(57)【要約】【課題】静電容量を小さくして電源負荷を低減するとともに、入射光と出射光の偏向のずれをなくす光偏向器を提供する。【解決手段】本発明の光偏向器は、電気光学結晶を互いに平行な一対の平行四辺形の電極面で挟み、前記電極面に垂直でかつ互いに平行な一対の光入出射面であって、前記各入出射面内にそれぞれ同じ面積をもつ光無反射コート部と光高反射コート部が形成され、前記光無反射コート部において外部から光が入射され、前記光高反射コートにおいて前記偏向器内に入射した光が反射される、光入出射面を備え、光の偏向方向は前記電極面に垂直であることを特徴とする。【選択図】図２
2014119553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学結晶を互いに平行な一対の平行四辺形の電極面で挟んだ光偏向器であって、
前記電極面に垂直でかつ互いに平行な一対の光入出射面であって、前記各入出射面内にそれぞれ同じ面積をもつ光無反射コート部と光高反射コート部が形成され、前記光無反射コート部において外部から光が入射され、前記光高反射コートにおいて前記偏向器内に入射した光が反射される、光入出射面を備え、
光の偏向方向は前記電極面に垂直であること
を特徴とする光偏向器。
【請求項２】
電気光学結晶を互いに平行な一対の五角形の電極面で挟んだ光偏向器であって、
前記一対の電極面に垂直な５つの長方形の側面であって、
前記隣り合う１対の光の入出射面であって、光無反射コートが施された、光の入出射面と、
３つの光の反射面と
が形成された側面で囲まれた７面体に形成され、
光の偏向方向は前記電極面に垂直である
ことを特徴とする光偏向器。
【請求項３】
前記電気光学結晶は、タンタル酸ニオブ酸カリウム（ＫＴａ1-xＮｂxＯ3）を主成分とする単結晶であることを特徴とする、前記請求項１及び２のいずれか１項に記載の光偏向器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気光学効果を有するＫＬＴＮ結晶（Ｋ1-yＬyＴａ1-xｂxＯ3）を用いた光偏向器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光の進行方向を変える光偏向器のうち、内部電荷と２次の電気光学効果を利用するＫＴＮ（ＫＴａ1-xＮｂxＯ3）光偏向器は、ガルバノミラーやポリゴンミラー、ＭＥＭＳミラー等と異なり、可動部を持たない固体素子である。ＫＴＮ結晶は、電圧を印可することによって、プリズムのように光の形状を変えず、方向のみ変化させる、すなわち電気光学効果を有する。特にＫＴＮ結晶は、低い電圧で屈折率が大きく変わる、つまり電気光学効果が大きい物質として知られている。したがって、ＫＴＮを用いると、レンズ、プリズム、ミラーといったごく一般的な部品を、それらが高速で動く必要がある用途に対して、置き換えることができ、光の方向を機械的に変更するガルバノミラー、ポリゴンミラーおよびＭＥＭＳミラーに比べて、高速に動作することができる。
【０００３】
また、電気光学プリズムや音響光学偏向器など、他の固体素子の光偏向器と異なり、素子内部を光が透過する長さが長いほど、偏向角が大きくなるという特徴を持っている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】ＮＴＴ技術ジャーナル２００９年１１月号「新たな可能性を拓くＫＴＮ結晶とその応用技術」八木生剛著
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＫＴＮ結晶は極めて誘電率の大きな誘電体であり、ＫＴＮを用いた素子は必然的に静電容量が大きくなるため、高周波で使うときに変位電流が大きくなり、偏向を制御する電源回路に大きな負荷がかかってしまうという欠点がある。
【０００６】
静電容量は（誘電率）×（電極面積）÷（電極間距離）で与えられるから、電極面積を大きくしないで、光を結晶内で反射させ、結晶内の同じ領域を複数回光が周回するようにして、静電容量に比して偏向角を大きくする方法がとられてきた。
【０００７】
図１に、従来の、ＫＴＮを用いた光偏向器１００の構造を示す。図１に記載の光偏向器１００は、６面体構造に形成され、ＫＴＮ誘電体１０１と、長方形の電極面１０２と、ＫＴＭ誘電体１０１の側面に形成された入射光面１０３と、出射光面１０４と、入射光面１０２に施した高反射（ＨＲ：Ｈｉｇｈ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コート１０５、および無反射（ＡＲ：Ａｎｔｉ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コート１０６、出射光面１０４に施したＨＲコート１０７、およびＡＲコート１０８を有する。ＫＴＮ誘電体１０１は２枚の電極面１０２に挟まれている。
【０００８】
入射光は、入射光面１０３のＡＲコート１０４を施した部分から光偏向器１００の内部（誘電体１０１）に入射する。光偏向器１００には、電圧が印加されているため、入射光面１０３から入射した光は、誘電体１０１内で屈折・偏向される。光の偏向方向は電極面１０２に垂直である。出射光面１０４のＨＲコート１０７を施した部分で反射する。更に入射光面１０３のＨＲコート１０５を施した部分で再度反射し、反射した光は出射光面１０４のＡＲコート１０８を施した部分から出射する。偏向器１００の六面体の中で光路が２回折り返すことで、１回目反射と２回目反射の間の光路が、１回目反射前と半分、２回目反射後と半分共有される構造である。
【０００９】
この構造の場合、偏向器１００の内部において偏向に使われない領域が残り、無用に静電容量を高め、電源回路に負荷を与えるという欠点があった。
【００１０】
また、偏向方向とは異なる方向に、入射光と出射光の光軸がずれており、光学軸の調整に手間取るという欠点があった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、図１の従来のＫＴＮを用いた光偏向器の構造を基礎として、結晶の不要部分をそぎ落とすことにより、静電容量を小さくして電源負荷を低減するとともに、入射光と出射光の偏向のずれをなくした光偏向器を提供することにある。
【００１２】
具体的には、本発明の第１の実施形態の光偏向器は、電気光学結晶を互いに平行な一対の平行四辺形の電極面で挟み、前記電極面に垂直でかつ互いに平行な一対の光入出射面であって、前記各入出射面内にそれぞれ同じ面積をもつ光無反射コート部と光高反射コート部が形成され、前記光無反射コート部において外部から光が入射され、前記光高反射コートにおいて前記偏向器内に入射した光が反射される、光入出射面を備え、光の偏向方向は前記電極面に垂直であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の第２の実施形態の光偏向器は、電気光学結晶を互いに平行な一対の五角形の電極面で挟み、前記一対の電極面に垂直な５つの長方形の側面であって、前記隣り合う１対の光の入出射面であって、光無反射コートが施された、光の入出射面と、３つの光の反射面とが形成された側面で囲まれた７面体に形成され、光の偏向方向は前記電極面に垂直であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の第１及び第２の実施形態の光偏向器の前記電気光学結晶は、タンタル酸ニオブ酸カリウム（ＫＴａ1-xＮｂxＯ3）を主成分とする単結晶であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光偏向器は、静電容量を小さくして電源負荷を低減するとともに、入射光と出射光の偏向のずれをなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来のＫＴＮを用いた光偏向器１００の構造を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態にかかるＫＴＮを用いた光偏向器２００の構造を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態にかかるＫＴＮを用いた光偏向器３００の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１の実施形態］    
図２に本発明の第１の実施形態に係るＫＴＮを用いた光偏向器２００の構造を示す。図２に記載の光偏向器２００は、６面体に形成され、図１に記載の従来の光偏向器の、内部における偏向に使用されない領域をそぎ落とした構造を有する。
【００１８】
図２に記載の光偏向器２００は、ＫＴＮ誘電体２０１および電極面２０２が平行四辺形に形成されており、ＫＴＭ誘電体２０１の側面に、長方形に形成された入射光面２０３、出射光面２０４を有している。入射光面２０３には、高反射（ＨＲ：Ｈｉｇｈ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コート２０５、および無反射（ＡＲ：Ａｎｔｉ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コート２０６が、出射光面２０４にはＨＲコート２０７およびＡＲコート２０８が施されている。ＫＴＮ誘電体２０１は２枚の電極面２０２に挟まれている。
【００１９】
ここで、ＨＲコート２０５（２０７）とＡＲコート２０６（２０８）の比率は１：１である。光入射面２０３は３．４ｍｍ×１ｍｍの長方形で、内、１．７ｍｍ×１ｍｍはＡＲコートを施された部分であり、残り１．７ｍｍ×１ｍｍはＨＲコートを施された部分である。電極面２０２は４．４ｍｍ×４ｍｍの長方形から、図１に記載の光偏向器１００に示すような２か所の不要部分（底辺０．８８ｍｍ、高さ４ｍｍの直角三角形）を切り落とした平行四辺形に形成されている。これによって、静電容量が不要部分を除去しない場合の４／５になり、電源負荷を下げることができる。
【００２０】
入射光は、入射光面２０３のＡＲコート２０６を施した部分から、電圧が印加された光偏向器２００の内部に進入し、光偏向器２００の内部で屈折・偏向する。光の偏向方向は電極面２０２に垂直である。侵入した入射光は、出射光面２０４のＨＲコート２０７を施した部分で１回目の反射を行なう。次に入射光面２０３のＨＲコート２０５を施した部分で第２回目の反射を行なう。反射した光は出射光面２０４のＡＲコート２０８を施した部分から屈折して出射する。偏向器２００の中で光路が２回折り返すことで、１回目反射と２回目反射の間の光路が、１回目反射前と半分、２回目反射後と半分共有される構造であることは偏向器１００と同様である。
【００２１】
［第２の実施形態］    
図３に本発明の第２の実施形態に係るＫＴＮを用いた光偏向器２００の構造を示す。図３に記載の光偏向器３００は、７面体に形成され、五角形の電極構造をとることを特徴としている。
【００２２】
図３に記載の光偏向器３００は、五角形に形成されたＫＴＮ誘電体３０１および電極面３０２が五角形に形成されており、電極面に垂直の側面３０３〜３０７を有する。ＫＴＮ誘電体３０１は２枚の電極面３０２に挟まれている。ＫＴＭ誘電体２００の側面３０３〜３０７の１つである３０３には、長方形に形成された入射光面（入射光面３０３とする）が形成され、入射光面３０３の隣の側面である側面３０４には出射光面（出射光面３０４とする）が形成されている。各側面は、電極面に垂直な長方形であり、入射光面３０３、出射光面３０４にはＡＲコートが施されているが、他の３つの側面３０５、３０６及び３０７はコートがされていない。ＫＴＮ誘電体２０１は２枚の電極面２０２に挟まれている。
【００２３】
入射光は、入射光面３０３から、電圧が印加された光偏向器３００の内部に進入し、光偏向器２００の内部で偏向する。次に３つの側面のうち側面３０５で全反射され、全反射された光は更に側面３０６及び側面３０７で全反射される。側面３０７で全反射された光は、出射光面３０４から出射する。偏向器３００の中で光路が３回折り返すようにすることで、ＫＴＮ結晶内では光のオーバーラップが大きくなり、静電容量の上昇を抑えることができるだけでなく、入射光と出射光の偏向に垂直方向の軸ずれをなくすことが可能となる。
【符号の説明】
【００２４】
１００、２００、３００  光偏向器
１０１、２０１、３０１  ＫＴＮ誘電体
１０２、２０２、３０２  電極面
１０３、２０３、３０３  入射光面
１０４、２０４、３０４  出射光面
１０５、１０７、２０５、２０７  ＨＲコート
１０６、１０８、２０６、２０８  ＡＲコート
３０５〜３０７  側面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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