(57)【要約】  反射型空間光変調器は、入力光が入力される入力面と、入力面に対向する裏面とを有し、比誘電率が１０００以上であるペロブスカイト型の電気光学結晶と、電気光学結晶の入力面に配置され、入力光を透過する第１電極を有する光入出力部と、複数の第２電極を含む画素電極部、及び、画素電極部を裏面に固定する接着層を含み、電気光学結晶の裏面に配置され、入力光を入出力部に向けて反射する光反射部と、第１電極と複数の第２電極との間に電界を印加する駆動回路と、を備え、接着層は、非導電性の接着材料の硬化物中に誘電体材料を有している。
2017213100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光を変調し、変調された変調光を出力する反射型空間光変調器であって、
前記入力光が入力される入力面と、前記入力面に対向する裏面とを有し、比誘電率が１０００以上であるペロブスカイト型の電気光学結晶と、
前記電気光学結晶の前記入力面に配置され、前記入力光を透過する第１電極を有する光入出力部と、
複数の第２電極を含む画素電極部、及び、前記画素電極部を前記裏面に固定する接着層を含み、前記電気光学結晶の前記裏面に配置され、前記入力光を前記入出力部に向けて反射する光反射部と、
前記第１電極と前記複数の第２電極との間に電界を印加する駆動回路と、を備え、
前記接着層は、非導電性の接着材料の硬化物中に誘電体材料を有している、反射型空間光変調器。
【請求項２】
前記光入出力部は、前記入力光が入力される第１の面と、前記第１の面の反対側の面である第２の面を有する透明基板を更に備え、前記第１電極は、前記透明基板の前記第２の面に配置される、請求項１記載の反射型空間光変調器。
【請求項３】
前記電気光学結晶の比誘電率をεｘｔｌとし、
前記電気光学結晶における前記入力面から前記裏面までの厚さをｄｘｔｌとし、
前記接着層の厚さをｄａｄとし、
前記駆動回路によって生じる印加電圧の最大電圧であるＶｓｍａｘと、入力光の位相が２πラジアンだけ変調された前記変調光を出力するために前記電気光学結晶に印加される電圧であるＶｘｔｌとの比となるＶｘｔｌ／ＶｓｍａｘをＲｓとしたときに、
前記誘電体材料を含む前記接着層の比誘電率εａｄは、式（１）で示される、請求項１又は２に記載の反射型空間光変調器。
【数１】
2017213100.tif 000007
【請求項４】
前記第１電極は、前記入力面の全面に形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の反射型空間光変調器。
【請求項５】
前記光反射部は、前記複数の第２電極に対向するように、前記電気光学結晶の前記裏面に配置された複数の第３電極を更に含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の反射型空間光変調器。
【請求項６】
前記光反射部では、前記複数の第３電極によって前記入力光を反射する、請求項５に記載の反射型空間光変調器。
【請求項７】
前記光反射部では、前記複数の第２電極によって前記入力光を反射する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の反射型空間光変調器。
【請求項８】
前記電気光学結晶は、ＫＴａ１-ｘＮｂｘＯ３（０≦ｘ≦１、ＫＴＮ）結晶、Ｋ１-ｙＬｉｙＴａ１-ｘＮｂｘＯ３（０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１、ＫＬＴＮ）結晶、又はＰＬＺＴ結晶である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の反射型空間光変調器。
【請求項９】
前記電気光学結晶の温度を制御する温度制御素子をさらに備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載の反射型空間光変調器。
【請求項１０】
前記入力光を出力する光源と、請求項１〜９のいずれか一項に記載の反射型空間光変調器と、前記反射型空間光変調器から出力された変調光を対象物に照射する光学系と、前記対象物から出力された光を検出する光検出器と、を有する、光観察装置。
【請求項１１】
前記入力光を出力する光源と、請求項１〜９のいずれか一項に記載の反射型空間光変調器と、前記反射型空間光変調器から出力された変調光を対象物に照射する光学系と、を有する、光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、反射型空間光変調器、光観察装置及び光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１及び特許文献２には、電気光学素子が開示されている。この電気光学素子は、基板と、基板に積層される強誘電体のＫＴＮ（ＫＴａ１-ｘＮｂｘＯ３）層と、ＫＴＮ層の前面に配置される透明電極と、ＫＴＮ層の後面に配置される金属電極を含んでいる。ＫＴＮは、温度によって４つの結晶構造をとり、ペロブスカイト型の結晶構造であるときに電気光学素子として利用される。このようなＫＴＮ層は、金属電極上に形成されたシード層の上に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−８９３４０号公報
【特許文献２】特開２０１４−８９３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１及び特許文献２では、シード層に導電性物質を添加することによって、シード層に導電性を付与することが記載されている。この場合、金属電極とＫＴＮ層とが電気的に接続されるので、ＫＴＮ層に電界を印加することができる。しかしながら、例えば、電気光学素子の金属電極がアレイ状に複数形成されている場合に、シード層に導電性を付与してしまうと、複数の金属電極に入力される電気信号が混ざり合い、変調精度が安定しない虞がある。【０００５】
実施形態は、複数の電極に入力される電気信号が混ざり合うことを抑制し、変調精度を安定させることができる反射型空間光変調器、光照射装置及び光観察装置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】
【０００６】
一形態の反射型空間光変調器は、入力光を変調し、変調された変調光を出力する反射型空間光変調器であって、入力光が入力される入力面と、入力面に対向する裏面とを有し、比誘電率が１０００以上であるペロブスカイト型の電気光学結晶と、電気光学結晶の入力面に配置され、入力光を透過する第１電極を有する光入出力部と、複数の第２電極を含む画素電極部、及び、画素電極部を裏面に固定する接着層を含み、電気光学結晶の裏面に配置され、入力光を入出力部に向けて反射する光反射部と、第１電極と複数の第２電極との間に電界を印加する駆動回路と、を備え、接着層は、非導電性の接着材料の硬化物中に誘電体材料を有している。【０００７】
また、一形態の光観察装置は、入力光を出力する光源と、上記の反射型空間光変調器と、空間光変調器から出力された変調光を対象物に照射する光学系と、対象物から出力された光を検出する光検出器と、を有する。【０００８】
また、一形態の光照射装置は、入力光を出力する光源と、上記の反射型空間光変調器と、空間光変調器から出力された変調光を対象物に照射する光学系と、を有する。【０００９】
このような反射型空間光変調器、光照射装置及び光観察装置によれば、入力光は光入出力部の第１電極を透過して電気光学結晶の入力面に入力される。この入力光は、電気光学結晶の裏面に配置された光反射部によって反射されて、光入出力部から出力され得る。この際、光入出力部に設けられた第１電極と、画素電極部に設けられた複数の第２電極との間に電気信号が入力される。これによって、比誘電率の高い電気光学結晶に電界が印加され、入力光が変調され得る。この反射型空間光変調器では、複数の第２電極が、非導電性の接着材料と誘電体材料とを含む接着層によって裏面に固定されている。このように、接着層が非導電性であるため、複数の第２電極ごとに入力された電気信号は接着層を広がり難い。したがって、複数の電極に入力される電気信号が混ざり合うことを抑制し、変調精度を安定させることができる。【００１０】
また、一形態において、光入出力部は、入力光が入力される第１の面と、第１の面の反対側の面である第２の面とを有する透明基板を更に備えてもよく、第１電極は、透明基板の第２の面に配置されてもよい。このような空間光変調器では、電気光学結晶の光軸方向の厚さを薄く形成した場合でも、透明基板によって電気光学結晶を外部の衝撃等から保護することができる。【００１１】
また、一形態において、電気光学結晶の比誘電率をεｘｔｌとし、電気光学結晶における入力面から裏面までの厚さをｄｘｔｌとし、接着層の厚さをｄａｄとし、駆動回路によって生じる印加電圧の最大電圧であるＶｓｍａｘと、入力光を２πラジアンだけ位相変調あるいはリタディーション変調するために電気光学結晶に印加される電圧であるＶｘｔｌとの比となるＶｘｔｌ／ＶｓｍａｘをＲｓとしたときに、誘電体材料を含む接着層の比誘電率εａｄは、式１で示され得る。この場合、電気光学結晶に対して、入力光を２πラジアンだけ位相変調あるいはリタディーション変調させるに十分な電圧を印加することができる。
【数１】
2017213100.tif 000003
【００１２】
また、一形態において、第１電極は、入力面の全面に形成されていてもよい。例えば、第１電極が複数の第２電極に対応して複数設けられる場合には、第１電極と第２電極との位置合わせが困難である。上記構成では、第１電極と第２電極との位置合わせを行う必要がない。【００１３】
また、一形態において、光反射部は、複数の第２電極に対向するように、電気光学結晶の裏面に配置された複数の第３電極を更に含んでもよい。この構成によれば、複数の第３電極により、電気力線として伝達される電気信号の広がりを防ぐことができる。【００１４】
また、一形態において、光反射部では、複数の第３電極によって入力光を反射してもよい。さらに、一形態において、光反射部では、複数の第２電極によって入力光を反射してもよい。これらの構成によれば、第２電極側に別途反射層等を設ける必要がない。【００１５】
また、一形態において、電気光学結晶は、ＫＴａ１-ｘＮｂｘＯ３（０≦ｘ≦１）結晶、Ｋ１-ｙＬｉｙＴａ１-ｘＮｂｘＯ３（０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１）結晶、又はＰＬＺＴ結晶であってもよい。この構成によれば、比誘電率の高い電気光学結晶を容易に実現することができる。【００１６】
また、一形態において、電気光学結晶の温度を制御する温度制御素子をさらに備えてもよい。この構成によれば、電気光学結晶の温度を一定の保持することによって、変調精度を更に安定させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
実施形態による反射型空間光変調器、光照射装置及び光観察装置によれば、複数の電極に入力される電気信号が混ざり合うことを抑制し、変調精度を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一実施形態に係る光観察装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の光観察装置に用いられる空間光変調器を示す断面図である。
【図３】図２の空間光変調器の電極を説明するための図である。
【図４】リタディーション変調において結晶軸と光の進行方向、電界の関係を示す図である。
【図５】他の実施形態に係る空間光変調器を示す断面図である。
【図６】さらに他の実施形態に係る空間光変調器を示す断面図である。
【図７】一実施形態に係る光照射装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。便宜上、実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
【００２０】
［第１実施形態］
図１は、一実施形態に係る光観察装置の構成を示すブロック図である。光観察装置１Ａは、例えば、観察の対象物を撮像するための蛍光顕微鏡である。光観察装置１Ａは、試料（対象物）Ｓの表面に入力光Ｌ１を照射し、それに伴って試料Ｓから出力される蛍光又は反射光等の検出光Ｌ３を撮像することで、試料Ｓの画像を取得する。
【００２１】
観察対象物となる試料Ｓは、例えば、蛍光色素、蛍光タンパク等の蛍光物質を含む細胞、生体等のサンプルである。また、試料Ｓは、半導体デバイス又はフィルム等のサンプルであってもよい。試料Ｓは、所定の波長域の光（励起光又は照明光）が照射された場合に、例えば蛍光等の検出光Ｌ３を発する。試料Ｓは、例えば、少なくとも入力光Ｌ１及び検出光Ｌ３に対する透過性を有するホルダ内に収容されている。このホルダは、例えばステージ上に保持されている。
【００２２】
図１に示されるように、光観察装置１Ａは、光源１０と、コリメータレンズ１１と、偏光素子１２と、偏光ビームスプリッタ１３と、空間光変調器１００と、第１の光学系１４と、ビームスプリッタ１５と、対物レンズ１６と、第２の光学系１７と、光検出器１８と、制御部１９と、を備えている。
【００２３】
光源１０は、試料Ｓを励起させる波長を含む入力光Ｌ１を出力する。光源１０は、例えば、コヒーレント光又はインコヒーレント光を出射する。コヒーレント光源としては、例えば、レーザダイオード（ＬＤ）といったレーザ光源等が挙げられる。インコヒーレント光源としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）又はランプ系光源等が挙げられる。
【００２４】
コリメータレンズ１１は、光源１０から出力された入力光Ｌ１を平行化し、平行化された入力光Ｌ１を出力する。偏光素子１２は、入力光Ｌ１を偏光成分に応じて選択的に透過する。例えば、偏光素子１２は、入力光Ｌ１のＳ波光を透過する。偏光ビームスプリッタ１３は、偏光素子１２を透過した入力光Ｌ１を空間光変調器１００へ向けて反射する。空間光変調器１００は、光源１０から出力された入力光Ｌ１の位相変調あるいはリタディーション変調する空間光変調器である。空間光変調器１００は、コリメータレンズ１１から入力された入力光Ｌ１を変調し、変調された変調光Ｌ２を偏光ビームスプリッタ１３に向けて出力する。このとき、空間光変調器１００は、入力光Ｌ１の偏光面を９０度回転させて出力する。そのため、空間光変調器１００から出力された変調光Ｌ２は、偏光ビームスプリッタ１３を透過し、第１の光学系１４に導光される。本実施形態における空間光変調器１００は、反射型に構成されている。空間光変調器１００は、制御部１９のコントローラ２１に電気的に接続されており、空間光変調ユニットを構成している。空間光変調器１００は、制御部１９のコントローラ２１によりその駆動が制御される。空間光変調器１００の詳細については、後述する。空間光変調器１００により、１）照射スポットの位置を限定でき、あるいは２）照射スポットの位置を移動でき、３）複数の照射スポットを同時に形成でき、４）照射光の位相を制御できる。
【００２５】
第１の光学系１４は、空間光変調器１００と対物レンズ１６とを光学的に結合している。これにより、空間光変調器１００から出力された変調光Ｌ２は、対物レンズ１６に導光される。例えば、第１の光学系１４は、レンズであり、空間光変調器１００からの変調光Ｌ２を対物レンズ１６の瞳で集光させる。
【００２６】
ビームスプリッタ１５は、変調光Ｌ２と検出光Ｌ３とを分離するための光学素子である。ビームスプリッタ１５は、例えば、励起波長の変調光Ｌ２を透過し、蛍光波長の検出光Ｌ３を反射する。また、ビームスプリッタ１５は、偏光ビームスプリッタであってもよいし、ダイクロイックミラーでもよい。なお、ビームスプリッタ１５の前後の光学系（例えば、第１の光学系１４及び第２の光学系１７）、又は適用する顕微鏡の種類によっては、ビームスプリッタ１５は、変調光Ｌ２を反射し、蛍光波長の検出光Ｌ３を透過してもよい。
【００２７】
対物レンズ１６は、空間光変調器１００で変調された変調光Ｌ２を集光して試料Ｓに照射するとともに、それに伴って試料Ｓから発せられる検出光Ｌ３を導光する。対物レンズ１６は、例えばピエゾアクチュエータ、ステッピングモータ等の駆動素子により、光軸に沿って移動可能に構成されている。これにより、変調光Ｌ２の集光位置、及び検出光Ｌ３の検出のための焦点位置が調整可能となっている。
【００２８】
第２の光学系１７は、対物レンズ１６と光検出器１８とを光学的に結合している。これにより、対物レンズ１６から導光された検出光Ｌ３が光検出器１８で結像される。第２の光学系１７は、対物レンズ１６からの検出光Ｌ３を光検出器１８の受光面で結像させるレンズ１７ａを有している。
【００２９】
光検出器１８は、対物レンズ１６により導光されて受光面で結像された検出光Ｌ３を撮像する。光検出器１８は、例えば、ＣＣＤイメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサ等のエリアイメージセンサである。
【００３０】
制御部１９は、プロセッサなどの制御回路及び画像処理回路、メモリ等を含むコンピュータ２０と、プロセッサなどの制御回路、メモリ等を含み、空間光変調器１００及びコンピュータ２０に電気的に接続されたコントローラ２１とを含む。コンピュータ２０は、例えば、パーソナルコンピュータ、スマートデバイス、マイクロコンピュータ、或いはクラウドサーバ等である。コンピュータ２０は、プロセッサにより、対物レンズ１６、光検出器１８等の動作を制御し、各種の制御を実行する。また、コントローラ２１は、空間光変調器１００における位相変調量あるいはリタディーション変調量を制御する。
【００３１】
次に、空間光変調器１００の詳細について説明する。図２は、空間光変調器を示す断面図である。空間光変調器１００は、入力光Ｌ１を変調し、変調された変調光Ｌ２を出力する反射型空間光変調器であり、図２に示すように、電気光学結晶１０１と、光入出力部１０２と、光反射部１０７と、駆動回路１１０とを備えている。
【００３２】
電気光学結晶１０１は、入力光Ｌ１が入力される入力面１０１ａと、入力面１０１ａに対向する裏面１０１ｂとを有する板状をなしている。電気光学結晶１０１は、ペロブスカイト型の結晶構造を備えており、ポッケルス効果、カー効果等の電気光学効果を屈折率変化に利用している。ペロブスカイト型の結晶構造である電気光学結晶１０１は、立方晶系の点群ｍ３ｍに属し、その比誘電率が１０００以上を有する等方性結晶である。電気光学結晶１０１の比誘電率は、例えば１０００〜２００００程度の値をとり得る。このような電気光学結晶１０１としては、例えば、ＫＴａ１-ｘＮｂｘＯ３（０≦ｘ≦１）結晶（以下、「ＫＴＮ結晶」という）、Ｋ１-ｙＬｉｙＴａ１-ｘＮｂｘＯ３（０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１）結晶、ＰＬＺＴ結晶などであり、具体的には、ＢａＴｉＯ３、或いはＫ３Ｐｂ３（Ｚｎ２Ｎｂ７）Ｏ２７、Ｋ（Ｔａ０．６５Ｎｂ０．３５）Ｐ３、Ｐｂ３ＭｇＮｂ２Ｏ９、Ｐｂ３ＮｉＮｂ２Ｏ９などが挙げられる。本実施形態の空間光変調器１００では、電気光学結晶１０１としてＫＴＮ結晶が用いられる。ＫＴＮ結晶は、立方晶系のｍ３ｍ点群であるため、ポッケルス効果はなく、カー効果によって変調を行う。そのため、電気光学結晶１０１の結晶軸に平行もしくは垂直に光を入力し、同方向に電界を印加すると位相変調を行うことができる。また、任意の結晶軸を中心に他の２軸を０°、９０°以外の任意の角度に回転させれば、リタディーション変調を行うことができる。図４の（ａ）は、リタディーション変調において結晶軸と光の進行方向、電界の関係を示す斜視図であり、図４の（ｂ）は各軸を平面的に示した図である。図４に示す例は、角度４５°に結晶を回転させる場合である。軸Ｘ１を中心にして、軸Ｘ２，Ｘ３を４５°回転させ、新たな軸Ｘ１，Ｘ２’，Ｘ３’とした場合、光をこの新規軸に平行又は垂直に入力することによって、リタディーション変調を行うことができる。図４では、結晶１１０４の印加方向１１０２に電界を印加している。入力光Ｌ１の伝播方向１１０１は、電界の印加方向１１０２と平行となる。この場合、入力光Ｌ１の変調に用いられるカー係数は、ｇ１１、ｇ１２及びｇ４４となる。
【００３３】
ＫＴＮ結晶の比誘電率は、温度の影響を受けやすく、例えば、−５℃付近において比誘電率が２００００程度と最も大きく、常温である２０℃近辺において比誘電率が５０００程度まで下がる。そこで、電気光学結晶１０１は、例えばペルチェ素子のような温度制御素子Ｐによって−５℃付近に温度制御されている。
【００３４】
光入出力部１０２は、電気光学結晶１０１の入力面１０１ａに配置される第１電極１０３を有する。第１電極１０３は、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）によって形成される透明電極であり、入力光Ｌ１を透過する。本実施形態では、第１電極１０３は、入力面１０１ａの全面に形成されている。例えば、第１電極１０３は、電気光学結晶１０１の入力面１０１ａにＩＴＯを蒸着することによって形成され得る。入力光Ｌ１は、第１電極１０３を透過して電気光学結晶１０１内に入力される。
【００３５】
光反射部１０７は、電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂに配置され、変調光Ｌ２を入出力部に向けて反射する。この光反射部１０７は、ＣＭＯＳ基板（画素電極部）１０８と接着層１０９とを含んでいる。ＣＭＯＳ基板１０８は、接着層１１１を介して例えばガラエポ（ガラス繊維シートを芯材としたエポキシ樹脂）基板のような有機基板、セラミック基板等の基板１１２に固定されている。ＣＭＯＳ基板１０８は、電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂに対向する複数の画素電極である第２電極１０８ａを含む。第２電極１０８ａは、電気光学結晶１０１内を伝播する入力光Ｌ１を光入出力部１０２に向けて反射し得る。例えば、第２電極１０８ａは、アルミニウムなどの金属等の材料によって形成されている。図３に示すように、本実施形態における光反射部１０７では、平面視矩形に形成された複数の第２電極１０８ａが二次元に配置されている。第２電極１０８ａの横方向の長さＷ１と縦方向の長さＷ２とは、例えば同じ長さに形成され得る。互いに隣り合う第２電極１０８ａ同士は、間隔Ｓ１，Ｓ２を空けて配置されている。なお、図２、図３は、空間光変調器１００を模式的に示すものであり、説明の簡単のために、第２電極１０８ａが４×４で配置されている例を示している。なお、ＣＭＯＳ基板１０８は、第１電極１０３と第２電極１０８ａとの間に電界を印加する駆動回路として機能してもよい。
【００３６】
複数の第２電極１０８ａには、それぞれに対応する駆動用のスイッチ１０８ｂが設けられている。これらのスイッチ１０８ｂによって、各第２電極１０８ａに対して任意の電圧を制御することができる。
【００３７】
接着層１０９は、ＣＭＯＳ基板１０８を裏面１０１ｂに固定する。この接着層１０９は、非導電性の接着材料の硬化物中に誘電体材料を有しており、導電材料を含まない。なお、非導電性とは、導電性を有さない性質に限らず、絶縁性が高い性質あるいは電気抵抗率が高い性質を含む。すなわち、接着層１０９は、絶縁性が高く（電気抵抗率が高く）、理想的には導電性を有さない。接着材料は、例えばエポキシ系接着剤のような光学的に無色透明な樹脂によって形成され得る。誘電体材料は、例えば、電気光学結晶１０１と同程度の比誘電率を有し得る。誘電体材料は、入力光Ｌ１の波長以下の粒子径を有する紛体であってよく、例えば、５０ｎｍ〜３０００ｎｍ程度の粒子径を有し得る。誘電体材料の粒子径を小さくすることによって、光の散乱を抑制することができる。誘電体材料は、電気光学結晶１０１の紛体であってもよい。
【００３８】
駆動回路１１０は、第１電極１０３に対して電気的に接続されるとともに、ＣＭＯＳ基板１０８に接続されることによって複数の第２電極１０８ａのそれぞれに電気的に接続される。このような駆動回路１１０は、制御部１９によって制御されている。駆動回路１１０は、第１電極１０３と第２電極１０８ａとの間に電気信号を入力する。これにより、第１電極１０３と第２電極１０８ａとの間に配置された電気光学結晶１０１及び接着層１０９に電界が印加される。この場合、駆動回路１１０によって印加される電圧は、電気光学結晶１０１と接着層１０９とに分配されることになる。したがって、第１電極１０３と第２電極１０８ａとの間に印加される電圧と電気光学結晶１０１に印加される電圧との電圧比Ｒは、電気光学結晶１０１の比誘電率をεｘｔｌ、電気光学結晶１０１における入力面１０１ａから裏面１０１ｂまでの厚さをｄｘｔｌ、接着層１０９の比誘電率をεａｄ、接着層１０９の厚さをｄａｄ、としたとき、以下の式（２）で表される。
【数２】
2017213100.tif 000004
【００３９】
このように、電気光学結晶１０１に印加される電圧は、接着層１０９の比誘電率εａｄ及び厚さｄａｄに依存する。本実施形態における空間光変調器１００は、例えば、入力光Ｌ１を１波長変調した変調光Ｌ２を出力する変調性能を有する。この場合、接着層１０９の比誘電率εａｄは、以下のように求められる。まず、駆動回路１１０によってＣＭＯＳ基板１０８に印加される電圧は、ＣＭＯＳ回路の降伏を避けるために、上限が決まっている。そこで、駆動回路１１０によって生じる印加電圧の最大電圧をＶｓｍａｘとする。また、入力光Ｌ１を２πラジアンだけ位相変調するために電気光学結晶１０１に印加される電圧をＶｘｔｌとする。この場合、ＶｘｔｌとＶｓｍａｘとの電圧比であるＶｘｔｌ／ＶｓｍａｘをＲｓとすると、電圧比Ｒと電圧比Ｒｓとは、以下の式（３）の関係を満たす必要がある。この場合、電気光学結晶１０１に対して、入力光Ｌ１を２πラジアンだけ位相変調させるに十分な電圧を印加することができる。
Ｒｓ＜Ｒ  ・・・（３）
【００４０】
そして、式（２）と式（３）とから、接着層１０９の比誘電率εａｄと厚さｄａｄとは以下の式（４）を満たすことになる。
【数３】
2017213100.tif 000005
【００４１】
この式（４）から、接着層１０９の比誘電率が求まる。すなわち、式（４）を接着層１０９の比誘電率についての式に変形すると、以下の式（１）が導出される。
【数４】
2017213100.tif 000006
【００４２】
接着層１０９の比誘電率が式（１）を満たすことによって、電気光学結晶に対して、入力光Ｌ１を１波長変調させるに十分な電界を印加することができる。
【００４３】
以上説明した空間光変調器１００によれば、入力光Ｌ１は光入出力部１０２の第１電極１０３を透過して電気光学結晶１０１の入力面１０１ａに入力される。この入力光Ｌ１は、電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂに配置された光反射部１０７によって反射されて、光入出力部１０２から出力され得る。この際、光入出力部１０２に設けられた第１電極１０３と、ＣＭＯＳ基板１０８に設けられた複数の第２電極１０８ａとの間に電気信号が入力される。これによって、比誘電率の高い電気光学結晶１０１に電界が印加され、入力光Ｌ１が変調され得る。この空間光変調器１００では、複数の第２電極１０８ａが、非導電性の接着材料と誘電体材料とを含む接着層１０９によって裏面１０１ｂに固定されている。このように、接着層１０９が非導電性であるため、複数の第２電極１０８ａごとに入力された電気信号は接着層１０９を広がり難い。したがって、入力される電気信号が混ざり合うことを抑制し、変調精度を安定させることができる。
【００４４】
また、一形態において、第１電極１０３は、入力面１０１ａの全面に形成されている。例えば、第１電極１０３が複数の第２電極１０８ａに対応して複数設けられる場合には、第１電極１０３と第２電極１０８ａとの位置合わせが困難である。上記構成では、第１電極１０３と第２電極１０８ａとの位置合わせを行う必要がない。
【００４５】
また、一形態において、光反射部１０７では、複数の第２電極１０８ａによって入力光Ｌ１を反射するので、第２電極１０８ａ側に別途反射層等を設ける必要がない。
【００４６】
また、電気光学結晶１０１の温度を制御する温度制御素子Ｐを備えているので、電気光学結晶１０１の温度を一定の保持することができる。これにより、変調精度を更に安定させることができる。なお、温度制御素子Ｐによる温度制御は、電気光学結晶１０１のみならず、ＣＭＯＳ基板１０８など空間光変調器１００の全体を対象としてもよい。
【００４７】
［第２実施形態］
本実施形態に係る空間光変調器２００では、透明基板１０４による電気光学結晶１０１の支持の構成が第１実施形態の空間光変調器１００と相違している。以下、主として第１実施形態と相違する点について説明し、同一の要素や部材については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
【００４８】
図５は、本実施形態に係る空間光変調器２００を示す断面図である。図５に示すように、反射型の空間光変調器２００は、電気光学結晶１０１と、光入出力部２０２と、光反射部１０７と、駆動回路１１０とを備えている。光反射部１０７を構成するＣＭＯＳ基板１０８は、基板１１２に固定されている。本実施形態における電気光学結晶１０１の光軸方向の厚さは、例えば５０μｍ以下とすることができる。
【００４９】
光入出力部２０２は、第１電極１０３、透明基板１０４、透明電極１０５及び接着層１０６を有している。透明基板１０４は、例えばガラス、石英、プラスティック等の材料によって、平板状に形成されている。透明基板１０４は、入力光Ｌ１が入力される第１の面１０４ａと、第１の面１０４ａの反対側の面であり、電気光学結晶１０１の入力面１０１ａに対向する第２の１０４ｂとを有する。透明電極１０５は、透明基板１０４の第２の面１０４ｂの全面に形成された電極であり、入力光Ｌ１を透過する。透明電極１０５は、例えば、透明基板１０４の第２の面１０４ｂにＩＴＯを蒸着することによって形成され得る。
【００５０】
接着層１０６は、電気光学結晶１０１に形成された第１電極１０３と、透明基板１０４に形成された透明電極１０５とを互いに接着している。接着層１０６は、例えばエポキシ系接着剤によって形成されており、入力光Ｌ１を透過する。接着層１０６内には、例えば金属球のような導電部材１０６ａが配置されている。導電部材１０６ａは、第１電極１０３と透明電極１０５との両方に接触しており、第１電極１０３と透明電極１０５とを電気的に互いに接続する。例えば、導電部材１０６ａは、平面視において接着層１０６の四隅に配置されている。
【００５１】
本実施形態では、透明基板１０４の第２の面１０４ｂ側の平面視における大きさが、電気光学結晶１０１の入力面１０１ａよりも大きく形成されている。そのため、透明基板１０４に電気光学結晶１０１が支持されている状態では、透明基板１０４に形成された透明電極１０５の一部が外部に露出した露出部１０５ａとなる。駆動回路１１０は、この露出部１０５ａとＣＭＯＳ基板１０８とに電気的に接続されている。すなわち、駆動回路１１０は、透明電極１０５及び導電部材１０６ａを介して第１電極１０３に電気的に接続されることによって、第１電極１０３と第２電極１０８ａとの間に電界を印加することができる。
【００５２】
このような空間光変調器２００では、電気光学結晶１０１の光軸方向の厚さを薄く形成することによって、位相変調あるいはリタディーション変調をより良好に行うことができる。このように電気光学結晶１０１が薄く形成された場合には、電気光学結晶１０１が外部からの衝撃等によって損傷する虞がある。本実施形態では、電気光学結晶１０１の入力面１０１ａ側が透明基板１０４に支持されることによって、外部の衝撃等から電気光学結晶１０１を保護している。
【００５３】
［第３実施形態］
本実施形態に係る空間光変調器３００は、光反射部３０７が補助電極（第３電極）３０９ａを有する点で第２実施形態の空間光変調器２００と相違している。以下、主として第２実施形態と相違する点について説明し、同一の要素や部材については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
【００５４】
図６は、本実施形態に係る空間光変調器３００を示す断面図である。図６に示すように、反射型の空間光変調器３００は、電気光学結晶１０１と、光入出力部２０２と、光反射部３０７と、駆動回路１１０とを備えている。
【００５５】
光反射部３０７は、ＣＭＯＳ基板１０８、接着層１０９及び補助電極３０９ａを含んでいる。ＣＭＯＳ基板１０８は、基板１１２に固定されている。補助電極３０９ａは、電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂに複数配置されている。補助電極３０９ａは、電気光学結晶１０１内を伝播する入力光Ｌ１を光入出力部１０２に向けて反射するミラーとしての機能を有する。補助電極３０９ａは、例えば金属電極であり、アルミニウム等によって形成することができる。補助電極３０９ａは、ＣＭＯＳ基板１０８に形成された第２電極１０８ａと同様に二次元に配置されている。すなわち、補助電極３０９ａと第２電極１０８ａとは、一対一で対応しており、互いに対向している。
【００５６】
複数の第２電極１０８ａに対向するように、電気光学結晶１０１の裏面１０１ｂ側には、複数の補助電極３０９ａが形成されている。補助電極３０９ａは、電気光学結晶１０１の入力面１０１ａ側の第１電極１０３と第２電極１０８ａとが形成する静電界中に位置する。そのため、第１電極１０３と補助電極３０９ａとの間及び補助電極３０９ａと第２電極１０８ａとの間には、静電誘導によって静電界が発生する。すなわち、補助電極３０９ａは、電気力線として伝達される電気信号の広がりを防ぐ電界レンズとしての機能を有する。これにより、接着層１０９及び電気光学結晶１０１において、駆動回路１１０から入力された電気信号（すなわち電気力線）の広がりを大幅に抑えることができる。したがって、入力される電気信号が混ざり合うことをさらに抑制することができ、より高い分解能で変調精度を安定させることができる。
【００５７】
以上、実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではない。
【００５８】
例えば、上記実施形態では、空間光変調器を備えた光観察装置１Ａを例示したが、これに限定されない。例えば、空間光変調器１００は、光照射装置１Ｂに搭載されてもよい。図７は、光照射装置の構成を示すブロック図である。光照射装置１Ｂは、光源１０と、コリメータレンズ１１と、偏光素子１２と、偏光ビームスプリッタ１３と、空間光変調器１００と、第１の光学系１４と、コンピュータ２０及びコントローラ２１を含む制御部１９と、を有する。この構成では、空間光変調器１００から出力された変調光Ｌ２は、第１の光学系１４によって試料Ｓに照射される。空間光変調器１００により、１）照射スポットの位置を限定でき、あるいは２）照射スポットの位置を移動でき、３）複数の照射スポットを同時に形成でき、４）照射光の位相を制御できる。
【００５９】
また、第３実施形態において、金属によって形成される補助電極３０９ａが入力光Ｌ１を反射する構成を示したが、これに限定されない。例えば、補助電極３０９ａは、透明電極でもよく、例えば、ＩＴＯ等の透明膜によって形成されてもよい。この場合、入力光Ｌ１は、補助電極を透過して第２電極１０８ａによって反射され得る。
【符号の説明】
【００６０】
１Ａ…光観察装置、１Ｂ…光照射装置、１００…空間光変調器（反射型空間光変調器）、１０１…電気光学結晶、１０１ａ…入力面、１０１ｂ…裏面、１０２…光入出力部、１０３…第１電極、１０７…光反射部、１０８…ＣＭＯＳ基板（画素電極部）、１０８ａ…第２電極、１０９…接着層、１１０…駆動回路、３０９ａ…補助電極（第３電極）、Ｌ１…入力光、Ｌ２…変調光。
【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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【国際調査報告】
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