特許 7489992 ＬＩＤＡＲシステムにおける出力信号の操縦

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-16

(45)【発行日】2024-05-24

(54)【発明の名称】ＬＩＤＡＲシステムにおける出力信号の操縦

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/481 20060101AFI20240517BHJP

【ＦＩ】

G01S7/481 A

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2021543123

(86)(22)【出願日】2020-01-24

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-03-10

(86)【国際出願番号】 US2020015113

(87)【国際公開番号】W WO2020154707

(87)【国際公開日】2020-07-30

【審査請求日】2023-01-13

(31)【優先権主張番号】62/797,126

(32)【優先日】2019-01-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】520437076

【氏名又は名称】シルク テクノロジーズ インコーポレイティッド

(74)【代理人】

【識別番号】110003007

【氏名又は名称】弁理士法人謝国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】アスガリ、メヘディ

(72)【発明者】

【氏名】フォン、ダゾン

(72)【発明者】

【氏名】ルフィ、ブラッドレー ジョナサン

【審査官】梶田 真也

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０３０６９２５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２６７２５０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－２００２７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１７２５４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５３６０９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／００３８５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３５３９７７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／４８ － ７／５１

Ｇ０１Ｓ １７／００ － １７／９５

Ｇ０２Ｂ ６／１２ － ６／１４

Ｇ０２Ｆ １／００ － １／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１ － ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

出発ＬＩＤＡＲ信号を、異なるチャンネルを運ぶ複数のＬＩＤＡＲ出力信号に分離する分波器、
複数の入力導波路が、出発ＬＩＤＡＲ信号を光学スイッチから前記分波器の入力側の異なる領域に運ぶように構成される複数の入力導波路、及び
前記ＬＩＤＡＲ出力信号のいずれを受信し、異なるＬＩＤＡＲ出力信号がビーム分配器から離れて異なる方向に移動するように、受信されたＬＩＤＡＲ出力信号を方向付けるビーム分配器
を含む、ＬＩＤＡＲシステム。

【請求項2】

前記ビーム分配器が、レンズである、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記ＬＩＤＡＲ出力信号が、前記分波器の出力側に入射する調整機構をさらに含む、請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

前記調整機構が、光学スイッチを含む、請求項３に記載のシステム。

【請求項5】

複数のチャンネル導波路が、前記分波器から前記ＬＩＤＡＲ出力信号のうちの異なる１つをそれぞれ受信し、前記ビーム分配器が、前記チャンネル導波路から該ＬＩＤＡＲ出力信号を受信する、請求項１に記載のシステム。

【請求項6】

前記分波器及び前記チャンネル導波路が、ＬＩＤＡＲチップ上に配置される、請求項５に記載のシステム。

【請求項7】

前記ＬＩＤＡＲチップが、シリコン・オン・インシュレータプラットフォーム上に構築される、請求項６に記載のシステム。

【請求項8】

前記分波器が、アレイ導波路格子及びエシェル格子からなる群から選択される、請求項７に記載のシステム。

【請求項9】

前記チャンネル導波路は、前記ＬＩＤＡＲシステムが第１配置に調整されるとき、前記ＬＩＤＡＲ出力信号の少なくとも一部が、第１アクティブグループにおけるチャンネル導波路の１つにそれぞれ方向付けられるが、該ＬＩＤＡＲ出力信号のいずれも、第２アクティブグループにおけるチャンネル導波路に方向付けられないように、複数のアクティブグループに配置される、請求項５に記載のシステム。

【請求項10】

前記ＬＩＤＡＲシステムが、第１配置に調整されるとき、全ての前記ＬＩＤＡＲ出力信号が、前記第１アクティブグループにおけるチャンネル導波路のうちの１つにそれぞれ方向付けられる、請求項９に記載のシステム。

【請求項11】

前記ＬＩＤＡＲシステムが、第２配置に調整されるとき、前記ＬＩＤＡＲ出力信号の少なくとも一部は、前記第２アクティブグループにおけるチャンネル導波路のうちの１つにそれぞれ方向付けられる、請求項９に記載のシステム。

【請求項12】

前記ＬＩＤＡＲシステムが、第２配置に調整されるとき、全ての前記ＬＩＤＡＲ出力信号が、前記第２アクティブグループにおけるチャンネル導波路のうちの１つにそれぞれ方向付けられる、請求項１１に記載のシステム。

【請求項13】

前記ビーム分配器が、前記ＬＩＤＡＲシステムは前記第２配置に調整されるときと比べて、該ＬＩＤＡＲシステムは前記第１配置に調整されるときに、前記ＬＩＤＡＲ出力信号を異なる入射角で受信するように構成される、請求項１２に記載のシステム。

【請求項14】

前記ＬＩＤＡＲシステムが前記第２配置に調整されるとき、いずれのＬＩＤＡＲ出力信号も、第１グループにおけるチャンネル導波路に方向付けられない、請求項１３に記載のシステム。

【請求項15】

前記分波器及び前記ビーム分配器が、固体の構成要素である、請求項１に記載のシステム。

【請求項16】

前記ビーム分配器が、各ＬＩＤＡＲ出力信号を同時に受信する、請求項１に記載のシステム。

【請求項17】

複数のチャンネル導波路を含むＬＩＤＡＲチップであって、各チャンネル導波路が、異なるチャンネルを運ぶＬＩＤＡＲ出力信号を誘導する、ＬＩＤＡＲチップ、
該チャンネル導波路から複数のＬＩＤＡＲ出力信号を同時に受信するビーム分配器であって、該ビーム分配器が、各ＬＩＤＡＲ出力信号が異なる入射角で前記ビーム分配器に入射するように、ＬＩＤＡＲ出力信号を受信し、異なるＬＩＤＡＲ出力信号が該ビーム分配器から離れて異なる方向に移動するように、受信したＬＩＤＡＲ出力信号を方向付ける、ビーム分配器、
出発ＬＩＤＡＲ信号を受信し、出発ＬＩＤＡＲ信号を複数の異なる入力導波路のいずれかに向けるように構成された光学スイッチであって、出発ＬＩＤＡＲ信号は各チャンネルを伝送する、光学スイッチ、及び
出発ＬＩＤＡＲ信号を受信する入力導波路を変更するように光学スイッチを操作するように構成された電子機器
を含む、ＬＩＤＡＲシステムであって、。
ＬＩＤＡＲ出力信号がビーム分配器から離れて移動する方向が、出発ＬＩＤＡＲ信号を受信する入力導波路の変化に応答して変化する、ＬＩＤＡＲシステム。

【請求項18】

前記入力導波路のいずれかから前記出発ＬＩＤＡＲ信号を受信し、前記出発ＬＩＤＡＲ信号を前記ＬＩＤＡＲ出力信号に分離するように構成される分波器をさらに含む、請求項１７に記載のシステム。

【請求項19】

チャネル導波路は、分波器からＬＩＤＡＲ出力信号を受信するように構成されている、請求項１８に記載のシステム。

【請求項20】

ビーム分配器が、レンズである、請求項１７に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【関連出願】

【0001】

本願は、２０１９年１月２５日に出願され、「光学センサーシステム」と題された米国特許出願シリアル番号６２/７９７,１２６の継続であり、その全体として本明細書に組み込まれる。

【技術分野】

【0002】

本発明は、光学装置に関する。特に、本発明は、ＬＩＤＡＲシステムに関する。

【背景技術】

【0003】

ＬＩＤＡＲ技術は、様々な用途に応用されている。ＬＩＤＡＲ仕様は、典型的には、視野内の最小数のサンプル領域に対してＬＩＤＡＲデータが生成されることを特定する。異なるサンプル領域のＬＩＤＡＲデータを生成するために、ＬＩＤＡＲ出力信号は、典型的には、１つのサンプル領域から別のサンプル領域に走査される。ＬＩＤＡＲ出力信号を走査するために様々な機構が使用される。しかし、これらの機構は、典型的には、ＭＥＭ装置のミラーのような可動部品を使用する。これらの装置は、ＬＩＤＡＲシステムに必要とされる高周波数、再現性、及び長い寿命を提供するのに適していないことが多い。その結果、ＬＩＤＡＲ出力信号の操縦機構を改良する必要がある。

【概要】

【0004】

ＬＩＤＡＲシステムは、それぞれが異なるチャンネルを運ぶ複数のＬＩＤＡＲ出力信号に出発ＬＩＤＡＲ信号を分離する分波器を含む。該異なるチャンネルは、それぞれ異なる波長にある。前記システムはまた、各々の前記ＬＩＤＡＲ出力信号を受信するビーム分配器を含む。該ビーム分配器は、異なるＬＩＤＡＲ出力信号が該ビーム分配器から離れて異なる方向に移動するように、受信されたＬＩＤＡＲ出力信号を方向付ける。

【0005】

ＬＩＤＡＲシステムの別の実施形態は、分波器の出力側でそれぞれ受信される複数のＬＩＤＡＲ出力信号に出発ＬＩＤＡＲ信号を分離する分波器を含む。該各々のＬＩＤＡＲ出力信号は、異なるチャンネルを運び、該異なるチャンネルは、それぞれ異なる波長にある。前記システムはまた、各々の前記ＬＩＤＡＲ出力信号を受信するビーム分配器を含む。該ビーム分配器は、異なるＬＩＤＡＲ出力信号が該ビーム分配器から離れて異なる方向に移動するように、受信されたＬＩＤＡＲ出力信号を方向付ける。いくつかの例では、前記ビーム分配器は、レンズまたはミラーを含むか、または（実質的に）レンズまたはミラーから構成される。

【0006】

ＬＩＤＡＲシステムは、複数のチャンネル導波路を含むＬＩＤＡＲチップを有する。各チャンネル導波路は、ＬＩＤＡＲ出力信号を誘導するように構成される。異なるＬＩＤＡＲ出力信号は、異なるチャンネルを運ぶ。ビーム分配器は、同時に、前記チャンネル導波路から前記ＬＩＤＡＲ出力信号を受信する。前記ビーム分配器は、各ＬＩＤＡＲ出力信号が異なる入射角でビーム分配器に入射するように前記ＬＩＤＡＲ出力信号を受信する。前記ビーム分配器は、異なるＬＩＤＡＲ出力信号が該ビーム分配器から離れて異なる方向に移動するように、前記受信されたＬＩＤＡＲ出力信号を方向付ける。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1A】ＬＩＤＡＲシステムの概略図である。

【0008】

【図1B】ＬＩＤＡＲシステムの別の実施形態の概略図である。

【0009】

【図2】ＬＩＤＡＲシステムの別の実施形態の概略図である。

【0010】

【図3】ＬＩＤＡＲシステムの別の実施形態の概略図である。

【0011】

【図4】複数のチャンネルを運ぶ出発光信号を生成するように構成された複数の光源を示す。

【0012】

【図5】複数のレーザ源を含む光源を示す。

【0013】

【図6】複数のチャンネルを含む光信号を生成するように構成された構造の一例を示す。

【0014】

【図7A】処理ユニットの一例を示している。

【0015】

【図7B】図７Ａに従って構成された処理ユニットと共に使用するのに適した電子機器の概略図である。

【0016】

【図8】分波要素の一例を示している。

【0017】

【図9A-9C】ＬＩＤＡＲ出力信号の走査を提供するように改変された図８の分波要素を示している。図９Ａは、第１配置に調整された分波要素を示し、図９Ｂは、第２配置に調整された分波要素を示している。図９Ｃ、第１配置と第２配置との間の分波要素の調整に応答して変化する入射角でＬＩＤＡＲ出力信号を受信するビーム分配器を示している。

【0018】

【図10-10B】出力光信号が分波器の入力側で受信される調整機構を含むように改変された図９Ａ及び図９Ｂの分波要素を示している。図１０Ａは、第１配置に調整された分波要素を示し、図１０Ｂは、第２配置に調整された分波要素を示している。

【0019】

【図11】分波要素の分波器として使用するための整列された導波路格子分波器の上面図である。

【0020】

【図12A-12B】図１０Ａ～１０Ｂの分波要素に使用するのに適した光学スイッチの構成を示している。図１２Ａは、光学スイッチの概略図である。図１２Ｂは、図１２Ａの光学スイッチに適用できるマッハツェンダー干渉計の概略図である。

【詳細な説明】

【0021】

前記ＬＩＤＡＲシステムは、出発ＬＩＤＡＲ信号をそれぞれが異なるチャンネルに関連する複数の異なるＬＩＤＡＲ出力信号に分離する分波器を含む。該ＬＩＤＡＲシステムはまた、レンズのような、前記ＬＩＤＡＲ出力信号を同時に受信し、それらを視野内の異なるサンプル領域に方向付けるビーム分配器を含む。

【0022】

いくつかの例では、前記分波器は、各々のＬＩＤＡＲ出力信号が該分波器から離れるように経路を変更するように調整される。各々のＬＩＤＡＲ出力信号が分波器から離れる経路の変化は、該ＬＩＤＡＲ出力信号が前記ビーム分配器から離れる方向の変化を引き起こす。その結果、各々のＬＩＤＡＲ出力信号が前記分波器から離れる方向に移動する経路は、前記ＬＩＤＡＲ出力信号を視野内の異なるサンプル領域に走査するように調整される。

【0023】

前記ＬＩＤＡＲ出力信号が前記分波器から離れる方向に移動する経路を調整するのに、種々の機構は適している。例えば、光学スイッチ及び温度調整のような機構は、シリコン・オン・インシュレータプラットフォームのような光学プラットフォームに統合することができ、固体機構とすることができる。その結果、ＬＩＤＡＲ出力信号を操縦するための固体機構が開示される。

【0024】

図１Ａは、ＬＩＤＡＲシステムの概略図である。該システムは、出発光信号を出力するレーザのような光源１０を含む。該出発光信号は、それぞれ異なる波長の複数の異なるチャンネルを運ぶ。これらのチャンネルの波長は、１つのチャンネルから次のチャンネルへの波長増加が一定または実質的に一定であるように周期的に間隔を置いておくことができる。周期的に間隔を置いて配置された波長を有する複数のチャンネルを生成するための適切な光源１０には、櫛型レーザ、単一の光導波路に多重化された複数の単波長レーザ、２０１７年１１月３０日に出願された米国特許出願シリアル番号１１/９９８,８４６であって、「マルチチャンネル光学装置」と題された特許（特許番号：７５４２６４１、その全体として本明細書に組み込まれる。）に記載されているような光源が含まれるが、これらに限定されない。

【0025】

ＬＩＤＡＲシステムはまた、前記光源１０から出発光信号を受信するユーティリティ導波路１２を含む。変調器１４は、ユーティリティ導波路１２に沿って任意に配置される。該変調器１４は、前記出発光信号のパワーを変調し、これにより前記ＬＩＤＡＲ出力信号を変調するように構成される。該電子機器は、前記変調器１４を動作させることができる。従って、該電子機器は、前記出発ＬＩＤＡＲ信号のパワーを変調することができ、これにより前記ＬＩＤＡＲ出力信号を変調することができる。適切な変調器１４には、ＰＩＮダイオードキャリア注入装置、マッハツェンダー変調装置、及び電気吸収変調装置が含まれるが、これらに限定されない。前記変調器１４がシリコン・オン・インシュレータプラットフォーム上に構成される場合の適切な変調器については、１９９３年９月２１日に出願され、「統合シリコンＰＩＮダイオード電気光学導波路」と題された米国特許出願シリアル番号６１７，８１０での開示を参照されたい。（その全体として本明細書に組み込まれる。）

【0026】

増幅器１６は、ユーティリティ導波路１２に沿って任意に配置される。出発光信号のパワーが複数のチャンネル間で分配されるので、該増幅器１６は、ユーティリティ導波路１２上で各々のチャンネルに所望のパワーレベルを提供することが望ましい。適切な増幅器には、半導体光増幅器（ＳＯＡ）が含まれるが、これに限定されない。

【0027】

前記ユーティリティ導波路１２は、前記変調器１４から出発光信号を信号誘導要素１８まで運ぶ。該信号誘導要素１８は、出発光信号をＬＩＤＡＲ分岐２０及び/またはデータ分岐２２に方向付けることができる。該ＬＩＤＡＲ分岐は、ＬＩＤＡＲ出力信号を出力し、ＬＩＤＡＲ入力信号を受信する。該データ分岐は、ＬＩＤＡＲデータ（ＬＩＤＡＲシステムと該ＬＩＤＡＲシステムの外部に位置する反射物体との間の距離及び/または視線速度）を生成するために、前記ＬＩＤＡＲ入力信号を処理する。

【0028】

前記ＬＩＤＡＲ分岐は、前記信号誘導要素１８から出発光信号の少なくとも一部を受信するＬＩＤＡＲ信号導波路２４を含む。該ＬＩＤＡＲ信号導波路２４は、前記出発光信号の少なくとも一部を分波要素２６に運ぶ。前記出発光信号が異なる波長で複数の異なるチャンネルを運ぶとき、前記分波要素２６は、該出発光信号を、各々が異なる波長(チャンネル)であって、視野内の異なるサンプル領域に方向付けられた複数のＬＩＤＡＲ出力信号に分離する。前記分波要素２６は、該ＬＩＤＡＲシステムの外部に配置された反射物体(図示せず)によって反射され得るＬＩＤＡＲ出力信号を出力する。該反射されたＬＩＤＡＲ出力信号は、ＬＩＤＡＲ入力信号として分波要素２６に戻る。該分波要素２６は、前記ＬＩＤＡＲ入力信号を結合し、その結果をＬＩＤＡＲ信号導波路２４に入射光信号として出力する。

【0029】

いくつかの例では、前記分波要素２６はまた、ビーム操縦機能を含む。これらの例では、前記分波要素２６は、視野内の異なるサンプル領域に前記ＬＩＤＡＲ出力信号を操縦するように、分波要素２６を動作させることができる電子機器(図示せず)と電気的に通信できる。異なるＬＩＤＡＲ出力信号が独立して操縦されるか、または同時に操縦されるように、前記分波要素２６及び/または電子機器を構成してもよい。

【0030】

前記分波要素２６は単一の要素として示されているが、これは、複数の光学要素及び/または電気要素を含むことができる。適切な分波要素２６には、光フェーズドアレイ（ＯＰＡ）、透過回折格子、反射回折格子、及び回折光学要素（ＤＯＥ）が含まれるが、これらに限定されない。ビーム操縦機能を備える適切な分波要素２６には、アレイ導波路上に能動位相制御要素を備えた光フェーズドアレイ（ＯＰＡ）が含まれるが、これに限定されない。

【0031】

前記ＬＩＤＡＲ信号導波路２４は、入射光信号を信号誘導要素１８に運ぶ。該信号誘導要素１８は、前記入射光信号をユーティリティ導波路１２及び/または比較信号導波路２８に方向付ける。該比較信号導波路２８に方向付けられた入射光信号の部分は、比較入射光信号として機能する。

【0032】

前記比較信号導波路２８は、前記比較入射光信号を比較分波器３０に運ぶ。前記比較光信号が複数のチャンネルを運ぶ場合、該比較分波器３０は、前記比較入射光信号を、それぞれが異なる１つのチャンネルを運ぶ異なる比較信号に分割する。前記比較分波器３０は、異なる比較導波路３２上に比較信号を出力する。各々の比較導波路３２は、前記比較信号のうちの１つを異なる処理要素３４に運ぶ。

【0033】

前記信号誘導要素１８は、該信号誘導要素１８が前記入射光信号の少なくとも一部を前記比較信号導波路２８に方向付けるとき、該信号誘導要素１８はまた、前記出発光信号の少なくとも一部を参照信号導波路３６に方向付けるように構成される。該参照信号導波路３６によって受信された出発光信号の部分は参照光信号として機能する。

【0034】

前記参照信号導波路３６は、前記参照光信号を参照分波器３８に運ぶ。前記参照光信号が複数のチャンネルを運ぶとき、参照分波器３８は、それぞれが異なるチャンネルを運ぶ異なる参照信号に該参照光信号を分割する。前記参照分波器３８は、各々の参照信号を異なる参照導波路４０上に出力する。前記参照導波路４０は、それぞれ、前記参照信号の１つを前記処理要素３４の異なる１つに運ぶ。

【0035】

前記比較導波路３２及び参照導波路４０は、比較信号及び対応する参照信号が同一の処理要素３４で受信されるように構成されている。例えば、前記比較導波路３２及び参照導波路４０は、該比較信号及び(同じ波長の)同じチャンネルを運ぶ対応する参照信号が同一の処理要素３４で受信されるように構成されている。

【0036】

以下でより詳しく説明されるように、各処理要素３４は、比較信号を対応する参照信号と結合して、視野上のサンプル領域のＬＩＤＡＲデータを運ぶ複合信号を形成する。従って、該複合信号を処理して、サンプル領域のＬＩＤＡＲデータを抽出することができる。

【0037】

前記信号誘導要素１８は、光結合部であってもよい。該信号誘導要素１８が光結合部である場合、該信号誘導要素１８は、出発光信号の第１部分を前記ＬＩＤＡＲ信号導波路２４に、出発光信号の第２部分を前記参照信号導波路３６に方向付け、また、入射光信号の第１部分を前記ユーティリティ導波路１２に、入射光信号の第２部分を比較信号導波路２８に方向付ける。従って、前記入射光信号の第２部分は、前記比較入射光信号として機能し、出発光信号の第２部分は、前記参照光信号として機能することができる。

【0038】

前記信号誘導要素１８は、交差スイッチのような光学スイッチであってもよい。適切な交差スイッチは、クロスモードまたはパスモードで動作することができる。パスモードでは、出発光信号は前記ＬＩＤＡＲ信号導波路２４に方向付けられ、入射光信号は前記ユーティリティ導波路１２に方向付けられる。クロスモードでは、出発光信号は前記参照信号導波路３６に方向付けられ、入射光信号は前記比較信号導波路２８に方向付けられる。従って、該入射光信号または該入射光信号の一部は、前記比較光信号として機能することができ、また、該出発光信号または該出発光信号の一部は、前記参照光信号として機能することができる。

【0039】

交差スイッチのような光学スイッチを前記電子機器で制御することができる。例えば、前記電子機器は、スイッチがクロスモードまたはパスモードにあるようにスイッチ操作を制御することができる。前記ＬＩＤＡＲ出力信号が前記ＬＩＤＡＲシステムから送信される場合、該スイッチがパスモードにあるように該電子機器はスイッチを操作する。前記ＬＩＤＡＲ入力信号が前記ＬＩＤＡＲシステムによって受信される場合、該スイッチがクロスモードにあるように該電子機器はスイッチを操作する。光結合部を前記信号誘導要素１８として使用する場合より、スイッチを使用することによって、光損失のレベルをより低くすることができる。

【0040】

信号誘導要素１８の動作に関する上記の説明では、前記比較光信号及び前記参照光信号は、同時にデータ分岐２２に方向付けられる。その結果、前記処理要素３４は、比較信号を、それぞれ同じチャンネル(対応する参照信号)を運ぶ参照信号と結合することができる。

【0041】

いくつかの例では、光増幅器４２は、前記ＬＩＤＡＲ信号導波路２４に沿って任意に配置され、前記出発光信号及び/または前記入射光信号を増幅させるように構成される。従って、信号誘導要素１８における光損失の影響を低減することができる。

【0042】

図１Ｂは、図１ＡのＬＩＤＡＲシステムを改変して、光循環器を前記信号誘導要素１８として含むようにしたものを示している。該光循環器は、前記出発光信号が前記ＬＩＤＡＲ信号導波路２４に方向付けられ、前記入射光信号が前記比較信号導波路２８に方向付けられるように構成されている。前記比較信号導波路２８は、前記比較入射光信号を前記比較分波器３０に運ぶ。さらに、タップ要素４４は、前記ユーティリティ導波路１２に沿って配置される。該タップ要素４４は、前記出発光信号の第１部分が前記参照信号導波路３６上で受信されるように、前記出発光信号の第１部分をタップオフするように構成される。前記参照信号導波路３６によって受信された出発光信号の第１部分は、前記参照光信号として機能する。前記参照信号導波路３６は、該参照光信号を前記参照分波器３８に運ぶ。従って、前記電子機器は、図１Ａの文脈に開示されているように図１ＢのＬＩＤＡＲシステムを操作することができる。適切な光循環器には、ファラデー回転子ベースの光ファイバ循環器及び統合された光循環器が含まれるが、これらに限定されない。図１Ｂの信号誘導要素１８は光循環器として開示されているが、図１Ｂの信号誘導要素１８は、光結合部または光学スイッチとすることができる。

【0043】

レーザ光源からの光は、典型的には線形的に偏光されるので、前記ＬＩＤＡＲ出力信号も、典型的には線形的に偏光される。標的からの反射は、戻り光の偏光角を変化させることがある。従って、異なる直線偏光状態があれば、前記ＬＩＤＡＲ入力信号は光を含むことができる。例えば、ＬＩＤＡＲ入力信号の第１部分は、第１線形偏光状態の光を含むことができ、ＬＩＤＡＲ入力信号の第２部分は、第２線形偏光状態の光を含むことができる。得られた複合信号の強度は、比較信号偏光と参照信号偏光との間の角度の余弦の２乗に比例する。該角度が９０度であれば、ＬＩＤＡＲデータは、得られる複合信号において失われることがある。その結果、ＬＩＤＡＲ出力信号の偏光状態の変化を補償するようにＬＩＤＡＲシステムを改変することができる。

【0044】

図２は、ＬＩＤＡＲ出力信号の偏光の変化を補償するように、図１Ａ及び/または図１ＢのＬＩＤＡＲシステムを改変したもの概略図である。タップ要素４４は、前記ユーティリティ導波路１２に沿って配置されている。該タップ要素４４は、前記出発光信号の第１部分をタップオフするように構成されている。これにより、出発光信号の第１部分が第１参照信号導波路４６上に受信される。第１参照信号導波路４６によって受信された出発光信号の第１部分は、第１参照光信号として機能する。また、前記タップ要素４４は、出発光信号の第２部分をタップオフするように構成されている。これにより、出発光信号の第２部分が第２参照信号導波路４８上に受信される。第２参照信号導波路４８によって受信された出発光信号の第２部分は、第２参照光信号として機能する。

【0045】

前記第１参照信号導波路４６は、前記第１参照光信号を第１参照分波器５０に運ぶ。該第１参照光信号が複数のチャンネルを含む場合、前記第１参照分波器５０は、該第１参照光信号を、それぞれ異なる波長を有する異なる第１参照信号に分割する。前記第１参照分波器５０は、前記第１参照信号を異なる第１参照導波路５２上に出力する。該第１参照導波路５２は、それぞれ、前記第１参照信号のうちの１つをいくつかの第１処理要素５４のうちの１つに運ぶ。

【0046】

前記第２参照信号導波路４８は、前記第２参照光信号を第２参照分波器５６に運ぶ。該第２参照光信号が複数のチャンネルを含む場合、該第２参照分波器５６は、該第２参照光信号を、それぞれ異なる波長を有する異なる第２参照信号に分割する。前記第２参照分波器５６は、前記第２参照信号を異なる第２参照導波路５８上に出力する。該第２参照導波路５８は、それぞれ、前記第２参照信号の１つをいくつかの第２処理要素６０のうちの異なる１つに運ぶ。

【0047】

前記ユーティリティ導波路１２は、前記出発光信号を前記信号誘導要素１８に運ぶ。該信号誘導要素１８は、前記出発光信号を前記ＬＩＤＡＲ信号導波路２４に方向付ける。該ＬＩＤＡＲ信号導波路２４は、前記分波要素２６から入射光信号を受信し、該入射光信号を前記信号誘導要素１８に運ぶ。該信号誘導要素１８は、前記入射光信号を中間導波路６２に方向付ける。適切な信号誘導要素１８には、循環器、２×２光結合部、１×２光結合部、及びスイッチが含まれるが、これらに限定されない。

【0048】

前記中間導波路６２は、受信された入射光信号の一部をビーム分割器６４に運ぶ。該ビーム分割器６４は、光線を前駆比較入射信号及び第２比較入射信号に分割する。該前駆比較入射信号は、前駆比較信号導波路６５上に受信され、該第２比較入射信号は、第２比較信号導波路６６上に受信される。該前駆比較信号導波路６５は、前記前駆比較入射信号を偏光回転子６７に運ぶ。該偏光回転子６７は、第１比較信号導波路６９上に受信された第１比較入射信号を出力する。前記第１比較信号導波路６９は、第１比較入射信号を第１比較分波器６８に運び、前記第２比較信号導波路６６は、前記第２比較入射信号を第２比較分波器７０に運ぶ。

【0049】

前記第１比較入射光信号が複数のチャンネルを運ぶとき、前記第１比較分波器６８は、該第１比較入射光信号を、それぞれ異なる波長を有する異なる第１比較信号に分割する。前記第１比較分波器６８は、前記第１比較信号を異なる第１比較導波路７２上に出力する。該第１比較導波路７２は、それぞれ、前記第１比較信号のうちの１つを異なる第１処理要素５４に運ぶ。

【0050】

前記第２比較光信号が複数のチャンネルを含む場合、前記第２比較分波器７０は、第１比較入射光信号を、それぞれ異なる波長を有する異なる第２比較信号に分割する。前記第２比較分波器７０は、前記第２比較信号を異なる第２比較導波路７４上に出力する。該第２比較導波路７４は、それぞれ、前記第２比較信号のうちの１つを異なる第２処理要素６０に運ぶ。

【0051】

前記第１比較導波路７２及び前記第１参照導波路５２は、比較信号及び対応する参照信号が同一の第１処理要素５４で受信されるように構成される。例えば、前記第１比較導波路７２及び前記第１参照導波路５２は、前記第１比較信号及び同一波長の第１参照信号が同一の第１処理要素５４で受信されるように構成される。

【0052】

前記第２比較導波路７４及び前記第２参照導波路５８は、比較信号及び同一のチャンネルを運ぶ参照信号が同一の第２処理要素６０で受信されるように構成される。例えば、前記第２比較導波路７４及び前記第２参照導波路５８は、前記第２比較信号及び同一波長の第２参照信号が同一の第２処理要素６０で受信されるように構成される。

【0053】

前記第１処理要素５４は、それぞれ、第１比較信号を対応する第１参照信号と結合して、視野上のサンプル領域のＬＩＤＡＲデータを運ぶ第１複合信号を形成する。前記第２処理要素６０は、それぞれ、第２比較信号を対応する第２参照信号と結合して、視野上のサンプル領域のＬＩＤＡＲデータを運ぶ第２複合信号を形成する。

【0054】

前記ＬＩＤＡＲシステムは、第１比較信号が対応する第２比較信号と同じ偏光角を有するように構成される。例えば、前記ビーム分割器６４は、偏光ビーム分割器であってもよい。偏光ビーム分割器の１つの例は、前駆比較入射信号中のチャンネルが第１偏光状態を有するが、第２偏光状態を有しなく、または実質的に有しないように、かつ、第２比較入射信号中のチャンネルが第２偏光状態を有するが、第１偏光状態を有しなく、または実質的に有しないように構成される。例えば、前記偏光ビーム分割器は、第１偏光状態を有する入射光信号の一部を前駆比較信号導波路６５に導き、かつ、第２偏光状態を有する入射光信号の一部を第２比較信号導波路６６に導くことができる。前記第１偏光状態及び第２偏光状態は、線形の偏光状態であってもよく、該第２偏光状態は、第１偏光状態とは異なる。例えば、該第１偏光状態はＴＥであってもよく、該第２偏光状態はＴＭであってもよい。あるいは、該第１偏光状態はＴＭであってもよく、該第２偏光状態がＴＥであってもよい。適切なビーム分割器には、ウォラストンプリズム、非対称なｙ分岐を用いるＭＥＭベースの偏光ビーム分割器及び統合された光学偏光ビーム分割器、マッハツェンダー干渉計、及び複合モード干渉結合器が含まれるが、これらに限定されない。

【0055】

前記偏光回転子は、前駆比較入射信号におけるチャンネルの偏光状態を第１偏光状態から第２偏光状態に変化させるように構成することができる。その結果、第１比較入射信号のチャンネルは、第２偏光状態を有するが、第１偏光状態を有しなく、または実質的に有しない。従って、第１比較入射信号のチャンネル及び第２比較入射信号の対応するチャンネルは、それぞれ同じ偏光状態(この議論では第２偏光状態)を有する。前記第１比較入射信号から生じる第１比較信号は、第２比較入射信号から生じる対応する第２比較信号と同じ偏光角を有する。適切な偏光回転子には、偏光保持ファイバの回転、ファラデー回転子、半波プレート、非対称なｙ分岐を用いるＭＥＭベースの偏光回転子及び統合された光学偏光回転子、マッハツェンダー干渉計、及び複合モード干渉結合器が含まれるが、これらに限定されない。

【0056】

前記ＬＩＤＡＲ出力信号は線形的に偏光されるので、前記第１参照信号は、対応する第２参照信号と同じ線形偏光角を有することができる。例えば、前記第１参照信号及び第２参照信号は、それぞれ、第１比較入射信号及び第２比較入射信号と同じ偏光状態を有することができる。従って、前記第１比較信号、第２比較信号、第１参照信号、及び第２参照信号は、それぞれ同じ偏光状態を有することができる。この例では、前記第１比較信号、第２比較信号、第１参照信号、及び第２参照信号はそれぞれ、第２偏光状態の光を有することができる。

【0057】

上記配置の結果、前記第１複合信号は、同一の偏光状態の参照信号と比較信号との組合せから由来し、それにより、所望の該参照信号と比較信号との間の拍動を提供する。例えば、前記第１複合信号は、それぞれ、第１偏光状態の参照信号と比較信号との組合せから由来し、第２偏光状態の光を除外または実質的に除外する。または、前記第１複合信号は、それぞれ、第２偏光状態の参照信号と比較信号との組合せから由来し、第１偏光状態の光を除外または実質的に除外する。同様に、前記第２複合信号は、それぞれ、同じ偏光状態の参照信号及び比較信号を含み、それにより、所望の参照信号と比較信号との間の拍動を提供する。例えば、前記第２複合信号は、それぞれ、第１偏光状態の参照信号と比較信号との組合せから由来し、第２偏光状態の光を除外または実質的に除外し、または、前記第１複合信号は、第２偏光状態の参照信号と比較信号との組合せから由来し、第１偏光状態の光を除外または実質的に除外する。

【0058】

上記の配置により、視野内の一つのサンプル領域のＬＩＤＡＲデータが、該サンプル領域に生成された複数の異なる複合信号(即ち、第１複合信号及び第２複合信号)に表示される。いくつかの例では、前記サンプル領域のＬＩＤＡＲデータを測定することは、異なる複合信号(即ち、第１複合信号及び第２複合信号)からＬＩＤＡＲデータを組合せる電子機器を含む。ＬＩＤＡＲデータを組み合わせることは、複数の異なる複合信号から生成されるＬＩＤＡＲデータの平均、中央値、またはモードを取ることを含むことができる。例えば、前記電子機器は、第１複合信号から測定されたＬＩＤＡＲ出力信号の供給源と反射物体との間の距離、及び第２複合信号から測定された該距離を平均化でき、かつ/または該電子機器は、第１複合信号から測定されたＬＩＤＡＲ出力信号の供給源と反射物体との間の視線速度、及び第２複合信号から測定された視線速度を平均化できる。

【0059】

いくつかの例では、サンプル領域のＬＩＤＡＲデータを測定することは、１つまたは複数の複合信号(即ち、第１複合信号及び/または第２複合信号)を最も現実的なＬＩＤＡＲデータの供給源(代表的なＬＩＤＡＲデータ)として識別する電子機器を含む。次いで、該電子機器は、他の処理に使用するため、識別された複合信号からのＬＩＤＡＲデータを代表的なＬＩＤＡＲデータとして使用できる。例えば、該電子機器は、前記代表的なＬＩＤＡＲデータを有することでより大きな振幅をもつ信号(第１複合信号または第２複合信号)を識別でき、ＬＩＤＡＲシステムによる更なる処理のために、識別された信号からＬＩＤＡＲデータを使用できる。いくつかの例では、該電子機器は、代表的なＬＩＤＡＲデータを用いて複合信号を識別することと異なるＬＩＤＡＲ信号からのＬＩＤＡＲデータを組み合わせることを組合せる。例えば、該電子機器は、代表的なＬＩＤＡＲデータを有することで振幅閾値より上の振幅をもつ各々の複合信号を識別でき、２つより多い複合信号が代表的なＬＩＤＡＲデータを有するものとして識別される場合、該電子機器は、識別された各複合信号からのＬＩＤＡＲデータを組合せることができる。１つの複合信号が代表的なＬＩＤＡＲデータを有するものとして識別される場合、該電子機器は、その複合信号からのＬＩＤＡＲデータを代表的なＬＩＤＡＲデータとして使用できる。複合信号のいずれも、代表的なＬＩＤＡＲデータを有するものとして識別されない場合、該電子機器は、これらの複合信号に関連するサンプル領域のＬＩＤＡＲデータを廃棄できる。

【0060】

図２の説明では、第１比較信号、第２比較信号、第１参照信号、及び第２参照信号はそれぞれ第２偏光状態を有するように構成要素が配置されているが、図２の構成要素を、第１複合信号が同じ線形偏光状態の参照信号と比較信号とを組合せた結果、また、第１複合信号が同じ線形偏光状態の参照信号と比較信号とを組合せた結果となるように配置することもできる。例えば、前記偏光回転子を、第１参照信号導波路６５と第１比較信号導波路６９との間ではなく、第１参照信号導波路４６に沿って配置してもよい。別の例として、第１参照信号及び第２参照信号がそれぞれ第１偏光状態を有する場合、前記偏光回転子を第２比較信号導波路６６に沿って配置してもよい。

【0061】

上記のシステム構成によって、ＬＩＤＡＲ入力信号の第１部分(第１偏光状態の部分)及びＬＩＤＡＲ入力信号の第１部分(第２偏光状態の部分)は、異なる複合信号に方向付けられる。例えば、該システム構成によって、第１複合信号が、第１複合信号よりもＬＩＤＡＲ入力信号の第１部分から多くのパワーを含み、また、第２複合信号が、第１複合信号よりもＬＩＤＡＲ入力信号の第２部分から多くのパワーを含む。あるいは、該システム構成によって、第１複合信号が、第１複合信号よりもＬＩＤＡＲ入力信号の第２部分から多くのパワーを含み、また、第２複合信号が、第１複合信号よりもＬＩＤＡＲ入力信号の第１部分から多くのパワーを含む。いくつかの例では、前記ＬＩＤＡＲ入力信号の第１部分は、パワーを有しなく、または実質的にパワーを有しない。または、前記ＬＩＤＡＲ入力信号の第２部分は、パワーを有しなく、または実質的にパワーを有しない。

【0062】

上記のＬＩＤＡＲシステムは、ＬＩＤＡＲ分岐に関連する２つ以上のデータ分岐を含むことができる。例えば、図３のＬＩＤＡＲシステムは、複数の光源１０がＬＩＤＡＲ分岐にチャンネルを提供し、また、複数のデータ分岐が該ＬＩＤＡＲ分岐からの光信号を受信するＬＩＤＡＲシステムを示している。

【0063】

上記のＬＩＤＡＲシステムは、単一の光源１０を有するものとして図示されているが、該ＬＩＤＡＲシステムは、図４に示されるように、複数の光源１０を有することができる。前記光源１０は、各々がＮ個のチャンネルを発生するＭ個の光源１０を含む。該チャンネルは、それぞれチャンネル導波路８０上に受信される。該チャンネル導波路は、前記ユーティリティ導波路１２上に受信される出発光信号を形成するために、チャンネルを結合するチャンネル合波器８２に前記チャンネルを運ぶ。

【0064】

図４において、各チャンネルは、λ_i,jで表示されている。ここで、iが光源１０の数で、１～Ｍである。ｊが光源１０ｊのチャンネルの数で、１～Ｎである。上述のように、光源１０は、チャンネルの波長が、１つのチャンネルから次のチャンネル(Δλ)への波長の増加が一定または実質的に一定であるように周期的に間隔を置いて配置されるように構成することができる。いくつかの例では、光源１０は、隣接する波長のチャンネルが異なる光源１０によって生成されるように構成されている。例えば、λ_i,j＝λ₀＋((ｉ―１)＋（ｊ―１）（Ｍ）)(Δλ)となるように光源１０を構成することができる。該構成のための適切な光源１０には、櫛型レーザが含まれるが、これに限定されない。該構成では、前記チャンネル合波器は、該チャンネル合波器の自由スペクトル範囲(ＦＳＲ)の倍数に等しい波長間隔（（Ｎ―１）＊Δλ）を有するように設計された環式合波器であってもよい。従って、前記チャンネル合波器は、波長範囲（（Ｎ―１）＊Δλ）にわたって循環するように設計されてもよい。適切な環式合波器には、Ｇｅｍｆｉｒｅ社の「無色」ＡＷＧ(８チャンネル環式アレイ導波路格子、２０１８)が含まれるが、これに限定されない。

【0065】

適切な光源１０の数(Ｍ)として、２、４または８以上、かつ/または１６、３２または６４より小さい値が含まれるが、これらに限定されない。光源１０によって提供されるチャンネルの適切な数(Ｎ)として、２、４または８以上、かつ/または１６、３２または６４未満の値が含まれるが、これらに限定されない。１つのチャンネルから次のチャンネル(Δλ)への波長増加の適値として、０．２ｎｍ、０．４ｎｍまたは０．６ｎｍ以上、かつ/または０．８ｎｍ、１．０ｎｍまたは１．５ｎｍ未満の値が含まれるが、これらに限定されない。最短波長を有するチャンネルの波長の適値として、１．３μｍ、１．４μｍまたは１．５μｍ以上、かつ/または１．６μｍ、１．７μｍまたは１．８μｍ未満の値が含まれるが、これらに限定されない。一例のＬＩＤＡＲシステムでは、Ｍが２、４または８以上、かつ/または１６、３２または６４未満であり、Ｎが２、４または８以上、かつ/または１６、３２または６４未満であり、また、Δλが０．２ｎｍ、０．４ｎｍまたは０．６ｎｍ以上、かつ/または０．８ｎｍ、１ｎｍまたは１．５ｎｍ未満である。

【0066】

いくつかの例では、光源１０は、該光源１０の少なくとも一部が、波長が隣接する２つ以上のチャンネルを生成するように構成されている。例えば、λ_i,j＝λ₀＋((ｊ―１)＋（ｉ―１）（Ｎ）（Δλ）となるように光源１０を構成することができる。該構成のための適切な光源１０には、櫛型レーザが含まれるが、これに限定されない。該構成では、前記チャンネル合波器は、少なくともＮΔλの帯域幅を有する広帯域合波器であってもよい。適切な広帯域合波器には、アレイ導波路格子(ＡＷＧ)及び薄膜フィルタが含まれるが、これらに限定されない。

【0067】

上述したように、光源１０のうちの１つ以上は、櫛型レーザであってもよい。しかし、該光源１０について、他の構成も可能である。例えば、図５に示されたのは、複数のレーザ光源８４を含む光源１０の一例である。図５に示された光源１０は、各々が光源導波路８６上のチャンネルの１つを出力する複数のレーザ源８４を含む。該光源導波路８６は、チャンネルを結合してチャンネル導波路またはユーティリティ導波路１２上に受信される光信号を形成するレーザ合波器８８にチャンネルを運ぶ。該電子機器は、レーザ光源８４を操作することができ、これにより、該レーザ光源８４が各チャンネルを同時に出力する。図５に従って構成された光源１０と共に使用するのに適したレーザには、外部空洞レーザ、分布帰還型レーザ(ＤＦＢ)、及びＦаｂｒｙ―Ｐеｒｏｔ(ＦＰ)レーザが含まれるが、これらに限定されない。外部空洞レーザは、その一般的に狭い線幅のため、この実施形態では有利であり、検出された信号のノイズを低減できる。

【0068】

図６は、光源１０構築物のもう一つ可能な構成例を示している。該光源１０は、半導体レーザの利得要素のような利得要素９０を含む。利得導波路９２は、該利得要素で光学的に整列されて、これにより、該利得要素からの光信号を受信する。いくつかの例では、該利得導波路は、該利得要素に含まれる利得媒体を除外する。例えば、該利得導波路は、シリコン・オン・インシュレータチップ上のリッジ導波路であってもよい。複数の部分反射装置９４は、該利得導波路に沿って配置される。これにより、該部分反射装置が前記光信号と相互作用する。

【0069】

動作中、電子機器は、前記利得要素を操作する。これにより、前記利得媒体が前記光信号を出力する。部分反射装置９４は、それぞれ、前記光信号の一部を通過させる。前記ユーティリティ導波路１２が該部分反射装置から受信する光信号の一部は、出発光信号として機能する。該部分反射装置はまた、光信号の一部を前記利得要素に戻す。これにより、該光信号の戻り部分が該利得要素を通過する。前記利得要素は、完全または部分的に反射的な層を含むことができる。この層は、該利得要素からの光信号の戻り部分を受信し、該光信号の戻り部分を反射して、該利得要素に戻す。これは、光信号の戻り部分が増幅し、レーザ発振することを可能にする。従って、前記光源１０は、外部空洞レーザであってもよい。

【0070】

各々の部分反射装置が異なる波長の光を戻すように、部分反射装置を構成することができる。例えば、光源１０によって出力されることになっている各々のチャンネルの波長が、部分反射装置のうちの少なくとも１つによって戻されるように、部分反射装置を構成することができる。その結果、所望のチャンネルは、それぞれ、レーザ発振し、出発光信号中に存在するであろう。適切な部分反射装置には、ブラッグ格子が含まれるが、これに限定されない。

【0071】

図７Ａ～図７Ｂは、上記ＬＩＤＡＲシステムで使用するための適切な処理要素の一例を示している。第１分割器１０２は、参照導波路４０、５２、または５８に担持された参照信号を第１参照導波路１１０及び第２参照導波路１０８に分割する。該第１参照導波路１１０は、前記参照信号の第１部分を光結合要素１１１に運ぶ。該第２参照導波路１０８は、前記参照信号の第２部分を第２光結合要素１１２に運ぶ。

【0072】

第２分割器１００は、比較導波路３０、７２、または７４に担持された比較信号を第１比較導波路１０４及び第２比較導波路１０６に分割する。該第１比較導波路１０４は、前記比較信号の第１部分を光結合要素１１１に運ぶ。該第２比較導波路１０８は、前記比較信号の第２部分を第２光結合要素１１２に運ぶ。

【0073】

前記第２光結合要素１１２は、前記比較信号の第２部分及び前記参照信号の第２部分を組合せて、第２複合信号とする。該比較信号の第２部分と該参照信号の第２部分との間の周波数の差により、該第２複合信号は、前記比較信号の第２部分と前記参照信号の第２部分との間で拍動している。前記光結合要素１１２はまた、得られた第２複合信号を第１補助検出器導波路１１４及び第２補助検出器導波路１１６上に分割する。

【0074】

前記第１補助検出器導波路１１４は、第２複合信号の第１部分を第１補助光センサ１１８に運ぶ。該第１補助光センサ１１８は、第２複合信号の第１部分を第１補助電気信号に変換する。前記第２補助検出器導波路１１６は、第２複合信号の第２部分を第２補助光センサ１２０に運ぶ。該第２補助光センサ１２０は、第２複合信号の第２部分を第２補助電気信号に変換する。適切な光センサの例には、ゲルマニウムフォトダイオード（ＰＤ）及びアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）が含まれる。

【0075】

前記第１光結合要素１１１は、前記比較信号の第１部分及び前記参照信号の第１部分を組合せて、第１複合信号とする。該比較信号の第１部分と該参照信号の第１部分との間の周波数の差により、該第１複合信号は、前記比較信号の第１部分と前記参照信号の第１部分との間で拍動している。前記光結合要素１１１はまた、該第１複合信号を第１検出器導波路１２１及び第２検出器導波路１２２に分割する。

【0076】

前記第１検出器導波路１２１は、前記第１複合信号の第１部分を第１光センサ１２３に運び、該第１光センサ１２３は、該第２複合信号の第１部分を第１電気信号に変換する。前記第２検出器導波路１２２は、前記第２複合信号の第２部分を第２補助光センサ１２４に運び、該第２補助光センサ１２４は、該第２複合信号の第２部分を第２電気信号に変換する。適切な光センサの例には、ゲルマニウムフォトダイオード（ＰＤ）及びアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）が含まれる。

【0077】

前記第１参照導波路１１０及び第２参照導波路１０８は、前記参照信号の第１部分と前記参照信号の第２部分との間に位相シフトを提供するように構成される。例えば、前記第１参照導波路１１０及び第２参照導波路１０８は、前記参照信号の第１部分と前記参照信号の第２部分との間に９０度の位相シフトを提供するように構成することができる。一例として、１つの参照信号部分は、同位相の要素であってもよく、その他の参照信号部分は、直角位相の要素であってもよい。従って、参照信号部分の１つは、正弦関数であってもよく、その他の参照信号部分は、余弦関数であってもよい。一例では、前記第１参照導波路１１０及び第２参照導波路１０８は、第１参照信号部分が余弦関数であり、第２参照信号部分が正弦関数であるように構成される。従って、前記第２複合信号における参照信号の部分は、前記第１複合信号における参照信号の部分に対して位相シフトされるが、前記第１複合信号における比較信号の部分は、前記第２複合信号における比較信号の部分に対して位相シフトされない。

【0078】

第１光センサ１２３と第２光センサ１２４を接続して平衡検出器とすることができ、第１補助光センサ１１８と第２補助光センサ１２０を接続して平衡検出器とすることもできる。例えば、図７Ｂは、前記電子機器、第１光センサ１２３、第２光センサ１２４、第１補助光センサ１１８、及び第２補助光センサ１２０の間の関係の概略を示している。フォトダイオードのシンボルは、該第１光センサ１２３、第２光センサ１２４、第１補助光センサ１１８、及び第２補助光センサ１２０を表すために使用されるが、これらのセンサのうちの１つ以上は、他の構成を有してもよい。いくつかの例では、図７Ｂの概略図に示されている全ての構成要素が、前記ＬＩＤＡＲシステムに含まれる。いくつかの例では、図７Ｂの概略図に示されている構成要素は、前記ＬＩＤＡＲシステムと該ＬＩＤＡＲシステムから離れて配置された電子機器との間に分配される。

【0079】

前記電子機器は、前記第１光センサ１２３と第２光センサ１２４とを接続して第１平衡検出器１２５とする。また、該電子機器は、前記第１補助光センサ１１８と第２補助光センサ１２０とを接続して第２平衡検出器１２６とする。具体的に、前記第１光センサ１２３と第２光センサ１２４とは直列に接続され、また、前記第１補助光センサ１１８と第２補助光センサ１２０とは直列に接続される。前記第１平衡検出器における直列の接続は、該第１平衡検出器からの出力を第１データ信号として運ぶ第１データ線１２８と通信する。前記第２平衡検出器における直列の接続は、第１平衡検出器からの出力を第２データ信号として運ぶ第２データ線１３２と通信する。前記比較信号と参照信号との間の拍動、即ち、前記第１複合信号と第２複合信号との間の拍動の結果として、前記第１データ信号及び第２データ信号は拍動している。

【0080】

前記第１データ線１２８は、前記第１データ信号を第１スイッチ１３４に運ぶ。該第１スイッチは、前記第１データ信号が距離分岐１３６に運ばれる第１配置であってもよく、または前記第１データ信号が速度分岐１３８に運ばれる第２配置であってもよい。図７Ｂにおいて、前記第１スイッチ１３４は、前記第１配置に示されている。前記第２データ線１３２は、前記第２データ信号を第２スイッチ１４０に運ぶ。該第２スイッチは、前記第２データ信号が距離分岐１３６に運ばれる第１配置であってもよく、または前記第２データ信号が速度分岐１３８に運ばれる第２配置であってもよい。図７Ｂにおいて、前記第２スイッチ１４０は、第１配置に示されている。前記第１スイッチ及び/または第２スイッチとして使用するための適切なスイッチには、電気機械スイッチ、及び固体ＭＯＳＦＥＴまたはＰＩＮダイオードスイッチが含まれるが、これらに限定されない。

【0081】

前記電子回路は、第１期間及び第２期間中に同じ配置になるように、第１スイッチ及び第２スイッチを操作する。例えば、前記電子機器は、第１期間中に第１スイッチ及び第２スイッチともに第１配置に、また、第２期間中にそれらはともに第２配置になるように、第１スイッチ及び第２スイッチを操作することができる。この例では、第１期間中に前記第１データ信号及び第２データ信号は、距離分岐１３６に運ばれ、また、第２期間中にこれらは速度分岐１３８に運ばれる。

【0082】

前記ＬＩＤＡＲシステムの動作中、ＬＩＤＡＲデータの生成は、ＬＩＤＡＲデータがサイクルごとに生成される一連のサイクルに分割される。いくつかの例では、各サイクルは、視野内の異なるサンプル領域に対応する。従って、異なるサイクルは、視野内の異なる領域のＬＩＤＡＲデータを生成することができる。

【0083】

前記サイクルは、各サイクルの時間を、距離期間(第１期間)及び速度期間(第２期間)を含む異なる期間に分割できるように実行することができる。反射物体とＬＩＤＡＲチップとの間の距離は、前記距離期間において測定することができ、反射物体とＬＩＤＡＲチップとの間の視線速度は、前記速度期間において測定することができる。

【0084】

前記電子機器は、前記第１データ信号及び第２データ信号を用いて、少なくとも、ＬＩＤＡＲシステムと反射物体との間の距離を測定または近似するように構成される。例えば、第１期間中、前記電子機器は、変調器１４を操作し、これにより、出発ＬＩＤＡＲ信号の振幅、及びこれによるＬＩＤＡＲ出力信号の振幅にチャープを加えることができる。振幅にチャープを加えることは、出発ＬＩＤＡＲ信号の振幅が正弦波の関数となるように該出発ＬＩＤＡＲ信号の振幅を変調することを含むことができる。一例では、前記出発ＬＩＤＡＲ信号の振幅は、出発ＬＩＤＡＲ信号の振幅が正弦波を含む関数の平方根であり、かつ/または正弦波の平方根であるように変調される。例えば、変調された出発ＬＩＤＡＲ信号及び式１：（Ｍ＋Ｎ＊ｃｏｓ（Ｃ＊ｔ＋Ｄ＊ｔ^２)^１/２ｃｏｓ（Ｆ＊ｔ）(式中、Ｍ、Ｎ、Ｃ、Ｄ及びＦは定数であり、ｔは時間を表し、Ｍ＞０、Ｎ＞０、また、被開平数が負になることを防ぐために、Ｍ≧Ｎ、Ｃ＞０、Ｄ≠０)で数学的に表されるＬＩＤＡＲ出力信号を生成するように、前記出発ＬＩＤＡＲ信号を変調することができる。以下に明らかになるように、ＦはＬＩＤＡＲ出力信号の周波数の関数(ｆ_Ｃ)であってもよい。式１において、Ｆ＞＞Ｃとなるように、Ｆ及びＣを選択することができる。

【0085】

前記距離分岐は、第１距離分岐線１４２を含む。第１期間中、該第１距離分岐線１４２は、第１データ信号を第１乗算器１４４に運ぶ。図７Ｂにおいて、該第１乗算器１４４は、該第１データ信号の振幅を二乗し、第１乗算されたデータ信号を出力するように構成されている。該距離分岐は、第２距離分岐線１４６を含む。第１期間中、該第２距離分岐線１４６は、第２データ信号を第２乗算器１４８に運ぶ。図７Ｂにおいて、該第２乗算器１４８は、該第２データ信号の振幅を二乗し、第２乗算されたデータ信号を出力するように構成されている。適切な第１乗算器及び/または第２乗算器には、ギルバートセルミキサーのようなＲＦミキサが含まれるが、これに限定されない。

【0086】

【0087】

距離分岐は、前記フィルタから拍動データ信号を受信するアナログ-デジタル変換器（ＡＤＣ）１５４を含む。該アナログ-デジタル変換器（ＡＤＣ）１５４は、前記拍動データ信号をアナログ形式からデジタル形式に変換し、その結果をデジタルＬＩＤＡＲデータ信号として出力する。上述したように、拍動データ信号の変換は、サンプリング速度で拍動データ信号をサンプリングすることを含む。ＬＩＤＡＲ出力信号の振幅にチャープを加えることは、複合信号及び結果として生じる電気信号の拍動から視線速度の影響を実質的に減少し、または除去する。例えば、ＬＩＤＡＲ入力信号に対するＬＩＤＡＲ出力信号の周波数シフト（Δｆ）は、Δｆ=Δｆ_ｄ＋Δｆ_ｓと表記ことができる。ここで、Δｆ_ｄが、ドップラーシフトによる周波数の変化を表し、Δｆ_ｓが、反射物体とＬＩＤＡＲシステムとの間の分離に起因する周波数の変化である。前記出発ＬＩＤＡＲ信号は、変調された出発ＬＩＤＡＲ信号、及びそれによる同じく変調されたＬＩＤＡＲ出力信号を生成するように変調することができる。ここで、ドップラーシフト(Δｆ_ｄ)による周波数の変化が、ＬＩＤＡＲとして機能し、一定の振幅、及び変調された出発ＬＩＤＡＲ信号及び/またはＬＩＤＡＲ出力信号と同じ周波数を持つ正弦波ＬＩＤＡＲ出力信号から発生しうるドップラーシフトの１０％、５％、１％、または０．１％未満である。例えば、ドップラーシフト(Δｆ_ｄ)による周波数の変化が、ＬＩＤＡＲ出力信号として機能し、変調された出発ＬＩＤＡＲ信号及び/またはＬＩＤＡＲ出力信号と同じ周波数を持つ連続波から発生しうるドップラーシフトの１０％、５％、１％、または０．１％未満である変調された出発ＬＩＤＡＲ信号及び/またはＬＩＤＡＲ出力信号を生成するように、前記出発ＬＩＤＡＲ信号及び/またはＬＩＤＡＲ出力信号を変調してもよい。別の例では、ドップラーシフト(Δｆ_ｄ)による周波数の変化が、ＬＩＤＡＲ出力信号として機能する変調前の出発ＬＩＤＡＲ信号（変調されていない出発ＬＩＤＡＲ信号）から発生しうるドップラーシフトの１０％、５％、１％、または０．１％未満である変調された出発ＬＩＤＡＲ信号及び/またはＬＩＤＡＲ出力信号を生成するように、前記出発ＬＩＤＡＲ信号及び/またはＬＩＤＡＲ出力信号を変調してもよい。これらの結果は、Ｃに対する式１の変数Ｆの値を増加させることによって達成できる。例えば、Ｆは２πｆ_ｃを表すことができ、Ｃは２πｆ_１を表すことができる。ここで、ｆ_１が、変調された出発ＬＩＤＡＲ信号の振幅における周波数チャープのベース周波数を表す。従って、チャープベース周波数(ｆ_１)に対するＬＩＤＡＲ出力信号(ｆ_ｃ)の周波数の値を増加させることによって、ＦをＣに対して増加させることができる。一例として、ｆ_ｃ＞＞ｆ₁になるように、ｆ_ｃ及びｆ_１を選択してもよい。いくつかの場合では、ｆ_ｃ：ｆ_１が、２：１、１０：１、１×１０^４：１、５×１０^４または１×１０^５：１より大きく、かつ/または５×１０^５、１×１０^６、５×１０^６または５×１０^８未満となるように、ｆ_ｃ及びｆ_１を選択してもよい。従って、変数Ｆ及びＣはまた、Ｆ：Ｃの比と同じ値を有してもよい。周波数シフトからのドップラーシフト(Δｆ_ｄ)による周波数の変化の減少及び/または除去は、拍動周波数を低下させ、従って、必要なサンプリング速度を低減する。

【0088】

前記距離分岐は、前記アナログ-デジタル変換器(ＡＤＣ)１５４からデジタルＬＩＤＡＲデータ信号を受信する変換モジュール１５６を含む。該変換モジュール１５６は、前記デジタルＬＩＤＡＲデータ信号に実変換を実行し、時間領域から周波数領域に変換するように構成される。この変換により、反射物体とＬＩＤＡＲシステムの間の距離によって引き起こされる、ＬＩＤＡＲ入力信号に対するＬＩＤＡＲ入力信号のシフトの周波数シフトが明確に解決された。適切な実変換は、高速フーリエ変換(ＦＦＴ)のようなフーリエ変換である。実変換としての変換の分類によって、複雑なフーリエ変換のような複合変換から、変換を区別できる。前記変換モジュールは、ファームウェア、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせを用いて、帰属される機能を実行することができる。

【0089】

前記変換モジュールによって提供される周波数は、相対移動による周波数シフトからのインプットを有さないか、または実質的なそのインプットを有しないので、測定された周波数シフトを用いて、反射物体とＬＩＤＡＲシステムとの間の距離を近似することができる。例えば、前記電子機器は、式３：Ｒ_０＝ｃ＊Δｆ/（２α）を用いて、反射物体とＬＩＤＡＲシステムとの間の距離（Ｒ_０）を近似することができる。ここで、Δｆが前記変換モジュールから出力されたピーク周波数として近似でき、また、ｃが光速である。

【0090】

第１データ信号及び第２データ信号を用いて、ＬＩＤＡＲシステム及び反射物体の少なくとも視線速度を測定または近似するように、前記速度分岐を構成してもよい。図１Ａ～図２の文脈で開示された時間の関数である周波数を有するＬＩＤＡＲ出力信号は、ＬＩＤＡＲ出力信号の周波数が時間の関数ではないＬＩＤＡＲ出力信号によって置換されてもよい。例えば、前記ＬＩＤＡＲ出力信号は、連続波(ＣＷ)であってもよい。例えば、第２期間中に変調された出発ＬＩＤＡＲ信号、及びそれによるＬＩＤＡＲ出力信号は、チャープされていない連続波(ＣＷ)であってもよい。例として、変調された出発ＬＩＤＡＲ信号、及びそれによるＬＩＤＡＲ出力信号は、式２：Ｇ＊ｃｏｓ（Ｈ＊ｔ）で表すことができる。ここで、Ｇ及びＨが定数であり、また、ｔが時間を表す。いくつかの例では、Ｇが出発ＬＩＤＡＲ信号のパワーの平方根を表し、かつ/またはＨが式１からの定数Ｆを表す。光源の出力が変調された出発ＬＩＤＡＲ信号に望まれる波形を有する場合、前記電子機器が、出発ＬＩＤＡＲ信号を修正するように変調器１４を操作する必要はない。これらの例では、光源の出力は、変調された出発ＬＩＤＡＲ信号、及びそれによるＬＩＤＡＲ出力信号として機能することができる。いくつかの例では、前記電子回路は、前記変調器１４を操作して、望ましい形態の変調された出発ＬＩＤＡＲ信号を生成する。

【0091】

ＬＩＤＡＲ出力信号の周波数は第２期間において一定であるので、反射物体とＬＩＤＡＲシステムとの間の距離を変化させることは、ＬＩＤＡＲ入力信号の周波数に変化を生じさせない。その結果、分離距離は、ＬＩＤＡＲ出力信号の周波数に対するＬＩＤＡＲ入力信号の周波数のシフトに寄与しない。従って、該分離距離の影響は、ＬＩＤＡＲ出力信号の周波数に対するＬＩＤＡＲ入力信号の周波数のシフトから、除去され、または実質てきに除去されている。

【0092】

前記速度分岐は、第１速度分岐線１６０及び第２速度分岐線１６０を含む。第２期間中に該第１速度分岐線１６０は、第１データ信号をアナログ形式からデジタル形式に変換し、第１デジタルデータ信号を出力するアナログ-デジタル変換器(ＡＤＣ)１６４に第１データ信号を運ぶ。上述したように、該第１データ信号の変換は、第１データ信号をサンプリング速度でサンプリングすることによって行われる。連続波をＬＩＤＡＲ出力信号として使用することにより、反射物体とＬＩＤＡＲシステムとの間の距離の影響が複合信号の拍動及び結果として生じる電気信号から実質的に除去される。従って、前記拍動周波数は低減され、必要なサンプリング速度は低減される。

【0093】

前記第２速度分岐線１６２は、第２データ信号をアナログ形式からデジタル形式に変換し、第２デジタルデータ信号を出力するアナログ-デジタル変換器(ＡＤＣ)１６６に第２データ信号を運ぶ。上述したように、該第２データ信号の変換は、第２データ信号をサンプリング速度でサンプリングすることを含む。連続波をＬＩＤＡＲ出力信号として使用することにより、反射物体とＬＩＤＡＲシステムとの間の距離の影響が第２複合信号の拍動及び結果として生じる電気信号から実質的に低減され、または除去される。従って、前記拍動周波数は低減され、必要なサンプリング速度は低減される。

【0094】

アナログ-デジタル変換器(ＡＤＣ)１６４のサンプリング速度は、アナログ-デジタル変換器(ＡＤＣ)１６６のサンプリング速度と同じであっても、または異なっていてもよい。

【0095】

前記速度分岐は、アナログ-デジタル変換器(ＡＤＣ)１６４からの第１デジタルデータ信号及びアナログ-デジタル変換器((ＡＤＣ)１６６からの第２デジタルデータ信号を受信する変換モジュール１６８を含む。第１データ信号は同位相の要素であり、第２データ信号は直角位相の要素であるため、第１データ信号及び第２データ信号は共に、第１データ信号が実在の要素であり、第２データ信号が架空の要素である複合速度データ信号として作用する。その結果、第１デジタルデータ信号は、デジタル速度データ信号の実在の要素であってもよく、第２データ信号は、該デジタル速度データ信号の架空の要素であってもよい。該デジタル速度データ信号に複合変換を実行し、時間領域から周波数領域に変換するように、前記変換モジュール１６８を構成してもよい。この変換により、反射物体とＬＩＤＡＲシステムの間の視線速度によって引き起こされる、ＬＩＤＡＲ入力信号に対するＬＩＤＡＲ入力信号のシフトの周波数シフトが明確に解決された。適切な複合変換は、複合高速フーリエ変換(ＦＦＴ)のようなフーリエ変換である。前記変換モジュールは、ファームウェア、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせを用いて、帰属される機能を実行することができる。

【0096】

前記変換モジュール１６８によって提供される周波数シフトは、反射物体とＬＩＤＡＲシステムとの間の分離距離に起因する周波数シフトからのインプットを有しないので、また、速度データ信号の複雑な性質のために、変換モジュール１６８のインプットを用いて、反射物体とＬＩＤＡＲシステムとの間の視線速度を近似することができる。例えば、前記電子機器は、式４：ｖ＝ｃ＊ｆ_ｄ/（２＊ｆ_ｃ）を用いて、反射物体とＬＩＤＡＲシステム(ｖ)との間の視線速度を近似することができる。ここで、ｆ_ｄがピーク周波数出力として変換モジュール１６８から近似され、ｃが光速であり、また、ｆ_ｃがＬＩＤＡＲ出力信号の周波数を表す。

【0097】

図７Ｂの概略図に他の構成要素を追加することができる。例えば、前記ＬＩＤＡＲシステムが複数のＬＩＤＡＲ出力信号を生成するか、またはＬＩＤＡＲ出力信号を生成する他のＬＩＤＡＲシステムと共に使用される(即ち、周波数または波長分割多重化、ＦＤＭ/ＷＭＤによって)場合、該ＬＩＤＡＲシステムは、１つまたは複数のフィルタを含み、拍動データ信号及び/または速度データ信号の実在及び/または架空の要素から干渉信号を除去することができる。従って、前記ＬＩＤＡＲシステムは、図示された構成要素に加えて、１つまたは複数のフィルタを含むことができる。適切なフィルタには、低域通過フィルタが含まれるが、これに限定されない。光学的な設計の場合、干渉要素の周波数が平衡検波器の帯域幅外にある場合には、該平衡検波器によってフィルタリングが効果的に提供され得るので、追加のフィルタリングを必要としないことがある。

【0098】

【0099】

上記ＬＩＤＡＲシステムの動作に関する説明では、ユーティリティ導波路１２上に変調器が存在すると仮定されている。しかし、該変調器は任意である。これらの例では、前記電子機器は、光源１０を操作し、これにより、第１期間中に出発ＬＩＤＡＲ信号の周波数を増加させ、また、第２期間中に出発ＬＩＤＡＲ信号の周波数を低下させることができる。得られた複合信号からＬＩＤＡＲデータを抽出するための適切な方法は、２０１８年５月１５日に出願された米国特許出願シリアル番号６２/６７１,９１３の「光学センサーチップ」に開示されている。その全体が本明細書に組み込まれる。

【0100】

図８は、任意にビーム操縦機能を含む適切な分波要素２６の一例を示している。該分波要素２６は、ＬＩＤＡＲ信号導波路２４からの出発光信号を受信する分波器１８４を含む。図示の分波器１８４は、他の構成が可能であるが、出発光信号が受信される入力側１８６を備える。該分波器１８４は、該出発光信号を、チャンネルの１つにそれぞれ関連する異なるチャンネル信号に分離する。図示の分波器１８４は、他の構成が可能であるが、該分波器１８４からチャンネル信号が出力される出力側１８８を備える。該チャンネル信号は、それぞれ、異なるチャンネル導波路１９０上に受信される。例えば、図示の分波器では、チャンネル信号は、前記出力側１８８中の光ポートを介して分波器１８４から出力され、前記出力側１８８に接続された異なるチャンネル導波路１９０上にそれぞれ受信される。各チャンネル導波路１９０は、チャンネル信号がチャンネル導波路１９０から出力されるファセット１９２で終端する。チャンネル導波路１９０から出力されるチャンネル信号は、ＬＩＤＡＲ出力信号の１つとして機能する。チャンネル導波路１９０なしで分波器１８４の実施形態を構成できるため、該チャンネル導波路１９０は任意である。

【0101】

上述したように、前記ＬＩＤＡＲ出力信号は、ＬＩＤＡＲシステムから離れて配置された物体によって反射される。反射されたＬＩＤＡＲ出力信号は、チャンネル導波路１９０に入るＬＩＤＡＲ入力信号として機能するか、またはチャンネル導波路１９０が存在しない場合には、出力側１８８を介して分波器１８４に入る。それぞれの場合には、分波器１８４はＬＩＤＡＲ入力信号を受信し、該ＬＩＤＡＲ入力信号を入射ＬＩＤＡＲ信号と組合せる。該入射ＬＩＤＡＲ信号は、ＬＩＤＡＲ信号導波路２４上で受信される。従って、該入射ＬＩＤＡＲ信号は、前記ＬＩＤＡＲ入力信号及びＬＩＤＡＲ出力信号からの光を含むか、それらからなるか、または実質的にそれらからなることができる。

【0102】

ＬＩＤＡＲシステムと共に使用するための適切な分波器には、アレイ導波路格子(ＡＷＧ)、エシェル格子、及び反射格子が含まれるが、これらに限定されない。シリコン・オン・インシュレータウエハのような光学プラットフォームに統合するための適切な分波器には、アレイ導波路格子(ＡＷＧ)、エシェル格子、及び反射格子が含まれるが、これらに限定されない。前記分波器１８４は、出発光信号を、チャンネルの１つにそれぞれ関連する異なるチャンネル信号に分離する。シリコン・オン・インシュレータウエハのような光学プラットフォームに統合するための適切な分波器には、アレイ導波路格子(ＡＷＧ)及び反射格子が含まれるが、これらに限定されない。シリコン・オン・インシュレータウエハのような光学プラットフォームに統合するための適切な分波器には、アレイ導波路格子(ＡＷＧ)及び反射格子が含まれるが、これらに限定されない。シリコン・オン・インシュレータウエハのような光学プラットフォームに統合するための適切な分波器の例は、その全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第５，００２，３５０号、１９９０年２月２６日に出願された特許出願シリアル番号４８５，０１４、「光学的合波器/分波器」、及び量子エレクトロニクスにおける選択されたトピックのＩＥＥＥジャーナル、第６集、２０００年３/４月号、Ｄ.Ｃｈｏｗｄｈｕｒｙによる「低損失及び偏光非感受性反射格子ベースの平面分波器の設計」に見出せる。

【0103】

前記ＬＩＤＡＲシステムはまた、前記ＬＩＤＡＲ出力信号を受信し、異なる該ＬＩＤＡＲ出力信号が視野内の異なるサンプル領域に分配されるように該ＬＩＤＡＲ出力信号の少なくとも一部の方向を変更するビーム分配器２００を含む。例えば、適切なビーム分配器は、前記ＬＩＤＡＲ出力信号を受信し、該ＬＩＤＡＲ出力信号の少なくとも一部を再度方向付けることができる。これにより、該ＬＩＤＡＲ出力信号は、ビーム分配器から異なる方向に遠ざかるように移動することで、異なるＬＩＤＡＲ出力信号を視野内の異なるサンプル領域に方向付けることができる。図８に示されるビーム分配器はレンズである。図８は、ビーム分配器２００の異なる位置に入射するレンズ光軸に平行な光線の経路を示している。適切なビーム分配器の例には、焦点調節ミラー及びレンズのような受動的な要素が含まれるが、これらに限定されない。前記ビーム分配器２００は、異なるビーム分配器の組み合わせを含むか、またはそれからなることができる。例えば、適切なビーム分配器２００は、１つ以上のレンズ及び１つ以上のミラーが含むことができる。

【0104】

いくつかの例では、視野内の異なるサンプル領域にＬＩＤＡＲ出力信号を走査することが望ましい場合がある。図９Ａ及び図９Ｂは、ＬＩＤＡＲ出力信号を走査できるように改変された図８の分波器１８４を示している。該分波器１８４は、１つまたは複数のアクティブグループに配置されたチャンネル導波路１９０を含む。各アクティブグループは、チャンネル導波路１９０のうちの１つまたは複数を含む。図９Ａ及び図９Ｂでは、第１アクティブグループ内のチャンネル導波路１９０は、Ａと表示されていて、一方、第２アクティブグループ内のチャンネル導波路１９０は、Ｂと表示されている。異なるアクティブグループは、前記チャンネル導波路の異なる選択を含む。しかし、該チャンネル導波路１９０のうちの１つまたは複数は、１つより多くのアクティブグループに属することができる。

【0105】

前記分波器１８４が１つの構成に調整されるとき、前記アクティブグループのうちの１つにおけるチャンネル導波路は、チャンネル信号のうちの１つを受信することができ、一方、１つまたは複数の他のアクティブグループにおけるチャンネル導波路は、チャンネル信号を受信しない。例えば、図９Ａは、第１配置に調整された分波器１８４を示している。そこには、第１アクティブグループにおけるチャンネル導波路が、それぞれ、チャンネル信号の１つを受信し、一方、第２アクティブグループにおけるチャンネル導波路のいずれもチャンネル信号の１つを受信しない。前記分波器１８４が別の構成に調整されるとき、前記アクティブグループの別の１つにおけるチャンネル導波路は、チャンネル信号のうちの１つを受信することができ、一方、１つまたは複数の他のアクティブグループにおけるチャンネル導波路は、チャンネル信号を受信しない。例えば、図９Ｂは、第２配置に調整された分波器１８４を示している。そこには、第１アクティブグループにおけるチャンネル導波路が、それぞれ、チャンネル信号の１つを受信し、一方、第２アクティブグループにおけるチャンネル導波路のいずれもチャンネル信号の１つを受信しない。

【0106】

図９Ａ及び図９Ｂから明らかなように、チャンネル信号の全部または一部に関して、チャンネル信号(ＬＩＤＡＲ出力信号)を受信するビーム分配器２００の領域が、チャンネル信号を受信するチャンネル導波路が変化するときに変化するように、前記チャンネル導波路を配置してもよい。これを図示するために、第１配置のＬＩＤＡＲ出力信号が、図９Ａ及び図９ＢにはＣＳＡ～ＣＳＣと表示されていて、また、第２配置のＬＩＤＡＲ出力信号が、図９ＢにはＣＳＡ'～ＣＳＣ’と表示されている。ＣＳＡ及びＣＳＡ’で表示されたＬＩＤＡＲ出力信号は、同じチャンネルを運ぶ。ＣＳＢ及びＣＳＢ’で表示されたＬＩＤＡＲ出力信号は、同じチャンネルを運ぶ。ＣＳＣ及びＣＳＣ’で表示されたＬＩＤＡＲ出力信号は、同じチャンネルを運ぶ。その結果、図９Ｂは、ＬＩＤＡＲシステムが第１配置にあるときの各ＬＩＤＡＲ出力信号の移動方向と、ＬＩＤＡＲシステムが第２配置にあるときの各ＬＩＤＡＲ出力信号の移動方向とを比較している。

【0107】

図９Ａ及び図９Ｂにおいて、レンズ光軸に平行な光線は、異なる配置にあるとき、ビーム分配器２００の異なる位置に入射する。図９Ｃは、光軸に平行な光線のみではなく、ＬＩＤＡＲ出力信号ＣＳＢ及びＣＳＢ’の全経路を示している。ＬＩＤＡＲ出力信号ＣＳＢ’の経路を説明するために実線を用いていて、また、ＬＩＤＡＲ出力信号ＣＳＢの経路を示すために破線を用いている。図示された各々の経路はまた、中心の光線も含む。ＬＩＤＡＲ出力信号ＣＳＢ及びＣＳＢ'の経路を比較することから明らかなように、ＬＩＤＡＲ出力信号の経路及び中心の光線がビーム分配器２００に入射する角度が異なる構成において変化するように、チャンネル導波路１９０は構成される。その結果、ＬＩＤＡＲ出力信号がＬＩＤＡＲシステムから離れる方向は、分波器１８４の調整に応答して変化する。例えば、図９Ｃに示されたＬＩＤＡＲ出力信号は、ビーム分配器２００の焦点面の異なる領域から発信され、分波器１８４の調整に応答して、ＬＩＤＡＲシステムから異なる方向に移動する。従って、ＬＩＤＡＲ出力信号の全部または一部が指向されるサンプル領域は、分波器１８４の調整に応答して変化する。従って、分波器１８４は、１つのサンプル領域から別のサンプル領域へＬＩＤＡＲ出力信号を走査するように調整できる。図９Ｃに示されたように、ビーム分配器がビーム分配器の異なる領域上の異なるＬＩＤＡＲ出力信号の全部または一部を受信するように、チャンネル導波路１９０を配置することができる。しかし、ビーム分配器がビーム分配器の同じまたは実質的に同じ領域上の異なるＬＩＤＡＲ出力信号の全部または一部を受信するように、チャンネル導波路１９０を配置することができる。

【0108】

各ＬＩＤＡＲ出力信号が分波器から離れて移動するように経路を調整するために、様々な分波器の調整機構が利用可能である。いくつかの例では、前記調整機構は、出発光信号が分波器１８４の出力側に入射するように調整する。適切な機構には、分波器１８４の全部または一部の加熱及び/または冷却、及びアレイ導波路格子(ＡＷＧ)のような分波器におけるアレイ導波路の位相調整が含まれるが、これらに限定されない。例えば、ＰＩＮダイオードのような位相シフト装置をＡＷＧにおけるアレイ導波路の全部または一部に使用することができる。チャンネル信号が分波器１８４の入力側に入射するように調整するための入力導波路２４の機械的な動きは、チャンネル信号が分波器１８４の出力側に入射するように調整するためにも使用され得る。

【0109】

各ＬＩＤＡＲ出力信号が分波器から離れて移動するように経路を調整するための別の機構は、チャンネル信号が分波器を通過するように経路を調整することである。例えば、チャンネル信号が分波器を通過する経路を調整するように、チャンネル信号が分波器１８４の入力側１８６に入射する位置を調整してもよい。図１０Ａは、図９Ａ及び図９Ｂの分波要素を示しており、そこで、出発光信号が分波器１８４の入力側１８６で受信される調整機構を含むように変更されている。ＬＩＤＡＲ信号導波路２４は、出発光信号を光学スイッチ２２０に誘導する。前記電子機器は、前記出発光信号がいくつかの入力導波路２２２のうちの１つに方向付けられるように、該光学スイッチ２２０を操作する。各入力導波路２２２は、分波器１８４の入力側１８６上の異なる領域に出発光信号を運ぶように構成されている。従って、前記電子機器は、出発光信号が分波器１８４の入力側１８６で受信される場合に調整できる。図９Ａ及び図９Ｂの分波要素と同様に、分波器１８４は、出発光信号を、チャンネルの１つにそれぞれ関連する異なるチャンネル信号に分離する。分波器１８４から出るチャンネル信号は、それぞれ異なるチャンネル導波路１９０上に受信される。各チャンネル導波路は、該チャンネル導波路から出るチャンネル信号が通過するファセット１９２で終端する。チャンネル導波路から出るチャンネル信号は、それぞれ、ＬＩＤＡＲ出力信号の１つとして機能する。チャンネル導波路１９０なしで分波器１８４の実施形態を構成できるため、該チャンネル導波路１９０は任意である。

【0110】

光学スイッチ２２０は、両方向に動作するように構成されてもよい。例えば、ＬＩＤＡＲ出力信号がＬＩＤＡＲシステムから離れて配置された物体によって反射されるとき、反射されたＬＩＤＡＲ出力信号は、出力側１８８を介して分波器１８４に入射するＬＩＤＡＲ入力信号として機能する。分波器１８４は、該ＬＩＤＡＲ入力信号を受信し、該ＬＩＤＡＲ入力信号を入力導波路の１つで受信される入射ＬＩＤＡＲ信号と組合せる。該入力導波路２２２は、入射ＬＩＤＡＲ信号を光学スイッチ２２０に運ぶ。該光学スイッチは、入射ＬＩＤＡＲ信号をＬＩＤＡＲ信号導波路２４に方向付ける。

【0111】

図９Ａ及び図９Ｂに開示されているように、チャンネル導波路１９０は、複数の異なるアクティブグループに配置されている。ここで、各のアクティブグループが前記チャンネル導波路１９０のうちの１つまたは複数を含んでいる。図１０Ａ及び図１０Ｂにおいて、第１アクティブグループのチャンネル導波路はＡと表示されていて、第２アクティブグループのチャンネル導波路はＢと表示されていて、また、第２アクティブグループのチャンネル導波路はＣと表示されている。

【0112】

図１０Ａ及び図１０Ｂから明らかなように、入力導波路２２２は、光学スイッチ２２０がＬＩＤＡＲ入力信号を入力導波路の１つに方向付けるとき、アクティブグループの１つにおけるチャンネル導波路は、それぞれ、チャンネル信号の１つを受信でき、一方、１つまたは複数の他のアクティブグループにおけるチャンネル導波路は、チャンネル信号を受信しないように配置される。例えば、図１０Ａに示されたように、光学スイッチ２２０は、ＬＩＤＡＲ入力信号を入力導波路光学スイッチ２２０のうちの１つ目に方向付ける。第２アクティブグループにおける各々のチャンネル導波路は、チャンネル信号の１つを受信する。一方、第１アクティブグループ及び第３アクティブグループにおけるチャンネル導波路は、いずれもチャンネル信号の１つを受信しない。光学スイッチ２２０がＬＩＤＡＲ入力信号を入力導波路の別の１つに方向付けると、アクティブグループの別の１つのチャンネル導波路は、それぞれ、チャンネル信号の１つを受信できる。一方、１つまたは複数の他のアクティブグループにおけるチャンネル導波路は、チャンネル信号を受信しない。例えば、図１０Ｂに示されたように、光学スイッチ２２０は、ＬＩＤＡＲ入力信号を入力導波路のうちの２つ目に方向付ける。ここで、第３アクティブグループにおけるチャンネル導波路は、チャンネル信号の１つを受信する。一方、第１アクティブグループ及び第２アクティブグループにおけるチャンネル導波路は、いずれもチャンネル信号の１つを受信しない。

【0113】

図９Ａ及び図９Ｂで説明されているように、チャンネル信号を受信するアクティブグループを変更することは、チャンネル信号(ＬＩＤＡＲ出力信号)がＬＩＤＡＲシステムから離れる方向を変化させる。従って、ＬＩＤＡＲ出力信号の全部または一部が方向付けられる視野上のサンプル領域は、出発ＬＩＤＡＲ信号を受信する入力導波路を変化させる光学スイッチに応答して変化する。従って、前記電子機器は、１つのサンプル領域から別のサンプル領域へＬＩＤＡＲ出力信号を走査するように光学スイッチを操作することができる。

【0114】

上記のように、チャンネル信号が分波器の出力側に入射するように調整するための機構は種々開示されている。チャンネル信号が分波器の出力側に入射するように調整するために、分波要素は、１つ以上の機構を利用することができる。例えば、分波要素は、図１０Ａ及び図１０Ｂで開示されるように構築されてもよく、図９Ａ及び図９Ｂで開示された調整機構を含むこともできる。

【0115】

図８～図１０ＢのＬＩＤＡＲシステムでは、ビーム分配器２００を任意に分波器に固定してもよい。例えば、ビーム分配器２００及び分波器を同じＬＩＤＡＲチップ上に統合してもよい。あるいは、ビーム分配器２００及び分波器を共通のプラットフォーム上に固定してもよい。これらの例では、ＬＩＤＡＲ出力信号を操縦するための上記機構は、固体状態での操縦方法を提供する。

【0116】

いくつかの例では、ビーム分配器２００は、分波器に対して移動可能である。例えば、前記電子回路は、チャンネル信号がビーム分配器２００に入射する位置を変化させるように、ビーム分配器２００及び/または分波器を互いに相対的に作動させる駆動器を操作することができる。該位置変化は、ＬＩＤＡＲ出力信号の方向を変化させ、開示された他のＬＩＤＡＲ出力信号の操縦機構の代替法、また別の方法として、ＬＩＤＡＲ出力信号を操縦するために使用できる。

【0117】

図８～図１０Ｂの分波器として使用するのに適した分波器の一例は、アレイ導波路格子分波器である。図１１は、シリコン・オン・インシュレータウエハとの統合使用に適したアレイ導波路格子(ＡＷＧ)分波器の構築物の上面図である。該分波器は、第１光分配器２３２と第２光分配器２３４との間に光路を提供するアレイ導波路格子２３０を備える。前記ＬＩＤＡＲ信号導波路２４は、分波器の入力側１８６として機能する第１光分配器の側と干渉されている。あるいは、入力導波路２２２(図１１には示されていない)は、分波器の入力側として機能する第１光分配器の側と干渉されている。前記チャンネル導波路１９０は、分波器の出力側１８８として機能する第２光分配器の側と干渉されている。前記第１光分配器及び第２光分配器のための適切な構成要素には、スター結合器が含まれるが、これに限定されない。チャンネル信号が図１１に従って構成された分波器の出力側１８８に入射するように調整するための適切な方法には、熱光学的な調整のような温度調整が含まれるが、これに限定されない。チャンネル信号が分波器の出力側１８８に入射するように調整するための別の適切な方法には、ヒータまたはＰＩＮダイオードの手段を用いてアレイ導波路格子２３０における導波路の全部または一部を位相調整することが含まれる。図１１に従って構成された調節可能な分波器の一例は、「シリコンフォトニクスプラットフォーム向けの高性能及び非熱ＡＷＧのモデリングとバリデーション」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ＳＰＩＥ、第９８９１集（２０１６）に見出せる。

【0118】

図１０Ａの光学スイッチ２２０として使用するのに適した光学スイッチは、熱光学効果、電気光学効果、及び磁気光学効果に基づく原理によって動作するものを含むが、これらに限定されない。図１２Ａ及び図１２Ｂは、シリコン・オン・インシュレータウエハとの統合に適したカスケード光学スイッチの構築物を示している。図１２Ａは、１×３光学スイッチ２２０を提供するようにカスケード接続された複数の１×２光学スイッチ２４０を含む光学スイッチ２２０の概略図である。前記１×２光学スイッチ２４０は、異なるスイッチ出力導波路２４４の間でスイッチ入力導波路２４２上に受信された光信号を切り替えるようにそれぞれ構成されている。図１２Ａに明らかなように、ＬＩＤＡＲ信号導波路２４は、スイッチ入力導波路２４２のうちの１つとして機能することができ、かつ/または出力導波路２４４は、別の１×２光学スイッチのためのスイッチ入力導波路２４２として機能することができる。さらに、いくつかの例では、スイッチ出力導波路２４４は、入力導波路２２２として機能することができる。

【0119】

１×２光学スイッチとしての使用には、種々の光学スイッチが適している。シリコン・オン・インシュレータプラットフォームへの統合に適切な１×２光学スイッチの例には、マッハツェンダー干渉計、調節可能な結合器、及び減衰器を備えた分割器が含まれるが、これらに限定されない。図１２Ｂは、適切なマッハツェンダー干渉計の概略図である。該スイッチは、スイッチ入力導波路２４２とスイッチ出力導波路２４４とを接続する第１スイッチ導波路２６０を備えている。第２スイッチ導波路２６２は、別のスイッチ出力導波路２４４に接続されている。前記第１スイッチ導波路２６０及び第２スイッチ導波路２６２は、第１光結合部２６４及び第２光結合部２６６に含まれている。移相器２６８は、第１光結合部２６４と第２光結合部２６６との間の第２スイッチ導波路２６２または第１スイッチ導波路２６０に沿って配置されている。適切な移相器には、ＰＩＮダイオード、キャリア空乏モードで動作するＰＮ接合、及びサーマルヒータが含まれるが、これらに限定されない。

【0120】

上記のＬＩＤＡＲシステムは、単一のチップ上に統合できる。上記のＬＩＤＡＲシステムを備えるチップには、様々なプラットフォームを採用できる。適切なプラットフォームには、シリコン・オン・インシュレータウエハが含まれるが、これに限定されない。フリップチップボンディング技術のような技術を用いて、上記の構成要素のうちの１つ以上または一部をチップと統合でき、またはチップ上に配置できる。例えば、光源１０は、利得要素及び導波路のような１つ以上の他の構成要素を含むことができる。該導波路をチップと統合することができる。また、利得要素は、チップから分離されているが、フリップチップボンディングによってチップに取り付けられている要素であってもよい。あるいは、上記のＬＩＤＡＲシステムは、個別の構成要素で構成されてもよい。例えば、導波路の全部または一部は、個別の構成要素を接続する光ファイバであってもよい。あるいは、ＬＩＤＡＲシステムの一部または複数の部分は、チップ上に統合されながら、他の部分は個別の構成要素である。例えば、ユーティリティ導波路１２は、光源１０とＬＩＤＡＲシステムの残りの部分を含む光チップとの間で光通信を提供する光ファイバであってもよく、または該光ファイバを含んでいてもよい。

【0121】

これらの教示を考慮して、当業者が、本発明の他の実施形態、組合せ及び改変を容易に想到するであろう。従って、本発明は、上記の明細書と関連して見た場合に、そのような全ての実施形態及び改変を包含する、以下の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきである。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12A】

【図12B】