JPS60247626A

JPS60247626A - 光偏向器

Info

Publication number: JPS60247626A
Application number: JP10538084A
Authority: JP
Inventors: Shiro Ogata; 司郎緒方; Junichi Takagi; 高木　潤一; Naohisa Inoue; 直久井上; Masaharu Matano; 俣野　正治; Maki Yamashita; 山下　牧
Original assignee: Tateisi Electronics Co; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1984-05-23
Filing date: 1984-05-23
Publication date: 1985-12-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景この発明は温度によって屈折率が変化する光学材料を利
用した光偏向器に関する。

ガラスまたは誘電体などの屈折率は、温度によって変化
することが知られている。このような温度光学効果を生
じさせる光学材料を用いて光を偏向させることが考えら
れる。光学材料の温度を変えるためには、その表面にＮ
ｉ−０ｒなどの発熱体やベルチェ素子を設けることが考
えられる。

第７図は、光学材料の上下面にベルチェ素子がそれぞれ
設けられた光偏向器の例を示している。温度光学効果を
もつ直方体の誘電体結晶、たとえばニオブ酸リチウム（
Ｌｉ　Ｎｂ　０３　）の結晶（１）の上下面にベルチェ
素子（２）がそれぞれ設けられている。ベルチェ素子（
２）はよく知られているように１対の伝熱板（３）間に
異種の伝導形の半導体（４）が少なくとも１組設けられ
、かつこれらの半導体（４）が伝熱板（３）に固定され
た接続導体（図示路）によってＰ形とＮ形とが交互にな
るように直列に接続されているものである。半導体（４
）に直流電流を流すと、１対の伝熱板（３）のうち一方
の伝熱板（３）に熱の発生、他方の伝熱板（３）に熱の
吸収が起こる。電流の向きを逆にすると、熱の発生の起
こる伝熱板（３）と、熱の吸収が起こる伝熱板（３）と
が逆になる。伝熱板（３）の外面が発熱吸熱面である。

各ベルチェ素子（２）は一方の伝熱板（３）の発熱吸熱
面が結晶（１）の上面または下面に密着した状態で結晶
（１）に固定されている。各ベルチェ素子（２）の他方
の伝熱板（３）の発熱吸熱面には、放熱吸熱フィン（５
）が固定されている。

上側のベルチェ素子（２）の結晶（１）側の伝熱板（３
）に発熱を起こさせるように電源（図示路）からこのベ
ルチェ素子（２）に電流を流し、下側のベルチェ素子（
２）の結晶（１）源（図示路）からこのベルチェ素子（
２）に電流を流すと、結晶（１）の上面が加熱され、下
面が冷却される。これによって結晶（１）内部にその上
下方向に温度勾配が発生し、この温度勾配によって結晶
内部に屈折率の勾配が生じる。

この場合は、結晶（１）内部の上部の屈折率が高くなり
、下部の屈折率が低くなるような屈折率勾配が生じる。

結晶（１）の端面から光ビームＡを結晶（１）の上下面
と平行に入射させると、屈折率の勾配によって光ビーム
は上下方向、この場合は上向きに偏向される。偏向され
た出射光ビームを８２で、偏向されていない出射光ビー
ムを８１でそれぞれ示す。光ビームを下向ぎに偏向する
には、各ベルチェ素子（２）に流す電流の向きを逆にす
ればよい。

このような光偏向器では、ベルチェ素子（２）の駆動電
流の大きさが同じ場合には、結晶（１）の厚さが薄いほ
ど、結晶（１）内に大きな温度勾配、したがって大きな
屈折率勾配が得られ、大きな偏向角が得られる。しかし
ながら、結晶（１）の厚さを薄くすると、第８図に示す
ように結晶（１）内において光ビームは比較的大きく偏
向されるが、偏向された光ビームが結晶（１）の端面に
到達する前に結晶（１）の上面（または下面）に達して
反射されてしまうという問題がある。

発明の概要この発明は、簡単な構成で比較的大きな偏向角が得られ
、しかも上記のような問題を解消した光偏向器を提供す
ることを目的とする。

この発明による光偏向器は、湿度によって屈折率が変化
する光学材料の表面が加熱または冷却されることによっ
て光学材料の厚さ方向に温度勾配が形成される光偏向器
において、光学１オ料の厚さが光ビームの出射側よりも
入射側の方が薄く形成されていることを特徴とする。温
度光学効果をもつ光学材料の代表的なものとしては、ガ
ラス、Ｌｔ　Ｎｂ　Ｏａ　、ＰＬＺＴなどがある。

この発明による光偏向器では、光学材料の厚さが光ビー
ムの出射側よりも入射側の方が薄く形成されているから
、光学材料内における光ビーム入射側の部分に比較的大
きな温度勾配（屈折率勾配）が得られ、光学材料の光ビ
ーム入射側端面から入射された光ビームは、その部分を
伝搬する過程で比較的大きく偏向される、このため比較
的大きな偏向角が得られる。このように光学材料内の光
ビーム入射側の部分で光ビームが比較的大ぎく偏向され
ても、光学材料内の光ビーム出射側の部分ではその厚さ
が光ビーム入射側の部分よりも厚くなっているから、光
学材料内において光ビームが光ビーム出射側の端面に達
するまえに光学材料の上下面に到達して反射されること
がない。

実施例の説明第１図および第３図において、第７図と同じものについ
ては同じ符号を付してその説明を省略する。第１図およ
び第２図はこの発明の第１実施例を示している。この光
偏向器では、ニオブ酸リチウムの結晶（１１）は、後端
にいくほどその厚さが大きくなるくさび形に形成されて
いる。このような結晶（１１）はたとえば直方体の結晶
の上下面をテーパ状に加工することによって作られる。

結晶（１１）の前端の厚さは、光ビームＡの径より少し
大きく形成されている。結晶（１１）の後端の厚さは、
結晶（１１）の前端面から入射されかつ結晶（１１）内
において偏向された光ビームが結晶（１１）の上下面に
到達することなく後端面に達することができるような大
きさに形成されている。結晶（１１）の上下面にはベル
チェ素子（２）がそれぞれ設けられている。

両ベルチェ素子（２）に電流を流し、たとえば上側のベ
ルチェ素子（２）によって結晶（１１）の上面を加熱し
、下側のベルチェ素子（２）によって結晶（１１）の下
面を冷却すると、結晶（１１）内に上下方向に温度勾配
が発生し、この温度勾配によって結晶（１１）内部の上
部の屈折率が高くなり、下部の屈折率が低くなるような
屈折率勾配が生じる。結晶（１１）の厚さは、後端にい
くほど厚くなっており、前部分の厚さは薄いので前部分
には比較的大きな温度勾配（屈折率勾配）が発生する。

結晶（１１）の前端面の高さ中央部から光ビームＡを前
端面に直交する方向に入射させると、結晶（１１）の前
部分には比較的大きな屈折率勾配が形成されているので
、光ビームは結晶（１１）内の前部分を伝搬する過程で
上向ぎに比較的大きく偏向される。そして偏向された光
ビームは、さらに徐々に上向きに偏向されなから後端面
に向かって結晶（１１）内を伝搬していき後端面から出
射される。光ビームは結晶（１１）の前部分で上向きに
比較的大きく偏向されるが、結晶（１１）の厚さは後端
にいくほど大きくなっておりかつ後端の厚さが上述のよ
うに光ビームが結晶（１１）の上下面に到達しないよう
な厚さに形成されているので、光ビームは結晶（１１）
の上下面に到達することなく後端面に達し後端面から出
射される。

光ビームを下向きに偏向するには、各ベルチェ素子（２
）に流す電流の向きを逆にして、上側のベルチェ素子（
２）によって結晶（１１）の上面を冷却させ、下側のベ
ルチェ素子（２）によって結晶（１１）の下面を加熱さ
せればよい。

偏向されていない出射光ビームを８１、上向きに偏向さ
れ１＝出躬光ビームをＢ２、下向きに偏向された出射光
ビームを８３でそれぞれ示す。

第３図および第４図はこの発明の第２実施例を示してい
る。この光偏向器では、結晶（１２）は、後側の厚肉部
（１２ｂ　）と、厚肉部（１２ｂ）の前端面の高さ中央
部から前方にのびた薄肉部（１２ａ）とから構成されて
いる。このような結晶（１２）はたとえば直方体の結晶
の上下面を段階状に加工することによって得られる。こ
のため第１実施例のものより結晶を加工しやすいという
利１点がある。結晶（１２）の上下面には、外面が平坦
状になるように熱伝導の良い材料で作られたスペーサ（
６）がそれぞれ設けられており、各スペーサ（６）の外
面にベルチェ素子（２）がそれぞれ設けられている。光
ビームＡが薄肉部（１２ａ　）の前端面から入射される
と、光ビームΔは、薄肉部（１２ａ）内を伝搬する過程
で比較的大きく偏向される。薄肉部（１２ａ）内で比較
的大きく偏向された光ビームは厚肉部（１２ｂ　）内に
入るので、結晶（１２）の上下面に到達することなく厚
肉部（１２ｂ）の後端面（Ｓ２）に達し、後端面から出
射される。

第５図および第６図は、この発明の第３実施例を示して
いる。この光偏向器では、結晶（１３）の上面に１＝と
えばＮｉ−Ｃｒの発熱体（７）が形成され、下面に放熱
フィン（５）が設けられており、発熱体（７〉が発熱さ
れることにより、結晶（１３）内に上下方向に温度勾配
（屈折率勾配）が形成されるものである。結晶（１３）
の上面は、結晶（１３）内を上向きに偏向されながら伝
搬する光ビームの軌跡と平行な曲面（８）に形成されて
いる。このため結晶（１３）の厚さを必要最小限の厚さ
とすることが可能となるので、結晶（１３）内に大きな
温度勾配を効率よく発生させることができるという利点
がある。

上記実施例で、は、結晶の上下面または上面全体にベル
チェ素子または発熱体が設けられているが、結晶の上下
面または上面の一部分、たとえば前半部分のみにベルチ
ェ素子または発熱体を設けるようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の第１実施例を示し、第
１図は側面図、第２図は誘電体結晶を示す斜視図、第３
図および第４図はこの発明の第２実施例を示し、第３図
は側面図、第４図は誘電体結晶を示す斜視図、第５図お
よび第６図はこの発明の第３実施例を示し、第５図は側
面図、第６図は誘電体結晶の斜視図、第７図は直方体の
誘電体結晶の上下面にベルチェ素子が設けられた光偏向
器の例を示す側面図、第８図は第７図の結晶の厚さを薄
クシた場合の光ビームの伝搬の様子を示す図である。（２）・・・ベルチェ素子、（７）・・・発熱体、（１
１）〜（１３）・・・温度光学誘電体結晶。以　上外４名第１区５第３図第５図第６図＠７図

Claims

【特許請求の範囲】

温度によって屈折率が変化する光学材料の表面が加熱ま
たは冷却されることによって光学材料の厚さ方向に温度
勾配が形成される光偏向器において、光学材料の厚さが
光ビームの出射側よりも入射側の方が薄く形成されてい
る光偏向器。