JPS61182025A - Polarizer - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は光偏向器に関し、特に、電気光学材料を用いて
形成した光導波路において電気光学効果を利用して光を
偏向させる技術に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Technical Field The present invention relates to an optical deflector, and more particularly to a technique for deflecting light by utilizing an electro-optic effect in an optical waveguide formed using an electro-optic material.
従来技術およびその問題点
レーザビームプリンタ、バーコードリーグ等の装置には
、光を偏向させるための光偏向装置が用いられる。この
ような光偏向装置としては、ポリゴンミラー、ホログラ
ムスキャナ等が知られているが、いずれも回転機構およ
びその駆動装置等の機械的可動部分を備えたものである
ため、装置が複雑かつ大型となり、また、必ずしも充分
な耐久性が得られる訳ではなかった。2. Description of the Related Art Devices such as laser beam printers and bar code leagues use optical deflection devices for deflecting light. Polygon mirrors, hologram scanners, etc. are known as such optical deflection devices, but all of them are equipped with mechanically movable parts such as a rotation mechanism and its drive device, making the devices complicated and large. Moreover, sufficient durability was not necessarily obtained.
問題点を解決するための手段
本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、
その要旨とするところは、電気光学効果を有する光導波
路上に、光の進行方向に対して交差する方向に互いに離
隔した複数の電極を設け、該電極間に印加される電圧を
時間的に変化させて該電極に印加される電圧によって該
光導波路内に形成される屈折率分布の傾斜を変化させる
ことにより、前記光導波路内を通過する光を偏向させる
ようにしたことにある。Means for Solving the Problems The present invention has been made against the background of the above circumstances.
The gist of this method is to provide a plurality of electrodes spaced apart from each other in a direction crossing the direction of light propagation on an optical waveguide that has an electro-optic effect, and to change the voltage applied between the electrodes over time. The light passing through the optical waveguide is deflected by changing the slope of the refractive index distribution formed within the optical waveguide by applying a voltage to the electrode.
作用および発明の効果
このようにすれば、電気光学材料を用いて形成した光導
波路上の電極間に電圧が印加されるとそれ等の間に位置
する部分には電界の強さに応じた傾斜を有する屈折率分
布が形成され、屈折率分布が形成された部分を通過する
光は電極間の屈折率の分布の傾斜に応じて偏向させられ
るとともに、電極間に印加された電圧の時間的変化とと
もに屈折率分布の傾斜が変化させられるとその偏向角が
時間的に変化させられる。Operation and Effects of the Invention With this method, when a voltage is applied between the electrodes on the optical waveguide formed using an electro-optic material, the portion located between them will have an inclination depending on the strength of the electric field. A refractive index distribution is formed, and the light passing through the part where the refractive index distribution is formed is deflected according to the slope of the refractive index distribution between the electrodes, and the temporal change of the voltage applied between the electrodes. At the same time, when the slope of the refractive index distribution is changed, the deflection angle is changed over time.
したがって、回転機構およびその駆動装置等の機械的可
動部分が不要となり、装置が簡単かつ小型となるととも
に耐久性が向上するのである。しかも、電極間に印加す
る電圧を変えることによって所望の偏向角度が得られる
ので、偏向角度を容易に制御することができる。Therefore, mechanically movable parts such as a rotation mechanism and its drive device are not required, and the device becomes simple and compact, and its durability is improved. Moreover, since a desired deflection angle can be obtained by changing the voltage applied between the electrodes, the deflection angle can be easily controlled.
なお、電極間に形成される屈折率分布とは、電極の配列
方向における光導波路内の屈折率の大きさの分布であり
、その傾斜とは電極配列方向における屈折率の大きさの
変化率をいう。The refractive index distribution formed between the electrodes is the distribution of the refractive index within the optical waveguide in the direction in which the electrodes are arranged, and its slope refers to the rate of change in the refractive index in the direction in which the electrodes are arranged. say.
実施例
以下、本発明の一実施例を示す図面に基づいて詳細に説
明する。EXAMPLE Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail based on the drawings.
第1図および第2図において、電気光学材料、たとえば
LiNb0:+結晶からなる0、5 mm程度の基板1
0の一面には光導波路12が設けられている。この光導
波路12は、基板10の他の部分よりも屈折率が大きく
されて厚み方向に光を閉じ込める特性により光が好適に
導かれるようになっており、たとえば基板lOの表面か
らTi(チタン)を拡散させることにより数μm程度の
比較的薄い層状に形成されている。なお、基板10と光
導波路12とは屈折率が異なるのみでありしかもその屈
折率は連続的に変化するため、それらの境界は破線にて
示されている。In FIGS. 1 and 2, a substrate 1 of about 0.5 mm made of an electro-optic material, for example, LiNb0:+ crystal is shown.
An optical waveguide 12 is provided on one side of 0. This optical waveguide 12 has a refractive index larger than that of other parts of the substrate 10 and has a property of confining light in the thickness direction, so that light is suitably guided.For example, Ti (titanium) It is formed into a relatively thin layer of about several micrometers by diffusing it. Note that the substrate 10 and the optical waveguide 12 differ only in refractive index, and the refractive index changes continuously, so their boundary is shown by a broken line.
上記光導波路12の一端部には光ファイバ(光学繊維)
14が連結されており、その光ファイバ14の端面から
入射したレーザビームは光導波路12内を導かれる過程
で、光収束部16において平行光に収束させられかつ光
偏向部18において偏向させられるとともに、光束補正
部20において焦点補正されるようになっている。An optical fiber (optical fiber) is provided at one end of the optical waveguide 12.
14 are connected to each other, and in the process of being guided through the optical waveguide 12, the laser beam incident from the end face of the optical fiber 14 is converged into parallel light at the light converging section 16 and deflected at the light deflecting section 18. , the focus is corrected in the luminous flux correction section 20.
すなわち、光収束部16は、基板10の面方向かつ前記
レーザビームの光軸L0に直角な方向においてその光軸
L0に近づく程拡散濃度が高くなるようにTfのような
拡散材料が拡散させられることにより、光導波路12に
おいて光軸L0に近づく程屈折率が高くされて凸レンズ
機能が設けられたものである。第1図の光収束部16内
に示す直線群は屈折率分布を表わすためのものであって
その線密度が屈折率の高さを示している。なお、この光
収束部16は光導波路12の表面に凹陥部を設けて成る
ジオデシックレンズ等にて構成されても良い。That is, in the light converging section 16, a diffusing material such as Tf is diffused in such a manner that the diffusion concentration increases as it approaches the optical axis L0 in the plane direction of the substrate 10 and in a direction perpendicular to the optical axis L0 of the laser beam. As a result, the closer the optical waveguide 12 is to the optical axis L0, the higher the refractive index becomes, providing a convex lens function. The group of straight lines shown in the light converging section 16 in FIG. 1 is for expressing the refractive index distribution, and the linear density thereof indicates the height of the refractive index. Note that the light converging section 16 may be configured with a geodesic lens or the like having a concave portion provided on the surface of the optical waveguide 12.
前記光偏向部18および光束補正部20は、前記光導波
路12上に多数の電極が緩衝層22を介して配設される
ことによってそれぞれ構成されている。緩衝層22は、
光導波路12よりも屈折率の小さい透明物質たとえば5
iOzにて数μm程度の厚みに構成されたものであり、
前記電極による光の吸収を防止するためのものであるが
、必ずしも設けられなくても良い。The optical deflection section 18 and the luminous flux correction section 20 are each constructed by disposing a large number of electrodes on the optical waveguide 12 with a buffer layer 22 interposed therebetween. The buffer layer 22 is
A transparent material having a lower refractive index than the optical waveguide 12, for example 5
It is made of iOz and has a thickness of about several μm,
Although this is for preventing absorption of light by the electrode, it does not necessarily have to be provided.
光偏向部18は充分な偏向角を得るために互いに同様に
構成された2個の光偏向器24.26から構成されてい
るので、以下、光偏向器24について説明する。Since the optical deflector 18 is composed of two optical deflectors 24 and 26 that are configured similarly to each other in order to obtain a sufficient deflection angle, the optical deflector 24 will be explained below.
第3図に示すように、光偏向器24は互いに近接した一
対の電極24a、24bが基板10の面方向かつレーザ
ビーム30の光軸L0に直角な方向において所定間隔D
1にて多数対配設されることにより構成されている。各
電極242同士および各電極24b同士は図示しない配
線により互いに接続されており、それら各電極242同
士および各電極24b同士には第1図の偏向制御装置2
8からそれぞれ同電位の電圧が印加されるようになって
いる。このため、光偏向器24には、第4図に示すよう
に、光軸L0に直角な方向における電界Eの分布が多数
の電極24a、24bの位置に対応して鋸歯状に形成さ
れる。一般に、電気光学材料には電界の強さに応じて屈
折率を変化させる性質(電気光学効果)があり、たとえ
ば、基板10がL i N b Oxの場合は、多数の
電極24a。As shown in FIG. 3, the optical deflector 24 has a pair of electrodes 24a and 24b that are close to each other at a predetermined distance D in the plane direction of the substrate 10 and in the direction perpendicular to the optical axis L0 of the laser beam 30.
It is constructed by arranging a large number of pairs at 1. The electrodes 242 and the electrodes 24b are connected to each other by wiring (not shown), and the deflection control device 2 of FIG.
8, voltages of the same potential are applied to each of them. Therefore, in the optical deflector 24, as shown in FIG. 4, the distribution of the electric field E in the direction perpendicular to the optical axis L0 is formed in a sawtooth shape corresponding to the positions of the many electrodes 24a and 24b. Generally, electro-optic materials have the property of changing their refractive index depending on the strength of an electric field (electro-optic effect). For example, when the substrate 10 is L i N b Ox, there are many electrodes 24a.
24b間に位置する部分の屈折率の変化Δnは次式(1
)の如くとなるから、光軸L0に直角な方向における屈
折率の大きさの分布、すなわち屈折重度Δn=(1/2
)n、3r、−E H+ H−(1)但し、n、は
基板10の異常光に対する屈折率、r33は基板10の
厚み方向における電気光学定数である。The change Δn in the refractive index of the portion located between 24b and 24b is calculated by the following formula (1
), the distribution of the refractive index in the direction perpendicular to the optical axis L0, that is, the refraction severity Δn = (1/2
)n, 3r, -E H+ H- (1) where n is the refractive index of the substrate 10 for extraordinary light, and r33 is the electro-optic constant in the thickness direction of the substrate 10.
化Δnの分布も電界Eの分布に対応して一方向に傾斜し
た鋸歯状に形成される。The distribution of Δn is also formed in a sawtooth shape inclined in one direction, corresponding to the distribution of the electric field E.
したがって、偏向制御装置28から各電極24aおよび
各電極24b間にそれぞれ印加される電圧がたとえば第
5図の上段に示すように時間的に変化させられると、そ
れに同期してレーザビーム30の偏向角θが第5図の下
段に示すように変化させられる。たとえば第5図のa点
、b点、C点、d点に示す印加電圧に対応して屈折率の
変化Δnの分布もそれぞれ第6図、第7図、第8図およ
び第9図に示すようになり、光偏向器24を通過するレ
ーザビーム30がそれ等に対応して偏向角θa、θb、
θC1θdにて偏向されるのである。Therefore, when the voltage applied between each electrode 24a and each electrode 24b from the deflection control device 28 is changed over time, for example, as shown in the upper part of FIG. 5, the deflection angle of the laser beam 30 is synchronously changed. θ is changed as shown in the lower part of FIG. For example, the distributions of the changes in refractive index Δn corresponding to the applied voltages shown at points a, b, C, and d in FIG. 5 are also shown in FIGS. 6, 7, 8, and 9, respectively. The laser beam 30 passing through the optical deflector 24 has deflection angles θa, θb,
It is deflected at θC1θd.
なお、前記光偏向器26を構成する各電極にも偏向制御
装置28から上記と同様な電圧が印加されるので、光偏
向器24および26を通過したレーザビーム30は1個
の光偏向器24による偏向角θの約2倍の偏向角にて偏
向される。Note that since the same voltage as above is applied from the deflection control device 28 to each electrode constituting the optical deflector 26, the laser beam 30 that has passed through the optical deflectors 24 and 26 is directed to one optical deflector 24. is deflected at a deflection angle that is approximately twice the deflection angle θ.
ここで、第10図は上記光偏向器24の動作をフレネル
レンズ32を用いて模式的に示すものであり、前記印加
電圧が大きくたとえば第5図のa点である場合は、レー
ザビーム30aに示すようにフレネルレンズ32の中心
から離れた位置に入射した場合と等価であり、このとき
の偏向角はθaとなる。また、印加電圧が小さくたとえ
ば第5図のb点となるとレーザビーム30bに示すよう
に、あるいは印加電圧の極性が逆転してたとえば第5図
のC点となるとレーザビーム30Cに示すようにフレネ
ルレンズ32に入射した場合と等価となり、それぞれ偏
向角はθbあるいはθC(負)となるのである。Here, FIG. 10 schematically shows the operation of the optical deflector 24 using a Fresnel lens 32. When the applied voltage is large, for example at point a in FIG. 5, the laser beam 30a is As shown, this is equivalent to the case where the light is incident at a position away from the center of the Fresnel lens 32, and the deflection angle at this time is θa. When the applied voltage is small, for example at point b in FIG. 5, a laser beam 30b appears, or when the polarity of the applied voltage is reversed, for example at point C in FIG. 32, and the deflection angle becomes θb or θC (negative), respectively.
次に、前記光束補正部20は、光偏向部18を通過する
ことにより偏向させられたレーザビーム30を一点に収
束させるためものであり、第11図に示すように、光導
波路12上において緩衝層22を介して光軸L0に直角
な方向へ配列された複数の補正用電極群34から構成さ
れる。補正用電極群34は、前記光偏向器24の電極の
ように、一対の電極34aおよび34bが所定間隔D2
だけ離隔させられた状態にて多数対配設されているが、
一対の電極34aおよび34bには、たとえば、光軸L
0を境にして極性が反対であって光軸L0から離隔する
程大きくなる電圧が印加されている。このため、第12
図に示すように、補正用電極群34間に形成される屈折
率の大きさの分布すなわち屈折率変化Δnの分布が上記
光軸L0に相当する位置を境にして互いに反対方向に向
かって傾斜する鋸歯状を成し、かつその傾斜は光軸L0
から離隔する程大きくなる。このような分布は凸レンズ
機能を備えたフレネルレンズに相当する。Next, the beam correction section 20 is for converging the laser beam 30 deflected by passing through the optical deflection section 18 to one point, and as shown in FIG. It is composed of a plurality of correction electrode groups 34 arranged in a direction perpendicular to the optical axis L0 via the layer 22. In the correction electrode group 34, like the electrodes of the optical deflector 24, a pair of electrodes 34a and 34b are arranged at a predetermined interval D2.
Although many pairs are arranged with a distance of
For example, the pair of electrodes 34a and 34b has an optical axis L
A voltage is applied which has opposite polarity with respect to 0 and becomes larger as the distance from the optical axis L0 increases. For this reason, the 12th
As shown in the figure, the distribution of the magnitude of the refractive index formed between the correction electrode group 34, that is, the distribution of the refractive index change Δn, tilts in opposite directions with respect to the position corresponding to the optical axis L0. It forms a sawtooth shape, and its inclination is toward the optical axis L0.
The further away you are from it, the larger it becomes. Such a distribution corresponds to a Fresnel lens with a convex lens function.
そして、上記光束補正部20の焦点距離は、前記偏向制
御装置28から印加される電圧に従って変化させられ、
光偏向部18における偏向角度に応じて調節される。光
偏向部1Bを通過したレーザビーム30の拡がりは偏向
角度θに依存するから、偏向角度θが大きくなる程焦点
距離が短くされるのである。ここで、電極34aおよび
34bに印加される電圧の極性反転位置は光軸L0であ
る必要はなく光の偏向角に応じて変化させても良い。な
お、各一対の電極34aおよび34b間の間隔D2を光
軸L0から離隔する程小さくして、屈折率変化Δnの分
布を第13図に示すようにしてもよい。このようにすれ
ば、印加電圧が一定でも光軸から離隔した位置に入射し
た先程焦点距離が短くされる利点がある。The focal length of the luminous flux correction unit 20 is changed according to the voltage applied from the deflection control device 28,
It is adjusted according to the deflection angle in the light deflection section 18. Since the spread of the laser beam 30 that has passed through the optical deflection section 1B depends on the deflection angle θ, the focal length becomes shorter as the deflection angle θ becomes larger. Here, the polarity inversion position of the voltage applied to the electrodes 34a and 34b does not need to be the optical axis L0, and may be changed depending on the deflection angle of the light. Note that the distance D2 between each pair of electrodes 34a and 34b may be made smaller as the distance from the optical axis L0 increases, so that the distribution of the refractive index change Δn is as shown in FIG. 13. This has the advantage that even if the applied voltage is constant, the focal length is shortened when the beam is incident on a position distant from the optical axis.
したがって、以上のように構成された装置においては、
光ファイバ14から光導波路12内へ入射されたレーザ
ビーム30は、光収束部16によって平行光とされた後
、光偏向部18によって所望の角度に偏向される。この
光偏向部18における偏向は、光導波路12を構成する
電気光学材料の電気光学効果を利用するものであって、
光偏向器24あるいは26に印加する電圧を時間的に変
化させてそれ等光偏向器24あるいは26内の屈折率分
布の傾斜を時間的に変化させることにより、行われる。Therefore, in the device configured as above,
The laser beam 30 entered into the optical waveguide 12 from the optical fiber 14 is made into parallel light by the light converging section 16, and then deflected at a desired angle by the light deflecting section 18. The deflection in the optical deflection section 18 utilizes the electro-optic effect of the electro-optic material that constitutes the optical waveguide 12,
This is done by temporally changing the voltage applied to the optical deflector 24 or 26 to temporally change the slope of the refractive index distribution within the optical deflector 24 or 26.
そして、このように偏向されたレーザビーム30は光束
補正部20によって偏向角に拘わらず図示しない対象物
上の一点に収束させられ、その対象物上においてレーザ
ビームスポットが所望の振り角にて走査させられるので
ある。The laser beam 30 deflected in this manner is converged by the beam correction unit 20 onto a point on an object (not shown) regardless of the deflection angle, and the laser beam spot is scanned at a desired deflection angle on the object. They are made to do so.
このように、本実施例によれば、従来の装置に備えられ
るような光を偏向させるための回転機構およびその駆動
装置等の機械的可動部分が不要となり、装置が簡単かつ
小型となるとともに耐久性が向上するのである。しかも
、光偏向部18を構成する光偏向器24あるいは26に
印加する電圧を変えることによって所望の偏向角度が得
られ、レーザビームスポットの走査位置を容易に制御す
ることができる利点がある。As described above, according to this embodiment, there is no need for mechanically movable parts such as a rotation mechanism for deflecting light and a driving device for the rotation mechanism for deflecting light, which are provided in conventional devices, making the device simple and compact, and also durable. This will improve your sexual performance. Moreover, by changing the voltage applied to the optical deflector 24 or 26 constituting the optical deflection section 18, a desired deflection angle can be obtained, and there is an advantage that the scanning position of the laser beam spot can be easily controlled.
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説
明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号
を付して説明を省略する。Next, another embodiment of the present invention will be described. In the following description, parts common to those in the above-described embodiments are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
前記光偏向部18は、多数の電極40を等間隔に配設し
、かつそれ等多数の電極40中の一群を構成する個々の
電極に順次異なる電圧を印加することにより、屈折率変
化の分布が一方向に傾斜した鋸歯状となるように構成さ
れても良い。第14図の下段はそのように構成された多
数の電極40を示し、第14図の上段はそれら電極40
に対する印加電圧およびそれ等電極40の位置に対応し
て形成される屈折率変化Δnの分布を示す。The light deflection unit 18 arranges a large number of electrodes 40 at regular intervals and sequentially applies different voltages to individual electrodes constituting a group among the large number of electrodes 40, thereby adjusting the distribution of refractive index change. It may be configured to have a sawtooth shape inclined in one direction. The lower part of FIG. 14 shows a large number of electrodes 40 configured in this way, and the upper part of FIG. 14 shows those electrodes 40.
The distribution of the refractive index change Δn formed corresponding to the applied voltage and the position of the electrode 40 is shown.
また、上記のように多数の電極40中の一群を構成する
個々の電極に順次異なる電圧を印加する場合には、第1
5図および第16図に示すように、多数の電極40中の
一群を接続する抵抗体42を配設し、その抵抗体42の
両端に位置する電極に電圧を印加するようにしても良い
。このようにすれば、基板10上の配線が簡単となる利
点がある。In addition, when applying different voltages sequentially to the individual electrodes constituting one group among the large number of electrodes 40 as described above, the first
As shown in FIGS. 5 and 16, a resistor 42 may be provided to connect one group of the many electrodes 40, and a voltage may be applied to electrodes located at both ends of the resistor 42. This has the advantage of simplifying the wiring on the substrate 10.
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は
その他の態様においても適用される。Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is also applicable to other aspects.
たとえば、第5図の上段に示すように、前述の光偏向部
18に供給される印加電圧はその極性が逆となる交流で
あったが、極性が変化しない範囲で脈動する直流電圧で
あってもよい。また、光偏向部18を構成する電極の配
置構成や電圧の印加方法については、屈折率分布が一方
向に傾斜して形成されかつその傾斜が変化させられるよ
うにする範囲で、種々変更され得る。For example, as shown in the upper part of FIG. 5, the applied voltage supplied to the optical deflection unit 18 described above was an alternating current whose polarity was reversed, but it was a direct current voltage that pulsated within a range where the polarity did not change. Good too. Furthermore, the arrangement and configuration of the electrodes constituting the light deflection section 18 and the voltage application method may be changed in various ways as long as the refractive index distribution is formed with an inclination in one direction and the inclination can be changed. .
また、前記光偏向部18においては、2個の光偏向器2
4および26によって光が偏向されるようになっている
が、このような光偏向器の個数は1個でもよいし、3個
以上であっても差支えない。Furthermore, in the optical deflection section 18, two optical deflectors 2 are provided.
4 and 26, the number of such optical deflectors may be one or three or more.
また、前述の実施例の光偏向部18の電極24a、24
bは光軸L0と直角な方向において配列されているが、
必ずしも直角でなくても良い。要するに、光軸L0と交
差する方向において配列されておれば一応の効果が得ら
れるのである。Moreover, the electrodes 24a and 24 of the optical deflection section 18 in the above-mentioned embodiment
b are arranged in a direction perpendicular to the optical axis L0,
It does not necessarily have to be a right angle. In short, if they are arranged in a direction intersecting the optical axis L0, a certain effect can be obtained.
また、前述の実施例の光導波路12は、LiNbO3結
晶からなる基板10の一面にTiを拡散させることによ
り形成されているが、他の種類の基板、たとえば電気光
学効果のきわめて小さいLi T a 03や電気光学
効果のないS iOを基板上にL i N b 0.1
などの電気光学材料製薄膜を形成したものでもよく、拡
散させる金属材料がV(バナジウム)、Nbにオブ)、
Cu(銅)等であっても良い。Furthermore, although the optical waveguide 12 of the above-mentioned embodiment is formed by diffusing Ti onto one surface of the substrate 10 made of LiNbO3 crystal, it is possible to form the optical waveguide 12 by diffusing Ti onto one surface of the substrate 10 made of LiNbO3 crystal. SiO, which has no electro-optic effect, is deposited on a substrate with a
A thin film made of an electro-optical material such as V (vanadium), Nb (obium), etc. may be formed, and the metal material to be diffused may be
It may also be Cu (copper) or the like.
また、前述の実施例の基板10には光ファイバ14が取
り付けられているが、その替わりに半導体レーザチップ
が取り付けられても良いのである。Further, although the optical fiber 14 is attached to the substrate 10 in the above embodiment, a semiconductor laser chip may be attached instead.
なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり
、本発明はその精神を逸脱しない範囲で種々変更が加え
られ得るものである。Note that the above-mentioned embodiment is merely one embodiment of the present invention, and various modifications may be made to the present invention without departing from the spirit thereof.
第1図および第2図は本発明の一実施例を含む光偏向装
置の平面図および側面図である。第3図は第1図および
第2図の要部であって本発明の一実施例の光偏向器の構
成を説明する図である。第4図は第3図の光偏向器にお
ける電界分布例を示す図である。第5図は第3図の光偏
向器の作動を説明するために印加電圧の変化と偏向角の
変化とを同時に示すタイムチャートである。第6図、第
7図、第8図、第9図は、第3図の光偏向器において印
加電圧が第5図のa乃至dである状態の屈折率変化の分
布をそれぞれ示す図である。第10図は第3図の光偏向
器の作動を説明するための図である。第11図は第1図
およ′び第2図の光束補正部の構成を示す図である。第
12図は第11図の光束補正部の屈折率変化の分布例を
示す図である。第13図は光束補正部の他の例における
第12図に相当する図である。第14図は光偏向器の他
の例を印加電圧及び屈折率変化の分布とともに示す図で
ある。第15図および第16図は偏向器の他の例を示す
横断面図および要部斜視図である。
24.26:光偏向器
24a、24b、40:電極
出願人 ブラザー工業株式会社
第1図
第2図
第5図
第6図 第7図 第8図 第9図第12図
第13図
第15図
手続主甫正書 1発)
昭和 6〜6月27日
1、事件の表示
昭和60年 特許願 第022468号2、発明の名称
光偏向器
3、補正をする者
事件との関係 特許出願人
名 称 (526) ブラザー工業株式会社6、補正
の内容
(1)明細書の第12頁第14行と第15行との間に下
記の文章を改行して挿入する。
記
「また、レーザビームの偏向角度を制御するためには、
前記光偏向部18に替えて、第17図および第18図の
光偏向素子48内の光偏向部58に示すものが用いられ
得る。光偏向素子48の基板は電気光学材料、たとえば
LiNb0z結晶から成る0、 5 U程度の厚さのチ
ップから成り、その−面には光導波路52が設けられて
いる。この光導波路52は、基板の他の部分よりも屈折
率が大きくされて光が平面的に閉じ込められるようにす
ることにより好適に導かれるようになっており、たとえ
ば基板の表面からTi(チタン)を拡散させることによ
り数μm程度の比較的薄い層状に形成されている。なお
、基板と光導波路52とは屈折率が異なるのみでありし
かもその屈折率は連続的に変化するため、それらの境界
は破線にて示されている。゛
上記光導波路52の一端部に接して半導体レーザ素子5
0が固設されており、その半導体レーザ素子50の端面
から出たレーザビームは光導波路52内を導かれる過程
で、光収束部56において平行光に収束させられかつ光
偏向部58において偏向させられるとともに、光束補正
部60において焦点補正されるようになっている。
すなわち、光収束部56は、基板の面方向かつ前記レー
ザビームの光軸L0に直角な方向においてその光軸L0
に近づく程拡散させられることにより、光導波路52に
おいて光軸L0に近づく程屈折率が高くされて凸レンズ
機能が設けられたものである。光取束部56内に示す直
線群は屈折率分布を表すためのものであってその綿密度
が屈折率の高さを示している。なお、この光収束部56
は光導波路の表面に凹陥部を設けて成るジオデシックレ
ンズ等にて構成されても良い。
前記光偏向部58および光束補正部60は、前記光導波
路上に多数の電極が緩衝層62を介して配設されること
によってそれぞれ構成されている。
緩衝層62は、光導波路52よりも屈折率の小さい透明
物質たとえばSin、にて数μm程度の厚みに構成され
たものであり、後述の電極による光の吸収を防止するた
めのものであるが、必ずしも設けられなくても良い。
光偏向部58はレーザビームを偏向させる光偏向器に相
当するものであって、前記光軸L0を挟んで位置する一
対の電極64.66とそれら電極64.66間において
光軸L0と斜交する電極68とから構成されている。
前述した電気光学材料の電気光学効果を利用すると、た
とえば、基板がLiNbO5(Y−カット結晶)の場合
は、電極64.66間に位置する部分の屈折率の変化Δ
nは前述の式(11の如くとなるから、光軸L0に直角
な方向における屈折率の大き−さの分布、すなわち屈折
率変化Δnの分布も電界Eの分布に対応して変化し、た
とえば、電極68に正電圧、電極64および66に接地
電圧を印加すると、光偏向部58のA−A、B−BSC
−C線上における電界Eおよび屈折率変化Δnの分布は
それぞれ第19図、第20図、第21図に示す如くとな
る。このため、光軸L0と平行に進行するレーザビーム
は光束の各部で経験する屈折率が異なることになり、屈
折率の高い方へ曲げられる。
したがって、光偏向素子48から電極68と電極64お
よび66との間にそれぞれ印加される電圧がたとえば正
弦波状に時間的に変化させられると、それに同期してレ
ーザビームの偏向角θが正弦波状に同期的に変化させら
れる。なお、第19図乃至第21図の電界Eは第17図
の下方向を正とし、また電極64を右手に、電極66を
左手に見る方向から示したものである。
次に、前記光束補正部60は、多数の三次元光導波路7
2を放射状に有するとともに、一連の補正用電極74を
有している。なお、理解を容易にするために図において
7本の三次元光導波路72が画かれているが、実際には
きわめて多数の三次元光導波路72が設けられている。
光導波路72はTi等の拡散によって中央部程屈折率が
高くなるように構成されており、光導波路72中を伝播
するレーザビーム70は第22図に示すように周期的に
収束させられる。前記補正用電極74は第23図に示す
ように光導波路72上に配設されており、レーザビーム
70が伝播している光導波路72bのとなりの光導波路
72a、72c上の補正用電極74aと74C間に補正
電圧が印加されることにより、光導波路74bの電極7
4aと74cとの間に位置する部分の屈折率が変化させ
られる。このため、たとえば第24図の(a)に示す状
態から(b)に示す状態に変化させられて焦点補正が行
われるのである。このような焦点補正のための信号が図
示しない光束補正制御回路から偏向角度に関連して供給
される。なお、第25図に示すように、光偏向素子48
から出力されるレーザビーム70の垂直方向の焦点を補
正するために、トロイダルレンズ76が必要に応じて設
けられる。
このように、第17図の光偏向素子48においては、そ
の光偏向部58における偏向作用が、光導波路52を構
成する電気光学材料の電気光学効果を利用するものであ
って、光偏向用の電極64および66と68との間に印
加する電圧を時間的に変化させてそれ等電極64および
66間の光導波路52の屈折率分布を時間的に変化させ
ることにより行われる。それ故、従来の装置に備えられ
るような光を偏向させるための回転機構およびその駆動
装置等の機械的可動部分が不要となり、装置の騒音が解
消されるとともに信頬性および耐久性が向上するのであ
る。」
(2)同第14頁第3行乃至第5行の「また、・・・・
・良いのである。」を削除する。
(3) 同第15頁第9行の「要部斜視図である。」
に続いて以下の文章を挿入する。
記
[第17図および第18図は本発明の他の実施例の光偏
向器を含む光偏向素子の正面図および側面図である。第
19図、第20図および第21図は第17図のA−A線
、B−B線、およびC−C線上の電界分布および屈折率
変化量の分布をそれぞれ示す図である。第22図は第1
7図の光束補正部のレーザビーム伝播状態を示す図であ
る。第23図は光束補正の際の電極の選択方式を説明す
る図である。第24図は光束補正部の補正作用を説明す
る図であって、(a)は電圧無印加状態を示しており、
伽)は電圧印加状態を示している。第25図は第17図
の光偏向素子の出力側に設けられる補正用レンズの例を
示す図である。」
(4)同第15頁第11行のr24a、24b、40:
電極」をr24a、24b、40,64.66.68:
電極」に訂正する。
(5) 別紙の第17図、第18図、第19図、第2
0図、第21図、第22図、第23図、第24図、およ
び第25図を追加する。
以 上
第17図
第18図1 and 2 are a plan view and a side view of an optical deflection device including an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing the main parts of FIGS. 1 and 2, and is a diagram illustrating the configuration of an optical deflector according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing an example of electric field distribution in the optical deflector of FIG. 3. FIG. 5 is a time chart showing changes in the applied voltage and changes in the deflection angle at the same time to explain the operation of the optical deflector shown in FIG. 6, 7, 8, and 9 are diagrams showing the distribution of refractive index changes in the optical deflector of FIG. 3 when the applied voltages are a to d in FIG. 5, respectively. . FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of the optical deflector shown in FIG. 3. FIG. 11 is a diagram showing the configuration of the luminous flux correction section shown in FIGS. 1' and 2. FIG. 12 is a diagram showing an example of the distribution of refractive index changes in the luminous flux correction section of FIG. 11. FIG. 13 is a diagram corresponding to FIG. 12 in another example of the luminous flux correction section. FIG. 14 is a diagram showing another example of the optical deflector along with the applied voltage and the distribution of refractive index change. FIGS. 15 and 16 are a cross-sectional view and a perspective view of essential parts showing other examples of the deflector. 24.26: Optical deflector 24a, 24b, 40: Electrode Applicant: Brother Industries, Ltd. Figure 1 Figure 2 Figure 5 Figure 6 Figure 7 Figure 8 Figure 9 Figure 12
Figure 13 Figure 15 Procedural master's official document 1) Showa June - June 27 1, Indication of the case 1985 Patent application No. 022468 2, Name of the invention Light deflector 3, Person making the amendment Case and Relationship Patent Applicant Name (526) Brother Industries, Ltd. 6 Contents of Amendment (1) The following sentence is inserted on a new line between page 12, line 14 and line 15 of the specification. "Also, in order to control the deflection angle of the laser beam,
Instead of the light deflection section 18, a light deflection section 58 shown in the light deflection element 48 in FIGS. 17 and 18 may be used. The substrate of the optical deflection element 48 consists of a chip made of an electro-optic material, for example, LiNbOz crystal, and has a thickness of about 0.5 U, and an optical waveguide 52 is provided on its negative surface. This optical waveguide 52 has a larger refractive index than other parts of the substrate so that light is confined in a plane, so that it can be guided in a suitable manner.For example, Ti (titanium) It is formed into a relatively thin layer of about several micrometers by diffusing it. Note that the substrate and the optical waveguide 52 differ only in their refractive indexes, and the refractive indexes change continuously, so their boundaries are shown by broken lines.゛The semiconductor laser element 5 is in contact with one end of the optical waveguide 52.
The laser beam emitted from the end face of the semiconductor laser element 50 is converged into parallel light at the light converging section 56 and deflected at the light deflecting section 58 while being guided through the optical waveguide 52. At the same time, the focus is corrected in the luminous flux correcting section 60. That is, the light converging section 56 has its optical axis L0 in the plane direction of the substrate and in a direction perpendicular to the optical axis L0 of the laser beam.
By diffusing the light as it approaches the optical axis L0, the refractive index of the optical waveguide 52 increases as it approaches the optical axis L0, providing a convex lens function. The group of straight lines shown in the light collecting part 56 is for expressing the refractive index distribution, and the density of the straight lines indicates the height of the refractive index. Note that this light converging section 56
The optical waveguide may be constructed of a geodesic lens or the like having a concave portion provided on the surface of the optical waveguide. The optical deflection section 58 and the luminous flux correction section 60 are each constructed by disposing a large number of electrodes on the optical waveguide via a buffer layer 62. The buffer layer 62 is made of a transparent material having a refractive index lower than that of the optical waveguide 52, such as Sin, and has a thickness of approximately several μm, and is intended to prevent absorption of light by the electrodes described later. , does not necessarily have to be provided. The optical deflection unit 58 corresponds to an optical deflector that deflects a laser beam, and has a pair of electrodes 64.66 located on both sides of the optical axis L0, and a pair of electrodes 64.66 located obliquely to the optical axis L0 between the electrodes 64.66. It is composed of an electrode 68. By utilizing the electro-optic effect of the electro-optic material described above, for example, if the substrate is LiNbO5 (Y-cut crystal), the refractive index change Δ of the portion located between the electrodes 64 and 66
Since n is as shown in the above equation (11), the distribution of the magnitude of the refractive index in the direction perpendicular to the optical axis L0, that is, the distribution of the refractive index change Δn, also changes corresponding to the distribution of the electric field E, for example, , when a positive voltage is applied to the electrode 68 and a ground voltage is applied to the electrodes 64 and 66, the A-A and B-BSC of the optical deflection section 58 are applied.
The distributions of the electric field E and the refractive index change Δn on the -C line are as shown in FIGS. 19, 20, and 21, respectively. Therefore, the laser beam traveling parallel to the optical axis L0 experiences different refractive indexes at different parts of the light beam, and is bent toward the side with a higher refractive index. Therefore, when the voltages applied from the optical deflection element 48 between the electrode 68 and the electrodes 64 and 66 are changed over time in a sinusoidal manner, the deflection angle θ of the laser beam becomes sinusoidal in synchronization with the voltage. Can be changed synchronously. The electric field E in FIGS. 19 to 21 is shown with the downward direction in FIG. 17 being positive, and the electrode 64 is viewed from the right hand and the electrode 66 is viewed from the left hand. Next, the light flux correction section 60 includes a large number of three-dimensional optical waveguides 7.
2 radially, and a series of correction electrodes 74. Although seven three-dimensional optical waveguides 72 are shown in the figure for ease of understanding, in reality, a very large number of three-dimensional optical waveguides 72 are provided. The optical waveguide 72 is configured such that the refractive index becomes higher toward the center due to the diffusion of Ti, etc., and the laser beam 70 propagating through the optical waveguide 72 is periodically converged as shown in FIG. 22. The correction electrode 74 is disposed on the optical waveguide 72 as shown in FIG. 23, and is connected to the correction electrode 74a on the optical waveguides 72a and 72c adjacent to the optical waveguide 72b through which the laser beam 70 propagates. By applying a correction voltage between 74C, the electrode 7 of the optical waveguide 74b
The refractive index of the portion located between 4a and 74c is changed. For this reason, focus correction is performed by changing the state shown in FIG. 24(a) to the state shown in FIG. 24(b), for example. A signal for such focus correction is supplied in relation to the deflection angle from a light flux correction control circuit (not shown). Note that, as shown in FIG. 25, the optical deflection element 48
A toroidal lens 76 is provided as necessary to correct the vertical focus of the laser beam 70 output from the laser beam 70 . As described above, in the optical deflection element 48 shown in FIG. 17, the deflection action in the optical deflection section 58 utilizes the electro-optic effect of the electro-optic material constituting the optical waveguide 52, and the optical deflection element 48 of FIG. This is done by temporally changing the voltage applied between the electrodes 64 and 66 and 68 to temporally change the refractive index distribution of the optical waveguide 52 between the electrodes 64 and 66. Therefore, there is no need for mechanically movable parts such as a rotating mechanism for deflecting light and its drive device, which are provided in conventional devices, which eliminates device noise and improves reliability and durability. It is. ” (2) “Also...” on page 14, lines 3 to 5.
・It's good. ” to be deleted. (3) "This is a perspective view of the main parts" on page 15, line 9.
Insert the following text after. 17 and 18 are a front view and a side view of an optical deflection element including an optical deflector according to another embodiment of the present invention. 19, FIG. 20, and FIG. 21 are diagrams showing the electric field distribution and the distribution of the refractive index change amount on the AA line, the BB line, and the CC line of FIG. 17, respectively. Figure 22 is the first
FIG. 8 is a diagram showing a laser beam propagation state of the luminous flux correction section in FIG. 7; FIG. 23 is a diagram illustrating an electrode selection method during luminous flux correction. FIG. 24 is a diagram illustrating the correction action of the luminous flux correction section, in which (a) shows a state in which no voltage is applied;
弽) indicates the voltage application state. FIG. 25 is a diagram showing an example of a correction lens provided on the output side of the optical deflection element shown in FIG. 17. (4) r24a, 24b, 40 on page 15, line 11:
Electrode" r24a, 24b, 40, 64.66.68:
Corrected to "electrode". (5) Figures 17, 18, 19, and 2 of the attached sheet
Add Figure 0, Figure 21, Figure 22, Figure 23, Figure 24, and Figure 25. Above Figure 17 Figure 18
Claims (1)
して交差する方向に互いに離隔した複数の電極を設け、
該電極間に印加される電圧を時間的に変化させて該電極
に印加される電圧によって該光導波路内に形成される屈
折率分布の傾斜を変化させることにより、前記光導波路
内を通過する光を偏向させるようにしたことを特徴とす
る光偏向器。A plurality of electrodes are provided on an optical waveguide having an electro-optic effect, spaced apart from each other in a direction intersecting the direction of propagation of light,
By temporally changing the voltage applied between the electrodes and changing the slope of the refractive index distribution formed within the optical waveguide by the voltage applied to the electrodes, light passing through the optical waveguide can be controlled. An optical deflector characterized in that it deflects.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2246885A JPS61182025A (en) | 1985-02-07 | 1985-02-07 | Polarizer |
US06/825,994 US4755036A (en) | 1985-02-07 | 1986-02-04 | Apparatus for deflecting light beam |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2246885A JPS61182025A (en) | 1985-02-07 | 1985-02-07 | Polarizer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61182025A true JPS61182025A (en) | 1986-08-14 |
Family
ID=12083537
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2246885A Pending JPS61182025A (en) | 1985-02-07 | 1985-02-07 | Polarizer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61182025A (en) |
-
1985
- 1985-02-07 JP JP2246885A patent/JPS61182025A/en active Pending
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