JP2001508192A

JP2001508192A - 光変調器

Info

Publication number: JP2001508192A
Application number: JP53066298A
Authority: JP
Inventors: ブライアンジョンベイカー
Original assignee: レイザーリミテッド
Priority date: 1997-01-10
Filing date: 1998-01-12
Publication date: 2001-06-19
Also published as: CA2277471A1; GB2321114A; GB2321114B; EP1015933A1; US6278541B1; WO1998030927A1; GB9700472D0

Abstract

(57)【要約】光変調器は、印加電界に応じて変化するひずみの状態を有する変形可能材料の本体を備える。本体は、光変調を実施する変調表面を有する。本体の対向する端部は、変調表面を対向する端部間に有し、ひずみの状態の変化によって第１および第２位置間の変調表面の変位が生じるように、保持手段によって保持される。電気手段が備えられ、本体に電界を印加して光変調を実施する。

Description

【発明の詳細な説明】光変調器本発明は、光学装置に関し、特に、電磁放射のビームを変調する装置に関する。音響光学システムまたは電気光学システムのいずれかを使用する高出力レーザの変調には、効率上の問題がある。音譬光学変調器の場合は、スイッチング立ち上がり時間と回折効率との間に不可避的なトレードオフの関係がある。言い換えれば、最も迅速なデータスループットは、最低の光効率の場合に実現される。電気光学変調器は、主として偏光光学特性に依存し、５０％に達する光学効率を実現することができる。普通の光記録方法は、生成レーザエネルギーのうち僅かな部分のみが最終像をフィルムに露光させるために使用される非常に効率が悪い記録システムを利用している。ハロゲン化銀フィルムまたは電子写真法の場合、必要とされる像形成感度はおよそ１５−３５ｍＪ／Ｍ²であり、光の節減は、生成されたエネルギーの全部は収集または像形成しない光学システムを使用して実現することができる。しかし、熱光記録は１００ｍＪ／ｃｍ²を超える感度を有する、エネルギー集約的媒体を使用する。その結果、この媒体に対しては、像形成および変調の両面でより効率的な光学システムが必要とされる。このような光学システムが得られないときは、廃熱の捨て場の準備、および媒体に像形成するためにのみ必要とされるレーザ出力より遥かに高出力レーザを必要とすることの両者による経済的不利益の両面で深刻な問題を生じる。複数の光ゲートを含むイメージバーによって、プレプレス環境において高解像度光記録システムで像形成する代替の手法が提供される。従来の手法は、フラットベッドまたは外部ドラム法のいずれかを用いて、サブラスタ走査システムにおいて区分化されたセクションを使用するものであった。従来の方法では、ＰＬＺＴ、強誘電性液晶または光磁気スイッチングシステムを基礎として、電気光学光ゲートアレイを使用している。イメージバー構成に使用することができる多数の反射光学システムがあり、これらのシステムを使用することによって、光スルーアウト効率が実質上改良される。第１のシステムは、Ｈｏｒｎｂｅｃｋによる米国特許第４４４１７９１号に開示されており、また電子写真印刷に対する応用について米国特許第４５７１０６３号に開示されており、変形可能ケイ素ミラー空間光変調器を使用する。これらの種類のシステムによって、入射光は像形成媒体上または光停止器上に反射される。米国特許第４４４１７９１号には、一方向伝導性型半導体基板を覆って配置される変形可能ミラーを形成する光反射金属被覆膜を備える光変調器が開示されている。浮動金属フィールドプレート部材のマトリクスが、基板を被覆する絶縁層上に配置され、電界効果アドレストランジスタによる行アドレス指定のためのエアギャップコンデンサのアレイを形成する。浮動金属フィールドプレートは、光に対して不透明であり、電界効果アドレストランジスタのマトリクスアレイの活性領域における光電荷生成を防止する。金属被覆膜は、電界効果アドレストランジスタおよび金属浮動フィールドプレートから、半導体基板の絶縁層上に形成されアドレストランジスタのためのゲート電極を形成する直立半導体格子構造だけ間隔をおいて配置される。金属被覆膜は、半導体格子構造を覆って配置される接点部材に対する分子結合によって、直立半導体構造に固定される。金属被覆膜は、柔軟性キャリア層としてのニトロセルロースのポリマーから形成され、キャリア層の少なくとも１面に金属被覆薄膜が配置され光反射面を形成する。電界効果アドレストランジスタのアレイ中の各トランジスタは行アドレス指定可能であり、エアギャップコンデンサのマトリクスアレイの各セルの金属被覆膜は、それに対応するアドレストランジスタ上の信号に応じて内側に基板の方向に偏向することができる。所定の絶対値を超える電位が個別エアギャップコンデンサにかけられた場合、金属被覆膜は、電荷を浮動フィールドプレートに転送し、ゼロ偏向に戻る。それによって、浮動フィールドプレートは、光阻止層として作用するのみでなく、電圧によって金属被覆膜が崩壊して半導体基板の表面となることを防止する。米国特許第４４４１７９１号に開示されている形式の変形可能ミラー空間光変調器について、種々の問題が発生している。特に、画素固着、割れまたは疲労故障に起因する問題が発生している。その上、印刷適用業務で使用される装置の場合、スイッチングされた状態において個別変調器に要求される角度許容範囲は非常に大きい。大きな角運動のため、短い立ち上げ時間を要する適用業務におけるこのような変調器の使用も排除される。印刷の場合、露光の立ち上がり時間は必要とされる露光時間の１／３未満とすべきであり、それ以外の場合は隣接画素が非相反性露光時間を有する。この必要条件によって、これらの装置の印刷帯域が不可避的に限定される。本発明によれば、印加電界に応じて変化するひずみの状態を有する変形可能材料よりなる本体を備える光変調器が提供され、前記本体は光変調を実施するための変調表面と、ひずみ状態の変化によって前記変調表面が第１位置と第２位置間において変位するように、対向する端部間に前記変調表面を有する前記本体の前記対向する端部を保持する保持手段と、前記本体に、電界を印加する電気手段と、を有する。本発明によって、変形可能材料よりなる前記本体の対向する端部は保持手段によって保持されるので、前記変調表面の許容変位のより優れた制御が可能となる。印加電界に応じて変化するひずみの状態を有する材料は、電気ひずみ効果または圧電効果の特性を示す場合がある。電気ひずみは、電界の印加に伴う誘電体の寸法の変化である。圧電効果においては、印加電界によって一部の異方性結晶において機械的変形が生成され、このような結晶では、結晶が機械ひずみを受けると電気分極が生じる。圧電材料ではなく電気ひずみ材料を使用する利点は、交流電界をかけられた場合、電気ひずみ材料は圧電材料より効率が高いことである。交流電界が印加されるときに必要とされる電気分極の切替のため、圧電材料では高周波数の交流電界においてエネルギーが放散される。このエネルギーによって自己加熱が起こり、次いで、圧電材料の脱分極に至る。有利なことに、前記本体は、電気ひずみ材料よりなる層と、一緒に固定される材料よりなる付加層とを含む。電気ひずみ材料層および付加層は一緒に固定されるので、電界の印加による電気ひずみ材料層の長さの変化によって本体の偏向を生じ、その結果、変調表面の変位が生成することになる。便利なことに、付加層は、電気手段の一部を形成する電極層として備えられる。一実施形態によれば、前記付加層は前記電気ひずみ材料より形成され、前記電気手段は前記層または前記付加層に対し電界を印加すべく備えられる。この実施形態は、電界が印加される電気ひずみ材料層の位置によって、本体、およびそれ故変調表面を、２方向の内の１方向に偏向させることができるという利点を有する。最も有利な手段としては、電気ひずみ材料層を使用する光変調器は、変形可能材料においてひずみの基本状態を実現するひずみ手段を備え、このひずみ手段によって、前記電気手段により前記本体に印加される電界の変動が前記ひずみの基本状態付近における前記ひずみの状態の変動を生じさせる。電気ひずみ材料の示すひずみの変動は印加電界強度の変動と異なるため、印加電界の所与の変化に対して変位の大きな変動を実現することが可能となる。最も便利には、前記ひずみ手段は、前記本体に機械ひずみを加える機械手段を備える。前記ひずみ手段は、前記保持手段の一部を形成することができる。代替方法として、または追加して、前記ひずみ手段は、電界の印加または温度の変化によって、変形可能材料のひずみの基本状態を実現することができる。有利には、前記電気ひずみ材料は、チタン酸鉛変形ニオブ酸鉛マグネシウム（ＰＭＮＴ）である。代替方法としては、前記本体は、圧電効果を示す圧電材料よりなる少なくとも１層を備える。有利には、前記圧電材料は、多結晶チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）である。前記変調表面を実質上一次で変位させるために、変形可能材料よりなる前記本体は、前記変形材料よりなり互いに結合される第１および第２本体を備え、前記第１および第２本体の、互いに結合されていない端部は、前記保持手段によって保持される前記本体の前記対向する端部であることは利益がある。圧電材料を用いる実施形態では、前記第１および第２本体は反対の極性であってもよい。妥当なサイズの変調表面を提供するため、光変調器は、さらに、前記第１本体と第２本体間に不活性本体を備え、前記不活性本体は電気不導体であり印加電界に応じて実質上変化しないひずみ状態を有し、前記変調表面は前記不活性本体に隣接して位置する。代替方法として、変形可能材料よりなる単独の本体を有する光変調器に前記変調表面を設け、前記不活性本体は印加電界に対し実質的に変化しないひずみの状態を有するものとすることによって、前記変調表面の角偏倚を生成することが可能である。本発明は、光ゲートまたは光スイッチとして有効な光変調器の可能性を構想するものである。光変調器は、一つの面に配列される、本発明に関して前述した複数の光変調器を備え、複数の変調表面の前記変位は前記面に対してある角度をなすことが有利である。前記変位は、本質上、前記面に対して垂直であることが有利である。変調表面は、負の誘電率、好適には、空気または変調表面に隣接する他の媒体の誘電率の絶対値より大きな絶対値の負の誘電率を有することができる。前記変調表面は、銀などの金属よりなる表面であることが便利である。前述した負の誘電率を有する光変調器は、プリズムと組み合わせて使用し、光スイッチを形成することができる。このような光変調器は、減衰全反射の現象を利用し、プリズム内で入射波面の全内部反射によって生成されるエバネッセント波を金属などの負誘電体の表面モードと結合することによって、表面プラズモンを励起させることができる。プリズムと負誘電体の変調表面間の空隙が過大である場合、結合は生成されず、入射波面はプリズムの内側表面から反射される。しかし、プリズムと変調表面間の空隙が十分に減少されると、エバネッセント波は変調表面によって吸収され、前述した表面プラズモンを生成するので、プリズムからいかなる波も反射されない。別の実施形態においては、変調表面は反射表面である。したがって、本発明の他の態様によれば、各個別光変調器の前記変調表面は反射面である、本発明の前記第１態様に従う光変調器を複数備える位相差生成器が提供される。ここで、例としてのみ添付図面を参照して本発明を述べる。図１ａは、本発明の第１実施形態を示す略図である。図１ｂは、図１ａの実施形態に電界が印加されたとき、生成する変形を示す略図である。図２ａは、本発明の第２実施形態を示す略図である。図２ｂは、図２ａの実施形態に電界が印加されたとき、生成する変形を示す略図である。図３は、電気ひずみ材料を含む本体に生成する変形を示す図である。図４は、典型的な電気ひずみ材料について、ひずみと電界強度の関係を示すグラフである。図５ａおよび５ｂは、それぞれ、本発明の第３実施形態の第１および第２位置を示す図である。図６ａは、図５ａおよび５ｂの実施形態を製作するために使用されるサンドウィッチ構造の材料の概略を示す側面図である。図６ｂは、図６ａの平面図である。図７ａは、図６ａの構造の機械加工後の側面図である。図７ｂは、図７ａの平面図である。図８ａおよび８ｂは、本発明の実施形態を具体化することができる光スイッチの作動原理を示す図である。図９ａおよび９ｂは、本発明の実施形態を具体化する光スイッチのオンおよびオフ状態を示す図である。図１０は、本発明の実施形態を具体化する光学システムを示す図である。図１１ａおよび１１ｂは、本発明の第４実施形態のオンおよびオフ状態を示す図である。図１ａは、多結晶チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電材料よりなる光変調器１０を示す図である。ＭｏｔｏｒｏｌａＤ３２０３などの市場で入手できる形態の圧電材料は、容易に利用できる。対向する極の第１および第２アーム１１ａ、１１ｂは、圧電材料よりなり、共通界面１２において互いに結合され、ビーム１３を形成する。第１および第２電極層１４、１５は、ビーム１３全域に延在し、その結果、電界をビーム１３全域を通じて印加することができる。電極層１４、１５のうち少なくとも一つは、効果的に電磁放射を変調する外面１４ａを有する材料よりなる。第１および第２アーム１１ａ、１１ｂの、共通界面１２から離れた端部は、光変調器１０の残部によって固定または保持されるので、電極層によって電界がビーム１３全域に印加されたとき、両端部は動かない。圧電材料におけるせん断モード偏向は、公知である。図１ｂは、電界が印加されたときのビーム１３の変形を示す。せん断は、本体の平行面が平行のままであるが、平行面自体に平行な方向に相対的に変位される形式の変形である。図１ａおよび１ｂの実施形態において、ビーム１３内の互いに平行に移動する面は、紙面に直交し、実質的に共通界面１２に平行である。第１および第２アーム１１ａ、１１ｂは反対の極であるので、共通の電界が電極層１４、１５に印加されるとき、第１および第２アーム１１ａ、１１ｂはアームの固定端１６ａ、１６ｂの回りに反対方向に回転する傾向がある。しかし、第１および第２アーム１１ａ、１１ｂは共通の界面１２も有するので、結果として、変形は図１ｂに示す山形襟章状となる。このように、変調表面１４ａは、電界の印加によって図１ａに示す第１位置から図１ｂに示す第２位置に変位されたことが分かる。図２ａおよび２ｂは、図１ａおよび１ｂの光変調器１０の変形１０’に関する。参照を容易にするために、図１ａおよび図１ｂと同じ部分は同じ符号によって示す。光変調器１０’は、スペーサ１８が第１および第２ビーム１１ａ、１１ｂを一緒に結合するために備えられる点が光変調器１０と異なる。スペーサ１８は、電界がそれを横断して印加されるとき実質的に変形しない材料で作られる。したがって、図２ｂに示すように、スペーサ１８は、印加電界の存在する場合も存在しない場合も実質的に同じ形状のままである。しかし、第１および第２アーム１１ａ、１１ｂは電界の印加によって変形されるので、スペーサ１８は図２ａに示す第１位置から図２ｂに示す第２位置に変位される。第１および第２アーム１１ａ、１１ｂが反対の極性であること以外は同じである場合、スペーサ１８は固定端１６ａ、１６ｂ間に等距離に備えられるので、電界が印加されるとき線形的に変位される（回転されるのではなく）ことが理解される。したがって、図２ａおよび２ｂの実施形態によって、変調表面１４ａが電界の印加によって線形的に変位される光変調器１０’を提供することができる。当業者は、変調表面の回転変位ではなく線形的変位を提供することの利点を理解するであろう。圧電材料を使用する構造の場合、高周波数において自己加熱により脱分極および圧電活性の喪失に至るという問題が起こる。その結果、高周波数動作の場合、電気ひずみ材料を使用してビームを形成することが好ましい。チタン酸鉛変形ニオブ酸鉛マグネシウム（ＰＭＮＴ）などの電気ひずみ材料のせん断モード動作は微小の変位を生成するので、図３に関して以下に述べるように異なる原理による変形が使用される。図３は、第１、第２、および第３電極２５、２６、２７を挟み込んだ電気ひずみ材料の第１、第２、第３および第４層２１、２２、２３、２４を含む多層構造２０を示す図である。全ての層は、それらが互いに独立して動くことができないように、一緒に固定される。第２および第３電極層２６、２７を使用して電気ひずみ材料の第３層２３の全域に電界を印加すると、ひずみが生成し、それによって第３層２３の厚さが増大し、その結果、矢印Ａで示すように、第３層２３の長さ方向に沿ってポアソン収縮が生成する。第３層２３は隣接する層に固定されているので、第３層２３の自体の長さ方向に沿った収縮によって、多層ビームが図３において矢先Ｂによって示す方向に偏向される。同様に、第１および第２電極層２５、２６を使用し、第２層２２の全域に電界を印加すると、多層構造２０は、矢先Ｃによって示す方向に曲げられる。ＰＭＮＴの厚さが約５０μｍ、インキ電極層の厚さが５μｍである場合、１．５ＭＶ／ｍの電圧電界強度によって、４０ｍｍの長さの多層構造２０に０．０８ｍｍの偏向が生成する。多層構造２０内に多層を設けることによって、多層構造２０の剛性が増大するので、電界の印加によって生成することができる偏向の大きさが減少することは理解される。したがって、大部分の適用業務の場合、層の数はできる限り最小限まで減少される。前述したように双方向に偏向する場合、図に示すように、２層の電気ひずみ材料と共に図示の３層の電極層を備えれば足りる。１方向の偏向のみが必要とされる場合は、２層の電極層のみが必要である。その上、電極層は、図に示すように電気ひずみ材料の付加層を設けることなく、電気ひずみ材料層に収縮よりむしろ偏向を生じさせるために十分な剛性を有することができる。図４は、ＰＭＮＴなどの典型的な電気ひずみ材料について電界強度の関係を示す図である。低い電界強度において、電界強度の変化、たとえば、０．３ＭＶ／ｍによって生成されるひずみの変化は、全電界強度がより大きいときに電界強度の同じ変化によって生成されるひずみの変化より小さいことが分かる。したがって、電気ひずみ材料を、矢印Ｅで示されるグラフの領域より矢印Ｄで示されるグラフの領域において動作させることがより効率がよい。矢印Ｄで示されるグラフの領域における電気ひずみ材料の動作は、「超ひずみ状態」と呼ばれる「微分プラス線形ひずみ」モードにおける動作である。装置の無偏向の場合に電気ひずみ材料を全体として弛緩させるのではなく、装置の無拘束位置の場合、ひずみの基本状態を電気ひずみ材料中に生成させることが好ましい。このひずみの基本状態は、機械手段、電気手段または熱手段、あるいは、実際に、これらの手段の任意の組合せによって生成することができる。一例として、約９μｍの中央弦偏向によって、±２度の偏向が１４．３ｍｍの曲率半径を生成する１．０ｍｍビームについて考察する。１μｍの減少は、０．００５％のひずみ減少Δζ₁によって生成され、他方、このひずみ減少は、０．０１７％の横方向ひずみ増加Δζ_tによって生成される。超ひずみ状態において、この増加は０．１５ＭＶ／ｍの電界強度差によって生成され、この強度差は所定の寸法の場合５Ｖに等しい。一方向活性振動電圧を印加すると、中央ミラー部分に垂直な振動が生じる。図５ａおよび５ｂは変調器３０を示す図であり、変調器３０においては電気ひずみ材料ＰＭＮＴおよび装置が図３および４に関して前述した原理に従って動作する。変調器３０は、スペーサ３３によって一緒に結合されるＰＭＮＴの第１および第２アーム３２ａ、３２ｂによって形成されるビーム３１を備える。スペーサ３３から離れた、アームの端部は、支持体３５ａ、３５ｂに固定される。通常、支持体３５ａ、３５ｂは、ヒートシンクとして有効な焼結金属または焼結窒化アルミニウムなどの材料で製作される。第１および第２電極層３６、３７は、電界をＰＭＮＴの第１および第２アーム３２ａ、３２ｂの全域に印加できるように備えられる。電気絶縁層３８ａ、３８ｂによって、電極層３６が支持体３５ａ、３５ｂから隔離される。図６ａおよび６ｂから最もよく理解できるように、光変調器３０は、窒化アルミニウム、ＰＭＮＴ、およびスペーサ３３を形成する薄い不活性不導体層のサンドイッチ構造３９から形成される。次に、この基本構造をダイヤモンド加工し、図７ａに示す断面４０を形成する。図７ａに示す構造において、ＰＭＮＴは、変形されていないので、ひずみはゼロである。ＰＭＮＴにおけるひずみの基本状態を生成するため、図７ａの機械加工済み構造４０を、構造４０の長さより短い空洞４２を有するクリップ支持体４１（図５ａおよび５ｂに示す）に固定する。前述したように、構造は、第１および第２電極層の中間のＰＭＮＴ層を含み、電界の印加によって偏向させることができる。したがって、図５ａおよび５ｂに示す構造に対する電界の印加によって、変調表面３６ａは、図２ａおよび２ｂについて前述した様式と同様な様式によって線形的に変位される。図６ｂは、図６ａのサンドイッチ構造の平面図であり、この構造を使用し、複数の光変調器を備え、各光変調器は個別に変位可能な変調表面を有する光変調システムを製作することができる。図７ｂは、どのようにして、複数の変調器を複合的な構造に線引きするかを示す図である。前述したように、図６ａおよび６ｂのサンドイッチブロック３９を機械加工して図７ａに示す断面４０を生成する。共通電極層３７は、複合的な構造における全部の変調器に対して機械加工済みブロック４０の下面側に設けられる。したがって、複数の変調器への線引きは、複合構造の上面の電極層によってなされる。電気絶縁層３８ａ、３８ｂは、ヒートシンク支持体３５ａ、３５ｂの上に設けられる。個別電極層４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ、４１ｆは、ＰＭＮＴの第１および第２アーム３２ａ、３２ｂおよびスペーサ３３を含むビーム３１の全域に延在する。構成を容易にするため、個別電極層４１ａから４１ｆまでに対する電気接続は、図７ｂに示すように、向きを互い違いにすると便利である。個別電極層は単一の電極層として形成し、次いで、レーザ支援化学エッチングを用いて、線引きすると便利である。個別電極層が形成されると、次に、ＰＭＮＴの任意の部分の変形が隣接する電極層４１ａ以下によって制御され、この方法によって、複数の光変調器を単一のサンドイッチ構造から生成することができる。したがって、本発明の実施形態によれば、電界の印加によって変位または偏向することができる変調表面を有する光変調器が提供される。それ故、光変調器は、電気によって切り替えることが可能であり、電磁放射を偏向することによって、光変調器に入射する電磁放射を変調することができる。光変調器は、光学装置に使用し、「減衰全反射法」および位相差光学などの多数の現象を用いて、光学装置に入射する電磁放射を変調することもできる。図８ａおよび８ｂは、減衰全反射法の原理を示す図である。プリズム５０は、空隙５２によって表面５１から隔離される。空隙５２は、プリズム５０の誘電率より小さい誘電率を有する媒体によって充満される。表面５１は、負の誘電率を有する材料によって製作され、その誘電率の絶対値は空隙５２中の媒体の誘電率の絶対値より大きい。このような環境において、空隙５２が十分に小さい場合、表面プラズモンは、プリズム５０内において入射波面の全内部反射によって生成されるエバネッセント波を、負誘電体５１の表面モードに結合することによって励起することができる。このように、空隙５２が十分に小さい場合、入射波面のエネルギーは表面プラズモンに結合されるので、プリズムから波面は反射されない。対照的に、空隙５２が十分に大きい場合、結合は発生しないので、プリズム５０に対する入射波面は、内部反射されプリズム５０から出る。図８ｂは、異なる角度の入射光について、空隙５２の厚さと、プリズム５０の内部表面からのエネルギー反射率との関係を示すグラフである。図９ａおよび９ｂは、減衰全反射の原理を使用し、本発明の実施形態による光変調器を具体化する光スイッチを示す図である。プリズム６０は、内部反射表面６１を有し、空隙６４によって光変調器６３の変調表面６２から隔離される。光変調器６３は、図８ａについて前述した誘電率を有する変調表面６２に関して前述した実施形態のいずれかに従って、形成することができる。プリズム６０は、ガラスビーズスペーサ６５によって光変調器から隔離される。変調表面６２とプリズム６０の内部表面６１間の空隙が十分大きい場合、プリズム６０に対する入射光は、内部表面６１において反射され、プリズム60から出る。この状況において、光スイッチは「オン」であるということができる。光スイッチは、電界を印加し、変調器表面６２がプリズム６０の内部表面６１の方向により近くに移動し空隙の大きさが減少することによって、図９ｂに示すようにスイッチオフされる。前述したように、プリズム６０の内部表面６１と光変調器６３の変調表面６２間の空隙が十分に小さい場合、内部表面６１に対する入射光は吸収され、反射されない。図１０は、位相差光学の原理を使用する光学装置を示す図である。光変調器システム７０は、同一面にある変調表面を有する複数の光変調器を備える。変調表面は個別に制御可能であり、この面に対して一定の角度、最も便利には面に対して垂直に線形的に変位することができる。したがって、光変調器７０は、位相差生成器として有効である。平行にされた偏光レーザ放射が偏光ビームスプリッタ７２に入射し、１／４波形板７３を通過し、１／４波形板７３によって放射は右側の円偏波状態に変換される。この光は、位相差生成器７０に入射し、左側の偏光として選択的に反射される。反射光は、１／４波形板７３を通過することによって直線偏光状態に変換され、偏光ビームスプリッタ７２によって反射され、別の１／４波形板７４を通過し、１／４波形板７４によって直線偏光は円偏光に変換される。円偏光は、フーリエ変換レンズ７５によって集光され、反射位相／停止板７６によって選択的にろ波され、その結果、ゼロ次放射が除去される。反射／ろ波された次数の光は、再度、フーリエ変換レンズ７５によって円偏波放射として集光され、１／４波形板７４によって直線偏光放射に変換され、偏光ビームスプリッタ７２を一直線に通過し、像形成レンズ７７によって集光されて最終画像板上に像を形成する。反射位相／停止板は、ゼロ次より高次を除去するように設計することができるが、このような環境下において、位相差生成器７０は、合計されて画像面において必要とされる強度になる多数の補助位相波面を生成するようにプログラムされ、配置される。図１１ａおよび１１ｂは、光変調器８０のまた別の実施形態を示す図である。光変調器８０は、前述した実施形態と類似であるが、変形可能材料の単独のアーム８１を備える。このような光変調器８０は、特に、ＰＭＮＴの一つのアームのみを使用して製作することができる。あるいは、ＰＭＮＴの第１および第２アームを有するサンドイッチ構造を、アームの内の一つに白金を拡散させて変形することができる。唯一のＰＭＮＴのアーム８１を備えるので、スペーサ８２は、電界を印加されると、回転させられる。前述したように、使用中は、装置は、ＰＭＮＴが半径方向ひずみおよび線形ひずみの両者を受けるように構成されているので、超ひずみ状態において動作する。したがって、スペーサ８２に隣接して形成される変調表面８３は、回転させられる。変調表面８２に入射する光は、ミラー８２の角回転の２倍に等しい角度によって強制的に偏向される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１１年１月１８日（１９９９．１．１８）【補正内容】請求の範囲１．光変調器であって、印加される電界に応じて変化するひずみの状態を有する変形可能材料よりなり、光変調を実施する変調表面を有する本体であって、電気ひずみ特性を示す電気ひずみ材料よりなる少なくとも一つの層を備える本体と、ひずみ状態の変化によって、結果として、前記変調表面が第１位置と第２位置間において変位するように、対向する端部間に前記変調表面を有する前記本体の前記対向する端部を保持する保持手段と、前記本体に、電界を印加する電気手段と、を備えることを特徴とする光変調器。２．請求の範囲１に記載の光変調器において、前記本体は、電気ひずみ材料の層と一緒に固定される材料の付加層とを含むことを特徴とする光変調器。３．請求の範囲２に記載の光変調器において、前記付加層は、電気手段の一部を構成する電極層であることを特徴とする光変調器。４．請求の範囲３に記載の光変調器において、前記付加層は前記電気ひずみ材料によって形成され、前記電気手段は前記層または前記付加層に対し電界を印加すべく構成されていることを特徴とする光変調器。５．請求の範囲１から４のいずれかに記載の光変調器において、前記変形可能材料においてひずみの基本状態を実現するひずみ手段を備え、前記ひずみ手段によって、前記電気手段により前記本体に印加される電界の変動が前記ひずみの基本状態の近傍で前記ひずみの状態の変動を生じさせることを特徴とする光変調器。６．請求の範囲５に記載の光変調器において、前記ひずみ手段は、機械ひずみを前記本体に加える機械手段を備えることを特徴とする光変調器。７．請求の範囲６に記載の光変調器において、前記ひずみ手段は、前記保持手段の一部を形成することを特徴とする光変調器。８．請求の範囲１から７のいずれかに記載の光変調器において、前記電気ひずみ材料はチタン酸鉛変形ニオブ酸鉛マグネシウム（ＰＭＮＴ）であることを特徴とする光変調器。９．請求の範囲１から８のいずれかに記載の光変調器において、変形可能材料の前記本体は、互いに結合される前記変形可能材料の第１および第２本体を備え、前記第１および第２本体の互いに結合されていない端部は、前記保持手段によって保持される前記本体の前記対向する端部であることを特徴とする光変調器。１０．請求の範囲９に記載の光変調器において、さらに、前記第１および第２本体間に不活性本体を備え、前記不活性本体は電気不導体であり、印加電界に応じて実質的に変化しないひずみ状態を有し、前記変調表面は前記不活性本体に隣接して位置することを特徴とする光変調器。１１．請求の範囲１から１０のいずれかに記載の光変調器を複数備える光変調器において、前記複数の光変調器は一つの面に配列され、前記変位は前記面に対してある角度をなすことを特徴とする光変調器。１２．請求の範囲１１に記載の光変調器において、前記変位は、前記面に対して実質的に垂直であることを特徴とする光変調器。１３．請求の範囲１から１２のいずれかに記載の光変調器において、前記変調表面は、負の誘電率を有することを特徴とする光変調器。１４．請求の範囲１３に記載の光変調器において、前記変調表面は、空気の誘電率の絶対値より大きい絶対値の負の誘電率を有することを特徴とする光変調器。１５．請求の範囲１４に記載の光変調器において、前記変調表面は、金属表面であることを特徴とする光変調器。１６．請求の範囲１５に記載の光変調器において、前記金属は銀であることを特徴とする光変調器。１７．請求の範囲１３から１６のいずれかに記載の光変調器において、さらに、光透過性材料よりなり、前記変調表面から空隙によって隔離されるプリズム表面を有するプリズムを備え、前記空隙は、変調器システムの誘電率およびピストンの誘電率より小さい絶対値の誘電率を有する媒体によって充満されることを特徴とする光変調器。１８．請求の範囲１から１２のいずれかに記載の光変調器において、前記変調表面は反射表面であることを特徴とする光変調器。１９．請求の範囲１１または１２のいずれかに記載の光変調器を備える位相差生成器において、各前記変調表面は反射表面であることを特徴とする光変調器。２０．請求の範囲１から８のいずれかに記載の光変調器において、前記本体は、変形可能材料の単独の本体として形成され、前記変位は角度の変位であることを特徴とする光変調器。

Claims

【特許請求の範囲】１．光変調器であって、印加される電界に応じて変化するひずみの状態を有する変形可能材料よりなり、光変調を実施する変調表面を有する本体と、ひずみ状態の変化によって、結果として、前記変調表面が第１位置と第２位置間において変位するように、対向する端部間に前記変調表面を有する前記本体の前記対向する端部を保持する保持手段と、前記本体に、電界を印加する電気手段と、を備えることを特徴とする光変調器。２．請求の範囲１に記載の光変調器において、前記本体は、電気ひずみの特性を示す電気ひずみ材料の、少なくとも１層を含むことを特徴とする光変調器。３．請求の範囲２に記載の光変調器において、前記本体は、電気ひずみ材料の１層と、一緒に固定される材料の付加層とを含むことを特徴とする光変調器。４．請求の範囲３に記載の光変調器において、前記付加層は、電気手段の一部を構成する電極層であることを特徴とする光変調器。５．請求の範囲４に記載の光変調器において、前記付加層は前記電気ひずみ材料によって形成され、前記電気手段は前記層または前記付加層に対し電界を印加すべく構成されていることを特徴とする光変調器。６．請求の範囲２から５のいずれかに記載の光変調器において、前記変形可能材料においてひずみの基本状態を実現するひずみ手段を備え、前記ひずみ手段によって、前記電気手段により前記本体に印加される電界の変動が前記ひずみの基本状態の近傍で前記ひずみの状態の変動を生じさせることを特徴とする光変調器。７．請求の範囲６に記載の光変調器において、前記ひずみ手段は、機械ひずみを前記本体に加える機械手段を備えることを特徴とする光変調器。８．請求の範囲７に記載の光変調器において、前記ひずみ手段は、前記保持手段の一部を形成することを特徴とする光変調器。９．請求の範囲２から８のいずれかに記載の光変調器において、前記電気ひずみ材料はチタン酸鉛変形ニオブ酸鉛マグネシウム（ＰＭＮＴ）であることを特徴とする光変調器。１０．請求の範囲１に記載の光変調器において、前記本体は、圧電効果を示す圧電材料の少なくとも１層を含むことを特徴とする光変調器。１１．請求の範囲１０に記載の光変調器において、前記圧電材料は、多結晶チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）であることを特徴とする光変調器。１２．請求の範囲１から１１のいずれかに記載の光変調器において、変形可能材料の前記本体は、互いに結合される前記変形可能材料の第１および第２本体を備え、前記第１および第２本体の互いに結合されていない端部は、前記保持手段によって保持される前記本体の前記対向する端部であることを特徴とする光変調器。１３．請求の範囲１２に記載の光変調器において、さらに、前記第１および第２本体間に不活性本体を備え、前記不活性本体は電気不導体であり、印加電界に応じて実質的に変化しないひずみの状態を有し、前記変調表面は前記不活性本体に隣接して位置することを特徴とする光変調器。１４．請求の範囲１０または１１のいずれかに従属する請求の範囲１２または１３のいずれかに記載の光変調器において、前記第１および第２本体は、対立する極を有する圧電材料で製作されることを特徴とする光変調器。１５．請求の範囲１から１４のいずれかに記載の光変調器を複数備える光変調器において、前記複数の光変調器は一つの面に配列され、前記変位は前記面に対してある角度をなすことを特徴とする光変調器。１６．請求の範囲１５に記載の光変調器において、前記変位は、前記面に対して実質的に垂直であることを特徴とする光変調器。１７．請求の範囲１から１６のいずれかに記載の光変調器において、前記変調表面は、負の誘電率を有することを特徴とする光変調器。１８．請求の範囲１７に記載の光変調器において、前記変調表面は、空気の誘電率の絶対値より大きい絶対値の負の誘電率を有することを特徴とする光変調器。１９．請求の範囲１８に記載の光変調器において、前記変調表面は、金属表面であることを特徴とする光変調器。２０．請求の範囲１９に記載の光変調器において、前記金属は銀であることを特徴とする光変調器。２１．請求の範囲１７から２０のいずれかに記載の光変調器において、さらに、光透過性材料よりなり前記変調表面から空隙によって隔離されるプリズム表面を有するプリズムを備え、前記空隙は、変調器システムの誘電率およびピストンの誘電率より小さい絶対値の誘電率を有する媒体によって充満されることを特徴とする光変調器。２２．請求の範囲１から１６のいずれかに記載の光変調器において、前記変調表面は反射表面であることを特徴とする光変調器。２３．請求の範囲１５または１６のいずれかに記載の光変調器を備える位相差生成器において、各前記変調表面は反射表面であることを特徴とする光変調器。２４．請求の範囲１から１１のいずれかに記載の光変調器において、前記本体は、変形可能材料の単独の本体として形成され、前記変位は角度の変位であることを特徴とする光変調器。