Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP6953754B2 - Laser scanning device - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP6953754B2 - Laser scanning device - Google Patents

Laser scanning device Download PDF

Info

Publication number
JP6953754B2
JP6953754B2 JP2017052627A JP2017052627A JP6953754B2 JP 6953754 B2 JP6953754 B2 JP 6953754B2 JP 2017052627 A JP2017052627 A JP 2017052627A JP 2017052627 A JP2017052627 A JP 2017052627A JP 6953754 B2 JP6953754 B2 JP 6953754B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
liquid crystal
laser scanning
deflection element
laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017052627A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2018155917A (en
Inventor
古山 将樹
将樹 古山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toppan Inc
Original Assignee
Toppan Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toppan Inc filed Critical Toppan Inc
Priority to JP2017052627A priority Critical patent/JP6953754B2/en
Publication of JP2018155917A publication Critical patent/JP2018155917A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6953754B2 publication Critical patent/JP6953754B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Liquid Crystal (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Description

本発明は、車両に搭載されるレーザ走査装置に係り、例えば、赤外線レーザを用いたレーザ走査装置に関する。 The present invention relates to a laser scanning device mounted on a vehicle, and relates to, for example, a laser scanning device using an infrared laser.

車両の自動運転、又は車両の運転支援を行う機器が盛んに開発されている。また、車両などに搭載されるLIDAR(Light Detection and Ranging)が知られている。LIDARは、レーザ光(例えば、波長λ=905nm)を用いて車両前方のある範囲を走査し、この走査範囲にある対象物からの反射光を検出することによって、対象物の検出、及び車両から対象物までの距離を測定する。 Equipment for automatic driving of vehicles or driving support for vehicles is being actively developed. In addition, LIDAR (Light Detection and Ranging) mounted on vehicles and the like is known. LIDAR uses laser light (for example, wavelength λ = 905 nm) to scan a certain area in front of the vehicle, and detects the reflected light from the object in this scanning range to detect the object and from the vehicle. Measure the distance to the object.

LIDARの走査方式には、例えば、ポリゴンミラー、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラー、又はガルバノミラーを用いる方式が用いられている。しかし、これらの方式では、レーザ走査装置が高コスト化、大型化する傾向にある。このため、レーザ走査装置の低コスト化、小型化が望まれている。 As the scanning method of LIDAR, for example, a method using a polygon mirror, a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror, or a galvano mirror is used. However, in these methods, the laser scanning apparatus tends to be expensive and large in size. Therefore, it is desired to reduce the cost and size of the laser scanning apparatus.

米国特許第8,982,313号明細書U.S. Pat. No. 8,982,313

本発明は、信頼性の高いレーザ走査装置を提供する。 The present invention provides a highly reliable laser scanning apparatus.

本発明の一態様に係るレーザ走査装置は、レーザ光を発光する光源と、積層された第1及び第2液晶パネルを含み、前記光源からのレーザ光を屈折させる偏向素子とを具備する。前記第1液晶パネルは、第1及び第2基板と、前記第1及び第2基板にそれぞれ設けられかつ互いに対向する第1及び第2電極と、前記第1及び第2基板間に充填された第1液晶層とを含む。前記第2液晶パネルは、第3及び第4基板と、前記第3及び第4基板にそれぞれ設けられかつ互いに対向する第3及び第4電極と、前記第3及び第4基板間に充填された第2液晶層とを含む。前記レーザ光を走査する第1方向において、前記第1電極は、前記第3電極より長い。 The laser scanning apparatus according to one aspect of the present invention includes a light source that emits laser light, and a deflection element that includes laminated first and second liquid crystal panels and refracts the laser light from the light source. The first liquid crystal panel was filled between the first and second substrates, the first and second electrodes provided on the first and second substrates and facing each other, and the first and second substrates. Includes a first liquid crystal layer. The second liquid crystal panel was filled between the third and fourth substrates, the third and fourth electrodes provided on the third and fourth substrates and facing each other, and the third and fourth substrates. Includes a second liquid crystal layer. In the first direction of scanning the laser beam, the first electrode is longer than the third electrode.

本発明によれば、信頼性の高いレーザ走査装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a highly reliable laser scanning device.

実施形態に係るレーザ走査装置のブロック図。The block diagram of the laser scanning apparatus which concerns on embodiment. 偏向素子に含まれる1つの液晶パネルの平面図。The plan view of one liquid crystal panel included in a deflection element. 図2のA−A´線に沿った偏向素子の断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of the deflection element along the AA'line of FIG. レーザ走査装置の基本動作を説明する概略図。The schematic diagram explaining the basic operation of a laser scanning apparatus. レーザ走査装置によるレーザ光の波形を説明する図。The figure explaining the waveform of the laser light by a laser scanning apparatus. レーザ走査装置の走査領域ARを説明する図。The figure explaining the scanning area AR of a laser scanning apparatus. 第1例に係る偏向素子の動作を説明する断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the operation of the deflection element according to the first example. 第2例に係る偏向素子の動作を説明する断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the operation of the deflection element according to the second example. 第3例に係る偏向素子の動作を説明する断面図。The cross-sectional view explaining the operation of the deflection element which concerns on 3rd example. 第4例に係る偏向素子の動作を説明する断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the operation of the deflection element according to the fourth example. 第5例に係る偏向素子の動作を説明する断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the operation of the deflection element according to the fifth example.

以下、実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率等は必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. However, the drawings are schematic or conceptual, and the dimensions and ratios of each drawing are not necessarily the same as the actual ones. Further, even when the same part is represented between the drawings, the relationship and ratio of the dimensions of each other may be represented differently. In particular, some embodiments shown below exemplify devices and methods for embodying the technical idea of the present invention, and depending on the shape, structure, arrangement, etc. of the components, the technical idea of the present invention. Is not specified. In the following description, elements having the same function and configuration are designated by the same reference numerals, and duplicate explanations will be given only when necessary.

[1] レーザ走査装置の構成
図1は、実施形態に係るレーザ走査装置10のブロック図である。
[1] Configuration of Laser Scanning Device FIG. 1 is a block diagram of the laser scanning device 10 according to the embodiment.

レーザ走査装置10は、LIDAR(Light Detection and Ranging)とも呼ばれる。LIDARは、レーザ光(例えば、波長λ=905nm)を用いて例えば車両前方のある範囲を走査し、この走査範囲にある対象物によって反射されたレーザ光を検出する。そして、LIDARは、送信したレーザ光と受信したレーザ光とを用いて、対象物の検出、及び車両から対象物までの距離を測定する。 The laser scanning device 10 is also called LIDAR (Light Detection and Ranging). LIDAR uses laser light (for example, wavelength λ = 905 nm) to scan a certain area in front of the vehicle, for example, and detects the laser light reflected by an object in this scanning range. Then, LIDAR uses the transmitted laser beam and the received laser beam to detect the object and measure the distance from the vehicle to the object.

レーザ走査装置10は、車両の前側(例えば、フロントバンパー、又はフロントグリル)、車両の後ろ側(例えば、リアバンパー、又はリアグリル)、及び/又は、車両の側方(例えば、フロントバンパーの側方)に配置される。また、レーザ走査装置10は、ルーフやボンネット等、車両の上部に配置されてもよい。 The laser scanning device 10 is mounted on the front side of the vehicle (for example, the front bumper or the front grille), the rear side of the vehicle (for example, the rear bumper or the rear grille), and / or the side of the vehicle (for example, the side of the front bumper). Be placed. Further, the laser scanning device 10 may be arranged on the upper part of the vehicle such as a roof or a bonnet.

レーザ走査装置10は、光源11、偏向素子12、受光素子13、パルスタイミング制御部14、偏向角制御部15、距離演算部16、及び主制御部17を備える。 The laser scanning device 10 includes a light source 11, a deflection element 12, a light receiving element 13, a pulse timing control unit 14, a deflection angle control unit 15, a distance calculation unit 16, and a main control unit 17.

光源11は、偏向素子12に向けて、レーザ光を発生(発光)する。レーザ光としては、赤外線レーザ(例えば波長λ=905nm)が用いられる。また、光源11は、所定の周波数を有するパルス信号としてレーザ光を発生する。 The light source 11 generates (lights) a laser beam toward the deflection element 12. As the laser light, an infrared laser (for example, wavelength λ = 905 nm) is used. Further, the light source 11 generates laser light as a pulse signal having a predetermined frequency.

偏向素子12は、光源11からのレーザ光を受け、レーザ光を走査、すなわちレーザ光の出射角を時分割で変える。これにより、対象物2に対して複数点のレーザ光を照射することができる。偏向素子12は、積層された複数の液晶パネルを備える。偏向素子12の具体的な構成については後述する。 The deflection element 12 receives the laser light from the light source 11 and scans the laser light, that is, changes the emission angle of the laser light in a time division manner. As a result, it is possible to irradiate the object 2 with laser beams at a plurality of points. The deflection element 12 includes a plurality of laminated liquid crystal panels. The specific configuration of the deflection element 12 will be described later.

受光素子(検出回路)13は、対象物2によって反射されたレーザ光を検出する。受光素子13は、例えば赤外線センサから構成される。赤外線センサは、フォトダイオードやCMOS(complementary metal oxide semiconductor)フォトセンサを含む。その他、受光素子13として赤外線カメラを用いてもよい。 The light receiving element (detection circuit) 13 detects the laser beam reflected by the object 2. The light receiving element 13 is composed of, for example, an infrared sensor. Infrared sensors include photodiodes and CMOS (complementary metal oxide semiconductor) photosensors. In addition, an infrared camera may be used as the light receiving element 13.

パルスタイミング制御部14は、光源11の動作を制御する。光源11は、パルス信号としてレーザ光を発光する。パルスタイミング制御部14は、レーザ光に含まれるパルスのタイミングを制御する。パルスのタイミングには、パルス信号の周期、パルス信号の周波数、及びパルス幅が含まれる。 The pulse timing control unit 14 controls the operation of the light source 11. The light source 11 emits laser light as a pulse signal. The pulse timing control unit 14 controls the timing of the pulse included in the laser beam. The timing of the pulse includes the period of the pulse signal, the frequency of the pulse signal, and the pulse width.

偏向角制御部15は、偏向素子12の動作を制御する。偏向角制御部15は、偏向素子12に含まれる複数の電極に複数の電圧を印加する。偏向素子12に供給される電圧は、交流電圧である。偏向角制御部15は、偏向素子12の屈折率の勾配を制御することで、偏向素子12から出射されるレーザ光の偏向角を制御する。 The deflection angle control unit 15 controls the operation of the deflection element 12. The deflection angle control unit 15 applies a plurality of voltages to the plurality of electrodes included in the deflection element 12. The voltage supplied to the deflection element 12 is an AC voltage. The deflection angle control unit 15 controls the deflection angle of the laser light emitted from the deflection element 12 by controlling the gradient of the refractive index of the deflection element 12.

距離演算部16は、パルスタイミング制御部14からタイミング情報を受け、偏向角制御部15から偏向角の情報を受け、受信したレーザ光のタイミング情報及び光強度の情報を受光素子13から受ける。距離演算部16は、これらの情報を用いて、車両から対象物までの距離を算出する。具体的には、距離演算部16は、偏向角の情報を用いて、直線距離、水平距離、及び垂直距離を算出する。また、距離演算部16は、偏向角の情報を用いて、対象物の相対座標を算出する。距離演算部16によって算出された距離及び/又は相対座標は、例えばデータDOUTとして外部に出力可能である。 The distance calculation unit 16 receives timing information from the pulse timing control unit 14, deflection angle information from the deflection angle control unit 15, and receives timing information and light intensity information of the received laser light from the light receiving element 13. The distance calculation unit 16 uses this information to calculate the distance from the vehicle to the object. Specifically, the distance calculation unit 16 calculates the linear distance, the horizontal distance, and the vertical distance by using the information of the deflection angle. Further, the distance calculation unit 16 calculates the relative coordinates of the object by using the information of the deflection angle. The distance and / or relative coordinates calculated by the distance calculation unit 16 can be output to the outside as, for example, data DOUT.

主制御部17は、レーザ走査装置10の全体動作を統括的に制御する。 The main control unit 17 comprehensively controls the overall operation of the laser scanning device 10.

[2] 偏向素子12の構成
次に、偏向素子12の構成について説明する。図2は、偏向素子12に含まれる1つの液晶パネル20−1の平面図である。図3は、図2のA−A´線に沿った偏向素子12の断面図である。
[2] Configuration of Deflection Element 12 Next, the configuration of the deflection element 12 will be described. FIG. 2 is a plan view of one liquid crystal panel 20-1 included in the deflection element 12. FIG. 3 is a cross-sectional view of the deflection element 12 along the AA'line of FIG.

偏向素子12は、複数の液晶パネル20を備える。本実施形態では、偏向素子12が3個の液晶パネル20−1〜20−3を備える構成例について説明する。液晶パネル20の数は、3個に限定されず、2個以上であればよい。 The deflection element 12 includes a plurality of liquid crystal panels 20. In this embodiment, a configuration example in which the deflection element 12 includes three liquid crystal panels 20-1 to 20-3 will be described. The number of the liquid crystal panels 20 is not limited to three, and may be two or more.

液晶パネル20−1〜20−3は、順に積層され、互いに透明な接着材(図示せず)によって接着される。なお、本実施形態の説明では、複数の液晶パネル20−1〜20−3を特に区別する必要がない場合は、枝番号を省略して記載し、この枝番号なしの参照符号に関する説明は、複数の液晶パネル20−1〜20−3の各々に共通する。他の枝番号付きの参照符号についても同様に扱われる。 The liquid crystal panels 20-1 to 20-3 are laminated in order and adhered to each other by a transparent adhesive (not shown). In the description of the present embodiment, when it is not necessary to distinguish between the plurality of liquid crystal panels 20-1 to 20-3, the branch number is omitted, and the description of the reference code without the branch number is described. It is common to each of the plurality of liquid crystal panels 20-1 to 20-3. Reference codes with other branch numbers are treated in the same way.

液晶パネル20−1は、透過型の液晶パネルである。液晶パネル20−1は、対向配置された基板21−1、22−1と、基板21−1、22−1間に挟持された液晶層23−1とを備える。基板21−1、22−1の各々は、透明基板(例えば、ガラス基板、又はプラスチック基板)から構成される。基板21−1は、光源11に対向配置され、光源11からのレーザ光は、基板21−1側から液晶層23−1に入射する。 The liquid crystal panel 20-1 is a transmissive liquid crystal panel. The liquid crystal panel 20-1 includes substrates 21-1 and 22-1 arranged to face each other and a liquid crystal layer 23-1 sandwiched between the substrates 21-1 and 22-1. Each of the substrates 21-1 and 22-1 is composed of a transparent substrate (for example, a glass substrate or a plastic substrate). The substrate 21-1 is arranged to face the light source 11, and the laser light from the light source 11 is incident on the liquid crystal layer 23-1 from the substrate 21-1 side.

液晶層23−1は、基板21−1、22−1間に充填される。具体的には、液晶層23−1は、基板21−1、22−1と、シール材24−1とによって包囲された領域内に封入される。シール材24−1は、例えば、紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂、又は紫外線・熱併用型硬化樹脂等からなり、製造プロセスにおいて基板21−1及び/又は基板22−1に塗布された後、紫外線照射、又は加熱等により硬化させられる。 The liquid crystal layer 23-1 is filled between the substrates 21-1 and 22-1. Specifically, the liquid crystal layer 23-1 is enclosed in a region surrounded by the substrates 21-1, 22-1, and the sealing material 24-1. The sealing material 24-1 is made of, for example, an ultraviolet curable resin, a thermosetting resin, an ultraviolet / heat combined type curable resin, or the like, and is applied to the substrate 21-1 and / or the substrate 22-1 in the manufacturing process, and then is subjected to ultraviolet rays. It is cured by irradiation or heating.

液晶層23−1を構成する液晶材料は、基板21−1、22−1間に印加された電圧(電界)に応じて液晶分子の配向が操作されて光学特性が変化する。本実施形態の液晶パネル20−1は、例えばホモジニアスモードである。すなわち、液晶層23−1として正の誘電率異方性を有するポジ型(P型)のネマティック液晶が用いられ、液晶分子は、電圧(電界)を印加しない時には基板面に対して概略水平方向に配向する。ホモジニアスモードでは、電圧を印加しない時に液晶分子の長軸(ダイレクタ)が概略水平方向に配向し、電圧を印加した時に液晶分子の長軸が垂直方向に向かって傾く。傾斜角の大きさは、印加される実効電圧に応じて変化する。液晶層の初期配向は、液晶層23−1を挟むようにして基板21−1、22−1にそれぞれ設けられた2つの配向膜(図示せず)によって制御される。 The liquid crystal material constituting the liquid crystal layer 23-1 changes its optical characteristics by manipulating the orientation of the liquid crystal molecules according to the voltage (electric field) applied between the substrates 21-1 and 22-1. The liquid crystal panel 20-1 of the present embodiment is, for example, a homogeneous mode. That is, a positive type (P type) nematic liquid crystal having positive dielectric anisotropy is used as the liquid crystal layer 23-1, and the liquid crystal molecules are substantially horizontal to the substrate surface when no voltage (electric field) is applied. Oriented to. In the homogeneous mode, the long axis (director) of the liquid crystal molecule is oriented substantially horizontally when no voltage is applied, and the long axis of the liquid crystal molecule is tilted in the vertical direction when a voltage is applied. The magnitude of the tilt angle changes according to the effective voltage applied. The initial orientation of the liquid crystal layer is controlled by two alignment films (not shown) provided on the substrates 21-1 and 22-1 so as to sandwich the liquid crystal layer 23-1.

なお、液晶の駆動方式として、ネガ型(N型)のネマティック液晶を用いた垂直配向(VA:Vertical Alignment)モードを用いてもよい。VAモードでは、電界を印加しない時に液晶分子の長軸が概略垂直方向に配向し、電圧を印加した時に液晶分子の長軸が水平方向に向かって傾く。さらに、他の駆動方式を用いてもよく、電圧を印加しない時に液晶分子の長軸が概略水平方向に配向し、かつ60度〜120度にねじれ配向したTN(Twisted Nematic)モードなどを用いてもよい。 As a liquid crystal driving method, a vertical alignment (VA: Vertical Alignment) mode using a negative type (N type) nematic liquid crystal may be used. In the VA mode, the long axis of the liquid crystal molecules is substantially oriented in the vertical direction when no electric field is applied, and the long axis of the liquid crystal molecules is tilted in the horizontal direction when a voltage is applied. Further, another drive method may be used, and a TN (Twisted Nematic) mode in which the major axis of the liquid crystal molecule is oriented substantially horizontally and twisted at 60 to 120 degrees when no voltage is applied is used. May be good.

基板21−1の液晶層23−1側には、第1電極25−1、及び第2電極26−1が設けられる。第1電極25−1のX方向の長さは、予め決められており、第2電極26−1のX方向の長さは、予め決められている。第1電極25−1及び第2電極26−1のY方向の長さはそれぞれ、任意に設定可能である。第1電極25−1と第2電極26−1とのX方向における間隔は、液晶パネルの小型化の観点からはより小さい方が望ましく、例えば、製造工程に起因する最小加工寸法に設定される。 A first electrode 25-1 and a second electrode 26-1 are provided on the liquid crystal layer 23-1 side of the substrate 21-1. The length of the first electrode 25-1 in the X direction is predetermined, and the length of the second electrode 26-1 in the X direction is predetermined. The lengths of the first electrode 25-1 and the second electrode 26-1 in the Y direction can be arbitrarily set. The distance between the first electrode 25-1 and the second electrode 26-1 in the X direction is preferably smaller from the viewpoint of miniaturization of the liquid crystal panel, and is set to, for example, the minimum processing dimension due to the manufacturing process. ..

また、シール材24−1で囲まれた液晶領域(第1電極25−1及び第2電極26−1を合計した領域に概略対応する)は、透過するレーザ光の幅に応じて最適に設定され、少なくともレーザ光の幅より大きく設定される。第1電極25−1と第2電極26−1とは、互いに電気的に分離されており、個別に電圧制御が可能である。 The liquid crystal region surrounded by the sealing material 24-1 (which roughly corresponds to the total region of the first electrode 25-1 and the second electrode 26-1) is optimally set according to the width of the transmitted laser beam. At least, it is set to be larger than the width of the laser beam. The first electrode 25-1 and the second electrode 26-1 are electrically separated from each other, and voltage control is possible individually.

基板22−1の液晶層23−1側には、第3電極27−1、及び第4電極28−1が設けられる。第3電極27−1は、第1電極25−1と対向し、第4電極28−1は、第2電極26−1と対向する。第3電極27−1のサイズは、第1電極25−1のサイズと概略同じであり、平面視において、第3電極27−1は、第1電極25−1に重なるように配置される。第4電極28−1のサイズは、第2電極26−1のサイズと概略同じであり、平面視において、第4電極28−1は、第2電極26−1に重なるように配置される。第3電極27−1と第4電極28−1とは、互いに電気的に分離されており、個別に電圧制御が可能である。 A third electrode 27-1 and a fourth electrode 28-1 are provided on the liquid crystal layer 23-1 side of the substrate 22-1. The third electrode 27-1 faces the first electrode 25-1, and the fourth electrode 28-1 faces the second electrode 26-1. The size of the third electrode 27-1 is substantially the same as the size of the first electrode 25-1, and the third electrode 27-1 is arranged so as to overlap the first electrode 25-1 in a plan view. The size of the fourth electrode 28-1 is substantially the same as the size of the second electrode 26-1, and the fourth electrode 28-1 is arranged so as to overlap the second electrode 26-1 in a plan view. The third electrode 27-1 and the fourth electrode 28-1 are electrically separated from each other, and voltage control is possible individually.

第1電極25−1、第2電極26−1、第3電極27−1、及び第4電極28−1はそれぞれ、任意に位置において配線(図示せず)を用いて液晶パネル20−1の外部に引き出され、偏向角制御部15に電気的に接続される。第1電極25−1、第2電極26−1、第3電極27−1、及び第4電極28−1はそれぞれ、透明電極から構成され、透明電極としては、例えばITO(インジウム錫酸化物)が用いられる。 The first electrode 25-1, the second electrode 26-1, the third electrode 27-1, and the fourth electrode 28-1 are respectively located on the liquid crystal panel 20-1 using wiring (not shown) at arbitrary positions. It is pulled out to the outside and electrically connected to the deflection angle control unit 15. The first electrode 25-1, the second electrode 26-1, the third electrode 27-1, and the fourth electrode 28-1 are each composed of transparent electrodes, and examples of the transparent electrodes include ITO (indium tin oxide). Is used.

液晶パネル20−1と同様に、液晶パネル20−2は、基板21−2、22−2、液晶層23−2、シール材24−2、第1電極25−2、第2電極26−2、第3電極27−2、及び第4電極28−2を備える。また、液晶パネル20−3は、基板21−3、22−3、液晶層23−3、シール材24−3、第1電極25−3、第2電極26−3、第3電極27−3、及び第4電極28−3を備える。 Similar to the liquid crystal panel 20-1, the liquid crystal panel 20-2 includes substrates 21-2 and 22-2, a liquid crystal layer 23-2, a sealing material 24-2, a first electrode 25-2, and a second electrode 26-2. , A third electrode 27-2, and a fourth electrode 28-2. The liquid crystal panel 20-3 includes substrates 21-3 and 22-3, a liquid crystal layer 23-3, a sealing material 24-3, a first electrode 25-3, a second electrode 26-3, and a third electrode 27-3. , And a fourth electrode 28-3.

第1電極25−1、第1電極25−2、及び第1電極25−3は、互いにX方向の長さが異なる。第1電極25−2の長さは、第1電極25−1の長さより短く、第1電極25−3の長さは、第1電極25−2の長さより短い。換言すると、第1電極25−1、第1電極25−2、及び第1電極25−3は、一端側(図3の右端)が揃った状態で、この順に短くなるように階段状に形成される。第3電極27−1〜27−3の関係は、第1電極25−1〜25−3の関係と同じである。 The first electrode 25-1, the first electrode 25-2, and the first electrode 25-3 have different lengths in the X direction from each other. The length of the first electrode 25-2 is shorter than the length of the first electrode 25-1, and the length of the first electrode 25-3 is shorter than the length of the first electrode 25-2. In other words, the first electrode 25-1, the first electrode 25-2, and the first electrode 25-3 are formed in a stepped shape so as to be shorter in this order with one end side (right end in FIG. 3) aligned. Will be done. The relationship between the third electrodes 27-1 to 27-3 is the same as the relationship between the first electrodes 25-1 to 25-3.

第2電極26−1、第2電極26−2、及び第2電極26−3は、互いにX方向の長さが異なる。第2電極26−2の長さは、第2電極26−1の長さより長く、第2電極26−3の長さは、第2電極26−2の長さより長い。換言すると、第2電極26−1、第2電極26−2、及び第2電極26−3は、一端側(図3の左端)が揃った状態で、この順に長くなるように逆階段状に形成される。第4電極28−1〜28−3の関係は、第2電極26−1〜25−3の関係と同じである。 The second electrode 26-1, the second electrode 26-2, and the second electrode 26-3 have different lengths in the X direction from each other. The length of the second electrode 26-2 is longer than the length of the second electrode 26-1, and the length of the second electrode 26-3 is longer than the length of the second electrode 26-2. In other words, the second electrode 26-1, the second electrode 26-2, and the second electrode 26-3 are arranged in an inverted step shape so as to be longer in this order with one end side (the left end in FIG. 3) aligned. It is formed. The relationship between the fourth electrodes 28-1 to 28-3 is the same as the relationship between the second electrodes 26-1 to 25-3.

図3に示すような電極構造にすることで、3つの液晶パネル20−1〜20−3が積層された偏向素子12全体で見た場合に、屈折率の勾配を容易に形成することができる。 By adopting the electrode structure as shown in FIG. 3, it is possible to easily form a gradient of the refractive index when viewed as a whole of the deflection element 12 in which the three liquid crystal panels 20-1 to 20-3 are laminated. ..

なお、第1電極25−1〜25−3及び第3電極27−1〜27−3を逆階段状に形成し、第2電極26−1〜26−3及び第4電極28−1〜28−3を階段状に形成してもよい。このような電極構造でも、図3と同じ動作が実現できる。 The first electrode 25-1 to 25-3 and the third electrode 27-1 to 27-3 are formed in an inverted stepped shape, and the second electrode 26-1 to 26-3 and the fourth electrode 28-1 to 28 are formed. -3 may be formed in a stepped shape. Even with such an electrode structure, the same operation as in FIG. 3 can be realized.

また、液晶パネル20として、LCOS(Liquid Crystal on Silicon)方式を用いた透過型液晶パネル(透過型LCOS)を用いてもよい。透過型LCOSを用いることで、電極を微細加工することが可能となり、より小型の液晶パネル20を実現できる。透過型LCOSでは、シリコン基板(又は透明基板上に形成されたシリコン層)が用いられる。シリコン基板は、バンドギャップとの関係で、特定の波長以上の波長を有する光(赤外線を含む)を透過するため、LCOSを透過型液晶パネルとして使用することができる。LCOSを使用することにより、電極のサイズがより小さい液晶パネルとすることができるため、さらに小型化することが可能となる。また、液晶分子の移動度が高いため、レーザ光を高速で走査することが可能となる。 Further, as the liquid crystal panel 20, a transmissive liquid crystal panel (transmissive LCOS) using an LCOS (Liquid Crystal on Silicon) method may be used. By using the transmissive LCOS, the electrodes can be finely processed, and a smaller liquid crystal panel 20 can be realized. In the transmissive LCOS, a silicon substrate (or a silicon layer formed on the transparent substrate) is used. Since the silicon substrate transmits light (including infrared rays) having a wavelength equal to or higher than a specific wavelength in relation to the band gap, LCOS can be used as a transmissive liquid crystal panel. By using LCOS, a liquid crystal panel having a smaller electrode size can be obtained, so that the size can be further reduced. Further, since the mobility of the liquid crystal molecules is high, it is possible to scan the laser beam at high speed.

[3] レーザ走査装置10の動作
[3−1] レーザ走査装置10の基本動作
まず、レーザ走査装置10の基本動作について説明する。図4は、レーザ走査装置10の基本動作を説明する概略図である。なお、図4では、レーザ走査装置10は、車両1の前側に設けられ、レーザ走査装置10が車両1の前方を水平方向に走査する態様を一例として示している。
[3] Operation of the laser scanning device 10 [3-1] Basic operation of the laser scanning device 10 First, the basic operation of the laser scanning device 10 will be described. FIG. 4 is a schematic view illustrating the basic operation of the laser scanning device 10. Note that FIG. 4 shows, as an example, a mode in which the laser scanning device 10 is provided on the front side of the vehicle 1 and the laser scanning device 10 scans the front of the vehicle 1 in the horizontal direction.

レーザ走査装置10に含まれる光源11及び偏向素子12は、角度θの範囲でレーザ光を送信する。受光素子13は、対象物2によって反射されたレーザ光を検出する。想定する対象物までの距離L、距離Lにおける走査範囲Rとする。例えば、角度θ=10度、距離L=10mである場合は、走査範囲R=1.7mであり、角度θ=10度、距離L=50mである場合は、走査範囲R=8.7mである。角度θ、距離L、及び走査範囲Rは、レーザ走査装置10に求められる仕様に応じて任意に設計可能である。 The light source 11 and the deflection element 12 included in the laser scanning device 10 transmit laser light within a range of an angle θ. The light receiving element 13 detects the laser beam reflected by the object 2. Let it be the distance L to the assumed object and the scanning range R at the distance L. For example, when the angle θ = 10 degrees and the distance L = 10 m, the scanning range R = 1.7 m, and when the angle θ = 10 degrees and the distance L = 50 m, the scanning range R = 8.7 m. be. The angle θ, the distance L, and the scanning range R can be arbitrarily designed according to the specifications required for the laser scanning apparatus 10.

図5は、レーザ走査装置10によるレーザ光の波形を説明する図である。図5の上側が送信の波形、下側が受信の波形である。図5の横軸が時間であり、図5の縦軸が強度(光強度)である。 FIG. 5 is a diagram illustrating a waveform of laser light generated by the laser scanning device 10. The upper side of FIG. 5 is the transmission waveform, and the lower side is the reception waveform. The horizontal axis of FIG. 5 is time, and the vertical axis of FIG. 5 is intensity (light intensity).

光源11は、パルス信号からなるレーザ光を出射する。すなわち、光源11は、時分割でレーザ光を出射する。パルスタイミング制御部14は、光源11の動作を制御し、レーザ光の周期、及びパルス幅を制御する。レーザ走査装置10は、パルス信号としてレーザ光を送信する。 The light source 11 emits a laser beam composed of a pulse signal. That is, the light source 11 emits laser light in a time-division manner. The pulse timing control unit 14 controls the operation of the light source 11 and controls the period of the laser beam and the pulse width. The laser scanning device 10 transmits laser light as a pulse signal.

パルス信号の周期P、パルス幅Wとする。1つのパルスを送信してから、このパルスが対象物で反射されたパルスを受信するまでの時間である遅れ量Δ、光の速度Cとする。遅れ量Δは、“Δ=2L/C”で算出される。距離演算部16は、遅れ量Δを用いて、車両1から対象物2までの距離を算出する。 Let the period P of the pulse signal and the pulse width W. Let the delay amount Δ, which is the time from the transmission of one pulse to the reception of the pulse reflected by the object, and the speed of light C. The delay amount Δ is calculated by “Δ = 2 L / C”. The distance calculation unit 16 calculates the distance from the vehicle 1 to the object 2 by using the delay amount Δ.

例えば、パルス幅W=10nsec、周期P=10μsec(すなわち、周波数f=100kHz)であるものとする。遅れ量Δ=67nsecの場合、距離L=10mが算出される。このような動作により、対象物が検出でき、また、対象物までの距離が算出できる。 For example, it is assumed that the pulse width W = 10 nsec and the period P = 10 μsec (that is, the frequency f = 100 kHz). When the delay amount Δ = 67 nsec, the distance L = 10 m is calculated. By such an operation, the object can be detected and the distance to the object can be calculated.

図6は、レーザ走査装置10の走査領域ARを説明する図である。光源11及び偏向素子12を含むレーザ走査装置10は、所定距離(距離L)だけ離れた走査領域ARを走査可能である。図6の丸は、レーザ走査装置10が送信するレーザ光の走査点SP(図5の1つのパルスに相当する)を表している。図6に示すように、レーザ走査装置10がレーザ光を送信する周期は、予め決まっている。1つの走査領域ARに対応する1つのフレームは、所定数の走査点SPによって走査される。走査方向は、例えば、垂直方向(図6の下側)である。すなわち、右から左に向かって、複数の列を垂直方向に順に走査する。そして、時分割で、複数のフレームが順次取得される。主制御部17は、予め決められた動作モードに従って、走査領域ARのサイズ、及び走査方向を設定する。 FIG. 6 is a diagram illustrating a scanning region AR of the laser scanning apparatus 10. The laser scanning device 10 including the light source 11 and the deflection element 12 can scan the scanning region AR separated by a predetermined distance (distance L). The circle in FIG. 6 represents the scanning point SP (corresponding to one pulse in FIG. 5) of the laser beam transmitted by the laser scanning device 10. As shown in FIG. 6, the period for transmitting the laser beam by the laser scanning device 10 is predetermined. One frame corresponding to one scanning area AR is scanned by a predetermined number of scanning points SP. The scanning direction is, for example, the vertical direction (lower side of FIG. 6). That is, a plurality of columns are scanned in order in the vertical direction from right to left. Then, a plurality of frames are sequentially acquired by time division. The main control unit 17 sets the size of the scanning area AR and the scanning direction according to a predetermined operation mode.

[3−2] 偏向素子12の動作
次に、偏向素子12の動作について説明する。偏向角制御部15は、偏向素子12を駆動するために、液晶パネル20−1〜20−3に含まれる第1電極25−1〜25−3、第2電極26−1〜26−3、第3電極27−1〜27−3、及び第4電極28−1〜28−3に電圧を印加する。
[3-2] Operation of Deflection Element 12 Next, the operation of the deflection element 12 will be described. The deflection angle control unit 15 has the first electrodes 25-1 to 25-3 and the second electrodes 26-1 to 26-3 included in the liquid crystal panels 20-1 to 20-3 in order to drive the deflection element 12. A voltage is applied to the third electrode 27-1 to 27-3 and the fourth electrode 28-1 to 28-3.

図7は、第1例に係る偏向素子12の動作を説明する断面図である。第1例は、レーザ光を屈折させない動作である。 FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the operation of the deflection element 12 according to the first example. The first example is an operation in which the laser beam is not refracted.

偏向角制御部15は、第1電極25、第2電極26、第3電極27、及び第4電極28に0Vを印加する。或いは、偏向角制御部15は、第1電極25、第2電極26、第3電極27、及び第4電極28に所定の共通電圧を印加する。すなわち、液晶層を挟んで対向する2つの電極に印加される電圧が同じであればよい。 The deflection angle control unit 15 applies 0V to the first electrode 25, the second electrode 26, the third electrode 27, and the fourth electrode 28. Alternatively, the deflection angle control unit 15 applies a predetermined common voltage to the first electrode 25, the second electrode 26, the third electrode 27, and the fourth electrode 28. That is, the voltage applied to the two electrodes facing each other across the liquid crystal layer may be the same.

偏向素子12は、光源11からレーザ光(赤外線レーザ)を受ける。液晶パネル20−1〜20−3の液晶層の各々において、液晶分子は、概略水平方向に配向している。よって、偏向素子12に屈折率の勾配が生じず、偏向素子12から出射するレーザ光は、ほとんど屈折しない。図7の小さい矢印の長さは、偏向素子12の複数の部分領域におけるレーザ光の位相の様子を模式的に示している。 The deflection element 12 receives a laser beam (infrared laser) from the light source 11. In each of the liquid crystal layers of the liquid crystal panels 20-1 to 20-3, the liquid crystal molecules are oriented substantially in the horizontal direction. Therefore, the refractive index gradient does not occur in the deflection element 12, and the laser light emitted from the deflection element 12 is hardly refracted. The length of the small arrow in FIG. 7 schematically shows the state of the phase of the laser beam in the plurality of partial regions of the deflection element 12.

図8は、第2例に係る偏向素子12の動作を説明する断面図である。第2例は、レーザ光を左側に出射角θ1(>0)で屈折させる動作である。 FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating the operation of the deflection element 12 according to the second example. The second example is an operation of refracting the laser beam to the left at an emission angle θ1 (> 0).

偏向角制御部15は、液晶パネル20−1〜20−3の各々において、第1電極25と第3電極27との間に実効電圧V1(>0)を印加する。実効電圧V1は、液晶分子が垂直に配向する電圧(液晶の閾値電圧)より低い電圧である。実効電圧V1は、交流電圧である。これにより、第1電極25と第3電極27との間では、液晶分子は、斜め方向に配向する。実効電圧V1の大きさを変えることで、液晶分子の傾きを任意に変えることができる。 The deflection angle control unit 15 applies an effective voltage V1 (> 0) between the first electrode 25 and the third electrode 27 in each of the liquid crystal panels 20-1 to 20-3. The effective voltage V1 is a voltage lower than the voltage at which the liquid crystal molecules are vertically oriented (the threshold voltage of the liquid crystal). The effective voltage V1 is an AC voltage. As a result, the liquid crystal molecules are oriented obliquely between the first electrode 25 and the third electrode 27. By changing the magnitude of the effective voltage V1, the inclination of the liquid crystal molecules can be arbitrarily changed.

また、偏向角制御部15は、第2電極26、及び第4電極28に0Vを印加する。これにより、第2電極26と第4電極28との間では、液晶分子は、概略水平方向に配向する。 Further, the deflection angle control unit 15 applies 0V to the second electrode 26 and the fourth electrode 28. As a result, the liquid crystal molecules are oriented substantially horizontally between the second electrode 26 and the fourth electrode 28.

ここで、第1電極25−1〜25−3は、階段状に形成され、第1電極25−1〜25−3に対向する第3電極27−1〜27−3も、階段状に形成される。よって、偏向素子12を透過するレーザ光は、図8の左に行くにつれて、位相が遅れている。すなわち、レーザ光が、概略水平方向に配向した液晶分子を含む液晶層を多く透過するほど、その位相が遅れる。 Here, the first electrodes 25-1 to 25-3 are formed in a stepped shape, and the third electrodes 27-1 to 27-3 facing the first electrodes 25-1 to 25-3 are also formed in a stepped shape. Will be done. Therefore, the phase of the laser beam transmitted through the deflection element 12 is delayed toward the left in FIG. That is, the more the laser beam passes through the liquid crystal layer containing the liquid crystal molecules oriented in the substantially horizontal direction, the more the phase is delayed.

図8では、位相を表す矢印が長くなるにつれて、レーザ光の位相が進んでいる様子を示している。換言すると、偏向素子12には、図8の右から左に向かって屈折率が徐々に大きくなるように、屈折率の勾配が形成される。これにより、偏向素子12から出射するレーザ光は、出射角θ1で左側に屈折する。出射角は、偏向素子12の基板に垂直な方向に対する角度である。 FIG. 8 shows how the phase of the laser beam advances as the arrow indicating the phase becomes longer. In other words, the refractive index gradient is formed in the deflection element 12 so that the refractive index gradually increases from the right to the left in FIG. As a result, the laser light emitted from the deflection element 12 is refracted to the left at the emission angle θ1. The emission angle is an angle of the deflection element 12 with respect to the direction perpendicular to the substrate.

図9は、第3例に係る偏向素子12の動作を説明する断面図である。第3例は、レーザ光を左側に出射角θ2(>θ1)で屈折させる動作である。 FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating the operation of the deflection element 12 according to the third example. The third example is an operation of refracting the laser beam to the left at an emission angle of θ2 (> θ1).

偏向角制御部15は、液晶パネル20−1〜20−3の各々において、第1電極25と第3電極27との間に実効電圧V2(>V1)を印加する。実効電圧V2は、液晶分子を垂直に配向させることが可能な電圧であり、液晶の閾値電圧以上の電圧である。実効電圧V2は、交流電圧である。これにより、第1電極25と第3電極27との間では、液晶分子は、概略垂直方向に配向する。 The deflection angle control unit 15 applies an effective voltage V2 (> V1) between the first electrode 25 and the third electrode 27 in each of the liquid crystal panels 20-1 to 20-3. The effective voltage V2 is a voltage capable of vertically aligning the liquid crystal molecules, and is a voltage equal to or higher than the threshold voltage of the liquid crystal. The effective voltage V2 is an AC voltage. As a result, the liquid crystal molecules are oriented substantially vertically between the first electrode 25 and the third electrode 27.

また、偏向角制御部15は、第2電極26、及び第4電極28に0Vを印加する。これにより、第2電極26と第4電極28との間では、液晶分子は、概略水平方向に配向する。 Further, the deflection angle control unit 15 applies 0V to the second electrode 26 and the fourth electrode 28. As a result, the liquid crystal molecules are oriented substantially horizontally between the second electrode 26 and the fourth electrode 28.

偏向素子12を透過するレーザ光は、図9の左に行くにつれて、位相が遅れている。また、図9は、図8に比べて、屈折率の勾配が大きい。これにより、偏向素子12から出射するレーザ光は、出射角θ2(>θ1)で左側に屈折する。 The phase of the laser beam transmitted through the deflection element 12 is delayed toward the left in FIG. Further, in FIG. 9, the gradient of the refractive index is larger than that in FIG. As a result, the laser light emitted from the deflection element 12 is refracted to the left at an emission angle of θ2 (> θ1).

図10は、第4例に係る偏向素子12の動作を説明する断面図である。第4例は、レーザ光を右側に出射角θ1(>0)で屈折させる動作である。 FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating the operation of the deflection element 12 according to the fourth example. The fourth example is an operation of refracting the laser beam to the right at an emission angle θ1 (> 0).

偏向角制御部15は、液晶パネル20−1〜20−3の各々において、第2電極26と第4電極28との間に実効電圧V1(>0)を印加する。実効電圧V1は、液晶分子が垂直に配向する電圧より低い電圧である。これにより、第2電極26と第4電極28との間では、液晶分子は、斜め方向に配向する。 The deflection angle control unit 15 applies an effective voltage V1 (> 0) between the second electrode 26 and the fourth electrode 28 in each of the liquid crystal panels 20-1 to 20-3. The effective voltage V1 is a voltage lower than the voltage at which the liquid crystal molecules are vertically oriented. As a result, the liquid crystal molecules are oriented obliquely between the second electrode 26 and the fourth electrode 28.

また、偏向角制御部15は、第1電極25、及び第3電極27に0Vを印加する。これにより、第1電極25と第3電極27との間では、液晶分子は、概略水平方向に配向する。 Further, the deflection angle control unit 15 applies 0V to the first electrode 25 and the third electrode 27. As a result, the liquid crystal molecules are oriented substantially horizontally between the first electrode 25 and the third electrode 27.

ここで、第2電極26−1〜26−3は、逆階段状に形成され、第2電極26−1〜26−3に対向する第4電極28−1〜28−3も、逆階段状に形成される。よって、偏向素子12を透過するレーザ光は、図10の右に行くにつれて、位相が遅れている。換言すると、偏向素子12には、図10の左から右に向かって屈折率が徐々に大きくなるように、屈折率の勾配が形成される。これにより、偏向素子12から出射するレーザ光は、出射角θ1で右側に屈折する。 Here, the second electrodes 26-1 to 26-3 are formed in an inverted step shape, and the fourth electrodes 28-1 to 28-3 facing the second electrodes 26-1 to 26-3 are also formed in an inverted step shape. Is formed in. Therefore, the phase of the laser beam transmitted through the deflection element 12 is delayed toward the right in FIG. In other words, the refractive index gradient is formed on the deflection element 12 so that the refractive index gradually increases from the left to the right in FIG. As a result, the laser light emitted from the deflection element 12 is refracted to the right at the emission angle θ1.

図11は、第5例に係る偏向素子12の動作を説明する断面図である。第5例は、レーザ光を右側に出射角θ2(>θ1)で屈折させる動作である。 FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating the operation of the deflection element 12 according to the fifth example. The fifth example is an operation of refracting the laser beam to the right at an emission angle of θ2 (> θ1).

偏向角制御部15は、液晶パネル20−1〜20−3の各々において、第2電極26と第4電極28との間に実効電圧V2(>V1)を印加する。実効電圧V2は、液晶分子を垂直に配向させることが可能な電圧であり、液晶の閾値電圧以上の電圧である。これにより、第2電極26と第4電極28との間では、液晶分子は、概略垂直方向に配向する。 The deflection angle control unit 15 applies an effective voltage V2 (> V1) between the second electrode 26 and the fourth electrode 28 in each of the liquid crystal panels 20-1 to 20-3. The effective voltage V2 is a voltage capable of vertically aligning the liquid crystal molecules, and is a voltage equal to or higher than the threshold voltage of the liquid crystal. As a result, the liquid crystal molecules are oriented substantially vertically between the second electrode 26 and the fourth electrode 28.

また、偏向角制御部15は、第1電極25、及び第3電極27に0Vを印加する。これにより、第1電極25と第3電極27との間では、液晶分子は、概略水平方向に配向する。 Further, the deflection angle control unit 15 applies 0V to the first electrode 25 and the third electrode 27. As a result, the liquid crystal molecules are oriented substantially horizontally between the first electrode 25 and the third electrode 27.

偏向素子12を透過するレーザ光は、図11の右に行くにつれて、位相が遅れている。また、図11は、図10に比べて、屈折率の勾配が大きい。これにより、偏向素子12から出射するレーザ光は、出射角θ2(>θ1)で左側に屈折する。 The phase of the laser beam transmitted through the deflection element 12 is delayed toward the right in FIG. Further, in FIG. 11, the gradient of the refractive index is larger than that in FIG. As a result, the laser light emitted from the deflection element 12 is refracted to the left at an emission angle of θ2 (> θ1).

なお、液晶パネル20に印加する実効電圧を、0V以上かつ実効電圧V2以下の範囲で変化させることで、出射角を、0度(基板に垂直な方向)以上かつ角度θ2以下の範囲で変化させることができる。すなわち、偏向素子12は、出射角θ2の2倍の走査角で、レーザ光を走査することができる。 By changing the effective voltage applied to the liquid crystal panel 20 in the range of 0 V or more and the effective voltage V2 or less, the emission angle is changed in the range of 0 degrees (direction perpendicular to the substrate) or more and the angle θ2 or less. be able to. That is, the deflection element 12 can scan the laser beam at a scanning angle twice the emission angle θ2.

基板に垂直な方向から一方側、例えば左側のみに走査する場合は、第1電極25−1〜25−3、及び第3電極27−1〜27−3のみ備えていればよく、第3電極26−1〜26−3、及び第4電極28−1〜28−3は特に設ける必要はない。同様に、垂直方向に対して右側のみに走査する場合は、第3電極26−1〜26−3、及び第4電極28−1〜28−3のみ備えていればよく、第1電極25−1〜25−3、及び第3電極27−1〜27−3は特に設ける必要はない。 When scanning from the direction perpendicular to the substrate to only one side, for example, the left side, only the first electrode 25-1 to 25-3 and the third electrode 27-1 to 27-3 need to be provided, and the third electrode needs to be provided. The 26-1 to 26-3 and the fourth electrodes 28-1 to 28-3 do not need to be provided. Similarly, when scanning only on the right side with respect to the vertical direction, only the third electrode 26-1 to 26-3 and the fourth electrode 28-1 to 28-3 need to be provided, and the first electrode 25- It is not necessary to particularly provide 1 to 25-3 and the third electrode 27-1 to 27-3.

図7乃至図11は、レーザ光を1次元(X方向)に走査する構成及び動作を示している。レーザ光を2次元(X方向及びY方向)に走査する場合は、X方向に走査する第1偏向素子に加えて、Y方向に沿って階段状及び逆階段状に形成された複数の電極を備えた第2偏向素子をもう一セット用意し、第1偏向素子と第2偏向素子と積層する。すなわち、第2偏向素子は、第1偏向素子を90度回転させた構成を有する。そして、レーザ光をX方向に屈折させる場合には、第1偏向素子を使用し、レーザ光をY方向に屈折させる場合は、第2偏向素子を使用し、X方向に対して斜め方向に屈折させる場合は、第1偏向素子及び第2偏向素子を使用する。このような偏向素子を用いることで、レーザ光を2次元に走査することができる。 7 to 11 show a configuration and an operation of scanning the laser beam in one dimension (X direction). When scanning the laser beam in two dimensions (X direction and Y direction), in addition to the first deflection element that scans in the X direction, a plurality of electrodes formed in a stepped shape and an inverted stepped shape along the Y direction are used. Another set of the provided second deflection elements is prepared, and the first deflection element and the second deflection element are laminated. That is, the second deflection element has a configuration in which the first deflection element is rotated by 90 degrees. Then, when refracting the laser light in the X direction, the first deflection element is used, and when refracting the laser light in the Y direction, the second deflection element is used and refracted in the oblique direction with respect to the X direction. In the case of making it, the first refracting element and the second refracting element are used. By using such a deflection element, the laser beam can be scanned two-dimensionally.

[4] 効果
以上詳述したように本実施形態では、レーザ走査装置10は、レーザ光を発光する光源11と、積層された液晶パネル20−1、20−2を含み、光源11からのレーザ光を屈折させる偏向素子12とを備える。液晶パネル20−1は、基板21−1、22−1と、基板21−1、22−1にそれぞれ設けられかつ互いに対向する電極25−1、27−1と、基板21−1、22−1間に充填された液晶層23−1とを含む。液晶パネル20−2は、基板21−2、22−2と、基板21−2、22−2にそれぞれ設けられかつ互いに対向する電極25−2、27−2と、基板21−2、22−2間に充填された液晶層23−2とを含む。レーザ光を走査する第1方向において、電極25−1は、電極25−2より長い。そして、レーザ光を屈折させる場合に、偏向角制御部15は、電極25−1、及び電極25−2に同じ実効電圧を印加するようにしている。
[4] Effect As described in detail above, in the present embodiment, the laser scanning apparatus 10 includes a light source 11 that emits laser light and laminated liquid crystal panels 20-1 and 20-2, and a laser from the light source 11. A deflection element 12 that refracts light is provided. The liquid crystal panel 20-1 includes the substrates 21-1, 22-1, the electrodes 25-1, 27-1 provided on the substrates 21-1, 22-1, respectively, and facing each other, and the substrates 21-1, 22-. The liquid crystal layer 23-1 filled in 1 space is included. The liquid crystal panel 20-2 includes electrodes 25-2 and 27-2 provided on the substrates 21-2 and 22-2 and the substrates 21-2 and 22-2, respectively, and facing each other, and substrates 21-2 and 22-2. Includes a liquid crystal layer 23-2 filled between the two. In the first direction of scanning the laser beam, the electrode 25-1 is longer than the electrode 25-2. When refracting the laser beam, the deflection angle control unit 15 applies the same effective voltage to the electrodes 25-1 and 25-2.

従って本実施形態によれば、偏向素子12に屈折率の勾配を形成することができる。これにより、偏向素子12に入射したレーザ光を所望の出射角で出射させることができる。 Therefore, according to the present embodiment, a gradient of the refractive index can be formed in the deflection element 12. As a result, the laser beam incident on the deflection element 12 can be emitted at a desired emission angle.

また、複数の実効電圧を用意し、このうちの1つの実効電圧を複数の液晶パネルに同時に印加することで、レーザ光を所望の出射角で出射させることができる。ひいては、簡単な電圧制御で、レーザ光を屈折させることができる。 Further, by preparing a plurality of effective voltages and applying one of the effective voltages to the plurality of liquid crystal panels at the same time, the laser beam can be emitted at a desired emission angle. As a result, the laser beam can be refracted with simple voltage control.

また、最適な数の液晶パネルを積層して偏向素子12を構成することで、偏向素子12に形成される屈折率の勾配をより大きくすることができる。これにより、大きな出射角(屈折角)でレーザ光を屈折させることが可能なレーザ走査装置を実現できる。 Further, by stacking an optimum number of liquid crystal panels to form the deflection element 12, the gradient of the refractive index formed in the deflection element 12 can be further increased. This makes it possible to realize a laser scanning device capable of refracting laser light with a large emission angle (refraction angle).

また、本実施形態のレーザ走査装置10は、機械的な構成部品がなく、かつ機械的な可動部がないため、信頼性を向上できる。さらに、レーザ走査装置10は、小型化が可能である。 Further, the laser scanning apparatus 10 of the present embodiment has no mechanical components and no mechanical moving parts, so that the reliability can be improved. Further, the laser scanning device 10 can be miniaturized.

なお、積層する液晶パネル20の数は、2個以上であればよいが、偏向素子12に形成される屈折率の勾配をより滑らかにするという観点からは、液晶パネル20の数は、3個以上が望ましい。一方で、液晶パネル20の数が多くなると、偏向素子12の厚さが厚くなる。よって、偏向素子12を構成する液晶パネル20の数は、屈折率の勾配の滑らかさと、偏向素子12の厚さとを勘案しつつ、求められる仕様に応じて最適に設定される。 The number of the liquid crystal panels 20 to be laminated may be two or more, but from the viewpoint of making the gradient of the refractive index formed in the deflection element 12 smoother, the number of the liquid crystal panels 20 is three. The above is desirable. On the other hand, as the number of liquid crystal panels 20 increases, the thickness of the deflection element 12 increases. Therefore, the number of the liquid crystal panels 20 constituting the deflection element 12 is optimally set according to the required specifications while considering the smoothness of the gradient of the refractive index and the thickness of the deflection element 12.

上記実施形態では、レーザ走査装置が扱うレーザ光として赤外線レーザを用いている。しかし、これに限定されず、本実施形態にかかるレーザ走査装置は、赤外線以外の光にも適用可能である。 In the above embodiment, an infrared laser is used as the laser light handled by the laser scanning apparatus. However, the present invention is not limited to this, and the laser scanning apparatus according to the present embodiment can be applied to light other than infrared rays.

上記実施形態では、車両に搭載されるレーザ走査装置について説明している。しかし、これに限定されず、レーザ光を走査する機能を有する様々な電子機器に適用できる。 In the above embodiment, the laser scanning device mounted on the vehicle is described. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to various electronic devices having a function of scanning a laser beam.

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified at the implementation stage without departing from the gist thereof. In addition, each embodiment may be carried out in combination as appropriate, and in that case, the combined effect can be obtained. Further, the above-described embodiment includes various inventions, and various inventions can be extracted by a combination selected from a plurality of disclosed constituent requirements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, if the problem can be solved and the effect is obtained, the configuration in which the constituent requirements are deleted can be extracted as an invention.

10…レーザ走査装置、11…光源、12…偏向素子、13…受光素子、14…パルスタイミング制御部、15…偏向角制御部、16…距離演算部、17…主制御部、20…液晶パネル、21,22…基板、23…液晶層、24…シール材、25〜28…電極 10 ... Laser scanning device, 11 ... Light source, 12 ... Deflection element, 13 ... Light receiving element, 14 ... Pulse timing control unit, 15 ... Deflection angle control unit, 16 ... Distance calculation unit, 17 ... Main control unit, 20 ... Liquid crystal panel , 21 and 22 ... Substrate, 23 ... Liquid crystal layer, 24 ... Sealing material, 25-28 ... Electrode

Claims (8)

レーザ光を発光する光源と、
積層された第1及び第2液晶パネルを含み、前記光源からのレーザ光を屈折させる偏向素子と
を具備し、
前記第1液晶パネルは、
第1及び第2基板と、
前記第1基板に設けられ、第1方向に延びる第1電極と、
前記第2基板に設けられ、前記第1電極に対向し、前記第1電極と同じサイズを有する第2電極と、
前記第1及び第2基板間に充填された第1液晶層とを含み、
前記第2液晶パネルは、
第3及び第4基板と、
前記第3基板に設けられ、前記第1方向に延びる第3電極と、
前記第4基板に設けられ、前記第3電極に対向し、前記第3電極と同じサイズを有する第4電極と、
前記第3及び第4基板間に充填された第2液晶層とを含み、
前記第3電極は、平面視において前記第1電極に重なり、
前記第1方向に直交する第2方向において、前記第1電極は、前記第3電極より長い
レーザ走査装置。
A light source that emits laser light and
It includes the first and second liquid crystal panels that are laminated, and includes a deflection element that refracts the laser light from the light source.
The first liquid crystal panel is
1st and 2nd boards,
A first electrode provided on the first substrate and extending in the first direction,
A second electrode provided on the second substrate, facing the first electrode, and having the same size as the first electrode,
Includes a first liquid crystal layer filled between the first and second substrates.
The second liquid crystal panel is
With the 3rd and 4th boards
A third electrode provided on the third substrate and extending in the first direction,
A fourth electrode provided on the fourth substrate, facing the third electrode, and having the same size as the third electrode,
A second liquid crystal layer filled between the third and fourth substrates is included.
The third electrode overlaps with the first electrode in a plan view.
A laser scanning apparatus in which the first electrode is longer than the third electrode in the second direction orthogonal to the first direction.
前記第1電極及び前記第3電極は、階段状に形成される
請求項1に記載のレーザ走査装置。
The laser scanning apparatus according to claim 1, wherein the first electrode and the third electrode are formed in a stepped shape.
前記第1電極及び前記第3電極にそれぞれ第1電圧を印加する制御部をさらに具備する
請求項1又は2に記載のレーザ走査装置。
The laser scanning apparatus according to claim 1 or 2, further comprising a control unit for applying a first voltage to the first electrode and the third electrode, respectively.
前記第1液晶パネルは、
前記第1基板に設けられ、前記第1方向に延びる第5電極と、
前記第2基板に設けられ、前記第5電極に対向し、前記第5電極と同じサイズを有する第6電極とをさらに含み、
前記第2液晶パネルは、
前記第3基板に設けられ、前記第1方向に延びる第7電極と、
前記第4基板に設けられ、前記第7電極に対向し、前記第7電極と同じサイズを有する第8電極とをさらに含み、
前記第7電極は、平面視において前記第5電極に重なり、
前記第2方向において、前記第5電極は、前記第7電極より短い
請求項1又は2に記載のレーザ走査装置。
The first liquid crystal panel is
A fifth electrode provided on the first substrate and extending in the first direction,
A sixth electrode provided on the second substrate, facing the fifth electrode, and having the same size as the fifth electrode is further included.
The second liquid crystal panel is
A seventh electrode provided on the third substrate and extending in the first direction,
An eighth electrode provided on the fourth substrate, facing the seventh electrode, and having the same size as the seventh electrode is further included.
The 7th electrode overlaps the 5th electrode in a plan view.
The laser scanning apparatus according to claim 1 or 2, wherein in the second direction, the fifth electrode is shorter than the seventh electrode.
前記5電極及び前記7電極は、逆階段状に形成される
請求項4に記載のレーザ走査装置。
The laser scanning apparatus according to claim 4, wherein the fifth electrode and the seventh electrode are formed in an inverted stepped shape.
第1動作において、前記第1電極及び前記第3電極にそれぞれ第1電圧を印加し、前記5電極及び前記第7電極にそれぞれ第2電圧を印加し、
第2動作において、前記第1電極及び前記第3電極にそれぞれ前記第2電圧を印加し、前記5電極及び前記第7電極にそれぞれ前記第1電圧を印加する
制御部をさらに具備する
請求項4又は5に記載のレーザ走査装置。
In the first operation, a first voltage is applied to the first electrode and the third electrode, respectively, and a second voltage is applied to the fifth electrode and the seventh electrode, respectively.
A claim that further comprises a control unit that applies the second voltage to the first electrode and the third electrode, respectively, and applies the first voltage to the fifth electrode and the seventh electrode, respectively, in the second operation. The laser scanning apparatus according to 4 or 5.
前記偏向素子から出射されたレーザ光が対象物によって反射されたレーザ光を検知する受光素子をさらに具備する
請求項1乃至6のいずれかに記載のレーザ走査装置。
The laser scanning apparatus according to any one of claims 1 to 6, further comprising a light receiving element for detecting the laser light emitted from the deflection element and reflected by the object.
前記第1及び第2液晶パネルの各々は、ホモジニアスモード、VA(Vertical Alignment)モード、又はTN(Twisted Nematic)モードで構成される
請求項1乃至7のいずれかに記載のレーザ走査装置。
The laser scanning apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein each of the first and second liquid crystal panels is configured in a homogeneous mode, a VA (Vertical Alignment) mode, or a TN (Twisted Nematic) mode.
JP2017052627A 2017-03-17 2017-03-17 Laser scanning device Active JP6953754B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017052627A JP6953754B2 (en) 2017-03-17 2017-03-17 Laser scanning device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017052627A JP6953754B2 (en) 2017-03-17 2017-03-17 Laser scanning device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018155917A JP2018155917A (en) 2018-10-04
JP6953754B2 true JP6953754B2 (en) 2021-10-27

Family

ID=63716481

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017052627A Active JP6953754B2 (en) 2017-03-17 2017-03-17 Laser scanning device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6953754B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109343291A (en) * 2018-12-17 2019-02-15 电子科技大学 A liquid crystal laser steering device
CN110658529B (en) * 2019-09-27 2025-04-29 深圳奥锐达科技有限公司 Integrated beam splitting scanning unit and manufacturing method thereof
KR102778266B1 (en) * 2019-10-18 2025-03-11 현대자동차주식회사 Liquid crystal based optical deflector and optical scanner using the same
CN110764332B (en) * 2019-10-23 2023-11-28 南方科技大学 Laser scanning control method based on waveguide type liquid crystal
CN114063362B (en) * 2021-11-16 2023-04-07 电子科技大学 Two-dimensional liquid crystal laser deflector

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5126869A (en) * 1990-12-03 1992-06-30 Raytheon Company Two-dimensional, phased-array optical beam steerer
JP4084203B2 (en) * 2002-01-31 2008-04-30 シチズンホールディングス株式会社 Optical deflection device
WO2004083953A1 (en) * 2003-03-19 2004-09-30 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Optical switch, optical modulator and variable wavelength filter
US7057787B2 (en) * 2004-10-29 2006-06-06 Northrop Grumman Corporation Architecture for large-FOR EO-crystal-based agile beam steering
JP2009192559A (en) * 2008-02-12 2009-08-27 Brother Ind Ltd Image display device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018155917A (en) 2018-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6953754B2 (en) Laser scanning device
JP6988225B2 (en) Laser scanning device
JP2018156051A (en) Laser scanning device
JP6741933B2 (en) Optical scanning module, optical scanning control device
JP6822466B2 (en) Laser scanning device and its driving method
CN102955253A (en) Head-up display apparatus
CN104166268A (en) Mirror surface display device
JP2018045187A (en) Light flux division element and microscope device
US9581842B2 (en) Liquid crystal modulator for detecting a defective substrate and inspection apparatus having the same
KR20150090680A (en) Camera apparatus
JP6855698B2 (en) Light source device and display device equipped with it
US20200233262A1 (en) Phase modulation device
CN110187562B (en) Liquid crystal display device and display device
WO2022224613A1 (en) Reflection-type aerial image formation device and reflection-type aerial image formation method
JP7024212B2 (en) Distance measuring device
JP7031160B2 (en) Distance measuring device
JP2010096795A (en) Method of manufacturing electrooptical device, and device of manufacturing electrooptical device
JP2018066674A (en) Light emitting / receiving system
JP7176331B2 (en) optical scanner
JP6933025B2 (en) Distance measuring device
CN102354065A (en) 2D/3D (two-dimensional/three-dimensional) switching stereo display device, driving control device and driving method thereof
US11054715B2 (en) Optical deflection apparatus
JP2009198830A (en) Display
CN210491002U (en) an imaging device
US20140184791A1 (en) Optical image capturing module, alignment method, and observation method

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20190425

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200221

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210205

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210216

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210416

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210831

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210913

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6953754

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250