JPWO2020170596A1 - 光デバイス - Google Patents

Abstract

光デバイスは、第１の方向および前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って拡がる第１の反射面を備え、透光性を有する第１のミラーと、前記第１の反射面に対向する第２の反射面を有する第２のミラーと、前記第１のミラーと前記第２のミラーとの間に位置する光導波層であって、前記第２の方向に沿って並ぶ複数の非導波領域、および前記複数の非導波領域の間に位置する１つ以上の光導波領域を含み、前記光導波領域は、液晶材料を含み、前記複数の非導波領域の平均屈折率よりも高い平均屈折率を有し、前記第１の方向に沿って光を伝搬させる、光導波層と、前記光導波層を介して互いに対向する２つの電極層であって、少なくとも一方が前記第２の方向に沿って並ぶ複数の電極を含む、２つの電極層と、を備える。

Description

本開示は、光学デバイスに関する。

従来、光で空間を走査（スキャン）できる種々のデバイスが提案されている。

特許文献１は、ミラーを回転させる駆動装置を用いて、光によるスキャンを行うことができる構成を開示している。

特許文献２は、２次元的に配列された複数のナノフォトニックアンテナ素子を有する光フェーズドアレイを開示している。それぞれのアンテナ素子は可変光遅延線（すなわち、位相シフタ）に光学的に結合される。この光フェーズドアレイでは、コヒーレント光ビームが導波路によってそれぞれのアンテナ素子に誘導され、位相シフタによって光ビームの位相がシフトされる。これにより、遠視野放射パターンの振幅分布を変化させることができる。

特許文献３は、内部を光が導波する光導波層、および光導波層の上面および下面に形成された第１分布ブラッグ反射鏡を備える導波路と、導波路内に光を入射させるための光入射口と、光入射口から入射して導波路内を導波する光を出射させるために導波路の表面に形成された光出射口とを備える光偏向素子を開示している。

国際公開第２０１３／１６８２６６号 特表２０１６−５０８２３５号公報 特開２０１３−１６５９１号公報

本開示の一態様は、比較的簡単な構成での新規な光デバイスを提供する。

本開示の一態様に係る光デバイスは、第１の方向および前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って拡がる第１の反射面を備え、透光性を有する第１のミラーと、前記第１の反射面に対向する第２の反射面を備える第２のミラーと、前記第１のミラーと前記第２のミラーとの間に位置する光導波層であって、前記第２の方向に沿って並ぶ複数の非導波領域、および前記複数の非導波領域の間に位置する１つ以上の光導波領域を含み、前記光導波領域は、液晶材料を含み、且つ前記第１の方向に沿って光を伝搬させる、光導波層と、前記光導波層を介して互いに対向する２つの電極層であって、少なくとも一方が前記第２の方向に沿って並ぶ複数の電極を含む、２つの電極層と、を備え、前記複数の電極は、前記第１の反射面または前記第２の反射面に垂直な方向から見たとき、前記複数の非導波領域の少なくとも一部に重なる電極を含む。

本開示の一態様によれば、比較的簡単な構成を実現することができる。

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３Ａ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３Ｂ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４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５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６Ａは、本開示の例示的な実施形態における光デバイスの斜視図である。 図６Ｂは、図６Ａに示す光デバイスのＹＺ面における断面図である。 図７Ａは、図６Ｂに示す例において液晶材料がＹ方向に配向した第１の状態を模式的に示す図である。 図７Ｂは、図６Ｂに示す例において液晶材料がＺ方向に配向した第２の状態を模式的に示す図である。 図８Ａは、本開示の例示的な実施形態における光デバイスの斜視図である。 図８Ｂは、図８Ａに示す光デバイスのＹＺ面における断面図である。 図９Ａは、図８Ｂに示す例において液晶材料がＹ方向に配向した第１の状態を模式的に示す図である。 図９Ｂは、図８Ｂに示す例において液晶材料がＺ方向に配向した第２の状態を模式的に示す図である。 図１０Ａは、本開示の例示的な実施形態における光デバイスの斜視図である。 図１０Ｂは、図１０Ａに示す光デバイスのＹＺ面における断面図である。 図１１Ａは、図１０Ｂに示す例において液晶材料がＹ方向に配向した第１の状態を模式的に示す図である。 図１１Ｂは、図１０Ｂに示す例において液晶材料がＺ方向に配向した第２の状態を模式的に示す図である。 図１１Ｃは、図１０Ｂに示す例において液晶材料がＺ方向に配向した第２の状態を模式的に示す図である。 図１２Ａは、本開示の例示的な実施形態における光デバイスの斜視図である。 図１２Ｂは、図１２Ａに示す光デバイスのＹＺ面における断面図である。 図１３Ａは、図１２Ｂに示す例において液晶材料がＹ方向に配向した第１の状態を模式的に示す図である。 図１３Ｂは、図１２Ｂに示す例において液晶材料がＺ方向に配向した第２の状態を模式的に示す図である。 図１３Ｃは、図１２Ｂに示す例において液晶材料がＺ方向に配向した第２の状態を模式的に示す図である。 図１４Ａは、本開示の例示的な実施形態における光デバイスの斜視図である。 図１４Ｂは、図１４Ａに示す光デバイスのＹＺ面における断面図である。 図１５Ａは、本開示の例示的な実施形態における光デバイスの斜視図である。 図１５Ｂは、図１５Ａに示す光デバイスのＹＺ面における断面図である。 図１６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１７は、光スキャンデバイスから遠方にレーザ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１８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。

本開示の実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった知見を説明する。

本発明者らは、従来の光スキャンデバイスには、装置の構成を複雑にすることなく、光で空間をスキャンすることが困難であるという課題があることを見出した。

例えば、特許文献１に開示されている技術では、ミラーを回転させる駆動装置が必要である。このため、装置の構成が複雑になり、振動に対してロバストでないという課題がある。

特許文献２に記載の光フェーズドアレイでは、光を分岐して複数の列導波路および複数の行導波路に導入し、２次元的に配列された複数のアンテナ素子に光を誘導する必要がある。このため、光を誘導するための導波路の配線が非常に複雑になる。また、２次元スキャンの範囲を大きくすることができない。さらに、遠視野における出射光の振幅分布を２次元的に変化させるためには、２次元的に配列された複数のアンテナ素子の各々に位相シフタを接続し、位相シフタに位相制御用の配線を取り付ける必要がある。これにより、２次元的に配列された複数のアンテナ素子に入射する光の位相をそれぞれ異なる量変化させる。このため、素子の構成が非常に複雑になる。

本発明者らは、従来技術における上記の課題に着目し、これらの課題を解決するための構成を検討した。本発明者らは、対向する一対のミラーと、それらのミラーに挟まれた光導波層とを有する導波路素子を用いることにより、上記の課題を解決し得ることを見出した。導波路素子における一対のミラーの一方は、他方に比べて高い光透過率を有し、光導波層を伝搬する光の一部を外部に出射させる。出射した光の方向（または出射角度）は、後述するように、光導波層の屈折率もしくは厚さ、または光導波層に入力される光の波長を調整することにより、変化させることができる。より具体的には、屈折率、厚さ、または波長を変化させることにより、出射光の波数ベクトル（ｗａｖｅ ｖｅｃｔｏｒ）の、光導波層の長手方向に沿った方向の成分を変化させることができる。これにより、１次元的なスキャンが実現される。

さらに、複数の導波路素子のアレイを用いた場合には、２次元的なスキャンを実現することもできる。より具体的には、複数の導波路素子に供給する光に適切な位相差を与え、その位相差を調整することにより、複数の導波路素子から出射する光が強め合う方向を変化させることができる。位相差の変化により、出射光の波数ベクトルの、光導波層の長手方向に沿った方向に交差する方向の成分が変化する。これにより、２次元的なスキャンを実現することができる。なお、２次元的なスキャンを行う場合でも、複数の光導波層の屈折率、厚さ、または光の波長を異なる量変化させる必要はない。すなわち、複数の光導波層に供給する光に適切な位相差を与え、かつ、複数の光導波層の屈折率、厚さ、および波長の少なくとも１つを同期して同量変化させることにより、２次元的なスキャンを行うことができる。このように、本開示の実施形態によれば、比較的簡単な構成で、光による２次元スキャンを実現することができる。

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。

以上の基本原理は、光を出射する用途だけでなく、光信号を受信する用途にも同様に適用できる。屈折率、厚さ、および波長の少なくとも１つを変化させることにより、受信できる光の方向を１次元的に変化させることができる。さらに、一方向に配列された複数の導波路素子にそれぞれ接続された複数の位相シフタによって光の位相差を変化させれば、受信できる光の方向を２次元的に変化させることができる。

本開示の実施形態による光スキャンデバイスおよび光受信デバイスは、例えば、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）システムなどの光検出システムにおけるアンテナとして用いられ得る。ＬｉＤＡＲシステムは、ミリ波などの電波を用いたレーダシステムと比較して、短波長の電磁波（可視光、赤外線、または紫外線）を用いるため、高い分解能で物体の距離分布を検出することができる。そのようなＬｉＤＡＲシステムは、例えば自動車、ＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ、所謂ドローン）、ＡＧＶ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などの移動体に搭載され、衝突回避技術の１つとして使用され得る。本明細書において、光スキャンデバイスと光受信デバイスを「光デバイス」と総称することがある。また、光スキャンデバイスまたは光受信デバイスに使用されるデバイスについても「光デバイス」と称することがある。

＜光スキャンデバイスの構成例＞
以下、一例として、２次元スキャンを行う光スキャンデバイスの構成を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明および実質的に同一の構成に対する重複する説明を省略することがある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、本発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。以下の説明において、同一または類似する構成要素については、同じ参照符号を付している。

本開示において、「光」とは、可視光（波長が約４００ｎｍ〜約７００ｎｍ）だけでなく、紫外線（波長が約１０ｎｍ〜約４００ｎｍ）および赤外線（波長が約７００ｎｍ〜約１ｍｍ）を含む電磁波を意味する。本明細書において、紫外線を「紫外光」と称し、赤外線を「赤外光」と称することがある。

本開示において、光による「スキャン」とは、光の方向を変化させることを意味する。「１次元スキャン」とは、光の方向を、当該方向に交差する方向に沿って直線的に変化させることを意味する。「２次元スキャン」とは、光の方向を、当該方向に交差する平面に沿って２次元的に変化させることを意味する。

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１００の構成を模式的に示す斜視図である。光スキャンデバイス１００は、複数の導波路素子１０を含む導波路アレイを備える。複数の導波路素子１０の各々は、第１の方向（図１におけるＸ方向）に延びた形状を有する。複数の導波路素子１０は、第１の方向に交差する第２の方向（図１におけるＹ方向）に規則的に配列されている。複数の導波路素子１０は、第１の方向に光を伝搬させながら、第１および第２の方向に平行な仮想的な平面に交差する第３の方向Ｄ３に光を出射させる。本実施形態では、第１の方向（Ｘ方向）と第２の方向（Ｙ方向）とが直交しているが、両者が直交していなくてもよい。本実施形態では、複数の導波路素子１０がＹ方向に等間隔で並んでいるが、必ずしも等間隔に並んでいる必要はない。

なお、本願の図面に示される構造物の向きは、説明のわかりやすさを考慮して設定されており、本開示の実施形態が現実に実施されるときの向きをなんら制限するものではない。また、図面に示されている構造物の全体または一部分の形状および大きさも、現実の形状および大きさを制限するものではない。

複数の導波路素子１０のそれぞれは、互いに対向する第１のミラー３０および第２のミラー４０（以下、それぞれを単に「ミラー」と称する場合がある）と、ミラー３０とミラー４０の間に位置する光導波層２０とを有する。ミラー３０およびミラー４０の各々は、第３の方向Ｄ３に交差する反射面を、光導波層２０との界面に有する。ミラー３０およびミラー４０、ならびに光導波層２０は、第１の方向（Ｘ方向）に延びた形状を有している。

なお、後述するように、複数の導波路素子１０の複数の第１のミラー３０は、一体に構成されたミラーの複数の部分であってもよい。また、複数の導波路素子１０の複数の第２のミラー４０は、一体に構成されたミラーの複数の部分であってもよい。さらに、複数の導波路素子１０の複数の光導波層２０は、一体に構成された光導波層の複数の部分であってもよい。少なくとも、（１）各第１のミラー３０が他の第１のミラー３０と別体に構成されているか、（２）各第２のミラー４０が他の第２のミラー４０と別体に構成されているか、（３）各光導波層２０が他の光導波層２０と別体に構成されていることにより、複数の導波路を形成することができる。「別体に構成されている」とは、物理的に空間を設けることのみならず、間に屈折率が異なる材料を挟み、分離することも含む。

第１のミラー３０の反射面と第２のミラー４０の反射面とは略平行に対向している。２つのミラー３０およびミラー４０のうち、少なくとも第１のミラー３０は、光導波層２０を伝搬する光の一部を透過させる特性を有する。言い換えれば、第１のミラー３０は、当該光について、第２のミラー４０よりも高い光透過率を有する。このため、光導波層２０を伝搬する光の一部は、第１のミラー３０から外部に出射される。このようなミラー３０および４０は、例えば誘電体による多層膜（「多層反射膜」と称することもある。）によって形成される多層膜ミラーであり得る。

それぞれの導波路素子１０に入力する光の位相を制御し、さらに、これらの導波路素子１０における光導波層２０の屈折率もしくは厚さ、または光導波層２０に入力される光の波長を同期して同時に変化させることで、光による２次元スキャンを実現することができる。本発明者らは、そのような２次元スキャンを実現するために、導波路素子１０の動作原理について分析を行った。その結果に基づき、複数の導波路素子１０を同期して駆動することで、光による２次元スキャンを実現することに成功した。

図１に示すように、各導波路素子１０に光を入力すると、各導波路素子１０の出射面から光が出射される。出射面は、第１のミラー３０の反射面の反対側に位置する。その出射光の方向Ｄ３は、光導波層の屈折率、厚さ、および光の波長に依存する。本実施形態では、各導波路素子１０から出射される光が概ね同じ方向になるように、各光導波層の屈折率、厚さ、および波長の少なくとも１つが同期して制御される。これにより、複数の導波路素子１０から出射される光の波数ベクトルのＸ方向の成分を変化させることができる。言い換えれば、出射光の方向Ｄ３を、図１に示される方向１０１に沿って変化させることができる。

さらに、複数の導波路素子１０から出射される光は同じ方向を向いているので、出射光は互いに干渉する。それぞれの導波路素子１０から出射される光の位相を制御することにより、干渉によって光が強め合う方向を変化させることができる。例えば、同じサイズの複数の導波路素子１０がＹ方向に等間隔で並んでいる場合、複数の導波路素子１０には、一定量ずつ位相の異なる光が入力される。その位相差を変化させることにより、出射光の波数ベクトルの、Ｙ方向の成分を変化させることができる。言い換えれば、複数の導波路素子１０に導入される光の位相差をそれぞれ変化させることにより、干渉によって出射光が強め合う方向Ｄ３を、図１に示される方向１０２に沿って変化させることができる。これにより、光による２次元スキャンを実現することができる。

以下、光スキャンデバイス１００の動作原理を説明する。

＜導波路素子の動作原理＞
図２は、１つの導波路素子１０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２では、図１に示すＸ方向およびＹ方向に垂直な方向をＺ方向とし、導波路素子１０のＸＺ面に平行な断面が模式的に示されている。導波路素子１０において、一対のミラー３０とミラー４０が光導波層２０を挟むように配置されている。光導波層２０のＸ方向における一端から導入された光２２は、光導波層２０の上面（図２における上側の表面）に設けられた第１のミラー３０および下面（図２における下側の表面）に設けられた第２のミラー４０によって反射を繰り返しながら光導波層２０内を伝搬する。第１のミラー３０の光透過率は第２のミラー４０の光透過率よりも高い。このため、主に第１のミラー３０から光の一部を出力することができる。

通常の光ファイバーなどの導波路では、全反射を繰り返しながら光が導波路に沿って伝搬する。これに対して、本実施形態における導波路素子１０では、光は光導波層２０の上下に配置されたミラー３０および４０によって反射を繰り返しながら伝搬する。このため、光の伝搬角度に制約がない。ここで光の伝搬角度とは、ミラー３０またはミラー４０と光導波層２０との界面への入射角度を意味する。ミラー３０またはミラー４０に対して、より垂直に近い角度で入射する光も伝搬できる。すなわち、全反射の臨界角よりも小さい角度で界面に入射する光も伝搬できる。このため、光の伝搬方向における光の群速度は自由空間における光速に比べて大きく低下する。これにより、導波路素子１０は、光の波長、光導波層２０の厚さ、および光導波層２０の屈折率の変化に対して光の伝搬条件が大きく変化するという性質を持つ。このような導波路を、「反射型導波路」または「スローライト導波路」と称する。

導波路素子１０から空気中に出射される光の出射角度θは、以下の式（１）によって表される。

式（１）からわかるように、空気中での光の波長λ、光導波層２０の屈折率ｎ_ｗおよび光導波層２０の厚さｄのいずれかを変えることで光の出射方向を変えることができる。

例えば、ｎ_ｗ＝２、ｄ＝３８７ｎｍ、λ＝１５５０ｎｍ、ｍ＝１の場合、出射角度は０°である。この状態から、屈折率をｎ_ｗ＝２．２に変化させると、出射角度は約６６°に変化する。一方、屈折率を変えずに厚さをｄ＝４２０ｎｍに変化させると、出射角度は約５１°に変化する。屈折率も厚さも変化させずに波長をλ＝１５００ｎｍに変化させると、出射角度は約３０°に変化する。このように、光の波長λ、光導波層２０の屈折率ｎ_ｗ、および光導波層２０の厚さｄのいずれかを変えることにより、光の出射方向を大きく変えることができる。

そこで、本開示の実施形態における光スキャンデバイス１００は、光導波層２０に入力される光の波長λ、光導波層２０の屈折率ｎ_ｗ、および光導波層２０の厚さｄの少なくとも１つを制御することで、光の出射方向を制御する。光の波長λは、動作中に変化させず、一定に維持されてもよい。その場合、よりシンプルな構成で光のスキャンを実現できる。波長λは、特に限定されない。例えば、波長λは、一般的なシリコン（Ｓｉ）により光を吸収することで光を検出するフォトディテクタまたはイメージセンサで高い検出感度が得られる４００ｎｍから１１００ｎｍ（可視光から近赤外光）の波長域に含まれ得る。他の例では、波長λは、光ファイバーまたはＳｉ導波路において伝送損失の比較的小さい１２６０ｎｍから１６２５ｎｍの近赤外光の波長域に含まれ得る。なお、これらの波長範囲は一例である。使用される光の波長域は、可視光または赤外光の波長域に限定されず、例えば紫外光の波長域であってもよい。

出射光の方向を変化させるために、光スキャンデバイス１００は、各導波路素子１０における光導波層２０の屈折率、厚さ、および波長の少なくとも１つを変化させる第１調整素子を備え得る。

以上のように、導波路素子１０を用いれば、光導波層２０の屈折率ｎ_ｗ、厚さｄ、および波長λの少なくとも１つを変化させることにより、光の出射方向を大きく変えることができる。これにより、ミラー３０から出射される光の出射角度を、導波路素子１０に沿った方向に変化させることができる。少なくとも１つの導波路素子１０を用いることにより、このような１次元のスキャンを実現することができる。

光導波層２０の少なくとも一部の屈折率を調整するために、光導波層２０は、液晶材料または電気光学材料を含んでいてもよい。光導波層２０は、一対の電極によって挟まれ得る。一対の電極に電圧を印加することにより、光導波層２０の屈折率を変化させることができる。

光導波層２０の厚さを調整するために、例えば、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少なくとも１つのアクチュエータが接続されてもよい。少なくとも１つのアクチュエータによって第１のミラー３０と第２のミラー４０との距離を変化させることにより、光導波層２０の厚さを変化させることができる。光導波層２０が液体から形成されていれば、光導波層２０の厚さは容易に変化し得る。

＜２次元スキャンの動作原理＞
複数の導波路素子１０が一方向に配列された導波路アレイにおいて、それぞれの導波路素子１０から出射される光の干渉により、光の出射方向は変化する。各導波路素子１０に供給する光の位相を調整することにより、光の出射方向を変化させることができる。以下、その原理を説明する。

図３Ａ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３Ａには、各導波路素子１０を伝搬する光の位相シフト量も記載されている。ここで、位相シフト量は、左端の導波路素子１０を伝搬する光の位相を基準にした値である。本実施形態における導波路アレイは、等間隔に配列された複数の導波路素子１０を含んでいる。図３Ａにおいて、破線の円弧は、各導波路素子１０から出射される光の波面を示している。直線は、光の干渉によって形成される波面を示している。矢印は、導波路アレイから出射される光の方向（すなわち、波数ベクトルの方向）を示している。図３Ａの例では、各導波路素子１０における光導波層２０を伝搬する光の位相はいずれも同じである。この場合、光は導波路素子１０の配列方向（Ｙ方向）および光導波層２０が延びる方向（Ｘ方向）の両方に垂直な方向（Ｚ方向）に出射される。

図３Ｂ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３Ｂに示す例では、複数の導波路素子１０における光導波層２０を伝搬する光の位相が、配列方向に一定量（Δφ）ずつ異なっている。この場合、光は、Ｚ方向とは異なる方向に出射される。このΔφを変化させることにより、光の波数ベクトルのＹ方向の成分を変化させることができる。隣接する２つの導波路素子１０の間の中心間距離をｐとすると、光の出射角度α_０は、以下の式（２）によって表される。

図２に示す例では、光の出射方向は、ＸＺ平面に平行である。すなわち、α_０＝０°である。図３Ａおよび図３Ｂに示す例では、光スキャンデバイス１００から出射される光の方向は、ＹＺ平面に平行である。すなわち、θ＝０°である。しかし、一般には、光スキャンデバイス１００から出射される光の方向は、ＸＺ平面にも、ＹＺ平面にも平行ではない。すなわち、θ≠０°およびα_０≠０°である。

図４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４に示す太い矢印は、光スキャンデバイス１００から出射される光の方向を表す。θは、光の出射方向とＹＺ平面とがなす角度である。θは式（１）を満たす。α_０は、光の出射方向とＸＺ平面とがなす角度である。α_０は式（２）を満たす。

＜導波路アレイに導入する光の位相制御＞
それぞれの導波路素子１０から出射される光の位相を制御するために、例えば、導波路素子１０に光を導入する前段に、光の位相を変化させる位相シフタが設けられ得る。本実施形態における光スキャンデバイス１００は、複数の導波路素子１０のそれぞれに接続された複数の位相シフタと、各位相シフタを伝搬する光の位相を調整する第２調整素子とを備える。各位相シフタは、複数の導波路素子１０の対応する１つにおける光導波層２０に直接的にまたは他の導波路を介して繋がる導波路を含む。第２調整素子は、複数の位相シフタから複数の導波路素子１０へ伝搬する光の位相の差をそれぞれ変化させることにより、複数の導波路素子１０から出射される光の方向（すなわち、第３の方向Ｄ３）を変化させる。以下の説明では、導波路アレイと同様に、配列された複数の位相シフタを「位相シフタアレイ」と称することがある。

図５は、導波路アレイ１０Ａおよび位相シフタアレイ８０Ａを、光出射面の法線方向（Ｚ方向）から見た模式図である。図５に示される例では、全ての位相シフタ８０が同じ伝搬特性を有し、全ての導波路素子１０が同じ伝搬特性を有する。それぞれの位相シフタ８０およびそれぞれの導波路素子１０は同じ長さであってもよいし、長さが異なっていてもよい。それぞれの位相シフタ８０の長さが等しい場合は、例えば、駆動電圧によってそれぞれの位相シフト量を調整することができる。また、それぞれの位相シフタ８０の長さを等ステップで変化させた構造にすることにより、同じ駆動電圧で等ステップの位相シフトを与えることもできる。さらに、この光スキャンデバイス１００は、複数の位相シフタ８０に光を分岐して供給する光分岐器９０と、各導波路素子１０を駆動する第１駆動回路１１０と、各位相シフタ８０を駆動する第２駆動回路２１０とをさらに備える。図５における直線の矢印は光の入力を示している。別々に設けられた第１駆動回路１１０と第２駆動回路２１０とをそれぞれ独立に制御することにより、２次元スキャンを実現できる。この例では、第１駆動回路１１０は、第１調整素子の１つの要素として機能し、第２駆動回路２１０は、第２調整素子の１つの要素として機能する。

第１駆動回路１１０は、各導波路素子１０における光導波層２０の屈折率および厚さの少なくとも一方を変化させることにより、光導波層２０から出射する光の角度を変化させる。第２駆動回路２１０は、各位相シフタ８０における導波路２０ａの屈折率を変化させることにより、導波路２０ａの内部を伝搬する光の位相を変化させる。光分岐器９０は、全反射によって光が伝搬する導波路で構成してもよいし、導波路素子１０と同様の反射型導波路で構成してもよい。

なお、光分岐器９０で分岐したそれぞれの光に対して位相を制御した後に、それぞれの光を位相シフタ８０に導入してもよい。この位相制御には、例えば、位相シフタ８０に至るまでの導波路の長さを調整することによるパッシブな位相制御構造を用いることができる。あるいは、位相シフタ８０と同様の機能を有する電気信号で制御可能な位相シフタを用いても良い。このような方法により、例えば、全ての位相シフタ８０に等位相の光が供給されるように、位相シフタ８０に導入される前に位相を調整してもよい。そのような調整により、第２駆動回路２１０による各位相シフタ８０の制御をシンプルにすることができる。

上記の光スキャンデバイス１００と同様の構成を有する光デバイスは、光受信デバイスとしても利用できる。光デバイスの動作原理、および動作方法などの詳細は、米国特許出願公開第２０１８／０２２４７０９号に開示されている。この文献の開示内容全体を本明細書に援用する。

＜応用例＞
図１６は、回路基板（たとえば、チップ）上に光分岐器９０、導波路アレイ１０Ａ、位相シフタアレイ８０Ａ、および光源１３０などの素子を集積した光スキャンデバイス１００の構成例を示す図である。光源１３０は、例えば、半導体レーザなどの発光素子であり得る。この例における光源１３０は、自由空間における波長がλである単一波長の光を出射する。光分岐器９０は、光源１３０からの光を分岐して複数の位相シフタにおける導波路に導入する。図１６に示す例において、チップ上には電極６２Ａと、複数の電極６２Ｂとが設けられている。導波路アレイ１０Ａには、電極６２Ａから制御信号が供給される。位相シフタアレイ８０Ａにおける複数の位相シフタ８０には、複数の電極６２Ｂから制御信号がそれぞれ送られる。電極６２Ａ、および複数の電極６２Ｂは、上記の制御信号を生成する不図示の制御回路に接続され得る。制御回路は、図１６に示すチップ上に設けられていてもよいし、光スキャンデバイス１００における他のチップに設けられていてもよい。

図１６に示すように、全てのコンポーネントをチップ上に集積することで、小型のデバイスで広範囲の光スキャンが実現できる。例えば２ｍｍ×１ｍｍ程度のチップに、図１６に示される全てのコンポーネントを集積することができる。

図１７は、光スキャンデバイス１００から遠方にレーザ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。２次元スキャンは、ビームスポット３１０を水平および垂直方向に移動させることによって実行される。例えば、公知のＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）法と組み合わせることで、２次元の測距画像を取得することができる。ＴＯＦ法は、レーザを照射して対象物からの反射光を観測することで、光の飛行時間を算出し、距離を求める方法である。

図１８は、そのような測距画像を生成することが可能な光検出システムの一例であるＬｉＤＡＲシステム３００の構成例を示すブロック図である。ＬｉＤＡＲシステム３００は、光スキャンデバイス１００と、光検出器４００と、信号処理回路６００と、制御ユニット（例えば制御回路）５００とを備える。光検出器４００は、光スキャンデバイス１００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４００は、例えば光スキャンデバイス１００から出射される光の波長λに感度を有するイメージセンサ、またはフォトダイオードなどの受光素子を含むフォトディテクタであり得る。光検出器４００は、受光した光の量に応じた電気信号を出力する。信号処理回路６００は、光検出器４００から出力された電気信号に基づいて、対象物までの距離を計算し、距離分布データを生成する。距離分布データは、距離の２次元分布を示すデータ（すなわち、測距画像）である。制御ユニット５００は、光スキャンデバイス１００、光検出器４００、および信号処理回路６００を制御するプロセッサである。制御ユニット５００は、光スキャンデバイス１００からの光ビームの照射のタイミングおよび光検出器４００の露光および信号読出しのタイミングを制御し、信号処理回路６００に、測距画像の生成を指示する。また、制御ユニットからは、光スキャンのために光スキャンデバイスの電極に印加する電圧も制御している。

２次元スキャンにおいて、測距画像を取得するフレームレートとして、例えば一般的に動画でよく使われる６０ｆｐｓ、５０ｆｐｓ、３０ｆｐｓ、２５ｆｐｓ、２４ｆｐｓなどから選択することができる。また、車載システムへの応用を考慮すると、フレームレートが大きいほど測距画像を取得する頻度が上がり、精度よく障害物を検知できる。例えば、６０ｋｍ／ｈでの走行時において、６０ｆｐｓのフレームレートでは車が約２８ｃｍ移動するごとに画像を取得することができる。１２０ｆｐｓのフレームレートでは、車が約１４ｃｍ移動するごとに画像を取得することができる。１８０ｆｐｓのフレームレートでは車が、約９．３ｃｍ移動するごとに、画像を取得することができる。

１つの測距画像を取得するために必要な時間は、ビームスキャンの速度に依存する。例えば、解像点数が１００×１００のイメージを６０ｆｐｓで取得するためには１点につき１．６７μｓ以下でビームスキャンをする必要がある。この場合、制御ユニット５００は、６００ｋＨｚの動作速度で、光スキャンデバイス１００による光ビームの出射、および光検出器４００による信号蓄積・読出しを制御する。

＜光受信デバイスへの応用例＞
本開示の前述の各実施形態における光スキャンデバイスは、ほぼ同一の構成で、光受信デバイスとしても用いることができる。光受信デバイスは、光スキャンデバイスと同一の導波路アレイ１０Ａと、受信可能な光の方向を調整する第１調整素子とを備える。導波路アレイ１０Ａの各第１のミラー３０は、第３の方向から第１の反射面の反対側に入射する光を透過させる。導波路アレイ１０Ａの各光導波層２０は、第２の方向に第１のミラー３０を透過した光を伝搬させる。第１調整素子が各導波路素子１０における前記光導波層２０の屈折率および厚さ、ならびに光の波長の少なくとも１つを変化させることにより、受信可能な光の方向を変化させることができる。さらに、光受信デバイスが、光スキャンデバイスと同一の複数の位相シフタ８０、または８０ａおよび８０ｂと、複数の導波路素子１０から複数の位相シフタ８０、または８０ａおよび８０ｂを通過して出力される光の位相の差をそれぞれ変化させる第２調整素子を備える場合には、受信可能な光の方向を２次元的に変化させることができる。

例えば図１６に示す光スキャンデバイス１００における光源１３０を受信回路に置換した光受信デバイスを構成することができる。導波路アレイ１０Ａに波長λの光が入射すると、その光は位相シフタアレイ８０Ａを通じて光分岐器９０へ送られ、最終的に一箇所に集められ、受信回路に送られる。その一箇所に集められた光の強度は、光受信デバイスの感度を表すといえる。光受信デバイスの感度は、導波路アレイおよび位相シフタアレイ８０Ａに別々に組み込まれた調整素子によって調整することができる。光受信デバイスでは、例えば図４において、波数ベクトル（図中の太い矢印）の方向が反対になる。入射光は、導波路素子１０が延びる方向（図中のＸ方向）の光成分と、導波路素子１０の配列方向（図中のＹ方向）の光成分とを有している。Ｘ方向の光成分の感度は、導波路アレイ１０Ａに組み込まれた調整素子によって調整できる。一方、導波路素子１０の配列方向の光成分の感度は、位相シフタアレイ８０Ａに組み込まれた調整素子によって調整できる。光受信デバイスの感度が最大になるときの光の位相差Δφ、光導波層２０の屈折率ｎ_ｗおよび厚さｄから、図４に示すθおよびα_０がわかる。これにより、光の入射方向を特定することができる。

（光導波層内の液晶材料の配向制御）
液晶材料を含む光導波層２０に外部から電界を印加することにより、光デバイス１００から出射される光の方向を変化させることができる。液晶を駆動させるためには、一般に、光導波層２０内の少なくとも一部に配向処理が施される。従来の配向処理として、例えば、光導波層２０内の当該少なくとも一部に、ポリイミドなどの樹脂層が設けられる。当該樹脂層は、配向膜と呼ばれる。ラビング処理などの方法によって当該配向膜上に所望のキズを付けると、液晶材料の配向方向はキズに沿って並ぶ。これにより、電界が与えられていないときの液晶材料の初期配向が実現される。

一方、本開示では、後述するように、光が導波する領域は、ミラー３０とミラー４０との間であり、かつ、Ｙ方向に隣り合う２つの誘電体部材の間に位置する。隣り合う２つの誘電体部材の間隔は狭く、５μｍ以下になる場合がある。この場合、当該隣り合う２つの誘電体部材に囲まれた領域に、配向膜を均一に形成したり、形成した当該配向膜にラビング処理を施したりすることは容易ではない。

本発明者らは、以上の検討に基づき、以下の項目に記載の光デバイスに想到した。

第１の項目に係る光デバイスは、第１の方向および前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って拡がる第１の反射面を備え、透光性を有する第１のミラーと、前記第１の反射面に対向する第２の反射面を備える第２のミラーと、前記第１のミラーと前記第２のミラーとの間に位置する光導波層であって、前記第２の方向に沿って並ぶ複数の非導波領域、および前記複数の非導波領域の間に位置する１つ以上の光導波領域を含み、前記光導波領域は、液晶材料を含み、且つ前記第１の方向に沿って光を伝搬させる、光導波層と、前記光導波層を介して互いに対向する２つの電極層であって、少なくとも一方が前記第２の方向に沿って並ぶ複数の電極を含む、２つの電極層と、を備える。前記複数の電極は、前記第１の反射面または前記第２の反射面に垂直な方向から見たとき、前記複数の非導波領域の少なくとも一部に重なる電極を含む。

この光デバイスでは、２つの電極層の一方に含まれる電極、および／または他方に含まれる電極に印加された電圧によって形成される電界により、光導波領域に含まれる液晶材料の屈折率を変化させることができる。これにより、第１のミラーから出射される光の方向が変化する。

第２の項目に係る光デバイスは、第１の項目に係る光デバイスにおいて、前記２つの電極層に含まれる前記複数の電極の各々に接続された制御回路をさらに備える。前記制御回路は、動作中、前記複数の電極のうちの一部の電極と他の少なくとも一部の電極とに電位差を設ける第１の動作、および前記２つの電極層の一方に含まれる電極と、前記２つの電極層の他方に含まれる電極との間に電位差を設ける第２の動作の少なくとも一方を実行する。

この光デバイスでは、制御回路の上記の動作により、光導波領域に含まれる液晶材料の屈折率を連続的に変化させることができる。これに伴い、第１のミラーから出射される光の出射角度も連続的に変化する。

第３の項目に係る光デバイスは、第１または第２の項目に係る光デバイスにおいて、前記２つの電極層の一方が、前記光導波層と前記第１の反射面との間、第１のミラーの内部、または、前記第１のミラーの前記第１の反射面とは反対の側の面上に位置し、前記２つの電極層の他方が、前記光導波層と前記第２の反射面との間、第２のミラーの内部、または、前記第２のミラーの前記第２の反射面とは反対の側の面上に位置する。

この光デバイスでは、２つの電極層を上記の位置に設けることにより、第１または第２の項目に係る光デバイスと同じ効果を得ることができる。

第４の項目に係る光デバイスは、第１から第３の項目のいずれかに係る光デバイスにおいて、前記１つ以上の光導波領域が、前記第２の方向における幅が５μｍ以下である光導波領域を含む。

この光デバイスでは、光導波領域の第２の方向における幅が５μｍ以下であっても、第１または第３の項目に係る光デバイスと同じ効果を得ることができる。

第５の項目に係る光デバイスは、第１の項目に係る光デバイスにおいて、前記２つの電極層に含まれる各電極に接続された制御回路をさらに備える。前記複数の電極は、前記第１の反射面または前記第２の反射面に垂直な方向から見たとき、前記複数の非導波領域の少なくとも一部にそれぞれ重なる。前記制御回路は、動作中、前記複数の電極のうちの隣接する任意の２つの電極に電位差を設ける第１の動作、および前記２つの電極層の一方に含まれる電極と、前記２つの電極層の他方に含まれる電極との間に電位差を設ける第２の動作の少なくとも一方を実行する。

この光デバイスでは、複数の電極への制御回路の上記の動作により、光導波領域に含まれる液晶材料の屈折率を連続的に変化させることができる。これに伴い、第１のミラーから出射される光の出射角度も連続的に変化する。

第６の項目に係る光デバイスは、第１から第４の項目のいずれかに係る光デバイスにおいて、前記複数の電極が、前記第１の反射面または前記第２の反射面に垂直な方向から見たとき、前記複数の非導波領域の少なくとも一部にそれぞれ重なる複数の第１の電極と、前記１つ以上の光導波領域の少なくとも一部にそれぞれ重なる１つ以上の第２の電極とを含む。

この光デバイスでは、複数の電極を上記のように設けることにより、第１から第４の項目のいずれかに係る光デバイスと同じ効果を得ることができる。

第７の項目に係る光デバイスは、第１の項目に係る光デバイスにおいて、前記２つの電極層に含まれる各電極に接続された制御回路をさらに備える。前記複数の電極は、前記第１の反射面または前記第２の反射面に垂直な方向から見たとき、前記複数の非導波領域の少なくとも一部にそれぞれ重なる複数の第１の電極と、前記１つ以上の光導波領域の少なくとも一部にそれぞれ重なる１つ以上の第２の電極とを含む。前記制御回路は、動作中、前記複数の第１の電極のうちの隣接する任意の２つの電極に電位差を設ける第１の動作、および前記２つの電極層の一方に含まれる電極と、前記２つの電極層の他方に含まれる電極との間に電位差を設ける第２の動作の少なくとも一方を実行する。

この光デバイスでは、複数の電極への制御回路の上記の動作により、光導波領域に含まれる液晶材料の屈折率を連続的に変化させることができる。これに伴い、第１のミラーから出射される光の出射角度も連続的に変化する。

第８の項目に係る光デバイスは、第１から第７の項目のいずれかに係る光デバイスにおいて、前記２つの電極層の一方が、前記複数の電極を含み、前記２つの電極層の他方が、単一の電極を含む。

この光デバイスでは、２つの電極層を上記のように設けることにより、第１から第７の項目のいずれかに係る光デバイスと同じ効果を得ることができる。

第９の項目に係る光デバイスは、第１から第７の項目のいずれかに係る光デバイスにおいて、前記２つの電極層の両方が、前記複数の電極を含む。

この光デバイスでは、２つの電極層を上記のように設けることにより、第１から第７の項目のいずれかに係る光デバイスと同じ効果を得ることができる。

以下において、実施形態１から実施形態６における光デバイス１００を説明する。

（実施形態１）
ここでは、光が導波する領域内の液晶材料を駆動させることにより、光スキャンを実施する例を説明する。

図６Ａは、本開示の例示的な実施形態における光デバイス１００の斜視図である。図６Ｂは、図６Ａに示す光デバイス１００のＹＺ面における断面図である。図６Ａおよび図６Ｂでは、簡単のために、光デバイス１００の一部が示されている。なお、便宜上、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向が示されているが、実際の光デバイス１００の方向を限定するものではない。

本実施形態における光デバイス１００は、ミラー３０およびミラー４０と、光導波層２０と、電極層６０ａおよび電極層６０ｂと、を備える。光デバイス１００は、不図示の制御回路をさらに備えてもよい。

ミラー３０は、Ｘ方向およびＹ方向に沿って拡がる第１の反射面３２を備える。ミラー３０は、透光性を有する。ミラー４０は、第１の反射面３２に対向する第２の反射面４２を備える。ミラー３０とミラー４０とは、略平行になるように支持部材７０によって支持されている。支持部材７０は、例えば、ＳｉＯ_２などの誘電体材料、または樹脂から形成される。支持部材７０は、柱状、または壁状の形状を有し得る。支持部材７０は、ミラー３０とミラー４０との間の光導波層２０以外の領域において、広範囲に配置される。光デバイス１００は、ミラー３０およびミラー４０を貼り合わせて作製してもよい。

光導波層２０は、ミラー３０とミラー４０との間に位置する。光導波層２０において、複数の誘電体部材２４がＹ方向に沿って並んでいる。Ｚ方向から見たとき、光導波層２０のうち、複数の誘電体部材２４に重なる領域を「複数の非導波領域２０ｎ」と称する。光導波層２０のうち、Ｙ方向に沿って並ぶ複数の非導波領域２０ｎの間に位置する１つ以上の領域を、「１つ以上の光導波領域２０ｇ」と称する。言い換えれば、光導波層２０は、複数の非導波領域２０ｎと、１つ以上の光導波領域２０ｇとを含む。１つ以上の光導波領域２０ｇの平均屈折率は、複数の非導波領域２０ｎの平均屈折率よりも高い。これにより、１つ以上の光導波領域２０ｇは、Ｘ方向に沿って光を導波させることができる。１つ以上の光導波領域２０ｇの各々は、液晶材料２３を含む。複数の非導波領域２０ｎは、それぞれ複数の誘電体部材２４を含む。図６Ａおよび図６Ｂに示す例では、誘電体部材２４とミラー３０との間にギャップが存在する。隣り合う任意の２つ光導波領域２０ｇの一方を伝搬する光が、他方に漏れなければ、ギャップが存在していてもよい。当該ギャップが存在することにより、複数の誘電体部材２４のＺ方向における高さが同じでなくても、ミラー３およびミラー４０を容易に貼り合わせることができる。図６Ａおよび図６Ｂに示す光導波層２０は、複数の誘電体部材２４以外では、液晶材料２３で満たされている。

電極層６０ａおよび電極層６０ｂは、光導波層２０を介して、互いに対向する。図６Ａおよび図６Ｂに示す例では、一方の電極層６０ａが、Ｙ方向に沿って並ぶ複数の電極を含み、他方の電極層６０ｂが、単一の電極を含む。図６Ａに示すように、電極層６０ａにおける複数の電極のうち、一部の電極は、Ｙ方向に延びる２つの平行な電極のうちの一方の電極から他方の電極に向けて突出し、他の部分の電極は、上記他方の電極から上記一方の電極に向けて突出し、上記一部の電極の間に位置していてもよい。図６Ａおよび図６Ｂに示す例では、電極層６０ａは、ミラー３０の第１の反射面３２とは反対の側の面上に位置し、電極層６０ｂは、ミラー４０の第２の反射面４２とは反対の側の面上に位置する。電極層６０ａは、光導波層２０とミラー３０の第１の反射面３２との間、またはミラー３０の内部に位置していてもよい。同様に、電極層６０ｂは、光導波層２０とミラー４０の第２の反射面４２との間、またはミラー４０の内部に位置していてもよい。図６Ａおよび図６Ｂに示す例では、電極層６０ａにおける複数の電極は、それぞれ、Ｚ方向から見たとき、複数の非導波領域２０ｎの少なくとも一部に重なる。より具体的には、電極層６０ａにおける複数の電極は、それぞれ、Ｚ方向から見たとき、複数の非導波領域２０ｎに含まれている。電極層６０ａにおける複数の電極は、１つ以上の光導波領域２０ｇ内を伝搬する光の波長に透光性を有する電極材料から形成され得る。当該電極材料は、例えば、ＩＴＯなどの透明電極である。ただし、光の透過を妨げなければ、どのような電極材料でもよい。電極層６０ａにおける複数の電極が、Ｚ方向から見たとき、１つ以上の光導波領域２０ｇに重ならなければ、当該電極材料は、Ａｌなどの導電性の金属を含んでいてもよい。電極層６０ｂにおける単一の電極は、透明電極および／または導電性の金属を含んでいてもよい。

不図示の制御回路は、電極層６０ａおよび電極層６０ｂに含まれる複数の電極の各々に接続されている。図６Ａおよび図６Ｂに示す例では、不図示の制御回路は、Ｙ方向に延びる２つの平行な電極のうちの１つを介して、電極層６０ａにおける複数の電極の各々に接続されている。当該制御回路は、電極層６０ａにおける複数の電極の各々、および電極層６０ｂにおける単一の電極に、独立して任意の電圧を印加することができる。図６Ａおよび図６Ｂに示す例では、電極層６０ａにおける複数の電極に、異なる２つの値の電圧が交互に印加されるか、または、同じ値の電圧が印加される。電極層６０ａにおける複数の電極、および電極層６０ｂにおける単一の電極から所望の電界をミラー３０とミラー４０との間に生じさせることにより、ミラー３０とミラー４０との間に満たされた液晶材料２３が駆動される。これにより、液晶材料２３の屈折率が変化する。

次に、本実施形態における液晶材料２３の配向制御を、図７Ａおよび図７Ｂを参照して説明する。

図７Ａは、図６Ｂに示す例において液晶材料２３がＹ方向に配向した第１の状態を模式的に示す図である。図７Ｂは、図６Ｂに示す例において液晶材料２３がＺ方向に配向した第２の状態を模式的に示す図である。図７Ａおよび図７Ｂに示す符号２３ｏは、液晶材料２３の配向状態を模式的に表している。電極層６０ａにおける複数の電極、および電極層６０ｂにおける単一の電極に印加された電圧によって形成される電界により、ミラー３０およびミラー４０によって挟まれた液晶材料２３の配向方向が制御される。

図７Ａに示す例では、電極層６０ａにおける複数の電極のうち、隣接する任意の２つの電極に電位差が設けられ、電極層６０ｂにおける単一の電極は電気的に開放された状態にある。この状態では、図７Ａに示すように、隣接する２つの電極の間に生じる電位差により、Ｙ方向にほぼ平行な電気力線が、１つ以上の光導波領域２０ｇ内に生じる。この電界により、１つ以上の光導波領域２０ｇ内の液晶材料２３はＹ方向に配向される。

図７Ｂに示す例では、電極層６０ａにおける複数の電極がほぼ同電位であり、電極層６０ａにおける複数の電極と、電極層６０ａにおける単一の電極との間に電位差が設けられた状態にある。この状態では、図７Ｂに示すように、ミラー３０から、ミラー４０に向かってＺ方向にほぼ平行な電気力線が生じる。これにより、１つ以上の光導波領域２０ｇ内の液晶材料２３は、Ｚ方向に配向される。図７Ｂに示す例では、電気力線がミラー３０からミラー４０に向かって生じているが、逆であってもよい。

このように電極層６０ａにおける複数の電極、および電極層６０ｂにおける単一の電極に電圧を印加することにより、図７Ａに示す第１の状態と、図７Ｂに示す第２の状態とを任意に作り出すことができる。第１の状態と第２の状態とでは、１つ以上の光導波領域２０ｇに含まれる液晶材料２３の屈折率が異なる。第１の状態から第２の状態への推移、および、第２の状態から第１の状態への推移の過程において、液晶材料２３の屈折率が連続的に変化する。これに伴い、ミラー３０から出射される光の出射角度が変化する。その結果、光スキャンを実現することができる。

第１の状態から第２の状態への推移、および、第２の状態から第１の状態への推移を実現するために、不図示の制御回路は、動作中、電極層６０ａにおける複数の電極のうちの一部の電極と他の少なくとも一部の電極とに電位差を設ける第１の動作、ならびに、電極層６０ａおよび電極層６０ｂの一方に含まれる電極と、他方に含まれる電極との間に電位差を設ける第２の動作の少なくとも一方を実行する。

電極層６０ａにおける各電極のＹ方向における幅は、１つの非導波領域２０ｎのＹ方向における幅よりも狭くてもよい。これにより、図７Ａに示す第１の状態において、１つ以上の光導波領域２０ｇ内に形成される電気力線が、よりＹ方向に平行になる。

図７Ａおよび図７Ｂに示す例とは反対に、ミラー３０上の電極層６０ａが単一の電極を含み、ミラー４０上の電極層６０ｂが複数の電極を含んでいてもよい。この構成でも、図７Ａおよび図７Ｂに示す例と同様の効果を得ることができる。

なお、電極層６０ａにおける複数の電極のすべてが、それぞれ、Ｚ方向から見たとき、複数の非導波領域２０ｎの少なくとも一部に重なる必要はない。図７Ａおよび図７Ｂに示す例と同様の効果が得られるのであれば、電極層６０ａにおける複数の電極の一部は、Ｚ方向から見たとき、複数の非導波領域２０ｎの少なくとも一部に重なる電極を含み、他の部分は、そのような電極を含んでいなくてもよい。

（実施形態２）
以下の説明において、実施形態１に示す例と同じ構成については、説明を省略する。

図８Ａは、本開示の例示的な実施形態における光デバイス１００の斜視図である。図８Ｂは、図８Ａに示す光デバイス１００のＹＺ面における断面図である。図８Ａおよび図８Ｂでは、簡単のために、光デバイス１００の一部が示されている。

図８Ａおよび図８Ｂに示す例では、実施形態１に示す例とは異なり、電極層６０ｂが、電極層６０ａと同様に、複数の電極を含む。電極層６０ａにおける複数の電極の各々、および電極層６０ｂにおける複数の電極の各々に、独立して任意の電圧を印加することができる。

次に、本実施形態における液晶材料２３の配向制御を、図９Ａおよび図９Ｂを参照して説明する。

図９Ａは、図８Ｂに示す例において液晶材料２３がＹ方向に配向した第１の状態を模式的に示す図である。図９Ｂは、図８Ｂに示す例において液晶材料２３がＺ方向に配向した第２の状態を模式的に示す図である。電極層６０ａにおける複数の電極、および電極層６０ｂにおける複数の電極に印加した電圧によって形成される電界により、ミラー３０およびミラー４０によって挟まれた液晶材料２３の配向方向が制御される。

図９Ａに示す例では、電極層６０ａにおける複数の電極のうち、隣接する任意の２つの電極に電位差が設けられ、電極層６０ｂにおける複数の電極のうち、隣接する任意の２つの電極に電位差が設けられた状態にある。光導波層２０を介して対向する２つの電極は、同電位であってもよい。この状態では、図９Ａに示すように、隣接する２つの電極の間に生じる電位差により、Ｙ方向にほぼ平行な電気力線が、１つ以上の光導波領域２０ｇ内に生じる。これにより、１つ以上の光導波領域２０ｇ内の液晶材料２３はＹ方向に配向される。

図９Ｂに示す例では、電極層６０ａにおける複数の電極がほぼ同電位であり、電極層６０ｂにおける複数の電極がほぼ同電位であり、電極層６０ａにおける複数の電極と、電極層６０ｂにおける複数の電極との間に電位差が設けられた状態にある。この状態では、図９Ｂに示すように、ミラー３０から、ミラー４０に向かってＺ方向にほぼ平行な電気力線が生じる。これにより、１つ以上の光導波領域２０ｇ内の液晶材料２３は、Ｚ方向に配向される。図９Ｂに示す例では、電気力線がミラー３０からミラー４０に向かって生じているが、逆であってもよい。

このように電極層６０ａにおける複数の電極、および電極層６０ｂにおける複数の電極に電圧を印加することにより、図９Ａに示す第１の状態と、図９Ｂに示す第２の状態とを任意に作り出すことができる。第１の状態と第２の状態とでは、１つ以上の光導波領域２０ｇの液晶材料２３の屈折率が異なる。第１の状態から第２の状態への推移、および、第２の状態から第１の状態への推移の過程において、液晶材料２３の屈折率が連続的に変化する。これに伴い、ミラー３０から出射される光の出射角度が変化する。その結果、光スキャンを実現することができる。

電極層６０ａにおける各電極のＹ方向における幅は、各非導波領域２０ｎのＹ方向における幅よりも狭くてもよい。これにより、図９Ａに示す第１の状態において、１つ以上の光導波領域２０ｇ内に形成される電気力線が、よりＹ方向に平行になる。

なお、電極層６０ｂにおける複数の電極のすべてが、それぞれ、Ｚ方向から見たとき、複数の非導波領域２０ｎの少なくとも一部に重なる必要はない。図９Ａおよび図９Ｂに示す例と同様の効果が得られるのであれば、電極層６０ｂにおける複数の電極の一部は、Ｚ方向から見たとき、複数の非導波領域２０ｎの少なくとも一部に重なる電極を含み、他の部分は、そのような電極を含んでいなくてもよい。

（実施形態３）
以下の説明において、実施形態１に示す例と同じ構成については、説明を省略する。

図１０Ａは、本開示の例示的な実施形態における光デバイス１００の斜視図である。図１０Ｂは、図１０Ａに示す光デバイス１００のＹＺ面における断面図である。図１０Ａおよび図１０Ｂでは、簡単のために、光デバイス１００の一部が示されている。

図１０Ａおよび図１０Ｂに示す例では、実施形態１に示す例とは異なり、電極層６０ａにおける複数の電極が、複数の第１の電極６０ａ１、および１つ以上の第２の電極６０ａ２を含む。複数の第１の電極６０ａ１は、図６Ａおよび図６Ｂに示に電極層６０ａにおける複数の電極に相当する。１つ以上の第２の電極６０ａ２は、それぞれ、Ｚ方向から見たとき、１つ以上の光導波領域２０ｇの少なくとも一部に重なる。より具体的には、１つ以上の第２の電極６０ａ２は、それぞれ、Ｚ方向から見たとき、１つ以上の光導波領域２０ｇに含まれる。

図１０Ａに示すように、１つ以上の第２の電極６０ａ２は、複数の第１の電極６０ａ１の隙間に配置された連続的な１つの電極の一部であってもよい。電極層６０ａにおける複数の電極の各々、および電極層６０ｂにおける単一の電極に、独立して任意の電圧を印加することができる。図１０Ａおよび図１０Ｂに示す例では、電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１に、異なる２つの値の電圧が交互に印加されるか、または、同じ値の電圧が印加される。電極層６０ａにおける１つ以上の第２の電極６０ａ２には、同じ値の電圧が印加される。

次に、本実施形態における液晶材料２３の配向制御を、図１１Ａおよび図１１Ｂを参照して説明する。

図１１Ａは、図１０Ｂに示す例において液晶材料２３がＹ方向に配向した第１の状態を模式的に示す図である。図１１Ｂおよび図１１Ｃは、図１０Ｂに示す例において液晶材料２３がＺ方向に配向した第２の状態を模式的に示す図である。電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１および１つ以上の第２の電極６０ａ２、ならびに電極層６０ｂにおける単一の電極に印加した電圧によって形成される電界により、ミラー３０およびミラー４０によって挟まれた液晶材料２３の配向方向が制御される。

図１１Ａに示す例では、電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１のうち、隣接する任意の２つの電極に電位差が設けられ、電極層６０ａにおける１つ以上の第２の電極６０ａ２、および電極層６０ｂにおける単一の電極は電気的に開放された状態にある。この状態では、図１１Ａに示すように、隣接する２つの電極の間に生じる電位差により、Ｙ方向にほぼ平行な電気力線が、１つ以上の光導波領域２０ｇ内に生じる。これにより、１つ以上の光導波領域２０ｇ内の液晶材料２３はＹ方向に配向される。

図１１Ｂに示す例では、電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１および１つ以上の第２の電極６０ａ２がほぼ同電位であり、電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１および１つ以上の第２の電極６０ａ２と、電極層６０ｂにおける単一の電極との間に電位差が設けられた状態にある。この状態では、図１１Ｂに示すように、ミラー３０から、ミラー４０に向かってＺ方向にほぼ平行な電気力線が生じる。これにより、１つ以上の光導波領域２０ｇ内の液晶材料２３は、Ｚ方向に配向される。図１１Ｂに示す例では、電気力線がミラー３０からミラー４０に向かって生じているが、逆であってもよい。

図１１Ｃに示す例では、電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１のうち、隣り合う任意の２つの電極に第１の電位差が設けられ、かつ、電極層６０ａにおける１つ以上の第２の電極６０ａ２と、電極層６０ｂにおける単一の電極との間に第２の電位差が設けられた状態にある。第１の電位差は、図１１Ａに示す例における電位差よりも小さくてもよく、第２の電位差よりも小さくてもよい。この状態では、図１１Ｃに示すように、ミラー３０から、ミラー４０に向かってＺ方向にほぼ平行な電気力線が生じる。これにより、１つ以上の光導波領域２０ｇ内の液晶材料２３は、Ｚ方向に配向される。図１１Ｃに示す例では、電気力線がミラー３０からミラー４０に向かって生じているが、逆であってもよい。図１１Ｃに示す状態も、電極層６０ａにおける１つ以上の第２の電極６０ａ２と、電極層６０ｂにおける単一の電極との間に生じる電界により、１つ以上の光導波領域２０ｇ内の液晶材料２３がＺ方向に配向された第２の状態であると言うことができる。

このように電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１および１つ以上の第２の電極６０ａ２、ならびに電極層６０ｂにおける単一の電極に電圧を印加することにより、図１１Ａに示す第１の状態と、図１１Ｂまたは図１１Ｃに示す第２の状態とを任意に作り出すことができる。第１の状態と第２の状態とでは、１つ以上の光導波領域２０ｇの液晶材料２３の屈折率が異なる。第１の状態から第２の状態への推移、および、第２の状態から第１の状態への推移の過程において、液晶材料２３の屈折率が連続的に変化する。これに伴い、ミラー３０から出射される光の出射角度が変化する。その結果、光スキャンを実現することができる。

電極層６０ａにおける各第１の電極６０ａ１のＹ方向における幅は、各非導波領域２０ｎのＹ方向における幅よりも狭くてもよい。これにより、図１１Ａに示す第１の状態において、１つ以上の光導波領域２０ｇ内に形成される電気力線が、よりＹ方向に平行になる。

なお、電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１のすべてが、それぞれ、Ｚ方向から見たとき、複数の非導波領域２０ｎの少なくとも一部に重なる必要はない。図１１Ａおよび図１１Ｂに示す例と同様の効果が得られるのであれば、電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１の一部は、Ｚ方向から見たとき、複数の非導波領域２０ｎの少なくとも一部に重なる電極を含み、他の部分は、そのような電極を含んでいなくてもよい。

同様に、電極層６０ａにおける１つ以上の第２の電極６０ａ２のすべてが、それぞれ、Ｚ方向から見たとき、複数の光導波領域２０ｇの少なくとも一部に重なる必要はない。図１１Ａおよび図１１Ｂに示す例と同様の効果が得られるのであれば、電極層６０ａにおける複１つ以上の第２の電極６０ａ２の一部は、Ｚ方向から見たとき、複数の光導波領域２０ｇの少なくとも一部に重なる電極を含み、他の部分は、そのような電極を含んでいなくてもよい。

（実施形態４）
以下の説明において、実施形態３に示す例と同じ構成については、説明を省略する。

図１２Ａは、本開示の例示的な実施形態における光デバイス１００の斜視図である。図１２Ｂは、図１２Ａに示す光デバイス１００のＹＺ面における断面図である。図１２Ａおよび図１２Ｂでは、簡単のために、光デバイス１００の一部が示されている。

図１２Ａおよび図１２Ｂに示す例では、実施形態３に示す例とは異なり、電極層６０ｂにおける複数の電極が、電極層６０ａと同様に、複数の第１の電極６０ｂ１、および１つ以上の第２の電極６０ｂ２を含む。電極層６０ａにおける複数の電極の各々、および電極層６０ｂにおける複数の電極の各々に、独立して任意の電圧を印加することができる。図１２Ａおよび図１２Ｂに示す例では、電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１に、異なる２つの値の電圧が交互に印加されるか、または、同じ値の電圧が印加される。電極層６０ｂにおける複数の電極についても、同様である。

次に、本実施形態における液晶材料２３の配向制御を、図１３Ａおよび図１３Ｂを参照して説明する。

図１３Ａは、図１２Ｂに示す例において液晶材料２３がＹ方向に配向した第１の状態を模式的に示す図である。図１３Ｂおよび図１３Ｃは、図１２Ｂに示す例において液晶材料２３がＺ方向に配向した第２の状態を模式的に示す図である。電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１および１つ以上の第２の電極６０ａ２、ならびに電極層６０ｂにおける複数の第１の電極６０ｂ１および１つ以上の第２の電極６０ｂ２に印加した電圧によって形成される電界により、ミラー３０およびミラー４０によって挟まれた液晶材料２３の配向方向が制御される。

図１３Ａに示す例では、電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１のうち、隣接する任意の２つの電極に電位差が設けられ、電極層６０ａにおける１つ以上の第２の電極６０ａ２は電気的に開放された状態にある。電極層６０ｂにおける複数の第１の電極６０ｂ１および１つ以上の第２の電極６０ｂ２についても、同様である。この状態では、図１３Ａに示すように、隣接する２つの電極の間に生じる電位差により、Ｙ方向にほぼ平行な電気力線が、１つ以上の光導波領域２０ｇ内に生じる。これにより、１つ以上の光導波領域２０ｇ内の液晶材料２３はＹ方向に配向される。

図１３Ｂに示す例では、電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１および１つ以上の第２の電極６０ａ２がほぼ同電位であり、電極層６０ｂにおける複数の第１の電極６０ｂ１および１つ以上の第２の電極６０ｂ２がほぼ同電位であり、電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１および１つ以上の第２の電極６０ａ２と、電極層６０ｂにおける複数の第１の電極６０ｂ１および１つ以上の第２の電極６０ｂ２との間に電位差が設けられた状態にある。この状態では、図１３Ｂに示すように、ミラー３０から、ミラー４０に向かってＺ方向にほぼ平行な電気力線が生じる。これにより、１つ以上の光導波領域２０ｇ内の液晶材料２３は、Ｚ方向に配向される。図１３Ｂに示す例では、電気力線がミラー３０からミラー４０に向かって生じているが、逆であってもよい。

図１３Ｃに示す例では、電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１のうち、隣り合う任意の２つの電極に第１の電位差が設けられ、かつ、電極層６０ｂにおける複数の第１の電極６０ｂ１のうち、隣り合う任意の２つの電極に第１の電位差が設けられ、かつ、電極層６０ａにおける１つ以上の第２の電極６０ａ２と、電極層６０ｂにおける１つ以上の第２の電極６０ｂ２との間に第２の電位差が設けられた状態にある。第１の電位差は、図１３Ａに示す例における電位差よりも小さくてもよく、第２の電位差よりも小さくてもよい。この状態では、図１３Ｃに示すように、ミラー３０から、ミラー４０に向かってＺ方向にほぼ平行な電気力線が生じる。これにより、１つ以上の光導波領域２０ｇ内の液晶材料２３は、Ｚ方向に配向される。図１３Ｃに示す例では、電気力線がミラー３０からミラー４０に向かって生じているが、逆であってもよい。図１３Ｃに示す状態も、電極層６０ａにおける１つ以上の第２の電極６０ａ２と、電極層６０ｂにおける１つ以上の第２の電極６０ｂ２との間に生じる電界により、１つ以上の光導波領域２０ｇ内の液晶材料２３がＺ方向に配向された第２の状態であると言うことができる。

このように電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１および１つ以上の第２の電極６０ａ２、ならびに電極層６０ｂにおける複数の第１の電極６０ｂ１および１つ以上の第２の電極６０ｂ２に電圧を印加することにより、図１３Ａに示す第１の状態と、図１３Ｂまたは図１３Ｃに示す第２の状態とを任意に作り出すことができる。第１の状態と第２の状態とでは、１つ以上の光導波領域２０ｇの液晶材料２３の屈折率が異なる。第１の状態から第２の状態への推移、および、第２の状態から第１の状態への推移の過程において、液晶材料２３の屈折率が連続的に変化する。これに伴い、ミラー３０から出射される光の出射角度が変化する。その結果、光スキャンを実現することができる。

電極層６０ａにおける各第１の電極６０ａ１のＹ方向における幅、および／または、電極層６０ｂにおける各第１の電極６０ｂ１のＹ方向における幅は、各非導波領域２０ｎのＹ方向における幅よりも狭くてもよい。これにより、図１３Ａに示す第１の状態において、１つ以上の光導波領域２０ｇ内に形成される電気力線が、よりＹ方向に平行になる。

（実施形態５）
以下の説明において、実施形態１に示す例と同じ構成については、説明を省略する。

図１４Ａは、本開示の例示的な実施形態における光デバイス１００の斜視図である。図１４Ｂは、図１４Ａに示す光デバイス１００のＹＺ面における断面図である。図１４Ａおよび図１４Ｂでは、簡単のために、光デバイス１００の一部が示されている。

図１４Ａおよび図１４Ｂに示す例では、実施形態１に示す例とは異なり、電極層６０ａにおける複数の電極が、複数の第１の電極６０ａ１、および複数の第３の電極６０ａ３を含む。複数の第１の電極６０ａ１は、図６Ａおよび図６Ｂに示に電極層６０ａにおける複数の電極に相当する。複数の第３の電極６０ａ３は、複数の第１の電極６０ａ１に略直交する。複数の第１の電極６０ａ１と複数の第３の電極６０ａ３とを絶縁するために、複数の第１の電極６０ａ１と複数の第３の電極６０ａ３との間に絶縁層５０ａが位置する。電極層６０ａにおける複数の電極の各々、および電極層６０ｂにおける単一の電極に、独立して任意の電圧を印加することができる。図１４Ａおよび図１４Ｂに示す例では、電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１に、異なる２つの値の電圧が交互に印加されるか、または、同じ値の電圧が印加される。電極層６０ａにおける複数の第３の電極６０ａ３にも、異なる２つの値の電圧が交互に印加されるか、または、同じ値の電圧が印加される。

電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１に、異なる２つの値の電圧を交互に印加することにより、液晶材料２３のＹ方向の配向制御が可能になる。電極層６０ａにおける複数の第３の電極６０ａ３に、異なる２つの値の電圧を交互に印加することにより、液晶材料２３のＸ方向の配向制御が可能になる。すなわち、電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１および複数の第３の電極６０ａ３により、液晶材料２３のＸＹ平面内での任意の方向の配向制御が可能になる。当然、電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１および複数の第３の電極６０ａ３と、電極層６０ｂにおける単一の電極との間に電位差を設けることにより、液晶材料２３の配向方向をＺ方向に並べることが可能になる。

電極層６０ａにおける各第１の電極６０ａ１のＹ方向における幅は、各非導波領域２０ｎのＹ方向における幅よりも狭くてもよい。これにより、１つ以上の光導波領域２０ｇ内に形成される電気力線が、よりＹ方向に平行になる。同様に、電極層６０ａにおける各第３の電極６０ａ３のＸ方向における幅は、電極層６０ａにおける各第１の電極６０ａ１のＹ方向における幅と同程度に狭くてもよい。これにより、１つ以上の光導波領域２０ｇ内に形成される電気力線が、よりＸ方向に平行になる。

（実施形態６）
以下の説明において、実施形態５に示す例と同じ構成については、説明を省略する。

図１５Ａは、本開示の例示的な実施形態における光デバイス１００の斜視図である。図１５Ｂは、図１５Ａに示す光デバイス１００のＹＺ面における断面図である。図１５Ａおよび図１５Ｂでは、簡単のために、光デバイス１００の一部が示されている。

図１５Ａおよび図１５Ｂに示す例では、実施形態５に示す例とは異なり、電極層６０ｂにおける複数の電極が、電極層６０ａと同様に、複数の第１の電極６０ｂ１、および複数の第３の電極６０ｂ３を含む。複数の第１の電極６０ｂ１と複数の第３の電極６０ｂ３とを絶縁するために、複数の第１の電極６０ｂ１と複数の第３の電極６０ｂ３との間に絶縁層５０ｂが位置する。電極層６０ａにおける複数の電極の各々、および電極層６０ｂにおける複数の電極の各々に、独立して任意の電圧を印加することができる。図１５Ａおよび図１５Ｂに示す例では、電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１に、異なる２つの値の電圧が交互に印加されるか、または、同じ値の電圧が印加される。電極層６０ａにおける複数の第３の電極６０ａ３にも、異なる２つの値の電圧が交互に印加されるか、または、同じ値の電圧が印加される。電極層６０ｂにおける複数の第１の電極６０ｂ１にも、異なる２つの値の電圧が交互に印加されるか、または、同じ値の電圧が印加される。電極層６０ｂにおける複数の第３の電極６０ｂ３にも、異なる２つの値の電圧が交互に印加されるか、または、同じ値の電圧が印加される。

電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１に異なる２つの値の電圧を交互に印加し、および／または、電極層６０ｂにおける複数の第１の電極６０ｂ１に異なる２つの値の電圧を交互に印加することにより、液晶材料２３のＹ方向の配向制御が可能になる。電極層６０ａにおける複数の第３の電極６０ａ３に異なる２つの値の電圧を交互に印加し、および／または、電極層６０ｂにおける複数の第３の電極６０ｂ３に異なる２つの値の電圧を交互に印加することにより、液晶材料２３のＸ方向の配向制御が可能になる。すなわち、電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１および複数の第３の電極６０ａ３、ならびに、電極層６０ｂにおける複数の第１の電極６０ｂ１および複数の第３の電極６０ｂ３により、液晶材料２３のＸＹ平面内での任意の方向の配向制御が可能になる。当然、電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１および複数の第３の電極６０ａ３と、電極層６０ｂにおける複数の第１の電極６０ｂ１および複数の第３の電極６０ｂ３との間に電位差を設けることにより、液晶材料２３の配向方向をＺ方向の方向に並べることが可能になる。

電極層６０ａにおける各第１の電極６０ａ１のＹ方向における幅、および／または、電極層６０ｂにおける各第１の電極６０ｂ１のＹ方向における幅は、各非導波領域２０ｎのＹ方向における幅よりも狭くてもよい。これにより、１つ以上の光導波領域２０ｇ内に形成される電気力線が、よりＹ方向に平行になる。同様に、電極層６０ａにおける各第３の電極６０ａ３のＸ方向における幅、および／または、電極層６０ｂにおける各第３の電極６０ｂ３のＸ方向における幅は、電極層６０ａにおける各第１の電極６０ａ１のＹ方向における幅、および／または、電極層６０ｂにおける各第１の電極６０ｂ１のＹ方向における幅と同程度に狭くてもよい。これにより、１つ以上の光導波領域２０ｇ内に形成される電気力線が、よりＸ方向に平行になる。

次に、実施形態１から実施形態６における光デバイス１００の効果を説明する。

１つ以上の光導波領域２０ｇの各々のＹ方向における幅が広い場合、前述の従来の配向処理により、液晶材料２３の初期の配向方向を決定することができる。しかし、１つ以上の光導波領域２０ｇが、Ｙ方向における５μｍ以下の幅の光導波領域を含む場合、従来の配向処理により、液晶材料２３の初期の配向方向を決定することは容易ではない。このような場合でも、実施形態１から実施形態６における電極配置により、液晶材料２３のＹＺ平面内、ＸＹ平面内、またはＸＹＺ空間内の任意の方向の配向制御が可能になるという効果が得られる。

（実施例１）
本実施例１では、実施形態１において説明した光デバイス１００を用いて液晶材料２３の配向状態を確認した。ミラー３０およびミラー４０には、Ｎｂ_２Ｏ_５およびＳｉＯ_２の誘電体層が交互に積層された誘電体多層膜ミラーが用いられた。ミラー３０の光透光性は、ミラー４０の光透光性よりも高い。波長９４０ｎｍの光の垂直入射では、ミラー３０の反射率は９９．６％に設計され、ミラー４０の反射率は９９．９％に設計された。複数の誘電体部材２４は、ＳｉＯ_２から形成された。複数の誘電体部材２４の各々のＺ方向における高さは約１μｍとし、Ｙ方向における幅は約３０μｍとした。複数の誘電体部材２４はＹ方向に沿って等間隔に配置された。１つ以上の光導波領域２０ｇの各々のＹ方向における幅は５μｍとした。ミラー３０上に、フォトリソグラフィの技術を用いて、ＩＴＯから形成された電極パターンが設けられた。電極層６０ａにおける複数の電極のＹ方向における幅は、それぞれ、複数の非導波領域２０ｎのＹ方向における幅よりも狭くした。電極層６０ａにおける複数の電極の各々のＹ方向における幅は約２０μｍとした。電極層６０ａにおける複数の電極のＸ方向における長さは、１つ以上の光導波領域２０ｇのＸ方向における長さと略同じ長さとした。１つ以上の光導波領域２０ｇは、アレイ状に配置された。電極層６０ａにおける複数の電極は、かみ合うように配置された２つの櫛歯状の電極から形成された。当該複数の電極は、それぞれ、Ｚ方向から見たとき、複数の非導波領域２０ｎに重なるように設けられた。電極層６０ｂにおける単一の電極は、ミラー４０上にＩＴＯを成膜することによって設けられた。

図６Ａおよび図６Ｂには示していないが、光デバイス１００は、厚さ０．６２５μｍの石英基板上に設けられた。当該石英基板上に電極層６０ｂにおける単一の電極が設けられ、当該単一の電極上に、ミラー４０として誘電体多層膜が設けられ、ミラー４０上に、複数の誘電体部材２４、および樹脂から形成された支持部材７０が設けられた。ミラー３０およびミラー４０は、支持部材７０を介して貼り合わせることによって設けられた。支持部材７０のＺ方向における高さは、約２μｍである。図６Ａおよび図６Ｂには示していないが、ミラー３０とミラー４０との間に、液晶材料２３が封入される領域を囲むように、ＵＶ硬化性の接着材が塗布された。ミラー３０およびミラー４０は、当該接着材をＵＶ照射することによって貼りあわせられた。液晶材料２３は、当該接着剤のうち、開放された一部の領域から真空注入された。液晶材料２３には、ＢＫ７と呼ばれる材料が用いられた。液晶材料２３の注入後、開放された当該一部の領域に接着剤を塗布することにより、液晶材料２３が封止された。不図示の制御回路は、電極層６０ａにおける複数の電極、および電極層６０ｂにおける単一の電極に、それぞれ電気的な配線を介して接続された。これにより、電極層６０ａにおける複数の電極、および電極層６０ｂにおける単一の電極に、個別に電圧を給電することができる。

液晶材料２３の配向状態は、次のようにして確認した。偏光顕微鏡において、クロスニコル配置の２つの偏光板の間に、光デバイス１００が、当該２つの偏光板に平行になるように設置された。光入射側の偏光板を透過する光の偏光方向を基準として、光デバイス１００は、その光導波方向を上記の２つの偏光板に平行な面内に４５°回転させて顕微鏡に設置された。光デバイス１００を透過した光は、光出射側の偏光板を通して、顕微鏡によって像として確認することができる。

図７Ａにおいて説明した第１の状態を確認した。電極層６０ａにおける複数の電極に、交互に１０Ｖの電位差が設定された。電極層６０ｂにおける単一の電極は、電気的に開放された状態にある。この状態では、液晶材料がＹ方向に配向する。すなわち、入射側の偏光板を透過して光デバイス１００を介した光の偏光方向が４５°傾いた状態になる。これにより、光デバイス１００を介した当該光の一部が出射側の偏光板を透過する。その結果、偏光顕微鏡によって観察された像は明るかった。

次に、図７Ｂにおいて説明した第２の状態を確認した。電極層６０ａにおける複数の電極に、同じ値の電圧が印加され、電極層６０ａにおける複数の電極と、電極層６０ｂにおける単一の電極との間に、１０Ｖの電位差が設けられた。この状態では、液晶材料がＺ方向に配向する。これにより、入射側の偏光板を透過して光デバイス１００を介した光は、その偏光方向を維持したまま、出射側の偏光板に到達する。２つの偏光板はクロスニコル配置であることから、光デバイス１００を介した当該光は、出射側の偏光板を透過することができない。その結果、顕微鏡によって観察された像は暗かった。第１の状態、および第２の状態を切り替えることにより、１つ以上の光導波領域２０ｇの明暗が反転することを確認した。

（実施例２）
本実施例２では、実施形態２において説明した光デバイス１００を用いて液晶材料２３の配向状態を確認した。本実施例２では、実施例１とは異なり、電極層６０ｂが複数の電極を含む。電極層６０ｂにおける当該複数の電極は、電極層６０ａにおける複数の電極と同様に設計された。

液晶材料２３の配向状態の確認方法は、実施例１において説明した通りである。

図９Ａにおいて説明した第１の状態を確認した。電極層６０ａにおける複数の電極に交互に１０Ｖの電位差が設定され、同様に、電極層６０ｂにおける複数の電極に交互に１０Ｖの電位差が設定された。このとき、偏光顕微鏡によって観察された像は明るかった。

次に、図９Ｂにおいて説明した第２の状態を確認した。電極層６０ａにおける複数の電極に、同じ値の電圧が印加され、電極層６０ｂにおける複数の電極に、同じ値の電圧が印加され、電極層６０ａにおける複数の電極と、電極層６０ｂにおける複数の電極との間に、１０Ｖの電位差が設けられた。このとき、偏光顕微鏡によって観察された像は暗かった。

したがって、第１の状態では、液晶材料２３がＹ方向に沿って配向し、第２の状態では、液晶材料２３がＺ方向に沿って配向していることが確認できた。

（実施例３）
本実施例３では、実施形態３において説明した光デバイス１００を用いて液晶材料２３の配向状態を確認した。本実施例３では、実施例１に加えて、電極層６０ａにおいて、２つの櫛歯状の電極の隙間に、他の電極が設けられた。当該２つの櫛歯状の電極が図１０Ａおよび図１０Ｂに示す複数の第１の電極６０ａ１に相当し、当該他の電極が図１０Ａおよび図１０Ｂに示す１つ以上の第２の電極６０ａ２に相当する。当該他の電極のＸ方向に延びる１つ以上の部分は、それぞれ、Ｚ方向から見たとき、１つ以上の光導波領域２０ｇの少なくとも一部に重なる。当該１つ以上の部分は、それぞれ１つ以上の光導波領域２０ｇのＹ方向における幅の５μｍよりも狭くした。当該複数の部分の各々のＹ方向における幅は３μｍとした。

液晶材料２３の配向状態の確認方法は、実施例１において説明した通りである。

図１１Ａにおいて説明した第１の状態を確認した。電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１に、交互に１０Ｖの電位差が設定された。電極層６０ａにおける１つ以上の第２の電極６０ａ２、および電極層６０ｂにおける単一の電極は、電気的に開放された状態にある。このとき、偏光顕微鏡によって観察された像は明るかった。

次に、図１１Ｂにおいて説明した第２の状態を確認した。電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１および１つ以上の第２の電極６０ａ２に、同じ値の電圧が印加され、電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１および１つ以上の第２の電極６０ａ２と、電極層６０ｂにおける単一の電極との間に、１０Ｖの電位差が設けられた。このとき、偏光顕微鏡によって観察された像は暗かった。

次に、図１１Ａにおいて説明した第１の状態に戻した後、図１１Ｃにおいて説明した第２の状態を確認した。電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１に、交互に設けられた電圧差を１０Ｖから１Ｖに低下させるとほぼ同時に、電極層６０ａにおける１つ以上の第２の電極６０ａ２と、電極層６０ｂにおける単一の電極との間に９．５Ｖの電位差が設けられた。この状態は、例えば、以下のようにして実現される。（１）電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１のうち、隣り合う任意の２つの電極の一方および他方にそれぞれ１０Ｖおよび９Ｖの電圧が印加され、（２）電極層６０ａにおける１つ以上の第２の電極６０ａ２に９．５Ｖの電圧が印加され、（３）電極層６０ｂにおける単一の電極に０Ｖの電圧が印加される。この状態でも、偏光顕微鏡によって観察された像は暗かった。したがって、図１１Ｂに示す構成であっても、図１１Ｃに示す構成であっても、第２の状態を実現するのに問題はない。

（実施例４）
本実施例４では、実施形態４において説明した光デバイス１００を用いて液晶材料２３の配向状態を確認した。本実施例４では、実施例３とは異なり、電極層６０ｂにおける複数の電極が、電極層６０ａと同様に、複数の第１の電極６０ｂ１および１つ以上の第２の電極６０ｂ２を含む。電極層６０ｂにおける複数の第１の電極６０ｂ１および１つ以上の第２の電極６０ｂ２は、電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１および１つ以上の第２の電極６０ａ２と同様に設計された。

液晶材料２３の配向状態の確認方法は、実施例１において説明した通りである。

図１３Ａにおいて説明した第１の状態を確認した。電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１に交互に１０Ｖの電位差が設定され、電極層６０ｂにおける複数の第１の電極６０ｂ１に交互に１０Ｖの電位差が設定された。電極層６０ａにおける１つ以上の第２の電極６０ａ２、および電極層６０ｂにおける１つ以上の第２の電極６０ｂ２は、電気的に開放された状態にある。このとき、偏光顕微鏡によって観察された像は明るかった。

次に、図１３Ｂにおいて説明した第２の状態を確認した。電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１および１つ以上の第２の電極６０ａ２に、同じ値の電圧が印加され、電極層６０ｂにおける複数の第１の電極６０ｂ１および１つ以上の第２の電極６０ｂ２に、同じ値の電圧が印加され、電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１および１つ以上の第２の電極６０ａ２と、電極層６０ｂにおける複数の第１の電極６０ｂ１および１つ以上の第２の電極６０ｂ２との間に、１０Ｖの電位差が設けられた。このとき、偏光顕微鏡によって観察された像は暗かった。

次に、図１３Ａにおいて説明した第１の状態に戻した後、図１３Ｃにおいて説明した第２の状態を確認した。電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１に交互に設けられた電圧差、および電極層６０ｂにおける複数の第１の電極６０ｂ１に交互に設けられた電圧差を１０Ｖから１Ｖに低下させるとほぼ同時に、電極層６０ａにおける１つ以上の第２の電極６０ａ２と、電極層６０ｂにおける１つ以上の第２の電極６０ｂ２との間に９．５Ｖの電位差が設けられた。この状態は、例えば、以下のようにして実現される。（１）電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１のうち、隣り合う任意の２つの電極の一方および他方にそれぞれ１０Ｖおよび９Ｖの電圧が印加され、（２）電極層６０ａにおける１つ以上の第２の電極６０ａ２に９．５Ｖの電圧が印加され、（３）電極層６０ｂにおける複数の第１の電極６０ｂ１のうち、電極層６０ａにおいて１０Ｖおよび９Ｖの電圧が印加された一方および他方の電極に対向する電極にそれぞれ０．５Ｖおよび−０．５Ｖの電圧が印加され、（４）電極層６０ｂにおける１つ以上の第２の電極６０ｂ２に０Ｖの電圧が印加される。この状態でも、偏光顕微鏡によって観察された像は暗かった。したがって、図１３Ｂに示す構成であっても、図１３Ｃに示す構成であっても、第２の状態を実現するのに問題はない。

（実施例５）
本実施例５では、実施形態５および実施形態６において説明した光デバイス１００の具体的な構成を説明する。本実施例５では、実施例１に加えて、複数の第１の電極６０ａ１上にＳｉＯ_２から形成された絶縁層５０ａが設けられた。絶縁層５０ａのＺ方向における厚さは約２００μｍである。絶縁層５０ａ上に、複数の第３の電極６０ａ３が、複数の第１の電極６０ａ１に略直交するように設けられた。電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１および複数の第３の電極６０ａ３の各々の幅は約２０μｍとし、隣接する任意の２つの電極の間隔は約５０μｍとした。図１４Ａでは、複数の第３の電極６０ａ３として３つの電極のみが示されているが、１つ以上の光導波領域２０ｇのＸ方向における長さを調整するのと同様に、複数の第３の電極６０ａ３の数を増やしてもよい。また、電極の幅および間隔についても、本実施例５と異なっていてもよい。

電極層６０ａにおける複数の第３の電極６０ａ３に異なる２つの値の電圧を交互に印加することにより、１つ以上の光導波領域２０ｇ内の液晶材料２３を光導波方向に平行なＸ方向に配向させることが可能になる。あるいは、電極層６０ａにおける複数の第３の電極６０ａ３に、Ｘ方向に沿って順次電圧が高くなる、または低くなるように電圧を印加してもよい。また、電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１に異なる２つの値の電圧を交互に印加することにより、１つ以上の光導波領域２０ｇ内の液晶材料２３を光導波方向に平行なＹ方向に配向させることが可能になる。あるいは、電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１にＹ方向に沿って順次電圧が高くなる、または低くなるように電圧を印加してもよい。電極層６０ａにおける複数の第１の電極６０ａ１および複数の第３の電極６０ａ３に上記の電圧を同時に印加することにより、液晶材料２３をＸＹ平面内の任意の方向に配向させることも可能である。

一方、実施形態６において説明した光デバイス１００では、電極層６０ｂにおける複数の電極が、電極層６０ａと同様に、複数の第１の電極６０ｂ１および複数の第３の電極６０ｂ３を含む。電極層６０ａおよび電極層６０ｂの両方における複数の電極の各々に電圧を印加することにより、液晶材料２３のより容易な配向制御が可能になる。

本開示の実施形態における光デバイスは、例えば自動車、ＵＡＶ、ＡＧＶなどの車両に搭載されるライダーシステムなどの用途に利用できる。

１０ ：導波路素子
１０Ａ ：導波路アレイ
２０ ：光導波層
２０ａ ：導波路
２０ｇ ：光導波領域
２０ｎ ：非導波領域
２２ ：光
２３ ：液晶材料
２４ ：誘電体部材
３０ ：第１のミラー
３２ ：第１の反射面
４０ ：第２のミラー
４２ ：第２の反射面
５０ａ ：絶縁層
５０ｂ ：絶縁層
６０ａ ：電極層
６０ａ１ ：第１の電極
６０ａ２ ：第２の電極
６０ａ３ ：第３の電極
６０ｂ ：電極層
６０ｂ１ ：第１の電極
６０ｂ２ ：第２の電極
６０ｂ３ ：第３の電極
６２Ａ ：電極
６２Ｂ ：電極
７０ ：支持部材
８０ ：位相シフタ
８０Ａ ：位相シフタアレイ
９０ ：光分岐器
１００ ：光スキャンデバイス、光デバイス
１０１ ：方向
１０２ ：方向
１１０ ：第１駆動回路
１３０ ：光源
２１０ ：第２駆動回路
３００ ：ＬｉＤＡＲシステム
３１０ ：ビームスポット
４００ ：光検出器
５００ ：制御ユニット、制御回路
６００ ：信号処理回路

Claims (10)

1. 第１の方向および前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って拡がる第１の反射面を備え、透光性を有する第１のミラーと、
   前記第１の反射面に対向する第２の反射面を備える第２のミラーと、
   前記第１のミラーと前記第２のミラーとの間に位置する光導波層であって、
   前記第２の方向に沿って並ぶ複数の非導波領域、および前記複数の非導波領域の間に位置する１つ以上の光導波領域を含み、
   前記光導波領域は、液晶材料を含み、且つ前記第１の方向に沿って光を伝搬させる、光導波層と、
   前記光導波層を介して互いに対向する２つの電極層であって、少なくとも一方が前記第２の方向に沿って並ぶ複数の電極を含む、２つの電極層と、を備え、
   前記複数の電極は、前記第１の反射面または前記第２の反射面に垂直な方向から見たとき、前記複数の非導波領域の少なくとも一部に重なる電極を含む、光デバイス。
2. 前記２つの電極層に含まれる前記複数の電極の各々に接続された制御回路をさらに備え、
   前記制御回路は、動作中、前記複数の電極のうちの一部の電極と他の少なくとも一部の電極とに電位差を設ける第１の動作、および前記２つの電極層の一方に含まれる電極と、前記２つの電極層の他方に含まれる電極との間に電位差を設ける第２の動作の少なくとも一方を実行する、請求項１に記載の光デバイス。
3. 前記２つの電極層の一方は、前記光導波層と前記第１の反射面との間、第１のミラーの内部、または、前記第１のミラーの前記第１の反射面とは反対の側の面上に位置し、
   前記２つの電極層の他方は、前記光導波層と前記第２の反射面との間、第２のミラーの内部、または、前記第２のミラーの前記第２の反射面とは反対の側の面上に位置する、請求項１または２に記載の光デバイス。
4. 前記１つ以上の光導波領域は、前記第２の方向における幅が５μｍ以下である光導波領域を含む、請求項１から３のいずれかに記載の光デバイス。
5. 前記２つの電極層に含まれる各電極に接続された制御回路をさらに備え、
   前記複数の電極は、前記第１の反射面または前記第２の反射面に垂直な方向から見たとき、前記複数の非導波領域の少なくとも一部にそれぞれ重なり、
   前記制御回路は、動作中、前記複数の電極のうちの隣接する任意の２つの電極に電位差を設ける第１の動作、および前記２つの電極層の一方に含まれる電極と、前記２つの電極層の他方に含まれる電極との間に電位差を設ける第２の動作の少なくとも一方を実行する、請求項１に記載の光デバイス。
6. 前記複数の電極は、前記第１の反射面または前記第２の反射面に垂直な方向から見たとき、前記複数の非導波領域の少なくとも一部にそれぞれ重なる複数の第１の電極と、前記１つ以上の光導波領域の少なくとも一部にそれぞれ重なる１つ以上の第２の電極とを含む、請求項１から４のいずれかに記載の光デバイス。
7. 前記２つの電極層に含まれる各電極に接続された制御回路をさらに備え、
   前記複数の電極は、前記第１の反射面または前記第２の反射面に垂直な方向から見たとき、前記複数の非導波領域の少なくとも一部にそれぞれ重なる複数の第１の電極と、前記１つ以上の光導波領域の少なくとも一部にそれぞれ重なる１つ以上の第２の電極とを含み、
   前記制御回路は、動作中、前記複数の第１の電極のうちの隣接する任意の２つの電極に電位差を設ける第１の動作、および前記２つの電極層の一方に含まれる電極と、前記２つの電極層の他方に含まれる電極との間に電位差を設ける第２の動作の少なくとも一方を実行する、請求項１に記載の光デバイス。
8. 前記２つの電極層の一方は、前記複数の電極を含み、
   前記２つの電極層の他方は、単一の電極を含む、請求項１から７のいずれかに記載の光デバイス。
9. 前記２つの電極層の両方が、前記複数の電極を含む、請求項１から７のいずれかに記載の光デバイス。
10. 前記複数の非導波領域は、互いに隣り合う第１の非導波領域および第２の非導波領域を含み、
    前記複数の電極は、互いに隣り合う２つの第１の電極を含み、
    前記第１の反射面または前記第２の反射面に垂直な方向から見たとき、前記２つの第１の電極の一方と前記第１の非導波領域は、互いに少なくとも部分的に重なり、
    前記第１の反射面または前記第２の反射面に垂直な方向から見たとき、前記２つの第１の電極の他方と前記第２の非導波領域は、互いに少なくとも部分的に重なる、請求項１から９のいずれかに記載の光デバイス。

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