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(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】
(24)【登録日】2024-07-08
(45)【発行日】2024-07-17
(54)【発明の名称】光学装置、及びレーザレーダ装置
(51)【国際特許分類】
H01S 5/14 20060101AFI20240709BHJP
G02B 26/00 20060101ALI20240709BHJP
H01S 5/42 20060101ALI20240709BHJP
G01S 17/34 20200101ALI20240709BHJP
【ＦＩ】
H01S5/14
G02B26/00
H01S5/42
G01S17/34
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2020197508
(22)【出願日】2020-11-27
(65)【公開番号】P2022085701
(43)【公開日】2022-06-08
【審査請求日】2023-09-13
(73)【特許権者】
【識別番号】000006747
【氏名又は名称】株式会社リコー
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】奥村 聡
【審査官】村井 友和
(56)【参考文献】
【文献】特開２００８－０８５２９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００７／０１１５５５３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０２０－１６１８００（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１５－５２７７３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１２８７３４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０２０／０３０３９０１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１０４５２１０７８（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｓ ５／１４
Ｇ０２Ｂ ２６／００
Ｈ０１Ｓ ５／４２
Ｇ０１Ｓ １７／３４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１反射部と、複数の発光部と、
前記発光部を挟んで前記第１反射部とは反対側に設けられた第２反射部と、
前記第２反射部に接続する可動部と、
前記可動部を変形させることで前記第２反射部を駆動させる駆動部と、を有し、
前記駆動部は、前記第２反射部を前記第１反射部に対して傾斜させ、
前記複数の発光部のそれぞれは、前記第２反射部と前記第１反射部との距離に応じて異なる波長のレーザ光を発する光学装置。
【請求項2】
前記可動部は、前記第２反射部に接続する接続端の変位量を規定する変位規定部を有する請求項１に記載の光学装置。
【請求項3】
前記可動部は、複数の梁部材が隣接する前記梁部材の端部同士で連結する蛇行構造を有する請求項１又は２に記載の光学装置。
【請求項4】
前記可動部は、前記梁部材の端部同士が連結する連結部を複数有する請求項３に記載の光学装置。
【請求項5】
２以上の前記可動部と、２以上の前記可動部ごとに設けられた２以上の前記駆動部と、を有する請求項１乃至４の何れか１項に記載の光学装置。
【請求項6】
２以上の前記駆動部は、それぞれ独立して前記可動部を変形させる請求項５に記載の光学装置。
【請求項7】
前記駆動部は、圧電素子を含み、前記第１反射部に対する前記第２反射部の傾斜角度を維持しながら、前記第１反射部の反射面に交差する方向に前記第２反射部を並進させる請求項１乃至６の何れか１項に記載の光学装置。
【請求項8】
前記第２反射部は、前記第２反射部内に設けられた第３反射部と、
前記第３反射部に接続する第３反射部用可動部と、
前記第３反射部用可動部を変形させることで前記第３反射部を駆動させる第３反射部用駆動部と、を有し、
前記第３反射部用駆動部は、前記第１反射部の反射面に交差する方向に前記第３反射部を並進させる請求項１乃至６の何れか１項に記載の光学装置。
【請求項9】
対象物との距離又は前記対象物の速度の少なくとも一方を測定するレーザレーダ装置であって、請求項１乃至８の何れか１項に記載の光学装置を有し、
前記光学装置から前記対象物に照射された前記レーザ光の前記対象物からの戻り光に基づき、前記距離又は速度の少なくとも一方を測定するレーザレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、光学装置、及びレーザレーダに関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、ＦＭＣＷ－ＬｉＤＡＲ（Frequency-Modulated Continuous Wave Light Detection and Ranging）装置等の光源として用いられる波長可変レーザが知られている。
【0003】
また、第１及び第２のミラーを含む光共振器と、第１及び第２のミラーの間に介在するゲイン領域と、静電駆動方式のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）駆動機構とを備え、第１及び第２のミラーの間の空隙をＭＥＭＳ駆動機構により調節する構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献１の構成では、複数の波長のレーザ光を並行に発することに改善の余地がある。
【0005】
本発明は、複数の波長のレーザ光をそれぞれ所望の波長で並行に発することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様に係る光学装置は、第１反射部と、複数の発光部と、前記発光部を挟んで前記第１反射部とは反対側に設けられた第２反射部と、前記第２反射部に接続する可動部と、前記可動部を変形させることで前記第２反射部を駆動させる駆動部と、を有し、前記駆動部は、前記第２反射部を前記第１反射部に対して傾斜させ、前記複数の発光部のそれぞれは、前記第２反射部と前記第１反射部との距離に応じて異なる波長のレーザ光を発する。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、複数の波長のレーザ光を並行に発することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】第１実施形態に係る光源装置の構成例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ'切断線に沿う断面図である。
【図2】第２反射部を傾斜させた際の第１実施形態に係る光源装置を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ'切断線に沿う断面図である。
【図3】ＶＣＳＥＬ素子の構成例を示す断面図である。
【図4】可動部周辺の構成例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ'切断線に沿う断面図である。
【図5】可動部の変位動作例を示す図である。
【図6】駆動電圧と第２接続部の変位量との関係例を示す図である。
【図8】第２接続部間の変位量及び距離に伴う傾斜角度θの変化例を示す図である。
【図9】反射部間距離と波長の関係例の図である。
【図10】第２反射部の揺動例を示す断面図である。
【図11】第２反射部の揺動に伴う波長の時間変化例を示す図である。
【図12】第１実施形態に係る光源装置の変形例を示す図であり、（ａ）は第１変形例の図、（ｂ）は第２変形例の図である。
【図13】第３変形例に係る光源装置の構成例を示す平面図である。
【図14】第２反射部の傾斜方向の第１変形例を示す平面図である。
【図15】第２反射部の傾斜方向の第２変形例を示す平面図である。
【図16】第４変形例に係る光源装置の構成例を示す平面図である。
【図18】第２反射部の歳差運動に伴う波長の時間変化を示す図である。
【図19】第２反射部の傾斜と並進の組合せ例を示す断面図である。
【図20】駆動部への印加電圧と波長との関係例を示す図である。
【図21】第２実施形態に係る光源装置の構成例を示す斜視図である。
【図22】第３実施形態に係るレーザレーダ装置を搭載した自動車の概略図である。
【図23】第３実施形態に係るレーザレーダ装置の一例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部には同一符号を付し、重複した説明を適宜省略する。
【0010】
また以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための光学装置を例示するものであって、本発明を以下に示す実施形態に限定するものではない。以下に記載されている構成部品の形状、その相対的配置、パラメータの値等は特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張している場合がある。
【0011】
実施形態に係る光学装置は、第１反射部と、複数の発光部と、発光部を挟んで第１反射部とは反対側に設けられた第２反射部とを有する。また上記光学装置は、第２反射部に接続する可動部と、可動部を変形させることで第２反射部を駆動させる駆動部とを有する。発光部を挟む第１反射部と第２反射部との間の反射部間距離は共振器長に該当し、上記光学装置は、共振器長に応じた波長のレーザ光を発する。
【0012】
実施形態では、可動部を変形させることで第２反射部を駆動させ、第２反射部を第１反射部に対して傾斜させる。これにより、複数の発光部ごとで第１反射部と第２反射部との間の共振器長を異ならせ、複数の発光部ごとで異なる波長のレーザ光を並行に発することを可能にする。なお、並行に発するとは、ほぼ同じタイミングで発することを意味する。
【0013】
以下では、複数の波長のレーザ光を並行に発する光源装置を、光学装置の一例として、実施形態を説明する。なお、以下に示す図では、複数の発光部が配列する平面内における所定方向をＸ軸方向とし、複数の発光部が配列する平面内でＸ軸と直交する方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸及びＹ軸の両方に直交する方向をＺ軸方向とする。光源装置はＺ軸方向に沿ってレーザ光を発するものとする。
【0014】
但し、これらの各軸は説明の便宜のためのものであり、光学装置の向きに特段の制限はなく、任意の向きで光学装置を使用できる。
【0015】
［第１実施形態］
第１実施形態に係る光源装置について説明する。
＜光源装置１の構成例＞
（全体構成例）
図１は、光源装置１の全体構成の一例を説明する図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ－Ａ'切断線に沿う断面図である。但し、図１（ｂ）は、説明の便宜のため、Ｘ軸方向における中央に各構成部を集約して表示した断面図であり、図１（ａ）のＡ－Ａ'切断線に沿う断面に対応する断面図である。
第１実施形態に係る光源装置について説明する。
＜光源装置１の構成例＞
（全体構成例）
図１は、光源装置１の全体構成の一例を説明する図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ－Ａ'切断線に沿う断面図である。但し、図１（ｂ）は、説明の便宜のため、Ｘ軸方向における中央に各構成部を集約して表示した断面図であり、図１（ａ）のＡ－Ａ'切断線に沿う断面に対応する断面図である。
【0016】
図１に示すように、光源装置１は、第２反射部１０と、可動部１１ａ及び１１ｂと、駆動部１３０ａ及び１３０ｂと、支持部１２と、接合層１３と、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER）素子２０とを有する。
【0017】
可動部１１ａは、可動梁１１１ａと可動梁１１２ａが端部同士で連結する蛇行構造（ミアンダ構造）を有し、第１接続部１１３ａを介して一端が支持部１２に接続し、第２接続部１１４ａを介して他端が第２反射部１０に接続している。可動梁１１１ａ及び１１２ａは、それぞれ梁部材の一例である。第２接続部１１４ａは接続端の一例である。
【0018】
可動梁１１１ａ及び可動梁１１２ａは、Ｚ軸負方向側の面に駆動部１３０ａを含み、駆動部１３０ａは、圧電素子１３１ａ、１３２ａ、１３３ａ及び１３４ａを含んでいる。
【0019】
圧電素子１３１ａ、１３２ａ、１３３ａ及び１３４ａは、それぞれ支持部１２に設けられた電極を介して印加される駆動電圧に応じて変形（例えば伸縮）する。圧電素子１３１ａ及び１３２ａの変形に応じて可動梁１１１ａが弾性変形し、圧電素子１３３ａ及び１３４ａの変形に応じて可動梁１１２ａが弾性変形することで、第２反射部１０がＺ軸方向に変位可能になっている。
【0020】
可動部１１ｂは、可動梁１１１ｂと、可動梁１１２ｂが端部同士で連結する蛇行構造を有し、第１接続部１１３ｂを介して一端が支持部１２に接続し、第２接続部１１４ｂを介して他端が第２反射部１０に接続している。可動梁１１１ｂ及び１１２ｂは、それぞれ梁部材の一例である。第２接続部１１４ｂは接続端の一例である。
【0021】
可動梁１１１ｂ及び可動梁１１２ｂは、Ｚ軸負方向側の面に駆動部１３０ｂを含み、駆動部１３０ｂは、圧電素子１３１ｂ、１３２ｂ、１３３ｂ及び１３４ｂを含んでいる。
【0022】
圧電素子１３１ｂ、１３２ｂ、１３３ｂ及び１３４ｂは、それぞれ支持部１２に設けられた電極を介して印加される駆動電圧に応じて変形（例えば伸縮）する。圧電素子１３１ｂ及び１３２ｂの変形に応じて可動梁１１１ｂが弾性変形し、圧電素子１３３ｂ及び１３４ｂの変形に応じて可動梁１１２ｂが弾性変形することで、第２反射部１０がＺ軸方向に変位可能になっている。
【0023】
駆動部１３０ａ及び１３０ｂは、独立して駆動電圧が印加されることで、可動部１１ａ及び１１ｂがそれぞれ独立に駆動させることができる。
【0024】
支持部１２は、可動部１１ａ及び１１ｂを介して第２反射部１０を支持する。支持部１２における第２反射部１０、可動部１１ａ及び可動部１１ｂの各周囲には貫通孔が設けられ、第２反射部１０、可動部１１ａ及び可動部１１ｂが駆動可能になっている。
【0025】
光源装置１は、支持部１２のＺ軸負方向側に、接合層１３を介在させてＶＣＳＥＬ素子２０を配置している。接合層１３は、金（Ａｕ）／アルミニウム（Ａｌ）／白金（Ｐｔ）等を積層した積層膜で構成され、支持部１２とＶＣＳＥＬ素子２０を原子拡散接合法等により接合固定している。
【0026】
ＶＣＳＥＬ素子２０は、複数のメサ２１と、第１反射部２２とを含んでいる。メサ２１は、発光部２１１を含む島状の構造物である。ＶＣＳＥＬ素子２０は、メサ２１のＺ軸正方向側の端部が第２反射部１０のＺ軸負方向側の面に対して距離ｄだけ離間するように、複数のメサ２１を設けている。なお、メサ２１は、複数のメサの総称表記である。
【0027】
発光部２１１は、複数の発光部の総称表記である。ＶＣＳＥＬ素子２０は、発光部２１１を挟んで第２反射部１０とは反対側（Ｚ軸負方向側）に第１反射部２２を配置している。複数の発光部２１１が配列する平面は、第１反射部２２の反射面に略平行である。
【0028】
発光部２１１は、電極を通じて注入された電流により光を発する。第１反射部２２と第２反射部１０は、発光部２１１を介して共振器を構成しており、発光部２１１が発した光は、第１反射部２２と第２反射部１０で反射され、第１反射部２２と第２反射部１０との間を往復して増幅される。
【0029】
より詳しくは、発光部２１１が発した光は、第１反射部２２の反射面２２Ａと、第２反射部１０の反射面１０Ａのそれぞれで反射され、反射面２２Ａと反射面１０Ａとの間を往復しながら増幅される。
【0030】
増幅された光は、利得と損失が釣り合った際にレーザ光として発振し、発光部２１１は、レーザ光を発することができる。光源装置１は、第２反射部１０と第１反射部２２のうちの反射率が低い側から、発光部２１１が発するレーザ光を放出する。光源装置１は、第２反射部１０の反射率が低い場合には、図１（ｂ）の放出方向３１側からレーザ光を放出し、第１反射部２２の反射率が低い場合には、図１（ｂ）の放出方向３２側からレーザ光を放出する。
【0031】
各発光部２１１におけるレーザ光の発振タイミングはほぼ同時であるため、各発光部２１１は、レーザ光を並行に発することができる。
【0032】
ここで、Ｚ軸方向における第２反射部１０とメサ２１との距離ｄが、複数のメサ２１ごとで略等しい場合、換言すると、第２反射部１０と第１反射部２２とが略平行な場合には、共振器長が略等しくなるため、複数のメサ２１の各発光部２１１が発するレーザ光の波長は略等しくなる。
【0033】
これに対し、本実施形態では、可動部１１ａの変形による第２反射部１０の変位量と、可動部１１ｂの変形による第２反射部１０の変位量とを異ならせることで、第２反射部１０を第１反射部２２に対して傾斜させる。
【0034】
図２は、第２反射部１０を第１反射部２２に対して傾斜させた際の光源装置１の構成の一例を説明する図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ－Ａ'切断線に沿う断面図である。図２の見方は図１と同様である。
【0035】
図２（ｂ）に示すように、第２反射部１０が第１反射部２２に対して傾斜し、傾斜に応じて複数のメサ２１ごとで距離ｄ１乃至ｄ５が異なっている。これにより複数のメサ２１ごとで共振器長が異なるものとなるため、光源装置１は、共振器長に応じて異なる波長λ１乃至λ５のレーザ光を、複数のメサ２１の発光部２１１から並行に発することができる。
【0036】
なお、図２（ａ）において複数のメサ２１に施したハッチングの違いは、距離ｄ１乃至ｄ５の違いを表している。図２（ｂ）は、Ｚ軸正方向側から波長λ１乃至λ５のレーザ光を発する例を示しているが、第１反射部２２の反射率を第２反射部１０より低くすることで、Ｚ軸負方向側から波長λ１乃至λ５のレーザ光を発することもできる。
【0037】
（ＶＣＳＥＬ素子２０の構成例）
次に図３を参照して、ＶＣＳＥＬ素子２０の構成について説明する。図３は、ＶＣＳＥＬ素子２０の構成の一例を説明する断面図である。図３は、ＶＣＳＥＬ素子２０に含まれる複数のメサ２１のうちの１つのメサ周辺の構成を表示している。
次に図３を参照して、ＶＣＳＥＬ素子２０の構成について説明する。図３は、ＶＣＳＥＬ素子２０の構成の一例を説明する断面図である。図３は、ＶＣＳＥＬ素子２０に含まれる複数のメサ２１のうちの１つのメサ周辺の構成を表示している。
【0038】
なお、光源装置１は、ＶＣＳＥＬ素子２０が有する第１反射部２２と、ＶＣＳＥＬ素子２０とは別に設けられた第２反射部１０とで共振器を構成する。従って、ＶＣＳＥＬ素子２０は、共振器のうちの一方の反射部のみを有する面発光型半導体レーザであるため、ｈａｌｆ－ＶＣＳＥＬと称することができる。
【0039】
図３に示すように、ＶＣＳＥＬ素子２０は、メサ２１と、第１反射部２２と、半導体基板２３と、反射防止膜２４と、溝部２５とを有する。半導体基板２３のＺ軸正方向側に、第１反射部２２、スペーサ層２２１及びメサ２１を積層形成し、半導体基板２３のＺ軸負方向側に反射防止膜２４を形成している。溝部２５は、隣接するメサ２１間のスペーサ層２２１及び第１反射部２２をエッチング除去して設けられている。
【0040】
第１反射部２２は、ｎ－ＧａＡｓ基板等の半導体基板２３上に形成された半導体多層膜反射鏡である。第１反射部２２は、例えば、ｎ－Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層と、ｎ－Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなる高屈折率層とを有する。
【0041】
第１反射部２２の各屈折率層の間には、電気抵抗を低減するため、一方の組成から他方の組成へ向かって組成を徐々に変化させた、例えば厚さが２０ｎｍの組成傾斜層が設けられている。各屈折率層の膜厚は何れも、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、波長をλとするとλ／４の光学厚さとなるように設定されている。なお、光学的厚さがλ／４のとき、その層の実際の厚さＤは、Ｄ＝λ／４ｎ（但し、ｎはその層の媒質の屈折率）である。
【0042】
スペーサ層２２１は、例えば、ノンドープのＡｌＧａＩｎＰ層であり、第１反射部２２上に形成されている。
【0043】
メサ２１は、発光部２１１と、スペーサ層２１２と、選択酸化層２１３と、１対の半導体多層膜反射鏡２１４と、コンタクト層２１５と、絶縁層２１６と、電極２１７とを含んでいる。
【0044】
スペーサ層２１２は発光部２１１上に形成されている。スペーサ層２１２は、例えば、ノンドープのＡｌＧａＩｎＰ層である。
【0045】
スペーサ層２１２と発光部２１１を含む部分は、共振器構造体（共振器領域）とも称され、隣接する組成傾斜層の１／２を含んで、その厚さが１波長（λ）の光学的厚さとなるように設定されている。
【0046】
メサ２１は、スペーサ層２２１とスペーサ層２１２の間に発光部２１１を設けている。発光部２１１は、電流の注入により光を発し、また共振器を構成する第２反射部１０と第１反射部２２の間を往復する光を増幅する。発光部２１１は活性層と称することもできる。発光部２１１は、３層の量子井戸層と４層の障壁層とを有する３重量子井戸構造の活性層である。各量子井戸層はＩｎＧａＡｓ層等であり、各障壁層はＡｌＧａＡｓ層等である。発光部２１１は、高い誘導放出確率が得られるように、電界の定在波分布における腹に対応する位置である共振器構造体の中央に設けられる。
【0047】
選択酸化層２１３は、酸化領域２１３ａと非酸化領域２１３ｂとを含んでいる。選択酸化層２１３はｐ－ＡｌＡｓ等を含み、３０ｎｍの厚さで１対の半導体多層膜反射鏡２１４間に挿入されている。挿入位置は、スペーサ層２１２から数えて２つ目の高屈折率層と低屈折率層のペア内とすることができる。なお、選択酸化層２１３は、上下に組成傾斜層や中間層等の層を含んでいてもよく、ここでは実際に酸化される層を合わせて選択酸化層と称する。
【0048】
コンタクト層２１５は、半導体多層膜反射鏡２１４上に形成されている。コンタクト層２１５はｐ－ＧａＡｓ層等である。
【0049】
コンタクト層２１５、半導体多層膜反射鏡２１４、スペーサ層２１２及び発光部２１１の一部をエッチングで除去することでメサ２１及び溝部２５を形成することができる。
【0050】
メサ２１は表面に絶縁層２１６を含んでいる。絶縁層２１６の材料としては、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ２等を用いることができる。絶縁層２１６は、メサ２１のコンタクト層２１５の一部を露出する開口部２１８を含んでいる。絶縁層２１６は、平面視で非酸化領域２１３ｂと重なる位置に開口部２１８を含んでいる。
【0051】
メサ２１上の絶縁層２１６は、開口部２１８を通じてコンタクト層２１５に電気的に接続された電極２１７を設けている。電極２１７には、例えば、絶縁層２１６側から順にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを積層した積層膜を用いることができる。
【0052】
溝部２５は表面に絶縁層２１６を設け、また絶縁層２１６に半導体基板２３の一部を露出する開口部２５２を含んでいる。
【0053】
溝部２５上の絶縁層２１６は、開口部２５２を通じてコンタクト層２１５に電気的に接続された電極２５１を含んでいる。電極２５１には、例えば、半導体基板２３側から順にゲルマニウム合金（ＡｕＧｅ）／ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）を積層した積層膜を用いることができる。
【0054】
配線２１９は、電極２１７及び２５１のそれぞれに電気的に接続している。配線２１９には、例えば半導体基板側からＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを積層した積層膜を用いることができる。
【0055】
（可動部１１ａ及び１１ｂ周辺の構成例）
次に図４は可動部１１ａ及び１１ｂ周辺の構成の一例を説明する図である。図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ－Ｂ'切断線に沿う断面図である。可動部１１ａ及び１１ｂの周辺は、第２反射部１０と、可動部１１ａ及び１１ｂと、駆動部１３０ａ及び１３０ｂと、支持部１２と、接合層１３とを含んでいる。
次に図４は可動部１１ａ及び１１ｂ周辺の構成の一例を説明する図である。図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ－Ｂ'切断線に沿う断面図である。可動部１１ａ及び１１ｂの周辺は、第２反射部１０と、可動部１１ａ及び１１ｂと、駆動部１３０ａ及び１３０ｂと、支持部１２と、接合層１３とを含んでいる。
【0056】
これらは、例えば、１枚のＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板にエッチング処理等を施すことにより加工し、加工された基板上に駆動部１３０ａ及び１３０ｂを形成することにより製造される。
【0057】
図４（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板は、単結晶シリコン（Ｓｉ）からなる支持層１２１と、支持層１２１上（Ｚ軸正方向側）に形成された酸化絶縁層１２２と、酸化絶縁層１２２上に形成された単結晶シリコンからなるシリコン活性層１２３と、シリコン活性層１２３上に形成された絶縁層１２４とを含む。酸化絶縁層１２２はＢＯＸ（Buried Oxide）層と称することもできる。
【0058】
シリコン活性層１２３は、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に対してＺ軸方向への厚みが小さい。このため、ＳＯＩ基板から支持層１２１及び酸化絶縁層１２２をエッチング除去し、シリコン活性層１２３のみで構成された部材はＺ軸方向に剛性が低くなっている。
【0059】
支持部１２は、支持層１２１、酸化絶縁層１２２及びシリコン活性層１２３等から構成されており、高剛性である。第２反射部１０は、シリコン活性層１２３を含んでいる。
【0060】
可動部１１ａ及び１１ｂは、シリコン活性層１２３をエッチング処理でパターニングすることにより形成される。可動部１１ａ及び１１ｂは、シリコン活性層１２３のみで構成されているため、剛性が低く、弾性を有する。
【0061】
第２反射部１０も、シリコン活性層１２３をエッチング処理でパターニングすることにより形成される。第２反射部１０は、重力又は可動部１１ａ及び１１ｂによる応力で撓まないような寸法で形成されることが好ましい。第２反射部１０にリブ等の厚肉部を設けることで、第２反射部１０の剛性を確保することもできる。
【0062】
圧電素子１３４ａは、下部電極１３４ａａ、圧電部１３４ａｂ及び上部電極１３４ａｃを可動部１１ａ上に積層することで形成される。上部電極１３４ａｃ上には圧電素子１３４ａを保護するための保護膜１３５が設けられている。
【0063】
上部電極１３４ａｃ及び下部電極１３４ａａは、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）等からなる。圧電部１３４ａｂは、例えば、圧電材料であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる。圧電部１３４ａｂは、分極方向に正又は負の電圧が印加されると印加電圧の電位に比例した変形（例えば伸縮）が生じ、いわゆる逆圧電効果を発揮する。
【0064】
圧電素子１３４ａの構成のみを例示したが、圧電素子１３１ａ乃至１３４ｂ及び１３１ｂ乃至１３４ｂは何れも同様の構成を有する。可動部１１ａ及び１１ｂは、圧電素子１３１ａ乃至１３４及び１３１ｂ乃至１３４ｂが変形することにより弾性変形する。
【0065】
可動部１１ａは、連結部１２１ａ及び１２２ａを有する。連結部１２１ａ及び１２２ａは、それぞれ可動梁１１１ａ及び可動梁１１２ａの端部同士が連結する可動梁１１１ａ及び可動梁１１２ａ内の一部の領域である。
【0066】
また、可動部１１ａは変位規定部１４０ａを含んでいる。変位規定部１４０ａは、連結部１２１ａ側における可動梁１１１ａの変形しない領域を指す。ここでは圧電素子を設けていない領域を変位規定部１４０ａとしているが、圧電素子を設けていても駆動電圧を印加しない領域を変位規定部１４０ａとすることもできる。
【0067】
可動部１１ｂは、連結部１２１ｂ及び１２２ｂを有する。連結部１２１ｂ及び１２２ｂは、それぞれ可動梁１１１ｂ及び可動梁１１２ｂの端部同士が連結する可動梁１１１ｂ及び可動梁１１２ｂ内の一部の領域である。
【0068】
また、可動部１１ｂは変位規定部１４０ｂを含んでいる。変位規定部１４０ｂは、連結部１２２ｂ側における可動梁１１１ｂの変形しない領域を指す。ここでは圧電素子を設けていない領域を変位規定部１４０ｂとしているが、圧電素子を設けていても駆動電圧を印加しない領域を変位規定部１４０ｂとすることもできる。
【0069】
可動部１１ａは、駆動部１３０ａと、変位規定部１４０ａと、連結部１２１ａ及び１２２ａとの組み合わせで発生する変位を、第２接続部１１４ａを介して引き継ぐことで第２反射部１０の一端を変位させる。
【0070】
可動部１１ｂは、駆動部１３０ｂと、変位規定部１４０ｂと、連結部１２１ｂ及び１２２ｂとの組み合わせで発生する変位を、第２接続部１１４ｂを介して引き継ぐことで第２反射部１０の他端を変位させる。
【0071】
なお、本実施形態では、可動部１１ａが２つの可動梁１１１ａ及び１１２ａを備え、可動部１１ｂが２つの可動梁１１１ｂ及び１１２ｂを備える構成を例示するが、可動部１１ａ及び１１ｂはそれぞれ３つ以上の可動梁を備えてもよい。可動部１１ａ及び１１ｂが３つ以上の可動梁を備える場合には、可動部１１ａ及び１１ｂは３つ以上の連結部を備えることができる。
【0072】
【0073】
圧電素子１３２ｂ及び１３４ｂに同じ電圧を印加すると、圧電素子１３２ｂ及び１３４ｂはそれぞれ体積が変化する。圧電素子１３２ｂは可動梁１１１ｂに、圧電素子１３４ｂは可動梁１１２ｂにそれぞれ接続されているため、可動梁１１１ｂ及び１１２ｂの圧電素子１３２ｂ及び１３４ｂ近傍には面内で応力が発生する。
【0074】
応力が加わった可動梁１１１ｂ及び１１２ｂは、該応力を緩和するために変形する。この際に、可動梁１１１ｂ及び１１２ｂのＸ軸及びＹ軸方向の寸法比に異方性を持たせ、且つＸ軸及びＹ軸方向の寸法に対してＺ軸方向の厚みを小さくすると、Ｚ軸方向に可動梁１１１ｂ及び１１２ｂが反り上げる挙動が支配的に発生する。圧電素子１３２ｂ及び１３４ｂも同様に、所定の曲率半径を持ちつつＺ軸方向に反る。
【0075】
圧電素子１３２ｂ及び１３４ｂで発生した反りは、圧電素子１３２ｂ及び１３４ｂが形成されていない変位規定部１４０ｂに伝達される。変位規定部１４０ｂは重力の作用でＺ軸方向に撓むが、圧電素子１３２ｂ及び１３４ｂの反りに対して十分小さいため無視することができる。
【0076】
連結部１２２ｂのＺ軸方向の変位は、圧電素子１３２ｂ及び１３４ｂで発生した撓みを大きく、つまり曲率半径を小さくし、且つ可動梁１１１ｂの変位規定部１４０ｂを長くすることで大きくなる。
【0077】
連結部１２２ｂでの折り返し（蛇行）付近では、可動梁１１２ｂは、可動梁１１１ｂの圧電素子１３２ｂで発生した角度φ１で傾いている。しかし、可動梁１１２ｂに圧電素子１３４ｂを形成し駆動させると、可動梁１１１ｂの傾き角度φ１を打ち消す。従って、可動梁１１２ｂのＸ軸負方向側の端部の第２接続部１１４ｂを介して接続する第２反射部１０をＺ軸方向に並進させることができる。
【0078】
駆動電圧は、ＤＣ（直流）電圧の他に、時間的に電圧が変化する正弦波波形又は三角波形等の電圧であってもよい。なお、駆動電圧の変調周波数と第２反射部１０の共振周波数が互いに離れるような条件では、駆動電圧に対する変位量の線形性は保たれる。
【0079】
圧電素子１３２ｂ及び１３４ｂは、駆動電圧の印加により駆動するが、駆動電圧と、駆動電圧に応じて発生する応力との間には線形の関係がある。さらに、発生した応力と、可動梁１１１ｂ及び１１２ｂのそれぞれの変形量との間にも線形の関係があるため、駆動電圧と変位量には線形の関係がある。
【0080】
ここで図６は、駆動電圧と可動部１１ｂの第２接続部１１４ｂの変位量との関係の一例を示す図である。図６は、シミュレーションにより算出したＤＣ駆動電圧と第２接続部１１４ｂの変位量との関係の一例を示している。図６に示すように、駆動電圧と第２接続部１１４ｂの変位量との間には線形の関係がある。
【0081】
【0082】
図７は、第２反射部１０を傾斜させた際の図４（ａ）のＢ－Ｂ'切断線に沿う断面図である。図７は、２つの可動部１１ａ及び１１ｂにそれぞれ異なる駆動電圧を印加し、可動部１１ａ及び１１ｂの変位量を異ならせて、第２反射部１０を傾斜角度θで傾斜させた場合を示している。
【0083】
可動部１１ａでＺ軸負方向に変位させ、可動部１１ｂでＺ軸正方向に変位させると第２反射部１０は非駆動時に対して傾斜角度θだけ傾斜する。この傾斜角度θは、次式で算出できる。
θ＝ｓｉｎ―１（２×Δｚ／Ｌ）
Δｚは可動部１１ａ及び１１ｂ間の変位量を表し、Ｌは第２接続部１１４ａ及び１１４ｂ間の距離を表す。
θ＝ｓｉｎ―１（２×Δｚ／Ｌ）
Δｚは可動部１１ａ及び１１ｂ間の変位量を表し、Ｌは第２接続部１１４ａ及び１１４ｂ間の距離を表す。
【0084】
図８は、第２接続部１１４ａ及び１１４ｂ間の変位量Δｚ及び距離Ｌに伴う傾斜角度θの変化の一例を示す図である。変位量Δｚと距離Ｌを選択することで、第２反射部１０の所望の傾斜角度θを得ることができる。
【0085】
（反射部間距離と波長との関係例）
次に光源装置１における第２反射部１０と第１反射部２２との間の反射部間距離と、光源装置１が発するレーザ光の波長との関係について説明する。
次に光源装置１における第２反射部１０と第１反射部２２との間の反射部間距離と、光源装置１が発するレーザ光の波長との関係について説明する。
【0086】
ＶＣＳＥＬ素子２０が発するレーザ光の波長は、発光部２１１を構成する材料固有の発光スペクトル（波長分布）と共振器構成とで決定される。また共振器構成は、第２反射部１０と第１反射部２２との間に存在する媒質の屈折率及び寸法と、反射部間距離とにより決定される。
【0087】
従って、可動部１１ａ及び１１ｂにより第２反射部１０をＺ軸方向に駆動させて反射部間距離を変化させることで、ＶＣＳＥＬ素子２０が発するレーザ光の波長を変化させることができる。図９はシミュレーションにより算出した反射部間距離と波長の関係の一例を示す図である。
【0088】
第２反射部１０を傾斜させると、ＶＣＳＥＬ素子２０に含まれる発光部２１１ごとで共振器長が異なるものとなる。この状態でＶＣＳＥＬ素子２０に電流を注入すると、各発光部２１１は異なる波長のレーザ光を発する。また第２反射部１０の傾斜角度を変化させると、ＶＣＳＥＬ素子２０が発する複数波長のレーザ光の波長範囲（波長の最大値と最小値の差）が第２反射部１０の傾斜角度に従って変化する。
【0089】
なお、図９では、反射部間距離に伴う波長変化が非線形になっているが、この非線形性は、発光部２１１の層構成によって異なるものとなる。
【0090】
（第２反射部１０の揺動例）
第２反射部１０を揺動させて、第１反射部２２に対する第２反射部１０の傾斜角度を連続的に変化させることも可能である。図１０は、第２反射部１０の揺動の一例を説明する図であり、光源装置の断面図である。図１０の見方は、図２（ｂ）と同様である。
第２反射部１０を揺動させて、第１反射部２２に対する第２反射部１０の傾斜角度を連続的に変化させることも可能である。図１０は、第２反射部１０の揺動の一例を説明する図であり、光源装置の断面図である。図１０の見方は、図２（ｂ）と同様である。
【0091】
駆動部１３０ａ及び１３０ｂに印加する駆動電圧を正弦波波形等により周期的に変化させると、第２反射部１０はＸ軸に沿う揺動軸周りに矢印１０１で示すように揺動する。第２反射部１０の揺動により、Ｚ軸方向における第２反射部１０とメサ２１との距離ｄが時間に応じて変化する。
【0092】
例えば揺動の１周期当たりで、メサ２１ａでは距離ｄ１乃至ｄ５に変化し、メサ２１ｂでは距離ｄ２乃至ｄ４に変化し、メサ２１ｄでは距離ｄ４乃至ｄ２に変化し、メサ２１ｅでは距離ｄ５乃至ｄ１に変化する。メサ２１ｃは揺動軸近傍に配置されているため、揺動の節となり、距離ｄ３はほぼ変化しない。また、メサ２１ａとメサ２１ｅ、並びにメサ２１ｂとメサ２１ｄは、それぞれ揺動軸を挟んで対称な位置に配置されているため、距離変化の位相が反転する。
【0093】
距離ｄの時間変化に応じて、メサ２１ａ乃至２１ｅの各発光部２１１が発するレーザ光の波長は時間変化する。図１１は、第２反射部１０の揺動に伴う波長の時間変化の一例を示す図である。図１１におけるｆは揺動周波数であり、１／ｆは周期に対応する。図１１に示すように、メサ２１の発光部２１１が発するレーザ光の波長は１／ｆ周期で変化する。メサ２１ａ乃至２１ｅごとで距離ｄの変化範囲が異なり、距離ｄに応じて波長の変化範囲が異なっている。
【0094】
例えば、揺動の１周期当たりで、メサ２１ａでは波長λ１乃至λ５に変化し、メサ２１ｂでは波長λ２乃至λ４に変化し、メサ２１ｄでは波長λ４乃至λ２に変化し、メサ２１ｅでは波長λ５乃至λ１に変化する。メサ２１ｃは揺動軸近傍に配置されているため、揺動の節となり、波長λ３はほぼ変化しない。また、メサ２１ａとメサ２１ｅ、並びにメサ２１ｂとメサ２１ｄは、それぞれ揺動軸を挟んで対称な位置に配置されているため、波長変化の位相が反転する。
【0095】
＜光源装置１の作用効果＞
以上説明したように、光源装置１は、第２反射部１０と、複数の発光部２１１と、発光部２１１を挟んで第２反射部１０とは反対側に設けられた第１反射部２２とを有する。また光源装置１は、第２反射部１０に接続する可動部１１ａと、可動部１１ａを変形させることで第２反射部１０を駆動させる駆動部１３０ａとを有する。
以上説明したように、光源装置１は、第２反射部１０と、複数の発光部２１１と、発光部２１１を挟んで第２反射部１０とは反対側に設けられた第１反射部２２とを有する。また光源装置１は、第２反射部１０に接続する可動部１１ａと、可動部１１ａを変形させることで第２反射部１０を駆動させる駆動部１３０ａとを有する。
【0096】
本実施形態では、可動部１１ａを変形させることで第２反射部１０を駆動させ、第２反射部１０を第１反射部２２に対して傾斜させる。これにより、発光部２１１を挟む第２反射部１０と第１反射部２２との間の共振器長を異ならせることができ、複数の発光部２１１は、共振器長に応じてそれぞれ異なる波長のレーザ光を並行に発することができる。
【0097】
なお、上述した実施形態では、２つの可動部１１ａ及び１１ｂの両方が第２反射部１０に接続する例を示したが、何れか一方のみが第２反射部１０の一端に接続し、第２反射部１０の他端が非可動な構成であってもよい。このような、いわゆる片持ち梁の構成でも、可動部１１ａにより第２反射部１０を傾斜させることができ、同様の効果を得ることができる。
【0098】
また本実施形態では、２つの可動部１１ａ及び１１ｂと、可動部１１ａ及び１１ｂごとに設けられた駆動部１３０ａ及び１３０ｂとを有する。いわゆる両持ち梁の構成である。
【0099】
片持ち梁の構成では、例えば第２反射部１０における非可動端側の変形の制御が困難なため、第２反射部１０の均一な傾斜角度が得られず、複数のレーザ光の波長を正確に制御できない場合がある。これに対し、両持ち梁の構成では、第２反射部１０の両端の変形を２つの可動部１１ａ及び１１ｂにより正確に制御できるため、第２反射部１０の均一な傾斜角度を得ることができる。これにより、複数のレーザ光の波長を正確に制御できる。
【0100】
また本実施形態では、可動部１１ａは、第２反射部１０に接続する第２接続部１１４ａの変位量を規定する変位規定部１４０ａを有する。変位規定部１４０ａを設けることで可動部１１ａの反りを防止し、第２接続部１１４ａの変位量の制御を容易にすることができる。
【0101】
また本実施形態では、可動部１１ａは、２つの可動梁１１１ａ及び１１２ａが隣接する可動梁１１１ａ及び１１２ａの端部同士で連結する蛇行構造を有する。これにより、可動梁１１１ａ及び１１２ａによる変位量を加算できるため、大きな変位量を得ることができる。
【0102】
なお、本実施形態では、可動部１１ａが２つの可動梁１１１ａ及び１１２ａを有する構成を例示したが、可動部１１ａは３つ以上の可動梁を備える構成にしてもよい。可動梁の個数を増やすほど、より大きな変位量を得ることができる。
【0103】
また本実施形態では、可動部１１ａは、複数の可動梁１１１ａ及び１１２ａの端部同士が連結する連結部１２１ａを有する。これにより、可動部１１ａは蛇行構造を形成することができる。また連結部の個数を増やすほど、可動梁の個数を増やすことができ、より大きな変位量を得ることができる。
【0104】
また本実施形態では、２つ以上の駆動部１３０ａ及び１３０ｂは、それぞれ独立して可動部１１ａ及び１１ｂを変形させる。これにより第２接続部１１４ａの変位量と第２接続部１１４ｂの変位量を異ならせ、第２反射部１０を傾斜させることができる。
【0105】
なお、複数のメサ２１の個数は適宜変更可能であり、メサ２１の個数に応じて発光部２１１の個数も変更される。
【0106】
＜変形例＞
光源装置１における可動部等の構成は適宜変更可能である。以下に各種の変形例について説明する。なお、上述した実施形態で説明したものと同一の構成部には、同一の部品番号を付し、重複する説明を適宜省略する。この点は、以降に示す変形例及び実施形態においても同様である。
光源装置１における可動部等の構成は適宜変更可能である。以下に各種の変形例について説明する。なお、上述した実施形態で説明したものと同一の構成部には、同一の部品番号を付し、重複する説明を適宜省略する。この点は、以降に示す変形例及び実施形態においても同様である。
【0107】
（第１及び第２変形例）
図１２は、光源装置の変形例を示す図であり、（ａ）は第１変形例の図、（ｂ）は第２変形例の図である。
図１２は、光源装置の変形例を示す図であり、（ａ）は第１変形例の図、（ｂ）は第２変形例の図である。
【0108】
図１２（ａ）に示すように、光源装置１ａは、可動部１１ａａ及び１１ｂａを有する。可動部１１ａａは可動梁の長手方向の長さが図４の可動部１１ａに対して短く、また１つの連結部１２２ａのみを有する。可動部１１ｂａは可動梁の長手方向の長さが図４の可動部１１ｂに対して短く、また１つの連結部１２２ｂのみを有する。このように可動梁の長さ及び連結部の個数を変更可能である。
【0109】
図１２（ｂ）に示すように、光源装置１ｂは、可動部１１ａｂ及び１１ｂｂを有する。可動部１１ａｂは駆動部１３０ａｂを有し、可動部１１ｂｂは駆動部１３０ｂｂを有する。駆動部１３０ａｂ及び１３０ｂｂはそれぞれ４つの圧電素子を含んでいる。このように、圧電素子の個数を変更可能である。
【0110】
（第３変形例）
次に図１３は、第３変形例に係る光源装置１ｃの構成の一例を示す平面図である。図１３に示すように、光源装置１ｃは、可動部１１ａｃ、１１ｂｃ、１１ｃｃ及び１１ｄｃと、支持部１２ｃとを有する。
次に図１３は、第３変形例に係る光源装置１ｃの構成の一例を示す平面図である。図１３に示すように、光源装置１ｃは、可動部１１ａｃ、１１ｂｃ、１１ｃｃ及び１１ｄｃと、支持部１２ｃとを有する。
【0111】
可動部１１ｃａは、Ｘ軸方向を長手に設けられ、第１接続部１１３ａｃを介して支持部１２ｃに一端が接続し、第２接続部１１４ａｃを介して第２反射部１０にＹ軸正方向側から他端が接続している。
【0112】
可動部１１ｂｃは、Ｙ軸方向を長手に設けられ、第１接続部１１３ｂｃを介して支持部１２ｃに一端が接続し、第２接続部１１４ｂｃを介して第２反射部１０にＸ軸負方向側から他端が接続している。
【0113】
可動部１１ｃｃは、Ｘ軸方向を長手に設けられ、第１接続部１１３ｃｃを介して支持部１２ｃに一端が接続し、第２接続部１１４ｃｃを介して第２反射部１０にＹ軸負方向側から他端が接続している。
【0114】
可動部１１ｄｃは、Ｙ軸方向を長手に設けられ、第１接続部１１３ｄｃを介して支持部１２ｃに一端が接続し、第２接続部１１４ｄｃを介して第２反射部１０にＸ軸正方向側から他端が接続している。
【0115】
支持部１２ｃには、可動部１１ａｃ、１１ｂｃ、１１ｃｃ及び１１ｄｃ、並びに第２反射部１０が駆動できるように、それぞれの周囲に貫通孔が設けられている。
【0116】
このように、４つの可動部１１ａｃ、１１ｂｃ、１１ｃｃ及び１１ｄｃにより第２反射部１０に対して４方向から接続し、各可動部をＺ軸方向に変位させることで、第２反射部１０は様々な方向に傾斜可能になる。
【0117】
図１３では、第２反射部１０のＹ軸正方向側がＺ軸正方向側に変位し、第２反射部１０のＹ軸負方向側がＺ軸負方向側に変位しており、第２反射部１０はＹ軸に沿って傾斜している。
【0118】
複数のメサ２１のそれぞれに施したハッチングの違いは、Ｚ軸方向における第２反射部１０とメサ２１との距離ｄの違いを表している。メサ２１のグループ３ｃａの距離ｄが最も長く、グループ３ｃｂ、３ｃｃ、３ｃｄ及び２１ｃｅの順に距離ｄが短くなっている。複数のメサ２１の発光部２１１は、距離ｄに応じた波長のレーザ光をそれぞれ発することができる。
【0119】
【0120】
図１４では、第２反射部１０のＸ軸負方向側がＺ軸正方向側に変位し、第２反射部１０のＸ軸正方向側がＺ軸負方向側に変位しており、第２反射部１０はＸ軸に沿って傾斜している。
【0121】
図１３と同様に、複数のメサ２１のそれぞれに施したハッチングの違いは、Ｚ軸方向における第２反射部１０とメサ２１との距離ｄの違いを表している。メサ２１のグループ３ｄａの距離ｄが最も長く、グループ３ｄｂ、３ｄｃ、３ｄｄ及び３ｄｅの順に距離ｄが短くなっている。複数のメサ２１の発光部２１１は、距離ｄに応じた波長のレーザ光をそれぞれ発することができる。
【0122】
【0123】
図１５では、第２反射部１０のＸ軸負方向且つＹ軸正方向側がＺ軸正方向側に変位し、第２反射部１０のＸ軸正方向且つＹ軸負方向側がＺ軸負方向側に変位しており、第２反射部１０はＸ軸の－４５度方向に沿って傾斜している。
【0124】
図１３と同様に、複数のメサ２１のそれぞれに施したハッチングの違いは、Ｚ軸方向における第２反射部１０とメサ２１との距離ｄの違いを表している。メサ２１のグループ３ｅａの距離ｄが最も長く、グループ３ｅｂ、３ｅｃ、３ｅｄ、３ｅｅ、３ｅｆ、３ｅｇ及び３ｅｈの順に距離ｄが短くなっている。複数のメサ２１の発光部２１１は、距離ｄに応じた波長のレーザ光をそれぞれ発することができる。
【0125】
（第４変形例）
次に図１６及び図１７を参照して第４変形例に係る光源装置１ｄについて説明する。図１６は、光源装置１ｄの構成の一例を示す平面図である。図１７は、第２反射部１０ｄを歳差運動させた際の図１６のＣ－Ｃ'切断線に沿う断面図である。
次に図１６及び図１７を参照して第４変形例に係る光源装置１ｄについて説明する。図１６は、光源装置１ｄの構成の一例を示す平面図である。図１７は、第２反射部１０ｄを歳差運動させた際の図１６のＣ－Ｃ'切断線に沿う断面図である。
【0126】
図１６に示すように、光源装置１ｄは、第２反射部１０ｄと、可動部１１ａｄ、１１ｂｄ、１１ｃｄ及び１１ｄｄと、支持部１２ｄとを有する。第２反射部１０ｄは外形が略円形状に形成されている。
【0127】
可動部１１ａｄは、Ｘ軸に対して略＋６０度傾いた方向を長手に設けられ、第１接続部１１３ａｄを介して支持部１２ｄに一端が接続し、第２接続部１１４ａｄを介して第２反射部１０ｄに他端が接続している。
【0128】
可動部１１ｂｄは、Ｘ軸方向を長手に設けられ、第１接続部１１３ｂｄを介して支持部１２ｄに一端が接続し、第２接続部１１４ｂｄを介して第２反射部１０ｄに他端が接続している。
【0129】
可動部１１ｃｄは、Ｘ軸方向に対して略－６０度傾いた方向を長手に設けられ、第１接続部１１３ｃｄを介して支持部１２ｄに一端が接続し、第２接続部１１４ｃｄを介して第２反射部１０ｄに他端が接続している。
【0130】
支持部１２ｄには、可動部１１ａｄ、１１ｂｄ及び１１ｃｄ、並びに第２反射部１０ｄが駆動できるように、それぞれの周囲に貫通孔が設けられている。
【0131】
このように、３つの可動部１１ａｄ、１１ｂｄ及び１１ｃｄにより第２反射部１０ｄに対して３方向から接続し、各可動部をＺ軸方向に変位させることで、第２反射部１０ｄが様々な方向に傾斜可能になる。
【0132】
図１６では、第２反射部１０ｄの中心がＺ軸正方向側に変位し、半径方向に沿って第２反射部１０ｄの外周に向かうにつれ、第２反射部１０ｄがＺ軸負方向側に変位している。複数のメサ２１のそれぞれに施したハッチングの違いは、Ｚ軸方向における第２反射部１０ｄとメサ２１との距離ｄの違いを表している。複数のメサ２１の発光部２１１は、距離ｄに応じた波長のレーザ光をそれぞれ発することができる。
【0133】
回転軸が第２反射部１０ｄの中心から延びる第２反射部１０ｄの法線と一致するように、各可動部１１ａｄ、１１ｂｄ及び１１ｃｄに異なる位相の周期的な駆動電圧を印加すると、図１７に示すように、矢印１０２に沿って第２反射部１０ｄは歳差運動する。この場合には、第２反射部１０ｄの中心は変位せず、第２反射部１０ｄの中心に対応する位置に配置されたメサの発光部が発するレーザ光の波長は変化しない。
【0134】
第２反射部１０ｄの中心から離れた位置では、Ｚ軸方向における第２反射部１０ｄとメサ２１との距離ｄは同心円状に分布する。同じ半径では発せられる波長は等しく、半径が大きくなるにつれ、波長範囲が広くなる。
【0135】
図１８は、第２反射部１０ｄの歳差運動に伴う波長の時間変化の一例を示す図である。図１８におけるωは歳差運動の角周波数であり、１／ωは周期に対応する。図１８に示すように、メサ２１ｄの発光部が発するレーザ光の波長が１／ω周期で変化する。メサ２１ｄの位置に応じて揺動に伴う距離ｄの変化範囲が異なるため、波長の変化範囲が異なっている。
【0136】
例えば歳差運動の１周期当たりで、メサ２１ａｄでは波長λ１乃至λ５に変化し、メサ２１ｂｄでは波長λ２乃至λ４に変化し、メサ２１ｄｄでは波長λ４乃至λ２に変化し、メサ２１ｅでｄは波長λ５乃至λ１に変化する。メサ２１ｃｄは第２反射部１０ｄの中心近傍に配置され、歳差運動の節となるため、メサ２１ｃｄでは波長λ３からほぼ変化しない。また、メサ２１ａｄとメサ２１ｅｄ、並びにメサ２１ｂｄとメサ２１ｄｄは、それぞれ第２反射部１０ｄの中心を挟んで対称となる位置に配置されているため、波長変化の位相が反転する。
【0137】
（並進との組合せ例）
次に、第２反射部１０の傾斜と並進との組み合わせについて説明する。本変形例では、駆動部１３０ａ及び１３０ｂは、第１反射部２２に対する第２反射部１０の傾斜角度を維持しながら、第１反射部２２の反射面に交差する方向に第２反射部１０を並進させる。これにより、複数の波長のレーザ光を発しながら、各波長のレーザ光の波長に第２反射部１０の並進量に応じた波長シフト量を与える。
次に、第２反射部１０の傾斜と並進との組み合わせについて説明する。本変形例では、駆動部１３０ａ及び１３０ｂは、第１反射部２２に対する第２反射部１０の傾斜角度を維持しながら、第１反射部２２の反射面に交差する方向に第２反射部１０を並進させる。これにより、複数の波長のレーザ光を発しながら、各波長のレーザ光の波長に第２反射部１０の並進量に応じた波長シフト量を与える。
【0138】
図１９は、第２反射部１０の傾斜と並進との組合せの一例を説明する図であり、光源装置１の断面図である。光源装置１の可動部１１ａ及び１１ｂに設けられた圧電素子１３１ａ乃至１３４ａ及び１３１ｂ乃至１３４ｂ（図１参照）のそれぞれに、並進のための同一の駆動電圧を印加すると、各圧電素子は線形に変形するため、第１反射部２２に対する傾斜角度を維持したまま、第１反射部２２の反射面に交差する方向に第２反射部１０を並進させることができる。メサ２１の各発光部２１１が発するレーザ光の波長には、それぞれ第２反射部１０の並進量に応じた波長シフト量が与えられる。
【0139】
以下の（１）式は、圧電素子１３１ａ乃至１３４ａに印加される駆動電圧Ｖａを示し、（２）式は圧電素子１３１ｂ乃至１３４ｂに印加される駆動電圧Ｖｂを示している。
Ｖａ＝Ｖｏｆｆａ＋Ａ・ｓｉｎ（２πｆ０ｔ＋φ） ・・・（１）
Ｖｂ＝Ｖｏｆｆｂ＋Ａ・ｓｉｎ（２πｆ０ｔ＋φ） ・・・（２）
ここで、オフセット電圧Ｖｏｆｆａは、第２接続部１１４ａを変位させるためのオフセット電圧であり、オフセット電圧Ｖｏｆｆｂは、第２接続部１１４ｂを変位させるためのオフセット電圧である。Ａは並進の振幅を示す並進量であり、ｆ０は並進周波数であり、φは並進の初期位相である。
Ｖａ＝Ｖｏｆｆａ＋Ａ・ｓｉｎ（２πｆ０ｔ＋φ） ・・・（１）
Ｖｂ＝Ｖｏｆｆｂ＋Ａ・ｓｉｎ（２πｆ０ｔ＋φ） ・・・（２）
ここで、オフセット電圧Ｖｏｆｆａは、第２接続部１１４ａを変位させるためのオフセット電圧であり、オフセット電圧Ｖｏｆｆｂは、第２接続部１１４ｂを変位させるためのオフセット電圧である。Ａは並進の振幅を示す並進量であり、ｆ０は並進周波数であり、φは並進の初期位相である。
【0140】
圧電素子１３１ａ乃至１３４ａに駆動電圧Ｖａが印加され、圧電素子１３１ｂ乃至１３４ｂに駆動電圧Ｖｂが印加された際に、各メサ２１が発するレーザ光の波長λ１'乃至波長λ５'はそれぞれ以下の（３）乃至（７）式で表すことができる。Δλは、第２反射部１０の並進量に応じた波長シフト量を表す。
λ１'＝λ１＋Δλ ・・・（３）
λ２'＝λ２＋Δλ ・・・（４）
λ３'＝λ３＋Δλ ・・・（５）
λ４'＝λ４＋Δλ ・・・（６）
λ５'＝λ５＋Δλ ・・・（７）
λ１'＝λ１＋Δλ ・・・（３）
λ２'＝λ２＋Δλ ・・・（４）
λ３'＝λ３＋Δλ ・・・（５）
λ４'＝λ４＋Δλ ・・・（６）
λ５'＝λ５＋Δλ ・・・（７）
【0141】
静電駆動方式で可動部を駆動させる場合には、駆動電圧に対して第２反射部の変位量が線形関係を有さないため、異なる駆動電圧が印加された複数の可動部の変位量はそれぞれ異なるものとなる。従って、複数の可動部を同じ変位量だけ変位させることは困難である。
【0142】
これに対し、本変形例では、圧電素子１３１ａ乃至１３４ａ及び圧電素子１３１ｂ乃至１３４ｂを用いて可動部１１ａ及び１１ｂを駆動させるため、複数のメサ２１の発光部２１１が発するレーザ光の波長は、駆動電圧に対して線形に変化する。そのため、複数のメサ２１の発光部２１１が発するレーザ光は、波長の差が維持されたまま、共通の波長シフト量で波長が変化する。
【0143】
図２０は、駆動部１３０ａ及び１３０ｂへの印加電圧と波長との関係の一例を示す図である。図２０に示すように、メサ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ及び２１ｅの各発光部が発するレーザ光の波長は、オフセット電圧に対して線形に変化する。
【0144】
［第２実施形態］
次に第２実施形態に係る光源装置１ｅについて説明する。第１実施形態では、第１反射部２２に対する第２反射部１０の傾斜角度を維持しながら、第１反射部２２の反射面に交差する方向に第２反射部１０を並進させることで、波長の差を維持しながら、各波長のレーザ光に、並進量に応じた波長シフト量を与える構成を例示した。
次に第２実施形態に係る光源装置１ｅについて説明する。第１実施形態では、第１反射部２２に対する第２反射部１０の傾斜角度を維持しながら、第１反射部２２の反射面に交差する方向に第２反射部１０を並進させることで、波長の差を維持しながら、各波長のレーザ光に、並進量に応じた波長シフト量を与える構成を例示した。
【0145】
しかし、第２反射部１０は面積に応じた重量を有するため、並進の速度に制限が生じ、所望の波長シフト量が得られない場合がある。
【0146】
これに対し、本実施形態では、第２反射部は、第２反射部に設けられた第３反射部と、第３反射部に接続する第３反射部用可動部と、反射部内可動部を変形させることで第３反射部を駆動させる第３反射部用駆動部とを有し、第３反射部用駆動部は、第２反射部の反射面に交差する方向に第３反射部を並進させる。
【0147】
第３反射部は、第２反射部内に設けられ、第２反射部より面積が小さく軽量である。これにより、並進速度の制限を緩和して、所望の波長シフト量を与えることができる。
【0148】
図２１は、本実施形態に係る光源装置１ｅの構成の一例を説明する斜視図である。図２１に示すように、光源装置１ｅは、第２反射部１０ｅを有する。第２反射部１０ｅは、第２反射部１０ｅ内に設けられた第３反射部３１０と、可動部３１１と、駆動部３１２とを有する。
【0149】
【0150】
可動部３１１は、可動梁３１１ａ乃至３１１ｄを有する。可動梁３１１ａ乃至３１１ｄのそれぞれは、一端が第２反射部１０ｅに接続し、他端が第３反射部３１０に接続している。可動部３１１は、第３反射部用可動部の一例である。
【0151】
駆動部３１２は、圧電素子３１２ａ乃至３１２ｄを有する。可動梁３１１ａは圧電素子３１２ａをＺ軸負方向側に含み、可動梁３１１ｂは圧電素子３１２ｂをＺ軸負方向側に含み、可動梁３１１ｃは圧電素子３１２ｃをＺ軸負方向側に含み、可動梁３１１ｄは圧電素子３１２ｄをＺ軸負方向側に含んでいる。駆動部３１２は、第３反射部用駆動部の一例である。
【0152】
圧電素子３１２ａ乃至３１２ｄは、支持部１２に設けられた電極を介して印加される駆動電圧に応じてそれぞれ変形（例えば伸縮）する。圧電素子３１２ａ乃至３１２ｄの変形に応じて可動梁３１１ａ乃至３１１ｄが弾性変形することで、第３反射部３１０がＺ軸方向に変位可能になっている。
【0153】
駆動部３１２は、駆動電圧が印加されることで、駆動部１３０ａ及び１３０ｂとは独立に可動部３１１を駆動させ、第３反射部３１０をＺ軸方向に並進させることができる。
【0154】
以上のように、本実施形態では、第２反射部１０ｅは、第２反射部１０ｅ内に設けられた第３反射部３１０と、第３反射部３１０に接続する可動部３１１（第３反射部用可動部）と、可動部３１１を変形させることで第３反射部３１０を駆動させる駆動部３１２（第３反射部用駆動部）とを有する。
【0155】
駆動部３１２が第１反射部２２（図１参照）の反射面に交差する方向に第３反射部を並進させることで、複数のメサ２１の発光部２１１が発するレーザ光の波長に、並進量に応じた波長シフト量を与えることができる。
【0156】
第３反射部３１０は、第２反射部１０ｅに設けられ、第２反射部１０ｅより面積が小さく軽量であるため、並進速度の制限を緩和して、所望の波長シフト量を与えることができる。
【0157】
［第３実施形態］
次に図２２を参照して、第３実施形態に係るレーザレーダ装置について説明する。
次に図２２を参照して、第３実施形態に係るレーザレーダ装置について説明する。
【0158】
【0159】
レーザレーダ装置は、対象方向の物体（対象物）との距離又は対象物の速度を測定する装置である。
【0160】
図２２に示すように、レーザレーダ装置７００は、例えば自動車７０１に搭載され、対象方向を光走査して、対象方向に存在する対象物７０２からの反射光を受光することで、対象物７０２までの距離又は対象物７０２のレーザレーダ装置７００に対する相対速度の少なくとも一方を測定する。
【0161】
図２３に示すように、光源装置１から出射されたレーザ光は、発散光を略平行光とする光学系であるコリメータレンズ７０３と、平面ミラー７０４とから構成される入射光学系を経て、反射面１４を有する可動装置１３ａで１軸もしくは２軸方向に走査される。そして、投光光学系である投光レンズ７０５等を経て装置前方の対象物７０２に照射される。光源装置１および可動装置１３ａは、制御装置１１により駆動を制御される。対象物７０２で反射された反射光は、光検出器７０９により光検出される。すなわち、反射光は入射光検出受光光学系である集光レンズ７０６等を経て撮像素子７０７により受光され、撮像素子７０７は検出信号を信号処理装置７０８に出力する。信号処理装置７０８は、入力された検出信号に２値化やノイズ処理等の所定の処理を行い、結果を測距回路７１０に出力する。
【0162】
測距回路７１０は、ヘテロダイン方式によって、対象物７０２の有無を認識し、さらに対象物７０２との距離又は対象物７０２の相対速度の少なくとも一方を算出する。レーザレーダ装置７００は、光源装置１から対象物７０２に照射されたレーザ光の対象物７０２からの戻り光に基づき、対象物７０２との距離又は対象物７０２の相対速度の少なくとも一方を測定することができる。
【0163】
このようなレーザレーダ装置７００は、例えば車両、航空機、船舶、ロボット等に取り付けられ、所定範囲を光走査して障害物の有無や障害物までの距離又は対象物７０２の相対速度の少なくとも一方を測定することができる。
【0164】
このように、実施形態に係る光源装置１をレーザレーダ装置に適用することにより、複数の波長のレーザ光を用いてヘテロダイン方式による距離測定又は速度測定を実現することができる。
【0165】
以上、実施形態を説明してきたが、本発明は、具体的に開示された上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【0166】
複数のメサ２１のそれぞれが発するレーザ光の波長が揃うように、第２反射部１０の傾きを調整すれば、高出力波長可変レーザとして応用できる。また複数のメサのそれぞれが発するレーザ光の波長が異なるように第２反射部１０の傾きを調整し、各レーザ光の光路上にそれぞれ光学素子を配置する。例えば、波長に応じて屈折角が変化するレンズを配置することで、レーザ光を空間に投影できるため、３Ｄセンシング用途への応用が可能となる。また複数のメサ２１は、非周期的な間隔で配置してもよい。
【0167】
また、上記で用いた序数、数量等の数字は、全て本発明の技術を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数字に制限されない。また、構成要素間の接続関係は、本発明の技術を具体的に説明するために例示するものであり、本発明の機能を実現する接続関係はこれに限定されない。
【符号の説明】
【0168】
１ 光源装置（光学装置の一例）
１０ 第２反射部
１１ａ、１１ｂ 可動部
１１１ａ、１１２ａ、１１１ｂ、１１２ｂ 可動梁（梁部材の一例）
１１３ａ、１１３ｂ 第１接続部
１１４ａ、１１４ｂ 第２接続部（接続端の一例）
１２ 支持部
１２１ａ、１２２ａ、１２１ｂ、１２２ｂ 連結部
１３ 接合層
１３０ａ、１３０ｂ 駆動部
１３１ａ、１３２ａ、１３３ａ、１３４ａ 圧電素子
１３１ｂ、１３２ｂ、１３３ｂ、１３４ｂ 圧電素子
１４０ａ、１４０ｂ 変位規定部
２０ ＶＣＳＥＬ素子
２１ メサ
２１１ 発光部
２２ 第１反射部
３１０ 第３反射部
３１１ 可動部（第３反射部用可動部の一例）
３１２ 駆動部（第３反射部用駆動部の一例）
７００ レーザレーダ装置
７０２ 対象物
ｄ、ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５ 距離
λ１、λ２、λ３、λ４、λ５ 波長
Δｚ 変位量
θ 傾斜角度
１０ 第２反射部
１１ａ、１１ｂ 可動部
１１１ａ、１１２ａ、１１１ｂ、１１２ｂ 可動梁（梁部材の一例）
１１３ａ、１１３ｂ 第１接続部
１１４ａ、１１４ｂ 第２接続部（接続端の一例）
１２ 支持部
１２１ａ、１２２ａ、１２１ｂ、１２２ｂ 連結部
１３ 接合層
１３０ａ、１３０ｂ 駆動部
１３１ａ、１３２ａ、１３３ａ、１３４ａ 圧電素子
１３１ｂ、１３２ｂ、１３３ｂ、１３４ｂ 圧電素子
１４０ａ、１４０ｂ 変位規定部
２０ ＶＣＳＥＬ素子
２１ メサ
２１１ 発光部
２２ 第１反射部
３１０ 第３反射部
３１１ 可動部（第３反射部用可動部の一例）
３１２ 駆動部（第３反射部用駆動部の一例）
７００ レーザレーダ装置
７０２ 対象物
ｄ、ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５ 距離
λ１、λ２、λ３、λ４、λ５ 波長
Δｚ 変位量
θ 傾斜角度
【先行技術文献】
【特許文献】
【0169】
【文献】特許６３２８１１２号公報
【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】