特開 2024-90069 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】P2024090069

(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】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022205715

(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

2H088HA17

2H088HA18

2H088HA20

2H088HA22

2H088HA24

2H088HA28

2H088MA20

2K102AA21

2K102BA05

2K102BA08

2K102BB04

2K102BC04

2K102CA18

2K102DA01

2K102DA08

2K102DC08

2K102DD05

2K102EA09

2K102EA12

2K102EA18

2K102EA23

2K102EA25

2K102EB02

2K102EB04

2K102EB06

2K102EB10

2K102EB12

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１Ａにおいて、第１レンズアレイ３０は、第１平行光Ｌ１を複数の第１レンズ３１によって集光する。第２レンズアレイは、複数の第１レンズ３１から出力された光Ｌ２を第２平行光Ｌ３に変換する。電気光学結晶体１０は、主面１１に第２平行光Ｌ３を受ける。光反射部１３は、電気光学結晶体１０の裏面１２側に配置される。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内に形成する。第２レンズアレイ５０は、電気光学結晶体１０から出力された第２平行光Ｌ３を複数の第２レンズ５１によって集光する。光遮蔽部材４０は、複数の第２レンズ５１それぞれにより集光された光Ｌ４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。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一次元状または二次元状に並んで配置された複数の第１レンズを有し、第１平行光を前記複数の第１レンズそれぞれによって集光する第１レンズアレイと、
前記複数の第１レンズとそれぞれ対応する複数の第２レンズを有し、前記複数の第１レンズそれぞれから出力された光を、前記複数の第２レンズそれぞれによって第２平行光に変換する第２レンズアレイと、
主面および裏面を有し、前記主面に前記第２平行光を受ける板状の電気光学結晶体と、
前記電気光学結晶体の前記裏面側に配置され、前記第２平行光を前記主面に向けて反射する光反射部と、
前記複数の第２レンズにそれぞれ対応して配置され、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、前記電界の状態を互いに独立して制御可能である複数の電界形成部と、
前記第１レンズアレイと前記第２レンズアレイとの間に配置された光遮蔽部材と、
を備え、
前記第２レンズアレイは、前記光反射部により反射されて前記電気光学結晶体の前記主面から出力された前記第２平行光を前記複数の第２レンズそれぞれによって集光し、
前記光遮蔽部材は、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り集光された光を前記複数の領域それぞれにおいて通過させるとともに、前記複数の第２レンズそれぞれにより集光された光を、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ており、
前記第１レンズアレイは、前記第２レンズによって集光されたのち前記光遮蔽部材を通過した前記光を、前記第１レンズによって平行光である出力光に変換する、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電極と、
前記裏面に設けられた第２電極と、
を有し、
前記第１電極は透明電極であり、
前記第１電極および前記第２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電極および前記第２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】

前記光遮蔽部材の前記複数の領域それぞれは、前記複数の第２レンズそれぞれにより集光された前記光を、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、および前記複数の第２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】

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、前記電界の状態を互いに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レンズそれぞれによって集光する第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り集光された光を、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反射し又は通過させるように構成された光反射部と、
前記光反射部を通過した前記光を吸収するように構成された光吸収部と、
を備え、
前記第１レンズアレイは、前記光反射部により反射された前記光を前記第１レンズによって平行光である出力光に変換し、前記電気光学結晶体は前記出力光を透過させる、光学デバイス。

【請求項7】

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電極と、
前記裏面に設けられた第２電極と、
を有し、
前記第１電極および前記第２電極は透明電極であり、
前記第１電極および前記第２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６に記載の光学デバイス。

【請求項8】

前記第１電極および前記第２電極のうち一方または双方は櫛形である、請求項７に記載の光学デバイス。

【請求項9】

前記光反射部の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り集光された光を、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反射し、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通過させるように構成されている、請求項６または７に記載の光学デバイス。

【請求項10】

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光反射面を含む、請求項６または７に記載の光学デバイス。

【請求項11】

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６に記載の光学デバイス。

【請求項12】

前記電気光学結晶体はＫＴＮ結晶を含む、請求項１または６に記載の光学デバイス。

【請求項13】

請求項１または６に記載の光学デバイスと、
前記光学デバイスから出力された前記出力光を受けて、前記出力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14】

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出力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出力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１３に記載の光学装置。

【請求項15】

請求項１または６に記載の光学デバイスと、
前記第１平行光を出力する光源と、
前記光源から出力された前記第１平行光を直線偏光とする偏光板と、
直線偏光とされた前記第１平行光を透過又は反射することにより該第１平行光を前記光学デバイスへ導く偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタと前記光学デバイスとの間の光路上に配置された１／４波長板と、
を備え、
前記偏光ビームスプリッタは、前記光学デバイスから出力されて前記１／４波長板を通過した前記出力光を反射または透過する、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、第１レンズアレイと、第２レンズアレイと、板状の電気光学結晶体と、光反射部と、複数の電界形成部と、光遮蔽部材と、を備える。第１レンズアレイは、一次元状または二次元状に並んで配置された複数の第１レンズを有し、第１平行光を複数の第１レンズそれぞれによって集光する。第２レンズアレイは、複数の第１レンズとそれぞれ対応する複数の第２レンズを有し、複数の第１レンズそれぞれから出力された光を、複数の第２レンズそれぞれによって第２平行光に変換する。電気光学結晶体は、主面および裏面を有し、主面に第２平行光を受ける。光反射部は、電気光学結晶体の裏面側に配置され、第２平行光を主面に向けて反射する。複数の電界形成部は、複数の第２レンズにそれぞれ対応して配置されている。複数の電界形成部は、表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、その電界の状態を互いに独立して制御可能に構成されている。第２レンズアレイは、光反射部により反射されて電気光学結晶体の主面から出力された第２平行光を複数の第２レンズそれぞれによって集光する。光遮蔽部材は、第１レンズアレイと第２レンズアレイとの間に配置されている。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り集光された光を複数の領域それぞれにおいて通過させるとともに、複数の第２レンズそれぞれにより集光された光を、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１レンズアレイは、第２レンズによって集光されたのち光遮蔽部材を通過した光を、第１レンズによって平行光である出力光に変換する。

【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２平行光が通過すると、第２平行光の位相分布が変化する。よって、第２平行光が第２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２平行光が通過しても、第２平行光の位相分布に変化は生じない。よって、第２平行光が第２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２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２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２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、第１レンズによって平行光である出力光に変換され、光学デバイスの外部へ出力される。したがって、電界を形成する電界形成部を切り替えることにより、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電極と、裏面に設けられた第２電極と、を有してもよい。第１電極は透明電極であり、第１電極および第２電極のうち一方または双方が、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、電気光学結晶体の主面に第２平行光を受ける構成を、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電極および第２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電極および／または第２電極と、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、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、光遮蔽部材の複数の領域それぞれは、複数の第２レンズそれぞれにより集光された光を、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２平行光の位相分布が変化する。その第２平行光から出力光が生成される場合、その位相分布が出力光にも残留し、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２平行光の位相分布は変化しない。よって、第２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、および複数の第２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ってもよい。そして、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］本開示による別の光学デバイスは、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、光反射部と、光吸収部と、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、電気光学結晶体の表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ている。複数の電界形成部は、表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、電界の状態を互いに独立して制御可能に構成されている。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レンズそれぞれによって集光する。光反射部は、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り集光された光を、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反射し又は通過させるように構成されている。光吸収部は、光反射部を通過した光を吸収するように構成されている。第１レンズアレイは、光反射部により反射された光を第１レンズによって平行光である出力光に変換する。電気光学結晶体は出力光を透過させる。

【0014】

上記［６］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。

【0015】

光反射部の各領域は、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、反射するか又は通過させる。一例では、光反射部の各領域は、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し、単一の集光点に光が集光されるときにその光を反射する。別の例では、光反射部の各領域は、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反射し、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。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反射部において反射するか否かを、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反射部において反射された光は、第１レンズによって平行光である出力光に変換され、光学デバイスの外部へ出力される。第１レンズアレイによって集光された光のうち光反射部を通過した光は、光吸収部によって吸収されて消滅する。したがって、電界を形成する電界形成部を切り替えることにより、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。

【0016】

［７］上記［６］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電極と、裏面に設けられた第２電極と、を有し、第１電極および第２電極は透明電極であってもよい。第１電極および第２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平行光および出力光が通過する構成を、簡易に実現することができる。

【0017】

［８］上記［７］の光学デバイスにおいて、第１電極および第２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電極および／または第２電極と、これらの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、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。

【0018】

［９］上記［６］～［８］のいずれか一つの光学デバイスにおいて、光反射部の複数の領域それぞれは、複数の第１レンズそれぞれにより集光された光を、対応する電界形成部の電界がオフ状態であるときに反射し、対応する電界形成部の電界がオン状態であるときに通過させ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平行光から出力光が生成される場合、その位相分布が出力光にも残留する。加えて、出力光が電気光学結晶体を通過するときにも出力光の位相分布が変化する。従って、光学デバイスの後段に配置される光学要素がそれら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平行光および出力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反射することにより、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。

【0019】

［１０］上記［６］～［９］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光反射面を含んでもよい。その場合、シリンドリカルレンズの集光位置と光反射面との位置合わせを、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。

【0020】

［１１］上記［１］～［１０］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。

【0021】

［１２］上記［１］～［１１］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。

【0022】

［１３］本開示による光学装置は、上記［１］～［１２］のいずれか一つの光学デバイスと、光学デバイスから出力された出力光を受けて、出力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。

【0023】

［１４］上記［１３］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、複数の変調領域に出力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、複数の変調領域に出力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。

【0024】

［１５］本開示による別の光学装置は、上記［１］～［１２］のいずれか一つの光学デバイスと、第１平行光を出力する光源と、光源から出力された第１平行光を直線偏光とする偏光板と、直線偏光とされた第１平行光を透過又は反射することにより該第１平行光を光学デバイスへ導く偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタと光学デバイスとの間の光路上に配置された１／４波長板と、を備える。偏光ビームスプリッタは、光学デバイスから出力されて１／４波長板を通過した出力光を反射または透過する。この光学装置によれば、出力光の光強度の低下を抑制しつつ、出力光を第１平行光から分離して取り出すことができる。

【発明の効果】

【0025】

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】

【0026】

【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、出力光の切り替えの例を示す模式図である。

【図5】図５は、第１電極および第２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電極および第２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、第１変形例に係る光学デバイスの構成を示す断面図である。

【図8】図８は、第２変形例に係る光学デバイスの構成を示す断面図である。

【図9】図９は、第２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10】図１０は、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11】図１１は、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12】図１２は、ＳＬＭの光変調面を示す図である。

【図13】図１３は、光学装置の動作を示すフローチャートである。

【図14】図１４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15】図１５は、第５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16】図１６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。

【発明を実施するための形態】

【0027】

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）

【0028】

図１は、本開示の第１実施形態に係る光学デバイス１Ａ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１Ａは、板状の電気光学結晶体１０と、光反射部１３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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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の全面上には第１電極２１（第１電極）が設けられている。図中において、第１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上には複数の（図示例では３つの）第２電極２２（第２電極）が設けられている。図中において、第２電極２２が存在する領域は網点で示されている。第１電極２１は、透明電極である。第２電極２２は、透明電極であってもよく、不透明な電極（例えば金属電極）であってもよい。透明電極の構成材料は、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電極２１および第２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。

【0032】

複数の第２電極２２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２電極２２の部分が存在する領域と、第２電極２２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２電極２２は、方向Ｄ１において複数の櫛歯が並ぶ櫛形である。

【0033】

複数の電界形成部２０それぞれは、一つの第２電極２２と、第１電極２１のうち該第２電極２２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２電極２２と第１電極２１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電極２１と第２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電極２１と第２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。

【0034】

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の主面１１と対向して配置されている。第１レンズアレイ３０は、電気光学結晶体１０の主面１１の法線方向に沿った光軸を有する第１平行光Ｌ１を、電気光学結晶体１０と対向する面とは反対の面に受ける。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。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、一次元状または二次元状に並んで配置された複数の（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、第１平行光Ｌ１を、複数の第１レンズ３１それぞれによって集光する。複数の第１レンズ３１それぞれは、例えば凸レンズである。

【0035】

第２レンズアレイ５０は、マイクロレンズアレイであって、電気光学結晶体１０と第１レンズアレイ３０との間に配置されている。第２レンズアレイ５０の光軸は、第１平行光Ｌ１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、第１レンズアレイ３０の複数の第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。複数の第２レンズ５１それぞれの焦点距離は、複数の第１レンズ３１それぞれの焦点距離と等しい。第２レンズアレイ５０は、複数の第１レンズ３１それぞれから出力された光Ｌ２を、複数の第２レンズ５１それぞれによって第２平行光Ｌ３に変換する。複数の第２レンズ５１それぞれは、例えば凸レンズである。

【0036】

第２平行光Ｌ３は、電気光学結晶体１０の主面１１に入射し、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２平行光Ｌ３を裏面１２から出力する。第２平行光Ｌ３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。光反射部１３は、電気光学結晶体１０の裏面１２側に配置されている。光反射部１３は、第２平行光Ｌ３を、電気光学結晶体１０の主面１１に向けて反射する。光反射部１３は、例えば電気光学結晶体１０の裏面１２上に形成された誘電体多層膜である。第２電極２２が不透明である場合、第２電極２２が光反射部１３の一部を構成してもよい。第２レンズアレイ５０は、光反射部１３により反射されて電気光学結晶体１０の主面１１から出力された第２平行光Ｌ３を、複数の第２レンズ５１それぞれによって集光する。

【0037】

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（図３の（ｂ）を参照）を第２平行光Ｌ３が厚さ方向に往復すると、第２平行光Ｌ３の位相分布が変化する。よって、第２平行光Ｌ３が第２レンズ５１によって集光されたときには、第２レンズ５１を通過後の光Ｌ４は、第２電極２２の周期的構造の方向（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（図３の（ａ）を参照）を第２平行光Ｌ３が厚さ方向に往復しても、第２平行光Ｌ３の位相分布に変化は生じない。よって、第２平行光Ｌ３が第２レンズ５１によって集光されたときには、第２レンズ５１を通過後の光Ｌ４は、単一の集光点Ｐ２に集光される。図１に示される例では、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。

【0038】

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２レンズ５１とそれぞれ対応しており、それらの一方側において複数の第２レンズ５１とそれぞれ光学的に結合されている。また、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、それらの他方側において複数の第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それぞれにより集光された光Ｌ２を複数の領域４１それぞれにおいて通過させるとともに、複数の第２レンズ５１それぞれにより集光された光Ｌ４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。

【0039】

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Ｌ４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Ｌ４を遮蔽し、単一の集光点Ｐ２に光Ｌ４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Ｌ４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Ｌ４が集光されるとき、光Ｌ４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Ｌ４が集光されるとき、光Ｌ４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。

【0040】

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Ｌ４が集光されるときにその光Ｌ４を通過させ、単一の集光点Ｐ２に光Ｌ４が集光されるときにその光Ｌ４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。

【0041】

第１レンズアレイ３０は、光遮蔽部材４０を通過した光Ｌ４を、第１レンズ３１において平行光である出力光Ｌ５に変換する。第２レンズアレイ５０により集光された光Ｌ４のうち光遮蔽部材４０を通過した光Ｌ４は、対応する第１レンズ３１によって出力光Ｌ５に変換され、光学デバイス１Ａの外部へ出力される。

【0042】

第１レンズアレイ３０と光遮蔽部材４０との間隔、光遮蔽部材４０と第２レンズアレイ５０との間隔、および第２レンズアレイ５０と電気光学結晶体１０との間隔は、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。

【0043】

以上に説明した本実施形態の光学デバイス１Ａ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２平行光Ｌ３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出力光Ｌ５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。

【0044】

図４の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、出力光Ｌ５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Ｌ４が通過し、他の２つの領域４１において光Ｌ４が遮蔽されたときの出力光Ｌ５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Ｌ４が通過し、他の２つの領域４１において光Ｌ４が遮蔽されたときの出力光Ｌ５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Ｌ４が遮蔽され、他の２つの領域４１を光Ｌ４が通過したときの出力光Ｌ５の出射位置を示す。なお、複数の領域４１の全てにおいて光Ｌ４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１Ａによれば、光軸に垂直な面内における出力光Ｌ５の配置パターンを、自在に切り替えることができる。

【0045】

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通りの出力光Ｌ５の配置パターン、２つの領域４１を通過させる３通りの出力光Ｌ５の配置パターン、および全ての領域４１を通過させる１通りの出力光Ｌ５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】

【0046】

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電極２１と、裏面１２に設けられた第２電極２２と、を有してもよい。そして、第２電極２２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の主面１１に第２平行光Ｌ３を受ける構成を、簡易に実現することができる。

【0047】

本実施形態のように、第２電極２２は櫛形であってもよい。その場合、周期的な構造を含む第２電極２２と、第２電極２２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、第２電極２２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。

【0048】

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２レンズ５１それぞれにより集光された光Ｌ４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２平行光Ｌ３の位相分布が変化する。その第２平行光Ｌ３から出力光Ｌ５が生成される場合、その位相分布が出力光Ｌ５にも残留し、光学デバイス１Ａ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２平行光Ｌ３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２レンズ５１によって集光された光Ｌ４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１Ａの後段に配置される光学要素への影響を低減できる。

【0049】

なお、本実施形態の光学デバイス１Ａ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１Ａ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。

【0050】

ここで、図５は、第１電極２１および第２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１Ａ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の裏面１２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。

【0051】

配線基板６０は、複数の端子６２と、端子６３とを有する。複数の端子６２それぞれは、複数の第２電極２２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２電極２２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２電極２２に駆動電圧をそれぞれ供給する。端子６３は、第１電極２１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１電極２１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。

【0052】

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２電極２２に印加される。

【0053】

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。

【0054】

上述したように、光学デバイス１Ａ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１変形例）

【0055】

図７は、上記実施形態の第１変形例に係る光学デバイス１Ｂの構成を示す断面図である。光学デバイス１Ｂでは、複数の第１レンズ３１が、電界の強さが周期的に変化する方向（第２電極２２の周期的構造の方向、図示例では方向Ｄ１）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る。また、複数の第２レンズ５１それぞれもまた、当該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る。従って、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２電極２２の周期的構造の方向および第２平行光Ｌ３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。光遮蔽部材４０の光学開口４２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であってもよい。その場合、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。

【0056】

本変形例のように、複数の第１レンズ３１それぞれ、および複数の第２レンズ５１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１Ａの製造を簡易化することができる。
（第２変形例）

【0057】

図８は、上記実施形態の第２変形例に係る光学デバイス１Ｃの構成を示す断面図である。光学デバイス１Ｃは、上記実施形態の複数の電界形成部２０に代えて、複数の電界形成部２３を備える。複数の電界形成部２３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。複数の電界形成部２３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２３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。

【0058】

本変形例では、電気光学結晶体１０の主面１１上に複数の第１電極２４が設けられ、電気光学結晶体１０の裏面１２の全面上に第２電極２５が設けられている。第１電極２４は透明電極である。第２電極２５は、不透明な電極であり、例えば金属電極である。第２電極２５は、第２平行光Ｌ３を反射することにより、本変形例における光反射部１３を兼ねる。複数の第１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。一例では、第１電極２１は、方向Ｄ１において複数の櫛歯が並ぶ櫛形である。複数の第１電極２１と第２電極２５とによって形成される電界形状は、上記実施形態と同様である。

【0059】

本変形例のように、電気光学結晶体１０の主面１１上に設けられる第１電極が複数に分割されて周期的構造を有してもよい。この場合であっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
（第２実施形態）

【0060】

図９は、本開示の第２実施形態に係る光学デバイス１Ｄの構成を示す断面図である。図９に示されるように、本実施形態の光学デバイス１Ｄは、電気光学結晶体１０と、光吸収部１４と、複数の電界形成部２０と、第１レンズアレイ３０と、光反射部９０と、を備える。第１実施形態と異なり、電気光学結晶体１０は、主面１１に第１平行光Ｌ１を受け、電気光学結晶体１０を透過した第１平行光Ｌ１を裏面１２から出力する。本実施形態においては、第１電極２１だけでなく、第２電極２２もまた透明電極である。電気光学結晶体１０および複数の電界形成部２０のその他の構造は、第１実施形態または第２変形例と同様である。図９には第２変形例と同様に第１電極２１が周期的構造を有する例が示されているが、第１実施形態と同様に第２電極２２が周期的構造を有してもよい。

【0061】

第１レンズアレイ３０は、複数の電界形成部２０とそれぞれ対応する複数の第１レンズ３１を有する。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それぞれによって集光する。複数の第１レンズ３１それぞれは、主に第１電極２１または第２電極２２の周期的構造の方向（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。

【0062】

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電極２１の周期的構造の方向（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電極２１の周期的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。

【0063】

光反射部９０は、第１レンズアレイ３０を間に挟んで電気光学結晶体１０の裏面１２と対向している。光反射部９０は、複数の電界形成部２０とそれぞれ対応する複数の領域９１を有する。複数の領域９１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。光反射部９０は、複数の第１レンズ３１それぞれにより集光された光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９１それぞれにおいて反射し又は通過するように構成されている。

【0064】

図示例では、光反射部９０の各領域９１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を通過し、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を反射させる。そのため、図示例の光反射部９０の各領域９１は、単一の集光点Ｐ２に対応する単一の光反射膜９２を有する。単一の集光点Ｐ２に光Ｌ２が集光されるとき、光Ｌ２は光反射膜９２によって反射される。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は光反射膜９２の外側を通過する。光反射膜９２は、例えばガラスなどの透明な板９３の表面に形成された金属膜或いは誘電体膜である。第１レンズ３１がシリンドリカルレンズである場合、光反射膜９２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光反射面を有する。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、方向Ｄ１における光反射膜９２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、方向Ｄ１における光反射膜９２の幅は（λＦ）／Ｘと異なってもよい。

【0065】

別の例では、光反射部９０の各領域９１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を反射し、単一の集光点Ｐ２に光Ｌ２が集光されるときにその光Ｌ２を通過させてもよい。その場合、光反射部９０の各領域９１は、複数の集光点Ｐ１に対応する光反射膜を有する。その場合の光反射膜の構成は、上述した光反射膜９２と同様であってもよい。

【0066】

光吸収部１４は、光反射部９０に対して電気光学結晶体１０および第１レンズアレイ３０とは反対側に配置されている。言い換えると、光反射部９０は、第１レンズアレイ３０と光吸収部１４との間に配置されている。光吸収部１４は、光反射部９０を通過した光Ｌ２を吸収するように構成されている。光吸収部１４は、光反射部９０の複数の領域９１にそれぞれ対応する複数の領域を有する。光吸収部１４は、例えばクロムといった光吸収材料を含む。

【0067】

第１レンズアレイ３０は、光反射部９０において反射された光Ｌ２を、第１レンズ３１において平行光である出力光Ｌ５に変換する。第１レンズアレイ３０により集光された光Ｌ２のうち光反射部９０において反射された光Ｌ２は、対応する第１レンズ３１によって出力光Ｌ５に変換され、光学デバイス１Ｄの外部へ出力される。第１レンズアレイ３０により集光された光Ｌ２のうち光反射部９０を通過した光Ｌ２は、光吸収部１４によって吸収されて消滅する。

【0068】

電気光学結晶体１０と第１レンズアレイ３０との間隔、および第１レンズアレイ３０と光反射部９０との間隔は、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。

【0069】

以上に説明した本実施形態の光学デバイス１Ｄ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の複数の部分が光反射部９０において反射されるか否かを、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出力光Ｌ５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。

【0070】

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に設けられた透明電極である第１電極２１と、裏面１２に設けられた透明電極である第２電極２２と、を有してもよい。そして、第１電極２１および第２電極２２のうち一方または双方が、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および出力光Ｌ５が通過する構成を、簡易に実現することができる。

【0071】

本実施形態のように、第１電極２１または第２電極２２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電極２１または第２電極２２と、第１電極２１または第２電極２２に電圧を印加するための配線（例えば図５に示された端子６２）との接続点の数が少なくて済むので、第１電極２１または第２電極２２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。

【0072】

本実施形態のように、光反射部９０の複数の領域９１それぞれは、複数の第１レンズ３１それぞれにより集光された光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反射し、対応する電界形成部２０の電界がオン状態であるときに通過させ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から出力光Ｌ５が生成される場合、その位相分布が出力光Ｌ５にも残留する。加えて、出力光Ｌ５が電気光学結晶体１０を通過するときにも出力光Ｌ５の位相分布が変化する。従って、光学デバイス１Ｄの後段に配置される光学要素がそれら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および出力光Ｌ５の位相分布は変化しない。よって、光反射部９０の複数の領域９１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反射するように構成されることにより、光学デバイス１Ｄの後段に配置される光学要素への影響を低減できる。

【0073】

本実施形態の光学デバイス１Ｄもまた、図５または図６に示された配線基板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。また、本実施形態において用いられる配線基板６０は、光学開口を更に有してもよい。光学開口は、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および出力光Ｌ５を通過させる。光学開口は、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、光学開口は不要である。

【0074】

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９１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光反射面を含んでもよい。その場合、シリンドリカルレンズの集光位置と光反射面との位置合わせを、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１Ｄの製造を簡易化することができる。
（第３実施形態）

【0075】

図１０は、本開示の第３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１Ａ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、偏光板８４と、偏光ビームスプリッタ８５と、１／４波長板８６と、を備える。なお、光学装置７０Ａは、第１実施形態の光学デバイス１Ａの代わりに、第１変形例の光学デバイス１Ｂ、第２変形例の光学デバイス１Ｃ、または第２実施形態の光学デバイス１Ｄを備えてもよい。

【0076】

光源７１は、第１平行光Ｌ１を出力する。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。偏光板８４の一方の面は、光源７１と光学的に結合され、光源７１から出力された第１平行光Ｌ１を直線偏光とする。偏光ビームスプリッタ８５は、偏光板８４の他方の面および光学デバイス１Ａと光学的に結合され、直線偏光とされた第１平行光Ｌ１を透過又は反射することにより、第１平行光Ｌ１を光学デバイス１Ａへ導く。

【0077】

１／４波長板８６は、偏光ビームスプリッタ８５と光学デバイス１Ａとの間の光路上に配置されている。直線偏光とされた第１平行光Ｌ１は、１／４波長板８６によって円偏光とされたのち、光学デバイス１Ａに入力される。また、光学デバイス１Ａから出力された出力光Ｌ５は、１／４波長板８６によって、第１平行光Ｌ１の偏光方向と直交する偏光方向を有する直線偏光とされる。偏光ビームスプリッタ８５は、直線偏光とされた出力光Ｌ５を反射又は透過することにより、第１平行光Ｌ１から分離する。このような構成により、出力光Ｌ５の光強度の低下を抑制しつつ、出力光Ｌ５を第１平行光Ｌ１から分離して取り出すことができる。

【0078】

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、偏光ビームスプリッタ８５によって取り出された出力光Ｌ５を透過させる。対物レンズ７３は、ミラー７２を透過した出力光Ｌ５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Ｌ６を受けて、光Ｌ７を発生する。例えば、光Ｌ７は照射対象面Ｂ１における散乱光である。或いは、出力光Ｌ５および光Ｌ６が励起光である場合、光Ｌ７は、励起された対象物Ｂから出力された蛍光である。光Ｌ７は、対物レンズ７３によって平行光Ｌ８とされる。平行光Ｌ８は、ミラー７２において反射されることにより、出力光Ｌ５から分離される。平行光Ｌ８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Ｌ９を撮像して撮像データを生成する。

【0079】

図示例では、２本の出力光Ｌ５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Ｌ６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本の出力光Ｌ５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Ｌ６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。

【0080】

Ｉ／Ｏコントローラ７８は、光学デバイス１Ａと電気的に接続され、光学デバイス１Ａ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。

【0081】

本実施形態の光学装置７０Ａによれば、光学デバイス１Ａを備えることにより、光軸に垂直な面内における出力光Ｌ５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Ｌ６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４実施形態）

【0082】

図１１は、本開示の第４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１Ａ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、偏光板８４と、偏光ビームスプリッタ８５と、１／４波長板８６と、を備える。なお、光学装置７０Ｂは、第１実施形態の光学デバイス１Ａの代わりに、第１変形例の光学デバイス１Ｂ、第２変形例の光学デバイス１Ｃ、または第２実施形態の光学デバイス１Ｄを備えてもよい。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。偏光板８４、偏光ビームスプリッタ８５、および１／４波長板８６の構成は、上述した第３実施形態の光学装置７０Ｃと同様である。

【0083】

ミラー７４ａおよび７４ｂは、偏光ビームスプリッタ８５によって取り出された出力光Ｌ５を反射することにより出力光Ｌ５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、出力光Ｌ５を受けて、出力光Ｌ５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出力光Ｌ５を透過させる。対物レンズ７３は、ミラー７２を透過した出力光Ｌ５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Ｌ６を受けて、光Ｌ７を発生する。例えば、光Ｌ７は照射対象面Ｂ１における散乱光である。或いは、出力光Ｌ５および光Ｌ６が励起光である場合、光Ｌ７は、励起された対象物Ｂから出力された蛍光である。光Ｌ７は、対物レンズ７３によって平行光Ｌ８とされる。平行光Ｌ８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Ｌ９を撮像して撮像データを生成する。

【0084】

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１Ａと電気的に接続され、光学デバイス１Ａ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。

【0085】

ＳＬＭ８１は、光学デバイス１Ａ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、出力光Ｌ５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。

【0086】

ここで、説明のため、光学デバイス１Ａ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１２は、そのときのＳＬＭ８１の光変調面を示す図である。図１２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を通過して光学デバイス１Ａから出力された、出力光Ｌ５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）に出力光Ｌ５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）に出力光Ｌ５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）に出力光Ｌ５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。

【0087】

図１３は、光学装置７０Ｂの動作を示すフローチャートである。図１３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）に出力光Ｌ５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）に出力光Ｌ５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）に出力光Ｌ５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）に出力光Ｌ５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。

【0088】

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１Ａを用いて複数の変調領域Ｍ（１）～Ｍ（９）それぞれに出力光Ｌ５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。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。

【0089】

上記の説明では全ての変調領域Ｍ（１）～Ｍ（９）に出力光Ｌ５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１４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１４において、線Ｇ１は、変調領域Ｍ（１）～Ｍ（９）への出力光Ｌ５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出力光Ｌ５が入射されており、線Ｇ１の近傍に付された数字は出力光Ｌ５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。

【0090】

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。

【0091】

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１４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）への出力光Ｌ５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５実施形態）

【0092】

図１５は、本開示の第５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４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。

【0093】

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Ｌ９の集光像を複数の位置に形成させる。各位置における光Ｌ９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Ｌ９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Ｌ９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。

【0094】

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２電極２２が方向Ｄ１において周期的である構造を含み、第１電極２１が裏面１２の全面にわたって形成されている。また、上述した第２変形例では、第１電極２１が方向Ｄ１において周期的である構造を含み、第２電極２２が裏面１２の全面にわたって形成されている。これらの形態に限られず、第１電極２１および第２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電極２１および第２電極２２の双方が櫛形であってもよい。図１６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１６の（ｂ）に示されるように、そのような形態においても、第１電極２１と第２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電極２１および第２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電極２１または第２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。

【0095】

また、第１実施形態では、複数の第２電極２２の周期的構造における周期の方向が、複数の第２電極２２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２電極２２の周期的構造における周期の方向は、他の第２電極２２の周期的構造における周期の方向と異なってもよい。同様に、第２変形例では、複数の第１電極２１の周期的構造における周期の方向が、複数の第１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電極２１の周期的構造における周期の方向は、他の第１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。

【0096】

また、上記実施形態では、第１電極２１または第２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、該複数の電極の一部に対して選択的に電圧が印加されてもよい。或いは、第１電極２１および第２電極２２のうち一方の電極を櫛形（或いは、強さが周期的に変化する電界を電気光学結晶体１０内に形成し得る他の形態）とし、他方の電極を、二次元状に配列された複数の電極を有する形態としてもよい。その場合、他方の電極は、電気光学結晶体１０内における電気光学効果のばらつきに起因する屈折率分布を所望の分布（例えば均一な分布）に補正するための電界形成に用いられてもよい。

【0097】

また、上記実施形態において透明電極により構成されると説明されている電極は、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、光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】

【0098】

１Ａ～１Ｄ…光学デバイス、１０…電気光学結晶体、１１…主面、１２…裏面、１３…光反射部、１４…光吸収部、２０…電界形成部、２１…第１電極、２２…第２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、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）、８４…偏光板、８５…偏光ビームスプリッタ、８６…１／４波長板、９０…光反射部、９１…領域、Ａ１…領域、Ｂ…対象物、Ｂ１…照射対象面、Ｄ１…方向、Ｌ１…第１平行光、Ｌ２，Ｌ４，Ｌ６，Ｌ７，Ｌ９…光、Ｌ３…第２平行光、Ｌ５…出力光、Ｌ８…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】

【図14】

【図15】

【図16】