DE112017002825T5

DE112017002825T5 - Lichtmodulator, optische Beobachtungsvorrichtung und optische Bestrahlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112017002825T5
Application number: DE112017002825.6T
Authority: DE
Inventors: Kuniharu Takizawa; Hiroshi Tanaka; Haruyoshi Toyoda; Yasushi Ohbayashi; Hiroto Sakai
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2016-06-06
Filing date: 2017-06-05
Publication date: 2019-02-28
Also published as: CN109313364B; WO2017213099A1; US11106062B2; CN109313364A; JP6942701B2; US20190302492A1; JPWO2017213099A1

Abstract

Ein Lichtmodulator umfasst einen elektrooptischen Perowskit-Kristall mit einer relativen Permittivität von 1.000 oder mehr, einer ersten Fläche, in die das Eingabelicht eingegeben wird, und einer zweiten Fläche, die der ersten Fläche zugewandt ist; ein erstes optisches Element mit einer ersten Elektrode, die auf der ersten Fläche des elektrooptischen Kristalls angeordnet ist und durch die das Eingabelicht übertragen wird; ein zweites optisches Element mit einer zweiten Elektrode, die auf der zweiten Fläche des elektrooptischen Kristalls angeordnet ist und durch die das Eingabelicht übertragen wird; und eine Ansteuerschaltung zum Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode. Auf der ersten Fläche ist einzig die erste Elektrode angeordnet. Auf der zweiten Fläche ist einzig die zweite Elektrode angeordnet. Die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode bedeckt zum Teil die erste Fläche oder die zweite Fläche. Eine Ausbreitungsrichtung des Eingabelichts und eine Anlegungsrichtung des elektrischen Feldes verlaufen in dem elektrooptischen Kristall parallel zueinander.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lichtmodulator, eine optische Beobachtungsvorrichtung und eine optische Bestrahlungsvorrichtung.
Hintergrund der Erfindung
Beispielsweise offenbaren die Patentliteratur 1 und die Patentliteratur 2 elektrooptische Elemente. Diese elektrooptischen Elemente umfassen ein Substrat, eine KTN (KTa_1-xNb_xO₃)-Schicht, die aus einer ferroelektrischen Substanz gebildet ist und auf das Substrat laminiert wird, eine transparente Elektrode, die auf einer Vorderfläche der KTN-Schicht angeordnet ist, und eine Metallelektrode, die auf einer Rückseitenfläche der KTN-Schicht angeordnet ist. KTN verwendet vier Kristallstrukturen in Abhängigkeit von der Temperatur und wird als ein elektrooptisches Element verwendet, wenn es eine Perowskit- Kristallstruktur aufweist. Eine solche KTN-Schicht wird auf einer Keimschicht gebildet, die auf einer Metallelektrode vorgesehen ist.
Zitationsliste
Patentliteratur

[Patentliteratur 1] Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2014-89340
[Patentliteratur 2] Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 2014-89341

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In einem zuvor beschriebenen elektrooptischen Element ist eine KTN-Schicht derart ausgebildet, dass sie zwischen einem Paar von Elektroden angeordnet ist. Darüber hinaus wird ein Paar von Elektroden über einer Vorderfläche und einer Rückseitenfläche der gesamten KTN-Schicht ausgebildet. Somit nimmt ein umgekehrter piezoelektrischer Effekt oder ein elektrostriktiver Effekt zu, wenn ein elektrisches Feld an der KTN-Schicht angelegt wird, so dass befürchtet wird, dass keine stabile Lichtmodulation durchgeführt werden kann.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Lichtmodulator, eine optische Beobachtungsvorrichtung und eine optische Bestrahlungsvorrichtung bereitzustellen, in denen ein umgekehrter piezoelektrischer Effekt oder ein elektrostriktiver Effekt verhindert und eine stabile Lichtmodulation durchgeführt werden können.
Lösung des Problems
Gemäß einem Aspekt wird ein Lichtmodulator zum Modulieren von Eingangslicht und zum Ausgeben von moduliertem Licht, das einer Modulation unterzogen wurde, bereitgestellt. Der Lichtmodulator umfasst einen elektrooptischen Perowskit-Kristall mit einer relativen Permittivität von 1.000 oder mehr und mit einer ersten Fläche, in die das Eingangslicht eingegeben wird, und einer zweiten Fläche, die der ersten Fläche zugewandt ist; ein erstes optisches Element mit einer ersten Elektrode, die auf der ersten Fläche des elektrooptischen Kristalls angeordnet ist und durch die das Eingangslicht übertragen wird; ein zweites optisches Element mit einer zweiten Elektrode, die auf der zweiten Fläche des elektrooptischen Kristalls angeordnet ist und durch die das Eingangslicht übertragen wird; und eine Ansteuerschaltung zum Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode. Auf der ersten Fläche ist einzig die erste Elektrode angeordnet. Auf der zweiten Fläche ist einzig die zweite Elektrode angeordnet. Die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode bedecken teilweise die erste Fläche oder die zweite Fläche. Eine Ausbreitungsrichtung des Eingangslichts und eine Anlegungsrichtung des elektrischen Feldes verlaufen im elektrooptischen Kristall parallel zueinander.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Lichtmodulator zum Modulieren von Eingangslicht und zum Ausgeben von moduliertem Licht, das einer Modulation unterworfen wurde, bereitgestellt. Der Lichtmodulator umfasst einen elektrooptischen Perowskit-Kristall mit einer relativen Permittivität von 1.000 oder mehr und mit einer ersten Fläche, in die das Eingangslicht eingegeben wird, und einer zweiten Fläche, die der ersten Fläche zugewandt ist; ein erstes optisches Element mit einer ersten Elektrode, die auf der ersten Fläche des elektrooptischen Kristalls angeordnet ist und durch die das Eingangslicht übertragen wird; ein zweites optisches Element mit einer zweiten Elektrode, die auf der zweiten Fläche des elektrooptischen Kristalls angeordnet ist und das Eingangslicht in Richtung der ersten Fläche reflektiert; und eine Ansteuerschaltung zum Anlegen eines elektrischen Feld zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode. Auf der ersten Fläche ist einzig die erste Elektrode angeordnet. Auf der zweiten Fläche ist einzig die zweite Elektrode angeordnet. Die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode bedecken teilweise die erste Fläche oder die zweite Fläche. Eine Ausbreitungsrichtung des Eingangslichts und eine Anlegungsrichtung des elektrischen Feldes verlaufen in dem elektrooptischen Kristall parallel zueinander.
Zudem ist gemäß einem Aspekt eine optische Beobachtungsvorrichtung mit einer Lichtquelle zur Ausgabe des Eingangslichts, mit dem zuvor beschriebenen Lichtmodulator, einem optischen System zur Bestrahlung eines Ziels mit moduliertem Licht, das aus dem Lichtmodulator ausgegeben wird, und einem Lichtdetektor zur Erfassung des Lichts, das von dem Ziel ausgegeben wird, bereitgestellt.
Zudem ist gemäß einem weiteren Aspekt eine optische Bestrahlungsvorrichtung mit einer Lichtquelle zur Ausgabe von Eingangslicht, dem zuvor beschriebenen Lichtmodulator und einem optischen System zur Bestrahlung eines Zieles mit moduliertem Licht, das aus dem Lichtmodulator ausgegeben wird, bereitgestellt.
Gemäß dem Lichtmodulator, der optischen Beobachtungsvorrichtung und der optischen Bestrahlungsvorrichtung, die zuvor beschrieben sind, wird Eingangslicht durch die erste Elektrode des ersten optischen Elements übertragen und in die Eingabefläche des elektrooptischen Perowskit-Kristalls eingegeben. Dieses Eingabelicht kann nach seiner Übertragung durch das zweite optische Element, das auf einer Rückseitenfläche des elektrooptischen Kristalls angeordnet ist, ausgegeben werden oder es kann nach seiner Reflexion an dem zweiten optischen Element ausgegeben werden. In diesem Fall wird ein elektrisches Feld an einen Abschnitt zwischen der ersten Elektrode, die in dem ersten optischen Element vorgesehen ist, und der zweiten Elektrode, die in dem zweiten optischen Element vorgesehen ist, angelegt. Somit wird ein elektrisches Feld an den elektrooptischen Kristall mit einer hohen relativen Permittivität angelegt, so dass das Eingangslicht moduliert wird. In diesem Lichtmodulator sind die erste Elektrode und die zweite Elektrode jeweils einzeln angeordnet, und die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode bedecken die erste Fläche oder die zweite Fläche teilweise. In diesem Fall bildet sich ein umgekehrter piezoelektrischer Effekt oder ein elektrostriktiver Effekt in einem Abschnitt, in dem die erste Elektrode und die zweite Elektrode einander gegenüberliegen, aber es bildet sich kein umgekehrter piezoelektrischer Effekt oder elektrostriktiver Effekt um diesen Abschnitt herum. Somit dient ein Teil um den Abschnitt herum, in dem die erste Elektrode und die zweite Elektrode einander zugewandt sind, als ein Dämpfer. Somit werden, verglichen mit einem Fall, bei dem die erste Fläche und die zweite Fläche vollständig mit Elektroden bedeckt sind, der umgekehrte piezoelektrische Effekt und der elektrostriktive Effekt verhindert. Somit wird das Auftreten einer Resonanz oder dergleichen verhindert, und eine stabile Lichtmodulation durchgeführt.
Ferner kann der Aspekt ein transparentes Substrat mit einer ersten Fläche, die dem zweiten optischen Element zugewandt ist, und einer zweiten Fläche, die eine Fläche auf der gegenüberliegenden Seite der ersten Fläche ist, umfassen. Das transparente Substrat kann das Eingangslicht, das durch das zweite optische Element übertragen wird, ausgeben. Zudem kann der Aspekt ferner ein Substrat umfassen, das ein erstes Substrat aufweist, das dem zweiten optischen Element zugewandt ist. In solchen Lichtmodulatoren wird selbst dann, wenn ein elektrooptischer Kristall mit einer geringen Dicke in einer optischen Achsenrichtung ausgebildet ist, der elektrooptische Kristall vor einer äußeren Erschütterung oder dergleichen geschützt.
Zudem kann gemäß dem Aspekt, wenn eine Dicke (µm) des elektrooptischen Kristalls in einer Richtung, in der ein elektrisches Feld an den elektrooptischen Kristalls angelegt wird, d ist, eine Fläche (µm²) der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode 25d² oder weniger betragen. In einem solchen Lichtmodulator wird der umgekehrte piezoelektrische Effekt oder der elektrostriktive Effekt wirksam verringert.
Zudem kann gemäß dem Aspekt die Fläche der ersten Elektrode größer oder kleiner als die Fläche der zweiten Elektrode sein. In diesem Fall kann eine Positionsausrichtung der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode auf einfache Weise durchgeführt werden.
Zudem kann der Aspekt ferner eine dritte Elektrode, die mit der ersten Elektrode elektrisch verbunden ist, und eine vierte Elektrode, die mit der zweiten Elektrode elektrisch verbunden ist, umfassen. Die dritte Elektrode und die vierte Elektrode sind so angeordnet, dass sie sich nicht überlappen, wobei der elektrooptische Kristall dazwischen angeordnet ist.
Ferner kann gemäß dem Aspekt das erste optische Element eine dritte Elektrode, die elektrisch mit der ersten Elektrode verbunden ist, und einen Isolierabschnitt, der zwischen der dritten Elektrode und der ersten Fläche angeordnet ist und ein elektrisches Feld, das in der dritten Elektrode erzeugt wird, verringert, umfassen. Eine Ansteuerschaltung kann ein elektrisches Feld an die erste Elektrode anlegen, wobei die dritte Elektrode dazwischen angeordnet ist. Da die dritte Elektrode für eine Verbindung mit der Ansteuerschaltung vorgesehen ist, können die Größe und die Position der ersten Elektrode frei gestaltet werden. In diesem Fall verhindert der Isolierabschnitt das elektrische Feld, das in der dritten Elektrode erzeugt wird und den elektrooptischen Kristall beeinträchtigt.
Darüber hinaus kann gemäß dem Aspekt das erste optische Element einen Lichtreduzierungsabschnitt umfassen, der die erste Fläche um die erste Elektrode bedeckt und das Licht, das in die erste Fläche von einem Abschnitt um die erste Elektrode eingegeben wird, verringert. In diesem Fall kann der Lichtreduzierungsabschnitt eine reflektierende Schicht sein, die das Licht reflektiert. Zudem kann der lichtreflektierende Abschnitt eine absorbierende Schicht sein, die das Licht absorbiert. Zudem kann der Lichtreduzierungsabschnitt eine Sperrschicht sein, die das Licht blockiert. Somit wird Licht blockiert, das von einem Abschnitt eingegeben wird, in dem die erste Elektrode nicht auf der ersten Fläche ausgebildet ist.
Darüber hinaus kann gemäß dem Aspekt eine dielektrische Mehrfachschicht, die das Eingangslicht reflektiert, in der zweiten Elektrode vorgesehen sein. Gemäß dieser Konfiguration wird das Eingangslicht wirksam reflektiert.
Darüber hinaus kann gemäß dem Aspekt die zweite Elektrode das Eingangslicht reflektieren. Gemäß dieser Konfiguration ist es nicht erforderlich, separat eine Reflexionsschicht oder dergleichen auf der Seite der zweiten Elektrode auszubilden.
Zudem kann gemäß dem Aspekt der elektrooptische Kristall ein Kristall aus KTa_1-xNb_xO₃ (0 ≤ x ≤ 1), ein Kristall aus K_1-yLi_yTa_1-xNb_xO₃ (0 ≤ x ≤ 1) und (0 < y < 1) oder ein PLZT-Kristall sein. Gemäß dieser Konfiguration kann ein elektrooptischer Kristall mit einer hohen relativen Permittivität auf einfache Weise realisiert werden.
Ferner kann der Aspekt ein Temperatursteuerelement zur Steuerung der Temperatur des elektrooptischen Kristalls umfassen. Gemäß dieser Konfiguration wird aufgrund einer auf einem gleichmäßigen Wert gehaltenen Temperatur die Modulationsgenauigkeit für den elektrooptischen Kristall stabiler.
Wirkungen der Erfindung
Gemäß dem Lichtmodulator, der optischen Beobachtungsvorrichtung und der optischen Bestrahlungsvorrichtung dieser Ausführungsformen wird der umgekehrte piezoelektrische Effekt oder der elektrostriktive Effekt verhindert und eine stabile Lichtmodulation durchgeführt.
Figurenliste

1 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer optischen Beobachtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform darstellt.
2 zeigt eine Ansicht, die schematisch einen Lichtmodulator gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
3 zeigt eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen Kristallachsen, einer Bewegungsrichtung des Lichts und eines elektrischen Feldes bei einer Verzögerungsmodulation darstellt.
4 zeigt eine Ansicht, die schematisch einen Lichtmodulator gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
5 zeigt eine Ansicht, die schematisch einen Lichtmodulator gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt.
6 zeigt eine Ansicht, die schematisch einen Lichtmodulator gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt.
7 zeigt eine Ansicht, die schematisch einen Lichtmodulator gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt.
8 zeigt eine Ansicht, die schematisch einen Lichtmodulator gemäß einer sechsten Ausführungsform darstellt.
9 zeigt eine Ansicht, die schematisch einen Lichtmodulator gemäß einer siebten Ausführungsform darstellt.
10 zeigt eine Ansicht, die schematisch einen Lichtmodulator gemäß einer achten Ausführungsform darstellt.
11 zeigt eine Ansicht, die schematisch einen Lichtmodulator gemäß einer neunten Ausführungsform darstellt.
12 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer weiteren optischen Bestrahlungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform darstellt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Nachfolgenden werden die Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Der Einfachheit halber werden die gleichen Bezugszeichen im Wesentlichen für die gleichen Elemente verwendet, und es wird auf eine wiederholte Beschreibung derselben verzichtet.
[Erste Ausführungsform]
1 zeigt ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer optischen Beobachtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform. Beispielsweise ist eine optische Beobachtungsvorrichtung 1A ein Fluoreszenzmikroskop zur Erfassung eines Bildes eines Beobachtungsziels. Die optische Beobachtungsvorrichtung 1A bestrahlt eine Fläche einer Probe (Ziel) S mit Eingangslicht L1 und nimmt ein Bild des Erfassungslichts L3, wie etwa Fluoreszenz oder reflektiertes Licht, das von der Probe S als Reaktion auf die Bestrahlung ausgegeben wird, auf, wodurch ein Bild der Probe S erhalten wird.
Zum Beispiel ist die Probe S, die ein Beobachtungsziel wird, eine Probe wie eine Zelle oder ein Organismus, die ein fluoreszierendes Material, wie ein fluoreszierendes Pigment oder ein fluoreszierendes Protein, enthalten. Zusätzlich kann die Probe S eine Probe, wie zum Beispiel eine Halbleitervorrichtung oder ein Film, sein. Wenn die Probe S mit Licht bestrahlt wird, das einen vorbestimmten Wellenlängenbereich aufweist (Anregungslicht oder Beleuchtungslicht), emittiert die Probe S das Erfassungslicht L3, wie beispielsweise Fluoreszenz. Beispielsweise ist die Probe S in einem Halter untergebracht, der mit Bezug auf das Eingangslicht L1 und/oder das Erfassungslicht L3 Transparenz aufweist. Beispielsweise wird dieser Halter auf einer Stufe gehalten.
Wie in 1 gezeigt, umfasst die optische Beobachtungsvorrichtung 1A eine Lichtquelle 11, eine Sammellinse 12, einen Lichtmodulator 100, ein erstes optisches System 14, einen Strahlteiler 15, eine Objektivlinse 16, ein zweites optisches System 17, einen Lichtdetektor 18 und eine Steuereinheit 19.
Die Lichtquelle 11 gibt das Eingangslicht L1 mit einer Wellenlänge aus, bei der die Probe S angeregt wird. Beispielsweise emittiert die Lichtquelle 11 kohärentes Licht oder inkohärentes Licht. Beispiele einer kohärenten Lichtquelle umfassen eine Laserlichtquelle, wie beispielsweise eine Laserdiode (LD). Beispiele einer inkohärenten Lichtquelle umfassen eine Leuchtdiode (LED), eine Super-Lumineszenzdiode (SLD) und eine lampenbasierte Lichtquelle.
Die Sammellinse 12 sammelt das Eingangslicht L1, das von der Lichtquelle 11 ausgegeben wird, und gibt das gesammelte Eingangslicht L1 aus. Der Lichtmodulator 100 ist derart angeordnet, dass eine Ausbreitungsrichtung des Eingangslichts L1 und eine Richtung eines angelegten elektrischen Feldes parallel zueinander verlaufen. Somit sind in dem Lichtmodulator 100 die Ausbreitungsrichtung des Eingangslichts L1 und die Anlegungsrichtung eines elektrischen Feldes in einem elektrooptischen Kristall 101 parallel zueinander. Der Lichtmodulator 100 ist ein Lichtmodulator, der die Phase oder Verzögerung (Phasendifferenz) des Eingangslichts L1, das aus der Lichtquelle 11 ausgegeben wird, moduliert. Der Lichtmodulator 100 moduliert das Eingangslicht L1, das von der Sammellinse 12 eingegeben wird, und gibt moduliertes Licht L2, das einer Modulation unterworfen wurde, in Richtung des ersten optischen Systems 14 aus. Der Lichtmodulator 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist als Übertragungslichtmodulator ausgebildet. Jedoch kann in der optischen Beobachtungsvorrichtung 1A auch ein reflektierender Lichtmodulator verwendet werden. Der Lichtmodulator 100 ist elektrisch mit einer Steuerung 21 der Steuereinheit 19 verbunden und bildet eine Lichtmodulator-Einheit. Die Ansteuerung des Lichtmodulators 100 wird durch die Steuerung 21 der Steuereinheit 19 gesteuert. Der Lichtmodulator 100 wird im Nachfolgenden ausführlich beschrieben.
Das erste optische System 14 koppelt optisch den Lichtmodulator 100 und die Objektivlinse 16 miteinander. Dementsprechend wird das modulierte Licht L2, das von dem Lichtmodulator 100 ausgegeben wird, in die Objektivlinse 16 geleitet. Beispielsweise konzentriert das erste optische System 14 das modulierte Licht L2 von dem Lichtmodulator 100 durch eine Pupille der Objektivlinse 16.
Der Strahlteiler 15 ist ein optisches Element zur Teilung des modulierten Lichts L2 und des Erfassungslichts L3 voneinander. Beispielsweise ist der Strahlteiler 15 derart ausgebildet, dass eine Übertragung des modulierten Lichts L2 mit einer Anregungswellenlänge und eine Reflexion des Erfassungslichts L3 mit einer Fluoreszenzwellenlänge möglich ist. Zudem kann der Strahlteiler 15 ein Polarisationsstrahlteiler oder ein dichroitischer Spiegel sein. In Abhängigkeit von den optischen Systemen auf den vorderen und hinteren Seiten (beispielsweise das erste optische System 14 und das zweite optische System 17) des Strahlteilers 15 oder der verwendeten Mikroskopart kann der Strahlteiler 15 derart ausgebildet sein, dass er das modulierte Licht L2 reflektiert und das Erfassungslicht L3 mit einer Fluoreszenzwellenlänge durchlässt.
Die Objektivlinse 16 sammelt das modulierte Licht L2, das durch den Lichtmodulator 100 einer Modulation unterworfen wurde, bestrahlt die Probe S mit dem gesammelten Licht und leitet das Erfassungslicht L3, das von der Probe S in Erwiderung auf die Bestrahlung emittiert wird, weiter. Beispielsweise ist die Objektivlinse 16 derart ausgebildet, dass sie durch ein Ansteuerelement, wie beispielsweise einen piezoelektrischen Aktuator oder einen Schrittmotor, entlang einer optischen Achse bewegbar ist. Dementsprechend können eine Sammelposition des modulierten Lichts L2 und eine Brennpunktposition zur Erfassung des Erfassungslichts L3 eingestellt werden.
Das zweite optische System 17 koppelt die Objektivlinse 16 und den Lichtdetektor 18 optisch miteinander. Dementsprechend leitet der Lichtdetektor 18 ein Bild des Erfassungslichts L3, das von der Objektivlinse 16 weitergeleitet wird. Das zweite optische System 17 weist eine Linse 17a auf, die ein Bild des Erfassungslichts L3 von der Objektivlinse 16 auf einer Lichtempfangsfläche des Lichtdetektors 18 bildet.
Der Lichtdetektor 18 nimmt ein Bild des Erfassungslichts L3 auf, das von der Objektivlinse 16 weitergeleitet wurde und auf der Lichtempfangsfläche in Form eines Bildes gebildet wurde. Beispielsweise ist der Lichtdetektor 18 ein Flächenbildsensor, wie beispielsweise ein CCD-Bildsensor oder ein CMOS-Bildsensor.
Die Steuereinheit 19 umfasst einen Computer 20 mit einer Steuerschaltung (Prozessor), eine Bildbearbeitungsschaltung (Prozessor), einen Speicher und dergleichen; und die Steuerung 21 mit einer Steuerschaltung (Prozessor), einem Speicher und dergleichen, die elektrisch mit dem Lichtmodulator 100 und dem Computer 20 verbunden ist. Beispielsweise ist der Computer 20 ein PC, ein Smartgerät, ein Mikrocomputer. ein Cloud-Server oder dergleichen. Der Computer 20 veranlasst den Prozessor, die Operationen der Objektivlinse 16, des Lichtdetektors 18 und dergleichen zu steuern, und führt verschiedene Arten der Steuerung aus. Zusätzlich steuert die Steuerung 21 den Phasenmodulationswert oder den Verzögerungsmodulationswert in dem Lichtmodulator 100.
Im Nachfolgenden wird der Lichtmodulator 100 ausführlich beschrieben. 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Lichtmodulators. Der Lichtmodulator 100 ist ein Übertragungslichtmodulator, der das Eingangslicht L1 moduliert und das modulierte Licht L2, das einer Modulation unterworfen wurde, ausgibt. Wie in 2 gezeigt, umfasst der Lichtmodulator 100 den elektrooptischen Kristall 101, eine Lichteingabeeinheit (erstes optisches Element) 102, eine Lichtausgabeeinheit (zweites optisches Element) 106 und eine Ansteuerschaltung 110. In 2(a) sind der elektrooptische Kristall 101, die Lichteingabeeinheit 102 und die Lichtausgabeeinheit 106 des Lichtmodulators 100 in einem Querschnitt dargestellt. Zudem zeigt 2(b) eine Ansicht des Lichtmodulators 100, von der Seite der Lichteingabeeinheit 102 aus betrachtet, und 2(c) zeigt eine Ansicht des Lichtmodulators 100, von der Seite der Lichtausgabeeinheit 106 aus betrachtet.
Der elektrooptische Kristall 101 weist eine Plattenform mit einer Eingangsfläche (erste Fläche) 101a, in die das Eingangslicht L1 eingegeben wird, und eine Rückseitenfläche (zweite Fläche) 101b, die der Eingangsoberfläche 101a zugewandt ist, auf. Der elektrooptische Kristall 101 hat eine Perowskit-Kristallstruktur, die einen ersten elektrooptischen Effekt, wie beispielsweise einen Pockels-Effekt und einen Kerr-Effekt zur Variation des Brechungsindex verwendet. Der elektrooptische Kristall 101 mit einer Perowskit-Kristallstruktur ist ein isotroper Kristall, der zu einer Punktgruppe m3m eines kubischen Systems gehört und eine relative Permittivität von 1.000 oder mehr aufweist. Beispielsweise kann die relative Permittivität des elektrooptischen Kristalls 101 einen Wert aufweisen, der in einem Bereich von etwa 1.000 bis 20.000 liegt. Beispiele eines solchen elektrooptischen Kristalls 101 umfassen einen Kristall aus KTa_1-xNb_xO₃ (0≤ x ≤ 1) (im Nachfolgenden als ein „KTN-Kristall“ bezeichnet), einen Kristall aus K_1-yLi_yTa_1-xNb_xO₃ (0 ≤ x ≤ 1) und 0 < y < 1) und einen PLZT-Kristall. Insbesondere umfassen Beispiele davon BaTiO₃, K₃Pb₃(Zn₂Nb₇)O₂₇, K(Ta_0,65Nb_0,35)P₃, Pb₃MgNb₂O₉ und Pb₃NiNb₂O₉. In dem Lichtmodulator 100 der vorliegenden Ausführungsform wird ein KTN-Kristall als ein elektrooptischer Kristall 101 verwendet. Da sich der KTN-Kristall in der Punktgruppe m3m des kubischen Systems befindet, hat der KTN-Kristall keinen Pockels-Effekt und führt aufgrund des Kerr-Effekts eine Modulation durch. Da somit Licht derart eingegeben wird, dass es parallel oder senkrecht zu einer Kristallachse des elektrooptischen Kristalls 101 verläuft, kann die Phasenmodulation durch Anlegen eines elektrischen Felds in der gleichen Richtung durchgeführt werden. Darüber hinaus kann eine Verzögerungsmodulation durchgeführt werden, indem zwei beliebige Kristallachsen in einem beliebigen Winkel um die verbleibende Kristallachse mit Ausnahme von 0° und 90° gedreht werden. 3(a) zeigt eine perspektivische Ansicht einer Beziehung zwischen den Kristallachsen, der Bewegungsrichtung des Lichts und eines elektrischen Felds bei der Verzögerungsmodulation. 3(b) zeigt eine Draufsicht einer jeden Achse. Das Beispiel in 3 zeigt einen Fall, in dem ein Kristall um einen Winkel von 45° gedreht wird. Werden die Achsen X2 und X3 um 45° um die Achse X1 gedreht und die neuen Achsen X1, X2' und X3' eingestellt, kann die Verzögerungsmodulation durchgeführt werden, indem Licht parallel oder senkrecht zu diesen neuen Achsen eingekoppelt wird. In 4 wird ein elektrisches Feld in einer Anlegungsrichtung 1102 eines Kristalls 1104 angelegt. Eine Ausbreitungsrichtung 1101 des Eingangslichts L1 wird parallel zu der Anlegungsrichtung 1102 des elektrischen Feldes. In diesem Fall sind die Kerr-Koeffizienten, die für die Modulation des Eingangslichts L1 verwendet werden, g11, g12 und g44.
Die relative Permittivität eines KTN-Kristalls wird sehr wahrscheinlich durch die Temperatur beeinflusst. Beispielsweise weist die relative Permittivität bei etwa 20.000 einen Höchstwert einer Temperatur in der Nähe von -5° C auf, und die relative Permittivität sinkt auf etwa 5.000 bei Normaltemperatur in der Nähe von 20° C. Somit wird beispielsweise die Temperatur des elektrooptischen Kristalls 101 durch ein Temperatursteuerelement P, wie beispielsweise ein Peltier-Element, derart gesteuert, dass dieser eine Temperatur in der Nähe von -5° C aufweist.
Wie in 2(b) gezeigt, umfasst die Lichteingabeeinheit 102 eine transparente Elektrode (erste Elektrode) 103, eine Verbindungselektrode (dritte Elektrode) 104 und einen Isolierabschnitt 105. Die transparente Elektrode 103 ist auf der Eingangsfläche 101a des elektrooptischen Kristalls 101 angeordnet. Beispielsweise ist die transparente Elektrode 103 aus ITO (Indiumzinnoxid) gebildet und ermöglicht, dass das Eingangslicht L1 durchgelassen wird. Das heißt, das Eingangslicht L1 wird durch die transparente Elektrode 103 übertragen und wird ins Innere des elektrooptischen Kristalls 101 eingegeben. In dieser Ausführungsform weist die transparente Elektrode 103 in einer Draufsicht eine rechteckige Form auf und bedeckt teilweise die Eingangsfläche 101a. Wenn zudem die Dicke des elektrooptischen Kristalls 101 in der Anlegungsrichtung des elektrischen Feldes d (µm) ist, kann die Fläche (µm²) der transparenten Elektrode 103 25d² oder kleiner sein. An einer Position im Wesentlichen in der Mitte der Eingangsfläche 101a und getrennt von einer Umfangskante der Eingabefläche 101a wird einzig die transparente Elektrode 103 ausgebildet. Beispielsweise kann eine solche transparente Elektrode 103 durch Abscheiden von ITO auf der Eingabefläche 101a des elektrooptischen Kristalls 101 unter Verwendung einer Maskenstruktur gebildet werden.
Der Isolierabschnitt 105 ist auf der Eingabefläche 101a ausgebildet. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Isolierabschnitt 105 in Kontakt mit der transparenten Elektrode 103 und gleichförmig auf der Eingabefläche 101a bis zu einer Endkante auf einer Seite der transparenten Elektrode 103 ausgebildet. Beispielsweise ist die Höhe des Isolierabschnitts derart ausgebildet, dass sie niedriger als die Höhe der transparenten Elektrode 103 ist. Beispielsweise ist der Isolierabschnitt ein Isolierfilm, der aus einem Isolator wie SiO₂ (Siliziumdioxid) oder HfO₂ (Hafniumoxid) gebildet ist. Die Verbindungselektrode 104 ist auf dem Isolierabschnitt 105 ausgebildet. Das heißt, der Isolierabschnitt 105 ist zwischen der Eingabefläche 101a und der Verbindungselektrode 104 vorgesehen. Somit weist der Isolierabschnitt 105 eine Dicke auf, die so groß ist, dass die meisten in der Verbindungselektrode 104 erzeugten elektrischen Felder an den Isolierabschnitt angelegt werden und ein an den elektrooptischen Kristall 101 angelegtes elektrisches Feld nicht berücksichtigt wird.
Die Verbindungselektrode 104 ist elektrisch mit der transparenten Elektrode 103 verbunden. Die Verbindungselektrode 104 umfasst einen Leitungsabschnitt 104a mit einer dünnen Drahtform, von der ein Ende elektrisch mit der transparenten Elektrode 103 verbunden ist, und einen Hauptkörperabschnitt 104b mit einer rechteckigen Form in einer Draufsicht, der elektrisch mit dem anderen Ende des Leitungsabschnitts 104a verbunden ist. Beispielsweise ist die Fläche des Hauptkörperabschnitts 104b größer als jene der transparenten Elektrode 103. Außerdem erstreckt sich beispielsweise der Hauptkörperabschnitt 104b zu der Umfangskante der Eingabefläche 101a. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform stimmt eine Seite 104c des Hauptkörperabschnitts 104b, der eine rechteckige Form aufweist, mit der Umfangskante der Eingabefläche 101a des elektrooptischen Kristalls 101 überein. Ähnlich wie die transparente Elektrode 103 kann die Verbindungselektrode 104 aus einem transparenten Material, wie ITO, gebildet sein. Zusätzlich zu einem transparenten Material kann die Verbindungselektrode 104 aus einem anderen leitfähigen Material gebildet sein, das keine Übertragung des Eingangslichts L1 erlaubt. Beispielsweise kann die Verbindungselektrode 104 durch Abscheiden von ITO auf dem Isolierabschnitt 105 unter Verwendung einer Maskenstruktur gebildet werden.
Wie in 2(c) gezeigt, umfasst die Lichtausgabeeinheit 106 eine transparente Elektrode (zweite Elektrode) 107, eine Verbindungselektrode (vierte Elektrode) 108 und einen Isolierabschnitt 109. Die transparente Elektrode 107 ist auf der Rückseitenfläche 101b des elektrooptischen Kristalls 101 angeordnet. Gleich wie die transparente Elektrode 103 ist die transparente Elektrode 107 beispielsweise aus ITO gebildet und ermöglicht, dass das Eingangslicht L1 durchgelassen wird. Das heißt, das Eingangslicht L1, das in das Innere des elektrooptischen Kristalls 101 eingegeben wurde und einer Phasenmodulation oder einer Verzögerungsmodulation ausgesetzt wurde, kann aus der transparenten Elektrode 107 als moduliertes Licht L2 ausgegeben werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist die transparente Elektrode 107 in einer Draufsicht beispielsweise eine rechteckige Form auf und bedeckt teilweise die Rückseitenfläche 101b. Wenn zudem die Dicke des elektrooptischen Kristalls 101 in der Anlegungsrichtung des elektrischen Felds d (µm) ist, kann die Fläche (µm²) der transparenten Elektrode 107 25d² oder weniger betragen. An einer Position, die sich im Wesentlichen in der Mitte der Rückseitenfläche 101b befindet und von der Umfangskante der Rückseitenfläche 101b getrennt ist, wird einzig die transparente Elektrode 107 ausgebildet. Ferner ist in einer Draufsicht die Fläche der transparenten Elektrode 107 derart ausgebildet, dass sie größer als jene der transparenten Elektrode 103 ist. Darüber hinaus fällt die Mitte der transparenten Elektrode 107 und die Mitte der transparenten Elektrode 103 in einer optischen Achsenrichtung im Wesentlichen zusammen. Aus Sicht der optischen Achsenrichtung ist somit die gesamte transparente Elektrode 103 innerhalb der transparenten Elektrode 107 angeordnet.
Der Isolierabschnitt 109 ist auf der Rückseitenfläche 101b ausgebildet. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Isolierabschnitt 109 in Kontakt mit der transparenten Elektrode 107 und gleichförmig auf der Rückseitenfläche 101b bis zu der Endkante auf einer Seite der transparenten Elektrode 107 ausgebildet. Beispielsweise ist die Höhe des Isolierabschnitts niedriger als die Höhe der transparenten Elektrode 107. Beispielsweise ist der Isolierabschnitt ein Isolierfilm, der aus einem Isolator wie etwa SiO₂ oder HfO₂ gebildet ist. Die Verbindungselektrode 108 ist auf dem Isolierabschnitt 109 ausgebildet. Das heißt, der Isolierabschnitt 109 ist zwischen der Rückseitenfläche 101b und der Verbindungselektrode 108 angeordnet. Dementsprechend isoliert der Isolierabschnitt 109 die Rückseitenfläche 101b von einem elektrischen Feld, das in der Verbindungselektrode 108 erzeugt wird.
Die Verbindungselektrode 108 ist elektrisch mit der transparenten Elektrode 107 verbunden. Die Verbindungselektrode 108 umfasst einen Leitungsabschnitt 108a in der Form eines dünnen Drahts, dessen eines Ende elektrisch mit der transparenten Elektrode 107 verbunden ist, und einen Hauptkörperabschnitt 108b, der in einer Draufsicht eine rechteckige Form aufweist und elektrisch mit dem anderen Ende des Leitungsabschnitts 108a verbunden ist. Beispielsweise ist die Fläche des Hauptkörperabschnitts 108b größer als jene der transparenten Elektrode 107. Zudem erstreckt sich beispielsweise der Hauptkörperabschnitt 108b bis zu der Umfangskante auf der Rückseitenfläche 101b. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform stimmt eine Seite 108c des Hauptkörperabschnitts 108b, der eine rechteckige Form aufweist, mit der Umfangskante auf der Rückseitenfläche 101b des elektrooptischen Kristalls 101 zusammen. Darüber hinaus muss die eine Seite 108c des Hauptkörperabschnitts 108b nicht mit einem Umgebungsabschnitt auf der Rückseitenfläche 101b des elektrooptischen Kristalls 101 übereinstimmen. Sowie die transparente Elektrode 107 kann auch die Verbindungselektrode 108 aus einem transparenten Material, wie ITO, gebildet sein. Zusätzlich zu einem transparenten Material kann die Verbindungselektrode 108 aus einem anderen leitfähigen Material gebildet sein, das keine Übertragung des Eingangslichts L1 erlaubt. Beispielsweise kann die Verbindungselektrode 108 durch Abscheiden von ITO auf dem Isolierabschnitt 109 unter Verwendung einer Maskenstruktur gebildet werden. Beispielsweise kann die Fläche des Hauptkörperabschnitts 108b im Wesentlichen gleich groß wie die Fläche des Hauptkörperabschnitts 104b der Lichteingabeeinheit 102 sein. Darüber hinaus kann die Fläche des Hauptkörperabschnitts 108b kleiner als die Oberflächenfläche der transparenten Elektrode 107 sein.
Die Ansteuerschaltung 110 legt ein elektrisches Feld zwischen der transparenten Elektrode 103 und der transparenten Elektrode 107 an. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Ansteuerschaltung 110 elektrisch mit der Verbindungselektrode 104 und der Verbindungselektrode 108 verbunden. Die Ansteuerschaltung 110 legt ein elektrisches Feld zwischen der transparenten Elektrode 103 und der transparenten Elektrode 107 an, indem ein elektrisches Signal in die Verbindungselektrode 104 und die Verbindungselektrode 108 eingegeben wird. Eine solche Ansteuerschaltung 110 wird durch die Steuereinheit 19 gesteuert.
Gemäß dem zuvor beschriebenen Lichtmodulator 100 wird das Eingangslicht L1 durch die transparente Elektrode 103 der Lichteingabeeinheit 102 übertragen und in die Eingabefläche 101a des elektrooptischen Perowskit-Kristalls 101 eingegeben. Das Eingangslicht L1 wird nach dessen Übertragung durch die Lichtausgabeeinheit 106, die auf der Rückseitenfläche 101b des elektrooptischen Kristalls 101 angeordnet ist, ausgegeben. In diesem Fall wird ein elektrisches Feld an einen Abschnitt zwischen der transparenten Elektrode 103, die in der Lichteingabeeinheit 102 vorgesehen ist, und der transparenten Elektrode 107, die in der Lichtausgabeeinheit 106 vorgesehen ist, angelegt. Dementsprechend wird ein elektrisches Feld an den elektrooptischen Kristall 101 mit einer hohen relativen Permittivität derart angelegt, das Eingangslicht L1 moduliert werden kann. In diesem Lichtmodulator 100 bedeckt die transparente Elektrode 103 teilweise die Eingabefläche 101a. Wenn zudem die Dicke des elektrooptischen Kristalls 101 in der Anlegungsrichtung des elektrischen Felds d (µm) ist, beträgt vorzugsweise die Fläche (µm²) der transparenten Elektrode 103 25d² oder weniger. Zudem bedeckt die transparente Elektrode 107 teilweise die Rückseitenfläche 101b. Wenn die Dicke des elektrooptischen Kristalls 101 in der Anlegungsrichtung des elektrischen Felds d (µm) ist, beträgt die Fläche (µm²) der transparenten Elektrode 107 25d² oder weniger. In diesem Fall tritt ein umgekehrter piezoelektrischer Effekt oder ein elektrostriktiver Effekt in einem Abschnitt auf, in dem sich die transparente Elektrode 103 und die transparente Elektrode 107 gegenüberliegen, aber es tritt kein umgekehrter piezoelektrischer Effekt oder elektrostriktiver um den Abschnitt herum auf. Somit dient ein Teil um den Abschnitt, in dem die transparente Elektrode 103 und die transparente Elektrode 107 einander zugewandt sind, als ein Dämpfer. Somit kann, verglichen mit einem Fall, in dem die Eingabefläche 101a und die Rückseitenfläche 101b vollständig mit Elektroden bedeckt sind, der umgekehrte piezoelektrische Effekt oder der elektrostriktive Effekt verhindert werden. Somit wird das Auftreten einer Resonanz oder dergleichen verhindert, und es wird eine stabile Lichtmodulation durchgeführt.
Da zudem die Fläche der transparenten Elektrode 103 kleiner als die Fläche der transparenten Elektrode 107 ist, kann eine Positionsausrichtung der transparenten Elektrode 103 und der transparenten Elektrode 107 auf einfache Weise durchgeführt werden.
Darüber hinaus umfasst die Lichteinführeinheit 102 die Verbindungselektrode 104, die elektrisch mit der transparenten Elektrode 103 verbunden ist, und den Isolierabschnitt 105, der ein elektrisches Feld blockiert, das in der Verbindungselektrode 104 erzeugt wird. Zudem legt die Ansteuerschaltung 110 ein elektrisches Feld zwischen der transparenten Elektrode 103 und der transparenten Elektrode 107 an, wobei die Verbindungselektrode 104 dazwischen angeordnet ist. Da auf diese Weise die Verbindungselektrode 104 zur Verbindung mit der Ansteuerschaltung 110 vorgesehen ist, kann die Größe, die Position und dergleichen der transparenten Elektrode 103 frei gestaltet werden. In diesem Fall verhindert der Isolierabschnitt 105 die Bildung des elektrischen Felds, das in der Verbindungselektrode 104 erzeugt wird und den elektrooptischen Kristall 101 beeinträchtigt. In ähnlicher Weise kann auch in der Lichtausgabeeinheit 106 die Größe, die Position und dergleichen der transparenten Elektrode 107 frei gestaltet werden. Zudem ist es möglich, die Bildung eines elektrischen Feldes zu verhindern, das in der Verbindungselektrode 108 erzeugt wird und den elektrooptischen Kristall 101 beeinträchtigt.
Da darüber hinaus der Aufbau ein Temperatursteuerelement P umfasst, das die Temperatur des elektrooptischen Kristalls 101 steuert, wird eine gleichförmige Temperatur für den elektrooptischen Kristall 101 beibehalten. Somit ist die Modulationsgenauigkeit stabiler. Das Temperatursteuerelement P kann eine Temperatursteuerung mit Bezug auf nicht nur den elektrooptischen Kristalls 101, sondern auch für den gesamten Lichtmodulator 100 durchführen.
[Zweite Ausführungsform]
Ein Lichtmodulator 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von dem Lichtmodulator 100 der ersten Ausführungsform dahingehend, dass eine Lichteingabeeinheit 202 einen Lichtreduzierungsabschnitt aufweist. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede zwischen der vorliegenden Ausführungsform und der ersten Ausführungsform beschrieben. Es werden die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Elemente oder Komponenten verwendet, und es wird auf eine ausführliche Beschreibung derselben verzichtet.
4 zeigt eine schematische Ansicht, die den Lichtmodulator 200 darstellt. Der Lichtmodulator 200 umfasst den elektrooptischen Kristall 101, die Lichteingabeeinheit 202, die Lichtausgabeeinheit 106 und die Ansteuerschaltung 110. In 4(a) sind der elektrooptische Kristall 101, die Lichteingabeeinheit 202 und die Lichtausgabeeinheit 106 des Lichtmodulators 200 in einem Querschnitt dargestellt. Zudem zeigt 2(b) eine Ansicht des Lichtmodulators 200, wenn dieser von der Seite der Lichteingabeeinheit 202 aus betrachtet wird.
Wie in 4 gezeigt, umfasst die Lichteingabeeinheit 202 die transparente Elektrode 103, die Verbindungselektrode 104, den Isolierabschnitt 105 und eine Lichtreduzierungsschicht 205. Die Lichtreduzierungsschicht 205 ist auf einer Fläche vorgesehen, die einen Abschnitt ausnimmt, in dem die transparente Elektrode 103 und der Isolierabschnitt 105 auf der Eingabefläche 101a gebildet sind. Das heißt, die gesamte Eingabefläche 101a ist mit der transparenten Elektrode 103, dem Isolierabschnitt 105 und der Lichtreduzierungsschicht 205 bedeckt. Die Lichtreduzierungsschicht 205 verhindert, dass das Eingabelicht L1 in das Innere des elektrooptischen Kristalls 101 übertragen wird. Beispielsweise ist Lichtreduzierungsschicht aus einem Material, wie beispielsweise einem schwarzen Resist, gebildet, das durch Dispergieren von Kohlenstoff in einem UV-gehärteten Harz auf Epoxidbasis erhalten wird.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Isolierabschnitt 105 aus einem Material gebildet, der keine Übertragung des Eingangslichts L1 erlaubt. Beispiele eines solchen Materials umfassen ein schwarzes Resist, das durch Dispergieren von Kohlenstoff in einem UV-gehärteten Harz auf Epoxidbasis erhalten wird. Auf diese Weise ist die Eingangsfläche 101a mit der Lichtreduzierungsschicht 205 und dem Isolierabschnitt 105 um die transparente Elektrode 103 herum bedeckt. Die Lichtreduzierungsschicht 205 und der Isolierabschnitt 105 reduzieren den Lichteinfall auf die Eingangsfläche 101a von anderen Abschnitten als die transparente Elektrode 103. Das heißt, die Lichtreduzierungsschicht 205 und der Isolierabschnitt 105 bilden einen Lichtreduzierungsabschnitt 207. Da die Konfiguration einen solchen Lichtreduzierungsabschnitt 207 umfasst, wird eine Interferenz des Eingangslichts L1 mit unterschiedlichem Licht innerhalb des elektrooptischen Kristalls 101 verhindert. Der Lichtreduzierungsabschnitt 207 kann eine reflektierende Schicht, die als eine lichtreflektierende Schicht ausgebildet ist, eine absorbierende Schicht, die als eine lichtabsorbierende Schicht ausgebildet ist, und eine Sperrschicht, die als eine lichtblockierende Schicht ausgebildet ist, sein. Sind die Lichtreduzierungsschicht 205 und der Isolierabschnitt 105 aus demselben Material gebildet, können die Lichtreduzierungsschicht 205 und der Isolierabschnitt 105 einstückig ausgebildet werden.
[Dritte Ausführungsform]
Ein Lichtmodulator 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von dem Lichtmodulator 100 der ersten Ausführungsform hinsichtlich des Aufbaus der Lichtausgabeeinheit 306. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede zwischen der vorliegenden Ausführungsform und der ersten Ausführungsform beschrieben. Es werden die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Elemente oder Komponenten verwendet, und es wird auf eine ausführliche Beschreibung derselben verzichtet.
5 zeigt eine Ansicht, die schematisch den Lichtmodulator 300 darstellt. Der Lichtmodulator 300 umfasst den elektrooptischen Kristall 101, die Lichteingabeeinheit 102, die Lichtausgabeeinheit 306 und die Ansteuerschaltung 110. In 5 sind der elektrooptische Kristall 101, die Lichteingabeeinheit 102 und die Lichtausgabeeinheit 306 des Lichtmodulators 300 im Querschnitt dargestellt.
Die Lichtausgabeeinheit 306 umfasst eine transparente Elektrode (zweite Elektrode) 307. Die transparente Elektrode 307 ist auf der Rückseitenfläche 101b des elektrooptischen Kristalls 101 angeordnet. So, wie die transparente Elektrode 103 ist beispielsweise auch die transparente Elektrode 307 aus ITO gebildet und ermöglicht, dass das Eingangslicht L1 durchgelassen wird. Das heißt, das Eingangslicht L1, das in das Innere des elektrooptischen Kristalls 101 eingegeben und einer Phasenmodulation oder einer Verzögerungsmodulation unterworfen wurde, kann von der transparenten Elektrode 307 als moduliertes Licht L2 ausgegeben werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist die transparente Elektrode 307 über der gesamten Rückseitenfläche 101b ausgebildet.
Die Ansteuerschaltung 110 ist elektrisch mit der Verbindungselektrode 104 und der transparenten Elektrode 307 verbunden und legt ein elektrisches Feld zwischen der transparenten Elektrode 103 und der transparenten Elektrode 307 an.
[Vierte Ausführungsform]
Ein Lichtmodulator 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von dem Lichtmodulator 300 der dritten Ausführungsform dahingehend, dass anstelle der Lichteingabeeinheit 102 eine Lichteingabeeinheit 102 vorgesehen ist. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede zwischen der vorliegenden Ausführungsform und der dritten Ausführungsform beschrieben. Es werden die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Elemente oder Komponenten verwendet, und es wird auf eine wiederholte Beschreibung derselben verzichtet.
6 zeigt eine Ansicht, die schematisch den Lichtmodulator 400 darstellt. Der Lichtmodulator 400 umfasst den elektrooptischen Kristall 101, die Lichteingabeeinheit 202, die Lichtausgabeeinheit 306 und die Ansteuerschaltung 110. In 6 sind der elektrooptische Kristall 101, die Lichteingabeeinheit 202 und die Lichtausgabeeinheit 306 des Lichtmodulators 400 im Querschnitt dargestellt.
Wie in 6 gezeigt, umfasst die Lichteingabeeinheit 202 die transparente Elektrode 103, die Verbindungselektrode 104, den Isolierabschnitt 105 und die Lichtreduzierungsschicht 205. So wie in der zweiten Ausführungsform bilden die Lichtreduzierungsschicht 205 und der Isolierabschnitt 105 den Lichtreduzierungsabschnitt 207. Somit wird verhindert, dass Eingangslicht L1 in die Eingabefläche 101a von anderen Teilen als der transparenten Elektrode 103 eingegeben wird. Der Lichtreduzierungsabschnitt 207 kann eine reflektierende Schicht, die als eine lichtreflektierende Schicht ausgebildet ist, eine absorbierende Schicht, die als eine lichtabsorbierende Schicht ausgebildet ist, oder eine Sperrschicht, die als eine lichtblockierende Schicht ausgebildet ist, sein. Wenn zudem die Lichtreduzierungsschicht 205 und der Isolierabschnitt 105 aus dem gleichen Material gebildet werde, können die Lichtreduzierungsschicht 205 und der Isolierabschnitt 105 einstückig ausgebildet werden. Zudem wird die Ansteuerschaltung 110 elektrisch mit der Verbindungselektrode 104 und der transparenten Elektrode 307 verbunden und legt ein elektrisches Feld zwischen der transparenten Elektrode 103 und der transparenten Elektrode 307 an.
[Fünfte Ausführungsform]
Ein Lichtmodulator 500 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von dem Lichtmodulator 100 der ersten Ausführungsform hinsichtlich der Form des elektrooptischen Kristalls 501. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede zwischen der vorliegenden Ausführungsform und der ersten Ausführungsform beschrieben. Es werden die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Elemente oder Komponenten verwendet, und es wird auf eine ausführliche Beschreibung derselben verzichtet.
7 zeigt eine Ansicht, die schematisch den Lichtmodulator 500 darstellt. Der Lichtmodulator 500 umfasst den elektrooptischen Kristall 501, die Lichteingabeeinheit 102, die Lichtausgabeeinheit 106 und die Ansteuerschaltung 110. In 7(a) sind der elektrooptische Kristall 501, die Lichteingabeeinheit 102 und die Lichtausgabeeinheit 106 des Lichtmodulators 500 im Querschnitt dargestellt. Zudem zeigt 7(b) eine Ansicht des Lichtmodulators 500, bei Betrachtung von der Seite der Lichteingabeeinheit 102, und 7(c) zeigt eine Ansicht des Lichtmodulators 500, bei Betrachtung von der Seite der Lichtausgabeeinheit 106.
Wie in 7 gezeigt, weist der elektrooptische Kristall 501 eine Plattenform mit einer Eingabefläche (erste Fläche) 501a, in die das Eingabelicht L1 eingegeben wird, und einer Rückseitenfläche (zweite Fläche) 501b, die der Eingangsfläche 501a zugewandt ist, auf. Der elektrooptische Kristall 501 ist aus dem gleichen Material wie der elektrooptische Kristall 101 der ersten Ausführungsform gebildet (zum Beispiel ein KTN-Kristall).
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform entsprechen die Formen der Lichteingabeeinheit 102 und der Lichtausgabeeinheit 106 jenen Formen der ersten Ausführungsform. Im Gegensatz dazu weist der elektrooptische Kristall 501 im Vergleich zu dem elektrooptischen Kristall 101 der ersten Ausführungsform eine kompakte Form auf. Dementsprechend sind die transparente Elektrode 103 und die transparente Elektrode 107 so angeordnet, dass sie zu einer Seite (untere Seite in 7(b) und 7(c)) von den Mittelpunkten der Eingabefläche 101a und der Rückseitenfläche 101b abweichen. In dem Beispiel der Diagramme ist die Umfangskante der transparenten Elektrode 103 von der Umfangskante der Eingabefläche 501a getrennt. Andererseits stimmt eine Seite 107a der transparenten Elektrode 107 mit einer rechteckigen Form mit der Umfangskante auf der Rückseitenfläche 101b überein.
[Sechste Ausführungsform]
Ein Lichtmodulator 600 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von dem Lichtmodulator 100 der ersten Ausführungsform hinsichtlich der Konfiguration einer Lichteingabeeinheit 602 und einer Lichtausgabeeinheit 606. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede zwischen der vorliegenden Ausführungsform und der ersten Ausführungsform beschrieben. Es werden die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Elemente oder Komponenten verwendet, und es wird auf eine detaillierte Beschreibung derselben verzichtet.
8 zeigt eine Ansicht, die schematisch den Lichtmodulator 600 darstellt. Der Lichtmodulator 600 umfasst den elektrooptischen Kristall 101, die Lichteingabeeinheit 602, die Lichtausgabeeinheit 606 und die Ansteuerschaltung 110. In 8 sind der elektrooptische Kristall 101, die Lichteingabeeinheit 602 und die Lichtausgabeeinheit 606 des Lichtmodulators 600 im Querschnitt dargestellt.
Wie in 8 gezeigt, umfasst die Lichteingabeeinheit 602 die transparente Elektrode 103, einen Isolierabschnitt 605 und eine transparente Verbindungselektrode 604. Der Isolierabschnitt 605 ist über der gesamten Eingabefläche 101a mit Ausnahme einer Position, an der die transparente Elektrode 103 ausgebildet ist, ausgebildet. Beispielsweise ist der Isolierabschnitt 605 ein Isolierfilm, der aus einem Isolator wie etwa SiO₂ oder HfO₂ gebildet ist. Darüber hinaus kann der Isolierabschnitt 605 ferner Eigenschaften aufweisen, die es nicht erlauben, dass das Eingangslicht L1 übertragen wird. In diesem Fall dient der Isolierabschnitt 605 als ein Lichtreduzierungsabschnitt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform entspricht die Höhe des Isolierabschnitts 605 im Wesentlichen der Höhe der transparenten Elektrode 103.
Die transparente Verbindungselektrode 604 ist über den gesamten Flächen der transparenten Elektrode 103 und des Isolierabschnitts 605 ausgebildet. Dementsprechend ist die transparente Verbindungselektrode 604 elektrisch mit der transparenten Elektrode 103 verbunden. Das Eingabelicht L1 wird von der Seite der transparenten Verbindungselektrode 604 zu der transparenten Elektrode 103 eingegeben. Somit ist die transparente Verbindungselektrode 604 aus einem Material gebildet, das eine Übertragung des Eingangslichts L1 erlaubt. Beispielsweise kann die transparente Verbindungselektrode 604, so wie die transparente Elektrode 103, aus ITO gebildet sein.
Die Lichtausgabeeinheit 606 umfasst die transparente Elektrode 107, einen Isolierabschnitt 609 und eine transparente Verbindungselektrode 608. Der Isolierabschnitt 609 ist über der gesamten Rückseitenfläche 101b mit Ausnahme einer Position, an der die transparente Elektrode 107 ausgebildet ist, ausgebildet. Beispielsweise ist der Isolierabschnitt 609 ein Isolierfilm, der aus einem Isolator, wie etwa SiO₂ oder HfO₂, gebildet ist. Zudem kann der Isolierabschnitt 609 ferner Eigenschaften aufweisen, die es nicht erlauben, dass das Eingangslicht L1 übertragen wird. In diesem Fall kann der Isolierabschnitt 609 als ein Lichtreduzierungsabschnitt dienen. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform entspricht die Höhe des Isolierabschnitts 609 im Wesentlichen der Höhe der transparenten Elektrode 107.
Die transparente Verbindungselektrode 608 ist über den gesamten Flächen der transparenten Elektrode 107 und des Isolierabschnitts 609 gebildet. Dementsprechend ist die transparente Verbindungselektrode 608 elektrisch mit der transparenten Elektrode 107 verbunden. Das modulierte Licht L2 wird aus der transparenten Elektrode 107 ausgegeben, wobei die transparente Verbindungselektrode 608 dazwischen angeordnet ist. Somit ist die transparente Verbindungselektrode 608 aus einem Material gebildet, das eine Übertragung des modulierten Lichts L2 erlaubt. Beispielsweise kann die transparente Verbindungselektrode 608 sowie wie die transparente Elektrode 107 aus ITO gebildet sein.
Die Ansteuerschaltung 110 ist elektrisch mit der transparenten Verbindungselektrode 604 und der transparenten Verbindungselektrode 608 verbunden und legt ein elektrisches Feld zwischen der transparenten Elektrode 103 und der transparenten Elektrode 107 an.
[Siebte Ausführungsform]
Ein Lichtmodulator 700 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von dem Lichtmodulator 600 der sechsten Ausführungsform dahingehend, dass der elektrooptische Kristall 101 von einem transparenten Substrat 713 gehalten wird. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede zwischen der vorliegenden Ausführungsform und der siebten Ausführungsform beschrieben. Es werden die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Elemente oder Komponenten verwendet, und es wird auf eine ausführliche Beschreibung derselben verzichtet.
9 zeigt eine Ansicht, die schematisch den Lichtmodulator 700 darstellt. Der Lichtmodulator 700 umfasst den elektrooptischen Kristall 101, die Lichteingabeeinheit 602, die Lichtausgabeeinheit 606 und die Ansteuerschaltung 110. In 9 sind der elektrooptische Kristall 101, die Lichteingabeeinheit 602 und die Lichtausgabeeinheit 606 des Lichtmodulators 700 im Querschnitt dargestellt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die Dicke des elektrooptischen Kristalls 101 in der optischen Achsenrichtung 50 µm oder weniger betragen.
Die Seite der Rückseitenfläche 101b des elektrooptischen Kristalls 101 wird durch das transparente Substrat 713, durch das das modulierte Licht L2 übertragen wird, gestützt. Beispielsweise ist das transparente Substrat 713 aus einem Material wie Glas, Quarz oder Kunststoff in der Form einer flachen Platte ausgebildet. Das transparente Substrat 713 weist eine Ausgabefläche (zweite Fläche) 713b, die das modulierte Licht L2 ausgibt, und eine Eingabefläche (erste Fläche) 713a, die eine Fläche auf der gegenüberliegenden Seite der Ausgangsfläche 713b ist und der Lichtausgabeeinheit 606, die in dem elektrooptischen Kristall 101 ausgebildet ist, zugewandt ist, auf. Beispielsweise ist die transparente Elektrode 715, die aus ITO gebildet ist, auf der Eingabefläche 713a des transparenten Substrats 713 vorgesehen. Die transparente Elektrode 715 ist über der gesamten Eingabefläche 713a vorgesehen. Die transparente Elektrode 715 kann durch Abscheiden von ITO auf der Eingabefläche 713a des transparenten Substrats 713 gebildet werden.
Die transparente Verbindungselektrode 608, die in dem elektrooptischen Kristall 101 ausgebildet ist, und die transparente Elektrode 715, die in dem transparenten Substrat 713 ausgebildet sind, haften durch eine transparente Haftschicht 717 aneinander. Beispielsweise ist die transparente Haftschicht 717 aus einem Klebstoff auf Epoxidbasis gebildet und ermöglicht, dass moduliertes Lichts L2 durchgelassen wird. Beispielsweise ist ein metallkugelförmiges leitfähiges Element 717a im Inneren der transparenten Haftschicht 717 angeordnet. Das leitfähige Element 717a ist in Kontakt mit sowohl der transparenten Verbindungselektrode 608 als auch mit der transparenten Elektrode 715, und verbindet die transparente Verbindungselektrode 608 und die transparente Elektrode 715 elektrisch miteinander. Beispielsweise ist das leitfähige Element 717a in einer Draufsicht an vier Ecken der Haftschicht 717 angeordnet.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Größe des transparenten Substrats 713 auf der Seite der Eingabefläche 713a in einer Draufsicht größer ausgebildet als die Rückseitenfläche 101b des elektrooptischen Kristalls 101. Somit wird in einem Zustand, in dem der elektrooptische Kristall 101 von dem transparenten Substrat 713 gehalten wird, ein Abschnitt der transparenten Elektrode 715, die in dem transparenten Substrat 713 gebildet ist, zu einem freiliegenden Abschnitt 715a, der nach außen freiliegt. Die Ansteuerschaltung 110 ist elektrisch mit dem freiliegenden Abschnitt 715a und der transparenten Verbindungselektrode 604 verbunden. Das heißt, die Ansteuerschaltung 110 ist elektrisch mit der transparenten Elektrode 107 verbunden, wobei die transparente Elektrode 715, das leitfähige Element 717a und die transparente Verbindungselektrode 608 dazwischen angeordnet sind, und ist elektrisch mit der transparenten Elektrode 103 verbunden, wobei die transparente Verbindungselektrode 604 dazwischen angeordnet ist. Folglich kann die Ansteuerschaltung 110 ein elektrisches Feld zwischen der transparenten Elektrode 103 und der transparenten Elektrode 107 anlegen.
In einem solchen Lichtmodulator 700 kann die Phasenmodulation oder die Verzögerungsmodulation noch vorteilhafter durchgeführt werden, indem der elektrooptische Kristall 101 mit einer geringen Dicke in der optischen Achsenrichtung ausgebildet wird. Wenn der elektrooptische Kristall 101 auf diese Weise dünn ausgebildet wird, besteht die Gefahr, dass der elektrooptische Kristall 101 aufgrund einer äußeren Einwirkung oder dergleichen beschädigt wird. Da gemäß der vorliegenden Erfindung der elektrooptische Kristall 101 durch das transparente Substrat 713 gehalten wird, wird der elektrooptische Kristall 101 vor einer äußeren Erschütterung oder dergleichen geschützt.
[Achte Ausführungsform]
Ein Lichtmodulator 800 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von dem Lichtmodulator 100 der ersten Ausführungsform dahingehend, dass er ein reflektierender Lichtmodulator ist. Wenn ein reflektierender Lichtmodulator verwendet wird, ist es möglich, ein optisches Element, wie einen Strahlteiler, zu verwenden, der das Eingangslicht L1 zu dem Lichtmodulator leitet und das modulierte Licht L2, das durch den Lichtmodulator moduliert wird, zu dem ersten optischen System 14 leitet. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede zwischen der vorliegenden Ausführungsform und der ersten Ausführungsform beschrieben. Es werden die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Elemente oder Komponenten verwendet, und es wird auf eine ausführliche Beschreibung derselben verzichtet.
10 ist eine Ansicht, die schematisch den Lichtmodulator 800 darstellt. Der Lichtmodulator 800 ist ein reflektierender Lichtmodulator, der das Eingabelicht L1 moduliert und das modulierte Licht L2, das der Modulation unterworfen wurde, ausgibt. Wie in 10 gezeigt, umfasst der Lichtmodulator 800 den elektrooptischen Kristall 101, eine Lichteingabe und Lichtausgabeeinheit (erstes optisches Element) 802, eine Lichtreflexionseinheit (zweites optisches Element) 806 und die Ansteuerschaltung 110. In 10 sind der elektrooptische Kristall 101, die Lichteingabe- und Lichtausgabeeinheit 802 sowie die Lichtreflexionseinheit 806 des Lichtmodulators 800 im Querschnitt dargestellt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Dicke des elektrooptischen Kristalls 101 in der optischen Achsenrichtung beispielsweise 50 µm oder weniger.
Die Seite der Rückseitenfläche 101b des elektrooptischen Kristalls 101 wird von einem Substrat 813 gehalten. Das Substrat 813 weist eine flache Plattenform auf. Das Substrat 813 hat eine erste Fläche 813a, die der Lichtreflexionseinheit 806, die in dem elektrooptischen Kristall 101 ausgebildet ist, zugewandt ist, und eine zweite Fläche 813b, die eine Fläche auf der gegenüberliegenden Seite der ersten Fläche 813a ist. Eine Elektrode 815 ist auf der ersten Fläche 813a des Substrats 813 ausgebildet. Die Elektrode 815 ist über der gesamten ersten Fläche 813a ausgebildet.
Die Lichteingabe- und Lichtausgabeeinheit 802 umfasst eine transparente Elektrode (erste Elektrode) 803, die Verbindungselektrode (dritte Elektrode) 104, den Isolierabschnitt 105 und die Lichtreduzierungsschicht 205. Die transparente Elektrode 803 ist auf der Eingabefläche 101a des elektrooptischen Kristalls 101 vorgesehen. Beispielsweise ist die transparente Elektrode 803 aus ITO gebildet und ermöglicht, dass das Eingangslicht L1 durchgelassen wird. Das heißt, das Eingangslicht L1 wird durch die transparente Elektrode 803 übertragen und in das Innere des elektrooptischen Kristalls 101 eingegeben. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die transparente Elektrode 803 an einer Position in der Mitte auf der Eingabefläche 101a ausgebildet und bedeckt teilweise die Eingabefläche 101a. Wenn die Dicke des elektrooptischen Kristalls 101 in der Anlegungsrichtung des elektrischen Feldes d (µm) ist, kann die Fläche (µm²) der transparenten Elektrode 803 25d² oder kleiner sein. Beispielsweise weist die transparente Elektrode 803 eine rechteckige Form in einer Draufsicht auf. Das heißt, die transparente Elektrode 803 ist von der Umfangskante der Eingabefläche 101a beabstandet. Beispielsweise kann eine solche transparente Elektrode 803 durch Abscheiden von ITO auf der Eingabefläche 101a des elektrooptischen Kristalls 101 unter Verwendung einer Maskenstruktur gebildet werden.
Die Lichtreflexionseinheit 806 umfasst eine transparente Elektrode (zweite Elektrode) 807, die Verbindungselektrode (vierte Elektrode) 108, den Isolierabschnitt 109 und eine dielektrische Mehrfachschicht 809. Die transparente Elektrode 807 ist auf der Rückseitenfläche 101b des elektrooptischen Kristall 101 vorgesehen. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die transparente Elektrode 807 an einer Position in der Mitte der Rückseitenfläche 101b ausgebildet und bedeckt teilweise die Rückseitenfläche 101b. Wenn die Dicke des elektrooptischen Kristalls 101 in der Anlegungsrichtung des elektrischen Feldes d (Einheit: µm) ist, kann die Fläche (µm²) der transparenten Elektrode 807 25d² oder kleiner sein. Beispielsweise weist die transparente Elektrode 807 in einer Draufsicht eine rechteckige Form auf. Das heißt, die transparente Elektrode 807 ist von der Umfangskante auf der Rückseitenfläche 101b beabstandet. Die transparente Elektrode 807 ist so wie die transparente Elektrode 803 beispielsweise aus ITO gebildet und ermöglicht, dass das Eingabelicht L1 durchgelassen wird. Das heißt, das Eingangslicht L1, das in das Innere des elektrooptischen Kristalls 101 eingegeben und einer Phasenmodulation oder einer Verzögerungsmodulation unterworfen wurde, kann durch die transparente Elektrode 807 als moduliertes Licht L2 übertragen werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die dielektrische Mehrfachschicht 809, die effektiv Licht reflektieren kann, auf einer Fläche der Verbindungselektrode 108 vorgesehen, die in der transparenten Elektrode 807 ausgebildet ist. In diesem Fall ist die Verbindungselektrode 108 eine transparente Elektrode. Die Verbindungselektrode 108 und die dielektrische Mehrfachschicht 809 reflektieren das modulierte Licht L2, das durch die transparente Elektrode 807 übertragen wurde, in Richtung der transparenten Elektrode 803, die auf der Eingabefläche 101a ausgebildet ist. Beispielsweise kann die dielektrische Mehrfachschicht 809 durch Abscheiden eines Materials, wie beispielsweise einer Substanz mit einem hohen Brechungsindex (Ta₂O₅) oder einer Substanz mit einem niedrigen Brechungsindex (SiO₂), auf einer Fläche der transparenten Elektrode 807 gebildet werden. Zudem kann die Verbindungselektrode 108 kann als reflektierende Elektrode dienen, die das modulierte Licht L2 reflektiert. In diesem Fall ist die dielektrische Mehrfachschicht 809 nicht erforderlich.
Die Verbindungselektrode 108, die in dem elektrooptischen Kristall 101 ausgebildet ist, und die Elektrode 815, die in dem Substrat 813 ausgebildet ist, haften über eine Haftschicht 817 aneinander. Beispielsweise ist die Haftschicht 817 aus einem Klebstoff auf Epoxidbasis gebildet. Beispielsweise ist ein metallkugelförmiges leitfähiges Element 817a innerhalb der Haftschicht 817 angeordnet. Das leitfähige Element 817a ist in Kontakt mit sowohl der Verbindungselektrode 108 als auch der Elektrode 815 und verbindet die Verbindungselektrode 108 und die Elektrode 815 elektrisch miteinander. Beispielsweise ist das leitfähige Element 817a an vier Ecken der Haftschicht 817 in einer Draufsicht angeordnet. Zudem weist die Elektrode 815 einen freiliegenden Abschnitt 815a auf, der ein Abschnitt ist, der nach außen freiliegt. Die Ansteuerschaltung 110 ist elektrisch mit dem freiliegenden Abschnitt 815a und der Verbindungselektrode 104 verbunden.
Bei Betrachtung in der optischen Achsenrichtung ist darüber hinaus die Fläche der transparenten Elektrode 807 kleiner als jene der transparenten Elektrode 803 ausgebildet. Dann stimmen der Mittelpunkt der transparenten Elektrode 807 und der Mittelpunkt der transparenten Elektrode 803 im Wesentlichen in der optischen Achsenrichtung miteinander überein. In diesem Fall durchläuft das reflektierte modulierte Licht L2, selbst wenn das Eingabelicht L1 mit Bezug auf eine reflektierende Fläche der dielektrischen Mehrfachschicht 809 geneigt ist, einfach durch die transparente Elektrode 803. Selbst wenn zudem, wie in 10 gezeigt, eine Strahltaille auf der reflektierenden Fläche der dielektrischen Multischicht 809 ausgerichtet ist, Eingangslicht L1 und das modulierte Licht L2 auf einfache Weise die transparente Elektrode 803. Da zudem gemäß der vorliegenden Ausführungsform der elektrooptische Kristall 101 von dem Substrat 813 gehalten wird, wird der elektrooptische Kristall 101, so wie in der siebten Ausführungsform, vor einer äußeren Einwirkung oder dergleichen geschützt.
[Neunte Ausführungsform]
Ein Lichtmodulator 900 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von dem Lichtmodulator 100 der ersten Ausführungsform dahingehend, dass anstelle der Lichtausgabeeinheit 106 eine Lichtausgabeeinheit 906 verwendet wird. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede zwischen der vorliegenden Ausführungsform und der ersten Ausführungsform beschrieben. Es werden die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Elemente oder Komponenten verwendet, und es wird auf eine wiederholte Beschreibung derselben verzichtet.
11 zeigt eine Ansicht, die schematisch den Lichtmodulator 900 darstellt. Der Lichtmodulator 900 umfasst den elektrooptischen Kristall 101, die Lichteingabeeinheit 102, die Lichtausgabeeinheit 906 und die Ansteuerschaltung 110. In 11(a) sind der elektrooptische Kristall 101, die Lichteingabeeinheit 102 und die Lichtausgabeeinheit 906 des Lichtmodulators 900 im Querschnitt dargestellt. Zudem zeigt 11(b) eine Ansicht des Lichtmodulators 900 bei Betrachtung von der Seite der Lichteingabeeinheit 102, und 11(c) zeigt eine Ansicht des Lichtmodulators 900, bei Betrachtung von der Seite der Lichtausgabeeinheit 906.
Die Lichtausgabeeinheit 906 umfasst die transparente Elektrode 107, eine Verbindungselektrode 908 und einen Isolierabschnitt 909. So wie die Verbindungselektrode 108 der ersten Ausführungsform ist auch die Verbindungselektrode 908 mit der transparenten Elektrode 107 und der Ansteuerschaltung 110 verbunden. So wie der Isolierabschnitt 109 der ersten Ausführungsform ist auch der Isolierabschnitt 909 zwischen der Rückseitenfläche 101b und der Verbindungselektrode 908 angeordnet. Die Verbindungselektrode 908 ist in einer Richtung gegenüber der Verbindungselektrode 104 der Lichteingabeeinheit 102 angeordnet. In ähnlicher Weise ist der Isolierabschnitt 909 der Lichtausgabeeinheit 906 ebenfalls in einer Richtung gegenüber dem Isolierabschnitt 105 der Lichteingabeeinheit 102 angeordnet. Das heißt, die Positionen auf der Eingabefläche 101a zum Anordnen der Verbindungselektrode 104 und des Isolierabschnitts 105 und die Positionen auf der Rückseitenfläche 101b zum Anordnen der Verbindungselektrode 908 und des Isolierabschnitts 909 liegen in zueinander entgegengesetzten Richtungen mit Bezug auf die transparente Elektrode 103 und die transparente Elektrode 107. Somit weichen die Verbindungselektrode 104 und der Isolierabschnitt 105 und die Verbindungselektrode 908 und der Isolierabschnitt 909 voneinander ab, wenn diese in einer Richtung entlang einer optischen Achse betrachtet werden, und sind so angeordnet, dass sie einander nicht überlappen, wobei der elektrooptische Kristall 101 dazwischen angeordnet ist. Gemäß einem solchen Lichtmodulator 900 kann die Wirkung des Isolierabschnitts weiter verbessert werden. Die Isolierabschnitte 105 und 909 müssen nicht notwendigerweise vorgesehen sein.
So wie in der ersten Ausführungsform wird auch in der zweiten Ausführungsform bis zur neunten Ausführungsform, die zuvor beschrieben sind, das Auftreten einer Resonanz oder dergleichen verhindert, und es kann eine stabile Lichtmodulation durchgeführt werden.
Zuvor wurden die Ausführungsformen ausführlich mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Jedoch sind bestimmte Konfigurationen nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.
Beispielsweise wurde in den obigen Ausführungsformen ein Beispiel der optischen Beobachtungsvorrichtung 1A mit einem Lichtmodulator beschrieben. Jedoch sind die Ausführungsformen nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann der Lichtmodulator 100 in einer optischen Bestrahlungsvorrichtung 1B montiert sein. 12 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer optischen Bestrahlungsvorrichtung darstellt. Die optische Bestrahlungsvorrichtung 1B weist die Lichtquelle 11, die Sammellinse 12, den Lichtmodulator 100, das erste optische System 14 und eine Steuereinheit, die den Computer 20 und die Steuerung 21 umfasst, auf. In dieser Konfiguration bestrahlt das erste optische System 14 die Probe S mit dem modulierten Licht L2, das aus dem Lichtmodulator 100 ausgegeben wird.
In der ersten Ausführungsform bis zur siebten Ausführungsform, sowie in der neunten Ausführungsform, wurde ein Verwendungsbeispiel dargestellt, in dem das Eingangslicht L1 durch eine Lichteingabeeinheit eingegeben wird und das modulierte Licht L2 durch die Lichtausgabeeinheit ausgegeben wird. Jedoch sind die Ausführungsformen nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann das Eingangslicht L1 durch die Lichtausgabeeinheit des Lichtmodulators eingegeben werden, und das modulierte Licht L2 durch eine Lichteingabeeinheit ausgegeben werden. In einem solchen Verwendungsverfahren entspricht zum Beispiel die transparente Elektrode 103 der zweiten Elektrode, und die transparente Elektrode 107, die eine größere Fläche als die zweite Elektrode aufweist, entspricht der ersten Elektrode. Zudem kann in diesem Fall zum Beispiel in dem Lichtmodulator 200 ein Lichtreduzierungsabschnitt in der Lichtausgabeeinheit 106 ausgebildet sein, der eine Seite bildet, in die das Eingangslicht L1 eingegeben wird.
Zudem wurde in der achten Ausführungsform ein Beispiel einer Konfiguration dargestellt, in der Licht durch die dielektrische Mehrfachschicht 809, die auf einer Fläche der transparenten Elektrode 807 gebildet ist, reflektiert wird. Jedoch ist die Ausführungsform nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann eine Elektrode, die Licht reflektiert, anstelle der transparenten Elektrode 807 verwendet werden, so dass das Eingangslicht von der Elektrode reflektiert wird. Zum Beispiel kann das Eingangslicht von einer Elektrode, die aus Aluminium gebildet ist, reflektiert werden. Gemäß einer solchen Konfiguration besteht keine Notwendigkeit, getrennt davon eine reflektierende Schicht oder dergleichen auf der Seite der zweiten Elektrode auszubilden.
Zudem können die Konfigurationen der zuvor beschriebenen Ausführungsformen teilweise kombiniert oder ausgetauscht werden. Beispielsweise kann der elektrooptische Kristall und dergleichen in der zweiten Ausführungsform bis achten Ausführungsform, so wie der elektrooptischen Kristall 101 der ersten Ausführungsform, einer Temperatursteuerung unter Verwendung des Temperatursteuerelements P unterzogen werden.
Bezugszeichenliste

1A: Optische Beobachtungsvorrichtung
1B: Optische Bestrahlungsvorrichtung
100: Lichtmodulator
101: Elektrooptischer Kristall
101a: Eingabefläche (erste Fläche)
101b: Rückseitenfläche (zweite Fläche)
102: Lichteingabeabschnitt (erstes optisches Element)
103: transparente Elektrode (erste Elektrode)
104: Verbindungselektrode (dritte Elektrode)
105: Isolierabschnitt
106: Lichtausgabeabschnitt (zweites optisches Element)
107: transparente Elektrode (zweite Elektrode)
110: Ansteuerschaltung
207: Lichtreduzierungsabschnitt
809: dielektrische Mehrfachschicht
L1: Eingabelicht
L2: moduliertes Licht
P: Temperatursteuerelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014089341 [0002]

Claims

Lichtmodulator zum Modulieren von Eingabelicht und zum Ausgeben von moduliertem Licht, das einer Modulation unterzogen wurde, wobei der Lichtmodulator umfasst: einen elektrooptischen Perowskit-Kristall mit einer relativen Permittivität von 1.000 oder mehr und mit einer ersten Fläche, in die das Eingabelicht eingegeben wird, und einer zweiten Fläche, die der ersten Fläche zugewandt ist; ein erstes optisches Element mit einer ersten Elektrode, die auf der ersten Fläche des elektrooptischen Kristalls angeordnet ist und durch die das Eingabelicht übertragen wird; ein zweites optisches Element mit einer zweiten Elektrode, die auf der zweiten Fläche des elektrooptischen Kristalls angeordnet ist und durch die das Eingabelicht übertragen wird; und eine Ansteuerschaltung zum Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode, wobei einzig die erste Elektrode auf der ersten Fläche angeordnet ist, wobei einzig die zweite Elektrode auf der zweiten Fläche angeordnet ist, wobei die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode die erste Fläche oder die zweite Fläche teilweise bedeckt, und wobei eine Ausbreitungsrichtung des Eingabelichts und eine Anlegungsrichtung des elektrischen Feldes im elektrooptischen Kristall parallel zueinander sind.
Lichtmodulator nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein transparentes Substrat mit einer ersten Fläche, die dem zweiten optischen Element zugewandt ist, und einer zweiten Fläche, die eine Fläche auf einer gegenüberliegenden Seite der ersten Fläche ist, wobei das transparente Substrat konfiguriert ist, um das durch das zweite optische Element übertragene Eingabelicht auszugeben.
Lichtmodulator zum Modulieren von Eingabelicht und zum Ausgeben von moduliertem Licht, das einer Modulation unterzogen wurde, wobei der Lichtmodulator umfasst: einen elektrooptischen Perowskit-Kristall mit einer relativen Permittivität von 1.000 oder mehr und mit einer ersten Fläche, in die das Eingabelicht eingegeben wird, und einer zweiten Fläche, die der ersten Fläche zugewandt ist; ein erstes optisches Element mit einer ersten Elektrode, die auf der ersten Fläche des elektrooptischen Kristalls angeordnet ist und durch die das Eingabelicht übertragen wird; ein zweites optisches Element mit einer zweiten Elektrode, die auf der zweiten Fläche des elektrooptischen Kristalls angeordnet ist und das Eingabelicht in Richtung der ersten Fläche reflektiert; und eine Ansteuerschaltung zum Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode, wobei einzig die erste Elektrode auf der ersten Fläche angeordnet ist, wobei einzig die zweite Elektrode auf der zweiten Fläche angeordnet ist, wobei die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode die erste Fläche oder die zweite Fläche teilweise bedeckt, und wobei eine Ausbreitungsrichtung des Eingabelichts und eine Anlegungsrichtung des elektrischen Feldes im elektrooptischen Kristall parallel zueinander sind.
Lichtmodulator nach Anspruch 3, ferner umfassend: ein Substrat mit einer ersten Fläche, die dem zweiten optischen Element zugewandt ist.
Lichtmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei, wenn eine Dicke (µm) des elektrooptischen Kristalls in einer Richtung, in der ein elektrisches Feld an dem elektrooptischen Kristall angelegt wird, d ist, eine Fläche (µm²) der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode 25d² oder weniger beträgt.
Lichtmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Fläche der ersten Elektrode größer oder kleiner als die Fläche der zweiten Elektrode ist.
Lichtmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend: eine dritte Elektrode, die elektrisch mit der ersten Elektrode verbunden ist; und eine vierte Elektrode, die elektrisch mit der zweiten Elektrode verbunden ist, wobei die dritte Elektrode und die vierte Elektrode so angeordnet sind, dass sie einander nicht überlappen, und der elektrooptische Kristall dazwischen angeordnet ist.
Lichtmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das erste optische Element umfasst: eine dritte Elektrode, die elektrisch mit der ersten Elektrode verbunden ist, und einen Isolierabschnitt, der zwischen der dritten Elektrode und der ersten Fläche angeordnet ist und ein in der dritten Elektrode erzeugtes elektrisches Feld blockiert, und wobei die Ansteuerschaltung konfiguriert ist, um ein elektrisches Feld an die erste Elektrode anzulegen, und die dritte Elektrode dazwischen angeordnet ist.
Lichtmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das erste optische Element einen Lichtreduzierungsabschnitt aufweist, der die erste Fläche um die erste Elektrode bedeckt und konfiguriert ist, um das Licht, das von einem Abschnitt um die erste Elektrode in die erste Fläche eingegeben wird, zu reduzieren.
Lichtmodulator nach Anspruch 9, wobei der Lichtreduzierungsabschnitt eine reflektierende Schicht ist, die das Licht reflektiert.
Lichtmodulator nach Anspruch 9, wobei der Lichtreduzierungsabschnitt eine absorbierende Schicht ist, die das Licht absorbiert.
Lichtmodulator nach Anspruch 9, wobei der Lichtreduzierungsabschnitt eine Sperrschicht ist, die das Licht blockiert.
Lichtmodulator nach Anspruch 3 oder 4, wobei eine dielektrische Mehrfachschicht, die das Eingabelicht reflektiert, in der zweiten Elektrode vorgesehen ist.
Lichtmodulator nach Anspruch 3 oder 4, wobei die zweite Elektrode konfiguriert ist, um das Eingabelicht zu reflektieren.
Lichtmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der elektrooptische Kristall ein Kristall aus KTa_1-xNb_xO₃ (0 ≤ x ≤ 1), ein Kristall aus K_1-yLi_yTa_1-xNb_xO₃ (0 ≤ x ≤ 1) und (0 < y < 1) oder ein PLZT-Kristall ist.
Lichtmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 15, ferner umfassend: ein Temperatursteuerelement zum Steuern einer Temperatur des elektrooptischen Kristalls.
Optische Beobachtungsvorrichtung, umfassend: eine Lichtquelle zum Ausgeben des Eingabelichts; den Lichtmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 16; ein optisches System zum Bestrahlen eines Ziels mit moduliertem Licht, das von dem Lichtmodulator ausgegeben wird; und einen Lichtdetektor zum Erfassen einer Lichtausgabe von dem Ziel.
Optische Bestrahlungsvorrichtung, umfassend: eine Lichtquelle zum Ausgeben des Eingabelichts; der Lichtmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 16; und ein optisches System zum Bestrahlen eines Ziels mit moduliertem Licht, das von dem Lichtmodulator ausgegeben wird.