特許 6732225 ビーム偏向デバイス

(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】6732225

(24)【登録日】2020年7月10日

(45)【発行日】2020年7月29日

(54)【発明の名称】ビーム偏向デバイス

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/183 20060101AFI20200716BHJP

   H01S 5/50 20060101ALI20200716BHJP

   H01S 5/42 20060101ALI20200716BHJP

   G01S 7/484 20060101ALN20200716BHJP

【ＦＩ】

   H01S5/183

   H01S5/50 610

   H01S5/42

   !G01S7/484

【請求項の数】8

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2016-37273(P2016-37273)

(22)【出願日】2016年2月29日

(65)【公開番号】特開2017-157609(P2017-157609A)

(43)【公開日】2017年9月7日

【審査請求日】2019年2月28日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２７年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、戦略的創造研究推進事業（ＡＣＣＥＬ）、「スローライト光構造体とその応用展開」、「積層構造スローライト素子の有効性の検討と技術動向調査」産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】304021417

【氏名又は名称】国立大学法人東京工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100109047

【弁理士】

【氏名又は名称】村田 雄祐

(74)【代理人】

【識別番号】100109081

【弁理士】

【氏名又は名称】三木 友由

(74)【代理人】

【識別番号】100133215

【弁理士】

【氏名又は名称】真家 大樹

(72)【発明者】

【氏名】小山 二三夫

(72)【発明者】

【氏名】中▲濱▼ 正統

(72)【発明者】

【氏名】顧 暁冬

【審査官】 村井 友和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０１６５９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２７０７９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２５３５４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／００１２８４５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ５／００−５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１方向に長く、カットオフ波長λ２を有する第１ＶＣＳＥＬ（垂直共振器面発光レーザ）と、
前記第１ＶＣＳＥＬに、発振しきい値より大きな電流を注入し、前記第１ＶＣＳＥＬを発振状態に維持する駆動回路と、
を備え、
前記第１ＶＣＳＥＬは、前記第１方向の一端側に設けられた入射口にコヒーレントな入射光を受け、光を垂直方向に多重反射させながら、第１方向にスローライト伝搬させ、前記第１ＶＣＳＥＬの上面の出射口から出射光を取り出すよう構成され、
前記カットオフ波長λ２および前記入射光の波長λ１に応じた出射角で、前記出射光を放射することを特徴とするビーム偏向デバイス。

【請求項2】

前記入射光の波長λ１が固定され、前記第１ＶＣＳＥＬは、そのカットオフ波長λ２が可変に構成されることを特徴とする請求項１に記載のビーム偏向デバイス。

【請求項3】

前記第１ＶＣＳＥＬのカットオフ波長λ２が固定され、前記入射光の波長λ１が可変であることを特徴とする請求項１に記載のビーム偏向デバイス。

【請求項4】

前記入射光を生成する第２ＶＣＳＥＬをさらに備え、
前記第１ＶＣＳＥＬと前記第２ＶＣＳＥＬは、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）および活性層を有して、前記第１方向に隣接して集積化されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のビーム偏向デバイス。

【請求項5】

前記第１ＶＣＳＥＬと前記第２ＶＣＳＥＬは、さらにエアギャップ層を有し、マイクロマシン構造により、前記第１ＶＣＳＥＬ側および前記第２ＶＣＳＥＬ側の少なくとも一方の前記エアギャップ層の厚みが可変に構成されることを特徴とする請求項４に記載のビーム偏向デバイス。

【請求項6】

前記第１ＶＣＳＥＬは複数個、前記第１方向と垂直な第２方向に配置されてアレイを形成していることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のビーム偏向デバイス。

【請求項7】

複数の前記第１ＶＣＳＥＬそれぞれに入射する前記入射光の位相を制御する位相シフタをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のビーム偏向デバイス。

【請求項8】

複数の前記第１ＶＣＳＥＬに、選択的に前記入射光を供給する光スイッチをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のビーム偏向デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光ビームの方向を制御する光偏向デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

自動車、ドローン、ロボットなどに搭載されるレーザレーダ（LIDAR）、パソコンやスマートホンに搭載して周囲環境を手軽に取り込む３Ｄスキャナ、近赤外安全監視システム、製造現場での自動検査装置などで、光偏向デバイスが用いられている。

【0003】

ビーム偏向デバイスとしては、大きく、機械式のものと非機械式のものに分類される。前者としては、ポリゴンミラー、ガルバノミラー、あるいはモータによる機械的駆動系を用いたものが実用化されている（非特許文献１）。機械式の偏向デバイスは、モジュールサイズ、偏向スピード、信頼性に課題がある。

【0004】

非機械式のビーム偏向デバイスとしては、マイクロマシンによるMEMSミラー（非特許文献２）、電気光学結晶を用いたもの（非特許文献３）、フォトニック結晶レーザを用いたもの（非特許文献４）、フェーズアレイアンテナを用いたもの（非特許文献５）などが報告されているが、いずれも偏向角が小さい。外部にレンズ等の光素子を挿入して、偏向角度を拡大することはできるが、同時にビーム拡がり角も増大するため、解像点数が制限される。ここで解像点数とは、最大偏向角度とビーム拡がり角の比で定義され、ビーム偏向デバイスの性能指数として一般的に用いられる。なお、フェーズドアレイやフォトニック結晶レーザの形式では、解像点数と同程度のアレイ本数、あるいは電極数が必要であり、機械式の偏向デバイスは解像点数１０００以上を容易に得られるのに対して、解像点数として数十が限界となっている。また、非機械式のビーム偏向デバイスで、ワット級の高出力を実現した例は無い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３−０１６５９１号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】T. Matsuda, F. Abe, and H. Takahashi, "Laser printer scanning system with a parabolic mirror" Appl. Opt., vol. 17, no. 6, pp. 878-884, Mar. 1978.

【非特許文献2】P. F. V. Dessel, L. J. Hornbeck, R. E. Meier, and M. R. Douglass, "A MEMS-based projection display," Proc. IEEE,vol. 86, no. 8, pp. 1687-1704, Aug. 1988.

【非特許文献3】K. Nakamura, J. Miyazu, M. Sasaura, and K. Fujiura, "Wide-angle, low-voltage electro-optic beam deflection based onspace-charge-controlled mode of electrical conduction in KTa1xNbxO3," Appl. Phys. Lett., vol. 89, no. 3, pp. 131115-1-131115-3, Sep. 2006.

【非特許文献4】Y. Kurosaka, S. Iwahashi, Y. Liang, K. Sakai, E. Miyai, W. Kunishi, D. Ohnishi, and S. Noda, "On-chip beam-steering photonic-crystal lasers," Nat. Photon., vol. 4, no. 7, pp. 447-450, May 2010.

【非特許文献5】J. K. Doylend, et.al., "Two-dimensional free-space beam steering with an optical phased array on silicon-on-insulator," Optics Express, vol. 19, no.22, pp.21595-21604, 2011.

【非特許文献6】X. Gu, T. Shimada, and F. Koyama, "Giant and high-resolution beam steering using slow-light waveguide amplifier,"Opt. Exp., vol. 19, no. 23, pp. 22 675-22 683, Nov. 2011.

【非特許文献7】M. Nakahama, X. Gu, T. Shimada, and F. Koyama, "On-Chip high-resolution beam scanner based on Bragg reflector slow-light waveguide amplifier and tunable micro-electro-mechanical system vertical cavity surface emitting laser," Jpn. J. Appl. Phys., vol. 51, no. 4, pp. 040208-1-040208-3, Mar. 2012.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明者らはこの問題を解決するために、Bragg反射鏡から構成されるスローライト導波路を用いて、その巨大な構造分散により、光の波長を掃引することで高解像度のビーム偏向を実現することを提案している（特許文献１、非特許文献６，７）。

【0008】

本発明はかかる状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、高解像度（大きな解像点数）のビーム偏向と高出力動作を両立するビーム偏向デバイスの提供にある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明のある態様は、第１方向に長く、カットオフ波長λ２を有する第１ＶＣＳＥＬ（垂直共振器面発光レーザ）と、第１ＶＣＳＥＬに、発振しきい値より大きな電流を注入し、第１ＶＣＳＥＬを発振状態に維持する駆動回路と、を備える。第１ＶＣＳＥＬは、第１方向の一端側に設けられた入射口にコヒーレントな入射光を受け、光を垂直方向に多重反射させながら、第１方向にスローライト伝搬させ、第１ＶＣＳＥＬの上面の出射口から出射光を取り出すよう構成され、カットオフ波長λ２および入射光の波長λ１に応じた出射角で、出射光を放射する。

【0010】

この態様によると、入射光の波長λ１あるいはカットオフ波長λ２の少なくとも一方を変化させることで出射光の出射角（偏向角）を大きく変化させることができる。また第１ＶＣＳＥＬを発振状態に保つことにより、高効率に光を増幅することができる。出射光は，波面の揃ったコヒーレントな光となり、微小スポットに結像させることができ、長尺化させることで高出力化も同時に実現できる。

【0011】

ある態様において、入射光の波長λ１は固定され、第１ＶＣＳＥＬは、そのカットオフ波長λ２が可変に構成されてもよい。

【0012】

ある態様において、第１ＶＣＳＥＬのカットオフ波長λ２が固定され、入射光の波長λ１が可変であってもよい。

【0013】

ある態様において、ビーム偏向デバイスは、入射光を生成する第２ＶＣＳＥＬをさらに備えてもよい。第１ＶＣＳＥＬと第２ＶＣＳＥＬは、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）および活性層を有して、第１方向に隣接して集積化されてもよい。これにより、ビーム偏向デバイスを一層、小型化、低コスト化できる。

【0014】

入射光の波長λ１、言い換えれば第２ＶＣＳＥＬの発振波長と第１ＶＣＳＥＬのカットオフ波長λ２は、λ１＜λ２を満たすことが好ましい。
これにより、第１ＶＣＳＥＬから第２ＶＣＳＥＬへの戻り光を抑圧することができ、第１ＶＣＳＥＬから出射されるビーム品質を改善できる。

【0015】

第１ＶＣＳＥＬと第２ＶＣＳＥＬは、エアギャップ層を有し、マイクロマシン構造により、第１ＶＣＳＥＬ側および第２ＶＣＳＥＬ側の少なくとも一方のエアギャップ層の厚みが可変に構成されてもよい。
エアギャップ層の厚みにより第１ＶＣＳＥＬあるいは第２ＶＣＳＥＬのキャビティ長を変化させることができ、カットオフ波長λ２あるいは入射光の波長λ１を制御することができる。

【0016】

第１ＶＣＳＥＬは複数個、第１方向と垂直な第２方向に配置されてアレイを形成していてもよい。

【0017】

ビーム偏向デバイスは、複数の第１ＶＣＳＥＬそれぞれに入射する入射光の位相を制御する位相シフタをさらに備えてもよい。
第１ＶＣＳＥＬをアレイ状に並べて、それぞれの位相を制御することで（フェーズドアレイ）、２次元的なビーム掃引が可能となる。

【0018】

ビーム偏向デバイスは、複数の第１ＶＣＳＥＬに、選択的に入射光を供給する光スイッチをさらに備えてもよい。
複数の第１ＶＣＳＥＬに順次、入射光を供給し、複数の第１ＶＣＳＥＬの出射光をシリンドリカルレンズなどの光学系を通過させることにより、２次元ビーム掃引を実現できる。

【0019】

なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、あるいは本発明の表現を、方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

【発明の効果】

【0020】

本発明のある態様によれば、高出力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】第１の実施の形態に係るビーム偏向デバイスの断面図である。

【図2】図１のビーム偏向デバイスの動作を模式的に示す図である。

【図3】特許文献１の光偏向モジュールの動作を模式的に示す図である。

【図4】第２の実施の形態に係るビーム偏向デバイスの断面図である。

【図5】第３の実施の形態に係るビーム偏向デバイスを示す図である。

【図6】第４の実施の形態に係るビーム偏向デバイスを示す図である。

【図7】図６のビーム偏向デバイスの動作を示す図である。

【図8】図８（ａ）〜（ｄ）は、ビーム偏向デバイスを備えるＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

【0023】

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係るビーム偏向デバイス１の断面図である。このビーム偏向デバイス１は、面発光レーザ（以下、第１ＶＣＳＥＬ）４および駆動回路６を備える。第１ＶＣＳＥＬ４は、第１方向（図中、ｘ方向）に長く構成される。駆動回路６は、第１ＶＣＳＥＬ４に、発振しきい値Ｉ_ＴＨより大きな電流Ｉを注入し、第１ＶＣＳＥＬ４を発振状態に維持する。

【0024】

第１ＶＣＳＥＬ４は、半導体基板１０上に集積化されたＶＣＳＥＬ構造４０を備える。ＶＣＳＥＬ構造４０は、半導体基板１０上に形成された下部ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）２６、活性層４２、上部ＤＢＲ４４を備える。ＶＣＳＥＬ構造４０は、縦方向の共振長で定まる固有のカットオフ波長λ２を有している。

【0025】

第１ＶＣＳＥＬ４は、第１方向（ｘ方向）の一端側に設けられた入射口６０にコヒーレントな入射光Ｌ１を受け、光を垂直方向（ｚ方向）に多重反射させながら、第１方向にスローライト伝搬させ、第１ＶＣＳＥＬ４の上面の出射口６２から出射光Ｌ２を取り出すよう構成される。

【0026】

ビーム偏向デバイス１は、入射光Ｌ１の波長λ１に応じた出射角θで、出射光Ｌ２を放射する。より詳しくは、第１ＶＣＳＥＬ４における光の反射角をθ_ｉ、出射光Ｌ２の出射角をθ_ｒとするとき、式（１）が成り立つ。
ｓｉｎθ_ｒ＝ｎｓｉｎθ_ｉ＝ｎ√（１−（λ１／λ２）^２） …（１）
ｎは第１ＶＣＳＥＬ４の導波路の屈折率であり、λ２は導波路のカットオフ波長である。

【0027】

以上がビーム偏向デバイス１の構成である。図２は、図１のビーム偏向デバイス１の動作を模式的に示す図である。ビーム偏向デバイス１では、第１ＶＣＳＥＬ４が発振状態に維持されるため、出射光Ｌ２の強度分布は、第１方向に関して、実質的に一定となり、その強度もきわめて大きくなる。また出射光Ｌ２の出射角は、入射光Ｌ１の波長λ１に依存する。光Ｌ３’は、入射光Ｌ１が入射しないときの第１ＶＣＳＥＬ４の発振光であり、その波長はλ２である。入射光Ｌ１を入射した場合には、光Ｌ３に示すように、λ２の成分は非常に小さくなる。

【0028】

図３は、特許文献１の光偏向モジュールの動作を模式的に示す図である。光偏向モジュールが単なる導波路を備える構成では、強度分布は（i）に示すように、光の進行方向に対して指数関数的に減少していく。あるいは導波路に活性層を設け、電流を注入することにより、減衰分の光強度を補うことができ、このときの強度分布は（ii）に示すように、平坦となる。なお図３には、比較のために第１の実施の形態に係るビーム偏向デバイス１における強度分布を（iii）で示す。特許文献１では活性層付きの導波路をレーザ発振させるわけではないため、その強度分布（ii）は、図１のビーム偏向デバイス１の強度分布（iii）よりも遙かに小さい。なお、強度分布（i）〜（iii）は明確化のために簡素化して示しており、実際には図示されるよりも、強度分布（iii）は（ii）よりも大きいことに留意されたい。

【0029】

以上がビーム偏向デバイス１の動作である。
ビーム偏向デバイス１によれば、入射光Ｌ１の波長λ１を変化させることで出射光Ｌ２の出射角θ_ｒ（偏向角）を大きく変化させることができる。また第１ＶＣＳＥＬ４を発振状態に保つことにより、高効率に光を増幅することができ、第１方向に均一な強度分布を得ることができ、さらにその強度分布は、第１ＶＣＳＥＬ４を非発振状態の増幅器として使用した場合に比べて格段に大きくすることができる。

【0030】

また出射光Ｌ２は，波面の揃ったコヒーレントな光となり、微小スポットに結像させることができ、長尺化させることで高出力化も同時に実現できる。

【0031】

（第２の実施の形態）
図４は、第２の実施の形態に係るビーム偏向デバイス１ａの断面図である。ビーム偏向デバイス１ａは、第１ＶＣＳＥＬ４ａに加えて、入射光Ｌ１を生成する第２ＶＣＳＥＬ２ａをさらに備える。第１ＶＣＳＥＬ４ａと第２ＶＣＳＥＬ２ａとは、ＤＢＲおよび活性層を有して、第１方向に隣接して集積化される。

【0032】

具体的には第２ＶＣＳＥＬ２ａは、ＶＣＳＥＬ構造２０を備える。ＶＣＳＥＬ構造２０は、活性層２２、上部ＤＢＲ２４、下部ＤＢＲ２６を含む。活性層２２と活性層４２、上部ＤＢＲ２４と上部ＤＢＲ４４、下部ＤＢＲ２６と下部ＤＢＲ４６は共通である。第１ＶＣＳＥＬ４ａと第２ＶＣＳＥＬ２ａの間に、電気的なアイソレーションを可能にする領域を設けてもよい。

【0033】

第２ＶＣＳＥＬ２ａの内部において、光は垂直方向に反射を繰り返して誘導放出によって増幅され、その結果、符号１００で示すような強度分布が形成され、その一部が第１ＶＣＳＥＬ４ａ側に染み出し、染み出した入射光Ｌ１が隣接する第１ＶＣＳＥＬ４ａの入射口６０に結合する。

【0034】

第２ＶＣＳＥＬ２ａ側のＶＣＳＥＬ構造２０は、半導体基板１０上に形成される下部ＤＢＲ２６、活性層２２、上部ＤＢＲ２４を備える。ＶＣＳＥＬ構造２０の縦型共振器の上側ミラーの反射率を１００％に近づけるために、上部ＤＢＲ２４の上面には、高反射ミラー３０を形成することが望ましい。高反射ミラー３０は、たとえば金（Ａｕ）などの金属や誘電体多層膜鏡が好適である。

【0035】

このビーム偏向デバイス１ａにおいて、第２ＶＣＳＥＬ２ａおよび第１ＶＣＳＥＬ４ａのＶＣＳＥＬ構造２０，４０は、エアギャップ層２８，４８を有し、マイクロマシン構造、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）構造により、第２ＶＣＳＥＬ２ａ側のエアギャップ層２８の厚みが可変に構成される。エアギャップ層２８の厚みを変化させることで、高反射ミラー３０の位置を制御でき、これにより第２ＶＣＳＥＬ２ａのキャビティ長が変化し、発振波長λ１を制御することができる。

【0036】

第２の実施の形態によれば、入射光Ｌ１の波長λ１は、λ１＜λ２を満たす範囲で変化させることができる。λ１＜λ２を満たすことにより、第１ＶＣＳＥＬ４ａから第２ＶＣＳＥＬ２ａへの光の結合を抑圧することができ、第１ＶＣＳＥＬ４ａから出射されるビームの品質を改善できる。

【0037】

（第３の実施の形態）
図５は、第３の実施の形態に係るビーム偏向デバイス１ｂを示す図である。ビーム偏向デバイス１ｂは、第１方向（ｘ方向）と垂直な第２方向（ｙ方向）に配置されてアレイ２００を形成する複数の第１ＶＣＳＥＬ４ｂを備える。ビーム偏向デバイス１ｂはさらに、第１ＶＣＳＥＬ４ｂごとに設けられた位相シフタ２０２と、光分岐器２０４を備える。光分岐器２０４は、図示しないシード光源からのコヒーレント光Ｌ４を複数の位相シフタ２０２に分配する。コヒーレント光Ｌ４の波長λ１は可変である。複数の位相シフタ２０２はそれぞれ、コヒーレント光Ｌ４に電気的に制御可能な位相シフトを与え、対応する第１ＶＣＳＥＬ４ｂに入射する入射光Ｌ１の位相を制御する。

【0038】

図５には、ビーム偏向デバイス１ｂによって形成される遠視野像が示される。波長λ１の掃引によって、光をｘ方向に掃引することができる。また複数の位相シフタ２０２の位相掃引によって、ｙ方向に関して、複数の第１ＶＣＳＥＬ４ｂの出射光の波面が傾き、アレイがフェーズドアレイとして動作し、ｙ方向にビームを掃引することができる。

【0039】

なお、光分岐器２０４の入力に、シード光源を一体集積化してもよい。

【0040】

（第４の実施の形態）
図６は、第４の実施の形態に係るビーム偏向デバイス１ｃを示す図である。ビーム偏向デバイス１ｃは、図５と同様に、複数の第１ＶＣＳＥＬ４ｂを備え、アレイ２００が形成される。またビーム偏向デバイス１ｃは、アレイ２００の出射光を受ける光学系２１０を備える。光学系２１０はたとえばシリンドリカルレンズであってもよい。複数の第１ＶＣＳＥＬ４ｂそれぞれに対する入射光は、個別にオン、オフが切りかえ可能となっている。ビーム偏向デバイス１ｃは、複数の第１ＶＣＳＥＬ４ｂに、選択的に入射光Ｌ１を供給する光スイッチ２１２をさらに備えてもよい。

【0041】

図７は、図６のビーム偏向デバイス１ｃの動作を示す図である。オンする第１ＶＣＳＥＬ４ｂを掃引することにより、遠視野におけるビームの位置をｙ方向に掃引することができる。

【0042】

なお光スイッチ２１２に代えて、第１ＶＣＳＥＬ４ｂそれぞれに第２ＶＣＳＥＬ２を集積化してもよい。すなわち、図４のビーム偏向デバイス１ａを、複数個、ｙ方向に並べて配置してもよい。そして複数のビーム偏向デバイス１ａそれぞれの第１ＶＣＳＥＬ４ａのオン、オフを個別に制御することにより、ｙ方向のビームを制御してもよい。

【0043】

図８（ａ）、（ｂ）は、ビーム偏向デバイス１を備えるＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）を示す図である。図８（ａ）のＬＩＤＡＲ３００ａは、デバイスチップ３０２と、光学系３０４を備える。ビーム偏向デバイス１は、信号光Ｌ１１を走査する。物体４００で反射した戻り光は、デバイスチップ３０２を介してそれに接続されたディテクタによって検出される。ディテクタは、デバイスチップ３０２と同一面上に集積化されてもよい。

【0044】

図８（ａ）のＬＩＤＡＲ３００ｂでは、ビーム偏向デバイス１とディテクタが別々に構成される。ＬＩＤＡＲ３００ｂは、２つのデバイスチップ３０６，３０８と、光学系３１０，３１２を備える。デバイスチップ３０６上には上述のいずれかのビーム偏向デバイス１が集積化されている。ビーム偏向デバイス１は、信号光Ｌ１１を走査する。物体４００で反射した戻り光Ｌ１２は、デバイスチップ３０８を介してそれに接続されたディテクタによって検出される。

【0045】

図８（ｃ）のＬＩＤＡＲ３００ｃでは、ディテクタとしてＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサが配置されている。ＬＩＤＡＲ３００ｃは、そのビーム偏向器側に、デバイスチップ３１４と、光学系３１６を備える。受光側として、光学系３２０とアレイ状ディテクタ３１８を備える。アレイ状ディテクタ３１８は、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤであってもよい。ビーム偏向デバイス１は、信号光Ｌ１１を走査する。物体４００で反射した戻り光Ｌ１２は、光学系３２０を介してアレイ状ディテクタ３１８によって検出される。

【0046】

図８（ｄ）のＬＩＤＡＲ３００ｄでは、図３、あるいは図４に記載の１次元のビーム偏向器３２０を備える。受光側として、光学系３２２とディテクタアレイ３２４を備える。ディテクタアレイ３２４は、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤであってもよい。ビーム偏向デバイス１は、信号光Ｌ１１を1次元方向にのみ走査する。それと直交方向は、ビーム自身が広がるため、複数の対象物体４０２を同時に照射する。ここの対象物体で反射した戻り光Ｌ１２は、光学系３２２を介してディテクタアレイ３２４によって検出される。複数の対象物体４０２の個々の位置をディテクタアレイ３２４を用いて同時に検出することができる。

【0047】

上述のように、実施の形態に係るビーム偏向デバイス１によれば、高解像度（大きな解像点数）のビーム偏向、高出力動作を両立できる。したがって、ＬＩＤＡＲに用いることにより、より遠方の物体４００の３次元位置情報を検出でき、あるいはより小さな物体を検出できる。

【0048】

上述したいくつかの実施の形態では、第１ＶＣＳＥＬ４のカットオフ波長λ２を固定し、入射光Ｌ１の波長λ１を制御することにより、出射光Ｌ２の出射角θ_ｒを制御したが本発明はそれに限定されない。出射角θ_ｒは、２つの波長λ１とλ２の相対的な関係にもとづいて定まるため、波長λ１に代えて、あるいはそれに加えて、カットオフ波長λ２を制御することとしてもよい。この場合、第１ＶＣＳＥＬ４を、カットオフ波長λ２を可変に構成すればよく、具体的には、図４の第１ＶＣＳＥＬ４ａにＭＥＭＳ構造を設け、第１ＶＣＳＥＬ４ａ側のエアギャップ層４８の厚みを可変に構成してもよい。

【0049】

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

【符号の説明】

【0050】

１…ビーム偏向デバイス、４…第１ＶＣＳＥＬ、２…第２ＶＣＳＥＬ、６…駆動回路、１０…半導体基板、２０…ＶＣＳＥＬ構造、２２…活性層、２４…上部ＤＢＲ、２６…下部ＤＢＲ、２８…エアギャップ層、３０…高反射ミラー、４０…ＶＣＳＥＬ構造、４２…活性層、４４…上部ＤＢＲ、４６…下部ＤＢＲ、４８…エアギャップ層、６０…入射口、６２…出射口、２００…アレイ、２０２…位相シフタ、２０４…光分岐器、Ｌ１…入射光、Ｌ２…出射光。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】