JP2023500601A - 多層光学デバイスおよびシステム - Google Patents

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Abstract

一例のシステムは、重なり合う配置で配設された複数の基板を備える。複数の基板は、少なくとも第１の基板および第２の基板を備える。このシステムはまた、第１の基板上に配設された第１の導波路を含み、第１の基板上に第１の光路を画定する。第１の導波路は、第１の光路に沿って光を誘導し、第１の導波路の出力セクションにおいて、第１の導波路の外に第２の基板に向かって光を送信するように構成される。このシステムはまた、第２の基板上に配設された第２の導波路を含み、第２の基板上に第２の光路を画定する。第２の導波路の入力セクションは、第１の導波路によって送信された光を受信するために、第１の導波路の出力セクションと位置合わせされる。第２の導波路は、第２の光路に沿って光を誘導するように構成される。【選択図】図１Ｂ

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年１０月２９日に出願された米国特許出願第１６／６６７，６８６号の優先権を主張し、その出願の全体が参照により本明細書により組み込まれている。
本明細書に別段の指示がない限り、本項に記載の題材は、本出願の特許請求の範囲に対する先行技術ではなく、本項に含めることよって先行技術であると認められるものではない。
光導波路は、他の例の中でもとりわけ、医療デバイス、製造システム、およびリモートセンシングデバイス（例えば、ＬＩＤＡＲなど）などの様々なシステムで使用することができる。一般に、光導波路は、ある空間位置（信号が導波路に入る場所）から別の空間位置（信号が導波路から出る場所）に光信号を導くための光路を画定するデバイスである。一例では、光導波路は、その周囲の媒体に対してより高い屈折率を有する光学材料を含み得る。屈折率の違いにより、光学材料（またはその一部）の内部を伝搬する光は、光学材料の１つ以上の壁で反射して光学材料に戻り（例えば、内部全反射（ＴＩＲ））、その後光学材料の内部に伝搬を続ける場合がある。したがって、光学材料の形状および／または他の物理的特性に応じて、光導波路は、その中に誘導される光信号のための特定の光路を画定し得る。
一例では、システムは、重なり合う配置で配設された複数の基板を備える。複数の基板は、少なくとも第１の基板および第２の基板を含む。このシステムはまた、第１の基板上に配設された第１の導波路を備え、第１の基板上に第１の光路を画定する。第１の導波路は、第１の光路に沿って光信号を誘導するように構成される。第１の導波路はまた、第１の導波路の出力セクションにおいて、第１の導波路から第２の基板に向かって光信号を送信するように構成される。このシステムはまた、第２の基板上に配設された第２の導波路を含み、第２の基板上に第２の光路を画定する。第２の導波路の入力セクションは、第１の導波路によって第２の基板に向かって送信された光信号を受信するために、第１の導波路の出力セクションと位置合わせされる。第２の導波路は、第２の光路に沿って入力セクションにおいて受信された光信号を誘導するように構成される。
別の例では、光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）デバイスは、重なり合う配置で配設された複数の基板を含む。複数の基板は、少なくとも第１の基板および第２の基板を備える。ＬＩＤＡＲデバイスは、光信号を放出するように構成された光エミッタも備えている。ＬＩＤＡＲデバイスはまた、第１の基板上に配設された第１の導波路を含み、第１の基板上に第１の光路を画定する。第１の導波路は、第１の光路に沿って光信号を誘導するように構成される。第１の導波路はまた、第１の導波路の出力セクションにおいて、第１の導波路から第２の基板に向かって光信号を送信するように構成される。ＬＩＤＡＲデバイスはまた、第２の基板上に配設された第２の導波路を含み、第２の基板上に第２の光路を画定する。第２の導波路の入力セクションは、第１の導波路の出力セクションと重なり合っている。第２の導波路は、入力セクションにおいて第１の導波路から光信号を受信し、光信号を第２の光路に沿って誘導するように構成される。
さらに別の例では、方法は、重なり合う配置で配設された複数の基板の第１の基板上に第１の光路を画定する第１の導波路で光を受信することを含む。この方法はまた、第１の導波路の内部で、第１の光路に沿って第１の導波路の出力セクションに向かって光を誘導することを含む。この方法はまた、出力セクションにおいて、第１の導波路から複数の基板の第２の基板に向かって光を送信することを含む。この方法はまた、第２の基板上に配設された第２の導波路の入力セクションにおいて、第１の導波路の出力セクションから送信された光を受信することを含む。第２の導波路の入力セクションは、第１の導波路の出力セクションと位置合わせされている。この方法はまた、第２の導波路の内部で、第２の基板上の第２の導波路によって画定される第２の光路に沿って光を誘導することを含む。
さらに別の例では、システムは、重なり合う配置で配設された複数の基板の第１の基板上に第１の光路を画定する第１の導波路で光を受信するための手段を含む。このシステムはまた、第１の導波路の内部で、第１の光路に沿って第１の導波路の出力セクションに向かって光を誘導するための手段を含む。このシステムはまた、出力セクションにおいて、第１の導波路から複数の基板の第２の基板に向かって光を送信するための手段を含む。このシステムはまた、第２の基板上に配設された第２の導波路の入力セクションにおいて、第１の導波路の出力セクションから送信された光を受信するための手段を備える。第２の導波路の入力セクションは、第１の導波路の出力セクションと位置合わせされている。このシステムはまた、第２の導波路の内部で、第２の基板上の第２の導波路によって画定される第２の光路に沿って光を誘導するための手段を含む。
前述の概要は例示にすぎず、決して限定することを意図したものではない。上記の例示的な態様、実施形態、および特徴に加えて、さらなる態様、実施形態、および特徴が、図および以下の「発明を実施するための形態」を参照することによって、明らかになるであろう。
例示的な実施形態による、多層光学システムを例示する。 図１Ａのシステムの断面概略を例示する。 図１Ａのシステムの別の断面概略を例示する。 例示的な実施形態による、ＬＩＤＡＲデバイスの簡略化されたブロック図である。 図２ＡのＬＩＤＡＲデバイスの斜視図を例示する。 例示的な実施形態による、導波路を含むシステムの例示図である。 図３Ａのシステムの断面図を例示する。 例示的な実施形態による、多層導波路アセンブリを含むシステムの第１の断面図を例示する。 図４Ａのシステムの第２の断面図を例示する。 図４Ａのシステムの第３の断面図を例示する。 図４Ａのシステムの第４の断面図を例示する。 例示的な実施形態による、方法のフローチャートである。
本明細書において記載された任意の例示的な実施形態または特徴は、必ずしも他の実施形態または特徴よりも好ましいまたは有利であると解釈されるものではない。本明細書に記載される例示的な実施形態は、限定することを意図するものではない。開示された実装形態の特定の態様を、多種多様な異なる構成で配置および組み合わせることができることが容易に理解されるであろう。さらに、図面に示される特定の配置は、限定するものと見なされるべきではない。他の実装形態は、所与の図面に示される各要素の数が増減されたものが含まれ得ることを理解されたい。加えて、例示される要素のいくつかが、組み合わされるか、または省略され得る。同様に、例示的な実装形態は、図面に例示されない要素を含み得る。
Ｉ．概要
本明細書に開示されるいくつかの例示的な光学システムは、少なくとも部分的に互いに重なり合う別個の光経路に沿って複数の光信号（例えば、複数の信号チャネル）をルーティングするために使用することができる。一例のシステムは、重なり合う配置で複数の基板（例えば、ガラス基板など）を含む。このシステムはまた、第１の光信号を第１の光路に沿って、および第２の光信号を第２の光路に沿ってルーティングするように構成された導波路の多層アセンブリを含む。多層アセンブリの各層は、複数の基板のそれぞれの基板上に配設された１つ以上の導波路に対応する。
いくつかの例では、第１の基板上に配設された第１の導波路は、第２の基板上に配設された第２の導波路に光学的に結合されている。例えば、第１の光路は、第１の導波路の内部の第１の基板に沿って延在し、次いで、第２の導波路の内部の第２の基板に沿って続くことができる。この配置では、例えば、２つの光路（またはその１つ以上のセクション）は、互いに物理的に交差することなく、異なる方向（例えば、非平行など）に延びることができる。一方、代替的な単層導波路配置では、例えば、２つの光路は、代わりに、互いに物理的に十字を切るかまたは交差し得る。
他の態様、特徴、実装形態、構成、配置、および利点も可能である。
ＩＩ．例示的なシステムおよびデバイス
図１Ａは、例示的な実施形態による、多層光学システム１００を例示する。図示されるように、システム１００は、重なり合う配置で複数の基板１８４、１８６を含む。システム１００は、説明の便宜のために、２つの重なり合う基板１８４および１８６を含むように図示されていることに留意されたい。代替の実施形態では、システム１００は、より少ないまたはより多い基板を代替的に含むことができる。第１の実施形態では、システム１００は、単一の基板を代替的に含み得る。この実施形態では、多層光学システム１００の第１の層は、単一の基板の第１の側面に配設されている１つ以上の光学部品（例えば、導波路）を含み得、第２の層は、第１の側面の反対側の単一基板の第２の側面に配設されている１つ以上の他の部品を含み得る。第２の実施形態では、システム１００は、図１Ａに示される基板１８４、１８６の重なり合う配置と同様に配置された３つ、４つ、またはそれ以上の基板を含み得る。
図示される実施形態では、それぞれの基板１８４および１８６の重なり合う側面（例えば、壁）は、互いに実質的に平行に配置されている。しかしながら、代替の実施形態では、所与の基板は、代わりに、基板の重なり合う配置において、隣接する基板に対してあるオフセット角度で傾斜されることができる。
いくつかの例では、システム１００の複数の基板は、隣接する基板が少なくとも所与の分離距離だけ分離されるように、互いに物理的に結合され得る。例えば、システム１００はまた、ボールベアリング、光ファイバ、または２つの基板を少なくとも与えられた分離距離によって互いに物理的に分離するために基板１８４と基板１８６との間に配設された任意の他のタイプの中実離間構造などの１つ以上の離間構造（図示せず）を含み得る。所与の分離距離は、システム１００の様々な用途に応じて任意の距離であり得る。一実施形態では、所与の分離距離は、１０マイクロメートル～１ミリメートルであり得る。他の分離距離も可能である。
代替的な例では、システム１００内の複数の基板のうちの２つ以上の基板は、互いに物理的に接触し得る（例えば、一方の基板が他方の上に配設されているなど）。例えば、重なり合う配置における基板１８４および１８６の隣接する表面は、代替的に、２つの基板間の分離距離なしに物理的に結合され得る（例えば、一緒に接着されるなど）。この例では、２つの基板は、各個々の基板の２倍の厚さを有する単一の組み合わされた基板に効果的に対応し得る。この配置では、例えば、光学部品の２つの層（例えば、組み合わされた基板の外面に配設される）は、個々の基板を、他の個々の基板（例えば、２つの個別の基板を固定された相対配置で物理的に結合する前など）に対して動かす（例えば、スライドするなど）ことによって（例えば、較正、組み立てなどの間に）効率的に位置合わせさせることができる。他の例および／または利点も可能である。
基板１８４、１８６は、１つ以上の信号ルーティング構造（図１Ａには図示せず）および／または基板上に配設された他のタイプの光学デバイスを支持するために好適な任意の基板を含み得る。一実施形態では、基板１８４、１８６の重なり合うおよび／または平行な側は、光導波路（図１Ａには図示せず）または他の光学部品が装着される装着面として構成され得る。したがって、この実施形態では、それぞれの装着面に配設された光学部品は、光学部品の多層アセンブリ内のそれぞれの層に対応し得る。
いくつかの実施形態では、基板１８４および／または１８６は、１つ以上の波長の光に対して少なくとも部分的に透明である、透明または部分的に透明な材料（例えば、スライドガラス、カバーガラス、プラスチックフィルムなど）から形成されるか、またはそれらを含む。例えば、システム１００が赤外線波長範囲の光信号をルーティングするために使用される場合、基板１８４、１８６で使用される材料は、光の赤外線波長に対して少なくとも部分的に透明であり得る。他の波長も可能である。
代替の実施形態では、基板１８４および／または１８６は、代わりに、不透明材料（例えば、シリコンまたはガリウムヒ素などの半導体基板、プリント回路基板（ＰＣＢ）基板、または任意の他のタイプの不透明な基板）から形成されるか、またはそれらを含むことができる。
図１Ｂは、システム１００の断面図を例示する。例示目的上、図１Ｂはｘ－ｙ－ｚ軸を示しており、ここで、ｙ軸はページを通って延在する。追加的に、システム１００の１つ以上の部品は、説明の便宜上、図１Ａおよび／または１Ｂの例示図から省略されていることに留意されたい。
図示されるように、システム１００はまた、光エミッタ１４０、導波路１５０、１５１、１５４、１５６、およびミラー１６０、１６１を含む。代替的な例では、システム１００は、図示されているものよりも少ないまたは多い部品を含み得る。
エミッタ１４０は、レーザダイオード、ファイバレーザ、発光ダイオード、レーザバー、ナノスタックダイオードバー、フィラメント、ＬＩＤＡＲ送光器、または光１０４を発光する任意の他の光源を含み得る。いくつかの実施形態では、エミッタ１４０は（連続波レーザとは対照的に）パルスレーザとして実装され、等価な連続パワー出力を維持しながらピークパワーを増加させ得る。他の実装形態も、同様に可能である。
そのために、導波路１５０、１５１、１５４、１５６を、ガラス基板（例えば、ガラス板など）、フォトレジスト材料（例えば、ＳＵ－８など）、または放出された光１０４の１つ以上の波長に対して少なくとも部分的に透明な任意の他の材料から形成することができる。上記のように、いくつかの例では、基板１８４、１８６の重なり合う（および／または平行な）側は、光学部品の多層アセンブリにおけるそれぞれの層の装着面として構成され得る。例えば、図１Ｂに示されるように、１つ以上の光学部品（例えば、導波路１５６）は、多層光学システム１００における光学部品の第１の層として、第１の表面（例えば、基板１８４の側面１８４ｂ）上に配設され得、１つ以上の光学部品（例えば、導波路１５１）は、多層光学システム１００内の光学部品の第２の層として第２の表面（例えば、基板１８４の側面１８４ａ）上に配設され得、および１つ以上の光学部品（例えば、導波路１５０、１５４、エミッタ１４０など）は、多層光学システム１００内の光学部品の第３の層として、第３の表面（例えば、基板１８６の側面１８６ａ）上に配設することができる。図示されていないが、いくつかの例では、システム１００は、代替的または追加的に、基板１８４および１８６の他の表面（例えば、側面１８６ｂ）、および／または他の基板（図示せず）（例えば、システム１００は、重なり合う配置で２つ以上の基板１８４、１８６などを含み得る）に装着されている光学部品の１つ以上の層を含み得る。
いくつかの実施形態では、導波路１５０、１５１、１５４、１５６は、光リソグラフィを介して図示される基板１８４、１８６のそれぞれの表面上に配設することができる。例えば、感光性材料（例えば、フォトレジストなど）を基板１８４、１８６上に配設し、次に選択的にエッチングして、図１Ｂに示されるそれぞれの形状および位置を有する導波路１５０、１５１、１５４、１５６を形成することができる。そのために、感光性材料は、ＳＵ－８または任意の他の感光性材料を含み得る。いくつかの例では、感光性材料は、導波路１５０、１５１、１５４、１５６に加えて、またはその代わりに、入力カプラー、出力カプラー、および／または他の光学要素などの他の光学要素を形成するようにパターン化され得る。いくつかの実装形態では、導波路１５０、１５１、１５４、１５６は、そこに導かれる光信号の内部全反射を容易にするためにマルチモード導波路として構成され得る。他の実装形態も、同様に可能である。
ミラー１６０、１６１は、光１０４の波長を（少なくとも部分的に）反射するのに好適な反射特性を有する任意の反射材料を含み得る。そのために、例示的な反射材料の非網羅的なリストは、例の中でもとりわけ、金、アルミニウム、他の金属または金属酸化物、合成ポリマー、ハイブリッド顔料（例えば、繊維状粘土および染料など）を含む。
図１Ｂに示される配置例では、エミッタ１４０は、第１の光信号１０４を導波路１５０の「入力セクション」に放出するように位置合わせされている。導波路１５０の入力セクションは、光信号１０４が導波路に入る導波路１５０のセクション（例えば、側面１５０ａ）に対応する。さらに、この例では、導波路１５０は、基板１８６上に配設され、光信号１０４を（ｘ方向に）導波路１５０の側面１５０ｂに誘導するための導波路１５０内部の第１の光路を画定するように成形される。図示されるように、側面１５０ｂは、基板１８４に向かって傾斜しており、ミラー１６０は、側面１５０ｂの傾斜したエッジ上に配設されている。この例では、ミラー１６０は、（点線によって例示されるように）導波路１５０から基板１８４に向かって光信号１０４を反射する導波路１５０の「出力ミラー」として構成され得る。光信号１０４が導波路を出る導波路１５０のセクションは、本明細書では、導波路１５０の「出力セクション」と呼ばれ得る。
図示されるように、側面１５０ｂの傾斜したエッジと側面１５０ｃとの間の角度は鋭角である。一実施形態では、傾斜エッジ１５０ｂの鋭い傾斜角は４５度であり得る。しかしながら、システム１００の様々な部品（例えば、導波路、１５０、１５１など）の配置に応じて、他の傾斜角度が可能である。
次に、導波路１５１は、導波路１５０の出力セクションと位置合わせされた導波路１５１の「入力セクション」で光信号１０４を受信する。図示されている例では、導波路１５１の入力セクションは、出力セクション（光信号１０４が導波路１５０を出る）と重なり合う導波路１５１のセクションに対応する。しかしながら、代替の例では、導波路１５１の入力セクションは、必ずしも導波路１５０と重なり合うとは限らない。例えば、導波路１５０は、図１Ｂに例示されるｚ方向の代わりに、異なる方向に光信号１０４を送信するように構成され得る。この場合、導波路１５１の入力セクションは、異なる位置で導波路１５０からの光信号１０４をインターセプトするように位置合わせされ得る（例えば、出力セクションの位置および光信号１０４が導波路１５０を出る角度に応じて）。
図示される例では、導波路１５１は、基板１８４上に配設され、基板１８４上に（ｘ方向に）第２の光路を画定するように成形される。さらに、図示されるように、導波路１５１は、導波路１５１の入力セクションまたはその近くに傾斜したエッジ１５１ａ（ミラー１６１が配設されている）を含む。したがって、ミラー１６１は、導波路１５１の入力ミラーとして構成することができ、これは、ミラー１６１に入射する光信号１０４（またはその一部）を導波路１５１に戻し、導波路１５１の出力セクション（例えば、側面１５１ｂ）に向かって反射する。図示される例では、導波路１５１によって画定される第２の光路は、導波路１５１の出力セクション（例えば、側面１５１ｂ）に向かってｘ方向に延びる。
図示されるように、導波路１５１の側面１５１ｂは、基板１８４に向かって傾斜している。この例では、光信号１０４（導波路１５１の内部に誘導された）は、エッジ１５０ｂで（例えば、内部全反射（ＴＩＲ）を介して）基板１８４に向かって内部反射され、次いで、側面１５１ｂによって画定される出力位置で導波路１５１から基板１８４を通って導波路１５６に向かって送信され得る。これを容易にするために、例えば、側面１５１ｂの傾斜角は、光信号１０４が、側面１５１ｂで光信号１０４を内部反射するために好適な１つ以上の入射角から（例えば、ＴＩＲに必要な臨界角未満など）側面１５１ｂに入射するように選択することができる。
同様に、システム１００はミラー１６０および１６１を含むように図示されているが、代替的な例では、システム１００は、代わりに、ミラー１６０および／またはミラー１６１なしで実装され得る（例えば、光信号１０４は、それぞれ、ミラー１６０および／または１６１によって反射される代わりにエッジ１５０ｂおよび／または１５１ａで内部反射され得る）。
図示されるように、導波路１５４は、導波路１５０と同じシステム１００の層に（すなわち、基板１８６の側１８６ａに）配設される。導波路１５４は、ページを通過して（すなわち、ｙ方向に）延在して、導波路１５４内の第３の光路を画定することができる。例えば、導波路１５４は、第３の光路に沿って光信号１０４とは異なる第２の光信号を誘導するように構成され得る。この例では、導波路１５４は、導波路１５０、１５１、１５６）の誘導方向（例えば、ｘ方向）に平行でない方向（例えば、ｙ方向）に延びる。さらに、図示されるように、導波路１５４の第１のセクションは、導波路１５１の第２のセクションと重なり合う。例えば、第１のセクションは、第２のセクションまでの閾値距離未満であり得る。
図示される例では、導波路１５６は、多層システム１００の第３の層（基板１８４の側面１８４ｂ上）に含まれ得、導波路１５６の入力端１５６ａで光信号１０４（導波路１５１から送信される）を受信するように構成され得る。この例では、導波路１５６は、入力端１５６ａ（基板１８４の表面１８４ｂ上）の間の光信号１０４のための第４の光路（例えば、ｘ方向）を画定するように延びる。さらに、図示される例では、入力側面１５６ａは、導波路１５１に向かって傾斜され得る（例えば、出力側面１５６ｂに向かってそれに入射する光信号１０４を内部反射するための好適な傾斜角度で）。
したがって、この例示的な構成では、多層光学システム１００は、エミッタ１４０から導波路１５１の側面１５１ｂまでｘ方向に延びる光信号１０４のための組み合わされた光路を画定する。この組み合わされた光路の第１の部分は、多層システム１００の第１の層（すなわち、基板１８６の表面１８６ａ上）にあり、組み合わされた光路の第２の部分は、第２の層（すなわち、基板１８４の表面１８４ａ上）にあり、組み合わされた光路の第３の部分は、第３の層（すなわち、基板１８４の表面１８４ｂ上）にある。追加的に、システム１００は、導波路１５４内に別個の非平行光路を画定し、これは、光信号１０４の組み合わされた光路と交差しない（例えば、システム１００の異なる層において２つの経路が互いに上下に交差する）。
図１Ｃは、システム１００の別の断面図を例示する。図示されるように、システム１００はまた、導波路１５０の出力セクションと導波路１５１の入力セクションとの間に位置付けられた光学材料１８８、および導波路１５４と導波路１５１との間に位置付けられた光シールド１９０を含む。
光学材料１８８は、光１０４の波長に対して少なくとも部分的に透明であり、導波路１５０、１５１の屈折率に対する閾値内にある屈折率を有する、任意の材料（例えば、フォトレジスト、ＳＵ－８、ガラス、プラスチックなど）から形成され得る。例えば、この配置では、光学材料１８８は、導波路１５０から導波路１５１への光信号１０４の転送を容易にし得る。いくつかの例では、光学材料１８８は、入力セクションを出力セクションに物理的に結合するように構成された光学接着剤を含み得る。
光シールド１９０は、互いに干渉する導波路１５１および１５４に誘導されるそれぞれの光信号の間の干渉の可能性を低減するように構成され得る（例えば、それぞれの出力セクションの代わりに、それらの重なり合うセクションの近くの導波路から送信され得る部分）。そのために、例えば、光シールド１９０（またはその一部）は、導波路１５１および１５４との間に（例えば、導波路の重なり合うセクションまたはその近くなどに）位置され得る。いくつかの例では、光シールド１９０は、１つ以上の光吸収材料（例えば、ブラックカーボン、ブラッククロム、ブラックプラスチックなど）を含み得る。他の例では、光シールド１９０は、追加的または代替的に、１つ以上の反射材料（例えば、金属、金属酸化物など）を含み得る。他の例も可能である。
いくつかの実施形態では、光シールド１９０は、導波路１５１と重なり合う導波路１５４の第１のセクション、導波路１５４と重なり合う導波路１５１の第２のセクション、または第１のセクションおよび第２のセクションの両方上に配設されたコーティング層（例えば、後の金、銅、他の金属コーティングなど）を含み得る。
上記のように、光学システム１００は、他の例の中でもとりわけ、光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）デバイス、医療画像デバイス、データ通信システムなどの様々なシステムおよび技術分野で光信号をルーティングするために使用することができる。
図２Ａは、例示的な実施形態による、ＬＩＤＡＲデバイス２００の簡略化されたブロック図である。いくつかの例示的な実施形態では、ＬＩＤＡＲデバイス２００を、車両に装着し、車両の周囲環境（例えば、オブジェクト２９８を含むシーンなど）をマッピングするために利用することができる。図示されるように、ＬＩＤＡＲ２００は、エミッタ１４０と同様であり得るレーザエミッタ２４０、光学システム２９０，コントローラ２９２、回転プラットフォーム２９４、および１つ以上のアクチュエータ２９６を含む。
システム２９０は、１つ以上の光検出器２１０、不透明材料２２０、およびレンズ２３０を含む。代替的に、ＬＩＤＡＲデバイス２００は、システム１００について説明されている任意の部品（例えば、導波路など）のような、図示される部品よりも多いまたは少ない部品を含み得ることに留意されたい。
検出器２１０は、１つ以上の光検出器を含み得る。一実施形態では、検出器２１０は、レンズ２３０によって集束された光２０２を検出するための検出領域を画定する光検出器のアレイを含む。追加的に、光検出器２１０は、フォトダイオード、単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）、他のタイプのアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、シリコン光電子増倍体（ＳｉＰＭ）、マルチピクセルフォトンカウンタ（ＭＰＰＣ）、フォトレジスタ、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）、光電池、および／または他のタイプの光検出器などの様々なタイプの光検出器を含み得る。
不透明材料２２０（例えば、マスク、アパーチャストプなど）は、レンズ２３０によって集束されるシーン（例えば、バックグラウンド光）から戻される光２０２の一部分が検出器２１０に送信されることを阻止し得る。例えば、不透明材料２２０は、検出器２１０によって実行される測定の精度に悪影響を及ぼす可能性がある特定のバックグラウンド光を阻止するように構成され得る。代替的または追加的に、不透明材料２２０は、検出器２１０などによって検出可能な波長域の光を阻止し得る。一例では、不透明材料２２０は、入射光の一部分を吸収することにより透過を阻止し得る。別の例では、不透明材料２２０は、入射光の一部分を反射することにより透過を阻止し得る。不透明材料２２０の例示的な実装形態の非網羅的なリストは、考えられるものの中でもとりわけ、エッチングされた金属、ポリマー基板、２軸配向ポリエチレンテレフタレート（ＢｏＰＥＴ）シート、または不透明マスクで覆われたガラスを含む。いくつかの例では、不透明材料２２０は、集束された光２０２（またはその一部）が不透明材料２２０を透過することができる１つ以上のアパーチャを含み得る。
レンズ２３０は、シーンから不透明材料２２０のアパーチャに向かって戻る光２０２を集束させることができる。この配置により、レンズ２３０でのシーンから収集された光強度は、光２０２が投影される断面積が低減されるように集束され得る（すなわち、光２０２の空間パワー密度を増加させる）。そのためにも、レンズ２３０は、とりわけ例の中でも、収束レンズ、両凸レンズ、および／または球面レンズを含み得る。代替的に、レンズ２３０を、前後に位置付けられるレンズの連続セットとして実装することができる（例えば、光を第１の方向に集束する両凸レンズ、および光を第２の方向に集束する追加の両凸レンズ）。他のタイプのレンズおよび／またはレンズ配置も可能である。加えて、システム２９０は、レンズ２３０に入射する光２０２を不透明材料２２０上に集束させるのを支援するために、レンズ２３０の近くに位置付けられた他の光学要素（例えば、ミラーなど）を含み得る。
デバイス２００は、エミッタ２４０を動作させて、オブジェクト２９８を含むシーンに向かって光２０２を放出し得る。そのために、いくつかの実装形態では、エミッタ２４０（および／またはデバイス２００の１つ以上の他の部品）を、ＬＩＤＡＲデバイス２００のＬＩＤＡＲ送光器として構成することができる。次いで、デバイス２００は、シーンからの光２０２の反射を検出して、オブジェクト２９８に関する情報を判定し得る。そのために、いくつかの実装形態では、検出器２１０（および／またはシステム２９０の１つ以上の他の部品）を、ＬＩＤＡＲデバイス２００のＬＩＤＡＲ受信器として構成することができる。
コントローラ２９２は、ＬＩＤＡＲデバイス２００の１つ以上の部品を制御し、１つ以上の部品から受信した信号を分析するように構成され得る。そのために、コントローラ２９２は、デバイス２００を動作させるためにデバイス２００のメモリ（図示せず）に記憶された命令を実行する１つ以上のプロセッサ（例えば、マイクロプロセッサなど）を含み得る。追加的または代替的に、コントローラ２９２は、本明細書に記載される様々な機能のうちの１つ以上を実行するように配線されたデジタルまたはアナログ回路を含み得る。
回転プラットフォーム２９４は、軸の周りに回転して、ＬＩＤＡＲ２００のポインティング方向（例えば、環境に対する放出光２０２の方向など）を調整するように構成され得る。そのために、回転プラットフォーム２９４を、ＬＩＤＡＲ２００の１つ以上の部品を支持するのに好適な任意の中実材料から形成することができる。例えば、システム２９０（および／またはエミッタ２４０）は、回転プラットフォーム２９４の回転に応答して特定の相対配置を維持しながら、これらの部品の各々が環境に対して移動するように、回転プラットフォーム２９４によって（直接的または間接的に）支持され得る。特に、ＬＩＤＡＲ２００が周囲環境を走査しながらＬＩＤＡＲ２００のポインティング方向を調整し得るように、装着された部品を軸の周りに（同時に）回転させることが可能である。このようにして、回転プラットフォーム２９４を回転軸の周りの異なる方向に作動させることにより、ＬＩＤＡＲ２００のポインティング方向を水平に調整することができる。一例では、ＬＩＤＡＲ２００を車両に装着することができ、回転プラットフォーム２９４を、車両からの様々な方向で周囲環境の領域を走査するために回転させることができる。
このようにしてプラットフォーム２９４を回転させるために、１つ以上のアクチュエータ２９６が回転プラットフォーム２９４を作動させ得る。そのために、アクチュエータ２９６は、考えられるものの中でもとりわけ、モータ、空気圧アクチュエータ、油圧ピストン、および／または圧電アクチュエータを含み得る。
この配置により、コントローラ２９２は、環境に関する情報を取得するために、アクチュエータ２９６を動作させて回転プラットフォーム２９４を多様に回転させることが可能である。一例では、回転プラットフォーム２９４を、軸の周りのいずれかの方向に回転させることが可能である。別の例では、回転プラットフォーム２９４は、ＬＩＤＡＲ２００が環境の３６０°視野（ＦＯＶ）を走査するように、軸の周りの周回転を実行し得る。また別の例では、回転プラットフォーム２９４を特定の範囲内で回転させて（例えば、繰り返し、軸の周りの第１の角度位置から第２の角度位置まで回転させて第１の角度位置に戻すことによって、など）、環境のより狭いＦＯＶを走査することができる。他の例も可能である。
また、回転プラットフォーム２９４を、ＬＩＤＡＲ２００に様々なリフレッシュレートで環境を走査させるために、様々な周波数で回転させることが可能である。一実施形態では、ＬＩＤＡＲ２００は、３Ｈｚ～３０Ｈｚのリフレッシュレートを有するように構成され得る。例えば、ＬＩＤＡＲ２００が１０Ｈｚのリフレッシュレートで３６０°ＦＯＶを走査するように構成されている場合、アクチュエータ２９６は、プラットフォーム２９４を毎秒１０周分だけ回転させ得る。他のリフレッシュレートも可能である。
図２Ｂは、ＬＩＤＡＲデバイス２００の斜視図を例示する。いくつかの実施形態では、デバイス２００は、放出された光をエミッタ２４０から環境に向かって方向付けることと、入射光２０２をシステム２９０の中に集束させることの両方のための単一の共有レンズ２３０を含むように構成され得る。他の実施形態では、デバイス２００は、レンズ２３０とは異なる放出された光２４０を方向付けるための別個の送光器レンズ（図示せず）を含み得る。
図２Ｂに示されるように、ＬＩＤＡＲ２００は、回転軸２０１を中心に回転するように構成され得る。したがって、ＬＩＤＡＲ２００は、軸２０１を中心としたＬＩＤＡＲ２００の様々な回転位置に応じて、周囲環境の様々な領域を走査することができる。例えば、デバイス２００（および／または別のコンピューティングシステム）は、ＬＩＤＡＲが軸２０１を中心に回転するときに、ＬＩＤＡＲ２００の様々なポインティング方向に関連付けられたデータを処理することにより、デバイス２００の環境の３６０°（またはそれ未満）ビューの三次元マップを判定することができる。
いくつかの例では、軸２０１は実質的に垂直であり得る。これらの例では、システム２９０（およびエミッタ２４０）を軸２０１の周りに回転させることにより、デバイス２００のポインティング方向を水平に調整することができる。
いくつかの例では、デバイス２００は、（軸２０１に対して）傾けられて、ＬＩＤＡＲ２００のＦＯＶの垂直範囲を調整することができる。例として、ＬＩＤＡＲデバイス２００を、車両の上に装着することができる。この例では、システム２９０（およびエミッタ２４０）を、（例えば、車両に向かって）傾けて、車両が位置決めされた運転面に近い環境の領域から、車両の上方にある環境の領域からのデータ点よりも多くのデータ点を収集することができる。ＬＩＤＡＲデバイス２００の、他の装着位置、傾斜構成、および／または用途も可能である（例えば、車両の異なる側面上、ロボットデバイス上、または任意の他の装着面上）。
ここで図２Ａに戻ると、いくつかの実装形態では、コントローラ２９２は、検出器２１０によって測定された信号に関連付けられたタイミング情報を使用して、オブジェクト２９８の位置（例えば、ＬＩＤＡＲデバイス２００からの距離）を判定し得る。例えば、レーザエミッタ２４０がパルスレーザである実施形態では、コントローラ２９２は、出力光パルスのタイミングを監視し、それらのタイミングをアレイ２１０により測定された信号パルスのタイミングと比較することができる。例えば、コントローラ２９２は、光の速度と光パルスの移動時間（タイミングを比較することにより計算することができる）とに基づいて、デバイス２００とオブジェクト２９８との間の距離を推定することができる。一実施形態では、プラットフォーム２９４の回転中に、エミッタ２４０は光パルス（例えば、光２０２）を放出することができ、システム２９０は、放出された光パルスの反射を検出することができる。デバイス２００（またはデバイス２００からのデータを処理する別のコンピュータシステム）は、走査環境の放出された光パルスとその検出された反射との１つ以上の特性（例えば、タイミング、パルス長、光強度など）の比較に基づいて、走査環境の３次元（３Ｄ）表現を生成することができる。
デバイス２００の部品について図示される様々な機能ブロックを、図示される配置とは異なる様々な方法で再分布させる、再配置する、組み合わせる、および／または分離することができることに留意されたい。
図３Ａは、例示的な実施形態による、導波路３５０を含むシステム３００の例示図である。図３Ｂは、システム３００の断面図を例示する。いくつかの実装形態では、システム３００を、送光器２４０とシステム２９０に代えてまたは加えて、デバイス２００とともに使用することができる。図示されるように、システム３００は、それぞれデバイス２００、光２０２、およびオブジェクト２９８と同様に、シーン内のオブジェクト３９８によって反射された光３０２を測定し得る。さらに、図示されるように、システム３００は、光検出器アレイ３１０、不透明材料３２０、レンズ３３０、および光源３４０を含み、これらはそれぞれ検出器２１０、材料２２０、レンズ２３０、およびエミッタ２４０と同様であり得る。
図示されるように、システム１００はまた、不透明材料３２０内に画定されたアパーチャ３２０ａを含む。例として、アパーチャ３２０ａは楕円形を有するように図示されている。しかしながら、他のアパーチャ形状も可能である（例えば、円形、長方形、または他の形状）。アパーチャ３２０ａは、光が透過される不透明材料３２０内のポートを提供する。アパーチャ３２０ａは、様々な方法で不透明材料３２０内に画定され得る。一例では、不透明材料３２０（例えば、金属など）をエッチングして、アパーチャ３２０ａを画定し得る。別の例では、不透明材料３２０を、マスクで覆われたガラス基板として構成し得、マスクは、アパーチャ３２０ａを画定するギャップを含み得る（例えば、フォトリソグラフィなどを介して）。様々な実施形態では、アパーチャ３２０ａは、少なくとも光検出器アレイ３１０によって検出可能な光の波長に対して、部分的または完全に透明であり得る。例えば、不透明材料３２０がマスクで覆われたガラス基板である場合、アパーチャ３２０ａは、アパーチャ３２０ａが完全に中空ではなく、ガラスで作製されているように、マスクで覆われていないガラス基板の一部分として画定され得る。したがって、いくつかの場合に、アパーチャ３２０ａは、光３０２の１つ以上の波長に対してほぼ透明であるが、完全には透明ではない場合がある。代替的に、いくつかの場合に、アパーチャ３２０ａは、不透明材料３２０の中空領域として形成され得る。他のアパーチャの実装も可能である。
図示されるように、システム３００はまた、導波路３５０（例えば、光導波路など）を含み、これは、導波路１５０、１５１、および／または１５４のいずれかに類似し得る。図示されるように、システム３００はまた、入力ミラー３６０および出力ミラー３７０を含み、これらは、ミラー１６０および／または１６１のいずれかに類似し得る。
図示されている例では、導波路３５０は、不透明材料３２０とアレイ３１０との間に位置付けられている。しかしながら、他の例では、不透明材料３２０は、代わりに、導波路３５０とアレイ３１０との間に位置付けすることができる。図示されるように、導波路３５０は、導波路３５０の一部が集束光３０２の伝搬経路内に延在し、導波路３５０の別の部分が集束光３０２の伝搬経路の外側に延びるように配置され得る。結果として、アパーチャ３２０ａを透過した集束光３０２の第１の部分は、導波路３５０上に投射され得る（導波路３５０の表面上の影付きの領域によって例示されるように）。
図３Ｂに最良に示されるように、集束光３０２の第２の部分が、導波路３５０を通って伝搬することなく、レンズ３３０からアレイ３１０に伝搬し得る。
いくつかの場合に、集束光３０２の第１の部分は（導波路３５０上に投影されている）、導波路３５０の透明領域を通って伝搬し得る（例えば、側面３５０ｃから側面３５０ｄへ、次いで導波路３５０からアレイ３１０に向かって、ミラー３７０によってインターセプトされることなく。しかしながら、いくつかの例では、集束光３０２の第１の部分は、ミラー３７０によって少なくとも部分的にインターセプトされ、次いでアレイ３１０から反射され得る（例えば、導波路３５０の内部で導かれるなど）。
これを緩和するために、いくつかの実装形態では、ミラー３７０を、アパーチャ３２０ａおよび／またはミラー３７０の位置での集束光３０２の投影面積に対して、小さなサイズを有するように構成することができる。これらの例では、集束光３０２の大部分は、ミラー３７０（および／または導波路３５０）に隣接して伝搬し、アレイ３１０に向かって伝搬し続け得る。代替的に、ミラー３７０を、アレイ３１０に向かう伝搬のためにミラー３７０を通して入射する集束光３０２の少なくとも一部分を送信する部分的または選択的反射材料（例えば、ハーフミラー、ダイクロイックミラー、偏光ビームスプリッタなど）から形成することができる。したがって、これらの例でも、より大量の集束光３０２が最終的にアレイ３１０に到達し得る。
いくつかの例では、入力ミラー３６０は、放出された光３０４（エミッタ３４０からミラー３６０によってインターセプトされる）を導波路３５０に方向付けるように構成され得る。次に、導波路３５０は、導波路３５０内の光３０４を出力ミラー３７０に向かって誘導する。次に、出力ミラー３７０は、導波路３５０からアパーチャ３２０ａに向かって誘導光３０４を反射し得る。
例えば、図３Ｂに最良に示されるように、入力ミラー３６０は、導波路３５０の側面３５０ｃに向かってオフセット角度３５９で傾斜され得る。例えば、ミラー３６０と側面３５０ｃとの間の角度は、ミラー３６０と側面３６０ｄとの間の角度未満であり得る。一実施形態では、ミラー３６０のオフセット角度または傾斜角度３５９は４５°である。しかしながら、他の角度も可能である。図示される実施形態では、ミラー３６０は、導波路３５０の側面３５０ａ上に配設されている。したがって、この実施形態では、放出された光３０４は、側面３５０ｃを通って導波路３５０に伝搬し、次に側面３５０ａからミラー３６０に向かって伝搬し得る。次に、ミラー３６０は、光３０４を反射して、好適な入射角で側面３５０ａを通って導波路３５０に戻し、その結果、導波路３５０は、光３０４を側面３５０ｂに向かって誘導することができる。例えば、導波路３５０は、側面３５０ａと３５０ｃとの間の角度３５９が、側面３５０ａと側面３５０ｄとの間の角度（すなわち、側面３５０ａが側面３５０ｃに対して傾斜している）未満であるように形成することができる。次いで、ミラー３６０を側面３５０ａ上に配設することができる（例えば、化学気相成長、スパッタリング、機械的結合、または別の処理を介して）。しかしながら、他の実施形態では、ミラー３６０を、代替的に導波路３５０の内側に（例えば、側面３５０ａと側面３５０ｂとの間に）配設することができるか、または物理的に導波路３５０から分離され得る。
図３Ｂに最良に示されているように、出力ミラー３７０はまた、導波路３５０の側面３５０ｃに向かって傾斜され得る。例えば、ミラー３７０と側面３５０ｃとの間の角度３７１は、ミラー３７０と側面３６０ｄとの間の角度未満であり得る。一実施形態では、ミラー３７０のオフセット角度または傾斜角度３７１は４５°である。しかしながら、他の角度も可能である。したがって、いくつかの例では、入力ミラー３６０は、側面３５０ｃに向かって第１の方向（例えば、図３Ｂの図では時計回りに）に、傾斜され得、出力ミラー３７０は、側面３５０ｃに向かって第２の方向（例えば、第１の方向と反対に）に、傾斜され得る。出力ミラー３７０は、ミラー３６０と同様に様々な方法で物理的に実装することができる（例えば、導波路３５０の傾斜側３５０ｂに配設されるなど）。
さらに、いくつかの例では、導波路３５０は、導波路３５０を囲む材料の屈折率とは異なる屈折率を有する材料から形成され得る。したがって、導波路３５０は、導波路３５０の１つ以上のエッジ、側面、壁などでの内部反射（例えば、内部全反射、漏れ全反射など）を介して、導波路内部で伝搬する光の少なくとも一部分を誘導し得る。例えば、図３Ｂに示されるように、導波路３５０は、導波路３５０の側面３５０ｃ、３５０ｄ、および／または他の側面での内部反射を介して、放出光３０４（エミッタ３４０から受信される）を側面３５０ｂに向かって誘導し得る。
図３Ｂに示されるように、アパーチャ３２０ａは、光３０４をレンズ３３０に向かって透過させるために、導波路３５０の出力セクションに隣接して位置され得る。次いで、レンズ３３０は、光３０４をシーンに向かって方向付け得る。次いで、放出光３０４は、シーン内の１つ以上のオブジェクト（例えば、オブジェクト３９８）で反射し、レンズ３３０に（例えば、シーンからの光３０２の一部として）戻り得る。次に、レンズ３３０は、アパーチャ３２０ａを通して光３０２（放出された光３０４の反射を含む）をアレイ３１０に向かって集束させることができる。
この配置では、システム３００は、システム３００が集束光３０２（例えば、アパーチャ３２０ａ）を受け取る実質的に同じ物理的位置（例えば、アパーチャ３２０ａ）から光３０４を放出し得る。放出光３０４の透過経路と集束光３０２の受信経路とはともに位置合わせされている（例えば、両方の経路はアパーチャ３２０ａの視点からのものである）ため、システム３００は視差の影響を受けにくい可能性がある。例えば、システム３００を含むＬＩＤＡＲデバイスからのデータを使用して、視差に関連するエラーの影響を受けにくいシーン（ポイントクラウドなど）の表現を生成し得る。
図示されるシステム３００の部品および特徴のサイズ、位置、配向、および形状は、必ずしも縮尺通りではなく、説明の便宜のためにのみ図示されるものとして例示されていることに留意されたい。また、システム３００は、図示される部品よりも少ないまたは多い部品を含むことができ、図示される部品のうちの１つ以上を、別々に物理的に組み合わせ、および／または物理的に別々の部品に分割することが可能であることに留意されたい。
第１の実施形態では、導波路３５０は、代替的に、円筒形状または任意の他の形状を有することができる。追加的に、いくつかの例では、導波路３５０を、剛性構造体（例えば、スラブ導波路）または可撓性構造体（例えば、光ファイバ）として実装することができる。第２の実施形態では、導波路３５０は、図３Ａおよび３Ｂに示される垂直の長方形の構成の代わりに、湾曲した形状または他のタイプの形状を有し得る。第３の実施形態では、導波路３５０は、傾斜したエッジ３５０ａなしで代替的に実施することができる。例えば、側面３５０ａは、側面３５０ｃおよび３５０ｄに対して同じ（例えば、垂直など）角度であり得る。第４の実施形態では、ミラー３６０、３７０は、システム３００から省略され得、代わりに、導波路３５０は、ミラー３６０、３７０について上で説明された機能を実行するように構成され得る。例えば、導波路３５０の側面３５０ａおよび３５０ｂは、光３０４を導波路３５０の内外に反射するＴＩＲミラーとして実装することができる。
図４Ａは、例示的な実施形態による、複数の導波路を含むシステム４００の第１の断面図を例示する。例示目的上、図４Ａは、ｘ－ｙ－ｚ軸を示しており、ｚ軸は、ページを通して延在している。システム４００は、システム１００、２９０、および／または３００と同様であり得、システム２９０および送光器２４０に代えてまたは加えて、ＬＩＤＡＲデバイス２００を伴って使用することができる。
図示されるように、システム４００は、エミッタ１４０と各々が同様の送光器４４０および４４２と、各々が導波路１５０と同様であり得る複数の導波路４５０、４５２、４５４、４５６と、各々がミラー１６０と同様であり得る複数の出力ミラー４６０、４６２、４６４、４６６と、を含む。いくつかの例では、図４Ａに示されるシステム４００の光学部品は、複数の重なり合う基板の第１の基板（例えば、基板１８６）上に配設された光学部品の第１の層に対応し得る。図１Ｂに戻り参照すると、例えば、ページの表面に沿った導波路４５０の側面は、導波路１５０の側面１５０ｃと同様であり得る。
図示される例では、送光器４４０は第１の光信号４０４を放出し、送光器４４２は第２の光信号４０６を放出する。導波路４５０は、光信号４０４の第１の光部分４０４ａを受容し、ミラー４６０に向かって誘導し、次に、ミラー４６０は、光部分４０４ａを、導波路の出力セクション（導波路の影付き領域として例示される）において、導波路４５０からｚ方向（すなわち、ページの外）に反射する。同様に、導波路４５２は、第２の光経路に沿って第１の光信号４０４の第２の光部分４０４ｂを誘導し、導波路４５４は、第３の光経路に沿って第２の光信号４０６の第３の光部分４０６ａを誘導し、導波路４５６は、第４の光路に沿って第４の光部分４０６ｂを誘導する。
図４Ｂは、システム４００の第２の断面図を例示し、ｚ軸はまた、ページを通して延在している。図４Ｂに示されるように、システム４００はまた、各々がシステム１００の導波路１５１に類似し得る、導波路４５１、４５３、４５５、４５７と、各々がシステム１００のミラー１６１に類似し得る、入力ミラー４６１、４６３、４６５、４６７と、各々がシステム３００のミラー３７０に類似し得る、出力ミラー４７０、４７２、４７４、４７６とを含む、
図４Ｂに示されるシステム４００の光学部品は、図４Ａに示される光学部品の第１の層と重なり合う光学部品の第２の層に対応し得る。例として、図１Ｂに戻って参照すると、図４Ａに示されるシステム４００の光学部品は、基板１８６の表面１８６ａ上に配設することができ、図４Ｂに示されるシステム４００の光学部品は、基板１８４の表面１８４ａ上に配設することができる。この例では、図４Ｂのページの表面に沿った導波路４５１の側面は、図１Ｂの基板１８４上に配設された導波路１５１の側面に類似し得る。
例えば、システム１００のミラー１６１と同様に、システム４００の入力ミラー４６１は、光部分４０４ａ（図４Ａに示されるように導波路４５０から送信される）を受信し得る。次に、ミラー４６１は、それに入射する光部分４０４ａを反射して導波路４５１に戻し、次に、導波路は、光部分４０４ａをミラー４７０に向かって誘導し得る。次に、導波路３５０の出力ミラー３７０と同様に、出力ミラー４７０は、導波路の出力セクション（影付き領域）において、導波路４５１から、光部分４０４ａをｚ方向（ページの外）に反射し得る。
同様に、図４Ｂに示されるように、入力ミラー４６３、導波路４５３、および出力ミラー４７２は、光部分４０６ａの光路を画定し、入力ミラー４６５、導波路４５５、および出力ミラー４７４は、光部分４０４ｂの光路を画定し、入力ミラー４６７、導波路４５７、および出力ミラー４７６は、光部分４０６ｂの光路を画定する。
図４Ｃは、例示的な実施形態による、システム４００の第３の断面図を例示する。図４Ｃに示されるように、システム４００はまた、システム３００の不透明材料３２０と同様であり得る不透明材料４２０を含んでいる。図４Ｃに示すように、不透明材料４２０は、アパーチャ４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃ、および４２０ｄによって例示される複数のアパーチャを画定し、これらの各々は、アパーチャ３２０ａと同様であり得る。例えば、アパーチャ４２０ａは、それぞれ、アパーチャ３２０ａおよび出力ミラー３７０と同様に、出力ミラー４７０と位置合わせされ得る。例えば、アパーチャ４２０ａは、ｚ軸の方向に出力ミラー４７０と重なり得て、導波路４５０から出力ミラー４７０によって反射された光４０４ａを受信する。同様に、アパーチャ４２０ｂは、出力ミラー４７２と位置合わせされて、光部分４０６ａを受容し得、アパーチャ４２０ｃは、出力ミラー４７４と位置合わせされて、光部分４０４ｂを受容し得、アパーチャ４２０ｄは、出力ミラー４７６と位置合わせされて、光部分４０４ｂを受信し得る。したがって、各アパーチャは、システム４００のそれぞれの送信チャネルの位置に関連付けられ得る。
追加的に、いくつかの例では、シーンからの光（例えば、図４Ｂのページに伝搬する）は、不透明材料３２０に集束される光３０２と同様に、不透明材料４２０に集束され得る。これらの例では、システム４００は、このように、アパーチャ４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃ、４２０ｄなどのそれぞれの位置において、不透明材料４２０に投影された集束光のそれぞれの部分に関連付けられている複数の受信チャネルを提供し得る。例えば、アパーチャ４２０ａを透過した集束光の第１の部分は、第１の受信チャネルに関連する第１の光検出器によってインターセプトされ得、アパーチャ４２０ｂを透過した集束光の第２の部分は、第２の受信チャネルに関連する第２の光検出器によってインターセプトされ得、アパーチャ４２０ｃを透過した集束光の第３の部分は、第３の受信チャネルに関連する第３の光検出器によってインターセプトされ得、アパーチャ４２０ｄを透過した集束光の第４の部分は、第４の受信チャネルに関連する第４の光検出器によってインターセプトされ得る。
この配置では、各透過チャネルは、対応する受信チャネルに関連付けられた受信経路と（それぞれのアパーチャを通して）ともに位置合わせされた透過経路に関連付けられ得る。
図４Ｄは、システム４００の第４の断面図を例示しており、ｚ軸はまた、ページの外を指している。図４Ｄに示されるように、システム４００はまた、それぞれが光検出器２１０および／または３１０のいずれかに類似し得る受信器４１０、４１２、４１４、および４１６によって例示される複数の受信器を装着する支持構造４８０を含む。さらに、図示されるように、システム４００はまた、１つ以上の光シールド４８２を含む。
受信器４１０、４１２、４１４、４１６、４１８などの各々は、１つ以上の光検出器を含み得る。追加的に、各受信器は、不透明材料４２０のそれぞれのアパーチャ（図４Ｃに図示）を通して送信した集束光をインターセプトするように配置され得る。例えば、受信器４１０、４１２、４１４、４１６は、それぞれアパーチャ４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃ、４２０ｄ（図４Ｃに図示）を通して透過される集束光をインターセプトするように配置され得る。一実施形態では、受信器４１０、４１２、４１４、４１６は、それぞれ、出力ミラー４７０、４７２、４７４、４７６に（例えば、ｚ軸の方向に）重なり合うように位置付けられ得る。
支持構造４８０は、受信器４１０、４１２、４１４、４１６などを支持するのに好適な材料特性を有する中実構造を含み得る。一例では、支持構造４８０は、受信器４１０、４１２、４１４、４１６、４１８などの光検出器がそれに装着されているプリント回路基板（ＰＣＢ）を含み得る。
光シールド４８２は、受信器４１０、４１２、４１４、４１６などの周りに配置された１つ以上の光吸収材料（例えば、ブラックカーボン、ブラッククロム、ブラックプラスチックなど）を含み得る。いくつかの例では、光シールド４８２は、外部光源（例えば、周囲光など）からの光が受信器４１０、４１２、４１４、４１６などに到達するのを防ぎ（または低減し）得る。代替的または追加的に、いくつかの例では、光シールド４８２は、受信器４１０、４１２、４１４、４１６などに関連する受信チャネル間のクロストークを防ぐかまたは低減する。したがって、光シールド４８２は、受信器４１０、４１２、４１４、４１６などを相互から光学的に分離するように構成され得る。
ここで図４Ｃに戻ると、上記のように、不透明材料４２０は、アパーチャ４１０、４１２、４１４、４１６などのグリッドを画定する。したがって、システム４００がＬＩＤＡＲデバイスに含まれるいくつかの例では、不透明材料４２０の各アパーチャは、ＬＩＤＡＲの視野（ＦＯＶ）のそれぞれの部分に向かって光を透過させ、ＦＯＶの同じそれぞれの部分から戻る透過光の反射部分も受信する。したがって、各アパーチャは、ＬＩＤＡＲの送信／受信チャネルに関連付けられ得る。一実施形態では、不透明材料４２０は、６４個のアパーチャを４列含むことができ、水平方向に（例えば、ｙ軸に沿って）隣接するアパーチャの各列は、アパーチャの別の列から垂直オフセットによって（例えば、ｚ軸に沿って）分離される。したがって、この実施形態では、システム４００は、４×６４＝２５６個のともに位置合わせされている送信／受信チャネルを提供し得る。他の実施形態では、システム４００は、異なる数の送信／受信チャネル（したがって、異なる数の関連付けられたアパーチャ）を含み得る。
追加的に、この例のＬＩＤＡＲは、複数の光エミッタを有することができ、それらの各々は、１つ以上の送信／受信チャネルに割り当てられる。例えば、図４Ａに戻ると、光エミッタ４４０は、アパーチャ４２０ａおよび４２０ｃ（図４Ｃに図示）に関連する送信／受信チャネルを走査するために、光部分４０４ａおよび４０４ｂを送信し、光エミッタ４４２は、開口４２０ｂおよび４２０ｄに関連するチャネルを走査するために、光部分４０６ａおよび４０６ｂを送信する。
したがって、いくつかの例では、システム１００および４００について説明した配置などの多層光学システム配置を、ＬＩＤＡＲデバイス（または光信号に基づいて動作する他のデバイス）で使用して、光信号を複数の光エミッタから非平行光経路（例えば、光部分４０６ａおよび４０４ｂの光経路）および空間効率の良い様態で、複数の空間的に分離された送信／チャネルにルーティングする。
システム４００の様々な部品について図４Ａ～図４Ｄに示される様々なサイズ、形状、および位置は必ずしも縮尺通りではなく、説明の便宜のためのみに図示されるものとして例示されていることに留意されたい。
ＩＩＩ．例示的な方法
図５は、例示的な実施形態による方法５００のフローチャートである。方法７００は、例えば、システム１００、２９０、３００、４００および／またはデバイス２００とともに使用され得る方法の実施形態を提示する。方法５００は、ブロック５０２～５０８のうちの１つ以上によって例示されるように、１つ以上の動作、機能、またはアクションを含み得る。ブロックは連続した順序で例示されているが、これらのブロックは、場合によっては、並行して、および／または本明細書で記載されたものとは異なる順序で実行され得る。また、様々なブロックは、所望の実装に基づいて、より少ないブロックに組み合わされ、さらなるブロックに分割され、および／または除去され得る。
さらに、方法５００ならびに本明細書で開示される他のプロセスおよび方法について、フローチャートは、本実施形態のうちの１つの可能な実装の機能および操作を示す。これに関して、各ブロックは、モジュール、セグメント、製造または操作プロセスの一部、またはプログラムコードの一部を表すことができ、それにはプロセス内の特定の論理機能またはステップを実行するためのプロセッサによって実行可能な１つまたは複数の命令が含まれる。プログラムコードは、例えば、ディスクまたはハードドライブを含むストレージデバイスのような任意のタイプのコンピュータ可読媒体に記憶され得る。コンピュータ可読媒体は、例えば、レジスタメモリ、プロセッサキャッシュ、およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）のような、データを短期間にわたって記憶するコンピュータ可読媒体などの非一時的なコンピュータ可読媒体を含み得る。コンピュータ可読媒体は、例えば、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、光ディスクまたは磁気ディスク、コンパクトディスクリードオンリーメモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）のような補助ストレージまたは永続長期ストレージなどの非一時的なコンピュータ可読媒体も含み得る。コンピュータ可読媒体は、任意の他の揮発性または不揮発性ストレージシステムとすることもできる。コンピュータ可読媒体は、例えば、コンピュータ可読ストレージ媒体、または有形のストレージデバイスであると考えられ得る。さらに、方法５００および本明細書で開示される他のプロセスおよび方法について、図５の各ブロックは、プロセス内の特定の論理機能を実行するように配線された回路を表すことができる。
ブロック５０２において、方法５００は、重なり合う配置にある複数の基板（例えば、基板１８４および１８６）の第１の基板（例えば、基板１８６）上の第１の光路を画定する第１の導波路（例えば、導波路１５０）で光（例えば、光１０４）を受信することを含む。ブロック５０４において、方法５００は、第１の導波路の内部で、第１の光路に沿って第１の導波路の出力セクションに向かって光を誘導することを含む。ブロック５０６において、方法５００は、出力セクションにおいて、第１の導波路から複数の基板の第２の基板（例えば、基板１８４）に向かって光を送信することを含む。ブロック５０８において、方法５００は、第２の基板上に配設された第２の導波路（例えば、導波路１５１）の入力セクションにおいて、第１の導波路（例えば、導波路１５０）の出力セクションから送信された光を受信することを含む。ブロック５１０において、方法５００は、第２の導波路の内部で、第２の基板上の第２の導波路によって画定される第２の光路に沿って光を誘導することを含む。
ＩＶ．結論
上記の詳細な説明は、添付の図を参照して、開示されたシステム、デバイス、および方法の様々な特徴および機能を説明している。本明細書では様々な態様および実施形態が開示されているが、他の態様および実施形態も明らかであろう。本明細書で開示された様々な態様および実施形態は、例示のみを目的とするものであり、限定することを意図するものではなく、真の範囲は以下の特許請求の範囲によって示される。

Claims (20)

  1. 光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）デバイスであって、
    重なり合う配置で配設された複数の基板であって、少なくとも第１の基板および第２の基板を含む、複数の基板と、
    光信号を放出するように構成された光エミッタと、
    前記第１の基板上に配設されて前記第１の基板上に第１の光路を画定する第１の導波路であって、前記第１の導波路が、前記光信号を前記第１の光路に沿って誘導し、前記第１の導波路の出力セクションにおいて、前記第１の導波路から前記光信号を前記第２の基板に向かって送信するように構成されている、第１の導波路と、
    前記第２の基板上に配設されて前記第２の基板上に第２の光路を画定する第２の導波路であって、前記第２の導波路の入力セクションが、前記第１の導波路の前記出力セクションと重なり合って、前記第２の導波路が、前記入力セクションの前記第１の導波路から前記光信号を受信し、前記光信号を前記第２の光路に沿って誘導するように構成されている、第２の導波路と、を備える、ＬＩＤＡＲデバイス。
  2. 前記重なり合う配置の隣接する基板が、少なくとも所定の分離距離だけ離れて離間されている、請求項１に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
  3. 前記第１の導波路の前記出力セクションが、前記第２の導波路の前記入力セクションと重なり合う、請求項１に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
  4. 前記第１の導波路が、前記第１の基板と前記第２の基板との間に位置されている、請求項１に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
  5. 前記第２の導波路が、前記第１の基板と前記第２の基板との間に位置されている、請求項４に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
  6. 前記第１の導波路の前記出力セクションと前記第２の導波路の前記入力セクションとの間に配設された光学材料であって、前記第１の導波路が、前記光学材料の第２の屈折率に対する閾値内にある第１の屈折率を有する、光学材料、をさらに備える、請求項１に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
  7. 前記光学材料が、前記入力セクションおよび前記出力セクションに物理的に結合された光学接着剤を含む、請求項６に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
  8. 光を放出するように構成されている光エミッタであって、前記第１の導波路が、前記第１の導波路の第１の端で前記光エミッタから放出された光を受信し、前記第１の導波路の第２の端に向かって前記第１の端で受信された前記光を誘導するように構成されており、前記第１の導波路が、前記第１の端と前記第２の端との間に第１の側面を有し、前記第１の側面が、前記第１の基板上に配設されている、光エミッタ、をさらに備える、請求項１に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
  9. 前記出力セクションにおいて前記第１の導波路によって送信された前記光信号が、前記第１の側面とは反対側の前記第１の導波路の第２の側面を通って送信される、請求項８に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
  10. 前記第１の導波路の前記出力セクションにおいて、前記第１の導波路の内部に誘導されている前記光信号を前記第１の導波路の前記第２の側面に向かって反射するように構成されているミラーを、さらに備え、
    前記反射光信号が、前記ミラーによって反射された後、前記第２の側面から前記第２の基板に向かって伝搬する、請求項８に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
  11. 前記第１の導波路が、前記第１の導波路の第２の側面に向かって傾斜している傾斜したエッジを有し、前記ミラーが、前記傾斜したエッジ上に配設されている、請求項１０に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
  12. 前記傾斜したエッジと前記第１の導波路の前記第２の側面との間の角度が、鋭角である、請求項１１に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
  13. 前記第１の導波路の前記出力セクションが、前記第１の導波路の前記第２の端にある、請求項８に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
  14. 前記第２の導波路の前記入力セクションにおいて前記第１の導波路から受信された前記光信号の少なくとも一部が、前記第２の導波路から前記第２の基板に向かって伝搬し、前記システムが、
    前記光信号の前記少なくとも一部を前記第２の導波路に反射して戻すように構成されたミラーを、さらに備える、請求項１に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
  15. 前記第２の基板上に配設されて前記第２の基板上に第３の光路を画定する第３の導波路であって、第１のセクションが、第２のセクションに対して閾値距離未満であるように、前記第１の導波路の前記第１のセクションが、第３の導波路の前記第２のセクションと重なり合う、第３の導波路と、
    前記第１の導波路の前記第１のセクションと前記第３の導波路の前記第２のセクションとの間に位置付けられた光シールドと、をさらに備える、請求項１に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
  16. 前記光シールドが、前記第１のセクションまたは前記第２のセクションに配設された金属コーティング層を含む、請求項１６に記載のＬＩＤＡＲデバイス。
  17. システムであって、
    重なり合う配置で配設された複数の基板であって、少なくとも第１の基板および第２の基板を含む、複数の基板と、
    前記第１の基板上に配設されて前記第１の基板上に第１の光路を画定する第１の導波路であって、前記第１の導波路が、前記光信号を前記第１の光路に沿って誘導し、前記第１の導波路の出力セクションにおいて、前記第１の導波路から前記光信号を前記第２の基板に向かって送信するように構成されている、第１の導波路と、
    前記第２の基板上に配設されて前記第２の基板上に第２の光路を画定する第２の導波路であって、前記第２の導波路の入力セクションが前記第１の導波路の前記出力セクションと位置合わせされて、前記第２の基板に向かって前記第１の導波路によって送信された前記光信号を受信し、前記第２の導波路が、前記第２の光路に沿って前記入力セクションにおいて受信された前記光信号を誘導するように構成されている、第２の導波路と、を備える、システム。
  18. 複数のアパーチャを含む不透明材料であって、前記光エミッタが、第１の光エミッタであり、前記光信号が、第１の光信号であり、前記第２の導波路が、前記第１の光信号を、前記第２の導波路の外に、前記複数のアパーチャの第１のアパーチャに向かって送信するように構成されている、不透明材料と、
    前記光信号を放出するように構成された第１の光エミッタと、
    第２の光信号を放出するように構成された第２の光エミッタと、
    前記第２の基板上に配設されて前記第２の基板上に第３の光路を画定する第３の導波路であって、前記第３の導波路が、前記第３の光路に沿って前記第２の光信号を誘導し、前記第２の光信号を前記第３の導波路の外に、前記複数のアパーチャの第２のアパーチャに向かって送信するように構成されている、第３の導波路と、をさらに備える、請求項１７に記載のシステム。
  19. 前記ＬＩＤＡＲデバイスが、
    前記第１の導波路の第１のセクションと前記第１の導波路の前記第１のセクションと重なり合う前記第３の導波路の第２のセクションとの間に位置付けられた光シールドをさらに備える、請求項１８に記載のシステム。
  20. 方法であって、
    重なり合う配置で配設された複数の基板の第１の基板上の第１の光路を画定する第１の導波路で光を受信することと、
    前記第１の導波路の内部で、前記第１の光路に沿って前記第１の導波路の出力セクションに向かって前記光を誘導することと、
    前記出力セクションにおいて、前記第１の導波路の外に前記光を前記複数の基板の第２の基板に向かって送信することと、
    前記第２の基板上に配設された第２の導波路の入力セクションにおいて、前記第１の導波路の前記出力セクションから送信された光を受信することであって、前記第２の導波路の前記入力セクションが、前記第１の導波路の前記出力セクションと位置合わせされることと、
    前記第２の導波路の内部で、前記第２の基板上の前記第２の導波路によって画定される第２の光路に沿って前記光を誘導することと、を含む、方法。
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