JP2021135427A - Optical device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、光デバイスに関する。 The present disclosure relates to optical devices.
従来、物体を光で照射し、当該物体からの反射光を検出することにより、当該物体の距離に関するデータを取得するLiDAR(Light Detection and Ranging)技術が存在する。LiDAR技術を用いた光デバイスの典型例は、光源、光検出器、および処理回路を備える。光源は、光の方向を変化させることが可能な構成を有する。光検出器は、物体からの反射光を検出することにより、反射光の強度を示す信号を出力する。処理回路は、光検出器から出力された信号に基づいて、例えばTOF(Time Of Flight)技術によって物体の距離に関するデータを取得する。特許文献1から3は、光の方向を変化させることが可能な構成の例を開示している。
Conventionally, there is a LiDAR (Light Detection and Ranking) technique for acquiring data on the distance of an object by irradiating the object with light and detecting the reflected light from the object. Typical examples of optical devices using LiDAR technology include light sources, photodetectors, and processing circuits. The light source has a configuration capable of changing the direction of light. The photodetector outputs a signal indicating the intensity of the reflected light by detecting the reflected light from the object. The processing circuit acquires data on the distance of an object based on the signal output from the photodetector, for example, by TOF (Time Of Flight) technology.
本開示は、簡単な構成で物体の距離および/または速度に関するデータを取得できる光デバイスを提供する。 The present disclosure provides an optical device capable of acquiring data on the distance and / or velocity of an object in a simple configuration.
本開示の一態様における光デバイスは、光偏向器を備える光源と、前記光偏向器により偏向された光の光路上に位置し、前記光を第1の光と第2の光とに分離するビームスプリッタと、前記第1の光と、物体で反射されて戻った前記第2の光とを干渉させて第3の光を発生させる光学系と、前記第3の光を検出する光検出器と、前記光検出器から出力された信号を処理する処理回路と、を備える。 The optical device according to one aspect of the present disclosure is located on a light source including a light deflector and an optical path of light deflected by the light deflector, and separates the light into a first light and a second light. An optical system that generates a third light by interfering the beam splitter, the first light, and the second light reflected by an object and returning, and an optical detector that detects the third light. And a processing circuit for processing the signal output from the optical detector.
本開示の包括的または具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能な記録ディスク等の記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意の組み合わせで実現されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、例えばCD−ROM(Compact Disc‐Read Only Memory)等の不揮発性の記録媒体を含み得る。装置は、1つ以上の装置で構成されてもよい。装置が2つ以上の装置で構成される場合、当該2つ以上の装置は、1つの機器内に配置されてもよく、分離した2つ以上の機器内に分かれて配置されてもよい。本明細書および特許請求の範囲では、「装置」とは、1つの装置を意味し得るだけでなく、複数の装置からなるシステムも意味し得る。 Comprehensive or specific embodiments of the present disclosure may be implemented in recording media such as systems, devices, methods, integrated circuits, computer programs or computer readable recording disks, systems, devices, methods, integrated circuits, etc. It may be realized by any combination of a computer program and a recording medium. The computer-readable recording medium may include a non-volatile recording medium such as a CD-ROM (Compact Disc-Read Only Memory). The device may consist of one or more devices. When the device is composed of two or more devices, the two or more devices may be arranged in one device, or may be separately arranged in two or more separated devices. As used herein and in the claims, "device" can mean not only one device, but also a system of multiple devices.
本開示の技術によれば、簡単な構成で物体の距離および/または速度に関するデータを取得できる光デバイスを実現することができる。 According to the technique of the present disclosure, it is possible to realize an optical device capable of acquiring data on the distance and / or speed of an object with a simple configuration.
以下で説明される実施形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、およびステップの順序は、一例であり、本開示の技術を限定する趣旨ではない。以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。さらに、各図において、実質的に同一または類似の構成要素には同一の符号が付されている。重複する説明は省略または簡略化されることがある。 Each of the embodiments described below provides a comprehensive or specific example. The numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions and connection forms of the components, steps, and the order of the steps shown in the following embodiments are examples, and are not intended to limit the technique of the present disclosure. Among the components in the following embodiments, the components not described in the independent claims indicating the highest level concept are described as arbitrary components. Each figure is a schematic view and is not necessarily exactly illustrated. Further, in each figure, substantially the same or similar components are designated by the same reference numerals. Duplicate descriptions may be omitted or simplified.
本開示の具体的な実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった知見を説明する。 Before explaining the specific embodiments of the present disclosure, the findings underlying the present disclosure will be described.
特許文献1は、MEMS(Microelectro Mechanical System)の機械駆動によってミラーを回転させることにより、出射光の方向を変化させる構成を開示している。当該ミラーは、MEMSミラーと呼ばれる。
特許文献2は、内部を光が導波する光導波層、および光導波層の上面および下面に形成された第1分布ブラッグ反射鏡を備える導波路と、導波路内に光を入射させるための光入射口と、光入射口から入射して導波路内を導波する光を出射させるために導波路の表面に形成された光出射口とを備える光偏向素子を開示している。
特許文献3は、2次元的に配列された複数のナノフォトニックアンテナ素子を有する光フェーズドアレイを開示している。それぞれのアンテナ素子は可変光遅延線(すなわち、位相シフタ)に光学的に結合される。この光フェーズドアレイでは、コヒーレント光ビームが導波路によってそれぞれのアンテナ素子に誘導され、位相シフタによって光ビームの位相がシフトされる。これにより、遠視野放射パターンの振幅分布を変化させることができる。 Patent Document 3 discloses an optical phased array having a plurality of nanophotonic antenna elements arranged two-dimensionally. Each antenna element is optically coupled to a variable light delay line (ie, phase shifter). In this optical phased array, a coherent optical beam is guided to each antenna element by a waveguide, and the phase shifter shifts the phase of the optical beam. This makes it possible to change the amplitude distribution of the far-field radiation pattern.
特許文献1に開示されている光源は、MEMSミラーの回転によって出射光の光路と反射光の光路とを一致させることが可能である。一方、特許文献2および3に開示されている光源は、機械駆動を用いることなく出射光の方向を変化させることが可能な構造を有する。当該光源は、機械駆動に比べて小型化が可能であり、耐振動性に優れ、また光の出射方向を高速で変化させることができる。しかし、特許文献2または3に開示されている光源をLiDAR技術に適用した場合、光デバイス内で出射光の光路と反射光の光路とを一致させることは容易ではない。
The light source disclosed in
さらに、TOF技術では、物体の距離に関するデータの取得において、距離に関して広いダイナミックレンジと高い分解能とを両立することが重要である。TOF技術では、太陽光などの外乱、または低い強度の反射光が、光感度の観点から問題になり得る。TOF技術では、物体の速度が、1スキャンごとの物体の距離の変化から算出される。このため、LiDAR技術を自動運転に適用する場合、高速に移動する物体の速度を検出するのに遅れが生じ得る。 Furthermore, in TOF technology, it is important to achieve both a wide dynamic range and high resolution with respect to distance in the acquisition of data regarding the distance of an object. In TOF technology, disturbances such as sunlight or reflected light of low intensity can be a problem from the viewpoint of light sensitivity. In TOF technology, the velocity of an object is calculated from the change in the distance of the object per scan. Therefore, when applying LiDAR technology to autonomous driving, there may be a delay in detecting the speed of a fast moving object.
近年、距離に関して広いダイナミックレンジと高い分解能を両立し、耐振動性が高く、高速に移動する物体の速度を検出できるFMCW(Frequency Modulated Continues Wave)−LiDAR技術が開発されている。非特許文献1は、FMCW−LiDAR技術の例を開示している。FMCW−LiDAR技術では、光源から出射される光の周波数が時間的に変化するように光源が制御される。光源から出射された当該光は、物体光と参照光とに分離される。物体光は、物体で反射され、光検出器に入射する光である。参照光は、物体を介さずに光検出器に入射する光である。物体光は、参照光よりも遅れて光検出器に入射する。したがって、光検出器への入射時では、物体光と参照光とは、異なる周波数を有する。光検出器は、物体光と参照光とが重畳されて干渉した干渉光を検出し、干渉光の強度を示す信号を出力する。当該信号はビート信号と呼ばれる。ビート信号の周波数は、物体光の周波数と、参照光の周波数との差分に相当する。当該差分は、物体までの距離に依存する。
In recent years, FMCW (Frequency Modified Continues Wave) -LiDAR technology has been developed, which has both a wide dynamic range and high resolution in terms of distance, has high vibration resistance, and can detect the speed of an object moving at high speed. Non-Patent
FMCW−LiDAR技術では、後述するように、距離に関して広いダイナミックレンジと高い分解能とを両立することができる。ビート信号の周波数は外乱の影響を受けにくい。物体の移動よってビート信号の周波数が時間的に変化するので、その周波数の時間変化から、物体の速度を検出することができる。距離が異なる複数の物体から反射された物体光は、複数の周波数成分を有する。したがって、ビート信号が1つの光検出器から出力された場合でも、当該ビート信号から複数の周波数成分を分離することにより、複数の物体の距離に関するデータを取得することができる。 In the FMCW-LiDAR technology, as will be described later, it is possible to achieve both a wide dynamic range and high resolution in terms of distance. The frequency of the beat signal is not easily affected by disturbance. Since the frequency of the beat signal changes with time due to the movement of the object, the velocity of the object can be detected from the time change of the frequency. Object light reflected from a plurality of objects having different distances has a plurality of frequency components. Therefore, even when the beat signal is output from one photodetector, data on the distances of a plurality of objects can be acquired by separating the plurality of frequency components from the beat signal.
機械駆動によって出射光の方向を変化させる構造を光源に用いる場合、光デバイス内で物体光の光路と参照光の光路とを一致させることは容易である。物体光の光路と参照光の光路とを一致させることにより、光検出器は、物体光と参照光との干渉光を検出することができる。一方、機械駆動を用いることなく出射光の方向を変化させる構造を光源に用いる場合、光デバイス内で物体光の光路と参照光の光路とを一致させることができれば、光デバイスの設計の自由度を向上させることができる。 When a structure that changes the direction of emitted light by mechanical drive is used as a light source, it is easy to match the optical path of the object light with the optical path of the reference light in the optical device. By matching the optical path of the object light with the optical path of the reference light, the photodetector can detect the interference light between the object light and the reference light. On the other hand, when a structure that changes the direction of emitted light is used as a light source without using mechanical drive, if the optical path of the object light and the optical path of the reference light can be matched in the optical device, the degree of freedom in designing the optical device. Can be improved.
本開示の実施形態における光デバイスでは、例えば、FMCW−LiDAR技術を用いて物体の距離および/または速度に関するデータを取得することができる。 In the optical device of the embodiments of the present disclosure, for example, FMCW-LiDAR technology can be used to obtain data on the distance and / or velocity of an object.
また、本開示の実施形態における光デバイスでは、光源および光検出器を、ビームスプリッタおよび光学系とともに適切に配置することにより、光デバイス内で物体光の光路と参照光の光路とを一致させることができる。光源は、機械駆動を用いることなく出射光の方向を変化させる構造を有してもよい。本開示の実施形態における光デバイスによれば、簡単な構成で物体の距離および/または速度に関するデータを取得することができる。 Further, in the optical device according to the embodiment of the present disclosure, the light source and the photodetector are appropriately arranged together with the beam splitter and the optical system so that the optical path of the object light and the optical path of the reference light are matched in the optical device. Can be done. The light source may have a structure that changes the direction of the emitted light without using mechanical drive. According to the optical device according to the embodiment of the present disclosure, it is possible to acquire data on the distance and / or velocity of an object with a simple configuration.
第1の項目に係る光デバイスは、光偏向器を備える光源と、前記光偏向器により偏向された光の光路上に位置し、前記光を第1の光と第2の光とに分離するビームスプリッタと、前記第1の光と、物体で反射されて戻った前記第2の光とを干渉させて第3の光を発生させる光学系と、前記第3の光を検出する光検出器と、前記光検出器から出力された信号を処理する処理回路と、を備える。 The optical device according to the first item is located on a light source including an optical deflector and an optical path of light deflected by the optical deflector, and separates the light into a first light and a second light. An optical system that generates a third light by interfering the beam splitter, the first light, and the second light reflected by an object and returning, and an optical detector that detects the third light. And a processing circuit for processing the signal output from the optical detector.
この光デバイスでは、簡単な構成で、第1の光と第2の光とを干渉させた第3の光を光検出器によって検出することができる。光検出器から出力された信号に基づいて、物体の距離および/または速度に関するデータを取得することができる。 In this optical device, a third light in which the first light and the second light interfere with each other can be detected by a photodetector with a simple configuration. Data on the distance and / or velocity of an object can be acquired based on the signal output from the photodetector.
第2の項目に係る光デバイスは、第1の項目に係る光デバイスにおいて、前記光学系が、前記第1の光の光路上に位置する第1レンズおよびミラーを含む。前記第1レンズは、前記第1の光の光路上における前記ビームスプリッタと前記ミラーとの間に位置する。 The optical device according to the second item includes a first lens and a mirror in which the optical system is located on the optical path of the first light in the optical device according to the first item. The first lens is located between the beam splitter and the mirror on the optical path of the first light.
この光デバイスでは、光源における光偏向器によって偏向された光の方向によらず、第3の光を、光検出器の光検出面内での特定の位置に集束させることができる。 In this optical device, the third light can be focused at a specific position in the photodetector's photodetection plane, regardless of the direction of the light deflected by the photodetector in the light source.
第3の項目に係る光デバイスは、第2の項目に係る光デバイスにおいて、前記光学系が、前記第3の光の光路上に位置する第2レンズをさらに含む。 The optical device according to the third item further includes a second lens in which the optical system is located on the optical path of the third light in the optical device according to the second item.
この光デバイスでは、第2レンズにより、光源における光偏向器によって偏向された光の方向に応じて、光検出器によって検出される第3の光の検出位置を変化させることができる。 In this optical device, the second lens can change the detection position of the third light detected by the photodetector according to the direction of the light deflected by the light deflector in the light source.
第4の項目に係る光デバイスは、第3の項目に係る光デバイスにおいて、前記光学系が、前記第3の光の光路上における前記第2レンズと前記光検出器との間に位置する第3レンズをさらに含む。 The optical device according to the fourth item is the optical device according to the third item, wherein the optical system is located between the second lens and the photodetector on the optical path of the third light. Also includes 3 lenses.
この光デバイスでは、第3レンズにより、光検出器の光検出面内における第3の光が集束される位置を変更することができる。 In this optical device, the third lens can change the position in the photodetector's light detection plane where the third light is focused.
第5の項目に係る光デバイスは、第4の項目に係る光デバイスにおいて、前記光学系が、前記第1の光の光路上における前記第1レンズと前記ミラーとの間に位置する第4レンズをさらに含む。 The optical device according to the fifth item is the fourth lens in which the optical system is located between the first lens and the mirror on the optical path of the first light in the optical device according to the fourth item. Including further.
この光デバイスでは、第4レンズにより、ミラーがある程度傾いても、光検出器から出力された信号の強度が極端に減少することを抑制することができる。 In this optical device, the fourth lens can prevent the intensity of the signal output from the photodetector from being extremely reduced even if the mirror is tilted to some extent.
第6の項目に係る光デバイスは、第1の項目に係る光デバイスにおいて、前記光学系が、前記第1の光の光路上に位置する凹面鏡を含む。 The optical device according to the sixth item includes a concave mirror in which the optical system is located on the optical path of the first light in the optical device according to the first item.
この光デバイスでは、凹面鏡により、1つの光学部品だけで、第1の光と第2の光とを干渉させた第3の光を光検出器によって検出することができる。 In this optical device, the concave mirror allows the photodetector to detect a third light in which the first light and the second light interfere with each other with only one optical component.
第7の項目に係る光デバイスは、第1の項目に係る光デバイスにおいて、前記光学系が、前記第1の光を反射し、且つ反射方向を制御する光変調器を含む。 The optical device according to the seventh item includes an optical modulator in which the optical system reflects the first light and controls the reflection direction in the optical device according to the first item.
この光デバイスでは、光変調器により、第1の光と第2の光とを干渉させた第3の光を光検出器によって検出することができる。 In this optical device, the light modulator can detect a third light that interferes with the first light and the second light by the photodetector.
第8の項目に係る光デバイスは、第1の項目に係る光デバイスにおいて、前記第3の光が、前記ビームスプリッタにより反射された前記第1の光と、前記物体で反射され、前記ビームスプリッタを透過した前記第2の光とを干渉させて生成される。 The optical device according to the eighth item is the optical device according to the first item, in which the third light is reflected by the first light reflected by the beam splitter and the object, and the beam splitter. It is generated by interfering with the second light that has passed through.
この光デバイスでは、ビームスプリッタにより、第1の光と第2の光とを干渉させた第3の光を生成することができる。 In this optical device, a beam splitter can generate a third light that interferes with the first light and the second light.
第9の項目に係る光デバイスは、第1から第8の項目のいずれかに係る光デバイスにおいて、前記光源が周波数可変光源であり、前記処理回路がFMCW処理回路である。 The optical device according to the ninth item is the optical device according to any one of the first to eighth items, wherein the light source is a frequency variable light source and the processing circuit is an FMCW processing circuit.
この光デバイスでは、FMCW技術によって物体の距離および/または速度に関するデータを取得することができる。 In this optical device, FMCW technology can acquire data on the distance and / or velocity of an object.
本開示において、回路、ユニット、装置、部材または部の全部または一部、またはブロック図における機能ブロックの全部または一部は、例えば、半導体装置、半導体集積回路(IC)、またはLSI(large scale integration)を含む1つまたは複数の電子回路によって実行され得る。LSIまたはICは、1つのチップに集積されてもよいし、複数のチップを組み合わせて構成されてもよい。例えば、記憶素子以外の機能ブロックは、1つのチップに集積されてもよい。ここでは、LSIまたはICと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムLSI、VLSI(very large scale integration)、もしくはULSI(ultra large scale integration)と呼ばれるものであってもよい。LSIの製造後にプログラムされる、Field Programmable Gate Array(FPGA)、またはLSI内部の接合関係の再構成またはLSI内部の回路区画のセットアップができるreconfigurable logic deviceも同じ目的で使うことができる。 In the present disclosure, all or part of a circuit, unit, device, member or part, or all or part of a functional block in a block diagram, is, for example, a semiconductor device, a semiconductor integrated circuit (IC), or an LSI (range scale integration). ) Can be performed by one or more electronic circuits. The LSI or IC may be integrated on one chip, or may be configured by combining a plurality of chips. For example, functional blocks other than the storage element may be integrated on one chip. Here, it is called LSI or IC, but the name changes depending on the degree of integration, and it may be called system LSI, VLSI (very large scale integration), or ULSI (ultra large scale integration). A Field Programmable Gate Array (FPGA), which is programmed after the LSI is manufactured, or a reconfigurable logistic device that can reconfigure the junction relationship inside the LSI or set up the circuit partition inside the LSI can also be used for the same purpose.
さらに、回路、ユニット、装置、部材または部の全部または一部の機能または動作は、ソフトウェア処理によって実行することが可能である。この場合、ソフトウェアは1つまたは複数のROM、光学ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録され、ソフトウェアが処理装置(processor)によって実行されたときに、そのソフトウェアで特定された機能が処理装置(processor)および周辺装置によって実行される。システムまたは装置は、ソフトウェアが記録されている1つまたは複数の非一時的記録媒体、処理装置(processor)、および必要とされるハードウェアデバイス、例えばインターフェースを備えていてもよい。 Further, all or part of the function or operation of a circuit, unit, device, member or part can be performed by software processing. In this case, the software is recorded on a non-temporary recording medium such as one or more ROMs, optical disks, hard disk drives, etc., and when the software is executed by a processor, the functions identified by the software It is executed by a processor and peripheral devices. The system or device may include one or more non-temporary recording media on which the software is recorded, a processor, and the required hardware devices, such as an interface.
本開示において、「光」とは、可視光(波長が約400nm〜約700nm)だけでなく、紫外線(波長が約10nm〜約400nm)および赤外線(波長が約700nm〜約1mm)を含む電磁波を意味する。 In the present disclosure, "light" refers to electromagnetic waves including not only visible light (wavelength of about 400 nm to about 700 nm) but also ultraviolet rays (wavelength of about 10 nm to about 400 nm) and infrared rays (wavelength of about 700 nm to about 1 mm). means.
以下、本開示のより具体的な実施形態を説明する。 Hereinafter, more specific embodiments of the present disclosure will be described.
(実施形態)
まず、図1Aおよび図1Bを参照して、本開示の例示的な実施形態における光デバイスの例を説明する。図1Aおよび図1Bは、それぞれ、本開示の例示的な実施形態における光デバイス100の第1の例および第2の例を模式的に示す断面図である。第1の例および第2の例では、本実施形態における光デバイス100から外部に出射される光の方向が異なる。以下の説明において、図1Aおよび図1Bに示す互いに直交するX軸、Y軸、およびZ軸からなる座標系を用いる。X軸の矢印の方向を「+X方向」と称し、その反対の方向を「-X方向」と称する。Y軸およびZ軸の矢印の方向およびその反対の方向についても同様である。これらの軸および方向は、便宜上用いられるにすぎず、現実に使用される光デバイス100の配置または姿勢を限定することを意図するわけではない。
(Embodiment)
First, an example of an optical device according to an exemplary embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 1A and 1B. 1A and 1B are cross-sectional views schematically showing a first example and a second example of the
本実施形態における光デバイス100は、不図示の物体を光で照射し、物体で反射された光から、FMCW−LiDAR技術によって物体の距離および/または速度に関するデータを取得する。本実施形態における光デバイス100は、光源10と、ビームスプリッタ20と、光学系30と、光検出器40と、処理回路50とを備える。光学系30は、レンズ32と、ミラー34とを含む。本明細書では、レンズ32を「第1レンズ321」とも称し、処理回路を「FMCW処理回路」とも称する。本明細書において、「FMCW処理回路」とは、後述するFMCW処理を行う電子回路を意味する。
The
図1Aに示す第1の例および図1Bに示す第2の例において、光源10、ビームスプリッタ20、レンズ32、およびミラー34は、+Y方向に沿ってこの順に配置されている。ビームスプリッタ20の反射面は、XY平面に対して垂直であり、かつ+Z方向から見たときY軸に対して時計回りに45°傾いている。レンズ32の光軸は、Y軸に対して平行である。ミラー34の反射面は、XZ平面に対して平行である。光検出器40、およびビームスプリッタ20は、+X方向に沿ってこの順に配置されている。光検出器40の光検出面は、YZ平面に対して平行である。第1の例および第2の例に示す構成要素の傾きなどの配置関係は、用途に応じて適宜調整され得る。
In the first example shown in FIG. 1A and the second example shown in FIG. 1B, the
光源10は、光10Lを出射する。光源10は、例えば単一周波数の連続波レーザ光を出射するレーザダイオードなどの発光素子を含み得る。単一周波数の連続波レーザ光の代わりに、光周波数コムを有するパルス波レーザ光であってもよい。光周波数コムとは、複数の離散的な等間隔の線から形成された櫛状の周波数スペクトルである。
The
光源10から出射される光10Lの周波数は、用途に応じて選択され得る。物体までの距離を赤外線によって計測する場合、光10Lの周波数は、例えば120THz(波長2.5μm)以上428THz(波長700nm)以下であり得る。光10Lの周波数は、可視域の周波数、すなわち、428THz(波長700nm)以上749THz(波長400nm)以下であってもよい。光10Lの周波数は、120THz(波長2.5μm)以下であってもよい。
The frequency of the light 10L emitted from the
光源10は周波数可変光源である。光10Lの周波数は、例えば、光源10に含まれる発光素子に注入する電流、または発光素子の温度に応じて変化し得る。本実施形態では、FMCW-LiDAR技術を用いるので、光10Lの周波数が時間的に変化するように、光源10が処理回路50によって制御される。
The
光源10は、発光素子から出射された光を偏向させる光偏向器を備える。光偏向器は、光10Lの方向のうち、X方向に平行な成分と、Z方向に平行な成分とを変化させる。光源10の構成の詳細については後述する。図1Aに示す第1の例と、図1Bに示す第2の例とでは、光源10から出射される光10Lの方向が異なる。第1の例および第2の例では、光10Lの方向は、それぞれ、+Z方向から見たときXY平面内でY軸に対して時計回りおよび反時計回りに傾斜している。以下では、「+Z方向から見たときXY平面内でY軸に対して時計回りに」を、単に「Y軸に対して時計回りに」と記載する。反時計回りについても同様である。
The
ビームスプリッタ20は、光10Lの光路上に位置する。ビームスプリッタ20は、例えば、接合された2つの直角プリズムを含むキューブ型ビームスプリッタであり得る。一方の直角プリズムは、その斜面に光学薄膜を有する。キューブ型ビームスプリッタの例として、偏光無依存ビームスプリッタキューブが挙げられる。あるいは、ビームスプリッタ20は、例えば、表面に光学薄膜が設けられた平板ガラスを有するプレート型ビームスプリッタであり得る。
The
ビームスプリッタ20は、光源10から出射された光10Lを第1の光10L1と第2の光10L2とに分離する。第1の光10L1は、光10Lのうち、ビームスプリッタ20を透過した成分である。第2の光10L2は、光10Lのうち、ビームスプリッタ20によって反射された成分である。第1の光10L1および第2の光10L2の方向は、光源10から出射された光10Lの方向に応じて変化する。ビームスプリッタ20において、第1の光10L1と第2の光10L2との強度の比率は、例えば50:50であり得る。第1の光10L1と第2の光10L2との強度の比率は、物体での光の反射率に応じて変更してもよい。ビームスプリッタ20の大きさおよび位置は、光10Lの方向が変化する角度範囲をすべてカバーするように設計される。
The
光学系30は、第1の光10L1の光路上に位置するレンズ32とミラー34とを含む。レンズ32は、例えば、第1の光10L1を集束することができる両凸球面レンズであり得る。本実施形態では、レンズ32の焦点が、光源10の光出射面内と、光検出器40の光検出面内とに存在する。光源10の光出射面内における焦点を「第1焦点F1」と称し、光検出器40の光検出面内における焦点を「第2焦点F2」と称する。第1焦点F1および第2焦点F2は、ビームスプリッタ20に対して鏡面対称である。ミラー34は、+Y方向に沿って伝搬する光を−Y方向に向けて反射する。ミラー34は、例えば金属、または誘電体多層膜から形成され得る。
The
光10Lは、光源10の光出射面内における第1焦点F1から出射される。ビームスプリッタ20によって光10Lから分離された第1の光10L1は、レンズ32を透過して+Y方向に沿って伝搬し、ミラー34によって反射されて−Y方向に沿って伝搬し、レンズ32を再び透過し、ビームスプリッタ20によって反射されて光検出器40における第2焦点F2に入射する。ビームスプリッタ20によって光10Lから分離された第2の光10L2は、物体で反射され、ビームスプリッタ20を介して光検出器40における第2焦点F2に入射する。図1Aおよび図1Bに示すように、第1の光10L1および第2の光10L2は、光10Lの出射方向に関係なく、光検出器40における第2焦点F2に入射する。
光検出器40は、第1の光10L1と第2の光10L2とが重畳されて干渉した第3の光10L3を検出し、第3の光10L3の強度を示す信号を出力する。光検出器40は、1つ以上の光検出素子を含み得る。光検出器40は、1つの光検出素子を含んでもよいし、1次元または2次元に配列された複数の光検出素子を含んでもよい。光検出器40は、例えば、Siアバランシェフォトディテクタであり得る。
The
第2の光10L2は、第1の光10L1と比較して、光デバイス100から物体までの往復距離を余分に伝搬する。第2の光10L2は、第1の光10L1よりも遅れて光検出器40に入射する。その結果、第2の光10L2の周波数は、第1の光10L1の周波数とは異なる。異なる周波数に起因して、第3の光10L3においてビートが発生する。光検出器40から出力される上記の信号は、ビート信号である。本明細書では、第1の光を「参照光」と称し、第2の光を「物体光」と称し、第3の光を「干渉光」と称する。本明細書では、説明を簡単にするために、物体で反射された後の第2の光だけでなく、物体で反射される前の第2の光も、物体光と称する。
The
処理回路50は、光源10および光検出器40を制御し、光検出器40から出力された信号を処理する。光源10の制御は、例えば、光源10から出射される光の周波数、方向、および出射タイミング、ならびに光源10の位置の制御であり得る。光検出器40の制御は、例えば、検出タイミング、および光検出器40の位置の制御であり得る。
The
以下に、図2を参照して、処理回路50のFMCW処理の動作を説明する。図2は、処理回路50が実行するFMCW処理の動作のフローチャートである。処理回路50は、以下のステップS101からステップS103の動作を実行する。
The operation of the FMCW processing of the
ステップS101において、処理回路50は、光源10に、周波数f(t)が時間的に変化する光10Lを出射させる。参照光10L1の光路長が十分に短いとすると、光検出器40によって検出されるタイミングt=t0での参照光10L1の周波数f1は、当該タイミングでの光10Lの周波数f(t0)に等しいと考えることができる。物体光10L2が物体で反射されて戻ってくるまで時間をΔtとすると、物体光10L2の周波数f2は、f(t0)−[df(t)/dt]t=t0Δtによって表される。[df(t)/dt]t=t0は、時間t=t0での周波数f(t)の時間変化率を表す。処理回路50は、光源10の位置を例えばアクチュエータによって調整してもよい。この調整により、第1焦点F1と光源10の光出射面とのずれを補償することができる。
In step S101, the
ステップS102において、処理回路50は、光検出器40に、干渉光10L3を検出させることによってビート信号を出力させる。処理回路50は、光検出器40の位置を例えばアクチュエータによって調整してもよい。この調整により、第2焦点F2と光検出器40の光検出面とのずれを補償することができる。その結果、ビート信号の強度を向上させることができる。ビート信号の周波数は、参照光10L1の周波数f1と、物体光10L2の周波数f2との周波数差Δf=f1−f2=[df(t)/dt]t=t0Δtによって表される。
In step S102, the
ステップS103において、処理回路50は、ビート信号を処理することにより、物体の距離および/または速度に関するデータを生成して出力する。光デバイス100から物体までの距離をd、空気中での光速をcとすると、Δt=2d/cである。参照光10L1の周波数f1と、物体光10L2の周波数f2との周波数差Δf=(2d/c)[df(t)/dt]t=t0から、物体の距離dに関するデータを生成することができる。例えば[df(t)/dt]t=t0=125THz/s、距離dが5mm以上50m以下である場合、周波数差Δfは、4.17kHz以上4.17MHzである。この周波数差Δfは、例えば、スペクトルアナライザまたはオシロスコープにより、例えば数Hzオーダーから数十MHzオーダーの分解能で正確に計測することができる。したがって、本実施形態における光デバイス100によれば、物体の距離に関するデータの取得において、距離に関して広いダイナミックレンジと高い分解能とを両立することができる。物体が動いている場合、距離dの時間変化率である物体の速度をvとすると、周波数差Δfの時間変化率dΔf/dt=2v/c[df(t)/dt]t=t0から、物体の速度vに関するデータを生成することができる。
In step S103, the
本実施形態における光デバイス100によれば、処理回路50は、光源10から出射される光10Lの方向を変化させ、光10Lの方向に応じてビート信号を処理することにより、物体の3次元的な位置および/または速度に関するデータを取得することができる。
According to the
また、本実施形態における光デバイス100によれば、レンズ32の存在により、光源10から出射される光10Lの方向が変化しても、参照光10L1と物体光10L2とを、光検出器40の光検出面内における第2焦点F2で重畳させて干渉させることができる。
Further, according to the
(変形例)
次に、図3Aから図5を参照して、本実施形態における光デバイスの第1変形例から3変形例を説明する。本実施形態の第1変形例から第3変形例における光デバイスは、本実施形態における光デバイス100の構成に加えて1つ以上のレンズをさらに備える。
(Modification example)
Next, with reference to FIGS. 3A to 5, the first to third modified examples of the optical device in the present embodiment will be described. The optical devices according to the first to third modifications of the present embodiment further include one or more lenses in addition to the configuration of the
図3Aおよび図3Bは、それぞれ、本実施形態の第1変形例における光デバイス110の第1の例および第2の例を模式的に示す図である。第1変形例における光デバイス110は、本実施形態における光デバイス100とは異なり、ビームスプリッタ20と光検出器40との間に第2レンズ322を備える。第2レンズ322は、干渉光10L3の光路上に位置する。ビームスプリッタ20の側にある第2レンズ322の焦点は、第1レンズ321の第2焦点F2に一致する。第2焦点F2を通過し、第2レンズ322を透過した第3の光10L3は、−X方向に沿って光検出器40に入射する。第1変形例における光デバイス110では、本実施形態における光デバイス100とは異なり、第2焦点F2が光検出器40の光検出面内に存在する必要がない。したがって、光検出器40の位置を厳密に調整する必要がない。
3A and 3B are diagrams schematically showing a first example and a second example of the
図3Aおよび図3Bに示すように、第3の光10L3が光検出器40に入射する位置は、光源10から出射される光10Lの方向に応じて変化する。光10Lの方向のうち、X方向の成分が変化すれば、Y方向に配列した複数の光検出素子を含む光検出器40により、物体の距離に関する1次元データを取得することができる。光10Lの方向のうち、X方向に平行な成分およびZ方向に平行な成分が変化すれば、Y方向およびZ方向に配列した複数の光検出素子を含む光検出器40により、物体の距離に関する2次元画像データを取得することができる。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the position where the third light 10L 3 is incident on the
図4は、本実施形態の第2変形例における光デバイス120の例を模式的に示す図である。第2変形例における光デバイス120は、第1変形における光デバイス110とは異なり、干渉光10L3の光路上における第2レンズ322と光検出器40と間に位置する第3レンズ323をさらに備える。第3レンズ323の焦点である第3焦点F3は、光検出器40の光検出面内に位置する。図4に示す例では、図1Aに示す例と比較して、光検出器40に入射する第3の光10L3の位置を第2焦点F2から第3焦点F3に変更することができる。したがって、光学設計の自由度を向上させることができる。
FIG. 4 is a diagram schematically showing an example of the
さらに、処理回路50は、第1レンズ321から第3レンズ323の位置を例えばアクチュエータによって調整してもよい。この調整により、第1焦点F1と光源10の光出射面とのずれを補償したり、第3焦点F3と光検出器40の光検出面とのずれを補償したり、参照光10L1と物体光10L2とのずれを補償したりすることができる。その結果、ビート信号の強度を向上させることができる。干渉光10L3を光検出器40に直接入射させる代わりに、参照光10L1および物体光10L2を光ファイバに一旦導入して得られた干渉光10L3を光検出器40に入射させてもよい。
Further, the
図5は、本実施形態の第3変形例における光デバイス130の例を模式的に示す図である。第3変形例における光デバイス130は、第2変形例における光デバイス120とは異なり、参照光10L1の光路上における第1レンズ321とミラー34との間に位置する第4レンズ324をさらに備える。第4レンズ324の焦点である第4焦点F4は、ミラー34の反射面内に位置する。この配置により、ミラー34がXZ平面からある程度傾斜しても、ビート信号の強度が極端に減少することを抑制することができる。その結果、ミラー34のアライメントが容易になる。第3変形例における光デバイス130において、第2変形例における光デバイス120と同様に、処理回路50は、第1レンズ321から第4レンズ324の位置を例えばアクチュエータによって調整することにより、ビート信号の強度を向上させてもよい。このとき、光検出器40に入射する参照光10L1および物体光10L2のベクトルは、光検出器40の光検出面内における第3焦点F3でビート信号が得られるように決定される。
FIG. 5 is a diagram schematically showing an example of the
次に、図6および図7を参照して、本実施形態における光デバイスの第4変形例および第5変形例を説明する。 Next, a fourth modification example and a fifth modification example of the optical device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
図6は、本実施形態の第4変形例における光デバイス140の例を模式的に示す図である。第4変形例における光デバイス140は、本実施形態における光デバイス100とは異なり、第1レンズ321およびミラー34を含む光学系30ではなく、参照光10L1の光路上に位置する凹面鏡60を含む光学系30を備える。光学系30は、参照光10L1に対してレンズ効果およびミラー効果を有する。凹面鏡60は、図1Aに示すレンズ32と同様に、光源10の光出射面内に存在する第1焦点F1と、光検出器40の光検出面内に存在する第2焦点F2とを有する。図6に示す例では、図1Aに示す例と同様に、干渉光10L3を光検出器40における第2焦点F2に入射させることができる。図6に示す凹面鏡60は、図1Aに示すレンズ32およびミラー34とは異なり、1つの光学部品である。したがって、第4変形例における光デバイス140の小型化および簡素化を実現することができる。
FIG. 6 is a diagram schematically showing an example of the
図7は、本実施形態の第5変形例における光デバイス150の例を模式的に示す図である。第5変形例における光デバイス150は、実施形態1における光デバイス100とは異なり、第1レンズ321およびミラー34を含む光学系30ではなく、参照光10L1を反射し、且つ反射方向を制御する光変調器70を含む光学系30を備える。光変調器70は、例えば、LCOS(Liquid Crystal on Silicon)などの2次元の空間光変調器、電気光学変調器、音響光学変調器、ガルバノミラー、またはMEMSミラーを含み得る。処理回路50は、光変調器70に、参照光10L1を変調および反射させ、参照光10L1を、ビームスプリッタ20を介して第2焦点F2に集束させる。図7に示す例において、第2焦点F2は、光検出器40の光検出面内に存在する。
FIG. 7 is a diagram schematically showing an example of the
空気の揺らぎに起因して光の波面が歪むことにより、参照光10L1および物体光10L2が第2焦点F2で重畳されなくなり、干渉光10L3が効果的に得られない可能性がある。その結果、物体の分解能およびコントラストが低下し得る。空気の揺らぎに起因する光の波面の歪みを光変調器70によって補償することにより、物体の分解能およびコントラストを向上させることができる。振動または経年劣化によって参照光10L1の光路長が変化する場合でも、その光路長の変化を光変調器70によって補償することができる。光変調器70による補償では、光学部品の位置を物理的に変化させる必要がない。
Due to the distortion of the wave surface of the light due to the fluctuation of the air, the
前述した例では、第1の光10L1が参照光であり、第2の光10L2が物体光であった。用途によっては、光学系30の配置を適切に変更し、第1の光10L1を物体光とし、第2の光10L2を参照光としてもよい。また、前述した例では、FMCW技術によって物体の距離および/または速度に関するデータが取得された。用途によっては、FMCW技術の代わりに、TOF技術などの他の技術を用いてもよい。
In the above example, the
(光源10の構成例)
次に、図8Aから図8Cを参照して、機械駆動を用いない本実施形態における光源10の構成例を説明する。
(Structure example of light source 10)
Next, a configuration example of the
図8Aは、本実施形態における光源10の例を模式的に示す斜視図である。光源10は、光導波路アレイ12Aと、位相シフタアレイ14Aと、光分岐器15と、発光素子16と、これらの構成要素が集積された基板18と、を備える。光導波路アレイ12A、位相シフタアレイ14A、および光分岐器15を含む構成が、光偏向器に相当する。光導波路アレイ12Aは、Z方向に配列された複数の光導波路素子12を含む。各光導波路素子12はX方向に延びている。位相シフタアレイ14AはZ方向に配列された複数の位相シフタ14を含む。各位相シフタ14はX方向に延びている。光導波路アレイ12Aにおける複数の光導波路素子12は、位相シフタアレイ14Aにおける複数の位相シフタ14にそれぞれ接続されている。位相シフタアレイ14Aには光分岐器15が接続されている。
FIG. 8A is a perspective view schematically showing an example of the
発光素子16から発せられ、光分岐器15に入力された光は、光分岐器15を介して位相シフタアレイ14Aにおける複数の位相シフタ14に入力する。位相シフタアレイ14Aにおける複数の位相シフタ14を通過した光は、位相がZ方向に一定量ずつシフトした状態で、光導波路アレイ12Aにおける複数の光導波路素子12にそれぞれ入力する。光導波路アレイ12Aにおける複数の光導波路素子12にそれぞれ入力した光は、光10Lとして、XZ平面に平行な光出射面から、当該光出射面に交差する方向に出射される。
The light emitted from the
次に、図8Bを参照して、本実施形態における光導波路素子12の構成例を説明する。図8Bは、本実施形態における光導波路素子12の例を模式的に示す図である。本実施形態における光導波路素子12は、互いに対向する第1ミラー12m1および第2ミラー12m2と、第1ミラー12m1と第2ミラー12m2との間に位置し、かつ、液晶材料を含む液晶層12LCと、液晶層12LCに第1駆動電圧を印加するための一対の第1電極12ELとを含む。第1ミラー12m1の透過率は、第2ミラー12m2の透過率よりも高い。第1ミラー12m1および第2ミラー12m2の少なくとも一方は、例えば、複数の高屈折率層および複数の低屈折率層が交互に積層された多層反射膜から形成され得る。第1ミラー12m1および第2ミラー12m2は、同じ高屈折率層および同じ低屈折率層を含む多層反射膜から形成されてもよい。この場合、第1ミラー12m1の積層数を第2ミラー12m2の積層数よりも少なくすれば、第1ミラー12m1の透過率は、第2ミラー12m2の透過率よりも高くなる。
Next, a configuration example of the
発光素子16から発せられた光の一部である光12Lは、第1ミラー12m1および第2ミラー12m2によって反射されながら、液晶層12LC内をX方向に沿って伝搬する。その際、液晶層12LC内を伝搬する光12Lの一部が第1ミラー12m1から外部に出射される。
The light 12L, which is a part of the light emitted from the
一対の第1電極12ELに第1駆動電圧を印加することにより、液晶層12LCにおける液晶材料の屈折率が変化し、光導波路素子12から外部に出射される光の方向が変化する。第1駆動電圧の変化に対する液晶材料の屈折率の変化速度は、例えば30Hz以上120Hz以下であり得る。第1駆動電圧の変化に応じて、光導波路アレイ12Aから出射される光10Lの方向のうち、X方向に平行な成分D1が変化する。処理回路50は、一対の第1電極12ELに第1駆動電圧を印加することにより、光源10から出射される光10Lの方向のうち、X方向に平行な成分D1を変化させる。
By applying the first driving voltage to the pair of first electrodes 12EL, the refractive index of the liquid crystal material in the liquid crystal layer 12LC changes, and the direction of the light emitted to the outside from the
次に、図8Cを参照して、本実施形態における位相シフタ14の構成例を説明する。図8Cは、本実施形態における位相シフタ14の例を模式的に示す図である。本実施形態における位相シフタ14は、熱によって屈折率が変化する熱光学材料を含む全反射導波路14wと、全反射導波路14wに熱的に接触するヒータ14hと、ヒータ14hに第2駆動電圧を印加するための一対の第2電極14ELとを含む。全反射導波路14wの屈折率は、ヒータ14h、基板18および空気の屈折率よりも高い。屈折率差により、発光素子16から発せられた光の一部である光14Lは、全反射導波路14w内を全反射されながらX方向に沿って伝搬する。
Next, a configuration example of the
一対の第2電極14ELに第2駆動電圧を印加することにより、全反射導波路14wがヒータ14hによって加熱される。その結果、全反射導波路14wの屈折率が変化し、全反射導波路14wの端から出力される光14Lの位相がシフトする。第2駆動電圧の変化に対する熱光学材料の屈折率の変化速度は、例えば1kHz以上10kHz以下であり得る。図8Aに示す例において、位相シフタアレイ14Aにおける複数の位相シフタ14から出力される光14Lの位相がZ方向に沿って一定量ずつ増減すれば、光導波路アレイ12Aから出射される光10Lの方向のうち、Z方向に平行な成分D2が変化する。処理回路50は、一対の第2電極14ELに第2駆動電圧を印加することにより、光源10から出射される光10Lの方向のうち、Z方向に平行な成分D2を変化させる。
By applying a second drive voltage to the pair of second electrodes 14EL, the
前述した光導波路アレイ12Aの代わりに、第1ミラー12m1、第2ミラー12m2、および液晶層12LCを備える平面光導波路を、位相シフタアレイ14Aに接続してもよい。当該平面光導波路における第1ミラー12m1、第2ミラー12m2、および液晶層12LCは、XZ平面に沿って広がっている。位相シフタアレイ14Aに含まれる複数の位相シフタ14を伝搬する光は、平面光導波路における液晶層12LC内で干渉して光ビームを形成する。液晶層12LC内で形成された光ビームは、第1ミラー12m1を介して外部に出射される。
Instead of the
本実施形態における光源10の動作原理、および動作方法などの詳細は、米国特許出願公開第2018/0224709号に開示されている。この文献の開示内容全体を本明細書に援用する。
Details of the operating principle, operating method, and the like of the
図8Aから図8Cに示す例の他に、本実施形態における光源10は、例えば、発光素子と、当該発光素子から出射された光の方向を変化させる光変調器とを備えてもよい。機械駆動によって光の方向を変化させる場合、当該光変調器は、例えば、ガルバノミラー、またはMEMSミラーを含み得る。機械駆動を用いることなく光の方向を変化させる場合、当該光変調器は、例えば、LCOSなどの2次元の空間光変調器、電気光学変調器、または音響光学変調器を含み得る。
In addition to the examples shown in FIGS. 8A to 8C, the
(光源10の具体例)
以下に、本実施形態における光源10の具体例を説明する。
(Specific example of light source 10)
A specific example of the
発光素子16は、注入電流450mAのとき周波数314THz(波長955nm)の連続波レーザ光を出射し、注入電流550mAのとき周波数319THz(波長940nm)の連続波レーザ光を出射するレーザダイオードを含む。レーザダイオードは、シングルモードの半値幅の少ない1波長のレーザ光のみを出射し得る。そのようなレーザダイオードの例として、分布帰還型(Distributed Feedback)レーザが挙げられる。あるいは、レーザダイオードは、前述した光周波数コムを有するパルス波レーザ光を出射し得る。
The
上記の連続波レーザ光を出射するレーザダイオードでは、注入電流を450mA以上550mA以下の範囲内で変化させることにより、レーザ光の周波数を時間的に変化させることができる。レーザ光の周波数の時間変化率は125THz/sである。 In the laser diode that emits the continuous wave laser light, the frequency of the laser light can be changed with time by changing the injection current within the range of 450 mA or more and 550 mA or less. The time change rate of the frequency of the laser beam is 125 THz / s.
Si基板18上に形成された1つの光導波路が、マルチモード干渉結合器(Multimode Interference Coupler)を介して128本の位相シフタ14に接続される。光導波路およびマルチモード干渉結合器は、図8Aに示す光分岐器15に相当する。光分岐器15および位相シフタ14は、SiNから形成されている。位相シフタ14は、例えば、周波数319THzの光を伝搬させるように設計される。128本の位相シフタ14上に個々にヒータ14hを配置し、一対の第2電極14ELに電圧を印加することによって各位相シフタ14を伝搬する光の位相が制御される。位相シフタ14の端からモードコンバータを介して光導波路素子12に光が入力される。
One optical waveguide formed on the
光導波路素子12における第1ミラー12m1および第2ミラー12m2の各々は、誘電体多層膜から形成される。誘電体多層膜に含まれる高屈折率層および低屈折率層は、それぞれTiOおよびSiOから形成され得る。誘電体多層膜は、反射率が高い周波数域、いわゆるストップバンドを有する。ストップバンドの中心周波数は319THzである。第1ミラー12m1の反射率は、例えば99.6%であり、第2ミラー12m2は、例えば99.98%であり得る。光10Lは、第1ミラー12m1から出射される。一対の第1電極12ELの各々は、例えばITOから形成され得る。
Each of the first mirror 12m 1 and the second mirror 12m 2 in the
処理回路50は、一対の第1電極12ELに電圧を印加することにより、光源10から出射される光10Lの方向を、XY平面において30°の範囲内で変化させることができる。同様に、処理回路50は、一対の第2電極14ELに電圧を印加することにより、光源10から出射される光10Lの方向を、XZ平面において30°の範囲内で変化させることができる。
By applying a voltage to the pair of first electrodes 12EL, the
(応用例)
本実施形態における光デバイス100は、例えば、物体までの距離を計測する測距システムに用いられ得る。そのような測距システムは、例えば自動車、UAV(Unmanned Aerial Vehicle、所謂ドローン)、またはAGV(Automated Guided Vehicle)などの移動体に搭載され、衝突回避技術の1つとして使用され得る。本実施形態における光デバイス100を用いた測距システムでは、物体の距離分布を、距離に関して広いダイナミックレンジ、かつ高い分解能でスキャンおよび検出することができる。
(Application example)
The
本開示の実施形態における光デバイスは、例えば、自動車、UAV、もしくはAGVなどの車両に搭載される測距システムの用途に利用できる。 The optical device according to the embodiment of the present disclosure can be used for the purpose of a distance measuring system mounted on a vehicle such as an automobile, a UAV, or an AGV.
10 光源
10L 光
10L1 第1の光
10L2 第2の光
10L3 第3の光
12 光導波路素子
12A 光導波路アレイ
12EL 第1電極
12L 光
12LC 液晶層
12m1 第1ミラー
12m2 第2ミラー
12s 光出射面
14 位相シフタ
14A 位相シフタアレイ
14EL 第2電極
14L 光
14h ヒータ
14w 全反射導波路
15 光分岐器
16 発光素子
18 基板
20 ビームスプリッタ
30 光学系
321 第1レンズ
322 第2レンズ
323 第3レンズ
324 第4レンズ
34 ミラー
40 光検出器
50 処理回路
60 凹面鏡
70 光変調器
100、110、120、130、140、150 光デバイス
10
Claims (9)
前記光偏向器により偏向された光の光路上に位置し、前記光を第1の光と第2の光とに分離するビームスプリッタと、
前記第1の光と、物体で反射されて戻った前記第2の光とを干渉させて第3の光を発生させる光学系と、
前記第3の光を検出する光検出器と、
前記光検出器から出力された信号を処理する処理回路と、
を備える、
光デバイス。 A light source with a light deflector and
A beam splitter located on the optical path of the light deflected by the light deflector and splitting the light into a first light and a second light.
An optical system that causes the first light and the second light reflected by an object to interfere with each other to generate a third light.
A photodetector that detects the third light, and
A processing circuit that processes the signal output from the photodetector, and
To prepare
Optical device.
前記第1レンズは、前記第1の光の光路上における前記ビームスプリッタと前記ミラーとの間に位置する、
請求項1に記載の光デバイス。 The optical system includes a first lens and a mirror located on the optical path of the first light.
The first lens is located between the beam splitter and the mirror on the optical path of the first light.
The optical device according to claim 1.
請求項2に記載の光デバイス。 The optical system further includes a second lens located on the optical path of the third light.
The optical device according to claim 2.
請求項3に記載の光デバイス。 The optical system further includes a third lens located between the second lens and the photodetector on the optical path of the third light.
The optical device according to claim 3.
請求項4に記載の光デバイス。 The optical system further includes a fourth lens located between the first lens and the mirror on the optical path of the first light.
The optical device according to claim 4.
請求項1に記載の光デバイス。 The optical system includes a concave mirror located on the optical path of the first light.
The optical device according to claim 1.
請求項1に記載の光デバイス。 The optical system includes an optical modulator that reflects the first light and controls the direction of reflection.
The optical device according to claim 1.
請求項1に記載の光デバイス。 The third light is generated by interfering the first light reflected by the beam splitter with the second light reflected by the object and transmitted through the beam splitter.
The optical device according to claim 1.
前記処理回路はFMCW処理回路である、
請求項1から8のいずれかに記載の光デバイス。 The light source is a variable frequency light source.
The processing circuit is an FMCW processing circuit.
The optical device according to any one of claims 1 to 8.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020032696A JP2021135427A (en) | 2020-02-28 | 2020-02-28 | Optical device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020032696A JP2021135427A (en) | 2020-02-28 | 2020-02-28 | Optical device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021135427A true JP2021135427A (en) | 2021-09-13 |
Family
ID=77661173
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020032696A Pending JP2021135427A (en) | 2020-02-28 | 2020-02-28 | Optical device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2021135427A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023112675A1 (en) * | 2021-12-14 | 2023-06-22 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Control device, control method, semiconductor laser device, distance-measuring device, and on-vehicle device |
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2020
- 2020-02-28 JP JP2020032696A patent/JP2021135427A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2023112675A1 (en) * | 2021-12-14 | 2023-06-22 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Control device, control method, semiconductor laser device, distance-measuring device, and on-vehicle device |
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