(57)【要約】【課題】偏向角切り替えを簡単な操作で行うことができ、光ビームを自由空間内で偏向することができ、及び製造を容易とする。【解決手段】第１反射面２４と、第２反射面１８と、媒質２２と、媒質の屈折率を制御するための屈折率制御手段２０とを備えたファブリペロ共振器型の光偏向用構造体１２を含み、第１反射面の反射率、及び、第２反射面の反射率の一方又は双方が、それぞれ場所により規則的に変化しており、屈折率制御手段が、媒質の屈折率を制御することにより、第１反射面及び第２反射面のいずれか一方に入射する共振条件を満たす波長の光が、第１反射面又は第２反射面から偏向されて出射される。【選択図】図１
2007233182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１平面内にある第１反射面と、
前記第１平面に対向する第２平面内にある第２反射面と、
前記第１反射面及び前記第２反射面の間に介在する媒質と、
前記媒質の屈折率を制御するための屈折率制御手段と
を備えたファブリペロ共振器型の光偏向用構造体を含み、
前記第１反射面及び前記第２反射面において、
どちらか一方の反射率が一定のとき、他方の反射率は一方向に沿って単調に変化し、かつ、該一方向に直交する他方向では一定であるか、又は、
双方の反射率がそれぞれ一方向に沿って単調に変化し、かつ、該一方向のそれぞれに直交する方向では一定であり、
前記屈折率制御手段が、前記媒質の屈折率を制御することにより、前記第１反射面及び前記第２反射面のいずれか一方に入射するファブリペロ共振器の共振条件を満たす波長の光が、前記第１反射面又は前記第２反射面から偏向されて出射することを特徴とする光偏向器。
【請求項２】
１個の前記光偏向用構造体からなり、
前記第１反射面及び前記第２反射面は、それぞれ空間的に連続した光反射膜で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
【請求項３】
前記屈折率制御手段は、前記媒質を挟んで設けられる屈折率制御用電極対を備え、当該屈折率制御用電極対に印加する電圧を変えることにより電気光学効果に基づき前記媒質の屈折率を制御することを特徴とする請求項２に記載の光偏向器。
【請求項４】
前記屈折率制御手段は、前記媒質に光を照射する光照射部を備え、該媒質に光を照射することによりカー効果に基づき前記媒質の屈折率を制御することを特徴とする請求項２に記載の光偏向器。
【請求項５】
１個の前記光偏向用構造体からなり、
該第１反射面及び該第２反射面の一方又は双方が、複数の小区画に画成された光反射膜からなり、
前記媒質が、前記第１反射面と前記第２反射面との間に連続体として介在されていることを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
【請求項６】
前記光反射膜の前記反射率を前記小区画ごとに制御可能な反射率変更手段が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の光偏向器。
【請求項７】
前記反射率変更手段は、前記小区画ごとに設けられた反射率変更用電極対を含み、及び、前記光反射膜は、電気光学材料からなる膜を含む多層膜として構成され、
当該反射率変更用電極対に印加する電圧を変えることで、電気光学効果に基づき、前記小区画ごとに前記光反射膜の前記反射率を制御することを特徴とする請求項６に記載の光偏向器。
【請求項８】
前記屈折率制御手段は、前記媒質を挟んで設けられる屈折率制御用電極対を備え、当該屈折率制御用電極対に印加する電圧を変えることにより電気光学効果に基づき前記媒質の屈折率を制御することを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の光偏向器。
【請求項９】
前記屈折率制御手段は、前記媒質に光を照射する光照射部を備え、該媒質に光を照射することによりカー効果に基づき前記媒質の屈折率を制御することを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の光偏向器。
【請求項１０】
前記第１及び第２反射面は円形であり、並びに、前記第２反射面の前記反射率は、該第２反射面内で均一であり、
前記第１反射面の前記反射率は、当該第１反射面の中心点を通る１本の直線と該第１反射面の外縁とが交差する一方の交差点から他方の交差点にかけて増加することを特徴とする請求項３又は８に記載の光偏向器。
【請求項１１】
前記第１及び第２反射面は円形であり、並びに、前記第２反射面の前記反射率は、該第２反射面内で均一であり、
前記第１反射面の前記反射率は、
当該第１反射面の中心点から該第１反射面の外縁にかけて同心円状に増加する分布と、
当該中心点を通る１本の直線と該第１反射面の外縁とが交差する一方の交差点から他方の交差点にかけて増加する分布との重ね合わせであることを特徴とする請求項４又は９に記載の光偏向器。
【請求項１２】
前記第１反射面及び前記第２反射面は、平面視で合同な円環状であり、並びに、前記第２反射面の前記反射率は、該第２反射面内で均一であり、
前記第１反射面は、互いに同形な４個以上の前記小区画からなる前記光反射膜が、該円環を周方向に沿って９０°以下の角度ごとに画成することで形成されていることを特徴とする請求項８又は９に記載の光偏向器。
【請求項１３】
４個以上の円柱状の前記光偏向用構造体からなり、
前記第１反射面は、該光偏向用構造体のそれぞれに設けられており、
前記第２反射面は、該光偏向用構造体のそれぞれに設けられており、
該光偏向用構造体は、円周上に間隔を空けて配置されており、
それぞれの該光偏向用構造体を構成する前記第１反射面及び前記第２反射面の一方又は双方の光に対する反射率を、該光偏向用構造体ごとに異ならせ、
前記媒質は、それぞれの該光偏向用構造体を構成する前記第１反射面及び前記第２反射面の間に介在されており、
前記屈折率制御手段は、前記光偏向用構造体ごとに設けられた前記媒質の屈折率を、共通して制御することを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
【請求項１４】
前記光偏向用構造体ごとに、前記第１及び第２反射面の一方又は双方の前記反射率を制御可能な反射率変更手段が設けられていることを特徴とする請求項１３に記載の光偏向器。
【請求項１５】
前記反射率変更手段は、前記光偏向用構造体ごとに設けられた反射率変更用電極対を含み、並びに、前記第１及び第２反射面の一方又は双方は、電気光学材料からなる膜を含む多層膜として構成され、
当該反射率変更用電極対に印加する電圧を変えることで、電気光学効果に基づき、前記光偏向用構造体ごとに当該多層膜の前記反射率を制御することを特徴とする請求項１４に記載の光偏向器。
【請求項１６】
前記屈折率制御手段は、前記媒質のそれぞれを挟んで設けられる屈折率制御用電極対を備え、それぞれの当該屈折率制御用電極対に印加する電圧を変えることにより電気光学効果に基づき、前記光偏向用構造体ごとに設けられた前記媒質の屈折率を、共通して制御することを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の光偏向器。
【請求項１７】
前記屈折率制御手段は、前記媒質のそれぞれに光を照射する光照射部を備え、該媒質に光を照射することによりカー効果に基づき、前記光偏向用構造体ごとに設けられた前記媒質の屈折率を、共通して制御することを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の光偏向器。
【請求項１８】
第１反射面と、該第１反射面に対向する第２反射面と、該第１反射面及び該第２反射面の間に介在する媒質とを備えた光偏向器であって、
前記第１反射面がわと前記第２反射面がわのそれぞれから前記媒質を挟み、かつ、平面視で複数の小区画に分割された電極対を備え、
該電極対ごとに印加電圧を変えることで、電気光学効果に基づき前記小区画ごとに媒質の屈折率を制御可能な屈折率変更手段を設けたことを特徴とする光偏向器。
【請求項１９】
請求項２〜４及び１３のいずれか一項に記載の光偏向器を用いた第１光偏向器と、請求項２〜４及び１３のいずれか一項に記載の光偏向器を用いた第２光偏向器とを備えた光偏向装置であって、
前記第１光偏向器において、入射する光と偏向されて出射する光の双方を含む平面を第１平面とし、前記第２光偏向器において、入射する光と偏向されて出射する光の双方を含む平面を第２平面とした場合に、
前記第１光偏向器と前記第２光偏向器のそれぞれの前記第１反射面が平行に対向し、かつ、前記第１平面と前記第２平面とが直交するように当該第１及び第２光偏向器が配置されており、
当該第１及び第２光偏向器の間に、２枚の偏光回転素子が介在されており、
２枚の該偏光回転素子の間に、前記第１反射面に対して４５°傾斜した偏光分離ミラーが設けられていることを特徴とする光偏向装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光ビームを偏向させる光偏向器及び光偏向装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ビームを偏向する技術は、走査型電子顕微鏡や、レーザプリンタや、バーコードスキャナや、光クロスコネクトなどの幅広い分野で使用されている。
【０００３】
光ビームを偏向させる手法としては、回転ミラーや、音響光学効果や、電気光学効果などが利用されている。例えば、光通信分野で用いられる光クロスコネクトでは、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術を利用した微小なミラーが用いられている。この光クロスコネクトは、ミラーの角度を機械的に制御することにより、数十〜１千チャネルの回線を取扱うことができる。
【０００４】
しかし、ＭＥＭＳ技術を利用した光偏向器は、ミラーを機械的に駆動しなければならない。そのため、偏向角の切り替え時間を約１ｍ秒よりも短縮することができないという問題点があった。
【０００５】
この問題点を解決するために、電気光学効果により、高速に偏向角を切り替えることができる光偏向器が提案されている。この種の技術として、多数の導波路アレイに電極を設けた光偏向器や、平面導波路に電気光学的に屈折率が制御可能なプリズムを設けた光偏向器（例えば、特許文献１参照）などが知られている。
【０００６】
一般に電気光学効果を利用した素子は、高速な偏向角の切り替えが可能である。しかし、偏向角を実用上十分な大きさとするためには、電気光学材料の屈折率の変化率を大きくする必要がある。そのためには、電気光学材料中に強い電界を発生させる必要がある。
【０００７】
過大でない印加電圧により、強い電界を発生させるためには、電気光学材料を挟持する２枚の電極間の距離を短くする必要がある。つまり、有効に光を偏向するためには、回折現象による光の拡がりに抗して、偏向すべき光をこの２枚の電極間の狭い隙間に閉じこめておく必要がある。そのために、光導波路構造が利用される。光導波路構造は、特許文献１に記載された光偏向器においても使用されている。
【０００８】
しかし、光導波路構造を用いると、光の伝播領域は、光導波路の延在する面（以下、偏向面と称する。）の内部に限定されてしまう。つまり、光を偏向面内でしか偏向できなくなる。よって、光導波路構造を用いる光偏向器は、自由空間（３次元空間）内で光を偏向する場合よりも、偏向方向の自由度が減少する。自由度が減少した分だけ、光導波路構造を用いる光偏向器では扱うことができるチャネル数が減少してしまうという問題点があった。
【０００９】
この問題点を解消するために、ファブリペロ共振器の反射面間に電気光学材料を充填した光偏向器が提案されている。この光偏向器は、電気光学材料に反射面内で強度が変化する電界を印加することにより光ビームを自由空間内で偏向する（例えば、特許文献２参照）。
【００１０】
また、チャネル型導波路に光結合して、水平方向に偏向を行う光導波路を配置し、さらに、この光導波路に光結合して、垂直方向に偏向を行う光導波路を配置した光偏向器が提案されている。この光偏向器は、上述した３種の光導波路（チャネル型導波路、水平方向偏向用導波路及び垂直方向偏向用導波路）間の屈折率差を利用して、光ビームを自由空間内で偏向する（例えば、非特許文献１参照）。
【特許文献１】米国特許第６９４７６２５号明細書
【特許文献２】米国特許第６３７３６２０号明細書
【非特許文献１】Ｈ．Ｏｋａｙａｍａ，「Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｌｉｇｈｔ  ｂｅａｍ  ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ  ｕｓｉｎｇ  ｌｉｇｈｔ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｔｏ  ｈｉｇｈｅｒ  ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ  ｒｅｇｉｏｎ」，ＣＰＴ−Ａｒｃｈｉｖｅｓ，ＣＰＴ  Ｄｉｇｅｓｔ  Ｖｏｌ．０７，Ｐ−１４，ｐｐ９３−９４（２００４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、特許文献２に開示された技術では、反射面内の場所により電界の強さを変化させることが必要である。そのため、電気光学材料に印加する電圧の調整がむずかしく、実現に困難が伴った。
【００１２】
また、非特許文献１に開示された技術では、素子構造が複雑であり、かつ、３種の光導波路を高い位置精度で配置しなければならない。そのため、製造がむずかしいという問題点があった。
【００１３】
この発明は、このような問題点に鑑みなされたものである。したがって、この発明の目的は、（１）偏向角切り替えを簡単な操作で行うことができ、及び（２）製造が容易な、光偏向器、並びに、（３）光ビームを自由空間内で偏向することができる光偏向器及び光偏向装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決するために、この発明の第１の光偏向器は、第１反射面と第２反射面と媒質と屈折率制御手段とを備えたファブリペロ共振器型の光偏向用構造体を備えている。
【００１５】
第１反射面は、第１平面内に延在する。第２反射面は、第１平面に対向する第２平面内に延在する。媒質は、第１反射面と第２反射面の間に介在する。屈折率制御手段は、媒質の屈折率を制御する。
【００１６】
そして、第１反射面及び第２反射面において、どちらか一方の反射率が一定のとき、他方の反射率は一方向に沿って単調に変化し、かつ、一方向に直交する他方向では一定であるか、又は、双方の反射率がそれぞれ一方向に沿って単調に変化し、かつ、一方向のそれぞれに直交する方向では一定である。
【００１７】
さらに、屈折率制御手段が、媒質の屈折率を制御する。これにより、第１反射面及び第２反射面のいずれか一方に入射するファブリペロ共振器の共振条件を満たす波長の光が、第１反射面又は第２反射面から偏向されて出射する。
【００１８】
第１の光偏向器は、第１の反射面と、第１の反射面に対向する第２の反射面と、両反射面の間に介在される媒質とを備えている。つまり、第１の光偏向器は、いわばファブリペロ共振器型の光素子である。
【００１９】
このような第１の光偏向器においては、第１反射面及び第２反射面の一方又は双方の光に対する反射率が一方向に沿って単調に変化している。これは、共振条件を満たす波長の光が光偏向用構造体に入射してから出射されるまでの光路長が、場所により規則的に変化していることを示している。
【００２０】
また、屈折率制御手段が媒質の屈折率を変化させると、光偏向器の共振条件が僅かに変化する。その結果、光偏向用構造体から出射される光に位相ずれが発生する。
【００２１】
ところで、上述のように光偏向用構造体では、光路長が場所により規則的に変化しているので、この位相ずれも場所により規則的に変化する。つまり、出射される光の等位相面に傾きが生じる。光は、等位相面に垂直に伝播するので、結果として、光偏向用構造体から出射される光は偏向される。
【００２２】
第１の光偏向器の好適な第１の実施態様は、第１の光偏向器が、１個の光偏向用構造体からなることが好ましい。そして、第１反射面及び第２反射面は、それぞれ空間的に連続した光反射膜であることが好ましい。
【００２３】
このようにすることにより、簡単な構造の光偏向器が得られる。
【００２４】
第１の実施態様において、屈折率制御手段は、媒質を挟んで設けられる屈折率制御用電極対を備えることが好ましい。そして、屈折率制御用電極対に印加する電圧を変えることにより電気光学効果に基づき媒質の屈折率を制御することが好ましい。
【００２５】
このようにすることにより、電気光学効果により媒質の屈折率を制御できる。
【００２６】
第１の実施態様において、屈折率制御手段は、媒質に光を照射する光照射部を備えることが好ましい。そして、媒質に光を照射することによりカー効果に基づき媒質の屈折率を制御することが好ましい。
【００２７】
このようにすることにより、カー効果により媒質の屈折率を制御できる。つまり、カー効果を用いる場合、電気光学効果を利用する場合には不可欠であった電極を必要としない。その結果、カー効果により媒質の屈折率を制御する場合には、電極が存在しない分だけ、屈折率変化の応答速度を速くすることができる。
【００２８】
第１の光偏向器の好適な第２の実施態様は、第１の光偏向器が、１個の光偏向用構造体からなることが好ましい。そして、第１反射面及び第２反射面の一方又は双方が、複数の小区画に画成された光反射膜からなることが好ましい。また、媒質が、第１反射面と第２反射面との間に連続体として介在されていることが好ましい。
【００２９】
第２の実施態様において、光反射膜の反射率を小区画ごとに制御可能な反射率変更手段が設けられていることが好ましい。
【００３０】
また、第２の実施態様において、反射率変更手段は、小区画ごとに設けられた反射率変更用電極対を含み、及び、光反射膜は、電気光学材料からなる膜を含む多層膜として構成されていることが好ましい。さらに、この反射率変更用電極対に印加する電圧を変えることで、電気光学効果に基づき、小区画ごとに光反射膜の反射率を制御することが好ましい。
【００３１】
このようにすることにより、光反射膜の反射率を小区画ごとに制御することができる。その結果、第１反射面及び第２反射面の一方又は双方の反射率の面内分布を自由に変化させることができる。したがって、光反射膜の反射率分布が固定された第１の実施態様よりも、光偏向用構造体から出射する光の偏向方向の自由度を大きくすることができる。
【００３２】
第２の実施態様において、屈折率制御手段は、媒質を挟んで設けられる屈折率制御用電極対を備えることが好ましい。そして、屈折率制御用電極対に印加する電圧を変えることにより電気光学効果に基づき媒質の屈折率を制御することが好ましい。
【００３３】
また、第２の実施態様において、屈折率制御手段は、媒質に光を照射する光照射部を備えることが好ましい。そして、媒質に光を照射することによりカー効果に基づき媒質の屈折率を制御することが好ましい。
【００３４】
第１及び第２の実施態様において、媒質の屈折率を電気光学効果に基づき制御する場合に、第１及び第２反射面は円形であり、並びに、第２反射面の反射率は、第２反射面内で均一であることが好ましい。そして、第１反射面の反射率は、第１反射面の中心点を通る１本の直線と第１反射面の外縁とが交差する一方の交差点から他方の交差点にかけて増加することが好ましい。
【００３５】
このようにすることにより、光偏向用構造体から出射する光の偏向角を、第１反射面の中心点を通る１本の直線の延在する方向に沿って変化させることができる。
【００３６】
第１及び第２の実施態様において、媒質の屈折率をカー効果に基づき制御する場合に、第１及び第２反射面は円形であり、並びに、第２反射面の反射率は、第２反射面内で均一であることが好ましい。そして、第１反射面の反射率は、第１反射面の中心点から第１反射面の外縁にかけて同心円状に増加する分布と、中心点を通る１本の直線と第１反射面の外縁とが交差する一方の交差点から他方の交差点にかけて増加する分布との重ね合わせであることが好ましい。
【００３７】
このようにすることにより、光偏向用構造体から出射する光の偏向角を、第１反射面の中心点を通る１本の直線の延在する方向に沿って変化させることができる。
【００３８】
第２の実施態様において、第１反射面及び第２反射面は、平面視で合同な円環状であり、並びに、第２反射面の反射率は、第２反射面内で均一であることが好ましい。そして、第１反射面は、互いに同形な４個以上の小区画からなる光反射膜が、円環を周方向に沿って９０°以下の角度ごとに画成することで形成されていることが好ましい。
【００３９】
このようにすることにより、光偏向器から十分離間した位置における光の強度分布を０次のベッセル関数に従わせることができる。また、屈折率制御用電極対を設ける場合に、屈折率制御用電極対の面積を、上述した円形の第１及び第２反射面を設ける場合に比較して小さくすることができる。その結果、屈折率制御用電極対の静電容量が減少し、電圧を印加してから屈折率変化が生じるまでの応答時間が短縮される。よって、偏向角を素早く変えることができる。
【００４０】
第１の光偏向器の好適な第３の実施態様は、第１の光偏向器が、４個以上の円柱状の光偏向用構造体からなることが好ましい。そして、第１反射面は、光偏向用構造体のそれぞれに設けられており、第２反射面は、光偏向用構造体のそれぞれに設けられていることが好ましい。そして、光偏向用構造体は、円周上に間隔を空けて配置されており、それぞれの光偏向用構造体を構成する第１反射面及び第２反射面の一方又は双方の光に対する反射率を、光偏向用構造体ごとに異ならせることが好ましい。そして、媒質は、それぞれの光偏向用構造体を構成する第１反射面及び第２反射面の間に介在されていることが好ましい。さらに、屈折率制御手段は、光偏向用構造体ごとに設けられた媒質の屈折率を、共通して制御することが好ましい。
【００４１】
第３の実施態様において、光偏向用構造体ごとに、第１及び第２反射面の一方又は双方の反射率を制御可能な反射率変更手段が設けられていることが好ましい。
【００４２】
また、第３の実施態様において、反射率変更手段は、光偏向用構造体ごとに設けられた反射率変更用電極対を含み、並びに、第１及び第２反射面の一方又は双方は、電気光学材料からなる膜を含む多層膜として構成され、反射率変更用電極対に印加する電圧を変えることで、電気光学効果に基づき、光偏向用構造体ごとに多層膜の反射率を制御することが好ましい。
【００４３】
また、第３の実施態様において、屈折率制御手段は、媒質のそれぞれを挟んで設けられる屈折率制御用電極対を備え、それぞれの屈折率制御用電極対に印加する電圧を変えることにより電気光学効果に基づき、光偏向用構造体ごとに設けられた媒質の屈折率を、共通して制御することが好ましい。
【００４４】
さらに、第３の実施態様において、屈折率制御手段は、媒質のそれぞれに光を照射する光照射部を備え、媒質に光を照射することによりカー効果に基づき、光偏向用構造体ごとに設けられた媒質の屈折率を、共通して制御することが好ましい。
【００４５】
このようにすることにより、光偏向器を、それぞれ空間的に離間して配置された４個以上の光偏向用構造体で構成することができる。ここで、個々の光偏向用構造体は、第１及び第２反射面と、これらの面の間に介在された媒質とからなるファブリペロ型共振器となっている。そして、個々の光偏向用構造体について見た場合、第１及び第２反射面の反射率は場所によらず一定とされている。
【００４６】
その結果、１個の光偏向用構造体からなる第１及び第２の実施態様に比べて、第３の実施態様の光偏向用構造体では、個々の光偏向用構造体に入射した光の回折が抑制される。よって、第３の実施態様では、第１及び第２実施態様よりも、第１及び第２反射面間における光の往復回数を多くすることができる。結果として、第３の実施態様では、第１及び第２実施態様よりも、光偏向用構造体から出射する光の偏向の度合いを大きくすることができる。
【００４７】
また、個々の光偏向用構造体ごとに多層膜の反射率を制御することにより、第１の実施態様に比較して、光偏向用構造体から出射する光の偏向方向の自由度を大きくすることができる。
【００４８】
この発明の第２の光偏向器は、第１反射面と、第１反射面に対向する第２反射面と、第１反射面及び第２反射面の間に介在する媒質とを備えている。そして、第１反射面がわと第２反射面がわのそれぞれから媒質を挟み、かつ、平面視で複数の小区画に分割された電極対を備える。さらに、電極対ごとに印加電圧を変えることで、電気光学効果に基づき小区画ごとに媒質の屈折率を制御可能な屈折率変更手段を設けている。
【００４９】
第２の光偏向器は、第１の光偏向器と同様にファブリペロ共振器型である。第２の光偏向器においては、小区画ごとに媒質の屈折率を制御することで、小区画ごとに光路長を変化させる。これにより、光偏向器から出射する光に位相ずれを発生させ、等位相面を傾かせる。その結果、光偏向器から出射する光は偏向される。
【００５０】
この発明の光偏向装置は、上述の光偏向器を用いた第１光偏向器と、上述の光偏向器を用いた第２光偏向器とを備えている。ここで、第１光偏向器において、入射する光と偏向されて出射する光の双方を含む平面を第１平面とし、前記第２光偏向器において、入射する光と偏向されて出射する光の双方を含む平面を第２平面と定義する。このとき、第１光偏向器と第２光偏向器のそれぞれの第１反射面が平行に対向し、かつ、第１平面と第２平面とが直交するように第１及び第２光偏向器が配置されている。そして、第１及び第２光偏向器の間に、２枚の偏光回転素子が介在されている。さらに、２枚の偏光回転素子の間に、第１反射面に対して４５°傾斜した偏光分離ミラーが設けられている。
【００５１】
このようにすることにより、偏光分離ミラーで反射される偏光方向を有する光が、光偏向装置に入射すると、（Ａ）偏向分離ミラーで反射される。（Ｂ）反射された光は、偏光回転素子を通過して第１光偏向器に入射し、第１平面内で偏向される。（Ｃ）偏向された光は、偏光回転素子及び偏光分離ミラーを通過する。（Ｄ）更に、光は、第２光偏向器がわの偏光回転素子を通過して、第２光偏向器に入射する。（Ｅ）そして、光は、第１平面に直交する第２平面内で偏向される。（Ｆ）偏向された光は、偏光分離ミラーで反射されて外部に取り出される。つまり、光は、第１平面内で偏向され、さらに第２平面内で偏向された上で取り出される。したがって、偏向方向の自由度を高めることができる。
【００５２】
ここで、光は偏光回転素子を通過するたびに偏光方向が４５°ずつ回転する。したがって、（Ｃ）の時点では、光は（Ａ）の時点に比較して９０°偏光方向が回転している。その結果、（Ｃ）においては、光は偏光分離ミラーを通過する。また、（Ｅ）の時点では、光は（Ａ）の時点に比較して１８０°偏光方向が回転している。その結果、（Ｆ）の時点で光は偏光分離ミラーで反射される。
【発明の効果】
【００５３】
したがって、この発明によれば、（１）偏向角切り替えを簡単な操作で行うことができ、及び（２）製造が容易な光偏向器が得られる。また、（３）光ビームを自由空間内で偏向することができる光偏向器及び光偏向装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。尚、各図は、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係について、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例について説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例に過ぎない。したがって、この発明は、以下の実施の形態に何ら限定されない。
【００５５】
（実施の形態１）
図１〜図４を参照して、実施の形態１の光偏向器につき説明する。図１は、光偏向器の構造を概略的に示す斜視図である。図２（Ａ）は、第１反射面の平面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の直線Ａに沿った反射率の分布を示す図である。図２（Ｃ）は、第１反射面を構成する多層膜構造の断面図である。図３（Ａ）は、光偏向器モデルの構造を概略的に示す斜視図である。図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）は、光偏向器モデルを直径に沿って切断した断面図であり、光偏向器モデルの動作の説明に供するための図である。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、光偏向器の変形例を説明するための模式図である。
【００５６】
光偏向器１０は、１個の光偏向用構造体１２からなる。光偏向用構造体１２は、第１反射面２４と、第２反射面１８と、媒質を含む本体部２２と、屈折率制御手段としての屈折率制御用電極対２０を含む。ここで、屈折率制御用電極対２０は、屈折率制御用電極２０ａ（第１電極とする。）及び２０ｂ（第２電極とする。）で構成される。
【００５７】
光偏向用構造体１２は、屈折率制御用電極２０ｂ以外の構成要素が、基板１４の主面１４ａがわに配置されている。そして、屈折率制御用電極２０ｂは、基板１４の主面１４ｂがわに配置されている。
【００５８】
基板１４は直方体状である。基板の主面１４ａ及び１４ｂは互いに平行に対向している。基板１４は、例えば、導電型がｎ型のＧａＡｓ（以下、ｎ−ＧａＡｓと称する。）とする。
【００５９】
屈折率制御用電極２０ｂは、主面１４ｂ上の全面に形成されている。屈折率制御用電極２０ｂは、例えば、ＴｉとＡｕとがこの順序で主面１４ｂに積層された構造とする。
【００６０】
第２反射面１８は、光反射膜で構成されていて、主面１４ａ上の全面に形成されている。第２反射面１８は、第２平面Ｐ２内に延在する。この光反射膜は、例えば、ＡｌＡｓ膜とＡｌＧａＡｓ膜とが交互に積層された多層膜とする。つまり、光偏向器１０において、第２反射面１８の光反射膜は、１枚の空間的に連続した多層膜、すなわち多層膜構造体として構成されている。
【００６１】
なお、後述する第１反射面２４とは異なり、第２反射面１８では、多層膜の積層数（ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＡｓ構造の積層回数）は、場所によらず一定である。その結果、第２反射面１８の反射率は、ほぼ１であり、第２反射面１８の全面で均一である。
【００６２】
本体部２２は、下層２２ａと上層２２ｂとがこの順序で第２反射面１８上に配置された円柱状の構造体である。本体部２２の光伝播方向に沿った長さ（厚み）をＧとする。ここで、下層２２ａは、例えば、導電型がｉ型のＧａＡｓ（以下、ｉ−ＧａＡｓと称する。）とする。また、上層２２ｂは、例えば、導電型がｐ型のＧａＡｓ（以下、ｐ−ＧａＡｓと称する。）とする。
【００６３】
ここで、下層２２ａを構成するｉ−ＧａＡｓは、電圧を印加することにより、電気光学効果に基づいて屈折率が変化する。つまり、下層２２ａは媒質に対応し、第２反射面１８と第１反射面２４（後述）との間に１個の連続体として介在している。
【００６４】
なお、下層２２ａに用いられるｉ−ＧａＡｓのように、電気光学効果により屈折率が変化する材料を総称して、「電気光学材料」と称することとする。
【００６５】
第１反射面２４は、本体部２２の上面２２ｃの全面に形成されている。第１反射面２４は、第２反射面１８と同様に、光反射膜で構成されている。第１反射面２４は、第１平面Ｐ１内に延在し、円形をなしている。第１反射面２４の光反射膜は、例えば、ＳｉＯ２膜とＳｉＮ膜とが積層された誘電体多層膜とする。つまり、光偏向器１０において、第１反射面２４の光反射膜は、１枚の空間的に連続した誘電体多層膜、すなわち多層膜構造体として構成されている。なお、第１反射面２４の詳細な構造については後述する。
【００６６】
屈折率制御用電極２０ａは、第１反射面２４上に形成されている。屈折率制御用電極２０ａは、円環状の膜体である。より詳細には、屈折率制御用電極２０ａの外径は、上面２２ｃの直径に等しい。また、屈折率制御用電極２０ａの内径は、上面２２ｃの直径よりも小さい。そして、屈折率制御用電極２０ａの外縁の所定箇所には、電圧を印加するための図示しない端子が設けられている。屈折率制御用電極２０ａが円環状である結果、屈折率制御用電極２０ａの内周で囲まれた開口から、第１反射面２４が露出する。屈折率制御用電極２０ａは、例えば、ＴｉとＡｕとがこの順序で第１反射面２４上に積層された構造とする。
【００６７】
第１平面Ｐ１と第２平面Ｐ２とは、互いに平行に対向して延在している。その結果、第１反射面２４と第２反射面１８は、本体部２２を挟んで互いに平行に対向する。
【００６８】
屈折率制御用電極対２０は、本体部２２、より正確には下層２２ａ（ｉ−ＧａＡｓ）の屈折率を制御する。つまり、屈折率制御用電極対２０間に印加する電圧の大きさを変えることにより、電気光学効果に基づき下層２２ａを所望の屈折率に制御する。
【００６９】
上述の説明から明らかなように、光偏向器１０は、第１反射面２４と、第１反射面２４に平行に対向する第２反射面１８とで構成されたファブリペロ型の共振器構造である。そして、上述した基板１４（ｎ−ＧａＡｓ）、下層２２ａ（ｉ−ＧａＡｓ）及び上層２２ｂ（ｐ−ＧａＡｓ）で、ＰＩＮ構造を形成している。
【００７０】
ここで、光偏向器１０の具体的な寸法につき説明する。基板１４の厚みは、好ましくは、例えば約３００μｍとする。円柱状の本体部２２の厚みＧは、好ましくは、例えば約５μｍとする。また、本体部２２の上面２２ｃの直径は、好ましくは、例えば約５μｍとする。また、下層２２ａ（ｉ−ＧａＡｓ）の厚みは、好ましくは、例えば約３μｍとする。さらに、上層２２ｂ（ｐ−ＧａＡｓ）の厚みは、好ましくは、例えば約２μｍとする。
【００７１】
ここで、図２（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、第１反射面２４の光に対する反射率（以下、単に反射率と称する。）の分布につき説明する。図２（Ａ）は、第１反射面２４の平面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の直線Ａに沿った反射率の分布を示す図である。図２（Ｃ）は、第１反射面２４の直線Ａに沿って切断した断面図である。
【００７２】
第１反射面２４は、その面内で、場所により光に対する反射率が規則的に変化している。その様子を、図２（Ａ）にグラデーション（濃淡の変化）で示している。図２（Ａ）において、白色が高反射率であることを示している。また、黒色が低反射率であることを示している。
【００７３】
ここで、第１反射面２４の中心点を２４Ｏとし、及び中心点２４Ｏを通る直線をＡとする。そして、直線Ａと第１反射面２４の外縁とが交差する第１及び第２交差点を、それぞれＨＲ及びＡＲとする。このとき、図２（Ｂ）に示すように、第２交差点ＡＲでは、反射率はほぼ０である。そして、第１交差点ＨＲでは、反射率はほぼ１である。そして、反射率は、直線Ａに沿って、第２交差点ＡＲから第１交差点ＨＲにかけて１に漸近するように増加していく。なお、第１反射面２４内で直線Ａに直交する方向に関しては、反射率は変化せず、一定値とする。
【００７４】
図２（Ｃ）には、直線Ａに沿って切断した第１反射面２４の断面構造の一部を示している。上述した反射率分布を得るために、第１反射面２４を構成するＳｉＯ２膜とＳｉＮ膜とは、階段状に積層されている。つまり、第１反射面２４は、第２交差点ＡＲから第１交差点ＨＲに向かうにつれて、ＳｉＯ２膜とＳｉＮ膜の積層段数が増加する。
【００７５】
次に、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示した光偏向器モデル３０を例にとり、この光偏向器１０の動作につき説明する。図３（Ａ）は、光偏向器モデル３０の構造を概略的に示す斜視図である。図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）は、光偏向器モデル３０を直径Ｄｉａに沿って切断した断面図であり、光偏向器モデル３０の動作の説明に供するための図である。
【００７６】
光偏向器モデル３０は、光偏向器１０のモデル構造体である。つまり、光偏向器モデル３０の第１反射面３２は、光偏向器１０の第１反射面２４に対応している。また、光偏向器モデル３０の第２反射面３４は、光偏向器１０の第２反射面１８に対応している。また、光偏向器モデル３０の媒質３６は、光偏向器１０の下層２２ａに対応している。さらに、光偏向器モデル３０の屈折率制御用電極対３７は、光偏向器１０の屈折率制御用電極対２０に対応している。このように、光偏向器モデル３０と光偏向器１０とは等価な構造を有しているので、以下の議論は、光偏向器１０にそのまま適用できる。
【００７７】
まず、光偏向器モデル３０の構造につき簡単に説明する。
【００７８】
光偏向器モデル３０は、第１反射面３２と、第２反射面３４と、媒質３６と、屈折率制御用電極対３７とを備えている。
【００７９】
第１反射面３２は直径Ｄの円形の形状をしている。第１反射面３２は、上述の第１反射面２４に対応している。第１反射面３２の反射率Ｒは、上述した第１反射面２４と同様に、場所により規則的に変化している。より詳細には、第１反射面３２の反射率Ｒは、第１反射面３２の１本の直径Ｄｉａの一端ＡＲ（Ｒ≒０）から他端ＨＲ（Ｒ≒１）にかけて、Ｒ＝１に漸近するように増加している。
【００８０】
第２反射面３４は、第１反射面３２と平行に対向して配置されている。第２反射面３４は、上述の第２反射面１８に対応している。第２反射面３４は、屈折率制御用電極３７ａの分だけ第１反射面３２よりも大面積である。第２反射面３４の反射率は、ほぼ１であり、場所によらず一定である。
【００８１】
媒質３６は、第１反射面３２と第２反射面３４との間に介在する電気光学材料である。媒質３６は円柱状である。媒質３６の光伝播方向に沿った長さ（厚み）をＧとする。媒質３６は、上述の下層２２ａに対応している。
【００８２】
屈折率制御用電極対３７は、屈折率制御用電極３７ａ及び３７ｂとで構成される。
【００８３】
屈折率制御用電極３７ａは、第１反射面３２上に形成されている。屈折率制御用電極３７ａは、外径が媒質３６の上面の直径と等しく、内径が媒質３６の上面の直径よりも小さい円環状の膜体である。
【００８４】
屈折率制御用電極３７ｂは、屈折率制御用電極３７ａに対向して、第２反射面３４上に全面にわたって形成されている。屈折率制御用電極３７ｂは、直径が媒質３６の上面の直径と等しい円形状の膜体である。
【００８５】
つまり、屈折率制御用電極対３７は、媒質３６を挟持するように設けられている。この屈折率制御用電極対３７に印加する電圧の大きさにより、媒質３６の屈折率ｎが、電気光学効果に基づき制御される。
【００８６】
次に、光偏向器モデル３０、したがって光偏向器１０の動作につき説明する。
【００８７】
以下の説明では、まず、媒質３６の屈折率ｎが基準値ｎ０である場合の動作を説明し（図３（Ｂ））、次に、媒質３６の屈折率ｎをｎ１（＞ｎ０）に制御する場合の動作を説明する（図３（Ｃ））。
【００８８】
（条件１：屈折率がｎ０）
まず、図３（Ｂ）を参照して、媒質３６の屈折率ｎが基準値ｎ０に制御されている場合につき説明する。屈折率ｎを基準値ｎ０にするために、屈折率制御用電極対３７から、媒質３６に対して基準電圧Ｖ０が印加されている。
【００８９】
このとき、光偏向器モデル３０には、ファブリペロ共振器の共振条件を満足する波長λの入射光ＩＮが入射されるものとする。つまり、λ＝２ｎ０Ｇ／ｍ（ここで、ｍは１以上の整数）なる関係（共振条件）を完全に満足する波長λの入射光ＩＮが、光偏向器モデル３０に入射されるものとする。
【００９０】
ここで、第１反射面３２がわから第１反射面３２に対して垂直に入射光ＩＮが入射された場合について考える。
【００９１】
媒質３６中に進入した入射光ＩＮは、第１反射面３２と第２反射面３４との間で繰り返し反射された後に、第１反射面３２から出射光ＩＯとして出射される。第２反射面３４の反射率がほぼ１であることから、この反射の繰り返し回数は、第１反射面３２の反射率Ｒに依存する。
【００９２】
すなわち、反射率Ｒが高い領域（例えば、他端ＨＲ付近）に入射した入射光ＩＮＨは、反射の繰り返し回数が多い（ＩｒＨ参照）。つまり、入射光ＩＮＨが、出射光ＩＯＨとして出射されるまでに伝播する媒質３６内での距離（光路長）が長い。それに対して、反射率Ｒが低い領域（例えば、一端ＡＲ付近）に入射した入射光ＩＮＡは、反射の繰り返し回数が少ない（ＩｒＡ参照）。つまり、入射光ＩＮＡが、出射光ＩＯＡとして出射されるまでに伝播する媒質３６内での距離（光路長）が短い。
【００９３】
ところで、入射光ＩＮの波長λは、共振条件を完全に満たしている。よって、反射率Ｒが異なる領域（例えば、ＨＲとＡＲ）から出射される出射光ＩＯＨとＩＯＡとの位相は、２π×ｉ（ここでｉは０以上の整数）だけずれる。つまり、この場合、出射光ＩＯＨと出射光ＩＯＡとの間の位相のずれは２πの整数倍となる。その結果、出射光ＩＯの等位相面ＥＰは、第１反射面３２に平行となる。よって、出射光ＩＯは、第１反射面３２に対して垂直な方向に出射される。つまり、この場合、出射光ＩＯは偏向されない。
【００９４】
なお、第２反射面３４の反射率がほぼ１であることから、出射光ＩＯの強度は、場所によらず一定である。つまり、出射光ＩＯＨと出射光ＩＯＡの強度は等しい。
【００９５】
（条件２：屈折率がｎ１）
次に、図３（Ｃ）を参照して、媒質３６の屈折率ｎがｎ１（＞ｎ０）に制御された場合につき説明する。これは、屈折率制御用電極対３７から、媒質３６に対して電圧Ｖ１（≠Ｖ０）を印加することで達成される。
【００９６】
ここで、屈折率ｎ１の変化率（＝（ｎ１−ｎ０）／ｎ０）は、約０．１％以内とする。屈折率ｎ１の変化率をこのようにすることにより、入射光ＩＮの波長λは、共振が生じる範囲内で、共振条件から僅かにずれることになる。つまり、λ≒２ｎ１Ｇ／ｍ、かつ、λ≠２ｎ１Ｇ／ｍの条件が満たされる。
【００９７】
屈折率ｎ１の媒質３６に進入した入射光ＩＮは、第１反射面３２と第２反射面３４との間で繰り返し反射された後に、第１反射面３２から出射光ＩＯとして出射される（ＩｒＨ及びＩｒＡ参照）。この繰り返しの反射回数は、（条件１）の場合と等しい。
【００９８】
（条件１）と異なるのは、出射光ＩＯに位相ずれ（位相遅れ）が生ずることである。媒質３６の屈折率がｎ０からｎ１へと変化することにより、上述のように入射光Ｉ０の波長が共振条件から僅かにずれる。その結果、入射光ＩＮに、第１反射面３２と第２反射面３４との間の往復回数に比例する位相遅れが生じる。
【００９９】
ここで、第１反射面３２と第２反射面３４の間を１往復したときに、入射光ＩＮに生じる位相遅れをΔφとする。そして、反射率Ｒが高い領域（例えば、他端ＨＲ付近）に入射した入射光ＩＮＨが出射光ＩＯＨとして出射されるまでの反射の繰り返し回数（往復回数）をＮ回とする。さらに、反射率Ｒが低い領域（例えば、一端ＡＲ付近）に入射した入射光ＩＮＡが出射光ＩＯＡとして出射されるまでの反射の繰り返し回数（往復回数）をＭ回（＜Ｎ）とする。このとき、出射光ＩＯＨには、Ｎ×Δφの位相遅れが生じる。同様に、出射光ＩＯＡには、Ｍ×Δφの位相遅れが生じる。ところでＭ＜Ｎであるので、ＭΔφ＜ＮΔφである。つまり、（条件２）においては、高反射率領域（例えば、一端ＨＲ付近）の位相遅れ（Ｎ×Δφ）よりも、低反射率領域（例えば、一端ＡＲ付近）の位相遅れ（Ｍ×Δφ）の方が小さい。
【０１００】
よって、（条件２）では、出射光ＩＯの等位相面ＥＰは、第１反射面３２に対して傾斜する。より詳細には、等位相面ＥＰは、一端ＡＲから他端ＨＲにかけて減少するような傾きを有する。ところで、光は等位相面ＥＰに対して垂直な方向に伝播する性質を有している。よって、出射光ＩＯは、他端ＨＲがわに傾いて、すなわち、第１反射面３２に対して傾斜した方向に、偏向される。
【０１０１】
このように、光偏向器モデル３０においては、媒質３６の屈折率ｎをｎ０からｎ１へと変化させることで、出射光ＩＯを偏向して出射させることができる。
【０１０２】
次に、光偏向器モデル３０を例に挙げて、光偏向器１０の設計条件を説明する。詳細には、（ｉ）媒質３６の厚みＧの設計条件、及び（ｉｉ）第１反射面３２における反射率分布の設計条件につき説明する。なお、上述した理由により、以下の議論は光偏向器１０についても、そのまま適用できる。
【０１０３】
（媒質の厚みＧについて）
媒質３６の厚みＧは、第１及び第２反射面３２，３４間の間隔に相当する。したがって、厚みＧは、偏向すべき波長λの光が共振条件を満足するような大きさに設計する必要がある。つまり、上述した共振条件（λ＝２ｎ０Ｇ／ｍ）から、厚みＧはｍλ／２ｎ０とすればよいことがわかる。
【０１０４】
（第１反射面における反射率分布について）
ファブリペロ共振器型の光偏向器モデル３０において、第２反射面３４の反射率を１とする。そして、第１反射面３２の反射率を振幅反射率ｒとする。
【０１０５】
このとき、出射光ＩＯの光電場Ｅは、下記（１）式で与えられることがよく知られている。
Ｅ＝−Ｅ０（２ｒ＋ｅｊδ＋ｒ２ｅ−ｊδ）／（１＋ｒ２＋２ｒｃｏｓδ）・・・（１）
ここで、δ＝２ｋＧである（ただし、ｋは媒質３６中での光の波数を示す。）。また、Ｅ０は入射光ＩＮの光電場の振幅である。また、ｊは虚数単位である。
【０１０６】
なお、（１）式を得るにあたっては、反射率がｒである第１反射面３２に対して、第２反射面３４とは反対がわから入射光ＩＮが入射することを考慮する必要がある。この場合、入射光ＩＮの方向性から、反射率は−ｒとなる。
【０１０７】
したがって、出射光ＩＯの位相φは、（１）式の分子の実数部分Ｒｅ＝２ｒ＋（１＋ｒ２）ｃｏｓδと、虚数部分Ｉｍ＝（１−ｒ２）ｓｉｎδとから、下記（２）式で与えられる。
ｔａｎφ＝Ｉｍ／Ｒｅ
＝（１−ｒ２）ｓｉｎδ／｛２ｒ＋（１＋ｒ２）ｃｏｓδ｝・・・（２）
通常のファブリペロ型共振器との類推より、（１）式の分母から、共振条件はｃｏｓδ＝−１であることが導き出される。このことから、共振条件下において下記（３）式が成り立つ。
δ＝δ０（２ｍ＋１）π・・・（３）
ここで、δ０は、共振条件におけるδを示す。
【０１０８】
（３）式を（２）式に適用することにより、ｔａｎφ＝０が得られる。これより、下記（４）式が得られる。
φ＝φ０＝ｍπ・・・（４）
ここで、φ０は、共振条件における出射光ＩＯの位相φを示す。
【０１０９】
ここで、屈折率制御用電極対３７に電圧が印加されることにより、媒質３６にΔｎの屈折率変化が生じたとする。これにより、媒質３６中における波数ｋが微小変化するために、δ及びφは共振条件から僅かにずれる。この共振条件からのずれは、下記（５）式及び（６）式で表すことができる。
δ＝δ０＋Δδ
＝−（２ｍ＋１）π＋２ｋ０ＧΔｎ・・・（５）
ここでΔδは、δの共振条件からの変化を示す。また、ｋ０は、真空中における光の波数を示す。
φ＝φ０＋Δφ
＝ｍπ＋Δφ・・・（６）
ここで、Δφは、φの共振条件からの変化であるとともに、出射光ＩＯの位相変化を示す。
【０１１０】
したがって、（５）式及び（６）式を（２）式に代入すると、近似的に下記（７）式が得られる。ここで、「近似的」とは、（２）式のテーラー展開を行い、その１項目までを考慮することを意味する。
Δφ＝−（１−ｒ２）２ｋ０ＧΔｎ／（２ｒ−１−ｒ２）
＝２ｋ０ＧΔｎ（１＋ｒ）／（１−ｒ）・・・（７）
（７）式から、位相変化Δφは、屈折率変化Δｎの（１＋ｒ）／（１−ｒ）倍となることがわかる。以降、（１＋ｒ）／（１−ｒ）を単にＦと称することとする（Ｆ＝（１＋ｒ）／（１−ｒ））。
【０１１１】
つまり、ｒ＝０の場合、すなわち、第１反射面３２の反射率が０（一端ＡＲに相当）の場合には、Ｆ＝１となるので、Δφ＝２ｋ０ＧΔｎとなる。ところが、ｒ→１の場合、すなわち、第１反射面３２の反射率が１（他端ＨＲに相当）に近い場合には、Ｆは無限大に発散する。したがって、共振条件下においては、ｒが１に近い場合には、Δｎが微小であっても、非常に大きな位相変化Δφを生じさせることができる。
【０１１２】
次に、出射光ＩＯを偏向させるための第１反射面３２内における反射率ｒの分布につき説明する。
【０１１３】
ここで、反射率が１の場合（１００％反射）からの微小なずれをΔｒとする。すると反射率ｒは、ｒ＝１−Δｒと表される。ｒ＝１−Δｒなる関係をＦ＝（１＋ｒ）／（１−ｒ）に用いると、Ｆ＝（２−Δｒ）／Δｒなる関係が得られる。この関係を（７）式に代入することにより、下記（８）式が得られる。
Δφ＝２ｋ０ＧΔｎ（２−Δｒ）／Δｒ・・・（８）
【０１１４】
ところで、偏向された出射光ＩＯを平行光線とするためには、第１反射面３２内で、出射光Ｉ０の位相φは線形に変化しなければならない。つまり、位相変化Δφが、下記（９）式で表されるように、反射率ｒの分布を定めなければならない。
Δφ（ｘ）＝（ｘ／Ｄ）（Δφｍａｘ−Δφ０）＋Δφ０・・・（９）
ここで、ｘは、図３の一端ＡＲを原点として直径Ｄｉａ方向に測った位置変数である。ここで、ｘの取り得る範囲は、０≦ｘ≦Ｄである。また、Δφ０は、一端ＡＲにおける出射光ＩＯＡの位相変化を示す。また、Δφｍａｘは、他端ＨＲにおける出射光ＩＯＨの位相変化を示す。
【０１１５】
（９）式に（８）式を代入することで得られる下記（１０）式により、反射率ｒと位置ｘとの関係が与えられる。
（ｘ／Ｄ）（Δφｍａｘ−Δφ０）＋Δφ０
＝２ｋ０ＧΔｎ｛２−Δｒ（ｘ）｝／Δｒ（ｘ）・・・（１０）
（１０）式において、ｘ／Ｄ＝０の場合にΔｒ（ｘ）＝１であるとする。つまり、一端ＡＲにおける反射率が０であるとする。すると、（１０）式から、下記（１１）式が得られる。
Δφ０＝２ｋ０ＧΔｎ・・・（１１）
【０１１６】
（１１）式を（１０）式に代入して、Δｒ（ｘ）についてまとめると、下記（１２）式が得られる。
Δｒ（ｘ）＝１／｛１＋（ａ／２）（ｘ／Ｄ）｝・・・（１２）
ここで、ａは、反射率ｒの分布を決める設計パラメータである。具体的には、パラメータａは、下記（１３）式で与えられる。
ａ＝（Δφｍａｘ−Δφ０）／（２ｋ０ＧΔｎ）
＝（Δφｍａｘ−Δφ０）／Δφ０・・・（１３）
【０１１７】
この（１２）式が、反射率ｒの分布を与える最終結果である。つまり、第１反射面３２の反射率ｒを（１２）式に従うように分布させれば、出射光ＩＯを平行な光ビームとして偏向させることができる。
【０１１８】
以下、（１３）式を用いて、出射光ＩＯの偏向角をより大きくするための方法につき説明する。
【０１１９】
（１３）式を（９）式に代入してまとめると、下記（１４）式が得られる。
Δφ（ｘ）＝Δφ０ａ（ｘ／Ｄ）＋Δφ０・・・（１４）
つまり、（１４）式より、出射光ＩＯの位相変化Δφ（ｘ）は、パラメータａ及びΔφ０の両者に比例することがわかる。
【０１２０】
よって、Δφ（ｘ）（出射光ＩＯの偏向角の大きさ）を大きくするには、パラメータａ及びΔφ０を大きくすればよい。
【０１２１】
はじめに、Δφ０を大きくする方策は（１１）式から与えられる。この式から、Δｎ（媒質３６の屈折率変化）を大きくすれば、Δφ（ｘ）を大きくすることができる。その結果、出射光ＩＯの偏向角を大きくすることができる。
【０１２２】
次に、設計パラメータであるａを大きくする方策は（１２）式から与えられる。（１２）式と、上述したｒ＝１−Δｒなる関係を利用すると、第１反射面３２は、ｘ／Ｄ＝１（他端ＨＲに対応）で反射率ｒが最大値（以下、最大反射率ｒｍａｘと称する。）となることがわかる。ここで、最大反射率ｒｍａｘは、下記（１５）式で与えられる。
ｒｍａｘ＝１−Δｒ（ｘ＝Ｄ）
＝１／｛１＋（２／ａ）｝・・・（１５）
【０１２３】
（１５）式を変形すると、下記（１６）式が得られる。
ａ＝２ｒｍａｘ／（１−ｒｍａｘ）・・・（１６）
（１６）式から、パラメータａを大きくするためには、最大反射率ｒｍａｘをできるだけ１に近づければよいことがわかる。
【０１２４】
パラメータａ及びΔφ０を上述のように設定することにより、出射光ＩＯの偏向角を大きくすることができる。
【０１２５】
次に、光偏向器１０の奏する効果につき説明する。
【０１２６】
このように、この光偏向器１０は、下層２２ａに印加する電圧を制御するという簡単な操作のみで出射光ＩＯの偏向角を変化させることができる。
【０１２７】
また、この光偏向器１０は、第１反射面２４の反射率を面内で規則的に変化させたファブリペロ型共振器構造とされている。つまり、光偏向器１０は、単純な積層構造をなしている。その結果、公知のフォトリソグラフィ技術やエッチング技術等を利用して、光偏向器１０を容易に製造することができる。
【０１２８】
また、この光偏向器１０は、下層２２ａの屈折率を電気光学効果に基づき制御することにより、出射光ＩＯの偏向角を変化させている。つまり、光偏向器１０には、機械的可動部分が存在しない。その結果、従来の技術に比較して、より高速に偏向角の切り替えを行うことができる。
【０１２９】
また、この光偏向器１０では、第１及び第２反射面２４，１８間の間隔が狭い（≒５μｍ）。よって、下層２２ａに屈折率変化を生じさせるにあたり、過大な電圧を印加する必要がない。
【０１３０】
次に、光偏向器１０で許容される種々の設計条件及び変形例につき説明する。
【０１３１】
第１反射面２４は、ＳｉＯ２／ＳｉＮが積層された誘電体多層膜に限られない。例えば、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＡｓが積層された多層膜を用いてもよい。同様に、第２反射面１８は、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＡｓが積層された多層膜に限られない。例えば、ＳｉＯ２／ＳｉＮが積層された誘電体多層膜であってもよい。
【０１３２】
また、反射率を規則的に変化させる反射面は、第１反射面２４に限られない。例えば、反射率が一定の第１反射面２４と、反射率が規則的に変化された第２反射面１８とから光偏向器を構成してもよい。さらに、出射光ＩＯの強度が若干弱くなることが許容できるのであれば、第１反射面及び第２反射面２４，１８の双方の反射率を規則的に変化させてもよい。
【０１３３】
また、出射光ＩＯの出射される面は、第１反射面２４に限られない。第２反射面１８から出射光ＩＯを出射させてもよい。この場合、出射光ＩＯの伝播の障害とならないように、出射光ＩＯの伝播経路に位置する基板１４及び屈折率制御用電極２０ｂは除去する必要がある。
【０１３４】
また、第１反射面２４の一端ＡＲの反射率は実質的に０であることが好ましい。また、他端ＨＲの反射率は実質的に１であることが好ましい。このようにすることにより、出射光ＩＯの偏向角の変化幅を大きくすることができる。ただし、出射光ＩＯの偏向角の変化幅が小さくなることを許容できれば、一端ＡＲの反射率は０より大きくてもよいし、及び、他端ＨＲの反射率は１より小さくともよい。この場合においても、第１反射面２４の反射率は、上述の（１２）式に従う必要がある。
【０１３５】
また、上述した説明においては、入射光ＩＮが、共振条件（λ＝２ｎ０Ｇ／ｍ）を完全に満足する波長λを有する場合を説明した。しかし、波長λは、この共振条件を完全に満足する必要はない。つまり、波長λは、共振が生じる範囲内であれば、共振条件から多少ずれていてもよい。具体的には、許容される共振条件からの波長のずれをΔλは、下記（１７）式で与えられる。
Δλ＝λ０２π（１−ｒ２）／（２ｎ０Ｇｒ）・・・（１７）
ただし、λ０は、共振条件を完全に満足する波長（λ０＝２ｎ０Ｇ／ｍ）である。
【０１３６】
このように、入射光ＩＮの波長λがλ０±Δλの範囲であれば、出射光ＩＯを実用上十分な偏向角で偏向することができる。なお、入射光ＩＮの波長がλ０±Δλの範囲であること、つまり、入射光ＩＮの波長が共振を生じる範囲内であることを「共振条件を満たす」と称する。
【０１３７】
また、本体部２２の厚みＧを適宜調整することにより、光偏向器１０は、波長が多重化された入射光ＩＮ（以下、波長多重光と称する。）をも偏向することが可能となる。より詳細には、波長多重光においては、波数間隔がΔｋで複数の波長が重畳されているものとする。このとき、ファブリペロ型共振器において共振が生じる波数間隔ΔｋＦＳＲは、周知のように、ΔｋＦＳＲ＝π／（ｎ０Ｇ）で与えられる。よって、本体部２２の厚みＧをＧ＝ｍπ／（ｎ０Δｋ）とすることにより、波長多重光の各波長成分（波数間隔ΔｋＦＳＲ）を同時に偏向することができる。
【０１３８】
なお、本体部２２の厚みＧを波長多重光に対応させた場合、第１及び第２反射面２４，１８も、波長多重光に対応して設計することが好ましい。つまり、第１及び第２反射面２４，１８を構成する誘電体多層膜の一方又は双方を、長周期回折格子（例えば、サンプルグレーティング（ｓａｍｐｌｅｄ  ｇｒａｔｉｎｇ）等）とすることが好ましい。より詳細には、誘電体多層膜に設ける長周期回折格子を、上述した波長多重光の各波長成分を反射するように設計することが好ましい。
【０１３９】
また、下層２２ａの屈折率を変化させるにあたり、自由キャリアプラズマ効果を利用してもよい。自由キャリアプラズマ効果を利用した場合、下層２２ａの屈折率変化幅を、電気光学効果を利用する場合に比較して大きくすることができる。その結果、出射光ＩＯをより幅広い角度範囲で偏向できる。
【０１４０】
図４（Ａ）に、光偏向器１０の第１の変形例を示す。図４（Ａ）に示す光偏向器４０は、光偏向器１０と同様の構造であるが、個々の構成部品の材料が異なっている。つまり、光偏向器４０では、基板４２はＳｉ単結晶を材料とする。また、本体部４４は、電気光学材料であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を材料とする。屈折率制御用電極４５は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）を材料とする。この光偏向器４０でも、光偏向器１０と同様に出射光ＩＯを偏向できる。
【０１４１】
図４（Ｂ）に、光偏向器１０の第２の変形例を示す。この光偏向器４９は、本体部４６が円環柱状である点、及び、上面４６ｃに設けられる第１反射面４７が、円環状の膜体である点が光偏向器１０と異なっている。
【０１４２】
なお、第１反射面４７の反射率分布は、光偏向器１０と同様に上述の（１２）式に従うものとする。すなわち、第１反射面４７の反射率は、光偏向器１０の反射率分布から空洞部４８を除いた分布に従う。
【０１４３】
この光偏向器４９でも、光偏向器１０と同様に出射光ＩＯを偏向できる。さらに、光偏向器１０から離間した位置において、出射光ＩＯを０次のベッセル関数に従う強度分布とすることができる。なお、出射光ＩＯが０次のベッセル関数に従うことについては後述する（実施の形態３）。
【０１４４】
また、図示はしないが、第１及び第２反射面２４，１８間に介在される本体部２２として、光ファイバを用いてもよい。このようにすることによっても、出射光ＩＯを偏向することができる。さらに、光ファイバを用いることで、共振器長が長くなるため、極めて低電圧で光偏向器を動作させることができる。
【０１４５】
また、光偏向器１０では、第２反射面１８の反射率を場所によらず一定としていた。しかし、第２反射面１８の反射率を、任意の一方向に沿って単調に変化させ、かつ、この一方向に直交する他方向では一定となるように分布させてもよい。
【０１４６】
（実施の形態２）
図５〜図７を参照して、実施の形態２の光偏向器につき説明する。図５は、光偏向器の構造を概略的に示す斜視図である。図６は、小区画の断面構造を示す模式図である。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、光偏向器の効果の説明に供する模式図である。
【０１４７】
光偏向器５０は、第１反射面５２が複数の小区画５４に画成されている点を除き、光偏向器１０と同様の構造である。したがって、図５において、図１と同じ構成要素には同符号を付して、その説明を適宜省略する。
【０１４８】
光偏向器５０の詳細な説明を行う前に、まず、図５及び図６を参照して、光偏向器５０と光偏向器１０との相違点につき概説する。
【０１４９】
光偏向器１０との相違点は、光偏向器５０においては、（ｉ）第１反射面５２が小区画５４，５４，・・・に画成されていること、及び、（ｉｉ）これらの小区画５４，５４，・・・ごとに反射率変更手段としての反射率変更用電極６０ａ及び６０ｂが設けられていることにある（図６）。つまり、これらの小区画５４，５４，・・・ごとに反射率が制御される。個々の小区画５４を構成する光反射膜５６は多層膜である（図６）。そして、この多層膜中に１層以上の電気光学材料からなる反射率制御層５８が介在している（図６）。また、個々の小区画５４には、反射率制御層５８に電圧を印加するための反射率変更用電極６０ａ，６０ｂが設けられている（図６）。よって、この反射率変更用電極６０ａ，６０ｂに印加する電圧を変えることにより、特定波長の光に対する反射率を制御することができる。
【０１５０】
図５を参照すると、光偏向器５０の第１反射面５２は、縦方向に等間隔に延在する複数の分割溝５１ａと、横方向に等間隔に延在する複数の分割溝５１ｂとにより、画成されている。画成された個々の小区画５４の平面形状は、第１反射面５２の縁部に位置するものを除き、正方形である。小区画５４のそれぞれは、分割溝５１ａ及び５１ｂにより互いに電気的及び空間的に分離されている。
【０１５１】
図６に小区画５４の断面を模式的に示す。小区画５４は、本体部２２の上面２２ｃに形成されている。小区画５４は、反射率変更用電極６０ａと、光反射膜５６と、反射率変更用電極６０ｂとが、この順序で上面２２ｃに積層された構造体である。
【０１５２】
反射率変更用電極６０ａ及び６０ｂは、それぞれ個々の小区画５４の全面に形成されている。反射率変更用電極６０ａ及び６０ｂは、本体部２２への光の進入を妨げないように、好ましくは、例えばＩＴＯを材料とする透明電極とする。なお、反射率変更用電極６０ａ及び６０ｂをまとめて、反射率変更用電極対６０と称することもある。また、図示はしないが、反射率変更用電極６０ａ及び６０ｂには、電圧を供給するための配線が接続されている。これらの配線は、それぞれ図示しない制御装置に接続されている。制御装置は、小区画５４ごとの反射率を制御するために、個々の反射率変更用電極対６０に印加する電圧をコントロールする。
【０１５３】
光反射膜５６は、反射率変更用電極６０ａと６０ｂとの間に介在されている。光反射膜５６は、電気光学材料である反射率制御層５８と介在層５９とが交互に積層された多層膜である。ここで、介在層５９は、好ましくは、例えばＧａＡｓを材料とする。また、反射率制御層５８は、好ましくは、例えばＡｌＧａＡｓを材料とする。
【０１５４】
介在層５９の屈折率をｎｒとし、さらに偏向すべき入射光ＩＮの波長をλとした場合、介在層５９の膜厚はｎｒλ／４とする。同様に、基準状態での反射率制御層５８の屈折率をｎｍ０とし、さらに偏向すべき入射光ＩＮの波長をλとした場合、反射率制御層５８の膜厚はｎｍ０λ／４とする。
【０１５５】
介在層５９及び反射率制御層５８を上述の膜厚とすることにより、基準状態において、入射光ＩＮは、ブラッグの回折条件を満たす。その結果、光反射膜５６の基準状態での反射率が増大する。
【０１５６】
なお、ここで、「基準状態」とは、反射率制御層５８に対して基準電圧ｖ０が印加されている状態を示す。
【０１５７】
次に、光反射膜５６の反射率を変化させるメカニズムにつき説明する。
【０１５８】
反射率変更用電極対６０を介して反射率制御層５８に所定の電圧ｖ（≠ｖ０）を印加した状態（以下、駆動状態とも称する。）を考える。このとき、電気光学効果により、電圧ｖの大きさに応じて、反射率制御層５８の屈折率がｎｍ１（≠ｎｍ０）に変化する。その結果、反射率制御層５８の光学的な厚みがｎｍ１λ／４（≠ｎｍ０λ／４）に変化する。これにより、入射光ＩＮは、ブラッグの回折条件を満たさなくなる。よって、波長λの入射光ＩＮに対する光反射膜５６の反射率が減少する。
【０１５９】
次に、光偏向器５０の動作につき説明する。
【０１６０】
制御装置から、個々の小区画５４，５４，・・・に対して、制御された電圧を印加する。より詳細には、個々の反射率変更用電極対６０，６０，・・・に対して電圧を印加する。この際、制御装置は、第１反射面５２の反射率の面内分布が（１２）式に従うように、個々の小区画５４，５４，・・・に印加する電圧を制御する。すなわち、第１反射面５２の所望の１本の直径に沿って、この直径の一端から他端にかけて反射率が増加するように、各小区画５４，５４，・・・への印加電圧を制御する。
【０１６１】
これと同時に、屈折率制御用電極対２０を介して、下層２２ａ（媒質）に対して所望の電圧を印加する。これにより、下層２２ａの屈折率が変化する。その結果、実施の形態１で説明したと同様のメカニズムにより、出射光ＩＯは、上述の直径を含み第１反射面５２に垂直な平面内で、第１反射面５２の法線に対して傾斜する方向に偏向される。
【０１６２】
このようにして、第１反射面５２がわから、第１反射面５２に対して垂直に入射した入射光ＩＮは、偏向された出射光ＩＯとして第１反射面５２から出射される。
【０１６３】
次に、光偏向器５０の奏する効果につき説明する。
【０１６４】
第１反射面５２が小区画５４に画成されている点を除き、光偏向器５０は、光偏向器１０と同様の構造を有している。したがって、光偏向器５０は、光偏向器１０と同様の効果を奏する。
【０１６５】
さらに、光偏向器５０は、小区画５４ごとに光反射膜５６の反射率を制御することができる。つまり、第１反射面５２内の反射率分布を自由に変えることができる。したがって、反射率分布が固定された実施の形態１の光偏向器１０に比べて、偏向方向の自由度を上げることができる。
【０１６６】
つまり、光偏向器１０は、反射率が第１反射面２４面内で固定されていた。したがって、図７（Ａ）に示すように、光偏向器１０では、第１反射面２４の周方向に関しては、一つの方向のみでしか出射光を偏向できなかった。つまり、第１反射面２４に垂直で直線Ａを含む一つの平面ＰＬ１内でしか出射光ＩＯを偏向することができなかった。なお、以降、「第１反射面の周方向に関して、一つの方向のみで出射光を偏向すること」を「１軸偏向」と称する。
【０１６７】
しかし、光偏向器５０は、第１反射面５２内での反射率分布を自由に変えることができる。その結果、図７（Ｂ）に示すように、第１反射面５２の周方向に関して、任意の方向で出射光ＩＯを偏向することができる。つまり、出射光ＩＯの偏向方向を、第１反射面５２に垂直であり、かつ、中心５２Ｏを通る任意の直線（例えばＢ，Ｃ等）を含む平面（例えば、平面ＰＬ２，ＰＬ３等）内で変えることができる。なお、以降、「第１反射面の周方向に関して、任意の方向で出射光を偏向すること」を「２軸偏向」と称する。
【０１６８】
次に、光偏向器５０で許容される種々の設計条件及び変形例につき説明する。
【０１６９】
光偏向器５０は、第１反射面５２が小区画５４に分割されている点を除き、光偏向器１０と同様の構造を有している。したがって、光偏向器５０は、光偏向器１０と同様の設計条件変更及び変形を行うことができる。
【０１７０】
（実施の形態３）
図８〜図１０を参照して、実施の形態３の光偏向器につき説明する。図８は、光偏向器の構造を概略的に示す斜視図である。図９は、光偏向器から十分離間した位置での、出射光の光伝播方向に垂直な面内における出射光の強度分布を示す。図１０は、光偏向器における小区画の分割数を説明するための光クロスコネクトの模式図である。なお、図８において、図１と同じ構成要素には同符号を付して、その説明を適宜省略する。
【０１７１】
図８を参照すると、光偏向器７０は、１個の光偏向用構造体７２で構成されている。光偏向用構造体７２は、小区画８２，８２，・・・に画成された第１反射面８０と、第２反射面７６と、媒質を含む本体部７８と、屈折率制御手段としての屈折率制御用電極対２０と、反射率変更手段としての反射率変更用電極対６０とを含む。
【０１７２】
光偏向用構造体７２は、屈折率制御用電極２０ｂが基板１４の主面１４ｂがわに配置されている。光偏向用構造体７２の屈折率制御用電極２０ｂ以外の構成要素は、基板１４の主面１４ａがわに配置されている。
【０１７３】
第２反射面７６は、主面１４ａ上に形成されている。第２反射面７６の平面形状は、本体部７８の平面形状と同形状の円環状とされている。第２反射面７６は、平面形状が円環状である点を除き、実施の形態１の第２反射面１８（図１）と同様の構造、材料及び反射率分布を有している。
【０１７４】
本体部７８は、立体形状が円環柱状である点を除き、実施の形態１の本体部２２（図１）と同様の積層構造及び材料である。すなわち、本体部７８は、ｉ−ＧａＡｓで構成される下層７８ａと、ｐ−ＧａＡｓで構成される上層７８ｂとがこの順序で第２反射面７６上に積層された構造である。
【０１７５】
第１反射面８０は、本体部７８の上面７８ｃの全面に形成されている。つまり、第１反射面８０は平面視で円環状である。第１反射面８０は、第２反射面７６よりも外径が小さい。
【０１７６】
より厳密にいえば、第１反射面８０は、中心８０Ｏを共通とする２個の円８０Ｃ１（半径：ｑ）と、円８０Ｃ２（半径：Ｑ（＞ｑ））とを考えたときに、Ｑ≧Ｐ≧ｑを満たす点Ｐからなる平面形状を有している。
【０１７７】
第１反射面８０は、互いに同形な複数の小区画８２，８２，・・・に画成されている。より具体的には、第１反射面８０は、円環の周方向に沿って等間隔（２２．５°ごと）に画成されている。その結果、第１反射面８０は、１６個の小区画８２で構成される。
【０１７８】
隣接する２つの小区画８２と８２との間は、円８０Ｃ２の半径方向に延在する分割溝８４により画成されている。この分割溝８４により、隣接する２つの小区画８２と８２とは互いに電気的及び空間的に分離されている。
【０１７９】
小区画８２の断面構成は、実施の形態２の小区画５４（図６）と同様である。その結果、小区画５４（実施の形態２）の場合と同様に、小区画８２においても、反射率変更用電極対６０に印加する電圧を変えることにより、光反射膜５６の反射率を制御することができる。
【０１８０】
ここで、光偏向器７０の具体的な寸法につき説明する。本体部７８の円８０Ｃ２の半径Ｑは、好ましくは、例えば約５００μｍとする。また、本体部７８の円８０Ｃ１の半径ｑは、好ましくは、例えば約４９０μｍとする。これら以外の構成部品の寸法は、光偏向器１０（実施の形態１）の対応する部品と同様とする。
【０１８１】
次に、光偏向器７０の動作につき説明する。
【０１８２】
制御装置から、個々の小区画８２，８２，・・・に対して、制御された電圧を印加する。より詳細には、個々の反射率変更用電極対６０，６０，・・・に対して電圧を印加する。この際、制御装置は、第１反射面８０の反射率の面内分布が（１２）式に従うように、個々の小区画８２，８２，・・・に印加する電圧を制御する。すなわち、円８０Ｃ２の所望の１本の直径に沿って、この直径の一端から他端にかけて反射率が増加するように、各小区画８２，８２，・・・への印加電圧を制御する。つまり、第１反射面８０の反射率を、第１反射面２４（実施の形態１）の反射率分布から、円８０Ｃ１を除いたような分布に制御する。
【０１８３】
これと同時に、屈折率制御用電極対２０を介して、下層７８ａ（媒質）に対して所望の電圧を印加する。これにより、下層７８ａの屈折率が変化する。その結果、既に説明したと同様のメカニズムにより、出射光ＩＯは、上述の直径を含み第１反射面８０に垂直な平面内で、第１反射面８０の法線に対して傾斜する方向に偏向される。
【０１８４】
このようにして、第１反射面８０がわから、第１反射面８０に対して垂直に入射した入射光ＩＮは、偏向された出射光ＩＯとして第１反射面８０から出射される。
【０１８５】
次に、光偏向器７０の奏する効果につき説明する。
【０１８６】
本体部７８が円環柱状とされている点を除き、光偏向器７０は、光偏向器５０と同様の構造を有している。したがって、光偏向器７０は、光偏向器５０とほぼ同様の効果を奏する。
【０１８７】
また、光偏向器７０では、光偏向器５０よりも小区画８２の数が少ない。つまり、光偏向器７０は、光偏向器５０に比べて、反射率変更用電極対６０が少なくて済む。その結果、個々の反射率変更用電極対６０に接続する配線の取回しが容易になる。また、制御装置がコントロールすべき反射率変更用電極対６０の個数を減らすことができるので、制御装置の構成をより簡単にすることができる。
【０１８８】
さらに、詳細な説明は省略するが、光偏向器７０では、遠方における出射光ＩＯの強度分布を、図９に示すような０次のベッセル関数に従わせることができる。図９において、縦軸は出射光ＩＯの強度（任意単位）を示す。また、横軸は、出射光ＩＯの光ビームの中心点からの距離（任意単位）を示す。
【０１８９】
つまり、第１反射面８０が円環状であったとしても、出射光ＩＯの強度分布は円環状とはならない。出射光ＩＯの強度分布は、光偏向器７０から十分離間した位置で、ほぼ釣鐘型となる。つまり、図９に示すように、出射光ＩＯは、光ビームの中心点で最大強度のメインピークＰｍａｉｎを持つ。その結果、光偏向器７０から十分に離間した位置で、出射光ＩＯを実用上ガウスビームと同等に取り扱うことができる。なお、ここで、「十分離間した位置」とは、第１反射面８０から数ｃｍ以上離れた位置のことを示す。
【０１９０】
次に、光偏向器７０で許容される種々の設計条件及び変形例につき説明する。
【０１９１】
本体部７８が円環柱状とされている点を除き、光偏向器７０は、光偏向器５０と同様の構造を有している。したがって、光偏向器７０で許容される設計条件及び変形例は、光偏向器５０と同様である。
【０１９２】
また、第１反射面８０を構成する小区画８２の個数は１６個には限定されない。小区画８２は４個以上であれば、個数に限定はない。詳細な説明は省略するが、小区画８２の個数は、図９に示したメインピークＰｍａｉｎとサブピークＰｓｕｂ１，Ｐｓｕｂ２，・・・との距離（以下、ピーク間距離と称する。）に関係している。なお、サブピークＰｓｕｂ１，Ｐｓｕｂ２，・・・をまとめて、Ｐｓｕｂｉと称する。
【０１９３】
具体的には、小区画８２の個数を多くするほど、ピーク間距離は広がる。したがって、小区画８２の個数を多くするほど、サブピークＰｓｕｂｉは、メインピークＰｍａｉｎから離間する。その結果、光偏向器７０が扱うことができるチャネル数が増加する。
【０１９４】
ここで、図１０（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、小区画８２の個数とチャネル数との関係につき概説する。図１０（Ａ）は、光クロスコネクトＯＣＣａを光偏向器７０ａからの出射光ＩＯａとともに示した模式図である。図１０（Ｂ）は、光クロスコネクトＯＣＣｂを光偏向器７０ｂからの出射光ＩＯｂとともに示した模式図である。
【０１９５】
ここで、光偏向器７０ａを構成する小区画８２はＭ個であり、光偏向器７０ｂを構成する小区画８２はＮ個（＞Ｍ）であるとする。また、どちらの光クロスコネクトＯＣＣａ，ＯＣＣｂでも、出射光ＩＯのメインピークＰｍａｉｎは、同じ出力チャネルＣＨ０に入射しているものとする。
【０１９６】
図１０（Ａ）を参照すると、光クロスコネクトＯＣＣａでは、サブピークＰｓｕｂｉが出力チャネルＣＨ１にオーバーラップしている。つまり、出力チャネルＣＨ０以外の出力チャネルに対しても、出射光ＩＯの担持する情報が入力されてしまう。それに対して、図１０（Ｂ）を参照すると、光クロスコネクトＯＣＣｂでは、サブピークＰｓｕｂｉは、メインピークＰｍａｉｎから離間して位置しており、出力チャネルＣＨ１〜７にオーバーラップしない。
【０１９７】
したがって、小区画８２の個数が増すほどピーク間距離が離間することにより、サブピークＰｓｕｂｉが出力チャネルＣＨ１〜７にオーバーラップしにくくなることがわかる。つまり、小区画８２の個数を増せば、サブピークＰｓｕｂｉの出力チャネルへのオーバーラップを危ぐすることなく、メインピークＰｍａｉｎを広い角度にわたって偏向することができる。結果として、光偏向器７０の扱うことのできるチャネル数が増加する。
【０１９８】
よって、小区画８２の個数は、光偏向器７０が取扱うチャネル数を勘案して４個以上の所望の個数とすることが好ましい。目安としては、光偏向器７０は、小区画８２の個数と等しい数のチャネルを取扱うことができる。
【０１９９】
出射光ＩＯを、第１反射面８０について１軸偏向させる場合には、第１反射面８０を小区画８２，８２に画成する必要はない。さらに、この場合、第１反射面８０の反射率が制御可能である必要もない。つまり、この場合には、円環状の第１反射面８０の反射率を、（１２）式に従うように固定してもよい。このようにすれば、取扱うことのできるチャネル数は減少するものの、円８０Ｃ２の一つの直径に沿った方向にのみ、出射光ＩＯを偏向させることができる。その結果、光偏向器７０の構造を簡単にすることができる。
【０２００】
（実施の形態４）
図１１を参照して、実施の形態４の光偏向器につき説明する。図１１は、光偏向器の概略構成を示す斜視図である。
なお、図１１において、図１と同じ構成要素には同符号を付して、その説明を適宜省略する。
【０２０１】
図１１を参照すると、光偏向器９０は、８個の円柱状の光偏向用構造体９２，９２，・・・で構成されている。
【０２０２】
これらの光偏向用構造体９２は、互いに同形状であり、基板１４の主面１４ａ上に配置されている。より詳細には、これらの光偏向用構造体９２は、円９４の円周に沿って互いに離間して等間隔に配置されている。つまり、光偏向用構造体９２，９２，・・・は、円９４の周方向に沿って等間隔（４５°ごと）に配置されている。
【０２０３】
光偏向用構造体９２はそれぞれ、第１反射面９６と、第２反射面９８と、媒質を含む本体部１００と、屈折率制御用電極対１０２と、反射率変更用電極対１０３を含む。つまり、個々の光偏向用構造体９２は、ファブリペロ型共振器である。
【０２０４】
ここで、屈折率制御用電極対１０２は、屈折率制御用電極１０２ａ及び１０２ｂで構成されている。また、反射率変更用電極対１０３は、反射率変更用電極１０３ａ及び１０３ｂで構成されている。
【０２０５】
個々の光偏向用構造体９２は、屈折率制御用電極１０２ｂ以外の構成要素が、基板１４の主面１４ａがわに配置されている。屈折率制御用電極１０２ｂは、基板１４の主面１４ｂがわに配置されている。
【０２０６】
屈折率制御用電極１０２ｂは、主面１４ｂの全面に形成されている。つまり、屈折率制御用電極１０２ｂは、すべての光偏向用構造体９２，９２，・・・に共通した構成部品である。屈折率制御用電極１０２ｂは、実施の形態１の屈折率制御用電極２０ｂと同様の積層構造及び材料とする。
【０２０７】
第２反射面９８は、主面１４ａ上に形成されている。第２反射面９８の平面形状は、個々の光偏向用構造体９２の平面形状と同形状とされている。第２反射面９８は、実施の形態１の第２反射面１８と同様の積層構造及び材料とする。第２反射面９８の反射率は、第２反射面１８（実施の形態１）と同様に、ほぼ１とする。
【０２０８】
本体部１００は、実施の形態１の本体部２２と同様の積層構造及び材料である。すなわち、本体部１００は、ｉ−ＧａＡｓを材料とする下層１００ａと、ｐ−ＧａＡｓを材料とする上層１００ｂとがこの順序で第２反射面９８上に積層された構造である。なお、下層１００ａが媒質に対応する。
【０２０９】
第１反射面９６は、本体部１００の上面１００ｃの全面に形成されている。第１反射面９６は、屈折率制御用電極１０２ａの分だけ第２反射面９８よりも小面積である。
【０２１０】
第１反射面９６の積層構造は、実施の形態２の小区画５４（図６）と同様とする。つまり、第１反射面９６は、上面１００ｃに、反射率変更用電極１０３ａと、光反射膜１０４と、反射率変更用電極１０３ｂとが、この順序で積層された積層構造とする。また、図示はしないが、反射率変更用電極対１０３には、電圧を供給するための配線が接続されている。これらの配線は、図示しない制御装置に接続されている。制御装置は、第１反射面９６ごとの反射率を制御するために、個々の反射率変更用電極対１０３に印加する電圧をコントロールする。
【０２１１】
ここで、反射率変更用電極対１０３の構造及び材料は、実施の形態２の反射率変更用電極対６０と同様とする。また、光反射膜１０４の構造及び材料は、実施の形態２の光反射膜５６と同様とする。
【０２１２】
屈折率制御用電極１０２ａは、第１反射面９６上に形成されている。屈折率制御用電極１０２ａは、円環状の膜体である。より詳細には、屈折率制御用電極１０２ａの外径は、上面１００ｃの直径に等しい。また、屈折率制御用電極１０２ａの内径は、上面１００ｃの直径よりも小さい。そして、屈折率制御用電極１０２ａの外縁の所定箇所には、電圧を印加するための図示しない配線が接続されている。これらの配線は、すべての光偏向用構造体９２，９２，・・・の媒質（下層１００ａ）に対して、等しい電圧を印加できるように共通の電源（図示せず）に接続されている。屈折率制御用電極１０２ａの積層構造は、実施の形態１の屈折率制御用電極２０ａと同様とする。
【０２１３】
光偏向用構造体９２，９２，・・・に設けられた第１反射面９６，９６，・・・は、共通の平面Ｐ１内に延在している。また、第２反射面９８，９８，・・・は、共通の平面Ｐ２内に延在している。そして、第１平面Ｐ１と第２平面Ｐ２とは、互いに平行に対向して延在している。その結果、個々の光偏向用構造体９２において、第１反射面９６と第２反射面９８とは、本体部１００を挟んで互いに平行に対向することとなる。
【０２１４】
ここで、光偏向器９０の具体的な寸法につき説明する。基板１４の厚みは、好ましくは、例えば約３００μｍとする。円柱状の本体部１００の厚みは、好ましくは、例えば約５μｍとする。また、本体部１００の上面１００ｃの直径は、好ましくは、例えば約５μｍとする。下層１００ａ（ｉ−ＧａＡｓ）の厚みは、好ましくは、例えば約３μｍとする。また、上層１００ｂ（ｐ−ＧａＡｓ）の厚みは、好ましくは、例えば約２μｍとする。さらに、円９４の直径は、好ましくは、例えば約５００μｍとする。
【０２１５】
次に、図１１を参照して、この光偏向器９０の動作につき説明する。
【０２１６】
制御装置から、個々の光偏向用構造体９２，９２・・・に対して、制御された電圧を印加する。より詳細には、個々の反射率変更用電極対１０３，１０３，・・・に対して電圧を印加する。この際、制御装置は、第１反射面９６，９６，・・・の反射率が、円９４の面内において（１２）式に従うように、個々の光偏向用構造体９２，９２・・・に印加する電圧を制御する。すなわち、円９４の直径の所望の１本の直径に沿って、この直径の一端から他端にかけて反射率が増加するように、光偏向用構造体９２，９２・・・ごとに反射率を制御する。
【０２１７】
これと同時に、屈折率制御用電極対１０２を介して、個々の光偏向用構造体９２，９２・・・の下層１００ａ（媒質）に対して所望の一定の電圧を印加する。これにより、光偏向用構造体９２，９２・・・のそれぞれにおいて、下層１００ａの屈折率が一様に変化する。その結果、既に説明したと同様のメカニズムにより、出射光ＩＯは、上述の直径を含み円９４に垂直な平面内で、円９４の法線に対して傾斜するように偏向される。
【０２１８】
次に、光偏向器９０の奏する効果につき説明する。
【０２１９】
この実施の形態の光偏向器９０は、光偏向用構造体９２，９２・・・が互いに空間的に離間している点を除き、実施の形態３で説明した光偏向器７０（図８）と類似の構造を有している。したがって、光偏向器９０は実施の形態３で説明した光偏向器７０と同様の効果を奏する。
【０２２０】
さらに、光偏向器９０では、光偏向器９０は、個々の光偏向用構造体９２において第１反射面９６の反射率が一定とされている。その結果、個々の光偏向用構造体９２内部で、入射光ＩＮの回折が抑制される。よって、第１及び第２反射面９６及び９８の間での入射光ＩＮの共振の強さを増すことができる。つまり入射光ＩＮの往復回数を光偏向用構造体１２及び７２よりも増加させることができる。入射光ＩＮの往復回数が増加すると、出射光ＩＯの位相変化が大きくなる。その結果、媒質の屈折率が等しく、かつ、第１反射面の反射率が等しい条件で比較した場合、光偏向器９０は、実施の形態１〜３よりも出射光ＩＯの偏光角が大きくなる。
【０２２１】
次に、光偏向器９０で許容される種々の設計条件及び変形例につき説明する。
【０２２２】
光偏向器９０を構成する光偏向用構造体９２の個数は８個には限定されない。光偏向用構造体９２は４個以上であれば、個数に限定はない。ただし、光偏向用構造体９２の個数は、実施の形態３で説明したと同様の理由により、光偏向器９０が取扱うことができるチャネル数に関係している。よって、光偏向用構造体９２の個数は、光偏向器９０が取扱うチャネル数を勘案して４個以上の所望の個数とすることができる。
【０２２３】
出射光ＩＯを、円９４に関して１軸偏向させる場合には、第１反射面９６の反射率が制御可能である必要はない。つまり、この場合には、第１反射面９６，９６・・・の反射率を、円９４の面内で（１２）式に従うように固定してもよい。このようにすれば、取扱うことのできるチャネル数は減少するものの、円９４の一つの直径に沿った方向で、出射光ＩＯを偏向させることができる。その結果、光偏向器９０の構造を簡単にすることができる。
【０２２４】
（実施の形態５）
図１２を参照して、実施の形態５の光偏向器につき説明する。図１２は、光偏向器の概略構成を示す斜視図である。
【０２２５】
光偏向器１１０の詳細な説明を行う前に、まず、光偏向器１１０と光偏向器１０，５０，７０及び９０（実施の形態１〜４）との相違点につき概説する。
【０２２６】
実施の形態１〜４の光偏向器１０，５０，７０及び９０と、この実施の形態の光偏向器１１０との相違点は、光偏向器１１０では媒質（本体部１２２）の屈折率をカー効果に基づき制御することにある。
【０２２７】
図１２を参照すると、光偏向器１１０は、１個の光偏向用構造体１１２で構成されている。光偏向用構造体１１２は、第１反射面１２４と、第２反射面１１８と、媒質としての本体部１２２と、屈折率制御手段としての光照射部１２０とを含む。
【０２２８】
光偏向用構造体１１２は、基板１４の主面１４ａがわに配置されている。
【０２２９】
基板１４は直方体状である。基板の主面１４ａ及び１４ｂは互いに平行に対向している。基板１４は、好ましくは、例えばＳｉとする。
【０２３０】
第２反射面１１８は、主面１４ａの全面に形成されている。第２反射面１１８は第２平面Ｐ２内に延在する。第２反射面１１８は、実施の形態１の第２反射面１８と同様の積層構造及び材料とする。
【０２３１】
本体部１２２は、第２反射面１１８上に配置された円柱状の構造体である。本体部１２２は、好ましくは、例えば、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓのＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）構造とする。本体部１２２は、第１及び第２反射面１２４及び１１８間に介在しており、媒質に対応する。
【０２３２】
ここで、本体部１２２を構成するＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓのＭＱＷ構造は、光を照射することにより、カー効果に基づいて屈折率が変化する。なお、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓのＭＱＷ構造のように、カー効果により屈折率が変化する材料を総称して、「カー材料」と称することとする。
【０２３３】
第１反射面１２４は、本体部１２２の上面１２２ｃの全面に形成されている。第１反射面１２４は、第１平面Ｐ１内に延在し、円形をなしている。第１反射面１２４は、反射率が（１２）式とは異なる関数にしたがって分布している以外は、実施の形態１の第１反射面２４と同様の積層構造及び材料とする。なお、第１反射面１２４の反射率分布については後述する。
【０２３４】
光照射部１２０は、第１反射面１２４がわの上空に配置されている。光照射部１２０は、本体部１２２に屈折率変化を生じさせるための制御光ＣＬを光偏向用構造体１１２に向けて照射する。カー効果では、制御光ＣＬの強度に応じて屈折率が変化する。したがって、光照射部１２０は、制御光ＣＬの強度を調整するための光強度調整手段（図示せず）を備えている。なお、光照射部１２０は、第１反射面１２４に対して垂直な方向から制御光ＣＬを照射することができるように配置されている。
【０２３５】
第１平面Ｐ１と第２平面Ｐ２とは、互いに平行に対向して延在している。その結果、第１反射面１２４と第２反射面１１８とは、本体部１２２を挟んで互いに平行に対向することとなる。
【０２３６】
上述の説明から明らかなように、光偏向器１１０は、第１反射面１２４と、第１反射面１２４に平行に対向する第２反射面１１８とで構成されたファブリペロ型の共振器構造とされている。
【０２３７】
次に、第１反射面１２４の反射率分布につき説明する。
【０２３８】
カー効果では、制御光ＣＬの電界強度の２乗に比例して本体部１２２（媒質）の屈折率が変化する。ところで、制御光ＣＬは、光伝播方向に垂直な面内で見た場合、強度に強弱が存在する。したがって、本体部１２２では、制御光ＣＬの強度が強い箇所では大きな屈折率変化が生じる。逆に、制御光ＣＬの強度が弱い箇所では小さな屈折率変化が生じる。つまり、光偏向器１１０では、第１反射面１２４の反射率分布の決定に際して、場所により異なる屈折率変化が本体部１２２（媒質）に生じることを勘案する必要がある。
【０２３９】
つまり、これは（８）式（実施の形態１）において、Δｎが、ｘ座標のみでなく、ｘ座標に直交した方向に延びるｙ座標にも依存することを意味する。すなわち、Δｎは、Δｎ（ｘ，ｙ）の形で表される。
【０２４０】
ここで、Δｎ（ｘ，ｙ）として、ガウス分布を仮定する。そして、上述した（１２）式の導出と同様にして、Δφ０＝２ｋ０ＧΔ（０，０）とすると、下記（１８）式が得られる。
Δｒ（ｘ，ｙ）＝２／｛１＋ａ０（ｘ，ｙ）＋ａ（ｘ，ｙ）（ｘ／Ｄ）｝
＝２／｛１＋ａ０（ｘ，ｙ）［１＋（ｘ／Ｄ）（Δφｍａｘ−Δφ０）／Δφ０］｝・・・（１８）
だだし、（１８）式中の各パラメータは下記（１９）式〜（２１）式で表される。
ａ（ｘ，ｙ）＝（Δφｍａｘ−Δφ０）／２ｋ０ＧΔｎ（ｘ，ｙ）・・・（１９）
ａ０（ｘ，ｙ）＝Δｎ（０，０）／Δｎ（ｘ，ｙ）・・・（２０）
Δφｍａｘ＝２ｋ０ＧΔｎ（Ｄ，０）・・・（２１）
【０２４１】
（１８）式より明らかなように、カー効果を利用する場合には、第１反射面１２４の反射率は、ｘ方向のみでなくｙ方向にも変化させなければならない。
【０２４２】
図示は省略するが、（１８）式で与えられる反射率分布は、下記の（ｉ）及び（ｉｉ）の分布の重ね合わせとなる。
（ｉ）第１反射面１２４の中心点１２４Ｏから第１反射面１２４の外縁にかけて同心円状に増加する分布。
（ｉｉ）中心点１２４Ｏを通る１本の直線と第１反射面１２４の外縁とが交差する一方の交差点から他方の交差点にかけて増加する分布。
【０２４３】
次に、光偏向器１１０の動作につき説明する。
【０２４４】
光照射部１２０から所望の強度の制御光ＣＬを本体部１２２に向けて照射する。すると、本体部１２２の屈折率がカー効果に基づき変化する。その結果、第１反射面１２４がわから、第１反射面１２４に対して垂直に入射した入射光ＩＮは、第１及び第２反射面１２４及び１１８との間で繰り返し反射される。そして、第１反射面１２４の反射率で決まる回数だけ、第１及び第２反射面１２４及び１１８間に介在する本体部１２２を往復した後に、出射光ＩＯとして第１反射面１２４から出射される。この際、出射光ＩＯには、本体部１２２の屈折率と第１反射面１２４の反射率とで決まる位相ずれが生じる。その結果、出射光ＩＯの等位相面が傾く。よって、出射光ＩＯは、中心点１２４Ｏを通る１本の直線を含み、第１反射面１２４に垂直な平面内で偏向される。
【０２４５】
次に、光偏向器１１０の奏する効果につき説明する。
【０２４６】
このように、この光偏向器１１０は、本体部１２２に制御光ＣＬを照射するという簡単な操作のみで出射光ＩＯを１軸偏向させることができる。
【０２４７】
また、この光偏向器１１０は、第１反射面２４の反射率を面内で規則的に変化させたファブリペロ型共振器構造とされている。つまり、光偏向器１１０は、単純な積層構造をなしている。その結果、公知のフォトリソグラフィ技術やエッチング技術等を利用して、光偏向器１１０を容易に製造することができる。
【０２４８】
また、この光偏向器１１０は、本体部１２２の屈折率をカー効果に基づき制御することにより、出射光ＩＯの偏向角を変化させている。つまり、光偏向器１１０には、機械的可動部分が存在しないので、従来の技術に比較して、より高速に偏向角の切り替えを行うことができる。
【０２４９】
さらに、実施の形態１〜４では、屈折率制御用電極対の静電容量により、電圧印加と媒質の屈折率変化との間の応答速度が規制されていた。それに対して、光偏向器１１０は、屈折率制御用電極対を用いないので、実施の形態１〜４に比較して、本体部１２２の屈折率変化の応答速度を速くすることができる。その結果、実施の形態１〜４に比較して、より高速に偏向角の切り替えを行うことができる。
【０２５０】
次に、光偏向器１１０で許容される種々の設計条件及び変形例につき説明する。
【０２５１】
第１及び第２反射面１２４，１１８は、ＳｉＯ２／ＳｉＮが積層された誘電体多層膜に限られない。例えば、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓが積層された膜を用いてもよい。
【０２５２】
また、カー材料は、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓのＭＱＷ構造に限らず、例えば、タンタル酸カリウム（ＫＴａＯ３）や、ＣＳ２（二硫化炭素）や、塩化銅等を用いても良い。
【０２５３】
また、反射率を規則的に変化させる反射面は、第１反射面１２４に限られない。例えば、反射率が一定の第１反射面１２４と、反射率が規則的に変化された第２反射面１１８とから光偏向器を構成してもよい。さらに、出射光ＩＯの強度が若干弱くなることが許容できるのであれば、第１反射面及び第２反射面１２４，１１８の双方の反射率を規則的に変化させてもよい。
【０２５４】
また、出射光ＩＯの出射される面は、第１反射面１２４に限られない。第２反射面１１８から出射光ＩＯを出射させてもよい。この場合、出射光ＩＯの伝播の障害とならないように、出射光ＩＯの伝播経路に位置する基板１４は除去する必要がある。
【０２５５】
また、実施の形態１と同様に、本体部１２２の厚みを適宜調整することにより、光偏向器１１０は、波長多重の入射光ＩＮを偏向することができる。この場合において、実施の形態１と同様に、第１及び第２反射面１２４，１１８も、波長多重光に対応した構成とすることが好ましい。
【０２５６】
また、光偏向器１１０の変形例としては種々のものが考えられる。例えば、実施の形態２の光偏向器５０と同様に、第１反射面１２４を小区画に区画し、個々の小区画の反射率を（１８）式に従うように制御してもよい。また、実施の形態３の光偏向器７０と同様に、円環柱状の本体部１２２を用い、かつ、第１反射面１２４を小区画に区画し、個々の小区画の反射率を（１８）式に従うように制御してもよい。さらに、実施の形態４と同様に、ファブリペロ共振器としての光偏向用構造体を円周上に等間隔に４個以上配置し、これらの光偏向用構造体の第１反射面の反射率が、全体として（１８）式に従うように制御してもよい。これらのようにすることにより、出射光ＩＯを２軸偏向することができる。
【０２５７】
（実施の形態６）
図１３を参照して実施の形態６の光偏向器につき説明する。図１３は、光偏向器の構造を概略的に示す斜視図である。
【０２５８】
光偏向器１３０の詳細な説明を行う前に、まず、光偏向器１３０と光偏向器１０，５０，７０及び９０（実施の形態１〜４）との相違点につき概説する。
【０２５９】
実施の形態１〜４の光偏向器１０，５０，７０及び９０では、媒質の屈折率を、媒質中の場所によらず一様に変化させていた。それに対し、この実施の形態の光偏向器１３０は、媒質の屈折率を場所ごとに異ならせる。これが光偏向器１３０と実施の形態１〜４との相違点である。
【０２６０】
図１３を参照すると、光偏向器１３０は、第１反射面１３２と、第２反射面１３４と、媒質１３６と、電極１３８，１４０とを含む。
【０２６１】
光偏向器１３０は、電極１３８以外の構成部品が基板１４の主面１４ａ上に配置されている。
【０２６２】
基板１４は直方体状である。基板の主面１４ａ及び１４ｂは互いに平行に対向している。基板１４は、好ましくは、例えばＳｉとする。
【０２６３】
電極１３８は、主面１４ｂの全面に形成されている。電極１３８は、後述する小区画電極１４０ａ，１４０ａ，・・・に対する共通電極として機能する。電極１３８は接地されている。電極１３８は、例えば、ＴｉとＡｕとが、この順序で主面１４ｂに積層された構造とする。
【０２６４】
第２反射面１３４は、主面１４ａの全面に形成されている。第２反射面１３４は、実施の形態１の第２反射面１８と同様の積層構造及び材料とする。
【０２６５】
媒質１３６は、第２反射面１３４上に配置された円柱状の構造体である。媒質１３６は、好ましくは、例えば電気光学材料であるＰＺＴとする。媒質１３６は、第１及び第２反射面１３２及び１３４間に介在している。
【０２６６】
第１反射面１３２は、媒質１３６の上面１３６ｃの全面に形成されている。第１反射面１３２は、円形をなしている。第１反射面１３２は、面内において反射率がほぼ１とされている以外は、実施の形態１の第１反射面２４と同様の積層構造及び材料とする。
【０２６７】
電極１４０は、第１反射面１３２の全面に形成されている。電極１４０は、平面視で複数の小区画電極１４０ａ，１４０ａ，・・・に分割されている。個々の小区画電極１４０ａは、第１反射面１３２の縁部に位置するものを除き、平面形状を正方形とする。そして、隣接する２つの小区画電極１４０ａと１４０ａとは、分離溝１４２により電気的に分離されている。小区画電極１４０ａ，１４０ａ，・・・のそれぞれには、図示しない配線が設けられている。そして、この配線は、小区画電極１４０ａ，１４０ａ，・・・のそれぞれに対して、制御された電圧を印加するための制御装置（不図示）に接続されている。小区画電極１４０ａは、媒質１３６への光の進入を妨げないように、好ましくは、例えばＩＴＯを材料とする透明電極とする。
【０２６８】
ここで、１個の小区画電極１４０ａの主面１４ａへの正射影を底面とし、及び媒質１３６の厚みを高さとする直方体状の媒質１３６の領域を媒質ブロック体１４４と称することとする。つまり、円柱状の媒質１３６は、直方体の媒質ブロック体１４４に区画されている。
【０２６９】
次に、光偏向器１３０の動作につき説明する。
【０２７０】
制御装置から、小区画電極１４０ａ，１４０ａ，・・・に対して制御された電圧を印加する。印加する電圧は、第１反射面１３２の１本の直径の一端から他端にかけて大きさが単調に変化するように制御される。
【０２７１】
これにより、個々の媒質ブロック体１４４において、媒質１３６の屈折率が電気光学効果に基づき変化する。つまり、個々の媒質ブロック体１４４において、電極１３８と小区画電極１４０ａとの間の光学的な長さ（光路長）が変化する。
【０２７２】
つまり、小区画電極１４０ａ，１４０ａ，・・・に対する印加電圧を上述のように制御することにより、第１反射面１３２内における光路長を、上述の直径に沿ってリニアに変化するように分布させることができる。
【０２７３】
第１反射面１３２に垂直に入射した入射光ＩＮは、第１及び第２反射面１３２及び１３４との間で繰り返し反射される。そして、第１及び第２反射面１３２及び１３４間に介在する媒質１３６を往復した後に、出射光ＩＯとして第１反射面１３２から出射される。この際、出射光ＩＯには、個々の媒質ブロック体１４４の屈折率で決まる位相ずれが生じる。ところで、第１反射面１３２内で、媒質ブロック体１４４の屈折率は、上述の直径に沿って直線的に変化している。その結果、出射光ＩＯの等位相面が傾き、出射光ＩＯは偏向される。
【０２７４】
次に、光偏向器１３０の奏する効果につき説明する。
【０２７５】
このように、この光偏向器１３０は、小区画電極１４０ａ，１４０ａ，・・・に対する印加電圧を制御することにより、出射光ＩＯを２軸偏向させることができる。
【０２７６】
また、この光偏向器１３０は、ファブリペロ型共振器構造とされている。つまり、光偏向器１３０は、単純な積層構造をなしている。その結果、公知のフォトリソグラフィ技術やエッチング技術等を利用して、光偏向器１３０を容易に製造することができる。
【０２７７】
また、この光偏向器１３０は、媒質１３６の屈折率を電気光学効果に基づき制御することにより、出射光ＩＯを偏向させている。つまり、光偏向器１３０には、機械的可動部分が存在しないので、従来の技術に比較して、より高速に偏向角の切り替えを行うことができる。
【０２７８】
さらに、光偏向器１３０では、第１反射面１３２の反射率を面内で一様とし、かつ、反射率を変化させることがない。その結果、実施の形態１〜５の第１反射面２４，５２，９６及び１２４に比べて第１反射面１３２の構造を簡単にすることができる。
【０２７９】
次に、光偏向器１３０で許容される種々の設計条件及び変形例につき説明する。
【０２８０】
媒質１３６は、円柱状には限られない。媒質１３６を、例えば、円環柱状とし、第１反射面１３２において、媒質１３６の周方向に沿って、等間隔に区画された小区画電極１４０ａ，１４０ａ，・・・を設けてもよい。このようにすることにより、第１反射面１３２を構成する小区画電極１４０ａの個数を減らすことができる。その結果、媒質ブロック体１４４ごとの屈折率制御が容易になる。
【０２８１】
（実施の形態７）
図１４を参照して、実施の形態７の光偏向装置につき説明する。図１４は、光偏向装置の構造を概略的に示す側面図である。
【０２８２】
光偏向装置１５０の詳細な説明を行う前に、まず、光偏向装置１５０の概略につき説明する。
【０２８３】
光偏向装置１５０は、実施の形態１〜６の光偏向器１０，５０，７０，９０，１１０及び１３０のいずれかを構成要素とする。光偏向器１０，５０，７０，９０，１１０及び１３０を単独で使用する場合、入射光ＩＮと出射光ＩＯの光伝播方向がほぼ同一軸に乗ってしまう。そこで、光偏向装置１５０には入射光ＩＮと出射光ＩＯとを分離する仕組みを設けている。
【０２８４】
図１４を参照すると、光偏向装置１５０は、偏光回転素子１５２と、偏光分離ミラー１５４と、光偏向器ＤＥとを備えている。
【０２８５】
偏光分離ミラー１５４は、入射光ＩＮ０の光伝播方向に対して４５°の角度をなして傾斜して配置されている。偏光分離ミラー１５４は、所定の方向の偏光のみを反射する機能を有する。ここで、入射光ＩＮ０は、偏光分離ミラー１５４で反射される偏光方向の光とする。
【０２８６】
偏光回転素子１５２は、偏光分離ミラー１５４と光偏向器ＤＥとの間に介在している。偏光回転素子１５２は、板状のファラデー回転子である。偏光回転素子１５２は、入射した光を４５°偏光して出射する機能を有する。
【０２８７】
光偏向器ＤＥは、上述した光偏向器１０，５０，７０，９０，１１０及び１３０のいずれか１種とする。光偏向器ＤＥは、第１反射面ＤＥａ，第２反射面（不図示）及び媒質（不図示）を備えている。光偏向器ＤＥの第１反射面ＤＥａには、偏光回転素子１５２を通過した入射光ＩＮ１が入射される。そして、上述したメカニズムにしたがい、第１反射面ＤＥａから偏向された出射光ＩＯ０が出射される。
【０２８８】
次に、光偏向装置１５０の動作につき説明する。
【０２８９】
入射光ＩＮ０が、第１反射面ＤＥａに平行な方向から偏光分離ミラー１５４に入射する。入射光ＩＮ０は、偏光分離ミラー１５４により反射される。その結果、入射光ＩＮ０の伝播方向は、第１反射面ＤＥａに垂直な方向に変えられる。
【０２９０】
偏光分離ミラー１５４で反射された入射光ＩＮ０は、偏光回転素子１５２を通過する。この過程で、入射光ＩＮ０は、偏光方向が４５°回転された入射光ＩＮ１となる。偏光回転素子１５２を通過した入射光ＩＮ１は、光偏向器ＤＥの第１反射面ＤＥａに垂直に入射する。
【０２９１】
光偏向器ＤＥに入射した入射光ＩＮ１は、実施の形態１〜６で説明したように場所により異なる光路長を伝播し、偏向された出射光ＩＯ０として第１反射面ＤＥａから出射される。
【０２９２】
第１反射面ＤＥａから出射された出射光ＩＯ０は、再び偏光回転素子１５２を通過する。この過程で、出射光ＩＯ０は、偏光方向が４５°回転された出射光ＩＯ１となる。出射光ＩＯ１は、偏光分離ミラー１５４に至る。出射光ＩＯ１は、偏光方向が入射光ＩＮ０から９０°回転しているので、偏光分離ミラー１５４で反射されることなく、偏光分離ミラー１５４を透過する。
【０２９３】
このようにして、１軸偏向又は２軸偏向された出射光ＩＯ１が、入射光ＩＮ０から分離されて取り出される。
【０２９４】
次に、光偏向装置１５０の効果につき説明する。
【０２９５】
光偏向装置１５０を用いることにより、出射光ＩＯを入射光ＩＮから分離して取り出すことができる。
【０２９６】
次に、光偏向装置１５０で許容される種々の設計条件及び変形例につき説明する。
【０２９７】
光偏向装置１５０は、光サーキュレータと同様であり、光サーキュレータに用いられる様々な技術を応用することができる。
【０２９８】
（実施の形態８）
図１５を参照して、実施の形態８の光偏向装置につき説明する。図１５は、光偏向装置の構造を概略的に示す側面図である。
【０２９９】
光偏向装置１６０の詳細な説明を行う前に、まず、光偏向装置１６０の概略につき説明する。
【０３００】
光偏向器１０（図１）では、第１反射面２４の反射率分布が固定されていた。その結果、光偏向器１０は、１軸偏向しか行うことができなかった。光偏向装置１６０は、１軸偏向を行う光偏向器を２個組み合わせて用いることにより２軸偏向を行うことを可能とするものである。さらに、光偏向装置１６０は、光偏向装置１５０と同様に、入射光ＩＮと出射光ＩＯとを分離するためのものである。
【０３０１】
図１５を参照すると、光偏向装置１６０は、第１偏光回転素子１６２と、第２偏光回転素子１６４と、第１光偏向器ＤＥ１と、第２光偏向器ＤＥ２と、偏光分離ミラー１６６とを備えている。
【０３０２】
偏光分離ミラー１６６は、入射光ＩＮの光伝播方向に対して４５°の角度をなして傾斜して配置されている。偏光分離ミラー１６６は、所定の方向の偏光のみを反射する機能を有する。ここで、入射光ＩＮは、偏光分離ミラー１６６で反射される偏光方向の光とする。
【０３０３】
第１偏光回転素子１６２は、偏光分離ミラー１６６と第１光偏向器ＤＥ１との間に介在している。第１偏光回転素子１６２は、板状のファラデー回転子である。第１偏光回転素子１６２は、入射した光を４５°偏光して出射する機能を有する。
【０３０４】
第１光偏向器ＤＥ１は、１軸偏向を行う光偏向器（例えば、光偏向器１０）とする。第１光偏向器ＤＥ１は、図面の紙面を含む平面内で光を偏向するものとする。第１光偏向器ＤＥ１は、第１反射面ＤＥ１ａ，第２反射面（不図示）及び媒質（不図示）を備えている。第１光偏向器ＤＥ１の第１反射面ＤＥ１ａには、第１偏光回転素子１６２を通過した光Ｉ１が入射される。そして、上述したメカニズムにしたがい、第１反射面ＤＥ１ａから偏向された光Ｉ２が出射される。
【０３０５】
第２偏光回転素子１６４は、偏光分離ミラー１６６を挟んで、第１偏光回転素子１６２と対称な位置に配置されている。第２偏光回転素子１６４は、板状のファラデー回転子である。第２偏光回転素子１６４は、入射した光を４５°偏光して出射する機能を有する。
【０３０６】
第２光偏向器ＤＥ２は、偏光分離ミラー１６６を挟んで、第１光偏向器ＤＥ１と対称な位置に配置されている。第２光偏向器ＤＥ２は、１軸偏向を行う光偏向器（例えば、光偏向器１０）とする。第１光偏向器ＤＥ２は、図面の紙面に対して垂直な平面内で光を偏向するものとする。第２光偏向器ＤＥ２は、第１反射面ＤＥ２ａ，第２反射面（不図示）及び媒質（不図示）を備えている。第２光偏向器ＤＥ２の第１反射面ＤＥ２ａには、第２偏光回転素子１６４を通過した光Ｉ４が入射される。そして、上述したメカニズムにしたがい、第１反射面ＤＥ２ａから偏向された光Ｉ５が出射される。
【０３０７】
次に、光偏向装置１６０の動作につき説明する。
【０３０８】
入射光ＩＮが、４５°の入射角で偏光分離ミラー１６６に入射する。入射光ＩＮは偏光分離ミラー１６６により反射されて、第１反射面ＤＥ１ａに垂直な方向に伝播する光Ｉ０となる。
【０３０９】
光Ｉ０は、第１偏光回転素子１６２に入射する。そして、４５°偏光された光Ｉ１として第１光偏向器ＤＥ１に向けて出射される。
【０３１０】
光Ｉ１は、第１光偏向器ＤＥ１の第１反射面ＤＥ１ａに入射する。光Ｉ１は、実施の形態１〜６で説明したように場所により異なる光路長を伝播し、紙面を含む平面内で偏向された光Ｉ２として第１反射面ＤＥ１ａから出射される。
【０３１１】
光Ｉ２は、再び第１偏光回転素子１６２に入射する。そして、さらに４５°偏光された光Ｉ３として偏光分離ミラー１６６に向けて出射される。
【０３１２】
光Ｉ３の偏光方向は、入射光ＩＮに対して９０°ずれている。したがって、光Ｉ３は、偏光分離ミラー１６６を透過して、第２偏光回転素子１６４に入射する。そして、さらに４５°偏光された光Ｉ４として、第２光偏向器ＤＥ２に向けて出射される。
【０３１３】
光Ｉ４は、第２光偏向器ＤＥ２の第１反射面ＤＥ２ａに入射する。光Ｉ４は、実施の形態１〜６で説明したように場所により異なる光路長を伝播し、紙面に対して垂直な平面内で偏向された出射光Ｉ５として第１反射面ＤＥ２ａから出射される。
【０３１４】
光Ｉ５は、再び第２偏光回転素子１６４に入射する。そして、さらに４５°偏光された光Ｉ６として偏光分離ミラー１６６に向けて出射される。
【０３１５】
光Ｉ６の偏光方向は、入射光ＩＮに対して１８０°ずれている。したがって、光Ｉ６は、偏光分離ミラー１６６で反射され、出射光ＩＯとして取り出される。
このようにして、２軸偏向された出射光ＩＯが、入射光ＩＮから分離されて取り出される。
【０３１６】
次に、光偏向装置１６０の効果につき説明する。
【０３１７】
光偏向装置１６０を用いることにより、１軸偏向用の光偏向器ＤＥ１及びＤＥ２を組み合わせて用いることにより、２軸偏向された出射光ＩＯを入射光ＩＮから分離して取り出すことができる。
【０３１８】
次に、光偏向装置１６０で許容される種々の設計条件及び変形例につき説明する。
【０３１９】
光偏向装置１６０は、光サーキュレータと同様であり、光サーキュレータに用いられる様々な技術を応用することができる。
【０３２０】
また、光偏向器ＤＥ１及びＤＥ２としては、光偏向器１０（実施の形態１）のほか、光偏向器４０（実施の形態１の第１の変形例）や光偏向器４９（実施の形態１の第２の変形例）など、実施の形態２〜６で説明した１軸偏向用の光偏向器を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０３２１】
【図１】実施の形態１の光偏向器の構造を概略的に示す斜視図である。
【図２】（Ａ）は、実施の形態１の第１反射面の平面図である。（Ｂ）は、図２（Ａ）の直線Ａに沿った反射率の分布を示す図である。（Ｃ）は、実施の形態１の第１反射面の断面図である。
【図３】（Ａ）は、実施の形態１の光偏向器モデルの構造を概略的に示す斜視図である。図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）は、実施の形態１の光偏向器モデルを直径に沿って切断した断面図であり、光偏向器モデルの動作の説明に供するための図面である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態１の光偏向器の変形例を示す模式図である。
【図５】実施の形態２の光偏向器の構造を概略的に示す斜視図である。
【図６】実施の形態２において、小区画の断面構造を示す模式図である。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態２の光偏向器の効果の説明に供する模式図である。
【図８】実施の形態３の光偏向器の構造を概略的に示す斜視図である。
【図９】実施の形態３の光偏向器から十分離間した位置での、出射光の光伝播方向に垂直な面内における出射光の強度分布を示す。
【図１０】実施の形態３の光偏向器における小区画の分割数を説明するための光クロスコネクトの模式図である。
【図１１】実施の形態４の光偏向器の構造を概略的に示す斜視図である。
【図１２】実施の形態５の光偏向器の構造を概略的に示す斜視図である。
【図１３】実施の形態６の光偏向器の構造を概略的に示す斜視図である。
【図１４】実施の形態７の光偏向装置の構造を概略的に示す側面図である。
【図１５】実施の形態８の光偏向装置の構造を概略的に示す側面図である。
【符号の説明】
【０３２２】
１０  光偏向器
１２  光偏向用構造体
１４  基板
１４ａ，１４ｂ  主面
１８  第２反射面
２０  屈折率制御用電極対
２０ａ，２０ｂ  屈折率制御用電極
２２  本体部
２２ａ  下層
２２ｂ  上層
２２ｃ  上面
２４  第１反射面
２４Ｏ  中心点
３０  光偏向器モデル
３２  第１反射面
３４  第２反射面
３６  媒質
３７  屈折率制御用電極対
３７ａ，３７ｂ  屈折率制御用電極
４０  光偏向器
４２  基板
４４  本体部
４５  屈折率制御用電極
４６  本体部
４６ｃ  上面
４７  第１反射面
４８  空洞部
４９  光偏向器
５０  光偏向器
５１ａ，５１ｂ  分割溝
５２  第１反射面
５２Ｏ  中心点
５４  小区画
５６  光反射膜
５８  反射率制御層
５９  介在層
６０  反射率変更用電極対
６０ａ，６０ｂ  反射率変更用電極
７０，７０ａ，７０ｂ  光偏向器
７２  光偏向用構造体
７６  第２反射面
７８  本体部
７８ａ  下層
７８ｂ  上層
７８ｃ  上面
８０  第１反射面
８０Ｏ  中心
８０Ｃ１，８０Ｃ２  円
８２  小区画
８４  分割溝
９０  光偏向器
９２  光偏向用構造体
９４  円
９６  第１反射面
９８  第２反射面
１００  本体部
１００ａ  下層
１００ｂ  上層
１００ｃ  上面
１０２  屈折率制御用電極対
１０２ａ，１０２ｂ  屈折率制御用電極
１０３  反射率変更用電極対
１０３ａ，１０３ｂ  反射率変更用電極
１０４  光反射膜
１１０  光偏向器
１１２  光偏向用構造体
１１８  第２反射面
１２０  光照射部
１２２  本体部
１２２ｃ  上面
１２４  第１反射面
１３０  光偏向器
１３２  第１反射面
１３４  第２反射面
１３６  媒質
１３６ｃ  上面
１３８，１４０  電極
１４０ａ  小区画電極
１４２  分離溝
１４４  媒質ブロック体
１５０  光偏向装置
１５２  偏光回転素子
１５４  偏光分離ミラー
１６０  光偏向装置
１６２  第１偏光回転素子
１６４  第２偏光回転素子
１６６  偏光分離ミラー
【図１】
2007233182.tif 000003
【図３】
2007233182.tif 000004
【図４】
2007233182.tif 000005
【図５】
2007233182.tif 000006
【図６】
2007233182.tif 000007
【図７】
2007233182.tif 000008
【図８】
2007233182.tif 000009
【図９】
2007233182.tif 000010
【図１０】
2007233182.tif 000011
【図１１】
2007233182.tif 000012
【図１２】
2007233182.tif 000013
【図１３】
2007233182.tif 000014
【図１４】
2007233182.tif 000015
【図１５】
2007233182.tif 000016
【図２】
2007233182.tif 000017