JPWO2019181214A5

JPWO2019181214A5 -

Info

Publication number: JPWO2019181214A5
Application number: JP2019549483A
Authority: JP
Filing date: 2019-01-29
Publication date: 2022-01-18

Description

図１は、本開示の例示的な実施形態における光スキャンデバイスの構成を模式的に示す斜視図である。図２は、１つの導波路素子の断面の構造および伝搬する光の例を模式的に示す図である。図３は、シミュレーションにおいて用いた計算モデルを模式的に示す図である。図４Ａは、光導波層の一例における屈折率と、光の出射角度との関係を計算した結果を示している。図４Ｂは、光導波層の他の例における屈折率と、光の出射角度との関係を計算した結果を示している。図５は、光スキャンデバイスの例を模式的に示す図である。図６Ａは、比較例の構成を模式的に示す断面図である。図６Ｂは、他の比較例の構成を模式的に示す断面図である。図７は、導波路の屈折率を変化させたときの結合効率の変化の例を示すグラフである。図８Ａは、全反射導波路の概略構成を示す図である。図８Ｂは、全反射導波路の電場強度分布を示す図である。図８Ｃは、スローライト導波路の概略構成を示す図である。図８Ｄは、スローライト導波路の電場強度分布を示す図である。図９は、複数の第１の導波路と複数の第２の導波路との接続の例を模式的に示す図である。図１０は、光閉じ込め係数と、出射角度の変化量との関係を示す図である。図１１Ａは、透光層を備える光デバイスの例を模式的に示す図である。図１１Ｂは、透光層を備える光デバイスの例を模式的に示す図である。図１１Ｃは、透光層を備える光デバイスの例を模式的に示す図である。図１１Ｄは、透光層を備える光デバイスの例を模式的に示す図である。図１１Ｅは、透光層を備える光デバイスの例を模式的に示す図である。図１２は、多層反射膜内を伝搬する光の例を模式的に示す図である。図１３Ａは、透光層を備える光デバイスの例を模式的に示す図である。図１３Ｂは、透光層を備える光デバイスの例を模式的に示す図である。図１４Ａは、図３に示す透光層を備えていない光デバイスにおける電界振幅の分布を示す図である。図１４Ｂは、図１３Ｂに示す透光層を備える光デバイスにおける電界振幅の分布を示す図である。図１５は、本開示のある実施形態における光デバイスを模式的に示す図である。図１６は、全反射導波路からスローライト導波路へのグレーティングを介した光伝搬を示す図である。図１７は、グレーティングが存在しない構成の例を示す図である。図１８Ａは、全反射導波路における導波モードの電界強度分布を示す図である。図１８Ｂは、スローライト導波路における高次の導波モードの電界強度分布を示す図である。図１９は、グレーティングにおける凹部の深さと、結合効率との関係の例を示す図である。図２０は、結合効率の低い条件で計算した光伝搬の様子を示す図である。図２１は、グレーティングにおける凹部の個数と、結合効率との関係の例を示す図である。図２２Ａは、光デバイスの第１の変形例を模式的に示す断面図である。図２２Ｂは、光デバイスの第２の変形例を模式的に示す断面図である。図２２Ｃは、光デバイスの第３の変形例を模式的に示す断面図である。図２３Ａは、光デバイスの第４の変形例を模式的に示す断面図である。図２３Ｂは、光デバイスの第５の変形例を模式的に示す断面図である。図２４Ａは、全反射導波路およびスローライト導波路の接続の第１の例を模式的に示す断面図である。図２４Ｂは、全反射導波路およびスローライト導波路の接続の第２の例を模式的に示す断面図である。図２４Ｃは、全反射導波路およびスローライト導波路の接続の第３の例を模式的に示す断面図である。図２４Ｄは、全反射導波路およびスローライト導波路の接続の第４の例を模式的に示す断面図である。図２５は、スローライト導波路の他の例を模式的に示す断面図である。図２６は、全反射導波路およびスローライト導波路の接続の他の例を模式的に示す断面図である。図２７は、図２２Ａに示す例における、光導波層の厚さと、導波光の結合効率との関係を示す図である。図２８Ａは、図２２Ａに示す例において、２つのグレーティングを有する光デバイスを模式的に示す図である。図２８Ｂは、図２８Ａに示す例における、光導波層の厚さと、導波光の結合効率との関係を示す図である。図２８Ｃは、図２８Ａに示す例における、光導波層の厚さおよび領域１０１の屈折率と、導波光の結合効率との関係を示す他の図である。図２８Ｄは、図２８Ａに示す例における、光導波層の厚さと、導波光の結合効率との関係を示す他の図である。図２９Ａは、図２８Ａに示す例の変形例を模式的に示す断面図である。図２９Ｂは、図２８Ａに示す例の変形例を模式的に示す断面図である。図２９Ｃは、図２８Ａに示す例の変形例を模式的に示す断面図である。図２９Ｄは、図２８Ａに示す例の変形例を模式的に示す断面図である。図３０Ａは、２つのグレーティングがＹ方向に並んでいる例を模式的に示す図である。図３０Ｂは、グレーティングの周期がＹ方向における位置の変化に伴ってｐ _２からｐ _１に連続的に変化する例を模式的に示す図である。図３１は、２つの周期成分を含むグレーティングが混在している例を模式的に示す他の図である。図３２Ａは、光導波層の両隣にスペーサが配置されている構成例を模式的に示す図である。図３２Ｂは、導波路アレイの構成例を模式的に示す図である。図３３は、光導波層内の導波光の伝搬を模式的に示す図である。図３４Ａは、グレーティングを介して第１の導波路に光が導入される例を示す図である。図３４Ｂは、第１の導波路１の端面から光が入力される例を示す図である。図３４Ｃは、レーザー光源から第１の導波路に光が入力される例を示す図である。図３５Ａは、導波路アレイの出射面に垂直な方向に光を出射する導波路アレイの断面を示す図である。図３５Ｂは、導波路アレイの出射面に垂直な方向とは異なる方向に光を出射する導波路アレイの断面を示す図である。図３６は、３次元空間における導波路アレイを模式的に示す斜視図である。図３７Ａは、ｐがλよりも大きい場合において、導波路アレイから回折光が出射される様子を示す模式図である。図３７Ｂは、ｐがλよりも小さい場合において、導波路アレイから回折光が出射される様子を示す模式図である。図３７Ｃは、ｐがλ／２に実質的に等しい場合において、導波路アレイから回折光が出射される様子を示す模式図である。図３８は、位相シフタが導波路素子に直接的に接続されている構成の例を示す模式図である。図３９は、導波路アレイおよび位相シフタアレイを、光出射面の法線方向（Ｚ方向）から見た模式図である。図４０は、位相シフタにおける導波路が、導波路素子における光導波層と、他の導波路を介して繋がる構成の例を模式的に示す図である。図４１は、光分岐器にカスケード状に並ぶ複数の位相シフタ８０を挿入した構成例を示す図である。図４２Ａは、第１調整素子の構成の一例を模式的に示す斜視図である。図４２Ｂは、第１調整素子の他の構成例を模式的に示す斜視図である。図４２Ｃは、第１調整素子のさらに他の構成例を模式的に示す斜視図である。図４３は、ヒーターを含む調整素子と導波路素子とを組み合わせた構成の例を示す図である。図４４は、支持部材でミラーが保持された構成例を示す図である。図４５は、ミラーを移動させる構成の一例を示す図である。図４６は、光の伝搬を妨げない位置に電極配置した構成例を示す図である。図４７は、圧電素子の例を示す図である。図４８Ａは、ユニモルフの構造を有する支持部材の構成例を示す図である。図４８Ｂは、支持部材が変形した状態の例を示す図である。図４９Ａは、バイモルフの構造を有する支持部材の構成例を示す図である。図４９Ｂは、支持部材が変形した状態の例を示す図である。図５０は、アクチュエータの例を示す図である。図５１Ａは、支持部材の先端の傾きを説明するための図である。図５１Ｂは、伸縮する方向の異なる２つのユニモルフ型の支持部材を直列に繋ぎ合わせた例を示す図である。図５２は、複数の第１のミラーを保持する支持部材をアクチュエータで一括して駆動する構成の例を示す図である。図５３は、複数の導波路素子における第１のミラーが１つのプレート状のミラーである構成例を示す図である。図５４Ａは、光導波層に液晶材料を用いた構成の第１の例を示す図である。図５４Ｂは、光導波層に液晶材料を用いた構成の第１の例を示す図である。図５５は、光入力装置を備える光スキャンデバイスの例を示す断面図である。図５６Ａは、光導波層に液晶材料を用いた構成の第２の例を示す図である。図５６Ｂは、光導波層に液晶材料を用いた構成の第２の例を示す図である。図５７Ａは、光導波層に液晶材料を用いた構成の第３の例を示す図である。図５７Ｂは、光導波層に液晶材料を用いた構成の第３の例を示す図である。図５８Ａは、光導波層に液晶材料を用いた構成の第４の例を示す図である。図５８Ｂは、光導波層に液晶材料を用いた構成の第４の例を示す図である。図５９は、光導波層に液晶材料を使用した構成における、光の射出角度の印加電圧依存性を示すグラフである。図６０は、本実験で用いた導波路素子の構成を示す断面図である。図６１は、光導波層に電気光学材料を用いた構成の第１の例を示す図である。図６２は、光導波層に電気光学材料を用いた構成の第１の例を示す図である。図６３Ａは、一対の電極が第２のミラーの近傍にのみ配置されている例を示す図である。図６３Ｂは、一対の電極が第１のミラーの近傍にのみ配置されている例を示す図である。図６４は、それぞれの導波路素子の電極から配線を共通に取り出す構成の例を示す図である。図６５は、一部の電極および配線を共通にした構成の例を示す図である。図６６は、複数の導波路素子に対して共通の電極を配置した構成の例を示す図である。図６７は、位相シフタアレイを配置する領域を大きく確保して、導波路アレイを小さく集積した構成の例を模式的に示す図である。図６８は、２つの位相シフタアレイが、導波路アレイ１０Ａの両側にそれぞれ配置された構成例を示す図である。図６９Ａは、導波路素子の配列方向および導波路素子が延びる方向が直交していない導波路アレイの構成例を示している。図６９Ｂは、導波路素子の配列間隔が一定でない導波路アレイの構成例を示している。図７０Ａは、本実施形態における光スキャンデバイスを模式的に示す図である。図７０Ｂは、図７０Ａに示した光スキャンデバイスの断面図である。図７０Ｃは、図７０Ａに示したる光スキャンデバイスの他の断面図である。図７１Ａは、第２のミラーと導波路との間に誘電体層が配置された構成例を示す図である。図７１Ｂは、第１の導波路の上に第２の誘電体層がさらに配置された構成例を示す図である。図７２は、第２のミラーが第１の導波路と基板との間の領域に配置されていない構成例を示す図である。図７３は、第２のミラーが第１の導波路１と基板との間において薄くなっている構成例を示す図である。図７４Ａは、第２のミラーの厚さが段階的に変化する構成例を示す図である。図７４Ｂは、上部電極、第１のミラー、および第２の基板が、第１の導波路１における保護層と、第２の導波路における光導波層との上に跨って配置されている構成例を示す図である。図７４Ｃは、図７４Ｂの構成例の製造過程の一部を示す図である。図７５は、複数の第２の導波路の断面を示す図である。図７６は、第１の導波路１および第２の導波路が反射型導波路である構成例を示す図である。図７７は、上部電極が第１のミラーの上に配置されており、下部電極が第２のミラーの下に配置されている構成例を示す図である。図７８は、第１の導波路が２つの部分に分離された例を示す図である。図７９は、電極が、各光導波層と、各光導波層に隣接する光導波層との間に配置されている構成例を示す図である。図８０は、第１のミラーが厚く、第２のミラーが薄い構成例を示す図である。図８１は、ある実施形態における光スキャンデバイスの断面図である。図８２は、光ロスの割合とｙ _１の関係を示す図である。図８３は、本実施形態における導波路アレイの別の構成例を模式的に示す、光スキャンデバイスの断面図である。図８４Ａは、図３２Ｂの構成例における、電場強度分布の計算結果を示す図である。図８４Ｂは、図８３の構成例における、電場強度分布の計算結果を示す図である。図８５は、ある実施形態において、異なる屈折率を有するスペーサが存在する構成例を模式的に示す、光スキャンデバイスの断面図である。図８６は、変形例における導波路素子の構成例を模式的に示す、光スキャンデバイスの断面図である。図８７は、光導波領域の幅と電界の広がりとの関係を示す図である。図８８は、本実施形態おける、光導波領域および非導波領域の構成例を模式的に示す光スキャンデバイスの断面図である。図８９Ａは、導波モードの電界分布の計算結果を示す図である。図８９Ｂは、導波モードの電界分布の計算結果を示す図である。図９０は、ミラー間距離に対する部材の寸法の比と電界の広がりとの関係を示す図である。図９１は、図９０の例における、ミラー間距離に対する部材の寸法の比と導波モードの消衰係数との関係を示す図である。図９２は、ミラー間距離に対する部材の寸法の比と電界の広がりとの関係を示す図である。図９３は、光導波領域および非導波領域の構成を模式的に示す光スキャンデバイスの断面図である。図９４は、ミラー間距離に対する部材の寸法の比と電界の広がりとの関係を示す図である。図９５Ａは、第２のミラーの反射面の一部に、他の部分から盛り上がった凸部が設けられた例を示す断面図である。図９５Ｂは、第２のミラーの反射面の一部に凸部が設けられた他の例を模式的に示す断面図である。図９６は、第１のミラー側に２つの部材が離れて配置されている構成例を模式的に示す光スキャンデバイスの断面図である。図９７は、第１および第２のミラーの両側の各々に２つの部材が離れて配置されている構成例を模式的に示す光スキャンデバイスの断面図である。図９８は、第１のミラー側に２つの部材が離れて配置され、第２のミラー側に他の部材が配置されている構成例を模式的に示す光スキャンデバイスの断面図である。図９９は、第２のミラー側に２つの部材が離れて配置されている構成例を模式的に示す光スキャンデバイスの断面図である。図１００は、第１および第２のミラーの両側の各々に部材が配置されている構成例を示す光スキャンデバイスの断面図である。図１０１は、回路基板上に光分岐器、導波路アレイ、位相シフタアレイ、および光源などの素子を集積した光スキャンデバイスの構成例を示す図である。図１０２は、光スキャンデバイスから遠方にレーザーなどの光ビームを照射して２次元スキャンを実行している様子を示す模式図である。図１０３は、測距画像を生成することが可能なＬｉＤＡＲシステムの構成例を示すブロック図である。

本明細書において、「屈折率、厚さ、および波長の少なくとも１つ」とは、光導波層の屈折率、光導波層の厚さ、および光導波層に入力される光の波長からなる群から選択される少なくとも１つを意味する。光の出射方向を変化させるために、屈折率、厚さ、および波長のいずれか１つを単独で制御してもよい。あるいは、これらの３つのうちの任意の２つまたは全てを制御して光の出射方向を変化させてもよい。以下の説明では、主に光導波層の屈折率または厚さを制御する形態を説明する。以下の各実施形態において、屈折率または厚さの制御に代えて、または加えて、光導波層に入力される光の波長を制御してもよい。

この光デバイスでは、第１の透光層の屈折率ｎ_ｔ１がｎ_ｔ１＞ｎ_ｈまたはｎ_ｔ１＜ｎ_ｌを満足し、第２の透光層の屈折率ｎ_ｔ２がｎ_ｔ２＞ｎ_ｈまたはｎ_ｔ２＜ｎ_ｌを満足するとき、光閉じ込め係数の低下を抑制することができる。

第１１の項目に係る光デバイスは、第１から第１０の項目のいずれかに係る光デバイスにおいて、前記光導波層に接続され、実効屈折率がｎ_ｅ１である導波モードの光を前記第１の方向に沿って伝搬させる導波路をさらに備える。前記導波路の先端部は、前記光導波層の内部にある。前記第１の多層反射膜ミラーの反射面に垂直な方向から見て前記導波路および前記光導波層が重なる領域において、前記導波路および前記光導波層の少なくとも一部は、前記第１の方向に沿って屈折率が周期ｐで変化する少なくとも１つのグレーティングを含む。さらに、λ／ｎ_ｅ１＜ｐ＜λ／（ｎ_ｅ１－１）を満たす。

この光デバイスでは、アクチュエータは、第１および第２の多層反射膜ミラーの少なくとも一方に接続されている。アクチュエータを制御して第１の多層反射膜ミラーと第２の多層反射膜ミラーとの距離を変化させることにより、第１２の項目に係る光デバイスの効果を実現することができる。

第１の多層反射膜ミラー３０の反射率は、透光層４３ａの厚さによって連続的に変化する。したがって、透光層４３ａの厚さｄ_ｔ１がλ／（４ｎ_ｔ１）から少々ずれても、第１の多層反射膜ミラー３０は高い反射率を維持する。厚さｄ_ｔ１＝０の場合、透光層４３ａは存在しない。厚さｄ_ｔ１＝λ／（２ｎ_ｔ１）の場合、反射率は低下する。

上記の例では、導波路素子１０において、透光層および複数の層が、屈折率の高低を交互に繰り返すように設けられているが、この配置に限定されない。例えば、図１３Ａおよび１３Ｂに示す例において、透光層４３ａ、４３ｂは、隣接する光導波層２０および低屈折率層４２の２つの屈折率の間の屈折率を有し得る。その場合、透光層４３ａ、４３ｂの厚さを以下のように適切に調整すれば、光閉じ込め係数の低下を抑制することができる。

その場合、上記の一対の電極（「第１の一対の電極」と称する）は、光導波層２０のうち、第１のミラーにおける反射面に垂直な方向から見て第１の導波路に重なる部分とは異なる部分を間に挟む。不図示の制御回路が一対の電極に電圧を印加することにより、領域１０２における光導波層２０の上記少なくとも一部の屈折率を調整することができる。

上記１つ以上のアクチュエータは、領域１０２における第１のミラー３０および第２のミラー４０の少なくとも一方に接続され得る。アクチュエータによって、領域１０２における光導波層２０の厚さを変化させることができる。このとき、式（１１）の条件は変化しない。

光導波層２０の材料には、誘電体、半導体、電気光学材料、液晶分子などの様々な透光性の材料を利用することができる。誘電体としては、例えばＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＳｉＮ、ＡｌＮが挙げられる。半導体材料としては、例えば、Ｓｉ系、ＧａＡｓ系、ＧａＮ系の材料が挙げられる。電気光学材料としては、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ _３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）、タンタル酸ニオブ酸カリウム（ＫＴＮ）などが挙げられる。

図４９Ｂは、両側の圧電素子７２に電圧を印加することによって支持部材７４ａが変形した状態の例を示す図である。バイモルフでは、上下の圧電素子７２において変位方向が反対になる。そのため、バイモルフの構成を用いた場合、ユニモルフの構成よりもさらに変位量を増加させることができる。

ここで、Ｒ１は、アミノ基、カルボニル基、カルボキシル基、シアノ基、アミン基、ニトロ基、ニトリル基、およびアルキル鎖からなる群から選択されるいずれか１つを表す。Ｒ３は、アミノ基、カルボニル基、カルボキシル基、シアノ基、アミン基、ニトロ基、ニトリル基、およびアルキル鎖からなる群から選択されるいずれか一つを表す。Ｐｈ１は、フェニル基またはビフェニル基等の芳香族基を表す。Ｐｈ２は、フェニル基またはビフェニル基等の芳香族基を表す。Ｒ２は、ビニル基、カルボニル基、カルボキシル基、ジアゾ基、およびアゾキシ基からなる群から選択されるいずれか１つを表す。

他方、図５４Ｂに示すように、駆動回路１１０のスイッチング素子１１２をＯＮ、すなわち光導波層２０に駆動電圧を印加すると、液晶分子７６が透明電極６２に対して垂直に立ち上がるように配向する。このため、伝搬する光の偏光方向と液晶分子の長手方向とがなす角度が９０度に近くなる。厳密には、偏光方向と液晶分子の長手方向とは、角度（９０°－θ）で交差する。この状態では、光導波層２０は、伝搬する光に対して比較的低い屈折率をもつ。この際の液晶の屈折率ｎ_⊥は、一般的な液晶材料を使用した場合、概ね１．４から１．５程度である。この状態では、光導波層２０から出射する光の出射角は、比較的小さくなる。

他方、図５６Ｂに示すように、駆動回路１１０のスイッチング素子１１２をＯＮ、すなわち光導波層２０に駆動電圧を印加すると、液晶分子７６が透明電極６２に対して垂直に立ち上がるように配向する。このため、伝搬する光の偏光方向と液晶分子の長手方向とがなす角度はほぼ直角になる。この状態では、光導波層２０は、伝搬する光に対して比較的低い屈折率をもつ。この際の液晶の屈折率ｎ_⊥は、一般的な液晶材料を使用した場合、概ね１．４から１．５程度である。この状態では、光導波層２０から出射する光の出射角は、比較的小さくなる。

他方、図５７Ｂに示すように、駆動回路１１０のスイッチング素子１１２をＯＮ、すなわち光導波層２０に駆動電圧を印加すると、液晶分子７６の長手方向が、光導波層２０が延びる方向（Ｘ方向）ならびにミラー３０およびミラー４０の各々の法線方向（Ｚ方向）の両方に垂直な方向（Ｙ方向）になる。このため、伝搬する光の偏光方向と液晶分子の長手方向とがほぼ平行になる。この状態では、光導波層２０は、伝搬する光に対して比較的高い屈折率をもつ。この際の液晶の屈折率ｎ_∥は、一般的な液晶材料を使用した場合、概ね１．６から１．７程度である。この状態では、光導波層２０から出射する光の出射角は、比較的大きくなる。

他方、図５８Ｂに示すように、駆動回路１１０のスイッチング素子１１２をＯＮ、すなわち光導波層２０に駆動電圧を印加すると、液晶分子７６が、透明電極６２に対して垂直に配向する。このため、伝搬する光の偏光方向が液晶分子の長手方向にほぼ垂直になる。この状態では、光導波層２０は、伝搬する光に対して比較的低い屈折率をもつ。この際の液晶の屈折率ｎ_⊥は、一般的な液晶材料を使用した場合、概ね１．４から１．５程度である。この状態では、光導波層２０から出射する光の出射角は、比較的小さくなる。

図６１は、光導波層２０に電気光学材料７７を用いた構成の第１の例を示している。この例では、一対の電極６２は、電圧が印加されたときに一対の電極６２間に発生する電場の方向が、光導波層２０が延びる方向（Ｘ方向）および各ミラーの法線方向（Ｚ方向）の両方に垂直な方向（Ｙ方向）に一致する態様で配置されている。この例における電気光学材料の分極軸の方向は、光導波層２０が延びる方向および各ミラーの法線方向の両方に垂直なＹ方向である。駆動回路１１０は、一対の電極６２に電圧を印加することにより、電気光学材料の、光導波層２０を伝搬する光に対する屈折率を変化させる。

図７７の例において、下部電極６２ａは、第１の導波路１の側にまで延びている。下部電極６２ａから配線を取り出すときに、第１の導波路１の下のスペースを用いることができる。よって配線の設計の自由度が増す。

図８３は、本実施形態おける、導波路素子１０をＹ方向に配列した導波路アレイ１０Ａの別の構成例を模式的に示す、ＹＺ平面における光スキャンデバイスの断面図である。図８３の構成例では、第１のミラー３０および第２のミラー４０は、複数の導波路素子１０によって共用されている。言い換えれば、各導波路素子１０における第１のミラー３０は、１つの繋がったミラーの一部であり、各導波路素子１０における第２のミラー４０は、１つの繋がった他のミラーの一部である。これにより、原理的に光ロスを最小化することができる。

図９５Ａは、第２のミラー４０の反射面の一部に、他の部分から盛り上がった凸部が設けられた例を示す断面図である。この例では、凸部が、前述の例における部材４６に相当する。このため、以下の説明では、凸部を「部材４６」と称する。この例における凸部、すなわち部材４６は、第２のミラー４０と同一の材料から形成されている。部材４６は、第２のミラー４０の一部であるともいえる。図９５Ａに示す例では、共通の材料４５の屈折率ｎ_２が、部材４６の平均屈折率よりも低い。この例では、Ｚ方向から見たときに、部材４６を含む領域が光導波領域２０に相当し、部材４６を含まない領域が非導波領域７３に相当する。

図９５Ｂは、第２のミラー４０の反射面の一部に凸部が設けられた他の例を模式的に示す断面図である。図９５Ｂに示す例では、共通の材料４５の屈折率ｎ_２が、凸部４６の平均屈折率よりも高い。この例では、Ｚ方向から見たときに、凸部、すなわち部材４６を含まない領域が光導波領域２０に相当し、部材４６を含む領域が非導波領域７３に相当する。

また、図８８、９３、９５Ａ，９５Ｂおよび９６から１００に示す共通の材料４５は液晶であり得る。その場合、調整素子は、光導波領域２０を間に挟む一対の電極を備え得る。調整素子は、当該一対の電極に電圧を印加する。これにより、光導波領域２０の屈折率が変化する。その結果、光導波領域２０から出射される光の方向が変化する。

Claims

第１の方向に延びる第１の多層反射膜ミラーと、
前記第１の多層反射膜ミラーに対向し、前記第１の方向に延びる第２の多層反射膜ミラーと、
前記第１の多層反射膜ミラーと前記第２の多層反射膜ミラーとの間に位置し、真空中の波長がλの光を前記第１の方向に沿って伝搬させる光導波層と、
前記第１の多層反射膜ミラーと前記光導波層との間、前記第２の多層反射膜ミラーと前記光導波層との間、前記第１の多層反射膜ミラーに含まれる隣接する２つの層の間、および前記第２の多層反射膜ミラーに含まれる隣接する２つの層の間、からなる群から選択される少なくとも１つに位置する第１の透明電極層と、を備え、
前記第１の多層反射膜ミラーにおける前記光の透過率は、前記第２の多層反射膜ミラーにおける前記光の透過率よりも高い、光デバイス。
前記第１の透明電極層は、前記光導波層および前記第１および第２の多層反射膜ミラーに含まれるいずれの層の屈折率とも異なる屈折率を有し、
前記第１の透明電極層の前記屈折率および厚さは、前記光導波層を伝搬する前記光が前記第１または第２の多層反射膜ミラーによって反射されるときの反射率を増加させる値に設定されている、請求項１に記載の光デバイス。
前記第１の透明電極層は、前記第１の多層反射膜ミラー、前記第２の多層反射膜ミラー、および前記光導波層に含まれる複数の層のうち、前記第１の透明電極層に隣接する２つの層の屈折率よりも高い、または低い屈折率を有し、
前記第１の透明電極層の屈折率をｎ_ｔ１、前記第１の透明電極層の厚さをｄ_ｔ１とするとき、
λ／（８ｎ_ｔ１）＜ｄ_ｔ１＜３λ／（８ｎ_ｔ１）を満足する、請求項１または２に記載の光デバイス。
前記第１の透明電極層は、前記第１の多層反射膜ミラーと前記光導波層との間、または前記第２の多層反射膜ミラーと前記光導波層との間に位置する、請求項１から３のいずれかに記載の光デバイス。
前記第１および第２の多層反射膜ミラーの各々は、屈折率ｎ_ｈを有する複数の高屈折率層と、前記屈折率ｎ_ｈよりも小さい屈折率ｎ_ｌを有する複数の低屈折率層とが交互に積層された構造を有し、
前記第１の透明電極層の屈折率ｎ_ｔ１は、ｎ_ｔ１＞ｎ_ｈ、またはｎ_ｔ１＜ｎ_ｌを満足する、請求項１から４のいずれかに記載の光デバイス。
前記第１の透明電極層は、前記第１の多層反射膜ミラーと前記光導波層との間、または前記第１の多層反射膜ミラーの内部に位置し、
当該光デバイスは、前記第２の多層反射膜ミラーと前記光導波層との間、または前記第２の多層反射膜ミラーの内部に位置する第２の透明電極層をさらに備え、
前記第２の透明電極層は、前記第２の多層反射膜ミラーおよび前記光導波層に含まれる複数の層のうち、前記第２の透明電極層に隣接する２つの層の屈折率よりも高い、または低い屈折率を有し、
前記第２の透明電極層の屈折率をｎ_ｔ２、前記第２の透明電極層の厚さをｄ_ｔ２とするとき、
λ／（８ｎ_ｔ２）＜ｄ_ｔ２＜３λ／（８ｎ_ｔ２）を満足する、請求項１から５のいずれかに記載の光デバイス。
前記第１および第２の多層反射膜ミラーの各々は、屈折率ｎ_ｈを有する複数の高屈折率層と、前記屈折率ｎ_ｈよりも小さい屈折率ｎ_ｌを有する複数の低屈折率層とが交互に積層された構造を有し、
前記第１の透明電極層の屈折率ｎ_ｔ１は、ｎ_ｔ１＞ｎ_ｈまたはｎ_ｔ１＜ｎ_ｌを満足し、
前記第２の透明電極層の前記屈折率ｎ_ｔ２は、ｎ_ｔ２＞ｎ_ｈまたはｎ_ｔ２＜ｎ_ｌを満足する、請求項６に記載の光デバイス。
前記第１の透明電極層は、酸化インジウムスズによって形成される層である、請求項１から５のいずれかに記載の光デバイス。
前記第１および第２の透明電極層の各々は、酸化インジウムスズによって形成される層である、請求項６または７に記載の光デバイス。
前記第１および第２の透明電極層は、酸化インジウムスズを含む、請求項６または７に記載の光デバイス。
前記光導波層に接続され、実効屈折率がｎ_ｅ１である導波モードの光を前記第１の方向に沿って伝搬させる導波路をさらに備え、
前記導波路の先端部は、前記光導波層の内部にあり、
前記第１の多層反射膜ミラーの反射面に垂直な方向から見て前記導波路および前記光導波層が重なる領域において、前記導波路少なくとも一部および／または前記光導波層の少なくとも一部は、前記第１の方向に沿って屈折率が周期ｐで変化する少なくとも１つのグレーティングを含み、
λ／ｎ_ｅ１＜ｐ＜λ／（ｎ_ｅ１－１）を満たす、請求項１から１０のいずれかに記載の光デバイス。
前記光導波層の少なくとも一部は、屈折率および／または厚さを調整することが可能な構造を有し、
前記屈折率および／または前記厚さを調整することにより、前記光導波層から前記第１の多層反射膜ミラーを介して出射する光の方向、または前記第１の多層反射膜ミラーを介して前記光導波層内に取り込まれる光の入射方向が変化する、請求項１から１１のいずれかに記載の光デバイス。
前記光導波層の前記少なくとも一部は、液晶材料または電気光学材料を含み、
前記光導波層の前記少なくとも一部を間に挟む一対の電極と、
前記一対の電極に電圧を印加することにより、前記光導波層の前記少なくとも一部の屈折率を変化させる制御回路と、をさらに備える、請求項１２に記載の光デバイス。
前記第１および第２の多層反射膜ミラーの少なくとも一方に接続された少なくとも１つのアクチュエータと、
前記少なくとも１つのアクチュエータを制御して前記第１の多層反射膜ミラーと前記第２の多層反射膜ミラーとの距離を変化させることにより、前記光導波層の厚さを変化させる制御回路と、をさらに備える、請求項１２に記載の光デバイス。
各々が、前記第１の多層反射膜ミラー、前記第２の多層反射膜ミラー、および前記光導波層を含む複数の導波路ユニットを備え、
前記複数の導波路ユニットは、前記第２の方向に配列されている、請求項１から１４のいずれかに記載の光デバイス。
前記複数の導波路ユニットにそれぞれ接続された複数の位相シフタであって、それぞれが、前記複数の導波路ユニットの対応する１つにおける前記光導波層に直接的にまたは他の導波路を介して繋がる第２の導波路を含む複数の位相シフタをさらに備え、
前記複数の位相シフタを通過する光の位相の差をそれぞれ変化させることにより、前記第１の多層反射膜ミラーから出射する前記光の方向、または、前記第１の多層反射膜ミラーを介して前記光導波層に取り込まれる前記光の入射方向が変化する、請求項１５に記載の光デバイス。
請求項１から１６のいずれかに記載の光デバイスと、
前記光デバイスから出射され、対象物から反射された光を検出する光検出器と、
前記光検出器の出力に基づいて、距離分布データを生成する信号処理回路と、を備える光検出システム。