JP7051742B2 - 光学偏向素子、光学偏向装置及び移動体 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、光学偏向素子、光学偏向装置及び移動体に関する。

光の伝搬する方向を変化させる、すなわち光を偏向させる装置として、例えば、ガルバノミラーなどの機械的な装置がある。しかし、ガルバノミラーなどの機械的な装置には、機械的な振動に弱いという問題がある。また、使用用途によっては偏向に関する速度が十分でないという問題もある。

米国特許出願公開第２０１７／０３５６７９６号明細書

Poulton, C. V. et. al., Coherent solid-state LIDAR with silicon photonic optical phased arrays, Optics Letters, Vol. 42, No. 20, pp. 4091-4094 (2017).

本発明が解決しようとする課題は、機械的な振動の影響が低減された光学偏向素子、光学偏向装置及び移動体を提供することである。

実施形態の光学偏向素子は、基板と、少なくとも３つの電極とを備える。前記基板は、レーザー光が入射する入射面と、前記入射面から入射して内部を透過したレーザー光が射出される射出面とを有し、レーザー光に対して透明である。前記少なくとも３つの電極は、前記基板の面上に第１の方向に第１の間隔で配置される。前記少なくとも３つの電極は、電圧印加されることにより第１の波長を有する表面弾性波を前記基板に生成可能である。前記少なくとも３つの電極は、少なくとも２つの電極間隔で選択的に電圧印加できるように配線されている。前記少なくとも３つの電極は、前記第１の間隔とは異なる電極間隔で選択的に電圧印加されることにより前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する表面弾性波を前記基板に生成可能である。

図１は、実施形態に係る光学測定システムの構成の一例を示すブロック図である。 図２は、図１の光偏向器の構成の一例を示すブロック図である。 図３は、図２の光学偏向素子の構成の一例を示す斜視図である。 図４は、図１の光学測定システムを用いて実施される光学測定の流れを示すフローチャートである。 図５は、図３の光学偏向素子による光の偏向について説明するための図である。 図６は、第２の実施形態に係る光学偏向素子の構成の一例を示す斜視図である。 図７は、第３の実施形態に係る光学系の構成の一例を示す斜視図である。 図８は、図７の光学系のＹ－Ｚ断面を示す側面図である。 図９は、図７及び図８の光学系を備える光偏向器を用いて実施される偏向角の変更の流れを示すフローチャートである。 図１０は、第４の実施形態に係る光偏向器の構成の一例を示すブロック図である。 図１１は、各実施形態に係る光学測定装置がボディに取り付けられた移動体の一例として、自動車を示す模式図である。 図１２は、各実施形態に係る光学測定装置がボディに取り付けられた移動体の一例として、船舶を示す模式図である。 図１３は、各実施形態に係る光学測定装置がボディに取り付けられた移動体の一例として、航空機を示す模式図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

各実施の形態の説明における光との記載は、可視光に限らない。光は、マクスウェル方程式で記述できる電磁波であればよい。つまり、光は、マクスウェル方程式で記述でき、電磁波の一種であると考える。ただし、以下の説明における光との記載は、一例として、可視領域又は近赤外領域から遠赤外領域の波長を有する光であるとする。具体的には、以下の各実施形態に係る光の波長は、例えば１μｍである。

まず、本実施形態に係る光学測定システム１の構成の一例について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、実施形態に係る光学測定システム１の構成の一例を示すブロック図である。

図１に示すように、光学測定システム１は、光学測定装置２及びディスプレイ９を備える。光学測定装置２は、光偏向器４、レーザー光源５、受光センサ６、メモリ７及び処理回路８を備える。図１に示すように、レーザー光源５、受光センサ６、メモリ７、処理回路８及びディスプレイ９は、バスやネットワーク等を介して互いに通信可能に接続されている。

以下、本実施形態では、Light Detection and Ranging（ＬｉＤＡＲ）として構成された光学測定装置２を例として説明する。ここで、ＬｉＤＡＲは、レーザー光をパルス状に測定対象に照射し、測定対象からの反射光を受光することにより、測定対象を標定する装置である。つまり、本実施形態に係る光学測定装置２は、測定対象に係る情報として、例えば、測定対象の方位や測定対象までの距離、測定対象の密度などを取得可能である。

光偏向器４は、レーザー光源５からレーザー光が入射するように構成及び／又は配置される。光偏向器４は、入射されたレーザー光を所定の角度に偏向するように構成されている。光偏向器４で偏向されたレーザー光は、測定対象に照射される。光偏向器４の詳細については、後述する。

レーザー光源５は、所定の波長を有するパルス状のレーザー光を発生する。レーザー光源５は、約１μｍ（例えば、９５０ｎｍや１０６４ｎｍ、１５５０ｎｍ）の波長を有するレーザー光（赤外線のレーザー光）を発生する。レーザー光源５は、発生されたレーザー光が光偏向器４へ入射するように構成及び／又は配置される。レーザー光源５としては、例えば半導体レーザーや固体レーザーが用いられるが、液体レーザーや気体レーザー等の他のレーザーが用いられてもよい。

受光センサ６は、光偏向器４を介してレーザー光源５から測定対象に照射されたレーザー光のうち、測定対象で反射されたレーザー光を受光（検出）する。受光センサ６は、受光したレーザー光の強度の時間変化を受光信号として出力する。出力された受光信号は、処理回路８に供給される。受光センサ６としては、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、ＰＩＮ－ＰＤ、Multi-Pixel Photon Counter（ＭＰＰＣ）、Silicon Photomultiplier（ＳｉＰＭ）等の受光素子がレーザー光源５に応じて適宜選択される。

メモリ７は、受光センサ６及び処理回路８の出力を記憶する。メモリ７には、レーザー光源５の発生するレーザー光の有する波長や、処理回路８で実行される各種のプログラム等が予め記憶されているとする。また、メモリ７は、各種の処理中のデータを一時的に記憶する。メモリ７は、例えばフラッシュメモリのような不揮発性メモリであるが、Hard Disk Drive（ＨＤＤ）やSolid State Drive（ＳＳＤ）、集積回路記憶装置等の記憶装置であってもよいし、揮発性メモリをさらに有していてもよい。

処理回路８は、例えば、Central Processing Unit（ＣＰＵ）、Application Specific Integrated Circuit（ＡＳＩＣ）等の集積回路である。処理回路８として、汎用のコンピュータが用いられてもよい。処理回路８は、メモリに展開された各種のプログラムにより各種の機能を実現する場合に限らず、専用回路として設けられていてもよい。プログラムは、集積回路内の記憶領域に記憶されていてもよい。処理回路８は、測定機能８ａを実行する。

測定機能８ａにおいて処理回路８は、レーザー光源５の動作を制御して、レーザー光を発生させる。処理回路８は、受光センサ６からの受光信号に基づいて、測定対象にレーザー光を照射してから、測定対象からの反射光を受光するまでの経過時間を計測する。処理回路８は、計測した経過時間に基づいて、測定対象までの距離（測定対象に関する情報）を算出する。処理回路８は、例えば、光偏向器４の設定に関する情報と、受光センサ６からの受光信号とに基づいて、測定対象の方位（測定対象に関する情報）を算出する。光偏向器４の設定に関する情報は、メモリ７等に予め記憶されていてもよいし、光学測定装置２がキーボードやマウス等の入力装置を備えてユーザにより入力されてもよいし、光偏向器４から通信により取得されてもよい。また、処理回路８は、算出された測定対象に関する情報を表示するための表示用の画像データを生成する。測定機能８ａを実現する処理回路８は、請求項に係る測定制御部の一例である。

なお、処理回路８は、光学測定装置２の外部にあってもよい。この場合、受光センサ６の出力は、光学測定装置２の外部へ出力されたり、メモリ７へ記録されたりすればよい。つまり、測定対象に関する情報の算出は、光学測定装置２の内部で行われてもよいし、外部で行われてもよい。

ディスプレイ９は、処理回路８で生成された表示用の画像データに基づく画像や操作用画面のための画像を表示する。ディスプレイ９は、例えば液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイである。

なお、ディスプレイ９は設けられていなくてもよい。この場合、処理回路８の出力は、メモリ７に記憶されたり、光学測定システム１の外部に設けられたディスプレイに表示されたり、光学測定システム１の外部に設けられたメモリに記録されたりすればよい。

ここで、図面を参照して、本実施形態に係る光偏向器４について、より詳細に説明する。図２は、図１の光偏向器４の構成の一例を示すブロック図である。図３は、図２の光学偏向素子１１の構成の一例を示す斜視図である。

図２に示すように、光偏向器４は、光学系１０及び電源装置１２を備える。光学系１０は、光学偏向素子１１を備える。

なお、説明の簡単のために、本実施形態に係る光学偏向素子１１の基板１３は平板状であり、その各辺はＸ、Ｙ又はＺ軸に平行であるとする。また、基板１３のＸ－Ｙ平面に平行な面のうち、＋Ｚ側の面及び－Ｚ側の面を、それぞれ、表面及び裏面と記載する。また、レーザー光は、基板１３の表面の法線方向（Ｚ方向）で基板１３の表面に入射するとする。

光学偏向素子１１の基板１３は、レーザー光に関して透明である。基板１３としては、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）基板が用いられる。基板１３の厚さは、例えば、後述する表面弾性波（Surface Acoustic Wave：ＳＡＷ）の波長と同程度であるが、それ以上であってもそれ以下であってもよい。

なお、基板１３として、例えば光学ガラス基板など、ＬｉＮｂＯ_３基板の他のレーザー光に関して透明な基板が用いられてもよい。

図３に示すように、基板１３の表面及び裏面には、それぞれ、入射面Ｆ_ｉｎ及び射出面Ｆ_ｅｍが設けられている。入射面Ｆ_ｉｎは、例えば、基板１３の表面の中心及びその近傍の領域である。射出面Ｆ_ｅｍは、入射面Ｆ_ｉｎが設けられた面とは反対側の面（裏面）の一部又は全部の領域である。

図３に示すように、基板１３の表面には、複数の電極１５が配置される。複数の電極１５は、線状の電極（Electrode）である。図３に示す例では、複数の電極１５として、第１の電極１５１、第２の電極１５２、第３の電極１５３及び第４の電極１５４が示されているが、複数の電極１５の配列数は、２、３又は５以上の複数であってもよい。

図３に示すように、複数の電極１５は、入射面Ｆ_ｉｎを回り込むようにしてＹ方向に配置される。換言すれば、入射面Ｆ_ｉｎは、光学偏向素子１１の表面のうち、複数の電極１５の内側の領域である。具体的には、複数の電極１５は、Ｙ方向（第１の方向）に第１の間隔Ｌ_１を隔てて等間隔で配置される。また、第１の方向に配列された複数の電極１５は、それぞれＬ字型に折れ曲がり、Ｘ方向（第２の方向）に第２の間隔Ｌ_２を隔てて配置される。第１の方向と第２の方向とは直交する。また、第２の方向に配列された複数の電極１５は、それぞれＬ字型にさらに折れ曲がり、再び第１の方向に第１の間隔Ｌ_１を隔てて等間隔で配置される。つまり、第１の方向に配列された複数の電極１５は、光学偏向素子１１の表面において、入射面Ｆ_ｉｎを挟んで対称に配置される。ここで、各電極１５１～１５４間の第１の間隔Ｌ_１は、第１の方向に関して一定である。一方で、各電極１５１～１５４間の第２の間隔Ｌ_２は、第２の方向に関して、隣り合う第２の間隔Ｌ_２とは互いに異なる。

図２に示すように、光学偏向素子１１は、電源装置１２に接続される。具体的には、複数の電極１５の端部は、電源装置１２に接続される。複数の電極１５の端部と電源装置１２との間の配線は、複数の電極１５に、それぞれ独立に電圧を印加できるように施されている。また、複数の電極１５は、少なくとも２つの電極間隔Λで選択的に電圧印加できるように配線される。

なお、第２の間隔Ｌ_２のうちのいずれかの間隔が第１の間隔Ｌ_１に等しい間隔であってもよい。

なお、例えば印加電圧を付与するタイミングや印加電圧の大きさなどを制御することにより、第１の方向に配置される複数の電極１５からのＳＡＷに関して、振幅又は強度、位相及び周期を上述の構成と同等とすることができる場合には、各電極１５１～１５４間において独立した電源系統が用いられてもよい。

なお、第１の方向に配置される複数の電極１５と、第２の方向に配置される複数の電極１５とは、互いに独立した電源系統であってもよいし、互いに異なる本数であってもよい。

なお、第２の方向に配列された複数の電極１５は、設けられていなくてもよいし、光学偏向素子１１の表面において、入射面Ｆ_ｉｎを挟んで対称に配置されていてもよい。

なお、第１の方向に配列された複数の電極１５は、光学偏向素子１１の表面において、入射面Ｆ_ｉｎのいずれか一方に配置されていてもよい。この場合、ダミーパターン１６は、複数の電極１５と入射面Ｆ_ｉｎとの間に設けられていればよい。

図３に示すように、基板１３の表面には、ダミーパターン１６が配置される。ダミーパターン１６は、入射面Ｆ_ｉｎの内部及び／又は近傍に配置される。ダミーパターン１６は、第１の方向に配置される。ダミーパターン１６は、複数の線状に配置される。複数の線状に配置されたダミーパターン１６の各々の間隔は、例えば第１の間隔Ｌ_１に等しい。ダミーパターン１６としては、例えば、複数の電極１５と同様の線状の部材が用いられる。ただし、複数の電極１５とは異なり、ダミーパターン１６には、電圧を印加する配線は施されていない。

なお、複数の線状に配置されたダミーパターン１６の各々の間隔は、第１の方向に配列された複数の電極１５と平行であれば、第１の間隔Ｌ_１より大きくてもよいし、小さくてもよい。

なお、ダミーパターン１６としては、例えば、基板１３の表面に設けられた溝が用いられてもよいし、複数の電極１５の一部が用いられてもよい。ただし、ダミーパターン１６として用いられる複数の電極１５には、電圧が印加されないものとする。このため、ダミーパターン１６として用いられる複数の電極１５には、電圧印加のための配線は施されていなくてもよい。また、当該配線が施されている場合には、当該電極は、印加電極として選択されない。

なお、ダミーパターン１６は、第１の方向に線状に配置されていればよく、例えば、破線状であってもよいし、列ごとにパターンが異なっていてもよい。

電源装置１２は、光学偏向素子１１の複数の電極１５に接続される。電源装置１２は、複数の電極１５のうち、任意の電極に所定の電圧を印加できるように構成されている。所定の電圧は、基板１３の表面において、電圧が印加される電極（以下、印加電極と呼ぶ）からＳＡＷを発生させることができる大きさの電圧（以下、印加電圧と呼ぶ）である。所定の電圧は、例えば、印加電極間の間隔Λに応じて設定される。印加電極は、光学偏向素子１１に入射するレーザー光の波長λと、光学偏向素子１１における所望のレーザー光が偏向する角度（以下、偏向角θと呼ぶ）とに応じて設定される。

なお、光学系１０には、光偏向器４に入射したレーザー光を光学偏向素子１１へ入射させるための入射側の光学素子や、光学偏向素子１１から射出（透過）されたレーザー光を光偏向器４の外部へ射出する射出側の光学素子などが含まれていてもよい。これらの光学素子としては、例えば、レンズ、光ファイバー、レーザー導波路等が用いられる。

ここで、本実施形態に係る光偏向器４の作用の一例について、図面を参照してより詳細に説明する。図４は、図１の光学測定システム１を用いて実施される光学測定の流れを示すフローチャートである。

ここで、光学測定の流れは、ユーザにより電源装置１２が操作されて実施される偏向角の変更の流れ（ステップＳ１１乃至ステップＳ１３、ステップＳ１８）と、処理回路８により実行される測定処理の流れ（ステップＳ１４乃至ステップＳ１７）とを含む。

ステップＳ１１において、ユーザは、測定対象の方向や、測定対象の範囲に応じて偏向角θを設定する。

ステップＳ１２において、ユーザは、レーザー光源５の発生するレーザー光Ｂ_ｉｎの有する波長λと、ステップＳ１１で設定した偏向角θとに基づいて、印加電極を選択する。ここで、印加電極の選択について、図面を参照して詳細に説明する。図５は、図３の光学偏向素子１１による光の偏向について説明するための図である。

例えば、第１の方向に配列された複数の電極１５のうち、隣り合う２つの電極の間隔が間隔Λとなるように、印加電極が選択されているとする。ここで、印加電極の数は問わない。また、選択された印加電極に所定の印加電圧が付与されるとする。このとき、図５に示すように、波長Λを有するＳＡＷが基板１３に生じる。基板１３に生じたＳＡＷは、隣り合う２つの印加電極の一方から他方へ向かって伝搬する。このとき、図５に示すように、基板１３には、波長Λの一定間隔で周期的な屈折率分布が生じる。

ここで、ＳＡＷの速度は、光の速度に比べて十分に遅い。このため、光が光学偏向素子１１に入射してから射出されるまでの間、ＳＡＷは、止まっているとみなすことができる。換言すれば、ＳＡＷにより基板１３に生じた屈折率分布は、光が基板１３を透過する間に変化しないとみなすことができる。

したがって、ＳＡＷが生じた基板１３は、レーザー光に対して回折格子として作用すると言える。つまり、図５に示すように、光学偏向素子１１の入射面Ｆ_ｉｎに入射したレーザー光Ｂ_ｉｎは回折され、その結果として、光偏向器４によりレーザー光Ｂ_ｉｎは偏向される。偏向されたレーザー光Ｂ_ｄｅｆは、射出面Ｆ_ｅｍから透過（射出）される。図５に示す例では、回折光Ｂ_ｄｅｆとして、０次の回折光Ｂ_ｄｅｆ０、＋１次の回折光Ｂ_{ｄｅｆ＋１}、－１次の回折光Ｂ_{ｄｅｆ－１}、＋２次の回折光Ｂ_{ｄｅｆ＋２}が示されている。ここで、±１次の回折光（回折光Ｂ_{ｄｅｆ＋１}、回折光Ｂ_{ｄｅｆ－１}）は、偏向角θ_１だけ偏向されたレーザー光であり、＋２次の回折光Ｂ_{ｄｅｆ＋２}は、偏向角θ_２だけ偏向されたレーザー光である。

これらのことから、光学偏向素子１１によるレーザー光の偏向角θは次のような式で表すことができる。ここで、光学偏向素子１１に入射するレーザー光の波長をλとし、レーザー光は入射面Ｆ_ｉｎに垂直に入射するとした。

式（１）において、ｍは、回折次数であり、整数である。偏向角θは、ｍ＝０のとき、０次の回折光Ｂ_ｄｅｆ０の偏向角θ_０を表す。式（１）によれば、ｍ＝０のときθ＝０であるから、０次の回折光Ｂ_ｄｅｆ０は、偏向されずに透過される光である。また、式（１）は、ｍ＝±１のとき、±１次の回折光（回折光Ｂ_{ｄｅｆ＋１}、回折光Ｂ_{ｄｅｆ－１}）の偏向角θ_１を表す。つまり、±１次の回折光の偏向角θ_１は、式（１）を用いて次式のように表すことができる。

ここで、第１の方向に配置された隣り合う２つの印加電極の間において、間隔Λが波長λよりも大きいとき、偏向角θ_１は実数値を持ち、次式のように表すことができる。

つまり、Λ≧λのとき、±１次の回折光の偏向角θ_１は、式（３）により表すことができる。一方で、第１の方向に配置された隣り合う２つの印加電極の間において、間隔Λが波長λに満たないとき、±１次の回折光の偏向角θ_１は実数値を持たない。つまり、Λ＜λのとき、レーザー光は偏向されず、±１次の回折光は生じないことになる。換言すれば、光偏向器４による偏向角θの範囲は、偏向角θが実数値を有する範囲であり、レーザー光の波長λと、複数の電極１５により実現できる印加電極の間隔Λの範囲とにより規定される。

このように、波長λのレーザー光に関して偏向角θだけ偏向させたいときには、式（３）を満たす間隔Λが設定されればよい。つまり、ユーザは、複数の電極１５から間隔Λで等間隔に少なくとも２つの印加電極を選択すればよい。換言すれば、印加電極としては、複数の電極１５から間隔Λで等間隔になるように、偏向角θに応じて、少なくとも２つの電極が選択されればよい。このため、例えば基板１３上に設けられた複数の電極１５が第１の方向に不等間隔で配列された場合あっても、複数の電極１５のうちの少なくとも２つの電極が、偏向角θごとに間隔Λで等間隔になるように、印加電極として選択されればよい。

なお、間隔Λが設定されるとき、入射面Ｆ_ｉｎ又は射出面Ｆ_ｅｍにおけるレーザー光の屈折がさらに考慮されてもよい。

ステップＳ１３において、ユーザは、電源装置１２を用いて、選択された印加電極に印加電圧を付与する。このとき、図５を参照して上述したように一定間隔で周期的な屈折率分布が基板１３に生じるため、基板１３は、レーザー光に対して回折格子として作用する。

ステップＳ１４において、測定機能８ａを実現する処理回路８は、例えばユーザ操作に応じて、測定対象へのレーザー光の照射を開始する。また、処理回路８は、レーザー光の発生とともに、時間計測を開始する。

ステップＳ１５において、受光センサ６は、測定対象からの反射光を受光する。このとき、受光センサ６から処理回路８へ出力される受光信号の強度が変化する。測定機能８ａを実現する処理回路８は、受光信号の時系列変化に応じて、時間計測を終了する。

ステップＳ１６において、測定機能８ａを実現する処理回路８は、時間計測により得られた経過時間及び光速に基づいて、測定対象までの距離（測定対象に関する情報）を算出する。処理回路８は、受光信号の強度に応じて、測定対象の密度など（測定対象に関する情報）を算出してもよい。

ステップＳ１７において、測定機能８ａを実現する処理回路８は、算出された測定対象に関する情報を表示するための表示用の画像データを生成する。生成された表示用の画像データは、メモリ７やディスプレイ９等に出力される。

ステップＳ１８において、ユーザは、偏向角θを変更するか否かを判断する。例えば、ユーザは、異なる偏向角θに関して光学測定をさらに実施するとき、偏向角θを変更すると判断する。偏向角θを変更すると判断されたとき、ステップＳ１１へ戻り、ステップＳ１１乃至ステップＳ１８の流れを繰り返す。一方で、偏向角θを変更すると判断されなかったとき、光学測定は終了する。

このように、本実施形態に係る光偏向器４によれば、以下のことが言える。

本実施形態に係る光偏向器４において、複数の電極１５は、基板１３の面上に第１の方向に第１の間隔Ｌ_１で配列された少なくとも３つの電極である。第１の間隔Ｌ_１は、一定（等間隔）である。複数の電極１５は、電圧印加されることにより、第１の波長を有するＳＡＷ（表面弾性波）を基板１３に生成可能である。このとき、印加電極の間隔Λは、第１の間隔である。第１の波長は、第１の間隔Ｌ_１である。

また、本実施形態に係る光偏向器４において、複数の電極１５は、少なくとも２つの電極間隔Λで選択的に電圧印加できるように配線されている。複数の電極１５は、第１の間隔Ｌ_１とは異なる電極間隔で選択的に電圧印加されることにより、第１の波長とは異なる第２の波長を有するＳＡＷを基板１３に生成可能である。このとき、第２の波長は、第１の間隔Ｌ_１とは異なる電極間隔Λである。

なお、複数の電極１５から間隔Λで等間隔になるように少なくとも２つの電極が印加電極として選択されればよいため、例えば基板１３上に設けられた複数の電極１５は、上述のように、第１の方向に等間隔で配列されていてもよいし、第１の方向に不等間隔で配列されていても構わない。つまり、印加電極としては、第１の方向に第１の間隔Ｌ_１で配置された少なくとも２つの電極が選択されたり、第１の方向に第１の間隔Ｌ_１とは異なる間隔で配置された少なくとも２つの電極とが選択されたりすればよいとも表現できる。ここで、第１の方向に第１の間隔Ｌ_１で配置された少なくとも２つの電極と、第１の方向に第１の間隔Ｌ_１とは異なる間隔で配置された少なくとも２つの電極とは、少なくとも１つの電極が共通であるとき、少なくとも３つの電極により実現される。

したがって、本実施形態に係る技術によれば、基板１３を間隔Λの回折格子として作用させることができるため、入射したレーザー光を偏向することができる。

本実施形態に係る光偏向器４において、第１の方向に配列された複数の電極１５は、入射面Ｆ_ｉｎを挟んで対称に配置されている。換言すれば、複数の電極１５は、各々の電極が基板１３の同一面（表面）上の互いに異なる２つの位置において第１の方向となるように、対称線に関して鏡面対称に配置される。上述したように、本実施形態に係る技術によれば、ＳＡＷの波長は、複数の電極１５のピッチに依存する。このため、対称に配置された複数の電極１５によれば、２つのＳＡＷに関して同期させることができる。つまり、入射面Ｆ_ｉｎの両端で発生する２つのＳＡＷは、入射面Ｆ_ｉｎへと進行したとき、互いに重なり合い、定在波になる。定在波は、入射面Ｆ_ｉｎの両端で発生する２つのＳＡＷの各々の２倍の強度を有する。換言すれば、定在波により基板１３に生じる屈折率変化は、２つのＳＡＷの各々により基板１３に生じる屈折率変化の２倍になる。つまり、本実施形態に係る技術によれば、回折効率を高め、より多くの光が偏向されるという効果がある。

本実施形態に係る光偏向器４において、偏向角θは、式（３）を用いて説明したように、レーザー光の波長λと、隣り合う２つの印加電極の間隔Λによって決定される。したがって、印加する電極を選択して間隔Λを変化させることにより、所定の範囲内で偏向角θを変化させることができる。つまり、本実施形態に係る技術によれば、所望の偏向角θを有するレーザー光を射出することができるという効果がある。また、本実施形態に係る技術によれば、機械的ではなく、電気的にレーザー光を偏向できるため、振動に強いという効果がある。

本実施形態に係る光偏向器４において、ダミーパターン１６は、第１の方向（Ｙ方向）に配置される。ダミーパターン１６の各列の間は、例えば第１の間隔Ｌ_１と同様である。この構成によれば、基板１３の表面を進行するＳＡＷにとって、複数の電極１５が配置されている領域と同様の表面状態を実現できる。つまり、本実施形態に係る技術によれば、第１の方向に配列された複数の電極１５の領域から入射面Ｆ_ｉｎへＳＡＷが伝搬するとき、電極の有無によるＳＡＷの変化（乱れ）を低減することができるという効果がある。

本実施形態に係る光偏向器４において、第２の方向（Ｘ方向）では、第１の方向とは異なり、連続する第２の間隔Ｌ_２が互いに異なる。ここで、等間隔に電極が印加された場合には、ＳＡＷが発生する。一方で、不等間隔で電極が印加された場合には、ＳＡＷが発生しない。このことから、本実施形態に係る技術によれば、Ｙ方向（第１の方向）に伝搬するＳＡＷを発生させるために、選択された印加電極に電圧を印加するとき、Ｘ方向（第２の方向）に伝搬するＳＡＷの発生を抑制できる。Ｘ方向に伝搬するＳＡＷは、Ｙ方向に伝搬するＳＡＷに干渉し、Ｙ方向に伝搬するＳＡＷを乱す。Ｙ方向に伝搬するＳＡＷが乱れると、Ｙ方向に伝搬するＳＡＷにより形成される周期的な屈折率分布もまた乱れることになる。つまり、本実施形態に係る技術によれば、Ｙ方向に伝搬するＳＡＷが乱されることにより生じる回折効率の低減を抑制できるという効果がある。

なお、本実施形態に係る光偏向器４において、複数の電極１５は、基板１３の入射面Ｆ_ｉｎが設けられた面（表面）に限らず、基板１３の射出面Ｆ_ｅｍが設けられた面（裏面）に設けられていてもよい。この構成であっても、上述と同様の効果が得られる。

なお、本実施形態に係る光偏向器４において、複数の電極１５は、基板１３の入射面Ｆ_ｉｎが設けられた面（表面）に限らず、基板１３の射出面Ｆ_ｅｍが設けられた面（裏面）に、さらに設けられていてもよい。この構成によれば、回折効率をさらに向上させる効果がある。

なお、本実施形態に係る光偏向器４及びレーザー光源５は、単体の光学偏向レーザー装置３として構成することもできる。この構成によれば、レーザー光を任意方向や任意角度範囲の対象に照射できる。本技術は、ＬｉＤＡＲに限らず、照明や映像の投影などに適用可能である。

なお、本実施形態では、基板１３の法線方向からレーザー光を入射させる場合を例として説明したが、これに限らない。レーザー光は、基板１３に対して任意の入射角で基板１３に入射されてもよい。

［第２の実施形態］
以下、本実施形態に係る光偏向器４について、図面を参照して詳細に説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について主に説明し、同一の部分については同一の符号を付してその説明を省略する。

なお、第１の実施形態と同様にして、基板１３のＸ－Ｙ平面に平行な面のうち、＋Ｚ側の面及び－Ｚ側の面を、それぞれ、表面及び裏面と記載する。

図６は、図３の光学偏向素子１１の構成の別の一例を示す斜視図である。図６に示すように、本実施形態に係る光学偏向素子１１において、入射面Ｆ_ｉｎ及び射出面Ｆ_ｅｍは、基板１３のＹ－Ｚ平面に平行な面のうち、それぞれ、－Ｘ側の面（第１の側面）及び＋Ｘ側の面（第２の側面）に設けられている。入射面Ｆ_ｉｎは、例えば、基板１３の－Ｘ側の面の中心及びその近傍の領域である。入射面Ｆ_ｉｎのＹ方向の範囲は、例えば、表面の＋Ｙ側に第１の方向に配列された複数の電極１５と、表面の－Ｙ側に第１の方向に配列された複数の電極１５との間の範囲に等しい。射出面Ｆ_ｅｍは、入射面Ｆ_ｉｎが設けられた面とは反対側の面（＋Ｘ側の面）の一部又は全部の領域である。

本実施形態に係る基板１３の厚さは、例えば、ＳＡＷの波長と同程度であるが、それ以上であってもそれ以下であってもよい。ただし、基板１３の厚さがＳＡＷの波長より大きい場合には、入射面Ｆ_ｉｎ及び射出面Ｆ_ｅｍは、例えば、それぞれ基板１３の－Ｘ側の面及び＋Ｘ側の面のうち、複数の電極１５が設けられた面（表面）からＳＡＷの波長と同程度の範囲である。

図６に示すように、本実施形態に係る複数の電極１５及びダミーパターン１６は、それぞれ、第１の実施形態と同様である。

このように、本実施形態に係る光偏向器４は、基板１３の－Ｘ側の面から入射したレーザー光Ｂ_ｉｎを偏向する。このとき、偏向されたレーザー光Ｂ_ｄｅｆは、基板１３の＋Ｘ側の面から透過（射出）される。なお、レーザー光Ｂ_ｉｎは、光学偏向素子１１の－Ｘ側の面の法線方向に平行であるとする。

この構成によれば、基板１３内を伝搬するレーザー光を偏向することができる。つまり、本実施形態に係る基板１３は、回折格子に加えて、レーザー導波路としてさらに作用する。換言すれば、本実施形態に係る技術によれば、上述した効果に加えて、レーザー導波路と光学偏向素子とを一体化することができるという効果がある。また、偏向されなかった０次の回折光Ｂ_ｄｅｆ０が基板１３内を伝搬するに従って徐々に減衰されるため、本実施形態に係る技術によれば、上述した効果に加えて、射出されるレーザー光のうちの偏向されたレーザー光の割合を増加させることができるという効果がある。

［第３の実施形態］
以下、本実施形態に係る光偏向器４について、図面を参照して詳細に説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について主に説明し、同一の部分については同一の符号を付してその説明を省略する。

図７は、第３の実施形態に係る光学系１０の構成の一例を示す斜視図である。図８は、図７の光学系１０のＹ－Ｚ断面を示す側面図である。図７及び図８に示すように、本実施形態に係る光学系１０は、第１の光学偏向素子１１ａ、第２の光学偏向素子１１ｂ、光ファイバー１７、第１のレンズ１８ａ及び第２のレンズ１８ｂを備える。

第１の光学偏向素子１１ａ及び第２の光学偏向素子１１ｂの各々は、第１の実施形態に係る光学偏向素子１１と同様である。また、第１の光学偏向素子１１ａ及び第２の光学偏向素子１１ｂは、互いにＺ軸回りに回転対称である。

第１の光学偏向素子１１ａの第１の基板１３ａには、複数の第１の電極１５ａが配置される。複数の第１の電極１５ａは、Ｙ方向（第１の方向）に等間隔で配置される。第１の方向に配列された複数の第１の電極１５ａは、第１の光学偏向素子１１ａの表面において、第１の入射面Ｆ_ｉｎ１を挟んで対称に配置される。なお、第１の光学偏向素子１１ａにおいて、複数の第１の電極１５ａは、第２の方向に配列されない。

第２の光学偏向素子１１ｂの第２の基板１３ｂには、複数の第２の電極１５ｂが配置される。複数の第２の電極１５ｂは、Ｘ方向（第２の方向）に等間隔で配置される。第２の方向に配列された複数の第２の電極１５ｂは、第２の光学偏向素子１１ｂの表面において、第２の入射面Ｆ_ｉｎ２を挟んで対称に配置される。なお、第２の光学偏向素子１１ｂにおいて、複数の第２の電極１５ｂは、第１の方向に配列されない。なお、第２の基板１３ｂに複数の第２の電極１５ｂが配列される間隔と、第１の基板１３ａに複数の第１の電極１５ａが配列される間隔とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

光ファイバー１７は、第２の射出面Ｆ_ｅｍ２から射出されるレーザー光のうちの偏向しないレーザー光を再帰的に利用可能とする。光ファイバー１７は、第１のファイバー端Ｆ_ｆ１及び第２のファイバー端Ｆ_ｆ２を有する。光ファイバー１７は、第１のファイバー端Ｆ_ｆ１及び第２のファイバー端Ｆ_ｆ２が対向するように、ループ状に配置される。より具体的には、第１のファイバー端Ｆ_ｆ１は、第１の光学偏向素子１１ａの第１の入射面Ｆ_ｉｎ１に対向するように配置される。第２のファイバー端Ｆ_ｆ２は、第２の光学偏向素子１１ｂの第２の射出面Ｆ_ｅｍ２に対向するように配置される。

なお、光ファイバー１７に限らず、光学レンズ、ミラー、レーザー導波路等が用いられてもよい。

第１のレンズ１８ａは、第１のファイバー端Ｆ_ｆ１及び第１の入射面Ｆ_ｉｎ１の間に配置される。第１のレンズ１８ａの入射側の面及び射出側の面は、それぞれ、第１のファイバー端Ｆ_ｆ１及び第１の入射面Ｆ_ｉｎ１に対向する。第１のレンズ１８ａは、第１のファイバー端Ｆ_ｆ１から射出された発散光を光学系１０の光軸に平行な平行光に変換するように構成及び／又は配置されている。

第２のレンズ１８ｂは、第２の射出面Ｆ_ｅｍ２及び第２のファイバー端Ｆ_ｆ２の間に配置される。第２のレンズ１８ｂの入射側の面及び射出側の面は、それぞれ、第２の射出面Ｆ_ｅｍ２及び第２のファイバー端Ｆ_ｆ２に対向する。第２のレンズ１８ｂは、第２の射出面Ｆ_ｅｍ２から第２のレンズ１８ｂの入射側の面に射出（透過）されたレーザー光Ｂ_ｄｅｆを第２のファイバー端Ｆ_ｆ２に集光するように構成及び／又は配置されている。第２のレンズ１８ｂは、例えば、シリンドリカルレンズである。

なお、第１のレンズ１８ａ及び第２のレンズ１８ｂは、それぞれ、１つのレンズ（単レンズ）であってもよいし、２つ以上の複数の単レンズを組み合わせたレンズ（複合レンズ）であってもよい。また、複合レンズは、貼り合わせ式であってもよいし、分離式であってもよい。

なお、光ファイバー１７、第１のレンズ１８ａ及び第２のレンズ１８ｂは、例えば光学ガラスで形成されるが、これに限らない。光ファイバー１７、第１のレンズ１８ａ及び第２のレンズ１８ｂは、例えば、アクリル樹脂（Polymethyl methacrylate：ＰＭＭＡ）、ポリカーボネイト（Polycarbonate：ＰＣ）等の光学プラスチックで形成されていてもよい。

なお、第１の光学偏向素子１１ａの第１の入射面Ｆ_ｉｎ１と、第２の光学偏向素子１１ｂの第２の入射面Ｆ_ｉｎ２と、光ファイバー１７の両端（第１のファイバー端Ｆ_ｆ１及び第２のファイバー端Ｆ_ｆ２）と、第１のレンズ１８ａ及び第２のレンズ１８ｂの中心とは、それぞれ、光学系１０の光軸（Ｚ軸）上にあるとする。

ここで、本実施形態に係る光偏向器４の作用の一例について、図面を参照してより詳細に説明する。図９は、図７及び図８の光学系１０を備える光偏向器４を用いて実施される偏向角の変更の流れを示すフローチャートである。

ここで、偏向角の変更の流れは、図４を参照して説明した第１の実施形態に係る光学測定の流れのステップＳ１１乃至ステップＳ１３に対応する。

ステップＳ２１において、ユーザは、測定対象の方向や角度範囲に応じて偏向角を設定する。ステップＳ２２において、ユーザは、設定された偏向角を、Ｙ方向（第１の方向）とＸ方向（第２の方向）とに分解することにより、第１の偏向角（Ｙ方向）及び第２の偏向角（Ｘ方向）を設定する。ここで、第１の偏向角及び第２の偏向角は、それぞれ、第１の基板１３ａ及び第２の基板１３ｂに要求する偏向角である。なお、ステップＳ２１及びステップＳ２２の流れは、図４のステップＳ１１に対応する。

ステップＳ２３において、ユーザは、設定された第１の偏向角及び第２の偏向角に応じて、それぞれ、第１の印加電極及び第２の印加電極を選択する。例えば、ユーザは、図４のステップＳ１２と同様にして、波長λと、設定された各偏向角とに基づいて、式（３）から決定される間隔Λを有する少なくとも２つの各印加電極を選択すればよい。

ステップＳ２４において、ユーザは、図４のステップＳ１３と同様にして、設定された第１の印加電極及び第２の印加電極にそれぞれ印加電圧を付与する。このとき、図５を参照して上述したように、一定間隔で周期的な屈折率分布が各第１の基板１３ａ及び第２の基板１３ｂにそれぞれ生じるため、各基板１３は、レーザー光に対して回折格子として作用する。

ステップＳ２５において、ユーザは、図４のステップＳ１８と同様にして、偏向角を変更するか否かを判断する。偏向角を変更すると判断されたとき、ステップＳ２１へ戻り、ステップＳ２１乃至ステップＳ２５の流れを繰り返す。一方で、偏向角を変更すると判断されなかったとき、偏向角の変更は終了する。

なお、本実施形態に係る光学測定では、例えば図９の偏向角の変更の流れのステップＳ２４とステップＳ２５との間において、以下のようにして、測定対象に関する情報が取得されることになる。

レーザー光源５から射出された光を、ファイバーカップラー（fiber coupler、図示しない）によりループ状の光ファイバー１７に入射させる。光ファイバー１７に入射したレーザー光は、第１のファイバー端Ｆ_ｆ１から射出され、発散光となり、第１のレンズ１８ａに入射する。第１のレンズ１８ａは、第１のファイバー端Ｆ_ｆ１からの発散光を平行光に変換する。

平行光に変換された光Ｂ_ｉｎは、第１の基板１３ａの第１の入射面Ｆ_ｉｎ１に入射する。第１の基板１３ａは、第１の基板１３ａ内に生じたＳＡＷにより回折格子として作用し、入射した光Ｂ_ｉｎの一部をＹ方向に偏向する。偏向された光Ｂ_ｄｅｆ１は、第１の基板１３ａの第１の射出面Ｆ_ｅｍ１から射出（透過）される。偏向されなかった他の光Ｂ_ｉｎは、直進する。

第１の基板１３ａによって偏向された光Ｂ_ｄｅｆ１は、さらに第２の基板１３ｂの第２の入射面Ｆ_ｉｎ２に入射する。第２の基板１３ｂは、第２の基板１３ｂ内に生じたＳＡＷにより回折格子として作用し、入射した光Ｂ_ｄｅｆ１の一部をＸ方向に偏向する。偏向された光Ｂ_ｄｅｆ２は、第２の基板１３ｂの第２の射出面Ｆ_ｅｍ２から射出（透過）される。偏向されなかった他の光Ｂ_ｄｅｆ１は、直進する。

一方で、第１の基板１３ａ及び第２の基板１３ｂのうちいずれの基板によっても偏向されずに直進するレーザー光成分（例えば、光Ｂ_ｄｅｆ０）も存在する。あるいは、第１の基板１３ａ及び第２の基板１３ｂにＳＡＷが生成されなかった場合、つまり、両基板に設けられた複数の第１の電極１５ａ及び複数の第２の電極１５ｂに電流を流されなかった（印加電圧が付与されなかった）場合も、レーザー光は直進する。

第１の光学偏向素子１１ａ及び第２の光学偏向素子１１ｂを直進した光Ｂ_ｄｅｆ０等のレーザー光は、第２のレンズ１８ｂに入射する。第２のレンズ１８ｂにより集光されたレーザー光は、光ファイバー１７の第２のファイバー端Ｆ_ｆ２に入射する。第２のファイバー端Ｆ_ｆ２に入射したレーザー光は、ループ状の光ファイバー１７の内部を伝搬し、再び第１のファイバー端Ｆ_ｆ１より射出される。

このように、本実施形態に係る光偏向器４によれば、以下のことが言える。

本実施形態に係る光偏向器４において、第１の光学偏向素子１１ａに配置された複数の第１の電極１５ａは、第１の方向に等間隔で配列された少なくとも３つの電極である。また、第２の光学偏向素子１１ｂに配置された複数の第２の電極１５ｂは、第１の方向に直交する第２の方向に等間隔で配列された少なくとも３つの電極である。このため、本実施形態に係る光偏向器４では、第１の光学偏向素子１１ａ及び第２の光学偏向素子１１ｂに入射した光Ｂ_ｉｎの一部は、２つの互いに直交する方向（Ｘ方向及びＹ方向）に偏向される。したがって、本実施形態に係る技術によれば、上述した効果に加えて、全方位方向にレーザー光を偏向できるという効果がある。

なお、本実施形態に係る光偏向器４において、ループ状の光ファイバー１７は設けられていなくてもよい。さらに、本実施形態に係る光偏向器４において、第１のレンズ１８ａ及び第２のレンズ１８ｂが設けられていなくてもよい。これらの構成であっても、上述と同様の効果が得られる。また、構成を簡易化したり、光偏向器４を小型化したりできるという効果がある。

本実施形態に係る光偏向器４では、第１の光学偏向素子１１ａ及び第２の光学偏向素子１１ｂを直進したレーザー光は、光ファイバー１７により回収され、再び第１の光学偏向素子１１ａ及び第２の光学偏向素子１１ｂへ入射する。したがって、本実施形態に係る技術によれば、上述した効果に加えて、偏向されなかった光を再帰的に利用することができるという効果がある。

なお、光ファイバー１７により再帰的に利用されるレーザー光は、第１の光学偏向素子１１ａ及び第２の光学偏向素子１１ｂを直進したレーザー光に限らない。本実施形態に係る光偏向器４では、第２のレンズ１８ｂにより集光できるレーザー光であれば、第１の基板１３ａ及び／又は第２の基板１３ｂにより偏向されていても、再帰的に利用することができる。

本実施形態に係る光偏向器４において、第１のレンズ１８ａは、レーザー光の直径を大きくすることができる。この構成によれば、第１の基板１３ａ及び第２の基板１３ｂに入射するレーザー径を広げることができ，レーザー強度を低減することができる。レーザー強度の低減は、各基板１３によるレーザーの吸収の低減に寄与する。各基板１３によるレーザー吸収は、各基板１３における屈折率分布変化を生じる。本実施形態に係る技術によれば、レーザー吸収により生じる各基板１３の屈折率分布変化を低減できるため、ＳＡＷにより形成される回折格子がレーザー吸収により生じた屈折率分布変化により乱されることを抑制できる。つまり、本実施形態に係る技術によれば、回折効率が低下することを抑制できるという効果がある。

なお、本実施形態では、２つの第１の実施形態に係る光学偏向素子１１が組み合わせられて構成された光偏向器４を例として説明したが、これに限らない。光偏向器４は、第１の実施形態に係る光学偏向素子１１と、第２の実施形態に係る光学偏向素子１１との組み合わせにより構成されていてもよい。また、光偏向器４は、２つの第２の実施形態に係る光学偏向素子１１が組み合わせられて構成されていてもよい。これらの構成であっても、各実施形態で上述した効果が得られる。

なお、本実施形態に係る光偏向器４において、第１の光学偏向素子１１ａ及び第２の光学偏向素子１１ｂは一体に構成されていてもよい。例えば、第１の方向に直交する第２の方向に配列された複数の第２の電極１５ｂが裏面に配置された第１の基板１３ａが、一体に構成された第１の光学偏向素子１１ａ及び第２の光学偏向素子１１ｂとして用いられてもよい。つまり、１つの基板１３の表面及び裏面上に、それぞれ、第１の方向に配列された複数の第１の電極１５ａ及び第２の方向に配列された複数の第２の電極１５ｂが配置されていてもよい。この構成であれば、１つの基板１３により全方位への偏向を実現できるという効果がある。

なお、本実施形態に係る光学偏向素子１１は、他の偏向素子又は光偏向器と組み合わせることもできる。他の偏向素子又は光偏向器としては、ガルバノミラー等の可動ミラー式のものであってもよいし、Micro Electro-Mechanical Systems（ＭＥＭＳ）式のものであってもよいし、Acousto-Optics（ＡＯ）式のものであってもよいし、Electro-Optics（ＥＯ）式のものであってもよい。

［第４の実施形態］
以下、本実施形態に係る光偏向器４について、図面を参照して詳細に説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について主に説明し、同一の部分については同一の符号を付してその説明を省略する。

図１０は、第４の実施形態に係る光偏向器４の構成の一例を示すブロック図である。図１０に示すように、本実施形態に係る光偏向器４は、処理回路１９をさらに備える。図１０に示すように、光偏向器４において、電源装置１２及び処理回路１９は、バスやネットワーク等を介して互いに通信可能に接続されている。また、本実施形態に係る光学測定システム１において、光偏向器４、レーザー光源５、受光センサ６、メモリ７、処理回路８及びディスプレイ９は、バスやネットワーク等を介して互いに通信可能に接続されている。

処理回路１９は、例えば処理回路８と同様であり、ＣＰＵ、ＡＳＩＣ等の集積回路である。処理回路１９として、汎用のコンピュータが用いられてもよい。処理回路１９は、メモリに展開された各種のプログラムにより各種の機能を実現する場合に限らず、専用回路として設けられていてもよい。プログラムは、集積回路内の記憶領域に記憶されていてもよい。処理回路１９は、偏向制御機能１９ａを実行する。

偏向制御機能１９ａにおいて処理回路１９は、電源装置１２の動作を制御する。処理回路１９は、波長λ及び偏向角θに基づいて、印加電極を選択する。処理回路１９は、選択された印加電極に所定の電圧を印加させる。換言すれば、処理回路１９は、電源装置１２の動作を制御することにより、レーザー光の偏向角を制御する。処理回路１９は、少なくとも２つの電極間隔Λを切り替えることにより、レーザー光の偏向を変位させる。偏向制御機能１９ａを実現する処理回路１９は、請求項に係る偏向制御部の一例である。

なお、処理回路１９は、光偏向器４又は光学測定装置２の外部にあってもよい。また、処理回路８及び処理回路１９は、一体に構成されていてもよい。つまり、偏向角の制御は、光偏向器４又は光学測定装置２の内部で行われてもよいし、外部で行われてもよい。

なお、光偏向器４は、メモリ７と同様の記憶媒体（図示しない）をさらに備えていてもよい。

ここで、本実施形態に係る光偏向器４の作用の一例について、図９の偏向角の変更の流れと比較しながら説明する。説明は省略するが、図４の偏向角の変更の流れに関しても同様である。

ここで、光学測定の流れは、光偏向器４の処理回路１９により実行される偏向角の変更の流れ、すなわち偏向制御処理と、処理回路８により実行される測定処理とを含む。

ステップＳ２１において、偏向制御機能１９ａを実現する処理回路１９は、例えばユーザ入力に応じて、偏向角を設定する。ステップＳ２２において、処理回路１９は、設定された偏向角から、第１の偏向角（Ｙ方向）及び第２の偏向角（Ｘ方向）を設定する。

ステップＳ２３において、偏向制御機能１９ａを実現する処理回路１９は、設定された第１の偏向角及び第２の偏向角に応じて、それぞれ、第１の印加電極及び第２の印加電極を選択する。

なお、式（３）や波長λ、第１の間隔Ｌ_１、第２の間隔Ｌ_２等の間隔Λの決定に要する各種のパラメータは、例えば、予め設定されてメモリ７又は処理回路１９の記憶領域に記憶されていればよい。また、各偏向角、偏向する範囲やその分割数は、予め設定されてメモリ７又は処理回路１９の記憶領域に記憶されていてもよい。

ステップＳ２４において偏向制御機能１９ａを実現する処理回路１９は、設定された各印加電極に印加電圧が付与されるように、電源装置１２を制御する。このようにして、各基板１３を回折格子として作用させる。処理回路１９は、電圧の印加が開始された後、測定処理の開始を指示する制御信号を生成し、処理回路８へ出力する。また、処理回路１９は、受光信号を受信したことを通知する制御信号を処理回路８から受信したとき、電圧の印加を停止する。

ステップＳ２５において、偏向制御機能１９ａを実現する処理回路１９は、偏向角を変更するか否かを判定する。本判定では、予め設定された偏向範囲の測定が終了していないとき、偏向制御の終了を指示するユーザ入力を受け付けていないとき等に、偏向角を変更すると判定される。処理は、偏向角を変更すると判定されたとき、ステップＳ２１へ戻り、ステップＳ２１乃至ステップＳ２５の処理を繰り返す。一方で、偏向角を変更すると判定されなかったとき、偏向制御処理は終了する。

なお、電圧の印加は、ステップＳ２４を通過するごとに停止されなくてもよく、例えば、ステップＳ２５で偏向角を変更すると判定されなかったときに停止されてもよい。つまり、ステップＳ２１乃至ステップＳ２５の処理が繰り返されている間には、電圧の印加が停止されなくてもよい。

このように、本実施形態に係る光偏向器４によれば、偏向角を任意の範囲内で制御することができる。また、光学測定装置２によれば、偏向角を任意の範囲内で制御しながら、測定対象に関する情報を取得できる。

［適用例］
各実施形態に係る光学測定システム１又は光学測定装置２は、適宜の移動体に取り付けて用いることができる。各実施形態に係る技術によれば、機械的な振動の影響が低減され、偏向角の変位速度が機械式のものより速い光学偏向素子１１又は光偏向器４を用いる光学測定装置２が搭載された移動体が提供される。以下、第１の適用例、第２の適用例及び第３の適用例として、それぞれ、自動車、船舶及び飛行機などの飛翔体を移動体として用いる例について説明する。これら各適用例に係る移動体は、停止及び移動可能に構成されている。各移動体のボディには、前方、後方、右側方及び左側方が規定される場合がある。

（第１の適用例）
図１１は、各実施形態に係る光学測定装置２がボディに取り付けられた移動体３０の一例として、自動車を示す模式図である。図１１に示すように、移動体３０は、ボディ３１及び光学測定装置２を有する。光学測定装置２は、自動車など陸上を移動する移動体３０のボディ３１に取り付けられて用いられる。

図１１に示す例では、光学測定装置２が一例としてフロントバンパー３５に固定される。この適用例によれば、移動体３０の前方の所定の角度範囲に関して、他の自動車や歩行者、障害物、走行帯などの有無及び位置を検知することができる。さらに、各実施形態に係る光学測定装置２は、機械的な振動の影響が低減された光偏向器４を備えるため、走行中に生じる振動の影響を低減できる。また、偏向角の変位速度が機械式の光偏向器と比較して速いため、検知可能な移動体３０の移動速度の範囲も大きい。

なお、光学測定装置２は、移動体３０のボディ３１のフロントバンパー３５に限らず、リヤバンパー３７やルーフの天面（上面）３３に固定されてもよい。また、光学測定装置２は、レーザー光の有する波長によっては、車内（ボディ３１内）に配置されてもよい。この場合、レーザー光は、フロントガラス、リヤガラス、サイドウィンドウなどを介して射出されたり入射したりする。複数の光学測定装置２がボディ３１に取り付けられてもよい。

（第２の適用例）
図１２は、各実施形態に係る光学測定装置２がボディに取り付けられた移動体５０の一例として、船舶を示す模式図である。図１２に示すように、移動体５０は、ボディ５１及び光学測定装置２を有する。光学測定装置２は、船舶など海上を移動する移動体５０のボディ５１に取り付けられて用いられる。光学測定装置２は、移動体５０のボディ５１の船首、船尾、その他、適宜の位置に取り付けて用いることができる。また、光学測定装置２は、海上を移動する船舶の他、海中等を移動可能な潜水艦（移動体）に用いられてもよい。この適用例によれば、他の船舶や障害物などの有無や位置を検知することができる。複数の光学測定装置２がボディ５１に取り付けられてもよい。

（第３の適用例）
図１３は、各実施形態に係る光学測定装置２がボディに取り付けられた移動体７０の一例として、航空機を示す模式図である。図１３に示すように、移動体７０は、ボディ７１及び光学測定装置２を有する。図１３に示すように、光学測定装置２は、航空機（ドローンなどの無人機を含む）などの移動体７０のボディ７１に取り付けられて用いられる。光学測定装置２は、航空機の例えば機首、コックピット、その他、適宜の位置に取り付けて用いることができる。ここでの移動体７０としては、宇宙船も含まれる。この適用例によれば、他の航空機や障害物などの有無や位置、自機の高度などを検知することができる。複数の光学測定装置２がボディ７１に取り付けられてもよい。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、機械的な振動の影響が低減された光学偏向素子、光学偏向装置、移動体及び光学偏向装置の制御方法を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…光学測定システム、２…光学測定装置、４…光偏向器、５…レーザー光源、６…受光センサ、７…メモリ、８…処理回路、８ａ…測定機能、９…ディスプレイ、１０…光学系、１１…光学偏向素子、１１ａ…第１の光学偏向素子、１１ｂ…第２の光学偏向素子、１２…電源装置、１３…基板、１３ａ…第１の基板、１３ｂ…第２の基板、１５…複数の電極、１５ａ…複数の第１の電極、１５ｂ…複数の第２の電極、１６…ダミーパターン、１７…光ファイバー、１８ａ…第１のレンズ、１８ｂ…第２のレンズ、１９…処理回路、１９ａ…偏向制御機能、３０…移動体、３１…ボディ、３３…天面（上面）、３５…フロントバンパー、３７…リヤバンパー、５０…移動体、５１…ボディ、７０…移動体、７１…ボディ、１５１…第１の電極、１５２…第２の電極、１５３…第３の電極、１５４…第４の電極。

Claims (18)

1. レーザー光が入射する入射面と、前記入射面から入射して内部を透過したレーザー光が射出される射出面とを有し、レーザー光に対して透明な基板と、
   前記基板の面上に第１の方向に第１の間隔で配置された少なくとも３つの電極であって、電圧印加されることにより第１の波長を有する表面弾性波を前記基板に生成可能であり、少なくとも２つの電極間隔で選択的に電圧印加できるように配線されており、前記第１の間隔とは異なる電極間隔で選択的に電圧印加されることにより前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する表面弾性波を前記基板に生成可能な少なくとも３つの電極と、
   を具備する光学偏向素子。
2. 前記第１の波長及び前記第２の波長は、前記入射するレーザー光の波長より大きい、請求項１に記載の光学偏向素子。
3. 前記入射面は、前記基板に生成された表面弾性波が存在する領域内である、請求項１又は２に記載の光学偏向素子。
4. 前記少なくとも３つの電極は、前記基板の表面に配置され、
   前記入射面及び前記射出面は、それぞれ、前記表面及び前記表面とは反対側の裏面に設けられる、
   請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の光学偏向素子。
5. 前記少なくとも３つの電極は、前記基板の表面に配置され、
   前記入射面及び前記射出面は、それぞれ、前記表面に直交する第１の側面及び前記第１の側面とは反対側の第２の側面に設けられる、
   請求項１又は２に記載の光学偏向素子。
6. 前記少なくとも３つの電極は、各々の電極が前記基板の同一面上の互いに異なる２つの位置において前記第１の方向となるように、対称線に関して鏡面対称に配置される、請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の光学偏向素子。
7. 前記少なくとも３つの電極は、前記基板の同一面上の互いに異なる２つの位置において、前記第１の方向に等間隔で配置されるとともに、前記第１の方向に直交する第２の方向に不等間隔で配置される、請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の光学偏向素子。
8. 前記基板の前記少なくとも３つの電極が配置された面上に前記第１の方向に配置されたダミーパターンをさらに備える、請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の光学偏向素子。
9. 前記ダミーパターンは、電圧印加のための配線が施されていない電極である、請求項８に記載の光学偏向素子。
10. 前記射出面から射出されるレーザー光のうちの偏向しないレーザー光を前記入射面に入射させるように構成され、前記偏向しないレーザー光を再帰的に利用可能とするループ状の光ファイバーをさらに備える、請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の光学偏向素子。
11. 前記基板は、第１の基板及び第２の基板を有し、
    前記第１の基板の射出面と、前記第２の基板の入射面とは対向し、
    前記少なくとも３つの電極は、前記第１の基板及び前記第２の基板において、それぞれ、前記第１の方向及び前記第１の方向に直交する第２の方向に等間隔で配置される、
    請求項１又は２に記載の光学偏向素子。
12. 前記第１の基板及び前記第２の基板は一体に構成され、前記第１の方向に等間隔で配置された前記少なくとも３つの電極と、前記第２の方向に等間隔で配置された前記少なくとも３つの電極とは、互いに反対側の前記基板の面上に配置される、請求項１１に記載の光学偏向素子。
13. 請求項１乃至１２のうちいずれか１項に記載の光学偏向素子と、
    前記レーザー光を発生するレーザー光源と、
    前記少なくとも３つの電極のうちの少なくとも２つの電極に選択的に電圧印加されるように制御することにより、前記レーザー光を前記基板に生成された表面弾性波により偏向する偏向制御部と
    を備える光学偏向装置。
14. 前記偏向制御部は、前記少なくとも２つの電極間隔を切り替えることにより、前記レーザー光の偏向を変位させる、請求項１３に記載の光学偏向装置。
15. 前記偏向されたレーザー光のうちの測定対象により反射されたレーザー光を検出するように構成された受光センサと、
    前記偏向制御部による前記少なくとも３つの電極のうちの少なくとも２つの電極への電圧印加の後に、前記レーザー光源に前記測定対象へレーザー光を照射させ、前記レーザー光の照射から前記受光センサによる前記反射されたレーザー光の検出までの時間に基づいて、前記測定対象の位置を測定する測定制御部と
    をさらに備える、請求項１３又は１４に記載の光学偏向装置。
16. 請求項１５に記載の光学偏向装置が取り付けられ、停止及び移動可能に構成されている、移動体。
17. レーザー光が入射する入射面と、前記入射面から入射して内部を透過したレーザー光が射出される射出面とを有し、レーザー光に対して透明な基板と、
    前記基板の面上に第１の方向に第１の間隔で配置された少なくとも２つの電極に電圧印加されることにより第１の波長を有する表面弾性波を前記基板に生成可能であり、前記基板の面上に前記第１の方向に前記第１の間隔とは異なる間隔で配置された少なくとも２つの電極に電圧印加されることにより前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する表面弾性波を前記基板に生成可能である少なくとも３つの電極と
    を具備する光学偏向素子。
18. 前記少なくとも３つの電極は、少なくとも２つの電極間隔で選択的に電圧印加できるように配線される、請求項１７に記載の光学偏向素子。

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