具体实施方式

在说明本公开的实施方式之前，说明成为本公开的基础的见识。

本发明人发现在以往的光扫描设备中存在如下课题：如果不使装置的构成复杂，则难以利用光对空间进行扫描。

例如，在专利文献1所公开的技术中，需要使反射镜旋转的驱动装置。因此，存在装置的构成变得复杂且对于振动并不稳固的课题。

在专利文献2所记载的光相位阵列中，需要使光分支并导入至多个列波导及多个行波导，向以2维排列的多个天线元件引导光。因此，用于引导光的波导的布线变得非常复杂。另外，无法使2维扫描的范围变大。进而，为了使远场处的出射光的振幅分布以2维变化，需要在以2维排列的多个天线元件各自上连接移相器，并对移相器安装相位控制用的布线。由此，使得向以2维排列的多个天线元件入射的光的相位分别以不同的量变化。因此，元件的构成变得非常复杂。

本发明人着眼于现有技术中的上述的课题，探讨了用于解决这些课题的构成。本发明人发现，通过使用具有对置的一对反射镜以及介于这些反射镜之间的光波导层的波导元件，能够解决上述的课题。波导元件中的一对反射镜中的一方具有比另一方高的光透射率，使得在光波导层中传播的光的一部分向外部出射。如后所述，通过对光波导层的折射率或厚度、或者向光波导层输入的光的波长进行调整，能够使出射后的光的方向(或者出射角度)变化。更具体而言，通过使折射率、厚度或者波长变化，能够使出射光的波矢量(wavevector)的沿着光波导层的长度方向的方向上的成分变化。由此，实现1维的扫描。

进而，在使用了多个波导元件的阵列的情况下，也能够实现2维的扫描。更具体而言，通过针对供给至多个波导元件的光赋予恰当的相位差，并对该相位差进行调整，能够使从多个波导元件出射的光相互加强的方向变化。由于相位差变化，出射光的波矢量的与沿着光波导层的长度方向的方向交叉的方向上的成分变化。由此，能够实现2维的扫描。此外，在进行2维的扫描的情况下，也无需使多个光波导层的折射率、厚度或者光的波长以不同的量变化。即，通过针对供给至多个光波导层的光赋予恰当的相位差，而且使多个光波导层的折射率、厚度及波长中的至少1个同步地以同量变化，能够进行2维的扫描。

像这样，根据本公开，能够以比较简单的构成利用光实现1维或者2维的扫描。

在本说明书中，“折射率、厚度及波长中的至少1个”意味着从由光波导层的折射率、光波导层的厚度、以及向光波导层输入的波长构成的组中选择的至少1个。为了使光的出射方向变化，也可以单独对折射率、厚度及波长中的任1个进行控制。或者，也可以对这3个之中的任意2个或者全部进行控制来使光的出射方向变化。也可以替代折射率或者厚度的控制，或者在其基础上，对向光波导层输入的光的波长进行控制。

以上的基本原理不仅能够适用于出射光的用途，而且也同样能够适用于接收光信号的用途。通过使折射率、厚度及波长中的至少1个变化，能够使能够接收的光的方向以1维变化。进而，如果利用与沿一个方向排列的多个波导元件分别连接的多个移相器使光的相位差变化，则能够使能够接收的光的方向以2维变化。

本公开的光扫描设备及光接收设备例如能够用作LiDAR(光感探测及测距(LightDetection and Ranging))系统等光检测系统中的天线。LiDAR系统与使用毫米波等电波的雷达系统相比，使用短波长的电磁波(可见光、红外线或者紫外线)，因此能够以高分辨率对物体的距离分布进行检测。这种LiDAR系统例如搭载于汽车、UAV(Unmanned AerialVehicle，即所谓的无人机)、AGV(自动引导车(Automated Guided Vehicle))等移动体，能够用作碰撞避免技术之一。在本说明书中，有时针对光扫描设备与光接收设备总称为“光设备”。另外，有时也将被使用于光扫描设备或者光接收设备的设备称为“光设备”。有时也针对构成光扫描设备或者光接收设备的光学部件使用“光设备”这样的用语。

＜光扫描设备的构成例＞

以下，作为一例，说明进行2维扫描的光扫描设备的构成。其中，有时省略过于详细的说明。例如，有时省略已经公知的事项的详细说明及针对实质上相同的构成的重复说明。这是为了避免以下的说明过于冗长，而使得本领域技术人员易于理解。此外，发明人们为了使本领域技术人员充分理解本公开而提供了附图及以下的说明，其意图不在于通过这些对权利要求书所记载的主题进行限定。在以下的说明中，针对相同或者相似的构成要素赋予相同的参照标记。

在本公开中，“光”意味着不仅包含可见光(波长为大致400nm～大致700nm)而且包含紫外线(波长为大致10nm～大致400nm)及红外线(波长为大致700nm～大致1mm)的电磁波。在本说明书中，有时将紫外线称为“紫外光”，将红外线称为“红外光”。

在本公开中，利用光进行“扫描”意味着使光的方向变化。“1维扫描”意味着使光的方向沿着与该方向交叉的方向以直线变化。“2维扫描”意味着使光的方向沿着与该方向交叉的平面以2维变化。

图1是示意性地表示光扫描设备100的例子的斜视图。光扫描设备100具备包含多个波导元件10的波导阵列。多个波导元件10各自具有在第1方向(图1中的X方向)上延伸的形状。多个波导元件10在与第1方向交叉的第2方向(图1中的Y方向)上规则地排列。多个波导元件10一边使光在第1方向上传播，一边使光在与平行于第1及第2方向的虚拟的平面交叉的第3方向D3上出射。在本公开中，第1方向(X方向)与第2方向(Y方向)正交，但两者也可以不正交。在本公开中，多个波导元件10在Y方向上以等间隔排列，但不需要一定以等间隔排列。

此外，本申请的附图所示的构造物的朝向是考虑到说明的易懂性而设定的，完全不对实施时的朝向加以限制。另外，附图所示的构造物的整体或者一部分的形状及大小也不对现实的形状及大小加以限制。

多个波导元件10各自具有相互对置的第1反射镜30及第2反射镜40(以下有时将各自简称为“反射镜”)、以及位于反射镜30与反射镜40之间的光波导层20。反射镜30及反射镜40各自在与光波导层20的界面上具有与第3方向D3交叉的反射面。反射镜30及反射镜40以及光波导层20具有在第1方向(X方向)上延伸的形状。

第1反射镜30的反射面与第2反射镜40的反射面大致平行地对置。2个反射镜30及反射镜40之中的至少第1反射镜30具有使在光波导层20中传播的光的一部分透射的特性。换言之，第1反射镜30针对该光具有比第2反射镜40高的光透射率。因此，在光波导层20中传播的光的一部分从第1反射镜30向外部出射。这样的反射镜30及40例如可以是由介电体的多层膜(也称为“多层反射膜”或者“分布布拉格反射器(Distributed Bragg Reflector：DBR))形成的多层膜反射镜。

通过控制向各个波导元件10输入的光的相位，进而使这些波导元件10中的光波导层20的折射率或厚度、或者向光波导层20输入的光的波长同步地同时变化，能够利用光实现2维扫描。

本发明人为了实现这样的2维扫描，针对波导元件10的动作原理进行了分析。基于该结果，通过对多个波导元件10同步进行驱动，成功地通过光实现了2维扫描。

如图1所示，如果向各波导元件10输入光，则从各波导元件10的出射面出射光。出射面位于第1反射镜30的反射面的相反侧。该出射光的方向D3依赖于光波导层的折射率、厚度及光的波长。在本公开中，各光波导层的折射率、厚度及波长中的至少1个被同步地控制，以使从各波导元件10出射的光成为大致相同的方向。由此，能够使得从多个波导元件10出射的光的波矢量的X方向上的成分变化。换言之，能够使出射光的方向D3沿着图1所示的方向101变化。

进而，从多个波导元件10出射的光朝向相同的方向，因此出射光相互干涉。通过对从各个波导元件10出射的光的相位进行控制，能够使光由于干涉而相互加强的方向变化。例如，在相同大小的多个波导元件10在Y方向上以等间隔排列的情况下，向多个波导元件10输入逐个以一定量而相位不同的光。通过使该相位差变化，能够使出射光的波矢量的Y方向上的成分变化。换言之，通过使得向多个波导元件10导入的光的相位差分别变化，能够使出射光由于干涉而相互加强的方向D3沿着图1所示的方向102变化。由此，能够利用光实现2维扫描。

以下，说明光扫描设备100的动作原理。

＜波导元件的动作原理＞

图2是示意性地表示1个波导元件10的截面的构造及传播的光的例子的图。在图2中，将与图1所示的X方向及Y方向垂直的方向作为Z方向，示意性地表示波导元件10的与XZ面平行的截面。在波导元件10中，一对反射镜30和反射镜40以隔着光波导层20的方式配置。从光波导层20的X方向上的一端导入的光22，一边被光波导层20的上表面(图2中的上侧的表面)处设置的第1反射镜30的第1反射面30s及下表面(图2中的下侧的表面)处设置的第2反射镜40的第2反射面40s反复反射，一边在光波导层20内传播。第1反射镜30的光透射率比第2反射镜40的光透射率高。因此，能够主要从第1反射镜30的出射面30es将光的一部分输出。以下，有时将第1反射面30s简称为“反射面30s”，将第2反射面40s简称为“反射面40s”。

在通常的光纤等波导中，光一边反复进行全反射一边沿着波导传播。相对于此，在波导元件10中，光一边被在光波导层20的上下配置的反射镜30及40反复反射一边传播。因此，对光的传播角度没有制约。在此，光的传播角度意味着向反射镜30或者反射镜40与光波导层20的界面的入射角度。相对于反射镜30或者反射镜40以更接近于垂直的角度入射的光也能够传播。即，以比全反射的临界角小的角度向界面入射的光也能够传播。因此，光的传播方向上的光的群速度与自由空间中的光速相比大为降低。由此，波导元件10具有光的传播条件相对于光的波长、光波导层20的厚度及光波导层20的折射率的变化而大为变化的性质。波导元件10也称为“反射型波导”或者“慢光波导”。

从波导元件10向空气中出射的光的出射角度θ通过下式(1)表现。

[数1]

由式(1)可知，通过改变空气中的光的波长λ、光波导层20的折射率n_w及光波导层20的厚度d中的任一个，能够改变光的出射方向。

例如，在n_w＝2，d＝387nm，λ＝1550nm，m＝1的情况下，出射角度为0°。如果从该状态使折射率变化为n_w＝2.2，则出射角度变化为大致66°。另一方面，如果不改变折射率而使厚度变化为d＝420nm，则出射角度变化为大致51°。如果既不改变折射率也不改变厚度而使波长变化为λ＝1500nm，则出射角度变化为大致30°。像这样，通过改变光的波长λ、光波导层20的折射率n_w及光波导层20的厚度d中的任一个，能够大为改变光的出射方向。

于是，在本公开的光扫描设备100中，通过控制向光波导层20输入的光的波长λ、光波导层20的折射率n_w及光波导层20的厚度d中的至少1个，来控制光的出射方向。光的波长λ也可以在动作中不变化，而维持一定。在该情况下，能够以更简单的构成实现光的扫描。波长λ不作特别限定。例如，波长λ可以被包含在由一般性的硅(Si)吸收光从而检测光的光探测器或者图像传感器能够得到高检测灵敏度的400nm至1100nm(可见光至近红外光)的波段中。在其他例中，波长λ可以被包含在光纤或者Si波导中传送损失比较小的1260nm至1625nm的近红外光的波段中。此外，这些波长范围是一例。使用的光的波段不限定于可见光或者红外光的波段，例如也可以是紫外光的波段。

为了使出射光的方向变化，光扫描设备100可以具备使各波导元件10中的光波导层20的折射率、厚度及波长中的至少1个变化的第1调整元件。

如上，如果使用波导元件10，通过使光波导层20的折射率n_w、厚度d及波长λ中的至少1个变化，则能够大为改变光的出射方向。由此，能够使得从反射镜30出射的光的出射角度在沿着波导元件10的方向上变化。通过使用至少1个波导元件10，能够实现这样的1维的扫描。

为了对光波导层20的至少一部分的折射率进行调整，光波导层20也可以包含液晶材料或者电光材料。光波导层20可以被夹在一对电极之间。通过对一对电极施加电压，能够使光波导层20的折射率变化。

为了对光波导层20的厚度进行调整，例如也可以在第1反射镜30及第2反射镜40中的至少一方上连接至少1个促动器。通过由至少1个促动器使第1反射镜30与第2反射镜40的距离变化，能够使光波导层20的厚度变化。如果光波导层20由液体形成，则光波导层20的厚度能够容易地变化。

＜2维扫描的动作原理＞

在多个波导元件10在一个方向上排列而成的波导阵列中，由于从各个波导元件10出射的光的干涉，光的出射方向变化。通过对供给至各波导元件10的光的相位进行调整，能够使光的出射方向变化。以下，说明其原理。

图3A是表示向与波导阵列的出射面垂直的方向出射光的波导阵列的截面的图。在图3A中，也记载了在各波导元件10中传播的光的移相量。在此，移相量是以在左端的波导元件10中传播的光的相位作为基准的值。本公开的波导阵列包含以等间隔排的多个波导元件10。在图3A中，虚线的圆弧表示从各波导元件10出射的光的波面。直线表示由于光的干涉而形成的波面。箭头表示从波导阵列出射的光的方向(即波矢量的方向)。在图3A所示的例子中，在各波导元件10的光波导层20中传播的光的相位均是相同的。在该情况下，光向与波导元件10的排列方向(Y方向)及光波导层20延伸的方向(X方向)这双方垂直的方向(Z方向)出射。

图3B是向不同于与波导阵列的出射面垂直的方向的方向出射光的波导阵列的截面的图。在图3B所示的例子中，在多个波导元件10的光波导层20中传播的光的相位沿排列方向逐个以一定量(Δφ)不同。在该情况下，光向与Z方向不同的方向出射。通过使该Δφ变化，能够使光的波矢量的Y方向的成分变化。如果将相邻的2个波导元件10之间的中心间距离设为p，则光的出射角度α₀通过下式(2)表现。

[数2]

在图2所示的例子中，光的出射方向与XZ平面平行。即，α₀＝0°。在图3A及图3B所示的例子中，从光扫描设备100出射的光的方向与YZ平面平行。即，θ＝0°。但是，一般而言，从光扫描设备100出射的光的方向既不与XZ平面也不与YZ平面平行。即，θ≠0°及α₀≠0°。

图4是示意性地表示3维空间中的波导阵列的例子的斜视图。图4所示的粗箭头表现从光扫描设备100出射的光的方向。θ是光的出射方向与YZ平面所成的角度。θ满足式(1)。α₀是光的出射方向与XZ平面所成的角度。α₀满足式(2)。

＜向波导阵列导入的光的相位控制＞

为了对从各个波导元件10出射的光的相位进行控制，例如可以在向波导元件10导入光的前级设置使光的相位变化的移相器。本公开的光扫描设备100具备：与多个波导元件10各自连接的多个移相器、以及对在各移相器中传播的光的相位进行调整的第2调整元件。各移相器包含与多个波导元件10的对应的1个中的光波导层20直接或者经由其他波导而相连的波导。第2调整元件通过使得从多个移相器向多个波导元件10传播的光的相位之差分别变化，使得从多个波导元件10出射的光的方向(即第3方向D3)变化。在以下的说明中，与波导阵列同样，有时将排列的多个移相器称为“移相器阵列”。

图5是从光出射面的法线方向(Z方向)观察波导阵列10A及移相器阵列80A的示意图。在图5所示的例子中，全部移相器80具有相同的传播特性，全部波导元件10具有相同的传播特性。各个移相器80及各个波导元件10既可以长度相同，也可以长度不同。在各个移相器80的长度相等的情况下，例如能够通过驱动电压对各自的移相量进行调整。另外，通过设为使各个移相器80的长度以等步长变化的构造，也能够利用相同的驱动电压赋予等步长的移相。进而，该光扫描设备100还具备：使光分支并供给至多个移相器80的分光器90、对各波导元件10进行驱动的第1驱动电路110、以及对各移相器80进行驱动的第2驱动电路210。图5所示的直线的箭头表现光的输入。通过分别独立地对个别设置的第1驱动电路110和第2驱动电路210进行控制，能够实现2维扫描。在该例中，第1驱动电路110作为第1调整元件的1个要素发挥功能，第2驱动电路210作为第2调整元件的1个要素发挥功能。

第1驱动电路110通过使各波导元件10中的光波导层20的折射率及厚度中的至少一方变化，使得从光波导层20出射的光的角度变化。第2驱动电路210通过使各移相器80中的波导20a的折射率变化，使得在波导20a的内部传播的光的相位变化。分光器90既可以由光通过全反射而传播的波导构成，也可以由与波导元件10同样的反射型波导构成。

此外，也可以在针对由分光器90分支后的各个光控制了相位之后，将各个光导入至移相器80。在该相位控制中，例如能够使用通过调整直到移相器80为止的波导的长度来实现的被动(无源)的相位控制构造。或者，也可以使用具有与移相器80同样的功能的能够以电信号控制的移相器。通过这样的方法，例如也可以在导入至移相器80之前对相位进行调整以使等相位的光被供给至全部移相器80。通过这样的调整，能够使第2驱动电路210对各移相器80的控制变得简单。

具有与上述的光扫描设备100同样的构成的光设备也能够用作光接收设备。光设备的动作原理及动作方法等的详细情况在美国专利申请公开第2018/0224709号中被公开。将该文献的公开内容整体引用至本说明书中。

＜出射角度和出射光的束线宽＞

从慢光波导10出射的光的束线宽决定扫描的分辨率。如果束线宽变窄，则扫描的分辨率提高，如果束线宽变宽，则扫描的分辨率降低。以下，说明从以往的慢光波导10出射的光的束线宽与出射角度之间的关系。

从慢光波导10出射的光的远场图案相当于图2所示的出射面30es处的电场分布的傅立叶变换。即，在光波导层20中传播的光22的传播长度越长，则出射光在远场处的束线宽越窄。反之，如果在光波导层20中传播的光的传播长度越短，则出射光在远场处的束线宽越宽。在此，传播长度意味着在光波导层20中一边衰减一边传播的光22的强度减小到1/e倍的距离。e是自然对数的底数。束线宽意味着以出射角度θ为中心向两侧扩展的角度Δθ。具体而言，束线宽记作角度谱中的出射光的半值全宽。

图6A及图6B分别是示意性地表示传播角度φ相对小的情况和相对大的情况下光从出射面30es出射的情形的图。为了简单，反射镜30的反射率假定为无论传播角度φ如何都是一定的。在图6A所示的例子中，传播角度φ小，因此反射面30s每单位长度反射光22的次数多。因此，传播长度L_p短。在图6B所示的例子中，传播角度φ大，因此反射面30s每单位长度反射光22的次数少。因此，传播长度L_p长。在传播角度φ与出射角度θ之间存在正的相关关系，因此出射角度θ越大，传播长度L_p也越大。此外，在图6A及图6B中由双向箭头所示的传播长度L_p是示意性的表现，并不表现实际的长度。

图7是表示传播长度L_p与出射光的束线宽Δθ之间的关系的一例的图。图7所示的曲线图表示对从各构成要素的尺寸及介电常数等条件被恰当地设定的1个慢光波导10出射的光束的线宽进行各种变更而计算传播长度的结果。如图7所示，传播长度L_p越长，则出射光的束线宽Δθ越窄。如上所述，如果出射角度θ增加，则传播长度L_p增加，因此出射角度θ越增加，则出射光的束线宽Δθ越减小。像这样，出射光的束线宽Δθ依赖于出射角度θ，因此如果出射角度θ变化，则扫描的分辨率变化。

本发明人们发现了以上的课题，探讨了用于解决该课题的光设备的构成。结果，发现通过使用具有以往没有的特殊特性的反射镜作为慢光波导中的2个反射镜中的至少一方的反射镜，能够解决上述课题。以下说明的本公开的实施方式基于该见识。以下，说明本公开的例示性的实施方式。

在此为了比较，说明慢光波导10中的反射镜30以及/或者反射镜40可以使用的以往的DBR的反射谱。

如图2所示，光22一边被反射镜30的反射面30s及反射镜40的反射面40s反射一边在光波导层20中传播。此时，反射镜30及反射镜40的反射率在光的出射侧也是99％左右。为了实现这样的高反射率，反射镜30及反射镜40例如可以由DBR形成。以下，说明光入射至以往的DBR的反射面的情况下的反射谱的例子。光向该反射面入射的入射角度相当于传播角度φ。

图8是表示与φ＝0°的入射角度的光对应的以往的DBR的反射谱的图。φ＝0°的入射角度相当于光从DBR的反射面的法线方向入射的角度。在反射谱的计算中，使用了Synopsys公司的DiffractMod。该例中的DBR的入射侧的媒介的折射率为1.68。DBR相当于慢光波导10中的反射镜30，入射侧的媒介相当于慢光波导10中的光波导层20。该DBR具有9层高折射率层及8层低折射率层交替层叠的构造。各高折射率层的折射率为2.28，厚度为111nm。各低折射率层的折射率为1.47，厚度为173nm。如图8所示，以往的DBR的反射谱在阻带中根据设计示出大致100％的反射率，如果从该阻带偏离则示出低反射率。在此，阻带意味着由于起因于周期构造的布拉格反射而入射光被强反射的波段。

图9是表示与φ＝0°、10°及15°的入射角度对应的以往的DBR的反射谱的图。如图9所示，反射谱伴随着入射角度φ的增加而向短波长侧偏移。以下，作为一例，说明波长λ_A＝940nm及波长λ_B＝1100nm的光的反射率根据入射角度φ如何变化。

图10A及图10B分别是表示入射角度φ与波长λ_A＝940nm的光的反射率之间的关系、以及入射角度φ与波长λ_B＝1100nm的光的反射率之间的关系的图。入射角度φ为0°以上且25°以下的范围，相当于出射角度θ为0°以上且大致60°以下的范围。如图10A所示，波长λ_A的光的反射率的波长依赖性小。因此，根据上述的理由，出射光的束线宽Δθ伴随着出射角度θ的增加而变窄。另一方面，如图10B所示，在接近于阻带的端部的波长λ_B处，反射率在入射角度φ＝15°附近急剧过于降低。因此，出射光的束线宽Δθ在入射角度φ为0°以上且大致15°以下的范围中伴随着出射角度θ的增加而变窄，在入射角度φ为大致15°以上且25°以下的范围中伴随着出射角度θ的增加而增加。在图10A及图10B的例子中，出射光的束线宽Δθ均根据出射角度θ而大为变化。

如上，本发明人们发现，通过使用反射率伴随着入射角度φ的增加而平缓地减小的反射镜，能够实现出射光的束线宽Δθ不会根据出射角度θ而大为变化的光扫描设备。具体而言，通过在相对于反射镜的反射谱中的极大值靠长波长侧设置拐点，实现了反射率伴随着入射角度φ的增加而平缓地减小的反射镜。在本实施方式中，作为在反射谱中具有拐点的反射镜，使用了高折射率层及低折射率层的厚度被恰当地调整的啁啾DBR。在本说明书中，“啁啾(chirp)DBR”意味着多个高折射率层的厚度以及/或者多个低折射率层的厚度根据层而不同的DBR。在啁啾DBR中，不仅包含多个高折射率层的厚度以及/或者多个低折射率层的厚度沿着层叠方向逐渐增加或者减小的DBR，而且还包含多个高折射率层的厚度以及/或者多个低折射率层的厚度沿着层叠方向不规则或者随机地变化的DBR。

图11是表示与φ＝0°的入射角度对应的本实施方式的啁啾DBR的反射谱的图。在图11所示的例子中，反射谱在反射率为95％以上的波段中，包含1个极大点P_LM、以及位于极大点P_LM的长波长侧的拐点P₁至拐点P₄。在该反射谱中，反射率在极大点P_LM的长波长侧单调地减小。在此，拐点意味着与波长相关的反射率的2次微分为零的点。在该拐点处，反射率相对于波长以线性变化。

在本实施方式的啁啾DBR的反射谱中，极大点P_LM、以及拐点P₁至拐点P₄存在于示出95％以上的反射率的波段。根据啁啾DBR的设计，极大点P_LM、以及拐点P₁至拐点P₄也可以存在于反射率为90％以上的波段。

图7表示为了使束线宽Δθ成为大致0.2°以下而传播长度需要大致100μm以上。图18是表示使传播长度成为100μm时的入射角度φ与反射率之间的关系的图。如图18所示，为了直到入射角度25度为止保持传播长度，反射率需要为大致90％以上。

图12是表示计算波长λ_A＝940nm处的入射角度φ与反射率之间的关系而得到的结果的图。如图12所示，反射率在反射率为95％至99.9％左右的非常高的波段中，平缓地单调减小。更具体而言，反射率在该波段中，伴随着入射角度φ的增加而以阶段性减小。该波段为大致940nm以上且大致1090nm以下。反射率不会如图10B所示急剧地减小。反射率在入射角度φ相对小的情况下高，在入射角度φ相对大的情况下低。用于得到如图11所示的期望的反射谱的啁啾DBR的设计方法例如记载在H.A.Macleod的“Thin-Film Optical Filters，3rd Ed.”(P.193-P.204)IoP Publishing(Bristol and Philadelphia)中。

如上，通过在比反射谱的极大点P_LM靠长波长侧设置拐点，能够使相对于入射角度φ的变化的反射率的变化变得平缓。反射谱的极大点P_LM及拐点也可以存在于示出95％以上的反射率的波段。通过这样的构成，能够在将反射率维持得高的状态下使其平缓地变化。反射谱的极大点P_LM及拐点也可以存在于示出90％以上的反射率的波段。在本实施方式中，在拐点为1个以上时，反射率至少在入射角度φ为0°以上且大致10°以下的范围内平缓地变化。特别是，在拐点为2个以上时，反射率至少在入射角度φ为0°以上且大致15°以下的范围内平缓地变化。像这样通过设置2个以上的拐点，能够使相对于入射角度的变化的反射率的变化在宽角度范围中变得平缓。另外，能够保持高反射率并且实现该反射率的平缓的变化。

接下来，为了比较，说明将以往的DBR和本实施方式的DBR用作反射镜30的情况下的出射角度θ与传播长度L_p之间的关系。

图13是表示出射角度θ与传播长度L_p之间的关系的例子的图。白圆相当于慢光波导10中的反射镜30由上述的例子中的以往的DBR形成的情况。黑圆点相当于慢光波导10中的反射镜30由上述的例子中的啁啾DBR形成的情况。慢光波导10中的反射镜40由与上述的例子不同的以往的DBR形成。该DBR具有11层高折射率层及10层低折射率层交替层叠的构造。该高折射率层的折射率为2.28，厚度为107nm。该低折射率层的折射率为1.47，厚度为172nm。光波导层20的折射率为1.68。作为光的出射侧的媒介的空气的折射率为1.0。

如白圆所示，在以往的DBR中，传播长度L_p伴随着出射角度θ的增加而增加。相对于此，如黑圆点所示，可知在本实施方式的啁啾DBR中，即使出射角度θ增加，传播长度L_p也基本不大为变化。像这样，通过本实施方式的啁啾DBR，能够抑制传播长度L_p对于出射角度θ的依赖性。如果无论出射角度θ如何而传播长度L_p都大致一定，则图7所示的出射光的束线宽Δθ也相对于出射角度θ大致一定。在图13所示的例子中，传播长度L_p平均为大致150μm。如图7所示，传播长度Lp≈150μm相当于出射光的束线宽Δθ≈0.1°。因此，即使出射角度θ变化，出射光的束线宽Δθ能够维持为大致0.1度。由此，能够抑制由于出射角度θ引起的扫描的分辨率的变化。进而，由于出射光的束线宽Δθ为0.1°，因此无论出射角度θ如何都能够维持高分辨率。

在上述的例子中，反射率在极大点P_LM的长波长侧单调地减小，但反射率不需要在极大点P_LM的长波长侧一定单调地减小。图14是表示与φ＝0°的入射角度对应的本实施方式的其他啁啾DBR的反射谱的图。在图14所示的例子中，反射谱在反射率为95％以上的波段中，包含极大点P_LM1及位于其长波长侧的极大点P_LM2、以及位于极大点P_LM1的长波长侧且极大点P_LM2的短波长侧的拐点P₁至拐点P₃。在该反射谱中，反射率在极大点P_LM1的长波长侧且极大点P_LM2的短波长侧，伴随着波长的增加先减小之后增加。即，反射率在极大点P_LM1的长波长侧不是单调地减小。反射率在极大点P_LM2的长波长侧单调地减小。在该情况下，反射率也在反射率为99.5％至99.9％左右的极高的波段中，伴随着入射角度φ的增加而平缓地更具体而言以阶段性减小。该波段为大致940nm以上且大致1000nm以下。

如上，在本实施方式中的慢光波导10中，能够抑制出射光的束线宽Δθ对于出射角度θ的依赖性。进而，即使出射角度θ变化，也能够将出射光的束线宽Δθ维持得窄。该效果在慢光波导10中的反射镜30及反射镜40中的至少一方具有以下的反射谱的情况下能够得到。该反射谱在与φ＝0°的入射角度对应的反射率为90％以上的波段中包含1个极大点、以及比该极大点靠长波长侧的第1拐点及第2拐点。第1拐点的波长比第2拐点的波长短。在光波导层20中传播的光22的波长λ是极大点以上且第1拐点以下的波长。该波段例如也可以被包含在能够用于上述的LiDAR系统的0.8μm以上且1.2μm以下的波段中。既可以是反射镜30及反射镜40中的一方示出这样的反射谱，也可以是反射镜30及反射镜40这双方示出这样的反射谱。在图2所示的例子中，从反射镜30出射光，由反射镜40反射光，但不限于该例。也可以由反射镜30反射光，从反射镜40出射光，也可以从反射镜30及反射镜40这双方出射光。

在本实施方式中，通过在比反射谱的极大点P_LM靠长波长侧设置拐点，使得相对于入射角度φ的变化的反射率的变化变得平缓，并使用该反射率平缓地变化的区域。因此，在光波导层20中传播的光22的波长λ是使用极大点P_LM、第1拐点P₁由下式表现的波长。

[数3]

(P_LM+P₁)/2＜λ＜P₁ (3)

＜应用例＞

图15是表示在电路基板(例如芯片)上集成了分光器90、波导阵列10A、移相器阵列80A及光源130等元件而成的光扫描设备100的构成例的图。光源130例如可以是半导体激光器等发光元件。该例中的光源130出射在自由空间中的波长为λ的单一波长的光。分光器90使来自光源130的光分支并向多个移相器中的波导导入。在图15所示的例子中，在芯片上设置有电极62A以及多个电极62B。从电极62A向波导阵列10A供给控制信号。从多个电极62B分别向移相器阵列80A中的多个移相器80送出控制信号。电极62A及多个电极62B可以与生成上述控制信号的未图示的控制电路连接。控制电路既可以被设置在图15所示的芯片上，也可以被设置在光扫描设备100中的其他芯片。

如图15所示，通过将全部组件集成在芯片上，能够以小型的设备实现大范围的光扫描。例如能够在2mm×1mm左右的芯片上集成图15所示的全部组件。

图16是表示从光扫描设备100向远场照射激光等光束并执行2维扫描的情形的示意图。2维扫描通过使束斑310在水平及垂直方向上移动从而执行。例如，通过与公知的TOF(飞行时间(Time Of Flight))法组合，能够取得2维的测距图像。TOF法是照射激光并观测来自对象物的反射光从而计算光的飞行时间并求出距离的方法。

图17是表示作为能够生成这样的测距图像的光检测系统的一例的LiDAR系统300的构成例的框图。LiDAR系统300具备光扫描设备100、光检测器400、信号处理电路600和控制电路500。光检测器400对从光扫描设备100出射并从对象物反射的光进行检测。光检测器400例如可以是对从光扫描设备100出射的光的波长λ具有灵敏度的图像传感器、或者包含光电二极管等受光元件的光探测器。光检测器400输出与接受的光的量相应的电信号。信号处理电路600基于从光检测器400输出的电信号，计算到对象物的距离，生成距离分布数据。距离分布数据是表示距离的2维分布的数据(即测距图像)。控制电路500是对光扫描设备100、光检测器400及信号处理电路600进行控制的处理器。控制电路500对从光扫描设备100照射光束的定时及光检测器400的曝光及信号读出的定时进行控制，指示信号处理电路600生成测距图像。

在2维扫描中，作为取得测距图像的帧率，例如能够从一般在动态图像中常用的60fps、50fps、30fps、25fps、24fps等中选择。另外，如果考虑向车载系统应用，则帧率越高，取得测距图像的频度越提高，能够高精度地检测障碍物。例如，在以60km/h行驶时，在60fps的帧率下，车每移动大致28cm能够取得图像。在120fps的帧率下，车每移动大致14cm能够取得图像。在180fps的帧率下，车每移动大致9.3cm能够取得图像。

为了取得1个测距图像所需的时间依赖于波束扫描的速度。例如，为了以60fps取得析像点数为100×100的图像，需要对1点在1.67μs以下进行波束扫描。在该情况下，控制电路500以600kHz的动作速度，对光扫描设备100所进行的光束的出射以及光检测器400所进行的信号积蓄/读出进行控制。

＜向光接收设备的应用例＞

本公开的光扫描设备也能够以大致相同的构成用作光接收设备。光接收设备具备与光扫描设备相同的波导阵列10A、以及对能够接收的光的方向进行调整的第1调整元件。波导阵列10A的各第1反射镜30使从第3方向向第1反射面的相反侧入射的光透射。波导阵列10A的各光波导层20使透射了第1反射镜30的光在第2方向上传播。通过第1调整元件使各波导元件10中的所述光波导层20的折射率及厚度以及光的波长中的至少1个变化，能够使能够接收的光的方向变化。进而，在光接收设备具备与光扫描设备相同的多个移相器80或者80a及80b、以及使得从多个波导元件10经过多个移相器80或者80a及80b而输出的光的相位之差分别变化的第2调整元件的情况下，能够使能够接收的光的方向以2维变化。

例如，能够构成将图15所示的光扫描设备100中的光源130置换为接收电路的光接收设备。如果波长λ的光向波导阵列10A入射，则该光经由移相器阵列80A向分光器90送出，最终被收集到一个位置，并送往接收电路。被收集到该一个位置的光的强度可以说表现了光接收设备的灵敏度。光接收设备的灵敏度能够由被分别组装入波导阵列及移相器阵列80A中的调整元件调整。在光接收设备中，例如在图4中，波矢量(图中的粗箭头)的方向相反。入射光具有波导元件10延伸的方向(图中的X方向)上的光成分、以及波导元件10的排列方向(图中的Y方向)上的光成分。X方向的光成分的灵敏度能够由被组装入波导阵列10A的调整元件调整。另一方面，波导元件10的排列方向上的光成分的灵敏度能够由被组装入移相器阵列80A的调整元件调整。根据光接收设备的灵敏度最大时的光的相位差Δφ、光波导层20的折射率n_w及厚度d，可知图4所示的θ及α₀。由此，能够确定光的入射方向。

上述的实施方式能够适宜地组合。

最后将上述的光设备汇总为以下的项目。

第1项目所涉及的光设备具备：第1反射镜，具有第1反射面，沿着第1方向延伸；第2反射镜，具有与所述第1反射面对置的第2反射面，沿着所述第1方向延伸；以及光波导层，位于所述第1反射镜与所述第2反射镜之间，使光沿着所述第1方向传播。所述第1反射镜的透射率比所述第2反射镜的透射率高。所述第1反射镜及所述第2反射镜中的至少一方的与从反射面的法线方向入射的光对应的反射谱为：在反射率为90％以上的波段中包含极大点、以及比所述极大点靠长波长侧的第1拐点及第2拐点。

在该光设备中，第1反射镜及第2反射镜中的至少一方的反射率伴随着光的入射角度的增加而平缓地减小。由此，能够抑制从第1反射镜及第2反射镜中的至少一方出射的光的束线宽根据出射角度而变化。

第2项目所涉及的光设备为：在第1项目所涉及的光设备中，所述第1拐点的波长比所述第2拐点的波长短。在所述光波导层中传播的所述光的波长λ是所述极大点以上且所述第1拐点以下的波长。

在该光设备中，第1反射镜及第2反射镜中的至少一方的反射率伴随着光的入射角度的增加而以阶段性减小。由此，能够抑制出射光的束线宽根据出射角度而变化。

第3项目所涉及的光设备为：在第1或者第2项目所涉及的光设备中，所述波段被包含于0.8μm以上且1.2μm以下。

该光设备能够适用于LiDAR系统。

第4项目所涉及的光设备为：在第1至第3项目中的任一个所涉及的光设备中，所述第1反射镜及所述第2反射镜中的至少一方包含具备层叠构造的分布布拉格反射器。

在该光设备中，能够得到与第1至第3项目中的任一个所涉及的光设备相同的效果。

第5项目所涉及的光设备为：在第4项目所涉及的光设备中，所述分布布拉格反射器是啁啾DBR。

在该光设备中，能够得到与第4项目所涉及的光设备相同的效果。

第6项目所涉及的光设备为：在第1项目所涉及的光设备中，所述第1反射镜具有所述反射谱。

在该光设备中，能够抑制从第1反射镜出射的光的束线宽根据出射角度而变化。

工业实用性

本公开中的光扫描设备及光接收设备例如能够利用于汽车、UAV、AGV等车辆所搭载的激光雷达系统等的用途。

附图标记说明：

10 波导元件、光波导

11 光波导

10A 波导阵列

15、15a、15b、15c、15m 光栅

20 光波导层

22 介电体部件

30 第1反射镜

40 第2反射镜

30es 出射面

30s 第1反射面

40s 第2反射面

51 介电体层

62a、62b、62A、62B 电极

73 多个间隔壁

80 移相器

80A 移相器阵列

90 分光器

100 光扫描设备

111 连接区域

112 非连接区域

110 波导阵列的驱动电路

130 光源

210 移相器阵列的驱动电路

310 束斑

400 光检测器

500 控制电路

600 信号处理电路