JPH10307307A - 光学偏向器 - Google Patents
光学偏向器Info
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- JPH10307307A JPH10307307A JP9118292A JP11829297A JPH10307307A JP H10307307 A JPH10307307 A JP H10307307A JP 9118292 A JP9118292 A JP 9118292A JP 11829297 A JP11829297 A JP 11829297A JP H10307307 A JPH10307307 A JP H10307307A
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Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電気光学プリズムアレイと、該電気光学プリ
ズムアレイと光源の間に配置された電気光学偏向素子を
有する光学偏向器において、良好な動作特性を得るため
に必要な条件を明確にし、低駆動電圧で大きな偏向角度
（高解像度）を得ること。 【解決手段】 電気光学プリズムアレイと、該電気光学
プリズムアレイと光源の間に配置された電気光学偏向素
子を有する光学偏向器において、電気光学プリズムアレ
イに係るプリズム部の頂角αa及び最大屈折率変化量Δ
ｎa(max)と、電気光学偏向素子に係るプリズム部の頂角
αb及び最大屈折率変化量Δｎb(max)が、 （Δｎa(max)ｔａｎαa）／（Δｎb(max)ｔａｎαb）＞
１ を満足することを特徴とする光学偏向器。
ズムアレイと光源の間に配置された電気光学偏向素子を
有する光学偏向器において、良好な動作特性を得るため
に必要な条件を明確にし、低駆動電圧で大きな偏向角度
（高解像度）を得ること。 【解決手段】 電気光学プリズムアレイと、該電気光学
プリズムアレイと光源の間に配置された電気光学偏向素
子を有する光学偏向器において、電気光学プリズムアレ
イに係るプリズム部の頂角αa及び最大屈折率変化量Δ
ｎa(max)と、電気光学偏向素子に係るプリズム部の頂角
αb及び最大屈折率変化量Δｎb(max)が、 （Δｎa(max)ｔａｎαa）／（Δｎb(max)ｔａｎαb）＞
１ を満足することを特徴とする光学偏向器。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザプリンタ、
レーザ走査顕微鏡、バーコードリーダー等のスキャナー
部に用いられる光学偏向器に係り、特に、電気光学効果
を利用した電気光学偏向器に関する。
レーザ走査顕微鏡、バーコードリーダー等のスキャナー
部に用いられる光学偏向器に係り、特に、電気光学効果
を利用した電気光学偏向器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より知られている光学偏向器として
は、機械的な方式、音響光学式、電気光学式がある。こ
れらの光学偏向器には、それぞれ特徴（長所と短所）が
あり、用途に応じて使い分けられている。
は、機械的な方式、音響光学式、電気光学式がある。こ
れらの光学偏向器には、それぞれ特徴（長所と短所）が
あり、用途に応じて使い分けられている。
【０００３】［機械的な方式］機械的な方式の光学偏向
器としては、ガルバノミラーや回転多面鏡（ポリゴンミ
ラー）等がある。
器としては、ガルバノミラーや回転多面鏡（ポリゴンミ
ラー）等がある。
【０００４】ガルバノミラーは、磁界中に配置された可
動コイルからなる駆動部と反射鏡（ミラー）で構成さ
れ、可動コイルに流す電流を変化させ、反射鏡（ミラ
ー）を往復回転動作させることにより、光の偏向方向を
変化させている。このガルバノミラーは、偏向角度（走
査角度）を大きく取れるが、走査速度の高速化が困難で
ある。
動コイルからなる駆動部と反射鏡（ミラー）で構成さ
れ、可動コイルに流す電流を変化させ、反射鏡（ミラ
ー）を往復回転動作させることにより、光の偏向方向を
変化させている。このガルバノミラーは、偏向角度（走
査角度）を大きく取れるが、走査速度の高速化が困難で
ある。
【０００５】回転多面鏡（ポリゴンミラー）は、モータ
からなる駆動部と回転多面鏡で構成され、モータにより
回転多面鏡を回転動作させることにより、光の偏向方向
を変化させている。
からなる駆動部と回転多面鏡で構成され、モータにより
回転多面鏡を回転動作させることにより、光の偏向方向
を変化させている。
【０００６】この回転多面鏡（ポリゴンミラー）は、偏
向角度（走査角度）を大きくすると、走査速度が低速化
し、走査速度を高速化すると、偏向角度（走査角度）が
小さくなる。そして、走査速度はモータの回転数によっ
て制限される。
向角度（走査角度）を大きくすると、走査速度が低速化
し、走査速度を高速化すると、偏向角度（走査角度）が
小さくなる。そして、走査速度はモータの回転数によっ
て制限される。
【０００７】［音響光学偏向器］音響光学偏向器は、圧
電体に超音波周波数の交流電圧を印加し、圧電体の物質
内に生じる疎密波を回折格子として働かせ、超音波周波
数を変化させることにより、ブラッグ回折角を変化さ
せ、光の偏向方向を変化させている。この音響光学偏向
器は、走査速度の高速化（〜10-6 秒）が可能である
が、偏向角度が２〜５度程度しか取れない。尚、この音
響光学偏向器は、超音波周波数を掃引する帯域幅を広く
すると、偏向角度（走査角度）が大きくなるが、走査速
度が低速化する。
電体に超音波周波数の交流電圧を印加し、圧電体の物質
内に生じる疎密波を回折格子として働かせ、超音波周波
数を変化させることにより、ブラッグ回折角を変化さ
せ、光の偏向方向を変化させている。この音響光学偏向
器は、走査速度の高速化（〜10-6 秒）が可能である
が、偏向角度が２〜５度程度しか取れない。尚、この音
響光学偏向器は、超音波周波数を掃引する帯域幅を広く
すると、偏向角度（走査角度）が大きくなるが、走査速
度が低速化する。
【０００８】［電気光学偏向器］電気光学偏向器は、電
気光学効果を利用して電気光学材料の屈折率を変化さ
せ、この電気光学材料を透過する光の偏向方向を変化さ
せている。この電気光学偏向器は、ピコ秒オーダーの応
答時間を持ち、走査速度は高速であるが、偏向角度を余
り大きくできない。又、偏向角度を大きくするために
は、電気光学材料に高電圧を印加する必要がある。
気光学効果を利用して電気光学材料の屈折率を変化さ
せ、この電気光学材料を透過する光の偏向方向を変化さ
せている。この電気光学偏向器は、ピコ秒オーダーの応
答時間を持ち、走査速度は高速であるが、偏向角度を余
り大きくできない。又、偏向角度を大きくするために
は、電気光学材料に高電圧を印加する必要がある。
【０００９】上記電気光学効果を利用したものとして
は、特開昭 61-264325号、特開昭 61-270736号公報に示
されたものが知られている。これらに示されている光学
偏向器に於いては、電気光学材料を挟んで設けられてい
る電極の電極間距離が大きく、高電圧を印加しても偏向
角度を余り大きくできない。
は、特開昭 61-264325号、特開昭 61-270736号公報に示
されたものが知られている。これらに示されている光学
偏向器に於いては、電気光学材料を挟んで設けられてい
る電極の電極間距離が大きく、高電圧を印加しても偏向
角度を余り大きくできない。
【００１０】又、特開昭 62-47627号公報に示されてい
る光学偏向器に於いては、薄い電気光学結晶中に光導波
路を形成し、この光導波路を挟んで電極を設けることに
より、大きな偏向角度の得られる光学偏向器の低電圧駆
動化を図っている。更に、この光学偏向器では、三角形
状の電極を光導波路の光伝搬方向に多数配置し、低電圧
駆動化を図っている。
る光学偏向器に於いては、薄い電気光学結晶中に光導波
路を形成し、この光導波路を挟んで電極を設けることに
より、大きな偏向角度の得られる光学偏向器の低電圧駆
動化を図っている。更に、この光学偏向器では、三角形
状の電極を光導波路の光伝搬方向に多数配置し、低電圧
駆動化を図っている。
【００１１】又、電気光学効果を利用した光学偏向器
を、より低い電圧で駆動する方法として、電気光学的表
面プリズムアレイと光源との間に電気光学効果あるいは
音響光学効果を利用する第２の偏向素子を配置し、低駆
動電圧で大きな偏向角度、つまり高解像度を得ることが
できる光学偏向器が知られている（特開昭 60-8652
8）。
を、より低い電圧で駆動する方法として、電気光学的表
面プリズムアレイと光源との間に電気光学効果あるいは
音響光学効果を利用する第２の偏向素子を配置し、低駆
動電圧で大きな偏向角度、つまり高解像度を得ることが
できる光学偏向器が知られている（特開昭 60-8652
8）。
【００１２】上記光学偏向器では、プリズムアレイを用
いることにより、それぞれのプリズムの頂角を大きくし
（幅を小さくし）、低い駆動電圧で大きな偏向角度を得
ている。
いることにより、それぞれのプリズムの頂角を大きくし
（幅を小さくし）、低い駆動電圧で大きな偏向角度を得
ている。
【００１３】ここで、プリズムアレイは一種の回折格子
として働くため、プリズムアレイ単体では連続した光ス
ポットを得ることができない。従って、上記発明では、
第２の偏向素子により、プリズムアレイに入射する光の
入射角を変化させ、連続した光スポットを得ている。
として働くため、プリズムアレイ単体では連続した光ス
ポットを得ることができない。従って、上記発明では、
第２の偏向素子により、プリズムアレイに入射する光の
入射角を変化させ、連続した光スポットを得ている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記プ
リズムアレイと第２の偏向素子を用いた光学偏向器で
は、プリズムアレイと第２の偏向素子とが、一定の条件
を満たさなければ良好な動作特性が得られないが、その
条件については明確にされていなかった。
リズムアレイと第２の偏向素子を用いた光学偏向器で
は、プリズムアレイと第２の偏向素子とが、一定の条件
を満たさなければ良好な動作特性が得られないが、その
条件については明確にされていなかった。
【００１５】更に、第２の偏向素子として、音響光学光
偏向素子を用いた場合には、もともと高い解像度を持っ
ていた音響光学素子の特性が失われて、解像度が低下す
るという問題や、全体の応答速度が速度の遅い音響光学
素子に支配されるという問題もあった。
偏向素子を用いた場合には、もともと高い解像度を持っ
ていた音響光学素子の特性が失われて、解像度が低下す
るという問題や、全体の応答速度が速度の遅い音響光学
素子に支配されるという問題もあった。
【００１６】そこで、本発明は、プリズムアレイと第２
の偏向素子を用いた光学偏向器で良好な動作特性を得る
ために必要な条件を明確にし、応答速度が速く、低駆動
電圧で大きな偏向角度（高解像度）が得られる電気光学
効果を利用した光学偏向器を提供するものである。
の偏向素子を用いた光学偏向器で良好な動作特性を得る
ために必要な条件を明確にし、応答速度が速く、低駆動
電圧で大きな偏向角度（高解像度）が得られる電気光学
効果を利用した光学偏向器を提供するものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】電気光学プリズムアレイ
と、該電気光学プリズムアレイと光源の間に配置された
電気光学偏向素子を有する光学偏向器において、電気光
学プリズムアレイに係るプリズム部の頂角αa及び最大
屈折率変化量Δｎa(max)と、電気光学偏向素子に係るプ
リズム部の頂角αb及び最大屈折率変化量Δｎ
b(max)が、 （Δｎa(max)ｔａｎαa）／（Δｎb(max)ｔａｎαb）＞１ を満足することを特徴とするものである。
と、該電気光学プリズムアレイと光源の間に配置された
電気光学偏向素子を有する光学偏向器において、電気光
学プリズムアレイに係るプリズム部の頂角αa及び最大
屈折率変化量Δｎa(max)と、電気光学偏向素子に係るプ
リズム部の頂角αb及び最大屈折率変化量Δｎ
b(max)が、 （Δｎa(max)ｔａｎαa）／（Δｎb(max)ｔａｎαb）＞１ を満足することを特徴とするものである。
【００１８】尚、上記プリズム部の頂角とは、プリズム
部の水平断面形状が直角三角形である場合の頂角、又は
水平断面形状が直角三角形のプリズム部に置き換えられ
た場合の頂角を指す。
部の水平断面形状が直角三角形である場合の頂角、又は
水平断面形状が直角三角形のプリズム部に置き換えられ
た場合の頂角を指す。
【００１９】請求項２記載の光学偏向器は、請求項１記
載の光学偏向器において、上記プリズム部を、分極反転
により形成したことを特徴とするものである。
載の光学偏向器において、上記プリズム部を、分極反転
により形成したことを特徴とするものである。
【００２０】請求項３記載の光学偏向器は、請求項１又
請求項２記載の光学偏向器において、上記電気光学効果
を有する光学基板が、ニオブ酸リチウム、ＰＬＺＴ、ニ
オブ酸タンタル又はＫＴＰからなることを特徴とするも
のである。
請求項２記載の光学偏向器において、上記電気光学効果
を有する光学基板が、ニオブ酸リチウム、ＰＬＺＴ、ニ
オブ酸タンタル又はＫＴＰからなることを特徴とするも
のである。
【００２１】請求項４記載の光学偏向器は、請求項１又
請求項２記載の光学偏向器において、上記光の進行路が
光導波路であることを特徴とするものである。
請求項２記載の光学偏向器において、上記光の進行路が
光導波路であることを特徴とするものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】電気光学効果を利用した光学偏向
器について図面を参照して説明する。
器について図面を参照して説明する。
【００２３】図１に示した光学偏向器は、電気光学材料
からなる光学基板１の一方の面（以下、＋Ｚ面という）
に三角電極２が、その反対側の面（以下、ーＺ面とい
う）に全面電極（全面に設けられた電極）３が設けられ
ている。ここで、＋Ｚ面に形成された三角電極２と、ー
Ｚ面に形成された全面電極３との間に電圧を印加した場
合、三角電極２下方の三角柱部分（光学基板１の三角柱
部分）の屈折率が変化し、この三角柱部分が一種のプリ
ズム（以下、一種のプリズムとして働く三角柱部分をプ
リズム部という）として働く。
からなる光学基板１の一方の面（以下、＋Ｚ面という）
に三角電極２が、その反対側の面（以下、ーＺ面とい
う）に全面電極（全面に設けられた電極）３が設けられ
ている。ここで、＋Ｚ面に形成された三角電極２と、ー
Ｚ面に形成された全面電極３との間に電圧を印加した場
合、三角電極２下方の三角柱部分（光学基板１の三角柱
部分）の屈折率が変化し、この三角柱部分が一種のプリ
ズム（以下、一種のプリズムとして働く三角柱部分をプ
リズム部という）として働く。
【００２４】一般に電極に挟まれた電気光学材料（電極
間距離ｄ）にＶの電圧を印加したときの屈折率変化量Δ
ｎは、光学基板１の電気光学定数をｒ、屈折率をｎ、電
極間距離をｄとすれば次式で求められる。
間距離ｄ）にＶの電圧を印加したときの屈折率変化量Δ
ｎは、光学基板１の電気光学定数をｒ、屈折率をｎ、電
極間距離をｄとすれば次式で求められる。
【００２５】 Δｎ＝（１／２）ｎ3ｒＶ／ｄ・・・（１） 又、図１に示した光学偏向器で、三角電極２と全面電極
３との間に電圧を印加してプリズム部の屈折率をΔｎだ
け大きくした場合、このプリズム部における偏向角θ
は、次式で求められる。
３との間に電圧を印加してプリズム部の屈折率をΔｎだ
け大きくした場合、このプリズム部における偏向角θ
は、次式で求められる。
【００２６】θ＝Δｎ×ｔａｎα・・・（２） ここで、 αはプリズムの頂角である。
【００２７】従って、この光学偏向器で、三角電極２と
全面電極３との間に加える電圧を変化させれば、出射光
の偏向角度θを制御することができる。
全面電極３との間に加える電圧を変化させれば、出射光
の偏向角度θを制御することができる。
【００２８】［本発明に係る光学偏向器］図２は、本発
明に係る光学偏向器の構成を示した平面図であり、図３
は、本発明に係る光学偏向器の偏向角度を測定する際の
光学系の配置図である。
明に係る光学偏向器の構成を示した平面図であり、図３
は、本発明に係る光学偏向器の偏向角度を測定する際の
光学系の配置図である。
【００２９】本発明に係る光学偏向器は、電気光学プリ
ズムアレイＡと電気光学偏向素子Ｂで構成されており、
電気光学偏向素子Ｂにより電気光学プリズムアレイＡに
入射する光の入射角を変化させている。
ズムアレイＡと電気光学偏向素子Ｂで構成されており、
電気光学偏向素子Ｂにより電気光学プリズムアレイＡに
入射する光の入射角を変化させている。
【００３０】ここで、電気光学プリズムアレイＡは、電
気光学効果を有する光学基板１１の上面（以下、＋Ｚ面
という）にプリズムアレイの三角電極１２ａを、電気光
学偏向素子Ｂは、電気光学効果を有する光学基板１１の
上面（以下、＋Ｚ面という）に三角電極１２ｂを設ける
ことにより構成されている。又、電気光学効果を有する
光学基板１１の下面（以下、ーＺ面という）には全面電
極１３が設けられている。
気光学効果を有する光学基板１１の上面（以下、＋Ｚ面
という）にプリズムアレイの三角電極１２ａを、電気光
学偏向素子Ｂは、電気光学効果を有する光学基板１１の
上面（以下、＋Ｚ面という）に三角電極１２ｂを設ける
ことにより構成されている。又、電気光学効果を有する
光学基板１１の下面（以下、ーＺ面という）には全面電
極１３が設けられている。
【００３１】以下、図３に示したように半導体 レーザ
１４から出射される光を、カップリングレンズ１５及び
シリンドリカルレンズ１６を介して、偏光面がＺ軸に平
行になるように光学基板１１の端面から結晶中に入射さ
せたときの動作について説明する。
１４から出射される光を、カップリングレンズ１５及び
シリンドリカルレンズ１６を介して、偏光面がＺ軸に平
行になるように光学基板１１の端面から結晶中に入射さ
せたときの動作について説明する。
【００３２】電気光学偏向素子Ｂで偏向された光が、電
気光学プリズムアレイＡに入射するときの入射角φは、
次式で与えられる。
気光学プリズムアレイＡに入射するときの入射角φは、
次式で与えられる。
【００３３】 φ＝（Δｎb／ｎ）×ｔａｎαb・・・（３） ここで 、αbは電気光学偏向素子Ｂに対応するプリズム
部 の頂角、Δｎbは電気光学偏向素子Ｂに対応するプ
リズム 部 の屈折率変化量、ｎは光学基板１１の屈折率
である。
部 の頂角、Δｎbは電気光学偏向素子Ｂに対応するプ
リズム 部 の屈折率変化量、ｎは光学基板１１の屈折率
である。
【００３４】又、電気光学プリズムアレイＡ（座標
ｘ1）に入射する光の位相Ψは、次式で与えられる。
ｘ1）に入射する光の位相Ψは、次式で与えられる。
【００３５】
【数１】
【００３６】ここでλ0は真空中での光の波長、ｎeは異
常光（図３では、ｚ軸に平行な偏光面を持つ光）に対す
る屈折率である。
常光（図３では、ｚ軸に平行な偏光面を持つ光）に対す
る屈折率である。
【００３７】又、Ψ＝Ｃｘ1とおけば、Ｃは次式で与え
られる。
られる。
【００３８】
【数２】
【００３９】一方、平行光が電気光学プリズムアレイＡ
に入射したときの出射パターンＥ（ｘ1） は次式で与え
られる。
に入射したときの出射パターンＥ（ｘ1） は次式で与え
られる。
【００４０】
【数３】
【００４１】ここで、ｋ0、ａ1はｘ1によらない定数で
ある。但し、 x1 の範囲は、下記の範囲とする（電気光
学プリズムアレイＡを構成する各プリズムの幅をＷとし
た）。
ある。但し、 x1 の範囲は、下記の範囲とする（電気光
学プリズムアレイＡを構成する各プリズムの幅をＷとし
た）。
【００４２】 （ーＷ／２）≦ｘ1≦（Ｗ／２）・・・（７） 従って、入射角φで 電気光学プリズムアレイＡ に入射
した光の出射後の位相ｑ（ｘ1）次式で与えられる。
した光の出射後の位相ｑ（ｘ1）次式で与えられる。
【００４３】
【数４】
【００４４】又、出射する光の光検出器１９における回
折パターンＧは次式で求められる。
折パターンＧは次式で求められる。
【００４５】
【数５】
【００４６】ここで、光検出器１９で測定される光は、
カップリングレンズ１８（焦点距離ｆ）で絞り込まれる
ため、電気光学プリズムアレイＡ 上での座標ｘ1に対応
する光検出器上での座標をｘ2とした。
カップリングレンズ１８（焦点距離ｆ）で絞り込まれる
ため、電気光学プリズムアレイＡ 上での座標ｘ1に対応
する光検出器上での座標をｘ2とした。
【００４７】更に、上記式（９）を計算すると次式とな
る。
る。
【００４８】
【数６】
【００４９】ここで、ａ2は定数である。又、上記関数
Ｇa、ＧNは共に、パラメータＣ、及びｋに従って変化す
る。
Ｇa、ＧNは共に、パラメータＣ、及びｋに従って変化す
る。
【００５０】ｋ＝０の場合、即ち電気光学プリズムアレ
イＡに電圧が印加されていないときに、Ｃを０から 2 p
／Ｗ まで連続的に変化させた場合、光検出器１９上で
測定される回折パターンはζ＝０から 2 p ／Ｗ まで連
続的に変化する。
イＡに電圧が印加されていないときに、Ｃを０から 2 p
／Ｗ まで連続的に変化させた場合、光検出器１９上で
測定される回折パターンはζ＝０から 2 p ／Ｗ まで連
続的に変化する。
【００５１】又、ｋ＝ 2 p ／Ｗとしたときに、Ｃを０
から 2 p ／Ｗ まで連続的に変化させた場合、光検出器
１９上で測定される回折パターンはζ＝2 p ／Ｗ から
4 p／Ｗ まで移動する。
から 2 p ／Ｗ まで連続的に変化させた場合、光検出器
１９上で測定される回折パターンはζ＝2 p ／Ｗ から
4 p／Ｗ まで移動する。
【００５２】従って、ｋを変化幅 2 p ／Ｗ で階段状に
変化させ、そのときにＣを０から 2p ／Ｗ まで連続的
に変化（鋸歯状波的に変化）させれば、光検出器１９上
で測定されるスポットを連続的に走査させることができ
る。つまり、電気光学プリズムアレイＡだけで光を偏向
させようとした場合、光検出器１９上で測定されるスポ
ットは不連続となるが、電気光学偏向素子Ｂにより電気
光学プリズムアレイＡに入射する光を傾ければ、連続し
たスポットを得ることができる。
変化させ、そのときにＣを０から 2p ／Ｗ まで連続的
に変化（鋸歯状波的に変化）させれば、光検出器１９上
で測定されるスポットを連続的に走査させることができ
る。つまり、電気光学プリズムアレイＡだけで光を偏向
させようとした場合、光検出器１９上で測定されるスポ
ットは不連続となるが、電気光学偏向素子Ｂにより電気
光学プリズムアレイＡに入射する光を傾ければ、連続し
たスポットを得ることができる。
【００５３】又、上記電気光学プリズムアレイＡと電気
光学偏向素子Ｂを組み合わせた光学偏向器の最大偏向角
度θ(max)及び解像度Ｎcomは、次式で与えられる。
光学偏向素子Ｂを組み合わせた光学偏向器の最大偏向角
度θ(max)及び解像度Ｎcomは、次式で与えられる。
【００５４】
【数７】
【００５５】ここで、 Δｎa(max)は電気光学プリズム
アレイＡを構成するプリズム部の最大屈折率変化量であ
り、 αaは電気光学プリズムアレイＡを構成するプリズ
ム部の頂角であり、Ｄは入射する光の水平方向ビーム径
である。
アレイＡを構成するプリズム部の最大屈折率変化量であ
り、 αaは電気光学プリズムアレイＡを構成するプリズ
ム部の頂角であり、Ｄは入射する光の水平方向ビーム径
である。
【００５６】一方、電気光学偏向素子Ｂだけで光学偏向
器を構成した場合の 最大偏向角度θb(max)及び解像度
Ｎbは、次式で与えられる。
器を構成した場合の 最大偏向角度θb(max)及び解像度
Ｎbは、次式で与えられる。
【００５７】
【数８】
【００５８】ここで、 Δｎb(max)は電気光学偏向素子
Ｂに係るプリズム部の最大屈折率変化量であり、 αbは
電気光学偏向素子Ｂに係るプリズム部の頂角であり、Ｄ
は入射する光の水平方向ビーム径である。
Ｂに係るプリズム部の最大屈折率変化量であり、 αbは
電気光学偏向素子Ｂに係るプリズム部の頂角であり、Ｄ
は入射する光の水平方向ビーム径である。
【００５９】又、両者の比は、次式で与えられる。
【００６０】
【数９】
【００６１】ここで、電気光学プリズムアレイＡと電気
光学偏向素子Ｂを組み合わせた光学偏向器の解像度Ｎ
comが、電気光学偏向素子Ｂだけで光学偏向器を構成し
た場合の解像度Ｎbよりも改善されるためには、上記の
比を１より大きくする必要がある。従って、その場合に
は次式を満足しなければならない。
光学偏向素子Ｂを組み合わせた光学偏向器の解像度Ｎ
comが、電気光学偏向素子Ｂだけで光学偏向器を構成し
た場合の解像度Ｎbよりも改善されるためには、上記の
比を１より大きくする必要がある。従って、その場合に
は次式を満足しなければならない。
【００６２】
【数１０】
【００６３】つまり、電気光学プリズムアレイＡと電気
光学偏向素子Ｂを組み合わせた光学偏向器の解像度Ｎ
comで、解像度が改善されるのは、式（１６）の条件が
満たされる場合だけである。
光学偏向素子Ｂを組み合わせた光学偏向器の解像度Ｎ
comで、解像度が改善されるのは、式（１６）の条件が
満たされる場合だけである。
【００６４】例えば、電気光学プリズムアレイＡと電気
光学偏向素子Ｂに同じ最大電圧を印加したときに、両者
に生じる最大屈折率変化量が等しい場合には、電気光学
プリズムアレイＡを構成するプリズム部の頂角を電気光
学偏向素子Ｂに係るプリズム部の頂角よりも大きくした
場合にのみ、解像度を改善することができる。そして、
その改善の度合いは、下記の比に比例して大きくなる。
光学偏向素子Ｂに同じ最大電圧を印加したときに、両者
に生じる最大屈折率変化量が等しい場合には、電気光学
プリズムアレイＡを構成するプリズム部の頂角を電気光
学偏向素子Ｂに係るプリズム部の頂角よりも大きくした
場合にのみ、解像度を改善することができる。そして、
その改善の度合いは、下記の比に比例して大きくなる。
【００６５】
【数１１】
【００６６】図２に示した光学偏向器を、下記の仕様で
作製し、その解像度を測定した。
作製し、その解像度を測定した。
【００６７】光学基板：ニオブ酸リチウム結晶 光学基板の幅Ｗ：４．０ｍｍ 光学基板の長さＬ：５３．４ｍｍ 光学基板の厚さｄ：０．３ｍｍ 電気光学プリズムアレイＡを構成するプリズム部の頂角
αa：８９．５゜（プリズム部のＬa＝１１．５ｍｍ、Ｈ
a＝０．１ｍｍ） 電気光学偏向素子Ｂに係るプリズム部の頂角αb：８
５．０゜（プリズム部のＬb＝３８．９ｍｍ、Ｈb＝３．
４ｍｍ） 尚、上記プリズム部における屈折率変化量Δｎは、次式
で求められる。
αa：８９．５゜（プリズム部のＬa＝１１．５ｍｍ、Ｈ
a＝０．１ｍｍ） 電気光学偏向素子Ｂに係るプリズム部の頂角αb：８
５．０゜（プリズム部のＬb＝３８．９ｍｍ、Ｈb＝３．
４ｍｍ） 尚、上記プリズム部における屈折率変化量Δｎは、次式
で求められる。
【００６８】
【数１２】
【００６９】ここで、ｎeはニオブ酸リチウム結晶（光
学基板）の波長６５０ｎｍ の異常光に対する屈折率で
あり、ｒ33 はニオブ酸リチウム結晶（光学基板）の電
気光学定数であり、 V は印加電圧であり、ｄはニオブ
酸リチウム結晶（光学基板）の厚さである。
学基板）の波長６５０ｎｍ の異常光に対する屈折率で
あり、ｒ33 はニオブ酸リチウム結晶（光学基板）の電
気光学定数であり、 V は印加電圧であり、ｄはニオブ
酸リチウム結晶（光学基板）の厚さである。
【００７０】上記光学偏向器の最大偏向角度 及び解像
度 を、図３に示した測定系を用い、下記の条件で測定
した。
度 を、図３に示した測定系を用い、下記の条件で測定
した。
【００７１】半導体 レーザ１４から出射される光の波
長λ：６５０ｎｍ ビーム径Ｄ：３．０ｍｍ（偏光面がＺ軸に平行になるよ
うに端面から結晶中に入射） 最大印加電圧：±２５３Ｖ その結果、得られた最大偏向角度 及び解像度 は、下記
の通りであった。
長λ：６５０ｎｍ ビーム径Ｄ：３．０ｍｍ（偏光面がＺ軸に平行になるよ
うに端面から結晶中に入射） 最大印加電圧：±２５３Ｖ その結果、得られた最大偏向角度 及び解像度 は、下記
の通りであった。
【００７２】最大偏向角度：１．８２゜ 解像度 ：１１５ ここで、得られた最大偏向角度 及び解像度は、電気光
学偏向素子Ｂだけの場合（最大印加電圧 ±253 V 、最
大偏向角度 0.18 ゜、解像度 11 ）に比べ、１０倍程度
改善されている。
学偏向素子Ｂだけの場合（最大印加電圧 ±253 V 、最
大偏向角度 0.18 ゜、解像度 11 ）に比べ、１０倍程度
改善されている。
【００７３】［その他の構成１］次に、電気光学プリズ
ムアレイＡを構成するプリズム部及び電気光学偏向素子
Ｂに係るプリズム部を分極反転により形成する場合につ
いて説明する。
ムアレイＡを構成するプリズム部及び電気光学偏向素子
Ｂに係るプリズム部を分極反転により形成する場合につ
いて説明する。
【００７４】この場合、図２、３に示した光学基板１１
のプリズムアレイの三角電極１２ａ、三角電極１２ｂの
下方部分を分極反転させることによりプリズム部を形成
する。その後、光学基板１１の表面（＋Ｚ面）及び裏面
（ーＺ面）全体に一様な電極を形成することにより光学
偏向器を構成する。
のプリズムアレイの三角電極１２ａ、三角電極１２ｂの
下方部分を分極反転させることによりプリズム部を形成
する。その後、光学基板１１の表面（＋Ｚ面）及び裏面
（ーＺ面）全体に一様な電極を形成することにより光学
偏向器を構成する。
【００７５】この光学偏向器で、表面（＋Ｚ面）と裏面
（ーＺ面）との間に電圧Ｖを印加した場合、プリズム部
の屈折率ｎv及びプリズム部以外の部分の屈折率ｎoは、
次式で与えられる。
（ーＺ面）との間に電圧Ｖを印加した場合、プリズム部
の屈折率ｎv及びプリズム部以外の部分の屈折率ｎoは、
次式で与えられる。
【００７６】
【数１３】
【００７７】ここで、ｒ33はニオブ酸リチウムの電気光
学定数、ｎeは波長６３３ｎｍの異常光に対するニオブ
酸リチウム結晶の屈折率、Ｖは印加電圧、ｄは光学基板
１１の厚さである。
学定数、ｎeは波長６３３ｎｍの異常光に対するニオブ
酸リチウム結晶の屈折率、Ｖは印加電圧、ｄは光学基板
１１の厚さである。
【００７８】上記式からもわかるように分極反転させた
部分（プリズム部）と分極反転させなかった部分（プリ
ズム部以外の部分の）の屈折率に差異が生じるため、分
極反転させた部分が一種のプリズムとして機能すること
になり、入射した光を偏向させることができる。
部分（プリズム部）と分極反転させなかった部分（プリ
ズム部以外の部分の）の屈折率に差異が生じるため、分
極反転させた部分が一種のプリズムとして機能すること
になり、入射した光を偏向させることができる。
【００７９】光学基板１１としてニオブ酸リチウム結晶
を用いて、図２と同様のプリズム部を形成し、最大偏向
角度及び解像度 を測定した。その結果、最大印加電圧
±253 V を加えたときの最大偏向角度及び解像度 は、
下記の通りであった。
を用いて、図２と同様のプリズム部を形成し、最大偏向
角度及び解像度 を測定した。その結果、最大印加電圧
±253 V を加えたときの最大偏向角度及び解像度 は、
下記の通りであった。
【００８０】最大偏向角度：３．６４゜ 解像度 ：２３０ 上記結果からもわかるように分極反転によりプリズム部
を形成した場合、同じ印加電圧に対する偏向角度、解像
度を２倍にすることができる。
を形成した場合、同じ印加電圧に対する偏向角度、解像
度を２倍にすることができる。
【００８１】尚、上記分極反転部は、ニオブ酸リチウム
結晶の分極反転させたい部分に高電圧（＞ 20 kV /mm）
を印加（電圧印加法）することにより誘起することがで
きる。又、コロナ放電法や電子ビーム描画法によっても
分極反転部を誘起することができる。
結晶の分極反転させたい部分に高電圧（＞ 20 kV /mm）
を印加（電圧印加法）することにより誘起することがで
きる。又、コロナ放電法や電子ビーム描画法によっても
分極反転部を誘起することができる。
【００８２】［電気光学材料について］上記の光学偏向
器では、電気光学材料としてニオブ酸リチウムを例にと
って説明したが、ニオブ酸タンタル、ＫＴＰ、ＰＬＺ
Ｔ、等の電気光学効果を示す材料であれば、三角形状の
電極によりプリズム部を形成する光学偏向器に同様に用
いることができる。
器では、電気光学材料としてニオブ酸リチウムを例にと
って説明したが、ニオブ酸タンタル、ＫＴＰ、ＰＬＺ
Ｔ、等の電気光学効果を示す材料であれば、三角形状の
電極によりプリズム部を形成する光学偏向器に同様に用
いることができる。
【００８３】尚、ＰＬＺＴ等の場合には、２次の電気光
学効果により屈折率が変化するため、屈折率変化量Δｎ
は下記の式で求められる。
学効果により屈折率が変化するため、屈折率変化量Δｎ
は下記の式で求められる。
【００８４】 Δｎ＝（１／２）ｎ3ｒ（Ｖ／ｄ）2・・・（２１） 又、ニオブ酸タンタル、ＫＴＰ、ＰＬＺＴ等の電気光学
効果と強誘電性を示す材料であれば、分極反転によりプ
リズム部を形成する光学偏向器に同様に用いることがで
きる。
効果と強誘電性を示す材料であれば、分極反転によりプ
リズム部を形成する光学偏向器に同様に用いることがで
きる。
【００８５】［その他］以上の光学偏向器では、光がバ
ルク結晶中を進行するものであったが、電気光学効果を
有する光学基板の表面に金属拡散、イオン交換、薄膜堆
積等によって光導波路を形成し、その光導波路を進行す
る光を上記のようにして偏向させることができる。
ルク結晶中を進行するものであったが、電気光学効果を
有する光学基板の表面に金属拡散、イオン交換、薄膜堆
積等によって光導波路を形成し、その光導波路を進行す
る光を上記のようにして偏向させることができる。
【００８６】又、以上の光学偏向器では、プリズム部の
水平断面形状が直角三角形であったが、他の三角形（例
えば、二等辺三角形、正三角形等）又は三角形以外の多
角形であってもかまわない。
水平断面形状が直角三角形であったが、他の三角形（例
えば、二等辺三角形、正三角形等）又は三角形以外の多
角形であってもかまわない。
【００８７】尚、プリズム部の水平断面形状が直角三角
形でない場合には、第４図に示すように、水平断面形状
が直角三角形のプリズム部に置き換えた場合の頂角をプ
リズム部の頂角として上記式（１６）を満足すればよ
い。ここで、水平断面形状が直角三角形のプリズム部に
置き換えた場合の頂角は、第４図（ａ）と（ｂ）に示し
たα1とα2を求め、この値を同図の式に代入することに
より求めることができる。
形でない場合には、第４図に示すように、水平断面形状
が直角三角形のプリズム部に置き換えた場合の頂角をプ
リズム部の頂角として上記式（１６）を満足すればよ
い。ここで、水平断面形状が直角三角形のプリズム部に
置き換えた場合の頂角は、第４図（ａ）と（ｂ）に示し
たα1とα2を求め、この値を同図の式に代入することに
より求めることができる。
【００８８】
【発明の効果】本発明によれば、以上に説明したように
電気光学プリズムアレイ及び電気光学偏向素子からなる
光学偏向器に於いて、良好な動作特性を得ることができ
る。
電気光学プリズムアレイ及び電気光学偏向素子からなる
光学偏向器に於いて、良好な動作特性を得ることができ
る。
【００８９】つまり、連続した光スポットを得ることが
できる電気光学プリズムアレイ及び電気光学偏向素子か
らなる光学偏向器に於いて、低い駆動電圧で大きな偏向
角度（高解像度）を得ることができる。
できる電気光学プリズムアレイ及び電気光学偏向素子か
らなる光学偏向器に於いて、低い駆動電圧で大きな偏向
角度（高解像度）を得ることができる。
【図１】電気光学効果を利用した光学偏向器を示した斜
視図である。
視図である。
【図２】本発明に係る電気光学プリズムアレイ及び電気
光学偏向素子からなる光学偏向器を示した平面図であ
る。
光学偏向素子からなる光学偏向器を示した平面図であ
る。
【図３】本発明に係る光学偏向器の偏向角度を測定する
際の光学系を示した配置図（斜視図）である。
際の光学系を示した配置図（斜視図）である。
【図４】プリズム部の水平断面形状が直角三角形でない
ときに、水平断面形状が直角三角形のプリズム部に置き
換える場合の説明図である。
ときに、水平断面形状が直角三角形のプリズム部に置き
換える場合の説明図である。
１、１１ 光学基板 ２、１２ｂ 三角電極 ３、１３ 全面電極 １２ａ プリズムアレイの三角電極 １５、１８ カップリングレンズ １６、１７ シリンドリカルレンズ １９ 光検出器
Claims (4)
- 【請求項１】 電気光学プリズムアレイと、該電気光学
プリズムアレイと光源の間に配置された電気光学偏向素
子を有する光学偏向器において、電気光学プリズムアレ
イに係るプリズム部の頂角αa及び最大屈折率変化量Δ
ｎa(max)と、電気光学偏向素子に係るプリズム部の頂角
αb及び最大屈折率変化量Δｎb(max)が、 （Δｎa(max)ｔａｎαa）／（Δｎb(max)ｔａｎαb）＞１ を満足することを特徴とする光学偏向器。 - 【請求項２】 請求項１記載の光学偏向器において、上
記プリズム部を、分極反転により形成したことを特徴と
する光学偏向器。 - 【請求項３】 請求項１又請求項２記載の光学偏向器に
おいて、上記電気光学効果を有する光学基板が、ニオブ
酸リチウム、ＰＬＺＴ、ニオブ酸タンタル又はＫＴＰか
らなることを特徴とする光学偏向器。 - 【請求項４】 請求項１又請求項２記載の光学偏向器に
おいて、上記光の進行路が光導波路であることを特徴と
する光学偏向器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9118292A JPH10307307A (ja) | 1997-05-08 | 1997-05-08 | 光学偏向器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9118292A JPH10307307A (ja) | 1997-05-08 | 1997-05-08 | 光学偏向器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10307307A true JPH10307307A (ja) | 1998-11-17 |
Family
ID=14733075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9118292A Pending JPH10307307A (ja) | 1997-05-08 | 1997-05-08 | 光学偏向器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10307307A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006284766A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Fujitsu Ltd | 光スイッチ装置およびその駆動電圧制御方法 |
| US7280718B2 (en) | 2002-06-28 | 2007-10-09 | Fujitsu Limited | Reflective adjustable optical deflector and optical device employing the same |
| JP2009192703A (ja) * | 2008-02-13 | 2009-08-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光送信器及びその光路調整方法 |
| JP2012058651A (ja) * | 2010-09-13 | 2012-03-22 | Ricoh Co Ltd | 電気光学素子及びその製造方法、並びに、電気光学素子を用いた光偏向装置 |
| JP2012194452A (ja) * | 2011-03-17 | 2012-10-11 | Ricoh Co Ltd | レーザ光スキャナ |
| JP2013044762A (ja) * | 2011-08-22 | 2013-03-04 | Ricoh Co Ltd | 電気光学素子及びその製造方法、並びに、電気光学素子を用いた光偏向装置 |
| CN118137291A (zh) * | 2024-05-07 | 2024-06-04 | 深圳市柠檬光子科技有限公司 | 激光组件、激光设备及出射角度调节方法 |
-
1997
- 1997-05-08 JP JP9118292A patent/JPH10307307A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7280718B2 (en) | 2002-06-28 | 2007-10-09 | Fujitsu Limited | Reflective adjustable optical deflector and optical device employing the same |
| JP2006284766A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Fujitsu Ltd | 光スイッチ装置およびその駆動電圧制御方法 |
| JP2009192703A (ja) * | 2008-02-13 | 2009-08-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光送信器及びその光路調整方法 |
| JP2012058651A (ja) * | 2010-09-13 | 2012-03-22 | Ricoh Co Ltd | 電気光学素子及びその製造方法、並びに、電気光学素子を用いた光偏向装置 |
| JP2012194452A (ja) * | 2011-03-17 | 2012-10-11 | Ricoh Co Ltd | レーザ光スキャナ |
| JP2013044762A (ja) * | 2011-08-22 | 2013-03-04 | Ricoh Co Ltd | 電気光学素子及びその製造方法、並びに、電気光学素子を用いた光偏向装置 |
| CN118137291A (zh) * | 2024-05-07 | 2024-06-04 | 深圳市柠檬光子科技有限公司 | 激光组件、激光设备及出射角度调节方法 |
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