(57)【要約】【課題】周期分極反転構造を利用した光偏向技術を実現可能とする。【解決手段】分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３のうち、１番目に光が入射する分極反転領域Ｓａ１に生成される回折格子は、Ｘ方向から入射してきた光Ｌをブラッグ回折により偏向する。さらに、Ｍａ番目に光Ｌが入射する分極反転領域ＳａＭａに生成される回折格子は、（Ｍａ−１）番目に光Ｌが入射する分極反転領域ＳａＭａ−１に生成される回折格子がブラッグ回折により偏向した光Ｌをブラッグ回折により偏向する。したがって、光Ｌの通過順序の最初から数えた、回折格子を生成させる分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３の個数を変えることで、一方側への光Ｌの偏向角度を調整することができる。【選択図】図３
2019003079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の進行方向に進行してきた光を偏向する光偏向器であって、
互いに分極の向きが反転した区域が周期的に並ぶ周期分極反転構造をそれぞれ有し、前記光が順番に通過するＮａ（Ｎａは２以上の整数）個の一方偏向用領域を有する多段偏向素子と、
前記Ｎａ個の一方偏向用領域に対応して設けられたＮａ個の一方偏向用電極を有する電極部と
を備え、
前記各一方偏向用領域は、対応する前記一方偏向用電極に電圧が印加されると、前記進行方向に対して一方側へ傾斜した方向へ前記光を回折する回折格子を前記周期分極反転構造内に生成し、
前記Ｎａ個の一方偏向用領域のうち、１番目に前記光が入射する前記一方偏向用領域に生成される回折格子は、前記進行方向から入射してきた前記光をブラッグ回折により偏向し、
Ｍａ（Ｍａは２以上でＮａ以下の整数）番目に前記光が入射する前記一方偏向用領域に生成される回折格子は、（Ｍａ−１）番目に光が入射する前記一方偏向用領域に生成される回折格子がブラッグ回折により偏向した前記光をブラッグ回折により偏向する光偏向器。
【請求項２】
前記多段偏向素子は、前記周期分極反転構造をそれぞれ有するＮｂ（Ｎｂは２以上の整数）個の他方偏向用領域をさらに有し、
前記電極部は、前記Ｎｂ個の他方偏向用領域に対応して設けられたＮｂ個の他方偏向用電極をさらに有し、
前記各他方偏向用領域は、対応する前記他方偏向用電極に電圧が印加されると、前記進行方向に対して他方側へ傾斜した方向へ前記光を回折する回折格子を前記周期分極反転構造内に生成し、
前記Ｎｂ個の他方偏向用領域のうち、１番目に前記光が入射する前記他方偏向用領域に生成される回折格子は、前記進行方向から入射してきた前記光をブラッグ回折により偏向し、
Ｍｂ（Ｍｂは２以上でＮｂ以下の整数）番目に前記光が入射する前記他方偏向用領域に生成される回折格子は、（Ｍｂ−１）番目に光が入射する前記他方偏向用領域に生成される回折格子がブラッグ回折により偏向した前記光をブラッグ回折により偏向する請求項１に記載の光偏向器。
【請求項３】
前記一方偏向用領域の個数Ｎａと、前記他方偏向用領域の個数Ｎｂとが等しい請求項２に記載の光偏向器。
【請求項４】
前記光が通過する順序において、前記Ｎａ個の一方偏向用領域の後に前記Ｎｂ個の他方偏向用領域が配置された請求項３に記載の光偏向器。
【請求項５】
前記光が通過する順序において、前記一方偏向用領域と前記他方偏向用領域とが交互に配置された請求項３に記載の光偏向器。
【請求項６】
前記電極部へ印加される電圧を制御することで、前記進行方向に交差する第１走査方向へ前記多段偏向素子により前記光を走査する走査制御部をさらに備えた請求項１ないし５のいずれか一項に記載の光偏向器。
【請求項７】
前記多段偏向素子を通過した前記光を、前記第１走査方向へ連続的に偏向する連続偏向部をさらに備え、
前記走査制御部は、前記連続偏向部による前記光の偏向角度を調整して、前記多段偏向素子により前記光を照射可能な複数の離散的な位置の間に前記光を照射することで、前記光を前記第１方向へ連続的に走査する請求項６に記載の光偏向器。
【請求項８】
前記連続偏向部は、前記光が順に通過する複数のプリズムと、前記複数のプリズムに共通に設けられた共通電極とを有し、前記光が通過する順序において前記複数のプリズムの分極の向きが交互に反転し、
前記走査制御部は、前記共通電極へ印加される電圧を制御することで、前記多段偏向素子を通過した前記光を前記連続偏向部により前記第１走査方向へ連続的に偏向させる請求項７に記載の光偏向器。
【請求項９】
前記プリズムの前記光の通過面は、前記進行方向へ凸に湾曲した形状を有する請求項８に記載の光偏向器。
【請求項１０】
前記各プリズムの偏角が最小偏角となる形状を前記通過面が有する請求項９に記載の光偏向器。
【請求項１１】
前記連続偏向部では、前記光が通過する順序において分極の向きが交互に反転する前記複数のプリズムにより構成されるプリズム群が、前記進行方向に直交する方向に複数配列されている請求項８ないし１０のいずれか一項に記載の光偏向器。
【請求項１２】
前記多段偏向素子を通過した前記光を、前記第１走査方向に直交する第２走査方向へ偏向する走査偏向部をさらに備えた請求項７に記載の光偏向器。
【請求項１３】
前記Ｎａ個の一方偏向用領域のうち、Ｉ（Ｉは１以上の整数）番目に前記光が入射する前記一方偏向用領域の前記周期分極反転構造では、前記区域が周期Λiで周期的に並ぶとともに互いに隣接する前記区域の境界が前記進行方向に対して角度φi傾斜し、次の関係式
φi＝θi−１＋ａｒｃｓｉｎ（λ／２ｎΛi）
ｎ：周期分極反転構造を構成する結晶の屈折率
θi−１：Ｉ番目の一方偏向用領域に入射する前記光と前記進行方向との間の角度
λ：前記光の波長
が満たされる請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の光偏向器。
【請求項１４】
光源部と、
前記光源部からの光を偏向する請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の光偏向器と、
前記光偏向器を通過した前記光が描画対象に照射される位置を、前記光偏向器による前記光の偏向を制御することで調整して、前記描画対象にパターンを描画する制御部と
を備える描画装置。
【請求項１５】
光源部と、
前記光源部からの光を偏向する請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の光偏向器と、
前記光偏向器による前記光の偏向を制御することで、照射対象に前記光を照射する制御部と
を備えた照明装置。
【請求項１６】
光源部と、
前記光源部からの光を走査する請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の光偏向器と、
走査された前記光の障害物による反射を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づき前記障害物の有無を判断する制御部と
を備えた障害物検出装置。
【請求項１７】
進行方向から入射してきた光を偏向する光偏向方法であって、
互いに分極の向きが反転した区域が周期的に並ぶ周期分極反転構造をそれぞれ有し、前記光が順番に通過するＮａ（Ｎａは２以上の整数）個の一方偏向用領域に対して、前記進行方向から前記光を入射させる工程と、
前記Ｎａ個の一方偏向用領域に対応して設けられたＮａ個の一方偏向用電極へ印加する電圧を制御する工程と
を備え、
前記各一方偏向用領域は、対応する前記一方偏向用電極に電圧が印加されると、前記進行方向に対して一方側へ傾斜した方向へ前記光を回折する回折格子を前記周期分極反転構造内に生成し、
前記Ｎａ個の一方偏向用領域のうち、１番目に前記光が入射する前記一方偏向用領域に生成される回折格子は、前記進行方向から入射してきた前記光をブラッグ回折により偏向し、
Ｍａ（Ｍａは２以上でＮａ以下の整数）番目に前記光が入射する前記一方偏向用領域に生成される回折格子は、（Ｍａ−１）番目に光が入射する前記一方偏向用領域に生成される回折格子がブラッグ回折により偏向した前記光をブラッグ回折により偏向する光偏向方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、周期分極反転構造を有する電気光学結晶基板を利用して光を偏向する光偏向技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いて微小ミラーを振動させ、微小ミラーに入射するレーザー光を偏向する光偏向器が記載されている。このような光偏向器は、メカニカルに振動する振動ミラーにより偏向するため偏向速度が遅く、また微小ミラーによる反射を利用するためレーザーパワー耐性が低い。そのため、高出力のレーザー光を高速偏向する用途には、ＭＥＭＳ技術により微小ミラーを振動させる光偏向器には限界があった。したがって、かかる用途に利用可能な光偏向器が望まれていた。
【０００３】
これに対して、非特許文献２には、電気光学効果を利用した電気光学偏向器が開示されている。電気光学偏向器は、電気光学結晶の内部にプリズム形状の分極反転部を作製し、電圧を印加することで生じる分極反転部と非反転部との屈折率の差により光を屈折させて光を偏向する。そのため、偏向速度が速く、光透過型の構成を採用しているため、レーザーパワー耐性が高いという特徴を有する。しかしながら、光を偏向できる角度が小さいという課題があった。
【０００４】
また、非特許文献３には、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ３）で構成された周期分極反転構造を有する電気光学結晶基板を利用したブラッグ偏向器が開示されている。このブラッグ偏向器は、電気光学結晶基板と、電気光学結晶基板の一方主面に設けられた信号電極と、電気光学結晶基板の他方主面に設けられた共通電極とを備える。信号電極は光の進行方向に平行に形成され、信号電極に電圧が印加されると、信号電極と共通電極との間の電気光学結晶基板に周期的な屈折率分布が生じ、回折格子が生成される。このようなブラッグ偏向器は、偏向速度が速く、レーザーパワー耐性が高いという特徴を有する。しかしながら、光を偏向するか偏向しないかを選択的に実行するに過ぎず、光を偏向できる角度が小さいという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ulrich Hofmann , etc , “High-Q MEMS Resonators for Laser Beam Scanning Displays”, Micromachines 2012, 3, 509-528; doi:10.3390/mi3020509
【非特許文献２】Y. Zuo, etc , “Bulk electro-optic deflector-based switches”,APPLIED OPTICS, Vol. 46, No. 16, pp 3323-3331, 1 June 2007
【非特許文献３】Harald Gnewuch, etc , “Nanosecond Response of Bragg Deflectors in Periodically Poled LiNbO3”, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 10, NO. 12, DECEMBER 1998
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、周期分極反転構造を用いた技術は、高出力のレーザー光を高速偏向する用途に利用できる可能性を有するものの、偏向角度を確保するのが困難であった。
【０００７】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、周期分極反転構造を利用することで高出力のレーザー光の高速偏向を可能としつつ、偏向角度の確保も併せて実現可能とする技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る光偏向器は、進行方向から入射してきた光を偏向する光偏向器であって、  互いに分極の向きが反転した区域が周期的に並ぶ周期分極反転構造をそれぞれ有し、光が順番に通過するＮａ（Ｎａは２以上の整数）個の一方偏向用領域を有する多段偏向素子と、Ｎａ個の一方偏向用領域に対応して設けられたＮａ個の一方偏向用電極を有する電極部とを備え、各一方偏向用領域は、対応する一方偏向用電極に電圧が印加されると、進行方向に対して一方側へ傾斜した方向へ光を回折する回折格子を周期分極反転構造内に生成し、Ｎａ個の一方偏向用領域のうち、１番目に光が入射する一方偏向用領域に生成される回折格子は、進行方向から入射してきた光をブラッグ回折により偏向し、Ｍａ（Ｍａは２以上でＮａ以下の整数）番目に光が入射する一方偏向用領域に生成される回折格子は、（Ｍａ−１）番目に光が入射する一方偏向用領域に生成される回折格子がブラッグ回折により偏向した光をブラッグ回折により偏向する。
【０００９】
本発明に係る光偏向方法は、進行方向から入射してきた光を偏向する光偏向方法であって、互いに分極の向きが反転した区域が周期的に並ぶ周期分極反転構造をそれぞれ有し、光が順番に通過するＮａ（Ｎａは２以上の整数）個の一方偏向用領域に対して、進行方向から光を入射させる工程と、Ｎａ個の一方偏向用領域に対応して設けられたＮａ個の一方偏向用電極へ印加する電圧を制御する工程とを備え、各一方偏向用領域は、対応する一方偏向用電極に電圧が印加されると、進行方向に対して一方側へ傾斜した方向へ光を回折する回折格子を周期分極反転構造内に生成し、Ｎａ個の一方偏向用領域のうち、１番目に光が入射する一方偏向用領域に生成される回折格子は、進行方向から入射してきた光をブラッグ回折により偏向し、Ｍａ（Ｍａは２以上でＮａ以下の整数）番目に光が入射する一方偏向用領域に生成される回折格子は、（Ｍａ−１）番目に光が入射する一方偏向用領域に生成される回折格子がブラッグ回折により偏向した光をブラッグ回折により偏向する。
【００１０】
このように構成された本発明（光偏向器、光偏向方法）では、互いに分極の向きが反転した区域が周期的に並ぶ周期分極反転構造をそれぞれ有するＮａ個の一方偏向用領域が設けられ、光がＮａ個の一方偏向用領域を順番に通過する。また、Ｎａ個の一方偏向用領域に対応してＮａ個の一方偏向用電極が設けられている。そして、各一方偏向用領域は、対応する一方偏向用電極に電圧が印加されると、進行方向に対して一方側へ傾斜した方向へ光を回折する回折格子を周期分極反転構造内に生成する。
【００１１】
特に、Ｎａ個の一方偏向用領域が順番にブラッグ回折により光を偏向できるように構成されている。つまり、Ｎａ個の一方偏向用領域のうち、１番目に光が入射する一方偏向用領域に生成される回折格子は、進行方向から入射してきた光をブラッグ回折により偏向する。さらに、Ｍａ（Ｍａは２以上でＮａ以下の整数）番目に光が入射する一方偏向用領域に生成される回折格子は、（Ｍａ−１）番目に光が入射する一方偏向用領域に生成される回折格子がブラッグ回折により偏向した光をブラッグ回折により偏向する。したがって、光の通過順序の最初から数えた、回折格子を生成させる一方偏向用領域の個数を増加させることで、一方側への光の偏向角度を大きくすることができる。
【００１２】
このように本発明によれば、周期分極反転構造の電気光学効果を利用するため高速偏向が可能となるとともに、周期分極反転構造を用いた光透過型の構成を採用するため高い光パワー耐性も実現できる。しかも、一方偏向用領域を多段に配列することで、偏向角度も確保できる。こうして、周期分極反転構造を利用することで高出力のレーザー光の高速偏向を可能としつつ、偏向角度の確保も併せて実現することが可能となっている。
【００１３】
また、多段偏向素子は、周期分極反転構造をそれぞれ有するＮｂ（Ｎｂは２以上の整数）個の他方偏向用領域をさらに有し、電極部は、Ｎｂ個の他方偏向用領域に対応して設けられたＮｂ個の他方偏向用電極をさらに有し、各他方偏向用領域は、対応する他方偏向用電極に電圧が印加されると、進行方向に対して他方側へ傾斜した方向へ光を回折する回折格子を周期分極反転構造内に生成し、Ｎｂ個の他方偏向用領域のうち、１番目に光が入射する他方偏向用領域に生成される回折格子は、進行方向から入射してきた光をブラッグ回折により偏向し、Ｍｂ（Ｍｂは２以上でＮｂ以下の整数）番目に光が入射する他方偏向用領域に生成される回折格子は、（Ｍｂ−１）番目に光が入射する他方偏向用領域に生成される回折格子がブラッグ回折により偏向した光をブラッグ回折により偏向するように、光偏向器を構成しても良い。
【００１４】
かかる構成では、各他方偏向用領域は、対応する他方偏向用電極に電圧が印加されると、進行方向に対して他方側へ傾斜した方向へ光を回折する回折格子を周期分極反転構造内に生成する。特に、Ｎｂ個の他方偏向用領域が順番にブラッグ回折により光を偏向できるように構成されている。つまり、Ｎｂ個の他方偏向用領域のうち、１番目に光が入射する他方偏向用領域に生成される回折格子は、進行方向から入射してきた光をブラッグ回折により偏向する。さらに、Ｍｂ（Ｍｂは２以上でＮｂ以下の整数）番目に光が入射する他方偏向用領域に生成される回折格子は、（Ｍｂ−１）番目に光が入射する他方偏向用領域に生成される回折格子がブラッグ回折により偏向した光をブラッグ回折により偏向する。したがって、光の通過順序の最初から数えた、回折格子を生成させる他方偏向用領域の個数を増加させることで、他方側への光の偏向角度を大きくすることができる。こうして、周期分極反転構造を利用することで高出力のレーザー光の高速偏向を可能としつつ、一方側および他方側への両方へ偏向角度を確保可能な光偏向技術が実現可能となっている。
【００１５】
さらに、一方偏向用領域の個数Ｎａと、他方偏向用領域の個数Ｎｂとが等しいように、光偏向器を構成しても良い。かかる構成では、一方側および他方側の両方へバランス良く均等に光を偏向することができ、偏向角度をさらに大きくすることが可能となる。
【００１６】
この際、一方偏向用領域と他方偏向用領域との配置には、種々のバリエーションが考えられる。例えば、光が通過する順序において、Ｎａ個の一方偏向用領域の後にＮｂ個の他方偏向用領域が配置されるように、光偏向器を構成しても良い。あるいは、光が通過する順序において、一方偏向用領域と他方偏向用領域とが交互に配置されるように、光偏向器を構成しても良い。
【００１７】
また、電極部へ印加される電圧を制御することで、進行方向に交差する第１走査方向へ多段偏向素子により光を走査する走査制御部をさらに備えるように、光偏向器を構成しても良い。かかる構成では、周期分極反転構造を利用して光を走査することが可能となっている。
【００１８】
また、多段偏向素子を通過した光を、第１走査方向へ連続的に偏向する連続偏向部をさらに備え、走査制御部は、連続偏向部による光の偏向角度を調整して、多段偏向素子により光を照射可能な複数の離散的な位置の間に光を照射することで、光を第１方向へ連続的に走査するように、光偏向器を構成しても良い。かかる構成では、多段偏向素子による離散的な光走査を連続偏向部により補って、連続的な光走査を実現することができる。
【００１９】
具体的には、連続偏向部は、光が順に通過する複数のプリズムと、複数のプリズムに共通に設けられた共通電極とを有し、光が通過する順序において複数のプリズムの分極の向きが交互に反転し、走査制御部は、共通電極へ印加される電圧を制御することで、多段偏向素子を通過した光を連続偏向部により第１走査方向へ連続的に偏向させるように、光偏向器を構成しても良い。
【００２０】
また、プリズムの光の通過面は、進行方向へ凸に湾曲した形状を有するように、光偏向器を構成しても良い。これによって、プリズムの光の通過面（プリズム面）でのケラレを抑制できる。
【００２１】
さらに、各プリズムの偏角が最小偏角となる形状を通過面が有するように、光偏向器を構成しても良い。これによって、プリズム面でのケラレをより確実に抑制できる。
【００２２】
また、連続偏向部では、光が通過する順序において分極の向きが交互に反転する複数のプリズムにより構成されるプリズム群が、進行方向に直交する方向に複数配列されているように、光偏向器を構成しても良い。かかる構成では、微小なプリズムをマトリックス状に多数配列することができるため、光偏向器の大型化を伴わずに、屈折面を増やすことができる。したがって、個々の屈折面の屈折角を小さくできるため、プリズム（分極反転構造）に印加する電圧を低く設定でき、より高速な光偏向が可能となる。
【００２３】
また、多段偏向素子を通過した光を、第１走査方向に直交する第２走査方向へ偏向する走査偏向部をさらに備えるように、光偏向器を構成しても良い。これによって、二次元的に光を走査することが可能となる。
【００２４】
また、Ｎａ個の一方偏向用領域のうち、Ｉ（Ｉは１以上の整数）番目に光が入射する一方偏向用領域の周期分極反転構造では、区域が周期Λiで周期的に並ぶとともに互いに隣接する区域の境界が進行方向に対して角度φi傾斜し、次の関係式
φi＝θi−１＋ａｒｃｓｉｎ（λ／２ｎΛi）
ｎ：周期分極反転構造を構成する結晶の屈折率
θi−１：Ｉ番目の一方偏向用領域に入射する光と進行方向との間の角度
λ：光の波長
が満たされるように、光偏向器を構成しても良い。かかる構成では、一方偏向用領域に入射する光を、ブラッグ回折により確実に偏向することが可能となる。
【００２５】
なお、上記の光偏向器の用途は種々考えられる。例えば、光源部と、光源部からの光を偏向する上記の光偏向器と、光偏向器を通過した光が描画対象に照射される位置を、光偏向器による光の偏向を制御することで調整して、描画対象にパターンを描画する制御部とを備える描画装置を構成しても良い。
【００２６】
光源部と、光源部からの光を偏向する上記の光偏向器と、光偏向器による光の偏向を制御することで、照射対象に光を照射する制御部とを備える照明装置を構成しても良い。
【００２７】
あるいは、光源部と、光源部からの光を走査する上記の光偏向器と、走査された光の障害物による反射を検出する検出部と、検出部の検出結果に基づき障害物の有無を判断する制御部とを備える障害物検出装置を構成しても良い。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように、本発明によれば、周期分極反転構造を利用することで高出力のレーザー光の高速偏向を可能としつつ、偏向角度の確保も併せて実現することが可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光偏向器を模式的に示す斜視図。
【図２】図１の光偏向器が備える複数の分極反転領域の配置を模式的に示す分解斜視図。
【図３】図１の光偏向器の動作の一例を模式的に示す平面図。
【図４】図３に示す動作の一例を表形式で表した図。
【図５】本発明の第２実施形態に係る光偏向器を模式的に示す平面図。
【図６】図５の光偏向器が備える連続偏向部の一例を模式的に示す斜視図。
【図７】本発明の第３実施形態に係る光偏向器を模式的に示す平面図。
【図８】本発明の第４実施形態に係る光偏向器を模式的に示す平面図。
【図９】本発明の第５実施形態に係る光偏向器を模式的に示す平面図。
【図１０】本発明の第６実施形態に係る光偏向器を模式的に示す図。
【図１１】本発明に係る光偏向器を備えた描画装置の一実施形態の概略構成を模式的に示す正面図。
【図１２】本発明に係る光偏向器を備えた照明装置の一実施形態の概略構成を模式的に示す図。
【図１３】本発明に係る光偏向器を備えた障害物検出装置の一実施形態を模式的に示す図。
【図１４】第２実施形態で示した光偏向器の変形例を模式的に示す図。
【図１５】第３実施形態で示した偏向器の変形例を模式的に示す図。
【図１６】本発明の具体的なシミュレーション結果の一例を示す光強度分布の等高線図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は本発明の第１実施形態に係る光偏向器を模式的に示す斜視図である。図２は図１の光偏向器が備える複数の分極反転領域の配置を模式的に示す分解斜視図である。図３は図１の光偏向器の動作の一例を模式的に示す平面図である。図４は図３に示す動作の一例を表形式で表した図である。図１〜図３および以下の図では、光偏向器１へ入射する光Ｌの進行方向をＸ方向とするＸＹＺ直交座標系を適宜示す。特にＸ方向の一方側（光Ｌの進行側）を＋Ｘ側と、Ｘ方向の他方側を−Ｘ側と、Ｙ方向の一方側を＋Ｙ側と、Ｙ方向の他方側を−Ｙ側と、Ｚ方向の一方側を＋Ｚ側と、Ｚ方向の他方側を−Ｚ側と適宜称する。
【００３１】
この光偏向器１は、多段偏向素子２、多段偏向素子２に取り付けられた電極部３、電極部３に信号に対応した電圧を印加する駆動部４１および駆動部４１を制御する駆動制御部５を備え、Ｘ方向の−Ｘ側から＋Ｘ側へ進行しつつ入射してきた光ＬをＸ方向に直交するＹ方向に偏向する。
【００３２】
多段偏向素子２は、例えばリチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ３）の単結晶で形成された電気光学結晶基板であり、この電気光学結晶基板中には３個の分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３が形成されている。分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３はＸ方向に直列に配列され、光偏向器１に入射した光Ｌはこれらを順番に通過する。なお、分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３を区別しない場合には、これらを分極反転領域Ｓａと適宜総称する。また、分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３それぞれの構成を特徴付ける後述の周期Λａ１、Λａ２、Λａ３および傾斜角φａ１、φａ２、φａ３等も、それぞれを区別しない場合には、周期Λａおよび傾斜角φａと適宜総称する。
【００３３】
分極反転領域Ｓａは直方体形状を有し、分極反転領域Ｓａの光の入射面２２および射出面２３はＹＺ平面に平行であり、分極反転領域Ｓａの一方主面２４および他方主面２５はＸＹ平面に平行である。この分極反転領域Ｓａは、互いに分極の向きが反転した区域が周期Λａで周期的に並ぶ周期分極反転構造を有する。つまり、分極反転領域Ｓａでは、Ｚ方向の−Ｚ側（図２下側）を向いて分極した分極区域２６と、Ｚ方向の＋Ｚ側（図２上側）を向いて分極した分極区域２７とが交互に配列され、分極区域２６、２７のそれぞれは周期Λａの半分の幅の帯状の四角柱形状を有する。この際、分極区域２６、２７の配列方向、換言すれば分極反転が周期的に表れる方向はＹ方向に対して傾斜しており、その結果、隣接する分極区域２６、２７の境界平面２８はＸ方向に対してＹ方向の＋Ｙ側に傾斜角φａで傾斜している（換言すれば、境界平面２８は、光Ｌの進行方向であるＸ方向の＋Ｘ側に進むほどＹ方向の＋Ｙ側に進むように、Ｘ方向に対して傾斜角φａで傾斜している）。
【００３４】
電極部３は、３個の分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３に対応してそれぞれ個別に設けられた３個の信号電極Ｅａ１、Ｅａ２、Ｅａ３を有する。信号電極Ｅａ１、Ｅａ２、Ｅａ３のそれぞれは、Ｙ方向に平行に延設された平板形状を有し、対応する分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３の一方主面２４に取り付けられている。また、電極部３は、３個の分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３それぞれの他方主面２５に共通に設けられた接地電極Ｅｇを有する。こうして、３個の分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３のそれぞれは、対応する信号電極Ｅａ１、Ｅａ２、Ｅａ３と接地電極Ｅｇとにより挟まれている。
【００３５】
駆動部４１は、信号電極Ｅａ１、Ｅａ２、Ｅａ３のそれぞれに個別に信号に対応した電圧を印加することができる。これに対して、駆動制御部５は駆動部４１を制御する機能を担当するプロセッサーであり、ＣＰＵ(Central Processing Unit)やＲＡＭ(Random Access Memory)で構成されている。特に駆動制御部５は、駆動部４１による信号電極Ｅａ１、Ｅａ２、Ｅａ３への信号に対応した電圧の印加を制御することで、分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３内に回折格子を生成し、光Ｌの偏向方向を調整する。
【００３６】
つまり、分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３は、対応する信号電極Ｅａ１、Ｅａ２、Ｅａ３への信号に対応した電圧の印加を受けて、それぞれの周期分極反転構造内にブラッグ型の回折格子を生成する。そして、この回折格子が、Ｘ方向に対してＹ方向の＋Ｙ側へ傾斜した方向へ光Ｌを回折する。図３を参照しつつ詳述すると、１段目の分極反転領域Ｓａ１に生成される回折格子は、Ｘ方向に平行に入射してきた光Ｌを、当該光Ｌに対して回折角α１だけＹ方向の＋Ｙ側へ傾斜した方向へブラッグ回折により回折する。２段目の分極反転領域Ｓａ２に生成される回折格子は、前段の分極反転領域Ｓａ１により回折された光Ｌを、当該光Ｌに対して回折角α２だけＹ方向の＋Ｙ側へ傾斜した方向へブラッグ回折により回折する。３段目の分極反転領域Ｓａ３に生成される回折格子は、前段の分極反転領域Ｓａ２により回折された光Ｌを、当該光Ｌに対して回折角α３だけＹ方向の＋Ｙ側へ傾斜した方向へブラッグ回折により回折する。
【００３７】
したがって、図４に示すように、信号電極Ｅａ１、Ｅａ２、Ｅａ３のいずれにも信号に対応した電圧を印加しない場合には、Ｘ方向に平行に多段偏向素子２に入射してきた光Ｌは、回折されることなく分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３を通過して、Ｘ方向に平行な方向Ｄａ０へ射出される。１段目の信号電極Ｅａ１にのみ信号に対応した電圧を印加した場合には、Ｘ方向に平行に多段偏向素子２に入射してきた光Ｌは、分極反転領域Ｓａ１により回折されて、Ｘ方向に対してＹ方向の＋Ｙ側に傾斜した方向Ｄａ１へ偏向される。１〜２段目の信号電極Ｅａ１、Ｅａ２にのみ信号に対応した電圧を印加した場合には、Ｘ方向に平行に多段偏向素子２に入射してきた光Ｌは、分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２により回折されて、方向Ｄａ１よりもさらにＸ方向に対してＹ方向の＋Ｙ側に傾斜した方向Ｄａ２へ偏向される。１〜３段目の信号電極Ｅａ１、Ｅａ２、Ｅａ３のいずれにも信号に対応した電圧を印加した場合には、Ｘ方向に平行に多段偏向素子２に入射してきた光Ｌは、分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３により回折されて、方向Ｄａ２よりもさらにＸ方向に対してＹ方向の＋Ｙ側に傾斜した方向Ｄａ３へ偏向される。したがって、駆動制御部５は、信号電極Ｅａ１、Ｅａ２、Ｅａ３への信号に対応した電圧の印加を制御することで、光Ｌの偏向方向を変更して、光ＬをＹ方向の＋Ｙ側および−Ｙ側の両側に走査することができる。
【００３８】
このように第１実施形態に係る光偏向器１では、互いに分極の向きが反転した分極区域２６、２７が周期的に並ぶ周期分極反転構造をそれぞれ有するＮａ個の分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３が設けられ、光ＬがＮａ個の分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３を順番に通過する。ここで、Ｎａは２以上の整数であり、第１実施形態では「３」である。また、Ｎａ個の分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３に対応してＮａ個の信号電極Ｅａ１、Ｅａ２、Ｅａ３が設けられている。そして、各分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３は、対応する信号電極Ｅａ１、Ｅａ２、Ｅａ３に信号に対応した電圧が印加されると、Ｘ方向に対して＋Ｙ側へ傾斜した方向へ光Ｌを回折する回折格子を周期分極反転構造内に生成する。
【００３９】
特に、Ｎａ個の分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３が順番にブラッグ回折により光Ｌを偏向できるように構成されている。つまり、Ｎａ個の分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３のうち、１番目に光が入射する分極反転領域Ｓａ１に生成される回折格子は、Ｘ方向から入射してきた光Ｌをブラッグ回折により偏向する。さらに、Ｍａ番目に光Ｌが入射する分極反転領域ＳａＭａに生成される回折格子は、（Ｍａ−１）番目に光Ｌが入射する分極反転領域ＳａＭａ−１に生成される回折格子がブラッグ回折により偏向した光Ｌをブラッグ回折により偏向する。ここで、Ｍａは２以上でＮａ以下の整数であり、第１実施形態では「２」または「３」である。したがって、光Ｌの通過順序の最初から数えた、回折格子を生成させる分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３の個数を増加させることで、＋Ｙ側への光Ｌの偏向角度を大きくすることができる。
【００４０】
このように第１実施形態によれば、周期分極反転構造の電気光学効果を利用するため高速偏向が可能となるとともに、周期分極反転構造を用いた光透過型の構成を採用するため高い光パワー耐性も実現できる。しかも、分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３を多段に配列することで、偏向角度も確保できる。こうして、周期分極反転構造を利用することで高出力のレーザー光の高速偏向を可能としつつ、偏向角度の確保も併せて実現することが可能となっている。
【００４１】
また、駆動制御部５は、信号電極Ｅａ１、Ｅａ２、Ｅａ３へ印加される信号に対応した電圧を制御することで、Ｘ方向に直交するＹ方向へ多段偏向素子２により光Ｌを走査する。こうして、周期分極反転構造を利用して光Ｌを走査することが可能となっている。
【００４２】
続いて、上記実施形態と異なる実施形態について説明する。この際、上記実施形態との差異部分を中心に説明することとし、共通部分については相当符号を付して適宜説明を省略する。ただし、上記実施形態と共通する構成を備えることで、同様の効果を奏する点は言うまでもない。
【００４３】
図５は本発明の第２実施形態に係る光偏向器を模式的に示す平面図である。図６は図５の光偏向器が備える連続偏向部の一例を模式的に示す斜視図である。第２実施形態が第１実施形態と異なるのは、光偏向器１が、多段偏向素子２の後段に設けられた連続偏向部６と、連続偏向部６を駆動する駆動部４２とを備える点である。つまり、多段偏向素子２を通過した光Ｌは、さらに連続偏向部６を通過した後に照射対象物Ｊに照射される。この際、連続偏向部６は、多段偏向素子２から入射してきた光ＬをＹ方向側に偏向することができる。
【００４４】
つまり、連続偏向部６は、例えばリチウムナイオベートの単結晶で形成された電気光学結晶基板である連続偏向素子６１を有する。この連続偏向素子６１は直方体形状を有し、連続偏向素子６１の光の入射面６２および射出面６３はＹＺ平面に平行であり、連続偏向素子６１の一方主面６４および他方主面６５はＸＹ平面に平行である。この連続偏向素子６１では、互いに分極の向きが反転したプリズム６６、６７（ここの例では三角プリズム）がＸ方向（換言すれば光Ｌの通過順序）に交互に直列に配列されている。プリズム６６の分極はＺ方向の＋Ｚ側（図６上側）を向き、プリズム６７の分極はＺ方向の−Ｚ側（図６下側）を向き、隣接するプリズム６６、６７のそれぞれのプリズム面６８は互いに接触している。
【００４５】
さらに、連続偏向部６は、連続偏向素子６１に取り付けられた電極部６９を有する。この電極部６９は、連続偏向素子６１の一方主面６４に取り付けられた共通信号電極６９１と、連続偏向素子６１の他方主面６５に取り付けられた接地電極６９２とを有する。共通信号電極６９１および接地電極６９２のそれぞれは、複数のプリズム６６、６７に共通に設けられており、各プリズム６６、６７は共通信号電極６９１と接地電極６９２とにより挟まれている。
【００４６】
そして、駆動部４２は共通信号電極６９１に対して信号に対応した電圧を印加することができる。駆動部４２から共通信号電極６９１への信号に対応した電圧の印加が無い状態では、プリズム６６、６７は同一の屈折率を有する。そのため、多段偏向素子２から射出された光Ｌは、連続偏向素子６１により偏向されることなく当該連続偏向素子６１を通過して照射対象物Ｊに照射される。つまり、多段偏向素子２による偏向方向Ｄａ０、Ｄａ１、Ｄａ２、Ｄａ３に応じて、照射対象物ＪでＹ方向に離散的に並ぶ照射位置Ｐａ０、Ｐａ１、Ｐａ２、Ｐａ３のいずれかに光Ｌが照射される。
【００４７】
一方、駆動部４２から共通信号電極６９１へ信号に対応した電圧が印加されると、プリズム６６、６７の間には信号に対応した電圧の大きさに応じた屈折率の差が生じる。そのため、多段偏向素子２から射出された光Ｌは、連続偏向素子６１により偏向されてから照射対象物Ｊに照射される。この際、駆動部４２は、共通信号電極６９１への信号に対応した電圧の大きさを変化させることで、連続偏向素子６１が光Ｌを偏向する角度を連続的に変化させることができる。したがって、照射位置Ｐａ０、Ｐａ１、Ｐａ２、Ｐａ３それぞれの間の範囲Ｒａ１、Ｒａ２、Ｒａ３にも光Ｌを照射できる。かかる構成では、駆動制御部５は、駆動部４１および駆動部４２が印加する信号に対応した電圧を制御することで、照射位置Ｐａ０〜Ｐａ３を含む範囲で光ＬをＹ方向に連続的に走査できる。
【００４８】
このように第２実施形態に係る光偏向器１では、多段偏向素子２を通過した光Ｌを、Ｙ方向へ連続的に偏向する連続偏向部６が設けられている。そして、駆動制御部５は、連続偏向部６による光Ｌの偏向角度を調整して、多段偏向素子２により光Ｌを照射可能な複数の離散的な照射位置Ｐａ０、Ｐａ１、Ｐａ２、Ｐａ３の間に光Ｌを照射することで、光ＬをＹ方向へ連続的に走査する。かかる構成では、多段偏向素子２による離散的な光走査を連続偏向部６により補って、連続的な光走査を実現することが可能となっている。
【００４９】
図７は本発明の第３実施形態に係る光偏向器を模式的に示す平面図である。第３実施形態が第２実施形態と異なるのは、光偏向器１が備える連続偏向部６の具体的構成である。つまり、連続偏向部６の連続偏向素子６１を構成するプリズム６６、６７のプリズム面６８は、光の進行方向、すなわちＸ方向に凸の湾曲形状を有する。プリズム面６８をこのような形状に仕上げることで、プリズム面６８（光Ｌの通過面）でのケラレを抑制することができる。特に第３実施形態では、プリズム６６、６７それぞれの偏角が最小偏角となる形状をプリズム面６８が有する。これによって、プリズム面６８でのケラレをより確実に抑制することが可能となっている。
【００５０】
図８は本発明の第４実施形態に係る光偏向器を模式的に示す平面図である。第４実施形態が上記実施形態と異なるのは、多段偏向素子２が上述の３個の分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３以外に、３個の分極反転領域Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３を有する点である。つまり、多段偏向素子２では、分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３、Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３がこの順で直列に配列されている。なお、分極反転領域Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３を区別しない場合には、これらを分極反転領域Ｓｂと適宜総称する。また、分極反転領域Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３それぞれの構成を特徴付ける後述の周期Λｂ１、Λｂ２、Λｂ３等も、それぞれを区別しない場合には、周期Λｂと適宜総称する。
【００５１】
分極反転領域Ｓｂは、リチウムナイオベートの単結晶である電気光学結晶基板内に形成され、分極反転領域Ｓａと同様の直方体形状の外形を有する。この分極反転領域Ｓｂは、互いに分極の向きが反転した区域が周期Λｂで周期的に並ぶ周期分極反転構造を有する。この際、互いに分極の向きが反転した各区域の境界平面２８がＸ方向に対して傾く向きが、分極反転領域Ｓａと分極反転領域Ｓｂとで逆である。つまり、分極反転領域Ｓａでは、Ｘ方向に対してＹ方向の＋Ｙ側に境界平面２８が傾斜しているのに対して、分極反転領域Ｓｂでは、Ｘ方向に対してＹ方向の−Ｙ側に境界平面２８が傾斜している。
【００５２】
電極部３は、３個の分極反転領域Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３に対応してそれぞれ個別に設けられた３個の信号電極Ｅｂ１、Ｅｂ２、Ｅｂ３を有する。信号電極Ｅｂ１、Ｅｂ２、Ｅｂ３のそれぞれは、Ｙ方向に平行に延設された平板形状を有し、対応する分極反転領域Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３の一方主面に取り付けられている。また、電極部３の接地電極Ｅｇは、３個の分極反転領域Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３それぞれの他方主面に共通に設けられている。こうして、３個の分極反転領域Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３のそれぞれは、対応する信号電極Ｅｂ１、Ｅｂ２、Ｅｂ３と接地電極Ｅｇとにより挟まれている。
【００５３】
駆動部４１は、信号電極Ｅａ１、Ｅａ２、Ｅａ３、Ｅｂ１、Ｅｂ２、Ｅｂ３のそれぞれに個別に信号に対応した電圧を印加することができる。そして、駆動制御部５は、駆動部４１による信号電極Ｅａ１、Ｅａ２、Ｅａ３、Ｅｂ１、Ｅｂ２、Ｅｂ３への信号に対応した電圧の印加を制御することで、分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３、Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３内に回折格子を生成し、光Ｌの偏向方向を調整する。分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３による光Ｌの偏向は上述と同様であるので説明を省略する。
【００５４】
分極反転領域Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３は、対応する信号電極Ｅｂ１、Ｅｂ２、Ｅｂ３への信号に対応した電圧の印加を受けて、それぞれの周期分極反転構造内にブラッグ型の回折格子を生成する。そして、この回折格子が、Ｘ方向に対してＹ方向の−Ｙ側へ傾斜した方向へ光Ｌを回折する。つまり、１段目の分極反転領域Ｓｂ１に生成される回折格子は、分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３を通過してＸ方向に平行に入射してきた光Ｌを、当該光Ｌに対して回折角β１だけＹ方向の−Ｙ側へ傾斜した方向へブラッグ回折により回折する。２段目の分極反転領域Ｓｂ２に生成される回折格子は、前段の分極反転領域Ｓｂ１により回折された光Ｌを、当該光Ｌに対して回折角β２だけＹ方向の−Ｙ側へ傾斜した方向へブラッグ回折により回折する。３段目の分極反転領域Ｓｂ３に生成される回折格子は、前段の分極反転領域Ｓｂ２により回折された光Ｌを、当該光Ｌに対して回折角β３だけＹ方向の−Ｙ側へ傾斜した方向へブラッグ回折により回折する。
【００５５】
したがって、信号電極Ｅｂ１、Ｅｂ２、Ｅｂ３への信号に対応した電圧の印加を制御することで、方向Ｄｂ０〜Ｄｂ３のいずれかに選択的に光Ｌを偏向できる。なお、分極反転領域ＳｂによりＹ方向の−Ｙ側へ光Ｌを偏向する場合には、分極反転領域Ｓａに取り付けられた信号電極Ｅａ１、Ｅａ２、Ｅａ３には信号に対応した電圧は印加されない。同様に、分極反転領域ＳａによりＹ方向の＋Ｙ側へ光Ｌを偏向する場合には、分極反転領域Ｓｂに取り付けられた信号電極Ｅｂ１、Ｅｂ２、Ｅｂ３には信号に対応した電圧は印加されない。
【００５６】
このように第４実施形態では、多段偏向素子２は、周期分極反転構造をそれぞれ有するＮｂ個の分極反転領域Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３をさらに有し、光ＬがＮｂ個の分極反転領域Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３を順番に通過する。ここで、Ｎｂは２以上の整数であり、第４実施形態では「３」である。また、電極部３は、Ｎｂ個の分極反転領域Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３に対応して設けられたＮｂ個の信号電極Ｅｂ１、Ｅｂ２、Ｅｂ３をさらに有する。そして、各分極反転領域Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３は、対応する信号電極Ｅｂ１、Ｅｂ２、Ｅｂ３に信号に対応した電圧が印加されると、Ｘ方向に対して−Ｙ側へ傾斜した方向へ光Ｌを回折する回折格子を周期分極反転構造内に生成する。
【００５７】
特に、Ｎｂ個の分極反転領域Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３が順番にブラッグ回折により光Ｌを偏向できるように構成されている。つまり、Ｎｂ個の分極反転領域Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３のうち、１番目に光Ｌが入射する分極反転領域Ｓｂ１に生成される回折格子は、Ｘ方向から入射してきた光Ｌをブラッグ回折により偏向する。さらに、Ｍｂ番目に光Ｌが入射する分極反転領域ＳｂＭｂに生成される回折格子は、（Ｍｂ−１）番目に光Ｌが入射する分極反転領域ＳｂＭｂ−１に生成される回折格子がブラッグ回折により偏向した光Ｌをブラッグ回折により偏向する。ここで、Ｍｂは２以上でＮｂ以下の整数であり、第４実施形態では「２」または「３」である。したがって、光Ｌの通過順序の最初から数えた、回折格子を生成させる分極反転領域Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３の個数を増加させることで、−Ｙ側への光Ｌの偏向角度を大きくすることができる。こうして、周期分極反転構造を利用することで高出力のレーザー光の高速偏向を可能としつつ、＋Ｙ側および−Ｙ側への両方へ光Ｌの偏向角度を確保可能な光偏向技術が実現可能となっている。
【００５８】
さらに、＋Ｙ側に光Ｌを偏向する分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３の個数と、−Ｙ側に光Ｌを偏向する分極反転領域Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３の個数とが等しい。これによって、＋Ｙ側および−Ｙ側の両方へバランス良く均等に光Ｌを偏向することができ、偏向角度をさらに大きくすることが可能となる。
【００５９】
図９は本発明の第５実施形態に係る光偏向器を模式的に示す平面図である。第５実施形態が第４実施形態と異なるのは、３個の分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３と、３個の分極反転領域Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３との配置関係である。つまり、第４実施形態では、光Ｌの通過順序において、分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３の後段に３個の分極反転領域Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３が配置されていた。これに対して、第５実施形態では、光Ｌの通過順序において、分極反転領域Ｓａと分極反転領域Ｓｂとが交互に配置されている。
【００６０】
かかる構成においても、駆動制御部５は、駆動部４１による信号電極Ｅａ１、Ｅａ２、Ｅａ３、Ｅｂ１、Ｅｂ２、Ｅｂ３への信号に対応した電圧の印加を第４実施形態と同様に制御することで、分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３、Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３内に回折格子を生成し、光Ｌの偏向方向を＋Ｙ側および−Ｙ側の両側に調整することができる。特に＋Ｙ側と−Ｙ側へ光を偏向する回折格子が、第４実施形態と比べて光軸上に交互に現れて分散されるので、光軸の後段に配置される光学系に無理が無く、＋Ｙ側、−Ｙ側へ偏向できる。
【００６１】
さらに、＋Ｙ側に光Ｌを偏向する分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３の個数と、−Ｙ側に光Ｌを偏向する分極反転領域Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３の個数とが等しい。これによって、＋Ｙ側および−Ｙ側の両方へバランス良く均等に光Ｌを偏向することが可能となっている。
【００６２】
図１０は本発明の第６実施形態に係る光偏向器を模式的に示す図である。第６実施形態に係る光偏向器１は、多段偏向素子２を通過した光Ｌを偏向するポリゴンミラーＰＭと、ポリゴンミラーＰＭを回転駆動する駆動部４３とを備える。ポリゴンミラーＰＭは、Ｙ方向に直交する回転方向Ｃに回転可能である。この光偏向器１では、駆動制御部５は駆動部４１を制御することで、多段偏向素子２によって光ＬをＹ方向（主走査方向）に走査する（主走査）。なお、Ｙ方向への主走査は、第２実施形態に示したように、多段偏向素子２と連続偏向部６とにより連続的に実行しても良い。
【００６３】
さらに、駆動制御部５は光Ｌの主走査に同期してポリゴンミラーＰＭを回転方向Ｃに回転させることで、多段偏向素子２により走査される光Ｌを回転方向Ｃ（副走査方向）に変位させる（副走査）。かかる構成では、多段偏向素子２によって主走査方向Ｙ（第１走査方向）に光Ｌを走査しつつ、ポリゴンミラーＰＭによって副走査方向Ｃ（第２走査方向）に当該光Ｌを偏向させることで、二次元的に光Ｌを走査することが可能となっている。
【００６４】
ところで、第１〜第６実施形態を通じて例示した光偏向器１の用途は種々考えられる。続いて、光偏向器１の用途の具体例を適宜示す。ただし、光偏向器１の用途は、以下の装置に限定されるものではなく、他の装置にも適用可能である。
【００６５】
図１１は本発明に係る光偏向器を備えた描画装置の一実施形態の概略構成を模式的に示す正面図である。描画装置７は、レジストなどの感光材料の層が形成された基板Ｗの上面に光を照射して、パターンを描画する装置である。なお、基板Ｗは、半導体基板、プリント基板、カラーフィルタ用基板、液晶表示装置やプラズマ表示装置に具備されるフラットパネルディスプレイ用ガラス基板、光ディスク用基板などの各種基板のいずれでもよい。図示例では円形の半導体基板の上面に形成された下層パターンに重ねて上層パターンが描画される。
【００６６】
描画装置７は、本体フレーム７０１で構成される骨格の天井面および周囲面にカバーパネル（図示省略）が取り付けられることによって形成される本体内部と、本体フレーム７０１の外側である本体外部とに、各種の構成要素を配置した構成となっている。描画装置７の本体内部は、処理領域７０２と受け渡し領域７０３とに区分されている。これらの領域のうち処理領域７０２には、主として、ステージ７１、ステージ移動機構７２および光学ヘッド７３が配置される。一方、受け渡し領域７０３には、処理領域７０２に対する基板Ｗの搬出入を行う搬送ロボットなどの搬送装置７４が配置される。さらに、描画装置７の本体には、描画装置７が備える装置各部と電気的に接続されて、これら各部の動作を制御する描画制御部７５が配置される。
【００６７】
ステージ７１は、平板状の外形を有し、その上面に基板Ｗを水平姿勢に保持する。ステージ７１の上面には、複数の吸引孔（図示省略）が形成されており、この吸引孔に負圧（吸引圧）を付与することによって、ステージ７１上に載置された基板Ｗをステージ７１の上面に固定することができる。そして、ステージ７１はステージ移動機構７２により副走査方向（図１１の紙面左右方向）に移動させられる。
【００６８】
光学ヘッド７３は、描画パターンに対応するストリップデータに基づいてレーザー光を走査する。具体的には、光学ヘッド７３は、レーザー光源７３１（光源部）と、レーザー光源７３１から射出されたレーザー光を主走査方向（図１１の紙面垂直方向）に走査する光偏向器７３２と、光偏向器７３２が走査するレーザー光をステージ７１上の基板Ｗに結像する走査光学系７３３とを有する。ここで、光偏向器７３２は、上述した各実施形態のいずれかに係る光偏向器１と同一の構成を有する。
【００６９】
そして、描画制御部７５（制御部）は、ステージ移動機構７２によりステージ７１上の基板Ｗを副走査方向に移動させつつ、ストリップデータに基づき変調したレーザー光源７３１からのレーザー光を光偏向器７３２により主走査方向に走査させる。これによって、未処理の基板Ｗに形成されていた下層パターンに対して、上層パターン（描画パターン）が重ねて露光される。つまり、描画装置７は、光偏向器７３２を通過したレーザー光が基板Ｗに照射される位置を、光偏向器７３２によるレーザー光の偏向を制御することで調整して、基板Ｗに描画パターンを描画する。
【００７０】
図１２は本発明に係る光偏向器を備えた照明装置の一実施形態の概略構成を模式的に示す図である。照明装置８は、互いに異なる色（レッド、グリーン、ブルー、イエロー）の光Ｌを射出する４個の光源８１ｒ、８１ｇ、８１ｂ、８１ｙ（光源部）と、光源８１ｒ、８１ｇ、８１ｂ、８１ｙから射出された光Ｌを偏向する光偏向器８２と、光偏向器８２により偏向された光Ｌを照射対象に照射する照明光学系８３とを備える。
【００７１】
光偏向器８２は、４個の光源８１ｒ、８１ｇ、８１ｂ、８１ｙにそれぞれ対応する４個の多段偏向素子２ｒ、２ｇ、２ｂ、２ｙを有する。これら多段偏向素子２ｒ、２ｇ、２ｂ、２ｙは上述の各多段偏向素子２のいずれかと同様の構成を有する。また、上述と同様に、４個の多段偏向素子２ｒ、２ｇ、２ｂ、２ｙそれぞれに対しては電極部３が設けられている。したがって、光源８１ｒ、８１ｇ、８１ｂ、８１ｙから射出された光Ｌは、それぞれ対応する多段偏向素子２ｒ、２ｇ、２ｂ、２ｙにより偏向されて、照明光学系８３により位置ＳＰに照射される。
【００７２】
さらに、照明装置８は、ユーザーの操作を受け付ける操作部８４と、操作部８４への操作に応じて光偏向器８２を制御する照明制御部８５とを有する。照明制御部８５は、操作部８４への入力の内容に基づき位置ＳＰの照射方向を判断し、これを光偏向器８２の駆動制御部５に出力する。そして、駆動制御部５は、照明制御部８５から受信した照射方向に基づき駆動部４１を制御することで、当該照射方向に応じた方向に多段偏向素子２ｒ、２ｇ、２ｂ、２ｙによる光の偏向方向を調整する。
【００７３】
なお、ここの例では、多段偏向素子２ｒ、２ｇ、２ｂ、２ｙにより光Ｌを偏向しているが、第２実施形態に示したように、多段偏向素子２と連続偏向部６とにより連続的に光Ｌを偏向しても良い。また、ここの例では、４個の多段偏向素子２ｒ、２ｇ、２ｂ、２ｙが平面状に配列されている。しかしながら、４個の多段偏向素子２ｒ、２ｇ、２ｂ、２ｙと、これらに対応して設けられた電極部３とを相互に積層しても構わない。
【００７４】
図１３は本発明に係る光偏向器を備えた障害物検出装置の一実施形態を模式的に示す図である。障害物検出装置９は、障害物Ｂを検出するいわゆるＬＩＤＡＲ(Laser Imaging Detection and Ranging)と称される装置である。この障害物検出装置９は、光源９１（光源部）と、ビームスプリッター９２と、光源９１から射出されてビームスプリッター９２を通過した光Ｌを偏向する光偏向器９３と、光偏向器９３により偏向された光Ｌを結像する結像光学系９４とを備える。
【００７５】
光偏向器９３は、多段偏向素子２を有する。この多段偏向素子２は上述の各多段偏向素子２のいずれかと同様の構成を有する。また、上述と同様に、多段偏向素子２に対しては電極部３が設けられている。したがって、駆動制御部５は駆動部４１から電極部３へ印加される信号に対応した電圧を制御することで、光源９１から射出された光Ｌを多段偏向素子２によりＹ方向に走査することができる。なお、ここの例では、多段偏向素子２により光Ｌを走査しているが、第２実施形態に示したように、多段偏向素子２と連続偏向部６とにより連続的に光Ｌを走査しても良い。
【００７６】
障害物検出装置９は、こうして走査された光Ｌが障害物Ｂにより反射されたのを確認することで、障害物Ｂを検出する。つまり、障害物検出装置９は、光センサー９５（検出部）と、ライダー制御部９６（制御部）とを備える。障害物Ｂで反射された光Ｌの一部は、結像光学系９４および多段偏向素子２を通過してビームスプリッター９２により光センサー９５へ反射される。そして、ライダー制御部９６は、光センサー９５が受光したのを確認することで、障害物Ｂの有無を判断する。
【００７７】
このように上述の実施形態では、光偏向器１が本発明の「光偏向器」の一例に相当し、多段偏向素子２が本発明の「多段偏向素子」の一例に相当し、分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３が本発明の「一方偏向用領域」の一例に相当し、電極部３が本発明の「電極部」の一例に相当し、信号電極Ｅａ１、Ｅａ２、Ｅａ３が本発明の「一方偏向用電極」の一例に相当し、分極反転領域Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３が本発明の「他方偏向用領域」の一例に相当し、信号電極Ｅｂ１、Ｅｂ２、Ｅｂ３が本発明の「他方偏向用電極」の一例に相当し、駆動制御部５が本発明の「走査制御部」の一例に相当し、連続偏向部６が本発明の「連続偏向部」の一例に相当し、プリズム６６、６７が本発明の「プリズム」の一例に相当し、共通信号電極６９１が本発明の「共通電極」の一例に相当し、ポリゴンミラーＰＭが本発明の「走査偏向部」の一例に相当し、光Ｌが本発明の「光」の一例に相当し、Ｘ方向が本発明の「進行方向」の一例に相当し、主走査方向Ｙが本発明の「第１走査方向」の一例に相当し、回転方向Ｃが本発明の「第２走査方向」の一例に相当する。
【００７８】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば多段偏向素子２を構成する分極反転領域Ｓａの個数は２個以上であれば良く、適宜変更することができる。具体的には、光偏向器１に求められる性能に応じて、分極反転領域Ｓａの個数を変更すれば良い。したがって、広い偏向角度が求められる場合には、１０個以上の分極反転領域Ｓａにより多段偏向素子２を構成しても良い。
【００７９】
同様に、分極反転領域Ｓｂの個数も適宜変更することができる。この際、分極反転領域Ｓｂの個数が分極反転領域Ｓａの個数と異なっていても良い。
【００８０】
また、多段偏向素子２において隣接する分極反転領域Ｓａが互いに接触している必要は必ずしも無く、これらの間に隙間を設けても構わない。分極反転領域Ｓｂについても同様である。
【００８１】
また、分極反転領域Ｓａにおける周期Λａおよび傾斜角φａの具体値は、光偏向器１に求められる仕様等に応じて適宜設定すれば良い。この際、Ｎａ個の分極反転領域Ｓａのうち、Ｉ（Ｉは１以上の整数）番目に光Ｌが入射する分極反転領域ＳａＩの周期分極反転構造では、分極区域２６、２７が周期Λａiで周期的に並ぶとともに互いに隣接する分極区域２６、２７の境界平面２８が所定の進行方向に対して角度φａi傾斜し、次の関係式
φａi＝θi−１＋ａｒｃｓｉｎ（λ／２ｎΛａi）
ｎ：周期分極反転構造を構成する結晶の屈折率
θi−１：Ｉ番目の分極反転領域ＳａＩに入射する光Ｌと進行方向Ｘとの間の角度
λ：光Ｌの波長
が満たされるように、光偏向器１を構成すると良い。これによって、分極反転領域Ｓａに入射する光Ｌを、ブラッグ回折により確実に偏向することが可能となる。なお、分極反転領域Ｓｂについても同様である。
【００８２】
また、上記実施形態では、分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３を同一の電気光学結晶基板内に形成していた。しかしながら、分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３を互いに異なる電気光学結晶基板内に形成しても良い。分極反転領域Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３についても同様である。
【００８３】
また、上述の第２・第３実施形態で示した連続偏向部６の構成を変形することもできる。図１４は第２実施形態で示した光偏向器の変形例を模式的に示す図であり、図１５は第３実施形態で示した偏向器の変形例を模式的に示す図である。図１４および図１５それぞれに示す連続偏向部６では、互いに分極の向きが反転したプリズム６６、６７が交互にＸ方向に配列されてプリズム群６６７が構成され、複数のプリズム群６６７がＹ方向に配列されている。
【００８４】
そして、駆動部４２から共通信号電極６９１へ信号に対応した電圧が印加されると、プリズム６６、６７の間には信号に対応した電圧の大きさに応じた屈折率の差が生じる。そのため、駆動部４２は、共通信号電極６９１への信号に対応した電圧の大きさを変化させることで、連続偏向素子６１が光Ｌを偏向する角度を連続的に変化させることができる。したがって、駆動制御部５は、駆動部４１および駆動部４２が印加する信号に対応した電圧を制御することで、照射位置Ｐａ０〜Ｐａ３を含む範囲で光ＬをＹ方向に連続的に走査できる。
【００８５】
これらの変形例では、微小なプリズム６６、６７をＸ方向およびＹ方向にマトリックス状に多数配列することができるため、光偏向器１の大型化を伴わずに、屈折面（プリズム面６８）を増やすことができる。したがって、個々の屈折面の屈折角を小さくできるため、プリズム６６、６７（分極反転構造）に印加する電圧を低く設定でき、より高速な光偏向が可能となる。
【００８６】
また、図１５に示す変形例では、プリズム６６、６７のプリズム面６８は、光の進行方向、すなわちＸ方向に凸の湾曲形状を有する。プリズム面６８をこのような形状に仕上げることで、プリズム面６８（光Ｌの通過面）でのケラレを抑制することができる。特にプリズム６６、６７それぞれの偏角が最小偏角となる形状をプリズム面６８が有する。これによって、プリズム面６８でのケラレをより確実に抑制することが可能となっている。また、個々の屈折面の屈折角を小さくできるため、プリズム６６、６７（分極反転構造）に印加する電圧を低く設定でき、より高速な光偏向が可能となる点は、先述のとおりである。
【実施例】
【００８７】
次に本発明の実施例を示すが、本発明はもとより下記の実施例によって制限を受けるものではなく、前後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００８８】
図１６は本発明の具体的なシミュレーション結果の一例を示す光強度分布の等高線図である。この結果は、３段の分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３を直列に配置した第１実施形態の光偏向器１により、＋Ｘ方向に進行する光Ｌを偏向した様子を、ＢＰＭ(Beam Propagation Method)によりシミュレーションすることで得られた。また、周期分極反転構造の周期Λ＝１０μｍ、光Ｌの波長λ＝６３３ｎｍ、分極反転領域ＳａのＸ方向への長さＬ＝２ｍｍ、電気光学結晶基板の厚みｔ＝５０μｍ、電気光学結晶基板の屈折率ｎｅ＝２．１９３６、駆動電圧３０Ｖとの数値条件でシミュレーションを行った。
【００８９】
図１６では、横軸をＹ方向とし、縦軸をＸ方向として、光Ｌの偏向角度が示されている。数字「０」が付された結果は、３段全ての分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３に電圧を印加しなかった場合を示す。数字「１」が付された結果は、１段目の分極反転領域Ｓａ１にのみ電圧を印加した場合を示す。数字「２」が付された結果は、１段目および２段目の分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２にのみ電圧を印加した場合を示す。数字「３」が付された結果は、３段全ての分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３に電圧を印加した場合を示す。このように、光Ｌの通過順序の最初から数えた、回折格子を生成させる分極反転領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３の個数を増大させることで、Ｙ方向への光Ｌの偏向角度を大きくできることが判る。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は光を偏向する技術全般に利用可能である。
【符号の説明】
【００９１】
１…光偏向器、
２…多段偏向素子、
３…電極部、
５…駆動制御部（走査制御部）、
６…連続偏向部、
６６、６７…プリズム、
６９１…共通信号電極（共通電極）、
Ｃ…回転方向（第２走査方向）
Ｅａ１、Ｅａ２、Ｅａ３…信号電極（一方偏向用電極）、
Ｅｂ１、Ｅｂ２、Ｅｂ３…信号電極（他方偏向用電極）、
Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３…分極反転領域（一方偏向用領域）、
Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３…分極反転領域（他方偏向用領域）、
Ｌ…光、
ＰＭ…ポリゴンミラー（走査偏向部）、
Ｘ…Ｘ方向（進行方向）、
Ｙ…主走査方向（第１走査方向）、
＋Ｙ…一方側、
−Ｙ…他方側
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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