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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-04-10
(54)【発明の名称】ＬＩＤＡＲシステム制御アセンブリのサイズ縮小
(51)【国際特許分類】
G01S 17/34 20200101AFI20240403BHJP
【ＦＩ】
G01S17/34
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023560962
(86)(22)【出願日】2022-04-25
(85)【翻訳文提出日】2023-10-03
(86)【国際出願番号】 US2022026233
(87)【国際公開番号】W WO2022232074
(87)【国際公開日】2022-11-03
(31)【優先権主張番号】17/244,869
(32)【優先日】2021-04-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【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】チェン、チェン
(72)【発明者】
【氏名】ルフィ、ブラッドレー ジョナサン
【テーマコード（参考）】
5J084
【Ｆターム（参考）】
5J084AA05
5J084AA07
5J084AD01
5J084BA21
5J084BA36
5J084BB14
5J084BB34
5J084CA04
5J084CA08
5J084CA48
5J084CA49
5J084EA31
(57)【要約】
ＬＩＤＡＲシステムは、１つ以上の光分割器及び複数の光学結合器を備えている。ＬＩＤＡＲシステムは、光信号が通過する複数の光経路も備えている。該光経路は、それぞれが前記１つ以上の分割器の１つから前記光学結合器の１つまで延伸する遅延経路を含む。該光経路は、それぞれが前記分割器の１つから前記光学結合器の１つまで延伸する促進経路を含む。各光学結合器は、該光学結合器に延伸する前記遅延経路のうちの１つと前記促進経路のうちの１つを備えている。前記遅延経路及び促進経路は、各光学結合器への遅延経路が同じ光学結合器への促進経路よりも長くなるように構成される。各遅延経路は、共通部分及び分離部分を備えている。各遅延経路の共通部分は、遅延経路によって共有される。対照的に、遅延経路の分離部分は、他の遅延経路とは共有されない。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
1つ以上の光分割器と複数の光学結合器を含む、ＬＩＤＡＲシステムであって、該ＬＩＤＡＲシステムは、光信号が通過できる複数の光経路を有し、該光経路は、それぞれが前記１つ以上の分割器の１つから前記光学結合器の１つまで延伸する複数の遅延経路を含み；また、
該光経路は、それぞれが前記１つ以上の分割器の１つから前記光学結合器の１つまで延伸する促進経路を含み、
各光学結合器は、該光学結合器に延伸する前記遅延経路のうちの１つと前記促進経路のうちの１つを有し、
前記遅延経路と前記促進経路は、各光学結合器への遅延経路が同じ光学結合器への促進経路よりも長くなるように構成され、また
各遅延経路は、共通部分と分離部分を有し、前記遅延経路の共通部分は、各遅延経路によって共有され、各遅延経路の分離部分は、他の遅延経路から分離される、
ＬＩＤＡＲシステム。
【請求項2】
前記共通部分が、螺旋形導波路を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記遅延導波路のそれぞれが、複数の分離部分を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記共通部分を通過する光信号が、複数のチャネルを搬送し、前記分離部分を通過する光信号が、単一のチャネルを搬送する、請求項１に記載のシステム。
【請求項5】
前記遅延経路のそれぞれが、前記１つ以上の分割器のうちの同じ１つから延伸する、請求項１に記載のシステム。
【請求項6】
前記促進経路のそれぞれが、異なる分割器から延伸する、請求項１に記載のシステム。
【請求項7】
前記促進経路のそれぞれが、同じ分割器から延伸する、請求項１に記載のシステム。
【請求項8】
前記遅延経路のそれぞれ及び前記促進経路のそれぞれが、前記１つ以上の分割器のうちの同じ１つから延伸する、請求項１に記載のシステム。
【請求項9】
前記１つ以上の分割器のそれぞれが、波長依存型分割器である、請求項１に記載のシステム。
【請求項10】
前記遅延経路及び前記促進経路は、同じ光学結合器に延伸する前記遅延経路及び前記促進経路が、前記１つ以上の分割器のうちの同じ１つから延伸するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項11】
前記ＬＩＤＡＲシステムが、該ＬＩＤＡＲシステムから離れて進行し、該ＬＩＤＡＲシステムの外部に位置する物体によって反射されることができるシステム出力信号を出力するように構成され；また、電子機器は、前記システム出力信号のそれぞれの周波数を制御するように構成され、該電子機器は、電気的プロセス変数信号を用いて前記周波数を制御し、該プロセス変数信号は、同相成分及び直交成分を含み、該プロセス変数は、前記遅延経路の１つと前記促進経路の１つから受信される光信号から生成される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項12】
前記遅延経路及び前記促進経路が、ＬＩＤＡＲチップ上の光集積回路に含まれる、請求項１に記載のシステム。
【請求項13】
前記ＬＩＤＡＲチップが、シリコン・オン・インシュレーター プラットフォームを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項14】
光分割器及び光学結合器を含む、ＬＩＤＡＲシステムであって、該ＬＩＤＡＲシステムは、光信号が通過できる複数の光経路を有し、該光経路は、それぞれが前記分割器から前記光学結合器まで延伸する遅延経路を含み；また、
該光経路は、それぞれが前記分割器から前記光学結合器まで延伸する促進経路を含み、
前記遅延経路と前記促進経路は、遅延経路が促進経路よりも長くなるように構成され、また
前記遅延経路は、該遅延経路に沿って第１方向に進行する遅延経路光信号を受信して、該遅延経路光信号を、前記第１方向とは逆の第２方向に進行する遅延経路に帰還させるように構成された帰還要素を有する、
ＬＩＤＡＲシステム。
【請求項15】
前記帰還要素が、ミラーである、請求項１４に記載のシステム。
【請求項16】
前記遅延経路が、螺旋形導波路を含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項17】
前記ＬＩＤＡＲシステムが、該ＬＩＤＡＲシステムから離れて進行し、該ＬＩＤＡＲシステムの外部に位置する物体によって反射されることができるシステム出力信号を出力するように構成され；また、電子機器は、前記システム出力信号の周波数を制御するように構成され、該電子機器は、電気的プロセス変数信号を用いて前記周波数を制御し、該プロセス変数信号は、同相成分及び直交成分を含み、該プロセス変数は、前記遅延経路と前記促進経路から受信される光信号から生成される、
請求項１４に記載のシステム。
【請求項18】
前記遅延経路及び前記促進経路が、ＬＩＤＡＲチップ上の光集積回路に含まれる、請求項１４に記載のシステム。
【請求項19】
前記分割器が、波長依存型分割器である、請求項１６に記載のシステム。【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【0001】
本出願は、２０２１年４月２９日に出願された「ＬＩＤＡＲシステム制御アセンブリのサイズ縮小」と題された米国特許出願第１７／２４４，８６９号の継続であり、その全体が組み込まれる。
【分野】
【0002】
本発明は、光学装置、特にＬＩＤＡＲアセンブリに関する。
【背景】
【0003】
ＡＤＡＳ(先進運転支援システム)やＡＲ(拡張現実)等の応用に利用できるＬＩＤＡＲシステムに対する商業的な需要が高まっている。ＬＩＤＡＲ(光検出及び測距)システムは通常、ＬＩＤＡＲシステムの外側にある物体によって反射されるシステム出力信号を出力する。反射された光信号の少なくとも一部は、ＬＩＤＡＲシステムに帰還する。ＬＩＤＡＲシステムは、受信される光信号を、光信号を電気信号に変換する光センサーに誘導する。電子機器は、光センサーの出力を用いて、物体とＬＩＤＡＲシステムの間の視線速度及び／または距離を示すＬＩＤＡＲデータを定量することができる。
【0004】
多くのＬＩＤＡシステムは、ＬＩＤＡＲデータの正確な測定を可能にするために、システム出力信号の周波数を対時間で、線形にまたは他の明確に定義された波形に調整する。このような場合、ＬＩＤＡＲシステムは、システム出力信号の周波数を監視し、監視された周波数に応じて周波数を調整して、所望の波形形状を実現することができる。システム出力信号の周波数を監視するために使用されるシステムでは、望ましい結果を達成するために望ましくないほど長い１つ以上の導波路が必要となり得る。この導波路の長さのため、これらのシステムは、ＬＩＤＡＲチップ上の利用可能なスペースの大部分を占めることがよくある。その結果、ＬＩＤＡＲシステム出力信号の周波数を監視するための改良されたシステムが必要とされている。
【概要】
【0005】
ＬＩＤＡＲシステムは、１つ以上の光分割器及び複数の光学結合器を備えている。ＬＩＤＡＲシステムは、光信号が通過する複数の光経路も備えている。該光経路は、それぞれが前記１つ以上の分割器の１つから前記光学結合器の１つまで延伸する遅延経路を含む。該光経路は、それぞれが前記分割器の１つから前記光学結合器の１つまで延伸する促進経路も含む。各光学結合器は、該光学結合器に延伸する前記遅延経路のうちの１つと前記促進経路のうちの１つを備えている。前記遅延経路及び促進経路は、各光学結合器への遅延経路が同じ光学結合器への促進経路よりも長くなるように構成される。各遅延経路は、共通部分及び分離部分を備えている。各遅延経路の共通部分は、遅延経路によって共有される。対照的に、遅延経路の分離部分は、他の遅延経路とは共有されない。
【0006】
ＬＩＤＡＲシステムの別の実施形態は、光分割器及び光学結合器を備えている。該ＬＩＤＡＲシステムは、ＬＩＤＡＲシステムの動作中に光信号が通過する複数の光経路も備えている。該光経路は、前記分割器から前記光学結合器まで延伸する遅延経路を含む。該光経路は、前記分割器から前記光学結合器まで延伸する促進経路も含む。該遅延経路及び促進経路は、遅延経路が促進経路よりも長くなるように構成される。前記遅延経路は、該遅延経路に沿って第１方向に進行する遅延経路光信号を受信して、該遅延経路光信号を、第１方向とは逆の第２方向に進行する遅延経路に帰還させるように構成された帰還要素を備えている。いくつかの場合では、遅延経路は、螺旋形導波路を含む。
【図面の簡単な説明】
【0007】
図１Ａは、ＬＩＤＡＲチップの上面図である。
【0008】
図１Ｂは、複数のレーザー源を含む光源を示す。
【0009】
図２は、ＬＩＤＡＲチップの上面図である。
【0010】
図３は、ＬＩＤＡＲチップの上面図である。
【0011】
図４は、ＬＩＤＡＲチップの上面図である。
【0012】
図５は、ＬＩＤＡＲチップと光通信するＬＩＤＡＲアダプターの上面図である。
【0013】
【0014】
図７Ａは、ＬＩＤＡＲシステムに適用した処理要素の例を示す。
【0015】
【0016】
図７Ｃは、システム出力信号の、三角周波数同調を有する周波数対時間のグラフである。
【0017】
図７Ｄは、ＬＩＤＡＲシステムに適用した処理要素の別の例を示す。
【0018】
【0019】
図８Ａ及び図８Ｂは、図１Ａから図４に関連して開示された制御要素の全体または一部に適用した制御要素の例を示す。図８Ａは、ＬＩＤＡＲチップ上に配置できる光学構成要素と光センサーの間のインターフェースを示す。
【0020】
図８Ｂは、ＬＩＤＡＲチップに含められる電子機器と光センサーとの間の関係の概略図である。
【0021】
図８Ｃは、システム出力信号の周波数と同じ時間軸上の信号の同相成分及び直交成分の振幅を示すグラフである。
【0022】
図８Ｄは、ＬＩＤＡＲシステムの電子機器に適用したプロセス変数識別要素の一例を示す。
【0023】
図８Ｅは、ＬＩＤＡＲシステムの電子機器に適用したプロセス変数識別要素の別の例を示す。
【0024】
図９は、螺旋形導波路を含む導波路の一部の上面図である。
【0025】
図１０Ａは、シリコン・オン・インシュレーター プラットフォーム上に導波路を含むＬＩＤＡＲチップの一部の断面図である。
【0026】
図１０Ｂから図１０Ｄは、シリコン・オン・インシュレーター プラットフォーム上に構築され、図２及び図４に従って構築されたＬＩＤＡＲチップ上に適用した帰還装置の一例を示す。図１０Ｂは、帰還装置を備えているＬＩＤＡＲチップの一部の上面図である。
【0027】
【0028】
【説明】
【0029】
ＬＩＤＡＲシステムは、それぞれが異なるチャネルを搬送する複数の異なるシステム出力信号を出力するように構成される。ＬＩＤＡＲシステムは、システム出力信号の少なくとも１つの周波数対時間のパターンを制御するようにそれぞれ構成された複数の制御機構を有する。
【0030】
ＬＩＤＡＲシステムは、１つ以上の光分割器、複数の光学結合器、及び光信号が通過する複数の光路も含む。光経路は、それぞれが１つ以上の分割器の１つから光学結合器の１つまで延伸する遅延経路を含む。光経路は、それぞれが分割器の１つから光学結合器の１つまで延伸する促進経路も含む。遅延経路の１つと促進経路の１つは、各光学結合器まで延伸する。
【0031】
ＬＩＤＡＲシステムの動作中、遅延経路信号は、遅延経路を通過し、促進経路信号は、促進経路を通過することができる。異なる遅延経路信号は、チャネルの異なる１つをそれぞれ搬送することができる。異なる促進経路信号は、チャネルの異なる１つをそれぞれ搬送することができる。遅延経路及び促進経路は、光学結合器が同じチャネルを搬送する遅延経路信号及び促進経路信号をそれぞれ受信するように構成することができる。
【0032】
各光学結合器への遅延経路は、同じ光学結合器への促進経路よりも長い。遅延経路の長さの増加は、遅延経路信号が各光学結合器で受信される時間と促進経路信号が該光学結合器で受信される時間との間に遅延を生じさせるのに十分である。
【0033】
各遅延経路は、共通部分及び分離部分を有する。各遅延経路の共通部分は、複数の遅延経路によって共有される。その結果、遅延経路信号を遅延経路の共通部分で結合することができる。対照的に、遅延経路の分離部分は、他の遅延経路とは共有されない。
【0034】
遅延経路の共通部分は、遅延経路と促進経路との間の長さの差の一次情報となり得る。その結果、遅延経路の共通部分が、各光学結合器で受信される遅延経路信号と促進経路信号との間の所望の遅延の一次情報となり得る。遅延経路信号は、遅延経路の共通部分で結合できるので、遅延経路の共通部分は、遅延経路信号のそれぞれに所望の遅延を提供することができる。その結果、それぞれが異なるチャネルを搬送する複数の信号に共通の経路は、各信号に所望の遅延を提供することができる。共通の経路を使用して複数の異なる信号にこの遅延を提供できるため、遅延経路がＬＩＤＡＲシステムにおいて所望の遅延を作るために必要とするスペースの量が削減される。
【0035】
１つ以上の光学結合器をそれぞれ、各制御機構に含めることができる。制御機構は、光学結合器における遅延経路信号と促進経路信号との間の遅延を利用して、システム出力信号の少なくとも１つの周波数対時間のパターンを制御することができる。遅延経路に必要なスペースが削減されると、制御機構に必要なスペースも削減される。各制御機構によって制御されるシステム出力信号は、異なるチャネルを搬送できるので、異なるチャネルのそれぞれに関連付けられた制御機構の所要サイズが削減されることにより、追加のシステム出力信号を制御するために必要な制御機構の所要スペースを非現実的に増加させることなく、ＬＩＤＡＲシステムから出力されるシステム出力信号の数を増やすことが可能になる。
【0036】
ＬＩＤＡＲシステムは、システム出力信号のプロセス変数を制御するように構成された制御機構を含む。いくつかの場合では、該制御機構は、フィードバック制御ループ等の制御ループである。システム出力信号は、ＬＩＤＡＲシステムによって出力され、ＬＩＤＡＲシステムの外部にある物体によって反射された後にＬＩＤＡＲシステムに帰還する光信号である。ＬＩＤＡＲシステムは、その反射光を使用して、物体のＬＩＤＡＲデータを生成することができる。制御機構によって制御できるプロセス変数の例には、システム出力信号の周波数及び/または位相が含まれる。
【0037】
制御機構は、プロセス変数の値を示すデータを搬送する制御信号を生成する。制御信号は、同相成分と直交成分を含むプロセス変数信号から生成される。プロセス変数信号は、異なる周波数の信号からの寄与の結果として拍動している。直交成分の使用により、プロセス変数信号が同相成分のみを含む場合に生じる制御信号の周波数に比べて、制御信号の周波数を増加させることができる。制御信号の周波数を増加させることで、プロセス変数の値を測定するために必要なプロセス変数信号の拍動周波数を減少させる。従来のシステムでは、マッハツェンダー干渉計における導波路の１つの長さを長くすることで拍動周波数を高めていた。直角成分は、必要な拍動周波数を低減させるため、マッハツェンダー干渉計における導波路の１つに必要な長さも短縮させる。従って、直交成分は、制御機構に占有されるＬＩＤＡＲチップ上のスペースの量を削減することができる。
【0038】
図１Ａは、光集積回路を含むＬＩＤＡＲチップの上面図である。該光回路は、出射ＬＩＤＡＲ信号を出力する光源１０を含むことができる。該出射ＬＩＤＡＲ信号は、それぞれ異なる波長の１つ以上の異なるチャネルを含む。チャネルの波長は、あるチャネルから次のチャネルへの波長の増加（チャネル間隔）が一定または実質的に一定であるという点で、周期的に間隔をあけることができる。いくつかの場合では、該チャネル間隔は、一定であり、かつ０．５ｎｍ、１ｎｍ、３ｎｍ、または５ｎｍより大きく、かつ／または１０ｎｍ、１５ｎｍ、または２０ｎｍより小さい。いくつかの場合では、チャネル数Ｎは、２、４、または８より多く、かつ/または１６、３２、または６４より少ない。周期的に間隔をあけた波長を有する複数のチャネルを生成するための適切な光源１０には、限定するものではないが、コムレーザー、１つ以上の単一波長レーザー、及び／または出射ＬＩＤＡＲ信号に多重化された出力を有する１つ以上の複数波長レーザーが含まれる。
【0039】
ＬＩＤＡＲチップは、光源１０から出射ＬＩＤＡＲ信号を受信するユーティリティ導波路１２も含む。ユーティリティ導波路１２は、ファセット１４で終端し、出射ＬＩＤＡＲ信号をファセット１４に搬送する。ファセット１４は、ファセット１４を通過する出射ＬＩＤＡＲ信号がチップから出射してＬＩＤＡＲ出力信号として機能するように配置することができる。例えば、ファセット１４をチップの端に配置して、これにより、ファセット１４を通過する出射ＬＩＤＡＲ信号がチップから出射してＬＩＤＡＲ出力信号として機能する。
【0040】
ＬＩＤＡＲ出力信号は、チップから離れて移動し、ＬＩＤＡＲ出力信号の経路上の物体によって反射され得る。反射された信号は、該物体から離れて移動する。ＬＩＤＡＲ出力信号が反射されると、反射された信号からの光の少なくとも一部が、ＬＩＤＡＲ入力信号としてＬＩＤＡＲチップ上の入力導波路１６に帰還される。入力導波路１６は、ＬＩＤＡＲ入力信号が入力導波路１６に入射できるファセット１８を含む。入力導波路１６に入射するＬＩＤＡＲ入力信号の部分は、入射ＬＩＤＡＲ信号とみなすことができる。入力導波路１６は、入射ＬＩＤＡＲ信号を比較分波器３０に搬送する。入射ＬＩＤＡＲ信号が複数のチャネルを含む場合、比較分波器３０は、入射ＬＩＤＡＲ信号を、それぞれが異なるチャネルを搬送する異なる比較信号に分割する。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。比較導波路３２はそれぞれ、比較信号のうちの１つを異なる処理要素３４に搬送する。
【0041】
ＬＩＤＡＲチップは、出射ＬＩＤＡＲ信号の一部をユーティリティ導波路１２から参照導波路３７上に参照信号として移動させる分割器３６を含む。適切な分割器３６には、光学結合器、ｙ接合、及びＭＭＩが含まれるが、これらに限定されない。
【0042】
参照導波路３７は、参照光信号を参照分波器３８に搬送する。参照光信号が複数のチャネルを含む場合、参照分波器３８は、参照光信号を、それぞれが異なる波長を有する異なる参照信号に分割する。参照分波器３８は、異なる参照導波路４０上に参照信号を出力する。参照導波路４０はそれぞれ、参照信号のうちの１つを処理要素３４のうちの異なるものに搬送する。
【0043】
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じ処理要素３４で受信されるように構成される。例えば、比較導波路３２及び参照導波路４０は、同じ波長及び／または同じチャネルを搬送する比較信号及び参照信号が同じ処理要素３４で受信されるように構成される。
【0044】
以下により詳細に説明するように、処理要素３４はそれぞれ、比較信号を対応する参照信号と結合させて、視野上のサンプル領域のＬＩＤＡＲデータを搬送する複合信号を形成する。従って、複合信号は、サンプル領域のＬＩＤＡＲデータ（ＬＩＤＡＲシステムとＬＩＤＡＲシステムの外部の物体との間の視線速度及び／または距離）を抽出するように処理されることができる。
【0045】
ＬＩＤＡＲチップは、光源１０の動作及び／またはシステム出力信号の１つ以上の特徴を制御するための制御アセンブリを含むことができる。制御アセンブリは、出射ＬＩＤＡＲ信号の一部をユーティリティ導波路１２から制御導波路５２に移動させる分割器５０を含む。出射ＬＩＤＡＲ信号の結合された部分は、タップ信号として機能する。分割器５０は、方向性結合器、光学結合器、ｙ接合、テーパ結合器、及びマルチモード干渉（ＭＭＩ）装置等の波長非依存型分割器とすることができる。
【0046】
制御導波路５２は、タップ信号を、遅延経路信号と促進経路信号との間の遅延の一次情報となり得る差動遅延機構５４に搬送する。該遅延機構５４は、前記タップ信号を受信し、該タップ信号を遅延信号と促進信号に分割する分割器６０を含む。分割器６０は、波長非依存型分割器とすることができる。例えば、第２分割器６０は、遅延信号及び促進信号が同じまたは実質的に同じ波長の選択を搬送するように構成することができる。従って、遅延信号と促進信号はそれぞれ複数のチャネルを搬送することができる。いくつかの場合では、遅延信号と促進信号がそれぞれのチャネルを搬送する。適切な第２分割器６８には、方向性結合器、光学結合器、ｙ接合、テーパ結合器、及びマルチモード干渉（ＭＭＩ）装置が含まれるが、これらに限定されない。
【0047】
遅延導波路６２は、遅延信号を第１分割器６４に搬送する。促進導波路６６は、促進信号を第２分割器６８に搬送する。遅延導波路６２は、促進導波路６６の長さを超えて遅延導波路の長さを増加させるために使用できる遅延セクション７０を含むことができる。例えば、図１Ａに示される遅延セクション７０は、遅延導波路６２の螺旋形配置を表すことができる。遅延導波路６２の長さが長いと、遅延信号と促進信号との間に遅延が生じる。
【0048】
第１分割器６４は、遅延信号を、それぞれが異なる遅延チャネル導波路７２上で搬送される遅延チャネル信号に分割する。第１分割器６４は、波長依存型分割器とすることができる。例えば、第１分割器６４は、遅延チャネル信号のそれぞれが異なる波長の選択を搬送するように構成することができる。一例として、第１分割器６４は、遅延チャネル信号のそれぞれが異なるチャネルを搬送するように構成することができる。遅延チャネル導波路７２のそれぞれは、遅延チャネル信号のうちの１つを異なる制御要素７４に搬送する。その結果、制御要素７４のそれぞれは、異なるチャネルを搬送する遅延チャネル信号を受信する。従って、制御要素７４のそれぞれを異なるチャネルに関連付けることができる。適切な第１分割器６４には、アレイ導波路格子、エシェル格子、及びリング共振器ベースの装置等の分波器が含まれるが、これらに限定されない。
【0049】
第２分割器６８は、促進信号を、それぞれ異なる促進サブ導波路７６上で搬送される促進サブ信号に分割する。第２分割器６８は、波長依存型分割器とすることができる。例えば、第２分割器６８は、促進サブ信号のそれぞれが同じまたは実質的に同じ波長の選択を搬送するように構成することができる。従って、促進サブ信号のそれぞれは、複数のチャネルを搬送することができる。いくつかの場合では、促進サブ信号のそれぞれが、各チャネルを搬送する。促進サブ導波路７６のそれぞれは、促進サブ信号のうちの１つを制御要素７４の異なるものに搬送する。その結果、制御要素７４のそれぞれは、その制御要素７４に関連付けられたチャネルを搬送し、１つ以上の他のチャネルも搬送する促進サブ信号を受信することができる。従って、制御要素７４のそれぞれは、同じチャネルを搬送する促進サブ信号及び遅延チャネル信号を受信することができる。適切な第２分割器６８には、方向性結合器、光学結合器、ｙ接合、テーパ結合器、及びマルチモード干渉（ＭＭＩ）装置が含まれるが、これらに限定されない。
【0050】
いくつかの例では、第２分割器６８は、波長依存型分割器である。第２分割器６８として機能する波長依存型分割器は、促進サブ信号がそれぞれ異なるチャネルを搬送するように構成することができる。また、促進サブ導波路７６は、各制御要素７４によって受信される促進サブ信号が、その制御要素７４に関連付けられたチャネルを搬送するように構成することができる。その結果、各制御要素７４は、制御要素７４によって受信される遅延チャネル信号と同じチャネルを搬送する促進サブ信号を受信することができる。
【0051】
上記の説明から明らかなように、タップ信号からの光は、いくつかの異なる遅延経路のうちの１つを分割器６０から制御要素７４の１つの結合器まで通過する。遅延経路のそれぞれは、主に、遅延導波路６２、第１分割器６４、及び遅延チャネル導波路７２の１つによって定義される。各遅延経路には、遅延信号と遅延チャネル信号の１つとの結合である遅延経路信号が通過する。タップ信号からの光もまた、いくつかの異なる促進経路のうちの１つを分割器６０から制御要素７４まで通過する。促進経路はそれぞれ、主に、促進サブ導波路７６、第２分割器６８、及び促進サブ導波路７６のうちの１つによって定義される。各促進経路には、促進信号と促進サブ信号の１つとの結合である促進経路信号が通過する。
【0052】
各遅延経路は、共通部分及び分離部分を有する。各遅延経路の共通部分は、複数の遅延経路によって共有される。対照的に、遅延経路の分離部分は、他の遅延経路とは共有されない。共通部分を通過する光信号は、複数の異なるチャネルを搬送することができる。分離部分を通過する光信号は、それぞれ異なるチャネルを搬送することができる。例えば、遅延導波路６２は、各遅延経路に共通であり、共通部分として機能する。対照的に、遅延チャネル導波路７２は、他の遅延チャネル導波路７２からそれぞれ分離され、分離部分として機能する。
【0053】
各促進経路は、共通部分及び分離部分を有する。各促進経路の共通部分は、複数の促進経路によって共有される。対照的に、促進経路の分離部分は、他の促進経路とは共有されない。共通部分を通過する光信号は、複数の異なるチャネルを搬送することができる。分離部分を通過する光信号は、それぞれ異なるチャネルを搬送することができる。例えば、促進導波路６６は、各遅延経路に共通であり、共通部分として機能する。対照的に、促進サブ導波路７６は、他の促進サブ導波路７６からそれぞれ分離され、分離部分として機能することができる。
【0054】
促進経路及び遅延経路は、各制御要素７４が同じチャネル（共通チャネル）を搬送する遅延経路信号及び促進経路信号を受信するように構成される。促進経路及び遅延経路は、異なる制御要素７４のそれぞれが、異なる共通チャネルを搬送する遅延経路信号及び促進経路信号を受信するように構成することができる。また、遅延経路及び促進経路は、制御要素７４のそれぞれで受信される遅延経路信号及び／または促進経路信号がチャネルのうちの１つだけを搬送するか、または本質的にチャネルのうちの１つだけを搬送するように構成することができる。
【0055】
遅延経路と促進経路を定義する構成要素は、同じ制御要素７４に到着する促進経路信号と遅延経路信号が、制御要素７４への遅延経路信号の到着が、該制御要素７４への促進経路信号の到着と比較して遅延されるように構成される。
【0056】
遅延経路信号と促進経路信号にはタップ信号の異なる部分が含まれるため、各制御要素７４は、タップ信号の遅延セクション分を受信されるップ部分に対して遅延されたタップ信号の促進部分も受信する。遅延経路及び促進経路を定義する構成要素は、制御要素７４に到着するタップ部分と促進部分との間に遅延を提供するように構成することができる。例えば、遅延経路を定義する導波路と促進経路を定義する導波路は、各制御要素８４で所望の遅延を提供する長さだけ遅延経路が促進経路よりも長くなるように構成することができる。遅延セクション７０の長さは、同じ制御要素７４につながる遅延経路と促進経路との間の長さの差の一次情報となり得る。図１Ａから明らかなように、異なるチャネルを搬送する遅延信号は、同じ遅延セクション７０を通過する。その結果、同じ遅延セクション７０が、各遅延経路及び各チャネルに共通である。
【0057】
光源１０は、ＬＩＤＡＲチップの上に配置されているように示されているが、光源１０の全部または一部がＬＩＤＡＲチップから離れて配置されてもよい。図１Ｂは、複数のレーザー源６８を含む光源１０の一例を示している。図１Ｂの光源は、ＬＩＤＡＲチップから離れて配置することも、ＬＩＤＡＲチップの上に配置することも、またはＬＩＤＡＲチップの上に統合することもできる。いくつかの場合では、レーザー源６８のそれぞれは、光源導波路７０上にチャネル信号を出力する。各チャネル信号は1つ以上のチャネルを搬送することができる。光源導波路７０のそれぞれは、チャネル信号をレーザー合波器７２に搬送する。該レーザー合波器７２は、チャネル信号を結合して、チャネル導波路またはユーティリティ導波路１２上で受信される光信号を形成する。適切なレーザー合波器７２には、アレイ導波路格子（ＡＷＧ）合波器、エシェル格子合波器、及びスターカプラが含まれるが、これらに限定されない。電子機器は、レーザー源６８が各チャネルを同時に出力するように、レーザー源６８を動作させることができる。電子機器は、レーザー源６８が各チャネルを同時に出力するように、レーザー源６８を動作させることができる。
【0058】
いくつかの場合では、レーザー源６８のそれぞれは、光源導波路７０上のチャネルのうちの１つを出力する。光源１０に含まれるレーザー源６８の総数は、同時にサンプル領域に誘導されるＬＩＤＡＲ出力信号の数以上とすることができる。いくつかの場合では、光源１０に含まれるレーザー源６８の総数は、同時にサンプル領域に誘導されるＬＩＤＡＲ出力信号の数に等しい。その結果、各レーザー源６８は、同時にサンプル領域に誘導される異なるＬＩＤＡＲ出力信号の発生源となり得る。
【0059】
電子機器６２は、レーザー源６８を独立して動作させることができる。例えば、電子機器は、特定の周波数対時間波形を有する特定のＬＩＤＡＲ出力信号を提供するようにレーザー源６８を動作させることができる。電子機器はレーザー源６８を独立して動作させることができ、各レーザー源６８は異なるＬＩＤＡＲ出力信号の発生源となり得るため、電子機器は、異なるＬＩＤＡＲ出力信号が異なる周波数対時間波形を有するようにレーザー源６８を動作させることができる。
【0060】
図２は、遅延セクション７０の長さを短縮するために改変された図１Ａ及び図１ＢのＬＩＤＡＲチップを示している。分割器６０は、制御導波路５２からタップ信号を受信し、該タップ信号を促進信号及び第１遅延信号に分割する。促進信号は、図１の文脈で開示したように、促進導波路６６上で受信される。適切な分割器６０には、２×２（マルチモード干渉（ＭＭＩ）結合器）及び２×２方向性結合器が含まれるが、これらに限定されない。
【0061】
第１遅延導波路８０は、分割器６０から第１遅延信号を受信する。第１遅延導波路８０は、第１遅延信号を帰還装置８２に搬送する。帰還装置８２は、第１遅延信号が帰還装置８２から第１遅延導波路８０を通って分割器６０に帰還するように、第１遅延信号を第１遅延導波路８０に帰還させるように構成される。その結果、第１遅延信号は、第１遅延導波路８０を２回通過する。例えば、第１遅延信号は、図２のＡと表記された矢印によって示されるように、第１遅延導波路８０を各方向に１回通過する。適切な帰還装置８２には、ミラー及び反射面が含まれるが、これらに限定されない。
【0062】
分割器６０は、第１遅延導波路８０から第１遅延信号を受信し、該第１遅延信号を遅延導波路６２に出力する。遅延導波路６２上で受信される第１遅延信号の部分は、遅延導波路６２上を搬送される第２遅延信号として機能する。遅延導波路６２は、第２遅延信号を第１分割器６４に搬送する。従って、タップ信号からの光は、第１分割器６４で受信される前に、分割器６０から第１遅延導波路８０を２回、遅延導波路６２を１回通過する。その結果、第１遅延信号と第２遅延信号は共に、図１Ａの文脈で開示された遅延信号として効果的に機能する。
【0063】
第１遅延導波路８０は、遅延セクション７０を含む。第１遅延導波路８０を２回通過する光は、遅延信号が分割器６０と第１分割器６４との間を通過する有効経路長を増加させる。該有効経路長の増加により、遅延信号と促進信号との間に所望の遅延を提供するために、遅延セクション７０の長さを短縮することができる。
【0064】
図２の上記の説明から明らかなように、タップ信号からの光は、分割器６０から制御要素７４の１つまで、いくつかの異なる遅延経路のうちの１つを通過する。遅延経路のそれぞれは、主に、第１遅延導波路８０、分割器６０、遅延導波路６２、第１分割器６４、及び遅延チャネル導波路７２のうちの１つによって定義される。遅延経路のそれぞれには、第１遅延信号、第２遅延信号、及び遅延チャネル信号のうちの１つの結合である遅延経路信号が通過する。タップ信号からの光もまた、分割器６０から制御要素７４まで、いくつかの異なる促進経路のうちの１つを通過する。促進経路はそれぞれ、主に、促進導波路６６、第２分割器６８、及び促進サブ導波路７６のうちの１つによって定義される。
【0065】
各遅延経路は、共通部分及び分離部分を有する。各遅延経路の共通部分は、複数の遅延経路によって共有される。対照的に、遅延経路の分離部分は、他の遅延経路とは共有されない。共通部分を通過する光信号は、複数の異なるチャネルを搬送することができる。分離部分を通過する光信号は、それぞれ異なるチャネルを搬送することができる。例えば、第１遅延導波路８０と遅延導波路６２は、各遅延経路に共通であり、共通部分として機能する。対照的に、遅延チャネル導波路７２は、他の遅延チャネル導波路７２から分離され、分離部分として機能する。
【0066】
それぞれの促進経路は、共通部分及び分離部分を有する。各促進経路の共通部分は、促進経路によって共有される。対照的に、促進経路の分離部分は、他の促進経路とは共有されない。共通部分を通過する光信号は、複数の異なるチャネルを搬送することができる。分離部分を通過する光信号は、それぞれ異なるチャネルを搬送することができる。例えば、促進導波路６６は、各遅延経路に共通であり、共通部分として機能する。対照的に、各促進サブ導波路７６は、他の促進サブ導波路７６から分離され、分離部分として機能することができる。
【0067】
各促進経路には、促進信号と促進サブ信号の１つの結合である促進経路信号が通過する。促進経路及び遅延経路は、各制御要素７４が同じチャネル（共通チャネル）を搬送する遅延経路信号及び促進経路信号を受信するように構成される。促進経路及び遅延経路は、異なる制御要素７４のそれぞれが、異なる共通チャネルを搬送する遅延経路信号及び促進経路信号を受信するように構成することができる。また、遅延経路及び促進経路は、制御要素７４のそれぞれで受信される遅延経路信号及び／または促進経路信号がチャネルのうちの１つだけを搬送するか、または本質的にチャネルのうちの１つだけを搬送するように構成することができる。
【0068】
遅延経路と促進経路を定義する構成要素は、同じ制御要素７４に到着する促進経路信号と遅延経路信号が、制御要素７４への遅延経路信号の到着が、制御要素７４への促進経路信号の到着と比較して遅延されるように構成される。
【0069】
遅延経路信号と促進経路信号はタップ信号の異なる部分を表すため、各制御要素７４は、タップ信号の遅延部分を受信されるップ部分に対して遅延されたタップ信号の促進部分も受信する。遅延経路及び促進経路を定義する構成要素は、制御要素７４に到着するタップ部分と促進部分との間に遅延を提供するように構成することができる。例えば、遅延経路を定義する導波路と促進経路を定義する導波路は、各制御要素８４で所望の遅延を提供する長さだけ遅延経路が促進経路よりも長くなるように構成することができる。遅延セクション７０の長さは、同じ制御要素７４につながる遅延経路と促進経路との間の長さの差の一次情報となり得る。図２から明らかなように、異なるチャネルを搬送する第１遅延信号は、同じ遅延セクション７０を通過する。その結果、同じ遅延セクション７０が各遅延経路に共通である。
【0070】
上述したように、いくつかの場合では、第２分割器６８は、促進サブ信号がそれぞれ異なるチャネルを搬送するように構成された波長依存型分割器とすることができる。図１Ａ及び図２は、これらの促進サブ信号が共通信号（前記促進信号）から分離されていることを示しているが、それぞれが異なるチャネルを搬送する促進サブ信号は、光源導波路７０からタップすることができる。例えば、図３は、図１Ｂに従って構築された光源１０を含むように改変された図１ＡのＬＩＤＡＲシステムを示している。光源導波路７０のそれぞれは、チャネル信号の部分を光源導波路７０から促進サブ導波路７６の１つに移動させるように構成された分割器６０を含む。促進サブ導波路７６によって受信されるチャネル信号の部分は、促進サブ信号の１つとして機能する。促進サブ信号はそれぞれ、異なるチャネルを搬送する。上述したように、促進サブ導波路７６はそれぞれ、促進サブ信号の１つを制御要素７４の１つに搬送する。促進サブ信号はタップ信号から分離されていないため、遅延導波路６２は、図３に示すように、分割器５０から遅延信号を受信することができる。例えば、遅延導波路６２は、分割器５０から出射ＬＩＤＡＲ信号の部分を受信することができる。遅延導波路６２によって受信される出射ＬＩＤＡＲ信号の部分は、遅延信号として機能することができる。適切な分割器６０には、方向性結合器、光学結合器、ｙ接合、テーパ結合器、及びマルチモード干渉（ＭＭＩ）装置等の波長非依存型分割器が含まれるが、これらに限定されない。
【0071】
同じ制御要素７４によって受信される促進サブ信号及び遅延チャネル信号はそれぞれ、同じ光源導波路７０からの光、従って同じチャネル信号からの光を含む。各チャネル信号からの光は、光源導波路７０上の分割器６０から制御要素７４の１つまで、いくつかの異なる遅延経路のうちの１つを通過する。遅延経路のそれぞれは、主に、光源導波路７０の分割器６０以降の部分、レーザー合波器７２、ユーティリティ導波路１２のレーザー合波器７２と分割器５０の間の部分、分割器５０、遅延導波路６２、第１分割器６４、及び遅延チャネル導波路７２のうちの１つによって定義される。
【0072】
各遅延経路は、共通部分及び複数の分離部分を有する。各遅延経路の共通部分は、複数の遅延経路によって共有される。対照的に、遅延経路の分離部分は、他の遅延経路とは共有されない。共通部分を通過する光信号は、複数の異なるチャネルを搬送することができる。分離部分を通過する光信号は、それぞれ異なるチャネルを搬送することができる。例えば、ユーティリティ導波路１２のレーザー合波器７２と分割器５０との間の部分及び遅延導波路６２は、各遅延経路に共通であり、共通部分として機能する。対照的に、光源導波路７０の分割器６０以降の部分及び遅延チャネル導波路７２は、他の遅延チャネル導波路７２から分離され、分離部分として機能する。
【0073】
図３のＬＩＤＡＲシステムでは、各遅延経路には、チャネル信号、出射ＬＩＤＡＲ信号、遅延信号、及び遅延チャネル信号の１つの結合である遅延経路信号が通過する。また、各チャネル信号からの光は、光源導波路７０上の分割器６０から制御要素７４の１つまで、異なる促進経路を通過する。促進経路には共通部分が含まれていない。促進経路はそれぞれ、主に、促進サブ導波路７６によって定義される。促進サブ信号のそれぞれは、促進経路の１つを通過する促進経路信号として機能する。
【0074】
促進経路及び遅延経路は、各制御要素７４が同じチャネル（共通チャネル）を搬送する遅延経路信号及び促進経路信号を受信するように構成される。促進経路及び遅延経路は、異なる制御要素７４のそれぞれが、異なる共通チャネルを搬送する遅延経路信号及び促進経路信号を受信するように構成することができる。また、遅延経路及び促進経路は、制御要素７４のそれぞれで受信される遅延経路信号及び／または促進経路信号がチャネルのうちの１つだけを搬送するか、または本質的にチャネルのうちの１つだけを搬送するように構成することができる。
【0075】
遅延経路と促進経路を定義する構成要素は、同じ制御要素７４に到着する促進経路信号と遅延経路信号が、制御要素７４への遅延経路信号の到着が、制御要素７４への促進経路信号の到着と比較して、遅延されるように構成される。
【0076】
遅延経路信号と促進経路信号には共通信号(チャネル信号)の異なる部分が含まれるため、各制御要素７４は、共通信号の遅延部分を受信し、また、タップ部分に対して遅延された共通信号の促進部分も受信する。遅延経路及び促進経路を定義する構成要素は、制御要素７４に到着するタップ部分と促進部分との間に遅延を提供するように構成することができる。例えば、遅延経路を定義する導波路及び促進経路を定義する導波路は、各制御要素８４で所望の遅延を提供する長さだけ遅延経路が促進経路よりも長くなるように構成することができる。遅延セクション７０の長さは、同じ制御要素７４につながる遅延経路と促進経路との間の長さの差の一次情報となり得る。図３から明らかなように、異なるチャネルを搬送する遅延信号は、同じ遅延セクション７０を通過する。その結果、同じ遅延セクション７０が、各遅延経路及び各チャネルに共通である。
【0077】
図３は、促進信号における光が複数のチャネルを搬送する共通信号から分離されていないが、遅延信号における光が共通信号から分離されているＬＩＤＡＲシステムを示している。しかし、該ＬＩＤＡＲシステムは、促進信号における光が共通信号から分離されず、遅延信号における光が共通信号から分離されないように構成することができる。例えば、図４は、促進信号と遅延信号における光が共通信号から分離されないように改変された図３のＬＩＤＡＲシステムを示している。光源導波路７０のそれぞれは、図２に関連して開示された分割器５０及び差動遅延機構５４を含む。その結果、各分割器５０は、チャネル信号の一部を光源導波路７０から制御導波路５２に移動させるように構成される。制御導波路５２によって受信されるチャネル信号の部分は、タップ信号として機能することができる。各チャネル信号は異なるチャネルを搬送するため、各タップ信号における光は、異なるチャネルを搬送する。
【0078】
タップ信号はそれぞれ、光学結合器７８のうちの異なる１つで受信される。光学結合器７８は、タップ信号を促進信号と第１遅延信号とに分割する。促進信号はそれぞれ、促進導波路６６上で受信される。適切な光学結合器７８には、２×２マルチモード干渉（ＭＭＩ）結合器及び２×２方向性結合器が含まれるが、これらに限定されない。
【0079】
第１遅延導波路８０のそれぞれは、分割器６０から第１遅延信号を受信する。第１遅延導波路８０は、該第１遅延信号を帰還装置８２に搬送する。帰還装置８２は、第１遅延信号を第１遅延導波路８０に帰還させるように構成される。これにより、第１遅延信号が帰還装置８２から第１遅延導波路８０を通って分割器６０に帰還するように進行する。その結果、第１遅延信号は、第１遅延導波路８０を２回通過する。光学結合器７８のそれぞれは、第１遅延導波路８０から第１遅延信号を受信し、遅延導波路６２上に第１遅延信号を出力する。遅延導波路６２上で受信される第１遅延信号の部分は、遅延導波路６２上を搬送される第２遅延信号として機能する。第１遅延信号及び関連する第２遅延信号は、共に遅延信号として効果的に機能することができる。
【0080】
チャネル信号がそれぞれ単一のチャネルを搬送する場合、結果として生じる第１遅延信号及び第２遅延信号も単一のチャネルを搬送する。その結果、第２遅延信号は、共通信号ではなく、図１Ａから図３の文脈で開示された第１分割器６４は必要ない。さらに、第２遅延信号は単一のチャネルを搬送するため、それぞれが図１Ａから図３の文脈で開示された遅延チャネル信号の１つとして効果的に機能する。その結果、遅延導波路６２のそれぞれは、遅延チャネル信号として機能する第２遅延信号を制御要素７４の１つに搬送することによって、図１Ａから図３の遅延チャネル導波路７２として機能することができる。
【0081】
チャネル信号がそれぞれ単一のチャネルを搬送する場合、結果として生じる促進信号も単一のチャネルを搬送する。その結果、結果として生じる促進信号のそれぞれは、共通信号ではなく、図１Ａから図３の文脈で開示された第２分割器６８は必要ない。さらに、促進信号のそれぞれは単一のチャネルを搬送するため、それぞれが図１Ａから図３の文脈で開示された促進サブ信号の１つとして効果的に機能することができる。その結果、促進導波路６６のそれぞれは、制御要素７４のうちの１つに促進サブ信号として機能する促進信号を搬送することによって、促進サブ導波路７６として機能することができる。
【0082】
同じ制御要素７４によって受信される促進サブ信号及び遅延チャネル信号はそれぞれ、同じ光源導波路７０からの光を含み、従って同じチャネル信号からの光を含む。各チャネル信号からの光は、いくつかの異なる遅延経路のうちの１つを光源導波路７０上の分割器５０から制御要素７４の１つまで通過する。各遅延経路は、主に、制御導波路５２、分割器６０、第１遅延導波路８０、及び遅延導波路６２によって定義される。各促進経路及び各遅延経路には、共通部分が含まれていない。
【0083】
図４のＬＩＤＡＲシステムでは、遅延経路のそれぞれは、制御信号、第１遅延信号、及び第２遅延信号の結合である遅延経路信号によって通過する。さらに、各チャネル信号からの光は、光源導波路７０上の分割器５０から制御要素７４の１つまで、異なる促進経路を通過する。促進経路はそれぞれ、主に、制御導波路５２、分割器６０、及び促進導波路６６によって定義される。促進経路のそれぞれは、制御信号、分割器６０、及び促進サブ信号の結合である促進経路信号によって通過する。促進経路及び遅延経路は、各制御要素７４が同じチャネルを搬送する遅延経路信号及び促進経路信号を受信するように構成される。遅延経路と促進経路を定義する構成要素は、同じ制御要素７４に到着する促進経路信号と遅延経路信号が、制御要素７４への遅延経路信号の到着が、制御要素７４への促進経路信号の到着と比較して、遅延されるように構成される。
【0084】
遅延経路信号と促進経路信号には共通信号(チャネル信号の１つ)の異なる部分が含まれるため、各制御要素７４は、共通信号の遅延部分を受信し、また、タップ部分に対して遅延された共通信号の促進部分も受信する。遅延経路及び促進経路を定義する構成要素は、制御要素７４に到着するタップ部分と促進部分との間に遅延を提供するように構成することができる。例えば、遅延経路を定義する導波路及び促進経路を定義する導波路は、各制御要素８４で所望の遅延を提供する長さだけ遅延経路が促進経路よりも長くなるように構成することができる。遅延セクション７０の長さは、同じ制御要素７４につながる遅延経路と促進経路との間の長さの差の一次情報となり得る。図４から明らかなように、異なるチャネルを搬送する第１遅延信号は、異なる遅延セクション７０を通過する。
【0085】
いくつかの場合では、図１Ａから図４に従って構築されたＬＩＤＡＲチップが、ＬＩＤＡＲアダプターと結合させて使用される。いくつかの場合では、ＬＩＤＡＲアダプターは、ＬＩＤＡＲチップと１つ以上の反射物体及び／または視野との間に物理的かつ光学的に配置することができ、第１ ＬＩＤＡＲ入力信号及び/またはＬＩＤＡＲ出力信号がＬＩＤＡＲチップから視野まで進む光路は、ＬＩＤＡＲアダプターを通過する。また、ＬＩＤＡＲアダプターは、ＬＩＤＡＲ入力信号とＬＩＤＡＲ出力信号で動作するように構成することができる。それにより、ＬＩＤＡＲ入力信号とＬＩＤＡＲ出力信号がＬＩＤＡＲアダプターとＬＩＤＡＲチップの間の異なる光路を通過するが、ＬＩＤＡＲアダプターと視野内の反射物体の間は同じ光路を通過する。
【0086】
図１Ａから図４までのＬＩＤＡＲチップに適用したＬＩＤＡＲアダプターの一例を図５に示している。該ＬＩＤＡＲアダプターには、ベース上に配置された複数の構成要素が含まれる。例えば、該ＬＩＤＡＲアダプターは、ベース１０２上に配置された循環器１００を含む。図示の光学循環器１００は、３つのポートを含み、１つのポートに入射した光が次のポートから出射するように構成される。例えば、図示の光学循環器は、第１ポート１０４、第２ポート１０６、及び第３のポート１０８を含む。ＬＩＤＡＲ出力信号は、ＬＩＤＡＲチップのユーティリティ導波路１２から第１ポート１０４に入射し、第２ポート１０６から出射する。
【0087】
ＬＩＤＡＲアダプターは、第２ポート１０６からのＬＩＤＡＲ出力信号の出力が、ＬＩＤＡＲアダプターからの、従ってＬＩＤＡＲシステムからのＬＩＤＡＲ出力信号の出力としても機能できるように構成することができる。その結果、ＬＩＤＡＲ出力信号が視野内のサンプル領域に向かって通過するように、ＬＩＤＡＲ出力信号をＬＩＤＡＲアダプターから出力することができる。従って、いくつかの場合では、ＬＩＤＡＲアダプターから出射したＬＩＤＡＲ出力信号の部分もシステム出力信号と見なすことができる。一例として、ＬＩＤＡＲアダプターからのＬＩＤＡＲ出力信号の出射がＬＩＤＡＲシステムからのＬＩＤＡＲ出力信号の出射でもある場合、ＬＩＤＡＲ出力信号は、システム出力信号とみなすこともできる。
【0088】
ＬＩＤＡＲアダプターから出力されるＬＩＤＡＲ出力信号は、ＬＩＤＡＲチップから受信されるＬＩＤＡＲ出力信号からの光を含む、その光からなる、または本質的にその光からなる。従って、ＬＩＤＡＲアダプターから出力されるシステム出力信号は、ＬＩＤＡＲチップから受信されるＬＩＤＡＲ出力信号と同じまたは実質的に同じであり得る。しかし、ＬＩＤＡＲアダプターから出力されるＬＩＤＡＲ出力信号と、ＬＩＤＡＲチップから受信されるＬＩＤＡＲ出力信号の間には差異があり得る。例えば、ＬＩＤＡＲ出力信号は、ＬＩＤＡＲアダプターを通過する際に光損失を経験する可能性があり、かつ／またはＬＩＤＡＲアダプターは、ＬＩＤＡＲ出力信号がＬＩＤＡＲアダプターを通過する際に、ＬＩＤＡＲ出力信号を増幅するように構成された増幅器をオプションで含むことができる。
【0089】
サンプル領域内の１つ以上の物体がＬＩＤＡＲ出力信号を反射すると、反射光の少なくとも一部が、システム帰還信号として循環器１００に帰還する。システム帰還信号は、第２ポート１０６を通って循環器１００に入射する。図５は、同じ光路に沿ってＬＩＤＡＲアダプターとサンプル領域の間を通過する ＬＩＤＡＲ出力信号とシステム帰還信号を示している。
【0090】
システム帰還信号は、第３のポート１０８を通って循環器１００から出射して、ＬＩＤＡＲチップ上の比較導波路１８に誘導される。従って、システム帰還信号の全部または一部は、第１ ＬＩＤＡＲ入力信号として機能することができ、第１ ＬＩＤＡＲ入力信号は、システム帰還信号からの光を含むか、またはシステム帰還信号からの光からなる。従って、ＬＩＤＡＲ出力信号及び第１ ＬＩＤＡＲ入力信号は、異なる光路に沿ってＬＩＤＡＲアダプターとＬＩＤＡＲチップとの間を通過する。
【0091】
図５から明らかなように、ＬＩＤＡＲアダプターは、循環器１００に加えて光学構成要素を含むことができる。例えば、ＬＩＤＡＲアダプターは、ＬＩＤＡＲ出力信号とシステム帰還信号の光路を誘導し、制御するための構成要素を含むことができる。一例として、図５のアダプターは、ＬＩＤＡＲ出力信号が循環器１００に入射する前に、ＬＩＤＡＲ出力信号を受信して増幅するように配置されたオプションの増幅器１１０を含む。増幅器１１０は、電子機器６２によって動作させることができ、電子機器６２がＬＩＤＡＲ出力信号の電力を制御できるようにする。
【0092】
図５は、オプションの第１レンズ１１２及びオプションの第２レンズ１１４を含むＬＩＤＡＲアダプターも示している。第１レンズ１１２は、ＬＩＤＡＲ出力信号を所望の位置に結合するように構成することができる。いくつかの場合では、第１レンズ１１２は、ＬＩＤＡＲ出力信号を所望の位置に集束または視準するように構成される。一例では、第１レンズ１１２は、ＬＩＤＡＲアダプターが増幅器１１０を含まない場合に、ＬＩＤＡＲ出力信号を第１ポート１０４に結合するように構成される。別の例として、ＬＩＤＡＲアダプターが増幅器１１０を含む場合、第１レンズ１１２は、入射ポート上のＬＩＤＡＲ出力信号を増幅器１１０に結合するように構成することができる。第２レンズ１１４は、所望の位置でＬＩＤＡＲ出力信号を結合するように構成することができる。いくつかの場合では、第２レンズ１１４は、ＬＩＤＡＲ出力信号を所望の位置に集束または視準するように構成される。例えば、第２レンズ１１４は、ＬＩＤＡＲ出力信号を比較導波路１８のファセット３５に結合するように構成することができる。
【0093】
ＬＩＤＡＲアダプターは、ミラー等の１つ以上の方向変更要素を含むこともできる。図５は、システム帰還信号を循環器１００から比較導波路１８のファセット２０に再誘導する方向変更要素１１６としてのミラーを含むＬＩＤＡＲアダプターを示している。
【0094】
ＬＩＤＡＲチップは、１つ以上の光信号の光路を制限する１つ以上の導波路を含む。ＬＩＤＡＲアダプターは導波路を含むことができるが、システム帰還信号及びＬＩＤＡＲ出力信号がＬＩＤＡＲアダプター上の構成要素間及び／またはＬＩＤＡＲチップとＬＩＤＡＲアダプター上の構成要素との間を移動する光路は、自由空間であり得る。例えば、システム帰還信号及び／またはＬＩＤＡＲ出力信号は、ＬＩＤＡＲアダプター上の異なる構成要素間及び／またはＬＩＤＡＲアダプター上の構成要素とＬＩＤＡＲチップとの間を移動するときに、ＬＩＤＡＲチップ、ＬＩＤＡＲアダプター、及び／またはベース１０２が配置されている大気中を移動することができる。その結果、レンズや方向変更要素等の光学構成要素を利用して、システム帰還信号とＬＩＤＡＲ出力信号がＬＩＤＡＲアダプターへ、またはＬＩＤＡＲアダプターから通過する光路の特性を制御できる。
【0095】
ＬＩＤＡＲアダプターに適したベース１０２には、基板、プラットフォーム、及びプレートが含まれるが、これらに限定されない。適切な基板には、ガラス、シリコン、及びセラミックが含まれるが、これらに限定されない。前記構成要素は、基板に取り付けられる個別の構成要素であってもよい。個別部品をベース１０２に取り付けるための適切な技術には、エポキシ、はんだ、及び機械的クランプが含まれるが、これらに限定されない。一例では、１つ以上の構成要素は、統合された要素であり、残りの構成要素は、個別の要素である。別の例では、ＬＩＤＡＲアダプターは、１つ以上の統合された増幅器を含み、残りの構成要素は、個別の要素である。
【0096】
ＬＩＤＡＲチップ、電子機器、及びＬＩＤＡＲアダプターは、共通マウントに配置することができる。適切な共通マウントには、ガラス板、金属板、シリコン板、及びセラミック板が含まれるが、これらに限定されない。一例として、図６は、図１ＡのＬＩＤＡＲチップと電子機器６２、及び図３の共通支持体１２２上のＬＩＤＡＲアダプターを含むＬＩＤＡＲアセンブリの上面図である。電子機器６２は、共通支持体上に配置されるように示されているが、電子機器の全部または一部が共通支持体から離れて配置されてもよい。共通支持体上にＬＩＤＡＲチップ、電子機器、及び／またはＬＩＤＡＲアダプターを取り付けるための適切な手法には、エポキシ、はんだ、及び機械的クランプが含まれるが、これらに限定されない。
【0097】
ＬＩＤＡＲシステムは、１つ以上の追加の光学構成要素と併せて利用されるＬＩＤＡＲアセンブリ１３０を含むことができる。例えば、ＬＩＤＡＲシステムは、図６に示すように、指向性要素１３２と併せて利用されるＬＩＤＡＲアセンブリ１３０を含むことができる。
【0098】
図６では、指向性要素１３２は、アダプターから出力されたＬＩＤＡＲ出力信号を受信する。ＬＩＤＡＲ出力信号が複数のチャネルを搬送する場合、指向性要素１３２は、ＬＩＤＡＲ出力信号によって搬送されるチャネルを、それぞれが異なるチャネルを搬送するシステム出力信号に分離する。図６では、チャネルｉ を搬送するシステム出力信号は、λｉと表記され、ここで、ｉは、チャネル指数を表し、チャネルは、それぞれチャネル指数ｉ＝１からｉ＝Ｎに関連付けられる。指向性要素１３２は、各システム出力信号を視野内の複数の異なるサンプル領域に導くように構成することもできる。システム出力信号からの光は、システム出力信号によって照射されたサンプル領域に配置された１つ以上の物体によって反射され得る。該光は、システム帰還信号としてＬＩＤＡＲシステムに帰還する。異なるシステム帰還信号は、それぞれ異なるチャネルを搬送する。指向性要素は、システム帰還信号を、該指向性要素から出力され、ＬＩＤＡＲアセンブリ及び／またはアダプターによって受信される帰還信号に結合するように構成することができる。
【0099】
指向性要素１３２は、電子機器によって制御することができる。その結果、電子機器は、システム出力信号を視野内の異なるサンプル領域に導くことができる。指向性要素１３２は、共通支持体１２２から離れて配置されるように示されているが、指向性要素１３２は、共通支持体１２２上及び／またはベース１０２上に配置することができる。適切な指向性要素１３２には、反射性または透過性であり得る操縦可能な光学格子、光フェーズドアレイ（ＯＰＡ）、及び焦点面アレイ（ＦＰＡ）が含まれるが、これらに限定されない。適切な指向性要素１３２の例は、２０２０年８月２５日に出願された「ＬＩＤＡＲシステムにおける電気要素の削減」と題された米国特許出願第１７／００２，７５６号に開示されており、その全体が本明細書に組み込まれる。
【0100】
図７Ａから図７Ｃは、処理要素３４の全部または一部に適用した処理要素の一例を示している。処理要素３４は、比較導波路３２の１つから比較信号及び参照導波路４０の１つから参照信号を受信する。処理要素は、比較導波路３２上を搬送される比較信号を第１比較導波路２０４と第２比較導波路２０６に分割する第２分割器２００を含む。第１比較導波路２０４は、比較信号の第１部分を光結合要素２１１に搬送する。第２比較導波路２０８は、比較信号の第２部分を第２光結合要素２１２に搬送する。
【0101】
処理要素は、参照導波路４０上を搬送される参照信号を第１参照導波路２０４と第２参照導波路２０６に分割する第１分割器２０２を含む。第１参照導波路２０４は、参照信号の第１部分を光結合要素２１１に搬送する。第２参照導波路２０８は、参照信号の第２部分を第２光結合要素２１２に搬送する。
【0102】
第２光結合要素２１２は、比較信号の第２部分と参照信号の第２部分とを第２複合信号に結合する。比較信号の第２部分と参照信号の第２部分との間の周波数の差により、第２複合信号は、比較信号の第２部分と参照信号の第２部分との間で拍動している。
【0103】
第２光結合要素２１２はまた、結果として生じる第２複合信号を第１補助検出器導波路２１４及び第２補助検出器導波路２１６に分割する。第１補助検出器導波路２１４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第１補助光センサー２１８に第２複合信号の第１部分を搬送する。第２補助検出器導波路２１６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第２補助光センサー２２０に第２複合信号の第２部分を搬送する。適切な光センサーの例には、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。
【0104】
いくつかの場合では、第２光結合要素２１２は、第２複合信号の第１部分に含まれる比較信号（即ち、比較信号の第２部分の一部）の部分が、第２複合信号の第２部分における比較信号（即ち、比較信号の第２部分の一部）の部分に対して１８０°位相シフトされるが、第２複合信号の第２部分における参照信号（即ち、参照信号の第２部分の一部）の部分が、第２複合信号の第１部分における参照信号（即ち、参照信号の第２部分の一部）の部分に対して位相シフトされていないように第２複合信号を分割する。あるいは、第２光結合要素２１２は、第２複合信号の第１部分における参照信号(即ち、参照信号の第２部分の一部)の部分が、第２複合信号の第２部分における参照信号(即ち、参照信号の第２部分の一部)の部分に対して１８０°位相シフトされるが、第２複合信号の第１部分における比較信号（即ち、比較信号の第２部分の一部）の部分が、第２複合信号の第２部分における比較信号（即ち、比較信号の第２部分の一部）の部分に対して位相シフトされていないように 第２複合信号を分割する。適切な光センサーの例には、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。
【0105】
第１光結合要素２１１は、比較信号の第１部分と参照信号の第１部分とを結合して第１複合信号を生成する。比較信号の第１部分と参照信号の第１部分との間の周波数の差により、第１複合信号は、比較信号の第１部分と参照信号の第１部分との間で拍動している。
【0106】
また、第１光結合要素２１１は、第１複合信号を第１検出器導波路２２１と第２検出器導波路２２２に分割する。第１検出器導波路２２１は、第２複合信号の第１部分を第１電気信号に変換する第１光センサー２２３に第１複合信号の第１部分を搬送する。第２検出器導波路２２２は、第２複合信号の第２部分を第２電気信号に変換する第２光センサー２２４に第２複合信号の第２部分を搬送する。適切な光センサーの例には、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。
【0107】
いくつかの場合では、光結合要素２１１は、複合信号の第１部分に含まれる比較信号(即ち、比較信号の第１部分の一部)の部分が、複合信号の第２部分における比較信号(即ち、比較信号の第１部分の一部)の部分に対して１８０°位相シフトされるが、複合信号の第１部分における参照信号（即ち、参照信号の第１部分の一部）の部分が、複合信号の第２部分における参照信号（即ち、参照信号の第１部分の一部）の部分に対して位相シフトされていないように、第１複合信号を分割する。あるいは、光結合要素２１１は、複合信号の第１部分における参照信号(即ち、参照信号の第１部分の一部)の部分が、複合信号の第２部分における参照信号(即ち、参照信号の第１部分の一部)の部分に対して１８０°位相シフトされるが、複合信号の第１部分における比較信号（即ち、比較信号の第１部分の一部）の部分が、複合信号の第２部分における比較信号（即ち、比較信号の第１部分の一部）の部分に対して位相シフトされないように複合信号を分割する。
【0108】
第２光結合要素２１２は、第２複合信号の第１部分における比較信号の部分が、第２複合信号の第２部分における比較信号の部分に対して１８０°位相シフトされるように、第２複合信号を分割するとき、光結合要素２１１は、複合信号の第１部分における比較信号の部分が、複合信号の第２部分における比較信号の部分に対して１８０°位相シフトされるように、複合信号も分割する。第２光結合要素２１２は、第２複合信号の第１部分における参照信号の部分が、第２複合信号の第２部分における参照信号の部分に対して１８０°位相シフトされるように、第２複合信号を分割するとき、光結合要素２１１は、複合信号の第１部分における参照信号の部分が、複合信号の第２部分における参照信号の部分に対して１８０°位相シフトされるように、複合信号も分割する。
【0109】
適切な光結合要素２１１及び第２光結合要素２１２には、２×２マルチモード干渉（ＭＭＩ）結合器及び２×２方向性結合器が含まれるが、これらに限定されない。
【0110】
第１参照導波路２１０及び第２参照導波路２０８は、参照信号の第１部分と参照信号の第２部分との間に位相シフトを提供するように構築される。例えば、第１参照導波路２１０及び第２参照導波路２０８は、参照信号の第１部分と参照信号の第２部分との間に９０度の位相シフトを提供するように構築することができる。一例として、一方の参照信号部分は同相成分であり、他方の参照信号部分は直交成分であり得る。従って、参照信号部分の一方は正弦関数であり、他方の参照信号部分は余弦関数であり得る。一例では、第１参照導波路２１０及び第２参照導波路２０８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築される。従って、第２複合信号における参照信号の部分は、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、第１複合信号における比較信号の部分は、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。
【0111】
第１光センサー２２３及び第２光センサー２２４は、平衡検出器として接続することができ、第１補助光センサー２１８及び第２補助光センサー２２０も平衡検出器として接続することができる。例えば、図７Ｂは、電子機器、第１光センサー２２３、第２光センサー２２４、第１補助光センサー２１８、及び第２補助光センサー２２０の間の関係の概略図を提供している。フォトダイオードの記号は、第１光センサー２２３、第２光センサー２２４、第１補助光センサー２１８、及び第２補助光センサー２２０を表すために使用されるが、これらのセンサーのうちの１つ以上は他の構造を有することができる。いくつかの場合では、図７Ｂの概略図に示されている全ての構成要素がＬＩＤＡＲチップに含まれ得る。いくつかの場合では、図７Ｂの概略図に示されている構成要素は、ＬＩＤＡＲチップと、ＬＩＤＡＲチップの外に位置する電子機器との間に分散される。
【0112】
電子機器６２は、第１光センサー２２３と第２光センサー２２４を第１平衡検出器２２５として接続し、第１補助光センサー２１８と第２補助光センサー２２０を第２平衡検出器２２６として接続する。特に、第１光センサー２２３と第２光センサー２２４は、直列に接続される。また、第１補助光センサー２１８と第２補助光センサー２２０は、直列に接続される。第１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１データ信号として搬送する第１データ線２２８と通信する。第２平衡検出器における直列の接続は、第２平衡検出器からの出力を第２データ信号として搬送する第２データ線２３２と通信する。第１データ信号は第１複合信号の電気的表現であり、第２データ信号は第２複合信号の電気的表現である。従って、第１データ信号は、第１波形及び第２波形からの寄与を含み、第２データ信号は、第１波形と第２波形の複合である。第１データ信号における第１波形の部分は、第１データ信号の第１波形の部分に対して位相シフトされるが、第１データ信号における第２波形の部分は、第１データ信号における第２波形の部分に対して同相である。例えば、第２データ信号は、第１データ信号に含まれる参照信号の異なる部分に対して位相シフトされた参照信号の部分を含む。また、第２データ信号は、第１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部分を含む。第１データ信号及び第２データ信号は、比較信号と参照信号との間の拍動、即ち、第１複合信号及び第２複合信号における拍動の結果として拍動している。
【0113】
電子機器６２は、第１データ信号及び第２データ信号に対して数学的変換を実行するように構成された変換機構２３８を含む。例えば、数学的変換は、第１データ信号及び第２データ信号を入力値として用いる複合フーリエ変換であり得る。第１データ信号は同相成分であり、第２データ信号は直交成分であるため、第１データ信号と第２データ信号は、共に複合データ信号として機能する。該複合データ信号において、第１データ信号は、入力値の実数成分であり、第２データ信号は、その虚数成分である。
【0114】
変換機構２３８は、第１データ線２２８から第１データ信号を受信する第１アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）２６４を含む。第１アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）２６４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。変換機構２３８は、第２データ線２３２から第２データ信号を受信する第２アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）２６６を含む。第２アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）２６６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。第１デジタルデータ信号は、第１データ信号のデジタル表現であり、第２デジタルデータ信号は、第２データ信号のデジタル表現である。従って、第１デジタルデータ信号と第２デジタルデータ信号は、共に複合信号として動作する。該複合信号において、第１デジタルデータ信号は、複合信号の実数成分として動作し、第２デジタルデータ信号は、複合データ信号の虚数成分として動作する。
【0115】
変換機構２３８は、複合データ信号を受信する変換要素２６８を含む。例えば、変換要素２６８は、第１アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）２６４から第１デジタルデータ信号を入力値として受信し、また、第２アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）２６６から第２デジタルデータ信号を入力値として受信する。変換要素２６８は、時間領域から周波数領域に変換するために、複合信号に対して数学的変換を実行するように構成することができる。数学的変換は、複合高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等の複合変換であり得る。複合高速フーリエ変換(ＦＦＴ)等の複合変換は、反射物体とＬＩＤＡＲチップの間の視線速度によって引き起こされるＬＩＤＡＲ出力信号に対する ＬＩＤＡＲ入力信号の周波数のシフトに対する明確な解決策を提供する。電子機器は、変換要素２６８から出力された１つ以上の周波数ピークをさらなる処理に使用して、ＬＩＤＡＲデータ（反射物体とＬＩＤＡＲチップまたはＬＩＤＡＲシステムとの間の距離及び／または視線速度）を生成する。変換要素２６８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使用して、帰属の機能を実行することができる。
【0116】
図７Ｃは、システム出力信号の周波数、時間、サイクル、及びデータ周期の間の関係の一例を示している。周波数対時間のパターンは、異なるチャネルを搬送する２つのシステム出力信号について示されている。チャネルｉを搬送するシステム出力信号は、λｉと表記され、ここで、ｉは、チャネル指数を表す。システム出力信号のベース周波数(ｆ０)は、サイクル中のシステム出力信号の最低周波数であり得る。
【0117】
周波数対時間のパターンは、サイクルｊ及びサイクルｊ＋１と表記された２つのサイクルの順序について示されている。いくつかの場合では、周波数対時間のパターンは、図７Ｃに示されるように、各サイクルで繰り返される。図示のサイクルは、再配置期間を含まず、かつ／または再配置期間がサイクル間に配置されていない。その結果、図７Ｃは、システム出力信号の連続スキャンの結果を示している。
【0118】
各サイクルは、それぞれ期間指数ｋに関連付けられ、ＤＰｋと表記されるＫデータ期間を含む。図７Ｃの例では、各サイクルは、ＤＰｋ（ｋ = １及び２）と表記された２つのデータ期間を含む。いくつかの場合では、周波数対時間のパターンは、図７Ｃに示されるように、異なるサイクルで互いに対応するデータ期間で同じである。対応するデータ期間は、同じ期間指数を持つデータ期間である。その結果、各データ期間ＤＰ１は、対応するデータ期間であると考えることができ、関連する周波数対時間のパターンは、図７Ｃにおいて同じである。サイクルの終わりに、電子機器は、周波数を前のサイクルを開始させる時と同じ周波数レベルに帰還させる。
【0119】
データ期間ＤＰ１及びデータ期間ＤＰ２の間、電子機器は、システム出力信号の周波数が線形速度αiで変化するように、チャネルλｉを搬送するチャネル信号を生成する光源を動作させる（ここで、ｉは、チャネル指数を表す）。データ期間ＤＰ１における周波数変化の方向は、データ期間ＤＰ２における周波数変化の方向とは逆である。
【0120】
各サイクル中、チャネルｉを搬送するシステム出力信号は、ＳＲｋ,ｉと表記されたサンプル領域を照射する（ここで、ｋは、サンプル領域指数を表し、ｉは、チャネル指数を表す）。例えば、図７Ｃにおいてｊと表記されたサイクル中、サンプル領域ＳＲｋ,ｉは、チャネルλｉを搬送するシステム出力信号によって照射され、サンプル領域ＳＲｋ,ｉ＋１は、チャネルλｉ＋１を搬送するシステム出力信号によって照射される。サンプル領域指数ｋは、時間に関連して割り当てることができる。例えば、サンプル領域は、指数ｋで示される順序でシステム出力信号によって照射されることができる。その結果、サンプル領域ＳＲ１０，１は、サンプル領域ＳＲ９，１の後でＳＲ１１，１の前に照射されることができる。
【0121】
上記の論議から明らかなように、各処理要素３４は、同じチャネルを搬送する比較信号及び参照信号を受信する。その結果、処理要素３４に関連する複合フーリエ変換から出力される周波数は、参照信号に対して拍動する比較信号を含む複合信号の拍動周波数を表し、ここで、比較信号と参照信号が同じチャネルを搬送する。同じ処理要素３４からの拍動周波数と２つ以上の異なるデータ期間からの拍動周波数を結合させて、サンプル領域の１つのＬＩＤＡＲデータを生成することができる。例えば、チャネルλｉを搬送する比較信号及び参照信号を受信する処理要素３４は、サイクルjにおけるＤＰ１から生成された拍動周波数とサイクルjにおけるＤＰ２から生成された拍動周波数を結合させて、サンプル領域ＳＲｋ,ｉのＬＩＤＡＲデータを生成することができる。一例として、次の方程式は、図７Ｃのデータ期間ＤＰ１で発生するような、データ期間中に電子機器が出射ＬＩＤＡＲ信号の周波数を増加させるデータ期間中に適用され：ｆｕｂ＝-ｆｄ＋αｉ＊τ、ここで、ｆｕｂは、変換要素２６８によって提供される周波数であり、ｆｄは、ドップラー シフト (ｆｄ＝２ｖｆｃ／ｃ)を表し、ここで、ｆｃは、ベース周波数(ｆ０)を表し、ｃは、光速を表し、ｖは、反射物体からＬＩＤＡＲシステムに向かう方向を正の方向と仮定した場合の、反射物体とＬＩＤＡＲシステムの間の視線速度であり、ｃは、光速であり、τは、システム出力信号がＬＩＤＡＲシステムから出射し、ＬＩＤＡＲシステムの外側にある物体によって反射され、反射光がシステム帰還信号としてＬＩＤＡＲシステムに帰還するまでの時間(往復時間)を表す。次の方程式は、図７Ｃのデータ期間ＤＰ２で発生するような、電子機器が出射ＬＩＤＡＲ信号の周波数を減少させるデータ期間中に適用され：ｆｄｂ＝-ｆｄ -αｉ＊τ、 ここで、ｆｄｂは、変換要素２６８によって提供される周波数である。これら２つの方程式では、ｆｄとτは、未知数である。電子機器は、これら２つの未知数について２つの方程式を解く。チャネルλｉを搬送するシステム出力信号によって照射されるサンプル領域の視線速度をドップラーシフト(ｖ＝ｃ＊ｆｄ／（２ｆｃ))から定量し、かつ/またはそのサンプル領域の分離距離をｃ＊τ／２から定量することができる。
【0122】
いくつかの場合では、サンプル領域に複数の物体が存在し得る。サンプル領域に複数の物体が存在するいくつかの場合では、変換により複数の周波数が出力され得る。ここで、各周波数が異なる物体に関連付けられる。同じサイクルの異なるデータ期間における同じ物体から生じる周波数は、対応する周波数ペアと考えることができる。ＬＩＤＡＲデータは、変換によって出力される対応する周波数ペアごとに生成することができる。その結果、サンプル領域内の物体ごとに個別のＬＩＤＡＲデータを生成することができる。
【0123】
図７Ａから図７Ｂは、参照信号の一部と比較信号の一部を結合する光結合要素を示しているが、処理要素は、複合信号を形成するために参照信号と比較信号を結合する単一の光結合要素を含むことができる。その結果、参照信号の少なくとも一部と比較信号の少なくとも一部とを結合させて複合信号を形成することができる。参照信号の結合部分は、参照信号全体または参照信号の一部であってもよく、比較信号の結合部分は、比較信号全体または比較信号の一部であってもよい。
【0124】
複合信号を形成するために参照信号と比較信号を結合する処理要素の一例として、図７Ｄから図７Ｅは、単一の光結合要素を含むように改変された図７Ａから図７Ｂの処理要素を示している。比較導波路１９６は、比較信号を第１光結合要素２１１に直接に搬送し、参照導波路１９８は、参照信号を第１光結合要素２１１に直接に搬送する。
【0125】
第１光結合要素２１１は、比較信号と参照信号とを複合信号に結合する。比較信号と参照信号との間の周波数の違いにより、第１複合信号は、比較信号と参照信号との間で拍動している。第１光結合要素２１１も、複合信号を第１検出器導波路２２１と第２検出器導波路２２２に分割する。第１検出器導波路２２１は、第２複合信号の第１部分を第１電気信号に変換する第１光センサー２２３に複合信号の第１部分を搬送する。第２検出器導波路２２２は、第２複合信号の第２部分を第２電気信号に変換する第２光センサー２２４に複合信号の第２部分を搬送する。
【0126】
図７Ｅは、電子機器、第１光センサー２２３、及び第２光センサー２２４の間の関係の概略図を提供している。フォトダイオードの記号は、第１光センサー２２３及び第２光センサー２２４を表すために使用されるが、これらのセンサーのうちの１つ以上は、他の構造を有することができる。いくつかの場合では、図７Ｅの概略図に示されている構成要素の全てがＬＩＤＡＲチップ上に含まれる。いくつかの場合では、図７Ｅの概略図に示されている構成要素は、ＬＩＤＡＲチップと、該ＬＩＤＡＲチップの外部に位置する電子機器との間に分散される。
【0127】
電子機器は、第１光センサー２２３と第２光センサー２２４を第１平衡検出器２２５として接続する。特に、第１光センサー２２３と第２光センサー２２４は、直列に接続される。第１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１データ信号として搬送する第１データ線２２８と通信する。第１データ信号は、複合信号の電気的表現である。
【0128】
電子機器６２は、第１データ信号に対して数学的変換を実行するように構成された変換機構２３８を含む。数学的変換は、第１データ信号を入力値とする実在フーリエ変換であってもよい。電子機器は、上記のように変換からの周波数出力を使用してＬＩＤＡＲデータを抽出できる。
【0129】
図７Ａから図７Ｅに関連して開示された平衡検出器のそれぞれは、単一の光センサーと置き換えることができる。その結果、処理要素は、複合信号の少なくとも一部をそれぞれ受信する１つ以上の光センサーを含むことができ、受信される複合信号の部分は、複合信号の全部またはその一部であり得る。
【0130】
図７Ｃに関連して論議したように、電子機器６２は、システム出力信号の周波数を調整する。この周波数チャープを生成する１つの方法は、電子機器によって光源に印加される電流を変調することである。ＬＩＤＡＲシステムにおいて光源として使用できる半導体レーザーでは、電流変調により、強力な非線形キャリア／光子結合を介して周波数変調が行われる。
【0131】
図８Ａ及び図８Ｂは、図１Ａから図４に関連して開示された制御要素７４の全部または一部に適用した制御要素の一例を示している。上述したように、制御要素７４のそれぞれは、遅延チャネル導波路７２から遅延経路信号を受信し、遅延チャネル導波路７２から遅延経路信号を受信し、また、促進サブ導波路７６から促進経路信号を受信する。制御要素７４で受信される遅延経路信号及び促進経路信号は、λｉと表記された同じチャネルを搬送する。
【0132】
遅延チャネル導波路７２は、遅延経路信号を第１分割器２７４に搬送する。促進サブ導波路７６は、促進経路信号を第２分割器２７８に搬送する。第１分割器２７４及び第２分割器２７８として使用するのに適した分割器には、方向性結合器、光学結合器、ｙ接合、テーパ結合器、及びマルチモード干渉（ＭＭＩ）装置等の波長非依存型分割器が含まれるが、これらに限定されない。
【0133】
第１分割器２７４は、遅延経路信号を遅延信号の第１部分と遅延信号の第２部分とに分割する。第１遅延導波路２８０は、遅延信号の第１部分を第１光結合要素２８２に搬送する。第２遅延導波路２８４は、遅延信号の第２部分を第２光結合要素２８６に搬送する。
【0134】
第２分割器２７８は、促進信号を促進信号の第１部分と促進信号の第２部分とに分割する。第１促進導波路２９０は、促進信号の第１部分を第１光結合要素２８２に搬送する。第２促進導波路２９２は、促進信号の第２部分を第２光結合要素２８６に搬送する。
【0135】
第１光結合要素２８２は、促進信号の第１部分と遅延信号の第１部分とを第１拍動信号に結合する。また、第２光結合要素２８６は、促進信号の第２部分と遅延信号の第２部分を第２拍動信号に結合する。その結果、遅延経路のそれぞれは、分割器から、遅延経路信号の１つからの光と促進経路信号の１つからの光を結合する光結合器まで延伸する。
【0136】
上述したように、遅延経路の長さは、促進経路の長さを超える。その結果、遅延信号の第２部分は、促進信号の第２部分に比べて遅延する。電子機器は出射 ＬＩＤＡＲ信号の周波数を調整できるため、この遅延により、遅延信号の第２部分の周波数が、促進信号の第２部分とは異なる周波数になる。促進信号の第２部分と遅延信号の第２部分の間の周波数の相違により、第２拍動信号は、促進信号の第２部分と遅延信号の第２部分の間で拍動している。
【0137】
第２光結合要素２８６はまた、第２拍動信号を第１補助検出器導波路２９４及び第２補助検出器導波路２９６に分割する。第１補助検出器導波路２９４は、第２拍動信号の第１部分を第１補助電気信号に変換する第１補助光センサー２９８に第２拍動信号の第１部分を搬送する。第２補助検出器導波路２９６は、第２拍動信号の第２部分を第２補助電気信号に変換する第２補助光センサー３００に第２拍動信号の第２部分を搬送する。適切な光センサーの例には、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。
【0138】
いくつかの場合では、第２光結合要素２８６は、第２拍動信号の第１部分に含まれる促進信号(即ち、促進信号の第２部分の一部)の部分が、第２拍動信号の 第２部分における促進信号(即ち、促進信号の第２部分の一部)の部分に対して１８０°位相シフトされるが、第２拍動信号の第２部分における遅延信号（即ち、遅延信号の第２部分の一部）の部分が、第２拍動信号の第１部分における遅延信号（即ち、遅延信号の第２部分の部分）の部分に対して位相シフトされないように第２拍動信号を分割する。
【0139】
上述したように、遅延経路の長さは、促進経路の長さを超える。その結果、遅延信号の第１部分は、促進信号の第１部分に比べて遅延する。この遅延により、遅延信号の第１部分の周波数が、促進信号の第１部分とは異なる周波数になる。促進信号の第１部分と遅延信号の第１部分の周波数の差により、第１拍動信号は、促進信号の第２部分と遅延信号の第２部分の間で拍動している。
【0140】
第１光結合要素２８２はまた、第１拍動信号を第１検出器導波路３０２及び第２検出器導波路３０４に分割する。第１検出器導波路３０２は、第２拍動信号の第１部分を第１電気信号に変換する第１光センサー３０６に第１拍動信号の第１部分を搬送する。第２検出器導波路３０４は、第２拍動信号の第２部分を第２電気信号に変換する第２光センサー３０８に第２拍動信号の第２部分を搬送する。適切な光センサーの例には、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。
【0141】
いくつかの場合では、第１光結合要素２８２は、拍動信号の第１部分に含まれる促進信号(即ち、促進信号の第１部分の一部)の部分が、拍動信号の第２部分における促進信号(即ち、促進信号の第１部分の一部)の部分に対して１８０°位相シフトされるが、拍動信号の第１部分における遅延信号（即ち、遅延信号の第１部分の一部）の部分が、拍動信号の第２部分における遅延信号（即ち、遅延信号の第１部分の一部）の部分に対して位相シフトされないように、第１拍動信号を分割する。
【0142】
第２光結合要素２８６は、第２拍動信号の第１部分における促進信号の部分が、第２拍動信号の第２部分における促進信号の部分に対して１８０°位相シフトされるように、第２拍動信号を分割する時、第１光結合要素２８２はまた、拍動信号の第１部分における促進信号の部分が拍動信号の第２部分における促進信号の部分に対して１８０°位相シフトされるように拍動信号を分割する。
【0143】
第１遅延導波路２８０、第２遅延導波路２８４、第１促進導波路８０、及び第２促進導波路２９２は、第１拍動信号と第２拍動信号が一緒になって光学プロセス変数信号の同相成分及び直交成分として機能するように構成することができ、ここで、第１拍動信号は、光学プロセス変数信号の同相成分であり、第２拍動信号は、光学プロセス変数信号の直交成分である。または、第２拍動信号が光学プロセス変数信号の同相成分であり、第１拍動信号が光学プロセス変数信号の直交成分である。例えば、第１遅延導波路２８０と第２遅延導波路２８４は、遅延信号の第１部分と遅延信号の第２部分の間に位相シフトを提供するように構築することができ、一方、第１促進導波路８０及び第２促進導波路２９２は、促進信号の第１部分と促進信号の第２部分が同相になるように構築される。一例として、第１遅延導波路２８０及び第２遅延導波路２８４は、遅延信号の第１部分と遅延信号の第２部分との間に９０°位相シフトを提供するように構築することができる。従って、遅延信号部分の一方は正弦関数であり、他方の遅延信号部分は正弦関数と同じ引数で演算される余弦関数であり得る。一例では、第１遅延導波路２８０及び第２遅延導波路２８４は、遅延信号の第１部分が余弦関数であり、遅延信号の第２部分が正弦関数であるように構築される。この例では、第２拍動信号における遅延信号の部分は、第１拍動信号の遅延信号の部分に対して位相シフトされるが、第１拍動信号における促進信号の部分は、第２拍動信号における促進信号の部分に対して位相シフトされない。
【0144】
別の例では、第１遅延導波路２８０と第２遅延導波路２８４は、遅延信号の第１部分と遅延信号の第２部分が同相になるように構築され、一方、第１促進導波路８０及び第２促進導波路２９２は、促進信号の第１部分と促進信号の第２部分との間に位相シフトを提供するように構築される。一例として、第１促進導波路８０及び第２促進導波路２９２は、促進信号の第１部分と促進信号の第２部分との間に９０°位相シフトを提供するように構築することができる。従って、促進信号部分の一方は正弦関数であり、他方の促進信号部分は正弦関数と同じ引数で演算される余弦関数であり得る。一例では、第１促進導波路８０と第２促進導波路２９２は、促進信号の第１部分が余弦関数であり、促進信号の第２部分が余弦関数と同じ引数で演算される正弦関数であるように構築される。この例では、第２拍動信号における促進信号の部分は、第１拍動信号の促進信号の部分に対して位相シフトされるが、第１拍動信号における遅延信号の部分は、第２拍動信号における遅延信号の部分に対して位相シフトされない。
【0145】
第１光センサー３０６及び第２光センサー３０８は平衡検出器として接続することができ、第１補助光センサー２９８及び第２補助光センサー３００も平衡検出器として接続することができる。例えば、図８Ｂは、電子機器６２、第１光センサー３０６、第２光センサー３０８、第１補助光センサー２９８、及び第２補助光センサー３００の間の関係の概略図を提供している。フォトダイオードの記号は、第１光センサー３０６、第２光センサー３０８、第１補助光センサー２９８、及び第２補助光センサー３００を表すために使用されるが、これらのセンサーのうちの１つ以上は、他の構造を有することができる。いくつかの場合では、図８Ｂの概略図に示されている全ての構成要素は、ＬＩＤＡＲチップに含まる。いくつかの場合では、図８Ｂの概略図に示されている構成要素は、ＬＩＤＡＲチップと、該ＬＩＤＡＲチップの外部に位置する電子機器との間に分散される。
【0146】
電子機器６２は、第１光センサー３０６と第２光センサー３０８を第１平衡検出器３１２として接続し、第１補助光センサー２９８と第２補助光センサー３００を第２平衡検出器３１４として接続する。特に、第１光センサー３０６と第２光センサー３０８は、直列に接続される。また、第１補助光センサー２９８と第２補助光センサー３００は、直列に接続される。第１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１プロセス変数信号として搬送する第１データ線３１６と通信する。第２平衡検出器における直列の接続は、第２平衡検出器からの出力を第２プロセス変数信号として搬送する第２データ線３１８と通信する。
【0147】
第１プロセス変数信号は、第１拍動信号の電気的表現であり、第２プロセス変数信号は、第２拍動信号の電気的表現である。従って、第１プロセス変数信号は拍動しており、第２プロセス変数信号も拍動している。また、第１プロセス変数信号及び第２プロセス変数信号はそれぞれ、プロセス変数信号の同相成分及びプロセス変数信号の直交成分からなる群から選択される構成要素のうちの異なる１つを搬送することができる。例えば、第１プロセス変数信号は、第１波形及び第２波形からの寄与を含むことができ、第２プロセス変数信号は、第１波形及び第２波形からの寄与を含むことができる。第１プロセス変数信号における第１波形の部分は、第２プロセス変数信号における第１波形の部分に対して位相シフトされるが、第１プロセス変数信号における第２波形の部分は、第２プロセス変数信号における第２波形の部分に対して同相である。例えば、第２プロセス変数信号は、第１プロセス変数信号に含まれる遅延信号の異なる部分に対して位相シフトされた遅延信号の一部を含むことができる。また、第２プロセス変数信号は、第１プロセス変数信号に含まれる促進信号の異なる部分と同相である促進信号の一部を含むことができる。第１プロセス変数信号及び第２プロセス変数信号はそれぞれ、促進信号と遅延信号との間の拍動、即ち、第１拍動信号及び第２拍動信号における拍動の結果として拍動している。
【0148】
電子機器６２は、プロセス変数信号を受信するプロセス変数識別要素３２０を含む。プロセス変数識別要素３２０は、プロセス変数信号を用いて、指示信号を出力する。該指示信号は、プロセス変数識別要素３２０を含む制御要素７４によって受信されるチャネルを搬送するチャネル信号（ｆＣＳ）の周波数を示し、その関数であり、かつ／またはその周波数を測定するために使用することができる。いくつかの場合では、指示信号は、チャネル信号（ｆＣＳ）の周波数に関連する１つ以上の特性を有するアナログ信号である。いくつかの場合では、指示信号は、チャネル信号(ｆＣＳ)の周波数を定量するデジタル信号であり、チャネル信号(ｆＣＳ)の周波数に関連しているか、またはチャネル信号(ｆＣＳ)の周波数を定量するために使用できる。チャネルλｉを搬送するシステム出力信号は、チャネルλｉを搬送するチャネルＬＩＤＡＲ信号の一部であるため、チャネル信号の周波数は、出射ＬＩＤＡＲ信号及び/またはチャネルλｉを搬送するシステム出力信号の周波数の値を表すことができる。
【0149】
電子機器は、指示信号を受信する光制御要素３２２を含むことができる。光制御要素３２２は、指示信号に応答して制御要素７４によって受信されるチャネルのソースであるレーザー源６８（図１Ｂ）を制御することができる。例えば、レーザー源６８は、レーザー源６８によって出力されるチャネル信号の周波数が制御プロセス変数として機能する制御構築物で制御することができる。制御プロセス変数がチャネル信号の周波数である場合、システム出力信号の所望の周波数が参照変数として機能する。システム出力信号の周波数は変調されるため、システム出力信号に所望の周波数は、時間の関数として変化する。三角変調の場合、図７Ｃは、所望の波形の一例を表すことができる。図７Ｃは、チャネル信号の所望の周波数、及びそれに応じて結果として生じるシステム出力信号を時間の線形関数として示している。従って、制御要素７４、プロセス変数識別要素３２０、及びチャネルλｉを受信する光制御要素３２２は、レーザー源６８から出力されるチャネル信号の周波数が所望の波形を実質的に維持するようにチャネルλｉのソースであるレーザー源６８を制御する制御機構の一部であり得る。適切な制御機構には、フィードバック制御及び／またはフィードフォワード制御を利用する制御構築物が含まれるが、これらに限定されない。従って、制御機構は、フィードバック制御ループであってもよく、かつ／または制御ループを含むことができる。
【0150】
光制御要素３２２は、特定の時点での制御プロセス変数の値と同じ時点での参照変数の値から測定される誤差信号の値に応じて、チャネル信号及び／またはシステム出力信号の特性を制御することができる。例えば、光制御要素３２２は、誤差信号の値を低減するようにチャネル信号の特性を制御することができる。一例として、光制御要素３２２は、制御プロセス変数の値が参照変数の値に近づくようにチャネル信号の特性を制御することができる。いくつかの場合では、制御機構は、フィードバック制御ループ等の制御ループである。制御機構がフィードバック制御ループである場合、制御機構の誤差信号は、特定の時点における制御プロセス変数の値と参照変数の値との差に等しくなり得る。
【0151】
プロセス変数がチャネル信号の周波数である場合、光制御要素３２２は、チャネル信号の周波数を調整する光制御信号を送信することができる。例えば、光制御要素３２２は、チャネル信号を出力するレーザー源を通る電流のレベルを変更する光制御信号を送信することによって、チャネル信号の周波数を調整することができる。他の光制御信号も可能である。例えば、レーザー源が静電ＭＥＭＳチューナブルレーザーである場合、光制御要素３２２は、ＭＥＭＳチューナブルレーザーのＭＥＭＳファセットを動かす電圧レベルを変更する光制御信号を送信することによって、チャネル信号の周波数を調整することができる。
【0152】
いくつかの場合では、光制御要素３２２及び／またはプロセス変数識別要素３２０は、チャネル信号の周波数（ｆＣＳ）を実際に定量するが、該定量は必須ではない。例えば、指示信号がチャネル信号の周波数(ｆＣＳ)に関連する特性を含むアナログ信号である場合、チャネル信号の周波数(ｆＣＳ)を実際に定量することなく、指示信号から光制御信号を直接導出することができる。例えば、制御信号は、指示信号及び／または以下に説明する変換信号の一対一の関数であってもよい。一例として、制御信号は、瞬間周波数の一対一の関数であってもよい。
【0153】
図８Ｃは、光学プロセス変数信号及び／またはシステム出力信号の周波数と同じ時間軸上のプロセス変数信号の同相成分及び直交成分の振幅を示している。例えば、図８Ｃは、図７Ｃに示される最初の２つのデータ期間中のシステム出力信号の周波数を、光学プロセス変数信号及び／またはプロセス変数信号の同相成分及び直交成分の変動と比較することができる。図８Ｃは、データ周期当たり１周期のみを有する光学プロセス変数信号及び／またはプロセス変数信号を示しているが、光学プロセス変数信号及び／またはプロセス変数信号は、データ周期当たり２つ以上の周期を有することができる。
【0154】
様々なプロセス変数識別要素３２０を使用して、プロセス変数指標の値を測定することができる。図８Ｄは、プロセス変数がチャネル信号及び／またはシステム出力信号の周波数である場合に適用したプロセス変数識別要素３２０の一例を示している。図示のプロセス変数識別要素３２０は、第１ローカル信号と第２ローカル信号とを含むローカル信号を出力するローカル発振器３２４を含む。第１ローカル信号及び第２ローカル信号はそれぞれ、ローカル信号の同相成分及びローカル信号の直交成分からなる群から選択された構成要素のうちの異なる１つを搬送する。
【0155】
プロセス変数識別要素３２０は、第１プロセス変数信号及び第１ローカル信号を受信する第１乗算器３２６も含む。第１乗算器３２６は、第１プロセス変数信号と第１ローカル信号とを乗算する。第１プロセス変数信号がプロセス変数信号の同相成分を搬送する場合、第１ローカル信号は、ローカル信号の直交成分を搬送する。第１プロセス変数信号がプロセス変数信号の直交成分を搬送する場合、第１ローカル信号は、ローカル信号の同相成分を搬送する。第１乗算器３２６は、第１乗算信号を出力する。
【0156】
プロセス変数識別要素３２０は、第２プロセス変数信号及び第２ローカル信号を受信する第２乗算器３２８も含む。第２乗算器３２８は、第２プロセス変数信号と第２ローカル信号とを乗算する。第２プロセス変数信号がプロセス変数信号の同相成分を搬送する場合、第２ローカル信号は、ローカル信号の直交成分を搬送する。第２プロセス変数信号がプロセス変数信号の直交成分を搬送する場合、第２ローカル信号は、ローカル信号の同相成分を搬送する。第２乗算器３２６は、第２乗算信号を出力する。
【0157】
プロセス変数識別要素３２０は、第１乗算信号及び第２乗算信号を受信する加算器３３０を含む。加算器３３０は、第１乗算信号と第２乗算信号とを加算して制御信号を出力する。
【0158】
制御信号は、プロセス変数評価器３３４で受信される。プロセス変数評価器３３４は、制御信号を用いて、チャネル信号の周波数（ｆＣＳ）に関連する１つ以上の特性を有する指示信号を出力する。例えば、プロセス変数評価器３３４は、チャネル信号の周波数（ｆＣＳ）に関連する電圧を有する指示信号を出力する時間-デジタル変換器（ＴＤＣ）であってもよい。いくつかの場合では、時間-デジタル変換器(ＴＤＣ)は、チャネル信号の周波数(ｆＣＳ)に比例する電圧を有する指示信号を出力する。指示信号は、レーザー源の周波数を制御する際に使用するために、光制御要素３２２によって受信されることができる。
【0159】
適切なプロセス変数評価器３３４の別の例は、制御信号のベースライン交差（ｄｎ）間の時間を示す指示信号を出力する周波数カウンタである。チャネル信号に対して測定された周波数(ｆＣＳ)は、方程式１によって、ベースライン交差(ｄｎ)間の時間に関連付けることができ：ｆＴＳ＝ｆＬＯ-１／（２＊ｄｎ）、ここで、ｆＬＯは、ローカル発振器の周波数を表す。プロセス変数評価器３３４は、チャネル信号（ｆＣＳ）に対して測定された周波数の値を示すデータを搬送する指示信号を出力することができる。指示信号は、レーザー源の周波数を制御する際に使用するために、光制御要素３２２によって受信されることができる。
【0160】
ローカル信号は、制御信号の周波数がプロセス変数信号の周波数より高くなるように選択される。制御信号の周波数が増加すると、プロセス変数を正確にサンプリングできる周波数が増加する。このサンプリング周波数を増加すると、制御機構によるプロセス変数の制御がより正確になる。その結果、制御信号の周波数の増加により、制御機構によるプロセス変数の制御が強化される。適切なサンプリング周波数には、変調周波数の１００倍を超えるサンプリング周波数が含まれるが、これに限定されない。ここで、変調周波数は、１／（サイクルの期間）である。いくつかの場合では、各サイクルにおけるデータ期間の全部または一部は、データ期間の継続時間あたり３０または１００倍を超えるサンプリング周波数を有する。いくつかの場合では、ローカル信号は、制御信号の周波数がプロセス変数信号の周波数の１００倍を超え、かつ１０，０００倍未満になるように選択される。
【0161】
図８Ｅは、プロセス変数がチャネル信号及び／またはシステム出力信号の周波数である場合に適用した適切なプロセス変数識別要素３２０の別の例を示している。該プロセス変数識別要素３２０は、加算器３３０から制御信号を受信するアナログ-デジタル変換器（ＡＤＣ）３４０を含む。アナログ-デジタル変換器（ＡＤＣ）３４０は、第１プロセス変数信号をアナログ形式からデジタル形式に変換し、デジタルデータ信号を出力する。デジタルデータ信号は、制御信号のデジタル表現である。
【0162】
プロセス変数識別要素３２０は、デジタルデータ信号を受信する変換要素３４２を含む。変換要素３４２は、デジタルデータ信号に対して数学的変換を実行する。数学的変換は、変換要素３４２が、ＬＩＤＡＲ出力信号の周波数に関連し、それを含み、またはそれを示す変換信号を出力するように選択される。適切な第１数学的変換には、これに限定されないが、ヒルベルト変換が含まれる。ヒルベルト変換は、制御信号の瞬間位相、即ち周波数を示す変換信号を出力する。
【0163】
変換信号は、周波数評価器３４４によって受信される。周波数評価器は、ＬＩＤＡＲ出力信号の周波数に関連し、その周波数を含み、かつ／またはそれを示す指示信号を出力するように構成することができる。例えば、周波数評価器は、次の方程式によって、瞬間周波数をチャネル信号の周波数(ｆＣＳ)に変換でき：ｆＣＳ＝(ｆｉｎｓｔ-ｆＬＯ）＊（Ｔ／τ’）、ここで、ｆＬＯは、ローカル発振器の周波数であり、ｆｉｎｓｔは、ヒルベルト変換から抽出された瞬間周波数であり、Ｔは、三角変調方式におけるデータ期間の継続時間であり、また、τ’は、遅延導波路６２と促進導波路６６との間の長さの差から生じる遅延である。従って、指示信号は、チャネル信号の周波数（ｆＣＳ）を定量するデジタル信号であり得る。指示信号は、レーザー源の周波数を制御する際に使用するために、光制御要素３２２によって受信されることができる。
【0164】
指示信号は、チャネル信号の周波数に関するデータを搬送する信号の文脈で記載されているが、指示信号は、チャネル信号の周波数に間接的に関連するデータを搬送することができる。例えば、指示信号は、チャネル信号の周波数を測定するために使用できるデータを搬送することができる。一例として、チャネル信号の周波数 (ｆＴＳ) は、チャネル信号の位相変化率から測定することができる。従って、指示信号は、チャネル信号の位相変化率を示すデータを搬送することができる。
【0165】
プロセス変数識別要素３２０は、任意の時点で同相成分及び直交成分からの情報を結合することによって、チャネル信号の周波数に対する指示信号の感度を高めるため、遅延導波路６２によって生成される必要がある遅延量を減少させる。従来のシステムは、遅延経路の長さを増やすことによって、この感度を高めようとした。プロセス変数識別要素３２０は指示信号の感度を高めるため、遅延経路の長さは、従来のシステムで達成できた量よりも少ない量だけ促進経路の長さを超えることができる。例えば、制御要素７４への経路における時間遅延は、制御要素７４への促進経路における時間遅延を、５０ｐｓ以上かつ１００ｎｓ以下の量だけ超えることができる。一例では、遅延経路の長さは、１０００ｃｍ未満、５００ｃｍ未満、または１００ｃｍ未満、かつ０．０ｃｍまたは０．４ｃｍを超える量だけ促進経路の長さを超える。一例では、同じ制御要素７４への遅延経路及び促進経路は、シリコンを通して光を誘導し、遅延経路の長さは、１０００ｃｍ未満かつ０．０ｃｍまたは０．４ｃｍを超える量だけ促進経路の長さを超える。
【0166】
図８Ａから図８Ｅは、図１Ａから図４に関連して開示された制御要素７４の全部または一部として使用するのに適した制御要素の一例を示している。上記で論議したように、制御要素７４のそれぞれは、同じチャネルを搬送する遅延経路信号及び促進経路信号を受信する。いくつかの場合では、レーザー源６８は、異なるチャネル信号がそれぞれ異なるチャネルを搬送し、異なるチャネル信号がそれぞれ異なるレーザー源６８から出力されるように構築される。例えば、図１Ｂは、異なるチャネル信号がそれぞれ異なるレーザー源６８から出力される、可能な光源１０の構造を示している。これらの例では、異なる制御要素７４のそれぞれを使用して、制御要素によって受信されるチャネルを搬送するチャネル信号のソースを制御することができる。例えば、異なる制御要素７４のそれぞれは、制御要素によって受信されるチャネルを搬送するチャネル信号の周波数を制御し、それに応じて、同じチャネルを搬送するシステム出力信号を制御するようにレーザー源を動作させるフィードバック制御ループに含めることができる。電子機器は、フィードバック制御ループを独立して動作させることができ、それに応じて、それらのフィードバック制御ループ内のレーザー源を独立して動作させることができる。
【0167】
上記のＬＩＤＡＲシステムは、各チャネルを搬送する単一のシステム出力信号を示す。その結果、各制御機構は、単一のシステム出力信号の異なるものの周波数対時間のパターンを制御することができる。しかし、ＬＩＤＡＲシステムは、複数の異なるシステム出力信号が同じチャネルを搬送するように構築することができる。例えば、ＬＩＤＡＲ出力信号を、それぞれをシステム出力信号のソースとして使用できる複数の異なる信号に分割することができる。この場合、１つ以上の制御機構はそれぞれ、同じチャネルを搬送する複数の異なるシステム出力信号の周波数対時間のパターンを制御することができる。
【0168】
図８Ａから図８Ｅに関連して開示された制御要素は、プロセス変数信号の同相成分及びプロセス変数信号の直交成分に動作させる。しかし、制御要素は、プロセス変数信号の同相成分に動作させるように構成することができ、プロセス変数信号の直交成分を除外することができる。その結果、制御要素は、第２光結合要素２８６を除外することができる。従って、制御要素は、１つの光学結合器を含むことができ、制御要素への遅延経路及び促進経路は、制御要素内の１つの光学結合器のみに延伸することができる。
【0169】
ＬＩＤＡＲシステムは、それぞれが制御要素７４のうちの１つを含む複数の制御機構を有するものとして開示されているが、ＬＩＤＡＲシステムは、わずか１つの制御機構を含むことができる。例えば、レーザー源６８は、一方のレーザー源６８の周波数をレートαｉで調整すると、他方のレーザー源６８も同じ速度で調整されるように構成することができる。この場合、上記に開示したようにレーザー源６８の１つを制御することにより、各レーザー源に所望の調整が提供され、それに応じて、各システム出力信号に所望の周波数対時間のパターンが提供される。
【0170】
上述したように、遅延導波路６２及び／または第１遅延導波路８０等の遅延導波路は、遅延導波路の長さを促進導波路６６の長さを超えて長くするために使用できる遅延セクション７０を含むことができる。遅延セクション７０は、遅延導波路６２の螺旋形配置を表すことができる。螺旋形配置は、より長い導波路が占める空間の量を減らすために選択される。図９は、螺旋形配置を有する遅延導波路６２または第１遅延導波路８０の一部を示している。螺旋形配置の中心付近で、該導波路は、向きを変えて元に戻る。螺旋形配置は、導波路の曲率半径が最も小さい部分（Ｒｍｉｎと表記）が曲率閾値を超える曲率半径を有するように選択される。適切な曲率閾値には、０．０２５ｍｍ、０．１ｍｍ、及び０．３ｍｍ以上の曲率閾値が含まれるが、これらに限定されない。螺旋形配置は、円に近い幾何学的形状で示されているが、螺旋形配置は、楕円形、長方形、または三角形に近い形状等の他の幾何学的形状であってもよい。その結果、螺旋形配置は、直線の導波路セグメント及び／または実質的に直線の導波路セグメントを含むことができる。
【0171】
ＬＩＤＡＲチップに適したプラットフォームには、シリカ、リン化インジウム、シリコン・オン・インシュレーター・ウェーハが含まれるが、これらに限定されない。図１０Ａは、シリコン・オン・インシュレーター・ウェーハから構築されたチップの一部の断面図である。シリコン・オン・インシュレーター（ＳＯＩ）ウェーハは、基板３５２と光透過媒体３５４との間に埋込層３５０を含む。シリコン・オン・インシュレーター・ウェーハでは、埋込層３５０はシリカであり、基板３５２及び光透過媒体３５４は、シリコンである。ＳＯＩウェーハ等の光学プラットフォームの基板３５２は、ＬＩＤＡＲチップ全体のベースとして機能することができる。例えば、図１Ａから図４のＬＩＤＡＲチップ上に示される光学構成要素は、基板３５２の上あるいはは上面及び／または側面上に配置することができる。
【0172】
図１０Ａは、シリコン・オン・インシュレーター・ウェーハから構築されたＬＩＤＡＲチップに適用した導波路構造を含むＬＩＤＡＲチップの一部の断面図である。光透過媒体のリッジ３５６は、光透過媒体の平板領域３５８から離れる方向に延伸する。光信号は、リッジ３５６の上部と埋込酸化物層３５０との間に制限される。
【0173】
リッジ導波路の寸法は、図１０Ａに示されている。例えば、リッジは、ｗと表記された幅、ｈと表記された高さを有する。平板領域の厚さはＴと表記される。ＬＩＤＡＲ応用の場合、他の応用で使用されるよりも高いレベルの光パワーを使用する必要があるため、これらの寸法は、他の寸法よりも重要になり得る。リッジ幅(ｗと表記)は、１μｍを超え、かつ４μｍ未満であり、リッジ高さ(ｈと表記)は、１μｍを超え、かつ４μｍ未満であり、平板領域の厚さは、０．５μｍを超え、かつ３μｍ未満である。これらの寸法は、導波路の直線または実質的に直線部分、導波路の湾曲部分、及び導波路のテーパ部分に適用することができる。従って、導波路のこれらの部分は、単一モードになる。しかし、いくつかの場合では、これらの寸法は、導波路の直線または実質的に直線の部分に適用される。さらにまたは代わりに、導波路の湾曲部分における光損失を低減するために、導波路の湾曲部分の平板厚さを薄くすることができる。例えば、導波路の湾曲部分は、厚さが０．０μｍ以上かつ０．５μｍ未満の平板領域から離れる方向に延伸するリッジを有することができる。上記の寸法は一般に、導波路の直線または実質的に直線部分にシングルモード構造を提供するが、結果としてテーパ部分及び／または湾曲部分がマルチモードになり得る。マルチモードジオメトリとシングルモードジオメトリとの間の結合は、高次モードを実質的に励起しないテーパを使用して行うことができる。従って、導波路は、導波路内で搬送される信号が、マルチモード寸法を有する導波路セクション内で搬送される場合でも単一モードで搬送されるように構築することができる。図１０Ａの文脈で開示される導波路構築物は、図１Ａから図４に従って構築されたＬＩＤＡＲチップ上の導波路の全部または一部に適している。
【0174】
図１０Ｂから図１０Ｄは、シリコン・オン・インシュレーター プラットフォーム上に構築され、図２及び図４に従って構築されたＬＩＤＡＲチップ上に適用した帰還装置８２の一例を示している。図１０Ｂは、帰還装置８２を有するＬＩＤＡＲチップの一部の上面図である。図１０Ｃは、図１０ＢにおいてＣと表記された線に沿った帰還装置８２の断面図である。図１０Ｄは、図１０ＢにおいてＣと表記された線に沿った帰還装置８２の断面図である。
【0175】
図示の帰還装置８２は、光透過媒体３５４を部分的にまたは完全に通って延伸する凹部３６０を含む。図示の凹部３６０は、埋込層３５０内まで延伸していないが、図示の凹部３６０は、埋込層３５０内へ、または埋込層３５０を通って延伸することができる。凹部３６０の表面は、帰還表面３６２として機能する。帰還表面３６２は、光搬送媒体３５４から帰還表面３６２に入射する光信号の少なくとも一部が光搬送媒体３５４に帰還するように構成される。帰還が生じるメカニズムは、帰還表面３６２での反射、または帰還表面３６２による反射であり得る。例えば、凹部媒体３６６は、凹部３６０内に配置され、帰還表面３６２と接触することができる。凹部媒体３６６は、凹部３６０を充填することができ、または帰還表面３６２に接触する材料の層とすることができる。凹部媒体３６６は、流体であっても固体であってもよい。図１０Ｃに示されるように、凹部媒体３６６は、出力要素のクラッディング３６８としても機能する固体とすることができる。いくつかの場合では、凹部媒体３６６は、光透過媒体３５４よりも低い屈折率を有し、帰還表面３６２での反射を引き起こす。光透過媒体３５４よりも低い屈折率を有する適切な凹部媒体には、空気、エポキシ、二酸化シリコン、及び窒化シリコンが含まれるが、これらに限定されない。クラッディングとしても機能する光透過媒体３５４よりも低い屈折率を有する適切な凹部媒体には、二酸化シリコン及び窒化シリコンが含まれるが、これらに限定されない。
【0176】
いくつかの場合では、凹部媒体３６６は、出射ＬＩＤＡＲ信号または入力信号を帰還表面３５２で反射させる媒体である。例えば、凹部媒体３６６は、帰還表面３５２に接触する反射材料３７０であってもよい。図１０Ｄは、帰還表面３５２と接触する反射材料３７０の層を示している。図１０Ｄは、クラッディングが凹部媒体３６６上に位置し、凹部３６０内に延伸するように配置されたクラッディングを示しているが、クラッディングは、任意である。適切な反射材料３７０には、二酸化シリコン、酸化ハフニウム、及び酸化アルミニウムを含む多層誘電体膜、及びアルミニウム、ニッケル、及び金等の金属が含まれるが、これらに限定されない。適切なクラッディングには、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、及び酸化アルミニウムが含まれるが、これらに限定されない。
【0177】
ＬＩＤＡＲチップ上の導波路と干渉する光センサーは、チップとは別で、その後チップに取り付けられる構成要素であってもよい。例えば、光センサーは、フォトダイオードまたはアバランシェフォトダイオードであってもよい。適切な光センサー要素の例には、日本の浜松市にある浜松社が製造するＩｎＧＡｓ ＰＩＮフォトダイオード、または日本の浜松市にある浜松社が製造するＩｎＧＡｓ ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）が含まれるが、これらに限定されない。これらの光センサーは、ＬＩＤＡＲチップの中央に配置することができる。あるいは、光センサーで終端する導波路の全部または一部は、チップの端に位置するファセットで終端することができ、光センサーは、ファセットを通過する光を受けるように、ファセット上のチップの端に取り付けることができる。チップとは別個の構成要素である光センサーの使用は、第１補助光センサー２１８、第２補助光センサー２２０、第１光センサー２２３、及び第２光センサー２２４からなる群から選択される光センサーの全部または一部に適している。
【0178】
別個の構成要素である光センサーの代替として、光センサーの全部または一部をチップと統合することができる。例えば、シリコン・オン・インシュレーター・ウェーハから構築されたチップ上のリッジ導波路と干渉される光センサーの例は、Ｏｐｔiｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ Ｖｏｌ．１５、Ｎｏ．２１、１３９６５-１３９７１（２００７）；２０１２年１月１０日に発行された米国特許第８，０９３，０８０号；２０１２年８月１４日に発行された米国特許第８，２４２，４３２号；及び２０００年８月２２日に発行された米国特許第６，１０８，８４７２号で見出すことができる。これらのそれぞれは、その全体が本明細書に組み込まれる。チップと統合された光センサーの使用は、補助光センサー２１８、第２補助光センサー２２０、第１光センサー２２３、及び第２光センサー２２４からなる群から選択される光センサーの全部または一部に適している。
【0179】
適切なレーザー源６８は、ＬＩＤＡＲチップとは別個で、その後ＬＩＤＡＲチップに取り付けられたレーザチップであってもよい。例えば、レーザー源６８は、フリップチップ配置を使用してチップに取り付けられたレーザチップであってもよい。フリップチップ配置の使用は、レーザー源６８がシリコン・オン・インシュレーター・ウェーハから構築されるチップ上のリッジ導波路と干渉される場合に適している。あるいは、ユーティリティ導波路１２は、外部共振器レーザーの反射器として機能するブラッグ格子等の光学格子（図示せず）を含むことができる。これらの例では、レーザー源６８は、ＬＩＤＡＲチップとは別で、その後、フリップチップ配置でＬＩＤＡＲチップに取り付けられる利得要素を含むことができる。フリップチップ利得要素とシリコン・オン・インシュレーター・ウェーハから構築されたチップ上のリッジ導波路との間の適切なインターフェースの例は、２０１７年７月１１日に発行された米国特許第９，７０５，２７８号、及び１９９９年１１月２３日に発行された米国特許第５，９９１，４８４号に見出すことができる。これらのそれぞれは、その全体が本明細書に組み込まれる。レーザー源６８が利得要素またはレーザチップである場合、電子機器６２は、利得要素またはレーザー空洞を通して印加される電流のレベルを変更することによってチャネル信号の周波数を変更することができる。
【0180】
適切な電子機器６２には、上記の操作、監視、及び制御機能を実行するのに適したアナログ電気回路、デジタル電気回路、プロセッサ、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、フィールド プログラマブル ゲート アレイ (ＦＰＧＡ)、コンピュータ、マイクロコンピュータ、またはその組み合わせを含む、またはそれらから構成される電子制御装置が含まれるが、これらに限定されない。いくつかの場合では、電子制御装置は、動作、制御、及び監視機能の実行中に電子制御装置によって実行されるインストラクションを含むメモリにアクセスする。電子機器は、単一の場所にある単一の構成要素として示されているが、電子機器は、互いに独立した、かつ／または異なる場所に配置された複数の異なる構成要素を含むことができる。また、上記したように、開示された電子機器の全部または一部は、チップと統合された電子機器を含めて、チップ上に含めることができる。
【0181】
上記のＬＩＤＡＲシステムは、ＬＩＤＡＲチップ、ＬＩＤＡＲアダプター、光源、光センサー、導波路、増幅器等の複数の光学構成要素を含む。いくつかの場合では、ＬＩＤＡＲシステムは、図示された光学構成要素に加えて、または図示された光学構成要素の代替として、１つ以上の受動光学構成要素を含む。受動光学構成要素は、可動な部品を除いた固体の構成要素であってもよい。適切な受動光学構成要素には、レンズ、ミラー、光学回折格子、反射面、分割器、分波器、合波器、偏光子、偏光分割器、及び偏光回転子が含まれるが、これらに限定されない。いくつかの場合では、ＬＩＤＡＲシステムは、図示された光学構成要素に加えて、または図示された光学構成要素の代替として、１つ以上の能動光学構成要素を含む。適切な能動光学構成要素には、光学スイッチ、位相チューナー、減衰器、操縦可能なミラー、操縦可能なレンズ、同調可能な分波器、同調可能な合波器が含まれるが、これらに限定されない。
【0182】
これらの教示を考慮すれば、当業者であれば、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、上記の明細書及び添付の図面と併せて見たとき、そのような実施形態及び改変の全てを含む請求項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7C】
【図7D】
【図7E】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図8E】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【国際調査報告】