DE102018117763B4

DE102018117763B4 - Strahllenkvorrichtung zum Verstellen eines Winkels und Verfahren zum Lenken eines Lichtstrahls

Info

Publication number: DE102018117763B4
Application number: DE102018117763.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Ziemkiewicz; Michael Howard Anderson; Scott Robert Davis; Benjamin Luey; Tyler Adam Dunn
Original assignee: Analog Devices Inc
Current assignee: Analog Devices Inc
Priority date: 2017-08-16
Filing date: 2018-07-23
Publication date: 2022-04-07
Anticipated expiration: 2038-07-24
Also published as: CN109407304B; TW201910859A; KR102631100B1; JP2019035960A; KR20190019008A; DE102018117763A1; US10133083B1; CN109407304A; TWI706161B

Abstract

Strahllenkvorrichtung zum Verstellen eines Winkels eines Lichtstrahls, wobei die Strahllenkvorrichtung aufweist:einen ersten Strahllenkabschnitt, aufweisend:eine Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen zum Beugen des Lichtstrahls in einer in der Ebene liegenden Richtung, wobei ein Subapertur-Strahllenkelement ein brechendes Element umfasst, das kleiner ist als eine Größe des Lichtstrahls; undeinen zweiten Strahllenkabschnitt, aufweisend:eine Sammlung von brechenden Offenblenden-Strahllenkelementen zum Brechen des Lichtstrahls in einer in der Ebene liegenden Richtung, wobei ein Offenblenden-Strahllenkelement ein brechendes Element umfasst, das größer ist als eine Größe des Lichtstrahls, und, wobei die Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen eine erste Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen aufweist zum Beugen des Lichtstrahls in einer ersten in der Ebene liegenden Richtung und eine zweite Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen zum Beugen des Lichtstrahls in einer zweiten in der Ebene liegenden Richtung;wobei die Sammlung von brechenden Offenblenden-Lenkelementen eine erste Sammlung von brechenden Offenblenden-Strahllenkelementen aufweist zum Brechen des Lichtstrahls in der ersten in der Ebene liegenden Richtung und eine zweite Sammlung von brechenden Offenblenden-Strahllenkelementen zum Brechen des Lichtstrahls in der zweiten in der Ebene liegenden Richtung, und wobei die erste Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen eine erste Reihe von Subapertur-Strahllenkelementen enthält, wobei ein individuelles der Subapertur-Strahllenkelemente in der ersten Reihe von Subapertur-Strahllenkelementen eine Teilung derart aufweist, dass ein Winkel des Subaperturabschnitts des Lichtstrahls, der durch das individuelle der Subapertur-Strahllenkelemente gebrochen wird, einem Winkel einer Beugungsordnung der ersten Reihe von Subapertur-Strahllenkelementen entspricht.

Description

Gebiet der Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung betrifft Systeme und Verfahren zum Lenken eines Lichtstrahls.
Allgemeiner Stand der Technik
Gewisse nicht-mechanische Strahllenker können sich bei dynamischem Verstellen eines Winkels eines Lichtstrahls Herausforderungen gegenübersehen.
DE 196 19 478 A1 zeigt eine optische Vorrichtung mit mindestens einem beugenden optischen Element, das in ein transparentes Material integriert ist, wobei die Kombination aus dem beugenden optischen Element und dem transparenten Material mindestens zwei optische Funktionen erfüllt, z. B. Abbildung, Polarisation, Strahlteilung, Filterung, Phasenverschiebung, Strahlformung, Strahlprofilierung oder Bildung einer Teilblende. Die Vorrichtung kann aus drei übereinanderliegenden Schichten bestehen, wobei ein Polfilter oder eine Dely-Folie als Mittelschicht zwischen zwei transparenten Trägerschichten fungiert.
US 5 802 223 A zeigt eine optische Ablenkungsvorrichtung vom Lichtwellenleitertyp, umfassend: ein leitendes oder halbleitendes monokristallines Substrat oder ein monokristallines Substrat mit einem leitenden oder halbleitenden, epitaktischen oder orientierten Film, der auf dessen Oberfläche vorgesehen ist; einen Lichtwellenleiter, der einen epitaktischen oder orientierten ferroelektrischen Film umfasst, der auf der Oberfläche des monokristallinen Substrats vorgesehen ist; und eine obere Elektrode, die oben auf dem Lichtwellenleiter angeordnet ist. In der optischen Ablenkvorrichtung wirkt das leitende oder halbleitende monokristalline Substrat oder der leitende oder halbleitende, epitaktische oder orientierte Film, der auf dem monokristallinen Substrat vorgesehen ist, als eine untere Elektrode. Der in den Lichtwellenleiter eingeleitete Laserstrahl wird durch Anlegen einer Spannung zwischen der oberen Elektrode und der unteren Elektrode abgelenkt.
US 2017 / 0 153 530 A1 zeigt einen im Wesentlichen planarer Wellenleiter zur dynamischen Steuerung des Winkels außerhalb der Ebene, unter dem ein Lichtstrahl den Wellenleiter verlässt. Im Allgemeinen können Flüssigkristallmaterialien innerhalb eines Wellenleiters in einem Mantel nahe oder neben einer Kernschicht des Wellenleiters angeordnet sein. In einem Beispiel kann der Wellenleiter einen oder mehrere sich verjüngende Bereiche enthalten, so dass der Lichtstrahl aus dem Wellenleiter austritt und sich außerhalb der Ebene des Wellenleiters in ein auskoppelndes Medium mit einem Ausbreitungswinkel ausbreitet. In einem Beispiel kann der Wellenleiter eine oder mehrere Elektroden enthalten, an die eine oder mehrere Spannungen angelegt werden können. Die Größe des Ausbreitungswinkels kann elektronisch gesteuert werden, indem die Größe der einen oder mehreren angelegten Spannungen gesteuert oder verändert wird.
Kurze Darstellung der Offenbarung
In gewissen Strahllenksystemen kann ein Array von Subapertur-Strahllenkelementen verwendet werden, um einen Winkel eines Lichtstrahls mit reduzierten beugenden Effekten zu verstellen. Beugende Effekte können reduziert werden wie etwa durch Blazing jedes der individuellen Elemente in dem brechenden Array und zusätzlich durch Verwenden einer Kompensationsplatte. Die Verwendung einer Kompensationsplatte kann zu einer vergrößerten Größe des Strahllenkers führen und kann zusätzlich einen Öffnungswinkel des Strahllenkers begrenzen. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben unter anderem die Notwendigkeit für einen nicht-mechanischen Strahllenker erkannt, der ohne eine Kompensationsplatte arbeiten kann, um einen kompakten Strahllenker und einen vergrößerten Öffnungswinkel des Strahllenkers bereitzustellen. Weitere Merkmale der Offenbarung sind in den beigefügten Ansprüchen angegeben, deren Merkmale optional miteinander in beliebiger Permutation oder Kombination kombiniert werden können, sofern nicht an anderer Stelle in diesem Dokument ausdrücklich etwas anderes angegeben ist.
In einem Aspekt kann die Offenbarung eine Strahllenkvorrichtung zum Verstellen eines Winkels eines Lichtstrahls aufweisen. Die Strahllenkvorrichtung kann einen diskreten Strahllenkabschnitt aufweisen. Der diskrete Strahllenkabschnitt kann eine Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen enthalten, um den Lichtstrahl in einer in der Ebene liegenden Richtung zu beugen. Die Strahllenkvorrichtung kann auch einen kontinuierlichen Strahllenkabschnitt aufweisen. Der kontinuierliche Strahllenkabschnitt kann eine Sammlung von brechenden Offenblendenelementen aufweisen, um den Lichtstrahl kontinuierlich in einer in der Ebene liegenden Richtung zu brechen. Die Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen kann eine erste Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen aufweisen, um den Lichtstrahl in einer ersten in der Ebene liegenden Richtung zu beugen, und eine zweite Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen, um den Lichtstrahl in einer zweiten in der Ebene liegenden Richtung zu beugen, und die Sammlung von brechenden Offenblendenelementen kann eine erste Sammlung von brechenden Offenblendenelementen aufweisen, um den Lichtstrahl in der ersten in der Ebene liegenden Richtung kontinuierlich zu brechen, und eine zweite Sammlung von brechenden Offenblendenelementen, um den Lichtstrahl in der zweiten in der Ebene liegenden Richtung kontinuierlich zu brechen. Die erste in der Ebene liegende Richtung und die zweite in der Ebene liegende Richtung können bezüglich eines Bisektors winkelmäßig gegenüberliegen. Gemäß der Erfindung kann die erste Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen eine erste Reihe von Subapertur-Strahllenkelementen aufweisen, wobei ein individuelles der Subapertur-Strahllenkelemente in der ersten Reihe von Subapertur-Strahllenkelementen eine Neigung aufweisen kann, so dass ein Winkel des Subaperturabschnitts des Lichtstrahls, der durch das individuelle der Subapertur-Strahllenkelemente gebrochen wird, einem Winkel einer Brechungsordnung der ersten Reihe von Subapertur-Strahllenkelementen entspricht. Die zweite Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen kann eine erste Reihe von Subapertur-Strahllenkelementen aufweisen, wobei ein individuelles der Subapertur-Strahllenkelementen in der ersten Reihe von Subapertur-Strahllenkelementen eine Teilung aufweisen kann, so dass ein Winkel des Subaperturabschnitts des Lichtstrahls, der durch das individuelle der Subapertur-Strahllenkelemente gebrochen wird, einem Winkel einer Brechungsordnung der ersten Reihe von Subapertur-Strahllenkelementen entspricht. Die erste und zweite Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen kann jeweils mindestens eine Reihe von gleichschenkligen Dreiecken aufweisen, wobei jedes individuelle gleichschenklige Dreieck so gekippt sein kann, dass eine Basis des gleichschenkligen Dreiecks ungefähr parallel zu einer Ausbreitungsrichtung eines entsprechenden Abschnitts des Lichtstrahls verläuft, um eine Komprimierung des entsprechenden Abschnitts des Lichtstrahls zu reduzieren. Die erste Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen kann eine erste Reihe von brechenden Offenblendenelementen mit geneigten Oberflächen enthalten, die so angeordnet sind, um eine beugende Strahllenkung und eine Größenreduktion des Lichtstrahls entsprechend einem brechenden Subaperturelement bereitzustellen, und eine zweite Reihe von brechenden Offenblendenelementen mit geneigten Oberflächen, die relativ zu den geneigten Oberflächen der ersten Reihe von brechenden Subaperturelementen angeordnet sein können, um eine weitere Strahllenkung und eine Vergrößerung der Größe des Lichtstrahls entsprechend jedem Subaperturelement bereitzustellen, um die Abnahme bei der Strahlgröße zu kompensieren, die durch die erste Reihe von brechenden Subaperturelementen verursacht wird. Die geneigten Oberflächen können bezüglich einer Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls geneigt sein. Die Strahllenkvorrichtung kann auch einen Wellenleiterkern enthalten, der so geformt ist, dass er den Lichtstrahl entlang einer Länge eines Wellenleiters leitet. Die Strahllenkvorrichtung kann auch einen Mantel mit einem elektrooptischen Material aufweisen, das zu einer Wechselwirkung mit einem Abschnitt des Lichtstrahls in der Lage ist (z.B. kann das elektrooptische Material dem Lichtstrahl einen Brechungsindex geben). Die Strahllenkvorrichtung kann auch mindestens eine Elektrode aufweisen, die geformt und angeordnet ist zum Verstellen eines Winkels des Lichtstrahls in einer in der Ebene liegenden Richtung durch Verstellen eines Brechungsindexes des elektrooptischen Materials. Die Strahllenkvorrichtung kann auch einen abklingenden Auskoppler enthalten, um den Lichtstrahl in einer außerhalb der Ebene liegenden Richtung zu lenken.
In einem Aspekt kann die Offenbarung ein Verfahren zum Lenken eines Lichtstrahls mit einem planaren Wellenleiter aufweisen. Das Verfahren kann das Bereitstellen eines diskreten Strahllenkabschnitts des Wellenleiters aufweisen, aufweisend eine erste Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen, um den Lichtstrahl in einer ersten in der Ebene liegenden Richtung zu beugen. Das Verfahren kann auch das Bereitstellen eines kontinuierlichen Strahllenkabschnitts des Wellenleiters aufweisen, aufweisend eine erste Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen, um den Lichtstrahl in der ersten in der Ebene liegenden Richtung zu brechen. Das Verfahren kann auch das Bereitstellen eines diskreten Strahllenkabschnitts aufweisen, aufweisend eine zweite Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen, um den Lichtstrahl in einer zweiten in der Ebene liegenden Richtung zu beugen, und Bereitstellen des kontinuierlichen Strahllenkabschnitts, aufweisend eine zweite Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen, um den Lichtstrahl in der zweiten in der Ebene liegenden Richtung zu brechen, wobei die erste in der Ebene liegende Richtung und die zweite in der Ebene liegende Richtung bezüglich eines Bisektors winkelmäßig gegenüberliegen. Das Verfahren kann auch das Bereitstellen eines individuellen Subapertur-Strahllenkungselements in einer ersten Reihe der ersten Sammlung von Subapertur-Strahllenkungselementen aufweisen, um einen entsprechenden Subaperturabschnitt des Lichtstrahls unter einem Winkel entsprechend einem Winkel einer Brechungsordnung der ersten Reihe der ersten Sammlung von Subapertur-Strahllenkungselementen zu brechen. Das Verfahren kann auch das Bereitstellen einer ersten Elektrode, die an eine erste Reihe der ersten Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen gekoppelt ist, aufweisen, um den Lichtstrahl in eine einer Menge von Brechungsordnungen der ersten Reihe der ersten Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen zu beugen, wie etwa durch Anlegen einer Menge von diskreten Lenkspannungen an die erste Reihe von Subapertur-Strahllenkelementen. Das Verfahren kann auch das Bereitstellen mindestens einer Reihe von gekippten gleichschenkligen Dreiecken in der ersten Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen aufweisen, um den Lichtstrahl zu beugen, wobei jedes individuelle gleichschenklige Dreieck derart gekippt sein kann, dass eine Basis des gleichschenkligen Dreiecks ungefähr parallel zu einer Ausbreitungsrichtung eines entsprechenden Abschnitts des Lichtstrahls verlaufen kann, um die Komprimierung des entsprechenden Abschnitts des Lichtstrahls zu reduzieren. Das Verfahren kann auch das Bereitstellen einer ersten Reihe in der ersten Sammlung von brechenden Subaperturelementen aufweisen, um eine beugende Strahllenkung in der ersten Richtung und eine Größenreduktion des Lichtstrahls entsprechend jedem brechenden Subaperturelement bereitzustellen, und einer zweiten Reihe in der ersten Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen, um eine weitere Strahllenkung in der ersten Richtung und eine Größenzunahme des Lichtstrahls entsprechend jedem Subaperturelement bereitzustellen, um die Abnahme bei der Strahlgröße zu kompensieren, die durch die erste Reihe von brechenden Subaperturelementen verursacht wird. Das Verfahren kann auch das Bereitstellen eines Kerns des Wellenleiters aufweisen, um den Lichtstrahl entlang einer Länge eines Wellenleiters zu leiten. Das Verfahren kann auch das Bereitstellen eines elektrooptischen Mantels aufweisen, der in der Lage ist, mit einem Abschnitt des Lichtstrahls wechselzuwirken. Das Verfahren kann auch das Bereitstellen mindestens einer Elektrode aufweisen, die geformt und angeordnet ist zum Verstellen eines Winkels des Lichtstrahls in einer in der Ebene liegenden Richtung durch Verstellen eines Brechungsindexes des elektrooptischen Mantels.
In einem Aspekt kann die Offenbarung einen Wellenleiter zum Verstellen eines Winkels eines Lichtstrahls aufweisen. Der Wellenleiter kann einen Wellenleiterkern aufweisen, der geformt ist zum Leiten eines Lichtstrahls entlang einer Länge des Wellenleiters. Der Wellenleiter kann auch einen Mantel aufweisen, aufweisend ein elektrooptisches Material, das in der Lage ist, mit einem Abschnitt des Lichtstrahls wechselzuwirken. Der Wellenleiter kann auch Elektroden aufweisen, die geformt und angeordnet sind zum Verstellen eines Winkels des Lichtstrahls in einer in der Ebene liegenden Richtung, wie etwa durch Verstellen eines Brechungsindexes des elektrooptischen Materials. Die Elektrodenanordnung kann einen diskreten Strahllenkabschnitt aufweisen. Der diskrete Strahllenkabschnitt kann eine Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen aufweisen, um den Lichtstrahl in einer in der Ebene liegenden Richtung zu beugen. Die Elektrodenanordnung kann auch einen kontinuierlichen Strahllenkabschnitt aufweisen. Der kontinuierliche Strahllenkabschnitt kann eine Sammlung von brechenden Offenblenden-Strahllenkungselementen aufweisen, um den Lichtstrahl kontinuierlich in einer in der Ebene liegenden Richtung zu brechen. Die Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen kann eine erste Reihe von Subapertur-Strahllenkelementen aufweisen, wobei ein individuelles der Subapertur-Strahllenkelementen in der ersten Reihe von Subapertur-Strahllenkelementen eine Teilung derart aufweisen kann, dass ein Winkel des Subaperturabschnitts des Lichtstrahls, der durch das individuelle der Subapertur-Strahllenkelemente gebrochen wird, einem Winkel einer Brechungsordnung der ersten Reihe von Subapertur-Strahllenkelementen entspricht. Die Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen kann eine erste Reihe von Subapertur-Strahllenkelementen enthalten, die in der Lage sind, den Lichtstrahl in einer ersten in der Ebene liegenden Richtung zu lenken, wobei ein individuelles der Subapertur-Strahllenkelemente in der ersten Reihe von Subapertur-Strahllenkelementen eine Teilung derart aufweisen kann, dass ein Winkel des Subaperturabschnitts des Lichtstrahls, der durch das individuelle der Subapertur-Strahllenkelemente gebrochen wird, einem Winkel einer Brechungsordnung der ersten Reihe von Subapertur-Strahllenkelementen entspricht, wobei die Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen eine zweite Reihe von Subapertur-Strahllenkelementen aufweisen kann, die in der Lage sind, den Lichtstrahl in einer zweiten in der Ebene liegenden Richtung zu lenken, wobei ein individuelles der Subapertur-Strahllenkelemente in der zweiten Reihe von Subapertur-Strahllenkelementen eine Teilung derart aufweisen kann, dass ein Winkel des Subaperturabschnitts des Lichtstrahls, der durch das individuelle der Subapertur-Strahllenkelemente gebrochen wird, einem Winkel einer Brechungsordnung der zweiten Reihe von Subapertur-Strahllenkelementen entspricht. Die Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen kann eine zweite Reihe von Subapertur-Strahllenkelementen aufweisen, die in der Lage sind zum weiteren Lenken des Lichtstrahls in der ersten in der Ebene liegenden Richtung, wobei ein individuelles der Subapertur-Strahllenkelemente in der zweiten Reihe von Subapertur-Strahllenkelementen eine gleiche Teilung wie die individuellen Subapertur-Strahllenkelemente in der ersten Reihe aufweisen kann.
In einem Aspekt kann die Offenbarung ein Verfahren zum Lenken eines Lichtstrahls mit einem planaren Wellenleiter aufweisen. Das Verfahren kann das diskrete Beugen von Subaperturabschnitten des Lichtstrahls in einer ersten in der Ebene liegenden Richtung aufweisen. Das Verfahren kann auch das kontinuierliche Brechen des Lichtstrahls in der ersten in der Ebene liegenden Richtung aufweisen. Das Verfahren kann auch das diskrete Beugen von Subaperturabschnitten des Lichtstrahls in einer zweiten in der Ebene liegenden Richtung und das kontinuierliche Brechen des Lichtstrahls in der zweiten in der Ebene liegenden Richtung aufweisen, wobei die erste in der Ebene liegende Richtung und die zweite in der Ebene liegende Richtung bezüglich eines Bisektors winkelmäßig gegenüberliegen. Das Verfahren kann auch das Brechen eines Subaperturabschnitts des Lichtstrahls entsprechend einem individuellen brechenden Subaperturelement unter einem Winkel entsprechend einem Winkel einer Brechungsordnung einer ersten Reihe einer ersten Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen aufweisen. Das Verfahren kann auch das diskrete Beugen des Lichtstrahls in eine einer Menge von Beugungsordnungen der ersten Reihe der ersten Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen durch Anwenden einer Menge von diskreten Lenkspannungen an die erste Reihe von Subapertur-Strahllenkelementen aufweisen. Das Verfahren kann auch das Beugen des Lichtstrahls unter Verwendung mindestens einer Reihe von gekippten gleichschenkligen Dreiecken in einer ersten Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen aufweisen, wobei jedes individuelle gleichschenklige Dreieck derart gekippt ist, dass eine Basis des gleichschenkligen Dreiecks ungefähr parallel zu einer Ausbreitungsrichtung eines entsprechenden Abschnitts des Lichtstrahls verläuft, um ein Komprimieren des entsprechenden Abschnitts des Lichtstrahls zu reduzieren. Gemäß der Erfindung kann das Verfahren auch das beugende Lenken des Lichtstrahls in der ersten in der Ebene liegenden Richtung und Reduzieren einer Größe des Lichtstrahls entsprechend jedem brechenden Subaperturelement in einer ersten Reihe von beugenden Subaperturelementen und weiter das beugende Lenken des Lichtstrahls in der ersten in der Ebene liegenden Richtung und Vergrößern der Größe des Lichtstrahls entsprechend jedem der mehreren brechenden Subaperturelemente, um die Abnahme bei der Strahlgröße zu kompensieren, die durch die erste Reihe von brechenden Subaperturelementen verursacht wird, aufweisen. Das Verfahren kann auch das Leiten des Lichtstrahls entlang einer Länge eines Wellenleiters und das Verstellen eines Winkels des Lichtstrahls in einer in der Ebene liegenden Richtung durch Verstellen eines Brechungsindexes eines elektrooptischen Mantels, der mit einem Abschnitt des Lichtstrahls wechselwirkt, aufweisen.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

1 ein Beispiel eines Hybrid-Strahllenkers,
2A ein Beispiel eines Hybrid-Strahllenkers,
2B ein Beispiel einer Querschnittsansicht eines Hybrid-Strahllenkers,
2C ein Beispiel eines Hybrid-Strahllenkers,
2D ein Beispiel eines Hybrid-Strahllenkers,
3A ein Beispiel des Betriebs eines Hybrid-Strahllenkers,
3B ein Beispiel eines Betriebs eines Hybrid-Strahllenkers,
3C ein Beispiel eines Betriebs eines Hybrid-Strahllenkers,
4 simulierte Ergebnisses eines Beugungsverlusts in einem Hybrid-Strahllenker,
5 ein Beispiel eines nicht-mechanischen Strahllenkers,
6A ein Beispiel des Betriebs eines nicht-mechanischen Strahllenkers,
6B ein Beispiel des Betriebs eines nicht-mechanischen Strahllenkers,
7 ein Verfahren zum Lenken eines Lichtstrahls mit einem nicht-mechanischen Strahllenker.

Ausführliche Beschreibung
Nicht-mechanische Strahllenker können einen Winkel eines Lichtstrahls verstellen, um den Lichtstrahl über ein Blickfeld zu scannen. Nicht-mechanische Strahllenker können in LIDAR-Systemen verwendet werden, wie etwa automotiven LIDAR-Systemen. Ein Array von brechenden Subaperturelementen kann zum Verstellen eines Winkels eines Lichtstrahls verwendet werden, wobei beugende Elemente reduziert werden können, wie etwa durch Blazing jedes der individuellen Elemente in dem brechenden Array, und zusätzlich durch Verwenden einer Kompensationsplatte. Die Verwendung einer Kompensationsplatte kann jedoch zu einer vergrößerten Größe des Strahllenkers führen und kann zusätzlich einen Öffnungswinkel des Strahllenkers begrenzen. Unten wird ein nicht-mechanischer Strahllenker beschrieben, der ohne eine Kompensationsplatte arbeiten kann, um einen kompakten Strahllenker und einen vergrößerten Öffnungswinkel des Strahllenkers bereitzustellen.
1 veranschaulicht ein Beispiel eines Hybrid-Strahllenkers 100. Der Hybrid-Strahllenker 100 kann ein diskretes Strahllenkgebiet 104 und ein kontinuierliches Strahllenkgebiet 120 aufweisen. Das diskrete Strahllenkgebiet 104 kann eine erste Anordnung von brechenden Subaperturelementen 108 und eine zweite Anordnung von brechenden Subaperturelementen 112 enthalten. Ein brechendes Subaperturelement kann sich auf ein brechendes Element beziehen, das kleiner ist als eine Größe eines Lichtstrahls (z.B. kann der Lichtstrahl mehrere der brechenden Subaperturelemente überspannen). Das kontinuierliche Strahllenkgebiet 120 kann eine erste Anordnung von brechenden Offenblendenelementen 121 und eine zweite Anordnung von brechenden Offenblendenelementen 122 enthalten. Ein brechendes Offenblendenelement kann sich auf ein brechendes Element beziehen, das größer ist als eine Größe eines Lichtstrahls (z.B. besitzt der Lichtstrahl eine Größe, die kleiner ist als das brechende Offenblendenelement). Während des Betriebs kann ein Lichtstrahl 130 auf das diskrete Strahllenkgebiet 104 einfallen. Das diskrete Strahllenkgebiet 104 kann einen Winkel des Lichtstrahls 130 um einen diskreten Winkel ±Δθcoarse (z.B. plus oder minus zwei Grad) verstellen. Das kontinuierliche Strahllenkgebiet 120 kann einen Winkel des Lichtstrahls 130 um einen kontinuierlichen Winkel im Bereich von -Δθ_fine bis +Δθ_fine (z.B. einen Winkel im Bereich von minus ein Grad bis plus ein Grad) verstellen. Δθ_coarse kann zweimal so groß sein wie Δθ_fine. Eine angelegte Spannung kann verwendet werden, um einen Winkel des Lichtstrahls 130 in dem diskreten Strahllenkgebiet 104 und dem kontinuierlichen Strahllenkgebiet 120 zu verstellen.
2A veranschaulicht ein Beispiel eines Hybrid-Strahllenkers, wie etwa des Hybrid-Strahllenkers 100. Der Hybrid-Strahllenker kann ein diskretes Strahllenkgebiet 104 und ein kontinuierliches Strahllenkgebiet 120 enthalten. Das diskrete Strahllenkgebiet 104 kann eine erste Anordnung von brechenden Subaperturelementen 108 und eine zweite Anordnung von brechenden Subaperturelementen 112 enthalten. Ein Brechungsindex der ersten Anordnung von brechenden Subaperturelementen 108 kann von einem Brechungsindex der zweiten Anordnung von brechenden Subaperturelementen 112 verschieden sein. Das kontinuierliche Strahllenkgebiet 120 kann eine erste Anordnung von brechenden Offenblendenelementen 121 und eine zweite Anordnung von brechenden Offenblendenelementen 122 enthalten. Ein Brechungsindex der ersten Anordnung von brechenden Offenblendenelementen 121 kann von einem Brechungsindex der zweiten Anordnung der brechenden Offenblendenelementen 122 verschieden sein. Die erste Anordnung von brechenden Subaperturelementen 108 kann eine erste Reihe von brechenden Subaperturelementen 109 und eine zweite Reihe von brechenden Subaperturelementen 110 enthalten. Die erste Reihe von brechenden Subaperturelementen 109 kann eine erste Grenzfläche 109A und eine zweite Grenzfläche 109B enthalten. Die zweite Reihe von brechenden Subaperturelementen 110 kann eine erste Grenzfläche 110A und eine zweite Grenzfläche 110A enthalten. Während des Betriebs kann ein Lichtstrahl, wie etwa der Lichtstrahl 130, auf die erste Grenzfläche 109A einfallen und sich zur zweiten Grenzfläche 109B ausbreiten, wo der Lichtstrahl eine Brechung erfahren kann. Zusätzlich zur Brechung an der zweiten Grenzfläche 109B kann eine Größe des Lichtstrahls bei der Brechung an der zweiten Grenzfläche 109B abnehmen, wie etwa aufgrund eines relativen Winkels der zweiten Grenzfläche 109B relativ zu einer Richtung des Lichtstrahls 130. In einem Beispiel, wo sich der Lichtstrahl 130 über mehrere der brechenden Subaperturelemente in der ersten Reihe 109 erstrecken kann, kann eine Reduktion bei der Größe jedes entsprechenden Abschnitts des Lichtstrahls zu räumlichen Amplitudenvariationen in einer Wellenfront des Lichtstrahls führen und kann zu einer erhöhten Beugung des Lichtstrahls führen. Der Lichtstrahl 130 kann sich nach Brechung durch die zweite Grenzfläche 109B zu einer ersten Grenzfläche 110A ausbreiten und darauf einfallen. Der Lichtstrahl kann durch die erste Grenzfläche 110A gebrochen werden und sich dann zur zweiten Grenzfläche 110B ausbreiten, bevor er aus der zweiten Reihe von brechenden Subaperturelementen 110 austritt. Zusätzlich zur Brechung an der ersten Grenzfläche 110A kann eine Größe des Lichtstrahls 130 bei Brechung an der ersten Grenzfläche 110A zunehmen, wie etwa aufgrund eines relativen Winkels der ersten Grenzfläche 110A relativ zu einer Richtung des Lichtstrahls 130. In einem Beispiel, wo sich der Lichtstrahl 130 über mehrere der brechenden Subaperturelemente in der zweiten Reihe 110 erstrecken kann, kann eine Zunahme bei der Größe jedes entsprechenden Abschnitts des Lichtstrahls entsprechende Abnahmen bei der Größe jedes entsprechenden Abschnitts des Lichtstrahls entgegenwirken, wie etwa die, die durch die erste Reihe von brechenden Subaperturelementen 109 verursacht werden. Das den Abnahmen Entgegenwirken bei der Größe jedes entsprechenden Abschnitts des Lichtstrahls, wie etwa denen, die durch die erste Reihe von brechenden Offenblendenelementen 109 verursacht werden, kann reduzierte Amplitudenvariationen in einer Wellenfront des Lichtstrahls bereitstellen, um reduzierte Beugungseffekte bereitzustellen. Benachbarte Abschnitte der ersten Reihe von brechenden Subaperturelementen 109 können räumliche Phasendiskontinuitäten in den Lichtstrahl einführen, was eine Beugung des Lichtstrahls verursachen kann. Eine Teilung der zweiten Grenzfläche 109B kann so gewählt werden, dass eine Brechung des Lichtstrahls in einem Winkel entsprechend einer Brechungsordnung der ersten Reihe von brechenden Subaperturelementen 109 bereitgestellt wird. Benachbarte Abschnitte der zweiten Reihe von brechenden Subaperturelementen 110 können räumliche Phasendiskontinuitäten in den Lichtstrahl einführen, was eine Beugung des Lichtstrahls verursachen kann. Eine Teilung der ersten Grenzfläche 110A kann so gewählt werden, dass eine Brechung des Lichtstrahls in einem Winkel entsprechend einer Brechungsordnung der zweiten Reihe von brechenden Subaperturelementen 110 bereitgestellt wird. In einem Beispiel kann ein Brechungsindex der ersten Anordnung von brechenden Subaperturelementen 108 oder der zweiten Anordnung von brechenden Subaperturelementen 112 so verstellt werden, dass eine Brechung des Lichtstrahls 130 in einem Winkel entsprechend einer Brechungsordnung der ersten Reihe von brechenden Subaperturelementen 109 oder der zweiten Reihe von brechenden Subaperturelementen 110 bereitgestellt wird. Nach dem Austreten aus der zweiten Grenzfläche 110B kann der Lichtstrahl auf das kontinuierliche Strahllenkgebiet 120 gerichtet werden. In einem Beispiel kann eine Teilung der zweiten Grenzfläche 109B so gewählt werden, dass eine Brechung des Lichtstrahls um einen Winkel nicht entsprechend einer Brechungsordnung der ersten Reihe von brechenden Subaperturelementen 109 bereitgestellt wird. Der Lichtstrahl kann dann auf die erste Grenzfläche 110 gerichtet werden und eine Teilung der ersten Grenzfläche 110A kann so gewählt werden, dass eine Brechung des Lichtstrahls in einem Winkel entsprechend einer Brechungsordnung der zweiten Reihe von brechenden Subaperturelementen 110 bereitgestellt wird. Der Lichtstrahl kann dann an jeder Grenzfläche 123 zwischen der ersten Anordnung von brechenden Offenblendenelementen 121 und der zweiten Anordnung von brechenden Offenblendenelementen 122 gebrochen werden. In einem Beispiel kann ein Brechungsindex der ersten Anordnung von brechenden Offenblendenelementen 121 oder der zweiten Anordnung von brechenden Offenblendenelementen 122 so verstellt werden, dass die Brechung des Lichtstrahls 130 an jeder Grenzfläche 123 verstellt wird. In einem Beispiel, wo ein Brechungsindex der ersten Anordnung von brechenden Subaperturelementen 108 größer ist als ein Brechungsindex der zweiten Anordnung der brechenden Subaperturelemente 112, kann das diskrete Strahllenkgebiet 104 einen Winkel des Lichtstrahls 130 in einer ersten Richtung verstellen. In einem Beispiel, wo ein Brechungsindex der ersten Anordnung von brechenden Subaperturelementen 108 kleiner ist als ein Brechungsindex der zweiten Anordnung der brechenden Subaperturelemente 112, kann das diskrete Strahllenkgebiet 104 einen Winkel des Lichtstrahls 130 in einer zweiten Richtung verstellen. Die erste Richtung und die zweite Richtung können bezüglich eines Bisektors winkelmäßig gegenüberliegen. In einem Beispiel, wo ein Brechungsindex der ersten Anordnung von brechenden Offenblendenelementen 121 größer ist als ein Brechungsindex der zweiten Anordnung der brechenden Offenblendenelemente 122, kann das kontinuierliche Strahllenkgebiet 120 einen Winkel des Lichtstrahls 130 in einer ersten Richtung verstellen. In einem Beispiel, wo ein Brechungsindex der ersten Anordnung von brechenden Offenblendenelementen 121 kleiner ist als ein Brechungsindex der zweiten Anordnung der brechenden Offenblendenelemente 122, kann das kontinuierliche Strahllenkgebiet 120 einen Winkel des Lichtstrahls 130 in einer zweiten Richtung verstellen. Die erste Richtung und die zweite Richtung können bezüglich eines Bisektors winkelmäßig gegenüberliegen.
2B zeigt eine Querschnittsansicht eines Hybrid-Strahllenkers, wie etwa einen Hybrid-Strahllenker 100. Der Hybrid-Strahllenker 100 kann eine Anordnung von Elektroden 140, einen ersten Mantel 144, einen Wellenleiterkern 148 und einen zweiten Mantel 152 enthalten. Während des Betriebs kann der Lichtstrahl 130 durch den Wellenleiterkern 148 geleitet werden. Die Elektrodenanordnung 140 kann ein Muster wie etwa ein Muster entsprechend den brechenden Anordnungen 108, 112, 121, und 122 enthalten, wie in 2A dargestellt. Als Reaktion auf angelegte Spannungen an die Elektrodenanordnung 140 kann ein Muster aus brechenden Formen im ersten Mantel 144 ausgebildet werden, wobei das Muster von brechenden Formen das gleiche ist wie das Muster der Elektrodenanordnung 140. Die Elektrodenanordnung 140 kann eine oder mehrere Elektroden aufweisen, wobei jede der einen oder mehreren Elektroden einer der brechenden Anordnungen 108, 112, 121 und 122 entsprechen kann. Die im ersten Mantel 144 ausgebildeten brechenden Formen können einen in der Ebene liegenden Winkel des durch den Wellenleiterkern 148 geleiteten Lichtstrahls verstellen, wie oben bezüglich 2A beschrieben. In einem Beispiel kann der erste Mantel 144 ein Flüssigkristallmaterial aufweisen und angelegte Spannungen an die Elektrodenanordnung 140 können eine Änderung beim Brechungsindex des Flüssigkristallmaterials bereitstellen, um brechende Formen in dem ersten Mantel 144 bereitzustellen, die einer Form der Elektrodenanordnung 140 entsprechen. Der Wellenleiterkern 148 oder der zweite Mantel 152 können elektrisch leitfähig sein, um gleichförmige elektrische Feldlinien in einem Gebiet des ersten Mantels 144 bereitzustellen (z.B. elektrische Feldlinien ähnlich den elektrischen Feldlinien in einem Parallelplattenkondensator).
2C zeigt ein Beispiel eines Hybrid-Strahllenkers, wobei das diskrete Strahllenkgebiet 104 eine erste Reihe von gleichschenklig geformten brechenden Subaperturelementen 160 und eine zweite Reihe von gleichschenklig geformten brechenden Subaperturelementen 164 aufweisen kann. Während des Betriebs kann ein Lichtstrahl, wie etwa der Lichtstrahl 130, durch die erste Reihe von gleichschenklig geformten brechenden Subaperturelementen 160 in eine erste Richtung gebrochen werden und kann durch die zweite Reihe von gleichschenklig geformten brechenden Subaperturelementen 164 in eine zweite Richtung gebrochen werden. Jedes individuelle brechende Element in der ersten Reihe von gleichschenklig geformten brechenden Subaperturelementen 160 und der zweiten Reihe von gleichschenklig geformten brechenden Subaperturelementen 164 kann eine ungefähr parallel zu einer Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls 130 gekippte Basis aufweisen, um die Komprimierung eines entsprechenden Abschnitts des Lichtstrahls 130 zu reduzieren.
2D veranschaulicht ein Beispiel eines Hybrid-Strahllenkers, der ein zusätzliches diskretes Strahllenkgebiet 105 aufweisen kann. Jedes der diskreten Strahllenkgebiete 104, 105 kann individuell einen Winkel des Lichtstrahls 130 um einen diskreten Winkel ±Δθ_coarse verstellen. In Kombination können die diskreten Strahllenkgebiete 104 und 105 einen Winkel des Lichtstrahls 130 um einen diskreten Winkel ±2Δθ_coarse, ±Δθ_coarse bzw. 0 verstellen.
3A veranschaulicht ein Beispiel der Arbeit eines Hybrid-Strahllenkers, wie etwa des Hybrid-Strahllenkers 100. Das diskrete Strahllenkgebiet 104 kann einen Winkel des Lichtstrahls 130 um einen diskreten Winkel ±Δθ_coarse verstellen. Das kontinuierliche Strahllenkgebiet 120 kann einen Winkel des Lichtstrahls 130 um einen kontinuierlichen Winkel im Bereich von -Δθ_fine bis +Δθ_fine verstellen. In Kombination können das diskrete Strahllenkgebiet 104 und das kontinuierliche Strahllenkgebiet 108 einen Winkel eines Lichtstrahls über drei Bereiche von Winkeln 170, 174, 178 verstellen. Für einen ersten Bereich von Winkeln 170 können eine oder mehrere Spannungen an Elektroden im diskreten Strahllenkgebiet 104 angelegt werden, um einen Winkel des Lichtstrahls um einen diskreten Winkel - Δθ_coarse zu verstellen, und eine oder mehrere variable Spannungen können an Elektroden in dem kontinuierlichen Strahllenkgebiet 120 angelegt werden, um einen Winkel des Lichtstrahls um einen kontinuierlichen Winkel im Bereich von -Δθ_fine bis +Δθ_fine zu verstellen. Somit kann im ersten Bereich von Winkeln 170 ein Winkel des Lichtstrahls in einem Bereich von -Δθ_coarse -Δθ_fine bis -Δθ_coarse +Δθ_fine verstellt werden. Für einen zweiten Bereich von Winkeln 174 können eine oder mehrere Spannungen mit einem Wert von ungefähr 0 an Elektroden im diskreten Strahllenkgebiet 104 angelegt werden und ein Winkel des Lichtstrahls kann durch das diskrete Strahllenkgebiet 104 unverändert sein. Eine oder mehrere variable Spannungen können an Elektroden in dem kontinuierlichen Strahllenkgebiet 120 angelegt werden, um einen Winkel des Lichtstrahls um einen kontinuierlichen Winkel im Bereich von - Δθ_fine bis +Δθ_fine zu verstellen. Somit kann im zweiten Bereich von Winkeln 174 ein Winkel des Lichtstrahls in einem Bereich von -Δθ_fine bis +Δθ_fine verstellt werden. Für einen dritten Bereich von Winkeln 178 können eine oder mehrere Spannungen an Elektroden in dem diskreten Strahllenkgebiet 104 angelegt werden, um einen Winkel des Lichtstrahls um einen diskreten Winkel +Δθ_coarse, zu verstellen, und eine oder mehrere variable Spannungen können an Elektroden in dem kontinuierlichen Strahllenkgebiet 120 angelegt werden, um einen Winkel des Lichtstrahls um einen kontinuierlichen Winkel im Bereich von -Δθ_fine bis +Δθ_fine zu verstellen. Somit kann im dritten Bereich von Winkeln 178 ein Winkel des Lichtstrahls in einem Bereich von +Δθ_coarse -Δθ_fine bis +Δθ_coarse +Δθ_fine verstellt werden.
3B veranschaulicht ein Arbeitsverfahren eines Hybrid-Strahllenkers wie etwa des Hybrid-Strahllenkers 100. Der Hybrid-Strahllenker kann einen in der Ebene liegenden Winkel eines Lichtstrahls über einen Bereich von Winkeln von -Δθ_max bis +Δθ_max verstellen, wobei Δθ_max Δθ_coarse+Δθ_fine entsprechen kann. Für einen ersten Bereich von Winkeln 170 kann eine Spannung an eine Elektrode angelegt werden, um einen Brechungsindex der zweiten Anordnung von brechenden Subaperturelementen 112 zu verstellen, um einen Winkel des Lichtstrahls um einen Winkel -Δθ_coarse zu verstellen. Außerdem kann eine Spannung an eine Elektrode angelegt werden, um einen Brechungsindex der ersten Anordnung von brechenden Offenblendenelementen 121 und der zweiten Anordnung von brechenden Offenblendenelementen 122 zu verstellen, um einen Winkel des Lichtstrahls über einen Bereich von Winkeln von -Δθ_fine bis +Δθ_fine zu verstellen. Somit kann durch Anlegen von Spannungen an entsprechende Elektroden, um einen Brechungsindex der brechenden Elemente 112, 121 und 122 zu verstellen, ein Winkel des Lichtstrahls innerhalb eines ersten Bereichs von Winkeln 170 verstellt werden. Für einen zweiten Bereich von Winkeln 174 können die erste und zweite Anordnung von brechenden Subaperturelementen 108 und 112 inaktiv sein (z.B. kann eine Spannung mit einem Wert von etwa null an Elektroden entsprechend brechenden Elementen 108 und 112 angelegt werden). Eine Spannung kann an eine Elektrode angelegt werden, um einen Brechungsindex der ersten Anordnung von brechenden Offenblendenelementen 121 und zweiten Anordnung von brechenden Offenblendenelementen 122 sequentiell zu verstellen, so dass ein Winkel des Lichtstrahls über einen Bereich von Winkeln von -Δθ_fine bis +Δθ_fine verstellt wird. Somit kann durch Anlegen von Spannungen an entsprechende Elektroden, um einen Brechungsindex der brechenden Elemente 121 und 122 zu verstellen, ein Winkel des Lichtstrahls innerhalb eines zweiten Bereichs von Winkeln 174 verstellt werden. Für einen dritten Bereich von Winkeln 178 kann eine Spannung an eine Elektrode angelegt werden, um einen Brechungsindex der ersten Anordnung von brechenden Subaperturelementen 108 zu verstellen, so dass ein Winkel des Lichtstrahls um einen Winkel +Δθ_coarse verstellt wird. Außerdem kann eine Spannung an eine Elektrode angelegt werden, um einen Brechungsindex der ersten Anordnung von brechenden Offenblendenelementen 121 und der zweiten Anordnung von brechenden Offenblendenelementen 122 sequentiell zu verstellen, so dass ein Winkel des Lichtstrahls über einen Bereich von Winkeln von -Δθ_fine bis +Δθ_fine verstellt wird. Somit kann durch Anlegen von Spannungen an entsprechende Elektroden, um einen Brechungsindex der brechenden Elemente 108, 121 und 122 zu verstellen, ein Winkel des Lichtstrahls innerhalb eines dritten Bereichs von Winkeln 178 verstellt werden.
3C zeigt ein Arbeitsverfahren eines Hybrid-Strahllenkers wie etwa des Hybrid-Strahllenkers 100. Das in 3C dargestellte Arbeitsverfahren ist ähnlich dem bezüglich 3B beschriebenen Arbeitsverfahren, außer dass in 3C Spannungen an entsprechende Elektroden angelegt werden können, um einen Brechungsindex der ersten Anordnung von brechenden Offenblendenelementen 121 und der zweiten Anordnung von brechenden Offenblendenelementen 122 gleichzeitig zu verstellen. Dies steht im Kontrast zu dem in 3B dargestellten Arbeitsverfahren, wo die Brechungsindizes der ersten Anordnung von brechenden Offenblendenelementen 121 und der zweiten Anordnung von brechenden Offenblendenelementen 122 sequentiell verstellt werden.
4 veranschaulicht simulierte Ergebnisse von Beugungsverlusten (z.B. beugendes Streuen aus einem zentralen Lichtstrahl heraus) als Funktion einer angelegten Spannung, die einen Brechungsindex einer der Reihen von brechenden Subaperturelementen 109 oder 110 verstellen kann. Wenn die angelegte Spannung erhöht wird, kann ein Beugungsverlust reduziert werden, wenn ein Brechungswinkel eines individuellen der brechenden Subaperturelemente einer Beugungsordnung der Reihe von brechenden Subaperturelementen entspricht. In dem in 4 dargestellten Beispiel kann die Reihe von brechenden Subaperturelementen ein Beugungsgitter vierter Ordnung enthalten und Beugungsverluste können reduziert werden, wenn ein Brechungswinkel eines individuellen der brechenden Subaperturelemente einer der vier Beugungsordnungen entspricht. Die vierte Beugungsordnung kann einer größten Lenkspannung entsprechen (z.B. der größten zulässigen Spannung, die angelegt werden kann, um einen Brechungsindex der Reihe von brechenden Subaperturelementen zu verstellen). In einem Beispiel, wo die Reihe von brechenden Subaperturelementen ein Beugungsgitter n-ter Ordnung aufweisen kann, kann die größte Lenkspannung der n-ten Beugungsordnung entsprechen und die Reihe von brechenden Subaperturelementen kann den Strahl mit reduziertem Beugungsverlust unter n diskreten Winkeln lenken, wobei n eine positive ganze Zahl sein kann.
5 zeigt ein Beispiel eines nicht-mechanischen Strahllenkers 500. Der nicht-mechanische Strahllenker kann einen Einkoppler 504, einen Hybrid-Strahllenker 100 und einen Auskoppler 508 enthalten. Während des Betriebs kann ein Lichtstrahl 130 durch den Einkoppler 504 in den nichtmechanischen Strahllenker 500 gekoppelt werden. Der Einkoppler 504 kann einen abklingenden Einkoppler oder einen beugenden Einkoppler aufweisen. Der Lichtstrahl 130 kann dann zu dem Hybrid-Strahllenker 100 gesteuert werden. Der Hybrid-Strahllenker kann einen in der Ebene liegenden Winkel des Lichtstrahls 130 verstellen. Der Lichtstrahl 130 kann dann durch den Auskoppler 508 aus dem Hybrid-Strahllenker 100 ausgekoppelt werden. Der Auskoppler 508 kann einen beugenden Auskoppler oder einen abklingenden Auskoppler wie etwa den in der US 2017/0153530 A1 von Anderson et al. die hier durch Bezugnahme in ihrer Gänze aufgenommen ist, beschriebenen abklingenden Auskoppler aufweisen. In einem Beispiel kann der Auskoppler 508 einen Winkel des Lichtstrahls 120 in einer außerhalb der Ebene liegenden Richtung verstellen.
6A veranschaulicht ein Arbeitsbeispiel eines nicht-mechanischen Strahllenkers wie etwa des nichtmechanischen Strahllenkers 500. Der nicht-mechanische Strahllenker kann einen Winkel eines Lichtstrahls dynamisch verstellen, um den Lichtstrahl 130 über ein zweidimensionales Blickfeld 600 zu scannen. Der Auskoppler 508 kann einen Winkel des Lichtstrahls in einer außerhalb der Ebene liegenden Richtung verstellen, wie etwa als Reaktion auf eine angelegte Spannung, und der Hybrid-Strahllenker 100 kann einen Winkel des Lichtstrahls in einer in der Ebene liegenden Richtung verstellen, wie etwa als Reaktion auf eine angelegte Spannung. Der Hybrid-Strahllenker 100 kann einen Winkel des Lichtstrahls kontinuierlich über die drei Bereiche von Winkeln 170, 174 und 178 verstellen, wie etwa durch einen Pfad 620 dargestellt. Ein außerhalb der Ebene liegender Winkel des Lichtstrahls kann dann durch den Auskoppler 508 verstellt werden. Der Hybrid-Strahllenker 100 kann einen Winkel des Lichtstrahls kontinuierlich über die drei Bereiche von Winkeln 170, 174 und 178 verstellen, wie durch einen Pfad 621 dargestellt. Das Scannen kann entlang der Pfade 622-628 fortgesetzt werden und der Auskoppler 508 und der Hybrid-Strahllenker 100 können den Lichtstrahl über das zweidimensionale Blickfeld 600 scannen, einschließlich Winkeln in den Bereichen von Winkeln 170, 174, 178 und 610. An jeder Grenze zwischen den Bereichen von Winkeln 170, 174 und 178 kann eine an ein diskretes Strahllenkgebiet innerhalb des Hybrid-Strahllenkers 100 angelegte Spannung verstellt werden.
6B veranschaulicht ein Betriebsbeispiel eines nicht-mechanischen Strahllenkers wie etwa des nichtmechanischen Strahllenkers 500. Ähnlich wie 6A kann der nicht-mechanische Strahllenker einen Winkel eines Lichtstrahls dynamisch verstellen, so dass der Lichtstrahl über ein zweidimensionales Blickfeld 600 gescannt wird. Der Auskoppler 508 kann einen Winkel des Lichtstrahls in einer außerhalb der Ebene liegenden Richtung verstellen, wie etwa als Reaktion auf eine angelegte Spannung, und der Hybrid-Strahllenker 100 kann einen Winkel des Lichtstrahls in einer in der Ebene liegenden Richtung verstellen, wie etwa als Reaktion auf eine angelegte Spannung. In dem in 6B dargestellten Beispiel kann eine Anzahl von an ein diskretes Strahllenkgebiet wie etwa das diskrete Strahllenkgebiet 108 angelegten Spannungsänderungen während des Scannens des Lichtstrahls reduziert werden. Eine derartige Reduktion bei einer Anzahl von an das diskrete Strahllenkgebiet angelegten Spannungsänderungen kann vorteilhaft sein, wenn das diskrete Strahllenkgebiet auf Spannungsänderungen langsamer reagiert als andere Abschnitte des nicht-mechanischen Strahllenkers 500. Der Hybrid-Strahllenker 100 kann einen Winkel des Lichtstrahls kontinuierlich über den ersten Bereich von Winkeln 170 verstellen, wie durch einen Pfad 650A dargestellt. Ein außerhalb der Ebene liegender Winkel des Lichtstrahls kann dann durch den Auskoppler 508 verstellt werden. Der Hybrid-Strahllenker 100 kann dann einen Winkel des Lichtstrahls kontinuierlich über den ersten Bereich von Winkeln 170 verstellen, wie durch einen Pfad 650B dargestellt. Das Scannen kann entlang der Pfade 650C-650K fortgesetzt werden und der Auskoppler 508 und der Hybrid-Strahllenker 108 können den Lichtstrahl über Winkel in den Bereichen der Winkel 170 und 610 scannen. Dann kann eine an das diskrete Strahllenkgebiet 108 angelegte Spannung geändert werden und der Hybrid-Strahllenker 108 und der Auskoppler 508 können den Lichtstrahl entlang der Pfade 655A-655K scannen und der Auskoppler 508 und der Hybrid-Strahllenker 108 können den Lichtstrahl über Winkel in den Bereichen der Winkel 174 und 610 scannen. Dann kann eine an das diskrete Strahllenkgebiet 108 angelegte Spannung geändert werden und der Hybrid-Strahllenker 108 und der Auskoppler 508 können den Lichtstrahl entlang der Pfade 660A-660K scannen und der Auskoppler 508 und der Hybrid-Strahllenker 108 können den Lichtstrahl über Winkel in den Bereichen der Winkel 178 und 610 scannen.
7 veranschaulicht ein Verfahren zum Lenken eines Lichtstrahls mit einem nicht-mechanischen Strahllenker, wie etwa einem planaren Wellenleiter. Ein diskreter Strahllenkabschnitt eines Wellenleiters, wie etwa das diskrete Strahllenkgebiet 104, kann bereitgestellt werden (Schritt 710). Der diskrete Strahllenkabschnitt des Wellenleiters kann eine erste Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen wie etwa die erste Anordnung von brechenden Subaperturelementen 108 enthalten. Die erste Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen kann den Lichtstrahl in einer ersten in der Ebene liegenden Richtung beugen. Ein kontinuierlicher Strahllenkabschnitt eines Wellenleiters, wie etwa das kontinuierliche Strahllenkgebiet 120, kann bereitgestellt werden (Schritt 720). Der kontinuierliche Strahllenkabschnitt des Wellenleiters kann eine erste Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen aufweisen, wie etwa die erste Anordnung von brechenden Offenblendenelementen 121 und die zweite Anordnung von brechenden Offenblendenelementen 122. Die erste Anordnung von brechenden Offenblendenelementen 121 kann den Lichtstrahl in der ersten in der Ebene liegenden Richtung brechen. Der diskrete Strahllenkabschnitt des Wellenleiters kann eine zweite Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen aufweisen, wie etwa die zweite Anordnung von brechenden Subaperturelementen 112. Die zweite Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen kann den Lichtstrahl in einer zweiten in der Ebene liegenden Richtung beugen. Der kontinuierliche Strahllenkabschnitt kann eine zweite Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen aufweisen, wie etwa die zweite Anordnung von brechenden Offenblendenelementen 122. Die zweite Anordnung von brechenden Offenblendenelementen 122 kann den Lichtstrahl in der zweiten in der Ebene liegenden Richtung brechen. Die erste in der Ebene liegende Richtung und die zweite in der Ebene liegende Richtung können bezüglich eines Bisektors winkelmäßig gegenüberliegen. Die erste Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen kann eine erste Reihe von Subapertur-Strahllenkelementen aufweisen, die einen entsprechenden Subaperturabschnitt des Lichtstrahls in einem Winkel entsprechend einem Winkel einer Beugungsordnung der ersten Reihe der ersten Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen brechen kann (Schritt 730). Eine an eine erste Reihe der ersten Sammlung von brechenden Subapertur-Strahllenkelementen gekoppelte erste Elektrode kann vorgesehen sein, so dass der Lichtstrahl in eine einer Menge von Beugungsordnungen der ersten Reihe der ersten Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen gebeugt wird, wie etwa durch Anlegen einer Menge von diskreten Lenkspannungen an die erste Reihe von Subapertur-Strahllenkelementen (Schritt 740).
Jeder dieser hier beschriebenen nicht beschränkenden Aspekte kann für sich alleine stehen oder kann in verschiedenen Permutationen oder Kombinationen mit einem oder mehreren der anderen Beispiele kombiniert werden. Die obige detaillierte Beschreibung weist Referenzen auf die beiliegenden Zeichnungen auf, die einen Teil der detaillierten Beschreibung bilden. Die Zeichnungen zeigen als Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. Diese Ausführungsformen werden hierin auch als „Beispiele“ bezeichnet. Solche Beispiele können Elemente zusätzlich zu den gezeigten oder beschriebenen aufweisen. Der Erfinder der vorliegenden Erfindung zieht jedoch auch Beispiele in Betracht, in denen nur die gezeigten oder beschriebenen Elemente vorgesehen sind. Zudem zieht der Erfinder der vorliegenden Erfindung auch Beispiele unter Verwendung einer beliebigen Kombination oder Permutation der gezeigten oder beschriebenen Elemente (oder einem oder mehrerer Aspekte davon) entweder bezüglich eines bestimmten Beispiels (oder eines oder mehrerer Aspekte davon) oder bezüglich anderer Beispiele (oder eines oder mehrerer Aspekte davon), die hierin gezeigt oder beschrieben sind, in Betracht. Im Fall einer uneinheitlichen Verwendung zwischen diesem Dokument und beliebigen, unter Bezugnahme so aufgenommenen Dokumenten ist die Verwendung in diesem Dokument bestimmend.
In diesem Dokument werden die Ausdrücke „ein/eine/einer“ verwendet, wie in Patentdokumenten üblich ist, um einen oder mehr als einen aufzuweisen, unabhängig von beliebigen anderen Instanzen oder Verwendungen von „mindestens ein“ oder „einer oder mehrere“. In diesem Dokument wird der Ausdruck „oder“ verwendet, um sich auf ein nicht-exklusives oder zu beziehen, so dass „A oder B“ „A, aber nicht B“, „B, aber nicht A“ und „A und B“ aufweist, sofern nicht etwas Anderes angegeben ist. In diesem Dokument werden die Ausdrücke „aufweisend“ und „in denen“ als die Äquivalente der jeweiligen Ausdrücke „aufweisend“ und „wobei“ in einfachem Englisch verwendet. Außerdem sind in den folgenden Ansprüchen die Ausdrücke „einschließlich“ und „aufweisend“ offen, das heißt, ein System, eine Einrichtung, ein Artikel, eine Zusammensetzung, eine Formulierung oder ein Prozess, die Elemente zusätzlich zu jenen nach einem derartigen Ausdruck in einem Anspruch aufgeführten aufweisen, werden immer noch so angesehen, dass sie in den Schutzbereich dieses Anspruchs fallen. Zudem werden in den folgenden Ansprüchen die Ausdrücke „erster“, „zweiter“ und „dritter“ usw. lediglich als Bezeichnungen verwendet und sollen ihren Objekten keine numerischen Anforderungen auferlegen.
Hierin beschriebene Verfahrensbeispiele können mindestens teilweise maschinen- oder computerimplementiert sein. Einige Beispiele können ein computerlesbares Medium oder ein maschinenlesbares Medium aufweisen, das mit Anweisungen codiert ist, die ausgeführt werden können, um eine Elektronikeinrichtung dahingehend zu konfigurieren, Verfahren, wie in den obigen Beispielen beschrieben, durchzuführen. Eine Umsetzung solcher Verfahren kann einen Code wie etwa einen Mikrocode, einen Assemblersprachcode, einen Sprachcode auf höherer Ebene oder dergleichen aufweisen. Ein derartiger Code kann computerlesbare Anweisungen zum Durchführen verschiedener Verfahren aufweisen. Der Code kann Abschnitte von Computerprogrammprodukten bilden. Weiterhin kann in einem Beispiel der Code dinglich auf einem oder mehreren flüchtigen, nichtflüchtigen oder unflüchtigen dinglichen computerlesbaren Medien wie etwa während einer Ausführung oder zu anderen Zeiten gespeichert sein. Beispiele für diese dinglichen computerlesbaren Medien können unter anderem Festplatten, entfernbare Magnetplatten, entfernbare optische Platten (z.B. Compact Discs und Digital Video Discs), Magnetkassetten, Speicherkarten oder Speichersticks, Direktzugriffsspeicher (RAMs), Festwertspeicher (ROMs) und dergleichen aufweisen.
Die obige Beschreibung soll veranschaulichend und nicht restriktiv sein. Beispielsweise können die oben beschriebenen Beispiele (oder ein oder mehrere Aspekte davon) in Kombination miteinander verwendet werden. Andere Ausführungsformen können verwendet werden, wie etwa durch einen Durchschnittsfachmann bei Betrachtung der obigen Beschreibung. Außerdem können in der obigen detaillierten Beschreibung verschiedene Merkmale miteinander gruppiert sein, um die Offenbarung zu vereinfachen. Dies sollte nicht so ausgelegt werden, dass damit beabsichtigt wird, dass ein unbeanspruchtes offenbartes Merkmal für irgendeinen Anspruch essentiell ist. Vielmehr kann der erfindungsgemäße Gegenstand in weniger als allen Merkmalen einer bestimmten offenbarten Ausführungsform liegen. Somit sind die folgenden Ansprüche hiermit als Beispiele oder Ausführungsformen in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als eine separate Ausführungsform für sich selbst steht, und es wird in Betracht gezogen, dass solche Ausführungsformen in verschiedenen Kombinationen oder Permutationen miteinander kombiniert werden können. Der Schutzbereich der Erfindung sollte unter Bezugnahme auf die beiliegenden Ansprüche zusammen mit dem vollen Umfang an Äquivalenten, auf den solche Ansprüche einen Anspruch haben, bestimmt werden.

Claims

Strahllenkvorrichtung zum Verstellen eines Winkels eines Lichtstrahls, wobei die Strahllenkvorrichtung aufweist: einen ersten Strahllenkabschnitt, aufweisend: eine Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen zum Beugen des Lichtstrahls in einer in der Ebene liegenden Richtung, wobei ein Subapertur-Strahllenkelement ein brechendes Element umfasst, das kleiner ist als eine Größe des Lichtstrahls; und einen zweiten Strahllenkabschnitt, aufweisend: eine Sammlung von brechenden Offenblenden-Strahllenkelementen zum Brechen des Lichtstrahls in einer in der Ebene liegenden Richtung, wobei ein Offenblenden-Strahllenkelement ein brechendes Element umfasst, das größer ist als eine Größe des Lichtstrahls, und, wobei die Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen eine erste Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen aufweist zum Beugen des Lichtstrahls in einer ersten in der Ebene liegenden Richtung und eine zweite Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen zum Beugen des Lichtstrahls in einer zweiten in der Ebene liegenden Richtung; wobei die Sammlung von brechenden Offenblenden-Lenkelementen eine erste Sammlung von brechenden Offenblenden-Strahllenkelementen aufweist zum Brechen des Lichtstrahls in der ersten in der Ebene liegenden Richtung und eine zweite Sammlung von brechenden Offenblenden-Strahllenkelementen zum Brechen des Lichtstrahls in der zweiten in der Ebene liegenden Richtung, und wobei die erste Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen eine erste Reihe von Subapertur-Strahllenkelementen enthält, wobei ein individuelles der Subapertur-Strahllenkelemente in der ersten Reihe von Subapertur-Strahllenkelementen eine Teilung derart aufweist, dass ein Winkel des Subaperturabschnitts des Lichtstrahls, der durch das individuelle der Subapertur-Strahllenkelemente gebrochen wird, einem Winkel einer Beugungsordnung der ersten Reihe von Subapertur-Strahllenkelementen entspricht.
Strahllenkvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste in der Ebene liegende Richtung und die zweite in der Ebene liegende Richtung bezüglich eines Bisektors winkelmäßig gegenüberliegen.
Strahllenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die erste und zweite Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen jeweils mindestens eine Reihe von gleichschenkligen Dreiecken enthält, wobei jedes individuelle gleichschenklige Dreieck derart gekippt ist, dass eine Basis des gleichschenkligen Dreiecks ungefähr parallel zu einer Ausbreitungsrichtung eines entsprechenden Abschnitts des Lichtstrahls verläuft, um ein Komprimieren des entsprechenden Abschnitts des Lichtstrahls zu reduzieren.
Strahllenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen eine erste Reihe von brechenden Subaperturelementen mit geneigten Oberflächen enthält, angeordnet zum Bereitstellen einer beugenden Strahllenkung und einer Größenreduktion des Lichtstrahls entsprechend jedem brechenden Subaperturelement, und eine zweite Reihe von brechenden Subaperturelementen mit geneigten Oberflächen, angeordnet relativ zu den geneigten Oberflächen der ersten Reihe von brechenden Subaperturelementen, um eine weitere Strahllenkung und eine Größenzunahme des Lichtstrahls entsprechend jedem Subaperturelement bereitzustellen, um die Abnahme bei der Strahlgröße zu kompensieren, die durch die erste Reihe von brechenden Subaperturelementen bewirkt wird.
Strahllenkvorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, aufweisend: einen Wellenleiterkern, der geformt ist zum Leiten des Lichtstrahls entlang einer Länge eines Wellenleiters; und einen Mantel mit einem elektrooptischen Material, das zu einer Wechselwirkung mit einem Abschnitt des Lichtstrahls in der Lage ist; wobei mindestens einer des ersten oder zweiten Strahllenkabschnitts mindestens eine Elektrode aufweist, die geformt und angeordnet ist zum Verstellen eines Winkels des Lichtstrahls in einer in der Ebene liegenden Richtung durch Verstellen eines Brechungsindexes des elektrooptischen Materials.
Strahllenkvorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, aufweisend einen abklingenden Auskoppler zum Lenken des Lichtstrahls in einer außerhalb der Ebene liegenden Richtung.
Verfahren zum Lenken eines Lichtstrahls mit einem planaren Wellenleiter, wobei das Verfahren aufweist: Beugen von Subaperturabschnitten des Lichtstrahls in einer ersten in der Ebene liegenden Richtung unter Verwendung eines ersten Strahllenkabschnitts; Brechen des Lichtstrahls in der ersten in der Ebene liegenden Richtung unter Verwendung eines zweiten Strahllenkabschnitts; und das beugende Lenken des Lichtstrahls in der ersten in der Ebene liegenden Richtung und Reduzieren einer Größe des Lichtstrahls entsprechend jedem brechenden Subaperturelement in einer ersten Reihe von brechenden Subaperturelementen und weiter das beugende Lenken des Lichtstrahls in der ersten in der Ebene liegenden Richtung und Vergrößern der Größe des Lichtstrahls entsprechend jedem der mehreren brechenden Subaperturelemente, um die Abnahme bei der Strahlgröße zu kompensieren, die durch die erste Reihe von brechenden Subaperturelementen verursacht wird.
Verfahren nach Anspruch 7, aufweisend das Beugen von Subaperturabschnitten des Lichtstrahls in einer zweiten in der Ebene liegenden Richtung und Brechen des Lichtstrahls in der zweiten in der Ebene liegenden Richtung, wobei die erste in der Ebene liegende Richtung und die zweite in der Ebene liegende Richtung bezüglich eines Bisektors winkelmäßig gegenüberliegen.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, aufweisend das Brechen eines Subaperturabschnitts des Lichtstrahls entsprechend einem individuellen brechenden Subaperturelement unter einem Winkel entsprechend einem Winkel einer Beugungsordnung einer ersten Reihe einer ersten Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen.
Verfahren nach Anspruch 9, aufweisend das Beugen des Lichtstrahls in eine einer Menge von Beugungsordnungen der ersten Reihe der ersten Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen durch Anwenden einer Menge von diskreten Lenkspannungen an die erste Reihe von Subapertur-Strahllenkelementen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, aufweisend das Beugen des Lichtstrahls unter Verwendung mindestens einer Reihe von gekippten gleichschenkligen Dreiecken in einer ersten Sammlung von Subapertur-Strahllenkelementen, wobei jedes individuelle gleichschenklige Dreieck derart gekippt ist, dass eine Basis des gleichschenkligen Dreiecks ungefähr parallel zu einer Ausbreitungsrichtung eines entsprechenden Abschnitts des Lichtstrahls verläuft, um ein Komprimieren des entsprechenden Abschnitts des Lichtstrahls zu reduzieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, aufweisend: Leiten des Lichtstrahls entlang einer Länge eines Wellenleiters; und Verstellen eines Winkels des Lichtstrahls in einer in der Ebene liegenden Richtung durch Verstellen eines Brechungsindexes eines elektrooptischen Mantels, der mit einem Abschnitt des Lichtstrahls wechselwirkt.