WO2023145191A1

WO2023145191A1 - 計測装置

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Publication number: WO2023145191A1
Application number: PCT/JP2022/041785
Authority: WO
Inventors: 宏幸高木; 安寿稲田; 和也久田; 弓子加藤; 建治鳴海; 孝平菊池
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Priority date: 2022-01-27
Filing date: 2022-11-09
Publication date: 2023-08-03
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Abstract

計測装置は、光源と、前記光源からの光を参照光と照射光とに分離し、前記照射光が物体で反射されて生じる反射光と、前記参照光とを干渉させて干渉光を生成する干渉光学系と、前記照射光を出射し、かつ前記反射光を受ける光学素子と、前記干渉光を検出する光検出器と、を備え、前記干渉光学系は、前記光源からの前記光が入力され、かつ前記参照光および前記照射光を出力する光スプリッタを備え、前記光スプリッタから前記光検出器に至るまでの光路長をｄ１、前記光スプリッタから前記光学素子に至るまでの光路長をｄ２、前記光学素子から前記光検出器に至るまでの光路長をｄ３、前記光スプリッタから前記干渉光学系の内部のノイズ光経路を経て前記光検出器に至るまでの光路長をｄ４とするとき、ｄ１≦ｄ２＋ｄ３、かつ｜ｄ２＋ｄ３－ｄ１｜≧｜ｄ４－ｄ１｜の関係を満たす。

Description

計測装置

　本開示は、計測装置に関する。

　従来、物体を光で照射し、当該物体からの反射光を検出することにより、当該物体の距離および／または速度に関する計測データを生成するＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｒａｎｇｉｎｇ）技術が存在する。ＬｉＤＡＲ技術を用いた計測装置の典型例は、光源、光検出器、および処理回路を備える。光源は、物体を照射するための光を出射する。光検出器は、物体からの反射波を検出することにより、反射波の時間遅れに応じた信号を出力する。処理回路は、光検出器から出力された信号に基づいて、例えばＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｗａｖｅ）技術によって物体の距離および速度に関する計測データを生成する。特許文献１および２、ならびに非特許文献１は、ＦＭＣＷ技術を用いる計測装置の例を開示している。

特許第６２７４３６８号特開２０１９－４５２００号公報

Christopher V. P. et. al., OFC2016, W4E.3

　本開示は、広い距範囲を有する計測装置を提供する。

　本開示の一態様に係る計測装置は、光源と、前記光源からの光を参照光と物体を照射するための照射光とに分離し、前記照射光の少なくとも一部が前記物体で反射されて生じる反射光と、前記参照光とを干渉させて干渉光を生成する干渉光学系と、前記照射光の前記少なくとも一部を出射し、かつ前記反射光を受ける少なくとも１つの光学素子と、前記干渉光を検出する光検出器と、を備え、前記干渉光学系は、前記光源からの前記光が入力される第１端子、前記参照光を出力する第２端子、および前記照射光を出力する第３端子を有する光スプリッタを備え、前記光スプリッタの前記第２端子から前記光検出器に至るまでの第１経路の光路長をｄ１、前記光スプリッタの前記第３端子から前記光学素子に至るまでの第２経路の光路長をｄ２、前記光学素子から前記光検出器に至るまでの第３経路の光路長をｄ３、前記光スプリッタの前記第３端子から前記干渉光学系の内部のノイズ光経路を経て前記光検出器に至るまでの第４経路の光路長をｄ４とするとき、

の関係を満たす。

　本開示の包括的または具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能な記録ディスク等の記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意の組み合わせで実現されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、例えばＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｃ‐Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）等の不揮発性の記録媒体を含み得る。装置は、１つ以上の装置で構成されてもよい。装置が２つ以上の装置で構成される場合、当該２つ以上の装置は、１つの機器内に配置されてもよく、分離した２つ以上の機器内に分かれて配置されてもよい。本明細書および特許請求の範囲では、「装置」とは、１つの装置を意味し得るだけでなく、複数の装置からなるシステムも意味し得る。

　本開示の技術によれば、広い距範囲を有する計測装置を実現できる。

図１は、本開示の例示的な実施形態１による計測装置の構成を模式的に示すブロック図である。図２は、物体が静止している場合の、参照光および反射光の周波数の時間変化を模式的に示す図である。図３は、実施形態１において処理回路が実行する計測動作の例を概略的に示すフローチャートである。図４は、比較例における検出信号のスペクトルを示すグラフである。図５は、実施形態１による計測装置に含まれる構成要素間の光路長を説明するための図である。図６は、実施例における検出信号のスペクトルを示すグラフである。図７は、実施形態１による計測装置の変形例の構成を模式的に示すブロック図である。図８は、本開示の例示的な実施形態２による計測装置の構成を模式的に示すブロック図である。図９は、本開示の例示的な実施形態３による計測装置の構成を模式的に示すブロック図である。図１０は、実施形態３において処理回路が実行する計測動作の例を概略的に示すフローチャートである。図１１は、比較例における信号スペクトルを示すグラフである。図１２は、実施形態３による計測装置に含まれる構成要素間の光路長を説明するための図である。

　本開示において、回路、ユニット、装置、部材または部の全部または一部、またはブロック図における機能ブロックの全部または一部は、例えば、半導体装置、半導体集積回路（ＩＣ）、またはＬＳＩ（ｌａｒｇｅ　ｓｃａｌｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を含む１つまたは複数の電子回路によって実行され得る。ＬＳＩまたはＩＣは、１つのチップに集積されてもよいし、複数のチップを組み合わせて構成されてもよい。例えば、記憶素子以外の機能ブロックは、１つのチップに集積されてもよい。ここでは、ＬＳＩまたはＩＣと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（ｖｅｒｙ　ｌａｒｇｅ　ｓｃａｌｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、もしくはＵＬＳＩ（ｕｌｔｒａ　ｌａｒｇｅ　ｓｃａｌｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）と呼ばれるものであってもよい。ＬＳＩの製造後にプログラムされる、Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ（ＦＰＧＡ）、またはＬＳＩ内部の接合関係の再構成またはＬＳＩ内部の回路区画のセットアップができるｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ　ｌｏｇｉｃ　ｄｅｖｉｃｅも同じ目的で使うことができる。

　さらに、回路、ユニット、装置、部材または部の全部または一部の機能または操作は、ソフトウェア処理によって実行することが可能である。この場合、ソフトウェアは１つまたは複数のＲＯＭ、光学ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録され、ソフトウェアが処理装置（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）によって実行されたときに、そのソフトウェアで特定された機能が処理装置（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）および周辺装置によって実行される。システムまたは装置は、ソフトウェアが記録されている１つまたは複数の非一時的記録媒体、処理装置（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、および必要とされるハードウェアデバイス、例えばインターフェースを備えていてもよい。

　本開示において、「光」とは、可視光（波長が約４００ｎｍ～約７００ｎｍ）だけでなく、紫外線（波長が約１０ｎｍ～約４００ｎｍ）および赤外線（波長が約７００ｎｍ～約１ｍｍ）を含む電磁波を意味する。本明細書において、紫外線を「紫外光」と称し、赤外線を「赤外光」とも称する。

　以下、本開示の例示的な実施形態を説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。さらに、各図において、実質的に同一の構成要素に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化される場合がある。

　まず、本開示の基礎となった知見を説明する。近年、距離に関して広いダイナミックレンジと高い分解能を両立し、外乱の影響を受けにくく、高速に移動する物体の速度を検出できるＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲ技術が開発されている。ミリ波ではなく光を利用することにより、物体を照射する光のスポット径を相対的に小さくすることができ、物体の計測データをより正確に取得することが可能になる。

　ＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲ技術を用いる計測装置では、内部散乱光が生じることがある。特許文献１は、光を外部に出射する光アンテナで生じる内部散乱光を計測開始のトリガとすることによって正確に測距を行う方法を開示している。特許文献１に開示されている内部散乱光は、測距精度の向上に役立てることができる。一方で、本発明者は、ＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲ技術を用いる計測装置には、特許文献１に開示されている内部散乱光とは別に、光学部品の内部で生じると考えられる多重散乱光が存在し、そのような多重散乱光は測距範囲を狭めてしまう可能性があることを見出した。

　ＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲ技術を用いる本開示のある実施形態による計測装置では、内部の構成要素間の光路長を適切に設計することにより、多重散乱光の影響を低減することができ、測距範囲を広げることが可能になる。以下に、本開示の実施形態による計測装置を説明する。

　第１の項目に係る計測装置は、光源と、前記光源からの光を参照光と物体を照射するための照射光とに分離し、前記照射光の少なくとも一部が前記物体で反射されて生じる反射光と、前記参照光とを干渉させて干渉光を生成する干渉光学系と、前記照射光の前記少なくとも一部を出射し、かつ前記反射光を受ける少なくとも１つの光学素子と、前記干渉光を検出する光検出器と、を備える。前記干渉光学系は、前記光源からの前記光が入力される第１端子、前記参照光を出力する第２端子、および前記照射光を出力する第３端子を有する光スプリッタを備える。前記光スプリッタの前記第２端子から前記光検出器に至るまでの第１経路の光路長をｄ１、前記光スプリッタの前記第３端子から前記光学素子に至るまでの第２経路の光路長をｄ２、前記光学素子から前記光検出器に至るまでの第３経路の光路長をｄ３、前記光スプリッタの前記第３端子から前記干渉光学系の内部のノイズ光経路を経て前記光検出器に至るまでの第４経路の光路長をｄ４とするとき、前記計測装置は、

の関係を満たす。

　この計測装置では、干渉光学系の内部で生じる多重散乱光の影響を低減して測距範囲を広げることができる。

　第２の項目に係る計測装置は、第１の項目に係る計測装置において、前記干渉光学系が、光サーキュレータを備える。前記光サーキュレータは、前記光スプリッタの前記第３端子および前記少なくとも１つの光学素子に接続されている。前記光検出器は、前記光スプリッタの前記第２端子および前記光サーキュレータに接続されている。前記ノイズ光経路は、前記光サーキュレータを通る経路である。

　この計測装置では、光サーキュレータの内部で生じる多重散乱光の影響を低減して測距範囲を広げることができる。

　第３の項目に係る計測装置は、第１の項目に係る計測装置において、前記干渉光学系が、前記干渉光学系は、他の光スプリッタを備える。前記他の光スプリッタは、前記光スプリッタの前記第３端子および前記少なくとも１つの光学素子に接続されている。前記光検出器は、前記光スプリッタの前記第２端子および前記他の光スプリッタに接続されている。前記ノイズ光経路は、前記他の光スプリッタを通る経路である。

　この計測装置では、他の光スプリッタの内部で生じる多重散乱光の影響を低減して測距範囲を広げることができる。

　第４の項目に係る計測装置は、第１から第３の項目のいずれかに係る計測装置において、前記少なくとも１つの光学素子が複数の光学素子を含み、前記複数の光学素子の各々は前記照射光の一部を出射する。前記計測装置は、前記複数の光学素子の各々について、式（１）および式（２）の関係を満たす。

　この計測装置では、光学素子の数が複数であっても、測距範囲を広げることができる。

　第５の項目に係る計測装置は、光源と、前記光源からの光を参照光と物体を照射するための照射光とに分離し、前記照射光の少なくとも一部が前記物体で反射されて生じる反射光と、前記参照光とを干渉させて干渉光を生成する干渉光学系と、前記照射光の前記少なくとも一部を出射し、かつ前記反射光を受ける少なくとも１つの光学素子と、前記干渉光を検出する光検出器と、他の光検出器とを備える。前記干渉光学系は、前記光源からの前記光が入力される第１端子、前記参照光を出力する第２端子、および前記照射光を出力する第３端子を有する光スプリッタを備える。前記他の光検出器は、前記光スプリッタの前記第３端子から前記光学素子までの前記照射光の一部を検出する。前記光スプリッタの前記第２端子から前記光検出器に至るまでの第１経路の光路長をｄ１、前記光スプリッタの前記第３端子から前記光学素子に至るまでの第２経路の光路長をｄ２、前記光学素子から前記光検出器に至るまでの第３経路の光路長をｄ３、前記光スプリッタの前記第３端子から前記他の光検出器に至るまでの第５経路の光路長をｄ５、前記他の光検出器から前記光検出器に至るまでの第６経路の光路長をｄ６とするとき、前記計測装置は、

の関係を満たす。

　この計測装置では、他の光検出器で反射される光の影響を低減して測距範囲を広げることができる。

　第６の項目に係る計測装置は、第１から第５の項目に係る計測装置において、前記光検出器から出力される信号を処理する処理回路を備える。前記光源は、前記光の周波数を変化させることが可能である。

　この計測装置では、ＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲ技術によって測距および／または測速することができる。

　第７の項目に係る計測装置は、光源と、前記光源からの光を参照光と物体を照射するための照射光とに分離し、前記照射光の少なくとも一部が前記物体で反射されて生じる反射光と、前記参照光とを干渉させて干渉光を生成する干渉光学系と、前記照射光の前記少なくとも一部を出射し、かつ前記反射光を受ける少なくとも１つの光学素子と、前記干渉光を検出する光検出器と、を備える。前記計測装置は、前記照射光のうち、前記光学素子で反射されて前記光検出器に至る光と、前記参照光との干渉によるビート周波数をｆ１、前記照射光のうち、前記干渉光学系の内部のノイズ光経路を経て前記光検出器に至る光と、前記参照光との干渉によるビート周波数をｆ２とするとき、

の関係を満たす。

　第８の項目に係る計測装置は、第７の項目に係る計測装置において、前記干渉光学系が、前記照射光の前記少なくとも一部を前記少なくとも１つの光学素子に入力し、かつ前記反射光を前記光検出器に入力する光サーキュレータを備える。前記ノイズ光経路は、前記光サーキュレータを通る経路である。

　第９の項目に係る計測装置は、第７の項目に係る計測装置において、前記干渉光学系が、他の光スプリッタを備える。前記他の光スプリッタは、前記照射光の前記少なくとも一部を前記少なくとも１つの光学素子に入力し、かつ前記反射光を前記光検出器に入力する。前記ノイズ光経路は、前記他の光スプリッタを通る経路である。

　第１０の項目に係る計測装置は、前記少なくとも１つの光学素子が複数の光学素子を含み、前記複数の光学素子の各々は前記照射光の一部を出射する。前記計測装置は、前記複数の光学素子の各々について、式（４）の関係を満たす。

　第１１の項目に係る計測装置は、光源と、前記光源からの光を参照光と物体を照射するための照射光とに分離し、前記照射光の少なくとも一部が前記物体で反射されて生じる反射光と、前記参照光とを干渉させて干渉光を生成する干渉光学系と、前記照射光の前記少なくとも一部を出射し、かつ前記反射光を受ける少なくとも１つの光学素子と、前記干渉光を検出する光検出器と、前記干渉光学系から前記光学素子までの前記照射光の一部を検出する他の光検出器と、を備える。前記照射光のうち、前記光学素子で反射されて前記光検出器に至る光と、前記参照光との干渉によるビート周波数をｆ１、前記照射光のうち、前記他の光検出器から前記光検出器に至る光と、前記参照光との干渉によるビート周波数をｆ３とするとき、前記計測装置は、

の関係を満たす。

　第１２の項目に係る計測装置は、第７から第１１の項目のいずれかに係る計測装置において、前記光検出器から出力される信号を処理する処理回路を備える。前記光源は、前記光の周波数を変化させることが可能である。

　（実施形態１）
　［計測装置］
　まず、図１を参照して、本開示の実施形態１による計測装置の構成例を説明する。図１は、本開示の例示的な実施形態１による計測装置の構成を模式的に示すブロック図である。図１には、計測対象の物体１０が示されている。図１に示す計測装置１００Ａは、光源２０と、干渉光学系３０と、光学素子４０と、光検出器５０と、処理回路６０と、メモリ６２とを備える。干渉光学系３０は、第１光スプリッタ３２ａと、第２光スプリッタ３２ｂと、光サーキュレータ３４とを備える。図１に示す太線は、２つの構成要素を互いに接続する光ファイバを表す。図１に示す矢印付きの実線は信号の送受信を表す。図１に示す矢印付きの破線は光の流れを表す。

　後述するように、光サーキュレータ３４では多重散乱光が生じると考えられ、そのことが原因で測距範囲が狭くなる可能性がある。実施形態１による計測装置１００Ａでは、内部の構成要素間の光路長を適切に設計することにより、そのような多重散乱光の影響を低減することができ、測距範囲を広げることが可能になる。多重散乱光の影響を低減する具体的な条件については詳細を後述する。

　以下に、計測装置１００Ａの構成要素を説明する。

　光源２０は、レーザ光２０Ｌ０を出射する。光源２０は、レーザ光２０Ｌ０の周波数を変化させることが可能である。周波数は、例えば三角波状またはのこぎり状に一定の時間周期で時間変化され得る。当該時間周期は、例えば１μ秒以上１０ｍ秒以下であり得る。当該時間周期は変動してもよい。周波数の変化幅は、例えば１００ＭＨｚ以上１ＴＨｚ以下であり得る。レーザ光２０Ｌ０の波長は、例えば７００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の近赤外光の波長域に含まれ得る。太陽光は近赤外光および可視光を有し、近赤外光の光量は可視光の光量より少ないので、レーザ光２０Ｌ０として近赤外光を使用すれば、太陽光のノイズとしての影響を低減することができる。レーザ光２０Ｌ０の波長は必ずしも近赤外光の波長域に含まれる必要はない。レーザ光２０Ｌ０の波長は、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の可視光の波長域に含まれていてもよいし、紫外光の波長域に含まれていてもよい。光源２０は、例えば、分布帰還型レ―ザダイオード、または外部共振器型レ―ザダイオードを備え得る。これらのレーザダイオードは、安価かつ小型であり、単一モード発振が可能であり、印加する電流量に応じてレーザ光２０Ｌ０の周波数を変化させることができる。

　干渉光学系３０に含まれる第１光スプリッタ３２ａは、光源２０から出射されるレーザ光２０Ｌ０を、参照光２０Ｌ１と、物体１０を照射するための照射光２０Ｌ２とに分離する。第１光スプリッタ３２ａは、さらに、参照光２０Ｌ１を第２光スプリッタ３２ｂに入力し、照射光２０Ｌ２を光サーキュレータ３４に入力する。第１光スプリッタ３２ａは、レーザ光２０Ｌ０が入力される第１端子３２ａ１と、参照光２０Ｌ１を出力する第２端子３２ａ２と、照射光２０Ｌ２を出力する第３端子３２ａ３とを有する。

　干渉光学系３０に含まれる光サーキュレータ３４は、照射光２０Ｌ２を光学素子４０に入力し、物体１０を照射光２０Ｌ２で照射して生じた反射光２０Ｌ３を第２光スプリッタ３２ｂに入力する。光サーキュレータ３４は、第１光スプリッタ３２ａの第３端子３２ａ３、第２光スプリッタ３２ｂ、および光学素子４０に接続されている。

　干渉光学系３０に含まれる第２光スプリッタ３２ｂは、参照光２０Ｌ１および反射光２０Ｌ３を重畳して干渉させた干渉光２０Ｌ４を光検出器５０に入力する。第２光スプリッタ３２ｂは、第１光スプリッタ３２ａと同様に、参照光２０Ｌ１および反射光２０Ｌ３の入力、ならびに干渉光２０Ｌ４の出力のための３つの端子を有する。

　光学素子４０は、照射光２０Ｌ２を外部に出射し、かつ反射光２０Ｌ３を受ける。本明細書において、光学素子４０から照射光２０Ｌ２が出射される方向を「前方」とも称する。光学素子４０は、例えば照射光２０Ｌ２をコリメートするコリメータレンズであり得る。本明細書において、「コリメート」とは、照射光２０Ｌ２を平行光にする場合だけでなく、照射光２０Ｌ２の広がりを低減する場合も意味する。あるいは、光学素子４０は、照射光２０Ｌ２を、０次回折光および／または±Ｎ次回折光（Ｎは自然数）として外部に出射する回折格子であってもよい。互いに異なる方向に出射される複数の回折光によって物体１０を測距することにより、物体１０の測距の角度範囲を広げることができる。以下の説明において、光学素子４０はコリメータレンズであるとする。

　計測装置１００Ａにおいて、照射光２０Ｌ２が干渉光学系３０から物体１０に至るまでの経路と、反射光２０Ｌ３が物体１０から干渉光学系３０に至るまでの経路とは互いに重なる。このような同軸光学系を採用することにより、計測装置１００Ａの構成を単純化でき、安定した計測を実現できる。

　光検出器５０は、干渉光２０Ｌ４を検出する。光検出器５０は、１つまたは複数の光検出素子を含む。光検出素子は、干渉光２０Ｌ４の強度に対応する信号を出力する。光検出器５０は、第２光スプリッタ３２ｂを介して、第１光スプリッタ３２ａの第２端子３２ａ２、および光サーキュレータ３４に接続されている。

　処理回路６０は、光源２０および光検出器５０の動作を制御する。処理回路６０は、ＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲ技術を用いて、光検出器５０から出力された信号を処理する。処理回路６０は、当該信号に基づいて、物体１０の距離および／または速度に関する計測データを生成して出力する。処理回路６０の動作の詳細については後述する。

　処理回路６０によって実行されるコンピュータプログラムは、ＲＯＭまたはＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）などのメモリ６２に格納されている。このように、計測装置１００Ａは、処理回路６０およびメモリ６２を含む処理装置を備える。処理回路６０およびメモリ６２は、１つの回路基板に集積されていてもよいし、別々の回路基板に設けられていてもよい。処理回路６０の制御および信号処理の機能が、複数の回路に分散していてもよい。処理装置は、他の構成要素から離れた遠隔地に設置され、有線または無線の通信ネットワークを介して、光源２０および光検出器５０の動作を制御してもよい。

　［ＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲ技術］
　次に、図２を参照して、ＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲ技術を簡単に説明する。ＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲ技術の詳細は、例えば非特許文献１に開示されている。

　図２は、物体１０が静止している場合の、参照光２０Ｌ１および反射光２０Ｌ３の周波数の時間変化を模式的に示す図である。実線は参照光２０Ｌ１を表し、破線は反射光２０Ｌ３を表す。図２に示す参照光２０Ｌ１の周波数は、三角波状の時間変化を繰り返す。すなわち、参照光２０Ｌ１の周波数は、アップチャープとダウンチャープとを繰り返す。アップチャープ期間における周波数の増加分と、ダウンチャープ期間における周波数の減少分とは互いに等しい。反射光２０Ｌ３の周波数は、参照光２０Ｌ１の周波数と比較して、時間軸に沿って正方向にシフトする。反射光２０Ｌ３の時間がシフトする量は、照射光２０Ｌ２が計測装置１００Ａから外部に出射され、物体１０で反射されて反射光２０Ｌ３として戻ってくるまでの時間に等しい。その結果、参照光２０Ｌ１と反射光２０Ｌ３とが重畳されて干渉した干渉光２０Ｌ４は、反射光２０Ｌ３の周波数と参照光２０Ｌ１の周波数との周波数差に相当する周波数を有する。図２に示す両矢印は、両者の周波数差を表す。光検出器５０は、干渉光２０Ｌ４の強度を示す信号を出力する。当該信号はビート信号と呼ばれる。ビート信号の周波数、すなわちビート周波数は、上記の周波数差に等しい。処理回路６０は、ビート周波数から、物体１０の距離に関する計測データを生成することができる。

　物体１０が静止している場合、アップチャープ期間におけるビート周波数と、ダウンチャープ期間におけるビート周波数とは互いに等しい。アップチャープ期間またはダウンチャープ期間における光の周波数の増減分をΔｆ、Δｆの変化に要する時間をΔｔ、光速をｃ、参照光２０Ｌ１の光路長と、照射光２０Ｌ２の光路長および反射光２０Ｌ３の光路長の合計との差を２ｄとすると、アップチャープ期間またはダウンチャープ期間におけるビート周波数ｆ_ｂｅａｔは、以下の式（６）によって表される。

　式（６）のビート周波数ｆ_ｂｅａｔは、周波数の時間変化率Δｆ／Δｔに、照射光２０Ｌ２が計測装置１００Ａから外部に出射され、物体１０で反射されて反射光２０Ｌ３として戻ってくるまでの時間（２ｄ／ｃ）を乗算することによって得られる。

　物体１０が移動する場合、反射光２０Ｌ３の周波数は、参照光２０Ｌ１の周波数と比較して、周波数軸に沿って正方向または負方向にドップラーシフトする。この場合、アップチャープ期間におけるビート周波数と、ダウンチャープ期間におけるビート周波数とは互いに異なる。処理回路６０は、これらのビート周波数の周波数差および平均から、物体１０の速度および距離に関する計測データをそれぞれ生成することができる。

　［処理回路６０が実行する動作］
　次に、図３を参照して、実施形態１において処理回路６０が実行する動作の例を説明する。図３は、処理回路６０が実行する計測動作の例を概略的に示すフローチャートである。処理回路６０は、図３に示すステップＳ１０１からＳ１０３の動作を実行する。

　＜ステップＳ１０１＞
　処理回路６０は、周波数が時間変化するレーザ光２０Ｌ０を光源２０に出射させる。

　＜ステップＳ１０２＞
　処理回路６０は、干渉光２０Ｌ４を光検出器５０に検出させる。光検出器５０は、干渉光２０Ｌ４の強度に対応する信号を出力する。

　＜ステップＳ１０３＞
　処理回路６０は、光検出器５０から出力された信号に基づいて、物体１０の距離および／または速度に関する計測データを生成する。

　処理回路６０の上記の動作により、物体１０の測距および／または測速が可能になる。

　［計測装置１００Ａにおける光の流れ］
　再び図１を参照する。図１に示す計測装置１００Ａには、矢印付きの破線によって表されるように、複数の光の流れが生じる。光の流れαは、参照光２０Ｌ１が第１光スプリッタ３２ａの第２端子３２ａ２から光検出器５０に至るまでの流れである。光の流れβは、照射光２０Ｌ２が第１光スプリッタ３２ａの第３端子３２ａ３から物体１０に至り、反射光２０Ｌ３が物体１０から光検出器５０に至るまでの流れである。

　一方で、複数の光の流れの中には、光の流れαおよびβの他に、検出信号にノイズを引き起こす光の流れγおよびδが存在する。光の流れγは、照射光２０Ｌ２の一部が、第１光スプリッタ３２ａの第３端子３２ａ３から、光学素子４０で反射されて光検出器５０に至るまでの流れである。そのような反射は、光学素子４０と空気との界面で生じる。光の流れδは、照射光２０Ｌ２の他の一部が、第１光スプリッタ３２ａの第３端子３２ａ３から、光サーキュレータ３４の内部のノイズ光経路を経て光検出器５０に至るまでの流れである。ノイズ光経路は、光サーキュレータ３４を通る経路、より具体的には、光サーキュレータ３４において光学素子４０に向かう照射光２０Ｌ２の漏れ光が、内部で多重散乱されながら進む経路であると考えられる。内部の多重散乱に起因するノイズ光経路の光路長は、光サーキュレータ３４のうち、照射光２０Ｌ２が入力される箇所から反射光２０Ｌ３を出力する箇所までの最短距離と比較して、例えば１０倍から１００倍程度長い。

　上記のように、照射光２０Ｌ２の一部は光学素子４０で反射され、他の一部は光サーキュレータ３４の内部で多重散乱されるので、実際に光学素子４０から外部に出射されるのは、照射光２０Ｌ２の残りの部分である。ただし、本明細書では、誤解が生じない限り、「光学素子４０は、照射光２０Ｌ２を外部に出射する」のように記載する。

　以下に、図４を参照して、光の流れγは測距範囲に影響を及ぼさない一方、光の流れδは測距範囲を狭めてしまう可能性があることを比較例と共に説明する。比較例では、以下の計測装置によって物体１０が測距された。当該計測装置は、図１に示す構成要素を備えるが、多重散乱光の影響を低減する後述の条件を満たしていない。比較例において、光学素子４０から物体１０までの距離は１ｍであった。本明細書において、光学素子４０から物体１０までの距離とは、光学素子４０が照射光２０Ｌ２の上記の一部を反射する箇所から、物体１０が照射光２０Ｌ２の上記の残りの部分を反射する箇所までの距離を意味する。

　図４は、比較例における検出信号のスペクトルを示すグラフである。図４に示す縦軸および横軸は、信号の強度および周波数をそれぞれ表す。横軸について、左端はゼロ周波数を表し、１つ目盛りは２５０ＭＨｚ/５１２を表す。周波数は距離に対応する。図４では
、アップチャープ期間における検出信号のスペクトルとダウンチャープ期間における検出信号のスペクトルとが重ねて示されている。物体１０が静止している場合、両者の振る舞いはほぼ同じである。

　図４に示すように、検出信号のスペクトルには複数のピークが現れる。図４に示す矢印は、そのうちの代表的な４つのピークを表す。ピークαは、参照光２０Ｌ１同士のビート周波数、すなわちゼロ周波数を有する。ピークβは、物体１０で反射されて光検出器５０に至る反射光２０Ｌ３と、参照光２０Ｌ１との干渉によって得られるビート周波数を有する。ピークγは、照射光２０Ｌ２のうち、光学素子４０で反射されて光検出器５０に至る光と、参照光２０Ｌ１との干渉によって得られるビート周波数を有する。ピークδは、照射光２０Ｌ２のうち、干渉光学系３０の内部、より具体的には光サーキュレータ３４の内部のノイズ光経路を経て光検出器５０に至る光と、参照光２０Ｌ１との干渉によって得られるビート周波数を有する。

　ピークβは、物体１０で反射される反射光２０Ｌ３に起因して生じる。ピークγはノイズであり、照射光２０Ｌ２のうち、光学素子４０で反射される光に起因して生じる。物体１０は光学素子４０よりも前方に位置するので、光学素子４０が照射光２０Ｌ２を反射する箇所をゼロ距離とすると、ピークγは、ノイズではあるがゼロ距離の指標として役立つ。ピークγのビート周波数は、ピークβのビート周波数よりも低いので、ピークγは、ピークβに影響を及ぼさない。図４に示す例において、ピークβのビート周波数と、ピークγのビート周波数との差は、１ｍの距離に相当する。

　ピークδはノイズであり、光サーキュレータ３４の内部で生じる多重散乱光に起因して生じる。ピークδのビート周波数はピークγのビート周波数よりも高く、両者の差は３．５ｍの距離に相当する。光学素子４０から物体１０までの距離が約３．５ｍである場合、ピークβとピークδとが互いに近接してしまうため、どちらのピークがピークβであるかの判別が容易ではなくなる。その結果、ピークδ付近の周波数帯域では、物体１０を正確に測距できず、測距範囲が狭くなるという課題が生じる。

　［多重散乱光の影響を低減する条件］
　以下に、図５を参照して、上記の課題を解決するために計測装置１００Ａが満たす条件を説明する。図５は、実施形態１による計測装置１００Ａに含まれる構成要素間の光路長を説明するための図である。第１光スプリッタ３２ａの第２端子３２ａ２から光検出器５０に至るまでの第１経路の光路長を第１光路長ｄ１とする。第１光スプリッタ３２ａの第３端子３２ａ３から光学素子４０に至るまでの第２経路の光路長を第２光路長ｄ２とする。光学素子４０から光検出器５０に至るまでの第３経路の光路長を第３光路長ｄ３とする。第１光スプリッタ３２ａの第３端子３２ａ３から、干渉光学系３０の内部、より具体的には光サーキュレータ３４の内部のノイズ光経路を経て光検出器５０に至るまでの第４経路の光路長を第４光路長ｄ４とする。光学素子４０と物体１０との往復距離を２Ｌとする。

　検出信号にノイズを引き起こすのは、図１に示す光の流れγおよびδである。光の流れγの光路長は、第２光路長および第３光路長の合計、すなわちＤ＝ｄ２＋ｄ３である。光の流れδの光路長は第４光路長ｄ４である。検出信号のスペクトルにおいて、ピークγのビート周波数がピークδのビート周波数よりも高ければ、ピークβとピークδとが互いに近接することはないので、上記の課題は生じず、物体１０の測距範囲を広くすることができる。実施形態１による計測装置１００Ａにおいて上記の光路長が満たす条件は、以下の式（７）および式（８）によって表される。

　式（７）は、光の流れγの光路長Ｄが光の流れαの第１光路長ｄ１よりも長いことを意味する。式（８）は、ピークγのビート周波数がピークδのビート周波数よりも高いことを意味する。式（８）の右辺において、光の流れδの第４光路長ｄ４は、光の流れαの第１光路長ｄ１よりも長くてもよいし、短くてもよい。光の流れβの光路長は、光の流れγの光路長Ｄよりも２Ｌの分だけ長いので、ピークβのビート周波数は、ピークγのビート周波数よりも高くなる。したがって、ピークγは、ピークβに影響を及ぼさない。

　式（８）の代わりに、ピークγのビート周波数をｆ１、ピークδのビート周波数をｆ２として、式（９）を用いてもよい。

　実施形態１による計測装置１００Ａでは、式（７）から式（９）の関係が満たされるので、干渉光学系３０の内部における多重散乱光の影響を低減することができ、測距範囲を広げることが可能になる。

　次に、図６を参照して、実施形態１による計測装置１００Ａによって物体１０を測距した実施例を説明する。図６は、実施例における検出信号のスペクトルを示すグラフである。図６に示す縦軸および横軸は、図４に示す縦軸および横軸とそれぞれ同じである。図６に示すように、ピークγのビート周波数はピークδのビート周波数よりも高く、ピークβのビート周波数は、ピークγのビート周波数よりも高い。したがって、実施例では、ピークβとピークδとが互いに近接することがなく、比較例よりも物体１０の測距範囲を広げることができる。

　［計測装置１００Ａの校正方法］
　実施形態１による計測装置１００Ａの校正方法は以下の通りである。光学素子４０から物体１０までの距離が例えば１ｍであり、物体１０の照射光２０Ｌ２に対する反射率が例えば１０％以上である構成において、物体１０が測距される。校正用の物体１０は、例えば銀拡散板であり得る。当該構成において式（７）から式（９）の関係が満たされるように、光路長Ｄおよびｄ１が調整される。光路長Ｄは、例えば、光サーキュレータ３４と光学素子４０とを互いに接続する光ファイバの長さを増減することによって調整できる。同様に、第１光路長ｄ１は、例えば、第１光スプリッタ３２ａと第２光スプリッタ３２ｂとを互いに接続する光ファイバの長さを増減することによって調整できる。光ファイバを巻回すれば、光路長Ｄおよび／またはｄ１を長くしても大きなスペースを取ることはない。

　干渉光学系３０の内部において複数のノイズ光経路が存在する場合、検出信号のスペクトルに複数のピークδが現れる。その場合、第１光スプリッタ３２ａの第３端子３２ａ３から、干渉光学系３０の内部の最も長いノイズ光経路を経て光検出器５０に至るまでの経路の光路長を第４光路長ｄ４として選択してもよい。同様に、複数のピークδのビート周波数のうち、最も高いビート周波数をビート周波数ｆ２として選択してもよい。

　前述した例とは異なり、物体１０が移動する場合、図２に示すアップチャープ期間およびダウンチャープ期間におけるビート周波数は、物体１０の距離に応じた周波数ｆ０を中心に、物体１０の速度に依存したドップラー周波数ｆｄの分だけずれてｆ０±ｆｄになる。その場合、ｆ０－ｆｄ≧ｆ１になるように、光学素子４０から物体１０までの距離Ｌが調整される。

　（実施形態１の変形例）
　次に、図７を参照して、本開示の実施形態１による計測装置１００Ａの変形例を説明する。図７は、実施形態１による計測装置の変形例の構成を模式的に示すブロック図である。図７に示す計測装置１１０Ａが図１に示す計測装置１００Ａとは異なる点は、干渉光学系３０が、図１に示す光サーキュレータ３４の代わりに、第３光スプリッタ３２ｃを備えることである。第３光スプリッタ３２ｃは、光サーキュレータ３４と同様に、第１光スプリッタ３２ａの第３端子３２ａ３、第２光スプリッタ３２ｂ、および光学素子４０に接続されている。計測装置１１０Ａにおいて、ノイズ光経路は、光サーキュレータ３４を通る経路である。本明細書において、第１光スプリッタ３２ａを「光スプリッタ」とも称し、第３光スプリッタ３２ｃを「他の光スプリッタ」とも称する。第３光スプリッタ３２ｃは、照射光２０Ｌ２を光学素子４０に入力する。光サーキュレータ３４は、反射光２０Ｌ３を第２光スプリッタ３２ｂに入力する。ただし、第３光スプリッタ３２ｃでは、反射光２０Ｌ３の一部が、第１光スプリッタ３２ａを介して、光源２０に戻る可能性がある。そのような戻り光は、光源２０と第１光スプリッタ３２ａとの間に光アイソレータを設けて除去してもよい。計測装置１１０Ａにおいても、計測装置１００Ａと同様に、測距範囲を広げることができる。

　（実施形態２）
　次に、図８を参照して、本開示の実施形態２による計測装置の構成例を説明する。図８は、本開示の例示的な実施形態２による計測装置の構成を模式的に示すブロック図である。図１に示す物体１０は省略されている。図８に示す計測装置１００Ｂが図１に示す計測装置１００Ａとは異なる点は、計測装置１００Ｂが、図１に示す単一の光学素子４０ではなく、第４光スプリッタ３２ｄと、第１光学素子４０ａと、第２光学素子４０ｂと、第３光学素子４０ｃとを備えることである。本明細書において、第１光学素子４０ａ、第２光学素子４０ｂ、および第３光学素子４０ｃをまとめて「光学素子４０ａ～４０ｃ」とも称する。第４光スプリッタ３２ｄは、光サーキュレータ３４に接続されている。光学素子４０ａ～４０ｃは、第４光スプリッタ３２ｄに接続されている。光学素子４０ａ～４０ｃは、第４光スプリッタ３２ｄを介して光サーキュレータ３４に接続されていると言うこともできる。

　第４光スプリッタ３２ｄは、照射光２０Ｌ２を第１から第３の光に分岐する。光学素子４０ａ～４０ｃは、第１から第３の光をそれぞれ外部に出射し、かつ、第１から第３の光が物体１０で反射されて生じる第１から第３の反射光をそれぞれ受ける。第１から第３の光の各々は、照射光２０Ｌ２の一部である。第１から第３の光の出力は、互いに等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。第４光スプリッタ３２ｄの分岐数に制限はなく、２以上の複数である。光学素子４０ａ～４０ｃの数についても同様である。

　第４光スプリッタ３２ｄから光学素子４０ａ～４０ｃに至るまでの３つの経路の光路長は、互いに等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。当該３つの経路の光路長が互いに異なる場合、光学素子４０ａ～４０ｃから外部に出射される第１から第３の光のゼロ距離を互いに異ならせることができる。したがって、検出信号のスペクトルにおいて、外部に出射される第１から第３の光に応じた第１から第３の周波数帯域をそれぞれ割り当てることができる。その結果、ピークが現れる周波数帯域から、第１から第３の光のうち、どの光によって物体１０を測距したかを知ることが可能になる。

　光学素子４０ａ～４０ｃの各々について、式（７）から式（９）の関係が満たされる場合、実施形態２による計測装置１００Ｂにおいても、実施形態１による計測装置１００Ａと同様に、測距範囲を広げることができる。ただし、前述の第２経路および第３経路は、第４光スプリッタ３２ｄを通過する。光学素子４０ａ～４０ｃのうち、前述の第２光路長ｄ２および第３光路長ｄ３の合計Ｄが最も短い光学素子について式（７）から式（９）の関係が満たされる場合、残りの光学素子についても式（７）から式（９）の関係が必然的に満たされる。図８に示す例において、第２光路長ｄ２および第３光路長ｄ３の合計Ｄが最も短い光学素子は、第１光学素子４０ａである。

　（実施形態３）
　［計測装置］
　次に、図９を参照して、本開示の実施形態３による計測装置の構成例を説明する。図９は、本開示の例示的な実施形態３による計測装置の構成を模式的に示すブロック図である。図１に示す物体１０は省略されている。図９に示す計測装置１００Ｃが図１に示す計測装置１００Ａとは異なる点は、計測装置１００Ｃが、第５光スプリッタ３２ｅと、第２光検出器５０ｂとを備えることである。第５光スプリッタ３２ｅは、光サーキュレータ３４と光学素子４０との間に位置し、両者に接続されている。第２光検出器５０ｂは、第５光スプリッタ３２ｅに接続されている。光学素子４０は、第５光スプリッタ３２ｅを介して光サーキュレータ３４に接続されていると言うこともできる。第１光検出器５０ａは、図１に示す光検出器５０と同じである。本明細書において、第１光検出器５０ａを「光検出器」とも称し、第２光検出器５０ｂを「他の光検出器」とも称する。

　第５光スプリッタ３２ｅは、第１光スプリッタ３２ａの第３端子３２ａ３から光学素子４０に至るまでの照射光２０Ｌ２の一部をモニタ光２０Ｌ５として第２光検出器５０ｂに入力する。第２光検出器５０ｂはモニタ光２０Ｌ５を検出する。モニタ光２０Ｌ５の出力は、光学素子４０から外部に出射される照射光２０Ｌ２の出力に対して例えば５％以下であり得る。第２光検出器５０ｂの検出信号は、様々な用途に用いられ得る。例えば、第２光検出器５０ｂの検出信号を、外部に出射される照射光２０Ｌ２がアイセーフの基準値を超えないように光源２０の動作を制御するためのモニタ信号として利用してもよい。アイセーフの基準値は、例えば１０ｍＷであり得る。アイセーフが目的である場合、照射光２０Ｌ２は光学素子４０から外部に出射されるので、図９に示すように、光学素子４０の近くの光をモニタ光２０Ｌ５とすることが望ましい。

　ＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲ技術では、光源２０から出射されるレーザ光２０Ｌ０の周波数が周期的に変調される。高出力のレーザ光を出射することが可能なレーザダイオードを光源２０として用いれば、そのような周波数変調を安定的に行うことができる。ただし、光源２０は高出力のレーザ光を出射することが可能であるので、例えば故障または誤作動によってレーザ光２０Ｌ０の出力がアイセーフの基準値を超えてしまう可能性がある。処理回路６０は、レーザ光２０Ｌ０の出力がアイセーフの基準値を超えないように、第２光検出器５０ｂからの検出信号に基づいて光源２０の動作を制御する。

　［処理回路６０が実行する動作］
　次に、図１０を参照して、実施形態３において処理回路６０が実行する動作の例を説明する。図１０は、処理回路６０が実行する計測動作の例を概略的に示すフローチャートである。処理回路６０は、図１０に示すステップＳ２０１からＳ２０６の動作を実行する。

　＜ステップＳ２０１、Ｓ２０４、およびＳ２０５＞
　ステップＳ２０１、Ｓ２０４、およびＳ２０５の動作は、それぞれ、図３に示すステップＳ１０１からＳ１０３の動作と同じである。

　＜ステップＳ２０２＞
　処理回路６０は、モニタ光２０Ｌ５を第２光検出器５０ｂに検出させる。

　＜ステップＳ２０３＞
　処理回路６０は、モニタ光２０Ｌ５の出力に基づいて、光学素子４０から外部に出射される照射光２０Ｌ２の出力がアイセーフの基準値以下であるか否かを判定する。計測装置１００Ｃの校正において、モニタ光２０Ｌ５の出力を、外部に出射される照射光２０Ｌ２の出力に対応付けることにより、モニタ光２０Ｌ５の出力から、外部に出射される照射光２０Ｌ２の出力がわかる。判定がＹｅｓである場合、処理回路６０は、ステップＳ２０４およびＳ２０５の動作を実行する。判定がＮｏである場合、処理回路６０は、ステップＳ２０６の動作を実行する。

　＜ステップＳ２０６＞
　処理回路６０は、レーザ光２０Ｌ０の出射を光源２０に停止させる。

　処理回路６０の上記の動作により、出力がアイセーフの基準値以下である照射光２０Ｌ２によって物体１０を測距および／または測速することができる。

　［計測装置１００Ｃにおける光の流れ］
　再び図９を参照する。図９に示す計測装置１００Ｃには、図１に示す光の流れαからδに加えて、図９に示す光の流れεが存在する。ただし、光の流れβおよびγは、図９に示す第５光スプリッタ３２ｅを通過する。光の流れεは、照射光２０Ｌ２が、第１光スプリッタ３２ａの第３端子３２ａ３から、第２光検出器５０ｂで反射されて第１光検出器５０ａに至るまでの流れである。光の流れεは、検出信号にノイズを引き起こす。

　以下に、図１１を参照して、たとえ式（７）から式（９）の関係が満たされていても、光の流れεが測距範囲を狭めてしまう可能性があることを比較例と共に説明する。比較例では、以下の計測装置によって物体１０が測距された。当該計測装置は、図９に示す構成要素を備えるが、第２光検出器５０ｂで反射される光の影響を低減する後述の条件を満たしていない。

　図１１は、比較例における検出信号のスペクトルを示すグラフである。図１１に示す縦軸および横軸は、図４に示す縦軸および横軸とそれぞれ同じである。図１１に示すように、検出信号のスペクトルには複数のピークが現れる。図１１に示す矢印は、そのうちの代表的な５つのピークを表す。ピークαからδについては、図４を参照して説明した通りである。ピークεは、照射光２０Ｌ２のうち、第２光検出器５０ｂから第１光検出器５０ａに至る光と、参照光２０Ｌ１との干渉によって得られるビート周波数を有する。ピークεはノイズであり、照射光２０Ｌ２のうち、第２光検出器５０ｂで反射される光に起因する。式（７）から式（９）の関係が満たされているので、ピークγのビート周波数はピークδのビート周波数よりも高く、ピークβのビート周波数は、ピークγのビート周波数よりも高い。ピークγはゼロ距離の指標になる。これに対して、ピークεのビート周波数は、ピークγのビート周波数よりも高い。したがって、ピークεとピークβとが互いに近接する場合、ピークε付近の周波数帯域では物体１０を正確に測距できないという課題が生じる。

　［第２光検出器５０ｂで反射される光の影響を低減する条件］
　以下に、図１２を参照して、上記の課題を解決するために計測装置１００Ｃが満たす条件を説明する。図１２は、実施形態３による計測装置１００Ｃに含まれる構成要素間の光路長を説明するための図である。第１光スプリッタ３２ａの第３端子３２ａ３から第２光検出器５０ｂに至るまでの第５経路の光路長を第５光路長ｄ５とする。第２光検出器５０ｂから第１光検出器５０ａに至るまでの第６経路の光路長を第６光路長ｄ６とする。

　実施形態１には現れない新たなノイズを検出信号に引き起こすのは、図９に示す光の流れεである。光の流れεの光路長は、第５光路長および第６光路長の合計、すなわちＤ’＝ｄ５＋ｄ６である。ピークγのビート周波数がピークεのビート周波数よりも高ければ、ピークεとピークβとが互いに近接することはないので、物体１０の測距範囲を広くすることができる。実施形態３による計測装置１００Ｃにおいて上記の光路長が満たす条件は、以下の式（１０）によって表される。

　式（８）は、ピークγのビート周波数がピークεのビート周波数よりも高いことを意味する。式（１０）の代わりに、ピークεのビート周波数をｆ３として、式（１１）を用いてもよい。

　以上のように、実施形態３による計測装置１００Ｃでは、式（７）から式（９）に加えて、式（１０）および式（１１）の関係が満されるので、照射光２０Ｌ２のうち、第２光検出器５０ｂで反射される光の影響を低減することができ、測距範囲を広げることが可能になる。

　前述した計測装置１００Ａ、１１０Ａ、１００Ｂ、１００Ｃでは、構成要素間の接続に光ファイバが用いられている。複数の構成要素を基板上に設ける構成では、構成要素間の接続に光導波路を用いてもよい。光導波路は半導体材料または誘電体材料を微細加工技術を用いてパターニングすることにより形成されてもよい。また、各構成要素と光導波路とが同一基板上に集積されていてもよい。

　さらに、前述した計測装置１００Ａ、１１０Ａ、１００Ｂ、１００Ｃの構成要素については、矛盾がない限り、任意に組み合わせてもよい。

　本開示の実施形態における計測装置は、例えば、自動車、ＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ　Ａｅｒｉａｌ　Ｖｅｈｉｃｌｅ）、またはＡＧＶ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ　Ｇｕｉｄｅｄ　Ｖｅｈｉｃｌｅ）などの車両に搭載される測距システム、または車両検出の用途に利用できる。

　　１０　　　　物体
　　２０　　　　光源
　　２０Ｌ０　　レーザ光
　　２０Ｌ１　　参照光
　　２０Ｌ２　　照射光
　　２０Ｌ３　　反射光
　　２０Ｌ４　　干渉光
　　３０　　　　干渉光学系
　　３２ａ　　　第１光スプリッタ
　　３２ａ１　　第１端子
　　３２ａ２　　第２端子
　　３２ａ３　　第３端子
　　３２ｂ　　　第２光スプリッタ
　　３２ｃ　　　第３光スプリッタ
　　３２ｄ　　　第４光スプリッタ
　　３２ｅ　　　第５光スプリッタ
　　３４　　　　光サーキュレータ
　　４０　　　　光学素子
　　４０ａ　　　第１光学素子
　　４０ｂ　　　第２光学素子
　　４０ｃ　　　第３光学素子
　　５０　　　　光検出器
　　５０ａ　　　第１光検出器
　　５０ｂ　　　第２光検出器
　　６０　　　　処理回路
　　６２　　　　メモリ
　　１００Ａ、１１０Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ　　計測装置

Claims

　光源と、
　前記光源からの光を参照光と物体を照射するための照射光とに分離し、前記照射光の少なくとも一部が前記物体で反射されて生じる反射光と、前記参照光とを干渉させて干渉光を生成する干渉光学系と、
　前記照射光の前記少なくとも一部を出射し、かつ前記反射光を受ける少なくとも１つの光学素子と、
　前記干渉光を検出する光検出器と、
を備え、
　前記干渉光学系は、前記光源からの前記光が入力される第１端子、前記参照光を出力する第２端子、および前記照射光を出力する第３端子を有する光スプリッタを備え、
　前記光スプリッタの前記第２端子から前記光検出器に至るまでの第１経路の光路長をｄ１、
　前記光スプリッタの前記第３端子から前記光学素子に至るまでの第２経路の光路長をｄ２、
　前記光学素子から前記光検出器に至るまでの第３経路の光路長をｄ３、
　前記光スプリッタの前記第３端子から前記干渉光学系の内部のノイズ光経路を経て前記光検出器に至るまでの第４経路の光路長をｄ４とするとき、

の関係を満たす、
　計測装置。
　前記干渉光学系は、光サーキュレータを備え、
　前記光サーキュレータは、前記光スプリッタの前記第３端子および前記少なくとも１つの光学素子に接続されており、
　前記光検出器は、前記光スプリッタの前記第２端子および前記光サーキュレータに接続されており、
　前記ノイズ光経路は、前記光サーキュレータを通る経路である、
　請求項１に記載の計測装置。
　前記干渉光学系は、他の光スプリッタを備え、
　前記他の光スプリッタは、前記光スプリッタの前記第３端子および前記少なくとも１つの光学素子に接続されており、
　前記光検出器は、前記光スプリッタの前記第２端子および前記他の光スプリッタに接続されており、
　前記ノイズ光経路は、前記他の光スプリッタを通る経路である、
　請求項１に記載の計測装置。
　前記少なくとも１つの光学素子は複数の光学素子を含み、前記複数の光学素子の各々は前記照射光の一部を出射し、
　前記複数の光学素子の各々について、式（１）および式（２）の関係を満たす、
　請求項１から３のいずれかに記載の計測装置。
　光源と、
　前記光源からの光を参照光と物体を照射するための照射光とに分離し、前記照射光の少なくとも一部が前記物体で反射されて生じる反射光と、前記参照光とを干渉させて干渉光を生成する干渉光学系と、
　前記照射光の前記少なくとも一部を出射し、かつ前記反射光を受ける少なくとも１つの光学素子と、
　前記干渉光を検出する光検出器と、
　他の光検出器と、
を備え、
　前記干渉光学系は、前記光源からの前記光が入力される第１端子、前記参照光を出力する第２端子、および前記照射光を出力する第３端子を有する光スプリッタを備え、
　前記他の光検出器は、前記光スプリッタの前記第３端子から前記光学素子までの前記照射光の一部を検出し、
　前記光スプリッタの前記第２端子から前記光検出器に至るまでの第１経路の光路長をｄ１、
　前記光スプリッタの前記第３端子から前記光学素子に至るまでの第２経路の光路長をｄ２、
　前記光学素子から前記光検出器に至るまでの第３経路の光路長をｄ３、
　前記光スプリッタの前記第３端子から前記他の光検出器に至るまでの第５経路の光路長をｄ５、
　前記他の光検出器から前記光検出器に至るまでの第６経路の光路長をｄ６とするとき、

の関係を満たす、
　計測装置。
　前記光検出器から出力される信号を処理する処理回路を備え、
　前記光源は、前記光の周波数を変化させることが可能である、
　請求項１から５のいずれかに記載の計測装置。
　光源と、
　前記光源からの光を参照光と物体を照射するための照射光とに分離し、前記照射光の少なくとも一部が前記物体で反射されて生じる反射光と、前記参照光とを干渉させて干渉光を生成する干渉光学系と、
　前記照射光の前記少なくとも一部を出射し、かつ前記反射光を受ける少なくとも１つの光学素子と、
　前記干渉光を検出する光検出器と、
を備え、
　前記照射光のうち、前記光学素子で反射されて前記光検出器に至る光と、前記参照光との干渉によるビート周波数をｆ１、
　前記照射光のうち、前記干渉光学系の内部のノイズ光経路を経て前記光検出器に至る光と、前記参照光との干渉によるビート周波数をｆ２とするとき、

の関係を満たす、計測装置。
　前記干渉光学系は、前記照射光の前記少なくとも一部を前記少なくとも１つの光学素子に入力し、かつ前記反射光を前記光検出器に入力する光サーキュレータを備え、
　前記ノイズ光経路は、前記光サーキュレータを通る経路である、
請求項７に記載の計測装置。
　前記干渉光学系は、他の光スプリッタを備え、
　前記他の光スプリッタは、前記照射光の前記少なくとも一部を前記少なくとも１つの光学素子に入力し、かつ前記反射光を前記光検出器に入力し、
　前記ノイズ光経路は、前記他の光スプリッタを通る経路である、
　請求項７に記載の計測装置。
　前記少なくとも１つの光学素子は複数の光学素子を含み、前記複数の光学素子の各々は前記照射光の一部を出射し、
　前記複数の光学素子の各々について、式（４）の関係を満たす、
　請求項７から９のいずれかに記載の計測装置。
　光源と、
　前記光源からの光を参照光と物体を照射するための照射光とに分離し、前記照射光の少なくとも一部が前記物体で反射されて生じる反射光と、前記参照光とを干渉させて干渉光を生成する干渉光学系と、
　前記照射光の前記少なくとも一部を出射し、かつ前記反射光を受ける少なくとも１つの光学素子と、
　前記干渉光を検出する光検出器と、
　前記干渉光学系から前記光学素子までの前記照射光の一部を検出する他の光検出器と、を備え、
　前記照射光のうち、前記光学素子で反射されて前記光検出器に至る光と、前記参照光との干渉によるビート周波数をｆ１、
　前記照射光のうち、前記他の光検出器から前記光検出器に至る光と、前記参照光との干渉によるビート周波数をｆ３とするとき、

の関係を満たす、
　計測装置。
　前記光検出器から出力される信号を処理する処理回路を備え、
　前記光源は、前記光の周波数を変化させることが可能である、
　請求項７から１１のいずれかに記載の計測装置。