JPH01293324A - 光変調器 - 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】 ［産業上の利用分野〕 この発明は、電気光学効果を有する透光性電気光学材料
で構成された透光性電気光学体に電界を作用させて、入
射された光の光路を偏向させる光変調器に関するもので
ある。

［従来技術およびその問題点］ ＰＬＺＴ等の電気光学効果を有する透光性電気光学材料
については、従来より様々な研究がなされ、これに電界
を作用させた場合、この透光性電気光学材料の屈折率が
変化するということが知られている。

そして、透光性電気光学材料における上記のような性質
を利用し、この透光性電気光学材料で構成された透光性
電気光学体に電界を作用させて、入射された光の光路を
偏向させるようにした光変調器が考えられた。

しかし、このような光変調器によって光を偏向させる場
合、単に上記の透光性電気光学体に電界を作用させただ
けでは、光を十分に偏向させることができず、また光を
十分に偏向させるためには、透光性電気光学体に印加す
る電圧を非常に大きくしなければならない等の問題があ
った。

そこで、このような光変調器において、透光性電気光学
体に印加する電圧を小さくして入射された光の光路を十
分に偏向させるために、従来より様々な研究がなされ、
透光性電気光学体に作用させる電界のかけ方等について
検討がなされてきた。

そして、従来においては、第１図に示すように、ＰＬＺ
Ｔ等の電気光学効果を有する透光性電気光学材料で構成
された板状の透光性電気光学体（１）の表面に、一対の
櫛形電極（２）、（２）を相対向するように設けた光変
調器（ａ）が考えられた。

この光変調器（ａ）の場合、透光性電気光学体（１）の
表面に設けた一対の櫛形電極（２）、（２）に電圧を印
加すると、透光性電気光学体（１）の内部に作用する電
界の強度が、透光性電気光学体（１）の表面よりその厚
み方向に離れるに連れて順次変化し、これにより透光性
電気光学体（１）の内部に屈折率分布を生じるようにな
る。

そして、この透光性電気光学体（１）の厚み部分から入
射された光は、透光性電気光学体（１）内部の屈折率分
布によって徐々に偏向するようになる。

しかし、このような光変調器（ａ）においても、その透
光性電気光学体（１）の厚さを厚くして光を十分に偏向
させるためには、上記櫛形電極（２）、（２）に大きな
電圧を印加しなければならないという問題があった。

［発明が解決しようとする課題］ この発明は、電気光学効果を有する透光性電気光学材料
で構成された透光性電気光学体に電界を作用させて、入
射された光の光路を偏向させる光変調器において、上記
のような問題を解決することを課題とするものである。

すなわち、この発明においては、電気光学効果を有する
透光性電気光学材料で構成された透光性電気光学体に電
界を作用させて入射された光の光路を偏向させるにあた
り、透光性電気光学体に印加する電圧を低くしても、光
路を十分に偏向させることができる光変調器を提供する
ことを目的とするものである。

また、この発明においては、透光性電気光学体を機械加
工することなしに、光路を偏向させることができる光変
調器を提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るーの光変調器は、電気光学効果を有する
透光性電気光学材料で構成された透光性電気光学体に電
界を作用させて、入射された光の光路を偏向させる光変
調器において、入射された光を挟むようにして上記透光
性電気光学体に設けられた少なくとも一方の電極に、電
気抵抗が光路に対して非平行に変化した不均一な電気抵
抗を持つ電極を用いるようにしたのである。

また、この発明に係る他の光変調器は、電気光学効果を
有する透光性電気光学材料で構成された透光性電気光学
体に電界を作用させて、入射された光の光路を偏向させ
る光変調器において、上記透光性電気光学体に入射され
た光を挟むようにして設けられる電極間の距離が不均一
になるように、上記透光性電気光学体を形成するように
したのである。

［作用］ 上記のように、入射された光を挟むようにして透光性電
気光学体に設けられた少なくとも一方の電極に、電気抵
抗が光路に対して非平行に変化した不均一な電気抵抗を
持つ電極を用いた光変調器においては、その電極間に電
圧を印加すると、電気抵抗の低い部分においては電圧が
低くなり、作用する電界強度が弱く、電気抵抗が増すに
連れて次第に電圧が高くなり、作用する電界強度が強く
なる。そして、このような不均一電界の作用によって透
光性電気光学体内に屈折率分布を生じ、この屈折率分布
により、透光性電気光学体に入射された光の光路が偏向
されるようになる。

また、透光性電気光学体に入射された光を挟むようにし
て設けられる電極間の距離が不均一になるように透光性
電気光学体を形成した光変調器においては、その電極間
に電圧を印加すると、電極間の距離が近い部分において
は作用する電界強度が高く、電極間の距離が遠くなるに
連れて作用する電界強度が低くなる。そして、上記の場
合と同様に、このような不均一電界の作用によって透光
性電気光学体内に屈折率分布を生じ、この屈折率分布に
より、透光性電気光学体に入射された光の光路が偏向さ
れるようになる。

［実施例コ 以下、この発明の実施例に係る光変調器を図面に基づい
て具体的に説明する。

え１鰺り この実施例の光変調器（Ａ１）においては、電気光学効
果を有する透光性電気光学材料として、組成が９　／６
５／３５からなるＰＬＺＴ　（モトローラ社、　９０６
５）を用い、第２図に示すように、このＰＬＺＴで板状
に形成された透光性電気光学体（１１）の相対向する面
に電極（１２）、　（１２）を設け、透光性電気光学体
（１１）に入射された光が、この電極（１２）、　（１
２）間を通過するようにした。

そして、この実施例における光変調器（Ａｌ）において
は、上記透光性電気光学体（１１）に不均一電界を作用
させるため、その少なくとも一方の電極（１２）に、入
射される光の光軸に対して非平行に電気抵抗が変化した
不均一な電気抵抗を持つものを使用するようにした。

ここで、第２図に示す光変調器（Ａ１）においては、電
極（１２）の電気抵抗が、透光性電気光学体（１１）に
入射された光に対して垂直な上下方向に変化し、下端部
から上方に向かうに連れて電気抵抗が次第に大きくなっ
たものを用いるようにした。

そして、このような光変調器（Ａ１）において、上記の
電極（１２）、　（１２）間に電圧を印加すると、電気
抵抗が低い下端部においては電圧が低く、作用する電界
が弱くなり、電気抵抗が大きくなる上方に向かうに連れ
て電圧が高くなって作用する電界強度が次第に強くなる
。

この結果、上記透光性電気光学体（１１）の内部には、
このような不均一電界の作用による屈折率分布が生じ、
光変調器（Ａ１）に導かれた光は電界強度の弱い下方に
偏向するようになる。

ここで、上記透光性電気光学体（１１）として、光が入
射される入射面（ｌｌａ）の幅が１００μｍ。

高さが３００μｍのものを用い、その両側の電極（１２
）、（１２）間に１５０Ｖの電圧を印加して光の偏向を
測定したところ、入射された光は内部で約２．３４度に
偏向されて出射面に到達し、さらに出射面で屈折して約
５．８５度という大きなものになっていた。

なお、この光変調器（ＡＩ）においては、上記電極（１
２）、　（１２）間に印加する電圧をさらに上げるか、
あるいは入射面（ｌｌａ）の幅や高さを変えることによ
り、さらに大きな偏向角θが得られるようになる。

え１λ工 この実施例に係る光変調器（Ａ２）においては、第３図
に示すように、電気光学効果を有する透光性電気光学材
料で台形柱状の透光性電気光学体（１１）を形成した。

そして、この透光性電気光学体（１１）の両斜面部（ｌ
ｌｂ）、（ｌｌｂ）に、それぞれ均一な電気抵抗をもつ
電極（１２）、（１２＞を設け、その台形状の入射面（
ｌｌａ）から光を入射させてこの電極（１２）、（１２
）間を通過させるようにした。

そして、このような光変調器（Ａ２）において、上記電
極（１２）、　（１２）間に電圧を印加すると、電極（
１２）、（１２）間の距離が短い透光性電気光学体（１
１）の上面部（ｌｌｃ）においては作用する電界強度が
高く、電極（１２）、（１２）間の距離が長くなる下面
部（ｌｉｄ）に近づくに連れて次第に電界強度が低くな
る。

この結果、上記透光性電気光学体（１１）の内部には、
このような不均一電界の作用による屈折率分布が生じ、
この光変調器（Ａ２）に導かれた光は、この屈折率分布
によって、電界強度の低い下面部（ｌｉｄ）側に偏向す
るようになる。

なお、この発明における光変調器（Ａ）のように、屈折
率分布を利用して光を偏向させる場合には、透光性電気
光学材料として二次電気光学効果を有するものを用いる
と、光変調器（Ａ）から出射される光が広がり、特に偏
向角θが大きい場合には、この光の広がりが顕著である
。

そこで、出射される光の広がりを抑制するためには、透
光性電気光学材料に一次電気光学材料を用いなり、光を
偏光板を通して導くようにすることが望ましい。

次に、この発明に係る光変調器の利用例を図面に基づい
て具体的に説明する。

捗歴乳り この利用例では、上記のような光変調器を、第４図（ａ
）、　（ｂ）に示すように、光源（２１）から赤外線等
の光を対象物（２２）に照射し、対象物（２２）で反射
されて戻ってきた反射光によって対象物（２２）までの
距離を測定する距離測定装置に利用する例を示した。

この距離測定装置においては、光変調器（Ａ）として、
前記実施例１で示したように、板状に形成した透光性電
気光学体（１１）に、電気抵抗が垂直方向に順次変化し
た不均一な電気抵抗を持つ電極（１２）を設けたものを
用いるようにした。

そして、第５図（ａ）、（ｂ）に示すように、この光変
調器（Ａ）の両側の電極（１２）、（１２）に、スイッ
チ（２３）の操作によって電圧可変電源（２４）から電
圧を印加させるようにすると共に、この光変調器（Ａ）
の光透過側の若干ずれた位置に受光素子（２５）を設け
、この受光素子（２５）をコンパレーター（２６）に接
続させるようにした。

そして、この距離測定装置において、光源（２１）から
照射された光が対象物（２２）で反射されてこの光変調
器（Ａ）に導かれた場合には、上記スイッチ（２３）を
ＯＮＬ、この光変調器（Ａ）の電極（１２）、（１２）
に上記電圧可変電源（２４）から電圧を印加して導かれ
た光を偏向させ、この偏向された光が上記受光素子（２
５〉に達して、コンパレーター電圧ＶＣとつり合うまで
電圧可変電源（２４）の出力を増大させるようになって
いる。

この場合、第４図（ａ）に示すように、対象物（２２）
までの距離が遠く、対象物（２２）で反射された光がこ
の光変調器（Ａ）にほぼ真っすぐ入射される場合には、
上記受光素子（２５）に光を導くため、この光変調器（
Ａ）において光を大きく偏向させることが必要となり、
電圧可変電源（２４）から印加する出力電圧が大きくな
る。

一方、第４図（ｂ）に示すように、対象物（２２）まで
の距離が近く、対象物（２２）で反射された光が光変調
器（Ａンに傾斜して入射される場合には、上記受光素子
（２５）に光を導くために光を大きく偏向させる必要は
なく、電圧可変電源（２４）から印加する出力電圧は少
なくなる。

そして、この距離測定装置において、対象物（２２）ま
での距離を測定する場合には、光変調器（Ａ）によって
光を偏向させて受光素子（２５）に光を導くのに必要な
電圧可変電源（２４）からの出力電圧を測定し、この出
力電圧から対象物（２２）までの距離を決定するように
なっている。

なお、この距離測定装置においては、受光素子（２５）
を光変調器（Ａ）の光透過側において若干ずれた位置に
設け、対象物（２２）までの距離が遠い程、電圧可変電
源（２４〉から印加する出力電圧が大きくなるようにし
たが、この受光素子（２５）を光変調器（Ａ）の光透過
側に直線的に配し、上記の場合とは逆に、対象物（２２
）までの距離が近づくに連れて、電圧可変電源（２４）
から印加する出力電圧が大きくなるようにすることも可
能である。

社囲ｍ この利用例においては、光源からの光あるいは反射光に
おける色彩を判定する色彩判定装置に、光変調器を利用
する例を示した。

この利用例では、第６図及び第７図に示すように、光変
調器（Ａ）として、ＰＬＺＴでプリズム状になった透光
性電気光学体（１１）を形成し、その両側の三角形面（
ｌｉｅ）、　（ｌｉｅ）に不均一な電気抵抗を持つ電極
（１２）、　（１２）を設けたものを用いるようにした
。

そして、この色彩判定装置においては、光源（２１）か
らの光を、偏光子（２７）を通してプリズム状に形成さ
れたこの光変調器（Ａ）に導き、この変調器（Ａ）にお
いて入射された光を分光させ、この変調器（Ａ）から出
射された特定の色彩の光が、所定の位置に固定された受
光センサー（２８）に導かれるようになっている。

ここで、第６図に示すように、電源（２９）に接続され
たスイッチ（２３）を○ＦＦＬ、この光変調器（Ａ）の
電極（１２）、　（１２）に電圧を印加しない場合には
、この光変調器（Ａ）で分光された可視光域の光が、第
７図に実線で示したように出射され、赤色光の部分が受
光センサー（２８）に導かれるようになる。

一方、この光変調器（Ａ）の電極（１２）、（１２）に
電源（２９）から電圧を印加した場合には、この光変調
器（Ａ）において、入射された光が分光されると共に不
均一電界の作用によって偏向され、分光された可視光域
の光が、第７図に破線で示すように偏向されて出射され
、例えば青色光の部分が受光センサー（２８）に導かれ
るようになる。すなわち、電圧の強さに応じて受光セン
サー（２８）が受光できる色を選択できるので、機械的
な可動装置を設ける必要がなくなり、装置を小型化・高
精度化することができる。

この結果、この色彩判定装置においては、光の色成分を
判定するにあたり、従来のように様々な色フィルターを
用いたりする必要がなく、１の受光センサー（２８）に
よって光の色成分を判定できるようになる。

なお、この色彩判定装置においては、分光感度特性が少
ない受光センサー（２８）を用い、各色の光の光量を検
出するようにしたが、この受光センサー（２８）に変え
て分光感度の高い色センサーを用い、対応する各々の色
彩の光を測定するようにすることも可能である。

［発明の効果］ 以上詳述したように、この発明に係る光変調器において
は、入射された光を挟むようにして透光性電気光学体に
設けられた少なくとも一方の電極に、電気抵抗が光路に
対して非平行に変化した不均一な電気抵抗を持つ電極を
用いるようにし、あるいは、透光性電気光学体に入射さ
れた光を挟むようにして設けられる電極間の距離が不均
一になるように透光性電気光学体を形成し、これらの電
極間に電圧を印加して不均一電界を作用させ、これによ
り透光性電気光学体に屈折率分布を生じさせ、入射され
た光の光路を偏向させるようになっている。

このため、従来のように、板状の透光性電気光学体の表
面に設けた一対の櫛型電極間に電圧を印加し、その表面
から内部に不均一電界を作用させて屈折率分布を生じさ
せる場合に比べ、低い電圧で透光性電気光学体内に屈折
率分布を生じさせることができ、低い電圧で光を十分に
偏向させることができるようになった。

また、この発明に係る光変調器は、このように低い電圧
で光を十分に偏向させることができるようになったため
、上記のような距離測定装置や色彩判定装置等の広い分
野においても有効に利用できるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光変調器を示す斜視図、第２図はこの発
明の実施例１に係る光変調器を示す斜視図、第３図はこ
の発明の実施例２に係る光変調器を示す斜視図、第４図
（ａ）、（ｂ）及び第５図（ａ）、（ｂ）はこの発明に
係る光変調器を距離測定装置に利用した例を示す概略側
面図及び斜視図、第６図及び第７図はこの発明に係る光
変調器を色彩判定装置に用いた例を示す斜視図及び側面
図である。 （１１）・・・透光性電気光学体、　（１２）・・・電
極。 （Ａ）・・・光変調器。 特許出願人　　ミノルタカメラ株式会社１ａ １１ｃ 第５図 ＼ 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、電気光学効果を有する透光性電気光学材料で構成さ
   れた透光性電気光学体に電界を作用させて、入射された
   光の光路を偏向させる光変調器において、入射された光
   を挟むようにして上記透光性電気光学体に設けられた少
   なくとも一方の電極に、電気抵抗が光路に対して非平行
   に変化した不均一な電気抵抗を持つ電極を用いたことを
   特徴とする光変調器。２、電気光学効果を有する透光性
   電気光学材料で構成された透光性電気光学体に電界を作
   用させて、入射された光の光路を偏向させる光変調器に
   おいて、上記透光性電気光学体に入射された光を挟むよ
   うにして設けられる電極間の距離が不均一になるように
   、上記透光性電気光学体が形成されてなることを特徴と
   する光変調器。