JPH10333189A - Focal distance variable lens device - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a focal distance variable lens device capable of varying a focal distance without accompanying the mechanical movement of a lens by providing electrodes being opposite to each other on both main surfaces of a ferroelectric substrate and applying a voltage to the electrodes making a pair so as to vary the focal distance by varying the voltage and also, to obtain the device capable of converging or dispersing light beams in the direction vertical to the main surface in the case that the light beams are made incident on the ferroelectric substrate. SOLUTION: A device is provided with a ferroelectric substrate 1A, electrodes 73 and 74 making a pair installed respectively on the both main surfaces 43A, 44A of the substrate being opposite to each other, a voltage supply source 77 for applying a voltage to between the electrodes making a pair and then, the focal distance against the converged or dispersed light beams in varied by converging or dispersing the light beams made incident on one end face of the substrate and emitted from the other end face after passing between both main surfaces and also by varying the voltage of the voltage supply source.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電体基板の電
気光学効果を利用した焦点距離可変レンズ装置に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a variable focal length lens device utilizing an electro-optic effect of a ferroelectric substrate.

【０００２】[0002]

【従来の技術】電気光学効果を利用した素子としては、
光偏向器又は光変調器がある。また、その他に、電気光
学効果の利用を考慮しなければ、レンズやミラーなどが
ある。2. Description of the Related Art Elements utilizing the electro-optic effect include:
There is an optical deflector or an optical modulator. In addition, if the use of the electro-optical effect is not considered, there are a lens and a mirror.

【０００３】光偏向器については、光ビームを電子的に
偏向する手段として、これまではガルバノメータ形、回
転多面反射鏡形、回転ホログラム形がよく使われてい
る。これらの偏向器はいずれも、電気機械的な偏向手段
からなるため、高分解能であってかなり高速の連続走査
が可能であるが、短時間のランダムアクセスに適してい
ない。As a means for electronically deflecting a light beam, a galvanometer type, a rotating polygon mirror, and a rotating hologram type have hitherto been widely used. Each of these deflectors is composed of electromechanical deflecting means, and is capable of high-resolution and extremely high-speed continuous scanning, but is not suitable for short-time random access.

【０００４】他の高速の偏向器としては、音響光学回折
格子によるブラッグ回折を利用するものがある。これ
は、マイクロ秒程度のアクセス時間を持っているが、偏
向角が小さく、走査可能なスポット数（分解能）に難点
があり、出力ビームも複数本に分かれてしまう。Another high-speed deflector utilizes Bragg diffraction by an acousto-optic diffraction grating. Although this has an access time of about microseconds, it has a small deflection angle, has a problem in the number of spots that can be scanned (resolution), and the output beam is divided into a plurality of beams.

【０００５】また、電気光学効果を利用した偏向器は、
さらに高速（即ち、ナノ秒程度の時間）で動作するが、
分解能は一層低下する。A deflector utilizing the electro-optic effect is:
It operates at even higher speeds (ie, on the order of nanoseconds),
The resolution is further reduced.

【０００６】なお、レンズでは、レンズの焦点距離を可
変にするには、複数のレンズを組み合わせ、互いの距離
を機械的に移動させることによって可変焦点距離のレン
ズを実現しているが、構造及び操作が複雑化し、高速性
が不十分となる。In order to make the focal length of the lens variable, a lens having a variable focal length is realized by combining a plurality of lenses and mechanically moving the distance between each other. Operation becomes complicated, and high-speed operation becomes insufficient.

【０００７】ミラーの場合は、現在では固定式であり、
信号によって生成したり、消滅するミラーはないため、
実用性に乏しい。[0007] In the case of a mirror, it is currently of a fixed type,
There are no mirrors created or destroyed by the signal,
Poor practicality.

【０００８】上記したように、従来の光偏向器について
は、電気機械的な偏向器、音響光学効果を利用した偏向
器、電気光学効果を利用した偏向器は、それぞれに長
所、短所があるが、高速度で高分解能の満足できる光偏
向素子は未だ存在していないのが現状である。As described above, with respect to the conventional optical deflector, the electromechanical deflector, the deflector using the acousto-optic effect, and the deflector using the electro-optic effect have advantages and disadvantages, respectively. At present, there is no light deflecting element that can satisfy a high speed and a high resolution.

【０００９】なお、レンズについては、単体のレンズで
焦点距離が可変のレンズは存在していないのが現状であ
り、また、ミラーについても、オン、オフできるミラー
は現状では存在しない。At present, there is no single lens having a variable focal length as a single lens, and there is no mirror that can be turned on and off at present.

【００１０】〔先行例〕そこで、本発明者は、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（先行
例）を提案した。[Prior Art] Therefore, the present inventor has proposed an electro-optical element such as an optical deflecting element or the like (high-resolution) capable of high-speed random access and having a large deflectable angle and a high resolution.

【００１１】即ち、この先行例は、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つが強
誘電性基体の主面に対して垂直若しくは略垂直であり、
かつ、光ビームが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である。That is, the prior art has a ferroelectric substrate, electrodes provided on the main surface of the ferroelectric substrate, and domain-inverted domains formed in the ferroelectric substrate in a predetermined shape. And at least one of the domain walls of the domain is perpendicular or substantially perpendicular to the main surface of the ferroelectric substrate;
Further, the electro-optical element is configured so that the light beam passes through at least two of the domain walls.

【００１２】この先行例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。According to this prior art electro-optical element, a voltage is applied through an electrode formed on a main surface of a ferroelectric substrate including a plurality of domain-inverted domains, so that a voltage is applied between the substrate and the domain. , Causing a significant deflection of the light beam as it passes through at least two domain walls. That is, the light beam can be largely deflected by continuously passing the light beam through the plurality of domain walls.

【００１３】従って、この先行例は、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。Therefore, in this prior example, for example, a high-resolution light deflecting element (or light modulating element) with a large deflection angle can be easily realized as an electro-optical element. Moreover, since the voltage is applied, high-speed continuous scanning can be performed by random access.

【００１４】また、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。Further, since the deflection based on the difference in the refractive index becomes a large deflection angle when passing through a plurality of domain walls, the effect of condensing and diverging the light beam is increased, and therefore it is suitable for a lens having a variable focal length. Becomes This lens changes the focal length with an electric signal without mechanical movement,
Alternatively, the light beam can be focused and diverged.

【００１５】そして、ミラーとしても、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。[0015] Also, since the mirror is deflected by the application of the voltage due to the difference in the refractive index, the transmission and reflection of the light beam can be performed by turning on and off the voltage.
Further, the reflection efficiency is increased by passing through a plurality of domains. The mirror can be triggered or extinguished by an electrical signal without mechanical movement.

【００１６】また、この先行例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主面に垂直若しくは略垂直になるよ
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。According to the electro-optical element of the prior art, at least one of the domain walls is formed as the shape of the domain wall.
By selecting one of them so as to be perpendicular or substantially perpendicular to the main surface of the ferroelectric substrate, the propagation direction of the light beam in the device is always parallel to the main surface, and the light beam in the device is propagated stably. be able to.

【００１７】この先行例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。In the electro-optical element of this prior art, two opposing domain-inverted domains traversed by a propagating light beam.
By applying a voltage between electrodes provided on both opposing main surfaces of the ferroelectric substrate, the light beam has a voltage of at least two domain walls each having a different incident angle to the two domain walls. It is desirable to deflect according to the following.

【００１８】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、光ビームの伝搬方向を変化させること
が、特にミラーに好適である。Further, domain walls are laminated at a predetermined period so that a light beam is incident at a predetermined incident angle, and a voltage is applied between electrodes provided on opposite main surfaces of the ferroelectric substrate. Changing the propagation direction of the light beam is particularly suitable for a mirror.

【００１９】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、光ビームを集
光又は発散させることが、特に焦点距離可変レンズに好
適である。Further, at least two domain walls which are convex or concave with respect to the propagation direction of the light beam are present in the propagation direction, and a voltage is applied between the electrodes provided on the opposite main surfaces of the ferroelectric substrate. Condensing or diverging the light beam by applying it is particularly suitable for a variable focal length lens.

【００２０】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電気光学素子と、ｙ方向
に関する処理を行う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。Further, an electro-optical element for processing the light beam in the x direction and a process in the y direction are performed in two directions perpendicular to the propagation direction of the light beam, that is, the x direction and the y direction. By passing a light beam through the electro-optical element, processing in both the x and y directions can be performed.

【００２１】この場合、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。In this case, a plurality of electro-optical elements are arranged, and among these electro-optical elements, a light-emitting end of the first electro-optical element and a light-emitting end of the second electro-optical element. Are continuously arranged such that the main surfaces of both elements are orthogonal to each other, the light beam can be two-dimensionally deflected, condensed, and diverged.

【００２２】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、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。Also, a plurality of electro-optical elements are arranged via means having a function of mutually converting the x direction and the y direction, which are two directions perpendicular to the cross section orthogonal to the light beam propagation direction. Among the electro-optical elements, it is preferable to arrange the first electro-optical element and the second electro-optical element such that their main surfaces are parallel to each other.

【００２３】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、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、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。また、前記強誘電性基体の対向した両主
面の略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。Further, the polarization direction of the light beam is deflected so as to be perpendicular to the main surface of the ferroelectric substrate, so that the light beam is perpendicular to the propagation direction of the light beam and also in the propagation direction of the original light beam. The beam may be deflected so as to be perpendicular, and the x-direction and the y-direction of the cross section orthogonal to the initial light beam propagation direction may be converted to each other. Electrodes are provided over substantially the entire opposite main surfaces of the ferroelectric substrate, and the propagation direction of the light beam is changed according to the voltage applied between these electrodes. Is maintained parallel to the main surface of the base, and unnecessary divergence of the light beam can be prevented.

【００２４】強誘電性基体がＬｉＮｂ_x Ｔａ_1-x Ｏ
₃ （但し、０≦ｘ≦１）の結晶からなり、ドメイン壁の
辺の方向が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。The ferroelectric substrate is made of LiNb _x Ta _1-x O
₃ If the direction of the side of the domain wall is parallel to the mirror surface of the crystal, the flatness of the domain wall can be improved and the deflection can be performed satisfactorily. Therefore, this is a desirable configuration.

【００２５】分極反転ドメインの形成に際しては、例え
ば、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、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）。In forming the domain-inverted domain, for example, electrodes are provided on both opposing main surfaces of the ferroelectric substrate, electrodes of a predetermined shape are provided on at least one main surface, and a voltage is applied between both main surfaces. Is applied, each domain-inverted domain is formed in a predetermined shape (polarization is inverted to a desired shape).

【００２６】或いは、強誘電性基体に対して分極反転ド
メイン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）。Alternatively, each of the domain-inverted domains is formed in a predetermined shape by irradiating the electron beam or a charged particle having a negative charge to the surface of the ferroelectric substrate on the negative side of the spontaneous polarization of the domain-inverted domains. (The polarization is inverted to the desired shape).

【００２７】或いは、強誘電性基体に対して分極反転ド
メイン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）。Alternatively, each domain-inverted domain is formed by irradiating a charged particle having a positive charge to the surface on the positive side of spontaneous polarization of the domain-inverted domain with respect to the ferroelectric substrate (to a desired shape). The polarization is reversed).

【００２８】先行例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、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
壁の辺の方向がミラー面と平行となり、ドメイン壁の平
面度が向上する。In the electro-optical element of the preceding example, at least one main surface is formed with electrodes of a predetermined shape on both sides of the substrate as a domain forming means, and a voltage is applied between the electrodes to form a predetermined electrode shape. When the polarization is reversed, the light beam enters when the electrode shape of at least one main surface is polygonal and at least one side of this electrode is parallel to the mirror surface of the crystal forming the ferroelectric substrate. The direction of the side of the domain wall is parallel to the mirror surface, and the flatness of the domain wall is improved.

【００２９】この場合、強誘電性基体がＬｉＮｂ_x Ｔａ
_1-x Ｏ₃ （但し、０≦ｘ≦１）の結晶からなっていると
よい。In this case, the ferroelectric substrate is made of LiNb _x Ta.
It is preferable to be composed of _1-x O ₃ (where 0 ≦ x ≦ 1) crystals.

【００３０】以下、この先行例を具体的に詳細に説明す
る。Hereinafter, the preceding example will be described in detail.

【００３１】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行例を適
用した例を説明する。 Example of Light Deflection Element First, an example in which the preceding example is applied to a light deflection element utilizing the electro-optic effect will be described.

【００３２】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。A light beam incident on a medium having a different refractive index from a medium having a certain refractive index bends its course due to refraction between the two media. At this time, if the medium has an electro-optic effect, The refraction angle changes due to the change in the refractive index of the medium according to the electric signal, and as a result, the path of the light beam can be bent according to the electric signal.

【００３３】図６に示すように、この先行例による光偏
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。As shown in FIG. 6, an optical deflecting element 40 according to the prior art basically includes a ferroelectric substrate 1, a plurality of domain-inverted domains 2 formed in the substrate, The electrode films 3 and 4 are attached to the two main surfaces 43 and 44, respectively, and the electric signal source 7 for applying a voltage between these electrodes.

【００３４】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６（更に
は図７）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４３，４
４に対して垂直若しくは略垂直であり、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。The direction of the crystal of the substrate 1 (the direction of the spontaneous polarization indicated by the upward arrow in the figure) and the direction of the crystal of the domain 2 (the direction of the spontaneous polarization indicated by the downward arrow in the figure) are shown in FIG. As shown in FIG. 7), they are inverted by 180 degrees. Then, at least one (here, both) of the domain walls 2 a and 2 b of the domain 2 is the main surface 43 and 4 of the ferroelectric substrate 1.
4, and the light beam 41 divides at least two domain walls (2a → 2b → 2a).
(Like 通過).

【００３５】図６（更には図７）のように、光ビーム４
１は素子端面５から入射し、基板１とドメイン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。As shown in FIG. 6 (and FIG. 7), the light beam 4
1 enters from the element end face 5 and exits from the opposite end face 6 while passing through the substrate 1 and the domain 2 alternately. The traveling direction of the emitted beam 42 is applied between the electrodes 3 and 4 by the electric signal source 7. The change in the refractive index according to the applied signal voltage causes the incident light beam 41 to change by an angle φ with respect to the traveling direction.

【００３６】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解の大きさに比例し、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。The magnitude of the change in the refractive index of the crystal having the electro-optic effect is proportional to the magnitude of the electrolysis applied to the crystal. When the direction of the applied electrolysis is reversed by 180 degrees, the sign of the change in the refractive index is also reversed. I do.

【００３７】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。The substrate 1 and the domain 2 have a crystal orientation of 1
Since it is inverted by 80 degrees, a refractive index difference occurs between the substrate 1 and the domain 2 according to the signal voltage applied between the electrodes 3 and 4, and the angle at which the light beam is refracted changes accordingly.

【００３８】図７は、この先行例による素子の動作を概
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へ光ビーム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６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。FIG. 7 schematically shows the operation of the element according to this prior art. After the light beam 41 is incident on the domain 2 whose domain is inverted from the substrate crystal 1, the refractive index is changed by the signal voltage of the signal source 7. The output light beam 42 changes (the refraction angle changes).
Is deflected from the original optical path (however, the deflection direction is reversed by the polarity of the voltage as compared with FIG. 6). In this case, since the beam passes through the plurality of domains 2, the refraction angle changes each time the beam passes, and finally, the beam 42 deflected at a considerably large angle is obtained.

【００３９】この先行例では、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のも
の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、貼り合わせたプリ
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必要もなく、実現するこ
とができる。In this prior example, as will be described later, a fine structure having high precision can be manufactured by utilizing the semiconductor lithography technique, and complicated machining such as cutting, polishing and bonding is also required. Instead, a large number of prisms for deflection were built in one element in the form of a domain in one element, and a large deflection angle that could not be realized with a single prism was bonded by an extremely simple process. This can be realized without the necessity of the peeling of the prisms in the above method or the peeling of the electrode film by applying an electric field.

【００４０】また、この先行例では、図８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と略直交する。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。In this prior example, as shown in principle in FIG.
Since the electrodes 3 and 44 are perpendicular to each other and the electrodes 3 and 4 are formed in the entire region, the electric lines of force 1 formed between the electrodes
0 is substantially perpendicular to the main surfaces 43 and 44. As a result, the traveling direction of the light beam 41 can always be stably maintained parallel to the main surfaces 43 and 44 of the element 40, and unnecessary divergence of the light beam can be prevented.

【００４１】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９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も不要に
曲げられ易くなる。On the other hand, in the case of FIG. 9 in which the electrode 3A is patterned in the same shape as that of the domain 2, an optical deflecting element of a system in which a voltage is applied only to a single domain crystal to change the refractive index of that portion. However, the line of electric force 10A at the end face of the electrode 3A is bent, which causes the refractive index distribution to bend, and the light beam 42A is also easily bent unnecessarily.

【００４２】図８は、この先行例による望ましい光偏向
器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。FIG. 8 shows in principle the desirable optical deflector according to this prior example. By applying the electrodes 3 and 4 to the whole element, a uniform electric flux line 10 is realized. By choosing a domain whose domain walls are perpendicular to the main surface of the substrate 1, different refractive index boundaries can be made perpendicular to the main surface of the substrate, so that when light traverses regions with different refractive indices. However, the traveling direction can always be kept parallel to the main surface of the element, and unnecessary divergence of the light beam can be prevented.

【００４３】この先行例では、後述するように、強誘電
体基板１の材料として、ＬｉＮｂ_xＴａ_1-x Ｏ₃ （但
し、０≦ｘ≦１）やＫＴｉＰＯ₄ （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。In this prior example, as described later, LiNb _x Ta _{1 -x} O ₃ (where 0 ≦ x ≦ 1) or KTiPO ₄ (KTP) is selected as the material of the ferroelectric substrate 1. Thus, a domain having a domain wall perpendicular to the main surface of the substrate 1 can be realized.

【００４４】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。When the light beam is deflected, it must be deflected at the same deflection angle over the entire area of the cross section orthogonal to the beam traveling direction. It is necessary to be a plane with high accuracy over the region.

【００４５】特に基板材料としてＬｉＮｂ_x Ｔａ_1-x Ｏ
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。Particularly, as a substrate material, LiNb _x Ta _1-x O
₃ (where 0 ≦ x ≦ 1), the flatness of the domain wall can be improved by selecting the direction of the side of the domain wall where the light beam is incident in a direction parallel to the mirror surface of the crystal. .

【００４６】次に、この先行例による光偏向素子の設計
方法について、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃ ）基板
を例に説明する。Next, a method of designing an optical deflection element according to the prior art will be described by taking a lithium niobate (LiNbO ₃ ) substrate as an example.

【００４７】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。The shape of the domain 2 formed in the substrate 1 will be described. Lithium niobate (LiNbO ₃ )
Using the refractive index for an extraordinary ray having a wavelength of 632.8 nm: n _e = 2.200 and the electro-optic constant r ₃₃ = 30.8 × 10 ⁻¹² m / V as the basic physical constants of Is λ = 632.8 nm, and the polarization is the direction of spontaneous polarization (c-axis) of lithium niobate (LiNbO ₃ ).

【００４８】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 ・ｒ₃₃×Ｅ‥‥（１） となる。Here, an electric field E (V / m) is applied to both electrodes 3-4.
Refractive index change when added during becomes _{Δn e = (1/2) · n} e · r 33 × E ‥‥ (1).

【００４９】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、 ｓｉｎθ₁ ／ｓｉｎθ₂ ＝ｎ₂ ／ｎ₁ ‥‥（２） となる。Then, assuming that the light beam incident from the medium 1 having the refractive index n _{1 to} the medium ₂ having the refractive index n _{2 at} an incident angle θ ₁ has an output angle θ ₂ from the medium 1 to the medium 2,
According to Snell's law, the relationship is sin θ ₁ / sin θ ₂ = n ₂ / n ₁ ‥‥ (2).

【００５０】式（２）から、図６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１０参照）は、 Δθ_S ＝ｓｉｎ^-1 〔｛（ｎ_e −Δｎ_e ）／（ｎ_e ＋Δｎ_e ）｝ ×ｓｉｎθ₁ 〕−θ₁ ‥‥（３） となる。From the equation (2), an electric field is applied to the electrodes 3 and 4 shown in FIG. 6 so that the electrode 3 has a high potential, and the refractive index of the substrate 1 is n _e + Δn _e , Refractive index is n
When it became _{e -Δn e,} the deflection angle [Delta] [theta] _S with respect to the incident angle theta ₁ from the substrate 1 to the domain 2 (see FIG. 10) is, Δθ _S = sin ^-1 _{[{(n e -Δn e) /} (n _{e + Δn e)} × sinθ} 1 ] - [theta] ₁ ‥‥ becomes (3).

【００５１】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１０参照）は、 Δθ_d ＝ｓｉｎ^-1〔｛（ｎ_e ＋Δｎ_e ）／（ｎ_e −Δｎ_e ）｝ ×ｓｉｎθ₁ 〕−θ₁ ‥‥（４） となる。On the other hand, the incident angle θ from the domain 2 to the substrate 1
Deflection angle [Delta] [theta] _d with respect to ₁ (see FIG. 10) becomes [Delta] [theta] _d = sin ^-1 _{[{(n e + Δn e)} / (n e -Δn e)} × sinθ 1 ] - [theta] ₁ ‥‥ (4) .

【００５２】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１１（Ａ）に示す。From equations (1), (3) and (4), the electric field E =
When 500,000 V / m was applied to the device,
Deflection angle Δ in the case of lithium niobate (LiNbO ₃ )
The theta _s and [Delta] [theta] _d shown in Figure 11 (A).

【００５３】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。According to these figures, it can be seen that the larger the incident angle θ ₁ to the domain 2 is, the larger the deflection angle is, and it is particularly preferable that the incident angle is 75 ° or more. here,
When θ ₁ is selected to be 85 degrees, the deflection angle (| Δθ _s | + | Δ
θ _d |) is about 0.1 degree.

【００５４】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１０及び図１２
に示すような三角形が望ましい。It is preferable that the other side of the domain 2 be parallel to the light beam so that light is not input / output as much as possible.
The triangle shown in FIG.

【００５５】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１１（Ｂ）には、ドメイ
ンの数と偏向角の関係を示す。If about 10 such domains 2 are arranged in the traveling direction of the light beam, the deflection angle increases every time the domain 2 is crossed, and finally a relatively large deflection angle of about 1 degree is realized. it can. FIG. 11B shows the relationship between the number of domains and the deflection angle.

【００５６】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。Next, regarding the angle of the emission end face 6 of the element,
It will be described that the deflection angle can be further increased by selecting the angle.

【００５７】図１３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１４に示すようになる。In FIG. 13, the relationship between the angle of incidence θ ₁ from the inside of the element to the emission end face 6 and the angle of emission θ ₂ from the emission end face 6 to the air is lithium niobate (LiNbO ₃ ).
Since the refractive index n ₁ is 2.200 and the refractive index n ₂ of air is 1, the equation (2) is as shown in FIG.

【００５８】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。At this time, the incident angle θ _{1 is changed} to the critical angle (27.0
If the angle of deflection is set to a large value in the following range, the deflection angle can be greatly amplified. For example, when the incident angle θ ₁ is 26 degrees and the deflection angle of the light beam incident on the emission end face 6 is 1 degree, The deflection angle of the light beam emitted from the element can be as large as about 6 degrees.

【００５９】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。As described above, the element 40 having a large deflection angle can be realized by designing the shape of the domain 2 and the angle of the emission end face 6.

【００６０】この先行例による光偏向素子４０は、図１
５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。The light deflecting element 40 according to the prior example is shown in FIG.
It can be used for an optical system as shown in FIG. This optical system can be applied to various applications such as a display device by scanning with a laser beam, a laser cutting device, and a laser printer.

【００６１】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で所定の偏向成分の光
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１３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。シグナルジェネレータ５７から
の信号電圧は、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。In this optical system, a He—Ne laser 5
The laser light 51 from 0 is phase-adjusted by a 1 / 2λ plate 53 via a mirror 52 and is converted into a light 41 having a predetermined deflection component by a polarizer 54, and this light is transmitted through an iris 55 and a lens 56 to an optical deflection element (see FIG. 13), is deflected by application of a signal voltage from a signal generator 57, and the deflected light 42 is scanned on an object 58 such as a screen. The signal voltage from the signal generator 57 is amplified to a required level by the amplifier 59,
The value is measured by the voltmeter 60.

【００６２】次に、光偏向素子４０の作製方法の例を説
明する。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。Next, an example of a method for manufacturing the light deflection element 40 will be described. The order of device fabrication is as follows: first, formation of domain 2, formation of electrodes 3, 4, and further, optical polishing of end faces 5, 6 and application of an anti-reflection coating. I do.

【００６３】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１６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。According to the first method for forming the domain 2, for example, as shown in FIG. 16, lithium niobate (LiNb
In order to conceptually show the direction of electric field application of O ₃ ) to the substrate 1, + z of the lithium niobate (LiNbO ₃ ) z plate 1 is shown.
A predetermined shape, for example, a triangular electrode 13 on the surface (+ c surface)
Is formed by applying an Al film and a normal lithography technique, a plane electrode 14 is formed on the −z plane (−c plane) of the z plate 1, and the electrode 13 on the + z plane is replaced with an electrode on the −z plane. 20 kV / mm by the power supply 61 so that the potential becomes higher than
The above electric field is applied at room temperature.

【００６４】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と略同一パター
ンに形成し、図６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。As a result, a plurality of domain-inverted domains 2 are formed in the same pattern as the electrode 13 immediately below the electrode 13, and the device 40 as shown in FIG. 6 is manufactured. In this case, the flat electrode 3 is applied after the electrode 13 is removed. However, the flat electrode 3 may be applied thereon while the electrode 13 is left as it is.

【００６５】なお、図１１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、先行例の光偏向素子では、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。A method similar to the method of forming a domain by applying an external electric field shown in FIG.
"Quasi-phase matching waveguide type SHG element", IEICE Transactions, CI, Vol. J77-CI, No.
5, pp. 206-213 (1994). However, since this known method is for an SHG element, if all the electrodes including the domain inversion electrode are not removed after domain formation, light is attenuated in the electrode area. Therefore, as compared with such an SHG element, the optical deflecting element of the prior art is significantly different from the SHG element in that an electrode is necessarily required to change the refractive index even if the domain forming method is the same.

【００６６】ドメイン２の形成方法として、第２の方法
によれば、図１７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（ｍｍ）｝以上の電子線６２を
室温中で走査して照射する。According to the second method for forming the domain 2, FIG. 17 shows lithium niobate (LiNbO ₃ ).
As shown conceptually the method of irradiating the substrate 1 with an electron beam, the + z of the lithium niobate (LiNbO ₃ ) z plate 1 is shown.
A plane electrode 15 is formed on the surface (+ c surface) by applying an Al film, and with this grounded, 20 kV (acceleration voltage) × 20 kV (acceleration voltage) ×
t {t: Scanning and irradiating an electron beam 62 having a thickness t (mm) of the substrate 1 or more at room temperature.

【００６７】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（但し、分極方向は図１６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。Thus, a plurality of domain-inverted domains (the direction of polarization is opposite to that in FIG. 16) are formed in the substrate 1 in a predetermined pattern. Thereafter, the electrodes 3 and 4 are provided on both surfaces of the substrate, but the electrode 15 may be used as it is.

【００６８】なお、図１７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 d
omainstructure for ＳＨＧ in ＬｉＮｂＯ₃ by dir
ect electron beam lithography at room temperature
"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。A method similar to the method of forming a domain by electron beam irradiation shown in FIG. 17 is described in the literature {M. Yamada and
K.Kishima, "Fabrication of periodically reversed d
omainstructure for SHG in LiNbO ₃ by dir
ect electron beam lithography at room temperature
"Electron.lett., Vol.27, No.10, pp.828-829 (199
1) It is also stated in ①. However, this known method is also called S
It is intended for HG elements.

【００６９】２種類のドメイン形成方法は、ＬｉＮｂ_x
Ｔａ_1-x Ｏ₃ （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。The two types of domain formation methods are LiNb _x
This is an effective method for ferroelectric materials such as Ta _1-x O ₃ (where 0 ≦ x ≦ 1) and KTP.

【００７０】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。In the substrate 1 on which the domains 2 are formed, the presence of an electric field generated by strain stress accumulated during the formation process or an electric field due to injected charges causes the refractive index of the substrate 1 to change non-uniformly. In some cases, it is difficult to apply a signal electric field. In order to prevent this, before proceeding the substrate 1 to the next process,
For lithium niobate (LiNbO ₃ ), 150 ° C. or more,
At temperatures below 700 ° C., lithium tantalate (LiTa
In O ₃ ), it is desirable to anneal at a temperature below the Curie point for several tens of minutes to several hours, preferably in an oxygen atmosphere (otherwise it may be in air).

【００７１】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。Next, the electrodes 3 and 4 are formed by depositing a conductive film such as Al on both main surfaces of the substrate 1 by vapor deposition or sputtering. It is necessary to avoid short circuit.

【００７２】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。Next, the substrate 1 is cut into a predetermined shape, and the end faces 5 and 6 are optically polished. Finally, a dielectric material or the like is applied to both end faces 5 and 6 so that the light beam to be used is not reflected. The device is completed by being applied in multiple layers by a vapor deposition method or the like.

【００７３】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。In this way, a high-speed random access, large deflection angle and a high-resolution optical deflecting element can be realized, and it can be manufactured simply and with high accuracy.

【００７４】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
先行例の電気光学素子を適用した先行例を説明する。 Example of Variable Focal Length Lens Next, a description will be given of a prior example in which the electro-optical element of the preceding example is applied to a lens whose focal length can be varied according to an electric signal.

【００７５】この焦点距離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
方法が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。This variable focal length lens also uses the electro-optic effect. Like the above-described optical deflection element, when an electric field is applied to a domain where the substrate crystallization method is inverted by 180 degrees, a domain corresponding to the electric field is applied. Utilizing the fact that a refractive index difference occurs between them.

【００７６】即ち、図１８に示すように、この焦点距離
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７３，７
４と、これらの電極間に接続された集光・発散信号電源
７７とによって構成されている。That is, as shown in FIG. 18, the variable focal length lens 70 basically includes a ferroelectric substrate 1A,
A plurality of domains 2A formed in this substrate and electrode films 73, 7 attached to both main surfaces 43A, 44A of the substrate.
4 and a condensing / diverging signal power supply 77 connected between these electrodes.

【００７７】基板１Ａの結晶の方向とドメイン２Ａの結
晶の方向とは、図６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。The direction of the crystal of the substrate 1A and the direction of the crystal of the domain 2A are inverted from each other by 180 degrees as shown in FIG. There are at least two domain walls in the propagation direction that form a convex surface 76 a or a concave surface 76 b with respect to the propagation direction of the light beam 71, and between the electrodes 73 and 74 provided on both opposing main surfaces of the substrate 1. The light beam 71 is condensed or diverged by applying a voltage thereto.

【００７８】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。The light beam 71 enters from the element end face 75,
The light beam 72 is emitted from the opposite end face 76 while passing alternately through the substrate 1A and the domain 2A. The emitted light beam 72 is converged or diverged according to the signal voltage of the converging / diverging signal power supply 77. You.

【００７９】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。That is, since the crystal direction of the substrate 1A and the domain 2A is inverted by 180 degrees, the above-described structure is applied between the substrate 1A and the domain 2A according to the signal voltage applied between the electrodes 73 and 74. Similarly, a refractive index difference occurs, and the light beam converges and diverges accordingly.

【００８０】次に、この先行例による焦点距離可変レン
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。Next, a method of designing the variable focal length lens 70 according to the preceding example will be described using a lithium niobate substrate as an example.

【００８１】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。The basic physical constants of the substrate, the electro-optic effect, the law of refraction, and the like are as described in the above-described optical deflection element.

【００８２】例えば、ドメイン構造で作製される個々の
レンズ２Ａの形状を図１９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２０μ
ｍ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の
電界を印加したときの基板とドメインの屈折率）とな
る。For example, the shape of each lens 2A made with a domain structure is designed as shown in FIG. That is, both the radius of curvature r of the front side 76a of the lens and the radius of curvature r of the rear side 76b of the light beam 71 are 20 μm.
When m, the focal length of one _{lens, f = n s · r /} (n d -n s) ‥‥ (5) ( where, n _s, n _d, respectively, the electric field of the element to 50 kV / m (The refractive index of the substrate and the domain when applied).

【００８３】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。By substituting n _s = 2.2−8.199 × 10 ⁻⁵ n _d = 2.2 + 8.199 × 10 ⁻⁵ into this equation (5) (wavelength λ = 0.633 μm), f ≒ 27c
m.

【００８４】そして、このレンズを図２３のように複数
個配置し、光ビームを複数個のレンズに接続して通過さ
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。When a plurality of these lenses are arranged as shown in FIG. 23 and a light beam is connected to the plurality of lenses and allowed to pass, for example, with N = 300 lenses, the focal length f _{N of the} entire system becomes , F _N = f / N ‥‥ (6) ≒ 0.9 mm.

【００８５】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。The focal length of the lens 70 changes depending on the magnitude of the electric field. For example, when the magnitude of the electric field is set to zero, the lens becomes invisible to the light beam (has no lens function), and does not converge or diverge.

【００８６】上述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。When an electric field is applied in a direction opposite to that described above, the refractive index of the lens portion decreases, and the light beam diverges according to the magnitude of the electric field.

【００８７】このように、先行例によるレンズ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。As described above, the lens 70 according to the prior example is
Depending on the direction and magnitude of the electric field, it is possible to change the focal length, the state of light collection, and the state of divergence. That is, it is possible to realize a lens that can change the focal length according to the signal electric field.

【００８８】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は同様な方法で簡便かつ高精度に作
製できる。The variable focal length lens 70 can be manufactured simply and with high precision by the same method as that of the above-described optical deflection element.

【００８９】２次元方向での光偏向又は集光、発散 上述した光偏向基板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。 Light Deflection, Condensation, and Divergence in Two-Dimensional Direction The above-described light deflecting substrate 40 and lens 70 are all for deflection, light collection, and divergence in one-dimensional direction. A description will be given of deflection, light collection, and divergence in two-dimensional directions.

【００９０】第一の方法としては、図２０に概略的に示
すように、図６に示した素子４０を２枚、即ち素子４０
Ａと４０Ｂを用い、前者の出力端６Ａと後者の入力端５
Ｂ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２０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、電極は図示を省
略した。As a first method, as schematically shown in FIG. 20, two elements 40 shown in FIG.
A and 40B, the former output terminal 6A and the latter input terminal 5
And B are arranged close to each other such that the main surfaces of the elements are orthogonal to each other. In FIG. 20, the above-described domains are schematically shown as 2A and 2B in each element, and the electrodes are not shown.

【００９１】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。The light beam 41 is input from the end face 5A of the element 40A, and the light beam is deflected, condensed, and diverged in the y direction by the signal voltage from the signal power supply 7A, and subsequently input to the element 40B from the end face 5B. The light beam is deflected, condensed, and diverged in the x direction by the signal voltage from the signal power supply 7B, and is output from the output end face 6B to the outside.

【００９２】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。Thus, the two orthogonal elements 40A,
By continuously passing the light beam through 40B,
Processing in two-dimensional directions of x and y has become possible.

【００９３】２次元方向での処理の他の方法としては、
図２１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２１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を省略し
た。）を各主面同士が互いに平行となるように接続す
る。As another method of processing in the two-dimensional direction,
As shown in FIG. 21, an element 8 for x-direction processing of a light beam
The 0A and the y-direction processing element 80B (in FIG. 21, a plurality of domains and electrodes arranged in the light traveling direction are not shown) are connected such that their main surfaces are parallel to each other.

【００９４】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。The light beam 41 is inputted from the end face 85A of the element 80A for processing the beam in the x direction, and is totally reflected in the direction perpendicular to the main surface of the element 80A by the obliquely optically polished end face 86A. The light is input from the end face 85B to the element 80B for y-direction processing, and is parallel to the principal faces 83A and 84A of the element 80A and perpendicular to the traveling direction of the light beam in the element 80A by the obliquely polished end face 87. The light is totally reflected, propagates through the element 80B in parallel with the principal surfaces 83B and 84B of the element 80B, and moves from the element end face 86B to x and y.
In both directions, and emitted as a light beam 42.

【００９５】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２１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。As described above, the x-direction and the y-direction of the light beam can be converted by bending the light beam. Referring to FIG. 21, the symbols A, B, C, and D are attached to the four corners of the cross section of the light beam on the end face 85A, and when the rays at the four corners are traced, the x direction (A-D) of the element 80A is It can be seen that the conversion is performed in the y direction (A'-D ') in the case of 80B and the y direction (AB) of the element 80A is converted in the x direction (A'-B') of the element 80B. Thus, the processing in the x direction is performed in the element 80A, and the processing in the y direction is performed in the element 80B.
It can be seen that direction processing can be performed. Each element 80
In A and 80B, it goes without saying that a deflection occurs every time the light passes through the domain.

【００９６】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では偏波方向が基板
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。Here, in an element utilizing the polarization reversal of lithium niobate, it is advantageous that the polarization direction of light is perpendicular to the main surface of the substrate. It is desirable to insert a half-wave plate 88 between the elements 80A and 80B so as to be perpendicular to. Therefore,
The light beam is deflected so as to be perpendicular to the propagation direction of the light beam and also perpendicular to the propagation direction of the original light beam, so that the x direction and the y direction of the cross section orthogonal to the propagation direction of the original light beam are mutually set. Can be converted.

【００９７】電界誘起ミラーについての例 図２２及び図２３には、電界で誘起されるミラー１００
に先行例を適用した場合を示す。 Example of Electric Field Induced Mirror FIGS. 22 and 23 show a mirror 100 induced by an electric field.
Shows the case where the preceding example is applied.

【００９８】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２３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。For example, a plurality of domain-inverted domains 2 were formed on a lithium niobate substrate 1 by the method described above. This domain structure has a periodically poled structure in which domains 5 are periodically stacked from one end face 5 to the other end face (however, the number of domains is shown small in FIG. 23 for easy understanding). And Λ.

【００９９】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・ｃｏｓθ‥‥（７） ｛但し、Ｋ＝２π／Λ、 ｋ＝２ｎ₀ π／λ（ｎ₀ ＝２．２００、λ＝０．６３３
ｎｍ）｝ 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４
２Ａが得られる。When a predetermined electric field is applied between the electrodes 3-4, when the wavelength of the incident light beam 41 is λ and the incident angle on the periodic domain plane 90 is θ, K = 2k · cos θ ‥‥ (7 ) Where K = 2π / Λ, k = 2n ₀ π / λ (n ₀ = 2.200, λ = 0.633)
If the period Λ of the periodically poled structure that satisfies｝ is selected, the end face 5
Is incident on the periodic domain structure at the output angle -θ, and the reflected light 4
2A is obtained.

【０１００】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θ₁ 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
₁ 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。Therefore, for example, if the direction of the domain is selected so that the periodic domain plane 90 is parallel to the incident end face 5, the light beam incident on the incident end face 5 at θ ₁ will be
Only when a predetermined electric field is applied between the end faces 4, −θ from the end face 6.
_The light is reflected at ₁ and passes through the element when no electric field is applied to the electrode.

【０１０１】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。The period す る と of the periodic domain structure can be set to 0.2 μm, for example, when the incident angle θ on the periodic structure domain plane 90 is 45 degrees.

【０１０２】なお、この電界誘起ミラー１００は上述し
た光偏向素子とは同様な方法で作製することができる。The electric field inducing mirror 100 can be manufactured by the same method as the above-described light deflecting element.

【０１０３】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
も鑑別かつ高精度である。In this manner, the electric field inducing mirror 100 that can be turned on and off by an electric field can be provided, and its manufacturing method is also distinguishable and highly accurate.

【０１０４】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
垂直若しくは略垂直であり、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）すれば良い。図２４のように、ドメ
インを１つとし、各面２ａ，２ｂを上述したと同様に設
けることもできる。For example, the shape, number,
Although the arrangement state and further the formation method may be variously changed,
In short, domains are formed in the substrate, at least one of the domain walls is perpendicular or substantially perpendicular to the main surface of the substrate (the surface on which the electrodes are provided), and the light beam passes through at least two domain walls (in other words, For example, it is sufficient to pass through the domain wall at at least two places. As shown in FIG. 24, one domain may be provided, and each surface 2a, 2b may be provided in the same manner as described above.

【０１０５】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。In this case, it is desirable to have at least two domain walls having different angles of incidence of the light beam on two opposing domain walls of the domain traversed by the light beam.

【０１０６】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、ドメインの
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。As a method of forming a domain, the shape of the above-mentioned electrode 13 may be a polygon other than a triangle, such as a square or a pentagon, or the other electrode 14 may be a similar polygon. Further, instead of the above-described electron beam irradiation, by irradiating charged particles having negative charges, or by irradiating charged particles having positive charges (for example, protons) to the surface on the positive side of spontaneous polarization of the domain. Each domain can be formed.

【０１０７】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。When at least one side of the electrode at the time of forming the domain is parallel to the mirror surface of the crystal forming the ferroelectric substrate, polarization reversal can be performed satisfactorily, and the side of the domain wall where the light beam is incident can be formed. The direction is parallel to the mirror surface,
The flatness of the domain wall is improved.

【０１０８】なお、上述の先行例の電気光学素子は、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。The electro-optical element of the above-mentioned prior art example has a domain such as an optical deflector, a lens, and a mirror, an optical modulator, a signal processing device, and the like. Applicable.

【０１０９】上述した如く、先行例は強誘電性基体中に
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つが強誘電性基体の主面
に対して垂直若しくは略垂直であり、かつ、光ビームが
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。As described above, in the prior art, at least one of the domain walls of at least two domain-inverted domains formed in a predetermined shape in the ferroelectric substrate is perpendicular or substantially perpendicular to the main surface of the ferroelectric substrate. And the configuration is such that the light beam passes through at least two domain walls, so that by applying a voltage through an electrode formed on the main surface of the ferroelectric substrate, the substrate and the domain A refractive index difference between them, which results in a large deflection of the light beam as it passes through at least two domain walls,
When the light beam continuously passes through the plurality of domain walls, the light beam can be largely deflected.

【０１１０】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。Therefore, as the electro-optical element, for example, a high-definition light deflecting element (or light modulating element) having a large deflection angle can be easily realized. Moreover, since the voltage is applied, high-speed continuous scanning can be performed by random access.

【０１１１】また、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からなることから、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。Further, since the deflection based on the difference in the refractive index has a large deflection angle when passing through a plurality of domain walls, the effect of condensing and diverging the light beam is increased, and is therefore suitable for a lens having a variable focal length. Becomes This lens is
It is possible to change the focal length by an electric signal or to condense or diverge a light beam without mechanical movement.

【０１１２】そして、ミラーとしても、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。Also, since the mirror is deflected by the application of the voltage due to the difference in the refractive index, the light beam can be transmitted and reflected by turning the voltage on and off.
Further, the reflection efficiency is increased by passing through a plurality of domains. The mirror can be triggered or extinguished by an electrical signal without mechanical movement.

【０１１３】また、先行例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
誘電性基体の主面に垂直若しくは略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。According to the electro-optical device of the prior art, the shape of the domain wall is selected so that at least one of the domain walls is perpendicular or substantially perpendicular to the main surface of the ferroelectric substrate, so that the light in the device can be improved. The beam propagation direction is always parallel to the main surface, and the light beam in the element can be propagated stably.

【０１１４】[0114]

【発明が解決しようとする課題】図１８で説明した先行
例の焦点距離可変レンズでは、強誘電体基板１Ａ内に分
極ドメインを形成し、その基板１Ａの両主面に略平行な
方向にしか光ビームを集光または発散させることはでき
なかった。In the variable focal length lens of the prior art described with reference to FIG. 18, a polarization domain is formed in the ferroelectric substrate 1A, and only in a direction substantially parallel to both main surfaces of the substrate 1A. The light beam could not be focused or diverged.

【０１１５】そこで、図２０の先行例では、２個の焦点
距離可変レンズ（素子）４０Ａ及び４０Ｂを、それぞれ
の強誘電体基板の主面が互いに垂直になるように配置
し、光ビーム４１を、これら素子４０Ａ、４０Ｂを通過
させるようにして、光ビーム４１を２次元的に集光また
は発散させるようにしていた。Therefore, in the prior example of FIG. 20, two variable focal length lenses (elements) 40A and 40B are arranged such that the main surfaces of the respective ferroelectric substrates are perpendicular to each other, and the light beam 41 is formed. The light beam 41 is condensed or diverged two-dimensionally so as to pass through these elements 40A and 40B.

【０１１６】また、図２１の先行例では、２個の焦点距
離可変レンズ（素子）４０Ａ及び４０Ｂを、それぞれの
強誘電体基板の主面が互いに平行になるように重ね、光
ビーム４１を、これら素子４０Ａ及び４０Ｂを連続して
通過するように、光ビーム４１を２次元的に集光または
発散させるようにしていた。In the prior example of FIG. 21, two variable focal length lenses (elements) 40A and 40B are overlapped so that the main surfaces of the respective ferroelectric substrates are parallel to each other, and a light beam 41 is formed. The light beam 41 is two-dimensionally condensed or diverged so as to continuously pass through these elements 40A and 40B.

【０１１７】これらの光ビームを２次元的に集光または
発散させるようにした先行例の焦点距離可変レンズは、
少なくとも２個の焦点距離可変レンズが必要であると共
に、これらの焦点距離可変レンズを高位置精度を以て相
対的に配置しなければならなかった。The variable focal length lens of the prior art in which these light beams are condensed or diverged two-dimensionally,
At least two variable focal length lenses were required, and these variable focal length lenses had to be relatively positioned with high positional accuracy.

【０１１８】かかる点に鑑み、本発明は、強誘電体基板
の両主面にそれぞれ互いに対向する対をなす電極を設
け、これら対をなす電極間に電圧を印加し、その電圧を
可変することにより焦点距離を可変するようにした、レ
ンズの機械的な移動を伴わずに焦点距離を可変できる焦
点距離可変レンズ装置であって、強誘電体基板に光ビー
ムを入射させたとき、その光ビームをその主面に対し垂
直な方向に集束、発散させることのできるものを提案し
ようとするものである。In view of the above, the present invention is to provide a pair of electrodes facing each other on both main surfaces of a ferroelectric substrate, apply a voltage between these paired electrodes, and vary the voltage. A variable focal length lens device capable of varying the focal length without mechanical movement of the lens, wherein the light beam is incident on the ferroelectric substrate. To converge and diverge in the direction perpendicular to the main surface.

【０１１９】また、本発明は、強誘電体基板の両主面に
それぞれ互いに対向する対をなす電極を設け、その対を
なす電極間に電圧を印加し、その電圧を可変することに
より焦点距離を可変するようにした、レンズの機械的な
移動を伴わずに焦点距離を可変できる焦点距離可変レン
ズ装置であって、強誘電体基板に光ビームを入射させた
とき、その光ビームをその主面に対し、垂直及び水平方
向に集束、発散させることのできるものを提案しようと
するものである。Further, according to the present invention, a pair of electrodes facing each other is provided on both main surfaces of a ferroelectric substrate, a voltage is applied between the pair of electrodes, and the voltage is varied to thereby change the focal length. A variable focal length lens device capable of varying the focal length without mechanical movement of a lens, wherein when a light beam is incident on a ferroelectric substrate, the light beam It is intended to propose an object which can be focused and diverged in the vertical and horizontal directions with respect to a plane.

【０１２０】[0120]

【課題を解決するための手段】本発明による焦点距離可
変レンズ装置は、強誘電体基板と、その強誘電体基板の
両主面にそれぞれ設けられた互いに対向する対をなす電
極と、その対をなす電極間に電圧を印加する電圧源とを
有し、強誘電体基板の一端面に入射し、両主面間を通過
して、他の端面から出射する光ビームを集光または発散
させると共に、電圧源の電圧を可変して、集光または発
散する光ビームに対する焦点距離を可変するようにす
る。According to the present invention, there is provided a variable focal length lens apparatus comprising: a ferroelectric substrate; pairs of electrodes provided on both main surfaces of the ferroelectric substrate; And a voltage source for applying a voltage between the electrodes, which is incident on one end face of the ferroelectric substrate, passes between both main faces, and converges or diverges a light beam emitted from the other end face. At the same time, the voltage of the voltage source is varied to vary the focal length of the converging or diverging light beam.

【０１２１】かかる本発明によれば、強誘電体基板の一
端面に入射し、両主面間を通過して、他の端面から出射
する光ビームが集光または発散させられると共に、電圧
源の電圧が可変されて、集光または発散する光ビームに
対する焦点距離が可変される。According to the present invention, a light beam that enters one end face of the ferroelectric substrate, passes between both principal faces, and exits from the other end face is converged or diverged, and the voltage source The voltage is varied to vary the focal length for the focused or diverging light beam.

【０１２２】[0122]

【発明の実施の形態】本発明では、強誘電体基板を設
け、その強誘電体基板の両主面にそれぞれ互いに対向す
る対をなす電極を設ける。そして、電圧源によって、そ
の対をなす電極間に電圧を印加する。光ビームを強誘電
体基板の一端面に入射させ、両主面間を通過して、他の
端面から、集光または発散する光ビームが出射する。電
圧源の電圧を可変して、集光または発散する光ビームに
対する焦点距離を可変する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, a ferroelectric substrate is provided, and a pair of electrodes facing each other are provided on both main surfaces of the ferroelectric substrate. Then, a voltage is applied between the pair of electrodes by a voltage source. The light beam is made incident on one end face of the ferroelectric substrate, passes between the two main faces, and a condensed or diverging light beam is emitted from the other end face. The focal length of the converging or diverging light beam is varied by varying the voltage of the voltage source.

【０１２３】この強誘電体基板としては、電気光学素子
としての、ＬｉＮｂ_x Ｔａ_1-x Ｏ₃（但し、０≦ｘ≦
１）、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、チタン
酸バリウム、ＫＴＰ等が可能である。As the ferroelectric substrate, LiNb _x Ta _{1 -x} O ₃ (where 0 ≦ x ≦
1), lithium niobate, lithium tantalate, barium titanate, KTP and the like are possible.

【０１２４】また、本発明では、対をなす電極は、強誘
電体基板の両主面の異なる位置に、複数組設けられる。In the present invention, a plurality of pairs of electrodes are provided at different positions on both main surfaces of the ferroelectric substrate.

【０１２５】さらに、本発明では、強誘電体基板の両主
面にそれぞれ３組以上のそれぞれ互いに対向する対をな
す電極を設ける。そして、電圧源によって、その３組以
上の対をなす電極間に電圧を印加する。３組以上の対を
なす電極のうちの２組以上の対をなす電極間の強誘電体
基板中に、両主面に略垂直なドメイン壁を少なくとも１
つ含む分極ドメインが形成されると共に、残りの１組以
上の対をなす電極間には分極ドメインが形成されていな
い。光ビームを強誘電体基板の一端面に入射し、両主面
間を通過して、集光または発散する光ビームを出射端面
から出射させる。そして、電圧源の電圧を可変して、集
光または発散する光ビームに対する焦点距離を可変す
る。Further, in the present invention, three or more pairs of electrodes are provided on both main surfaces of the ferroelectric substrate, each pair being opposed to each other. Then, a voltage is applied between the three or more pairs of electrodes by a voltage source. At least one domain wall substantially perpendicular to both main surfaces is formed in the ferroelectric substrate between two or more pairs of electrodes out of three or more pairs of electrodes.
A polarization domain is formed, and no polarization domain is formed between the remaining one or more pairs of electrodes. The light beam is incident on one end surface of the ferroelectric substrate, passes between the two main surfaces, and the converged or divergent light beam is emitted from the emission end surface. Then, by varying the voltage of the voltage source, the focal length for the converged or divergent light beam is varied.

【０１２６】基板の結晶の方向と、分極ドメインの方向
とは互いに逆向きである。各分極ドメインのドメイン壁
は、少なくとも１つ、ここでは、双方共強誘電体基板の
主面に対し略垂直である。The direction of the crystal of the substrate and the direction of the polarization domain are opposite to each other. At least one domain wall of each polarization domain is substantially perpendicular to the main surface of the ferroelectric substrate.

【０１２７】〔実施例〕以下に、図１〜図５を参照し
て、本発明の実施例を詳細に説明するも、図１〜図５に
おいて、先行例を示す図６〜２４と対応する部分には、
同一符号を付して重複説明を省略すると共に、先行例の
説明を援用する。先ず、図１の実施例を説明する。１Ａ
は直方体形状の強誘電体基板｛例えば、ＬｉＮｂ_x Ｔａ
_1-x Ｏ₃ （但し、０≦ｘ≦１）、ニオブ酸リチウム、タ
ンタル酸リチウム、チタン酸バリウム、ＫＴＰ等からな
る）で、その両主面４３Ａ、４４Ｂ上に、互いに平行と
なり、しかも基板１Ａ内を進行する光ビームの光軸に対
し直交するように棒状の電極７３、７４を設ける。この
場合、強誘電体基板１の自発分極の方向αは、主面４３
Ａから４４Ａに向かう、主面４３Ａ、４４Ａに対し直交
する方向である。そして、この対をなす電極７３、７４
間に集光・発散信号電源（電圧源）７７を接続する。こ
の場合、基板１Ａ内には、図１８の先行例のようなドメ
インは形成しない。[Embodiment] An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to FIGS. 1 to 5. FIG. 1 to FIG. 5 correspond to FIGS. In part,
The same reference numerals are given and duplicate description is omitted, and the description of the preceding example is cited. First, the embodiment of FIG. 1 will be described. 1A
Is a rectangular parallelepiped ferroelectric substrate {eg, LiNb _x Ta
_1-x O ₃ (provided that 0 ≦ x ≦ 1), made of lithium niobate, lithium tantalate, barium titanate, KTP, or the like), and are parallel to each other on both main surfaces 43A and 44B of the substrate. Bar-shaped electrodes 73 and 74 are provided so as to be orthogonal to the optical axis of the light beam traveling in 1A. In this case, the direction α of the spontaneous polarization of the ferroelectric substrate 1 is
This is a direction perpendicular to the main surfaces 43A and 44A from A to 44A. The electrodes 73 and 74 forming the pair
A condensing / diverging signal power supply (voltage source) 77 is connected between them. In this case, no domain is formed in the substrate 1A as in the prior example of FIG.

【０１２８】そして、光ビーム７１を基板１Ａの主面４
３Ａ、４４Ａに平行となるように、基板１Ａの入射端面
７５に垂直に入射させ、屈折率分布が形成された基板１
Ａ内を通過させることによって、対をなす電極７３、７
４間に印加される電圧に応じて、その光ビーム７１が主
面４３Ａ、４４Ａに対し垂直方向に集光または発散せし
められた光ビーム７２が基板１Ａの出射端面７６から出
射させる。即ち、この焦点距離可変レンズ装置は、集光
・発散信号電源７７よりの電圧及びその極性に応じて焦
点距離が変化するシンリンドリカルレンズとなる。即
ち、電極７３側に正の電圧が、電極７４に負の電圧が印
加されるとき、出射光ビーム７２は集束光ビームとな
り、電極７３側に負の電圧が、電極７４に正の電圧が印
加されるとき、出射光ビーム７２は発散光ビームとな
る。Then, the light beam 71 is applied to the main surface 4 of the substrate 1A.
The substrate 1A having the refractive index distribution formed perpendicularly to the incident end face 75 of the substrate 1A so as to be parallel to 3A and 44A.
By passing through A, a pair of electrodes 73, 7
According to the voltage applied between the four, the light beam 71 whose light beam 71 is condensed or diverged in the direction perpendicular to the main surfaces 43A and 44A is emitted from the emission end face 76 of the substrate 1A. In other words, this variable focal length lens device is a cylindrical lens whose focal length changes according to the voltage from the condensing / diverging signal power supply 77 and its polarity. That is, when a positive voltage is applied to the electrode 73 and a negative voltage is applied to the electrode 74, the output light beam 72 becomes a focused light beam, and a negative voltage is applied to the electrode 73 and a positive voltage is applied to the electrode 74. When this is done, the outgoing light beam 72 becomes a divergent light beam.

【０１２９】図２は、図１の焦点距離可変レンズ装置に
おいて、入射光ビーム７１の光軸をｘ、この軸ｘと直交
し、基板１Ａの主面４３Ａ、４４Ａに垂直な軸をｙと設
定した状態を示す。この場合、ｘ軸及びｙ軸を含む平面
（基板１Ａの断面）に対し、電極７３、７４を含む平面
は略垂直となっている。FIG. 2 shows an arrangement in which the optical axis of the incident light beam 71 is set to x in the variable focal length lens apparatus of FIG. 1, and the axis perpendicular to this axis x and perpendicular to the principal surfaces 43A and 44A of the substrate 1A is set to y. It shows the state where it was done. In this case, a plane including the electrodes 73 and 74 is substantially perpendicular to a plane including the x axis and the y axis (cross section of the substrate 1A).

【０１３０】そして、この図２の焦点距離可変レンズ装
置におけるｘ軸及びｙ軸を含む平面における電極７３、
７４間の印加電圧に基づく電界の強さ（基板１Ａ内の屈
折率）の分布を図３に示す。この場合、基板１Ａ内の光
ビームの進行方向に沿う中心部の電界の強さが小さく、
また、基板１Ａ内の屈折率が小さく、電極７３、７４に
近づくに従って、電界の強さが大きく、また、基板１Ａ
内の屈折率が大きくなる。The electrode 73 in a plane including the x-axis and the y-axis in the variable focal length lens device of FIG.
FIG. 3 shows the distribution of the electric field strength (refractive index in the substrate 1A) based on the applied voltage between 74. In this case, the intensity of the electric field at the central portion along the traveling direction of the light beam in the substrate 1A is small,
Further, the refractive index in the substrate 1A is small, and the intensity of the electric field increases as approaching the electrodes 73 and 74.
The refractive index inside becomes large.

【０１３１】電気光学効果を有する基板１Ａ内の異常光
線に対する屈折率ｎは、基板１Ａがニオブ酸リチウム
（ｃカット）の場合、 ｎ＝ｎ_e −（１／２）ｎ_e ³ ｒ₃₃Ｅ_z ・・・（８） となる。但し、ｎ_e は電界が零のときの異常光線に対す
る屈折率、ｒ₃₃はニオブ酸リチウム（ｃカット）の電気
光学定数、Ｅ_z は基板１Ａのｃ軸方向の電界の強さを示
す。[0131] refractive index n with respect to the extraordinary ray in the substrate 1A having an electro-optic effect, when the substrate 1A is a lithium niobate (c _{cut), n = n e - (} 1/2) n e 3 r 33 E z (8) Here, _ne is the refractive index for an extraordinary ray when the electric field is zero, r ₃₃ is the electro-optic constant of lithium niobate (c-cut), and E _z is the intensity of the electric field in the c-axis direction of the substrate 1A.

【０１３２】この式（８）から、電界による屈折率の変
化は電界の強さに比例していることが分かる。尚、図３
の屈折率分布は電界の方向が自発分極の方向と逆向きの
ときである。From this equation (8), it can be seen that the change in the refractive index due to the electric field is proportional to the strength of the electric field. FIG.
Is when the direction of the electric field is opposite to the direction of the spontaneous polarization.

【０１３３】図３に示す基板１Ａ内の屈折率の分布によ
れば、屈折率が基板１Ａの中心部で小さく、基板１Ａの
両側、即ち、電極７３、７４に近づく程大きくなってい
るので、基板１Ａの中心部をその主面４３Ａ、４４Ｂと
平行に進行する光ビームは、基板１Ａの主面４３Ａ、４
４Ｂと垂直な方向に発散するので、この焦点距離可変レ
ンズ装置は凹レンズ（シリンドリカル凹レンズ）として
機能する。According to the distribution of the refractive index in the substrate 1A shown in FIG. 3, the refractive index is small at the center of the substrate 1A and becomes large as it approaches both sides of the substrate 1A, that is, approaches the electrodes 73 and 74. The light beam traveling in the center of the substrate 1A in parallel with the main surfaces 43A and 44B is directed to the main surfaces 43A and 4B of the substrate 1A.
Since the light diverges in the direction perpendicular to 4B, this variable focal length lens device functions as a concave lens (cylindrical concave lens).

【０１３４】また、電界の方向が基板１Ａの自発分極の
方向と同じときは、基板１Ａ内の屈折率の分布は、基板
１Ａの中心部で大きく、基板１Ａの両側、即ち、電極７
３、７４に近づく程小さくなるので、基板１Ａの中心部
をその主面４３Ａ、４４Ｂと平行に進行する光ビーム
は、基板１Ａの主面４３Ａ、４４Ｂと垂直な方向に集光
するので、この焦点距離可変レンズ装置は凸レンズ（シ
リンドリカル凸レンズ）として機能する。When the direction of the electric field is the same as the direction of the spontaneous polarization of the substrate 1A, the distribution of the refractive index in the substrate 1A is large at the center of the substrate 1A, and both sides of the substrate 1A, that is, the electrode 7
3, 74, the light beam traveling in the center of the substrate 1A in parallel with the principal surfaces 43A, 44B is focused in a direction perpendicular to the principal surfaces 43A, 44B of the substrate 1A. The variable focal length lens device functions as a convex lens (cylindrical convex lens).

【０１３５】図４に示す如く、強誘電体基板１Ａの両主
面４３Ａ、４４Ｂ上に、それぞれ互いに平行となり、し
かも基板１Ａ内を進行する光ビームの光軸に対し直交す
るように互いに対向する対をなす棒状の電極を、７３
ａ、７４ａ；７３ｂ、７４ｂ；７３ｃ、７４ｃ；７３
ｄ、７４ｄと複数組設ければ、組レンズ構成の焦点距離
可変レンズ装置が得られる。ここでは、電極７３ａ、７
４ａ；７３ｂ、７４ｂ；７３ｃ、７４ｃ；７３ｄ、７４
ｄ間に共通の集光・発散信号電源７７が接続されている
ので、略同じ焦点距離のレンズが複数枚配列されたと同
様の組レンズ構成の焦点距離可変レンズ装置が得られ
る。As shown in FIG. 4, on the main surfaces 43A and 44B of the ferroelectric substrate 1A, they are parallel to each other and face each other so as to be orthogonal to the optical axis of the light beam traveling in the substrate 1A. A pair of rod-shaped electrodes 73
a, 74a; 73b, 74b; 73c, 74c; 73
By providing a plurality of sets of d and 74d, a variable focal length lens device having a set lens configuration can be obtained. Here, the electrodes 73a, 7
4a; 73b, 74b; 73c, 74c; 73d, 74
Since the common condensing / diverging signal power supply 77 is connected between the points d and d, a variable focal length lens apparatus having the same lens configuration as that in which a plurality of lenses having substantially the same focal length are arranged is obtained.

【０１３６】電極７３ａ、７４ａ；７３ｂ、７４ｂ；７
３ｃ、７４ｃ；７３ｄ、７４ｄ間に接続する集光・発散
信号電源を個別に設け、各電極間に互いにに異なる可変
電圧、または、一部は同じ可変電圧であるが、残りの可
変電圧が互いに異なるようにしても良い。このようにす
れば、焦点距離が互いに異なるか、または、焦点距離が
一部同じで、残りが互いに異なるレンズが複数枚配列さ
れたと同様の組レンズ構成の焦点距離可変レンズ装置が
得られる。Electrodes 73a, 74a; 73b, 74b; 7
Concentration / divergence signal power supplies connected between 3c and 74c; 73d and 74d are individually provided, and different variable voltages between the electrodes or a part of the same variable voltage, but the remaining variable voltages are mutually different. It may be different. In this way, a variable focal length lens device having the same lens group configuration as a case in which a plurality of lenses having different focal lengths or partially the same focal length, and the rest being different from each other, is obtained.

【０１３７】図５の実施例は、図１及び図４で説明し
た、強誘電体基板の両主面にそれぞれ互いに対向する対
をなす電極を設け、これら電極に電圧を印加し、その電
圧を可変することにより焦点距離を可変するようにし
た、レンズの機械的な移動を伴わずに焦点距離を可変で
きる焦点距離可変レンズ装置であって、強誘電体基板に
光ビームを入射させたとき、その光ビームをその主面に
対し、垂直方向に集束、発散させることのできものと、
図１８の先行例で説明した強誘電体基板の両主面にそれ
ぞれ互いに対向する対をなす電極を設け、これら電極に
電圧を印加し、その電圧を可変することにより焦点距離
を可変するようにした、レンズの機械的な移動を伴わず
に焦点距離を可変できる焦点距離可変レンズ装置であっ
て、強誘電体基板に光ビームを入射させたとき、その光
ビームをその主面に対し、水平方向に集束、発散させる
ことのできものとを組み合わせた焦点距離可変レンズ装
置の実施例である。In the embodiment shown in FIG. 5, pairs of electrodes facing each other are provided on both main surfaces of the ferroelectric substrate described with reference to FIGS. 1 and 4, and a voltage is applied to these electrodes. A variable focal length by varying, a focal length variable lens device that can vary the focal length without mechanical movement of the lens, when a light beam is incident on the ferroelectric substrate, One capable of converging and diverging the light beam in a direction perpendicular to its main surface;
A pair of electrodes facing each other is provided on both main surfaces of the ferroelectric substrate described in the prior example of FIG. 18, and a voltage is applied to these electrodes, and the focal length is varied by varying the voltage. A variable focal length lens apparatus capable of changing a focal length without mechanical movement of a lens, wherein when a light beam is made incident on a ferroelectric substrate, the light beam is moved horizontally with respect to its main surface. 9 is an embodiment of a variable focal length lens device that combines a device capable of focusing and diverging in a direction.

【０１３８】この図５の実施例では、図４の実施例にお
ける電極７３ｃ、７４ｃ；７３ｄ、７４ｄにそれぞれ対
応する電極７３ｃ′、７４ｃ′；７３ｄ′、７４ｄ′の
間の強誘電体基板１Ａ内に、それぞれ図１８の先行例と
同様の分極ドメイン２Ａｃ、２Ａｄを形成して置く。こ
れらドメイン２Ａｃ、２Ａｄの自発分極の方向βは、強
誘電体基板１Ａの自発分極の方向αとは、逆向きであ
る。尚、電極７３ｃ′、７４ｃ′；７３ｄ′、７４ｄ′
は、ドメイン２Ａｃ、２Ａｄの断面に略対応するな長さ
及び幅に選定される。尚、電極７３ａ、７４ａ；７３
ｂ、７４ｂ間の基板１Ａ内には、ドメインは設けない。In the embodiment of FIG. 5, in the ferroelectric substrate 1A between the electrodes 73c ', 74c'; 73d ', 74d' corresponding to the electrodes 73c, 74c; 73d, 74d in the embodiment of FIG. Then, the same polarization domains 2Ac and 2Ad as in the preceding example of FIG. 18 are formed and placed. The direction β of the spontaneous polarization of these domains 2Ac and 2Ad is opposite to the direction α of the spontaneous polarization of the ferroelectric substrate 1A. The electrodes 73c ', 74c'; 73d ', 74d'
Is selected to have a length and width substantially corresponding to the cross sections of the domains 2Ac and 2Ad. Incidentally, the electrodes 73a, 74a; 73
No domain is provided in the substrate 1A between b and 74b.

【０１３９】そして、ドメイン２Ａｃ、２Ａｄには、そ
れぞれ光ビーム７１の進行方向に対して凸状面または凹
状面をなすドメイン壁が、光ビーム７１の進行方向に対
して少なくとも２つ存在し、電極７３ｃ′、７４ｃ′；
７３ｄ′、７４ｄ′間に印加される電圧に応じて、光ビ
ーム７１が主面４３Ａ、４４Ｂに対し平行な方向に集光
または発散せしめられる。Each of the domains 2Ac and 2Ad has at least two domain walls that are convex or concave with respect to the traveling direction of the light beam 71 in the traveling direction of the light beam 71, respectively. 73c ', 74c';
The light beam 71 is converged or diverged in a direction parallel to the main surfaces 43A and 44B according to the voltage applied between 73d 'and 74d'.

【０１４０】かくして、直方体形状の強誘電体基板１Ａ
の主面４３Ａ、４４Ｂと平行で、これら主面４３Ａ、４
４Ｂと垂直な入射面７５に光ビーム７１が入射すると、
基板１Ａの電極７３ａ、７４ａ；７３ｂ、７４ｂ間の屈
折率分布によって、その光ビーム７１は主面４３Ａ、４
４Ｂと垂直に集光または発散せしめられ、しかる後、電
極７３ｃ′、７４ｃ′；７３ｄ′、７４ｄ′の基板１Ａ
内、、ドメイン２Ａｃ内、基板１Ａ内、ドメイン２Ａｄ
内、基板１Ａ内を進行することによって、主面４３Ａ、
４４Ｂに対し、平行に集光または発散せしめらて、基板
１Ａの出射面７６から、主面４３Ａ、４４Ｂに対し、垂
直及び水平方向に集光または発散された光ビーム７２が
出射する。Thus, the rectangular parallelepiped ferroelectric substrate 1A
Are parallel to the main surfaces 43A, 44B of the
When the light beam 71 is incident on the incident surface 75 perpendicular to 4B,
Due to the refractive index distribution between the electrodes 73a and 74a; 73b and 74b of the substrate 1A, the light beam 71 is focused on the main surfaces 43A and 4A.
4B is condensed or diverged perpendicularly to the substrate 1A of the electrodes 73c ', 74c'; 73d ', 74d'.
Within, within domain 2Ac, within substrate 1A, domain 2Ad
Of the main surface 43A,
The light beam 72 is converged or diverged in parallel to 44B, and the light beam 72 condensed or diverged in the vertical and horizontal directions to the main surfaces 43A and 44B is emitted from the emission surface 76 of the substrate 1A.

【０１４１】図１、図４及び図５の実施例の焦点距離可
変レンズ装置は、先行例と同様に、強誘電体基板１Ａに
対し、電極材料堆積、電極のパターンニング、基板１Ａ
の光ビームの入出射端面の研磨等の工程を経て製造され
る。The variable focal length lens apparatus of the embodiment shown in FIGS. 1, 4 and 5 is similar to the prior art, in that electrode material deposition, electrode patterning, substrate 1A
It is manufactured through a process such as polishing of an input / output end face of the light beam.

【０１４２】例えば、厚さが０．２mmのニオブ酸リチウ
ムからなる強誘電体基板に、例えば、スパッタリングに
よって、アルミニウムを、例えば、２０００Å堆積させ
る。そして、その堆積層を、通常のフォトリソグラフィ
技術でパターニングして、電極を形成する。このときの
電極幅は両主面４３Ａ、４４Ｂ共、その幅を、例えば、
１０μｍ、長さを、例えば、２mmに設定する。主面４３
Ａ、４４Ｂ上の互いに対応する電極は、高位置精度を以
て互いに対向するように形成する。基板の光ビームの入
出射端面の研磨は、光ビームが効率よく入射、出射する
ように行い、光学研磨を行うことが望ましい。更に、そ
の入出射端面の研磨後に、使用する光ビームの波長を考
慮した厚さの無反射膜をコートすることが望ましい。For example, aluminum is deposited on a ferroelectric substrate made of lithium niobate having a thickness of 0.2 mm by sputtering, for example, at a thickness of 2000 °. Then, the deposited layer is patterned by a normal photolithography technique to form an electrode. The electrode width at this time is the same for both main surfaces 43A and 44B.
The length is set to 10 μm, for example, to 2 mm. Main surface 43
The corresponding electrodes on A and 44B are formed so as to face each other with high positional accuracy. It is desirable that the polishing of the light beam input / output end face of the substrate is performed so that the light beam is efficiently incident and emitted, and optical polishing is performed. Further, it is desirable to coat a non-reflective film having a thickness in consideration of the wavelength of the light beam to be used after polishing the input / output end face.

【０１４３】[0143]

【発明の効果】第１の本発明によれば、強誘電体基板
と、その強誘電体基板の両主面にそれぞれ設けられた互
いに対向する対をなす電極と、対をなす電極間に電圧を
印加する電圧源とを有し、強誘電体基板の一端面に入射
し、両主面間を通過して、他の端面から出射する光ビー
ムを集光または発散させると共に、電圧源の電圧を可変
して、集光または発散する光ビームに対する焦点距離を
可変するようにしたので、強誘電体基板の両主面にそれ
ぞれ互いに対向する対をなす電極を設け、その対をなす
電極間に電圧を印加し、その電圧を可変することにより
焦点距離を可変するようにした、レンズの機械的な移動
を伴わずに焦点距離を可変できる焦点距離可変レンズ装
置であって、強誘電体基板に光ビームを入射させたと
き、その光ビームをその主面に対し垂直な方向に集束、
発散させることのできる焦点距離可変レンズ装置を得る
ことができる。According to the first aspect of the present invention, a ferroelectric substrate, a pair of opposing electrodes provided on both main surfaces of the ferroelectric substrate, and a voltage between the pair of electrodes. And a light source that is incident on one end surface of the ferroelectric substrate, passes between both principal surfaces, and converges or diverges a light beam emitted from the other end surface. , The focal length for the converging or diverging light beam is varied, so that a pair of electrodes facing each other is provided on both main surfaces of the ferroelectric substrate, and between the pair of electrodes. A focal length variable lens device capable of varying a focal length without mechanical movement of a lens, wherein a focal length is varied by applying a voltage and varying the voltage. When a light beam is incident, the light beam is It focused in the direction perpendicular to the main surface,
A variable focal length lens device capable of diverging can be obtained.

【０１４４】第２の本発明によれば、第１の本発明の焦
点距離可変レンズ装置において、対をなす電極は、強誘
電体基板の両主面の異なる位置に、複数組設けられてな
るので、第１の本発明の効果に加えて、対をなす電極の
組数だけ、レンズ効果が増強される焦点距離可変レンズ
装置を得ることができる。According to the second aspect of the present invention, in the variable focal length lens apparatus according to the first aspect of the present invention, a plurality of pairs of electrodes are provided at different positions on both main surfaces of the ferroelectric substrate. Therefore, in addition to the effect of the first aspect of the present invention, it is possible to obtain a variable focal length lens device in which the lens effect is enhanced by the number of pairs of electrodes.

【０１４５】第３の本発明によれば、強誘電体基板と、
その強誘電体基板の両主面にそれぞれ設けられたそれぞ
れ互いに対向する３組以上の対をなす電極と、３組以上
の対をなす電極間に電圧を印加する電圧源とを有し、３
組以上の対をなす電極のうちの２組以上の対をなす電極
間の強誘電体基板中に、両主面に略垂直なドメイン壁を
少なくとも１つ含む分極ドメインが形成されると共に、
残りの１組以上の対をなす電極間には分極ドメインが形
成されてなく、強誘電体基板の一端面に入射し、両主面
間を通過して、他の端面から出射する光ビームを集光ま
たは発散させると共に、電圧源の電圧を可変して、集光
または発散する光ビームに対する焦点距離を可変するよ
うにしたので、強誘電体基板の両主面にそれぞれ互いに
対向する対をなす電極を設け、これら対をなす電極間に
電圧を印加し、その電圧を可変することにより焦点距離
を可変するようにした、レンズの機械的な移動を伴わず
に焦点距離を可変できる焦点距離可変レンズ装置であっ
て、強誘電体基板に光ビームを入射させたとき、その光
ビームをその主面に対し、垂直及び水平方向に集束、発
散させることのできる焦点距離可変レンズ装置を得るこ
とができる。According to the third invention, a ferroelectric substrate,
And three or more pairs of electrodes provided on both main surfaces of the ferroelectric substrate and facing each other, and a voltage source for applying a voltage between the three or more pairs of electrodes.
A polarization domain including at least one domain wall substantially perpendicular to both main surfaces is formed in a ferroelectric substrate between two or more pairs of electrodes out of at least one pair of electrodes,
No polarization domain is formed between the remaining one or more pairs of electrodes, and a light beam that enters one end face of the ferroelectric substrate, passes between both principal faces, and exits from the other end face is formed. In addition to converging or diverging, the voltage of the voltage source is varied to change the focal length of the converging or diverging light beam, so that the two main surfaces of the ferroelectric substrate form a pair facing each other. An electrode is provided, a voltage is applied between these paired electrodes, and the focal length is varied by varying the voltage.The focal length can be varied without mechanical movement of the lens. It is possible to obtain a variable focal length lens device that can focus and diverge a light beam on a main surface in a vertical and horizontal direction when a light beam is incident on a ferroelectric substrate. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明による焦点距離可変レンズ装置の実施例
を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a variable focal length lens device according to the present invention.

【図２】図１の実施例に座標を付した斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the embodiment of FIG. 1 with coordinates.

【図３】図２の焦点距離可変レンズ装置の座標上の電界
（屈折率）分布を示す曲線図である。FIG. 3 is a curve diagram showing an electric field (refractive index) distribution on coordinates of the variable focal length lens device of FIG. 2;

【図４】本発明による焦点距離可変レンズ装置の他の実
施例を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing another embodiment of the variable focal length lens device according to the present invention.

【図５】本発明による焦点距離可変レンズ装置の更に他
の実施例を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing still another embodiment of the variable focal length lens device according to the present invention.

【図６】先行例による光偏向素子の斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of a light deflecting element according to a conventional example.

【図７】先行例の光偏向素子の動作を説明するための原
理図である。FIG. 7 is a principle diagram for explaining the operation of the light deflecting element of the prior art.

【図８】シングルドメイン結晶での電気光学効果を利用
した光偏向素子の斜視図である。FIG. 8 is a perspective view of a light deflecting element using an electro-optic effect in a single domain crystal.

【図９】シングルドメイン結晶での電気光学効果を利用
した先行例に基づく光偏向素子の斜視図である。FIG. 9 is a perspective view of a light deflecting element based on a prior example using an electro-optic effect in a single domain crystal.

【図１０】先行例の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平面図である。FIG. 10 is a plan view showing a domain shape and a deflection angle of a light beam in the light deflecting element of the prior art.

【図１１】（Ａ） 先行例の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である。 （Ｂ） ドメイン数による偏向角の変化を示すグラフで
ある。FIG. 11A is a graph showing a change in a deflection angle with respect to a domain incident angle of a light deflecting element of a prior example. (B) A graph showing a change in deflection angle depending on the number of domains.

【図１２】先行例の光偏向素子の望ましいドメイン形状
を示す斜視図である。FIG. 12 is a perspective view showing a desirable domain shape of the light deflecting element of the prior art.

【図１３】先行例の光偏向素子の具体的形状を示す要部
平面図である。FIG. 13 is a plan view of a main part showing a specific shape of a light deflecting element of a prior example.

【図１４】先行例の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。FIG. 14 is a graph showing a change in the outgoing angle from the end face of the light deflecting element of the prior art with respect to the incident angle to the outgoing end face.

【図１５】先行例の光偏向素子を使用した光偏向システ
ムの配置図である。FIG. 15 is a layout view of an optical deflection system using the optical deflection element of the prior art.

【図１６】電界印加によるドメイン形成方法を示す斜視
図である。FIG. 16 is a perspective view showing a domain forming method by applying an electric field.

【図１７】電子線照射によるドメイン形成方法を示す斜
視図である。FIG. 17 is a perspective view showing a domain forming method by electron beam irradiation.

【図１８】先行例による焦点距離可変レンズの斜視図で
ある。FIG. 18 is a perspective view of a variable focal length lens according to a prior example.

【図１９】先行例の焦点距離可変レンズのレンズ形状の
例を示す線図である。FIG. 19 is a diagram showing an example of a lens shape of a variable focal length lens of a preceding example.

【図２０】先行例による光ビームの２次元化処理のため
の素子の斜視図である。FIG. 20 is a perspective view of an element for two-dimensional processing of a light beam according to a conventional example.

【図２１】先行例による光ビームの２次元化処理のため
の他の素子の斜視図である。FIG. 21 is a perspective view of another element for two-dimensionalizing a light beam according to a prior example.

【図２２】先行例による電界誘起ミラーの斜視図であ
る。FIG. 22 is a perspective view of an electric field induction mirror according to a prior example.

【図２３】先行例の電界誘起ミラーの動作原理を示す線
図である。FIG. 23 is a diagram showing the operation principle of the electric field induction mirror of the preceding example.

【図２４】先行例による更に他の光偏向素子の斜視図で
ある。FIG. 24 is a perspective view of still another light deflection element according to the prior art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１Ａ 強誘電体基板、２Ａｃ、２Ａｄ ドメイン、４３
Ａ、４４Ａ 主面、７３、７３ａ〜７３ｄ、７３ｃ′、
７３ｄ′、７４、７４ａ〜７４ｄ、７４ｃ′、７４ｄ′
電極、７１ 入射光ビーム、７２ 出射光ビーム、７
５ 入射端面、７６ 出射端面、７７ 集光・発散信号
電源。1A ferroelectric substrate, 2Ac, 2Ad domains, 43
A, 44A main surface, 73, 73a to 73d, 73c ',
73d ', 74, 74a to 74d, 74c', 74d '
Electrode, 71 incident light beam, 72 outgoing light beam, 7
5 Incident end face, 76 Outgoing end face, 77 Condensing / diverging signal power supply.

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成９年７月２３日[Submission date] July 23, 1997

【手続補正１】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】０１３０[Correction target item name] 0130

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【０１３０】そして、この図２の焦点距離可変レンズ装
置におけるｘ軸及びｙ軸を含む平面における電極７３、
７４間の電極７４が正、電極７３が負になるような印加
電圧に基づく電界の強さ（基板１Ａ内の屈折率）の分布
を図３に示す。この場合、基板１Ａ内の光ビームの進行
方向に沿う中心部の電界の強さが小さく、また、基板１
Ａ内の屈折率が小さく、電極７３、７４に近づくに従っ
て、電界の強さが大きく、また、基板１Ａ内の屈折率が
大きくなる。The electrode 73 in a plane including the x-axis and the y-axis in the variable focal length lens device of FIG.
FIG. 3 shows the distribution of the electric field strength (refractive index in the substrate 1A) based on the applied voltage such that the electrodes 74 between the electrodes 74 are positive and the electrode 73 is negative. In this case, the intensity of the electric field at the central portion along the traveling direction of the light beam in the substrate 1A is small.
The refractive index in A is small, and the closer to the electrodes 73 and 74, the greater the electric field strength and the larger the refractive index in the substrate 1A.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 強誘電体基板と、 該強誘電体基板の両主面にそれぞれ設けられた互いに対
向する対をなす電極と、 該対をなす電極間に電圧を印加する電圧源とを有し、 上記強誘電体基板の一端面に入射し、上記両主面間を通
過して、他の端面から出射する光ビームを集光または発
散させると共に、上記電圧源の電圧を可変して、上記集
光または発散する光ビームに対する焦点距離を可変する
ようにしたことを特徴とする焦点距離可変レンズ装置。A ferroelectric substrate, a pair of electrodes provided on both main surfaces of the ferroelectric substrate, and a voltage source for applying a voltage between the pair of electrodes. Then, while being incident on one end face of the ferroelectric substrate, passing between the two main faces, condensing or diverging a light beam emitted from the other end face, and varying the voltage of the voltage source, A variable focal length lens device, wherein a focal length of the converging or diverging light beam is varied. 【請求項２】 請求項１に記載の焦点距離可変レンズ装
置において、 上記対をなす電極は、上記強誘電体基板の両主面の異な
る位置に、複数組設けられてなることを特徴とする焦点
距離可変レンズ装置。2. The variable focal length lens device according to claim 1, wherein a plurality of pairs of electrodes are provided at different positions on both main surfaces of the ferroelectric substrate. Variable focal length lens device. 【請求項３】 強誘電体基板と、 該強誘電体基板の両主面にそれぞれ設けられた３組以上
のそれぞれ互いに対向する対をなす電極と、 該３組以上の対をなす電極間に電圧を印加する電圧源と
を有し、 上記３組以上の対をなす電極のうちの２組以上の対をな
す電極間の上記強誘電体基板中に、上記両主面に略垂直
なドメイン壁を少なくとも１つ含む分極ドメインが形成
されると共に、残りの１組以上の対をなす電極間には分
極ドメインが形成されてなく、 上記強誘電体基板の一端面に入射し、上記両主面間を通
過して、他の端面から出射する光ビームを集光または発
散させると共に、上記電圧源の電圧を可変して、上記集
光または発散する光ビームに対する焦点距離を可変する
ようにしたことを特徴とする焦点距離可変レンズ装置。3. A ferroelectric substrate, three or more pairs of electrodes provided on both main surfaces of the ferroelectric substrate, each pair facing each other, and between the three or more pairs of electrodes. A voltage source for applying a voltage, wherein a domain substantially perpendicular to the two main surfaces is provided in the ferroelectric substrate between two or more pairs of electrodes among the three or more pairs of electrodes. A polarization domain including at least one wall is formed, and no polarization domain is formed between the remaining one or more pairs of electrodes. The polarization domain is incident on one end surface of the ferroelectric substrate, and While condensing or diverging a light beam passing through between surfaces and emitting from another end surface, the voltage of the voltage source is varied to change the focal length of the converged or divergent light beam. A variable focal length lens device.