JPH04301819A - 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、情報を含む書込み光を
光導電層に入射して、書込み光の強度分布に対応する分
布の電界を光変調層に印加し、これによって光変調層に
入射した読出し光を変調する空間光変調素子（ＳＬＭ）
にかかり、特に、読出し光強度が大きい場合にも好適な
空間光変調素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】空間光変調素子は、インコヒーレント・
コヒーレント光変換、または、その逆の変換が可能で、
データの並列処理や画像の直接演算処理などに対する応
用が考えられている。また、光の強度増幅を行なうよう
にすれば、ビデオプロジェクタなどの表示システムに応
用することができる。

【０００３】このような空間光変換素子としては、Ａｐ
ｐｌ．　Ｐｈｙｓ．　Ｌｅｔｔ．，　Ｖｏｌ．２２，　
Ｎｏ．３，　１　Ｆｅｂｒｕａｒｙ　１９７３，　ｐ９
０〜９２や、第５０回応用物理学会学術講演会予稿集，
１９８９，２８ｐ−ＺＤ−５〜７などに開示されており
、たとえば第２図に示すような構成となっている。同図
において、変調材料として液晶が用いられた光変調層１
０の書込み光入射側には、誘電体ミラー１２，不導体の
遮光膜１４が各々順に積層して形成されている。そして
、この遮光膜１４の更に書込み光入射側には、光導電層
１６が積層されており、更にその外側には、透明電極１
８，ガラス基板２０が各々積層されている。

【０００４】他方、光変調層１０の読出し光入射側には
、透明電極２２，ガラス基板２４が各々積層されている
。そして、透明電極１８、２２間には、適宜の駆動用電
源２６が接続されている。

【０００５】以上のような空間光変調素子の概略の作用
を説明すると、所望される情報を含んだ書込み光は、矢
印Ｆ１で示すように素子の光導電層１６に入射する。光
導電層１６では、書込み光の強度に応じて電子・ホール
対が生成され、更にそれらが分離されて書込み光の強度
分布に対応する電荷像が形成される。

【０００６】他方、光変調層１０には、矢印Ｆ２で示す
ように読出し光が入射する。ところが、この光変調層１
０には、光導電層１６に形成された電荷像による電界が
影響しており、この電界の程度、別言すれば書込み光の
強度に対応した光変調が行なわれることとなる。光変調
層１０によって変調を受けた読出し光は、誘電体ミラー
１２によって反射され、矢印Ｆ３で示すように出力され
ることとなる。

【０００７】遮光膜１４は、誘電体ミラー１２を突き抜
けた読出し光が光導電層１６に達して電荷像を乱し、読
出し画像のコントラストの低下が起こらないようにする
ためのものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、以上のよう
な空間光変調素子を表示システムに利用する場合、読出
し光の強度は他の場合と比較して相対的に大きくなる。 そして、読出し光が強いほど、遮光膜１４の役割は重要
となってくる。遮光膜１４は、抵抗が高く光吸収率が大
きくないと解像度が劣化する。このため、材料が限定さ
れ、たとえばＣｄＴｅ膜が用いられている。ところが、
このＣｄＴｅ膜では、良質のものが得られにくく、また
毒性が強いという問題もある。

【０００９】他の遮光膜１４としては、光の干渉を利用
した多層型のものがある（第５１回応用物理学会予稿集
，ｐ７５１　２６ａ−Ｈ−３参照）。しかし、このタイ
プの遮光膜では、垂直入射光のみの場合には効果的に遮
光が行われる。しかし、光変調層１０が高分子液晶複合
体のような散乱タイプのときは、斜め入射光が多くなり
、遮光効果が半減するという不都合がある。また、この
多層型の遮光膜は、通常のＴＮ型の液晶の場合において
も、干渉効果を利用するとともに波長の選択性も大きい
ことから、ブロードな光には効果が少ない。

【００１０】次に、空間光変調素子では、上述したよう
に、光導電層１０における導電性の変化に対応する電界
強度分布に応じて光変調層１０が駆動され、像が形成さ
れる。この場合において、反射層及び遮光層の抵抗が低
いと、電界が面に平行の方向（以下、単に「面方向」と
いう）に広がって解像度が劣化することになる。このた
め、反射層として誘電体ミラー１２が用いられており、
遮光層としても高抵抗のものが必要となる。

【００１１】これらの層で特に解像度に影響するのは、
面方向の抵抗であり、面に対して垂直の方向に抵抗が高
いのみでは不十分である。たとえば、高抵抗材料と低抵
抗材料を積層して遮光膜１４を構成しても、面方向の抵
抗が向上しないため効果がない。

【００１２】このような問題を解決する１つの手段とし
ては、遮光膜１４となる金属をマスクを用いて島状に形
成するものがある（特開昭６４−５６４１９号公報参照
）。しかしながら、この方法では、島状金属層の１つの
ランドの大きさを画素の大きさ以下にしなければならず
、製造上の制約が大きい。また、遮光膜１４に、金属粒
子と誘電体層とで構成したサーメット膜を用いる方法も
ある（特開昭５４−１７８６７号公報参照）。しかしな
がら、この方法では、金属の島状粒子どうしが接近また
は接触しないように分散を行わないと、インピーダンス
を高くすることができない。このため、膜厚が厚くなら
ないように作成することが困難である。

【００１３】本発明は、この点に着目したもので、材料
や製造上の制約がなく、強い光に対しても解像度の低下
を招くことなく良好に読出し光の遮光や反射を行うこと
ができる空間光変調素子を提供することを、その目的と
する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、書込み光の入
射によって情報が書き込まれる光導電層と、これに書き
込まれた情報に対応して読出し光を変調する光変調層と
を有する反射読出し型の空間光変調素子において、前記
光導電層と光変調層との間に絶縁材料と遮光材料との複
合膜を形成したことを特徴とする。

【００１５】

【作用】本発明によれば、抵抗値が高く絶縁性には優れ
ているものの透明で遮光性が低い絶縁材料と、不透明で
遮光性はよいが抵抗が低い遮光材料とが複合化され、高
抵抗性と遮光性とを兼ね備えた層が、光導電層と光変調
層との間に形成される。この複合膜では、遮光材料が面
方向に不連続となるような構造をとるため、面方向の抵
抗値が増大する。

【００１６】

【実施例】以下、本発明による空間光変調素子の実施例
について、添付図面を参照しながら説明する。なお、上
述した従来例と同様又は相当する構成部分については、
同一の符号を用いることとする。図１には、本発明の一
実施例が示されている。同図において、遮光膜３０は、
抵抗は非常に高いものの透明で遮光性がない絶縁材料３
２と、抵抗は低いものの遮光性に優れている半導体など
の遮光材料３４との複合体として形成されている。なお
、基本的な構造は図２の従来例と同様である。

【００１７】それらの材料を、たとえば蒸着装置で同時
に光導電層１６上に蒸着すると、互いに反応しない材料
の組み合わせであるならば、両者の混合膜となる。更に
、遮光材料３４の比率が絶縁材料３２よりも低い場合に
は、遮光材料３４が絶縁材料３２中に分散した構造をと
ることが可能である。また、両材料の構成比が１：１に
近い場合でも、各材料が柱状に成長する性質を利用して
遮光材料３４が横方向に不連続となる膜を得ることが可
能である。このように、本実施例によれば、絶縁材料３
２によって面方向の抵抗値が高く保持されており、遮光
材料３４によって読出し光の遮光が良好に行われるよう
になっている。

【００１８】次に、本実施例に関する実験例について説
明する。 ＜サンプル１＞サンプル１は、実施例にかかるものであ
る。ＩＴＯ（透明電極１８）付き基板２０上に、ＣＶＤ
法によりａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）膜（光導電
層１６）を１５μｍ形成する。次に、その表面上に、Ａ
ｌ２Ｏ３（絶縁材料３２）とＧｅ（遮光材料３４）を別
々の蒸着源より同時に蒸着し、遮光膜３０とする。Ａｌ
２Ｏ３の蒸着速度は５０Å／ｓ，Ｇｅの蒸着速度は２０
Å／ｓで、全膜厚は１μｍである。

【００１９】更にこの上に、ＳｉＯ２とＴｉＯ２とを、
λ／４（λは読出し光波長で、たとえば６００ｎｍ）の
膜厚で交互に５層づつ積層し、最後にＳｉＯ２をλ／２
形成して、誘電体ミラー１２とする。以上の膜形成を行
った基板２０と、もう一つのＩＴＯ（透明電極２２）付
基板２４の間に、ネマチック液晶をポリマに分散させた
高分子液晶複合体による光変調層１０を１０μｍの厚さ
になるように挟み込んで形成し、第２図に示す構造の空
間光変調素子を得た。

【００２０】＜サンプル２＞サンプル２は、従来例にか
かるものである。前記サンプル１において、Ａｌ２Ｏ３
とＧｅの同時蒸着のかわりに、Ｇｅのみを１０Å／ｓの
蒸着速度で０．３μｍの厚さに形成して、遮光膜１４と
した。その他は、サンプル１と同様である。

【００２１】＜サンプル３＞サンプル３も、従来例にか
かるものである。サンプル２において、Ｇｅのかわりに
、Ｓｉを３Å／ｓの蒸着速度で１．６μｍの厚さに形成
し、遮光膜１４とした。このときの真空度は、１×１０
−６Ｔｏｒｒ以下である。その他は、サンプル１と同様
である。

【００２２】＜サンプル４＞サンプル４は、参考例であ
る。サンプル１において、遮光膜１４を省略した構成と
した。以上の各サンプルにおける遮光膜の生成条件をま
とめると、次の表１のようになる。

【００２３】

【表１】

【００２４】次に、以上の各サンプルにつき、書込み光
として６５０ｎｍの単色光を用い、読出し光として中心
波長６００ｎｍ，半値幅８０ｎｍの赤色光を用いて解像
度とコントラスト比を測定した。なお、読出し光と書込
み光の強度比を６５０ｎｍにおいて１０００：１とし、
空間光変調素子の駆動周波数（駆動用電源２６の駆動周
波数）は５ＫＨｚとした。また、サンプル４については
、前記条件では読出し光の透過量が多すぎて像が得られ
ない。そこで、書込み光強度を１／１００にして解像度
を測定した。測定結果は、次の表２に示す通りである。

【００２５】

【表２】

【００２６】この表２を参照すると、まずサンプル４の
結果から明らかなように、遮光膜１４を設けないと強い
読出し光の場合に全く像が得られなくなってしまう。次
に、解像度について比較すると、本実施例のサンプル１
は遮光膜のないサンプル４と同様の解像度であるのに対
し、従来例のサンプル２，３は解像度が大幅に劣化して
いる。また、コントラスト比を比較すると、サンプル１
は、他のサンプル以上又は同等のコントラスト比となっ
ている。すなわち、サンプル１では、解像度の劣化なし
にコントラスト比が改善されている。なお、光変調層１
０がＴＮタイプの液晶によって構成されている場合にお
いても、表１とほぼ同様の結果が得られている。

【００２７】このように、本実施例によれば、遮光膜３
０の抵抗が高いために解像度の低下がほとんどみられず
、強い読出し光によってもコントラスト比が低下しない
良好な空間光変調素子を得ることができる。また、遮光
膜３０は、絶縁材料３２と遮光材料３４との複合膜とし
て形成すればよいので、材料や製造上の制約が緩和され
る。

【００２８】なお、本発明は、何ら上記実施例に限定さ
れるものではなく、たとえば上述した遮光膜に更に光反
射膜などを組み合わせるようにしてもよい。あるいは、
かかる遮光膜を誘電体ミラー１２の高屈折層，又はその
一部として用いるようにしてもよい。このようにすれば
、読出し画像の解像度を劣化させることなく、光導電層
１６への読出し光の透過によるコントラスト比の低下が
更に良好に防止される。その他、各部の形状，材料，製
法などについても、同様の作用を奏するように種々変更
可能であり、これらのものも本発明に含まれる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による空間
光変調素子によれば、光導電層と光変調層との間に絶縁
材料と遮光材料との複合膜を形成することとしたので、
材料や製造上の制約がなく、強い光に対しても解像度の
低下を招くことなく良好に読出し光の遮光や反射を行う
ことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による空間光変調素子の一実施例の主要
部を示す構成図である。

【図２】読出し光反射型の空間光変調素子の一例を示す
構成図である。

【符号の説明】

１０…光変調層、１２…誘電体ミラー、１４…遮光膜、
１６…光導電層、１８，２２…透明電極、２０，２４…
ガラス基板、２６…駆動用電源、３０…遮光膜（複合膜
）、３２…絶縁材料、３４…遮光材料、Ｆ１…書込み光
の入射方向、Ｆ２…読出し光の入射方向、Ｆ３…読出し
光の出力方向。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　書込み光の入射によって情報が書き込
   まれる光導電層と、これに書き込まれた情報に対応して
   読出し光を変調する光変調層とを有する反射読出し型の
   空間光変調素子において、前記光導電層と光変調層との
   間に絶縁材料と遮光材料との複合膜を形成したことを特
   徴とする空間光変調素子。