(57)【要約】【課題】複数ビームを複数方向に光偏向可能で、偏向角度も実用用途に対して十分な構成を備えた複数ビーム偏向器を実現する。【解決手段】本発明は、一方向に光を偏向させる光偏向素子を共通の基板１０１上に複数個有する複数ビーム偏向器であって、前記光偏向素子は電気光学効果をもつ材料で形成されたスラブ型光導波路１０２，１０３からなり、前記光偏向素子からの出射ビームを互いに分離させる出射光学系１０４，１０５を有する構成とした。これにより、共通の基板上から複数個出射される偏向ビームを、該ビームを互いに分離させる出射光学系１０４，１０５を通じて、複数方向に偏向することが可能となる。【選択図】図１Ａ
2011085916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に光を偏向させる光偏向素子を共通の基板上に複数個有する複数ビーム偏向器であって、
前記光偏向素子は電気光学効果をもつ材料で形成されたスラブ型光導波路からなり、前記光偏向素子からの出射ビームを互いに分離させる出射光学系を有することを特徴とする複数ビーム偏向器。
【請求項２】
請求項１に記載の複数ビーム偏向器において、
前記出射光学系は、凸面と平面とを有するレンズを含む光学系を複数個含んで構成され、前記光偏向素子からの出射ビームの広がり角を制御し、
複数個の前記光学系のうちの隣接する２つの光学系は、それぞれに入射するビームの出射角の差が０度より大きく５度以下、広がり角が０度より大きく１０度以下となるように前記入射するビームの光軸に垂直な方向又は前記入射するビームの光軸に平行な方向に相対的に異なる位置に配置され、
前記位置の差は、前記光軸に垂直な方向に１ｍｍ以内、前記光軸に平行な方向に５ｍｍ以内であることを特徴とする複数ビーム偏向器。
【請求項３】
請求項１に記載の複数ビーム偏向器において、
前記出射光学系は、凸面と平面とを有するレンズを含む光学系を含んで構成され、前記光偏向素子からの出射ビームの広がり角を制御し、
前記光学系の後段に、前記出射ビームを分離させるための光学系を更に有することを特徴とする複数ビーム偏向器。
【請求項４】
請求項１に記載の複数ビーム偏向器において、
前記出射ビームが出射角により分離されること、もしくは前記出射ビームが出射位置により分離されることを特徴とする複数ビーム偏向器。
【請求項５】
請求項２に記載の複数ビーム偏向器において、
複数個の前記光学系は、複数のコリメートレンズであることを特徴とする複数ビーム偏向器。
【請求項６】
請求項３に記載の複数ビーム偏向器において、
前記出射光学系に反射角がそれぞれ互いに異なる複数のミラーを有することを特徴とする複数ビーム偏向器。
【請求項７】
請求項３に記載の複数ビーム偏向器において、
前記出射光学系に回折角がそれぞれ互いに異なる複数の回折格子を有することを特徴とする複数ビーム偏向器。
【請求項８】
請求項３に記載の複数ビーム偏向器において、
前記出射光学系に偏光回転素子と偏光プリズムを有することを特徴とする複数ビーム偏向器。
【請求項９】
請求項３に記載の複数ビーム偏向器において、
前記出射光学系に屈折率勾配が各光偏向素子毎に異なる屈折率分布レンズを有することを特徴とする複数ビーム偏向器。
【請求項１０】
請求項３に記載の複数ビーム偏向器において、
前記出射光学系にＳＷＳ格子を有することを特徴とする複数ビーム偏向器。
【請求項１１】
請求項２乃至１０のいずれか一つに記載の複数ビーム偏向器において、
前記出射光学系にコリメーション機能を持つレンズを有することを特徴とする複数ビーム偏向器。
【請求項１２】
請求項１１に記載の複数ビーム偏向器において、前記出射光学系に、前記出射ビームを互いに分離させる機能とビームをコリメーションさせる機能とを併せ持つ光学素子を有することを特徴とする複数ビーム偏向器。
【請求項１３】
請求項１２に記載の複数ビーム偏向器において、
前記光学素子は、シリンドリカルレンズ、屈折率分布レンズ、マルチレンズアレイ、ＳＷＳ格子、のいずれかであることを特徴とする複数ビーム偏向器。
【請求項１４】
請求項２乃至１３のいずれか一つに記載の複数ビーム偏向器を有し、該複数ビーム偏向器の後段に二次元的に配置された光吸収部材を有することを特徴とする二次元スキャナ。
【請求項１５】
請求項２から１３のいずれか一つに記載の複数ビーム偏向器もしくは請求項１２に記載の二次元スキャナを有し、前記複数ビーム偏向器もしくは前記に次元スキャナに光を入力するために、集光レンズを含む入射側光学系を有することを特徴とする複数ビーム偏向モジュール。
【請求項１６】
請求項１５に記載の複数ビーム偏向モジュールにおいて、
前記集光レンズはコリメートレンズまたはシリンドリカルレンズであることを特徴とする複数ビーム偏向モジュール。
【請求項１７】
請求項１５または１６に記載の複数ビーム偏向モジュールにおいて、
前記入射側光学系が複数の光源を有することを特徴とする複数ビーム偏向モジュール。
【請求項１８】
請求項１５または１６に記載の複数ビーム偏向モジュールにおいて、
前記入射側光学系が光分岐素子を有し、該光分岐素子に入射する単一ビームの反射光と透過光がそれぞれ異なる光偏向素子に入射することを特徴とする複数ビーム偏向モジュール。
【請求項１９】
請求項１５または１６に記載の複数ビーム偏向モジュールにおいて、
前記入射側光学系が光スイッチを有し、該光スイッチによって進行方向を変化させられたビームがそれぞれ異なる光偏向素子に入射することを特徴とする複数ビーム偏向モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光偏向素子を用いて構成した光デバイスに関し、特に光偏向素子を複数個有する複数ビーム偏向器と二次元スキャナ及び、その複数ビーム偏向器または二次元スキャナを有する複数ビーム偏向モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光偏向器は、振動ガルバノメーター、ポリゴンミラーなどの機械式偏向器と、音響光学素子や電気光学素子などの非機械式光偏向器とに大別される。最も実用化されているものはレーザプリンタやバーコードリーダーなどに多く見られる機械式光偏向器であるが、機械式光偏向器は機械的な可動部分を持つために高速化や集積化などに問題があり、応用範囲が限られている。非機械式光偏向器は、機械的動作部分がなく、光学的もしくは電気信号によって制御でき、高速化が可能で、さらに光学系を格段にコンパクト化できるメリットがあるため、非機械式光偏向器の実用化展開が期待されている。
【０００３】
他方、一般的な非機械式光偏向器は一方向にしか光偏向を実現できないという課題がある。例えば、特許文献１（特開昭５９−１９２２３２号公報）、あるいは特許文献２（特開昭６２−４７６２７号公報）などには、導波路内を伝搬する光を、音響光学効果あるいは電気光学効果により偏向させ、そのままプリズムあるいはグレーティングを介して出射させる、いわゆる導波路に平行な面内での光偏向を実現する光学素子、光偏向器などが提案されているが、得られる光偏向は一方向のみである。一般的な非機械式光偏向器を用いて複数方向の光偏向を得るためには、光偏向器と光学系を組み合わせた構成が必要になるが、この場合不可避的にシステムサイズが増大することが懸念される。
【０００４】
非機械式光偏向器を複数方向に光偏向させる技術として、特許文献３（特開昭５８−１２５０２３号公報）には、光導波路内を伝搬する導波光を音響光学効果により、光導波路面内で偏向させるとともに、導波路の端面付近の屈折率を熱光学効果により変えることにより、導波路面内に対して垂直方向に偏向させることが提案されている。さらに、特許文献４（特開昭５８−１３０３２７号公報）にも、導波路面内で偏向させるとともに出射グレーティング形成部分の屈折率を電気光学効果により変えることにより、光導波路面に対して垂直方向に偏向させることが提案されている。複数方向に光偏向させるにあたって、原理的にはこれらの技術が使用可能である。
【０００５】
しかしながら、上述の従来技術は光導波路に平行な面内での偏向には音響光学効果を利用し、また光導波路面に対し垂直方向の偏向には熱光学効果もしくは電気光学効果を利用するものであり、前者のものは、偏向角度が極めて小さいだけでなく、応答速度が遅いという問題点があり、一方後者のものは、偏向角度が極めて小さいという問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の通り、従来提案されてきた非機械式光偏向器は、一方向にしか光偏向を実現できないか、もしくは複数方向に光偏向可能であっても偏向角度が実用用途に対して十分でないという問題点がある。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の課題を克服し、複数ビームを複数方向に光偏向可能で、偏向角度も実用用途に対して十分な構成を備えた複数ビーム偏向器を提供することを目的とし、さらにはその複数ビーム偏向器を用いた二次元スキャナ及び、その複数ビーム偏向器または二次元スキャナを有する複数ビーム偏向モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本複数ビーム偏向器は、一方向に光を偏向させる光偏向素子を共通の基板上に複数個有する複数ビーム偏向器であって、前記光偏向素子は電気光学効果をもつ材料で形成されたスラブ型光導波路からなり、前記光偏向素子からの出射ビームを互いに分離させる出射光学系を有することを要件とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の複数ビーム偏向器によれば、共通の基板上に形成された複数個の光偏向素子は電気光学効果をもつ材料で形成されたスラブ型光導波路からなり、該光偏向素子からの出射ビームを互いに分離させる出射光学系を有することにより、共通の基板上から複数個出射される偏向ビームを、該ビームを互いに分離させる出射光学系を通じて、複数方向に偏向することが可能となる。従って本発明によれば、複数方向に光偏向可能であり、偏向角度も実用用途に対して十分な非機械式偏向器を実現することができる。そして、本発明では、この複数ビーム偏向器（非機械式偏向器）を用いた二次元スキャナや、複数ビーム偏向モジュールを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本発明の一実施例を示す複数ビーム偏向器の概略斜視図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施例を示す複数ビーム偏向器の概略断面図である。
【図２Ａ】シミュレーションで用いた複数ビーム偏向器の構成を示す概略斜視図である。
【図２Ｂ】シミュレーションで用いた複数ビーム偏向器の構成を示す概略平面図である。
【図２Ｃ】シミュレーションで用いた複数ビーム偏向器の構成を示す概略右側面図である。
【図３Ａ】図２Ａ〜図２Ｃに示す複数ビーム偏向器の原理を示す図（その１）である。
【図３Ｂ】図２Ａ〜図２Ｃに示す複数ビーム偏向器の原理を示す図（その２）である。
【図３Ｃ】図２Ａ〜図２Ｃに示す複数ビーム偏向器の原理を示す図（その３）である。
【図４】本発明の別の実施例を示す複数ビーム偏向器の概略斜視図（その１）である。
【図５】本発明の別の実施例を示す複数ビーム偏向器の概略斜視図（その２）である。
【図６】本発明の別の実施例を示す複数ビーム偏向器の概略斜視図（その３）である。
【図７】本発明の別の実施例を示す複数ビーム偏向器の概略斜視図（その４）である。
【図８】本発明の別の実施例を示す複数ビーム偏向器の概略斜視図（その５）である。
【図９Ａ】本発明の別の実施例を示す二次元スキャナの概略斜視図である。
【図９Ｂ】本発明の別の実施例を示す二次元スキャナの偏光ビームの説明図である。
【図１０】本発明の別の実施例を示す複数ビーム偏向モジュールの概略斜視図（その１）である。
【図１１】本発明の別の実施例を示す複数ビーム偏向モジュールの概略斜視図（その２）である。
【図１２】本発明の別の実施例を示す複数ビーム偏向モジュールの概略斜視図（その３）である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明による非機械式光偏向素子による複数ビーム偏向器及び、それを用いた二次元スキャナ、複数ビーム偏向モジュールについて、図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例】
【００１２】
［第１の実施例］
図１Ａ及び図１Ｂは本発明でいう複数ビーム偏向器の第１の実施例を示した図であり、光偏向素子の後段に配置した出射光学系のシリンドリカルレンズを、導波路に対して垂直方向に位置をずらすことにより複数ビーム偏向器を実現したものの概略構成説明図である。なお、図１Ａは複数ビーム偏向器の概略斜視図、図１Ｂは複数ビーム偏向器の概略断面図である。
【００１３】
この図１Ａ及び図１Ｂに示す複数ビーム偏向器では、基板１０１を共通の基板とする複数の光偏向素子があり、各光偏向素子を構成する電極付光導波路１０２、１０３の後段に出射光学系としてシリンドリカルレンズ１０４、１０５がそれぞれ配置される。各光偏向素子を構成する電極付光導波路１０２、１０３は、それぞれ電気光学効果をもつ材料で形成されたスラブ型光導波路である。
【００１４】
出射光学系を構成するシリンドリカルレンズ１０４、１０５はビームをコリメートする位置に配置され、かつ、各光導波路に対して垂直方向においては、シリンドリカルレンズ１０４とシリンドリカルレンズ１０５が相対的に異なる位置に配置される。
【００１５】
光偏向素子（電極付光導波路１０２、１０３）の後段のシリンドリカルレンズは、ビームの広がりを小さくするコリメートレンズの機能を果たすことに加え、この配置において、電極付光導波路１０２、１０３から出射されるビームは、シリンドリカルレンズ１０４、１０５への入射角が異なるため、異なる屈折角を与えられる。このことから、シリンドリカルレンズ１０４、１０５の位置を調整することにより、ビーム毎に所望の出射角を得ることが可能である。また、シリンドリカルレンズ１０４、１０５のあおり（光軸に対する角度）を相対的に異ならせることで、上記と同様、ビーム毎に所望の出射角を得ることが可能である。さらに電極付光導波路１０２、１０３にそれぞれ独立して電圧を印加すれば、ビーム毎の偏向角をそれぞれ制御することが可能である。
【００１６】
ここで、本実施例について具体的なシミュレーションを実行した結果を示す。図２Ａは、シミュレーションで用いた複数ビーム偏向器の構成を示す概略斜視図である。図２Ｂは、シミュレーションで用いた複数ビーム偏向器の構成を示す概略平面図である。図２Ｃは、シミュレーションで用いた複数ビーム偏向器の構成を示す概略右側面図である。図２Ａ〜図２Ｃに示す複数ビーム偏向器は、シリンドリカルレンズの屈折角を利用した複数ビーム偏向器であり、基板１１０に、光源１１１と、結合レンズ１１２と、光導波路１１３〜１１５と、集光レンズ１１６〜１１８とが固定されている。図２Ａ〜図２Ｃに示す複数ビーム偏向器のＸ方向の最大外形は１５ｍｍ、Ｙ方向の最大外形は１０ｍｍ、Ｚ方向の最大外形は２５ｍｍである。なお、図２Ａでは、光導波路１１３〜１１５は省略されている。
【００１７】
光源１１１は、Ｘ軸に水平な方向に等間隔で配置された３つのレーザーを備えている。結合レンズ１１２は、焦点距離ｆ＝３．９ｍｍ、及び、曲率半径Ｒ＝２．０ｍｍのシリンドリカルレンズである。結合レンズ１１２は、光源１１１側（レンズにビームが入射する側）が凸面、光導波路１１３〜１１５側が平面の向きで光導波路１１３〜１１５の前段に配置されている。
【００１８】
集光レンズ１１６〜１１８は、それぞれ焦点距離ｆ＝３．９ｍｍ、及び、曲率半径Ｒ＝２．０ｍｍのシリンドリカルレンズである。集光レンズ１１６〜１１８は、それぞれ光導波路１１３〜１１５側（レンズにレーザービームが入射する側）が平面、その反対側が凸面の向きで、それぞれが光導波路１１３〜１１５の後段に配置されている。集光レンズ１１６〜１１８は、階段状に形成された貫通穴１１０ｘに嵌められており、Ｙ方向（光軸に垂直な方向）の位置、もしくはＺ方向（光軸に平行な方向）の位置、もしくはあおり（光軸に対するレンズ回転）を独立に調整可能に構成されている。
【００１９】
光源１１１から出射された３つのレーザービームは、それぞれ結合レンズ１１２で直径１．２ｍｍの略真円形にコリメートされ、それぞれ光導波路１１３〜１１５に入射する。光導波路１１３〜１１５を通過し、光導波路１１３〜１１５から出射したそれぞれのレーザービームは、集光レンズ１１６〜１１８によって再びコリメートされる。集光レンズ１１６〜１１８から出射される３つのレーザービームの出射角は、少なくとも４．４°の間隔をもつ必要があり、又、３つのレーザービームがシームレスにスキャニングできるために十分なビーム広がり角を有する必要がある。
【００２０】
図３Ａ〜図３Ｃは、図２Ａ〜図２Ｃに示す複数ビーム偏向器の原理を示す図である。図３Ａ〜図３Ｃでは集光レンズ１１６を例に説明するが、集光レンズ１１７及び１１８でも同様である。なお、図３Ａ〜図３Ｃにおいて、Ｆ１及びＦ２は、それぞれ結合レンズ１１２及び集光レンズ１１６の焦点を示している。又、Ｉは、光軸を示している。又、結合レンズ１１２に入射するレーザービームは、直径φ１＝１．２ｍｍの略真円形にコリメートされている。
【００２１】
図３Ａは、集光レンズ１１６のＹ方向（光軸Ｉに垂直な方向）の位置を変えた場合を示している。図３Ａに示すように、集光レンズ１１６の位置を光軸ＩからＹ方向にＬ１＝０．２９５ｍｍずらすと、集光レンズ１１６からのレーザービームの出射角は光軸Ｉからθ１＝４．４°ずれる。これは集光レンズ１１６の組み付け時の位置調整において十分調整可能な変位量である。
【００２２】
図３Ｂは、集光レンズ１１６のＺ方向（光軸Ｉに平行な方向）の位置を変えた場合を示している（Ｙ方向には移動させていない）。図３Ｂの上側の図では、集光レンズ１１６は光源１１１（図示せず）の発光点を原点としてＺ方向にＬ２＝６６．４７ｍｍの位置にある。図３Ｂの下側の図では、集光レンズ１１６をＺ方向にΔＬ＝３．０３ｍｍずらし、光源１１１の発光点を原点としてＺ方向にＬ３＝６６．９５ｍｍの位置に移動させた。その結果、レーザービームの広がり角θ２＝８°程度となった。これは４．４°の出射角をもって分離された隣接する２つのレーザービームの間にスキャン不能な領域が出来ないために十分な広がり角である。
【００２３】
図３Ｃは、集光レンズ１１６のあおり（光軸Ｉに対する集光レンズ１１６の回転）を変えた場合を示している（Ｙ方向及びＺ方向には移動させていない）。図３Ｃでは、集光レンズ１１６を光軸Ｉに対して６．８°回転させている。その結果、集光レンズ１１６からのレーザービームの出射角θ３は光軸Ｉから４．４°ずれる。これは集光レンズ１１６の組み付け時の位置調整において十分調整可能な変位量である。なお、図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃに示した各々の変位を組み合わせて、レーザービームの出射角と広がり角を制御することも可能である。
【００２４】
このように、本実施例に係る複数ビーム偏向器において、出射光学系は、凸面と平面とを有するレンズを含む光学系を複数個含んで構成され、光偏向素子からの出射ビームの広がり角を制御する。そして、複数個の光学系のうちの隣接する２つの光学系は、それぞれに入射するビームの出射角の差が０度より大きく５度以下（例えば4．4°）、広がり角が０度より大きく１０度以下（例えば８°）となるように入射するビームの光軸に垂直な方向又は入射するビームの光軸に平行な方向に相対的に異なる位置に配置することができる。隣接する２つの光学系の位置の差は、光軸に垂直な方向に１ｍｍ以内（例えば０．２９５ｍｍ）、光軸に平行な方向に５ｍｍ以内（例えば３．０３ｍｍ）とすることができる。
【００２５】
以上のとおり、本実施例では光偏向素子（電極付光導波路１０２、１０３）の出射側にシリンドリカルレンズ１０４、１０５を配置することにより、ビーム毎に所望の出射角が得られるので、非機械式光偏向素子による複数ビーム偏向器の実現が可能となる。
［第２の実施例］
図４は本発明でいう複数ビーム偏向器の第２の実施例を示した図であり、出射光学系として、シリンドリカルレンズの後段に反射角が異なる向きにミラーを配置することにより複数ビーム偏向器を実現したものの概略斜視図である。
【００２６】
この図４に示す複数ビーム偏向器では、図１Ａ及び図１Ｂと同様に、基板２０１を共通の基板とする複数の光偏向素子があり、各光偏向素子を構成する電極付光導波路２０２、２０３の後段に出射光学系としてシリンドリカルレンズ２０４、２０５がそれぞれ配置されている。そして本実施例では、シリンドリカルレンズ２０４、２０５の後段にミラー２０６、２０７が、互いの反射角が異なるように配置されており、ミラー２０６、２０７の反射角を調整することにより、ビーム毎に所望の出射角を得ることが可能である。
【００２７】
なお、本実施例では、ビーム毎の出射角の調整はミラー２０６、２０７で行うので、シリンドリカルレンズ２０４、２０５は共通の部材であってもよい。また、第１の実施例と同様に、各光偏向素子を構成する電極付光導波路２０２、２０３は、それぞれ電気光学効果をもつ材料で形成されたスラブ型光導波路である。
【００２８】
以上のとおり、本実施例では光偏向素子（電極付光導波路２０２、２０３）の出射側にシリンドリカルレンズ２０４、２０５を配置し、さらにその後段にミラー２０６、２０７を配置して反射角を調整することで、ビーム毎に所望の出射角が得られるので、非機械式光偏向素子による複数ビーム偏向器の実現が可能となる。
［第３の実施例］
図５は本発明でいう複数ビーム偏向器の第３の実施例を示した図であり、出射光学系として、シリンドリカルレンズの後段に回折角が異なる回折格子を配置することにより複数ビーム偏向器を実現したものの概略斜視図である。
【００２９】
この図５に示す複数ビーム偏向器では、図１Ａ及び図１Ｂと同様に、基板３０１を共通の基板とする複数の光偏向素子があり、各光偏向素子を構成する電極付光導波路３０２、３０３の後段に出射光学系としてシリンドリカルレンズ３０４、３０５がそれぞれ配置されている。そして本実施例では、シリンドリカルレンズ３０４、３０５の後段に回折格子３０６、３０７が、互いの回折角が異なるように配置されており、この配置において、回折格子３０６、３０７の回折ピッチや光源の波長によって回折角を調整することによりビーム毎に所望の出射角を得ることが可能である。
【００３０】
なお、回折格子３０６、３０７は、共通の部材においてビーム毎に異なる回折ピッチがあってもよいし、異なる部材で回折角が異なるように配置されていてもよい。一方、同一の構造を有する回折格子と波長が異なる光源を用いて回折角を異ならせることも可能である。また、本実施例では、ビーム毎の出射角の調整は回折格子３０６、３０７で行うので、シリンドリカルレンズ３０４、３０５は共通の部材であってもよい。
【００３１】
また、第１の実施例と同様に、各光偏向素子を構成する電極付光導波路３０２、３０３は、それぞれ電気光学効果をもつ材料で形成されたスラブ型光導波路である。
【００３２】
以上のとおり、本実施例では光偏向素子（電極付光導波路３０２、３０３）の出射側にシリンドリカルレンズ３０４、３０５を配置し、さらにその後段に回折格子３０６、３０７を配置することにより、ビーム毎に所望の出射角が得られるので、非機械式光偏向素子による複数ビーム偏向器の実現が可能となる。
［第４の実施例］
図６は本発明でいう複数ビーム偏向器の第４の実施例を示した図であり、出射光学系として、シリンドリカルレンズ後段に偏光回転素子、偏光プリズムを配置することにより複数ビーム偏向器を実現したものの概略斜視図である。
【００３３】
この図６に示す複数ビーム偏向器では、図１Ａ及び図Ｂと同様に、基板４０１を共通の基板とする複数の光偏向素子があり、各光偏向素子を構成する電極付光導波路４０２、４０３の後段に出射光学系としてシリンドリカルレンズ４０４、４０５がそれぞれ配置されている。そして本実施例では、シリンドリカルレンズ４０４、４０５の後段に偏光回転素子と偏光プリズムが配置されるが、例えば、一方側のシリンドリカルレンズ４０５の後段に偏光回転素子４０６と、偏光プリズム４０７を配置することで、偏光回転素子４０６により偏光制御されたビームが偏光プリズム４０７によって特定の屈折率を与えられるため、偏向回転素子４０６と偏光プリズム４０７の組み合わせにより所望の出射角を得ることが可能である。なお、偏光回転素子４０６は光偏向素子の入射側に配置してもよい。
【００３４】
なお、本実施例では、ビーム毎の出射角の調整は偏光回転素子４０６と偏光プリズム４０７を用いて行うので、シリンドリカルレンズ４０４、４０５は共通の部材であってもよい。また、第１の実施例と同様に、各光偏向素子を構成する電極付光導波路４０２、４０３は、それぞれ電気光学効果をもつ材料で形成されたスラブ型光導波路である。
【００３５】
以上のとおり、本実施例では光偏向素子（電極付光導波路４０２、４０３）の出射側にシリンドリカルレンズ４０４、４０５を配置し、さらにその後段に偏光回転素子４０６と偏光プリズム４０７を用いることにより、ビーム毎に所望の出射角が得られるので、非機械式光偏向素子による複数ビーム偏向器の実現が可能となる。
【００３６】
なお、以上のような本発明の複数ビーム偏向器においては、光偏向素子の出射側の出射光学系にＳＷＳ格子を用いても上記と同様の機能を実現することが可能である。
【００３７】
ここで、ＳＷＳ格子とは、光の波長よりも短い格子周期を持つサブ波長構造（Subwavelength Structure）を有する格子（サブ波長格子（Subwavelength Surface））であり、高次の回折波を発生せず、簡単な断面形状によって光学的異方性や屈折率分布を持たせることができる。そのため格子形状を制御することにより、屈折率分布や偏光特性を表面のナノ構造に持たせることができ、上記の偏光回転素子や偏光プリズムと同様の機能を持たせることができる。
［第５の実施例］
図７は本発明でいう複数ビーム偏向器の第５の実施例を示した図であり、光偏向素子の後段に出射光学系として屈折率分布レンズを配置し、屈折率分布レンズの屈折率分布により複数ビーム偏向器を実現したものの概略斜視図である。
【００３８】
この図７に示す複数ビーム偏向器では、図１Ａ及び図１Ｂと同様に、基板５０１を共通の基板とする複数の光偏向素子があり、各光偏向素子を構成する電極付光導波路５０２、５０３の後段に出射光学系として屈折率勾配が各光偏向素子毎に異なる屈折率分布レンズ５０４が配置されている。そして屈折率分布レンズ５０４のビーム通過箇所の屈折率を異ならせることにより、光導波路５０２と光導波路５０３の出射ビームの屈折角を決め、所望の出射角を得ることが可能である。
【００３９】
図７において、屈折率分布レンズ５０４は、レーザーの集光の役割と屈折率設計を兼ねた構造になっているが、さらに屈折率分布レンズ５０４の後段にくさび状のプリズムを配置するなどして、所望の出射角を得ることも可能である。また、前述のＳＷＳ格子を用いても、上記の機能を実現することが可能である。また、第１の実施例と同様に、各光偏向素子を構成する電極付光導波路５０２、５０３は、それぞれ電気光学効果をもつ材料で形成されたスラブ型光導波路である。
【００４０】
以上のとおり、本実施例では光偏向素子（電極付光導波路５０２、５０３）の出射側に屈折率分布レンズ５０４を配置し、屈折率分布レンズ５０４の屈折率を異ならせることにより所望の出射角が得られるので、非機械式光偏向素子による複数ビーム偏向器の実現が可能となる。
［第６の実施例］
図８は本発明でいう複数ビーム偏向器の第６の実施例を示した図であり、光偏向素子の後段に出射光学系としてマルチレンズアレイを用い、このマルチレンズアレイの光学設計をすることにより複数ビーム偏向器を実現したものの概略斜視図である。
【００４１】
この図８に示す複数ビーム偏向器では、図１Ａ及び図１Ｂと同様に、基板６０１を共通の基板とする複数の光偏向素子があり、各光偏向素子を構成する電極付光導波路６０２、６０３の後段に出射光学系としてマルチレンズアレイ６０４が配置されている。マルチレンズアレイ６０４は、出射ビームを互いに分離させる機能とビームをコリメーションさせる機能とを併せ持ち、ビーム通過箇所の屈折率を異ならせることにより、光導波路６０２と光導波路６０３の出射ビームについて、所望の出射角を得ることが可能である。
【００４２】
なお、本実施例においても第１の実施例と同様に、各光偏向素子を構成する電極付光導波路６０２、６０３は、それぞれ電気光学効果をもつ材料で形成されたスラブ型光導波路である。
【００４３】
以上のとおり、本実施例では光偏向素子（電極付光導波路６０２、６０３）の出射側にマルチレンズアレイ６０４を配置し、マルチレンズアレイ６０４の屈折率を異ならせることにより所望の出射角が得られるので、非機械式光偏向素子による複数ビーム偏向器の実現が可能となる。
【００４４】
以上の第１〜６の実施例に示した複数ビーム偏向器は、二次元スキャナや複数ビーム偏向モジュールに応用することができる。
【００４５】
以下、その実施例について説明する。
［第７の実施例］
本実施例では、第１〜６の実施例に示した複数ビーム偏向器を用いた二次元スキャナにおいて、複数個出射される偏向ビームを走査させる手段を示すものである。
【００４６】
図９Ａ及び図９Ｂは複数ビーム偏向器から出射された偏向ビームの走査方向とその制御のための構成を実現したものの概略構成説明図である。なお、図９Ａは二次元スキャナの概略斜視図、図９Ｂは二次元スキャナの偏光ビームの説明図である。
【００４７】
この図９Ａ及び図９Ｂに示す二次元スキャナでは、複数ビーム偏向器７０１から出射された複数の偏向ビームＡ、Ｂ、Ｃの走査端に光吸収部材７０２、７０３、７０４、７０５、７０６、７０７を設けている。
【００４８】
そして、この二次元スキャナでは、偏向ビームＡが矢印１の方向に走査され、光吸収部材７０３に達したとき、続けて偏向ビームＢが矢印２の方向へ走査され、偏向ビームＢが光吸収部材７０４に達したとき、続けて偏向ビームＣが矢印３の方向へ走査され、偏向ビームＣが光吸収部材７０７に達したとき、偏向ビームＡが矢印４の方向へ走査され、偏向ビームＡが光吸収部材７０２に達したとき、続けて偏向ビームＢが矢印５の方向へ走査され、偏向ビームＢが光吸収部材７０５に達したとき、続けて偏向ビームＣが矢印６の方向へ走査される。このように偏向ビームＡ、Ｂ、Ｃを走査することで、二次元スキャンの実現が可能となる。
［第８の実施例］
次に上記の第１〜６の実施例に示した複数ビーム偏向器（または第７の実施例に示した二次元スキャナ）を用いた複数ビーム偏向モジュールの実施例について説明する。
【００４９】
図１０は本発明でいう複数ビーム偏向モジュールの実施例を示した図であり、複数の光源と複数ビーム偏向器（第１〜６の実施例のいずれかの構成の複数ビーム偏向器）を用いた複数ビーム偏向モジュールの概略斜視図である。この図１０に示す複数ビーム偏向モジュールでは、２つの光源８０１、８０２から出射され、上述の複数ビーム偏向器８０３に入射した光ビームが異なる出射角で出射される。
【００５０】
なお、光源８０１、８０２は例えば半導体レーザーにおいて、同一もしくは別々の駆動回路、エネルギー供給源を有していてもよく、レーザーの波長、エネルギーについても制約はない。また、複数ビーム偏向器８０３に代えて、第７の実施例に示した二次元スキャナを用いることもできる。また、図１０には図示していないが、光源８０１、８０２からのビームを複数ビーム偏向器８０３に効率よく入力するために、集光レンズを含む入射側光学系を設けてもよい。集光レンズとしてはコリメートレンズやシリンドリカルレンズ等を好適に用いることができる。
［第９の実施例］
図１１は本発明でいう複数ビーム偏向モジュールの別の実施例を示した図であり、光源と光分岐素子と複数ビーム偏向器（第１〜６の実施例のいずれかの構成の複数ビーム偏向器）を用いた複数ビーム偏向モジュールの概略斜視図である。
【００５１】
この図１１に示す複数ビーム偏向モジュールでは、光源９０１から入射したビームが光分岐素子９０２によって２方向のビームに分岐される。光分岐素子９０２によって分岐された一方のビームは、複数ビーム偏向器９０３の光偏向素子９０４に入射する。光分岐素子９０２によって分岐された他方のビームは、ミラー９０７で光路を変換されて複数ビーム偏向器９０３の光偏向素子９０５に入射する。光分岐素子９０２としては、例えばハーフミラー（またはプリズム等）が用いられ、光分岐素子９０２により、ビームのエネルギー強度を分割して光を分岐する。光分岐素子９０２で分岐された各光ビームは複数ビーム偏向器９０３に入射し、出射光学系９０６により光ビームが異なる出射角で出射される。
【００５２】
なお、複数ビーム偏向器９０３に代えて、第７の実施例に示した二次元スキャナを用いることもできる。また、図示しないが、光源９０１からのビームを効率よく複数ビーム偏向器９０３に入力するために、入射側光学系の光分岐素子９０２の前段または後段にコリメートレンズやシリンドリカルレンズ等の集光レンズを設けてもよい。
［第１０の実施例］
図１２は本発明でいう複数ビーム偏向モジュールのさらに別の実施例を示した図であり、光源と光スイッチと複数ビーム偏向器（第１〜６の実施例のいずれかの構成の複数ビーム偏向器）を用いた複数ビーム偏向モジュールの概略斜視図である。
【００５３】
この図１２に示す複数ビーム偏向モジュールでは、光源１００１から入射したビームを光スイッチ１００２によって状態１、状態２に切り換えて、複数ビーム偏向器１００３の光偏向素子１００４、１００５へ入射することが可能である。光スイッチ１００２により分岐された一方の光ビームは、複数ビーム偏向器１００３の光偏向素子１００４に入射する。光分岐素子１００２によって分岐された他方の光ビームは、ミラー１００７で光路を変換されて複数ビーム偏向器１００３の光偏向素子１００５に入射する。光分岐素子１００２で分岐された各光ビームは、複数ビーム偏向器１００３の光偏向素子１００４、１００５にそれぞれ入射し、出射光学系１００６により光ビームが異なる出射角で出射される。
【００５４】
なお、光スイッチ１００２としては、例えばマイクロマシン構造のＭＥＭＳスイッチが用いられ、ＭＥＭＳスイッチにおいて、ミラーの反射角を状態１、状態２に切り換えることができ、状態１のとき光偏向素子１００４へ、状態２のときミラーを介して光偏向素子１００５へビームを入射する。また、複数ビーム偏向器１００３に代えて、第７の実施例に示した二次元スキャナを用いることもできる。また、図示しないが、光源１００１からのビームを効率よく複数ビーム偏向器１００３に入力するために、入射側光学系の光スイッチ１００２の前段または後段にコリメートレンズやシリンドリカルレンズ等の集光レンズを設けてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１０１，１１０，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１：基板
１０２，１０３，２０２，２０３，３０２，３０３，４０２，４０３，５０２，５０３，６０２，６０３：電極付光導波路（光偏向素子）
１０４，１０５，２０４，２０５，３０４，３０５，４０４，４０５：シリンドリカルレンズ
１１２：結合レンズ
１１３，１１４，１１５：光導波路
１１６，１１７，１１８：集光レンズ
２０６，２０７：ミラー
３０６，３０７：回折格子
４０６：偏光回転素子
４０７：偏光プリズム
５０４：屈折率分布レンズ
６０４：マイクロレンズアレイ
７０１，８０３，９０３，１００３：複数ビーム偏向器
７０２，７０３，７０４，７０５，７０６，７０７：光吸収部材
１１１，８０１，８０２，９０１，１００１：光源
９０２：光分岐素子
９０４，９０５，１００４，１００５：光偏向素子
１００２：光スイッチ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５６】
【特許文献１】特開昭５９−１９２２３２号公報
【特許文献２】特開昭６２−４７６２７号公報
【特許文献３】特開昭５８−１２５０２３号公報
【特許文献４】特開昭５８−１３０３２７号公報
【図１Ａ】
2011085916.tif 000003
【図１Ｂ】
2011085916.tif 000004
【図２Ａ】
2011085916.tif 000005
【図２Ｂ】
2011085916.tif 000006
【図２Ｃ】
2011085916.tif 000007
【図３Ａ】
2011085916.tif 000008
【図３Ｂ】
2011085916.tif 000009
【図３Ｃ】
2011085916.tif 000010
【図４】
2011085916.tif 000011
【図５】
2011085916.tif 000012
【図６】
2011085916.tif 000013
【図７】
2011085916.tif 000014
【図８】
2011085916.tif 000015
【図９Ａ】
2011085916.tif 000016
【図９Ｂ】
2011085916.tif 000017
【図１０】
2011085916.tif 000018
【図１１】
2011085916.tif 000019
【図１２】
2011085916.tif 000020