JP2021507282A - レーザビーム偏向装置 - Google Patents

Abstract

レーザビームを生成するように設定された少なくとも１つの光源（１０１）と、少なくとも１つの集積光回路（１０７）であって、基板上に配置されており、基板が、第１の主延在方向と、第２の主延在方向と、第３の主延在方向とを有し、第１の主延在方向および第２の主延在方向が、基板表面の平面に広がり、第３の主延在方向が、基板表面の平面に直交して配置されている集積光回路（１０７）とを備えたレーザビーム偏向装置（１００）であって、集積光回路（１０７）が、少なくとも１つの導波路（１０４）と、少なくとも１つの放散手段（１０６）とを有し、放散手段（１０６）が、集積光回路（１０７）の出力側として機能し、第１の方向に沿ってレーザビームを放散する、装置（１００）において、第１の主延在方向に沿って、または第２の主延在方向に沿って、または第３の主延在方向に沿って、基板への距離を有する偏向手段（１０８）が設けられ、偏向手段（１０８）が、第２の方向に沿ってレーザビームを偏向し、第２の方向が第１の方向とは異なることを特徴とする、装置（１００）。

Description

本発明は、レーザビーム偏向装置に関する。

可動構成要素を必要としない、光学移相器に基づくビーム偏向ユニットが知られている。したがって、このようなビーム偏向ユニットは、機械的ミラーの代替として機能する。ここで、通常約５°〜１５°の範囲の偏向角が達成される。

ここでの欠点は、著しく大きな偏向角が必要であるため、偏向角がＬＩＤＡＲに適用するには小さすぎることである。
米国特許出願公開第２０１６／００４９７６５号は、３次元の周囲画像を検出できるように、２次元走査固体アレイを形成する多数の１次元ビーム成形チップを開示している。この時、固体アレイは上下に配置されており、それぞれのチップの一端で放射する。この時、制御方向はチップ平面上にある。

ここでの欠点は、レーザビームの偏向角が、それぞれの固体アレイの向きによって決定されることである。換言すると、垂直偏向寸法での分解能は変更できない。
本発明の課題は、偏向角を変化させ、拡大することである。

レーザビームの偏向装置は、レーザビームを生成するように設定された少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの集積光回路とを含む。集積光回路は基板上に配置されている。ここで、基板は、第１の主延在方向と、第２の主延在方向と、第３の主延在方向とを有する。第１の主延在方向および第２の主延在方向は、基板表面の平面に広がり、第３の主延在方向は、基板表面の平面に直交して配置されている。集積光回路は、少なくとも１つの導波路と、少なくとも１つの放散手段とを有し、放散手段は、集積光回路の出力側として機能し、第１の方向に沿ってレーザビームを放散する。本発明によれば、第１の主延在面に沿って、または第２の主延在面に沿って、または第３の主延在面に沿って基板への距離を有する偏向手段が設けられ、偏向手段は、第２の方向に沿ってレーザビームを偏向し、第２の方向は第１の方向とは異なる。

ここでの利点は、基板の向きに関係なく偏向角を変更できることである。
１つの改善形態では、集積光回路は、少なくとも１つの光移相器と、少なくとも２つの放散手段とを含む。換言すると、集積光回路は、位相制御されたグループアンテナとして構成されている。位相制御されたグループアンテナは、光フェーズドアレイアンテナという用語でも知られている。

ここでの利点は、少なくとも２つの放散手段によって放出された光が干渉し、これを移相器によって制御できることである。この制御により、ビームをすでに第１の方向に沿って偏向できる。これは、放散手段の出力側におけるレーザビームの方向が、偏向器の出力側におけるレーザビームの方向と異なり得ることを意味する。

１つの改善形態では、１次元または２次元アレイとして構成され、共通のキャリア基板上に配置された複数の集積光回路が設けられている。換言すると、集積光回路は、表面アレイを形成または成形する。

ここで有利なのは、複数のレーザビームを同時に偏向でき、これらのレーザビームが異なる走査領域をカバーできること、すなわち、レーザビームの平行化が可能になることである。偏向手段の位置および形状に応じて、光回路によって放出されるレーザビームは、異なる方向に偏向される。換言すると、偏向手段は、各ビームを同じ方向に偏向させるわけではない。

さらなる実施形態では、第１の方向は、第３の主延在方向に対応する。
ここでの利点は、基板表面に対して垂直に放散されるビームを偏向できることである。
１つの改善形態では、第１の方向は、第１の主延在方向または第２の主延在方向に対応する。

ここで有利なのは、集積光回路の基板の一端で、基板表面の平面に放散されるビームを偏向できることである。
さらなる実施形態では、複数の集積光回路が、第３の主延在方向に沿って離間して、上下に配置されている。集積光回路があるキャリア基板は、特に平行に配置されている。

ここでの利点は、光回路間の位置合わせの煩雑さを最小限に抑えることができ、レーザビームを偏向させるための簡単な構成を選択できることである。
１つの改善形態では、偏向手段は少なくとも１つのレンズを含む。

ここで有利なのは、レンズが、集積光回路によって放出される光ビームをさらに偏向させることである。レンズは特に、この追加の偏向が連続的であり、したがって、偏向領域全体にビームを偏向できない領域が発生するのを防ぐことができるという利点を有する。

さらなる実施形態では、偏向手段はマイクロレンズアレイを含む。
ここでの利点は、光回路の偏向角度範囲を異なるように個別に設定できることである。
１つの改善形態では、偏向手段は多段プリズムを含む。

ここで有利なのは、異なる偏向角を達成できることである。
さらなる利点は、実施例の以下の説明から、または従属特許請求項から生じる。
本発明を、以下に好ましい実施形態および添付図面に基づいて説明する。

レーザビームの偏向装置の概略構成を示す。 基板表面の平面で放射する表面アレイを備えたレーザビームの偏向装置を示す。 基板表面の平面で放射し、上下に配置されている複数の表面アレイを備えたレーザビームの偏向装置を示す。 基板表面の平面に対して垂直に放射する複数の表面アレイを備えたレーザビームの偏向装置を示す。

図１は、レーザビームの偏向装置１００の概略構成を示す。装置１００は、コヒーレント光源１０１と、集積光回路１０７と、偏向手段１０８とを含む。集積光回路１０７は、例えば、エバネッセントカプラ、マルチモード導波路、または光スプリッタであり得る少なくとも１つのカプラ１０２を含む。集積光回路１０７は、複数の導波路１０４と、光の位相を調整または制御する複数の移相器１０５とを含む。移相器１０５は、例えば、熱的、電気光学的、磁気光学的、ＭＥＭＳベースであり、または非線形光学効果に基づく。集積光回路１０７はさらに、レーザビームを周囲に放散する複数の放散手段１０５を含む。放散手段１０５は、例えば、第１の方向またはレーザビームの伝播方向が第３の主延在方向と平行に走る場合、グレーティングカプラまたはミラーである。第１の方向またはレーザビームの伝播方向が、第１の主延在方向または第２の主延在方向に平行である場合、すなわち、基板表面の平面では、放散手段１０５は例えばエッジカプラである。逆テーパが追加で後置接続されている時にエッジカプラを使用する場合、放散手段１０５の効率を高めることができる。逆テーパは、所定の、または所望の偏向領域で光の出力が最大になるように、光の指向特性を設計するために必要である。偏向手段１０８は、レーザビームのビーム経路における伝搬方向に配置された光学素子を含む。この光学素子は、各集積光回路１０７のレーザビームを第１の方向とは異なる方向、または第２の方向に偏向させる。換言すると、光学素子は各レーザビームの伝播方向を変更する。光学素子は、隣接する集積光回路がわずかに重なり合う、または当接する領域をカバーするように構成されているため、走査できない領域が発生しない。これは、個々の光回路の走査領域が、隣接する光回路の走査領域と重なりを有することよって保証される。偏向手段１０８は、例えば、レンズ、マイクロレンズアレイまたは多段プリズムである。換言すると、コヒーレント光源から放散された光ビームまたはレーザビームは、カプラ１０２を介して集積光回路１０７へ導かれ、偏向手段１０８は、第１の方向のビーム経路において、集積光回路１０７の基板に対して離間して、その出力側に配置されている。任意選択的に、集積光回路１０７は、カプラ１０２と導波路１０４との間に配置された光スイッチを有する。あるいは、各集積光回路１０７は、それ自体の光源１０１を有することもできる。

図２は、例として２つの集積光回路２０７を有する表面アレイを備えたレーザビームの偏向装置２００を示す。ここで、表面アレイは、それぞれの基板の一端で、基板表面の平面で放射する。装置２００は、コヒーレント光源２０１と、光学スイッチ２０３と、プリズムの形態の偏向手段２０８とを含む。さらに、図２は、集積光回路２０７の出力側におけるレーザ光のビーム経路２０９、ならびに偏向ユニット２０８前のフェーズドアレイの走査領域２１１、偏向手段２０８による偏向後の偏向レーザビーム２１０、および偏向ユニット２０８後ろのフェーズドアレイの走査領域２１２を示す。さらに、走査領域２１２の重なり２１３が示されている。

図３は、放射面または放散面が第２の皮膚延在方向ｙおよび第３の主延在方向ｚに広がるように配置された複数の集積光回路３０７を備えた装置３００を示す。各集積光回路３０７は、この例では第１の主延在方向ｘに一致する第１の方向に沿ってレーザビームを放出する。加えて、各光回路３０７は、走査領域内の第２の主延在方向ｙに沿って光学ビームを動的に、すなわち可変に偏向させることができる。次に、偏向手段３０８は、この偏向領域を新しい偏向領域に変換する。図３は、偏向手段３０８による偏向後の、集積光回路３０７の出力側におけるレーザ光のビーム経路３０９、および偏向されたレーザビーム３１０を例示的に示す。この例における偏向手段３０８は、楕円レンズである。

図４は、第１の主延在方向ｘおよび第２の主延在方向ｙがレーザ光の放射面または放散面に広がるように配置された複数の集積光回路４０７を示す。換言すると、集積光回路４０７は、２次元表面アレイとして共通のキャリア基板上に配置されている。レーザビームは、第３の主延在方向ｚの方向に放出される。偏向手段４０８は、共通キャリア基板上方に離間して配置されている。図４は、偏向手段４０８による偏向後の、集積光回路４０７の出力側におけるレーザ光のビーム経路４０９、および偏向されたレーザビーム４１０を例示的に示す。この例における偏向手段４０８は、楕円レンズである。

レーザビームの偏向装置１００、２００、３００、４００は、例えば、好ましくは車両用ライダーシステム、ピコプロジェクタ、またはヘッドアップディスプレイで使用される。

Claims (9)

1. レーザビームを生成するように設定された少なくとも１つの光源（１０１）と、
   少なくとも１つの集積光回路（１０７）であって、基板上に配置されており、前記基板が、第１の主延在方向と、第２の主延在方向と、第３の主延在方向とを有し、前記第１の主延在方向および前記第２の主延在方向が、基板表面の平面に広がり、前記第３の主延在方向が、前記基板表面の平面に直交して配置されている集積光回路（１０７）と
   を備えたレーザビーム偏向装置（１００）であって、
   前記集積光回路（１０７）が、少なくとも１つの導波路（１０４）と、少なくとも１つの放散手段（１０６）とを有し、前記放散手段（１０６）が、前記集積光回路（１０７）の出力側として機能し、第１の方向に沿ってレーザビームを放散する、装置（１００）において、
   前記第１の主延在方向に沿って、または前記第２の主延在方向に沿って、または前記第３の主延在方向に沿って、前記基板への距離を有する偏向手段（１０８）が設けられ、前記偏向手段（１０８）が、第２の方向に沿ってレーザビームを偏向し、前記第２の方向が前記第１の方向とは異なることを特徴とする、装置（１００）。
2. 前記集積光回路（１０７）が、少なくとも１つの光移相器（１０５）と、少なくとも２つの放散手段（１０６）とを有することを特徴とする、請求項１に記載の装置（１００）。
3. 共通のキャリア基板上に配置された複数の集積光回路（１０７）が設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置（１００）。
4. 前記第１の方向が、前記第３の主延在方向であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置（１００）。
5. 前記第１の方向が、前記第１の主延在方向または前記第２の主延在方向であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置（１００）。
6. 複数の光回路を備えた複数のキャリア基板が、前記第３の主延在方向に沿って離間して、上下に配置されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置（１００）。
7. 前記偏向手段（１０８）が少なくとも１つのレンズを含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置（１００）。
8. 前記偏向手段（１０８）がマイクロレンズアレイを含むことを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置（１００）。
9. 前記偏向手段（１０８）がプリズム、特に多段プリズムを含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置（１００）。

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