JP7494930B2

JP7494930B2 - 光偏向器

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Publication number: JP7494930B2
Application number: JP2022556766A
Authority: JP
Inventors: 尊坂本; 雅浩上野; 勇一赤毛; 宗範川村; 優理奈田中; 宗一岡
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2020-10-14
Filing date: 2020-10-14
Publication date: 2024-06-04
Anticipated expiration: 2040-10-14
Also published as: JPWO2022079846A1; WO2022079846A1; US20240019757A1

Description

本発明は、常誘電相の誘電体を用いる光偏向器に関する。

光偏向器は電圧印加により光の進行方向を変えることができ、レーザプリンタ、波長掃引光源など各種光学機器に用いられている。特許文献１には、電気光学材料として、ＫＴＮ（ＫＴａ_１－ｘＮｂ_ｘＯ_３、０＜ｘ＜１）結晶を用いた光偏向器を備え、長時間安定動作が可能な波長掃引光源が開示されている。ＫＴＮを用いた光偏向器は、電荷注入により内部電場が生じ、高速・広角に光を偏向できる。

また、特許文献２には、光偏向器におけるＫＴＮに、ＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳して印加するとともに励起光を照射することにより、トラップへの電子注入が定常状態に達するまでの時間を短縮する技術が開示されている。

特許文献３には、図１０に示すように、光照射機構とともに温度制御機構を有する光偏向器９０が開示されている。光偏向器９０は、陽極側金属ブロック９０２、陰極側金属ブロック９０３それぞれにセンサ９０６、９０７を備え、ペルチェ素子９０８、９０９によって温度を制御する。この温度制御により、ＫＴＮ９０１内の温度に傾斜を設けることができ、誘電率に傾斜を設けることができる。その最適化を行うことにより、ＫＴＮのレンズ効果の駆動電圧の瞬時値依存性を抑制できる。

特許第６１９３７７３号公報特開２０１７－２１９７３２号公報特開２０１９－２１５４６２号公報

しかしながら、上述の従来の光偏向器の構成では、電気光学材料（例えば、ＫＴＮ結晶）を、陰極側金属ブロックおよび陽極側金属ブロックで挟み込むだけなので、電気光学材料の位置や向きが必ずしも安定しない。

具体的には、電気光学材料は、任意の方向を向いて配置されることが可能になる。図１１に示すように、入射光９２に対して電気光学材料９０１の入射端面９０１１が垂直になるように設計されても（図中、点線）、入射光９２に対して入射端面９０１１が任意の角度をもって配置される場合も生じる（図中、実線）。この場合、入射端面９０１１の角度によって光偏向器９０の特性が変動するので、光偏向器９０の作製時に入射端面９０１１の角度、換言すれば、電気光学材料９０１の向きが任意に変化すると、光偏向器９０の特性の再現性が得られない。

また、従来の光偏向器９０の構成では、光偏向器９０の駆動時における電気光学材料９０１の電歪による振動のため、電気光学材料９０１の位置や向きが変化する可能性がある。このことは、光偏向器９０の駆動時の特性を不安定にするので問題となる。

上述したような課題を解決するために、本発明に係る光偏向器は、常誘電相であって、内部に電荷を蓄積するためのトラップを有する誘電体を有し、当該誘電体を透過する光を、当該誘電体の当該透過方向に垂直な方向に電圧を印加して偏向する光偏向器であって、順に、第１の導電体と、複数の前記誘電体と、第２の導電体と、少なくとも２つの前記誘電体のうち、一の誘電体の基端部と他の誘電体の基端部それぞれと嵌合する２個の絶縁体とを備え、前記２個の絶縁体が、前記複数の前記誘電体を前記電圧の印加方向に垂直な方向に挟み込むように配置され、前記第１の導電体と前記第２の導電体との間に電圧が印加され、一方の前記絶縁体を介して、前記複数の前記誘電体に、励起光が照射され、前記透過する光が前記複数の前記誘電体内の端面で複数回反射して出射し、前記２個の絶縁体それぞれが、切り欠きを有し、前記切り欠きそれぞれが、前記電圧の印加方向と平行であり前記電圧の印加方向と前記２個の絶縁体が複数の前記誘電体を挟み込む方向とに垂直な方向と所定の角度で交わる２つの面からなり、前記切り欠きそれぞれの稜角と、前記一の誘電体の基端部と前記他の誘電体の基端部それぞれの稜角とが同等の角度であることを特徴とする。

本発明によれば、再現性や安定性に優れる光偏向器を提供できる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光偏向器の構成を示す正面図である。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る光偏向器の構成の一部を示す上面図である。図３Ａは、本発明の第２の実施の形態に係る光偏向器を説明するための図である。図３Ｂは、本発明の第２の実施の形態に係る光偏向器の構成の一部を示す上面図である。図４は、本発明の第２の実施の形態の変形例に係る光偏向器の構成の一部を示す上面図である。図５は、本発明の第３の実施の形態に係る光偏向器の構成を示す正面図である。図６Ａは、本発明の第３の実施の形態に係る光偏向器を説明するための図である。図６Ｂは、本発明の第３の実施の形態に係る光偏向器の構成の一部を示す上面図である。図７Ａは、本発明の第４の実施の形態に係る光偏向器を説明するための図である。図７Ｂは、本発明の第４の実施の形態に係る光偏向器の構成の一部を示す上面図である。図８Ａは、本発明の第１の実施例に係る光偏向器の構成の一部を示す上面図である。図８Ｂは、本発明の第１の実施例に係る光偏向器の構成の一部を示す側面透視図である。図９Ａは、本発明に係る光偏向器を説明するための図である。図９Ｂは、本発明に係る光偏向器の構成の一部を示す上面図である。図１０は、従来の光偏向器の構成を示す正面図である。図１１は、従来の光偏向器を説明するための図である。

＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態係る光偏向器について図１～図２を参照して説明する。

＜光偏向器の構成＞
本実施の形態に係る光偏向器１０は、図１に示すように、順に、陽極側金属ブロック１０２、ＫＴＮ結晶１０１、陰極側金属ブロック１０３を備え、ＫＴＮ結晶１０１と陽極側金属ブロック１０２との間、ＫＴＮ結晶１０１と陰極側金属ブロック１０３との間それぞれに導電性弾性体１０４、１０５を備える。

さらに、陽極側金属ブロック１０２と陰極側金属ブロック１０３との間に、絶縁体１１２、１１３を備える。ＫＴＮ結晶１０１は、ＫＴＮ結晶１０１を透過する（偏向される）光の進行方向（ｙ方向）に平行なｙｚ面に平行な側面を２つ持つ。絶縁体１１２は、ＫＴＮ結晶１０１の一方の側面に当接して配置される。絶縁体１１３は、ＫＴＮ結晶１０１の他方の側面に当接して配置される。換言すれば、ｘ方向に、ＫＴＮ結晶１０１と導電性弾性体１０４、１０５とを挟むように、絶縁体１１２、１１３が配置される。

導電性弾性体１０４、１０５は、電圧印加時のＫＴＮ結晶の変形による破壊を防止するために配置され、カーボンシート等のＫＴＮ結晶の変形を吸収する材料が用いられる。

陽極側金属ブロック１０２は温度センサ１０６を備え、陽極側金属ブロック１０２のＫＴＮ結晶１０１側の面と対向する面には、ペルチェ素子（温度制御素子）１０８、ヒートシンク１１０を備える。同様に、陰極側金属ブロック１０３は温度センサ１０７を備え、陰極側金属ブロック１０３のＫＴＮ結晶１０１側の面と対向する面には、ペルチェ素子（温度制御素子）１０９、ヒートシンク１１１を備える。ペルチェ素子（温度制御素子）１０８、１０９はそれぞれ、陽極側金属ブロック１０２、陰極側金属ブロック１０３に熱（温度）を伝達できるように、陽極側金属ブロック１０２、陰極側金属ブロック１０３に配置されればよい。

温度センサ１０６、１０７により計測される温度に基づき、ペルチェコントローラ（温度制御部、図示せず）がペルチェ素子１０８、１０９を制御し、温度を制御する。

また、励起光源１１を配置して、ＫＴＮ結晶１０１に励起光１を照射する。

また、絶縁体１１２、１１３は、電気的に絶縁体である。

また、絶縁体１１２は、励起光源１１から照射される励起光１に関して透明である。ここで透明であるとは、透過率が１００％とみなせるという意味ではなく、ＫＴＮ結晶１０１内にトラップされた電子を励起するために必要な光パワーを透過するだけの有限の透過率を有していることを意味する。

その結果、絶縁体１１２、１１３に照射光を通すための孔を形成することなく、ＫＴＮ結晶１０１に励起光を照射することが可能となる。

照射光としては、紫外光～紫色光を用いることが好ましい。特に、中心波長が４００ｎｍ～４０５ｎｍの光が好ましい。

絶縁体１１２に用いる具体的な例として、石英ガラス、アクリル、ポリカーボネート、ポリスチレンなどが挙げられる。

また、絶縁体１１３は、励起光源１１から照射される励起光１に関して透明でなくてもよい。当然、透明であってもよい。

図２に、光偏向器１０において、ＫＴＮ結晶１０１、陽極側金属ブロック１０２、導電性弾性体１０４、絶縁体１１２，１１３により構成される部分の上面図を示す。ここで、導電性弾性体１０４は、ＫＴＮ結晶１０１の直下に配置されるため、図示されない。また、光偏向器１０の構成においては、ＫＴＮ結晶１０１の上に、導電性弾性体１０５（図示せず）が配置される。

ＫＴＮ結晶１０１は、光偏向器を透過する（偏向される）光が入射する方向（ｙ方向）に垂直な（ｘｚ面に平行な）入射端面１０１１と、入射端面１０１１に対向する出射端面１０１２を有する。また、入射端面１０１１および出射端面１０１２に垂直で、電圧印加方向に平行な面（ｙｚ面）に平行な側面１０１３、１０１４を有する。

ＫＴＮ結晶１０１と導電性弾性体１０４、１０５はｘｙ面において略同等の形状を有する。

ＫＴＮ結晶１０１の側面１０１３、１０１４には、それそれ絶縁体１１２，１１３が当接する。このように、ＫＴＮ結晶１０１を両側面から絶縁体１１２，１１３で挟み込んで固定することにより、ＫＴＮ結晶１０１のｘ方向とｚ方向の位置および入射光に対する入射端面の角度、換言すれば、ＫＴＮ結晶１０１の向きは、絶縁体１１２，１１３に対して一意に定まる。

同様に、ＫＴＮ結晶１０１の上下に配置される導電性弾性体１０４、１０５の位置、角度（向き）も絶縁体１１２，１１３に対して一意に定まる。

そこで、絶縁体１１２，１１３の位置および向きが陽極側金属ブロック１０２に対して一意に定まれば、ＫＴＮ結晶１０１および導電性弾性体１０４、１０５のｘ方向とｚ方向の位置および入射光に対する入射端面の角度が、陽極側金属ブロック１０２に対して一意に定まる。

ここで、絶縁体１１２，１１３の位置および向きが陽極側金属ブロック１０２に対して一意に定まるには、例えば、絶縁体１１２，１１３と、陽極側金属ブロック１０２とを接着してもよく、その他の方法で固定してもよい。

このように、本実施の形態に係る光偏向器では、ＫＴＮ結晶１０１のｙ方向の位置を一意に定めることはできないが、ＫＴＮ結晶１０１のｘ方向とｚ方向の位置および入射光に対する入射端面の角度を、一意に定めることができる。

陽極側金属ブロック１０２と陰極側金属ブロック１０３とは、それぞれの温度が独立して制御される。ここで、温度制御が互いに干渉しないように、両者の間の熱抵抗は大きい方が望ましいため、絶縁体１１２，１１３の熱伝導率は小さい方が望ましい。

上述の絶縁体１１２，１１３の熱伝導率は、それぞれ、石英ガラス１．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）、アクリル０．２１Ｗ／（ｍ・Ｋ）、ポリカーボネート０．１９Ｗ／（ｍ・Ｋ）、ポリスチレン０．１０～０．１４Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。

一方、ＫＴＮ結晶１０１の熱伝導率は、室温においておおよそ１０～２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。したがって、上記の絶縁体１１２，１１３の熱伝導率は、ＫＴＮ結晶であるＫＴＮ結晶１０１の熱伝導率に比べ十分小さいので、絶縁体１１２，１１３の配置が、陽極側金属ブロック１０２と陰極側金属ブロック１０３との間の熱抵抗へ与える影響は十分小さい。

本実施の形態に係る光偏向器１０によれば、ＫＴＮ結晶１０１のｘ方向とｚ方向の位置および入射光に対する入射端面の角度（ＫＴＮ結晶１０１の向き）を一意に定めることができるので、光偏向器１０の作製時に光偏向器１０の特性の再現性を向上でき、光偏向器１０の駆動時の特性の安定性を向上できる。

＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態について図３Ａ～図４を参照して説明する。

＜光偏向器の構成＞
本発明の第２の実施の形態に係る光偏向器は、第１の実施の形態と略同様の構成を有するが、絶縁体の形状が異なる。

図３Ａに、本実施の形態に係る光偏向器２０の部材である、ＫＴＮ結晶２０１、陽極側金属ブロック２０２、導電性弾性体２０４、絶縁体２１２、２１３を示す。絶縁体２１２、２１３は、ＫＴＮ結晶２０１と嵌合する切り欠きを有する。

ＫＴＮ結晶２０１の形状は直方体である。光偏向器を透過する（偏向される）光が入射する方向（ｙ方向）に垂直な（ｘｚ面に平行な）入射端面２０１１と、入射端面２０１１に対向する出射端面２０１２を有する。また、入射端面２０１１および出射端面２０１２に垂直で、電圧印加方向に平行な面（ｙｚ面）に平行な側面２０１３、２０１４を有する。

ＫＴＮ結晶２０１と導電性弾性体２０４はｘｙ面において略同等の形状を有する。

絶縁体２１２の形状は、直方体であり、ＫＴＮ結晶２０１側の面に切り欠き２１２１を有する。切り欠き２１２１は溝形状で、断面形状は矩形である。

詳細には、切り欠き２１２１の幅（ｙ方向）は、ＫＴＮ結晶２０１の側面２０１３の長さ（ｙ方向）と略同等である。絶縁体２１２の切り欠き２１２１の深さ（ｘ方向）は、０．１ｍｍ～０．５ｍｍ程度でよく、ＫＴＮ結晶２０１と嵌合できる程度の所定の深さであればよい。

光偏向器２０の製造過程において、陽極側金属ブロック２０２の上に、順に、導電性弾性体２０４、ＫＴＮ結晶２０１、導電性弾性体２０５（図示せず）を配置し、ＫＴＮ結晶２０１と導電性弾性体２０４、２０５とに絶縁体２１２、２１３を嵌合させて配置する。

その結果、図３Ｂに示すように、ＫＴＮ結晶２０１、陽極側金属ブロック２０２、導電性弾性体２０４、絶縁体２１２、２１３が配置される。ここで、図３Ｂは上面図であり、導電性弾性体２０４は、ＫＴＮ結晶２０１の直下に配置されるため、図示されない。また、光偏向器２０の構成においては、ＫＴＮ結晶２０１の上に、導電性弾性体２０５（図示せず）が配置される。

具体的には、ＫＴＮ結晶２０１の側面２０１３と、その両脇の入射端面２０１１と出射端面２０１２それぞれの一部とが、絶縁体２１２の切り欠き２１２１と嵌合する。同様に、導電性弾性体２０４，２０５の側面も、絶縁体２１２の切り欠き２１２１と嵌合する。

また、ＫＴＮ結晶２０１の側面２０１４と、その両脇の入射端面２０１１と出射端面２０１２それぞれの一部とが、絶縁体２１３の切り欠き２１３１と嵌合する。同様に、導電性弾性体２０４，２０５の側面も、絶縁体２１３の切り欠き２１３１と嵌合する。

このように、ＫＴＮ結晶２０１を絶縁体２１２、２１３に嵌合させて固定することにより、ＫＴＮ結晶２０１の位置および入射光に対する入射端面の角度（ＫＴＮ結晶２０１の向き）は、絶縁体２１２、２１３に対して一意に定まる。そこで、絶縁体２１２、２１３の位置および向き（切り欠きの面の角度）が陽極側金属ブロック２０２に対して一意に定まれば、ＫＴＮ結晶２０１の位置および入射光に対する入射端面の角度（ＫＴＮ結晶２０１の向き）が、陽極側金属ブロック２０２に対して一意に定まる。

ここで、絶縁体２１２、２１３の位置および向きが陽極側金属ブロック２０２に対して一意に定まるには、例えば、絶縁体２１２、２１３と、陽極側金属ブロック２０２とを接着してもよく、その他の方法で固定してもよい。

また、絶縁体２１２は、第１の実施の形態と同様に、励起光源から照射される励起光に関して透明である。また、絶縁体２１３は、励起光源から照射される励起光に関して透明でなくてもよく、当然、透明であってもよい。

このように、本実施の形態に係る光偏向器では、ＫＴＮ結晶２０１のｘ方向とｚ方向の位置および入射光に対する入射端面の角度だけでなく、ＫＴＮ結晶２０１のｙ方向の位置も一意に定めることができる。

本実施の形態に係る光偏向器によれば、ＫＴＮ結晶２０１のｘ方向とｚ方向の位置および入射光に対する入射端面の角度（ＫＴＮ結晶２０１の向き）だけでなく、ＫＴＮ結晶２０１のｙ方向の位置も一意に定めることができるので、さらに、光偏向器の作製時に光偏向器の特性の再現性を向上でき、光偏向器の駆動時の特性の安定性を向上できる。

＜変形例＞
本実施の形態に係る光偏向器３０では、励起光源が、光偏向器と一体となるように配置される。図４に示すように、励起光１に対して透明な絶縁体２１２において、ＫＴＮ結晶２０１と接する面と対向する面に、励起光源３１が配置される。励起光源３１から出射される励起光１は、ＫＴＮ結晶２０１に照射される。

＜第３の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態について図５～図６Ｂを参照して説明する。本発明の第３の実施の形態に係る光偏向器は、第２の実施の形態と略同様の構成を有するが、導電性弾性体の形状、配置が異なる。

＜光偏向器の構成＞
本実施の形態に係る光偏向器４０は、図５に示すように、順に、陽極側金属ブロック、導電性弾性体、ＫＴＮ結晶、導電性弾性体、陰極側金属ブロックを備える。

さらに、導電性弾性体４０４、４０５の間に、絶縁体１１２、１１３を備える。ＫＴＮ結晶４０１は、ＫＴＮ結晶４０１を透過する（偏向される）光の進行方向（ｙ方向）に平行なｙｚ面に平行な側面を２つ持つ。絶縁体４１２は、ＫＴＮ結晶４０１の一方の側面に当接して配置される。絶縁体４１３は、ＫＴＮ結晶４０１の他方の側面に当接して配置される。換言すれば、ｘ方向に、ＫＴＮを挟むように、絶縁体４１２、４１３が配置される。

図６Ａに、光偏向器の部材である、ＫＴＮ結晶４０１、陽極側金属ブロック４０２、導電性弾性体４０４、絶縁体４１２、４１３を示す。絶縁体４１２、４１３は、第２の実施の形態と同様に、ＫＴＮ結晶４０１と嵌合する切り欠きを有する。

陽極側金属ブロック４０２と導電性弾性体４０４はｘｙ面において略同等の形状を有する。

光偏向器４０の製造過程において、陽極側金属ブロック４０２の上に、順に、導電性弾性体４０４、ＫＴＮ結晶４０１を配置し、ＫＴＮ結晶４０１に絶縁体４１２、４１３を嵌合させて配置する。

その結果、図６Ｂに示すように、ＫＴＮ結晶４０１、陽極側金属ブロック４０２、導電性弾性体４０４、絶縁体４１２、４１３が配置される。ここで、図６Ｂは上面図であり、陽極側金属ブロック４０２は、導電性弾性体４０４の直下に配置されるため、図示されない。

具体的には、ＫＴＮ結晶４０１の側面４０１３と、その両脇の入射端面４０１１と出射端面４０１２それぞれの一部とが、絶縁体４１２の切り欠き４１２１と嵌合する。

同様に、ＫＴＮ結晶４０１の側面４０１４と、その両脇の入射端面４０１１と出射端面４０１２それぞれの一部とが、絶縁体４１３の切り欠き４１３１と嵌合する。

このように、ＫＴＮ結晶４０１を絶縁体４１２、４１３に嵌合させて固定することにより、ＫＴＮ結晶４０１の位置および入射光に対する入射端面の角度（ＫＴＮ結晶４０１の向き）は、絶縁体４１２、４１３に対して一意に定まる。そこで、絶縁体４１２、４１３の位置および向き（切り欠きの面の角度）が陽極側金属ブロック４０２に対して一意に定まれば、ＫＴＮ結晶４０１の位置および入射光に対する入射端面の角度（ＫＴＮ結晶４０１の向き）が、陽極側金属ブロック４０２に対して一意に定まる。

ここで、絶縁体４１２、４１３の位置および向きが陽極側金属ブロック４０２に対して一意に定まるには、例えば、絶縁体４１２、４１３と、導電性弾性体４０４とを接着し、かつ、導電性弾性体４０４と、陽極側金属ブロック４０２とを接着してもよく、その他の方法で固定してもよい。

このように、本実施の形態に係る光偏向器では、ＫＴＮ結晶４０１のｘ方向とｚ方向の位置および入射光に対する入射端面の角度だけでなく、ＫＴＮ結晶４０１のｙ方向の位置も一意に定めることができる。

本実施の形態に係る光偏向器４０によれば、ＫＴＮ結晶４０１のｘ方向とｚ方向の位置および入射光に対する入射端面の角度（ＫＴＮ結晶４０１の向き）だけでなく、ＫＴＮ結晶４０１のｙ方向の位置も一意に定めることができるので、第２の実施の形態と同様に、光偏向器４０の作製時に光偏向器の特性の再現性を向上でき、光偏向器４０の駆動時の特性の安定性を向上できる。

＜第４の実施の形態＞
本発明の第４の実施の形態について図７Ａ～図７Ｂを参照して説明する。本発明の第４の実施の形態に係る光偏向器は、第２の実施の形態と略同様の構成を有するが、ＫＴＮ結晶の形状、構成が異なり、絶縁体の形状も異なる。

＜光偏向器の構成＞
図７Ａに、第４の実施の形態に係る光偏向器５０の部材である、２個のＫＴＮ結晶５０１ａ、５０１ｂ、陽極側金属ブロック５０２、絶縁体５１２、５１３を示す。絶縁体５１２、５１３はそれぞれ、ＫＴＮ結晶５０１ａ、５０１ｂと嵌合する切り欠きを有する。

ＫＴＮ結晶５０１ａとＫＴＮ結晶５０１ｂとは同じ形状であり、五角柱である。先端部の稜角と基端部の２つの稜角の角度が９０°であり、２つの側面の稜角の角度が１３５°である。

絶縁体５１２、５１３の切り欠きは、ＫＴＮ結晶５０１ａ、５０１ｂの基端部の稜角と同等の角度である９０°の稜角を有する。

光偏向器５０の製造過程において、陽極側金属ブロック５０２の上に、順に、ＫＴＮ結晶５０１ａ、５０１ｂを配置し、ＫＴＮ結晶５０１ａ、５０１ｂに絶縁体５１２、５１３を嵌合させて配置する。

その結果、図７Ｂに示すように、陽極側金属ブロック５０２上にＫＴＮ結晶５０１ａ、５０１ｂが配置され、ＫＴＮ結晶５０１ａ、５０１ｂを挟み込むように絶縁体５１２、５１３が配置される。

具体的には、ＫＴＮ結晶５０１ａの基端部の端面と一方の側面とが、絶縁体５１２の切り欠きの端面に当接し、ＫＴＮ結晶５０１ａの基端部の一方の稜角と絶縁体５１２の切り欠きの稜角とが嵌合する。同様に、ＫＴＮ結晶５０１ｂの基端部の端面と一方の側面とが、絶縁体５１３の切り欠きの端面に当接し、ＫＴＮ結晶５０１ｂの基端部の一方の稜角と絶縁体５１３の切り欠きの稜角とが嵌合する。

また、ＫＴＮ結晶５０１ａ、５０１ｂそれぞれの先端を含む２面の端面のうち、一方の端面同士が当接される。ＫＴＮ結晶５０１ｂの当接されない他方の端面が入射端面となり、入射光５１が入射する。一方、ＫＴＮ結晶５０１ａの当接されない他方の端面が出射端面となり、出射光５２が出射する。

図７Ｂ中の一点鎖線で示すように、入射光５１は、ＫＴＮ結晶５０１ｂ内で端面（側面を含む）と４５°の角度で反射を３回繰り返し、ＫＴＮ結晶５０１ｂから出射する。その後、ＫＴＮ結晶５０１ｂ、５０１ａの当接する端面を介してＫＴＮ結晶５０１ａに入射し、ＫＴＮ結晶５０１ａ内で端面（側面を含む）と４５°の角度で反射を３回繰り返し、出射端面から出射する。

このように、ＫＴＮ結晶５０１ａ、５０１ｂを絶縁体５１２、５１３に嵌合させて固定することにより、ＫＴＮ結晶５０１ａ、５０１ｂの位置および入射光５１に対する入射端面の角度（ＫＴＮ結晶５０１ａ、５０１ｂの向き）は、絶縁体５１２、５１３に対して一意に定まる。そこで、絶縁体５１２、５１３の位置および向き（切り欠きの面の角度）が陽極側金属ブロック５０２に対して一意に定まれば、ＫＴＮ結晶５０１ａ、５０１ｂの位置および入射光に対する入射端面の角度（ＫＴＮ結晶５０１ａ、５０１ｂの向き）が、陽極側金属ブロック５０２に対して一意に定まる。

ここで、絶縁体５１２、５１３の位置および向きが陽極側金属ブロック５０２に対して一意に定まるには、例えば、絶縁体５１２、５１３と、陽極側金属ブロック５０２とを接着してもよく、その他の方法で固定してもよい。

このように、光偏向器５０では、ＫＴＮ結晶５０１ａ、５０１ｂのｘ方向とｚ方向の位置および入射光５１に対する入射端面の角度だけでなく、ＫＴＮ結晶５０１ａ、５０１ｂのｙ方向の位置も一意に定めることができる。

本実施の形態に係る光偏向器５０によれば、ＫＴＮ結晶５０１ａ、５０１ｂのｘ方向とｚ方向の位置および入射光に対する入射端面の角度（ＫＴＮ結晶５０１ａ、５０１ｂの向き）だけでなく、ＫＴＮ結晶５０１ａ、５０１ｂのｙ方向の位置も一意に定めることができるので、さらに、光偏向器５０の作製時に光偏向器５０の特性の再現性を向上でき、光偏向器５０の駆動時の特性の安定性を向上できる。

本実施の形態に係る光偏向器５０によれば、ＫＴＮ結晶を小型化できる（特開２０１６－３８４６５号公報参照）。

本実施の形態では、常誘電相の誘電体要素である２個のＫＴＮ結晶の形状を、それぞれ同じ形状の五角柱とする例を示したが、これに限らず、それぞれ異なる形状でもよく、他の多角柱でもよい。ＫＴＮ結晶の基端部の稜角が絶縁体の切り欠きの稜角と嵌合できる形状であればよい。また、２個に限らず、複数であればよい。複数のＫＴＮ結晶それぞれの先端の端面が当接して、入射光が一のＫＴＮ結晶内の端面で複数回反射した後、当接する端面を介して、他のＫＴＮ結晶内の端面で複数回反射して出射する形状であればよい。

本実施の形態では、導電性弾性体を備えない例を示したが、これに限らない。導電性弾性体を備えてもよく、導電性弾性体を備えれば、破壊を抑制できる。

＜第１の実施例＞
本発明の第１の実施例に係る光偏向器として、絶縁体の位置と角度を陽極側金属ブロックに対して一意に定める構成の一例を説明する。本実施例に係る光偏向器６０は、第２の実施の形態に係る光偏向器２０と略同様の構成を有するが、ガイドピンやねじを用いて、絶縁体と陽極側金属ブロックとを固定する点で異なる。

光偏向器２０では、図８Ａ、図８Ｂに示すように、陽極側金属ブロック６０２上に、順に、一方の導電性弾性体６０４、ＫＴＮ結晶６０１を配置し、ＫＴＮ結晶６０１の側面に絶縁体６１２、６１３を配置し、ＫＴＮ結晶６０１と絶縁体６１２、６１３が嵌合する。

また、励起光源６１が、光偏向器６０と一体となるように配置される。図８Ａに示すように、励起光に対して透明な絶縁体６１２において、ＫＴＮ結晶６０１と接する面と対向する面に、励起光源６１が配置される。励起光源６１から出射される励起光は、ＫＴＮ結晶６０１に照射される。

図８Ａの上面図に示すように、絶縁体６１２、６１３には、それぞれ、ねじを通すための貫通孔６２が１個ずつ設けられている。また、絶縁体６１２、６１３には、ガイドピン６４を通すための貫通孔６３が２個ずつ設けられている。

同様に、一方の導電性弾性体６０４に、ねじを通すための貫通孔とガイドピン６４を通すための貫通孔が、絶縁体６１２、６１３のそれぞれの貫通孔６２、６３の直下に設けられている。

図８Ｂの側面透視図に示すように、陽極側金属ブロック６０２は、上面に、４個のガイドピン６４を有し、２個のねじ溝が形成された穴（ねじ穴）６５を有する。

陽極側金属ブロック６０２のガイドピン６４は、それぞれ絶縁体６１２、６１３の貫通孔６３と、その直下の一方の導電性弾性体６０４の貫通孔を挿通する。

このように、陽極側金属ブロック６０２のガイドピン６４の中心軸と略同一の軸を中心軸とする貫通孔が、絶縁体６１２、６１３とその直下の一方の導電性弾性体６０４に形成され、ガイドピン６４が貫通孔を挿通する。

ここで、ガイドピン６４の中心軸は、ガイドピン６４の断面と垂直であり、断面の中心点を通る直線である。また、貫通孔の中心軸は、絶縁体６１２、６１３と導電性弾性体６０４とが接する面に垂直であり、貫通孔の中心点を通る直線である。

また、「略同一」は「同一」を含み、絶縁体６１２、６１３の位置・角度が、陽極側金属ブロック６０２に対して一意に定まる程度の差分を含む。

絶縁体６１２、６１３および一方の導電性弾性体６０４に形成された貫通孔の断面の大きさ・形が、ガイドピン６４の断面の大きさ・形とほぼ等しければ、絶縁体６１２、６１３の位置・角度は、陽極側金属ブロック６０２に対して一意に定まる。

さらに、ＫＴＮ結晶６０１と絶縁体６１２、６１３との上に、順に、他方の導電性弾性体と陰極側金属ブロックとを配置する（図示せず）。他方の導電性弾性体と陰極側金属ブロックには、絶縁体６１２、６１３の貫通孔６２の直上になるように、ねじを通すための貫通孔が設けられる。

陰極側金属ブロックの上方から、ねじが、順に、陰極側金属ブロック、他方の導電性弾性体との貫通孔、絶縁体６１２、６１３の貫通孔６２、一方の導電性弾性体６０４の貫通孔に挿通され、陽極側金属ブロック６０２のねじ穴６５に挿入され、ねじ穴６５に形成されたねじ溝と螺合する。

このように、陽極側金属ブロック６０２のねじ穴６５の中心軸と略同一の軸を中心軸とする貫通孔が、陰極側金属ブロック、他方の導電性弾性体、絶縁体６１２、６１３、一方の導電性弾性体６０４に形成され、ねじが貫通孔に挿通され、ねじ穴６５に挿入され、ねじ穴６５に形成されたねじ溝と螺合する。

ここで、ねじ穴６５の中心軸は、ねじ穴６５の断面と垂直であり、断面の中心点を通る直線である。また、貫通孔の中心軸は、絶縁体６１２、６１３と導電性弾性体６０４とが接する面に垂直であり、貫通孔の中心点を通る直線である。

その結果、絶縁体６１２、６１３が、陽極側金属ブロック６０２に固定され、絶縁体６１２、６１３の位置と角度を陽極側金属ブロック６０２に対して一意に定めるので、ＫＴＮ結晶６０１の位置や向きが一意に定まる。

また、図８Ａに示すように、絶縁体６１２において、励起光源６１から出射された励起光が、ＫＴＮ結晶６０１に照射するときに、ガイドピンやねじがその照射を妨げないように、ねじ用の貫通孔６２およびねじ穴６５やガイドピン用６３の貫通孔、ガイドピンの位置は励起光源とＫＴＮ結晶の間に配置されない。一方、絶縁体６１３においては、本実施例における配置に限らず、貫通孔やねじ穴、ガイドピンの位置は任意の位置に配置されてよい。

＜第２の実施例＞
本発明の第２の実施例に係る光偏向器について説明する。本実施例に係る光偏向器には、第２の実施の形態に係る光偏向器２０を用いた。

光偏向器２０において、ＫＴＮ結晶２０１として、電極間隔が２ｍｍのＫＴＮ結晶を用いた。ＫＴＮ結晶は直方体形状であり、サイズは４．０（ｙ方向）×３．２（ｘ方向）×２．０（ｚ方向）ｍｍ³である。

４．０×３．２ｍｍ²の面上に、Ｔｉ/Ｐｔ/Ａｕからなる電極膜を蒸着した。

ペルチェコントローラによりペルチェ素子を制御して陽極側金属ブロック２０２の温度制御を行い、陽極側金属ブロック２０２の温度を３７．５８℃に設定した。仮に陰極側金属ブロック２０３の温度を同じく３７．５８℃となるように設定した場合には、ＫＴＮ結晶２０１であるＫＴＮ結晶の比誘電率は１７５００である。

ＫＴＮ結晶２０１に温度勾配を設けるために、陰極側金属ブロック２０３の温度を３９．０８℃とした。すなわち、陽極側金属ブロック２０２の温度に比べて１．５℃高く設定した。

ピーク波長が４００ｎｍのＬＥＤ光を照射しながら、ＤＣバイアス－３７５Ｖ、振幅２８５Ｖ、周波数１ｋＨｚの正弦波電圧を印加し、波長１．０６μｍの入射光を偏向させた。この状態で、長時間入射光の偏向を継続した結果、偏向特性を安定して維持することができた。

本発明の第１～３の実施の形態および第１、２の実施例では、ＫＴＮ結晶の形状を直方体とする例を示したが、これに限らない。ＫＴＮ結晶の形状は多角柱でもよい。ＫＴＮ結晶の側方の部分（端面または稜角）が絶縁体の切り欠きと嵌合できる形状であればよい。入射光がＫＴＮ結晶内の端面で複数回反射した後、出射する形状でもよい。

本発明の第２～４の実施の形態および第１、２の実施例では、２個の絶縁体の両方が切り欠きを有する例を示したが、これに限らない。少なくとも２個の絶縁体のうち一方が、切り欠きを有し、ＫＴＮ結晶と嵌合すれば、ＫＴＮ結晶の位置や向きを一意に定めることができる。

本発明の実施の形態および実施例では、ＫＴＮ結晶の入射面が入射光に垂直である場合を示したが、これに限らない。入射角度が０°ではない有限な角度であってもよい。図９Ａにおいて、ＫＴＮ結晶７０１は直方体である。絶縁体７１２、７１３は、ＫＴＮ結晶７０１と嵌合する切り欠きを有する。図９Ｂに示すように、陽極側金属ブロック７０２上にＫＴＮ結晶７０１が配置され、ＫＴＮ結晶７０１を挟み込むように絶縁体７１２、７１３が配置される。ＫＴＮ結晶７０１に入射光７１が入射する。入射面においてスネルの法則に基づき屈折した後、ＫＴＮ結晶７０１内を伝搬し、出射面においてスネルの法則に基づき屈折した後、出力光７２が出射する。このような構成の場合、戻り光の影響を低減することが可能となる。

本発明の実施の形態および実施例では、励起光を照射する側の絶縁体を透明とする例を示したが、これに限らない。絶縁体に励起光を照射する方向に貫通孔を設けて、この貫通孔を通して、ＫＴＮ結晶に励起光を照射する構成でもよい。

本発明の実施の形態および実施例では、ＫＴＮ結晶と陽極側金属ブロックとの間と、ＫＴＮ結晶と陰極側金属ブロックとの間との両方に導電性弾性体を備える例を示したが、これに限らない。いずれか一方の間に導電性弾性体を備えてもよい。また、導電性弾性体を備えなくても、本発明の実施の形態における効果を奏することができる。

本発明の実施の形態および実施例では、電気光学材料として、ＫＴＮ結晶を用いる例を示したが、これに限らず、リチウムを添加したＫＬＴＮ（Ｋ_１－ｙＬｉ_ｙＴａ_１－ｘＮｂ_ｘＯ_３、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）結晶を用いてもよい。常誘電相であって、内部に電荷を蓄積するためのトラップを有する誘電体であればよい。

本発明の実施の形態および実施例では、光偏向器の構成などにおいて、各構成部の構造、寸法、材料等の一例を示したが、これに限らない。光偏向器の機能を発揮し効果を奏するものであればよい。

本発明は、レーザプリンタ、波長掃引光源など各種光学機器に適用することができる。

１０光偏向器
１１励起光源
１０１ＫＴＮ結晶
１０２陽極側金属ブロック
１０３陰極側金属ブロック
１０４、１０５導電性弾性体
１０６、１０７温度センサ
１０８、１０９ペルチェ素子（温度制御素子）
１１０、１１１ヒートシンク
１１２、１１３絶縁体

Claims

常誘電相であって、内部に電荷を蓄積するためのトラップを有する誘電体を有し、当該誘電体を透過する光を、当該誘電体の当該透過方向に垂直な方向に電圧を印加して偏向する光偏向器であって、
順に、第１の導電体と、
複数の前記誘電体と、
第２の導電体と、
少なくとも２つの前記誘電体のうち、一の誘電体の基端部と他の誘電体の基端部それぞれと嵌合する２個の絶縁体とを備え、
前記２個の絶縁体が、前記複数の前記誘電体を前記電圧の印加方向に垂直な方向に挟み込むように配置され、
前記第１の導電体と前記第２の導電体との間に電圧が印加され、
一方の前記絶縁体を介して、前記複数の前記誘電体に、励起光が照射され、
前記透過する光が前記複数の前記誘電体内の端面で複数回反射して出射し、
前記２個の絶縁体それぞれが、切り欠きを有し、
前記切り欠きそれぞれが、前記電圧の印加方向と平行であり前記電圧の印加方向と前記２個の絶縁体が複数の前記誘電体を挟み込む方向とに垂直な方向と所定の角度で交わる２つの面からなり、
前記切り欠きそれぞれの稜角と、前記一の誘電体の基端部と前記他の誘電体の基端部それぞれの稜角とが同等の角度であること
を特徴とする光偏向器。
前記複数の前記誘電体の前記電圧が印加される方向に垂直な面における断面形状が、五角形以上の多角形であり、
前記複数の前記誘電体のうち少なくとも２つの前記誘電体それぞれの先端の端面が当接すること
を特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
前記第１の導電体が、前記誘電体側の面にガイドピンとねじ穴を有し、
前記絶縁体が、前記ねじ穴の第１の中心軸と略同一の軸を中心軸とする第１の貫通孔と、前記ガイドピンの第２の中心軸と略同一の軸を中心軸とする第２の貫通孔とを有し、
前記第２の導電体が、前記第１の中心軸と略同一の軸を中心軸とする第３の貫通孔を有し、
前記ガイドピンが、前記第２の貫通孔に挿通され、
ねじが、順に、前記第３の貫通孔、前記第１の貫通孔に挿通され、前記ねじ穴と螺合すること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光偏向器。
前記一方の前記絶縁体が透明であること
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光偏向器。
前記誘電体と前記第１の導電体との間と、前記誘電体と前記第２の導電体との間との、少なくとも一方に導電性弾性体を備えること
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光偏向器。
前記第１の導電体および前記第２の導電体それぞれに配置される温度制御素子と、
前記第１の導電体および前記第２の導電体それぞれに配置される温度センサと、
前記温度制御素子に接続する温度制御部と
前記励起光を出射する励起光源と
を備える請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光偏向器。