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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024167454
(43)【公開日】2024-12-04
(54)【発明の名称】光偏向装置、及び測距装置
(51)【国際特許分類】
G01S 7/481 20060101AFI20241127BHJP
G02F 1/295 20060101ALN20241127BHJP
【ＦＩ】
G01S7/481 A
G02F1/295
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021168091
(22)【出願日】2021-10-13
(71)【出願人】
【識別番号】316005926
【氏名又は名称】ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100140958
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 学
(74)【代理人】
【識別番号】100137888
【弁理士】
【氏名又は名称】大山 夏子
(74)【代理人】
【識別番号】100154036
【弁理士】
【氏名又は名称】久保 貴弘
(72)【発明者】
【氏名】安井 利文
(72)【発明者】
【氏名】安住 航平
(72)【発明者】
【氏名】安 陽太郎
(72)【発明者】
【氏名】蛯子 芳樹
【テーマコード（参考）】
2K102
5J084
【Ｆターム（参考）】
2K102AA28
2K102BA07
2K102BB04
2K102BC10
2K102BD09
2K102CA00
2K102DA04
2K102DA09
2K102DD03
2K102EA05
2K102EB08
2K102EB10
2K102EB22
5J084AA05
5J084AD01
5J084BA03
5J084BA20
5J084BA36
5J084BA50
5J084BA51
5J084BB02
5J084BB07
5J084BB40
5J084CA08
5J084CA48
5J084CA80
5J084DA01
5J084DA09
5J084EA40
(57)【要約】
【課題】出射光の広がりが抑制されると共に、受光の有効開口が拡大された光偏向装置、及び測距装置を提供する。
【解決手段】互いに平行に第１方向に延在して半導体層に設けられ、前記半導体層の外部空間への発光、及び前記外部空間からの受光が可能な複数の導波路と、前記半導体層を含む基板の上に設けられ、前記複数の導波路から前記第１方向に偏向されて発せられた光を前記第１方向と直交する第２方向に略平行な光線に変換する光学系と、を備える、光偏向装置。
【選択図】図２
【解決手段】互いに平行に第１方向に延在して半導体層に設けられ、前記半導体層の外部空間への発光、及び前記外部空間からの受光が可能な複数の導波路と、前記半導体層を含む基板の上に設けられ、前記複数の導波路から前記第１方向に偏向されて発せられた光を前記第１方向と直交する第２方向に略平行な光線に変換する光学系と、を備える、光偏向装置。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
互いに平行に第１方向に延在して半導体層に設けられ、前記半導体層の外部空間への発光、及び前記外部空間からの受光が可能な複数の導波路と、
前記半導体層を含む基板の上に設けられ、前記複数の導波路から前記第１方向に偏向されて発せられた光を前記第１方向と直交する第２方向に略平行な光線に変換する光学系と、
を備える、光偏向装置。
前記半導体層を含む基板の上に設けられ、前記複数の導波路から前記第１方向に偏向されて発せられた光を前記第１方向と直交する第２方向に略平行な光線に変換する光学系と、
を備える、光偏向装置。
【請求項2】
前記光学系は、前記複数の導波路に亘って設けられたモジュールレンズを含む、請求項１に記載の光偏向装置。
【請求項3】
前記モジュールレンズは、前記第２方向に延在する回転軸で円周体を回転させた円環体レンズである、請求項２に記載の光偏向装置。
【請求項4】
前記モジュールレンズは、前記複数の導波路から発せられる光の波長よりも小さい周期の平面構造を有するメタレンズである、請求項２に記載の光偏向装置。
【請求項5】
前記メタレンズは、曲率集光特性を有する、請求項４に記載の光偏向装置。
【請求項6】
前記メタレンズは、スロープ集光特性を有する、請求項４に記載の光偏向装置。
【請求項7】
前記光学系は、前記モジュールレンズと前記基板との間に設けられた線形回折格子をさらに含む、請求項２に記載の光偏向装置。
【請求項8】
前記線形回折格子は、前記複数の導波路から発せられる光を前記複数の導波路の光の進行方向と反対側に回折させる、請求項７に記載の光偏向装置。
【請求項9】
前記光学系は、前記導波路ごと、又は前記複数の導波路ごとに設けられたオンチップレンズと、前記複数の導波路に亘って設けられたモジュールレンズとを含む、請求項１に記載の光偏向装置。
【請求項10】
前記オンチップレンズは、シリンドリカルレンズである、請求項９に記載の光偏向装置。
【請求項11】
前記オンチップレンズは、前記複数の導波路から発せられる光の波長よりも小さい周期の平面構造を有するメタレンズである、請求項９に記載の光偏向装置。
【請求項12】
前記オンチップレンズは、凹レンズである、請求項９に記載の光偏向装置。
【請求項13】
前記導波路の各々の近傍に設けられ、前記導波路に入射する光を集光する集光レンズをさらに含む、請求項９に記載の光偏向装置。
【請求項14】
前記集光レンズは、前記導波路に入射する光の波長よりも小さい周期の平面構造を有するメタレンズである、請求項１３に記載の光偏向装置。
【請求項15】
前記集光レンズは、前記光学系を構成する部材よりも屈折率が高い部材で構成される、請求項１３に記載の光偏向装置。
【請求項16】
前記複数の導波路は、中央部のほうが周辺部よりも密度が高くなるように前記第２方向に配列される、請求項９に記載の光偏向装置。
【請求項17】
前記周辺部では、前記導波路と、前記導波路に対応する前記オンチップレンズとの位置は、前記第２方向にオフセットされる、請求項１６に記載の光偏向装置。
【請求項18】
前記複数の導波路から発せられる光は、周波数変調される、請求項１に記載の光偏向装置。
【請求項19】
前記複数の導波路から発せられる光は、近赤外線領域に属する光である、請求項１に記載の光偏向装置。
【請求項20】
互いに平行に第１方向に延在して半導体層に設けられ、前記半導体層の外部空間への発光、及び前記外部空間からの受光が可能な複数の導波路と、
前記半導体層を含む基板の上に設けられ、前記複数の導波路から前記第１方向に偏向されて発せられた光を前記第１方向と直交する第２方向に略平行な光線に変換する光学系と、
を備える、測距装置。
前記半導体層を含む基板の上に設けられ、前記複数の導波路から前記第１方向に偏向されて発せられた光を前記第１方向と直交する第２方向に略平行な光線に変換する光学系と、
を備える、測距装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、光偏向装置、及び測距装置に関する。
【背景技術】
【0002】
周囲の物体までの距離を取得する技術として、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）装置が知られている。
【0003】
ＬｉＤＡＲ装置は、物体に光ビームを照射し、照射した光ビームの反射光を検出することで、照射した光ビームと反射光との時間差又は周波数差から物体までの距離を算出することができる。また、ＬｉＤＡＲ装置は、光ビームを物体に二次元的に走査することで、広い視野の距離情報を取得することができる。
【0004】
例えば、下記の特許文献１には、目標とする空間解像度の測距をより短い時間で行うことを目的とするＬｉＤＡＲ装置の走査方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特許第６８１１８６２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
近年、ＬｉＤＡＲ装置では、同一素子で、物体に対して光ビームを照射すると共に、物体で反射された反射光を受光することが検討されている。そのため、広がり角が小さい光ビームの出射と、大きな有効開口での反射光の受光とを同一素子で両立させることが望まれる。
【0007】
そこで、本開示では、出射光の広がりを抑制すると共に、受光の有効開口を大きくすることが可能な、新規かつ改良された光偏向装置、及び測距装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示によれば、互いに平行に第１方向に延在して半導体層に設けられ、前記半導体層の外部空間への発光、及び前記外部空間からの受光が可能な複数の導波路と、前記半導体層を含む基板の上に設けられ、前記複数の導波路から前記第１方向に偏向されて発せられた光を前記第１方向と直交する第２方向に略平行な光線に変換する光学系と、を備える、光偏向装置が提供される。
【0009】
また、本開示によれば、互いに平行に第１方向に延在して半導体層に設けられ、前記半導体層の外部空間への発光、及び前記外部空間からの受光が可能な複数の導波路と、前記半導体層を含む基板の上に設けられ、前記複数の導波路から前記第１方向に偏向されて発せられた光を前記第１方向と直交する第２方向に略平行な光線に変換する光学系と、を備える、測距装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】測距装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図2】測距装置の構成例を示す縦断面図である。
【図3】フォトニック結晶導波路の構成例を示す斜視図である。
【図4】第１の形状例に係るモジュールレンズの形状を示す斜視図である。
【図6】光アンテナの上に設けられた回折格子の構成を示す縦断面図である。
【図10】第２の形状例に係るモジュールレンズの形状を示す斜視図である。
【図11】第３の形状例に係るモジュールレンズの形状を示す斜視図である。
【図12】第４の形状例に係るモジュールレンズの形状を示す斜視図である。
【図15】第５の形状例に係るモジュールレンズの形状を示す斜視図である。
【図18】第６の形状例に係るモジュールレンズの形状を示す斜視図である。
【図21】第７の形状例に係るモジュールレンズの形状を示す斜視図である。
【図24】第８の形状例に係るモジュールレンズの形状を示す斜視図である。
【図27】第１の構成例に係るオンチップレンズ及びモジュールレンズの構成を示す縦断面図である。
【図28】第１の構成例に係るオンチップレンズ及びモジュールレンズの構成を示す縦断面図である。
【図29】第２の構成例に係るオンチップレンズ及びモジュールレンズの構成を示す縦断面図である。
【図30】第３の構成例に係るオンチップレンズ及びモジュールレンズの構成を示す縦断面図である。
【図31】第３の構成例に係るオンチップレンズ及びモジュールレンズによる効果を説明する説明図である。
【図32】第４の構成例に係る集光レンズ及びモジュールレンズの構成を示す縦断面図である。
【図33】第４の構成例に係る集光レンズ及びモジュールレンズによる効果を説明する説明図である。
【図34】第５の構成例に係るオンチップレンズと、発光受光単位との位置関係を示す模式的な説明図である。
【図35】第５の構成例に係るオンチップレンズと、発光受光単位との位置関係を示す模式的な説明図である。
【図36】第５の構成例に係るオンチップレンズと、発光受光単位との位置関係を示す模式的な説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【0012】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．測距装置
１．１．概要
１．２．構成
１．３．光アンテナ
２．第１の実施形態
２．１．第１の形状例
２．２．第２の形状例
２．３．第３の形状例
２．４．第４の形状例
２．５．第５の形状例
２．６．第６の形状例
２．７．第７の形状例
２．８．第８の形状例
２．９．付記
３．第２の実施形態
３．１．第１の構成例
３．２．第２の構成例
３．３．第３の構成例
３．４．第４の構成例
３．５．第５の構成例
１．測距装置
１．１．概要
１．２．構成
１．３．光アンテナ
２．第１の実施形態
２．１．第１の形状例
２．２．第２の形状例
２．３．第３の形状例
２．４．第４の形状例
２．５．第５の形状例
２．６．第６の形状例
２．７．第７の形状例
２．８．第８の形状例
２．９．付記
３．第２の実施形態
３．１．第１の構成例
３．２．第２の構成例
３．３．第３の構成例
３．４．第４の構成例
３．５．第５の構成例
【0013】
【0014】
図１に示すように、測距装置１は、光源１０と、変調器２０と、光サーキュレータ３０と、光送受信器４０と、混合器５０と、検出器６０と、処理部７０とを備える。
【0015】
光源１０は、例えば、近赤外線領域に属する光を出射するレーザ光源である。光源１０から発せられたレーザ光は、変調器２０で周波数変調されることで、周波数が順次変化する周波数チャープ光となる。周波数変調された周波数チャープ光は、スプリッタなどで分波された後、光サーキュレータ３０を介して光送受信器４０から対象物２に照射される。対象物２に照射された出射光Ｔｘ（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）は、対象物２で反射されることで反射光Ｒｘ（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）として光送受信器４０で受光される。受光された反射光Ｒｘは、出射前に分波された周波数チャープ光と混合器５０にてミキシングされることでビート信号を発生させる。
【0016】
反射光Ｒｘは、光送受信器４０と対象物２との間での往復によって出射光Ｔｘから遅延するため、周波数チャープによって出射光Ｔｘ及び反射光Ｒｘの間で周波数に差が生じる。これにより、混合器５０は、受光された反射光Ｒｘと、出射前に分波された周波数チャープ光とを混合することで、出射光Ｔｘ及び反射光Ｒｘの間の遅延時間に対応した周波数差のビート信号を発生させることができる。したがって、測距装置１は、フォトダイオードなどで構成された検出器６０にてビート信号を検出し、処理部７０にてＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）解析等することで、光送受信器４０から対象物２までの距離情報を取得することができる。
【0017】
また、測距装置１は、出射光Ｔｘの放射角を変えて対象物２を二次元的に走査しながら反射光Ｒｘを受光することで、光送受信器４０から対象物２までの距離を二次元的に取得することができる。
【0018】
【0019】
図２に示すように、測距装置１は、Ｓｉなどの半導体を用いて構成される。例えば、測距装置１は、第１半導体基板１１０に第１多層配線層１２０を積層した第１基板１００と、第２半導体基板２１０に第２多層配線層２２０を積層した第２基板２００と、平坦化膜３１０と、モジュールレンズ３００とを含んで構成される。第１基板１００及び第２基板２００は、第１多層配線層１２０及び第２多層配線層２２０を互いに対向させることで貼り合わせられる。
【0020】
第１半導体基板１１０は、例えば、Ｓｉ基板、又はＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板である。第１半導体基板１１０には、出射光Ｔｘを出射する光アンテナ１１１と、光アンテナ１１１からの出射光Ｔｘの出射角度を偏向させるヒータ１１２とが設けられる。
【0021】
光アンテナ１１１は、後述するように、フォトニック結晶構造が形成された半導体層に設けられた導波路である。光アンテナ１１１は、いわゆるスローライト導波路として機能し、図示しない半導体レーザから発せられたレーザ光（例えば、近赤外線領域に属する光）を導波路に入射させることで、入射した光を導波路からモジュールレンズ３００に向かって出射することができる。また、光アンテナ１１１は、モジュールレンズ３００を介して第１基板１００に入射する光を受光することができる。すなわち、光アンテナ１１１は、図１の光送受信器４０に相当する。
【0022】
ヒータ１１２は、例えば、抵抗加熱によって発熱することで光アンテナ１１１を構成する半導体層を加熱する。光アンテナ１１１を構成する半導体層は、温度によって屈折率が変化する。したがって、ヒータ１１２は、光アンテナ１１１を構成する半導体層の屈折率を変化させることで、光アンテナ１１１から発せられる出射光Ｔｘの偏向角度を変化させることができる。
【0023】
第１多層配線層１２０は、配線層１２２、層間絶縁膜１２１、及び接合電極１２３を含む。配線層１２２は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、又はＷなどの導電性材料で構成され、光アンテナ１１１及びヒータ１１２などの素子と接合電極１２３とを電気的に接続する。層間絶縁膜１２１は、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、又はＳｉＯＮなどの絶縁性材料で構成され、異なる層に設けられた配線層１２２を電気的に離隔する。層間絶縁膜１２１で電気的に離隔された配線層１２２は、例えば、層間絶縁膜１２１を貫通するビアにて電気的に接続される。
【0024】
接合電極１２３は、例えば、Ｃｕなどの導電性材料で構成され、第１多層配線層１２０と第２多層配線層２２０との貼り合わせ面に露出するように設けられる。接合電極１２３は、第１多層配線層１２０と第２多層配線層２２０との間で電極同士を接合した電極接合構造（Ｃｕ－Ｃｕ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）を形成することで、第１多層配線層１２０と第２多層配線層２２０との間に電気的な接続を形成することができる。
【0025】
第２半導体基板２１０は、例えば、Ｓｉ基板、又はＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板である。である。第２半導体基板２１０には、例えば、出射光Ｔｘの制御回路、ヒータ１１２の制御回路、又は反射光Ｒｘの処理回路などを構成する各種トランジスタＴｒが設けられる。
【0026】
第２多層配線層２２０は、配線層２２２、層間絶縁膜２２１、及び接合電極２２３を含む。配線層２２２は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、又はＷなどの導電性材料で構成され、第２半導体基板２１０に形成された各種トランジスタＴｒと接合電極２２３とを電気的に接続する。層間絶縁膜２２１は、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、又はＳｉＯＮなどで構成され、異なる層に設けられた配線層２２２を電気的に離隔する。層間絶縁膜２２１で電気的に離隔された配線層２２２の各々は、例えば、層間絶縁膜２２１を貫通するビアにて電気的に接続される。
【0027】
接合電極２２３は、例えば、Ｃｕなどの導電性材料で構成され、第１多層配線層１２０と第２多層配線層２２０との貼り合わせ面に露出するように設けられる。接合電極２２３は、第１多層配線層１２０と第２多層配線層２２０との間で電極同士を接合した電極接合構造（Ｃｕ－Ｃｕ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）を形成することで、第１多層配線層１２０と第２多層配線層２２０との間に電気的な接続を形成することができる。
【0028】
平坦化膜３１０は、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、又はＳｉＯＮなどの透明材料で構成され、第１基板１００の第１半導体基板１１０の上に設けられる。モジュールレンズ３００は、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、ＳｉＯＮ、ガラス材料、又はアクリル樹脂などの透明材料で構成され、平坦化膜３１０の上に設けられる。モジュールレンズ３００は、光アンテナ１１１から発せられた出射光Ｔｘを略平行光線に成形すると共に、光アンテナ１１１に入射する反射光Ｒｘを集光する。モジュールレンズ３００は、凸レンズとして設けられてもよい。
【0029】
【0030】
図３に示すように、フォトニック結晶導波路１１１０は、回折格子１１１２と、導波路１１１１とで構成される。回折格子１１１２は、Ｓｉなどで構成された高屈折率領域の間に、Ｓｉよりも屈折率が低い低屈折率領域を周期的に配置することで構成される。導波路１１１１は、フォトニック結晶構造を有し、一方向に延在して設けられる。具体的には、導波路１１１１は、回折格子１１１２が設けられていない領域に第１方向（Ｘ軸方向）に延在して互いに平行に複数設けられる。
【0031】
フォトニック結晶導波路１１１０では、導波路１１１１に入射された光は、導波路１１１１を第１方向に伝搬されると共に、導波路１１１１の上方（Ｚ軸方向）に放射される。導波路１１１１の上方に放射された光は、第１方向と直交する第２方向（Ｙ軸方向）に扇状に広がったビームとなり、Ｚ軸方向に対して光の伝搬方向に傾いて放出される。導波路１１１１の上方に放射される光は、モジュールレンズ３００などの光学系によって、第２方向に略平行な光線に成形される。なお、略平行とは、完全な平行から０．０１°～０．１°程度の広がりを許容するものとする。
【0032】
フォトニック結晶導波路１１１０では、温度によって回折格子１１１２の屈折率を変化させることで、導波路１１１１の上方に放射される光をθ方向（Ｙ軸回りの回転方向）に偏向させることができる。また、フォトニック結晶導波路１１１０では、光を放射する導波路１１１１を切り替えることで、φ方向（Ｘ軸回りの回転方向）に光を偏向することができる。これによれば、フォトニック結晶導波路１１１０で構成された光アンテナ１１１は、屈折率制御によるθ方向の偏向と、光を放射する導波路１１１１の切り替えによるφ方向の偏向とを用いることで、出射光Ｔｘを二次元に走査することが可能である。
【0033】
本開示に係る技術では、測距装置１は、Ｓｉなどの半導体層に設けられた光アンテナ１１１から対象物２に出射光Ｔｘを発すると共に、同一の光アンテナ１１１で対象物２からの反射光Ｒｘを受光する。そのため、測距装置１の光学系は、出射光Ｔｘの広がりを抑制すると共に、受光の有効開口を大きくすることが望まれる。以下では、上記事情に基づいて想到された本開示に係る技術について第１の実施形態、及び第２の実施形態に分けて説明する。このような光アンテナ１１１、及び光アンテナ１１１の上に設けられた光学系は、併せて光偏向装置とも称する。
【0034】
＜２．第１の実施形態＞
まず、図４～図２６を参照して、本開示の第１の実施形態に係る技術について説明する。本開示の第１の実施形態は、光アンテナ１１１の上に複数の導波路に亘って設けられたモジュールレンズの形状等を制御することで、測距装置１から発せられる出射光Ｔｘの広がりを抑制すると共に、受光の有効開口を大きくする実施形態である。
まず、図４～図２６を参照して、本開示の第１の実施形態に係る技術について説明する。本開示の第１の実施形態は、光アンテナ１１１の上に複数の導波路に亘って設けられたモジュールレンズの形状等を制御することで、測距装置１から発せられる出射光Ｔｘの広がりを抑制すると共に、受光の有効開口を大きくする実施形態である。
【0035】
（２．１．第１の形状例）
図４は、第１の形状例に係るモジュールレンズ３００Ａの形状を示す斜視図である。図５は、図４に示すモジュールレンズ３００Ａの断面形状を示す縦断面図である。図６は、光アンテナ１１１の上に設けられた回折格子１１３の構成を示す縦断面図である。
図４は、第１の形状例に係るモジュールレンズ３００Ａの形状を示す斜視図である。図５は、図４に示すモジュールレンズ３００Ａの断面形状を示す縦断面図である。図６は、光アンテナ１１１の上に設けられた回折格子１１３の構成を示す縦断面図である。
【0036】
図４に示すように、第１の形状例に係るモジュールレンズ３００Ａは、光アンテナ１１１の導波路が延在する第１方向と直交する第２方向に延在する回転軸で円周体を回転させた円環体形状のドーナツ型プリズムである。第１の形状例に係るモジュールレンズ３００Ａは、出射光Ｔｘをφ方向に略平行な光線に成形することができる。
【0037】
具体的には、モジュールレンズ３００Ａは、図５に示す断面形状を第２方向に延在する回転軸で回転させた形状を有する。図５に示す断面形状は、例えば、光アンテナ１１１と対向する下面Ｓ１の非球面係数が下記表１で表され、モジュールレンズ３００Ａの外側に向いた上面Ｓ２の非球面係数が下記表２で表され、光アンテナ１１１から発せられる出射光Ｔｘをφ方向に略平行な光線に成形可能な形状である。モジュールレンズ３００Ａの円環体形状は、表１及び表２に示す係数を用いて、下記数式１に従って描かれた図形を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（０，０，０）を中心にＹ軸回りに回転させることで形成することができる。なお、モジュールレンズ３００Ａの屈折率は、１．５である。
【0038】
【表1】
【0039】
【表2】
【0040】
【数1】
【0041】
また、モジュールレンズ３００Ａと、光アンテナ１１１との間には、回折格子１１３が設けられる。回折格子１１３は、光アンテナ１１１から発せられる出射光Ｔｘを第１方向（θ方向）に曲げることが可能な線形回折格子である。例えば、回折格子１１３は、発光点からＺ距離０．３ｍｍ、厚み０．７ｍｍ、屈折率１．５、かつ図６に示す断面形状にて設けられることで、θ方向の入射角１０ｄｅｇの出射光Ｔｘをθ方向の出射角０ｄｅｇにて出射することができる。すなわち、回折格子１１３は、入射光をθ方向に１０ｄｅｇ回折させることができる。フォトニック結晶導波路１１１０から出射される出射光Ｔｘは、フォトニック結晶導波路１１１０への光の伝搬方向（第１方向）に傾いて放出されるため、回折格子１１３は、出射光Ｔｘのθ方向の傾きを補正することで、光アンテナ１１１から直上への出射光Ｔｘの放射を可能とする。
【0042】
図６に示すように、回折格子１１３の断面構造は、θ方向の回折ピッチｄが８．９２μｍ、鋸歯の高さｈが３．１μｍのブレーズ構造１１３１であってもよい。また、回折格子１１３の断面形状は、θ方向の回折ピッチｄが８．９２μｍである誘電体ピラー１１３３を用いたメタレンズ構造１１３２であってもよい。誘電体ピラー１１３３は、例えば、アモルファスシリコン、又はＴｉＯ２などで構成され、径のサイズ変化によって出射光Ｔｘに位相を与えることができる。
【0043】
なお、回折格子１１３は、図６に示すように出射光Ｔｘを回折させる凹凸面を光アンテナ１１１側に向けて設けられてもよく、出射光Ｔｘを回折させる凹凸面をモジュールレンズ３００Ａ側に向けて設けられてもよい。
【0044】
光アンテナ１１１は、５μｍ幅かつ１ｍｍ長さで第１方向（θ方向）に延在する導波路を複数含む。光アンテナ１１１に含まれる複数の導波路は、２５５μｍピッチで第２方向（φ方向）に互いに平行に設けられる。光アンテナ１１１は、導波路の各々から出射光Ｔｘを放射することができる。
【0045】
図４～図６を参照して説明した回折格子１１３及びモジュールレンズ３００Ａを介して出射された出射光Ｔｘのスポット形状を図７に示す。図７に示すように、第１の形状例に係るモジュールレンズ３００Ａは、光アンテナ１１１からのθ方向の出射角１０ｄｅｇ、２５ｄｅｇ、及び４０ｄｅｇの各々で、導波路の各々からの出射光Ｔｘが互いに分離された、きれいなスポット形状を得ることが可能である。また、第１の形状例に係るモジュールレンズ３００Ａは、有効開口が７．８ｍｍとなるため、大きな有効開口を得ることが可能である。
【0046】
ここで、光アンテナ１１１から出射された出射光Ｔｘがさらにθ方向に集光された場合の出射光Ｔｘのスポット形状を図８及び図９に示す。図８に示すスポット形状では、θ方向の焦点距離が３３．３ｍｍとなるように、光アンテナ１１１から出射された出射光Ｔｘを集光している。また、図９に示すスポット形状では、θ方向の焦点距離が３３．３ｍｍとなるように、光アンテナ１１１から出射された出射光Ｔｘを集光すると共に、さらに、出射光Ｔｘを出射する導波路のθ方向幅を半分（０．５ｍｍ）に低減している。
【0047】
なお、出射光Ｔｘのθ方向への集光は、例えば、光アンテナ１１１とモジュールレンズ３００Ａとの間に、θ方向のシリンドリカルレンズ、θ方向のメタレンズ、又はθ方向の回折レンズを配置することで行うことができる。
【0048】
図８に示すように、出射光Ｔｘをθ方向に集光することで、第１の形状例に係るモジュールレンズ３００Ａは、よりきれいなスポット形状を得ることが可能である。図８に示すスポット形状では、スポット形状中の最大光密度が向上しているため、光アンテナ１１１で受光される反射光ＲｘのＳＮ比を向上させることが可能である。
【0049】
図９に示すように、さらに出射光Ｔｘを出射する導波路のθ方向幅を低減させることで、第１の形状例に係るモジュールレンズ３００Ａは、よりきれいなスポット形状を得ることが可能である。図９に示すスポット形状では、スポット形状中の最大光密度がさらに向上しているため、光アンテナ１１１で受光される反射光ＲｘのＳＮ比をより向上させることが可能である。
【0050】
（２．２．第２の形状例）
図１０は、第２の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｂの形状を示す斜視図である。
図１０は、第２の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｂの形状を示す斜視図である。
【0051】
図１０に示すように、第２の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｂは、曲率集光特性を有するメタレンズであり、光アンテナ１１１から回折格子１１３を介して出射される出射光Ｔｘをφ方向に略平行な光線に成形する。具体的には、第２の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｂでは、光アンテナ１１１の導波路が延在する第１方向と直交する第２方向に延在する円柱の外周面に、出射光Ｔｘの波長よりも小さい周期の平面構造のメタレンズが設けられる。メタレンズとは、出射光Ｔｘの波長よりも小さい周期の平面構造によって入射する光に位相を付与する平面レンズである。モジュールレンズ３００Ｂは、円柱の外周面に対応する曲面に設けられたメタレンズによって出射光Ｔｘに位相を付与することで、出射光Ｔｘをφ方向に略平行な光線に成形することができる。
【0052】
（２．３．第３の形状例）
図１１は、第３の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｃの形状を示す斜視図である。
図１１は、第３の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｃの形状を示す斜視図である。
【0053】
図１１に示すように、第３の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｃは、スロープ集光特性を有するメタレンズであり、光アンテナ１１１から出射される出射光Ｔｘをφ方向に略平行な光線に成形する。具体的には、第３の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｃでは、光アンテナ１１１の導波路が延在する第１方向に向かって傾斜するスロープ面に、出射光Ｔｘの波長よりも小さい周期の平面構造のメタレンズが設けられる。メタレンズとは、上述したように、出射光Ｔｘの波長よりも小さい周期の平面構造によって入射する光に位相を付与する平面レンズである。モジュールレンズ３００Ｃは、スロープ面に設けられたメタレンズによって出射光Ｔｘに位相を付与することで、出射光Ｔｘをφ方向に略平行な光線に成形することができる。
【0054】
【0055】
図１２に示すように、第４の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｄでは、直方体形状の上面に出射光Ｔｘの波長よりも小さい周期の平面構造のメタレンズが設けられる。モジュールレンズ３００Ｄは、光アンテナ１１１から回折格子１１３を介して出射される出射光Ｔｘをφ方向に略平行な光線に成形することができる。
【0056】
具体的には、モジュールレンズ３００Ｄは、図１３に示すように、高さが１８ｍｍの直方体形状であり、回折格子１１３から０．１ｍｍの空間を置いて設けられる。モジュールレンズ３００Ｄに形成されたメタレンズの位相差関数の係数は、下記表３で表される。モジュールレンズ３００Ｄに形成されたメタレンズは、表３に示す係数を用いて、下記数式２に示す付与位相差量Φを出射光Ｔｘに付与するように設けられる。なお、モジュールレンズ３００Ｄの屈折率は、１．５である。
【0057】
【表3】
【0058】
【数2】
【0059】
光アンテナ１１１から出射される出射光Ｔｘの条件、及び回折格子１１３の仕様については、第１の形状例と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【0060】
図１２及び図１３を参照して説明した回折格子１１３及びモジュールレンズ３００Ｄを介して出射された出射光Ｔｘのスポット形状を図１４に示す。図１４に示すように、第４の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｄは、光アンテナ１１１からのθ方向の出射角１０ｄｅｇ、２５ｄｅｇ、及び４０ｄｅｇの各々で、導波路の各々からの出射光Ｔｘが互いに分離された、より集光されたスポット形状を得ることが可能である。また、第４の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｄは、有効開口が８ｍｍとなるため、大きな有効開口を得ることが可能である。したがって、第４の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｄは、レンズの形状をより簡略化しつつ、出射光Ｔｘの集光性を向上させることができる。
【0061】
【0062】
図１５に示すように、第５の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｅでは、直方体形状の傾斜した上面に出射光Ｔｘの波長よりも小さい周期の平面構造のメタレンズが設けられる。モジュールレンズ３００Ｅは、光アンテナ１１１から回折格子１１３を介して出射される出射光Ｔｘをφ方向に略平行な光線に成形することができる。
【0063】
具体的には、モジュールレンズ３００Ｅは、図１５に示すように、高さが１８ｍｍの直方体形状であり、回折格子１１３から０．１ｍｍの空間を置いて設けられる。また、モジュールレンズ３００Ｅは、直方体形状の上面が第１方向の両側に向かって１１ｄｅｇで下向きに傾斜して設けられる。モジュールレンズ３００Ｅに形成されたメタレンズの位相差関数の係数は、下記表４で表される。モジュールレンズ３００Ｅに形成されたメタレンズは、表４に示す係数を用いて、下記数式３に示す付与位相差量Φを出射光Ｔｘに付与するように設けられる。なお、モジュールレンズ３００Ｅの屈折率は、１．５である。
【0064】
【表4】
【0065】
【数3】
【0066】
光アンテナ１１１から出射される出射光Ｔｘの条件は、第１の形状例と同様であるため、ここでの説明は省略する。回折格子１１３は、θ方向の回折ピッチｄを２６．７μｍとすることで、入射光のθ方向の回折角度を３．３ｄｅｇとしている。
【0067】
図１５及び図１６を参照して説明した回折格子１１３及びモジュールレンズ３００Ｅを介して出射された出射光Ｔｘのスポット形状を図１７に示す。図１７に示すように、第５の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｅは、光アンテナ１１１からのθ方向の出射角１０ｄｅｇ、２５ｄｅｇ、及び４０ｄｅｇの各々で、導波路の各々からの出射光Ｔｘが互いに分離された、より集光されたスポット形状を得ることが可能である。また、第５の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｅは、有効開口が７．６ｍｍとなるため、大きな有効開口を得ることが可能である。したがって、第５の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｅは、レンズの形状をより簡略化しつつ、出射光Ｔｘの集光性を向上させることができる。
【0068】
【0069】
図１８に示すように、第６の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｆでは、直方体形状の傾斜した上面に出射光Ｔｘの波長よりも小さい周期の平面構造のメタレンズが設けられる。モジュールレンズ３００Ｆは、光アンテナ１１１からダミー基板１１５を介して出射される出射光Ｔｘをφ方向に略平行な光線に成形することができる。第６の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｆは、光アンテナ１１１に含まれる導波路のφ方向のピッチを狭めることで、より小さなサイズの光学系で出射光Ｔｘをφ方向に略平行な光線に成形することができる。
【0070】
具体的には、モジュールレンズ３００Ｆは、図１８に示すように、高さが５．３ｍｍの直方体形状であり、ダミー基板１１５から０．１ｍｍの空間を置いて設けられる。ダミー基板１１５は、出射光Ｔｘを透過させる透明な基板である。また、モジュールレンズ３００Ｆは、直方体形状の上面が第１方向の両側に向かって１５ｄｅｇで下向きに傾斜して設けられる。モジュールレンズ３００Ｆに形成されたメタレンズの位相差関数の係数は、下記表５で表される。モジュールレンズ３００Ｆに形成されたメタレンズは、表５に示す係数を用いて、上記数式３に示す付与位相差量Φを出射光Ｔｘに付与するように設けられる。なお、モジュールレンズ３００Ｆの屈折率は、１．５である。
【0071】
【表5】
【0072】
光アンテナ１１１は、第１の形状例に対して、光アンテナ１１１に含まれる導波路のφ方向のピッチを１／３に狭めて７５μｍとして設けられる。光アンテナ１１１のその他の条件については、第１の形状例と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【0073】
図１８及び図１９を参照して説明したモジュールレンズ３００Ｆを介して出射された出射光Ｔｘのスポット形状を図２０に示す。図２０に示すように、第６の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｆは、光アンテナ１１１からのθ方向の出射角１０ｄｅｇ、２５ｄｅｇ、及び４０ｄｅｇの各々で、導波路の各々からの出射光Ｔｘが集光されたスポット形状を得ることが可能である。また、第６の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｆは、有効開口が２．６ｍｍであるものの、光学系の高さを大幅に低減することが可能である。したがって、第６の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｆは、測距装置１をより小型化することが可能である。
【0074】
【0075】
図２１に示すように、第７の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｇでは、直方体形状の傾斜した上面及び下面の両方に出射光Ｔｘの波長よりも小さい周期の平面構造のメタレンズが設けられる。モジュールレンズ３００Ｇは、光アンテナ１１１から回折格子１１３を介して出射される出射光Ｔｘをφ方向に略平行な光線に成形することができる。第７の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｇは、光アンテナ１１１に含まれる導波路のφ方向のピッチを狭めることで、より小さなサイズの光学系で出射光Ｔｘをφ方向に略平行な光線に成形することができる。
【0076】
具体的には、モジュールレンズ３００Ｇは、図２１に示すように、高さが９．０ｍｍの直方体形状であり、回折格子１１３から５．０ｍｍの空間を置いて設けられる。また、モジュールレンズ３００Ｇは、直方体形状の上面及び下面が第１方向の両側に向かって１３ｄｅｇで下向きに傾斜して設けられる。モジュールレンズ３００Ｇに形成されたメタレンズの位相差関数の係数は、下記表６で表される。モジュールレンズ３００Ｇに形成されたメタレンズは、表６に示す係数を用いて、上記数式３に示す付与位相差量Φを出射光Ｔｘに付与するように設けられる。なお、モジュールレンズ３００Ｆの屈折率は、１．５である。
【0077】
【表6】
【0078】
光アンテナ１１１は、第１の形状例に対して、光アンテナ１１１に含まれる導波路のφ方向のピッチを１／2に狭めて１１２．５μｍとして設けられる。また、光アンテナ１１１に含まれる導波路からのφ方向の発光角は、±３０ｄｅｇである。
【0079】
図２１及び図２２を参照して説明した回折格子１１３及びモジュールレンズ３００Ｇを介して出射された出射光Ｔｘのスポット形状を図２３に示す。図２３に示すように、第７の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｇは、光アンテナ１１１からのθ方向の出射角１０ｄｅｇ、２５ｄｅｇ、及び４０ｄｅｇの各々で、導波路の各々からの出射光Ｔｘが集光されたスポット形状を得ることが可能である。また、第７の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｇは、有効開口が７．４ｍｍとなるため、大きな有効開口を得ることが可能である。したがって、第７の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｇは、大きな有効開口を維持しつつ光学系の高さを大幅に低減することができるため、測距装置１をより小型化することが可能である。
【0080】
【0081】
図２４に示すように、第８の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｈでは、３分割された直方体形状の上面に出射光Ｔｘの波長よりも小さい周期の平面構造のメタレンズがそれぞれ設けられる。モジュールレンズ３００Ｈは、導波路を３つのグループに分割した光アンテナ１１１から回折格子１１３を介して出射される出射光Ｔｘをφ方向に略平行な光線に成形することができる。モジュールレンズ３００Ｈにて成形された出射光Ｔｘは、３分割された回折格子１１４にてさらに回折されることで、均等に分散される。第８の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｈは、光アンテナ１１１に含まれる導波路をφ方向に３つのグループに分割し、それぞれのグループに属する導波路から放射された出射光Ｔｘを異なるメタレンズでφ方向に略平行な光線に成形することができる。
【0082】
具体的には、モジュールレンズ３００Ｈは、図２５に示すように、高さが４．５ｍｍの３分割された直方体形状であり、回折格子１１３から０．２６ｍｍの空間を置いて設けられる。また、モジュールレンズ３００Ｈの上には、０．２５ｍｍの空間を置いて、厚み０．７ｍｍの３分割された回折格子１１４が設けられる。モジュールレンズ３００Ｈの３分割して形成されたメタレンズの位相差関数の係数は、下記表７で表される。モジュールレンズ３００Ｈに形成されたメタレンズは、表７に示す係数を用いて、上記数式３に示す付与位相差量Φを出射光Ｔｘに付与するように設けられる。なお、モジュールレンズ３００Ｈの屈折率は、１．５である。
【0083】
【表7】
【0084】
光アンテナ１１１は、第１の形状例に対して、光アンテナ１１１に含まれる導波路のφ方向のピッチを５６μｍとしてφ方向に３つのグループに分割して設けられる。３つのグループは、それぞれ２．５ｍｍの距離を空けて設けられる。
【0085】
回折格子１１４は、同様に、３分割して設けられる。中央の回折格子１１４は、中央のモジュールレンズ３００Ｈからの出射光Ｔｘを回折させずに透過させる。＋側の回折格子１１４は、回折ピッチｄが８．９２μｍであり、＋側のモジュールレンズ３００Ｈからの出射光Ｔｘをφ方向の＋側にさらに回折させることができる。－側の回折格子１１４は、回折ピッチｄが８．９２μｍであり、－側のモジュールレンズ３００Ｈからの出射光Ｔｘをφ方向の－側にさらに回折させることができる。
【0086】
図２４及び図２５を参照して説明した回折格子１１３、モジュールレンズ３００Ｈ、及び回折格子１１４を介して出射された出射光Ｔｘのスポット形状を図２６に示す。図２６に示すように、第８の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｈは、光アンテナ１１１からのθ方向の出射角１０ｄｅｇ、２５ｄｅｇ、及び４０ｄｅｇの各々で、導波路の各々からの出射光Ｔｘが集光されたスポット形状を得ることが可能である。また、第８の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｈは、有効開口が２．１ｍｍ×３であるため、大きな有効開口を得ることが可能である。したがって、第８の形状例に係るモジュールレンズ３００Ｈは、大きな有効開口を維持しつつ光学系の高さを大幅に低減することができるため、測距装置１をより小型化することが可能である。
【0087】
（２．９．付記）
上記の第２～第８の形状例では、モジュールレンズ３００Ｂ～３００Ｈの上面にメタレンズを付与したが、本開示に係る技術は上記例示に限定されない。例えば、メタレンズに替えて回折レンズがモジュールレンズ３００Ｂ～３００Ｈの上に設けられてもよい。また、上記の第２～第８の形状例では、モジュールレンズ３００Ｂ～３００Ｈに入射する出射光Ｔｘをθ方向にわずかに集光させることで、さらに良好なスポット形状を得ることも可能である。
上記の第２～第８の形状例では、モジュールレンズ３００Ｂ～３００Ｈの上面にメタレンズを付与したが、本開示に係る技術は上記例示に限定されない。例えば、メタレンズに替えて回折レンズがモジュールレンズ３００Ｂ～３００Ｈの上に設けられてもよい。また、上記の第２～第８の形状例では、モジュールレンズ３００Ｂ～３００Ｈに入射する出射光Ｔｘをθ方向にわずかに集光させることで、さらに良好なスポット形状を得ることも可能である。
【0088】
また、上記では、出射光Ｔｘをθ方向に曲げるため回折格子１１３を用いたが、本開示に係る技術は上記例示に限定されない。例えば、回折格子１１３に替えてプリズムを用いて出射光Ｔｘをθ方向に曲げてもよい。
【0089】
＜３．第２の実施形態＞
次に、図２７～図３６を参照して、本開示の第２の実施形態に係る技術について説明する。本開示の第２の実施形態は、光アンテナ１１１の上にモジュールレンズに加えてオンチップレンズを設けることで、測距装置１から発せられる出射光Ｔｘの広がりを抑制する実施形態である。
次に、図２７～図３６を参照して、本開示の第２の実施形態に係る技術について説明する。本開示の第２の実施形態は、光アンテナ１１１の上にモジュールレンズに加えてオンチップレンズを設けることで、測距装置１から発せられる出射光Ｔｘの広がりを抑制する実施形態である。
【0090】
【0091】
図２７及び図２８に示すように、オンチップレンズ３０２Ａは、平坦化膜３１０の上に設けられ、光アンテナ１１１に含まれる導波路ごと、又は複数の導波路ごとに設けられる。例えば、オンチップレンズ３０２Ａは、シリンドリカルレンズアレイとして設けられてもよい。また、光アンテナ１１１の上に回折格子１１３が設けられる場合、オンチップレンズ３０２Ａは、回折格子１１３の回折光を出射するスリットごと、又は複数のスリットごとに設けられてもよい。
【0092】
モジュールレンズ３０１は、オンチップレンズ３０２Ａの上に設けられ、光アンテナ１１１に含まれるすべての導波路に亘って凸レンズとして設けられる。なお、平坦化膜３１０以下の構成については、図２を参照して説明したとおりであるため、ここでの説明は省略する。
【0093】
第１の構成例では、光アンテナ１１１からの出射光Ｔｘをオンチップレンズ３０２Ａ及びモジュールレンズ３０１の２つのレンズで段階的にφ方向に略平行な光線に成形することできる。第１の構成例によれば、測距装置１は、オンチップレンズ３０２Ａ及びモジュールレンズ３０１の各々のレンズパワーが小さい場合でも、出射光Ｔｘをφ方向に略平行な光線に成形することができる。
【0094】
（３．２．第２の構成例）
図２９は、第２の構成例に係るオンチップレンズ３０２Ｂ及びモジュールレンズ３０１の構成を示す縦断面図である。
図２９は、第２の構成例に係るオンチップレンズ３０２Ｂ及びモジュールレンズ３０１の構成を示す縦断面図である。
【0095】
図２９に示すように、オンチップレンズ３０２Ｂは、平坦化膜３１０の上に設けられ、光アンテナ１１１に含まれる導波路ごと、又は複数の導波路ごとに設けられる。例えば、オンチップレンズ３０２Ｂは、出射光Ｔｘの波長よりも小さい周期の平面構造が形成されたメタレンズとして設けられる。
【0096】
モジュールレンズ３０１は、オンチップレンズ３０２Ｂの上に設けられ、光アンテナ１１１に含まれるすべての導波路に亘って凸レンズとして設けられる。なお、平坦化膜３１０以下の構成については、図２を参照して説明したとおりであるため、ここでの説明は省略する。
【0097】
第２の構成例では、光アンテナ１１１からの出射光Ｔｘをオンチップレンズ３０２Ｂ及びモジュールレンズ３０１の２つのレンズで段階的にφ方向に略平行な光線に成形することができる。第２の構成例によれば、オンチップレンズ３０２Ｂ及びモジュールレンズ３０１の各々のレンズパワーが小さい場合でも、測距装置１は、出射光Ｔｘをφ方向に略平行な光線に成形することができる。また、オンチップレンズ３０２Ｂがメタレンズとして設けられる場合、オンチップレンズ３０２Ｂの高さをより低減することができるため、測距装置１は、より容易に小型化されることが可能である。
【0098】
（３．３．第３の構成例）
図３０は、第３の構成例に係るオンチップレンズ３０２Ｃ及びモジュールレンズ３０１の構成を示す縦断面図である。図３１は、オンチップレンズ３０２Ｃ及びモジュールレンズ３０１による効果を説明する説明図である。
図３０は、第３の構成例に係るオンチップレンズ３０２Ｃ及びモジュールレンズ３０１の構成を示す縦断面図である。図３１は、オンチップレンズ３０２Ｃ及びモジュールレンズ３０１による効果を説明する説明図である。
【0099】
図３０に示すように、オンチップレンズ３０２Ｃは、平坦化膜３１０の上に凹レンズとして設けられ、光アンテナ１１１に含まれる導波路ごと、又は複数の導波路ごとに設けられる。モジュールレンズ３０１は、オンチップレンズ３０２Ｃの上に設けられ、光アンテナ１１１に含まれるすべての導波路に亘って凸レンズとして設けられる。なお、平坦化膜３１０以下の構成については、図２を参照して説明したとおりであるため、ここでの説明は省略する。
【0100】
図３１に示すように、凹レンズであるオンチップレンズ３０２Ｃによって光アンテナ１１１からの出射光Ｔｘは、ビーム開き角を広げてオンチップレンズ３０２Ｃから出射される。したがって、モジュールレンズ３０１は、オンチップレンズ３０２Ｃを介さない場合の出射光ＴｘＡと同じビーム開き角の出射光Ｔｘを入射させるためには、オンチップレンズ３０２Ｃに対してより接近することになる。
【0101】
第３の構成例では、光アンテナ１１１からの出射光Ｔｘのビーム開き角を凹レンズであるオンチップレンズ３０２Ｃで広げることで、オンチップレンズ３０２Ｃとモジュールレンズ３０１との間の距離をより短くすることができる。したがって、測距装置１は、オンチップレンズ３０２Ｃ及びモジュールレンズ３０１を含む光学系の高さをより低くすることができるため、より小型化されることが可能である。
【0102】
（３．４．第４の構成例）
図３２は、第４の構成例に係る集光レンズ３０３及びモジュールレンズ３０１の構成を示す縦断面図である。図３３は、集光レンズ３０３及びモジュールレンズ３０１による効果を説明する説明図である。
図３２は、第４の構成例に係る集光レンズ３０３及びモジュールレンズ３０１の構成を示す縦断面図である。図３３は、集光レンズ３０３及びモジュールレンズ３０１による効果を説明する説明図である。
【0103】
図３２に示すように、集光レンズ３０３は、平坦化膜３１０の上に設けられ、光アンテナ１１１に含まれる導波路ごとに導波路の両脇に設けられる。例えば、集光レンズ３０３は、通常のプリズムレンズとして設けられてもよく、メタレンズとして設けられてもよい。また、集光レンズ３０３は、モジュールレンズ３０１を含む他の光学系部材よりも高屈折率の材料で構成されてもよい。
【0104】
モジュールレンズ３０１は、集光レンズ３０３の上に設けられ、光アンテナ１１１に含まれるすべての導波路に亘って凸レンズとして設けられる。なお、平坦化膜３１０以下の構成については、図２を参照して説明したとおりであるため、ここでの説明は省略する。
【0105】
図３３に示すように、集光レンズ３０３は、光アンテナ１１１から出射された出射光Ｔｘに対しては光学的に影響を与えない位置に設けられる。ここで、対象物２で反射された反射光Ｒｘは、出射光Ｔｘよりも拡散して光アンテナ１１１に入射する。このとき、出射光Ｔｘよりも拡散された反射光Ｒｘは、光アンテナ１１１の導波路の両脇に設けられた集光レンズ３０３に入射することで、光アンテナ１１１の導波路へ集光される。したがって、集光レンズ３０３は、光アンテナ１１１への集光効率をより向上させることができる。
【0106】
第４の構成例では、光アンテナ１１１の導波路の近傍に設けられた集光レンズ３０３によって、反射光Ｒｘをより多く集光し、光アンテナ１１１で受光することができる。したがって、測距装置１は、反射光Ｒｘの受光感度をより高めることが可能である。
【0107】
【0108】
発光受光単位１１１Ａとは、光アンテナ１１１から出射される出射光Ｔｘの各々の出射単位であり、かつ反射光Ｒｘの受光単位である。一例として、発光受光単位１１１Ａとは、光アンテナ１１１に含まれる複数の導波路の各々である。また、他の例として、発光受光単位１１１Ａとは、光アンテナ１１１の上に設けられた回折格子１１３の回折光を出射するスリットの各々である。
【0109】
【0110】
図３４に示すように、オンチップレンズ３０２及び発光受光単位１１１Ａは、光アンテナ１１１の全体で均一に設けられてもよい。また、オンチップレンズ３０２は、発光受光単位１１１Ａの直上に設けられてもよい。
【0111】
一方で、図３５に示すように、オンチップレンズ３０２及び発光受光単位１１１Ａは、光アンテナ１１１の全体で不均一に設けられてもよい。具体的には、オンチップレンズ３０２及び発光受光単位１１１Ａは、中央部の方が周辺部よりもオンチップレンズ３０２及び発光受光単位１１１Ａの密度が高くなるように設けられてもよい。測距装置１では、注視点となりやすい視野の中央部の重要性が高くなりやすく、視野の周辺部の重要性が低くなりやすい。そのため、オンチップレンズ３０２及び発光受光単位１１１Ａを中央部により高密度で配置することで、測距装置１は、視野の中央部の測距精度をより高めることが可能である。
【0112】
また、図３６に示すように、オンチップレンズ３０２は、発光受光単位１１１Ａに対してオフセットされた位置に設けられてもよい。具体的には、視野の中央部により高密度で発光受光単位１１１Ａを配置する場合、視野の周辺部では、発光受光単位１１１Ａへの反射光Ｒｘの入射が斜めになりやすい。そのため、オンチップレンズ３０２を発光受光単位１１１Ａに対して周辺部側にオフセットして配置することで、発光受光単位１１１Ａのより中心に反射光Ｒｘを入射させることが可能である。
【0113】
第５の構成例では、測距装置１は、オンチップレンズ３０２及び発光受光単位１１１Ａの位置を変更することで、視野内で取得される測距情報の密度を変更することが可能である。また、測距装置１は、オンチップレンズ３０２及び発光受光単位１１１Ａの位置関係を変更することで、反射光Ｒｘの受光感度をより高めることが可能である。
【0114】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【0115】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
【0116】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
互いに平行に第１方向に延在して半導体層に設けられ、前記半導体層の外部空間への発光、及び前記外部空間からの受光が可能な複数の導波路と、
前記半導体層を含む基板の上に設けられ、前記複数の導波路から前記第１方向に偏向されて発せられた光を前記第１方向と直交する第２方向に略平行な光線に変換する光学系と、
を備える、光偏向装置。
（２）
前記光学系は、前記複数の導波路に亘って設けられたモジュールレンズを含む、前記（１）に記載の光偏向装置。
（３）
前記モジュールレンズは、前記第２方向に延在する回転軸で円周体を回転させた円環体レンズである、前記（２）に記載の光偏向装置。
（４）
前記モジュールレンズは、前記複数の導波路から発せられる光の波長よりも小さい周期の平面構造を有するメタレンズである、前記（２）に記載の光偏向装置。
（５）
前記メタレンズは、曲率集光特性を有する、前記（４）に記載の光偏向装置。
（６）
前記メタレンズは、スロープ集光特性を有する、前記（４）に記載の光偏向装置。
（７）
前記光学系は、前記モジュールレンズと前記基板との間に設けられた線形回折格子をさらに含む、前記（２）～（６）のいずれか一項に記載の光偏向装置。
（８）
前記線形回折格子は、前記複数の導波路から発せられる光を前記複数の導波路の光の進行方向と反対側に回折させる、前記（７）に記載の光偏向装置。
（９）
前記光学系は、前記導波路ごと、又は前記複数の導波路ごとに設けられたオンチップレンズと、前記複数の導波路に亘って設けられたモジュールレンズとを含む、前記（１）に記載の光偏向装置。
（１０）
前記オンチップレンズは、シリンドリカルレンズである、前記（９）に記載の光偏向装置。
（１１）
前記オンチップレンズは、前記複数の導波路から発せられる光の波長よりも小さい周期の平面構造を有するメタレンズである、前記（９）に記載の光偏向装置。
（１２）
前記オンチップレンズは、凹レンズである、前記（９）に記載の光偏向装置。
（１３）
前記導波路の各々の近傍に設けられ、前記導波路に入射する光を集光する集光レンズをさらに含む、前記（９）に記載の光偏向装置。
（１４）
前記集光レンズは、前記導波路に入射する光の波長よりも小さい周期の平面構造を有するメタレンズである、前記（１３）に記載の光偏向装置。
（１５）
前記集光レンズは、前記光学系を構成する部材よりも屈折率が高い部材で構成される、前記（１３）に記載の光偏向装置。
（１６）
前記複数の導波路は、中央部のほうが周辺部よりも密度が高くなるように前記第２方向に配列される、前記（９）～（１５）のいずれか一項に記載の光偏向装置。
（１７）
前記周辺部では、前記導波路と、前記導波路に対応する前記オンチップレンズとの位置は、前記第２方向にオフセットされる、前記（１６）に記載の光偏向装置。
（１８）
前記複数の導波路から発せられる光は、周波数変調される、前記（１）～（１７）のいずれか一項に記載の光偏向装置。
（１９）
前記複数の導波路から発せられる光は、近赤外線領域に属する光である、前記（１）～（１８）のいずれか一項に記載の光偏向装置。
（２０）
互いに平行に第１方向に延在して半導体層に設けられ、前記半導体層の外部空間への発光、及び前記外部空間からの受光が可能な複数の導波路と、
前記半導体層を含む基板の上に設けられ、前記複数の導波路から前記第１方向に偏向されて発せられた光を前記第１方向と直交する第２方向に略平行な光線に変換する光学系と、
を備える、測距装置。
（１）
互いに平行に第１方向に延在して半導体層に設けられ、前記半導体層の外部空間への発光、及び前記外部空間からの受光が可能な複数の導波路と、
前記半導体層を含む基板の上に設けられ、前記複数の導波路から前記第１方向に偏向されて発せられた光を前記第１方向と直交する第２方向に略平行な光線に変換する光学系と、
を備える、光偏向装置。
（２）
前記光学系は、前記複数の導波路に亘って設けられたモジュールレンズを含む、前記（１）に記載の光偏向装置。
（３）
前記モジュールレンズは、前記第２方向に延在する回転軸で円周体を回転させた円環体レンズである、前記（２）に記載の光偏向装置。
（４）
前記モジュールレンズは、前記複数の導波路から発せられる光の波長よりも小さい周期の平面構造を有するメタレンズである、前記（２）に記載の光偏向装置。
（５）
前記メタレンズは、曲率集光特性を有する、前記（４）に記載の光偏向装置。
（６）
前記メタレンズは、スロープ集光特性を有する、前記（４）に記載の光偏向装置。
（７）
前記光学系は、前記モジュールレンズと前記基板との間に設けられた線形回折格子をさらに含む、前記（２）～（６）のいずれか一項に記載の光偏向装置。
（８）
前記線形回折格子は、前記複数の導波路から発せられる光を前記複数の導波路の光の進行方向と反対側に回折させる、前記（７）に記載の光偏向装置。
（９）
前記光学系は、前記導波路ごと、又は前記複数の導波路ごとに設けられたオンチップレンズと、前記複数の導波路に亘って設けられたモジュールレンズとを含む、前記（１）に記載の光偏向装置。
（１０）
前記オンチップレンズは、シリンドリカルレンズである、前記（９）に記載の光偏向装置。
（１１）
前記オンチップレンズは、前記複数の導波路から発せられる光の波長よりも小さい周期の平面構造を有するメタレンズである、前記（９）に記載の光偏向装置。
（１２）
前記オンチップレンズは、凹レンズである、前記（９）に記載の光偏向装置。
（１３）
前記導波路の各々の近傍に設けられ、前記導波路に入射する光を集光する集光レンズをさらに含む、前記（９）に記載の光偏向装置。
（１４）
前記集光レンズは、前記導波路に入射する光の波長よりも小さい周期の平面構造を有するメタレンズである、前記（１３）に記載の光偏向装置。
（１５）
前記集光レンズは、前記光学系を構成する部材よりも屈折率が高い部材で構成される、前記（１３）に記載の光偏向装置。
（１６）
前記複数の導波路は、中央部のほうが周辺部よりも密度が高くなるように前記第２方向に配列される、前記（９）～（１５）のいずれか一項に記載の光偏向装置。
（１７）
前記周辺部では、前記導波路と、前記導波路に対応する前記オンチップレンズとの位置は、前記第２方向にオフセットされる、前記（１６）に記載の光偏向装置。
（１８）
前記複数の導波路から発せられる光は、周波数変調される、前記（１）～（１７）のいずれか一項に記載の光偏向装置。
（１９）
前記複数の導波路から発せられる光は、近赤外線領域に属する光である、前記（１）～（１８）のいずれか一項に記載の光偏向装置。
（２０）
互いに平行に第１方向に延在して半導体層に設けられ、前記半導体層の外部空間への発光、及び前記外部空間からの受光が可能な複数の導波路と、
前記半導体層を含む基板の上に設けられ、前記複数の導波路から前記第１方向に偏向されて発せられた光を前記第１方向と直交する第２方向に略平行な光線に変換する光学系と、
を備える、測距装置。
【符号の説明】
【0117】
１ 測距装置
２ 対象物
１０ 光源
２０ 変調器
３０ 光サーキュレータ
４０ 光送受信器
５０ 混合器
６０ 検出器
７０ 処理部
１００ 第１基板
１１０ 第１半導体基板
１１１ 光アンテナ
１１２ ヒータ
１１３ 回折格子
１２０ 第１多層配線層
１２１，２２１ 層間絶縁膜
１２２，２２２ 配線層
１２３，２２３ 接合電極
２００ 第２基板
２１０ 第２半導体基板
２２０ 第２多層配線層
３００，３０１ モジュールレンズ
３０２ オンチップレンズ
３０３ 集光レンズ
３１０ 平坦化膜
２ 対象物
１０ 光源
２０ 変調器
３０ 光サーキュレータ
４０ 光送受信器
５０ 混合器
６０ 検出器
７０ 処理部
１００ 第１基板
１１０ 第１半導体基板
１１１ 光アンテナ
１１２ ヒータ
１１３ 回折格子
１２０ 第１多層配線層
１２１，２２１ 層間絶縁膜
１２２，２２２ 配線層
１２３，２２３ 接合電極
２００ 第２基板
２１０ 第２半導体基板
２２０ 第２多層配線層
３００，３０１ モジュールレンズ
３０２ オンチップレンズ
３０３ 集光レンズ
３１０ 平坦化膜
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】