(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
角柱状の電気光学結晶材料から成り、光学軸に平行で対向する二側面の一方に駆動用電極を設け他方に接地用電極を設けた複数の光変調要素を、両端面が夫々略同一平面を成すようにマトリクス状に配列した素子組立体と、一つの前記光変調要素に設けられた駆動用電極及び接地用電極に夫々一本の駆動用配線及び接地用配線を電気的に接続させた状態で、縦又は横一列の前記複数の光変調要素に対して設けられた複数本の前記駆動用配線及び一本の共通の前記接地用配線とを備えた光変調素子であって、
前記複数本の駆動用配線及び前記一本の共通の接地用配線は、互いに隣接する前記各光変調要素間の縦領域又は横領域に嵌合する配線部材に形成され、前記複数本の駆動用配線の、縦又は横一列の前記複数の光変調要素の各駆動用電極に対する電気的な接続高さ位置が夫々異なることを特徴とする光変調素子。
【請求項２】
前記配線部材は、基板の互いに対向する側面の少なくとも一面に前記複数本の駆動用配線及び前記一本の共通の接地用配線を形成し、前記複数の光変調要素の各駆動用及び接地用電極に電気的に接続する前記駆動用配線及び接地用配線の接続部を露出させて備えたものであることを特徴とする請求項１記載の光変調素子。
【請求項３】
前記配線部材は、基板上に前記複数本の駆動用配線及び前記一本の共通の接地用配線を絶縁層を介して積層形成し、前記基板の互いに対向する側面の少なくとも一面に前記複数の光変調要素の各駆動用及び接地用電極に電気的に接続する前記駆動用配線及び接地用配線の接続部を露出させて備えたものであることを特徴とする請求項１記載の光変調素子。
【請求項４】
前記複数の光変調要素は、縦断面台形状に形成され、
前記配線部材は、縦断面形状が前記互いに隣接する光変調要素間の領域の縦断面逆台形形状と相似形を成し、断面積が前記縦断面逆台形の面積と同等以上であるように形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光変調素子。
【請求項５】
前記配線部材は、前記光変調要素の高さ寸法と略等しい寸法の幅を有し、表面に前記複数本の駆動用配線及び前記一本の共通の接地用配線を形成し、前記複数の光変調要素の各駆動用及び接地用電極に電気的に接続する前記駆動用配線及び接地用配線の接続部を露出させて備えた一対の基板を互いに裏面同士を対向させて、その間に熱膨張材料を介在させたものであることを特徴とする請求項１記載の光変調素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気光学結晶材料から成る複数の光変調要素をマトリクス状に配設した光変調素子に関し、詳しくは、複数の光変調要素に対する配線を、光変調要素の稠密度を低下させることなく形成可能とした光変調素子に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の光変調素子は、電気光学結晶材料から成る細長部材の光学軸に平行な側面に対向して一対の電極を設けた複数個の光変調要素を、その両端面を光源からの光の入射端面及び射出端面として二次元的に並べたものとなっていた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−３１０２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、このような従来の光変調素子において、上記特許文献１には、各光変調要素の電極に駆動用電圧を供給する具体的な配線は示されていないが、一般には、光の入射側又は射出側の面にて互いに隣接する各光変調要素間の縦領域又は横領域に、各光変調要素の電極に夫々接続する複数の配線を平面的に展開して施されることになり、各光変調要素間の間隔を狭めることができず、光変調要素の稠密度を向上させることができなかった。したがって、各光変調要素を個別に駆動して所定のパターンを形成する場合、斜め線や曲線を含むパターンの縁を滑らかに形成することができなかった。
【０００４】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、複数の光変調要素に対する配線を、光変調要素の稠密度を低下させることなく形成可能とした光変調素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明による光変調素子は、角柱状の電気光学結晶材料から成り、光学軸に平行で対向する二側面の一方に駆動用電極を設け他方に接地用電極を設けた複数の光変調要素を、両端面が夫々略同一平面を成すようにマトリクス状に配列した素子組立体と、一つの前記光変調要素に設けられた駆動用電極及び接地用電極に夫々一本の駆動用配線及び接地用配線を電気的に接続させた状態で、縦又は横一列の前記複数の光変調要素に対して設けられた複数本の前記駆動用配線及び一本の共通の前記接地用配線とを備えた光変調素子であって、前記複数本の駆動用配線及び前記一本の共通の接地用配線は、互いに隣接する前記各光変調要素間の縦領域又は横領域に嵌合する配線部材に形成され、前記複数本の駆動用配線の、縦又は横一列の前記複数の光変調要素の各駆動用電極に対する電気的な接続高さ位置が夫々異なるようにされたものである。
【０００６】
このような構成により、角柱状の電気光学結晶材料から成り、光学軸に平行で対向する二側面の一方に駆動用電極を設け他方に接地用電極を設けた複数の光変調要素を、両端面が夫々略同一平面を成すようにマトリクス状に配列した素子組立体の互いに隣接する各光変調要素間の縦領域又は横領域に嵌合させて設けられた配線部材により、該配線部材に形成された複数本の駆動用配線を対応する光変調要素の駆動用電極に異なる高さ位置で個別に電気的に接続させて各光変調要素に駆動電圧を供給し、配線部材の一本の接地用配線を各光変調要素の接地用電極に電気的に接続させて上記接地用電極を接地させる。
【０００７】
好ましくは、前記配線部材は、基板の互いに対向する側面の少なくとも一面に前記複数本の駆動用配線及び前記一本の共通の接地用配線を形成し、前記複数の光変調要素の各駆動用及び接地用電極に電気的に接続する前記駆動用配線及び接地用配線の接続部を露出させて備えるのが望ましい。
【０００８】
又は、前記配線部材は、基板上に前記複数本の駆動用配線及び前記一本の共通の接地用配線を絶縁層を介して積層形成し、前記基板の互いに対向する側面の少なくとも一面に前記複数の光変調要素の各駆動用及び接地用電極に電気的に接続する前記駆動用配線及び接地用配線の接続部を露出させて備えてもよい。
【０００９】
この場合、前記複数の光変調要素は、縦断面台形状に形成され、前記配線部材は、縦断面形状が前記互いに隣接する光変調要素間の領域の縦断面逆台形状と相似形を成し、断面積が前記縦断面逆台形の面積と同等以上であるように形成されたものであるのが望ましい。
【００１０】
また、前記配線部材は、前記光変調要素の高さ寸法と略等しい寸法の幅を有し、表面に前記複数本の駆動用配線及び前記一本の共通の接地用配線を形成し、前記複数の光変調要素の各駆動用及び接地用電極に電気的に接続する前記駆動用配線及び接地用配線の接続部を露出させて備えた一対の基板を互いに裏面同士を対向させて、その間に熱膨張材料を介在させたものであってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る発明によれば、配線部材を互いに隣接する各光変調要素間の縦領域又は横領域に嵌合成させ、縦又は横一列の各光変調要素の各駆動用電極に対して夫々異なる高さ位置で個別に接触させるように複数本の駆動用配線を形成しているので、複数本の駆動用配線及び一本の接地用配線が光変調要素の高さ方向に展開され、隣接する光変調要素の間隔を狭めることができる。したがって、各光変調要素の稠密度を向上することができる。これにより、斜め線や曲線を含むパターンの縁を滑らかにすることができる。
【００１２】
また、請求項２に係る発明によれば、光変調要素間の縦領域又は横領域に対応して大面積の基板上に割り当てられた複数領域に複数本の駆動用配線及び一本の接地用配線を二次元的に展開して形成し、これを領域毎に切断分離して配線部材を形成すればよく、配線部材の形成が容易になる。
【００１３】
さらに、請求項３に係る発明によれば、光変調要素間の縦領域又は横領域に対応して大面積の基板上に割り当てられた複数領域に複数本の駆動用配線及び一本の接地用配線を積層形成し、これを領域毎に切断分離して配線部材を形成すればよく、配線部材の形成が容易になる。
【００１４】
そして、請求項４及び５に係る発明によれば、各光変調要素の駆動用電極及び接地用電極と配線部材の駆動用配線及び接地用配線との接続を確実に行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による光変調素子の第１の実施形態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。この光変調素子は、電気光学結晶材料からなる複数の光変調要素をマトリクス状に配設し、各光変調要素を個別に駆動して所定のパターンを形成するもので、素子組立体１と、配線部材２とからなる。
【００１６】
上記素子組立体１は、図２に示すように、四角柱状に形成された例えばＬｉＮｂＯ３等の電気光学結晶材料３の光学軸に平行で互いに対向する二側面に夫々電極を設けて一方を駆動用電極４とし、他方を接地用電極５としており、上記電気光学結晶材料３の両端面を夫々光の入射側端面６ａ及び射出側端面６ｂとした複数の光変調要素６を、上記両端面が夫々略同一平面を成すように所定の間隔でマトリクス状に配設して構成されている。具体的には、図１（ｂ）に示すように、電極を形成した側面に平行で入射側端面６ａに垂直な面で切断した断面形状が台形状を成した複数の光変調要素６を同図（ａ）に示すように不透明なスペーサ材７を介して縦一列に並べて光変調要素列８を形成し、この光変調要素列８を透明な基板９上に所定間隔で複数列配置したものである。そして、各光変調要素６が個別に駆動されて入射する直線偏光の偏波面１９が回転制御されるように成っている。なお、図１（ａ）において、符号１０は、光変調要素列８を支持する不透明な支持部材である。
【００１７】
上記素子組立体１は、例えば次のようにして形成することができる。即ち、先ず、横に長い薄板状の電気光学結晶材料３の対向する細長状の両側面に夫々電極を形成する。次に、この電気光学結晶材料３をスペーサ材７を介して積層接着し、その両側面に支持部材１０を接着して積層体を形成する。さらに、この積層体を透明な絶縁基板９上に接着した後、積層体の各電気光学結晶材料３に交差して所定間隔で所定幅の複数の溝１１を透明基板９に達する深さで形成する。この溝１１の形成は、溝１１の深さが浅い場合には、形成しようとする溝１１の部分以外をレジストマスクで覆い、イオンエッチングして行う。また、溝１１が深い場合には、ダイシングソーを使用するとよい。イオンエッチングによる場合には、レジストのパターン形状及びエッチング条件を適当に設定することにより、所定のテーパ角度を有する縦断面逆台形状の溝１１を形成することができる。また、ダイシングソーによる場合には、使用するブレードの歯先を所定形状に形成することにより、所定のテーパ角度を有する縦断面逆台形状の溝１１を形成することができる。
【００１８】
上記互いに隣接する光変調要素列８間の領域には、配線部材２が嵌合して設けられている。この配線部材２は、光変調要素列８間領域に嵌合し、一つの光変調要素６に設けられた駆動用電極４及び接地用電極５に夫々一本の駆動用配線１３及び接地用配線１４を電気的に接続させた状態で、縦一列の複数の光変調要素６に対して設けられた複数本の駆動用配線１４で各駆動用電極４に駆動信号を個別に供給し、一本の共通の接地用配線１４で各接地用電極５を接地させるものであり、縦断面形状が光変調要素列８間領域（溝１１）の縦断面逆台形状と相似形を成し、断面積が光変調要素列８間領域（溝１１）の縦断面逆台形の面積と同等以上であるように形成されている。そして、図３及び図４に示すように、互いに中心線対称を成した２種類の配線部材２ａ，２ｂからなっている。なお、配線部材２は、図１においては、光変調要素列８間領域及び右端の光変調要素列８の右隣の領域に設けられているが、このような場合も、本発明においては「互いに隣接する各光変調要素間の縦領域に配線部材が嵌合して設けられている。」という。
【００１９】
上記各配線部材２ａ，２ｂは、図３及び図４に示すように、絶縁基板１２上にその長手軸に平行に複数本の駆動用配線１３と、一本の接地用配線１４とを形成し、各配線の端部を略直角に折曲させて基板の側端面（図１においては、上端面）に露出させ、例えばプリント回路基板（以下、「ＰＣ基板」という）の配線と電気的に接続可能にされている。また、各配線は絶縁性の保護膜１５で覆われている。さらに、接地用配線１４上の保護膜１５には、縦一列の各光変調要素６の接地用電極５に対応してスルーホール（図３においては、四つのスルーホール）が形成され、該スルーホールを導電部材で埋めて上記接地用電極５に電気的に接触可能に接続部１６ａが設けられている。また、各駆動用配線１３上の保護膜１５にも、縦一列の各駆動用配線１３に対応する光変調要素６の各駆動用電極４に対応して夫々一つのスルーホールが形成され、該スルーホールを導電部材で埋めて上記各駆動用電極４に異なる高さ位置で電気的に接触可能に接続部１６ｂが設けられている。
【００２０】
このような配線部材２の形成は、光変調要素列８間領域に対応して大面積の例えば薄板ガラス基板やポリイミド等の樹脂性フィルム基板上に割り当てられた複数領域に各配線を二次元的に展開して形成し、これを領域毎に切断分離して行うとことができる。
【００２１】
なお、本実施形態においては、各配線部材２の配線とＰＣ基板の配線との接続領域を広くして配線の引き回しを容易にするため、隣り合う配線部材２ａ，２ｂの配線を互いに反対方向に引き出す場合について示しているが、これに限られず、同方向に引き出してもよい。
【００２２】
上述のように配線部材２を縦断面形状が光変調要素列８間領域（溝１１）の縦断面逆台形状と相似形を成し、断面積が光変調要素列８間領域（溝１１）の縦断面逆台形の面積と同等以上であるように形成したことにより、配線部材２を光変調要素列８間領域（溝１１）に嵌合した場合、図５に示すように、逆台形状の配線部材２に対する押圧力Ｆ０によってその両側斜面部に直交する二つの圧力成分Ｆ１，Ｆ２が発生する。したがって、この圧力Ｆ１，Ｆ２によって配線部材２が台形状の光変調要素６の斜面部に押し付けられ、配線部材２と光変調要素６との密着度を増すことができる。これにより、配線部材２の各接続部１６ａ，１６ｂを光変調要素６の各電極に対して確実に電気的に接続することができる。
【００２３】
次に、このように構成された第１の実施形態の光変調素子の動作について説明する。
先ず、光変調素子の配線部材２の各配線と導通させて図示省略のＰＣ基板が設けられ、さらに、該ＰＣ基板の配線の末端部が外部に備えた図示省略の駆動回路に接続されている。また、図２に示すように、光変調素子（同図においては、光変調要素６で代表して示す）を間にしてその光入射側及び光射出側には、一対の偏光素子１７ａ，１７ｂが各偏光軸１８ａ，１８ｂを互いに直交させて配設されている。
【００２４】
このような状態において、光源から光Ｌ０を光変調素子に与えると、光Ｌ０は、偏光素子１７ａで直線偏光Ｌ１にされて光変調素子（光変調要素６）に入射する。このとき、光変調要素６の駆動用電極４に駆動電圧が供給されて光変調要素６がＯＮ駆動すると、図２（ａ）に示すように、光変調要素６内を通過する直線偏光Ｌ１は、その偏波面１９が９０度回転される。したがって、この直線偏光Ｌ１が偏光素子１７ｂに入射するときには、偏波面１９が偏光素子１７ｂの偏光軸１８ｂと一致することになり、直線偏光Ｌ１は、この偏光素子１７ｂを通過可能となる。
【００２５】
一方、光変調要素６の駆動用電極４に駆動電圧が供給されず光変調要素６がＯＦＦ駆動状態の場合には、図２（ｂ）に示すように直線偏光Ｌ１は、光変調要素６を通過中にその偏波面１９が回転されず、そのまま光変調素子（光変調要素６）から射出する。したがって、この直線偏光Ｌ１が偏光素子１７ｂに入射するときには、偏波面１９が偏光素子１７ｂの偏光軸１８ｂと直交することになり、直線偏光Ｌ１は、この偏光素子１７ｂを通過することができずに遮断される。
【００２６】
このように、光変調素子の各光変調要素６を適当にＯＮ／ＯＦＦ駆動することにより、ＯＮ駆動された光変調要素６及び偏光素子１７を通過した光により所定のパターンを形成することができる。
【００２７】
図６は本発明の第２の実施形態を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。ここで、第１の実施形態と異なる点は、素子組立体１が第１の実施形態の素子組立体１の支持部材１０を除いた部分で構成されている点、配線部材２が透明な絶縁基板２０上に導体と絶縁膜とを積層形成したものである点である。
【００２８】
具体的には、配線部材２は、図７に示すように、透明な絶縁基板２０上にアルミニウムや銅等の導電性薄膜をＳｉＯ２等の絶縁膜２１を介して複数層（同図においては、５層で示す）積層形成されている。そして、配線部材２は、同図に示すように、例えば最下層の導電膜を接地用配線１４として光変調要素列８の各接地用電極５に対応して、図８（ａ）に示すように、例えば四つの接続部１６ａを形成し、該接続部１６ａを側面に露出させて上記各接地用電極５に電気的に接続可能となっている。
【００２９】
また、接地用配線１４の上層に形成された各導電膜は、それぞれ駆動用配線１３となり、光変調要素列８の各駆動用電極４に対応して、図８（ｂ）に示すように、それぞれ一つの接続部１６ｂを形成し、該接続部１６ｂを側面に露出させて上記各駆動用電極４に電気的に接続可能となっている。
【００３０】
そして、接地用配線１４及び駆動用配線１３の末端部には、絶縁膜２１を貫通してスルーホールが形成され、該スルーホールを導電性部材で埋めて、図９に示すようにＰＣ基板の配線と接続可能な接続パッド２２が形成されている。なお、配線部材２は、第２の実施形態においても第１の実施形態と同様に、互いに中心線対称形状を成した２種類の配線部材２ａ，２ｂからなり、隣り合う配線部材２ａ，２ｂの配線を互いに反対方向に引き出してＰＣ基板との接続領域を広くとり、配線の引き回しを容易にしている。
【００３１】
このような配線部材２の形成は、光変調要素列８間領域に対応して大面積の例えば薄板ガラス基板又はポリイミド等の樹脂性フィルム基板上に割り当てられた複数領域に各配線を積層形成し、これを領域毎に切断分離して行うことができる。
【００３２】
なお、上記第１及び第２の実施形態においては、配線部材２に形成された各配線が、一つの光変調要素列８の各電極に接続する場合について説明したが、本発明はこれに限られず、一つの配線部材２上に、隣り合う光変調要素列８の各電極に接続させるように配線が形成されてもよい。
【００３３】
また、上記第１及び第２の実施形態においては、光変調要素６を縦断面台形状に形成し、配線部材２を縦断面逆台形状に形成した場合について説明したが、本発明はこれに限られず、光変調要素６及び配線部材２は、共に方形状に形成されてもよい。
【００３４】
図１０は本発明の第３の実施形態を示す正面図である。この第３の実施形態は、配線部材２を、光変調要素列８の高さと略等しい幅を有し、表面に複数の配線を形成し、光変調要素列８の各電極に電気的に接触する接続部を露出させて備えた一対の絶縁基板２３を互いに裏面同士を対向させて、その間に熱硬化性樹脂等から成る熱膨張材料２４を介在させたものである。なお、複数の配線を設けた絶縁基板２３の形成は、第１実施形態の配線部材２の形成と同様にして行なうことができる。
【００３５】
配線部材２をこのように構成することにより、隣り合う光変調要素列８間の領域に配線部材２を嵌合し、１００℃程度の温度で熱膨張材料２４を硬化させ、そのとき熱膨張材料２４が膨張することにより発生する図１０に示す力Ｆ３，Ｆ４により絶縁基板２３を光変調要素列８の側面に押し付けて、絶縁基板２３に形成された各配線の接続部を対応する各電極に電気的に接続させる。
【００３６】
以上の説明においては、配線部材２を互いに隣接する各光変調要素６間の縦領域に嵌合させた場合について述べたが、本発明はこれに限られず、互いに隣接する各光変調要素６間の横領域に嵌合させて、配線を横一列の複数の光変調要素６の各電極に夫々電気的に接触させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明による光変調素子の第１の実施形態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図２】上記第１の実施形態の光変調素子を構成する光変調要素の動作を示す説明図であり、（ａ）光変調要素がＯＮ駆動状態を示す、（ｂ）は光変調要素がＯＦＦ駆動状態を示す。
【図３】上記第１の実施形態の光変調素子を構成する一方の配線部材を示す図であり、（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ矢視図である。
【図４】上記第１の実施形態の光変調素子を構成する他方の配線部材を示す図であり、（ａ）は図１のＢ−Ｂ線断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ矢視図である。
【図５】上記第１の実施形態における、光変調素子列間への配線部材の嵌合について示す説明図である。
【図６】本発明の光変調素子の第２の実施形態を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。
【図７】上記第２の実施形態の光変調素子を構成する配線部材を示す図であり、（ａ）は図６のＥ−Ｅ線断面図、（ｂ）は図６のＧ−Ｇ線断面図である。
【図８】上記配線部材２に形成される一配線例を示す平面図であり、（ａ）は接地用配線例で、（ｂ）は駆動用配線例である。
【図９】図６（ｂ）のＨ矢視図である。
【図１０】本発明の光変調素子の第３の実施形態を示す正面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…素子組立体
２，２ａ，２ｂ…配線部材
３…電気光学結晶材料
４…駆動電極
５…接地用電極
６…光変調要素
８…光変調要素列
１２，２０，２３…絶縁基板
１３…駆動用配線
１４…接地用配線
１６ａ，１６ｂ…接続部
２１…絶縁層
２４…熱膨張材料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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