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JP7699966B2 - 向上したｓｎ比を有するライダー装置 - Google Patents
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Description

本発明は、ライダー装置に係り、より詳しくは、向上したＳＮ比を有するライダー装置に関する。
近年、多様な機能のＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ）が商用化されている。例えば、他の車両の位置と速度を認識し、衝突危険がある場合には速度を低減し、衝突危険がない場合には設定された速度範囲内で車両を走行するＡＣＣ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｃｒｕｉｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）や、前方車両を認識し、衝突危険があるが、運転手がそれへの対応をしないか、または対応方式が適切でない場合に自動的に制動を加えて衝突を防止するＡＥＢ（Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ Ｂｒａｋｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）のような機能を装着した車両が増加している。また、近い将来に自律走行（ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ ｄｒｉｖｉｎｇ）が可能な自動車が商用化されるものと期待されている。
それによって、車両の前方情報を提供する車両用レーダの重要性が次第に高くなっている。例えば、レーザを発射して散乱されるか、または反射されたレーザが戻る時間、レーザの強度変化、レーザの周波数変化、レーザの偏光状態変化などから、測定対象の距離、速度、方位角位置などを測定するライダー（ＬｉＤＡＲ； ｌｉｇｈｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｒａｎｇｉｎｇ）センサが車両用レーダとして多く使用される。
米国特許出願公開第２０２０／０１０３５０２号明細書 中国特許出願公開第１１０７７０６００号明細書 米国特許出願公開第２０２０／００４９８２０号明細書 韓国特許第２０１８－００２００３５号公報
本発明の目的は、向上したＳＮ比（ｓｉｇｎａｌ－ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）を有するライダー装置を提供することである。
本実施形態によるライダー装置は、所定の波長を有する光を発生させる光源と、前記光源から発生した光を外部に放出する光送信器と、外部から光を受信する光受信器と、前記光受信器で受信した光のうち、前記光源から発生した光の波長と同じ波長の光を選択的に増幅させて検出する共振型光検出モジュールと、前記光源及び前記共振型光検出モジュールを制御するプロセッサと、を含むことができる。ここで、前記共振型光検出モジュールは、共振器と、前記共振器上に配置され、前記共振器に沿って進む光の位相を、前記プロセッサの制御に基づいて調節する位相変調器と、前記共振器に沿って進む光の強度を検出する光検出器と、を含むことができる。
前記プロセッサは、前記光源から発生した光を前記光送信器に提供する前に、前記共振器にまず提供し、前記位相変調器を制御し、前記共振器に沿って進む光の位相を調節することにより、前記共振器の共振波長を、前記光源から発生した光の波長と一致させ、前記共振器の共振波長を決定した後、前記光源から発生した光を前記光送信器に提供することができる。
また、前記プロセッサは、前記位相変調器を制御し、前記共振器に沿って進む光の位相を調節する間に、前記光検出器で検出される光の強度が最高に至る時、前記共振器の共振波長が、前記光源から発生した光の波長と一致するものと判断することができる。
一実施形態において、前記ライダー装置は、前記光源の温度を測定する温度センサをさらに含み、前記プロセッサは、前記温度センサで測定した温度に基づいて、前記光源から発生した光の波長を決定し、前記光源から発生した光の波長が所定の範囲以上に変化すれば、前記位相変調器を制御し、前記共振器に沿って進む光の位相を調節することにより、前記共振器の共振波長を、前記光源から発生した光の波長と一致させることができる。
また、一実施形態による前記ライダー装置は、前記光源と前記光送信器との間に配置された第１導波路と、前記光源と前記共振器との間に配置された第２導波路と、前記光受信器と前記共振器との間に配置された第３導波路と、前記プロセッサの制御によって、前記光源から発生した光を前記第１導波路に提供するか、または前記第２導波路に提供する光スイッチと、をさらに含んでもよい。
また、一実施形態による前記ライダー装置は、前記第３導波路の末端に連結され、外部ノイズの強度を測定する追加的な光検出器をさらに含んでもよい。
他の実施形態において、前記ライダー装置は、前記第１導波路上に配置された光カプラをさらに含み、前記第２導波路の一端が前記光カプラまで延長されており、前記第１導波路を介して前記光送信器に提供される光の一部が、前記光カプラ及び前記第２導波路を介して前記共振器に提供されることが可能である。
例えば、前記光源は、連続波光を発生させる連続波光源であり、前記プロセッサは、前記光源が周波数変調された光を発生させるように、前記光源を制御し、ＦＭＣＷ（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ）方式によって、外部の物体についての距離情報及び速度情報を抽出することができる。
一実施形態において、前記共振器は、光路長が相異なり、かつ光学的に互いに連結されている第１共振器と第２共振器とを含み、前記位相変調器は、前記第１共振器上に配置され、前記第１共振器に沿って進む光の位相を、前記プロセッサの制御に基づいて調節する第１位相変調器と、前記第２共振器上に配置され、前記第２共振器に沿って進む光の位相を、前記プロセッサの制御に基づいて調節する第２位相変調器とを含み、前記光検出器は、前記第１共振器に沿って進む光の強度を検出する第１光検出器と、前記第２共振器に沿って進む光の強度を検出する第２光検出器とを含むことができる。
その場合、前記プロセッサは、前記光源から発生した光を前記光送信器に提供する前に、前記第１共振器にまず提供し、前記第１位相変調器を制御し、前記第１共振器に沿って進む光の位相を調節することにより、前記第１共振器の共振波長を、前記光源から発生した光の波長と一致させ、前記第２位相変調器を制御し、前記第２共振器に沿って進む光の位相を調節することにより、前記第２共振器の共振波長を、前記光源から発生した光の波長と一致させ、前記第１共振器及び前記第２共振器の共振波長を決定した後、前記光源から発生した光を前記光送信器に提供することができる。
他の実施形態において、前記ライダー装置は、前記光源と前記光送信器との間に配置された第１導波路と、前記光源と前記第１共振器との間に配置された第２導波路と、前記光受信器と前記第２共振器との間に配置された第３導波路と、前記プロセッサの制御によって、前記光源から発生した光を前記第１導波路に提供するか、または前記第２導波路に提供する光スイッチと、をさらに含んでもよい。
さらに他の実施形態において、前記ライダー装置は、前記光源と前記光送信器との間に配置された第１導波路と、前記第１導波路上に配置された光カプラと、前記光カプラと前記共振器との間に配置された第２導波路と、前記光受信器と前記共振器との間に配置された第３導波路と、をさらに含み、前記第１導波路を介して前記光送信器に提供される光の一部が、前記光カプラ及び前記第２導波路を介して前記共振器に提供されることが可能である。
一実施形態において、前記共振器は、例えば、閉曲線導波路共振器でもある。
他の実施形態において、前記共振器は、導波路上に形成された第１ループ型ミラーと第２ループ型ミラーとを含み、前記位相変調器と前記光検出器は、前記第１ループ型ミラーと前記第２ループ型ミラーとの間の導波路上に配置されることが可能である。
さらに他の実施形態において、前記ライダー装置は、前記光源と前記光送信器との間に配置された第１導波路と、前記光源と前記第１ループ型ミラーとの間に配置された第２導波路と、前記光受信器と前記第２ループ型ミラーとの間に配置された第３導波路と、前記プロセッサの制御によって、前記光源から発生した光を前記第１導波路に提供するか、または前記第２導波路に提供する光スイッチと、をさらに含んでもよい。
前記光送信器と前記光受信器は、例えば、光フェーズドアレイ（ＯＰＡ； ｏｐｔｉｃａｌ ｐｈａｓｅｄ ａｒｒａｙ）素子でもある。
例えば、前記光送信器は、基板と、前記基板上に配置された導波路と、一つの導波路と連結された入力端、及び複数の導波路と連結された出力端をそれぞれ含む複数の分配器と、前記複数の分配器によって分岐された複数の光の位相を独立して調節する複数の位相制御素子と、前記複数の位相制御素子にそれぞれ連結され、位相調節された複数の光を放出する複数の格子パターングループと、を含むことができる。
前記光源、前記光送信器、前記光受信器及び前記共振型光検出モジュールは、一つの基板上に共に配置されることが可能である。
前記プロセッサは、前記複数の位相制御素子を制御し、前記分岐された複数の光の位相を調節することにより、前記光送信器から放出される光の方位角方向を調節し、前記光源から発生した光の波長を調節することにより、前記光送信器から放出される光の高度角方向を調節することができる。
また、前記プロセッサは、前記光送信器から放出される光の高度角方向を変える度に、前記位相変調器を制御し、前記共振器の共振波長を、前記光源から発生した光の波長と一致させることができる。
例えば、前記プロセッサは、前記光源が第１波長の光を発生させるように、前記光源を制御し、前記光源から発生した前記第１波長の光を前記共振器に提供し、前記位相変調器を制御し、前記共振器に沿って進む光の位相を調節することにより、前記共振器の共振波長を前記第１波長と一致させ、前記光源から発生した前記第１波長の光を前記光送信器に提供しつつ、前記複数の位相制御素子を制御し、前記光送信器から放出される光の方位角方向を調節し、前記光源が第２波長の光を発生させるように、前記光源を制御し、前記光源から発生した前記第２波長の光を前記共振器に提供し、前記位相変調器を制御し、前記共振器に沿って進む光の位相を調節することにより、前記共振器の共振波長を前記第２波長と一致させ、前記光源から発生した前記第２波長の光を前記光送信器に提供しつつ、前記複数の位相制御素子を制御し、前記光送信器から放出される光の方位角方向を調節することができる。
また、他の実施形態において、前記光送信器と前記光受信器は、例えば、一体に結合された光送受信器でもある。
その場合、前記ライダー装置は、前記光源と前記光送受信器との間に配置された第１導波路と、前記光源と前記共振器との間に配置された第２導波路と、前記光送受信器と前記共振器との間に配置された第３導波路と、前記プロセッサの制御によって、前記光源から発生した光を前記第１導波路に提供するか、または前記第２導波路に提供する光スイッチと、前記第１導波路上に配置された光カプラと、を含み、前記第３導波路の一端が前記光カプラに連結され、前記光カプラは、前記光送受信器で受信される光を前記第３導波路に伝達することができる。
他の実施形態において、前記ライダー装置は、第１ポートに入力される光を第２ポートに出力し、前記第２ポートに入力される光を第３ポートに出力する光サーキュレータと、前記光源と前記光サーキュレータの前記第１ポートとの間に連結された第１導波路と、前記第１導波路上に配置された光カプラと、前記共振器と前記光カプラとの間に連結された第２導波路と、前記光サーキュレータの前記第３ポートと前記共振器との間に連結された第３導波路と、を含み、前記光サーキュレータの前記第３ポートに前記光送受信器が連結されることが可能である。
一実施形態によるライダー装置の構成を概略的に示すブロック図である。 図１に示されたライダー装置の動作を概略的に説明するためのブロック図である。 図１に示されたライダー装置の動作を概略的に説明するためのブロック図である。 図１に示されたライダー装置で検出される信号の分布を例示的に示すグラフである。 図１に示されたライダー装置の共振型光検出モジュールの他の構成を例示的に示す図面である。 他の実施形態によるライダー装置の構成を概略的に示すブロック図である。 さらに他の実施形態によるライダー装置の構成を概略的に示すブロック図である。 さらに他の実施形態によるライダー装置の構成を概略的に示すブロック図である。 図７に示されたライダー装置において、第１及び第２共振器それぞれの共振特性と、結果的な共振型光検出モジュールの共振特性とを例示的に示す図面である。 図７に示されたライダー装置の共振型光検出モジュールの他の構成を例示的に示す図面である。 さらに他の実施形態によるライダー装置の構成を概略的に示すブロック図である。 三角のＦＭＣＷ方式において、送信光の周波数成分と、受信光の周波数成分とを例示的に示すグラフである。 さらに他の実施形態によるライダー装置の構成を概略的に示すブロック図である。 さらに他の実施形態によるライダー装置の構成を概略的に示すブロック図である。 さらに他の実施形態によるライダー装置の構成を概略的に示すブロック図である。 光フェーズドアレイ素子の例示的な構成を概略的に示す斜視図である。 図１５に示された光フェーズドアレイ素子を含むライダー装置の構成を概略的に示すブロック図である。 図１６に示されたライダー装置から放出された信号光の分布を例示的に示す図面である。 図１６に示されたライダー装置の駆動方式を例示的に示す図面である。 さらに他の実施形態によるライダー装置の構成を概略的に示すブロック図である。 さらに他の実施形態によるライダー装置の構成を概略的に示すブロック図である。
以下、添付された図面を参照して、向上したＳＮ比（ｓｉｇｎａｌ－ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）を有するライダー装置について詳細に説明する。以下の図面において、同じ参照符号は、同じ構成要素を指し、図面上で、各構成要素の大きさは、説明の明瞭性及び便宜上、誇張されうる。一方、以下に述べられる実施形態は、単に例示的なものに過ぎず、それらの実施形態から多様な変形が可能である。
以下で、「上部」や「上」と記載されたものは、接触して真上にあるものだけでなく、非接触で上にあるものも含む。単数の表現は、文脈上明白に取り立てて意味しない限り、複数の表現を含む。また、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、それは、特に逆の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことを意味する。
「前記」の用語、及びそれと類似した指示用語の使用は、単数及び複数の両方に該当するものである。方法を構成する段階について、明白に順序を記載するか、または反する記載がなければ、当該段階は、適当な順序で行われてもよく、必ずしも記載された順序に限定されるものではない。
また、明細書に記載された「…部」、「モジュール」などの用語は、少なくとも一つの機能や動作を処理する単位を意味し、それは、ハードウェアまたはソフトウェアにより具現されたり、ハードウェアとソフトウェアとの結合により具現されたりする。
図面に示した構成要素間の線の連結または連結部材は、機能的な連結、及び／または物理的または回路的連結を例示的に表すものであり、実際の装置では、代替可能であったり追加されたりする多様な機能的な連結、物理的な連結、または回路的な連結として表される。
全ての例または例示的な用語の使用は、単に技術的思想を詳細に説明するためのものであり、特許請求の範囲により限定されない限り、当該例または例示的な用語によって範囲が限定されるものではない。
図１は、一実施形態によるライダー装置の構成を概略的に示すブロック図である。図１を参照すれば、一実施形態によるライダー装置１００は、所定の波長を有する光を発生させる光源１１０と、光源１１０から発生した光を外部に放出する光送信器１２０と、外部から光を受信する光受信器１３０と、光受信器１３０で受信した光のうち、光源１１０から発生した光の波長と同じ波長の光を選択的に増幅させて検出する共振型光検出モジュール１４０と、光源１１０及び共振型光検出モジュール１４０の動作を制御するプロセッサ１５０とを含む。
光源１１０は、プロセッサ１５０の制御によって、一定の時間間隔でパルス光を放出するように構成される。また、光源１１０は、肉眼には見えない赤外線帯域の光を放出するように構成されてもよい。例えば、光源１１０は、約８００ｎｍないし約２，０００ｎｍ帯域のうち選択された一部の波長帯域を有する光を放出するように構成されてもよい。光源１１０は、例えば、パルスレーザ光源でもあるが、必ずしもそれに限定されるものではない。公差範囲内で発光波長を制御することができるならば、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源１１０として使用することも可能である。
光送信器１２０は、光源１１０から発生した光を、プロセッサ１５０の制御によって、特定の方向に指向させて送信するように構成される。光送信器１２０は、前方の複数の領域に対して順次に光を照射するビーム操向装置でもある。以下で、光送信器１２０から外部に放出される光を信号光という。例えば、光送信器１２０は、選択された高度角で方位角方向を順次に変化させつつ、信号光を照射した後、高度角を変化させ、再び方位角方向を順次に変化させつつ、信号光を照射する方式であり、前方に対する二次元スキャンを行うことができる。
光送信器１２０は、例えば、光フェーズドアレイ（ＯＰＡ； ｏｐｔｉｃａｌ ｐｈａｓｅｄ ａｒｒａｙ）方式によっても具現されるが、必ずしもそれに限定されるものではない。例えば、光送信器１２０は、光源１１０を回転させるアクチュエータを含むこともできる。その場合、光送信器１２０は、光源１１０を回転させて信号光の照射方向を調節可能である。他の例において、光送信器１２０は、光源１１０から発生した光を反射するミラーと、ミラーを回転させるアクチュエータとを含むこともでき、または光源１１０から発生した光の反射方向を電気機械的に調節するＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）素子を含むこともできる。
光受信器１３０は、前方の物体ＯＢＪから反射された光を受光する役割を行う。光受信器１３０は、外部からライダー装置１００に向かって来る全ての光を受光することもできるが、特に、光送信器１２０が信号光を送信した方向から来る光を受光するように構成されてもよい。例えば、光受信器１３０は、光フェーズドアレイ方式によっても具現される。あるいは、光受信器１３０は、複数のマイクロレンズが二次元配列されたレンズアレイとしても具現される。光受信器１３０がレンズアレイとして具現される場合、光受信器１３０は、プロセッサ１５０の制御によってレンズアレイの方向を調節するアクチュエータをさらに含んでもよい。
また、ライダー装置１００は、必要に応じて、光送信器１２０から放出される信号光を外部に投射するように構成された光学系１６０をさらに含んでもよい。光学系１６０は、光送信器１２０から放出される信号光のビーム径が遠距離まで増加しないようにフォーカシングすることができる。また、光学系１６０は、外部から来る光を光受信器１３０上にフォーカシングすることもできる。しかし、ビーム径が十分に制御された信号光が光送信器１２０から放出される場合に、光学系１６０は省略してもよい。
また、ライダー装置１００は、外部からライダー装置１００に向かって来る光のうち、特定の波長帯域の光のみを選択的に透過させる帯域通過フィルタ１６１をさらに含んでもよい。帯域通過フィルタ１６１は、光受信器１３０の受光面に対向して配置され、光受信器１３０に入射する光の波長帯域を制限することができる。帯域通過フィルタ１６１の通過帯域は、信号光の波長帯域とも一致する。例えば、光源１１０が約８００ｎｍないし約２，０００ｎｍ帯域のうち選択された波長帯域を有する光を放出する場合に、帯域通過フィルタ１６１の通過帯域は、約８００ｎｍないし約２，０００ｎｍ内で選択可能である。
プロセッサ１５０は、光源１１０、光送信器１２０及び光受信器１３０の動作を制御し、共振型光検出モジュール１４０から受けた受信信号に基づいて、例えば、飛行時間法（ＴＯＦ； ｔｉｍｅ ｏｆ ｆｌｉｇｈｔ）によって、外部の物体ＯＢＪについての距離情報または速度情報を抽出することができる。プロセッサ１５０は、例えば、専用の半導体チップによっても具現され、コンピュータで実行可能なソフトウェアによっても具現され、記録媒体に保存されるのである。さらに他の例によれば、プロセッサ１５０は、ＰＬＣ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）またはＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ－ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）などによっても具現される。また、プロセッサ１５０は、光源１１０、光送信器１２０、光受信器１３０及び共振型光検出モジュール１４０と共に一つの基板上に搭載されてもよく、互いに別個の基板に搭載されてもよい。
共振型光検出モジュール１４０は、光受信器１３０で受信した光のうち、信号光の波長と同じ波長の光を選択的に増幅させて検出することにより、ライダー装置１００のＳＮ比を向上させる役割を行う。帯域通過フィルタ１６１を使用するとしても、光源１１０の波長変化を考慮する時、帯域通過フィルタ１６１の通過帯域幅は数十ｎｍ程度に選択される。したがって、帯域通過フィルタ１６１を使用するとしても、例えば、太陽光、街灯、他の車両のヘッドライトのような外部のノイズが光受信器１３０を介して共振型光検出モジュール１４０に流入されうる。共振型光検出モジュール１４０は、光受信器１３０で受信した光のうち、信号光の波長と同じ波長の光のみを選択して検出することができる。
そのために、共振型光検出モジュール１４０は、共振器１４１と、共振器１４１上に配置され、共振器１４１に沿って進む光の位相を、プロセッサ１５０の制御に基づいて調節する位相変調器１４２と、共振器１４１に沿って進む光の強度を検出する光検出器１４３とを含む。
共振器１４１は、例えば、閉曲線導波路共振器でもある。図１には、便宜上、共振器１４１が円形であるものと示しているが、共振器１４１の形態が必ずしも円形である必要はなく、閉曲線構造を有するならば、楕円形や多角形のようないかなる形態を有してもよい。共振器１４１の共振波長は、閉曲線導波路の光学的長さによっても決定される。該閉曲線導波路の光学的長さは、閉曲線導波路の物理的な長さと、閉曲線導波路の平均的な屈折率との積によって表すことができる。
光源１１０から発生した光の波長は、必要に応じて、プロセッサ１５０の制御に基づいても変化し、温度のような外部の環境変数によっても変化する。位相変調器１４２は、プロセッサ１５０の制御に基づいて、共振器１４１の共振波長を、光源１１０から発生した光の波長と一致させる役割を行う。例えば、共振器１４１に沿って進む光の位相が変化すれば、閉曲線導波路の光学的長さが変化する効果が発生し、共振器１４１の共振波長が変化する。光の位相遅延が大きくなれば、閉曲線導波路の光学的長さが長くなるので、共振器１４１の共振波長が大きくなり、逆に光の位相遅延が小さくなれば、閉曲線導波路の光学的長さが短くなるので、共振器１４１の共振波長が小さくなる。したがって、位相変調器１４２は、共振器１４１上に配置され、共振器１４１に沿って進む光の位相を調節することにより、共振器１４１の共振波長を調節可能である。
位相変調器１４２は、導波路の温度を変化させるか、またはキャリア（例えば、電子または正孔）の濃度を変化させる方式によっても具現される。例えば、温度変化方式は、導波路周囲の温度を変化させ、導波路の屈折率を変化させる方式によって、光の位相を調節可能である。また、キャリア濃度変化方式は、導波路中心部周囲にダイオード接合を位置させ、キャリア濃度変化を通じて導波路の屈折率を変化させる方式によって、光の位相を調節可能である。
光検出器１４３は、共振器１４１に沿って進む光の強度を検出する。光検出器１４３が共振器１４１に沿って進む光を全て吸収すれば、共振器１４１内で共振が起こらないため、光検出器１４３は、共振器１４１に沿って進む光の一部のみを吸収して検出し、光の残りを通過させて共振器１４１に沿って進め続けるようにすることができる。光検出器１４３で検出される光の強度は、共振器１４１の共振波長に該当する光の強度である。したがって、光検出器１４３は、光源１１０から発生した光の波長と同じ波長を有する光の強度を測定することになる。
また、ライダー装置１００は、光源１１０と光送信器１２０との間に配置された第１導波路１０２、光源１１０と共振器１４１との間に配置された第２導波路１０３、光受信器１３０と共振器１４１との間に配置された第３導波路１０４、及びプロセッサ１５０の制御によって、光源１１０から発生した光を第１導波路１０２に提供するか、または第２導波路１０３に提供する光スイッチ１０１をさらに含んでもよい。
光スイッチ１０１、第１導波路１０２、第２導波路１０３及び第３導波路１０４は、共振型光検出モジュール１４０、光送信器１２０及び光受信器１３０と共に同一基板上に搭載されるが、必ずしもそれに限定されるものではない。例えば、第１導波路１０２、第２導波路１０３及び第３導波路１０４は、それぞれ光ファイバからなり、光スイッチ１０１、共振型光検出モジュール１４０、光送信器１２０及び光受信器１３０は、ライダー装置１００のケース内部にそれぞれ個別的に固定されてもよい。
光スイッチ１０１は、電気的な信号によって光路が変わる素子である。例えば、光スイッチ１０１は、マッハ・ツェンダー干渉計スイッチ、加熱ヒータ、またはそれらの組み合わせなど、多様な方式によっても具現可能である。
第１導波路１０２の第１端部は、光スイッチ１０１に連結されており、第１端部の反対側にある第２端部は、光送信器１２０の入力ポートに連結される。プロセッサ１５０の制御によって、光スイッチ１０１が、光源１１０から発生した光を第１導波路１０２に提供すれば、光源１１０から発生した光は、第１導波路１０２に沿って光送信器１２０に供給される。
また、第２導波路１０３の第１端部は、光スイッチ１０１に連結されており、第１端部の反対側にある第２端部を含む第２導波路１０３の一部の領域は、共振器１４１に隣接して配置される。第２導波路１０３の一部の領域は、共振器１４１の接線方向と平行な方向に配置されるが、共振器１４１と物理的には接触しない。例えば、共振器１４１と第２導波路１０３との最短距離は、０よりも大きく、第２導波路１０３の幅の５倍以下である。また、共振器１４１と第２導波路１０３との最短距離は、第２導波路１０３の幅の２倍以下、例えば、第２導波路１０３の幅の半分からその幅と同じ幅までである。それにより、第２導波路１０３が共振器１４１の共振波長に影響を与えることなく、第２導波路１０３に沿って第２端部に向かって進む光が共振器１４１に伝達される。プロセッサ１５０の制御によって、光スイッチ１０１が、光源１１０から発生した光を第２導波路１０３に提供すれば、光源１１０から発生した光は、第２導波路１０３に沿って共振器１４１に供給される。
第３導波路１０４の第１端部は、光受信器１３０に連結されており、第１端部の反対側にある第２端部を含む第３導波路１０４の一部の領域は、共振器１４１に隣接して配置される。第３導波路１０４の一部の領域は、共振器１４１の接線方向と平行な方向に配置されるが、共振器１４１と物理的には接触しない。例えば、共振器１４１と第３導波路１０４との最短距離は、０よりも大きく、第３導波路１０４の幅の５倍以下である。また、共振器１４１と第３導波路１０４との最短距離は、第３導波路１０４の幅の２倍以下、例えば、第３導波路１０４の幅の半分からその幅と同じ幅までである。それにより、第３導波路１０４が共振器１４１の共振波長に影響を与えることなく、光受信器１３０から第３導波路１０４の第１端部に入射した光は、第３導波路１０４に沿って第２端部に向かって進む過程で共振器１４１に伝達される。第３導波路１０４は、共振器１４１を中心として第２導波路１０３の反対側に配置されるが、必ずしもそれに限定されるものではない。
上述の構造を有するライダー装置１００において、光源１１０から発生した光を光送信器１２０に提供し、光送信器１２０を介して外部に光を放出する前に、共振器１４１にまず光を提供し、共振器１４１の共振波長を、光源１１０から発生した光の波長と一致させる。その後、光送信器１２０に光を供給し、外部に光を放出し、光受信器１３０から受信された光のうち、共振器１４１の共振波長に該当する信号光のみを選択的に増幅させて検出することができる。例えば、図２Ａ及び図２Ｂは、図１に示されたライダー装置１００の動作を概略的に説明するためのブロック図である。
まず、図２Ａは、光源１１０から発生した光の波長と一致するように、共振器１４１の共振波長をチューニングする過程を示している。図２Ａを参照すれば、プロセッサ１５０は、光スイッチ１０１を制御し、光源１１０と第２導波路１０３を光学的に連結させる。そして、プロセッサ１５０は、光源１１０をターンオンさせ、光を発生させる。そのとき、プロセッサ１５０は、光源１１０を制御し、光源１１０から発生した光の波長を調節することもできる。光源１１０から発生した光は、第２導波路１０３を経て共振器１４１に伝達され、共振器１４１内で共振することになる。プロセッサ１５０は、光検出器１４３の出力をモニタリングしつつ、位相変調器１４２を制御し、共振器１４１に沿って進む光の位相を漸進的に変化させる。位相変調器１４２による位相遅延を調節する過程は、光検出器１４３の出力が最大になるまで反復されるのである。
プロセッサ１５０は、位相変調器１４２を制御し、共振器１４１に沿って進む光の位相を調節する間に、光検出器１４３で検出される光の強度が最高に至る時、共振器１４１の共振波長が、光源１１０から発生した光の波長と一致するものと判断する。そのような方式で共振器１４１の共振波長を決定した後、プロセッサ１５０は、図２Ａに示されたチューニングモードを終了し、チューニングモードで決定された光源１１０の波長と、位相変調器１４２による位相遅延とを一定に固定させることができる。必要に応じて、プロセッサ１５０は、チューニングモードで決定された制御条件をメモリに保存してもよい。
その後、プロセッサ１５０は、信号検出モードを遂行する。例えば、図２Ｂに示されたように、プロセッサ１５０は、光スイッチ１０１を制御し、光源１１０と第１導波路１０２を光学的に連結させる。それにより、光源１１０から発生した光は、第１導波路１０２を経て光送信器１２０に伝達される。プロセッサ１５０は、光送信器１２０を制御し、前方の複数の領域に対して順次または不規則的に光を照射することができる。信号検出モードで、プロセッサ１５０は、チューニングモードに決定された光源１１０の波長と、位相変調器１４２による位相遅延とを維持することができる。
一方、外部から光受信器１３０に入射する光は、第３導波路１０４に沿って進むことになる。第３導波路１０４に沿って進む光のうち、共振器１４１の共振条件を満足する波長を有する光のみが共振器１４１内で共振し、光検出器１４３によって検出される。共振器１４１の共振条件を満足する波長を有する光は、信号光の波長と正確に一致する波長を有する光だけでなく、共振器１４１の閉曲線導波路の光学的長さの整数倍に該当する複数の波長を有する光を含む。
例えば、図３は、図１に示されたライダー装置１００で検出される信号の分布を例示的に示すグラフである。図３を参照すれば、光受信器１３０を介して信号光と共に入る外部ノイズは、少なくとも数十ｎｍ以上の広い波長帯域にわたって分布する。そのような外部ノイズのほとんどは、共振器１４１の共振波長に正確に合っていない成分である。したがって、共振器１４１に入った信号光成分は、閉曲線導波路で増幅され、ノイズ成分は、第３導波路１０４の第２端部に抜け出し、第３導波路１０４が搭載された回路基板、または第３導波路１０４を含むチップ内で散乱されて無くなる。
外部ノイズのうち、共振器１４１の共振波長と一致する成分のみが、信号光と共に光検出器１４３で検出される。例えば、図３には、共振器１４１の共振波長に該当する複数のピークが例示的に示されている。図３のグラフに例示的に示されたように、約１ｎｍの周期ごとに、半値幅を基準として約０．０１ｎｍ幅のノイズが光検出器１４３で検出される。したがって、光受信器１３０を介して信号光と共に入る外部ノイズが、全波長帯域で均一な強度の光を含むと仮定する時、外部ノイズのうち約１／１００しか光検出器１４３で検出されず、そのように減少したノイズによって、ライダー装置１００のＳＮ比が向上する。図３に示されたピークの周期と幅は、共振器１４１の閉曲線導波路の長さ、損失、第３導波路１０４との間隔など、多様な設計要素によって決定可能であるので、上記で例示した数値は、単に理解のための例である。
共振器１４１と光学的に連結された光検出器１４３に入射する光の強度は、共振器１４１での共振現象によって、実際よりも数十倍増幅される効果がある。したがって、光検出器１４３の感度が増加したものと同様な効果を有することができる。そのような効果によって、ライダー装置１００のＳＮ比が向上する。したがって、図１に示された帯域通過フィルタ１６１を除去するとしても、高いＳＮ比を達成することができる。
前述のように、光検出器１４３は、共振器１４１に沿って進む光を全て吸収せず、一部のみを吸収して検出することができる。そのような条件は、シリコン光検出器の使用を可能にする。理想的なシリコン結晶は、可視光線は吸収するものの、赤外線波長領域の光は吸収しない。しかし、実際には、シリコンの内部及び表面に存在する格子の欠陥による二光子吸収（ｔｗｏ－ｐｈｏｔｏｎ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）による赤外線吸収が観察される。二光子吸収メカニズムによる光電流の生成は、一般的に約５ｍＡ／Ｗレベルと非常に弱いと知られた。しかし、本実施形態によるライダー装置１００の場合、シリコン光検出器を共振器１４１に結合させることにより、約０．１Ａ／Ｗレベルの応答性が得られる。それは、ゲルマニウム（Ｇｅ）やＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を利用した光検出器の赤外線波長領域に対する応答性と類似した程度である。
したがって、赤外線波長領域の信号を検出する光検出器１４３として、シリコン検出器を使用することが可能である。シリコン検出器を使用すれば、共振器１４１内の共振現象を維持可能であるほど、光の一部のみを吸収することができる。また、共振器１４１に結合されることにより、シリコン検出器は、他の半導体材料を利用した赤外線検出器と類似した性能を達成することができる。光検出器１４３としてシリコン検出器を使用すれば、現在のＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）製造工程をそのまま利用して、図１に示された光送信器１２０、光受信器１３０及び共振型光検出モジュール１４０を具現可能であるので、ライダー装置１００の生産コストを大きく低減させることができる。
図１には、光検出器１４３が共振器１４１の閉曲線導波路上に配置されたものと示しているが、必ずしもそれに限定されるものではない。例えば、図４は、図１に示されたライダー装置１００の共振型光検出モジュールの他の構成を例示的に示す。図４を参照すれば、共振型光検出モジュール１４０ａは、共振器１４１の閉曲線導波路上に配置された光カプラ１４４と、光カプラ１４４と連結された光検出器１４３とを含む。光カプラ１４４は、共振器１４１内で進む光の一部を光検出器１４３に提供する。
図５は、他の実施形態によるライダー装置の構成を概略的に示すブロック図である。図５を参照すれば、ライダー装置１００ａは、温度センサ１５１をさらに含んでもよい。温度センサ１５１は、ライダー装置１００ａ周辺の温度、特に光源１１０の温度を測定するように配置される。光源１１０から発生した光の波長は、一般的に温度による影響を大きく受ける。プロセッサ１５０は、光源１１０の温度と、光の波長との関係を保存したメモリを含んでもよい。
プロセッサ１５０は、図２Ａに示されたチューニングモードを遂行する間に、温度センサ１５１で測定された温度をメモリに保存することができる。そして、図２Ｂに示された信号検出モードを遂行する間に、プロセッサ１５０は、温度センサ１５１から光源１１０の温度をモニタリングすることができる。信号検出モードの間に、温度センサ１５１で測定された温度が、メモリに保存された温度と大きく異なれば、プロセッサ１５０は、信号検出モードを臨時に中断し、チューニングモードを再び遂行する。例えば、チューニングモードを遂行する間に測定された温度に基づいて計算された、光源１１０から発生した光の波長と比べて、信号検出モードを遂行する間に測定された温度に基づいて計算された、光源１１０から発生した光の波長が、共振器１４１の共振条件を十分に満足しないほどに変化するならば、プロセッサ１５０は、信号検出モードを中断し、チューニングモードを遂行する。例えば、光源１１０から発生した光の波長が約１ｎｍ以上変化するならば、プロセッサ１５０は、再びチューニングモードを遂行する。そのような方式によって、プロセッサ１５０は、共振器１４１の共振波長を、光源１１０から発生した光の変化した波長にリアルタイムで一致させることができる。
図６は、さらに他の実施形態によるライダー装置の構成を概略的に示すブロック図である。図６を参照すれば、ライダー装置１００ｂは、第３導波路１０４の第２端部に配置された追加的な光検出器１５２をさらに含んでもよい。前述のように、光受信器１３０を介して入った光のうち、信号光成分は共振器１４１で増幅され、ノイズ成分は第３導波路１０４の第２端部に向かって進む。したがって、第３導波路１０４の第２端部に配置された光検出器１５２は、外部ノイズの強度を測定することができる。外部ノイズの波長分布は、外部の状態によって、例えば、昼間、夜間、トンネル、天気などによって変わりうる。プロセッサ１５０は、光検出器１５２から提供される外部ノイズの波長分布に基づいて外部の状態を予測し、外部情報をユーザに提供することができる。
図７は、さらに他の実施形態によるライダー装置の構成を概略的に示すブロック図である。図７を参照すれば、ライダー装置１００ｃは、光路長が相異なり、かつ光学的に互いに連結されている少なくとも２つの共振器を備えた共振型光検出モジュール１４０ｂを含んでもよい。例えば、共振型光検出モジュール１４０ｂは、第１光路長を有する第１共振器１４１ａと、第１共振器１４１ａ上に配置され、第１共振器１４１ａに沿って進む光の位相を調節する第１位相変調器１４２ａと、第１共振器１４１ａに沿って進む光の強度を検出する第１光検出器１４３ａと、第１光路長と相異なる第２光路長を有する第２共振器１４１ｂと、第２共振器１４１ｂ上に配置され、第２共振器１４１ｂに沿って進む光の位相を調節する第２位相変調器１４２ｂと、第２共振器１４１ｂに沿って進む光の強度を検出する第２光検出器１４３ｂとを含む。
第１共振器１４１ａと第２共振器１４１ｂは、例えば、閉曲線導波路共振器でもある。図７には、例示的に、第１共振器１４１ａは、第１直径Ｒ１を有する円形の閉曲線導波路であり、第２共振器１４１ｂは、第１直径Ｒ１と相異なる第２直径Ｒ２を有する円形の閉曲線導波路であるものと示しているが、第１共振器１４１ａと第２共振器１４１ｂとの閉曲線導波路が必ずしも円形である必要はなく、光路長が相異なる多様な形態を有する閉曲線導波路が使用されてもよい。また、第１共振器１４１ａの閉曲線導波路と、第２共振器１４１ｂの閉曲線導波路とが相異なる形態を有することも可能である。
光スイッチ１０１と光学的に連結された第２導波路１０３は、光源１１０から発生した光を第１共振器１４１ａに伝達するように配置される。光受信器１３０と光学的に連結された第３導波路１０４は、光受信器１３０に入った光を第２共振器１４１ｂに伝達するように配置される。例えば、第２導波路１０３は、第１共振器１４１ａの近辺で第１共振器１４１ａの接線方向と平行な方向に配置され、第３導波路１０４は、第２共振器１４１ｂの近辺で第２共振器１４１ｂの接線方向と平行な方向に配置される。
第１共振器１４１ａと第２共振器１４１ｂは、光学的に互いに連結される。例えば、共振型光検出モジュール１４０ｂは、第１共振器１４１ａと第２共振器１４１ｂとの間に連結された第４導波路１４５をさらに含んでもよい。第１共振器１４１ａに沿って進む光は、第４導波路１４５を介して第２共振器１４１ｂに伝達され、第２共振器１４１ｂに沿って進む光は、第４導波路１４５を介して第１共振器１４１ａに伝達される。したがって、第２導波路１０３を介して第１共振器１４１ａに供給された光、及び第３導波路１０４を介して第２共振器１４１ｂに供給された光は、第１共振器１４１ａ及び第２共振器１４１ｂに沿って「８」字状に進むことになる。
閉曲線導波路の光路長が変われば、共振器の共振波長が変わり、共振波長間の間隔、すなわち、共振周期も変わる。２つの閉曲線導波路が直列に連結された場合、２つの閉曲線導波路の共振条件がいずれも満足される時に信号が検出され、したがって、信号と共に検出される外部ノイズも、２つの閉曲線導波路の共振条件が同時に満足される波長に限定され、結果として共振周期が長くなる効果が得られる。
例えば、図８は、図７に示されたライダー装置１００ｃにおいて、第１及び第２共振器１４１ａ、１４１ｂそれぞれの共振特性と、結果的な共振型光検出モジュール１４０ｂの共振特性とを例示的に示す。共振器の共振周期は、光路長の逆数に比例し、光路長が増加するほど、共振周期も短くなる。図８では、第１共振器１４１ａと第２共振器１４１ｂがそれぞれ直径Ｒ１とＲ２を有する円形閉曲線導波路であるものと仮定した。図８を参照すれば、第１及び第２共振器１４１ａ、１４１ｂそれぞれの共振周期は比較的短いが、第１共振器１４１ａと第２共振器１４１ｂの直列連結による結果的な共振型光検出モジュール１４０ｂの共振周期は非常に長くなる。例えば、結果的な共振型光検出モジュール１４０ｂの共振周期は、第１共振器１４１ａの共振周期と、第２共振器１４１ｂの共振周期との最小公倍数と同じである。したがって、第１光検出器１４３ａ及び第２光検出器１４３ｂで検出される外部ノイズをさらに低減させることができる。
２つの共振器を使用する場合、チューニングモードは、１つの共振器ずつ順次に遂行される。例えば、プロセッサ１５０は、まず、第１光検出器１４３ａで測定される光の強度が最大になるまで、第１位相変調器１４２ａによる位相遅延を制御する。そのような方式によって、第１共振器１４１ａの共振波長を、光源１１０から発生した光の波長と一致させる。第１光検出器１４３ａで測定される光の強度が最大になれば、次いで、プロセッサ１５０は、第２光検出器１４３ｂで測定される光の強度が最大になるまで、第２位相変調器１４２ｂによる位相遅延を制御する。そのような方式によって、第２共振器１４１ｂの共振波長を、光源１１０から発生した光の波長と一致させる。
プロセッサ１５０は、第１共振器１４１ａと第２共振器１４１ｂとの共振波長を決定した後、光源１１０から発生した光を光送信器１２０に提供し、信号検出モードを遂行する。信号検出モードで、プロセッサ１５０は、第１光検出器１４３ａで検出される信号と、第２光検出器１４３ｂで検出される信号の両方を利用して、外部物体についての情報を計算することができる。２つの光検出器を使用することにより、チューニングモードと信号検出モードとでの正確性及び精密性を向上させることができる。
図７には、第１共振器１４１ａと第２共振器１４１ｂが第４導波路１４５を介して直列に連結されたものと示しているが、必ずしもそれに限定されるものではない。例えば、図９は、図７に示されたライダー装置１００ｃの共振型光検出モジュールの他の構成を例示的に示す。図９を参照すれば、共振型光検出モジュール１４０ｃは、第４導波路１４５なしに互いに近接した第１共振器１４１ａと第２共振器１４１ｂとを含む。第１共振器１４１ａと第２共振器１４１ｂは、互いに物理的に接触せず、第１共振器１４１ａと第２共振器１４１ｂとの最短距離は、例えば、０よりも大きく、閉曲線導波路の幅の５倍以下である。また、第１共振器１４１ａと第２共振器１４１ｂとの最短距離は、閉曲線導波路の幅の２倍以下、例えば、閉曲線導波路の幅の半分からその幅と同じ幅までである。共振型光検出モジュール１４０ｃの残りの構成は、図７に示された共振型光検出モジュール１４０ｂの構成と同様である。
図１０は、さらに他の実施形態によるライダー装置の構成を概略的に示すブロック図である。図１０を参照すれば、ライダー装置１００ｄは、第１導波路１０２上に配置された光カプラ１０５をさらに含んでもよい。したがって、光カプラ１０５は、光スイッチ１０１と光送信器１２０との間の光路に配置される。また、ライダー装置１００ｄの第２導波路１０３の第１端部は、光スイッチ１０１に連結され、第２端部は、光カプラ１０５まで延長されている。第２導波路１０３の第１端部と第２端部との間の一部の領域が共振器１４１に隣接して、共振器１４１の接線方向に通過することになる。
本実施形態によれば、光源１１０から発生し、第１導波路１０２を介して光送信器１２０に提供される光の一部が、光カプラ１０５及び第２導波路１０３を介して共振器１４１に提供される。したがって、信号検出モードで、共振器１４１には、光受信器１３０を介して受信した光だけでなく、光源１１０から発生した光が共に提供される。その場合、光検出器１４３で測定される信号は、光受信器１３０を介して受信した受信光と、光源１１０から発生した送信光との干渉によって形成される干渉光の信号である。
それにより、プロセッサ１５０は、ＦＭＣＷ（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ）方式によって、受信信号の周波数を分析し、前方の物体についての情報を計算することができる。例えば、図１１は、三角のＦＭＣＷ方式において、送信光の周波数成分と、受信光の周波数成分とを例示的に示すグラフである。図１１において、縦軸は周波数を表し、横軸は時間を表す。図１１に示されたように、送信光と受信光とのグラフは、周波数が経時的に線形的に増加していて再び線形的に減少する三角形の形態を見せる。送信光の周波数ピークと受信光の周波数ピークとの間には、Δｔほどの時間遅延がある。ＦＭＣＷ方式によれば、光検出器１４３で測定される干渉光の信号を利用して、プロセッサ１５０は、送信光の周波数ピークと受信光の周波数ピークとの間の時間遅延Δｔを計算することができ、それを通じて、前方の物体までの距離情報及び前方の物体との相対速度情報を正確に計算することができる。図１１には、例示的に三角のＦＭＣＷ方式を示しているが、線形のＦＭＣＷ方式を利用することも可能である。
上述の実施形態では、光源１１０がパルス光源であり、プロセッサ１５０がＴＯＦ方式によって前方の物体についての情報を計算するものと述べられた。しかし、図１０に示された実施形態において、ＦＭＣＷ方式を利用するために、光源１１０は、持続的に発振して、例えば、正弦波のような波形を有する連続波光を発生させる連続波光源でもある。また、プロセッサ１５０は、光源１１０が図１１に示されたような周波数変調された光を発生させるように、光源１１０を制御する。ＦＭＣＷ方式を利用する場合にも、周波数変調された光の波長変化は、例えば、約０．００６ｎｍと非常に小さい。したがって、周波数変調された光の最小波長と最大波長の両方が共振器１４１の共振条件を満足させることができる。
図１２は、さらに他の実施形態によるライダー装置の構成を概略的に示すブロック図である。図１２を参照すれば、ライダー装置１００ｅは、光スイッチ１０１を含まず、光源１１０と光送信器１２０との間に配置された第１導波路１０２、第１導波路１０２上に配置された光カプラ１０５、及び光カプラ１０５と共振器１４１との間に配置された第２導波路１０３を含んでもよい。例えば、第１導波路１０２の第１端部は、光源１１０に直接的に連結されており、第２端部は、光送信器１２０に直接連結される。また、第２導波路１０３の第１端部は、光カプラ１０５に連結されており、第２端部は、共振器１４１の近辺で共振器１４１の接線方向と平行な方向に通過する。
図１２に示された実施形態において、プロセッサ１５０は、チューニングモードと信号検出モードとの切換時、光スイッチングが不要である。チューニングモードで、光源１１０から発生した光の一部が光カプラ１０５及び第２導波路１０３を介して共振器１４１に提供される。チューニングモードで、プロセッサ１５０は、光送信器１２０の動作を中断させる。また、信号検出モードで、共振器１４１には、光受信器１３０を介して受信した光だけでなく、光源１１０から発生した光が共に提供される。その場合、光検出器１４３で測定される信号は、光受信器１３０を介して受信した受信光と、光源１１０から発生した送信光との干渉によって形成される干渉光の信号である。プロセッサ１５０は、ＦＭＣＷ方式によって、受信信号の周波数を分析し、前方の物体についての情報を計算することができる。
図１３は、さらに他の実施形態によるライダー装置の構成を概略的に示すブロック図である。図１３に示されたライダー装置１００ｆの構成は、図１２に示されたライダー装置１００ｅの構成と類似しており、単に共振器１４１内で光が進む方向のみが異なる。例えば、図１２に示されたライダー装置１００ｅの場合、共振器１４１内で、送信光は反時計回り方向に進み、受信光は時計回り方向に進む。それと逆に、図１３に示されたライダー装置１００ｆの場合、共振器１４１内で、送信光は時計回り方向に進み、受信光は反時計回り方向に進む。そのために、図１３に示されたライダー装置１００ｆにおいて、第２導波路１０３は、１８０°折り曲げられた後、共振器１４１の近辺で共振器１４１の接線方向と平行な方向に通過する。第３導波路１０４も、１８０°折り曲げられた後、共振器１４１の隣近で共振器１４１の接線方向と平行な方向に通過する。
図１３には、第２導波路１０３と第３導波路１０４の両方が１８０°折り曲げられたものと示しているが、必ずしもそれに限定されるものではない。例えば、第２導波路１０３のみが１８０°折り曲げられてもよく、第３導波路１０４のみが１８０°折り曲げられてもよい。第２導波路１０３と第３導波路１０４のうちいずれか１つのみが１８０°折り曲げられる場合に、共振器１４１内で、送信光と受信光は同じ方向に進む。共振器１４１内で、送信光と受信光が同じ方向に進むとしても、送信光と受信光との間の干渉信号が発生しうる。
ここまでは、共振型光検出モジュールの共振器が閉曲線導波路共振器であるものと例示されたが、必ずしもそれに限定されるものではない。例えば、図１４は、さらに他の実施形態によるライダー装置の構成を概略的に示すブロック図である。図１４を参照すれば、ライダー装置１００ｇの共振型光検出モジュール１４０ｄは、ループ型ミラー共振器１４１ｃを含んでもよい。ループ型ミラー共振器１４１ｃは、導波路上に形成された、第１ループ型ミラー１４６と第２ループ型ミラー１４７とを含む。
第１ループ型ミラー１４６と第２ループ型ミラー１４７は、導波路の一部区間をループ形態に折り曲げ、導波路の一部が互いに近く対向するように構成される。導波路の一部が互いに近く対向する、第１ループ型ミラー１４６と第２ループ型ミラー１４７との狭いネック部分では、部分的な反射と部分的な透過とが発生する。したがって、第１ループ型ミラー１４６と第２ループ型ミラー１４７との間で光が共振する効果が発生するので、第１ループ型ミラー１４６と第２ループ型ミラー１４７が共振器の役割を行うことができる。位相変調器１４２と光検出器１４３は、共振が起こる、第１ループ型ミラー１４６と第２ループ型ミラー１４７との間の導波路上に配置される。
図１４に示された実施形態において、第２導波路１０３、ループ型ミラー共振器１４１ｃ及び第３導波路１０４は、１つの導波路を利用して一体に構成されてもよい。例えば、１つの導波路が光スイッチ１０１から光受信器１３０まで延長されており、導波路の中間部分に第１ループ型ミラー１４６と第２ループ型ミラー１４７とを形成する。図１４には、便宜上、光スイッチ１０１と第１ループ型ミラー１４６との間を第２導波路１０３で表示し、光受信器１３０と第２ループ型ミラー１４７との間を第３導波路１０４で表示した。
一方、光送信器１２０と光受信器１３０を光フェーズドアレイ（ＯＰＡ）方式によって具現する場合、光送信器１２０と光受信器１３０を１つのチップ内に集積して構成することができる。また、光送信器１２０、光受信器１３０及び共振型光検出モジュール１４０を１つのチップ内に集積してもよく、さらに、光源１１０、光送信器１２０、光受信器１３０及び共振型光検出モジュール１４０を１つのチップ内に集積することも可能である。したがって、光送信器１２０と光受信器１３０を光フェーズドアレイ（ＯＰＡ）方式によって具現すれば、ライダー装置を非常に小型化することができる。
例えば、図１５は、光フェーズドアレイ素子の例示的な構成を概略的に示す斜視図である。図１５を参照すれば、光フェーズドアレイ素子２００は、基板２０１、基板２０１上に配置された光源１１０、分岐領域２００Ａ、位相制御領域２００Ｂ、増幅領域２００Ｃ及び放出領域２００Ｄを含む。光源１１０、分岐領域２００Ａ、位相制御領域２００Ｂ、増幅領域２００Ｃ及び放出領域２００Ｄは、第１方向ＤＲ１に沿って配列される。光フェーズドアレイ素子２００は、光源１１０から発生した光を、分岐領域２００Ａ、位相制御領域２００Ｂ、増幅領域２００Ｃ及び放出領域２００Ｄに順次に伝達する複数の導波路２１１を含む。光源１１０から発生した光は、導波路２１１を介して第１方向ＤＲ１に沿って進む。図１５には、例示的に光源１１０が光フェーズドアレイ素子２００と一体に作製されたものと示しているが、光源１１０は、光フェーズドアレイ素子２００と別個に作製されてもよい。
分岐領域２００Ａは、複数の分配器２２０を含む。複数の分配器２２０は、導波路２１１に沿って進む１つの光を複数の光に分ける。そのために、それぞれの分配器２２０の入力端には１つの導波路２１１が連結され、出力端には複数の導波路２１１が連結される。例示的に、図１５に、１つの光を２つの光に分ける複数の分配器２２０が示された。光源１１０から発生した光は、分岐領域２００Ａ内で複数の光に分割される。分割された複数の光は、複数の導波路２１１に沿ってそれぞれ進むことになる。図１５には、光源１１０から発生した光が分岐領域２００Ａで８個の光に分割されるものと示しているが、それは単純な例示であり、必ずしもそれに限定されるものではない。
位相制御領域２００Ｂは、複数の導波路２１１にそれぞれ配置された複数の位相制御素子２３０を含む。例えば、複数の位相制御素子２３０は、第１方向ＤＲ１に垂直な第２方向ＤＲ２に沿って配列される。分岐領域２００Ａ内で分岐された複数の光は、複数の位相制御素子２３０にそれぞれ提供される。位相制御素子２３０は、電気的に制御される可変的な屈折率を有する。位相制御素子２３０の屈折率によって、位相制御素子２３０を通過する光の位相が決定される。位相制御素子２３０は、分岐された複数の光の位相を独立して調節可能である。
増幅領域２００Ｃは、複数の導波路２１１にそれぞれ配置された複数の光増幅器２４０を含む。複数の光増幅器２４０は、第１方向ＤＲ１に垂直な第２方向ＤＲ２に沿って配列される。光増幅器２４０は、光信号の大きさを増加させる。例えば、それぞれの光増幅器２４０は、半導体光増幅器（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）またはイオンドーピング増幅器を含む。
放出領域２００Ｄは、複数の格子パターングループ２５０を含む。複数の格子パターングループ２５０は、第２方向ＤＲ２に沿って配列される。複数の格子パターングループ２５０は、複数の光増幅器２４０とそれぞれ連結される。それぞれの格子パターングループ２５０は、増幅領域２００Ｃで増幅された光をそれぞれ放出する。そのために、それぞれの格子パターングループ２５０は、周期的に配列された複数の格子パターン２５０ａを含む。複数の格子パターン２５０ａは、第１方向ＤＲ１に沿って配列される。位相制御領域２００Ｂで決定された、分割された光間の位相差、格子パターン２５０ａ間の間隔、格子パターン２５０ａの高さ、及び格子パターン２５０ａの幅によって、格子パターングループ２５０により放出される出力光ＯＬの進行方向が決定される。例えば、出力光ＯＬの進行方向は、第１方向ＤＲ１の成分、第２方向ＤＲ２の成分、及び第１方向ＤＲ１と第２方向ＤＲ２とに垂直な第３方向ＤＲ３の成分を有する。
図１５に示された光フェーズドアレイ素子２００を光送信器として使用する場合、プロセッサ１５０は、複数の位相制御素子２３０を独立して制御し、分岐された複数の光の位相を調節することにより、格子パターングループ２５０を介して放出される送信光の方位角方向を調節することができる。例えば、複数の位相制御素子２３０に設定された位相差によって、送信光が異なる方位角方向に放射される。一方、格子パターングループ２５０を介して放出される信号光の高度角方向は、光源１１０の波長を変えて具現可能である。例えば、１，３１０ｎｍの波長帯域では、波長が１０ｎｍ変わる時、高度角は約２゜変わる。
また、図１５に示された光フェーズドアレイ素子２００は、光受信器としても使用可能である。その場合、光フェーズドアレイ素子２００は、光送信器と逆に作動する。例えば、格子パターングループ２５０を介して光を入力され、プロセッサ１５０は、光の入力が予想される方向に合うように、複数の位相制御素子２３０の位相をあらかじめ調節することができる。プロセッサ１５０が設定した方向から入射した光は、複数の位相制御素子２３０を経て１つの導波路に結合されつつ、補強干渉となり、光検出器で検出されるが、設定された方向と合わない方向から入射した光は、複数の位相制御素子２３０を経て１つの導波路に結合されつつ、相殺干渉となり、光検出器で検出されない。
図１６は、図１５に示された光フェーズドアレイ素子を含むライダー装置の構成を概略的に示すブロック図である。図１６に示されたライダー装置１００ｈは、図１に示されたライダー装置１００と実質的に同様な構成を有し、単に光フェーズドアレイ素子２００で構成された、光送信器１２０ａと光受信器１３０ａとを含むという点で異なる。また、ライダー装置１００ｈは、光源１１０、光送信器１２０ａ、光受信器１３０ａ及び共振型光検出モジュール１４０が共に搭載されている１つの基板１２１を含む。光送信器１２０ａは、複数の位相制御素子１２４及び複数の格子パターングループ１２６を含み、光受信器１３０ａも、複数の位相制御素子１３４及び複数の格子パターングループ１３６を含む。光フェーズドアレイ素子を含む構成は、図１に示されたライダー装置１００だけでなく、前述の全ての実施形態によるライダー装置に適用可能である。
ライダー装置１００ｈは、光送信器１２０ａと光受信器１３０ａを利用して、前方の領域に対して二次元スキャニングを行うことができる。例えば、図１７は、図１６に示されたライダー装置１００ｈから放出された信号光の分布を例示的に示す。図１７に示されたように、ライダー装置１００ｈは、第１高度角方向φ１を固定したまま、第１方位角方向θ１から第Ｎ方位角方向θＮまで順次にスキャニングすることができる。前述のように、方位角は、複数の位相制御素子１２４を通じて制御され、高度角は、光源１１０から発生した光の波長によって決定される。プロセッサ１５０は、第１高度角方向φ１に光を放射するために、光源１１０が第１波長λ１の光を生成するように光源１１０を制御する。
その後、ライダー装置１００ｈは、高度角方向を第２高度角方向φ２に調節する。そのために、プロセッサ１５０は、光源１１０が第２波長λ２の光を生成するように光源１１０を制御する。そして、プロセッサ１５０は、位相制御素子１２４を制御し、第１方位角方向θ１から第Ｎ方位角方向θＮまで順次にスキャニングすることができる。そのような方式で高度角方向を変える度に、光源１１０から発生した光の波長が変わるので、ライダー装置１００ｈは、高度角方向を変える度に、共振型光検出モジュール１４０の位相変調器１４２を制御し、共振器１４１の共振波長を、光源１１０から発生した光の波長と一致させるチューニングモードを遂行することができる。
例えば、図１８は、図１６に示されたライダー装置１００ｈの駆動方式を例示的に示す。図１８を参照すれば、プロセッサ１５０は、第１高度角方向φ１に光を放射するために、光源１１０が第１波長λ１の光を発生させるように光源１１０を制御する。チューニングモードで、光源１１０から発生した第１波長の光を共振器１４１に提供し、位相変調器１４２を制御し、共振器１４１に沿って進む光の位相を調節することにより、共振器１４１の共振波長を第１波長と一致させる。その後、信号検出モードで、プロセッサ１５０は、光源１１０から発生した第１波長の光を光送信器１２０ａに提供しつつ、複数の位相制御素子１２４を制御し、光送信器１２０ａから放出される光の方位角方向を、第１方位角方向θ１から第Ｎ方位角方向θＮまで順次に調節する。
第１高度角方向φ１に対するスキャニングが完了すれば、第２高度角方向φ２に光を放射するために、プロセッサ１５０は、光源１１０が第２波長λ２の光を発生させるように光源１１０を制御する。チューニングモードで、光源１１０から発生した第２波長の光を共振器１４１に提供し、位相変調器１４２を制御し、共振器１４１に沿って進む光の位相を調節することにより、共振器１４１の共振波長を第２波長と一致させる。その後、信号検出モードで、プロセッサ１５０は、光源１１０から発生した第２波長の光を光送信器１２０ａに提供しつつ、複数の位相制御素子１２４を制御し、光送信器１２０ａから放出される光の方位角方向を、第１方位角方向θ１から第Ｎ方位角方向θＮまで順次に調節する。
また、光フェーズドアレイ素子を使用する場合、上述の光送信器１２０ａと光受信器１３０ａが１つの光送受信器として一体に結合されて作製されることも可能である。例えば、図１９は、さらに他の実施形態によるライダー装置の構成を概略的に示すブロック図である。図１９を参照すれば、ライダー装置１００ｉは、光源１１０、光送受信器１２５及び共振型光検出モジュール１４０を含む。光送受信器１２５は、光フェーズドアレイ素子で構成され、光送信器と光受信器との役割をいずれも行うことができる。
また、ライダー装置１００ｉは、光源１１０と光送受信器１２５との間に配置された第１導波路１０２、光源１１０と共振型光検出モジュール１４０の共振器１４１との間に配置された第２導波路１０３、光送受信器１２５と共振器１４１との間に配置された第３導波路１０４、プロセッサ１５０の制御によって、光源１１０から発生した光を第１導波路１０２に提供するか、または第２導波路１０３に提供する光スイッチ１０１、及び第１導波路１０２上に配置された光カプラ１０５を含む。第３導波路１０４の第１端部は、光カプラ１０５に連結されている。光カプラ１０５は、第１導波路１０２から来る光を光送受信器１２５に伝達し、光送受信器１２５から受信される光を第３導波路１０４に伝達する。
図２０は、さらに他の実施形態によるライダー装置の構成を概略的に示すブロック図である。図２０を参照すれば、ライダー装置１００ｊは、光源１１０、光送受信器１２５及び共振型光検出モジュール１４０を含む。また、ライダー装置１００ｊは、第１ポートに入力される光を第２ポートに出力し、第２ポートに入力される光を第３ポートに出力する光サーキュレータ１０６、光源１１０と光サーキュレータ１０６の第１ポートとの間に連結された第１導波路１０２、第１導波路１０２上に配置された光カプラ１０５、共振器１４１と光カプラ１０５との間に連結された第２導波路１０３、及び共振器１４１と光サーキュレータ１０６の第３ポートとの間に連結された第３導波路１０４を含む。
光源１１０から発生した光は、光カプラ１０５で分岐され、共振器１４１と光サーキュレータ１０６の第１ポートとに供給される。光サーキュレータ１０６の第１ポートに供給された光は、第２ポートに出力され、光送受信器１２５に伝達される。また、光送受信器１２５で受信される光は、光サーキュレータ１０６の第２ポートに入力され、光サーキュレータ１０６の第３ポートに出力される。そして、光サーキュレータ１０６の第３ポートに出力された光は、第３導波路１０４を介して共振器１４１に提供される。したがって、信号光と受信光が共振器１４１に同時に提供され、図２０に示されたライダー装置１００ｊは、例えば、ＦＭＣＷ方式で前方の物体についての情報を計算することができる。
上述のライダー装置は、例えば、車両に装着され、前方の車両との距離及び相対速度情報を抽出するように構成可能である。しかし、本実施形態によるライダー装置は、必ずしも車両にのみ適用されるものではない。例えば、ライダー装置は、車両以外にも、船舶、航空機などに装着されるか、またはドローンなどに装着され、船舶、航空機、ドローンなどの前方の障害物を探索して回避するのにも利用可能である。
上述の向上したＳＮ比を有するライダー装置は、図面に示された実施形態を参照して述べられたが、それは例示的なものに過ぎず、当該分野における通常の知識を有する者ならば、それらから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、開示された実施形態は、限定的な観点ではなく、説明的な観点で考慮されなければならない。権利範囲は、前述の説明ではなく、特許請求の範囲に表されており、それと同等な範囲内にある全ての相違点は権利範囲に含まれたものと解釈されなければならない。
本発明は、例えば、自律走行関連の技術分野に適用可能である。
１００ ライダー装置
１０１ 光スイッチ
１０２ 第１導波路
１０３ 第２導波路
１０４ 第３導波路
１１０ 光源
１２０ 光送信器
１３０ 光受信器
１４０ 共振型光検出モジュール
１４１ 共振器
１４２ 位相変調器
１４３ 光検出器
１５０ プロセッサ
１６０ 光学系
１６１ 帯域通過フィルタ
ＯＢＪ 前方の物体

Claims (23)

  1. 光を発生させる光源と、
    前記光源から発生した光を外部に放出する光送信器と、
    外部から光を受信する光受信器と、
    前記光受信器で受信した光のうち、前記光源から発生した光の波長と同じ波長の光を選択的に増幅させて検出する共振型光検出モジュールと、
    前記光源及び前記共振型光検出モジュールを制御するプロセッサと、を含み、
    前記共振型光検出モジュールは、
    共振器と、
    前記共振器上に配置され、前記共振器に沿って進む光の位相を、前記プロセッサの制御に基づいて調節する位相変調器と、
    前記共振器に沿って進む光の強度を検出する光検出器と、を含み、
    前記光源と前記光送信器との間に配置された第１導波路と、
    前記光源と前記共振器との間に配置された第２導波路と、
    前記光受信器と前記共振器との間に配置された第３導波路と、
    前記プロセッサの制御によって、前記光源から発生した光を前記第１導波路に提供するか、または前記第２導波路に提供する光スイッチと、をさらに含むことを特徴とするライダー装置。
  2. 前記プロセッサは、
    前記光源から発生した光を前記光送信器に提供する前に、前記共振器にまず提供し、
    前記位相変調器を制御し、前記共振器に沿って進む光の位相を調節することにより、前記共振器の共振波長を、前記光源から発生した光の波長と一致させ、
    前記共振器の共振波長を決定した後、前記光源から発生した光を前記光送信器に提供することを特徴とする請求項１に記載のライダー装置。
  3. 前記プロセッサは、前記位相変調器を制御し、前記共振器に沿って進む光の位相を調節する間に、前記光検出器で検出される光の強度が最高に至る時、前記共振器の共振波長が、前記光源から発生した光の波長と一致するものと判断することを特徴とする請求項２に記載のライダー装置。
  4. 前記光源の温度を測定する温度センサをさらに含み、
    前記プロセッサは、
    前記温度センサで測定した温度に基づいて、前記光源から発生した光の波長を決定し、
    前記光源から発生した光の波長が所定の範囲以上に変化すれば、前記位相変調器を制御し、前記共振器に沿って進む光の位相を調節することにより、前記共振器の共振波長を、前記光源から発生した光の波長と一致させることを特徴とする請求項２に記載のライダー装置。
  5. 前記第３導波路の末端に連結され、外部ノイズの強度を測定する追加的な光検出器をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のライダー装置。
  6. 前記第１導波路上に配置された光カプラをさらに含み、
    前記第２導波路の一端が前記光カプラまで延長されており、前記第１導波路を介して前記光送信器に提供される光の一部が、前記光カプラ及び前記第２導波路を介して前記共振器に提供されることを特徴とする請求項１に記載のライダー装置。
  7. 前記光源は、連続波光を発生させる連続波光源であり、
    前記プロセッサは、前記光源が周波数変調された光を発生させるように、前記光源を制御し、ＦＭＣＷ（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ）方式によって、外部の物体についての距離情報及び速度情報を抽出することを特徴とする請求項６に記載のライダー装置。
  8. 光を発生させる光源と、
    前記光源から発生した光を外部に放出する光送信器と、
    外部から光を受信する光受信器と、
    前記光受信器で受信した光のうち、前記光源から発生した光の波長と同じ波長の光を選択的に増幅させて検出する共振型光検出モジュールと、
    前記光源及び前記共振型光検出モジュールを制御するプロセッサと、を含み、
    前記共振型光検出モジュールは、
    共振器と、
    前記共振器上に配置され、前記共振器に沿って進む光の位相を、前記プロセッサの制御に基づいて調節する位相変調器と、
    前記共振器に沿って進む光の強度を検出する光検出器と、を含み、
    前記共振器は、光路長が相異なり、かつ光学的に互いに連結されている第１共振器と第２共振器とを含み、
    前記位相変調器は、前記第１共振器上に配置され、前記第１共振器に沿って進む光の位相を、前記プロセッサの制御に基づいて調節する第１位相変調器と、前記第２共振器上に配置され、前記第２共振器に沿って進む光の位相を、前記プロセッサの制御に基づいて調節する第２位相変調器とを含み、
    前記光検出器は、前記第１共振器に沿って進む光の強度を検出する第１光検出器と、前記第２共振器に沿って進む光の強度を検出する第２光検出器とを含むことを特徴とするライダー装置。
  9. 前記プロセッサは、
    前記光源から発生した光を前記光送信器に提供する前に、前記第１共振器にまず提供し、
    前記第１位相変調器を制御し、前記第１共振器に沿って進む光の位相を調節することにより、前記第１共振器の共振波長を、前記光源から発生した光の波長と一致させ、
    前記第２位相変調器を制御し、前記第２共振器に沿って進む光の位相を調節することにより、前記第２共振器の共振波長を、前記光源から発生した光の波長と一致させ、
    前記第１共振器及び前記第２共振器の共振波長を決定した後、前記光源から発生した光を前記光送信器に提供することを特徴とする請求項８に記載のライダー装置。
  10. 前記光源と前記光送信器との間に配置された第１導波路と、
    前記光源と前記第１共振器との間に配置された第２導波路と、
    前記光受信器と前記第２共振器との間に配置された第３導波路と、
    前記プロセッサの制御によって、前記光源から発生した光を前記第１導波路に提供するか、または前記第２導波路に提供する光スイッチと、をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載のライダー装置。
  11. 光を発生させる光源と、
    前記光源から発生した光を外部に放出する光送信器と、
    外部から光を受信する光受信器と、
    前記光受信器で受信した光のうち、前記光源から発生した光の波長と同じ波長の光を選択的に増幅させて検出する共振型光検出モジュールと、
    前記光源及び前記共振型光検出モジュールを制御するプロセッサと、を含み、
    前記共振型光検出モジュールは、
    共振器と、
    前記共振器上に配置され、前記共振器に沿って進む光の位相を、前記プロセッサの制御に基づいて調節する位相変調器と、
    前記共振器に沿って進む光の強度を検出する光検出器と、を含み、
    前記光源と前記光送信器との間に配置された第１導波路と、
    前記第１導波路上に配置された光カプラと、
    前記光カプラと前記共振器との間に配置された第２導波路と、
    前記光受信器と前記共振器との間に配置された第３導波路と、をさらに含み、
    前記第１導波路を介して前記光送信器に提供される光の一部が、前記光カプラ及び前記第２導波路を介して前記共振器に提供されることを特徴とするライダー装置。
  12. 前記共振器は、閉曲線導波路共振器であることを特徴とする請求項１に記載のライダー装置。
  13. 光を発生させる光源と、
    前記光源から発生した光を外部に放出する光送信器と、
    外部から光を受信する光受信器と、
    前記光受信器で受信した光のうち、前記光源から発生した光の波長と同じ波長の光を選択的に増幅させて検出する共振型光検出モジュールと、
    前記光源及び前記共振型光検出モジュールを制御するプロセッサと、を含み、
    前記共振型光検出モジュールは、
    共振器と、
    前記共振器上に配置され、前記共振器に沿って進む光の位相を、前記プロセッサの制御に基づいて調節する位相変調器と、
    前記共振器に沿って進む光の強度を検出する光検出器と、を含み、
    前記共振器は、導波路上に形成された第１ループ型ミラーと第２ループ型ミラーとを含み、
    前記位相変調器と前記光検出器は、前記第１ループ型ミラーと前記第２ループ型ミラーとの間の導波路上に配置されていることを特徴とするライダー装置。
  14. 前記光源と前記光送信器との間に配置された第１導波路と、
    前記光源と前記第１ループ型ミラーとの間に配置された第２導波路と、
    前記光受信器と前記第２ループ型ミラーとの間に配置された第３導波路と、
    前記プロセッサの制御によって、前記光源から発生した光を前記第１導波路に提供するか、または前記第２導波路に提供する光スイッチと、をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載のライダー装置。
  15. 前記光送信器と前記光受信器は、光フェーズドアレイ（ＯＰＡ； ｏｐｔｉｃａｌ ｐｈａｓｅｄ ａｒｒａｙ）素子であることを特徴とする請求項１に記載のライダー装置。
  16. 前記光送信器は、
    基板と、
    前記基板上に配置された導波路と、
    一つの導波路と連結された入力端、及び複数の導波路と連結された出力端をそれぞれ含む複数の分配器と、
    前記複数の分配器によって分岐された複数の光の位相を独立して調節する複数の位相制御素子と、
    前記複数の位相制御素子にそれぞれ連結され、位相調節された複数の光を放出する複数の格子パターングループと、を含むことを特徴とする請求項１５に記載のライダー装置。
  17. 前記光源、前記光送信器、前記光受信器及び前記共振型光検出モジュールが、一つの基板上に共に配置されていることを特徴とする請求項１６に記載のライダー装置。
  18. 前記プロセッサは、
    前記複数の位相制御素子を制御し、前記分岐された複数の光の位相を調節することにより、前記光送信器から放出される光の方位角方向を調節し、
    前記光源から発生した光の波長を調節することにより、前記光送信器から放出される光の高度角方向を調節することを特徴とする請求項１６に記載のライダー装置。
  19. 前記プロセッサは、前記光送信器から放出される光の高度角方向を変える度に、前記位相変調器を制御し、前記共振器の共振波長を、前記光源から発生した光の波長と一致させることを特徴とする請求項１８に記載のライダー装置。
  20. 光を発生させる光源と、
    前記光源から発生した光を外部に放出する光送信器と、
    外部から光を受信する光受信器と、
    前記光受信器で受信した光のうち、前記光源から発生した光の波長と同じ波長の光を選択的に増幅させて検出する共振型光検出モジュールと、
    前記光源及び前記共振型光検出モジュールを制御するプロセッサと、を含み、
    前記共振型光検出モジュールは、
    共振器と、
    前記共振器上に配置され、前記共振器に沿って進む光の位相を、前記プロセッサの制御に基づいて調節する位相変調器と、
    前記共振器に沿って進む光の強度を検出する光検出器と、を含み、
    前記光送信器と前記光受信器は、光フェーズドアレイ（ＯＰＡ； ｏｐｔｉｃａｌ ｐｈａｓｅｄ ａｒｒａｙ）素子であり、
    前記光送信器は、
    基板と、
    前記基板上に配置された導波路と、
    一つの導波路と連結された入力端、及び複数の導波路と連結された出力端をそれぞれ含む複数の分配器と、
    前記複数の分配器によって分岐された複数の光の位相を独立して調節する複数の位相制御素子と、
    前記複数の位相制御素子にそれぞれ連結され、位相調節された複数の光を放出する複数の格子パターングループと、を含み、
    前記プロセッサは、
    前記複数の位相制御素子を制御し、前記分岐された複数の光の位相を調節することにより、前記光送信器から放出される光の方位角方向を調節し、
    前記光源から発生した光の波長を調節することにより、前記光送信器から放出される光の高度角方向を調節し、
    前記プロセッサは、前記光送信器から放出される光の高度角方向を変える度に、前記位相変調器を制御し、前記共振器の共振波長を、前記光源から発生した光の波長と一致させ、
    前記プロセッサは、
    前記光源が第１波長の光を発生させるように、前記光源を制御し、
    前記光源から発生した前記第１波長の光を前記共振器に提供し、
    前記位相変調器を制御し、前記共振器に沿って進む光の位相を調節することにより、前記共振器の共振波長を前記第１波長と一致させ、
    前記光源から発生した前記第１波長の光を前記光送信器に提供しつつ、前記複数の位相制御素子を制御し、前記光送信器から放出される光の方位角方向を調節し、
    前記光源が第２波長の光を発生させるように、前記光源を制御し、
    前記光源から発生した前記第２波長の光を前記共振器に提供し、
    前記位相変調器を制御し、前記共振器に沿って進む光の位相を調節することにより、前記共振器の共振波長を前記第２波長と一致させ、
    前記光源から発生した前記第２波長の光を前記光送信器に提供しつつ、前記複数の位相制御素子を制御し、前記光送信器から放出される光の方位角方向を調節することを特徴とするライダー装置。
  21. 前記光送信器と前記光受信器は、一体に結合された光送受信器であることを特徴とする請求項１５に記載のライダー装置。
  22. 光を発生させる光源と、
    前記光源から発生した光を外部に放出する光送信器と、
    外部から光を受信する光受信器と、
    前記光受信器で受信した光のうち、前記光源から発生した光の波長と同じ波長の光を選択的に増幅させて検出する共振型光検出モジュールと、
    前記光源及び前記共振型光検出モジュールを制御するプロセッサと、を含み、
    前記共振型光検出モジュールは、
    共振器と、
    前記共振器上に配置され、前記共振器に沿って進む光の位相を、前記プロセッサの制御に基づいて調節する位相変調器と、
    前記共振器に沿って進む光の強度を検出する光検出器と、を含み、
    前記光送信器と前記光受信器は、光フェーズドアレイ（ＯＰＡ； ｏｐｔｉｃａｌ ｐｈａｓｅｄ ａｒｒａｙ）素子であり、
    前記光送信器と前記光受信器は、一体に結合された光送受信器であり、
    前記光源と前記光送受信器との間に配置された第１導波路と、
    前記光源と前記共振器との間に配置された第２導波路と、
    前記光送受信器と前記共振器との間に配置された第３導波路と、
    前記プロセッサの制御によって、前記光源から発生した光を前記第１導波路に提供するか、または前記第２導波路に提供する光スイッチと、
    前記第１導波路上に配置された光カプラと、を含み、
    前記第３導波路の一端が前記光カプラに連結され、前記光カプラは、前記光送受信器で受信される光を前記第３導波路に伝達することを特徴とするライダー装置。
  23. 光を発生させる光源と、
    前記光源から発生した光を外部に放出する光送信器と、
    外部から光を受信する光受信器と、
    前記光受信器で受信した光のうち、前記光源から発生した光の波長と同じ波長の光を選択的に増幅させて検出する共振型光検出モジュールと、
    前記光源及び前記共振型光検出モジュールを制御するプロセッサと、を含み、
    前記共振型光検出モジュールは、
    共振器と、
    前記共振器上に配置され、前記共振器に沿って進む光の位相を、前記プロセッサの制御に基づいて調節する位相変調器と、
    前記共振器に沿って進む光の強度を検出する光検出器と、を含み、
    前記光送信器と前記光受信器は、光フェーズドアレイ（ＯＰＡ； ｏｐｔｉｃａｌ ｐｈａｓｅｄ ａｒｒａｙ）素子であり、
    前記光送信器と前記光受信器は、一体に結合された光送受信器であり、
    第１ポートに入力される光を第２ポートに出力し、前記第２ポートに入力される光を第３ポートに出力する光サーキュレータと、
    前記光源と前記光サーキュレータの前記第１ポートとの間に連結された第１導波路と、
    前記第１導波路上に配置された光カプラと、
    前記共振器と前記光カプラとの間に連結された第２導波路と、
    前記光サーキュレータの前記第３ポートと前記共振器との間に連結された第３導波路と、を含み、
    前記光サーキュレータの前記第３ポートに前記光送受信器が連結されていることを特徴とするライダー装置。
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