特許 6520879 スイッチ式光アンテナ、スイッチ式光アンテナアレイ、および光走査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6520879

(24)【登録日】2019年5月10日

(45)【発行日】2019年5月29日

(54)【発明の名称】スイッチ式光アンテナ、スイッチ式光アンテナアレイ、および光走査装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/12 20060101AFI20190520BHJP

   G02B 6/124 20060101ALI20190520BHJP

   G02B 6/34 20060101ALI20190520BHJP

   G02F 1/01 20060101ALI20190520BHJP

【ＦＩ】

   G02B6/12 361

   G02B6/124

   G02B6/34

   G02F1/01 C

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-185875(P2016-185875)

(22)【出願日】2016年9月23日

(65)【公開番号】特開2018-49223(P2018-49223A)

(43)【公開日】2018年3月29日

【審査請求日】2017年12月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(72)【発明者】

【氏名】井上 大介

(72)【発明者】

【氏名】松原 弘幸

(72)【発明者】

【氏名】市川 正

【審査官】 奥村 政人

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０２７９８４９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１６−５０８２３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１８１４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１２８４４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０１６８８０３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１０−５２４０２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２６５５０４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０１８７４０２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１７７０６０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ６／１２− ６／１４

Ｇ０２Ｆ １／００− １／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１− ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光の入力端および出力端を有する導波路と、
前記導波路に第１の方向性結合器を介して結合されたリング導波路と、
前記リング導波路の内部に配置されるとともに、前記リング導波路と第２の方向性結合器を介して結合された回折格子と、
前記リング導波路の少なくとも一部の屈折率を変化させる屈折率調整部と、を含み、
前記リング導波路で構成されるリング共振器の共振条件を満たす波長の光が前記リング導波路を周回するとともに、前記屈折率調整部は、前記リング導波路の少なくとも一部の屈折率を変化させることによって、前記入力端から入力された光の特定の波長の光を前記第１の方向性結合器を介して前記リング導波路に導くとともに前記第２の方向性結合器を介して前記回折格子から出射させる
スイッチ式光アンテナ。

【請求項2】

前記導波路同士が接続された第１の走査導波路を介して第１の方向に配列された複数の請求項１に記載のスイッチ式光アンテナ、前記第１の走査導波路に第３の方向性結合器で結合された第１の走査リング導波路、および前記第１の走査リング導波路の少なくとも一部の屈折率を変化させる第１の走査屈折率調整部を備えた単位走査アレイが前記第１の方向と交差する第２の方向に複数配列された走査アレイと、
複数の前記単位走査アレイの前記屈折率調整部同士が前記第２の方向に接続されて一体化された複数の第２の走査屈折率調整部と、
複数の前記第１の走査リング導波路の各々に各々第４の方向性結合器を介して結合された第２の走査導波路と、
を含むスイッチ式光アンテナアレイ。

【請求項3】

複数の前記回折格子の各々が偏光分離回折格子であり、
前記第２の方向に配列された複数のスイッチ式光アンテナのリング導波路が各々第５の方向性結合器を介して結合された複数の第３の走査導波路と、
前記複数の第３の走査導波路の各々に各々第６の方向性結合器を介して結合された複数の第２の走査リング導波路と、
前記複数の第２の走査リング導波路の各々に各々第７の方向性結合器を介して結合された第３の走査導波路と、
を含む請求項２に記載のスイッチ式光アンテナアレイ。

【請求項4】

請求項２または請求項３に記載のスイッチ式光アンテナアレイと、
複数の前記スイッチ式光アンテナの上部に設けられたレンズと、
を含む光走査装置。

【請求項5】

前記レンズが複数の前記スイッチ式光アンテナの各々に対応させて配置された複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイである
請求項４に記載の光走査装置。

【請求項6】

前記複数のマイクロレンズの配列ピッチが複数の前記スイッチ式光アンテナの配列ピッチより大きい
請求項５に記載の光走査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スイッチ式光アンテナ、スイッチ式光アンテナアレイ、および光走査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

スイッチ式光アンテナとは、光の放射、非放射（停止）を制御するデバイスであり、スイッチ式光アンテナアレイ、あるいは光走査装置を構成するキーデバイスである。光を用いたアンテナの一形態として、非特許文献１に開示されたような、位相変調器と回折格子とを組み合わせた光フェーズドアレイが知られている。非特許文献１に開示された光フェーズドアレイでは、アレイ状に配置された回折格子の各々に入力させる光の位相を変調することにより偏向角が変えられるように構成されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】Large-scale nanophotonic phased array, Nature, Vol.1943, p195-199, 2013

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、非特許文献１に開示されたような従来技術に係るフェーズドアレイアンテナで２次元走査を行えるようにしようとすると、ヒータに個別電極を配置する必要がある等の理由から光配線、電気配線の引き回しがネックになる。従って、スイッチ式光アンテナが高密度に配置されたスイッチ式光アンテナアレイ、あるいは光走査装置を実現することには一定の限界があった。

【0005】

また、非特許文献１に開示されたフェーズドアレイアンテナのように、光を放射するエレメント（回折格子）の間隔が取り扱う光の波長の１／２より大きい場合は、グレーティングローブとよばれるサイドローブが発生する場合が多い。一方、半導体レーザを用いた機器の一例として例えば測距センサを考えた場合、赤外から可視域での２μｍ程度の波長が用いられる。すると、エレメント間隔が半波長である１μｍ以下となり、一般的な屈折率である屈折率３程度の材料で構成する導波路では、導波モードが結合することなしに伝播することができない。すなわち、従来技術においては、導波路を近づけるとモード結合が生じ、遠ざけるとグレーティングローブが発生するという問題を生ずる。

【0006】

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、光配線、電気配線の規模を削減しつつ、２次元配置、高密度配置が可能なスイッチ式光アンテナ、スイッチ式光アンテナアレイ、および光走査装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、請求項１に記載のスイッチ式光アンテナは、光の入力端および出力端を有する導波路と、前記導波路に第１の方向性結合器を介して結合されたリング導波路と、前記リング導波路の内部に配置されるとともに、前記リング導波路と第２の方向性結合器を介して結合された回折格子と、前記リング導波路の少なくとも一部の屈折率を変化させる屈折率調整部と、を含み、前記リング導波路で構成されるリング共振器の共振条件を満たす波長の光が前記リング導波路を周回するとともに、前記屈折率調整部は、前記リング導波路の少なくとも一部の屈折率を変化させることによって、前記入力端から入力された光の特定の波長の光を前記第１の方向性結合器を介して前記リング導波路に導くとともに前記第２の方向性結合器を介して前記回折格子から出射させるものである。

【0008】

上記目的を達成するために、請求項２に記載のスイッチ式光アンテナアレイは、前記導波路同士が接続された第１の走査導波路を介して第１の方向に配列された複数の請求項１に記載のスイッチ式光アンテナ、前記第１の走査導波路に第３の方向性結合器で結合された第１の走査リング導波路、および前記第１の走査リング導波路の少なくとも一部の屈折率を変化させる第１の走査屈折率調整部を備えた単位走査アレイが前記第１の方向と交差する第２の方向に複数配列された走査アレイと、複数の前記単位走査アレイの前記屈折率調整部同士が前記第２の方向に接続されて一体化された複数の第２の走査屈折率調整部と、複数の前記第１の走査リング導波路の各々に各々第４の方向性結合器を介して結合された第２の走査導波路と、を含むものである。

【0009】

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、複数の前記回折格子の各々が偏光分離回折格子であり、前記第２の方向に配列された複数のスイッチ式光アンテナのリング導波路が各々第５の方向性結合器を介して結合された複数の第３の走査導波路と、前記複数の第３の走査導波路の各々に各々第６の方向性結合器を介して結合された複数の第２の走査リング導波路と、前記複数の第２の走査リング導波路の各々に各々第７の方向性結合器を介して結合された第３の走査導波路と、を含むものである。

【0010】

上記目的を達成するために、請求項４に記載の光走査装置は、請求項２または請求項３に記載のスイッチ式光アンテナアレイと、複数の前記スイッチ式光アンテナの上部に設けられたレンズと、を含むものである。

【0011】

また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記レンズが複数の前記スイッチ式光アンテナの各々に対応させて配置された複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイであるものである。

【0012】

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記複数のマイクロレンズの配列ピッチが複数の前記スイッチ式光アンテナの配列ピッチより大きいものである。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、光配線、電気配線の規模を削減しつつ、２次元配置、高密度配置が可能なスイッチ式光アンテナ、スイッチ式光アンテナアレイ、および光走査装置を提供することが可能となるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１の実施の形態に係るスイッチ式光アンテナの構成の一例を示す平面図である。

【図2】第２の実施の形態に係るスイッチ式光アンテナアレイの構成の一例を示す平面図である。

【図3】第３の実施の形態に係る光走査装置の構成の一例を示す斜視図である。

【図4】第３の実施の形態の第１の変形例に係る光走査装置の構成の一例を示す斜視図である。

【図5】第３の実施の形態の第２の変形例に係る光走査装置の構成の一例を示す斜視図である。

【図6】第３の実施の形態の第３の変形例に係る光走査装置の構成の一例を示す斜視図である。

【図7】第４の実施の形態に係るスイッチ式光アンテナの構成の一例を示す平面図である。

【図8】第５の実施の形態に係るスイッチ式光アンテナアレイの構成の一例を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

【0016】

［第１の実施の形態］
図１を参照して、本実施の形態に係るスイッチ式光アンテナについて説明する。図１は、本実施の形態に係るスイッチ式光アンテナ１０の平面図を示している。

【0017】

図１に示すように、スイッチ式光アンテナ１０は、回折格子１２、リング導波路１６、方向性結合器１４−１、１４−２、ヒータ１８、および導波路２０を備え、基板３０上に光導波路技術によって集積化されている。

【0018】

導波路２０は、一端から入力光Ｐｉｎを導入するとともに、他端から透過光Ｐｔｈを出力する光導波路である。

【0019】

リング導波路１６は方向性結合器１４−２を介して導波路２０と光結合された光導波路である。

【0020】

回折格子１２は伝播してきた光を出力光Ｐｏｕｔとして放射する部位であり、リング導波路１６の内部に配置されている。回折格子１２は方向性結合器１４−１を介してリング導波路１６に光結合されている。つまり、回折格子１２は、リング導波路１６に導入された入力光Ｐｉｎを出力光Ｐｏｕｔとして出射する。回折格子１２の形態は特に限定されないが、本実施の形態では一例としてテーパ付回折格子を用いている。

【0021】

ヒータ１８はリング導波路１６上に配置され、リング導波路１６の一部の領域に熱を付与し、熱光学効果によって当該領域の屈折率を変化させる。

【0022】

以上のように構成されたスイッチ式光アンテナ１０では、導波路２０、リング導波路１６、方向性結合器１４−１、１４−２、およびヒータ１８によってリング共振器型のリングスイッチが構成されている。すなわち、リング導波路１６によってリング共振器が構成されており、リング導波路１６の長さに基づく所定の共振条件を満たす波長の光だけがリング導波路を周回することができる。一方、ヒータ１８によってリング導波路１６の一部に熱を付与すると、その部分の屈折率が変化し、リング導波路の等価光路長が変化する。
そのため、ヒータ１８によってリング導波路１６に熱を付与することによって、入力光Ｐｉｎとして導波路２０に導入された光のうち、特定の波長の光を方向性結合器１４−２を介してリング導波路１６に導くとともに、方向性結合器１４−１を介して回折格子１２から出射させることができる。なお、入力光Ｐｉｎのうちリング導波路１６に導入されなかった光は、透過光Ｐｔｈとして導波路２０から外部に導かれる。

【0023】

以上の説明で明らかなように、スイッチ式光アンテナ１０では、従来個別に配置されていた回折格子１２をリング導波路１６の内部に配置したので、回折格子１２およびリング導波路１６のレイアウト面積が縮小される。すなわち、従来は回折格子１２とリング導波路１６のレイアウト面積が必要であったところ、リング導波路１６のレイアウト面積だけですむことになる。

【0024】

従って、本実施の形態に係るスイッチ式光アンテナ１０によれば、スイッチ式光アンテナの高密度配置が可能となる。なお、本実施の形態では、熱光学効果を用いて屈折率を変化させる光スイッチを用いた形態を例示して説明したが、電流を注入して屈折率を変化させる光スイッチを用いた形態としてもよい。

【0025】

［第２の実施の形態］
図２を参照して、本実施の形態に係るスイッチ式光アンテナアレイ５０について説明する。図２は、スイッチ式光アンテナアレイ５０の平面図を示している。スイッチ式光アンテナアレイ５０は、上記実施の形態に係るスイッチ式光アンテナ１０を複数個（図２では、１２個の場合を例示している）配置して構成されている。

【0026】

図２に示すように、各々がスイッチ式光アンテナ１０であるスイッチ式光アンテナ１０−１、１０−２、１０−３、１０−４、１０−５、１０−６、１０−７、１０−８、１０−９、１０−１０、１０−１１、１０−１２、リング導波路５４−１、５４−２、５４−３、ヒータ５６−１、５６−２、５６−３、５６−４、５６−５、５６−６、５６−７、導波路５８−１、５８−２、５８−３、５８−４、配線６０−１、６０−２を含んで構成されている。以上のスイッチ式光アンテナアレイ５０を構成する各構成部位は、光導波路技術によって基板５２上に集積化されている。

【0027】

導波路５８−４は、一端から入力光Ｐｉｎが入力される入射用の光導波路であり、他端が図２に示す座標軸でＹ方向に延伸されている。導波路５８−４には、方向性結合器６２−２を介して、リング導波路５４−１、５４−２、５４−３の各々が結合されている。

【0028】

リング導波路５４−１にはヒータ５６−７が設けられ、リング導波路５４−２にはヒータ５６−６が設けられ、リング導波路５４−３にはヒータ５６−５が設けられている。ヒータ５６−５、５６−６、５６−７の各々の一端は共通の配線である配線６０−２に接続され、ヒータ５６−５、５６−６、５６−７の他端は、各々パッドＰｙに接続されている。パッドＰｙは外部との接続用の端子である。また、配線６０−２は、一例として金属薄膜で形成されている。

【0029】

導波路５８−１、５８−２、５８−３は、各々一端が導波路５８−４の近傍に配置され、他端が−Ｘ方向に延伸されている。導波路５８−１には、各々が方向性結合器１４−２（図１参照）を介して、スイッチ式光アンテナ１０−１、１０−４、１０−７、１０−１０が結合されている。同様に、導波路５８−２には、各々が方向性結合器１４−２を介して、スイッチ式光アンテナ１０−２、１０−５、１０−８、１０−１１が結合され、導波路５８−３には、各々が方向性結合器１４−２を介して、スイッチ式光アンテナ１０−３、１０−６、１０−９、１０−１２が結合されている。

【0030】

スイッチ式光アンテナ１０−１、１０−２、１０−３にはヒータ５６−１が共通に配置され、スイッチ式光アンテナ１０−４、１０−５、１０−６にはヒータ５６−２が共通に配置され、スイッチ式光アンテナ１０−７、１０−８、１０−９にはヒータ５６−３が共通に配置され、スイッチ式光アンテナ１０−１０、１０−１１、１０−１２にはヒータ５６−４が共通に配置されている。ヒータ５６−１、５６−２、５６−３、５６−４の各々の一端は共通の配線である配線６０−１に接続され、他端はパッドＰｘに接続されている。パッドＰｘは外部との接続用の端子である。また、配線６０−１は、一例として金属薄膜で形成されている。

【0031】

以上の構成を有するスイッチ式光アンテナアレイ５０では、導波路５８−４から入射された入力光Ｐｉｎの伝播を行方向（Ｘ方向）、および列方向（Ｙ方向）に制御することにより、スイッチ式光アンテナ１０−１ないし１０−１２の各々から出力光Ｐｏｕｔを選択的に出射させることが可能となっている。

【0032】

まず、行方向の光の伝播制御について説明する。リング導波路５４−１、ヒータ５６−７、方向性結合器６２−２、６２−１によって導波路５８−１への結合、非結合が制御される。すなわち、導波路５８−４を伝播する入力光Ｐｉｎは、ヒータ５６−７の調整によって導波路５８−１への結合、非結合が制御される。同様に、リング導波路５４−２、ヒータ５６−６、方向性結合器６２−２、６２−１によって導波路５８−２への結合、非結合が制御され、リング導波路５４−３、ヒータ５６−５、方向性結合器６２−２、６２−１によって導波路５８−３への結合、非結合が制御される。以下、リング導波路５４−１、５４−２、５４−３を用いた、行方向に光の伝播を制御する構成を「Ｘ光マルチプレクサ」という。

【0033】

次に、列方向の光の伝播制御について説明する。スイッチ式光アンテナ１０−１、１０−２、１０−３の部分について考えると、Ｘ光マルチプレクサによって導波路５８−１、５８−２、５８−３のいずれか（複数であってもよい）を伝播してきた伝播光は、ヒータ５６−１を調整することによって、スイッチ式光アンテナ１０−１、１０−２、１０−３のいずれか（複数であってもよい）から出射される。同様に、導波路５８−１、５８−２、５８−３のいずれかを伝播してきた伝播光は、ヒータ５６−２を調整することによって、スイッチ式光アンテナ１０−４、１０−５、１０−６のいずれかから出射され、導波路５８−１、５８−２、５８−３のいずれかを伝播してきた伝播光は、ヒータ５６−３を調整することによって、スイッチ式光アンテナ１０−７、１０−８、１０−９のいずれかから出射され、導波路５８−１、５８−２、５８−３のいずれかを伝播してきた伝播光は、ヒータ５６−４を調整することによって、スイッチ式光アンテナ１０−１０、１０−１１、１０−１２のいずれかから出射される。以下、ヒータ５６−１、５６−２、５６−３、５６−４の各々を用いた列方向に光の伝播を制御する構成を「Ｙ光マルチプレクサ」という。すなわち、図２に示す例では、４個のＹ光マルチプレクサが配置されている。

【0034】

以上のような構成を有するスイッチ式光アンテナアレイ５０では、ヒータを制御する配線として共通の配線６０−１、６０−２を用いており、個々の光スイッチごとに配線を設ける必要がないので、光配線、電気配線の規模を削減され、また、容易に２次元配置することができる。さらに、スイッチ式光アンテナアレイ５０を構成する個々の光アンテナとして、スイッチ式光アンテナ１０を用いているので、高密度配置が可能なスイッチ式光アンテナアレイを実現することが可能となっている。

【0035】

［第３の実施の形態］
図３を参照して、本実施の形態にかかる光走査装置について説明する。図３は、本実施の形態に係る光走査装置１００の斜視図を示している。

【0036】

図３に示すように、光走査装置１００は、入力光Ｐｉｎを発生する光源（図示省略）と上記実施の形態に係るスイッチ式光アンテナアレイ５０を含んで構成されている。スイッチ式光アンテナアレイ５０に入射した入力光Ｐｉｎは、上述した制御によってスイッチ式光アンテナ１０−１ないし１０−１２のいずれかから出力光Ｐｏｕｔとして出力される。
その際、スイッチ式光アンテナ１０−１ないし１０−１２の各々に含まれる回折格子１２の指向性を異ならせておくことで、出力光Ｐｏｕｔの２次元スキャンが可能となる。回折格子１２の指向性は、例えば回折格子１２に設けるスリットのピッチや角度を変えることにより異ならせることができる。

【0037】

＜第３の実施の形態の第１の変形例＞
図４を参照して、本実施の形態に係る光走査装置１００ａについて説明する。光走査装置１００ａは、上記の光走査装置１００にレンズ１０２を設けた形態である。レンズ１０２は、スイッチ式光アンテナアレイ５０に配置されたスイッチ式光アンテナ１０−１ないし１０−１２の上部に配置されている。

【0038】

図４（ａ）に示すように、スイッチ式光アンテナアレイ５０に入力された入力光Ｐｉｎは、上述した制御によってスイッチ式光アンテナ１０−１ないし１０−１２のいずれかから出射され、レンズ１０２を介して出力光Ｐｏｕｔとして出力される。図４（ｂ）に示す原理図から明らかなように、本実施の形態に係る光走査装置１００ａでは、小さいチップで指向性が鋭くなる。

【0039】

＜第３の実施の形態の第２の変形例＞
図５を参照して、本実施の形態に係る光走査装置１００ｂについて説明する。光走査装置１００ｂは、上記実施の形態に係る光走査装置１００ａにマイクロレンズアレイ１０４を追加した形態である。図５（ａ）に示すように、マイクロレンズアレイ１０４の個々のレンズは、スイッチ式光アンテナアレイ５０に配置されたスイッチ式光アンテナ１０−１ないし１０−１２の各々の上部に配置されている。

【0040】

図５（ａ）に示すように、スイッチ式光アンテナアレイ５０に入力された入力光Ｐｉｎは、上述した制御によってスイッチ式光アンテナ１０−１ないし１０−１２のいずれかから出射され、マイクロレンズアレイ１０４、レンズ１０２を介して出力光Ｐｏｕｔとして出力される。スイッチ式光アンテナアレイ５０では、図２に示すように、配線６０−１等、導波路５８−１等のためのスペースがあるので、出力光Ｐｏｕｔではそのスペースに起因する隙間が空く。本実施の形態に係る光走査装置１００ｂでは、図５（ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ１０４によって一旦コリメート化し、隙間をなくすように構成されている。従って、本実施の形態に係る光走査装置１００ｂでは、ビーム発散角が狭くされ、指向性が鋭く、かつ隙間のない出力光Ｐｏｕｔが得られる。なお、光走査装置１００ｂではレンズ１０２を省略してもよい。

【0041】

＜第３の実施の形態の第３の変形例＞
図６を参照して、本実施の形態に係る光走査装置１００ｃについて説明する。光走査装置１００ｃは、上記実施の形態に係る光走査装置１００にマイクロレンズアレイ１０４を追加し、さらにマイクロレンズアレイ１０４を構成する各レンズのピッチを上記実施の形態に係る光走査装置１００ｂと異ならせた形態である。

【0042】

図６（ａ）に示すように、スイッチ式光アンテナアレイ５０に入力された入力光Ｐｉｎは、上述した制御によってスイッチ式光アンテナ１０−１ないし１０−１２のいずれかから出射され、マイクロレンズアレイ１０４を介して出力光Ｐｏｕｔとして出力される。本実施の形態に係る光走査装置１００ｃでは、図６（ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ１０４を構成する各レンズの配列ピッチと、スイッチ式光アンテナ１０−１ないし１０−１２の配列ピッチとを異ならせている。光走査装置１００ｃでは、マイクロレンズアレイ１０４を構成する各レンズの配列ピッチを、スイッチ式光アンテナ１０−１ないし１０−１２の配列ピッチよりも大きくしているので、出力光Ｐｏｕｔを図６（ｂ）に示すように放射させることができる。

【0043】

以上のように、上記各実施の形態に係る光走査装置によれば、スイッチ式光アンテナアレイを構成するスイッチ式光アンテナの配列ピッチを狭くすることができるので、サイドローブの発生が抑制された単峰性の光ビームを２次元走査することができる。

【0044】

［第４の実施の形態］
図７を参照して、本実施の形態に係るスイッチ式光アンテナ１０ａ、１０ｂについて説明する。スイッチ式光アンテナ１０ａ、１０ｂは、上記実施の形態に係るスイッチ式光アンテナ１０における回折格子１２の代わりに、偏光分離回折格子を用いた形態である。スイッチ式光アンテナ１０ａは送信用のスイッチ式光アンテナであり、スイッチ式光アンテナ１０ｂは受信用のスイッチ式光アンテナである。

【0045】

まず、図７（ａ）を参照して、スイッチ式光アンテナ１０ａについて説明する。スイッチ式光アンテナ１０ａは、Ｐ偏光である入力光Ｐｉｐと、Ｓ偏光である入力光Ｐｉｓを入力し、これらを合波して送信光Ｐｔとして出射する。図７（ａ）に示すように、スイッチ式光アンテナ１０ａは、偏光分離回折格子２２、リング導波路１６、導波路２０−１、２０−２、および方向性結合器１４−１、１４−２、１４−３、１４−４を含んで構成されている。

【0046】

導波路２０−１はＰ偏光である入力光Ｐｉｐを導入する光導波路であり、導波路２０−２はＳ偏光である入力光Ｐｉｓを導入する光導波路である。導波路２０−１は方向性結合器１４−２によってリング導波路１６に結合され、導波路２０−２は方向性結合器１４−４によってリング導波路１６と結合されている。なお、リング導波路上のいずれかの箇所にヒータが配置されるが、図７（ａ）では図示を省略している。

【0047】

図７（ａ）に示すように、図示しないヒータでリング導波路１６に付与する熱量を調整することにより、所定の共振条件を満たす入力光ＰｉｐとＰｉｓとが合波されて、偏光分離回折格子２２から送信光Ｐｔとして出射される。すなわち、図示しないヒータによって所定の共振条件が満たされると、導波路２０−１を伝播してきた入力光Ｐｉｐが、方向性結合器１４−２、１４−３を介して偏光分離回折格子２２に入力される。また、図示しないヒータによって所定の共振条件が満たされると、導波路２０−２を伝播してきた入力光Ｐｉｓが、方向性結合器１４−４、１４−１を介して偏光分離回折格子２２に入力される。偏光分離回折格子２２に入力された入力光ＰｉｐとＰｉｓは合波され、送信光Ｐｔとして偏光分離回折格子２２から出射される。

【0048】

次に、図７（ｂ）を参照して、スイッチ式光アンテナ１０ｂについて説明する。図７（ｂ）に示すように、スイッチ式光アンテナ１０ｂは、偏光分離回折格子２２、リング導波路１６、導波路２０−１、２０−２、および方向性結合器１４−１、１４−２、１４−３、１４−４を含んで構成されている。また、リング導波路上のいずれかの箇所にヒータが配置されるが、図７（ｂ）では図示を省略している。つまり、物理的な構成はスイッチ式光アンテナ１０ａと同じであり、光の伝播方向が異なっている。

【0049】

スイッチ式光アンテナ１０ｂは、Ｐ偏光とＳ偏光が合波された受信光Ｐｒを偏光分離回折格子２２で受信する。偏光分離回折格子２２で受信された受信光Ｐｒは、偏光分離回折格子でＰ偏光とＳ偏光に分離される。図示しないヒータによって所定の共振条件が充足されると、Ｐ偏光の出力光Ｐｏｐは方向性結合器１４−３、１４−２を介して導波路２０−１から出射される。一方、図示しないヒータによって所定の共振条件が充足されると、Ｓ偏光の出力光Ｐｏｓは方向性結合器１４−１、１４−４を介して導波路２０−２から出射される。

【0050】

［第５の実施の形態］
図８を参照して、本実施の形態に係るスイッチ式光アンテナアレイ５０ａについて説明する。スイッチ式光アンテナアレイ５０ａは、上記実施の形態に係る複数の（図８では、１２個の場合を例示している）スイッチ式光アンテナ１０ｂをアレイ状に配置して構成され、光受信器としての機能を有している。

【0051】

図８に示すように、スイッチ式光アンテナアレイ５０ａは、各々がスイッチ式光アンテナ１０ｂであるスイッチ式光アンテナ１０ｂ−１、１０ｂ−２、１０ｂ−３、１０ｂ−４１０ｂ−５、１０ｂ−６、１０ｂ−７、１０ｂ−８、１０ｂ−９、１０ｂ−１０、１０ｂ−１１、１０ｂ−１２、リング導波路５４−１、５４−２、５４−３、５４−４、５４−５、５４−６、５４−７、ヒータ５６−１、５６−２、５６−３、５６−４、５６−５、５６−６、５６−７、５６−８、５６−９、５６−１０、５６−１１、導波路５８−１、５８−２、５８−３、５８−４、５８−５、５８−６、５８−７、５８−８、５８−９、配線６０−１、６０−２、方向性結合器６２−１、６２−２、６４−１、６４−２、パッドＰｘ１、Ｐｘ２、Ｐｙを含んで構成されている。以上のスイッチ式光アンテナアレイ５０ａを構成する各構成部位は、光導波路技術によって基板５２上に集積化されている。

【0052】

図８において図２に示すスイッチ式光アンテナアレイ５０と同じ機能を有する構成には同じ符号を付している。すなわち、図８においては、リング導波路５４−１、５４−２、５４−３、ヒータ５６−１、５６−２、５６−３、５６−４、５６−５、５６−６、５６−７、導波路５８−１、５８−２、５８−３、５８−４、配線６０−１、６０−２によって、スイッチ式光アンテナアレイ５０ａの行方向、列方向の制御がなされ、スイッチ式光アンテナ１０ａの各々の受信、非受信が制御される。すなわち、リング導波路５４−１、５４−２、５４−３により光の伝播方向を行方向に制御するＸ光マルチプレクサが構成され、ヒータ５６−１、５６−２、５６−３、５６−４により光の伝播方向を列方向に制御するＹ光マルチプレクサが構成されている。

【0053】

スイッチ式光アンテナアレイ５０ａは、図２に示すスイッチ式光アンテナアレイ５０に対して、さらにリング導波路５４−４、５４−５、５４−６、５４−７、導波路５８−５、方向性結合器６４−１、６４−２、パッドＰｘ２が追加されている。スイッチ式光アンテナアレイ５０ａでは、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分を含む受信光Ｐｒがスイッチ式光アンテナ１０ｂ−１、１０ｂ−２、１０ｂ−３、１０ｂ−４、１０ｂ−５、１０ｂ−６、１０ｂ−７、１０ｂ−８、１０ｂ−９、１０ｂ−１０、１０ｂ−１１、１０ｂ−１２に一括して照射される。以上のような構成によって、スイッチ式光アンテナアレイ５０ａでは、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分を分離して受信光Ｐｒの受信制御を行うことが可能となっている。

【0054】

次に、スイッチ式光アンテナアレイ５０ａの動作について説明する。例えば、スイッチ式光アンテナ１０ｂ−１に入射した受信光Ｐｒに含まれるＰ偏光、Ｓ偏光を各々出力させる場合について考える。スイッチ式光アンテナアレイ５０ａでは、導波路５８−４の一端がＰ偏光成分の出力光Ｐｏｐの出力端、導波路５８−５の一端がＳ偏光成分の出力光Ｐｏｓの出力端となっている。従って、まずヒータ５６−７によって導波路５８−１による経路が選択され、ヒータ５６−８によって導波路５８−６による経路が選択される。

【0055】

Ｐ偏光成分については、ヒータ５６−１を調整してスイッチ式光アンテナ１０ｂ−１の方向性結合器１４−３、１４−２（図７（ｂ）参照）を介し、導波路５８−１に結合させる。導波路５８−１を伝播したＰ偏光成分は、方向性結合器６２−１、リング導波路導５４−１、方向性結合器６２−２を介して導波路５８−４に移行し、出力光Ｐｏｐとして出力される。一方、Ｓ偏光成分については、ヒータ５６−１を調整してスイッチ式光アンテナ１０ｂ−１の方向性結合器１４−１、１４−４（図７（ｂ）参照）を介し導波路５８−６に結合させる。導波路５８−６を伝播したＳ偏光成分は、方向性結合器６４−１、リング導波路５４−４、方向性結合器６４−２を介して導波路５８−５に移行し、出力光Ｐｏｓとして出力される。

【0056】

以上のように、本実施の形態に係るスイッチ式光アンテナアレイによれば、外界からの光の偏光を分離することが可能となり、方向性結合器の向きで閉じた導波路を周回する光の向きを変えることが可能となっている。

【符号の説明】

【0057】

１０、１０−１〜１０−１２、１０ａ、１０ｂ、１０ｂ−１〜１０ｂ−１２ スイッチ式光アンテナ
１２ 回折格子
１４−１、１４−２、１４−３、１４−４ 方向性結合器
１６ リング導波路
１８ ヒータ
２０、２０−１、２０−２ 導波路
２２ 偏光分離回折格子
３０ 基板
５０、５０ａ スイッチ式光アンテナアレイ
５２ 基板
５４−１、５４−２、５４−３、５４−４、５４−５、５４−６、５４−７ リング導波路
５６−１、５６−２、５６−３、５６−４、５６−５、５６−６、５６−７、５６−８、５６−９、５６−１０、５６−１１ ヒータ
５８−１、５８−２、５８−３、５８−４、５８−５、５８−６、５８−７、５８−８、５８−９ 導波路
６０−１、６０−２ 配線
６２−１、６２−２ 方向性結合器
６４−１、６４−２ 方向性結合器
１００、１０２ａ、１００ｂ、１００ｃ 光走査装置
１０２ レンズ
１０４ マイクロレンズアレイ
Ｐｉｎ 入力光
Ｐｏｕｔ 出力光
Ｐｔ 送信光
Ｐｒ 受信光
Ｐｔｈ 透過光
Ｐｉｐ、Ｐｉｓ 入力光
Ｐｏｐ、Ｐｏｓ 出力光
Ｐｘ、Ｐｘ１、Ｐｘ２、Ｐｙ パッド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】