特許 7558159 ＬＩＤＡＲシステムにおける光スイッチング

(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】2024-09-19

(45)【発行日】2024-09-30

(54)【発明の名称】ＬＩＤＡＲシステムにおける光スイッチング

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/481 20060101AFI20240920BHJP

   G01S 17/34 20200101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

G01S7/481 A

G01S17/34

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2021519804

(86)(22)【出願日】2019-10-01

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-13

(86)【国際出願番号】 US2019054160

(87)【国際公開番号】W WO2020076566

(87)【国際公開日】2020-04-16

【審査請求日】2022-09-26

(31)【優先権主張番号】62/784,111

(32)【優先日】2018-12-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】62/745,225

(32)【優先日】2018-10-12

(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】山下 雅人

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／００３８５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２６９２１５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００９－１１５６９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４２６２９９３（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２００８－０３５１８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１１０２８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／１６４９８９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２００９－５３９０６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／４８－ ７／５１

Ｇ０１Ｓ１７／００－１７／９５

Ｇ０１Ｂ ９／００－１１／３０

Ｇ０１Ｃ ３／０６－ ３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光信号が導かれる複数の光路を有するＬＩＤＡＲシステムであって、ＬＩＤＡＲシステムを出る出射光信号と、物体によって反射された後にＬＩＤＡＲシステムに入る入射光信号が移動し、出射光信号からの光を含む、共通の光路を含むＬＩＤＡＲシステム、及び
前記共通の光路に沿って配置され、出射光信号および入射光信号を受信し、異なるモードで操作されるように構成された光スイッチであって、
前記出射光信号が、異なるモードにある前記光スイッチに応じて、前記光路のうちの異なる1つの光路に沿ってルーティングされ、
前記光スイッチは、第１のモードと第２のモードとの間で切り替えられるように構成され、
前記光路は、 第１のスイッチが第１のモードであることに応答して、出射光信号がＬＩＤＡＲシステムから出るように構成され、かつ
前記光路は、第１のスイッチが第２のモードであることに応答して、出射光信号がＬＩＤＡＲシステムから出ないように構成される、光スイッチ
を有するＬＩＤＡＲシステム。

【請求項2】

前記光スイッチが前記第２のモードにある場合、合成光信号を生成するように、前記出射光信号からの光と前記入射光信号からの光とを混合するように構成された信号結合器をさらに備える、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項3】

前記光路は、前記光スイッチが第１のモードにある場合、前記合成光信号が生成されないように構成される、請求項２に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項4】

前記光路は、光スイッチが第１のモードにある場合、前記入射光信号、及び、前記出射光信号は、前記共通光路に沿って移動するように構成される、請求項２に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項5】

前記光路は、前記光スイッチが前記第２のモードにある場合、前記入射光信号は、前記共通光路に沿って移動するが、前記光スイッチが前記第２のモードにある場合、前記出射光信号は、前記共通光路に沿って移動しないように構成される、請求項２に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項6】

前記光路は、
前記入射光信号は、
前記光スイッチが前記第２のモードにある場合、第１の光路に沿って、前記光スイッチから離れるように移動し、
前記出射光信号は、
前記光スイッチが前記第２のモードにある場合、第２の光路に沿って、前記光スイッチから離れるように移動し、
前記第１の光路は、
前記第２の光路から離れており、
前記共通の光路は、
前記第２の光路から離れている前記第１の光路から離れているように構成される、請求項２に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項7】

前記光路は、
前記出射光信号は、
前記共通の光路に沿って、前記光スイッチから離れるように移動し、
前記入射光信号は、
前記共通光路に沿って、前記光スイッチに向かうように移動するように構成される、請求項２に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項8】

前記光スイッチは、
交差スイッチである、
請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項9】

第１のモード、及び、第２のモードの間で、前記光スイッチを、切り替える電子回路、
を、さらに、有し、
前記電子回路は、
シリーズ、又は、各々が送信セグメント、及び、受信セグメントを含む期間を通して、前記スイッチを操作し、
前記電子回路は、
前記送信セグメントの間、前記第１のモードで、前記スイッチを操作し、及び、前記受信セグメントの間、前記第２のモードで、前記スイッチを操作する、
請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項10】

前記電子回路は、
前記送信セグメント、及び／又は、前記受信セグメントの持続時間を調整する、
請求項９に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項11】

前記送信セグメント、及び／又は、前記受信セグメントの前記持続時間は、
前記ＬＩＤＡＲシステムと前記ＬＩＤＡＲシステムから離れて配置される物体との間の距離の変化に応じて調整されるが、前記出射光信号が前記ＬＩＤＡＲシステムから出た後に、前記出射光信号を反射する、
請求項１０に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項12】

前記送信セグメント、及び／又は、前記受信セグメントの前記持続時間は、
前記ＬＩＤＡＲシステムと前記ＬＩＤＡＲシステムに関連する視野との間の距離の変化に応じて調整される、
請求項１０に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項13】

前記送信セグメントの前記持続時間（ｔ_ｔｓ）、及び／又は、前記受信セグメントの前記持続時間（ｔ_ｒｓ）は、
（ｔ_ｒｓ／（ｔ_ｔｓ＋ｔ_ｔｓ））の値が、Ｄ’／（１＋Ｄ’）より小さい、ここで、Ｄ’＝Ｄ／Ｄ_ｍａｘ、ここで、Ｄは、前記ＬＩＤＡＲシステムと前記ＬＩＤＡＲシステムから離れて配置される物体との間の距離、又は、前記ＬＩＤＡＲシステムと視界との間の距離を表し、Ｄ_ｍａｘは、前記ＬＩＤＡＲシステムがＬＩＤＡＲデータを生成するように構成されるＤの最大値を表す、ように調整される、
請求項１０に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項14】

前記光路は、前記光スイッチが前記第２のモードにあるとき、入射光信号が前記第１の光路に沿って前記光スイッチから離れるように構成され、前記第１の光路は、前記出射光信号が通る光路とは別の光路である、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項15】

前記光学スイッチが第１のモードにあるとき、入射光信号は、出射光信号によって移動した光路上を光学スイッチから離れるように移動する、請求項１４に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項16】

前記光スイッチは、前記出射光信号をユーティリティ導波路から受信し、前記第１の光路は、前記ユーティリティ導波路から分離されている、請求項１４に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項17】

前記光路は、前記光スイッチが前記第２のモードにあるとき、入射光信号が前記第１の光路に沿って前記光スイッチから離れるように構成され、前記第１の光路は、入射光信号が前記第１の光路に沿って前記光スイッチから前記信号結合器に移動するように構成される、請求項２に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【請求項18】

前記光路は、光スイッチが第１のモードにあるとき、入射光信号は第１の光路に沿って光スイッチから信号結合器まで移動しないように構成されている、請求項１７に記載のＬＩＤＡＲシステム。

【発明の詳細な説明】

【関連出願】

【0001】

この特許出願は、２０１８年１０月１２日に出願された米国仮特許出願シリアル番号６２／７４５、２２５号、２０１８年１２月２１日に出願された発明の名称「光学センサシステム」と題する米国仮特許出願シリアル番号６２／７８、１１１に関連しており、その各々は、その全体が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、様々な用途に適用されている。あるＬＩＤＡＲ技術は、出射光信号を生成するＬＩＤＡＲシステムを使用する。ＬＩＤＡＲシステムは、また、出射光信号からの光の一部を含むＬＩＤＡＲ出力信号を、システムから、出力する。ＬＩＤＡＲ出力信号は、物体で反射され、及び、反射光の少なくとも一部は、ＬＩＤＡＲ入力信号としてＬＩＤＡＲシステムに戻る。ＬＩＤＡＲシステムは、ＬＩＤＡＲ入力信号を基準信号と結合して、複合信号を生成する。基準信号は、ＬＩＤＡＲシステムから出ることなく、そして、物体によって反射されなかった出射光信号からの光の第２の部分を含んでいる。ＬＩＤＡＲシステムは、複合信号を使用して、物体に関するＬＩＤＡＲデータ（ＬＩＤＡＲ出力信号のソースと反射物体との間の距離、及び／又は、半径方向速度）を生成する。

【0004】

ＬＩＤＡＲ入力信号は、ＬＩＤＡＲ出力信号が送信される同じファセットを介して受信されること（時には、同軸構成と呼ばれる）が、しばしば望ましい。したがって、ＬＩＤＡＲシステムを介してＬＩＤＡＲ入力信号、及び、ＬＩＤＡＲ出力信号が伝わる経路の一部は、同じ（共通の光路）であり得るが、しかし、ＬＩＤＡＲシステムは、ＬＩＤＡＲ入力信号を基準信号と結合するために、ＬＩＤＡＲ出力信号の経路からＬＩＤＡＲ入力信号の経路を分離できる。これらの信号は、しばしば、カプラ、及び、サーキュレータのような技術によって分離される。

【発明の概要】

【0005】

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プラットフォームを使用して、光学チップ上にこれらのＬＩＤＡＲシステムを構築することが、望ましい。しかしながら、サーキュレータは、これらの光学チップ上に集積するためには実用的ではない。さらに、光カプラは、信号を取りこぼすがゆえに、光カプラは、ＬＩＤＡＲ入力信号に関する電力損失源となる。その結果、同じ光路で伝わるＬＩＤＡＲ入力信号とＬＩＤＡＲ出力信号とを分離できるＬＩＤＡＲシステムが必要とされている。

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ＬＩＤＡＲシステムは、ＬＩＤＡＲシステムから出る出射光信号を生成するように構成されている。ＬＩＤＡＲシステムは、ＬＩＤＡＲシステムに入射し、及び、出射光信号からの光を含む入射光信号を受信するように構成されている。ＬＩＤＡＲシステムは、また、出射光信号、及び、入射光信号を受信し、及び、異なるモードで動作するように構成された光スイッチを含んでいる。入射光信号、及び／又は、出射光信号は、異なるモードにある光スイッチに応じて、ＬＩＤＡＲシステムを介して異なる光路に沿って経路決定される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】ＬＩＤＡＲシステムの概略図である

【0008】

【図2A】ＬＩＤＡＲシステムからの出口での、出射光信号、及び、入射光信号に関する周波数対時間スケジュールの一例を示す。

【0009】

【図2B】ＬＩＤＡＲシステムからの出口での、出射光信号、及び、入射光信号に関する周波数対時間スケジュールの別の例を示す。

【0010】

【図2C】ＬＩＤＡＲシステムからの出口での、出射光信号、及び、入射光信号に関する周波数対時間スケジュールの別の例を示す。

【0011】

【図2D】受信比の関数としての分離閾値（ＳＴ）を示す。

【0012】

【図3】複数のチャネルを含む出射光信号を生成するように構成された複数の光源を示す。

【0013】

【図4】複数のレーザ源を含む光源を示す。

【0014】

【図5】複数のチャネルを含む光源を生成するために構成される構造の一例を示す。

【0015】

【図6A】処理ユニットの一例を示す。

【0016】

【図6B】図６Ａに沿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装置の概略である。

【0017】

【図6C】図６Ａに沿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他の電子装置の概略である。

【0018】

【図7】ビームステアリング能力を含む光ポートの一例を示す。

【0019】

【図8】平面光学装置に使用するのに適した光スイッチの構成を示す。

【発明を実施するための形態】

【実施例1】

【0020】

ＬＩＤＡＲシステムは、出射光信号を生成し、及び、出射光信号からの光の第１の部分を含むＬＩＤＡＲ出力信号を出力する。ＬＩＤＡＲ出力信号は、物体から反射され、そして、反射された光の少なくとも一部は、ＬＩＤＡＲ入力信号としてＬＩＤＡＲシステムに戻る。ＬＩＤＡＲシステムは、ＬＩＤＡＲ入力信号を基準信号と結合し、複合信号を生成する。基準信号は、ＬＩＤＡＲシステムから出ずに、及び、物体によって反射されなかった出射光信号からの光の一部を含んでいる。ＬＩＤＡＲシステムは、複合信号を用いて、物体に関するＬＩＤＡＲデータ（ＬＩＤＡＲ出力信号源と反射物体との間の距離、及び／又は、半径方向速度）を生成する。

【0021】

ＬＩＤＡＲ入力信号、及び、ＬＩＤＡＲ出力信号は、信号方向付け構成要素と導波管のファセットとの間で、同じ経路に沿って移動する。信号方向付け構成要素は、ＬＩＤＡＲ入力信号の経路をＬＩＤＡＲ出力信号の経路から分離するように操作される光スイッチである。光スイッチは、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チップ・プラットフォームに統合されてもよい。加えて、スイッチは、ＬＩＤＡＲ入力信号の力を大幅に減少しない。追加的な、及び、予期せぬ利点として、光スイッチは、ＬＩＤＡＲシステムから出て、そして、その環境に入るレーザエネルギーの量を、大幅に、減少できる。結果として、光スイッチは、環境、及び、使用者、及び、傍観者の目に関する保護を提供できるＬＩＤＡＲシステムを提供する。

【0022】

図１は、ＬＩＤＡＲシステムの概略図である。このシステムは、出射光信号を出力するレーザのような光源１０を含む。出射光信号は、それぞれが異なる波長にある１つ以上の異なるチャネルを含む。出射光信号が複数のチャネルを含む場合、１つのチャネルから次のチャネルへの波長の増加が、一定、又は、実質的に一定であるという点で、そのチャネルの波長を、周期的に、配置できる。単一チャネルを有する出射光信号を生成するための好適な光源１０は、半導体レーザ、固体レーザ、ガスレーザ、及び、液体レーザを含む。周期的に配置される波長を有する複数のチャネルを生成するための好適な光源１０は、限定されないが、櫛型レーザと、単一の光導波路に多重化された複数の単一波長レーザ、及び、その全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願番号１１／９９８，８４６、２０１７年１１月３０日に出願され、特許番号７５４２６４１である、発明の名称「マルチチャンネル光学装置」に記載されているような光源を含む。

【0023】

ＬＩＤＡＲシステムは、また、光源１０からの出射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、任意に、ユーティリティ導波路１２に沿って配置される。変調器１４は、出射光信号、及び、それに応じてのＬＩＤＡＲ出力信号の力を変調するように構成される。電子回路は、変調器１４を操作できる。したがって、電子回路は、出射光信号、及び、それに応じてのＬＩＤＡＲ出力信号の力を変調できる。好適な変調器１４は、これらに限定されないが、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、電気吸収変調装置を含む。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、好適な変調器は、その全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願番号６１７，８１０、１９９３年９月２１日に出願され、発明の名称「統合されたシリコンＰＩＮダイオード電気―光学導波路」に開示されている。

【0024】

増幅器１６は、任意に、ユーティリティ導波路１２に沿って配置される。出射光信号の力は、複数のチャネル間に分配されるので、増幅器１６は、各チャネルを、所望の力レベルで、ユーティリティ導波路１２上に、提供することが望ましい。適切な増幅器は、これらに限定されないが、半導体光増幅器（ＳＯＡ）を含む。

【0025】

ユーティリティ導波路１２は、変調器１４から信号方向付け構成要素１８に、出射光信号を搬送する。信号方向付け構成要素１８は、出射光信号を、ＬＩＤＡＲ分岐２０、及び・又は、データ分岐２２に方向付けできる。ＬＩＤＡＲ分岐は、ＬＩＤＡＲ出力信号を出力し、及び、ＬＩＤＡＲ入力信号を受信する。データ分岐は、ＬＩＤＡＲデータ（ＬＩＤＡＲ出力信号源と反射物体との間の距離、及び／又は、半径方向速度）の生成のために、ＬＩＤＡＲ入力信号を処理する。

【0026】

ＬＩＤＡＲ分岐は、信号指向構成要素(18)からの出射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。ＬＩＤＡＲ信号導波路２４は、光信号がＬＩＤＡＲシステムから出入りする光ポート２６に、出射光信号の少なくとも一部を搬送する。いくつかの例では、光ポート２６は、ＬＩＤＡＲチップのエッジに配置されたファセットである。出射光信号が、異なる波長で、複数の異なるチャネルを含む場合、光ポート２６は、デマルチプレクサ機能を有し、及び／又は、異なる波長（チャネル）にあり、及び、視野内の異なるサンプル領域に方向付けられる複数のＬＩＤＡＲ出力信号に、出射光信号を分離するデマルチプレクサを含み、又は、構成できる。光ポート２６は、ＬＩＤＡＲシステムの外側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。反射されたＬＩＤＡＲ出力信号は、ＬＩＤＡＲ入力信号として光ポート２６に戻る。光ポート２６はＬＩＤＡＲ入力信号を結合し、及び、入射光信号としてＬＩＤＡＲ信号導波路２４に、その結果を出力する。

【0027】

いくつかの例では、光ポート２６は、ビーム操舵機能を含む。これらの例では、光ポート２６は、視野内の異なるサンプル領域にＬＩＤＡＲ出力信号を操舵するように、光ポート２６を操作できる電子回路（図示せず）と電気的に通信できる。光ポート２６、及び／又は、電子回路は、異なるＬＩＤＡＲ出力信号が独立して操舵されるように、又は、同時に操舵されるように、構成されてもよい。

【0028】

光ポート２６は、単一の構成要素として示されているが、光ポート２６は、複数の光学的構成要素、及び／又は、電気的構成要素を含むことができる。好適な光ポートは、これらに限定されないが、光フェーズドアレイ（ＯＰＡ）、透過回折格子、反射回折格子、及び、回折光学素子（ＤＯＥ）を含む。ビーム操舵能力を有する好適な光ポート２６は、これらに限定されないが、アレイ導波路上の能動位相制御素子を有する光フェーズドアレイ（ＯＰＡ）を含む。

【0029】

ＬＩＤＡＲ信号導波路２４は、信号方向付け構成要素１８に、入射光信号を移送する。入射光信号は、また、ＬＩＤＡＲ信号導波路２4上の光ポート２６と信号方向付け構成要素１８との間を移動するので、入射光信号、及び、出射光信号は、光ポート２６と信号方向付け構成要素１８との間の共通の光路を移動する。出射光信号は、共通の光路に沿って、信号方向付け構成要素１８から離れるように移動し、また、入射光信号は、共通の光路に沿って、信号方向付け構成要素１８に向かって移動する。信号方向付け構成要素１８は、ユーティリティ導波路１２、及び／又は、比較信号導波路２８に、入射光信号を方向付ける。比較信号導波路２８に方向付けられた入射光信号の一部は、比較入射光信号として機能する。

【0030】

比較信号導波路２８は、比較デマルチプレクサ３０に、比較入射光信号を搬送する。比較光信号が複数のチャネルを含む場合、比較デマルチプレクサ３０は、各々が異なる波長を有する異なる比較信号に、比較入射光信号を分割する。比較デマルチプレクサ３０は、異なる比較導波路３２に、比較信号を出力する。比較導波路３２は、各々、異なる処理構成要素３４に、比較信号の１つを搬送する。

【0031】

信号方向付け構成要素１８が、比較導波路３２に、入射光信号の少なくとも一部を方向付けるとき、信号方向付け構成要素１８は、また、基準信号導波路３６に、出射光信号の少なくとも一部を方向付けるように、信号方向付け構成要素１８は、構成されている。基準信号導波路３６によって受信された出射光信号の部分は、基準光信号として機能する。

【0032】

基準信号導波路３６は、基準デマルチプレクサ３８に、基準光信号を搬送する。基準光信号が複数のチャネルを含む場合、基準デマルチプレクサ３８は、各々が異なる波長を有する異なる基準信号に、基準光信号を分割する。基準デマルチプレクサ３８は、異なる基準導波路４０に、基準信号を出力する。基準導波路４０は、各々、処理構成要素３４の異なる１つに、基準信号の１つを搬送する。

【0033】

比較導波路３２、及び、基準導波路４０は、比較信号、及び、対応する基準信号が、同じ処理構成要素３４で受信されるように構成されている。例えば、比較導波路３２、及び、基準導波路４０は、同じ波長の比較信号、及び、対応する基準信号が、同じ処理構成要素３４で受信されるように構成されている。

【0034】

以下でより詳細に説明するように、処理構成要素３４は、各々、比較信号を対応する基準信号と結合し、視野上のサンプル領域に関するＬＩＤＡＲデータを搬送する複合信号を形成する。したがって、サンプル領域に関するＬＩＤＡＲデータを抽出するように、複合信号を処理できる。信号方向付け構成要素１８は、交差スイッチのような光スイッチにできる。好適な交差スイッチを、スイッチ・モード、又は、パス・モードで、操作できる。パス・モードでは、出射光信号は、ＬＩＤＡＲ信号導波路２４に方向付けられ、また、入射光信号は、ユーティリティ導波路１２に方向付けられる。スイッチ・モードでは、出射光信号は、基準信号導波路３６に方向付けられ、また、入射光信号は、比較信号導波路２８に方向付けられる。したがって、入射光信号、又は、入射光信号の一部は、比較光信号として機能でき、及び、出射光信号、又は、出射光信号の一部は、基準光信号として機能できる。

【0035】

出射光信号は、光スイッチがパス・モード（第１モード）にあるとき、ＬＩＤＡＲシステムから出て行くが、光スイッチがスイッチ・モード（第２モード）にあるとき、ＬＩＤＡＲシステムから出て行かないように、上述したスイッチ操作の異なるモードは構成されている。光スイッチがパス・モードにあるとき、入射光信号、及び、出射光信号は、共に、共通の光路に沿って移動する。入射光信号は、光スイッチがパス・モードにあるとき、比較信号導波路２８の全部、又は、一部を含む第１の光路に沿って、光スイッチから離れるように移動し、また、出射光信号は、光スイッチがスイッチ・モードにあるとき、基準信号導波路３６の全部、又は、一部を含む第２の光路に沿って、光スイッチから離れるように移動する。第１の光路、第２の光路、及び、共通の光路は、互いに分離している。出射光信号からの光は、光スイッチがスイッチ・モードにあるとき、複合光信号を生成するように、入射光信号からの光と混合される。複合光信号は、光スイッチが第１のモードにあるとき、生成されない。

【0036】

交差スイッチのような光スイッチは、電子回路によって制御できる。例えば、電子回路は、スイッチがスイッチ・モード、又は、パス・モードにあるようにスイッチの操作を制御できる。ＬＩＤＡＲ出力信号がＬＩＤＡＲシステムから送信されるとき、電子回路は、スイッチがパス・モードにあるように、スイッチを操作する。ＬＩＤＡＲ入力信号がＬＩＤＡＲシステムによって受信されるとき、電子回路は、スイッチがスイッチ・モードにあるように、スイッチを操作する。スイッチの使用によって、信号方向付け構成要素１８としての光カプラの使用に関連するより、低いレベルの光損失が提供される。

【0037】

信号方向付け構成要素１８の操作に関する上記の説明において、比較光信号、及び、基準光信号は、同時に、データ分岐に方向付けられる。その結果、処理構成要素３４は、各々、対応する基準信号に、比較信号を結合できる。

【0038】

いくつかの例では、光増幅器４２は、任意に、ＬＩＤＡＲ信号導波路に沿って、配置され、及び、出射光信号、及び／又は、入射光信号の増幅を提供するように構成される。したがって、信号方向付け構成要素１８における光損失の影響を低減できる。

【0039】

ＬＩＤＡＲシステムの操作中、ＬＩＤＡＲデータの生成は、ＬＩＤＡＲデータが、各サイクルに関して生成される一連のサイクルの中に分割される。いくつかの実施形態では、各サイクルは、視野内の異なるサンプル領域に対応する。したがって、異なるサイクルは、視野内の異なる領域に関するＬＩＤＡＲデータを生成できる。

【0040】

各サイクルの時間を異なる時間期間に分割できるように、サイクルを実行できる。電子回路は、出射光信号、したがってＬＩＤＡＲ出力信号の周波数にチャープを加えることができる。チャープは、サイクルの隣接する期間の間、異なっていてもよい。例えば、電子回路は、第１の期間中に出射光信号の周波数を増加でき、また、第２の期間中に出射光信号の周波数を低減できる。

【0041】

以下の図２Ａから図２Ｄは、開示された光スイッチを使用するＬＩＤＡＲシステムの操作の結果を示している。図示を簡単にするために、図２Ａから図２Ｄは、出射光信号の単一チャネルに方向付けられ、又は、単一チャネルで出射光信号を生成するように、ＬＩＤＡＲシステムを取り扱う。

【0042】

図２Ａは、ファセットにおける出射光信号、及び、ファセットでの入射光信号の周波数に関する可能性のある周波数対時間スケジュールの一例を示す。サイクル_ｉからサイクル_ｉ＋２でラベル付けされるいくつかの異なるサイクルに関して、スケジュールが示されている。上述したように、異なるサイクルは、視野内の異なるサンプル領域に対応できる。その結果、ＬＩＤＡＲシステムは、異なるサイクル間で、視野内の１つのサンプル領域から視野内の他のサンプル領域へ、ＬＩＤＡＲ出力信号を操舵できる。

【0043】

各サイクルは、「期間１」でラベル付けられる第１の期間、及び、「期間２」でラベル付けられる第２の期間を含んでいる。例示されるチャープは、サイクル内の異なる周期に関して異なっている。したがって、出射光信号は、入射光信号より異なる時間の関数である。例えば、出射光信号の周波数は、第１の期間の間、増加し、また、第２の期間の間、減少する。各サイクルは、２つの期間を有するように図２Ａに示されているが、サイクルは、１つ、２つ、又は、それ以上の期間を含むことができる。

【0044】

各期間は、複数の時間セグメントを含む。電子回路は、異なる時間セグメントの間、異なるモードの信号方向付け構成要素１８を操作できる。例えば、図２Ａにおいて、各期間は、送信セグメント、及び、受信セグメントを含む。送信セグメントの間、電子回路は、パス・モードの光スイッチのような信号方向付け構成要素１８を操作でき、そこで、図２Ａにおいて「出射光信号」でラベル付けられた実線で図示されるように、出射光信号が、ＬＩＤＡＲ信号導波路２４に方向付けられる。結果として、1つ以上のＬＩＤＡＲ出力信号が、送信セグメントの間に、ＬＩＤＡＲシステムから出力される。

【0045】

受信セグメントの間、電子回路は、スイッチ・モードの光スイッチとして、信号方向付け構成要素１８を操作し、そこで、出力光信号は、基準信号導波路３６に方向付けられ、その結果、出射光信号、又は、出射光信号の一部は、基準光信号として機能できる。その結果として、出射光信号は、受信セグメントの間、ファセットで受信されない。この結果を図示するために、受信セグメントにおけるＬＩＤＡＲ出力信号の部分は、図２Ａの破線として示される。したがって、受信セグメントの間、「出射光信号」は、ＬＩＤＡＲシステムによって生成され続けるが、１つ以上のＬＩＤＡＲ出力信号として出力されない。受信セグメントの間、１つ以上のＬＩＤＡＲ出力信号は、ＬＩＤＡＲシステムから出力されないため、大気中に導入されるレーザエネルギーの量が低減され、また、ＬＩＤＡＲシステムからの眼の損傷の可能性が低減される。加えて、受信セグメントの間、入射光信号は、比較信号導波路２８に方向付けられ、入射光信号、又は、入射光信号の一部が比較光信号として機能できるようにする。

【0046】

続く送信セグメントの間、以前に送信されたＬＩＤＡＲ出力信号は、ＬＩＤＡＲ入力信号としてＬＩＤＡＲシステムに戻り続けるだろう。結果として生じる入射光信号は、依然としてＬＩＤＡＲ信号導波路２４上に受信され得るが、しかしながら、電子回路は、送信セグメントの間、パス・モードで、信号方向付け構成要素１８を操作するため、受信された入射光信号は、データ分岐２２に渡されない。例えば、図１のＬＩＤＡＲシステムでは、入射光信号は、一般的には、光源の操作に影響を与えるのに十分な力を有していないユーティリティ導波路１２に方向付けられる。場合によっては、ユーティリティ導波路１２上の入射光信号の強度を低減することが望ましいところでは、増幅器１６によって提供される増幅を減少させること、光源からの出力を同調させること、及び、ユーティリティ導波路１２上の光減衰器（図示せず）を操作することからなる群から選択された１つ以上の機構を介して、出射光信号の力を低減できる。入射光信号は、送信セグメントの間、ユーティリティ導波路１２に方向付けられるので、電子回路は、送信セグメントの間に受信された入射光信号からＬＩＤＡＲデータを生成しない。この結果は、図２の送信セグメントの間で破線によって示される入射光信号の部分によって示される。

【0047】

ＬＩＤＡＲシステムでは、往復信号時間τは、ＬＩＤＡＲ出力信号が、反射物体に移動し、そして、ＬＩＤＡＲシステムに戻る時間を表す。その結果、往復信号時間（τ）は、τ＝２Ｄ／ｃによって表され、ここで、Ｄは、反射物体と、ＬＩＤＡＲ出力信号がＬＩＤＡＲシステムから出る位置との間の変位距離を表す。ＬＩＤＡＲシステムは、一般に、最大距離（Ｄ_ｍａｘ）に関連付けられる。最大距離は、物体とＬＩＤＡＲシステムとの間の最大間隔であり、それに関して、ＬＩＤＡＲシステムは、ＬＩＤＡＲデータを生成する。図２Ａは、変位距離（Ｄ）が最大変位距離（Ｄ_ｍａｘ）に等しいという仮定を用いて生成されている。変位距離（Ｄ）が最大変位距離（Ｄ_ｍａｘ）に等しいとき、ＬＩＤＡＲ出力信号がＬＩＤＡＲシステムから出て、ＬＩＤＡＲシステムに戻る間の時間は、τｍａｘ（τｍａｘ＝２Ｄｍａｘ／ｃ、ここで、ｃは光速）によって表される。図２Ａは、τ＝τｍａｘである状況を表している。結果として、送信セグメントの持続時間は、ＬＩＤＡＲシステムから最大距離に位置する物体まで移動し、そして、ＬＩＤＡＲシステムに戻るまでのＬＩＤＡＲ出力信号に必要とされる時間に等しい。その結果、ＬＩＤＡＲシステムは、送信セグメントの終わりで、入射光を受信し始める。したがって、図２Ａにおいて「入射光信号」でラベル付けされた線は、各受信セグメントの開始時での「入射光信号」の受信を表している。

【0048】

図２Ｂは、反射物体が図２ＡよりもＬＩＤＡＲシステムの近くに配置されたときの結果を示すように修正された図２Ａの周波数対時間スケジュールを示す。特に、図２Ｂは、τ＝受信セグメント（Ｔ_ｒｓ）の持続時間、である状況を表す。したがって、サイクルｉの期間１では、サイクル１で送信されたＬＩＤＡＲ出力信号からの結果である入射光信号は、ｔ_ｒｓでラベル付けされた時間によって示されるように、受信セグメントの持続時間に等しい時間量の経過後、最初に、送信セグメントに現れる。

【0049】

電子回路は、受信セグメントの間、入射光信号から生成されるデータを用いて、ＬＩＤＡＲデータを生成する。入射光信号が電子回路に利用可能である時間が長くなるほど、ＬＩＤＡＲデータの信頼性は、上昇する。図２Ａ、及び、図２Ｂに明らかなように、入力光信号は、受信セグメントの全持続期間の間、ＬＩＤＡＲデータを生成する電子回路に利用可能である。

【0050】

ＬＩＤＡＲシステムと物体との間の距離が十分に小さくなり、往復信号時間（τ）が受信セグメントの持続時間（Ｔ_ｒｓ）よりも小さくなると、入射光信号は、電子回路に利用できるようになり、僅かな受信セグメントの持続時間（例えば、＜１００％Ｔ_ｒｓ）に関するＬＩＤＡＲデータを生成する。例えば、図２Ｃは、反射物体が、図２ＡよりもＬＩＤＡＲシステムの近くに配置されたときの結果を示すように修正された図２Ａの周波数対時間スケジュールを示す。特に、図２Ｃは、τ＜Ｔ_ｒｓである状況を示す。従って、サイクルｉの期間１において、サイクル１で送信されたＬＩＤＡＲ出力信号から結果として得られる入射光信号は、最初に、受信セグメントの持続時間（Ｔ_ｒｓ）に等しい時間量の通過前に、送信セグメントに現れる。

【0051】

図２Ｃの送信セグメントの間、ＬＩＤＡＲシステム、及び、反射物体の近接によって、入射光信号は、短時間で、ＬＩＤＡＲシステムに戻る。加えて、ｆ_ｍａｘは、電子回路が信号方向付け構成要素１８をパス・モードからスイッチ・モードに変化させる周波数に対応するため、ＬＩＤＡＲシステムから出る出射光信号の周波数は、図２Ｃのｆ_ｍａｘでラベル付けされた上側の周波数を超えない。その結果、入射光信号の最高周波数は、ｆ_ｍａｘの周波数を有する出射光信号から生成される入射光信号に対応する。ｆ_ｍａｘでカットオフされた周波数と結合された入射光信号の短時間での戻りによって、受信セグメントの間の電子回路への入射光信号の利用可能性は減少する。例えば、図２Ｃの実線で示されている入射光信号の部分は、電子回路に利用可能な入射光信号の部分を示している。図２Ｃに示されているように、入射光信号は、受信セグメントの全期間の一部の電子回路にのみ利用可能である。ＬＩＤＡＲデータは、入射光信号が利用可能である受信セグメントのパーセントが減少するほど信頼性が低くなる。したがって、入射光信号は、分離閾値よりも近くなっているＬＩＤＡＲシステム、及び、反射物体に応じて、受信セグメントの１００％未満で、電子回路に、利用可能となるが、入射光信号は、分離閾値よりも近くなっているＬＩＤＡＲシステム、及び、反射物体に応じて、受信セグメントの１００％で、電子回路に、利用可能である。

【0052】

図２Ｄは、受信セグメント持続時間が期間のパーセンテージ（１００×ｔ_ｒｓ／ｔ_ｐ）として示される受信セグメント持続時間の関数としての分離閾値（ＳＴ）を示す。図２Ｄにおいて、ｙ軸は、ＬＩＤＡＲシステムと反射物体（Ｒ）との間の半径方向距離を示し、また、最大距離のパーセント（１００×Ｒ／Ｄ_ｍａｘ）として表される。ＳＴでラベル付けされる曲線は、分離しきい値を表し、また、Ａが受信比（ｔ_ｒｓ／ｔ_ｐ）を表す１００×Ａ／（１－Ａ）として表すことができる。したがって、分離閾値（ＳＴ）の、又は、それより上の半径方向距離について、入射光信号は、受信セグメントの１００％で、電子回路に利用可能であり、また、分離閾値（ＳＴ）より下の半径方向距離について、入射光信号は、受信セグメントの１００％未満で、電子回路に利用可能である。

【0053】

図２Ｄから明らかなように、入射光信号は、受信セグメントが期間の５０％を超えると、受信セグメントの１００％で、電子回路に、利用できない。したがって、受信セグメント（ｔ_ｒｓ）の持続時間は、期間（ｔ_ｐ）の５０％以下となるように選択される。好適な受信比（受信セグメントである期間のパーセンテージ、ｔ_ｒｓ／ｔ_ｐ）は、１０％、２０％、又は、３０％より大きく、及び／又は、４０％、４５％、又は、５０％より小さい受信比を含むが、これらに限定されない。

【0054】

電子回路は、ＬＩＤＡＲデータの信頼性を高めるように、送信セグメント持続時間（ｔ_ｓｓ）、及び／又は、受信セグメント持続時間（ｔ_ｒｓ）の値を調整できる。例えば、電子回路は、受信セグメントが周期の５０％を超えているときに、ＬＩＤＡＲ信号が、受信セグメントの９０％を超えて、又は、１００％で、電子回路に利用可能であるように、送信セグメント持続時間（ｔ_ｓｓ）、及び／又は、受信セグメント持続時間（ｔ_ｒｓ）の値を調整できる。例えば、電子回路は、往復信号時間（τ）が受信セグメントの持続時間（ｔ_ｒｓ）以上であるように、送信セグメント持続時間（ｔ_ｒｓ）の値を調整できる。例えば、変位距離（Ｄ）が減少すると、往復信号時間（τ＝２Ｄ／ｃ）も減少する。往復信号時間（τ）が受信セグメント持続時間（ｔ_ｒｓ）であるか、又は、それよりも小さくなることに応答して、電子回路は、受信セグメント持続時間（ｔ_ｒｓ）の値を、往復信号時間（τ）以下の値に低減できる。場合によっては、受信セグメント持続時間（ｔ_ｒｓ）を、ＬＩＤＡＲデータの適切な生成のためには好ましくないほど短いレベルまで減少できる。その結果、電子回路は、また、受信セグメント持続時間（ｔ_ｒｓ）を、上方に、調整できる。例えば、往復信号時間（τ）が受信セグメント持続時間（ｔ_ｒｓ）＊調整因子_１であるか、又は、それよりも大きくなることに応答して、電子回路は、受信セグメント持続時間（ｔ_ｒｓ）の値を、受信セグメント持続時間（ｔ_ｒｓ）＊調整因子_２以上の値に増加できる。調整因子_１の適切な値は、１、１．２、又は、１．４以上の値、及び／又は、１．６、１．８、又は、２より小さい値を含んでいる。調整因子_２の適切な値は、１、１．２、又は、１．４以上の値、及び／又は、１．６、１．８、又は、２より小さい値を含んでいる。調整因子_１は、調整因子_２と同じでも、又は、異なってもよい。上記の例では、受信セグメント持続時間の値が、調整される。従って、受信比は、変位距離の変化に応じて調整される。上記の例では、所与の変位距離に関して、受信比は、効果的に調整され、図２ＤにおいてＳＴでラベル付けされた曲線で、又は、より上に配置される結果を提供する。例えば、ｔ_ｒｓの値は調整され、Ｄ’＝Ｄ／Ｄ_ｍａｘであるＤ’／（１＋Ｄ’）によって提供される受信比の値よりも小さい受信比（ｔ_ｒｓ／ｔ_ｐ）を提供する。一例では、ｔ_ｒｓの値は、Ｄの値の変化に応答して調整される。他の例では、ｔ_ｒｓの値は、Ｄ’／（１＋Ｄ’）より大きい値に増加する受信比（ｔ_ｒｓ／ｔ_ｐ）に応答して調整される。別の例では、ｔ_ｒｓの値は、受信比（ｔ_ｒｓ／ｔ_ｐ）がＤ’／（１＋Ｄ’）より大きい値に増加するＤの値の変化に応答して調整されるが、Ｄの値の変化が、結果的に、受信比（ｔ_ｒｓ／ｔ_ｐ）がＤ’／（１＋Ｄ’）より小さいままであるときは、調整されない。

【0055】

上記の議論は、変位距離（Ｄ、及び、Ｄ_ｍａｘ）を、反射物体と、出射光信号がＬＩＤＡＲシステムから出る出口と、の間の距離を表すものとして開示している。しかしながら、多くのＬＩＤＡＲアプリケーションでは、反射物体の距離が、ＬＩＤＡＲシステムの操作の間に、変化する。結果として、反射物体と出口との間の距離を表すことに加えて、又は、そのことに代えて、変位距離（Ｄ、及び、Ｄ_ｍａｘ）は、出射光信号がＬＩＤＡＲシステムから出る出口からの視野の距離を表すことができる。

【0056】

上述したように、往復時間（τ）は、変位距離の関数（τ＝２Ｄ／ｃ）である。したがって、往復時間を知る電子回路は、また、変位距離（Ｄ）を効果的に認識する。電子回路は、送信セグメント持続時間（ｔ_ｔｓ）、及び／又は、受信セグメント持続時間（ｔ_ｒｓ）を調整する際に使用されるであろう変位距離を識別するための様々な異なる機構を使用できる。例えば、ＬＩＤＡＲシステムを含むデバイスは、それぞれ異なる変位距離に関連する異なるモード設定を有することができる。一例として、電話、又は、カメラのようなデバイスは、顔認識・モード、及び、部屋スキャン・モードを有することができる。デバイスが、顔認識・モードにあるとき、電子回路は、顔認識・モードに関連する第１の変位距離を使用できる。デバイスが、部屋スキャン・モードにあるとき、電子回路は、部屋スキャン・モードに関連する第２の変位距離を使用できる。追加的に、又は、代替的に、オペレータは、ユーザインターフェースを使用して、デバイス内に変位距離を入力できる。追加的に、又は、代替的に、デバイスは、変位距離を測定するオートフォーカス機構を含むことができる。オートフォーカスは、電子回路に含まれてもよく、又は、デバイス内の代替アプリケーションの一部であってもよい。例えば、オートフォーカスは、デバイスに含まれるカメラのオートフォーカスにできる。オートフォーカスから決定された変位距離は、代替アプリケーションから電子回路に提供できる。電子回路は、ＬＩＤＡＲアプリケーションにおいて視野に関する変位距離として提供される変位距離を使用でき、又は、提供された変位距離の追加の処理を実行して、ＬＩＤＡＲアプリケーションにおいて視野に関する変位距離として使用されるフィールドを決定できる。一例として、電子回路は、提供された変位距離に係数を乗じた結果を使用し、ＬＩＤＡＲアプリケーションにおいて視野の変位距離を生成できる。

【0057】

上記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、ＬＩＤＡＲシステムは、図３に示されるような複数の光源１０を有することができる。光源１０は、各々がＮのチャネルを発生するＭの光源１０を含む。チャネルは、各々、チャネル導波路８０に受信される。チャネル導波路は、ユーティリティ導波路１２に受信される出射光信号を形成するように、チャネルを結合し、チャネルマルチプレクサ８２にチャネルを搬送する。

【0058】

図３において、各チャネルは、ｉは、光源１０の数であり、及び、１からＭまでであり、又、ｊは光源１０ｊに関するチャネルの数であり、及び、１からＮまでであるλ_ｉｊでラベル付けられる。上述のように、チャネルの波長が、１つのチャネルから次のチャネル（Δλ）までの波長の増加が一定、又は、実質的に一定である点で、周期的に間隔を置いて配置されるように、光源１０を構成できる。いくつかの例では、光源１０は、隣接する波長のチャネルが、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、光源１０は、λ_ｉｊ＝λ_０＋（（ｉ－１）＋（ｊ－１）（Ｍ））（Δλ）のように、構成できる。この構成のための好適な光源１０は、櫛型レーザを含むが、これに限定されない。この構成では、チャネル・マルチプレクサは、チャネル・マルチプレクサ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サイクリック・マルチプレクサにできる。したがって、チャネル・マルチプレクサは、波長範囲（（Ｎ－１）＊Δλ）を超えてサイクルするように設計できる。適切な環状マルチプレクサは、Ｇｅｍｆｉｒｅ（８チャネル環状アレイ導波路格子、２０１８）の「カラーレス」ＡＷＧを含むが、これに限定されない。

【0059】

光源１０（Ｍ）の数に関する好適な値は、２、４、又は、８以上、及び／又は、１６、３２、又は、６４より小さい値を含むが、これらに限定されない。光源１０（Ｎ）によって提供されるチャネルの数に関する好適な値は、２、４、又は、８以上、及び／又は、１６、３２、又は、６４より小さい値を含むが、これらに限定されない。１つのチャネルから次のチャネルまでの波長の増加に関する適切な値（Δλ）は、０.２ｎｍ、０.４ｎｍ、又は、０.６ｎｍ以上、及び／又は、０.８ｎｍ、１.０ｎｍ、又は、１.５ｎｍより小さい値を含むが、これらに限定されない。最短波長を有するチャネルの波長に関する好適な値は、１.３μｍ、１.４μｍ、又は、１.５μｍ以上、及び／又は、１.６μｍ、１.７μｍ、又は、１.８μｍより小さい値を含むが、これらに限定されない。一例では、ＬＩＤＡＲシステムは、２、４、又は、８以上、及び／又は、１６、３２、又は、６４より小さいＭ、；２、４、又は、８以上、及び／又は、１６、３２、又は、６４より小さいＮ；及び、０.２ｎｍ、０.４ｎｍ、又は、０.６ｎｍ以上、及び／又は、０.８ｎｍ、１.０ｎｍ、又は、１.５ｎｍより小さいΔλを含む。

【0060】

いくつかの例では、光源１０は、光源１０の少なくとも一部が、隣接する波長で２つ以上のチャネルを生成するように構成される。例えば、光源１０を、λ_ｉｊ＝λ_０＋（（ｊ－１）＋（ｉ－１）（Ｎ））（Δλ）のように構成できる。この構成に関する好適な光源１０は、櫛型レーザを含むが、これらに限定されない。この構成では、チャネル・マルチプレクサは、少なくともＮΔλの帯域幅を有する広帯域マルチプレクサであってもよい。適切な広帯域マルチプレクサは、アレイ導波路格子（ＡＷＧ）、及び、薄膜フィルタを含むが、これらに限定されない。

【0061】

上述したように、１つ以上の光源１０は、櫛型レーザであってもよい。しかしながら、光源１０の他の構成も可能である。例えば、図４は、複数のレーザ源８４を含む光源１０の一例を示している。図４に示される光源１０は、各々がソース導波路８６にチャネルの１つを出力する複数のレーザ源８４を含む。ソース導波路８６は、チャネルを結合し、チャネル導波路、又は、ユーティリティ導波路１２に受信される光信号を形成するレーザ・マルチプレクサ８８に、チャネルを搬送する。電子回路は、レーザ源８４を操作し、レーザ源８４が、各チャネルを、同時に、出力するようできる。図４にしたがって構成された光源１０との使用に好適なレーザは、外部共振器レーザ、分布帰還型レーザ（ＤＦＢ）、及び、ファブリペロー（ＦＰ）レーザが含まれるが、これに限定されない。外部共振器レーザは、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、このことは、検出された信号のノイズを低減できる。

【0062】

図５は、可能な光源１０の構成の別の例を示す。光源１０は、半導体レーザのような利得素子などの利得素子９０を含む。利得導波路９２は、利得要素と光学的に整合され、利得要素から光信号を受信する。いくつかの例では、利得導波路は、利得要素に含まれる利得媒体を除外する。例えば、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にできる。複数の部分戻りデバイス９４は、部分戻りデバイスが光信号と相互作用するように、利得導波路に沿って配置される。

【0063】

操作中、電子回路は、利得媒体が光信号を出力するように、利得素子を操作する。部分戻りデバイス９４は、各々が、光信号の一部を通す。ユーティリティ導波路１２が部分戻りデバイスから受信する光信号の一部は、出射光信号として機能する。部分戻りデバイスは、また、光信号の戻り部分が利得要素を通って移動するように、光信号の一部を利得素子に戻す。利得要素は、利得要素からの光信号の戻り部分を受信し、また、光信号の戻り部分を利得要素に戻るように反射し、光信号の戻り部分を増幅し、及び、レーザ発振できる、完全な、又は、部分的な反射層を含むことができる。したがって、光源１０は、外部共振器レーザにできる。

【0064】

部分戻りデバイスは、各部分戻りデバイスが異なる波長の光を戻すように構成できる。例えば、部分戻りデバイスは、光源１０によって出力されるチャネルの各１つの波長が、少なくとも１つの部分戻りデバイスによって戻されるように構成できる。結果として、所望のチャネルの各々は、レーザであり、及び、出射光信号中に存在するであろう。適切な部分戻りデバイスには、ブラッグ回折格子が含まれるが、これらに限定されない

【0065】

図６Ａ～図６Ｂは、上記ＬＩＤＡＲシステムで使用するための好適な処理構成の一例を示す。第１のスプリッタ１０２は、基準導波路４０、５２、又は、５８に搬送される基準信号を、第１の基準導波路１１０、及び、第２の基準導波路１０８に分割する。第１の基準導波路１１０は、基準信号の第１の部分を光結合構成要素１１１に搬送する。第２の基準導波路１０８は、基準信号の第２の部分を第２の光結合構成要素１１２に搬送する。

【0066】

第２のスプリッタ１００は、比較導波路３０、７２、７４に搬送された比較信号を、第１の比較導波路１０４、及び、第２の比較導波路１０６に分割する。第１の比較導波路１０４は、比較信号の第１の部分を光結合構成要素１１１に搬送する。第２の比較導波路１０８は、比較信号の第２の部分を、第２の光結合構成要素１１２に搬送する。

【0067】

第２の光結合構成要素１１２は、比較信号の第２の部分と基準信号の第２の部分とを、第２の複合信号に結合する。比較信号の第２の部分と基準信号の第２の部分との間の周波数の差に起因して、第２の複合信号は、比較信号の第２の部分と基準信号の第２の部分との間で、うなりを生ずる。光結合構成要素１１２は、また、得られた第２の合成信号を、第１の補助検出器導波路１１４、及び、第２の補助検出器導波路１１６上に分割する。

【0068】

第１の補助検出器導波路１１４は、第２の複合信号の第１の部分を、第２の複合信号の第１の部分を第１の補助電気信号に変換する第１の補助光センサ１１８に搬送する。第２の補助検出器導波路１１６は、第２の複合信号の第２の部分を、第２の複合信号の第２の部分を第２の補助電気信号に変換する第２の補助光センサ１２０に搬送する。好適な光センサの例は、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）を含む。

【0069】

第１の光結合構成要素１１１は、比較信号の第１の部分と基準信号の第１の部分とを、第１の複合信号に結合する。比較信号の第１の部分と基準信号の第１の部分との間の周波数の差に起因して、第１の複合信号は、比較信号の第１の部分と基準信号の第１の部分との間で、うなりを生ずる。光結合構成要素１１１は、また、第１の複合信号を第１の検出器導波路１２１、及び、第２の検出器導波路１２２に分割する。

【0070】

第１の検出器導波路１２１は、第１の複合信号の第１の部分を、第２の複合信号の第１の部分を第１の電気信号に変換する第１の光センサ１２３に搬送する。第２の検出器導波路１２２は、第２の複合信号の第２の部分を、第２の複合信号の第２の部分を第２の電気信号に変換する第２の補助光センサ１２４に搬送する。好適な光センサの例は、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）を含む。

【0071】

第１の基準導波路１１０、及び、第２の基準導波路１０８は、基準信号の第１の部分と基準信号の第２の部分との間に、位相シフトを提供するように構成される。例えば、第１の基準導波路１１０、及び、第２の基準導波路１０８を、基準信号の第１の部分と基準信号の第２の部分との間に９０度の位相シフトを提供するように構成できる。一例として、１つの基準信号部分は、同相の構成要素、及び、他は、直交位相の構成要素にできる。従って、１つ基準信号部分は、正弦関数にでき、また、他の基準信号部分は、余弦関数にできる。一例では、第１の基準導波路１１０、及び、第２の基準導波路１０８は、第１の基準信号部分が余弦関数であり、また、第２の基準信号部分が正弦関数であるように構成される。したがって、第２の複合信号における基準信号部分は、第１の複合信号における基準信号部分に対して位相シフトされるが、第１の複合信号における比較信号の部分は、第２の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。

【0072】

第１の光センサ１２３、及び、第２の光センサ１２４を、平衡検出器として接続でき、また、第１の補助光センサ１１８、及び、第２の補助光センサ１２０も、また、平衡検出器として接続できる。例えば、図６Ｂは、電子回路、第１の光センサ１２３、第２の光センサ１２４、第１の補助光センサ１１８、及び、第２の補助光センサ１２０の間の関係の概略を示す。フォトダイオード用のシンボルは、第１の光センサ１２３、第２の光センサ１２４、第１の補助光センサ１１８、及び、第２の補助光センサ１２０を表すために使用されるが、１つ以上のこれらのセンサは、他の構成を有してもよい。例えば、図６Ｂの概略図に示されている全ての構成要素が、ＬＩＤＡＲシステムに含まれる。例えば、図６Ｂの概略図に示す構成要素は、ＬＩＤＡＲシステムとＬＩＤＡＲシステムから離れて配置された電子装置との間で分配される。

【0073】

電子回路は、第１の光センサ１２３、及び、第２の光センサを、第１の平衡検波器１２５として、また、第１の補助光センサ１１８、及び、第２の補助光センサ１２０を、第２の平衡検波器１２６として、接続する。特に、第１の光センサ１２３と第２の光センサ１２４とは、直列に接続される。また、第１の補助光センサ１１８と第２の補助光センサ１２０とは、直列に接続される。第１の平衡検出器の直列接続は、第１のデータ信号として、第１の平衡検出器からの出力を搬送する第１のデータ線１２８と通信する。第２の平衡検出器の直列接続は、第２のデータ信号として、第１の平衡検出器からの出力を搬送する第２のデータ線１３２と通信する。第１のデータ信号および第２のデータ信号は、比較信号と基準信号との間のうなり、すなわち、第１の複合信号における、及び、第２の合成信号におけるうなりの結果として、うなりが生ずる。

【0074】

第１のデータ線１２８は、第１のデータ信号を、第１のスイッチ１３４に搬送する。第１のスイッチは、第１のデータ信号が距離分岐１３６に搬送される第１の構成に、又は、第１のデータ信号が速度分岐１３８に搬送される第２の構成に、存在できる。図６Ｂでは、第１のスイッチ１３４は、第１の構成に示されている。第２のデータ線１３２は、第２のデータ信号を、第２のスイッチ１４０に搬送する。第２のスイッチは、第２のデータ信号が距離分岐１３６に搬送される第１の構成、又は、第２のデータ信号が速度分岐１３８に搬送される第２の構成に存在できる。図６Ｂでは、第２のスイッチ１４０は、第１の構成に示されている。第１のスイッチ、及び／又は、第２のスイッチとして使用するための好適なスイッチは、電気機械スイッチ、及び、ソリッドステートＭＯＳＦＥＴ、又は、ＰＩＮダイオードスイッチを含むが、これらに限定されない。

【0075】

電子回路は、第１のスイッチ、及び、第２のスイッチを動作させ、それらは、第一の期間、及び、第二の期間の間で、同じ構成になる。例えば、電子回路は、第１のスイッチ、及び、第２のスイッチが、第１の期間の間に第１の構成、及び、第２の期間の間に第２の構成の両方になるように、第１のスイッチ、及び、第２のスイッチを操作できる。この例では、第１のデータは第１のデータ信号、及び、第２のデータ信号は、第１の期間中に距離分岐１３６に搬送され、また、第２の期間に速度分岐１３８に搬送される。

【0076】

ＬＩＤＡＲシステムの動作中、ＬＩＤＡＲデータの生成は、ＬＩＤＡＲデータが、各サイクルで生成される一連のサイクルに分割される。一例では、各サイクルは、視野の異なるサンプル領域に対応する。したがって、異なるサイクルは、視野の異なる領域に関するＬＩＤＡＲデータを生成できる。

【0077】

各サイクルに関する時間が、距離時間期間（第１の期間）、及び、速度時間期間（第２の期間）を含む異なる時間期間に分割されるように、サイクルを実行できる。反射物体とＬＩＤＡＲチップとの間の距離を、距離期間において決定でき、また、反射物体とＬＩＤＡＲチップとの間の半径方向速度を、速度期間において決定できる。

【0078】

電子回路は、ＬＩＤＡＲシステムと反射物体との間の距離を決定、又は、近似するために、第１のデータ信号、及び、第２のデータ信号を使用するように構成される。例えば、第１の期間の間、電子回路は、変調器１４を操作し、出射光信号、したがって、ＬＩＤＡＲ出力信号の振幅にチャープを加算できる。チャープを振幅に加えることには、出射光信号の振幅が正弦波の関数であるように、出射光信号の振幅を変調することを含めることができる。一例では、出力光信号の振幅が正弦波を含む関数、及び／又は、正弦波の平方根であるように、出射光信号の振幅を変調する。例えば、式1：（Ｍ＋Ｎ＊ｃｏｓ（Ｃ＊ｔ＋Ｄ＊ｔ^２）^１／２ｃｏｓ（Ｆ＊ｔ）、ここで、Ｍ、Ｎ、Ｃ、Ｄ、及び、Ｆは定数であり、ｔは時間を表し、Ｍ＞０、Ｎ＞０、及び、被開平数が負となることを防止するためにＭ≧Ｎであり、Ｃ＞０、Ｄ≠０である、によって数学的に表される変調された出射光信号、及び、ＬＩＤＡＲ出力信号を生成するように、出射光信号を変調できる。以下で明らかなように、Ｆは、ＬＩＤＡＲ出力信号（ｆ_ｃ）の周波数の関数であり得る。式１において、Ｆ、及び、Ｃを、Ｆ＞＞Ｃとなるように、選択できる。

【0079】

距離分岐は、第１の距離分岐線１４２を含む。第１の期間の間、第１の距離分岐線１４２は、第１のデータ信号を、第１の乗算器１４４に搬送する。図６Ｂでは、第１のデータ信号の振幅を二乗し、又、第１の乗算されたデータ信号を出力するように、第１の乗算器１４４は、構成される。距離分岐は、第２の距離分岐線１４６を含む。第１の期間中、第２の距離分岐線１４６は、第２のデータ信号を、第２の乗算器１４８に搬送する。図６Ｂでは、第２のデータ信号の振幅を二乗し、又、第２の乗算されたデータ信号を出力するように、第２の乗算器１４８は、構成される。好適な第１の乗算器、及び／又は、第２の乗算器は、ギルバート・セル・ミキサーのようなＲＦミキサを含むが、これらに限定されない。

【0080】

距離分岐は、第１の乗算されたデータ信号と第２の乗算されたデータ信号とを加算する加算器１５０を含む。加算器は加算されたデータ信号を出力する。好適な加算器は、抵抗、又は、ハイブリッド結合器を含むＲＦ結合器を含むが、これらに限定されない。距離分岐は、加算されたデータ信号を受信し、又、うねっているデータ信号を出力するローパス・フィルタ１５２を含む。ローパス・フィルタは、基準、及び、戻り信号の混合の人工産物である加算されたデータ信号へのより高い周波数の寄与を除去するように、選択される。ｆ_ｄｍａｘ／２＋ατ_０ｍａｘ以上の帯域幅、ここで、ｆ_ｄｍａｘは、ＬＩＤＡＲシステムが信頼性のある結果を提供するためのＬＩＤＡＲ入力信号に関するＬＩＤＡＲ入力信号のドップラー・シフトの最大レベルを表し、τ_０ｍａｘは、ＬＩＤＡＲ出力信号の送信とＬＩＤＡＲ入力信号の受信との間の最大遅延を表し、及び、Αは、サンプル期間（例えば、第１の期間）の持続期間中に変調された出射光信号の振幅に付加されたチャープの周波数の変化率を表す、を有するように、ローパス・フィルタを選択できる。例えば、Ｂ／Ｔから、ここで、Ｂは、サンプル期間の持続期間中に変調された出射光信号の振幅に付加されたチャープの周波数の変化を表し、また、Ｔは、サンプル期間の持続時間である、αを決定する。例えば、Ｔ＝［λ_ｃ／（２Δｖ_ｍｉｎ）］＋τ_０ｍａｘから、ここで、λ_ｃは、出射光信号の波長を表し、Δｖ_ｍｉｎは、速度分解能を表す、Ｔを決定し、また、Ｂ＝ｃＴ／（２（Ｔ－τ_０ｍａｘ）ΔＲ_ｍｉｎから、ここで、ｃは、光の速度を表し、また、ΔＲ_ｍｉｎは、距離分解能を表す、Ｂを決定できる。例えば、フィルタは、０．１ＧＨｚ、０．２ＧＨｚ、又は、０．３ＧＨｚより大きい、及び／又は、０．４ＧＨｚ、０．５ＧＨｚ、又は、１ＧＨｚ未満の帯域幅を有する。掃引期間（Ｔ）に対応する値は、１０μｓ、８μｓ、４μｓ、３μｓ、２μｓ、及び、１μｓにできる。

【0081】

距離ブランチは、フィルタからうなり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。アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１５４は、うなりデータ信号をアナログ形式からデジタル形式に変換し、また、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、うなりデータ信号の変換は、サンプリング・レートで、うなりデータ信号をサンプリングすることを含む。ＬＩＤＡＲ出力信号の振幅に対するチャープの付加は、合成信号、及び、結果として得られる電気信号のうなりから、半径方向速度の影響を、実質的に、減少、又は、除去する。例えば、ＬＩＤＡＲ入力信号に関するＬＩＤＡＲ出力信号の周波数シフト（周波数シフトΔｆ）を、Δｆ＝Δｆ_ｄ＋Δｆ_ｓ、ここで、Δｆ_ｄは、ドップラー・シフトによる周波数の変化を表し、また、Δｆ_ｓは、反射物体とＬＩＤＡＲシステムとの間の分離による周波数の変化である、として、書ける。出射光信号を変調し、変調された出射光信号、したがって、変調もされるＬＩＤＡＲ出力信号を生成するようにでき、ここでは、ドップラー・シフト（Δｆ_ｄ）による周波数の変化は、ＬＩＤＡＲとして機能し、また、一定の振幅、及び、変調された出射光信号、及び／又は、ＬＩＤＡＲ出力信号と同じ周波数を有する正弦波ＬＩＤＡＲ出力信号から生ずるであろうドップラー・シフトの１０％、５％、１％、又は、０．１％未満である。例えば、出射光信号、及び／又は、ＬＩＤＡＲ出力信号を変調し、変調された出射光信号、及び／又は、ＬＩＤＡＲ出力信号を生成するようにでき、ここでは、ドップラー・シフト（Δｆ_ｄ）による周波数の変化は、ＬＩＤＡＲ出力信号として機能し、また、変調された出射光信号、及び／又は、するであろうドップラー・シフトの１０％、５％、１％、又は、０．１％未満である。他の例では、出射光信号、及び／又は、ＬＩＤＡＲ出力信号を変調し、変調された出射光信号、及び／又は、ＬＩＤＡＲ出力信号を生成するようにでき、ここでは、ドップラー・シフト（Δｆ_ｄ）による周波数の変化は、ＬＩＤＡＲ出力信号として機能する変調前の出射光信号（変調されていない出射光信号）から生じるドップラー・シフトの１０％、５％、１％、又は、０．１％未満である。これらの結果を、式１のＣに関する変数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、また、Ｃは、２πｆ_１を、ここで、ｆ_１は、変調された出射光信号の振幅における周波数・チャープの基本周波数を示す、表すことができる。したがって、チャープ基本周波数（ｆ_１）に関するＬＩＤＡＲ出力信号の周波数（ｆ_ｃ）の値を増加させることによって、ｆを、ｃに関して増加できる。例として、ｆ_ｃ、及び、ｆ_１を、ｆ_ｃ＞＞ｆ_１となるように、選択できる。他の例では、ｆ_ｃ、及び、ｆ_１を、ｆ_ｃ：ｆ_１の比が、２：１、１０：１、１×１０^４：１、又は、１×１０^５：１より大きく、及び／又は、５×１０^５、１×１０^６、５×１０^６、又は、５×１０^８：１未満となるように、選択する。したがって、変数Ｆ、及び、Ｃは、また、Ｆ：Ｃの比に関してこれらの同じ値を有することができる。周波数シフトからドップラー・シフト（Δｆ_ｄ）による周波数の変化を低減し、及び／又は、除去することは、うねり周波数を低下させ、したがって、求められるサンプリング・レートを低減する。

【0082】

距離分岐は、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。変換モジュール１５６は、時間領域から周波数領域に変換するように、デジタルＬＩＤＡＲデータ信号に実変換を実行するように構成されている。この変換によって、反射物体とＬＩＤＡＲシステムとの間の距離によって引き起こされるＬＩＤＡＲ入力信号に関するＬＩＤＡＲ入力信号のシフト周波数におけるシフトに関する明確な解決法が提供される。好適な実変換は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）のようなフーリエ変換である。実変換として変換を分類することによって、変換は、複素フーリエ変換のような複素変換から区別される。変換モジュールは、ファームウェア、ハードウェア、又は、ソフトウェア、又は、それらの組み合わせを用いて、帰属される機能を実行できる。

【0083】

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入力を有さないか、又は、実質的な入力を有さないため、決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できる。例えば、電子回路は、式３：Ｒ_０＝ｃ＊Δｆ／（２α）、ここで、Δｆを変換モジュールから出力されるピーク周波数として近似でき、また、ｃは光の速度である、を用いて、反射物体とＬＩＤＡＲシステム（Ｒ_０）との間の距離を近似できる。

【0084】

ＬＩＤＡＲシステム、及び、反射物体の少なくとも半径方向速度を決定、又は、近似するために、第１のデータ信号、及び、第２のデータ信号を用いるように、速度分岐を構成できる。図１から図２の文脈で開示された時間関数である周波数を有するＬＩＤＡＲ出力信号を、ＬＩＤＡＲ出力信号の周波数が時間関数でないＬＩＤＡＲ出力信号によって、置換できる。例えば、ＬＩＤＡＲ出力信号は、連続波（ＣＷ）であってもよい。例えば、第２の期間の間、変調された出射光信号、従って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、変調された出射光信号、したがって、ＬＩＤＡＲ出力信号を、式２：Ｇ＊ｃｏｓ（Ｈ＊ｔ）、ここで、Ｇ、及び、Ｈは定数であり、また、ｔは時間を表す、によって表すことができる。例えば、Ｇは、出射光信号の出力の平方根を表し、及び／又は、Ｈは、式１の定数ｆを表す。光源の出力が、変調された出射光信号に望まれる波形を有する場合、電子回路は、変調器１４を操作し、出射光信号を修正する必要はない。これらの例では、光源の出力は、変調された出射光信号、したがって、ＬＩＤＡＲ出力信号として機能できる。いくつかの例では、電子回路は、変調器１４を操作し、所望の形態の変調された出射光信号を生成する。

【0085】

ＬＩＤＡＲ出力信号の周波数は、第２の期間において一定であるため、反射物体とＬＩＤＡＲシステムとの間の距離を変化させても、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関するＬＩＤＡＲ入力信号の周波数シフトに寄与しない。したがって、ＬＩＤＡＲ出力信号の周波数に関するＬＩＤＡＲ入力信号の周波数シフトから、分離距離の影響が、除去される。

【0086】

速度分岐は、第１の速度分岐線１６０、及び、第２の速度分岐線１６０を含む。第２の期間の間、第１の速度分岐線１６０は、第１のデータ信号をアナログ形式からデジタル形式に変換し、また、第１の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のデータ信号を搬送する。上述したように、第１のデータ信号の変換は、第１のデータ信号をサンプリング・レートでサンプリングすることによって行われる。ＬＩＤＡＲ出力信号として連続波を使用することによって、複合信号、及び、結果として得られる電気信号のうねりから、反射物体とＬＩＤＡＲシステムとの間の距離の影響が、実質的に除去される。したがって、うねり周波数は、低減され、また、要求されるサンプリング・レートは、低減される。

【0087】

第２の速度分岐線１６２は、第２のデータ信号をアナログ形式からデジタル形式に変換し、また、第２の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のデータ信号を搬送する。上述したように、第２のデータ信号の変換は、第２のデータ信号をサンプリング・レートでサンプリングすることを含む。ＬＩＤＡＲ出力信号として連続波を使用することによって、第２の複合信号、及び、結果として得られる電気信号のうねりから、反射物体とＬＩＤＡＲシステムとの間の距離の影響が、実質的に除去される。したがって、うねり周波数は、低減され、また、要求されるサンプリング・レートは、低減される。

【0088】

アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１６４のサンプリング・レートは、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１６６のサンプリング・レートと同じでも、又は、異なってもよい。

【0089】

速度分岐は、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１６４からの第１の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の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のデータ信号は、同相成分であり、また、第２のデータ信号は、その直交成分であるため、第１のデータ信号、及び、第２のデータ信号は、共に、第１のデータ信号が実数成分であり、また、第２のデータ信号が虚数成分である複素速度データ信号として作用する。その結果、第１のデジタルデータ信号は、デジタル速度データ信号の実数成分にでき、また、第２のデータ信号は、デジタル速度データ信号の虚数成分にできる。変換モジュール１６８を、時間領域から周波数領域に変換するように、デジタル速度データ信号に複素変換を実行するように構成できる。この変換によって、反射物体とＬＩＤＡＲシステムとの間の半径方向速度によって引き起こされるＬＩＤＡＲ入力信号に関するＬＩＤＡＲ入力信号の周波数におけるシフトに関する明確な解決法が、提供される。好適な複素変換は、複素高速フーリエ変換（ＦＦＴ）のようなフーリエ変換である。変換モジュールは、ファームウェア、ハードウェア、又は、ソフトウェア、又は、それらの組み合わせを用いて、帰属される機能を実行できる。

【0090】

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入力を有さないため、また、速度データ信号の複雑さのために、変換モジュール１６８の出力を用いて、反射物体とＬＩＤＡＲシステムとの間の半径方向速度を近似できる。例えば、電子回路は、式４：ｖ＝ｃ＊ｆ_ｄ／（２＊ｆ_ｃ）、ここで、ｆ_ｄは、変換モジュール１６８から出力されるピーク周波数として近似され、ｃは、光の速度、また、ｆ_ｃは、ＬＩＤＡＲ出力信号の周波数を表す、を用いて、反射物体とＬＩＤＡＲシステムとの間の半径方向速度（ｖ）を近似できる。

【0091】

図６Ｂの概略図に、追加の構成要素を追加できる。例えば、ＬＩＤＡＲシステムが複数のＬＩＤＡＲ出力信号を生成し、又は、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場合（すなわち、周波数、又は、波長分割多重化、ＦＤＭ／ＷＤＭを用いて）、ＬＩＤＡＲシステムは、うなりデータ信号の、及び／又は、速度データ信号の実数、及び／又は、虚数成分から干渉信号を除去するための１つ以上のフィルタを含むことができる。したがって、ＬＩＤＡＲシステムは、図示された構成要素に加えて、１つ以上のフィルタを含むことができる。好適なフィルタは、ローパス・フィルタを含むが、これらに限定されない。光学的な設計の場合、干渉成分の周波数が、平衡検出器の帯域幅外にある場合には、平衡検出器が追加のフィルタリングを効果的に提供できるので、追加のフィルタリングは、必ずしも必要とされない。

【0092】

第１の期間に関する最小サンプリング・レート、及び、第２の期間に関する最小サンプリング・レートからなるグループから選択された２つの値のうちの大きい値以上の値を有するように、第１の期間、及び、第２の期間の間で用いられるサンプリング・レートを選択できる。例えば、第１の期間の間、第１の期間サンプリング・レート（ｆ_ｓ１）のレートの範囲を、ｆ_ｓ１≧２×ατ_０ｍａｘ、ここで、τ_０ｍａｘは、ＬＩＤＡＲ出力信号の送信とＬＩＤＡＲ入力信号の受信との間の最大時間量を表す、によって、決定できる。第２の期間の間、第２の期間サンプリング・レート（ｆ_ｓ２）のレートの範囲を、ｆ_ｓ２≧２×ｆ_ｄｍａｘ、ここで、ｆ_ｄｍａｘは、ＬＩＤＡＲシステムが信頼性のある結果を提供するであろうＬＩＤＡＲ入力信号に関するＬＩＤＡＲ入力信号のドップラー・シフトの最大レベルを表す、によって、決定できる。したがって、最大距離は、一般的に、ＬＩＤＡＲの仕様に設定された視野の距離に対応し、また、最大ドップラー・シフトは、一般的に、その仕様に設定された最大半径方向速度の値で生ずるであろうドップラー・シフトに対応する。これらの２つの式は、第１の期間に関する最小サンプリング・レートが、２ατ_０ｍａｘであり、また、第２の期間に関する最小サンプリング・レートが、２ｆ_ｄｍａｘであることを示している。その結果、サンプリング・レートは、２ατ_０ｍａｘ、及び、２ｆ_ｄｍａｘの大きい方以上の値を有するように選択される。言い換えれば、第１の期間と第２の期間との間で用いられるサンプル・レート（ｆ_ｓ）は、ｍａｘ（２ατ_０ｍａｘ，２ｆ_ｄｍａｘ）である。 例えば、第１の期間と第２の期間との間で用いられるサンプル・レート（ｆ_ｓ）は、０．１ＧＨｚ、０．２ＧＨｚ、又は、０．５ＧＨｚ以上、及び／又は、１ＧＨｚ、２ＧＨｚ、又は、４ＧＨｚ未満である。

【0093】

図６Ｃは、図７Ａに沿って構成された処理ユニットでＬＩＤＡＲデータを抽出するために好適な電子回路の他の例を提供する。電子回路は、第１の光センサ１２３、及び、第２の光センサ１２４を、第１の平衡検波器１２５として、接続し、また、第１の補助光センサ１１８、及び、第２の補助光センサ１２０を、第２の平衡検波器１２６として、接続する。特に、第１の光センサ１２３、及び、第２の光センサ１２４は、直列に接続される。また、第１の補助光センサ１１８、及び、第２の補助光センサ１２０は、直列に接続される。第１の平衡検出器における直列接続は、第１の平衡検出器からの出力を、第１のデータ信号として搬送する第１のデータ線１２８と通信する。第２の平衡検出器における直列接続は、第２の平衡検出器からの出力を、第２のデータ信号として搬送する第２のデータ線１３２と通信する。第１のデータ信号は、第１の複合信号の電気的な表現であり、また、第２のデータ信号は、第２の複合信号の電気的な表現である。したがって、第１のデータ信号は、第１の波形、及び、第２の波形からの寄与を含み、また、第２のデータ信号は、第１の波形と第２の波形との合成である。第１のデータ信号における第１の波形の部分は、第１のデータ信号における第１の波形の部分に関して位相シフトされるが、第１のデータ信号における第２の波形の部分は、第１のデータ信号における第２の波形の部分に関して同相である。例えば、第２のデータ信号は、第１のデータ信号に含まれる基準信号の異なる部分に関して位相シフトされた基準信号の一部を含む。さらに、第２のデータ信号は、第１のデータ信号に含まれる比較信号の異なる部分と同相である比較信号の一部を含む。第１のデータ信号、及び、第２のデータ信号は、比較信号と基準信号との間のうなり、すなわち、第１の複合信号における、及び、第２の合成信号におけるうなりの結果として、うなりを生じている。

【0094】

電子回路６２は、第１のデータ信号、及び、第２のデータ信号に数学的な変換を実行するように構成された変換機構１３８を含む。例えば、数学的な変換は、第１のデータ信号、及び、第２のデータ信号を、入力として、複素フーリエ変換してもよい。第１のデータ信号は同相成分であり、第２のデータ信号は直交成分であるため、第１のデータ信号、及び、第２のデータ信号は、共に、第１のデータ信号が実数成分であり、また、第２のデータ信号が入力の虚数成分である複素データ信号として作用する。

【0095】

変換機構１３８は、第１のデータ線１２８から第１のデータ信号を受信する第１のアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１６４を含む。第１のアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１６４は、第１のデータ信号を、アナログ形式からデジタル形式に変換し、また、第１のデジタルデータ信号を出力する。変換機構１３８は、第２のデータ線１３２から第２のデータ信号を受信する第２のアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１６６を含む。第２のアナログ-デジタル変換器（ＡＤＣ）１６６は、第２のデータ信号を、アナログ形式からデジタル形式に変換し、また、第２のデジタルデータ信号を出力する。第１のデジタルデータ信号は、第１のデータ信号のデジタル表現であり、また、第２のデジタルデータ信号は、第２のデータ信号のデジタル表現である。したがって、第１のデジタルデータ信号、及び、第２のデジタルデータ信号は、第１のデジタルデータ信号が複素信号の実数成分として作用し、また、第２のデジタルデータ信号が複素データ信号の虚数成分として作用する複素信号として、共に、作用する。

【0096】

変換機構１３８は、複素データ信号を受信する変換コンポーネント１６８を含む。例えば、変換コンポーネント１６８は、第１のアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１６４からの第１のデジタルデータ信号を入力として受信し、また、第１のアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）からの第２のデジタルデータ信号を入力として受信する。複素信号に対して数学的な変換を実行し、時間領域から周波数領域に変換するように、変換コンポーネント１６８を構成できる。数学的な変換は、複素高速フーリエ変換（ＦＦＴ）のような複素変換であってもよい。複素高速フーリエ変換（ＦＦＴ）のような複素変換によって、反射物体とＬＩＤＡＲチップとの間の半径方向速度によって引き起こされるＬＩＤＡＲ出力信号に対するＬＩＤＡＲ入力信号の周波数におけるシフトに関する明確な解決法が、提供される。変換コンポーネント１６８は、ファームウェア、ハードウェア、又は、ソフトウェア、又は、それらの組み合わせを用いて、帰属される機能を実行できる。

【0097】

複素フーリエ変換は、時間領域から周波数領域へ、入力を変換し、複素フーリエ変換は、サンプル領域内に配置される各物体に関する単一の周波数ピークを出力する。このピークに関連する周波数は、反射物体とＬＩＤＡＲチップとの間の半径方向速度、及び／又は、反射物体とＬＩＤＡＲチップとの間の距離によって引き起こされる、ＬＩＤＡＲ出力信号に関するＬＩＤＡＲ入力信号の周波数シフトとして、電子回路によって、用いられる。ＬＩＤＡＲ入力信号の周波数を解決する従来の方法は、上記の複素フーリエ変換技術ではなく、実フーリエ変換を使用していた。これらの従来の方法は、サンプル領域内の各物体に関する複数の周波数ピークを出力する。したがって、従来の方法は、物体がサンプル領域から除去された場合、関連する各周波数が表されないサンプル領域内の各物体に関連する複数の異なる周波数を出力する。上述したように、ＬＩＤＡＲアプリケーションを使用する場合、正しいピークを識別することは難しくなる可能性がある。周波数を解決するための上記の技術は、周波数に関する唯一の解決策を生成するため、周波数解決法にともなう曖昧さは解決されている。

【0098】

電子回路は、変換から出力された各周波数ピークを使用し、ＬＩＤＡＲデータを生成できる。例えば、電子回路は、図２Ｃに示すように、ＬＩＤＡＲ出力信号が、増加する周波数を有する期間、及び、減少する周波数を有する期間を交互に繰り返すように、光源を動作させることができる。以下の式は、電子回路が、第１の期間の間のＬＩＤＡＲ出力信号２Ｃで生ずるような、データ期間の間のＬＩＤＡＲ出力の周波数を増加するデータ期間の間、適用される。
＋ｆ_ｕｄ＝－ｆ_ｄ＋ατ_０、ここで、ｆ_ｕｄは、変換コンポーネントによって提供される周波数であり、ｆ_ｄは、ドップラー・シフト（ｆ_ｄ＝２νｆ_ｃ／ｃ）を表し、ｆ_ｃは、データ期間の開始時（すなわち、ｔ＝０）のＬＩＤＡＲ出力信号の周波数であり、νは、反射物体とＬＩＤＡＲチップとの間の半径方向速度であり、反射物体からチップに向かう方向が正方向であると仮定され、また、ｃは、光の速度であり、αは、周期中に出射光信号の周波数が増加され、又は、減少される割合を表し、さらに、τ_０は、静止反射物体に関する往復遅延（ＬＩＤＡＲチップから出るＬＩＤＡＲ出力信号と、ＬＩＤＡＲチップに戻る関連するＬＩＤＡＲ入力信号と、の間の時間）である。以下の式は、電子回路が、第２の期間の間の図２ＣのＬＩＤＡＲ出力信号で生ずるような、期間の間のＬＩＤＡＲ出力の周波数を減少するデータ期間の間、適用される。
－ｆ_ｄｂ＝－ｆ_ｄ－ατ_０、ここで、ｆ_ｄｂは、変換コンポーネントによって提供される周波数である。これらの２つの式において、ｆ_ｄ、及び、τ_０は、未知数である。これらの２つ式を、２つの未知数ｆ_ｄ、及び、τ_０について解く。解決法の中に置換されたｆｄｂ、及び、ｆｕｄの値は、同じチャネル、したがって、（図１において３４でラベル付けられる）同じ処理ユニットであるが、同じサイクルの異なるデータ期間に、由来する。サイクルは視野内のサンプル領域と関連しているため、解決法は、視野内のサンプル領域に関するｆ_ｄ、及び、τ_０の値をもたらす。そして、サンプル領域に関する半径方向速度を、ドップラー・シフト（υ＝ｃ＊ｆ_ｄ／（２ｆ_ｃ））から決定でき、また、そのサンプル領域に関する分離距離を、ｃ＊τ_０／２から決定できる。結果として、サンプル領域に関するＬＩＤＡＲデータを、サンプル領域を照らす単一のＬＩＤＡＲ出力信号（チャネル）に関して決定する。

【0099】

上述したように、ＬＩＤＡＲシステムは、それぞれが異なるチャネルを搬送する２つ以上のＬＩＤＡＲ出力信号を出力できる。例えば、ＬＩＤＡＲシステムは、図２Ｃに係る周波数対時間波形を有する複数のＬＩＤＡＲ出力信号を出力できる。ＬＩＤＡＲ出力信号を、視野内の同じサンプル領域に、同時に、方向付けることができ、又は、ＬＩＤＡＲ出力信号の異なる部分を、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。さらに、ＬＩＤＡＲ出力信号を、サンプル領域にわたって、順次、走査し、各サンプル領域が、少なくとも１つのＬＩＤＡＲ出力信号によって照らされるようにできる。

【0100】

ＬＩＤＡＲシステムの操作の上記の説明は、変調器が、ユーティリティ導波路１２上に存在すると仮定しているが、場合によっては、変調器は、任意である。これらの例では、電子回路は、光源１０を操作し、所望によりＬＩＤＡＲ出力信号の周波数を調整できる。１つ以上の光源が、複数のチャネルを出力できるため、１つの光源の周波数を調整することによって、複数のチャネル、したがって、複数のＬＩＤＡＲ出力信号の周波数を、同時に、調整できる。例えば、櫛型レーザの周波数を調整することによって、櫛型レーザから出力されるチャネルの周波数を調整し、したがって、櫛型レーザから出力されたチャネルを搬送するＬＩＤＡＲ出力信号を調整する。電子回路は、櫛型レーザを介して流される電流を調整することによって、櫛型レーザのような光源の周波数を調整できる。例えば、電子回路は、櫛型レーザのような光源の周波数を、１０ＧＨｚ、１００ＧＨｚ、及び、１ＴＨｚに、調整できる。

【0101】

ＬＩＤＡＲシステムの操作の上記の説明は、変調器が、ユーティリティ導波路１２上に存在すると仮定しているが、変調器は、任意である。これらの例では、電子回路は、光源１０を操作し、第１の期間の間、出射光信号の周波数を増加でき、また、電子回路は、図２Ｃに示すように、第２の期間の間、出射光信号の周波数を低下できる。結果として得られた複合信号からＬＩＤＡＲデータを抽出する方法の他の例は、その全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願番号６２／６７１９１３、２０１８年５月１５日出願、発明の名称「光学的センサチップ」に開示されている。

【0102】

図７は、分波機能、及び、ビーム操舵能力を含む好適な光ポート２６の一例を示す。光ポート２６は、ＬＩＤＡＲ信号導波路２４からの出射光信号を受信するスプリッタ１８４を含む。スプリッタは、出射光信号を、それぞれがステアリング導波路１８６に搬送される複数の出力信号に分割する。各ステアリング導波路は、ファセット１８８で終端する。ファセットは、ファセットを通ってチップから出る出力信号が結合し、ＬＩＤＡＲ出力信号を形成するように、配置される。

【0103】

スプリッタ、及び、ステアリング導波路を、隣接するステアリング導波路のファセットにおける出力信号間に位相差がないように、構成できる。例えば、スプリッタを、スプリッタから出る際に各出力信号が同相であるように、構成でき、また、各ステアリング導波路は、同じ長さを有するようにできる。あるいは、スプリッタ、及び、ステアリング導波路を、隣接するステアリング導波路のファセットにおける出力信号の間に直線的に増加する位相差があるように、構成できる。例えば、ステアリング導波路は、ステアリング導波路番号ｊの位相が、ｆ_０＋（ｊ－ｌ）ｆ、ここで、ｊは、１からＮまでの整数であり、また、ステアリング導波路が、図５に示すように、順次、番号付けされる場合、ステアリング導波路に関連する数を表し、ｆは、位相チューナ（以下で説明する）が位相差に影響を与えない場合、隣接するステアリング導波路間の位相差であり、また、ｆ_０は、ステアリング導波路ｋ＝１のファセットにおける出力信号の位相である、となるように、構成できる。チャネルは、異なる波長を有することができるので、ｆ、及び、ｆ_０の値を、それぞれ、チャネルの１つに関連付けることができる。いくつかの例では、ステアリング導波路が直線的に増加する長さの差を有するように、ステアリング導波路を、構成することによって、この位相差を達成する。例えば、ステアリング導波路ｊの長さを、ｌ_０＋（ｋ－ｌ）Δｌ、ここで、ｋは、１からＫまでの整数であり、また、ステアリング導波路が、図７に示すように、順次、番号付けされる場合、ステアリング導波路に関連する数を表し、Δｌは、隣接するステアリング導波路間の長さの差であり、また、Ｌ_０は、ステアリング導波路ｋ＝１の長さである、によって、表すことができる。Δｌは、出力信号に含まれる異なるチャネルの波長の異なるパーセントであるので、異なるＬＩＤＡＲ出力信号の各々は、異なる方向（θ）に、ＬＩＤＡＲチップから離れるように、移動する。ステアリング導波路が同じ長さである場合、Δｌの値はゼロであり、また、ｆの値はゼロである。好適なΔｌは、 ０、又は、５μｍより大きく、及び／又は、１０、又は、１５μｍより小さいΔｌを含むが、これらに限定されない。好適なｆは、０π、又は、７πより大きく、及び／又は、１５π、又は２０π、より小さいｆを含むが、これらに限定されない。好適なＮは、１０、又は、５００より大きく、及び／又は、１０００、又は、２０００より小さいＮを含むが、これらに限定されない。適切なスプリッタは、スターカプラ、カスケード接続されたＹジャンクション、及び、カスケード接続された１×２ＭＭＩカプラを含むが、これらに限定されない。

【0104】

位相チューナ１９０を、ステアリング導波路の少なくとも一部に沿って、配置できる。位相チューナは、第１、及び、最後のステアリング導波路に沿って配置されて示されているが、これらの位相チューナは任意である。例えば、チップは、ステアリング導波路ｊ＝１の位相チューナを必ずしも含む必要はない。

【0105】

電子回路を、位相チューナを操作し、隣接するステアリング導波路のファセットにおける出力信号間に位相差を生成するように、構成できる。電子回路は、位相チューナを操作し、位相差が、ステアリング導波路を横切って直線的に増加するようにできる。例えば、電子回路は、ステアリング導波路番号ｋのチューナ誘導位相が（ｋ－１）α、ここで、ｋは、１からＮまでの整数であり、また、図７に示すように、ステアリング導波路が、順次、番号蹴られている場合、ステアリング導波路に関連する数を表し、αは、隣接するステアリング導波路間のチューナ誘導位相差である、であるように、位相チューナを操作できる。したがって、ステアリング導波路番号ｋの位相は、ｆ_０＋（ｋ－ｌ）ｆ＋（ｋ－ｌ）αである。図５は、例示を簡単にするために、４つのステアリング導波路のみを有するチップを示しているが、チップは、より多くのステアリング導波路を含むことができる。例えば、チップは、４つより多いステアリング導波路、１００より多いステアリング導波路、又は、１０００より多くのステアリング導波路、及び／又は、１００００より少ないステアリング導波路を含むことができる。

【0106】

位相チューナを操作し、位相差αの値を調整するように、電子回路を、構成できる。位相差αの値を調整することによって、ＬＩＤＡＲ出力信号がチップから離れて移動する方向（θ）が、変化する。したがって、電子回路は、位相差αを変化させることによって、ＬＩＤＡＲ出力信号を走査できる。ＬＩＤＡＲ出力信号を走査できる角度の範囲は、Φ_Ｒであり、また、いくつかの例では、α＝０の場合にＬＩＤＡＲ出力信号の方向に測定される、Φ＝０°で、Φ_Ｖから－Φ_Ｖまで広がる。Δｌの値がゼロでない場合、長さの差は、異なる波長の光が異なる方向（θ）にチップから離れるように移動するような回折を引き起こす。したがって、出射光信号がチップから離れて移動するときに、出射光信号のある程度の広がりが存在することがある。さらに、回折のレベルを変化させることによって、α＝０°の場合、出射光信号がチップから離れるように移動する角度が、変化する。しかしながら、長さの差(Δｌ≠０)を有するステアリング導波路を提供することによって、チップ上のステアリング導波路のレイアウトを単純化できる。

【0107】

図７に沿って構成される光ポート２６の構造、及び、操作についての追加の詳細を、その全体が本明細書に組み込まれる、米国仮特許出願番号６２／６８０７８７、２０１８年６月５日出願、に見出すことができる。

【0108】

上記ＬＩＤＡＲシステムは、単一のチップ上に集積できる。上記ＬＩＤＡＲシステムを含むチップには、様々なプラットフォームを用いることができる。好適なプラットフォームは、シリコン・オン・インシュレータ・ウエハを含むが、これらに限定されない。上記の１つ以上の構成要素は、チップと一体化でき、又は、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、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。導波路は、チップと一体化でき、また、利得要素は、チップから分離されるが、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る構成要素にできる。或いは、上記ＬＩＤＡＲシステムは、別個の構成要素で構成できる。例えば、導波路の全部、又は、一部は、ファイバ光スイッチを含む別個の構成要素を接続する光ファイバであってもよい。或いは、ＬＩＤＡＲシステムの１つ以上の部分を、チップ上に集積する一方、他の部分は別個の構成要素としてもよい。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いし、又は、光ファイバを含んでもよい。

【0109】

ＬＩＤＡＲシステムで用いるための好適な種々の光スイッチを、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平面デバイス光学プラットフォーム上に構築できる。シリコン・オン・インシュレータ・プラットフォームに統合するために適切な光スイッチの例は、マッハ・ツェンダー干渉計を含むが、これらに限定されない。図８は、マッハ・ツェンダー干渉計の概略図である。スイッチは、比較信号導波路２８と基準信号導波路３６とを接続する第１のスイッチ導波路２００を含む。第２のスイッチ導波路２０２は、ユーティリティ導波路１２とＬＩＤＡＲ信号導波路２４とを接続する。第１のスイッチ導波路２００、及び、第２のスイッチ導波路２０２は、第１の光カプラ２０４に、及び、第２の光カプラ２０６に含まれる。移相器２０８は、第１の光カプラ２０４と第２の光カプラ２０６との間の第１のスイッチ導波路２００、又は、第２のスイッチ導波路２００に沿って配置される。好適な移送器は、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、熱ヒータを含むが、これらに限定されない。電子回路は、移送器を操作し、パス・モードとスイッチ・モードとの間のスイッチを変更できる。

【0110】

光スイッチは、上記に、出射光信号がＬＩＤＡＲ信号導波路２４に方向付けられ、また、入射光信号がパス・モードでユーティリティ導波路１２に方向付けられ、及び、出射光信号が基準信号導波路３６に方向付けられ、また、入射光信号がスイッチ・モードで比較信号導波路２８に方向付けられるように構成されると開示されている。しかしながら、導波路は、出射光信号がＬＩＤＡＲ信号導波路２４に方向付けられ、また、入射光信号がスイッチ・モードでユーティリティ導波路１２に方向付けられ、及び、出射光信号が基準信号導波路３６に方向付けられ、また、入射光信号がパス・モードで比較信号導波路２８に方向付けられるように、任意に、配置されても良い。これらの例では、ＬＩＤＡＲシステムを上述したように操作できるが、スイッチ・モードとパス・モードとを切り替えて、上述の同じ結果を達成できる。結果として、パス・モード、及び、スイッチ・モードという用語は、特定の動作モードを参照するために必要であるが、代わりに、第１のモード、及び、第２のモードのようなスイッチ操作の異なるモードを参照してもよい。

【0111】

本発明の他の実施形態、組合せ、及び、修正は、これらの教示を考慮して、当業者に容易に想到されるであろう。したがって、本発明は、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り、この特許請求の範囲は、上記の明細書、及び、関連する図面と合わせて見た場合の実施形態、及び、修正の全てを含む。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7】

【図8】