JP5058935B2 - Optical modulator and image recording apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、入射する光を変調する光変調器、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 an optical modulator that 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。実際には、電気光学基板の内部において、屈折率が変化する範囲(厚さ方向の範囲)は電極要素間に付与する電圧に依存し、電極要素間での放電の発生を防止するという観点では、電圧の増大に一定の限界がある。そこで、特許文献1の光変調器では、電極要素を光の進行方向に長くするとともに、電気光学基板の一方の端面から入射して内部を進行する光が、電極要素が形成される主面に対して小さい角度にて(大きな入射角にて)入射して当該主面にて全反射するようにされ、光を回折させるのに必要な位相差を生じさせることが実現されている。
ところで、光変調器の小型化や安全性の向上を図るには、電極要素の長さを短くしたり、電極要素間に付与する電圧を低くする必要がある。しかしながら、特許文献1の光変調器では、既述のように、入射する光において回折に必要な位相差を生じさせるために、電極要素を光の進行方向に長くするとともに電極要素間に比較的大きな電圧を付与する必要があり、電極要素を短くする、または、電極要素間の電圧を低減することができない。
By the way, in order to reduce the size and improve the safety of the optical modulator, it is necessary to shorten the length of the electrode elements or to reduce the voltage applied between the electrode elements. However, in the optical modulator disclosed in
また、特許文献1の光変調器では、光の進行方向に関して光変調器の後側には光変調器に入射する光を整形するレンズが必要となり、光変調器の前側には光変調器から出射される光を整形するもう1つのレンズが必要となる。したがって、整形レンズも光変調器の構成要素として捉えた場合に、これらのレンズの存在により光変調器の小型化に限界が生じる。
In addition, in the optical modulator of
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、光変調器の小型化を図る、または、光変調器において電極に付与する電圧を低くすることを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and aims to reduce the size of an optical modulator or to lower the voltage applied to an electrode in the optical modulator.
請求項1に記載の発明は、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、一の端面である入射面から内部に入射する光を一の主面に平行な移動方向に沿って前記入射面とは反対側の他の端面へと導くベース部と、前記ベース部の前記他の端面、または、前記他の端面の近傍に設けられ、前記他の端面へと導かれる光を反射して、前記移動方向に沿って前記入射面へと導くミラーと、前記ベース部の前記主面または前記ベース部の両主面において、前記移動方向に垂直な配列方向に複数の電極要素が並ぶ電極を有し、前記電極の電極要素間に電圧を付与することにより、前記入射面から前記他の端面へと至る前記ベース部内の光の経路の少なくとも一部、および、前記他の端面から前記入射面へと至る前記ベース部内の光の経路の少なくとも一部の双方において、前記配列方向における周期的な屈折率の変化を生じさせて前記ベース部内に入射する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に記載の光変調器であって、光を前記主面に垂直な方向に関して収束させつつ前記入射面から前記ベース部内へと入射させるとともに、前記他の端面を経由して前記入射面から出射される光を受光して整形する整形レンズをさらに備える。 A second aspect of the present invention is the optical modulator according to the first aspect, wherein the light is made to enter the base portion from the incident surface while being converged in a direction perpendicular to the main surface, and the other. And a shaping lens for receiving and shaping light emitted from the incident surface via the end face.
請求項3に記載の発明は、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、一の端面である入射面から内部に入射する光を一の主面に平行な移動方向に沿って前記入射面とは反対側の他の端面へと導くベース部と、前記ベース部の前記他の端面、または、前記他の端面の近傍に設けられ、前記他の端面へと導かれる光を反射して、前記移動方向に沿って前記入射面へと導くミラーと、前記ベース部の前記主面または前記ベース部の両主面において、前記移動方向に垂直な配列方向に複数の電極要素が並ぶ電極を有し、前記電極の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ベース部内に入射する光を回折させる変調部と、光を前記主面に垂直な方向に関して収束させつつ前記入射面から前記ベース部内へと入射させるとともに、前記他の端面を経由して前記入射面から出射される光を受光して整形する整形レンズとを備える。
The invention according to
請求項4に記載の発明は、請求項2または3に記載の光変調器であって、前記ベース部内に入射する光が前記主面または前記両主面の前記電極近傍にて反射し、前記ベース部内の前記電極近傍において、前記光の経路に垂直な断面における前記光が通過する領域が、前記入射面近傍における当該領域よりも小さい。
Invention of Claim 4 is an optical modulator of
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の光変調器であって、前記整形レンズから前記ミラーへと至る光の光路長、および、前記ミラーから前記整形レンズへと至る光の光路長が等しく、前記ベース部内に入射する光が前記ミラー上にて前記垂直な方向に関して集光する。 The invention according to claim 5 is the optical modulator according to claim 4, wherein an optical path length of light from the shaping lens to the mirror and an optical path of light from the mirror to the shaping lens Lights that are equal in length and incident on the base are collected on the mirror with respect to the vertical direction.
請求項6に記載の発明は、請求項1ないし5のいずれかに記載の光変調器であって、前記入射面から前記他の端面へと至る前記ベース部内の光の経路と、前記他の端面から前記入射面へと至る前記ベース部内の光の経路とが同一である。 A sixth aspect of the present invention is the optical modulator according to any one of the first to fifth aspects, wherein the light path in the base portion extends from the incident surface to the other end surface, and the other The light path in the base portion from the end surface to the incident surface is the same.
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の光変調器であって、前記他の端面上に前記ミラーが形成され、前記他の端面が前記主面に対して傾斜している。 The invention according to claim 7 is the optical modulator according to claim 6, wherein the mirror is formed on the other end face, and the other end face is inclined with respect to the main face.
請求項8に記載の発明は、請求項1ないし3のいずれかに記載の光変調器であって、前記ベース部が薄板状の部材である。
The invention according to claim 8 is the optical modulator according to any one of
請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の光変調器であって、前記電極が、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。 A ninth aspect of the present invention is the optical modulator according to the eighth aspect of the present invention, wherein the electrodes are a set of electrode element pairs formed on both the main surfaces with the base portion interposed therebetween.
請求項10に記載の発明は、請求項1ないし3のいずれかに記載の光変調器であって、前記ベース部が、前記移動方向に垂直な断面において前記主面から離れるに従って屈折率が小さくなる屈折率分布を有している。 A tenth aspect of the present invention is the optical modulator according to any one of the first to third aspects, wherein the refractive index decreases as the base portion moves away from the main surface in a cross section perpendicular to the moving direction. The refractive index distribution is as follows.
請求項11に記載の発明は、請求項1ないし3のいずれかに記載の光変調器であって、前記ベース部が、板状の本体と、前記本体上に形成されるとともに前記主面を有する薄い層とを有し、前記本体が、前記移動方向に垂直な断面において前記薄い層から離れるに従って屈折率が小さくなる屈折率分布を有し、前記薄い層の屈折率が、前記屈折率分布における最大屈折率よりも小さい。 An eleventh aspect of the present invention is the optical modulator according to any one of the first to third aspects, wherein the base portion is formed on a plate-shaped main body, the main body, and the main surface. A thin layer having a refractive index distribution in which a refractive index decreases as the main body moves away from the thin layer in a cross section perpendicular to the moving direction, and the refractive index of the thin layer is the refractive index distribution. Smaller than the maximum refractive index.
請求項12に記載の発明は、請求項8ないし11のいずれかに記載の光変調器であって、前記ベース部が、内部に入射する光をシングルモードにて前記移動方向へと導く。 According to a twelfth aspect of the present invention, in the optical modulator according to any one of the eighth to eleventh aspects, the base portion guides light incident therein to the moving direction in a single mode.
請求項13に記載の発明は、請求項1ないし12のいずれかに記載の光変調器であって、前記変調部が、前記電極を含むとともに前記配列方向に配列された複数の電極を備える。 A thirteenth aspect of the present invention is the optical modulator according to any one of the first to twelfth aspects, wherein the modulation unit includes the electrodes and includes a plurality of electrodes arranged in the arrangement direction.
請求項14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13のいずれかに記載の光変調器と、前記光変調器からの0次光または(±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光変調器からの光の照射位置を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光変調器を制御する制御部とを備える。 The invention described in claim 14 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. 14. An optical modulator according to any one of claims 13, an optical system for guiding one of zero-order light or (± 1) -order diffracted light from the optical modulator onto a recording material, and the optical modulator on the recording material A scanning mechanism that moves the irradiation position of light from the recording material relative to the recording material, and a control unit that controls the optical modulator in synchronization with the relative movement of the irradiation position relative to the recording material.
本発明によれば、光の位相変化を効率よく生じさせて光変調器の小型化を図る、もしくは、光変調器において電極に付与する電圧を低くする、または、ベース部内に入射する光の収束およびベース部から出射される光の整形を1つの整形レンズにて実現して、整形レンズを有する光変調器の小型化を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the size of the optical modulator by efficiently generating a phase change of light, or to reduce the voltage applied to the electrode in the optical modulator, or to converge the light incident on the base portion. In addition, the shaping of the light emitted from the base portion can be realized with one shaping lens, and the light modulator having the shaping lens can be miniaturized.
また、請求項4の発明では、ベース部内の電極近傍において光の通過する領域を小さくすることにより、光の位相変化を効率よく生じさせることができ、請求項7の発明では、入射面から他の端面へと至る経路と他の端面から入射面へと至る経路とが同一とされる光変調器の構成を簡素化することができる。 Further, in the invention of claim 4, it is possible to efficiently generate a phase change of light by reducing a region through which light passes in the vicinity of the electrode in the base portion. It is possible to simplify the configuration of the optical modulator in which the path from the other end surface to the incident surface is the same.
また、請求項9の発明では、ベース部内において配列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、請求項10の発明では、ベース部内における光の損失を低減することができる。 In the invention of claim 9, periodic refractive index changes in the arrangement direction can be efficiently generated in the base portion, and in the invention of claim 10, light loss in the base portion can be reduced. .
また、請求項11の発明では、ベース部内において光が通過する領域の形状の非対称性を低減することができ、請求項12の発明では、出射される光の強度分布を好ましい状態とすることができ、請求項13の発明では、複数チャンネルでの光変調を実現することができる。 Further, in the invention of claim 11, it is possible to reduce the asymmetry of the shape of the region through which light passes in the base portion, and in the invention of claim 12, the intensity distribution of the emitted light can be in a preferable state. In the invention of claim 13, optical modulation in a plurality of channels can be realized.
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X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Y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81,82、ボールねじ83を含む走査機構により、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するとともに主走査方向に交差する副走査方向にも相対的に移動する。
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X方向およびY方向に垂直なZ方向に沿って光学ヘッド2を上方(すなわち、図1中の(+Z)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X方向に沿って図1の保持ドラム70の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(例えば、830、635、405ナノメートル(nm))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、YAGレーザの波長変換を行った355ナノメートル(nm)の光を出す固体レーザや、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からの光ビームが光軸J1に沿って入射する光変調器3を備える。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薄板状の(スラブ状の)部材であるベース部31、および、ベース部31の主面311上において光軸J1に垂直な配列方向(図2および図3中のX方向)に配列される複数の電極33を備える。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。)の電気光学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。)の電気光学結晶等、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。
The
図4は、図2中の矢印A−Aの位置における光変調器3の断面図であり、図4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。各電極33は、制御部4が有する電位付与部41(図2参照)に接続される複数の電極要素331、および、接地電位を付与する接地部34に接続される複数の電極要素332の集合とされ、電極要素331と電極要素332とはX方向に一定のピッチにて交互に配置される。本実施の形態では、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により各電極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4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。
4 is a cross-sectional view of the
実際には、各電極要素331,332は光軸J1方向(Y方向)に長い形状とされており(例えば、長さ5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、電極要素331,332間の隙間の幅と電極要素331,332の幅とはほぼ同じとされる。
Actually, each of the
電位付与部41から電極要素331に所定の電位が付与される際には、ベース部31内を介して各電極要素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)に垂直な図4中のZ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、電極要素331,332間に電圧(電位差)を付与して、ベース部31の内部の電極要素331,332の近傍に図4中に符号E1を付す矢印にて示すようにZ方向の向きの電界を生じさせることにより、電極33近傍におけるベース部31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(後述の図15において同様)。
When a predetermined potential is applied from the
本実施の形態では、ベース部31の厚さ(図4中に符号D1を付して示すZ方向の厚さ)は例えば30〜50μmとされ、ベース部31の内部にて屈折率の変化が生じるZ方向の範囲(電界浸透深さとも呼ばれる。)が主面311から(−Z)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 present embodiment, the thickness of the base portion 31 (thickness in the Z direction indicated by reference sign D1 in FIG. 4) is, for example, 30 to 50 μm, and the refractive index changes inside 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Z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、ハーフミラー231を透過し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、Z方向にのみ正のパワーを有し、Z方向のみに着目した場合には、図3のシリンドリカルレンズ223を通過した光は、図3中にて細い実線にて外形を示すように集光しつつ光変調器3のベース部31の(−Y)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からの光は平行光として光変調器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
ベース部31の内部へと入射した光はベース部31の互いに平行な両主面311,312(法線がZ方向に平行な主面311,312)にて多重反射しつつ、両主面311,312に平行なY方向(光軸J1)に沿って進行(伝播)する。また、ベース部31において入射面313とは反対側((+Y)側)の端面314(入射面313に対向する面であり、以下、「対向面314」という。)上にはミラー36が設けられており、入射面313から対向面314へと導かれる光はミラー36にて反射して、Y方向に沿って入射面313へと導かれる。このように、ベース部31の内部にて光はY方向に往復移動する。以下の光変調器3に係る説明では、Y方向を移動方向ともいう。
The light that has entered the inside of the
このとき、光変調器3において各電極33(正確には、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、当該電極33の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。一方で、電極33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内の当該電極33近傍の部位に生じており、この場合、当該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、光変調器3が回折格子として機能する。)。このように、光変調器3の各電極33では、ベース部31の(−Y)側の端面(すなわち、入射面313)から、X方向に関して平行な状態の光が0次光として出射される状態と、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。)が出射される状態とが切り換え可能とされる。
At this time, a state in which the potential from the
光変調器3の格子状の各電極33に対応する0次光または(±1)次回折光は、既述のZ方向にのみ正のパワーを有するシリンドリカルレンズ223にてZ方向に関してほぼ平行な光とされ、図2のハーフミラー231にて反射した後、X方向に平行な光軸J2に沿って正のパワーを有するレンズ232に入射する。ここで、ハーフミラー231による光軸J1,J2方向の変更を考慮した場合、電極33の(−Y)側の端部近傍における光軸J1上の位置がレンズ232の前側焦点に相当し、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、Y方向およびZ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。図2では、全ての電極33に電圧が付与されない場合における光(0次光)の外形を細い実線にて示している。
The 0th-order light or (± 1) -order diffracted light corresponding to each grid-shaped
また、(±1)次回折光は、後述するようにレンズ232の光軸J2から離れた位置へと入射し、遮蔽板233を避けた経路に沿ってレンズ234に入射する。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を介して集光しつつ記録材料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223、ハーフミラー231、遮蔽板233、並びに、レンズ232,234により投影光学系23が構築される。
Further, the (± 1) -order diffracted light enters a position away from the optical axis J2 of the
図5は、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る。図5では、シリンドリカルレンズ223およびハーフミラー231の図示を省略し、図2の光軸J1,J2を同一の線J3上に配置して各構成要素を図示している。
FIG. 5 is a diagram for explaining a light path between the
図5に示すように、実際にはレンズ232は光変調器3に比べて十分に大きくされ(図2のシリンドリカルレンズ223およびハーフミラー231も同様)、光変調器3のいずれの電極33(図5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、両端に位置する電極33からの0次光は、図5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5中に細い破線にて示す経路K3に沿ってレンズ232の光軸J3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。なお、遮蔽板は、レンズ234と大きさを同じくし、0次光を遮蔽している箇所を開口とすることで、(±1)次光を遮蔽することができるとともに、0次光をレンズ234に入射させることができる。図5では、このような遮蔽板233aを二点鎖線にて図示している。レンズ232,234にて構築される光学系(シュリーレン光学系と捉えることもできる。)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。なお、図5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形成されており、記録材料9上には、光変調器3における電極33の配列ピッチよりも小さいピッチにて、複数の電極33近傍からの光の複数の照射位置が主走査方向に垂直な副走査方向に配列される。
As shown in FIG. 5, the
図6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上の照射位置(すなわち、光変調器3の電極33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状態とを複数の電極33において個別に切り替える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. 6 is a diagram showing a flow of operations in which the
ところで、特開2000−313141号公報(特許文献1)における光変調器と同様の構成である図7に示す比較例の光変調器91では、ベース部92(電気光学基板)の厚さが大きくされる(通常、数mmとされる)ため、一方の端面921から入射してベース部92の内部を進行する光は、複数の電極要素(ただし、図7では1つの電極要素にのみ符号93を付している。)が配列形成される主面922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922にて反射され、他方の端面923から出射される。ベース部92において、互いに隣接する電極要素93間の電圧により屈折率の変化が生じる深さ(主面922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93の中心間距離に反比例する。電極要素93の中心間距離(電極要素93のピッチ)が20μm程度である場合には、電極要素93間での放電を防止するという観点より、電極要素93間に付与することが可能な電圧は最大で100ボルト(V)程度となり(通常、80〜100V)、この場合、電気光学効果により屈折率の変化が生じる深さは約30μmとなる。このように、ベース部92の内部において、主面922上の電極要素93が形成する電界により屈折率が変化する部分は主面922の極近傍のみであるため、ベース部92の内部を進行する光は主面922における反射位置の近傍においてのみ屈折率の変化の影響を受ける。
By the way, in the
したがって、ベース部92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92の内部の屈折率の変化により生じさせるには、電極要素93が形成される主面922に対して小さい角度にて光を入射させつつ電極要素93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する必要がある。なお、図7の光変調器91では、ベース部92において、各端面921,923と主面922とのなす角を鋭角に設定することにより、主面922に平行な方向に沿って端面921から内部へと入射する光を主面922にて一回のみ反射させつつ端面923から主面922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。
Therefore, in order to cause a phase difference necessary for diffracting the light traveling inside the
これに対し、図2および図3に示す光変調器3では、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31を用いることにより、Y方向に関して電極33が存在する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31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)を確保することができる。また、対向面314にミラー36が設けられることにより、入射面313から対向面314へと至るベース部31内の光の経路(以下、「往路」という。)の一部、および、対向面314から入射面313へと至るベース部31内の光の経路(以下、「復路」という。)の一部の双方において、配列方向における周期的な屈折率の変化を生じさせることができる。その結果、光の位相変化を極めて効率よく生じさせる(すなわち、回折効率を向上する)ことができ、比較例の光変調器91に比べて、電極要素331,332を移動方向に短くして(例えば、半分以下の長さにして)光変調器3の小型化を図る、または、電極要素331,332間に付与する電圧を低くして光変調器3の取り扱いに係る安全性を向上することができる。
On the other hand, in the
例えば、比較例の光変調器91では、入射する光の回折時に互いに隣接する電極要素93間に付与される電圧は80〜100Vとされるが、本実施の形態では、電極33の電極要素331,332間に付与する電圧を60V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、比較例の光変調器91を用いる場合に比べて、電極要素間に付与する電圧を低くして光変調器3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、光変調器3における変調を高速に行うことが実現される。上記の電極要素331,332間に付与する電圧の低減は、後述の第2および第3の実施の形態において同様に適用可能である。
For example, in the
また、図7の比較例の光変調器91では、ベース部92内に入射する光を収束させるとともに、ベース部92から出射される光を整形するために、ベース部92に対して光の進行方向の後側および前側にレンズ941,942が整形レンズとして設けられる必要がある。したがって、整形レンズを光変調器の構成要素と捉えた場合、比較例の光変調器91では、これらのレンズ941,942の存在により小型化に一定の限界がある。
In the
これに対し、図3の光変調器3では、1つのシリンドリカルレンズ223が、光源部21からの光をZ方向に関して収束させつつ入射面313からベース部31内へと入射させるとともに、対向面314を経由して入射面313から出射される光を受光してZ方向に平行な状態に整形する整形レンズとしての役割を果たす。このように、ベース部31内に入射する光の収束およびベース部31から出射される光の整形を1つの整形レンズにて実現することにより、整形レンズを構成要素として有する光変調器(および、光学ヘッド2)の小型化を図ることができる(後述の図8、図13、図14、図17および図19の光変調器3において同様)。
On the other hand, in the
図8は、光変調器3の他の例を示す図である。図8の光変調器3では、Y方向に関して電極33の(+Y)側の端部がベース部31の対向面314とほぼ同じ位置に配置される。これにより、図8の光変調器3では、入射面313からベース部31内に入射した光がミラー36にて反射する直前および直後においても、光の位相変化が連続して生じることとなり、光変調器3の更なる小型化を図ることができる。
FIG. 8 is a diagram illustrating another example of the
図2および図8に示す光変調器3ではベース部31の(+Z)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。)、光変調器では、ベース部31の両主面311,312に電極要素331,332が形成されてもよい。
In the
図9は電極の他の例を説明するための図である。図9の上段はベース部31上の電極33aを示し、図4に対応する断面図である。また、図9の下段は電極33aにより生じるベース部31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9の上段では、ベース部31の断面を示す平行斜線の図示を省略している(後述の図10の上段および図15において同様。)。図9では1つの電極33aのみを図示しているが、実際には複数の電極33aがX方向に配列形成されている(後述の図10において同様)。
FIG. 9 is a diagram for explaining another example of the electrode. 9 shows the
図9の上段に示す光変調器3の1つの電極33aは、ベース部31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31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33aを有する光変調器3では、両主面311,312に垂直なZ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9の上段に符号E2を付す矢印にて示すように、両主面311,312(および光の移動方向(Y方向))に対して垂直な向きの電界が形成される。
One
このように、光変調器3では、両主面311,312に対して垂直な向きの電界を形成してベース部31の内部に入射する光を回折させる際に、各電極33aをベース部31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9の下段に示すように、ベース部31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、ベース部31内における光の往路および復路の双方にて光の位相変化を効率よく生じさせ、光の移動方向における電極33aの長さをさらに短くする、または、電極33aに付与する電圧をさらに低くすることができる。
As described above, in the
図10は電極のさらに他の例を説明するための図である。図10の上段はベース部31上の電極33bを示し、図4に対応する断面図である。また、図10の下段は電極33bにより生じるベース部31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. 10 is a diagram for explaining still another example of the electrode. The upper part of FIG. 10 shows the
図10の上段に示す光変調器3の電極33b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33b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10の上段に符号E3を付す矢印にて示すように、ベース部31の内部にて両主面311,312(および光の移動方向(Y方向))に対して垂直な(+Z)方向および(−Z)方向に向かう電界が交互に形成される。これにより、電極33bを有する光変調器3では、両主面311,312に対して垂直な向きの電界を形成してベース部31の内部に入射する光を回折させる際に、図10の下段に示すように、ベース部31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、光の移動方向における電極33bの長さをさらに短くする、または、電極33b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、光変調器3では、ベース部31の一の主面311、または、両主面311,312において、ベース部31内の光の移動方向に垂直な配列方向に複数の電極要素331,332が並ぶ複数の電極33,33a,33bが変調部として設けられ、電極33,33a,33bの互いに隣接する電極要素331,332(ベース部31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ベース部31の内部に生じさせて、ベース部31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
図11は光変調器のさらに他の例の構成を示す図であり、図12は図11の光変調器の分解図である。図11の光変調器3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11および図12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31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31の主面312に当接するように、ベース部31を2つの補助基板351,352にて挟むことにより、光変調器3が構成される。このような光変調器3では、薄板状のベース部31に電極要素を直接形成する必要がないため、光変調器を容易に製造することが実現される。
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of still another example of the optical modulator, and FIG. 12 is an exploded view of the optical modulator of FIG. The
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31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31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10の光変調器3と同様のものが製造されてもよく、さらに、一の主面311上のみに電極33を有する光変調器3にて本手法が用いられてもよい。補助基板を用いる手法は、後述の第2および第3の実施の形態において採用することも可能である。
When an electric field is formed inside the
図13は、光変調器のさらに他の例を示す図である。図13に示す光変調器3では、ベース部31aの厚さが図3のベース部31よりも薄く(例えば5μm)とされ、入射面313からベース部31aの内部に入射する光はシングルモードにて図13中のY方向に往復移動する。そして、主面311上の各電極33がOFF状態とされる場合には当該電極33近傍を通過する光は0次光として入射面313から出射され、ON状態とされる場合には(主に)(±1)次回折光として入射面313から出射される。このように、図13の光変調器3では、ベース部31aの内部において光がシングルモードにて伝播するように、ベース部31aの厚さ(通常、50μm以下)が光源部21からの光ビームの波長等に合わせて決定されている。
FIG. 13 is a diagram illustrating still another example of the optical modulator. In the
ここで、図3のベース部31のように光をマルチモードにて導く場合には、入射面313から出射される光の主光線に垂直な方向の強度分布が偏ったものとなる。これに対し、図13のベース部31aでは光をシングルモードにて導くことにより、入射面313から出射される光の主光線に垂直な方向の強度分布を安定して好ましい状態(ガウス分布)とすることが可能となる。また、マルチモードに比べて光の伝播効率も向上させることができる。ただし、多くの光(エネルギー)を伝播させるには、入射面313から内部に入射する光を多重反射しつつ主面311に平行な移動方向に導くベース部31が用いられることが好ましい。なお、図13のベース部31aが、図9、図10および図11の光変調器3に用いられてもよい。
Here, when the light is guided in the multimode as in the
図14および図15は、本発明の第2の実施の形態に係る光変調器3を示す図であり、図14および図15はそれぞれ図3および図4に対応する。図14および図15に示す光変調器3は、図3の光変調器3と比較してベース部32がZ方向(厚さ方向)に厚くされる点で相違している。各電極33の構成については図4の電極33と同様となっている。
FIGS. 14 and 15 are diagrams showing an
図3のベース部31と同様の材料にて形成される図14のベース部32では、(+Z)側の主面321の全体に対して熱拡散法(例えば、チタン(Ti)拡散法)またはプロトン交換法による処理が施されている。これにより、光の移動方向であるY方向に垂直なベース部32の断面においてZ方向の各位置での屈折率を示す図16の左側のように、主面321の位置(図16の左側において、主面321のZ方向の位置に同符号を付している。)から(−Z)方向に離れるに従って屈折率(電極33による電界が生じていない状態における屈折率)が小さくなる屈折率分布が、ベース部32の全体において同様に形成される。なお、図14に示すベース部32では、主面321から離れるに従って密度が低くなるように点を描くことにより、屈折率が(−Z)側に向かって漸次小さくなっていることを示している(後述の図17および図19において同様)。
In the
また、ベース部32では、主面321よりも(+Z)側には空気の層が存在するため(ただし、電極33が形成される部位を除く。)、主面321よりも(+Z)側の位置の屈折率はベース部32よりも十分に低くなる。その結果、(−Y)側の端面である入射面323からベース部32の内部に入射する光は主面321近傍の屈折率が高い部分(薄い板状の部位)のみを通過してY方向に導かれる。このように、図14の光変調器3では、ベース部32の主面321近傍の部位がスラブ導波路となっている。
Further, in the
図14および図15に示す光変調器3においても、ベース部32の(+Y)側の端面である対向面324上にミラー36が設けられ、ベース部32内において入射面323から対向面324へと導かれる光はミラー36にて反射して、Y方向に沿って入射面323へと戻される。そして、各電極33がOFF状態とされる場合には当該電極33の近傍を通過する光は0次光として入射面323(すなわち、(−Y)側の端面)から出射され、ON状態とされる場合には(主に)(±1)次回折光として入射面323から出射される。
Also in the
このとき、ベース部32の内部を進行する光は、既述のように電極33が形成される主面321の近傍において主面321に平行な移動方向へと導かれることにより、入射面323から対向面324へと至る往路、および、対向面324から入射面323へと至る復路の双方において、ベース部32の厚さ方向に関して、電極33により屈折率に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、光の位相変化を効率よく生じさせることができる。その結果、光の移動方向における電極33の長さを短くする、または、電極33において電極要素331,332間に付与する電圧を低くすることができる。なお、図14の光変調器3を有する光学ヘッド2を用いて記録材料9上に画像を記録する動作は、第1の実施の形態と同様である。
At this time, the light traveling inside the
ここで、第1の実施の形態における図3のベース部31(および図13のベース部31a)では、両主面311,312の外側(すなわち、ベース部31とは反対側)に空気の層が存在することにより、Z方向の屈折率の分布において両主面311,312の位置の外側にて屈折率がステップ状に(急峻に)低下する。これにより、入射面313から内部に入射する光を両主面311,312にて多重反射し、簡単な構成にて当該光を移動方向へと導くことが可能とされるが、一方で、両主面311,312での反射時に光の損失が生じる。
Here, in the
これに対し、図14のベース部32では、図16の左側に示すように、主面321から(−Z)方向に離れるに従って屈折率が緩やかに小さくなることにより、入射面323から内部に入射する光が主面321近傍から離れることを防止するとともに、両主面にて光を多重反射する場合に比べて、ベース部32内における光の損失を低減する(すなわち、光を効率よく伝播させる)ことが実現される。
On the other hand, in the
ところで、第1の実施の形態における図3のベース部31では、入射する光を両主面311,312にて多重反射しつつ移動方向へと導くため、入射面313から電極33までの部位(正確には、入射面313から回折光が導出される位置の直前までの部位)において、光の移動方向に垂直な断面における当該光が通過する領域(以下、「光通過領域」という。)の大きさがほぼ一定となり、その形状は厚さ方向に対称となる(シングルモードにて光を導くベース部31aにおいても同様)。
By the way, in the
図14のベース部32でも同様に、入射面323から電極33までの部位において光通過領域の大きさが一定となるが、既述のように、主面321の(−Z)側では主面321から離れるに従って屈折率が緩やかに小さくなるのに対して、主面321の(+Z)側では空気の層により屈折率が急激に小さくなり(すなわち、光通過領域の近傍における屈折率の分布が非対称となり)、実際には、図16の右側にて細線にて示すように光通過領域A1の形状は厚さ方向に(すなわち、上部と下部とが)非対称となる(歪む)。なお、本実施の形態では、図16の右側において主面321から光通過領域A1の(+Z)側のエッジまでの距離L1は1〜10μmとなり、光通過領域A1の厚さ方向の幅L2は30〜40μmとなる。
Similarly, in the
次に、光を効率よく伝播させることが可能なベース部において光通過領域の非対称性を低減する手法について説明する。図17は光変調器3の他の例を示す図であり、図14に対応する図である。図17に示す光変調器3は、図14の光変調器3と比較して、ベース部32aが薄い層325を有している点で相違しており、他の構成は同様である。
Next, a method for reducing the asymmetry of the light passage region in the base portion capable of efficiently transmitting light will be described. FIG. 17 is a diagram illustrating another example of the
図17に示すベース部32aでは、板状の本体320の(+Z)側の面320a上に、例えば酸化ケイ素(SiO2)や本体320と同様のリチウムナイオベート等にて形成された薄い層325(例えば、厚さ10μm以下0.1μm以上の層であり、以下、「補助層325」という。)が設けられる。また、本体320では、図14のベース部32と同様に面320aに対して熱拡散法またはプロトン交換法による処理が施されている。
In the
図18はベース部32aのY方向に垂直な断面における厚さ方向の屈折率の分布を示す図である。図18の縦軸はZ方向の位置を示し、図18の横軸は屈折率を示す。また、図18では、補助層325の(+Z)側の面であるベース部32aの主面321、および、本体320の面320aのZ方向の位置に同符号を付している。
FIG. 18 is a diagram showing a refractive index distribution in the thickness direction in a cross section perpendicular to the Y direction of the
ベース部32a内に電極33による電界が生じていない状態において、図18中の本体320に対応するZ方向の範囲(面320aの位置から(−Z)側)では、面320aの位置近傍において(−Z)方向に向かうに従って屈折率が小さくなる屈折率分布が形成されている。すなわち、本体320では補助層325から離れるに従って屈折率が小さくなる屈折率分布が形成されている。また、図18中の補助層325に対応する厚さ方向の範囲(面320aの位置と主面321の位置との間)は、本体320内の屈折率分布における最大屈折率(すなわち、面320aの位置の極近傍の屈折率)よりも小さい屈折率にて一定となっている。このように、ベース部32aでは、補助層325の存在により屈折率の分布において屈折率が漸次変化する部位が内部に埋め込まれている、あるいは、当該部位が補助層325により覆われていると捉えることができる。
In the state where the electric field due to the
図17の光変調器3においても、ベース部32aの内部に入射する光は、主面321近傍の屈折率が高い部分(主として、面320a近傍の本体320の部分)のみを通過してY方向に導かれる。このとき、既述のように、補助層325は極めて薄いため、補助層325上に形成される電極33からの電界の作用による光の位相変化をベース部32a内における往路および復路の双方において効率よく生じさせることができる。その結果、光の移動方向における電極33の長さを短くする、または、電極33に付与する電圧を低くすることができる。
Also in the
ここで、既述のように、図14のベース部32では、図16の左側に示す屈折率の分布に従って、図16の右側に示すように光通過領域A1の形状が厚さ方向に非対称となるのに対し、図17に示すベース部32aでは、面320a近傍における本体320の屈折率分布の最大屈折率よりも小さい屈折率の補助層325が面320a上に形成される(クラッド層が形成されていると捉えることができる。)ことにより、面320aの(+Z)側近傍における屈折率の変化量が小さくなり、光通過領域の近傍における屈折率の分布の非対称性が低減される。その結果、図16の右側に示すベース部32内の光通過領域A1に比べて、図17のベース部32aでは、光通過領域の形状の厚さ方向に関する非対称性を低減することができる(すなわち、光変調器3から出射される光の光束断面の形状の非対称性が低減される。)。また、図14のベース部32では光の主面321における反射にて損失が生じるが、ベース部32aでは、補助層325により本体320の面320aでの光の損失を抑制することができ、光をより効率よく伝播させることができる。
Here, as described above, in the
図19は、光変調器のさらに他の例を示す図である。図19に示す光変調器3のベース部32bでは、主面321に対して熱拡散法またはプロトン交換法による処理を施す時間が、図14のベース部32における処理時間よりも短くされ、屈折率が変化(上昇)した部位の厚さが薄くされる。これにより、入射面323からベース部32bの内部に入射する光はシングルモードにて主面321に平行な移動方向へと導かれる。
FIG. 19 is a diagram illustrating still another example of the optical modulator. In the
このように、図19の光変調器3では、光がベース部32b内をシングルモードにて進行するように(すなわち、ベース部32bの主面321近傍の部位がシングルモード導波路となるように)、ベース部32bにおいて屈折率が変化した部位の厚さが光源部21からの光ビームの波長等に合わせて決定されている。これにより、図14の光変調器3のようにベース部32内を光がマルチモードにて進行する場合に比べて、ベース部32内を往復して入射面323から出射される光の主光線に垂直な方向の強度分布を安定して好ましい状態(ガウス分布)とすることが可能となる。ただし、多くの光(エネルギー)を伝播させるには、入射面323から内部に入射する光をマルチモードにて導くベース部32,32aが用いられることが好ましい。なお、図17の光変調器3において、光がベース部32a内をシングルモードにて進行するように、補助層325および本体320の屈折率が変化した部位の厚さが変更されてもよい。
As described above, in the
以上に説明したように、上記第1の実施の形態における光変調器では薄いベース部31,31aが用いられることにより、また、上記第2の実施の形態における光変調器では電極33が設けられる主面321の近傍にて主面321(ベース部32aでは面320a)から離れるに従って屈折率が小さくなる屈折率分布を有する厚いベース部32,32a,32bが用いられることにより、ベース部において入射面から内部に入射する光を変調部の電極が設けられる少なくとも一の主面の近傍において当該主面に平行なY方向に移動(往復移動)させることが実現され、その結果、光変調器において、光の移動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実現されている。
As described above, the thin
図20は、本発明の第3の実施の形態に係る光変調器3aを示す図であり、図20は図3に対応する。図20の光変調器3aのベース部30は、図14のベース部32と同様にZ方向(厚さ方向)に厚くされており(ただし、屈折率分布を形成する処理は行われない。)、主面301上には複数の電極33が変調部としてX方向に配列形成されている。各電極33の構成については図4の電極33と同様である。
FIG. 20 is a diagram illustrating an optical modulator 3a according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 20 corresponds to FIG. The
図20の光変調器3aでは、図2の光変調器3と同様に、シリンドリカルレンズ223がベース部30の入射面303(すなわち、(−Y)側の端面)に対向するように配置されている。本実施の形態では、シリンドリカルレンズ223において光軸J1から(−Z)方向にずれた位置に光源部21からの光が入射する。シリンドリカルレンズ223は、Z方向にのみ正のパワーを有し、Z方向のみに着目した場合には、図20に示すシリンドリカルレンズ223を通過した光は、図20中に細い実線にて外形を示すように集光しつつベース部30の入射面303へと入射する。なお、図20では、入射面303における光の屈折を無視して光の経路K4を破線にて示している。
In the optical modulator 3a of FIG. 20, similarly to the
ベース部30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301に対して小さい角度にて(大きな入射角にて)入射し、主面301の電極33近傍にて反射した光は、対向面304上のミラー36へと導かれる。実際には、光変調器3aを有する画像記録装置1では、Z方向のみに着目した場合には、シリンドリカルレンズ223に入射する光(光軸J1の(−Z)側に入射する光)が僅かに発散した状態となっており、シリンドリカルレンズ223を通過してベース部30内に入射する光はミラー36上にて集光する。
Light traveling inside the
ミラー36にて反射した光は、主面301とは反対側の主面302にてさらに反射して入射面303から出射され、シリンドリカルレンズ223において光軸J1から(+Z)方向にずれた位置に入射する。このように、光変調器3aのシリンドリカルレンズ223では、光源部21から入射する光とは異なる位置にベース部30からの光が入射する。このとき、光変調器3aでは、シリンドリカルレンズ223から主面301を介してミラー36へと至る光の光路長と、ミラー36から主面302を介してシリンドリカルレンズ223へと至る光の光路長とが等しくなっていることにより、シリンドリカルレンズ223の位置において経路K4に垂直な断面における光の領域のZ方向の幅は、光変調器3aへの入射光と、光変調器3aからの出射光(0次光および1次回折光)とでほぼ等しくなっている(後述の図22の光変調器3cにおいて同様)。シリンドリカルレンズ223を通過して(−Y)方向に向かう光は、図2のハーフミラー231に代えて設けられるミラー(ただし、光源部21からシリンドリカルレンズ223に向かう光に干渉しない位置に配置される。)により、レンズ232へと導かれ、第1の実施の形態と同様に記録材料9上への画像記録に用いられる。
The light reflected by the
以上に説明したように、光変調器3aでは、シリンドリカルレンズ223が、光源部21からの光をZ方向に収束させつつ入射面303からベース部30内へと入射させるとともに、対向面304を経由して入射面303から出射される光を受光してZ方向に収束するように整形する。このように、1つのシリンドリカルレンズ223が、ベース部30に入射する光の整形レンズ、および、ベース部30から出射される光の整形レンズとしての役割を果たすことにより、整形レンズを構成要素として有する光変調器の小型化を図ることができる(後述の図21ないし図24の光変調器3b〜3eにおいて同様)。
As described above, in the optical modulator 3a, the
また、光変調器3aでは、ベース部30内の電極33近傍において、(+Y)方向に向かう光の経路K4に垂直な断面における当該光が通過する領域が、入射面303近傍における当該領域(すなわち、入射面303近傍での光の経路K4に垂直な断面における当該光が通過する領域)よりも小さくされる。これにより、ベース部30の内部を進行する光の大部分が、電極33が形成する電界により屈折率が変化する部分(主面301近傍の部分)を通過することとなり、光の位相変化を効率よく生じさせることが実現される(後述の図21ないし図24の光変調器3b〜3eにおいて同様)。さらに、光変調器3aでは入射光と出射光とが分離されていることにより、図2の光学ヘッド2において、高価なハーフミラー231に代えて一般的なミラー等を用いて出射光を記録材料9に向かわせることができ、画像記録装置1の製造コストを削減することができる(光変調器3b,3cにおいて同様)。
Further, in the optical modulator 3a, in the vicinity of the
図21は、光変調器の他の例を示す図である。図21の光変調器3bでは、ベース部30、電極33およびミラー36は、図20の光変調器3aと同様とされるが、ベース部30内に入射した光が電極33が形成される主面301にてZ方向に関して集光するように、照明光学系が設計されている。これにより、ベース部30内の電極33近傍において、光の経路に垂直な断面における当該光が通過する領域を、主面301に垂直なZ方向に沿う方向に関して小さく(狭く)して、光の位相変化を効率よく生じさせることが可能となる。
FIG. 21 is a diagram illustrating another example of the optical modulator. In the
図22は、光変調器のさらに他の例を示す図である。図22の光変調器3cは、図20の光変調器3aと同様に、ベース部30内に入射した光がミラー36上にてZ方向に関して集光するように設計されており、さらに、ベース部30の両主面301,302上に複数の電極33が配列形成される。具体的には、各主面301,302において、電位付与部41(図2参照)に接続される電極要素331、および、接地電位を付与する接地部34に接続される電極要素332とがX方向に一定のピッチにて交互に配置される。これにより、ベース部30の厚さ方向(Z方向)に関して、ベース部30内における各主面301,302近傍に部位のみにてX方向の周期的な屈折率の変化が生じる(実際には、ON状態とされる電極33近傍においてのみ生じる)こととなる。
FIG. 22 is a diagram illustrating still another example of the optical modulator. The
図20の光変調器3aと同様に、光変調器3cでは、入射面303からベース部30内に入射する光は、主面301の電極33近傍、対向面304におけるミラー36、主面302の電極33近傍にて順に反射して入射面303から出射される。これにより、入射面303から対向面304へと至るベース部30内の光の経路(往路)の一部、および、対向面304から入射面303へと至るベース部30内の光の経路(復路)の一部の双方において、配列方向(X方向)における周期的な屈折率の変化を生じさせることができる。その結果、光の位相変化を効率よく生じさせる(すなわち、回折効率を向上する)ことができ、光の移動方向に電極33を短くして光変調器3cの小型化を図る、または、電極33に付与する電圧を低くして光変調器3cの取り扱いに係る安全性を向上することができる。
Similar to the optical modulator 3 a in FIG. 20, in the
図23は、光変調器のさらに他の例を示す図である。図23の光変調器3dでは、ミラー36がベース部30の対向面304近傍において、対向面304との間に間隙を空けて設けられる。実際には、入射面303からベース部30内に入射して主面301および対向面304を介してミラー36へと導かれる光は、その主光線M2(図23中にて破線にて示す。)が反射面に垂直となるようにミラー36に入射することにより、入射面303からミラー36へと至る経路と同じ経路にて入射面303へと戻される。また、ベース部30に入射する光は、ミラー36上にてZ方向に関して集光する。その結果、入射面303から対向面304へと至るベース部30内の光の経路の一部、および、対向面304から入射面303へと至るベース部30内の光の経路の一部の双方において、配列方向における周期的な屈折率の変化を生じさせることができ、光の位相変化を効率よく生じさせることができる。なお、図23の光変調器3d(および後述の図24の光変調器3e)を有する光学ヘッドでは、図2の光学ヘッド2と同様に光変調器3dに入射する光と、光変調器3dから出射される光とをハーフミラー231等により分離する必要がある。
FIG. 23 is a diagram illustrating still another example of the optical modulator. In the
図24は、光変調器のさらに他の例を示す図である。図24の光変調器3eでは、ベース部30の対向面304aが主面301に対して傾斜しており、対向面304aに反射コーティングを施すことにより、対向面304a上にミラー36a(図24中にて太線にて示す。)が形成されている。上記の光変調器3,3a〜3dにおいて、光変調器3eと同様にコーティングによりミラーが形成されてもよい。
FIG. 24 is a diagram illustrating still another example of the optical modulator. In the
図24の光変調器3eにおいても、入射面303からベース部30内に入射してミラー36aへと導かれる光は、主光線M3が反射面(対向面304a)に垂直となるようにミラー36aに入射することにより、入射面303からミラー36aへと至る経路と同じ経路にて入射面303へと戻される。また、ベース部30に入射する光は、ミラー36a上にてZ方向に関して集光する。その結果、光変調器3eでは、往路の一部および復路の一部の双方において、配列方向における周期的な屈折率の変化を生じさせることができ、光の位相変化を効率よく生じさせることができる。
Also in the
また、光変調器3eでは、電極33の(+Y)側の端部がベース部31の対向面304aの近傍((+Z)側の部位の近傍)に配置される。これにより、図24の光変調器3eでは、入射面303からベース部30内に入射した光がミラー36aにて反射する直前および直後においても、光の位相変化が生じることとなり、光変調器3eの更なる小型化を図ることができる。さらに、光変調器3eでは、対向面304a上にミラー36aが形成されることにより、図23の光変調器3dに比べて光変調器の構成を簡素化することができる。
In the
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 can be made.
上記第1および第2の実施の形態における光変調器3では、Y方向に関してスラブ導波路を形成するベース部よりも短い電極が設けられるが、光変調器3の設計によっては、ベース部と同じ長さの電極が設けられてもよく、この場合、入射面から入射する光は、対向面を経由して入射面へと戻る経路の全体において屈折率の変化の影響を受けることとなる。
In the
以上のように、光変調器の変調部では、入射面から対向面へと至るベース部内の光の経路の少なくとも一部、および、対向面から入射面へと至るベース部内の光の経路の少なくとも一部の双方において、配列方向における周期的な屈折率の変化を生じさせることにより、光の位相変化を効率よく生じさせて光変調器の小型化を図る、または、光変調器において電極に付与する電圧を低くすることが可能となる。 As described above, in the modulation unit of the optical modulator, at least a part of the light path in the base part from the incident surface to the opposing surface, and at least the light path in the base part from the opposing surface to the incident surface. In some cases, it is possible to reduce the size of the light modulator by efficiently changing the phase of the light by periodically changing the refractive index in the arrangement direction, or to apply to the electrode in the light modulator. It is possible to reduce the voltage to be applied.
上記第1および第2の実施の形態における光変調器3、並びに、第3の実施の形態における光変調器3d,3eでは、往路および復路が同一の経路とされることにより、光の位相変化を効率よく生じさせることが可能となるが、光変調器にて高エネルギー(強度)の光の変調を行う場合には、ベース部の損傷等を避けるために、図20ないし図22の光変調器3a〜3cのように、ベース部内における光の往路および復路が相違することが好ましい。
In the
上記第1の実施の形態では、ベース部31の厚さが30〜50μm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31は様々な厚さに変更可能である。ただし、一般的な光変調器では、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31の内部においてZ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31の厚さは50μm以下とされることが好ましい。また、光変調器3の製造時におけるベース部31の一定の強度を確保するという観点では、ベース部31の厚さは3μm以上とされることが好ましい。
In the first embodiment, the thickness of the
図14、図17および図19の光変調器3では、ベース部32,32a,32b(の本体320)における厚さ方向の屈折率分布が熱拡散法またはプロトン交換法により容易に形成されるが、当該屈折率分布は他の手法により形成されてもよい。
In the
図14、図17、図19、図23および図24の光変調器3,3d,3eでは、ベース部32,32a,32b,30内に入射する光は電極33が形成される主面321,301近傍のみを通過するため、ベース部32,32a,32b,30の主面321,301とは反対側の面は、必ずしも主面321,301に平行な面でなくてもよい。
In the
画像記録装置1では、1つの電極33のみを有する光変調器が設けられてもよく、この場合、ベース部の配列方向の幅は狭くされる。ただし、高速に画像を記録するには、複数の電極を有する光変調器が設けられ、複数チャンネルでの光変調が可能とされることが好ましい。
In the
また、上記第1ないし第3の実施の形態では、光変調器3,3a〜3eにおいて記録材料9上の光の照射位置に対する光の照射のON/OFF制御が行われるが、光変調器3,3a〜3eでは、電極要素331,332間に付与する電圧を調整することにより、多階調の光の照射制御が行われてもよい。
In the first to third embodiments, the
画像記録装置1では、投影光学系23により光変調器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、既述のように、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光変調器3,3a〜3eからの0次光または(±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
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光変調器3,3a〜3eからの光の照射位置を記録材料に対して相対的に移動しつつ光変調器3,3a〜3eを制御して画像を記録するものであってもよい。また、画像記録装置において、光学ヘッドにポリゴンミラー等が設けられることにより、記録材料9上における光の照射位置が移動してもよい。
The image recording apparatus provided with the
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.
また、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。
The
1 画像記録装置
3,3a〜3e 光変調器
4 制御部
9 記録材料
21 光源部
23 投影光学系
30,31,31a,32,32a,32b ベース部
33,33a,33b 電極
36,36a ミラー
81,82 モータ
83 ボールねじ
223 シリンドリカルレンズ
301,302,311,312,321 主面
303,313,323 入射面
304,304a,314,324 対向面
320 本体
325 補助層
331,332 電極要素
DESCRIPTION OF
223
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、一の端面である入射面から内部に入射する光を一の主面に平行な移動方向に沿って前記入射面とは反対側の他の端面へと導くベース部と、
前記ベース部の前記他の端面、または、前記他の端面の近傍に設けられ、前記他の端面へと導かれる光を反射して、前記移動方向に沿って前記入射面へと導くミラーと、
前記ベース部の前記主面または前記ベース部の両主面において、前記移動方向に垂直な配列方向に複数の電極要素が並ぶ電極を有し、前記電極の電極要素間に電圧を付与することにより、前記入射面から前記他の端面へと至る前記ベース部内の光の経路の少なくとも一部、および、前記他の端面から前記入射面へと至る前記ベース部内の光の経路の少なくとも一部の双方において、前記配列方向における周期的な屈折率の変化を生じさせて前記ベース部内に入射する光を回折させる変調部と、
を備えることを特徴とする光変調器。 An optical modulator,
It is a plate-like member formed of a material whose refractive index changes with an electric field, and light incident on the inside from an incident surface which is one end surface is aligned with the incident surface along a moving direction parallel to one main surface. Is the base that leads to the other end face on the opposite side,
A mirror that is provided in the vicinity of the other end surface of the base portion or near the other end surface, reflects light guided to the other end surface, and guides the light to the incident surface along the moving direction;
A plurality of electrode elements arranged in an arrangement direction perpendicular to the movement direction on the main surface of the base portion or both main surfaces of the base portion, and applying a voltage between the electrode elements of the electrodes; , At least a part of a light path in the base part from the incident surface to the other end surface, and at least a part of a light path in the base part from the other end surface to the incident surface. A modulation unit that causes a periodic refractive index change in the arrangement direction and diffracts light incident on the base unit;
An optical modulator comprising:
光を前記主面に垂直な方向に関して収束させつつ前記入射面から前記ベース部内へと入射させるとともに、前記他の端面を経由して前記入射面から出射される光を受光して整形する整形レンズをさらに備えることを特徴とする光変調器。 The optical modulator according to claim 1, comprising:
A shaping lens that allows light to enter the base portion from the incident surface while converging in a direction perpendicular to the main surface, and receives and shapes light emitted from the incident surface via the other end surface An optical modulator further comprising:
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、一の端面である入射面から内部に入射する光を一の主面に平行な移動方向に沿って前記入射面とは反対側の他の端面へと導くベース部と、
前記ベース部の前記他の端面、または、前記他の端面の近傍に設けられ、前記他の端面へと導かれる光を反射して、前記移動方向に沿って前記入射面へと導くミラーと、
前記ベース部の前記主面または前記ベース部の両主面において、前記移動方向に垂直な配列方向に複数の電極要素が並ぶ電極を有し、前記電極の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ベース部内に入射する光を回折させる変調部と、
光を前記主面に垂直な方向に関して収束させつつ前記入射面から前記ベース部内へと入射させるとともに、前記他の端面を経由して前記入射面から出射される光を受光して整形する整形レンズと、
を備えることを特徴とする光変調器。 An optical modulator,
It is a plate-like member formed of a material whose refractive index changes with an electric field, and light incident on the inside from an incident surface which is one end surface is aligned with the incident surface along a moving direction parallel to one main surface. Is the base that leads to the other end face on the opposite side,
A mirror that is provided in the vicinity of the other end surface of the base portion or near the other end surface, reflects light guided to the other end surface, and guides the light to the incident surface along the moving direction;
A plurality of electrode elements arranged in an arrangement direction perpendicular to the movement direction on the main surface of the base portion or both main surfaces of the base portion, and applying a voltage between the electrode elements of the electrodes; A modulation unit that causes a periodic refractive index change in the arrangement direction to occur in a portion of the base unit in the vicinity of the electrode and diffracts light incident on the base unit;
A shaping lens that allows light to enter the base portion from the incident surface while converging in a direction perpendicular to the main surface, and receives and shapes light emitted from the incident surface via the other end surface When,
An optical modulator comprising:
前記ベース部内に入射する光が前記主面または前記両主面の前記電極近傍にて反射し、前記ベース部内の前記電極近傍において、前記光の経路に垂直な断面における前記光が通過する領域が、前記入射面近傍における当該領域よりも小さいことを特徴とする光変調器。 The optical modulator according to claim 2, wherein
Light incident on the base portion is reflected near the electrodes on the principal surface or both principal surfaces, and a region through which the light passes in a cross section perpendicular to the light path passes near the electrodes in the base portion. An optical modulator characterized by being smaller than the region in the vicinity of the incident surface.
前記整形レンズから前記ミラーへと至る光の光路長、および、前記ミラーから前記整形レンズへと至る光の光路長が等しく、
前記ベース部内に入射する光が前記ミラー上にて前記垂直な方向に関して集光することを特徴とする光変調器。 The optical modulator according to claim 4, comprising:
The optical path length of light from the shaping lens to the mirror, and the optical path length of light from the mirror to the shaping lens are equal,
An optical modulator characterized in that light incident on the base portion is condensed on the mirror in the vertical direction.
前記入射面から前記他の端面へと至る前記ベース部内の光の経路と、前記他の端面から前記入射面へと至る前記ベース部内の光の経路とが同一であることを特徴とする光変調器。 An optical modulator according to any one of claims 1 to 5,
An optical modulation characterized in that a light path in the base portion from the incident surface to the other end surface is the same as a light path in the base portion from the other end surface to the incident surface. vessel.
前記他の端面上に前記ミラーが形成され、前記他の端面が前記主面に対して傾斜していることを特徴とする光変調器。 The optical modulator according to claim 6, comprising:
The optical modulator, wherein the mirror is formed on the other end surface, and the other end surface is inclined with respect to the main surface.
前記ベース部が薄板状の部材であることを特徴とする光変調器。 The optical modulator according to any one of claims 1 to 3,
The optical modulator, wherein the base portion is a thin plate member.
前記電極が、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光変調器。 The optical modulator according to claim 8, comprising:
The optical modulator, wherein the electrode is a set of electrode element pairs respectively formed on the two principal surfaces with the base portion interposed therebetween.
前記ベース部が、前記移動方向に垂直な断面において前記主面から離れるに従って屈折率が小さくなる屈折率分布を有していることを特徴とする光変調器。 The optical modulator according to any one of claims 1 to 3,
The optical modulator, wherein the base portion has a refractive index distribution in which a refractive index decreases as the distance from the principal surface increases in a cross section perpendicular to the moving direction.
前記ベース部が、
板状の本体と、
前記本体上に形成されるとともに前記主面を有する薄い層と、
を有し、
前記本体が、前記移動方向に垂直な断面において前記薄い層から離れるに従って屈折率が小さくなる屈折率分布を有し、
前記薄い層の屈折率が、前記屈折率分布における最大屈折率よりも小さいことを特徴とする光変調器。 The optical modulator according to any one of claims 1 to 3,
The base portion is
A plate-shaped body,
A thin layer formed on the body and having the major surface;
Have
The main body has a refractive index distribution in which a refractive index decreases as the distance from the thin layer in a cross section perpendicular to the moving direction is increased;
A light modulator, wherein a refractive index of the thin layer is smaller than a maximum refractive index in the refractive index distribution.
前記ベース部が、内部に入射する光をシングルモードにて前記移動方向へと導くことを特徴とする光変調器。 The optical modulator according to any one of claims 8 to 11,
The optical modulator, wherein the base portion guides light incident therein to the moving direction in a single mode.
前記変調部が、前記電極を含むとともに前記配列方向に配列された複数の電極を備えることを特徴とする光変調器。 The optical modulator according to any one of claims 1 to 12,
The optical modulator includes a plurality of electrodes including the electrodes and arranged in the arrangement direction.
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13のいずれかに記載の光変調器と、
前記光変調器からの0次光または(±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光変調器からの光の照射位置を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 light modulator according to any one of claims 1 to 13, wherein light from the light source unit is incident;
An optical system for guiding one of 0th-order light and (± 1) -order diffracted light from the light modulator onto a recording material;
A scanning mechanism for moving the irradiation position of light from the light modulator on the recording material relative to the recording material;
A control unit for controlling the optical modulator in synchronization with the relative movement of the irradiation position with respect to the recording material;
An image recording apparatus comprising:
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