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WO2018003852A1 - 光偏向デバイスおよびライダー装置 - Google Patents

光偏向デバイスおよびライダー装置 Download PDF

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WO2018003852A1
WO2018003852A1 PCT/JP2017/023747 JP2017023747W WO2018003852A1 WO 2018003852 A1 WO2018003852 A1 WO 2018003852A1 JP 2017023747 W JP2017023747 W JP 2017023747W WO 2018003852 A1 WO2018003852 A1 WO 2018003852A1
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WO
WIPO (PCT)
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light
wavelength
laser light
laser
beam deflector
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/023747
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English (en)
French (fr)
Inventor
馬場　俊彦
伸彦 西山
Original Assignee
国立大学法人横浜国立大学
国立大学法人東京工業大学
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Publication date
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Priority to US16/314,292 priority patent/US11448729B2/en
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    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/32—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends

Definitions

  • the present invention relates to a light deflection device that controls the traveling direction of light, and a lidar device provided with the light deflection device.
  • lidar equipment LiDER (Light Detection and Ranging, Laser Imaging Detection and Ranging)
  • vehicle equipment a vehicle is used to measure the distance to a surrounding object as a two-dimensional image. Automatic driving and development of 3D maps are being conducted.
  • Other applications of the lidar apparatus include laser printers and laser displays.
  • the lidar device applies a light beam to an object, detects reflected light reflected back from the object, detects distance information from the time difference and frequency difference, and scans the light beam two-dimensionally. Get wide-angle three-dimensional information.
  • Scanning of the light beam is performed using a light deflection device.
  • a mechanical light deflection device with a rotating polygon mirror (polygon mirror) has been used.
  • the light deflection device of this polygon mirror has the problem that it becomes unstable in an oscillating mobile such as a car and has a short life.
  • small integrated mirrors using micromachine technology (MEMS technology) are also being put into practical use.
  • MEMS technology micromachine technology
  • Phased arrays and leaky waveguides have been studied as non-mechanical light deflection devices that solve the problems of these mechanical light deflection devices.
  • a phased array uses light interference from multiple light emitters integrated on a substrate to form a light beam. By adjusting the phase of the individual radiators, beams can be formed in any direction.
  • a leaky waveguide type light deflection device radiates light propagating in the waveguide upward or obliquely by a diffraction grating carved in the waveguide, a multilayer film formed above and below the waveguide, etc.
  • the uniform radiation can form a sharp light beam, and the light beam can be scanned by changing the wavelength of light or the refractive index of the waveguide.
  • the multilayer film is operated at a wavelength close to the condition (slow light condition) where the angular dispersion is large, the sensitivity to the wavelength and the refractive index is enhanced, and the beam scan angle can be increased.
  • a waveguide with a diffraction grating is one in which light is gradually leaked from the waveguide by a weak diffraction grating to form a light beam, and the light beam can be scanned according to the wavelength and the waveguide refractive index.
  • the lidar apparatus applies a light beam to an object and measures the distance based on the reflected light.
  • time-of-flight (TOF) method of applying pulsed light to an object and measuring the delay time distance of the reflected pulse, frequency modulation of continuous light and applying to an object, distance from the difference frequency between reflected light and reference light
  • FMCW Frequency Modulation Continuous Wave
  • 150 m is considered as an example of a measurable distance.
  • the distance between the rider device and the object is 300 m
  • the time required for the light to reciprocate is 1 ⁇ s, considering the speed of light in the air.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining information acquisition for one frame of an image.
  • FIG. 12A is a diagram for describing an example in which information acquisition of each pixel is sequentially performed.
  • FIG. 12B is a diagram for describing an example in which information acquisition of each pixel is operated in parallel.
  • Information on one frame is obtained by repeating the process for all the pixels in each of the blocks 100a to 100d.
  • the frame rate is improved by operating in parallel for each block.
  • the configuration in which a plurality of lidar devices are combined and the lidar devices are operated in parallel needs to be operated in parallel while synchronizing the operation time point of each block, so there is a problem that the system becomes large and complicated.
  • the light deflection device and the lidar device according to the present invention solve the above-mentioned problems, and realize parallel operation with a simple configuration, and aim to avoid an increase in size or complexity of the system.
  • the light deflection device in view of the dependence of the deflection angle on the wavelength and refractive index of light, individually determines each light of a plurality of wavelengths having different wavelengths depending on the wavelength and refractive index Simultaneously deflecting in parallel in the direction of each deflection angle realizes parallel operation of a plurality of light beams with a simple configuration.
  • the plurality of deflected light beams can distinguish the individual light beams based on the difference in the wavelength of light or the deflection angle even in parallel operation at the same time.
  • the light deflection device of the present invention comprises a beam deflector whose deflection angle has wavelength dependency and refractive index dependency.
  • the beam deflector simultaneously deflects light of a plurality of wavelengths having different wavelengths in parallel in the direction of each deflection angle determined by each wavelength of the light and the refractive index of the beam deflector.
  • the light deflecting device deflects the guided light at a plurality of respective deflection angles that are determined in response to changes in the wavelength of the light.
  • the light deflection device deflects the guided light at each deflection angle determined corresponding to the wavelength and refractive index of the light.
  • the wavelength of light is fixed, the light is deflected at a plurality of deflection angles determined corresponding to the change of the refractive index with reference to the deflection angle corresponding to the wavelength at that time.
  • the beam deflector is composed of a single element that deflects light of each wavelength of plural wavelengths by one element, and is a complex in which plural elements that individually deflect light of each wavelength of plural wavelengths are arranged in an array It can be configured.
  • a plurality of beam deflectors for deflecting the introduced light at a deflection angle determined corresponding to the wavelength of the light is provided, and the plurality of beam deflectors are arranged in parallel at each wavelength.
  • the plurality of beam deflectors arranged in parallel introduce light of a plurality of wavelengths having different wavelengths to change the deflection angle, and introduce light of one wavelength or a plurality of wavelengths having different wavelengths and refracting By changing the rate, the deflection angle is changed to deflect the plurality of light beams into different deflection angles.
  • the light deflection device of the present invention can constitute an emitter which deflects introduced light to form output light, and / or an injector which deflects light taken from the outside into incident light.
  • the light taken in from the outside can be a reflected light obtained by reflecting the light emitted from the light emitter by the object.
  • the deflection angle of the light deflection device corresponds to the emission angle at the emitter and to the incidence angle at the injector.
  • An emitter according to the light deflection device of the present invention comprises a laser light source for emitting a plurality of laser beams of different wavelengths together with the beam deflector.
  • the beam deflector emits laser light of a plurality of wavelengths emitted by the laser light source simultaneously in parallel in the direction of each deflection angle determined by the wavelength of each laser light and the refractive index of the beam deflector.
  • the emitter may be configured to include a wavelength multiplexer / demultiplexer between the laser light source and the beam deflector.
  • the wavelength multiplexer / demultiplexer wavelength-multiplexes laser light of a plurality of wavelengths of the laser light source and guides the obtained laser light of the plurality of wavelengths to a beam deflector.
  • the injector according to the light deflection device of the present invention comprises a light detector for individually detecting the laser light.
  • the beam deflector selectively and simultaneously inputs the laser beams whose deflection angles are determined by the wavelength of each laser beam and the refractive index of the beam deflector. Do.
  • the photodetector detects the deflected light of the beam deflector.
  • the injector may be configured to include a wavelength multiplexer / demultiplexer between the beam deflector and the light detector.
  • the wavelength multiplexer / demultiplexer demultiplexes the incident laser light of a plurality of wavelengths and guides the obtained laser light of the plurality of wavelengths to a photodetector that detects each wavelength.
  • the beam deflector of the present invention may be a surface grating known in the art or a leaky waveguide having a multilayer film structure or a surface grating.
  • the lidar device of the present invention comprises the light deflection device of the present invention, a laser light source for emitting a plurality of laser beams having different wavelengths, and a light detection unit for individually detecting the laser beams.
  • the light deflection device arrives from the outside from the outside and emits light of laser light of a plurality of wavelengths emitted by the laser light source simultaneously in parallel in the direction of each deflection angle determined by the wavelength of each laser light and the refractive index of the beam deflector.
  • an injector which selectively and simultaneously makes the laser beams whose incident angles are the deflection angles are simultaneously arranged is constituted by the same element.
  • the photodetector individually detects, in the injector, the laser light of each wavelength that is incident at the incident angle of the same deflection angle as the laser light emitted by the emitter. By matching the deflection angle of the emitter and the deflection angle of the injector, it is possible to detect the reflected light emitted from the emitter and reflected on the object.
  • a wavelength multiplexer / demultiplexer can be provided between the laser light source and the beam deflector and / or between the beam deflector and the detector.
  • the wavelength multiplexer / demultiplexer can perform wavelength multiplexing of laser light of a plurality of wavelengths emitted by the laser light source and / or wavelength division into laser light of each wavelength of the incident plurality of laser light of a plurality of wavelengths.
  • the beam deflector provided in the lidar device can also be a surface diffraction grating, or a leaky waveguide having a multilayer film structure or a surface diffraction grating.
  • the light deflection device and the lidar device of the present invention can realize parallel operation with a simple configuration, and can avoid the increase in size or complexity of the system.
  • FIGS. 1 and 2 schematic configuration examples and operations of the light deflection device and the lidar device of the present invention will be described using FIGS. 1 and 2, and the respective embodiments of the light deflection device of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 to describe the configuration of the lidar device of the present invention, FIGS. 7 and 8 to explain the light deflection device by the leak waveguide, and FIGS. 9 and 10 to explain the two-dimensional scanning of the light deflection device.
  • An example of the wavelength multiplexer / demultiplexer will be described with reference to FIG.
  • FIG. 1 is a view for explaining an outline of a light deflection device according to the present invention.
  • the light deflecting device simultaneously parallels each light of a plurality of wavelengths with different wavelengths based on the dependence of the deflection angle on the wavelength and refractive index of the light in the direction of each deflection angle individually determined by the wavelength and the refractive index.
  • the plurality of light beams are operated in parallel.
  • the plurality of deflected light beams can distinguish the individual light beams based on the difference in the light wavelength or the deflection angle.
  • the light deflection device can be configured to include a beam deflector (not shown) whose deflection angle has wavelength dependency and refractive index dependency.
  • FIG. 1 illustrates the wavelength dependence and refractive index dependence of the deflection angle of the light deflection device.
  • 1 (a) to 1 (c) show deflection angles
  • FIGS. 1 (d) to 1 (f) show emission angles when the light deflection device is used as an emitter
  • FIGS. 1 (g) to 1 (i) Shows the incident angle when the light deflection device is used as an injector
  • FIGS. 1 (j) to 1 (l) show the change of the deflection angle and the deflection angle. Note that the angles and magnitudes of changes shown in FIGS. 1 (a) to 1 (1) are schematically shown for the convenience of description and do not indicate an actual state.
  • the light deflection device deflects light at different deflection angles based on wavelength and / or refractive index due to wavelength dependency and refractive index dependency of the deflection angle.
  • FIG. 1A shows deflection angles ⁇ 1 to ⁇ p with respect to different wavelengths ⁇ 1 to ⁇ p at a fixed refractive index n.
  • the light deflection device deflects the light of wavelength ⁇ 1 at a deflection angle ⁇ 1 corresponding to the refractive index n and the wavelength ⁇ 1, and the wavelength of the introduced light is ⁇ p.
  • light of wavelength ⁇ p is deflected at a deflection angle ⁇ p corresponding to the refractive index n and the wavelength ⁇ p.
  • FIG. 1 (b) shows deflection angles ⁇ a to ⁇ q for different refractive indexes na to nq at a fixed wavelength ⁇ .
  • the light deflection device deflects the introduced light of wavelength ⁇ at a deflection angle ⁇ a corresponding to the wavelength ⁇ and the refractive index na when the refractive index is na, and when the refractive index is nq, The introduced light of wavelength ⁇ is deflected at a deflection angle ⁇ q corresponding to the wavelength ⁇ and the refractive index nq.
  • FIG. 1C shows changes in the deflection angles ⁇ 1 to ⁇ p when the refractive index n is changed by ⁇ n at deflection angles ⁇ 1 to ⁇ p with respect to the wavelengths ⁇ 1 to ⁇ p different in refractive index n.
  • the light deflection device deflects the light of wavelength ⁇ 1 at a deflection angle ⁇ 1 + ⁇ corresponding to the wavelength ⁇ 1 and the refractive index n + ⁇ n, and the wavelength of the introduced light is ⁇ p.
  • light of wavelength ⁇ p is deflected at deflection angle ⁇ p + ⁇ corresponding to wavelength ⁇ p and refractive index n + ⁇ n.
  • FIGS. 1 (d) to 1 (f) show the case of constituting a light emitter for deflecting the light introduced into the light deflection device and emitting the light to the outside of the light deflection device.
  • FIG. 1 (d) shows the case where light beams are emitted with the deflection angles ⁇ 1 to ⁇ p as the emission angles with respect to different wavelengths ⁇ 1 to ⁇ p at a fixed refractive index n.
  • the wavelength of the introduced light is ⁇ 1
  • the light deflection device emits a light beam at an emission angle with a refractive index n and a deflection angle ⁇ 1 corresponding to the wavelength ⁇ 1
  • the introduced light When the wavelength of ⁇ is ⁇ p, the light beam of wavelength ⁇ p is emitted with the deflection angle ⁇ p corresponding to the refractive index n and the wavelength ⁇ p as the emission angle. Since the light beams of the outgoing light are different in wavelength and outgoing angle, each outgoing light can be distinguished.
  • FIG. 1 (e) shows the case where light beams are emitted with the deflection angles ⁇ a to ⁇ q for different refractive indexes na to nq as emission angles at a fixed wavelength ⁇ .
  • the refractive index is na
  • the light deflection device emits a light beam with the wavelength ⁇ and the deflection angle ⁇ a corresponding to the wavelength ⁇ and the refractive index na, and the refractive index is nq.
  • the introduced light of wavelength ⁇ is emitted with an angle of deflection ⁇ q corresponding to the wavelength ⁇ and the refractive index nq as an output angle. Since the light beams of the outgoing light are different in outgoing angle, each outgoing light can be distinguished.
  • FIG. 1 (f) shows the light beam with the change of the deflection angles .theta.1 to .theta.p when the refractive index n is changed by .DELTA.n at each deflection angle .theta.1 to .theta.p with respect to the wavelengths .lambda.1 to .lambda.p different in refractive index n. Shows the case of releasing.
  • the light deflection device When the wavelength of introduced light is ⁇ 1, the light deflection device emits light of wavelength ⁇ 1 with a deflection angle ⁇ 1 + ⁇ corresponding to the wavelength ⁇ 1 and the refractive index n + ⁇ n, and the wavelength of the introduced light is When it is ⁇ p, the light of the wavelength ⁇ p is emitted as the outgoing angle at the deflection angle ⁇ p + ⁇ corresponding to the wavelength ⁇ p and the refractive index n + ⁇ n.
  • the light beam of the outgoing light can expand the outgoing angle in the range of ⁇ with respect to the outgoing angle ⁇ determined by each wavelength.
  • FIG. 1 (g) to FIG. 1 (i) show the case where an incident device for deflecting the light reaching the light deflection device and entering the light deflection device is configured.
  • FIG. 1 (g) shows the case where, of the light beams reaching the light deflection device, light beams having incident angles with respect to the different wavelengths ⁇ 1 to ⁇ p at the fixed refractive index n are incident. It shows.
  • the light deflection device When the wavelength of the light beam that has arrived is ⁇ 1, the light deflection device enters a light beam with an incident angle that matches the refractive index n and the deflection angle ⁇ 1 that corresponds to the wavelength ⁇ 1 in the light beam and reaches it.
  • the wavelength of the light beam is ⁇ p, of the light beam, a light beam having an incident angle that coincides with the refractive index n and the deflection angle ⁇ p corresponding to the wavelength ⁇ p is incident. Since the light beams of the incident light are different in wavelength and incident angle, each incident light can be distinguished.
  • FIG. 1 (h) shows the case where, among the light beams reaching the light deflection device, light beams having incident angles with the respective deflection angles ⁇ a to ⁇ q with respect to different refractive indexes na to nq are incident at the fixed wavelength ⁇ . Is shown.
  • the light deflection device when the refractive index is na, the light beam is incident with the deflection angle ⁇ a corresponding to the wavelength ⁇ and the refractive index na among the light of the wavelength ⁇ of the reached light beam, and the refractive index is
  • n nq
  • the light beam is incident with the deflection angle ⁇ q corresponding to the wavelength ⁇ and the refractive index nq among the light of the wavelength ⁇ of the reached light beam as the incident angle.
  • the light beams of the incident light can distinguish each incident light because the incident angles are different.
  • FIG. 1 (i) shows that when the refractive index n is changed by ⁇ n at each of the deflection angles ⁇ 1 to ⁇ p with respect to the wavelengths ⁇ 1 to ⁇ p different in refractive index n, the light beam is changed with the change of the deflection angles ⁇ 1 to ⁇ p. Shows the case of incidence.
  • the light deflection device receives a light beam having a wavelength of ⁇ 1 and a deflection angle ⁇ 1 + ⁇ corresponding to the refractive index n + ⁇ n from the light of wavelength ⁇ 1 and enters the light of wavelength ⁇ p
  • a light beam having an angle of incidence as an incident angle is incident at a deflection angle ⁇ p + ⁇ corresponding to the wavelength ⁇ p and the refractive index n + ⁇ n.
  • the light beam of incident light can expand the incident angle in the range of ⁇ with respect to the incident angle ⁇ determined at each wavelength.
  • FIG. 1 (j) shows the outline of the dependence of the deflection angle ⁇ on the wavelength ⁇
  • FIG. 1 (k) shows the outline of the dependence of the deflection angle ⁇ on the refractive index n
  • FIG. 1 (l) shows The outline of the change ⁇ of the deflection angle ⁇ with respect to the change ⁇ n of the refractive index n is shown.
  • FIG. 2 shows a schematic configuration of the rider apparatus 10.
  • FIG. 2A shows a case where the rider device 10 is configured by a single light deflection device 1.
  • the single light deflection device 1 simultaneously emits a plurality of light beams from one beam deflector at different emission angles, and simultaneously injects a plurality of light beams with the same beam deflector at an incidence angle of the same angle as the emission angle Do.
  • a plurality of light beams can be emitted with the emission angles being differentiated by making the emission angles of the emission lights different, and by making the incident angles of each incident light be different, the incident angles can be differentiated with each other. It can be incident.
  • FIG. 2B shows an array configuration in which a plurality of light deflection devices 1 are arranged in a line.
  • the respective light deflection devices 1 constituting the lidar device 10 can obtain a plurality of simultaneous pixel data by operating the emission and the incidence in parallel with different deflection angles.
  • this configuration by temporally changing the wavelength and the refractive index of each light deflection device 1, it is possible to acquire pixel data similar to the configuration in which a plurality of array structures are arranged.
  • FIG. 2C shows the configuration of a two-dimensional arrangement in which a plurality of array structures shown in FIG. 2B are arrayed.
  • the lidar device 10B in a two-dimensional arrangement can simultaneously emit and enter a plurality of light beams in a distinguishable manner by making the emission angle and the incidence angle of each light deflection device 1 different.
  • FIGS. 3 and 4 show four forms of the light deflection device when configured as an emitter
  • FIG. 5 illustrates three forms of the light deflection device when configured as an injector.
  • an example of the light deflection device using three pieces of A to C for the beam deflector 2, the laser light source 3, and the waveguide 4 is shown, but the number of the light deflection devices is three The number is not limited to and may be any plural number.
  • FIG. 3A shows a first embodiment in which the light deflection device is configured as a light emitter.
  • the light deflection device 1A of the first embodiment introduces laser beams of different wavelengths ⁇ 1 to ⁇ 3 generated by the laser light sources 3A to 3C into the beam deflectors 2A to 2C through the waveguides 4A to 4C, respectively.
  • a plurality of laser light sources generating respective wavelengths are constituted by the same integrated circuit, and a configuration using a plurality of laser light sources generating respective wavelengths or an external laser light source is used.
  • the beam deflectors 2A to 2C may be configured such that a plurality of beam deflectors are formed on one substrate, and a plurality of beam deflectors formed on each substrate are disposed. The wavelength ⁇ generated by each laser light source is fixed.
  • the beam deflector 2A emits the laser light of the laser light source 3A through the waveguide 4A as a radiation angle ⁇ 1 corresponding to the wavelength ⁇ 1 of the laser light.
  • the beam deflectors 2B and 2C emit deflection angles ⁇ 2 and ⁇ 3 corresponding to the wavelengths ⁇ 2 and ⁇ 3 of the respective laser beams as emission angles.
  • the refractive index n of each beam deflector is fixed.
  • FIG. 3 (b) shows a second embodiment in which the light deflection device is configured as a light emitter.
  • the light deflection device 1B of the second embodiment like the first embodiment, transmits the laser beams of different wavelengths ⁇ 1 to ⁇ 3 generated by the laser light sources 3A to 3C to the beam deflector 2A via the waveguides 4A to 4C. Introduce to ⁇ 2 C, and construct an emitter emitting at an emission angle corresponding to each wavelength.
  • the light deflection device 1A of the first embodiment has a fixed wavelength ⁇ generated by each laser light source and the refractive index n of each beam deflector, whereas the light deflection device 1B of the second embodiment has a wavelength ⁇ And the refractive index n is variable.
  • a plurality of laser light sources generating respective wavelengths are constituted by the same integrated circuit, and a configuration using a plurality of laser light sources generating respective wavelengths or an external laser light source is used.
  • the beam deflectors 2A to 2C may be configured such that a plurality of beam deflectors are formed on one substrate, and a plurality of beam deflectors formed on each substrate are disposed.
  • the beam deflector 2A emits the laser light of the laser light source 3A through the waveguide 4A as a radiation angle ⁇ 1 corresponding to the wavelength ⁇ 1 of the laser light. At this time, by changing the wavelength ⁇ 1 of the laser light generated by the laser light source 3A to ⁇ 1 + ⁇ , the emission angle of the light beam of the wavelength ⁇ 1 + ⁇ is changed and emitted from the beam deflector 2A.
  • the emission angles of the light beams of the wavelengths ⁇ 2 + ⁇ and ⁇ 3 + ⁇ are changed and emitted.
  • the light beam of a plurality of wavelengths is emitted by changing the wavelength ⁇ , and the radiation angle of the light beam is changed by changing the refractive index n by the width of ⁇ n. It can be scanned.
  • FIG. 4A shows a third embodiment in which the light deflection device is configured as a light emitter.
  • the third embodiment of the light deflection device 1C introduces laser beams of different wavelengths ⁇ 1 to ⁇ 3 generated by the laser light sources 3A to 3C into one beam deflector 2 through one bus waveguide 6,
  • An emitter for emitting a plurality of light beams having different wavelengths at emission angles corresponding to the respective wavelengths is configured. Similar to the first embodiment, in the third embodiment, the wavelength ⁇ generated by each laser light source and the refractive index n of each beam deflector are fixed.
  • a plurality of laser light sources generating respective wavelengths are constituted by the same integrated circuit, and a configuration using a plurality of laser light sources generating respective wavelengths or an external laser light source is used.
  • the beam deflectors 2A to 2C are formed on a substrate.
  • the wavelength ⁇ generated by each laser light source is fixed.
  • the bus waveguide 6 is provided with a plurality of wavelength multiplexers / demultiplexers 7 A to 7 C, one end of which is connected to the beam deflector 2.
  • the laser light sources 3A to 3C are connected to the wavelength multiplexers / demultiplexers 7A to 7C via waveguides 8A to 8C, and the laser light sources of the wavelengths ⁇ 1 to ⁇ 3 emitted by the respective laser light sources 3A to 3C are connected to the beam deflector 2.
  • the beam deflector 2 introduces the laser light of the laser light source 3A through the waveguide 8A, the wavelength multiplexing / demultiplexing device 7A, and the bus waveguide 6, and sets the deflection angle ⁇ 1 corresponding to the wavelength ⁇ 1 of the laser light as the emission angle. Radiate. Also in the beam deflectors 2B and 2C, the laser light of the laser light sources 3B and 3C is introduced through the waveguides 8B and 8C, the wavelength multiplexing / demultiplexing devices 7B and 7C, and the bus waveguide 6, and the wavelength ⁇ 2 of the laser light It emits as deflection angles ⁇ 2 and ⁇ 3 corresponding to ⁇ 3.
  • FIG. 4B shows a fourth embodiment in which the light deflection device is configured as a light emitter.
  • the fourth embodiment of the light deflection device 1D is a single beam deflector for generating laser beams of different wavelengths ⁇ 1 to ⁇ 3 generated by the laser light sources 3A to 3C through the bus waveguide 6. 2 to construct an emitter emitting at an emission angle corresponding to each wavelength.
  • the light deflecting device 1C of the third form has a fixed wavelength ⁇ generated by each laser light source and the refractive index n of each beam deflector, whereas the light deflecting device 1D of the fourth form has a wavelength ⁇ And the refractive index n is variable.
  • a plurality of laser light sources generating respective wavelengths are constituted by the same integrated circuit, and a configuration using a plurality of laser light sources generating respective wavelengths or an external laser light source is used.
  • the beam deflector 2 can be formed on one substrate.
  • the beam deflector 2A introduces the laser light of the laser light source 3A through the waveguide 8A and the bus waveguide 6, and emits a deflection angle ⁇ 1 corresponding to the wavelength ⁇ 1 of the laser light as an emission angle.
  • the wavelength ⁇ 1 of the laser light generated by the laser light source 3A to ⁇ 1 + ⁇
  • the emission angle of the light beam of the wavelength ⁇ 1 + ⁇ is changed and emitted from the beam deflector 2.
  • the beam deflector 2 applies laser light of the wavelengths ⁇ 2 and ⁇ 3 of the laser light sources 3B and 3C as well as the laser light of the wavelength ⁇ 1 + ⁇ . Change the emission angle of the light beam and emit it.
  • the radiation angle of the light beam is changed by changing the refractive index n by the width of ⁇ n It can be scanned.
  • the first to third embodiments in which the light deflection device is configured as an injector will be described below.
  • the first form is a form in which the injector is constituted only by the beam deflector and the light detector.
  • FIG. 5 (a) shows a first embodiment in which the light deflection device is configured as an injector.
  • the light deflection device 1E of the first form of the injector includes a plurality of beam deflectors 2A to 2C, a plurality of light detectors 5A to 5C connected with the beam deflectors 2A to 2C, and waveguides 4A to 4C. It has 5C.
  • each of the beam deflectors 2A to 2C is a laser having a deflection angle determined by the wavelength of each laser beam and the refractive index of the beam deflector among laser beams of plural wavelengths arriving from the outside.
  • the light is selectively incident in parallel at the same time, and the incident laser light is individually detected by the light detector.
  • the beam deflectors 2A to 2C may be configured such that a plurality of beam deflectors are formed on one substrate, and a plurality of beam deflectors formed on each substrate are disposed.
  • the photodetectors 5A to 5C can be configured to use a plurality of photodetectors or to be configured by the same integrated circuit.
  • the beam deflector 2A receives a light beam having a deflection angle ⁇ 1 as an incident angle among a plurality of arriving laser beams.
  • the incident light beam is detected by the light detector 5A through the waveguide 4A.
  • the beam deflectors 2B and 2C similarly to the beam deflector 2A, among the plurality of arriving laser beams, light beams having deflection angles ⁇ 2 and ⁇ 3 as incident angles are incident.
  • the incident light beam is detected by the photodetectors 5B and 5C via the waveguides 4B and 4C.
  • the refractive index n of each of the beam deflectors 2A to 2C is fixed.
  • a light beam emitted from an emitter strikes an object and is reflected.
  • the reflected light the reflected light reflected toward each beam deflector is detected by the light detector 5, converted into an electrical signal, and detected.
  • the second form is a combination of a beam deflector and a light detector, and the beam deflector and the light detector can be integrated.
  • FIG. 5 (b) shows a second embodiment in which the light deflection device is configured as an injector.
  • the light deflection device 1F of the second form of the injector includes a plurality of beam deflectors 2A to 2C, and a plurality of photodetectors 5A connected to the beam deflectors 2A to 2C via waveguides 4A to 4C. It has 5C.
  • waveguides 4A to 4C are branched, laser light sources 3A to 3C are connected to one branch end, and photodetectors 5A to 5C are connected to the other branch end.
  • each of the beam deflectors 2A to 2C is a laser having a deflection angle determined by the wavelength of each laser beam and the refractive index of the beam deflector among laser beams of multiple wavelengths arriving from the outside.
  • the light is selectively incident in parallel at the same time, and the incident laser light is individually detected by the light detector.
  • the beam deflectors 2A to 2C may be configured such that a plurality of beam deflectors are formed on one substrate, and a plurality of beam deflectors formed on each substrate are disposed. Further, the laser light sources 3A to 3C are configured such that a plurality of laser light sources generating respective wavelengths are constituted by the same integrated circuit, and a plurality of laser light sources generating respective wavelengths are used or a configuration using an external laser light source can do.
  • the beam deflector 2A emits a deflection angle ⁇ 1 corresponding to the wavelength ⁇ 1 of the laser light of the laser light source 3A to be connected as an emission angle, and sets the deflection angle ⁇ 1 as an incident angle among a plurality of arriving laser beams.
  • a light beam is incident.
  • the incident light beam is detected by the light detector 5A through the waveguide 4A.
  • the deflection angles ⁇ 2 and ⁇ 3 corresponding to the wavelengths ⁇ 2 and ⁇ 3 of the laser light of the laser light sources 3B and 3C connected to the beam deflectors 2B and 2C, respectively.
  • the plurality of laser beams that are emitted as an emission angle and arrive light beams having deflection angles ⁇ 2 and ⁇ 3 as incident angles are made incident.
  • the incident light beam is detected by the photodetectors 5B and 5C via the waveguides 4B and 4C.
  • the refractive index n of each of the beam deflectors 2A to 2C is fixed.
  • the light beams emitted from the beam deflectors 2A to 2C strike the object and then reflect toward the respective beam deflectors. Since the reflected light follows the same optical path as the emitted light in the optical path between the beam deflectors 2A to 2C and the object and returns, the reflected light is reflected by maintaining the state of the beam deflectors 2A to 2C in the light emitting state. It can operate as an optical antenna that receives light at the same incident angle as the outgoing angle. By arranging the multiplexer / demultiplexer on the path between the laser light source and the object and detecting it by the light detector 5, it is possible to convert the reflected light into an electrical signal.
  • the third mode is, as in the second mode, a combination of a beam deflector and a photodetector, and the beam deflector and the photodetector can be integrated.
  • FIG. 5 (c) shows a third embodiment in which the light deflection device is configured as an injector.
  • the light deflection device 1G of the third form of the injector includes one beam deflector 2, the beam deflector 2, the bus waveguide 6, the wavelength multiplexer / demultiplexer 7A to 7C, and the waveguides 8A to 8C.
  • the wavelength multiplexing / demultiplexing devices 7A to 7C on the bus waveguide 6 connect the laser light sources 3A to 3C and the photodetectors 5A to 5C via the waveguides 8A to 8C, respectively. There is.
  • the beam deflector 2 selects laser light having an incident angle determined by the wavelength of each laser light and the refractive index of the beam deflector among laser light of a plurality of wavelengths arriving from the outside At the same time, the laser beams are simultaneously incident in parallel, and the incident laser beams are individually detected by the photodetector.
  • the beam deflector 2 is formed on a substrate. Further, the laser light sources 3A to 3C are configured such that a plurality of laser light sources generating respective wavelengths are constituted by the same integrated circuit, and a plurality of laser light sources generating respective wavelengths are used or a configuration using an external laser light source can do.
  • the beam deflector 2 emits deflection angles ⁇ 1 to ⁇ 3 corresponding to the respective wavelengths ⁇ 1 to ⁇ 3 of the laser light of the plurality of laser light sources 3A to 3C connected via the bus waveguide 6 and reaches them while reaching them Among the plurality of laser beams, light beams having deflection angles ⁇ 1 to ⁇ 3 as incident angles are incident.
  • the incident light beam is detected by each of the light detectors 5A to 5C through the bus waveguide 6, the wavelength multiplexing / demultiplexing devices 7A to 7C, and the waveguides 8A to 8C.
  • the deflection angles ⁇ 2 and ⁇ 3 corresponding to the wavelengths ⁇ 2 and ⁇ 3 of the laser light of the laser light sources 3B and 3C connected to the beam deflectors 2B and 2C, respectively.
  • the plurality of laser beams that are emitted as an emission angle and arrive light beams having deflection angles ⁇ 2 and ⁇ 3 as incident angles are made incident.
  • the incident light beam is detected by the photodetectors 5B and 5C via the waveguides 4B and 4C.
  • the refractive index n of each of the beam deflectors 2A to 2C is fixed.
  • the light beam emitted from the beam deflector 2 is emitted at an emission angle corresponding to each wavelength, and after striking an object, reflects toward each beam deflector. Since the reflected light follows the same light path as the emitted light for each wavelength in the light path between the beam deflector 2 and the object, the reflected light keeps the state of the light deflector 2 in the light-emitted state.
  • the light beam of the wavelength can be operated as an optical antenna that receives the reflected light at the same incident angle as the outgoing angle.
  • FIG. 6 is a view for explaining the first to fifth embodiments of the rider apparatus.
  • a first form of the rider apparatus is one in which the injector and the emitter are individually configured.
  • FIG. 6A shows a first form of the rider apparatus.
  • the lidar device 10A of the first embodiment includes an emitter composed of a laser light source 3, a waveguide 4 and a beam deflector 2, a beam deflector 2, a waveguide 4 and a photodetector 5 (photodiode). It comprises separately arranged injectors and arranged side by side.
  • the emitter emits the light of the laser light source 3 from the beam deflector 2 to the outside, and the injector receives the reflected light that strikes the object and enters it, passes through a filter (not shown), and then passes through the branch path. It is guided to the light detection unit 4 and detected.
  • the reflected light from the object spreads widely and diffuses, so that the angle of the light beam that can be received by the injector is slightly different from the radiation angle of the emitter even in the configuration where the injector is placed beside the emitter By setting, the reflected light can be received without directly entering the light emitted from the emitter.
  • FIG. 6 (b) shows a second form of the rider apparatus.
  • the lidar device 10A of the second embodiment has a configuration in which the waveguide 4 is branched and the light detection unit 5 (photodiode) is disposed at one end of the branch path.
  • the beam deflector 2 causes the incident reflected light to pass through a filter (not shown), and then guides the reflected light to the light detection unit 5 via the branch path for detection.
  • FIG. 6C shows a third embodiment.
  • the optical switch 9 is inserted in the waveguide 4, and after the laser light of the laser light source 3 passes, the laser is switched to the light detection unit 5 (photodiode) side and reflected back. The light is guided to the light detection unit 5 (photodiode) with high efficiency.
  • FIG. 6 (d) shows a fourth embodiment.
  • a photodiode with a pn junction formed in a Si waveguide is subjected to strong reverse bias, it causes sub-band gap absorption via crystal defects, enabling detection of long-wavelength light that can not be originally detected .
  • a photodiode having the above-described pn junction as the light detection unit 5 is inserted in the middle of the waveguide 4 and changed to a reverse bias after the laser light of the laser light source 3 passes. To detect the reflected light pulse.
  • FIG. 6 (e) shows a fifth embodiment.
  • the lidar device 10D of the fourth embodiment includes a pulse light source / light detection unit 11 which combines a laser light source and a light detection unit.
  • the pulse light source / light detection unit 11 can operate as a photodiode by applying a reverse bias to a semiconductor laser to be a pulse light source. According to this configuration, after emitting the laser light, the pulse light source / light detection unit 11 applies a reverse bias to operate as a photodiode, and detects the reflected and returned laser light.
  • the light from the laser source can be light pulses or continuous light.
  • the lidar device can measure the distance by the TOF method when using the light pulse, and can measure the distance by the FMCW method when using the continuous light.
  • the lidar device even if light of the same wavelength arrives from another direction, the incident angle is different, so the light does not follow the reverse order and is not coupled to the original waveguide, It does not enter the light detection unit (photodiode).
  • an optical filter of a wavelength filter may be inserted in the waveguide 4.
  • the optical filter is a filter that passes the wavelength of the laser light of the laser light source, and is preferably a variable wavelength filter that can change the passing wavelength in synchronization with the wavelength change when the wavelength of the laser light source is changed.
  • the optical filter can remove noise components coupled to the optical waveguide in this manner. The removal of the noise component contributes to the improvement of the SN ratio when detecting the reflection signal of the lidar device.
  • the beam deflector can be constituted by a leaky waveguide.
  • the leaky waveguide is a diffraction grating carved into the waveguide, and a multilayer film formed above and below the waveguide.
  • the light propagating in the waveguide is emitted upward or obliquely.
  • the emitted light is uniform radiation, so a sharp light beam can be obtained. Since the radiation angle depends on the wavelength ⁇ of light and the refractive index n of the waveguide, the light can be deflected by changing the wavelength ⁇ and / or the refractive index n.
  • the deflection angle can be increased by using a slow light structure as the waveguide.
  • FIG. 7 shows a configuration example of the slow light structure in the leak waveguide type beam deflector.
  • the waveguide 12 of the beam deflector 2 has the second refractive index medium arranged at a period a between the upper cladding 12b and the lower cladding 12c of the first refractive index medium.
  • a slow light waveguide 12a is provided.
  • the slow light waveguide 12a is formed with a first periodic structure in which a second refractive index medium is periodically arranged with a period a with respect to a refractive index cladding of the first refractive index medium.
  • the first refractive index medium can be selected as a medium having a higher refractive index than the second refractive index medium.
  • the slow light waveguide 12a propagates incident light incident from one end in a low group velocity slow light mode.
  • the emitting portion 13 of the beam deflector 2 includes a surface diffraction grating 13a at a position adjacent to the upper cladding 12b.
  • the surface diffraction grating 13a has a concavo-convex shape of a period ⁇ .
  • the concavo-convex shape of the period ⁇ constitutes a second periodic structure of the period ⁇ ⁇ between the refractive index n of the refractive index medium constituting the surface diffraction grating 13a and the refractive index n out of the external medium such as air.
  • the propagation constant ⁇ largely changes due to a slight change in propagation conditions such as the wavelength ⁇ of light and the refractive index n of the waveguide. Such light propagates while having the electromagnetic field spread (a leak component) around it.
  • the emitting part 13 having a periodic structure (second periodic structure) formed with a small refractive index material or shallow etching or the like is provided at a distance such that the exudation component is slightly touched, a slow The light is coupled to it, scattered and diffracted, and emitted gradually upward and obliquely.
  • the radiation occurs in a wide range along the waveguide traveling direction and is in phase. Therefore, when the light deflection device is viewed in the lateral direction along the propagation direction, the outgoing beam is a high quality sharp light beam.
  • the propagation constant ⁇ of the waveguide 12 is changed, and the coupling condition with the second periodic structure of the emitting unit 13 is change.
  • the outgoing angle ⁇ of the outgoing beam changes.
  • the light of the surface diffraction grating is emitted not only in the upper oblique direction but also in the lower oblique direction. Since the structure of the light deflection device is top and bottom asymmetry, not all light of the same intensity is emitted, but also radiation in the lower oblique direction is generated.
  • FIG. 7B shows radiation in the upper oblique direction as upward diffracted light and radiation in the lower oblique direction as downward diffracted light.
  • the beam deflector 2 may be configured to include a reflector below the lower cladding 12c.
  • FIGS. 7 (c) and 7 (d) show an example of the configuration provided with the reflection part.
  • the configuration example shown in FIG. 7C shows the case where there is a high refractive index medium such as Si as a substrate of the structure.
  • the radiation in the downward direction is reflected at the interface between the lower cladding 12 c and the high refractive index substrate 14 and returned obliquely upward.
  • the thickness of the lower cladding 12c is optimized to cause interference between constructive interference of the reflected light and the light emitted in the upper diagonal direction in advance, the radiation in the upper diagonal direction can be intensified as a whole.
  • the configuration example shown in FIG. 7D is a configuration in which a reflecting mirror 16 such as a metal reflecting mirror or a multilayer film reflecting mirror is inserted between the substrate 15 and the lower cladding 12c to further enhance the radiation in the upper diagonal direction. .
  • the first refractive index medium is a high refractive index medium and the second refractive index medium is a low refractive index medium.
  • a photonic crystal waveguide can be considered as an example of the first periodic structure that generates slow light.
  • 8 (a) to 8 (d) show an example of the first periodic structure by the photonic crystal waveguide, and FIGS. 8 (a) and 8 (b) show the one-dimensional photonic crystal waveguide, (C) shows a two-dimensional photonic crystal waveguide.
  • the one-dimensional photonic crystal waveguide 12A shown in FIG. 8A is a configuration example in which circular holes are periodically arranged in a rectangular channel waveguide (such as Si thin wire) made of a high refractive index medium such as a semiconductor.
  • the one-dimensional photonic crystal waveguide 12B of (b) is a configuration example in which rectangular channel waveguides of a high refractive index medium are periodically separated.
  • the thickness of Si can be about 200 nm
  • the width can be about 400 nm
  • the diameter of the circular holes can be about 200 nm
  • the period a about 400 nm, for ⁇ ⁇ 1550 nm.
  • similar circular holes are two-dimensionally and periodically arranged, for example, in a triangular lattice array in a semiconductor (such as Si) slab having the same thickness, and It is the structure which removed the circular hole.
  • a photonic band gap is generated in the vicinity of the Bragg wavelength, the group refractive index ng is increased, and the slow light is generated.
  • n g > 100 occurs at the Bragg wavelength, but n g gradually decreases away from the Bragg wavelength .
  • a two-dimensional photonic crystal waveguide can maintain large ng in a wider wavelength range.
  • FIG. 8D is a perspective view showing a two-dimensional photonic crystal waveguide sandwiched by silica clads.
  • a surface diffraction grating serving as a second periodic structure is formed on the surface of a two-dimensional photonic crystal waveguide in which silica cladding is formed.
  • FIG. 9 shows a configuration example in which a two-dimensional beam sweep is performed by a combination of the array configuration of the slow light waveguide and the cylindrical lens.
  • FIG. 9A a large number of slow light waveguides and diffraction gratings are arranged in parallel to constitute an array integration 23, and a cylindrical lens 24 is disposed in the emission direction of the emission side of the array integration 23.
  • An optical amplifier and a phase adjuster 22 are connected to each slow light waveguide.
  • a switching unit 21 is connected to the phase adjuster 22 and the light from the waveguide 20 is switched by the switching unit 21 to select a slow light waveguide to be incident, and the phase adjusted by the phase adjuster 22 is selected slow light It injects into a waveguide.
  • the switching unit 21 can use an optical path switching optical switch or a wavelength demultiplexer.
  • the incident light from the waveguide 20 is emitted from any of the slow light waveguides.
  • the relative position of the outgoing beam to the cylindrical lens 24a changes, so the angle in the cross section of the outgoing beam coming out of the cylindrical lens 24a changes.
  • the wavelength of the incident light is swept continuously over a wide range, and the waveguides are sequentially switched by sequentially switching the waveguides by the wavelength demultiplexer or by changing the wavelength of light in time series.
  • the outgoing angle ⁇ of the outgoing beam can be changed according to the wavelength in each slow light waveguide.
  • the waveguide is switched by a heater or an optical switch by a pn junction, and the emission angle ⁇ of the outgoing beam from the slow light waveguide is also changed by a heater or a pn junction.
  • the slow light waveguide is switched by a wavelength demultiplexer and the outgoing beam is deflected by a heater or pn junction, and the slow light waveguide is switched by a heater or pn junction, and the outgoing beam is switched.
  • the deflection may be performed by a wavelength splitter.
  • FIG. 9A shows a configuration for selecting one of the waveguides in the waveguide array.
  • the phase adjuster 22 is connected to the array integration 26 in which heaters and pn junctions having different lengths are provided in the slow light waveguides arranged in an array, The incident light from 20 is distributed to each waveguide through the power distributor 25, and each distributed light is adjusted in phase, and then enters the slow light waveguide.
  • the array integration 26 constitutes a phased array in which light is incident on all the slow light waveguides and gradually different phase changes are given. This configuration achieves sharp beam radiation and changes in deflection angle due to phase changes. In this phased array configuration, an outgoing beam is formed by simultaneously emitting a plurality of light beams having different phases, and thus no cylindrical lens is required.
  • the power distribution of the incident light in FIG. 10 (a) is strong when the central waveguide becomes strong and gradually weakens as the surrounding waveguide is reached, and the power distribution envelope is emitted by the Gaussian distribution.
  • the quality of the outgoing beam formed later is particularly improved.
  • a configuration used for an arrayed waveguide grating that is, light of an incident waveguide is once connected to a wide slab waveguide so that the light has a Gaussian distribution inside thereof. A free propagation may be made, and a desired number of arrayed waveguides may be connected to the end of the slab waveguide.
  • FIG. 10 (b) shows an example of the cross-sectional structure of the array integration 26.
  • the array integration 26 forms a phased array by providing heaters and pn junctions having different lengths of slow light waveguides arranged in an array in an array.
  • FIG. 11 shows an example of a wavelength multiplexer / demultiplexer 7 using a triangular coupling micro ring resonator.
  • the wavelength multiplexer / demultiplexer 7 a plurality of mutually coupled ring waveguides arranged in a narrow area of about 10 ⁇ m square form a box-shaped drop spectrum.
  • the drop-shaped frequency band of this frequency characteristic as the pass band, a wavelength multiplexer / demultiplexer that combines light of a specific wavelength band with the bus waveguide is constructed.
  • the drop spectrum to be appropriately wide, it is possible to secure a minute wavelength change ⁇ and secure stable multiplexing / demultiplexing characteristics.
  • an optical modulator (not shown) can be provided on the waveguide 8 and used as a signal generation unit of a frequency modulation continuous wave (FMCW) type lidar device using a frequency optical modulator. can do.
  • FMCW frequency modulation continuous wave
  • the light deflection device and the lidar device (laser radar) of the present invention can be mounted on a car, drone, robot, etc., and can be mounted on a personal computer or smartphone to easily capture the surrounding environment, 3D scanner, monitoring system, light exchange
  • the present invention can be applied to a space matrix optical switch for a data center.

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Abstract

光偏向デバイス及びライダー装置において、並列動作を簡易な構成で実現し、システムの大型化ないし複雑化を回避する。光偏向デバイスは、その偏向角が光の波長及び屈折率に対して依存性を有することに鑑み、波長を異にする複数波長の各光を、波長及び屈折率によって個々に定まる各偏向角の方向に同時に並列して偏向させ、複数の光ビームの並列動作を簡易な構成で実現する。波長を異にする複数の波長の光は、各波長や屈折率で定まる個々に異なる偏向角で偏向するため同時に並列して偏向させることができる。偏向した複数の光ビームは、同時に並列動作であっても、光の波長や偏向角の相違に基づいて、個々の光ビームを区別することができる。

Description

光偏向デバイスおよびライダー装置
　本発明は、光の進行方向を制御する光偏向デバイス、および光偏向デバイスを備えたライダー装置に関する。
　レーザレーダーもしくはライダー装置（LiDER（Light Detection and Ranging, Laser Imaging Detection and Ranging））（以下、ライダー装置で記す）の分野において、周囲の物体までの距離を２次元画像として取得するレーザ計測によって、車の自動運転や３次元地図への開発が行われている。ライダー装置の他の利用分野として、レーザプリンタやレーザディスプレイがある。
　ライダー装置では、光ビームを物体に当て、物体で反射して戻ってくる反射光を検出し、その時間差や周波数差から距離の情報を取得すると共に、光ビームを２次元的に走査することによって広角の３次元情報を取得する。
　光ビームの走査は光偏向デバイスを用い行われる。従来、回転する多角形ミラー（ポリゴンミラー）による機械式光偏向デバイスが用いられている。この多角形ミラーの光偏向デバイスは、車のような振動する移動体では不安定になり、寿命も短いという問題がある。この問題を解決するものとして、マイクロマシーン技術（MEMS技術）を使った小型集積ミラーも実用化が進められている。しかしながら、MEMS技術を使った小型集積ミラーにおいても、移動体での不安定性は残っており、さらに従来の機械式光偏向デバイスと比べて走査速度が遅いという問題もある。
　これらの機械式の光偏向デバイスの問題を解決する非機械式の光偏向デバイスとして位相アレイと漏れ導波路が研究されている。
　位相アレイは基板上に集積された多数の光放射器から光の干渉を使って光ビームを形成する。個々の放射器の位相を調整することで、任意の方向にビームを形成することができる。（非特許文献１）
　しかしながら、位相調整に要求される精度が非常に高く、通常、この精度を満たすことが難しいため、光ビームは要求するよりも広がってしまい、ぼけた情報しか得られないという問題がある。
　一方、漏れ導波路型の光偏向デバイスは、導波路に刻んだ回折格子、導波路の上下に形成された多層膜などによって、導波路を伝搬する光を上方向や斜め方向に放射させるもので、均一な放射によって鋭い光ビームを形成することができ、光の波長や導波路の屈折率を変えることによって光ビームを走査させることができる。また，多層膜の角度分散が大きい条件（スローライト条件）に近い波長で動作させると、波長や屈折率に対する感度が高まり、ビームスキャン角度を大きくすることができる。（非特許文献２）
　回折格子付き導波路は、弱い回折格子によって導波路から光が徐々に漏れ出して光ビームを形成するものであり、波長や導波路屈折率によって光ビームを走査することができる。（特許文献１）
特許第５６６２２６６号
"One-Dimensional Off-Chip Beam Steering and Shaping Using Optical Phased Arrays on Silicon-on-Insulator"Karel Van Acoleyen, KatarzynaKomorowska, WimBogaerts，RoelBaets，JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 29,　 NO. 23, DECEMBER 1, 2011 "Giant and high-resolution beam steering usingslow-light waveguide amplifier"XiaodongGu,Toshikazu Shimada, and Fumio Koyama, 7 November 2011 / Vol. 19, No. 23 / OPTICS EXPRESS 22683
　機械式の光偏向デバイス、及び非機械式の光偏向デバイスのいずれにおいても、ライダー装置では光ビームを物体に当て、その反射光に基づいて距離を計測している。例えば、パルス状の光を物体に当て、反射パルスの遅れ時間距離を計測するＴｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ（ＴＯＦ）法と、連続光を周波数変調して物体に当て、反射光と参照光の差周波数から距離を計測するＦｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｗａｖｅ（ＦＭＣＷ）法の二種類が知られている。いずれの計測方法においても、光ビームを物体に当て、反射光を受けてはじめて一箇所の情報を取得するため、各画素について情報を得るためには、最低でも物体との間を往復する時間が必要である。
　例えば、ライダー装置を車や屋外ロボットのセンサとして利用する場合には、測定可能な距離の一例として１５０ｍが検討される。この場合には、ライダー装置と物体との間は往復で３００ｍの距離があるため、空気中の光速を考慮すると、光が往復するに要する時間は１μｓである。
　このとき、ライダー装置が備える光偏向デバイスの二次元画像の画素数を１００万画素とすると、画像１フレーム分の情報を取得するには１ｓ（＝１００万画素×１μｓ）が必要となり、フレームレートは１fpsとなる。
　図１２は、画像１フレーム分の情報取得を説明するための図である。
　図１２（ａ）は各画素の情報取得を逐次行うに例を説明するための図である。二次元画像１００の各画素１０１は、各測定時（ｔ＝ｔ１，ｔ２，…，ｔｍ）においてパルス光の放射と反射波の検出とを行って１画素分の情報を取得し、全画素について繰り返すことによって１フレーム分の情報を取得する。したがって、１フレーム分の情報を取得するには画素数に応じた計測時間を要することになる。
　計測時間を短縮するために、ライダー装置の画素数を仮に１０万画素に減らしたとしても、画像１フレーム分の情報を取得するには１００mｓ（＝10万画素×１μｓ）が必要となり、フレームレートは１０fpsとなる。これらのフレームレート１fps，１０fpsは、通常のビデオレートである３０fpsに至らない。車の自動運転への適用には、通常のビデオレートよりも高速の１００fps以上が要求されるため、画素数の減少によってフレームレートを上げるためには、さらに画素数を減らすことが求められる。
　フレームレートを上げる解決手段として、複数個のライダー装置を組み合わせ、各ライダー装置を並列動作させることが考えられる。例えば、１万画素の画素数で１００fpsを有するライダー装置を３２個組み合わせて並列動作させることによって３２万画素を実現させる構成が考えられる。
　図１２（ｂ）は、各画素の情報取得を並列動作させる例を説明するための図である。二次元画像１００を複数のライダー装置のブロック１００ａ～１００ｄの組み合わせによって構成し、各ブロック１００ａ～１００ｄの各画素１０１について、各測定時（ｔ＝ｔ１，ｔ２，…，ｔｌ）においてパルス光の放射と反射波の検出によって１画素分の情報を取得する。各ブロック１００ａ～１００ｄの全画素について繰り返すことによって、１フレーム分の情報を取得する。各ブロックについて並列動作することでフレームレートの向上を図る。
　複数個のライダー装置を組み合わせ、各ライダー装置を並列動作させる構成は、各ブロックの動作時点を同期させながら並列動作させる必要があるため、システムが大型化、複雑化するという問題がある。
　本願発明の光偏向デバイス及びライダー装置は、上記の課題を解決して、並列動作を簡易な構成で実現し、システムの大型化ないし複雑化を回避することを目的とする。
　本願発明は、光偏向デバイスは、その偏向角が光の波長及び屈折率に対して依存性を有することに鑑み、波長を異にする複数波長の各光を、波長及び屈折率によって個々に定まる各偏向角の方向に同時に並列して偏向させ、複数の光ビームの並列動作を簡易な構成で実現する。
　波長を異にする複数の波長の光は、各波長や屈折率で定まる個々に異なる偏向角で偏向するため、同時に並列して偏向させることができる。偏向した複数の光ビームは、同時に並列動作であっても、光の波長や偏向角の相違に基づいて、個々の光ビームを区別することができる。
　（光偏向デバイス）
　本願発明の光偏向デバイスは、偏向角が波長依存性及び屈折率依存性を有するビーム偏向器を備える。ビーム偏向器は、波長が異なる複数波長の光を、その光の各波長及びビーム偏向器の屈折率で定まる各偏向角の方向に同時に並列して偏向させる。
　屈折率が固定である場合には、光偏向デバイスは、導波した光を、その光の波長の変化に対応して定まる複数の各偏向角で偏向する。
　また、屈折率が可変である場合には、光偏向デバイスは、導波した光を、その光の波長及び屈折率に対応して定まる各偏向角で偏向する。このとき、光の波長が固定である場合には、そのときの波長に対応する偏向角を基準として、屈折率の変化に対応して定まる複数の各偏向角で偏向する。
　ビーム偏向器は、複数波長の各波長の光を１つの素子で偏向する単体で構成する他、複数波長の各波長の光を個々に偏向する複数個の素子をアレイ状に配列した複合体で構成することができる。
　単体構成では、一つのビーム偏向器において、波長を異にする複数波長の光を導入することで偏向角を変える他、一波長の光又は波長を異にする複数波長の光を導入すると共にビーム偏向器の屈折率を変化させることで偏向角を変え、これによって、複数の光を異なる複数の偏向角に偏向させる。
　複合体構成では、導入した光を、その光の波長に対応して定まる偏向角で偏向させるビーム偏向器を複数個備え、この複数個のビーム偏向器を各波長で並列配置する。この並列配置する複数個のビーム偏向器は、波長を異にする複数波長の光を導入して偏向角を変える他、一波長の光又は波長を異にする複数波長の光を導入すると共に屈折率を変化させることで偏向角を変え、複数の光ビームを異なる複数の偏向角に偏向させる。
　本願発明の光偏向デバイスは、導入した光を偏向させて出射光を形成する出射器、及び／又は、外部から取り込んだ光を偏向させて入射光とする入射器を構成することができる。
　外部から取り込む光は、出射器から出射された出射光が物体で反射して得られる反射光とすることができる。
　光偏向デバイスの偏向角は、出射器では出射角に相当し、入射器では入射角に相当する。出射時における光偏向デバイスの光の波長や屈折率と、入射時における光偏向デバイスの光の波長や屈折率を合わせることによって、出射時と入射時の偏向角を一致させることができ、出射光に対して正反対の方向で反射してくる光のみを入射することができる。
（出射器）
　本願発明の光偏向デバイスによる出射器は、ビーム偏向器と共に波長が異なる複数のレーザ光を発するレーザ光源を備える。ビーム偏向器は、レーザ光源が発する複数波長のレーザ光を、その各レーザ光の波長及びビーム偏向器の屈折率で定まる各偏向角の方向に同時に並列して出射する。
　出射器は、レーザ光源とビーム偏向器との間に波長合分波器を備える構成とすることができる。この波長合分波器は、レーザ光源の複数波長のレーザ光を波長合波し、得られた複数波長のレーザ光をビーム偏向器に導く。
（入射器）
　本願発明の光偏向デバイスによる入射器は、レーザ光を個別に検出する光検出器を備える。ビーム偏向器は、外部から到達する複数波長のレーザ光の内、入射角が各レーザ光の波長及びビーム偏向器の屈折率で定まる各偏向角であるレーザ光を選択的に同時に並列して入射する。光検出器は、ビーム偏向器の偏向光を検出する。
　入射器は、ビーム偏向器と前記光検出器との間に波長合分波器を備える構成とすることができる。この波長合分波器は、入射した複数波長のレーザ光を波長分波し、得られた複数波長のレーザ光を各波長を検出する光検出器に導く。
　本願発明のビーム偏向器は、通常に知られる表面回折格子、又は、多層膜構造あるいは表面回折格子を有する漏れ導波路とすることができる。
（ライダー装置）
　本願発明のライダー装置は、本願発明の光偏向デバイスと、波長が異なる複数のレーザ光を発するレーザ光源と、レーザ光を個別に検出する光検出部とを備える。光偏向デバイスは、レーザ光源が発する複数波長のレーザ光を、各レーザ光の波長及びビーム偏向器の屈折率で定まる各偏向角の方向に同時に並列して出射する出射器、及び外部から到達する複数波長のレーザ光の内、入射角が前記偏向角であるレーザ光を選択的に同時に並列して入射する入射器を同一素子で構成する。光検出器は、入射器において、出射器で出射されたレーザ光と同一の偏向角の入射角で入射した各波長のレーザ光を個別に検出する。出射器の偏向角と入射器の偏向角とを一致させることによって、出射器から出射され、物体に当たって反射した反射光を検出することができる。
　ライダー装置においても、レーザ光源とビーム偏向器との間、及び／又は、ビーム偏向器と前記検出器との間に波長合分波器を備える構成とすることができる。波長合分波器は、レーザ光源が発する複数波長のレーザ光の波長合波、及び／又は、入射した複数波長のレーザ光の各波長のレーザ光への波長分波を行うことができる。
　また、ライダー装置が備えるビーム偏向器についても、表面回折格子、又は、多層膜構造あるいは表面回折格子を有する漏れ導波路とすることができる。
　以上説明したように、本願発明の光偏向デバイス及びライダー装置は、並列動作を簡易な構成で実現し、システムの大型化ないし複雑化を回避することができる。
本願発明の光偏向デバイス及びライダー装置の概略構成を説明するための図である。 本願発明のライダー装置の概略構成を説明するための図である。 本願発明の光偏向デバイスの出射器の第１及び第２の形態を説明するための図である。 本願発明の光偏向デバイスの出射器の第３及び第４の形態を説明するための図である。 本願発明の光偏向デバイスの入射器の第１及び第２の形態を説明するための図である。 本願発明のライダー装置の形態を説明するための図である。 本願発明の漏れ導波路による光偏向デバイスを説明するための図である。 本願発明の漏れ導波路による光偏向デバイスを説明するための図である。 本願発明の光偏向デバイスの二次元走査を説明するための図である。 本願発明の光偏向デバイスの二次元走査を説明するための図である。 波長合分波器の例を説明するための図である。 画像１フレーム分の情報取得を説明するための図である。
　以下、本願発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。以下、図１，図２を用いて本願発明の光偏向デバイス及びライダー装置の概略構成例及び動作を説明し、図３～５を用いて本願発明の光偏向デバイスの各形態について説明し、図６を用いて本願発明のライダー装置の形態を説明し、図７、８を用いて漏れ導波路による光偏向デバイスを説明し、図９，１０を用いて光偏向デバイスの二次元走査について説明し、図１１を用いて波長合分波器の例を説明する。
　（光偏向デバイス、ライダー装置の概要）
　図１は本願発明に係る光偏向デバイスの概略を説明するための図である。
　光偏向デバイスは、偏向角が光の波長及び屈折率に対する依存性に基づいて、波長を異にする複数波長の各光を、波長及び屈折率によって個々に定まる各偏向角の方向に同時に並列して偏向させ、複数の光ビームを並列動作させる。偏向した複数の光ビームは、光の波長や偏向角の相違に基づいて、個々の光ビームを区別することができる。光偏向デバイスは、偏向角が波長依存性及び屈折率依存性を有するビーム偏向器（図示していない）を備える構成とすることができる。
　図１は光偏向デバイスの偏向角の波長依存性及び屈折率依存性を説明している。図１（ａ）～（ｃ）は偏向角を示し、図１（ｄ）～（ｆ）は光偏向デバイスを出射器として用いた際の出射角を示し、図１（ｇ）～（ｉ）は光偏向デバイスを入射器として用いた際の入射角を示し、図１（ｊ）～（ｌ）は偏向角及び偏向角の変化を示している。なお、図１（ａ）～（ｌ）に示す角度や変化の大きさは説明の便宜上から概略を示すものであって、実際の状態を示すものではない。
　光偏向デバイスは、偏向角の波長依存性及び屈折率依存性により、波長及び／又は屈折率を基づいて異なる偏向角で光を偏向する。
　図１（ａ）は、固定された屈折率ｎにおいて、異なる波長λ１～λｐに対する各偏向角θ１～θｐを示している。例えば、光偏向デバイスは、導入された光の波長がλ１であるときは、波長λ１の光を、屈折率ｎ及び波長λ１に対応する偏向角θ１で偏向し、導入された光の波長がλｐであるときは、波長λｐの光を、屈折率ｎ及び波長λｐに対応する偏向角θｐで偏向する。
　図１（ｂ）は、固定された波長λにおいて、異なる屈折率ｎａ～ｎｑに対する各偏向角θａ～θｑを示している。例えば、光偏向デバイスは、屈折率がｎａであるときは、導入された波長λの光を、波長λ及び屈折率ｎａに対応する偏向角θａで偏向し、屈折率がｎｑであるときは、導入された波長λの光を、波長λ及び屈折率ｎｑに対応する偏向角θｑで偏向する。
　図１（ｃ）は、屈折率がｎで異なる波長λ１～λｐに対する各偏向角θ１～θｐにおいて、屈折率ｎをΔｎだけ変化させたときの偏向角θ１～θpの変化を示している。例えば、光偏向デバイスは、導入された光の波長がλ１であるときは、波長λ１の光を、波長λ１及び屈折率ｎ＋Δｎに対応する偏向角θ１＋Δθで偏向し、導入された光の波長がλｐであるときは、波長λｐの光を、波長λｐ及び屈折率ｎ＋Δｎに対応する偏向角θｐ＋Δθで偏向する。
　図１（ｄ）～図１（ｆ）は、光偏向デバイスに導入された光を光偏向して光偏向デバイスの外部に放射する出射器を構成する場合を示している。
　図１（ｄ）は、固定された屈折率ｎにおいて、異なる波長λ１～λｐに対する各偏向角θ１～θｐを出射角として光ビームを放出する場合を示している。光偏向デバイスは、導入された光の波長がλ１であるときは、波長λ１の光を、屈折率ｎ及び波長λ１に対応する偏向角θ１を出射角として光ビームを放射し、導入された光の波長がλｐであるときは、波長λｐの光を、屈折率ｎ及び波長λｐに対応する偏向角θｐを出射角として光ビームを放射する。出射光の光ビームは波長及び出射角が異なるため、各出射光を区別することができる。
　図１（ｅ）は、固定された波長λにおいて、異なる屈折率ｎａ～ｎｑに対する各偏向角θａ～θｑを出射角として光ビームを放出する場合を示している。光偏向デバイスは、屈折率がｎａであるときは、導入された波長λの光を、波長λ及び屈折率ｎａに対応する偏向角θａを出射角として光ビームを放射し、屈折率がｎｑであるときは、導入された波長λの光を、波長λ及び屈折率ｎｑに対応する偏向角θｑを出射角として光ビームを放射する。出射光の光ビームは出射角が異なるため、各出射光を区別することができる。
　図１（ｆ）は、屈折率がｎで異なる波長λ１～λｐに対する各偏向角θ１～θｐにおいて、屈折率ｎをΔｎだけ変化させたときの偏向角θ１～θpの変化を出射角として光ビームを放出する場合を示している。光偏向デバイスは、導入された光の波長がλ１であるときは、波長λ１の光を、波長λ１及び屈折率ｎ＋Δｎに対応する偏向角θ１＋Δθを出射角として放射し、導入された光の波長がλｐであるときは、波長λｐの光を、波長λｐ及び屈折率ｎ＋Δｎに対応する偏向角θｐ＋Δθで偏向を出射角として放射する。出射光の光ビームは出射角を、各波長で定まる出射角θに対してΔθの範囲で拡大することができる。
　図１（ｇ）～図１（ｉ）は、光偏向デバイスに到達した光を光偏向して光偏向デバイス内に入射する入射器を構成する場合を示している。
　図１（ｇ）は、光偏向デバイスに到達した光ビームの内で、固定された屈折率ｎにおいて異なる波長λ１～λｐに対する各偏向角θ１～θｐを入射角とする光ビームを入射する場合を示している。
　光偏向デバイスは、到達した光ビームの波長がλ１であるときは、その光ビームの内で、屈折率ｎ及び波長λ１に対応する偏向角θ１と一致する入射角の光ビームを入射し、到達した光ビームの波長がλｐであるときは、その光ビームの内で、屈折率ｎ及び波長λｐに対応する偏向角θｐと一致する入射角の光ビームを入射する。入射光の光ビームは波長及び入射角が異なるため、各入射光を区別することができる。
　図１（ｈ）は、光偏向デバイスに到達した光ビームの内で、固定された波長λにおいて、異なる屈折率ｎａ～ｎｑに対する各偏向角θａ～θｑを入射角とする光ビームを入射する場合を示している。光偏向デバイスは、屈折率がｎａであるときは、到達した光ビームの波長λの光の内で波長λ及び屈折率ｎａに対応する偏向角θａを入射角として光ビームを入射し、屈折率がｎｑであるときは、到達した光ビームの波長λの光の内で波長λ及び屈折率ｎｑに対応する偏向角θｑを入射角として光ビームを入射する。入射光の光ビームは、入射角が異なるため各入射光を区別することができる。
　図１（ｉ）は、屈折率がｎで異なる波長λ１～λｐに対する各偏向角θ１～θｐにおいて、屈折率ｎをΔｎだけ変化させたときの偏向角θ１～θpの変化を入射角として光ビームを入射する場合を示している。光偏向デバイスは、光偏向デバイスに到達した光ビームの内で、波長λ１の光から波長λ１及び屈折率ｎ＋Δｎに対応する偏向角θ１＋Δθを入射角とする光ビームを入射し、波長λｐの光から波長λｐ及び屈折率ｎ＋Δｎに対応する偏向角θｐ＋Δθで偏向を入射角とする光ビームを入射する。入射光の光ビームは、入射角を、各波長で定まる入射角θに対してΔθの範囲で拡大することができる。
　図１（ｊ）は、波長λに対する偏向角θの依存性の概略を示し、図１（ｋ）は、屈折率ｎに対する偏向角θの依存性の概略を示し、図１（ｌ）は、屈折率ｎの変化Δｎに対する偏向角θの変化Δθの概略を示している。
　図２は、ライダー装置１０の概略構成を示している。
　図２（ａ）は、単体の光偏向デバイス１によってライダー装置１０を構成する場合を示している。単体の光偏向デバイス１は、一つのビーム偏向器から同時に複数の光ビームを異なる出射角で出射すると共に、同一のビーム偏向器で同時に複数の光ビームを出射角と同角度の入射角で入射する。複数の光ビームは、各出射光の出射角を異ならせることによって、各出射角を区別して出射することができ、また、各入射光の入射角を異ならせることによって、各入射角を区別して入射することができる。
　図２（ｂ）は、複数個の光偏向デバイス１をライン状に配列したアレイ構成を示している。ライダー装置１０を構成する各光偏向デバイス１は、それぞれ異なる偏向角で出射及び入射を並列動作することで、同時の複数の画素データを取得することができる。この構成において、各光偏向デバイス１の波長や屈折率を時間変化することによって、アレイ構造を複数配列した構成と同様の画素データを取得することができる。
　図２（ｃ）は、図２（ｂ）に示すアレイ構造を複数配列してなる２次元配置の構成を示している。２次元配置のライダー装置１０Ｂは、各光偏向デバイス１の出射角及び入射角を異ならせることによって、同時に複数の光ビームを区別可能な状態で出入射することができる。
　（光偏向デバイスの各形態）
　以下、図３～５を用いて本願発明の光偏向デバイスの各形態を説明する。図３，４は出射器として構成する際の光偏向デバイスの形態として４つの形態を示し、図５は入射器として構成する際の光偏向デバイスの形態として３つの形態を示している。なお、以下では、ビーム偏向器２、レーザ光源３、及び導波路４をそれぞれＡ～Ｃの３個を用いた光偏向デバイスの例を示しているが、光偏向デバイスを構成する個数は３個に限らず任意の複数個とすることができる。
　（出射器の第１の形態）
　図３（ａ）は光偏向デバイスを出射器として構成する第１の形態を示している。
　第１の形態の光偏向デバイス１Ａは、レーザ光源３Ａ～３Ｃが発生するそれぞれ異なる波長λ１～λ３のレーザ光を、導波路４Ａ～４Ｃを介してビーム偏向器２Ａ～２Ｃに導入し、各波長に対応する出射角で放射する出射器を構成する。
　レーザ光源３Ａ～３Ｃは、各波長を発生する複数のレーザ光源を同一の集積回路で構成する他、各波長を発生するレーザ光源を複数個用いる構成、あるいは外部のレーザ光源を用いる構成とすることができる。ビーム偏向器２Ａ～２Ｃは、一基板上に複数のビーム偏向器を形成する他、各基板上の形成したビーム偏向器の複数個を配置する構成としてもよい。各レーザ光源が発生する波長λは固定としている。
　ビーム偏向器２Ａは、レーザ光源３Ａのレーザ光を導波路４Ａを介し、レーザ光の波長λ１に対応した偏向角θ１を出射角として放射する。ビーム偏向器２Ｂ，２Ｃにおいても、ビーム偏向器２Ａと同様に各レーザ光の波長λ２，λ３に対応した偏向角θ２，θ３を出射角として放射する。各ビーム偏向器の屈折率ｎは固定としている。
　（出射器の第２の形態）
　図３（ｂ）は光偏向デバイスを出射器として構成する第２の形態を示している。
　第２の形態の光偏向デバイス１Ｂは、第１の形態と同様に、レーザ光源３Ａ～３Ｃが発生するそれぞれ異なる波長λ１～λ３のレーザ光を、導波路４Ａ～４Ｃを介してビーム偏向器２Ａ～２Ｃに導入し、各波長に対応する出射角で放射する出射器を構成する。
　第１の形態の光偏向デバイス１Ａは、各レーザ光源が発生する波長λ、及び各ビーム偏向器の屈折率ｎを固定であるのに対して、第２の形態の光偏向デバイス１Ｂは波長λ及び屈折率ｎを可変とする構成である。
　レーザ光源３Ａ～３Ｃは、各波長を発生する複数のレーザ光源を同一の集積回路で構成する他、各波長を発生するレーザ光源を複数個用いる構成、あるいは外部のレーザ光源を用いる構成とすることができる。ビーム偏向器２Ａ～２Ｃは、一基板上に複数のビーム偏向器を形成する他、各基板上の形成したビーム偏向器の複数個を配置する構成としてもよい。
　ビーム偏向器２Ａは、レーザ光源３Ａのレーザ光を導波路４Ａを介し、レーザ光の波長λ１に対応した偏向角θ１を出射角として放射する。このとき、レーザ光源３Ａが発生するレーザ光の波長λ１を可変としてλ１＋Δλとすることによって、ビーム偏向器２Ａから波長λ１＋Δλの光ビームの出射角を変更して出射する。
　ビーム偏向器２Ｂ，２Ｃにおいても、ビーム偏向器２Ａと同様に波長λ２＋Δλ，λ３＋Δλの光ビームの出射角を変更して出射する。
　この第２の形態によれば、波長λを変えることで複数波長の光ビームを出射する他、屈折率ｎをΔｎの幅で変化させることによって光ビームの放射角を変化させて、光ビームを走査させることができる。
　（出射器の第３の形態）
　図４（ａ）は光偏向デバイスを出射器として構成する第３の形態を示している。
　第３の形態の光偏向デバイス１Ｃは、レーザ光源３Ａ～３Ｃが発生するそれぞれ異なる波長λ１～λ３のレーザ光を、一本のバス導波路６を介して１つのビーム偏向器２に導入し、波長を異にする複数の光ビームを各波長に対応する出射角で放射する出射器を構成する。第３の形態は、第１の形態と同様に、各レーザ光源が発生する波長λ、及び各ビーム偏向器の屈折率ｎを固定とする構成である。
　レーザ光源３Ａ～３Ｃは、各波長を発生する複数のレーザ光源を同一の集積回路で構成する他、各波長を発生するレーザ光源を複数個用いる構成、あるいは外部のレーザ光源を用いる構成とすることができる。ビーム偏向器２Ａ～２Ｃは基板上に形成する。各レーザ光源が発生する波長λは固定としている。
　バス導波路６には複数の波長合分波器７Ａ～７Ｃが設けられ、一端はビーム偏向器２に接続される。各波長合分波器７Ａ～７Ｃには、導波路８Ａ～８Ｃを介してレーザ光源３Ａ～３Ｃが接続され、各レーザ光源３Ａ～３Ｃが発する波長λ１～λ３のレーザ光源をビーム偏向器２に導入する。
　ビーム偏向器２は、導波路８Ａ、波長合分波器７Ａ、及びバス導波路６を介してレーザ光源３Ａのレーザ光を導入し、レーザ光の波長λ１に対応した偏向角θ１を出射角として放射する。ビーム偏向器２Ｂ，２Ｃにおいても、導波路８Ｂ，８Ｃ、波長合分波器７Ｂ，７Ｃ、及びバス導波路６を介してレーザ光源３Ｂ，３Ｃのレーザ光を導入し、レーザ光の波長λ２，λ３に対応した偏向角θ２，θ３を出射角として放射する。
　（出射器の第４の形態）
　図４（ｂ）は光偏向デバイスを出射器として構成する第４の形態を示している。
　第４の形態の光偏向デバイス１Ｄは、第３の形態と同様に、レーザ光源３Ａ～３Ｃが発生するそれぞれ異なる波長λ１～λ３のレーザ光を、バス導波路６を介して一つのビーム偏向器２に導入し、各波長に対応する出射角で放射する出射器を構成する。
　第３の形態の光偏向デバイス１Ｃは、各レーザ光源が発生する波長λ、及び各ビーム偏向器の屈折率ｎを固定であるのに対して、第４の形態の光偏向デバイス１Ｄは波長λ及び屈折率ｎを可変とする構成である。
　レーザ光源３Ａ～３Ｃは、各波長を発生する複数のレーザ光源を同一の集積回路で構成する他、各波長を発生するレーザ光源を複数個用いる構成、あるいは外部のレーザ光源を用いる構成とすることができる。ビーム偏向器２は、一基板上に形成することができる。
　ビーム偏向器２Ａは、導波路８Ａ及びバス導波路６を介してレーザ光源３Ａのレーザ光を導入し、レーザ光の波長λ１に対応した偏向角θ１を出射角として放射する。このとき、レーザ光源３Ａが発生するレーザ光の波長λ１を可変としてλ１＋Δλとすることによって、ビーム偏向器２から波長λ１＋Δλの光ビームの出射角を変更して出射する。
　また、ビーム偏向器２は、レーザ光源３Ａの波長λ１のレーザ光の他に、レーザ光源３Ｂ，３Ｃの波長λ２，λ３のレーザ光についても、波長λ１＋Δλのレーザ光と同様に波長λ２＋Δλ，λ３＋Δλの光ビームの出射角を変更して出射する。
　この第４の形態によれば、波長λを変えることで複数波長の光ビームを出射する他、屈折率ｎをΔｎの幅で変化させることによって光ビームの放射角を変化させて、光ビームを走査させることができる。
　以下、光偏向デバイスを入射器として構成する第１～３の形態について説明する。
　（入射器の第１の形態）
　第１の形態は、ビーム偏向器及び光検出器のみによって入射器を構成する形態である。図５（ａ）は光偏向デバイスを入射器として構成する第１の形態を示している。
　入射器の第１の形態の光偏向デバイス１Ｅは、複数のビーム偏向器２Ａ～２Ｃと、当該ビーム偏向器２Ａ～２Ｃと導波路４Ａ～４Ｃを介して接続される複数の光検出器５Ａ～５Ｃを備える。
　光偏向デバイス１Ｅにおいて、各ビーム偏向器２Ａ～２Ｃは、外部から到達する複数波長のレーザ光の内、入射角が各レーザ光の波長及びビーム偏向器の屈折率で定まる各偏向角であるレーザ光を選択的に同時に並列して入射し、入射したレーザ光を光検出器で個別に検出する。
　ビーム偏向器２Ａ～２Ｃは、一基板上に複数のビーム偏向器を形成する他、各基板上の形成したビーム偏向器の複数個を配置する構成としてもよい。光検出器５Ａ～５Ｃは、各光検出器を複数個用いる構成、あるいは同一の集積回路による構成とすることができる。
　ビーム偏向器２Ａは、到達する複数のレーザ光の内で、偏向角θ１を入射角とする光ビームを入射する。入射した光ビームは、導波路４Ａを介して光検出器５Ａで検出される。
　ビーム偏向器２Ｂ，２Ｃにおいても、ビーム偏向器２Ａと同様に、到達する複数のレーザ光の内で、偏向角θ２，θ３を入射角とする光ビームを入射する。入射した光ビームは、導波路４Ｂ，４Ｃを介して光検出器５Ｂ，５Ｃで検出される。なお、各ビーム偏向器２Ａ～２Ｃの屈折率ｎは固定としている。
　図示しない出射器から放射された光ビームは、物体に当たり反射する。反射光に内、各ビーム偏向器に向かって反射した反射光は光検出器５で検出され、電気信号に変換されて検出される。
　（入射器の第２の形態）
　第２の形態は、ビーム偏向器及び光検出器を組み合わせた形態であり、ビーム偏向器とび光検出器は集積することができる。図５（ｂ）は光偏向デバイスを入射器として構成する第２の形態を示している。
　入射器の第２の形態の光偏向デバイス１Ｆは、複数のビーム偏向器２Ａ～２Ｃと、当該ビーム偏向器２Ａ～２Ｃと導波路４Ａ～４Ｃを介して接続される複数の光検出器５Ａ～５Ｃを備える。なお、図５（ｂ）では、導波路４Ａ～４Ｃを分岐し、一方の分岐端にレーザ光源３Ａ～３Ｃを接続し、他方の分岐端に光検出器５Ａ～５Ｃを接続している。
　光偏向デバイス１Ｆにおいて、各ビーム偏向器２Ａ～２Ｃは、外部から到達する複数波長のレーザ光の内、入射角が各レーザ光の波長及びビーム偏向器の屈折率で定まる各偏向角であるレーザ光を選択的に同時に並列して入射し、入射したレーザ光を光検出器で個別に検出する。
　ビーム偏向器２Ａ～２Ｃは、一基板上に複数のビーム偏向器を形成する他、各基板上の形成したビーム偏向器の複数個を配置する構成としてもよい。また、レーザ光源３Ａ～３Ｃは、各波長を発生する複数のレーザ光源を同一の集積回路で構成する他、各波長を発生するレーザ光源を複数個用いる構成、あるいは外部のレーザ光源を用いる構成とすることができる。
　ビーム偏向器２Ａは、接続されるレーザ光源３Ａのレーザ光の波長λ１に対応した偏向角θ１を出射角として放射すると共に、到達する複数のレーザ光の内で、偏向角θ１を入射角とする光ビームを入射する。入射した光ビームは、導波路４Ａを介して光検出器５Ａで検出される。
　ビーム偏向器２Ｂ，２Ｃにおいても、ビーム偏向器２Ａと同様に、各ビーム偏向器２Ｂ，２Ｃに接続されるレーザ光源３Ｂ，３Ｃのレーザ光の波長λ２，λ３に対応した偏向角θ２，θ３を出射角として放射すると共に、到達する複数のレーザ光の内で、偏向角θ２，θ３を入射角とする光ビームを入射する。入射した光ビームは、導波路４Ｂ，４Ｃを介して光検出器５Ｂ，５Ｃで検出される。なお、各ビーム偏向器２Ａ～２Ｃの屈折率ｎは固定としている。
　ビーム偏向器２Ａ～２Ｃから放射された光ビームは、物体に当たった後、各ビーム偏向器に向かって反射する。反射光は、ビーム偏向器２Ａ～２Ｃと物体との間の光路において出射光と同じ光路をたどって戻るため、ビーム偏向器２Ａ～２Ｃの状態を光を放射した状態に維持することで、反射光を出射角と同じ入射角で受光する光アンテナとして動作させることができる。レーザ光源と物体との間の経路上に合分波器を配置し、光検出器５で検出することによって、反射光を電気信号に変換することができる。
　（入射器の第３の形態）
　第３の形態は、第２の形態と同様に、ビーム偏向器及び光検出器を組み合わせた形態であり、ビーム偏向器と光検出器は集積することができる。図５（ｃ）は光偏向デバイスを入射器として構成する第３の形態を示している。
　入射器の第３の形態の光偏向デバイス１Ｇは、一つのビーム偏向器２と、当該ビーム偏向器２とバス導波路６と波長合分波器７Ａ～７Ｃ、及び導波路８Ａ～８Ｃを介して接続される複数の光検出器５Ａ～５Ｃを備える。なお、図５（ｂ）では、バス導波路６上の波長合分波器７Ａ～７Ｃは、それぞれ導波路８Ａ～８Ｃを介してレーザ光源３Ａ～３Ｃ及び光検出器５Ａ～５Ｃを接続している。
　光偏向デバイス１Ｇにおいて、ビーム偏向器２は、外部から到達する複数波長のレーザ光の内、入射角が各レーザ光の波長及びビーム偏向器の屈折率で定まる各偏向角であるレーザ光を選択的に同時に並列して入射し、入射したレーザ光を光検出器で個別に検出する。
　ビーム偏向器２は基板上に形成する。また、レーザ光源３Ａ～３Ｃは、各波長を発生する複数のレーザ光源を同一の集積回路で構成する他、各波長を発生するレーザ光源を複数個用いる構成、あるいは外部のレーザ光源を用いる構成とすることができる。
　ビーム偏向器２は、バス導波路６を介して接続される複数のレーザ光源３Ａ～３Ｃのレーザ光の各波長λ１～λ３に対応した偏向角θ１～θ３を出射角として放射すると共に、到達する複数のレーザ光の内で、偏向角θ１～θ３を入射角とする光ビームを入射する。入射した光ビームは、バス導波路６，波長合分波器７Ａ～７Ｃ、導波路８Ａ～８Ｃを介して各光検出器５Ａ～５Ｃで検出される。
　ビーム偏向器２Ｂ，２Ｃにおいても、ビーム偏向器２Ａと同様に、各ビーム偏向器２Ｂ，２Ｃに接続されるレーザ光源３Ｂ，３Ｃのレーザ光の波長λ２，λ３に対応した偏向角θ２，θ３を出射角として放射すると共に、到達する複数のレーザ光の内で、偏向角θ２，θ３を入射角とする光ビームを入射する。入射した光ビームは、導波路４Ｂ，４Ｃを介して光検出器５Ｂ，５Ｃで検出される。なお、各ビーム偏向器２Ａ～２Ｃの屈折率ｎは固定としている。
　ビーム偏向器２から放射された光ビームは、各波長に対応する出射角で放出され、物体に当たった後、各ビーム偏向器に向かって反射する。反射光は、ビーム偏向器２と物体との間の光路において、波長毎に出射光と同じ光路をたどって戻るため、ビーム偏向器２の状態を光を放射した状態に維持することで、各波長の光ビームについて、反射光を出射角と同じ入射角で受光する光アンテナとして動作させることができる。レーザ光源と物体との間の経路上に波長合分波器７を配置し、光検出器５で検出することによって、反射光を電気信号に変換することができる。
（ライダー装置の形態）
　反射光を用いるライダー装置の構成は複数の形態とすることができる。図６はライダー装置の第１～第５の各形態を説明するための図である。
　ライダー装置の第１形態は、入射器と出射器とを個別に構成する形態である。
　図６（ａ）はライダー装置の第１の形態を示している。第１の形態のライダー装置１０Ａは、レーザ光源３、導波路４、及びビーム偏向器２で構成される出射器と、ビーム偏向器２、導波路４、及び光検出器５（フォトダイオード）で構成される入射器とを個別に備え、並置する構成である。出射器はレーザ光源３の光をビーム偏向器２から外部に向けた出射し、入射器は、物体に当たって反射した反射光を入射し、フィルタ（図示していない）を通過させ後、分岐路を介して光検出部４に導いて検出する。
　物体からの反射光は大きく広がって拡散するため、出射器の横に入射器を配置した構成であっても、入射器が受けられる光ビームの角度を出射器の放射角度とわずかに違うように設定することによって、出射器から出射した光を直接に入射することなく反射光を受けることができる。
　図６（ｂ）はライダー装置の第２の形態を示している。第２の形態のライダー装置１０Ａは、導波路４を分岐し、分岐路の一端に光検出部５（フォトダイオード）を配置する構成である。ビーム偏向器２は入射した反射光をフィルタ（図示していない）を通過させた後、分岐路を介して光検出部５に導いて検出する。
　図６（ｃ）は第３の形態を示している。第３の形態のライダー装置１０Ｂは、導波路４に光スイッチ９を挿入し、レーザ光源３のレーザ光が通過した後に光検出部５（フォトダイオード）側に切り換え、反射して戻ってきたレーザ光を光検出部５（フォトダイオード）に高効率で導く。
　図６（ｄ）は第４の形態を示している。Ｓｉ導波路にｐ－ｎ接合を形成したフォトダイオードは、強い逆バイアスを掛けると、結晶欠陥を介したサブバンドギャップ吸収を起こして、本来は検出できない長波長帯の光が検出できるようになる。第３の形態のライダー装置１０Ｃは、光検出部５として上記したｐ－ｎ接合を形成したフォトダイオードを導波路４の途中に挿入し、レーザ光源３のレーザ光が通過した後に逆バイアスに変更して、反射された光パルスを検出する。
　図６（ｅ）は第５の形態を示している。第４の形態のライダー装置１０Ｄは、レーザ光源と光検出部とを兼ねるパルス光源・光検出部１１を備える。パルス光源・光検出部１１は、パルス光源となる半導体レーザに逆バイアスを掛けてフォトダイオードとしても動作させることができる。この構成によれば、パルス光源・光検出部１１はレーザ光を発した後に、逆バイアスを掛けてフォトダイオードとしても動作させ、反射して戻ってきたレーザ光を検出する。
　反射光を用いるライダー装置の各形態において、レーザ光源からの光は、光パルスあるいは連続光とすることができる。ライダー装置は、光パルスを用いた場合にはＴＯＦ方式によって距離測定を行い、連続光を用いた場合にはＦＭＣＷ方式によって距離測定を行うことができる。
　上記した各形態のライダー装置の装置構成によれば、仮に同じ波長の光が別の方向から到来したとしても入射角が異なるため、光は逆順をたどらないので元の導波路に結合せず、光検出部（フォトダイオード）に入射することはない。
　図６に示す各形態例において、導波路４に波長フィルタの光フィルタを挿入してもよい。光フィルタはレーザ光源のレーザ光の波長を通過させるフィルタであり、レーザ光源の波長を変えたときは、波長変更と同期して通過波長も変えられる可変波長フィルタとするのがより好ましい。
　環境中には様々な波長の光があり、レーザ光源の波長とは異なる波長の光がノイズ成分として光偏向デバイス１のビーム偏向器２に到来することがある。仮に、異なる波長の光の入射角と、光ビームの出射角とが同じであるときには、波長が異なるノイズ成分は光導波路に結合することができないが、別の方向からビーム偏向器２に到来したノイズ成分の中には、光導波路に結合して戻ることができるものがある。光フィルタは、このように光導波路に結合するノイズ成分を除去することができる。このノイズ成分の除去は、ライダー装置の反射信号を検出する際のＳＮ比の向上に寄与する。
　（漏れ導波路による光偏向デバイス）
　次に、ビーム偏向器の構成例について説明する。ビーム偏向器は漏れ導波路により構成することができる。漏れ導波路は、導波路に刻んだ回折格子、導波路の上下に形成された多層膜によって。導波路を伝搬する光を上方向や斜め方向に放射させる。放射される光は均一放射となるため鋭い光ビームを得ることができる。放射角度は、光の波長λや導波路の屈折率ｎに依存するため、この波長λ及び／又は屈折率ｎを変えることによって光を偏向させることができる。
　漏れ導波路型のビーム偏向器において、導波路としてスローライトの構造を用いることによって偏向角を拡大することができる。
　図７は漏れ導波路型のビーム偏向器においてスローライト構造の構成例を示している。図７（ａ）において、ビーム偏向器２の導波部１２は、第１の屈折率媒質の上部クラッド１２ｂと下部クラッド１２ｃとの間に、第２の屈折率媒質を周期ａで配置して構成されるスローライト導波路１２ａを備える。スローライト導波路１２ａは、第１の屈折率媒質の屈折率のクラッドに対して第２の屈折率媒質を周期ａで周期配置してなる第１の周期構造を形成される。第１の屈折率媒質は第２の屈折率媒質よりも高屈折率の媒質を選択することができる。屈折率が大きな材料を深くエッチングするなどによって形成した刻みが大きな周期構造に対して、この周期構造を伝搬する方向から光を入射させると、群速度が小さい光（スローライト）が発生する。スローライト導波路１２ａは、一端から入射した入射光を低群速度のスローライトモードで伝搬する。
　ビーム偏向器２の出射部１３は、上部クラッド１２ｂに隣接した位置に表面回折格子１３ａを備える。表面回折格子１３ａは周期Λの凹凸形状を備える。周期Λの凹凸形状は、表面回折格子１３ａを構成する屈折率媒質の屈折率ｎと空気等の外部媒質の屈折率ｎｏｕｔとの間で周期Λの第２の周期構造を構成する。
　第１の周期構造によるスローライト導波路１２ａのスローライトは、光の波長λや導波路の屈折率ｎなどの伝搬状況のわずかな変化によって伝搬定数βが大きく変化する。このような光は、周囲に電磁界の拡がり（浸み出し成分）を持ちながら伝搬する。この浸み出し成分にわずかに触れるような距離に、屈折率が小さな材料や浅いエッチングなどによって形成される刻みが小さな周期構造（第２の周期構造）を備えた出射部１３を配置すると、スローライトはこれに結合して散乱・回折が行われ、上方や斜め方向に徐々に放射される。放射は、導波路進行方向に沿って広い範囲で起こり、かつ位相が揃っている。そのため、光偏向デバイスを伝搬方向に沿った横方向から見たとき、出射ビームは高品質な鋭い光ビームとなる。
　光の波長λや、第１の周期構造を構成する屈折率媒質の屈折率ｎを変えると、導波部１２の伝搬定数βが変わり、出射部１３の第２の周期構造との結合条件が変わる。その結果として、出射ビームの出射角度θが変わる。
　表面回折格子の光は必ずしも上斜め方向だけでなく、下斜め方向にも放射される。光偏向デバイスの構造は上下非対称であるため、全く同じ強度の光が放射されるわけではないが、下斜め方向の放射も発生する。図７（ｂ）は、上斜め方向の放射を上方向回折光とし、下斜め方向の放射を下方向回折光として示している。
　ビーム偏向器２は、下部クラッド１２ｃの下方に反射部を備える構成としてもよい。図７（ｃ），（ｄ）は反射部を備える構成例を示している。
　図７（ｃ）に示す構成例は、構造の基板としてＳｉなどの高屈折率媒質がある場合を示している。ここでは下方向の放射光が下部クラッド１２ｃと高屈折率基板１４との間の境界面で反射され、上斜め方向に戻される。下部クラッド１２ｃの厚さを最適化し、反射した光とあらかじめ上斜め方向に放射される光が強め合う干渉を起こすようにすれば、全体として上斜め方向への放射を強めることができる。図７（ｄ）に示す構成例は、基板１５と下部クラッド１２ｃの間に金属反射鏡や多層膜反射鏡等の反射鏡１６を挿入し、上斜め方向への放射をさらに高めた構成である。
　（フォトニック結晶によるスローライト構造）
　次に、フォトニック結晶によるスローライト構造について、スローライト導波路及び回折格子の構成例について図８を用いて説明する。なお、ここでは、第１の屈折率媒質を高屈折率媒質とし、第２の屈折率媒質を低屈折率媒質とする例を示している。
　スローライトを発生させる第１の周期構造の例として、フォトニック結晶導波路が考えられる。図８（ａ）～図８（ｄ）はフォトニック結晶導波路による第１の周期構造例を示し、図８（ａ），（ｂ）は１次元のフォトニック結晶導波路を示し、図８（ｃ）は２次元のフォトニック結晶導波路を示している。
　図８（ａ）の１次元フォトニック結晶導波路１２Ａは、半導体などの高屈折率媒質からなる矩形チャネル導波路（Ｓｉ細線など）に円孔を周期的に配列する構成例であり、図８（ｂ）の１次元フォトニック結晶導波路１２Ｂは、高屈折率媒質の矩形チャネル導波路を周期的に分離する構成例である。
　この構成では、ａ＝λ/２ｎを満たすブラッグ波長付近でフォトニックバンドギャップ（ストップバンド）を生じ、その付近の規格化周波数a/λにおいてdβ/dλ∝ｎｇが徐々に大きくなり、スローライトが生じる。
　円孔配列タイプの場合では、例えば、λ≒1550nmに対してＳｉの厚さは200nm程度，幅は400nm程度，円孔直径は200nm程度，周期ａ＝400 nm程度とすることができる。
　図８（ｃ）の２次元フォトニック結晶導波路１２Ｃは、同様の厚さの半導体（Ｓｉなど）スラブに同様の円孔を２次元周期的に例えば三角格子配列で配列し、配列の一列の円孔を取り除いた構成である。この２次元フォトニック結晶導波路１２Ｃの構造においても、ブラッグ波長付近ではフォトニックバンドギャップが生じ、群屈折率ｎｇが大きくなってスローライトが生じる。
　１次元フォトニック結晶導波路及び２次元フォトニック結晶導波路のいずれの構造においても、ブラッグ波長ではｎｇ＞ 100の大きなスローライト効果が生じるが、ブラッグ波長から離れると徐々にｎｇは小さくなる。なお、１次元フォトニック結晶導波路に比べると、２次元フォトニック結晶導波路の方がより広い波長範囲で大きなｎｇを維持することができる。
　図８（ｄ）はシリカクラッドに挟まれた２次元フォトニック結晶導波路を示す斜視図である。この構成例は、シリカクラッドを形成した２次元のフォトニック結晶導波路の表面に、第２の周期構造となる表面回折格子を形成している。２次元フォトニック結晶導波路と表面回折格子の間のクラッドの厚さを調整することによって、両者の結合の度合いを変えることができ、適切な速度の光放射を得ることができる。
（光偏向デバイスの２次元掃引の構成）
　以下、出射の光ビームを２次元的に掃引する構成について、図９，１０を用いて説明する。
　図９はスローライト導波路のアレイ構成とシリンドリカルレンズとの組み合わせによって、２次元的なビーム掃引を行う構成例を示している。
　図９（ａ）において、スローライト導波路と回折格子とを並行に多数本配置してアレイ集積２３を構成し、アレイ集積２３の出射側の出射方向にはシリンドリカルレンズ２４が配置される。各スローライト導波路には光増幅器や位相調整器２２が接続される。この位相調整器２２には切り替え部２１が接続され、切り替え部２１によって導波路２０からの光を切り替えて入射するスローライト導波路を選択し、位相調整器２２で位相調整した後に選択したスローライト導波路に入射する。切り替え部２１は光路切り替え光スイッチ、又は波長分波器を用いることができる。
　切り替え部２１によってスローライト導波路の内の１本を選択することによって、導波路２０からの入射光は何れかのスローライト導波路から出射される。このとき、図９（ｂ）に示す様に、シリンドリカルレンズ２４ａに対する出射ビームの相対位置が変わるため、シリンドリカルレンズ２４ａから出る出射ビームの断面内の角度が変化する。
　導波路が細いときには放射される光の広がりが特に大きくなる。そのときには、図９（ｃ）に示す様に、それぞれの回折格子の上にまず小さなシリンドリカルレンズアレイ２４ｂを配置して、放射される光の広がりを抑制し、その後に大きなシリンドリカルレンズ２４ａに光を入射させる構成によって図９（ｂ）と同じ機能を実現することができる。
　この構成において、入射光の波長を広範囲にわたって連続的に掃引すると共に、波長分波器によって導波路を順次切り替えることによって、あるいは、時系列で波長が変化する光を光路切り替えスイッチによって導波路を順次切り替えることによって、各スローライト導波路において出射ビームの出射角度θを波長に応じて変えられるように設計する。この構成によって、２次元的な光ビームの角度の掃引を実現することができる。
　入射光の波長の掃引に代えて、ヒーターやｐ－ｎ接合による光スイッチによって導波路を切り替えると共に、ヒーターやｐ－ｎ接合によってスローライト導波路からの出射ビームの出射角度θを変えても同様の効果を得ることができる。
　スローライト導波路の切り替えを波長分波器で行い、出射ビームの偏向をヒーターやｐ－ｎ接合で行う構成のほか、スローライト導波路の切り替えをヒーターやｐ－ｎ接合で行い、出射ビームの偏向を波長分波器で行う構成としてもよい。
　図９（ａ）は導波路アレイの中の一つの導波路を選択する構成である。これに対して、図１０に示す構成例は、アレイ状に配置したスローライト導波路に長さが異なるヒーターやｐ－ｎ接合を設けたアレイ集積２６に位相調整器２２を接続し、導波路２０からの入射光をパワー分配器２５を介して各導波路に向けて分配し、各分配光をそれぞれ位相調整した後、スローライト導波路に入射する。
　アレイ集積２６は、全てのスローライト導波路に光が入射され、徐々に異なる位相変化が与えられる位相アレイを構成している。この構成によって、鋭いビーム放射と位相変化による偏向角の変化とが実現される。この位相アレイ構成は、位相が異なる複数の光が同時に出射されることで出射ビームが形成されるため、シリンドリカルレンズは不要である。
　図１０（ａ）における入射光のパワー分配は、中央の導波路が強く、周囲の導波路になるごとに徐々に弱くなり、そのパワー分布の包絡線がガウシアン分布によるようにすると、放射された後に形成される出射ビームの品質が特に向上する。このような分配の構成例として、アレイ導波路回折格子に用いられるような構成、すなわち入射導波路の光をいったん、幅広いスラブ導波路に接続させて、その内部を光がガウシアン分布になるように自由伝搬させ、スラブ導波路の末端に所望の数のアレイ導波路を接続する構成としてもよい。
　図１０（ｂ）はアレイ集積２６の断面構造例を示している。アレイ集積２６は、アレイ状に配置したスローライト導波路上の長さが異なるヒーターやｐ－ｎ接合をアレイ状に設けて位相アレイを構成している。
　図１１を用いて波長合分波器の構成例を説明する。
　図１１は、三角型結合マイクロリング共振器を用いた波長合分波器７の例を示している。波長合分波器７は、１０μｍ角程度の狭い面積に配置した相互に結合する複数のリング導波路は、箱型のドロップスペクトルを形成する。この周波数特性のドロップ形状の周波数域を通過域とすることによって、特定の波長域の光をバス導波路に合分波する波長合分波器を構成する。また、適度に広いドロップスペクトルに設計することで、微小な波長変化Δλを与えて安定した合分波特性を確保することができる。
　また、導波路８上に光変調器（図示していない）を設ける構成とすることができ、周波数光変調器を利用するFrequency Modulation Continuous Wave(FMCW)方式のおライダー装置の信号生成部として利用することができる。
　なお、本発明は前記各実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨に基づいて種々変形することが可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
　本発明の光偏向デバイス及びライダー装置（レーザレーダー）は、自動車，ドローン，ロボットなどに搭載することができ、パソコンやスマホに搭載して周囲環境を手軽に取り込む３Ｄスキャナ、監視システム、光交換やデータセンター用の空間マトリックス光スイッチなどに適用することができる。
　１，１Ａ～１Ｆ　　光偏向デバイス
　２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ　　ビーム偏向器
　３，３Ａ～３Ｃ　　レーザ光源
　４，４Ａ～４Ｃ　　導波路
　５，５Ａ～５Ｃ　　光検出器
　６　　バス導波路
　７，７Ａ，７Ｂ　　波長合分波器
　８，８Ａ，８Ｂ，８Ｃ　　導波路
　９　　光スイッチ
　１０，１０Ａ～１０Ｄ　　ライダー装置
　１１　　パルス光源・光検出部
　１２　　導波部
　１２Ａ～１２Ｃ　　次元フォトニック結晶導波路
　１２ａ　　スローライト導波路
　１２ｂ　　上部クラッド
　１２ｃ　　下部クラッド
　１３　　出射部
　１３ａ　　表面回折格子
　１４　　高屈折率基板
　１５　　基板
　１６　　反射鏡
　２０　　導波路
　２１　　切り替え部
　２２　　位相調整器
　２３　　アレイ集積
　２４　　シリンドリカルレンズ
　２４ａ　　シリンドリカルレンズ
　２４ｂ　　シリンドリカルレンズアレイ
　２５　　パワー分配器
　２６　　アレイ集積
　１００　　二次元画像
　１００ａ～１００ｄ　　ブロック
　１０１　　画素

Claims (11)

  1. 　偏向角が波長依存性及び屈折率依存性を有するシリコンフォトニクススローライト構造体からなるビーム偏向器を備え、
    　前記ビーム偏向器は、波長が異なる複数波長の光を、当該光の各波長及び前記ビーム偏向器の屈折率で定まる各偏向角の方向に同時に並列して偏向させることを特徴とする光偏向デバイス。
  2. 　前記ビーム偏向器は、
    　複数波長の各波長の光を１つの素子で偏向する単体、
    　又は、
    　複数波長の各波長の光を個々に偏向する複数個の素子をアレイ状に配列した複合体であることを特徴とする、請求項１に記載の光偏向デバイス。
  3. 　波長が異なる複数のレーザ光を発するレーザ光源を備え、
    　前記ビーム偏向器は、
    　前記レーザ光源が発する複数波長のレーザ光を、当該各レーザ光の波長及びビーム偏向器の屈折率で定まる各偏向角の方向に同時に並列して出射、偏向させることを特徴とする、請求項１又は２に記載の光偏向デバイス。
  4. 　前記レーザ光源と前記ビーム偏向器との間に波長合分波器を備え、
    　前記波長合分波器は、
    　前記レーザ光源の複数波長のレーザ光を波長合波することを特徴とする、請求項３に記載の光偏向デバイス。
  5. 　レーザ光を個別に検出する光検出器を備え、
    　前記ビーム偏向器は、
    　外部から到達する複数波長のレーザ光の内、入射角が各レーザ光の波長及びビーム偏向器の屈折率で定まる各偏向角であるレーザ光を選択的に同時に並列して入射し、
    　前記光検出器は、前記ビーム偏向器の偏向光を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の光偏向デバイス。
  6. 　前記ビーム偏向器と前記光検出器との間に波長合分波器を備え、
    　前記波長合分波器は、
    　前記入射した複数波長のレーザ光を波長合波することを特徴とする、請求項５に記載の光偏向デバイス。
  7. 　前記ビーム偏向器は、表面回折格子、又は、多層膜構造あるいは表面回折格子を有する漏れ導波路であることを特徴とする、請求項１から６の何れかに記載の光偏向デバイス。
  8. 　請求項１又は２に記載の光偏向デバイスと、
    　波長が異なる複数のレーザ光を発するレーザ光源と、
    　レーザ光を個別に検出する光検出部とを備え、
    　前記光偏向デバイスは、
    　前記レーザ光源が発する複数波長のレーザ光を、当該各レーザ光の波長及び屈折率で定まる各偏向角の方向に同時に並列して出射、偏向するシリコンフォトニクススローライト構造体からなるビーム偏向器、
    　及び
    　外部から到達する複数波長のレーザ光の内、入射角が前記偏向角であるレーザ光を選択的に同時に並列して入射する入射器を同一素子または別素子で構成し、
    　前記光検出器は、
    　前記入射器において、前記出射器で出射されたレーザ光と同一の偏向角の入射角で入射した各波長のレーザ光を個別に検出することを特徴とするライダー装置。
  9. 　前記レーザ光源と前記ビーム偏向器との間、及び／又は、前記ビーム偏向器と前記検出器との間に波長合分波器を備え、
    　前記波長合分波器は、
    　前記レーザ光源が発する複数波長のレーザ光の波長合波、
    　及び／又は、
    　前記入射した複数波長のレーザ光の各波長のレーザ光への波長分波を行うことを特徴とする、請求項８に記載のライダー装置。
  10. 　前記ビーム偏向器は、表面回折格子、又は、多層膜構造あるいは回折格子を有する漏れ導波路であることを特徴とする、請求項８又は９に記載のライダー装置。
  11. 　前記ビーム偏向器の屈折率は可変であることを特徴とする、請求項１に記載の光偏向デバイス。
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