JPS6079334A - 光変調素子 - Google Patents

光変調素子

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Publication number
JPS6079334A
JPS6079334A JP18786183A JP18786183A JPS6079334A JP S6079334 A JPS6079334 A JP S6079334A JP 18786183 A JP18786183 A JP 18786183A JP 18786183 A JP18786183 A JP 18786183A JP S6079334 A JPS6079334 A JP S6079334A
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JP
Japan
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light
refractive index
heating resistor
luminous flux
index distribution
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Pending
Application number
JP18786183A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuo Minoura
一雄 箕浦
Takeshi Baba
健 馬場
Kazuhiko Matsuoka
和彦 松岡
Masayuki Usui
臼井 正幸
Atsushi Someya
染谷 厚
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Publication of JPS6079334A publication Critical patent/JPS6079334A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/0147Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on thermo-optic effects

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (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、記録装置9表示装置等に好適な光量m!I 
素子に関するものである。
従来よフ、記録或いは表示を光束を用いて行なうことは
広く行なわれている。レーザービームプリンターの如き
は、この代表例であシ、機械的な偏同器で光束を偏向さ
せると共に、光束に変調を与え、感光ドラム上に情報を
記NL−ている。これに対して近年、局所的に物理変化
を発生させ、この物理変化によシ光束を変調することが
提案されている。例えは、特開昭56−5523号公報
では、電気光学材料から成る結晶に局所的に電界をかけ
、この電界のかかった部分の屈折率を変化させて光変調
を行うことが示されている。又、本件出願人は、特願昭
57−179265号で、熱によシ屈折率分布を媒体内
に発生させ、この屈折率分布を用いて入射光束を変調す
る技術を提案している。
斯様な光変調素子は種々の用途が考えられるが、その内
の一つとして入射光束の強度分布即ち、入射光束の断面
の光量分布に対して出射光束の強度分布を変化させる用
途がある。
例えば、光変調素子を照明する光源としてレーザー光源
を用いた場合を考える。
第1図に示す様に、レーザー光源lから出射した光束を
、ビームエクスパンター2によってそのビーム径を拡大
し、上述した光変調素子3に光束4を入射させる場合そ
の入射光束4のYX′軸を含む断面の光強度分布は、レ
ーザー光源の出射ビームの強度分布と相似な第2図に示
すようなガウシアン分布となる。上記変調素子に入力信
号を印加する場合、その中央部Aの電極に印加した場合
と、周辺部Bの電極に印加した場合とで上記変調素子3
から出射するそれぞれの光束4にと4 B’の光強度が
異な沙、所謂シェーディングと呼ばれる現象が生じ、光
プリンターなどに利用する場合には記録画像の濃度むら
となり好ましくない。
そのようなシェーディングを補正する為には、上記変調
素子に入射する光束を予め均一な断面強度にする必要が
あシ、その為の補正の為の光学系あるいはフィルターが
必要となシ、配置が複雑になるだけでなくその為の位置
調整が難しくなる。
本発明の目的は、入射光束の光強度分布に対して、出射
光束の光強度分布を制御することが可能な光変調素子を
提供することにある。
本発明に係る光変調素子に於いては、熱によシ屈折率分
布を生じる熱効果媒体と、該媒体に熱を与える異なる長
さの複数個の発熱抵抗体とを光変調素子が備え、熱効果
媒体に与える熱量を局部毎に異ならせることにより、熱
効果媒体の各部位で変調可能な光源を変化させることに
より上記目的を達成せんとするものである。
以下、本発明を詳述する。
第3図及び第4図は、本発明に係る光変調素子の原理を
説明する図である。
11は透明保護板、12は液体或いは固体よシ成シ、熱
によシその屈折率が大きく変化する熱効果媒体の薄層、
13は熱伝堺性のある絶縁層、14は16a 、 16
b 、 16c 、 16d−−−−で示される発熱抵
抗体が配列される発熱抵抗体層、15は絶縁層13及び
発熱抵抗体16a 、 15b 、 16c 、 16
d−−−一の支持体である。そL″″C発熱抵抗体が発
熱すると、この熱は前記絶縁層13を伝わシ熱効呆媒体
薄層12に伝わシ、熱効果媒イイ・薄層内に17+:f
度分布を生ぜしめて、屈折率分布を形成する。
例えば、第3図に示す様に、発熱抵抗体16bが選択さ
れて発熱すると、この熱は抵抗体16bに隣接する絶縁
層13を介して熱効果媒体f#層12に伝達され翫抵抗
体16bに対向する熱効果媒体薄層12の一部領域を加
熱させて、この領域に屈折率分布17を形成する。この
屈折率分布17は所定の時間が経過すると、この領域の
熱効果媒体が冷却するに伴って、消滅する。この屈折率
分布形成から消滅までの1サイクルは非常に短かい時間
であり、KHzのオーダーで行うことが可能である。上
記発熱抵抗体は、1.Cの製造技術によシ支持体15上
に形成されるものであり、隣接する発熱抵抗体の間隔を
mμオーダーで形成している。
上記光変調素子に用いられる熱効果媒体としては、液体
では、水、アルコール、その信仰を使用しても良い。こ
の液体の屈折率温度依存性静は、水では−1,ClXl
0 、エチルアルコールでは−4,0XIO−’である
。又、固体ではアクリル、ポリカーボネートなどのグラ
スチック材あるいは接着剤として使用されるエホキシ樹
脂などの高分子材料が適しておシ、これ等の媒体の屈折
率温度依存性n 7丁は、アクリルの場合約−1,OX I O−’ 、
ポリカーボネートの場合で約−1,3XIO″でおる。
第4図は第3図に示す光度δ、i六子の槽成を示す斜視
概略図であシ、付番11〜16は第3図に示したものと
同じである。18は導鴇、線であり、発熱抵抗体(16
a 、 16b 、 、−−−−−)を各々独立に駆動
できる様個々の駆動電圧に接続され、一方発熱抵抗体の
他端は接地あるいは共通の電圧に設定されている。導電
線18より、発熱抵抗体16a 、 16b−m−−に
各々電圧信号が印加されると、各発熱抵抗体の近傍の熱
効果媒体薄層内に屈折率分布が発生する。この屈折率分
布は、電圧信号を零にすると冷却され再び元の屈折率分
布のな一状態に戻る。
第5図は前812屈折率分布による光度(f):d素子
1.、Mを使用した光変調装置の一実施例を示す図で、
屈折¥分布で波1111が変形される光束を情報光とし
て使用する場合の例である。前記光度+1?a累子LJ
4に光源20aからの光束20bを入射し1発熱抵抗体
(16a # 16b−−一)のうち任意の発熱抵抗体
16cが電圧Viによって駆動されたとき、屈折率分布
17が発生し、発熱抵抗体16eに入射した光束は波面
が変形された光束22となって射出する。発熱抵抗体の
表面で正反射して、屈折率分布17によって波面が変形
されない光束21は、レンズ23によって結像され、そ
の結像位置に配した遮光フイ部分逅光されるが、遮光フ
ィルター24の大きさを前記波向が変形されない光束2
1の結像スポットを遮光する最小限の大きさにすること
によって、大部分の波面変換光束22′を受光媒体25
上に照射する。発熱抵抗体16c VC画像信号に応じ
た電圧パルスViを導電#1118を通じて印加あるい
は零にすることWよシ、それに応じて屈折率分布17の
発生あるいは消滅が繰シ返される。その場合、受光媒体
25上には、光スポットの点滅が発生される。レンズ2
已によって、発熱抵抗体の近傍の点と受光媒体25上の
点とを共役関係にすることによって、発熱抵抗体(16
a 、 16b−−−−−)近傍に発生した屈折率分布
による光束をスポットとして受光媒体25上に形成でき
る。
上述した光変調素子は、光束が反射きれる場合を示した
が、支持体15、発熱抵抗体(16a、16b−−−−
)及び絶縁層13を透明な媒体で形成L〜波面の変換を
受けた光束及び波面の変換を受けなかった光束を、共に
素子を通過させる様な構成を採用しても良い。
第6図は本発明に係る光変調素子の、熱効果媒体に熱を
与える発熱抵抗体の形状の一例を示す図である。第6図
に示す発熱抵抗体の形状は、ガウシアン分布の光量分布
を有する光束を、均一な光量分布の光束に変化させる場
合の実施例を示しておシ、例えばレーザーを光源とする
様な装置に於けるシェープインク現象を防止する効果を
有する。
第6図に於いて、288〜2siはそれぞれの形状が異
なる発熱抵抗体であシ、29は前記の電圧印加手段に連
結された導電線18に接続される電極、30は前記の接
地導電線に接続される共通%L極でおる。発熱抵抗体2
8a〜28iの抵抗をそれぞれRa〜Riとし、各抵抗
体に印加される電圧を同じ値Vとすると、 各抵抗体における消費電力は となる。それらの消費電力に応じて発熱量力;決まる。
従って、前記液体薄層内の各発熱抵抗体近傍に発生する
屈折率分布が菫なシ、入射した光束に対して波面の変換
作用が異なることになる。
この波面の変換作用が異なることは、変調さitた光の
強度が異なる結果として観測される。
すなわち、前記の様に各発熱抵抗体の形状(第6図の場
合は巾が同じで長さが異なる)を異ならしめることによ
り各部の変ル4九強度を変えること力;可能である。
今、第6図の場合、発熱抵抗体28eに中心をもつガウ
シアン分布の光束が発熱抵抗体28a −28iを照射
したとき、周辺の28a 、 28iの発熱抵抗体の部
分の入射光の強度は弱い。従って、変調光強度を均一に
することは、周辺にψくに従って、各発熱抵抗体の抵抗
を小さくり、発熱量を多くすることによって実現できる
このような抵抗体を製造することは、一般の1.C製造
法と同様な方法に従って、第7図に示すような形状のマ
スク31を使用することで容易に実施できる。つまシ、
中心部28eも最も広くしてその抵抗Raを最大に11
周辺部の発熱抵抗体28a及び28iに対応する部分を
最も狭くするような形状のマスクを作ることによって問
題が解決する。
この方法は、前述のように光学系ちるりはフィルターを
使用する方法に比して、容易であ!5it&効果が大き
い。
第8図は、発熱抵抗体における消費1往力と光出力の関
係を説明する図で、消費′tii力が3.5 X 10
−tW〜6.5 X 10−2Wの範囲内で光出力の実
測値(実線)は破線で示す様に直線近似ができる。第8
図に示す実測値は、熱効果媒体きして蒸留水を使用し1
発熱抵抗体は200Ωの抵抗値を有するHfB2を使用
した一実施例である。この場合の近似直線の関係式は光
出力を■′とし発熱抵抗体の単位長さ部分での消費を電
力をWとして lc、に2 I′二鳩(W−へ) I (2) で衷わさnる。k、−は定数、■は入射光強度である。
次に、強度分布を有する入射光を、均一な光量分布の出
射光とする様な光変調素子の具体的な作成方法の一実施
例について述べる。第9回置は、素子に入射する光束の
強度分布を示す図で、第7図に示す様に発熱抵抗体の配
列の中心に原点を有する直交座標系を設定し、任意の発
熱抵抗体の中心のy座標における入射光強度をIYとす
る。第9図(Blは、前記マスク31によって決定され
る発熱抵抗体の包絡線と入射光束32の位111関係を
示すもので、入射光束32は発熱抵抗体面上にて、巾が
一定の線状に照射されている。yの位置にある発熱抵抗
体の長さt、yは、次の様に決定する。まず、長ざLの
発熱抵抗体の抵抗社は単位長さあだシのR=r、L’ 
(31 で表わされ、その単位長さ部分での消費電力Wはw =
 V”/LR: (1/r) ・(V/L)2(4)で
表わされる。この(4)式を(2)式に代入して、k+
 k? ”= %((1/r)・(V/L)”−〜)・工 (5
)を得る。ここで位置yにおける光熱抵抗体の中心(6
) とすれば任意の位置yにある光熱抵抗体部から出射する
光強度は一定(二K)となる。(6)式よ)Ly = 
V/ fi刀て謄丘+bz) (71となる。すなわち
、位置yの入射光強度Iyに応じて、(7)式に従って
、発熱抵抗体の長さLyが決定し1このとき、どの発熱
抵抗体からの出射光強度も同じ一定値が得られる。第(
7)式に従って、第9図(ハ)に示したように、位置y
におけるマスクのrlが決1す、その形状を決定できる
上述した実施例以外にも、入射光束の強度分布を所望の
強度分布にして射出はせることが可能なことは言うまで
もない。
以上1本発明に係る光変調素子に於いては、簡易な構成
の光変調素子で入射光束の!i!ii良分布を所墾の強
度分布の光束に変挨することが田来、種々の装置16に
使用するこさが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図はレーザー光束で光変調素子を照明する概略を示
す図、第2図はレーザー光束の強度分布を示す図、第3
図及び第4図は本発明に係る光変調素子の基本構成を示
す図、第5図は本発明に係る光変調素子を適用した変調
装揃の−実り一例を示す図、第6図は本発明に係る光変
調素子の発熱抵抗体の一実施例を示す図、第7図は第6
図に示す発熱抵抗体を製造する為のマスクの形状を示す
図、第8図は本発明に係る光変調素子の消費電力と光出
力の関係を示す図、第9図(5)は入射光束の強度分布
の一例を示す図、第9図(1カは光熱抵抗体の配列の包
絡線と第9図(5)に示す入射yc未の位置関係を示す
図。 11−−−−一透明保陸板、12−〜−−熱効朱媒体、
13−=−絶縁層、14.−−−−一発熱抵抗俸層、1
5−−一支持体、16a −16d 、−−−−発熱抵
抗体、28a 〜28i −%熱抵抗体、29 、30
−−−− iaネI13.31−−−−マスク。 出願人 キャノン株式会社 LH 消を電力(VJ) 箔9図■

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)熱によシその内部に屈折率分布を生じる熱効果媒
    体と、前記媒体に熱を与える 米なる長ざの複数個の発
    熱抵抗体とを備えている事を特徴とする光変調素子。
  2. (2) 前記発熱抵抗体は、光変調素子から射出される
    光束の光量分布が一様となる如く、各々の長さが設定さ
    れている特許請求の範囲第1項記載の光度δj4素子。
JP18786183A 1983-10-07 1983-10-07 光変調素子 Pending JPS6079334A (ja)

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JP18786183A JPS6079334A (ja) 1983-10-07 1983-10-07 光変調素子

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4952035A (en) * 1985-03-22 1990-08-28 Canon Kabushiki Kaisha Optical element and device using same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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