JP2010020001A - 光偏向器制御装置および光偏向器制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気光学結晶に電子注入して生じる電界の大きさの傾斜を利用して光を偏向する場合、許容の範囲内の偏向角になるまでの時間を短縮可能な光偏向器制御装置および光偏向器制御方法を提供すること。
【解決手段】本発明の一実施形態は、電気光学結晶１１と、電気光学結晶１１の第１の面に配置された正極１２と、該第１の面と対向する第２の面に配置された負極１３とを備えた光偏向器を制御する。本発明の一実施形態では、正極１２、負極１３への偏向動作のための電圧を印加する前に、正極１２、負極１３に対してトラップ準位充填用電圧を印加して（ステップ１００３、１００６）、偏向動作のための電圧の印加時において、許容範囲内の偏向角を実現するのに必要な、電気光学結晶１１に存在するトラップ準位への電子の充填を少なくとも完了させる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、光偏向器制御装置および光偏向器制御方法に関し、より詳細には、電気光学結晶への電界印加により生じる光偏向を制御する光偏向器制御装置および光偏向器制御方法に関する。

現在、プロジェクターをはじめとする映像機器、レーザプリンタ、高分解能な共焦点顕微鏡、バーコードリーダ、分光器等において、レーザ光を偏向するための光制御素子に対する要求が高まっている。光を偏向する技術として、ポリゴンミラーを回転させる技術、ガルバノミラーにより光の偏向方向を制御する技術、音響光学効果を利用した光回折技術、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）と呼ばれるマイクロマシーン技術、プリズム形状に加工した電気光学結晶、またはプリズム形状の電極が形成された電気光学結晶を用いてビームを偏向する技術等が提案されている。

その中でも、特許文献１に開示された光の偏向技術は、簡便な構成でビームの偏向を効率的に大きくすることができるので非常に有用な構成である。すなわち、特許文献１に記載された光の偏向技術では、電気光学結晶に電界を印加することにより、電気光学結晶内部に空間電荷を生じさせ、入射する光の光軸に対して垂直な断面に電界の大きさの傾斜を生じさせている。この電界の大きさの傾斜により屈折率変化にも傾斜が生じるので、上記電気光学結晶を伝搬する光は偏向することになる。

特許文献１では、電気光学結晶と、該電気光学結晶の対向する２つの面にそれぞれ配置された正極および負極という単純で対称な構造を用いて、大きな偏向角を得ることができる。また、直流電圧に替えて交流電圧を電極間に印加することにより偏向されるビームの偏向角を時間的に変化させることもできる。

国際公開第２００６／１３７４０８号パンフレット

以上から明らかなように、光偏向技術においては、特許文献１に記載されたような電気光学結晶に電子注入して電界の大きさの傾斜を生じさせる構成は、当時求められていた出射光の偏向角を大きくする、ということが実現でき、非常に有力である。このような大きな偏向角を得ることの要望が満たされた次の要望として、電圧印加に応じた一定の偏向角を得るまでの時間を短縮したい、という声が挙がっている。

すなわち、従来では、電気光学結晶内や電気光学結晶と電極との界面に存在するトラップ準位の影響により、偏向角が一定になるまでに所定の時間を要していた。上記電気光学結晶内部や電気光学結晶と正極や負極との界面に存在する、空のトラップ準位を電子で満たすのにはある程度時間がかかってしまう。従って、偏向させるため電気光学結晶へと電子を注入するために正極および負極に電圧を印加すると、負極から電子が注入されるわけだが、上記空のトラップ準位に電子が満たさせるのに時間を要し、電子（空間電荷）の空間分布が定常状態になるまでに時間がかかってしまう。よって、その間、偏向角が印加電圧の値で一意に定まらない。すなわち、上記空間電荷の空間分布が定常状態になるまで偏向角が安定せず、上記定常状態になるまで所定の時間を要するので、偏向角が印加電圧の値で一意に定まるまで時間がかかる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、電気光学結晶に電子注入して生じる電界の大きさの傾斜を利用して光を偏向する場合、電気光学結晶への印加電圧の値で一意に定まる偏向角、あるいは許容の範囲内の偏向角になるまでの時間を短縮可能な光偏向器制御装置および光偏向器制御方法を提供することにある。

このような課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、電気光学効果を有する電気光学結晶と、前記電気光学結晶の第１の面に配置された第１の電極と、前記電気光学結晶の第１の面と対向する第２の面に配置された第２の電極とを備えた光偏向器の動作を制御する光偏向器制御装置であって、前記光偏向器の動作のための第１の電圧を印加させる第１の電圧印加手段と、前記第１の電圧印加時に偏向角が時間軸に対して一定となるように第２の電圧を印加させる第２の電圧印加手段とを備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１の電圧を印加するタイミングを取得するタイミング取得手段をさらに備え、前記第２の電圧印加手段は、前記タイミング取得手段にて取得されたタイミングの前に前記第２の電圧を印加させることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第２の電圧印加手段は、前記第２の電圧の前回の印加終了後から所定の経過時間が経過すると、今回の前記第２の電圧の印加を行わせることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１の電圧は、前記第２の電圧以上の電圧であり、前記光偏向器の動作の際は、前記第１の電極および第２の電極には、前記第２の電圧以上の電圧である第１の電圧が常に印加されており、前記第２の電圧印加手段は、前記第１の電圧および前記第２の電圧のいずれか一方の印加終了後から所定の経過時間が経過すると、前記第２の電圧を印加させることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第２の電圧印加手段は、最初に印加された第２の電圧をバイアスとしてかけ続けるように制御することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、電気光学効果を有する電気光学結晶と、前記電気光学結晶の第１の面に配置された第１の電極と、前記電気光学結晶の第１の面と対向する第２の面に配置された第２の電極とを備えた光偏向器の動作を制御する光偏向器制御方法であって、前記光偏向器の動作のための第１の電圧を印加する第１の電圧印加工程と、前記第１の電圧印加時に偏向角が時間軸に対して一定となるように第２の電圧を印加させる第２の電圧印加工程とを有することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記第１の電圧を印加するタイミングを取得するタイミング取得工程をさらに有し、前記第２の電圧印加工程は、前記タイミング取得工程にて取得されたタイミングの前に前記第２の電圧を印加することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記第２の電圧印加工程は、前記第２の電圧の前回の印加終了後から所定の経過時間が経過すると、今回の前記第２の電圧の印加を行わせることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記第１の電圧は、前記第２の電圧以上の電圧であり、前記光偏向器の動作の際は、前記第１の電極および第２の電極には、前記第２の電圧以上の電圧である第１の電圧が常に印加されており、前記第２の電圧印加工程は、前記第１の電圧および前記第２の電圧のいずれか一方の印加終了後から所定の経過時間が経過すると、前記第２の電圧を印加することを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記第２の電圧印加工程は、最初に印加された第２の電圧をバイアスとしてかけ続けるように制御することを特徴とする。

本発明によれば、偏向動作のための電圧印加時に、電気光学結晶のトラップ準位への電子の充填が、許容範囲内の偏向角を出力可能な状態となっているので、偏向動作を開始するまでの時間を短縮することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
本発明の一実施形態は、ＫＴＮ（ＫＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃（０＜ｘ＜１））やＫＬＴＮ（Ｋ_1-yＬｉ_yＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１））等の電気光学効果を有する電気光学結晶、および該電気光学結晶に電界を印加するための電極を備え、該電極に電圧を印加することによって生じた電気光学結晶内の屈折率の傾斜により光を偏向する光偏向器を制御するものである。

図１は、本発明の一実施形態に係る、電気光学結晶を用いた光偏向器の構成を示す図である。
図１において、光偏向器１０は、ＫＴＮやＫＬＴＮ等の、方形の電気光学結晶１１、電気光学結晶１１の第１の面に形成された正極１２、および電気光学結晶１１の第１の面と対向する第２の面に形成された負極１３を備えている。該正極１２および負極１３は、電気光学結晶１１に対してオーミック接触している。また、正極１２および負極１３は直流電源１４に接続されている。該直流電源１４は、光偏向器１０を制御するための制御部（不図示）に接続されている。

図２は、上記制御部の概略構成を示すブロック図である。
この制御部２０は、種々の演算、制御、判別などの処理動作を実行するＣＰＵ２１と、このＣＰＵ２１によって実行される、光偏向器に係る各処理などの制御プログラムなどを格納するＲＯＭ２２を有する。また、制御部２０は、ＣＰＵ２１の処理動作中のデータや入力データなどを一時的に格納するＲＡＭ２３などを有する。また、制御部２０には、所定の指令あるいはデータなどを入力するキーボードあるいは各種スイッチなどを含む入力操作部２４が接続されている。さらに、制御部２０には、直流電源１４が駆動回路２５を介して接続されている。ＣＰＵ２１は、ＲＯＭ２２に格納された処理手順のプログラムに従い、駆動回路２５を介して直流電源１４の駆動を制御する。

このような構成において、正極１２および負極１３に電圧を印加すると、正極１２および負極１３はオーミック接触しているので、負極１３から電気光学結晶１１へと電子が注入され、電気光学結晶１１中に空間電荷が生じる。この空間電荷により、電気光学結晶１１中に電界の大きさの傾斜が発生し、該電界の大きさの傾斜により屈折率の傾斜が生じる。よって、このとき入射光が電気光学結晶１１に入射すると、上記屈折率の傾斜によって出射光は偏向する。

このようにして、電気光学結晶１１と、正極１２および負極１３という単純で対称な構造を用いて、大きな偏向角を得ることができる。また、直流電圧に替えて交流電圧を電極間に印加することにより偏向されるビームの偏向角を時間的に変化させることもできる。

さて、電気光学結晶１１の内部や、電気光学結晶１１と正極１２、負極１３との界面にはトラップ準位が存在する。
図３は、電気光学結晶内部や、電気光学結晶と電極との界面にトラップ準位が存在することを説明するためのエネルギーバンド図である。
図３に示される通り、電極から電気光学結晶への電子の注入（電荷注入）がなされていない場合、トラップ準位３１の一部は電子３２で満たされているものの、空のトラップ準位も存在する。すなわち、図１で言えば正極１２、負極１３に電圧が印加されていない場合、電気光学結晶１１内部や電気光学結晶１１と正極１２、負極１３との界面に存在するトラップ準位には空のトラップ準位が存在している。

次いで、電極にある電圧Ｖ_ＴＦＬ（後述する）以上の電圧を印加すると、印加電圧と電流との関係がオームの法則から外れ、電極から電気光学結晶へと大量の電子が注入される。そして、該注入された電子の一部は上記空のトラップ準位に捕獲され始める。すなわち、図１で言えば、電圧Ｖ_ＴＦＬ以上の電圧印加により負極１３から電気光学結晶１１へと電子が注入され、この注入された電子の一部が空のトラップ準位を充填していく。

例えば、ある時刻に電極間に電圧印加（＞Ｖ_ＴＦＬ）を開始し、電子を電極から電気光学結晶へと注入すると、図４に示すように、注入された電子４１の一部はトラップ準位３１のうち空のものに捕獲され、多くのトラップ準位３１が注入された電子４１によって満たされる。

本明細書では、存在する空のトラップ準位の数がどうであれ、Ｖ_ＴＦＬ以上の所定の電圧を印加し始めてから、電気光学結晶内部および電気光学結晶と該電気光学結晶に接する電極との界面に存在する空のトラップ準位の略全てが、注入された電子によって満たされるまでに要する時間をＴ_filledと呼ぶことにする。このＴ_filledは、電気光学結晶内部や電気光学結晶と電極との界面に存在する空のトラップ準位の数によって決まるものであり、一意の時間ではない。すなわち、Ｖ_ＴＦＬ以上の所定の電圧を印加したときに、空のトラップ準位が多く存在する場合は、Ｔ_filledは長くなるし、空のトラップ準位があまり存在しない場合は、Ｔ_filledは短くなる。

上記のようにトラップ準位がほぼ満たされた後（Ｔ_filled経過後）は、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、電気光学結晶１１中の電子（空間電荷）の空間分布および電界の空間分布は時間に依らなくなる。光偏向器１０の偏向角は、電圧印加による、電気光学結晶１１内の電界の空間分布（電界傾斜の分布）で決定されるため、図５（ｂ）のように電界の空間分布が時間に依らなくなればなるほど、偏向角の時間による変化も小さくなる。すなわち、偏向角が印加電圧の値で一意に決まるようになる。この様子を図６（ｂ）に示す。

図６（ａ）は、正極１２および負極１３に対して印加した電圧の時間変化を示す図であり、図６（ｂ）は、正極１２および負極１３への印加電圧が図６（ａ）に示すように時間変化する場合の、偏向角の経時変化を示す図である。

入力操作部２４を介してユーザにより偏向動作の指示が入力されると、ＣＰＵ２１は、直流電源１４を駆動し、正極１２および負極１３によって電気光学結晶１１に対して電圧Ｖ_１を時間ｔ_１だけ印加するように制御する。すなわち、上記ユーザ入力に応じて、図６（ａ）に示すように、時刻０において電圧Ｖ_１が正極１２および負極１３に印加され、時刻ｔ_１に電圧印加を終了する。

このとき、電圧Ｖ_１がＶ_ＴＦＬ以上であれば電極から電気光学結晶へと電子が大量に注入されるので、図６（ｂ）において時刻０から時刻ｔ_２（ｔ_２＜ｔ_１）までの時間がＴ_filledとなり、負極１３から電気光学結晶１１へと注入された電子が、電気光学結晶１１に存在する空のトラップ準位を満たしていき、時刻ｔ_２（Ｔ_filled経過後）に、トラップ準位の略全てが電子によって充填される。そして、時刻ｔ_２から時刻ｔ_１までは、電気光学結晶１１中の電子密度や電界の大きさが図５（ａ）および（ｂ）のようになるので、偏向角が時間に依らず一定の値となる。すなわち、電圧Ｖ_１（≧Ｖ_ＴＦＬ）によって一意に決まる偏向角を得ることができる。

そして、時刻ｔ_１において、図６（ａ）に示す通り、電極への電圧印加をｏｆｆする場合を考えてみる。このように印加電圧をｏｆｆすると、図７に示すように、電気光学結晶の伝導帯に存在する電子は比較的速やかに電極へと移動し、無くなる。

しかしながら、トラップ準位３１に充填された電子７１はトラップ準位に捕獲されたままである。すなわち、トラップ準位３１に捕獲されている電子７１は、熱再放出によりトラップ準位３１から飛び出すわけだが、電子７１のトラップ準位３１からの飛び出しが終了するまでに時間Ｔ_detrapかかる。すなわち、図６（ｂ）において、時刻ｔ_１から時間Ｔ_detrap経過後のｔ_３（ｔ_１＜ｔ_３）までの間は、正極１２および負極１３に対して電圧が印加されていない、すなわち、Ｖ_ＴＦＬ以上の電圧が印加されていないので、トラップ準位に捕獲された電子のうち、熱再放出によってトラップ準位から電子が飛び出していき、時間の経過と共に、トラップ準位に満たされている電子の数が徐々に減少する。

そして、時刻ｔ_３になると、図８に示すように、熱再放出によるトラップ準位３１からの電子の放出が終了する。なお、図３において説明したように、上記電子の放出が終了しても、トラップ準位３１の一部には電子が満たされていることもある。

時刻ｔ_３以降のトラップ準位の状態は、時刻０以前のトラップ準位と同等であるので、時刻ｔ_３以降に再度、偏向のための電圧を印加すると、時間Ｔ_filledだけ経過するまで偏向角は図６（ｂ）に示すように安定しない。すなわち、安定した偏向角を得るためには、該安定した偏向角を実現するためにトラップ準位の略全てを電子で満たすのに必要な時間Ｔ_filledだけ時間がかかることになる。

また、本発明の一実施形態においては、出力される偏向角の精度が高くなくても良い場合、すなわち、最も安定な偏向角でなくてもある程度の偏向角の不安定さは許容する場合もある。すなわち、電圧を印加して時間Ｔ_filledだけ時間が経過すると、図６（ｂ）に示すように、安定した偏向角θ_ａが出力されるようになるが、場合によっては、偏向角θ_ｂと偏向角θ_ａとの間であれば偏向角の精度として許容される場合もある。

上述からも分かるように、トラップ準位への電子の充填と偏向角とは関係しており、電圧Ｖ_１（≧Ｖ_ＴＦＬ）を印加している時、ある偏向角に着目すると、該偏向角に応じた電子がトラップ準位に充填されていることになる。例えば、最も安定した偏向角を出力する場合は、トラップ準位の略全てが電子によって充填されていて、トラップ準位に対する、電子の充填と電子の熱再放出とが平衡状態にあると言える。また、実現される偏向角が安定していない場合は、ある瞬間のトラップ準位への電子の充填状態と、その次の瞬間のトラップ準位への電子の充填状態とが異なっており、偏向角が時間と共に変化する。

従って、上記偏向角の不安定さをある程度許容する場合は、不安定さとして許容される偏向角に対応するトラップ準位への電子の充填（捕獲）が実現されていれば良い。よって、この場合も、許容される偏向角を得るためには、該許容される偏向角に対応するトラップ準位への電子の充填が少なくとも完了するのに必要な時間Ｔ_compだけ時間がかかる。

本発明の一実施形態では、偏向動作において、例えば、時間Ｔ_filledや時間Ｔ_compといった、許容される範囲内の偏向角を実現するのに必要なトラップ準位への電子の充填が完了するまでの時間の経過を待たなくても上記許容の範囲内の偏向角の実現を可能にすることを本質としている。そのために、本発明の一実施形態では、偏向のための電圧が印加される前の段階で、電気光学結晶に電圧を印加するための電極にＶ_ＴＦＬ以上の電圧を印加して、予め必要なトラップ準位の電子の充填状態を実現しておくべく、必要な分だけトラップ準位を電子で充填しておく。

このように、偏向のための電圧印加に先立って、トラップ準位の電子の捕獲（充填）状態を少なくとも最低限の偏向角の精度が達成できる状態にしておくことにより、偏向のための電圧印加時に、許容範囲内の偏向角の出力を実現することができる。

ここで、電圧Ｖ_ＴＦＬは、図１に示す光偏向器１０など、対向する２面に電極が配置された電気光学結晶を備える光偏向器に電圧を印加した場合の電流電圧特性を測定し、電流が電圧に比例する領域からずれてくる電圧として、実験的に求めることができる。

図９は、本発明の一実施形態に係る、電圧Ｖ_ＴＦＬの求め方を説明するための図であり、電気光学結晶１１としてＫＴＮを用いた場合の、電流電圧特性のｌｏｇ−ｌｏｇプロットを示す図である。
図９において、領域９１は、正極１２および負極１３に電圧を印加した際の、電流が電圧に比例する電圧の範囲であり、領域９２は、正極１２および負極１３に電圧を印加した際の、電流が電圧の２乗に比例する電圧の範囲である。

図９から分かるように、正極１２および負極１３に電圧を印加すると、領域９１の範囲内では印加電圧と電流とは比例関係にある。すなわち、印加電圧と電流とはオームの法則に従っている。このとき、電圧を大きくしていき、電圧９３になると印加電圧と電流との関係がオームの法則から外れる。印加電圧と電流との関係がオームの法則に従っている領域９１においては、負極１３から電気光学結晶１１へと電子の注入は微量にはあるが、無視できる程度である。しかしながら、電圧９３以上となると、負極１３から電気光学結晶１１へと電子が大量に注入されることになる。本発明の一実施形態では、この電圧９３が電圧Ｖ_ＴＦＬとなる。

すなわち、本明細書において、「電圧Ｖ_ＴＦＬ」とは、光偏向器が備える電極に印加される電圧と電流との関係を測定した際に、印加電圧と電流とが比例状態から外れる電圧であって、印加電圧と電流との関係がオームの法則に従っている際に電極から電気光学結晶へと注入される電子よりも大量に、電極から電気光学結晶へと電子を注入させ、空間電荷制限状態になる電圧を指す。

すなわち、本発明の光偏向器においては、光偏向を実現するために、電圧印加時に、電気光学結晶内に空間電荷を分布させ、電界の大きさの傾斜を生じさせることが重要であり、そのために所定の電圧印加によって電極から電気光学結晶へと電子を注入させる必要がある。上述したように、印加電圧と電流との関係がオームの法則に従っている場合においても、電極から電気光学結晶へと微量の電子が注入されることになるが、これは無視できるほど小さいものである。しかしながら、印加電圧と電流との関係がオームの法則から外れると、電極から電気光学結晶へと十分な電界の大きさの傾斜が実現できるほどの電子が注入され、該注入された電子の一部がトラップ準位に捕獲される（充填される）ことになる。本発明の一実施形態では、偏向のための電圧印加の前に、所望の範囲の偏向角（許容の範囲内の偏向角）を実現するためのトラップ準位への電子の捕獲状態（充填状態）を形成しておく必要があり、該捕獲状態を形成するために、大量の電子注入が必要になる。すなわち、印加電圧と電流との関係がオームの法則から外れる際の電子注入が必要となり、本発明の一実施形態では、オームの法則から外れる際の電圧を電圧Ｖ_ＴＦＬとしているのである。

ＫＴＮといった電気光学結晶を有する偏向器では、Ｖ_ＴＦＬ以上の電圧を印加してからＴ_filledまでは偏向角は時間変動し、それ以上の時間が経過すると安定する。さらに、電界ｏｆｆ後もすぐには偏向角が０とはならず、有限の時間で０に近づく。そこで、本発明の一実施形態では、光偏向器に用いる電気光学結晶や該電気光学結晶に電圧を印加するための電極に応じて、Ｖ_ＴＦＬを求め、該Ｖ_ＴＦＬ以上の所定の電圧を印加する際の偏向角の時間依存性を測定することにより、図６（ｂ）に示すような偏向角の時間依存性を得ることができ、該偏向角の時間依存性からＴ_filled、Ｔ_comp、Ｔ_detrapを求めることができる。

なお、上記ＫＴＮ、ＫＬＴＮは、電界を結晶軸方向に印加すると、大きな二次の電気光学効果を示す。その値は２×１０^−１４ｍ^２／Ｖ^２にもなり、１００Ｖ／ｍｍのＤＣバイアス時に非線形定数は２０００ｐｍ／Ｖ以上となり、１次の電気光学効果を有する材料であるＬｉＮＯ_３（ＬＮ）の有する非線形定数３０ｐｍ／Ｖに比べて著しく大きい。さらに、ＫＴＮ、ＫＬＴＮは、ＴａとＮｂの組成比を変化させることにより、常誘電性から強誘電性への相転移温度を、ほぼ絶対零度から４００℃まで変化させることが可能である。従って、温度コントローラを用いなくても、動作温度を室温等、所望に設定することができる。このように、ＫＴＮやＫＬＴＮは、光偏向器に対して好ましい材料である。

その他に、本発明の一実施形態では、例えば、ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃、ＬｉＩＯ₃、ＫＮｂＯ₃、ＫＴｉＯＰＯ₄、ＢａＴｉＯ₃、ＳｒＴｉＯ₃、Ｂａ_1-ｘＳｒ_ｘＴｉＯ₃（０＜ｘ＜１）、Ｂａ_1-ｘＳｒ_ｘＮｂ₂Ｏ₆（０＜ｘ＜１）、Ｓｒ_0.75Ｂａ_0.25Ｎｂ₂Ｏ₆、Ｐｂ_1-ｙＬａ_ｙＴｉ_1-ｘＺｒ_ｘＯ₃（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）、Ｐｂ（Ｍｇ_１/３Ｎｂ_２/３）Ｏ₃-ＰｂＴｉＯ₃、ＫＨ₂ＰＯ₄、ＫＤ₂ＰＯ₄、（ＮＨ₄）Ｈ₂ＰＯ₄、ＢａＢ₂Ｏ₄、ＬｉＢ₃Ｏ₅、ＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀、ＧａＡｓ、ＣｄＴｅ、ＧａＰ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、およびＺｎＯの電気光学結晶を用いることができる。

（第１の実施形態）
本発明の一実施形態は、例えば、偏向を行う時間を予め設定してある分光器や、所定の時間になったら偏向動作を行うディスプレイ等、偏向のための電圧印加を行うタイミングが予め設定されている構成に適用することができる。本実施形態では、制御部が、偏向のための電圧印加を行うタイミングを認識している形態について説明する。
図１０は、本実施形態に係る、光偏向の制御に対するフローチャートである。また、図１３は、本実施形態の光偏向の制御における偏向角の経時変化を示す図である。なお、図１３において、実線は、トラップ準位充填用電圧が偏向動作のための電圧（偏向動作電圧）よりも大きい場合の偏向角の時間依存性を示している。また、破線は、トラップ準位充填用電圧が偏向動作のための電圧（偏向動作電圧）よりも小さい場合の偏向角の時間依存性を示している。
なお、図１０においては、例として、図１３の偏向角θ_ａの偏向角を実現する場合であり、２回の偏向動作を行い、該２回の各々の偏向動作を実行するタイミングが予め設定されるものとする。よって、ＲＡＭ２３には、２回のそれぞれに対する偏向動作を行う時刻が保持されるものとする。また、制御部は、時計をさらに備えている。

なお、図１０では、制御部が、２回の偏向動作のタイミングを予め認識している場合について説明したが、偏向動作は２回に限らない。すなわち、本実施形態は、制御部が認識している偏向のための電圧印加のタイミングの前に、許容範囲内の偏向角を実現するための準備としての電圧印加（トラップ準位充填用電圧の印加）を行うものであり、偏向のための電圧印加の回数は、上記２回に限らず、１回であっても良いし、３回以上であっても良いのである。

本実施形態では、後述するトラップ準位充填用電圧が、偏向動作のための電圧よりも大きい場合について説明する。

ステップ１００１では、ＣＰＵ２１は、ユーザ入力に基づいて、偏向動作を行うタイミングを取得する。すなわち、ユーザが時刻Ｔ_０に、入力操作部２４を介して、第１回目の偏向動作を実行する時刻Ｔ_１（＞Ｔ_０）および第２回目の偏向動作を実行する時刻Ｔ_２（＞Ｔ_１）を入力すると、ＣＰＵ２１は、該入力された時刻Ｔ_１およびＴ_２を第１のタイミングおよび第２のタイミングとしてＲＡＭ２３に格納する。
ステップ１００２では、ＣＰＵ２１は、ＲＡＭ２３から第１回目の偏向動作を行う時刻Ｔ_１を取得する。

ステップ１００３では、ＣＰＵ２１は、時計を参照して、図１３に示すように、ステップ１００２にて取得された時刻Ｔ_１よりも時間Ｔ_filled前（時刻Ｔ_ａ１；Ｔ_ａ１＜Ｔ_１）になったら、電圧Ｖ_ＴＦＬ以上の所定の電圧（以下、“トラップ準位充填用電圧”とも呼ぶ）を時間Ｔ_filledだけ正極１２および負極１３に印加するように制御する。すなわち、ＣＰＵ２１は、偏向動作のための電圧印加時に、実現される偏向角が時間軸に対して一定となるようにトラップ準位充填用電圧を印加するように制御する。このように予めトラップ準位充填用電圧を印加することにより、偏向角が時間依存を持たないようにトラップ準位が略充填されることになる。

本実施形態では、上述のように、トラップ準位充填用電圧が偏向動作のための電圧よりも大きいので、時刻Ｔ_ａ１からＴ_filled後の時刻Ｔ_１においてはトラップ準位に電子が略充填されていると共に、伝導帯には、偏向動作のための電圧が印加された場合よりも多くの電子が存在する。よって、時刻Ｔ_ａ１にてトラップ準位充填用電圧を印加してからＴ_filled経過後に実現される偏向角θ_ｃは、偏向動作時に実現したい偏向角θ_ａよりも大きくなる。

ステップ１００４では、ＣＰＵ２１は、時刻Ｔ_１になったら、第１回目の偏向動作のための電圧を電気光学結晶１１に印加するように制御する。このとき、トラップ準位充填用電圧から偏向動作のための電圧へと印加電圧が変更されることに応じて、伝導帯の電子状態もトラップ準位充填用電圧印加時から偏向動作のための電圧印加時に変わる。偏向動作のための電圧を印加した際に実現される偏向角がθ_ａなので、図１３に示すように、時刻Ｔ_１において偏向角もθ_ｃからθ_ａに不連続に変わる。

なお、トラップ準位充填用電圧が偏向動作のための電圧と等しい場合は、偏向角θ_ｃは偏向角θ_ａに等しくなるので、実現される偏向角は時刻Ｔ_１において連続的に変わる。

本実施形態では、ステップ１００４の前の段階ですでに、印加電圧が偏向動作のための電圧の時の偏向角として許容範囲内の偏向角である偏向角θ_ａの偏向角を実現可能な状態になっているので、正極１２、負極１３に偏向のための電圧を印加するタイミングにおいて、待ち時間無しで所望の偏向角を実現することができる。

ステップ１００５では、ＣＰＵ２１は、ＲＡＭ２３から第２回目の偏向動作を行う時刻Ｔ_２を取得する。

ステップ１００６では、ＣＰＵ２１は、時計を参照して、ステップ１００５にて取得された時刻Ｔ_２よりも時間Ｔ_filled前（時刻Ｔ_ａ２；Ｔ_ａ２＜Ｔ_２）になったら、トラップ準位充填用電圧を時間Ｔ_filledだけ正極１２および負極１３に印加するように制御する。

ステップ１００７では、ＣＰＵ２１は、時刻Ｔ_２になったら、第２回目の偏向動作のための電圧を電気光学結晶１１に印加するように制御する。本実施形態では、ステップ１００７の前の段階ですでに、印加電圧が偏向動作のための電圧の時の偏向角として許容範囲内の偏向角である偏向角θ_ａの偏向角を実現可能な状態になっているので、正極１２、負極１３に偏向のための電圧を印加するタイミングにおいて、待ち時間無しで所望の偏向角を実現することができる。

なお、本実施形態では、偏向角として安定した偏向角θ_ａを実現する場合について説明したが、用いるシステムによっては、安定した偏向角θ_ａからある程度範囲を持った偏向角の範囲（θ_ｂとθ_ａとの間の偏向角）を許容できる場合もある。すなわち、本実施形態では、システムによっては、安定した偏向角θ_ａの８０％以上の偏向角での動作は問題にならない。この場合は、ステップ１００３および１００６において、Ｔ_１、Ｔ_２の時間Ｔ_comp前になる際にトラップ準位充填用電圧を印加すれば良い。

このように、本実施形態では、制御部が予め偏向動作のタイミング（偏向のための電圧印加のタイミング）を認識している場合、該タイミングよりも、時間Ｔ_filledあるいはＴ_compだけ先立って電圧Ｖ_ＴＦＬ以上の電圧を印加しているので、所望の偏向動作時において、所望の精度の偏向角を実現することができる。

なお、上述の説明では、トラップ準位充填用電圧が偏向動作のための電圧よりも大きい場合について説明したが、トラップ準位充填用電圧が偏向動作のための電圧よりも小さい場合であっても良い。この場合は、図１３に示されるように、トラップ準位充填用電圧を印加する時刻Ｔ_ｂ１、Ｔ_ｂ２はそれぞれ、時刻Ｔ_ａ１、Ｔ_ａ２よりも早くなる。すなわち、トラップ準位充填用電圧が偏向動作のための電圧よりも小さい場合のＴ_filledは、トラップ準位充填用電圧が偏向動作のための電圧よりも大きい場合のＴ_filledよりも大きくなる。

また、トラップ準位充填用電圧が偏向動作のための電圧よりも小さい場合、時刻Ｔ_ｂ１からＴ_filled後の時刻Ｔ_１においてはトラップ準位に電子が略充填されていると共に、伝導帯には、偏向動作のための電圧が印加された場合よりも少ない電子が存在することになる。よって、時刻Ｔ_ｂ１にてトラップ準位充填用電圧を印加してからＴ_filled経過後に実現される偏向角θ_ｄは、偏向動作時に実現したい偏向角θ_ａよりも小さくなる。よって、図１３に示すように、時刻Ｔ_１において偏向角もθ_ｄからθ_ａに不連続に変わる。

（第２の実施形態）
本実施形態では、偏向動作がどのタイミングで行うかを制御部が予め認識していない形態について説明する。すなわち、本実施形態では、偏向動作の如何に依らず、電圧Ｖ_ＴＦＬ以上の電圧を、許容範囲内の偏向角を実現するのに必要な電子の充填状態を少なくとも実現する時間だけ印加した後から所定時間経過したら（ある規則に従って）電圧Ｖ_ＴＦＬ以上の電圧を印加するか、あるいは、装置の電源投入時または第１回目のトラップ準位充填用電圧の印加時から常にトラップ準位充填用電圧を印加し続けることにより、偏向のための電圧印加時にはいつでも、許容範囲内の偏向角の出力を可能とするものである。

図１１は、本実施形態に係る、光偏向の制御に対するフローチャートである。図１１では、前回のトラップ準位充填用電圧の印加終了後から、その間の偏向動作のための電圧の印加に関係なく、後述する所定の経過時間経過後に次のトラップ準位充填用電圧を印加する形態について説明する。
なお、図１１においても図１０と同様、例として、図１５、図１６の偏向角θ_ａ〜θ_ｅの偏向角を実現する場合について説明する。また、制御部はタイマをさらに備えている。

ステップ１１０１において、ＣＰＵ２１は、光偏向器１０の電源が投入されると、トラップ準位充填用電圧を時間Ｔ_filledだけ正極１２および負極１３に印加するように制御する。このとき、ＣＰＵ２１は、トラップ準位充填用電圧の印加が終了した後にタイマを起動して、該トラップ準位充填用電圧の印加終了後からの経過時間の計測を開始する。

ステップ１１０２では、ＣＰＵ２１は、ユーザが偏向動作に関する指示を入力したか否かを判断する。ユーザが入力操作部２４を介して偏向動作を指示する場合は、ＣＰＵ２１は、該ユーザ入力に基づいて偏向動作の指示があると判断してステップ１１０３に進み、ユーザが偏向動作を指示するユーザ入力が無いと判断するとステップ１１０４に進む。

ステップ１１０３では、ＣＰＵ２１は、偏向動作のための電圧を正極１２および負極１３に印加するように制御する。本実施形態では、電源投入と共にトラップ準位充填用電圧を時間Ｔ_filledだけ印加するようにしているので、電源投入後の偏向動作の指示の入力時には、印加電圧がトラップ準位充填用電圧の時の偏向角がθ_ａの偏向角を実現するための準備が整っており、偏向のための電圧を待ち時間無く印加することができる。

ステップ１１０４では、ステップ１１０１にて起動されたタイマを参照して、前回のトラップ準位充填用電圧の印加終了から現在までで、所定の経過時間が経過したか否かの判断を行う。所定の経過時間が経過していないと判断する場合は、ステップ１１０２に戻る。一方、所定の経過時間が経過していると判断する場合は、ステップ１１０５に進む。

なお、上記所定の経過時間とは、該時間内であれば、許容範囲内の偏向角（ここでは、θ_ａ〜θ_ｅ）が実現可能な時間を指す。上述したように、トラップ準位充填用電圧といった電圧Ｖ_ＴＦＬ以上の電圧印加をｏｆｆすると、熱再放出により、トラップ準位から電子が時間の経過と共に徐々に放出され、やがて許容範囲の偏向角が実現できないようになる。すなわち、許容範囲内の偏向角が実現できる期間は決まっており、この期間を所定の経過時間と呼ぶのである。なお、上記所定の経過時間は、実現したい偏向角の範囲や用いる電気光学結晶の材料に応じて実験的に求めることができる。

ステップ１１０５では、ＣＰＵ２１は、トラップ準位充填用電圧を時間Ｔ_filledだけ正極１２および負極１３に印加するように制御する。このとき、ＣＰＵ２１は、現在のタイマに計測された時間をリセットし、トラップ準位充填用電圧の印加が終了した後に再びタイマを起動して、Ｖ_ＴＦＬ以上の所定の電圧であるトラップ準位充填用電圧の印加終了後からの経過時間の計測を開始する。このように、所定の経過時間毎に、許容範囲内の偏向角の実現に対する準備のための電圧（電圧Ｖ_ＴＦＬ以上の電圧）を少なくとも時間Ｔ_filledだけ印加しているので、いつ偏向動作の指示があっても、偏向のための電圧印加時において所望のトラップ準位の電子の充填状態を実現しておくことができる。

ステップ１１０６では、ステップ１１０２と同様にして、ＣＰＵ２１は、ユーザが偏向動作に関する指示を入力したか否かを判断する。ユーザが入力操作部２４を介して偏向動作を指示する場合は、ＣＰＵ２１は、該ユーザ入力に基づいて偏向動作の指示があると判断してステップ１１０８に進み、ユーザが偏向動作を指示するユーザ入力が無いと判断するとステップ１１０７に進む。

ステップ１１０７では、ＣＰＵ２１は、タイマを参照して、前回のトラップ準位充填用電圧の印加終了時からの経過時間を取得し、該取得された経過時間が所定の経過時間よりも経過しているか否かを判断する。経過していると判断する場合は、トラップ準位への電子の充填が必要であるので、ステップ１１０５に進む。一方、経過していないと判断する場合は、現在の状態で偏向動作の指示があっても、許容範囲内の偏向角の出力が可能であるので、ステップ１１０６に進む。

ステップ１１０８では、ＣＰＵ２１は、偏向動作のための電圧を正極１２および負極１３に印加するように制御する。本実施形態では、本ステップの前の段階でトラップ準位に、許容範囲内の偏向角を実現可能なほどに電子が充填されているので、偏向のための電圧を待ち時間無く印加することができる。

ステップ１１０９では、ＣＰＵ２１は、光偏向器１０の電源オフに関するユーザ入力があるか否かを判断する。電源オフがユーザにより指示されている場合は、ＣＰＵ２１は、電源オフに関する制御を行い終了する。一方、電源オフがユーザにより指示されていない場合は、ステップ１１１０に進む。

ステップ１１１０では、ＣＰＵ２１は、タイマを参照して、前回のトラップ準位充填用電圧の印加終了時からの経過時間を取得し、該取得された経過時間が所定の経過時間よりも経過しているか否かを判断する。経過していると判断する場合は、トラップ準位への電子の充填が必要であるので、ステップ１１０５に進む。一方、経過していないと判断する場合は、現在の状態で偏向動作の指示があっても、許容範囲内の偏向角の出力が可能であるので、ステップ１１０６に進む。

図１４（ａ）、（ｂ）〜図１６（ａ）、（ｂ）を用いて、本実施形態に係る、偏向動作のための電圧を任意の時間に印加する際の偏向角の時間依存性を説明する。
図１４（ａ）は、偏向動作のための電圧を印加しない時のトラップ準位充填用電圧の時間依存性を示す図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示すタイミングでトラップ準位充填用電圧を印加する際の実現される偏向角の時間依存性を示す図である。
図１４（ａ）において、時刻０（＝Ｔ_β１）になったら、トラップ準位充填用電圧Ｖ_filledをＴ_first-filledだけ印加する。この時間からトラップ準位に電子が充填されていくので、実現される偏向角は時間の経過と共に増加し、時刻Ｔ_α１（Ｔ_first-filled経過後）になると、トラップ準位はほぼ電子によって充填された状態となると共に、電導帯にも多数の電子が存在することになる。このときに実現される偏向角をθ_ａ’とする。

なお、本明細書において、「Ｔ_αｎ（ｎ；自然数）」とは、トラップ準位充填用電圧をｏｆｆする時刻を指し、「Ｔ_βｎ（ｎ；自然数）」とは、トラップ準位充填用電圧の印加を開始する時刻を指す。

時刻Ｔ_α１において電圧をｏｆｆすると、伝導帯に存在する電子が無くなるので、図１４（ｂ）に示すように実現される偏向角は急峻に小さくなり（偏向角θ_ａ’’）、その後、トラップ準位から徐々に電子が再放出されるので、実現される偏向角は徐々に小さくなる。このとき、時刻Ｔ_α１から所定の時間経過後に次のトラップ準位充填用電圧を印加することにより、上記再放出された分の電子を再び充填することができる。よって、図１４（ａ）に示すように、時刻Ｔ_α１から所定の時間経過後の時刻であるＴ_β２になったら、トラップ準位充填用電圧Ｖ_filledを、Ｔ_{second-filled}だけ印加する。

なお、上述したように、Ｔ_filledは、トラップ準位の電子の充填状況がどうであれ（略空であろうと、所定のトラップ準位に充填されていようと）、Ｖ_ＴＦＬ以上の所定の電圧を印加し始めてから、空のトラップ準位が略全て電子によって充填されるまでに要する時間である。従って、略全てのトラップ準位が空の場合にトラップ準位充填用電圧を印加する場合（時刻Ｔ_β１）は、充填すべきトラップ準位の数が多いので、トラップ準位充填用電圧を印加する時間は相対的に大きくなる。一方、トラップ準位のほとんどが電子によって充填されている場合にトラップ準位充填用電圧を印加する場合（時刻Ｔ_β２、時刻Ｔ_β３、時刻Ｔ_β４）は、充填すべきトラップ準位の数が少ないので、トラップ準位充填用電圧を印加する時間は相対的に小さくなる。このように、トラップ準位充填用電圧を印加する際のトラップ準位の充填状況によって相対的にＴ_filledは変わるので、Ｔ_first-filledがＴ_{second-filled}よりも大きくなる。

図１４（ｂ）において、時刻Ｔ_β２においてトラップ準位充填用電圧Ｖ_filledを印加すると実現される偏向角が急峻に大きくなるが、これは、トラップ準位充填用電圧の印加により伝導帯に電子が流れ込んだためである。すなわち、電圧印加により該伝導帯に存在するようになった電子により偏向角が大きくなるのである。そして、時刻Ｔ_β２から時刻Ｔ_α２までの時間に、空いたトラップ準位に電子が充填されていく。

本実施形態では、前回のトラップ準位充填用電圧のｏｆｆ時である時刻Ｔ_α１と次回のトラップ準位充填用電圧の印加開始時である時刻Ｔ_β２との間の時間を、所定の経過時間以内に設定しているので、時刻Ｔ_α１にてトラップ準位充填用電圧がｏｆｆされても、トラップ準位には許容された偏向角を安定して実現できるほどの電子が充填されることになる。従って、図１５（ａ）、（ｂ）、および図１６（ａ）、（ｂ）にて後述するように、いつ偏向動作が行われるとしても、許容範囲内の安定した偏向角を実現することができる。

図１５（ａ）は、偏向動作のための電圧を印加する時（偏向動作のための電圧がトラップ準位充填用電圧よりも大きい場合）の印加電圧の時間依存性を示す図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）に示すタイミングで電圧を印加する際に実現される偏向角の時間依存性を示す図である。また、図１６（ａ）は、偏向動作のための電圧を印加する時（偏向動作のための電圧がトラップ準位充填用電圧よりも小さい場合）の印加電圧の時間依存性を示す図であり、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）に示すタイミングで電圧を印加する際に実現される偏向角の時間依存性を示す図である。

図１５および図１６において、「Ｖ_active」は、偏向動作のための電圧を指し、「Ｔ_active」は、偏向動作のための電圧Ｖ_activeの印加時間を指す。

図１５（ａ）、（ｂ）を用いて、偏向動作のための電圧Ｖ_activeがトラップ準位充填用電圧Ｖ_filledよりも大きい場合の、偏向動作のための電圧を任意の時間に印加する際の偏向角の時間依存性について説明する。
図１５（ａ）において、符号１５０１は、偏向動作のための電圧Ｖ_activeをトラップ準位充填用電圧が印加される直前（時刻Ｔ_β２）に印加する場合の偏向動作のための電圧であり、符号１５０２は、偏向動作のための電圧Ｖ_activeをトラップ準位充填用電圧がｏｆｆされた直後（時刻Ｔ_α３）に印加する場合の偏向動作のための電圧であり、符号１５０３は、偏向動作のための電圧Ｖ_activeをトラップ準位充填用電圧がｏｆｆされてある時間経過後に印加する場合の偏向動作のための電圧である。

図１５（ｂ）において、偏向動作のための電圧１５０１が印加される場合は、時刻Ｔ_β２において、トラップ準位充填用電圧Ｖ_filledの代わりに、偏向動作のための電圧Ｖ_activeが印加されるのだが、図１４にて説明したように、時刻Ｔ_β２においては、トラップ準位からは多少は電子が再放出されているが、実現したい偏向角θ_ａから許容範囲（図１５（ｂ）では偏向角θ_ｅ〜θ_ａ）の偏向角を実現できるほどの電子はトラップ準位に充填されている。よって、時刻Ｔ_β２において偏向動作のための電圧Ｖ_activeを印加しても、少なくとも偏向角θ_ｅは実現でき、その後Ｔ_activeの間に空いているトラップ準位が電子により充填され、これにより偏向角θ_ａを実現することができる。

また、偏向動作のための電圧１５０２が印加される場合は、時刻Ｔ_α３において、トラップ準位充填用電圧Ｖ_filledはｏｆｆされるが、偏向動作のための電圧Ｖ_activeが印加される。このときは、トラップ準位には電子が略充填されているので、偏向動作のための電圧１５０２において偏向角θ_ａを実現することができる。

さらに、偏向動作のための電圧１５０３が印加される場合は、トラップ準位充填用電圧Ｖ_filledは印加されていないが、前回のトラップ準位充填用電圧のｏｆｆ時から所定の経過時間内であるので、トラップ準位からは多少は電子が再放出されているが、実現したい偏向角θ_ａから許容範囲の偏向角を実現できるほどの電子はトラップ準位に充填されている。従って、この場合においても、偏向動作のための電圧１５０３の印加時において、トラップ準位には十分な電子が充填されており、偏向角θ_ｅとθ_ａとの間の偏向角を実現することができる。そして、偏向動作のための電圧１５０３により空のトラップ準位に電子が充填されて偏向角θ_ａを実現することができる。

また、図１６（ａ）、（ｂ）を用いて、偏向動作のための電圧Ｖ_activeがトラップ準位充填用電圧Ｖ_filledよりも小さい場合の、偏向動作のための電圧を任意の時間に印加する際の偏向角の時間依存性について説明する。
図１６（ａ）において、符号１６０１は、偏向動作のための電圧Ｖ_activeをトラップ準位充填用電圧が印加される直前（時刻Ｔ_β２）に印加する場合の偏向動作のための電圧であり、符号１６０２は、偏向動作のための電圧Ｖ_activeをトラップ準位充填用電圧がｏｆｆされた直後（時刻Ｔ_α３）に印加する場合の偏向動作のための電圧であり、符号１６０３は、偏向動作のための電圧Ｖ_activeをトラップ準位充填用電圧がｏｆｆされてある時間経過後に印加する場合の偏向動作のための電圧である。

図１６（ｂ）において、偏向動作のための電圧１６０１が印加される場合は、時刻Ｔ_β２において、トラップ準位からは多少は電子が再放出されている。しかしながら、上述のように、実現したい偏向角θ_ａから許容範囲内の偏向角θ_ｅを実現できるほどの電子はトラップ準位に充填されている。よって、時刻Ｔ_β２において偏向動作のための電圧Ｖ_activeを印加しても、少なくとも偏向角θ_ｅは実現でき、その後Ｔ_activeの間に空いているトラップ準位が電子により充填され、これにより偏向角θ_ａを実現することができる。

また、偏向動作のための電圧１６０２が印加される場合は、時刻Ｔ_α３において、トラップ準位充填用電圧Ｖ_filledはｏｆｆされるが、偏向動作のための電圧Ｖ_activeが印加される。このときは、トラップ準位には電子が略充填されているので、偏向動作のための電圧１６０２において偏向角θ_ａを実現することができる。

さらに、偏向動作のための電圧１６０３が印加される場合は、トラップ準位充填用電圧Ｖ_filledは印加されていないが、前回のトラップ準位充填用電圧のｏｆｆ時から所定の経過時間内であるので、トラップ準位からは多少は電子が再放出されているが、実現したい偏向角θ_ａから許容範囲の偏向角を実現できるほどの電子はトラップ準位に充填されている。従って、この場合においても、偏向動作のための電圧１６０３の印加時において、トラップ準位には十分な電子が充填されており、偏向角θ_ｅとθ_ａとの間の偏向角を実現することができる。そして、偏向動作のための電圧１６０３により空のトラップ準位に電子が充填されて偏向角θ_ａを実現することができる。

このように本実施形態では、トラップ準位充填用電圧といった、電圧Ｖ_ＴＦＬ以上の所定の電圧を印加した後の所定の経過時間後にトラップ準位充填用電圧を印加するようにしているので、偏向動作の指示がいつ入力されても、常に電気光学結晶内のトラップ準位への電子の充填を、許容範囲内の偏向角を実現できるような状態にしておくことができる。

なお、本実施形態では、上述のように、偏向動作の指示の如何に依らず、許容範囲内の偏向角を実現可能にすることが重要である。よって、前回のトラップ準位充填用電圧の印加終了後から所定の経過時間経過後、あるいは経過する前に次のトラップ準位充填用電圧をかける形態ばかりではなく、最初に印加したトラップ準位充填用電圧をバイアスとして常に印加するようにしても良い。この場合は、ＣＰＵ２１は、光偏向器１０の電源が投入されると、トラップ準位充填用電圧をバイアスとして正極１２および負極１３に印加するように制御するようにすれば良い。あるいは、トラップ準位充填用電圧をバイアスとして印加させる指示に関するユーザ入力に応じて、一度印加されたトラップ準位充填用電圧をバイアスとしてかけ続けるようにしても良い。上記バイアスとして印加されたトラップ準位充填用電圧の終了は、終了に関するユーザ入力に応じて行っても良いし、電源オフ時に終了するようにしても良い。

さて、本実施形態では、前回のトラップ準位充填用電圧の印加終了時から所定の経過時間が経過する前に今回のトラップ準位充填用電圧を印加することが本質ではなく、いつ偏向動作が行われても、電気光学結晶のトラップ準位に少なくとも、許容範囲内の偏向角を実現できるほどに電子を充填しておくことが本質である。

本実施形態では、偏向動作のための電圧が常にＶ_ＴＦＬ以上の電圧であれば、該偏向動作のための電圧の印加終了後において、電気光学結晶１１のトラップ準位への電子充填状態は、許容範囲内の偏向角を少なくとも実現できる状態となる。よって、本実施形態では、偏向動作のための電圧が常にＶ_ＴＦＬ以上である場合、上記偏向動作のための電圧印加終了後から所定の経過時間が経過する前にトラップ準位充填用電圧を印加するようにしても良い。

この場合、ステップ１１０３や１１０８において、ＣＰＵ２１は、現在のタイマに計測された時間をリセットして、偏向動作のための電圧の印加終了後からの経過時間の計測を開始する。この場合、偏向動作のための電圧およびトラップ準位充填用電圧の双方がＶ_ＴＦＬ以上の所定の電圧となり、ステップ１１０７、１１１０では、ＣＰＵ２１が、タイマを参照して、前回の偏向動作のための電圧の印加終了後からの経過時間を取得し、該経過時間が所定の経過時間を経過しているか否かの判断を行うようにすれば良い。

（第３の実施形態）
第１および第２の実施形態では、Ｖ_ＴＦＬ以上の所定の電圧を印加する時間を、Ｔ_filledやＴ_compとしているが、これら時間に限定されない。本発明では、偏向のための電圧印加時に、トラップ準位への電子の捕獲状態（充填状態）を所望の状態に準備できていれば良い。すなわち、偏向のための電圧印加に先立って上記所望の状態を形成できていれば良く、トラップ準位充填用電圧を印加する時間を、Ｔ_filledやＴ_comp以上としても良いのである。

また、前回のＶ_ＴＦＬ以上の所定の電圧（トラップ準位充填用電圧、または場合によっては偏向動作のための電圧）の印加から、今回のＶ_ＴＦＬ以上の所定の電圧の印加までの経過時間に応じて、トラップ準位充填用電圧の印加時間を決めても良い。上述したように、トラップ準位充填用電圧といった、Ｖ_ＴＦＬ以上の所定の電圧の印加終了からＴ_detrap経過した後は、トラップ準位への電子捕獲状態は初期状態に戻るので、許容範囲内の偏向角を実現するためには、Ｖ_ＴＦＬ以上の所定の電圧を少なくともＴ_filledやＴ_compだけ印加する必要がある。

しかしながら、Ｖ_ＴＦＬ以上の所定の電圧の、前回の印加から今回の印加までの経過時間がＴ_detrap以内である場合、初期状態よりも多くの電子がトラップ準位に充填されていることになる。従って、この場合、所望の電子の充填状態を形成する目的で印加する、Ｖ_ＴＦＬ以上の所定の電圧を印加する時間は、Ｔ_filledやＴ_compよりも短くても良いことになる。すなわち、Ｖ_ＴＦＬ以上の所定の電圧の、前回の印加から今回の印加までの経過時間に応じて、トラップ準位の電子捕獲状態は変化しているので、上記経過時間と、許容範囲内の偏向角を実現するのに少なくとも必要な、トラップ準位充填用電圧の印加時間との関係を求めておけば、該関係を用いて上記経過時間に応じた印加時間を決定することができる。

図１５は、前回のトラップ準位充填用電圧をｏｆｆしてからＴ_detrap経過する前に次のトラップ準位充填用電圧を印加する場合を説明するための図である。図１５において、時刻Ｔ_ｃ１は、前回のトラップ準位充填用電圧をｏｆｆした時刻であり、時刻Ｔ_ｃ２は、時刻Ｔ_ｃ１からＴ_detrap経過後の時刻である。

上述のように、時刻Ｔ_ｃ１と時刻Ｔ_ｃ２との間の時刻においては、電気光学結晶１１のトラップ準位には初期状態よりも多くの電子が充填されていることになる。従って、トラップ準位充填用電圧を印加してからトラップ準位が略充填されるまでの経過時間Ｔ’_filledは、Ｔ_filledよりも小さくなる。よって、時刻Ｔ_ｃ１と時刻Ｔ_ｃ２との間の時刻Ｔ_ｃ３において次のトラップ準位充填用電圧を印加することにより、Ｔ’_filledを小さくすることができる。

よって、本実施形態では、上記経過時間と、許容範囲内の偏向角を実現するのに少なくとも必要な、トラップ準位充填用電圧の印加時間との関係を実験により求めて、上記経過時間と上記印加時間とをプロットし、該プロットした結果をテーブルとしてＲＡＭ２３に保持しておく。そして、ステップ１００３、ステップ１００６、ステップ１１０５において、ＣＰＵ２１は、前回のＶ_ＴＦＬ以上の所定の電圧の印加終了時からの経過時間がＴ_detrap未満か否かを判断し、Ｔ_detrap以上であると判断する場合は、第１および第２の実施形態にて説明したように処理する。

一方、Ｔ_detrap未満であると判断する場合は、ＣＰＵ２１は、上記テーブルを参照して、前回のＶ_ＴＦＬ以上の所定の電圧の印加終了時からの経過時間に応じた、トラップ準位充填用電圧の印加時間を抽出し、該抽出した印加時間でトラップ準位充填用電圧を印加するようにすれば良い。

このように、本発明で重要なことは、光偏向器を制御するための制御部が行う制御により、偏向動作のための電圧の印加に先立ってトラップ準位充填用電圧を印加することによって、偏向動作のための電圧印加時において、少なくとも、許容される範囲内の偏向角を実現するのに必要なトラップ準位への電子の充填を完了しておくことである。該完了状態を実現するために、例えば、第１〜第３の実施形態にて説明したような時間でトラップ準位充填用電圧を印加するのである。

（第４の実施形態）
第１〜第３の実施形態では、光偏向器１０の一例として、直流電源を用いる形態について説明したが、交流電源を用いても良い。
図１２（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態に係る、交流電圧を印加した場合の、偏向角と時間との関係を示す図である。
図１２（ａ）は、±Ｖ_０の振幅を持つ矩形波電圧（印加電圧周期Ｔ_period＜２Ｔ_filled）を印加した場合の電圧の時間変化を示す図であり、図１２（ｃ）は、±Ｖ_０の振幅を持つ矩形波電圧（印加電圧周期Ｔ_period＞２Ｔ_filled）を印加した場合の電圧の時間変化を示す図である。また、図１２（ｂ）は、印加電圧が図１２（ａ）に示すように時間変化する場合の、偏向角の経時変化を示す図であり、図１２（ｄ）は、印加電圧が図１２（ｃ）に示すように時間変化する場合の、偏向角の経時変化を示す図である。

（その他の実施形態）
上述した本発明の一実施形態は、複数の装置（例えばコンピュータ、スキャナ、プリンタ、分光器、ディスプレイなど）を含むシステムに適用することも、単独の装置（スキャナ、プリンタ、分光器、ディスプレイなど）に適用することも可能である。

また、上述の実施形態の機能を実現するように各構成を動作させるプログラムを記憶媒体に記憶させ、該記憶媒体に記憶されたプログラムをコードとして読み出し、コンピュータにおいて実行する制御方法も上述の実施形態の範疇に含まれる。即ちコンピュータが読み取り可能な記憶媒体も本発明の範囲に含まれる。また、前述のコンピュータプログラムが記憶された記憶媒体はもちろんそのコンピュータプログラム自体も上述の実施形態に含まれる。

本発明の一実施形態に係る、電気光学結晶を用いた光偏向器の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、光偏向器を制御する制御部の概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る、電気光学結晶内部や、電気光学結晶と電極との界面にトラップ準位が存在することを説明するためのエネルギーバンド図である。 本発明の一実施形態に係る、電極への電圧印加により電極から電気光学結晶へと電子が注入された際に、電子がトラップ準位に充填される様子を示す図である。 （ａ）は、電極に挟まれた電気光学結晶において、該電極に電圧を印加してＴ_filled経過後の電気光学結晶中の位置と電子密度との関係を示す図であり、（ｂ）は、電極に挟まれた電気光学結晶において、該電極に電圧を印加してＴ_filled経過後の電気光学結晶中の位置と電界の大きさとの関係を示す図である。 （ａ）は、電気光学結晶に形成された電極に対して印加した電圧の時間変化を示す図であり、（ｂ）は、上記電極への印加電圧が（ａ）に示すように時間変化する場合の、偏向角の経時変化を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、電気光学結晶への電圧印加停止直後のエネルギーバンド図である。 本発明の一実施形態に係る、電気光学結晶への電圧印加停止後からＴ_detrap経過後のエネルギーバンド図である。 本発明の一実施形態に係る、電圧Ｖ_ＴＦＬの求め方を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る、光偏向の制御に対するフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る、光偏向の制御に対するフローチャートである。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る、交流電圧を印加した場合の、偏向角と時間との関係を示す図である。 図１０に示す光偏向の制御時の、偏向角の経時変化を示す図である。 （ａ）は、偏向動作のための電圧を印加しない時のトラップ準位充填用電圧の時間依存性を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すタイミングでトラップ準位充填用電圧を印加する際の実現される偏向角の時間依存性を示す図である。 （ａ）は、偏向動作のための電圧を印加する時（偏向動作のための電圧がトラップ準位充填用電圧よりも大きい場合）の印加電圧の時間依存性を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すタイミングで電圧を印加する際に実現される偏向角の時間依存性を示す図である。 （ａ）は、偏向動作のための電圧を印加する時（偏向動作のための電圧がトラップ準位充填用電圧よりも小さい場合）の印加電圧の時間依存性を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すタイミングで電圧を印加する際に実現される偏向角の時間依存性を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、前回のトラップ準位充填用電圧をｏｆｆしてからＴ_detrap経過する前に次のトラップ準位充填用電圧を印加する場合を説明するための図である。

符号の説明

１０ 光偏向器
１１ 電気光学結晶
１２ 正極
１３ 負極
１４ 直流電源
２０ 制御部
２１ ＣＰＵ
２２ ＲＯＭ
２３ ＲＡＭ
２４ 入力操作部
２５ 駆動回路

Claims (10)

1. 電気光学効果を有する電気光学結晶と、
   前記電気光学結晶の第１の面に配置された第１の電極と、
   前記電気光学結晶の第１の面と対向する第２の面に配置された第２の電極とを備えた光偏向器の動作を制御する光偏向器制御装置であって、
   前記光偏向器の動作のための第１の電圧を印加させる第１の電圧印加手段と、
   前記第１の電圧印加時に偏向角が時間軸に対して一定となるように第２の電圧を印加させる第２の電圧印加手段と
   を備えることを特徴とする光偏向器制御装置。
2. 前記第１の電圧を印加するタイミングを取得するタイミング取得手段をさらに備え、
   前記第２の電圧印加手段は、前記タイミング取得手段にて取得されたタイミングの前に前記第２の電圧を印加させることを特徴とする請求項１に記載の光偏向器制御装置。
3. 前記第２の電圧印加手段は、前記第２の電圧の前回の印加終了後から所定の経過時間が経過すると、今回の前記第２の電圧の印加を行わせることを特徴とする請求項１に記載の光偏向器制御装置。
4. 前記第１の電圧は、前記第２の電圧以上の電圧であり、
   前記光偏向器の動作の際は、前記第１の電極および第２の電極には、前記第２の電圧以上の電圧である第１の電圧が常に印加されており、
   前記第２の電圧印加手段は、前記第１の電圧および前記第２の電圧のいずれか一方の印加終了後から所定の経過時間が経過すると、前記第２の電圧を印加させることを特徴とする請求項１に記載の光偏向器制御装置。
5. 前記第２の電圧印加手段は、最初に印加された第２の電圧をバイアスとしてかけ続けるように制御することを特徴とする請求項１に記載の光偏向器制御装置。
6. 電気光学効果を有する電気光学結晶と、
   前記電気光学結晶の第１の面に配置された第１の電極と、
   前記電気光学結晶の第１の面と対向する第２の面に配置された第２の電極とを備えた光偏向器の動作を制御する光偏向器制御方法であって、
   前記光偏向器の動作のための第１の電圧を印加する第１の電圧印加工程と、
   前記第１の電圧印加時に偏向角が時間軸に対して一定となるように第２の電圧を印加させる第２の電圧印加工程と
   を有することを特徴とする光偏向器制御方法。
7. 前記第１の電圧を印加するタイミングを取得するタイミング取得工程をさらに有し、
   前記第２の電圧印加工程は、前記タイミング取得工程にて取得されたタイミングの前に前記第２の電圧を印加することを特徴とする請求項６に記載の光偏向器制御方法。
8. 前記第２の電圧印加工程は、前記第２の電圧の前回の印加終了後から所定の経過時間が経過すると、今回の前記第２の電圧の印加を行わせることを特徴とする請求項６に記載の光偏向器制御方法。
9. 前記第１の電圧は、前記第２の電圧以上の電圧であり、
   前記光偏向器の動作の際は、前記第１の電極および第２の電極には、前記第２の電圧以上の電圧である第１の電圧が常に印加されており、
   前記第２の電圧印加工程は、前記第１の電圧および前記第２の電圧のいずれか一方の印加終了後から所定の経過時間が経過すると、前記第２の電圧を印加することを特徴とする請求項６に記載の光偏向器制御方法。
10. 前記第２の電圧印加工程は、最初に印加された第２の電圧をバイアスとしてかけ続けるように制御することを特徴とする請求項６に記載の光偏向器制御方法。

Images