JPWO2019065975A1 - 円偏光型偏波ダイバーシティ素子、これを用いたスキャニング素子及びLidar - Google Patents
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Abstract
Description
(1)従前の偏光制御技術としての偏波ダイバーシティ―方式(特許文献1)は、直線偏光で動作する素子には有効であるが、円偏光で動作する素子には使用できない。
(2)従来のLidarの構成では、光軸調整などの組立に微調整が必要であり、量産性に向いていない。
(3)従来のレーザ源とLidarを一体化する構成では高熱に耐性がないため、Lidarを車の上部へ搭載することが困難である。
(4)従来のスキャニング素子は、基本的にミラーなどを連続的に回転させるものであり、慣性があるため、一筆書きでシーンをスキャンするラスタースキャンであり、任意の点から別の任意の点まで非連続的に移動したり、任意の頻度、任意のパターンでプログラマブルに高速スキャンしたりすることはできない。
(1)円偏光で動作する素子へ適用できる偏波ダイバーシティ―方式を実現できる。
(2)光軸調整などの組立に微調整が不要となり、量産性に優れたLidarを実現できる。(3)Lidarが車の上部への搭載が可能となる。
(4)任意の点からの任意の点まで非連続的に移動することができ、また、任意の頻度、任意のパターンでプログラマブルに高速スキャンできるLidarを実現できる。
2:レンズ
3:受光素子
4:ビームスプリッター
5:物体
6:光ビーム
7:反射光
8:MEMSミラー
9:光パルス
10:光パルス
11:光スポット
12:信号機
13:背景(空)
14:先行車
15:対向車
16:半波長板
17:位相板
20:光周波数変調器
24:矩形波
25:周波数がチャープした矩形波(時間的に周波数がLinearに変化している)
26:25の戻り矩形波
31:単一モード光ファイバ
32:光ビーム
41:ミキシング用のビームスプリッター
71:円偏波型偏波ダイバーシティ―素子
90:光ビームデジタルスキャニング素子(エリアB)
91:偏光スイッチ素子
92:偏光グレーティング
93:楔ブロック
94:基本ユニット
95:ブルー相液晶
96:平板電極
97:透明電極
98:液晶ダイレクター
100:エリアA
101:単一モード光ファイバ
102:偏光ビームスプリッター
107:偏光回転素子
201:基本ユニット(Y方向)
202:基本ユニット(X方向
Claims (11)
- 入力された光の偏光状態に無依存に一定の偏光状態を有する光を出力するための偏波ダイバーシティ素子であって、半波長板となるような厚さであり、その複屈折のダイレクターがある周期Λで回転している偏光グレーティングを2枚用い、これらの偏光グレーティングを所望の間隔となるように配置し、その一方から任意の偏光状態(SOP:State of Polarization)を持つ、スポット径(直径)Woの光ビームを入射し、円偏光の回転方向に依存して分離出射された2つの右回り、左回りの円偏光のどちらか一方に、半波長板を挿入し、平行な近接する同じ回転方向の円偏光に変換して出力したことを特徴とする円偏光型偏波ダイバーシティ素子。
- 請求項1に記載の円偏光型偏波ダイバーシティ素子の後段に、前記円偏光の偏光状態をスイッチする素子と前記偏光グレーティングを重ねた構造を基本構成とし、その基本構成の前記偏光グレーティングの周期Λを適宜変えた構成を所望のセット数だけ多段に重ねたスキャニング素子を配置したことを特徴とする光ビームデジタルスキャニング素子。
- 請求項2に記載の光ビームデジタルスキャニング素子において、前記円偏光の偏光状態をスイッチする素子にポリマー安定化したブルー相液晶を2枚の透明電極が形成された基板で挟んだ構造の偏光スイッチ素子を用いたことを特徴とする光ビームデジタルスキャニング素子。
- 請求項3に記載の光ビームデジタルスキャニング素子において、前記偏光スイッチ素子の両側に高屈折率の透明な楔ブロックを点対称に配置したものに前記偏光グレーティングを貼り付けた構造を前記基本構成としてこれらを多段に配置した構成において、前記偏光スイッチ素子に対する電圧の印加の有、無の組み合わせにより出力される光ビームを用いてデジタル的にスキャニングすることを特徴とする光ビームデジタルスキャニング素子。
- 請求項3に記載の光ビームデジタルスキャニング素子において、前記偏光スイッチ素子と前記偏光グレーティングを貼り付けたものを基本構成として、これらを多段に張り合わせ、さらにその両側に高屈折率の透明な楔ブロックを点対称に配置した構成において、前記偏光スイッチ素子に対する電圧の印加の有、無の組み合わせにより出力される光ビームを用いてデジタル的にスキャニングすることを特徴とする光ビームデジタルスキャニング素子。
- 請求項3乃至請求項5のいずれか1項に記載の光ビームデジタルスキャニング素子とさらに半導体レーザ、受光素子、レンズ、ビームスプリッターおよび信号処理・制御部から構成され、前記受光素子で受光する、前記光ビームデジタルスキャニング素子へ入力する前記光ビームの分光と、および、前記光ビームデジタルスキャニング素子から出力された前記光ビームで物体をスキャンして反射したその戻り光に基づいて、前記信号処理・制御部において前記光ビームデジタルスキャニング素子から前記物体までの距離を算出することを特徴とするLidar。
- 請求項6に記載のLidarにおいて、前記円偏光型偏波ダイバーシティ素子に入力される前記光ビームは連続した光短パルスからなり、かつ、前記光ビームの分光の受光から前記戻り光の受光までの時間差に基づいて前記物体までの距離を前記算出することを特徴とするLidar。
- 請求項6に記載のLidarにおいて、前記光ビームは、その光周波数が所望の繰り返し時間で、ほぼ直線的に増加、減少する矩形波であり、かつ、前記物体からの戻り光と前記出力する前記光ビームをミキシング(足し合わせる)することで発生するビート信号のビート周波数に基づいて、前記物体までの距離を前記算出することを特徴とするLidar。
- 請求項7あるいは請求項8のいずれか1項に記載のLidarにおいて、前記半導体レーザ、前記受光素子、前記光ビームデジタルスキャニング素子の間を、前記光ビームを空間に出すことなく単一モード光ファイバおよび単一光ファイバカプラで接続しことを特徴とするLidar。
- 請求項9に記載のLidarにおいて、前記半導体レーザ、前記受光素子、前記信号処理・制御部(エリアA)と、前記光ビームデジタルスキャニング素子(エリアB)を分割し、その間を1m以上の長さの単一モード光ファイバで繋いだことを特徴とするLidar。
- 請求項6乃至請求項10のいずれか1項に記載のLidarにおいて、さらに前記光ビームの照射位置を任意の重み付けでランダムに選択する手段を備え、前記照射位置のうちで重要な部分は高密度、高頻度でスキャンし、重要でない部分は低密度、低頻度でスキャンすることを特徴とするLidar。
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