JP2019534477A - 少なくとも２つのファイバを有するファイバ走査器 - Google Patents

Abstract

デバイス（１００）は、締着手段（１４１）と偏向ユニット（１４２）との間に配置された少なくとも２つのファイバ形状要素（１０１〜１０３）を備える。偏向ユニット（１４２）は、光（１４６）を偏向するように構成される。デバイス（１００）はまた、少なくとも２つのファイバ形状要素（１０１〜１０３）の少なくとも１つの自由度の運動を誘起するように構成されたアクチュエータも備える。

Description

本発明の種々の例は、概略的に、光を検出するように構成されたファイバ走査器に関する。本発明の種々の例は、特に、締着手段と偏向ユニットとの間に配置された少なくとも２つのファイバ形状要素を有するデバイスに関する。

種々の技術分野において、物体の距離測定は好適である。たとえば、全自動運転用途に関しては、自動車の周囲における物体を検出し、特に、物体までの距離を決定することが好適であり得る。

物体の距離測定に対するひとつの技術は、いわゆるＬＩＤＡＲ技術である（光検出と測距；一定の場合にはＬＡＤＡＲでもある）。此処では、パルス化レーザ光が放出器から発せられる。周囲における物体は、レーザ光を反射する。これらの反射は、次続的に測定され得る。レーザ光の伝搬時間を決定することにより、物体までの距離が決定され得る。

周囲における物体の空間的に解像された検出のために、レーザ光を走査し得る。これにより、レーザ光の放出角度に依存して、周囲における種々の物体が検出され得る。

しかし、従来の空間的に解像されたＬＩＤＡＲシステムは、それらが比較的に高価、高重量、メンテナンス集約的、および／または、大寸であり得るという不都合を呈する。典型的に、ＬＩＤＡＲシステムにおいては、種々の位置へと移動され得る走査ミラーが使用される。多くの場合、走査ミラーは大寸であると共に、調節機構は、メンテナンス集約的および／または高価であり得る。

非特許文献１からは、光ファイバの調節可能な湾曲を以て走査式ＬＩＤＡＲ測定を実施する技術が知られる。ファイバ走査器が記述される。対応する技術は、非特許文献２からも知られる。

斯かる技術は、光ファイバの湾曲が比較的に制限されるという不都合を有している。これに加え、光ファイバの端部から出射するレーザ光のビーム発散を回避する様式で光学システムを実装することは困難であり得る。

Ｌｅａｃｈ， Ｊｅｆｆｒｅｙ Ｈ．， Ｓｔｅｐｈｅｎ Ｒ． Ｃｈｉｎｎ， ａｎｄ Ｌｅｗ Ｇｏｌｄｂｅｒｇ， "Ｍｏｎｏｓｔａｔｉｃ ａｌｌ−ｆｉｂｅｒ ｓｃａｎｎｉｎｇ ＬＡＤＡＲ Ｓｙｓｔｅｍ"， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ， ５４．３３ （２０１５）， ９７５２−９７５７ Ｍｏｋｈｔａｒ， Ｍ． Ｈ． Ｈ．， ａｎｄ Ｒ． Ｒ． Ａ． Ｓｙｍｓ， "Ｔａｉｌｏｒｅｄ ｆｉｂｅｒ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ ｆｏｒ ｐｒｅｃｉｓｅ ｔｗｏ−ａｘｉｓ Ｌｉｓｓａｊｏｕｓ ｓｃａｎｎｉｎｇ"， Ｏｐｔｉｃｓ ｅｘｐｒｅｓｓ， ２３．１６ （２０１５）： ２０８０４−２０８１１

故に、デバイスの周囲における物体の距離を測定する優れた技術に対する要望が在る。特に、上述の制限および不都合の少なくとも幾つかを克服する技術に対する要望が在る。

一例において、デバイスは、少なくとも２つのファイバ形状要素を備えて成る。該少なくとも２つのファイバ形状要素は、締着手段と偏向ユニットとの間に配置される。上記デバイスはまた、上記偏向ユニットも備えて成る。上記偏向ユニットは、光を偏向するように構成される。上記デバイスはまた、上記少なくとも２つのファイバ形状要素の少なくとも１つの自由度の運動を誘起するように構成されたアクチュエータも備えて成る。

たとえば、上記アクチュエータは、上記少なくとも２つのファイバ形状要素の上記少なくとも１つの自由度の運動を結合様式にて誘起するように構成され得る。上記少なくとも１つの自由度の運動は、上記少なくとも２つのファイバ形状要素の捩れモードを備えて成り得る。

たとえば、上記デバイスは、レーザ光を放出するように構成されたレーザ光源を備えて成り得る。たとえば、上記デバイスは、反射されたレーザ光を検出するように構成された検出器を備えて成り得る。たとえば、単一光子アバランシェ・ダイオード（ＳＰＡＤ）アレイが使用され得る。たとえば、上記デバイスは、レーザ光源および検出器を制御するように構成されたＬＩＤＡＲ制御ユニットであって、レーザ光源と検出器との間におけるレーザ光の伝搬時間に基づいて周囲における物体の距離を決定するように構成されたＬＩＤＡＲ制御ユニットを備えて成り得る。

方法は、アクチュエータにより、締着手段と偏向ユニットとの間に配置された少なくとも２つのファイバ形状要素の捩れモードを誘起する段階を備えて成る。此処で、上記偏向ユニットは、光を偏向するように構成される。上記捩れモードを誘起することにより、上記少なくとも２つのファイバ形状要素の中央軸心の回りにおける該少なくとも２つのファイバ形状要素の相互内への捻りが生じる。これに加え、上記捩れモードの誘起に依り、対応するそれぞれの長手軸心の回りにおける上記少なくとも２つのファイバ形状要素の各ファイバ形状要素の捻りも生じる。上記捩れモードの誘起は、結合様式で行われ得る。

上記に呈された特徴、および、以下に記述される特徴は、明示的に説明される対応する組み合わせにおいてだけでなく、本発明の保護の有効範囲から逸脱せずに、他の組み合わせにて、もしくは、個別的にも使用され得る。

種々の例に係るファイバ走査器の概略図であり、ファイバ走査器は、中央軸心に関して回転対称的に配置された３つのファイバを備えて成る。 図１の例に係るファイバ走査器の更に詳細な概略図であり、図２は特に、ミラーを有する偏向ユニットを示している。 図１の例に係るファイバ走査器の非作動状態における断面図である。 図１の例に係るファイバ走査器の励起状態における断面図であり、図４においては捩れモードが示される。 図１の例に係るファイバ走査器の励起状態における断面図であり、図５においては横モードが示される。 種々の例に係る横モードの概略図である。 種々の例に係る横モードの概略図である。 種々の例に係るファイバ走査器の各ファイバの運動の自由度のスペクトルの概略図である。 種々の例に係るファイバ走査器の各ファイバの運動の自由度のスペクトルの概略図である。 種々の例に係るファイバ走査器の概略図であり、ファイバ走査器は、中央軸心に関して回転対称的に配置された４つのファイバを備えて成る。

上述された本発明の特性、特徴および利点、および、それらが達成される様式は、図面を参照して更に詳細に説明される実施例に関する以下の説明に基づいて明瞭化され、且つ、更に良好に理解され得る。

以下において、本発明は、図面を参照して好適な実施形態に基づいて更に詳細に説明される。各図において、同一の参照番号は、同一もしくは同様の要素を表す。各図は、本発明の種々の実施形態の概略的表現である。各図中に示された要素は、必ずしも縮尺通りには示されない。代わりに、各図中に示された種々の要素は、それらの機能および概略的な目的が当業者に理解可能となる如き様式で再現される。各図中に示された機能的ユニットと各要素との間の接続および結合は、直接的な接続もしくは結合としても実現され得る。機能的ユニットは、ハードウェア、ソフトウェア、または、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせとして実現され得る。

以下においては、光を走査する種々の技術が記述される。以下に記述される技術は、たとえば、光の２次元走査を可能とし得る。走査とは、異なる放出角度における光の反復的な放出を表し得る。この目的のために、光は偏向ユニットにより偏向され得る。走査とは、光による、周囲における種々の点の反復的な走査を指し得る。たとえば、周囲における種々の点の個数、および／または、種々の放出角度の値が、画像領域を決定し得る。

種々の例において、光の走査は、少なくとも１つの可動要素の異なる自由度に従う２つの運動の時間的重畳、および、選択的には空間的重畳により行われ得る。これにより、種々の例においては、重畳図形がトレースされ得る。一定の場合、上記重畳図形はリサージュの図形とも称される。該重畳図形は、異なる放出角度が実施される順序を記述し得る。

種々の例においては、レーザ光を走査させ得る。此処では、たとえば、可干渉性または非干渉性のレーザ光が使用され得る。偏光された、または、偏光されないレーザ光を使用することが可能である。たとえば、レーザ光をパルス化様式で使用することが可能である。たとえば、フェムト秒またはピコ秒またはナノ秒の範囲のパルス幅を有する短いレーザ・パルスが使用され得る。たとえば、パルス継続時間は、０．５〜３ナノ秒の範囲内であり得る。レーザ光は、７００〜１８００ｎｍの範囲内の波長を有し得る。簡潔さのために、以下においては基本的にレーザ光に対して参照が為されるが、本明細書中で記述される種々の例は、たとえば、広帯域の光源またはＲＧＢ光源などの他の光源からの光の走査に対しても使用され得る。此処で、ＲＧＢ光源とは、色空間が、たとえば、赤、緑、青、または、シアン、マゼンタ、イエロー、黒などの幾つかの異なる色の重畳により網羅される可視スペクトルにおける一般的な光源を表している。

種々の例において、本明細書で以下においては単にファイバと称される１つのファイバ形状要素または複数のファイバ形状要素の可動端部は、レーザ光の走査に対して使用される。

種々の形式のファイバが使用され得る。たとえば、ガラスファイバとも称される光ファイバが使用され得る。但し、このことは必須ではない。実際、此処では、ファイバはガラスから作成される必要はない。ファイバは、たとえば、プラスチック、ガラス、ケイ素、または、別の材料から作成され得る。たとえば、ファイバは、石英ガラスから作成され得る。たとえば、ファイバは、７０ＧＰａの弾性係数、または、４０ＧＰａ〜８０ＧＰａの範囲内、好適には６０〜７５ＧＰａの範囲内の弾性係数を有し得る。たとえば、ファイバは１４０ＧＰａ〜２００ＧＰａの範囲内の弾性係数を有し得る。たとえば、ファイバは、４％までの材料の伸びを可能とし得る。幾つかの例において、ファイバは、導入されたレーザ光が伝搬され且つ縁部（光学的導波路）における全反射により囲繞されたコアを有する。但し、ファイバは、コアを有する必要はない。種々の例においては、いわゆるシングルモード光ファイバ（シングルモード・ファイバ）またはマルチモード光ファイバ（マルチモード・ファイバ）が使用される。此処で記述される種々のファイバは、たとえば、円形の断面を有し得る。たとえば、此処で記述される種々のファイバは、５０μｍ以上、選択的には１５０μｍ以上、更に選択的には５００μｍ以上、更に選択的には１ｍｍ以上である直径を有することが可能である。但し、直径は、１ｍｍ未満、選択的には５００μｍ未満、更に選択的には１５０μｍ未満でもあり得る。たとえば、此処で記述される種々のファイバは、屈曲または湾曲され得るべく、すなわち、撓曲的であり得るべく設計され得る。この目的の為に、此処で記述されるファイバの材料は、一定の弾性を有し得る。故に、ファイバは、スプリング要素とも称され得る。ファイバは、たとえば、３ｍｍ〜１２ｍｍの範囲内、選択的には４ｍｍ〜８ｍｍの範囲内の長さを有し得る。

たとえば、ファイバの可動端部は、１次元において、または、２次元において移動され得る。この目的のために、ひとつ以上のアクチュエータが使用され得る。たとえば、ファイバの可動端部は該ファイバの締着手段に対して傾斜されることが可能であり、これは、ファイバの湾曲に帰着する。これは、運動の第１自由度に対応し得、該自由度は、横モード（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｍｏｄｅ）（または、一定の場合には揺動モード（ｗｉｇｇｌｅ ｍｏｄｅ））と称され得る。代替的または付加的に、ファイバの可動端部は、ファイバ軸心に沿って捻ることが可能である（捩れモード（ｔｏｒｓｉｏｎ ｍｏｄｅ））。これは、運動の第２自由度に対応し得る。ファイバの可動端部の運動によれば、レーザ光が種々の角度にて放出されることを達成し得る。この目的のために、偏向ユニットが配備され得る。これにより、レーザ光により周囲が走査され得る。可動端部の運動の程度に依存して、種々のサイズの画像領域が実現され得る。

此処で記述される種々の例においては、各々の場合に、横モードに対して代替的または付加的に捩れモードを誘起することが可能であり、すなわち、捩れモードおよび横モードの時間的または空間的な重畳が可能である。但し、この時間的および空間的な重畳は、排除もされ得る。他の例においては、運動の他の自由度が実現され得る。

本明細書中に記述される種々の例において、ファイバは、偏向ユニットに対するホルダとして使用される。上記偏向ユニットは、此処では、たとえば接着剤により、ファイバの可動端部に対して堅固にまたは静止的に取付けられ得る。但し、上記プロセスにおいて、レーザ光は、１つ以上のファイバを通る以外の光路を用いて偏向ユニットに到達し得る。換言すると、ファイバは、必ずしも、偏向ユニットに至る途中にて、レーザ光に対する光学的導波路としては使用されない。レーザ光が偏向ユニットに対し、ファイバを通して到達するのでなければ、少なくとも１つのファイバへのレーザ光の複雑で精巧な結合が回避され得る。これに加え、たとえば、局所的なＴＥＭ００モードだけでなく、代替的または付加的に他のモードを備えて成るレーザ光を使用し得る。これにより、たとえば、レーザ・ダイオードなどの特に小寸のレーザを使用することが可能とされ得る。

たとえば、上記偏向ユニットは、プリズムまたはミラーとして実現され得る。たとえば、上記ミラーは、たとえばシリコン・ウェハまたはガラス基板などのウェハにより実現され得る。たとえば、上記ミラーは、０．０５μｍ〜０．１ｍｍの範囲内の厚みを有し得る。たとえば、上記ミラーは、２５μｍまたは５０μｍの厚みを有し得る。たとえば、上記ミラーは、２５μｍ〜７５μｍの範囲内の厚みを有し得る。たとえば、上記ミラーは、正方形、長方形、または、円形であるべく設計され得る。たとえば、上記ミラーは、３ｍｍ〜１２ｍｍ、特に８ｍｍの直径を有し得る。

概略的に、光の走査に対する斯かる技術は、非常に多様な応用分野において使用され得る。例としては、内視鏡およびＲＧＢ投射器およびプリンタが挙げられる。種々の例においては、ＬＩＤＡＲ技術が使用され得る。ＬＩＤＡＲ技術は、周囲における物体の空間的に解像された距離測定を実施するために使用され得る。たとえば、ＬＩＤＡＲ技術は、ファイバの可動端部、物体、および、検出器の間におけるレーザ光の伝搬時間の測定を含み得る。

ＬＩＤＡＲ技術に関する種々の例が記述されてきたが、本出願は、ＬＩＤＡＲ技術に限定されない。たとえば、本明細書中に記述される態様は、ファイバの可動端部によるレーザ光の走査、ならびに、他の用途に対して適用され得る。例としては、たとえば、投射器における画像データの投射が挙げられ、たとえば、此処ではＲＧＢ光源が使用され得る。

種々の例は、レーザ光の走査は、放出角度に関して高い精度を以て実施することが好適であり得るという認識に基づく。たとえば、ＬＩＤＡＲ技術に関し、距離測定の空間的分解能は、放出角度の不正確さにより制限され得る。典型的に、レーザ光の放出角度が高い正確さで（低い正確さで）決定され得るほど、更に高い（更に低い）空間的分解能が達成される。

以下においては、特に堅牢なファイバ走査器を提供する技術が記述される。種々の例において、ファイバ走査器は、締着手段と偏向ユニットとの間に配置された少なくとも２つのファイバを備えて成る。１つより多いファイバを使用することにより、たとえば、その様にしなければ個々のファイバにおいて生ずる材料張力などの負荷が、１つより多いファイバに亙り分散されることが達成され得る。これにより、特に長寿命のファイバ走査器が提供され得る。これに加え、上記ファイバ走査器によれば、外部の干渉的な影響が特に良好に吸収され得ることが達成され得、たとえば、加速度はレーザ光の走査に関して比較的に小さな影響のみを有し得る。

図１は、種々の例に係るファイバ走査器１００に関する態様を示している。図１は、ファイバ走査器１００の非誘起の非作動状態を示している。ファイバ走査器１００は、数が３つのファイバ１０１〜１０３を備えて成る。ファイバ１０１〜１０３の各々は、締着手段１４１と偏向ユニット１４２との間に配置される。ファイバ１０１〜１０３は直線状であり、すなわち、非作動状態においてそれらは湾曲部または屈曲部を有さない。

たとえば、締着手段１４１は、フェルールにより実現され得る。種々のファイバ１０１〜１０３が挿入される数個のボアを有する単一のフェルールを使用することが可能である。但し、他の例においては、締着手段１４１が、たとえば１つのファイバ１０１〜１０３毎に１個のフェルールとして、複数のフェルールにより実現されることも可能である。そのとき、種々のフェルールは、たとえば、相互に接着されるべく、相互に対して接続されることが可能である。

たとえば、ファイバ走査器１００は、（図１において不図示である）アクチュエータを備えて成ることが可能である。たとえば、該アクチュエータは、締着手段１４１に隣接して配置され得る。たとえば、上記アクチュエータは、たとえば圧電式屈曲アクチュエータとして、圧電式アクチュエータとして実現され得る。但し、たとえば磁界コイルなどの、他のアクチュエータを使用することも可能である。特に、此処で、上記アクチュエータは、個々のファイバ１０１〜１０３を結合様式で誘起することが可能である。たとえば、この目的のために、全てのファイバ１０１〜１０３に対して運動を伝達する適切な誘起技術が提供され得る。このことは、個々のファイバ１０１〜１０４の別体的な誘起が、可能では無いこと、または、限られた程度までのみ可能であり得ることを意味する。このことは、たとえば、圧電式屈曲アクチュエータは、締着手段１４１を通して導かれる力の流れを介して全てのファイバ１０１〜１０４を一体的に誘起するという点において達成され得る。対応して、このことは、全てのファイバ１０１〜１０４に対して接続された磁性材料に対し、磁界コイルの共通の磁界により力の流れが付与されるという点において達成され得る。斯かる技術は、エネルギ効率的でスペース節約的な誘起が可能であるという利点を有する。これに加え、上記結合に依れば、個々のアクチュエータが、位相が一貫した様式で作動されるべきことが回避されることで、実施形態を簡素化することが可能である。結合式の誘起により、特に、連動式捩れモード、および／または、連動式横モードが誘起され得る。

上記アクチュエータは、運動の自由度を誘起する直接的な力作用に対して構成され得、すなわち、たとえば、静電的な交差指型の構造による比較対照実施形態においてそうであるパラメトリック誘起の使用が回避され得る。

たとえば、締着手段１４１は、基部プレートまたはフレームに対して取付けられ得る。斯かる例において、偏向ユニット１４２に隣接して配置されたファイバ１０１〜１０３の各端部は、可動端部を実現し得る。このことは、上記アクチュエータは、ファイバ１０１〜１０３のひとつ以上の自由度の運動を誘起するように構成され得ることを意味する。たとえば、上記アクチュエータは、ファイバ１０１〜１０３の捩れモードを誘起するように構成され得る。代替的もしくは付加的に、上記アクチュエータは、ファイバ１０１〜１０３の横モードを誘起するように構成され得る。ファイバ１０１〜１０３の可動端部の運動により、偏向ユニット１４２が移動されることが達成され得る。たとえば、偏向ユニット１４２は、シフトおよび／または傾斜され得る。これにより、光が走査され得る。

単純な例において、ファイバ１０１〜１０３の３つの長手軸心１０１〜１０３は、ひとつの平面内に配置され得る。但し、以下において相当に詳細に説明される如く、図１の例において３つのファイバ１０１〜１０３はひとつの平面内には配置されない。

図１においては、数が３つのファイバ１０１〜１０３が表される。但し、概略的に、ファイバ走査器１００は、更に少ない数、または、たとえば４つ以上などの、更に多い数のファイバを有することも可能である。

複数のファイバ１０１〜１０３を使用することにより、ファイバ１０１〜１０３の運動に起因する応力が、個々のファイバ１０１〜１０３に亙り分散されることが達成され得る。これにより、個々のファイバ１０１〜１０３の材料は比較的に小さい応力を吸収すべきことが達成され得る。これに加え、締着手段１４１とファイバ１０１〜１０３の各々との間の接続箇所は比較的に小さい応力を伝達すべきことが達成され得る。斯かる様式において、ファイバ走査器１００の有効寿命が伸ばされ得る。

図１の例において、ファイバ１０１〜１０３は、相互に対して平行に配置される。このことは、各々の場合において対合的である各ファイバの長手軸心１１１〜１１３は、相互に約０°の角度を囲繞することを意味する。概略的に、各々の場合において対合的であるファイバ１０１〜１０３の長手軸心１１１〜１１３は、相互に、４５°以下、選択的には１０°以下、更に選択的には１°以下の角度を囲繞することが可能である。

この様にして、特に、ファイバ走査器１００は、ファイバ１０１〜１０３の長手軸心１１１〜１１３に直交する比較的に小さい広がりを有することを達成し得る。これに加え、種々の空間方向において、ファイバ１０１〜１０３の特に対称的な運動の誘起が達成され得る。

ファイバ１０１〜１０３を相互に対して実質的に平行に配置することにより、ファイバ１１１〜１１３が同一の長さ２１１を有することが可能である。たとえば、図１においては、全てのファイバ１０１〜１０３が同一の長さ２１１を有する実施形態が示される。たとえば、長さ２１１は、２ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内、選択的には３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内、更に選択的には４ｍｍ〜７ｍｍの範囲内であり得る。概略的に、ファイバ１０１〜１０３は、互いに、１０％以下、選択的には２％以下、更に選択的には０．１％以下だけ異なるそれぞれの長さ２１１を有することが可能である。

ファイバ１０１〜１０３が実質的に同一の長さ２１１を有することから、以下の効果が達成され得る：ファイバ１０１〜１０３の横モードが誘起されたとき、偏向ユニット１４２の傾斜は生じず、または、大きな傾斜は生じず、代わりに、長手軸心１１１〜１１３に対して直交する偏向ユニット１４２のシフトが生ずる。このことは、たとえば、外部の影響に起因して横モードが不都合に誘起されても、偏向ユニット１４２により偏向される（図１では不図示の）光の放出角度には、それほどの変化はもたらされないことを意味する。これにより、ファイバ走査器１００は特に、外部の影響に関して堅牢であり得る。

図２は、種々の例に係るファイバ走査器１００に関する態様を示している。図２の例に係るファイバ走査器１００は、基本的に、図１の例に係るファイバ走査器１００に対応する。図２において、偏向ユニット１４２は更に、相当に詳細に示される。図２はまた、ファイバ走査器１００の非作動状態も示している。

偏向ユニット１４２は、たとえば、締着手段１４１に対応して、フェルールなどとして実現され得るエンドピース１４４を備えて成る。エンドピース１４４上には、ミラー１４５が取付けられる。このことは、エンドピース１４４がミラー１４５の背面上に配置されることを意味する。図２からは、ファイバ１０１〜１０３は締着手段１４１とエンドピース１４４との間に延在することが明らかである。エンドピース１４４は、ミラー１４５とファイバ１０１〜１０３との間に取付けられる。図２からは、ファイバ１０１〜１０３は、ミラー１４５の背面から離間して、すなわち、締着手段１４１に向けて延在することも明らかである。これにより、従来のＭＥＭＳ取付けにおける取付具における如く、相当のスペースを必要とするフレーム状構造が回避され得る。偏向ユニット１４２は、エンドピース１４４により、ファイバ１０１〜１０３に対して接続され得る。これにより、二部材式の製造が可能であることから、従来のＭＥＭＳ取付具における如き複雑で一体的な背面の構造化は生じ得ない。

特に、ミラー１４５は、長手軸心１１１〜１１３に関し、または、概略的に、図２の場合には中央軸心２２０に関し、約４５°の傾斜を有する。概略的に、中央軸心２２０に関する、または、特に長手軸心１１１〜１１３に関する傾斜は、３０°〜５０°の範囲内であり得る。これにより、図２の例における如く、ミラー１４５により光１４６が偏向されることを達成し得る。ファイバ１０１〜１０３の捩れモードを誘起することにより、光１４６は捩れ角度に対応する種々の角度にて偏向されることを達成し得る。これは、略々、潜望鏡の機能に対応する。光１４６の放出角度は、ミラー１４５の回転および傾斜により設定される。捩れモードが使用されるなら、回転のみが存在する。

捩れモードによる潜望鏡的な走査は、ミラー１４５が検出器の開口としても使用されるなら、検出器の開口のサイズは走査角度に依存しないという利点を有し、実際、入射光とミラー１４５との間の角度は走査角度に依存しない。このことは、ミラーを傾斜させることにより、検出器の開口のサイズが、故に測定の感度が、走査角度の関数として変化するという比較対照の実施形態とは異なるものである。

図２の例においては、光１４６が偏向ユニット１４２に向けてファイバ１０１〜１０３を通しては導かれない、という状況展開が示される。特に、図２においては、光１４６のビーム経路はファイバ１０１〜１０３の長手軸心１１１〜１１３に平行に延伸し、且つ、ミラーによる偏向の後または前における光１４６の付加的なビーム経路は、ファイバ１０１〜１０３の長手軸心１１１〜１１３に対して直交して延伸するという状況展開が示される。概略的に、光１４６のビーム経路は中央軸心２２０に対して平行に延伸し得る。但し、光１４６が、偏向ユニット１４２に向けて、少なくとも、ファイバ１０１〜１０３のうちの少なくとも１つを通して導かれるという他の実施形態も想起可能である。この目的のために、たとえば、光は、ファイバ１０１〜１０３のうちの１つ以上のファイバ内へと、偏向ユニット１４２から離れた端部にて結合されることが可能である。斯かる状況展開において、偏向ユニット１４２は、たとえば、レンズおよび／またはプリズムとして実現され得る。たとえば、屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズが使用され得る。

図３は、種々の例に係るファイバ走査器１００に関する態様を示している。此処で、図３は、図１からの断面線Ｘ−Ｘ’に沿う断面図である。図３は、ファイバ走査器１００の非作動状態も示している。

図３の例において、ファイバ１０１〜１０３は、中央軸心２２０に関して回転対称的に配置される（図３の例において、回転対称性は点線により示される）。特に、３回回転対称性が示される。回転対称性の存在は、たとえば、ファイバ１０１〜１０３の系は、回転により、それ自体と重畳され得ることを意味する。回転対称性の次数は、３６０°の回転角度毎にファイバ１０１〜１０３の系がそれ自体と重畳され得る回数を表す。概略的に、回転対称性は、ｎ回であり得、その場合、ｎはファイバ走査器において使用されるファイバの数を表す。

高次の回転対称配置によれば、以下の効果が達成され得る：ファイバ１０１〜１０３の捩れモードを誘起するときの非線形性が、減少もしくは排除され得る。このことの妥当性は、以下の例により示され得る。たとえば、３つのファイバ１０１〜１０３は、長手軸心１０１〜１０３および中央軸心２２０が全てひとつの平面内に位置する如き様式で配置され得る。そのとき、回転対称性は、２回である（図３の例における如き３回ではない）。斯かる場合、直交する複数の横モード（中央軸心２２０に対して直交する異なる方向）は、異なる慣性モーメントの故に、異なる周波数を有する。結果として、たとえば、低周波の横モードの方向は、捩れモードが誘起されるときのファイバ１０１〜１０３の回転と一体的に回転する。これによると、パラメトリック振動子が形成される、と言うのも、固有周波数は、回転角度の関数として、故に、時間の関数として変化するからである。パラメトリック振動子の異なる状態間におけるエネルギの移行は、非線形性に帰着する。高次の回転対称性の使用によれば、パラメトリック振動子の形成が阻止され得る。好適には、各ファイバは、捩れ角度に対する固有周波数の依存性が生じない様に配置され得る。

ファイバ１０１〜１０３の捩れモードが誘起されたときに非線形性を回避することにより、捩れモードにより光１４６の特に大きな走査角度が達成され得ることを達成することが可能である。たとえば、１２０°以上、選択的には１６０°以上の捩れ角度が生成され得る。

図４は、種々の例に係るファイバ走査器１００に関する態様を示している。特に、図４は、ファイバ走査器１００のファイバ１０１〜１０３の運動の自由度に関する態様を示している。特に、図４は、捩れモード３０１に関する態様を示している。

図４の例は、基本的に図３の例に対応する（その場合、図３においてはファイバ１０１〜１０３の非作動状態が示され、図４においてファイバ１０１〜１０３の非作動状態は点線により示される）。

図４においては、捩れモード３０１が示される。捩れモード３０１は、中央軸心２２０の回りにおけるファイバ１０１〜１０３の捻り（ｔｗｉｓｔｉｎｇ）に対応する。結果として、個々のファイバ１０１〜１０３もまた、それらの長手軸心１１１〜１１３に沿って捻られる。故に、複数のファイバ１０１〜１０３は、（Ｉ）中央軸心２２０に沿って相互内へと、および、（ＩＩ）各々の場合に、それらの長手軸心１１１〜１１３に沿って個別的に、捻られる。故に、捩れモード３０１は、ファイバ１０１〜１０３の連動式捩れモード３０１とも称され得る。このことは、特に、相互に関するファイバ１０１〜１０３の幾何学的配置により、すなわち、特に、相互に接近したファイバ１０１〜１０３の平行配置、すなわち、それらの長さと比較して特に小さいファイバ１０１〜１０３間の距離により、促進される。この連動式捩れモード３０１は、ファイバ１０３の平行運動性と称され得る。捩れモード３０１によれば、たとえば、偏向ユニット１４２のミラー１４５は回動され得ることから、光１４６は種々の角度にて放出される。

中央軸心２２０に沿う相互内への各ファイバの捻り量、および、それらの長手軸心に沿うファイバ１０１〜１０３の捻り量は、締着手段１４１までの距離が大きいほど、且つ、捩れ角度が大きいほど、増大する。たとえば、捩れモード３０１の捩れ角度が、ファイバ１０１〜１０３間の角度距離（３回回転対称性の故に、図４の例においては１２０°）より大きいならば、ファイバ１０１〜１０３の相互内への長手方向の重畳に依る完全捻りが存在する。故に、概略的に、捩れモード３０１の捩れ角度は、３６０°／ｎより大きくされ得、その場合にｎは回転対称性の次数を記述する。これにより、ファイバ１０１〜１０３の相互内への捻りが促進される。この平行運動性によれば、同時的に低い非線形効果および低いスペース要件を以て、大きな走査角度が許容される。

図５は、種々の例に係るファイバ走査器１００に関する態様を示している。特に、図５は、ファイバ走査器１００のファイバ１０１〜１０３の運動の自由度に関する態様を示している。特に、図５は、横モード３０２に関する態様を示している。

図５の例は、基本的に図３の例に対応する（その場合、図３においてはファイバ１０１〜１０３の非作動状態が示され、図５においてファイバ１０１〜１０３の非作動状態は点線により示される）。

図５においては、横モード３０２が示される。横モード３０２は、中央軸心２２０に直交するファイバ１０１〜１０３の偏向に対応する。横モード３０１によれば、たとえば、偏向ユニット１４２のミラー１４５は、中央軸心２２０に関してシフトされ得ると共に、幾つかの例においては傾斜され得ることから、光１４６は、傾斜の場合には種々の角度にて放出される。

図６および図７は、種々の例に係るファイバ走査器１００に関する態様を示している。特に、図６および図７は、ファイバ走査器１００のファイバ１０１〜１０３の運動の自由度に関する態様を示している。特に、図６および図７は、横モード３０２に関する態様を示している。

図６においては、ファイバ走査器１００の非作動状態が示される。図７においては、ファイバ走査器１００の偏向状態が示される。図７からは、ファイバ１０１〜１０３の可動端部の偏向の場合においてさえも、偏向ユニット１４２の傾斜は生じないことが明らかである。このことは、偏向状態における光１４６の偏向は、実質的に、ファイバ走査器１００の非作動状態における光１４６の偏向に対応することを意味する。これは真実である、と言うのも、ファイバ１０１〜１０３は同一の長さ２１１を有するからである。

これにより、（たとえば、ファイバ走査器１００が配置される自動車が走行する非平坦な地面に起因する）横モード３０２の不都合な誘起は、光１４６の走査に関して影響を有さず、または、それほどの影響を有さないことが達成され得る。たとえば、この目的のために、たとえば、中央軸心２２０に直交する偏向ユニット１４２の広がり、特にミラー１４５の広がりは、横モード３０２の典型的な大きさよりも大きく寸法決定され得る。たとえば、ミラー１４５は、２ｍｍ未満、選択的には４ｍｍ未満、更に選択的には７ｍｍ未満の半径を有し得る。典型的に、捩れモード３０１は、外部の影響によれば、横モード３０２よりも実質的に更に非効率的に励起されることから、ファイバ走査器１００は、外部の影響に関して特に安定的である。

図８は、種々の例に係るファイバ走査器１００の運動の自由度３０１、３０２に関する態様を示している。特に、図８は、運動の自由度３０１、３０２のスペクトルを示している。

図８においては、捩れモードの固有周波数３１１が示され、横モード３０２の固有周波数３１２も示される。たとえば、上記アクチュエータは、固有周波数３１１において、または、それに接近して、捩れモード３０１を誘起するように構成されることが可能である（共振または半共振走査）。

図８の例においては、捩れモード３０１の最低次の固有周波数３１１は、横モード３０２の最低次の固有周波数３１２より小さいことが明らかである。故に、特に捩れモード３０１は、運動系の基本モードを構成し得る。このことは、たとえば、隣接するファイバ１０１〜１０３間の距離２１０が比較的に大きく寸法決定されることから達成され得る（図３を比較されたい）。これにより、ファイバ１０１〜１０３の慣性モーメントは、実際に増大される。距離２１０を増大することにより、特に横モード３０１の固有周波数３１１が増大されるが、捩れモード３０２の固有周波数３１２は、変化されず、もしくは、それほど変化されない。これにより、距離２１０の適切な寸法決定により、捩れモード３０１は、特に、横モード３０２の固有周波数３１２と比較して、特に低い固有周波数３１１を有することが達成され得る。たとえば、距離２１０は、長さ２１１の２％〜５０％の範囲内、選択的には１０％〜４０％の範囲内、更に選択的には１２％〜２０％の範囲内であり得る。特に、斯かる技術によれば、ファイバ１０１〜１０４の最低周波数の誘起は、捩れモード３０１であり得る。

捩れモード３０１に対する比較的に低い固有周波数３１１の使用は、以下の効果を有し得る：（たとえば、ファイバ走査器１００が配置される自動車が走行する非平坦な地面に起因する）不都合な外部影響は、比較的に非効率的にのみ捩れモード３０１を誘起し得る。これは真実である、と言うのも、不都合な外部影響は、種々のファイバ１０１〜１０３に関する締着手段１４１の領域における同相運動に対応し、多くの場合、締着手段１４１の領域における捻りは、生じず、または、僅かのみ生じるからである。しかも、横モード３０２の固有周波数３１２の範囲における更に高い周波数成分は、比較的に希にしか生じない。故に、対応するファイバ走査器１００は、外部干渉に関して特に堅牢である。

図８の例において、捩れモード３０１と横モード３０２との間の縮退は排除される。これは真実である、と言うのも、各共振曲線は、両方の振幅が有意な値（たとえば、それぞれの最大値に関し５％超、または、１０％超など）を有する重畳領域を有さないからである。捩れモード３０１と横モード３０２との間の縮退の排除は、たとえば、距離２１０に関する各長さ２１１の適切な寸法決定により達成され得る。たとえば、偏向ユニット１４２の直径、または、平衡錘の配備の如き、他のシステム・パラメータも変更され得る。縮退の排除により、異なる自由度の運動の間における結合に起因する非線形効果は、減少または回避され得る。

図９においては、捩れモード３０１と横モード３０２との間の縮退が排除されないという例が示される。図９は、その他の点では、実質的に図８に対応する。斯かる例は、たとえば、重畳図形による光１４６の２次元走査を可能とするために、横モード３０２１００捩れモード３０１の時間的または空間的に重畳された誘起が所望されるならば、特に好適であり得る。

上記においては、数が３つのファイバ１０１〜１０４によるファイバ走査器が記述されたが、更に多数本のファイバを有するファイバ走査器１００に対する対応例も実現され得る。たとえば、図１０においては、ファイバ走査器１００が４つのファイバ１０１〜１０４を有するという例が示される。此処で、ファイバ１０１〜１０４は、４回回転対称性を以て、中央軸心２２０に関して回転対称的に配置される。ファイバ１０１〜１０４は、正方形の角隅部に配置される。図１０の状況展開においても、ファイバ１０１〜１０４の中央軸心２２０の回りにおける各ファイバの捻り、および、個別的なファイバ１０１〜１０４のそれぞれの（図１０においては示されず、図面の平面に直交する）長手軸心の回りにおけるそれらの捻りが生ずるという、連動式捩れモード３０１が誘起され得る。故に、概略的に、ファイバ１０１〜１０４間の角度距離（４回対称性の故に、図１０の例においては９０°）は、たとえば、９０°超、選択的には１２０°超、更に選択的には１６０°超であり得る捩れ角度よりも小さくされ得る。

当然乍ら、上述された実施例の各特徴、および、本発明の各態様は、相互に組み合わされ得る。特に、各特徴は、記述された組み合わせにおいてだけでなく、本発明の有効範囲から逸脱せずに、他の組み合わせにても使用され得、もしくは、単独でも採用され得る。

Claims (19)

1. 締着手段（１４１）と偏向ユニット（１４２、１４５）との間に配置された少なくとも２つのファイバ形状要素（１０１〜１０４）と、
   光（１４６）を偏向するように構成された、前記偏向ユニット（１４２、１４５）と、
   前記少なくとも２つのファイバ形状要素（１０１〜１０４）の少なくとも１つの自由度の運動（３０１、３０２）を誘起するように構成されたアクチュエータと、を備え、
   前記少なくとも１つの自由度の運動（３０１、３０２）は、捩れモード（３０１）を備える、
   デバイス（１００）。
2. 前記少なくとも２つのファイバ形状要素（１０１〜１０４）のそれぞれの長手軸心（１１１〜１１３）は、各々の場合に、対になって、相互に対して４５°以下、選択的には１０°以下、更に選択的には１°以下の角度を囲繞する、請求項１に記載のデバイス（１００）。
3. 前記光（１４６）のビーム経路は、少なくとも部分的領域において、前記少なくとも２つのファイバ形状要素（１０１〜１０４）の中央軸心（２２０）に対して平行に延伸する、請求項２に記載のデバイス（１００）。
4. 前記捩れモード（３０１）が誘起されたとき、前記少なくとも２つのファイバ形状要素（１０１〜１０４）の中央軸心（２２０）の回りにおける該少なくとも２つのファイバ形状要素（１０１〜１０４）の相互内への捻りが生じ、且つ、対応するそれぞれの長手軸心（１１１〜１１３）の回りにおける前記少なくとも２つのファイバ形状要素（１０１〜１０４）の各ファイバ形状要素（１０１〜１０４）の捻りが生じる、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
5. 前記偏向ユニット（１４２、１４５）は、ミラー（１４５）がその上に取付けられているエンドピース（１４４）を備えて成り、
   前記少なくとも２つのファイバ形状要素（１０１〜１０４）は、前記締着手段（１４１）と前記エンドピース（１４４）との間に配置される、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
6. 前記ミラー（１４５）は、前記少なくとも２つのファイバ形状要素（１０１〜１０４）のそれぞれの長手軸心に関して傾斜量を有する、請求項５に記載のデバイス（１００）。
7. 前記傾斜量は、３０°〜５０°の範囲内、選択的には約４５°である、請求項６に記載のデバイス（１００）。
8. 前記エンドピース（１４４）は、前記ミラー（１４５）の背面上に配置される、請求項５ないし７のいずれか一項に記載のデバイス。
9. 当該デバイス（１００）は、前記捩れモードを誘起することにより潜望鏡の様式で光を走査するように構成される、請求項１ないし８のいずれか一項に記載のデバイス。
10. 前記少なくとも２つのファイバ形状要素（１０１〜１０４）は、前記偏向ユニット（１４２、１４５）の背面から離間して、且つ、前記締着手段（１４１）に向けて、延伸する、請求項１ないし９のいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
11. 前記少なくとも２つのファイバ形状要素（１０１〜１０４）は、中央軸心（２２０）に関して回転対称性を有する配置構成を具備する、請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
12. 前記回転対称性はｎ回であり、ｎは前記少なくとも２つのファイバ形状要素（１０１〜１０４）の数を表す、請求項１１に記載のデバイス（１００）。
13. 前記捩れモード（３０１）の捩れ角度は３６０°／ｎよりも大きい、請求項１２に記載のデバイス（１００）。
14. 前記回転対称性は４回である、請求項１２または１３に記載のデバイス（１００）。
15. 前記少なくとも２つのファイバ形状要素（１０１〜１０４）の最低次の横モード（３０２）の固有周波数は、最低次の捩れモード（３０１）の固有周波数よりも大きい、請求項１ないし１４のいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
16. 前記少なくとも２つのファイバ形状要素（１０１〜１０４）のうちの隣接する２つのファイバ形状要素（１０１〜１０４）間の距離（２１０）は、前記少なくとも２つのファイバ形状要素（１０１〜１０４）のうちの少なくとも１つのファイバの長さ（２１１）の２％〜５０％の範囲内、選択的には１０％〜４０％の範囲内、更に選択的には１２〜２０％の範囲内である、請求項１ないし１５のいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
17. 前記少なくとも２つのファイバ形状要素（１０１〜１０４）は、互いに、１０％以下だけ、選択的には２％以下だけ、更に選択的には０．１％以下だけ異なる長さ（２１１）を有する、請求項１ないし１６のいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
18. 前記アクチュエータは、前記締着手段（１４１）を介して結合された前記少なくとも２つのファイバ形状要素（１０１〜１０４）を励起するように構成される、請求項１ないし１７のいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
19. アクチュエータにより、締着手段（１４１）と、光を偏向するように構成された偏向ユニット（１４２、１４５）との間に配置された少なくとも２つのファイバ形状要素（１０１〜１０４）の捩れモード（３０１）を誘起するステップを含み、
    これにより、前記少なくとも２つのファイバ形状要素（１０１〜１０４）の中央軸心（２２０）の回りにおける該少なくとも２つのファイバ形状要素（１０１〜１０４）の相互内への捻りが生じ、且つ、対応するそれぞれの長手軸心（１１１〜１１３）の回りにおける前記少なくとも２つのファイバ形状要素（１０１〜１０４）の各ファイバ形状要素（１０１〜１０４）の捻りが生じる、
    方法。

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