JP2000310757A - 内部反射型空間変調器 - Google Patents
内部反射型空間変調器Info
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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- G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
- G02F1/315—Digital deflection, i.e. optical switching based on the use of controlled internal reflection
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高光度光ビームを用いて印刷するのに好適な
変調器を提供する。 【解決手段】 変調器は透明な結晶基板４７と、結晶基
板４７の表面の上に形成されたパターン化バッファ層を
備える。電極アレイの形成は、電極アレイの各電極４０
ａ，４０ｂ，４０ｃがパターン化バッファ層の各バッフ
ァ部４１ａ，４１ｂ，４１ｃの直上にパターン化される
ように行われる。本発明の更なる機能では、結晶基板４
７の形成は、対向する高光度レーザ光通過端面が傾斜角
を成すように行われ、基板４７には反射防止コーティン
グ９０が被覆されるように行うことができる。透明で、
電気絶縁性のオーバーコート５０が電極４０の上に被覆
される。
変調器を提供する。 【解決手段】 変調器は透明な結晶基板４７と、結晶基
板４７の表面の上に形成されたパターン化バッファ層を
備える。電極アレイの形成は、電極アレイの各電極４０
ａ，４０ｂ，４０ｃがパターン化バッファ層の各バッフ
ァ部４１ａ，４１ｂ，４１ｃの直上にパターン化される
ように行われる。本発明の更なる機能では、結晶基板４
７の形成は、対向する高光度レーザ光通過端面が傾斜角
を成すように行われ、基板４７には反射防止コーティン
グ９０が被覆されるように行うことができる。透明で、
電気絶縁性のオーバーコート５０が電極４０の上に被覆
される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高出力レーザビー
ム光を変調できる空間光変調器に関する。本発明の空間
光変調器は、交互配置された格子電極構造を用いる全内
反射空間光変調器である。
ム光を変調できる空間光変調器に関する。本発明の空間
光変調器は、交互配置された格子電極構造を用いる全内
反射空間光変調器である。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】高強度光
ビームの空間光変調器には、多岐にわたる用途がある。
特に商用印刷向けの用途では、出力２０Ｗ範囲のレーザ
光バーが珍しくない。これらのレーザ光バーを高出力光
源として連続波（ＣＷ）モードで用いる場合は、光の高
強度ビームを非常に多数の分離したピクセルに変調する
手段が必要である。これらの高強度レーザ光バーの波長
範囲は０．８μｍ〜１μｍが普通である。
ビームの空間光変調器には、多岐にわたる用途がある。
特に商用印刷向けの用途では、出力２０Ｗ範囲のレーザ
光バーが珍しくない。これらのレーザ光バーを高出力光
源として連続波（ＣＷ）モードで用いる場合は、光の高
強度ビームを非常に多数の分離したピクセルに変調する
手段が必要である。これらの高強度レーザ光バーの波長
範囲は０．８μｍ〜１μｍが普通である。
【０００３】米国特許第４，２８１，９０４号には、全
内反射（ＴＩＲ）を用いて可視Ｈｅ−Ｎｅレーザビーム
を変調することが開示されている。米国特許第４，２８
１，９０４号では、絞りを主に出力光学系に用いて零次
のビームを阻止し、一次回折光を媒体に結像して低い総
括可視光レベルに対して１００対１の変調コントラスト
を得ている。米国特許第４，２８１，９０４号の装置に
印加される電圧は、入射光を効率的に一次ビームへ回折
する結晶に必要な屈折率変化の量に相当する。基本モー
ドから一次モードへと変えるその回折によって、２０ｄ
Ｂという大きなコントラストが生じる。しかし残念なこ
とにこの装置では、光（すなわち、無回折の光と高次回
折の光）が浪費され、光像にヌル点（光が回折されない
点）がある。他の特許、例えば、米国特許第４，６７
３，９５３号では、「ヌル点がない」デバイスを製造す
るのに複雑なスキームを用いている。これらの複雑なス
キームは、ヌル点を除くために余分な光学系を用いてい
る。
内反射（ＴＩＲ）を用いて可視Ｈｅ−Ｎｅレーザビーム
を変調することが開示されている。米国特許第４，２８
１，９０４号では、絞りを主に出力光学系に用いて零次
のビームを阻止し、一次回折光を媒体に結像して低い総
括可視光レベルに対して１００対１の変調コントラスト
を得ている。米国特許第４，２８１，９０４号の装置に
印加される電圧は、入射光を効率的に一次ビームへ回折
する結晶に必要な屈折率変化の量に相当する。基本モー
ドから一次モードへと変えるその回折によって、２０ｄ
Ｂという大きなコントラストが生じる。しかし残念なこ
とにこの装置では、光（すなわち、無回折の光と高次回
折の光）が浪費され、光像にヌル点（光が回折されない
点）がある。他の特許、例えば、米国特許第４，６７
３，９５３号では、「ヌル点がない」デバイスを製造す
るのに複雑なスキームを用いている。これらの複雑なス
キームは、ヌル点を除くために余分な光学系を用いてい
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の内部反射
型空間変調器は、結晶基板と、前記結晶基板の支持表面
上に形成されたバッファ部を有するパターン化バッファ
層と、複数の電極を有する電極アレイと、を備え、前記
電極アレイが前記パターン化バッファ層に基づいてパタ
ーン化され、前記電極アレイの各電極が前記パターン化
バッファ層の各バッファ層の上に配置されることを特徴
とする。
型空間変調器は、結晶基板と、前記結晶基板の支持表面
上に形成されたバッファ部を有するパターン化バッファ
層と、複数の電極を有する電極アレイと、を備え、前記
電極アレイが前記パターン化バッファ層に基づいてパタ
ーン化され、前記電極アレイの各電極が前記パターン化
バッファ層の各バッファ層の上に配置されることを特徴
とする。
【０００５】本発明の第１の内部反射型空間変調器は、
高出力赤外線光源で得られた連続波光ビームを変調する
電気光学的内部反射タイプの変調器とすることができ
る。
高出力赤外線光源で得られた連続波光ビームを変調する
電気光学的内部反射タイプの変調器とすることができ
る。
【０００６】本発明の第１の内部反射型空間変調器で
は、前記結晶基板が、可視光線及びＩＲ波長にて透明
で、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸を含むものとすることができる。この
態様の内部反射型空間変調器では、前記電極アレイが、
前記結晶基板の軸に合わせて配向されているものとする
ことができる。
は、前記結晶基板が、可視光線及びＩＲ波長にて透明
で、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸を含むものとすることができる。この
態様の内部反射型空間変調器では、前記電極アレイが、
前記結晶基板の軸に合わせて配向されているものとする
ことができる。
【０００７】本発明の第１の内部反射型空間変調器で
は、変調器が、電気光学材料で形成されているものとす
ることができる。
は、変調器が、電気光学材料で形成されているものとす
ることができる。
【０００８】本発明の目的は、上記の欠点を克服する全
内反射変調器を提供することである。
内反射変調器を提供することである。
【０００９】本発明は、０．８３μｍのような赤外線波
長で極めて高出力の光を取り扱うことができる全内反射
光変調器の設計について記載する。本発明のデバイス
は、高出力レーザビーム光を変調し、ピクセル化するこ
とができる。ここで、光とは、スペクトルの可視光、赤
外線、近赤外線部分を称する。本発明の変調器として
は、光学バッファ層で光レベルから保護された格子電極
構造が用いられる。この変調器からの光は、スリットま
たはアパチャ（フーリエ面の絞りの代わりに）と組み合
わせたシュリーレン光学系で結像され、例えば、２５６
ピクセルの場合４：１を超えるコントラスト比が得られ
る。また、この変調器は、出力された結像光バーにヌル
点の問題を抱えていないので、ヌル点を抑制する工夫の
必要がない。グラフィックアート領域に用いられるよう
な妥当な閾値を有する印刷媒体は、そのような低コント
ラスト比を用いることができる。
長で極めて高出力の光を取り扱うことができる全内反射
光変調器の設計について記載する。本発明のデバイス
は、高出力レーザビーム光を変調し、ピクセル化するこ
とができる。ここで、光とは、スペクトルの可視光、赤
外線、近赤外線部分を称する。本発明の変調器として
は、光学バッファ層で光レベルから保護された格子電極
構造が用いられる。この変調器からの光は、スリットま
たはアパチャ（フーリエ面の絞りの代わりに）と組み合
わせたシュリーレン光学系で結像され、例えば、２５６
ピクセルの場合４：１を超えるコントラスト比が得られ
る。また、この変調器は、出力された結像光バーにヌル
点の問題を抱えていないので、ヌル点を抑制する工夫の
必要がない。グラフィックアート領域に用いられるよう
な妥当な閾値を有する印刷媒体は、そのような低コント
ラスト比を用いることができる。
【００１０】本発明では、電子光学結晶の最も上の面か
ら光が全内反射する時に光を回折する電極ピッチ（すな
わち、交互配置された電極格子ピッチ）は、次の二つの
制約条件： ａ）ピッチは、十分な電界深さを維持し、光界と十分な
相互作用が可能になるように十分な大きさにしなければ
ならないという条件と、 ｂ）ピッチは、操作電圧（普通は半波長電圧）が１００
ボルト以上となるような大きさであってはならないとい
う条件と、から決定される。
ら光が全内反射する時に光を回折する電極ピッチ（すな
わち、交互配置された電極格子ピッチ）は、次の二つの
制約条件： ａ）ピッチは、十分な電界深さを維持し、光界と十分な
相互作用が可能になるように十分な大きさにしなければ
ならないという条件と、 ｂ）ピッチは、操作電圧（普通は半波長電圧）が１００
ボルト以上となるような大きさであってはならないとい
う条件と、から決定される。
【００１１】ピッチの決定は、中心間距離１０μｍ〜３
０μｍのピッチを有する試験用変調器を用いて格子構造
のデュティサイクル(duty cycle)を修正しながら行っ
た。１０μｍ幅電極では、所要のコントラストが得られ
ず、３０μｍパターンの方は良好なコントラストが得ら
れたけれども操作電圧が極端に高かった。
０μｍのピッチを有する試験用変調器を用いて格子構造
のデュティサイクル(duty cycle)を修正しながら行っ
た。１０μｍ幅電極では、所要のコントラストが得られ
ず、３０μｍパターンの方は良好なコントラストが得ら
れたけれども操作電圧が極端に高かった。
【００１２】同時に、電気光学結晶表面内の電界の突抜
深さを、電極ピッチ、電極幅、印加電圧の関数として数
式で表す解法も試みた。この検討の結果を、格子相内の
光学相互作用の有限要素評価と組み合わせて、電極で誘
起される電気光学格子構造のコントラスト、相互作用長
さ、伝達、再構成性質を推算した。この結論として、十
分に高い光学コントラストを得るには電極ピッチを１５
μｍ超とする必要があるということが分かった。従っ
て、１５〜２０μｍ範囲が好ましい電極ピッチである。
深さを、電極ピッチ、電極幅、印加電圧の関数として数
式で表す解法も試みた。この検討の結果を、格子相内の
光学相互作用の有限要素評価と組み合わせて、電極で誘
起される電気光学格子構造のコントラスト、相互作用長
さ、伝達、再構成性質を推算した。この結論として、十
分に高い光学コントラストを得るには電極ピッチを１５
μｍ超とする必要があるということが分かった。従っ
て、１５〜２０μｍ範囲が好ましい電極ピッチである。
【００１３】本発明は、結晶基板と、結晶基板表面にバ
ッファ堆積部が形成されたパターン化バッファ層と、複
数の電極から構成される電極アレイとを備えることを特
徴とする内反射タイプの空間光変調器に関する。前記電
極アレイは、パターン化バッファ層に基づいてパターン
化され、電極アレイの各電極がパターン化バッファ層の
各バッファ部の上に重ね合わせて配置される。
ッファ堆積部が形成されたパターン化バッファ層と、複
数の電極から構成される電極アレイとを備えることを特
徴とする内反射タイプの空間光変調器に関する。前記電
極アレイは、パターン化バッファ層に基づいてパターン
化され、電極アレイの各電極がパターン化バッファ層の
各バッファ部の上に重ね合わせて配置される。
【００１４】本発明は更に、角度をもって対向する端面
を有する結晶基板と、前記結晶基板の表面上に堆積され
たパターン化バッファ層と、前記パターン化バッファ層
の上に重ね合わせて配置された電極アレイとを備える内
反射タイプの変調器に関する。
を有する結晶基板と、前記結晶基板の表面上に堆積され
たパターン化バッファ層と、前記パターン化バッファ層
の上に重ね合わせて配置された電極アレイとを備える内
反射タイプの変調器に関する。
【００１５】本発明は、プリンタアセンブリにも関す
る。このプリンタアセンブリは光源と光源からの光を変
調する内反射タイプ変調器とを更に備える。この変調器
は結晶基板と結晶基板の上に堆積されたパターン化バッ
ファ層とを備える。内反射タイプのこの変調器は、パタ
ーン化バッファ層のバッファ堆積部の上に正確に配置さ
れた電極を更に備え、各電極が各バッファ層の上に重ね
合わされて配置されるようになっている。このプリンタ
は、変調器からの光をプリント媒体の上に結像する光学
系アセンブリを更に備える。
る。このプリンタアセンブリは光源と光源からの光を変
調する内反射タイプ変調器とを更に備える。この変調器
は結晶基板と結晶基板の上に堆積されたパターン化バッ
ファ層とを備える。内反射タイプのこの変調器は、パタ
ーン化バッファ層のバッファ堆積部の上に正確に配置さ
れた電極を更に備え、各電極が各バッファ層の上に重ね
合わされて配置されるようになっている。このプリンタ
は、変調器からの光をプリント媒体の上に結像する光学
系アセンブリを更に備える。
【００１６】本発明はまた、高光度赤外線光源で得られ
た連続波（ＣＷ）光ビームを変調する方法にも関する。
この方法は、バッファ部を有するパターン化バッファ層
を結晶基板の表面上に堆積するステップと、前記パター
ン化バッファ層の上に電極アレイを配置して電極アレイ
の各電極がパターン化バッファ層のバッファ部へ重ね合
わせて配置するステップとを含むことを特徴とする。
た連続波（ＣＷ）光ビームを変調する方法にも関する。
この方法は、バッファ部を有するパターン化バッファ層
を結晶基板の表面上に堆積するステップと、前記パター
ン化バッファ層の上に電極アレイを配置して電極アレイ
の各電極がパターン化バッファ層のバッファ部へ重ね合
わせて配置するステップとを含むことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】さて、図を参照する。以下の図で
は、同じ参照数字は同じもの、あるいは対応する部品を
示す。図１は、３個の「ホット」電極２０ａ〜２０ｃと
４個の接地電極２３ａ〜２３ｄから構成される一個の回
折ピクセルを概略的に示す。電極に電圧を印加した時に
得られる近似的な位相シフトは、図２に示される。交互
配置された格子電極構造内にピクセルを規定するため
に、交互配置された格子電極構造の領域を一枚の電気パ
ッドに貼着する。適切な回折効率を得るには、電極パタ
ーンの完全な繰り返しが三つあるのが好ましい。従っ
て、最初ピクセルサイズは１２０μｍとなる。すなわ
ち、図１に示されるように、接地電極４個の間に電圧を
印加する電極３個を配置したものとなる。単位ピクセル
当たり電圧を印加する電極４個に接地電極５個（すなわ
ち、１６０μｍのピクセル）も使用可能であるが、この
場合２５６個のピクセルの変調器は結晶幅が３０．７２
ｍｍから４０．９８ｍｍへと拡大してしまう。これは、
電気光学結晶使用占有面積の顕著な増大となり、視野が
それだけ広い大きな光学系が必要となる。
は、同じ参照数字は同じもの、あるいは対応する部品を
示す。図１は、３個の「ホット」電極２０ａ〜２０ｃと
４個の接地電極２３ａ〜２３ｄから構成される一個の回
折ピクセルを概略的に示す。電極に電圧を印加した時に
得られる近似的な位相シフトは、図２に示される。交互
配置された格子電極構造内にピクセルを規定するため
に、交互配置された格子電極構造の領域を一枚の電気パ
ッドに貼着する。適切な回折効率を得るには、電極パタ
ーンの完全な繰り返しが三つあるのが好ましい。従っ
て、最初ピクセルサイズは１２０μｍとなる。すなわ
ち、図１に示されるように、接地電極４個の間に電圧を
印加する電極３個を配置したものとなる。単位ピクセル
当たり電圧を印加する電極４個に接地電極５個（すなわ
ち、１６０μｍのピクセル）も使用可能であるが、この
場合２５６個のピクセルの変調器は結晶幅が３０．７２
ｍｍから４０．９８ｍｍへと拡大してしまう。これは、
電気光学結晶使用占有面積の顕著な増大となり、視野が
それだけ広い大きな光学系が必要となる。
【００１８】前述の設計品の一つは、２５６個のピクセ
ルを有するので、幅は２５６×１２０μｍ＝３０．７２
ｍｍであった。この場合に用いた電気光学材料はニオブ
酸リチウムであった。このような大きな電極構造品に電
気接点を取り付けるには（接点パッドが幅約０．０２５
ｍｍ（５ミル）、間隙約０．０２５ｍｍ（５ミル）が普
通とすれば）、この構造品を貼り着ける結晶は、（電極
構造に直角に）３３ｍｍで、長さが３８ｍｍでなければ
ならない。これは、アクティブ電極／格子構造の長さが
５ｍｍで、電極パッドが３〜５ｍｍの長さの電極幅の外
側に配置されるということを仮定している。結晶の配向
は、電極からの電界が主として結晶軸に沿って掛けら
れ、電気光学効果が最大になるようにされる。ニオブ酸
リチウムやタンタル酸リチウムのような典型的電気光学
結晶では、その軸はＣ−軸かＺ−軸なので、どのような
結晶配向も、伝搬軸がＺ−軸でない限り、かつ電極を結
晶表面に貼付してＣ−軸電気光学効果を利用できる限
り、用いることができる。光ビームは、掛けられた電界
と光相互作用距離として認識される限定域で相互作用が
あるので、パターン化された電極長さは、伝搬軸に沿っ
て有効光相互作用距離を超えさせることができる。ＴＩ
Ｒ変調器の高輝度電界が主な原因で、電極長さは相互作
用長さを決めるために特製する必要はない。むしろ、相
互作用長さは光学設計の制約因子として考えることがで
きる。長い電極を用いることが出来れば、デザインとプ
ロセッシングが容易となるばかりでなく、電極端におけ
る電極間端部電界を光相互作用域から実質的に離すこと
が確実になる。
ルを有するので、幅は２５６×１２０μｍ＝３０．７２
ｍｍであった。この場合に用いた電気光学材料はニオブ
酸リチウムであった。このような大きな電極構造品に電
気接点を取り付けるには（接点パッドが幅約０．０２５
ｍｍ（５ミル）、間隙約０．０２５ｍｍ（５ミル）が普
通とすれば）、この構造品を貼り着ける結晶は、（電極
構造に直角に）３３ｍｍで、長さが３８ｍｍでなければ
ならない。これは、アクティブ電極／格子構造の長さが
５ｍｍで、電極パッドが３〜５ｍｍの長さの電極幅の外
側に配置されるということを仮定している。結晶の配向
は、電極からの電界が主として結晶軸に沿って掛けら
れ、電気光学効果が最大になるようにされる。ニオブ酸
リチウムやタンタル酸リチウムのような典型的電気光学
結晶では、その軸はＣ−軸かＺ−軸なので、どのような
結晶配向も、伝搬軸がＺ−軸でない限り、かつ電極を結
晶表面に貼付してＣ−軸電気光学効果を利用できる限
り、用いることができる。光ビームは、掛けられた電界
と光相互作用距離として認識される限定域で相互作用が
あるので、パターン化された電極長さは、伝搬軸に沿っ
て有効光相互作用距離を超えさせることができる。ＴＩ
Ｒ変調器の高輝度電界が主な原因で、電極長さは相互作
用長さを決めるために特製する必要はない。むしろ、相
互作用長さは光学設計の制約因子として考えることがで
きる。長い電極を用いることが出来れば、デザインとプ
ロセッシングが容易となるばかりでなく、電極端におけ
る電極間端部電界を光相互作用域から実質的に離すこと
が確実になる。
【００１９】電極構造は、図３，図４，図５に詳細に示
すことができる。図３は、全部で２５６個のアクティブ
ピクセルと蛇状電極構造２５との概略を、光学結晶２７
の側面と共に示す。電極構造２５は、交互配置された格
子電極域２９を更に備える。図４は、図１の電極域２９
の拡大詳細図である。図４に示されるように接地電極３
１は、ピクセル４個毎に約２個所でアクセスされ、連続
性が保たれる。２５６個のピクセルの各々が個別にアド
レスされる一方、迂曲する接地結線が接地電極３１から
の結線と連続し、中央の接地母線に出ていくのは、図３
と４に見られる通りである。母線３３へ数多くの結線が
あるので、接地は電極全長に対して確実に連続となる。
図５は、図１に示される格子構造の詳細を示すと共にピ
クセル１個を３本の格子「ホット」リード線と接地結線
に接続する方法を更に図示する。図５の格子構造は、中
央に破線の曲線を示しているが、これは該構造が図示よ
りも実際には大きいことを示す。能動ピクセル幅、プロ
ファイル、位置は接地エレメントの固定位置で決定され
る。このアプローチはピクセル位置をラスタ処理するこ
とが出来なくなる一方で、マルチモードソースで用いる
時、ピクセル間ヌル点は滅多に存在しない。従って、ア
ドレスをラスタ処理する必要はなくなる。
すことができる。図３は、全部で２５６個のアクティブ
ピクセルと蛇状電極構造２５との概略を、光学結晶２７
の側面と共に示す。電極構造２５は、交互配置された格
子電極域２９を更に備える。図４は、図１の電極域２９
の拡大詳細図である。図４に示されるように接地電極３
１は、ピクセル４個毎に約２個所でアクセスされ、連続
性が保たれる。２５６個のピクセルの各々が個別にアド
レスされる一方、迂曲する接地結線が接地電極３１から
の結線と連続し、中央の接地母線に出ていくのは、図３
と４に見られる通りである。母線３３へ数多くの結線が
あるので、接地は電極全長に対して確実に連続となる。
図５は、図１に示される格子構造の詳細を示すと共にピ
クセル１個を３本の格子「ホット」リード線と接地結線
に接続する方法を更に図示する。図５の格子構造は、中
央に破線の曲線を示しているが、これは該構造が図示よ
りも実際には大きいことを示す。能動ピクセル幅、プロ
ファイル、位置は接地エレメントの固定位置で決定され
る。このアプローチはピクセル位置をラスタ処理するこ
とが出来なくなる一方で、マルチモードソースで用いる
時、ピクセル間ヌル点は滅多に存在しない。従って、ア
ドレスをラスタ処理する必要はなくなる。
【００２０】図６は従来の連続接地格子電極構造を示
す。この構造では、電極は電気光学結晶３８上に堆積さ
れた連続バッファ層３９上に取り付けられる。ニオブ酸
リチウムのような電気光学的結晶が抱える問題の一つ
は、電極バッファ／結晶界面３６（例えば、堆積ＳｉＯ
2から生じ得る）下の電荷トラップによって引き起こさ
れるドリフトである。この問題は、図７の不連続バッフ
ァ構造に示されるように、電極構造の直下だけに堆積さ
れたバッファ材料で電極構造を製作することによって克
服された。より具体的に言えば、図６に示されるよう
に、電荷４５は、連続面であるバッファ／結晶界面３６
に沿って移動する。図７に示されるように、バッファ部
４１ａ，４１ｂ，４１ｃが不連続に形成されるパターン
の形でバッファ層が結晶基板４７の上に堆積される。電
極４０ａ，４０ｂ，４０ｃを含むようにパターン化され
た電極アレイを、パターン化されたバッファ層の上に堆
積し、電極４０ａがバッファ部４１ａに重なるように配
置され、電極４０ｂがバッファ部４１ｂに重なるように
配置され、電極４０ｃがバッファ部４１ｃに重なるよう
に配置される。ここで注記するのは、図７は構造の一部
を示しているにすぎないので、残りの構造の電極とバッ
ファ部も図７に示されるように配置されるということで
ある。図７の構造を取ると、バッファ／結晶界面４９は
連続でないので、界面４９に沿って電荷は移動できな
い。また、図７の構造では、電荷はバッファ／結晶界面
４９ａ，４９ｂ，４９ｃの個所で生じ、オーバーレイす
る結晶界面では生じない。従って、この電荷は反対符号
へ荷電された電極へ動いて印加電圧をオフセットするこ
とはできない。図８は、単一電極４０ａが結晶基板４７
の上に堆積されたバッファ部４１ａ上に取り付けられた
状態の詳細図である。実施形態では、電極４０ａを０．
５ｍｍ厚さとし、図８に示されるようにバッファ部４１
ａと電極４０ａとの間に接着層６０を設けることができ
る。
す。この構造では、電極は電気光学結晶３８上に堆積さ
れた連続バッファ層３９上に取り付けられる。ニオブ酸
リチウムのような電気光学的結晶が抱える問題の一つ
は、電極バッファ／結晶界面３６（例えば、堆積ＳｉＯ
2から生じ得る）下の電荷トラップによって引き起こさ
れるドリフトである。この問題は、図７の不連続バッフ
ァ構造に示されるように、電極構造の直下だけに堆積さ
れたバッファ材料で電極構造を製作することによって克
服された。より具体的に言えば、図６に示されるよう
に、電荷４５は、連続面であるバッファ／結晶界面３６
に沿って移動する。図７に示されるように、バッファ部
４１ａ，４１ｂ，４１ｃが不連続に形成されるパターン
の形でバッファ層が結晶基板４７の上に堆積される。電
極４０ａ，４０ｂ，４０ｃを含むようにパターン化され
た電極アレイを、パターン化されたバッファ層の上に堆
積し、電極４０ａがバッファ部４１ａに重なるように配
置され、電極４０ｂがバッファ部４１ｂに重なるように
配置され、電極４０ｃがバッファ部４１ｃに重なるよう
に配置される。ここで注記するのは、図７は構造の一部
を示しているにすぎないので、残りの構造の電極とバッ
ファ部も図７に示されるように配置されるということで
ある。図７の構造を取ると、バッファ／結晶界面４９は
連続でないので、界面４９に沿って電荷は移動できな
い。また、図７の構造では、電荷はバッファ／結晶界面
４９ａ，４９ｂ，４９ｃの個所で生じ、オーバーレイす
る結晶界面では生じない。従って、この電荷は反対符号
へ荷電された電極へ動いて印加電圧をオフセットするこ
とはできない。図８は、単一電極４０ａが結晶基板４７
の上に堆積されたバッファ部４１ａ上に取り付けられた
状態の詳細図である。実施形態では、電極４０ａを０．
５ｍｍ厚さとし、図８に示されるようにバッファ部４１
ａと電極４０ａとの間に接着層６０を設けることができ
る。
【００２１】更なる機能では、注記するのは、電極の間
に極めて高い電界が存在するので、ある材料を電極の上
にオーバーコートして、それがなければ空中で起こる電
界破壊を防止する必要があることである。この表面コー
ティングは図９に示される。より具体的に記載すれば、
図９は電極４０ａ〜４０ｇ、バッファ部４１ａ〜４１
ｇ、結晶基板４７を備える電極構造の断面を示す。アク
リル型のオーバーコートのようなオーバーコート５０を
塗膜して空中の電界破壊を防止する。オーバーコート５
０は透明で、光学的にクリアにできる。注記するのは、
オーバーコート５０はアクリル型のオーバーコートに限
定されないということである。オーバーコート５０とし
ては、非吸収性で、比較的屈折率が小さく（＜＜２．
２）、電気絶縁材である限り、エレクトロニクス域で用
いられる標準被覆材料を用いることができる。更に、空
気中の電界破壊を防止するのにオーバーコートを用いる
ことに限定しない。更なるオプションとして、電界破壊
を防止するのに脱気法も用いることが可能である。
に極めて高い電界が存在するので、ある材料を電極の上
にオーバーコートして、それがなければ空中で起こる電
界破壊を防止する必要があることである。この表面コー
ティングは図９に示される。より具体的に記載すれば、
図９は電極４０ａ〜４０ｇ、バッファ部４１ａ〜４１
ｇ、結晶基板４７を備える電極構造の断面を示す。アク
リル型のオーバーコートのようなオーバーコート５０を
塗膜して空中の電界破壊を防止する。オーバーコート５
０は透明で、光学的にクリアにできる。注記するのは、
オーバーコート５０はアクリル型のオーバーコートに限
定されないということである。オーバーコート５０とし
ては、非吸収性で、比較的屈折率が小さく（＜＜２．
２）、電気絶縁材である限り、エレクトロニクス域で用
いられる標準被覆材料を用いることができる。更に、空
気中の電界破壊を防止するのにオーバーコートを用いる
ことに限定しない。更なるオプションとして、電界破壊
を防止するのに脱気法も用いることが可能である。
【００２２】光の強度を最大から最小まで変調するのに
用いる電圧は、米国特許第４，２８１，９０４号に開示
の変調器構成の場合のように必ずしもπ（パイ）位相シ
フトにする必要はない。この特許では、回折された光は
ピークが一次回折のところに来るように設計され、絞り
空間フィルタ構成で用いられている。むしろ、正弦波位
相格子の回折を支配するベッセル関数の高次（一次より
高い次数）に適する電圧を使用するのがユーザにとって
は有利である。また、スリットまたはアパチャが用いら
れ、光を高次に回折することによって光がゼロ次から除
去される。媒体に結像されるのは大部分ゼロ次である。
選択された次数は、ゼロ次からの最大の回折効率を必ず
しも提供するものではない一方、回折効率は最適化する
ことができる（同時係属出願弁理士書類第７９１６２号
を参照）。こうすると、フルプリントシステムのスリッ
トまたはアパチャ空間フィルタ構造が大幅に簡略化され
る。回折された光を用いないので、光を高次回折した状
態でも入出力光学系のサイズ、複雑性、コストが増大し
ない。スリットまたはアパチャは極めて有用である。プ
リントへの用途は、媒体の所で高光度レベルを必要とす
るので絞り空間フィルタ構成のように光の強度を捨てて
しまう余裕はないからである。
用いる電圧は、米国特許第４，２８１，９０４号に開示
の変調器構成の場合のように必ずしもπ（パイ）位相シ
フトにする必要はない。この特許では、回折された光は
ピークが一次回折のところに来るように設計され、絞り
空間フィルタ構成で用いられている。むしろ、正弦波位
相格子の回折を支配するベッセル関数の高次（一次より
高い次数）に適する電圧を使用するのがユーザにとって
は有利である。また、スリットまたはアパチャが用いら
れ、光を高次に回折することによって光がゼロ次から除
去される。媒体に結像されるのは大部分ゼロ次である。
選択された次数は、ゼロ次からの最大の回折効率を必ず
しも提供するものではない一方、回折効率は最適化する
ことができる（同時係属出願弁理士書類第７９１６２号
を参照）。こうすると、フルプリントシステムのスリッ
トまたはアパチャ空間フィルタ構造が大幅に簡略化され
る。回折された光を用いないので、光を高次回折した状
態でも入出力光学系のサイズ、複雑性、コストが増大し
ない。スリットまたはアパチャは極めて有用である。プ
リントへの用途は、媒体の所で高光度レベルを必要とす
るので絞り空間フィルタ構成のように光の強度を捨てて
しまう余裕はないからである。
【００２３】図１０は、本実施形態の変調器で行うこと
ができるプリンタアセンブリと、それを用いて得られる
光路の例の概略図である。図１０に示されるように、高
光度レーザダイオードのような光源からレーザ光が発光
され、レーザ照射線７０の形で変調器７３へ入射され
る。変調器７３は前述のような電極／バッファ構造を有
する。変調器７３を通過した後、レーザ光７５はフーリ
エレンズ７７へ入り、スリット７６を通過する。撮像レ
ンズ７８はレーザ光をプリント面７９に結像する。
ができるプリンタアセンブリと、それを用いて得られる
光路の例の概略図である。図１０に示されるように、高
光度レーザダイオードのような光源からレーザ光が発光
され、レーザ照射線７０の形で変調器７３へ入射され
る。変調器７３は前述のような電極／バッファ構造を有
する。変調器７３を通過した後、レーザ光７５はフーリ
エレンズ７７へ入り、スリット７６を通過する。撮像レ
ンズ７８はレーザ光をプリント面７９に結像する。
【００２４】図１１と図１２とは、結晶基板に関して更
なる機能を示す。本実施形態の変調器は極めて高出力の
光を変調するので、光ビームの反射が問題となる。更な
る機能では、光学的結晶４７’の対向する光通過端面４
７ａ，４７ｂが約７度の角度（これは、使用する光の波
長の関数であることは勿論のこと、電気光学結晶を入出
射する時に光が遭遇する物質の屈折率の関数）で傾けら
れ、回折されたビームは、交互配置された格子電極構造
２５（図１１参照）に向けられ、光８０（図１２参照）
は、結晶基板４７’の中を一直線の光路で、出力ビーム
と平行かつ一致して進む。一方では、結晶内で光は、電
極が配置されている電気光学結晶表面８５から全内反射
している。結晶４７’は、普通、ニオブ酸リチウムのよ
うな高屈折率材料であるから、各光学的表面からの反射
は光強度の相当なサイズの比率になることがある。その
時には、反射防止コーティング９０を単層または多層フ
ォーマットで端面４７ａ，４７ｂに使用して、優れたレ
ーザビーム透過効率を達成する必要もある。端面４７
ａ，４７ｂに反射防止コーティングとして二酸化シリコ
ンの１４０ｎｍ単層を用いさえすれば、各界面からの反
射を１４％から数％の比率へ減少させることができる。
多層の反射防止コーティングを用いれば、この比率を更
に下げることができ、従ってこの装置が高い光学的透過
能力を有するようにでき、迷走する高強度反射光が結晶
または電極構造を確実に損傷しないようにできる。
なる機能を示す。本実施形態の変調器は極めて高出力の
光を変調するので、光ビームの反射が問題となる。更な
る機能では、光学的結晶４７’の対向する光通過端面４
７ａ，４７ｂが約７度の角度（これは、使用する光の波
長の関数であることは勿論のこと、電気光学結晶を入出
射する時に光が遭遇する物質の屈折率の関数）で傾けら
れ、回折されたビームは、交互配置された格子電極構造
２５（図１１参照）に向けられ、光８０（図１２参照）
は、結晶基板４７’の中を一直線の光路で、出力ビーム
と平行かつ一致して進む。一方では、結晶内で光は、電
極が配置されている電気光学結晶表面８５から全内反射
している。結晶４７’は、普通、ニオブ酸リチウムのよ
うな高屈折率材料であるから、各光学的表面からの反射
は光強度の相当なサイズの比率になることがある。その
時には、反射防止コーティング９０を単層または多層フ
ォーマットで端面４７ａ，４７ｂに使用して、優れたレ
ーザビーム透過効率を達成する必要もある。端面４７
ａ，４７ｂに反射防止コーティングとして二酸化シリコ
ンの１４０ｎｍ単層を用いさえすれば、各界面からの反
射を１４％から数％の比率へ減少させることができる。
多層の反射防止コーティングを用いれば、この比率を更
に下げることができ、従ってこの装置が高い光学的透過
能力を有するようにでき、迷走する高強度反射光が結晶
または電極構造を確実に損傷しないようにできる。
【００２５】従って、高出力の赤外線（ＩＲ）光源から
発せられる連続波光ビームを変調する電気光学的全内反
射タイプの変調器を提供する。また、可視光線およびＩ
Ｒ波長で透明な結晶（４７，４７’）は、図１３と図１
４に示されるように配置される軸Ｘ、Ｙ、Ｚを有し、Ｉ
Ｒ波長（０．８μｍ〜１μｍ）で電気光学材料で成形さ
れる。図１３は入射光の偏光が結晶面内で、かつＺ−軸
に平行である好ましい態様を示し、一方、図１４は偏光
が結晶表面に垂直である場合の別の態様を示す。本実施
形態の変調器は、結晶表面の一つに設けらた複数のバッ
ファ部を備えるパターン化バッファ層を備える。これら
のバッファ部は電気的に絶縁性の、非吸収性で、該当す
る波長のところで結晶基板よりも小さい屈折率を有する
有機材料から成形される。この変調器は、更に電極アレ
イを備えるが、電極がパターン化されたバッファ層の各
バッファ部の直上だけにパターン化されるようにこの電
極アレイが組まれる。バッファ層の厚さの選択は、結晶
内で発生し電極と相互作用するＩＲ光線のエバネッセン
ト波の効果を最小限にするように行われる。すなわち、
バッファの厚さは、内反射に当たって、エバネッセント
波の電極への吸収を最小限に抑え、電極の溶発損傷が起
こらないように、注意深く選択される。電極パターンの
結晶軸への配向は、最大の電気光学効果またはテンソル
を用いることができるように行われる。これは、ニオブ
酸リチウムのような標準電気光学結晶の電気光学係数ｒ
33である。
発せられる連続波光ビームを変調する電気光学的全内反
射タイプの変調器を提供する。また、可視光線およびＩ
Ｒ波長で透明な結晶（４７，４７’）は、図１３と図１
４に示されるように配置される軸Ｘ、Ｙ、Ｚを有し、Ｉ
Ｒ波長（０．８μｍ〜１μｍ）で電気光学材料で成形さ
れる。図１３は入射光の偏光が結晶面内で、かつＺ−軸
に平行である好ましい態様を示し、一方、図１４は偏光
が結晶表面に垂直である場合の別の態様を示す。本実施
形態の変調器は、結晶表面の一つに設けらた複数のバッ
ファ部を備えるパターン化バッファ層を備える。これら
のバッファ部は電気的に絶縁性の、非吸収性で、該当す
る波長のところで結晶基板よりも小さい屈折率を有する
有機材料から成形される。この変調器は、更に電極アレ
イを備えるが、電極がパターン化されたバッファ層の各
バッファ部の直上だけにパターン化されるようにこの電
極アレイが組まれる。バッファ層の厚さの選択は、結晶
内で発生し電極と相互作用するＩＲ光線のエバネッセン
ト波の効果を最小限にするように行われる。すなわち、
バッファの厚さは、内反射に当たって、エバネッセント
波の電極への吸収を最小限に抑え、電極の溶発損傷が起
こらないように、注意深く選択される。電極パターンの
結晶軸への配向は、最大の電気光学効果またはテンソル
を用いることができるように行われる。これは、ニオブ
酸リチウムのような標準電気光学結晶の電気光学係数ｒ
33である。
【００２６】本実施形態では、周期幅１０μｍ、周期間
隔１０μｍ、格子周期３個の交互配置電極格子を作るこ
とによって、変調されたビームのコントラストが４対１
を超えるように設計された１２０μｍのピクセル１個が
製作される。電極の周期はデューティサイクルが５０％
でよいが、これに限定はされない。
隔１０μｍ、格子周期３個の交互配置電極格子を作るこ
とによって、変調されたビームのコントラストが４対１
を超えるように設計された１２０μｍのピクセル１個が
製作される。電極の周期はデューティサイクルが５０％
でよいが、これに限定はされない。
【００２７】更なる機能では、格子周期は１０μｍ〜３
０μｍでよく、電圧は、望ましくない光を系のスリット
から散乱させるために普通１００Ｖ未満が印加される。
０μｍでよく、電圧は、望ましくない光を系のスリット
から散乱させるために普通１００Ｖ未満が印加される。
【００２８】更なる機能として、電極パターンアレイの
多様の電極に、図１５に図示するように電圧を印加、結
晶に電界を発生する手段が含まれる。電界は、これら電
圧を変調することによって、電子構造の下と電気光学効
果で光学的に透明な結晶内を通過する光ビーム部分を変
えるものである。電圧を変えるこの手段は電子駆動回路
７００の形で行うことができる。
多様の電極に、図１５に図示するように電圧を印加、結
晶に電界を発生する手段が含まれる。電界は、これら電
圧を変調することによって、電子構造の下と電気光学効
果で光学的に透明な結晶内を通過する光ビーム部分を変
えるものである。電圧を変えるこの手段は電子駆動回路
７００の形で行うことができる。
【００２９】上記のオーバーコートは、光学的に透明で
（ＩＲ波長域を含めて）で、電気絶縁性のオーバーコー
ト層でよく、電極の上へと、それらの間のパターン化さ
れた開いた部分へ被覆することができる。
（ＩＲ波長域を含めて）で、電気絶縁性のオーバーコー
ト層でよく、電極の上へと、それらの間のパターン化さ
れた開いた部分へ被覆することができる。
【００３０】結晶基板の形成の仕方は、対向する高出力
レーザ光通過表面を傾けて、つまり角度をもって形成し
て、結晶に入る高光度光が回折される場合に電極の下の
結晶表面に入射し、この結晶表面で内部へ全反射するよ
うに行われる。次に、このビーム光が回折されて結晶を
出て、高出力ゼロ次ビーム出力が結晶に入力する光ビー
ムと平行かつ一致した方向に射出される。
レーザ光通過表面を傾けて、つまり角度をもって形成し
て、結晶に入る高光度光が回折される場合に電極の下の
結晶表面に入射し、この結晶表面で内部へ全反射するよ
うに行われる。次に、このビーム光が回折されて結晶を
出て、高出力ゼロ次ビーム出力が結晶に入力する光ビー
ムと平行かつ一致した方向に射出される。
【００３１】結晶基板の傘状または斜角状の高光度入出
力面または端面は、反射防止コーティング膜（多層を含
む）で被覆され、入出力面から反射する望ましくない光
は最小限に抑えられる。
力面または端面は、反射防止コーティング膜（多層を含
む）で被覆され、入出力面から反射する望ましくない光
は最小限に抑えられる。
【００３２】本実施形態の変調器は、２５６個のピクセ
ルを備えることができるが、これらのピクセルは、通常
１２８個のピクセルパッドが光ビームに平行な結晶の各
端部に配置されるように結線される。各ピクセルの周り
を蛇が走るように迂曲する接地結線が光伝搬方向に平行
な結晶各側部上の共通母線に無数に結ばれる。別法とし
ては、個別の接地結線を各ピクセルに結ぶこともでき
る。
ルを備えることができるが、これらのピクセルは、通常
１２８個のピクセルパッドが光ビームに平行な結晶の各
端部に配置されるように結線される。各ピクセルの周り
を蛇が走るように迂曲する接地結線が光伝搬方向に平行
な結晶各側部上の共通母線に無数に結ばれる。別法とし
ては、個別の接地結線を各ピクセルに結ぶこともでき
る。
【００３３】更なる機能では、媒体面に各ピクセルで投
射される光量は、ラインプリント時間の間に各個別ピク
セルに印加される電圧のパルス幅を調節することによっ
て、制御し、従って平衡させることができる。各ピクセ
ルのパルス幅を決定するには、印刷の前にピクセルを較
正する必要がある。このように、ピクセルの全てのアレ
イを用いることによって、より均一なプリントが得られ
る。こうすれば、照射光、電極、コーティング膜、結晶
などに存在する穏当な不均一性を補正する手段が得られ
る。
射される光量は、ラインプリント時間の間に各個別ピク
セルに印加される電圧のパルス幅を調節することによっ
て、制御し、従って平衡させることができる。各ピクセ
ルのパルス幅を決定するには、印刷の前にピクセルを較
正する必要がある。このように、ピクセルの全てのアレ
イを用いることによって、より均一なプリントが得られ
る。こうすれば、照射光、電極、コーティング膜、結晶
などに存在する穏当な不均一性を補正する手段が得られ
る。
【図１】 本実施形態の電極構造の断面図である。
【図２】 図１の電極の下に伝達された光ビームの位相
シフトを示す図で、電極を生かした時に得られる図であ
る。
シフトを示す図で、電極を生かした時に得られる図であ
る。
【図３】 蛇状配置の接地電極構造を有する全部で２５
６個のアクティブピクセルの概略図で、光学結晶の側面
図も示している図である。
６個のアクティブピクセルの概略図で、光学結晶の側面
図も示している図である。
【図４】 図３の電極構造のコネクタ領域の拡大図であ
る。
る。
【図５】 図４の生リード線と接地結線を示す詳細図で
ある。
ある。
【図６】 従来の電極／バッファ配列を示す図である。
【図７】 本実施形態の電極／バッファ配列を示す図で
ある。
ある。
【図８】 本実施形態の電極／バッファ部の一つの詳細
図である。
図である。
【図９】 本実施形態の電極／バッファ／結晶基板配列
の別図で、電気絶縁性オーバーコート膜を含む図であ
る。
の別図で、電気絶縁性オーバーコート膜を含む図であ
る。
【図１０】 プリンタアセンブリ内に設けられた本発明
の変調器の概略図である。
の変調器の概略図である。
【図１１】 結晶基板の側面図である。
【図１２】 結晶基板の別の側面図である。
【図１３】 結晶基板のＸ，Ｙ，Ｚ軸を示す図である。
【図１４】 結晶基板のＸ，Ｙ，Ｚ軸の他の例を示す図
である。
である。
【図１５】 結晶基板の電子駆動回路の配置個所を示す
図である。
図である。
２５ 電極構造、４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４
０ｅ，４０ｆ，４０ｇ電極、２５ 格子交互配置電極構
造、４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１
ｆ，４１ｇ バッファ部、４７，４７’ 結晶基板、４
７ａ，４７ｂ端面、５０ オーバーコート、６０ 接着
層、７０ レーザ照射光、７３ 変調器、７５ レーザ
光、７６ スリット、７７ フーリェレンズ、７８ 撮
像レンズ、７９ 印刷面、８０ 光、９０ 反射防止コ
ーティング。
０ｅ，４０ｆ，４０ｇ電極、２５ 格子交互配置電極構
造、４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１
ｆ，４１ｇ バッファ部、４７，４７’ 結晶基板、４
７ａ，４７ｂ端面、５０ オーバーコート、６０ 接着
層、７０ レーザ照射光、７３ 変調器、７５ レーザ
光、７６ スリット、７７ フーリェレンズ、７８ 撮
像レンズ、７９ 印刷面、８０ 光、９０ 反射防止コ
ーティング。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョゼフ エフ レヴェリ ジュニア アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ロチェ スター ファーム ブルック ドライブ 95
Claims (5)
- 【請求項１】 内部反射型空間変調器であって、 結晶基板と、 前記結晶基板の支持表面上に形成されたバッファ部を有
するパターン化バッファ層と、 複数の電極を有する電極アレイと、を備え、 前記電極アレイが前記パターン化バッファ層に基づいて
パターン化され、前記電極アレイの各電極が前記パター
ン化バッファ層の各バッファ層の上に配置されることを
特徴とする内部反射型空間変調器。 - 【請求項２】 前記内部反射型空間変調器が、高出力赤
外線光源で得られた連続波光ビームを変調する電気光学
的内部反射タイプの変調器であることを特徴とする請求
項１記載の内部反射型空間変調器。 - 【請求項３】 前記結晶基板が、可視光線及びＩＲ波長
にて透明で、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸を含むことを特徴とする請求
項１記載の内部反射型空間変調器。 - 【請求項４】 前記内部反射型空間変調器が、電気光学
材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載の
内部反射型空間変調器。 - 【請求項５】 前記電極アレイが、前記結晶基板の軸に
合わせて配向されていることを特徴とする請求項３記載
の内部反射型空間変調器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/283,068 US6211997B1 (en) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | Modulator for optical printing |
| US09/283068 | 1999-03-31 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000310757A true JP2000310757A (ja) | 2000-11-07 |
| JP4357077B2 JP4357077B2 (ja) | 2009-11-04 |
Family
ID=23084358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000090550A Expired - Fee Related JP4357077B2 (ja) | 1999-03-31 | 2000-03-29 | 内部反射型空間変調器 |
Country Status (4)
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