JP2012163642A - Optical deflection element, laser device, and sensing device - Google Patents

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強 橋口
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孝一郎 中村
Atsushi Sakai
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Shuichi Suzuki
修一 鈴木
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical deflection element which can be easily miniaturized and with which a large deflection angle can be obtained.SOLUTION: A plurality of optical deflection units each containing a periodical polarization inversion structure that deflects incident light in an XY plane according to an applied voltage and a grating for deflecting the light transmitted through the periodical polarization inversion structure in a plane containing the travelling direction of the light and perpendicular to the XY plane are stacked in a direction perpendicular to the XY plane (Z axis direction). A groove period of each grating in the plurality of optical deflection units is different from each other. In this case, the miniaturized optical deflection element can emit light with a large deflection angle in two directions.

Description

本発明は、光偏向素子、レーザ装置及びセンシング装置に係り、さらに詳しくは、入射光を互いに交差する2つの面内で個別に偏向することができる光偏向素子、該光偏向素子を有するレーザ装置、該レーザ装置を備えるセンシング装置に関する。   The present invention relates to an optical deflection element, a laser device, and a sensing device. More specifically, the present invention relates to an optical deflection element capable of individually deflecting incident light in two planes intersecting each other, and a laser apparatus having the optical deflection element. The present invention relates to a sensing device including the laser device.

従来、光を偏向する光偏向器として、ガルバノミラー、ポリゴンミラー、音響光学素子及び電気光学素子などを使ったものが知られている。   Conventionally, as an optical deflector for deflecting light, one using a galvanometer mirror, a polygon mirror, an acoustooptic device, an electrooptic device, or the like is known.

ガルバノミラーを使った光偏向器は、高速での光走査が困難であるという不都合があった。   An optical deflector using a galvanometer mirror has the disadvantage that it is difficult to scan light at high speed.

ポリゴンミラーを使った光偏向器は、高速での光走査が可能で、偏向角を大きくとれるという利点があるが、機械的な部分を有するため、振動や光学系の大型化が避けられなかった。   An optical deflector using a polygon mirror is advantageous in that it can scan light at a high speed and has a large deflection angle. However, since it has a mechanical part, vibration and enlargement of the optical system are inevitable. .

それに対し、音響光学素子及び電気光学素子を使った光偏向器は、機械的な部分を有していないため、振動や大型化の問題は生じない。   On the other hand, an optical deflector using an acousto-optic element and an electro-optic element does not have a mechanical part, and thus does not have a problem of vibration or an increase in size.

例えば、特許文献1には、基板上に形成された薄膜光導波路における音響光学効果と熱光学効果を利用して光の進行方向を2次元的に制御する2次元光偏向器が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a two-dimensional optical deflector that two-dimensionally controls the traveling direction of light using an acousto-optic effect and a thermo-optic effect in a thin-film optical waveguide formed on a substrate. .

また、特許文献2には、基板上に形成された薄膜光導波路における音響光学効果、電気光学効果、及び熱光学効果を利用して光の進行方向を2次元的に制御する2次元光偏向器が開示されている。   Patent Document 2 discloses a two-dimensional optical deflector that two-dimensionally controls the traveling direction of light using an acousto-optic effect, an electro-optic effect, and a thermo-optic effect in a thin-film optical waveguide formed on a substrate. Is disclosed.

また、特許文献3には、電気光学効果を有する光導波路と出射用プリズムとを有し、光ビームを第1の方向、及び第1の方向と交差する第2の方向に偏向する光偏向素子が開示されている。   Patent Document 3 discloses an optical deflection element that includes an optical waveguide having an electro-optic effect and an output prism, and deflects a light beam in a first direction and a second direction that intersects the first direction. Is disclosed.

しかしながら、特許文献1及び特許文献2に開示されている2次元光偏向器では、光導波路面内とは異なる方向への偏向角、すなわち射出角の変化量が極めて小さいという不都合があった。   However, the two-dimensional optical deflectors disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 have the disadvantage that the amount of change in the deflection angle in a direction different from the plane of the optical waveguide, that is, the exit angle, is extremely small.

また、特許文献3に開示されている光偏向素子では、高価なプリズムが必要となり、高コスト化を招くという不都合があった。また、プリズムの位置合わせを高精度に行う必要があるため、調整作業に時間がかかるという不都合があった。さらに、素子の集積化に適していないため、小型化が困難であるという不都合があった。   In addition, the optical deflection element disclosed in Patent Document 3 requires an expensive prism, which has the disadvantage of increasing the cost. Further, since it is necessary to align the prism with high accuracy, there is a disadvantage that adjustment work takes time. Further, since it is not suitable for integration of elements, there is a disadvantage that it is difficult to reduce the size.

本発明はかかる事情の下になされたもので、その第1の目的は、小型化が容易で、2方向において大きな偏向角を得ることができる光偏向素子を提供することにある。   The present invention has been made under such circumstances, and a first object of the invention is to provide an optical deflection element that can be easily miniaturized and can obtain a large deflection angle in two directions.

また、本発明の第2の目的は、高コスト化を招くことなく、小型でレーザ光の射出角を2次元的に大きく変化させることができるレーザ装置を提供することにある。   A second object of the present invention is to provide a laser apparatus that is small and can greatly change the emission angle of laser light in a two-dimensional manner without causing an increase in cost.

また、本発明の第3の目的は、高コスト化を招くことなく、小型で広い範囲をセンシングすることができるセンシング装置を提供することにある。   A third object of the present invention is to provide a sensing device that is capable of sensing a small and wide range without incurring an increase in cost.

本発明は、第1の観点からすると、光入射部と、該光入射部を介した光を印加電圧に応じて第1の面内で偏向する第1の偏向部と、前記第1の偏向部を通過した光を該光の進行方向を含み前記第1の面に直交する第2の面内で偏向するグレーティングを含む第2の偏向部とを有する光偏向ユニットが、前記第1の面に直交する方向に複数積み重ねられ、該複数の光偏向ユニットにおける各グレーティングの溝周期が互いに異なる光偏向素子である。   From a first viewpoint, the present invention provides a light incident portion, a first deflection portion that deflects light via the light incident portion in a first plane according to an applied voltage, and the first deflection. A light deflecting unit including a second deflecting unit including a grating that deflects light that has passed through the second part within a second surface that includes a traveling direction of the light and is orthogonal to the first surface. A plurality of light deflection elements which are stacked in a direction orthogonal to each other and have different groove periods of the gratings in the plurality of light deflection units.

これによれば、小型化が容易で、2方向において大きな偏向角を得ることができる。   According to this, downsizing is easy and a large deflection angle can be obtained in two directions.

本発明は、第2の観点からすると、本発明の光偏向素子と、前記光偏向素子の複数の光偏向ユニットにそれぞれ入射される光を射出する複数のレーザ光源と、前記複数の光偏向ユニットの各第1の偏向部に印加する電圧を制御する電圧制御装置と、を備えるレーザ装置である。   According to a second aspect of the present invention, the light deflection element of the present invention, a plurality of laser light sources that emit light respectively incident on the plurality of light deflection units of the light deflection element, and the plurality of light deflection units And a voltage control device that controls a voltage applied to each first deflection unit.

これによれば、本発明の光偏向素子を備えているため、結果として、高コスト化を招くことなく、小型でレーザ光の射出角を2次元的に大きく変化させることができる。   According to this, since the optical deflecting element of the present invention is provided, as a result, the emission angle of the laser beam can be greatly changed two-dimensionally without increasing the cost.

本発明は、第3の観点からすると、本発明のレーザ装置と、前記レーザ装置から射出され、物体で反射された光を受光する受光器と、前記レーザ装置からの光の射出方向及び前記受光器の出力信号に基づいて、前記物体の位置情報を求める信号処理装置と、を備えるセンシング装置である。   According to a third aspect of the present invention, the laser device of the present invention, a light receiver that receives light emitted from the laser device and reflected by an object, the emission direction of the light from the laser device, and the light reception A signal processing device for obtaining position information of the object based on an output signal of the device.

これによれば、本発明のレーザ装置を備えているため、結果として、高コスト化を招くことなく、小型で広い範囲をセンシングすることができる。   According to this, since the laser device of the present invention is provided, as a result, it is possible to sense a small and wide range without increasing the cost.

本発明の一実施形態に係るレーザレーダを搭載した車両の外観図である。1 is an external view of a vehicle equipped with a laser radar according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る前方監視装置の構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of the front monitoring apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. レーザレーダの構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of a laser radar. 図3における光源装置の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the light source device in FIG. 図3における光偏向素子の構成を説明するための図(その1)である。FIG. 4 is a diagram (No. 1) for describing a configuration of an optical deflection element in FIG. 3; 図3における光偏向素子の構成を説明するための図(その2)である。FIG. 4 is a (second) diagram for explaining the configuration of the optical deflection element in FIG. 3; 光偏向ユニットの構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of an optical deflection | deviation unit. コア層における周期分極反転構造体及びグレーティングを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the periodic polarization inversion structure body and grating in a core layer. 図9(A)〜図9(D)は、それぞれ、光偏向ユニットの作成方法を説明するための図(その1)である。FIG. 9A to FIG. 9D are views (No. 1) for describing a method of creating an optical deflection unit, respectively. 図10(A)〜図10(C)は、それぞれ、光偏向ユニットの作成方法を説明するための図(その2)である。FIG. 10A to FIG. 10C are views (No. 2) for describing a method of creating an optical deflection unit, respectively. 図11(A)〜図11(C)は、それぞれ、光偏向ユニットの作成方法を説明するための図(その3)である。FIG. 11A to FIG. 11C are views (No. 3) for describing a method of creating an optical deflection unit, respectively. 図12(A)〜図12(C)は、それぞれ、光偏向ユニットの作成方法を説明するための図(その4)である。FIGS. 12A to 12C are views (No. 4) for describing the method of creating the optical deflection unit, respectively. 図13(A)〜図13(C)は、それぞれ、光偏向ユニットの作成方法を説明するための図(その5)である。FIGS. 13A to 13C are views (No. 5) for describing a method of creating the optical deflection unit, respectively. 3つの光偏向ユニットの積み重ねを説明するための図である。It is a figure for demonstrating stacking of three light deflection | deviation units. 3つの光偏向ユニットに入射する光束を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the light beam which injects into three light deflection | deviation units. 電圧制御装置からの電圧の印加を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the application of the voltage from a voltage control apparatus. 図17(A)及び図17(B)は、それぞれ、XY平面内での光束の偏向を説明するための図であり、図17(C)は、XY平面内での光束の偏向角を説明するための図である。17A and 17B are diagrams for explaining the deflection of the light beam in the XY plane, and FIG. 17C explains the deflection angle of the light beam in the XY plane. It is a figure for doing. 各グレーティングによる偏向を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the deflection | deviation by each grating. センシング制御装置による各半導体レーザの駆動制御を説明するための図である。It is a figure for demonstrating drive control of each semiconductor laser by a sensing control apparatus. 光偏向素子から射出される各光束の偏向面を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the deflection surface of each light beam inject | emitted from an optical deflection | deviation element. 電圧が印加されていないときの、XY面内での各光束の光路を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the optical path of each light beam in XY plane when the voltage is not applied. 3つの光偏向ユニットがY軸方向に配置されているときに、3つの光偏向ユニットから射出される各光束の光路を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the optical path of each light beam inject | emitted from three light deflection units, when three light deflection units are arrange | positioned at the Y-axis direction. 音声・警報発生装置の構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of an audio | voice / alarm generator. 光源装置の変形例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the modification of a light source device. 受光器の変形例1を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the modification 1 of a light receiver. 受光器の変形例2を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the modification 2 of a light receiver. 受光器の変形例3を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the modification 3 of a light receiver. コア層の入射側にもグレーティングが形成されている例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the example in which the grating is formed also in the incident side of the core layer. 図28に対応する光源装置の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the light source device corresponding to FIG.

以下、本発明の一実施形態を図1〜図23に基づいて説明する。図1には、一実施形態に係るセンシング装置としての車載用のレーザレーダ20を搭載した車両1の外観が示されている。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows an appearance of a vehicle 1 equipped with a vehicle-mounted laser radar 20 as a sensing device according to an embodiment.

レーザレーダ20は、一例として、車両1の前方のナンバープレート近傍に取り付けられている。なお、本明細書では、XYZ3次元直交座標系において、重力方向をZ軸方向、車両1の前進方向を+X方向として説明する。   As an example, the laser radar 20 is attached in the vicinity of a license plate in front of the vehicle 1. In the present specification, in the XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system, the gravity direction is described as the Z-axis direction, and the forward direction of the vehicle 1 is described as the + X direction.

車両1の車内には、一例として図2に示されるように、表示装置30、主制御装置40、メモリ50、及び音声・警報発生装置60などを備えている。これらは、バス70を介して電気的に接続されている。   As shown in FIG. 2 as an example, the vehicle 1 includes a display device 30, a main control device 40, a memory 50, a sound / alarm generating device 60, and the like. These are electrically connected via a bus 70.

ここでは、レーザレーダ20、表示装置30、主制御装置40、メモリ50、及び音声・警報発生装置60によって、前方監視装置10が構成されている。   Here, the forward monitoring device 10 is configured by the laser radar 20, the display device 30, the main control device 40, the memory 50, and the sound / alarm generating device 60.

レーザレーダ20は、一例として図3に示されるように、光源装置220、電圧制御装置230、光偏向素子240、センシング制御装置300、及び受光器350などを有している。   As shown in FIG. 3 as an example, the laser radar 20 includes a light source device 220, a voltage control device 230, a light deflection element 240, a sensing control device 300, a light receiver 350, and the like.

ここでは、光源装置220は、一例として図4に示されるように、3つの半導体レーザ(221a、221b、221c)、3つのカップリングレンズ(223a、223b、223c)、集光レンズ225、及びシリンドリカルレンズ227を有している。   Here, as shown in FIG. 4 as an example, the light source device 220 includes three semiconductor lasers (221a, 221b, 221c), three coupling lenses (223a, 223b, 223c), a condensing lens 225, and a cylindrical lens. A lens 227 is provided.

各半導体レーザは、波長が650nmのレーザ光を+X方向に射出する。   Each semiconductor laser emits laser light having a wavelength of 650 nm in the + X direction.

カップリングレンズ223aは、半導体レーザ221aから射出された光束の光路上に配置され、該光束を略平行光とする。   The coupling lens 223a is disposed on the optical path of the light beam emitted from the semiconductor laser 221a, and makes the light beam substantially parallel light.

カップリングレンズ223bは、半導体レーザ221bから射出された光束の光路上に配置され、該光束を略平行光とする。   The coupling lens 223b is disposed on the optical path of the light beam emitted from the semiconductor laser 221b, and makes the light beam substantially parallel light.

カップリングレンズ223cは、半導体レーザ221cから射出された光束の光路上に配置され、該光束を略平行光とする。   The coupling lens 223c is disposed on the optical path of the light beam emitted from the semiconductor laser 221c, and makes the light beam substantially parallel light.

以下では、便宜上、半導体レーザ221aから射出された光束を「光束LBa」、半導体レーザ221bから射出された光束を「光束LBb」、半導体レーザ221cから射出された光束を「光束LBc」という。   Hereinafter, for convenience, the light beam emitted from the semiconductor laser 221a is referred to as “light beam LBa”, the light beam emitted from the semiconductor laser 221b is referred to as “light beam LBb”, and the light beam emitted from the semiconductor laser 221c is referred to as “light beam LBc”.

集光レンズ225は、カップリングレンズ223aを介した光束LBa、カップリングレンズ223bを介した光束LBb、カップリングレンズ223cを介した光束LBcの光路上に配置されている。   The condenser lens 225 is disposed on the optical path of the light beam LBa via the coupling lens 223a, the light beam LBb via the coupling lens 223b, and the light beam LBc via the coupling lens 223c.

シリンドリカルレンズ227は、集光レンズ225の+X側に配置され、Z軸方向に関して、集光レンズ225を介した光束LBa、光束LBb及び光束LBcを集束する。   The cylindrical lens 227 is disposed on the + X side of the condenser lens 225, and focuses the light beam LBa, the light beam LBb, and the light beam LBc via the condenser lens 225 in the Z-axis direction.

図3に戻り、光偏向素子240は、光源装置220の+X側に配置されている。   Returning to FIG. 3, the light deflection element 240 is arranged on the + X side of the light source device 220.

この光偏向素子240は、一例として図5及び図6に示されるように、3つの光偏向ユニット(240a、240b、240c)を有している。各光偏向ユニットは、X軸方向の寸法(長さ)が異なっている。ここでは、光偏向ユニット240aの長さLa>光偏向ユニット240bの長さLb>光偏向ユニット240cの長さLcとなるように設定されている。   As shown in FIG. 5 and FIG. 6 as an example, the light deflection element 240 has three light deflection units (240a, 240b, 240c). Each light deflection unit has a different dimension (length) in the X-axis direction. Here, the length La of the light deflection unit 240a> the length Lb of the light deflection unit 240b> the length Lc of the light deflection unit 240c is set.

3つの光偏向ユニット(240a、240b、240c)は、+Z方向に、光偏向ユニット240a、光偏向ユニット240b、光偏向ユニット240cの順で積層されている。そして、X軸方向に関して、各光偏向ユニットの−X側の端部の位置は、略一致している。   The three light deflection units (240a, 240b, 240c) are stacked in the + Z direction in the order of the light deflection unit 240a, the light deflection unit 240b, and the light deflection unit 240c. The positions of the end portions on the −X side of the respective light deflection units are substantially the same with respect to the X-axis direction.

3つの光偏向ユニット(240a、240b、240c)は、それぞれ同様な構成を有している。そこで、3つの光偏向ユニット(240a、240b、240c)を区別する必要がないときは、それらを総称して光偏向ユニット240xという。   The three light deflection units (240a, 240b, 240c) have the same configuration. Therefore, when it is not necessary to distinguish the three light deflection units (240a, 240b, 240c), they are collectively referred to as the light deflection unit 240x.

光偏向ユニット240xは、一例として図7に示されるように、基板241、接着剤242、下部電極243、下部クラッド層244、コア層245、上部クラッド層246、及び上部電極247などから構成されている。   As shown in FIG. 7 as an example, the optical deflection unit 240x includes a substrate 241, an adhesive 242, a lower electrode 243, a lower cladding layer 244, a core layer 245, an upper cladding layer 246, an upper electrode 247, and the like. Yes.

コア層245は、MgOが添加されたニオブ酸リチウム(LiNbO)結晶の厚さが約10μmの板状部材である。 The core layer 245 is a plate-like member having a thickness of about 10 μm of lithium niobate (LiNbO 3 ) crystal to which MgO is added.

このコア層245は、一例として図8に示されるように、+X側の端部近傍に、複数の溝が円弧状に形成されているグレーティング260を有している。該グレーティング260における凹部の幅と凸部の幅は同じである。また、凹部の深さは、50nmである。3つの光偏向ユニット(240a、240b、240c)では、グレーティング260の溝周期が互いに異なっている。ここでは、光偏向ユニット240aでのグレーティング260の溝周期Λa>光偏向ユニット240bでのグレーティング260の溝周期Λb>光偏向ユニット240cでのグレーティング260の溝周期Λcとなるように設定されている。   As an example, as shown in FIG. 8, the core layer 245 includes a grating 260 in which a plurality of grooves are formed in an arc shape in the vicinity of the end on the + X side. In the grating 260, the width of the concave portion and the width of the convex portion are the same. The depth of the recess is 50 nm. In the three light deflection units (240a, 240b, 240c), the groove periods of the grating 260 are different from each other. Here, the groove period Λa of the grating 260 in the light deflection unit 240a> the groove period Λb of the grating 260 in the light deflection unit 240b> the groove period Λc of the grating 260 in the light deflection unit 240c is set.

また、コア層245は、X軸方向に関して、−X側端部からグレーティング260近傍にかけて周期分極反転構造体250を有している。   Further, the core layer 245 has a periodically poled structure 250 from the −X side end portion to the vicinity of the grating 260 in the X-axis direction.

周期分極反転構造体250では、自発分極の方向が互いに反対である2つの領域(250a、250b)が、XY断面において互いに反対形状のプリズム状に形成されている。   In the periodically poled structure 250, two regions (250a, 250b) in which the directions of spontaneous polarization are opposite to each other are formed in prism shapes having opposite shapes in the XY cross section.

図7に戻り、上部クラッド層246は、厚さ1μmのTaOの層であり、コア層245における周期分極反転構造体250の+Z側に形成されている。 Returning to FIG. 7, the upper cladding layer 246 is a TaO 5 layer having a thickness of 1 μm, and is formed on the + Z side of the periodically poled structure 250 in the core layer 245.

下部クラッド層244は、厚さ1μmのTaOの層であり、コア層245の−Z側に形成されている。 The lower cladding layer 244 is a TaO 5 layer having a thickness of 1 μm, and is formed on the −Z side of the core layer 245.

上部電極247は、厚さ200nmのTi(チタン)の層であり、上部クラッド層246の+Z側に形成されている。   The upper electrode 247 is a Ti (titanium) layer having a thickness of 200 nm, and is formed on the + Z side of the upper cladding layer 246.

下部電極243は、厚さ200nmのTi(チタン)の層であり、下部クラッド層244の−Z側に形成されている。   The lower electrode 243 is a Ti (titanium) layer having a thickness of 200 nm, and is formed on the −Z side of the lower cladding layer 244.

基板241は、ニオブ酸リチウム(LiNbO)の基板である。この基板241は、接着剤242によって、下部電極243と接着されている。 The substrate 241 is a lithium niobate (LiNbO 3 ) substrate. The substrate 241 is bonded to the lower electrode 243 with an adhesive 242.

ここでは、コア層245及び基板241に同じ材料を用いているため、熱膨張の影響(はく離)を低減させることができる。   Here, since the same material is used for the core layer 245 and the substrate 241, the influence (separation) of thermal expansion can be reduced.

次に、この光偏向ユニット240xの作成方法について、簡単に説明する。   Next, a method for creating the light deflection unit 240x will be briefly described.

(1)周期分極反転構造体250を有するコア層245を準備する(図9(A)〜図9(C)参照)。なお、図9(C)は、図9(B)のA−A断面図である。 (1) A core layer 245 having a periodically poled structure 250 is prepared (see FIGS. 9A to 9C). Note that FIG. 9C is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.

(2)コア層245の+Z側の面に、下部クラッド層244を成膜する(図9(D)参照)。 (2) A lower cladding layer 244 is formed on the surface of the core layer 245 on the + Z side (see FIG. 9D).

(3)下部クラッド層244の表面に、下部電極243を成膜する(図10(A)参照)。なお、ここで下部電極243が成膜されたものを、以下では、便宜上、「一次積層体」という。 (3) A lower electrode 243 is formed on the surface of the lower cladding layer 244 (see FIG. 10A). In the following description, the film in which the lower electrode 243 is formed is referred to as a “primary stacked body” for convenience.

(4)基板241を準備し、該基板241の表面に接着剤242を塗布する(図10(B)参照)。 (4) A substrate 241 is prepared, and an adhesive 242 is applied to the surface of the substrate 241 (see FIG. 10B).

(5)該接着剤242の上に、上記一次積層体を上下反転し、その下部電極243を下にして載置する(図10(C)参照)。なお、基板241と一次積層体とが接着剤242によって接合されたものを、以下では、便宜上、「二次積層体」という。 (5) The primary laminate is turned upside down on the adhesive 242 and placed with the lower electrode 243 facing down (see FIG. 10C). In addition, what the board | substrate 241 and the primary laminated body were joined by the adhesive agent 242 is called "secondary laminated body" for convenience below.

(6)接着剤242が硬化すると、上記二次積層体を上下反転させ、コア層245の他側の面を下にする(図11(A)参照)。 (6) When the adhesive 242 is cured, the secondary laminated body is turned upside down, and the other surface of the core layer 245 is turned down (see FIG. 11A).

(7)二次積層体におけるコア層245の他側の面を研磨し、コア層245の厚さを約10μmとする(図11(B)参照)。 (7) The other surface of the core layer 245 in the secondary laminated body is polished so that the thickness of the core layer 245 is about 10 μm (see FIG. 11B).

(8)二次積層体を上下反転させ、コア層245の他側の面にフォトレジシトPRを塗布する(図11(C)参照)。 (8) The secondary laminated body is turned upside down and the photoresist PR is applied to the other surface of the core layer 245 (see FIG. 11C).

(9)電子線描画装置を用いて、フォトレジシトPR上にグレーティング用のパターンを描画する。このとき、光偏向ユニット240aのときは溝周期がΛaとなるようにパターンが描画され、光偏向ユニット240bのときは溝周期がΛbとなるようにパターンが描画され、光偏向ユニット240cのときは溝周期がΛcとなるようにパターンが描画される。具体的には、Λa=500nm、Λb=420nm、Λc=350nm、とした。なお、露光装置を用いて、グレーティング用のパターンをフォトレジシトPR表面に転写しても良い。 (9) A grating pattern is drawn on the photoresist PR using an electron beam drawing apparatus. At this time, in the case of the optical deflection unit 240a, a pattern is drawn so that the groove period is Λa, in the case of the optical deflection unit 240b, a pattern is drawn so that the groove period is Λb, and in the case of the light deflection unit 240c, A pattern is drawn so that the groove period is Λc. Specifically, Λa = 500 nm, Λb = 420 nm, and Λc = 350 nm. Note that a grating pattern may be transferred to the surface of the photoresist PR using an exposure apparatus.

(10)フォトレジシトPRに対して所定の処理を行い、エッチングマスクとする(図12(A)参照)。なお、ここでは、レジストパターンをエッチングマスクとしているが、これに限定されるものではなく、例えば、レジストパターンに金属を蒸着し、リフトオフによって金属パターンを形成し、該金属パターンをエッチングマスクとしても良い。 (10) A predetermined process is performed on the photoresist PR to form an etching mask (see FIG. 12A). Here, the resist pattern is used as an etching mask. However, the present invention is not limited to this. For example, metal may be deposited on the resist pattern, the metal pattern may be formed by lift-off, and the metal pattern may be used as the etching mask. .

(11)エッチングマスクを介して、コア層245の他側の面をドライエッチングする(図12(B)参照)。 (11) The other surface of the core layer 245 is dry-etched through the etching mask (see FIG. 12B).

(12)エッチングマスクを除去する(図12(C)参照)。これにより、グレーティング260が形成される。 (12) The etching mask is removed (see FIG. 12C). Thereby, the grating 260 is formed.

(13)コア層245の他側の面におけるグレーティング260を除く部分に、上部クラッド層246を成膜する(図13(A)参照)。 (13) An upper clad layer 246 is formed on a portion of the other surface of the core layer 245 excluding the grating 260 (see FIG. 13A).

(14)上部クラッド層246の表面に、上部電極247を成膜する(図13(B)及び図13(C)参照)。これにより、光偏向ユニット240xとなる。 (14) The upper electrode 247 is formed on the surface of the upper cladding layer 246 (see FIGS. 13B and 13C). Thereby, the light deflection unit 240x is obtained.

そして、このようにして個別に作成された3つの光偏向ユニット(240a、240b、240c)を、一例として図14に示されるように接着剤で接着し、光偏向素子240とする。   Then, the three light deflection units (240a, 240b, 240c) individually created in this way are bonded with an adhesive as shown in FIG.

光偏向素子240は、光源装置220から射出された光束LBaが光偏向ユニット240aのコア層245に入射され、光束LBbが光偏向ユニット240bのコア層245に入射され、光束LBcが光偏向ユニット240cのコア層245に入射されるように位置決めされている(図15参照)。すなわち、各コア層245が光導波路である。   In the light deflection element 240, the light beam LBa emitted from the light source device 220 is incident on the core layer 245 of the light deflection unit 240a, the light beam LBb is incident on the core layer 245 of the light deflection unit 240b, and the light beam LBc is incident on the light deflection unit 240c. It is positioned so as to be incident on the core layer 245 (see FIG. 15). That is, each core layer 245 is an optical waveguide.

電圧制御装置230は、センシング制御装置300の指示に基づいて、各光偏向ユニットの上部電極247に個別に電圧を印加する(図16参照)。なお、各光偏向ユニットの下部電極243は、それぞれグラウンド接続されている。   The voltage control device 230 individually applies a voltage to the upper electrode 247 of each light deflection unit based on an instruction from the sensing control device 300 (see FIG. 16). The lower electrode 243 of each light deflection unit is grounded.

各光偏向ユニットの上部電極247に電圧が印加されると、周期分極反転構造体250における領域250aと領域250bとの間に屈折率差が生じる。この屈折率差Δnは、次の(1)式で示される。ここで、rはポッケルス定数、nはコア層245の材料の屈折率、dはコア層245の厚さ、Vは印加電圧である。   When a voltage is applied to the upper electrode 247 of each light deflection unit, a refractive index difference is generated between the region 250a and the region 250b in the periodically poled structure 250. This refractive index difference Δn is expressed by the following equation (1). Here, r is the Pockels constant, n is the refractive index of the material of the core layer 245, d is the thickness of the core layer 245, and V is the applied voltage.

Δn=−1/2・r・n・V/d ……(1) Δn = −1 / 2 · r · n 3 · V / d (1)

そこで、コア層245に光源装置220からの光束が入射しているときに、電圧制御装置230から上部電極247に電圧が印加されると、光束は印加電圧に応じてXY平面内で偏向される。   Therefore, when a voltage is applied from the voltage control device 230 to the upper electrode 247 while the light beam from the light source device 220 is incident on the core layer 245, the light beam is deflected in the XY plane according to the applied voltage. .

例えば、V=+150[V]のときは、一例として図17(A)に示されるように、光束は+Y側に偏向される。   For example, when V = + 150 [V], the light beam is deflected to the + Y side as shown in FIG. 17A as an example.

また、V=−150[V]のときは、一例として図17(B)に示されるように、光束は−Y側に偏向される。   Further, when V = −150 [V], the light beam is deflected to the −Y side as shown in FIG. 17B as an example.

このように、例えば、上部電極247に−150[V]〜+150[V]の電圧を印加すると、XY平面内において、偏向角(ふれ角)θx=10°で光束を偏向することができる(図17(C)参照)。なお、波長が異なることによるXY平面内での偏向方向の違いは、本実施形態で使用する波長の差異ではほとんどない。   Thus, for example, when a voltage of −150 [V] to +150 [V] is applied to the upper electrode 247, the light beam can be deflected at a deflection angle (deflection angle) θx = 10 ° in the XY plane ( FIG. 17C). Note that the difference in the deflection direction in the XY plane due to the difference in wavelength is hardly the difference in wavelength used in this embodiment.

周期分極反転構造体250を通過した光束は、グレーティング260によって、該光束の進行方向を含みXY面に直交する面内で偏向される。このときのZ軸方向に対する角度θzは、次の(2)式で示される。ここで、n(a)はグレーティング260の周辺(ここでは、空気)の屈折率、Nはコア層245の実効屈折率、qは回折の次数、λは光束の波長、Λはグレーティング260の溝周期である。   The light beam that has passed through the periodically poled structure 250 is deflected by the grating 260 in a plane that includes the traveling direction of the light beam and that is orthogonal to the XY plane. The angle θz with respect to the Z-axis direction at this time is expressed by the following equation (2). Here, n (a) is the refractive index around the grating 260 (here, air), N is the effective refractive index of the core layer 245, q is the order of diffraction, λ is the wavelength of the light beam, and Λ is the groove of the grating 260. It is a period.

n(a)・sinθz=N+q・λ/Λ ……(2)   n (a) · sin θz = N + q · λ / Λ (2)

例えば、λ=650nm、N=2.2、q=−1とすると、Λ=500nmでは、θz=64°、Λ=420nmでは、θz=41°、Λ=350nmでは、θz=20°となる。   For example, when λ = 650 nm, N = 2.2, and q = −1, θz = 64 ° when Λ = 500 nm, θz = 41 ° when Λ = 420 nm, and θz = 20 ° when Λ = 350 nm. .

すなわち、Y軸方向からみたとき、光偏向ユニット240aに入射した光束LBaは、YZ面に対して+X側に64°(図18におけるθa)傾斜した方向に射出される。また、光偏向ユニット240bに入射した光束LBbは、YZ面に対して+X側に41°(図18におけるθb)傾斜した方向に射出される。さらに、光偏向ユニット240cに入射した光束LBcは、YZ面に対して+X側に20°(図18におけるθc)傾斜した方向に射出される。従って、XZ平面内での偏向角(ふれ角)は44°(=64°−20°)である。   That is, when viewed from the Y-axis direction, the light beam LBa incident on the light deflection unit 240a is emitted in a direction inclined by 64 ° (θa in FIG. 18) on the + X side with respect to the YZ plane. Further, the light beam LBb incident on the light deflection unit 240b is emitted in a direction inclined by 41 ° (θb in FIG. 18) on the + X side with respect to the YZ plane. Further, the light beam LBc incident on the light deflection unit 240c is emitted in a direction inclined by 20 ° (θc in FIG. 18) on the + X side with respect to the YZ plane. Therefore, the deflection angle (deflection angle) in the XZ plane is 44 ° (= 64 ° −20 °).

センシング制御装置300は、光源装置220の3つの半導体レーザ(221a、221b、221c)が順に点灯するように、それぞれの駆動信号を制御する(図19参照)。同時に、センシング制御装置300は、各半導体レーザの点灯タイミング及び消灯タイミングに関する情報(タイミング情報)を、電圧制御装置230に通知する。   The sensing control device 300 controls each drive signal so that the three semiconductor lasers (221a, 221b, 221c) of the light source device 220 are sequentially turned on (see FIG. 19). At the same time, the sensing control device 300 notifies the voltage control device 230 of information (timing information) regarding the lighting timing and extinguishing timing of each semiconductor laser.

電圧制御装置230は、上記タイミング情報に基づいて、印加電圧Vを制御する。ここでは、各半導体レーザについて、該半導体レーザが点灯している時間内に印加電圧Vを−150[V]→+150[V]あるいは+150[V]→−150[V]に変化させる。これにより、光偏向素子240から射出される光束を、XY平面内では偏向角(ふれ角)10°で、XZ平面内では偏向角(ふれ角)44°で、2次元的に偏向することができる(図20参照)。   The voltage control device 230 controls the applied voltage V based on the timing information. Here, for each semiconductor laser, the applied voltage V is changed from −150 [V] → + 150 [V] or +150 [V] → −150 [V] within the time when the semiconductor laser is turned on. As a result, the light beam emitted from the optical deflection element 240 can be deflected two-dimensionally at a deflection angle (fluff angle) of 10 ° in the XY plane and at a deflection angle (fluff angle) of 44 ° in the XZ plane. Yes (see FIG. 20).

そこで、光偏向素子240は、車両1の前方における広い領域に光束を射出することができる。   Thus, the light deflection element 240 can emit a light beam in a wide area in front of the vehicle 1.

ところで、電圧制御装置230から上部電極247に電圧が印加されていないときに、図21に示されるように、Z軸方向からみたとき、各光偏向ユニットから射出された光束の光路が略一致するように、3つの光偏向ユニットを積層する際に調整されている。この場合、コア層245内での偏向の中心が各光偏向ユニット間で一致しているため、各上部電極247に印加される電圧を同じにすれば、各光偏向ユニットから射出される光束のY軸方向に関する位置を一致させることができる。   By the way, when no voltage is applied from the voltage control device 230 to the upper electrode 247, as shown in FIG. 21, the optical paths of the light beams emitted from the respective light deflection units substantially coincide with each other when viewed from the Z-axis direction. As described above, adjustment is made when three light deflection units are stacked. In this case, since the centers of deflection in the core layer 245 coincide between the respective light deflection units, if the same voltage is applied to each upper electrode 247, the light flux emitted from each light deflection unit is The positions in the Y axis direction can be matched.

仮に、図22に示されるように、3つの光偏向ユニットをY軸方向に沿って配置した場合には、光偏向ユニット間でY軸方向に関する射出位置が異なるため、各光偏向ユニットから射出される光束のY軸方向に関する位置合わせが難しくなり、また投射距離により調整が必要になる。   As shown in FIG. 22, when three light deflection units are arranged along the Y-axis direction, the emission positions in the Y-axis direction are different among the light deflection units. Alignment of the luminous flux in the Y-axis direction becomes difficult, and adjustment is necessary depending on the projection distance.

また、本実施形態では、3つの光偏向ユニットを重ね合わせているため、光偏向素子の占有面積を小さくすることができ、レーザレーダ20の小型化に好適である。これは、光偏向素子における光偏向ユニットの数が増えるほど効果が高くなる。   In the present embodiment, since the three light deflection units are superposed, the area occupied by the light deflection element can be reduced, which is suitable for downsizing of the laser radar 20. This becomes more effective as the number of light deflection units in the light deflection element increases.

受光器350は、光偏向素子240から射出され、車両1の前方にある物体(例えば、他の車両)で反射された光束を受光する。受光器350は、受光量に応じた信号(光電変換信号)を生成し、センシング制御装置300に出力する。   The light receiver 350 receives a light beam emitted from the light deflection element 240 and reflected by an object (for example, another vehicle) in front of the vehicle 1. The light receiver 350 generates a signal (photoelectric conversion signal) corresponding to the amount of received light, and outputs the signal to the sensing control device 300.

センシング制御装置300は、そのときに点灯している半導体レーザ及びそのときの印加電圧Vから光束の射出方向を求め、該射出方向と受光器350からの信号とに基づいて、物体の大きさ、車両1に対する物体の位置などを求める。ここで得られたデータは、時間情報とともに監視データとしてメモリ50に格納される。   The sensing control device 300 obtains the emission direction of the light flux from the semiconductor laser that is lit at that time and the applied voltage V at that time, and based on the emission direction and the signal from the light receiver 350, the size of the object, The position of the object with respect to the vehicle 1 is obtained. The data obtained here is stored in the memory 50 as monitoring data together with time information.

主制御装置40は、メモリ50に格納されている監視データに基づいて、車両1の前方に物体があるか否か、物体があるときにその物体が移動しているか否か、該物体が移動しているときにはその移動方向及び移動速度を求める。そして、その情報を表示装置30に表示する。   Based on the monitoring data stored in memory 50, main controller 40 determines whether there is an object ahead of vehicle 1, whether the object is moving when there is an object, and whether the object is moving. When it is, the moving direction and moving speed are obtained. Then, the information is displayed on the display device 30.

また、主制御装置40は、危険があると判断すると、音声・警報発生装置60にアラーム情報を出力する。   Further, when determining that there is a danger, main controller 40 outputs alarm information to voice / alarm generator 60.

音声・警報発生装置60は、一例として図23に示されるように、音声合成装置61、警報信号生成装置62及びスピーカ63などを有している。   As shown in FIG. 23 as an example, the voice / alarm generator 60 includes a voice synthesizer 61, an alarm signal generator 62, a speaker 63, and the like.

音声合成装置61は、複数の音声データを有しており、主制御装置40からアラーム情報を受け取ると、対応する音声データを選択し、スピーカ63に出力する。   The voice synthesizer 61 has a plurality of voice data, and when alarm information is received from the main controller 40, the corresponding voice data is selected and output to the speaker 63.

警報信号生成装置62は、主制御装置40からアラーム情報を受け取ると、対応する警報信号を生成し、スピーカ63に出力する。   When the alarm signal generator 62 receives alarm information from the main controller 40, the alarm signal generator 62 generates a corresponding alarm signal and outputs it to the speaker 63.

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る前方監視装置10によって、本発明のセンシング装置が構成されている。そして、センシング制御装置300によって、本発明のセンシング装置における信号処理装置が構成されている。また、主制御装置40と音声・警報発生装置60とによって、本発明のセンシング装置における監視制御装置が構成されている。   As apparent from the above description, the sensing device of the present invention is configured by the forward monitoring device 10 according to the present embodiment. The sensing control device 300 constitutes a signal processing device in the sensing device of the present invention. The main control device 40 and the sound / alarm generating device 60 constitute a monitoring control device in the sensing device of the present invention.

また、光源装置220、電圧制御装置230、光偏向素子240、及びセンシング制御装置300によって、本発明のレーダ装置が構成されている。そして、センシング制御装置300によって、本発明のレーダ装置における光源制御装置が構成されている。   Further, the light source device 220, the voltage control device 230, the light deflection element 240, and the sensing control device 300 constitute a radar device of the present invention. The sensing control device 300 constitutes a light source control device in the radar device of the present invention.

以上説明したように、本実施形態に係る光偏向素子240によると、入射された光を、印加電圧に応じてXY面内(第1の面内)で偏向する周期分極反転構造体250(第1の偏向部)、及び周期分極反転構造体250を通過した光を該光の進行方向を含みXY面に直交する面内(第2の面内)で偏向するグレーティング260(第2の偏向部)を有する光偏向ユニットが、XY面に直交する方向(Z軸方向)に複数積み重ねられている。そして、該複数の光偏向ユニットにおけるグレーティング260の溝周期は、互いに異なっている。   As described above, according to the light deflection element 240 according to the present embodiment, the periodically poled structure 250 (first polarization) that deflects the incident light in the XY plane (in the first plane) according to the applied voltage. 1) and a grating 260 (second deflection unit) that deflects light that has passed through the periodically poled structure 250 within a plane (second plane) that includes the traveling direction of the light and is orthogonal to the XY plane. ) Are stacked in a direction perpendicular to the XY plane (Z-axis direction). The groove periods of the grating 260 in the plurality of light deflection units are different from each other.

この場合は、小型で、2方向において大きな偏向角で光を射出することができる。また、MgOが添加されたニオブ酸リチウム(LiNbO)結晶の板状部材であるコア層245に周期分極反転構造体250とグレーティング260を設けることが容易にできる。すなわち、集積化が容易で、光導波路面に交差する面内で大きな偏向角を得ることができる。 In this case, it is small and can emit light with a large deflection angle in two directions. Further, the periodically poled structure 250 and the grating 260 can be easily provided on the core layer 245 which is a plate member of lithium niobate (LiNbO 3 ) crystal to which MgO is added. That is, integration is easy and a large deflection angle can be obtained in a plane intersecting the optical waveguide surface.

また、周期分極反転構造体250を有するコア層245に、グレーティング260が形成されているため、周期分極反転構造体250とグレーティング260の位置合わせが不要である。   In addition, since the grating 260 is formed in the core layer 245 having the periodically poled structure 250, alignment between the periodically poled structure 250 and the grating 260 is not necessary.

また、特許文献2(特開昭58−130327号公報)と異なり、光をXZ面内で偏向させるのに、外部から電力を供給する必要はない。すなわち、低消費電力で光を2次元的に偏向することができる。   Unlike Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 58-130327), it is not necessary to supply electric power from the outside in order to deflect light in the XZ plane. That is, light can be deflected two-dimensionally with low power consumption.

また、光偏向素子240からの射出角は、点灯させる光源を切り替えることにより変更することができるため、非常に高速で光偏向素子240からの射出角を制御することができる。   Further, since the emission angle from the light deflection element 240 can be changed by switching the light source to be turned on, the emission angle from the light deflection element 240 can be controlled at a very high speed.

また、電圧制御装置230からの印加電圧と点灯させる光源を指定することにより、光偏向素子240から射出される光の射出方向を非常に高速で任意の方向に向けることができる。   In addition, by designating the applied voltage from the voltage control device 230 and the light source to be lit, the emission direction of the light emitted from the light deflection element 240 can be directed to an arbitrary direction at a very high speed.

また、電圧制御装置230からの印加電圧と点灯させる光源を制御することにより、指定された範囲内に光を射出することができる。   Further, by controlling the applied voltage from the voltage control device 230 and the light source to be lit, light can be emitted within a specified range.

また、本実施形態に係る前方監視装置10によると、3つの半導体レーザ(221a、221b、221c)を有する光源装置220と、該光源装置220からの光が入射される光偏向素子240と、該光偏向素子240の各上部電極247に印加する電圧を個別に制御する電圧制御装置230とを備えている。そこで、小型でレーザ光の射出角を2次元的に大きく変化させることができる。   Further, according to the front monitoring apparatus 10 according to the present embodiment, the light source device 220 having three semiconductor lasers (221a, 221b, 221c), the light deflection element 240 on which the light from the light source device 220 is incident, And a voltage control device 230 that individually controls the voltage applied to each upper electrode 247 of the light deflection element 240. Therefore, the laser beam emission angle can be greatly changed two-dimensionally in a small size.

また、本実施形態に係る前方監視装置10によると、光偏向素子240から射出され、物体で反射された光を受光する受光器350と、光偏向素子240からの光の射出方向及び受光器350の出力信号に基づいて、物体の位置情報を求めるセンシング制御装置300とを備えている。この場合は、高コスト化を招くことなく、小型で広い範囲をセンシングすることができる。   Further, according to the front monitoring apparatus 10 according to the present embodiment, the light receiver 350 that receives the light emitted from the light deflection element 240 and reflected by the object, the light emission direction from the light deflection element 240 and the light receiver 350. And a sensing control device 300 for obtaining the position information of the object based on the output signal. In this case, it is possible to sense a small and wide range without increasing the cost.

また、指定した方向及び指定した範囲に光偏向素子240から光を射出することができるため、危険が予想される範囲を重点的にセンシングすることが可能である。   In addition, since light can be emitted from the light deflection element 240 in a designated direction and a designated range, it is possible to focus on a range where danger is expected.

なお、上記実施形態において、一例として図24に示されるように、前記3つの半導体レーザ(221a、221b、221c)に代えて、3つの発光部を有する半導体レーザ221を用いても良い。そして、3つのカップリングレンズ(223a、223b、223c)に代えて、それらが一体化されたカップリングレンズ223を用いても良い。   In the above embodiment, as shown in FIG. 24 as an example, a semiconductor laser 221 having three light emitting units may be used in place of the three semiconductor lasers (221a, 221b, 221c). In place of the three coupling lenses (223a, 223b, 223c), a coupling lens 223 in which they are integrated may be used.

また、上記実施形態では、3つの半導体レーザ(221a、221b、221c)から射出されるレーザ光の波長が同じ場合について説明したが、これに限定されるものではなく、3つの半導体レーザ(221a、221b、221c)から射出されるレーザ光の波長が互いに異なっていても良い。   Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the wavelength of the laser beam inject | emitted from three semiconductor lasers (221a, 221b, 221c) was the same, it is not limited to this, Three semiconductor lasers (221a, 221b and 221c) may have different wavelengths of laser light.

この場合には、3つの半導体レーザ(221a、221b、221c)が同時に点灯されても良い。但し、この場合には、前記受光器350に代えて、一例として図25に示されるように、波長毎に受光素子を備えた受光器350Aが用いられる。この受光器350Aは、3つのバンドパスフィルタ(BPF1、BPF2、BPF3)及び3つの受光素子(PD1、PD2、PD3)を有している。   In this case, three semiconductor lasers (221a, 221b, 221c) may be turned on simultaneously. However, in this case, instead of the light receiver 350, a light receiver 350A having a light receiving element for each wavelength is used as shown in FIG. 25 as an example. The light receiver 350A includes three band pass filters (BPF1, BPF2, and BPF3) and three light receiving elements (PD1, PD2, and PD3).

バンドパスフィルタBPF1は、半導体レーザ221aから射出されるレーザ光の波長λ1と中心波長が同じ狭帯域のバンドパスフィルタであり、バンドパスフィルタBPF2は、半導体レーザ221bから射出されるレーザ光の波長λ2と中心波長が同じ狭帯域のバンドパスフィルタであり、バンドパスフィルタBPF3は、半導体レーザ221cから射出されるレーザ光の波長λ3と中心波長が同じ狭帯域のバンドパスフィルタである。   The bandpass filter BPF1 is a narrowband bandpass filter having the same center wavelength as the wavelength λ1 of the laser light emitted from the semiconductor laser 221a, and the bandpass filter BPF2 is the wavelength λ2 of the laser light emitted from the semiconductor laser 221b. The bandpass filter BPF3 is a narrowband bandpass filter having the same center wavelength as the wavelength λ3 of the laser light emitted from the semiconductor laser 221c.

受光素子PD1は、バンドパスフィルタBPF1を透過した光束を受光し、受光素子PD2は、バンドパスフィルタBPF2を透過した光束を受光し、受光素子PD3は、バンドパスフィルタBPF3を透過した光束を受光する。   The light receiving element PD1 receives the light beam transmitted through the bandpass filter BPF1, the light receiving element PD2 receives the light beam transmitted through the bandpass filter BPF2, and the light receiving element PD3 receives the light beam transmitted through the bandpass filter BPF3. .

この場合は、センシング制御装置300での前記監視データの取得の高速化を図ることができる。   In this case, it is possible to speed up the acquisition of the monitoring data in the sensing control device 300.

さらに、この場合に、前記3つのバンドパスフィルタ(BPF1、BPF2、BPF3)に代えて、一例として図26に示されるように、回折格子351を用いても良いし、一例として図27に示されるように、プリズム352を用いても良い。   Further, in this case, instead of the three band pass filters (BPF1, BPF2, and BPF3), a diffraction grating 351 may be used as shown in FIG. 26 as an example, and as shown in FIG. 27 as an example. As described above, a prism 352 may be used.

また、この場合に、3つの半導体レーザ(221a、221b、221c)に代えて、射出される光束の波長を変化させることができる波長可変レーザを用いても良い。波長可変レーザとしては、分布帰還型(DFB)レーザ、分布ブラッグ反射型(DBR)レーザ、Littrow構成の波長可変レーザなどが使用可能であるが、電流制御及び温度制御が可能なDFBレーザあるいはDBRレーザが好ましい。このとき、波長可変レーザから射出される波長λ1の光を光偏向ユニット240aに導光し、波長λ2の光を光偏向ユニット240bに導光し、波長λ3の光を光偏向ユニット240cに導光する光学系を有することとなる。   In this case, a tunable laser capable of changing the wavelength of the emitted light beam may be used instead of the three semiconductor lasers (221a, 221b, 221c). As the wavelength tunable laser, a distributed feedback (DFB) laser, a distributed Bragg reflection (DBR) laser, a wavelength tunable laser having a Littrow configuration, or the like can be used, but a DFB laser or DBR laser capable of current control and temperature control. Is preferred. At this time, the light of wavelength λ1 emitted from the wavelength tunable laser is guided to the light deflection unit 240a, the light of wavelength λ2 is guided to the light deflection unit 240b, and the light of wavelength λ3 is guided to the light deflection unit 240c. It will have an optical system.

また、上記実施形態では、光偏向素子240がZ軸方向に積み重ねられた3つの光偏向ユニットを有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、光偏向素子240がZ軸方向に積み重ねられた4つ以上の光偏向ユニットを有し、各光偏向ユニットにおけるグレーティングの溝周期が互いに異なっていれば、さらに広い範囲をセンシングすることができる。   Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the light deflection | deviation element 240 had three light deflection | deviation units stacked | stacked on the Z-axis direction, it is not limited to this. For example, if the light deflection element 240 has four or more light deflection units stacked in the Z-axis direction and the groove periods of the gratings in each light deflection unit are different from each other, a wider range can be sensed. .

また、上記実施形態では、周期分極反転構造体250における自発分極の方向が互いに反対である2つの領域(250a、250b)がプリズム状の場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、印加電圧に応じて光を光導波路面内で偏向することができれば良い。   Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where two area | regions (250a, 250b) where the direction of the spontaneous polarization in the periodic polarization inversion structure 250 was mutually opposite was a prism shape, it is not limited to this. In short, it is sufficient that light can be deflected in the plane of the optical waveguide in accordance with the applied voltage.

また、上記実施形態では、上部電極247への印加電圧が、−150[V]〜+150[V]の場合について説明したが、これに限定されるものではない。周期分極反転構造体250の特性、及び必要な偏向角に応じて、上部電極247への印加電圧を設定すれば良い。   Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the applied voltage to the upper electrode 247 was -150 [V]-+150 [V], it is not limited to this. The applied voltage to the upper electrode 247 may be set according to the characteristics of the periodically poled structure 250 and the necessary deflection angle.

また、上記実施形態では、Λ1=500nm、Λ2=420nm、Λ3=350nmの場合について説明したが、これに限定されるものではない。XZ平面内での必要な偏向角(ふれ角)に応じて設定することができる。   In the above embodiment, the case of Λ1 = 500 nm, Λ2 = 420 nm, and Λ3 = 350 nm has been described. However, the present invention is not limited to this. It can be set according to the required deflection angle (deflection angle) in the XZ plane.

また、上記実施形態において、一例として図28に示されるように、各光偏向ユニットのコア層245における+Z側の面の−Y側端部に、前記グレーティング260とは別にグレーティング261が設けられても良い。   In the above embodiment, as shown in FIG. 28 as an example, a grating 261 is provided separately from the grating 260 at the −Y side end of the + Z side surface of the core layer 245 of each optical deflection unit. Also good.

この場合は、一例として図29に示されるように、3つの光源(221a、221b、221c)から射出された光は、対応するカップリングレンズ(223a、223b、223c)及び集光レンズ(225a、225b、225c)を介して、対応する光偏向ユニットのグレーティング261に入射され、光導波路にカップリングされる。   In this case, as shown in FIG. 29 as an example, the light emitted from the three light sources (221a, 221b, 221c) is converted into the corresponding coupling lens (223a, 223b, 223c) and the condensing lens (225a, 225b and 225c) to be incident on the grating 261 of the corresponding optical deflection unit and coupled to the optical waveguide.

また、上記実施形態では、前方監視装置10が1つのレーザレーダ20を備える場合について説明したが、これに限定されるものではない。車両の大きさ、監視領域などに応じて、複数のレーザレーダ20を備えても良い。   Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the front monitoring apparatus 10 was provided with one laser radar 20, it is not limited to this. A plurality of laser radars 20 may be provided according to the size of the vehicle, the monitoring area, and the like.

また、上記実施形態では、レーザレーダ20が車両の進行方向(前方)を監視する前方監視装置10に用いられた場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、車両の後方を監視する装置に用いられても良い。   Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the laser radar 20 was used for the front monitoring apparatus 10 which monitors the advancing direction (front) of a vehicle, it is not limited to this. For example, you may use for the apparatus which monitors the back of a vehicle.

さらに、レーザレーダ20は、車載用以外のセンシング装置にも用いることができる。この場合には、主制御装置40は、センシングの目的に応じたアラーム情報を出力する。   Furthermore, the laser radar 20 can also be used for sensing devices other than those for in-vehicle use. In this case, main controller 40 outputs alarm information corresponding to the purpose of sensing.

また、レーザレーダ20は、センシング装置以外の用途(例えば、計測装置)にも用いることができる。   The laser radar 20 can also be used for applications other than the sensing device (for example, a measuring device).

また、光偏向素子240は、レーザレーダ以外の用途(例えば、医療用装置)にも用いることができる。   The light deflection element 240 can also be used for applications other than laser radar (for example, medical devices).

以上説明したように、本発明の光偏向素子によれば、小型化が容易で、2方向において大きな偏向角を得るのに適している。また、本発明のレーザ装置によれば、小型でレーザ光の射出角を2次元的に大きく変化させるのに適している。また、本発明のセンシング装置によれば、高コスト化を招くことなく、小型で広い範囲をセンシングするのに適している。   As described above, the optical deflection element of the present invention can be easily miniaturized and is suitable for obtaining a large deflection angle in two directions. The laser apparatus of the present invention is small and suitable for greatly changing the laser beam emission angle two-dimensionally. Further, the sensing device of the present invention is suitable for sensing a small and wide range without incurring an increase in cost.

1…車両、10…前方監視装置(センシング装置)、20…レーザレーダ、40…主制御装置(監視制御装置の一部)、50…メモリ、60…音声・警報発生装置(監視制御装置の一部)、221a〜221c…半導体レーザ(レーザ光源)、230…電圧制御装置、240…光偏向素子、240a,240b,240c…光偏向ユニット、250…周期分極反転構造体(第1の偏向部)、260…グレーティング(第2の偏向部)、300…センシング制御装置(光源制御装置、信号処理装置)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vehicle, 10 ... Forward monitoring apparatus (sensing apparatus), 20 ... Laser radar, 40 ... Main control apparatus (part of monitoring control apparatus), 50 ... Memory, 60 ... Voice / alarm generating apparatus (one of the monitoring control apparatus) Part), 221a to 221c ... semiconductor laser (laser light source), 230 ... voltage control device, 240 ... light deflection element, 240a, 240b, 240c ... light deflection unit, 250 ... periodic polarization reversal structure (first deflection part) , 260... Grating (second deflection unit), 300... Sensing control device (light source control device, signal processing device).

特開昭58−125023号公報JP 58-125023 A 特開昭58−130327号公報JP 58-130327 A 特開2000−330143号公報JP 2000-330143 A

図7に戻り、上部クラッド層246は、厚さ1μmのTa の層であり、コア層245における周期分極反転構造体250の+Z側に形成されている。 Returning to FIG. 7, the upper clad layer 246 is a Ta 2 O 5 layer having a thickness of 1 μm, and is formed on the + Z side of the periodically poled structure 250 in the core layer 245.

下部クラッド層244は、厚さ1μmのTa の層であり、コア層245の−Z側に形成されている。 The lower cladding layer 244 is a Ta 2 O 5 layer having a thickness of 1 μm, and is formed on the −Z side of the core layer 245.

Claims (15)

光入射部と、該光入射部を介した光を印加電圧に応じて第1の面内で偏向する第1の偏向部と、前記第1の偏向部を通過した光を該光の進行方向を含み前記第1の面に直交する第2の面内で偏向するグレーティングを含む第2の偏向部とを有する光偏向ユニットが、前記第1の面に直交する方向に複数積み重ねられ、該複数の光偏向ユニットにおける各グレーティングの溝周期が互いに異なる光偏向素子。   A light incident part, a first deflecting part for deflecting light through the light incident part in a first plane in accordance with an applied voltage, and light traveling through the first deflecting part in the traveling direction of the light And a plurality of optical deflection units including a second deflecting unit including a grating that deflects in a second plane orthogonal to the first plane, the optical deflection units being stacked in a direction orthogonal to the first plane. Optical deflecting elements having different groove periods of the gratings in the optical deflecting unit. 前記複数の光偏向ユニットにおいて、各第1の偏向部に電圧が印加されていないとき、あるいは同一の電圧が印加されているとき、
前記複数の光偏向ユニットにおいて、各第1の偏向部を通過する光の光路は、前記第1の面に直交する方向からみたとき、互いに略一致していることを特徴とする請求項1に記載の光偏向素子。
In the plurality of light deflection units, when no voltage is applied to each first deflection unit, or when the same voltage is applied,
The optical path of the light which passes each 1st deflection | deviation part in these optical deflection units, when seeing from the direction orthogonal to the said 1st surface, is mutually substantially corresponded to Claim 1 characterized by the above-mentioned. The light deflection element described.
前記各光偏向ユニットにおいて、前記第1の偏向部と前記第2の偏向部は、同一基板上に配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の光偏向素子。   3. The optical deflection element according to claim 1, wherein in each of the optical deflection units, the first deflection unit and the second deflection unit are arranged on the same substrate. 前記第1の偏向部は、周期分極反転構造を有する構造体、及び該構造体に電圧を印加するための電極を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の光偏向素子。   4. The light according to claim 1, wherein the first deflecting unit includes a structure having a periodically poled structure and an electrode for applying a voltage to the structure. Deflection element. 前記各光偏向ユニットにおいて、前記光入射部の表面に前記第2の偏向部のグレーティングとは別のグレーティングが形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の光偏向素子。   In each said light deflection | deviation unit, the grating different from the grating of a said 2nd deflection | deviation part is formed in the surface of the said light-incidence part, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Optical deflection element. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の光偏向素子と、
前記光偏向素子の複数の光偏向ユニットにそれぞれ入射される光を射出する複数のレーザ光源と、
前記複数の光偏向ユニットの各第1の偏向部に印加する電圧を制御する電圧制御装置と、を備えるレーザ装置。
The light deflection element according to any one of claims 1 to 5,
A plurality of laser light sources for emitting light respectively incident on a plurality of light deflection units of the light deflection element;
And a voltage control device that controls a voltage applied to each first deflection unit of the plurality of light deflection units.
前記複数のレーザ光源から射出された複数の光を、対応する光偏向ユニットの光入射部に導く光学系を備えることを特徴とする請求項6に記載のレーザ装置。   The laser apparatus according to claim 6, further comprising an optical system that guides a plurality of lights emitted from the plurality of laser light sources to a light incident portion of a corresponding light deflection unit. 前記複数のレーザ光源は、互いに同じ波長の光を射出することを特徴とする請求項6又は7に記載のレーザ装置。   The laser apparatus according to claim 6, wherein the plurality of laser light sources emit light having the same wavelength. 前記複数のレーザ光源を1つずつ順次点灯させる光源制御装置を備えることを特徴とする請求項8に記載のレーザ装置。   The laser apparatus according to claim 8, further comprising a light source control device that sequentially turns on the plurality of laser light sources one by one. 前記複数のレーザ光源は、互いに波長が異なる光を射出することを特徴とする請求項6又は7に記載のレーザ装置。   The laser apparatus according to claim 6, wherein the plurality of laser light sources emit light having different wavelengths. 前記複数のレーザ光源を同時に点灯させる光源制御装置を備えることを特徴とする請求項10に記載のレーザ装置。   The laser device according to claim 10, further comprising a light source control device that simultaneously turns on the plurality of laser light sources. 請求項6〜11のいずれか一項に記載のレーザ装置と、
前記レーザ装置から射出され、物体で反射された光を受光する受光器と、
前記レーザ装置からの光の射出方向及び前記受光器の出力信号に基づいて、前記物体の位置情報を求める信号処理装置と、を備えるセンシング装置。
The laser device according to any one of claims 6 to 11,
A light receiver that receives light emitted from the laser device and reflected by an object;
A signal processing apparatus comprising: a signal processing device that obtains positional information of the object based on an emission direction of light from the laser device and an output signal of the light receiver.
前記物体の位置情報を表示する表示装置を備えることを特徴とする請求項12に記載のセンシング装置。   The sensing device according to claim 12, further comprising a display device that displays position information of the object. 前記物体の位置情報を保存するメモリを備えることを特徴とする請求項12又は13に記載のセンシング装置。   The sensing device according to claim 12 or 13, further comprising a memory for storing position information of the object. 車両に搭載され、
前記物体の位置情報に基づいて危険があると判断すると、アラーム情報を出力する監視制御装置を備えることを特徴とする請求項12〜14のいずれか一項に記載のセンシング装置。
Mounted on the vehicle,
The sensing device according to any one of claims 12 to 14, further comprising a monitoring control device that outputs alarm information when it is determined that there is a danger based on position information of the object.
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