JPH1039346A

JPH1039346A - 電気光学素子

Info

Publication number: JPH1039346A
Application number: JP8215269A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Yamada; 正裕山田; Takeshi Ogawa; 剛小川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1996-07-26
Publication date: 1998-02-13
Also published as: US5894363A

Abstract

(57)【要約】【課題】高速のランダムアクセスが可能であると共
に、偏向可能な角度が大きく、高分解能の光偏向素子等
の電気光学素子において、複数の機能を１つの素子によ
って安定かつ高精度に集積できる電気光学素子を提供す
ること。【解決手段】強誘電性基板１と、この強誘電性基板１
の主面４３、４４に設けられた電極３、４と、強誘電性
基板１中に所定形状に形成された分極反転ドメイン２か
らなる機能部とを有し、かつ、光ビーム４１がドメイン
２を通過するように構成され、電極３−４間に印加され
た電圧に応じて、光ビーム４１の少なくとも一部につい
て、集光する機能と、発散する機能と、伝搬方向を偏向
する機能と、伝搬方向をスイッチする機能との内、少な
くとも２つを行う複数の機能部１６１Ａ、１６１Ｂ、又
は／及び、複数箇所で同一の機能を行う機能部１１１が
集積されている電気光学素子１１０。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電性基体と、
この強誘電性基体の主面に設けられた電極と、前記強誘
電性基体中に所定形状に形成された分極反転ドメインか
らなる機能部とを有し、かつ、光ビームが前記ドメイン
を通過するように構成された電気光学素子に関し、例え
ば電気光学効果を利用した光偏向器等の電気光学素子に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、微小光学系を有するシステムを組
む場合には、細かな部品を作製し、これを精度良く位置
整合（アラインメント）する必要があった。

【０００３】また、入力された一つのビームを複数のビ
ームに分割処理する方法としては、グレーティングを利
用するのが一般的であるが、ビームの光量の分布が大き
くばらついたり、それぞれの光ビームの進行方向が一定
ではなかったりするので、使用しづらいことがあった。

【０００４】さらに、同一の工程で複数の機能部分を同
一基板に精度良く作製する方法として、光導波路構造を
利用することが多いが、導波路構造にしなければならな
い等の制約があり、これも使用が容易でないという欠点
があった。

【０００５】

【発明に至る経過】そこで、本発明者は、微小光学系を
含めて光学系を組む際に、多数種の機能部分を精度良く
位置整合し、集積化するためには、本出願人が先に提出
した特願平７−３２９８５１号に係る発明（以下、これ
を先願発明と称する。）の特長を効果的に生かせること
を見出した。以下、この先願発明について詳細に説明す
る。

【０００６】即ち、先願発明は、強誘電性基体と、この
強誘電性基体の主面に設けられた電極と、前記強誘電性
基体中に所定形状に形成された分極反転ドメインとを有
し、このドメインのドメイン壁の少なくとも１つが前記
強誘電性基体の前記主面に対して垂直若しくはほぼ垂直
であり、かつ、光ビームが前記ドメイン壁を少なくとも
２つ通過するように構成された電気光学素子に係るもの
である。

【０００７】先願発明の電気光学素子によれば、複数個
の分極反転ドメインを含む強誘電性基体の主面に形成さ
れた電極を介して電圧を印加することにより、基体とド
メインとの間に屈折率差を生じ、このため、光ビームが
ドメイン壁を少なくとも２つ通過するときに大きく偏向
することになる。即ち、光ビームが複数個のドメイン壁
を連続して通過することにより、光ビームを大きく偏向
させることができる。

【０００８】従って、先願発明は、電気光学素子として
例えば、偏向角度が大きくて高分解能の光偏向素子（又
は光変調素子）を簡便に実現できる。しかも、電圧の印
加によるものであるから、高速の連続走査をランダムア
クセスでも可能となる。

【０００９】また、上記の屈折率差に基づく偏向が複数
のドメイン壁の通過で大きな偏向角度となることから、
光ビームの集光、発散の効果が大きくなり、従って、焦
点距離が可変のレンズにとって好適となる。このレンズ
は、機械的な移動に伴わずに電気信号で焦点距離を変化
させ、或いは光ビームを集光、発散することができる。

【００１０】そして、ミラーとしても、上記の屈折率差
による偏向が電圧の印加によって生じることから、電圧
のオン、オフによって光ビームの透過、反射が可能とな
り、また複数のドメインの通過によって反射効率が大き
くなる。このミラーは、機械的な移動を伴わずに電気信
号でミラーを誘起させたり、消したりすることができ
る。

【００１１】また、先願発明の電気光学素子によれば、
ドメイン壁の形状として前記ドメイン壁の少なくとも１
つが前記強誘電性基体の前記主面に垂直若しくはほぼ垂
直になるように選ぶことにより、素子中の光ビームの伝
搬方向が常に前記主面に平行になり、素子中の光ビーム
を安定して伝搬させることができる。

【００１２】先願発明の電気光学素子においては、伝搬
する光ビームが横切る分極反転ドメインの対向した２つ
のドメイン壁への光ビームの入射角度がそれぞれ異なる
ドメイン壁を少なくとも２つ有し、強誘電性基体の対向
した両主面に設けられた電極間に電圧を印加することに
よって、光ビームを電圧に応じて偏向させることが望ま
しい。

【００１３】また、所定の入射角で光ビームが入射する
ようにドメイン壁が所定の周期で積層され、強誘電性基
体の対向した両主面に設けられた電極間に電圧を印加す
ることによって、前記光ビームの伝搬方向を変化させる
ことが、特に上記したミラーに好適である。

【００１４】また、光ビームの伝搬方向に対して凸状又
は凹状をなすドメイン壁が前記伝搬方向において少なく
とも２つ存在し、強誘電性基体の対向した両主面に設け
られた電極間に電圧を印加することによって、前記光ビ
ームを集光又は発散させることが、特に上記した焦点距
離可変レンズに好適である。

【００１５】また、光ビームの伝搬方向に直交する断面
の垂直な２方向であるｘ方向とｙ方向に対して、ｘ方向
に関する光ビームの処理を行う上記の電気光学素子と、
ｙ方向に関する処理を行う上記の電気光学素子とに光ビ
ームを通過させることによって、ｘ及びｙの両方向の処
理を行うことができる。

【００１６】この場合、上記の電気光学素子が複数個配
置され、これらの電気光学素子のうち、第１の電気光学
素子の光ビームの出射端と、第２の電気光学素子の光ビ
ームの入射端とを、両素子の主面が互いに直交するよう
に連続して配置すると、光ビームを２次元的に偏向若し
くは集光、発散させることができる。

【００１７】また、光ビームの伝搬方向に直交する断面
の垂直な２方向であるｘ方向とｙ方向とを互いに変換す
る機能を有する手段を介して、上記の電気光学素子が複
数個配置され、これらの電気光学素子のうち、第１の電
気光学素子と第２の電気光学素子とを、それぞれの主面
が互いに平行になるように配置するのがよい。

【００１８】また、光ビームの偏波方向を強誘電性基体
の主面に垂直になるように偏向させて、前記光ビームを
光ビームの伝搬方向に垂直でかつ当初の光ビームの伝搬
方向にも垂直になるように偏向させ、前記当初の光ビー
ムの伝搬方向に直交する断面のｘ方向とｙ方向とを互い
に変換させるのもよい。

【００１９】また、前記強誘電性基体の対向した両主面
のほぼ全域に亘って電極がそれぞれ設けられ、これらの
電極間に印加する電圧に応じて光ビームの伝搬方向を変
化させるようにすると、光ビームの伝搬方向を基体の主
面と平行に安定に保ち、光ビームの不要な発散を防止で
きる。

【００２０】前記強誘電性基体がＬｉＮｂ_XＴａ_1-XＯ
₃（但し、０≦ｘ≦１）の結晶からなり、ドメイン壁の
辺の方向が前記結晶のミラー面と平行であると、ドメイ
ン壁の平面度を向上させ、偏向を良好に行わせることが
できることから、これは望ましい構成である。

【００２１】前記分極反転ドメインの形成に際しては、
例えば、前記強誘電性基体の対向した両主面に電極をそ
れぞれ設け、少なくとも一方の主面には所定形状の電極
が設けられ、前記両主面間に電圧を印加することによっ
てそれぞれの分極反転ドメインが所定形状に形成される
（所望の形状に分極が反転する）。

【００２２】或いは、強誘電性基体の自発分極の負側の
面に、電子線又は負電荷を有する荷電粒子を照射するこ
とによってそれぞれの分極反転ドメインが所定形状に形
成される（所望の形状に分極が反転する）。

【００２３】或いは、強誘電性基体の自発分極の正側の
面に、正電荷を有する荷電粒子を照射することによって
それぞれの分極反転ドメインが形成される（所望の形状
に分極が反転する）。

【００２４】先願発明の電気光学素子において、ドメイ
ン形成手段として、少なくとも一方の主面は所定形状の
電極を基体の両面に形成し、電極間に電圧を印加するこ
とにより、所定の電極形状の形に分極を反転するとき、
前記少なくとも一方の主面の電極形状が多角形であり、
この電極の少なくとも一辺が、強誘電性基体を形成する
結晶のミラー面と平行であると、光ビームが入射するド
メイン壁の辺の方向が前記ミラー面と平行となり、ドメ
イン壁の平面度が向上する。

【００２５】この場合、強誘電性基体がＬｉＮｂ_XＴａ
_1-XＯ₃（但し、０≦ｘ≦１）の結晶からなっていると
よい。

【００２６】以下、先願発明をその実施例について詳細
に説明する。

【００２７】光偏向素子についての例まず、電気光学効果を利用した光偏向素子に先願発明を
適用した例を説明する。

【００２８】ある屈折率を持った媒質から屈折率が異な
った媒質に入射した光ビームは、両媒質間での屈折によ
って進路が曲がるが、このとき、電気光学効果を持った
媒質であれば、電気信号に応じた媒質の屈折率の変化に
より屈折角度が変化し、その結果、電気信号に応じて光
ビームの進路を曲げることができる。

【００２９】図１９に示すように、先願発明に基づく光
偏向素子４０は、基本的には、強誘電体基板１と、その
基板の中に作製された複数個の分極反転ドメイン２と、
基板の両主面４３、４４に被着された電極膜３、４と、
これらの電極間に電圧を印加するための電気信号源７と
によって構成されている。

【００３０】基板１の結晶の方向（図中の上向き矢印で
示す自発分極の方向）とドメイン２の結晶の方向（図中
の下向き矢印で示す自発分極の方向）とは、図１９（更
には図２０）のように、互いに１８０度反転している。
そして、ドメイン２のドメイン壁２ａ、２ｂの少なくと
も１つ（ここでは双方）が強誘電体基板１の主面４３、
４４に対して垂直若しくはほぼ垂直であり、かつ、光ビ
ーム４１がドメイン壁を少なくとも２つ（２ａ→２ｂ→
２ａ……の如く）通過するように構成されている。

【００３１】図１９（更には図２０）のように、光ビー
ム４１は素子端面５から入射し、基板１とドイメン２を
交互に通過しながら反対側の端面６から出射するが、出
射ビーム４２の進行方向は、電気信号源７によって電極
３と４間に印加された信号電圧に応じた屈折率変化で、
入射光ビーム４１の進行方向とは角度φだけ変化する。

【００３２】電気光学効果を持った結晶の屈折率変化の
大きさは、結晶に印加された電界の大きさに比例し、印
加する電解の方向を１８０度反転すると、屈折率変化の
符号も反転する。

【００３３】基板１とドメイン２とは、結晶の方向が１
８０度反転しているので、電極３と４間に印加された信
号電圧に応じて基板１とドメイン２の間に屈折率差が生
じ、光ビームもそれに応じて屈折する角度を変える。

【００３４】図２０には、先願発明による素子の動作の
一例を概略的に示すが、基板結晶１から分極反転された
ドメイン２へビーム４１が入射した後、信号源７の信号
電圧で屈折率が変化（屈折角度が変化）して出射光ビー
ム４２が元の光路から偏向する（但し、図１９と比べて
偏向方向は電圧の極性によって逆となっている）。そし
てこの場合、ビームが複数のドメイン２を通過するため
に、その通過の度に屈折角度が変化し、ついには相当大
きな角度で偏向したビーム４２が得られることになる。

【００３５】この例では、後述するように、半導体リソ
グラフィ技術を利用して精度の高い微細な構造を作製す
ることができ、切断・研磨・貼り合わせ等の複雑な機械
加工の必要もなく、偏向のためのプリズムをドメインと
いう形で一素子内に多数作り込むことにより、単一のプ
リズムだけでは実現が不可能であった大きな偏向角度
を、極めて簡便な工程で、貼り合わせプリズムの方式で
のプリズム同士の剥がれや、電界を印加することによる
電極膜の剥がれの心配もなく、実現することができる。

【００３６】また、この例では、図２１にシングルドメ
インとして原理的に示すように、ドメイン壁を主面４
３、４４と垂直にしており、かつ、電極３、４を共に全
域に形成しているので、電極間に形成される電気力線１
０は主面４３、４４とほぼ直交する。この結果、光ビー
ム４１の進行方向を常に素子４０の主面４３、４４に平
行で安定に保つことができ、光ビームの不要な発散を防
ぐことができる。

【００３７】これに対し、電極３Ａをドメイン２と同一
形状にパターン化した図２２の場合は、シングルドメイ
ン結晶にのみ電圧を印加することによってその部分の屈
折率を変化させる方式の光偏向素子であるが、電極３Ａ
の端面部分の電気力線１０Ａが曲がってしまい、これに
よる屈折率分布の曲がりが生じて光ビーム４２Ａも基板
１の深さ方向に不要に曲げられ易くなる。

【００３８】図２１は、先願発明による望ましい光偏向
器の例を原理的に示すものであるが、電極３、４を素子
全体に被着することにより、均一な電気力線１０が実現
され、またドメイン壁が基板１の主面に垂直であるよう
なドメインを選ぶことにより、異なった屈折率の境界を
基板の主面に垂直にすることができ、光が屈折率が異な
った領域を横切るときも、その進行方向を常に素子の主
面に平行に保つことができ、不要な光ビームの発散を防
ぐことができる。

【００３９】この例では、後述するように、強誘電体基
板１の材料として、ＬｉＮｂ_XＴａ_1-XＯ₃（但し、０
≦ｘ≦１）やＫＴｉＯＰＯ₄（ＫＴＰ）等を選ぶことに
より、基板１の主面に垂直なドメイン壁を持つドメイン
を実現することができる。

【００４０】そして、光ビームを偏向するとき、ビーム
の進行方向と直交する断面の全領域に亘って同じ偏向角
度で偏向しなければならず、そのためには、ドメイン壁
は光ビームの断面の全領域に亘って精度良く、平面であ
る必要がある。

【００４１】特に基板材料としてＬｉＮｂ_XＴａ_1-XＯ
₃（但し、０≦ｘ≦１）を選ぶとき、光ビームが入射す
るドメイン壁の辺の方向を結晶のミラー面に平行な方向
に選ぶことにより、ドメイン壁の平面度を向上させるこ
とができる。

【００４２】次に、先願発明に基づく光偏向素子の設計
方法について、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）基板
を例に説明する。

【００４３】基板１内に形成されるドメイン２の形状に
ついて説明すると、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）
の基礎物性定数として、波長が６３２．８ｎｍの異常光
線に対する屈折率：ｎ_e＝２．２００と、電気光学定数
ｒ₃₃＝３０．８×１０^-12 ｍ／Ｖを使用し、光ビームの
波長はλ＝６３２．８ｎｍとし、偏波はニオブ酸リチウ
ム（ＬｉＮｂＯ₃）の自発分極の方向（ｃ軸）とする。

【００４４】ここで、電界Ｅ（Ｖ／ｍ）を両電極３−４
間に加えたときの屈折率変化は、 Δｎ_e＝（１／２）・ｎ_e ³・ｒ₃₃ × Ｅ・・・（１）となる。

【００４５】そして、屈折率ｎ₁の媒質１から、屈折率
ｎ₂の媒質２に入射角度θ₁で入射した光ビームの、媒
質１から媒質２への出射角度がθ₂であったとすると、
その関係は、スネルの法則より、 sin θ₁／sin θ₂＝ｎ₂／ｎ₁・・・（２）となる。

【００４６】式（２）から、図１９に示した電極３、４
に電極３が高電位になるように電界を印加して、基板１
の屈折率がｎ_e＋Δｎ_e、ドメイン２の部分の屈折率が
ｎ_e−Δｎ_eになったとすると、基板１からドメイン２
への入射角θ₁に対する偏向角Δθ_S（図２３参照）
は、 Δθ_S＝ sin^-1〔｛（ｎ_e−Δｎ_e）／（ｎ_e＋Δｎ_e）｝ × sinθ₁〕−θ₁・・・（３）となる。

【００４７】一方、ドメイン２から基板１への入射角θ
₁に対する偏向角Δθ_d（図２３参照）は、 Δθ_d＝ sin^-1〔｛（ｎ_e＋Δｎ_e）／（ｎ_e−Δｎ_e）｝ × sinθ₁〕−θ₁・・・（４）となる。

【００４８】式（１）、（３）、（４）より、電界Ｅ＝
５００，０００Ｖ／ｍを素子に印加したときに求めた、
ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）の場合での偏向角Δ
θ_SとΔθ_dを図２４（Ａ）に示す。

【００４９】これによれば、いずれも、ドメイン２への
入出射角度θ₁が大きい方が偏向角が大きくなり、特に
入射角が７５度以上が望ましいことが分かる。ここで、
θ₁を８５度に選択すると、偏向角（｜Δθ_S｜＋｜Δ
θ_d｜）は約０．１度となる。

【００５０】また、ドメイン２の他の辺はできる限り光
の入出力が無いように光ビームと平行になるようにする
のが良く、ドメイン２の形状は例えば図２３及び図２５
に示すような三角形が望ましい。

【００５１】このようなドメイン２を光ビームの進行方
向に並べて10個ほど配置すれば、ドメイン２を横切る毎
に偏向角は大きくなり、最終的には１度程度の比較的大
きな偏向角を実現できる。図２４（Ｂ）には、ドメイン
の数と偏向角の関係を示す。

【００５２】次に、素子の出射端面６の角度について、
その角度を選ぶことによって更に偏向角度を大きくでき
ることを説明する。

【００５３】図２６において、素子の内部から出射端面
６への入射角度θ₁と、出射端面６から空気中への出射
角θ₂との関係は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）
の屈折率ｎ₁が２．２００で空気の屈折率ｎ₂が１であ
るから、式（２）から図２７に示すようになる。

【００５４】このとき、入射角θ₁を臨界角（２７．０
度）以下の範囲で大きく設定すると、偏向角を大きく増
幅することができ、例えば入射角θ₁を２６度にしたと
き、出射端面６に入射した光ビームの偏向角が１度であ
れば、素子から出射される光ビームの偏向角は６度程度
の大きな偏向角にすることができる。

【００５５】以上のように、ドメイン２の形状と出射端
面６の角度を設計することによって、大きな偏向角の素
子４０を実現することができる。

【００５６】先願発明に基づく光偏向素子４０は、図２
８に示す如き光学系に使用することができる。この光学
系は、レーザ光の走査によるディスプレイ装置や、レー
ザカッティング装置、レーザプリンタ等の種々の応用が
可能である。

【００５７】この光学系において、Ｈｅ−Ｎｅレーザ５
０からのレーザ光５１は、ミラー５２を経て１／２λ板
５３で位相調整され、偏光子５４で所定の偏光成分の光
４１とされ、これがアイリス５５及びレンズ５６を介し
て光偏向素子（図２６に示したものに相当）４０に入射
し、シグナルジェネレータ５７からの信号電圧の印加に
よって偏向され、この偏向光４２がスクリーン等の対象
物５８上で走査される。信号電圧は、アンプ５９で必要
なレベルに増幅され、また電圧計６０でその値が計測さ
れる。

【００５８】次に、上記した光偏向素子４０の作製方法
の例を説明する。

【００５９】素子作製の順序としては、まず、ドメイン
２の形成、次に電極３、４の形成、更に端面５、６の光
学研磨と無反射コートの被着であるが、以下に各工程に
ついて詳細に説明する。

【００６０】ドメイン２の形成方法として、第１の方法
によれば、例えば図２９にニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂ
Ｏ₃）の基板１への電界印加方向を概念的に示すよう
に、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）のｚ板１の＋ｚ
面（＋ｃ面）上に所定の形状、例えば三角形の電極１３
をＡｌ膜の被着と通常のリソグラフィ技術で形成すると
共に、ｚ板１の−ｚ面（−ｃ面）上に平面電極１４を形
成し、＋ｚ面上の電極１３が−ｚ面上の電極１４よりも
高電位になるように、電源６１によって２０ｋＶ／ｍｍ
以上の電界を室温中で印加する。

【００６１】これによって、電極１３の直下には、分極
反転された複数のドメイン２を電極１３とほぼ同一パタ
ーンに形成し、図１９に示した如き素子４０を作製す
る。この場合、電極１３は除去した後に平面電極３を被
着するが、電極１３をそのまま残してこの上に平面電極
３を被着してもよい。

【００６２】なお、図２９に示した外部電界印加による
ドメイン形成方法と類似の方法が、文献（山田正裕等、
“疑似位相整合導波路形ＳＨＧ素子”、電子情報通信学
会論文誌Ｃ−Ｉ、Vol.Ｊ77−Ｃ−Ｉ、No.5、pp.206−
213(1994））にも述べられている。但し、この公知の方
法はＳＨＧ素子についてのものであるから、ドメイン形
成後に分極反転用の電極も含めてすべての電極を除去し
なければ、電極の領域で光が減衰してしまう。従って、
このようなＳＨＧ素子に比べ、先願発明に基づく光偏向
素子では、ドメイン形成方法は同様であっても屈折率変
化のために必ず電極が必要であることが著しく相違して
いる。

【００６３】ドメイン２の形成方法として、第２の方法
によれば、図３０にニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）
基板１への電子線照射による方法を概念的に示すよう
に、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）のｚ板１の＋ｚ
面（＋ｃ面）上に平面電極１５をＡｌ膜の被着によって
形成し、これを接地した状態で−ｚ面（−ｃ面）上のド
メイン２を形成したい部分に、２０ｋＶ（加速電圧）×
ｔ（ｔ：基板１の厚さｔ（ミリメートル））以上の電子
線６２を室温中で走査して照射する。

【００６４】これによって、基板１中には分極反転され
た複数のドメイン２（但し、分極方向は図２９のものと
は逆）を所定パターンに形成する。この後は、基板の両
面に電極３、４を設けるが、上記の電極１５はそのまま
残して用いてもよい。

【００６５】なお、図３０に示した電子線照射によるド
メイン形成方法と類似の方法が、文献（M. Yamada and
K. Kishima, “Fabrication of periodically reversed
domain structure for ＳＨＧ in ＬｉＮｂＯ₃ by di
rect electron beam lithography at room temperatur
e”Electron. lett., Vol.27, No.10, pp.828−829(199
1））にも述べられている。但し、この公知の方法もＳ
ＨＧ素子を対象としている。

【００６６】上記した２種類のドメイン形成方法は、Ｌ
ｉＮｂ_XＴａ_1-XＯ₃（但し、０≦ｘ≦１）やＫＴＰな
どの強誘電体材料に対して有効な方法である。

【００６７】ドメイン２を形成した基板１では、その形
成工程中に蓄積した歪応力により発生した電界や、注入
された電荷による電界の存在が、基板１の屈折率を不均
一に変化させたり、信号電界をかかり難くすることがあ
る。これを防ぐために、基板１を次工程に進める前に、
ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）では１５０℃以上、
７００℃以下の温度で、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａ
Ｏ₃）ではキュリー点以下の温度で、それぞれ数十分か
ら数時間、できれば酸素雰囲気中で（そうでなければ空
気中でもよいが）アニールすることが望ましい。

【００６８】次いで、電極３、４は、基板１の両主面に
例えばＡｌ等の導電性の膜を蒸着法やスパッタリング法
などで被着することによって形成されるが、電極３と電
極４が短絡されないようにする必要がある。

【００６９】次いで、基板１を所定の形状に切断し、端
面５、６に光学研磨を施し、最後に両端面５、６に、使
用する光ビームに対し無反射になるように誘電体等を蒸
着法などで多層に被着して、素子を完成する。

【００７０】こうして、高速ランダムアクセスが可能
で、偏向可能な角度が大きく、高分解能な光偏向素子を
実現でき、しかも簡便かつ高精度に作製できる。

【００７１】焦点距離可変レンズについての例次に、電気信号に応じて焦点距離を可変できるレンズに
先願発明を適用した例を説明する。

【００７２】この焦点可変レンズも電気光学効果を利用
しており、上述した光偏向素子と同様に、基板結晶方向
が１８０度反転しているドメインに電界を印加したと
き、電界に応じてドメイン間に屈折率差が生じることを
利用している。

【００７３】即ち、図３１に示すように、この焦点可変
レンズ７０は、基本的には、強誘電体基板１Ａと、この
基板の中に作製された複数個のドメイン２Ａと、基板の
両主面４３Ａ、４４Ａに被着された電極膜７３、７４
と、これらの電極間に接続された集光・発散信号電源７
７とによって構成されている。

【００７４】基板１Ａの結晶の方向とドメイン２Ａの結
晶の方向とは、図１９で示したと同様に互いに１８０度
反転している。そして、光ビーム７１の伝搬方向に対し
て凸状面７６ａ又は凹状面７６ｂをなすドメイン壁が前
記伝搬方向において少なくとも２つ存在し、基板１の対
向した両主面に設けられた電極７３−７４間に電圧を印
加することによって、光ビーム７１を集光又は発散させ
るようにしている。

【００７５】光ビーム７１は素子端面７５から入射し、
基板１Ａとドメイン２Ａとを交互に通過しながら反対側
の端面７６から光ビーム７２として出射するが、この出
射光ビーム７２は集光・発散信号電源７７の信号電圧に
応じて集光又は発散される。

【００７６】即ち、基板１Ａとドメイン２Ａとは結晶方
向が１８０度反転しているので、電極７３−７４間に印
加された信号電圧に応じて、基板１Ａとドメイン２Ａと
の間に上述したと同様に屈折率差が生じ、光ビームもそ
れに応じて集光や発散する。

【００７７】次に、この焦点距離可変レンズ７０の設計
方法について、ニオブ酸リチウム基板を例に説明する。

【００７８】基板の基礎物性定数や電気光学効果、屈折
の法則などは上述した光偏向素子で説明した通りであ
る。

【００７９】例えば、上記のドメイン構造で作製される
個々のレンズ２Ａの形状を図３２のように設計する。即
ち、光ビーム７１の進行方向に対してレンズ前側７６ａ
の曲率半径ｒとレンズ後側７６ｂの曲率半径ｒとを共に
２０μｍとすると、１つのレンズの焦点距離は、ｆ＝ｎ_S・ｒ／（ｎ_d−ｎ_S）・・・（５）（但し、ｎ_S、ｎ_dはそれぞれ、素子に５０ｋＶ／ｍ印
加したときの基板とドメインの屈折率）となる。

【００８０】この式（５）に、ｎ_S＝２．２−８．１９９×１０^-5 ｎ_d＝２．２＋８．１９９×１０^-5 を代入すると（波長λ＝０．６３３μｍ）、ｆ≒２７ｃ
ｍとなる。

【００８１】そして、このレンズを図３１のように複数
個配置し、光ビームを複数個のレンズに連続して通過さ
せると、例えばＮ＝３００個のレンズでは、系全体の焦
点距離ｆ_Nは、ｆ_N＝ｆ／Ｎ・・・（６） ≒０．９ｍｍとなる。

【００８２】このレンズ７０は電界の大きさによって焦
点距離が変化し、例えば、電界の大きさをゼロにすると
レンズは光ビームにとって全く見えなくなり（レンズ作
用がなく）、集光も発散もしなくなる。

【００８３】上記とは逆の方向に電界を印加すると、レ
ンズの部分の屈折率が反対に小さくなるため、電界の大
きさに応じて光ビームは発散するようになる。

【００８４】このように、この例によるレンズ７０は、
電界の方向と大きさによって、焦点距離や集光、発散の
状況を変化させることができる。即ち、信号電界に応じ
て焦点距離を可変できるレンズを実現できる。

【００８５】なお、この焦点距離可変レンズ７０は、上
述した光偏向素子と同様な方法で簡便かつ高精度に作製
できる。

【００８６】２次元方向での光偏向又は集光、発散上述した光偏向器４０やレンズ７０はいずれも１次元方
向での偏向や集光、発散についてのものであるが、以下
の実施例では、２次元方向での偏向や集光、発散につい
て説明する。

【００８７】第一の方法としては、図３３に概略的に示
すように、図１９に示した素子４０を２枚、即ち素子４
０Ａと４０Ｂを用い、前者の出力端６Ａと後者の入力端
５Ｂとをそれぞれ素子の主面が直交するように近接して
配置する。なお、図３３においては、上述したドメイン
が各素子に２Ａ、２Ｂとして概略図示し、電極は図示省
略した。

【００８８】光ビーム４１は素子４０Ａの端面５Ａから
入力され、信号電源７Ａからの信号電圧によって光ビー
ムがｙ方向で偏向又は集光、発散され、引き続いて、素
子４０Ｂに端面５Ｂから入力され、信号電源７Ｂからの
信号電圧によって光ビームがｘ方向で偏向又は集光、発
散され、出力端面６Ｂから外部に出力される。

【００８９】このように、２つの直交した素子４０Ａ、
４０Ｂを光ビームが連続して通過することによって、
ｘ、ｙの２次元方向での処理が可能になった。

【００９０】２次元方向での処理の他の方法としては、
図３４に示すように、光ビームのｘ方向処理用の素子８
０Ａとｙ方向処理用の素子８０Ｂ（図３４では、光の進
行方向に複数配列されるドメインや電極は図示省略し
た。）を各主面同士が互いに平行となるように接続す
る。

【００９１】光ビーム４１は、ビームのｘ方向処理用の
素子８０Ａの端面８５Ａから入力され、斜めに光学研磨
された端面８６Ａによって素子８０Ａの主面に垂直の方
向に全反射され、素子８０Ｂの端面８５Ｂからｙ方向処
理用の素子８０Ｂに入力され、斜めに光学研磨された端
面８７によって素子８０Ａの主面８３Ａ、８４Ａに平行
でかつ素子８０Ａ中の光ビームの進行方向とは垂直の方
向に全反射され、素子８０Ｂの主面８３Ｂ、８４Ｂと平
行に素子８０Ｂ中を伝搬し、素子端面８６Ｂからｘ、ｙ
の両方向とも処理され、光ビーム４２として出射され
る。

【００９２】このように、光ビームをいわば折り曲げる
ことによって、光ビームのｘ方向とｙ方向を変換でき
る。これを、図３４で説明すると、端面８５Ａの光ビー
ムの断面の四隅に記号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを付け、その四隅
の光線を追跡すると、素子８０Ａのｘ方向（Ａ−Ｄ）が
素子８０Ｂではｙ方向（Ａ’−Ｄ’）に変換され、素子
８０Ａのｙ方向（Ａ−Ｂ）が素子８０Ｂではｘ方向
（Ａ’−Ｂ’）に変換されていることが分かる。こうし
て、素子８０Ａではｘ方向の処理が、素子８０Ｂではｙ
方向の処理を行えることが分かる。なお、各素子８０
Ａ、８０Ｂではドメインを通過する毎に偏向を生じるこ
とは勿論である。

【００９３】ここで、ニオブ酸リチウムの分極反転を利
用した素子では、光の偏波方向は基板の主面に垂直であ
る方が有利であるので、素子８０Ｂでも偏波方向が基板
の主面に垂直になるように素子８０Ａと８０Ｂとの間に
１／２波長板８８を挿入することが望ましい。従って、
光ビームを光ビームの伝搬方向に垂直でかつ当初の光ビ
ームの伝搬方向にも垂直になるように偏向させて、当初
の光ビームの伝搬方向に直交する断面のｘ方向とｙ方向
とを互いに変換させることができる。

【００９４】電界誘起ミラーについての例図３５及び図３６には、電界で誘起されるミラー１００
に先願発明を適用した例を示す。

【００９５】例えば、ニオブ酸リチウム基板１に上述し
た方法で分極反転ドメイン２を複数形成した。このドメ
イン構造は、一方の端面５から他方の端面にかけてドメ
イン５を周期的に積層した（但し、図３６では理解容易
のためにドメイン数を少なく示している。）周期分極反
転構造にし、その周期をΛとする。

【００９６】そして、電極３−４間に所定の電界を印加
すると、入射光ビーム４１の波長をλ、周期ドメイン平
面９０への入射角度をθとしたとき、Ｋ＝２ｋ・cos θ・・・（７）（但し、Ｋ＝２π／Λ、ｋ＝２ｎ₀π／λ（ｎ₀＝２．
２００〔λ＝０．６３３ｎｍ〕））を満足する周期分極
反転構造の周期Λを選べば、端面５に入射角度θで入射
した光ビーム４１は出射角度−θで周期ドメイン構造か
らブラッグ反射され、この反射光４２Ａが得られる。

【００９７】このため、例えば周期ドメイン平面９０が
入射端面５と平行になるようにドメインの方向を選べ
ば、入射端面５へθ_iで入射した光ビームは、電極３−
４間に所定の電界を印加したときだけ、端面６から−θ
_iで反射され、電極に電界を印加しないときは素子をそ
のまま通過する。

【００９８】周期ドメイン構造の周期Λは、例えば、周
期構造ドメイン平面９０への入射角度θを４５度にする
と、周期分極反転構造の周期Λは０．２μｍにすればよ
い。

【００９９】なお、この電界誘起ミラー１００は上述し
た光偏向素子と同様な方法で作製することができる。

【０１００】こうして、電界によってオン、オフできる
電界誘起ミラー１００を提供でき、しかもその作製方法
も簡便かつ高精度である。

【０１０１】以上、先願発明の例を説明したが、上述の
例は先願発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能
である。

【０１０２】例えば、上述したドメインの形状、個数、
配列状態、更には形成方法は様々に変化させてよいが、
要は、基板中にドメインを形成し、そのうちの少なくと
も１つのドメイン壁が基板の主面（電極を設ける面）に
垂直若しくはほぼ垂直であり、光ビームが少なくとも２
つのドメイン壁を通過（換言すれば、ドメイン壁を少な
くとも２箇所で通過）すれば、先願発明の目的は達成で
きる。図３７のように、ドメインを１つとし、各面２
ａ、２ｂを上述したと同様に設けることもできる。

【０１０３】この場合、光ビームが横切るドメインの対
向した２つのドメイン壁への光ビームの入射角度がそれ
ぞれ異なるドメイン壁を少なくとも２つ有することが望
ましい。

【０１０４】ドメインの形成方法としては、上述した電
極１３の形状を三角形以外の四角、五角形等の多角形と
することもできるし、他方の電極１４も同様の多角形と
してもよい。また、上述した電子線照射に代えて、負電
荷を有する荷電粒子を照射したり、或いは、自発分極の
正側の面に、正電荷を有する荷電粒子（例えば陽子）を
照射することによってそれぞれのドメインを形成するこ
ともできる。

【０１０５】ドメインの形成時の電極は、その少なくと
も一辺が、強誘電体基板を形成する結晶のミラー面と平
行であると、分極反転を良好に行え、光ビームが入射す
るドメイン壁の辺の方向が前記ミラー面と平行になり、
ドメイン壁の平面度が向上する。

【０１０６】なお、先願発明の電気光学素子は、上述し
た光偏向器、レンズ、ミラーの他、光変調器や信号処理
装置等、ドメインを有し、電気光学効果を示す種々のデ
バイスに応用可能である。

【０１０７】先願発明は上述した如く、強誘電性基体中
に所定形状に形成された少なくとも２つの分極反転ドメ
インのドメイン壁の少なくとも１つが前記強誘電性基体
の主面に対して垂直若しくはほぼ垂直であり、かつ、光
ビームが前記ドメイン壁を少なくとも２つ通過するよう
に構成しているので、強誘電性基体の主面に形成された
電極を介して電圧を印加することにより、基体とドメイ
ンとの間に屈折率差を生じ、このため、光ビームがドメ
イン壁を少なくとも２つ通過するときに大きく偏向する
ことになり、光ビームが複数個のドメイン壁を連続して
通過することにより、光ビームを大きく偏向させること
ができる。

【０１０８】従って、電気光学素子として、例えば、偏
向角度が大きくて高分解能の光偏向素子（又は光変調素
子）を簡便に実現できる。しかも、電圧の印加によるも
のであるから、高速の連続走査をランダムアクセスでも
可能となる。

【０１０９】また、上記の屈折率差に基づく偏向が複数
のドメイン壁の通過で大きな偏向角度となることから、
光ビームの集光、発散の効果が大きくなり、従って、焦
点距離が可変のレンズにとって好適となる。このレンズ
は、機械的な移動を伴わずに電気信号で焦点距離を変化
させ、或いは光ビームを集光、発散することができる。

【０１１０】そして、ミラーとしても、上記の屈折率差
による偏向が電圧の印加によって生じることから、電圧
のオン、オフによって光ビームの透過、反射が可能とな
り、また複数のドメインの通過によって反射効率が大き
くなる。このミラーは、機械的な移動を伴わずに電気信
号でミラーを誘起させたり、消したりすることができ
る。

【０１１１】また、先願発明の電気光学素子によれば、
ドメイン壁の形状としてドメイン壁の少なくとも１つが
強誘電性基体の前記主面に垂直若しくはほぼ垂直になる
ように選ぶことにより、素子中の光ビームの伝搬方向が
常に主面に平行になり、素子中の光ビームを安定して伝
搬させることができる。

【０１１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した先願発明の優れた特長を生かしながら、多数種の機
能部分を精度良く位置整合させ、かつ効率的に同一基体
上に集積化した電気光学素子を実現することにある。

【０１１３】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、強誘電
性基体と、この強誘電性基体の主面に設けられた電極
と、前記強誘電性基体中に所定形状に形成された分極反
転ドメインからなる機能部とを有し、かつ、光ビームが
前記ドメインを通過するように構成された電気光学素子
において、前記電極に印加された電圧に応じて、前記光
ビームの少なくとも一部について、集光する機能と、発
散する機能と、伝搬方向を偏向する機能と、伝搬方向を
スイッチする機能との内、少なくとも２つを行う複数の
機能部、又は／及び、複数箇所で同一の機能を行う機能
部が集積されていることを特徴とする電気光学素子（以
下、本発明の電気光学素子と称することがある。）に係
るものである。

【０１１４】本発明の電気光学素子によれば、強誘電性
基体に分極反転ドメインを設け、この分極反転ドメイン
に印加する電圧に応じて、上記の複数の機能部（集光機
能、発散機能、偏向機能、スイッチ機能を行う各機能の
少なくとも２つを行う機能部）と、複数箇所での同一機
能部との少なくとも一方を集積しているので、上述した
先願発明と同様に、上記分極反転ドメインと強誘電性基
体との屈折率差を利用した上記の各種機能を効果的かつ
安定に生ぜしめることができると同時に、上記分極反転
ドメインは微細構造に高精度に強誘電性基体に設けるこ
とができ、その位置整合（アラインメント）を良好に行
え、上記の各機能部を同一基体に効率的に集積化するこ
とができる。

【０１１５】本発明は、例えば、レンズ、プリズム、論
理素子、回折格子、光プローバー、スイッチ、偏向器、
分配器、中継器等の様々な光学的デバイスに使用でき、
これらを高速のランダムアクセス方式で操作できると共
に、これらの様々な光学的デバイスの複数の機能部を共
通の基体に効率良く集積化した電子光学素子を提供する
ことができる。

【０１１６】本発明の電気光学素子において、上記の
「機能部」とは、光ビームが入射してから通過して出射
するまでの過程で、上記した各機能のうちの特定した機
能によって光ビームを処理するための分極反転ドメイン
からなる独立したブロック（これは、複数の単位ブロッ
クからなっていてよい。）を称するものである（以下、
同様）。また、上記の「複数箇所」とは、上記の単位ブ
ロックが存在する箇所が複数存在していることを意味す
る（以下、同様）。

【０１１７】

【発明の実施の形態】本発明の電気光学素子において
は、光ビームの伝搬方向に対して、複数の異なる機能部
が相前後して配置されてよい。即ち、光ビームの伝搬方
向に対して、少なくとも２つの機能部が直列状に並んで
おり、それぞれの機能部をその順序を適宜決めて配置す
ることができる。

【０１１８】また、光ビームの伝搬方向に対して、複数
の同一機能部が並列に配置されるものであってもよい。

【０１１９】この場合、光ビームを集光又は発散する機
能部と、光ビームの伝搬方向を偏向する機能部とが相前
後して配置されているものであってもよいし、光ビーム
を集光又は発散する機能部と、光ビームの伝搬方向を光
ビームの少なくとも一部についてスイッチする機能部と
が相前後して配置されているものであってもよい。即
ち、入力された一つの光ビームを複数種の機能部又は同
一種の複数の機能部で処理し、種々の出力光を得ること
ができる。例えば、光量の均一な複数本の光ビームを簡
単に得ることができ、また、進行方向が平行な若しくは
異なる複数本の光ビームを簡単に得ることができる。

【０１２０】更に、本発明の電気光学素子では、光ビー
ムの伝搬領域内で、光ビームの一部分が第一機能部を通
過伝搬すると共に、前記光ビームの他の部分が、前記第
一機能部と同一又は異なる少なくとも１つの第二機能部
にも通過伝搬するように、前記第一及び第二機能部が共
通の強誘電性基体に集積されていることが望ましい。

【０１２１】ここで、上記の「第一機能部」とは、光ビ
ームの一部分が通過伝搬する一定の機能を有する領域で
あり、また上記の「第二機能部」とは、光ビームの伝搬
方向と交差する方向において第一機能部と並置（特に並
列に配置）されて光ビームの残り部分が通過伝搬し、第
一機能部とは同一又は異なった機能を有する領域を称す
る。このように構成しても、１本の光ビームの入射によ
って、同一又は異なる処理がなされた複数本の光ビーム
を得ることができる。

【０１２２】また、本発明の電気光学素子は、具体的に
は、強誘電性基体と、この強誘電性基体の主面に設けら
れた電極と、前記強誘電性基体中に所定形状に形成され
た分極反転ドメインからなる機能部とを有し、このドメ
インのドメイン壁の少なくとも１つが前記強誘電性基体
の前記主面に対して垂直若しくはほぼ垂直であり、か
つ、光ビームが前記ドメイン壁を少なくとも２つ通過す
るように構成され、前記電極に印加された信号電圧に応
じて前記機能部を動作させることが望ましい。

【０１２３】このようにすれば、上述した先願発明と同
様に、光ビームがドメイン壁を少なくとも２つ通過する
ときに大きく偏向することになり、光ビームが複数個の
ドメイン壁を連続して通過することにより、光ビームを
大きく偏向させることができる。また、ドメイン壁の形
状としてドメイン壁の少なくとも１つが強誘電性基体の
前記主面に垂直若しくはほぼ垂直になるように選ぶこと
により、素子中の光ビームの伝搬方向が常に主面に平行
になり、素子中の光ビームを安定して伝搬させることが
できる。

【０１２４】ここで、上記の「信号電圧」とは、上記し
た各種機能が得られるように電気光学素子を動作させる
ために適宜加える電圧であり、信号電源としては、直流
電源又は交流電源を使用できる。

【０１２５】直流電源を使用する場合は、電気光学素子
を一定のモードで安定して機能させることができる。交
流電源を使用する場合は、その周波数により周期的に、
集光、発散等を繰り返すことになる。

【０１２６】また、電圧を印加する電極は、強誘電性基
体の両主面の片側又は両側の所定の位置に所定形状に設
けることができる。即ち、一つの機能部に一つの電極を
設けてもよいし、一つの機能部中に複数の電極を設けて
もよい。但し、分極反転ドメインが複数列並んでいる機
能部においては、各々の列ごとに電極を設けることが好
ましい。

【０１２７】また、本発明の電気光学素子では、一つの
光源を複数の光源に分割することができる。

【０１２８】また、単一又は複数の光源に対し、互いに
異なるか若しくは同一の機能を有する複数の機能部を設
けることができる。

【０１２９】更に、本発明の電気光学素子においては、
上述した先願発明と同様に、強誘電性基体の両主面に電
極を被着し、分極反転ドメインが所定形状で所定の配置
になるように、少なくとも片方の主面の電極を所定形状
に作製し、前記強誘電性基体の自発分極の正側が負側よ
り高電位になるように電界を印加することにより、前記
強誘電性基体の自発分極を選択的に反転させ、基体中の
所定の場所に所定形状のドメイン構造が作製されてよ
い。

【０１３０】これによって、上記した複数の機能部又は
複数箇所の機能部を有する本発明の電気光学素子を同一
プロセスにより同一の強誘電体基体に、それぞれが最適
の場所に配置されるように一度に作製することができ
る。また、作製したい機能部が微小な構造を有していて
も、フォトプロセスによる加工方法で高精度に作製でき
る。

【０１３１】或いは、強誘電性基体の自発分極の負側の
面に、電子線又は負電荷を有する荷電粒子を照射するこ
とによってそれぞれの分極反転ドメインが所定の位置に
所定形状に形成されてよく、又は、強誘電性基体の自発
分極の正側の面に、正電荷を有する荷電粒子を照射する
ことによってそれぞれの分極反転ドメインが所定の位置
に所定形状で形成されてもよい。これらの方法によって
も、基体中の所定の場所に分極反転ドメインを選択的に
形成できる。

【０１３２】また、本発明の強誘電性基体は、ＬｉＮｂ
_XＴａ_1-XＯ₃（但し、０≦ｘ≦１）の酸化物結晶から
なることが望ましく、例えば、ニオブ酸リチウム（Ｌｉ
ＮｂＯ₃）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）等で
ある。更に、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ₄）等の酸化物結晶
も使用することができる。

【０１３３】なお、本発明の電気光学素子においては、
基体に面積的な余裕がある場合には、この領域に分極反
転ドメインを組み込んでもよいし、ドメインではなく、
他の光電変換素子を組み込んでもよい。例えば、上記の
偏向を利用して、フォトトランジスタを利用した光ＩＣ
等に光ビームを入射させるようにし、この光ＩＣを強誘
電性基板に埋設すれば、ハイブリッドの混成集積回路を
構成することができる。

【０１３４】

【実施例】以下、本発明を実施例について詳細に説明す
る。

【０１３５】以下に述べる実施例においては、本発明に
基づき、入射光ビームを複数本の光ビームに分割してそ
れぞれの光ビームを独立に処理するためには、それぞれ
の光ビームの相互の干渉等を避けるようにする必要があ
るが、こうした方法としては、それぞれの光ビームを空
間的に隔てるのが最も簡単で効果的な方法である。そこ
で、光ビームを空間的に隔てる手段を有する電気光学素
子について主として説明することとする。

【０１３６】図１〜図４は、本発明を適用した第１の実
施例を示し、レンズ機能により光ビームを空間的に分割
する電気光学素子の例である。

【０１３７】図１及び図２は、レンズ機能により光ビー
ムを空間的に分割する例を示し、図１（Ａ）は電気光学
素子１１０の概略正面図であり、同図（Ｂ）はその概略
平面図である（以下、同様）。

【０１３８】この例によれば、上述した先願発明と同様
に、光ビーム４１の伝搬方向に沿って強誘電性基板１に
多数の分極反転ドメイン２からなるドメイン列１１１が
形成され、かつ、こうした列の複数個が光ビームの伝搬
方向とほぼ直交する素子幅方向に並置されている。各列
では、各ドメイン２には、光ビームの伝搬方向において
凸状又は凹状をなすドメイン壁が少なくとも２つ存在し
ている。これらのドメインの形成方法及びその形状は、
既述した図２９〜図３２で述べたと同様であってよい。

【０１３９】そして、強誘電性基板１の対向する両主面
４３、４４に設けられた電極３−４間に信号電圧を印加
することによって、図３１で述べたと同様に光ビーム４
１を各ドメイン列で集光させることができる。但し、図
１は、光ビーム４１を集光させた例であるが、印加電圧
の極性を逆にすれば、図４のように光ビームを各ドメイ
ン列において発散させることができる。

【０１４０】この例においては、上記したように各ドメ
イン列１１１は、単位ブロックとしてそれぞれ、ビーム
の集光又は発散という同じ機能を有する同一機能部とし
て設けられることになり、各列によってビームを相互干
渉しないように空間的に分割できる。これは、図１の集
光の例では問題なく実現できるが、図４の発散の例では
電極３と４を各例毎に分割し、選択的に動作させれば分
割ビームの相互干渉は十二分に防止できる。その他の構
成や作製方法等は、既述した先願発明の例と同様であ
り、ここでは繰り返して説明しない。

【０１４１】このように、光ビームの伝搬領域内に、光
ビームがそれぞれの列を通過するように前記構造のドメ
イン列の複数個を光ビームの伝搬方向に対して並列に作
製して同一基板に集積すれば、入力光ビームは各々の部
分がそれぞれ集光されることにより空間的に分離され、
十分な光量で複数本の光ビームに分割されて所定方向に
安定して導かれ、それぞれの光ビームを独立に処理する
ことが可能となる。例えば、図１に示すように、出力ビ
ームを入射させる受光素子１２１を配し、次段の処理に
利用することができる。この受光素子は各ドメイン列に
対応して分割してよい。

【０１４２】しかも、分極反転ドメイン２は微細構造に
高精度に強誘電性基体に設けることができ、その位置整
合（アラインメント）を良好に行え、上記の機能部を同
一基板に効率的に集積化することができる。

【０１４３】このような顕著な作用効果は、後述する他
の実施例においても同様に奏することができる。

【０１４４】図２は、上記した光ビームの分割を行う素
子の一形態を示す概略斜視図である。但し、電源２２と
しては、直流電源及び交流電源のいずれも使用できる
が、直流電源の場合には、一定の電圧を印加することに
より集光又は発散し、交流電源の場合は、その周波数に
より周期的に、集光、発散を繰り返すことになる。例え
ば、集光用として応用するときは、入力光の焦点距離を
印加電圧によって変えることができる。

【０１４５】図３は、図２の原理を利用した光学顕微鏡
の概略断面図である。

【０１４６】即ち、レーザーダイオードからなる光源３
１から出射されたレーザー光はコリメートレンズ１３
３、更には光ビーム４１として上記の電気光学素子１１
０中のドメイン２を通して集光され、対物レンズ１３４
に導かれ、対象物１３０上に焦点を結ぶ。この対象物で
は、各ドメイン列に対応した個数の焦点が形成される
が、各焦点位置からの反射光はハーフミラー又はビーム
スプリッタ（図示せず）によって入射光から光軸分離さ
れ、対応するフォトディテクタ（図示せず）に入射させ
ることができる。なお、電気光学素子１１０のドメイン
への印加電圧の制御によって、焦点距離を瞬時に変化さ
せ、顕微鏡の倍率を短時間内に変えることができる。

【０１４７】図５は、本発明の第２の実施例を示し、ス
イッチ機能により光ビームを空間的に分割する電気光学
素子の例である。

【０１４８】上述した先願発明によれば、図３５及び図
３６で示したように、所定の入射角で光ビームが入射す
るようにドメイン壁が所定の周期で積層され、強誘電性
基板の対向した両主面に設けられた電極間に信号電圧を
印加することにより、光ビームの伝搬方向をスイッチす
ることができるる

【０１４９】従って、図５に示す電気光学素子１４０に
よれば、強誘電性基板１中にドメイン層と基板との積層
構造１４１を光ビーム４１の伝搬方向に直交する方向に
複数個並置すれば、個々の積層構造１４１では図３５及
び図３６で述べたと同様に印加電圧によって出射光が図
５中の破線又は実線の如くに変化するので、光ビームの
出射側に受光素子１４２を設ければ、印加電圧の制御に
よって、受光素子１４２への出力を選択でき、光スイッ
チが可能となる。ここでは、このスイッチングにより光
ビームを空間的に分離できると共に、各積層体１４１に
よっても各ビームに分割可能である。

【０１５０】この例による光スイッチは、通常の機械的
又は電気的なスイッチとは異なって光ビームを利用した
スイッチであるので、構造が簡単となり、取扱いも容易
となる。

【０１５１】図６及び図７は、本発明の第３の実施例を
示し、光偏向機能により光ビームを空間的に分割する電
気光学素子の例である。

【０１５２】上述した先願発明によれば、図１及び図２
に示したように、光ビームが横切るドメインの対向した
２つのドメイン壁への光ビームの入射角度がそれぞれ異
なるドメインを列状に配し、強誘電性基板の対向した両
主面に設けられた電極間に信号電圧を印加することによ
り、光ビームをその電圧に応じて偏向させることができ
る。

【０１５３】従って、図６に示す電気光学素子１５０
（光偏向器）によれば、電極３及び４の対をそれぞれの
ドメイン２ごとに分離して設けた電極形状（以下、分割
電極と称する。）とし、それぞれの電極間にそれぞれの
電圧を印加することにより、各ドメイン列１５１を独立
に機能させ、また印加電圧を各ドメイン列で異ならせる
ことによって光ビームの偏向角を個々に調節し、光ビー
ム４１の伝搬方向（偏向角）を適宜制御することができ
る。更に、１つの光ビーム４１を複数の光ビームに空間
的に分割できることは勿論である。

【０１５４】図７は、図６の如き光偏向機能による光ビ
ームの空間的分割を利用した応用例である。

【０１５５】即ち、レーザーダイオード１５１から出射
した光ビーム４１を、シリンドリカルレンズ１５２を通
して、上記の電気光学素子１５０のドメイン列１５１
（ここでは図示省略）を通し、それぞれの列毎に偏向さ
れた光ビームを対応した各光ファイバー１５３に導き、
更に各出力光を受光素子１５４に入射させている。

【０１５６】即ち、一つの光ビーム４１を、複数の光ビ
ームに各偏向角で分割しているので、これらの分割ビー
ムを次段へ伝達する、例えば、分配器（分波器）として
使用することが可能である。

【０１５７】図８〜図１０は、本発明の第４の実施例を
示し、レンズ機能部で空間的分割された光ビームを光偏
向機能部に入射する電気光学素子の例である。

【０１５８】図８に示す電気光学素子１６０は、第一機
能部において各ドメイン２Ａに対する電極３Ａ−４Ａ間
の印加電圧で適度に光束が絞られた光ビームを、第二機
能部において各ドメイン２Ｂに対する電極３Ｂ−４Ｂ間
の印加電圧に応じて偏向する機能を持つ複合機能素子で
ある。即ち、図１の例による複数のドメイン列１１１か
らなる集光（又は発散）用の第一機能部１６１Ａと、図
６の例による複数のドメイン１５１からなる偏向用の第
二機能部１６１Ｂとを１つの基板１に相前後して設けた
例である。ここで、第一及び第二機能部はそれぞれ独立
したブロックとして光ビーム４１の伝搬方向において相
前後して配置されている（これは、後続の実施例でも同
様である）。

【０１５９】そして、この素子１６０によって分割され
たそれぞれの光ビームは、互いに干渉することなく、電
極に印加された信号電圧に従って、その伝搬方向を偏向
することができる。また、第二機能部１６１Ｂのドメイ
ン２Ｂに入射するビームは第一機能部１６１Ａで絞られ
ているため、その入射位置はドメイン２Ｂのドメイン壁
中央部に導けることにより、ドメインの先端部に入射す
る場合に生じ得る収差をなくすことができる。

【０１６０】この例においても、第二機能部において
は、分割電極を使用しており、それぞれの電極にそれぞ
れの電圧を印加することにより、それぞれの部分を独立
に機能させ、光ビームの偏向角を調節することによっ
て、その伝搬方向を適度に偏向することができる。

【０１６１】図９及び図１０は、図８に示した構造を利
用した、ＩＣ（集積回路）テスティング用の光学式プロ
ーバの例である。

【０１６２】図１０にこのプローバの要部を示すが、Ｉ
Ｃ基板１６２上に設けられた多数の配線１６３間には電
界１６４が生じるが、この電界に対して上記電気光学素
子１６０で空間的に分離された光ビームを照射すると、
電界１６４の強さに応じて屈折し、反射膜１６５によっ
て反射された光ビームをディテクタ（図示せず）によっ
て検出し、その屈折角度に依存するディテクタ出力に基
づいて配線１６３を流れる電流や電気抵抗の測定を行
い、製品の良否を判定するものである。

【０１６３】なお、図９及び図１０においては、ドメイ
ン列の個数を適宜増やすことができるので、一度に数多
くの測定を行うことができる。

【０１６４】また、第一機能部１６１Ａにおいて光ビー
ムの光束を絞っているので、第二機能部１６１Ｂにおい
て、光ビームの散乱が非常に少なくなっている。従っ
て、上記の光学式プローバの如き、測定精度を上げ、ま
た高集積化されたＩＣのテスティングにとって有利とな
る。

【０１６５】図１１は、本発明の第５の実施例を示し、
レンズ機能部で空間的に分割された光ビームを光スイッ
チ機能部に入力する例である。

【０１６６】図１１に示す電気光学素子１７０は、第一
機能部において各ドメイン２Ａに対する電極３Ａ−４Ａ
間の印加電圧で適度に絞られた光ビームを、第二機能部
において各ドメイン２Ｂに対する電極３Ｂ−４Ｂ間の印
加電圧に応じてスイッチする機能を持つ複合機能素子で
ある。即ち、図１の例による複数のドメイン列１１１か
らなる集光（又は発散）用の第一機能部１７１Ａと、図
５の例による複数のドメイン積層構造１４１からなるス
イッチング用の第二機能部１７１Ｂとを１つの基板１に
相前後して設けた例である。

【０１６７】そして、この素子１７０によって分割され
たそれぞれの光ビームは、互いに干渉することなく、電
極に印加された信号電圧に従って、その伝搬方向をスイ
ッチングし、出力側の受光素子１７２への入射を選択す
ることができる。

【０１６８】また、この例においては、第二機能部の電
極を分割電極にすることにより、受光素子１７２のそれ
ぞれへの入射をスイッチングすることもでき、例えば、
エンコーダー等に用いることができる。

【０１６９】また、第一機能部１７１Ａにおいて光ビー
ムの光束を絞っているので、第二機能部１７１Ｂにおい
て、光ビームの散乱が非常に少なくなっている。

【０１７０】以上に示した各例では、入力光ビームを複
数本に分割し、それぞれを利用できる素子を示したが、
本発明が微小な光学系を集積化する場合に有利であるこ
とを以下に例示する。

【０１７１】図１２及び図１３は、本発明の第６の実施
例を示し、光ファイバーからレンズ機能部を通して光偏
向機能部に入力する電気光学素子の例である。

【０１７２】図１２に示すように、光ビームの伝搬方向
において、レンズ機能部である集光用のドメイン列１１
１に続いて、光偏向機能部である偏向用のドメイン列１
５１が一つの基板１に集積されている電気光学素子１８
０に対して、光ビーム４１がレンズ１８２を通った後、
レンズ機能部（第一機能部）に入射するように、プラス
チック光ファイバー（例えば、コア径１５０μｍのプラ
スチック光ファイバー）１８４を接続すると、光ファイ
バー１８４から出射した光ビーム４１は、レンズ機能部
（第一機能部）１７１において適度に絞られるので、複
雑でかつ高精度を必要とするアラインメントは不要とな
り、効率よく、しかも正確に光偏向機能部１５１に伝搬
され、偏向されることになる。

【０１７３】図１３は、図１２の素子構造を基本とし、
複数本の光ファイバー１８４から、複数のドメイン列１
１１からなるレンズ機能部１８１Ａを通して、複数のド
メイン列１５１からなる光偏向機能部１８１Ｂに入力す
る例である。

【０１７４】このように複数本の光ファイバー１８４が
並列に近接している場合でも、レンズ機能部（第一機能
部）１８１Ａと分割電極３、４を設けた光偏向機能部
（第二機能部）１８１Ｂとを同一基板に集積化して配置
すれば、それぞれの光ファイバー１８１の出射光を各ド
メイン列１５１への信号電圧によって効率よく偏向でき
る。

【０１７５】また、図１３（Ｃ）の図表は、この電気光
学素子１８０を例えば光コンピュータ（ここでは４ビッ
トの場合とする。）として使用するときの論理表であ
る。

【０１７６】即ち、入力側Ａの光ファイバー１８４に対
して、出力側Ｂに複数（例えば４個）の受光素子１８３
が設けられ、例えば、入力側Ａからは、光ファイバーか
らなる各入力素子Ａ１、Ａ２、Ａ３及びＡ４からそれぞ
れ独立した光ビームを入力し、レンズ機能部１８１Ａで
各ビームの光束を絞った後、光偏向機能部（第二機能
部）１８１Ａにおいて印加された信号電圧に応じて偏向
させ、出力側Ｂで受光素子１８３に選択的に入射させる
ことにより、それぞれ異なった光信号を出力し、電気信
号に変換できるようにしている。ここで、受光素子１８
３に対し光入射ありを「オン」、光入射なしを「オフ」
とし、４ビットの信号処理を行うことができる。

【０１７７】図１４は、本発明の第７の実施例を示し、
図１３に示した各機能部を有した電気光学素子を受光用
のＩＣと組み合わせた例である。

【０１７８】即ち、この電気光学素子１９０では、レン
ズ機能部（第一機能部）１８１Ａで適度に絞られ、それ
ぞれ独立した光ビーム４１は、分割電極が設けられた光
偏向機能部（第二機能部）１８１Ｂで偏向され、基板１
に固定若しくは接触させたＩＣ１９１の受光部１９２に
入射し、光ビームの入射部分を動作させる。

【０１７９】このＩＣ１９１は、ここでは概略的に示し
ているが、半導体基板１９３上にＰ型層１９４をエピタ
キシャル成長させ、これに多数のＮ⁺型層１９５を不純
物拡散する工程を経て、作製したものである。従って、
例えばこれらのＰ型層１９４とＮ⁺型層１９５とのＰＮ
接合を逆バイアスしておき、上記の光ビームが入射した
ときの放電電流を取り出すことによって、電気的な出力
にそれぞれ変換することができる。なお、このＩＣ構造
は、上記以外にも、ＣＣＤ（電荷結合素子）としてもよ
い。

【０１８０】図１５は、本発明の第８の実施例を示し、
図１３に示した各機能部を有した電気光学素子に受光用
のＩＣ及び受光素子を接続した例である。

【０１８１】この例によれば、図１４の例と同様に、レ
ンズ機能部（第一機能部）１８１Ａで適度に絞られ、そ
れぞれ独立した光ビーム４１は、分割電極が設けられた
光偏向機能部（第二機能部）１８１Ｂで偏向され、素子
基板１中に一体に組み込まれた例えば２つのＩＣ２０１
と、基板１の出力側に配された受光素子２０２との少な
くとも一方に選択的に入射し、入射したＩＣ２０１及び
／又は受光素子２０２を動作させる。ＩＣ２０１は、基
板１に一体化されるが、半導体基板２０３にエピタキシ
ャル成長させたＰ型層２０４にＮ⁺型層２０５を不純物
拡散で形成したフォトダイオード構造となっている。

【０１８２】この例は、基板１にＩＣ２０１を一体に組
み込んだため、電気光学素子２００の基板１を面積的に
みて有効に利用し、更に機能部を増やせるという特徴も
ある。

【０１８３】図１６は、本発明の第９の実施例を示し、
電気光学素子の機能部を３種組み合わせた例である。

【０１８４】具体的には、光ビーム伝搬方向と直交する
方向（素子幅方向）において、図１と同様のレンズ機能
部２０１Ａと、図６と同様の光偏向機能部２０１Ｂと、
図５と同様のスイッチ機能部２０１Ｃとを並列に並べ、
共通の光ビーム４１を各機能部毎に空間的に分割する電
気光学素子２１０である。

【０１８５】各機能部は、それぞれの電極３Ａ−４Ａ、
３Ｂ−４Ｂ、３Ｃ−４Ｃ間の信号電圧によって動作す
る。この例では、光の干渉を避けるために、それぞれの
機能部に異なった電極を設けるのが好ましい。また、上
述したように、光偏向機能部２０１Ｂにおいては、分割
電極を設けるのが好ましい。しかし、故意に光の干渉を
生じさせる場合（例えば光学情報のミキシング）は、そ
れに応じた電極を設けることができる。

【０１８６】図１７は、本発明の第１０の実施例を示
し、複数の電気光学素子を積層した例である。

【０１８７】具体的には、図１３の電気光学素子を例え
ば２つ、上下に積み重ねた電気光学素子２２０であり、
それぞれの入力光ビーム４１、４１’を各素子１８０、
１８０’によって同時に処理することができる。光ビー
ム４１は別々に入射させてよいが、各素子に共通にして
もよい。各機能部は、電極３Ａ₁−４Ａ₁、３Ｂ₁−４
Ｂ₁、３Ａ₂−４Ａ₂、３Ｂ₂−４Ｂ₂によって動作可
能である。

【０１８８】このように、レンズ機能部と光偏向機能部
とを集積した素子を上下に重ねる以外にも、例えばレン
ズ機能部とスイッチ機能部とを集積した素子を上下に重
ねるものや、上下の素子の機能部を異ならせたものでも
よい。

【０１８９】図１８は、本発明の第１１の実施例を示
し、異なる機能部を基板１に並設した他の例である。

【０１９０】特に、ドメイン列１１１からなるレンズ機
能部２３０Ａとドメイン列１５１からなる光偏向機能部
２３０Ｂとが集積した素子部と、ドメイン列１１１’か
らなるレンズ機能部２３０Ｃを有する素子部とを横に並
べた電気光学素子２３０である。図１７と同様に、それ
ぞれの素子部に入射する光ビームは、一本の光源であっ
てもよいし、複数本の光源４１、４１’であってもよ
い。

【０１９１】以上、本発明の実施例を説明したが、上述
の実施例は本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が
可能である。

【０１９２】例えば、電気光学素子が有する機能部の種
類や配置、個数等は上述した実施例のものに限定される
ことはなく、様々の形態をとりうる。図１の素子と、図
１３の素子とを直列に並べたり、各素子のそれぞれの機
能部を共通基板に設けることもできる。この場合は、光
ビームを２つの機能部で順次絞っているので、より絞ら
れた光ビームを伝搬できる。

【０１９３】また、光ビームの入射角は、素子の入射面
に対して垂直でなくてもよい。つまり、ドメインの形状
により、適切に光ビームの入射角を変化させることがで
きる。

【０１９４】更に、３次元的な光ビームの偏向、スイッ
チを行うように機能部を配置するものであってもよい。
この場合は、基板の厚み方向にも機能部を配置すること
になる。

【０１９５】

【発明の作用効果】本発明は、上述した如く、強誘電性
基体に分極反転ドメインを設け、この分極反転ドメイン
に印加する電圧に応じて、上記の複数の機能部（集光機
能、発散機能、偏向機能、スイッチ機能を行う各機能の
少なくとも２つを行う機能部）と、複数箇所での同一機
能部との少なくとも一方を集積しているので、上述した
先願発明と同様に、上記分極反転ドメインと強誘電性基
体との屈折率差を利用した上記の各種機能を効果的かつ
安定に生ぜしめることができると同時に、上記分極反転
ドメインは微細構造に高精度に強誘電性基体に設けるこ
とができ、その位置整合（アラインメント）を良好に行
え、上記の各機能部を同一基体に効率的に集積化するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による電気光学素子（集
光用）の概略正面図（Ａ）及び概略平面図（Ｂ）であ
る。

【図２】同、電気光学素子を利用した焦点距離可変レン
ズ素子の概略斜視図である。

【図３】同、電気光学素子を適用した光学顕微鏡の概略
断面図である。

【図４】同、電気光学素子（発散用）の概略正面図
（Ａ）及び概略平面図（Ｂ）である。

【図５】本発明の第２の実施例による電気光学素子の概
略正面図（Ａ）及び概略平面図（Ｂ）である。

【図６】本発明の第３の実施例による電気光学素子の概
略正面図（Ａ）及び概略平面図（Ｂ）である。

【図７】同、電気光学素子を利用した分配器の概略斜視
図である。

【図８】本発明の第４の実施例による電気光学素子の概
略正面図（Ａ）及び概略平面図（Ｂ）である。

【図９】同、電気光学素子を利用した光学式プローバの
概略正面図（Ａ）及び概略平面図（Ｂ）である。

【図１０】同、光学式プローバの要部概略断面図であ
る。

【図１１】本発明の第５の実施例による電気光学素子の
概略正面図（Ａ）及び概略平面図（Ｂ）である。

【図１２】本発明の第６の実施例による電気光学素子の
概略正面図（Ａ）及び概略平面図（Ｂ）である。

【図１３】同、電気光学素子を基本構造として利用した
応用例の概略正面図（Ａ）、概略平面図（Ｂ）及び４ビ
ット論理素子の論理図表（Ｃ）である。

【図１４】本発明の第７の実施例による電気光学素子の
概略正面図（Ａ）及び概略平面図（Ｂ）である。

【図１５】本発明の第８の実施例による電気光学素子の
概略正面図（Ａ）及び概略平面図（Ｂ）である。

【図１６】本発明の第９の実施例による電気光学素子の
概略正面図（Ａ）及び概略平面図（Ｂ）である。

【図１７】本発明の第１０の実施例による電気光学素子
の概略正面図（Ａ）及び概略平面図（Ｂ）である。

【図１８】本発明の第１１の実施例による電気光学素子
の概略正面図（Ａ）及び概略平面図（Ｂ）である。

【図１９】先願発明による光偏向素子の一例の概略斜視
図である。

【図２０】同、光偏向素子の動作を説明するための原理
図である。

【図２１】同、シングルドメイン結晶での電気光学効果
を利用した光偏向素子の概略斜視図である。

【図２２】同、シングルドメイン結晶での電気光学効果
を利用した光偏向素子の概略斜視図である。

【図２３】同、光偏向素子におけるドメイン形状と光ビ
ームの偏向角を示す概略平面図である。

【図２４】同、光偏向素子のドメイン入射角に対する偏
向角の変化を示すグラフ（Ａ）とドメイン数による偏向
角の変化を示すグラフ（Ｂ）である。

【図２５】同、光偏向素子の望ましいドメイン形状を示
す概略斜視図である。

【図２６】同、光偏向素子の具体的形状を示す要部平面
図である。

【図２７】同、光偏向素子の出射端面への入射角に対す
る同端面からの出射角の変化を示すグラフである。

【図２８】同、光偏向素子を使用した光偏向システムの
概略図である。

【図２９】同、電界印加によるドメイン形成方法を示す
概略斜視図である。

【図３０】同、電子線照射によるドメイン形成方法を示
す概略斜視図である。

【図３１】同、焦点距離可変レンズの概略斜視図であ
る。

【図３２】同、焦点距離可変レンズのレンズ形状の例を
示す概略図である。

【図３３】同、光ビームの２次元化処理のための素子の
概略斜視図である。

【図３４】同、光ビームの２次元化処理のための他の素
子の概略斜視図である。

【図３５】同、電界誘起ミラーの概略斜視図である。

【図３６】同、電界誘起ミラーの動作原理図である。

【図３７】同、光偏向素子の他の例の概略斜視図であ
る。

【符号の説明】

１…強誘電性基板、２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ…分極反転ド
メイン、２ａ、２ｂ…ドメイン壁、３、３Ａ、３Ｂ、３
Ｃ、４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、１３、１４、１５、７３、
７４…電極、５、５Ａ、５Ｂ、６、６Ａ、６Ｂ、７５、
７６、８５Ａ、８５Ｂ、８６Ａ、８６Ｂ…端面、７、７
Ａ、７Ｂ、２２、６１、７７…電気信号源又は電源、１
０、１０Ａ…電気力線、４１…（入力）光ビーム、４２
…（出力）光ビーム、４３、４４…主面、６２…電子
線、７６ａ…凸状面、７６ｂ…凹状面、１１０、１４
０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２０
０、２１０、２２０、２３０…電気光学素子、１１１、
１５１…ドメイン列、１２１、１４２、１５４、１７
２、１８３、２０２…受光素子、１３０…対象物、１３
４…対物レンズ、１４１…積層構造、１５１、１８１…
Ｌ．Ｄ．（レーザーダイオード）、１５２、１８２…シ
リンドリカルレンズ、１５３、１８４…光ファイバー、
１６１Ａ、１７１Ａ、１８１Ａ、２０１Ａ…第一機能
部、１６１Ｂ、１７１Ｂ、１８１Ｂ、２０１Ｂ…第二機
能部、１６２、１９３、２０３…ＩＣ基板、１６３…Ａ
ｌ配線、１６４…電界、１６５…反射膜、１９１、２０
１…（光）ＩＣ、２０１Ｃ…第三機能部、φ、Δθ_s、
Δθ_d…偏向角、θ₁…入射角、θ₂…出射角

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】強誘電性基体と、この強誘電性基体の主
面に設けられた電極と、前記強誘電性基体中に所定形状
に形成された分極反転ドメインからなる機能部とを有
し、かつ、光ビームが前記ドメインを通過するように構
成された電気光学素子において、前記電極に印加された
電圧に応じて、前記光ビームの少なくとも一部につい
て、集光する機能と、発散する機能と、伝搬方向を偏向
する機能と、伝搬方向をスイッチする機能との内、少な
くとも２つを行う複数の機能部、又は／及び、複数箇所
で同一の機能を行う機能部が集積されていることを特徴
とする電気光学素子。
【請求項２】光ビームの伝搬方向に対して、複数の異
なる機能部が相前後して配置されている、請求項１に記
載した電気光学素子。
【請求項３】光ビームの伝搬方向に対して、複数の同
一機能部が並列に配置されている、請求項１に記載した
電気光学素子。
【請求項４】光ビームの伝搬領域内において、光ビー
ムの一部分が第一機能部を通過伝搬すると共に、前記光
ビームの他の部分が、前記第一機能部と同一又は異なる
少なくとも１つの第二機能部にも通過伝搬するように、
前記第一及び第二機能部が共通の強誘電性基体に集積さ
れている、請求項１に記載した電気光学素子。
【請求項５】光ビームを集光又は発散する機能部と、
光ビームの伝搬方向を偏向する機能部とが相前後して配
置されている、請求項２に記載した電気光学素子。
【請求項６】光ビームを集光又は発散する機能部と、
光ビームの伝搬方向を光ビームの少なくとも一部につい
てスイッチする機能部とが相前後して配置されている、
請求項２に記載した電気光学素子。
【請求項７】強誘電性基体と、この強誘電性基体の主
面に設けられた電極と、前記強誘電性基体中に所定形状
に形成された分極反転ドメインからなる機能部とを有
し、このドメインのドメイン壁の少なくとも１つが前記
強誘電性基体の前記主面に対して垂直若しくはほぼ垂直
であり、かつ、光ビームが前記ドメイン壁を少なくとも
２つ通過するように構成され、前記電極に印加された信
号電圧に応じて前記機能部を動作させる、請求項１に記
載した電気光学素子。
【請求項８】電圧を印加する電極が、強誘電性基体の
両主面の片側又は両側の所定位置に所定形状に設けられ
ている、請求項１に記載した電気光学素子。
【請求項９】一つの光源を複数の光源に分割する、請
求項１に記載した電気光学素子。
【請求項１０】単一又は複数の光源に対し、互いに異
なるか若しくは同一の機能を有する複数の機能部を設け
る、請求項１に記載した電気光学素子。
【請求項１１】強誘電性基体の両主面に電極を被着
し、分極反転ドメインが所定形状で所定の配置になるよ
うに、少なくとも片方の主面の電極を所定形状に作製
し、前記強誘電性基体の自発分極の正側が負側より高電
位になるように電界を印加することにより、前記強誘電
性基体中の所定の場所に所定形状のドメイン構造を作製
した、請求項１に記載した電気光学素子。
【請求項１２】強誘電性基体の自発分極の負側の面
に、電子線又は負電荷を有する荷電粒子を照射すること
によってそれぞれの分極反転ドメインが所定の位置に所
定形状で形成される、請求項１に記載した電気光学素
子。
【請求項１３】強誘電性基体の自発分極の正側の面
に、正電荷を有する荷電粒子を照射することによってそ
れぞれの分極反転ドメインが所定の位置に所定形状で形
成される、請求項１に記載した電気光学素子。
【請求項１４】強誘電性基体がＬｉＮｂ_XＴａ_1-XＯ
₃（但し、０≦ｘ≦１）の結晶からなる、請求項１に記
載した電気光学素子。