DE112017008247T5

DE112017008247T5 - Reflektierender räumlicher Lichtmodulator, optische Beobachtungsvorrichtung und Lichtbestrahlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112017008247T5
Application number: DE112017008247.1T
Authority: DE
Inventors: Kuniharu Takizawa; Hiroshi Tanaka; Haruyoshi Toyoda; Yasushi Ohbayashi; Hiroto Sakai; Tsubasa WATANABE
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2017-12-05
Filing date: 2017-12-05
Publication date: 2020-09-17
Also published as: JPWO2019111334A1; US20200326564A1; JP6998396B2; CN111433664A; CN111433664B; US11391970B2; WO2019111334A1

Abstract

Es wird eine reflektierender räumlicher Lichtmodulator bereitgestellt, umfassend einen elektrooptischen Kristall mit einer Eingangsfläche, in die Eingangslicht eingegeben wird, und einer der Eingangsfläche gegenüberliegenden Rückfläche, eine Lichteingabe-/Lichtausgangseinheit, die auf der Eingangsfläche des elektrooptischen Kristalls angeordnet ist und eine erste Elektrode aufweist, durch die das Eingangslicht übertragen wird, eine Lichtreflexionseinheit mit einem Substrat, das mehrere zweite Elektroden aufweist und auf der Seite der Rückfläche des elektrooptischen Kristalls angeordnet ist, und eine Treiberschaltung, die ein elektrisches Feld zwischen der ersten Elektrode und den mehreren zweiten Elektroden anlegt. Die Lichteingabe-/Lichtausgabeeinheit enthält eine erste Ladungsinjektions-Begrenzungsschicht, die auf der Eingabefläche gebildet ist, und die Lichtreflexionseinheit enthält eine zweite Ladungsinjektions-Begrenzungsschicht, die auf der Rückfläche gebildet ist.

Description

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

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

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In Patentliteratur 1 und Patentliteratur 2 wird offenbart, dass eine Leitfähigkeit in eine Impfschicht eingebracht wird, indem der Impfschicht eine leitfähige Substanz hinzugefügt wird. In diesem Fall werden eine Metallelektrode und eine KTN-Schicht elektrisch miteinander verbunden. Daher kann ein elektrisches Feld an die KTN-Schicht angelegt werden. Bei einer solchen Konfiguration besteht jedoch das Problem, dass, wenn Ladung von einer Metallelektrode in die KTN-Schicht injiziert wird, die Modulationsgenauigkeit aufgrund des Verhältnisses der Elektronen innerhalb eines KTN-Kristalls möglicherweise nicht stabil gehalten werden kann. Insbesondere wenn die Leitfähigkeit in eine Impfschicht eingebracht wird, wenn eine Vielzahl von Metallelektroden eines elektrooptischen Elements in Form eines Arrays gebildet wird, besteht das Problem, dass sich elektrische Signale, die in die mehreren Metallelektroden eingegeben werden, vermischen und die Modulationsgenauigkeit möglicherweise nicht aufrechterhalten wird.
Es ist eine Aufgabe einer Ausführungsform, einen reflektierenden räumlichen Lichtmodulator, eine Lichtbestrahlungsvorrichtung und eine optische Beobachtungsvorrichtung bereitzustellen, in denen eine Vermischung von elektrischen Signalen, die in mehrere Elektronen eingegeben werden, begrenzt und die Modulationsgenauigkeit stabil gehalten werden kann.
Lösung des Problems
Gemäß einem Aspekt wird ein reflektierender räumlicher Lichtmodulator bereitgestellt, der Eingangslicht moduliert und moduliertes Modulationslicht ausgibt. Der reflektierende räumliche Lichtmodulator umfasst einen elektrooptischen Kristall vom Perowskit-Typ mit einer Eingangsfläche, in die das Eingangslicht eingegeben wird, und einer der Eingangsfläche gegenüberliegenden Rückfläche, und mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von 1.000 oder höher; eine Lichteingabe-/Lichtausgabeeinheit, die auf der Eingangsfläche des elektrooptischen Kristalls angeordnet ist und eine erste Elektrode aufweist, durch die das Eingangslicht übertragen wird; eine Lichtreflexionseinheit mit einem Substrat, auf dem mehrere zweite Elektroden angeordnet sind, die auf der Rückfläche des elektrooptischen Kristalls angeordnet sind und das Eingangslicht zu der Lichteingabe-/Lichtausgabeeinheit reflektieren; und eine Treiberschaltung, die ein elektrisches Feld zwischen der ersten Elektrode und den mehreren zweiten Elektroden anlegt. Die Lichteingabe-/Lichtausgabeeinheit enthält eine erste Ladungsinjektions-Begrenzungsschicht, die auf der Eingangsfläche gebildet ist, und die erste Ladungsinjektions-Begrenzungsschicht weist ein dielektrisches Material in einem ausgehärteten Produkt auf, das aus einem nichtleitenden Klebstoffmaterial hergestellt ist, so dass die Ladungsinjektion in den elektrooptischen Kristall von der ersten Elektrode begrenzt wird. Die Lichtreflexionseinheit umfasst eine zweite Ladungsinjektions-Begrenzungsschicht, die auf der Rückfläche ausgebildet ist, und die zweite Ladungsinjektions-Begrenzungsschicht weist ein dielektrisches Material in einem ausgehärteten Produkt auf, das aus einem nichtleitenden Klebstoffmaterial hergestellt ist, so dass die Ladungsinjektion in den elektrooptischen Kristall von den mehreren zweiten Elektroden begrenzt wird.
Darüber hinaus wird gemäß einem weiteren Aspekt eine optische Beobachtungsvorrichtung bereitgestellt, umfassend eine Lichtquelle, die das Eingangslicht ausgibt, den zuvor erwähnten reflektierenden räumlichen Lichtmodulator, ein optisches System, das ein Ziel mit Modulationslicht bestrahlt, das von dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator ausgegeben wird, und einen Fotodetektor, der die Ausgabe vom Messobjekt erfasst.
Darüber hinaus wird gemäß einem noch einem weiteren Aspekt eine Lichtbestrahlungsvorrichtung bereitgestellt, umfassend eine Lichtquelle, die das Eingangslicht ausgibt, den zuvor erwähnten reflektierenden räumlichen Lichtmodulator, und ein optisches System, das ein Ziel mit Modulationslicht bestrahlt, das von dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator ausgegeben wird.
Gemäß dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator, der Lichtbestrahlungsvorrichtung und der optischen Beobachtungsvorrichtung, die zuvor beschrieben sind, wird Eingangslicht durch die Lichteingabe-/Lichtausgabeeinheit übertragen und in die Eingangsfläche des elektrooptischen Kristalls eingegeben. Dieses Eingangslicht kann durch die Lichtreflexionseinheit, die auf der Rückfläche des elektrooptischen Kristalls vorgesehen ist, reflektiert und von der Lichteingabe-/Lichtausgabeeinheit ausgegeben werden. Dabei wird ein elektrisches Signal zwischen der ersten Elektrode, die in der Lichteingabe-/Lichtausgabeeinheit vorgesehen ist, und den mehreren zweiten Elektroden, die auf dem Substrat vorgesehen sind, eingegeben. Dementsprechend wird ein elektrisches Feld an den elektrooptischen Kristall mit einer hohen relativen Dielektrizitätskonstante angelegt, und dadurch das Eingangslicht moduliert. In diesem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator ist die nichtleitende erste Ladungsinjektions-Begrenzungsschicht auf der Eingangsfläche des elektrooptischen Kristalls ausgebildet, und die nichtleitende Ladungsinjektions-Begrenzungsschicht ist auf der Rückfläche elektrooptischen Kristalls vorgesehen. Dementsprechend kann die Ladungsinjektion in den elektrooptischen Kristall von der ersten Ladungsinjektions-Begrenzungsschicht und der zweiten Ladungsinjektions-Begrenzungsschicht begrenzt werden. Da insbesondere die zweite Ladungsinjektions-Begrenzungsschicht gebildet wird, ist es unwahrscheinlich, dass ein elektrisches Signal, das in jede der mehreren zweiten Elektroden eingegeben wird, sich ausbreitet, wodurch ein Vermischen von elektrischen Signalen begrenzt wird. Somit kann die Modulationsgenauigkeit stabilisiert werden.
Darüber hinaus umfasst gemäß dem Aspekt die Lichtreflexionseinheit mehrere dritte Elektroden, die auf einer Oberfläche der zweiten Ladungsinjektions-Begrenzungsschicht auf einer Seite gegenüber der Rückfläche ausgebildet sind und den mehreren der jeweiligen zweiten Elektroden entsprechen, und mehrere Höcker sind so angeordnet, dass die mehreren zweiten Elektroden und die mehreren dritten Elektroden, die den mehreren zweiten Elektroden entsprechen, elektrisch miteinander verbunden sind. Wenn gemäß dieser Konfiguration ein elektrisches Feld an den elektrooptischen Kristall angelegt wird, kann ein elektrisches Feld individuell an die mehreren dritten Elektroden angelegt werden. Auf diese Weise wird ein Vermischen der elektrischen Signale, die in die mehreren Elektroden eingegeben werden, begrenzt, wodurch die Modulationsgenauigkeit noch stabiler wird.
Darüber hinaus umfasst gemäß dem Aspekt das Substrat einen Pixelbereich, in dem die mehreren zweiten Elektroden angeordnet sind, und einen den Pixelbereich umgebenden Bereich. Die zweite Ladungsinjektions-Begrenzungsschicht weist einen ersten Bereich, der dem Pixelbereich zugewandt ist, und einen zweiten Bereich, der den ersten Bereich umgibt, auf. Ein Anteil des dielektrischen Materials in dem zweiten Bereich ist niedriger als ein Anteil des dielektrischen Materials in dem ersten Bereich. In dieser Konfiguration kann aufgrund des zweiten Bereichs ein Substrat mit einer größeren Haftkraft als jene des ersten Bereichs an der Rückfläche des elektrooptischen Kristalls befestigt werden. Auf diese Weise wird ein Abfallen eines Substrats von dem elektrooptischen Kristall verhindert.
Zusätzlich fällt gemäß dem Aspekt in einer Eingangsrichtung des Eingangslichts eine Grenze zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich mit einer Grenze zwischen dem Pixelbereich und dem umgebenden Bereich zusammen. Gemäß dieser Konfiguration können der elektrooptische Kristall und das Substrat fester miteinander verbunden werden.
Zusätzlich ist gemäß dem Aspekt in einer Eingangsrichtung des Eingangslichts eine Grenze zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich auf einer Seite außerhalb einer Kante einer Grenze zwischen dem Pixelbereich und dem umgebenden Bereich angeordnet. Gemäß dieser Konfiguration kann der erste Bereich zuverlässig zwischen dem elektrooptischen Kristall und dem Pixelbereich angeordnet werden.
Darüber hinaus kann gemäß dem Aspekt die Lichteingabe-/Lichtausgabeeinheit ferner ein transparentes Substrat mit einer ersten Oberfläche, in die das Eingangslicht eingegeben wird, und einer zweiten Oberfläche, die als eine Oberfläche auf einer der ersten Oberfläche gegenüberliegende Seite dient, aufweisen, und die erste Elektrode kann auf der zweiten Oberfläche des transparenten Substrats angeordnet sein. Wenn in einem solchen räumlichen Lichtmodulator der elektrooptische Kristall in einer optischen Achsenrichtung dünn ausgebildet ist, kann der elektrooptische Kristall durch das transparente Substrat vor einer äußeren Erschütterung oder dergleichen geschützt werden.
Wenn darüber hinaus gemäß dem Aspekt die relative Dielektrizitätskonstante des elektrooptischen Kristalls E_xtl ist, eine Dicke des elektrooptischen Kristalls von der Eingangsfläche zur Rückfläche d_xtl ist, eine Summe der Dicken der ersten Ladungsinjektions-Begrenzungsschicht und der zweiten Ladungsinjektions-Begrenzungsschicht d_ad ist und ein Verhältnis V_xtl/V_smax von V_xtl, das eine an den elektrooptischen Kristall angelegte Spannung angibt, um das Modulationslicht auszugeben, das durch Modulation einer Phase des Eingangslichts durch 2π rad bis Vsmax erhalten wird, das eine maximale Spannung einer von der Treiberschaltung erzeugten Anlegespannung angibt, R_s ist, wird eine relative Dielektrizitätskonstante ε_ad der Haftschicht einschließlich des dielektrischen Materials durch den Ausdruck 1 angegeben. In diesem Fall kann eine Spannung, die ausreicht, um eine Phasenmodulation oder eine Verzögerungsmodulation des Eingangslichts um 2π rad durchzuführen, an den elektrooptischen Kristall angelegt werden.
[Formel 1]
$ε_{a d} > (\frac{ε_{x t l} \cdot R_{s}}{d_{x t l} \cdot (1 - R_{s})}) \cdot d_{a d}$
Darüber hinaus kann gemäß dem Aspekt die erste Elektrode auf der gesamten Oberfläche der Eingangsfläche gebildet werden. Wenn zum Beispiel mehrere erste Elektroden in einer Weise vorgesehen sind, die den mehreren zweiten Elektroden entsprechen, ist es schwierig, die ersten Elektroden und die zweiten Elektroden hinsichtlich der Position zueinander auszurichten. Gemäß der obigen Konfiguration ist es nicht erforderlich, die erste Elektrode und die zweiten Elektroden hinsichtlich der Position zueinander auszurichten.
Darüber hinaus kann die Lichtreflexionseinheit gemäß dem Aspekt mehrere dritte Elektroden aufweisen, die auf der Rückfläche des elektrooptischen Kristalls so angeordnet sind, dass sie den mehreren zweiten Elektroden gegenüberliegen. Gemäß dieser Konfiguration können mehrere dritte Elektroden die Ausbreitung eines elektrischen Signals verhindern, das als eine elektrische Kraftlinie übertragen wird.
Darüber hinaus kann gemäß dem Aspekt in der Lichtreflexionseinheit das Eingangslicht durch die mehreren dritten Elektroden reflektiert werden. Darüber hinaus kann gemäß dem Aspekt in der Lichtreflexionseinheit das Eingangslicht durch die mehreren zweiten Elektroden reflektiert werden. Gemäß diesen Konfigurationen ist es nicht erforderlich, eine Reflexionsschicht oder dergleichen auf der Seite der zweiten Elektrode getrennt vorzusehen.
Darüber hinaus kann gemäß dem Aspekt der elektrooptische Kristall ein KTa_1-xNb_xO₃ Kristall (0≤x≤1), ein K_1-yLi_yTa_1-xNb_xO₃ Kristall (0≤x≤1 und 0<y<1) oder ein PLZT-Kristall sein. Gemäß dieser Konfiguration kann ein elektrooptischer Kristall mit einer hohen relativen Dielektrizitätskonstante auf einfache Weise realisiert werden.
Zudem kann gemäß dem Aspekt der reflektierende räumliche Lichtmodulator ferner ein Temperatursteuerelement zum Steuern einer Temperatur des elektrooptischen Kristalls umfassen. Gemäß dieser Konfiguration kann die Modulationsgenauigkeit durch Aufrechterhalten einer gleichförmigen Temperatur im elektrooptischen Kristall noch stabiler gehalten werden.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator, der Lichtbestrahlungsvorrichtung und der optischen Beobachtungsvorrichtung der Ausführungsform wird ein Vermischen der elektrischen Signale, die in mehrere Elektroden eingegeben werden, begrenzt, wodurch die Modulationsgenauigkeit stabilisiert werden kann.
Figurenliste

1 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer optischen Beobachtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform darstellt.
2 zeigt eine Querschnittsansicht, die einen räumlichen Lichtmodulator darstellt, der in der optischen Beobachtungsvorrichtung in 1 verwendet wird.
3 zeigt eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen Kristallachsen, einer Ausbreitungsrichtung des Lichts und eines elektrischen Feldes bei der Verzögerungsmodulation darstellt.
4 zeigt eine Ansicht zur Beschreibung einer Elektrode des räumlichen Lichtmodulators in 2.
5 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie V-V in 2.
6 zeigt eine Querschnittsansicht, die einen räumlichen Lichtmodulator gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt.
7 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie VII-VII in 6.
8 zeigt eine Querschnittsansicht, die einen räumlichen Lichtmodulator gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt.
9 zeigt eine Querschnittsansicht, die einen räumlichen Lichtmodulator gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt.
10 zeigt eine Querschnittsansicht, die einen räumlichen Lichtmodulator gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt.
11 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Lichtbestrahlungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform darstellt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Nachfolgenden werden die Ausführungsformen insbesondere mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Der Einfachheit halber werden in einigen Fällen Elemente, die im Wesentlichen gleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen 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 Aufnahme des Bildes von einem Beobachtungsziel. Die optische Beobachtungsvorrichtung 1A nimmt ein Bild einer Probe (Ziel) S auf, indem eine Vorderfläche der Probe S mit Eingangslicht L1 bestrahlt wird und ein Bild des Erfassungslichts L3, wie zum Beispiel Fluoreszenz oder reflektiertes Licht, das von der Probe S als Reaktion auf die Bestrahlung abgegeben wird, aufnimmt.
Die Probe S, die zu einem Beobachtungsziel wird, ist beispielsweise eine Probe wie eine Zelle oder ein Organismus, die/der ein fluoreszierendes Material wie einen fluoreszierenden Farbstoff oder ein fluoreszierendes Protein enthält. Darüber hinaus kann die Probe S eine Probe wie zum Beispiel ein Halbleiterbauelement oder ein Film sein. Die Probe S emittiert das Erfassungslicht L3, wie zum Beispiel Fluoreszenz, wenn eine Bestrahlung mit Licht (Anregungslicht oder Beleuchtungslicht) mit einem vorbestimmten Wellenlängenbereich durchgeführt wird. Beispielsweise ist die Probe S in einem Halter untergebracht, der Transmissionseigenschaften mit Bezug auf das Eingangslicht L1 und/oder das Erfassungslicht L3 aufweist. Beispielsweise wird der Halter auf einer Stufe gehalten.
Wie in 1 gezeigt, umfasst die optische Beobachtungsvorrichtung 1A eine Lichtquelle 10, eine Sammellinse 11, ein Polarisationselement 12, einen Polarisationsstrahlteiler 13, einen räumlichen Lichtmodulator 100, ein erstes optisches System 14, einen Strahlteiler 15, eine Objektivlinse 16, ein zweites optisches System 17, einen Fotodetektor 18 und eine Steuereinheit 19.
Die Lichtquelle 10 gibt das Eingangslicht L1, das eine Wellenlänge zur Anregung der Probe S enthält, aus. Beispielsweise emittiert die Lichtquelle 10 kohärentes Licht oder inkohärentes Licht. Beispiele einer kohärenten Lichtquelle umfassen eine Laserlichtquelle, wie beispielsweise eine Laserdiode (LD). Beispiele einer inkohärenten Lichtquelle umfassen eine lichtemittierende Diode (LED), eine Superlumineszenzdiode (SLD) und eine Lampensystem-Lichtquelle.
Die Sammellinse 11 kollimiert das Eingangslicht L1, das von der Lichtquelle 10 ausgegeben wird, und gibt das kollimierte Eingangslicht L1 aus. Das Polarisationselement 12 ermöglicht es, dass das Eingangslicht L1 selektiv in Übereinstimmung mit einer Polarisationskomponente durch dieses übertragen wird. Zum Beispiel ermöglicht das Polarisationselement 12, dass S-Wellen-Licht des Eingangslichts L1 durch dieses hindurch übertragen wird. Der Polarisationsstrahlteiler 13 reflektiert das durch das Polarisationselement 12 übertragene Eingangslicht L1 in Richtung des räumlichen Lichtmodulators 100. Der räumliche Lichtmodulator 100 ist ein räumlicher Lichtmodulator, der eine Phasenmodulation oder eine Verzögerungsmodulation des von der Lichtquelle 10 ausgegebenen Eingangslichts L1 durchführt. Der räumliche Lichtmodulator 100 moduliert das Eingangslicht L1, das durch die Sammellinse 11 eingegeben wird, und gibt moduliertes Modulationslicht L2 in Richtung des Polarisationsstrahlteilers 13 aus. Dabei gibt der räumliche Lichtmodulator 100 das Modulationslicht L2 aus, indem er eine Polarisationsfläche des Eingangslichts L1 um 90 Grad dreht. Aus diesem Grund wird das von dem räumlichen Lichtmodulator 100 ausgegebene Modulationslicht L2 durch den Polarisationsstrahlteiler 13 geleitet und optisch zu dem ersten optischen System 14 geführt. Der räumliche Lichtmodulator 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist als ein Reflexionstyp ausgebildet. Der räumliche Lichtmodulator 100 ist elektrisch mit einer Steuerung 21 der Steuereinheit 19 verbunden und bildet eine räumliche Lichtmodulationseinheit. Der Antrieb des räumlichen Lichtmodulators 100 wird durch die Steuerung 21 der Steuereinheit 19 gesteuert. Einzelheiten des räumlichen Lichtmodulators 100 werden im Nachfolgenden beschrieben. Durch Verwenden des räumlichen Lichtmodulators 100 kann 1) eine Position einer Strahlungsstelle begrenzt, 2) die Position der Strahlungsstelle verschoben, 3) mehrere Strahlungsstellen gleichzeitig gebildet und 4) eine Phase des Bestrahlungslichts gesteuert werden.
Das erste optische System 14 verbindet den räumlichen Lichtmodulator 100 und die Objektivlinse 16 optisch miteinander. Dementsprechend wird das aus dem räumlichen Lichtmodulator 100 ausgegebene Modulationslicht L2 optisch zu der Objektivlinse 16 geleitet. Beispielsweise ist das erste optische System 14 eine Linse, die das Modulationslicht L2 aus dem räumlichen Lichtmodulator 100 auf eine Pupille der Objektivlinse 16 konzentriert.
Der Strahlteiler 15 ist ein optisches Element, um das Modulationslicht L2 und das Erfassungslicht L3 voneinander zu trennen. Beispielsweise ermöglicht der Strahlteiler 15, dass das Modulationslicht L2 mit einer Anregungswellenlänge durch diesen übertragen wird, und das Modulationslicht L3 mit einer Fluoreszenzwellenlänge reflektiert wird. Darüber hinaus kann der Strahlteiler 15 ein Polarisationsstrahlteiler oder ein dichroitischer Spiegel sein. In Abhängigkeit von optischen Systemen (zum Beispiel dem ersten optischen System 14 und dem zweiten optischen System 17) vor und hinter dem Strahlteiler 15 oder der Art eines verwendeten Mikroskops kann der Strahlteiler 15 das Modulationslicht L2 reflektieren und das Erfassungslicht L3 mit einer Fluoreszenzwellenlänge übertragen.
Die Objektivlinse 16 konzentriert das Modulationslicht L2, das durch den räumlichen Lichtmodulator 100 moduliert wird, bestrahlt die Probe S mit dem konzentrierten Licht und leitet das von der Probe S als Reaktion auf die Bestrahlung emittierte Erfassungslicht L3 optisch. Beispielsweise ist die Objektivlinse 16 so konfiguriert, dass sie durch ein Antriebselement, wie beispielsweise ein Piezo-Stellglied oder einen Schrittmotor entlang einer optischen Achse bewegt werden kann. Dementsprechend kann eine Konzentrationsposition des Modulationslichts L2 und eine Fokusposition zur Erfassung des Erfassungslichts L3 eingestellt werden.
Das zweite optische System 17 verbindet die Objektivlinse 16 und den Fotodetektor 18 optisch miteinander. Dementsprechend wird ein Bild des Erfassungslichts L3, das optisch von der Objektivlinse 16 geführt wird, durch den Fotodetektor 18 gebildet. Das zweite optische System 17 weist eine Linse 17a zur Bildung eines Bildes des Erfassungslichts L3 von der Objektivlinse 16 auf eine Lichtempfangsfläche des Fotodetektors 18 auf.
Der Fotodetektor 18 nimmt ein Bild des Erfassungslichts L3, das optisch von der Objektivlinse 16 geleitet wird und von dem ein Bild auf der Lichtempfangsfläche gebildet wird, auf. Beispielsweise ist der Fotodetektor 18 ein Flächenbildsensor, wie ein CCD-Bildsensor oder ein CMOS-Bildsensor.
Die Steuereinheit 19 umfasst einen Computer 20, der eine Steuerschaltung, wie beispielsweise einen Prozessor, eine Bildverarbeitungsschaltung, einen Speicher und dergleichen umfasst; und eine Steuerung 21, die eine Steuerschaltung, wie einen Prozessor, einen Speicher und dergleichen umfasst, ist elektrisch mit dem räumlichen Lichtmodulator 100 und dem Computer 20 verbunden. Beispielsweise ist der Computer 20 ein Personalcomputer, ein intelligentes Gerät, ein Mikrocomputer, ein Cloud-Server oder dergleichen. Der Computer 20 steuert den Betrieb der Objektivlinse 16, des Fotodetektors 18 und dergleichen und führt verschiedene Arten der Steuerung mit Hilfe des Prozessors aus. Darüber hinaus steuert die Steuerung 21 eine Phasenmodulationsgröße oder eine Verzögerungsmodulationsgröße im räumlichen Lichtmodulator 100.
Im Nachfolgenden wird der räumliche Lichtmodulator 100 ausführlich beschrieben. 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines räumlichen Lichtmodulators. Der räumliche Lichtmodulator 100 ist ein reflektierender räumlicher Lichtmodulator, der das Eingangslicht L1 moduliert und das modulierte Modulationslicht L2 ausgibt. Wie in 2 gezeigt, umfasst der räumliche Lichtmodulator 100 einen elektrooptischen Kristall 101, eine Lichteingabe-/Lichtausgabeeinheit 102, eine Lichtreflexionseinheit 107 und eine Treiberschaltung 110. In der vorliegenden Ausführungsform kann die Dicke des elektrooptischen Kristalls 101 in einer optischen Achsenrichtung beispielsweise 50 µm oder kleiner sein.
Der elektrooptische Kristall 101 weist eine Plattenform mit einer Eingangsfläche 101a, in die das Eingangslicht L1 eingegeben wird, und eine Rückfläche 101b, die der Eingangsfläche 101a gegenüberliegt, auf. Der elektrooptische Kristall 101 hat eine Kristallstruktur vom Perowskit-Typ und nutzt einen elektrooptischen Effekt, wie beispielsweise einen Pockels-Effekt oder einen Kerr-Effekt, zur Änderung eines Brechungsindex. Der elektrooptische Kristall 101 mit einer Kristallstruktur vom Perowskit-Typ ist ein isotroper Kristall, der zu einer Punktgruppe m3m eines kubischen Kristallsystems gehört und dessen relative Dielektrizitätskonstante 1000 oder höher ist. Beispielsweise kann die relative Dielektrizitätskonstante des elektrooptischen Kristalls 101 einen Wert innerhalb eines Bereichs von in etwa 1.000 bis 20.000 aufweisen. Beispiele eines solchen elektrooptischen Kristalls 101 umfassen einen KTa_1-xNb_xO₃ Kristall (0≤x≤1) (der im Nachfolgenden als „ein KTN-Kristall“ bezeichnet wird), einen K_1-yLi_yTa_1-xNb_xO₃ Kristall (0≤x≤1 und 0<y<1) und ein PLZT-Kristall. Insbesondere sind BaTiO₃, K₃Pb₃(Zn₂Nb₇)O₂₇, K(Ta_0.65Nb_0.35)P₃, Pb₃MgNb₂O₉, Pb₃NiNb₂O₉ und dergleichen enthalten. In dem räumlichen Lichtmodulator 100 der vorliegenden Ausführungsform wird ein KTN-Kristall als der elektrooptische Kristall 101 verwendet. Da der KTN-Kristall zu einer m3m-Punktgruppe eines kubischen Kristallsystems gehört, wird die Modulation unter Verwendung eines Kerr-Effekts anstelle eines Pockels-Effekts durchgeführt. Aus diesem Grund kann die Phasenmodulation durchgeführt werden, indem Licht parallel oder senkrecht zu den Kristallachsen des elektrooptischen Kristalls 101 eingegeben wird und ein elektrisches Feld in derselben Richtung angelegt wird. Darüber hinaus kann eine Verzögerungsmodulation durchgeführt werden, wenn zwei beliebige Kristallachsen um einen anderen Winkel als 0° und 90° um die verbleibende Achse gedreht werden. 3(a) zeigt eine perspektivische Ansicht einer Beziehung zwischen den Kristallachsen, einer Ausbreitungsrichtung des Lichts und eines elektrischen Feldes bei der Verzögerungsmodulation, und 3(b) zeigt eine Draufsicht, die jede der Achsen darstellt. Das Beispiel in 3 zeigt einen Fall, in dem der Kristall um einen Winkel von 45° gedreht wird. Wenn die Achsen X2 und X3 um 45° um die Achse X1 gedreht werden und neue Achsen X1', X2' und X3' eingestellt werden, kann die Verzögerungsmodulation durch Lichteinfall parallel oder senkrecht zu diesen neuen Achsen durchgeführt werden. In 3 wird ein elektrisches Feld in einer Anlegungsrichtung 1102 eines Kristalls 1104 angelegt. Eine Ausbreitungsrichtung 1101 des Eingangslichts L1 verläuft dann parallel zu der Anlegungsrichtung 1102 eines elektrischen Feldes. In diesem Fall werden die Kerr-Koeffizienten, die zur Modulation des Eingangslichts L1 verwendet werden, zu g11, g12 und g44.
Die relative Dielektrizitätskonstante eines KTN-Kristalls wird wahrscheinlich von der Temperatur beeinflusst. Zum Beispiel wird die relative Dielektrizitätskonstante bei einer Temperatur in der Nähe von -5° C ungefähr 20.000 und bildet somit den größten Wert, und die relative Dielektrizitätskonstante fällt bei einer Temperatur in der Nähe von 20° C, die die Normaltemperatur darstellt, auf ungefähr 5.000. Hierin wird der elektrooptische Kristall 101 durch ein Temperatursteuerelement P, wie beispielsweise ein Peltier-Element, derart gesteuert, dass er eine Temperatur in der Nähe von -5° C aufweist.
Die Lichteingabe-/Lichtausgabeeinheit 102 weist eine erste Elektrode 103, ein transparentes Substrat 104, eine transparente Elektrode 105, eine Haftschicht 106 und eine Haftschicht (erste Ladungsinjektions-Begrenzungsschicht) 119 auf. Die erste Elektrode 103 ist auf der Seite der Eingangsfläche 101a des elektrooptischen Kristalls 101 angeordnet. Beispielsweise ist die erste Elektrode 103 eine transparente Elektrode, die aus Indium-ZinnOxid (ITO) gebildet ist, und das Eingangslicht L1 wird durch diese übertragen. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Elektrode 103 auf der gesamten Oberfläche auf der Seite der Eingangsfläche 101a ausgebildet. Das Eingangslicht L1 wird durch die erste Elektrode 103 übertragen und wird in das Innere des elektrooptischen Kristalls 101 eingegeben.
Beispielsweise ist das transparente Substrat 104 aus einem Material, wie Glas, Quarz oder Kunststoff, in der Form einer flachen Platte ausgebildet. Das transparente Substrat 104 weist eine erste Fläche 104a, in die das Eingangslicht L1 eingegeben wird, und eine zweite Fläche 104b, die eine Fläche auf einer Seite gegenüber der ersten Fläche 104a ist und der Eingangsfläche 101a des elektrooptischen Kristalls 101 gegenüberliegt, auf. Die transparente Elektrode 105 ist eine Elektrode, die auf der gesamten Oberfläche der zweiten Fläche 104b des transparenten Substrats 104 ausgebildet ist, und das Eingangslicht L1 wird durch diese übertragen. Beispielsweise kann die transparente Elektrode 105 auf der zweiten Fläche 104b des transparenten Substrats 104 mittels Aufdampfen von ITO gebildet werden.
Die Haftschicht 106 bewirkt, dass die erste Elektrode 103, die in dem elektrooptischen Kristall 101 gebildet ist, und die transparente Elektrode 105, die in dem transparenten Substrat 104 gebildet ist, aneinander haften. Beispielsweise ist die Haftschicht 106 aus einem Klebstoff auf Epoxidbasis gebildet, und ermöglicht die Übertragung des Eingangslichts L1. Beispielsweise sind leitende Elemente 106a, wie Metallkugeln, innerhalb der Haftschicht 106 angeordnet. Die leitenden Elemente 106a werden mit sowohl der ersten Elektrode 103 als auch mit der transparenten Elektrode 105 in Kontakt gebracht und verbinden die erste Elektrode 103 und die transparente Elektrode 105 elektrisch miteinander. Beispielsweise sind die leitenden Elemente 106a in Draufsicht in vier Ecken der Haftschicht 106 angeordnet.
Die Haftschicht 119 ist zwischen der ersten Elektrode 103 und der Eingangsfläche 101a angeordnet und verbindet die erste Elektrode 103 und den elektrooptischen Kristall 101 miteinander. Die Haftschicht 119 der vorliegenden Ausführungsform weist einen ersten Bereich 119a, der die Mitte davon bildet, und einen zweiten Bereich 119b, der einen Umfang des ersten Bereichs 119a umgibt, auf. Der erste Bereich 119a weist feine Teilchen aus einem dielektrischen Material in einem ausgehärteten Produkt, das aus einem nichtleitenden Klebstoffmaterial gebildet ist, auf und umfasst kein leitendes Material. Der Begriff „nichtleitend“ ist nicht auf die Eigenschaft, keine Leitfähigkeit zu haben, beschränkt und schließt hochisolierende Eigenschaften und Eigenschaften mit hohem spezifischen elektrischen Widerstand ein. Das heißt, der erste Bereich 119a hat hohe Isoliereigenschaften (einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand) und weist idealerweise keine Leitfähigkeit auf.
Beispielsweise kann ein Klebstoffmaterial unter Verwendung eines optisch farblosen und transparenten Harzes, wie zum Beispiel eines Klebstoffs auf Epoxidharzbasis, gebildet werden. Das dielektrische Material kann zum Beispiel eine relative Dielektrizitätskonstante mit dem gleichen Wert wie der elektrooptische Kristall 101 aufweisen, der in einem Bereich von ungefähr 100 bis 30.000 liegt. Das dielektrische Material kann ein Pulver mit einer Teilchengröße sein, die gleich oder kleiner als die Wellenlänge des Eingangslichts L1 ist, und kann zum Beispiel eine Teilchengröße in dem Bereich von ungefähr 50 nm bis 3.000 nm aufweisen. Die Streuung des Lichts kann durch Verringerung der Teilchengröße des dielektrischen Materials begrenzt werden. Wenn die Lichtstreuung berücksichtigt wird, kann die Teilchengröße des dielektrischen Materials 1000 nm oder kleiner sein, und kann auch 100 nm oder kleiner sein. Das dielektrische Material kann ein Pulver des elektrooptischen Kristalls 101 sein. Der Anteil des dielektrischen Materials in einem Gemisch aus einem Klebstoffmaterial und einem dielektrischen Material kann in etwa 50% betragen. Zum Beispiel weist der erste Bereich 119a in einer Draufsicht eine rechteckige Form auf.
Der zweite Bereich 119b ist aus einem nichtleitenden Klebstoffmaterial gebildet. Das heißt, anders als der erste Bereich 119a umfasst der zweite Bereich 119b kein dielektrisches Material, wie beispielsweise ein Pulver des elektrooptischen Kristalls 101. Beispielsweise kann das Klebstoffmaterial gebildet werden, indem ein optisch farbloses und transparentes Harz, wie ein Klebstoff auf Epoxidharzbasis, verwendet wird. Der zweite Bereich 119b kann ein dielektrisches Material wie im ersten Bereich enthalten. In einem solchen Fall ist der Anteil des dielektrischen Materials in einem Gemisch aus einem Klebstoffmaterial und einem dielektrischen Material kleiner als der Anteil im ersten Bereich 119a. Zum Beispiel weist der erste Bereich 119a in einer Draufsicht eine rechteckige Rahmenform auf.
Der erste Bereich 119a kann durch Beschichten der Eingangsfläche 101a des elektrooptischen Kristalls 101 oder der ersten Elektrode 103 mit einem Gemisch aus einem Klebstoffmaterial und einem dielektrischen Material gebildet werden. Darüber hinaus kann der zweite Bereich 119b durch Beschichten der Eingangsfläche 101a des elektrooptischen Kristalls 101 oder der ersten Elektrode 103 mit einem Klebstoffmaterial gebildet werden.
Die Lichtreflexionseinheit 107 ist auf der Seite der Rückfläche 101b des elektrooptischen Kristalls 101 angeordnet und reflektiert das Modulationslicht L2 in Richtung der Eingabe-/Ausgabeeinheit. Diese Lichtreflexionseinheit 107 umfasst ein CMOS-Substrat (Substrat) 108 und eine Haftschicht (zweite Ladungsinjektions-Begrenzungsschicht) 109. Das CMOS-Substrat 108 ist an einem Substrat 112, wie beispielsweise einem organischen Substrat, das ein Epoxidglas-Substrat (Epoxidharz mit einer Glasfaserplatte als Kernmaterial) oder ein Keramiksubstrat mit einer dazwischenliegenden Haftschicht 111 enthält, befestigt. Das CMOS-Substrat 108 umfasst zweite Elektroden 108a, die eine Vielzahl von Pixelelektroden sind, die der Rückfläche 101b des elektrooptischen Kristalls 101 zugewandt sind. Die zweiten Elektroden 108a können das Eingangslicht L1, das sich innerhalb des elektrooptischen Kristalls 101 ausbreitet, in Richtung der Lichteingabe-/Lichtausgabeeinheit 102 reflektieren. Beispielsweise sind die zweiten Elektroden 108a aus einem Material, wie einem Metall (Aluminium oder dergleichen), gebildet. Wie in 4 gezeigt, sind in der Lichtreflexionseinheit 107 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mehrere zweite Elektroden 108a, die in einer Draufsicht eine rechteckige Form aufweisen, in einem zweidimensionalen Array angeordnet. Eine Länge W1 in einer Querrichtung und eine Länge W2 in einer Vertikalrichtung der zweiten Elektrode 108a können beispielsweise die gleiche Länge aufweisen. Benachbarte zweite Elektroden 108a sind mit Zwischenräumen S1 und S2 dazwischen angeordnet. 2 und 4 zeigen schematisch den räumlichen Lichtmodulator 100. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird ein Beispiel beschrieben, in dem die zweiten Elektroden 108a in einem 4×4-Array angeordnet sind. Das CMOS-Substrat 108 kann als eine Treiberschaltung dienen, die ein elektrisches Feld zwischen der ersten Elektrode 103 und den zweiten Elektroden 108a anlegt.
Jede der mehreren zweiten Elektroden 108a ist mit einem entsprechenden Antriebsschalter 108b ausgebildet. Eine beliebige Spannung kann für jede der zweiten Elektroden 108a unter Verwendung dieser Schalter 108b gesteuert werden.
Die Haftschicht 109 befestigt das CMOS-Substrat 108 an der Rückfläche 101b. Die Haftschicht 109 der vorliegenden Ausführungsform weist einen ersten Bereich 109a, der die Mitte davon bildet, und einen zweiten Bereich 109b, der einen Außenumfang des ersten Bereichs 109a umgibt, auf. Die Konfiguration der Haftschicht 109 entspricht jener der zuvor beschriebenen Haftschicht 119. Der erste Bereich 109a weist eine Konfiguration ähnlich der des ersten Bereichs 119a auf, und der zweite Bereich 109b weist eine Konfiguration ähnlich der des zweiten Bereichs 119b auf.
Der erste Bereich 109a kann durch Beschichten der Rückfläche 101b des elektrooptischen Kristalls 101 oder des CMOS-Substrats 108 mit einem Gemisch aus einem Klebstoffmaterial und einem dielektrischen Material gebildet werden. Darüber hinaus kann der zweite Bereich 109b durch Beschichten der Rückfläche 101b des elektrooptischen Kristalls 101 oder des CMOS-Substrats 108 mit einem Klebstoffmaterial gebildet werden.
Die Treiberschaltung 110 ist elektrisch mit der ersten Elektrode 103 verbunden und ist mit dem CMOS-Substrat 108 verbunden, wodurch sie elektrisch mit jeder der mehreren zweiten Elektroden 108a verbunden ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist das transparente Substrat 104 auf der Seite der zweiten Fläche 104b derart ausgebildet, dass es in einer Draufsicht eine größere Größe als die Eingangsfläche 101a des elektrooptischen Kristalls 101 aufweist. Aus diesem Grund wird in einem Zustand, in dem der elektrooptische Kristall 101 durch das transparente Substrat 104 gehalten wird, ein Teil der transparenten Elektrode 105, die in dem transparenten Substrat 104 ausgebildet ist, zu einem nach außen freiliegenden Abschnitt 105a. Die Treiberschaltung 110 ist elektrisch mit diesem freiliegenden Abschnitt 105a und dem CMOS-Substrat 108 verbunden. Das heißt, da die Treiberschaltung 110 elektrisch mit der ersten Elektrode 103 verbunden ist, wobei die transparente Elektrode 105 und die leitenden Elemente 106a dazwischen angeordnet sind, kann ein elektrisches Feld zwischen der ersten Elektrode 103 und den zweiten Elektroden 108a angelegt werden.
Die Treiberschaltung 110 wird durch die Steuereinheit 19 gesteuert. Die Treiberschaltung 110 gibt ein elektrisches Signal zwischen der ersten Elektrode 103 und den zweiten Elektroden 108a ein. Dementsprechend wird ein elektrisches Feld an den elektrooptischen Kristall 101 und die zwischen der ersten Elektrode 103 und den zweiten Elektroden 108a angeordneten Haftschichten 109 und 119 angelegt. In diesem Fall wird eine von der Treiberschaltung 110 angelegte Spannung auf den elektrooptischen Kristall 101 und die Haftschichten 109 und 119 verteilt. Wenn somit eine Spannung, die an den elektrooptischen Kristall 101 angelegt wird, V_xtl ist, eine Spannung, die an die Haftschichten 109 und 119 angelegt wird, Vad ist, die relative Dielektrizitätskonstante des elektrooptischen Kristalls 101 E_xtl ist, die Dicke des elektrooptischen Kristalls 101 von der Eingangsfläche 101a zur Rückfläche 101b d_xtl ist, die relative Dielektrizitätskonstante der Haftschichten 109 und 119 ε_ad ist, und die Summe der Dicken der Haftschichten 109 und 119 dad ist, wird ein Spannungsverhältnis R zwischen einer Spannung, die zwischen der ersten Elektrode 103 und den zweiten Elektroden 108a angelegt wird, und einer Spannung, die an den elektrooptischen Kristall 101 angelegt wird, durch den nachfolgenden Ausdruck (2) ausgedrückt. Zur Vereinfachung der Beschreibung sind die Haftschicht 109 und die Haftschicht 119 aus Materialien mit der gleichen relativen Dielektrizitätskonstante gebildet.
[Formel 2] $R = \frac{V_{x t l}}{V_{x t l} + V_{a d}} = \frac{ε_{a d} \cdot d_{x t l}}{(ε_{x t l} \cdot d_{a d} + ε_{a d} \cdot d_{x t l})}$
Somit hängt eine Spannung, die an den elektrooptischen Kristall 101 angelegt wird, von der relativen Dielektrizitätskonstante ε_ad und den Dicken dad der Haftschichten 109 und 119 ab. Beispielsweise weist der räumliche Lichtmodulator 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Modulationsleistung zum Ausgeben des Modulationslichts L2, das durch Modulieren des Eingangslichts L1 um eine Wellenlänge erhalten wird, auf. In diesem Fall wird die relative Dielektrizitätskonstante ε_ad der Haftschichten 109 und 119 wie folgt erhalten. Zunächst wird der obere Grenzwert für eine Spannung, die an das CMOS-Substrat 108 durch die Treiberschaltung 110 angelegt wird, bestimmt, um einen Durchbruch einer CMOS-Schaltung zu vermeiden. Dabei wird die maximale Spannung einer von der Treiberschaltung 110 erzeugten Anlegespannung als Vsmax bezeichnet. Darüber hinaus wird angenommen, dass in dem Fall, in dem V_xtl dem elektrooptischen Kristall 101 hinzugefügt wird und V_ad den Haftschichten 109 und 119 hinzugefügt wird, das um eine Wellenlänge modulierte Modulationslicht L2 ausgegeben wird. Dabei wird V_xtl<V_xtl+V_ad≤V_smax gebildet. Wenn somit ein Spannungsverhältnis V_xtl/V_smax zwischen V_xtl und V_smax R_s ist, müssen das Spannungsverhältnis R und das Spannungsverhältnis R_s der Beziehung des nachfolgenden Ausdrucks (3) genügen. In diesem Fall kann eine Spannung, die ausreicht, um eine Phasenmodulation des Eingangslichts L1 um 2π rad durchzuführen, an den elektrooptischen Kristall 101 angelegt werden. $R_{s} < R$
Ferner genügen die relative Dielektrizitätskonstante ε_ad und die Dicken dad der Haftschichten 109 und 119 aus dem Ausdruck (2) und dem Ausdruck (3) dem nachfolgenden Ausdruck (4).
[Formel 3] $R_{s} < \frac{ε_{a d} \cdot d_{x t l}}{(ε_{x t l} \cdot d_{a d} + ε_{a d} \cdot d_{x t l})}$
Aus diesen Ausdruck (4) wird die relative Dielektrizitätskonstante der Haftschichten 109 und 119 erhalten. Das heißt, wenn der Ausdruck (4) in einen Ausdruck umgewandelt wird, der sich auf die relative Dielektrizitätskonstante der Haftschichten 109 und 119 bezieht, wird der nachfolgende Ausdruck (1) abgeleitet.
[Formel 4] $ε_{a d} > (\frac{ε_{x t l} \cdot R_{s}}{d_{x t l} \cdot (1 - R_{s})}) \cdot d_{a d}$
Wenn die relative Dielektrizitätskonstante der Haftschichten 109 und 119 dem Ausdruck (1) genügt, kann ein elektrisches Feld, das ausreicht, um eine Modulation des Eingangslichts L1 um eine Wellenlänge durchzuführen, an den elektrooptischen Kristall angelegt werden.
Wenn darüber hinaus ein Parameter m, der durch den nachfolgenden Ausdruck (5) angegeben ist, unter Verwendung der relativen Dielektrizitätskonstante ε_ad der Haftschichten 109 und 119, der Dicken dad der Haftschichten 109 und 119, der relativen Dielektrizitätskonstante e_xtl des elektrooptischen Kristalls 101 und der Dicke d_xtl des elektrooptischen Kristalls 101 definiert wird, genügt der Parameter m vorzugsweise m>0,3. Darüber hinaus genügt der Parameter m noch bevorzugter m>3.
[Formel 5] $m = \frac{ε_{a d} \cdot d_{x t l}}{2 \cdot ε_{x t l} \cdot d_{a d}}$
Im Nachfolgenden wird eine Beziehung der Haftschicht 109, der Haftschicht 119 und dem CMOS-Substrat 108 beschrieben. Da gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Haftschicht 109 und die Haftschicht 119 ähnliche Konfigurationen aufweisen, wird im Nachfolgenden die Haftschicht 109 als Beispiel beschrieben. 5 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie V-V in 2. Wie in 5 gezeigt, umfasst das CMOS-Substrat 108 einen Pixelbereich 108c und einen umgebenden Bereich 108d, der den Pixelbereich 108c umgibt. Der Pixelbereich 108c ist ein Bereich, in dem mehrere zweite Elektroden 108a (siehe 2 und 4) angeordnet sind und der beispielsweise eine rechteckige Form aufweist. Der umgebende Bereich 108d weist eine rechteckige Rahmenform auf. Der erste Bereich 109a der Haftschicht 109 ist dem Pixelbereich 108c zugewandt und weist in einer Draufsicht eine rechteckige Form auf. Der zweite Bereich 109b der Haftschicht 109 umgibt den ersten Bereich 109a und weist in einer Draufsicht eine rechteckige Rahmenform auf. Eine Grenze zwischen dem ersten Bereich 109a und dem zweiten Bereich 109b ist in einer Draufsicht auf einer Seite außerhalb einer Kante einer Grenze zwischen dem Pixelbereich 108c und dem umgebenden Bereich 108d angeordnet. Das heißt, in einer Eingangsrichtung des Eingangslichts L1 weist der erste Bereich 109a eine rechteckige Form auf, die größer als der Pixelbereich 108c ist. Der zweite Bereich 109b ist zwischen dem umgebenden Bereich 108d und der Rückfläche 101b des elektrooptischen Kristalls 101 angeordnet.
Gemäß dem zuvor beschriebenen räumlichen Lichtmodulator 100 wird das Eingangslicht L1 durch die erste Elektrode 103 der Lichteingabe-/Lichtausgabeeinheit 102 übertragen und in die Eingangsfläche 101a des elektrooptischen Kristalls 101 eingegeben. Dieses Eingangslicht L1 kann durch die Lichtreflexionseinheit 107, die auf der Rückfläche 101 b des elektrooptischen Kristalls 101 vorgesehen ist, reflektiert werden und aus der Lichteingabe-/Lichtausgabeeinheit 102 ausgegeben werden. Dabei wird ein elektrisches Signal zwischen der ersten Elektrode 103, die in der Lichteingabe-/Lichtausgabeeinheit 102 vorgesehen ist und den mehreren zweiten Elektroden 108a, die auf dem CMOS-Substrat 108 vorgesehen sind, eingegeben. Auf diese Weise wird ein elektrisches Feld an den elektrooptischen Kristall 101 mit einer hohen relativen Dielektrizitätskonstante angelegt, wodurch das Eingangslicht L1 moduliert werden kann.
In diesem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 100 ist die nichtleitende Haftschicht 119 auf der Eingangsfläche 101a des elektrooptischen Kristalls 101 ausgebildet und die nichtleitende Haftschicht 119 ist auf der Rückfläche 101b des elektrooptischen Kristalls vorgesehen. Dementsprechend wird eine Ladungsinjektion in den elektrooptischen Kristall 101 von der Haftschicht 109 und der Haftschicht 119 begrenzt. Da insbesondere die Haftschicht 109 vorgesehen ist, ist es unwahrscheinlich, dass sich ein elektrisches Signal, das in jede der mehreren zweiten Elektroden 108a eingegeben wird, ausbreitet, wodurch ein Vermischen zwischen elektrischen Signalen begrenzt wird. Somit kann eine stabile Modulationsgenauigkeit erzielt werden.
Gemäß der Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform ist es mit zunehmender relativer Dielektrizitätskonstante der Haftschichten 109 und 119 leichter, eine Spannung an den elektrooptischen Kristall 101 anzulegen. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, dass der Anteil des dielektrischen Materials in den Haftschichten 109 und 119 hoch ist. Wenn jedoch der Anteil des dielektrischen Materials abnimmt, verschlechtert sich eine Haftkraft in der Haftschicht. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Anteile der dielektrischen Materialien in den zweiten Bereichen 109b und 119b niedriger als die Anteile der dielektrischen Materialien in den ersten Bereichen 109a und 119a. Aus diesem Grund ist es durch Ausbilden der zweiten Bereiche 109b und 119b möglich, dass das CMOS-Substrat 108 und die erste Elektrode 103 mit einer Haftkraft, die größer als jene der ersten Bereiche 109a und 119a ist, am elektrooptischen Kristall 101 befestigt werden.
Die Grenze zwischen dem ersten Bereich 109a und dem zweiten Bereich 109b befindet sich in der Eingangsrichtung des Eingangslichts auf der Seite außerhalb der Kante der Grenze zwischen dem Pixelbereich 108c und dem umgebenden Bereich 108d. Die Fläche des ersten Bereichs 109a kann in einer Draufsicht größer als die Fläche des Pixelbereichs 108c sein. Aus diesem Grund kann auf einfache Weise eine Positionsausrichtung zwischen dem Pixelbereich 108c und dem ersten Bereich 109a durchgeführt werden.
Die erste Elektrode 103 ist auf der gesamten Fläche der Eingangsfläche 101a ausgebildet. Wenn beispielsweise mehrere erste Elektroden 103 derart vorgesehen sind, dass sie den mehreren zweiten Elektroden 108a entsprechen, ist es schwierig, die ersten Elektroden 103 und die zweiten Elektroden 108a miteinander hinsichtlich der Position auszurichten. In der nachfolgenden Konfiguration ist es nicht erforderlich, die erste Elektrode 103 und die zweiten Elektroden 108a hinsichtlich der Position zueinander auszurichten.
In der Lichtreflexionseinheit 107, da das Eingangslicht L1 durch die mehreren zweiten Elektroden 108a reflektiert wird, ist es nicht erforderlich, eine Reflexionsschicht oder dergleichen auf der Seite der zweiten Elektroden 108a getrennt vorzusehen.
Da zudem das Temperatursteuerelement P zum Steuern der Temperatur des elektrooptischen Kristalls 101 vorgesehen ist, kann in dem elektrooptischen Kristall 101 eine gleichförmige Temperatur aufrechterhalten werden. Dementsprechend wird die Modulationsgenauigkeit noch stabiler. Die Temperatursteuerung kann durchgeführt werden, indem das Temperatursteuerelement P nicht nur auf den elektrooptischen Kristall 101, sondern auch auf den räumlichen Lichtmodulator 100 in seiner Gesamtheit einschließlich des CMOS-Substrats 108 und dergleichen als Ziel erfasst wird.
Darüber hinaus kann in dem räumlichen Lichtmodulator 100 die Phasenmodulation oder Verzögerungsmodulation noch bevorzugter durchgeführt werden, indem der elektrooptische Kristall 101 in Richtung der optischen Achse dünn ausgebildet wird. Wenn der elektrooptische Kristall 101 auf diese Weise dünn ausgebildet wird, besteht das Problem, dass der elektrooptische Kristall 101 durch eine Erschütterung oder dergleichen von außen beschädigt werden könnte. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Seite der Eingangsfläche 101a des elektrooptischen Kristalls 101 durch das transparente Substrat 104 gestützt, und somit wird der elektrooptische Kristall 101 vor Erschütterungen von außen oder dergleichen geschützt.
[Zweite Ausführungsform]
Im Nachfolgenden wird ein räumlicher Lichtmodulator 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Es werden im Wesentlichen die Punkte beschrieben, die sich von der ersten Ausführungsform unterscheiden. Die Elemente oder Teile, die gleich sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und es wird auf eine wiederholte Beschreibung derselben verzichtet.
6 zeigt eine Querschnittsansicht des räumlichen Lichtmodulators 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie in 6 gezeigt, umfasst der reflektierende räumliche Lichtmodulator 200 den elektrooptischen Kristall 101, eine Lichteingabe-/Lichtausgabeeinheit 202, eine Lichtreflexionseinheit 207 und eine Treiberschaltung 110.
Die Lichteingabe-/Lichtausgabeeinheit 202 weist die erste Elektrode 103, das transparente Substrat 104, die transparente Elektrode 105, die Haftschicht 106 und eine Haftschicht (erste Ladungsinjektions-Begrenzungsschicht) 219 auf. Die Haftschicht 219 ist zwischen der ersten Elektrode 103 und der Eingangsfläche 101a angeordnet und verbindet die erste Elektrode 103 und den elektrooptischen Kristall 101 miteinander. Die Haftschicht 219 der vorliegenden Ausführungsform weist einen ersten Bereich 219a, der die Mitte davon bildet, und einen zweiten Bereich 219b, der einen Außenumfang des ersten Bereichs 219a umgibt, auf. Der erste Bereich 219a kann aus einem Material mit einer ähnlichen Zusammensetzung wie die des ersten Bereichs 119a gebildet sein. Zudem kann der zweite Bereich 219b aus einem Material mit einer Zusammensetzung ähnlich der des zweiten Bereichs 119b gebildet sein.
Die Lichtreflexionseinheit 207 weist das CMOS-Substrat 108 und eine Haftschicht (zweite Ladungsinjektions-Begrenzungsschicht) 209 auf. Die Haftschicht 209 weist einen ersten Bereich 209a, der die Mitte davon bildet, und einen zweiten Bereich 209b, der einen Außenumfang des ersten Bereichs 209a umgibt, auf. Der Aufbau der Haftschicht 209 entspricht dem der zuvor beschriebenen Haftschicht 219. Der erste Bereich 209a weist einen ähnlichen Aufbau wie der erste Bereich 219a auf, und der zweite Bereich 209b weist einen ähnlichen Aufbau wie der zweite Bereich 219b auf.
Im Nachfolgenden wird eine Beziehung der Haftschicht 209, der Haftschicht 219 und dem CMOS-Substrat 108 beschrieben. Da die Haftschicht 209 und die Haftschicht 219 ähnliche Konfigurationen aufweisen, wird im Nachfolgenden die Haftschicht 209 als Beispiel beschrieben. 7 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie VII-VII in 6. Wie in 7 gezeigt, ist der erste Bereich 209a der Haftschicht 209 dem Pixelbereich 108c zugewandt und weist in einer Draufsicht eine rechteckige Form auf. Der zweite Bereich 209b der Haftschicht 209 umgibt den ersten Bereich 209a und weist in einer Draufsicht eine rechteckige Rahmenform auf. Eine Grenze zwischen dem ersten Bereich 209a und dem zweiten Bereich 209b fällt mit der Grenze zwischen dem Pixelbereich 108c und dem umgebenden Bereich 108d in einer Draufsicht zusammen. Das heißt, der erste Bereich 209a überlappt in der Eingangsrichtung des Eingangslichts L1 den Pixelbereich 108c, wie in 7 gezeigt. Aus diesem Grund überlappt in 7 die versteckte Linie, die den Pixelbereich 108c angibt, die Grenze zwischen dem ersten Bereich 209a und dem zweiten Bereich 209b, so dass diese nicht dargestellt ist. Der zweite Bereich 209b ist zwischen dem umgebenden Bereich 108d und der Rückfläche 101b des elektrooptischen Kristalls 101 angeordnet.
Da gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Fläche des zweiten Bereichs 109b in einer Draufsicht größer ausgebildet sein kann, können der elektrooptische Kristall 101 und das CMOS-Substrat 108 fester miteinander verbunden werden. Darüber hinaus können der elektrooptische Kristall 101 und die erste Elektrode 103 fester miteinander verbunden werden.
[Dritte Ausführungsform]
Im Nachfolgenden wird ein räumlicher Lichtmodulator 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Es werden im Wesentlichen die Punkte beschrieben, die sich von der ersten Ausführungsform unterscheiden. Die Elemente oder Teile, die gleich sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen versehen und es wird auf eine ausführliche Beschreibung derselben verzichtet.
8 zeigt eine Querschnittsansicht, die den räumlichen Lichtmodulator 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Wie in 8 gezeigt, umfasst der reflektierende räumliche Lichtmodulator 300 den elektrooptischen Kristall 101, die Lichteingabe-/Lichtausgabeeinheit 102, eine Lichtreflexionseinheit 307 und die Treiberschaltung 110. Das CMOS-Substrat 108, das die Lichtreflexionseinheit 107 bildet, ist an dem Substrat 112 befestigt.
Die Lichtreflexionseinheit 307 umfasst das CMOS-Substrat 108, die Haftschicht 109, mehrere dritte Elektroden 308 und mehrere Höcker 309. Das CMOS-Substrat 108 ist am Substrat 112 befestigt. Die mehreren dritten Elektroden 308 sind auf der Seite der Rückfläche 101b Seite des elektrooptischen Kristalls 101 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist, ähnlich wie die mehreren zweiten Elektroden 108a, die Haftschicht 109, die auf der Rückfläche 101b ausgebildet ist, zweidimensional angeordnet. In diesem Fall kann die Haftschicht 109 aus dem gleichen Material wie der erste Bereich 109a gebildet sein. Die dritten Elektroden 308 können das Eingangslicht L1, das sich im Inneren des elektrooptischen Kristalls 101 ausbreitet, in Richtung der Lichteingabe-/Lichtausgabeeinheit 102 reflektieren. Beispielsweise sind die dritten Elektroden 308 Metallelektroden und können aus Aluminium oder dergleichen gebildet sein. In der vorliegenden Ausführungsform sind die mehreren dritten Elektroden 308, die in einer Draufsicht eine rechteckige Form aufweisen, in Übereinstimmung mit den zweiten Elektroden 108a zweidimensional angeordnet. Die mehreren zweiten Elektroden 108a und die mehreren dritten Elektroden 308 sind einander zugewandt. Die dritten Elektroden 308 können auf einer Oberfläche der Haftschicht 109 auf einer Seite gegenüber dem elektrooptischen Kristall 101 durch Aufdampfen von Aluminium oder dergleichen unter Verwendung einer Maskenstruktur gebildet werden.
Die mehreren Höcker 309 sind in der gleichen Anzahl wie die zweiten Elektroden 108a und die dritten Elektroden 308 vorgesehen. Die mehreren Höcker 309 verbinden die mehreren zweiten Elektroden 108a und die mehreren dritten Elektroden, die diesen zweiten Elektroden 108a in einer Eins-zu-Eins-Übereinstimmung entsprechen elektrisch. Beispielsweise können die Höcker 309 aus Gold (Au), einem Lötmaterial oder dergleichen gebildet sein. Zwischen der Haftschicht 109 und dem CMOS-Substrat 108 kann ein Zwischenraum zwischen benachbarten Höckern 309 und ein Zwischenraum zwischen benachbarten dritten Elektroden 308 als Spalt ausgebildet sein, oder mit einer isolierenden Substanz gefüllt sein.
Wenn gemäß dieser Konfiguration ein elektrisches Feld an den elektrooptischen Kristall angelegt wird, kann ein elektrisches Feld individuell an die mehreren dritten Elektroden angelegt werden. Da darüber hinaus die Haftschicht 109 in einer zweidimensionalen Art und Weise angeordnet ist, kann ein Einfluss durch benachbarte Pixel verringert werden. Somit kann ein Mischen von elektrischen Signalen, die in die mehreren Elektroden eingegeben werden, begrenzt und dadurch die Modulationsgenauigkeit stabilisiert werden.
[Vierte Ausführungsform]
Im Nachfolgenden wird ein räumlicher Lichtmodulator 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Es werden im Wesentlichen die Punkte beschrieben, die sich von der ersten Ausführungsform unterscheiden. Die Elemente oder Teile, die gleich sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen versehen und es wird auf eine wiederholte Beschreibung derselben verzichtet.
9 zeigt eine Querschnittsansicht des räumlichen Lichtmodulators 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie in 9 gezeigt, umfasst der reflektierende räumliche Lichtmodulator 400 den elektrooptischen Kristall 101, eine Lichteingabe-/Lichtausgabeeinheit 402, die Lichtreflexionseinheit 107 und die Treiberschaltung 110. Das CMOS-Substrat 108, das die Lichtreflexionseinheit 107 bildet, ist am Substrat 112 befestigt.
Die Lichteingabe-/Lichtausgabeeinheit 402 ist aus der ersten Elektrode 103 und der Haftschicht 119 gebildet. Das heißt, die Lichteingabe-/Lichtausgabeeinheit 402 weist nicht das transparente Substrat 104, die transparente Elektrode 105 und die Haftschicht 106 auf. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Treiberschaltung 110 mit der ersten Elektrode 103 und dem CMOS-Substrat 108 verbunden. Beispielsweise kann die erste Elektrode 103 durch Aufdampfen von ITO mit Bezug auf die gehärtete Haftschicht 119, die mit der Eingangsfläche 101a des elektrooptischen Kristalls 101 verbunden ist, gebildet werden. In dieser Konfiguration ist die Haftschicht 119 nicht zur Haftvermittlung zwischen dem elektrooptischen Kristall 101 und der ersten Elektrode 103 angeordnet, sondern dient im Wesentlichen dazu, die Ladungsinjektion in den elektrooptischen Kristall 101 von der ersten Elektrode 103 zu begrenzen. Aus diesem Grund umfasst die Haftschicht 119, die im Beispiel gezeigt ist, den ersten Bereich 119a und den zweiten Bereich 119b. Beispielsweise kann der zweite Bereich 119b eine ähnliche Zusammensetzung wie die Zusammensetzung des ersten Bereichs 119a aufweisen.
[Fünfte Ausführungsform]
Im Nachfolgenden wird ein räumlicher Lichtmodulator 500 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Es werden im Wesentlichen die Punkte beschrieben, die sich von der ersten Ausführungsform unterscheiden. Die Elemente oder Teile, die gleich sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und es wird auf eine ausführliche Beschreibung derselben verzichtet.
10 zeigt eine Querschnittsansicht des räumlichen Lichtmodulators 500 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie in 10 gezeigt, umfasst der reflektierende räumliche Lichtmodulator 500 den elektrooptischen Kristall 101, die Lichteingabe-/Lichtausgabeeinheit 202, eine Lichtreflexionseinheit 507 und die Treiberschaltung 110.
Die Lichtreflexionseinheit 507 umfasst das CMOS-Substrat 108, die Haftschicht 109 und Hilfselektroden (vierte Elektroden) 509. Das CMOS-Substrat 108 ist am Substrat 112 befestigt. Es sind mehrere Hilfselektroden 509 auf der Rückfläche 101b des elektrooptischen Kristalls 101 vorgesehen. Die Hilfselektroden 509 dienen als ein Spiegel, der das Eingangslicht L1, das sich innerhalb des elektrooptischen Kristalls 101 ausbreitet, in Richtung der Lichteingabe-/Lichtausgabeeinheit 102 reflektiert. Beispielsweise sind die Hilfselektroden 509 Metallelektroden und können aus Aluminium oder dergleichen gebildet sein. Ähnlich wie die zweiten Elektroden 108a, die auf dem CMOS-Substrat 108 ausgebildet sind, sind die Hilfselektroden 509 in einer zweidimensionalen Art und Weise angeordnet. Das heißt, die Hilfselektroden 509 und die zweiten Elektroden 108a sind in einer Eins-zu-Eins-Beziehung einander zugewandt.
Die mehreren Hilfselektroden 509 sind auf der Seite der Rückfläche 101b des elektrooptischen Kristalls 101 derart angeordnet, dass sie den mehreren zweiten Elektroden 108a zugewandt sind. Die Hilfselektroden 509 sind in einem elektrostatischen Feld angeordnet, das durch die erste Elektrode 103 des elektrooptischen Kristalls 101 auf der Seite der Eingangsfläche 101a und den zweiten Elektroden 108a gebildet wird. Aus diesem Grund wird ein elektrostatisches Feld zwischen der ersten Elektrode 103 und den Hilfselektroden 509 sowie zwischen den Hilfselektroden 509 und den zweiten Elektroden 108a aufgrund elektrostatischer Induktion erzeugt. Das heißt, die Hilfselektroden 509 dienen als elektrostatische Linsen, um eine Ausbreitung eines elektrischen Signals, das als eine elektrische Kraftlinie übertragen wird, zu verhindern. Dementsprechend kann in der Haftschicht 109 und dem elektrooptischen Kristall 101 eine Ausbreitung eines elektrischen Signals (das heißt, einer elektrischen Kraftlinie), die von der Treiberschaltung 110 eingegeben wird, stark begrenzt werden. Somit kann eine Vermischung elektrischer Eingangssignale weiter verringert werden, wodurch die Modulationsgenauigkeit bei höherer Auflösung stabiler wird.
Zuvor wurden die Ausführungsformen ausführlich mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Jedoch sind bestimmte Konfigurationen nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.
Beispielsweise wurde in den vorstehenden Ausführungsformen die optische Beobachtungsvorrichtung 1A, die einen räumlichen Lichtmodulator aufweist, beispielhaft dargestellt, wobei jedoch die Ausführungsformen nicht darauf beschränkt sind. Beispielsweise kann der räumliche Lichtmodulator 100 in einer Lichtbestrahlungsvorrichtung 1B montiert werden. 11 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Lichtbestrahlungsvorrichtung darstellt. Die Lichtbestrahlungsvorrichtung 1B weist die Lichtquelle 10, die Sammellinse 11, das Polarisationselement 12, den Polarisationsstrahlteiler 13, den räumlichen Lichtmodulator 100, das erste optische System 14 und die Steuereinheit 19, die den Computer 20 und die Steuerung 21 aufweist, auf. Gemäß dieser Konfiguration wird die Probe S mit dem Modulationslicht L2, das aus dem räumlichen Lichtmodulator 100 ausgegeben wird, durch das erste optische System 14 bestrahlt. Unter Verwendung des räumlichen Lichtmodulators 100 kann 1) eine Position einer Bestrahlungsstelle begrenzt, 2) die Position der Bestrahlungsstelle bewegt, 3) mehrere Bestrahlungsstellen gleichzeitig gebildet und 4) eine Phase des Bestrahlungslichts gesteuert werden.
Darüber hinaus ist in der fünften Ausführungsform eine Konfiguration gezeigt, bei der die Hilfselektroden 509, die aus einem Metall gebildet sind, das Eingangslicht L1 reflektieren, wobei diese Ausführungsform jedoch nicht darauf beschränkt ist. Beispielsweise können die Hilfselektroden 509 transparente Elektroden sein, oder sie können aus einem transparenten Film, wie ITO, gebildet sein. In diesem Fall kann das Eingangslicht L1 durch die Hilfselektroden übertragen und durch die zweiten Elektroden 108a reflektiert werden.
Darüber hinaus können die Konfigurationen der obigen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, es sei denn, es besteht ein besonderer Widerspruch oder ein besonderes Problem. In der Haftschicht 109 und der Haftschicht 119, die in der dritten Ausführungsform bis fünften Ausführungsform gezeigt sind, ist die Grenze zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich auf der Seite außerhalb der Kante der Grenze zwischen dem Pixelbereich 108c und umgebenden Bereich 108d vorgesehen. Beispielsweise können die Haftschicht 109 und die Haftschicht 119 eine Konfiguration aufweisen, bei der die Grenze zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich mit der Grenze zwischen dem Pixelbereich 108c und dem umgebenden Bereich 108d zusammenfallen.
Darüber hinaus wurde ein Beispiel beschrieben, in dem der erste Bereich 109a auf der gesamten Fläche des ersten Bereichs ausgebildet ist, wobei jedoch die Ausführungsformen nicht darauf beschränkt sind. Beispielsweise kann der erste Bereich 109a in einer gleichen zweidimensionalen Weise wie die zweiten Elektroden 108a angeordnet werden.
Bezugszeichenliste

1A: Optische Beobachtungsvorrichtung
1B: Lichtbestrahlungsvorrichtung
100: Räumlicher Lichtmodulator (reflektierender räumlicher Lichtmodulator)
101: Elektrooptischer Kristall
101a: Eingangsfläche
101b: Rückfläche
102: Lichteingabe-/Lichtausgabeeinheit
103: Erste Elektrode
107: Lichtreflexionsteil
108: CMOS-Substrat (Substrat)
108a: Zweite Elektrode
109: Haftschicht
110: Treiberschaltung
509: Hilfselektrode (dritte Elektrode)
L1: Eingangslicht
L2: Modulationslicht
1A: Optische Beobachtungsvorrichtung
1B: Lichtbestrahlungsvorrichtung

Claims

Reflektierender räumlicher Lichtmodulator, der Eingangslicht moduliert und moduliertes Modulationslicht ausgibt, wobei der reflektierende räumliche Lichtmodulator umfasst: einen elektrooptischen Kristall vom Perowskit-Typ mit einer Eingangsfläche, in die das Eingangslicht eingegeben wird, und einer der Eingangsfläche gegenüberliegenden Rückfläche, und mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von 1.000 oder höher; eine Lichteingabe-/Lichtausgabeeinheit, die auf der Eingangsfläche des elektrooptischen Kristalls angeordnet ist und eine erste Elektrode aufweist, durch die das Eingangslicht übertragen wird; eine Lichtreflexionseinheit mit einem Substrat, auf dem mehrere zweite Elektroden angeordnet sind, die auf der Rückfläche des elektrooptischen Kristalls angeordnet sind und das Eingangslicht zu der Lichteingabe-/Lichtausgabeeinheit reflektieren; und eine Treiberschaltung, die ein elektrisches Feld zwischen der ersten Elektrode und den mehreren zweiten Elektroden anlegt, wobei die Lichteingabe-/Lichtausgabeeinheit eine erste Ladungsinjektions-Begrenzungsschicht enthält, die auf der Eingabefläche gebildet ist, und die erste Ladungsinjektions-Begrenzungsschicht ein dielektrisches Material in einem ausgehärteten Produkt aufweist, das aus einem nichtleitenden Klebstoffmaterial hergestellt ist, so dass die Ladungsinjektion in den elektrooptischen Kristall von der ersten Elektrode begrenzt wird, und wobei die Lichtreflexionseinheit eine zweite Ladungsinjektions-Begrenzungsschicht enthält, die auf der Rückfläche ausgebildet ist, und die zweite Ladungsinjektions-Begrenzungsschicht ein dielektrisches Material in einem ausgehärteten Produkt aufweist, das aus einem nichtleitenden Klebstoffmaterial hergestellt ist, so dass die Ladungsinjektion in den elektrooptischen Kristall von den mehreren zweiten Elektroden begrenzt wird.
Reflektierender räumlicher Lichtmodulator nach Anspruch 1, wobei die Lichtreflexionseinheit ferner umfasst mehrere dritte Elektroden, die auf einer Oberfläche der zweiten Ladungsinjektions-Begrenzungsschicht auf einer Seite gegenüber der Rückfläche ausgebildet sind und den mehreren der jeweiligen zweiten Elektroden entsprechen, und mehrere Höcker, die so angeordnet sind, dass die mehreren zweiten Elektroden und die mehreren dritten Elektroden, die den mehreren zweiten Elektroden entsprechen, elektrisch miteinander verbunden sind.
Reflektierender räumlicher Lichtmodulator nach Anspruch 1, wobei das Substrat einen Pixelbereich, in dem die mehreren zweiten Elektroden angeordnet sind, und einen den Pixelbereich umgebenden Bereich aufweist, wobei die zweite Ladungsinjektions-Begrenzungsschicht einen ersten Bereich, der dem Pixelbereich zugewandt ist, und einen zweiten Bereich, der den ersten Bereich umgibt, aufweist, und wobei ein Anteil des dielektrischen Materials in dem zweiten Bereich niedriger ist als ein Anteil des dielektrischen Materials in dem ersten Bereich.
Reflektierender räumlicher Lichtmodulator nach Anspruch 3, wobei eine Grenze zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich in Eingangsrichtung des Eingangslichts mit einer Grenze zwischen dem Pixelbereich und dem umgebenden Bereich zusammenfällt.
Reflektierender räumlicher Lichtmodulator nach Anspruch 3, wobei eine Grenze zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich in Eingangsrichtung des Eingangslichts auf einer Seite außerhalb einer Kante einer Grenze zwischen dem Pixelbereich und dem umgebenden Bereich positioniert ist.
Reflektierender räumlicher Lichtmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Lichteingabe-/Lichtausgabeeinheit ferner ein transparentes Substrat mit einer ersten Oberfläche, in die das Eingangslicht eingegeben wird, und einer zweiten Oberfläche, die als eine Oberfläche auf einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden Seite dient, aufweist, und die erste Elektrode auf der zweiten Oberfläche des transparenten Substrats angeordnet ist.
Reflektierender räumlicher Lichtmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei, wenn die relative Dielektrizitätskonstante des elektrooptischen Kristalls ε_xtl ist, eine Dicke des elektrooptischen Kristalls von der Eingangsoberfläche zur Rückfläche d_xtl ist, eine Summe der Dicken der ersten Ladungsinjektions-Begrenzungsschicht und der zweiten Ladungsinjektions-Begrenzungsschicht dad ist, und ein Verhältnis V_xtl/V_smax von V_xtl, das eine an den elektrooptischen Kristall angelegte Spannung angibt, um das Modulationslicht auszugeben, das durch Modulation einer Phase des Eingangslichts durch 2π rad bis Vsmax erhalten wird, das eine maximale Spannung einer von der Treiberschaltung erzeugten Anlegespannung angibt, R_s ist, wird eine relative Dielektrizitätskonstante ε_ad der ersten Ladungsinjektions-Begrenzungsschicht und der zweiten Ladungsinjektions-Begrenzungsschicht einschließlich des dielektrischen Materials durch den Ausdruck (1) angegeben. [Formel 1] $ε_{a d} > (\frac{ε_{x t l} \cdot R_{s}}{d_{x t l} \cdot (1 - R_{s})}) \cdot d_{a d}$
Reflektierender räumlicher Lichtmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste Elektrode auf der gesamten Oberfläche der Eingabefläche ausgebildet ist.
Reflektierender räumlicher Lichtmodulator nach Anspruch 1, wobei die Lichtreflexionseinheit ferner mehrere vierte Elektroden aufweist, die auf der Rückfläche des elektrooptischen Kristalls so angeordnet sind, dass sie den mehreren zweiten Elektroden gegenüberliegen.
Reflektierender räumlicher Lichtmodulator nach Anspruch 9, wobei in der Lichtreflexionseinheit das Eingangslicht von den mehreren vierten Elektroden reflektiert wird.
Reflektierender räumlicher Lichtmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei in der Lichtreflexionseinheit das Eingangslicht durch die mehreren zweiten Elektroden reflektiert wird.
Reflektierender räumlicher Lichtmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der elektrooptische Kristall ein KTa_1-xNb_xO₃-Kristall (0≤x≤1, KTN), ein K_1-yLi_yTa_1-xNb_xO₃-Kristall (0≤x≤1 und 0<y<1, KLTN) oder ein PLZT-Kristall ist.
Reflektierender räumlicher Lichtmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner umfassend: ein Temperatursteuerelement zur Steuerung einer Temperatur des elektrooptischen Kristalls.
Optische Beobachtungsvorrichtung, umfassend: eine Lichtquelle, die das Eingangslicht ausgibt; den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 13; ein optisches System, das ein Ziel mit Modulationslicht bestrahlt, das von dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator ausgegeben wird; und einen Fotodetektor, der die Lichtausgabe vom Messobjekt erfasst.
Lichtbestrahlungsvorrichtung, umfassend: eine Lichtquelle, die das Eingangslicht ausgibt; den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 13; und ein optisches System, das ein Ziel mit Modulationslicht bestrahlt, das von dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator ausgegeben wird.