光设备的制作方法

1.本发明涉及光设备。


背景技术：

2.以往，提出了能够用光来扫描(scan)空间的各种设备。
3.专利文献1公开了能够使用使镜旋转的驱动装置进行通过光的扫描的结构。
4.专利文献2公开了具有二维排列的多个纳米光子天线元件的光相控阵列。各个天线元件与可变光延迟线(即移相器)光学上耦合。在该光相控阵列中，相干光束通过波导被引导至各个天线元件，通过移相器，光束的相位发生移位。由此，能够使远场辐射图的振幅分布变化。
5.专利文献3公开了一种光偏转元件，具备：光波导，具有光在内部导波的光波导层和形成于光波导层的上表面及下表面的第1分布布拉格反射镜；光入射口，用来使光入射至光波导内；以及光射出口，为了射出从光入射口入射并在光波导内导波的光而形成于光波导的表面。
6.现有技术文献
7.专利文献
8.专利文献1：国际公开第2013/168266号
9.专利文献2：日本特表2016
‑
508235号公报
10.专利文献3：日本特开2013
‑
16591号公报


技术实现要素：

11.发明要解决的课题
12.本发明的一技术方案提供一种比较简单的结构下的新的光设备。
13.用来解决课题的手段
14.有关本发明的一技术方案的光设备具备：第1镜，具备沿着第1方向及与上述第1方向交叉的第2方向扩展的第1反射面，具有透光性；第2镜，具备与上述第1反射面对置的第2反射面；光波导层，位于上述第1镜与上述第2镜之间，包括沿着上述第2方向排列的多个非波导区域、以及位于上述多个非波导区域之间的一个以上的光波导区域，上述光波导区域包含液晶材料并且使光沿着上述第1方向传播；以及两个电极层，隔着上述光波导层相互对置，至少一方包括沿着上述第2方向排列的多个电极；上述多个电极包括当从与上述第1反射面或上述第2反射面垂直的方向观察时与上述多个非波导区域的至少一部分重叠的电极。
15.发明效果
16.根据本发明的一技术方案，能够实现比较简单的结构。
附图说明
17.图1是示意地表示本发明的例示性的实施方式的光扫描设备的结构的立体图。
18.图2是示意地表示一个波导元件的截面的构造及传播的光的例子的图。
19.图3a是表示向与波导阵列的射出面垂直的方向射出光的波导阵列的截面的图。
20.图3b是表示向与垂直于波导阵列的射出面的方向不同的方向射出光的波导阵列的截面的图。
21.图4是示意地表示三维空间中的波导阵列的立体图。
22.图5是从光射出面的法线方向(z方向)观察波导阵列及移相器阵列的示意图。
23.图6a是本发明的例示性的实施方式的光设备的立体图。
24.图6b是图6a所示的光设备的yz面的剖视图。
25.图7a是示意地表示在图6b所示的例子中液晶材料取向为y方向的第1状态的图。
26.图7b是示意地表示在图6b所示的例子中液晶材料取向为z方向的第2状态的图。
27.图8a是本发明的例示性的实施方式的光设备的立体图。
28.图8b是图8a所示的光设备的yz面的剖视图。
29.图9a是示意地表示在图8b所示的例子中液晶材料取向为y方向的第1状态的图。
30.图9b是示意地表示在图8b所示的例子中液晶材料取向为z方向的第2状态的图。
31.图10a是本发明的例示性的实施方式的光设备的立体图。
32.图10b是图10a所示的光设备的yz面的剖视图。
33.图11a是示意地表示在图10b所示的例子中液晶材料取向为y方向的第1状态的图。
34.图11b是示意地表示在图10b所示的例子中液晶材料取向为z方向的第2状态的图。
35.图11c是示意地表示在图10b所示的例子中液晶材料取向为z方向的第2状态的图。
36.图12a是本发明的例示性的实施方式的光设备的立体图。
37.图12b是图12a所示的光设备的yz面的剖视图。
38.图13a是示意地表示在图12b所示的例子中液晶材料取向为y方向的第1状态的图。
39.图13b是示意地表示在图12b所示的例子中液晶材料取向为z方向的第2状态的图。
40.图13c是示意地表示在图12b所示的例子中液晶材料取向为z方向的第2状态的图。
41.图14a是本发明的例示性的实施方式的光设备的立体图。
42.图14b是图14a所示的光设备的yz面的剖视图。
43.图15a是本发明的例示性的实施方式的光设备的立体图。
44.图15b是图15a所示的光设备的yz面的剖视图。
45.图16是表示在电路基板上集成了分光器、波导阵列、移相器阵列及光源等元件的光扫描设备的结构例的图。
46.图17是表示从光扫描设备向远方照射激光等的光束而执行二维扫描的状况的示意图。
47.图18是表示能够生成测距图像的lidar系统的结构例的框图。
具体实施方式
48.在说明本发明的实施方式之前，说明作为本发明的基础的认识。
49.本发明者们发现，在以往的光扫描设备中，有难以将装置的结构不变得复杂而用
光扫描空间的问题。
50.例如，在专利文献1所公开的技术中，需要使镜旋转的驱动装置。因此，有装置的结构变得复杂、对于振动不稳健的问题。
51.在专利文献2所记载的光相控阵列中，需要将光分支而导入到多个列波导及多个行波导中，并向二维地排列的多个天线元件引导光。因此，用来引导光的波导的布线变得非常复杂。此外，不能增大二维扫描的范围。进而，为了使远视野中的射出光的振幅分布二维地变化，需要对二维地排列的多个天线元件分别连接移相器，并对移相器安装相位控制用的布线。由此，使向二维地排列的多个天线元件入射的光的相位分别变化不同的量。因此，元件的结构变得非常复杂。
52.本发明者们着眼于以往技术的上述问题，研究了用来解决这些问题的结构。本发明者们发现，通过使用具有对置的一对镜和被这些镜夹着的光波导层的波导元件，能够解决上述问题。波导元件的一对镜中的一方具有比另一方高的光透射率，使在光波导层中传播的光的一部分向外部射出。射出的光的方向(或射出角度)可以如后述那样通过调整光波导层的折射率或厚度、或者向光波导层输入的光的波长来改变。更具体地讲，通过使折射率、厚度或波长变化，能够使射出光的波数矢量(wave vector)的沿着光波导层的长度方向的方向的分量变化。由此，实现一维的扫描。
53.进而，在使用多个波导元件的阵列的情况下，也能够实现二维的扫描。更具体地讲，通过对向多个波导元件供给的光赋予适当的相位差并调整该相位差，能够使从多个波导元件射出的光相互加强的方向变化。通过相位差的变化，射出光的波数矢量的与沿着光波导层的长度方向的方向交叉的方向的分量变化。由此，能够实现二维的扫描。另外，在进行二维的扫描的情况下，也不需要使多个光波导层的折射率、厚度或光的波长变化不同的量。即，通过对向多个光波导层供给的光赋予适当的相位差、并且使多个光波导层的折射率、厚度及波长中的至少一个同步地变化相同量，能够进行二维的扫描。这样，根据本发明的实施方式，能够以比较简单的结构实现通过光的二维扫描。
54.在本说明书中，“折射率、厚度及波长中的至少一个”是指从由光波导层的折射率、光波导层的厚度及向光波导层输入的波长构成的组中选择的至少一个。为了使光的射出方向变化，既可以单独地控制折射率、厚度及波长中的某一个。或者，也可以控制这3个中的任意的两个或全部而使光的射出方向变化。在以下的各实施方式中，也可以代替折射率或厚度的控制或除此以外，对向光波导层输入的光的波长进行控制。
55.以上的基本原理不仅能够应用于射出光的用途，也同样能够应用于接收光信号的用途。通过使折射率、厚度及波长中的至少一个变化，能够使可接收的光的方向一维地变化。进而，如果由分别与沿一方向排列的多个波导元件连接的多个移相器使光的相位差变化，则能够使可接收的光的方向二维地变化。
56.本发明的实施方式的光扫描设备及光接收设备能够作为例如lidar(light detection and ranging)系统等光检测系统的天线使用。lidar系统与使用毫米波等的电波的雷达系统相比，由于使用短波长的电磁波(可视光、红外线或紫外线)，所以能够以较高的解析力检测物体的距离分布。这样的lidar系统例如搭载于汽车、uav(unmanned aer
i
al vehicle，所谓无人机)、agv(automated guided vehicle)等移动体，能够作为防碰撞技术之一使用。在本说明书中，有将光扫描设备和光接收设备统称为“光设备”的情况。此外，关
于在光扫描设备或光接收设备中使用的设备，也有称作“光设备”的情况。
57.<光扫描设备的结构例>
58.以下，作为一例而说明进行二维扫描的光扫描设备的结构。但是，有将所需以上详细的说明省略的情况。例如，有省略已经周知的事项的详细说明及对于实质上相同的结构的重复说明的情况。这是为了避免以下的说明不必要地变得冗长、使本领域技术人员的理解变得容易。另外，本发明者们为了使本领域技术人员充分地理解本发明而提供附图及以下的说明，并不是要由它们来限定权利要求书所记载的主题。在以下的说明中，对于相同或类似的构成要素赋予相同的标号。
59.在本发明中，“光”是指不仅包括可视光(波长是约400nm～约700nm)，还包括紫外线(波长是约10nm～约400nm)及红外线(波长是约700nm～约1mm)的电磁波。在本说明书中，有将紫外线称作“紫外光”、将红外线称作“红外光”的情况。
60.在本发明中，基于光的“扫描”是指使光的方向变化。“一维扫描”是指使光的方向沿着与该方向交叉的方向而直线性地变化。“二维扫描”是指使光的方向沿着与该方向交叉的平面而二维地变化。
61.图1是示意地表示本发明的例示性的实施方式的光扫描设备100的结构的立体图。光扫描设备100具备包括多个波导元件10的波导阵列。多个波导元件10分别具有在第1方向(图1中的x方向)上延伸的形状。多个波导元件10在与第1方向交叉的第2方向(图1中的y方向)上规则地排列。多个波导元件10一边使光在第1方向上传播，一边使光向与平行于第1及第2方向的假想的平面交叉的第3方向d3射出。在本实施方式中，第1方向(x方向)与第2方向(y方向)正交，但两者也可以不正交。在本实施方式中，多个波导元件10在y方向以等间隔排列，但并不一定需要以等间隔排列。
62.另外，在本技术的附图中表示的构造物的朝向是考虑说明的容易理解而设定的，完全不是限制本发明的实施方式在现实中被实施时的朝向。此外，在图中表示的构造物的整体或一部分的形状及大小也不限制现实的形状及大小。
63.多个波导元件10分别具有相互对置的第1镜30及第2镜40(以下，有将各自简单称作“镜”的情况)和位于镜30与镜40之间的光波导层20。镜30及镜40分别在与光波导层20的界面具有与第3方向d3交叉的反射面。镜30及镜40、以及光波导层20具有在第1方向(x方向)上延伸的形状。
64.另外，如后述那样，多个波导元件10的多个第1镜30也可以是一体地构成的镜的多个部分。此外，多个波导元件10的多个第2镜40也可以是一体地构成的镜的多个部分。进而，多个波导元件10的多个光波导层20也可以是一体地构成的光波导层的多个部分。通过至少(1)各第1镜30与其他第1镜30分开构成，或(2)各第2镜40与其他第2镜40分开构成，或(3)各光波导层20与其他光波导层20分开构成，能够形成多个波导。“分开构成”不仅包括在物理上设置空间，还包括中间夹着折射率不同的材料而分离。
65.第1镜30的反射面和第2镜40的反射面大致平行地对置。两个镜30及镜40中，至少第1镜30具有使在光波导层20中传播的光的一部分透射的特性。换言之，第1镜30对于该光，具有比第2镜40高的光透射率。因此，在光波导层20中传播的光的一部分从第1镜30向外部射出。这样的镜30及40例如可以是由基于电介质的多层膜(也有称作“多层反射膜”的情况)形成的多层膜镜。
66.通过控制向各个波导元件10输入的光的相位，进而使这些波导元件10的光波导层20的折射率或厚度、或者向光波导层20输入的光的波长同步地同时变化，能够实现基于光的二维扫描。本发明者们为了实现这样的二维扫描，对波导元件10的动作原理进行了分析。基于其结果，通过将多个波导元件10同步驱动，成功地实现了基于光的二维扫描。
67.如图1所示，如果向各波导元件10输入光，则光从各波导元件10的射出面射出。射出面位于第1镜30的反射面的相反一侧。该射出光的方向d3依赖于光波导层的折射率、厚度及光的波长。在本实施方式中，将各光波导层的折射率、厚度及波长中的至少一个同步地控制，以使从各波导元件10射出的光大致成为相同的方向。由此，能够使从多个波导元件10射出的光的波数矢量的x方向的分量变化。换言之，能够使射出光的方向d3沿着图1所示的方向101变化。
68.进而，由于从多个波导元件10射出的光朝向相同的方向，所以射出光相互干涉。通过控制从各个波导元件10射出的光的相位，能够使通过干涉而光相互加强的方向变化。例如，在相同尺寸的多个波导元件10在y方向上以等间隔排列的情况下，对于多个波导元件10，输入使相位各相差一定量的光。通过使该相位差变化，能够使射出光的波数矢量的y方向的分量变化。换言之，通过使向多个波导元件10导入的光的相位差分别变化，能够使通过干涉而射出光相互加强的方向d3沿着图1所示的方向102变化。由此，能够实现基于光的二维扫描。
69.以下，说明光扫描设备100的动作原理。
70.<波导元件的动作原理>
71.图2是示意地表示一个波导元件10的截面的构造及传播的光的例子的图。在图2中，将与图1所示的x方向及y方向垂直的方向设为z方向，示意地表示波导元件10的与xz面平行的截面。在波导元件10中，一对镜30和镜40以夹着光波导层20的方式配置。从光波导层20的x方向上的一端导入的光22一边被设置于光波导层20的上表面(图2中的上侧的表面)的第1镜30及设置于下表面(图2中的下侧的表面)的第2镜40反复反射，一边在光波导层20内传播。第1镜30的光透射率比第2镜40的光透射率高。因此，能够主要从第1镜30输出光的一部分。
72.在通常的光纤等波导中，光一边反复全反射一边沿着波导传播。相对于此，在本实施方式的波导元件10中，光一边通过配置在光波导层20的上下的镜30及40反复反射一边传播。因此，对于光的传播角度没有制约。这里，光的传播角度是指向镜30或镜40与光波导层20的界面的入射角度。对于镜30或镜40以更接近于垂直的角度入射的光也能够传播。即，以比全反射的临界角小的角度向界面入射的光也能够传播。因此，光的传播方向上的光的群速度与自由空间中的光速相比大幅下降。由此，波导元件10具有以下性质：相对于光的波长、光波导层20的厚度及光波导层20的折射率的变化，光的传播条件大幅变化。将这样的波导称作“反射型波导”或“慢光波导”。
73.从波导元件10向空气中射出的光的射出角度θ由以下的式(1)表示。
74.[数式1]
[0075]
[0076]
根据式(1)可知，通过改变空气中的光的波长λ、光波导层20的折射率n
w
及光波导层20的厚度d中的某一个，能够改变光的射出方向。
[0077]
例如，在n
w
＝2，d＝387nm，λ＝1550nm，m＝1的情况下，射出角度是0
°
。如果从该状态使折射率变化为n
w
＝2.2，则射出角度变化为约66
°
。另一方面，如果不改变折射率而使厚度变化为d＝420nm，则射出角度变化为约51
°
。如果折射率及厚度都不变化而使波长变化为λ＝1500nm，则射出角度变化为约30
°
。这样，通过使光的波长λ、光波导层20的折射率n
w
及光波导层20的厚度d中的某一个变化，能够使光的射出方向大幅变化。
[0078]
所以，本发明的实施方式的光扫描设备100通过控制向光波导层20输入的光的波长λ、光波导层20的折射率n
w
及光波导层20的厚度d中的至少一个，来控制光的射出方向。光的波长λ也可以在动作中不变化而维持为一定。在此情况下，能够以更简单的结构实现光的扫描。波长λ没有被特别限定。例如，波长λ可以包含于能由通常的通过用硅(si)吸收光来检测光的光检测器或图像传感器得到高检测灵敏度的400nm至1100nm(从可视光到近红外光)的波长域中。在另一例中，波长λ可以包含于在光纤或si波导中传送损失比较小的1260nm至1625nm的近红外光的波长域中。另外，这些波长范围是一例。所使用的光的波长域并不限定于可视光或红外光的波长域，例如也可以是紫外光的波长域。
[0079]
为了使射出光的方向变化，光扫描设备100可以具备使各波导元件10中的光波导层20的折射率、厚度及波长中的至少一个变化的第1调整元件。
[0080]
如以上这样，如果使用波导元件10，则通过使光波导层20的折射率n
w
、厚度d及波长λ中的至少一个变化，能够大幅改变光的射出方向。由此，能够使从镜30射出的光的射出角度在沿着波导元件10的方向上变化。通过使用至少一个波导元件10，能够实现这样的一维扫描。
[0081]
为了调整光波导层20的至少一部分的折射率，光波导层20也可以包含液晶材料或电光学材料。光波导层20能够被一对电极夹着。通过向一对电极施加电压，能够使光波导层20的折射率变化。
[0082]
为了调整光波导层20的厚度，例如也可以在第1镜30及第2镜40的至少一方连接至少一个致动器。通过由至少一个致动器使第1镜30与第2镜40之间的距离变化，能够使光波导层20的厚度变化。如果光波导层20由液体形成，则光波导层20的厚度能够容易地变化。
[0083]
<二维扫描的动作原理>
[0084]
在多个波导元件10在一方向上排列而成的波导阵列中，通过从各个波导元件10射出的光的干涉，光的射出方向变化。通过调整向各波导元件10供给的光的相位，能够使光的射出方向变化。以下，说明其原理。
[0085]
图3a是表示向与波导阵列的射出面垂直的方向射出光的波导阵列的截面的图。在图3a中，也记载了在各波导元件10中传播的光的移相量。这里，移相量是以在左端的波导元件10中传播的光的相位为基准的值。本实施方式的波导阵列包括以等间隔排列的多个波导元件10。在图3a中，虚线的圆弧表示从各波导元件10射出的光的波面。直线表示通过光的干涉而形成的波面。箭头表示从波导阵列射出的光的方向(即，波数矢量的方向)。在图3a的例子中，在各波导元件10中的光波导层20中传播的光的相位都相同。在此情况下，光向与波导元件10的排列方向(y方向)及光波导层20所延伸的方向(x方向)两者垂直的方向(z方向)射出。
[0086]
图3b是表示向与垂直于波导阵列的射出面的方向不同的方向射出光的波导阵列的截面的图。在图3b所示的例子中，在多个波导元件10中的光波导层20中传播的光的相位在排列方向上各相差一定量(δφ)。在此情况下，光向与z方向不同的方向射出。通过使该δφ变化，能够使光的波数矢量的y方向的分量变化。如果设相邻的两个波导元件10之间的中心间距离为p，则光的射出角度α0由以下的式(2)表示。
[0087]
[数式2]
[0088][0089]
在图2所示的例子中，光的射出方向与xz平面平行。即，α0＝0
°
。在图3a及图3b所示的例子中，从光扫描设备100射出的光的方向与yz平面平行。即，θ＝0
°
。但是，通常从光扫描设备100射出的光的方向既不与xz平面平行也不与yz平面平行。即，θ≠0
°
及α0≠0
°
。
[0090]
图4是示意地表示三维空间中的波导阵列的立体图。图4所示的粗箭头表示从光扫描设备100射出的光的方向。θ是光的射出方向与yz平面所成的角度。θ满足式(1)。α0是光的射出方向与xz平面所成的角度。α0满足式(2)。
[0091]
<向波导阵列导入的光的相位控制>
[0092]
为了控制从各个波导元件10射出的光的相位，例如可以在向波导元件10导入光的前段设置使光的相位变化的移相器。本实施方式的光扫描设备100具备与多个波导元件10各自连接的多个移相器、和调整在各移相器中传播的光的相位的第2调整元件。各移相器包括与多个波导元件10中的对应的一个中的光波导层20直接或经由其他波导相连的波导。第2调整元件通过使从多个移相器向多个波导元件10传播的光的相位的差分别变化，使从多个波导元件10射出的光的方向(即，第3方向d3)变化。在以下的说明中，与波导阵列同样，有将排列的多个移相器称作“移相器阵列”的情况。
[0093]
图5是从光射出面的法线方向(z方向)观察波导阵列10a及移相器阵列80a的示意图。在图5所示的例子中，全部的移相器80具有相同的传播特性，全部的波导元件10具有相同的传播特性。各个移相器80及各个波导元件10也可以是相同的长度，长度也可以不同。在各个移相器80的长度相等的情况下，例如，可以通过驱动电压来调整各自的移相量。此外，通过做成使各个移相器80的长度以等步长变化的构造，能够以相同的驱动电压赋予等步长的移相。进而，该光扫描设备100还具备将光分支而向多个移相器80供给的分光器90、驱动各波导元件10的第1驱动电路110和驱动各移相器80的第2驱动电路210。图5中的直线箭头表示光的输入。通过将分别设置的第1驱动电路110和第2驱动电路210分别独立地控制，能够实现二维扫描。在该例中，第1驱动电路110作为第1调整元件的一个要素发挥功能，第2驱动电路210作为第2调整元件的一个要素发挥功能。
[0094]
第1驱动电路110通过使各波导元件10中的光波导层20的折射率及厚度的至少一方变化，使从光波导层20射出的光的角度变化。第2驱动电路210通过使各移相器80中的光波导20a的折射率变化，使在光波导20a的内部传播的光的相位变化。分光器90既可以由光通过全反射而传播的波导构成，也可以由与波导元件10同样的反射型波导构成。
[0095]
另外，也可以在对由分光器90分支的各个光的相位进行控制后，将各个光导入至移相器80。在该相位控制中，例如可以使用通过调整到移相器80为止的波导的长度来实现的简单的相位控制构造。或者，也可以使用具有与移相器80同样的功能的能够通过电信号
进行控制的移相器。通过这样的方法，例如也可以在被导入至移相器80之前调整相位，以向全部的移相器80供给等相位的光。通过这样的调整，能够使第2驱动电路210对各移相器80的控制变得简单。
[0096]
具有与上述的光扫描设备100同样的结构的光设备也能够作为光接收设备利用。关于光设备的动作原理及动作方法等的详细情况，在美国专利申请公开第2018/0224709号中公开。在本说明书中引用该文献的全部公开内容。
[0097]
<应用例>
[0098]
图16是表示在电路基板(例如芯片)上集成了分光器90、波导阵列10a、移相器阵列80a及光源130等元件的光扫描设备100的结构例的图。光源130例如可以是半导体激光器等发光元件。该例中的光源130射出自由空间中的波长是λ的单一波长的光。分光器90将来自光源130的光分支并向多个移相器的波导导入。在图16所示的例子中，在芯片上设有电极62a和多个电极62b。对于波导阵列10a，从电极62a供给控制信号。对于移相器阵列80a中的多个移相器80，从多个电极62b分别传送控制信号。电极62a及多个电极62b能够连接于生成上述控制信号的未图示的控制电路。控制电路既可以设在图16所示的芯片上，也可以设在光扫描设备100的其他芯片上。
[0099]
如图16所示，通过将全部的组件集成到芯片上，能够用小型的设备实现大范围的光扫描。例如能够在2mm
×
1mm左右的芯片上集成图16所示的全部的组件。
[0100]
图17是表示从光扫描设备100向远方照射激光等光束而执行二维扫描的状况的示意图。二维扫描通过使光束光斑310在水平及垂直方向上移动来执行。例如，通过与周知的tof(time of flight：飞行时间)法组合，能够取得二维的测距图像。tof法是通过照射激光并观测来自对象物的反射光来计算光的飞行时间并求出距离的方法。
[0101]
图18是表示作为能够生成这样的测距图像的光检测系统的一例的lidar系统300的结构例的框图。lidar系统300具备光扫描设备100、光检测器400、信号处理电路600和控制单元(例如控制电路500)。光检测器400检测从光扫描设备100射出并从对象物反射的光。光检测器400例如可以是对于从光扫描设备100射出的光的波长λ具有灵敏度的图像传感器、或包括光电二极管等受光元件的光检测器。光检测器400输出与接受到的光的量对应的电信号。信号处理电路600基于从光检测器400输出的电信号，计算到对象物的距离，生成距离分布数据。距离分布数据是表示距离的二维分布的数据(即测距图像)。控制单元500是对光扫描设备100、光检测器400及信号处理电路600进行控制的处理器。控制单元500对从光扫描设备100照射光束的定时、以及光检测器400的曝光及信号读出的定时进行控制，向信号处理电路600指示测距图像的生成。此外，从控制单元还控制为了光扫描而对光扫描设备的电极施加的电压。
[0102]
在二维扫描中，作为取得测距图像的帧速率，例如可以从通常在运动图像中经常使用的60fps、50fps、30fps、25fps、24fps等中选择。此外，如果考虑向车载系统的应用，则帧速率越大则取得测距图像的频度越提高，能够精度越好地检测障碍物。例如，在60km/h下的行驶时，在60fps的帧速率下，每当车移动约28cm就能够取得图像。在120fps的帧速率下，每当车移动约14cm就能够取得图像。在180fps的帧速率下，每当车移动约9.3cm就能够取得图像。
[0103]
为了取得一个测距图像所需要的时间依赖于光束扫描的速度。例如，为了以60fps
取得分辨点数为100
×
100的图像，需要每1点以1.67μs以下进行光束扫描。在此情况下，控制单元500以600khz的动作速度控制由光扫描设备100进行的光束的射出、以及由光检测器400进行的信号积蓄及读出。
[0104]
<对光接收设备的应用例>
[0105]
本发明的上述各实施方式的光扫描设备能够以大致相同的结构还被用作光接收设备。光接收设备具备与光扫描设备相同的波导阵列10a、和调整可接收的光的方向的第1调整元件。波导阵列10a的各第1镜30使从第3方向向第1反射面的相反一侧入射的光透射。波导阵列10a的各光波导层20使透射了第1镜30的光在第2方向上传播。第1调整元件通过使各波导元件10中的上述光波导层20的折射率及厚度、以及光的波长中的至少一个变化，能够使可接收的光的方向变化。进而，在光接收设备具备与光扫描设备相同的多个移相器80、或80a及80b、和使从多个波导元件10经过多个移相器80、或80a及80b而输出的光的相位的差分别变化的第2调整元件的情况下，能够使可接收的光的方向二维地变化。
[0106]
例如能够构成将图16所示的光扫描设备100中的光源130替换为接收电路的光接收设备。如果波长λ的光入射到波导阵列10a，则该光经过移相器阵列80a被传送至分光器90，最终被集中到一个部位，被传送至接收电路。被集中在该一个部位的光的强度可以说表示光接收设备的灵敏度。光接收设备的灵敏度可以由分别组装到波导阵列及移相器阵列80a的调整元件来调整。在光接收设备中，例如在图4中，波数矢量(图中的粗箭头)的方向成为相反。入射光具有波导元件10延伸的方向(图中的x方向)的光分量和波导元件10的排列方向(图中的y方向)的光分量。x方向的光分量的灵敏度可以由组装到波导阵列10a的调整元件来调整。另一方面，波导元件10的排列方向的光分量的灵敏度可以由组装到移相器阵列80a的调整元件来调整。根据光接收设备的灵敏度成为最大时的光的相位差δφ、光波导层20的折射率n
w
及厚度d，能知道图4所示的θ及α0。因此，能够确定光的入射方向。
[0107]
(光波导层内的液晶材料的取向控制)
[0108]
通过从外部向包含液晶材料的光波导层20施加电场，能够使从光设备100射出的光的方向变化。为了使液晶驱动，通常对光波导层20内的至少一部分施以取向处理。作为以往的取向处理，例如在光波导层20内的该至少一部分设置聚酰亚胺等的树脂层。该树脂层被称作取向膜。如果通过摩擦处理等方法对该取向膜上赋予希望的伤痕，则液晶材料的取向方向沿着伤痕排列。由此，实现没有施加电场时的液晶材料的初始取向。
[0109]
另一方面，在本发明中，如后述那样，光进行导波的区域处于镜30与镜40之间、并且在y方向上相邻的两个电介质部件之间。有相邻的两个电介质部件的间隔窄、为5μm以下的情况。在此情况下，在被该相邻的两个电介质部件包围的区域中均匀地形成取向膜或对所形成的该取向膜实施摩擦处理等并不容易。
[0110]
本发明者们基于以上的研究，想到了以下的项目所记载的光设备。
[0111]
有关第1项目的光设备具备：第1镜，具备沿着第1方向及与上述第1方向交叉的第2方向扩展的第1反射面，具有透光性；第2镜，具备与上述第1反射面对置的第2反射面；光波导层，位于上述第1镜与上述第2镜之间，包括沿着上述第2方向排列的多个非波导区域、以及位于上述多个非波导区域之间的一个以上的光波导区域，上述光波导区域包含液晶材料并且使光沿着上述第1方向传播；以及两个电极层，隔着上述光波导层相互对置，至少一方包括沿着上述第2方向排列的多个电极。上述多个电极包括当从与上述第1反射面或上述第
2反射面垂直的方向观察时与上述多个非波导区域的至少一部分重叠的电极。
[0112]
在该光设备中，通过由对两个电极层中的一方所包含的电极及/或另一方所包含的电极施加的电压形成的电场，能够使包含在光波导区域中的液晶材料的折射率变化。由此，从第1镜射出的光的方向变化。
[0113]
有关第2项目的光设备在有关第1项目的光设备中，还具备与上述两个电极层所包含的上述多个电极的各个电极连接的控制电路。上述控制电路在动作中执行第1动作及第2动作中的至少一方，上述第1动作中对上述多个电极中的一部分电极和其他至少一部分电极设置电位差，上述第2动作中对上述两个电极层中的一方所包含的电极和上述两个电极层中的另一方所包含的电极之间设置电位差。
[0114]
在该光设备中，通过控制电路的上述动作，能够使包含在光波导区域中的液晶材料的折射率连续地变化。随之，从第1镜射出的光的射出角度也连续地变化。
[0115]
有关第3项目的光设备在有关第1或第2项目的光设备中，上述两个电极层中的一方位于上述光波导层与上述第1反射面之间、第1镜的内部、或者上述第1镜的与上述第1反射面相反一侧的面上；上述两个电极层中的另一方位于上述光波导层与上述第2反射面之间、第2镜的内部、或者上述第2镜的与上述第2反射面相反一侧的面上。
[0116]
在该光设备中，通过将两个电极层设置到上述位置，能够得到与有关第1或第2项目的光设备相同的效果。
[0117]
有关第4项目的光设备在有关第1至第3项目的任一项的光设备中，上述一个以上的光波导区域包括上述第2方向上的宽度是5μm以下的光波导区域。
[0118]
在该光设备中，即使光波导区域的第2方向上的宽度是5μm以下，也能够得到与有关第1或第3项目的光设备相同的效果。
[0119]
有关第5项目的光设备在有关第1项目的光设备中，还具备与上述两个电极层所包含的各电极连接的控制电路。当从与上述第1反射面或上述第2反射面垂直的方向观察时，上述多个电极与上述多个非波导区域的至少一部分分别重叠。上述控制电路在动作中执行第1动作及第2动作中的至少一方，上述第1动作中对上述多个电极中的相邻的任意的两个电极设置电位差，上述第2动作中对上述两个电极层中的一方所包含的电极与上述两个电极层中的另一方所包含的电极之间设置电位差。
[0120]
在该光设备中，通过控制电路对于多个电极的上述动作，能够使包含在光波导区域中的液晶材料的折射率连续地变化。随之，从第1镜射出的光的射出角度也连续地变化。
[0121]
有关第6项目的光设备在有关第1至第4项目的任一项的光设备中，上述多个电极包括当从与上述第1反射面或上述第2反射面垂直的方向观察时与上述多个非波导区域的至少一部分分别重叠的多个第1电极、以及与上述一个以上的光波导区域的至少一部分分别重叠的一个以上的第2电极。
[0122]
在该光设备中，通过如上述那样设置多个电极，能够得到与有关第1至第4项目的任一项的光设备相同的效果。
[0123]
有关第7项目的光设备在有关第1项目的光设备中，还具备与上述两个电极层所包含的各电极连接的控制电路。上述多个电极包括当从与上述第1反射面或上述第2反射面垂直的方向观察时与上述多个非波导区域的至少一部分分别重叠的多个第1电极、以及与上述1个以上的光波导区域的至少一部分分别重叠的一个以上的第2电极。上述控制电路在动
作中执行第1动作及第2动作中的至少一方，上述第1动作中对上述多个第1电极中的相邻的任意的两个电极设置电位差，上述第2动作中对上述两个电极层中的一方所包含的电极与上述两个电极层中的另一方所包含的电极之间设置电位差。
[0124]
在该光设备中，通过控制电路对于多个电极的上述动作，能够使包含在光波导区域中的液晶材料的折射率连续地变化。随之，从第1镜射出的光的射出角度也连续地变化。
[0125]
有关第8项目的光设备在有关第1至第7项目的任一项的光设备中，上述两个电极层中的一方包括上述多个电极；上述两个电极层中的另一方包括单一的电极。
[0126]
在该光设备中，通过如上述那样设置两个电极层，能够得到与有关第1至第7项目的任一项的光设备相同的效果。
[0127]
有关第9项目的光设备在有关第1至第7项目的任一项的光设备中，上述两个电极层双方包括上述多个电极。
[0128]
在该光设备中，通过如上述那样设置两个电极层，能够得到与有关第1至第7项目的任一项的光设备相同的效果。
[0129]
以下，说明实施方式1至实施方式6的光设备100。
[0130]
(实施方式1)
[0131]
这里，说明通过使光进行导波的区域内的液晶材料驱动来实施光扫描的例子。
[0132]
图6a是本发明的例示性的实施方式的光设备100的立体图。图6b是图6a所示的光设备100的yz面的剖视图。在图6a及图6b中，为了简单而表示光设备100的一部分。另外，为了方便而表示了相互正交的x方向、y方向及z方向，但并不限定实际的光设备100的方向。
[0133]
本实施方式的光设备100具备镜30及镜40、光波导层20、电极层60a及电极层60b。光设备100也可以还具备未图示的控制电路。
[0134]
镜30具备沿着x方向及y方向扩展的第1反射面32。镜30具有透光性。镜40具备与第1反射面32对置的第2反射面42。镜30和镜40被支承部件70支承以成为大致平行。支承部件70例如由sio2等的电介质材料或树脂形成。支承部件70可以具有柱状或壁状的形状。支承部件70在镜30与镜40之间的光波导层20以外的区域中被大范围地配置。光设备100也可以将镜30及镜40贴合而制作。
[0135]
光波导层20位于镜30与镜40之间。在光波导层20中，多个电介质部件24沿着y方向排列。当从z方向观察时，在光波导层20中，将与多个电介质部件24重叠的区域称作“多个非波导区域20n”。在光波导层20中，将位于沿着y方向排列的多个非波导区域20n之间的一个以上的区域称作“一个以上的光波导区域20g”。换言之，光波导层20包括多个非波导区域20n和一个以上的光波导区域20g。一个以上的光波导区域20g的平均折射率比多个非波导区域20n的平均折射率高。由此，一个以上的光波导区域20g能够使光沿着x方向波导。一个以上的光波导区域20g分别包含液晶材料23。多个非波导区域20n分别包含多个电介质部件24。在图6a及图6b所示的例子中，在电介质部件24与镜30之间存在间隙。只要在相邻的任意的两个光波导区域20g的一方中传播的光不泄漏到另一方，则也可以存在间隙。通过存在该间隙，即使多个电介质部件24的z方向上的高度不相同，也能够容易地将镜3及镜40贴合。图6a及图6b所示的光波导层20除了多个电介质部件24以外，被液晶材料23充满。
[0136]
电极层60a及电极层60b夹着光波导层20相互对置。在图6a及图6b所示的例子中，一方的电极层60a包括沿着y方向排列的多个电极，另一方的电极层60b包括单一的电极。如
图6a所示，也可以在电极层60a的多个电极中，一部分电极从沿y方向延伸的两个平行的电极中的一方的电极朝向另一方的电极突出，另一部分的电极从上述另一方的电极朝向上述一方的电极突出，位于上述一部分的电极之间。在图6a及图6b所示的例子中，电极层60a位于镜30的与第1反射面32相反一侧的面上，电极层60b位于镜40的与第2反射面42相反一侧的面上。电极层60a也可以位于光波导层20与镜30的第1反射面32之间、或镜30的内部。同样，电极层60b也可以位于光波导层20与镜40的第2反射面42之间或镜40的内部。在图6a及图6b所示的例子中，电极层60a的多个电极分别在从z方向观察时与多个非波导区域20n的至少一部分重叠。更具体地讲，电极层60a的多个电极分别在从z方向观察时包含在多个非波导区域20n中。电极层60a的多个电极可以由对于在一个以上的光波导区域20g内传播的光的波长具有透光性的电极材料形成。该电极材料例如是ito等的透明电极。但是，只要不妨碍光的透射，是怎样的电极材料都可以。只要电极层60a的多个电极在从z方向观察时与一个以上的光波导区域20g不重叠，则该电极材料也可以包含al等的导电性的金属。电极层60b的单一的电极也可以包含透明电极及/或导电性的金属。
[0137]
未图示的控制电路与包含在电极层60a及电极层60b中的多个电极的各个电极连接。在图6a及图6b所示的例子中，未图示的控制电路经由沿y方向延伸的两个平行的电极中的一个，与电极层60a的多个电极的各个电极连接。该控制电路能够对电极层60a的多个电极的各个电极以及电极层60b的单一的电极独立地施加任意的电压。在图6a及图6b所示的例子中，对于电极层60a的多个电极交替地施加不同的两个值的电压，或施加相同值的电压。通过从电极层60a的多个电极以及电极层60b的单一的电极使镜30与镜40之间产生希望的电场，将充满在镜30与镜40之间的液晶材料23驱动。由此，液晶材料23的折射率变化。
[0138]
接着，参照图7a及图7b说明本实施方式的液晶材料23的取向控制。
[0139]
图7a是示意地表示在图6b所示的例子中液晶材料23取向为y方向的第1状态的图。图7b是示意地表示在图6b所示的例子中液晶材料23取向为z方向的第2状态的图。图7a及图7b所示的标号23o示意地表示液晶材料23的取向状态。通过由施加在电极层60a的多个电极以及电极层60b的单一的电极上的电压形成的电场，控制由镜30及镜40夹着的液晶材料23的取向方向。
[0140]
在图7a所示的例子中，处于以下的状态：对电极层60a的多个电极中的相邻的任意的两个电极设置了电位差，电极层60b的单一的电极在电气上开路。在该状态下，如图7a所示，通过在相邻的两个电极之间产生的电位差，在一个以上的光波导区域20g内产生与y方向大致平行的电力线。通过该电场，一个以上的光波导区域20g内的液晶材料23被取向为y方向。
[0141]
在图7b所示的例子中，处于以下的状态：电极层60a的多个电极是大致同电位，对于电极层60a的多个电极与电极层60a的单一的电极之间设置了电位差。在该状态下，如图7b所示，从镜30朝向镜40产生与z方向大致平行的电力线。由此，一个以上的光波导区域20g内的液晶材料23被取向为z方向。在图7b所示的例子中，电力线从镜30朝向镜40产生，但也可以是相反。
[0142]
通过这样对电极层60a的多个电极以及电极层60b的单一的电极施加电压，能够任意地形成图7a所示的第1状态和图7b所示的第2状态。在第1状态和第2状态中，包含在一个以上的光波导区域20g中的液晶材料23的折射率不同。在从第1状态向第2状态的推移以及
从第2状态向第1状态的推移的过程中，液晶材料23的折射率连续地变化。随之，从镜30射出的光的射出角度变化。结果，能够实现光扫描。
[0143]
为了实现从第1状态向第2状态的推移以及从第2状态向第1状态的推移，未图示的控制电路在动作中执行第1动作及第2动作中的至少一方，第1动作中对电极层60a的多个电极中的一部分电极和其他至少一部分电极设置电位差，第2动作中对电极层60a及电极层60b中的一方所包含的电极和另一方所包含的电极之间设置电位差。
[0144]
电极层60a的各电极的y方向上的宽度也可以比一个非波导区域20n的y方向上的宽度窄。由此，在图7a所示的第1状态下，形成在一个以上的光波导区域20g内的电力线更平行于y方向。
[0145]
也可以与图7a及图7b所示的例子相反，镜30上的电极层60a包含单一的电极，镜40上的电极层60b包含多个电极。通过该结构，也能够得到与图7a及图7b所示的例子同样的效果。
[0146]
另外，不需要电极层60a的多个电极的全部分别在从z方向观察时与多个非波导区域20n的至少一部分重叠。只要能得到与图7a及图7b所示的例子同样的效果，则也可以是电极层60a的多个电极的一部分包括在从z方向观察时与多个非波导区域20n的至少一部分重叠的电极，其他部分不包含这样的电极。
[0147]
(实施方式2)
[0148]
在以下的说明中，关于与实施方式1所示的例子相同的结构省略说明。
[0149]
图8a是本发明的例示性的实施方式的光设备100的立体图。图8b是图8a所示的光设备100的yz面的剖视图。在图8a及图8b中，为了简单而表示了光设备100的一部分。
[0150]
在图8a及图8b所示的例子中，与实施方式1所示的例子不同，电极层60b与电极层60a同样包括多个电极。可以对电极层60a的多个电极的各个电极以及电极层60b的多个电极的各个电极独立地施加任意的电压。
[0151]
接着，参照图9a及图9b说明本实施方式的液晶材料23的取向控制。
[0152]
图9a是示意地表示在图8b所示的例子中液晶材料23取向为y方向的第1状态的图。图9b是示意地表示在图8b所示的例子中液晶材料23取向为z方向的第2状态的图。通过由施加在电极层60a的多个电极以及电极层60b的多个电极上的电压形成的电场，控制被镜30及镜40夹着的液晶材料23的取向方向。
[0153]
在图9a所示的例子中，处于以下的状态：对于电极层60a的多个电极中的相邻的任意的两个电极设置了电位差，对于电极层60b的多个电极中的相邻的任意的两个电极设置了电位差。夹着光波导层20而对置的两个电极也可以是同电位。在该状态下，如图9a所示，通过在相邻的两个电极之间发生的电位差，在一个以上的光波导区域20g内产生与y方向大致平行的电力线。由此，一个以上的光波导区域20g内的液晶材料23被取向为y方向。
[0154]
在图9b所示的例子中，处于以下的状态：电极层60a的多个电极大致是同电位，电极层60b的多个电极大致是同电位，对于电极层60a的多个电极与电极层60b的多个电极之间设置了电位差。在该状态下，如图9b所示，从镜30朝向镜40产生与z方向大致平行的电力线。由此，一个以上的光波导区域20g内的液晶材料23被取向为z方向。在图9b所示的例子中，电力线从镜30朝向镜40产生，但也可以是相反。
[0155]
通过这样向电极层60a的多个电极以及电极层60b的多个电极施加电压，能够任意
地形成图9a所示的第1状态和图9b所示的第2状态。在第1状态和第2状态下，一个以上的光波导区域20g的液晶材料23的折射率不同。在从第1状态向第2状态的推移以及从第2状态向第1状态的推移的过程中，液晶材料23的折射率连续地变化。随之，从镜30射出的光的射出角度变化。结果，能够实现光扫描。
[0156]
电极层60a的各电极的y方向上的宽度也可以比各非波导区域20n的y方向上的宽度窄。由此，在图9a所示的第1状态下，形成在一个以上的光波导区域20g内的电力线更平行于y方向。
[0157]
另外，不需要电极层60b的多个电极的全部分别在从z方向观察时与多个非波导区域20n的至少一部分重叠。只要能得到与图9a及图9b所示的例子同样的效果，则也可以是电极层60b的多个电极的一部分包括在从z方向观察时与多个非波导区域20n的至少一部分重叠的电极，其他部分不包括这样的电极。
[0158]
(实施方式3)
[0159]
在以下的说明中，关于与实施方式1所示的例子相同的结构省略说明。
[0160]
图10a是本发明的例示性的实施方式的光设备100的立体图。图10b是图10a所示的光设备100的yz面的剖视图。在图10a及图10b中，为了简单而表示了光设备100的一部分。
[0161]
在图10a及图10b所示的例子中，与实施方式1所示的例子不同，电极层60a的多个电极包括多个第1电极60a1以及一个以上的第2电极60a2。多个第1电极60a1相当于图6a及图6b中表示的电极层60a中的多个电极。一个以上的第2电极60a2分别在从z方向观察时与一个以上的光波导区域20g的至少一部分重叠。更具体地讲，一个以上的第2电极60a2分别在从z方向观察时包含在一个以上的光波导区域20g中。
[0162]
如图10a所示，一个以上的第2电极60a2也可以是配置在多个第1电极60a1的间隙中的连续的一个电极的一部分。能够对电极层60a的多个电极的各个电极以及电极层60b的单一的电极独立地施加任意的电压。在图10a及图10b所示的例子中，对电极层60a的多个第1电极60a1交替地施加不同的两个值的电压，或者施加相同值的电压。对于电极层60a的一个以上的第2电极60a2，施加相同值的电压。
[0163]
接着，参照图11a及图11b说明本实施方式的液晶材料23的取向控制。
[0164]
图11a是示意地表示在图10b所示的例子中液晶材料23取向为y方向的第1状态的图。图11b及图11c是示意地表示在图10b所示的例子中液晶材料23取向为z方向的第2状态的图。通过由施加在电极层60a的多个第1电极60a1及一个以上的第2电极60a2、以及电极层60b的单一的电极上的电压形成的电场，控制被镜30及镜40夹着的液晶材料23的取向方向。
[0165]
在图11a所示的例子中，处于以下的状态：对于电极层60a的多个第1电极60a1中的相邻的任意的两个电极设置了电位差，电极层60a的一个以上的第2电极60a2及电极层60b的单一的电极在电气上开路。在该状态下，如图11a所示，通过在相邻的两个电极之间产生的电位差，在一个以上的光波导区域20g内产生与y方向大致平行的电力线。由此，一个以上的光波导区域20g内的液晶材料23被取向为y方向。
[0166]
在图11b所示的例子中，处于以下的状态：电极层60a的多个第1电极60a1及一个以上的第2电极60a2大致是同电位，在电极层60a的多个第1电极60a1及一个以上的第2电极60a2与电极层60b的单一的电极之间设置了电位差。在该状态下，如图11b所示，从镜30朝向镜40产生与z方向大致平行的电力线。由此，一个以上的光波导区域20g内的液晶材料23被
取向为z方向。在图11b所示的例子中，电力线从镜30朝向镜40产生，但也可以是相反。
[0167]
在图11c所示的例子中，处于以下的状态：对于电极层60a的多个第1电极60a1中的相邻的任意的两个电极设置了第1电位差，并且在电极层60a的一个以上的第2电极60a2与电极层60b的单一的电极之间设置了第2电位差。第1电位差既可以比图11a所示的例子的电位差小，也可以比第2电位差小。在该状态下，如图11c所示，从镜30朝向镜40产生与z方向大致平行的电力线。由此，一个以上的光波导区域20g内的液晶材料23被取向为z方向。在图11c所示的例子中，电力线从镜30朝向镜40产生，但也可以是相反。图11c所示的状态也可以说是通过在电极层60a的一个以上的第2电极60a2与电极层60b的单一的电极之间产生的电场，一个以上的光波导区域20g内的液晶材料23被取向为z方向的第2状态。
[0168]
通过这样对电极层60a的多个第1电极60a1及一个以上的第2电极60a2、以及电极层60b的单一的电极施加电压，能够任意地形成图11a所示的第1状态和图11b或图11c所示的第2状态。在第1状态和第2状态下，一个以上的光波导区域20g的液晶材料23的折射率不同。在从第1状态向第2状态的推移以及从第2状态向第1状态的推移的过程中，液晶材料23的折射率连续地变化。随之，从镜30射出的光的射出角度变化。结果，能够实现光扫描。
[0169]
电极层60a的各第1电极60a1的y方向上的宽度也可以比各非波导区域20n的y方向上的宽度窄。由此，在图11a所示的第1状态下，形成在一个以上的光波导区域20g内的电力线更平行于y方向。
[0170]
另外，不需要电极层60a的多个第1电极60a1的全部分别在从z方向观察时与多个非波导区域20n的至少一部分重叠。只要能得到与图11a及图11b所示的例子同样的效果，在也可以是电极层60a的多个第1电极60a1的一部分包括当从z方向观察时与多个非波导区域20n的至少一部分重叠的电极，其他部分不包括这样的电极。
[0171]
同样，不需要电极层60a的一个以上的第2电极60a2的全部分别在从z方向观察时与多个光波导区域20g的至少一部分重叠。只要能得到与图11a及图11b所示的例子同样的效果，则也可以是电极层60a的一个以上的第2电极60a2的一部分包括当从z方向观察时与多个光波导区域20g的至少一部分重叠的电极，其他部分不包括这样的电极。
[0172]
(实施方式4)
[0173]
在以下的说明中，关于与实施方式3所示的例子相同的结构省略说明。
[0174]
图12a是本发明的例示性的实施方式的光设备100的立体图。图12b是图12a所示的光设备100的yz面的剖视图。在图12a及图12b中，为了简单而表示了光设备100的一部分。
[0175]
在图12a及图12b所示的例子中，与实施方式3所示的例子不同，电极层60b的多个电极与电极层60a同样，包括多个第1电极60b1及一个以上的第2电极60b2。对于电极层60a的多个电极的各个电极及电极层60b的多个电极的各个电极能够独立地施加任意的电压。在图12a及图12b所示的例子中，对电极层60a的多个第1电极60a1交替地施加不同的两个值的电压，或施加相同值的电压。关于电极层60b的多个电极也是同样的。
[0176]
接着，参照图13a及图13b说明本实施方式的液晶材料23的取向控制。
[0177]
图13a是示意地表示在图12b所示的例子中液晶材料23取向为y方向的第1状态的图。图13b及图13c是示意地表示在图12b所示的例子中液晶材料23取向为z方向的第2状态的图。通过由施加在电极层60a的多个第1电极60a1及一个以上的第2电极60a2及电极层60b的多个第1电极60b1以及一个以上的第2电极60b2上的电压形成的电场，控制被镜30及镜40
夹着的液晶材料23的取向方向。
[0178]
在图13a所示的例子中，处于以下的状态：对于电极层60a的多个第1电极60a1中的相邻的任意的两个电极设置了电位差，电极层60a的一个以上的第2电极60a2在电气上开路。关于电极层60b的多个第1电极60b1及一个以上的第2电极60b2也是同样的。在该状态下，如图13a所示，通过在相邻的两个电极之间产生的电位差，在一个以上的光波导区域20g内产生与y方向大致平行的电力线。由此，一个以上的光波导区域20g内的液晶材料23被取向为y方向。
[0179]
在图13b所示的例子中，处于以下的状态：电极层60a的多个第1电极60a1及一个以上的第2电极60a2大致是同电位，电极层60b的多个第1电极60b1及一个以上的第2电极60b2大致是同电位，对于电极层60a的多个第1电极60a1及一个以上的第2电极60a2与电极层60b的多个第1电极60b1及一个以上的第2电极60b2之间设置了电位差。在该状态下，如图13b所示，从镜30朝向镜40产生与z方向大致平行的电力线。由此，一个以上的光波导区域20g内的液晶材料23被取向为z方向。在图13b所示的例子中，电力线从镜30朝向镜40产生，但也可以是相反。
[0180]
在图13c所示的例子中，处于以下的状态：对于电极层60a的多个第1电极60a1中的相邻的任意的两个电极设置了第1电位差，并且，对于电极层60b的多个第1电极60b1中的相邻的任意的两个电极设置了第1电位差，并且，对于电极层60a的一个以上的第2电极60a2与电极层60b的一个以上的第2电极60b2之间设置了第2电位差。第1电位差既可以比图13a所示的例子的电位差小，也可以比第2电位差小。在该状态下，如图13c所示，从镜30朝向镜40产生与z方向大致平行的电力线。由此，一个以上的光波导区域20g内的液晶材料23被取向为z方向。在图13c所示的例子中，电力线从镜30朝向镜40产生，但也可以是相反。图13c所示的状态也可以说是通过在电极层60a的一个以上的第2电极60a2与电极层60b的一个以上的第2电极60b2之间产生的电场，一个以上的光波导区域20g内的液晶材料23被取向为z方向的第2状态。
[0181]
这样，通过对电极层60a的多个第1电极60a1及一个以上的第2电极60a2、以及电极层60b的多个第1电极60b1及一个以上的第2电极60b2施加电压，能够任意地形成图13a所示的第1状态和图13b或图13c所示的第2状态。在第1状态和第2状态下，一个以上的光波导区域20g的液晶材料23的折射率不同。在从第1状态向第2状态的推移以及从第2状态向第1状态的推移的过程中，液晶材料23的折射率连续地变化。随之，从镜30射出的光的射出角度变化。结果，能够实现光扫描。
[0182]
电极层60a的各第1电极60a1的y方向上的宽度及/或电极层60b的各第1电极60b1的y方向上的宽度也可以比各非波导区域20n的y方向上的宽度窄。由此，在图13a所示的第1状态下，形成于一个以上的光波导区域20g内的电力线更平行于y方向。
[0183]
(实施方式5)
[0184]
在以下的说明中，关于与实施方式1所示的例子相同的结构省略说明。
[0185]
图14a是本发明的例示性的实施方式的光设备100的立体图。图14b是图14a所示的光设备100的yz面的剖视图。在图14a及图14b中，为了简单而表示了光设备100的一部分。
[0186]
在图14a及图14b所示的例子中，与实施方式1所示的例子不同，电极层60a的多个电极包括多个第1电极60a1及多个第3电极60a3。多个第1电极60a1相当于图6a及图6b中表
示的电极层60a的多个电极。多个第3电极60a3与多个第1电极60a1大致正交。为了将多个第1电极60a1与多个第3电极60a3绝缘，绝缘层50a位于多个第1电极60a1与多个第3电极60a3之间。能够对电极层60a的多个电极的各个电极及电极层60b的单一的电极独立地施加任意的电压。在图14a及图14b所示的例子中，对电极层60a的多个第1电极60a1交替地施加不同的两个值的电压或施加相同值的电压。对电极层60a的多个第3电极60a3也交替地施加不同的两个值的电压或施加相同值的电压。
[0187]
通过对电极层60a的多个第1电极60a1交替地施加不同的两个值的电压，能够进行液晶材料23的y方向的取向控制。通过对电极层60a的多个第3电极60a3交替地施加不同的两个值的电压，能够进行液晶材料23的x方向的取向控制。即，通过电极层60a的多个第1电极60a1及多个第3电极60a3，能够进行液晶材料23的xy平面内的任意的方向的取向控制。当然，通过在电极层60a的多个第1电极60a1及多个第3电极60a3与电极层60b的单一的电极之间设置电位差，能够将液晶材料23的取向方向排列为z方向。
[0188]
电极层60a的各第1电极60a1的y方向上的宽度也可以比各非波导区域20n的y方向上的宽度窄。由此，形成在一个以上的光波导区域20g内的电力线更平行于y方向。同样，电极层60a的各第3电极60a3的x方向上的宽度也可以窄到与电极层60a的各第1电极60a1的y方向上的宽度相同程度。由此，形成在一个以上的光波导区域20g内的电力线更平行于x方向。
[0189]
(实施方式6)
[0190]
在以下的说明中，关于与实施方式5所示的例子相同的结构省略说明。
[0191]
图15a是本发明的例示性的实施方式的光设备100的立体图。图15b是图15a所示的光设备100的yz面的剖视图。在图15a及图15b中，为了简单而表示了光设备100的一部分。
[0192]
在图15a及图15b所示的例子中，与实施方式5所示的例子不同，电极层60b的多个电极与电极层60a同样，包括多个第1电极60b1及多个第3电极60b3。为了将多个第1电极60b1与多个第3电极60b3绝缘，绝缘层50b位于多个第1电极60b1与多个第3电极60b3之间。能够对电极层60a的多个电极的各个电极及电极层60b的多个电极的各个电极独立地施加任意的电压。在图15a及图15b所示的例子中，对电极层60a的多个第1电极60a1交替地施加不同的两个值的电压或施加相同值的电压。对电极层60a的多个第3电极60a3也交替地施加不同的两个值的电压或施加相同值的电压。对电极层60b的多个第1电极60b1也交替地施加不同的两个值的电压或施加相同值的电压。对电极层60b的多个第3电极60b3也交替地施加不同的两个值的电压或施加相同值的电压。
[0193]
通过对电极层60a的多个第1电极60a1交替地施加不同的两个值的电压及/或对电极层60b的多个第1电极60b1交替地施加不同的两个值的电压，能够进行液晶材料23的y方向的取向控制。通过对电极层60a的多个第3电极60a3交替地施加不同的两个值的电压及/或对电极层60b的多个第3电极60b3交替地施加不同的两个值的电压，能够进行液晶材料23的x方向的取向控制。即，通过电极层60a的多个第1电极60a1及多个第3电极60a3、以及电极层60b的多个第1电极60b1及多个第3电极60b3，能够进行液晶材料23的xy平面内的任意的方向的取向控制。当然，通过对电极层60a的多个第1电极60a1及多个第3电极60a3与电极层60b的多个第1电极60b1及多个第3电极60b3之间施加电位差，能够将液晶材料23的取向方向排列为z方向的方向。
[0194]
电极层60a的各第1电极60a1的y方向上的宽度及/或电极层60b的各第1电极60b1的y方向上的宽度也可以比各非波导区域20n的y方向上的宽度窄。由此，形成在一个以上的光波导区域20g内的电力线更平行于y方向。同样，电极层60a的各第3电极60a3的x方向上的宽度及/或电极层60b的各第3电极60b3的x方向上的宽度也可以窄到与电极层60a的各第1电极60a1的y方向上的宽度及/或电极层60b的各第1电极60b1的y方向上的宽度相同程度。由此，形成在一个以上的光波导区域20g内的电力线更平行于x方向。
[0195]
接着，说明实施方式1至实施方式6的光设备100的效果。
[0196]
在一个以上的光波导区域20g各自的y方向上的宽度宽的情况下，能够通过上述的以往的取向处理来决定液晶材料23的初始的取向方向。但是，在一个以上的光波导区域20g包括y方向上的5μm以下的宽度的光波导区域的情况下，通过以往的取向处理决定液晶材料23的初始的取向方向并不容易。在这样的情况下，通过实施方式1至实施方式6的电极配置，也能得到能够进行液晶材料23的yz平面内、xy平面内或xyz空间内的任意的方向的取向控制的效果。
[0197]
(实施例1)
[0198]
在本实施例1中，使用在实施方式1中说明的光设备100确认了液晶材料23的取向状态。镜30及镜40中，使用交替地层叠有nb2o5及sio2的电介质层的电介质多层膜镜。镜30的光透光性比镜40的光透光性高。在波长940nm的光的垂直入射中，镜30的反射率被设计为99.6％，镜40的反射率被设计为99.9％。多个电介质部件24由sio2形成。多个电介质部件24各自的z方向上的高度为约1μm，y方向上的宽度为约30μm。多个电介质部件24沿着y方向以等间隔配置。一个以上的光波导区域20g各自的y方向上的宽度为5μm。在镜30上，使用光刻技术设置了由ito形成的电极图案。电极层60a的多个电极的y方向上的宽度分别比多个非波导区域20n的y方向上的宽度窄。电极层60a的多个电极各自的y方向上的宽度为约20μm。电极层60a的多个电极的x方向上的长度为与一个以上的光波导区域20g的x方向上的长度大致相同的长度。一个以上的光波导区域20g被配置为阵列状。电极层60a的多个电极由以相互咬合的方式配置的两个梳齿状的电极形成。该多个电极分别以在从z方向观察时与多个非波导区域20n重叠的方式设置。电极层60b的单一的电极通过在镜40上形成ito膜而设置。
[0199]
虽然在图6a及图6b中没有表示，但光设备100被设置在厚度0.625μm的石英基板上。在该石英基板上设有电极层60b的单一的电极，在该单一的电极上作为镜40而设有电介质多层膜，在镜40上，设有多个电介质部件24以及由树脂形成的支承部件70。镜30及镜40通过隔着支承部件70贴合而设置。支承部件70的z方向上的高度是约2μm。虽然在图6a及图6b中没有表示，但在镜30与镜40之间，以将被封入液晶材料23的区域包围的方式涂布了uv固化性的粘接材料。镜30及镜40通过对该粘接材料进行uv照射而贴合。从该粘接剂中的被开放的一部分区域真空注入了液晶材料23。液晶材料23中使用被称作bk7的材料。通过在液晶材料23的注入后对开放的该一部分区域涂布粘接剂，液晶材料23被封闭。未图示的控制电路分别经由电气布线与电极层60a的多个电极及电极层60b的单一的电极连接。由此，能够向电极层60a的多个电极及电极层60b的单一的电极分别供给电压。
[0200]
液晶材料23的取向状态如以下这样确认。在偏光显微镜中，在正交尼科尔配置的两个偏光板之间，以与这两个偏光板平行的方式设置光设备100。以透射光入射侧的偏光板
的光的偏光方向为基准，光设备100使其光波导方向在与上述两个偏光板平行的面内旋转45
°
而设置到显微镜。透射了光设备100的光能够经由光射出侧的偏光板而被显微镜确认为像。
[0201]
确认了在图7a中说明的第1状态。对于电极层60a的多个电极，交替地设定了10v的电位差。电极层60b的单一的电极处于在电气上开路的状态。在该状态下，液晶材料取向为y方向。即，成为透射入射侧的偏光板并经过了光设备100的光的偏光方向以45
°
倾斜的状态。由此，经过了光设备100的该光的一部分透射射出侧的偏光板。结果，通过偏光显微镜观察到的像较明亮。
[0202]
接着，确认了在图7b中说明的第2状态。对于电极层60a的多个电极施加相同值的电压，对于电极层60a的多个电极与电极层60b的单一的电极之间设置了10v的电位差。在该状态下，液晶材料取向为z方向。由此，透射入射侧的偏光板并经过光设备100后的光在维持其偏光方向的状态下到达射出侧的偏光板。由于两个偏光板是正交尼科尔配置，所以经过光设备100后的该光不能透射射出侧的偏光板。结果，通过显微镜观察到的像较暗。确认了通过切换第1状态及第2状态，一个以上的光波导区域20g的明暗反转。
[0203]
(实施例2)
[0204]
在本实施例2中，使用在实施方式2中说明的光设备100确认了液晶材料23的取向状态。在本实施例2中，与实施例1不同，电极层60b包括多个电极。电极层60b的该多个电极与电极层60a的多个电极同样地设计。
[0205]
液晶材料23的取向状态的确认方法如在实施例1中说明的那样。
[0206]
确认了在图9a中说明的第1状态。对于电极层60a的多个电极交替地设定了10v的电位差，同样，对于电极层60b的多个电极交替地设定了10v的电位差。此时，通过偏光显微镜观察到的像较明亮。
[0207]
接着，确认了在图9b中说明的第2状态。对于电极层60a的多个电极施加相同值的电压，对于电极层60b的多个电极施加相同值的电压，对于电极层60a的多个电极与电极层60b的多个电极之间设置了10v的电位差。此时，通过显微镜观察到的像较暗。
[0208]
因而，能够确认在第1状态下液晶材料23沿着y方向取向，在第2状态下液晶材料23沿着z方向取向。
[0209]
(实施例3)
[0210]
在本实施例3中，使用在实施方式3中说明的光设备100确认了液晶材料23的取向状态。在本实施例3中，除了实施例1以外，在电极层60a中，在两个梳齿状的电极的间隙中设置了其他电极。该两个梳齿状的电极相当于图10a及图10b所示的多个第1电极60a1，该其他电极相当于图10a及图10b所示的一个以上的第2电极60a2。该其他电极的沿x方向延伸的一个以上的部分分别在从z方向观察时与一个以上的光波导区域20g的至少一部分重叠。该一个以上的部分分别比一个以上的光波导区域20g的y方向上的宽度的5μm窄。该多个部分各自的y方向上的宽度为3μm。
[0211]
液晶材料23的取向状态的确认方法如在实施例1中说明的那样。
[0212]
确认了在图11a中说明的第1状态。对于电极层60a的多个第1电极60a1交替地设定了10v的电位差。电极层60b的一个以上的第2电极60a2及电极层60b的单一的电极处于在电气上开路的状态。此时，通过偏光显微镜观察到的像较明亮。
[0213]
接着，确认了在图11b中说明的第2状态。对于电极层60a的多个第1电极60a1及一个以上的第2电极60a2施加相同值的电压，对于电极层60a的多个第1电极60a1及一个以上的第2电极60a2与电极层60b的单一的电极之间设置了10v的电位差。此时，通过显微镜观察到的像较暗。
[0214]
接着，回到在图11a中说明的第1状态后，确认了在图11c中说明的第2状态。在使对于电极层60a的多个第1电极60a1交替地设置的电压差从10v下降为1v的大致同时，对于电极层60a的一个以上的第2电极60a2与电极层60b的单一的电极之间设置9.5v的电位差。该状态例如如以下这样实现。(1)对电极层60a的多个第1电极60a1中的相邻的任意的两个电极的一方及另一方分别施加10v及9v的电压，(2)对电极层60a的一个以上的第2电极60a2施加9.5v的电压，(3)对电极层60b的单一的电极施加0v的电压。在该状态下，通过偏光显微镜观察到的像也较暗。因而，不论是图11b所示的结构还是图11c所示的结构，实现第2状态都没有问题。
[0215]
(实施例4)
[0216]
在本实施例4中，使用在实施方式4中说明的光设备100确认了液晶材料23的取向状态。在本实施例4中，与实施例3不同，电极层60b的多个电极与电极层60a同样，包括多个第1电极60b1及一个以上的第2电极60b2。电极层60b的多个第1电极60b1及一个以上的第2电极60b2与电极层60a的多个第1电极60a1及一个以上的第2电极60a2同样地设计。
[0217]
液晶材料23的取向状态的确认方法如在实施例1中说明的那样。
[0218]
确认了在图13a中说明的第1状态。对于电极层60a的多个第1电极60a1交替地设定10v的电位差，对于电极层60b的多个第1电极60b1交替地设定10v的电位差。电极层60a的一个以上的第2电极60a2及电极层60b的一个以上的第2电极60b2处于在电气上开路的状态。此时，通过显微镜观察到的像较明亮。
[0219]
接着，确认了在图13b中说明的第2状态。对于电极层60a的多个第1电极60a1及一个以上的第2电极60a2施加相同值的电压，对于电极层60b的多个第1电极60b1及一个以上的第2电极60b2施加相同值的电压，对于电极层60a的多个第1电极60a1及一个以上的第2电极60a2与电极层60b的多个第1电极60b1及一个以上的第2电极60b2之间设置了10v的电位差。此时，通过显微镜观察到的像较暗。
[0220]
接着，回到在图13a中说明的第1状态后，确认了在图13c中说明的第2状态。在使对于电极层60a的多个第1电极60a1交替地设置的电压差以及对于电极层60b的多个第1电极60b1交替地设置的电压差从10v下降为1v的大致同时，对于电极层60a的一个以上的第2电极60a2与电极层60b的一个以上的第2电极60b2之间设置9.5v的电位差。该状态例如如以下这样实现。(1)对电极层60a的多个第1电极60a1中的相邻的任意的两个电极的一方及另一方分别施加10v及9v的电压，(2)对电极层60a的一个以上的第2电极60a2施加9.5v的电压，(3)对电极层60b的多个第1电极60b1中的与在电极层60a中被施加10v及9v的电压的一方及另一方的电极对置的电极分别施加0.5v及
‑
0.5v的电压，(4)对电极层60b的一个以上的第2电极60b2施加0v的电压。在该状态下，通过偏光显微镜观察到的像也较暗。因而，不论是图13b所示的结构还是图13c所示的结构，实现第2状态都没有问题。
[0221]
(实施例5)
[0222]
在本实施例5中，说明在实施方式5及实施方式6中说明的光设备100的具体的结
构。在本实施例5中，除了实施例1以外，还在多个第1电极60a1上设置了由sio2形成的绝缘层50a。绝缘层50a的z方向上的厚度是约200μm。在绝缘层50a上，以与多个第1电极60a1大致正交的方式设置了多个第3电极60a3。电极层60a的多个第1电极60a1及多个第3电极60a3各自的宽度为约20μm，相邻的任意的两个电极的间隔为约50μm。在图14a中，作为多个第3电极60a3仅表示了3个电极，但与调整一个以上的光波导区域20g的x方向上的长度同样，也可以增加多个第3电极60a3的数量。此外，关于电极的宽度及间隔，也可以与本实施例5不同。
[0223]
通过对电极层60a的多个第3电极60a3交替地施加不同的两个值的电压，能够使一个以上的光波导区域20g内的液晶材料23取向为与光波导方向平行的x方向。或者，也可以对电极层60a的多个第3电极60a3施加电压，以使电压沿着x方向依次变高或变低。此外，通过对电极层60a的多个第1电极60a1交替地施加不同的两个值的电压，能够使一个以上的光波导区域20g内的液晶材料23取向为与光波导方向平行的y方向。或者，也可以对电极层60a的多个第1电极60a1施加电压，以使电压沿着y方向依次变高或变低。通过对电极层60a的多个第1电极60a1及多个第3电极60a3同时施加上述的电压，也能够使液晶材料23取向为xy平面内的任意的方向。
[0224]
另一方面，在实施方式6中所说明的光设备100中，电极层60b的多个电极与电极层60a同样，包括多个第1电极60b1及多个第3电极60b3。通过对电极层60a及电极层60b双方的多个电极的各个电极施加电压，能够进行液晶材料23的更容易的取向控制。
[0225]
产业上的可利用性
[0226]
本发明的实施方式的光设备例如可以利用于搭载在汽车、uav、agv等的车辆上的激光雷达系统等的用途。
[0227]
标号说明
[0228]
10：波导元件
[0229]
10a：波导阵列
[0230]
20：光波导层
[0231]
20a：波导
[0232]
20g：光波导区域
[0233]
20n：非波导区域
[0234]
22：光
[0235]
23：液晶材料
[0236]
24：电介质部件
[0237]
30：第1镜
[0238]
32：第1反射面
[0239]
40：第2镜
[0240]
42：第2反射面
[0241]
50a：绝缘层
[0242]
50b：绝缘层
[0243]
60a：电极层
[0244]
60a1：第1电极
[0245]
60a2：第2电极
[0246]
60a3：第3电极
[0247]
60b：电极层
[0248]
60b1：第1电极
[0249]
60b2：第2电极
[0250]
60b3：第3电极
[0251]
62a：电极
[0252]
62b：电极
[0253]
70：支承部件
[0254]
80：移相器
[0255]
80a：移相器阵列
[0256]
90：分光器
[0257]
100：光扫描设备，光设备
[0258]
101：方向
[0259]
102：方向
[0260]
110：第1驱动电路
[0261]
130：光源
[0262]
210：第2驱动电路
[0263]
300：lidar系统
[0264]
310：光束光斑
[0265]
400：光检测器
[0266]
500：控制单元，控制电路
[0267]
600：信号处理电路