JPH0518086B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は新規な光学素子等、特には、光変調な
いしは表示に利用する光学素子及びこれを利用し
た光学装置、並びにそれらの作動方法に関する。 現在、各種の事務用機器や計測用機器に於ける
端末表示器、或は、テレビやビデオカメラ用モニ
ターに於ける表示器として、陰極線管（所謂
CRT）が広く利用されている。 しかし、CRTに就いては、画質、解像度、表
示容量の面で銀塩若しくは電子写真法を用いたハ
ードコピー程度のレベルに達していないと言う不
満が残されている。 又、CRTに代るものとして、液晶をドツトマ
トリツクス表示する所謂、液晶パネルの実用化の
試みも為されているが、この液晶パネルに就いて
も、駆動性、表示性、信頼性、生産性、耐久性の
面で末だ満足できるものは得られていない。ま
た、光路変調素子としては液晶ライトバルブを利
用した光シヤツターが注目を集めている。 しかし以上のような装置においては複雑で高価
な光学系が必要とすることが難点とされていた。 そこで、本発明の目的は前記従来技術上の難点
を解消して複雑で高価な光学系を用いずに簡便な
光変調装置や表示装置を実現しうる光学素子及び
これを利用した光学装置及びこれらの作動方法を
提供することにある。 さらに本発明の他の目的は複雑で高価な光学系
を不要とすることにより、駆動性、信頼性、生産
性、耐久性等に優れた光学素子及びこれを利用し
た光学装置及びこれらの作動方法を提供すること
にある。 本発明のさらに別の目的は高解像で良質の画像
をうることのできる光学素子及びこれを利用した
光学装置及びこれらの作動方法を提供することに
ある。 以下、本発明に係る実施例を図面に従つて詳細
に説明する。 第１乃至第４図は本発明に係る光学素子の基本
原理を示すための基本構成図である。 第１図は、本発明に係る光学素子の部分略画縦
断面図で、第２図ａは第１図に示されたような断
面を有する光学素子をA′−A″線で切断した時の
部分略画横断面図である。第１図及び第２図ａに
於いて、１はクラツド層２，３の屈折率よりも比
較的高い屈折率を有する液体からなり、光導波路
を形成する層で、光フアイバーのコアと同様な働
きをするからコア層と称する。 また、コア層１の厚さとしては1μm〜１mmの範
囲内が望ましい。２，３は、光フアイバーのクラ
ツドに対応するクラツド層で、コア層１を上下か
ら覆つている。尚、このクラツド層２，３はコア
層１との境界面での光の全反射を利用して光のコ
ア層１内で伝播させるためにコア層１の屈折率よ
りも比較的低い屈折率を有する透明部材、たとえ
ば、低屈折率のガラスや低屈折率のプラスチツク
が用いられる（但し、クラツド層２は不透明であ
つてもよい。）。次にコア層１を部分的に蒸気泡を
生じる程度に加熱するための発熱要素４が両クラ
ツド層２，３の内、少なくともいずれか一方に配
設されるが、本実施例の場合、クラツド層２の外
側に接触して配設されている。 また、この発熱要素はクラツド層の外側に近接
して配設されてもよい。また、発熱要素は、クラ
ツド層の外側全面にあるいは点状や島状や点線状
や点行列状のように区分されて配設される。 本実施例の場合は第１図及び第２図ａに示され
ているように、発熱要素４として、たとえば一端
がアース側に接続され、他端が夫々の不図示の電
極に接続された発熱抵抗体４ａ，４ｂ……が区分
的に点線状にクラツド層２上に付設されている。
５，５ａ，５ｂ……はスイツチで、夫々の一端
は、共通に電源電圧がかけられており、夫々の他
端は上記発熱抵抗体４ａ，４ｂ……に接続されて
いる 不図示の電極に接続されている。６はコア層１
内に形成された蒸気泡（以下、バブルと称する。）
で、たとえば、スイツチ５ｂをオンすることによ
り発熱抵抗体４ｂが通電加熱し、この熱がクラツ
ド層２を介してコア層１が伝達されることにより
コア層１が沸騰して形成された気泡を示してい
る。７はコア層１に入射しコア層１内を伝播する
可視領域の光、８は、コア層１からクラツド層３
を介して射出する射出光、１２は観察者である。 次に、第１図ａ及び第２図ａに従つて、本発明
に係る光学素子の基本的な光変調原理や表示原理
である作動原理について説明する。コア層１が加
熱されてなくその屈折率が一様な時、比較的に屈
折率の低いクラツド層２，３によつて覆われた比
較的に屈折率の高い加熱されていないコア層１に
光７を入射すると、コア層１とクラツド層２また
は３との境界面で光７は全反射するため、光７は
これらの境界面で何回も全反射されてコア層１内
を伝播して他端へ進むことは光フアイバー（光導
波管とも称す）や薄膜光導波路の原理から公知の
ことである。この時、クラツド層３を介して隔て
られている観察者１２に、光７の漏れがあれば微
量の光は射出光８として到達するであろうが、実
際には光７は到達しない。 今、点線状に配設された発熱抵抗体４ａ，４ｂ
……のうち発熱抵抗体４ｂを通電加熱するためス
イツチ５ｂを第１図の如くオンする。この通電加
熱により、発熱抵抗体４ｂ近傍のクラツド層２の
部分及びコア層１の部分は熱伝導加熱されて沸騰
し、コア層１内にバブル６が形成されるこのバブ
ル６の表面で光７は屈折され、反射され、散乱さ
れる。 この結果、光７の内このバブル６に到達した光
の進路は乱され、従つて全反射の条件は打破られ
るから、もはやバブル６に達したこの光の少なく
とも一部は、コア層１内を伝播することなく、ク
ラツド層３を通過して射出光８として光学素子の
外部へ出る。この時、観察者１２は射出光８があ
たかも発熱抵抗体４ｂから射出しているかのよう
に視覚する。なお、観察者１２の代りに光センサ
ーを配置すれば光センサーがこの射出光８を検知
する。 この場合、発熱抵抗体４ａ，４ｂ……が微小な
点状であれば、この発熱抵抗体４ａ，４ｂ……が
通電加熱されることにより形成されるバブル６も
微小となる。この微小なバブル６により光７の進
路が乱されて光７の一部が射出光８として光学素
子から射出してくるので、観察者１２は発熱抵抗
体４ａ，４ｂ……が、点発光しているかのように
視覚する。これとは逆に、発熱抵抗体４ａ，４ｂ
……がある大きさをもつた任意の形状をしたもの
であれば、そのような形状が表示されたものとし
て観察者１２は認識する。 また、上記微小な点状の発熱抵抗体を点行列状
に区別されて配設されていれば、これらの発熱抵
抗体のうち一部が通電加熱されることにより、通
電加熱された発熱抵抗体によつて形成されたバブ
ルの点集合が織りなす形状によつて観察者に色々
な文字や画像を認識させることができる。 なお、バブル６は第１図ａに示したように１つ
でなく第１図ｂにバブル６′として示したように
複数形成して射出光８′として射出してもよい。
この場合、複数のバブル６′によつてより広く光
７の進路は乱されるので射出光８′の開口が広く
なる。 また、上記コア層の材料としての透光性液体の
基本組成分としては、水或は各種有機溶剤が単独
又は混合して用いられる。これに用いる各種有機
溶剤としては具体的にメチルアルコール、エチル
アルコール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロ
ピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、sec−
ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、イ
ソブチルアルコール、ペンチルアルコール、ヘキ
シルアルコール、ヘプチルアルコール、オクチル
アルコール、ノニルアルコール、デシルアルコー
ル等のアルキルアルコール；例えば、ヘキサン、
オクタン、シクロペンタン、ベンゼン、トルエ
ン、キシロール等の炭化水素系溶剤；例えば、四
塩化炭素、トリクロロエチレン、テトラクロロエ
チレン、テトラクロロエタン、ジクロロベンゼン
等のハロゲン化炭化水素系溶剤；例えば、エチル
エーテル、ブチルエーテル、エチレングリコール
ジエチルエーテル、エチレングリコールモノエチ
ルエーテル等のエーテル系溶剤；例えば、アセト
ン、メチルエチルケトン、メチルプロピルケト
ン、メチルアミルケトン、シクロヘキサノン等の
ケトン系溶剤；ギ酸エチル、メチルアセテート、
プロピルアセテート、フエニルアセテート、エチ
レングリコールモノエチルエーテルアセテート等
のエステル系溶剤；例えば、ジアセトンアルコー
ル等のアルコール系溶剤；例えば、ジメチルホル
ムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類；
トリエタノールアミン、ジエタノールアミン等の
アミン類；例えば、ポリエチレングリコール、ポ
リプロピレングリコール等のポリアルキレングリ
コール類；エチレングリコール、プロピレングリ
コール、ブチレングリコール、ヘキシレングリコ
ール、アルキレングリコール類；例えば、グリセ
リン等の多価アルコール；石油炭化水素溶剤等が
挙げられる。 また、コア層１を構成する透光性の液体の屈折
率はクラツド層２，３の屈折率よりも高いことが
必要不可欠の条件であり、クラツド層２，３の屈
折率は通常1.5未満であるので、上記の液体等の
中から屈折率の条件を満足させる具体的な液体の
１例を以下に掲げる。

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】 以上は一例であつて、本発明に係るコア層を組
成する液体は以上の液体に限定するものでないこ
とは当然である。 第３図は、第１図に示した光学素子のクラツド
層３の上部に隣接して光拡散層９を設けた他の光
学素子の一実施例の略面断面を示している。 第１図及び第２図ａに於いて、上記せるように
観察者には、バブル６によつて進路を乱された光
７の少なくとも一部の光、即ち、クラツド層３を
通過してくる射出光８を視覚することができる
が、この射出光８はバブル６の形態によつて幾分
指向性があるので、この射出光８を視覚すること
のできる視野角が限定される。従つて、第３図の
ようにクラツド層３上に光拡散層９が設けられて
いれば、クラツド層３を通過してきた光はこの光
拡散層９によつて散乱されるので、この散乱光を
視覚することのできる視野角は、非常に広くなる
ので観察者にとつては好ましい。 なお、上記これらの実施例において、発熱要素
４はクラツド層２の外部に設置する場合に限定す
るものではなく、本発明の上記目的に合致する限
りに於いて、発熱要素をクラツド層の内部または
内接して設けても良い。 更に、第１図に示した光学素子のA′−A″線に
沿つたコア層１及びクラツド層２，３の断面形状
は第２図ａのように平板状で示したが、第２図ｂ
に示したようにコア層１が円形断面状のものもあ
り、この場合、クラツド層２，３は一体となつて
おり、管状のクラツド層２″として示されている
（光導波管と称す）。上記せるようにコア層１とそ
れを覆うクラツド層２，３の断面形状の一般的な
ものは第２図に示したような円形状や平板状等が
あるが、本発明に於いてはこれらに限定されるも
のではない。 第４図は、発熱要素として赤外線吸収層を用い
た本発明に係る光学素子の基本構成を示す他の一
実施例の部分略画縦断面図である。 第４図に於いて１は、上記液体からなるコア
層、２，３はこのコア層１を覆つているクラツド
層、７はこのコア層１に入射してコア層１内を伝
播する可視領域の光、８は光７がクラツド層３を
介して外部に射出した射出光、１２は観察者であ
る。なお、コア層１の液体の屈折率はクラツド層
２，３の部材の屈折率より比較的高い。１０は発
熱要素としての赤外線吸収層で、クラツド層２の
外側全面に設けられている。６はコア層１の液体
が沸騰してコア層１内に形成されたバブルで、赤
外線１１が赤外吸収層１０に照射され、この照射
された部分の赤外線吸収層１０が発熱し、この熱
がクラツド層２を介してコア層１の一部分に伝え
られてコア層１が局部的に加熱されて沸騰して形
成された泡である。 次に、第４図を参照して、本発明に係る光学素
子の基本的な光変調原理や表示原理である作動原
理について説明する。 赤外線１１が赤外線吸収層１０に照射されてい
なく、従つてコア層１が加熱されてなく、その屈
折率が一様な時、コア層１に入射した光７は、コ
ア層１とクラツド層２または３との境界面で全反
射しながらコア層１内を伝播する。この時、光７
はクラツド層３を通過して観察者１２に到達しな
いので、観察者１２がこの光学素子を見た時、光
を視覚することができない。 今、赤外線１１が図示の如く赤外線吸収層１０
に照射されると、照射された部位の赤外線吸収層
１０は発熱する。この熱は、クラツド層２を介し
てコア層１に伝えられ、コア層１は沸騰が生じる
程度に加熱されてバルブ６が形成される。このバ
ブル６の表面によつて光７の一部は、散乱され、
屈折され、反射される。この結果、光７の内この
バブル６に到達した光の進路は乱され、コア層１
とクラツド層３との全反射条件が打破られてこの
光の少なくとも一部はコア層１内を伝播すること
なく、クラツド層３を通過して射出光８として光
学素子の外部へ射出して観察者１２に到達する。
この時、観察者１２には射出光８があたかも発熱
している部位の赤外線吸収層１０から射出してい
るかのように視覚する。なお、観察者の代りに光
センサーを配置すれば、不図示の光センサーの受
光面に射出光８が入射して光を検知することがで
きる。また、第１図乃至第４図に示した構成の光
学素子のクラツド層２もしくはクラツド層２と発
熱要素が透明であればバルブ６もしくは６′の形
態により光７の内この部分に到達した光の一部
は、図示省略してあるが、クラツド層２もしく
は、クラツド層２と発熱要素を通過する射出光も
ある。従つて、この場合光学素子の両側から射出
光を観察できる。 なお、第１図乃至第４図に示した構成の光学素
子のコア層１に形成されたバブル６は熱の供給を
断ち冷却（自然冷却または強制冷却のいかんを問
わない）されれば消滅するので、この部分に到達
した光７は再び全てコア層１とクラツド層２との
境界面で全反射されてコア層１内を伝播する。 なお、第１図乃至第４図に示した構成の光学素
子の実施例に於いて、発熱要素はクラツド層２の
外部に設置する場合に限定するものではなく、本
発明の上記目的に合致する限りに於いて、発熱要
素をクラツド層の内部またはコア層側に内接して
設けてもよいし、または、これらの組合わせでも
よい。また、後述のミラーの場合も同じである。 また、第１図乃至第４図に示した構成の光学素
子のクラツド層２の代りに基板に光反射性の金属
膜を施したミラーを用いてもよい。但し、この場
合、ミラー面をコア層１に接触もしくは近接する
ように配置すればよいことは明白である。 第５図は第１図及び第２図ｂに示した光導波管
の光路変調原理を応用した表示器の一実施例の部
分破砕概略構成斜視図である。 第５図に於いて、１３は基板で、これに縞状に
多数の発熱要素としての発熱抵抗体１４ａ，１４
ｂ，１４ｃ……１４ｋ（以下、発熱抵抗体１４と
称す。）が設けられている。これら発熱抵抗体１
４と直交する方向に長手方向を有し、縦及び横の
断面が第１図及び第２図ｂで示したコア層とクラ
ツド層を有する構成の多数の光導波管１５ａ，１
５ｂ，１５ｃ……１５ｎ（以下、光導波管１５と
称す）が密接して構成された光導波路パネルが発
熱抵抗体１４上に設けられている。１２″は可視
領域の波長を有するレーザビームで、図示矢印方
向に繰返し走査されて光導波管１５のいずれかの
コア層に順次入射する。１６はこれらレーザビー
ム１２″を除く上記せる構成要素で構成された表
示素子を示している。また、１５′ａ，１５″ａは
光導波管１５ａのコア層が沸騰が生じる程度に加
熱されて形成されたバブルである。 但し、それ以外の光導波管に形成されたバブル
は図示省略してある。 今、発熱抵抗体１４のいずもが通電加熱されて
いない時、光導波管１５のコア層は加熱されてい
ないので、第１図で上記したバブルは光導波管１
５のコア層に生じていない。従つて光導波管１５
の内、選択された光導波管のコア層に入射したレ
ーザビーム１２″は第１図で上記したコア層とク
ラツド層によつて全反射しながら光導波管内を伝
播して行き、その他端から射出する。 次に、発熱抵抗体１４ｃ，１４ｋのみが通電加
熱され、この時、レーザビーム１２″が光導波管
１５ａに入射した時、発熱抵抗体１４ｃ，１４ｋ
の通電加熱により、これら発熱抵抗体１４ｃ，１
４ｋと交差する光導波管１５のコア層にバブル
（光導波管１５ａにあつては、１５′ａ，１５″ａ）
が形成される。一方、光導波管１５ａに入射した
レーザビーム１２″は両バブル１５′ａ，１５″ａ
によつてその進路を第１図の説明で述べた如く
夫々乱され、その一部の光が図中矢印で示したよ
うに光導波管１５ａのクラツド層を通過して表示
素子１６の外部に表示光として射出してくる。 次に、発熱抵抗体１４の適当数を通電加熱し、
レーザビーム１２″を光導波管１５ｂに入射せし
めて光導波管１５ｂについて表示する。このこと
を次々と光導波管１５ｃ……１５ｎに繰返して表
示素子１６を一画面として２次元的に表示する。
なお、光導波管１５のコア層に形成されたバブ
ル、たとえば光導波管１５ａのコア層に形成され
たバブル１５′ａ，１５″ａと共に形成された他の
光導波管、たとえば光導波管１５ｂに形成された
バブルは、次の表示のためにレーザビーム１２″
が光導波管１５ｂに入射する時には、自然冷却も
しくは強制冷却を問わず冷却されて消滅してもと
の状態にもどつているので次の光導波管１５ｂの
表示の時には問題ない。すなわち、次の光導波管
１５ｂの表示の際に、発熱抵抗体１４ｃ，１４ｋ
上の対応点を表示したければ、再び発熱抵抗体１
４ｃ，１４ｋを通電加熱すればよいし、表示の必
要がなければ、１４ｃ，１４ｋを通電加熱しない
こととなる。 第６図は、第５図に示した表示素子に発光ダイ
オード素子列の光源を設けた表示器の一実施例の
概略構成斜視図である。 第６図に於いて、第５図の構成要素と同様に、
１３は基板１４は発熱抵抗体、１５は光導波管で
この入射面側に発光ダイオード１７ａ，１７ｂ，
１７ｃ……１７ｎから構成される発光ダイオード
素子列１７から発せられる光束が効率よく対応す
る光導波管１５の夫々に入射するように平板マイ
クロレンズアレイ１８が配置されている（但し、
この平板マイクロレンズアレイは必らずしも必要
でない）。なお、夫々の発光ダイオード１７ａ，
１７ｂ，１７ｃ……１７ｎは夫々の光導波管１５
ａ，１５ｂ，１５ｃ……１５ｎに夫々１箇づつ対
応しているものとする。 第６図の場合の表示動作も第５図の場合とまつ
たく同じで、発熱抵抗体１４の内、適当数が通電
加熱され、これらと交差している。光導波管１５
のコア層の部分にバブルが形成され、表示したい
対応する光導波管１５のいずれかに対応する発光
ダイオード素子列１７の発光ダイオードが発光し
て光を対応する光導波管に入射せしめる。これに
よつて、所定の光導波管のバブルによつて表示が
第１図及び第５図で説明した表示原理と同じ原理
で行なわれる。発光ダイオード素子列１７の発光
ダイオード１７ａ，１７ｂ，１７ｃ……１７ｎが
次々と発光走査されることにより表示素子１６が
１画面として２次元的に表示される。 もつとも、第６図の構成に於いては、逆に発熱
抵抗体の方を順次通電加熱せしめ、かつ加熱信号
に同調させて任意の複数の発光ダイオードを発光
せしめることによつても同様の表示が可能であ
る。 第７図は、第１図に示した光学素子を利用した
他の表示器の一実施例の部分破砕概略構成斜視図
である。 第７図に於いて、２２は比較的屈折率の低い平
板状の部材から構成される光透過性のクラツド層
で多数の溝が縞状に設けられている。２６は比較
的屈折率の低い薄い平板状の部材から構成される
クラツド層で、たとえば、クラツド層２２の溝の
ある側に熱融着等で重ねあわされてクラツド層２
２と一体化している。これによつて、クラツド層
２２の溝は、クラツド層２６により空洞化された
細長の空洞孔となつている。この多数の平行な細
長の空洞孔に上記コア層となるべき比較的に屈折
率の高い上記液体が充填されている。これらによ
つて、多数の平行な光導波孔２５ａ，２５ｂ，２
５ｃ……２５ｎ（以下、光導波孔２５と称す）が
形成されている。これらクラツド層２２，２６及
び光導波孔２５を総称して光導波路パネルと言
う。１３′は基板で、この上に縞状に多数の発熱
抵抗体２３ａ，２３ｂ，２３ｃ……２３ｋ（以下、
発熱抵抗体２３と称す）が設けられている。この
発熱抵抗体２３上に直交するように上記光導波孔
２５が設けられている。 このような光導波路パネルを作成するさらに別
の有効な手段としては基板１３′上に配設される
発熱抵抗体２３上にSi₂等の低屈折率誘電体を
被膜してクラツド層２６を形成し、その後、基板
１３′と溝が形成されているクラツド層２２とを
接合して作成する方法もある。 ２７はクラツド層２２上に設けられた光拡散層
で、たとえば、クラツド層２２の上面の状態を細
かい凹凸状にしたものである。この光導波孔２５
の長手方向に沿つた断面は、第３図に示した断面
とまつたく同じである。これら上記の構成要素に
よつて表示素子２１は構成されている。この光導
波孔２５の入射面側に平板マイクロレンズアレイ
２０を介して発光ダイオード１９ａ，１９ｂ，１
９ｃ……１９ｎからなる発光ダイオード素子列１
９が配置されている。 この第７図に示した表示動作も第５図と第６図
で述べた動作とまつたく同じである。即ち、発熱
抵抗体２３の内、選択された発熱抵抗体が通電加
熱し、この通電加熱している発熱抵抗体と交差し
ている光導波孔２５のコア層の部分にこのコア層
が沸騰して第１図で述べたバブルがこのコア層に
形成される。この時、選択された発光ダイオード
素子列１９の発光ダイオードが発光して選択され
た光導波孔のコア層に光を入射せしめる。これに
よつて、選択された光導波孔のコア層の上記バブ
ルによつて第１図で述べたと同じくコア層とクラ
ツド層の境界によつて全反射されながら伝播して
きた光の内バブルに達した光の進路が乱されて、
その光の少なくとも一部がクラツド層２２を通過
して、この光は光拡散層２７によつて光散乱され
て表示光として表示素子２１から射出する。この
ように、発熱抵抗体２３を適当に選択して通電加
熱し、これにタイミングをあわせて発光ダイオー
ド素子列１９の発光ダイオード１９ａ，１９ｂ，
１９ｃ……１９ｎのいずれかを選択して点表示
し、この動作を次々と繰返すことにより表示素子
２１を一画面として２次元的に表示することがで
きる。なお選択された光導波孔のコア層に形成さ
れたバブルは、次の光走査の直前時には冷却され
て消滅しているので次の表示には差支えない。 なお、上記第５図乃至第７図の構成に於いて、
実際上は発熱抵抗体は密度８本／mm〜16本／mmが
製造可能であり、光導波管の密度は８本／mm〜20
本／mmが、また光導波孔の密度は８本／mm〜16
本／mmが製造可能である。 第８図は本発明の応用例としての表示装置全体
のブロツク図である。 第８図に於いて、第６図及び第７図に構成を示
した表示素子の各構成要素をマトリツクス駆動す
る例について更に詳しく説明する。３２は行軸選
択回路で、行軸駆動回路３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ
……３４Ｚと信号線により電気的に結合されてお
り、更に、行軸駆動回路３４Ａは発光ダイオード
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ……３４ｚの発光ダイオ
ード３４ａに、行軸駆動回路３４Ｂは発光ダイオ
ード３４ｂに、以下同じく行軸駆動回路３４Ｃは
発光ダイオード３４ｃに……行軸駆動回路３４Ｚ
は発光ダイオード３４ｚに夫々結合している。列
軸選択回路３１と列軸駆動回路３３Ａ，３３Ｂ…
…３３Ｚ及び発熱抵抗体３６ａ，３６ｂ……３６
ｚとの相互の関係についても同様である。画像制
御回路３０は行軸選択回路３２及び列軸選択回路
３１と信号線により電気的に結ばれている。３５
ａ，３５ｂ，３５ｃ……３５ｚは発光ダイオード
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ……３４ｚの夫々に対応
して設けられた、たとえば、第１図乃至第３図に
示した基本構成の光導波路である。３０は画像制
御回路で、画像制御信号を出力することによつて
行軸選択回路３２が行軸としての光導波路３５
ａ，３５ｂ，３５ｃ……３５ｚのどの光導波路を
選択すべきかを指令し、列軸選択回路３１に対し
ても列軸選択回路が列軸としての発熱抵抗体３６
ａ，３６ｂ……３６ｚのどの発熱抵抗体を選択す
べきかを指令する。 ここで、発光ダイオード３４ａ，３４ｂ，３４
ｃ……３４ｚは第６図及び第７図に示した発光ダ
イオードに対応し、光導波路３５ａ，３５ｂ，３
５ｃ……３５ｚは第６図及び第７図に示した光導
波管もしくは光導波孔に対応し、発熱抵抗体３６
ａ，３６ｂ……３６ｚは第６図及び第７図に示し
た発熱抵抗体に対応している。 次に、第８図を参照して、たとえば第６図及び
第７図の表示器を駆動する動作説明をする。画像
制御回路３０からの指令信号により行軸駆動回路
３４Ａが選択されれば、行軸駆動回路３４Ａは一
定時間導通状態となり、その間発光ダイオード３
４ａは発光する。発光ダイオード３４ａから発光
する光は、光導波路３５ａに導かれる。次に、行
軸駆動回路３４Ｂが選択されれば、同様に、発光
ダイオード３４ｂが発光し、その光は、光導波路
３５ｂに導かれる。かくして、夫々の光導波路３
５ａ，３５ｂ，３５ｃ……３５ｚに対して光は線
順次走査される。一方、画像制御回路３０からの
画像制御信号の一つであるビデオ信号が列軸選択
回路３１に入力されると、その指令を受けて列軸
選択回路３１は所定の列軸としての発熱抵抗体を
選択する。例えば、列軸選択回路３１が発熱抵抗
体３６ａ，３６ｚを選択すれば、列軸駆動回路３
３Ａ，３３Ｚは列軸選択回路３１から発せられた
３３Ａ列、３３Ｚ列選択信号を受けて発熱抵抗体
３６ａ，３６ｚを通電加熱する。これによつて、
発熱抵抗体３６ａ，３６ｚと交差している光導波
路３５ａ，３５ｂ，３５ｃ……３５ｚのコア層の
部分は沸騰が生じる程度に加熱されてバブルが生
じる。なお、このバブルは、発熱抵抗体３６ａ，
３６ｚへのオフ信号によつて通電が遮断されると
冷却されて、消滅しもとの状態に戻る。かくし
て、行軸の選択、例えば、光導波路３５ａと列軸
の選択が同期してなされれば、本例の場合、選択
されて通電加熱している発熱抵抗体３６ａ，３６
ｚと選択された光導波路３５ａとの交叉点（選択
点）３５ａ，３６ａ及び３５ａ，３６ｚの両者か
ら夫々光が射出する。このように、画像制御回路
３０の信号指令により行軸としての光導波路３５
ａ，３５ｂ，３５ｃ……３５ｚ及び列軸としての
発熱抵抗体３６ａ，３６ｂ……３６ｚを適宜選択
して上記のように動作させることにより２次元表
示を行うことができる。 なお、上記せるような発熱抵抗体の素材として
は、硼化ハフニウムや窒化タンタル等に代表され
る金属化合物やインジウム・テインオキサイド
（略称I.T.）等の透明導電体をあげることがで
きる。 第９図は、第１図で上記せる光学素子の光路変
調原理を応用した表示器の他の実施例の部分破砕
概略構成斜視図である。 第９図に於いて、４６は光導波路パネルとして
の平板状光導波路で、比較的に屈折率の低い平板
状の部材から構成されるクラツド層４３，４５と
これらクラツド層４３，４５間に介在する第１図
の説明で述べた液体等からなる比較的に屈折率の
高いコア層４４とから構成され、その断面は発熱
要素を除き第１図及び第２図ａとまつたく同じで
ある。４０は線状光源で、これから発せられた照
明光束４２はシリンドリカルレンズ４１を介して
収束されてコア層４４の一端部に入射している。
４７は発熱要素で、その詳細な構成は第１０図に
示されている。４８ａ，４８ｂ，４８ｃ……４８
ｌは列導線、４９ａ，４９ｂ……４９ｋは行導線
で、これらは良好な導電性の金属膜で構成されて
おり、これら列導線４８ａ，４８ｂ，４８ｃ……
４８ｌ（以下、列導線４８と略称する）と行導線
４９ａ，４９ｂ……４９ｋ（以下、行導線４９と
略称する）との夫々の交差点間には発熱抵抗体と
しての発熱抵抗素子が介在している。第１０図は
上記発熱要素４７の部分破砕斜視図で、４９ａ，
４９ｂ，４９ｃ，４９ｄは上記行導線、４８ａ，
４８ｂ，４８ｃ，４８ｄは上記列導線である。こ
れら行導線４９と列導線４８は夫々ほぼ直角に交
差しており、これら交差部に発熱抵抗素子が介在
している。たとえば、行導線４９ａと列導線４８
ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄとの交差部分には
夫々発熱抵抗素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０
ｄが夫々介在している。以下、発熱抵抗素子全体
を指し示す時、発熱抵抗素子５０と言う。なお、
発熱抵抗素子５０のない行導線４９と列導線４８
との間には不図示の非導電性の膜、たとえば
SiO₂等からなる膜が設けられている。 次に、第９図及び第１０図を参照して本発明に
係る表示装置の動作説明をする。線状光源４０か
らの照明光束４２はシリンドリカルレンズ４１を
介して平板状行導波路４６のコア層４４の一端部
から入射する。コア層４４が発熱要素４７によつ
て加熱されてない時には、この照明光束４２は第
１図で述べた原理と同じくコア層４４内を伝播し
てコア層４４の他端部から射出する。今、行導線
４９の内、適当な行導線が選択され、列導線４８
の内、適当な列導線が選択されたとすると、この
選択された行導線と列導線の交差部にある発熱抵
抗素子は通電加熱される。たとえば、行導線４９
ａが選択され、列導線４８ｂ，４８ｄが選択され
て、これら行導線４９ａと列導線４８ｂ，４８ｄ
間に電圧がかけられたとする。この時、行導線４
９ａと列導線４８ｂ，４８ｄとの夫々の交差部分
に位置する、発熱抵抗素子５０ｂ，５０ｄは通電
加熱する。この熱は、この発熱抵抗素子５０ｂ，
５０ｄ上のクラツド層４３を介してコア層４４の
部分に伝わる。これによつて、コア層４４は発熱
抵抗素子５０ｂ，５０ｄにより部分的に２箇所加
熱されて沸騰し第１図に示したようなバブルが形
成される。この不図示のバブルによりコア層４４
内を伝播してきた照明光束４２の内バブルに到達
した照明光束の少なくとも一部は、第１図で説明
したように、その進路を乱されてクラツド層４５
を通過して表示素子４６の外部に表示光としての
射出光として射出する。このようにして、行導線
４９と列導線４８を適当に選択することにより２
次元表示が可能となる。 なお、上記表示器を駆動する回路構成及び動作
は、第８図において示した発光ダイオード３４
ａ，３４ｂ，３４ｃ……３４ｚ光導波路３５ａ，
３５ｂ，３５ｃ……３５ｚ及び発熱抵抗体３６
ａ，３６ｂ……３６ｚを取除き、行軸駆動回路３
４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ……３４Ｚに第９図に示し
た行導線４９の夫々を接続し、また列軸駆動回路
３３Ａ，３３Ｂ……３３Ｚに第９図に示した列導
線４８の夫々を接続することによつて第８図で説
明したと同様な動作で第９図に示した表示装置を
駆動することができる。 また、第１０図の行導線４９及び列導線４８の
かわりに発熱抵抗体を設け、発熱抵抗素子５０の
代りに熱伝導性でしかも絶縁性の部材を設けて発
熱要素を構成してもよい。この場合、発熱してい
る行軸及び列軸の両発熱抵抗体が交差している部
分が特に加熱されるので、この加熱部分上のコア
層に第１図に示したようなバブルが形成される。
交差部分以外の発熱している発熱抵抗体の片方に
よつて加熱されているコア層は沸騰せず、したが
つてバブルは形成されないので表示に差支えな
い。 第１１図は、第４図で上記せる光学素子の光路
変調原理を応用した表示器の一実施例の概略構成
斜視図である。 第１１図に於いて、５８は断面が第４図に示し
た光学素子と同様な構成の表示素子としての平板
状光導波路で、赤外線吸収層５４、比較的に屈折
率の低い平板状の部材からなる熱伝導性のクラツ
ド層５５、比較的に屈折率の高い上記液体等から
構成されるコア層５６、比較的に屈折率の低い平
板状の部材からなる透光性のクラツド層５７がこ
の順に積層されて構成されている。但し、上記平
板状光導波路５８から赤外線吸収層５４を除いた
部分を光導波路パルスと称す。５１は照明用の線
状光源、５２はシリンドリカルレンズで、線状光
源５１からの照明光束５３を収束させて平板状光
導波路５８のコア層５６に導くためのものであ
る。６２は、不図示の輻射線発生手段（例えば、
後述のレーザ発振器等から構成されている輻射線
発生手段）から発せられる赤外線ビームである。
この赤外線ビーム６２は平板状光導波路５８の赤
外線吸収層５４上を軌跡６１として示すように２
次元走査される。なお赤外線ビーム６２は、映像
情報信号によつて変調をうけているものとする。
５９はバブルで、赤外線ビーム６２を照射した部
位の赤外線吸収層５４が発熱し、この熱がクラツ
ド層５５を介してコア層５６の一部分に伝達さ
れ、コア層５６の一部分が沸騰が生じる程度に加
熱されることにより形成されたバブルである。６
０はコア層５６内を伝播する照明光束５３の内、
バブル５９に到達した光が進路を乱されて、この
少なくとも一部分の光がクラツド層５７を介して
平板状光導波路５８の外部に射出した表示光とし
ての射出光である。 次に、第１１図に示した表示器の動作について
説明する。線状光源５１からシリンドリカルレン
ズ５２を介して照明光束５３を平板状光導波路５
８のコア層５６に収束して入射せしめる。赤外線
ビーム６２が赤外吸収層５４に照射されていな
く、コア層５６内にバブル５９がまつたく形成さ
れていない時、コア層５６内に入射した照明光束
５３はコア層５６とクラツド層５５または５７と
の屈折率の差による全反射境界面で繰返し全反射
されて平板状光導波路５８のコア層５６内を伝播
してコア層５６の他端に達して射出する。この状
態で、変調された赤外線ビーム６２が軌跡６１を
描きながら赤外線吸収層５４の下面を照射する。 今、赤外線ビーム６２が軌跡６１を描きながら
図示の部分の赤外線吸収層５４を照射したとす
る。赤外線吸収層５４はこれによつて加熱し、こ
の熱はクラツド層５５を介してコア層５６に伝え
られて、コア層５６の一部分が沸騰しコア層５６
に第４図で説明したようなバブル５９が形成され
る。上記のようにコア層５６内を伝播している照
明光束５３の一部分がこのバブル５９に達する
と、この光束の進路がバブル５９によつて第４図
で述べた如く乱される。この進路を乱された光束
の一部分は第４図で説明した如くクラツド層５７
を通過して表示光としての射出光６０として平板
状光導波路５８の外部に射出する。なお、コア層
５６内に形成されたバブル５９を形成した部分に
該当する赤外線吸収層５４の部分に赤外線ビーム
６２が照射されなくなり、熱の供給が断たれる
と、このバブル５９は自然冷却であると強制冷却
であるとを問わず冷却されて消滅するので表示光
としての射出光６０はクラツド層５７から射出し
なくなる。このようにして、赤外線ビーム６２の
光変調に応じて多数のバブルがコア層５６内に形
成されて、平板状光導波路５８を一画面としての
２次元表示が可能となるわけである。 また、光導波効率を高めるために平板状光導波
路５８の代りに発熱要素の部分は異なるが第２図
ｂ及び第５図、第６図に示したような管状の光導
波管を密接して横一列に並べたものを使用しても
よいし、第７図に示したような光導波孔を用いて
もよいことは勿論である。 第１２図は、第１１図に示したような表示器等
に赤外線ビームを走査する、走査機構の一実施例
の斜視図である。 第１２図に於いて、レーザ光源としてのレーザ
発振器６３から出力された赤外線ビーム６７は薄
膜導波路型偏向器６４及びレンズ６５を通過した
後、ガルバノミラー６６で反射されながら、たと
えば第１１図に示した平板状光導波路５８の赤外
線吸収層５４に相当する表示素子６８の赤外線吸
収層６９の面を高速走査する。なお、ガルバノミ
ラー６６は、矢印ａ方向の光の走査に寄与し、薄
膜導波路型偏向器６４は矢印ｂ方向の光の走査に
寄与する。また、ガルバノミラー６６と薄膜導波
路型偏向器６４の内どちらか一方が水平スキヤナ
ーであり他方は垂直スキヤナーとなる。 この他にも、ガルバノミラーとポリゴンを組み
合わせた２次元走査機構があげられる。 第１３図は、本発明に係る応用例としての表示
装置、特には変調された赤外線ビームを利用した
表示装置全体のブロツク図である。 ７０は映像信号を発生する映像発生回路、７１
は映像信号を制御してこの信号を映像増幅回路７
３及び水平、垂直駆動回路７２に与えるための制
御回路、７５はレーザ光源、７４はレーザ光源か
らの赤外線ビームを映像増幅回路７３からの信号
に従つて変調する光変調器、光変調器７４により
変調された光は、水平スキヤナー７６もしくは垂
直スキヤナー７７に入射する。また、水平スキヤ
ナー７８、垂直スキヤナー７７は水平及び垂直駆
動回路７２による夫々映像信号に同期した駆動信
号をうけて動作する。このスキヤナーからの赤外
線ビームは表示素子７９の赤外線吸収層に入射す
る。また、表示素子７９のコア層に照明光源８０
からの光が入射するよう構成している。走査機構
７６の具体的構成は第１２図に一例として部分的
に示され、表示器８１の具体的構成は第１１図に
一例として示されている。 映像発生回路７０より出力された映像信号は制
制回路７１を介して映像増幅回路７３で増幅され
る。増幅された映像信号の入力により光変調器７
４は駆動し、レーザ光源７５より出射される赤外
線ビームを変調する。一方、制御回路７１より水
平同期信号及び垂直同期信号が出力され、水平、
垂直駆動回路７２を介して夫々水平スキヤナー７
８及び垂直スキヤナー７７を駆動する。このよう
にして表示素子７９のコア層内にバブルからなる
熱的２次元像が形成される。この後の表示器８１
の構成動作については前述した第１１図で上記し
た通りでありここでは簡単のため省略する。な
お、TV電波を受信する場合には映像発生回路７
０に代えて受信機を用いればよい。 また、第５図乃至第７図及び第９図乃至第１１
図に示した表示器の発熱要素としての発熱抵抗体
や赤外線吸収層を光導波路パネルのクラツド層内
部に設けたり、光導波路パネルのコア層とクラツ
ド層の境界部に設けたりすることにより発熱要素
を光導波路パネルに内包することもできる。この
場合、たとえコア層とクラツド層の境界部に発熱
要素を設けたとしても、発熱要素が発熱してコア
層を加熱していない時、コア層内を伝播する光の
コア層と発熱要素との間での全反射条件が満足さ
れていれば、第１図乃至第４図に示した光変調原
理や表示原理と同様の動作で表示器の表示が可能
となる。 なお、バブルの発生による圧力の上昇を吸収な
いしは緩和する手段として、不図示のよく知られ
た圧力吸収手段ないしは圧力緩和手段を別途設け
ることが好適である。 以上に詳説した通り、本発明に於いては、主要
な効果として、 １ 微小な蒸気泡の１個を表示画素単位として高
密度に配列することが可能であるから、高解像
度の画像表示ができる。 ２ 表示画素としての蒸気泡の液層中での存続時
間を調節することによつて、静止画、又は、ス
ローモーシヨンを含む動画の表示が容易にでき
る。 ３ 光学素子の構造が比較的、簡略であるから、
その生産性に優れているし、素子の耐久性が高
く信頼性に優れている。 ４ 広範な駆動方式に適応できる。 ５ 自照式であるためにコントラストがよく、視
認性のよい表示を行うことができる。 こと等を挙げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光変調素子又は表示素子
としての光学素子の作動原理を説明するための略
画断面図、第２図ａ及びｂは第１図に示した光学
素子の略画横断面図、第３図は第１図に示した光
学素子に光拡散層を設けた光学素子の略画断面
図、第４図は、本発明に係る光変調素子又は表示
素子としての光学素子の他の作動原理を説明する
ための略画断面図、第５図乃至第７図は本発明の
応用例としての表示器等の概略構成斜視図、第８
図は本発明の応用例としての表示装置のブロツク
図、第９図は本発明の応用例としての表示器の概
略構成斜視図、第１０図は第９図の表示器に用い
る発熱要素の部分概略構成斜視図、第１１図は、
本発明の応用例としての表示器等の概略構成斜視
図、第１２図は第１１図に示した表示素子に用い
る２次元走査機構の概略構成斜視図、第１３図
は、本発明の応用例としての表示装置のブロツク
図である。 １，４４，５６……コア層、２，３，２２，２
６，４３，４５，５５，５７，２″……クラツド
層、４，４７……発熱要素、４ａ，４ｂ，……１
４，２３，３６ａ，３６ｂ，……３６ｚ……発熱
抵抗体、５……スイツチ、６，１５′ａ，１５″
ａ，５９，６′……バブル、７……（可視領域の）
光、８，６０，８′……射出光、９，２７……光
拡散層、１０，５４……赤外線吸収層、１１……
赤外線、１２……観察者、１５……光導波管、１
７ａ，１７ｂ……１７ｎ……発光ダイオード、１
９ａ，１９ｂ……１９ｎ……発光ダイオード、２
５……光導波孔、３０……画像制御回路、３１…
…列輻選択回路、３２……行軸選択回路、３３
Ａ，３３Ｂ，……３３Ｚ……列軸駆動回路、３４
Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ……３４Ｚ……行軸駆動回
路、３４ａ，３４ｂ，３４ｃ……３４ｚ……発光
ダイオード、３５ａ，３５ｂ，３５ｃ……３５ｚ
……光導波路、４０，５１……線状光源、４９…
…行導線、４８……列導線、５０……発熱抵抗素
子、６２……赤外線ビーム、７０……映像発生回
路、７１……制御回路、７２……水平、垂直駆動
回路、７３……映像増幅回路、７４……光変調
器、７５……レーザ光源、７７，７８……水平、
垂直スキヤナー、７９……表示素子、８０……照
明光源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ クラツド層とこれに被覆された前記クラツド
   層に比較して高屈折率の液体層とを基本構成とす
   る光導波パネルと、前記液体層の一部を加熱して
   蒸気泡を発生させる発熱要素と、前記液体層に入
   射させる光の光源とを有し、前記光源より前記液
   体層に導入した光を前記蒸気泡により変調して前
   記クラツド層を介して前記パネル外に出射させる
   ことを特徴とする光学素子。 ２ クラツド層とこれに被覆された前記クラツド
   層に比較して高屈折率の液体層とを基本構成とす
   る光導波パネルと、前記液体層の一部を加熱して
   蒸気泡を発生させる発熱要素と、前記液体層に入
   射させる光の光源とを有する光学素子を使用し、
   前記光源より前記液体層に導入した光を前記蒸気
   泡により変調して前記クラツド層を介して前記パ
   ネル外に出射させた光により表示を行うことを特
   徴とする表示方法。