JPS6128931A - 光路切換機構 - 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】 本発明は一対の電気光学結晶素子を選択的に駆動させ光
路切換を行うようにした光路切換機構に係る。

殊に本発明は上記各電気光学結晶素子を経させた各直線
偏光ビームを第１．第２切換光路上へ重畳し出射し得る
ようにして入射光ビームの略全光量を活用可としつつ、
光散乱の可及的抑制も図った光路切換機構を提供する。

従来知られているメカニカルな切換方式による光路切換
機構は製作が比較的容易で入射光量の略全量を切換光路
上へ出射させることができる利点を有する反面、可動部
を有するため切換速度に限　　　　。

界があり、可動部品の摩耗、疲労等による信頼性低下の
問題がある。これに対し、電気光学効果形光路切換機構
は可動部を全く持たず、電気光学結晶体への電圧印加に
よる偏光方向変換作用を利用するものであるため、高速
切換が自在で、メカニカルな切換方式と異なって可動部
の摩耗等による信頼性欠如の問題を生じない。

例えば上記電気光学結晶素子を使用した光路切換機構を
第１図Ａ、Ｂ図に例示する。

図に検視的に示すように、入射光ビームｌは円偏光ビー
ムであり偏光方向が直交する二つの直線偏光ビームｌａ
、ｌｂを成分としている。この入射光ビームｌの光路上
に一方の偏光方向の直線偏光ビーム１ａのみの通過を許
容する光選択用の偏光素子２が配置され、該偏光素子２
を通過した直線偏光ビーム１ａの光路上に電気光学結晶
素子３を配置し、該素子３を通過した偏光ビームの光路
上に前述した光ビームの偏光方向に応じこれを直角方向
又は直進方向に出射する偏光分離用のビームスプリッタ
−５が配置されている。

上記によって入射光ビームｌは偏光素子２に入射され、
一方の偏光方向の直線偏光ビーム１ａのみが通過を許容
されて電気光学結晶素子３に入射する。

電気光学結晶素子３には光路に平行で相対する二つの面
に電極が設けてあり、電源４に接続されている。電極面
は通過する光ビームの偏光方向に対して４５°傾斜して
いる。

第１図Ａ図に示すように上記電気光学結晶素子３に電圧
が印加されていない場合には上記光ビーム１ａはその偏
光方向が変換されることなくこれを通過し、偏光ビーム
スプリッタ−５に入射する。

偏光ビームスプリッタ−５は光ビームをその偏光方向に
応じこれを直進方向又は直角方向に出射する作用を有す
る。よって同Ａ図に示す如く偏光素子２により選択され
、電気光学結晶素子３を通過した直線偏光ビームｌａは
その偏光方向によって偏光ビームスプリッタ−５から直
角方向へ反射し出射する。

他方、第□。８図、イオよう、気光学結晶素　　　　　
　　　（子３に所定の半波長電圧を印加した場合はこれ
に゛入射・する直線偏光ビーム１ａはその通過の際、偏
光方向が９０°回転されて直線偏光ビーム１ｂに変換さ
れ、偏光ビームスプリッタ−５に入射する。

従ってこの直線偏光ビーム１ｂは同ビームスプリッタ−
５で反射されることなく直進方向に出射されることとな
る。

上記対比例より理解されるように偏光ビームスプリッタ
−５と電気光学結晶素子３の組合せにて入射光ビームの
光路を二方向に的確に切換えることができる光路切換機
構を提供できるが、反面利用される光ビーム成分が必ず
縦方向又は横方向の偏光方向を有する直線偏光ビーム１
ａ又はｌｂの何れか一方でなければ所期の光路切換えを
得ることができず、他方の直線偏光ビームは入射光から
カットし用いねばならない。

即ち上記光路切換スイッチにおいては常に入射全光量の
二分の−の光量しか活用できず、５０％の光損失を余儀
無くされるという課題を有している。

而して、本発明は上記対比例と同様、光路切換素子とし
て偏光分離用のビームスプリッタ−と、電気光学効果を
有する結晶素子を用いる電気光学効果形光路切換機構で
あって、上記対比例の課題である光損失の問題を極めて
簡素な光回路構成で的確に解消すべく開発されたもので
あり、同時に光散乱の原因を可及的に取り除き、各切換
光路上へ安定な光切換信号出力が出射されるようにした
ものである。

第２図に示すように仮想方形の対角線上に前記直角分光
形の一対の第１．第２偏光ビームスプリッタ−５Ａ、５
Ｂを配する。第１偏光ビームスプリッタ−５Ａは入射光
ビームｌをその成分たる直線偏光ビームｌａ、ｌｂの偏
光方向に応じ直進方向（第１光路８Ａ上）と直角方向（
第２光路８Ｂ上）に分離し出射する機能を有する。即ち
第１偏光ビームスプリッタ−５Ａは上記仮想方形の直角
をなす隣接する二辺に沿う光路上に偏光方向の異なる直
線偏光ビームｌａ、ｌｂを出射する。

又第２偏光ビームスプリツタ−５Ｂは直角方向から夫々
入射した直線偏光ビームｌａ、ｌｂを重畳し第１切換光
路９Ａ又は第２切換光路９Ｂ上へ出射する機能を有する
。即ち、第２偏光ビームスプリッタ−，５Ｂは上記仮想
方形の他の直角をなす隣接する二辺に沿う光路から入射
する直線偏光ビームを該二辺の延長上の各切換光路上へ
出射する。

更に上記仮想方形の他の対角線上に第１光反射素子（例
えばプリズム）６Ａと第２光反射素子（例えばプリズム
）６Ｂを配する。第１光反射素子６Ａは第１偏光ビーム
スプリッタ−５Ａから第１光路８Ａ上へ出射せる一方の
光ビームを上記第２偏光ビームスプリッタ−５Ｂへ向は
直角方向へ転向する機能を有しくこの直角転向光路な８
Ａ’と称する）、第２光反射素子６Ｂは第１偏光ビーム
スプリッタ−５Ａから上記第２光路８Ｂ上へ出射せる他
方の光ビームを上記第２偏光ビームスプリッタ−５Ｂへ
向は直角方向に転向する機能を有する（この直角転向光
路を８Ｂ’と称する）。

説明上光路８Ａと８Ａ’を第１光路、光路８Ｂと８Ｂ’
を第２光路と称する。第１偏光ビームスプリッタ−５Ａ
から第２偏光ビームスプリッタ−５Ｂへ至る第１光路８
Ａ　、　８Ａ　’と第２光路８Ｂ　、　８Ｂ　’とは上
記説明から理解されるように図示の如き方形軌跡を呈す
る。

更に上記第１偏光ビームスプリッタ−５Ａと第１光反射
素子６Ａ間の光路８Ａ上に第１電気光学結晶素子３Ａを
配すると共に、第２光反射素子６Ａと第２偏光ビームス
プリッタ−５Ｂ間の上記光路８Ａと平行な光路８Ｂ’上
に第２電気光学結晶素子３Ｂを配する。

第１．第２電気光学結晶素子３Ａ　、３Ｂは第１図に基
き説明した如く光路に平行で相対する二つの面に電極が
設けてあり、該電極を４５°傾は電源（図示せず）に接
続されており、電圧が印加されていない場合には入射す
る直線偏光ビームの偏光方向を変換させることなく直進
させ、電圧が印加されている場合にはこれを通過する直
線偏光ビームの偏光方向を９０°回転し出射させる機能
を有する。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　！上記の如き電気光学効果を有する結
晶素子としては単結晶のニオゾ酸すチュウム及び多結晶
の透明セラミック（ＰＬＺＴ）がある、殊に二次電気光
学効果を有する透明セラミックは電気光学効果が大きく
低電圧駆動できる点で、光路切換用の素子として適して
いる。

更に上記第１偏光ビームスプリッタ−５Ａと第２光反射
素子６Ｂ間の光路８Ｂ上に２分の１波長板７を配する。

この２分の１波長板７は入射する直線偏光ビームの偏光
方向を常に変換し出射する機能を有し、上記第２光路上
に配することによって第１偏光ビームスプリッタ−５Ａ
から出射する直線偏光ビーム１ｂの偏光方向を変換し上
記第２電気光学結晶素子３Ｂへ供する。

従って２分の１波長板７の出射光側に第２電気光学結晶
素子３Ｂが配置されれば、両者が第２光路８Ｂ上、又は
同８Ｂ’上に配置されてもよい。

又上記２分の１波長板７は第１偏光ビームスプリッタ−
５Ａから出射する直線偏光ビームｌａ又は１ｂの何れか
一方の偏光方向を変換し１、一方の電気光学結晶素子に
供する如く配すれば良く、図示しないが他側として第１
偏光ビームスプリ７ター５Ａから出射する直線偏光ビー
ム１ａの偏光方向を変換する如く配しても実施可能であ
る。この場合前記と同様に２分の１波長板７の出射光側
に第１電気光学結晶体３Ａを配する。

上記の如く２分の１波長板７は第１偏光ビームスプリッ
タ−５Ａから出射する一方の直線偏光ビーム、例えばｌ
ｂの偏光方向を変換し、第１偏光ビームスプリッタ−５
Ａから出射する他方の直線偏光ビームｌａと偏光方向を
同一にし一方の電気光学結晶素子３Ｂに供する。

第１．第２電気光学結晶素子３Ａ　、３Ｂは伺れか一方
が選択的に駆動され偏光方向が変換される。従って第１
．第２電気光学結晶素子３Ａ。

３Ｂから第２偏光ビームスプリッタ−５Ｂへ供される直
線偏光ビームは一方が縦方向の偏光方向を有する直線偏
光ビームである時は他方は横方向の偏光方向を有する直
線偏光ビームであり、他方が縦方向の偏光方向を有する
直線偏光ビームである時は一方は横方向の偏光方向を有
する直線偏光ビームである。

斯くして第１．第２電気光学結晶素子３Ａ。

３Ｂの何れか一方を選択的に作動（電圧印加）させるこ
とにより何れを作動させたかに応じ入射光ビーム１の略
全量を出射光ビーム１′として禽２偏光ビームスプリッ
タ−５Ｂの第１切換光路９Ａ上又は第２切換光路９Ｂ上
へ出射させることができる。これを第１電気光学結晶素
子３Ａに電圧印加した場合（第３図）と、第２電気光学
結晶素子３Ｂに電圧印加した場合に区別して説明すれば
以下の通りである。先ず第３図に付き説明する。

入射光ビームｌは第１偏光ビームスプリッタ−５Ａから
直線偏光ビーム１ａと同１ｂに分離され出射される。第
２光路８Ｂ上へ出射される横方向の偏光方向を有する直
線偏光ビームｉｂは２分の１波長板７を通過することに
よって偏光方向が９０°回転され、縦方向の偏光方向を
有する直線偏光ビームｌａに変換され第２電気光学結晶
素子３Ｂに入射される。従って第１．第２電気光学結晶
素子３Ａ、３Ｂへ入射される光ビームは共に偏光方向が
同一め直線偏光ビームｌａ、ｌａであ２分の１波長板７
を通過した直線偏光ビームｌａは第２電気光学結晶素子
３Ｂに電圧が印加されていないため偏光方向が変換され
ることなくこれを通過し、第２偏光ビームスプリッタ−
５Ｂに入射され、直進方向（第１切換光路９Ａ上）へ出
射される。

他方、第１偏光ビームスプリッタ−５Ａから光路８Ａ上
へ出射する直線偏光ビーム１ａは第１電気光学結晶素子
３Ａに電圧が印加されているため、偏光方向が９０°回
転され直線偏光ビーム１ｂに変換されてこれを出射し第
２偏光ビームスプリッタ−５Ｂに入射され、直角方向（
第１切換光路９Ａ上）へ出射される。こめ結果、第１偏
光ビームスプリッタ−５Ａで分離された直線偏光ビーム
ｌａ、ｌｂは重畳され第１切換光路９Ａ上へ出射される
こととなる。即ち、入射光ビームｌの略全を 量が出射光ビーム１′として第１切換光路９Ａ上へ出射
され、光損失のない光路切換が可能である。

又第１．第２電気光学結晶素子３Ａ、３Ｂは一方３Ａの
みをＯＮすれば良いから、双方ＯＮに比べ光散乱の原因
が二分の−となる。

次に第２電気光学結晶素子３Ｂに電圧印加した場合に付
き、第４図に基き説明する。

前記と同様、第１．第２電気光学結晶素子３Ａ、３Ｂへ
入射される光ビームは共に偏光方向が同一の直線偏光ビ
ームｌａ、ｌａである。

２分の１波長板７を通過した縦方向の偏光方向を有する
直線偏光ビームｌａは第２電気光学結晶素子３Ｂに電圧
が印加されているため偏光方向が９０°回転され、横方
向の偏光方向を有する直線偏光ビーム１ｂに変換されこ
れを出射し、第２偏光ビームスプリッタ−５Ｂに入射さ
れ、直角方向（第２切換光路９Ｂ上）へ出射される。他
方第１偏光ビームスプリッタ−５Ａから光路８Ａ上へ出
射する直線偏光ビームｌａは第１電気光学結晶素子３Ａ
に電圧が印加されていないため、偏光方向が変換されず
にこれを通過し第２偏光ビームスプリッタ−５Ｂに入射
され、直進方向（第２切換光路９Ｂ上）へ出射される。

この結果、第１偏光ビームスプリッタ−５Ａで分離され
た直線偏光ビームｌａ、ｌｂは終局的に重畳され第２切
換光路９Ｂ上へ出射されることとなる。即ち、入射光ビ
ームｌの略全量、が出射光ビーム１′として第１切換光
路９Ｂ上へ出射される。即ち光損失のない光路切換が可
能である。又第１．第２電気光学結晶素子３Ａ、３Ｂは
一方３ＢにみＯＮすれば良いから、双方ＯＮに比べ光散
乱の原因が二分の−となる。

例えば第２図において、２分の１波長板７を用いず、第
１．第２電気光学結晶素子３Ａ、３Ｂを同時にＯＮ又は
ＯＦＦさせても入射光ビームの光量の略全量の活用が可
能であるが、双方ＯＮの場合ノイズ（光散乱）の原因は
二倍に増加する。又結晶素子３Ａ　、３Ｂが双方ＯＦＦ
の場合はノイズの原因は解消されるが、双方ＯＮの場合
と双方ＯＦＦの場合の光出力のバランスが著しくくずれ
ることとなる。

本発明においては、前記の如き配置で２分の１波長板７
を併用することにより、第１．第２１１ｔ気光学結晶素
子３Ａ、３Ｂの何れか一方を選択的にＯＮすれば良いか
らノイズを二分の−に軽減し、しかも第１．第２切換光
路９Ａ、９Ｂ上への光出力は全くバランスのとれたもの
となる。

本発明は上記効果を果しつつ、入射光量の略全量を出射
光量（光切換信号）として活用可能な光路切換機構を提
供できる。

以上説明した実施例は切換機構における光入射素子及び
光出射素子として偏光方向に応じ直進と直角方向へ分離
出射する直角分光形の偏光ビームスプリッタ−を用いた
が、本発明の実施には同光入射素子光出射素子が光成分
の偏光方向に応じて二方向へ分離し出射する偏光分離機
能を有するものであれば、上記直角分光形に拘束される
ものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ、Ｂ図は本発明と対比される電気光学効果形光
路切換機構を素子配列を以って示す切換動作を説明する
斜視図、第２図は本発明に係る光路切換機構の一実施例
を素子配列を以って示す平面図、第３図は光路の一方向
切換動作を説明する同光路切換機構斜視図、第４図は光
路の他方向切換動作を説明する同光路切換機構斜視図、
である。 ｌ・・・入射光ビーム、１ａ、ｌｂ・・・直線偏光ビー
ム、３Ａ・・・第１電気光学結晶素子、３Ｂ・・・第２
電気光学結晶素子、５Ａ・・・第１偏光ビームスプリッ
タ−，５Ｂ・・・第２偏光ビームスプリッタ−５６Ａ・
・・第１光反射素子、６Ｂ・・・第２光反射素子、７・
・・２分の１波長板、８Ａ、８Ａ’・・・第１光路、８
Ｂ　、　８Ｂ　’・・・第２光路、９Ａ・・・第１切換
光路、９Ｂ・・・第２切換光路。 手続補正書 昭和５９年９り／♂日 昭和５９年　特　許　願第１５００９０号２・発明の名
称　光路切換機構 ３、　補正をする者 事件との関係　　特　許　出　願　人 ４、　代　　理　　人　　　〒１４４ ６、補正により増加する発明の数 ７、補正の対象　明細書の特許請求の範囲及び発明の詳
細な説明の各欄 （１）明細書の特許請求の範囲を別紙「記」の通り補正
する。 （２）同号９頁第１３行目の「従って・・・」から同第
１０頁第１０行目の「・・・供する。」までの説明を削
除し、同所に［前述の如く２分の１波長板７は第１光路
８Ａ、８Ａ’又は第２光路８　Ｂ　、　８　Ｂ’上に配
置せられ、同光路上を通過する何れか一方の直線偏光ビ
ームの偏光方向を常に変換する作用を果し、同光路上で
あればその設置位置を電気光学結晶素子の前又は後に配
置することによって同作用が得られる。」の畠峨１７１
Ｄ＞’、杉。 「　記　」（特許請求の範囲） 「入射光ビームを光成分の偏光方向に応じて第１光路と
第２光路へ分離し出射する第１偏光ビームスプリッタ−
と、第１光路又は第２光路の何れか一方に配置せられ直
線偏光ビームの一方を他方の直線偏光ビームと偏光方向
を同一にする２分の１波長板と、オｌ光路及び、ｔ２光
路の夫々に設けられ選択的な電圧印加にて通過する直線
偏光ビームの偏光方向を転換する電気光学結晶素子と、
第１光路と第２光路から得らｈる両直線偏光ビームを夫
々光成分の偏光方向に応じて第１切換光路と第２切換光
路上へ選択的に重畳し出射する第２偏光ビームスプリッ
タ−とから成ることを特徴とする光路！換装置。」

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入射光ビームを光成分の偏光方向に応じて第１光路と第
   ２光路へ分離し出射する第１偏光ビームスプリッターを
   通過させ、該第１偏光ビームスプリッターから第１光路
   上へ出射する直線偏光ビームと第２光路上へ出射する直
   線偏光ビームの何れかを２分の１波長板を通過させて上
   記第１偏光ビームスプリッターから出射する他方の直線
   偏光ビームと偏光方向を同一にし、該偏光方向が同一な
   両直線偏光ビームを各々別々の電気光学結晶素子を通過
   させ、再電気光学結晶素子の何れか一方への選択的な電
   圧印加にて両電気光学結晶素子を通過する何れか一方の
   直線偏光ビームの偏光方向を転換する構成とし、両偏光
   方向が転換された直線偏光ビームと偏光方向が転換され
   ない直線偏光ビームを夫々光成分の偏光方向に応じて第
   １切換光路と第２切換光路上へ選択的に出射する第２偏
   光ビームスプリッターを通過させ、よって上記偏光方向
   を転換させる直線偏光ビームの選択により上記両直線偏
   光ビームを第１切換光路上又は第２切換光路上の何れか
   へ重畳し出射する構成としたことを特徴とする光路切換
   装置。