合成開口光偏向素子
【課題】均一に厚い結晶を作製することが困難な電気光学結晶を用いる場合であっても、入射光のスポットサイズを大きくすることが可能な光デバイスを提供すること。
【解決手段】本発明の一実施形態に係る光デバイスは、電極２３ａ、２３ｂが形成されたＫＴＮ２１と、電極２４ａ、２４ｂが形成されたＫＴＮ２２と、ＫＴＮ２１とＫＴＮ２２の間に設けられた樹脂２５とを備えている。この樹脂２５は、入射光２６に対して不透明な材料である。
【解決手段】本発明の一実施形態に係る光デバイスは、電極２３ａ、２３ｂが形成されたＫＴＮ２１と、電極２４ａ、２４ｂが形成されたＫＴＮ２２と、ＫＴＮ２１とＫＴＮ２２の間に設けられた樹脂２５とを備えている。この樹脂２５は、入射光２６に対して不透明な材料である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光デバイスに関し、より詳細には、電気光学効果を有する電気光学結晶を用いた光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、プロジェクターをはじめとする映像機器、レーザプリンタ、高分解能な共焦点顕微鏡、バーコードリーダ等において、レーザ光を偏向するための光制御素子に対する要求が高まっている。光を偏向する技術として、ポリゴンミラーを回転させる技術、ガルバノミラーにより光の偏向方向を制御する技術、音響光学効果を利用した光回折技術、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）と呼ばれるマイクロマシーン技術が提案されている。
【０００３】
ポリゴンミラーは、多面体の形状を有するミラーを機械的に回転させ、レーザ光の反射方向を連続的に変化させて光を偏向させる。このポリゴンミラーを用いた方法が、レーザプリンタのレーザ光の偏向に利用されている。しかしながら、ポリゴンミラーを用いた方法は、機械的な回転を利用しているため、回転速度に制限がある。すなわち、ポリゴンミラーは、１００００ｒｐｍ以上の回転数を得ることは困難とされており、高速動作が必要な応用には適さない。よって、ポリゴンミラーの回転速度の制限は、プリンタの印刷速度の高速化においてボトルネックとなっている。プリンタの印刷速度をさらに向上させるためには、より高速な光偏向技術が求められる。
【０００４】
また、ガルバノミラーは、レーザ光を偏向走査するレーザスキャナ等に利用されている。従来の実用的なガルバノミラーは、例えば、磁界中に配置する可動コイルの代わりになる可動鉄片と、その周囲に２つの永久磁石と４つの磁極を設けた磁性体とにより構成された磁路を有する。この磁性体に巻回した駆動コイルに流す電流の大小及び方向によって、磁極間の磁束を変化させることにより、可動鉄片を介して反射鏡を揺動させ、レーザ光を偏向走査する。ガルバノミラーを用いた方法は、ポリゴンミラーよりも高速な動作が可能である。しかし、従来のガルバノミラーは、駆動コイルが機械巻き等であることから、小型化することが難しい。従って、ガルバノミラーを用いたレーザスキャニングシステム、およびこのシステムを用いるレーザ応用機器のより一層の小型化が難しい。また、消費電力が大きい。さらに、ＭＨｚ単位の周期で高速動作させることができない。
【０００５】
さらに、音響光学効果を利用した光回折型の光偏向器が実用化されている。しかし、この光回折型の光偏向器を用いた方法は、消費電力が大きく、小型化が困難である。また、大きい偏向角を得たり、高速動作を行うことが難しい。また、ＭＥＭＳを用いた方法は、光偏向素子として微細なミラーを静電的に駆動するため、数十μｓｅｃの応答が限界である。
【０００６】
このような課題を解決する技術として、電気光学結晶を用いた技術が提案されている。この電気光学結晶を用いた技術は、電気光学結晶の電極に電圧を印加して、電気光学効果によりビームを偏向させるものであるこの結果、数μｓｅｃ以下の高速応答が可能になる。
【０００７】
特許文献１には、上記電気光学結晶を用いた光偏向器が開示されている。
【０００８】
図１（ａ）は、特許文献１に記載された従来の光偏向器の構成を示す側面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す光変調器の光の入射側から見た正面図である。図１（ａ）および（ｂ）において、電気光学結晶であるＫＴＮ（ＫＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１））１１の対向する面にそれぞれ正極１２と負極１３とが形成されている。ビーム径（以下、「スポットサイズ」とも呼ぶ）Φである入射光１４がＫＴＮ１１に入射すると、該光は電圧の印加により正極１２と負極１３との間に生じる電界によって偏向され、入射光１４の光軸から偏向角θで偏向された出射光１５となる。
【０００９】
すなわち、特許文献１においては、電気光学結晶であるＫＴＮ１１に電圧を印加することにより、ＫＴＮの内部に空間電荷を生じさせ、入射光１４の光軸に対して垂直な断面に電界の傾斜を生じさせる。この電界の傾斜を制御することにより、光偏向器の光の偏向を制御している。
【００１０】
このような光偏向器では、Φｔａｎθというパラメータを大きくすることが好ましい。
ここで、はＫＴＮ偏向器に入射可能なビーム径であり、θは最大偏向半角である。ＫＴＮ偏向器に正負両極性で電圧印加する場合には，偏向可能な全角度は２θである。パラメータ“Φtanθ”は解像点数を示す指標である。ＫＴＮ偏向器の出射端から距離ｆの位置に、焦点距離ｆの凸レンズを置いたとする。ＫＴＮ偏向器から出射したコリメート光は、出射端から２ｆの位置で集光されることになるが、そのスポットサイズは、波長をλとして概ね2λf／Φで表され、集光点は2f tanθが移動範囲となる。すなわち、移動範囲をスポット径で割った値、Φtanθ／λが、解像点数を表すことになる。λは必要な波長が用途によって変わるが、波長に依存しないΦtanθをＫＴＮ偏向器に関わる指標として採用している。
【００１１】
【特許文献１】国際公開第２００６／１３７４０８号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
以上から明らかなように、光の偏向技術においては、電気光学効果を有する電気光学結晶を用いる方式が有力であるが、この方式であっても、より良好に偏向させるためには、まだ改善しなければならない課題が残されている。特に、Φｔａｎθをより大きくすることが望まれているが、従来では、電気光学結晶としてＫＴＮやＫＬＴＮ（Ｋ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１））を用いる場合、入射できる光のスポットサイズΦに限界があり、Φｔａｎθを大きくするにも限界があった。
【００１３】
ＫＴＮやＫＬＴＮは、成長の際に、温度ゆらぎ等の影響で、厚さ方向に組成のゆらぎが生じやすい材料であり、厚さを大きくした結晶を作製するのが非常に困難な材料である。よって、ＫＴＮやＫＬＴＮは、均一に厚い結晶を得るのが非常に困難なのである。すなわち、結晶の成長方向と垂直方向には均一に大きな結晶を作製することができるが、結晶の成長方向には、上記ゆらぎの影響などにより、均一に大きくすることが困難となる。
【００１４】
従って、図１（ｂ）に示されるように、ＫＴＮ１１の厚さｌ１には限界があるので、光を偏向させるための領域となるＫＴＮ１１に入射できる光のスポットサイズΦにも大きさの限界がある。よって、上記Φｔａｎθを大きくするのが困難となるのである。よって、大きなスポットサイズの光も入射可能な光偏向器が望まれている。
【００１５】
さて、ＫＴＮやＫＬＴＮは、その２次の電気光学効果が大きいことから、光変調器に用いることも期待されている。
【００１６】
このことは、ＫＴＮやＫＬＴＮに限らず、均一に厚い結晶を作製することが困難な電気光学材料には全て該当することである。
【００１７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、均一に厚い結晶を作製することが困難な電気光学結晶を用いる場合であっても、入射光のスポットサイズを大きくすることが可能な分解能に優れた光デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
このような目的を達成するために、請求項１記載の発明は、光デバイスであって、電気光学効果を有する第１の電気光学結晶であって、該第１の電気光学結晶の厚さ方向と垂直な第１の面に第１の電極が形成され、該第１の面と対向する第２の面に第２の電極が形成された第１の電気光学結晶と、電気光学効果を有する第２の電気光学結晶であって、該第２の電気光学結晶の厚さ方向と垂直な第１の面に第３の電極が形成され、該第１の面と対向する第２の面に第４の電極が形成された第２の電気光学結晶と、前記第１の電気光学結晶と前記第２の電気光学結晶との間に設けられた、前記光デバイスの動作波長の入射光を前記光デバイスの出射面から出射しない部材であって、前記第１の電極および第２の電極の一方と、前記第３の電極および第４の電極の一方との間に設けられた部材とを備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１の電気光学結晶と第２の電気光学結晶の厚さは等しいことを特徴とする。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１の電極および第２の電極が形成された第１の電気光学結晶と、前記第３の電極および第４の電極が形成された第２の電気光学結晶とは、並列まては直列に電気接続されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、光デバイスであって、対向する２つの面にそれぞれ電極が形成された２Ｍ個（Ｍは自然数）の電気光学結晶と、前記光デバイスの出射面から、該出射面と対向する入射面から入射した光を出射しない、２Ｍ−１個の部材とを備え、前記電気光学結晶の結晶の厚さ方向に沿って、２Ｍ−１個の前記部材のうち１個の部材の上面に２Ｍ個の前記電気光学結晶のうちの第１の電気光学結晶が設けられ、前記１個の部材の下面に２Ｍ個の前記電気光学結晶の第２の電気光学結晶が設けられ、前記第１の電気光学結晶および前記第２の電気光学結晶を起点として、前記１個の部材の上下方向に、前記部材と前記電気光学結晶の順に前記部材と前記電気光学結晶とが設けられ、前記１個の部材から前記上方向に沿ったｋ番目（ｋはＭ−１以下の自然数）の部材の厚さと前記１個の部材の下方向に沿ったｋ番目の部材の厚さとが等しく、前記第１の電気光学結晶から前記上方向に沿ったｋ番目の電気光学結晶の厚さと前記第２の電気光学結晶から前記下方向に沿ったｋ番目の電気光学結晶の厚さとが等しいことを特徴とする。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、２Ｍ個の前記電気光学結晶の電極が並列または直列に電気接続されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、光デバイスであって、電気光学効果を有する第１の電気光学結晶と、電気光学効果を有する第２の電気光学結晶と、前記第１の電気光学結晶と前記第２の電気光学結晶との間に設けられた、前記光デバイスの動作波長の入射光を前記光デバイスの出射面から出射しないような処理を施された金属とを備えることを特徴とする。
【００２４】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記電気光学結晶は、ＫＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１）、またはＫ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）であることを特徴とする。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、半波長板の前後に請求項１乃至７のいずれかに記載の光デバイスを電気光学結晶の軸が直交するように配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、少なくとも２つの電気光学結晶を用い、該２つの電気光学結晶の間に、光デバイスの動作波長の入射光を前記光デバイスの出射面から出射しない部材を設けているので、上記２つの電気光学結晶が、均一に厚い結晶を作製することが困難な場合であっても、均一領域の結晶を直結して、入射光のスポットサイズを大きくすることが可能である。これにより、開口数を大きくすることができ、光デバイスの分解能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２８】
本発明の一実施形態に係る光デバイスでは、ＫＴＮやＫＬＴＮ等の電気光学効果を有する電気光学結晶をＮ個（Ｎは、２以上の整数であり、かつ偶数）用い、Ｎ個の電気光学結晶を、厚さ方向が揃うように重ねて配置し、かつそれぞれの電気光学結晶の間には、上記光デバイスの動作波長を有する入射光に対して衝立として機能する材料（部材）を配置して、複数の電気光学結晶からなる合成開口を形成している。
【００２９】
なお、本明細書において、「厚さ方向」とは、光偏向器や光変調器等の光デバイスに用いる電気光学結晶の厚さ方向であり、「厚さ」とは、該電気光学結晶の厚さである。該電気光学結晶が成長により作製される場合は、厚さ方向は、結晶を作製する際の、該結晶の成長方向を指し、厚さは、電気光学結晶の厚さ方向における長さを指す。
【００３０】
本発明の一実施形態によれば、光デバイスを構成する電気光学結晶の１つ１つが均一であれば、それら１つ１つの厚さが小さくても、それらの間に衝立として機能する材料を挟むようにして積層させるので、光デバイスの全体の厚さを均一な状態で大きくすることができる。すなわち、均一な結晶作製を考慮して厚さを厚くできなかった電気光学結晶を用いる場合でも、それらをＮ個用いて合成開口を形成するので、該合成開口は、１つの電気光学結晶の開口よりも大きくなる。よって、該光デバイスに入射する入射光のスポットサイズも大きくすることができる。
【００３１】
さて、本発明の一実施形態では、光デバイスの厚さをかせぐためにＮ個の電気光学結晶を重ねるようにしているが、各電気光学結晶を接続する領域が存在するが、この領域は電気光学結晶ではないので、電気光学結晶の不連続領域となる。従って、入射光のうちこの不連続領域に入射した光は、入射光のうち電気光学結晶に入射した光のように所定の作用（光偏向器の場合は偏向、光変調器の場合は変調）を受けずに出射する、または受けたとしても上記作用と異なる作用を受けて出射されるので望ましくない。しかしながら、本発明の一実施形態では、上記不連続領域を、衝立として機能する材料にしているので、該不連続領域に入射した光の出射を抑えることができる。よって、光デバイスからは望まれた光のみを出射することができるようになる。
【００３２】
さらに、本発明の一実施形態にて重要なことは、本発明の光デバイスの出射光の強度分布の中心部分の強度を略ゼロにし、かつ該強度分布を左右対称にすることである。このようにすることで、上記出射光をレンズ等の集光手段にて集光した光のビーム幅の広がりを抑えることができ、良好に集光することができる。
【００３３】
本発明の一実施形態では、上記衝立として機能する材料を配置するので、光デバイスから出射した光強度分布には強度が略ゼロになる領域が存在することになるが、この強度が略ゼロになる領域の出現位置は、光デバイスの入射面における、衝立として機能する材料と入射光の入射位置との位置関係によって相対的に決まる。本発明では、強度が略ゼロになる領域を、上記強度分布の中心部分に少なくとも位置させる必要があるが、合成開口を形成するための電気光学結晶の数Ｎを偶数とすることで、光デバイスの厚さ方向における真ん中には、上記衝立として機能する材料が位置することになり、入射光の中心を、該真ん中に位置する衝立として機能する材料の厚さ方向の中心にくるようにして入射光を入射することにより、簡単に上記強度分布を有する出射光を得ることができる。
【００３４】
また、電気光学結晶の数Ｎを４個以上にする場合は、上記真ん中に位置する衝立として機能する材料から、厚さ方向に沿った第１の方向における電気光学結晶と衝立として機能する材料との配置の仕方と、該厚さ方向に沿った第１の方向と逆方向である第２の方向における電気光学結晶と衝立として機能する材料との配置の仕方とを同じにすることによって、光デバイスの出射光の強度分布を左右対称にすることができる。
【００３５】
なお、本発明の一実施形態では、上記衝立として機能する材料としては、例えば、動作波長の入射光に対して不透明な材料（例えば、耐圧特性の高い樹脂、エポキシ、カーボンブラック等）、動作波長の入射光をマスキングするための処理を施した材料（例えば、入射光を吸収する材料が塗布された金属等）等が挙げられる。すなわち、上記衝立として機能する材料は、ある面から入射した入射光を、上記ある面と対向した面から出射しない性質を持った材料、または該出射を起こさないような処理を施された材料であればいずれの材料を用いても良い。
【００３６】
さて、本発明の一実施形態は、上述のように、光デバイスに用いる電気光学結晶として、電気光学結晶の厚さを均一に大きくすることが困難な材料を用いる場合に、入射光のスポットサイズを大きくしたい場合に特に有効である。
【００３７】
このような結晶の厚さを大きくすることが困難な材料としては、例えば、ＫＴＮ（ＫＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１））やＫＬＴＮ（Ｋ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１））が挙げられる。
【００３８】
上記ＫＴＮ、ＫＬＴＮは、電界を結晶軸方向に印加すると、大きな二次の電気光学効果を示す。その値は（１２００〜８０００ｐｍ／Ｖ）であり、１次の電気光学効果を有する材料であるＬｉＮＯ３（ＬＮ）の有する非線形定数３０ｐｍ／Ｖに比べて著しく大きい。さらに、ＫＴＮ、ＫＬＴＮは、ＴａとＮｂの組成比を変化させることにより、常誘電性から強誘電性への相転移温度を、ほぼ絶対零度から４００℃まで変化させることが可能である。従って、温度コントローラを用いなくても、動作温度を室温等、所望に設定することができる。このように、ＫＴＮやＫＬＴＮは、光変調器に対して好ましい材料である。
【００３９】
また、ＫＴＮやＫＬＴＮは、電圧印加によって電子が注入されることにより電界傾斜が発生するので、屈折率の変化量に傾斜を生じさせることができ、光の光軸に対して垂直な断面上の光の進行速度分布に傾斜を生じさせることができる。よって、ＫＴＮやＫＬＴＮを伝搬する光の進行方向を、屈折率の変化に応じて連続的に変化させることができ、偏向角を累積することができる。このように、ＫＴＮやＫＬＴＮは、光偏向器に対しても好ましい材料である。
【００４０】
このように、ＫＴＮやＫＬＴＮは、光デバイスとして用いるのに非常に有効であるが、均一に厚い結晶を得るのが非常に困難であり、良好な出力を得つつ入射光のスポットサイズを大きくすることが困難となる。
【００４１】
しかしながら、本発明の一実施形態によれば、ＫＴＮやＫＬＴＮの厚さが薄くても、入射光のスポットサイズを大きくすることができる。すなわち、上述のような合成開口を形成することにより、光デバイスの開口を大きくすることができ、分解能を向上させることができる。
【００４２】
（第１の実施形態）
図２は、本実施形態に係る光偏向器の側面図である。図２において、符号２０は、ＫＴＮ２１、樹脂２５、およびＫＴＮ２２によって形成された合成開口を有する光偏向器である。ＫＴＮ２１の厚さ方向に垂直な第１の面には、電極２３ａが形成されており、該第１の面に対向する第２の面には電極２３ｂが形成されている。ＫＴＮ２２の厚さ方向に垂直な第１の面には、電極２４ａが形成されており、該第１の面に対向する第２の面には電極２４ｂが形成されている。ＫＴＮ２１の厚さｌ３とＫＴＮ２２の厚さｌ４とは等しい。
【００４３】
本実施形態では、光偏向器２０は、ＫＴＮ２１、２２に対してキュリー転移温度近傍などの所定温度で動作させるために、温度コントローラを備えることができる。温度コントローラは、例えば、ペルチェ素子やヒータを用いれば良い。
【００４４】
電極２３ｂと電極２４ａとの間には、厚さｌ５である、入射光２６に対して不透明な樹脂２５が形成されている。この樹脂２５は、空気の絶縁破壊を回避するために耐電圧性が高いのが好ましい。また、樹脂２５は、入射光２６の波長に応じて決定すれば良く、用いる入射光２６に対して不透明である材料であればいずれの材料を用いても良い。
【００４５】
ＫＴＮ２１とＫＴＮ２２との間に設けられた樹脂２５は、光変調器２０の動作波長の入射光２６を光偏向器２０の出射面（光偏向器２０の、出射光２７ａ、２７ｂが出射される面）から出射しない部材、すなわち、入射光２６に対する衝立として機能する。
【００４６】
また、本発明の一実施形態において、各電極の材料は、電気光学結晶の電気伝導に寄与するキャリアに対してオーミック接触する材料からなり、例えば、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｓｅ、Ｃｓ、Ｒｂ、Ｋ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎａ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｙ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｍｇ、Ａｓ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｔａ、Ｐｂ、Ａｇ、Ａｌ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｂ、Ｈｇ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｔｅ、Ｒｅ、Ｂｅ、Ｒｈのいずれかとすることができるが、これらに限定されるものではない。
【００４７】
本実施形態では、誘電体であるＫＴＮ２１を電極２３ａと電極２３ｂとにより挟んでいるのでコンデンサ（第１のコンデンサと呼ぶ）を形成することになる。同様に、誘電体であるＫＴＮ２２を電極２４ａと電極２４ｂとにより挟んでいるのでコンデンサ（第２のコンデンサと呼ぶ）を形成することになる。本実施形態では、第１のコンデンサと第２のコンデンサとを並列に接続するように各電気接続を確立する。図２に示した光偏向器の電気接続の模式図を図３に示す。
【００４８】
図３では、図２に示す光変調器は、交流電源３１に接続されている。電極付ＫＴＮ２１と電極付ＫＴＮ２２とは並列に接続されているので、電極２３ａと電極２４ａとが交流電源３１の一方の端子に接続され、電極２３ｂと電極２４ｂとが交流電源３１の他方の端子に接続されている。
【００４９】
ＫＴＮ２１および２２は、その作製の困難性から均一性を保ちながら厚さｌ３、ｌ４を厚くするには限界がある。従って、ＫＴＮ２１、２２単体では、その開口の大きさにも限界あり、大きなスポットサイズの入射光２６には対応できない。これに対して、本実施形態では、ＫＴＮ２１とＫＴＮ２２とを重ねるようにして光偏向器２０の開口を大きくしている。このとき、ＫＴＮ２１とＫＴＮ２２とは別個の結晶であるので、ＫＴＮ２１とＫＴＮ２２とを重ね合わせる領域に不連続領域が生じる。本実施形態では、この不連続部分を、光偏向器２０の出射光の強度分布のピーク位置にくるようにし、かつ不連続部分を樹脂２５として不連続部分の光を遮断するようにしているので、上記光偏向器２０の出射光をレンズ等によって集光した際に、ビーム幅の広がりを抑えてガウス状に集光することができる。また、入射光２６のうち、不連続部分である樹脂２５に入射した光は、該樹脂２５から出射しないので、必要な光である出射光２７ａ、２７ｂのみを得ることができる。
【００５０】
このように、本実施形態では、出射光を良好なものに保ちながら、光偏向器２０の厚さとしてｌ２＝ｌ３＋ｌ４＋ｌ５＋α（電極２３ｂ、２４ａの厚さ）を得ることができ、大きなスポットサイズを有する入射光２６にも対応することができる。
【００５１】
このような構成において、入射光２６の、ＫＴＮ２１への入射面積と、ＫＴＮ２２への入射面積とが等しくなるように入射光２６を光偏向器２０の側面から入射する。本実施形態では、電極２３ｂと電極２４ａとの厚さを同じにすれば、樹脂２５の入射面の厚さ方向における中心に、入射光２６の中心がくるように入射することにより、上記入射を簡単に実現することができる。
【００５２】
このとき、各電極に電圧を印加して入射光を偏向させる。すなわち、電圧印加により電極２３ａと電極２３ｂとの間に生じた電界傾斜によって、入射光２６のＫＴＮ２１を通過する部分は偏向され、入射光２６の光軸に対して所定の偏向角で偏向した出射光２７ａとなって出射する。同様に、電圧印加により電極２４ａと電極２４ｂとの間に生じた電界傾斜によって、入射光２６のＫＴＮ２２を通過する部分も偏向され、上記偏向角で偏向した出射光２７ｂとなって出射する。入射光２６のうち、樹脂２５に入射した部分は、出射されない。
【００５３】
このようにして光偏向器２０から出射した直後の出射光２７ａ、２７ｂの強度分布を図４に示す。図４において、符号４１は、光偏向器２０から出射した直後の強度プロファイルである。符号４２は、比較のためのものであり、光偏向器に用いるＫＴＮを、光偏向器２０と同一の厚さで単一のＫＴＮであるとして計算した強度プロファイルである。上述のように、樹脂２５が入射光２６に対する衝立として機能することにより、強度プロファイル４１において、中心部分に、強度が略ゼロの領域４３が形成されている。さらに、ＫＴＮ２１への入射面積と、ＫＴＮ２２への入射面積とが等しくなるように入射光２６を入射しているので、強度プロファイル４１の左右は対称となっている。
【００５４】
本実施形態では、偶数である２つのＫＴＮ２１，２２を用い、これらの間に樹脂２５を配置しているので、合成開口の中心部分に樹脂２５を配置することになる。該中心に位置する樹脂２５の厚さ方向の中心に入射光２６の中心を合わせるように入射光２６を入射することで、簡単に強度プロファイル４１を得ることができる。
【００５５】
強度プロファイル４１を有する出射光２７ａ、２７ｂは、レンズ２８によって集光される。この集光した光の強度分布を図５（ａ）に示す。
図５（ａ）において、符号５１は、光偏向器２０からの出射光２７ａ、２７ｂをレンズ２８によって集光した光の強度プロファイルである。符号５２は、比較のためのものであり、光偏向器２０と同一の厚さで単一のＫＴＮから出射した光（出射光２７ａ、２７ｂと同一の波長）をレンズ２８によって集光したとして計算した強度プロファイルである。強度プロファイル５１には、メインピーク５３、およびサイドロープ５４が見られるが、レンズ２８の後にピンホールを配置するなどすることにより、サイドロープ５４は簡単に除去することができる。
【００５６】
図５（ｂ）は、光偏向器２０の後段にピンホールを配置した構成を示す図である。図５（ｂ）において、ピンホールが形成された遮光板５６がレンズ２８の後段に配置されている。上記ピンホールは、サイドロープ５４を切り、メインピーク５３の光のみを透過させるためのものである。従って、上記ピンホールを、レンズ２８から集光される光のうち、サイドロープ５４が遮光されるように配置する。
【００５７】
図５（ａ）から分かるように、本実施形態によれば、するどく立った強度プロファイル５１を得ることができ、光偏向器２０からの出射光２７ａ、２７ｂを良好に集光することができる。
【００５８】
すなわち、本実施形態では、強度プロファイル４１の真ん中に強度が略ゼロの領域４３が位置するようにしているので、サイドロープ５４と、メインピーク５３とを良好に分離することができ、集光した光のビーム幅の広がりを抑えることができる。
【００５９】
ここで、図６に示すように、光偏向器２０から出射した直後の強度分布において、強度が略ゼロの領域が真ん中に無い場合は、図７に示すように、集光した光の強度分布において、サイドロープとメインピークとが一体化するようになり、集光した光のビーム幅が広がってしまい、入射光のビーム変化となる。図７において、符号７０は、図６に示す強度分布の出射光を集光した際の強度プロファイルである。
【００６０】
本実施形態のように、光偏向器２０の出射光の強度分布において、中心部分の強度を略ゼロにすることによって、サイドロープ５４とメインピーク５３との一体化を抑えることができ、メインピーク５３の半値幅を小さくし、良好に集光した光を得ることができる。
【００６１】
このように、本実施形態では、入射光２６に対する衝立として機能する樹脂２５は、入射光２６のスポットサイズを大きくする観点からすると、光偏向器２０の厚さをかせぐための部材として機能し、良好に集光させるという観点からすると、サイドロープ５４とメインピーク５３とを良好に分離させ、集光した光のビーム幅の広がりを抑えるように機能する。
【００６２】
なお、入射光２６の光源としてフェムト秒レーザを用い２光子吸収励起をおこす場合は、光の強度をさらに２乗にするので、図８に示すように、レンズ２８によって集光された光の強度分布において、サイドロープ５３の影響を小さくすることができる。
【００６３】
なお、本実施形態では、ＫＴＮ２１の厚さｌ３とＫＴＮ２２の厚さｌ４とを等しくしているが、異なるようにしても良い。これは、本実施形態では、２つのＫＴＮ２１、２２の間に樹脂２５を配置する構成であるので、ＫＴＮ２１、２２の一方の厚さが薄い場合であっても、薄い方からはみ出ないように入射光２６を入射すれば、その出射光の強度分布は、図４に示すように左右対称となるからである。
【００６４】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、電極が形成されたＫＴＮ等の電気光学結晶を並列に電気接続を行う形態について説明した。しかしながら、本発明では、電気光学結晶に対する電極の配置の仕方、電気接続の仕方は本質ではない。本発明では、スポットサイズを大きくするために、電気光学結晶を衝立として機能する材料を挟むことによって、厚さをかせぐことが重要であり、かつ出射光の強度分布の真ん中の部分では強度をほぼゼロにし、該強度分布を左右対称にすることが重要となる。従って、電気接続は並列に限らず、直列に接続しても、あるいは電気光学結晶毎に外部電源を接続するようにしても良い。
【００６５】
本実施形態では、電極が形成された電気光学結晶（コンデンサ）を直列に接続する形態について説明する。なお、本実施形態における作用、効果は第１の実施形態と同様なので省略する。
【００６６】
図９は、本実施形態に係る光偏向器の側面図である。図９において、符号９０は、ＫＴＮ９１、樹脂９５、およびＫＴＮ９２によって形成された合成開口を有する光偏向器である。ＫＴＮ９１の厚さ方向に垂直な第１の面には、電極９３ａが形成されており、該第１の面に対向する第２の面には電極９３ｂが形成されている。ＫＴＮ９２の厚さ方向に垂直な第１の面には、電極９４ａが形成されており、該第１の面に対向する第２の面には電極９４ｂが形成されている。電極９３ｂと電極９４ａとは電気配線９６によって電気的に接続され、電極９３ａが交流電源（不図示）の一方の端子に接続され、電極９４ｂが上記交流電源の他方の端子に接続されている。
【００６７】
本実施形態では、光偏向器９０は、ＫＴＮ９１、９２に対してキュリー転移温度近傍などの所定温度で動作させるために、温度コントローラを備えることができる。温度コントローラは、例えば、ペルチェ素子やヒータを用いれば良い。
【００６８】
本実施形態では、誘電体であるＫＴＮ９１を電極９３ａと電極９３ｂとにより挟んでいるのでコンデンサ（第３のコンデンサと呼ぶ）を形成することになる。同様に、誘電体であるＫＴＮ９２を電極９４ａと電極９４ｂとにより挟んでいるのでコンデンサ（第４のコンデンサと呼ぶ）を形成することになる。本実施形態では、上述のように電極９３ｂと電極９４ａとを電気配線９６によって電気接続しているので、第３のコンデンサと第４のコンデンサとが直列接続されることになる。
【００６９】
また、他の例として、図９において電極９３ｂ、樹脂９５、電極９４ａの代わりに、光偏向器９０への入射光９７に対するマスキング処理（入射光９７を透過させないようにする処理）を施した金属を用いても良い。このような形態を図１０に示す。
【００７０】
図１０において、符号１００は、ＫＴＮ９１、金属１０１、およびＫＴＮ９２によって形成された合成開口を有する光偏向器である。図１０では、ＫＴＮ９１の第２の面と、ＫＴＮ９２の第１の面との間に、光偏向器１００の入射光９７に対するマスキング処理が施された金属１０１が設けられている。
【００７１】
上記マスキング処理としては、限定ではないが、例えば、入射光９７を吸収する塗料を金属１０１に塗布する、金属１０１の入射光９７の入射面をミラー構造にして金属１０１に入射する光を反射させるようにする等、入射光９７のうち、金属１０１に入射した光を光偏向器１００の出射面から出射しないようにできればいずれの処理であっても良い。このようなマスキング処理を施すことにより、金属１０１は、入射光９７に対して衝立として機能することになる。
【００７２】
図１０の構成において、金属１０１がＫＴＮ９１、９２の双方に対して電極として機能する。すなわち、電極９３ａと金属１０１とによりＫＴＮ９１を挟むことにより、第５のコンデンサが形成されることになり、金属１０１と電極９４ｂとによりＫＴＮ９２を挟むことにより、第６のコンデンサが形成されることになる。そして、金属１０１は、第５のコンデンサ、第６のコンデンサのそれぞれに共通に用いられることになるので、第５のコンデンサと第６のコンデンサとは直列に接続されることになる。
【００７３】
（第３の実施形態）
第１および第２の実施形態では、電気光学結晶の数が２個の場合の光デバイスの例について説明したが、電気光学結晶の数は２個に限定されるものではなく、総数が２個以上の偶数個であればいずれの個数であっても良い。
【００７４】
図１１は、電気光学結晶としてのＫＴＮを４つ用いる場合の光偏向器の構成を示す図である。図１１に示す光偏向器１１０は、電極付ＫＴＮ（コンデンサ）を直列接続する形態である。よって、図９に示した光偏向器をベースに説明する。ただし、図１１では、電極９３ａおよび電極９４ｂは、外部電源に接続されていない。
【００７５】
図１１において、樹脂９５からＫＴＮ９１に向った第１の厚さ方向に向って、電極９３ａから順に樹脂１１１、および厚さ方向に垂直な第１の面に電極１１４ａが形成され、該第１の面に対向する第２の面に電極１１４ｂが形成されたＫＴＮ１１３が設けられている。すなわち、隣り合う電気光学結晶であるＫＴＮ９１とＫＴＮ１１３との間に樹脂１１１が形成されている。電極９３ａと電極１１４ｂとは電気配線１１７によって電気的に接続されており、電極１１４ａは、外部電源（不図示）の一方の端子に接続されている。
【００７６】
一方、樹脂９５からＫＴＮ９２に向った第２の厚さ方向（第１の厚さ方向とは逆方向）に向って、電極９４ｂから順に樹脂１１２、および厚さ方向に垂直な第１の面に電極１１６ａが形成され、該第１の面に対向する第２の面に電極１１６ｂが形成されたＫＴＮ１１５が設けられている。すなわち、隣り合う電気光学結晶であるＫＴＮ９２とＫＴＮ１１５との間に樹脂１１２が形成されている。電極９４ｂと電極１１６ａとは電気配線１１８によって電気的に接続されており、電極１１６ｂは、上記外部電源の他方の端子に接続されている。
【００７７】
本発明では、上述したように、光偏向器１１０からの出射光の強度分布が左右対称になることが重要である。そのために、ＫＴＮ９１の厚さｌ６とＫＴＮ９２の厚さｌ７とを等しくし、樹脂１１１の厚さｌ８と樹脂１１２の厚さｌ９とを等しくし、ＫＴＮ１１３の厚さｌ１０とＫＴＮ１１５の厚さｌ１１とを等しくしている。このような関係を満たせば、厚さｌ６（＝ｌ７）、厚さｌ８（＝ｌ９）、厚さｌ１０（＝ｌ１１）はいずれの厚さであっても良い。
【００７８】
このように、本実施形態では、光偏向器に用いるＫＴＮの数に制限は無く、２個以上の偶数であればいずれの数であっても良い。
【００７９】
また、本実施形態では、電気光学結晶を４つ以上用いる場合について、電極付のＫＴＮを直列に接続する形態について説明したが、電気接続の方法はこれに限定されるものではなく、第１の実施形態で説明したような並列接続であっても良いし、電極付のＫＴＮのそれぞれに別個の電源を接続しても良い。また、第２の実施形態で説明した、入射光に対するマスキング処理を施した金属を用いる形態にも、本実施形態にて説明した電気光学結晶を４つ以上用いる場合を適用できることは言うまでも無い。
【００８０】
本発明では、電気接続の仕方に本質があるのではなく、望まれた出射光のみを出射し、該出射光を良好に集光しつつ、スポットサイズの大きな入射光にも対応可能にするために、少なくとも２つ以上であり、かつ総計が偶数の電気光学結晶を用い、それぞれの電気光学結晶の間に、入射光に対して不透明な部材、またはそうなるように処理された部材（入射光に対して衝立として機能する材料）を設けることである。
【００８１】
本発明では、スポットサイズの大きい入射光にも対応可能にするため、電極が形成された、ＫＴＮやＫＬＴＮ等の電気光学結晶を少なくとも２つ用い、隣り合う電気光学結晶の間に衝立として機能する材料を挿入する。すなわち、本発明に係る光デバイスは、対向する２つの面にそれぞれ電極が形成された２Ｍ個（Ｍは自然数）の電気光学結晶と、２Ｍ−１個の衝立として機能する材料（上記光デバイスの出射面から、該出射面と対向する入射面から入射した光を出射しない）を備えるものである。
【００８２】
図１６は、本実施形態に係る、２Ｍ個の電気光学結晶と２Ｍ−１個の衝立として機能する材料とを備える光偏向器の側面図である。図１６において、２Ｍ個の電極付きの電気光学結晶のうち、第１の電気光学結晶１６２ａと第２の電気光学結晶１６２ｂとをそれら厚さ方向が一致するように重ね、かつ上記２つの電気光学結晶の間に、２Ｍ−１個の衝立として機能する材料の１個である衝立として機能する材料１６１を挿入する。
【００８３】
そして、本実施形態のように、電気光学結晶を４つ以上用いる場合は、衝立として機能する材料１６１から第１の電気光学結晶１６２ａに向った第１の方向（電気光学結晶の厚さ方向の上方向）に沿って、該第１の電気光学結晶１６１ａから、衝立として機能する材料および対向する２つの面にそれぞれ電極が形成された電気光学結晶の順番で、Ｍ−１個の衝立として機能する材料と、Ｍ−１個の電気光学結晶とが設けられている。よって、最も外側には、Ｍ個目の電気光学結晶が位置することになる。
【００８４】
また、衝立として機能する材料１６１から第２の電気光学結晶１６２ｂに向った第２の方向（電気光学結晶の厚さ方向の下方向）に沿って、該第２の電気光学結晶１６２から、衝立として機能する材料および対向する２つの面にそれぞれ電極が形成された電気光学結晶の順番で、Ｍ−１個の衝立として機能する材料と、Ｍ−１個の電気光学結晶とが設けられている。よって、最も外側には、Ｍ個目の電気光学結晶が位置することになる。
【００８５】
このように、２Ｍ−１個の衝立として機能する材料の１個である材料１６１の上下方向にそれぞれ、電気光学結晶と衝立として機能する材料との順でＭ個の電気光学結晶とＭ−１個の衝立として機能する材料が設けられている。
【００８６】
すなわち、衝立として機能する材料１６１の上方向の面には第1の電気光学結晶１６２ａが設けられ、該第１の電気光学結晶１６２ａから上方向に沿って衝立として機能する材料と電気光学結晶とが交互に配置されている。従って、第１の電気光学結晶１６２ａを起点としてｋ番目（ｋはＭ−１以下の自然数）の電気光学結晶は、電気光学結晶１６４ａとなり、上記上方向に沿った最も外側の電気光学結晶がＭ−１番目の電気光学結晶である電気光学結晶１６６ａとなる。また、衝立として機能する材料１６１を起点としてｋ番目の衝立として機能する材料は、材料１６３ａとなり、上記上方向に沿った最も外側の衝立として機能する材料は、Ｍ−１番目の衝立として機能する材料である材料１６５ａとなる。
【００８７】
一方、衝立として機能する材料１６１の下方向の面には第２の電気光学結晶１６２ｂが設けられ、該第２の電気光学結晶１６２ｂから下方向に沿って衝立として機能する材料と電気光学結晶とが交互に配置されている。従って、第２の電気光学結晶１６２ｂを起点としてｋ番目の電気光学結晶は、電気光学結晶１６４ｂとなり、上記下方向に沿った最も外側の電気光学結晶がＭ−１番目の電気光学結晶である電気光学結晶１６６ｂとなる。また、衝立として機能する材料１６１を起点としてｋ番目の衝立として機能する材料は、材料１６３ｂとなり、上記下方向に沿った最も外側の衝立として機能する材料は、Ｍ−１番目の衝立として機能する材料である材料１６５ｂとなる。
【００８８】
さらに、衝立として機能する材料１６１から上記上方向に沿ったｋ番目の衝立として機能する材料１６３ａの厚さと、衝立として機能する材料１６１から上記下方向に沿ったｋ番目の衝立として機能する材料１６３ｂの厚さとは等しい。同様に、第1の電気光学結晶１６２ａから上記上方向に沿ったｋ番目の電気光学結晶１６４ａの厚さと、第２の電気光学結晶１６２ｂから上記下方向に沿ったｋ番目の電気光学結晶１６４ｂの厚さとは等しい。
【００８９】
本実施形態では、電気光学結晶を２個以上の偶数個用いているので、光デバイスの厚さ方向の中心には必ず衝立として機能する材料が位置することになり、さらに、各電気光学結晶の厚さおよび衝立として機能する材料の厚さを上述の関係を満たすようにしているので、光デバイスの厚さ方向の中心から上下対称の構成を得ることができ、簡単に出射光の強度分布を左右対称にすることができる。すなわち、上述のように光デバイスの厚さ方向の中心が、対称となるように配置された電気光学結晶と衝立として機能する材料の配置の中心になるので、上記厚さ方向の中心に入射光の中心を合わせるように入射光を入射することで、強度分布が左右対称であり、かつ中心部分の強度が略ゼロの強度分布（例えば、図４や後述する図１２（ｂ）〜（ｄ）に示す強度分布）を有する出射光を簡単に得ることができる。
【００９０】
図１２（ａ）〜（ｄ）は、電極付のＫＴＮの数を変化させた場合の光デバイスの出射光の強度分布を示す図である。図１２（ａ）は、本発明の合成開口を形成しない、電極付のＫＴＮの数が１個の場合の強度分布を示す図である。図１２（ｂ）は、電極付のＫＴＮの数が２個の場合の強度分布を示す図であり、図１２（ｃ）は、電極付のＫＴＮの数が４個の場合の強度分布を示す図であり、図１２（ｄ）は、電極付のＫＴＮの数が８個の場合の強度分布を示す図であり、図１２（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれ、本発明の合成開口を形成する場合の強度分布を示す図である。なお、図１２（ｂ）〜（ｄ）の各場合において、光の利用効率（入射光のうちどれだけ出射されたか）を全て５０％に統一している。
【００９１】
図１２（ｂ）〜（ｄ）に示す各個数の場合において、用いるＫＴＮの厚さ、および衝立として機能する材料の厚さを等しくしている。よって、図１２（ｂ）〜図１２（ｄ）に示すように、各強度分布の中心部分の強度は略ゼロとなり、かつ左右対称となる強度分布が得ることができる。
【００９２】
図１２（ａ）〜（ｄ）に示す強度分布を有する出射光を、レンズ等によって集光した際の強度分布を図１３に示す。図１３において、符号１３１は、図１２（ｂ）に示す強度分布を有する光を集光した光の強度プロファイルであり、符号１３２は、図１２（ｃ）に示す強度分布を有する光を集光した光の強度プロファイルであり、符号１３３は、図１２（ｃ）に示す強度分布を有する光を集光した光の強度プロファイルである。
【００９３】
なお、図１３において、合成開口を形成しない、電極付ＫＴＮ１個により構成された光デバイスから出射した光の強度分布である、図１２（ａ）の強度分布を有する光を集光した光の強度プロファイルは、強度プロファイル１３１〜１３３のそれぞれのメインピークに重なっている。また、図１２（ａ）の強度分布を有する光を集光した光の強度プロファイルでは、サブピークは見られない。
【００９４】
一方、強度プロファイル１３１〜１３３から分かるように、電極付のＫＴＮの数がいずれであっても、サイドロープは出現するが、メインピークは鋭く立っており、ガウス状に集光させることができる。
【００９５】
また、図１３から分かるように、電極付のＫＴＮの数を変えても、メインピークの強度とサイドロープの強度との強度比は、ほぼ一定である。よって、本実施形態では、図１４からも分かるようにメインピークの強度は、あくまで光の利用効率で決まるものである。
【００９６】
ここで、“「利用効率」とは、本実施形態の光偏向器への入射光に対してどれだけ出射したかを示すものであり、１−（出射光量／入射光量）によって求めることができる。
【００９７】
図１４は、本実施形態に係る光デバイスから出射した光を集光した際の強度分布に出現する、サイドロープとメインピークとの強度比の光利用効率依存性を示す図である。図１３において、強度プロファイル１３１〜１３３に示されるように、サイドロープの位置は利用する電極付のＫＴＮの数に伴って変化しているが、各強度プロファイルにおけるサイドロープのピーク強度は変化していない。しかしながら、図１４から分かるように、サイドロープのメインピークに対する強度比は、光の利用効率が高いほど（衝立として機能する材料の厚さが薄いほど）小さくなっている。従って、光の利用効率が高いほど、すなわち、衝立として機能する材料の厚さが薄いほど、集光後の光の強度プロファイルを元のビームプロファイルに近いガウス状にすることができる。
【００９８】
（第４の実施形態）
図１５は、本実施形態に係る、二次元偏向を行うための光偏向器の構成を示す模式図である。図１５では、光を偏向する領域として、図１１に示した光偏向器１１０を用いるが、本実施形態では光偏向器１１０を２つ用いるので、該２つを区別するために便宜上、光偏向器１１０を、光偏向器１１０ａおよび光偏向器１１０ｂとして記載する。
【００９９】
図１５において、光偏向器１１０ａと光偏向器１１０ｂとの間には、１／２波長板１５１が配置されている。本実施形態では、光偏向器１１０ａおよび光偏向器１１０ｂがそれぞれ入射した光を偏向するが、二次元偏向を実現するために、光偏向器１１０ａの厚さ方向（光偏向器１１０ａに配置された電極（図１５では不図示）の配置方向）と、光偏向器１１０ｂの厚さ方向（光偏向器１１０ｂに配置された電極（図１５では不図示）の配置方向）とを９０度回転させている。
【０１００】
このような構成において、入射光１５２が光偏向器１１０ａに入射すると、該光偏向器１１０ａにて所定の角度で偏向して出射され、該出射光は、１／２波長板１５１に入射する。該入射光は、１／２波長板１５１にて偏光方向を９０度回転し、後段の光偏光器１１０ｂに入射する。該入射光は、光偏向器１１０ｂにて、上記光偏向器１１０ａにおける偏向方向と垂直の方向に偏向し、出射光（偏向光）１５３として光偏向器１１０ｂから出射する。
【０１０１】
このように、本実施形態によれば、光偏向器１１０ａおよび１１０ｂに印加する電圧を所望に応じて設定することにより、出射光１５３を、入射光１５２に対して、所定の２次元の方向に偏向することができる高分解能な偏向器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】（ａ）は、従来の光偏向器の構成を示す側面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す光変調器の光の入射側から見た正面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る光偏向器の側面図である。
【図３】図２に示す光偏向器の電気接続の様子を示す模式図である。
【図４】図２に示す光偏向器から出射光の強度分布を示す図である。
【図５】（ａ）は、図４に示す強度分布を有する出射光を集光した際の強度分布を示す図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るピンホール付光偏向器の構成を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態の比較のための強度分布を示す図である。
【図７】図６に示す強度分布を有する出射光を集光した際の強度分布を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る、２光子吸収励起をおこした場合の、図４に示す強度分布を有する出射光を集光した際の強度分布を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る光偏向器の側面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る光偏向器の側面図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る光偏向器の側面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る光デバイスのうち、用いる電極付の電気光学結晶の数を変えた場合の出射光の強度分布を示す図である。
【図１３】図１２（ａ）〜（ｄ）に示した強度分布の光を集光した際の強度分布を示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係る光デバイスから出射した光を集光した際の強度分布に出現する、サイドロープとメインピークとの強度比の光利用効率依存性を示す図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係る、二次元光偏向器の構成を示す模式図である。
【図１６】本発明の一実施形態に係る、２Ｍ個の電気光学結晶と２Ｍ−１個の衝立として機能する材料とを備える光偏向器の側面図である。
【符号の説明】
【０１０３】
２０、９０、１１０ 光偏向器
２１、２２、９１、９２、１１３、１１５ ＫＴＮ
２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ、９３ａ、９３ｂ、９４ａ、９４ｂ、１１４ａ、１１４ｂ、１１６ａ、１１６ｂ 電極
２５、９５、１１１、１１２ 樹脂
２６、９７ 入射光
２７ａ、２７ｂ 出射光
５６ ピンホール
２８ レンズ
９６、１１７、１１８ 電気配線
１０１ 金属
１６１、１６３ａ、１６３ｂ、１６５ａ、１６５ｂ 衝立として機能する材料
１６２ａ、１６２ｂ、１６４ａ、１６４ｂ、１６６ａ、１６６ｂ 電気光学結晶
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光デバイスに関し、より詳細には、電気光学効果を有する電気光学結晶を用いた光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、プロジェクターをはじめとする映像機器、レーザプリンタ、高分解能な共焦点顕微鏡、バーコードリーダ等において、レーザ光を偏向するための光制御素子に対する要求が高まっている。光を偏向する技術として、ポリゴンミラーを回転させる技術、ガルバノミラーにより光の偏向方向を制御する技術、音響光学効果を利用した光回折技術、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）と呼ばれるマイクロマシーン技術が提案されている。
【０００３】
ポリゴンミラーは、多面体の形状を有するミラーを機械的に回転させ、レーザ光の反射方向を連続的に変化させて光を偏向させる。このポリゴンミラーを用いた方法が、レーザプリンタのレーザ光の偏向に利用されている。しかしながら、ポリゴンミラーを用いた方法は、機械的な回転を利用しているため、回転速度に制限がある。すなわち、ポリゴンミラーは、１００００ｒｐｍ以上の回転数を得ることは困難とされており、高速動作が必要な応用には適さない。よって、ポリゴンミラーの回転速度の制限は、プリンタの印刷速度の高速化においてボトルネックとなっている。プリンタの印刷速度をさらに向上させるためには、より高速な光偏向技術が求められる。
【０００４】
また、ガルバノミラーは、レーザ光を偏向走査するレーザスキャナ等に利用されている。従来の実用的なガルバノミラーは、例えば、磁界中に配置する可動コイルの代わりになる可動鉄片と、その周囲に２つの永久磁石と４つの磁極を設けた磁性体とにより構成された磁路を有する。この磁性体に巻回した駆動コイルに流す電流の大小及び方向によって、磁極間の磁束を変化させることにより、可動鉄片を介して反射鏡を揺動させ、レーザ光を偏向走査する。ガルバノミラーを用いた方法は、ポリゴンミラーよりも高速な動作が可能である。しかし、従来のガルバノミラーは、駆動コイルが機械巻き等であることから、小型化することが難しい。従って、ガルバノミラーを用いたレーザスキャニングシステム、およびこのシステムを用いるレーザ応用機器のより一層の小型化が難しい。また、消費電力が大きい。さらに、ＭＨｚ単位の周期で高速動作させることができない。
【０００５】
さらに、音響光学効果を利用した光回折型の光偏向器が実用化されている。しかし、この光回折型の光偏向器を用いた方法は、消費電力が大きく、小型化が困難である。また、大きい偏向角を得たり、高速動作を行うことが難しい。また、ＭＥＭＳを用いた方法は、光偏向素子として微細なミラーを静電的に駆動するため、数十μｓｅｃの応答が限界である。
【０００６】
このような課題を解決する技術として、電気光学結晶を用いた技術が提案されている。この電気光学結晶を用いた技術は、電気光学結晶の電極に電圧を印加して、電気光学効果によりビームを偏向させるものであるこの結果、数μｓｅｃ以下の高速応答が可能になる。
【０００７】
特許文献１には、上記電気光学結晶を用いた光偏向器が開示されている。
【０００８】
図１（ａ）は、特許文献１に記載された従来の光偏向器の構成を示す側面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す光変調器の光の入射側から見た正面図である。図１（ａ）および（ｂ）において、電気光学結晶であるＫＴＮ（ＫＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１））１１の対向する面にそれぞれ正極１２と負極１３とが形成されている。ビーム径（以下、「スポットサイズ」とも呼ぶ）Φである入射光１４がＫＴＮ１１に入射すると、該光は電圧の印加により正極１２と負極１３との間に生じる電界によって偏向され、入射光１４の光軸から偏向角θで偏向された出射光１５となる。
【０００９】
すなわち、特許文献１においては、電気光学結晶であるＫＴＮ１１に電圧を印加することにより、ＫＴＮの内部に空間電荷を生じさせ、入射光１４の光軸に対して垂直な断面に電界の傾斜を生じさせる。この電界の傾斜を制御することにより、光偏向器の光の偏向を制御している。
【００１０】
このような光偏向器では、Φｔａｎθというパラメータを大きくすることが好ましい。
ここで、はＫＴＮ偏向器に入射可能なビーム径であり、θは最大偏向半角である。ＫＴＮ偏向器に正負両極性で電圧印加する場合には，偏向可能な全角度は２θである。パラメータ“Φtanθ”は解像点数を示す指標である。ＫＴＮ偏向器の出射端から距離ｆの位置に、焦点距離ｆの凸レンズを置いたとする。ＫＴＮ偏向器から出射したコリメート光は、出射端から２ｆの位置で集光されることになるが、そのスポットサイズは、波長をλとして概ね2λf／Φで表され、集光点は2f tanθが移動範囲となる。すなわち、移動範囲をスポット径で割った値、Φtanθ／λが、解像点数を表すことになる。λは必要な波長が用途によって変わるが、波長に依存しないΦtanθをＫＴＮ偏向器に関わる指標として採用している。
【００１１】
【特許文献１】国際公開第２００６／１３７４０８号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
以上から明らかなように、光の偏向技術においては、電気光学効果を有する電気光学結晶を用いる方式が有力であるが、この方式であっても、より良好に偏向させるためには、まだ改善しなければならない課題が残されている。特に、Φｔａｎθをより大きくすることが望まれているが、従来では、電気光学結晶としてＫＴＮやＫＬＴＮ（Ｋ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１））を用いる場合、入射できる光のスポットサイズΦに限界があり、Φｔａｎθを大きくするにも限界があった。
【００１３】
ＫＴＮやＫＬＴＮは、成長の際に、温度ゆらぎ等の影響で、厚さ方向に組成のゆらぎが生じやすい材料であり、厚さを大きくした結晶を作製するのが非常に困難な材料である。よって、ＫＴＮやＫＬＴＮは、均一に厚い結晶を得るのが非常に困難なのである。すなわち、結晶の成長方向と垂直方向には均一に大きな結晶を作製することができるが、結晶の成長方向には、上記ゆらぎの影響などにより、均一に大きくすることが困難となる。
【００１４】
従って、図１（ｂ）に示されるように、ＫＴＮ１１の厚さｌ１には限界があるので、光を偏向させるための領域となるＫＴＮ１１に入射できる光のスポットサイズΦにも大きさの限界がある。よって、上記Φｔａｎθを大きくするのが困難となるのである。よって、大きなスポットサイズの光も入射可能な光偏向器が望まれている。
【００１５】
さて、ＫＴＮやＫＬＴＮは、その２次の電気光学効果が大きいことから、光変調器に用いることも期待されている。
【００１６】
このことは、ＫＴＮやＫＬＴＮに限らず、均一に厚い結晶を作製することが困難な電気光学材料には全て該当することである。
【００１７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、均一に厚い結晶を作製することが困難な電気光学結晶を用いる場合であっても、入射光のスポットサイズを大きくすることが可能な分解能に優れた光デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
このような目的を達成するために、請求項１記載の発明は、光デバイスであって、電気光学効果を有する第１の電気光学結晶であって、該第１の電気光学結晶の厚さ方向と垂直な第１の面に第１の電極が形成され、該第１の面と対向する第２の面に第２の電極が形成された第１の電気光学結晶と、電気光学効果を有する第２の電気光学結晶であって、該第２の電気光学結晶の厚さ方向と垂直な第１の面に第３の電極が形成され、該第１の面と対向する第２の面に第４の電極が形成された第２の電気光学結晶と、前記第１の電気光学結晶と前記第２の電気光学結晶との間に設けられた、前記光デバイスの動作波長の入射光を前記光デバイスの出射面から出射しない部材であって、前記第１の電極および第２の電極の一方と、前記第３の電極および第４の電極の一方との間に設けられた部材とを備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１の電気光学結晶と第２の電気光学結晶の厚さは等しいことを特徴とする。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１の電極および第２の電極が形成された第１の電気光学結晶と、前記第３の電極および第４の電極が形成された第２の電気光学結晶とは、並列まては直列に電気接続されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、光デバイスであって、対向する２つの面にそれぞれ電極が形成された２Ｍ個（Ｍは自然数）の電気光学結晶と、前記光デバイスの出射面から、該出射面と対向する入射面から入射した光を出射しない、２Ｍ−１個の部材とを備え、前記電気光学結晶の結晶の厚さ方向に沿って、２Ｍ−１個の前記部材のうち１個の部材の上面に２Ｍ個の前記電気光学結晶のうちの第１の電気光学結晶が設けられ、前記１個の部材の下面に２Ｍ個の前記電気光学結晶の第２の電気光学結晶が設けられ、前記第１の電気光学結晶および前記第２の電気光学結晶を起点として、前記１個の部材の上下方向に、前記部材と前記電気光学結晶の順に前記部材と前記電気光学結晶とが設けられ、前記１個の部材から前記上方向に沿ったｋ番目（ｋはＭ−１以下の自然数）の部材の厚さと前記１個の部材の下方向に沿ったｋ番目の部材の厚さとが等しく、前記第１の電気光学結晶から前記上方向に沿ったｋ番目の電気光学結晶の厚さと前記第２の電気光学結晶から前記下方向に沿ったｋ番目の電気光学結晶の厚さとが等しいことを特徴とする。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、２Ｍ個の前記電気光学結晶の電極が並列または直列に電気接続されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、光デバイスであって、電気光学効果を有する第１の電気光学結晶と、電気光学効果を有する第２の電気光学結晶と、前記第１の電気光学結晶と前記第２の電気光学結晶との間に設けられた、前記光デバイスの動作波長の入射光を前記光デバイスの出射面から出射しないような処理を施された金属とを備えることを特徴とする。
【００２４】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記電気光学結晶は、ＫＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１）、またはＫ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）であることを特徴とする。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、半波長板の前後に請求項１乃至７のいずれかに記載の光デバイスを電気光学結晶の軸が直交するように配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、少なくとも２つの電気光学結晶を用い、該２つの電気光学結晶の間に、光デバイスの動作波長の入射光を前記光デバイスの出射面から出射しない部材を設けているので、上記２つの電気光学結晶が、均一に厚い結晶を作製することが困難な場合であっても、均一領域の結晶を直結して、入射光のスポットサイズを大きくすることが可能である。これにより、開口数を大きくすることができ、光デバイスの分解能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２８】
本発明の一実施形態に係る光デバイスでは、ＫＴＮやＫＬＴＮ等の電気光学効果を有する電気光学結晶をＮ個（Ｎは、２以上の整数であり、かつ偶数）用い、Ｎ個の電気光学結晶を、厚さ方向が揃うように重ねて配置し、かつそれぞれの電気光学結晶の間には、上記光デバイスの動作波長を有する入射光に対して衝立として機能する材料（部材）を配置して、複数の電気光学結晶からなる合成開口を形成している。
【００２９】
なお、本明細書において、「厚さ方向」とは、光偏向器や光変調器等の光デバイスに用いる電気光学結晶の厚さ方向であり、「厚さ」とは、該電気光学結晶の厚さである。該電気光学結晶が成長により作製される場合は、厚さ方向は、結晶を作製する際の、該結晶の成長方向を指し、厚さは、電気光学結晶の厚さ方向における長さを指す。
【００３０】
本発明の一実施形態によれば、光デバイスを構成する電気光学結晶の１つ１つが均一であれば、それら１つ１つの厚さが小さくても、それらの間に衝立として機能する材料を挟むようにして積層させるので、光デバイスの全体の厚さを均一な状態で大きくすることができる。すなわち、均一な結晶作製を考慮して厚さを厚くできなかった電気光学結晶を用いる場合でも、それらをＮ個用いて合成開口を形成するので、該合成開口は、１つの電気光学結晶の開口よりも大きくなる。よって、該光デバイスに入射する入射光のスポットサイズも大きくすることができる。
【００３１】
さて、本発明の一実施形態では、光デバイスの厚さをかせぐためにＮ個の電気光学結晶を重ねるようにしているが、各電気光学結晶を接続する領域が存在するが、この領域は電気光学結晶ではないので、電気光学結晶の不連続領域となる。従って、入射光のうちこの不連続領域に入射した光は、入射光のうち電気光学結晶に入射した光のように所定の作用（光偏向器の場合は偏向、光変調器の場合は変調）を受けずに出射する、または受けたとしても上記作用と異なる作用を受けて出射されるので望ましくない。しかしながら、本発明の一実施形態では、上記不連続領域を、衝立として機能する材料にしているので、該不連続領域に入射した光の出射を抑えることができる。よって、光デバイスからは望まれた光のみを出射することができるようになる。
【００３２】
さらに、本発明の一実施形態にて重要なことは、本発明の光デバイスの出射光の強度分布の中心部分の強度を略ゼロにし、かつ該強度分布を左右対称にすることである。このようにすることで、上記出射光をレンズ等の集光手段にて集光した光のビーム幅の広がりを抑えることができ、良好に集光することができる。
【００３３】
本発明の一実施形態では、上記衝立として機能する材料を配置するので、光デバイスから出射した光強度分布には強度が略ゼロになる領域が存在することになるが、この強度が略ゼロになる領域の出現位置は、光デバイスの入射面における、衝立として機能する材料と入射光の入射位置との位置関係によって相対的に決まる。本発明では、強度が略ゼロになる領域を、上記強度分布の中心部分に少なくとも位置させる必要があるが、合成開口を形成するための電気光学結晶の数Ｎを偶数とすることで、光デバイスの厚さ方向における真ん中には、上記衝立として機能する材料が位置することになり、入射光の中心を、該真ん中に位置する衝立として機能する材料の厚さ方向の中心にくるようにして入射光を入射することにより、簡単に上記強度分布を有する出射光を得ることができる。
【００３４】
また、電気光学結晶の数Ｎを４個以上にする場合は、上記真ん中に位置する衝立として機能する材料から、厚さ方向に沿った第１の方向における電気光学結晶と衝立として機能する材料との配置の仕方と、該厚さ方向に沿った第１の方向と逆方向である第２の方向における電気光学結晶と衝立として機能する材料との配置の仕方とを同じにすることによって、光デバイスの出射光の強度分布を左右対称にすることができる。
【００３５】
なお、本発明の一実施形態では、上記衝立として機能する材料としては、例えば、動作波長の入射光に対して不透明な材料（例えば、耐圧特性の高い樹脂、エポキシ、カーボンブラック等）、動作波長の入射光をマスキングするための処理を施した材料（例えば、入射光を吸収する材料が塗布された金属等）等が挙げられる。すなわち、上記衝立として機能する材料は、ある面から入射した入射光を、上記ある面と対向した面から出射しない性質を持った材料、または該出射を起こさないような処理を施された材料であればいずれの材料を用いても良い。
【００３６】
さて、本発明の一実施形態は、上述のように、光デバイスに用いる電気光学結晶として、電気光学結晶の厚さを均一に大きくすることが困難な材料を用いる場合に、入射光のスポットサイズを大きくしたい場合に特に有効である。
【００３７】
このような結晶の厚さを大きくすることが困難な材料としては、例えば、ＫＴＮ（ＫＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１））やＫＬＴＮ（Ｋ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１））が挙げられる。
【００３８】
上記ＫＴＮ、ＫＬＴＮは、電界を結晶軸方向に印加すると、大きな二次の電気光学効果を示す。その値は（１２００〜８０００ｐｍ／Ｖ）であり、１次の電気光学効果を有する材料であるＬｉＮＯ３（ＬＮ）の有する非線形定数３０ｐｍ／Ｖに比べて著しく大きい。さらに、ＫＴＮ、ＫＬＴＮは、ＴａとＮｂの組成比を変化させることにより、常誘電性から強誘電性への相転移温度を、ほぼ絶対零度から４００℃まで変化させることが可能である。従って、温度コントローラを用いなくても、動作温度を室温等、所望に設定することができる。このように、ＫＴＮやＫＬＴＮは、光変調器に対して好ましい材料である。
【００３９】
また、ＫＴＮやＫＬＴＮは、電圧印加によって電子が注入されることにより電界傾斜が発生するので、屈折率の変化量に傾斜を生じさせることができ、光の光軸に対して垂直な断面上の光の進行速度分布に傾斜を生じさせることができる。よって、ＫＴＮやＫＬＴＮを伝搬する光の進行方向を、屈折率の変化に応じて連続的に変化させることができ、偏向角を累積することができる。このように、ＫＴＮやＫＬＴＮは、光偏向器に対しても好ましい材料である。
【００４０】
このように、ＫＴＮやＫＬＴＮは、光デバイスとして用いるのに非常に有効であるが、均一に厚い結晶を得るのが非常に困難であり、良好な出力を得つつ入射光のスポットサイズを大きくすることが困難となる。
【００４１】
しかしながら、本発明の一実施形態によれば、ＫＴＮやＫＬＴＮの厚さが薄くても、入射光のスポットサイズを大きくすることができる。すなわち、上述のような合成開口を形成することにより、光デバイスの開口を大きくすることができ、分解能を向上させることができる。
【００４２】
（第１の実施形態）
図２は、本実施形態に係る光偏向器の側面図である。図２において、符号２０は、ＫＴＮ２１、樹脂２５、およびＫＴＮ２２によって形成された合成開口を有する光偏向器である。ＫＴＮ２１の厚さ方向に垂直な第１の面には、電極２３ａが形成されており、該第１の面に対向する第２の面には電極２３ｂが形成されている。ＫＴＮ２２の厚さ方向に垂直な第１の面には、電極２４ａが形成されており、該第１の面に対向する第２の面には電極２４ｂが形成されている。ＫＴＮ２１の厚さｌ３とＫＴＮ２２の厚さｌ４とは等しい。
【００４３】
本実施形態では、光偏向器２０は、ＫＴＮ２１、２２に対してキュリー転移温度近傍などの所定温度で動作させるために、温度コントローラを備えることができる。温度コントローラは、例えば、ペルチェ素子やヒータを用いれば良い。
【００４４】
電極２３ｂと電極２４ａとの間には、厚さｌ５である、入射光２６に対して不透明な樹脂２５が形成されている。この樹脂２５は、空気の絶縁破壊を回避するために耐電圧性が高いのが好ましい。また、樹脂２５は、入射光２６の波長に応じて決定すれば良く、用いる入射光２６に対して不透明である材料であればいずれの材料を用いても良い。
【００４５】
ＫＴＮ２１とＫＴＮ２２との間に設けられた樹脂２５は、光変調器２０の動作波長の入射光２６を光偏向器２０の出射面（光偏向器２０の、出射光２７ａ、２７ｂが出射される面）から出射しない部材、すなわち、入射光２６に対する衝立として機能する。
【００４６】
また、本発明の一実施形態において、各電極の材料は、電気光学結晶の電気伝導に寄与するキャリアに対してオーミック接触する材料からなり、例えば、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｓｅ、Ｃｓ、Ｒｂ、Ｋ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎａ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｙ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｍｇ、Ａｓ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｔａ、Ｐｂ、Ａｇ、Ａｌ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｂ、Ｈｇ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｔｅ、Ｒｅ、Ｂｅ、Ｒｈのいずれかとすることができるが、これらに限定されるものではない。
【００４７】
本実施形態では、誘電体であるＫＴＮ２１を電極２３ａと電極２３ｂとにより挟んでいるのでコンデンサ（第１のコンデンサと呼ぶ）を形成することになる。同様に、誘電体であるＫＴＮ２２を電極２４ａと電極２４ｂとにより挟んでいるのでコンデンサ（第２のコンデンサと呼ぶ）を形成することになる。本実施形態では、第１のコンデンサと第２のコンデンサとを並列に接続するように各電気接続を確立する。図２に示した光偏向器の電気接続の模式図を図３に示す。
【００４８】
図３では、図２に示す光変調器は、交流電源３１に接続されている。電極付ＫＴＮ２１と電極付ＫＴＮ２２とは並列に接続されているので、電極２３ａと電極２４ａとが交流電源３１の一方の端子に接続され、電極２３ｂと電極２４ｂとが交流電源３１の他方の端子に接続されている。
【００４９】
ＫＴＮ２１および２２は、その作製の困難性から均一性を保ちながら厚さｌ３、ｌ４を厚くするには限界がある。従って、ＫＴＮ２１、２２単体では、その開口の大きさにも限界あり、大きなスポットサイズの入射光２６には対応できない。これに対して、本実施形態では、ＫＴＮ２１とＫＴＮ２２とを重ねるようにして光偏向器２０の開口を大きくしている。このとき、ＫＴＮ２１とＫＴＮ２２とは別個の結晶であるので、ＫＴＮ２１とＫＴＮ２２とを重ね合わせる領域に不連続領域が生じる。本実施形態では、この不連続部分を、光偏向器２０の出射光の強度分布のピーク位置にくるようにし、かつ不連続部分を樹脂２５として不連続部分の光を遮断するようにしているので、上記光偏向器２０の出射光をレンズ等によって集光した際に、ビーム幅の広がりを抑えてガウス状に集光することができる。また、入射光２６のうち、不連続部分である樹脂２５に入射した光は、該樹脂２５から出射しないので、必要な光である出射光２７ａ、２７ｂのみを得ることができる。
【００５０】
このように、本実施形態では、出射光を良好なものに保ちながら、光偏向器２０の厚さとしてｌ２＝ｌ３＋ｌ４＋ｌ５＋α（電極２３ｂ、２４ａの厚さ）を得ることができ、大きなスポットサイズを有する入射光２６にも対応することができる。
【００５１】
このような構成において、入射光２６の、ＫＴＮ２１への入射面積と、ＫＴＮ２２への入射面積とが等しくなるように入射光２６を光偏向器２０の側面から入射する。本実施形態では、電極２３ｂと電極２４ａとの厚さを同じにすれば、樹脂２５の入射面の厚さ方向における中心に、入射光２６の中心がくるように入射することにより、上記入射を簡単に実現することができる。
【００５２】
このとき、各電極に電圧を印加して入射光を偏向させる。すなわち、電圧印加により電極２３ａと電極２３ｂとの間に生じた電界傾斜によって、入射光２６のＫＴＮ２１を通過する部分は偏向され、入射光２６の光軸に対して所定の偏向角で偏向した出射光２７ａとなって出射する。同様に、電圧印加により電極２４ａと電極２４ｂとの間に生じた電界傾斜によって、入射光２６のＫＴＮ２２を通過する部分も偏向され、上記偏向角で偏向した出射光２７ｂとなって出射する。入射光２６のうち、樹脂２５に入射した部分は、出射されない。
【００５３】
このようにして光偏向器２０から出射した直後の出射光２７ａ、２７ｂの強度分布を図４に示す。図４において、符号４１は、光偏向器２０から出射した直後の強度プロファイルである。符号４２は、比較のためのものであり、光偏向器に用いるＫＴＮを、光偏向器２０と同一の厚さで単一のＫＴＮであるとして計算した強度プロファイルである。上述のように、樹脂２５が入射光２６に対する衝立として機能することにより、強度プロファイル４１において、中心部分に、強度が略ゼロの領域４３が形成されている。さらに、ＫＴＮ２１への入射面積と、ＫＴＮ２２への入射面積とが等しくなるように入射光２６を入射しているので、強度プロファイル４１の左右は対称となっている。
【００５４】
本実施形態では、偶数である２つのＫＴＮ２１，２２を用い、これらの間に樹脂２５を配置しているので、合成開口の中心部分に樹脂２５を配置することになる。該中心に位置する樹脂２５の厚さ方向の中心に入射光２６の中心を合わせるように入射光２６を入射することで、簡単に強度プロファイル４１を得ることができる。
【００５５】
強度プロファイル４１を有する出射光２７ａ、２７ｂは、レンズ２８によって集光される。この集光した光の強度分布を図５（ａ）に示す。
図５（ａ）において、符号５１は、光偏向器２０からの出射光２７ａ、２７ｂをレンズ２８によって集光した光の強度プロファイルである。符号５２は、比較のためのものであり、光偏向器２０と同一の厚さで単一のＫＴＮから出射した光（出射光２７ａ、２７ｂと同一の波長）をレンズ２８によって集光したとして計算した強度プロファイルである。強度プロファイル５１には、メインピーク５３、およびサイドロープ５４が見られるが、レンズ２８の後にピンホールを配置するなどすることにより、サイドロープ５４は簡単に除去することができる。
【００５６】
図５（ｂ）は、光偏向器２０の後段にピンホールを配置した構成を示す図である。図５（ｂ）において、ピンホールが形成された遮光板５６がレンズ２８の後段に配置されている。上記ピンホールは、サイドロープ５４を切り、メインピーク５３の光のみを透過させるためのものである。従って、上記ピンホールを、レンズ２８から集光される光のうち、サイドロープ５４が遮光されるように配置する。
【００５７】
図５（ａ）から分かるように、本実施形態によれば、するどく立った強度プロファイル５１を得ることができ、光偏向器２０からの出射光２７ａ、２７ｂを良好に集光することができる。
【００５８】
すなわち、本実施形態では、強度プロファイル４１の真ん中に強度が略ゼロの領域４３が位置するようにしているので、サイドロープ５４と、メインピーク５３とを良好に分離することができ、集光した光のビーム幅の広がりを抑えることができる。
【００５９】
ここで、図６に示すように、光偏向器２０から出射した直後の強度分布において、強度が略ゼロの領域が真ん中に無い場合は、図７に示すように、集光した光の強度分布において、サイドロープとメインピークとが一体化するようになり、集光した光のビーム幅が広がってしまい、入射光のビーム変化となる。図７において、符号７０は、図６に示す強度分布の出射光を集光した際の強度プロファイルである。
【００６０】
本実施形態のように、光偏向器２０の出射光の強度分布において、中心部分の強度を略ゼロにすることによって、サイドロープ５４とメインピーク５３との一体化を抑えることができ、メインピーク５３の半値幅を小さくし、良好に集光した光を得ることができる。
【００６１】
このように、本実施形態では、入射光２６に対する衝立として機能する樹脂２５は、入射光２６のスポットサイズを大きくする観点からすると、光偏向器２０の厚さをかせぐための部材として機能し、良好に集光させるという観点からすると、サイドロープ５４とメインピーク５３とを良好に分離させ、集光した光のビーム幅の広がりを抑えるように機能する。
【００６２】
なお、入射光２６の光源としてフェムト秒レーザを用い２光子吸収励起をおこす場合は、光の強度をさらに２乗にするので、図８に示すように、レンズ２８によって集光された光の強度分布において、サイドロープ５３の影響を小さくすることができる。
【００６３】
なお、本実施形態では、ＫＴＮ２１の厚さｌ３とＫＴＮ２２の厚さｌ４とを等しくしているが、異なるようにしても良い。これは、本実施形態では、２つのＫＴＮ２１、２２の間に樹脂２５を配置する構成であるので、ＫＴＮ２１、２２の一方の厚さが薄い場合であっても、薄い方からはみ出ないように入射光２６を入射すれば、その出射光の強度分布は、図４に示すように左右対称となるからである。
【００６４】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、電極が形成されたＫＴＮ等の電気光学結晶を並列に電気接続を行う形態について説明した。しかしながら、本発明では、電気光学結晶に対する電極の配置の仕方、電気接続の仕方は本質ではない。本発明では、スポットサイズを大きくするために、電気光学結晶を衝立として機能する材料を挟むことによって、厚さをかせぐことが重要であり、かつ出射光の強度分布の真ん中の部分では強度をほぼゼロにし、該強度分布を左右対称にすることが重要となる。従って、電気接続は並列に限らず、直列に接続しても、あるいは電気光学結晶毎に外部電源を接続するようにしても良い。
【００６５】
本実施形態では、電極が形成された電気光学結晶（コンデンサ）を直列に接続する形態について説明する。なお、本実施形態における作用、効果は第１の実施形態と同様なので省略する。
【００６６】
図９は、本実施形態に係る光偏向器の側面図である。図９において、符号９０は、ＫＴＮ９１、樹脂９５、およびＫＴＮ９２によって形成された合成開口を有する光偏向器である。ＫＴＮ９１の厚さ方向に垂直な第１の面には、電極９３ａが形成されており、該第１の面に対向する第２の面には電極９３ｂが形成されている。ＫＴＮ９２の厚さ方向に垂直な第１の面には、電極９４ａが形成されており、該第１の面に対向する第２の面には電極９４ｂが形成されている。電極９３ｂと電極９４ａとは電気配線９６によって電気的に接続され、電極９３ａが交流電源（不図示）の一方の端子に接続され、電極９４ｂが上記交流電源の他方の端子に接続されている。
【００６７】
本実施形態では、光偏向器９０は、ＫＴＮ９１、９２に対してキュリー転移温度近傍などの所定温度で動作させるために、温度コントローラを備えることができる。温度コントローラは、例えば、ペルチェ素子やヒータを用いれば良い。
【００６８】
本実施形態では、誘電体であるＫＴＮ９１を電極９３ａと電極９３ｂとにより挟んでいるのでコンデンサ（第３のコンデンサと呼ぶ）を形成することになる。同様に、誘電体であるＫＴＮ９２を電極９４ａと電極９４ｂとにより挟んでいるのでコンデンサ（第４のコンデンサと呼ぶ）を形成することになる。本実施形態では、上述のように電極９３ｂと電極９４ａとを電気配線９６によって電気接続しているので、第３のコンデンサと第４のコンデンサとが直列接続されることになる。
【００６９】
また、他の例として、図９において電極９３ｂ、樹脂９５、電極９４ａの代わりに、光偏向器９０への入射光９７に対するマスキング処理（入射光９７を透過させないようにする処理）を施した金属を用いても良い。このような形態を図１０に示す。
【００７０】
図１０において、符号１００は、ＫＴＮ９１、金属１０１、およびＫＴＮ９２によって形成された合成開口を有する光偏向器である。図１０では、ＫＴＮ９１の第２の面と、ＫＴＮ９２の第１の面との間に、光偏向器１００の入射光９７に対するマスキング処理が施された金属１０１が設けられている。
【００７１】
上記マスキング処理としては、限定ではないが、例えば、入射光９７を吸収する塗料を金属１０１に塗布する、金属１０１の入射光９７の入射面をミラー構造にして金属１０１に入射する光を反射させるようにする等、入射光９７のうち、金属１０１に入射した光を光偏向器１００の出射面から出射しないようにできればいずれの処理であっても良い。このようなマスキング処理を施すことにより、金属１０１は、入射光９７に対して衝立として機能することになる。
【００７２】
図１０の構成において、金属１０１がＫＴＮ９１、９２の双方に対して電極として機能する。すなわち、電極９３ａと金属１０１とによりＫＴＮ９１を挟むことにより、第５のコンデンサが形成されることになり、金属１０１と電極９４ｂとによりＫＴＮ９２を挟むことにより、第６のコンデンサが形成されることになる。そして、金属１０１は、第５のコンデンサ、第６のコンデンサのそれぞれに共通に用いられることになるので、第５のコンデンサと第６のコンデンサとは直列に接続されることになる。
【００７３】
（第３の実施形態）
第１および第２の実施形態では、電気光学結晶の数が２個の場合の光デバイスの例について説明したが、電気光学結晶の数は２個に限定されるものではなく、総数が２個以上の偶数個であればいずれの個数であっても良い。
【００７４】
図１１は、電気光学結晶としてのＫＴＮを４つ用いる場合の光偏向器の構成を示す図である。図１１に示す光偏向器１１０は、電極付ＫＴＮ（コンデンサ）を直列接続する形態である。よって、図９に示した光偏向器をベースに説明する。ただし、図１１では、電極９３ａおよび電極９４ｂは、外部電源に接続されていない。
【００７５】
図１１において、樹脂９５からＫＴＮ９１に向った第１の厚さ方向に向って、電極９３ａから順に樹脂１１１、および厚さ方向に垂直な第１の面に電極１１４ａが形成され、該第１の面に対向する第２の面に電極１１４ｂが形成されたＫＴＮ１１３が設けられている。すなわち、隣り合う電気光学結晶であるＫＴＮ９１とＫＴＮ１１３との間に樹脂１１１が形成されている。電極９３ａと電極１１４ｂとは電気配線１１７によって電気的に接続されており、電極１１４ａは、外部電源（不図示）の一方の端子に接続されている。
【００７６】
一方、樹脂９５からＫＴＮ９２に向った第２の厚さ方向（第１の厚さ方向とは逆方向）に向って、電極９４ｂから順に樹脂１１２、および厚さ方向に垂直な第１の面に電極１１６ａが形成され、該第１の面に対向する第２の面に電極１１６ｂが形成されたＫＴＮ１１５が設けられている。すなわち、隣り合う電気光学結晶であるＫＴＮ９２とＫＴＮ１１５との間に樹脂１１２が形成されている。電極９４ｂと電極１１６ａとは電気配線１１８によって電気的に接続されており、電極１１６ｂは、上記外部電源の他方の端子に接続されている。
【００７７】
本発明では、上述したように、光偏向器１１０からの出射光の強度分布が左右対称になることが重要である。そのために、ＫＴＮ９１の厚さｌ６とＫＴＮ９２の厚さｌ７とを等しくし、樹脂１１１の厚さｌ８と樹脂１１２の厚さｌ９とを等しくし、ＫＴＮ１１３の厚さｌ１０とＫＴＮ１１５の厚さｌ１１とを等しくしている。このような関係を満たせば、厚さｌ６（＝ｌ７）、厚さｌ８（＝ｌ９）、厚さｌ１０（＝ｌ１１）はいずれの厚さであっても良い。
【００７８】
このように、本実施形態では、光偏向器に用いるＫＴＮの数に制限は無く、２個以上の偶数であればいずれの数であっても良い。
【００７９】
また、本実施形態では、電気光学結晶を４つ以上用いる場合について、電極付のＫＴＮを直列に接続する形態について説明したが、電気接続の方法はこれに限定されるものではなく、第１の実施形態で説明したような並列接続であっても良いし、電極付のＫＴＮのそれぞれに別個の電源を接続しても良い。また、第２の実施形態で説明した、入射光に対するマスキング処理を施した金属を用いる形態にも、本実施形態にて説明した電気光学結晶を４つ以上用いる場合を適用できることは言うまでも無い。
【００８０】
本発明では、電気接続の仕方に本質があるのではなく、望まれた出射光のみを出射し、該出射光を良好に集光しつつ、スポットサイズの大きな入射光にも対応可能にするために、少なくとも２つ以上であり、かつ総計が偶数の電気光学結晶を用い、それぞれの電気光学結晶の間に、入射光に対して不透明な部材、またはそうなるように処理された部材（入射光に対して衝立として機能する材料）を設けることである。
【００８１】
本発明では、スポットサイズの大きい入射光にも対応可能にするため、電極が形成された、ＫＴＮやＫＬＴＮ等の電気光学結晶を少なくとも２つ用い、隣り合う電気光学結晶の間に衝立として機能する材料を挿入する。すなわち、本発明に係る光デバイスは、対向する２つの面にそれぞれ電極が形成された２Ｍ個（Ｍは自然数）の電気光学結晶と、２Ｍ−１個の衝立として機能する材料（上記光デバイスの出射面から、該出射面と対向する入射面から入射した光を出射しない）を備えるものである。
【００８２】
図１６は、本実施形態に係る、２Ｍ個の電気光学結晶と２Ｍ−１個の衝立として機能する材料とを備える光偏向器の側面図である。図１６において、２Ｍ個の電極付きの電気光学結晶のうち、第１の電気光学結晶１６２ａと第２の電気光学結晶１６２ｂとをそれら厚さ方向が一致するように重ね、かつ上記２つの電気光学結晶の間に、２Ｍ−１個の衝立として機能する材料の１個である衝立として機能する材料１６１を挿入する。
【００８３】
そして、本実施形態のように、電気光学結晶を４つ以上用いる場合は、衝立として機能する材料１６１から第１の電気光学結晶１６２ａに向った第１の方向（電気光学結晶の厚さ方向の上方向）に沿って、該第１の電気光学結晶１６１ａから、衝立として機能する材料および対向する２つの面にそれぞれ電極が形成された電気光学結晶の順番で、Ｍ−１個の衝立として機能する材料と、Ｍ−１個の電気光学結晶とが設けられている。よって、最も外側には、Ｍ個目の電気光学結晶が位置することになる。
【００８４】
また、衝立として機能する材料１６１から第２の電気光学結晶１６２ｂに向った第２の方向（電気光学結晶の厚さ方向の下方向）に沿って、該第２の電気光学結晶１６２から、衝立として機能する材料および対向する２つの面にそれぞれ電極が形成された電気光学結晶の順番で、Ｍ−１個の衝立として機能する材料と、Ｍ−１個の電気光学結晶とが設けられている。よって、最も外側には、Ｍ個目の電気光学結晶が位置することになる。
【００８５】
このように、２Ｍ−１個の衝立として機能する材料の１個である材料１６１の上下方向にそれぞれ、電気光学結晶と衝立として機能する材料との順でＭ個の電気光学結晶とＭ−１個の衝立として機能する材料が設けられている。
【００８６】
すなわち、衝立として機能する材料１６１の上方向の面には第1の電気光学結晶１６２ａが設けられ、該第１の電気光学結晶１６２ａから上方向に沿って衝立として機能する材料と電気光学結晶とが交互に配置されている。従って、第１の電気光学結晶１６２ａを起点としてｋ番目（ｋはＭ−１以下の自然数）の電気光学結晶は、電気光学結晶１６４ａとなり、上記上方向に沿った最も外側の電気光学結晶がＭ−１番目の電気光学結晶である電気光学結晶１６６ａとなる。また、衝立として機能する材料１６１を起点としてｋ番目の衝立として機能する材料は、材料１６３ａとなり、上記上方向に沿った最も外側の衝立として機能する材料は、Ｍ−１番目の衝立として機能する材料である材料１６５ａとなる。
【００８７】
一方、衝立として機能する材料１６１の下方向の面には第２の電気光学結晶１６２ｂが設けられ、該第２の電気光学結晶１６２ｂから下方向に沿って衝立として機能する材料と電気光学結晶とが交互に配置されている。従って、第２の電気光学結晶１６２ｂを起点としてｋ番目の電気光学結晶は、電気光学結晶１６４ｂとなり、上記下方向に沿った最も外側の電気光学結晶がＭ−１番目の電気光学結晶である電気光学結晶１６６ｂとなる。また、衝立として機能する材料１６１を起点としてｋ番目の衝立として機能する材料は、材料１６３ｂとなり、上記下方向に沿った最も外側の衝立として機能する材料は、Ｍ−１番目の衝立として機能する材料である材料１６５ｂとなる。
【００８８】
さらに、衝立として機能する材料１６１から上記上方向に沿ったｋ番目の衝立として機能する材料１６３ａの厚さと、衝立として機能する材料１６１から上記下方向に沿ったｋ番目の衝立として機能する材料１６３ｂの厚さとは等しい。同様に、第1の電気光学結晶１６２ａから上記上方向に沿ったｋ番目の電気光学結晶１６４ａの厚さと、第２の電気光学結晶１６２ｂから上記下方向に沿ったｋ番目の電気光学結晶１６４ｂの厚さとは等しい。
【００８９】
本実施形態では、電気光学結晶を２個以上の偶数個用いているので、光デバイスの厚さ方向の中心には必ず衝立として機能する材料が位置することになり、さらに、各電気光学結晶の厚さおよび衝立として機能する材料の厚さを上述の関係を満たすようにしているので、光デバイスの厚さ方向の中心から上下対称の構成を得ることができ、簡単に出射光の強度分布を左右対称にすることができる。すなわち、上述のように光デバイスの厚さ方向の中心が、対称となるように配置された電気光学結晶と衝立として機能する材料の配置の中心になるので、上記厚さ方向の中心に入射光の中心を合わせるように入射光を入射することで、強度分布が左右対称であり、かつ中心部分の強度が略ゼロの強度分布（例えば、図４や後述する図１２（ｂ）〜（ｄ）に示す強度分布）を有する出射光を簡単に得ることができる。
【００９０】
図１２（ａ）〜（ｄ）は、電極付のＫＴＮの数を変化させた場合の光デバイスの出射光の強度分布を示す図である。図１２（ａ）は、本発明の合成開口を形成しない、電極付のＫＴＮの数が１個の場合の強度分布を示す図である。図１２（ｂ）は、電極付のＫＴＮの数が２個の場合の強度分布を示す図であり、図１２（ｃ）は、電極付のＫＴＮの数が４個の場合の強度分布を示す図であり、図１２（ｄ）は、電極付のＫＴＮの数が８個の場合の強度分布を示す図であり、図１２（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれ、本発明の合成開口を形成する場合の強度分布を示す図である。なお、図１２（ｂ）〜（ｄ）の各場合において、光の利用効率（入射光のうちどれだけ出射されたか）を全て５０％に統一している。
【００９１】
図１２（ｂ）〜（ｄ）に示す各個数の場合において、用いるＫＴＮの厚さ、および衝立として機能する材料の厚さを等しくしている。よって、図１２（ｂ）〜図１２（ｄ）に示すように、各強度分布の中心部分の強度は略ゼロとなり、かつ左右対称となる強度分布が得ることができる。
【００９２】
図１２（ａ）〜（ｄ）に示す強度分布を有する出射光を、レンズ等によって集光した際の強度分布を図１３に示す。図１３において、符号１３１は、図１２（ｂ）に示す強度分布を有する光を集光した光の強度プロファイルであり、符号１３２は、図１２（ｃ）に示す強度分布を有する光を集光した光の強度プロファイルであり、符号１３３は、図１２（ｃ）に示す強度分布を有する光を集光した光の強度プロファイルである。
【００９３】
なお、図１３において、合成開口を形成しない、電極付ＫＴＮ１個により構成された光デバイスから出射した光の強度分布である、図１２（ａ）の強度分布を有する光を集光した光の強度プロファイルは、強度プロファイル１３１〜１３３のそれぞれのメインピークに重なっている。また、図１２（ａ）の強度分布を有する光を集光した光の強度プロファイルでは、サブピークは見られない。
【００９４】
一方、強度プロファイル１３１〜１３３から分かるように、電極付のＫＴＮの数がいずれであっても、サイドロープは出現するが、メインピークは鋭く立っており、ガウス状に集光させることができる。
【００９５】
また、図１３から分かるように、電極付のＫＴＮの数を変えても、メインピークの強度とサイドロープの強度との強度比は、ほぼ一定である。よって、本実施形態では、図１４からも分かるようにメインピークの強度は、あくまで光の利用効率で決まるものである。
【００９６】
ここで、“「利用効率」とは、本実施形態の光偏向器への入射光に対してどれだけ出射したかを示すものであり、１−（出射光量／入射光量）によって求めることができる。
【００９７】
図１４は、本実施形態に係る光デバイスから出射した光を集光した際の強度分布に出現する、サイドロープとメインピークとの強度比の光利用効率依存性を示す図である。図１３において、強度プロファイル１３１〜１３３に示されるように、サイドロープの位置は利用する電極付のＫＴＮの数に伴って変化しているが、各強度プロファイルにおけるサイドロープのピーク強度は変化していない。しかしながら、図１４から分かるように、サイドロープのメインピークに対する強度比は、光の利用効率が高いほど（衝立として機能する材料の厚さが薄いほど）小さくなっている。従って、光の利用効率が高いほど、すなわち、衝立として機能する材料の厚さが薄いほど、集光後の光の強度プロファイルを元のビームプロファイルに近いガウス状にすることができる。
【００９８】
（第４の実施形態）
図１５は、本実施形態に係る、二次元偏向を行うための光偏向器の構成を示す模式図である。図１５では、光を偏向する領域として、図１１に示した光偏向器１１０を用いるが、本実施形態では光偏向器１１０を２つ用いるので、該２つを区別するために便宜上、光偏向器１１０を、光偏向器１１０ａおよび光偏向器１１０ｂとして記載する。
【００９９】
図１５において、光偏向器１１０ａと光偏向器１１０ｂとの間には、１／２波長板１５１が配置されている。本実施形態では、光偏向器１１０ａおよび光偏向器１１０ｂがそれぞれ入射した光を偏向するが、二次元偏向を実現するために、光偏向器１１０ａの厚さ方向（光偏向器１１０ａに配置された電極（図１５では不図示）の配置方向）と、光偏向器１１０ｂの厚さ方向（光偏向器１１０ｂに配置された電極（図１５では不図示）の配置方向）とを９０度回転させている。
【０１００】
このような構成において、入射光１５２が光偏向器１１０ａに入射すると、該光偏向器１１０ａにて所定の角度で偏向して出射され、該出射光は、１／２波長板１５１に入射する。該入射光は、１／２波長板１５１にて偏光方向を９０度回転し、後段の光偏光器１１０ｂに入射する。該入射光は、光偏向器１１０ｂにて、上記光偏向器１１０ａにおける偏向方向と垂直の方向に偏向し、出射光（偏向光）１５３として光偏向器１１０ｂから出射する。
【０１０１】
このように、本実施形態によれば、光偏向器１１０ａおよび１１０ｂに印加する電圧を所望に応じて設定することにより、出射光１５３を、入射光１５２に対して、所定の２次元の方向に偏向することができる高分解能な偏向器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】（ａ）は、従来の光偏向器の構成を示す側面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す光変調器の光の入射側から見た正面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る光偏向器の側面図である。
【図３】図２に示す光偏向器の電気接続の様子を示す模式図である。
【図４】図２に示す光偏向器から出射光の強度分布を示す図である。
【図５】（ａ）は、図４に示す強度分布を有する出射光を集光した際の強度分布を示す図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るピンホール付光偏向器の構成を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態の比較のための強度分布を示す図である。
【図７】図６に示す強度分布を有する出射光を集光した際の強度分布を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る、２光子吸収励起をおこした場合の、図４に示す強度分布を有する出射光を集光した際の強度分布を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る光偏向器の側面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る光偏向器の側面図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る光偏向器の側面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る光デバイスのうち、用いる電極付の電気光学結晶の数を変えた場合の出射光の強度分布を示す図である。
【図１３】図１２（ａ）〜（ｄ）に示した強度分布の光を集光した際の強度分布を示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係る光デバイスから出射した光を集光した際の強度分布に出現する、サイドロープとメインピークとの強度比の光利用効率依存性を示す図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係る、二次元光偏向器の構成を示す模式図である。
【図１６】本発明の一実施形態に係る、２Ｍ個の電気光学結晶と２Ｍ−１個の衝立として機能する材料とを備える光偏向器の側面図である。
【符号の説明】
【０１０３】
２０、９０、１１０ 光偏向器
２１、２２、９１、９２、１１３、１１５ ＫＴＮ
２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ、９３ａ、９３ｂ、９４ａ、９４ｂ、１１４ａ、１１４ｂ、１１６ａ、１１６ｂ 電極
２５、９５、１１１、１１２ 樹脂
２６、９７ 入射光
２７ａ、２７ｂ 出射光
５６ ピンホール
２８ レンズ
９６、１１７、１１８ 電気配線
１０１ 金属
１６１、１６３ａ、１６３ｂ、１６５ａ、１６５ｂ 衝立として機能する材料
１６２ａ、１６２ｂ、１６４ａ、１６４ｂ、１６６ａ、１６６ｂ 電気光学結晶
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光デバイスであって、
電気光学効果を有する第１の電気光学結晶であって、該第１の電気光学結晶の厚さ方向と垂直な第１の面に第１の電極が形成され、該第１の面と対向する第２の面に第２の電極が形成された第１の電気光学結晶と、
電気光学効果を有する第２の電気光学結晶であって、該第２の電気光学結晶の厚さ方向と垂直な第１の面に第３の電極が形成され、該第１の面と対向する第２の面に第４の電極が形成された第２の電気光学結晶と、
前記第１の電気光学結晶と前記第２の電気光学結晶との間に設けられた、前記光デバイスの動作波長の入射光を前記光デバイスの出射面から出射しない部材であって、前記第１の電極および第２の電極の一方と、前記第３の電極および第４の電極の一方との間に設けられた部材と
を備えることを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
前記第１の電気光学結晶と第２の電気光学結晶の厚さは等しいことを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項３】
前記第１の電極および第２の電極が形成された第１の電気光学結晶と、前記第３の電極および第４の電極が形成された第２の電気光学結晶とは、並列または直列に電気接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項４】
光デバイスであって、
対向する２つの面にそれぞれ電極が形成された２Ｍ個（Ｍは自然数）の電気光学結晶と、
前記光デバイスの出射面から、該出射面と対向する入射面から入射した光を出射しない、２Ｍ−１個の部材とを備え、
前記電気光学結晶の結晶の厚さ方向に沿って、２Ｍ−１個の前記部材のうち１個の部材の上面に２Ｍ個の前記電気光学結晶のうちの第１の電気光学結晶が設けられ、前記１個の部材の下面に２Ｍ個の前記電気光学結晶の第２の電気光学結晶が設けられ、
前記第１の電気光学結晶および前記第２の電気光学結晶を起点として、前記１個の部材の上下方向に、前記部材と前記電気光学結晶の順に前記部材と前記電気光学結晶とが設けられ、
前記１個の部材から前記上方向に沿ったｋ番目（ｋはＭ−１以下の自然数）の部材の厚さと前記１個の部材の下方向に沿ったｋ番目の部材の厚さとが等しく、
前記第１の電気光学結晶から前記上方向に沿ったｋ番目の電気光学結晶の厚さと前記第２の電気光学結晶から前記下方向に沿ったｋ番目の電気光学結晶の厚さとが等しいことを特徴とする光デバイス。
【請求項５】
２Ｍ個の前記電気光学結晶の電極が並列または直列に電気接続されていることを特徴とする請求項４に記載の光デバイス。
【請求項６】
光デバイスであって、
電気光学効果を有する第１の電気光学結晶と、
電気光学効果を有する第２の電気光学結晶と、
前記第１の電気光学結晶と前記第２の電気光学結晶との間に設けられた、前記光デバイスの動作波長の入射光を前記光デバイスの出射面から出射しないような処理を施された金属と
を備えることを特徴とする光デバイス。
【請求項７】
前記電気光学結晶は、ＫＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１）、またはＫ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光デバイス。
【請求項８】
半波長板の前後に請求項１乃至７のいずれかに記載の光デバイスを電気光学結晶の軸が直交するように配置したことを特徴とする２次元型光偏向器。
【請求項１】
光デバイスであって、
電気光学効果を有する第１の電気光学結晶であって、該第１の電気光学結晶の厚さ方向と垂直な第１の面に第１の電極が形成され、該第１の面と対向する第２の面に第２の電極が形成された第１の電気光学結晶と、
電気光学効果を有する第２の電気光学結晶であって、該第２の電気光学結晶の厚さ方向と垂直な第１の面に第３の電極が形成され、該第１の面と対向する第２の面に第４の電極が形成された第２の電気光学結晶と、
前記第１の電気光学結晶と前記第２の電気光学結晶との間に設けられた、前記光デバイスの動作波長の入射光を前記光デバイスの出射面から出射しない部材であって、前記第１の電極および第２の電極の一方と、前記第３の電極および第４の電極の一方との間に設けられた部材と
を備えることを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
前記第１の電気光学結晶と第２の電気光学結晶の厚さは等しいことを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項３】
前記第１の電極および第２の電極が形成された第１の電気光学結晶と、前記第３の電極および第４の電極が形成された第２の電気光学結晶とは、並列または直列に電気接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項４】
光デバイスであって、
対向する２つの面にそれぞれ電極が形成された２Ｍ個（Ｍは自然数）の電気光学結晶と、
前記光デバイスの出射面から、該出射面と対向する入射面から入射した光を出射しない、２Ｍ−１個の部材とを備え、
前記電気光学結晶の結晶の厚さ方向に沿って、２Ｍ−１個の前記部材のうち１個の部材の上面に２Ｍ個の前記電気光学結晶のうちの第１の電気光学結晶が設けられ、前記１個の部材の下面に２Ｍ個の前記電気光学結晶の第２の電気光学結晶が設けられ、
前記第１の電気光学結晶および前記第２の電気光学結晶を起点として、前記１個の部材の上下方向に、前記部材と前記電気光学結晶の順に前記部材と前記電気光学結晶とが設けられ、
前記１個の部材から前記上方向に沿ったｋ番目（ｋはＭ−１以下の自然数）の部材の厚さと前記１個の部材の下方向に沿ったｋ番目の部材の厚さとが等しく、
前記第１の電気光学結晶から前記上方向に沿ったｋ番目の電気光学結晶の厚さと前記第２の電気光学結晶から前記下方向に沿ったｋ番目の電気光学結晶の厚さとが等しいことを特徴とする光デバイス。
【請求項５】
２Ｍ個の前記電気光学結晶の電極が並列または直列に電気接続されていることを特徴とする請求項４に記載の光デバイス。
【請求項６】
光デバイスであって、
電気光学効果を有する第１の電気光学結晶と、
電気光学効果を有する第２の電気光学結晶と、
前記第１の電気光学結晶と前記第２の電気光学結晶との間に設けられた、前記光デバイスの動作波長の入射光を前記光デバイスの出射面から出射しないような処理を施された金属と
を備えることを特徴とする光デバイス。
【請求項７】
前記電気光学結晶は、ＫＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１）、またはＫ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光デバイス。
【請求項８】
半波長板の前後に請求項１乃至７のいずれかに記載の光デバイスを電気光学結晶の軸が直交するように配置したことを特徴とする２次元型光偏向器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００９−２７６６２５（Ｐ２００９−２７６６２５Ａ）
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２８７２２（Ｐ２００８−１２８７２２）
【出願日】平成２０年５月１５日（２００８．５．１５）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月１５日（２００８．５．１５）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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