(57)【要約】【課題】  レーダ装置用の無線発振装置において、通過帯域の要求仕様の高い受信側フィルタの必要性をなくし、また高性能かつ高耐久性の発振装置や増幅器の必要性をなくすることによって、実用性の高いレーダ装置用無線発振装置を提供する。【解決手段】  無線発振装置は、発振用光変調器２、光変調器２に周波数ｆｍの変調信号を入力して光搬送波を変調し、光搬送波に対し周波数ｆｍシフトした位置に側帯波を重畳させるための変調手段６、光変調器２からの出射光を受光し、電気信号に変換する発振用受光器７、およびこの電気信号に基づいて周波数２ｆｍの無線信号を放射する放射手段８を備えている。光変調器の入力電圧Ｖｐ−ｐが光変調器の半波長電圧Ｖπの１．０倍以上、１．９９倍以下である。【選択図】    図２
2007079466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線信号を発振させるための無線発振装置であって、
発振用光変調器、この光変調器に周波数ｆｍの変調信号を入力して光搬送波を変調し、前記光搬送波に対し周波数ｆｍシフトした位置に側帯波を重畳させるための変調手段、前記光変調器からの出射光を受光し、電気信号に変換する発振用受光器、およびこの電気信号に基づいて周波数２ｆｍの無線信号を放射する放射手段を備えており、前記光変調器の入力電圧Ｖｐ−ｐが前記光変調器の半波長電圧Ｖπの１．０倍以上、１．９９倍以下であることを特徴とする、無線発振装置。
【請求項２】
前記受光器の帯域が２ｆｍよりも高く、４ｆｍよりも低いことを特徴とする、請求項１記載の無線発振装置。
【請求項３】
無線信号を発振させるための無線発振装置であって、
発振用光変調器、この光変調器に周波数ｆｍの変調信号を入力して光搬送波を変調し、前記光搬送波に対し周波数ｆｍシフトした位置に側帯波を重畳させるための変調手段、前記光変調器からの出射光を受光し、電気信号に変換する発振用受光器、およびこの電気信号に基づいて周波数３ｆｍの無線信号を放射する放射手段を備えており、前記光変調器の入力電圧Ｖｐ−ｐが前記光変調器の半波長電圧Ｖπの２．２倍以上、２．７倍以下であることを特徴とする、無線発振装置。
【請求項４】
前記受光器の帯域が３ｆｍよりも高く、５ｆｍよりも低いことを特徴とする、請求項３記載の無線発振装置。
【請求項５】
無線信号を発振させるための無線発振装置であって、
発振用光変調器、この光変調器に周波数ｆｍの変調信号を入力して光搬送波を変調し、前記光搬送波に対し周波数ｆｍシフトした位置に側帯波を重畳させるための変調手段、前記光変調器からの出射光を受光し、電気信号に変換する発振用受光器、およびこの電気信号に基づいて周波数４ｆｍの無線信号を放射する放射手段を備えており、前記光変調器の入力電圧Ｖｐ−ｐが前記光変調器の半波長電圧Ｖπの２．９倍以上、３．６倍以下であることを特徴とする、無線発振装置。
【請求項６】
前記受光器の帯域が４ｆｍよりも高く、６ｆｍよりも低いことを特徴とする、請求項５記載の無線発振装置。
【請求項７】
無線信号を発振させるための無線発振装置であって、
発振用光変調器、この光変調器に周波数ｆｍの変調信号を入力して光搬送波を変調し、前記光搬送波に対し周波数ｆｍシフトした位置に側帯波を重畳させるための変調手段、前記光変調器からの出射光を受光し、電気信号に変換する発振用受光器、およびこの電気信号に基づいて周波数５ｆｍの無線信号を放射する放射手段を備えており、前記光変調器の入力電圧Ｖｐ−ｐが前記光変調器の半波長電圧Ｖπの３．７倍以上、４．７倍以下であることを特徴とする、無線発振装置。
【請求項８】
前記受光器の帯域が５ｆｍよりも高く、７ｆｍよりも低いことを特徴とする、請求項７記載の無線発振装置。
【請求項９】
前記発振用受光器の下流に、帯域が３ｆｍより高いハイパスフィルタを備えていることを特徴とする、請求項７または８記載の無線発振装置。
【請求項１０】
無線信号を発振させるための無線発振装置であって、
発振用光変調器、この光変調器に周波数ｆｍの変調信号を入力して光搬送波を変調し、前記光搬送波に対し周波数ｆｍシフトした位置に側帯波を重畳させるための変調手段、前記光変調器からの出射光を受光し、電気信号に変換する発振用受光器、およびこの電気信号に基づいて周波数６ｆｍの無線信号を放射する放射手段を備えており、前記光変調器の入力電圧Ｖｐ−ｐが前記光変調器の半波長電圧Ｖπの４．５倍以上、５．２倍以下であることを特徴とする、無線発振装置。
【請求項１１】
前記受光器の帯域が６ｆｍよりも高く、８ｆｍよりも低いことを特徴とする、請求項１０記載の無線発振装置。
【請求項１２】
前記発振用受光器の下流に、帯域が４ｆｍより高いハイパスフィルタを備えていることを特徴とする、請求項１０または１１記載の無線発振装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一つの請求項に記載の無線発振装置を備えているレーダ装置であって、
物体から反射された信号を受信するための受信手段を備えており、この受信信号および前記無線信号に基づいて前記物体に関する情報を得ることを特徴とする、レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線発振装置およびレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高度道路通信システム（ＩＴＳ）において、車載レーダを始めとして、電波を利用したレーダシステムの需要が拡大している。近年では、７６ＧＨｚ帯を用いたレーダ装置の開発が進められており、一部実用化が開始された。
【０００３】
現在、車載レーダは、車体の前面に設置し前方検知し、衝突防止センサとして、前方の車の方位、距離、相対速度を測定することが可能である。今後、安全車間距離を確保して車速を制御するオートクルーズシステム（ＡＣＣ）などへの需要の高まりから、前方だけでなく、追い越し車両や人などの障害物を検知し、レーン制御する必要から側方検知、さらに駐車時の補助や衝突防止などのために後方検知の必要性があり、車体に多数のレーダを取り付ける需要が高まっている。
【０００４】
従来のミリ波レーダは、図１のように、ＦＭ変調器、局部発振器、電力増幅器逓倍器、電気ディバイダー、送信アンテナ、受信アンテナ、ミキサで構成されている。上記ＲＦ部分はＭＭＩＣ化されているが、コストが高く、普及の課題となっている。今後、上記のように複数のレーダ装置を装備したいというニーズがあるが、上記のようにＲＦ部分のコストが高いことから、実際上は非常に困難となっている。
【０００５】
さらに、発振器と電気ディバイダー間、送信アンテナおよびミキサ間においては、損失の問題から極力伝送距離を短くする必要がある。このため、発振器をアンテナの直近に設置しているので、発振器には、劣悪な環境下での高耐久性が要求されている。一方、レーダ装置として機能するためには周波数安定度、低強度雑音、低位相雑音が高く望まれ、上記双方の要求特性を満足する必要がある。したがって発振器のコストが高くなる。
【０００６】
特許文献１では、モードロックレーザによるサブキャリア光源を利用したレーダ装置を開示している。この装置によれば、光ファイバと光分波器により出射光を複数経路に分けることが可能となり、１台の発振器で共用でき、さらにＲＦ部分に必要な部品点数を飛躍的に削減できることから、コストの低減化が可能である。さらに、発振器の設置位置を自由に選択できることから、発振器への要求性能を緩和し、コストの低減化がさらに可能となる。
【特許文献１】特開２００２−１６２４６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
モードロックレーザなどのサブキャリア光源を使用したレーダ装置においては、発振スペクトルが任意のたてモード間隔にて多数出現する。このため、所望のビート周波数以外に、複数の無線信号が発生してしまう。したがって、複数の無線信号が物体から反射されてくるので、受信側に周波数フィルタを設ける必要があり、かつフィルタの通過帯域の要求仕様を厳しくすることで、多数の不要な無線信号をカットすることが必須である。
【０００８】
また、モードロックレーザを使用して７６ＧＨｚ帯の無線信号を発生させるためには、７６ＧＨｚ帯の発振器が必要となる。このような発振器は、上記した２つの理由からコストが高くなる。
【０００９】
このため、本出願人は、特許文献２において、発振用光変調器、この光変調器を通過する光搬送波を変調し、側帯波を重畳させるための変調手段、光変調器からの出射光を受光し、電気信号に変換する発振用受光器、およびこの電気信号に基づいて無線信号を放射する無線信号放射手段を備える無線発振装置を開示した。
【特許文献２】ＰＣＴ／ＪＰ２００５／０１３２０１
【００１０】
しかし、特許文献２では、光変調器から出射された光を受光器で受光して電気信号に変換した後の電気信号の強度と、光変調器の駆動信号との関係が考慮されていない。このため、光フィルターを使用せずに、受光器から出力された電気信号を処理して不要な信号を除去するために、高精度の電気フィルターが必要な可能性があった。
【００１１】
本発明の課題は、レーダ装置用の無線発振装置において、通過帯域の要求仕様の高い受信側フィルタの必要性をなくし、また高性能かつ高耐久性の発振装置や増幅器の必要性をなくすることによって、実用性の高いレーダ装置用無線発振装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第一の態様に係る発明は、無線信号を発振させるための無線発振装置であって、
発振用光変調器、この光変調器に周波数ｆｍの変調信号を入力して光搬送波を変調し、光搬送波に対し周波数ｆｍシフトした位置に側帯波を重畳させるための変調手段、光変調器からの出射光を受光し、電気信号に変換する発振用受光器、およびこの電気信号に基づいて周波数２ｆｍの無線信号を放射する放射手段を備えており、光変調器の入力電圧Ｖｐ−ｐが光変調器の半波長電圧Ｖπの１．０倍以上、１．９９倍以下であることを特徴とする。
【００１３】
第一の態様の発明において好ましくは、受光器の帯域が２ｆｍよりも高く、４ｆｍよりも低い。ここでいう帯域とは、電力が３ｄＢダウンする周波数、およびその周波数領域と定義する。
【００１４】
第二の態様に係る発明は、無線信号を発振させるための無線発振装置であって、
発振用光変調器、この光変調器に周波数ｆｍの変調信号を入力して光搬送波を変調し、前記光搬送波に対し周波数ｆｍシフトした位置に側帯波を重畳させるための変調手段、前記光変調器からの出射光を受光し、電気信号に変換する発振用受光器、およびこの電気信号に基づいて周波数３ｆｍの無線信号を放射する放射手段を備えており、前記光変調器の入力電圧Ｖｐ−ｐが前記光変調器の半波長電圧Ｖπの２．２倍以上、２．７倍以下であることを特徴とする。
【００１５】
第二の態様に係る発明において好ましくは、受光器の帯域が３ｆｍよりも高く、５ｆｍよりも低い。
【００１６】
第三の態様に係る発明は、無線信号を発振させるための無線発振装置であって、
発振用光変調器、この光変調器に周波数ｆｍの変調信号を入力して光搬送波を変調し、光搬送波に対し周波数ｆｍシフトした位置に側帯波を重畳させるための変調手段、光変調器からの出射光を受光し、電気信号に変換する発振用受光器、およびこの電気信号に基づいて周波数４ｆｍの無線信号を放射する放射手段を備えており、光変調器の入力電圧Ｖｐ−ｐが光変調器の半波長電圧Ｖπの２．９倍以上、３．６倍以下であることを特徴とする。
【００１７】
第三の態様に係る発明において好ましくは、受光器の帯域が４ｆｍよりも高く、６ｆｍよりも低い。
【００１８】
第四の態様に係る発明は、無線信号を発振させるための無線発振装置であって、
発振用光変調器、この光変調器に周波数ｆｍの変調信号を入力して光搬送波を変調し、光搬送波に対し周波数ｆｍシフトした位置に側帯波を重畳させるための変調手段、光変調器からの出射光を受光し、電気信号に変換する発振用受光器、およびこの電気信号に基づいて周波数５ｆｍの無線信号を放射する放射手段を備えており、光変調器の入力電圧Ｖｐ−ｐが光変調器の半波長電圧Ｖπの３．７倍以上、４．７倍以下であることを特徴とする。
【００１９】
第四の態様に係る発明において好ましくは、受光器の帯域が５ｆｍよりも高く、７ｆｍよりも低い。
また、第四の態様に係る発明において好ましくは、発振用受光器の下流に、帯域が３ｆｍより高いハイパスフィルタを備えている。
【００２０】
第五の態様に係る発明は、無線信号を発振させるための無線発振装置であって、
発振用光変調器、この光変調器に周波数ｆｍの変調信号を入力して光搬送波を変調し、光搬送波に対し周波数ｆｍシフトした位置に側帯波を重畳させるための変調手段、光変調器からの出射光を受光し、電気信号に変換する発振用受光器、およびこの電気信号に基づいて周波数６ｆｍの無線信号を放射する放射手段を備えており、光変調器の入力電圧Ｖｐ−ｐが光変調器の半波長電圧Ｖπの４．５倍以上、５．２倍以下であることを特徴とする。
【００２１】
第五の態様に係る発明において好ましくは、受光器の帯域が６ｆｍよりも高く、８ｆｍよりも低い。
また、第五の態様に係る発明において好ましくは、発振用受光器の下流に、帯域が４ｆｍより高いハイパスフィルタを備えている。
【００２２】
また、本発明は、前記無線発振装置を備えているレーダ装置であって、
物体から反射された信号を受信するための受信手段を備えており、この受信信号および無線信号に基づいて物体に関する情報を得ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明者は、モードロックレーザなどのサブキャリア光源ではなく、光強度変調器や光位相変調器などの光変調器を使用したレーダ装置を発明した。この原理について、図２の模式図を参照しつつ述べる。
【００２４】
図２に示す無線発振装置は、光源１、光変調器２、変調用電源６、受光器７および無線信号放射手段８を備えている。光変調器２は、光導波路基板３、基板３に形成された所定パターンの光導波路５、および光導波路５を伝搬する光を変調する電極４を備えている。
【００２５】
ここで、本発明においては、光変調器を逓倍器として使用する。たとえば、図３に模式的に示すように、バイアス電圧が光出力の最大ピーク位置（以下、オンバイアス）、あるいはバイアス電圧が光出力が零になる位置で（以下、オフバイアス）で動作させる場合に、発振用光変調器に周波数ｆｍの変調信号として入力する。この際変調信号の振幅を光変調器の半波長電圧Ｖπの２倍とする。すると、出射光には、周波数２ｆｍの側帯波が重畳される。この出射光を、搬送波の周波数ｆｏに対する感度のない受光器で受光することによって、周波数２ｆｍの電気信号を得ることができ、これを無線信号を放射する放射手段、例えば送信用アンテナに入力することによって、周波数２ｆｍの無線信号を発生させることができる。
【００２６】
さらに、図４に示すように、バイアス電圧が光出力が１／２になる位置（Ｖｂ：π／２）で動作させる場合に、発振用光変調器に周波数ｆｍの変調信号とし、変調信号の振幅を光変調器の駆動電圧Ｖπのｋ倍とすると、出射光には、周波数ｋ×ｆｍ（ｋは奇数）の無線信号を発生させることができる。なお、図４ではｋ＝３の場合を図示してあるが、ｋが５以上の奇数の場合も同様である。
【００２７】
これらの搬送波および出射光を、図２に示すように、受光器７に矢印Ｂのように入射させる。通常の受光器７の感度は、搬送波の周波数ｆｏに追随できないので、受光器７から得られる電気信号の周波数はｋ・ｆｍのみとなる。この電気信号を無線信号放射装置８に入力することによって、例えば、周波数ｋ・ｆｍのミリ波無線信号Ｃを発生させることができる。
【００２８】
この場合、モードロックレーザによるサブキャリア光源と異なり、多数のたてモードに対応する光信号は発生しないので、無線信号を高効率で発生することが可能となる。
【００２９】
したがって、特許文献１において必要であった、受信器の後段に設置されるべきフィルタを、通過帯域特性の厳しくない低コストのフィルタに変更することができる。さらに、無線信号発生に必要な側帯波を効率的に発生させることが可能となり、サブキャリア光源に比し大出力の無線信号が発生でき、複数に分岐した場合にも高性能な光アンプまたは電力増幅器を必要としない。以上から、本発明はコストの低減効果が高い。
【００３０】
更に、本発明においては、２、３、４、５、６倍の各逓倍波について、光変調器で変調し、更に受光器で変調光を光電変換した後の強度について検討し、それぞれ光変調器の駆動電圧Ｖｐ−ｐを上記の各範囲とすることによって、目的の逓倍波に対応する電気信号を発生させつつ、かつこれ以外の不要波の強度を小さくできることを見いだした。これによって、光フィルターなしでも，そして高精度の電気フィルターなしでも、不要波を容易にカットして、目的の逓倍波を発生させ得ることを見いだし、本発明に到達した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
最初に、光変調器から発振される光電界強度について述べる。これは、光変調器から発振された光を受光器に入光する前の段階の光強度である。
【００３２】
具体的には、強度変調器を変調周波数ｆｍ、電圧Ｖp-p、バイアス電圧Vbで駆動する場合には、光電界強度Ｅｏｐｔは、下記式で表され、側帯波が発生する。ここで、各記号は以下のとおりである。
【００３３】
【数１】
2007079466.tif 000003
【００３４】
ここで、Vbはバイアス電圧、 Vm は駆動電圧の振幅（Ｖp-p＝２Vm）、
wmは各周波数を表す。ｙは、ベッセル関数で下記のように表すことができる
【００３５】
【数２】
2007079466.tif 000004
【００３６】
ここで、Ａ、Ｂは次のように表される。
【００３７】
【数３】
2007079466.tif 000005
【００３８】
この光強度の結果をまとめると、表１、図６のようになる。
【表１】
2007079466.tif 000006
【００３９】
このように、オンバイアスでは、偶数次側帯波が発生し、オフバイアスでは奇数次側帯波が発生する。そして、これら側帯波に対応してそれぞれ逓倍波が発生する。
【００４０】
図５には、光変調器から出射する光における各側帯波のスペクトル分布を模式的に示す。バイアス電圧が光出力の最大ピーク位置で動作させると（Ｖｂ：ＯＮ状態）、偶数次（ｎが偶数）の側帯波成分のみが発生する。逆にバイアス電圧が、光出力が零になる位置で動作させる場合（Ｖｂ：ＯＦＦ状態）には、奇数次（ｎが奇数）の側帯波のみが発生する。これら各々の高次（ｎ次）側帯波成分は、入力電圧Ｖｐ−ｐに従って変動し、それぞれ、ある駆動電圧で最大値をとる。したがって、所望の高次（ｎ次）成分が大きくなり、他のｎ次成分が小さくなるような駆動電圧を選択し、所望のｎ次成分をビート信号として出力させることが可能である。これを光電変換することにより、２×ｎ×ｆｍに相当する無線周波数を発生させることができる。
【００４１】
ところが、本発明者が研究を更に進めていくと、光変調器から出射された光を受光器に入光し、受光器で光電変換して得られた電気信号については、これと異なる原理が働いていることが判明してきた。即ち、所望の逓倍波の電気信号を発生させ、不要波を低減できるような光変調器の入力電圧Ｖｐ−ｐが、光強度の場合とは異なっていることを発見した。これらの点について具体的に述べる。
【００４２】
即ち、特許文献２に記載したように、各逓倍波における光変調器のＶｐ−ｐ／Ｖπの好適領域は以下のとおりであった。
【００４３】
（２倍波）
１次側帯波の光強度は入力電圧が（２．３Ｖπ）Vp-pで最大値になり、3次側帯波の抑制比は１５ｄB以上となる。
（４倍波）
２次側帯波の光強度は入力電圧が（３．９５Ｖπ）Vp-pで最大値になるが、入力電圧が（３．１Ｖπ）Vp-p付近で０次側帯波の２次側帯波に対する抑制比が３０ｄＢ以上、４次側帯波の２次側帯波に対する抑制比１５ｄＢ以上となり、光出力は２次両側帯波の光ビート信号（４×ｆｍ）が得られる。
【００４４】
（６倍波）
入力電圧が（４．８Ｖπ）Vp-p付近で５次側帯波の１次側帯波に対する抑制比が３０ｄＢ以上、１次側帯波の３次側帯波に対する抑制比が１１ｄＢとなる。この場合、５次側帯波の抑制比をさらに上げるために、強度変調器の出力側に５次側帯波成分のみをカットする光フィルタを使用することができる。この光フィルタにより抑制比を２０ｄＢ以上にすることができ、光フィルタの出力は３次両側帯波の光ビート信号（６×ｆｍ）が得られる。
【００４５】
次いで、この変調光を受光した受光器から出力される電気信号について述べる。
この電気信号（フォトカレント：光電流）Ｉ（ｐｈｏｔｏ）は、以下のように表される。
【００４６】
【数４】
2007079466.tif 000007
【００４７】
Vbはバイアス電圧、 Vm は駆動電圧の振幅（Ｖp-p＝２Vm）、
wmは各周波数を表す。また、ｙ２は、ベッセル関数であり、下記のように表すことができる。また、ａ、ｂは，以下のように表すことができる。
【００４８】
【数５】
2007079466.tif 000008
【００４９】
【数６】
2007079466.tif 000009
【００５０】
この結果をまとめると、表２および図７に示すようになる。
【表２】
2007079466.tif 000010
【００５１】
以上のことから、バイアス電圧Ｖｂがオンバイアス、あるいはオフバイアスにある場合には、入力した変調周波数の偶数倍波のみが発生することが分かる（図６）。まだバイアス電圧ＶｂがＶπ／２（光量中間点）にある場合には、入力周波数の奇数倍のみが発生することがわかる（図７）。特に、バイアス電圧がオンバイアスであっても、オフバイアスであっても、偶数倍波を発生可能である点は、特許文献２と大きく異なる点である。
【００５２】
ここで、受光器において光電変換した後の光電流のマイクロ波パワーについて、各倍波について検討した結果を示す。
【００５３】
図８は、２倍波のマイクロ波パワーと入力電圧／半波長電圧値（Ｖｐ−ｐ／Ｖπ）との関係を示すグラフである。２倍波のマイクロ波パワーは、（Ｖｐ−ｐ／Ｖπ）が１．９７のときに最大となった。特に、（Ｖｐ−ｐ／Ｖπ）が１．０倍以上、１．９９倍以下であれば、４倍波が抑制比率で約−１０ｄＢ以下しか存在しておらず、利用可能であることが分かる。また、２倍波の出力を高めるという観点からは、（Ｖｐ−ｐ／Ｖπ）を１．７以上とすることが好ましく、１．９以上とすることが更に好ましい。また、更に、（Ｖｐ−ｐ／Ｖπ）を１．９８以下とすることが更に好ましい。
【００５４】
また、２倍波に近いマイクロ波パワーを有するのは４倍波しかなく、そのパワー比率も−１０ｄＢ以下である。従って、受光器の帯域を２ｆｍよりも高く、４ｆｍよりも低くすることによって、４ｆｍ（４倍波）を受光器の段階でカットすることで、２倍波を高い効率で得ることができる。
【００５５】
図９は、３倍波のマイクロ波パワーと入力電圧／半波長電圧値（Ｖｐ−ｐ／Ｖπ）との関係を示すグラフである。３倍波のマイクロ波パワーは、（Ｖｐ−ｐ／Ｖπ）が２．６７のときに最大となった。また、（Ｖｐ−ｐと／Ｖπ）が２．４２のときに、３倍波のマイクロ波パワーは最大に近くなり、また、低周波成分であるｆｍ信号の抑制比が−３０ｄＢ以下となった。特に、（Ｖｐ−ｐ／Ｖπ）が２．２倍以上、２．７倍以下であるときに、マイクロ波パワーは最大に近く、５倍波もそれほど大きくない。この観点からは、（Ｖｐ−ｐ／Ｖπ）を２．３以上とすることが好ましく、２．４以上とすることが更に好ましい。また、更に、（Ｖｐ−ｐ／Ｖπ）を２．６７以下とすることが好ましく、２．６以下とすることが更に好ましい。
【００５６】
また、受光器の帯域を３ｆｍよりも高く、５ｆｍよりも低くすることによって、５ｆｍ（５倍波）を受光器の段階でカットすることで、３倍波を高い効率で得ることができる。
【００５７】
図１０は、４倍波のマイクロ波パワーと入力電圧：半波長電圧値（Ｖｐ−ｐ／Ｖπ）との関係を示すグラフである。４倍波のマイクロ波パワーは、（Ｖｐ−ｐ／Ｖπ）が３．２７のときに最大となった。また、（Ｖｐ−ｐ／Ｖπ）が３．２５のときに、４倍波のマイクロ波パワーは最大に近くなり、また、低周波成分である２ｆｍ信号の抑制比が−３０ｄＢ以下となった。特に、（Ｖｐ−ｐ／Ｖπ）が２．９以上、３．６以下であるときに、マイクロ波パワーは最大に近く、不要波パワーもそれほど大きくない。この観点からは、（Ｖｐ−ｐ／Ｖπ）を３以上とすることが好ましく、３．１以上とすることが更に好ましい。また、更に、（Ｖｐ−ｐ／Ｖπ）を３．５以下とすることが好ましく、３．４以下とすることが更に好ましい。
【００５８】
また、受光器の帯域を４ｆｍよりも高く、６ｆｍよりも低くすることによって、４ｆｍ（４倍波）を受光器の段階でカットすることで、４倍波を高い効率で得ることができる。
【００５９】
図１１は、５倍波のマイクロ波パワーと入力電圧：半波長電圧値（Ｖｐ−ｐ／Ｖπ）との関係を示すグラフである。５倍波のマイクロ波パワーは、（Ｖｐ−ｐ／Ｖπ）が４．０７のときに最大となった。また、（Ｖｐ−ｐと／Ｖπ）が４．０１のときに、５倍波のマイクロ波パワーは最大に近くなり、また、３倍波成分の抑制比が−３０ｄＢ以下となった。特に、（Ｖｐ−ｐ／Ｖπ）が３．７以上、４．７以下であるときに、マイクロ波パワーは最大に近く、不要波パワーもそれほど大きくない。この観点からは、（Ｖｐ−ｐ／Ｖπ）を３．８以上とすることが更に好ましい。また、更に、（Ｖｐ−ｐ／Ｖπ）を４．６以下とすることが好ましく、４．５以下とすることが更に好ましい。
【００６０】
また、受光器の帯域を５ｆｍよりも高く、７ｆｍよりも低くすることによって、５ｆｍ（５倍波）を受光器の段階でカットすることで、５倍波を高い効率で得ることができる。
【００６１】
図１２は、６倍波のマイクロ波パワーと入力電圧：半波長電圧値（Ｖｐ−ｐ／Ｖπ）との関係を示すグラフである。６倍波のマイクロ波パワーは、（Ｖｐ−ｐ／Ｖπ）が４．７７のときに最大となった。また、（Ｖｐ−ｐ／Ｖπ）が４．８のときに、６倍波のマイクロ波パワーは最大に近くなり、また、低周波成分の抑制比が−３０ｄＢ以下となった。特に、（Ｖｐ−ｐ／Ｖπ）が４．５以上、５．２以下であるときに、マイクロ波パワーは最大に近く、不要波パワーもそれほど大きくない。この観点からは、（Ｖｐ−ｐ／Ｖπ）を４．６以上とすることが好ましく、４．７以上とすることが更に好ましい。また、更に、（Ｖｐ−ｐ／Ｖπ）を５．１以下とすることが好ましく、５以下とすることが更に好ましい。
【００６２】
また、受光器の帯域を６ｆｍよりも高く、８ｆｍよりも低くすることによって、６ｆｍ（６倍波）を受光器の段階でカットすることで、６倍波を高い効率で得ることができる。
【００６３】
本発明の無線発振装置には、無線信号放射手段は一個でも良いが、無線信号を放射する放射手段を複数個設けることができる。このためには、発振用光変調器からの出射光を分波器で複数経路に分岐し、各分岐光を対応する各受光器に入力させる。光の分岐や伝送による減衰は少なく、したがって複数の無線放射手段を設けた場合でもコストを低く抑えることができる。
【００６４】
たとえば、図１３に示すように、光変調器２からの出射光Ｂを光カプラ１０によって複数経路に分岐させる。そして、各分岐光を受光器７Ａ、７Ｂ、７Ｃによって受光し、目的周波数の電気信号を発振させ，各無線信号を放射する放射手段８Ａ、８Ｂ、８Ｃからそれぞれ目的周波数の無線信号を放射させる。
【００６５】
本発明においては、物体から反射された無線信号を受信するための受信手段を設けることにより、この受信信号および無線信号に基づいて物体に関する情報を得る。こうしたレーダ装置の具体的構成や用途は限定されない。また、無線信号を放射する放射手段、無線受信手段を複数設けることも可能である。
【００６６】
例えば図１４に示す例では、車両１１の所定箇所にミリ波発振装置１２を接地する。そして、車両１１の所望箇所に、受光器７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、７Ｅ、７Ｆ、および各受光器に対応する無線信号放射装置８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ、８Ｅ、８Ｆが取り付けられている。
【００６７】
以下、本発明のレーダ装置について更に説明する。
好適な実施形態においては、受光器から出力された電気信号を分岐するための電気的分岐手段、およびこの電気的分岐手段からの分岐信号と受信信号とをミキシングするミキサとを設ける。
【００６８】
図１５はこの実施形態に係るレーダ部２１を示すブロック図である。光源１から搬送波Ａを光変調器２へと入射させ、前述のような出射光Ｂを発振用受光器７に入射させる。この受光器７から発振する目標周波数の電気信号を電気的分岐手段２２（例えばパワーディバイダー）によって２経路に分岐する。この電気信号の一方を電気増幅器１４によって増幅し、放射手段８から無線信号を矢印Ｄのように放射する。
【００６９】
分岐された他方の電気信号（目的周波数）は、ミキサ１８へと伝送する。一方、物体からの反射光Ｅを各受信手段1５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃによって受信し、各受信手段からの信号をスイッチ１６によって選択し、増幅器１７によって増幅し、ミキサ１８において、分岐された電気信号とミキシングする。この出力は所定の信号処理装置１９において処理し、物体の位置、速度等に関する情報を得る。なお、受光器７と電気的分岐手段２２との間にフィルタを配置し、不所望の周波数の信号をカットすることもできる。
【００７０】
図１６の例でも、図１５に示すレーダ装置を使用している。光変調器２に対しては電源６から周波数ｆmの変調信号を印加する。なお、本例では、電源６からの信号をＦM変調部２０によって変調している。
【００７１】
他の実施形態においては、光変調器からの出射光を分岐するための光学的分岐手段を設け、分岐された後の複数経路の出射光に基づいて、それぞれ無線信号の発振と受信信号の受信とを行うことができる。
【００７２】
図１７は、この実施形態に係るブロック図である。
各レーダ部２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄの構成は、前述した図１６のレーダ部２１と同様であるので、その説明は省略する。本例では、光変調器２からの出射光Ｂを光学的分岐手段２３（例えば光カプラ）によって矢印Ｆのように複数に分岐させる。そして，分岐された各信号にそれぞれ対応するように、各レーダ部２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄを設ける。そして、各レーダ部において、それぞれ無線信号の発振と受信とを行い、信号処理部１９によって信号処理を行い、物体に関する情報を得る。
【００７３】
また、好適な実施形態においては、レーダ装置に、光変調器からの出射光を分岐するための光学的分岐手段、分岐された出射光を入射させ、受信信号によってこの出射光に変調を加えるための出射光変調用光変調器、およびこの光変調器からの出射光を受光し、電気信号に変換する他の受光器を設ける。
【００７４】
図１８は、この実施形態に係るブロック図である。
光源１から搬送波Ａを光変調器２へと入射させ、前述のような出射光Ｂを光学的分岐手段（例えば光カプラ）２３，２７に入射させる。光学的分岐手段２７からの出射光の一方を発振用受光器７に入射させる。この受光器７から発振する目標周波数の電気信号を電気増幅器１４によって増幅し、発振手段８から無線信号を矢印Ｄのように発振する。
【００７５】
一方、分岐された他方の出射光（目的周波数）は、光変調器２６へと入射させる。また、物体からの反射光Ｅを各受信手段１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃによって受信し、各受信手段からの信号をスイッチ１６によって選択し、増幅器１７によって増幅し、光変調器２６の制御変調信号として使用する。この光変調器２６からの出射光Ｇを他の受光器２８によって受光し、電気信号に変換する。受光器２８からの電気信号を信号処理部１９によって処理し、物体に関する情報を得る。
【００７６】
好適な実施形態においては、光変調器からの出射光を分岐するための光学的分岐手段を設け、分岐された後の複数経路の出射光に基づいて、それぞれ無線信号の発振と受信信号の受信とを行う。
【００７７】
図１９はこの実施形態に係るブロック図である。
各レーダ部２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄの構成は、前述した図１８のレーダ部２５と同様であるので、その説明は省略する。本例では、光変調器２からの出射光Ｂを光学的分岐手段２３（例えば光カプラ）によって矢印Ｆのように複数に分岐させる。そして，分岐された各信号にそれぞれ対応するように、各レーダ部２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄを設ける。そして、各レーダ部において、それぞれ無線信号の発振と受信とを行い、受光器２８によって電気信号に変換し、信号処理部１９によって信号処理を行い、物体に関する情報を得る。
【００７８】
好適な実施形態においては、発振用変調器が、強度変調器または位相変調器である。更に好ましくは、発振用光変調器が、電気光学単結晶からなる基板、この基板に設けられている光導波路、およびこの光導波路に対して変調信号を印加するための進行波形電極を備えている。
【００７９】
このような光変調器として、ＬＮ（ニオブ酸リチウム）−ＭＺ（マッハツェンダー）型光変調器、電界吸収型（ＥＡ）光変調器、半導体ＭＺ型光変調器、ＳＳＢ光変調器がある。ＬＮ−ＭＺ型光変調器は、ＥＡ光変調器や半導体ＭＺ型光変調器に比し低光挿入損失である特徴がある。したがって、複数に分岐した場合に光アンプまたは電力増幅器を必要としない可能性もある。
【００８０】
本発明者は、これまで光通信用の広帯域かつ低駆動電圧の光変調器として薄板型X-cutニオブ酸リチウム単結晶からなる光変調器を開発してきた。本変調器を無線発振用に使用する場合、使用帯域が数ＧＨｚと限られることから、この使用帯域のみで光変調特性の所望の帯域を満足していればよい。無線発振用途においては、使用帯域が狭いことから、変調駆動に必要な発振器の出力インピーダンスを使用帯域で光変調器電極の入力インピーダンスに整合することは容易である。したがって、Ｖπのさらなる低減化ができ、前記逓倍次数をより一層あげることが可能となる。
【００８１】
この観点からは、進行波形電極におけるギャップ幅を２０μｍ以下とすることが更に好ましい。
光変調器の具体的形態は特に限定されず、特開平１０−０８２９２１号公報、特開２００１−０６６５１号公報、特開２００２−１０９１３３号公報、特願２００１−１０１７２９号、特開平９−２１１４０２号公報、特開２００１−２３５７１４号公報記載のものを例示し、使用することができる。
【００８２】
図２０は、光変調器の一例を示す横断面図である。
光変調器２は、光導波路基板３と保持基体３１とを備えている。基板３、基体３１は共に平板形状をしている。基板３の厚さは好ましくは１００μｍ以下であり、更に好ましくは３０μｍ以下である。基板３の主面４ａには所定の電極４Ａ、４Ｂ、４Ｃが形成されている。本例では、いわゆるコプレーナ型（Coplanar waveguide：ＣＰＷ電極) の電極配置を採用しているが、電極の配置形態は特に限定されない。例えばACPSタイプであってよい。いわゆる独立変調型の進行波形光変調器も適用できる。
【００８３】
本例では、隣接する電極の間に一対の光導波路５Ａ、５Ｂが形成されており，各光導波路５Ａ、５Ｂに対して略水平方向に信号電圧を印加するようになっている。この光導波路は、平面的に見るといわゆるマッハツェンダー型の光導波路を構成しているが、この平面的パターンそれ自体は周知である。基板３の下面と保持基体３１との間に、厚さが略一定の接着層３０が介在し、基板３と保持基体３１とを接着している。
【００８４】
光導波路は、基板の一方の主面に直接形成されたリッジ型の光導波路であってよく、基板の一方の主面の上に他の層を介して形成されたリッジ型の光導波路であってよく、また基板の内部に内拡散法やイオン交換法によって形成された光導波路、例えばチタン拡散光導波路、プロトン交換光導波路であってよい。具体的には、光導波路が、基板表面から突出するリッジ型光導波路であってよい。リッジ型の光導波路は、レーザー加工、機械加工によって形成可能である。あるいは、高屈折率膜を基板上に形成し、この高屈折率膜を機械加工やレーザーアブレーション加工することによって、リッジ型の三次元光導波路を形成できる。高屈折率膜は、例えば化学的気相成長法、物理的気相成長法、有機金属化学的気相成長法、スパッタリング法、液相エピタキシャル法によって形成できる。
【００８５】
電極は、基板の表面に設けられているが、基板の表面に直接形成されていてよく、低誘電率層ないしバッファ層の上に形成されていてよい。低誘電率層は、酸化シリコン、弗化マグネシウム、窒化珪素、及びアルミナなどの公知の材料を使用することができる。ここで言う低誘電率層とは、基板本体を構成する材質の誘電率よりも低い誘電率を有する材料からなる層を言う。
【００８６】
接着層３０の厚さは１０００μｍ以下であることが好ましく、３００μｍ以下であることが更に好ましく、１００μｍ以下であることが最も好ましい。また、接着層３０の厚さの下限は特にないが、マイクロ波実効屈折率の低減という観点からは、１０μｍ以上であってもよい。
【００８７】
光導波路基板３、保持基体３１を構成する材料は、強誘電性の電気光学材料、好ましくは単結晶からなる。こうした結晶は、光の変調が可能であれば特に限定されないが、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体、ニオブ酸カリウムリチウム、ＫＴＰ、ＧａＡｓ及び水晶などを例示することができる。
【００８８】
保持基体３１の材質は、上記したものに加えて、更に石英ガラス等のガラスであってもよい。
接着剤の具体例は、前記の条件を満足する限り特に限定されないが、エポキシ系接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化性接着剤、ニオブ酸リチウムなどの電気光学効果を有する材料と比較的近い熱膨張係数を有するアロンセラミックスＣ（商品名、東亜合成社製）（熱膨張係数１３×１０−６／Ｋ）を例示できる。
【００８９】
また、基板３の裏面と保持基板３１との間に接着剤のシートを介在させ、接合することができる。好ましくは、熱硬化性、光硬化性あるいは光増粘性の樹脂接着剤からなるシートを、基板と保持基板との間に介在させ、シートを硬化させる。このようなシートとしては、以下を例示できる。
【実施例】
【００９０】
図２０に示すような光変調器２を用いてレーダ装置を作製した。
具体的には、ｘカットニオブ酸リチウム基板３１上にＴｉ拡散導波路５Ａ、５ＢおよびＣＰＷ電極４Ａ、４Ｂ、４Ｃを形成した。電極構造は中心電極４Ｂと接地電極４Ａ、４ＣとのギャップＧを２０μｍとし、電極厚みを２０μｍとし、電極長を４０ｍｍとした。次に薄型研磨のために研磨定盤に研磨ダミー基板，その上に変調器基板を電極面を下にして熱可塑性樹脂で貼り付ける。さらに、横型研磨およびポリッシングにて６μｍ厚みまで変調器基板を薄型加工を実施する。その後、平板状の補強基板としてｘカットニオブ酸リチウム基板を変調器基板に接着固定し、光ファイバの接続部を端面研磨し、ダイシングにてチップ切断した。接着固定用の樹脂は、比誘電率４の接着剤を使用し、接着層３０の厚みを５０μｍとした。上記変調器チップは、光ファイバと光軸調整しＵＶ硬化樹脂にて接着固定した。実装後、特性評価をした結果、Ｖπが１．５Ｖであった。また、光応答特性から３ｄＢ帯域は２０ＧＨｚであった。
【００９１】
この光変調器２を使用し、図２に示すようなレーダ装置を作製した。そして、光源として１．５５μｍのＤＦＢレーザを使用した。光変調器２の動作点は出力光が最大になる位置として、発振周波数１５ＧＨｚ、入力電圧６．９Ｖｐ−ｐの発振器で動作させた。使用帯域７０ＧＨｚの受光器を使用して光電変換し、サンプリングオシロスコープによって波形を観察した結果、６０ＧＨｚの正弦波信号が発振されることを確認した。
【００９２】
本発明の特定の実施形態を説明してきたけれども、本発明はこれら特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲の範囲から離れることなく、種々の変更や改変を行いながら実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】従来手法によるレーダ装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の一例に係る無線発振装置のブロック図である。
【図３】光変調器を逓倍器として利用した場合の特性を説明する模式図である。
【図４】光変調器を逓倍器として利用した他の例の特性を説明する模式図である。
【図５】ｎ次側帯波のスペクトル分布を模式的に示す図である。
【図６】変調器のバイアス電圧と光出力との関係の説明図である。
【図７】変調器のバイアス電圧と光電流パワーとの関係の説明図である。
【図８】２倍波発生時の逓倍波のマイクロ波パワーと抑圧比率を示すグラフである。
【図９】３倍波発生時の逓倍波のマイクロ波パワーと抑圧比率を示すグラフである。
【図１０】４倍波発生時の逓倍波のマイクロ波パワーと抑圧比率を示すグラフである。
【図１１】５倍波発生時の逓倍波のマイクロ波パワーと抑圧比率を示すグラフである。
【図１２】６倍波発生時の逓倍波のマイクロ波パワーと抑圧比率を示すグラフである。
【図１３】出射光Ｂを複数の無線発振手段へと分岐させる実施形態について示す模式図である。
【図１４】車両に複数の無線発振装置を取り付けた例を示す模式図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係るレーダ装置を模式的に示すブロック図である。
【図１６】本発明の一実施形態に係るレーダ装置を模式的に示すブロック図である。
【図１７】本発明の他の実施形態に係るレーダ装置を模式的に示すブロック図であり、複数のレーダ部２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄを設けている。
【図１８】本発明の他の実施形態に係るレーダ装置を模式的に示すブロック図である。
【図１９】本発明の他の実施形態に係るレーダ装置を模式的に示すブロック図であり、複数のレーダ部２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄを設けている。
【図２０】光変調器２の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００９４】
１  光源            ２  光変調器            ３  光導波路基板            ４  電極            ５  光導波路            ６  変調用電源            ７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、７Ｅ、７Ｆ  発振用受光器            ８、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ、８Ｅ、８Ｆ  無線信号放射手段            １１  車両            １２  無線発振部            １４  電気増幅器            １５、１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ  無線受信装置            １８  ミクサ            １９  信号処理部            ２２  電気的分岐手段            ２３，２７  光学的分岐手段            Ａ  光変調器２への入射光            Ｂ  出射光            Ｃ、Ｄ  目的周波数の無線信号            Ｇ  電極ギャップ            Ｐ  搬送波            Ｑ  側帯波            ｆｍ  変調周波数          ｆｏ  搬送波の周波数            Ｖπ  光変調器２の半波長電圧            Ｖｐ−ｐ  光変調器２の入力電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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