JPH05503371A

JPH05503371A - 液／ガスの光学モジュレータ

Info

Publication number: JPH05503371A
Application number: JP3517153A
Authority: JP
Inventors: ロートン，ジョン　アラン; ラガニス，エバン　ディーン; ホーマン，ジュニア，ジェームズ　ルイス
Original assignee: 帝人製機株式会社
Priority date: 1990-10-31
Filing date: 1991-10-25
Publication date: 1993-06-03
Also published as: DE69115853D1; CA2054297A1; AU641558B2; EP0484113B1; AU8683691A; WO1992008159A1; KR920702507A; US5193024A; DE69115853T2; EP0484113A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】発明の名称液／ガスの光学モジュレータ＾里立立！本発明は、モジュレータ（Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）セル内の染料溶液、レーザー及びもう一つの光源を使用した光を変調（Ｍｏｄｕｌａｔｅ）するための新規な方法及び装置に関する。

そこでは、集束したレーザービームによって生じたエネルギーを染料溶液が吸収することによって溶液内にバブルが生じ、該バブルのａ域（ｒｅｇ：ｏｎ）のセルの光学密度が著しく減じる現象が利用される。更に詳しくは、本発明は、適度に高い切変え速度で非偏光性の光を高いコントラスト比で変調する新規な方法及び装置に関する。

Ｘ玉曳！員この技術分野には、光を変調するための多くの方法があり、各方法は、各特定の用途に対して長所及び短所を有する０例えば、機械的シャッターは、はぼ無限のコントラスト比で光を変調する極めて効果的な手段として使用できるが、機械的シャッターの切変え速度は、高価な動力源とかなり入念な組立て（Ｓｅｔ−ｕｐ）を必要とする圧電気シャッターを使用しない限り、多くの場合、キロヘルツ以下に制限される。液晶モジュレータは、切変え速度が低キロヘルツの領域で使用でき、またこのモジュレータは、一般に良好なコントラスト比（代表的には２０又は３０：１のオーダーだが、あるものは５００　：　１）を有する。しかし、液晶モジュレータは、多くの場合、偏光のみを透過し、また、ＵＶ利用の場合には、光化学的故障を起す。音響−光学式モジュレータは、レーザーと一緒に使用された場合、一般に優れたコントラスト比（８００：１以上）とメガヘルツ領域の切変え速度を与えるが、その全体の透過効率は、高い変調速度では幾分低く、またモジュレータの調整も必要とし、更にＵＶ動作では、光は、偏光されねばならない。電気−光学式そシュレータは、レーザーと一緒に使用された場合、極めて高い変調周波数で良いコントラスト比を与えるが、偏光と精密な組立てを必要とし、またその信頼性は疑問である。

本発明に関係する他のモジュレータ装置には以下のようなものがある。Ｗａｌｌｅｓ　（米国特許Ｎｏ、４．２８０，２２５．１９８１年４月７日）は、温度変化により溶媒中の重合体溶液の溶解度を変化させることによりセルの光学密度を変化させている。Ｗａｒｉｎｇ、Ｊｒ、（米国特許Ｎｏ、３．９５１，５２０゜１９７６年４月２０日）は、温度変化により非混和相の分散を変化させることによりセルを通じた光の散乱を変化させている。Ｍａｔｔｉｓ（米国特許Ｎ　ｏ　 −３＋６８４．７２６．１９７２年５月２３日）は、セルに収容された金属酸化物又は塩が、起電力による熱によって透明から反射状態への転移を開示する。更にはＨｅｒｂｅｒｔ　（米国特許Ｎ　ｏ　、　４　、１４８　、５８３　、１９７９年４月ｌｏ日）は、セルの全内部反射率が、液／ガス相の変化が生じた場合、屈折率の変化により変化することを開示する。

更に関係する技術として、画材〔日本特願昭１５７−１０２３０５．同５７−１０２２９５、同５７−１０２２Ｅｌθ、同５７−１０２２９１及び同５７−１０２２９２、これら全てが、１９８２年６月１８日に出願、）は、電気抵抗の加熱によりバブルを不透明な液体中に生じさせて、光学的不透明から透明状態にセルを変化させることを開示する。用材（日本特願昭８０−５１０１０．１９８５年５月１４日）は、上記画材の装置と実質上同じ原理で作動する光学的シャッターを開示する。

上記した各特許の装置では、バブルを生じさせる熱は、電気的素子によって与えられる。透過セルにとって、この電気的素子は透明でなければならず、また好ましくは透明な複合回路によって接続されねばならない。更に、これらの透明な電気的素子及び回路は、透過された光の散乱とゆがみを除くために好ましくは、良好な光学的特性を有さねばならない。また、電気的素子は、別々の位置に置くことにより、セル内の不規則な位置にバブルが生じるのを防ぐことを必要とされる。各電気的素子を別々の位置に置くことは、各素子を／１）さくし、緊密に詰めることを必要とし、かくすることにより初めて、バブルを通じてイメージ（ＩＩＩｌａｇｅ）を形成する透過又は反射した光の高い、＠像度を得ることができる。

従来の光学式モジュレータは、イメージを形成する利用においては、特にＵＶが使用される場合、一般に良くない特性を有する０例えば、ＨｅＣｄレーザーが、ソリッドイメージ又は立体リングラフプロセスで光学ポリマーの露光に使用される。この商業的ＨｅＣｄレーザーは、３２５ｎｍのＵＶ出力を有し、また出力がかなり低いために、三次元の像形成は比較的遅い、像の形成過程を促進させるためには、中出力のＨｅＣｄのＵＶレーザーが使用される。しかし、更に高出力を得るためには、通常、非偏光性でマルチモード出力のレーザーが使用される。中出力のレーザーとともに、適度に速いビーム変調方法を使用することにより、イメージ平面上に均一な露光が確実に得られる。しかしながら、上記のようなシステムに対して、従来のいずれのモジュレータも、必要とされるレーザー出力及びモジュレータ速度の点で十分に動作しない０機械的シャッターは、動作が遅すぎて適度の露光制御及びイメージのエッヂ制御ができない、液晶シャッターは、偏光を必要とし、液晶媒体は、ＵＶ照射下では安定でない、ＡＯやＥＯモジュレータは、この波長では、動作のために偏光を必要とし、また、マルチモードのレーザー出力は、ＡＯモジュレータを非効率的にする。ＵＶ露光を得ようとする場合には、アルゴンイオンレーザ−のような高出力のＵＶレーザーが、ＡＯモジュレータとともに使用されるが、これは極めて！用がかかる。一方、非干渉性ＵＶ光源をハロゲン化銀のフィルムで被覆してイメージを投射しようとする場合、一つの層内に高解像が得られるが、隣りの層は、他の層とともに適度に表示されず、また上記ハロゲン化銀フィルムを十分な速さで操作することが難しい。

本発明の要約本発明によると、新規な方法及び装置が開示され、そこでは、セル内に収容した染料と溶媒を使用した光学式モジュレータが製造され、それは、レーザービームから発生する光を開閉したり、また非干渉性光源から発生する光を開閉するのに使用される。また、本発明では、二次元又は二次元でもイメージを形成するシステムとして上記光学式モジュレータの使用が開示される。

一般に、本発明の液／ガスモジュレータは、セル内の間隙（ｇａｐ）に収容された液状の染料溶液を使用する０通常の条件では、染料溶液は、上記セルを所定の波長の光に対して実質上不透明にする。しかし、熱ビーム出力を有するレーザーをセル内の一点の染料溶液に集束させた場合、バブルが形成される。バブルは、染料溶液によって以前ブロックされていた照射線の波長に対して実質上透明であり、それによって、以前ブロックされていた照射線の波長頚城は、イメージ線としてバブル及びセルを透過する。そして、上記レーザーが切られるか、又は、レーザーの熱ビームがセルの別の領域に集束した場合、バブルが凝縮し、該バブルが凝縮したセルの領域の染料溶液を再び不透明にする。

かくして、本発明のイメージ線（ｒａｄ　１ａｔｉｏｎ）を変調する方法は、以下のステップからなる。

ａ）セル内に染料溶液を収容する；ｂ）上記セルと染料溶液とを、所定の波長を有する照射線で照射し、上記染料溶液は、上記照射線の所定波長を実質上ブロックする；Ｃ）上記染料溶液の一領域を熱ビームによって横切らせ、上記領域内にバブルを生成させ、上記波長の照射線の少なくとも一部を上記バブルとセルを透過させることにより上記イメージ線をオンＱｕｒｎ　ｏｎ）にせしめる。

本発明の好ましい態様では、イメージ線をオンにするばかりでなく、上記変調方法を使用することによりオフ（ｔｕｒｎ　ｏｆｆ）にすることが望ましい、かくして、本発明では、以下の付加的ステップを含むイメージ線をオフにする方法が開示される。

ｄ〕上記染料溶液の領域から上記熱ビームを除去する；そしてｅ）上記溶液のｌＪ［域のバブルを凝縮させて、上記波長の照射線を実質上ブロックして上記イメージ線をオフにする。

図面の簡単な説明図１は、液／ガスの光学モジュレータの基本的動作を示す、そこでは、熱ビー゛　ムレーザーからのビームは、セル内の染料溶液に集束し、セル内にバブルを生成させることにより、非干渉性照射源からの照射線がセルを透過させる。

図２は、液／ガスモジュレータの別の使用を示す、そこでは、照射レーザーからの照射線や別のレーザーからの集束した熱ビームが実質上同一線上にあるようにされる。モジュレータ内にバブルが生成したとき、照射線は実質上バブルを通じて集束され、イメージ線を透過させる。

図３は、液／ガスモジュレータの別の使用を示す、そこでは、実質的に同一線上の照射線と集束した熱ビームが、走査ミラーを使用することにより、液／ガスモジュレータセル内に収容された染料溶液の異なりた領域を走査するようにされる。

ｒｌＡ４は、光ファイバーに取り付けられた液／ガスモジュレータを示し、それは、光ファイバーからのイメージ線を変調するのに有用である。

図５は、図３の更に進んだ変形を示す、そこでは、複数の集束熱ビームがモジュレータの表面上を走査し、複数の対応するバブルを生成することにより、照射縁がセルの複数の領域をイメージ線として透過させる。

好適な　施態様の説明一般に、本発明の液／ガスモジュレータは、溶媒が液体からガスに、又はガスから液体に相変化するときに、溶媒中の染料の溶解度が大きく変化するという原理で動作する。溶媒相での染料の溶解度の変化により、染料溶液によってブロックされる光の量、即ち光学密度も大きく変化する。本発明では、「ブロック」という用語は、光エネルギーが、元の状態の染料溶液を通じてその透過又は反射が妨げられることを意味する。例えば、ある波長の光が、染料溶液によって吸収され、従ってブロックされるが、吸収された光エネルギーは、光ルミネツセンスにより、ブロックされるか又はされない別の波長に変換されうる。また、例えば、光エネルギーはブロックされるか又はされない熱に変換される。光学密度、または吸収は、ｌｏｇ工０（入射光強度／透過光強度）で定義される。適当な条件で多くの溶媒は、液体からガス又はガスから液体への相変化が容易に可逆的であるので、相が変化する溶液中での染料の溶解度も一般的に可逆的であり、かくして、相が変化する溶液の光学密度も可逆的になる。一般に、高い光学密度を有する液状染料溶液内にガス状バブルが生成される場合、バブルの領域の光学密度は小さくなり、即ち透明になる。ガス状バブルが凝縮して液体になる場合、染料は凝縮した液体に溶解し、以前バブルが存在していた領域は、光学的に緻密になる。

図１は、液／ガスモジュレータを更に説明したものである。液／ガスモジュレータ１０１は、２枚の透明プレートで構成される。一方のプレートは、照射プレート１０３と呼ばれ、他方のプレートは、イメージプレート１０５と呼ばれる。各プレートは、２つの主表面を有する。照射プレート１０３には、照射外表面１０３°と照射内表面１０３“がある、イメージプレート１０５には、イメージ外表面１０５゛　とイメージ内表面１０５″がある。照射内表面１０３”は、イメージ内表面１０５”に面し、これら二つの表面の間には、染料溶液１０７がある。

２つのプレートは、分離して置かれ、染料溶１１１１０７は、二つのプレートの間にシール１０９によって封入される１本発明の目的では、染料溶液１０７は、典型的には液体であり、それ自体ゲルである場合もある。液相では、染料溶液１０７は、ある波長において高い光学密度を有する。かくして、領域を露光する非干渉性の光照射ｆｉ１１３から発生した照射縁１１１が、照射プレート１０３を通じて染料溶液１０７に透過されるとき、照射線１１１のある波長は、実質上ブロックされ、染料溶液１０７を通じてイメージプレート１０５に透過されない。

しかし、熱ビームレーザー１１７から放出される集束熱ビーム１１５が、染料溶液１０７を横切るとき、ガスバブル１１９が生成され、その領域の光学密度が減少し、その領域を照射する照射線１１１がモジュレータを通じてイメージ線１１１゛　とじて透過される。更に、集束熱ビーム１１５は、モジュレータ１０１及びバブル１１８を通じて透過線１１５°　として透過する。この図において、イメージ線は、染料溶液中のバブルを透過する照射線であり、それは、通常、液状の染料溶液が実質上ブロックする波長又は波長帯域を有する。「イメージ（ｉｍａｇｅ）　Ｊという用語は、主に照射線の典型的機能を表わす用語として使用される。しかし、イメージ縁は、例えば、電気−光学回路における光センサを作動せせ、スクリーンのようなテレビジョンを与える機能も有する。同様に、「集束熱ビームげｏｃｕｓｅｄ−ｈｅａｔ−ｂｅａｍ）　Ｊという用語は、ビームの機能を表わす用語として使用される。集束熱ビームは、染料溶液中のある点に熱を発生させ、バブルを生成するために液／ガスモジュレータで使用されるのに有用な波長を有する実質上干渉（ｃｏｈｅｒｅｎｔ）光である。集束熱ビーム又は熱ビームは、染料溶液を横切るものとしてしばしば表わされる。

これは、熱ビームは、染料溶液のある領域を指向し、オン（ｔｕｒｎ　ｏｎ）されることを意味する。一方、熱ビームが、染料溶液のある領域から「除かれる」ということは、染料溶液の別の領域を透過するように指向するか、又は熱ビームが切られるか、又は熱ビームがある方法でブロックされるか、又はこれらの組み合わせを意味する。

液／ガスモジュレータは、図面で示されるように透過型か又は反射型のいずれかで使用される０例えば、図１では、イメージプレート１０５は、事実上反射イメージ内表面１０５′″を有することができる。照射縁１１１は、ある角度でモジュレータ１０１に入り、イメージｉｌｌ　１１’　としてバブル１１９の領域でイメージ内表面１０５“を補角で反射する。かくして、イメージ線がセルを「通じて」又はセル「から」通過するという如き表現は、一般に、セルによって変調されたイメージ線を透過するか、又は反射することを意味するように解釈すべきである。

液／ガスモジュレータ１０１の動作で使用される染料溶液１０７は、溶媒と、照射源１１３からの線１１１及びレーザー１１７からの集束熱ビーム１１５をブロックする少なくとも一つの染料とから構成される。多くの場合、２種類以上の染料が溶液１０７に存在するのが好ましい。染料は、本質的に二つの機能を有する。染料は、集束熱ビーム１１５からのビームを吸収し、かつ集束熱ビーム１１５のエネルギーを熱に変換するのに有効である。上記熱は、溶液１０７の溶媒を部分的に加熱してバブル１１９を生成させる。染料は、以下熱染料（ｔｈｅｒｍａｌ　ｄｙｅ）と呼ばれる。溶液１０７中の上記染料又は別の染料又は染料類は、照射線１１１の波長の少なくとも一部をブロックする場合に、以下これらは、ブロック染料と呼ばれる。ブロック染料は、好ましくは、照射線１１１の熱への有効な変換剤ではない。有効な熱変換剤でない代表的な染料は、高い量子光ルミネツセンス収率と幾分低いストークス（Ｓｔａｋｅｓ）シフトを有する。溶液１０７中の染料が、照射線」１１又は集束熱ビーム１１５をブロックするとき、非可逆的光化学変化が起こることは望ましくない。高い光ルミネツセンスの量子収率染料を使用した場合、照射線１１１から吸収したエネルギーは、熱よりも光ルミネツセンスに変換する。典型的には、この光ルミネツセンスは、吸収した波長よりも長い波長で生じ、全方向に放射されることによりエネルギーが拡散される。

例えば、照射線１１１は、プレート１０３の照射内表面１０３ｍに隣接する染料溶ｎ、１０７によって、吸収される場合、照射線１１１のほとんどは、染料により光ルミネツセンスに変換され、シフトした波長で全方向に放射される。この光ルミネツセンスのほとんどは、モジュレータ１０１から照射プレート１０３を通じて反対方向に透過される。上記光ルミネツセンスの残りのほとんどは、まわりの染料溶液１０７によって吸収され、典型的にはより長い波長で再び光ルミネツセンスに変換される。

そして、光ルミネッセンヌエネルギーのほとんどは、プレート１０３を通じてモジュレータ１０１から全ての方向に逸散し、また残りの光ルミネッセンスエネルギーのほとんどは、まわりの染料溶液１０７によって吸収される。これは、光ルミネツセンスエネルギーが、最終的にプレート１０５のイメージ内表面１０５’ ″に到達し、そこでそれが全ての方向に放射されるまで継続する。照射線１１１が、染料溶液１０７を通過するまでに、実質上エネルギーが減少し、高度に分散しそして典型的にはより長い波長になる。かくして、染料は、照射線１１１のエネルギーを発散するという二つの光ルミネツセンスメカニズムを利用する。一方のメカニズムは、分散によってエネルギーを全ての方向に発散し、エネルギーのほとんどが照射プレート１０３を通過する。他方のメカニズムは、照射線１１１のエネルギーを別の波長に変換し、順次、全ての方向に発散させる。

光ルミネツセンスとともに生じる波長の変化は、ストークス損失又はシフトと呼ばれる。多くの場合、波長の変化の結果として起こるエネルギー損失がある。

このエネルギー損失は、しばしば、フォノン（Ｐｈｏｎｏｎ）エネルギーと呼ばれる通常分子振動エネルギーであり、それは、染料溶液内に望ましくない熱を発生させる。本発明を実施する場合、ストークス変化は、発生する熱を減少させるためにかなり小さいことが望ましい、しかし、染料溶液１０７の光ルミネツセンスが、染料によって吸収されない波長で生じ、モジュレータを自由に通過するような小さいストークス変化をもたしめることがより好ましい、好ましい態様では、波長変化は、モジュレータを通じてイメージするものが、変化した波長の光ルミネッセンヌ線によって実質上影響されるべきではない。

以下、実施例により、染料溶液１０７とモジュレータ１０１に関する上記説明を更に明確にする。例えば、以下の実験が実施された。照射源１１３は波長エネルギーのピークが約３８５ｎｍの照射線１１１を有する水銀アークランプである。

他の波長も放出されるが、それは、Ｃｒｏｍａｌ　ｉｎ　（登録商標）Ｃ４／ＣＰ／デユポン、ウィルセントン、ＤＥ）に光フオーム（Ｐｈｏｔｏｆｏｒｍ）を起こす主に３６５ｎｍの波長である。この場合のモジュレータ１０１は、大きさ６″×６′、厚み１／１６’の２枚の石英ガラス板、照射プレート１０３及びイメージプレート１０５から構成された。これらの２枚のプレートは、ガラヌシール用融剤（ｆｌｕｘ）１０９を使用して互いにシールされ、照射内表面１０３ｍとイメージ内表面１０５”の間に約１．５ミルの間隙が存在する。染料溶液１０７は、次のように混合された。

ＰＯＰＯＰ　（Ｐ−ビス（２−（！５−フェニルオキサシリノリ）ベンセン）を、メチレンクロライドに対してほぼ飽和になるまで加え、そして約１分間、超音波を使用して混合した。次いで、その溶液にＳＱＳ　ＩＲ染料を加えた。

ＳＯＳの製造法について開示する用材（米国特許４，２８３，４７５）及びグラベヌタイジン（米国特許４，５０８．８１１）の特許がある。最後にＣｙａｓ　ｏ　ｒｂ−２４（登録商標）（サイナミド、　Ｗａｙｎｅ、ＮＪ）　ＵＶ染料（２゜２′−ジヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン）が加えられた上記溶液１０７は、モジュレータ１０１の２枚のプレート間の間隙に注入された。上記ＳＱＳ及びＣｙａｓｏｒｂ−２４（登録商標）は、約２４５０ｎｍから３９０ｎｍ間で光学密度３．２をモジュレータが到達するまで染料溶液１０７に対して加えられねばならない、約４００ｎｍから８７０ｎｍの間では、モジュレータ１０１の光学密度は、０．７より小さい、そして、約７００ｎｍから８３０ｎｍの間では、モジュレータ１０１の光学密度は、３．５を越えた。

光学密度は、次のようにしてテストされた。まず、染料溶液１０７を有しないモジュレータ１０１を、Ｖａｒｉａｎ　ＤＭ−Ｓ　１００Ｓ　ＵＶ可視スペクトロ光メーター中に置き、ベースラインを走らせた。次いで、染料溶液１０７を有するモジュレータ１０１を、上記スペクトロ光メーター中に置き、１９０ｎｍから９００ｎｍの波長での光学密度を得た。

ＰＯＰＯＰ　（メタノール中）は、３θ５ｎｍで約４８．０００という高いモル吸光係数と、約４１８ｎｍでピークの光ルミネツセンス放出とを有する。

ストークス損失又はシフトは、約２８００ｃ冒−１であり、光ルミネツセンス量子収率は、約０．９３である。Ｃｙａｓｏｒｂ　（登録間Ｗ）は、光学密度を増加させ、またＵＶ領域でモジュレータを光化学的に安定化させるために主に加えられる。染料溶液１０７を有するモジュレータは、ＩＲ染料により主に与えられる緑がかった褐色を有した。

集束熱ビーム１１５を発生させるのに使用されるレーザー１１７は、約７８０ｎｍに波長の中心があるＬｉｃｏｎｉｘ　Ｄｉｏ１ｉｔｅ３０ｍＷ（Ｌｉｃｏｎｉｘ。

５ａｎｔａ　ｃｌａｒａ、　ＣＡ）ダイオードレーザ−であった。ビーム１１５のスポットサイズは、約１２７ｎｍであるが、実験中多少なりとも調整する必要があった。

Ｃｒｏｍａｌｉｎ（登録商標〕は、まず、Ｃｒｏｍａｌ　ｉｎ　（登録商標）ラミネータ（デュポン、ウィルセントン、ＤＥ）を使用してラミネートし、それにより、正のＣｒｏｍａｌ　ｉｎ　（登録商標）ラミネーションを組立てマスタープルーフ（Ｍａｓｔｅｒ−ｐｒｏｏｆ　、デュポン、ウィルセントン、ＤＥ）ブルーフストックを得た。

マイラー（Ｍｙｌａｒ）　Ｃ登録商標）被覆シートが、イメージングの間、残され、Ｃｒｏｍａｌｉｎ（登録商標）モノマーの光フオームを禁止する酸素を防いだ。Ｃｒｏｍａｌｉｎ（登録間ｌ１ｌ）は、約３ｆ３５ｎｍの波長にあてられたときに光フオームを起こすが、３ＥＩＯｎｍを越える波長に対してはそれほど敏感ではない。

染料溶液１０７を収容するモジュレータ１０１は、３６５ｎｍのＵｖビークの照射１１１を本質的にブロックした。ＰＯＰＯＰ及びＣｙａｓｏｒｂ−２４（登録商標）染料は、このＵＶ照射を吸収し、約４１８ｎｍに中心をもつ波長の光ルミネツセンスを生じた。この光ルミネツセンスは、モジュレータによってごく部分的にブロックされ、そのあるものは、イメージプレート１０５を通じて透過し、Ｃｒｏｍａｌｉｎ（登録間［）に照射された。上記光ルミネツセンスの波長も、Ｃｒｏｍａｌｉｎ（登録間ｅｌｌＥ）Ｃ４／ＣＰの光フオームにほとんど影響を与えない。約９９９秒の照射の後、モジュレータ１０１によってマスクされたＣｒｏｍａｌｉｎ（登録間ＩＩ）は、光フオームのあるサインを示した。光ｆ１１１３を使用してＣｒｏｍａｌ　ｉｎ　（登録商標）を光フオームするための通常の照射は、約１０秒間であり、１秒間の照射は、モジュレータ１０１を通じて９９９秒間照射する場合に達成されるよりも大きい光フオームを生じる。更に、照射線１１１は、全ての可視の波長を有した。モジュレータ１０１が、これら全ての可視のエネルギーをブロックしたならば、熱くなってしまうかもしれない。しかし、モジュレータ１０１は、４００ｎｍ〜６７０ｎｍの波長領域では、幾分透明であり、上記はとんどの可視光エネルギーは、染料溶液１０７に有害な熱の増加をもたらさずにモジュレータ１０１を透過する。

次いで、レーザー１１７は、モジュレータ１０１中の染料溶液１０７に集束された。集束熱ビーム１１５が染料溶液１０７を横切った領域では、ガスバブル１１ θが生じ、イメージ線１１１′がモジュレータを通過し、そしてＣｒｏｍａｌｉｎ（登録商［）を光フオームした。集束熱ビーム１１１は、徐々にモジュレータ１０１の種々の領域に移動し、Ｃｒｏｍａｌ　ｉｎ　（登録商標）上に光フオームしたラインを生じる。その後に、Ｍｙｌａｒ（登録商ＩＩ）被覆シートは、Ｃｒ。

ｍａｌｉｎ（登録商Ｗ）から除かれ、そして、マゼンタトナーをＣｒｏｍａｌｉｎ（登録商ｇ）表面に散布してモジュレータ１０１の輪郭を示し、集束熱ビーム１１３及びイメージ線１１１°　を有する液／ガスモジュレータ１０１を通じて点と線が描かれた。別のテストは、集束熱ビーム１１５の線波長がＣｒｏｍａｌｉｎ（登録商標）を光フオームしないことを示した。

溶液１０７における染料の溶解度は、重要な事項である。ｌ！温又はその近辺で染料が溶液中で安定な溶解度が与えられる場合、一般に染料は、バブル１１９が以前存在した場所の温かい凝縮したガス中に容易に戻り拡散し、その場所は、以前の光学的密度をとり戻す。

染料は、使用される種々の照射線にさらされたときに非可逆性光化学変化をほとんど生じないように選択される。例えば、Ｃｙａｓｏｒｂ−２４（登録商標）のような吸収性保護染料を使用した場合、溶液１０７内の吸収光安定剤としてＵＶ染料を添加し、ＳＯ９ＩＲ染料の光化学的分解を減少させる。かくすることによりモジュレータ１０１中の染料溶液１０７のライフを延ばしかつ感度を安定化させる。

染料の別の考慮事項は、その固有の熱容量である。代表的には、溶液中の染料は、染料溶液１０７の熱容量に大きな影響を与えない、しかし、例えばＩｎｄｉａ　Ｉｎｋ（広範囲の照射１Ｉｉ１１１及び集束熱ビーム１１５のためのモジュレータ１０１の染料溶液１０７として好ましく、それは、一連の溶液中における微細な分割したカーボンの分散液である）のような分散状態の染料は、大きな熱容量を有する場合がある。通常、この高い熱容量は、染料溶液１０７中に気体バブル１１９を生じさせるために、はるかに大きな集束熱ビーム１１５の照射（ワット／ｃｍ２）を必要とする。そして、分散液中の粒子によって吸収された熱は、集束熱ビーム１１５がその領域を照射しなくなった場合に、気体バブル１１９の凝縮を遅らせる。

染料溶液１０７の溶媒は、モジュレータ１０１の能力をブロックする波長に影響を与える。なぜなら、種々の溶媒を使用したとき、染料の光ルミネツセンスによる線の吸収及び放出が大きく変化するからである０例えば、染料ＢＰＳＢ　（ビス（イソプロピルスチリル）ベンゼン（液／ガスモジュレータ１０１のＵＶプロ　′ツク染料として使用される別の好ましい染料であり、０．９４の量子収率と３８５ｎｍにて３θＯＯｏを越えるモル消滅係数を有する）は、シクロヘキサン溶媒中では、約３５７ｎｍにピークの吸収を有し、かつ４１５ｎｍにピークの放出を有するが、ベンゼン溶媒中では、３６２ｎｍにピークの吸収を有し、かつ４２０ｎｍにピークの放出を有する。また、この波長の吸収と放出は、染料溶液１０７中の他の染料及び照射線１１１の波長によっても影響される。各々の染料溶液１０７に対して、モジュレータ１０１は、その真のブロック特性を測定するためにスペクトル光メーター中でテストされるべきである。モジュレータ１０１の光ルミネツセンス特性は、光ルミネツセンスの評価のためにセットされたスペクトル光メーター中で調べられる。

高いモル消滅係数、高い光ルミネツセンス量子収率及び十分なストークスシフトを有し、種々の溶媒系と両立する多くの染料が存在する。この点では、蛍光体（ｐｈｏｓｐｈｏｒｓ）も有用であることがわかった。以下は、好ましい染料と溶媒の組合わせの一部のリストであり、これらを吸収と放出の波長及び消滅係数とともに示す。

光　溶媒　消滅　ピーク　（ｎｍ）ＲＡＤ　染料　係数　係　数　Ｅの鴎（ｎ　ｍ）３６５　アクリジン（＾ｃｒｉｄｉｎｓ）　エタノール　６．０００　３５６　４１７３６５　８８０（２，５−ジヒ゛フエニリルーアキサソ゛−ル）　へ゛ンセ°ン　３３，０００　３４０　４０８３１３　ＢＢＯへ゛ンセ°ン　５４．０００　３１７　３７９３６５　ＰＯＰＯＰ　シクロヘキサジ　３９．０００　３５７　４１５３６５　ＰＯＰＯＰ　へ゛ン七゛ン　４５．０００　３６１　４１７３６５　シ゛メチルＰＯＰＯＰ（１，４−ヒ゛スー２−４−メヂルー５−フェニルオキサソ゛リル）へ゛ン七゛ン）　シクロヘキ雫ン　４９，０００　３６４　４１９４３６　Ａ°貫ルン（Ｐｅｒｙｌｅｎｅ）　へ゛ンセ°ン　３９，０００　４３９　４７７３６５　シ゛フェニル　スチルへン　ベン七゛ン　３５，０００　３４１　４０８３６５　１．６−シ゛フェニル−へ材トリエン　シクロヘキサン　４８．０００　３５４　４５５３６５　８ＢＯＴ（２，５−ヒ°ス　（５−ｔ−〕゛チんへ゛ンス゛オキサソ゛リル（２））　チオフェン　シクロへ４テン　５６．０００　３７２　４２７３６５　８ＢＯＴ　エタノール　５０．０００　３７３　４３５３６５　８ＢＯＴ　へ°ン七°ン　４７，０００　３７７　４３５３１３　ＰＰ０（２，５−シ゛フェニルーオキサソ゛−ル）　シクロへキチン　２４．０００　３０３　３５７３１３　ＰＰＯエタノール　１９．０００　３０３　３６２上記染料の優位性は、切換えＵＶイメージ線１１１゛用の液／ガスモジュレータ１０１における動作に適切であるが、例えば、ペリレンのような染料の使用は、可視イメージ線１１１′を許容する。また、上記染料は、主に芳香族であるが、例えば、種々のクマリン、スチルベン、フルオレシン及びローダミン染料などの他の有用な染料がある。

液／ガスモジュレータにおける有用な熱染料の例は、以下のものである。

例えば、スクアリリウム（Ｓｑｕａｒｙ　ｌ　ｉｕｍ）染料ＳＯ３の一つは、近赤外で極めて高い吸光係数をもちながら可視光で低い吸収性をもつという有用な性質を有する代表であり、それは、液／ガスモジュレータで極めて成功搗に使用されており、好ましいものである。

Ｏ５上記において、各Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３及びＲ４は、炭素数１〜８の独立したアルキル基である０本発明のより好ましい悪様では、染料は、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３及びＲ４が、ｔ−ブチル基であるＳＯ３である。ＳＱＳは、例えば、アルコール類。

ケトン類、７セトニトリル（ａｃｅｔｏｎｉｔｉｒｌｅ）、ジクロロメタンなどの塩素化炭化水素類、トルエンなどの炭化水素類などの通常の非反応性有機溶媒に容易に溶解する。その最大吸収８１４ｎｍ（ジクロロメタン中で測定〕は、容易に入手できる遠赤外ダイオードレーザ−の放出波長（７５０−８７０ｎｍ）に一致する。

また１例えば、以下のクロコニウム（Ｃｒｏｃｏｎｉｕｍ）染料は、液／ガスモジュレータで有用であることが判明した。

また、アブ染料の一つである例えば、以下のＡＺ４及びＡ２Ｂは、メチレンクロライド中での良好な溶解性、それぞれピークの吸収が７５０ｎｍ　（ＡＺ４）及び７７８ｎｍ　（Ａ２Ｂ）、及び吸光係数約８３．０００を有する。

Ｒ２４一方、アザメチレン（Ａｚａｍｅｔｈ　１ｎｅ）染料のあるものも有用であることが判明した０例えば、ＡＭ４は、メチレンクロライド中での有用な溶解性、吸収ピーク７７０ｎｍ及び吸光係数３１．２００を有する。

また、ＡＭ７もメチレンクロライド中での良好な溶解性、吸収ピーク７９４ｎｍ及び吸光係数３９，８００を有する。

また、例えば、サイアニン（Ｃｙａｎ　１ｎｅｓ、コダック、ロチェスター、ＮＹ）も使用できる０例えば、３，３゛−ジエチルチアジカルボシアニンヨウ化物（ＤＴＤＣ）は、ピーク吸収ｅ５３ｎｍ及びエタノール溶解性を有し、出力８３３ｎｍをもつＨｅＮｅレーザによりスイッチ化される液／ガスモジュレータで有用な熱染料であることが判明した。また、例えば、１．１’　、３．３．３’　、３’　−へキサメチル−４，４’　、５．５’−ジベンゾ−２，２゛−インドトリカルボシアニン　バークロレートは、ピーク吸収７８２ｎｍ及び酸性エタノール中での溶解性を有し、約７８０ｎｍで動作するダイオードレーザ−でスイッチ化される場合に熱染料として有用であることが判明した。

また、例えば、ビリリウム（Ｐｙｒｉ　Ｉｉｕｍｓ）染料は、約１１０８０ｎで動作するダイオードレーザ−又はＹＡＧレーザーの場合有用であることが判明した。かかる染料及びそれらの構造は、Ｅｖａｎｓ等の米国特許４，９４８，７７６及び４゜９４８．７７７に見られる。例えば、以下のコダック染料２６（コダック、ロチェスター、ＮＹ）は、ピーク吸収１１０８０ｎ及び１，２−ジクロロエタンに溶解する。

また、例えば、種々の金属置換体を有する以下のフタロシアニン染料は、代表的にはピリジン及びｌ−クロロナフタレンに溶解する。

また、例えば、Ｅｖａｎｓ及びＤｅ　Ｂｏｅｒの米国特許４，９５０．６３９及び４．Ｅ１５０．６４０に開示されるシアニン及びメロシアニン染料は、熱染料トランスファーシステムで使用されるが、液／ガスモジュレータで有用であることが判明した。

更に別の例であり、Ｄｅ　Ｂｏｅｒの米国特許４，９４８．７７８及びＣｈａｐｍａｎ、Ｄｅ　Ｂｏｅｒの米国特許４，９５２．５５２に記載されるオキシインドリジン染料は、熱染料プロセヌで使用され、モジュレータ用の良好な染料である。

液／ガスモジュレータ１０１に対して、気体バブル１１９の生成／＃縮の速度及び集束熱ビーム１１５のスポット内に必要とされるエネルギーは、溶媒液／ガス相の転換特性に高度に依存している。集束熱ビーム１１５の焦点が染料溶液１ｏ７と交わるとき、熱染料は、線を吸収して光エネルギーを熱に転換する。染料溶液１０７に関係する熱力学Ｉ度−圧力関係に基づいて、溶媒は、気体又は液体のいずれかとして存在する。単純化した観点からは、染料溶１１！１０７は、集束熱ビーム１１５によって加熱された場合、染料溶液１０７の理論的円柱体積は、セル内のノミナルな圧力でのその飽和液体温度をもたらす温度にまで加熱されるものと理解することが大切である。なお、上記理論的円柱体積は、焦点の直径１／ｅ”ｆと、モジュレータ１０１のプレートのうち照射内部表面１０３”とイメージ内部表面１０５”との間隙距離とによってほぼ定義される。体積からの熱的損失がないとすると、染料溶液１０７の飽和液体への加熱は、染料溶液１０７の熱容量、集束熱ビーム１１５の光から染料による加熱への転換吸収係数、及び集束熱ビーム１１５における合計エネルギーについての主に関数である。しかし、この飽和液体の円柱体積からバブル１１９を形成するには、気体の相当する体積が生成されることのみが必要とされる。即ち、染料溶液１０７の全円柱体積を気体にまで加熱することは必要でないし、また実際、そうすることは望ましくない。

飽和溶液から気体のその体積に転換に必要なエネルギーの計算は、主に染料溶液１０７の気化熱の関数である０例えば、染料の存在による損失や熱力学的変異がないとした場合、２ｍＷのレーザー１１７を使用したとき、直径０．４１ミル、高さ０．５ミルのメチレンクロライド気体の円柱体積を形成するには、約１８゜５ｕｓｅｃを必要とすることが計算される。

バブル形成速度についての上記推定は、単純化したものであって、実際は、レーザー１１７からの集束熱ビーム１１５は、必ずそうとも言えないが、典型的にはガウスプロフィル（ｇａｕｓｓｉａｎ　ｐｒｏｆｉｌｅ）である、このことは、焦点の照射（ｉｒｒａｄ　１ａｎｃｅ）は、その中心で最大であり、中心から遠ざかるにつれてガウス方式で低下することを意味する。集束熱ビーム１１５の最大照射は、焦点の中心であるため、最大の熱量がその中心に発生する。従って、上記理論的円柱の中心、即ち軸がまず加熱されて気体バブル１１９に転換し、次いで周囲の染料溶液１０７を円柱の半径方向の外側範囲に押し進める。染料溶液１０７が、集束熱ビーム１１５の焦点から離れた所定の距離に達した場合、溶液は多くのエネルギーを吸収せず、従って実質上加熱されない、気体は、溶解した染料を含まないので、集束熱ビーム１１５のエネルギーに対して透明であり、それ以上膨張することはない。

要するに、バブル１１９は、理論的には、平衡した円柱体積まで成長し、そこでは、バブルが崩壊を始め、染料溶液１０７は集束熱ビーム１１５からエネルギーを吸収して気体を生成しかつ崩壊を妨げる。そして、バブル１１９が大きくなり過ぎた場合、集束熱ビーム１１５からのエネルギーの吸収を少なくし、それにより気体の凝縮とバブル１１９の崩壊をもたらす。

集束熱ビーム１１５は、バブル１１９を生成する駆動エネルギーを与える。しかし、バブル１１９を液体に戻す凝縮は、液／ガスモジュレータでは強力でない。

凝縮相への変化は、気化熱が周囲の染料溶液１０７や照射プレート１０３やイメージプレート１０５にの逸散することに依存する。この熱の逸散は緩慢である。

それは気体での熱移動も緩慢であり、かつ液／ガスモジュレータ１０１で使用されるプレート材料が典型的には良好な断熱材であるためである。

気体の緩慢な凝縮に対する最初の解決法は、セル即ちモジュレータで使用される溶媒を沸点のより高いものに置換することである。例えば、沸点４０”Ｃをもつメチレンクロライドより沸点６５℃をもつメタノールの使用はより速いバブル凝縮を与える。それば、周囲の染料溶液１０７及びセル１０１に関して、より高い温度での熱移動が速いためである。

図２は、図１で示される照射源１１３が照射レーザー２１４によフて置き変えられた液／ガスモジュレータを示す、更に、集束熱ビーム２１５を与える熱ビームレーザー２１７は、二色ミラー２２１によつて反射され、反射集束熱ビーム２１５″が照射レーザー２１４かも発散した集束照射ビーム２１２と実質上同一繰上になるようにされる。二色ミラー２２１は、集束照射ビーム２１２を実質上反射又は方向を変えずに透過するものである。！／ガスモジュレータ２０１を通過するとき、集束照射ビーム２１２は、反射集束熱ビーム２１ｉ５“よりもより小さな点に集束される。染料溶液２０７が存在する場合、集束照射ビーム２１２はブロックされる。染料溶液２０７と二つのビームの交点では、集束照射ビーム２１２が反射集束熱ビーム２１５”のほぼ中心を通過する。反射集束熱ビーム２１５ ”がオンされたときはいつも染料溶液２０７中に気体バブル２１９が生成される。

バブル２１９が存在するとき、集束照射ビーム２１２は、イメージビーム２１２ ′としてモジュレータ２０１を透過し、反射集束ビーム２１５″は、透過熱ビーム２１５゛　として透過する。液／ガスモジュレータ２０１は、２枚の透明なプレートの間に構成される。一つのプレートは、照射プレート２０３と呼ばれ、他のプレートは、イメージプレート２０５と呼ばれる。各プレートは、二つの主表面を有する。照射プレート２０３には、照射外表面２０３゛と照射内表面２０３ ″がある。イメージプレート２０５には、イメージ外表面２０５′　とイメージ内表面２０５”がある。照射内表面２０３”は、イメージ内表面２０５゛に面し、これらの間には、染料溶液２０７がある。二つのプレートは、分離して保持され、染料溶液２０７は、二つのプレートの間にシール２０９によって封入されている。

区２に示されるようにセットされたモジュレータ２０１、熱ビームレーザー２１７、二色ミラー２２１及び照射レーザー２１４を用いた一連のテストを行った。

このテストでは、モジュレータ２０１は、２枚の１／１θインチ厚の顕微鏡のスライドの大きさのプレートが、約１ミルの間隔をおいて、ガラス融剤を使用してセルを形成するようにシールされた構成を有する。染料溶液２０７を充填するため、小さいガラス管がセルに取り付けられた。染料溶液２０７がセル内に収容された後、セルは、ドライアイス中に置かれ、上記ガラス管は加熱され、つまみ取られ、かくしてシールされたモジュレータ２０１が形成された。染料溶液２０７は、ある場合には、メチレンクロライド溶媒のＳＯ３染料と飽和ＰＰ○染料であった。照射レーザー２１４は、リコエックス（Ｌｉｃｏｎｉｚ、サニデール、ＣＡ）モデル４２４０Ｂであり、３２５ｎｍの波長で６ｍｗの出力を有するＨｅＣｄレーザーであった。熱ビームレーザー２１７は、約７８０ｎｍで３０ｍＷの出力を有するリコエックス　ジオライトであった。二色ミラー２２１ば、ＳＷＰ　（４５’　）　３２５Ｔ／７８０Ｒミラー（ＣＶＩ　Ｌａ５ｅｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、アルバカ−キー、ＮＭ）であった。メチレンクロライド染料溶液２０７を有するモジュレータ２０１は、集束反射熱ビーム２１５”を使用することにより、イメージビーム２１２°を１３ｈｚだけ変調できた。同じ装置であるが、染料溶液２０７中のメチレンクロライドをメタノールで置換したものをテストした場合、光ダイオード及びオシロスコープの使用により変調速度は、約２０００ｈｚであることが測定された。メタノール染料溶液２０７のモジュレータ２０１にとって、２０００ｈｚは限界であるとは思われない。なぜなら、ベンチの装置では配置やビームの焦点化に制限があったからである。

多種類の溶媒や溶媒混合物、ポリマー、オイル、水などの添加剤、沸騰／凝縮結晶、界面活性剤などが、液／ガスモジュレータ中の液からガス及びガスから液への相変化を加減するために使用できる。

染料溶液中に溶解した空気が、凝縮しないバブルの存在の原因となりうる。また、染料溶液中の酸素の存在も、染料の光ルミネツセンスの量子収率を減少させうる。このため、染料溶液をセルに充填した後、例えば液体ＣＦ４　（Ｆｒｅｏｎ（登録商ｍ）１４．沸点−１２８℃）中でセル及び染料溶液を凍結し、次いでセルを真空に引くことにより凍結しないガスを除くことが好ましい。染料溶液の凍結−真空及び解凍の数回のサイクルにより、大量のガスが除去される。最後に、凍結サイクルの間に、セルへの染料溶液供給管は、つまみとられる。石英ガラスは、モジュレータセルの装置にとって良好な材料である。なぜなら、それは、ガラス融剤でシールでき、また、概して、一部分で凍結をしながら、その近くの部分の管を炎で焼き切るという極端な温度に耐え、更に染料溶液に対して実質上不活性でありかつ不透過性であるからである。

図３は、照射源３１３が、照射レーザーか、又は実質上収束非干渉性光源のいずれかである液／ガスモジュレータを示す。集束熱ビーム３１５を有するレーザー３１７は、二色ミラー３２１を反射し、反射した集束熱ビーム３１５”は、照射源３１３から発散される集束照射ビーム３１１と同一線上になるようにされる。

二色ミラー３２１は、集束照射ビーム３１１を実質上反射や方向を変化させずに透過するようにする。反射集束熱ビーム３１５”と集束照射ビーム３１１は、ともにミラー３２３（又はミラーセット、単純化のために２示されない）を反射する。このミラーは、軸３２５（又は複数の軸）を中心に回転し、モジュレータ３０１の表面上にビームを走査させる。集束照射ビーム３１１は、ミラー３２３を反射しながら走査照射ビーム３１１”となり、また、反射集束熱ビーム３１５” は、ミラー３２３を反射しながら走査集束熱ビーム３１５”となる。液／ガスモジュレータ３０１と交ったとき、走査照射ビーム３１１”は、この例では、走査集束熱ビーム３１５“よりも大きな点に集束する。染料溶液３０７と二つのビームとの交点では、走査集束熱ビーム３１５”’が、走査照射ビーム３１１Ｈのほぼ中心を通過する。気体バブル３１９は、走査集束熱ビーム３１５″がオンされたときはいつでも染料溶液３０７中に生成される。バブル３１８が存在する場合、走査照射ビーム３１１″のほぼ中心部分が、イメージビーム３１１′としてモジュレータ３０１を透過し、また走査集束熱ビーム３１５”°は、透過熱ビーム３１５′として透過する。バブル３１９が存在しない場合、走査照射ビーム３１１”はブロックされるため、イメージビーム３１１′は消滅する。液／ガスモジュレータ３０１は、２枚の透明プレートから構成される。一つのプレートは、照射プレート３０３と呼ばれ、他のプレートは、イメージプレート３０５と呼ばれる。

各プレートは、二つの主表面を有する。照射プレート３０３には、照射外表面３０３’　と照射内表面３０３’がある。イメージプレート３０５には、イメージ外表面３０５′とイメージ内表面３０５”がある、照射内表面３０３”は、イメージ内表面３０５“に面し、両表面の間には染料溶液３０７がある。二つのプレートは、分離して保持され、または染料溶液３０７は、二つのプレートの間にシール３０８に封入される。

図３に概略された装置を使用してテストを行った。そこでの照射源３１３は、Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｃａｌ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　ＡＳｓｏｃｉａｔｅｓ（ロンドン、カナダ）のランプハウジングモデルＡＬ４２１５であり、７５ワツトの高圧水銀アークであった。集束照射ビーム３１１は、上記ランプハウジングを使用し、走査照射ビーム３１１”がモジュレータに交じったときの置径約１インチになるように集束させた。このテストでは、Ｃｏｒｎｉｎｇ７−５１　（コーニング、ＮＹ）フィルタが使用され、約３８５ｎｍに中心があるＵＶ線を除きほとんどの光を除去するようにした。このフィルタは、照射ビーム中に配置され、モジュレータ３０１の表面での走置照射ビーム３１１”内の余分の光エネルギーを減じかつエネルギーのＵＶ部分の集束を促進させた。しかし、このフィルタは、必ずしも必要ない、二色ミラー３２１は、次の利点を有する。即ち、それが、照射ビーム３１１の通路に配置された場合、ミラーは、照射ビーム線３１１のＵＶと可視部を実質上透過させる一方、モジュレータ３０１の染料溶液３０７のＳＱＳ染料により実質上吸収される遠赤外線を反射する。従うて、二色ミラーは、染料溶液３０７中に大きな気体バブル３１９が生成するのを防止する。この例では、８３０ｎｍで４０ｍＷの出力をもつＬｉｃｏｎｉｘ　Ｄｉｏ１ｉｔｅ８００レーザー３１７から発散される集束熱ビーム３１５は、二色ミラー３２１を実質上反射し、集束照射ビーム３１１と実質上同一線上になる。両者のビームは、その後に、二つの走査ミラー３２３で反射する。この走査ミラーは、Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｓｅａｎｎｉｎｇ　Ｉｎｃ、（ウォータタウン、ＭＡ）で製造され、ＸＹ３０３７Ｙ走査ヘッドに取り付けられ、二つのＤＸ２００２ｆｆｉ動装置によって駆動された。ベクトルイメージ情報がＨＰコンピュータで生じたファイルから得られた。

モジュレータ３０１セルは、２枚のｅ’　ｘｅ’の厚み１／１θ′の石英ガラスプレートを約１ミルの間隔で分離しかつガラス融剤でシールすることにより構成した。染料溶液３０７は、メチレンクロライド中に飽和した約１０％のＢｒｏ。

ｋｆｉｅｌｄ　粘度凛準液　Ｌ−３，ＰＯＰＯＰ染料及びモジュレータ３０１を通じて最終的光学ｇ度ＯＤ（光学さ度）が約２００〜４００ｎｍで＞３．５．約４００−７００ｎｍでＯＤが〈０．８、約７００−８５０ｎｍでＯＤが４を生じるように添加されたＳＱＳ及びＣｙａｓｏｒｂ２４染料からなる。Ｃｒｏｍａｌｉｎ（登録商標）を使用するこの装置では限界がある。ビームがモジュレータ３０１の部分を走査しなくなったときでも、バブル３１９がベクトルの端部に生成し、とどまる性質がある。これは、ミラーがその回転を始めかつ停止するときベクトルの始めと終わりに生じる余分の露光を、一般走査（Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｓｃａｎｎｉｎｇ）ベクトルスキャナが補償しないためである。

走査集束熱ビーム３１５”の焦点の慄さは、重要な因子である。代表的には、染料溶液の交点での走査集束熱ビームのスポットの大きさは、５０〜６０μｍのオーダーにある。走査ミラーがモジュレータの近くに配置された場合、走査の半径、即ち走査ミラーと染料溶液の交点との距離がモジュレータの異なった領域を走査するにつれて大きく変化する。これは、モジュレータの種々の領域での走査集束熱ビームのスポットサイズの大ぎな変化ももたらす。スポットサイズの増加は、走査集束熱ビームのエネルギーによってより多くの染料溶液を加熱しなければならないことを意味する。最適な操作にとって効果的には、走査集束熱ビームのスポットサイズは、１２７μｍ（１／ｅ２直径）より小さく、好ましくは６０μ ｍ（１／ｅ２直径〕より小さい。また、染料溶液を走査する場合、走査半径は、好ましくは、±ルイライ（Ｒｅｙｌｅｉｇｈ）焦点長さより大きく変化すべきでない。

モジュレータを走査する場合、走査集束熱ビームのスポットサイズを制御する多くの手段がある。一般走査は、ビーム焦点を走査半径の関数として変化させる線状変換器を提供する。Ｆ／セータ（ｔｈｅｔａ）走査レンズは、走査集束熱ビームのスポットサイズを走査角度の関数として修正するのに使用できる。全体のモジュレータは、必ずしも平な形である必要はない、事実、液／ガスモジュレータは、使用者にとって都合のよい形又は大きさにできる０例えば、モジュレータや染料溶液の間隙は、実質上部分的な球の形にでき、走査集束熱ビームが、常に染料溶液に焦点をあわすようにされる。また、照射プレートは、走査集束熱ビームを走査半径の関数として屈折させるレンズの形にでき、その領域はモジュレータ上を走査させる。事実、モジュレータは、温度計の形にでき、バブルは、線状セル内のラインに含まれる染料溶液中で生成しかつ凝縮する。

同じ構造の液／ガスモジュレータを使用して同様のテストを行った。但し、この場合染料溶液は、ＳＱＳ、Ｃｙａｓｏｒｂ−２４及びＰＯＰＯＰ染料を有し、メチレンクロライドとメタノールがそれぞれ７５−２５　（容量）の混合物から構成され、上記した一番目のテストで使用したのに匹敵する光学密度を有するモジュレータ３０１を形成した。しかし、この場合、照射ｆｉ３１３は、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ（バロアウル、ＣＡ）のアルゴンイオンレーザ−、モデル３０Ｂであり、それは、波長３３３．８ｎｍ〜３８３．８ｎｍにまたがる出力を有するＵＶで動作する。走査照射ビーム３１１”のスポットサイズは、直径が約１／８″であり、モジュレータ３０１での出力は、約６ｍＷであった。集束熱ビーム３１５を発生する熱ビームレーザー３１７は、５ａｎｙｏ　（サンヨー、日本）の１００ｍｗのダイオードレーザ−であり、約８００ｎｍで動作する。Ｍｅｌｌｅｓ　Ｇｒｉ。

ｔ（アービン、ＣＡ）のダイオードレーザ−駆動器、モデルＯ８ＤＬＤＯＯＩが、熱ビームレーザー３１７の“Ａ”の電気配置に接続されたＭｅｌｌｅｓ　Ｇｒｉｏｔのダイオード　ユニバーサルケーブルとともに使用された。Ｇｒｅｙｈａｗｋ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　（ミルビタス、ＣＡ）の“５ｑｕａｔ−Ｐｌｏｔ”走査器をＸ−Ｙ走査ミラー３２３とともに使用してビームを走査し、これをＤｅｌ１３ｙ５ｔｅｍｓコンピュータに接続してＨＰＧＬベクトルデータな得た。Ｇｒｅｙｈａｗｋのベクトル走査システムは、その走査ミラー３２３の軸３２５にエンコーダを使用して電気パルス信号を生じる。かくすることにより、軸３２５の回転量が示され、従ってミラー３２３を反射したビームによってイメージ平面を動いた距離が示される。これらの信号は、イメージ空間の存在及び所望の露光量を考慮してデジタル的に処理して５ｖのＴＴＬパルスを生じる。これらのノくルスは、Ｍｅｌｌｅｓ　Ｇｒｉｏｔレーザー駆動器をオンにし、従って熱ビームレーザー３１７を、イメージ平面を走査する実質上同一線状ビームとして変調するのに使用された。実際上、熱ビーム３１７は、デジタル的に変調され、ビームがイメージ平面で動いた分離した距離に対応させた。レーザーの変調は、レーザーがパルスあたり特定の時間フレームだけオンすることを要求するので、その結果、走査集束熱ビーム３１５”′によって動かされたイメージ平面の距離あたりの実質上より均一な露光をもたらした。この場合のイメージ平面は、染料溶液３０７である。Ｇｒｅｙｈａｗｋ走査器及び熱ビームレーザー３１７の変調能力によって、走査集束熱ビーム３１５”′のスポットがバブル３１９を生成させるのに消賛する時間は、容易に制御される。かくして、生成されるバブル３１９の大きさと、モジュレータ３０１の与えられた領域を通過するイメージビーム３１１′のエネルギー量とを潜在的により制御することになる。

上記テストでは、ソリッドイメージ（Ｓｏｌｉｄ　Ｉｍａｇｉｎｇ）に有用な光フオーム組成物を露光し、光フオーム層が形成された。デュポンの米国特許出願Ｎｏ、０７３４１．３４７　（１９８９年４月２１日付）の”Ｃｏｒｅ−３ｈｅｌｌ　Ｐｏｌｙｍｅｒを使用するソリッドイメージ方法”の実施例２に詳記される光フオーム組成を使用してサンプルを製造した。

例えば、モジュレータ３０１のイメージ外表面３０５゛をテフロンＡＰ（登録商標）（デュポン、ウィルミントン、ＤＥ）のような離型コートで被覆したソリッドイメージシステムを製造できる。テフロンＡＰ（登録商標）の被覆は、以下の方法を使用して石英プレートに施される。まず、被覆されるガラス表面を清浄にする。メチレンクロライドと１０％のＥｌｖａｃｉｔｅ　２０４４（デュポン。

ウィルミントン、ＤＥ）との混合物を約２５０Ｏｒｐｍで約１秒間被覆被覆し、次いで乾燥する。その後に、テフロンＡＰ（登録商標）８％ＦＰＸ／ＦＣ−４０を１１０００ｒｐで約１秒間被覆回転し、次いで、１８０’Ｃで約１５分間オーブン乾燥する。テフロンＡＦ（登録商標）に対して湿った結合表面を与えるためにＥｌｖａｃｉｔｅ　（登録商標）以外のポリマーも使用できる９次いで、モジュレータ３０１のテフロンＡＰ（登録商ｅｌ＋）を被覆した側にバットを形成しるフレーム中にモジュレータを置く、このソリッドイメージシステムの製造では、モジュレータ３０１は、テフロンＡＦ（登録商標）被覆の側に配向され、実質上同一線上にある走査照明ビーム３１１”と走査集束熱ビーム３１５“の走査が以下のように行われる。モジュレータ３０１の上部のバットフレーム中に光フオーム組成物を注ぎ、そして、児玉（公開特許Ｎｏ、昭５８　（１９８１）−１４４４７８゜１９８１年１１月１０日公開）によって教示され、公開特許の図６に示されたのと類似した方法により、本願の図３に示されるシステムでモジュレータ３０１を通じて得られる露光と結合してプラットフォームを動かし、層を形成する三次元の物体を製作できる。

上記ソリッドイメージシステムに対しては、他のタイプの照射システムが使用できる。照射は、図１に示される範囲照射、図３に示される集束熱ビーム中心とする領域照射、図３に示される緊ざに集束された照射、又は図５で後述する線状領域照射であってもよい。本技術分野では、多くの橿原の非干渉性の光照Ｍ源がよく知られており、例えば、水銀アーク、高圧ナトリウム、キセノン等であり、それらは、所定範囲の出力波長と各所定波長での強度を有する。はとんどの照射源は、ＵＶ、可視光及びＩＲを通じた多（の領域での出方波長を有する。しかし例えば、約３２５ｎｍの出力をもっＨｅＣｄ　ＵＶレーザーのような照明レーザーは、極めて近似した特定の波長の出力を有する。

また、他のタイプの光フオーム組成物の被覆方法も使用できる。例えば、モジュレータは、上記組成物、照射及び上部で行われるレーザー走査と接触せずに置かれ、そして、Ｅ次元の物体の製造に必要とされる種々の層を提供するために、ナイフ被覆方法が利用される。また、例えば、１枚のフィルムが、モジュレータの下で伸長され、フィルムの反対側面は上記組成物と接触している。一旦、露光が行われると、モジュレータは移動し、フィルムは、光フオームの表面からはがされる。その後に、モジュレータは、以前に生成した層の上方に戻り、フィルムと以前の暦との間に光フオーム組成物の新たな層が形成され、新しい露光が行ゎ液／ガスモジュレータは、大きくても、小さくてもよい。例えば、光ファイバー４２５の端部に接続されたモジュレータ４０１を示す。図４は、照射プレート４０３とイメージプレート４０５が互いに保持され、シール４０９によってシールされて製造されたモジュレータを示す。モジュレータ４０１は、透明ガラス又はポリマーシェル内に染料溶液４０７をカプセル化することによっても製造される。

この場合、光ファイバー４２５は、反射熱ビーム４１５”が第一の屈折率を有するそのコアｎ１に入るようにされる。反射熱ビーム４１５”がコアｎ１を通過しながら、第２の屈折率を有するクラッドｎ２を反射する。このように導がれて最終的に反射熱ビーム４１５”は、モジュレータ４０１に入り、染料溶液４゜７中にバブル４１９を生成させ、そして、透過熱ビーム４１５′としてモジュレータを通過する。熱ビームレーザー４１７は、熱ビーム４１５を放射し、熱ビームは二色ミラーを反射し、反射熱ビーム４１５”となる。照射源４１３は、照射５ζ 　！４１１を放射し、照射線は、二色ミラー４２１を実質上透過し、光ファイバー４２５のコアｎ１に入り、クラッドｎ２を反射し、最終的にモジュレータ４０１リ　を照射する。反射熱ビーム４１５“が存在しない場合、バブル４１９は存在せず、照射１ｉ４１１は、染料溶液４０７によって実質上ブロックされる。しかし、反射ｒ　熱ビーム４１５”が存在し、バブル４１９が存在する場合には、照射線４１１は、イメージ！４１１’　としてモジュレータ４０１を透過する。

照射線４１１と熱ビーム４１５が、両方とも、受容角度を通じて光ファイバー４２５に導入されるならば、二色ミラーは必要としない。

【図５は、モジュレータ５０１それ自体の構成要素が図１〜図３に記載したのと等しい液体／気体の好ましい実施態様を示す＃照射プレート５０３とイメージプレー）５０５は、染料溶液５０７を収容する間隙を形成するように、照射内表面【　５０３“とイメージ内表面５０５”が互いに面している。照射プレート５０３は、照射外表面５０３′を有し、また、イメージプレート５０５は、イメージ外表面５０５°を有する。両方のプレートは、離して保持され、その間隙は、シール５０９により封入される。、図５で、照射源５１３は、線状管露光ランプである。例えば、イメージａ５１３は、比較的高電圧ＵＶ放出出力をもつＩＯＤバブルを使用するＦｕｓｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　：ｌ−ポレーション〔ロックビル、ＭＤ）Ｆ４５０ランプシステムである。照射源５１３とモジュレータ５０１との間には、必要に応じて、好ましくない線５１０の波長を反射する二色ミラー５２１がある。

照射源５１３の回りには、反射器５２９があり、照射線５１１をモジュレータ５ｏ１へ反射しかつ直線状に集束させる。一連のレーザー５１７は、軸５３３に支持されかつモータエンコーダによって回転される回転走査レンズ５２７内に配置される０回転走査レンズ５２７が回転するにつれて、集束熱ビーム５１５は、軸５３３と平行な線に沿って前後に走査され、走査集束熱ビーム５１５″になる。

例として、図５では、各々集束熱ビーム５１５を有する六つのレーザー５１７が示される。各レーザー５１７が、１インチ間隔に置かれ、また、焦点スポットでの各集束熱ビーム５１５が、回転走査レンズ５２７の各回転の軸５３３に平行して前後に１インチの距離だけ移動するように回転走査レンズが配置される。この配置では、二つの端部の熱ビームレーザー５１７を除ぎ、一つの走査集束熱ビーム５１５”の焦点スポットの移動の始めは、隣りの走査集束熱ビーム！５１５” の焦点スポットの移動の始めとなる。かくして、軸５３３に平行な６インチの長さの線の部分が熱ビームレーザー５１７の一つによって走査される。これは、上記した必要とされる焦点深さ以内に小さな焦点スポットサイズを得るという困難さを解決しながら熱ビームレーザー５１７のコストを最小にする。矢印で示されるように、走査ヘッド移動手段５３５は、モジュレータ５０１の表面を横切りかつ平行に走査ヘッド装置（照射ａ５１３、反射器５２９、二色ミラー５２１、回転走査レンズ５２７、レーザー５１７、軸５３３及びモータ５３１からなる〕を移動させる。走査ヘッド移動装置５３５を、回転走査レンズ５２７のモータエンコーダ５３１とレーザー５１７の変調と結合することにより、少なくとも一つの走される。走ｌｔ熱ビーム５１５″と交差した染料溶液５０７内の各点では、バブル５１９が生成し、伝達された熱ビーム５１５′がモジュレータ５０１を通過させる。通常、染料溶液５０７によってブロックされた照射線５１１の一部は、イメージ線５１１′としてバブル５１θを通過する。光学クサビ（ｗｅｄｇｅｓ）の往復シリーズは、図示される回転走査レンズ５２７によって置き変えられる。

本発明の実施に使用されるモジュレータのプレート材料は、典型的には石英ガラスのプレートである。これは、幾つかの理由で好ましい、第一の理由は、石英ガラスは、光学的に透明であり、ＵＶ操作に対して透明である。他の理由は、石英ガラスは、クラックを生ぜずに顕著な温度の差異に耐え、従ってガラス融剤でシールでき、凍結脱ガスができ、かつ破損せずに熱点源に耐えられる。他の理由は、石英ガラスは、溶媒に対して低い浸透性を有し、また染料溶液で使用される材料に対して化学的に不活性である。他の理由は、石英プレートの自然的平坦さにある。

プレート間をグルー（Ｇｌｕｅ）シールした場合−次的モジュレータセルが得られる。しかし、例えばエポキシによるグルーシールは好ましくない。なぜなら、硬化する間及びエポキシが溶媒吸収により膨潤するとき、エポキシが石英プレートを破損する傾向がある。モジュレータの間隙【よ、通常、１ミル厚の詰め木（Ｓｈｉ＋ｏ）を使用することにより得られる。端部なガラス融剤でシールしながら、セルの間隙を形成する別の方法は、間隙を形成する２枚のプレートの間に、石英ガラスよりも融点の高い粉砕した酸化マグネシウムを配置することである。

通常、シール後のプレート内の応力を除くためにセルをオープンに入れる。ＷＩ温溶液、酸化マグネシウムを溶解するので、染料を充填するためのセルが製造される。テストセルば、染料溶液をセルに充填しかつ取り出すために融剤で取り付ｔすられな二つのボール及びソケット継ぎ手を有する。

できる。しかし、他の波長の熱ビームダイオードレーザ−も使用でき、また、多である。集束熱ビームは、デジタル方式又はアナログ方式のいずれかで強度が変調できる。集束熱ビームのアナログ方式の強度変調は、バブルサイズの制御において利点を有し、またイメージ線の空間的広がりある変調を与える。

要約書セル内に収容された通常、不透明な染料溶液中でのバブルの生成を含む光を変調するための装置及び方法、レーザービームを染料溶液の領域に集束させ、該溶液中の溶媒を気化させることによって染料溶液中にｊ＜プルが生成される。バブルが生成されるとき、変Ｉｌ装置は、バブルのｊＪｉ域にて実買上透明になる。集束レーザービームが、オフになったときバブル１よｌｌｉ’ｌＬ、変調装置は凝縮したバブルの領域で再び不透明になる。

国際調査報告　ｏｒＴ／、ｌｐ　９１１０１４５７

Claims

【特許請求の範囲】

１．以下のステップからなることを特徴とするイメージ線を変調する方法：（ａ）セル内に染料溶液を収容する；（ｂ）上記セルと染料溶液とを、所定の波長を有する照射線で照射し、上記染料溶液は、上記照射線の所定波長を実質上ブロックする；（ｃ）上記染料溶液の一領域を熱ビームによって横切らせ、上記領域内にバブルを生成させ、上記波長の照射線の少なくとも一部を上記バブルとセルを通じて透過させることにより上記イメージ線をオンにせしめる。
２．更に以下のステップを有する請求項１に記載したイメージ線を変調する方法：（ｄ）上記染料溶液の領域から上記熱ビームを除去する；（ｅ）上記染料溶液の領域内の上記バブルを凝縮させて上記波長の照射線を実質上ブロックしかつ上記イメージ線をオフにする。
３．上記照射線が、非干渉性光源から発生する請求項１又は２に記載したイメージ線を変調する方法。
４．上記熱ビームが、ダイオードレーザーから発生する請求項１又は２に記載したイメージ線を変調する方法。
５．上記照射線と熱ビームが、実質上同一線上にある請求項１又は２に記載したイメージ線を変調する方法。
６．上記染料溶液が、光ルミネッセンス機構により上記波長の照射線を実質上ブロックする請求項１又は２に記載したイメージ線を変調する方法。
７．上記照射及び熱ビームが、光ファイバーを通じてモジュレータに入る請求項２に記載したイメージ線を変調する方法。
８．上記照射線が、１以上の波長を有し、かつ上記染料溶液が、少なくとも１つ以上の上記波長を実質上ブロックする請求項３に記載したイメージ線を変調する方法。
９．上記実質上同一線上の照射線と熱ビームが、少なくとも一つの走査ミラーによって反射される請求項５に記載したイメージ線を変調する方法。
１０．上記染料溶液が、上記照射線の波長を染料溶液が実質上ブロックできないもっと長い波長に変化させる請求項６に記載したイメージ線を変調する方法。
１１．付加的な熱ビームが使用され、該熱ビームは回転する走査レンズによって走査され、上記染料溶液の異なる領域にそれぞれバブルを生成され、そこでは上記照射源が線状である請求項８に記載したイメージ線を変調する方法。
１２．以下の手段からなることを特徴とするイメージ線を変調する装置：（ａ）間隙を有するセル；（ｂ）上記セルのギャップ内に収容された染料溶液；（ｃ）一つの波長を有する照射線によって上記セルと染料溶液を照射するための照射源、上記染料は上記波長の照射線をブロックするようにされている；（ｄ）熱ビームを有するレーザー、該熱ビームは、上記染料溶液の一領域を横切るようにされかつ上記染料溶液の一領域を気化するようにされ、それにより上記領域をして上記照射線の少なくとも一部をブロックさせ、かつ上記照射線の少なくとも一部が上記セルからイメージ線として通過させる。
１３．更に以下の手段を有する請求項１２に記載したイメージ線を変調する装置：（ｅ）上記熱ビームと上記照射線を実質上同一線上にあるようにせしめるための二色ミラー；（ｆ）上記実質的同一線上にある熱ビームと照射線を走査するための走査ミラー。
１４．更に以下の手段を有する請求項１２に記載したイメージ線を変調する装置：（ｅ）上記熱ビームと上記照射線を染料溶液に誘導する光ファイバー。
１５．更に以下の手段を有する請求項１２に記載したイメージ線を変調する装置：（ｅ）熱ビームを発生する少なくとも一つのレーザー；（ｆ）上記熱ビームを上記染料溶液の異なる領域に走査するための回転走査レンズ。
１６．上記染料溶液が、ブロック染料（Ｐ−ビス｛２−（５−フェニルオキサゾリル）｝ベンゼン），メチレンクロライド及び以下の構造を有する熱染料からなる請求項１２に記載したイメージ線を変調する装置：▲数式、化学式、表等があります▼ 上記構造式において、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３及びＲ４は、炭素数１〜８の独立したアルキル基である。
１７．Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３及びＲ４が、ともにｔ−ブチル基である請求項１６に記載したイメージ線を変調する装置。