(57)【要約】【課題】複雑な制御を必要とすることなくビームの拡張または圧縮を可能にする。【解決手段】光ビームを二次元（例えば方位角および仰角）で走査し、走査ビームの視野（ＦＯＶ）を増減するための技術が開示されている。走査は、様々な構成のプリズム、回転可能なミラーおよび回転可能なポリゴンミラーの少なくともいずれかによって実行することができる。いくつかの構成では、走査ビームのＦＯＶに対する変更は、所定の角度関係で配置されたプリズムによって実行されてもよく、他の光学構成要素も同様に含んでもよい。所定の角度関係に応じて、プリズムは１つ以上の軸に沿ってＦＯＶの拡張および圧縮の少なくともいずれかを行うことができる。【選択図】図１
2020056997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光源に結合されて入力光ビームを受け取り、第１の走査パターンを有する走査光ビームを生成するように動作可能であるビームスキャナと、
前記ビームスキャナから走査光ビームを受光し、少なくとも走査光ビームの寸法を変化させるように配置される第１の光学素子と、
前記第１の光学素子から出力された光を受光し、走査光ビームの方向および寸法の少なくともいずれかに別の変化を生じさせ、拡大または圧縮された視野で第２の走査パターンを生成するように設置される第２の光学素子と、
を備える光走査装置。
【請求項２】
前記第１の光学素子は、所定の角度範囲内の角度で前記第２の光学素子に対して位置決めされて前記第１の走査パターンに関連する視野と比較して拡張または圧縮された視野を有する第２の走査パターンが生成され、
前記第１の光学素子および前記第２の光学素子はそれぞれ、当該光走査装置の光軸に対してある角度範囲内の角度で位置決めされるように構成され、
第１および第２の光学素子の一方または両方に対する角度の選択に基づいて、前記第２の走査パターンに関連する視野の拡大量または縮小量が増減される、
請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記第１の光学素子は第１のプリズムであり、
前記第２の光学素子は第２のプリズムであり、
前記第１のプリズムは、当該光走査装置の光軸と走査光ビームを受ける前記第１のプリズムの第１の面との間に形成される角度が９０度より大きくなるように位置決めされ、
前記第２のプリズムは、当該光走査装置の光軸と走査光ビームを出力する前記第２のプリズムの第２の面との間に形成される角度が９０度未満となるように位置決めされる、
請求項２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記第１の光学素子は第１のプリズムであり、
前記第２の光学素子は第２のプリズムであり、
前記第１のプリズムは、当該光走査装置の光軸と前記走査光ビームを受ける前記第１のプリズムの第１の面との間に形成される角度が９０度未満であるように位置決めされ、
前記第２のプリズムは、当該光走査装置の光軸と前記走査光ビームを出力する前記第２のプリズムの第２の面との間に形成される角度が９０度より大きくなるように位置決めされる、
請求項２に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記第１の光学素子および前記第２の光学素子は、方位角と比較して仰角において前記第２の走査パターンに非対称性を生じさせるように配置される、
請求項２に記載の光走査装置。
【請求項６】
前記第２の光学素子は、走査光を出射するその第２面に反射防止膜を有し、該反射防止膜により、光が前記第２面を通過して前記第２の光学素子に入射することを防止しながら、前記走査光ビームが実質的な損失なく前記第２面から出射することを可能にする、
請求項２に記載の光走査装置。
【請求項７】
前記第１の光学素子は第１ウェッジプリズムであり、
前記第２の光学素子は第２ウェッジプリズムであり、
前記第１ウェッジプリズムまたは前記第２ウェッジプリズムの一方または両方は、２つの異なる方向に先細りの断面を有する、
請求項２に記載の光走査装置。
【請求項８】
前記第１の光学素子は第１ウェッジプリズムであり、
前記第２の光学素子は第２ウェッジプリズムであり、
前記第１ウェッジプリズムおよび前記第２ウェッジプリズムは、前記第１ウェッジプリズムの頂点を通る平面が前記第１ウェッジプリズムの頂点を通る平面に対してほぼ９０度であるように配向される、
請求項２に記載の光走査装置。
【請求項９】
前記生成された第２の走査パターンの中心は、前記第１の走査パターンの中心に対してずれている、
請求項１に記載の光走査装置。
【請求項１０】
前記ビームスキャナが、互いに反対方向に回転して前記第１の走査パターンを有する前記走査光ビームを生成するように構成された一対のプリズムを含む、
請求項１に記載の光走査装置。
【請求項１１】
前記第１の光学素子は前記第１の走査パターンを横方向にシフトさせるように配置され、
前記第２の光学素子が、前記第１の光学素子によってもたらされる横方向シフトの少なくとも一部を補償するように配置されている、
請求項１に記載の光走査装置。
【請求項１２】
前記横方向のシフトは、前記第１の走査パターンの拡張により行われ、
前記第２の光学素子は、
(ａ）走査光学パターンの横方向シフトの少なくとも一部を補償し、
(ｂ）前記第１の走査パターンの更なる拡張または圧縮を行う
ように配置される、
請求項１１に記載の光走査装置。
【請求項１３】
前記横方向のシフトは、前記第１の走査パターンの圧縮により行われ、
前記第２の光学素子は、
(ａ）前記第１の走査パターンの横方向シフトの少なくとも一部を補償し、
(ｂ）前記第１の走査パターンの更なる圧縮または拡張を行う
ように配置される、
請求項１１に記載の光走査装置。
【請求項１４】
第１の走査パターンを有する光ビームを受け取り、第１の方向転換ビームを生成するための第１の光学素子と、前記第１の方向転換ビームを受け取り、第２の走査パターンを有する第２の方向転換ビームを生成する第２の光学素子とを含む少なくとも２つの光学素子を備える光学拡張または光学圧縮の装置であって、
前記第１の光学素子および前記第２の光学素子の各々は、前記第１の光学素子が前記第２の光学素子に対して第1の角度範囲内で位置決めされるときに前記第２の走査パターンが拡張された視野で生成され、前記第１の光学素子が前記第２の光学素子に対して第２の角度範囲内で位置決めされるときに前記第２の走査パターンが圧縮された視野で生成されるような角度範囲で互いに対して位置決めされるように構成される、
装置。
【請求項１５】
入力光ビームを受け取り、円形または楕円形の走査ビーム部を含む第１の走査パターンを生成するように構成される第１のビーム走査部と、
前記第１のビーム走査部からの光を受光して第２の走査パターンを有する出力ビームを生成するように配置される第２のビーム走査部と、
を備え、
前記第２の走査パターンは少なくとも１つの平坦または直線境界を含む、
光走査装置。
【請求項１６】
前記第１のビーム走査部は、逆回転方向に回転可能な一対のプリズムを含む、請求項１５に記載の光走査装置。
【請求項１７】
前記第２のビーム走査部は、逆回転方向に回転可能な一対のプリズムを含む、
請求項１５に記載の光走査装置。
【請求項１８】
前記第２の走査パターンは、方位角で走査される高さ方向の線である、
請求項１５に記載の光走査装置。
【請求項１９】
前記第２の走査パターンは、高さ方向に走査される方位角の線である、
請求項１５に記載の光走査装置。
【請求項２０】
前記第２の走査パターンは、方位角で走査される円である、
請求項１５に記載の光走査装置。
【請求項２１】
第1および第２の回転速度をそれぞれ有し、互いに反対方向に回転するように構成された第１のプリズムと第２のプリズムとを含む第１のビーム走査部と、
前記第１のビーム走査部からの光を受けるように配置され、第３および前記第４のプリズムを含む第２のビーム走査部と、
を備え、
前記第３のプリズムおよび前記第４のプリズムは、互いに反対方向に回転するように構成され、
前記第３のプリズムは第３の回転速度を有し、
前記第４のプリズムは第４の回転速度を有し、
前記第１から前記第４の回転速度は、特定の走査パターンを有する出力ビームを生成するように選択可能である、
光走査装置。
【請求項２２】
前記第１から第４のプリズムのそれぞれは、対応する第１、第２、第３、および第４の頂角またはウェッジ角と、対応する第１から第４の屈折率とを有し、
出力ビームの特定の走査パターンの１つまたは複数の回帰、形状または境界は、前記第１から前記第４の回転速度および前記第１から第４の屈折率に従って決定される、
請求項２１に記載の光走査装置。
【請求項２３】
前記第１および第２のビーム走査部は、前記出力ビームに対する垂直方向および水平方向における視野の制御を可能にする、
請求項２１に記載の光走査装置。
【請求項２４】
前記出力ビームの前記特定の走査パターンが少なくとも１つの平坦な境界部分を含む、請求項２１から２３のいずれか一項に記載の光走査装置。
【請求項２５】
前記出力ビームの前記特定の走査パターンは矩形走査パターンである、
請求項２１から２３のいずれか一項に記載の光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、一般に光走査装置および方法に関し、特に、走査光学パターンの生成および走査を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
光スキャナは、自動運転への応用を含む多くの応用を有する。モバイルプラットフォームの環境は、典型的にはパルス信号（例えば、レーザ信号）を送信し、パルス信号の反射を検出するＬｉＤＡＲセンサなどの１つまたは複数のセンサを使用してスキャンまたは他の方法で検出することができる。
【０００３】
環境についての三次元情報は、このようにして（例えば、レーザ走査点において）決定され得る。様々な干渉の原因（例えば、変化する地上レベル、障害物の種類など）、および位置および位置技術の制限（例えば、ＧＰＳ信号の精度）は、障害物回避およびナビゲーション用途に影響を及ぼし得る。したがって、光スキャナから得られる三次元情報の精度および信頼性を改善するための改善された光走査および処理技術が依然として必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、簡易な構成でビームの拡大および圧縮を行う光走査装置および、光学拡張または光学圧縮の装置を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様によれば、光走査装置が提供され、該光走査装置は、
入力光源に結合されて入力光ビームを受け取り、第１の走査パターンを有する走査光ビームを生成するように動作可能であるビームスキャナと、
前記ビームスキャナから走査光ビームを受光し、少なくとも走査光ビームの寸法を変化させるように配置される第１の光学素子と、
前記第１の光学素子から出力された光を受光し、走査光ビームの方向および寸法の少なくともいずれかに別の変化を生じさせ、拡大または圧縮された視野で第２の走査パターンを生成するように設置される第２の光学素子と、
を備える。
【０００６】
本発明の第２の態様によれば、光学拡張または光学圧縮の装置が提供され、該装置は、
第１の走査パターンを有する光ビームを受け取り、第１の方向転換ビームを生成するための第１の光学素子と、前記第１の方向転換ビームを受け取り、第２の走査パターンを有する第２の方向転換ビームを生成する第２の光学素子とを含む少なくとも２つの光学素子を備え、
前記第１の光学素子および前記第２の光学素子の各々は、前記第１の光学素子が前記第２の光学素子に対して第1の角度範囲内で位置決めされるときに前記第２の走査パターンが拡張された視野で生成され、前記第１の光学素子が前記第２の光学素子に対して第２の角度範囲内で位置決めされるときに前記第２の走査パターンが圧縮された視野で生成されるような角度範囲で互いに対して位置決めされるように構成される。
【０００７】
また、本発明の第３の態様によれば、光走査装置が提供され、該光走査装置は、
入力光ビームを受け取り、円形または楕円形の走査ビーム部を含む第１の走査パターンを生成するように構成される第１のビーム走査部と、
前記第１のビーム走査部からの光を受光して第２の走査パターンを有する出力ビームを生成するように配置される第２のビーム走査部と、
を備え、
前記第２の走査パターンは少なくとも１つの平坦または直線境界を含む。
【０００８】
また、本発明の第４の態様によれば、光走査装置が提供され、該光走査装置は、入力光ビームを受け取り、円形または楕円形の走査ビーム部を含む第１の走査パターンを生成するように構成される第１のビーム走査部と、
前記第１のビーム走査部からの光を受光して第２の走査パターンを有する出力ビームを生成するように配置される第２のビーム走査部と、
を備え、
前記第２の走査パターンは少なくとも１つの平坦または直線境界を含む。
さらに、本発明の第５の態様によれば、光走査装置が提供され、該光走査装置は、
第1および第２の回転速度をそれぞれ有し、互いに反対方向に回転するように構成された第１のプリズムと第２のプリズムとを含む第１のビーム走査部と、
前記第１のビーム走査部からの光を受けるように配置され、第３および前記第４のプリズムを含む第２のビーム走査部と、
を備え、
前記第３および前記第４のプリズムは、互いに反対方向に回転するように構成され、
前記第３のプリズムは第３の回転速度を有し、
前記第４のプリズムは第４の回転速度を有し、
前記第１から前記第４の回転速度は、特定の走査パターンを有する出力ビームを生成するように選択可能である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態によれば、装置の複雑な制御を必要とすることなくビームを拡大し圧縮することができる光走査装置および、光学拡張または光学圧縮の装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ビームスキャナと視野拡大用のプリズムとを含む光学装置の一例を示す図の一例である。
【図２Ａ】ビームスキャナと視野を圧縮するためのプリズムとを含む光学装置の一例を示す図の一例である。
【図２Ｂ】ビームスキャナと、３次元で示されている視野を圧縮するためのプリズムとを含む光学装置の別の例を示す図の一例である。
【図３Ａ】走査を行うためのプリズムと視野を圧縮するためのプリズムとを含む光学装置の他の例を示す図の一例である。
【図３Ｂ１】視野を変更するためのプリズムを含む光学装置の光線追跡図の一例を示す図の一例である。
【図３Ｂ２】図３Ｂ１に示す光学装置の３Ｄ図を示す図の一例である。3B1。
【図３Ｃ】視野（ＦＯＶ）を変更するために使用される２つのプリズムの別の図の一例である。
【図３Ｄ】プリズムおよびそれらの互いに対する向きの三次元図を示す図の一例である。
【図４】開示された実施形態による光学装置によって生成された走査パターンの例を示す図の一例である。
【図５】走査を実行するプリズムと視野の圧縮または拡大のための様々な光学部品とを含む光学装置の一例を示す図の一例である。
【図６Ａ】プリズムと屈折ビームの例を示す図の一例である。
【図６Ｂ】様々な領域を示す入力角に対するプリズムの偏向角の導関数の例示的なプロットを示す図の一例である。
【図６Ｃ】例示的なプリズムの３Ｄ図を示す図の一例である。
【図６Ｄ】例示的なプリズムの別の３Ｄ図を示す図の一例である。
【図６Ｅ】様々な寸法および角度を示す例示的なプリズムの概略図の一例である。
【図６Ｆ１】頂部が底部よりも光源に近い状態で入射光線に対して傾斜したプリズムの光線追跡図の一例を示す。
【図６Ｆ２】図６Ｆ１に示すプリズムの３Ｄ図を示す図の一例である。
【図６Ｇ１】基部が頂点よりも光源に近い状態で入射光線に対して傾斜したプリズムの光線追跡図の一例である。
【図６Ｇ２】図６Ｇ１に示すプリズムの３Ｄ図を示す図の一例である。
【図６Ｈ１】入射光線に対してより大きい入射角を有する頂部よりも基部が光源に近い状態で入射光線に対して傾斜したプリズムの光線追跡図の一例を示す。
【図６Ｈ２】図６Ｈ１に示すプリズムの３Ｄ図の一例を示す。
【図７】平面ミラースキャナと回転多面鏡スキャナの一例を示す図の一例である。
【図８】デュアルスキャナの例と対応するスキャンパターンの例を示す図の一例である。
【図９】デュアルスキャナの他の例と対応するスキャンパターンの他の例を示す図の一例である。
【図１０】デュアルスキャナの他の例および対応するスキャンパターンの他の例を示す図の一例である。
【図１１】デュアルスキャナの追加の例を示す図の一例である。
【図１２】デュアルスキャナのさらなる例を示す図の一例である。
【図１３】走査パターンの例と４つのプリズムの例を示す図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態のいくつかについて図面を参照しながら説明する。添付の図面は、あくまでも本願発明の理解を容易にするためのものであり、本発明の範囲を限定することを意図するものでは決してない。図面において同一または対応する要素・部材には同一の参照符号を付し、その重複説明は適宜省略する。また、図中の各部材の形状・サイズについては、説明を容易にするため、適宜拡大・縮小・省略するために現実の縮尺・比率とは合致していない場合がある。また、「実質的に」の用語は、測定誤差をも含む趣旨で使用される。
【００１２】
また、以下で使用される第１、第２等のような用語は、同一又は相応する構成要素を区別するための識別記号に過ぎなく、同一又は相応する構成要素が、第１、第２等の用語によって限定されるものではない。
【００１３】
また、結合とは、各構成要素間の接触関係において、各構成要素間に物理的に直接接触される場合だけを意味するのではなく、他の構成が各構成要素間に介在され、その他の構成に構成要素がそれぞれ接触されている場合まで含む概である。
【００１４】
開示される技術のいくつかの態様は、他の特徴および利点の中でも、走査ビームの視野（ＦＯＶ）の増大および減少を含む、走査光ビームのサイズの変更を可能にする、二次元（例えば方位角および仰角）で走査光ビームを生成するための技術に関する。走査は、様々な構成のプリズム、回転可能なミラー、および回転可能なポリゴンミラーの少なくともいずれかによって実行することができる。走査ビームのＦＯＶに対する変更は、所定の角度関係で配置されたプリズムによって実行されてもよく、他の光学部品も同様に含んでもよい。所定の角度関係に応じて、プリズムは１つ以上の軸に沿ったＦＯＶの拡張および圧縮を行うことができる。
【００１５】
開示された技術のさらなる態様は、（楕円形または円形のパターンとは対照的に）長方形の走査パターンを含むスキャミングビームパターン、またはより一般的には１つ以上の平坦または直辺を含む走査パターンを生成するための光走査ビームの形状の制御に関する。開示されているスキャナは、生成された走査パターンを異なる方向に制御することを可能にする少なくとも２つの部分を含む。
【００１６】
例示的な一実施形態では、静止プリズムを使用するＦＯＶ拡張／圧縮（本明細書ではビーム拡張／圧縮とも呼ばれることがある）の技法が開示されている。プリズムウェッジ角、プリズム間の相対角度、および少なくとも材料の屈折率に基づく材料の選択を選択することによって、所定のＦＯＶ拡張および圧縮の少なくともいずれかを達成することができる。
【００１７】
レーザビーム走査は、レーザレーダ、レーザ誘導、光通信、精密追跡システム、および他の多くの用途で使用されている。以前は、解決策は機械的走査（例えば、走査ガルバノメータ、回転ミラー、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スキャナ）、およびフェイズドアレイ走査（例えば、音響光学的スキャニング、電気光学結晶を介したスキャニング、液晶フェイズドアレイ、フェイズドアレイ格子）を含んでいた。機械的走査は最も成熟した走査技術であるが、低い走査速度を含むいくつかの不利な点を有し、走査装置は大容積を必要とする。フェイズドアレイ走査は、光ビームのアレイの位相を変調することによって制御され、それによって、高精度、高速、および機械的慣性のない（またはほとんどない）光ビームの指向性偏向を実現するが、制限された走査範囲（通常わずか±10°）、複雑な制御システム、制限された効率（高消費電力）および高コストを含む不利益点があった。
【００１８】
自動車のLIDARなどの一部のアプリケーションでは、他の車や障害物などの関心のあるオブジェクトは、仰角方向よりも方位角方向でより密集しているため、方位角方向（車両に対して左右に見た方向）のFOVは、仰角方向（上下に見た場合）のFOVよりも広くなるはずです。いくつかの例示的な実施形態では、レーザスポットサイズは、方位角において大きくてもよい（例えば、方位角において大きな発散角を有する）。
【００１９】
本明細書に開示されたビーム走査装置は、いくつかの実施形態において、ビーム走査部とＦＯＶ伸縮部とを含む。ビーム走査部は、ガルバノメータ（駆動ミラー）、ＭＥＭＳデバイス、音響または電気光学走査フェイズドアレイを含み得る。ＦＯＶ拡張／圧縮部分は、視野を一次元または二次元に拡張または圧縮する位置に固定されたプリズムを含むことができる。プリズム間の１つ以上の角度は、ＦＯＶが拡張されるかまたは圧縮されるかどうかを決定する。例えば、２つのプリズムが入射光に対して配置される方向および角度は、入射光が圧縮されるのか拡張されるのかを決定することができる。ＦＯＶをプリズムで拡張／縮小することによって、スキャナの制御システムの複雑さを軽減することができる。いくつかの実施形態では、それに加えてまたはその代わりに、線または格子などの他の光学部品を使用して、拡張または圧縮視野を生成することができる。
【００２０】
図６Ｆ１および図６Ｇ１は、入射光に対してどのような角度でどのようにプリズムを配向すればどのように拡張または圧縮されたＦＯＶを生成することができるかについて２つの例を示す。
【００２１】
実施例１：発散ビームが図６Ｆ１に示されるように配向されたプリズムに入射するとき。図示の角度でプリズムの頂部（例えば、より狭い）部分に入射するビームは、プリズムの底部に入射するビームと比較してより大きな角度で屈折する。結果として、プリズムを出るビームは、ＦＯＶの全体的な拡張または圧縮を提供することができるが、光円錐の頂部／底部セクションは、異なる圧縮／拡張係数を受ける可能性がある。図６Ｆ１は、全反射を受けた底部（広い部分）の光線も示しています（アプリケーションによっては回避する必要がある場合とない場合がある）。
【００２２】
実施例２：図６Ｇ１は、図６Ｆ１に示すプリズムとは反対の方向に傾斜したプリズムを示す。この構成に関して、ＦＯＶの拡張または圧縮に関する同様の評価を行うことができる。２つ以上のプリズムをカスケードで使用することは、ＦＯＶの拡張または圧縮の程度に対するさらなる制御を可能にするだろう。
【００２３】
図１は、いくつかの例示的実施形態による光学装置１００を示す。この装置は、ビームスキャナ１０２、第１のプリズム１０３、および第２のプリズム１０５を含む。光学装置１００は、ＦＯＶ拡張を引き起こすように構成される。
【００２４】
図示しない光源からの入射ビーム１０１はビームスキャナ１０２に供給され、ビームスキャナ１０２は時間の経過と共にビームを複数の方向に向け直すかまたは走査する。スキャナ１０２は、ある場合はある方向に、また別の場合は別の方向にビームを向け、それによって経時的に走査パターンを生成する。あるひろがりでは、ビームは光軸１１０と走査ビーム１０９との間で最大偏向角１１１に偏向される。走査ビーム１０９は、第1のプリズムの頂端部に向かって第１のプリズム１０３を通過し、屈折し、そして第１の屈折ビーム１１７として光軸に対して角度１１６で第１のプリズム１０３を出る。ビームが反対方向に走査されると、ビームは最大偏向角１１１Ａまで走査され、ビーム１０９Ａは第１のプリズムの基端部に向かって第１のプリズム１０３を通過し屈折し、第１の屈折ビーム１１７Ａとして角度１１６Ａで第１のプリズム１０３を出る。ビーム１１７および１１７Ａ（およびその間のすべてのビーム）は中間面１０４を通過することができる。次に、ビーム１１７は第２のプリズム１０５を通過して屈折し、第２の屈折ビーム１１８として光軸に対して角度１１２で第２のプリズム１０５を出る。ビーム１１７Ａは、第２のプリズム１０５を通過して屈折し、第２の屈折ビーム１１８Ａとして光軸に対して角度１１２Ａで第２のプリズム１０５を出る。ビーム１１８および１１８Ａは中間面１０６を通過することができる。ここで、第1プリズムからの出射角と第２プリズムからの出射角の比較、例えば、角度１１６と１１６Ａの合計と角度１１１と１１１Ａの合計との比較は、拡張または圧縮のどちらが発生するかを明らかにすることができる。なお、面１０４および１０６は物理的な面ではなく、開示されたシステムの説明の目的のための仮想面であることに留意されたい。
【００２５】
いくつかの例では、同じ入射角または異なる入射角を有する２つ以上の入射ビームが同時にまたは異なる時間にビームスキャナ１０２に提供される。いくつかの例では、２つ以上の入射ビームは、共に実装された２つ以上のダイオードダイから到来することがある。いくつかの例では、２つ以上のダイオードダイは、同じプリント回路基板に電気的に接続されている基板上に実装されている。いくつかの例では、２つ以上の入射ビームは、２つ以上のレーザダイオードから到来してもよい。いくつかの例では、２つ以上のレーザダイオードは同じプリント回路基板に電気的に接続されている。
【００２６】
スキャナ１０２は、ある時はある方向に、また別の時には別の方向にビームを向け、それによって経時的に走査パターンを生成する。ある寸法では、ビームは光軸１１０と走査ビーム１０９との間で最大偏向角１１１に偏向される。走査ビーム１０９は、第1のプリズム１０３の頂端部に向かってこれを通過し、屈折し、そして第１の屈折ビーム１１７として光軸に対して角度１１６で第１のプリズム１０３を出る。ビームが反対方向に走査されると、ビームは最大偏向角１１１Ａまで走査され、ビーム１０９Ａは第１のプリズム１０３の基端部に向かってこれを通過して屈折し、第１の屈折ビーム１１７Ａとしての光軸に対して角度１１６Ａで第１のプリズム１０３を出る。ビーム１１７および１１７Ａ（およびその間のすべてのビーム）は中間面１０４を通過してよい。次に、ビーム１１７は第２のプリズム１０５を通過して屈折し、第２の屈折ビーム１１８として光軸に対して角度１１２で第２のプリズム１０５を出る。ビーム１１７Ａは、第２のプリズム１０５を通過して屈折し、第２の屈折ビーム１１８Ａとして光軸に対して角度１１２Ａで第２のプリズム１０５を出る。ビーム１１８および１１８Ａは中間面１０６を通過してよい。例えば、角度１１６および１１６Ａの合計と、角度１１１および１１１Ａの合計との比較により、拡張または圧縮のどちらが発生するのかを明らかにすることができる。面１０４および１０６は物理的な面ではなく、開示されたシステムの説明の目的のための仮想面であることに留意されたい。
【００２７】
図１の例では、第１のプリズム１０３および第２のプリズム１０５は、ＦＯＶの拡張を引き起こすように配置されている。拡張すると、角度１１２および１１２Ａによって決定されるＦＯＶは、角度１１１およびは１１１Ａによって決定されるＦＯＶよりも大きい。例えば、角度１１２が角度１１１より大きく角度１１２Ａが１１１Ａより大きい場合、または角度１１２が角度１１１より大きい場合、および角度１１２Ａが角度１１１Ａより大きい場合、ＦＯＶは拡張される。拡張を生じさせるために、第１のプリズム１０３は、その光源側の第１の面と、その頂部がその基部よりも位置１２１に近いところで光軸との間に９０度を超えるある角度φで配置される。第２のプリズム１０５は、その像面側の第２の面と光軸との間に、その頂部がその基部よりも位置１２１に近いところで９０度未満の角度θで配置されている。第１および第２のプリズムは、例えば中間面１０６において位置１１４から位置１１５への光軸のシフトを引き起こし得る。
【００２８】
図２Ａは、いくつかの例示的実施形態による光学装置２００を示す。この装置は、ビームスキャナ２０２、第１のプリズム２０３、および第２のプリズム２０５を含む。光学装置２００は、ＦＯＶ圧縮を引き起こすように構成される。
【００２９】
図２Ａに示す例では、第１のプリズム２０３および第２のプリズム２０５は、ＦＯＶの圧縮を引き起こすように配置されている。圧縮により、角度２１２および２１２Ａによって決定されるＦＯＶは、角度２１１および２１１Ａによってスキャナ２０２の出射時に決定されたＦＯＶより小さい。例えば、角度２１２Ａと角度２１２との合計が、角度２１１Ａと角度２１１との合計より小さいとき、ＦＯＶは圧縮される。圧縮を生じさせるために、第１のプリズム２０３は、その基部がその頂部よりも位置２２１に近いところで、その光源側の第１の面と光軸との間で９０度未満のある角度φで配置される。第２のプリズム１０５は、その基部がその頂部よりも位置２２１に近いところでその像面側の第２の面と光軸との間で９０度を超えるある角度θで配置される。第１および第２のプリズムは、例えば中間面２０６において位置２１４から位置２１５への光軸のシフトを引き起こし得る。
【００３０】
図２Ｂは、光学スキャナ２５２、第１のプリズム２５３、および第２のプリズム２５５を含む光学装置の一例を示し、少なくともいくつかの光学部品および光線の３次元図を示す。符号２５４および２５６で示される平面は物理的な物体ではないが、読者が中間平面２５４および像平面２５６における光線の境界を決定するのを助けるために図２Ｂに含まれる。そのため、平面２５４および２５６は仮想面と呼ばれることがある。ＦＯＶは符号２６１で示される垂直方向に圧縮される。符号２６２に示す水平方向には圧縮も拡張もしない。
【００３１】
図３Ａは、いくつかの例示的実施形態による光学装置３００を示す。図３Ａに示す装置は、図２Ａと同様にＦＯＶ圧縮を引き起こすように構成される。さらに、図３Ａは、ビームスキャナ部の構成要素のいくつかを示す。装置３００は、ＦＯＶ圧縮を引き起こすように配置された第１のプリズム３０３および第２のプリズム３０５を含む。図２Ａと比較すると、図３Ａは、第３のプリズム３２１および第４のプリズム３２２を含むビームスキャナ３０２の一実装形態を示す。プリズム３２１および３２２は、互いに逆の方向に回転可能である。例えば、プリズム３２１は（例えばモータによって）時計回りに回転し、プリズム３２２は反時計回りに回転する。いくつかの例示的実施形態では、一方のプリズムを毎分約１０，３００回転（ＲＰＭ）の速度で回転させることができ、他方のプリズムを２８００ＲＰＭで回転させることができる。他の回転速度もまた使用され得る。４つのプリズムのそれぞれは、いくつかの実施形態では、約１．５０９の屈折率を有する光学的に透明な材料から構成される。プリズム３２１および３２２のうちの少なくともいずれかは、１８度の頂角を有することができる。いくつかの例示的実施形態では、第３のプリズム３２１および第４のプリズム３２２は、４０°に等しい角度３１２および３１２Ａの合計に等しい全角にわたってビームを走査することができる。
【００３２】
図３Ｂ１は、ＦＯＶを変更するための２つのプリズム３０３Ｂおよび３０５Ｂの光線追跡図を示す。３２０Ｂは光線追跡図であり、システムを通過する光線の一部を示す。
図３Ｂ２は、３２５Ｂにおいて、プリズム３０７Ｂおよび３０９Ｂの三次元図、および互いに対するそれらの向き、ならびにシステムを横切る光線の束を示す。
【００３３】
図３Ｂ１および図３Ｂ２は、反対の傾斜方向を有する、同じウェッジ角度を有する例である。図３Ｂ１および図３Ｂ２において、ビームは、第１のプリズムの厚い側から入射し、第１のプリズムによって垂直方向に圧縮され、次に第２のプリズムの薄い側に入射し、垂直方向に広がる。
【００３４】
図３Ｂ１〜Ｂ２のプリズムは、図１、図２Ａ、及び図３Ａとは異なる向きにされている。図３Ｂにおいて、第１のプリズムは、基部がその頂部よりも光源に近い方向に向けられている（傾斜している）。第２のプリズムは、その頂部がその基部よりも第１のプリズムに近い方を向いている。図３Ｂ１−Ｂ２に示す第１のプリズムは、はＦＯＶを第１の方向に圧縮し、第２のプリズムはＦＯＶを第２の方向に拡張する。第１の方向と第２の方向は、同じ方向、または互いに９０度（または別の角度）異なる方向であり得る。いくつかの実施形態では、第１のプリズムは、圧縮する代わりにＦＯＶを拡張することができ、第２のプリズムは、拡張する代わりにＦＯＶを圧縮することができる。
【００３５】
対照的に、図１は、第１のプリズムの頂部が第１のプリズムの基部よりも光源に近い場合を示しているが、第２のプリズムの頂部は、第１のプリズムと比べて、その頂部がその基部よりも第１のプリズムに近いようにひっくり返っている。図２は、第１のプリズムの頂部よりも第１のプリズムの底部が光源に近いことと、第２のプリズムの底部がその頂部よりも第１のプリズムに近いこととを示す。図２Ｂおよび３Ａにおけるプリズムは、図２Ａと同様に配向されている。
【００３６】
図３Ｃは、ＦＯＶを変更するために使用される２つのプリズム３０３Ｃおよび３０５Ｃを含む他の構成である。３２０Ｃは、システムを通過する光線のいくつかを示す光線追跡図である。また、図３Ｄは、プリズムおよびそれらの互いに対する向きの三次元図３２０Ｄを示す。いくつかの実施形態では、第１のプリズムは第１の方向にＦＯＶを拡張することができ、第２のプリズムは第２の方向にＦＯＶを圧縮することができる。他の実施形態では、第１のプリズムは第１の方向にＦＯＶを圧縮し、第２のプリズムは第２の方向にＦＯＶを拡張することができる。いくつかの実施形態では、第１の方向は第２の方向に対して垂直であり、他の実施形態ではそうではない。
【００３７】
前述の実施形態における第２のプリズム（１０５／２０５／２５５／３０５／３０５Ｂ／３０９Ｂ／３０５Ｃ／３０５Ｄ）は、光軸と比較してＦＯＶの中心にオフセットを生じさせることを含む複数の効果を達成するために使用することができる。第１プリズムによって導入されたオフセットの一部を補償し、第２プリズムの第２面上の反射防止コーティングを使用して反射光を減少させ、実質的な損失なしに光が第２プリズムを出ることができるが迷光または反射光が第２のプリズムを通過して入ることを防ぐ。第２のプリズムは、第２の表面を通り、第１のプリズムによってＦＯＶへの何らかの調整（例えば、拡張または圧縮）の後にさらにＦＯＶを調整する。
【００３８】
開示される実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含み得る。第１のプリズムによって引き起こされるＦＯＶの変化の程度は、第２のプリズムによって引き起こされる変化の程度に近い。第１のプリズムによって引き起こされる偏向方向は、（所定の偏心を達成するために）第２のプリズムによって引き起こされる偏向方向と反対である。第１のプリズムによって引き起こされる第１の組の偏向角と第２のプリズムによって引き起こされる第２の組の偏向角との間の差は、視野のＦＯＶの１０％未満である。第１のプリズムのウェッジ角は、第２のプリズムのウェッジ角と反対である。第１および第２のプリズムの入射角は１０度未満だけ異なる（光軸の両側のビーム偏向角が過度に異なり、走査パターンが中心対称にならないようにするため）。出射面での光の傾斜角は１２度未満である（受光開口が小さすぎるのを避けるため）。最後のもの（例えば、第２のプリズム）に入射する光は、プリズムの厚い端部から薄い端部に入射する。最後の（例えば第２の）プリズムへの入射光の角度は限られた範囲の角度に限定される。
【００３９】
図４は、走査プロット４００Ａ、４００Ｂ、および４００Ｃの例を示す。これらの走査プロットは、上述の光学装置のような光学装置からのある期間にわたるビームの位置を示す。プロットは、方位角と仰角（天頂角）の関数として、時間の経過に伴うビームの位置を示す。例示的な走査プロット４００Ａは、ＦＯＶを修正する追加の光学部品を使用せずにスキャナ部によって生成される走査パターンに対応する。特に、プロット４００Ａは、約±２０°の方位角における最大走査角、および約±２０°の仰角における最大走査角（水平線の上下）を示す。スキャンパターンの中心は、仰角が約0度、方位角が0度である。
【００４０】
例示的な走査プロット４００Ｂは、ＦＯＶ拡張／圧縮光学素子が利用されるときに生成され、約±２０°の方位角における最大走査角、および約±１５°から−８°の仰角における最大走査角を示す。走査パターンの中心は、方位角で約０度、方位角で＋２度である。例示的な走査プロット４００Ｂを生成する実施形態では、プリズム３０３および３０５は屈折率１．８２を有する材料で作られている。プリズム３０３は１４度の頂角を有し、３０度傾斜している。プリズム３０５は２０度の頂角を有し、８度に傾斜している。この例では、仰角は４０度から２２度に圧縮され、圧縮比は０．５５である。
【００４１】
図４において、例示的な走査プロット４００Ｃは、ＦＯＶ拡張／圧縮光学素子が利用されるときに生成され、約±２０°の方位角における最大走査角、および約+５°から-２２°の仰角における最大走査角を示す。走査パターンの中心もプロット４００Ａおよび４００Ｂの中心と比較してシフターであり、方位角で約０度、方位角で-７°である。
【００４２】
図５は、図４の光走査装置と同様の光走査装置を示す。図５の実施形態は、プリズム３２１と同様のプリズム５２１と、プリズム３２２と同様のプリズム５２２とを含む。プリズム５２１および５２２は、プリズム３２１および３２２と同様に互いに逆回転してもよい。光学素子５０７はＦＯＶの圧縮または伸張に使用される。図１〜３の装置は、伸縮を引き起こすプリズムを含む。図５において、他の光学要素を追加的または代替的に使用して拡張または圧縮を引き起こすことができる。例えば、凹レンズ、平凹レンズ、またはミラーを含む光学素子５２０を使用してＦＯＶ拡張を引き起こすことができる。ＦＯＶ圧縮を引き起こすために使用することができる光学素子５３０の例には、凸レンズ、平凸レンズ、または鏡が含まれる。
【００４３】
開示された技術の動作原理をさらに説明するために、図６Ａ〜図６Ｈ２を参照する。簡略化された光線追跡図に加えて、単一のプリズム要素または複数のプリズムのいずれかを示す。
【００４４】
図６Ａは、屈折率ｎ６０８を有し、頂部６０４および基部６０６を有する材料から作製されたプリズム６０２を示す。頂部６０４の角度は６０３で示される。入力ビームは、第１の表面の法線に対して角度６１０でプリズムに衝突し、屈折し、そして第２の表面の法線と出力ビームとの間に形成される角度６１２でプリズムの反対側を出る。角度６１４は、プリズムを直進する場合の入力ビームと方向と出力ビーム方向との間の角度である。プリズムの角度間の関係は以下のように表すことができる。
2020056997.tif 000003
【００４５】
図６Ｂは、入射角の関数としての偏向角導関数ｄδ／ｄθ１のプロット６００Ｂの一例を示しており、ここで、角度δおよび角度θ１は、プリズムについて上述されている。図６Ｂのプロットは、ＦＯＶの拡張または圧縮を生じさせるための適切なプリズムの選択を助けることができる。導関数は、入射角θ１に対する光ビームの偏向角δの変化率を表す。図６Ｂの領域６１０において、約−９０度と−１８度の入射角の間では、プリズムは全反射により入射ビームを反射する。負の値がより小さく（例えば、−１５度）、最大で約０度までの角度では、プリズムは、入力ビーム角度範囲と比較して、出力ビーム角度範囲のＦＯＶを拡張する。正の値（例えば、＋５度）を有する角度では、プリズムは、入力ビーム角度範囲と比較して、出力ビーム角度範囲のＦＯＶを圧縮する。上記のプロットは、上記のプリズム１０３／２０３／３０３および１０５／２０５／３０５などのプリズムの選択に使用することができる。図４のプロット例では、図６Ｂでは、プリズム材料の屈折率ｎは１．８であり、頂角αは２５度である。
【００４６】
一実施形態では、ＦＯＶ拡張を達成するために、入力ビームが負の角度で第１のプリズムに入射し（上述のように、入射ビームの角度を領域６２０に配置する）、第２のプリズムがそのウェッジ角を反転させて反転される。第１プリズムからのビームは、第２プリズム表面の法線に対して負の角度で到達する。両方のプリズムの複合拡張は、２つのプリズムのそれぞれによる拡張の乗算として表すことができる。
【００４７】
一実施形態では、ＦＯＶ圧縮を達成するために、入力ビームが第１のプリズムに正の角度で入射し（上述のように、入射ビームの角度を領域６３０に配置する）、第２のプリズムがそのウェッジ角を逆にして入射する。第１プリズムからのビームは、第２プリズム表面の法線に対して正の角度で到達する。両方のプリズムの複合拡張は、２つのプリズムのそれぞれによる圧縮の乗算として表すことができる。
【００４８】
上述の例示的な実施形態は、大きな角度の圧縮／拡張（例えば、０．４から２．２倍の圧縮／拡張）を引き起こすように実現することができる。ビームの位置がずれているか、総偏向角が大きすぎると、実用上の限界が生じることがある。第１のプリズムを入射光に対して大きな角度で配置して光ビームの第１の大きな角度拡張を達成し、第２のプリズムを主光軸に対して小さな角度または逆の角度で配置して光ビームの第２の小さな角度での拡張または小さな角度での圧縮を達成することによって上記の限界に対処することができる。これらの組み合わせはビームの所定の拡張角度を生じさせる。
【００４９】
いくつかの例示的実施形態では、３つのプリズムを使用して拡張または圧縮を引き起こすことができる。例えば、３つのプリズムは圧縮または拡張を引き起こす可能性がある。いくつかの実施形態では、最初の２つ（第1および第2）のプリズムは拡張または圧縮を引き起こすことがあり、第３のプリズムはビームの偏心および光軸との角度を調整することがある。
【００５０】
いくつかの例示的実施形態では、４つのプリズムを圧縮または拡張のために使用することができる。例えば、４つのプリズムは圧縮または拡張を引き起こす可能性がある。いくつかの実施形態では、最初の３つ（第1から第３）のプリズムは拡張または圧縮を引き起こすことがあり、第４のプリズムはビームの偏心および光軸との角度を調整することがある。
【００５１】
いくつかの例示的実施形態では、４つのプリズムは２対のプリズムを含む。第１の対は水平ＦＯＶ拡張または圧縮を実現することができ、第２の対は垂直ＦＯＶ拡張または圧縮を実現するために光軸上で９０°回転させることができる。
【００５２】
他の例示的な実施形態では、第１の対は所定の方向へのＦＯＶの拡張または圧縮を実現し、第２の対は所定の方向へのＦＯＶの拡張または圧縮を実現するために光軸上で所定の角度だけ回転させることができる。
【００５３】
図６Ｃは、プリズム６５０Ｃの３Ｄ図の一例を示す。図６Ｃのプリズム（および本明細書に開示されるプリズムの多く）は、ウェッジプリズムと呼ばれることがある。図６Ｃのウェッジプリズムは、円形の面を有し、これはまた、第１の次元（図６Ｃの垂直の次元）において円形の断面を有するプリズムとして表すことができる。プリズム材料は、一方の側が他方の側よりも厚く、厚い側から狭い側に向かって直線状のテーパを有する。符号６５４Ｃに示すように、第１の寸法に垂直な寸法の断面形状は長方形である。いくつかの実施形態では、２つの方向にくさび形断面を有するプリズムを使用することができることに留意されたい。符号６５２Ｃで示されているのは、図６Ｃに示されているプリズムなどのプリズムの配向を説明するために使用され得る基準方向である。
図６Ｄは、プリズム６５０Ｄの３Ｄ図の他の例を示す。断面図が符号６５２Ｄに示されており、これは図６Ｃに示される断面図６５４Ｃに垂直である。
【００５４】
図６Ｅは、様々な寸法および角度を示すプリズム６５０Ｅの３Ｄ図の別の例を示す。プリズムが屈折している場合、入射光６５４Ｅは面に入射し、反対側の面を出る。プリズム６５０Ｅは、寸法Ａ、Ｂ、およびＣを有し、そして頂角αおよび頂面６５２Ｅを有する。
【００５５】
図６Ｆ１は、入射光線に対して傾斜したプリズム６５２Ｆを示す光線図であり、頂部は基部よりも光源に近い。ビームと入射面の法線６５４Ｆとの間の角度が負である（すなわち、ビームが法線とウェッジ角との間から入射する）場合、全体的なＦＯＶはプリズムによって拡張することができる。入射光線の入射角が大きくなればなるほど、入射角が十分に大きくなって第２の表面で全反射が起こるまでの拡張度が大きくなる。図６Ｆ２は、図６Ｆ１のプリズム６６８Ｆの３Ｄ図６６６Ｆを示す。
【００５６】
図６Ｇ１は、底部が頂部よりも光源に近い状態で入射光線に対して傾斜したプリズム６５２Ｇを示す光線図６５０Ｇの一例を示す。ビームと入射面の法線６５４Ｇとの間の角度が正（すなわち、入射光線が表面法線の下からプリズム面に当たる）であるとき、ＦＯＶはプリズムによって圧縮され得る。入射光線の入射角が大きくなればなるほど、圧縮の程度は大きくなるが、光軸の左右の側の2つのビームの偏向角の差は大きくなる。例えば、図６Ｈ１では図６Ｇ１よりも入射光線に対する入射角が大きいが、光線の偏向角はより大きい。図６Ｈ１の構成は、いくつかの用途では有用であり得る一方、他の用途では、あまりにも歪んだ走査パターンを生成し得る。図６Ｇ２は、図６Ｇ１のプリズム６５８Ｇの３Ｄ図６５６Ｇを示し、図６Ｈ２は、図６Ｈ１のプリズム６５８Ｈの３Ｄ図６５６Ｈを示す。
【００５７】
図７は、単軸スキャナの例を示しており、そのうちの少なくともいくつかは、前述の図においてスキャナまたはスキャナの一部として使用することができる。符号７１０は、回転または振動して入力ビームから走査出力ビームを生じさせる回転可能平面ミラーである。ミラーは、ＭＥＭＳ装置、モータ、ガルバノメータ、または他の装置を介して回転することができる。符号７２０には回転可能なポリゴンミラーがある。符号７１０では各面が平面鏡と同様の平面鏡である５面鏡が示されている。ポリゴンミラーは、モータまたは他の装置によって回転されて入力ビームを走査させる。方位角および仰角などの二次元で走査するために、複数の走査装置を含む装置を使用することができる。
【００５８】
前述のように、場合によっては、１つ以上の側面が平坦であるか、長方形の境界を有するか、そうでなければ１つ以上の寸法で制御することができる光走査パターンを生成する追加の制御および操作を行うことが望ましい。この点に関して、図８は、スキャナ構成および走査パターンの例を示す。符号８００Ａでは、回転可能な単一プリズム８２５と回転可能な平面ミラー８３２とを含む２つのスキャナを備えた光学装置が示されている。符号８００Ｂでは、回転可能な単一プリズム８２５と回転可能なポリゴンミラー８６０とを含む２つのスキャナを備えた光学装置が示されている。８００Ａの平面ミラー８３２とプリズム８２５、または８００Ｂの回転可能な単一プリズム８２５と回転可能なポリゴンミラー８６０を反対方向に回転させると、符号８００Ｃおよび符号８００Ｄに示すパターンのようなビーム走査パターンが生成される。入力ビームプロット例８００Ｃおよび８００Ｄは、方位角および仰角にわたる走査を示す。
【００５９】
図９は、スキャナ構成および走査パターンのさらなる例を示す。符号９００Ａでは、回転可能な一対のプリズム９１０と回転可能な平面ミラー９３２とを含む２つのスキャナを備えた光学装置が示されている。平面ミラー９３２が回転し、一対のプリズム９１０が反対方向に回転すると、符号９００Ｂに示すパターンのようなビーム走査パターンが入力ビームから生成される。プロット例９００Ｂは、方位角および仰角にわたる走査を示す。いくつかの例示的な実施形態では、プリズムは異なる回転速度で同じ方向に回転させることができる。
【００６０】
図１０は、スキャナ構成および走査パターンのさらなる例を示す。符号１０００Ａでは、ガルバノメータ１０３０と回転可能な単一プリズム１０２５とを含む２つのスキャナを備えた光学装置が示されている。１０００Ｂでは、一対の回転可能なプリズム１０１０と回転可能な単一のプリズム１０２５を含む２つのスキャナを備えた光学装置が示されており、光は最初に回転可能なプリズム１０１０に入る。いくつかの例示的な実施形態では、回転可能な単一プリズム１０２５は、回転可能なプリズム１０１０と交換されてもよく、その結果、最初に光が回転可能な単一プリズム１０２５に入る。１０００Ａのガルバノメータ１０３０とプリズム１０２５を反対方向に回転させると、符号１０００Ｃと符号１０００Ｄに示すパターンのようなビーム走査パターンが入力ビームから生成されることがある。回転可能な一対の回転可能なプリズム１０１０が逆回転され、回転可能な単一のプリズム１０２５が回転されると、符号１０００Ｃおよび符号１０００Ｄに示されるパターンのようなビーム走査パターンが入力ビームから生成され得る。プロット例８００Ｃおよび８００Ｄは、方位角および仰角（天頂）角にわたる走査を示す。符号１０００Ｃにおける走査パターンは、高さ方向にも走査される水平（または平坦）走査パターンである。符号1000Dにおけるスキャンパターンは、水平方向にもスキャンされる円形のスキャンパターンである。回転可能な単一プリズム１０２５と比較したガルバノメータ１０３０の相対速度、または単一プリズム１０２５と比較した逆回転プリズム対１０１０の相対速度に応じて、１０００Ｃおよび１０００Ｄなどの異なるパターンを生成することができる。いくつかの例示的実施形態では、プリズム１０１０の速度はプリズム１０２５の速度より大きい。例えば、プリズム１０１０の速度はプリズム１０２５の速度の５倍、または８倍、または９倍以上であり得る。プリズム１０２５およびプリズム１０１０を含むこの説明全体を通してのプリズムは、互いに異なるサイズであり得る。
【００６１】
符号１０００Ｂでのスキャナ構成に関して、逆回転プリズム対１０１０（時々リズリープリズム対とも呼ばれる）は、等速度で回転することができ、第３のプリズム１０２５と組み合わされると、走査線を平らまたは水平にすることができる。２つの等速逆回転プリズムの回転速度は、第３のプリズム１０２５の速度より大きい。このようにして、生成される点群は、（符号１０００Ｃに示されるように）水平方向にあり得、それは、自動運転における他の多くの用途と同様に用途を有し得る。
【００６２】
いくつかの例示的実施形態では、符号１０００Ｂにおける３つのプリズムの頂角はα１，α２，α３であり、屈折率はｎ１、ｎ２、ｎ３である。３つのプリズムの回転角は、θ１，θ２，θ３である。プリズムの回転角は、ｘ軸に対するプリズムのウェッジ角の方向として定義される。
【００６３】
３つのプリズムの物理的パラメータは同じでも異なっていてもよい。例えば、プリズム１はプリズム２と同じ（幾何学的形状および屈折率）であり得る。したがって、この例ではα１＝α２であり、ｎ１＝ｎ２である。
【００６４】
プリズム１とプリズム２を回転させてθ１＋θ２＝２ｎπ（ｎは整数）とすると、光は、プリズム１とプリズム２を透過して水平方向に走査される。スキャンの範囲は、プリズム1とプリズム２のウェッジ角と屈折率に関係する。このプリズムペアの後のＦＯＶは次のように表すことができる：
2020056997.tif 000004
【００６５】
回転プリズム３を通過した後、光は入射方向を中心に回転する。回転片の回転角はプリズムのウェッジ角と屈折率に関係しており、偏向角は次のように表すことができる：
2020056997.tif 000005
【００６６】
光が３つのプリズムを通過した後、射出方向は水平走査と円形走査との重ね合わせと同等になり得るので、平坦なＦＯＶが形成され得る。プリズムの屈折率およびウェッジ角パラメータを制御することによって、両方向のＦＯＶを柔軟に調整することができる。
水平方向と垂直方向のＦＯＶ範囲は次のように表すことができる：
2020056997.tif 000006
【００６７】
開示される主題のいくつかの実施形態では、第１のスキャナは特定の線Ｂ１（図示せず）に沿って走査し、第２のスキャナは第２の線Ｂ２（図示せず）に沿って走査し、ここで、Ｂ１とＢ２は互いにある角度で（例えば、互いに垂直に）交わる。
【００６８】
図１１にスキャナ構成の追加の例を示す。符号１１００Ａの構成では、ガルバノメータ１１３０と一対の回転可能なプリズム１１２０とを含む２つのスキャナを備えた光学装置が示されている。回転プリズム１１２０は、例えば、リスレー（Ｒｉｓｌｅｙ）プリズム対とすることができる。符号１１００Ｂの構成では、２つのガルバノメータ１１３０および１１３２が示されている。
【００６９】
図１２にスキャナ構成の追加の例を示す。符号１２００Ａの構成において、ガルバノメータ１２３０および回転多面鏡が示されている。符号１２００Ｂの構成では、逆回転し得る一対の回転可能なプリズム１２１０と回転可能なポリゴンミラー１２６０が示されている。符号１２００Ｃの構成で、逆回転可能な一対の回転可能なプリズム１２１０（例えば、リスレー（Ｒｉｓｌｅｙ）の対）、およびガルバノメータ１２３２が示されている。符号１２００Ｄの構成では、２対の回転可能なプリズムが示されており、各対は逆回転し得る。
【００７０】
２つの逆回転プリズムの速度が−ｗおよび＋ｗであるとき、走査パターンは直線に近似することができる。回転ミラーが回転速度ａを有し、２つの反対方向に回転するプリズムがａ−ｗおよびａ＋ｗで回転するとき、２つの互いに垂直な直線を走査して矩形の走査領域を形成することができる。
図１３の符号１３００Ａおよび１３００Ｂは、異なる相対速度での上記走査装置の走査パターンを示す。
【００７１】
図１３は、符号１３００Ｃで、互いに対して傾斜した４つのプリズムを示す。４つのプリズムのウェッジ角はα１からα４であり、屈折率はそれぞれｎ１からｎ４であり、４つのプリズムの回転角はθ１からθ４である。プリズムの回転角はプリズムウェッジ角方向として定義することができる。
【００７２】
４つのプリズムのパラメータは同じでも異なっていてもよい。例えば、プリズム１はプリズム２と同じ対（幾何学的形状と材料の屈折率）であり、プリズム３はプリズム４と同じ対である可能性がある（幾何学的形状と材料の屈折率）。
【００７３】
この例では、α１＝α２、α３＝α４、ｎ１＝ｎ２、およびｎ３＝ｎ４である。プリズム１およびプリズム２が回転し、θ１＋θ２＝２ｎπ（ｎは整数）のとき、光はプリズム１およびプリズムを通過した後水平方向に走査され得る。走査範囲（すなわち、水平ＦＯＶ）は、プリズム１およびプリズム２のウェッジ角に関連しており、これは以下のように表すことができる：
2020056997.tif 000007
【００７４】
プリズム３およびプリズム４が回転してθ１＋θ２＝（２ｎ＋１）π（ｎは整数）を満たすとき、光はプリズム３およびプリズム４を通過して垂直方向に走査され、ＦＯＶは次のように表すことができる：
2020056997.tif 000008
【００７５】
プリズムのウェッジ角および屈折率を設計することによって、水平および垂直ＦＯＶを柔軟に設計することが可能である。以下は、含めることができる例示的な機能のリストを提供する。
１．ＦＯＶの視野角と仰角は別々に制御することができる。
２．拡張および圧縮は、ある範囲にわたって調整され得る（例えば、０．４〜２．２倍）。
３．同じＦＯＶで同軸送信／受信をサポートする。
【００７６】
４．ＦＯＶは、ＦＯＶを変えるように変化させることができ、それによって制御システムの複雑さを軽減することができる静止プリズムによって調整することができる。
５．正しく配置されたプリズムを追加することによって、ＦＯＶの特定の走査範囲を達成することができる。
６．２つの逆回転するウェッジプリズムを用いて直線的に走査することができる。
７．シャフトを中心に回転する片面ミラーを使用することで、最大３６０°のスキャン範囲を達成できます。
８．２組の逆回転するミラーは長方形の走査パターンを達成することができる。
【００７７】
９．光源は、他のものに加え、準連続波（ＱＣＷ）、連続波（ＣＷ）、単一波長、および波長可変レーザの少なくともいずれかを含むことができる。光源は、９０５ナノメートル、１５５０ナノメートル、および他の波長を含む１つまたは複数の波長の光を生成することができる。
１０．二重逆回転プリズムは、平面または直線で走査することができる。
１１．ガルバノメータ平面鏡と組み合わせた単一プリズムは、平坦な走査パターンを生成することができる。
１２．振動ミラーおよび回転ミラーを使用して、方位角および所定範囲の仰角で３６０°にわたって走査することができる。
【００７８】
１３．ミラーの回転速度がａであり、プリズムの回転速度がａ＋ｗおよびａ−ｗである二重プリズムおよび反射器アセンブリを使用して、３６０°にわたる走査を達成することができる。
１４．多面鏡と組み合わせたガルバノメータ平面鏡は、所定の角度範囲内の走査範囲を生じさせることができる。
１５．ポリゴンミラーと組み合わせて一定速度で回転する二重プリズムは、所定の角度範囲内の走査範囲を生じさせることができる。
【００７９】
１６．２つの異なる速度で回転角を回転させた４つのプリズム（２ｎ＋１）πまたは（２ｎ＋１／２）πは、長方形のパターンでスキャンすることができ、これは方位角および仰角の方向で独立したスキャンが可能になる。
【００８０】
実施形態の前述の説明は、例示および説明の目的で提示されている。前述の説明は、網羅的であることを意図するものでも開示された正確な形態に本発明の実施形態を限定することを意図するものでもなく、上記の教示に照らして修正および変形が可能であり、または様々な実施形態の実施から得られる。本明細書で論じられる実施形態は、特定の用途に適した様々な修正とともに様々な実施形態において当業者が本発明を利用できるようにするために様々な実施形態の原理および性質ならびにその実際的な応用を説明するために選択されて説明されたものである。本明細書に記載の実施形態の特徴は、方法、装置、モジュール、およびシステムのあらゆる可能な組み合わせで組み合わせることができる。
【符号の説明】
【００８１】
１０２，２０２，３０２：ビームスキャナ
１０１：入射ビーム（入力光ビーム）
１０２，２０２，３０２：ビームスキャナ
２５２：光学スキャナ
１０３，２０３，２５３，３０３：プリズム（第１の光学素子）
１０５，２０５，２５５，３０５，３０５Ｂ，３０９Ｂ，３０５Ｃ，３０５Ｄ：プリズム（第２の光学素子）
３２１，５２１，：第３のプリズム（第３の光学素子）
３２２，５２２：第４のプリズム（第４の光学素子）
１０４，１０６：中間面
１１０：光軸
７１０，８３２，９３２：回転可能なミラー
８２５：単一プリズム
ａ：ミラーの回転速度
ａ＋ｗ，ａ−ｗ：プリズムの回転速度
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ１】
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【図３Ｂ２】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ１】
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【図６Ｆ２】
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【図６Ｇ１】
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【図６Ｇ２】
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【図６Ｈ１】
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【図６Ｈ２】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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