JP2009020306A - Spatial light modulator and image forming device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入射する光を空間変調する空間光変調器、および、記録材料に光を照射して記録材料上に画像を記録する画像記録装置に関する。 The present invention relates to a spatial light modulator that spatially modulates incident light, and an image recording apparatus that records an image on a recording material by irradiating the recording material with light.
従来より、リチウムナイオベート(LiNbO3)等の電界により屈折率が変化する材料を用いて光変調を行う手法が知られている。例えば、特許文献1では、厚い板状の電気光学基板の主面に複数の電極要素が一の方向に配列形成された光変調器が開示されており、この光変調器では、互いに隣接する電極要素間に電圧を付与して基板の内部に電界を生じさせることにより、電気光学基板の内部を進行する光を回折させることが可能とされる。
ところで、それぞれが所定の配列方向に並ぶ電極要素の集合である複数の電極を電気光学基板上にて配列方向に配列することにより空間光変調器(すなわち、マルチチャンネルの光変調器)を構築する場合に、例えば、複数の電極において、配列方向に1つ置きに存在する電極に電圧を付与し、残りの電極に電圧を付与しない状態としつつ電極の作用により回折した光を空間光変調器と光学的に共役な所定の露光面上に照射するときには、露光面上における光の照射領域(一定の光量以上となる領域であり、露光面が感光面である場合には感光に必要な光量以上となる領域)の配列方向に対応する方向の幅は、互いに隣接する照射領域間の間隙の幅よりも小さくなってしまう。したがって、このような空間光変調器を用いて、例えば市松模様の画像を記録しようとしても、画像を精度よく記録することができない。 By the way, a spatial light modulator (that is, a multi-channel light modulator) is constructed by arranging a plurality of electrodes, each of which is a set of electrode elements arranged in a predetermined arrangement direction, on the electro-optic substrate in the arrangement direction. In this case, for example, in a plurality of electrodes, a voltage is applied to every other electrode in the arrangement direction, and a light diffracted by the action of the electrodes is applied to a spatial light modulator while no voltage is applied to the remaining electrodes. When irradiating on a predetermined optically conjugate exposure surface, the light irradiation area on the exposure surface (a region where the amount of light exceeds a certain amount, and if the exposure surface is a photosensitive surface, it exceeds the amount of light necessary for light exposure) The width in the direction corresponding to the arrangement direction of the region) becomes smaller than the width of the gap between the irradiation regions adjacent to each other. Therefore, even when trying to record, for example, a checkered pattern image using such a spatial light modulator, the image cannot be recorded with high accuracy.
一方で、空間光変調器の設計によっては、配列方向に配列される複数の電極において、互いに隣接する電極間に隙間(すなわち、電極に含まれる電極要素間の隙間よりも大きい隙間)が設けられることがある。この場合、当該隙間の影響により、露光面上における複数の照射領域の配列方向に対応する方向のピッチが大きくなってしまい、このような空間光変調器を用いた画像記録では、高い記録解像度にて画像を記録することができなくなる。 On the other hand, depending on the design of the spatial light modulator, in a plurality of electrodes arranged in the arrangement direction, a gap (that is, a gap larger than a gap between electrode elements included in the electrodes) is provided between adjacent electrodes. Sometimes. In this case, due to the influence of the gap, the pitch in the direction corresponding to the arrangement direction of the plurality of irradiation areas on the exposure surface becomes large, and image recording using such a spatial light modulator has a high recording resolution. The image cannot be recorded.
したがって、空間光変調器と共役な面上における照射領域の(配列方向に対応する方向の)幅を大きくする、または、空間光変調器と共役な面上における照射領域の配列ピッチを小さくすることが可能な新規な空間光変調器が必要となる。 Therefore, increase the width (in the direction corresponding to the arrangement direction) of the irradiation area on the plane conjugate with the spatial light modulator, or reduce the arrangement pitch of the irradiation area on the plane conjugate with the spatial light modulator. Therefore, a new spatial light modulator capable of achieving the above is required.
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、入射する光を適切に空間変調して出射する新規な空間光変調器を提供することを主たる目的とし、当該空間光変調器を用いて記録材料上に画像を適切に記録することも目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and has as its main object to provide a novel spatial light modulator that appropriately spatially modulates incident light and emits it, and a recording material using the spatial light modulator. The aim is also to properly record images on top.
請求項1に記載の発明は、空間光変調器であって、電界により屈折率が変化する材料にて形成された板状の部材であり、一の端面から内部に入射する光を前記一の端面とは反対側の他の端面へと導くベース部と、前記ベース部の主面において、それぞれが前記光の進行方向に垂直な配列方向に並ぶ電極要素の集合である複数の電極を前記配列方向に千鳥状に2列に配列して有し、各電極に含まれる電極要素間に電圧を付与することにより前記配列方向における周期的な屈折率の変化を、前記各電極近傍における前記ベース部内の部位に生じさせて前記部位を通過する前記光を回折させる変調部とを備える。
The invention according to
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の空間光変調器であって、前記複数の電極において、一方の列に含まれる各電極と、他方の列に含まれる電極のうち前記各電極に対して所定方向に隣接するものとが1つの変調ユニットとして同様に制御される。
The invention according to
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の空間光変調器であって、前記光が前記ベース部の両主面にて多重反射される。 A third aspect of the present invention is the spatial light modulator according to the second aspect, wherein the light is multiple-reflected on both principal surfaces of the base portion.
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の空間光変調器であって、前記ベース部の厚さが50マイクロメートル以下である。 According to a fourth aspect of the present invention, in the spatial light modulator according to the third aspect, the thickness of the base portion is 50 micrometers or less.
請求項5に記載の発明は、請求項3または4に記載の空間光変調器であって、前記複数の電極のそれぞれが、前記ベース部を挟んで前記両主面上にそれぞれ形成される電極要素対の集合である。
The invention according to claim 5 is the spatial light modulator according to
請求項6に記載の発明は、請求項1に記載の空間光変調器であって、前記複数の電極において、一方の列に含まれる電極が前記配列方向に隙間を空けて配列され、他方の列に含まれる電極が前記配列方向に隙間を空けて配列される。
The invention according to claim 6 is the spatial light modulator according to
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の空間光変調器であって、前記光が前記ベース部の両主面にて多重反射される。 A seventh aspect of the present invention is the spatial light modulator according to the sixth aspect, wherein the light is multiple-reflected on both principal surfaces of the base portion.
請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の空間光変調器であって、前記ベース部の厚さが50マイクロメートル以下である。 The invention according to claim 8 is the spatial light modulator according to claim 7, wherein the thickness of the base portion is 50 micrometers or less.
請求項9に記載の発明は、請求項7または8に記載の空間光変調器であって、前記複数の電極のそれぞれが、前記ベース部を挟んで前記両主面上にそれぞれ形成される電極要素対の集合である。 The invention according to claim 9 is the spatial light modulator according to claim 7 or 8, wherein each of the plurality of electrodes is formed on each of the main surfaces with the base portion interposed therebetween. A set of element pairs.
請求項10に記載の発明は、記録材料に光を照射して前記記録材料上に画像を記録する画像記録装置であって、光源部と、前記光源部からの光が入射する請求項1ないし9のいずれかに記載の空間光変調器と、前記空間光変調器からの0次光および(±1)次回折光の一方を記録材料上へと導く光学系と、前記記録材料上における前記空間光変調器からの光の照射位置を、前記空間光変調器における前記配列方向に対応する方向に垂直な走査方向に前記記録材料に対して相対的に移動する走査機構と、前記照射位置の前記記録材料に対する相対移動に同期して前記空間光変調器を制御する制御部とを備える。 A tenth aspect of the present invention is an image recording apparatus for recording an image on the recording material by irradiating the recording material with light, wherein the light source section and the light from the light source section are incident thereon. 9. The spatial light modulator according to claim 9, an optical system that guides one of zero-order light and (± 1) -order diffracted light from the spatial light modulator onto a recording material, and the space on the recording material A scanning mechanism that moves the irradiation position of light from the light modulator relative to the recording material in a scanning direction perpendicular to a direction corresponding to the arrangement direction in the spatial light modulator; and A controller that controls the spatial light modulator in synchronization with the relative movement with respect to the recording material.
請求項11に記載の発明は、記録材料に光を照射して前記記録材料上に画像を記録する画像記録装置であって、光源部と、前記光源部からの光が入射する請求項2ないし5のいずれかに記載の空間光変調器と、前記空間光変調器からの0次光および(±1)次回折光の一方を記録材料上へと導く光学系と、前記記録材料上における前記空間光変調器からの光の照射位置を、前記空間光変調器における前記配列方向に対応する方向に垂直な走査方向に前記記録材料に対して相対的に移動する走査機構と、前記照射位置の前記記録材料に対する相対移動に同期して前記空間光変調器を制御する制御部とを備え、前記空間光変調器において前記配列方向に並ぶ複数の変調ユニットのそれぞれを単独で前記記録材料上に記録を行うON状態とした場合に前記記録材料上に記録される領域を単位記録領域として、前記複数の変調ユニットにそれぞれ対応する複数の単位記録領域が前記配列方向に対応する方向に連続して並ぶ。 The invention described in claim 11 is an image recording apparatus for recording an image on the recording material by irradiating the recording material with light, wherein the light source unit and the light from the light source unit are incident thereon. 5. The spatial light modulator according to claim 5, an optical system that guides one of zero-order light and (± 1) -order diffracted light from the spatial light modulator onto a recording material, and the space on the recording material A scanning mechanism that moves the irradiation position of light from the light modulator relative to the recording material in a scanning direction perpendicular to a direction corresponding to the arrangement direction in the spatial light modulator; and A controller that controls the spatial light modulator in synchronization with the relative movement with respect to the recording material, and records each of the plurality of modulation units arranged in the arrangement direction in the spatial light modulator independently on the recording material. When ON state to be performed Wherein the area to be recorded on the recording material as a unit recording area, a plurality of unit recording area corresponding to the plurality of modulation units are arranged in succession in the direction corresponding to the arrangement direction.
請求項12に記載の発明は、記録材料に光を照射して前記記録材料上に画像を記録する画像記録装置であって、光源部と、前記光源部からの光が入射する請求項6ないし9のいずれかに記載の空間光変調器と、前記空間光変調器からの0次光および(±1)次回折光の一方を記録材料上へと導く光学系と、前記記録材料上における前記空間光変調器からの光の照射位置を、前記空間光変調器における前記配列方向に対応する方向に垂直な走査方向に前記記録材料に対して相対的に移動する走査機構と、前記照射位置の前記記録材料に対する相対移動に同期して前記空間光変調器を制御する制御部とを備え、前記空間光変調器の前記複数の電極のそれぞれを単独で前記記録材料上に記録を行うON状態とした場合に前記記録材料上に記録される領域を単位記録領域として、前記複数の電極にそれぞれ対応する複数の単位記録領域が前記配列方向に対応する方向に連続して並ぶ。 The invention according to claim 12 is an image recording apparatus for recording an image on the recording material by irradiating the recording material with light, wherein the light source and the light from the light source enter. 9. The spatial light modulator according to claim 9, an optical system that guides one of zero-order light and (± 1) -order diffracted light from the spatial light modulator onto a recording material, and the space on the recording material A scanning mechanism that moves the irradiation position of light from the light modulator relative to the recording material in a scanning direction perpendicular to a direction corresponding to the arrangement direction in the spatial light modulator; and A control unit that controls the spatial light modulator in synchronization with the relative movement with respect to the recording material, and sets each of the plurality of electrodes of the spatial light modulator to an ON state in which recording is performed on the recording material alone. When recorded on the recording material The frequency as a unit recording area, a plurality of unit recording area corresponding to the plurality of electrodes are arranged in succession in the direction corresponding to the arrangement direction.
請求項13に記載の発明は、請求項11または12に記載の画像記録装置であって、前記複数の単位記録領域の前記配列方向に対応する方向の幅が等しい。 A thirteenth aspect of the present invention is the image recording apparatus according to the eleventh or twelfth aspect, wherein widths of the plurality of unit recording areas in a direction corresponding to the arrangement direction are equal.
請求項14に記載の発明は、請求項10ないし13のいずれかに記載の画像記録装置であって、前記光学系が、縮小光学系である。 The invention according to claim 14 is the image recording apparatus according to any one of claims 10 to 13, wherein the optical system is a reduction optical system.
請求項1ないし9の発明では、空間光変調器において、千鳥状に配列された電極を用いることにより適切に空間変調された光を出射することができる。 According to the first to ninth aspects of the invention, in the spatial light modulator, appropriately spatially modulated light can be emitted by using the electrodes arranged in a staggered pattern.
また、請求項2ないし5の発明では、2つの列の2つの電極の組合せを変調制御の単位とすることにより1つの電極のみを用いる場合に比べて、空間光変調器と共役な面上へと回折光を導いた場合の照射領域の配列方向に対応する方向の幅を大きくすることができ、請求項3および7の発明では、光の進行方向における電極の長さを短くする、または、電極に付与する電圧を低くすることができる。
Further, in the inventions according to
また、請求項5および9の発明では、光の進行方向における電極の長さをさらに短くする、または、電極に付与する電圧をさらに低くすることができ、請求項6ないし9の発明では、配列方向に互いに隣接する電極間に隙間を設ける場合に、複数の電極を千鳥状に2列に配列することにより、電極を1列に配列する場合に比べて、空間光変調器と共役な面上において複数の電極にそれぞれ対応する複数の照射領域の配列ピッチを小さくすることができる。 In the inventions of claims 5 and 9, the length of the electrodes in the light traveling direction can be further shortened, or the voltage applied to the electrodes can be further lowered. When a gap is provided between electrodes adjacent to each other in the direction, a plurality of electrodes are arranged in two rows in a staggered manner, so that the surface is conjugated with the spatial light modulator as compared with the case where the electrodes are arranged in one row. The arrangement pitch of the plurality of irradiation regions respectively corresponding to the plurality of electrodes can be reduced.
請求項10ないし14の発明では、電気光学効果を利用する空間光変調器を用いた画像記録装置において、記録材料上に画像を適切に記録することができる。 According to the tenth to fourteenth aspects of the present invention, in the image recording apparatus using the spatial light modulator utilizing the electro-optic effect, an image can be appropriately recorded on the recording material.
また、請求項11の発明では、変調ユニットを変調制御の単位として記録材料上に画像を精度よく記録することができ、請求項12の発明では、高い記録解像度にて記録材料上に画像を記録することができ、請求項14の発明では、画像をより精度よく記録することができる。 In the invention of claim 11, an image can be recorded on the recording material with high accuracy using the modulation unit as a unit of modulation control. In the invention of claim 12, an image is recorded on the recording material with high recording resolution. In the invention of claim 14, an image can be recorded with higher accuracy.
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る画像記録装置1の構成を示す図である。画像記録装置1は図1中のZ方向(光学ヘッド2の光軸J1に平行な方向)に沿って描画用の光を出射する光学ヘッド2、画像が記録される記録材料9を外側面に保持する保持部である保持ドラム70、並びに、画像記録装置1の全体制御を担う制御部4を備える。記録材料9には光学ヘッド2からの描画用の光が走査されつつ照射されることにより、画像が記録される(すなわち、光の照射により画像が描画される)。記録材料9としては、例えば、刷版、刷版形成用のフィルム等の感光材料が用いられる。保持ドラム70として無版印刷用の感光ドラムが用いられてもよく、この場合、記録材料9は感光ドラムの表面に相当し、保持ドラム70が記録材料9を一体的に保持していると捉えることができる。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an
保持ドラム70は円筒面の中心軸を中心にモータ81により回転し、これにより、光学ヘッド2が記録材料9に対して主走査方向(すなわち、保持ドラム70の回転軸に垂直な方向)に相対的に一定の速度で移動する。また、光学ヘッド2はモータ82およびボールねじ83により保持ドラム70の回転軸に平行な副走査方向(すなわち、主走査方向に垂直な図1中のX方向)に移動可能とされ、光学ヘッド2の位置はエンコーダ84により検出される。このように、モータ81を含む主走査機構により、光学ヘッド2からの光の記録材料9上における照射位置が、記録材料9に対して一定の速度で主走査方向に相対的に移動し、モータ82およびボールねじ83を含む副走査機構により記録材料9上における照射位置が主走査方向に交差する副走査方向に相対的に移動する。
The
図2および図3は光学ヘッド2の内部構成を簡略化して示す図である。図2は、図1中の光学ヘッド2の光軸J1および副走査方向に垂直な方向(図1中のZ方向およびX方向に垂直なY方向)に沿って光学ヘッド2を上方(すなわち、図1中の(+Y)側)から見た場合の光学ヘッド2の内部構成を示し、図3は副走査方向に沿って図1のモータ82とは反対側から光学ヘッド2側を見た場合(すなわち、光学ヘッド2の(−X)側から(+X)方向を向いて見た場合)の光学ヘッド2の内部構成を示している。
2 and 3 are diagrams showing the internal configuration of the
図2および図3に示す光学ヘッド2は、所定の波長の光ビームを出射する半導体レーザ(複数の半導体レーザが配列された半導体レーザアレイ、あるいは、ランプ等の他の種類の発光素子であってもよい。)を有する光源部21、および、光源部21からの光ビームが入射するマルチチャンネルの空間光変調器3を備える。空間光変調器3は、電界により屈折率が変化する材料にて形成された板状の部材であるベース部31、および、ベース部31内へと入射する光を変調する変調部32を有する。変調部32は、ベース部31の(+Y)側の主面311においてそれぞれが光軸J1に垂直な配列方向(図2および図3中のX方向)に並ぶ電極要素の集合である複数の電極33を有し(ただし、図2では各電極33を1つの矩形にて示している。)、複数の電極33は配列方向に千鳥状に2列に配列形成される。以下の説明では、配列方向に並ぶ電極33の2つの列のうち、(−Z)側の列を第1電極列と呼び、(+Z)側の列を第2電極列と呼び、図2および図3では、第1および第2電極列に符号321,322をそれぞれ付している。
The
本実施の形態では、ベース部31はリチウムナイオベート(LiNbO3)(すなわち、ニオブ酸リチウムであり、LNと略称される。)の単結晶にて形成される。なお、ベース部31はリチウムタンタレート(LiTaO3)(すなわち、タンタル酸リチウムであり、LTと略称される。)の単結晶等、電界により結晶内に分極が発生して屈折率が変化する他の材料にて形成されてもよい。
In the present embodiment,
図4は空間光変調器3を示す平面図であり、図5は空間光変調器3の断面図である。図5の上段は、図4中の矢印A−Aの位置(すなわち、第1電極列321の位置)における空間光変調器3の断面を示し、図5の下段は図4中の矢印B−Bの位置(すなわち、第2電極列322の位置)における空間光変調器3の断面を示している。図5の上段および下段では、ベース部31の断面の平行斜線の図示を省略している。
FIG. 4 is a plan view showing the spatial
図4並びに図5の上段および下段に示すように、第1電極列321および第2電極列322のそれぞれにおいて、複数の電極33に含まれる複数の電極要素331,332はX方向に一定のピッチにて配列されており、図2の制御部4が有する電位付与部41に接続される電極要素331(図4参照)と、接地電位を付与する接地部34に接続される電極要素332とはX方向に交互に配置される。空間光変調器3では、配列方向において連続する6個の電極要素331,332(すなわち、3個の電極要素331および3個の電極要素332)が1つの電極33とされ、電位付与部41では各電極33に対して個別に電位を付与することが可能とされる。図5では、1つの電極33に含まれる電極要素331,332を二点鎖線の矩形にて囲んでいる(後述の図13において同様)。
4 and 5, in each of the
本実施の形態では、第1電極列321の電極33と第2電極列322の電極33とは同数とされ、図5の上段および下段に示すように、X方向に関して第2電極列322の互いに隣接する2つの電極33の中心間の中央(すなわち、当該2つの電極33において、互いに隣接する電極要素331,332間の中央)に第1電極列321の1つの電極33(最も(−X)側の電極33を除く。)の中心(すなわち、当該電極33の両端の電極要素331,332間の中央)が配置され、X方向に関して、第1電極列321の各電極33は第2電極列322の対応する2つの電極33のそれぞれと部分的に重なっている。
In the present embodiment, the number of
図4に示すように、各電極要素331,332はZ方向(光の進行方向)に長い形状とされ(例えば、長さ10ミリメートル(mm)とされる。)、X方向に関して互いに隣接する電極要素331,332間の距離(中心間距離)は5〜20マイクロメートル(μm)とされ、互いに隣接する電極要素331,332間の隙間の幅と各電極要素331,332の幅とはほぼ同じとされる。また、第1電極列321に含まれる電極要素331の(+Z)側の端部と、第2電極列322に含まれる電極要素331の(−Z)側の端部との間のZ方向の距離は、好ましくは50μm以上(10mm以下)とされる。なお、図4では、X方向とZ方向とで縮尺が相違している(後述の図10において同様)。もちろん、電極要素331,332のサイズや配列ピッチ等は、空間光変調器の設計に応じて適宜変更されてよい。
As shown in FIG. 4, each
電位付与部41から図5の各電極33の複数の電極要素331に所定の電位が付与される際には、ベース部31内に各電極要素331から隣接する電極要素332へと向かう電界が形成される。リチウムナイオベートにて形成されるベース部31は、電極要素331,332の配列方向(X方向)に垂直なY方向(すなわち、電気光学係数r33に対応する方向)の電界により屈折率が大きく変化するものとなっており、各電極33に含まれる電極要素331,332間に電圧(電位差)を付与して、ベース部31の内部のこれらの電極要素331,332の近傍に図5の上段または下段にて符号E1を付す矢印にて示すようにY方向の向きの電界を生じさせることにより、配列方向における周期的な屈折率の変化が当該電極33近傍におけるベース部31内の主面311近傍の部位に生じる。
When a predetermined potential is applied from the
図2および図3に示す光源部21はコリメータレンズ(図示省略)を有しており、半導体レーザから出射される光ビームはコリメータレンズを介して平行光とされてシリンドリカルレンズ221に入射する。シリンドリカルレンズ221を通過した光は光軸J1に垂直な光束断面が円形から次第にX方向に長い楕円形へと変化する。すなわち、シリンドリカルレンズ221はX方向にのみ負のパワーを有し、光軸J1およびX方向に垂直なY方向に関して、シリンドリカルレンズ221を通過した光の光束断面の幅は(ほぼ)一定とされる。
The
シリンドリカルレンズ221からの光はX方向にのみ正のパワーを有するシリンドリカルレンズ222へと入射し、シリンドリカルレンズ222を通過した光は光束断面がX方向に長い一定の大きさの楕円形とされてシリンドリカルレンズ223へと入射する。シリンドリカルレンズ223は、Y方向にのみ正のパワーを有し、Y方向のみに着目した場合には、図3に示すシリンドリカルレンズ223を通過した光は集光しつつ空間光変調器3のベース部31の(−Z)側の端面(以下、「入射面」という。)313へと入射する。また、X方向に関しては、図2に示すシリンドリカルレンズ223からの光は平行な状態にて空間光変調器3に入射する。このように、光学ヘッド2では、シリンドリカルレンズ221〜223により照明光学系22が構築される。
The light from the
ここで、図3の空間光変調器3では、ベース部31において、入射面313および入射面313とは反対側の端面(以下、「出射面」という。)314と主面311とのなす角を鋭角に設定することにより、主面311に平行な光軸J1に沿って入射面313から内部へと入射する光を主面311にて一回のみ反射させつつ出射面314へと導き、主面311に平行な方向に沿って出射させる(すなわち、入射光軸と出射光軸とを一致させる)ことが実現される。このとき、図2の空間光変調器3の各電極33において、電極要素331に電位付与部41からの電位が付与されていない状態(すなわち、電極要素331の電位が接地電位とされる状態)では、ベース部31内の当該電極33近傍の部位を通過する光はX方向に関して平行な状態のままでベース部31の内部を進行する。電極要素331に電位付与部41からの電位が付与されている状態では、電気光学効果により配列方向に周期的な屈折率の変化がベース部31内に生じており、この場合、ベース部31内の当該電極33近傍の部位を通過する光に周期的な位相差が生じて回折が生じる(すなわち、空間光変調器3が位相回折格子として機能する。)。このように、空間光変調器3の各電極33は、当該電極33近傍におけるベース部31内の部位を通過する光がX方向に関して平行な状態の光である0次光として出射面314から出射される状態と、光軸J1に沿って進むに従ってX方向に関して光軸J1から離れる(±1)次回折光(もちろん、高次の回折光も出射される。)として出射面314から出射される状態との間で遷移可能とされる。
Here, in the spatial
図3の空間光変調器3の各電極33を経由するとともにY方向に発散しつつ出射面314から出射される0次光または(±1)次回折光は、図3中にて細い実線にて外形を示すように、Y方向にのみ正のパワーを有するシリンドリカルレンズ231にてY方向に関してほぼ平行な光とされ、正のパワーを有するレンズ232に入射する。ここで、レンズ232の前側焦点は第1電極列321の電極33の(+Z)側の端部と第2電極列322の電極33の(+Z)側の端部との間の中央近傍におけるベース部31内の位置とされ、レンズ232の後側焦点には微小な遮蔽板233が配置される。したがって、X方向およびY方向の双方にほぼ平行とされる0次光はレンズ232を介して遮蔽板233上にて集光して遮蔽される。また、(±1)次回折光は図2に示すレンズ232の光軸J1から離れた位置へと入射し、レンズ232から遮蔽板233とは重ならない経路に沿ってレンズ234に入射する(0次光および(±1)次回折光の経路については後述する。)。レンズ234は、前側焦点が遮蔽板233の近傍に位置し、後側焦点が保持ドラム70の記録材料9上となるように配置されており、(±1)次回折光はレンズ234を介して露光面である記録材料9上に照射される。このように、光学ヘッド2では、シリンドリカルレンズ231、遮蔽板233、並びに、レンズ232,234により投影光学系23(シュリーレン光学系と捉えることもできる。)が構築される。
The zero-order light or (± 1) -order diffracted light emitted from the
図6は、空間光変調器3と記録材料9との間における光の経路を説明するための図であり、図6では、シリンドリカルレンズ231の図示を省略している。図6に示すように、実際にはレンズ232は空間光変調器3に比べて十分に大きくされ、空間光変調器3のいずれの電極33(図6では、各電極33を1本の線分にて示す。)からの光(0次光または(±1)次回折光)もレンズ232に入射する。例えば、第1電極列321の全ての電極33に電圧を付与していない状態において、第2電極列322における最も(−X)側または最も(+X)側の電極33近傍からの0次光は、図6中に細い実線にて示す経路K2に沿ってレンズ232により遮蔽板233へと導かれて遮蔽される。また、(±1)次回折光は、図6中に細い破線にて示す経路K3に沿ってレンズ232の光軸J1から離れた位置に入射し、遮蔽板233に遮られることなくレンズ234へと到達する。レンズ232,234にて構築される光学系は両側テレセントリックとされ、(±1)次回折光は、仮に遮蔽板233が省略される場合に0次光が記録材料9上に導かれる位置へと導かれる。
FIG. 6 is a diagram for explaining a light path between the spatial
なお、図6では、遮蔽板233が省略される場合における0次光の主光線を符号M1を付す二点鎖線にて示しており、当該主光線M1は記録材料9に対して垂直となる。本実施の形態では、レンズ232,234により縮小光学系が構築されており、記録材料9上には、第2電極列322の複数の電極33近傍からの光がそれぞれ導かれる複数の位置が、第2電極列322における電極33の配列ピッチよりも小さいピッチにて主走査方向に垂直なX方向(すなわち、電極33の配列方向に対応する方向)に配列される。
In FIG. 6, the principal ray of the 0th order light when the shielding
光学ヘッド2では、第1電極列321に含まれる電極33においても、第2電極列322と同様に、複数の電極33近傍からの光がそれぞれ導かれる記録材料9上の複数の位置が、第1電極列321における電極33の配列ピッチよりも小さいピッチにて副走査方向に配列される。したがって、記録材料9上には第1電極列321の電極33近傍からの光が照射される位置と第2電極列322の電極33近傍からの光が照射される位置とがX方向に交互に並ぶ。このとき、記録材料9の近傍において、第1電極列321に含まれる電極33近傍からの(±1)次回折光の合焦位置と、第2電極列322に含まれる電極33近傍からの(±1)次回折光の合焦位置とが光軸J1方向に僅かに離れるが、空間光変調器3における第1電極列321と第2電極列322との間の光軸J1方向の中心間距離は僅かであるとともに、記録材料9近傍における光軸J1方向の合焦位置の差は、投影光学系23の縮小倍率の二乗に比例するため、第1電極列321と第2電極列322との間における合焦位置の相違は、後述の画像記録動作により記録材料9上に記録される画像の質にほとんど影響を与えない。
In the
例えば、第1電極列321と第2電極列322との間のZ方向の中心間距離を20mm、投影光学系23の縮小倍率を1/20倍とする場合には、第1電極列321と第2電極列322との間における合焦位置の差は、0.05mm(=20×(1/20)2)となる。
For example, when the center distance in the Z direction between the
ここで、空間光変調器3からの空間変調された光により記録材料9上に記録が行われる領域について述べる。図7は空間光変調器3からの光により記録材料9上に記録が行われる領域を説明するための図である。図7の最上段および上から2段目は、それぞれ第1電極列321および第2電極列322に含まれる電極33(ただし、矩形にて抽象的に図示している。)を示し、図7の上から3段目および4段目は、それぞれ第1電極列321および第2電極列322の電極33近傍からの(±1)次回折光の記録材料9上におけるX方向の光量分布を示し、図7の最下段は第1電極列321および第2電極列322の双方の電極33近傍からの(±1)次回折光の記録材料9上におけるX方向の光量分布を示している(後述の図9において同様)。
Here, an area where recording is performed on the recording material 9 by the spatially modulated light from the spatial
図7の最上段に示す第1電極列321の電極33において、仮に、電極33の配列方向に1つ置きに存在する電極33(図7の最上段にて内部に平行斜線を付す矩形にて示す電極33)に電圧を付与し、残りの電極33に電圧を付与しない状態とすると(ただし、第2電極列322の全ての電極33には電圧が付与されていないものとする。)、所定の回転数(単位時間当たりの回転数)にて回転する保持ドラム70上の記録材料9に照射される光の配列方向に対応する方向(X方向)の光量の分布は、図7の上から3段目にて符号L11を付す線にて示すようになる。このとき、図2の第1電極列321の電極33の(+Z)側の端部近傍におけるベース部31内の部位と記録材料9の表面とがほぼ光学的に共役と捉えられるため、電圧が付与される電極33の配列方向の幅(各電極列における電極33の配列ピッチに等しいものとする。)に投影光学系23の縮小倍率を乗じた幅(以下、単に「電極33に対応する幅」という。)の範囲(およそその幅の範囲)にて光量が山型に増大する。なお、図7の上から3段目および4段目並びに最下段では、投影光学系23の縮小倍率の影響を無視している(後述の図9および図11において同様)。
In the
記録材料9において感光に要する光量(以下、「必要光量」という。)をRとすると、電圧が付与される各電極33近傍からの光により記録材料9上に記録される領域の幅はW1となり、通常、電極33に対応する幅よりも小さくなる。
When the amount of light required for exposure in the recording material 9 (hereinafter referred to as “necessary amount of light”) is R, the width of the region recorded on the recording material 9 by the light from the vicinity of each
また、図7の上から2段目に示す第2電極列322の電極33において、仮に、電極33の配列方向に1つ置きに存在する電極33(図7の上から2段目にて内部に平行斜線を付す矩形にて示す電極33)に電圧を付与し、残りの電極33に電圧を付与しない状態とすると(ただし、第1電極列321の全ての電極33には電圧が付与されていないものとする。)、所定の回転数にて回転する保持ドラム70上の記録材料9に照射される光のX方向の光量の分布は、図7の上から4段目にて符号L12を付す線にて示すようになる。この場合も、図2の第2電極列322の電極33の(+Z)側の端部近傍におけるベース部31内の部位と記録材料9の表面とがほぼ共役と捉えられ、上記の第1電極列321の場合と同様に、電圧が付与される各電極33近傍からの光により記録材料9上に記録される領域の幅はW1となり、電極33に対応する幅よりも小さくなる。
In addition, in the
実際に画像記録装置1にて記録材料9上に画像を記録する際には、図2の第1電極列321に含まれる各電極33と、第2電極列322に含まれるとともに第1電極列321の当該電極33に対して(+X)方向かつ(+Z)方向に隣接する電極33(すなわち、図7の最上段および2段目において、第1電極列321の各電極33と、当該電極33の右下に隣接する第2電極列322の電極33)とが1つの変調ユニット(図7中にて符号330を付す。)として同様に制御される。したがって、空間光変調器3において配列方向(X方向)に並ぶ複数の変調ユニット330にて1つ置きに存在する変調ユニット330に含まれる電極33(図7の最上段および2段目にて内部に平行斜線を付す矩形にて示す電極33)に電圧を付与し、残りの変調ユニット330に含まれる電極33に電圧を付与しない状態とすると、保持ドラム70上の記録材料9に照射される光のX方向の光量分布は、図7の最下段にて符号L13を付す線にて示すようになる。
When the
図7の最下段に示す光量分布は、図7の3段目に示す光量分布と図7の4段目に示す光量分布とを足し合わせたものに近似する。実際には、電圧が付与される第2電極列322の電極33では、同じ変調ユニット330の第1電極列321の電極33による光の回折の影響により、(−X)側の部位(電極要素)近傍を通過する光が制限されており、実際に記録材料9上に照射される光の光量分布において電圧が付与される変調ユニット330に対応する部分は、X方向に関して中央の部分がほぼ平らな山型となる。その結果、電圧が付与される変調ユニット330に対して記録材料9上に記録される領域の幅(すなわち、光量分布において記録材料9の必要光量Rよりも光量が大きくなる部分のX方向の幅)はW1よりも大きいW2となる。
The light quantity distribution shown at the bottom of FIG. 7 approximates to the sum of the light quantity distribution shown at the third stage of FIG. 7 and the light quantity distribution shown at the fourth stage of FIG. Actually, in the
画像記録装置1では、配列方向において電圧が付与される変調ユニット330と電圧が付与されない変調ユニット330とを交互に繰り返す場合に、電圧が付与される変調ユニット330近傍からの光により記録材料9上に記録される領域が、その幅W2の2倍のピッチにてX方向に並ぶように(図7の最下段参照)、光源部21からの光ビームの光量や各電極33に付与する電圧等が調整されている。このとき、電圧が付与される各変調ユニット330(1つ置きに存在する変調ユニット330のそれぞれ)に対して記録材料9上に記録される領域は、複数の変調ユニット330において当該変調ユニット330のみを単独で記録材料9上に記録を行う状態(すなわち、後述のON状態)とした場合に記録材料9上に記録される領域と同じとなるため、画像記録装置1では、配列方向に並ぶ複数の変調ユニット330のそれぞれを単独で記録材料9上に記録を行う状態とした場合に記録材料9上に記録される領域を単位記録領域として、複数の変調ユニット330にそれぞれ対応する複数の単位記録領域が、X方向に連続して(すなわち、重なりおよび隙間がほとんどなく)並ぶように各種条件が設定されているといえる。以下の説明では、変調制御の単位となる電極33(本実施の形態では変調ユニット330に含まれる2つの電極33であり、後述する第2の実施の形態では1つの電極33)を単独で記録材料9上に記録を行う状態とした場合に記録材料9上に記録される領域を単位記録領域と定義する。
In the
なお、投影光学系23の縮小倍率を1/20倍とし、各電極列321,322において互いに隣接する電極33の中心間距離を212μmとする場合には、図7の最下段におけるW2は10μmとなり、この場合、X方向に関して2400dpi(dot per inch)の記録解像度(単位長さ当たりのドット数)にて画像を記録することが可能となる。
If the reduction magnification of the projection
図8は画像記録装置1が記録材料9上に画像を記録する動作の流れを示す図である。画像記録の際には、まず、光源部21からの光の出射が開始され(ステップS11)、続いて、保持ドラム70が回転することにより光学ヘッド2が主走査方向に一定の速度で記録材料9に対して相対的に移動し、さらに、保持ドラム70の回転に同期して光学ヘッド2が副走査方向に移動する(ステップS12)。制御部4では、記録材料9上の光の照射位置(すなわち、空間光変調器3の全体からの光が常に記録材料9へと導かれると仮定した場合の照射位置)の記録材料9に対する相対移動に同期して、記録材料9に光((±1)次回折光)が導かれるON状態と、光が導かれないOFF状態とを空間光変調器3の各変調ユニット330において切り替えるON/OFF制御が行われ(ステップS13)、記録材料9上に画像が記録される。このようにして、光学ヘッド2からの光の照射位置をラスター走査しつつ記録材料9全体に画像が記録されると、保持ドラム70の回転、光学ヘッド2の副走査方向への移動、および、光源部21からの光の出射が停止され(ステップS14,S15)、画像記録装置1において画像を記録する動作が終了する。
FIG. 8 is a diagram showing a flow of operations in which the
ここで、第1電極列321のみがベース部31上に設けられる比較例の空間光変調器を想定し、比較例の空間光変調器において、第1電極列321に含まれる電極33のうち1つ置きに存在する電極33のみをON状態とし、残りの電極33をOFF状態として記録材料9上に記録を行うと、X方向に対する記録材料9上の光量分布は図7の上から3段目に示すようになる。この場合、電圧が付与される各電極33近傍からの光により記録材料9上に記録される記録領域のX方向の幅(W1となる幅)は、互いに隣接する記録領域間の間隙の幅(図7の3段目にてG1となる幅)よりも小さくなってしまう。したがって、比較例の空間光変調器を用いて、仮に市松模様の画像を記録材料9上に記録しようとしても、画像を精度よく記録することができない。
Here, a spatial light modulator of a comparative example in which only the
これに対し、本実施の形態に係る空間光変調器3では、ベース部31の主面311において複数の電極33が配列方向に千鳥状に2列に配列形成され、一方の列に含まれる各電極33と、他方の列に含まれるとともに配列方向に関して所定の端部が当該電極33に重なる電極33とが1つの変調ユニット330として同様に制御される。このように、2つの列にそれぞれ含まれる2つの電極33を変調制御の単位とすることにより、一方の列の1つの電極33のみを用いる場合に比べて、空間光変調器3と共役な面上へと(±1)次回折光を導いた場合の照射領域(すなわち、一定の光量以上となる領域であり、露光面が感光面である場合には感光に必要な光量以上となる領域)の配列方向に対応する方向の幅を太くすることができる。そして、複数の変調ユニット330にそれぞれ対応する複数の単位記録領域が配列方向に対応する方向に等しい幅にて連続して並ぶようにされることにより、図1の画像記録装置1では、変調ユニット330を変調制御の単位として記録材料9上に画像を精度よく記録することが実現される。
On the other hand, in the spatial
また、光学ヘッド2では、レンズ232,234により構築される投影光学系23が両側テレセントリックとされることにより、レンズ234と記録材料9との間の光軸J1方向の距離が僅かに変動した場合でも記録材料9上における像の倍率は変化せず、高精度な画像記録が実現される。さらに、投影光学系23が縮小光学系とされることにより、記録材料9上において第1電極列321と第2電極列322との間における合焦位置の相違による画像への影響を抑制することができ、記録材料9上に画像をより精度よく記録することが可能となる。
Further, in the
図5の空間光変調器3では、各電極列321,322において複数の電極要素331,332が一定のピッチにて配列されるが(すなわち、複数の電極33が隙間なく配列されるが)、各電極列321,322に含まれる複数の電極33はX方向に隙間を空けて配列されてもよい(後述の図10参照)。図9は、各電極列321,322にて電極33が隙間を空けて配列される空間光変調器3からの光により記録材料9上に記録が行われる領域を説明するための図であり、図7に対応する図である。
In the spatial
図9の最上段に示すように、第1電極列321に含まれる複数の電極33はX方向に隙間を空けて一定のピッチにて配列されており、仮に、X方向に1つ置きに存在する電極33(図9の最上段にて内部に平行斜線を付す矩形にて示す電極33)に電圧を付与し、残りの電極33に電圧を付与しない状態とすると、記録材料9に照射される光のX方向の光量分布は、図9の上から3段目にて符号L21を付す線にて示すようになる。また、図9の上から2段目に示すように、第2電極列322に含まれる複数の電極33もX方向に隙間を空けて第1電極列321と同様のピッチにて配列されており、仮に、X方向に1つ置きに存在する電極33(図9の2段目にて内部に平行斜線を付す矩形にて示す電極33)に電圧を付与し、残りの電極33に電圧を付与しない状態とすると、記録材料9に照射される光のX方向の光量分布は、図9の上から4段目にて符号L22を付す線にて示すようになる。
As shown in the uppermost part of FIG. 9, the plurality of
実際に画像記録装置1にて記録材料9上に画像を記録する際には、第1電極列321に含まれる各電極33と、第2電極列322に含まれるとともに第1電極列321の当該電極33に対して(+X)方向かつ(+Z)方向に隣接する電極33(すなわち、図9の最上段および2段目において、第1電極列321の各電極33と、当該電極33の右下に隣接する第2電極列322の電極33)とが1つの変調ユニット330として同様に制御される。したがって、空間光変調器3において配列方向に並ぶ複数の変調ユニット330にて1つ置きに存在する変調ユニット330に含まれる電極33に電圧を付与し、残りの変調ユニット330に含まれる電極33に電圧を付与しない状態とすると、記録材料9に照射される光のX方向の光量分布は、図9の最下段にて符号L23を付す線にて示すようになり、電圧が付与される変調ユニット330に対して記録材料9上に記録される領域の幅(すなわち、光量分布において記録材料9の必要光量Rよりも光量が大きくなる部分のX方向の幅)はW3となる。
When an image is actually recorded on the recording material 9 by the
画像記録装置1では、図9の最下段に示すように、電圧が付与される変調ユニット330近傍からの光により記録材料9上に記録される領域が、その幅W3の2倍のピッチにてX方向に並ぶように各種条件が設定されている。これにより、配列方向に並ぶ複数の変調ユニット330のそれぞれを単独で記録材料9上に記録を行うON状態とした場合に記録材料9上に記録される領域を単位記録領域として、複数の変調ユニット330にそれぞれ対応する複数の単位記録領域がX方向に等しい幅にて連続して並び、その結果、記録材料9上に画像を精度よく記録することが実現される。
In the
一方、各電極列321,322にて電極33が隙間を空けて配列される場合には、各電極33を変調制御の単位として記録材料9上に画像を記録することも可能である。図10は、本発明の第2の実施の形態に係る空間光変調器3aを示す平面図である。
On the other hand, when the
図10に示すように、空間光変調器3aの変調部32aは、ベース部31の主面311においてそれぞれが光の進行方向(図10中のZ方向)に垂直な配列方向(図10中のX方向)に並ぶ電極要素331,332の集合である複数の電極33を配列方向に千鳥状に2列に配列して有しており、各電極列321,322では互いに隣接する電極33間に隙間(電極33に含まれる電極要素331,332間の隙間よりも大きい隙間)を設けて複数の電極33(図10では、5個の電極33)が配列方向に配列されている。また、X方向に関して第2電極列322の互いに隣接する2つの電極33の中心間の中央(すなわち、当該2つの電極33において、互いに隣接する電極要素331,332間の中央)に第1電極列321の1つの電極33(最も(−X)側の電極33を除く。)の中心(すなわち、当該電極33の両端の電極要素331,332間の中央)が配置され、第1電極列321の各電極33が第2電極列322の対応する2つの電極33のそれぞれと部分的に重なっている。
As shown in FIG. 10, the
図11は、空間光変調器3aからの光により記録材料9上に記録が行われる領域を説明するための図であり、図7に対応する図である。図11の最上段および上から2段目は、それぞれ第1電極列321および第2電極列322に含まれる電極33(ただし、矩形にて抽象的に図示している。)を示し、図11の上から3段目および最下段は、それぞれ第1電極列321および第2電極列322の電極33近傍からの(±1)次回折光の記録材料9上におけるX方向の光量分布を示している。
FIG. 11 is a diagram for explaining a region where recording is performed on the recording material 9 by the light from the spatial light modulator 3a, and corresponds to FIG. The uppermost stage and the second stage from the top in FIG. 11 show the electrodes 33 (however, abstractly shown in a rectangle) included in the
既述のように、第1電極列321に含まれる複数の電極33は配列方向(X方向)に隙間を空けて一定のピッチにて配列されており(図11の最上段参照)、仮に、第1電極列321の全ての電極33に電圧を付与すると(ただし、第2電極列322の全ての電極33には電圧が付与されていないものとする。)、記録材料9に照射される光のX方向の光量分布は、図11の上から3段目にて符号L31を付す実線にて示すようになる。画像記録装置1では、記録材料9の必要光量をRとして、第1電極列321の電極33近傍からの光により記録材料9上に記録される領域の幅(すなわち、線L31にて示す光量分布において記録材料9の必要光量Rよりも光量が大きくなる部分のX方向の幅)がW4となり、互いに隣接する領域間の隙間の距離もW4となるように、光源部21からの光ビームの光量や各電極33に付与する電圧等が調整されている。
As described above, the plurality of
また、図11の上から2段目に示すように、第2電極列322に含まれる複数の電極33も配列方向に隙間を空けて第1電極列321と同様のピッチにて配列されており、仮に、第2電極列322の全ての電極33に電圧を付与すると(ただし、第1電極列321の全ての電極33には電圧が付与されていないものとする。)、記録材料9に照射される光のX方向の光量分布は、図11の最下段にて符号L32を付す破線にて示すようになる。この場合も、画像記録装置1では、第2電極列322の電極33近傍からの光により記録材料9上に記録される領域の幅がW4となり、互いに隣接する領域間の隙間の距離もW4となるように各種条件が設定される。実際には、図11の3段目および最下段に示すように、記録材料9上において、第1電極列321の電極33に対して記録される領域間の隙間を、第2電極列322の電極33に対して記録される領域にて補間することが可能となっている。
As shown in the second row from the top in FIG. 11, the plurality of
このように、図10の空間光変調器3aでは、配列方向に互いに隣接する電極33間に隙間を設ける場合に、複数の電極33を千鳥状に2列に配列することにより、電極を1列に配列する場合に比べて、空間光変調器3aと共役な面上において複数の電極33にそれぞれ対応する複数の照射領域の配列ピッチ(すなわち、配列方向に対応する方向のピッチ)を小さくすることが可能となる。そして、空間光変調器3aを有する画像記録装置1では、複数の電極33のそれぞれを単独で記録材料9上に記録を行うON状態とした場合に記録材料9上に記録される領域を単位記録領域として、複数の電極33にそれぞれ対応する複数の単位記録領域が、X方向に等しい幅にて連続して(すなわち、重なりおよび隙間がほとんどなく)並ぶように、各種条件が設定される。これにより、配列方向に対応する方向に高い記録解像度にて記録材料9上に画像を精度よく記録することが実現される。
As described above, in the spatial light modulator 3a of FIG. 10, when a gap is provided between the
ところで、配列方向に互いに隣接する電極33間に隙間を設けることなく複数の電極33が千鳥状に2列に配列される図4の空間光変調器3において、仮に、1つの電極33を変調制御の単位として記録材料9上に画像を記録する場合に、例えば、第1電極列321の連続する2つの電極33をON状態とし、X方向に関してこれらの電極33間に存在する第2電極列322の電極33をOFF状態として、ON/OFF/ONに対応するパターンを記録しようとしても、実際には、第1電極列321の連続する2つの電極33がON状態とされることにより、当該2つの電極33の全体に対応するベース部31内の部位にて周期的な屈折率の変化が生じて、X方向に関して当該2つの電極33の全体に対応する範囲にて記録材料9上に記録が行われてしまう。したがって、複数の電極33が千鳥状に2列に配列される空間光変調器にて、1つの電極33を変調制御の単位とする場合には、電極33が配列方向に隙間を空けて配列される必要がある。
By the way, in the spatial
図12は、光学ヘッドの他の例の一部を示す図であり、図3に対応する図である。また、図13は、空間光変調器3bの断面図であり、図5に対応する図である。図12の光学ヘッド2は、図2および図3の光学ヘッド2と比べて、空間光変調器3bの構成のみが相違する。他の構成は同様であり、同符号を付している。
FIG. 12 is a diagram illustrating a part of another example of the optical head, and corresponds to FIG. 3. FIG. 13 is a cross-sectional view of the spatial
図12に示す空間光変調器3bでは、ベース部31aがリチウムナイオベートにて形成される薄板状の部材とされる。図13に示すベース部31aも、図5のベース部31と同様に、電極要素331,332の配列方向(X方向)に垂直な図13中のY方向の電界により屈折率が大きく変化するものとなっており、各電極33の電極要素331,332間に電圧(電位差)を付与して、ベース部31aの内部の電極要素331,332の近傍に図13中に符号E2を付す矢印にて示すようにY方向の向きの電界を生じさせることにより、当該電極33近傍のベース部31a内の部位に配列方向において周期的な屈折率の変化が生じる。本実施の形態では、ベース部31aの厚さ(図12中のY方向の厚さ)は50μmとされ、ベース部31aの内部にて屈折率の変化が生じるY方向の範囲が主面311から(−Y)側に30〜50μmとされ、電極要素331,332間の電界による屈折率の変化が主面311とは反対側の主面312の近傍まで生じるようになっている。
In the spatial
また、Y方向のみに着目した場合に、光学ヘッド2では、図12に示すシリンドリカルレンズ223を通過した光は集光しつつベース部31aの(−Z)側の入射面313へと入射する。また、X方向に関しては、シリンドリカルレンズ223からの光は図2の光学ヘッド2と同様に平行な状態にて空間光変調器3bに入射する。ベース部31aの内部へと入射した光はベース部31aの互いに平行な両主面311,312(法線がY方向に平行な主面311,312)にて多重反射しつつ光軸J1に沿って進行する。
Further, when focusing only on the Y direction, in the
ところで、図3の空間光変調器3では、ベース部31の厚さが比較的大きくされ(例えば、数mm)、既述のように、入射面313から入射してベース部31の内部を進行する光は、複数の電極33が配列形成される主面311に対して小さい角度にて(大きな入射角にて)入射して主面311にて反射され、他方の出射面314から出射される。ベース部31において、互いに隣接する電極要素331,332間の電圧により屈折率の変化が生じる深さ(主面311からの深さ)は電圧の二乗に比例し、互いに隣接する電極要素331,332の中心間距離に反比例するが、電極要素331,332間での放電の防止や製造の困難性、使用上の安全性等の理由により、電極要素331,332間に付与する電圧の増大や電極要素331,332間の距離の短縮には一定の限界がある。したがって、図3の空間光変調器3では、電極要素331,332が形成される主面311に対して小さい角度にて光を入射させつつ電極要素331,332を光の進行方向に長くして、光に位相の変化を生じさせる距離を長くし、ベース部31の内部を進行する光を回折させるのに必要な位相差をベース部31の内部の屈折率の変化により生じさせている。
By the way, in the spatial
これに対し、図12および図13に示す空間光変調器3bでは、ベース部31aにおいて入射面313から内部に入射する光が、両主面311,312にて繰り返し全反射しつつ両主面311,312に平行な進行方向へと導かれる。このように、入射する光が両主面311,312にて多重反射する程度に薄くしたベース部31aを用いることにより、光の進行方向に関して各電極33が形成された範囲のほぼ全体において、電界の作用により光に位相の変化を生じさせることができる。すなわち、ベース部31aの厚さ方向に関して屈折率の変化が生じる範囲内に光を複数回進入させて、または、この範囲内に光を留まらせて、位相の変化が生じる距離(電界の作用による屈折率の変化が光に影響を与える距離)を確保することにより、光の位相変化を効率よく生じさせることができる。これにより、図3の空間光変調器3に比べて、各電極33において電極要素331,332の光軸J1方向の長さを短くする、または(および)、電極要素331,332間に付与する電圧を低くすることができ、その結果、空間光変調器の小型化や安全性の向上を図ることが実現される。もちろん、薄板状のベース部31aが、第2の実施の形態における空間光変調器3aに用いられてもよい(後述の図14ないし図17の空間光変調器において同様)。
On the other hand, in the spatial
また、本実施の形態では、入射する光の回折時に電極33の電極要素331,332間に付与する電圧を60ボルト(V)以下(各種条件によっては40V以下)とすることも可能であり、これにより、電極要素間に付与する電圧を低くして空間光変調器3bの取り扱いに係る安全性を確実に向上することができる。また、電極33を光軸J1方向に長くすることにより、電極要素331に付与する電位を15V以下(各種条件によっては10V以下)まで低減することも可能であり、この場合、空間光変調器3bにおける変調を高速に行うことが実現される。
In the present embodiment, the voltage applied between the
図12および図13に示す空間光変調器3bではベース部31aの(+Y)側の主面311上に電極要素331,332が形成されるが(もちろん、主面312上に形成されてもよい。)、空間光変調器では、ベース部31aの両主面311,312に電極要素331,332が形成されてもよい。図14は電極の他の例を説明するための図である。図14の上段はベース部31a上の電極33cを示し、図13の上段または下段に対応する断面図である。また、図14の下段は電極33cにより生じるベース部31aの内部の屈折率の変化を示す図であり、縦軸に屈折率の変化量を示し、横軸にX方向の位置を示す。図14の上段では、ベース部31aの断面を示す平行斜線の図示を省略している(後述の図15の上段において同様。)。
In the spatial
図14の上段に示す空間光変調器3cの1つの電極33cは、ベース部31aの一方の主面311上に形成されて電位付与部41に接続される複数の電極要素331と、他方の主面312上に形成されて接地部34に接続される複数の電極要素332とを有する。複数の電極要素332はそれぞれベース部31aを挟んで複数の電極要素331に対向する位置に配置されており、電極33cを有する空間光変調器3cでは、Y方向に互いに対向する電極要素331,332を1つの電極要素対として、複数の電極要素対がX方向に配列される。各電極要素対では、図14の上段に符号E3を付す矢印にて示すように、両主面311,312および光の進行方向(Z方向)に対して垂直な向き(Y方向)の電界が形成される。
One
このように、空間光変調器3cでは、ベース部31aの内部に入射する光を回折させる際に、光の進行方向および両主面311,312に対して垂直な向きの電界を形成する必要がある場合に、各電極33cをベース部31aを挟んで両主面311,312上にそれぞれ形成される電極要素対の集合とすることにより、図14の下段に示すように、ベース部31aの内部にて、電極要素対の配列方向(X方向)における周期的な屈折率の変化を効率よく生じさせることができる。その結果、光の進行方向における電極33cの長さをさらに短くする、または、電極33cに付与する電圧をさらに低くすることができる。
Thus, in the spatial
図15は電極のさらに他の例を説明するための図である。図15の上段はベース部31a上の電極33dを示し、図13の上段または下段に対応する断面図である。また、図15の下段は電極33dにより生じるベース部31aの内部の屈折率の変化を示す図であり、縦軸に屈折率の変化量を示し、横軸にX方向の位置を示している。
FIG. 15 is a diagram for explaining still another example of the electrode. The upper part of FIG. 15 shows the
図15の上段に示す空間光変調器3dの電極33dでは、各主面311,312上において、電位付与部41に接続される電極要素331と、接地部34に接続される電極要素332とがX方向に交互に一定のピッチにて配置される。また、主面311上の各電極要素331に対向する主面312上の位置には電極要素332が配置され、主面311上の各電極要素332に対向する主面312上の位置には電極要素331が配置され、互いに対向する2つの電極要素331,332を電極要素対として、電極33dでは複数の電極要素対がX方向に配列される。複数の電極要素対では、図15の上段に符号E4を付す矢印にて示すように、ベース部31aの内部にて(+Y)方向に向かう電界と(−Y)方向に向かう電界とがX方向に交互に形成される。これにより、電極33dを有する空間光変調器3dでは、ベース部31aの内部に入射する光を回折させる際に、光の進行方向および両主面311,312に対して垂直な向きの電界を形成する必要がある場合に、図15の下段に示すように、ベース部31aの内部にて電極要素331,332の配列方向における周期的な屈折率の変化の度合い(振幅)を大きくすることができ、光の進行方向における電極33dの長さをさらに短くする、または、電極33dに付与する電圧をさらに低くすることができる。
In the
以上のように、薄板状のベース部31aを有する空間光変調器3b〜3dでは、ベース部31aの両主面311,312の少なくとも一方において、ベース部31aの内部における光の進行方向に垂直な配列方向に複数の電極要素331,332が並ぶ電極33,33c,33dが設けられ、電極33,33c,33dの互いに隣接する電極要素331,332(ベース部31aを挟んで隣接する場合を含む。)間に電圧を付与することにより、配列方向における周期的な屈折率の変化を当該電極33,33c,33d近傍におけるベース部31a内の部位に生じさせて、ベース部31a内へと入射する光を回折させることが実現される。
As described above, in the spatial
図16は空間光変調器のさらに他の例の構成を示す図であり、図17は図16の空間光変調器3eの分解図である。図16の空間光変調器3eは、一の主面上に複数の電極要素331がX方向に配列形成された補助基板351、および、一の主面上に複数の電極要素332がX方向に配列形成された補助基板352を有し、図16および図17に示すように、補助基板351の複数の電極要素331がベース部31aの主面311に当接し、補助基板352の複数の電極要素332がベース部31aの主面312に当接するように、ベース部31aを2つの補助基板351,352にて挟むことにより、空間光変調器3eが構成される。このような空間光変調器3eでは、薄板状のベース部31aに電極要素を直接形成する必要がないため、空間光変調器を容易に製造することが実現される。なお、補助基板351,352上に形成された電極要素331,332を用いてベース部31aの内部に電界を形成する場合には、電極要素331,332とベース部31aの主面311,312との間に微小な隙間が存在していてもよい。また、各補助基板351,352上に電極要素331,332を交互に形成することにより、図15の空間光変調器3dと同様のものが製造されてもよい。
FIG. 16 is a diagram showing a configuration of still another example of the spatial light modulator, and FIG. 17 is an exploded view of the spatial
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible.
上記第1の実施の形態では、図2の第1電極列321に含まれる各電極33と、第2電極列322に含まれるとともに第1電極列321の当該電極33に対して(+X)方向かつ(+Z)方向に隣接する電極33とが1つの変調ユニット330として同様に制御されるが、空間光変調器3における電極33の配列によっては、第1電極列321の各電極33と当該電極33に対して(−X)方向かつ(+Z)方向に隣接する第2電極列322の電極33とが1つの変調ユニット330として同様に制御されてもよい。すなわち、空間光変調器3では、配列方向に千鳥状に2列に配列される複数の電極33において、一方の列に含まれる各電極33と、他方の列に含まれる電極33のうち当該一方の列の当該電極33に対して所定方向に隣接するものとが1つの変調ユニットとして同様に制御される。これにより、1つの電極33のみを用いる場合に比べて、空間光変調器3と共役な面上における回折光の照射領域の配列方向に対応する方向の幅を大きくすることができる。
In the first embodiment, each
薄板状のベース部31aでは、その厚さが50μmとされるが、入射面313から入射する光を両主面311,312にて多重反射しつつ両主面311,312に平行な方向へと導くものであるならば、ベース部31aは様々な厚さに変更可能である。ただし、一般的な空間光変調器では、ベース部の内部にて屈折率の変化が生じる深さは30〜50μmとされるため、ベース部31aの内部においてY方向のほぼ全体にて屈折率の変化を生じさせるには、ベース部31aの厚さは50μm以下とされることが好ましい。また、空間光変調器の製造時におけるベース部31aの一定の強度を確保するという観点では、ベース部31aの厚さは3μm以上とされることが好ましい。
Although the thickness of the thin plate-
画像記録装置1では、投影光学系23により空間光変調器3,3a〜3eからの(±1)次回折光のみが記録材料9上へと導かれるが、画像記録装置の設計によっては、空間光変調器3,3a〜3eからの(±1)次回折光が遮蔽され、0次光が記録材料上へと導かれてもよい。すなわち、光源部21からの光が入射する空間光変調器3,3a〜3eからの0次光および(±1)次回折光の一方が投影光学系23により記録材料9上へと導かれることにより、画像記録装置において空間光変調器3,3a〜3eの変調制御による画像の記録が可能となる。
In the
空間光変調器3,3a〜3eが設けられる画像記録装置は、ステージ上に載置された板状の記録材料に対して光学ヘッドを記録材料に沿って相対的に移動する走査機構により、記録材料上における空間光変調器3,3a〜3eからの光の照射位置を配列方向に対応する方向に垂直な走査方向に記録材料に対して相対的に移動しつつ空間光変調器3,3a〜3eを制御して、記録材料上に画像を適切に記録するものであってもよい。
The image recording apparatus provided with the spatial
画像の情報を保持する記録材料は、プリント配線基板や半導体基板等の感光性材料が塗布された、あるいは、感光性を有する他の材料であってもよく、光の照射による熱に反応する材料であってもよい。 The recording material that holds the image information may be a photosensitive material such as a printed wiring board or a semiconductor substrate, or may be another photosensitive material, and is a material that reacts to heat due to light irradiation. It may be.
上記第1および第2の実施の形態における空間光変調器では、千鳥状に配列された電極33を用いることにより、適切に空間変調された光を出射することが可能となるが、空間光変調器3,3a〜3eは画像記録以外の用途に用いられてもよく、この場合、光の照射の対象物も記録材料以外であってもよい。
In the spatial light modulators in the first and second embodiments, it is possible to emit appropriately spatially modulated light by using the
1 画像記録装置
3,3a〜3e 空間光変調器
4 制御部
9 記録材料
21 光源部
23 投影光学系
31,31a ベース部
32,32a 変調部
33,33c,33d 電極
81 モータ
311,312 主面
313 入射面
314 出射面
321,322 電極列
330 変調ユニット
331,332 電極要素
DESCRIPTION OF
Claims (14)
電界により屈折率が変化する材料にて形成された板状の部材であり、一の端面から内部に入射する光を前記一の端面とは反対側の他の端面へと導くベース部と、
前記ベース部の主面において、それぞれが前記光の進行方向に垂直な配列方向に並ぶ電極要素の集合である複数の電極を前記配列方向に千鳥状に2列に配列して有し、各電極に含まれる電極要素間に電圧を付与することにより前記配列方向における周期的な屈折率の変化を、前記各電極近傍における前記ベース部内の部位に生じさせて前記部位を通過する前記光を回折させる変調部と、
を備えることを特徴とする空間光変調器。 A spatial light modulator,
A plate-like member formed of a material whose refractive index changes by an electric field, and a base portion that guides light incident on the inside from one end face to another end face opposite to the one end face;
A plurality of electrodes, each of which is a set of electrode elements arranged in an arrangement direction perpendicular to the light traveling direction, are arranged in two rows in a staggered manner in the arrangement direction on the main surface of the base portion. By applying a voltage between the electrode elements included in the electrode, a periodic refractive index change in the arrangement direction is caused in a portion in the base portion in the vicinity of each electrode, and the light passing through the portion is diffracted. A modulation unit;
A spatial light modulator comprising:
前記複数の電極において、一方の列に含まれる各電極と、他方の列に含まれる電極のうち前記各電極に対して所定方向に隣接するものとが1つの変調ユニットとして同様に制御されることを特徴とする空間光変調器。 The spatial light modulator according to claim 1,
In the plurality of electrodes, each electrode included in one column and an electrode included in the other column adjacent to each electrode in a predetermined direction are similarly controlled as one modulation unit. A spatial light modulator characterized by.
前記光が前記ベース部の両主面にて多重反射されることを特徴とする空間光変調器。 The spatial light modulator according to claim 2,
The spatial light modulator, wherein the light is multiple-reflected on both main surfaces of the base portion.
前記ベース部の厚さが50マイクロメートル以下であることを特徴とする空間光変調器。 The spatial light modulator according to claim 3,
A spatial light modulator, wherein the base portion has a thickness of 50 micrometers or less.
前記複数の電極のそれぞれが、前記ベース部を挟んで前記両主面上にそれぞれ形成される電極要素対の集合であることを特徴とする空間光変調器。 The spatial light modulator according to claim 3 or 4,
Each of the plurality of electrodes is a set of electrode element pairs respectively formed on both the main surfaces with the base portion interposed therebetween.
前記複数の電極において、一方の列に含まれる電極が前記配列方向に隙間を空けて配列され、他方の列に含まれる電極が前記配列方向に隙間を空けて配列されることを特徴とする空間光変調器。 The spatial light modulator according to claim 1,
In the plurality of electrodes, the electrodes included in one row are arranged with a gap in the arrangement direction, and the electrodes contained in the other row are arranged with a gap in the arrangement direction. Light modulator.
前記光が前記ベース部の両主面にて多重反射されることを特徴とする空間光変調器。 The spatial light modulator according to claim 6,
The spatial light modulator, wherein the light is multiple-reflected on both main surfaces of the base portion.
前記ベース部の厚さが50マイクロメートル以下であることを特徴とする空間光変調器。 The spatial light modulator according to claim 7,
A spatial light modulator, wherein the base portion has a thickness of 50 micrometers or less.
前記複数の電極のそれぞれが、前記ベース部を挟んで前記両主面上にそれぞれ形成される電極要素対の集合であることを特徴とする空間光変調器。 The spatial light modulator according to claim 7 or 8,
Each of the plurality of electrodes is a set of electrode element pairs respectively formed on both the main surfaces with the base portion interposed therebetween.
光源部と、
前記光源部からの光が入射する請求項1ないし9のいずれかに記載の空間光変調器と、
前記空間光変調器からの0次光および(±1)次回折光の一方を記録材料上へと導く光学系と、
前記記録材料上における前記空間光変調器からの光の照射位置を、前記空間光変調器における前記配列方向に対応する方向に垂直な走査方向に前記記録材料に対して相対的に移動する走査機構と、
前記照射位置の前記記録材料に対する相対移動に同期して前記空間光変調器を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする画像記録装置。 An image recording apparatus for recording an image on the recording material by irradiating the recording material with light,
A light source unit;
The spatial light modulator according to any one of claims 1 to 9, wherein light from the light source unit is incident;
An optical system for guiding one of zero-order light and (± 1) -order diffracted light from the spatial light modulator onto the recording material;
A scanning mechanism for moving the irradiation position of light from the spatial light modulator on the recording material relative to the recording material in a scanning direction perpendicular to a direction corresponding to the arrangement direction in the spatial light modulator. When,
A controller that controls the spatial light modulator in synchronization with the relative movement of the irradiation position with respect to the recording material;
An image recording apparatus comprising:
光源部と、
前記光源部からの光が入射する請求項2ないし5のいずれかに記載の空間光変調器と、
前記空間光変調器からの0次光および(±1)次回折光の一方を記録材料上へと導く光学系と、
前記記録材料上における前記空間光変調器からの光の照射位置を、前記空間光変調器における前記配列方向に対応する方向に垂直な走査方向に前記記録材料に対して相対的に移動する走査機構と、
前記照射位置の前記記録材料に対する相対移動に同期して前記空間光変調器を制御する制御部と、
を備え、
前記空間光変調器において前記配列方向に並ぶ複数の変調ユニットのそれぞれを単独で前記記録材料上に記録を行うON状態とした場合に前記記録材料上に記録される領域を単位記録領域として、前記複数の変調ユニットにそれぞれ対応する複数の単位記録領域が前記配列方向に対応する方向に連続して並ぶことを特徴とする画像記録装置。 An image recording apparatus for recording an image on the recording material by irradiating the recording material with light,
A light source unit;
The spatial light modulator according to any one of claims 2 to 5, wherein light from the light source unit is incident;
An optical system for guiding one of zero-order light and (± 1) -order diffracted light from the spatial light modulator onto the recording material;
A scanning mechanism for moving the irradiation position of light from the spatial light modulator on the recording material relative to the recording material in a scanning direction perpendicular to a direction corresponding to the arrangement direction in the spatial light modulator. When,
A controller that controls the spatial light modulator in synchronization with the relative movement of the irradiation position with respect to the recording material;
With
When each of the plurality of modulation units arranged in the arrangement direction in the spatial light modulator is in an ON state in which recording is performed on the recording material alone, an area recorded on the recording material is defined as a unit recording area. A plurality of unit recording areas respectively corresponding to a plurality of modulation units are continuously arranged in a direction corresponding to the arrangement direction.
光源部と、
前記光源部からの光が入射する請求項6ないし9のいずれかに記載の空間光変調器と、
前記空間光変調器からの0次光および(±1)次回折光の一方を記録材料上へと導く光学系と、
前記記録材料上における前記空間光変調器からの光の照射位置を、前記空間光変調器における前記配列方向に対応する方向に垂直な走査方向に前記記録材料に対して相対的に移動する走査機構と、
前記照射位置の前記記録材料に対する相対移動に同期して前記空間光変調器を制御する制御部と、
を備え、
前記空間光変調器の前記複数の電極のそれぞれを単独で前記記録材料上に記録を行うON状態とした場合に前記記録材料上に記録される領域を単位記録領域として、前記複数の電極にそれぞれ対応する複数の単位記録領域が前記配列方向に対応する方向に連続して並ぶことを特徴とする画像記録装置。 An image recording apparatus for recording an image on the recording material by irradiating the recording material with light,
A light source unit;
The spatial light modulator according to any one of claims 6 to 9, wherein light from the light source unit is incident;
An optical system for guiding one of zero-order light and (± 1) -order diffracted light from the spatial light modulator onto the recording material;
A scanning mechanism for moving the irradiation position of light from the spatial light modulator on the recording material relative to the recording material in a scanning direction perpendicular to a direction corresponding to the arrangement direction in the spatial light modulator. When,
A controller that controls the spatial light modulator in synchronization with the relative movement of the irradiation position with respect to the recording material;
With
When each of the plurality of electrodes of the spatial light modulator is in an ON state in which recording is performed on the recording material alone, an area recorded on the recording material is defined as a unit recording area, and each of the plurality of electrodes A plurality of corresponding unit recording areas are continuously arranged in a direction corresponding to the arrangement direction.
前記複数の単位記録領域の前記配列方向に対応する方向の幅が等しいことを特徴とする画像記録装置。 The image recording device according to claim 11 or 12,
An image recording apparatus, wherein widths of the plurality of unit recording areas in a direction corresponding to the arrangement direction are equal.
前記光学系が、縮小光学系であることを特徴とする画像記録装置。 The image recording apparatus according to any one of claims 10 to 13,
An image recording apparatus, wherein the optical system is a reduction optical system.
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