JP2010097029A - 光変調器および画像記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】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る板状であって、入射面３１３から入射する光を主面３１１に平行な移動方向に沿って反対側の対向面３１４へと導くベース部３１、対向面３１４に設けられ、入射する光を反射して移動方向に沿って入射面３１３へと導くミラー３６、並びに、ベース部３１の主面３１１上にて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３３を備える。光変調器３では、電極要素間に電圧を付与することにより、入射面３１３から対向面３１４へと至る光の経路の一部、および、対向面３１４から入射面３１３へと至る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て光を効率よく回折させることができ、光変調器の小型化、または、電極に付与する電圧の低減を図ることができる。
【選択図】図３

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。

従来より、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ_３）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。
特開２０００−３１３１４１号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（ＬｉＮｂＯ_３）（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（ＬｉＴａＯ_３）（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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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（ＳｉＯ_２）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

第１の実施の形態に係る画像記録装置の構成を示す図である。 光学ヘッドの内部構成を示す図である。 光学ヘッドの内部構成を示す図である。 光変調器の断面図である。 光変調器と記録材料との間における光の経路を説明するための図である。 記録材料上に画像を記録する動作の流れを示す図である。 比較例の光変調器を示す図である。 光変調器の他の例を示す図である。 電極の他の例を示す図である。 電極のさらに他の例を示す図である。 光変調器のさらに他の例を示す図である。 光変調器の分解図である。 光変調器のさらに他の例を示す図である。 第２の実施の形態に係る光変調器を示す図である。 光変調器の断面図である。 ベース部における屈折率の分布および光通過領域を示す図である。 光変調器の他の例を示す図である。 ベース部における屈折率の分布を示す図である。 光変調器のさらに他の例を示す図である。 第３の実施の形態に係る光変調器を示す図である。 光変調器の他の例を示す図である。 光変調器のさらに他の例を示す図である。 光変調器のさらに他の例を示す図である。 光変調器のさらに他の例を示す図である。

符号の説明

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

Claims (14)

1. 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、
   を備えることを特徴とする光変調器。
2. 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ことを特徴とする光変調器。
3. 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、
   を備えることを特徴とする光変調器。
4. 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ことを特徴とする光変調器。
5. 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ことを特徴とする光変調器。
6. 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ことを特徴とする光変調器。
7. 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ことを特徴とする光変調器。
8. 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ことを特徴とする光変調器。
9. 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ことを特徴とする光変調器。
10. 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ことを特徴とする光変調器。
11. 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ことを特徴とする光変調器。
12. 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ことを特徴とする光変調器。
13. 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ことを特徴とする光変調器。
14. 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、
    を備えることを特徴とする画像記録装置。

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