提供了一种棱镜透镜，所述棱镜透镜能够使从波导发射的倾斜方向上的光偏转至直接向上方向附近的方向。棱镜透镜(20)包括棱镜透镜本体(22)和至少一个柱面透镜(24、26)。棱镜透镜本体(22)具有相互距离从一端至另一端减小或增大的、对向的一组平面(22a、22b)。所述柱面透镜(24、26)与所述一组平面的至少一个平面成一体。所述柱面透镜(24、26)形成为使得所述柱面透镜在一平面处的截面形状具有特定弯曲形状，该平面垂直于棱镜透镜本体(22)的其上具有柱面透镜的平面相对于该组平面的另一平面的倾斜方向，该特定弯曲形状相对于在其上具有柱面透镜的平面凸出。透镜的平面凸出。透镜的平面凸出。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】棱镜透镜、光偏转设备和LiDAR装置
[0001]本专利技术涉及一种棱镜透镜、光偏转设备以及LiDAR装置。
技术介绍
[0002]已经开发出使用激光测量的激光雷达(laser radar)或光检测测距、激光成像检测测距(LiDAR：Light Detection and Ranging，Laser Imaging Detection and Ranging)装置，所述装置对周围环境进行三维成像并获取到周围物体的距离作为二维图像。该
用于汽车的自动驾驶、三维地图的创建等，并且其基本技术也适用于激光打印机、激光显示器、激光加工机等。
[0003]在该
中，将光束施加至物体，检测从物体反射并返回的反射光，从其时间差和频率差获得关于距离的信息，并且二维扫描该光束，以便获得广角三维信息。
[0004]光偏转设备被用于光束扫描。传统上使用的是例如整体设备的旋转、诸如多面镜(多边形镜)和检流计镜的机械式镜以及使用微机械技术(微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems(MEMS))技术)的小型集成镜的机械式机构。然而，由于这些机械式机构具有与它们的大尺寸、增加的成本以及关于振荡的运动物体的不稳定性相关的问题，因此近年来已经广泛地对非机械式的光偏转设备进行了研究。
[0005]作为非机械式的光偏转设备，已经提出了通过改变光的波长或设备的折射率来实现光偏转的相控阵型设备和衍射光栅型设备。此处，相控阵型光偏转设备存在很难以调整布置成阵列的大量光辐射器的相位并且难以形成高质量的锐利的光束的问题。同时，衍射光栅型光偏转设备可以容易地形成锐利的光束，但是具有光学偏转角度小的问题。
[0006]为了解决小光偏转角度的问题，本专利技术的专利技术人提出了通过将慢光波导耦合至诸如衍射光栅的衍射机构以增加光偏转角度的技术(专利文献1)。在诸如光子晶体波导的光子纳米结构中产生的慢光的特征在于，慢光具有低群速度并且由于波导的波长和折射率的细微变化而引起传播系数显著变化。当衍射机构被安装至慢光波导内或紧挨着慢光波导时，慢光波导耦合到衍射机构并成为将光辐射至自由空间的漏泄波导。此时，传播常数的显著变化影响辐射光的偏转角度，其结果是实现了大的偏转角度。使用柱面透镜抑制从光子晶体波导辐射的光以相对于沿着波导方向的左右方向的散布。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1：国际专利公开第WO 2017/126386号
技术实现思路
[0010]专利技术解决的技术问题
[0011]上面的根据专利文献1的光偏转设备不能以直接向上的方向(辐射角度θ＝0
°
)辐射光。具有衍射机构的光子晶体波导由于布拉格(Bragg)衍射而引起传播的光以对角向上的方向被辐射。这里，当传播的光形成在前后方向上往复运动的驻波时，垂直于波导的θ＝
0
°
的波满足衍射条件。由于在这样的驻波中，传播的光的电场的正相和负相以相同的方式存在，因此原则上消除了辐射光束的远场。实际上，当辐射角度θ接近0
°
时，辐射光束的强度迅速减弱。因此，不能使用以这种角度辐射的光。根据专利文献1的柱面透镜仅抑制从光子晶体波导辐射的光以相对于沿着波导方向的左右方向的散布，并且难以将光从波导辐射的倾斜方向偏转至直接向上的方向。
[0012]根据专利文献1的柱面透镜还具有以下问题：当光的辐射角度改变时，焦距改变，这是因为从辐射光观察到柱面透镜的曲率半径改变，从而使准直条件位移。
[0013]考虑到这些问题而做出了本专利技术，并且本专利技术的目的是提供一种棱镜透镜、光偏转设备和LiDAR装置，所述棱镜透镜、光偏转设备和LiDAR装置可以将从波导辐射的倾斜方向的光偏转至直接向上的方向附近的方向。
[0014]本专利技术的另一个目的是提供一种棱镜透镜、光偏转设备和LiDAR装置，经由所述棱镜透镜、光偏转设备和LiDAR装置，即使光的辐射角度改变时也不容易使准直条件位移。
[0015]解决问题的方案
[0016]根据本专利技术的棱镜透镜包括具有相互距离从一端至另一端减小或增大的、对向的一组平面；以及至少一个柱面透镜，所述至少一个柱面透镜与所述一组平面的至少一个平面成一体。柱面透镜形成为使得柱面透镜的在一平面处的截面形状具有特定弯曲形状，该平面垂直于所述棱镜透镜本体的其上具有所述柱面透镜的平面相对于所述一组平面的另一平面的倾斜方向，所述特定弯曲形状相对于其上具有所述柱面透镜的平面凸出(convex)。
[0017]优选地，其上具有柱面透镜的两个棱镜透镜本体被耦合，使得棱镜透镜本体的一组平面的倾斜方向对称。
[0018]优选地，柱面透镜形成在一组平面的两个平面上。
[0019]优选地，棱镜透镜配置为使得从波导辐射的光从该一组平面的一个平面射入并从一组平面的另一平面射出，所述波导具有通过在高折射率构件上周期性布置低折射率区域而形成的衍射光栅。
[0020]根据本专利技术的光偏转设备包括棱镜透镜和具有通过在高折射率构件上周期性布置低折射率区域而形成的衍射光栅的波导。
[0021]根据本专利技术的LiDAR装置包括光偏转设备、配置为致使光射入光偏转设备的光源以及配置为检测由光偏转设备接收的光的光检测器单元。
[0022]专利技术的效果
[0023]根据本专利技术，提供了一种可以将从波导辐射的倾斜方向的光偏转至直接向上的方向附近的方向的棱镜透镜、光偏转设备和LiDAR装置。
附图说明
[0024]图1示出了根据比较例的光偏转设备；
[0025]图2是根据比较例的从侧面方向观察的光偏转设备的侧视图；
[0026]图3是根据比较例的从正面方向观察的光偏转设备的正视图；
[0027]图4是用于说明图1所示的光偏转设备的第一问题的图；
[0028]图5是用于说明图1所示的光偏转设备的第一问题的图；
[0029]图6是用于说明图1所示的光偏转设备的第一问题的图；
[0030]图7是用于说明图1所示的光偏转设备的第二问题的图；
[0031]图8是用于说明图1所示的光偏转设备的第二问题的图；
[0032]图9示出了普通棱镜透镜的示例；
[0033]图10是示出根据第一实施方式的光偏转设备的立体图；
[0034]图11是示出根据第一实施方式的光偏转设备的侧视图；
[0035]图12是用于说明根据第一实施方式的棱镜透镜的作用的图；
[0036]图13是用于说明根据第一实施方式的棱镜透镜的作用的图；
[0037]图14是用于说明根据第一实施方式的棱镜透镜的作用的图；
[0038]图15是示出根据第二实施方式的光偏转设备的立体图；
[0039]图16是示出根据第二实施方式的光偏转设备的侧视图；
[0040]图17示出了通过根据第二实施方式的棱镜透镜使辐射光偏转的状态的图；
[0041]图18本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种棱镜透镜，所述棱镜透镜包括：棱镜透镜本体，所述棱镜透镜本体具有相互距离从一端至另一端减小或增大的、对向的一组平面；以及至少一个柱面透镜，所述至少一个柱面透镜与所述一组平面的至少一个平面成一体，其中，所述柱面透镜形成为使得所述柱面透镜在一平面处的截面形状具有特定弯曲形状，该平面垂直于所述棱镜透镜本体的其上具有所述柱面透镜的平面相对于所述一组平面的另一平面的倾斜方向，所述特定弯曲形状相对于其上具有所述柱面透镜的平面凸出。2.根据权利要求1所述的棱镜透镜，其中，其上具有所述柱面透镜的两个棱镜透镜本体被耦合，使得所述棱镜透镜本体的所述一组平面的倾斜方向对称。3.根据权利要求1或2所述的棱镜透镜，其中，在所述一组...
【专利技术属性】
技术研发人员：马场俊彦，阿部纮士，秋山大地，
申请(专利权)人：国立大学法人横滨国立大学，
类型：发明
国别省市：
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