JPS60185918A - 光変調方法 - Google Patents

光変調方法

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JPS60185918A
JPS60185918A JP59041837A JP4183784A JPS60185918A JP S60185918 A JPS60185918 A JP S60185918A JP 59041837 A JP59041837 A JP 59041837A JP 4183784 A JP4183784 A JP 4183784A JP S60185918 A JPS60185918 A JP S60185918A
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JP
Japan
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elastic
light
rubber
interface
elastic body
Prior art date
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Pending
Application number
JP59041837A
Other languages
English (en)
Inventor
Masayuki Usui
臼井 正幸
Hiroyuki Imataki
今滝 寛之
Takashi Serizawa
芹沢 高
Takeshi Baba
健 馬場
Hiroyasu Nose
博康 能瀬
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

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】 本発明は弾性体を用いた光変調方法に関するものである
。従来、光変調方法としては各種の、もの雀知られてい
るが、その代表的なものには、A10変調素子、E10
変調素子9M10変調素子等を用いた方法がある。これ
らの変調方法ではいずれも材料に結晶材を使用している
為材料上の制約があシ1また一般に使用する光の波長も
特定の波長に限られる等、種々の制約を有する。またこ
れらの素子は長尺化、アレー化に適さないという欠点を
有する為、応用面でも限界を生じている。
本発明は上記従来例の欠点を解決する新規な光変調方法
であって、用いる光変調素子の材料の制約が比較的少な
く、また使用する波長も限定されず、また長尺化、アレ
ー化した光変調が可能でライトバルブとしてプリンター
、ディスプレー等幅広い応用の可能性を有する光変調方
法を提供することを主たる目的とする。
本発明による光変調方法は、屈折率の異なる界面に弾性
体層を圧着はせることにょシ、前記界面で光を透過させ
ることを特徴とするものである。
本発明に用いる弾性体としては物体に力を加えると変形
を起し、加えた力があまシ大きくない限シ(弾性限界内
で)、力を取シ去ると変形も元にもどる性質(弾性)を
有するものを用ψることかできる。
通常の固体では、その弾性限界内での最大ひずみ(限界
ひずみ)は1%程度である。また1加硫された弾性ゴム
では、弾性限界が非常に大きくぞの限界ひずみは100
0%近くになる。
本発明による光変調素子においては、形成しようとする
光変調素子の特性に応じた弾性率のものが適宜使用され
るが、一般に大きい弾性変形を容易に得るため、或いは
船影後の状態が光学的によシ均質になるようにするため
弾性率が小ざいものが好ましψ。
なお、弾性率(G)はG=p/γ(ρ=応力、γ=弾性
ひずみ)として表わされる。また、小さい応力で大変形
を生じるような弾性は高弾性またはゴム弾性と呼ばれ、
従って本発明では特にこの種の弾性体力5好ましく利用
できることになる。
このようなゴム弾性体としては一般に1ゴム”と知られ
ている天然ゴム、スチレンプクジエンゴ) ム(SBR)、ブタジェンゴム(BR)、イソプ殊ゴム
(IR)、エチレンプロピレンゴム(EPM。
EPDM)、ブチルゴム(IIR)、クロロプレンゴム
(CR)アクリロニトリル−ブタジェンゴム(NBR)
、ウレタンゴムCU)、シリコーンゴム(Sj)、ふっ
素ゴム(FPM)、多硫化ゴム(T)、ポリエーテルゴ
ム(POR,CHR,CHC)などの合成ゴムを挙げる
ことができる。これらはいずれも室温でゴム状態を示す
。しかし、一般に高分子物質は分子のブラウン運動の程
度によって、ガラス状態、ゴム状態又は溶融状態のいず
れかをとる。従って、光変調素子の使用温度においてゴ
ム状態を示す高分子物質は広く弾性体として利用できる
ゴム状態における弾性率は、主にその弾性体を構成して
いる高分子鎖の架橋状態によって決定され、従って、例
えば、天然ゴムにおける加硫は弾性率を決める処理に他
ならない。
本発明では使用する弾性体としては、小さい応力で大き
な変形を得る事が望ましく、その為の架橋状態の調整は
重要である。
しかしながら、弾性率の減少(小さい応力で大きな変形
を示すようになる傾向)は、他方で強度の低下を招くた
め、形成しようとする光変調素子の目的に応じた強度を
保てるように、使用する弾性体を適宜選択することが必
要である。又、その弾性率の測定も、光変調素子の使用
形態による応力の種類に応じて、例えば、引張シ、曲げ
、圧縮などの方法から選んで行われる。
本発明に用いる弾性体としては、通常の固体での弾性率
1011〜1013dyne/dよ)も小さく、ゴム弾
性体の108 dyne/cd以下が適当で、好ましく
は106dynez保以下、特に好ましくは5 X 1
0’dynφ以下であシ、下限は弾性体が光変調素子を
構成する場合に、通常の液体とは異なシ、とほれない性
状の弾性体であれば小さい程好ましい。なお、光要調素
子は、多くの場合室温で用いられるが、特に高温又は低
温で用いられる場合もあるので、上記の弾性率の範囲は
光変調素子の使用温度におけるものである。
弾性体の硬さ、軟さはある程度その弾性に依存する。J
ISK6301では試料表面にスプリングによシ微小な
ひずみを与え、その針入度によシゴムの硬質を評価する
方法が規定きれておシ、簡便に知ることが出来る。
しかしながら、弾性率がI O’ dyne/cd以下
と低い値になると上述の方法では、測定が出来ずその場
合にはJISK280Bによる1l容インチミクロ程度
肝を用いてその針入度で評価する。
又、弾性率が小さい場合、その測定方法として1引張シ
ー伸び”では測定が内難なので圧縮(5%変形)により
その値をめ、先の針入度との対応をめることができる。
ゴム弾性体は従来知られている加硫(橋かけ)によるも
のの他にエチレン−酢酸ビニル共重合体やA−B−A型
ブタジェン−スチレンブロック共重合体などのように加
硫を必要としないもの、又鎖状高分子などを適当(aか
け点間の分子鎖長を制御)にゲル化する事によって得る
ことが出来る。
これらはいずれもその架橋状態、ブロック共重合体に於
る分子の組合せ、ゲル状態などを調節しながらその弾性
率の制御が行われる。
又1弾性体自身の構造によシ、その弾性体を制御する場
合の他に希釈剤や充てん剤を加える事によってもその特
性を変化調節する事が可能である0例えばシリコーンゴ
ム(信越化学工業部:KE104(商品名))と触媒(
商品名;AT−104゜信越化学工業部)を加えた場合
、その添加坦の増大とともに硬さ、引張シ強さは低下し
、逆に伸びは増大する。
弾性体の開口部での表面を変形させる方法は、外力の他
、上記材料を用いて熱膨張・収縮やゾル−ゲル変化など
による体積変化を利用することもできる。
以下図を用いて本発明を説明する。
第1図(a)及び(b)は本発明の基本的な1態様およ
び光変調素子を説明する図である。同図中1及び2はプ
リズム、3は透明な弾性体層、4は図示されない駆動手
段によって弾性体層を加圧可能な加圧部材を表わす。5
はプリズム1と空気又は弾性、体層の接する界面であっ
て、該界面はプリズムと弾性体の粘着を防ぐため、必要
に応じてテフロン膜等が塗布されるものとする。
第1図(a)の状態においては、弾性体層3は加圧され
ておらず、弾性体WJ3とプリズムlの間には空気層が
存在する為、図中左方よシプリズムに入射した光線10
は界面5で全反射されて、光路を曲げられ、光線11と
なって上方に出射する。光が全反射をおこす条件は周知
であるので詳述はしなψが、例えばプリズム1の屈折率
が1.5の場合、プリズム中を通る光線の界面5に対す
る入射角が41.8°以上であれば全反射が生じる。
次に弾性体層3を加圧部材4によって加圧すると、加圧
された弾性体層は加圧部材の開口部から突出し、第1図
(b)に示す如く界面5に圧着された状態となる。前述
のように弾性体層3が透明体であシ、またその屈折率が
プリズムlの屈折率とはP!等しければ、入射光線は界
面5で全反射を起こさず、そのまま界面を透過して、光
線12となって出射する。従って、弾性体R63の加圧
、非加圧によって入射光線はその進路を切換えられ、光
ス、イッチ、’しての機能を有することになる。あるい
は前記弾性体層が不透明な光吸収体であってもよく、そ
の場合入射光線は弾性体層の加圧、非加圧によって全反
射又は吸収され、光変調素子として用いることができる
弾性体を界面に圧着させる手段として上記の例では、加
圧部材を用いて弾性体を加圧することによ多弾性体表面
を突出させたが、その他にプリズム1及び2自体を外力
によって動かし、該プリズム間に存在する弾性体を圧着
又は剥離させる方法も可能である。また、弾性体に熱又
は化学的作用を加えることによシ弾性体の体積を膨張又
は収縮させ、界面と圧着あるいは剥離させることも可能
である。
第2図は本発明の他の態様を示す図で、同図は第1図で
説明した光変調素子をアレー化した構造を有する。
図中1 a 、 1 b、−−−,1eは弾性体層、2
a、2b−2eは加圧部材であって、該加圧部材は図示
されない駆動手段によって各々独立に加圧可能であると
し、加圧することによシ弾性体層は界面3a、3b−3
eに圧着することができる。入射光i10は図に示すよ
うに左方から入射し、弾性体層が界面と圧着されている
箇所3a及び3bは順次透過し、圧着されずに間に空気
層が存在する界面3Cで全反射されて上方に出射する。
このようにアレー化された素子構造をとることによって
順次走査やランダム走査が可能な光スイツチングアレー
を実現することができる。
第3図は本発明の他の態様を説明する図である。
同図は基本的には第1図で説明した素子をアレー化した
構造を有する。第2の態様と本態様の異なるところは第
2の態様が入射光線の進行方向にアレー化された素子で
あったのに対し、本態様は入射光線の進行方向と直交す
る方向のアレーである点である。アレー内の各スイッチ
ング素子の作用は第1の態様と全く同じである。本態様
の利点は第2の態様と異なシ多数の入射光線10a−1
0dに対して同時に独立な変調が可能であって、−次元
のライトバルブとしての機能を有することにある。
M4図は本発明の更に他の態様を説明する図で、同図は
第3図の態様を複数一体化して二次元のライトバルブを
形成した例を示す。光変調素子内の光線を反射又は透過
させる界面20a、20b −−−−−2Ofの各々の
内部は、光ffM10a −−−−−10gの入射する
入射窓6a−’−6gに対応して個々独立に内蔵する弾
性体を圧着、剥離させる駆動機構を有するものとする。
このような構成をとることによ如、素子の側面から入射
した光線10a−−−−−,10gは素子上方の二次元
平面内の任意の場所に出射させるととが可能になる。こ
のような構成の素子は光の出射方向の厚さを薄くできる
ので、特に薄型ディスプレイ等に応用するのに好適であ
る。
以上、各図を用いて説明したように本発明によればプリ
ンター・ディスプレイ等各種の応用が可能な光変調方法
を提供することができる。また、本発明の素子は既に述
べたように弾性体材料として各種多様なものを用いるこ
とができ、また素子製造上もICの製造のような長尺化
、アレー化、大面積化に伴う困難が比較的少ない。さら
に九の全反射を利用しているが、全反射の生じる臨界角
の波長依存性は少ないので、用いる光の波長の制約が少
ないという利点も有するものである。
実施例 第1図(a)に示される構成のツC変Mi素子を次のよ
うにして製造した。
加圧部材4として10rnm径の開口を有する鉄板を用
い、弾性体J’lt 3としてはシリコーンゴム(商品
名; KE104Gel 、信越化手製)を用い、加圧
部材4の周囲に電磁石を配置して該電磁石によって生ず
る磁力によシ前記鉄板を上下に動かすことによって前記
シリコーンゴムに圧力を加え、該シリコーンゴムを前記
開口部よシ突呂あるいは沈降させた。
を その結呆、前記シリコーンゴムな前記開口部、突出させ
ることができ、1翻の間隔で対向して設置したプリスム
の界面5の直径5勲の範囲にわたって全反射しない領域
を形成することができた。なお前記鉄板を動かしてシリ
コーンゴムを突出あるいは沈降させる際にブリメム界面
とシリコーンゴム間に存在する空隙内の空気の圧力変化
を防ぐ為に空気穴を加圧部材の側部に設けて外部との空
気の流通が可能な状態に保たれている。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による光変調方法の1態様を示す説明図
であり、第1図(a)は入射光線が全反射している状態
、第1図(b)は透過している状態を示す。 第2図は本発明による光変調方法の他の態様を示す説明
図である。 第3図は本発明による光変調方法のさらに他の態様を示
す説明図である。 第4図は本発明による光変調方法のざらに他の態様を示
す説明図である。 1−−−−m−プリズム、2−一一一プリズム、3−−
−−一弾性体層、4−一一一加圧部材、5−−−一界面
、10−−−−−−光線、1l−−−−一光線。 出願人 キャノン株式会社

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)屈折率の異なる界面に弾性体層を圧着させること
    によシ、該界面で光を透過させることを特徴とする光変
    調方法。
  2. (2)弾性体層が透明体である特許請求の範囲第1項記
    載の光変調方法。
  3. (3)弾性体層が光吸収体である特許請求の範囲M1項
    記載の光変調方法。
  4. (4)屈折率の異なる界面と弾性体層の組合せを複数個
    配列し、各弾性体層を独立に該界面に圧着させる特許請
    求の範囲第1項記載の光変調方法。
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