特開 2024-90064 光学デバイスおよび光学装置

(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】P2024090064

(43)【公開日】2024-07-04

(54)【発明の名称】光学デバイスおよび光学装置

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/01 20060101AFI20240627BHJP

   G02F 1/31 20060101ALI20240627BHJP

   G02F 1/13 20060101ALI20240627BHJP

【ＦＩ】

G02F1/01 D

G02F1/31

G02F1/13 505

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022205708

(22)【出願日】2022-12-22

(71)【出願人】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100174399

【弁理士】

【氏名又は名称】寺澤 正太郎

(72)【発明者】

【氏名】酒井 寛人

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 翼

(72)【発明者】

【氏名】田中 博

【テーマコード（参考）】

2H088

2K102

【Ｆターム（参考）】

2H088EA47

2H088HA22

2H088HA24

2H088HA28

2H088MA20

2K102AA21

2K102BA05

2K102BA08

2K102BB04

2K102BC04

2K102CA18

2K102DA01

2K102DA08

2K102DC08

2K102DD05

2K102DD10

2K102EA09

2K102EA12

2K102EA18

2K102EA23

2K102EB02

2K102EB04

2K102EB10

2K102EB20

(57)【要約】

【課題】光軸に垂直な面内における平行光の配置パターンを高速かつ自在に切り替え可能な光学デバイスを提供する。
【解決手段】光学デバイス１は、電気光学結晶体１０と、複数の電界形成部２０と、第１レンズアレイ３０と、光遮蔽部材４０と、第２レンズアレイ５０と、を備える。電気光学結晶体１０は、主面１１に第１平行光Ｌ１を受け、裏面１２から第１平行光Ｌ１を出力する。複数の電界形成部２０は、一次元状または二次元状に並んで配置される。複数の電界形成部２０は、強さが周期的に変化する電界を電気光学結晶体１０内に形成し、その電界の状態をそれぞれ独立して制御可能である。第１レンズアレイ３０は、電気光学結晶体１０から出力された第１平行光Ｌ１を複数の第１レンズ３１それぞれにおいて集光する。光遮蔽部材４０は、集光された光Ｌ２を、電界形成部２０の電界の状態に応じて、複数の領域４１それぞれにおいて通過させ又は遮蔽する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

主面および裏面を有し、前記主面に第１平行光を受け、前記裏面から前記第１平行光を出力する板状の電気光学結晶体と、
前記電気光学結晶体の前記主面または前記裏面に沿った面内において一次元状または二次元状に並んで配置され、前記主面または前記裏面に沿った方向において強さが周期的に変化する電界を前記電気光学結晶体内に形成し、前記電界の状態をそれぞれ独立して制御可能である複数の電界形成部と、
複数の電界形成部とそれぞれ対応する複数の第１レンズを有し、前記電気光学結晶体の前記裏面から出力された前記第１平行光を前記複数の第１レンズそれぞれにおいて集光する第１レンズアレイと、
前記複数の電界形成部とそれぞれ対応する複数の領域を有し、前記複数の第１レンズそれぞれによって集光された光を、対応する前記電界形成部の前記電界の状態に応じて、前記複数の領域それぞれにおいて通過させ又は遮蔽するように構成された光遮蔽部材と、
前記複数の領域とそれぞれ対応する複数の第２レンズを有し、前記光遮蔽部材を通過した前記光を前記複数の第２レンズそれぞれにおいて第２平行光に変換する第２レンズアレイと、
を備える、光学デバイス。

【請求項2】

前記複数の電界形成部それぞれは、
前記主面に設けられた第１透明電極と、
前記裏面に設けられた第２透明電極と、
を有し、
前記第１透明電極および前記第２透明電極のうち一方または双方が、前記方向において周期的である構造を含む、請求項１に記載の光学デバイス。

【請求項3】

前記第１透明電極および前記第２透明電極のうち一方または双方は櫛形である、請求項２に記載の光学デバイス。

【請求項4】

前記複数の領域それぞれは、前記複数の第１レンズそれぞれによって集光された光を、対応する前記電界形成部の前記電界がオフ状態であるときに通過させ、対応する前記電界形成部の前記電界がオン状態であるときに遮蔽するように構成されている、請求項１または２に記載の光学デバイス。

【請求項5】

前記複数の第１レンズそれぞれは、主に前記方向において屈折力を有するシリンドリカルレンズであり、
前記複数の領域それぞれは、前記シリンドリカルレンズの延在方向に沿って延在するスリットを含む、請求項１または２に記載の光学デバイス。

【請求項6】

前記電気光学結晶体を搭載する配線基板を更に備え、
前記配線基板は、前記複数の電界形成部とそれぞれ電気的に接続され、前記複数の電界形成部に駆動電圧をそれぞれ供給する複数の端子を有する、請求項１または２に記載の光学デバイス。

【請求項7】

前記電気光学結晶体はＫＴＮ結晶を含む、請求項１または２に記載の光学デバイス。

【請求項8】

請求項１または２に記載の光学デバイスと、
前記光学デバイスの前記第２レンズアレイから出力された前記第２平行光を受けて、前記第２平行光の位相を画素毎に変調する液晶型の空間光変調器と、
を備え、
前記空間光変調器は、前記光学デバイスの前記複数の電界形成部にそれぞれ対応する複数の変調領域を有する、光学装置。

【請求項9】

前記複数の電界形成部の前記電界の状態、および前記空間光変調器の変調パターンを制御する制御部を更に備え、
前記制御部は、前記複数の変調領域に前記第２平行光が順次入射するように前記複数の電界形成部を制御するとともに、前記複数の変調領域に前記第２平行光が入射し終えたのちに前記変調パターンを更新する、請求項８に記載の光学装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光学デバイスおよび光学装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１～７は、光変調器を開示する。それらの光変調器は、電気光学結晶と、電気光学結晶内部に個別に電界を形成する複数の電極と、を有する。電気光学結晶は、例えば、比誘電率が１０００以上であるペロブスカイト型の電気光学結晶である。電気光学結晶は、例えば、ＫＴＮ結晶、ＫＬＴＮ結晶、又はＰＬＺＴ結晶である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１７／２１３０９８号

【特許文献2】国際公開第２０１７／２１３０９９号

【特許文献3】国際公開第２０１７／２１３１００号

【特許文献4】国際公開第２０１７／２１３１０１号

【特許文献5】国際公開第２０１９／１１１３３２号

【特許文献6】国際公開第２０１９／１１１３３３号

【特許文献7】国際公開第２０１９／１１１３３４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

光軸に垂直な面内における平行光の配置パターンを高速かつ自在に切り替え可能な結晶を用いた光学デバイスは有用である。一例として、そのような光学デバイスと空間光変調器との組み合わせが挙げられる。すなわち、空間的に光の位相を変調する際には、空間光変調器が用いられる。空間光変調器には、特許文献１～７に挙げられたような電気光学結晶を備えるものの他に、液晶層を備えるもの（液晶型空間光変調器）がある。液晶型空間光変調器では、複数の電極のそれぞれによって液晶層内部に個別に電界を形成する。しかし、液晶型空間光変調器では、液晶層内部における電界の時間変化に対して液晶の応答が遅延するので、変調パターンの切り替えの高速性が損なわれるという問題がある。そこで、例えば、液晶型空間光変調器の変調領域を複数の領域に分割し、上述したような光学デバイスを用いて複数の領域それぞれに平行光を順次入力させることにより、解像度を犠牲にしつつ、変調パターンの切り替えを高速化することができる。

【0005】

本開示は、光軸に垂直な面内における平行光の配置パターンを高速かつ自在に切り替え可能な光学デバイス、および、変調パターンの切り替えを高速化することができる光学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】

【0006】

［１］本開示による光学デバイスは、板状の電気光学結晶体と、複数の電界形成部と、第１レンズアレイと、光遮蔽部材と、第２レンズアレイと、を備える。電気光学結晶体は、主面および裏面を有し、主面に第１平行光を受け、裏面から第１平行光を出力する。複数の電界形成部は、電気光学結晶体の主面または裏面に沿った面内において一次元状または二次元状に並んで配置される。複数の電界形成部は、電気光学結晶体の主面または裏面に沿った方向において強さが周期的に変化する電界を電気光学結晶体内に形成し、その電界の状態をそれぞれ独立して制御可能である。第１レンズアレイは、複数の電界形成部とそれぞれ対応する複数の第１レンズを有し、電気光学結晶体の裏面から出力された第１平行光を複数の第１レンズそれぞれにおいて集光する。光遮蔽部材は、複数の電界形成部とそれぞれ対応する複数の領域を有し、複数の第１レンズそれぞれによって集光された光を、対応する電界形成部の電界の状態に応じて、複数の領域それぞれにおいて通過させ又は遮蔽するように構成されている。第２レンズアレイは、複数の領域とそれぞれ対応する複数の第２レンズを有し、光遮蔽部材を通過した光を複数の第２レンズそれぞれにおいて第２平行光に変換する。

【0007】

上記［１］の光学デバイスでは、或る電界形成部により電気光学結晶体内部に電界が形成されると、その電界形成部に対応する電気光学結晶体内部の領域において、屈折率の周期的な変化が瞬時に生じる。屈折率に周期的な変化が生じている電気光学結晶体を第１平行光が通過すると、第１平行光の位相分布が変化する。よって、第１平行光が第１レンズによって集光されたときには、互いに分離した複数の集光点に光が集光される。これに対し、複数の電界形成部それぞれにより電気光学結晶体内部に電界が形成されないときには、電気光学結晶体内部には屈折率の周期的な変化は生じない。そのような電気光学結晶体を第１平行光が通過しても、第１平行光の位相分布に変化は生じない。よって、第１平行光が第１レンズによって集光されたときには、単一の集光点に光が集光される。

【0008】

光遮蔽部材の各領域は、対応する第１レンズによって集光された光を、対応する電界形成部の電界の状態に応じて、通過させるか又は遮蔽する。一例では、光遮蔽部材の各領域は、互いに分離した複数の集光点に光が集光されるときにその光を遮蔽し、単一の集光点に光が集光されるときにその光を通過させる。別の例では、光遮蔽部材の各領域は、互いに分離した複数の集光点に光が集光されるときにその光を通過させ、単一の集光点に光が集光されるときにその光を遮蔽する。従って、第１平行光において複数の電界形成部にそれぞれ対応する複数の部分が光遮蔽部材を通過するか否かを、部分毎に自在に決定することができる。第１レンズアレイによって集光された光のうち光遮蔽部材を通過した光は、対応する第２レンズによって第２平行光に変換され、光学デバイスの外部へ出力される。そして、電界を形成する電界形成部を切り替えることによって、光軸に垂直な面内における平行光の配置パターンを、高速かつ自在に切り替えることができる。

【0009】

［２］上記［１］の光学デバイスにおいて、複数の電界形成部それぞれは、主面に設けられた第１透明電極と、裏面に設けられた第２透明電極と、を有してもよい。第１透明電極および第２透明電極のうち一方または双方は、上記方向において周期的である構造を含んでもよい。その場合、電気光学結晶体内に周期的な電界を形成しつつ、電気光学結晶体を第１平行光が通過する構成を、簡易に実現することができる。

【0010】

［３］上記［２］の光学デバイスにおいて、第１透明電極および第２透明電極のうち一方または双方は櫛形であってもよい。その場合、周期的な構造を含む第１透明電極および／または第２透明電極と、透明電極に電圧を印加するための配線との接続点の数が少なくて済むので、透明電極に電圧を印加するための構造を単純化することができる。

【0011】

［４］上記［１］～［３］のいずれか一つの光学デバイスにおいて、複数の領域それぞれは、複数の第１レンズそれぞれによって集光された光を、対応する電界形成部の電界がオフ状態であるときに通過させ、対応する電界形成部の電界がオン状態であるときに遮蔽するように構成されてもよい。電界形成部の電界がオン状態であるとき、電気光学結晶体内に周期的な屈折率分布が生じ、第１平行光の位相分布が変化する。その第１平行光が光遮蔽部材を通過すると、その位相分布が第２平行光にも残留し、光学デバイスの後段に配置される光学要素がその位相分布の影響を受けてしまう。これに対し、電界形成部の電界がオフ状態であるときには、電気光学結晶体内の屈折率分布は変化せず、第１平行光の位相分布は変化しない。よって、第１レンズによって集光された光を、電界形成部の電界がオフ状態であるときに通過させることにより、光学デバイスの後段に配置される光学要素への影響を低減できる。

【0012】

［５］上記［１］～［４］のいずれか一つの光学デバイスにおいて、複数の第１レンズそれぞれは、電界の強さが周期的に変化する方向において主に屈折力を有するシリンドリカルレンズであり、複数の領域それぞれは、シリンドリカルレンズの延在方向に沿って延在するスリットを含んでもよい。その場合、シリンドリカルレンズの集光位置とスリットとの位置合わせを、シリンドリカルレンズが主に屈折力を有する方向においてのみ行えば足りる。よって、光学デバイスの製造を簡易化することができる。

【0013】

［６］上記［１］～［５］のいずれか一つの光学デバイスは、電気光学結晶体を搭載する配線基板を更に備えてもよい。配線基板は、複数の電界形成部とそれぞれ電気的に接続され、複数の電界形成部に駆動電圧をそれぞれ供給する複数の端子を有してもよい。その場合、配線基板を通じて、複数の電界形成部に駆動電圧を容易に供給することができる。

【0014】

［７］上記［１］～［６］のいずれか一つの光学デバイスにおいて、電気光学結晶体はＫＴＮ結晶を含んでもよい。

【0015】

［８］本開示による光学装置は、上記［１］～［７］のいずれか一つの光学デバイスと、光学デバイスの第２レンズアレイから出力された第２平行光を受けて、第２平行光の位相を画素毎に変調する液晶型の空間光変調器と、を備えてもよい。空間光変調器は、光学デバイスの複数の電界形成部にそれぞれ対応する複数の変調領域を有してもよい。この光学装置によれば、解像度を犠牲にしつつ、変調パターンの切り替えを高速化することができる。

【0016】

［９］上記［８］の光学装置は、複数の電界形成部の電界の状態、および空間光変調器の変調パターンを制御する制御部を更に備えてもよい。制御部は、複数の変調領域に第２平行光が順次入射するように複数の電界形成部を制御するとともに、複数の変調領域に第２平行光が入射し終えたのちに変調パターンを更新してもよい。

【発明の効果】

【0017】

本開示によれば、光軸に垂直な面内における平行光の配置パターンを高速かつ自在に切り替え可能な光学デバイス、および、変調パターンの切り替えを高速化することができる光学装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、本開示の第１実施形態に係る光学デバイスの構成を示す断面図である。

【図2】図２の（ａ）および（ｂ）は、電気光学結晶体および複数の電界形成部を拡大して示す斜視図である。

【図3】図３の（ａ）は、電界が形成されないときの電気光学結晶体内の状態を示す模式図である。図３の（ｂ）は、電界が形成されているときの電気光学結晶体内の状態を示す模式図である。

【図4】図４の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、第２平行光の切り替えの例を示す模式図である。

【図5】図５は、第１透明電極および第２透明電極へ電圧を供給する方式の例を示す斜視図である。

【図6】図６は、第１透明電極および第２透明電極へ電圧を供給する方式の別の例を示す斜視図である。

【図7】図７は、本開示の第２実施形態に係る光学装置の構成を概略的に示す図である。

【図8】図８は、本開示の第３実施形態に係る光学装置の構成を概略的に示す図である。

【図9】図９は、ＳＬＭの光変調面を示す図である。

【図10】図１０は、光学装置の動作を示すフローチャートである。

【図11】図１１は、光学装置の動作の例を示すタイミングチャートである。

【図12】図１２は、本開示の第４実施形態に係る光学装置の構成を概略的に示す図である。

【図13】図１３は、第１透明電極および第２透明電極の双方が周期的構造を含む形態における、（ａ）電界が形成されないときおよび（ｂ）電界が形成されているときの電気光学結晶体内の状態を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、添付図面を参照しながら本開示による光学デバイスおよび光学装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
（第１実施形態）

【0020】

図１は、本開示の第１実施形態に係る光学デバイス１の構成を示す断面図である。図１に示されるように、本実施形態の光学デバイス１は、板状の電気光学結晶体１０と、複数の電界形成部２０と、第１レンズアレイ３０と、光遮蔽部材４０と、第２レンズアレイ５０と、を備える。

【0021】

電気光学結晶体１０は、例えばＫＴＮ結晶、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸カリウム、タンタル酸リチウム、リン酸二水素カリウム、リン酸二カリウム、およびチタン酸バリウムのうち少なくとも一つの結晶を含む。ＫＴＮ結晶は、ニオブ酸カリウムおよびタンタル酸カリウムの混合結晶であり、電気光学効果として光カー効果を示す。一例では、電気光学結晶体１０はＫＴＮ結晶からなる。電気光学結晶体１０は、主面１１および裏面１２を有する。一例では、主面１１および裏面１２は互いに平行である。電気光学結晶体１０の厚み方向は、主面１１および裏面１２の法線方向と一致する。電気光学結晶体１０は、主面１１の法線方向に沿った光軸を有する第１平行光Ｌ１を主面１１に受ける。第１平行光Ｌ１は、例えばレーザダイオード、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）、または固体レーザから出力されたレーザ光である。第１平行光Ｌ１の波長は、例えば３００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下である。この第１平行光Ｌ１は、電気光学結晶体１０の厚み方向に電気光学結晶体１０を透過する。電気光学結晶体１０は、透過した第１平行光Ｌ１を裏面１２から出力する。第１平行光Ｌ１の透過率を最大化するため、主面１１および裏面１２は研磨されている。

【0022】

複数の電界形成部２０は、主面１１および／または裏面１２に沿った面内において、一次元状または二次元状に並んで配置されている。図１には、３つの電界形成部２０が一列に並んでいる例が示されているが、電界形成部２０の個数および列数はこれに限られない。複数の電界形成部２０は、電気光学結晶体１０の主面１１および／または裏面１２に沿った方向Ｄ１において強さが周期的に変化する電界を、電気光学結晶体１０内に形成する。複数の電界形成部２０は、その電界の状態をそれぞれ独立して制御可能に構成されている。

【0023】

図２の（ａ）および（ｂ）は、電気光学結晶体１０および複数の電界形成部２０を拡大して示す斜視図である。図２の（ａ）は電気光学結晶体１０を主面１１側から見た斜視図であり、図２の（ｂ）は電気光学結晶体１０を裏面１２側から見た斜視図である。図２の（ａ）に示されるように、電気光学結晶体１０の主面１１上には複数の（図示例では３つの）第１透明電極２１が設けられている。図中において、第１透明電極２１が存在する領域は網点で示されている。図２の（ｂ）に示されるように、電気光学結晶体１０の裏面１２の全面上には第２透明電極２２が設けられている。図中において、第２透明電極２２が存在する領域は網点で示されている。第１透明電極２１および第２透明電極２２の構成材料は、例えば、酸化スズなどのスズ添加酸化インジウム、またはフッ素添加酸化スズである。第１透明電極２１および第２透明電極２２は、例えば真空蒸着によって電気光学結晶体１０の表面に形成される。

【0024】

複数の第１透明電極２１それぞれは、方向Ｄ１において周期的である構造を含む。周期的である構造とは、例えば、第１透明電極２１の部分が存在する領域と、第１透明電極２１の部分が存在しない領域とが周期的に交互に並ぶ構造である。一例では、第１透明電極２１は、方向Ｄ１において複数の櫛歯が並ぶ櫛形である。

【0025】

複数の電界形成部２０それぞれは、一つの第１透明電極２１と、第２透明電極２２のうち該第１透明電極２１に対向する領域とによって構成される。電気光学結晶体１０は二次の電気光学効果である光カー効果を有しており、一つの第１透明電極２１と第２透明電極２２との間に電圧が印加されると、それらの間における電気光学結晶体１０内の部分に、該電圧の大きさに応じた電界が形成される。図３の（ａ）は、電界が形成されないときの電気光学結晶体１０内の状態を示す模式図である。図３の（ｂ）は、電界が形成されているときの電気光学結晶体１０内の状態を示す模式図である。図３の（ａ）に示されるように、第１透明電極２１と第２透明電極２２との間に電界が形成されないときには、電気光学結晶体１０内の屈折率分布は方向Ｄ１において一様である。これに対し、図３の（ｂ）に示されるように、第１透明電極２１と第２透明電極２２との間に電界が形成されると、電気光学結晶体１０内において、電界が形成される領域Ａ１の屈折率が他の領域に対して瞬時に変化する。その結果、その電界形成部２０に対応する電気光学結晶体１０内部の領域において、屈折率が方向Ｄ１に沿って周期的に且つ瞬時に変化し、屈折率分布が二値の回折格子を形成する。

【0026】

再び図１を参照する。第１レンズアレイ３０は、マイクロレンズアレイであって、電気光学結晶体１０の裏面１２と対向して配置されている。第１レンズアレイ３０の光軸は、第１平行光Ｌ１の光軸と平行である。第１レンズアレイ３０は、複数の（図示例では３つの）第１レンズ３１を有する。複数の第１レンズ３１は、複数の電界形成部２０とそれぞれ対応している。第１レンズアレイ３０は、電気光学結晶体１０の裏面１２から出力された第１平行光Ｌ１を、複数の第１レンズ３１それぞれにおいて集光する。複数の第１レンズ３１それぞれは、例えば凸レンズである。複数の第１レンズ３１それぞれは、主に第１透明電極２１の周期構造の方向（図示例では方向Ｄ１）において屈折力を有するシリンドリカルレンズであってもよい。

【0027】

屈折率に周期的な変化が生じている電気光学結晶体１０の領域を第１平行光Ｌ１が通過すると、第１平行光Ｌ１の位相分布が変化する。よって、第１平行光Ｌ１が第１レンズ３１によって集光されたときには、第１レンズ３１を通過後の光Ｌ２は、第１透明電極２１の周期構造の方向（図示例では方向Ｄ１）において互いに分離した複数の集光点Ｐ１に集光される。これに対し、屈折率の周期的な変化が生じていない電気光学結晶体１０の領域を第１平行光Ｌ１が通過しても、第１平行光Ｌ１の位相分布に変化は生じない。よって、第１平行光Ｌ１が第１レンズ３１によって集光されたときには、第１レンズ３１を通過後の光Ｌ２は、単一の集光点Ｐ２に集光される。図示例では、方向Ｄ１に沿って並ぶ３つの電界形成部２０のうち両端に位置する２つの電界形成部２０のみが電界を形成し、中央に位置する電界形成部２０は電界を形成していない。なお、第１レンズ３１がシリンドリカルレンズである場合、集光点Ｐ１，Ｐ２は、シリンドリカルレンズの延在方向（言い換えると、第１透明電極２１の周期構造の方向および第１平行光Ｌ１の光軸方向の双方と交差する方向）に沿って線状に延びた形状を有する。

【0028】

光遮蔽部材４０は、第１レンズアレイ３０を挟んで電気光学結晶体１０の裏面１２と対向して配置されている。光遮蔽部材４０は、例えばメタルマスクである。光遮蔽部材４０は、複数の電界形成部２０とそれぞれ対応する複数の領域４１を有する。複数の領域４１は、複数の第１レンズ３１とそれぞれ対応しており、複数の第１レンズ３１とそれぞれ光学的に結合されている。光遮蔽部材４０は、複数の第１レンズ３１それぞれによって集光された光Ｌ２を、対応する電界形成部２０の電界の状態に応じて、複数の領域４１それぞれにおいて通過させ又は遮蔽するように構成されている。

【0029】

図示例では、光遮蔽部材４０の各領域４１は、互いに分離した複数の集光点Ｐ１に光Ｌ２が集光されるとき、言い換えると、対応する電界形成部２０の電界がオン状態であるときにその光Ｌ２を遮蔽し、単一の集光点Ｐ２に光Ｌ２が集光されるとき、言い換えると、対応する電界形成部２０の電界がオフ状態であるときにその光Ｌ２を通過させる。そのため、図示例の光遮蔽部材４０の各領域４１は、単一の集光点Ｐ２に対応する単一の光学開口４２を有する。単一の集光点Ｐ２に光Ｌ２が集光されるとき、光Ｌ２は光学開口４２を通過する。また、互いに分離した複数の集光点Ｐ１に光Ｌ２が集光されるとき、光Ｌ２は光学開口４２の外側において光遮蔽部材４０によって遮蔽される。光学開口４２は、光遮蔽部材４０に形成された開口であってもよく、ガラスなどの透明な材料によって構成されてもよい。或いは、ガラスなどの透明な板の表面の光学開口４２を除く領域に遮光性の膜が設けられることによって、光遮蔽部材４０が構成されてもよい。第１レンズ３１がシリンドリカルレンズである場合、光学開口４２は、そのシリンドリカルレンズの延在方向に沿って延在するスリットであってもよい。第１平行光Ｌ１の波長をλ、電界形成部２０が形成する電界の周期をＸとすると、光学開口４２の幅は例えば（λＦ）／Ｘである。但し、実際には第１平行光Ｌ１の光強度分布およびモードの影響などにより、光学開口４２の幅は（λＦ）／Ｘと異なってもよい。

【0030】

別の例では、光遮蔽部材４０の各領域４１は、互いに分離した複数の集光点Ｐ１に光Ｌ２が集光されるときにその光Ｌ２を通過させ、単一の集光点Ｐ２に光Ｌ２が集光されるときにその光Ｌ２を遮蔽してもよい。その場合、光遮蔽部材４０の各領域４１は、複数の集光点Ｐ１に対応する光学開口を有する。その場合の光学開口の構成は、上述した光学開口４２と同様であってもよい。

【0031】

第２レンズアレイ５０は、マイクロレンズアレイであって、光遮蔽部材４０の第１レンズアレイ３０と対向する面とは反対側の面と対向して配置されている。言い換えると、光遮蔽部材４０は、第１レンズアレイ３０と第２レンズアレイ５０との間に位置する。第２レンズアレイ５０の光軸は、光Ｌ２の光軸と平行である。第２レンズアレイ５０は、複数の（図示例では３つの）第２レンズ５１を有する。複数の第２レンズ５１は、光遮蔽部材４０の複数の領域４１とそれぞれ対応しており、複数の領域４１の光学開口４２とそれぞれ光学的に結合されている。第２レンズアレイ５０は、光遮蔽部材４０を通過した光Ｌ２を、複数の第２レンズ５１それぞれにおいて第２平行光Ｌ３に変換する。第１レンズアレイ３０により集光された光Ｌ２のうち光遮蔽部材４０を通過した光Ｌ２は、対応する第２レンズ５１によって第２平行光Ｌ３に変換され、光学デバイス１の外部へ出力される。複数の第２レンズ５１それぞれは、例えば凸レンズである。複数の第１レンズ３１それぞれがシリンドリカルレンズである場合、複数の第２レンズ５１それぞれもまた、主に第１透明電極２１の周期構造の方向（図示例では方向Ｄ１）において屈折力を有するシリンドリカルレンズである。

【0032】

電気光学結晶体１０、第１レンズアレイ３０、光遮蔽部材４０、および第２レンズアレイ５０それぞれの間隔は、第１レンズアレイ３０および第２レンズアレイ５０の焦点距離と等しくてもよく、或いは異なっていてもよい。

【0033】

以上に説明した本実施形態の光学デバイス１によれば、複数の電界形成部２０それぞれが電気光学結晶体１０内に電界を形成するか否かを電界形成部２０毎に独立して制御することにより、複数の電界形成部２０にそれぞれ対応する第１平行光Ｌ１の複数の部分が光遮蔽部材４０を通過するか否かを、部分毎に自在に決定することができる。そして、電界を形成する電界形成部２０を切り替えることによって、光軸に垂直な面内における第２平行光Ｌ３の配置パターンを、例えばｋＨｚオーダーといった高速で、自在に切り替えることができる。

【0034】

図４の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、第２平行光Ｌ３の切り替えの例を示す模式図である。図４の（ａ）は、図１に示された３つの領域４１のうち最も端に位置する領域４１のみを光Ｌ２が通過し、他の２つの領域４１において光Ｌ２が遮蔽されたときの第２平行光Ｌ３の出射位置を示す。図４の（ｂ）は、図１に示された３つの領域４１のうち中央に位置する領域４１のみを光Ｌ２が通過し、他の２つの領域４１において光Ｌ２が遮蔽されたときの第２平行光Ｌ３の出射位置を示す。図４の（ｃ）は、図１に示された３つの領域４１のうち中央に位置する領域４１のみにおいて光Ｌ２が遮蔽され、他の２つの領域４１を光Ｌ２が通過したときの第２平行光Ｌ３の出射位置を示す。なお、複数の領域４１の全てに光Ｌ２を通過させてもよい。このように、本実施形態の光学デバイス１によれば、光軸に垂直な面内における第２平行光Ｌ３の配置パターンを、自在に切り替えることができる。

【0035】

図示例のように電界形成部２０の個数が３である場合、一つの領域４１のみを通過させる３通りの第２平行光Ｌ３の配置パターン、２つの領域４１を通過させる３通りの第２平行光Ｌ３の配置パターン、および全ての領域４１を通過させる１通りの第２平行光Ｌ３の配置パターンといった計７つの配置パターンが実現可能である。電界形成部２０の個数がｍである場合、実現可能な配置パターンの数は下記の数式（１）で表される。

【数1】

【0036】

本実施形態のように、複数の電界形成部２０それぞれは、主面１１に設けられた第１透明電極２１と、裏面１２に設けられた第２透明電極２２と、を有してもよい。第１透明電極２１および第２透明電極２２のうち一方または双方は、周期的構造を含んでもよい。その場合、電気光学結晶体１０内に周期的な電界を形成しつつ、電気光学結晶体１０を第１平行光Ｌ１が通過する構成を、簡易に実現することができる。

【0037】

本実施形態のように、第１透明電極２１および第２透明電極２２のうち一方または双方は櫛形であってもよい。その場合、周期的な構造を含む第１透明電極２１および／または第２透明電極２２と、これらの透明電極に電圧を印加するための配線（例えば図５に示される端子６２）との接続点の数が少なくて済むので、透明電極に電圧を印加するための構造を単純化することができる。

【0038】

本実施形態のように、光遮蔽部材４０の複数の領域４１それぞれは、複数の第１レンズ３１それぞれによって集光された光Ｌ２を、対応する電界形成部２０の電界がオフ状態であるときに通過させ、対応する電界形成部２０の電界がオン状態であるときに遮蔽するように構成されてもよい。電界形成部２０の電界がオン状態であるとき、電気光学結晶体１０内に周期的な屈折率分布が生じ、第１平行光Ｌ１の位相分布が変化する。その第１平行光Ｌ１が集光されてなる光Ｌ２が光遮蔽部材４０を通過すると、その位相分布が第２平行光Ｌ３にも残留し、光学デバイス１の後段に配置される光学要素がその位相分布の影響を受けてしまう。これに対し、電界形成部２０の電界がオフ状態であるときには、電気光学結晶体１０内の屈折率分布は変化せず、第１平行光Ｌ１の位相分布は変化しない。よって、光遮蔽部材４０の複数の領域４１それぞれが、第１レンズ３１によって集光された光Ｌ２を、電界形成部２０の電界がオフ状態であるときに通過させるように構成されることにより、光学デバイス１の後段に配置される光学要素への影響を低減できる。

【0039】

前述したように、複数の第１レンズ３１それぞれは、電界の強さが周期的に変化する方向において主に屈折力を有するシリンドリカルレンズであってもよく、複数の領域４１それぞれは、シリンドリカルレンズの延在方向に沿って延在するスリットを含んでもよい。その場合、シリンドリカルレンズの集光位置とスリットとの位置合わせを、シリンドリカルレンズが主に屈折力を有する方向においてのみ行えば足りる。よって、光学デバイス１の製造を簡易化することができる。

【0040】

なお、本実施形態の光学デバイス１と同様の機能を有するデバイスとして、音響光学素子である光偏向器ＡＯＤ（Acoustic optic deflector）がある。しかし、光偏向器ＡＯＤでは、光学系が複雑になり、また光軸が変化するため高い調整技術が要求される。本実施形態の光学デバイス１は、第１平行光Ｌ１の光軸に対して電気光学結晶体１０の主面１１が垂直になるように配置すれば良く、また光軸が変化しないので、他のデバイス（例えば空間光変調器）との組み合わせに有用である。

【0041】

ここで、図５は、第１透明電極２１および第２透明電極２２へ電圧を供給する方式の例を示す斜視図である。図５に示されるように、光学デバイス１は、電気光学結晶体１０を搭載する配線基板６０を更に備えてもよい。図示例では、配線基板６０は電気光学結晶体１０の主面１１と対向している。なお、簡略化のため、図５において第１レンズアレイ３０、光遮蔽部材４０、及び第２レンズアレイ５０は図示を省略されている。

【0042】

配線基板６０は、光学開口６１と、複数の端子６２と、端子６３とを有する。光学開口６１は、電気光学結晶体１０と対向する位置に形成され、第１平行光Ｌ１を通過させる。光学開口６１は、配線基板６０に形成された開口であってもよく、ガラスなどの透明な材料によって構成されてもよい。或いは、配線基板６０自体がガラスなどの透明な材料によって構成されてもよい。その場合、光学開口６１は不要である。複数の端子６２それぞれは、複数の第１透明電極２１それぞれと電気的に接続される。図示例では、複数の端子６２それぞれは、導電ペースト６４によって、複数の第１透明電極２１それぞれと導電接合されている。導電ペースト６４に代えて、半田などの導電性接着材が用いられてもよい。複数の端子６２は、複数の第１透明電極２１に駆動電圧をそれぞれ供給する。端子６３は、第２透明電極２２と電気的に接続されている。図示例では、端子６３は、ボンディングワイヤ６５を介して、第２透明電極２２と電気的に接続されている。端子６３は、例えば基準電位（グランド電位）に設定される。

【0043】

配線基板６０は、コネクタ付き配線６６Ａを介して別の配線基板６７と接続されている。配線基板６７は、複数の電界形成部２０とそれぞれ対応する複数のスイッチング素子６８を搭載する。また、配線基板６７には、コネクタ付き配線６６Ｂを介してコンピュータのＩ／Ｏ接続端子（不図示）が接続される。コンピュータからは、複数のスイッチング素子６８の動作を制御する信号Ｓ１が入力される。また、配線基板６７には、コネクタ付き配線６６Ｃを介して直流電源（不図示）が接続される。直流電源からは、複数の電界形成部２０に印加される直流電源電圧Ｖ１が供給される。各スイッチング素子６８は、対応する端子６２とコネクタ付き配線６６Ａを介して接続されている。各スイッチング素子６８は、コンピュータから信号Ｓ１を受けると、直流電源電圧Ｖ１を対応する端子６２に供給する。この直流電源電圧Ｖ１は、その端子６２に接続された第１透明電極２１に印加される。

【0044】

図５に示される例では配線基板６０が単一の電気光学結晶体１０を搭載しているが、図６に示されるように、配線基板６０は複数の電気光学結晶体１０を搭載してもよい。その場合、各電気光学結晶体１０における複数の電界形成部２０の並び方向（方向Ｄ１）と交差する方向に複数の電気光学結晶体１０を並べることにより、複数の電界形成部２０を二次元状に配列することができる。

【0045】

上述したように、光学デバイス１は、電気光学結晶体１０を搭載する配線基板６０を更に備えてもよい。その場合、配線基板６０を通じて、複数の電界形成部２０に駆動電圧を容易に供給することができる。
（第２実施形態）

【0046】

図７は、本開示の第２実施形態に係る光学装置７０Ａの構成を概略的に示す図である。本実施形態の光学装置７０Ａは、第１実施形態の光学デバイス１と、光源７１と、ミラー７２と、対物レンズ７３と、ミラー７４と、集光レンズ７５と、撮像部７６と、制御部７７と、Ｉ／Ｏコントローラ７８とを備える。

【0047】

光学デバイス１は、光源７１と光学的に結合され、光源７１から第１平行光Ｌ１を受ける。光源７１は、例えばレーザダイオード、ＳＬＤ、または固体レーザを含む。ミラー７２は、例えばハーフミラーまたは誘電体ミラーであり、光学デバイス１から出力された第２平行光Ｌ３を透過させる。対物レンズ７３は、ミラー７２を透過した第２平行光Ｌ３を対象物Ｂの照射対象面Ｂ１に向けて集光する。照射対象面Ｂ１は、対物レンズ７３によって集光された光Ｌ４を受けて、光Ｌ５を発生する。例えば、光Ｌ５は照射対象面Ｂ１における散乱光である。或いは、第２平行光Ｌ３および光Ｌ４が励起光である場合、光Ｌ５は、励起された対象物Ｂから出力された蛍光である。光Ｌ５は、対物レンズ７３によって平行光Ｌ６とされる。平行光Ｌ６は、ミラー７２において反射されることにより、第２平行光Ｌ３から分離される。平行光Ｌ６は、ミラー７４によって反射されたのち、集光レンズ７５によって撮像部７６に向けて集光される。撮像部７６は、集光レンズ７５によって集光された光Ｌ７を撮像して撮像データを生成する。

【0048】

図示例では、２本の第２平行光Ｌ３が集光されて照射対象面Ｂ１に照射されている。この場合、集光面である照射対象面Ｂ１を除く他の面では、２本の光Ｌ４が互いに干渉することによって干渉縞が形成される。この干渉縞は構造化照明として活用され得る。或いは、一列に並んでいない３本の第２平行光Ｌ３が集光されて照射対象面Ｂ１に照射されてもよい。その場合、３本の光Ｌ４が互いに干渉し、格子状の光点が形成される。この格子状の光点が構造化照明として活用されてもよい。

【0049】

Ｉ／Ｏコントローラ７８は、光学デバイス１と電気的に接続され、光学デバイス１の複数の電界形成部２０に駆動電圧を印加する。Ｉ／Ｏコントローラ７８は、制御部７７と電気的に接続され、制御部７７によって制御される。Ｉ／Ｏコントローラ７８は、例えば図５に示された配線基板６７および複数のスイッチング素子６８を備える。制御部７７は、例えば図５に示された信号Ｓ１をＩ／Ｏコントローラ７８に与える。制御部７７は、パーソナルコンピュータ、スマートフォンまたはタブレット端末といったスマートデバイス、あるいはクラウドサーバといったコンピュータである。制御部７７としてのコンピュータは、ＨＤＤと、フラッシュメモリまたはＲＡＭ等の記憶装置と、プロセッサ（ＣＰＵ）とを有する。制御部７７は、マイコンまたはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）によって構成されていてもよい。

【0050】

本実施形態の光学装置７０Ａによれば、光学デバイス１を備えることにより、光軸に垂直な面内における第２平行光Ｌ３の配置パターンを高速かつ自在に切り替えることができる。よって、照射対象面Ｂ１に対して照射される光Ｌ４の照射領域の形状を高速かつ自在に切り替えることができる。
（第３実施形態）

【0051】

図８は、本開示の第３実施形態に係る光学装置７０Ｂの構成を概略的に示す図である。本実施形態の光学装置７０Ｂは、第１実施形態の光学デバイス１と、光源７１と、ミラー７２と、対物レンズ７３と、ミラー７４ａ、７４ｂおよび７４ｃと、集光レンズ７５と、撮像部７６と、制御部７９と、ＳＬＭコントローラ８０と、空間光変調器（ＳＬＭ）８１と、を備える。

【0052】

光源７１から出力される第１平行光Ｌ１は、空間的に位相が揃ったコヒーレントなレーザ光である。光学デバイス１は、光源７１と光学的に結合され、光源７１から第１平行光Ｌ１を受ける。ミラー７４ａおよび７４ｂは、光学デバイス１から出力された第２平行光Ｌ３を反射することにより第２平行光Ｌ３をＳＬＭ８１へ導く。ＳＬＭ８１は、液晶型のＳＬＭである。ＳＬＭ８１は、複数の画素を有し、第２平行光Ｌ３を受けて、第２平行光Ｌ３の位相を画素毎に変調する。ＳＬＭ８１は、反射型であってもよく、透過型であってもよい。ミラー７２は、例えばハーフミラーまたは誘電体ミラーであり、ＳＬＭ８１から出力された変調後の第２平行光Ｌ３を透過させる。対物レンズ７３は、ミラー７２を透過した第２平行光Ｌ３を対象物Ｂの照射対象面Ｂ１に向けて集光する。照射対象面Ｂ１は、対物レンズ７３によって集光された光Ｌ４を受けて、光Ｌ５を発生する。例えば、第２平行光Ｌ３および光Ｌ４が励起光である場合、光Ｌ５は、励起された対象物Ｂから出力された蛍光である。光Ｌ５は、対物レンズ７３によって平行光Ｌ６とされる。平行光Ｌ６は、ミラー７４によって反射されたのち、集光レンズ７５によって撮像部７６に向けて集光される。撮像部７６は、集光レンズ７５によって集光された光Ｌ７を撮像して撮像データを生成する。

【0053】

ＳＬＭコントローラ８０は、ＳＬＭ８１と電気的に接続され、ＳＬＭ８１に変調パターンを示す信号を与える。また、ＳＬＭコントローラ８０は、光学デバイス１と電気的に接続され、光学デバイス１の複数の電界形成部２０に駆動電圧を印加する。更に、ＳＬＭコントローラ８０は、撮像部７６と電気的に接続され、撮像タイミングを示すトリガ信号を撮像部７６に提供する。ＳＬＭコントローラ８０は、制御部７９と電気的に接続され、制御部７９によって制御される。ＳＬＭコントローラ８０は、例えば図５に示された配線基板６７および複数のスイッチング素子６８を備える。制御部７９は、複数の電界形成部２０の電界の状態、およびＳＬＭ８１の変調パターンを制御する。制御部７９は、例えば図５に示された信号Ｓ１をＳＬＭコントローラ８０に与える。制御部７９は、パーソナルコンピュータ、スマートフォンまたはタブレット端末といったスマートデバイス、あるいはクラウドサーバといったコンピュータである。制御部７９としてのコンピュータは、ＨＤＤと、フラッシュメモリまたはＲＡＭ等の記憶装置と、プロセッサ（ＣＰＵ）とを有する。制御部７９は、マイコンまたはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）によって構成されていてもよい。

【0054】

ＳＬＭ８１は、光学デバイス１の複数の電界形成部２０にそれぞれ対応する複数の変調領域を有する。そして、各変調領域において個別の変調パターンが呈示される。変調パターンは、例えば、構造化照明に必要な二光束干渉パターン、または格子パターンを示す多光束干渉パターンであってもよい。その場合、照射対象面Ｂ１には、二次元状に分布する複数（例えば５×５もしくは１×５）の光点が形成される。形成される光点の配置及び個数は、変調領域毎に異なってもよい。このように、各変調領域において個別の変調パターンが呈示されることにより、第２平行光Ｌ３の配置パターンの切り替えに応じて照射対象面Ｂ１における照射パターンが変化する。

【0055】

ここで、説明のため、光学デバイス１が３行３列（計９個）の電界形成部２０を備えるものとする。図９は、そのときのＳＬＭ８１の光変調面を示す図である。図９に示されるように、ＳＬＭ８１は、電界形成部２０と同数の９個の変調領域Ｍ（１）～Ｍ（９）を有する。変調領域Ｍ（１）～Ｍ（９）は、電界形成部２０と同様に、３行３列に配列されている。変調領域Ｍ（１）～Ｍ（９）は、９個の電界形成部２０と一対一で対応する。９個の変調領域Ｍ（１）～Ｍ（９）のそれぞれには、対応する電界形成部２０を通過し、光学デバイス１から出力された第２平行光Ｌ３が入射して変調される。９個の電界形成部２０への印加電圧を制御部７９が制御することにより、変調領域Ｍ（１）～Ｍ（９）に第２平行光Ｌ３が順次入射して変調される。そして、制御部７９は、変調領域Ｍ（１）～Ｍ（９）に第２平行光Ｌ３が入射し終えたのちに、ＳＬＭコントローラ８０を通じてＳＬＭ８１の変調パターンを更新する。その後、再び９個の電界形成部２０への印加電圧を制御部７９が制御することにより、変調領域Ｍ（１）～Ｍ（９）に第２平行光Ｌ３が順次入射して変調される。光学装置７０Ｂは、このような動作を繰り返す。

【0056】

図１０は、光学装置７０Ｂの動作を示すフローチャートである。図１０に示されるように、まず、制御部７９がＳＬＭコントローラ８０を通じてＳＬＭ８１の変調パターンを設定する（ステップＳＴ１）。この変調パターンには、複数の変調領域Ｍ（１）～Ｍ（９）それぞれにおける個別の変調パターンが含まれる。次に、制御部７９がＳＬＭコントローラ８０を通じて９個の電界形成部２０を制御することにより、変調領域Ｍ（１）に第２平行光Ｌ３を入射させる（ステップＳＴ２）。そして、制御部７９がＳＬＭコントローラ８０を通じて、撮像部７６に撮像タイミングを示すトリガ信号を提供する（ステップＳＴ３）。その後、ステップＳＴ２に戻り、変調領域Ｍ（２）に第２平行光Ｌ３を入射させ、ステップＳＴ３を再び行う。このように、全ての変調領域Ｍ（１）～Ｍ（９）に第２平行光Ｌ３を順次入射させつつ、その都度ステップＳＴ３を行う。全ての変調領域Ｍ（１）～Ｍ（９）に第２平行光Ｌ３を入射し終えたのち（ステップＳＴ４：ＹＥＳ）、ステップＳＴ１に戻り、ＳＬＭ８１の変調パターンを更新する。この変調パターンには、複数の変調領域Ｍ（１）～Ｍ（９）それぞれにおける個別の変調パターンが含まれる。そして、ステップＳＴ２～ＳＴ４を再び繰り返す。予め用意された全ての変調パターンを呈示し終えたのち（ステップＳＴ５：ＹＥＳ）、光学装置７０Ｂは動作を終了する。

【0057】

本実施形態の光学装置７０Ｂによって得られる効果は次の通りである。液晶型のＳＬＭ８１では、複数の電極のそれぞれによって液晶層内部に個別に電界を形成する。しかし、液晶層内部における電界の時間変化に対して液晶の応答が遅延するので、変調パターンの切り替えの高速性が損なわれるという問題がある。本実施形態では、ＳＬＭ８１の光変調面を複数の変調領域Ｍ（１）～Ｍ（９）に分割し、光学デバイス１を用いて複数の変調領域Ｍ（１）～Ｍ（９）それぞれに第２平行光Ｌ３を順次入力させる。これにより、解像度を犠牲にしつつ、変調パターンの切り替えを高速化することができる。これにより、光学装置７０Ｂは、高速レートでのホログラフィックな光制御によって、高速現象の観察、または高速なフレームレートが要求される光ピンセット技術もしくは原子トラップ技術に適用され得る。

【0058】

上記の説明では全ての変調領域Ｍ（１）～Ｍ（９）に第２平行光Ｌ３を入射し終えたのちにＳＬＭ８１の変調パターンを更新しているが、ＳＬＭ８１の変調パターンを二つ以上の領域（例えば三つの領域）に分割し、領域毎に変調パターンを更新してもよい。図１１は、そのような動作の例を示すタイミングチャートである。図１１において、線Ｇ１は、変調領域Ｍ（１）～Ｍ（９）への第２平行光Ｌ３の入射期間を表す。線Ｇ１がハイレベルである区間ではいずれかの変調領域へ第２平行光Ｌ３が入射されており、線Ｇ１の近傍に付された数字は第２平行光Ｌ３が入射される変調領域Ｍ（ｉ）の番号ｉを表す。線Ｇ２は、変調領域Ｍ（１）～Ｍ（３）の変調パターンを呈示する期間を表す。線Ｇ２がハイレベルである区間Ｔ１では変調領域Ｍ（１）～Ｍ（３）の変調パターンが呈示される。線Ｇ３は、変調領域Ｍ（４）～Ｍ（６）の変調パターンを呈示する期間を表す。線Ｇ３がハイレベルである区間Ｔ２では変調領域Ｍ（４）～Ｍ（６）の変調パターンが呈示される。線Ｇ４は、変調領域Ｍ（７）～Ｍ（９）の変調パターンを呈示する期間を表す。線Ｇ４がハイレベルである区間Ｔ３では変調領域Ｍ（７）～Ｍ（９）の変調パターンが呈示される。

【0059】

なお、液晶層の応答が遅延するため、例えば区間Ｔ１において変調領域Ｍ（１）～Ｍ（３）の変調パターンを呈示する場合、区間Ｔ１より前のタイミングｔ１において変調領域Ｍ（１）～Ｍ（３）の電極への電圧印加を開始する。そして、区間Ｔ１の終端において電極への電圧印加を終了した後、変調パターンの呈示状態が完全に終了するのは区間Ｔ１の後のタイミングｔ２である。区間Ｔ２において変調領域Ｍ（４）～Ｍ（６）の変調パターンを呈示する場合、および区間Ｔ３において変調領域Ｍ（７）～Ｍ（９）の変調パターンを呈示する場合に関しても同様である。

【0060】

このように、ＳＬＭ８１の変調パターンを二つ以上の領域に分割し、領域毎に変調パターンを更新することによって、図１１のタイミングチャートに示されるように、液晶層の応答時間に影響されずに変調領域Ｍ（１）～Ｍ（９）への第２平行光Ｌ３の入射を繰り返すことが可能となる。従って、変調パターンの切り替えを更に高速化することができる。
（第４実施形態）

【0061】

図１２は、本開示の第４実施形態に係る光学装置７０Ｃの構成を概略的に示す図である。本実施形態の光学装置７０Ｃは、第３実施形態の光学装置７０Ｂの構成に加えて、ＳＬＭコントローラ８２と、ＳＬＭ８３とを更に備える。また、本実施形態の撮像部７６は、一方向に並ぶ複数の光入射領域の光を順次検出するローリングシャッタ方式を有する。

【0062】

ＳＬＭコントローラ８２は、ＳＬＭ８３と電気的に接続され、ＳＬＭ８３に変調パターンを示す信号を与える。ＳＬＭコントローラ８２は、制御部７９と電気的に接続され、制御部７９によって制御される。制御部７９は、ＳＬＭコントローラ８２を通じて、ＳＬＭ８３に呈示される変調パターンを制御する。ＳＬＭ８３に呈示される変調パターンは、集光レンズ７５による光Ｌ７の集光像を複数の位置に形成させる。各位置における光Ｌ７の集光像は互いに同一像である。撮像部７６がローリングシャッタ方式を有するので、撮像部７６は、各位置に形成された光Ｌ７の集光像を、等間隔の時間差を設けつつ順次撮像する。これにより、光Ｌ７の集光像を撮像部７６の本来のフレームレートよりも速いレートで撮像することができる。

【0063】

本開示による光学デバイスおよび光学装置は、上述した各実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上述した第１実施形態では、第１透明電極２１が方向Ｄ１において周期的である構造を含み、第２透明電極２２が裏面１２の全面にわたって形成されている。この形態に限られず、第１透明電極２１が主面１１の全面にわたって形成され、第２透明電極２２が方向Ｄ１において周期的である構造を含んでもよい。その場合、第２透明電極２２は櫛形であってもよい。

【0064】

或いは、第１透明電極２１および第２透明電極２２の双方が方向Ｄ１において周期的である構造を含んでもよい。その場合、第１透明電極２１および第２透明電極２２の双方が櫛形であってもよい。図１３は、そのような形態において（ａ）電界が形成されないときおよび（ｂ）電界が形成されているときの電気光学結晶体１０内の状態を示す模式図である。図１３の（ｂ）に示されるように、そのような形態においても、第１透明電極２１と第２透明電極２２との間に電界が形成されると、電気光学結晶体１０内において、電界が形成される領域Ａ１の屈折率が他の領域に対して瞬時に変化する。その結果、その電界形成部２０に対応する電気光学結晶体１０内部の領域において、屈折率が方向Ｄ１に沿って周期的に且つ瞬時に変化する。また、第１透明電極２１および第２透明電極２２の双方が方向Ｄ１において周期的である構造を含む場合には、第１透明電極２１または第２透明電極２２が主面１１または裏面１２の全面にわたって形成されている場合と比較して、方向Ｄ１における電界の拡がりを抑えることができる。よって、周期的な屈折率分布をより整った形で形成することができる。

【0065】

また、上記実施形態では、複数の第１透明電極２１の周期的構造における周期の方向が、複数の第１透明電極２１間において互いに一致している。この形態に限られず、少なくとも一つの第１透明電極２１の周期的構造における周期の方向は、他の第１透明電極２１の周期的構造における周期の方向と異なってもよい。

【0066】

また、上記実施形態では、第１透明電極２１および／または第２透明電極２２の形状として櫛形を例示している。強さが周期的に変化する電界を電気光学結晶体１０内に形成する電界形成部は、この形態に限られない。例えば、電界形成部は、二次元状に配列された複数の透明電極を有してもよく、その場合、強さが周期的に変化する電界を形成するように、該複数の透明電極の一部に対して選択的に電圧が印加されてもよい。

【0067】

また、上記実施形態では、電界形成部が透明電極により構成される形態を例示したが、電界形成部は不透明な電極（例えば金属電極）によって構成されてもよい。その場合、電極は、第１平行光Ｌ１が通過するための構造（例えば開口部）を有するとよい。

【符号の説明】

【0068】

１…光学デバイス、１０…電気光学結晶体、１１…主面、１２…裏面、２０…電界形成部、２１…第１透明電極、２２…第２透明電極、３０…第１レンズアレイ、３１…第１レンズ、４０…光遮蔽部材、４１…領域、４２…光学開口、５０…第２レンズアレイ、５１…第２レンズ、６０…配線基板、６１…光学開口、６２，６３…端子、６４…導電ペースト、６５…ボンディングワイヤ、６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃ…コネクタ付き配線、６７…配線基板、６８…スイッチング素子、７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ…光学装置、７１…光源、７２…ミラー、７３…対物レンズ、７４，７４ａ，７４ｂ，７４ｃ…ミラー、７５…集光レンズ、７６…撮像部、７７，７９…制御部、７８…Ｉ／Ｏコントローラ、８０，８２…ＳＬＭコントローラ、８１，８３…空間光変調器（ＳＬＭ）、Ａ１…領域、Ｂ…対象物、Ｂ１…照射対象面、Ｄ１…方向、Ｌ１…第１平行光、Ｌ２，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ７…光、Ｌ３…第２平行光、Ｌ６…平行光、Ｍ（１）～Ｍ（９），Ｍ（ｉ）…変調領域、Ｐ１，Ｐ２…集光点、Ｓ１…信号、Ｖ１…直流電源電圧。

【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】