(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光フェーズドアレイにより構成され、当該第１の光フェーズドアレイを構成する複数の第１のアンテナエレメントから出力される光により生成された回折光を空間へ送出する光送信器と、
第２の光フェーズドアレイにより構成され、前記空間から到来する光を前記第２の光フェーズドアレイを構成する複数の第２のアンテナエレメントにより受信する光受信器と、
を備え、
前記光受信器は、前記空間から到来する光の方向に関し、当該光の受信感度が極大となる極大感度方向を複数有し、
前記光送信器が前記空間へ送出する隣接する前記回折光の方向が互いに成す第１の角度と、前記光受信器における隣接する前記極大感度方向が互いに成す第２の角度と、が互いに異なっており、且つ、
前記光送信器は、前記複数の第１のアンテナエレメントから出力される光により生成された前記回折光を第１の光学部品を介して前記空間へ送出し、
前記第１の角度は、前記第１の光学部品を介して前記空間へ送出された隣接する前記回折光の間の角度で定義され、
前記第１の光学部品が構成する光学系は、当該光学系の光出力側から見た前記第１のアンテナエレメントの配列ピッチを、当該第１のアンテナエレメントの実際の配列ピッチに対して縮小し又は拡大するものである、
ライダー装置。
【請求項２】
前記第１の光フェーズドアレイが備える第１の位相シフタと、前記第２の光フェーズドアレイが備える第２の位相シフタと、を制御する位相シフト制御部を備え、
位相シフト制御部は、前記第１の位相シフタの位相シフト量を制御して前記光送信器が前記空間へ送出する回折光のメインローブの送出方向を変化させると共に、前記極大感度方向のうち最大感度を有する前記極大感度方向が前記メインローブの送出方向と一致するように前記第２の位相シフタの位相シフト量を制御する、
請求項１に記載のライダー装置。
【請求項３】
前記第１のアンテナエレメントの配列ピッチと前記第２のアンテナエレメントの配列ピッチとが互いに異なる値に設定されている、
請求項１又は２に記載のライダー装置。
【請求項４】
前記第１の角度と前記第２の角度との比は、互いに素な自然数の比で表されるよう設定される、
請求項１ないし３のいずれか一項に記載のライダー装置。
【請求項５】
前記第１の光学部品が構成する光学系により実際の配列ピッチに対して縮小し又は拡大された前記第１のアンテナエレメントの配列ピッチと、前記第２のアンテナエレメントの配列ピッチと、の比が互いに素な自然数の比で表されるよう設定されている、
請求項４に記載のライダー装置。
【請求項６】
前記第１の光学部品は、２つの凸レンズで構成されるアフォーカル光学系の光学部品である、
請求項１ないし５のいずれか一項に記載のライダー装置。
【請求項７】
前記第１の光学部品は、アナモルフィックプリズムペアを構成する２つのプリズムで構成される、
請求項１ないし５のいずれか一項に記載のライダー装置。
【請求項８】
前記光受信器は、前記空間から到来する光を第２の光学部品を介して前記複数の第２のアンテナエレメントにより受信し、
前記第２の角度は、前記第２の光学部品を介して受信される前記空間から到来する光についての、前記空間において規定される隣接する前記極大感度方向が互いに成す角度で定義され、
前記第２の光学部品が構成する光学系は、当該光学系の光入力側から見た前記第２のアンテナエレメントの配列ピッチを、当該第２のアンテナエレメントの実際の配列ピッチに対して縮小し又は拡大するものである、
請求項１ないし７のいずれか一項に記載のライダー装置。
【請求項９】
第１の光フェーズドアレイにより構成され、当該第１の光フェーズドアレイを構成する複数の第１のアンテナエレメントから出力される光により生成された回折光を空間へ送出する光送信器と、
第２の光フェーズドアレイにより構成され、前記空間から到来する光を前記第２の光フェーズドアレイを構成する複数の第２のアンテナエレメントにより受信する光受信器と、
を備え、
前記光受信器は、前記空間から到来する光の方向に関し、当該光の受信感度が極大となる極大感度方向を複数有し、
前記光送信器が前記空間へ送出する隣接する前記回折光の方向が互いに成す第１の角度と、前記光受信器における隣接する前記極大感度方向が互いに成す第２の角度と、が互いに異なっており、且つ、
前記光受信器は、前記空間から到来する光を第２の光学部品を介して前記複数の第２のアンテナエレメントにより受信し、
前記第２の角度は、前記第２の光学部品を介して受信される前記空間から到来する光についての、前記空間において規定される隣接する前記極大感度方向が互いに成す角度で定義され、
前記第２の光学部品が構成する光学系は、当該光学系の光入力側から見た前記第２のアンテナエレメントの配列ピッチを、当該第２のアンテナエレメントの実際の配列ピッチに対して縮小し又は拡大するものである、
ライダー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、リモートセンシング及び距離測定の分野に関し、特に、自律運転システムにおける３次元の空間マッピング、物体検出、物体追跡、物体特定をリアルタイムで行うためのライダー（ＬｉＤＡＲ、Ｌｉｇｈｔ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒａｎｇｉｎｇ）装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ライダー装置は、探索光を空間に送出して当該空間をスキャンし、当該探索光が空間内の物体に反射することで発生する反射戻り光を受信して、空間内の物体の方向と距離を検知する。このようなライダー装置を構成するデバイスとして、光フェーズドアレイ（ＯＰＡ、Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｈａｓｅｄ  Ａｒｒａｙ）が知られている。ＯＰＡを用いるライダー装置は、機械式ビームスキャンニング機器を用いたライダー装置に比べて高速且つ小型に構成され得る。【０００３】
ライダー装置に用いることのできるＯＰＡとして、従来、光カプラと、位相シフタと、アンテナエレメントと、でそれぞれ構成される複数のユニットセルを配列して構成されるＯＰＡが知られている（特許文献１）。しかしながら、このＯＰＡは、それぞれのユニットセルが上記光カプラ等の多くの要素で構成されるため、ユニットセルは相応のサイズを有することとなる。このため、ユニットセルの配置間隔、従ってアンテナエレメントの配置間隔を小さくすることには限界があり、当該配置間隔の大きさに起因して探索光のビームステアリングの角度範囲が狭く制限される。【０００４】
また、ライダー装置に用いることのできる他のＯＰＡとして、従来、光集積回路（ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ  （ＰＩＣ））をベースとするＯＰＡが知られている（非特許文献１）。このＯＰＡは、光を入力するバス導波路と、それぞれが熱位相シフタ及びエバネセントカプラで構成される複数の分岐部分であってバス導波路上に設けられた複数の分岐部分と、上記エバネセントカプラのそれぞれにより分岐された複数の光のそれぞれを空間へ送出する複数のグレーティングベースのアンテナエレメントと、で構成される。このＯＰＡでは、入力光の波長を変化させることにより、上記アンテナエレメントの延在方向に沿ったビームステアリングが行われる。【０００５】
しかしながら、このＯＰＡでは、実用上十分なビームステアリング角度範囲を確保しようとすると、極めて広い波長可変範囲を持った波長可変レーザが必要となり、ライダー装置全体としてのコストが増大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第８，９８８，７５４号明細書
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒ  Ｖ．  Ｐｏｕｌｔｏｎ，  Ａｍｉ  Ｙａａｃｏｂｉ，  Ｄａｖｉｄ  Ｂ．  Ｃｏｌｅ，  Ｍａｔｔｈｅｗ  Ｊ．  Ｂｙｒｄ，  Ｍａｎａｎ  Ｒａｖａｌ，  Ｄｉｅｄｒｉｋ  Ｖｅｒｍｅｕｌｅｎ，  Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｒ．  Ｗａｔｔｓ，  Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ  ＬＩＤＡＲ  ｗｉｔｈ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｈａｓｅｄ  ａｒｒａｙｓ，  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．  ４２，  Ｎｏ．  ２０  ／  Ｏｃｔｏｂｅｒ  １５，  ２０１７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記背景より、光フェーズドアレイ（ＯＰＡ）を用いたライダー装置において、コストの増大を招くことなく、アンテナエレメントの配列ピッチによるビームステアリング角度範囲の制限を克服して、より広いビームステアリング角度範囲を実現することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一の態様は、第１の光フェーズドアレイにより構成され、当該第１の光フェーズドアレイを構成する複数の第１のアンテナエレメントから出力される光により生成された回折光を空間へ送出する光送信器と、第２の光フェーズドアレイにより構成され、前記空間から到来する光を前記第２の光フェーズドアレイを構成する複数の第２のアンテナエレメントにより受信する光受信器と、を備え、前記光受信器は、前記空間から到来する光の方向に関し、当該光の受信感度が極大となる極大感度方向を複数有し、前記光送信器が前記空間へ送出する隣接する前記回折光の方向が互いに成す第１の角度と、前記光受信器における隣接する前記極大感度方向が互いに成す第２の角度と、が互いに異なっており、且つ、前記光送信器は、前記複数の第１のアンテナエレメントから出力される光により生成された前記回折光を第１の光学部品を介して前記空間へ送出し、前記第１の角度は、前記第１の光学部品を介して前記空間へ送出された隣接する前記回折光の間の角度で定義され、
前記第１の光学部品が構成する光学系は、当該光学系の光出力側から見た前記第１のアンテナエレメントの配列ピッチを、当該第１のアンテナエレメントの実際の配列ピッチに対して縮小し又は拡大するものである、ライダー装置である。
本発明の他の態様によると、前記第１の光フェーズドアレイが備える第１の位相シフタと、前記第２の光フェーズドアレイが備える第２の位相シフタと、を制御する位相シフト制御部を備え、位相シフト制御部は、前記第１の位相シフタの位相シフト量を制御して前記光送信器が前記空間へ送出する回折光のメインローブの送出方向を変化させると共に、前記極大感度方向のうち最大感度を有する前記極大感度方向が前記メインローブの送出方向と一致するように前記第２の位相シフタの位相シフト量を制御する。
本発明の他の態様によると、前記第１のアンテナエレメントの配列ピッチと前記第２のアンテナエレメントの配列ピッチとが互いに異なる値に設定されている。
本発明の他の態様によると、前記第１の角度と前記第２の角度との比は、互いに素な自然数の比で表されるよう設定される。
本発明の他の態様によると、前記第１の光学部品が構成する光学系により実際の配列ピッチに対して縮小し又は拡大された前記第１のアンテナエレメントの配列ピッチと、前記第２のアンテナエレメントの配列ピッチと、の比が互いに素な自然数の比で表されるよう設定されている。
本発明の他の態様によると、前記第１の光学部品は、２つの凸レンズで構成されるアフォーカル光学系の光学部品である。
本発明の他の態様によると、前記第１の光学部品は、アナモルフィックプリズムペアを構成する２つのプリズムで構成される。
本発明の他の態様によると、前記光受信器は、前記空間から到来する光を第２の光学部品を介して前記複数の第２のアンテナエレメントにより受信し、前記第２の角度は、前記第２の光学部品を介して受信される前記空間から到来する光についての、前記空間において規定される隣接する前記極大感度方向が互いに成す角度で定義され、前記第２の光学部品が構成する光学系は、当該光学系の光入力側から見た前記第２のアンテナエレメントの配列ピッチを、当該第２のアンテナエレメントの実際の配列ピッチに対して縮小し又は拡大するものである。
本発明の他の態様は、第１の光フェーズドアレイにより構成され、当該第１の光フェーズドアレイを構成する複数の第１のアンテナエレメントから出力される光により生成された回折光を空間へ送出する光送信器と、第２の光フェーズドアレイにより構成され、前記空間から到来する光を前記第２の光フェーズドアレイを構成する複数の第２のアンテナエレメントにより受信する光受信器と、を備え、前記光受信器は、前記空間から到来する光の方向に関し、当該光の受信感度が極大となる極大感度方向を複数有し、前記光送信器が前記空間へ送出する隣接する前記回折光の方向が互いに成す第１の角度と、前記光受信器における隣接する前記極大感度方向が互いに成す第２の角度と、が互いに異なっており、且つ、前記光受信器は、前記空間から到来する光を第２の光学部品を介して前記複数の第２のアンテナエレメントにより受信し、前記第２の角度は、前記第２の光学部品を介して受信される前記空間から到来する光についての、前記空間において規定される隣接する前記極大感度方向が互いに成す角度で定義され、前記第２の光学部品が構成する光学系は、当該光学系の光入力側から見た前記第２のアンテナエレメントの配列ピッチを、当該第２のアンテナエレメントの実際の配列ピッチに対して縮小し又は拡大するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ＯＰＡを用いたライダー装置において、コストの増大を招くことなく、アンテナエレメントの配列ピッチによるビームステアリング角度範囲の制限を克服して、より広いビームステアリング角度範囲を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係るライダー装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示すライダー装置の動作を説明するための説明図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態に係るライダー装置の構成を示す図である。
【図４】図４は、本発明の第３の実施形態に係るライダー装置の構成を示す図である。
【図５】図５は、従来のライダー装置の構成を示す図でる。
【図６】図６は、従来のライダー装置の特性の一例を示す図である。
【図７】図７は、ライダー装置に用いることのできる光フェーズドアレイの一例を示す図である。
【図８】図８は、図７に示す光フェーズドアレイが備えるユニットセルの構成を示す図である。
【図９】図９は、ライダー装置に用いることのできる光フェーズドアレイの他の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
一般に、ＯＰＡは、入力された光を複数の光に分岐する光分岐器と、分岐された複数の光のそれぞれを伝搬する複数の導波ラインと、複数の導波ラインに設けられて当該導波ラインを伝搬する光の位相を変化させる位相シフタと、各導波ラインに接続されて当該導波ラインを伝搬する光を出力するアンテナエレメントと、で構成される。また、ＯＰＡは、一般的に相反的であり、探索光である光ビームを送出する光送信器に用いられるほか、当該光ビームの反射戻り光を受信する受信器にも用いられ得る。
【００１３】
例えば、ＯＰＡのアンテナエレメントのそれぞれで受信した光を各導波ラインに伝搬させ、上記位相シフタにより位相を変化させた後、上記光分岐器を光結合器（合波器）として用いて、各導波ラインを伝搬した光を一つの光に合波して出力させることで、光受信器を構成するものとすることができる。
【００１４】
ここで、ＯＰＡを光送信器として用い、当該ＯＰＡのアンテナエレメントから空間に向かって回折光を送出するように位相シフタにおける位相シフト量を調整したとする。そして、この状態において、位相シフタの位相シフト量を保持したまま、上記ＯＰＡを光受信器として用いて上記アンテナエレメントから光を受信したとする。そうすると、上記回折光の送出方向と同じ方向から到来する光は、アンテナエレメントのそれぞれで受信された後、位相シフタにより同位相に位相シフトされることとなり、光結合器内で強め合って出力されることとなる。また、逆に、上記回折光の送出方向と異なる方向から到来する光は、アンテナエレメントのそれぞれで受信された後、位相シフタにより位相シフトを受けても同位相とはならず、光結合器内で強め合うことなく出力されることとなる。このため上記光受信器は、上記回折光の送出方向から到来する光に対してその受信感度が極大となる。また、当該光受信器は、上記回折光のうち最大の強度を持つメインローブの送出方向から到来する光に対して最大の受信感度を有することとなる。
【００１５】
以下、本明細書において、ビームを送出する送信器として機能させたＯＰＡにより構成される光送信器をＴｘＯＰＡ、光を受信する受信器として機能させたＯＰＡにより構成される光受信器をＲｘＯＰＡと称する。また、本明細書においては、ＲｘＯＰＡを構成するアンテナエレメントから光を送出したとしたならば当該アンテナエレメントから送出された光により発生することとなる回折光、メインローブ、及びサイドローブを、便宜上、それぞれ「ＲｘＯＰＡの回折光」、「ＲｘＯＰＡのメインローブ」、及び「ＲｘＯＰＡのサイドローブ」というものとする。また、本明細書において「ＲｘＯＰＡの遠視野像」とは、当該ＲｘＯＰＡ１０４を構成するアンテナエレメントから光を送出したとしたときの、当該アンテナエレメントから送出される光の遠視野像をいうものとする。
【００１６】
また、本明細書において、ＲｘＯＰＡの受信感度とは、当該ＲｘＯＰＡのアンテナエレメントにより受信された光が、当該ＲｘＯＰＡの位相シフタ及び光結合器を経て当該光結合器から出力されるまでに受ける損失の逆数（すなわち、同一方向からアンテナエレメントに到達する光の総光量に対する、光結合器から出力される光の光量の比の逆数）をいうものとする。
【００１７】
３次元の空間マッピング等を行うライダー装置は、一般的には、図５に示すような構成により実現することができる。図５に示すライダー装置５００は、ＯＰＡにより構成されるＴｘＯＰＡ５０２及びＲｘＯＰＡ５０４と、光源５０６と、を備える。ＴｘＯＰＡ５０２は、光源５０６からの光を分岐する光分岐器５１０と、光分岐器５１０により分岐された各光の位相をそれぞれシフトさせる複数の位相シフタ５１２を備えた位相シフトユニット５１４と、位相シフトユニット５１４から出力される各光を空間へ放出する複数のアンテナエレメント５１６が配列されたアンテナユニット５１８と、を有する。
【００１８】
また、ＲｘＯＰＡ５０４は、空間を伝搬する光を受信するアンテナエレメント５２６が配列されたアンテナユニット５２８と、各アンテナエレメント５２６が受信した光の位相をそれぞれシフトさせる複数の位相シフタ５２２を備える位相シフトユニット５２４と、位相シフトユニット５２４が出力する光を一つに結合して出力する光結合器５２０と、を有する。
【００１９】
ライダー装置５００は、また、ＲｘＯＰＡ５０４が出力する光を受信する光検出器５３０と、ＴｘＯＰＡ５０２及びＲｘＯＰＡ５０４の位相シフトユニット５１４、５２４の位相シフタ５１２、５２２の動作を制御するステアリング制御ユニット５３２と、光源５０６及びステアリング制御ユニット５３２を制御すると共に光検出器５３０の出力を受信して例えば空間マッピング等のためのデータ生成処理を行う制御デバイス５３６と、を備える。
【００２０】
光源５０６は、例えばパルスレーザであり、制御デバイス５３６は、空間内の物体までの距離を例えば飛行時間（ＴＯＦ）法により測定する。
【００２１】
光源５０６からの光信号は、ＴｘＯＰＡ５０２に入射される。ステアリング制御ユニット５３２は、位相シフトユニット５１４の位相シフタ５１２を動作させ、ＴｘＯＰＡ５０２のアンテナユニット５１８を構成する配列された複数のアンテナエレメント５１６から空間に向かって回折光を送出させると共に、それらの回折光の空間への送出方向を変化させてビームステアリングを行う。
【００２２】
また、ステアリング制御ユニット５３２は、ＴｘＯＰＡ５０２が現在送出している回折光に対応して、それらの回折光と同じ方向にＲｘＯＰＡ５０４の回折光が向くように、ＲｘＯＰＡ５０４の位相シフトユニット５２４の位相シフタ５２２を動作させる。これにより、ＲｘＯＰＡ５０４は、ＴｘＯＰＡ５０２のメインローブの送出方向から到来する光に対して最大受信感度を持ち、ＴｘＯＰＡ５０２のサイドローブの送出方向から到来する光に対して極大受信感度を持つこととなる。
【００２３】
ここで、従来のライダー装置５００では、一般に、回折光の収束度を上げて物体検出における空間分解能を上げるべく、アンテナエレメント５１６、５２６の数として数千程度の数が求められる。また、一般に、探索光として用いるメインローブのステアリング角度範囲をできる限り広く確保するため、メインローブのステアリング角度範囲に隣接する回折光が進入しないよう、アンテナエレメント５１６、５２６のそれぞれの配置間隔は、共にできる限り狭く設計され、結果として互いに同じ配置間隔ｐを持つよう設計される。
【００２４】
その結果、ＴｘＯＰＡ５０２とＲｘＯＰＡ５０４の回折光は、共に同じ方向を持つこととなる。図６は、図５に示すＴｘＯＰＡ５０２及びＲｘＯＰＡ５０４の例示的な特性を示す図である。図６の上段は、ＴｘＯＰＡ５０２について、光分岐器５１０の光入力端からアンテナエレメント５１６のそれぞれの光出力端に至るまでの各光経路（各チャネル）で発生する光位相差がゼロであるときの、アンテナユニット５１８から送出される光の遠視野像である。また、図６の中段は、ＲｘＯＰＡ５０４について、アンテナエレメント５２６のそれぞれの光入力端から光結合器５２０の光出力端に至るまでの各光経路（各チャネル）で発生する光位相差がゼロであるときの、空間から到来する光の方向に対するＲｘＯＰＡ５０４の受信感度の分布を示す図である。また、図６の下段は、図６の上段に示す光強度分布を持つ回折光を空間に送出し、図６の中段に示す受信感度分布を持つＲｘＯＰＡ５０４により空間からの反射戻り光を受信したときの、ライダー装置５００から見た空間内の各方向に対する、当該ライダー装置５００としての総感度の分布を示した図である。
【００２５】
図６において、上段、中段、及び下段の横軸は、いずれも、ＸＺ平面内の各方角（図５の図示上下方向の方角）を、Ｚ軸に対する角度θの正弦値で示した軸である。また、図６の上段の縦軸は、ＴｘＯＰＡ５０２から送出される光の強度を、メインローブの最大強度で正規化した正規化光強度である。また、図６の中段の縦軸は、ＲｘＯＰＡ５０４の受信感度を、その最大受信感度値で正規化した正規化受信感度である。さらに、図６の下段の縦軸は、ライダー装置５００の総感度を、その最大値で正規化した正規化総感度である。
【００２６】
図６上段において、ｓｉｎθ＝０の位置に最大強度を有する光強度部分６００は、ＴｘＯＰＡ５０２から出力される回折光のメインローブ（回折次数がゼロの主極大ビーム）に相当し、当該最大の光強度部分以外の光強度部分６０２、６０４、６０６、６０８、６１０、６１２は、サイドローブ（回折次数がゼロ以外の回折光ビーム）に相当する。このうち、光強度部分６０２、６０４は、メインローブに隣接するサイドローブ（回折次数が±１）に相当し、ｓｉｎθ＝±λ0／ｐの位置に発生する。ここで、λ0は、光源５０６が出力する光の中心波長、ｐは、アンテナエレメント５１６の配列ピッチである。
【００２７】
ＲｘＯＰＡ５０４のアンテナエレメント５２６は、ＴｘＯＰＡ５０２のアンテナエレメント５１６と同じ配列ピッチｐで配列されていることから、ＲｘＯＰＡ５０４の回折光はＴｘＯＰＡ５０２とそれぞれ同じ方向を向く。このため、図６中段に示すＲｘＯＰＡ５０４の受信感度は、図６上段におけるＴｘＯＰＡ５０２の回折光に相当する光強度部分６００、６０２、６０４、６０６、６０８、６１０、６１２と同じ位置にそれぞれ極大部分６２０、６２２、６２４、６２６、６２８、６３０、６３２を持ち、ＴｘＯＰＡ５０２のメインローブに相当する光強度部分６００と同じ位置に、受信感度が最大となる極大部分６２０を有する。
【００２８】
また、ライダー装置５００としての総感度は、ＴｘＯＰＡ５０２が送出する光強度分布（すなわち、図６上段に示す正規化光強度の値）と、ＲｘＯＰＡ５０４における受信感度分布（すなわち、図６中段に示す正規化受信感度の値）と、の積に比例する。したがって、ライダー装置５００としての総感度は、図６下段に示すように、ＴｘＯＰＡ５０２の光強度の極大部分とＲｘＯＰＡ５０４の受信感度の極大部分とが一致する位置（ｍλ0／ｐ、ｍ＝０、±１、±２、±３）において、極大部分６４０、６４２、６４４、６４６、６４８、６５０、６５２を持ち、メインローブに対応する位置（ｓｉｎθ＝０）において最大の総感度を示す極大部分６４０を持つ。
【００２９】
このライダー装置５００において、ＴｘＯＰＡ５０２の各チャネルと、ＲｘＯＰＡ５０４の各チャネルと、においてそれぞれ同様の位相シフトを発生させつつ、ＴｘＯＰＡ５０２及びＲｘＯＰＡ５０４の回折光の方向を同じように変化させると、図６上段の光強度部分６００等及び図６中段の極大部分６２０等は、それぞれ同じ方向へ同じ量だけシフトする。また、これに応じて、図６下段の極大部分６４０等も、これと同じ方向へ同じ量だけシフトする。
【００３０】
したがって、例えば、ＴｘＯＰＡ５０２のメインローブを探索光として用いてビームステアリングを行う場合には、図６下段において、当該メインローブを用いた場合の総感度の極大部分６４０の図示左右方向のシフト範囲内に、隣接するサイドローブについての総感度の極大部分６４２、６４４が入り込まないように、当該ビームステアリングの範囲は、式（１）の範囲に制限される。
【数１】
0006828062.tif 000002
【００３１】
すなわち、αmax≡λ0／２ｐとすれば、ステアリング角度αの許容範囲は、−αmax〜＋αmaxであり、結果として、ステアリング角度αの最大許容範囲は、アンテナエレメント５１６、５２６の配列ピッチｐの大きさにより制限される。
【００３２】
なお、上記の説明においてはＸＺ平面におけるビームステアリングについて説明したが、ＹＺ平面においても、上記と同様に、アンテナエレメント５１６、５２６のＹ軸方向における配列ピッチの大きさに依存して、ビームステアリングのステアリング角度範囲が制限される。
【００３３】
一方、ライダー装置に用いることのできるＯＰＡとしては、上述したように、それぞれが光を放出する複数のユニットセルを配列して構成されるＯＰＡが知られている（特許文献１）。図７は、そのようなＯＰＡ７００の構成の一部を示す図、図８は、ＯＰＡ７００を構成するユニットセル７１０の構成を示す図である。
【００３４】
図７を参照し、光ファイバ７０２から入力された光は列方向バス導波路７０４を伝搬する。列方向バス導波路７０４を伝搬する光は、当該列方向バス導波路７０４に所定の間隔で設けられた複数のエバネセントカプラ７０６により分岐されて複数の行方向バス導波路７０８を伝搬する。各ユニットセル７１０（図示点線楕円で示す１６個の部分のそれぞれ）は、近接する行方向バス導波路７０８から、当該行方向バス導波路７０８を伝搬する光の一部を、エバネセントカプラ８００（後述）を介して受信する。また、各ユニットセル７１０には、電流経路である列方向制御ワイヤ７１２と行方向制御ワイヤ７１４が接続され、各ユニットセル７１０が有する位相シフタ８０６（後述）が選択的に通電される。
【００３５】
図８を参照し、各ユニットセル７１０は、上記行方向バス導波路７０８に結合されたエバネセントカプラ８００、アンテナエレメント８０２、当該エバネセントカプラ８００とアンテナエレメント８０２とをつなぐ導波路８０４、当該導波路８０４のＳ字部分に設けられたヒータである位相シフタ８０６、及び位相シフタ８０６であるヒータに通電するための２つの電極である列方向電極８０８と行方向電極８１０とを備える。列方向電極８０８及び行方向電極８１０は、上記列方向制御ワイヤ７１２と行方向制御ワイヤ７１４にそれぞれ接続される。
【００３６】
図７に示すＯＰＡ７００は、行方向及び又は列方向に沿って制御可能な線形位相傾斜を発生させることができ、ＸＺ平面及びＹＺ平面での制御可能なビームステアリングを行うＯＰＡとして動作することができる。
【００３７】
しかしながら、特許文献１に従う図７のＯＰＡ７００では、各ユニットセル７１０は、アンテナエレメント８０２に加えて多くの追加のエレメント（位相シフタ８０６、導波路８０４、エバネセントカプラ８００）を有するので、そのサイズを十分小さくすることができない。その結果、特許文献１のＯＰＡ７００は、ユニットセル７１０（具体的には、ユニットセル７１０が備えるアンテナエレメント８０２）を、Ｘ方向及びＹ方向の双方において十分小さなピッチｐを持って配列することができない。
【００３８】
例えば、ＯＰＡ７００において実現されるユニットセル７１０の配列ピッチは９μｍ程度であり、中心波長１５５０ｎｍの光を用いてビームステアリングを行う場合には、当該ビームステアリングに用いることのできるステアリング角度αの許容範囲は、式（１）より、±５°に制限される。
【００３９】
ライダー装置に用いることのできる他のＯＰＡとして、上述したように、非特許文献１に開示された光集積回路をベースとするＯＰＡが知られている。図９は、非特許文献１に従うＯＰＡ９００の構成を示す図である。このＯＰＡ９００は、光を入力するためのバス導波路９０２と、バス導波路９０２上に設けられて交互にカスケード接続された熱位相シフタ及びエバネセントカプラで構成される部分９０４と、を備える。上記エバネセントカプラにより分岐された光は、それぞれ導波ライン部９０６を介して、グレーティングベースのアンテナエレメントが配列されたアンテナ部９０８に接続される。このＯＰＡ９００では、上記熱位相シフタにより、上記配列されたアンテナエレメントに順次入力される光の位相増分を制御すると共に、バス導波路９０２に入力する光の波長を制御することにより、２次元のビームステアリング機能が提供される。
【００４０】
図５に示すＴｘＯＰＡ５０２及びＲｘＯＰＡ５０４は、例えば、ＯＰＡ９００のアンテナ部９０８を構成するグレーティングベースの複数のアンテナエレメントをそれぞれ図５の図示Ｙ方向に延在させ、それら複数のアンテナエレメントをＸ方向に配列することで構成することができる。
【００４１】
しかしながら、アンテナ部９０８を構成する複数のアンテナエレメントは、基板上に形成された導波路として構成されており、当該アンテナエレメントの配列ピッチ（上記Ｘ方向の配列ピッチ）は、上記形成される導波路の配列ピッチに等しい。この導波路の配列ピッチの許容最小値は、当該導波路の光閉じ込め強度により制限され、基板と導波路との屈折率差を大きくして光の閉じ込め強度を高めれば、アンテナエレメントの配列ピッチを狭めることができる。しかしながら、基板素材等に応じて、実現し得る上記屈折率差には限界があり、上記配列ピッチを数μｍから大幅に小さくすることには困難を伴う。このため、ＯＰＡ９００のＸ方向におけるビームステアリングにおいては、上述したＯＰＡ７００と同様に、ステアリング角度範囲が数度程度に制限されてしまうという問題が生じ得る。
【００４２】
また、ＯＰＡ９００では、Ｙ方向において実用上十分なビームステアリング範囲を確保しようとすると、以下に示すように、波長可変範囲の極めて広い波長可変レーザが必要となり、ライダー装置全体としてのコストが大幅に増加することとなり得る。逆にいえば、ＯＰＡ９００においては、コストの大幅な増加を伴うことなくＹ方向における実用的なビームステアリング範囲を実現することは困難であり得る。
【００４３】
すなわち、波長可変レーザの発振波長が中心波長λ0に対しΔλ変化した場合、アンテナ部９０８から放出されるメインローブのステアリング角度αy（ＹＺ平面におけるメインローブの、Ｚ軸に対する偏向角）は、式（２）から算出される。
【数２】
0006828062.tif 000003
【００４４】
ここで、ｎEは上記アンテナエレメントを構成する導波路の実効屈折率、ｐgは各アンテナエレメントに設けられたグレーティングピッチである。波長可変レーザの中心波長λ0は、通常、波長シフトがゼロ（Δλ＝０）であるときにステアリング角度αyがゼロ（αy＝０）となるように、式（３）を満たすように選択される。
【数３】
0006828062.tif 000004
【００４５】
そして、波長可変レーザの最大波長変化範囲がλ0±ΔλmaxであるときにＯＰＡ９００により実現され得るＹ方向におけるステアリング角度αyの変化範囲−αymax〜＋αymaxのαymaxは、式（４）の関係から導かれる。
【数４】
0006828062.tif 000005
【００４６】
ここで、グレーティングピッチｐgは、通常、半波長λ0／２に近い値で作製される。ｐg＝λ0／２とすれば、式（４）は、式（５）となる。
【数５】
0006828062.tif 000006
【００４７】
すなわち、最大ステアリング角度αymax＝３０°とする場合、中心波長λ0が１５５０ｎｍであれば、２Δλmaxは７７５ｎｍとなり、１５５０±３８７．５ｎｍもの広い範囲にわたって発振波長を制御し得る波長可変レーザが必要となる。そして、このような条件を満たす市販の波長可変レーザを探し出すことは極めて困難であるか、又は探し出せたとしても極めて高価である。
【００４８】
以下、本発明の実施形態に係るライダー装置について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係るライダー装置の構成を示す図である。このライダー装置１００は、光源１０６と、光源１０６の出力光を空間へ送出するＴｘＯＰＡ１０２と、ＴｘＯＰＡ１０２から送出された光のうち空間内の物体から反射して戻って来る反射戻り光を受信するＲｘＯＰＡ１０４と、ＲｘＯＰＡ１０４から出力される光を検出する光検出器１３０と、を備える。光源１０６は、例えばパルスレーザである。
【００４９】
ＴｘＯＰＡ１０２は、光源１０６の出力光を分岐する光分岐器１１０と、光分岐器１１０により分岐された各光の位相をそれぞれシフトさせる複数の位相シフタ１１２を備えた位相シフトユニット１１４と、位相シフトユニット１１４から出力される各光を空間へ放出する複数のアンテナエレメント１１６が配列されたアンテナユニット１１８と、を有する。アンテナエレメント１１６は、例えば図示Ｘ軸及びＹ軸に沿って、当該Ｘ軸及びＹ軸で規定されるＸＹ平面内に、互いの間隔が配列ピッチ（配列間隔）ｐTを持つように二次元配列されている。
【００５０】
ＲｘＯＰＡ１０４は、上記反射戻り光を受信するアンテナエレメント１２６が配列されたアンテナユニット１２８と、各アンテナエレメント１２６が受信した光の位相をそれぞれシフトさせる複数の位相シフタ１２２を備える位相シフトユニット１２４と、位相シフトユニット１２４が出力する光を一つに結合して出力する光結合器１２０と、を有する。アンテナエレメント１２６は、例えば図示Ｘ軸及びＹ軸に沿って、当該Ｘ軸及びＹ軸で規定されるＸＹ平面内に、互いの間隔が配列ピッチ（配列間隔）ｐRを持つように二次元配列されている。これにより、ＲｘＯＰＡ１０４は、ＲｘＯＰＡ１０４の複数の回折光の方向が、それぞれ受信感度が極大となる極大感度方向となる。すなわち、ＲｘＯＰＡ１０４は、空間から到来する光の方向に関し、当該光の受信感度が極大となる複数の極大感度方向を有するよう構成されている。
【００５１】
ここで、ＴｘＯＰＡ１０２は、第１の光フェーズドアレイにより構成される光送信器であって、当該第１の光フェーズドアレイを構成する複数の第１のアンテナエレメントから出力される光により生成された回折光を空間へ送出する光送出器に相当する。上記第１の光フェーズドアレイは、光分岐器１１０と、第１の位相シフタである位相シフタ１１２を備える位相シフトユニット１１４と、第１のアンテナエレメントであるアンテナエレメント１１６を備えるアンテナユニット１１８と、を含む部分に相当する。
【００５２】
また、ＲｘＯＰＡ１０４は、第２の光フェーズドアレイにより構成される光受信器であって、空間から到来する光を当該第２の光フェーズドアレイを構成する複数の第２のアンテナエレメントにより受信する光受信器に相当する。上記第２の光フェーズドアレイは、光結合器１２０と、第２の位相シフタである位相シフタ１２２を備える位相シフトユニット１２４と、第２のアンテナエレメントであるアンテナエレメント１２６を備えるアンテナユニット１２８と、を含む部分に相当する。
【００５３】
ＴｘＯＰＡ１０２及びＲｘＯＰＡ１０４は、例えば特許文献１に記載のＯＰＡを用いて構成され得る。すなわち、ＴｘＯＰＡ１０２は、アンテナエレメント１１６として例えば図８に示すアンテナエレメント８０２が図１の図示Ｘ方向及びＹ方向に間隔（配列ピッチ）ｐTをもってＸＹ平面内に２次元配列されて構成される。同様に、ＲｘＯＰＡ１０４は、アンテナエレメント１２６として例えば図８に示すアンテナエレメント８０２が図１の図示Ｘ方向及びＹ方向に間隔（配列ピッチ）ｐRをもってＸＹ平面内に２次元配列されて構成される。
【００５４】
また、ＴｘＯＰＡ１０２の位相シフタ１１２は、例えば図８に示すような、導波路８０４上に設けられたヒータで構成される熱位相シフタである位相シフタ８０６で構成されている。同様に、ＲｘＯＰＡ１０４の位相シフタ１２２は、例えば図８に示すような、導波路８０４上に設けられたヒータで構成される位相シフタ８０６で構成されている。
【００５５】
さらに、ＴｘＯＰＡ１０２の光分岐器１１０及びＲｘＯＰＡ１０４の光結合器１２０は、共に、例えば図７、図８に示すような、光源１０６からの光を伝搬する列方向バス導波路７０４及び行方向バス導波路７０８と、エバネセントカプラ７０６及び８００と、により構成され得る。
【００５６】
ただし、上記のＴｘＯＰＡ１０２及びＲｘＯＰＡ１０４の構成は一例であって、これには限られない。例えば、ＴｘＯＰＡ１０２及びＲｘＯＰＡ１０４のアンテナユニット１１８及び１２８は、それぞれ、光を送出及び受信するアンテナエレメント１１６及び１２６が共に図示ＸＹ平面においてそれぞれ配列ピッチｐT及びｐRをもって二次元配列される限りにおいて、任意の構成を有するものとすることができる。
【００５７】
また、位相シフトユニット１１４及び１２４は、上記に限らず、それぞれ、光分岐器１１０により分岐された光を伝搬する各光経路、及びアンテナエレメント１２６により受信された光を伝搬する各光経路に設けられた任意の構成の位相シフタにより構成されるものとすることができる。同様に、光分岐器１１０及び光結合器１２０は、上記に限らず、それぞれ、入力された光を分岐する機能、及び入力された光を合波して一つの光に結合する機能を有する限りにおいて、任意の構成又は原理により動作する光分岐器及び光結合器であるものとすることができる。
【００５８】
ライダー装置１００は、また、制御デバイス１３４と、位相シフト制御部であるステアリング制御ユニット１３２と、を有する。ステアリング制御ユニット１３２は、制御デバイス１３４の制御の下にＴｘＯＰＡ１０２及びＲｘＯＰＡ１０４の位相シフタ１１２、１２２の動作を制御する。制御デバイス１３４は、光源１０６の光パルス出力動作と、ＴｘＯＰＡ１０２の位相シフタ１１２及びＲｘＯＰＡ１０４の位相シフタ１２２の動作と、の同期を行うと共に、光検出器１３０からの信号に基づいて空間マッピング等のためのデータ生成処理等を行う。
【００５９】
すなわち、上記構成によりライダー装置１００は、制御デバイス１３４による制御の下に、ステアリング制御ユニット１３２により位相シフタ１１２、１２２に所望の位相シフトを発生させ、ＴｘＯＰＡ１０２のメインローブの出射方向とＲｘＯＰＡ１０４の最大受信感度方向とが同じ方向を向いた状態を維持しつつ、それらの方向を図示Ｘ方向及び又はＹ方向に変化させてビームステアリングを行う。これにより、ライダー装置１００は、ＴｘＯＰＡ１０２のメインローブによりビームステアリングを行うと共に、ＴｘＯＰＡ１０２のメインローブ照射方向からの反射戻り光をＲｘＯＰＡ１０４により受信する。
【００６０】
また、ライダー装置１００は、制御デバイス１３４により、光源１０６が光パルスを発出してから当該光パルスの反射戻り光をＲｘＯＰＡ１０４を介して受信するまでの時間を計測することにより、ＴｘＯＰＡ１０２のメインローブ照射方向に存在する物体までの距離を飛行時間法により算出する。そして、ライダー装置１００は、上記ビームステアリング動作に応じて逐次変化するＴｘＯＰＡ１０２のメインローブの出射方向から到来する反射戻り光を逐次検知し、上記逐次変化する方向における物体までの距離を検出することで、例えば空間マッピング等のためのデータ等を生成する。
【００６１】
特に、本実施形態に係るライダー装置１００は、ＴｘＯＰＡ１０２のアンテナエレメント１１６の配列ピッチｐTと、ＲｘＯＰＡ１０４のアンテナエレメント１２６の配列ピッチｐRとが、互いに異なる値を有し、例えば式（６）の関係を有するように設定されている。ここで、Ｎ1／Ｍ1は既約関数であり、Ｍ1及びＮ1は互いに素な自然数である。
【数６】
0006828062.tif 000007
【００６２】
これにより、ライダー装置１００は、アンテナエレメントの配列ピッチが同じ値ｐであるＴｘＯＰＡ及びＲｘＯＰＡを用いて構成される従来のライダー装置（例えばライダー装置５００）に比べて、ＴｘＯＰＡ１０２のアンテナエレメント１１６の配列ピッチｐTを上記ｐに対して低減することなく、ＴｘＯＰＡ１０２のメインローブのステアリング角αをより広い範囲で変化させてビームステアリングを行うことが可能となる。これについて、以下、説明する。
【００６３】
なお、以下の説明においては、簡単のため、Ｘ軸方向におけるビームステアリング動作を例にとって説明する。当該説明は、当業者にとり明らかなように、Ｘ軸に直交するＹ軸方向においても同様に成り立つ。
【００６４】
上述したように、本実施形態に係るライダー装置１００は、ＴｘＯＰＡ１０２のアンテナエレメント１１６の配列ピッチｐTと、ＲｘＯＰＡ１０４のアンテナエレメント１２６の配列ピッチｐRとが、互いに異なる値を有するように構成されている。このため、ＴｘＯＰＡ１０２が空間に送出する隣接する回折光の方向が互いに成す第１の角度と、ＲｘＯＰＡ１０４の隣接する回折光の方向、すなわち隣接する極大感度方向が互いに成す第２の角度と、が互いに異なるものとなっている。
【００６５】
このため、ＴｘＯＰＡ１０２及びＲｘＯＰＡ１０４を、ＴｘＯＰＡ１０２及びＲｘＯＰＡのメインローブの方向が一致するように制御すれば、当該メインローブに隣接するサイドローブの方向は、ＴｘＯＰＡ１０２とＲｘＯＰＡ１０４とで異なるものとなる。すなわち、ＴｘＯＰＡ１０２から送出される上記隣接するサイドローブの方向におけるＲｘＯＰＡ１０４の受信感度は極大値を持たないため、当該隣接するサイドローブの方向から到来する光の受信が抑制される。その結果、ＴｘＯＰＡ１０２のメインローブのステアリング角度範囲は、当該メインローブとこれに隣接するサイドローブとの間の角度によっては制限されず、より広いステアリング角度範囲を利用することが可能となる。
【００６６】
より詳細には、ＴｘＯＰＡ１０２の隣接する回折光の偏向角（図示Ｚ軸に対する角度）の正弦値の差ΔωT、及びＲｘＯＰＡ１０４の隣接する回折光の偏向角の正弦値の差ΔωRは、それぞれ式（７）及び式（８）で表される。
【数７】
0006828062.tif 000008
【数８】
0006828062.tif 000009
【００６７】
また、式（６）（７）（８）より、式（９）が成り立つ。
【数９】
0006828062.tif 000010
【００６８】
すなわち、ライダー装置１００では、ＴｘＯＰＡ１０２が空間に送出する隣接する回折光の方向が互いに成す第１の角度と、ＲｘＯＰＡ１０４の隣接する極大感度方向が互いに成す第２の角度と、の比が互いに素な自然数の比で表されるよう設定されている。
【００６９】
式（９）は、式（１０）のように表すことができる。
【数１０】
0006828062.tif 000011
【００７０】
すなわち、ＴｘＯＰＡ１０２及びＲｘＯＰＡ１０４のメインローブの方向が同じであるとすると、ＴｘＯＰＡ１０２におけるメインローブから数えてＭ1番目のサイドローブの方向と、ＲｘＯＰＡ１０４におけるメインローブから数えてＮ1番目のサイドローブの方向とが、初めて一致することとなる。言い換えれば、ＴｘＯＰＡ１０２における１〜Ｍ1−１番目のサイドローブの反射光については、ＲｘＯＰＡ１０４における受信が抑制される。
【００７１】
その結果、ＴｘＯＰＡ１０２のメインローブのステアリング角度αの許容変化範囲−αmax〜＋αmaxのαmaxは、式（１１）で定まることとなる。
【数１１】
0006828062.tif 000012
【００７２】
すなわち、式（１）と式（１１）との比較からわかるように、ライダー装置１００を構成するＴｘＯＰＡ１０２のアンテナエレメント１１６の配列ピッチｐTを、従来のライダー装置５００のＴｘＯＰＡ５０２の配列ピッチｐに設定したとしても（すなわち、配列ピッチｐTをｐより小さい値に設定することなく）、ライダー装置１００のビームステアリングの許容角度範囲は、従来のライダー装置５００の許容角度範囲のＭ倍に向上する。
【００７３】
図２は、式（６）においてＮ＝５、Ｍ＝６としたときの、ライダー装置１００の動作を説明するための図である。図２の上段は、ＴｘＯＰＡ１０２のアンテナユニット１１８から送出される光の遠視野像の一例を示す図、図２の中段は、ＲｘＯＰＡ１０４における光の受信感度分布を示す図である。また、図２の下段は、図２の上段及び中段にそれぞれ示す光強度と受信感度との積として得られる、ライダー装置１００における総感度の分布を示す図である。図２の横軸は、いずれも、ＸＺ平面におけるＺ軸方向に対する角度θの正弦値ｓｉｎθである。また、図２上段の縦軸は最大光強度により正規化した正規化光強度、図２中段の縦軸は最大受信感度により正規化した正規化受信感度、図２下段の縦軸は、総感度の最大値で正規化した正規化総感度である。
【００７４】
図２上段に示すＴｘＯＰＡ１０２の光強度分布においてｓｉｎθ＝０の位置に存在するＴｘＯＰＡ１０２のメインローブ２００から数えてＭ番目である６番目のサイドローブ２０２、２０４の位置と、図２中段に示すＲｘＯＰＡ１０４の受信感度分布おいてｓｉｎθ＝０の位置に存在するＲｘＯＰＡ１０４のメインローブに相当する最大強度部分２１０から数えてＭ番目である５番目のサイドローブに相当する極大感度部分２１２、２１４の位置とが一致している。
【００７５】
このため、図２下段に示すように、ライダー装置１００における総感度の分布は、ＴｘＯＰＡ１０２及びＲｘＯＰＡ１０４のメインローブに対応するｓｉｎθ＝０の位置にある最大感度を持つ極大部分２２０に対し、これに隣接する総感度の極大部分２２２、２２４は、大きく離れてｓｉｎθ＝±６λ0／ｐT（＝±５λ0／ｐR）の位置に現れる。その結果、ライダー装置１００においては、ＴｘＯＰＡ１０２のメインローブの方向とＲｘＯＰＡ１０４のメインローブの方向が一致するように位相シフタ１１２及び１２２を制御することで、ＴｘＯＰＡ１０２のアンテナエレメント１１６の配置ピッチｐTを縮小することなく、式（１１）に示すように、ＴｘＯＰＡ１０２のメインローブのビームステリング角αの変化範囲を、従来のライダー装置に比べてＭ倍、すなわち６倍に拡大することができる。
【００７６】
具体的には、本実施形態に係るライダー装置１００は、以下のように動作する。なお、以下の説明においては、簡単のため、図示Ｘ軸方向にビームステアリングが行われるものとする。ただし、当業者において理解されるように、以下に示すＸ軸方向のビームステアリング動作に合わせて、当該Ｘ軸方向のビームステアリング動作と同様の図示Ｙ軸方向のビームステアリング動作を行うことにより、２次元のビームステアリング動作を行うことができる。
【００７７】
まず、ライダー装置１００の制御デバイス１３４は、光源１０６を制御して、一定の時間間隔で光パルスを発生させる。また、制御デバイス１３４は、ステアリング制御ユニット１３２に指示して、ＴｘＯＰＡ１０２から空間へ送出するメインローブのＸ方向の偏向角α（ステアリング角α）を変化させてビームステアリングを行う。より具体的には、ステアリング制御ユニット１３２は、各アンテナエレメント１１６から出射される光の位相がＸ軸に沿って上記偏向角αに応じた線形位相傾斜をもつように、且つ、当該偏向角αが所定のステアリング角度範囲内において所定のパターンで時間的に変化するように、位相シフタ１１２を制御する。ここで、上記偏向角αに応じた線形位相傾斜は、光分岐器１１０の光入力端から各アンテナエレメント１１６の出力端までの各光経路（各チャネル）に発生する位相シフト量が式（１２）に従うように各位相シフタ１２２を設定することで実現され得る。
【数１２】
0006828062.tif 000013
【００７８】
ここで、ｑは、各チャネルに対応するアンテナエレメント１１６のそれぞれに対し、当該アンテナエレメント１１６のＸ軸における位置に沿って端から順に付したインデックスであり、ｑ＝−Ｑ、…、−１、０、１、…、Ｑである。
【００７９】
また、制御デバイス１３４は、ステアリング制御ユニット１３２に指示して、ＲｘＯＰＡ１０４のメインローブがＴｘＯＰＡ１０２のメインローブと同じ偏向角αを有するように、位相シフタ１２２を制御する。具体的には、ステアリング制御ユニット１３２は、各アンテナエレメント１２６の光受信端から光結合器１２０の光出力端までの各光経路（各チャネル）に発生する位相シフト量が式（１３）に従うように各位相シフタ１２２を設定する。
【数１３】
0006828062.tif 000014
【００８０】
ここで、ｓは、各チャネルに対応するアンテナエレメント１２６のそれぞれに対し、当該アンテナエレメント１２６のＸ軸における位置に沿って端から順に付したインデックスであり、ｑ＝−Ｓ、…、−１、０、１、…、Ｓである。式（１２）、（１３）より、同じインデックス値ｕを持つアンテナエレメント１１６及び１２６のそれぞれに対応する各チャネルにおいて発生させるべき位相φT（ｕ）及びφR（ｕ）は、式（１４）を満たす。
【数１４】
0006828062.tif 000015
【００８１】
すなわち、ＲｘＯＰＡ１０４の各チャネルに発生させる位相シフトは、ＴｘＯＰＡ１０２の各チャネルに発生させる位相シフトのｐR／ｐT倍とする必要がある。
【００８２】
制御デバイス１３４は、さらに、上記のようにＴｘＯＰＡ１０２及びＲｘＯＰＡ１０４のメインローブを同じ方向に制御しつつ、光源１０６から出力されＴｘＯＰＡ１０２からメインローブとして送出された光パルスが、ＲｘＯＰＡ１０４のメインローブ方向から受信されるまでの時間を計測し、当該メインローブ方向に存在する物体までの距離を算出する。これにより、制御デバイス１３４は、例えばＴｘＯＰＡ１０２のメインローブのビームステアリング範囲内の空間マッピング用データを生成し得る。
【００８３】
なお、本実施形態では、ＴｘＯＰＡ１０２のアンテナユニット１１８の配列ピッチｐTと、ＲｘＯＰＡ１０４のアンテナユニット１２８の配列ピッチｐRとが、式（６）の関係を有するよう構成されるものとしたが、これには限られない。例えば、配列ピッチｐTとｐRとが単に互いに異なる値を有するものとしても、上記と同様に、ＴｘＯＰＡ１０２とＲｘＯＰＡ１０４とでサイドローブの方向を異ならせて、ＴｘＯＰＡ１０２のメインローブのステアリング角の許容範囲を拡大することができる。
【００８４】
また、アンテナユニット１１８の実際の配列ピッチｐT及び又はアンテナユニット１２８の実際の配列ピッチｐRが式（６）を見たさなくても、例えばＴｘＯＰＡ１０２のアンテナエレメント１１６のビーム出射部分及び又はＲｘＯＰＡ１０４のアンテナエレメント１２６のビーム到来部分にレンズ等の像変換光学系を構成する光学部品を配置することで、それら光学部品を介してＴｘＯＰＡ１０２から出射される回折光から換算される実質的な配列ピッチｐTe、及び又はそれら光学部品を介してＲｘＯＰＡ１０４が受信する光の受信感度から換算される実質的な配列ピッチｐReが、互いに異なっていれば（例えば式（６）を満たしていれば）、上記と同様に、ＴｘＯＰＡ１０２のメインローブのステアリング角の許容範囲を拡大することができる。
【００８５】
言い換えれば、ＴｘＯＰＡ１０２が空間に送出する隣接する回折光の方向が互いに成す第１の角度は、ＴｘＯＰＡ１０２の回折光が像変換光学系を構成する光学部品を介して空間へ送出される場合には、当該光学部品を介して空間へ送出された隣接する回折光の間の角度で定義される。また、ＲｘＯＰＡ１０４における隣接する極大感度方向が互いに成す第２の角度は、ＲｘＯＰＡ１０４が像変換光学系を構成する光学部品を介して空間から光を受信する場合には、当該光学部品を通過する前の上記空間における隣接する極大感度方向が互いに成す角度として定義される。そして、上述したのと同様に、上記第１の角度と上記第２の角度とが互いに異なる値となるように（例えば、上記第１の角度と上記第２の角度との比が互いに素な自然数の比となるように）設定されていれば、上述したのと同様の原理によりＴｘＯＰＡ１０２のメインローブのステアリング角の許容範囲を拡大することができる。
【００８６】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態に係るライダー装置について説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態に係るライダー装置３００の構成を示す図である。図３において、図１に示す第１の実施形態に係るライダー装置１００と同じ構成要素については、図１に示す符号と同じ符号を用いるものとし、上述したライダー装置１００についての説明を援用するものとする。
【００８７】
ライダー装置３００は、ライダー装置１００と同様の構成を有するが、ＴｘＯＰＡ１０２のアンテナユニット１１８の光送出側に、像変換光学系を構成する光学ユニット３４６が配されている点が異なる。本実施形態における光学ユニット３４６が構成する像変換光学系は、例えば焦点距離ｆ1及びｆ2をそれぞれ有する２つの凸レンズであるレンズ３４２及び３４４で構成された像倍率Ｋ1をもつ２枚レンズ系で構成されている。
【００８８】
上記の構成を有するライダー装置３００は、ＴｘＯＰＡ１０２の光送出側に像倍率Ｋ1を有する光学ユニット３４６を備えるため、ＴｘＯＰＡ１０２は、実質的には、レンズ３４４から図示右側へ距離ｆ2の位置にＫ1倍の配列ピッチＫ1・ｐTで配列されたアンテナエレメント３１６を備えたＯＰＡとして機能する。このため、光学ユニット３４６、ＴｘＯＰＡ１０２、及びＲｘＯＰＡ１０４を、Ｋ1・ｐT≠ｐRとなるように構成することで、第１の実施形態に係るライダー装置１００と同様に、ＴｘＯＰＡ１０２が空間に送出する隣接する回折光が互いに成す第１の角度と、ＲｘＯＰＡ１０４における当該空間での隣接する極大感度方向が互いに成す第２の角度とを異ならせて、ｐTを縮小することなく、ＴｘＯＰＡ１０２のメインローブのステアリング角度の許容範囲を拡大することができる。
【００８９】
例えば、本実施形態では、像倍率Ｋ1、及び配列ピッチｐT、ｐRが式（１５）を満たすように、光学ユニット３４６、ＴｘＯＰＡ１０２、及びＲｘＯＰＡ１０４が構成されている。
【数１５】
0006828062.tif 000016
【００９０】
ここで、式（６）と同様に、Ｎ2／Ｍ2は既約関数であり、Ｍ2、Ｎ2は互いに素な自然数である。像倍率Ｋ1は、光学ユニット３４６を構成する２つのレンズ３４２、３４４の焦点距離ｆ1、ｆ2を用いて、式（１６）により与えられる。
【数１６】
0006828062.tif 000017
【００９１】
このとき、ＴｘＯＰＡ１０２から光学ユニット３４６を通って空間へ送出される隣接する回折光の偏向角の正弦値の差ΔωT2は、式（１７）により与えられる。
【数１７】
0006828062.tif 000018
【００９２】
なお、ＲｘＯＰＡ１０４にはレンズ光学系は配されていないので、ＲｘＯＰＡ１０４における隣接する回折光（すなわち、隣接する受信感度極大方向）の偏向角の正弦値の差ΔωRは、ライダー装置１００と同様に式（８）で与えられる。
【００９３】
上記の式（１５）、（１７）、及び式（８）より、式（１８）を得る。
【数１８】
0006828062.tif 000019
【００９４】
すなわち、光学ユニット３４６から空間に送出されるＴｘＯＰＡ１０２の回折光のうち、ＴｘＯＰＡ１０２のメインローブから数えてＭ2番目のサイドローブの方向と、ＲｘＯＰＡ１０４におけるメインローブから数えてＮ2番目のサイドローブの方向と、が一致することがわかる。
【００９５】
したがって、光学ユニット３４６から空間へ送出するメインローブのステアリング角αの許容可変範囲−αmax〜αmaxのαmaxは、式（１９）で与えられる。
【数１９】
0006828062.tif 000020
【００９６】
すなわち、ライダー装置３００においても、ライダー装置１００と同様に、ＴｘＯＰＡ１０２のアンテナエレメント１１６の配列ピッチｐTを縮小させることなく、ＴｘＯＰＡ１０２から出力され空間に送出されるメインローブのステアリング角度の許容範囲を拡大することができる。特に、ライダー装置３００においては、ＴｘＯＰＡ１０２のアンテナエレメント１１６の、光学ユニット３４６の光出力側から見た実質的な配列ピッチは、ＴｘＯＰＡ１０２そのものの配列ピッチｐTと、光学ユニット３４６の像倍率Ｋ1と、の積Ｋ1ｐTで与えられるので、ライダー装置１００に比べて更に設計自由度を向上することができる。
【００９７】
具体的には、本実施形態に係るライダー装置３００は、以下のように動作する。なお、以下の説明においては、簡単のため、図示Ｘ軸方向にビームステアリングが行われるものとする。ただし、当業者において理解されるように、以下に示すＸ軸方向のビームステアリング動作に合わせて、当該Ｘ軸方向のビームステアリング動作と同様の図示Ｙ軸方向のビームステアリング動作を行うことにより、２次元のビームステアリング動作を行うことができる。
【００９８】
本実施形態に係るライダー装置３００は、上述したライダー装置１００と同様に動作するが、ステアリング制御ユニット３３２の動作が、ステアリング制御ユニット１３２と若干異なる。ステアリング制御ユニット３３２は、Ｘ方向について、ＴｘＯＰＡ１０２から空間へ送出するメインローブの偏向角α（ステアリング角α）を変化させてビームステアリングを行う。より具体的には、ステアリング制御ユニット３３２は、像変換により形成された仮想的なアンテナエレメント３１６から出射される光の位相がＸ軸に沿って上記偏向角αに応じた線形位相傾斜をもつように、且つ、当該偏向角αが所定のステアリング角度範囲内において所定のパターンで時間的に変化するように、位相シフタ１１２を制御する。ここで、上記偏向角αに応じた線形位相傾斜は、光分岐器１１０の光入力端から各アンテナエレメント１１６の出力端までの各光経路（各チャネル）に発生する位相シフト量が式（２０）に従うように各位相シフタ１２２を設定することで実現される。
【数２０】
0006828062.tif 000021
【００９９】
ここで、ｑは、各チャネルに対応するアンテナエレメント１１６のそれぞれに対し、当該アンテナエレメント１１６のＸ軸における位置に沿って端から順に付したインデックスであり、ｑ＝−Ｑ、…、−１、０、１、…、Ｑである。
【０１００】
なお、ＲｘＯＰＡ１０４のメインローブが上記と同様の偏向角αを有するように位相シフタ１２２によりＲｘＯＰＡ１０４の各チャネルに発生させる位相シフト量は、ライダー装置１００の場合と同様に、式（１３）で与えられる。
【０１０１】
式（１４）と同様に、式（１３）、（２０）より、同じインデックス値ｕを持つアンテナエレメント１１６及び１２６のそれぞれに対応する各チャネルにおいて発生させるべき位相φT2（ｕ）及びφR（ｕ）は、式（２１）を満たす。
【数２１】
0006828062.tif 000022
【０１０２】
すなわち、ＲｘＯＰＡ１０４の各チャネルに発生させる位相シフトは、ＴｘＯＰＡ１０２の各チャネルに発生させる位相シフトのｐR／（Ｋ1・ｐT）倍とする必要がある。
【０１０３】
なお、本実施形態においては、ライダー装置３００は、互いに異なる配列ピッチｐT及びｐRを有するＴｘＯＰＡ１０２及びＲｘＯＰＡ１０４を用いて構成されるものとしたが、これには限られない。ライダー装置３００においては、式（１５）が満たされる限りにおいて、配列ピッチｐT及びｐRが同じ値であってもよい。すなわち、ライダー装置３００は、ＴｘＯＰＡ１０２及びＲｘＯＰＡ１０４に代えて、それぞれのアンテナエレメントの配列間隔が同じであるＴｘＯＰＡ及びＲｘＯＰＡを用いて構成することもできる。
【０１０４】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態に係るライダー装置について説明する。
上述した第２の実施形態に係るライダー装置３００では、２枚レンズ系で構成される像変換光学系である光学ユニット３４６によりＴｘＯＰＡ１０２のアンテナエレメント１１６の実質的な配列ピッチを拡大している。これに対し、第３の実施形態では、像変換光学系としてアナモルフィックプリズムペアを用いてアンテナエレメント１１６の実質的な配列ピッチを一次元方向に拡大する。
【０１０５】
図４は、本発明の第３の実施形態に係るライダー装置４００の構成を示す図である。図４において、図１に示す第１の実施形態に係るライダー装置１００と同じ構成要素については、図１に示す符号と同じ符号を用いるものとし、上述したライダー装置１００についての説明を援用するものとする。
【０１０６】
ライダー装置４００は、ライダー装置１００と同様の構成を有するが、ＴｘＯＰＡ１０２のアンテナユニット１１８の光送出側に、２つのプリズム４４２、４４４から成るアナモルフィックプリズムペアで構成された光学ユニット４４６が配されている点が異なる。
【０１０７】
本実施形態では、２つのプリズム４４２、４４４から成るアナモルフィックプリズムペアは、図示Ｘ方向において像を拡大するよう構成されている。したがって、図示Ｙ方向におけるＴｘＯＰＡ１０２のメインローブのビームステアリングは、図１に示す第１の実施形態に係るライダー装置１００と同様である。
【０１０８】
上記の構成を有するライダー装置４００は、ＴｘＯＰＡ１０２の光送出側に、図示Ｘ方向において像倍率Ｋ2を有する光学ユニット４４６を備えるため、ＴｘＯＰＡ１０２は、実質的には、光出力側のプリズム４４４の光出力面（図示右側面）から図示左側へ距離Ｄの位置にＫ2倍の配列ピッチＫ2・ｐTで配列されたアンテナエレメント４１６を備えたＯＰＡとして機能する。このため、光学ユニット４４６、ＴｘＯＰＡ１０２、及びＲｘＯＰＡ１０４を、Ｋ2・ｐT≠ｐRとなるように構成することで、Ｘ方向に関して、第１の実施形態に係るライダー装置１００と同様に、第１の実施形態に係るライダー装置１００と同様に、ＴｘＯＰＡ１０２が空間に送出する隣接する回折光が互いに成す第１の角度と、ＲｘＯＰＡ１０４における当該空間での隣接する極大感度方向は互いに成す第２の角度とを異ならせて、ｐTを縮小することなく、ＴｘＯＰＡ１０２のメインローブのステアリング角度の許容範囲を拡大することができる。なお、Ｙ方向に関しては、ライダー装置４００はライダー装置１００と同様に動作し、ライダー装置１００と同様にｐＴを縮小することなくＴｘＯＰＡ１０２のメインローブのステアリング角度の許容範囲が拡大される。
【０１０９】
例えば、本実施形態では、像倍率Ｋ2、配列ピッチｐT、及びｐRが式（２２）を満たすように、光学ユニット４４６、ＴｘＯＰＡ１０２、及びＲｘＯＰＡ１０４が構成されている。
【数２２】
0006828062.tif 000023
【０１１０】
ここで、上述したように、光学ユニット４４６はＸ方向においてのみ像を拡大することから、ライダー装置４００においては、図示Ｙ方向におけるＴｘＯＰＡ１０２のメインローブのビームステアリングは、図１に示す第１の実施形態に係るライダー装置１００と同様である。したがって、以下では、図示Ｘ方向のビームステアリングについて説明するものとする。
【０１１１】
上記の式（２２）において、Ｎ3／Ｍ3は既約関数であり、Ｍ3、Ｎ3は互いに素な自然数である。このとき、ＴｘＯＰＡ１０２から光学ユニット４４６を通って空間へ送出される隣接する回折光の偏向角の正弦値の差ΔωT3は、式（２３）により与えられる。
【数２３】
0006828062.tif 000024
【０１１２】
なお、ＲｘＯＰＡ１０４にはレンズ光学系は配されていないので、ＲｘＯＰＡ１０４における隣接する回折光（すなわち、隣接する受信感度極大方向）の偏向角の正弦値の差でΔωRは、ライダー装置１００と同様に式（８）で与えられる。
【０１１３】
上記の式（２２）、（２３）、及び式（８）より、式（２４）を得る。
【数２４】
0006828062.tif 000025
【０１１４】
すなわち、光学ユニット４４６から空間に送出されるＴｘＯＰＡ１０２の回折光のうち、ＴｘＯＰＡ１０２のメインローブから数えてＭ3番目のサイドローブの方向と、ＲｘＯＰＡ１０４におけるメインローブから数えてＮ3番目のサイドローブの方向と、が一致することがわかる。
【０１１５】
したがって、光学ユニット４４６から空間へ送出するメインローブのステアリング角αの許容可変範囲−αmax〜αmaxのαmaxは、式（２５）で与えられる。
【数２５】
0006828062.tif 000026
【０１１６】
すなわち、ライダー装置４００のＸ方向のビームステアリング動作においても、ライダー装置１００と同様に、ＴｘＯＰＡ１０２のアンテナエレメント１１６の配列ピッチｐTを縮小させることなく、ＴｘＯＰＡ１０２から出力され空間に送出されるメインローブのステアリング角度の許容範囲を拡大することができる。特に、ライダー装置４００においては、ＴｘＯＰＡ１０２のアンテナエレメント１１６の、光学ユニット４４６の光出力側から見たＸ方向における実質的な配列ピッチは、ＴｘＯＰＡ１０２そのものの配列ピッチｐTと、光学ユニット４４６の像倍率Ｋ2と、の積Ｋ2ｐTで与えられるので、ライダー装置１００に比べて更に設計自由度を向上することができる。
【０１１７】
なお、像倍率Ｋ2は、従来技術に従い、光学ユニット４４６においてアナモルフィックプリズムペアを構成するプリズム４４２及び４４４の幾何形状及び配置から決定され得る。同様に、光学ユニット４４６があることにより形成される実質的なアンテナエレメント４１６の位置を規定する距離Ｄは、従来技術に従い、像倍率Ｋ2及びアンテナエレメント１１６からプリズム４４２までの距離等から決定され得る。
【０１１８】
本実施形態に係るライダー装置４００は、具体的には、以下のように動作する。
ライダー装置４００は、上述したライダー装置１００と同様に動作するが、ステアリング制御ユニット４３２の動作が、ステアリング制御ユニット１３２と異なる。ステアリング制御ユニット４３２は、Ｘ方向について、ステアリング制御ユニット１３２と同様に、ＴｘＯＰＡ１０２から光学ユニット４４６を介して空間へ送出するメインローブのＸ方向の偏向角α（ステアリング角α）を変化させるため、各アンテナエレメント１１６から光学ユニット４４６を介して出射される光の位相がＸ軸に沿って上記偏向角αに応じた線形位相傾斜をもつように、且つ、当該偏向角αが所定のステアリング角度範囲内において所定のパターンで時間的に変化するように、位相シフタ１１２を制御する。ここで、上記偏向角αに応じた線形位相傾斜は、光分岐器１１０の光入力端から各アンテナエレメント１１６の出力端までの各光経路（各チャネル）に発生する位相シフト量が式（２６）に従うように各位相シフタ１２２を設定することで実現される。
【数２６】
0006828062.tif 000027
【０１１９】
ここで、ｑは、アンテナユニット１１８を構成する各アンテナエレメント１１６に対し、当該アンテナエレメント１１６のＸ軸における位置に沿って端から順に付したインデックスであり、ｑ＝−Ｑ、…、−１、０、１、…、Ｑである。
【０１２０】
なお、ＲｘＯＰＡ１０４のメインローブが偏向角αを有するように位相シフタ１２２により発生させる線形位相傾斜は、ライダー装置１００の場合と同様に、式（１３）で与えられる。
【０１２１】
式（１４）と同様に、式（１３）、（２６）より、同じインデックス値ｕを持つアンテナエレメント１１６及び１２６のそれぞれに対応する各チャネルに発生させるべき位相φT3（ｕ）及びφR（ｕ）は、式（２７）を満たす。
【数２７】
0006828062.tif 000028
【０１２２】
すなわち、ＲｘＯＰＡ１０４の各チャネルに発生させる位相シフトは、ＴｘＯＰＡ１０２の各チャネルに発生させる位相シフトのｐR／（Ｋ2・ｐT）倍とする必要がある。
【０１２３】
なお、本実施形態においては、ライダー装置４００は、互いに異なる配列ピッチｐT及びｐRを有するＴｘＯＰＡ１０２及びＲｘＯＰＡ１０４を用いて構成されるものとしたが、これには限られない。ライダー装置４００においては、式（２２）が満たされる限りにおいて、配列ピッチｐT及びｐRが同じ値であってもよい。すなわち、ライダー装置３００は、ＴｘＯＰＡ１０２及びＲｘＯＰＡ１０４に代えて、それぞれのアンテナエレメントの配列間隔が同じであるＴｘＯＰＡ及びＲｘＯＰＡを用いて構成することもできる。
【０１２４】
なお、本発明は上記各実施形態の構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
【０１２５】
例えば、上記各実施形態では、ＴｘＯＰＡ１０２のアンテナエレメント１１６及びＲｘＯＰＡ１０４のアンテナエレメント１２６は、ＸＹ平面内にＸ方向及びＹ方向に同じ配列ピッチｐT及びｐRで配列されるものとしたが、これには限られない。ＴｘＯＰＡ１０２のアンテナエレメント１１６及びＲｘＯＰＡ１０４のアンテナエレメント１２６は、Ｘ方向とＹ方向の配列ピッチが異なるように構成されるものとしてもよい。
【０１２６】
この場合には、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれについて、ＴｘＯＰＡ１０２が空間に送出する隣接する回折光が互いに成す第１の角度と、ＲｘＯＰＡ１０４における当該空間での隣接する極大感度方向は互いに成す第２の角度とを異ならせることで、上記Ｘ方向及びＹ方向の配列ピッチを縮小することなく、ＴｘＯＰＡ１０２のメインローブのＸ方向及びＹ方向におけるステアリング角度の許容範囲を共に拡大することができる。
【０１２７】
具体的には、ＴｘＯＰＡ１０２の光出射部及びＲｘＯＰＡ１０４の光受信部に設けられ得る光学部品による像倍率を加味したＴｘＯＰＡ１０２及びＲｘＯＰＡ１０４の実質的なアンテナエレメントの配列ピッチが互いに異なるように（例えばそれらの比が互いに素な自然数で表されるように）設定することで、ＴｘＯＰＡ１０２のメインローブのステアリング角度の許容範囲を拡大することができる。
【０１２８】
また、上記各実施形態では、ＴｘＯＰＡ１０２及びＲｘＯＰＡ１０４が、簡単のため相反性を有するＯＰＡを用いて構成されるものとして説明したが、これには限られない。例えば、ＲｘＯＰＡ１０４は、アンテナエレメント１２６から光結合器１２０の光出力端まで一方向に光が伝搬するものであってもよい。この場合でも、各アンテナエレメント１２６から光結合器１２０の光出力端までの各チャネルについて、仮想的に逆方向に光を伝搬させた場合の仮想的な回折光を考慮して極大感度方向を定義し、上述した各実施形態と同様の構成を用いてビームステアリングの範囲を拡大することができる。
【０１２９】
また、上記各実施形態では、ＴｘＯＰＡ１０２及びＲｘＯＰＡ１０４は、一例として特許文献１に示されるようなＯＰＡ７００を用いて構成されるものとしたが、これには限られない。他の例として、例えば、非特許文献１に開示されているようなＯＰＡ９００を用いてＴｘＯＰＡ１０２及びＲｘＯＰＡ１０４を構成することもできる。具体的には、例えば、グレンティングベースのアンテナエレメントの延在方向を図１におけるＹ方向に合わせ、各アンテナエレメントが図１のＸ方向に配列されるようにして、ＴｘＯＰＡ１０２及びＲｘＯＰＡ１０４を構成するものとすることができる。この場合には、ＴｘＯＰＡ１０２及びＲｘＯＰＡ１０４における上記アンテナエレメントの配列ピッチをそれぞれｐT及びｐRとして、Ｘ方向のビームステアリングについて、上述した各実施形態と同様の構成によりビームステアリングの許容角度範囲を拡大することができる。
【０１３０】
また、第２及び第３の実施形態においては、像変換光学系を構成する光学ユニット３４６及び４４６は、それぞれ１より大きい像倍率Ｋ1、Ｋ2を持つものとして図３及び図４が描かれているが、これには限られない。像倍率Ｋ1、Ｋ2は１より小さい値を持つものとしてもよい。また、像変換光学系は、少なくとも一次元方向において像変換を行う機能を有する限り、任意の光学系であるものとすることができる。
【０１３１】
以上、説明したように、本発明の実施形態に係るライダー装置１００等は、光フェーズドアレイにより構成された光送信器であるＴｘＯＰＡ１０２を備える。ＴｘＯＰＡ１０２は、当該光フェーズドアレイを構成する複数の第１のアンテナエレメントであるアンテナエレメント１１６から出力される光により生成された回折光を空間へ送出する。また、ライダー装置１００等は、光フェーズドアレイにより構成された光受信器であるＲｘＯＰＡ１０４を備える。ＲｘＯＰＡ１０４は、空間から到来する光を、当該光フェーズドアレイを構成する複数の第２のアンテナエレメントであるアンテナエレメント１２６により受信する。そして、ライダー装置１００等では、光受信器であるＲｘＯＰＡ１０４は、空間から到来する光の方向に関し、当該光の受信感度が極大となる極大感度方向を複数有する。また、ライダー装置１００等では、光送信器であるＴｘＯＰＡ１０２が空間へ送出する隣接する回折光の方向が互いに成す第１の角度と、光受信器であるＲｘＯＰＡ１０４における隣接する上記極大感度方向が互いに成す第２の角度と、が互いに異なっている。
【０１３２】
この構成によれば、ＴｘＯＰＡ１０２から空間に送出されるメインローブに隣接するサイドローブの反射戻り光は、ＲｘＯＰＡ１０４においては抑圧されて出力されることとなる。このため、ライダー装置１００等では、コストの増大を招くことなく、ＴｘＯＰＡ１０２のアンテナエレメント１１６の配列ピッチｐTで定まる隣接回折光間の角度間隔に起因するビームステアリング角度範囲の制限を克服して、より広いビームステアリング角度範囲を実現することができる。
【０１３３】
また、ライダー装置１００等は、ＴｘＯＰＡ１０２を構成する光フェーズドアレイが備える第１の位相シフタである位相シフタ１１２と、ＲｘＯＰＡ１０４を構成する光フェーズドアレイが備える第２の位相シフタである位相シフタ１２２と、を制御する位相シフト制御部であるステアリング制御ユニット１３２等を備える。そして、位相シフト制御部であるステアリング制御ユニット１３２等は、第１の位相シフタである位相シフタ１１２の位相シフト量を制御して光送信器であるＴｘＯＰＡ１０２が空間へ送出する回折光のメインローブの送出方向を変化させる。また、位相シフト制御部であるステアリング制御ユニット１３２等は、上記極大感度方向のうち最大感度を有する極大感度方向がＴｘＯＰＡ１０２の上記メインローブの送出方向と一致するように、第２の位相シフタである位相シフタ１２２の位相シフト量を制御する。
【０１３４】
この構成によれば、ＴｘＯＰＡ１０２のメインローブの送出方向から到来する反射戻り光に対するＲｘＯＰＡ１０４の受信感度を常に最大に維持することができる。
【０１３５】
また、ライダー装置１００等では、第１のアンテナエレメントであるアンテナエレメント１１６の配列間隔ｐTと、第２のアンテナエレメントであるアンテナエレメント１２６の配列間隔ｐRとが互いに異なる値に設定されている。この構成によれば、ＴｘＯＰＡ１０２が空間へ送出する隣接する回折光の方向が互いに成す第１の角度と、ＲｘＯＰＡ１０４における隣接する上記極大感度方向が互いに成す第２の角度と、を容易に異なるものとすることができる。
【０１３６】
また、ライダー装置１００等では、上記第１の角度と上記第２の角度との比は、互いに素な自然数の比で表されるよう設定される。この構成によれば、ＴｘＯＰＡ１０２のビームステアリングの許容角度範囲を、例えば式（１１）で示されるように、上記自然数で定まる倍率で拡大することができる。
【０１３７】
また、ライダー装置１００等では、第１のアンテナエレメントであるアンテナエレメント１１６の配列間隔ｐTと第２のアンテナエレメントであるアンテナエレメント１２６の配列間隔ｐRとの比が互いに素な自然数の比で表されるよう設定されている。この構成によれば、上記第１の角度と上記第２の角度との比が互いに素な自然数の比で表されるように容易に設定することができる。
【０１３８】
また、ライダー装置３００、４００では、光送信器であるＴｘＯＰＡ１０２は、複数の第１のアンテナエレメントであるアンテナエレメント１１６から出力される光により生成された回折光を、像変換光学系を構成する第１の光学部品であるレンズ３４２、３４４あるいはプリズム４４２、４４４を介して空間へ送出する。そして、ライダー装置３００、４００では、上記第１の角度は、上記第１の光学部品を介して空間へ送出された隣接する回折光間の角度で定義される。
【０１３９】
この構成によれば、ＴｘＯＰＡ１０２のアンテナエレメント１１６の配列ピッチｐT及びＲｘＯＰＡ１０４のアンテナエレメント１２６の配列ピッチｐRに加えて、上記像変換光学系の像倍率を用いて、上記第１の角度を設定することができるので、設計自由度が向上する。
【０１４０】
また、ライダー装置３００では、上記第１の光学部品は、２つの凸レンズであるレンズ３４２、３４４で構成される。この構成によれば、像変換光学系を容易に構成することができる。
【０１４１】
また、ライダー装置４００では、上記第１の光学部品は、アナモルフィックプリズムペアを構成する２つのプリズム４４２、４４４で構成される。この構成によれば、像変換光学系を容易に構成することができる。
【０１４２】
また、ライダー装置１００等では、光受信器であるＲｘＯＰＡ１０４は、空間から到来する光を、像変換光学系を構成する第２の光学部品を介して複数の第２のアンテナエレメントであるアンテナエレメント１２６により受信するものとすることができる。この場合、上記第２の角度は、上記第２の光学部品を介して受信される上記空間から到来する光についての、上記空間において規定される隣接する極大感度方向が互いに成す角度で定義される。  この構成によれば、ライダー装置１００等の設計自由度を更に向上することができる。
【符号の説明】
【０１４３】
１００、３００、４００、５００…ライダー装置、１０２、５０２…ＴｘＯＰＡ、１０４、５０４…ＲｘＯＰＡ、１０６、５０６…光源、１１０、５１０…光分岐器、１１２、１２２、５１２、５２２…位相シフタ、１１４、１２４、５１４、５２４…位相シフトユニット、１１６、１２６、５１６、５２６…アンテナエレメント、１１８、１２８、５１８、５２８…アンテナユニット、１２０、５２０…光結合器、１３０、５３０…光検出器、１３２、５３２…ステアリング制御ユニット、１３４、５３６…制御デバイス、３４６、４４６…光学ユニット、３４２、３４４…レンズ、４４２、４４４…プリズム、７００、９００…ＯＰＡ。
【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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