(57)【要約】  光学素子は、入力光が入力される入力面、及び、入力面の反対側の面である裏面を有し、立方晶系の点群ｍ３ｍに属する等方性結晶である電気光学結晶と、入力面に配置される第１電極と、裏面に配置される第２電極と、を備え、入力面は、電気光学結晶の３つの結晶軸のうち１つの結晶軸を回転中心として他の２つの結晶軸を所定の角度だけ回転させた軸のうち少なくとも一方の軸に沿い、第１電極と第２電極との間に印加される電圧によって誘起される電界の方向が入力光の伝播方向に沿う。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光における互いに直交する直線偏光成分のリタデーションを制御する光学素子であって、
前記入力光が入力される入力面、及び、前記入力面の反対側の面である裏面を有し、立方晶系の点群ｍ３ｍに属する等方性結晶である電気光学結晶と、
前記入力面に配置される第１電極と、
前記裏面に配置される第２電極と、を備え、
前記入力面は、前記電気光学結晶の３つの結晶軸のうち１つの結晶軸を回転中心として他の２つの結晶軸を所定の角度だけ回転させた軸のうち少なくとも一方の軸に沿い、
前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧によって誘起される電界の方向は、前記電気光学結晶内における前記入力光の伝播方向に沿う、光学素子。
【請求項２】
前記所定の角度は、４０度から５０度までの間の角度である、請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記所定の角度は、４５度である、請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記電気光学結晶は、ＫＴａ１-ｘＮｂｘＯ３（０≦ｘ≦１）結晶或いはＫ１-ｙＬｉｙＴａ１-ｘＮｂｘＯ３（０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１）結晶である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項５】
前記光学素子は、前記第１電極と前記第２電極との間に前記電界を印加する駆動回路を更に備える波長板である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記光学素子は、前記第１電極と前記第２電極との間に前記電界を印加する駆動回路を更に備える光変調器である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項７】
前記光変調器は空間光変調器である、請求項６に記載の光学素子。
【請求項８】
前記光学素子は、前記第１電極と前記第２電極との間に前記電界を印加する駆動回路を更に備える表示素子である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項９】
前記光学素子は、前記第１電極と前記第２電極との間に前記電界を印加する駆動回路を更に備える補償板である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１０】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の複数の前記光学素子を含み、前記複数の光学素子が前記入力光の光路上に配列された光学装置であって、
前記複数の光学素子のそれぞれに対して、前記第１電極と前記第２電極との間に前記電界を印加する駆動回路と、
前記複数の光学素子の前記入力面側及び裏面側にそれぞれ配置される複数の偏光子と、備える光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光学素子及び光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１及び特許文献２には、電気光学素子が開示されている。この電気光学素子は、基板と、基板に積層される強誘電体のＫＴＮ（ＫＴａ１-ｘＮｂｘＯ３）層と、ＫＴＮ層の前面に配置される透明電極と、ＫＴＮ層の後面に配置される金属電極を含んでいる。ＫＴＮは、温度によって４つの結晶構造をとり、ペロブスカイト型の結晶構造であるときに電気光学素子として利用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−８９３４０号公報
【特許文献２】特開２０１４−８９３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＫＴＮのような立方晶系の点群ｍ３ｍに属する等方性結晶は、強誘電性結晶でありながら、ポッケルス効果、圧電効果及び逆電圧効果を有していない。すなわち、このような結晶に電界を加えたとしても、結晶の屈折率或いは結晶長においては、電界に比例した変化が生じない。そこで、このような結晶を光変調や光制御に応用する場合、印加電界の２乗に比例して屈折率が変化するカー効果が用いられている。例えば、光の伝播方向に直交するように電界を印加することで、光のリタデーション（位相差）を制御することは可能である。しかし、光の伝播方向に沿って電界を印加して、光のリタデーションを制御することは困難とされている。【０００５】
実施形態は、立方晶系の点群ｍ３ｍに属する等方性結晶を用いて、入力光における互いに直交する直線偏光成分のリタデーションを制御可能な光学素子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】
【０００６】
一形態の光学素子は、入力光における互いに直交する直線偏光成分のリタデーションを制御する光学素子であって、入力光が入力される入力面、及び、入力面の反対側の面である裏面を有し、立方晶系の点群ｍ３ｍに属する等方性結晶である電気光学結晶と、入力面に配置される第１電極と、裏面に配置される第２電極と、を備え、入力面は、電気光学結晶の３つの結晶軸のうち１つの結晶軸を回転中心として他の２つの結晶軸を所定の角度だけ回転させた軸のうち少なくとも一方の軸に沿い、第１電極と第２電極との間に印加される電圧によって誘起される電界の方向が電気光学結晶内における入力光の伝播方向に沿う。【０００７】
この光学素子において、立方晶系の点群ｍ３ｍに属する等方性結晶である電気光学結晶では、任意の結晶軸を中心にして他の２軸が任意の角度に回転されている。入力面が他の２軸のうち少なくとも一方の軸に沿っていることにより、入力光は、他の２軸に対して平行又は垂直に入力することになる。これにより、カー効果を利用して、入力光の互いに直交する直線偏光成分のリタデーションを制御することができる。【０００８】
また、一形態において、所定の角度は４０度から５０度までの間の角度であってよく、特に、所定の角度は４５度であってよい。結晶軸の回転角度が４５度の近傍である４０度から５０度であることによって、効率よく制御を行うことができる。【０００９】
また、一形態において、電気光学結晶は、ＫＴａ１-ｘＮｂｘＯ３（０≦ｘ≦１）結晶又はＫ１-ｙＬｉｙＴａ１-ｘＮｂｘＯ３（０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１）結晶であってもよい。この構成によれば、比誘電率の高い電気光学結晶を容易に実現できる。【００１０】
また、一形態において、光学素子は、第１電極と第２電極との間に電界を印加する駆動回路を更に備える波長板、光変調器、空間光変調器、表示素子又は補償板であってよい。このような光学素子は、従来のような高い加工精度を必要とすることなく製造することができる。また、印加される電界を変えることによって、広い波長領域に対応することができる。【００１１】
また、一形態の光学装置は、上記の複数の光学素子が入力光の光路上に配列されており、複数の光学素子のそれぞれに対して、第１電極と第２電極との間に電界を印加する駆動回路と、複数の光学素子の入力面側及び裏面側にそれぞれ配置される複数の偏光子と、備えてもよい。この光学装置によれば、例えばＬＹＯＴフィルタと同様な機能を有した光学フィルタを簡易に構成することができる。
【発明の効果】
【００１２】
実施形態によれば、立方晶系の点群ｍ３ｍに属する等方性結晶を用いて、入力光の互いに直交する直線偏光成分のリタデーションを制御可能な光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一の実施形態に係る波長板を示す模式図である。
【図２】リタデーション変調をする場合における、電気光学結晶の結晶軸と光の進行方向及び電界の向きとの関係を示す図である。
【図３】一の実施形態に係る波長板における印加電圧と波長との関係を示すグラフである。
【図４】他の実施形態に係る波長板を示す模式図である。
【図５】さらに他の実施形態に係る波長板を示す模式図である。
【図６】さらに他の実施形態に係る波長板を示す模式図である。
【図７】一の実施形態に係る空間光変調器を示す模式図である。
【図８】他の実施形態に係る空間光変調器を示す模式図である。
【図９】さらに他の実施形態に係る空間光変調器を示す模式図である。
【図１０】一の実施形態に係る表示素子を示す模式図である。
【図１１】一の実施形態に係る補償板を示す模式図である。
【図１２】一の実施形態に係る光学フィルタを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。便宜上、実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。以下の各実施形態では、入力した光（入力光）における互いに直交する直線偏光成分のリタデーションを制御する電気光学結晶を用いた光学素子及び光学装置について説明する。
【００１５】
［第１実施形態］
本実施形態では、光学素子の一例として波長板について説明する。図１の（ａ）は、波長板を模式的に示す斜視図である。図１の（ｂ）は、波長板を模式的に示す断面図である。波長板１００は、電気光学結晶１０１と、第１電極１０３と、第２電極１０５と、駆動回路１０７とを備えている。
【００１６】
電気光学結晶１０１は、入力光Ｌ１が入力される入力面１０１ａと、入力面１０１ａの反対側の面である裏面１０１ｂとを有する板状をなしている。電気光学結晶１０１は、ペロブスカイト型の結晶構造を備えており、立方晶系の点群ｍ３ｍに属する等方性結晶である。電気光学結晶１０１の比誘電率は、例えば１００以上であり、一例として１０００〜２００００程度の値をとり得る。このような電気光学結晶１０１としては、例えば、ＫＴａ１-ｘＮｂｘＯ３（０≦ｘ≦１）結晶（以下、「ＫＴＮ結晶」という）、Ｋ１-ｙＬｉｙＴａ１-ｘＮｂｘＯ３（０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１）結晶、ＰＬＺＴ結晶などであり、具体的には、ＢａＴｉＯ３、或いはＫ３Ｐｂ３（Ｚｎ２Ｎｂ７）Ｏ２７、Ｋ（Ｔａ０．６５Ｎｂ０．３５）Ｐ３、Ｐｂ３ＭｇＮｂ２Ｏ９、Ｐｂ３ＮｉＮｂ２Ｏ９などが挙げられる。
【００１７】
本実施形態の波長板１００では、電気光学結晶１０１としてＫＴＮ結晶が用いられる。ＫＴＮ結晶は、立方晶系の点群ｍ３ｍに属するため、ポッケルス効果はなく、カー効果によって入力光の変調を行う。そのため、任意の結晶軸を中心に他の２軸を０度、９０度以外の任意の角度、すなわち、０度より大きく９０度より小さい角度に回転させれば、リタデーション変調を行うことができる。なお、電気光学結晶１０１の結晶軸に平行もしくは垂直に光を入力し、同方向に電界を印加すると位相変調を行うことができる。
【００１８】
図２の（ａ）は、電気光学結晶によって入力光をリタデーション変調させる場合における、電気光学結晶の結晶軸と、光の進行方向及び電界の向きとの関係を示す斜視図であり、図２の（ｂ）は各軸を平面的に示した図である。１軸性結晶の結晶軸である軸Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３は、式（１）の屈折率楕円体で与えられる。
【数１】
2017213101.tif 000003
【００１９】
ここで、ｎｏは常光線屈折率、ｎｅは異常光線屈折率である。１軸性結晶では、Ｘ３軸がＣ軸と呼ばれ、結晶軸が定義される。一方、等方性結晶である立方晶系の点群ｍ３ｍに属する結晶の場合、結晶の屈折率をｎｋとすると、屈折率楕円体は式（２）で与えられる。
【数２】
2017213101.tif 000004
【００２０】
すなわち、結晶軸は自由に定められる。ただし、このような結晶では、図２の（ａ）に示すように、直方体の形状を保ったまま成長するため、直方体を構成する６つの表面の３法線の方向を軸Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３と定めるのが一般的である。
【００２１】
電気光学結晶によって入力光をリタデーション変調させる場合、電気光学結晶の入力面は、電気光学結晶の３つの結晶軸のうち１つの結晶軸を回転中心として、他の２つの結晶軸を所定の角度だけ回転させた新規軸のうち、少なくとも一方の軸に沿っている。すなわち、入力面は、回転中心である１つの結晶軸と、新規軸のうちの一方の軸とを含む平面に一致する。結晶軸を回転させる角度は、一例として４０度から５０度までの角度である。
【００２２】
図２に示す例は、４５度の角度で結晶（結晶軸）を回転させた場合である。本実施形態では、結晶軸である軸Ｘ１を中心にして、軸Ｘ２，Ｘ３を４５度回転させた軸を新たな軸Ｘ１’，Ｘ２’，Ｘ３’とする。この場合、軸Ｘ１’は軸Ｘ１と同じである。光をこの新規軸すなわち軸Ｘ２’，Ｘ３’に平行又は垂直に入力することによって、リタデーション変調を行うことができる。図２では、印加方向１１０２が軸Ｘ３’に平行であり、且つ、軸Ｘ２’に垂直となるように、電気光学結晶１１０４に対して電界が印加される。入力光Ｌ１の伝播方向１１０１は、電界の印加方向１１０２と平行となる。この場合、入力光Ｌ１の変調に用いられるカー係数は、ｇ１１、ｇ１２及びｇ４４である。なお、上記の説明において、「回転中心」、「水平」及び「垂直」なる用語は、厳密な位置関係のみを示すものではなく、製造上の誤差等を含み得る。
【００２３】
本実施形態では、例えば、軸Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３を基準として結晶成長した電気光学結晶１１０３を軸Ｘ１，Ｘ２’，Ｘ３’に沿って切り出すことによって、リタデーション変調に用いる電気光学結晶１１０４を得ることができる。すなわち、波長板１００において、電気光学結晶１０１は電気光学結晶１１０４と同様の構造を有する。図１に示すように、電気光学結晶１０１の入力面１０１ａ及び裏面１０１ｂは、軸Ｘ２’に沿っている。より具体的には、入力面１０１ａ及び裏面１０１ｂは、軸Ｘ１及び軸Ｘ２’の両方を含む平面である。
【００２４】
ＫＴＮ結晶の比誘電率は、温度の影響を受けやすく、例えば、−５℃付近において比誘電率が２００００程度と最も大きく、常温である２０℃近辺において比誘電率が５０００程度まで下がる。そこで、電気光学結晶１０１は、例えばペルチェ素子のような温度制御素子によって−５℃付近に温度制御され得る。
【００２５】
第１電極１０３は、電気光学結晶１０１の入力面１０１ａに配置される透明電極１０３ａを含む。透明電極１０３ａは、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）によって形成されており、入力光Ｌ１を透過する。すなわち、入力光Ｌ１は、透明電極１０３ａを透過して電気光学結晶１０１内に入力される。入力光Ｌ１は、軸Ｘ３’に沿って伝播される。本実施形態では、透明電極１０３ａは、入力面１０１ａの全面に形成されている。例えば、透明電極１０３ａは、電気光学結晶１０１の入力面１０１ａにＩＴＯを蒸着することによって形成され得る。
【００２６】
第２電極１０５は、電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂに配置される透明電極１０５ａを含む。透明電極１０５ａは、透明電極１０３ａと同様に、例えばＩＴＯによって形成されており、入力光Ｌ１を透過する。すなわち、電気光学結晶１０１内に入力されてリタデーション変調された入力光Ｌ１は、変調光（出力光）Ｌ２として透明電極１０５ａから出力され得る。本実施形態では、透明電極１０５ａは、裏面１０１ｂの全面に形成されている。例えば、透明電極１０５ａは、電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂにＩＴＯを蒸着することによって形成され得る。
【００２７】
駆動回路１０７は、透明電極１０３ａ及び透明電極１０５ａに対して電気的に接続されており、透明電極１０３ａと透明電極１０５ａとの間に電界を印加する。駆動回路１０７によって印加される電圧の大きさは、例えば入力光の波長等に応じて制御され得る。
【００２８】
印加電界がゼロのときは、ＫＴＮ結晶は１つの屈折率ｎｋをもつ等方性結晶である。ＫＴＮ結晶に電界Ｅが印加されると、カー効果によって、ＫＴＮ結晶は複屈折性を示す。すなわち、入力光は、光電界ベクトルの振動方向が互いに直交する２つの直線偏光成分に分かれて、結晶内を伝播する。Ｘ１軸方向に振動する直線偏光は、屈折率ｎｋと式（３）で与えられる印加電界Ｅで誘起される屈折率Δｎ１との和ｎｋ＋Δｎ１の影響を受ける。
【数３】
2017213101.tif 000005
【００２９】
ここで、ｇ１２はＫＴＮ結晶のカー係数（単位：ｍ４／Ｃ２）、ε０は真空の誘電率、εｒはＫＴＮ結晶の比誘電率である。一方、Ｘ２’軸方向に振動する直線偏光は、ｎｋと式（４）で与えられる印加電界Ｅで誘起される屈折率Δｎ２との和ｎｋ＋Δｎ２の影響を受ける。
【数４】
2017213101.tif 000006
【００３０】
ここで、ｇ１１及びｇ４４は、ＫＴＮ結晶のカー係数（単位：ｍ４／Ｃ２）である。この場合、入力光Ｌ１の直交する２つの直線偏光成分の間の位相差（リタデーション）θｋは、次の式（５）で与えられる。ここで、ＬｋはＫＴＮ結晶のＸ３’軸方向の厚さ、Ｖは結晶に印加される電圧である。
【数５】
2017213101.tif 000007
【００３１】
式（５）から、１／４波長板及び１／２波長板に必要な印加電圧を、それぞれＶλ／４及びＶλ／２とすると、これらの印加電圧は式（６）及び式（７）で与えられる。
【数６】
2017213101.tif 000008
【数７】
2017213101.tif 000009
【００３２】
ＫＴＮ結晶の諸元を式（６）及び式（７）に代入して求めた印加電圧Ｖλ／４及びＶλ／２と波長λとの関係を図３に示す。なお、図３の例では、比誘電率εｒを１００００とし、ＫＴＮ結晶の厚さＬｋを１００μｍとした。図３に示すように、波長板１００は、印加電圧を変化させることによって、広い波長領域において１／４波長板及び１／２波長板として利用することができる。また、１つの波長板であるにも関わらず、所定の電圧を印加することによって、１／４波長板及び１／２波長板として利用できる。例えば、図３に破線で示すように、電圧ＶＸが印加されている場合、波長λ１では１／４波長板として、波長λ２では１／２波長板として利用することができる。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態における波長板１００において、立方晶系の点群ｍ３ｍに属する等方性結晶である電気光学結晶１０１では、任意の結晶軸を中心にして他の２軸が任意の角度に回転されている。入力面１０１ａが他の２軸のうち少なくとも一方の軸に沿っていることにより、入力光Ｌ１は、他の２軸に対して平行又は垂直に入力することになる。さらに、第１電極１０３と第２電極１０５との間に印加される電圧によって誘起される電界の方向が電気光学結晶１０１内における入力光Ｌ１の伝播方向に沿う。これらにより、カー効果を利用したリタデーション変調が可能となり、リタデーション変調された変調光Ｌ２を出力することができる。
【００３４】
また、電気光学結晶１０１における結晶軸の回転角度は、４０度から５０度までの間の角度であってよく、特に、所定の角度は４５度であってよい。結晶軸の回転角度が４５度の近傍である４０度から５０度であることによって、効率よく変調を行うことができる。
【００３５】
従来、波長板を通過する光の位相差θＳは式（８）で与えられる。ここで、λは光の波長、Δｎｓは波長板の常光線屈折率と異常光線屈折率の差、ｄｓは光軸方向の波長板の厚さである。
【数８】
2017213101.tif 000010
【００３６】
このような従来の波長板では、例えば、極めて高い精度で結晶を加工しなければならない、１個の波長板では１つの波長しか使えない、受動的素子であり機能性が乏しい、などの課題があった。これらの課題について、特に、加工精度に関し、例えば、１／４波長板では、以下の式（９）が成立するように加工する必要がある。
【数９】
2017213101.tif 000011
【００３７】
ここでｍは、負でない整数である。例えば、Δｎｓ＝０．０１、λ＝６３２．８ｎｍの波長板の厚さｄｓを約４ｍｍとする場合、上の２式からｍ＝６２となる。この場合、波長板の厚さｄｓは、３．９３９２ｍｍとなり、λ／６．３３（１００ｎｍオーダー）という高い精度で波長板を加工する必要があることが分かる。
【００３８】
ここで、従来の波長板における誤差のない厚さをｄ０とする。さらに、厚み誤差Δｄｓを含む波長板の厚さをｄｓとすると、ｄｓは式（１０）によって示される。
【数１０】
2017213101.tif 000012
【００３９】
この場合、従来の波長板における厚み誤差Δｄｓと、厚み誤差Δｄｓによる位相差誤差θｓとの関係式は、式（１１）によって示される。
【数１１】
2017213101.tif 000013
【００４０】
一方、本実施形態の波長板１００において、ＫＴＮ結晶の誤差のない厚さをＬ０とし、そのときの位相差をθｋ０とする。さらに、厚み誤差Δｄｋを含む波長板の厚さをΔＬｋとすると、ΔＬｋは式（１２）によって示される。
【数１２】
2017213101.tif 000014
【００４１】
ここで、厚み誤差Δｄｋによる位相差の誤差をΔθｋとして、θｋ０がπ／２になる印加電圧をＶπ／２とすると、式（５）及び式（１２）から、以下の式（１３）が得られる。
【数１３】
2017213101.tif 000015
【００４２】
式（１１）及び式（１３）を参照し、従来の波長板と本実施形態の波長板との位相差誤差が等しいと仮定すると、以下の式（１４）が成立する。
【数１４】
2017213101.tif 000016
【００４３】
許容される加工誤差をλ／６．３３とすると、本実施形態におけるＫＴＮ結晶に許容される加工誤差は約４０λとなり、許容される加工誤差が大幅に大きくなっている。
【００４４】
このように、本実施形態においては、波長板の性能が飛躍的に向上し得る。従来の波長板は、光の入出力端面の平行性と板厚の絶対値とを同時に確保しなければならない。これに対して、本実施形態の波長板では、入出力端面の平行性を確保するだけでよい。
【００４５】
［第２実施形態］
本実施形態では、光学素子の一例として他の波長板について説明する。図４の（ａ）は、波長板を模式的に示す斜視図である。図４の（ｂ）は、波長板を模式的に示す断面図である。波長板２００は、電気光学結晶１０１と、第１電極２０３と、第２電極１０５と、駆動回路２０７とを備えている。電気光学結晶１０１及び第２電極１０５の構成については、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００４６】
第１電極２０３は、電気光学結晶１０１の入力面１０１ａに配置される複数の透明電極２０３ａを含む。透明電極２０３ａは、例えばＩＴＯによって形成されており、入力光Ｌ１を透過する。すなわち、入力光Ｌ１は、透明電極２０３ａを透過して電気光学結晶１０１内に入力される。本実施形態では、複数の透明電極２０３ａは、入力面１０１ａに対して二次元アレイ状に形成されている。互いに隣り合う透明電極２０３ａ同士の間隔は、想定される入力光Ｌ１の波長よりも短い距離に設定されている。例えば、透明電極２０３ａは、電気光学結晶１０１の入力面１０１ａにＩＴＯを蒸着することによって形成され得る。
【００４７】
駆動回路２０７は、第１電極２０３及び第２電極１０５に対して電気的に接続されており、第１電極２０３と第２電極１０５との間に電界を印加する。本実施形態では、複数の透明電極２０３ａのそれぞれと透明電極１０５ａとの間に電界が印加される。駆動回路２０７によって印加される電界の大きさは、例えば複数の透明電極２０３ａ毎に制御され得る。なお、電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂに配置される第２電極１０５が複数の透明電極を含み、第１電極２０３が入力面１０１ａの全面に形成されてもよい。
【００４８】
［第３実施形態］
本実施形態では、光学素子の一例としてさらに他の波長板について説明する。図５の（ａ）は、波長板を模式的に示す斜視図である。図５の（ｂ）は、波長板を模式的に示す断面図である。波長板３００は、電気光学結晶１０１と、第１電極１０３と、第２電極３０５と、駆動回路１０７とを備えている。電気光学結晶１０１、第１電極１０３及び駆動回路１０７の構成については、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００４９】
第２電極３０５は、電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂに配置される反射電極３０５ａを含む。反射電極３０５ａは、電気光学結晶１０１内を伝播する入力光Ｌ１を入力面１０１ａに向けて反射し得る。すなわち、電気光学結晶１０１内に入力されてリタデーション変調された入力光Ｌ１は、電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂにおいて反射電極３０５ａによって反射され、変調光Ｌ２として第１電極１０３から出力され得る。例えば、反射電極３０５ａは、アルミニウムなどの金属等の材料によって形成されている。本実施形態では、反射電極３０５ａは、裏面１０１ｂの全面に形成されている。
【００５０】
［第４実施形態］
本実施形態では、光学素子の一例としてさらに他の波長板について説明する。図６の（ａ）は、波長板を模式的に示す斜視図である。図６の（ｂ）は、波長板を模式的に示す断面図である。波長板４００は、電気光学結晶１０１と、第１電極１０３と、第２電極４０５と、駆動回路１０７とを備えている。電気光学結晶１０１、第１電極１０３及び駆動回路１０７の構成については、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００５１】
第２電極４０５は、電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂに配置される透明電極４０５ａ及び反射部４０５ｂを含む。透明電極４０５ａは、例えばＩＴＯによって形成されており、入力光Ｌ１を透過する。すなわち、電気光学結晶１０１内に入力されてリタデーション変調された入力光Ｌ１は、変調光Ｌ２として透明電極４０５ａから出力され得る。本実施形態では、透明電極４０５ａは、裏面１０１ｂの全面に形成されている。例えば、透明電極４０５ａは、電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂにＩＴＯを蒸着することによって形成され得る。
【００５２】
反射部４０５ｂは、透明電極４０５ａから出力された変調光Ｌ２を入力面１０１ａに向けて反射し得る。すなわち、変調光Ｌ２は、反射部４０５ｂによって反射され、透明電極４０５ａ及び電気光学結晶１０１を伝播し、第１電極１０３から出力され得る。例えば、反射部４０５ｂは、光を効率的に反射させることができる誘電体多層膜であってよい。誘電体多層膜は、透明電極４０５ａを透過した変調光Ｌ２を入力面１０１ａに形成された第１電極１０３に向けて反射する。誘電体多層膜は、例えば高屈折率物質(Ｔａ２Ｏ５)及び低屈折率物質(ＳｉＯ２)等の材料を透明電極４０５ａの表面に蒸着することによって形成され得る。本実施形態では、反射部４０５ｂは、透明電極４０５ａの表面の全面に形成されている。なお、本実施形態では、電気光学結晶１０１と反射部４０５ｂとの間に透明電極４０５ａを設けているが、電気光学結晶１０１と透明電極４０５ａとの間に反射部４０５ｂを設けてもよい。
［第５実施形態］
本実施形態では、光学素子の一例として、光変調器の一種である空間光変調器について説明する。図７の（ａ）は、空間光変調器を模式的に示す斜視図である。図７の（ｂ）は、空間光変調器を模式的に示す断面図である。空間光変調器５００は、電気光学結晶１０１と、第１電極５０３と、第２電極５０５と、駆動回路５０７とを備えている。電気光学結晶１０１の構成については、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００５３】
第１電極５０３は、電気光学結晶１０１の入力面１０１ａに配置される複数の透明電極５０３ａを含む。透明電極５０３ａは、例えばＩＴＯによって形成されており、入力光Ｌ１を透過する。すなわち、入力光Ｌ１は、透明電極５０３ａを透過して電気光学結晶１０１内に入力される。入力光Ｌ１は、軸Ｘ３’に沿って伝播される。本実施形態では、複数の透明電極５０３ａは、入力面１０１ａに対して二次元アレイ状に形成されている。互いに隣り合う透明電極５０３ａ同士の間隔は、想定される入力光Ｌ１の波長よりも短い距離に設定されている。例えば、透明電極５０３ａは、電気光学結晶１０１の入力面１０１ａにＩＴＯを蒸着することによって形成され得る。
【００５４】
第２電極５０５は、電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂに配置される透明電極５０５ａを含む。透明電極５０５ａは、透明電極５０３ａと同様に、例えばＩＴＯによって形成されており、入力光Ｌ１を透過する。すなわち、電気光学結晶１０１内に入力されてリタデーション変調された入力光Ｌ１は、変調光Ｌ２として透明電極５０５ａから出力され得る。本実施形態では、透明電極５０５ａは、裏面１０１ｂの全面に形成されている。例えば、透明電極５０５ａは、電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂにＩＴＯを蒸着することによって形成され得る。
【００５５】
駆動回路５０７は、第１電極５０３及び第２電極５０５に対して電気的に接続されており、第１電極５０３と第２電極５０５との間に電界を印加する。本実施形態では、複数の透明電極５０３ａのそれぞれと透明電極５０５ａとの間に電界が印加される。駆動回路５０７によって印加される電圧の大きさは、例えば複数の透明電極５０３ａ毎に制御され得る。なお、本実施形態では、光変調器として、複数の画素構造を持つ空間光変調器を示したが、シングル画素構造をもつ光変調器であってもよい。
［第６実施形態］
本実施形態では、光学素子の一例として他の空間光変調器について説明する。図８の（ａ）は、空間光変調器を模式的に示す斜視図である。図８の（ｂ）は、空間光変調器を模式的に示す断面図である。空間光変調器６００は、電気光学結晶１０１と、第１電極５０３と、第２電極６０５と、駆動回路５０７とを備えている。電気光学結晶１０１、第１電極５０３及び駆動回路５０７の構成については、第５実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００５６】
第２電極６０５は、電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂに配置される反射電極６０５ａを含む。反射電極６０５ａは、電気光学結晶１０１内を伝播する入力光Ｌ１を入力面１０１ａに向けて反射し得る。すなわち、電気光学結晶１０１内に入力されてリタデーション変調された入力光Ｌ１は、電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂにおいて反射電極６０５ａによって反射され、変調光Ｌ２として第１電極５０３から出力され得る。例えば、反射電極６０５ａは、アルミニウムなどの金属等の材料によって形成されている。本実施形態では、反射電極６０５ａは、裏面１０１ｂの全面に形成されている。なお、本実施形態では、光変調器として、複数の画素構造を持つ空間光変調器を示したが、シングル画素構造をもつ光変調器であってもよい。
【００５７】
［第７実施形態］
本実施形態では、光学素子の一例としてさらに他の空間光変調器について説明する。図９の（ａ）は、空間光変調器を模式的に示す斜視図である。図９の（ｂ）は、空間光変調器を模式的に示す断面図である。空間光変調器７００は、電気光学結晶１０１と、第１電極５０３と、第２電極７０５と、駆動回路５０７とを備えている。電気光学結晶１０１、第１電極５０３及び駆動回路５０７の構成については、第５実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００５８】
第２電極７０５は、電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂに配置される透明電極７０５ａ及び反射部７０５ｂを含む。透明電極７０５ａは、例えばＩＴＯによって形成されており、入力光Ｌ１を透過する。すなわち、電気光学結晶１０１内に入力されてリタデーション変調された入力光Ｌ１は、変調光Ｌ２として透明電極７０５ａから出力され得る。本実施形態では、透明電極７０５ａは、裏面１０１ｂの全面に形成されている。例えば、透明電極７０５ａは、電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂにＩＴＯを蒸着することによって形成され得る。
【００５９】
反射部７０５ｂは、透明電極７０５ａから出力された変調光Ｌ２を入力面１０１ａに向けて反射し得る。すなわち、変調光Ｌ２は、反射部７０５ｂによって反射され、透明電極７０５ａ及び電気光学結晶１０１を伝播し、第１電極５０３から出力され得る。例えば、反射部７０５ｂは、光を効率的に反射させることができる誘電体多層膜であってよい。誘電体多層膜は、透明電極７０５ａを透過した変調光Ｌ２を入力面１０１ａに形成された第１電極５０３に向けて反射する。誘電体多層膜は、例えば高屈折率物質(Ｔａ２Ｏ５)及び低屈折率物質(ＳｉＯ２)等の材料を透明電極７０５ａの表面に蒸着することによって形成され得る。本実施形態では、反射部７０５ｂは、透明電極７０５ａの表面の全面に形成されている。なお、本実施形態では、光変調器として、複数の画素構造を持つ空間光変調器を示したが、シングル画素構造をもつ光変調器であってもよい。
【００６０】
［第８実施形態］
本実施形態では、光学素子の一例として表示素子について説明する。図１０の（ａ）は、表示素子を模式的に示す斜視図である。図１０の（ｂ）は、表示素子を模式的に示す断面図である。表示素子８００は、プロジェクタなどの表示装置において光源からの光を変調させる素子であり、電気光学結晶１０１と、第１電極８０３と、第２電極８０５と、駆動回路８０７とを備えている。電気光学結晶１０１の構成については、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００６１】
第１電極８０３は、電気光学結晶１０１の入力面１０１ａに配置される複数の透明電極８０３ａを含む。透明電極８０３ａは、例えばＩＴＯによって形成されており、入力光Ｌ１を透過する。すなわち、入力光Ｌ１は、透明電極８０３ａを透過して電気光学結晶１０１内に入力される。入力光Ｌ１は、軸Ｘ３’に沿って伝播される。本実施形態では、複数の透明電極８０３ａは、入力面１０１ａに対して二次元アレイ状に形成されている。互いに隣り合う透明電極８０３ａ同士の間隔は、想定される入力光の波長よりも短い距離に設定されている。例えば、透明電極８０３ａは、電気光学結晶１０１の入力面１０１ａにＩＴＯを蒸着することによって形成され得る。
【００６２】
第２電極８０５は、電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂに配置される透明電極８０５ａを含む。透明電極８０５ａは、透明電極８０３ａと同様に、例えばＩＴＯによって形成されており、入力光Ｌ１を透過する。すなわち、電気光学結晶１０１内に入力されてリタデーション変調された入力光Ｌ１は、変調光Ｌ２として透明電極８０５ａから出力され得る。本実施形態では、透明電極８０５ａは、裏面１０１ｂの全面に形成されている。例えば、透明電極８０５ａは、電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂにＩＴＯを蒸着することによって形成され得る。
【００６３】
駆動回路８０７は、第１電極８０３及び第２電極８０５に対して電気的に接続されており、第１電極８０３と第２電極８０５との間に電界を印加する。本実施形態では、複数の透明電極８０３ａのそれぞれと透明電極８０５ａとの間に電界が印加される。駆動回路８０７によって印加される電界の大きさは、例えば複数の透明電極８０３ａ毎に制御され得る。
【００６４】
［第９実施形態］
本実施形態では、光学素子の一例として補償板について説明する。図１１の（ａ）は、補償板を模式的に示す斜視図である。図１１の（ｂ）は、補償板を模式的に示す断面図である。補償板は、バビネ−ソレイユの補償板と同様に利用することができる可変位相差板であり、電気光学結晶１０１と、第１電極９０３と、第２電極９０５と、駆動回路９０７とを備えている。電気光学結晶１０１の構成については、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００６５】
第１電極９０３は、電気光学結晶１０１の入力面１０１ａに配置される透明電極９０３ａを含む。透明電極９０３ａは、例えばＩＴＯによって形成されており、入力光Ｌ１を透過する。すなわち、入力光Ｌ１は、透明電極９０３ａを透過して電気光学結晶１０１内に入力される。入力光Ｌ１は、軸Ｘ３’に沿って伝播される。本実施形態では、透明電極９０３ａは、入力面１０１ａの全面に形成されている。例えば、透明電極９０３ａは、電気光学結晶１０１の入力面１０１ａにＩＴＯを蒸着することによって形成され得る。
【００６６】
第２電極９０５は、電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂに配置される透明電極９０５ｂを含む。透明電極９０５ｂは、透明電極９０３ａと同様に、例えばＩＴＯによって形成されており、入力光Ｌ１を透過する。すなわち、電気光学結晶１０１内に入力されてリタデーション変調された入力光Ｌ１は、変調光Ｌ２として透明電極９０５ａから出力され得る。本実施形態では、透明電極９０５ａは、裏面１０１ｂの全面に形成されている。例えば、透明電極９０５ａは、電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂにＩＴＯを蒸着することによって形成され得る。
【００６７】
駆動回路９０７は、透明電極９０３ａ及び透明電極９０５ａに対して電気的に接続されており、透明電極９０３ａと透明電極９０５ａとの間に電界を印加する。駆動回路９０７によって印加される電界の大きさを制御することで、入力光Ｌ１のリタデーションを制御することができる。
【００６８】
本実施形態の補償板では、バビネ−ソレイユの補償板のような機械的な可動部分がないので、高精度かつ高速な計測が可能となっている。
【００６９】
［第１０実施形態］
本実施形態では、光学装置の一例として光学素子を備えた光学フィルタについて説明する。図１２は、光学フィルタの構成を模式的に示す図である。光学フィルタ１０００は、複数の光学素子１００１と、複数の偏光子１００３と、駆動回路１００７とを含む。光学素子１００１は、例えば第１実施形態の波長板１００と略同じ構成であり、電気光学結晶１０１と、第１電極１０３と、第２電極１０５とを含んでいる。
【００７０】
複数の光学素子１００１は、入力光Ｌ１の光路上に配列されている。複数の光学素子１００１の第１電極１０３側及び第２電極１０５側には、それぞれ複数の偏光子１００３が配置されている。すなわち、複数の光学素子１００１と複数の偏光子１００３とは、互いに交互に配列されている。換言すると、偏光子１００３と光学素子１００１との組が複数段配列されている。なお、光の入力端及び出力端には、偏光子１００３が配置されている。
【００７１】
それぞれの光学素子１００１には、アンプ１００６を介して駆動回路１００７が電気的に接続されている。駆動回路１００７は、複数の光学素子１００１のそれぞれに対して、第１電極１０３と第２電極１０５との間に電界を印加する。入力端側からの段数をｍとしたき、ｍ段目に配置された光学素子１００１に印加される電圧の振幅Ｖは、以下の式（１５）で示される。なお、Ｖ０は１段目の光学素子１００１に印加される電圧の振幅である。このように印加電圧を制御することによって、本実施形態の光学フィルタは、従来のＬＹＯＴフィルタと同様の機能を果たすことができる。
【数１５】
2017213101.tif 000017
【００７２】
以上、実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではない。
【００７３】
例えば、電気光学結晶の結晶軸のうち軸Ｘ１を回転中心として、回転させた軸Ｘ２’に平行となるように入力面を設定する例を示したがこれに限定されない。例えば、軸Ｘ２又は軸Ｘ３を回転中心としてもよい。また、軸Ｘ１を回転中心とした場合には、軸Ｘ３’に平行な面を入力面としてもよい。さらに、例えば、軸Ｘ１を回転中心とした場合、軸Ｘ２’に沿う面、及び、軸Ｘ３’に沿う面をそれぞれ入力面としてもよい。この場合、軸Ｘ２’に沿う一方面に第１電極を配置し、軸Ｘ２’に沿う他方面に第２電極を配置するとともに、軸Ｘ３’に沿う一方面に他の第１電極を配置し、軸Ｘ３’に沿う他方面に他の第２電極を配置してもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１００…波長板、１０１（１１０４）…電気光学結晶、１０１ａ…入力面、１０１ｂ…裏面、１０３…第１電極、Ｌ１…入力光、Ｌ２…変調光、Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３…軸（結晶軸）、Ｘ１’，Ｘ２’，Ｘ３’…軸。
【図１】
2017213101.tif 000018
【図２】
2017213101.tif 000019
【図３】
2017213101.tif 000020
【図４】
2017213101.tif 000021
【図５】
2017213101.tif 000022
【図６】
2017213101.tif 000023
【図７】
2017213101.tif 000024
【図８】
2017213101.tif 000025
【図９】
2017213101.tif 000026
【図１０】
2017213101.tif 000027
【図１１】
2017213101.tif 000028
【図１２】
2017213101.tif 000029
【国際調査報告】
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