(57)【要約】【課題】ステアリング角度を拡大しつつ構造を簡素化できる小型で低価格な光回路集積装置およびビームステアリングシステムを提供する。【解決手段】光回路集積装置１は、基板１１と、基板１１上に形成された複数の導波路１２１と、複数の導波路１２１それぞれと光学的に結合し外方へ光を放射させるためのグレーティングカプラが設けられた複数の共振器１５と、複数の共振器１５を加熱して共振器温度を変化させることにより複数の共振器１５それぞれの共振器光路長を変化させるヒータ１６と、を備える。そして、複数の共振器１５は、それぞれ、共振器光路長が導波路１２１を伝播する光の波長の整数倍となるときの共振器温度が互いに異なる。【選択図】図２
2019040066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された導波路と、
前記導波路と光学的に結合し外方へ光を放射させるためのグレーティングカプラが設けられた複数の共振器と、
前記複数の共振器を加熱して共振器温度を変化させることにより前記複数の共振器それぞれの共振器光路長を変化させる加熱部と、を備え、
前記複数の共振器は、それぞれ前記共振器光路長が前記導波路を伝播する光の波長の整数倍となるときの前記共振器温度が互いに異なる、
光回路集積装置。
【請求項２】
前記複数の共振器から放射される光の放射方向を変化させる放射方向可変部材を更に備える、
請求項１に記載の光回路集積装置。
【請求項３】
前記複数の共振器の周囲温度を検出する温度検出部を更に備える、
請求項１または２に記載の光回路集積装置。
【請求項４】
前記導波路は、複数存在し、
複数の導波路は、前記複数の導波路の延長方向に直交する方向に並び、
前記複数の導波路を伝播する光の位相をずらすことにより前記共振器から外方へ放射される光の放射方向の、前記基板の厚さ方向に対する前記延長方向と直交する方向への傾斜角度を変化させる位相変調器を更に備える、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光回路集積装置。
【請求項５】
基板と、前記基板上に形成された複数の導波路と、前記複数の導波路それぞれと光学的に結合し外方へ光を放射させるためのグレーティングカプラが設けられた複数の共振器と、前記複数の共振器を加熱して共振器温度を変化させることにより前記複数の共振器それぞれの共振器光路長を変化させる加熱部と、前記複数の導波路を伝播する光の位相をずらすことにより前記グレーティングカプラから外方へ放射される光の放射方向を、前記基板の厚さ方向に対する前記複数の導波路の延長方向と直交する方向への傾斜角度を変化させる位相変調器と、を有する光回路集積装置と、
前記複数の導波路へ光を導入する光源と、
前記加熱部および前記位相変調器を制御する制御装置と、を備え、
前記複数の共振器は、それぞれ前記共振器光路長が前記導波路を伝播する光の波長の整数倍となるときの共振器温度が互いに異なり、
前記制御装置は、
前記光回路集積装置から放射される光の放射方向を示す放射方向情報に基づいて、前記複数の共振器の中から１つの共振器を特定する共振器特定部と、
前記共振器特定部により特定された共振器の共振器温度が、前記共振器光路長が前記複数の導波路を伝播する光の波長の整数倍となる共振器温度となるように、前記加熱部を制御する加熱部制御部と、を有する、
ビームステアリングシステム。
【請求項６】
前記加熱部は、薄膜抵抗体であり、
前記加熱部制御部は、前記加熱部へ供給される電流の電流値を設定することにより、前記加熱部を制御する、
請求項５に記載のビームステアリングシステム。
【請求項７】
前記光回路集積装置は、前記共振器の周囲温度を検出する温度検出部を更に有し、
前記制御装置は、前記温度検出部により検出された前記共振器の周囲温度に応じて、前記加熱部へ供給される電流の電流値を補正する電流補正部を更に有する、
請求項６に記載のビームステアリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光回路集積装置およびビームステアリングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
二次元光ビームステアリングが可能な光回路集積装置は、例えば自動車の自動運転に使用されるＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）センサに必須であり、多くの研究機関から発表が相次いでいる。現在のＬｉＤＡＲは二次元光ビームステアリングにモータなどの機械的機構が必要となり、小型化、低価格化は困難である。モータ等を使用しないメカレスのＬｉＤＡＲである光回路集積装置として、基板と、基板上に互いに平行となるように設けられた複数の光導波路からなる導波路アレイと、を備え、導波路アレイ内の伝播光を導波路アレイに設けられたグレーティングアレイで外方へ放射する光回路集積装置が提案されている（例えば非特許文献１参照）。この光回路集積装置は、導波路アレイに熱光学位相変調器が設けられており、フェーズドアレイ方式を利用して光の放射方向の導波路アレイの並び方向への傾きを制御する。また、この光回路集積装置は、導波路アレイを伝播する光の波長を変化させることにより光の放射方向の導波路アレイの延長方向への傾きを制御する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】"Two-dimensional free-space beam steering with an optical phased array on silicon-on-insulator", J.K.Doylend et al., Optics Express Vol.19. Issue 22, pp.21595-21604 (2011).
【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、非特許文献１に記載された光回路集積装置では、光の放射方向の導波路アレイの延長方向への傾きを大きく変更できるようにしてステアリング角度を拡大しようとする場合、互いに波長の異なる複数の光源を設ける必要がある。そうすると、複数の光源から導波路アレイへ光を導入する構造が必要となり、光回路集積装置の構造が複雑化してしまう虞がある。
【０００５】
本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、ステアリング角度を拡大しつつ構造を簡素化できる小型で低価格な光回路集積装置およびビームステアリングシステム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】
上記目的を達成するために、本発明に係る光回路集積装置は、
基板と、
前記基板上に形成された導波路と、
前記導波路と光学的に結合し外方へ光を放射させるためのグレーティングカプラが設けられた複数の共振器と、
前記複数の共振器を加熱して共振器温度を変化させることにより前記複数の共振器それぞれの共振器光路長を変化させる加熱部と、を備え、
前記複数の共振器は、それぞれ前記共振器光路長が前記導波路を伝播する光の波長の整数倍となるときの前記共振器温度が互いに異なる。
【０００７】
他の観点から見た本発明に係るビームステアリングシステムは、
基板と、前記基板上に形成された複数の導波路と、前記複数の導波路それぞれと光学的に結合し外方へ光を放射させるためのグレーティングカプラが設けられた複数の共振器と、前記複数の共振器を加熱して共振器温度を変化させることにより前記複数の共振器それぞれの共振器光路長を変化させる加熱部と、前記複数の導波路を伝播する光の位相をずらすことにより前記グレーティングカプラから外方へ放射される光の放射方向を、前記基板の厚さ方向に対する前記複数の導波路の延長方向と直交する方向への傾斜角度を変化させる位相変調器と、を有する光回路集積装置と、
前記複数の導波路へ光を導入する光源と、
前記加熱部および前記位相変調器を制御する制御装置と、を備え、
前記複数の共振器は、それぞれ前記共振器光路長が前記導波路を伝播する光の波長の整数倍となるときの共振器温度が互いに異なり、
前記制御装置は、
前記光回路集積装置から放射される光の放射方向を示す放射方向情報に基づいて、前記複数の共振器の中から１つの共振器を特定する共振器特定部と、
前記共振器特定部により特定された共振器の共振器温度が、前記共振器光路長が前記複数の導波路を伝播する光の波長の整数倍となる共振器温度となるように、前記加熱部を制御する加熱部制御部と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る光回路集積装置は、導波路と光学的に結合し外方へ光を放射させるためのグレーティングカプラが設けられた複数の共振器を備え、加熱部が、複数の共振器を加熱して共振器温度を変化させることにより複数の共振器それぞれの共振器光路長を変化させる。そして、複数の共振器は、それぞれ共振器光路長が導波路を伝播する光の波長の整数倍となるときの共振器温度が互いに異なる。これにより、導波路に単一の波長の光を伝播させる構成としつつ、複数の共振器の温度を変化させることにより、複数の共振器の中から外方へ光を放射させる共振器を１つ選択することが可能となる。従って、複数の共振器それぞれから放射される光の放射方向を互いに大きく異ならせた構成とすることにより、構造を簡素化しつつステアリング角度が拡大された光回路集積装置が実現できる。また、本発明に係るビームステアリングシステムでは、共振器特定部が、光回路集積装置から放射される光の放射方向を示す放射方向情報に基づいて、複数の共振器の中から１つの共振器を特定する。そして、加熱部制御部は、共振器特定部により特定された共振器の共振器温度が、共振器光路長が複数の導波路を伝播する光の波長の整数倍となる共振器温度となるように、加熱部を制御する。これにより、放射方向情報に基づいて光回路集積装置から放射される光の放射方向を制御することができるので、放射方向情報を変更するだけで光回路集積装置から放射される光の放射方向を比較的容易に変更することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係るビームステアリングシステムの構成図である。
【図２】実施の形態に係る光回路集積装置の斜視図である。
【図３】実施の形態に係る光回路集積装置の拡大図である。
【図４】（Ａ）は実施の形態に係る光回路集積装置の性能シミュレーションの結果を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）について共振器実効長１５．１μｍ付近を拡大した図である。
【図５】実施の形態に係る光回路集積装置の動作説明図である。
【図６】実施の形態に係る光回路集積装置の動作説明図である。
【図７】実施の形態に係る制御装置のブロック図である。
【図８】（Ａ）は実施の形態に係るヒータ電流値データベースの内容を示す図であり、（Ｂ）は温度とヒータ電流値との相関関係を示す図であり、（Ｃ）はＹ軸方向傾斜角度データベースの内容を示す図である。
【図９】実施の形態に係る制御装置が実行する二次元ビームステアリング処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図１０】（Ａ）乃至（Ｃ）は実施の形態に係る光回路集積装置の動作説明図である。
【図１１】（Ａ）乃至（Ｃ）は実施の形態に係る光回路集積装置の動作説明図である。
【図１２】実施の形態に係る光回路集積装置の動作説明図である。
【図１３】実施の形態に係るビームステアリングシステムの動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態に係るビームステアリングシステムについて、図面を参照しながら説明する。本実施の形態に係るビームステアリングシステムは、二次元光ビームステアリングを実行するシステムである。このビームステアリングシステムは、図１に示すように、光回路集積装置１と、制御装置２と、光源３と、光ファイバ４と、を備える。光源３は、例えば赤外領域の波長帯の光を放射する半導体レーザである。この半導体レーザとしては、例えばＩｎＰ系の半導体材料を用いて作製された１．５５μｍ近傍の波長帯域のレーザ光を放射する半導体レーザが挙げられる。
【００１１】
光回路集積装置１は、図２に示すように、基板１１と、絶縁体層１３と、導波路アレイ１２、位相変調器（例えば熱光学位相変調器）１４と、複数の共振器１５（１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ、１５Ｅ、１５Ｆ、１５Ｇ）と、加熱部であるヒータ１６と、放射方向可変部材であるレンズ１７と、を備える。また、導波路アレイ１２の一部には、熱光学位相変調器１４が設けられており、また、複数の共振器１５と、加熱部であるヒータ１６が設けられている。基板１１は、例えばＳｉ基板である。絶縁体層１３は、基板１１上に積層されており、例えばＳｉＯ２から形成されている。
【００１２】
導波路アレイ１２は、基板１１上に積層された絶縁体層１３中に互いに平行に埋設された複数（図２では１６本）の導波路１２１からなる。導波路１２３は、ＭＭＩ（Multi-mode interferometer）型カプラ１２２を介して２つの導波路１２４に接続され、２つの導波路１２４は、それぞれＭＭＩ型カプラ１２２を介して２つの導波路１２５に接続されている。４つの導波路１２５は、それぞれＭＭＩカプラ１２２を介して２つの導波路１２６に接続されている。８つの導波路１２６は、それぞれＭＭＩカプラ１２２を介して２つの導波路１２１に接続されている。導波路１２１、１２３、１２４、１２５、１２６は、それぞれＳｉから形成されている。導波路１２３は、光ファイバ４を介して光源３と光学的に結合している。光源３から光ファイバ４を通じて導入され導波路１２３を伝播する光は、１６本の導波路１２１それぞれに導入される。
【００１３】
熱光学位相変調器１４は、複数の導波路１２１を伝播する光の位相をずらすことにより複数の共振器１５から外方へ放射される光の放射方向の＋Ｚ方向（基板１１の垂直方向上向き）に対するＸ軸方向（基板１１の短手方向、横方向ともいう）への傾斜角度を変化させる。熱光学位相変調器１４は、例えば導波路アレイ１２を構成する各導波路１２１の上方に設けられた簿膜ヒータ（図示せず）群から構成される。この熱光学位相変調器１４は、簿膜ヒータにより導波路１２１を加熱して導波路１２１の屈折率を変化させることにより、導波路１２１を伝播する光の位相を変化させる。また、熱光学位相変調器１４では、複数の導波路１２１毎に、簿膜ヒータにより加熱する部分の長さが互いに異なっており、複数の導波路１２１それぞれを伝播する光の位相の変化量が互いに異なるように設定されている。
【００１４】
複数の共振器１５（１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ、１５Ｅ、１５Ｆ、１５Ｇ）は、絶縁体層１３上に、導波路アレイ１２の延長方向（基板１１の長手方向、Ｙ方向、縦方向ともいう）に並んで配設されており、複数の導波路１２１と光学的に結合している。共振器１５は、ファブリーペロー型の共振器であり、図３に示すように、上側に外方へ光を放射させるためのグレーティングカプラ１５１ａが設けられた導波路１５１と、導波路１２１の延長方向における導波路１５１の両側に設けられた光学反射器であるミラー１５２、１５３と、を有する。グレーティングカプラ１５１ａは、導波路１５１の上側において導波路１２１の延長方向と直交する方向（Ｘ軸方向）に延在する複数のストライプ溝１５１ｂからなる。ミラー１５２、１５３は、導波路１２１の延長方向における導波路１５１の両側それぞれに設けられ、導波路１２１の延長方向であるＹ方向と直交する方向（Ｘ軸方向）に延在する複数のリブ１５２ａ、１５３ａからなる。導波路１２１を伝播する光の波長が、共振器１５の共振条件を満たす波長、即ち、導波路１５１の光路長である共振器光路長が導波路１２１を伝播する光の波長の整数倍と一致する場合、導波路１２１を伝播する光の一部が、共振器１５のグレーティングカプラ１５１ａを介して上方へ放射される。複数の共振器１５（１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ、１５Ｅ、１５Ｆ、１５Ｇ）の導波路１５１の長さは、互いに異なり、共振器光路長が導波路１２１を伝播する光の波長の整数倍となるときの導波路１５１の温度である共振器温度が互いに異なる。
【００１５】
ここで、共振器１５の動作をシミュレーションの結果に基づいて説明する。図４（Ａ）および（Ｂ）は、導波路１２１を透過する光の割合と、共振器１５のグレーティングカプラ１５１ａを介して上方へ放射される光の割合と、共振器１５から基板１１側へ放射される光の割合と、を示すものである。図４（Ａ）および（Ｂ）では、共振器１５の導波路１５１におけるグレーティングカプラ１５１ａが形成された部分の光路長（以下、「共振器光路長」と称する。）ｎｆ×Ｌｃを変化させた場合の割合を示している。図４（Ａ）および（Ｂ）のシミュレーションでは、図３の基板１１と導波路１２１との間の距離ｔｂ１を３０００ｎｍ、導波路１２１の幅ｔｆを２２０ｎｍ、導波路１２１と共振器１５との間の距離ｔｂ２を５００ｎｍ、ストライプ溝１５１ｂの深さｔｇを６ｎｍとした。また、導波路１５１におけるストライプ溝１５１ｂ以外の部分の高さｔｆ＋ｔｇを２２８ｎｍ、ミラー１５２、１５３のリブ１５２ａ、１５３ａの幅ｄＬを２１７．５ｎｍ、リブ１５２ａ、１５３ａの間隔ｄｓを１５０ｎｍとした。更に、ストライプ溝１５１ｂの繰り返し間隔λを５３９．６ｎｍとした。なお、導波路１５１の端縁とグレーティングカブラ１５１ａが形成された部分との間の距離は、３λ／８＋ｄＬ／２とした。また、基板１１、導波路１２１、１５１の屈折率ｎｓを３．５０、絶縁体層１３の屈折率ｎｂを１．４６とした。また、導波路１５１におけるグレーティングカプラ１５１ａが形成された部分の長さＬｃは、１．６６８８μｍ（＝２８×λ）とした。
【００１６】
図４（Ａ）に示すように共振器光路長ｎｆ×Ｌｃが、１４．８４μｍ、１５．１１μｍ、１５．３８μｍ近傍のときに、グレーティングカプラ１５１ａを介して上方へ放射される光の割合が大きく増加している。これに伴い、導波路１２１を透過する光の割合が減少している。また、図４（Ｂ）に示すように、グレーティングカプラ１５１ａを介して上方へ放射される光の割合を示すプロファイルの半値全幅Ｗ１は、約０．０５μｍとなった。このことは、グレーティングカプラ１５１ａを介して上方へ光が放射されている状態において、共振器光路長ｎｆ×Ｌｃが０．０２５μｍ以上変化するだけで、光が上方へ放射されなくなることを示している。
【００１７】
図２に戻って、ヒータ１６は、複数の共振器１５を加熱して、その導波路１５１の温度である共振器温度を変化させることにより、複数の共振器１５それぞれの導波路１５１の光路長である共振器光路長を変化させる。具体的には、ヒータ１６は、導波路１５１を加熱することにより、導波路１５１の温度を変化させて導波路１５１の屈折率を変化させることにより共振器光路長を変化させる。このヒータ１６は、例えば薄膜抵抗体である。
【００１８】
レンズ１７は、複数の共振器１５から放射される光の放射方向を変化させる。レンズ１７は、例えば半円柱状のフーリエ変換レンズであり、図２に示すように、その中心軸が導波路アレイ１２の延長方向と直交する方向を向くようにして配置されている。なお、レンズ１７は、ビーム広がりやビーム収束が問題にならない場合には、偏向レンズや偏向多面体、更には凸型でなく凹型であってもよい。
【００１９】
ここで、光回路集積装置１から放射されるＸ方向の光のステアリング角度を変化させる動作について説明する。光回路集積装置１は、光の放射方向を、導波路アレイ１２の延長方向と直交する方向（Ｘ軸方向）へ傾斜させる場合、フェーズドアレイ方式を利用する。即ち、光回路集積装置１は、熱光学位相変調器１４により、図５に示すように、複数の導波路１２１それぞれを伝播する光の位相をシフトさせることにより、光の放射方向をＸ軸方向へ傾斜させる。例えば熱光学位相変調器１４が、複数の導波路１２１から放射される光の等位相波面ＬＳが図５に示すように＋Ｘ方向に位置する導波路１２１から放射される光ほど遅れるように複数の導波路１２１それぞれを伝播する光の位相をシフトさせたとする。この場合、導波路アレイ１２からレンズ１７に入射する光Ｌ１は、＋Ｚ方向よりも＋Ｘ方向へ傾いた方向へ放射される。そして、レンズ１７から放射される光の放射方向は、＋Ｚ方向よりも＋Ｘ方向へ角度ψだけ傾いた方向となる。
【００２０】
次に、光回路集積装置１から放射されるＹ方向の光のステアリング角度を変化させる動作について説明する。図２に戻って、一方、光回路集積装置１は、光の放射方向を、導波路アレイ１２の延長方向（Ｙ軸方向）へ傾斜させる場合、複数の共振器１５（１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ、１５Ｅ、１５Ｆ、１５Ｇ）のうちのいずれか１つの共振器１５のみから選択的に上方へ光を放射させる。ここで、光回路集積装置１は、ヒータ１６により共振器１５の導波路１５１の温度を変化させて導波路１５１の屈折率を変化させることにより、複数の共振器１５の中から上方へ光を放射させる共振器１５を選択する。導波路１２１を伝播する光に対して共振条件を満たす共振器光路長をＬｏとし、導波路１５１の屈折率をｎ（Ｔｈ）（Ｔｈは導波路１５１の温度を示す）とする。この場合、各共振器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ、１５Ｅ、１５Ｆ、１５Ｇの導波路１５１の長さＬｃＡ、ＬｃＢ、ＬｃＣ、ＬｃＤ、ＬｃＥ、ＬｃＦ、ＬｃＧは、例えば下記式（１）のように設定される。
【数１】
2019040066.tif 000003
【００２１】
そして、光回路集積装置１は、ヒータ１６により導波路１５１の温度を温度ＴｈＡ、ＴｈＢ、ＴｈＣ、ＴｈＤ、ＴｈＥ、ＴｈＦ、ＴｈＧのいずれかに設定することにより、複数の共振器１５のいずれか１つから選択的に上方へ光を放射させる。例えばヒータ１６により複数の共振器１５の導波路１５１の温度を温度ＴｈＢに設定したとする。この場合、図６に示すように共振器１５Ｂのみから上方のレンズ１７へ向けて光Ｌ２２が放射される。そして、レンズ１７から放射される光の放射方向は、＋Ｚ方向よりも＋Ｙ方向へ角度θ２だけ傾いた方向となる。
【００２２】
また、光回路集積装置１は、図１に示すように、共振器１５の周囲温度を検出する温度検出部である温度センサ５を有する。温度センサ５としては、例えば基板１１中に形成されたＰＮ接合領域を流れる順方向電流の大きさに応じた温度情報を出力するものが挙げられる。
【００２３】
制御装置２は、例えばパーソナルコンピュータであり、例えば図７に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１と主記憶部２２と補助記憶部２３と入力部２４とインタフェース（以下、「Ｉ／Ｆ」と称する。）２７１、２７２、２７３、２７４と各部を接続するバス２９とを備える。また、制御装置２は、光回路集積装置１の熱光学位相変調器１４、ヒータ１６、光源３を駆動するドライバ２８２、２８３、２８４を備える。主記憶部２２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリから構成される。このメモリはＣＰＵ２１の作業領域として用いられる。補助記憶部２３は、磁気ディスク、半導体メモリ等の不揮発性メモリを有している。補助記憶部２３は、ＣＰＵ２１が実行するプログラムおよび各種パラメータ等を記憶している。入力部２４は、例えばキーボード、タッチパネル等である。温度センサ５から制御装置２へ入力される温度情報は、Ｉ／Ｆ２７１を介してＣＰＵ２１へ入力される。また、ＣＰＵ２１から出力される熱光学位相変調器１４、ヒータ１６および光源３の動作を制御するための制御情報は、それぞれＩ／Ｆ２７２、２７３、２７４を介してドライバ２８２、２８３、２８４へ出力される。
【００２４】
補助記憶部２３は、変調器電流データベース（以下、「ＤＢ」と称する。）２３１とヒータ電流ＤＢ２３２とヒータ電流温度相関ＤＢ２３３とＹ軸方向傾斜角度ＤＢ２３４と放射方向ＤＢ２３５とを有する。変調器電流ＤＢ２３１は、熱光学位相変調器１４へ供給する電流の電流値と光の放射方向のＸ軸方向への傾斜角度ψとの相関関係を示す電流傾斜角度相関情報を記憶する。
【００２５】
ヒータ電流ＤＢ２３２は、例えば図８（Ａ）に示すように、ヒータ１６へ供給する電流の電流値を、上方へ光を放射する共振器１５の共振器識別情報と対応づけて記憶している。ここで、共振器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ、１５Ｅ、１５Ｆ、１５Ｇには、それぞれ共振器識別情報「ＩＤＡ」、「ＩＤＢ」、「ＩＤＣ」、「ＩＤＤ」、「ＩＤＥ」、「ＩＤＦ」、「ＩＤＧ」が付与されている。そして、ヒータ電流値は、共振器１５の導波路１５１の温度が予め設定された初期温度（例えば２５℃）である状態から、各共振器１５が上方へ光を放射する共振器として選択される温度に上昇させるために必要な電流値に設定されている。例えば、共振器１５の導波路１５１の温度を、初期温度から共振器１５Ｂが選択される温度ＴｈＢまで上昇させるためにヒータ１６へ供給すべき電流値が「Ｉ２」に設定されている。
【００２６】
ヒータ電流温度相関ＤＢ２３３は、例えば図８（Ｂ）に示すような共振器１５の導波路１５１の温度Ｔｈの温度変化量△Ｔｈとヒータ電流値Ｉの電流変化量△Ｉとの相関関係を示す温度電流値相関情報を記憶している。
【００２７】
Ｙ軸方向傾斜角度ＤＢ２３４は、例えば図８（Ｃ）に示すように、光の放射方向のＹ軸方向の傾斜角度を、上方へ光を放射する共振器１５の共振器識別情報と対応づけて記憶している。
【００２８】
図７に戻って、放射方向ＤＢ２３５は、光の放射方向のＸ軸方向の傾斜角度ψとＹ軸方向の傾斜角度θとの組み合わせを示す放射方向情報を、時間情報と対応づけて記憶する。放射方向ＤＢ２３５は、例えば０．１ｓｅｃ毎に放射方向情報を記憶している。放射方向情報は、例えばユーザにより入力部２４を介して入力される。
【００２９】
ＣＰＵ２１は、補助記憶部２３が記憶するプログラムを主記憶部２２に読み込んで実行することにより、変調器制御部２１１、加熱部制御部であるヒータ電流制御部２１２、電流補正部であるヒータ電流補正部２１３および共振器特定部２１４として機能する。変調器制御部２１１は、放射方向ＤＢ２３５から放射方向情報を取得し、取得した放射方向情報に含まれるＸ軸方向の傾斜角度ψを示す情報を抽出する。そして、変調器制御部２１１は、変調器電流ＤＢ２３１を参照して、抽出した傾斜角度ψに対応する熱光学位相変調器１４へ供給する電流の電流値を特定し、熱光学位相変調器１４へ供給する電流の電流値を特定した電流値に設定する。
【００３０】
共振器特定部２１４は、光回路集積装置１から放射される光の放射方向を示す放射方向情報に基づいて、複数の共振器１５の中から１つの共振器１５を特定する。共振器特定部２１４は、まず、放射方向ＤＢ２３５から放射方向情報を取得し、取得した放射方向情報に含まれるＹ軸方向の傾斜角度を示す情報を抽出する。そして、共振器特定部２１４は、Ｙ軸方向傾斜角度ＤＢ２３４を参照して、抽出したＹ軸方向の傾斜角度を示す情報に対応する共振器１５を特定する。例えばＹ軸方向傾斜角度ＤＢ２３４が図８（Ｃ）に示すように設定されているとする。この場合、共振器特定部２１４は、抽出したＹ軸方向の傾斜角度を示す情報が角度θ２を示しているとき、共振器識別情報「ＩＤＢ」に対応する共振器１５Ｂを特定する。
【００３１】
図７に戻って、ヒータ電流制御部２１２は、共振器特定部２１４により特定された共振器１５の共振器温度が、共振器光路長が複数の導波路を伝播する光の波長の整数倍となる共振器温度となるように、ヒータ１６へ供給する電流の電流値を制御する。ヒータ電流制御部２１２は、ヒータ電流ＤＢ２３２を参照して、共振器特定部２１４により特定された共振器１５に対応するヒータ電流値を選択する。例えばヒータ電流ＤＢ２３２が図８（Ａ）に示すように設定されているとする。そして、共振器特定部２１４が、共振器１５Ｂを特定したとする。この場合、ヒータ電流制御部２１２は、特定した共振器１５Ｂの共振器識別情報「ＩＤＢ」に対応するヒータ電流値「Ｉ２」を選択する。また、ヒータ電流制御部２１２は、選択したヒータ電流値をヒータ１６へ供給するヒータ電流値に設定する。更に、ヒータ電流制御部２１２は、選択したヒータ電流値に対して、ヒータ電流補正部２１３により補正がなされた場合、補正後のヒータ電流値を、ヒータ１６へ供給するヒータ電流値に設定する。
【００３２】
ヒータ電流補正部２１３は、温度センサ５により検出された共振器１５の周囲温度に応じて、ヒータ１６へ供給される電流の電流値を補正する。ヒータ電流補正部２１３は、ヒータ電流温度相関ＤＢ２３３が記憶する温度電流値相関情報を参照して、温度センサ５から入力される温度情報に基づいて、ヒータ１６へ供給するヒータ電流の電流値を補正する。
【００３３】
光源制御部２１５は、光源３へ供給する電流の電流値を示す情報を含む制御情報をドライバ２８４へ出力する。そして、ドライバ２８４は、制御情報が入力されると、制御情報に含まれる電流値を示す情報に基づいて、光源３へ電流を供給して光源３を駆動する。
【００３４】
次に、本実施の形態に係るビームステアリングシステムの制御装置２が実行する二次元ビームステアリング処理について図９乃至図１３を参照しながら説明する。なお、この二次元ビームステアリング処理は、ユーザが制御装置２の入力部２４を操作して二次元ビームステアリング処理を実行するアプリケーションを起動した後、入力部２４から二次元ビームステアリング処理の実行を開始させるための操作を行ったことを契機として開始される。また、この二次元ビームステアリング処理の実行開始時において、予め放射方向ＤＢ２３５が放射方向情報を時系列で記憶しているものとする。更に、光源制御部２１５が、光源３へ供給する電流の電流値を示す情報を含む制御情報をドライバ２８４へ出力することにより、ドライバ２８４が光源３を駆動し光源３から光ファイバ４を通じて光回路集積装置１へレーザ光を供給し続けているものとする。
【００３５】
まず、変調器制御部２１１および共振器特定部２１４は、放射方向ＤＢ２３５から放射方向情報を取得する（ステップＳ１０１）。
【００３６】
次に、変調器制御部２１１は、取得した放射方向情報に含まれるＸ軸方向の傾斜角度ψを示す情報を抽出し、抽出した傾斜角度ψに対応する熱光学位相変調器１４へ供給する電流の電流値を特定する。そして、変調器制御部２１１は、特定した電流値を、熱光学位相変調器１４へ供給する電流の電流値に設定する（ステップＳ１０２）。このとき、変調器制御部２１１は、設定した電流値を示す情報を含む制御情報をドライバ２８２へ出力する。ドライバ２８２は、入力される制御情報に基づいて、設定された電流値の電流を熱光学位相変調器１４へ供給する。
【００３７】
続いて、共振器特定部２１４は、取得した放射方向情報に含まれるＹ軸方向の傾斜角度を示す情報を抽出し、抽出したＹ軸方向の傾斜角度を示す情報に対応する共振器１５を特定する（ステップＳ１０３）。
【００３８】
その後、ヒータ電流制御部２１２は、ヒータ電流ＤＢ２３２を参照して、共振器特定部２１４により特定された共振器１５に対応するヒータ電流値を選択する（ステップＳ１０４）。
【００３９】
次に、ヒータ電流補正部２１３は、温度センサ５から光回路集積装置１の温度Ｔｄを示す温度情報を取得する（ステップＳ１０５）。
【００４０】
続いて、ヒータ電流補正部２１３は、取得した温度情報が示す温度Ｔｄと予め設定された基準温度Ｔｂとの温度差△Ｔｈを算出する（ステップＳ１０６）。
【００４１】
その後、ヒータ電流補正部２１３は、算出した温度差△Ｔｈの絶対値｜△Ｔｈ｜が予め設定された温度差閾値｜△Ｔｈ｜ｔｈよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１０７）。ヒータ電流補正部２１３により算出した温度差△Ｔｈの絶対値｜△Ｔｈ｜が温度差閾値｜△Ｔｈ｜ｔｈ以下であると判定されると（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、後述のステップＳ１０９の処理が実行される。
【００４２】
一方、ヒータ電流補正部２１３が、算出した温度差△Ｔｈの絶対値｜△Ｔｈ｜が温度差閾値｜△Ｔｈ｜ｔｈよりも大きいと判定したとする（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）。この場合、ヒータ電流制御部２１２は、ヒータ電流温度相関ＤＢ２３３が記憶する温度電流値相関情報を参照して、選択したヒータ電流値を補正する（ステップＳ１０８）。
【００４３】
次に、ヒータ電流制御部２１２は、ヒータ１６へ供給する電流の電流値を、選択したヒータ電流値またはヒータ電流補正部２１３による補正後のヒータ電流値に設定する（ステップＳ１０９）。このとき、ヒータ電流制御部２１２は、設定したヒータ電流値を示す情報を含む制御情報をドライバ２８３へ出力する。ドライバ２８３は、入力される制御情報に基づいて、設定された電流値の電流を熱光学位相変調器１４へ供給する。
【００４４】
ここで、共振器特定部２１４が共振器１５Ａを特定したとする。この場合、ヒータ電流制御部２１２が、ヒータ１６へ供給するヒータ電流値を「Ｉ１」に設定する。そして、ドライバ２８３は、電流値「Ｉ１」または光回路集積装置１の温度に応じて補正された電流値のヒータ電流を供給する。このとき、図１０（Ａ）に示すように、共振器１５Ａのみからレンズ１７へ光Ｌ２１が入射される。そして、光Ｌ２１は、レンズ１７から＋Ｚ方向に対して＋Ｙ方向へ角度θ１だけ傾斜した方向へ放射される。
【００４５】
また、共振器特定部２１４が共振器１５Ｂを特定したとする。この場合、ヒータ電流制御部２１２が、ヒータ１６へ供給するヒータ電流値を「Ｉ２」に設定する。そして、ドライバ２８３は、電流値「Ｉ２」または光回路集積装置１の温度に応じて補正された電流値のヒータ電流を供給する。このとき、図１０（Ｂ）に示すように、共振器１５Ｂのみからレンズ１７へ光Ｌ２２が入射される。そして、光Ｌ２２は、レンズ１７から＋Ｚ方向に対して＋Ｙ方向へ角度θ２だけ傾斜した方向へ放射される。
【００４６】
更に、共振器特定部２１４が共振器１５Ｃを特定したとする。この場合、ヒータ電流制御部２１２が、ヒータ１６へ供給するヒータ電流値を「Ｉ３」に設定する。そして、ドライバ２８３は、電流値「Ｉ３」または光回路集積装置１の温度に応じて補正された電流値のヒータ電流を供給する。このとき、図１０（Ｃ）に示すように、共振器１５Ｃのみからレンズ１７へ光Ｌ２３が入射される。そして、光Ｌ２３は、レンズ１７から＋Ｚ方向に対して＋Ｙ方向へ角度θ３だけ傾斜した方向へ放射される。
【００４７】
また、共振器特定部２１４が共振器１５Ｄを特定したとする。この場合、ヒータ電流制御部２１２が、ヒータ１６へ供給するヒータ電流値を「Ｉ４」に設定する。そして、ドライバ２８３は、電流値「Ｉ４」または光回路集積装置１の温度に応じて補正された電流値のヒータ電流を供給する。このとき、図１１（Ａ）に示すように、共振器１５Ｄのみからレンズ１７へ光Ｌ２４が入射される。そして、光Ｌ２４は、レンズ１７から＋Ｚ方向へ放射される。
【００４８】
更に、共振器特定部２１４が共振器１５Ｅを特定したとする。この場合、ヒータ電流制御部２１２が、ヒータ１６へ供給するヒータ電流値を「Ｉ５」に設定する。そして、ドライバ２８３は、電流値「Ｉ５」または光回路集積装置１の温度に応じて補正された電流値のヒータ電流を供給する。このとき、図１１（Ｂ）に示すように、共振器１５Ｅのみからレンズ１７へ光Ｌ２５が入射される。そして、光Ｌ２５は、レンズ１７から＋Ｚ方向に対して−Ｙ方向へ角度θ３（−θ３）だけ傾斜した方向へ放射される。
【００４９】
また、共振器特定部２１４が共振器１５Ｆを特定したとする。この場合、ヒータ電流制御部２１２が、ヒータ１６へ供給するヒータ電流値を「Ｉ６」に設定する。そして、ドライバ２８３は、電流値「Ｉ６」または光回路集積装置１の温度に応じて補正された電流値のヒータ電流を供給する。このとき、図１１（Ｃ）に示すように、共振器１５Ｆのみからレンズ１７へ光Ｌ２６が入射される。そして、光Ｌ２６は、レンズ１７から＋Ｚ方向に対して−Ｙ方向へ角度θ２（−θ２）だけ傾斜した方向へ放射される。
【００５０】
更に、共振器特定部２１４が共振器１５Ｇを特定したとする。この場合、ヒータ電流制御部２１２が、ヒータ１６へ供給するヒータ電流値を「Ｉ７」に設定する。そして、ドライバ２８３は、電流値「Ｉ７」または光回路集積装置１の温度に応じて補正された電流値のヒータ電流を供給する。このとき、図１２に示すように、共振器１５Ｇのみからレンズ１７へ光Ｌ２７が入射される。そして、光Ｌ２７は、レンズ１７から＋Ｚ方向に対して−Ｙ方向へ角度θ１（−θ１）だけ傾斜した方向へ放射される。
【００５１】
図９に戻って、その後、変調器制御部２１１および共振器特定部２１４は、ユーザにより入力部２４を介して、二次元ビームステアリング処理を終了するよう指令する終了指令が入力されたか否かを判定する（ステップＳ１１０）。変調器制御部２１１および共振器特定部２１４により終了指令が入力されたと判定されると（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、二次元ビームステアリング処理が終了する。一方、変調器制御部２１１および共振器特定部２１４は、終了指令が入力されていないと判定されると（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、再びステップＳ１０１の処理を実行する。
【００５２】
ここで、放射方向ＤＢ２３５が、例えば図１３に示すように、スクリーンＳＣ上において、Ｙ軸方向に並んだ７つの走査線ＳＬＡ、ＳＬＢ、ＳＬＣ、ＳＬＤ、ＳＬＥ、ＳＬＦ、ＳＬＧに対応する放射方向情報を記憶しているとする。この場合、制御装置２が、ステップＳ１０１乃至Ｓ１１０の一連の処理を繰り返し実行することにより、スクリーンＳＣの７つの走査線ＳＬＡ、ＳＬＢ、ＳＬＣ、ＳＬＤ、ＳＬＥ、ＳＬＦ、ＳＬＧそれぞれに沿って、光を照射する。ここで、光回路集積装置１からスクリーンＳＣへ照射される光の照射位置は、各走査線ＳＬＡ、ＳＬＢ、ＳＬＣ、ＳＬＤ、ＳＬＥ、ＳＬＦ、ＳＬＧに沿って−Ｘ方向へ移動していく。
【００５３】
以上説明したように、本実施の形態に係る光回路集積装置１は、導波路１２１と光学的に結合し外方へ光を放射させるためのグレーティングカプラ１５１ａが設けられた複数の共振器１５を備える。また、ヒータ１６は、複数の共振器１５を加熱して共振器温度を変化させることにより複数の共振器１５それぞれの共振器光路長ｎｆ×Ｌｃを変化させる。そして、複数の共振器１５は、それぞれ共振器光路長ｎｆ×Ｌｃが導波路１２１を伝播する光の波長の整数倍となるときの共振器温度が互いに異なる。更に、本実施の形態に係る光回路集積装置１は、複数の共振器１５から放射される光の放射方向を変化させるレンズ１７を備える。これにより、導波路１２１に単一の波長の光を伝播させる構成としつつ、複数の共振器１５の温度を変化させることにより、複数の共振器１５の中から外方へ光を放射させる共振器１５を１つ選択することが可能となる。従って、複数の共振器１５それぞれから放射される光の放射方向をレンズ１７により互いに大きく異ならせる構成であるため、構造を簡素化しつつステアリング角度の拡大を図ることができる。
【００５４】
また、本実施の形態に係るビームステアリングシステムでは、共振器特定部２１４が、光回路集積装置１から放射される光の放射方向を示す放射方向情報に基づいて、複数の共振器１５の中から１つの共振器１５を特定する。そして、ヒータ電流制御部２１２は、共振器特定部２１４により特定された共振器１５の共振器光路長ｎｆ×Ｌｃが導波路１２１を伝播する光の波長の整数倍となる共振器温度となるように、ヒータ１６を制御する。これにより、放射方向情報に基づいて光回路集積装置１から放射される光の放射方向を制御することができるので、放射方向情報を変更するだけで光回路集積装置１から放射される光の放射方向を比較的容易に変更することができるという利点がある。
【００５５】
更に、本実施の形態に係る光回路集積装置１は、共振器１５の周囲温度を検出する温度センサ５を備える。これにより、共振器１５の周囲温度の変動に応じてヒータ１６へ供給するヒータ電流の電流値を補正することができるので、光回路集積装置１から放射される光の放射方向を精度よく制御することが可能となる。
【００５６】
また、本実施の形態に係る光回路集積装置１は、複数の導波路１２１を伝播する光の位相をずらすことによりグレーティングカプラ１５１ａから外方へ放射される光の放射方向を、＋Ｚ方向に対するＸ軸方向への傾斜角度を変化させる熱光学位相変調器１４を備える。これにより、光回路集積装置１から放射される光の放射方向を、＋Ｚ方向に対するＸ軸方向への傾斜角度並びにＹ軸方向への傾斜角度の両方を変化させることができるので、二次元ビームステアリングが可能となる。
【００５７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前述の実施の形態によって限定されるものではない。例えば、レンズ１７のような放射方向可変部材を備えない構成であってもよい。この場合、例えば各共振器１５から放射される光の放射方向が＋Ｚ方向からＹ軸方向へ傾斜した方向に設定されていればよい。本構成によれば、光回路集積装置の部品点数の削減による軽量化またはコスト削減を図ることができる。
【００５８】
実施の形態では、放射方向可変部材としては、レンズ１７に限定されるものではなく、回折格子、プリズムまたはその他の光の放射方向を変化させる機能を有する光学部材を採用してもよい。
【００５９】
実施の形態では、ファブリーペロー型の共振器１５を備える光回路集積装置１について説明したが、共振器の種類はファブリーペロー型に限定されるものではなく、例えばリング型共振器を備える構成であってもよい。
【００６０】
実施の形態では、温度センサ５を備える光回路集積装置１について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば温度センサ５を備えない構成であってもよい。この場合、制御装置２は、ヒータ電流補正部２１３、ヒータ電流温度相関ＤＢ２３３を省略した構成としてもよい。
【００６１】
実施の形態では、ヒータ１６が簿膜抵抗体である例について説明したが、ヒータ１６の種類はこれに限定されない。
【００６２】
以上、本発明の実施の形態および変形例（なお書きに記載したものを含む。以下、同
様。）について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、実施
の形態及び変形例が適宜組み合わされたもの、それに適宜変更が加えられたものを含む。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、自動車の自動運転技術に利用される二次元ビームステアリングが可能なセンサ用途に好適である。
【符号の説明】
【００６４】
１：光回路集積装置、２：制御装置、３：光源、４：光ファイバ、５：温度センサ、１１：基板、１２：導波路アレイ、１３：絶縁体層、１４：熱光学位相変調器、１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅ，１５Ｆ，１５Ｇ：共振器、１６：ヒータ、１７：レンズ、２１：ＣＰＵ、２２：主記憶部、２３：補助記憶部、２４：入力部、２９：バス、１２１，１２３，１２４，１２５，１２６，１５１：導波路、１２２：ＭＭＩカプラ、１５１ａ：グレーティングカプラ、１５１ｂ：ストライプ溝、１５２，１５３：ミラー、１５２ａ，１５３ａ：リブ、２１１：変調器制御部、２１２：ヒータ電流制御部、２１３：ヒータ電流補正部、２１４：共振器特定部、２１５：光源制御部、２３１：変調器電流ＤＢ、２３２：ヒータ電流ＤＢ、２３３：ヒータ電流温度相関ＤＢ、２３４：Ｙ軸方向傾斜角度ＤＢ、２３５：放射方向ＤＢ、２７１，２７２，２７３，２７４：Ｉ／Ｆ、２８２，２８３，２８４：ドライバ、ＬＳ：等位相波面、ＳＣ：スクリーン、ＳＬＡ，ＳＬＢ，ＳＬＣ，ＳＬＤ，ＳＬＥ，ＳＬＦ，ＳＬＧ：走査線
【図１】
2019040066.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2019040066.tif 000012
【図１０】
2019040066.tif 000013
【図１１】
2019040066.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
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