TW202117271A - 光學試驗用裝置 - Google Patents

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櫻井孝夫
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Abstract

[課題]測定光學測定器具所接收的光脈衝的上升時間之容許範圍。 [解決手段]光學試驗用裝置是使用在試驗光學測定器具時，前述光學測定器具是將來自光源的入射光脈衝給予至入射對象，並且取得入射光脈衝被入射對象所反射的反射光脈衝。光學試驗用裝置具備：試驗用光源，生成給予至光學測定器具的試驗用光脈衝；及聲光晶體，控制試驗用光脈衝的上升時間。藉由聲光晶體所控制的上升時間相當於反射光脈衝的上升時間。

Description

光學試驗用裝置
本發明是有關於一種取得反射光的器具之試驗。
在以往，已知有將入射光給予至距離測定的對象，來取得反射光的光學測定器具。可測定出此光學測定器具與距離測定的對象的距離(例如，參照專利文獻1、2、及3)。另外，也已知有將入射的光的相位調變的情形(例如，參照專利文獻4的摘要)。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特開2017-15729號公報 專利文獻2：日本特開2006-126168號公報 專利文獻3：日本特開2000-275340號公報 專利文獻4：日本特開2019-105577號公報
發明欲解決之課題
雖然如上述之以往技術的光學測定器具是將光脈衝給予至距離測定的對象，但是光脈衝的上升時間可考慮到各種值。據此，較理想的是能知道光學測定器具所接收的光脈衝的上升時間之容許範圍。
於是，本發明的課題在於測定光學測定器具所接收的光脈衝的上升時間之容許範圍。 用以解決課題之手段
本發明之光學試驗用裝置是試驗光學測定器具時所使用的光學試驗用裝置，前述光學測定器具是將來自光源的入射光脈衝給予至入射對象，並且取得該入射光脈衝被該入射對象所反射的反射光脈衝，前述光學試驗用裝置是構成為具備：試驗用光源，生成給予至前述光學測定器具的試驗用光脈衝；及上升時間控制部，控制前述試驗用光脈衝的上升時間。
如上述構成的光學試驗用裝置是使用在試驗光學測定器具時的裝置，前述光學測定器具是將來自光源的入射光脈衝給予至入射對象，並且取得該入射光脈衝被該入射對象所反射的反射光脈衝。試驗用光源是生成給予至前述光學測定器具的試驗用光脈衝。上升時間控制部是控制前述試驗用光脈衝的上升時間。
另外，本發明之光學試驗用裝置亦可設成：前述光學測定器具為ToF感測器。
另外，本發明之光學試驗用裝置亦可設成：藉由前述上升時間控制部所控制的前述上升時間相當於前述反射光脈衝的上升時間。
另外，本發明之光學試驗用裝置亦可設成：前述上升時間控制部為聲光晶體(acoustooptic crystal)。
另外，本發明之光學試驗用裝置亦可設成：輸出控制用電訊號的控制用電訊號輸出部、與前述上升時間控制部是因應於前述控制用電訊號，來控制前述試驗用光脈衝的上升時間。
另外，本發明之光學試驗用裝置亦可設成：前述控制用電訊號輸出部具有：本地電訊號輸出部，輸出預定的頻率的本地電訊號；電脈衝輸出部，輸出上升時間比前述試驗用光源所輸出的前述試驗用光脈衝更長的電脈衝；及乘算部，將前述本地電訊號與前述電脈衝相乘。
另外，本發明之光學試驗用裝置亦可設成：具備：壓電振動件，接收前述控制用電訊號，而轉換成超音波，前述上升時間控制部是接收前述超音波，來控制前述試驗用光脈衝的上升時間。
另外，本發明之光學試驗用裝置亦可設成：前述上升時間控制部具有：電光晶體；第一偏光件，配置在前述電光晶體與前述試驗用光源之間，其偏振穿透軸是與前述電光晶體的電場施加方向傾斜45度；及第二偏光件，接收前述電光晶體的輸出，其偏振穿透軸是與前述電光晶體的電場施加方向傾斜45度，前述第一偏光件的偏振穿透軸與前述第二偏光件的偏振穿透軸為正交。
另外，本發明之光學試驗用裝置亦可設成：輸出控制用電訊號的控制用電訊號輸出部、與前述上升時間控制部是因應於前述控制用電訊號，來控制前述試驗用光脈衝的上升時間。
另外，本發明之光學試驗用裝置亦可設成：前述控制用電訊號輸出部具有：電脈衝輸出部，輸出上升時間比前述試驗用光源所輸出的前述試驗用光脈衝更長的電脈衝。
用以實施發明之形態
以下，一邊參照圖式一邊說明本發明的實施形態。
圖1是顯示光學測定器具2的實際之使用態樣的圖(圖1(a))，且是顯示光學測定器具2的試驗時之使用態樣的圖(圖1(b))。
參照圖1(a)，在實際之使用態樣中，光學測定器具2是將來自光源2a(參照圖2)的入射光脈衝給予至入射對象4。入射光脈衝會被入射對象4反射而成為反射光脈衝，並且藉由光學測定器具2的光接收部2b(參照圖2)所取得。光學測定器具2例如為LiDAR模組或ToF相機，是使用來測定光學測定器具2與入射對象4之間的距離。
另外，若將入射光脈衝的上升時間設為t1，則反射光脈衝的上升時間也會為t1。入射光脈衝的上升時間t1是根據光源2a而會取各種值。在光接收部2b中，有可以容許反射光脈衝的上升時間t1之容許範圍。若反射光脈衝的上升時間t1在容許範圍內，則光接收部2b會正常地動作。若反射光脈衝的上升時間t1在容許範圍外，則光接收部2b不會正常地動作。
參照圖1(b)，光學試驗用裝置1是使用在試驗光學測定器具2時。試驗例如是進行光學測定器具2的光接收部2b是否可正常地動作的試驗。雖然光學試驗用裝置1是將試驗用光脈衝給予至光學測定器具2，但試驗用光脈衝的上升時間也會為t1。亦即，試驗用光脈衝的上升時間t1相當於反射光脈衝的上升時間t1。另外，如後述，試驗用光脈衝的上升時間t1是受到聲光晶體(上升時間控制部)18(參照圖2)控制。
圖4是顯示變形例之光學測定器具2的實際之使用態樣的圖(圖4(a))，且是顯示光學測定器具2的試驗時之使用態樣的圖(圖4(b))。在圖1中，雖然是圖示成光學測定器具2具有光源2a及光接收部2b，但是亦可如圖4所示地設成光學測定器具2僅具有光接收部2b，且光源2a是配置在光學測定器具2的外部。光學測定器具2例如為ToF感測器。在本發明的任一實施形態中，可以使用圖1所示的光學測定器具2，也可以使用圖4所示的光學測定器具2。
圖2是顯示本發明的實施形態之光學試驗用裝置1的構成的功能方塊圖。參照圖2，本發明的實施形態之光學試驗用裝置1具備試驗用光源12、透鏡14、控制用電訊號輸出部16、壓電振動件17、及聲光晶體(上升時間控制部)18。
試驗用光源12是生成給予至光學測定器具2的試驗用光脈衝，並且透過透鏡14而給予至聲光晶體18。另外，給予至聲光晶體18的試驗用光脈衝的上升時間是像和t1相較之下極小而可以忽視的值。
透鏡14是接收試驗用光源12已生成的試驗用光脈衝，並且將試驗用光脈衝的光束直徑匯聚，而給予至聲光晶體18。
聲光晶體(上升時間控制部)18是控制從試驗用光源12所給予的試驗用光脈衝的上升時間而設為t1，並且朝向光學測定器具2來輸出。另外，聲光晶體18是因應於控制用電訊號輸出部16所輸出的控制用電訊號(如後述，包絡線的上升變慢)，來控制試驗用光脈衝的上升時間。具體而言，壓電振動件17是接收控制用電訊號，而轉換成超音波，聲光晶體18是接收該超音波，而形成繞射光柵。藉由試驗用光源12已生成的試驗用光脈衝通過此繞射光柵，試驗用光脈衝(已通過繞射光柵的1次光)的上升時間會受到聲光晶體18控制而成為t1。
控制用電訊號輸出部16具有本地訊號源(本地電訊號輸出部)16a、調變訊號源(電脈衝輸出部)16b、混波器(乘算部)16c、及放大器16d。
本地訊號源(本地電訊號輸出部)16a是輸出預定的頻率(例如，110MHz)的本地電訊號。
調變訊號源(電脈衝輸出部)16b是輸出電脈衝。惟，此電脈衝的上升時間t0是比試驗用光源12所輸出的試驗用光脈衝的上升時間(幾乎0)更長。電脈衝的上升時間t0為可變，藉由變更電脈衝的上升時間t0，即可以控制試驗用光脈衝的上升時間而設為t1。另外，試驗用光源12與調變訊號源16b是同步的。
混波器(乘算部)16c是將本地訊號源16a所輸出的本地電訊號、與調變訊號源16b所輸出的電脈衝相乘。藉此，本地電訊號的包絡線的上升會變慢。
放大器16d是接收混波器16c的輸出而放大，並且輸出成控制用電訊號。
圖3是顯示本地訊號源16a所輸出的本地電訊號(圖3(a))、調變訊號源16b所輸出的電脈衝(圖3(b))、及混波器16c的輸出(圖3(c))的時序圖。圖3(a)是圖示出本地電訊號(實線)及其包絡線(點線)。本地電訊號的包絡線是取一定的值，而沒有所謂的上升時間。在本地電訊號上乘上電脈衝(上升時間t0)(參照圖3(b))的值會成為混波器16c的輸出(參照圖3(c))。混波器16c的輸出(實線)到其包絡線(點線)取一定的值為止會需花費時間。若將從開始混波器16c的輸出到其包絡線取一定的值為止的時間設為Δt，則Δt會大到無法忽視的程度。
壓電振動件17是接收控制用電訊號，而轉換成超音波，並且給予至聲光晶體18。另外，壓電振動件17亦可接著於聲光晶體18。又，由於Δt會大到無法忽視的程度，因此從開始超音波的輸出到其強度到達一定的值為止，需花費無法忽視的程度之時間。
接著，說明本發明的實施形態的動作。
試驗用光源12已生成的試驗用光脈衝(上升時間幾乎為0)是透過透鏡14而給予至聲光晶體18。
本地訊號源16a所輸出的本地電訊號(參照圖3(a))、與調變訊號源16b所輸出的電脈衝(參照圖3(b))是藉由混波器16c而相乘，和本地電訊號相較之下包絡線的上升變慢的訊號(上升時間Δt)會從混波器16c輸出(參照圖3(c))。混波器16c的輸出是藉由放大器16d而放大，並且作為控制用電訊號來給予至壓電振動件17。控制用電訊號是藉由壓電振動件17而轉換成超音波，並且給予至聲光晶體18。從此超音波的輸出開始直到其強度到達一定的值為止也需花費時間。
聲光晶體18是接收超音波而形成繞射光柵。試驗用光源12已生成的試驗用光脈衝會通過此繞射光柵。因應於超音波的強度從輸出開始到到達一定的值為止的時間延遲，試驗用光脈衝(1次光)的上升時間也會延遲而成為t1。藉由將t0做出各種變更，來將t1變更為各種值，並驗證當時的光接收部2b的動作，藉此即可以測定光學測定器具2所接收的光脈衝的上升時間之容許範圍。
根據本發明的實施形態，使電脈衝(參照圖3(b))的上升時間t0做出各種變化，藉此即可以控制試驗用光脈衝的上升時間t1而設為各種值。藉由試驗此時光接收部2b是否正常動作，即可以測定光學測定器具2所接收的光脈衝的上升時間t1之容許範圍。
另外，在本發明的實施形態中，可考慮到如以下所示的變形例。
圖5是顯示本發明的實施形態的變形例之光學試驗用裝置1的構成的功能方塊圖。參照圖5，本發明的實施形態的變形例之光學試驗用裝置1具備試驗用光源12、透鏡14、控制用電訊號輸出部16、電光晶體19、第一偏光件52、及第二偏光件54。以下，和本發明的實施形態同樣的部分是附上相同的符號並省略說明。
試驗用光源12及透鏡14是和實施形態同樣。另外，試驗用光源12與後述的電脈衝輸出部16e是同步的。
電光晶體19、第一偏光件52、及第二偏光件54是構成上升時間控制部。亦即，上升時間控制部具有電光晶體19、第一偏光件52、及第二偏光件54。
電光晶體19是具有泡克耳斯效應(Pockels effect)之例如LiNbO3、LiTaO3等之晶體。第一偏光件52是配置在電光晶體19與試驗用光源12之間，其偏振穿透軸是與電光晶體19的電場施加方向傾斜45度。第二偏光件54是接收電光晶體19的輸出，其偏振穿透軸是與電光晶體19的電場施加方向傾斜45度。另外，第一偏光件52的偏振穿透軸與第二偏光件54的偏振穿透軸為正交。
控制用電訊號輸出部16是輸出控制用電訊號。上升時間控制部是因應於控制用電訊號，來控制試驗用光脈衝的上升時間。
控制用電訊號輸出部16具有電脈衝輸出部16e、放大器16d。雖然電脈衝輸出部16e是和調變訊號源16b相同的構件，且是會輸出上升時間比試驗用光源12所輸出的試驗用光脈衝更長的電脈衝的構件，但是會將該輸出給予至放大器16d，這一點和實施形態不同。
放大器16d是接收電脈衝輸出部16e的輸出而放大，並且作為控制用電訊號而輸出。
試驗用光脈衝會藉由第一偏光件52而分成尋常光及異常光之二個偏振，並且在電光晶體19之中傳播。將控制用電訊號給予至電光晶體19，並且施加電場，藉此兩偏振間的相位差會受調變，使楕圓偏振的狀態變化。已穿透電光晶體19的光會穿透第二偏光件54。已穿透第二偏光件54的光的光強度是和實施形態同樣地，成為上升時間t1的脈衝。根據像這樣的變形例，也可發揮和實施形態同樣的效果。
1:光學試驗用裝置 2:光學測定器具 2a:光源 2b:光接收部 4:入射對象 12:試驗用光源 14:透鏡 16:控制用電訊號輸出部 16a:本地訊號源(本地電訊號輸出部) 16b:調變訊號源(電脈衝輸出部) 16c:混波器(乘算部) 16d:放大器 16e:電脈衝輸出部 17:壓電振動件 18:聲光晶體(上升時間控制部) 19:電光晶體 52:第一偏光件 54:第二偏光件 t0,t1:上升時間 Δt:直到混波器的輸出的包絡線取一定的值為止之時間
圖1是顯示光學測定器具2的實際之使用態樣的圖(圖1(a))，且是顯示光學測定器具2的試驗時之使用態樣的圖(圖1(b))。 圖2是顯示本發明的實施形態之光學試驗用裝置1的構成的功能方塊圖。 圖3是顯示本地訊號源16a所輸出的本地電訊號(圖3(a))、調變訊號源16b所輸出的電脈衝(圖3(b))、及混波器16c的輸出(圖3(c))的時序圖。 圖4是顯示變形例之光學測定器具2的實際之使用態樣的圖(圖4(a))，且是顯示光學測定器具2的試驗時之使用態樣的圖(圖4(b))。 圖5是顯示本發明的實施形態的變形例之光學試驗用裝置1的構成的功能方塊圖。
1:光學試驗用裝置
2:光學測定器具
2a:光源
2b:光接收部
12:試驗用光源
14:透鏡
16:控制用電訊號輸出部
16a:本地訊號源(本地電訊號輸出部)
16b:調變訊號源(電脈衝輸出部)
16c:混波器(乘算部)
16d:放大器
17:壓電振動件
18:聲光晶體(上升時間控制部)
t0,t1:上升時間

Claims (10)

  1. 一種光學試驗用裝置，是試驗光學測定器具時所使用的光學試驗用裝置，前述光學測定器具是將來自光源的入射光脈衝給予至入射對象，並且取得該入射光脈衝被該入射對象所反射的反射光脈衝，前述光學試驗用裝置具備： 試驗用光源，生成給予至前述光學測定器具的試驗用光脈衝；及 上升時間控制部，控制前述試驗用光脈衝的上升時間。
  2. 如請求項1之光學試驗用裝置，其中前述光學測定器具為ToF感測器。
  3. 如請求項1或2之光學試驗用裝置，其中藉由前述上升時間控制部所控制的前述上升時間相當於前述反射光脈衝的上升時間。
  4. 如請求項1至3中任一項之光學試驗用裝置，其中前述上升時間控制部為聲光晶體。
  5. 如請求項4之光學試驗用裝置，其中輸出控制用電訊號的控制用電訊號輸出部、與前述上升時間控制部是因應於前述控制用電訊號，來控制前述試驗用光脈衝的上升時間。
  6. 如請求項5之光學試驗用裝置，其中前述控制用電訊號輸出部具有： 本地電訊號輸出部，輸出預定的頻率的本地電訊號； 電脈衝輸出部，輸出上升時間比前述試驗用光源所輸出的前述試驗用光脈衝更長的電脈衝；及 乘算部，將前述本地電訊號與前述電脈衝相乘。
  7. 如請求項5之光學試驗用裝置，其具備： 壓電振動件，接收前述控制用電訊號，而轉換成超音波， 前述上升時間控制部是接收前述超音波，來控制前述試驗用光脈衝的上升時間。
  8. 如請求項1至3中任一項之光學試驗用裝置，其中前述上升時間控制部具有： 電光晶體； 第一偏光件，配置在前述電光晶體與前述試驗用光源之間，其偏振穿透軸是與前述電光晶體的電場施加方向傾斜45度；及 第二偏光件，接收前述電光晶體的輸出，其偏振穿透軸是與前述電光晶體的電場施加方向傾斜45度， 前述第一偏光件的偏振穿透軸與前述第二偏光件的偏振穿透軸為正交。
  9. 如請求項8之光學試驗用裝置，其中輸出控制用電訊號的控制用電訊號輸出部、與前述上升時間控制部是因應於前述控制用電訊號，來控制前述試驗用光脈衝的上升時間。
  10. 如請求項9之光學試驗用裝置，其中前述控制用電訊號輸出部具有： 電脈衝輸出部，輸出上升時間比前述試驗用光源所輸出的前述試驗用光脈衝更長的電脈衝。
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