JPH04277727A - 空間光変調素子 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２次元的に、光で読み
書きする光アドレス型の空間変調素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】光で読み書きするタイプの空間変調素子
として、マイクロチャンネルプレートを用いた空間変調
素子や、液晶を用いた空間変調素子が知られている。

【０００３】これらは、書き込みの際には電気光学効果
を使ったり、光起電力や熱を使っている。

【０００４】また、これらとは異なり、自ら発光する輝
尽現象を利用した空間変調素子に関する文献が発表され
ている（例えば、Ｓ．Ｊｕｔａｍｕｌｉａ，Ｇ．Ｓｔｏ
ｒｔｉ，Ｊ．Ｌｉｎｄｍａｙｒ，ａｎｄ　　Ｗ．Ｓｅｉ
ｄｅｒｍａｎ，”Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　　ｏｆ　　
ｅｌｅｃｔｒｏｎ　　ｔｒａｐｐｉｎｇ　　ｍａｔｅｒ
ｉａｌｓｔｏ　　ｏｐｔｉｃａｌ　　ｐａｒａｌｌｅｌ
　　ｌｏｇｉｃ　　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ”，Ｐｒｏｃ
．ＳＰＩＥ，ｖｏｌ．１１５１，Ｓａｎ　　Ｄｉｅｇｏ
，Ａｕｇ．，１９８９，　　Ｆ．Ｉｔｏｈ，Ｋ．Ｋｉｔ
ａｙａｍａ，　　ａｎｄ　　Ｙ．Ｔａｍｕｒａ，”Ｏｐ
ｔｉｃａｌ　　ｏｕｔｅｒ−ｐｒｏｄｕｃｔ　　ｌｅａ
ｒｎｉｎｇ　　ｉｎ　　ａ　　ｎｅｕｒａｌ　　ｎｅｔ
ｗｏｒｋ　　ｕｓｉｎｇ　　ｏｐｔｉｃａｌｌｙ　　ｓ
ｔｉｍｕｌａｂｌｅ　　ｐｈｏｓｐｈｏｒ”，Ｏｐｔ．
Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．１５，Ｎｏ．１５，
８６０（１９９０））。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の光アドレス型の
空間変調素子は、受動素子であり、自ら発光することは
なかった。また、輝尽現象を利用する空間変調素子は発
光はするものの、非線形な応答を得ることが出来ない。

【０００６】さらに、輝尽現象を利用する空間変調素子
は、書き込まれた内容を読み出すと、書き込まれた内容
を失ってしまう、等の問題がある。

【０００７】本発明は、非線形な効果を有するとともに
、メモリ（ｍｅｍｏｒｙ）効果をも有し、自発光する空
間変調素子を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成させるた
め、本発明に係る空間光変調素子においては、印加電圧
と発光輝度との間にヒステリシス特性をもつエレクトロ
・ルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏ・ｌｕｍｉｎｅｓｃ
ｅｎｃｅ、以下、ＥＬと称する。）材料と、誘電体ミラ
ーと、光伝導層とを順次密着し、その両端に透明電極を
つけた構造とした。

【０００９】この場合、第１の波長の光を使って空間分
布情報を書き込み、第２の波長の光を照射すると前記第
１の波長の光による書き込みの光分布に応じて、第３の
波長の光が発光する輝尽材料を、ＥＬ材料側の表面上に
成膜した構成とすることもできる。

【００１０】また、輝尽現象を呈する２種以上の輝尽材
料を用い、各材料ごとに１層の膜をエレクトロ・ルミネ
ッセンス材料側の表面上に成膜することもできる。

【００１１】

【作用】請求項１については、バイアス電圧の印加状態
の下、書き込み光を照射すると、ＥＬの有するヒステリ
シス特性に従って前記バイアス電圧の印加時よりも強い
強度での発光状態が得られ、これは、書き込み光の照射
を止めても維持される。

【００１２】請求項２については、ＥＬ材料のメモリ特
性と輝尽材料のダイナミックメモリ特性が利用される。

【００１３】請求項３いついては、輝尽材料の輝尽現象
が利用される。

【００１４】

【実施例】本発明の説明に入る前に、前提として、ＥＬ
と透明電極とを組合せた空間変調素子における特性につ
いて図３、図４を用いて説明する。

【００１５】図３において、符号１はＥＬ材料、符号２
は透明電極、符号３は交流電源をそれぞれ示す。ここで
、交流電源３により、透明電極２にはバイアス電圧が印
加されるものとする。

【００１６】かかる空間変調素子におけるメモリ特性を
、図４に示すＥＬのヒステリシス特性図により、説明す
る。図の横軸は交流電源により印加されるバイアス電圧
、縦軸はＥＬの発光光強度を示す。

【００１７】図４において、ヒステリシス特性は、バイ
アス電圧を印加し、その電圧を上昇させていく場合の発
光の輝度上昇曲線と電圧を下降させていく場合の輝度下
降曲線の間に観測される。

【００１８】初めに、透明電極間に電圧Ｖａが印加され
ているとする。このとき、ＥＬより発せられる光の光強
度がＬ１である。

【００１９】この状態で、ＥＬに対して、紫外光ｈνを
照射する。すると、出射光Ｌの光強度は輝度上昇曲線に
従って上昇し、次いで、紫外光の照射をやめると輝度下
降曲線に従って下降し、最終的に電圧Ｖａに対応した増
加した光強度Ｌ２で発光する。

【００２０】このヒステリシス特性は、図４に示したよ
うに、電圧の印加量によって描く軌跡が異なる。これは
、紫外光ｈνの照射量、すなわち強度についても同様で
ある。このような現象を利用することで、中間調を含む
情報のメモリが可能である。

【００２１】以上説明したような特徴を利用することで
、中間調の情報を含む光アドレス型の空間変調素子が実
現できる。しかし、この場合、書き込み光源としては、
紫外光を用いる必要があり、これは、光の絞り込み等、
実用性を考えれば非常に不利である。

【００２２】本発明は、上述したような紫外光を書き込
み光源としないことで、実用性の点で優れたものとなっ
ている。以下、実施例を説明する。

【００２３】例１（図１、図４参照） 本例は請求項１に対応する。

【００２４】図において、符号４はＥＬ、符号５は誘電
体ミラー、符号６は光伝導体、符号７は透明電極、符号
８は交流電源をそれぞれ示す。以下、書き込み及びメモ
リの動作ついて説明する。

【００２５】図１において、図の左側から書き込み光Ｗ
ｒが光伝導体６に投影されると、光が照射された部分は
光伝導体６のインピーダンスが低下し、光が照射されて
いない部分に比べて高い電圧がＥＬ４に印加されること
になる。ここで、書き込み光に異なるレベルの中間調を
含む明暗があれば、それに対応して印加電圧も異なる。

【００２６】このように、２次元的な情報パターンであ
る書き込み光が照射された部分のうち、任意の部分の電
圧を例えば、電圧Ｖ１とすれば、その部分は光強度Ｌ’
１で発光する。

【００２７】従って、書き込み光のパターン情報に対応
して、印加電圧が異なるため、印加電圧に対応した異な
る強度でＥＬ４が発光する。つまり、書き込まれたパタ
ーンが中間調を含む情報をもって発光されることになる
。

【００２８】この発光は、電圧Ｖａが印加されている限
り、書き込み光Ｗｒの照射を止めても、発光し続ける。

【００２９】このようにして、左側から照射される書き
込み光をカットしてもＥＬが発光していることをメモリ
効果といい、印加電圧の違いによる様々な軌跡を使うこ
とで中間調を含めたメモリ効果を得ることができる。

【００３０】さらに、様々な形のヒステリシス曲線の特
性を示す材料を選べば、メモリ効果の他、微分特性にか
かる効果をも得ることができる。

【００３１】なお、本例において、誘電体ミラー５は、
書き込み光がＥＬ材料に照射されることを防ぐためのも
のであり、ＥＬ材料からの発光を乱さなければ、これに
代えて、適宜の遮光層を用いることもできる。

【００３２】また、交流電源８は透明電極間７、７間に
印加するバイアスする電圧を供給する役目を果たしてい
る。

【００３３】光伝導層６としては、ＣｄＳを用いる。ま
た、これに代えてａ−Ｓｉを用いることもできる。

【００３４】このように、光の照射によりインピーダン
スが変化する光伝導体と、ヒステリシス特性を持ったＥ
Ｌ等を使うことによって、非線形な効果を持った光書き
込み型の自己発光する空間変調素子を作ることができ、
画像の２次元的なメモリや増幅や微分やコントラスト強
調などをすることができる。

【００３５】例２（図２参照） 本例は、請求項２に対応する。

【００３６】従来の輝尽材料を使った空間変調素子は、
書き込んだ内容を読みだすと同時にその内容を失ってし
まっていた。

【００３７】そこで、前記例１の空間変調素子に輝尽材
料を組合せて、自発光、メモリ効果を得ようとするもの
である。前記例１の空間変調素子おけると同じ構成部材
については、同じ符号を付し、説明は省略する。

【００３８】本例では、前記例１における空間光変調素
子の一端側に新たに、透明な基板９を設け、さらにその
外側に輝尽材料の膜１０を設けている。

【００３９】かかる構成になる、図２の空間光変調素子
において、図中の左側、つまり、輝尽材料の膜１０の形
成された側の反対側から、書き込み光Ｗｒを光伝導体６
に投影すると、前記例１におけると同様に、光が照射さ
れた部分は光伝導体のインピーダンスが低下し、光が照
射されていない部分に比べて、高い電圧がＥＬ４に印加
される。

【００４０】そして、電圧に比例して書き込まれた空間
情報パターンに従って、ＥＬ４が発光する。

【００４１】この発光による光は、そのまま透明電極９
を透過して輝尽材料の膜１０を照射する。つまり、この
光が輝尽材料に対する書き込み光として働く。

【００４２】本例で、用いられている、ＣａＳ：Ｓｍ，
Ｅｕになる輝尽材料は、第１の波長光である青色光λ１
により書き込み、第２の波長の光である赤外光λ２で読
みだすと、第３の波長の光であるオレンジ色λ３で発光
（蛍光）する性質を有するものである。

【００４３】従って、ＥＬ４として、青色光λ１を発光
する性質を有する、ＳｒＳ：Ｃｅ或いは、ＺｎＳ：Ｔｍ
を用いることで、該青色光λ１で膜１０に情報を書き込
み、しかる後、該膜１０に赤外光λ２を照射すると、前
記書き込み光の強度分布に比例した強度で、該膜１０が
オレンジ色λ３で発光することになる。

【００４４】このように、ＥＬ４の発光波長と輝尽材料
の書き込み波長とが対応したものを使用することによっ
て、書き込み光Ｗｒの波長を輝尽材料の書き込みに適合
する波長に合わせる必要がなくなる。

【００４５】従って、ＥＬ４の発光波長と輝尽材料の書
き込み波長とが対応する関係の材料を選択する限り、各
材料は前記例示のものに限定されない。なお、本例では
、メモリのメカニズムは輝尽材料の特性によるもので、
前記例１のようにヒステリシス特性を利用したものでは
ないので、ＥＬ材料として、ヒステリシス特性を有する
ことは必ずしも条件とはされない。

【００４６】もっとも、ヒステリシス特性を有するＥＬ
を使うときは、輝尽材料のダイナミック特性を改善し、
さらに、中間調のメモリをすることが可能である。

【００４７】本例では、さらに、読み出し用たる第２の
波長の光として赤外光を空間変調すれば、青色光のパタ
ーンと赤外光のパターンの画像演算も可能である。

【００４８】例えば、青色光と赤外光の空間的な積は、
オレンジ色の光として得られる。さらに、青色光の空間
パターンを何度も書き込んだ後、赤外光を照射すると青
色光の空間的な和がオレンジ色の光として得られること
を利用するのである。

【００４９】このように、前記例１の空間光変調素子に
輝尽材料を組合せた本例の空間光変調素子においては、
自己発光し、かつ、画像の２次元的なメモリや増幅や微
分やコントラスト強調や演算をすることができる。

【００５０】例３（図５、図６参照） 本例は請求項３に対応する。

【００５１】図において、符号７Ａは透明電極、符号６
Ａは光伝導体、符号５Ａは誘電体反射ミラー、符号１１
は２波長で発光するＥＬ材料を積層したＥＬ層、符号１
２は第１の輝尽材料の膜、符号１３は第２の輝尽材料の
膜、符号８は交流電源をそれぞれ示す。

【００５２】なお、前記誘電反射ミラー５Ａは、これに
代えて遮光層を用いることもできる。ＥＬ層１１の構造
の１つの具体例を図６に示した。ＥＬ材料薄膜は透明で
あるため、積層することが可能である。図６中の符号１
４は絶縁層、符号１５は第１の発光層、符号１６は透明
電極、符号１７は第２の発光層、符号１８はスイッチを
それぞれ示す。

【００５３】このスイッチ１８を切り換えて、第１、第
２の発光層を選択する。なお、この２波長発光する構造
はこの図６に示す例に限定されない。

【００５４】以下において、図６の構成が図５のＥＬ層
１１をなすものとして説明する。第１の輝尽材料の書き
込み波長と、読み出し波長と、発光波長をそれぞれ、λ
ｗ１、λｒ１、λｅ１、第２の輝尽材料の書き込み波長
と、読み出し波長と、発光波長をそれぞれ、λｗ２、λ
ｒ２、λｅ２、とする。

【００５５】つまり、ＥＬ層１１のＥＬは２種類の波長
の光（λｗ１、λｗ２）を発光するものである。ただし
、後で述べるように、発光する波長は、λｗ１＝λｗ２
、つまり、単色でも構わない。

【００５６】動作は以下のようになる。図５において、
左側から書き込み光が光伝導体６Ａに投影されると、光
が照射された部分は光伝導体のインピーダンスが低下し
、光が照射されていない部分に比べて高い電圧がＥＬ層
１１に印加される。このとき、スイッチ１８により第１
の発光層１５をオンにしておく。

【００５７】すると、この電圧に比例して書き込んだパ
ターンを第１の発光層１５が波長λｗ１で発光する。こ
の発光した光はそのまま透明電極７Ａを透過して第１の
輝尽材料の膜１２を照射し書き込む。

【００５８】また、スイッチ１８を切り換えて第２に発
光層１７をオンにすると、波長λｗ２の光で第２に輝尽
層の膜１３に書き込むことになる。ここで、それぞれの
輝尽材料に合わせた波長の読み出し光を同時又は別々に
照射すると、それぞれの輝尽材料から発光する。

【００５９】波長λｒ１の光を照射すると第１に輝尽材
料の膜１２が波長λｅ１で発光し、λｒ２の光を照射す
ると第２の輝尽材料の膜１３が波長λｅ２で発光する。 また、輝尽材料の書き込みや、読み出しの波長分布幅は
、ある程度の幅をもっているので、それぞれの輝尽材料
の波長分布が重ならないような材料を選ぶ必要がある。

【００６０】それに合わせて、ＥＬ材料の波長を選ばな
くてはならない。ただし、使い方によっては書き込み波
長、読み出し波長、発光波長は輝尽材料間で同じであっ
ても構わない。２種類の輝尽材料を使う場合の組合せで
、波長多重処理をするのに有効な組合せは以下の（１）
から（６）に示す６種類ある。

【００６１】 （１）λｗ１≠λｗ２、λｒ１≠λｒ２、λｅ１≠λｅ
２（２）λｗ１≠λｗ２、λｒ１≠λｒ２、λｅ１＝λ
ｅ２（３）λｗ１≠λｗ２、λｒ１＝λｒ２、λｅ１≠
λｅ２（４）λｗ１≠λｗ２、λｒ１＝λｒ２、λｅ１
＝λｅ２（５）λｗ１＝λｗ２、λｒ１≠λｒ２、λｅ
１≠λｅ２（６）λｗ１＝λｗ２、λｒ１≠λｒ２、λ
ｅ１＝λｅ２

【００６２】前記中、（２）の組合せは、
発光が１つの波長の書き込みと読み出しの積の和として
得られる。

【００６３】（３）の組合せは、書き込んだパターンを
同時に読み出すことができる。

【００６４】（４）の組合せは、書き込んだパターンの
和が得られる。

【００６５】（５）の組合せは、１つの書き込み光源で
書き込み、読み出し光源をそれぞれ空間変調することで
空間的な積がλｅ１、λｅ２の波長で得られる。

【００６６】（６）の組合せは、書き込んだパターンを
異なる波長で読み出すことができる。

【００６７】本例に係る素子では、同一面積で複数の情
報を処理できるので、素子の大面積化を伴うことなく並
列処理の能力を向上させることができる。

【００６８】

【発明の効果】本発明によれば、非線形な効果を有し、
かつ、メモリ効果をも有し、自発光する空間変調素子を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の、請求項１に対応する空間光変調素子
の説明図である。

【図２】本発明の、請求項２に対応する空間光変調素子
の説明図である。

【図３】ヒステリシス特性を持つＥＬと、透明電極を使
った空間変調素子の説明図である。

【図４】ＥＬのヒステリシス特性図である。

【図５】本発明の、請求項３に対応する空間光変調素子
の説明図である。

【図６】図５の一部をなすＥＬ層部分を拡大して示した
説明図である。

【符号の説明】

１　　　　ＥＬ材料 ５　　　　誘電体ミラー ６　　　　光伝導体 ７　　　　透明電極 １０　　　　輝尽材料の膜 １１　　　ＥＬ材料によるＥＬ層 １２　　　　輝尽材料の膜 １３　　　　輝尽材料の膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】印加電圧と発光輝度との間にヒステリシス
   特性をもつエレクトロ・ルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒ
   ｏ・ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）材料と、誘電体ミラー
   と、光伝導層とを順次密着し、その両端に透明電極をつ
   けた構造を有することを特徴をす空間光変調素子。
2. 【請求項２】第１の波長の光を使って空間分布情報を書
   き込み、第２の波長の光を照射すると前記第１の波長の
   光による書き込みの光分布に応じて第３の波長の光が発
   光する輝尽材料をエレクトロ・ルミネッセンス材料側の
   表面上に成膜したことを特徴とする請求項１記載の空間
   光変調素子。
3. 【請求項３】輝尽現象を呈する２種以上の輝尽材料を用
   い、各材料ごとに１層の膜をエレクトロ・ルミネッセン
   ス材料側の表面上に成膜したことを特徴とする請求項１
   記載の空間変調素子。