JPH0611672A

JPH0611672A - 全反射型電子光学変調器

Info

Publication number: JPH0611672A
Application number: JP5069519A
Authority: JP
Inventors: Ellis D Harris; ディーハリスエリス
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1992-04-03
Filing date: 1993-03-29
Publication date: 1994-01-21
Also published as: US5291566A

Abstract

(57)【要約】【目的】光ビームプロフィルを１以上の軸に沿って、
かつ非対称に変調する全反射型変調器を提供する。【構成】全反射型変調器は、電気光学媒質の反射面の
領域を横切って配置された電極配列を有する。電極配列
は少なくとも１つの基準電極セット（内側の菱形を形成
している）に指のように組まれた複数の電極セット（外
側の長方形を形成している）を有する。菱型の無電極領
域は反射面上の電極配列の内側電極の内部で対称的であ
ることが好ましい。電極間の一様な電圧と、さまざまな
長さの電極は、電気光学媒質内にフリンジ電界を生成
し、光学位相回折格子を形成して、入射光を反射面上で
回折させる。零次の非回折光は出力ビームになる。光学
位相回折格子は変調器（近領域）において入射ビームの
光学プロフィルを制御し、従って像面（遠領域）におい
て焦点に像形成されたスポットサイズを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、全反射型電気光学変調
器、より詳細には光ビームプロフィルを１以上の軸に沿
って、かつ非対称に変調する全反射型変調器に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】この分野においては電気光学デバイスが
進歩し、結晶導波管媒質内の電気光学効果に作用する多
くの構造が提供された。前記媒質の表面上の電極配列に
電圧を印加すると、媒質内に位相パターンが形成され、
この位相パターンは媒質中を伝播する光波を曲げたり、
焦点に集めたり、あるいはその両方を行う。この現象が
起きるのは、電極に印加された電圧によって媒質内に生
じた電界が媒質の屈折率を変化させるために、光の波面
が媒質内を伝播するとき、光の波面の部分の相対的位相
が変化するからである。

【０００３】全反射型電気光学変調器は脚光を浴びるよ
うになった。これらの電気光学デバイスにおいては、電
気光学媒質内にフリンジ電界を誘起させるため、電気光
学媒質の主面の上に指のように組まれた電極セットが使
用されている。入射光は主面から全反射され、光がグレ
ージング入射に近い角度で媒質の表面の近くを通ると、
このフリンジ電界と相互作用を起こす。

【０００４】最近、全反射型電気光学変調器内の交互配
置形電極セットを個別にアドレスすることが提案され
た。アドレスされた各電極の場所において光ビームの位
相変調を生じさせるため、ある交互配置形電極セットに
電圧が印加される。他の電極セットは基準電圧レベルた
とえばアースの状態のままである。一対の電極に電圧差
を加えれることにより、電極間のフリンジ電界の局部的
強さを制御し、変化させて、像面上の所定の点へ光を曲
げることができる。

【０００５】全反射型電気光学変調器は、入射光ビーム
を波長分離するため、非コヒーレント、非偏波、非収
束、入射光ビームの回折パターンを形成するため、像面
を横切って光ビームを曲げる電気光学走査デバイスとし
て、あるいは電子的信号パターンを対応する光強度プロ
フィルへ変換するために使用される。

【０００６】アパーチャーサイズが変わると、入射光ビ
ームのプロフィルが変わることは知られている。従っ
て、アパーチャーを傾けることは、光ビームのプロフィ
ル、従って像面における光ビームのスポットサイズを変
調する機械的手段である。

【０００７】しかしながら、電気光学デバイス内で光ビ
ームのプロフィルを変調する非機械的手段（電子的手段
が好ましい）が要望されている。光ビームを変調する電
子的手段が入手できれば、応答速度、従って変調チャン
ネルの情報帯域幅が著しく増大するであろう。光ビーム
のプロフィルを変調する電子的手段は、コンピュータ制
御によるビームプロフィルの実時間変化を可能にするで
あろう。

【０００８】ある最近の全反射型変調器は、長方形の外
側導電ブロックから内向きに、そして菱形の内側導電ブ
ロックから外向きに伸びている交互配置形電極より成る
電極配列を備えている。菱形の無電極領域は変調器の反
射面上の電極配列によって取り囲まれている。電極間の
一様な電圧と、電極配列の長方形パターン内の菱形から
伸びたさまざまな長さの電極は、電気光学媒質中にフリ
ンジ電界を生じさせ、入射光を回折させる光学位相回折
格子を反射面上に形成する。電極配列からの零次非回折
光と無電極領域からの反射光は、変調された出力ビーム
になる。全反射型変調器の代替実施例は、長方形の無電
極領域の中に菱形の交互配置形電極パターンを有する。
シュリーレン光学装置を使用することにより、非零次回
折ビームは変調された光ビームプロフィルを有する出力
ビームになる。しかし、これらの変調器は１つの軸に沿
って光ビームのプロフィルを変調するだけであり、また
光ビームを対称的に変調できるだけである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のことから、本発
明の第１の目的は、１以上の軸に沿って光ビームのプロ
フィルを変調する新規な全反射型電気光学変調器を提供
することである。

【００１０】本発明の第２の目的は、光ビームのプロフ
ィルを非対称的に変調する全反射型電気光学変調器を提
供することである。

【００１１】本発明の第３の目的は、電極配列内の電極
を個別にアドレスできないけれども、各電極セットごと
に電圧を変える全反射型電気光学変調器を提供すること
である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の全反射型電気光
学変調器は、電気光学媒質の反射面の領域にわたって分
布している電極配列を有する。電極配列は、内側の菱形
を形成している少なくとも１つの基準電極セットに指の
ように組まれ、外側の長方形を形成している複数の電極
セットを有する。菱形の無電極領域は、反射面上の電極
配列の内側電極の内部で対称的であることが好ましい。
電極間の一様な電圧と、さまざまな長さの電極は、電気
光学媒質中にフリンジ電界を生じさせ、入射光を回折さ
せる光学位相回折格子を反射面上に形成する。零次非回
折光は出力ビームになる。光学位相回折格子は、変調器
（近領域）での入射ビームの光学的プロフィルを制御
し、従って像面（遠領域）の焦点に像形成されるスポッ
トサイズを制御する。

【００１３】上記の代わりに、全反射型変調器は、長方
形の無電極領域の内部に菱形の交互配置形電極パターン
を有していてもよい。シュリーレン光学装置を使用し
て、非零次回折ビームは変調された光ビームプロフィル
をもつ出力ビームにされる。

【００１４】本発明の上記以外の目的、特徴および利点
は、添付図面を参照して以下の詳細な説明と特許請求の
範囲を熟読されれば明らかになるであろう。

【００１５】

【実施例】図１に、LiNbO₃ x-y カット結晶で作られた
電気光学媒質１２を含む全反射型変調器１０を示す。結
晶は３つの研磨面、すなわち入力面１４と、入力面に向
かい合った出力面１６と、入力面と出力面の間にある縦
方向反射面１８とを有する。電極配列２０は反射面１８
の領域にわたって分布している。好ましい実施例におい
て、電極配列２０は、本質的に反射面１８の全幅および
全長を構成するであろう。この電極配列は、電気光学媒
質１２内にフリンジ電界を誘起させるため電気光学媒質
１２に直接蒸着するか、またはすぐ近くに支持されてい
る。要求された反射を行わせるため、図１に示した変調
器の結晶とは異なる代替形状も可能であることは理解さ
れよう。図示形状の場合、約４×４×１５ mm の全体寸
法をもつ結晶は満足できる作用を与える。

【００１６】反射面１８と電極配列２０を含む平面に平
行な、単一波長の平行光線の入射ビーム２２は入力面１
４を通って全反射型変調器１０に入る。入射ビーム２２
は入力面１４の斜めの面で屈折し、グレージング入射角
で反射面１８に当たる。電極配列２０は反射面１８のす
ぐ近くに結合されている。入射ビームは反射面１８から
全反射され、電極配列２０から電気光学媒質１２の中に
伸びているどれかのフリンジ電界２１によって変調され
て出力ビーム２４になり、斜めの出力面１６を通って全
反射型変調器１０から出ていく。出力ビーム２４は出力
面１６で屈折されて、反射面１８と電極配列２０を含む
平面に平行な入射ビーム２２と同一直線上にある。

【００１７】入射ビーム２２および出射ビーム２４を屈
折させて反射面１８でグレージング入射角にするには、
入力面１４および出力面１６の端面を斜角でカットする
のが好都合であるが、必要条件ではない。また、出力面
および入力面での反射損失をできるだけ少なくするた
め、端面を光ビームに対しブルースター角でカットして
もよい。単色入射ビームの代わりに、多色光を使用して
もよい。また、平行にされた光ビームは好ましい方法で
はあるが、入射ビームについてビームの収束または発散
の他の状態を使用することができる。

【００１８】電極配列２０は、この分野の専門家に知ら
れたフォトレジストマスキング法またはエッチング法に
よって図２に示すように指のように組まれた電極パター
ンで反射面１８に真空蒸着される。電極は、一般に、５
ミクロンの幅と、１０ミクロンのピッチ（隣り合う個々
の電極間の距離）を有する。電極は反射面１８に対する
接着性が良い真空蒸着された銅またはクロムが好まし
い。典型的な厚さはクロムの場合が１ミクロン、銅の場
合が１０ミクロンである。

【００１９】電極配列２０は、４つの直角三角形電極セ
ット２６，２８，３０，３２と、１つの基準電極セット
３４とが指のように組まれた状態で反射面１８の上に対
称的に作られる。４つの直角三角形電極セットは、それ
ぞれ、電極セットの直角に隣接する二辺によって作られ
た導電ブロックを介して個別にアドレスすることができ
る。このため、電極セット２６は導電ブロック３６を有
し、電極セット２８は導電ブロック３８を有し、導電セ
ット３０は電極ブロック４０を有し、電極セット３２は
導電ブロック４２を有する。

【００２０】１つの基準電極セット３４は菱形の内側導
電ブロック４４から外向きに伸びていて、４つの直角三
角形電極セットの導電ブロックの辺３６，３８，４０，
４２によって形成された外側の長方形４６から内向きに
伸びている４つの電極セット２６，２８，３０，３２に
指のように組まれている。直角三角形電極セットの直角
は長方形４６の四隅にある。

【００２１】菱形の無電極領域４８は反射面上の電極配
列の内側導電ブロック４４の中に対称的にあることが好
ましい。別の言い方をすれば、電極配列２０は、反射面
１８上の菱形の無電極領域４８を取り囲んでいる長方形
４６内の逆菱形の交互配置形電極パターンである。

【００２２】菱形の無電極領域４８の２つの軸は、光軸
５０および前記光軸５０に垂直な横軸５２と一直線をな
している。光軸５０は入射ビームと出力ビームが反射面
に沿って全反射変調器の電気光学媒質の中を伝播する方
向である。反射面１８の縦軸方向および電極２６，２
８，３０，３２，３４の長さも光軸５０に沿っている。
４つの直角三角形電極セット２６，２８，３０，３２
は、光軸と横軸の間に、どちらかの軸から約３０°〜６
０°に中心をおいて整列されている。長方形内の逆菱形
電極パターンは、電極配列の一様に増加または減少する
長さの電極を提供する。

【００２３】４つの電極セット２６，２８，３０，３２
は、それぞれ、その導電ブロックを介して電圧を加える
ことができるが、１つの基準電極セット３４はその導電
ブロックを介して基準電圧レベルたとえばアースの状態
にある。上記の代わりに、これらの電極セットをプッシ
ュプル方式で駆動することができる。各交互配置形電極
セットは他の電極セットに対し反対の極性を有する。

【００２４】図３において、電極配列２０の部分５４内
の電極セット２６に電圧が加えられ、１つの基準電極セ
ット３４はアースの状態にある。これらの印加電圧は隣
接する交互配置形電極の間に局部フリンジ電界を発生さ
せる。電界は反射面から約１／２電極ピッチに等しい短
い距離だけ電気光学媒質の中に伸びている。

【００２５】交互配置形電極パターンは周期的であり、
局部フリンジ電界によって電気光学媒質内の屈折率が横
方向に局部的に変化するので、隣接する交互配置形電極
対に近い電気光学媒質内に光学位相回折格子５６が形成
される。

【００２６】変調器への入射光は、電極配列２０によっ
て光学位相格子５６が形成された反射面１８から全反射
されるので、電気光学媒質内を伝播するとき光の同位相
波面５８が回折される。この回折は、光ビームが電気光
学媒質中を伝播するとき、反射面上の電極配列のその部
分５４の電極パターンに従って光ビームを空間同位相波
面変調させる。

【００２７】２つの交互配置電極セット２６，３４が零
ボルトまたはアース電圧の状態では、電極配列２０の部
分５４は電気光学媒質内に光学位相回折格子５６を形成
せず、反射面１８の部分５４は純粋に全反射面として作
用する。入射ビームは回折も変調もされず、しかし電極
配列２０の部分５４によって単に反射され、入力ビーム
から変わらずに出力ビームとして電気光学媒質から出て
いく。

【００２８】長方形の外縁の中の４つの電極セットの逆
菱形の電極パターンは、電極配列の一様に増加または減
少する長さの電極を提供する。導電ブロック間に電圧差
が印加された状態で、反射面の光軸すなわち縦軸５０に
沿ったさまざまな長さの個々の電極は、電気光学媒質内
に誘起された位相回折格子と光ビームとの相互作用の長
さを決める。これらの電圧は媒質内に光学位相回折格子
のパターンを生成し、媒質は誘起されたパターンに従っ
て入射光を回折させる。ビームの任意の部分の回折の大
きさは、ビームの前記部分を変調する特定の光学位相回
折格子を生成する一対の交互配置電極によって決まる相
互作用の長さと、印加された電圧の２つによって決ま
る。

【００２９】印加された電圧と、その結果電気光学媒質
内に誘起された電界の強さとパターンが、全反射型変調
器内に生成される光学位相回折格子を決める。どちらの
極性の電界も、前記効果を生じさせるであろう。非基準
交互配置形電極セットについて正と負の極性を交互にす
ることは、媒質の結晶格子中の電荷トラッピングを防止
するが、本発明の作用にとって必要条件ではない。

【００３０】電極配列２０の電極領域５４において、入
射ビームは一連の次数の成分に回折され、それらの強度
は電極電圧によって変わる。零電圧では、光は回折され
ず、すべての光束は零次ビームのままである。指のよう
に組まれた電極２６と３４に電圧差が加わると、電極配
列と電気光学媒質の組合せが位相回折格子５６を形成
し、誘起された位相回折格子５６は入射ビームをより高
い次数の成分に回折させる。この結果、ビームの零次成
分の強度が減少する。ある最大電圧差のとき、電極配列
の局部領域について零次の回折出力ビームは事実上消滅
し、そしてエネルギーは他のより高い回折次数の成分へ
移っている。

【００３１】電極配列の部分５４について、電極導電ブ
ロック３６と基準電極導電ブロック４４間の電圧差は一
様である。従って、たとえ電極の長さが異なっていて
も、指のように組まれた電極２６と３４間の電圧差も一
様である。この一様な電圧差と異なる長さの電極によっ
て形成された光学位相回折格子は入射光を減衰させ、よ
り高い回折次数の成分にする。光学位相回折格子は光軸
と横軸の間の光を減衰させる。

【００３２】電極配列２０の無電極領域４８は、たとえ
無電極領域４８を取り囲んでいる交互配置形電極セット
の隣接部分５４に電圧が印加されても、純粋に全反射面
として機能し続ける。この無電極領域４８は、入射ビー
ムを回折も変調もせずに、単に全反射面の無電極領域４
８に入射した光を零次出力ビームとして反射する。

【００３３】図３に示すように、４つの電極セット２
６，２８，３０，３２は、それぞれ別個の電圧で個別に
アドレスすることが可能であり、１つの基準電極セット
３４（基準電圧レベルたとえばアース状態にある）に指
のように組まれている。従って、電極配列は、実際には
４つの電極部分５４，６０，６２，６４と、１つの無電
極領域４８より成っている。光学的には、電極セットと
無電極領域の全反射面によって形成された４つの光学位
相回折格子５６，６６，６８，７０が反射面１８に存在
する。光軸に沿った交互配置形電極の長さが長いほど、
無電極領域の長さが短くなる。その結果、光学位相回折
格子は入射光をより大きく回折させ、反射面は入射光を
より少なく反射する。

【００３４】回折の大きさは、印加された電圧と、電気
光学相互作用の領域（光学位相回折格子の局部フリンジ
電界）内の電極の長さの両方によって決まる。零電圧で
は、回折は生じない。最大電圧を印加すると、ビームか
ら電極領域内の光束が大きく取り除かれるので、無電極
領域によって本質的に決まるビーム断面が残る。中間電
圧では、ビーム断面はこれら２つの極値の間にある。

【００３５】各電極セットは個別にアドレスすることが
できるので、各電極セットに異なる電圧を印加して異な
る光学位相回折格子を形成させ、ビームの部分に異なる
変調を与えることができる。従って、複数の軸に沿っ
て、または光軸もしくは横軸のどちらかに沿って、また
は光軸と横軸の間の任意の斜めの軸に沿って、または軸
の任意の組合せに沿って、ビームの光学プロフィルを変
調することができる。さらに、電極配列の４つの電極部
分に対する電圧を異ならせることによって、光学プロフ
ィルを非対称に変調することができる。従って、全反射
型変調器の電極配列に印加された電圧は、ビームの光学
プロフィルを制御し、従って像面上の焦点でのスポット
サイズを制御するであろう。

【００３６】図１に示すように、出力ビーム２４の空間
同位相波面変調を対応する強度プロフィルに変換するた
めのシュリーレン光学装置または他の光学装置は不要で
ある。

【００３７】幾つかの電極セットに印加する電圧を実時
間で調節すると、ビームの光学プロフィルも同様に実時
間で変調される。光学式印刷装置において、この方法を
用いて線幅および位置を変え、画像を改良することがで
きる。また、有効スポット位置を調節して、画素配置誤
差を補正することもできる。

【００３８】電極セットに対する電圧の選択的印加は、
ビームの部分を選択的に減衰させることにより、全反射
型変調器を通過した大きすぎる光ビームを修正するであ
ろう。従って、得られたビームスポットを光軸または横
軸のどちらかに沿って一様な量だけ有効に移動させた
り、あるいはそのサイズを変更したりすることができ
る。画像の改良に用いる場合は、この効果を用いて、斜
線からぎざぎざの縁を除去したり、フォント文字の精細
な解像度を向上させることができる。それらの機能は、
エレクトロニクスによっては簡単に得ることができな
い。走査線に沿った空間画素変調の可能性は、画素の電
子的位置決め、またはストレッチングに対し別の選択の
道を与える。

【００３９】従って、全反射型変調器に印加された電圧
は、変調器（近領域）における局部ビームプロフィルを
制御し、従って像面（遠領域）上の焦点での像形成スポ
ットサイズを制御するであろう。また、無電極領域に別
の形状たとえば長円形または楕円形を用い、それを取り
囲む電極配列を逆の形状にすることができる。

【００４０】図４の全反射型変調器７２の菱形電極配列
パターン７１を取り囲んでいる長方形の代替実施例は、
光軸または横軸のどちらかと一直線に並んだ４つの電極
セットを有する。外側の電極セット７６，７８は光軸７
４に沿っており、内側の電極セット８２，８４は横軸８
０に沿っている。４つの電極セット７６，７８，８２，
８４は、王冠のように、より小さい逆二等辺三角形をも
つ二等辺三角形の形状を有する、言い換えるとＭまたは
Ｗの形状を有する。４つの電極セットは、１つの基準電
極セット８６に指のように組まれている。

【００４１】基準電極セット８６は、内側の菱形から外
向きに光軸に沿って伸びており、かつ外側の長方形から
内向きに横軸に沿って伸びている。基準電極セット８６
は、横軸に沿った平行な辺と、光軸に沿ったＭまたはＷ
形の空所を有する。

【００４２】菱型の無電極領域８８は、光軸７４に沿っ
た基準電極セット８６の内側で、かつ横軸８０に沿った
電極セット８２，８４の内側で対称的であることが好ま
しい。１つの基準電極セット８６に指のように組まれた
４つの電極セット７６，７８，８２，８４の組合せは、
菱形電極配列パターン７１を取り囲む長方形を形成して
いる。

【００４３】図５に示すように、１つの基準電極セット
に指のように組まれた４つの電極セットによって生じた
光学位相回折格子９０，９２，９４，９６が光軸７４ま
たは横軸８０のどちらかと一直線に並んでいることを除
いて、図４の全反射型変調器７２は図１および図２の全
反射型変調器１０と電気的および光学的に同じ作用を行
う。

【００４４】図６の全反射型変調器９８は、反射面１０
２上の電極配列１００が菱形をしており、長方形の反射
面の残りの部分１０４が無電極であることを除いて、図
１の全反射型変調器１０と同じ構造を有する。回折され
た光束はシュリーレン光学装置によって主出力ビームと
して使用される。

【００４５】電極配列１００は、４つの直角三角形電極
セット１０６，１０８，１１０，１１２が１つの基準電
極セット１１４に指のように組まれた状態で、反射面１
０２上に対称的に形成されている。４つの直角三角形電
極セットは、それぞれ電極セットの直角三角形の直角に
向かい合う斜辺によって形成された導電ブロックを通し
て個別にアドレスすることができる。従って、電極セッ
ト１０６は導電ブロック１１６を有し、電極セット１０
８は導電ブロック１１８を有し、電極セット１１０は導
電ブロック１２０を有し、電極セット１１２は導電ブロ
ック１２２を有する。

【００４６】１つの基準電極セット１１４は、十字形の
内側導電ブロック１２４から外向きに伸びて、４つの直
角三角形電極セットの斜辺の導電ブロック１１６，１１
８，１２０，１２２によって形成された外側の菱形１２
６から内向きに伸びている４つの電極セット１０６，１
０８，１１０，１１２に指のように組まれている。直角
三角形電極セットの直角は電極配列の中心の近くにあ
る。菱形電極配列１００の軸は光軸１２８と横軸１３０
と一直線に合っている。

【００４７】長方形の無電極領域１０４は菱形の電極配
列１００を対称的に取り囲んでいることが好ましい。無
電極領域１０４は、言い換えると、反射面１０２上の菱
形の電極配列１００を取り囲んでいる長方形内部の逆菱
形の無電極領域パターンである。

【００４８】電極配列１００の指のように組まれた電極
の長さは反射面１０２の縦方向すなわち光軸１２８に沿
って伸びており、入射ビームおよび出力ビーム（共に図
示せず）は一般に縦方向に伝播する。この菱形の電極パ
ターンは、電極配列において一様に増加または減少する
長さの電極を与える。

【００４９】図１の全反射型変調器１０と同様に、電圧
は導電ブロックを通して４つの電極セットの１つに印加
され、１つの基準電極セットはその導電ブロックを通し
て基準電圧レベルたとえばアースの状態のままである。
印加された電圧は、電極配列のその部分において隣接す
る電極間に局部フリンジ電界を発生させる。

【００５０】指のように組まれた電極パターンは周期的
であり、かつ局部フリンジ電界は電気光学媒質の屈折率
に横方向の局部的変化を生じさせるので、電極配列のそ
の部分において隣接する一対の電極に近い電気光学媒質
の中に光学位相回折格子が形成される。

【００５１】変調器への入射光は電極配列の部分によっ
て光学位相回折格子が形成された反射面で全反射される
ので、光の同位相波面は電気光学媒質を通って伝播する
とき回折される。出力ビームは一連の次数に回折され、
それらの強度は電極電圧によって異なる。この回折によ
り、光ビームは電気光学媒質を通って伝播するとき、反
射面上の電極配列の電極パターンのその部分に従って、
空間同位相波面変調される。

【００５２】出力ビームの零次非回折成分を用いて像面
にビームプロフィルのイメージを得ている図１の全反射
変調器１０と異なり、出力ビームのより高次（非零次）
の回折成分を用いて像面にビームプロフィルのイメージ
を得ている。

【００５３】この分野の専門家に知られているように、
全反射型変調器９８からの出力ビームの空間同位相波面
変調を対応する強度プロフィルへ変換し、そして像面に
望ましいサイズのイメージを得るのに必要な任意の倍率
を得るため、シュリーレン暗視野像形成光学装置が使用
される。

【００５４】図７において、入力ビーム１３２は全反射
変調器９８によって反射され、回折される。シュリーレ
ン暗視野像形成光学装置は全反射型変調器９８と像面１
３４の間に光学的に配列されている。像形成光学装置
は、一般に、全反射型変調器の回折された出力ビーム１
３８を中央絞り１４０の上に結像させるための視野レン
ズ１３６を備えている。視野レンズ１３６は全反射型変
調器９８と中央絞り１４０の間に光学的に配列されてい
て、出力ビームの零次回折成分のほぼ全部が絞りの上に
結像させる。しかし、出力ビームの高次回折成分は絞り
１４０をまわって散乱し、像形成レンズ１４２によって
集められて像面１３４の上に結像されるので、全反射型
変調器によって強度変調されたイメージが得られる。

【００５５】全反射型変調器９８の電極配列１００に電
圧を印加しない場合には、反射面１０２に位相回折格子
が形成されず、従って回折は起きない。反射面１０２は
純粋に反射面として作用する。入射ビームは零次非回折
ビームのままであり、出力ビームは入射ビームから変わ
らずに全反射変調器９８から出ていく。出力ビームは視
野レンズ１３６によって絞り１４０の上に結像される。
従って、ビームは像面１３４上に結像されない。

【００５６】電極配列の部分に中間電圧を印加した場合
には、交互配置形電極が光学位相回折格子を形成するの
で、入射ビームは反射面の菱形電極領域の前記部分の所
で出力ビームの零次および高次成分に回折される。出力
ビームの零次成分と、無電極領域内の反射面で反射され
たビーム成分は、絞りによってブロックされるが、出力
ビームの高次回折成分は像形成レンズによって集められ
像面に再結像される。ビームの断面は本質的に電極配列
によって回折されたビームの部分によって決まる。

【００５７】電極配列の部分に最大電圧を印加した場合
には、交互配置形電極によって形成された光学位相回折
格子が入射光のほとんど全部を出力ビームの高次（非零
次）成分に回折させる。無電極領域内の表面で反射され
たビームの零次成分は絞りによってブロックされるが、
出力ビームの高次成分は像形成レンズによって集めら
れ、像面に再結像される。ビームの断面は本質的に菱形
の電極配列によって決まる。

【００５８】図１および図２の全反射型変調器１０の場
合の同様に、図６の全反射型変調器９８の４つの電極セ
ットのそれぞれの導電ブロックと１つの基準電極セット
間の電圧差は一様である。従って、たとえ電極の長さが
異なっていても、電極配列の部分の交互に配置された電
極間の電圧差も一様である。この一様な電圧差とさまざ
まな長さの電極によって形成された光学位相回折格子
は、入射光を減衰させて、高い回折次数の成分にする。
シュリーレン光学装置はこの出力ビームの空間位同位相
波面変調を対応する強度プロフィルへ変換する。

【００５９】図６の全反射型変調器９８の電極配列１０
０は、図２の全反射型変調器１０の電極配列２０と正反
対であるので、全反射型変調器の４つの電極セットより
成る菱形電極配列１００は図４の全反射型変調器７２の
電極配列７１と正反対になるであろう。

【００６０】従って、全反射型変調器９８に印加された
電圧は、像面（遠領域）上の焦点に像形成されたスポッ
トサイズを制御するであろう。電極配列の対し別の形状
たとえば楕円形または長円形を使用し、そして周囲の無
電極領域を逆の形状にすることもできる。

【００６１】図１および図２の全反射型変調器１０の１
つの基準電極セットに指のように組まれた４つの電極セ
ット、図４の全反射型変調器７１、および図６の全反射
型変調器９８は単なる説明のための実例である。電極セ
ットは任意の数にすることができる。個々の電極セット
は、光軸または横軸のどちらかに沿っている必要もない
し、前記２つの軸の間にある必要もないが、反射面のど
れかの軸に沿っている必要がある。また、軸は対称すな
わち垂直である必要もないし、２つの軸に限定する必要
もない。これらの要素は光ビームプロフィルをより良く
変調することができる。

【００６２】基準電極セットは単一セットより多くする
ことができる。基準電極セットの数と他の電極セットの
数を等しくし、一対一で配置することもできる。もし図
２の電極配列２０、図４の電極配列７１、および図６の
電極配列１００の１つの基準電極セットが４つの電極セ
ットであり、そして４つの電極セットが単一電極セット
であったならば、基準電極としての機能および電極セッ
トに印加する電圧は逆になるが、光変調機能は失わな
い。それらの代替電極配列はシュリーレン光学装置を必
要とすることがある。

【００６３】直角三角形、長方形、および菱形の使用
は、同様に単なる例示に過ぎない。光ビームに望ましい
変調しだいで、電極配列とそれらの構成部分のパターン
は対称である必要もないし、互いに同じである必要もな
いし、どれか既知の幾何学的形状である必要もない。

【００６４】上記の代わりに、説明したさまざまな全反
射型変調器の入力面と出力面は互いに平行に、そして反
射面に対し直角にすることもできる。この分野で知られ
ているように、入力ビームは、反射面に対するグレージ
ング入射角（すなわち、反射面から全反射させる臨界入
射角より小さい角度）で、電気光学媒質の入力面を通っ
て伝播し、電気光学媒質を通るほぼ中間で反射面に対し
くさび形になる。その結果、入力ビームは反射面から全
反射され、出力ビームとして出力面を通って電気光学媒
質から出ていく。

【００６５】全反射型変調器のいろいろな実施例の電極
配列と電気光学媒質は、この分野で知られている「近接
結合」を実現するために圧接または他の方法でしっかり
結合された物理的に別個の部品であってもよい。

【００６６】もし電極配列の電極を別個の基板たとえば
シリコン集積回路上に制作し、電気光学媒質に圧接する
か、または他の方法で電気光学媒質のすぐ近くに支持す
ることによって電界を電気光学媒質に「近接結合」すれ
ば、電気的インタフェースを大幅に簡単化することがで
きる。

【００６７】電極配列の電極は、電界を電気光学媒質に
結合するため、電気光学媒質の反射面上またはそのすぐ
近くに支持される。たとえば、ＬＳＩまたはＶＬＳＩの
シリコン集積回路上に蒸着された、または組み込まれた
導電性金属化層を適当にパターニングして電極を形成す
ることができる。

【００６８】またシリコン集積回路は、電極を電気光学
媒質の反射面に密着させて、またはそのすぐ近くに保持
するため、電気光学媒質に圧接されるか、他の方法でし
っかり結合される。この構造の利点は、電極配列のエレ
クトロニクスをアドレス指定し、駆動する電極に対する
必要な電気接続を、シリコン集積回路を使用して行うこ
とができるので、全反射型変調器の電気的インタフェー
スが簡単になることである。

【００６９】説明した全反射型変調器は、もし温度に無
関係の電気光学係数（たとえば、 NiNbO₃の場合は
ｒ₂₂）を使用すれば実質上温度の影響を受けない位相変
調技術を使用しているので、少なくとも温度変動の影響
を実質上受けない。 NiNbO₃のほかに、適当な電気光学
物質として LiTaO₃, BSN , ADP , KDP , KD^x P , KDA
,PLZT , Ba₂Nb₅O₁₅がある。

【００７０】特定の実施例について発明を説明したが、
以上の説明から、この分野の専門家が多くの代替物、修
正物、均等物を思い浮かべることは明らかである。従っ
て、記載した特許請求の範囲および発明の精神に含まれ
るすべての代替物、修正物、均等物は本発明に包含され
るものとする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って作られた全反射型変調器の側面
図である。

【図２】図１の全反射型変調器の電極配列の第１の実施
例の平面図である。

【図３】図２の電極配列によって形成された光学位相回
折格子の平面図である。

【図４】本発明に従って作られた全反射型変調器の電極
配列の第２の実施例の平面図である。

【図５】図４の電極配列によって形成された光学位相回
折格子の平面図である。

【図６】本発明に従って作られた全反射型変調器の電極
配列の第３の実施例の平面図である。

【図７】図６の全反射型変調器と、本発明に従って作ら
れたシュリーレン暗視野像形成装置の側面図である。

【符号の説明】

１０全反射型変調器１２電気光学媒質１４入力面１６出力面１８反射面２０電極配列２１フリンジ電界２２入射ビーム２４出力ビーム２６，２８，３０，３２直角三角形電極セット３４基準電極セット３６，３８，４０，４２，４４導電ブロック４６長方形４８菱形の無電極領域５０光軸５２横軸５４６０，６２，６４電極領域部分５６，６６，６８，７０光学位相回折格子７１菱形の電極配列パターン７２全反射型変調器７４光軸７６，７８外側の電極８０横軸８２，８４内側の電極８６基準電極セット８８菱形の無電極領域９０，９２，９４，９６光学位相回折格子９８全反射型変調器１００電極配列１０２反射面１０４反射面の残りの部分１０６，１０８，１１０，１１２直角三角形電極セッ
ト１１４基準電極セット１１６，１１８，１２０，１２２導電ブロック１２４十字形内側導電ブロック１２６外側の菱形１２８光軸１３０横軸１３２入射ビーム１３４像面１３６視野レンズ１３８出力ビーム１４０中央絞り１４２像形成レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１、第２、および第３の面をもつ電気光
学媒質と、前記電気光学媒質に近接して配置された電極パターン配
列、より成り、前記電極パターン配列は少なくとも１つのさまざまな長
さの電極セットに指のように組まれた複数の対応するさ
まざまな長さの電極セットを有すること、前記複数の電
極セットはそれぞれ一様な電圧レベルにアドレスできる
こと、前記少なくとも１つの電極セットは基準電圧レベ
ルに設定されること、前記複数の電極セットに印加され
た電圧レベルは前記電気光学媒質の第１の面の近くに局
部電界を生成すること、前記第１の面に平行なコヒーレ
ント光ビームは第２の面および第３の面の所で曲げら
れ、第１の面で全反射されること、前記電極パターン配
列の電極の長さはコヒーレント光ビームの進行方向に伸
びていること、前記局部電界は各電極の位置に対応する
コヒーレント光ビームの光学プロフィルの空間変調を生
じさせること、前記空間変調の局部的大きさは電極の長
さに関係していることを特徴とする全反射型電気光学変
調器。
【請求項２】前記第１の面は前記電極パターン配列と
無電極領域とを含むことを特徴とする請求項１に記載の
全反射型電気光学変調器。
【請求項３】前記コヒーレント光ビームの光学プロフ
ィルは前記無電極領域のプロフィルに対応していること
を特徴とする請求項２に記載の全反射型電気光学変調
器。
【請求項４】前記複数の電極セットは長方形の内部に
逆菱形を形成している４つの電極セットより成り、前記
無電極領域は形状が菱形であることを特徴とする請求項
３に記載の全反射型電気光学変調器。
【請求項５】前記４つの電極セットはそれぞれ直角三
角形の形状を有し、前記第１の面すなわち反射面の光軸
と横軸の間に配置されていることを特徴とする請求項４
に記載の全反射型電気光学変調器。
【請求項６】前記４つの電極セットはそれぞれ、形状
が王冠のように、より小さい逆二等辺三角形を有する二
等辺三角形であり、前記反射面の光軸または横軸と一直
線をなしていることを特徴とする請求項４に記載の全反
射型電気光学変調器。