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公開番号2023079101
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-06-07
出願番号2021192555
出願日2021-11-26
発明の名称制御システム
出願人株式会社豊田中央研究所
代理人弁理士法人太陽国際特許事務所
主分類G02F 1/313 20060101AFI20230531BHJP(光学)
要約【課題】放射素子アレイに対する位相の制御電圧の設定作業の労力を従来から大幅に低減した制御システムを提供する。
【解決手段】制御システム1は、電磁波により信号を放射する複数のアンテナ素子30と、アンテナ素子30に入力する信号の位相を変化させる位相シフタ20と、位相シフタ20を制御するためのパラメータを決定する位相シフタ制御器40と、を備え、位相シフタ制御器40は、複数のアンテナ素子30により放射されるビームの目標の形状である目標ビーム形状を示す信号が入力データに含まれ、複数のアンテナ素子30により目標ビーム形状が形成される設定値が出力データに含まれるよう予め学習された設定値生成部41を含む。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
電磁波により信号を放射する複数の放射素子と、
各前記放射素子に入力する信号の位相を変化させる位相シフタと、
前記位相シフタを制御するためのパラメータを決定する位相シフタ制御器と、
を備え、
前記位相シフタ制御器は、複数の前記放射素子により放射されるビームの目標の形状である目標ビーム形状を示す信号が入力データに含まれ、複数の前記放射素子により前記目標ビーム形状が形成される設定値が出力データに含まれるよう予め学習された設定値生成部を含む、制御システム。
続きを表示（約 860 文字）【請求項２】
前記設定値生成部は、
複数の前記放射素子により形成されたビーム形状を示す信号を前記入力データの少なくとも一部とし、
前記入力データとなる前記ビーム形状が形成された場合の複数の前記設定値を教師データの少なくとも一部とし、
前記入力データと前記教師データとの組の集合である学習用データセットを用いて、前記出力データと前記教師データとの少なくとも一部の誤差に基づいて、又は前記出力データと前記教師データとが一致するように、予め学習された、請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記入力データに含まれる前記ビーム形状を示す信号は、前記教師データに含まれる複数の設定値がランダムに生成された場合のビーム形状を示す信号である、請求項２に記載の制御システム。
【請求項４】
前記入力データに含まれる前記ビーム形状を示す信号は、前記教師データに含まれる複数の設定値が限定された範囲でランダムに生成された場合のビーム形状を示す信号である、請求項３に記載の制御システム。
【請求項５】
前記放射素子は、前記電磁波として光を空間に放射する光放射素子であり、
前記設定値生成部は、複数の前記光放射素子により前記目標ビーム形状として目標光ビーム形状が形成される設定値が出力に含まれるよう予め学習されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の制御システム。
【請求項６】
前記ビームの形状に影響を与える場所の温度、前記光の光源の波長、前記光源の発光強度、前記光の偏光方向の少なくともいずれかが前記入力データに含まれる、請求項５に記載の制御システム。
【請求項７】
前記ビームの形状に影響を与える場所の温度は、前記光の光源の温度、前記光放射素子に関係する温度、前記光の位相をシフトする位相シフタに関係する温度、前記光放射素子が存在する環境の温度の少なくともいずれかである、請求項６に記載の制御システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御システムに関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
複数の光入力線から光信号を入力し、内部で結合した光信号を出力する光結合器がある。非特許文献１には、Ｍチャンネルの光入力線を第１段の光結合器で１チャンネルの光出力線に結合し、１チャンネルの光出力線を光分配器で３チャンネルの光出力線に分岐し、分岐後の２チャンネルの光出力線を第２段の光結合器で１チャンネルの光出力線に結合し、結合後の光出力強度をフォトダイオードで観測することで、入力される光信号の位相関係を推定する技術が開示されている。各光入力線に入力される光信号の位相が全て揃っている場合、フォトダイオードの出力は極大となることが知られている。これにより、予めフォトダイオードの出力の極大値を調べておくことで、現在の各入力信号の位相関係が完全に同相であるか否かを判断できる。そして、位相関係が完全に同相であるか否かに基づき、位相関係を補正（制御）するためのパラメータを推定することができる。
【０００３】
Ｍチャンネルの光入力線がそれぞれ異なる位相シフタと光放射素子（ＯＰＡ（ＯｐｔｉｃａｌＰｈａｓｅｄＡｒｒａｙ）アンテナ素子）とに接続され、それぞれの位相シフタで光放射素子に入力される光の位相を制御することで、光放射素子アレイ（ＯＰＡアンテナ）から放射されるビームを制御できるシステムはＯＰＡと呼ばれる。ＯＰＡから放射されるビームは、各光入力線へ入力される信号の位相によって形状が決まる。位相を決定するための制御電圧は、ＯＰＡから放射されるビームの形状（ビームフォーム）をカメラで観測し、所望のビームフォームになるように作業者が手作業で設定していた。この設定作業を所望のビームフォームの数だけ行い、使用時には所望のビームフォームに対応する制御電圧の設定値を位相制御器に与えていた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
Tin Komljenovic and Paolo Pintus, “On-chip calibration and control of optical phased arrays”, Optics Express, Vol.26, No.3, 3199, 2018.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ＯＰＡのように複数の放射素子アレイからの信号の放射によりビームフォームが形成される場合、位相を決定するための制御電圧の設定作業は作業者の経験則に依る部分が大きく、また時間も要する。さらに放射素子アレイの制御電圧の設定作業は、所望のビームフォームの数が増加するに連れて労力も増加する。さらに、設定されていない制御電圧に対応するビームフォームは基本的には生成できず、設定作業時の環境温度やレーザーダイオードの発光波長と異なっている場合も、同じ制御電圧でも放射素子アレイから同じビームフォームを生成することはできない。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、放射素子アレイに対する位相の制御電圧の設定作業の労力を従来から大幅に低減した制御システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１の制御システムは、電磁波により信号を放射する複数の放射素子と、各前記放射素子に入力する信号の位相を変化させる位相シフタと、前記位相シフタを制御するためのパラメータを決定する位相シフタ制御器と、を備え、前記位相シフタ制御器は、複数の前記放射素子により放射されるビームの目標の形状である目標ビーム形状を示す信号が入力データに含まれ、複数の前記放射素子により前記目標ビーム形状が形成される設定値が出力データに含まれるよう予め学習された設定値生成部を含む。
【０００８】
本発明の請求項２の制御システムは、請求項１の制御システムであって、前記設定値生成部は、複数の前記放射素子により形成されたビーム形状を示す信号を前記入力データの少なくとも一部とし、前記入力データとなる前記ビーム形状が形成された場合の複数の前記設定値を教師データの少なくとも一部とし、前記入力データと前記教師データとの組の集合である学習用データセットを用いて、前記出力データと前記教師データとの少なくとも一部の誤差に基づいて、又は前記出力データと前記教師データとが一致するように、予め学習されている。
【０００９】
本発明の請求項３の制御システムは、請求項２の制御システムであって、前記入力データに含まれる前記ビーム形状を示す信号は、前記教師データに含まれる複数の設定値がランダムに生成された場合のビーム形状を示す信号である。
【００１０】
本発明の請求項４の制御システムは、請求項３の制御システムであって、前記入力データに含まれる前記ビーム形状を示す信号は、前記教師データに含まれる複数の設定値が限定された範囲でランダムに生成された場合のビーム形状を示す信号である。
（【００１１】以降は省略されています）

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