に）、光路長補償素子２５が無い場合よりも、低減するだけでもよい。全体としてＩＱ信号が得られるよう、ターゲット反射光Ｌｔｒと参照光Ｌｒの位相差が第１ビームＬｂ１と第２ビームＬｂ２とで異なるようになっていれば良い。
上記実施形態では、光路長補償素子２５は、第１ビームＬｂ１におけるターゲット反射光Ｌｔｒと第２ビームＬｂ２におけるターゲット反射光Ｌｔｒとの位相差を解消するために用いられているが、解消するのではなく、位相差を（例えば１／２、１／３、２／３に）、光路長補償素子２５が無い場合よりも、低減するだけでもよい。全体としてＩＱ信号が得られるよう、ターゲット反射光Ｌｔｒと参照光Ｌｒの位相差が第１ビームＬｂ１と第２ビームＬｂ２とで異なるようになっていれば良い。
【0186】
（変形例５）
上記各実施形態における厚み形成部材の厚みおよび屈折率は、別記した以外は厚み形成部材の内部で一様であるが、他の例として、必ずしも一様である必要は無い。一様でない場合は、内部を厚み方向に通る光の光路長を調整する観点における実効的な厚みおよび屈折率を表す。
上記各実施形態における厚み形成部材の厚みおよび屈折率は、別記した以外は厚み形成部材の内部で一様であるが、他の例として、必ずしも一様である必要は無い。一様でない場合は、内部を厚み方向に通る光の光路長を調整する観点における実効的な厚みおよび屈折率を表す。
【符号の説明】
【0187】
１ 光源
３ａ 第１光検出器
３ｂ 第２光検出器
２２ 偏光ビームスプリッタ
２３ 波長板
２４ コート
２５ 光路長補償素子
３０ 基材
３ａ 第１光検出器
３ｂ 第２光検出器
２２ 偏光ビームスプリッタ
２３ 波長板
２４ コート
２５ 光路長補償素子
３０ 基材
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】