JPH0419619A - 光偏向器 - 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 本発明は、電気光学結晶等を利用した光偏向器に関する
。

従来の技術 従来、光ピツクアップ、光掃引器、光交換器などに用い
られる光偏向器とじては、電圧印加により屈折率変化す
る電気光学結晶を利用したものがある。これは、例えば
文献「光エレクトロニクスｊ（株式会社昭晃堂発行、末
田正著）中の［プリスム法および屈折率勾配法Ｊ　　（
１）、１９０〜１９３）に示されている。第９図にこの
ような電気光学結晶体１を用いた光偏向の原理図を示す
。即ち、入射光２はＱ、からＱ２までの幅を有している
が、何らかの方法を用いてこのＱｌからＱ２までの入射
光２が電気光学結晶体１で感する屈折率ｎが図中、左側
に示すような分布を持てば、各光線が電気光学結晶体１
の出力端（右端）に達する時間が異なるので、出力光３
は出力端で図示のように角度θだけ偏向されることにな
る。

電気光学結晶体ｌにこのような屈折率分布を持だせる方
法としては、例えば第１０図に示すように結晶軸Ｃを逆
向きとした２つの三角プリズム結晶１ａ、ｌｂ（ここで
は、３ｍ結晶）を斜面同士で貼り合わせて直方体状とし
、軸方向両面全体に電極４，５を設け、これらの電極４
，５間に電圧■を印加する方法がある。この結果、例え
ば一方の結晶１ａには負の屈折率変化が生じ、他方の結
晶１ｂには正の屈折率変化が生ずる。よって、第１１図
に示すように、ＱｌからＱ２まで幅りを有する入射光２
は、その入射位置によって、２つの結晶１ａ、ｌｂを透
過する長さが異なるため、第９図に示したような屈折率
分布が得られることになる。

発明が解決しようとする課題 ところが、このような従来方式によると、結晶を加工し
て貼り合わせることが必要で、技術的にコスト高となる
。特に、結晶の研磨工程には時間がかかる上、ひび割れ
等の原因ともなり、歩留ますの悪いものとなっている。

また、分解点数を多く得るためには、強い電界を作用さ
せる必要があり、このためには印加電圧■を高くするか
、又は、電接４．５間隔を狭く（結晶１ａ、ｌｂを薄く
）しなければならない。しかし、印加電圧を高くする方
式の場合には、駆動装置の負担が大きくなり、用途によ
ってはその高電圧化が安全基準の観点で許容されないこ
ともあり、用途が限定される。また、電極間隔を狭くす
る方式の場合、入射光の径が制限されるため、用途が限
定されてしまう。

課題を解決するための手段 表裏両面に設けた電極に対する電圧印加により屈折率が
変化する材料による透明体を用い、入射光を屈折率変化
領域を透過させて偏向出射させるようにした光偏向器に
おいて、同一電圧印加により正の屈折率変化を示す第１
透明体と負の屈折率変化を示す第２透明体とを積層し、
透過光路をこれらの第１，２透明体の表裏方向に設定し
、前記電極をこの透過光路中の第１，２透明体の各々に
透過方向に対して略三角形状の屈折率変化領域を形成す
る位置に設けた。

作用 透明体の材料、電極の位置を工夫し、透明体は同一電圧
印加により正、負の異なる屈折率変化を示す第１透明体
と第２透明体との積層構造とし、透過光路中の第１，２
透明体の各々に透過方向に対して略三角形状の屈折率変
化領域を形成することにより、偏向作用を持たせること
ができるので、電気光学結晶等による透明体には特別な
研磨加工工程等を要せず、低コスト・高歩留まりにて実
現できる。また、透過光路が電極の形成された表裏方向
であるので、透明体を薄くしても入射光の径が制約を受
けることがなく、かつ、低電圧駆動が可能となる。特に
、透過光路には正、負の異なる屈折率変化した２つの屈
折率変化領域が存在するので、両頭域を透過する光線に
対する偏向効果の大きいものとなる。

実施例 本発明の第一の実施例を第１図ないし第６図に基づいて
説明する。ます、第１図に示すように、表裏両面が研磨
された平板状の２枚の第１．２透明体６，７が積層状態
で設けられている。これらの第１，２透明体６，７は例
えば電気光学結晶のように表裏両面間に対する電圧印加
により屈折率が変化し得る材料からなるものであるが、
同一電圧印加に対して第１透明体６側が正の屈折率変化
を示す材料によるものとすれば、他方の第２透明体７は
負の屈折率変化を示す材料によるものとされている。ま
た、透過光路はこれらの第１．２透明体６，７全体の表
裏方向（図面上、上下方向）に設定されている。このよ
うな第１，２透明体６゜７全体の表裏両面には電圧■印
加により屈折率変化を持たらす電極８，９が透過光路骨
たけずらして配置形成されている。

このような電極８，９の配置は、電圧印加により透過光
路中の第１．２透明体６，７の各々に透過方向に対して
三角形状の屈折率変化領域１０゜１１を形成するためで
ある。即ち、電極８，９間に電圧Ｖを印加すると（片方
は接地でよい）、第１．２透明体６，７中には画電極８
，９間に図示のような電気力線１２が生じ、透過光路中
でみると、破線で示すように屈折率変化領域１０．１１
が透過方向に対して三角形状に形成される。領域１０．
１１を合わせた全体の形状は、略平行四辺形となる。ま
た、第１，２透明体６，７の各々の特性により、屈折率
変化領域１０は正の屈折率変化領域となり、屈折率変化
領域１１は負の屈折率変化領域となる。

透過光路中にこのような正、負の屈折率変化領域１０．
１１が存在する場合に、入射光１３の光線の感する光学
長を第２図を参照して解析する。

いま、第２透明体７の屈折率をｎｌ、屈折率変化領域１
１の屈折率変化を一Δｎ＋（Δｎ　、　）　Ｏ）、厚さ
をａｌ　　とし、第１透明体６の屈折率をｎ２、屈折率
変化領域１０の屈折率変化を一Δｎｔ（Δｎ、）Ｏ）、
厚さをａ２とする。また、Ｘ、Ｙ座標系における原点を
、界面左端とし、界面の長さをｂとする。このとき、原
点から距離Ｘにある光線が感する光学長りは、第１透明
体６の屈折率不変化領域での光学長と、第１透明体６の
屈折率変化領域ｌＯでの光学長と、第２透明体７の屈折
率変化領域１１での光学長と、第２透明体７の屈折率不
変化領域での光学長との和で表される。即ち、Ｌ　＝　
（ａ、−−Ｘ）ｎ、＋　”Ｘ（ｎ、＋Δｎｒ　）ｂ　　
　　　ｂ ＋（ａ　　”’ｘ）（ｎ＋−Δｎ、）＋−Ｘｎｂ　　　
　　　　　　　　　　　ｂ ・・・・・・・・・・・・（１） となる。

よって、 距離Ｘが０からｂまで各光線に よって変化すると、光学長りは連続的に変化することか
わかる。よって、第９図に示した従来のものと同様の屈
折率分布が得られることになり、入射光１３は偏向作用
を受け、出射光１４として出射する。

また、このような正、負の屈折率変化を生ゼしめる透明
体６，７の具体的材料を考察する。ここでは例えば３ｍ
結晶のポッケルス効果について説明する。いま、第３図
に示すように、電気力線１２の方向と第１，２透明体６
，７の２軸方向とを一致させ、かつ、第１，２透明体６
，７のＺ軸方向は逆向きとする。すると、屈折率楕円体
は次式％式％（２） で表される。但し、Δｎ、＝−（１／２）ｎ、ＬｊＥ、
Δｎｅ＝−（１／２）ｎｅ　７．３Ｅである。また、第
１゜２透明体６．７のＺ軸方向は逆向きであるので、通
過する光線の感する電界Ｅの符号も各々の領域で正、負
逆となる。ついで、電気力線１２の方向と入射光１３の
進む方向とのなす角度をＯとすると（光は、結晶中でも
偏向作用を受けるか、非常に小さいので一定として扱っ
てもよい）、第４図に示す屈折率楕円体１５と、ｚ　＝
　ｙ　ｃｏｓθ　の平面との交線（楕円）は次式 ％式％（３） で求められる。この式から、電界Ｅが印加されたとき、
Ｘ方向とＸ方向の固有偏光の屈折率が変化することがわ
かる。よって、入射光１２がＸ方向の偏光、若しくは進
行方向とＸ方向に垂直な方向の偏光であるようにする。

このような屈折率変化の様子は、第５図を参照すると、
次のようにも理解される。即ち、（２）式の屈折率楕円
体において、電界Ｅが印加されると（第３図であれば、
下から上方向とする）、第２透明体７では電界Ｅは正で
あり、第１透明体６では電界Ｅは負である。すると、第
２透明体７側の屈折率楕円体は小さくなり、第１透明体
６側の屈折率楕円体は大きくなるので、ｚｙ平面内の固
有偏光の感する屈折率は、第５図図示の符号を用いると
、第２透明体７ではＯＡ、第１透明体６ではＯＣとなる
（電界Ｅ＝０の場合は、ともにＯＢとなる）。ｘｚ平面
内での固有偏光は、第６図に示すように第２透明体７で
○Ａ′、第１透明体６でＯＣ′を持つ（電界Ｅ＝○の場
合はともにＯＢ’となる）。よって、第１．２透明体６
．７として３ｍ結晶、即ち、ＬｉＴａ０．、ＬｉＮｂ○
、などの実用性の高い結晶を用いても、上述した偏向作
用を持たせることができる。この結果、材料的に偏向器
として作製が容易な現実性、実用性に富むものである。

このように、本実施例によれば、三角形状の屈折率変化
領域１０．１１を形成するという電極８゜９の配置の工
夫だけで、偏向作用を持たせることができ、第１，２透
明体６．７には特別な研磨加工工程等を要せず、低コス
ト・高歩留まりの偏向器を提供できる。特に、２つの逆
特性の第１，２透明体６，７を用い、正、負の屈折率変
化領域１０．１１を各々三角形状に連続形成しているの
で、１つの場合に比して偏向角を大きくすることができ
る。この場合、第１．２透明体６，７を薄くしても入射
光１３の径が制約を受けないので、電極８．９間間隔を
狭くでき、低電圧駆動が可能となる。また、電極８，９
間の電圧印加の極性を変えることにより偏向方向を切換
え得るので、偏向方向の制御も容易である。

つづいて、本発明の第二の実施例を第７図により説明す
る。前述した実施例構成の場合、第１゜２透明体６，７
としてカー効果を示す材料を用いると、その屈折率変化
がＥ′に比例するので、電界Ｅの方向によって偏向方向
を左右に切換える（振る）ことはできない。そこで、本
実施例では、前記実施例における電極８，９を各々電極
８ａ。

９ａの対とし、透過光路に対してタヌキ状となるように
、他の一対の電極８ｂ、９ｂを設け、いずれの電接対間
に電圧印加するかを切換えることによ番バカー効果材料
による第１．２透明体６，７であっても偏向方向を左右
に振れるようにしたものである。即ち、電極８ｂ、９ｂ
間に電圧を印加すると、第１．２透明体６．７の透過光
路中に形成される屈折率変化領域１０’　　　１１’　
は図示のように、第１図の場合に対して左右ひつくりか
えしたような三角形状となり、偏向方向が変わる。

このようなカー効果を示す材料としては、ＡＢＯ，ペロ
ブスカイト結晶なるＫＴＮ　（ＫＴａ、、。

Ｎｂ、、、、Ｏ，）、ＫＴａＯ，，５ｒＴｉＯ，、Ｂａ
Ｔｉｅ、などがある。これらは、いずれもキュリー点以
上では魚群ｍ３ｍの対称性を示し、Ｚ方向に電圧を印加
すると、（２）式と同じ式による屈折率楕円体が表れる
。そして、Δｎ０ＣＣＥ　’　、ΔｎｅＣＣＥ　’　で
あるので、第７図構成において左右に偏向できるものと
なる。よって、ｍ３ｍ結晶のように実用性の高い結晶を
用いて偏向器を作製し得るので、作製容易で現実性、実
用性に富むものとなる。

ところで、これらの２つの入射側型ＩＷｉ　８　ａ　、
　　８ｂと２つの出射側電極９ａ、９ｂとの部分を１組
の偏向器とし、これを第８図に示すように、第１゜２透
明体６．７を共通として２次元（又は１次元）に複数組
配列することにより、複数の入力光１２を偏向し得る光
偏向器アレイ１６を簡単に構成できる。第１図に示した
構成を１単位とするアレイ構成でもよい。

また、これらの実施例にあっては、第１．２透明体６，
７として電気光学結晶を用いたが、要は、電圧印加によ
り正、負の異なる屈折率変化を示す材料によるものであ
ればよく、例えば液晶などが利用できる。

また、本実施例では、屈折率変化領域１０，１１を正確
な三角形状となるようにしたが、正確に三角形状でなく
ても偏向作用を発揮し得るものであり、要は、偏向作用
を示す程度に三角状であればよい。

さらには、これらの実施例の入呂射方向は逆（第２透明
体７側を入射側）にしてもよい。

発明の効果 本発明は、上述したように透明体の材料、電極の位置を
工夫し、透明体は同一電圧印加により正。

負の異なる屈折率変化を示す第１透明体と第２透明体と
の積層構造とし、透過光路中の第１．２透明体の各々に
透過方向に対して略三角形状の屈折率変化領域を形成し
、偏向作用を持たせるようにしたので、電気光学結晶等
による第１，２透明体には特別な研磨加工工程等を要せ
ず、低コスト・高歩留まりにて実現でき、特に、透過光
路には正。

負の異なる特性で屈折率変化した２つの屈折率変化領域
が存在するので、両頭域を透過する光線に対する偏向効
果を一つの場合よりも大きいものとすることができ、ま
た、透過光路か電極の形成された表裏方向であるので、
第１，２透明体を薄くしても入射光の径が制約を受ける
ことがなく、かつ、低電圧駆動が可能となるものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の第一の実施例を示すもの
で、第１図はその基本構造を示す正面構成図、第２図は
光学長の解析を説明するための説明図、第３図はポッケ
ルス効果を説明するための正面構成図、第４図ないし第
６図は屈折率楕円体についての説明図、第７図は本発明
の第二の実施例を示す正面構成図、第８図はそのアレイ
化構成の変形例を示す概略斜視図、第９図は従来例を示
す偏向の原理図、第１０図はその具体的構成例を示す斜
視図、第１１図はその電気光学結晶の屈折率変化と偏向
方向を示す平面図である。 ６・・第１透明体、７・・・第２透明体、８，９・・電
極、Ｌｏ、１１・・三角形状の屈折率変化領域、１３・
・・入射光 畠　願　大　　　株式会社　　　リ　コ代 理 人 相 木 （謹 明・＋ ［−１ 図 ６図 一第 ７図 」 ○菌 ｂ −篤 図 二第」○ 図 Ｊ旧 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　表裏両面に設けた電極に対する電圧印加により屈折率
   が変化する材料による透明体を用い、入射光を屈折率変
   化領域を透過させて偏向出射させるようにした光偏向器
   において、同一電圧印加により正の屈折率変化を示す第
   １透明体と負の屈折率変化を示す第２透明体とを積層し
   、透過光路をこれらの第１、２透明体の表裏方向に設定
   し、前記電極をこの透過光路中の第１、２透明体の各々
   に透過方向に対して略三角形状の屈折率変化領域を形成
   する位置に設けたことを特徴とする光偏向器。