JPH01189635A - 電気光学光偏向素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、電気光学結晶を用いた固体光偏向素子、より
具体的には電気光学効果による光偏向特性を利用した電
気光学光偏向素子に関する。

従来技術 一般に、光を扱う機器ではレーザ光等を適宜偏向させて
使用することが多い。例えば、代表的なものとして、レ
ーザプリンタ等におけるポリゴンミラーによる偏向走査
がある。この他、例えば光デイスク装置における光ピツ
クアップにおいても、オートトラッキング制御用に、従
来の機械的なアクチュエータによる対物レンズの変位に
よるトラッキング制御に代えて、電気光学効果を利用し
た偏向素子によりビーム方向を偏向させる方式が注目さ
れている。特に、固体光偏向素子中、電気光学効果を利
用するものによれば、他の固体光偏向素子（ポリゴンミ
ラー、ホログラム、音響光学光偏向器等）に比べ、小型
・軽量といった利点がある。

二のような光偏向用途に用いられる電気光学効果を用い
たものとして、従来、代表的なものに、２重プリズム形
偏向器がある。即ち、電気光学結晶からなり両面に電極
を備えた三角状の２個のプリズムをその光学軸方向を逆
にして貼付一体化してなるものである。しかるに、この
方式のものは、電圧印加時に電歪効果により貼付面を剥
がそうとする力が作用するため、光学素子としての信頼
性に欠けるものである。また、２個のプリズムを用いる
ため、コスト高となる。

この点、単体のプリズムでも偏向させ得るが、温度変化
に伴う電気光学結晶の屈折率変化Δｎに起因するビーム
偏向も生じ、安定した偏向を行なわせるのは困難である
。

一方、このようなものに比し、構成を簡単化してなる電
気光学偏向器として、　ｒ　Ｊ　ａｐａｎｅｓｅＪｏｕ
ｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ、　
Ｖｏｌ、２４（１９８５）Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ　２４
−２．　ｐｐ、　２８１−２８３Ｊ中の「○ｐｔｉｃａ
ｌＤｅｆｌｅｃｔｏｒ　Ｕｓｉｎｇ　Ｐ　Ｌ　Ｚ　Ｔ　
Ｃｅｒａｍｊｃｓ」中に示されるものがある。これは、
矩形状の電気光学結晶の表裏両面に直角三角形状の対向
電極を形成し、この対向電極間に電圧を印加するように
したものである。即ち、電圧印加された対向電極形状対
応部分では電気光学効果により屈折率が変化するが、電
極のない対向部分では屈折率が変化しないことにより、
実質的に屈折率の異なる２個のプリズムを貼付したもの
と同等の効果を発揮させるものである。この際、対向電
極に印加する電圧を大きくすると屈折率変化も大きくな
り、射出光の偏向角も大きくなる。しかし、根本的には
１個所で１回だけ屈折偏向させているものであり、偏向
角は小さめのものであり、かつ、駆動電圧を比較的高く
する必要があり、光偏向素子として不十分なものである
。

目的 本発明は、このような点に鑑みなされたもので、小型・
軽量で低消費電力にして大きな偏向角を得ることができ
る電気光学光偏向素子を得ることを目的とする。

構成 本発明は、上−記目的を達成するため、電気光学結晶と
、この電気光学結晶の光路に沿わせて対向する表裏両面
に形成されて電圧が印加される一対の鋸歯状電極とから
なり、又は、電気光学結晶と、この電気光学結晶の対向
する両側面に形成されて入射光を多重反射させて出射さ
せる光路を形成する反射膜と、この多重反射の光路に沿
わせて前記電気光学結晶の対向する表裏両面に形成され
て各々電圧が印加される複数対の三角状電極とからなる
ことを特徴とするものである。

以下、本発明の第一の実施例を第１図ないし第４図に基
づいて説明する。まず、入射レーザ光１が偏光子２を介
して入射される入射光路上に本実施例の特徴とする電気
光学光偏向素子３が配置されている。この電気光学光偏
向素子３は矩形状の電気光学結晶４、例えばＰ　Ｌ　Ｚ
　Ｔ電気光学セラミックスをベースとして形成したもの
である。このような電気光学結晶４の入射レーザ光１の
光路に沿って対向する表裏両面には本実施例において特
に特徴とする一対の鋸歯状電極５ａ、５ｂが形成されて
いる。これらの鋸歯状電極５ａ、５ｂは例えば図示の如
く３個の直角三角形状を入射光路上に連続的に配列して
なるもので、これらの鋸歯状電極５ａ、５ｂ間には電源
６が接続され、図示しない制御系、スイッチング手段に
より電圧を選択的に印加し得るように構成されている。

このような構成において、基本的には、入射レーザ光１
が電気光学結晶４の端面４ａから入射し、鋸歯状電極５
ａ、５ｂの影響の及ぶ領域内部を通り、複数回、３二で
は３回の偏向を経て、他方の端面４ｂから出射レーザ光
７として出射されるものとする。

ここに、鋸歯状電極５ａ、５ｂ間に電圧が印加されてい
ない状態では偏向作用を示さず、出射レーザ光７は入射
レーザ光１のまま出射されるが、鋸歯状電極５ａ、５ｂ
間に電圧を印加すると鋸歯状電極５ａ、５ｂ間の電気光
学結晶４の屈折率が変化して複数個の屈折率の異なるプ
リズムを合せた状態となって偏向作用を示し、偏向角だ
け偏向された出射レーザ光７として出射される。

ここに、本実施例の電気光学光偏向素子による偏向原理
について説明する。本実施例では、３つの山を持つ鋸歯
状電極５ａ、５ｂにより３回偏向動作が行なわれるが、
その原理は３回とも同じであるので、ここでは第３図に
示すように一対の三角状電極８が形成されているものと
して偏向動作を説明する。いま、電極８間に電圧を印加
した状態で、入射レーザ光１が第３図に示すように電極
８のない部分とある部分との境界面の法線に対し入射角
αｉで入射し屈折角γ０で屈折して電気光学結晶４中の
電圧印加領域に入射し、さらに出射角β０で空気中に出
射されるものとする。この場合、スネルの法則により、
次の（１）〜（３）式が成立する。

ｎ０ｓｉｎαｉ　＝　ｎ（Ｖ）　ｓｉｎγ０　・・・・
・・・１回・白・（１）ｎ（Ｖ）ｓｉｎγｉ　＝　ｓｉ
ｎβ。　　　　・・山・・・・・川・・旧山用・・（２
）γ０−γｉ−δ　　　　　　・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・べ３）但し、ｎｏはＰＬ
ＺＴ電気光学結晶４の屈折率、ｎ（Ｖ）はＰＬＺＴ電気
光学結晶４の電圧■印加時の屈折率、δは電極８の傾斜
角である。

これらの（１）〜（３）式より、出射角β０は、ｓｉｎ
βＯ ＝　−ｓｉｎδＪｎ２（ｖ）−ｎ０２ｓｉｎ”αｉ　−
ｎ０ｃｏｓ８ｓｉｎαｉ・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・（４）により決定し得る。こ
の（４）式に基づきΔβ０を求めると、 但し、ｎ　（ｖ　）　＝ｎ　ｏ　（１（１／　２　）　
ｎ　ｏ　”　Ｒｃ　Ｅ　”　）、Δｎ（Ｖ）＝−（１／
２）ｎｏ３ＲｃＥ２、Ｅ−Ｖ／ｄ、ｄ・結晶厚、Ｒｃ：
ＰＬＺＴの２次電気光学定数である。

従って、微小出射角Δβ０は、 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（６）
となる。即ち、微小偏向角β０は電界（印加電圧）の２
乗にほぼ比例することが判る。ちなみに、本実施例で用
いたＰ　Ｌ、　Ｚ　Ｔ電気光学結晶４の組成は（９，０
／６５／３５）のものである。このような組成のものは
、２次電気光学効果を示し、その定数Ｒｅ　ｌＪ＜Ｒｃ
＝　９　Ｘ　１０−１６ｍ”／　Ｖ２と大きいため、一
般的には光シヤツターとして利用されているものである
。

なお、偏向角β。は入射レーザ光１の偏光状態によって
異なり、水平偏光（電界方向に垂直）と垂直偏光（電界
方向に平行）とでは、互いに逆方向に偏向され、その偏
向角は垂直偏光のほうが大きい。これは（６）式中にお
ける電気光学マトリックス要素が異なるためである。

しかして、本実施例の鋸歯状電極５ａ、５ｂは第３図に
示したような電極８を３個連続的に設けたものに相当し
、第３図の原理に基づき３回偏向動作が行なわれること
になり、全体の偏向角βは近似的に β＝３Δβ。　　　　　　　　・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・（７）となる。また、図面に示した
３山に限らず、一般にＮ山形状の鋸歯状電極５ａ、５ｂ
とすれば、β＝ＮΔβ。　　　　　　　　　・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・（８）となる。

第４図には偏向角βと電界強度との関係の一例をグラフ
にして示す。

よって、本実施例の電気光学光偏向素子３によれば、大
きな偏向角を得ることができ、例えば光ディスク装置の
トラッキング制御等に有効に活用し得るものとなる。こ
のような大きな偏向角を得るために構造的対処で済むた
め、印加電圧を特に大きくする必要もなく、低消費電力
・低コストのものとすることができる。

そこで、このような電気光学光偏向素子３を光磁気ディ
スク装置の光ピツクアップにおいてオートトラッキング
用に用いた適用例を第５図に示す。

まず、光ピツクアップとしての基本構成及び作用を説明
する。半導体レーザ１ｏから射出されたレーザ光はコリ
メートレンズ１１により平行光束化された後、ビームス
プリッタ１２を通り、さらに対物レンズ１３を通ること
により、光磁気ディスク１４に微小スポットとして集光
照射される。この時、光磁気ディスク１４の背面側に設
けた磁界発生用コイル１５から磁界が与えられていると
、微小スポットの照射位置に記録される。一方、光磁気
ディスク１４からの反射光は再び対物レンズ１３を通り
、ビームスプリッタ１２に再入射する。

この際、偏光面１２ａにより入射光と分離され、検出系
へ向かう。この検出系では、λ／２板１６を経て偏光ビ
ームスプリッタ１７に入射し、トラッキング用とフォー
カス用とに分離される。即ち、偏光ビームスプリッタ１
７を透過した光束はレンズ１８を経て２分割受光素子１
９　ａ、　　１９　ｂに向い、プッシュプル法に従い差
動増幅器２０によりトラッキング誤差信号の検出に供さ
れる。一方、フォーカス誤差信号は非点収差法によるも
のであり、偏光ビームスプリッタ１７により反射された
光束はレンズ２１を介して受光素子２２（実際は、４分
割受光素子）に向い、演算処理されてフォーカス誤差信
号が検出される。光磁気信号（再生信号）は演算増幅器
２３．２４により受光素子１９゜２２の出力差として検
出される。

しかして、本実施例による電気光学光偏向素子３はビー
ムスプリッタ１２・対物レンズ１３間の光軸上に偏向方
向がトラック横切り方向となるように配設されるもので
ある。そして、電気光学光偏向素子３の鋸歯状電極５ａ
、５ｂ間に印加される電圧は、前記受光素子１９　ａ、
　　１９　ｂの出力差によるトラッキング誤差信号に応
じて可変制御され、このトラッキング誤差信号がＯとな
るように光磁気ディスク１４へ向かう光束の偏向動作が
なされる。

つづいて、本発明の第二の実施例を第６図により説明す
る。本実施例の電気光学光偏向素子３０も電気光学結晶
３１をベースとして構成されるが、偏光子２を介して端
面３１ａに入射される入射レーザ光１を多重反射、ここ
では２回反射させて出射端面３１ｂから出射させるため
の光路を形成する反射膜３２ａ、３２ｂが偏向すべき両
側面に位置させて形成されている。このような反射膜３
２ａ、３２ｂを利用した多重反射光路上に沿わせて電気
光学結晶３１の表裏（紙面表裏方向）両面には複数対、
例えば３対の三角状電極３３，３４゜３５（各々裏面側
にも存在するが、図示を省略する）が設けられている。

これらの電極３３，３４゜３５に対しても前記実施例と
同様に電圧が選択的に印加されるものである。

このような構成によれば、端面３１ａから入射した光は
反射面３２ａで反射され、次に反射面３２ｂで反射され
、出射端面３１ｂから出射されることになる。このよう
に複数回の反射を繰返して出射する際、電極３３，３４
．３５に各々電圧が印加されていると、第３図により示
した偏向原理に従い電極３３，３４．３５の境界面を通
る毎に少しずつ偏向され、合計３回偏向されて出射され
ることになる。この場合の全体の偏向角βは個々の電極
３３，３４．３５による偏向角をΔβとすると、前記実
施例の場合と同様に β＃３Δβ となる。また、多重反射による偏向角の拡大もあリ、Ｍ
回反射させたとすると β　丑（Ｍ＋１）Δβ となる。

本実施例に上る場合、多重反射させているので、電気光
学結晶３１内で所定の光路長を確保することができ、素
子の小型化が容易となる。

さらに、本発明の第三の実施例を第７図により説明する
。本実施例は発散レーザ光を射出させる半導体レーザ３
６を光源として用いるものにおいて、前述した第一の実
施例の電気光学光偏向素子３を用いるため、半導体レー
ザ３６・電気光学光偏向素子３間に発散レーザ光を平行
光束化する光学的手段としてのセルフォックスレンズ３
７を設けたものである。

このような構成によれば、半導体レーザ３６から射出さ
れた発散レーザ光はセルフォックスレンズ３７により平
行光束に変換され、偏光子２を介して電気光学光偏向素
子３に入射する。即ち、平行光束状態で電気光学光偏向
素子３に入射するので、電気光学結晶４中での光路が長
くなっても鋸歯状電極５ａ、５ｂの鋸歯状領域から外れ
ることなく進むことになる。よって、発散レーザ光を射
出させる半導体レーザ３６を用いても有効に偏向作用を
発揮させることができ、かつ、このような半導体レーザ
３６を組合せることにより光偏向デバイスとして小型化
を図ることができる。

なお、前記第二の実施例の電気光学光偏向素子３０を用
いる場合であっても、本実施例方式を適用できる。

また、これらの実施例においてレーザ光源自体の偏光度
が高い場合には偏光子２は必ずしもなくてもよい。また
、電気光学結晶材料もＰＬＺＴによるものに限らず、他
の電気光学結晶によるものであってもよい。

効果 本発明は、上述したように電気光学結晶の光路に沿わせ
て対向する表裏両面に形成されて電圧が印加される一対
の鋸歯状電極を設け、又は、多重反射の光路に沿わせて
前記電気光学結晶の対向する表裏両面に形成されて各々
電圧が印加される複数対の三角状電極を設けたので、実
質的に複数個のプリズムを通すと同等となり、低電圧駆
動にして大きな偏向角を得ることができ、この際、電気
光学結晶の対向する両側面には反射膜を設けて入射光を
多重反射させて出射させる光路を形成してなるので、電
気光学結晶内で光路長をかせぐことができ、デバイスの
小型化に有効とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例を示す概略斜視図、第２
図はその平面図、第３図は偏向動作の原理を示す平面図
、第４図は電界強度と偏向角度との関係を示すグラフ、
第５図は光磁気ピックアップへの適用例を示す正面図、
第６図は本発明の第二の実施例を示す平面図、第７図は
本発明の第三の実施例を示す平面図である。 ４・・・電気光学結晶、５ａ、５ｂ・・・鋸歯状電極、
３１・・・電気光学結晶、３２　ａ、　　３２　ｂ・・
・反射膜、３３〜３５・・・三角状電極、３６・・・光
源、３７・・光学的手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電気光学結晶と、この電気光学結晶の光路に沿わせ
   て対向する表裏両面に形成されて電圧が印加される一対
   の鋸歯状電極とからなることを特徴とする電気光学光偏
   向素子。 ２、電気光学結晶と、この電気光学結晶の対向する両側
   面に形成されて入射光を多重反射させて出射させる光路
   を形成する反射膜と、この多重反射の光路に沿わせて前
   記電気光学結晶の対向する表裏両面に形成されて各々電
   圧が印加される複数対の三角状電極とからなることを特
   徴とする電気光学光偏向素子。