JP6956964B2 - 光偏向デバイスおよびライダー装置 - Google Patents
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Description
図12(a)は各画素の情報取得を逐次行うに例を説明するための図である。二次元画像100の各画素101は、各測定時(t=t1,t2,…,tm)においてパルス光の放射と反射波の検出とを行って1画素分の情報を取得し、全画素について繰り返すことによって1フレーム分の情報を取得する。したがって、1フレーム分の情報を取得するには画素数に応じた計測時間を要することになる。
本願発明の光偏向デバイスは、偏向角が波長依存性及び屈折率依存性を有するビーム偏向器を備える。ビーム偏向器は、波長が異なる複数波長の光を、その光の各波長及びビーム偏向器の屈折率で定まる各偏向角の方向に同時に並列して偏向させる。
本願発明の光偏向デバイスによる出射器は、ビーム偏向器と共に波長が異なる複数のレーザ光を発するレーザ光源を備える。ビーム偏向器は、レーザ光源が発する複数波長のレーザ光を、その各レーザ光の波長及びビーム偏向器の屈折率で定まる各偏向角の方向に同時に並列して出射する。
本願発明の光偏向デバイスによる入射器は、レーザ光を個別に検出する光検出器を備える。ビーム偏向器は、外部から到達する複数波長のレーザ光の内、入射角が各レーザ光の波長及びビーム偏向器の屈折率で定まる各偏向角であるレーザ光を選択的に同時に並列して入射する。光検出器は、ビーム偏向器の偏向光を検出する。
本願発明のライダー装置は、本願発明の光偏向デバイスと、波長が異なる複数のレーザ光を発するレーザ光源と、レーザ光を個別に検出する光検出器とを備える。光偏向デバイスは、レーザ光源が発する複数波長のレーザ光を、各レーザ光の波長及びビーム偏向器の屈折率で定まる各偏向角の方向に同時に並列して出射する出射器、及び外部から到達する複数波長のレーザ光の内、入射角が前記偏向角であるレーザ光を選択的に同時に並列して入射する入射器を同一素子で構成する。光検出器は、入射器において、出射器で出射されたレーザ光と同一の偏向角の入射角で入射した各波長のレーザ光を個別に検出する。出射器の偏向角と入射器の偏向角とを一致させることによって、出射器から出射され、物体に当たって反射した反射光を検出することができる。
図1は本願発明に係る光偏向デバイスの概略を説明するための図である。
図2(a)は、単体の光偏向デバイス1によってライダー装置10を構成する場合を示している。単体の光偏向デバイス1は、一つのビーム偏向器から同時に複数の光ビームを異なる出射角で出射すると共に、同一のビーム偏向器で同時に複数の光ビームを出射角と同角度の入射角で入射する。複数の光ビームは、各出射光の出射角を異ならせることによって、各出射角を区別して出射することができ、また、各入射光の入射角を異ならせることによって、各入射角を区別して入射することができる。
以下、図3〜5を用いて本願発明の光偏向デバイスの各形態を説明する。図3,4は出射器として構成する際の光偏向デバイスの形態として4つの形態を示し、図5は入射器として構成する際の光偏向デバイスの形態として3つの形態を示している。なお、以下では、ビーム偏向器2、レーザ光源3、及び導波路4をそれぞれA〜Cの3個を用いた光偏向デバイスの例を示しているが、光偏向デバイスを構成する個数は3個に限らず任意の複数個とすることができる。
図3(a)は光偏向デバイスを出射器として構成する第1の形態を示している。
第1の形態の光偏向デバイス1Aは、レーザ光源3A〜3Cが発生するそれぞれ異なる波長λ1〜λ3のレーザ光を、導波路4A〜4Cを介してビーム偏向器2A〜2Cに導入し、各波長に対応する出射角で放射する出射器を構成する。
図3(b)は光偏向デバイスを出射器として構成する第2の形態を示している。
第2の形態の光偏向デバイス1Bは、第1の形態と同様に、レーザ光源3A〜3Cが発生するそれぞれ異なる波長λ1〜λ3のレーザ光を、導波路4A〜4Cを介してビーム偏向器2A〜2Cに導入し、各波長に対応する出射角で放射する出射器を構成する。
図4(a)は光偏向デバイスを出射器として構成する第3の形態を示している。
第3の形態の光偏向デバイス1Cは、レーザ光源3A〜3Cが発生するそれぞれ異なる波長λ1〜λ3のレーザ光を、一本のバス導波路6を介して1つのビーム偏向器2に導入し、波長を異にする複数の光ビームを各波長に対応する出射角で放射する出射器を構成する。第3の形態は、第1の形態と同様に、各レーザ光源が発生する波長λ、及び各ビーム偏向器の屈折率nを固定とする構成である。
図4(b)は光偏向デバイスを出射器として構成する第4の形態を示している。
第4の形態の光偏向デバイス1Dは、第3の形態と同様に、レーザ光源3A〜3Cが発生するそれぞれ異なる波長λ1〜λ3のレーザ光を、バス導波路6を介して一つのビーム偏向器2に導入し、各波長に対応する出射角で放射する出射器を構成する。
(入射器の第1の形態)
第1の形態は、ビーム偏向器及び光検出器のみによって入射器を構成する形態である。図5(a)は光偏向デバイスを入射器として構成する第1の形態を示している。
第2の形態は、ビーム偏向器及び光検出器を組み合わせた形態であり、ビーム偏向器とび光検出器は集積することができる。図5(b)は光偏向デバイスを入射器として構成する第2の形態を示している。
第3の形態は、第2の形態と同様に、ビーム偏向器及び光検出器を組み合わせた形態であり、ビーム偏向器と光検出器は集積することができる。図5(c)は光偏向デバイスを入射器として構成する第3の形態を示している。
反射光を用いるライダー装置の構成は複数の形態とすることができる。図6はライダー装置の第1〜第5の各形態を説明するための図である。
図6(a)はライダー装置の第1の形態を示している。第1の形態のライダー装置10Aは、レーザ光源3、導波路4、及びビーム偏向器2で構成される出射器と、ビーム偏向器2、導波路4、及び光検出器5(フォトダイオード)で構成される入射器とを個別に備え、並置する構成である。出射器はレーザ光源3の光をビーム偏向器2から外部に向けた出射し、入射器は、物体に当たって反射した反射光を入射し、フィルタ(図示していない)を通過させ後、分岐路を介して光検出器5に導いて検出する。
次に、ビーム偏向器の構成例について説明する。ビーム偏向器は漏れ導波路により構成することができる。漏れ導波路は、導波路に刻んだ回折格子、導波路の上下に形成された多層膜によって。導波路を伝搬する光を上方向や斜め方向に放射させる。放射される光は均一放射となるため鋭い光ビームを得ることができる。放射角度は、光の波長λや導波路の屈折率nに依存するため、この波長λ及び/又は屈折率nを変えることによって光を偏向させることができる。
次に、フォトニック結晶によるスローライト構造について、スローライト導波路及び回折格子の構成例について図8を用いて説明する。なお、ここでは、第1の屈折率媒質を高屈折率媒質とし、第2の屈折率媒質を低屈折率媒質とする例を示している。
以下、出射の光ビームを2次元的に掃引する構成について、図9,10を用いて説明する。
図11は、三角型結合マイクロリング共振器を用いた波長合分波器7の例を示している。波長合分波器7は、10μm角程度の狭い面積に配置した相互に結合する複数のリング導波路は、箱型のドロップスペクトルを形成する。この周波数特性のドロップ形状の周波数域を通過域とすることによって、特定の波長域の光をバス導波路に合分波する波長合分波器を構成する。また、適度に広いドロップスペクトルに設計することで、微小な波長変化Δλを与えて安定した合分波特性を確保することができる。
2,2A,2B,2C ビーム偏向器
3,3A〜3C レーザ光源
4,4A〜4C 導波路
5,5A〜5C 光検出器
6 バス導波路
7,7A,7B 波長合分波器
8,8A,8B,8C 導波路
9 光スイッチ
10,10A〜10D ライダー装置
11 パルス光源・光検出部
12 導波部
12A〜12C 次元フォトニック結晶導波路
12a スローライト導波路
12b 上部クラッド
12c 下部クラッド
13 出射部
13a 表面回折格子
14 高屈折率基板
15 基板
16 反射鏡
20 導波路
21 切り替え部
22 位相調整器
23 アレイ集積
24 シリンドリカルレンズ
24a シリンドリカルレンズ
24b シリンドリカルレンズアレイ
25 パワー分配器
26 アレイ集積
100 二次元画像
100a〜100d ブロック
101 画素
Claims (9)
- 偏向角が波長依存性及び屈折率依存性を有するシリコンフォトニクススローライト構造体からなるビーム偏向器と、
波長が異なる複数のレーザ光を発するレーザ光源を備え、
前記ビーム偏向器は、
前記レーザ光源が発する複数波長のレーザ光を、当該各レーザ光の波長及びビーム偏向器の屈折率で定まる各偏向角の方向に同時に並列して出射、偏向させることを特徴とする、光偏向デバイス。 - 前記レーザ光源と前記ビーム偏向器との間に波長合分波器を備え、
前記波長合分波器は、
前記レーザ光源の複数波長のレーザ光を波長合波することを特徴とする、請求項1に記載の光偏向デバイス。 - 前記ビーム偏向器は、表面回折格子、又は、多層膜構造あるいは表面回折格子を有する漏れ導波路であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の光偏向デバイス。
- 前記ビーム偏向器は、
複数波長の各波長の光を1つの素子で偏向する単体、
又は、
複数波長の各波長の光を個々に偏向する複数個の素子をアレイ状に配列した複合体であることを特徴とする、請求項1から3の何れか一項に記載の光偏向デバイス。 - 前記ビーム偏向器の屈折率は可変であることを特徴とする、請求項1に記載の光偏向デバイス。
- 請求項1に記載の光偏向デバイスと、
波長が異なる複数のレーザ光を発するレーザ光源と、
レーザ光を個別に検出する光検出器とを備え、
前記光偏向デバイスは、
前記ビーム偏向器、
及び
外部から到達する複数波長のレーザ光の内、入射角が前記偏向角であるレーザ光を選択的に同時に並列して入射する入射器を同一素子または別素子で構成し、
前記光検出器は、
前記入射器において、前記ビーム偏向器から出射されたレーザ光と同一の偏向角の入射角で入射した各波長のレーザ光を個別に検出することを特徴とするライダー装置。 - 前記レーザ光源と前記ビーム偏向器との間、及び/又は、前記ビーム偏向器と前記光検出器との間に波長合分波器を備え、
前記波長合分波器は、
前記レーザ光源が発する複数波長のレーザ光の波長合波、
及び/又は、
前記入射した複数波長のレーザ光の各波長のレーザ光への波長分波を行うことを特徴とする、請求項6記載のライダー装置。 - 前記ビーム偏向器は、表面回折格子、又は、多層膜構造あるいは回折格子を有する漏れ導波路であることを特徴とする、請求項6又は7に記載のライダー装置。
- 前記ビーム偏向器は、
複数波長の各波長の光を1つの素子で偏向する単体、
又は、
複数波長の各波長の光を個々に偏向する複数個の素子をアレイ状に配列した複合体であることを特徴とする、請求項6から8の何れか一項に記載のライダー装置。
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