JPH0862619A

JPH0862619A - 複素誘電率傾斜型空間光変調素子

Info

Publication number: JPH0862619A
Application number: JP20174494A
Authority: JP
Inventors: Kuniharu Takizawa; 國治滝沢; Hiroshi Kikuchi; 宏菊池
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 1994-08-26
Filing date: 1994-08-26
Publication date: 1996-03-08

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は素子自体の解像度を大幅に向上させ
て、素子自体や各光学系を大型化することなく、高精細
画像を表示し、これによって投射型ディスプレィや画像
処理装置自体を大型化することなく、かつ製作コストを
増大させることなく画像の高精細化を達成する。【構成】第１透明電極３、光導電層４、光吸収層５、
誘電体多層膜ミラー６、光変調層７および第２透明電極
８を積層して形成される空間光変調素子において、前記
光変調層７の複素誘電率の絶対値が、前記誘電体多層膜
ミラー６の複素誘電率の絶対値よりも、大きくならない
ように、これら光変調層７の複素誘電率と、誘電体多層
膜ミラー６の複素誘電率とを設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は第１透明電極、光導電
層、光吸収層、誘電体多層膜ミラー、光変調層および第
２透明電極を積層した空間光変調素子、もしくは第１透
明電極、光導電層、誘電体多層膜ミラー、光変調層およ
び第２透明電極を積層した空間光変調素子に係わり、特
に前記光変調層の複素誘電率の絶対値が、前記誘電体多
層膜ミラーの複素誘電率の絶対値よりも、大きくならな
いように、これら光変調層の複素誘電率と、誘電体多層
膜ミラーの複素誘電率とを設定することにより、書込み
光の形式で入射される画像やデータパターンのような２
次元情報を取り込むとともに、入射された読み出し光に
基づき、前記２次元情報を高精細に表示する複素誘電率
傾斜型空間光変調素子に関する。

【０００２】［発明の概要］本発明は第１透明電極、光
導電層、光吸収層、誘電体多層膜ミラー、光変調層およ
び第２透明電極を積層した空間光変調素子、もしくは第
１透明電極、光導電層、誘電体多層膜ミラー、光変調層
および第２透明電極を積層した空間光変調素子に関する
もので、特に前記光変調層の複素誘電率の絶対値が、前
記誘電体多層膜ミラーの複素誘電率の絶対値よりも、大
きくならないように、これら光変調層の複素誘電率と、
誘電体多層膜ミラーの複素誘電率とを設定することによ
り、高い解像度を持つ画像を表示できるようにしたもの
である。

【０００３】

【従来の技術】書込み光の形式で入射される画像やデー
タパターンのような２次元情報を取り込むとともに、入
射された読み出し光に基づき、前記２次元情報を高精細
に表示する空間光変調素子として、従来、米国特許Ｎ
ｏ．４１２７３２２号に示す素子や文献（Rodony D.Ste
rling, Robert D.Te Kolste, Joseph M.Haggerty, Thom
asC.Borah and William P.Bleha: “Video-rate liquid
-crystal light-valve using an amorphous silicon ph
otoconductor"SID 90 Digest pp.327-329(1990)）に示
す素子が知られている。

【０００４】同特許明細書および同文献で示されている
空間光変調素子は図１１に示す如くファイバープレート
基板１０１と、第１透明電極１０２と、光導電層１０３
と、光吸収層１０４と、誘電体多層膜ミラー１０５と、
第１配向層１０６と、ネマチック液晶層１０７と、第２
配向層１０８と、第２透明電極１０９と、石英基板１１
０とを順次、密着積層して形成した素子であり、交流電
源１１１によって第１透明電極１０２と、第２透明電極
１０９との間に交流電圧を印加した状態で、ファイバー
プレート基板１０１側に光情報を含む書込み光１１２を
入射させることにより、前記光導電層１０３の抵抗値を
変化させてシール層１１３で密封されたネマチック液晶
層１０７に光情報を２次元的に書込み、石英基板１１０
側に入射される読み出し光１１４によって前記ネマチッ
ク液晶層１０７に書き込まれている情報を読み出し、こ
れを表示光１１５として出射させる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の空間光変調素子においては、次に述べるような
問題があった。

【０００６】すなわち、光導電層１０３および光吸収層
１０４、誘電体多層膜ミラー１０５、ネマチック液晶層
１０７が全て薄膜で構成されているにもかかわらず、空
間光変調素子の解像度が低い。

【０００７】例えば、前記文献では、この文献内の図６
に示されるように、空間光変調素子を構成する光導電層
１０３上の１ｍｍ幅の間に、光情報として白黒１組の格
子を書込み、かつ第１配向層１０６、ネマチック液晶層
１０７、第２配向層１０８によって構成される液晶光変
調層１１６のネマチック液晶層１０７から読み出すこと
ができる格子数の最大値を限界解像度として定義し、こ
れをｌｐ（line pairs）／ｍｍと表わすとき、その限界
解像度を３０ｌｐ／ｍｍ程度以上にすることが難しい。
このため、２インチ以上の対角長を持つ大型の空間光変
調素子にしなければ、高精細画像を表示することができ
ないという問題があった。

【０００８】さらに、このように、空間光変調素子を大
型化すると、この空間光変調素子に画像を書き込む光学
系やこの空間光変調素子から画像を読み出す光学系も大
型化してしまうので、空間光変調素子を用いた投射型デ
ィスプレィや画像処理装置全体が大型化してしまうとと
もに、製作コストが増大してしまうという問題があっ
た。

【０００９】本発明は上記の事情に鑑み、素子自体の解
像度を大幅に向上させて、素子自体や各光学系を大型化
することなく、高精細画像を表示することができ、これ
によって投射型ディスプレィや画像処理装置自体を大型
化することなく、かつ製作コストを増大させることな
く、画像の高精細化を達成することができる複素誘電率
傾斜型空間光変調素子を提供することを目的としてい
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、請求項１の複素誘電率傾斜型空間光変調
素子では、第１透明電極、光導電層、光吸収層、誘電体
多層膜ミラー、光変調層および第２透明電極を積層して
形成され、前記第１透明電極と前記第２透明電極との間
に繰り返し電圧を印加しながら、前記第１透明電極側か
ら入射された書込み光に基づき、前記光導電層のインピ
ーダンスを変化させて前記光変調層の状態を変化させ、
前記第２透明電極側から入射された読み出し光を前記光
変調層によって２次元的に変調しながら、誘電体多層膜
ミラーによって反射して前記第２透明電極側から出射さ
せる空間光変調素子において、前記光変調層の複素誘電
率の絶対値が、前記誘電体多層膜ミラーの複素誘電率の
絶対値よりも、大きくならないように、前記光変調層の
複素誘電率と、前記誘電体多層膜ミラーの複素誘電率と
を設定することを特徴としている。

【００１１】また、請求項２の複素誘電率傾斜型空間光
変調素子では、第１透明電極、光導電層、誘電体多層膜
ミラー、光変調層および第２透明電極を積層して形成さ
れ、前記第１透明電極と前記第２透明電極との間に繰り
返し電圧を印加しながら、前記第１透明電極側から入射
された書込み光に基づき、前記光導電層のインピーダン
スを変化させて前記光変調層の状態を変化させ、前記第
２透明電極側から入射された読み出し光を前記光変調層
によって２次元的に変調しながら、誘電体多層膜ミラー
によって反射して前記第２透明電極側から出射させる空
間光変調素子において、前記光変調層の複素誘電率の絶
対値が、前記誘電体多層膜ミラーの複素誘電率の絶対値
よりも、大きくならないように、前記光変調層の複素誘
電率と、前記誘電体多層膜ミラーの複素誘電率とを設定
することを特徴としている。

【００１２】また、請求項３では、請求項１、２のいず
れかに記載の複素誘電率傾斜型空間光変調素子におい
て、前記光変調層として、ネマチック液晶、コレステリ
ック液晶、スメクチック液晶、これらネマチック液晶、
コレステリック液晶、スメクチック液晶の混合物によっ
て構成される群のいずれか１つ以上の液晶を選択して用
いることを特徴としている。

【００１３】また、請求項４では、請求項１、２のいず
れかに記載の複素誘電率傾斜型空間光変調素子におい
て、前記光変調層として、ネマチック液晶、コレステリ
ック液晶、スメクチック液晶、これらネマチック液晶、
コレステリック液晶、スメクチック液晶の混合物によっ
て構成される群のいずれか１つ以上の液晶の常光屈折
率、異常光屈折率または前記液晶がランダムに配向した
際の屈折率のいずれかと同等の屈折率を持つ樹脂中に前
記液晶を分散させた液晶・樹脂複合体、または前記液晶
中に前記樹脂を分散させた液晶・樹脂複合体のいずれか
一方を用いることを特徴としている。

【００１４】また、請求項５では、請求項１、２のいず
れかに記載の複素誘電率傾斜型空間光変調素子におい
て、前記光変調層として、ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａ
Ｏ₃、ＫＤＰ、ＤＫＤＰ、ＡＤＰ、ＫＴＰ、ＫＮｂ
Ｏ₃、Ｓｒ_xＢａ_1-xＮｂ₂Ｏ₆、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、
ＧａＰ結晶によって構成される群から選択された１つ以
上の電気光学結晶を用いることを特徴としている。

【００１５】また、請求項６では、請求項１、２のいず
れかに記載の複素誘電率傾斜型空間光変調素子におい
て、前記光導電層として、珪素、ゲルマニウム、炭素に
よって構成される群のいずれか１つ以上の元素からなる
アモルファス膜を用いることを特徴としている。

【００１６】また、請求項７では、請求項１、２のいず
れかに記載の複素誘電率傾斜型空間光変調素子におい
て、前記光導電層として、アモルファスシリコン膜、水
素化アモルファスシリコン膜、アモルファスシリコンカ
ーバイト膜、水素化アモルファスシリコンカーバイト
膜、アモルファスセレン膜、アモルファスＳｅＡｓ膜、
アモルファスＺｎＳ膜、アモルファスＣｄＳ膜、アモル
ファスＣｄＳｅ膜によって構成される群のいずれか１つ
以上の膜を用いることを特徴としている。

【００１７】また、請求項８では、請求項１、２のいず
れかに記載の複素誘電率傾斜型空間光変調素子におい
て、前記光導電層として、ＧａＡｓ結晶、ＧａＰ結晶、
Ｂｉ₁₂ＳｉＯ₂₀結晶、Ｂｉ₁₂ＧｅＯ₂₀結晶によって構成
される群から選択された１つ以上の結晶を用いることを
特徴としている。

【００１８】また、請求項９では、請求項１、２のいず
れかに記載の複素誘電率傾斜型空間光変調素子におい
て、前記光導電層として、フタロシアニン系顔料、アゾ
系顔料、多環キノン系顔料、ペリレン系顔料、ペリノン
系顔料、アントラキノン系顔料、インジゴ系顔料、チオ
インジゴ系顔料、ジオキサジン系顔料、アゾレーキ系顔
料、チアピリリウム系色素、キナクリドン系顔料、シア
ニン系色素、ピロル系顔料、ポルフィリン系顔料、アン
タントン系顔料、スクアリリウム色素、アズレニウム色
素、ＺｎＯ、ＴｉＯ、ＣｄＳあるいはＣｄＳｅを樹脂中
に分散させた材料を用いることを特徴としている。

【００１９】また、請求項１０では、請求項１、２のい
ずれかに記載の複素誘電率傾斜型空間光変調素子におい
て、前記光吸収層として、ＣｄＴｅ膜、ダイヤモンドラ
イクカーボン膜、珪素と炭素とゲルマニウムとから実質
的に構成されたアモルファス膜によって構成される群か
ら選択された１つ以上の膜を用いることを特徴としてい
る。

【００２０】また、請求項１１では、請求項１に記載の
複素誘電率傾斜型空間光変調素子において、前記光吸収
層として、無機顔料、有機顔料、カーボン、染料によっ
て構成される群から選択された１つ以上の材料を樹脂中
に分散させた樹脂複合体を用いることを特徴としてい
る。

【００２１】また、請求項１２では、請求項１に記載の
複素誘電率傾斜型空間光変調素子において、前記誘電体
多層膜ミラーとして、ＳｉＯ₂膜、ＴｉＯ₂膜、ＨｆＯ
₂膜、Ｔａ₂Ｏ₅膜、ＺｎＳ膜、Ａｌ₂Ｏ₃膜、Ｎａ₂
ＡｌＦ₆膜、ＭｇＦ₂膜、ＬａＦ₃膜、ＧｄＦ₃膜、Ｓ
ｍＦ₃膜、ＣｅＦ₃膜、ＺｒＯ₂膜、ＣｅＯ₂膜によっ
て構成される群から選択された２つ以上の膜を積層した
多層膜を用いることを特徴としている。

【００２２】

【作用】上記の構成において、請求項１の複素誘電率傾
斜型空間光変調素子では、第１透明電極、光導電層、光
吸収層、誘電体多層膜ミラー、光変調層および第２透明
電極を積層して形成され、前記第１透明電極と前記第２
透明電極との間に繰り返し電圧を印加しながら、前記第
１透明電極側から入射された書込み光に基づき、前記光
導電層のインピーダンスを変化させて前記光変調層の状
態を変化させ、前記第２透明電極側から入射された読み
出し光を前記光変調層によって２次元的に変調しなが
ら、誘電体多層膜ミラーによって反射して前記第２透明
電極側から出射させる空間光変調素子において、前記光
変調層の複素誘電率の絶対値が、前記誘電体多層膜ミラ
ーの複素誘電率の絶対値よりも、大きくならないよう
に、前記光変調層の複素誘電率と、前記誘電体多層膜ミ
ラーの複素誘電率とを設定することにより、素子自体の
解像度を大幅に向上させて、素子自体や各光学系を大型
化することなく、高精細画像を表示し、これによって投
射型ディスプレィや画像処理装置自体を大型化すること
なく、かつ製作コストを増大させることなく画像の高精
細化を達成する。

【００２３】また、請求項２の複素誘電率傾斜型空間光
変調素子では、第１透明電極、光導電層、誘電体多層膜
ミラー、光変調層および第２透明電極を積層して形成さ
れ、前記第１透明電極と前記第２透明電極との間に繰り
返し電圧を印加しながら、前記第１透明電極側から入射
された書込み光に基づき、前記光導電層のインピーダン
スを変化させて前記光変調層の状態を変化させ、前記第
２透明電極側から入射された読み出し光を前記光変調層
によって２次元的に変調しながら、誘電体多層膜ミラー
によって反射して前記第２透明電極側から出射させる空
間光変調素子において、前記光変調層の複素誘電率の絶
対値が、前記誘電体多層膜ミラーの複素誘電率の絶対値
よりも、大きくならないように、前記光変調層の複素誘
電率と、前記誘電体多層膜ミラーの複素誘電率とを設定
することにより、素子自体の解像度を大幅に向上させ
て、素子自体や各光学系を大型化することなく、高精細
画像を表示し、これによって投射型ディスプレィや画像
処理装置自体を大型化することなく、かつ製作コストを
増大させることなく画像の高精細化を達成する。

【００２４】また、請求項３では、請求項１、２のいず
れかに記載の複素誘電率傾斜型空間光変調素子におい
て、前記光変調層として、ネマチック液晶、コレステリ
ック液晶、スメクチック液晶、これらネマチック液晶、
コレステリック液晶、スメクチック液晶の混合物によっ
て構成される群のいずれか１つ以上の液晶を選択して用
いることにより、素子を構成する各要素を特定し、現存
する材料によって請求項１、２に示す効果を得る。

【００２５】また、請求項４では、請求項１、２のいず
れかに記載の複素誘電率傾斜型空間光変調素子におい
て、前記光変調層として、ネマチック液晶、コレステリ
ック液晶、スメクチック液晶、これらネマチック液晶、
コレステリック液晶、スメクチック液晶の混合物によっ
て構成される群のいずれか１つ以上の液晶の常光屈折
率、異常光屈折率または前記液晶がランダムに配向した
際の屈折率のいずれかと同等の屈折率を持つ樹脂中に前
記液晶を分散させた液晶・樹脂複合体、または前記液晶
中に前記樹脂を分散させた液晶・樹脂複合体のいずれか
一方を用いることにより、素子を構成する各要素を特定
し、現存する材料によって請求項１、２に示す効果を得
る。

【００２６】また、請求項５では、請求項１、２のいず
れかに記載の複素誘電率傾斜型空間光変調素子におい
て、前記光変調層として、ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａ
Ｏ₃、ＫＤＰ、ＤＫＤＰ、ＡＤＰ、ＫＴＰ、ＫＮｂ
Ｏ₃、Ｓｒ_xＢａ_1-xＮｂ₂Ｏ₆、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、
ＧａＰ結晶によって構成される群から選択された１つ以
上の電気光学結晶を用いることにより、素子を構成する
各要素を特定し、現存する材料によって請求項１、２に
示す効果を得る。

【００２７】また、請求項６では、請求項１、２のいず
れかに記載の複素誘電率傾斜型空間光変調素子におい
て、前記光導電層として、珪素、ゲルマニウム、炭素に
よって構成される群のいずれか１つ以上の元素からなる
アモルファス膜を用いることにより、素子を構成する各
要素を特定し、現存する材料によって請求項１、２に示
す効果を得る。

【００２８】また、請求項７では、請求項１、２のいず
れかに記載の複素誘電率傾斜型空間光変調素子におい
て、前記光導電層として、アモルファスシリコン膜、水
素化アモルファスシリコン膜、アモルファスシリコンカ
ーバイト膜、水素化アモルファスシリコンカーバイト
膜、アモルファスセレン膜、アモルファスＳｅＡｓ膜、
アモルファスＺｎＳ膜、アモルファスＣｄＳ膜、アモル
ファスＣｄＳｅ膜によって構成される群のいずれか１つ
以上の膜を用いることにより、素子を構成する各要素を
特定し、現存する材料によって請求項１、２に示す効果
を得る。

【００２９】また、請求項８では、請求項１、２のいず
れかに記載の複素誘電率傾斜型空間光変調素子におい
て、前記光導電層として、ＧａＡｓ結晶、ＧａＰ結晶、
Ｂｉ₁₂ＳｉＯ₂₀結晶、Ｂｉ₁₂ＧｅＯ₂₀結晶によって構成
される群から選択された１つ以上の結晶を用いることに
より、素子を構成する各要素を特定し、現存する材料に
よって請求項１、２に示す効果を得る。

【００３０】また、請求項９では、請求項１、２のいず
れかに記載の複素誘電率傾斜型空間光変調素子におい
て、前記光導電層として、フタロシアニン系顔料、アゾ
系顔料、多環キノン系顔料、ペリレン系顔料、ペリノン
系顔料、アントラキノン系顔料、インジゴ系顔料、チオ
インジゴ系顔料、ジオキサジン系顔料、アゾレーキ系顔
料、チアピリリウム系色素、キナクリドン系顔料、シア
ニン系色素、ピロル系顔料、ポルフィリン系顔料、アン
タントン系顔料、スクアリリウム色素、アズレニウム色
素、ＺｎＯ、ＴｉＯ、ＣｄＳあるいはＣｄＳｅを樹脂中
に分散させた材料を用いることにより、素子を構成する
各要素を特定し、現存する材料によって請求項１、２に
示す効果を得る。

【００３１】また、請求項１０では、請求項１、２のい
ずれかに記載の複素誘電率傾斜型空間光変調素子におい
て、前記光吸収層として、ＣｄＴｅ膜、ダイヤモンドラ
イクカーボン膜、珪素と炭素とゲルマニウムとから実質
的に構成されたアモルファス膜によって構成される群か
ら選択された１つ以上の膜を用いることにより、素子を
構成する各要素を特定し、現存する材料によって請求項
１、２に示す効果を得る。

【００３２】また、請求項１１では、請求項１に記載の
複素誘電率傾斜型空間光変調素子において、前記光吸収
層として、無機顔料、有機顔料、カーボン、染料によっ
て構成される群から選択された１つ以上の材料を樹脂中
に分散させた樹脂複合体を用いることにより、素子を構
成する各要素を特定し、現存する材料によって請求項
１、２に示す効果を得る。

【００３３】また、請求項１２では、請求項１に記載の
複素誘電率傾斜型空間光変調素子において、前記誘電体
多層膜ミラーとして、ＳｉＯ₂膜、ＴｉＯ₂膜、ＨｆＯ
₂膜、Ｔａ₂Ｏ₅膜、ＺｎＳ膜、Ａｌ₂Ｏ₃膜、Ｎａ₂
ＡｌＦ₆膜、ＭｇＦ₂膜、ＬａＦ₃膜、ＧｄＦ₃膜、Ｓ
ｍＦ₃膜、ＣｅＦ₃膜、ＺｒＯ₂膜、ＣｅＯ₂膜によっ
て構成される群から選択された２つ以上の膜を積層した
多層膜を用いることにより、素子を構成する各要素を特
定し、現存する材料によって請求項１、２に示す効果を
得る。

【００３４】

【実施例】

《基本原理の説明》まず、従来から知られている空間光
変調素子の解像度がなぜ低いのか、その原因を考えたと
ころ、ネマチック液晶層１０７の特性と、誘電体多層膜
ミラー１０５の特性とが適正な値に設定されていないた
めではないかという結論に達した。

【００３５】例えば、米国特許Ｎｏ．４１２７３２２号
では、空間光変調素子の製作に関する部分で、空間光変
調素子を製作するとき、光導電層１０３、光吸収層１０
４、誘電体多層膜ミラー１０５およびネマチック液晶層
１０７が以下に示す層厚を有することを主条件にしてい
る。

【００３６】まず、光導電層１０３の厚さを２〜２０μ
ｍにする（同特許明細書の８ページ第８行目から第１４
行目までの記述内容）。

【００３７】また、光吸収層１０４の厚さを１〜４μｍ
にする（同特許明細書の８ページ第５９行目から第６３
行目までの記述内容）。

【００３８】また、誘電体多層膜ミラー１０５の厚さを
１．５４μｍにする（同特許明細書の９ページ第３０行
目から第３５行目までの記述内容）。

【００３９】また、ネマチック液晶層１０７の厚さを１
〜１２μｍにする（同特許明細書の１０ページ第１行目
から第４行目までの記述内容）。

【００４０】さらに、米国特許Ｎｏ．４１２７３２２号
では、空間光変調素子を構成する光導電層１０３、光吸
収層１０４、誘電体多層膜ミラー１０５およびネマチッ
ク液晶層１０７が以下に示すシート抵抗あるいは比抵抗
を有することを主たる条件の他の１つにしている。

【００４１】まず、光を照射しない状態（暗状態）にお
いて、光導電層１０３のシート抵抗をネマチック液晶層
１０７のシート抵抗とほぼ同じにする（同特許明細書の
７ページ第６８行目から８ページの第４行目までの記述
内容）。

【００４２】また、暗状態にある光導電層１０３の比抵
抗を約１０¹⁰Ωｃｍにする（同特許明細書の８ページ第
８行目から第１４行目までの記述内容）。

【００４３】また、光吸収層１０４の比抵抗を約１０⁸
Ωｃｍにする（同特許明細書の８ページ第５９行目から
第６３行目までの記述内容）。

【００４４】また、誘電体多層膜ミラー１０５のシート
抵抗を１０¹⁰Ω／□以上にする（同特許明細書の９ペー
ジ第１５行目から第２０行目までの記述内容）。

【００４５】しかしながら、一般的には、液晶光変調層
１１６に液晶を用いる空間光変調素子を交流電圧で駆動
するため、空間光変調素子を構成する光導電層１０３、
光吸収層１０４、誘電体多層膜ミラー１０５および液晶
光変調層１１６などのシート抵抗もしくは比抵抗だけを
電気的パラメータとする同特許明細書の素子設計法は、
明らかに間違っている。

【００４６】したがって、交流電圧で駆動される空間光
変調素子の設計には、これら各層の比抵抗、誘電率およ
び駆動電圧の周波数を含む複素誘電率を電気的パラメー
タとして、前記各層の電気的特性を適正に定めることが
必要である。特に、高解像度の空間光変調素子を設計す
るためには、読み出し光１１４を制御する液晶光変調層
１１６およびこの液晶光変調層１１６に接する誘電体多
層膜ミラー１０５の複素誘電率を適正に定めなければな
らない。

【００４７】以下では、米国特許Ｎｏ．４１２７３２２
号に記載された空間光変調素子の実施例を用いて、上述
した空間光変調素子のネマチック液晶層１０７の複素誘
電率の絶対値と、誘電体多層膜ミラー１０５の複素誘電
率の絶対値とを求め、上述した空間光変調素子の解像度
が低い理由を、数値的に明らかにする。

【００４８】まず、米国特許Ｎｏ．４１２７３２２号に
記載された空間光変調素子の条件を整理すると、空間光
変調素子を構成する光導電層１０３、光吸収層１０４、
誘電体多層膜ミラー１０５およびネマチック液晶層１０
７は、表１に示す厚さ、シート抵抗および比抵抗を有す
る。

【００４９】

【表１】次に、米国特許Ｎｏ．４１２７３２２号に記載された空
間光変調素子を構成する光導電層１０３、光吸収層１０
４、誘電体多層膜ミラー１０５およびネマチック液晶１
０７の比誘電率を定める。

【００５０】まず、上記特許明細書には、空間光変調素
子の代表的な構成例として、光導電層１０３にＣｄＳ膜
を、光吸収層１０４にＣｄＴｅ膜を、誘電体多層膜ミラ
ー１０５にＴｉＯ₂／ＳｉＯ₂多層膜を、それぞれ用い
たものが示されている。これらの材料の比誘電率は、米
国特許Ｎｏ．４１２７３２２号の明細書には、記載され
ていないが、一般には、表１に示す値を有している。た
だし、この表１には、ＴｉＯ₂単結晶のＣ軸方向の比誘
電率（ε_e）と、Ｃ軸に垂直な方向の比誘電率（ε_o）
および溶融水晶の比誘電率（ε_c）とを記載している。
これらの数値は、文献によって多少の差異があるが、何
れも一般的に良く知られた値である。

【００５１】そして、誘電体多層膜ミラー１０５を構成
するＳｉＯ₂膜の比誘電率（ε₂）および屈折率
（ｎ₂）は、溶融水晶の比誘電率および屈折率とほぼ等
価であり、それぞれ、 ε₂≒ε_c＝４．１ …（１）ｎ₂≒１．４６ …（２）で与えられる。

【００５２】一方、誘電体多層膜ミラー１０５を構成す
るＴｉＯ₂膜は、多結晶性を持つと考えられるため、そ
の比誘電率ε₁および屈折率ｎ₁は、それぞれ、 ε₁＝（２ε_o＋ε_e）／３ …（３）ｎ₁＝（２ｎ_o＋ｎ_e）／３ …（４）として差し支えない。ただし、ｎ_oおよびｎ_eは、Ｔｉ
Ｏ₂単結晶の常光屈折率と異常光屈折率であり、それぞ
れ、ｎ_o＝２．６５、ｎ_e＝２．９６である。これらの
値と表１に示す各値とにより、ＴｉＯ₂膜の比誘電率ε
₁および屈折率ｎ₁は、 ε₁＝１４８．９ …（５）ｎ₁＝２．７５ …（６）となる。

【００５３】そして、誘電体多層膜ミラー１０５は、Ｎ
を１より大きい正の整数とすると、Ｎ＋１層のＴｉＯ₂
と、Ｎ層のＳｉＯ₂とが交互に積層されて形成されてい
ることから、印加電界方向の誘電体多層膜ミラー１０５
の見かけの誘電率ε_Mおよび比抵抗ρ_Mは、それぞれ次
式で与えられる。

【００５４】

【数１】 ε_M＝α｛（Ｎ＋１）ｎ₂＋Ｎｎ₁｝（Ａ＋Ｂ）^-1 ×｛１＋（ωα）²｝^-1 …（７） ρ_M＝｛１＋（ωα）²｝（Ａ＋Ｂ） ×｛（Ｎ＋１）ｎ₂＋Ｎｎ₁｝^-1 …（８）但し、 α＝ε_V｛ε₁ρ₁Ａ＋ε₂ρ₂Ｂ｝（Ａ＋Ｂ）^-1 …（９）Ａ＝｛ρ₁（Ｎ＋１）ｎ₂｝｛１＋（ωε_Vε₁ρ₁）²｝^-1 …（１０）Ｂ＝ρ₂Ｎｎ₁｛１＋（ωε_Vε₂ρ₂）²｝^-1 …（１１）である。ここで、ε_Vは真空中の誘電率であり、またρ
₁およびρ₂は、ＴｉＯ₂膜およびＳｉＯ₂膜の比抵抗
であり、さらにωは空間光変調素子を駆動する交流電圧
の角周波数である。

【００５５】そして、前記（７）式および（８）式か
ら、誘電体多層膜ミラー１０５の複素誘電率ε_ZMは、 ε_ZM＝ε_M＋（ｊωρ_M）^-1 …（１２）で与えられる。ただし、ｊはｊ²＝−１で表される虚数
単位である。

【００５６】ここで、この（１２）式を整理すれば、誘
電体多層膜ミラー１０５の複素誘電率の絶対値｜ε_ZM｜
は、

【数２】｜ε_ZM｜＝｛ε_M ²＋（ωρ_M）^-2｝^0.5 …（１３）となる。

【００５７】一方、ネマチック液晶層１０７は、液晶分
子の長軸方向と、それに直交する短軸方向で異なる比誘
電率を持つ。しかしながら、上記特許明細書には、ネマ
チック液晶の比誘電率も記載されていないため、ここで
は、ネマチック液晶の代表的な値を採用し、液晶分子の
長軸方向の比誘電率ε₁₁として、値“１５”を用い、ま
た短軸方向の比誘電率ε₁₂として、値“５”を用いるこ
とにした。

【００５８】そして、ネマチック液晶層１０７の比誘電
率をε_L、比抵抗をρ_Lとすると、このネマチック液晶
層１０７の複素誘電率ε_ZLは、 ε_ZL＝ε_Vε_L＋（ｊωρ_L）^-1 …（１４）となり、その絶対値は、

【数３】｜ε_ZL｜＝｛（ε_Vε_L）²＋（ωρ_L）^-2｝^0.5 …（１５）で与えられる。

【００５９】ここで、前記（１３）式および（１５）式
の両辺を真空の誘電率ε_Vで割ったものを、複素比誘電
率の絶対値｜ε_ZCM｜、｜ε_ZCL｜と定義すると、これ
ら複素比誘電率｜ε_ZCM｜および｜ε_ZCL｜は、それぞ
れ、｜ε_ZCM｜＝｜ε_ZM｜／ε_V …（１６）｜ε_ZCL｜＝｜ε_ZL｜／ε_V …（１７）で与えられる。

【００６０】そして、前記（１）式から（１７）式を用
いると、米国特許Ｎｏ．４１２７３２２号に記載された
空間光変調素子を構成するネマチック液晶層１０７およ
び誘電体多層膜ミラー１０５の複素比誘電率の絶対値を
容易に導出することができる。

【００６１】一例として、９層のＴｉＯ₂膜と、８層の
ＳｉＯ₂膜を１層ごとに、交互に積層した誘電体多層膜
ミラー１０５の複素比誘電率の絶対値と、ネマチック液
晶層１０７の複素比誘電率の絶対値とを求める。ただ
し、ＴｉＯ₂膜と、ＳｉＯ₂膜との比抵抗であるρ₁お
よびρ₂は、１０⁹〜５×１０¹⁰Ωｃｍの範囲に属し、
同じ値を持つものとする。また、ネマチック液晶層１０
７の比誘電率ε_Lと、比抵抗ρ_Lとを、ε_L＝１５、ρ
_L＝５×１０⁸〜１０¹⁰Ωｃｍとする。これらの条件
は、表１に示す米国特許Ｎｏ．４１２７３２２号に記載
された空間光変調素子の各構成要素の諸条件を十分に満
足している。

【００６２】ここで、上記の範囲に属するいくつかの値
と、表１に示す値とを（１）式から（１７）式に代入し
て誘電体多層膜ミラー１０５の複素比誘電率の絶対値
と、ネマチック液晶層１０７との複素比誘電率の絶対値
とを計算した結果、表２から表５が得られた。ただし、
これら表２〜表５では、駆動電圧の周波数ｆとして、１
０〜１０⁴Ｈｚを使用し、計算に用いたρ₁、ρ₂、ε
_L、ρ_Lおよび計算から求めたρ_Mも併せて示してあ
る。

【００６３】

【表２】

【表３】

【表４】

【表５】これらの表２〜表５に掲示されていたρ₁、ρ₂、
ε_L、ρ_Lおよび計算から求めたρ_Mの値から明らかな
ように、計算によって決定された誘電体多層膜ミラー１
０５の比抵抗ρ_Mは、米国特許Ｎｏ．４１２７３２２号
に記載された空間光変調素子の構成要素である誘電体多
層膜ミラー１０５の比抵抗の範囲（表１）を十分に満た
している。

【００６４】そして、これらの表２〜表５に示す結果を
見ると、ネマチック液晶層１０７の複素比誘電率の絶対
値｜ε_ZCL｜は、誘電体多層膜ミラー１０５の複素比誘
電率の絶対値｜ε_ZCM｜よりも大きいことが分かる。

【００６５】すなわち、表２〜表５に掲示されていたρ
₁、ρ₂、ε_L、ρ_Lおよび計算から求めたρ_Mなどの
値は、米国特許Ｎｏ．４１２７３２２号に記載された空
間光変調素子の構成条件を十分に満たしているが、これ
らの条件を満たす空間光変調素子では、ネマチック液晶
層１０７の複素比誘電率の絶対値｜ε_ZCL｜が誘電体多
層膜ミラー１０５の複素比誘電率の絶対値｜ε_ZCM｜よ
りも大きくなる。

【００６６】このため、米国特許Ｎｏ．４１２７３２２
号に記載された空間光変調素子では、光導電効果で発生
した光導電層１０３の電荷から出発した電気力線が、誘
電体多層膜ミラー１０５を通りネマチック液晶層１０７
に入るときに屈折して大きく広がることになる。ただ
し、この場合、第１配向層１０６が誘電体多層膜ミラー
１０５およびネマチック液晶層１０７に比べて非常に薄
いため、これを無視しても差し支えないことから、誘電
体多層膜ミラー１０５と、ネマチック液晶層１０７との
間に挿入される第１配向層１０６の効果は、考慮してい
ない。

【００６７】以上述べたことから明らかなように、表２
〜表５までの結果は、表１の条件で製作された空間光変
調素子では、ネマチック液晶層１０７の複素誘電率と、
誘電体多層膜ミラー１０５の複素誘電率との不整合のた
め、ネマチック液晶層１０７で解像度が大幅に低下して
しまうことを示している。

【００６８】また、一般に、ネマチック液晶層１０７中
にある液晶の誘電率は誘電体多層膜ミラー１０５を構成
する低屈折率層（米国特許Ｎｏ．４１２７３２２号に記
載された空間光変調素子では、ＳｉＯ₂膜がこれに相当
する）の誘電率よりも大きいため、ネマチック液晶層１
０７と、誘電体多層膜ミラー１０５の比抵抗だけを定め
た空間光変調素子（米国特許Ｎｏ．４１２７３２２号に
記載された空間光変調素子）では、上記の不整合が多く
の場合で成立することになり、この空間光変調素子の解
像度を向上させることが困難である。

【００６９】これらのことから、これら光導電層１０
３、光吸収層１０４、誘電体多層膜ミラー１０５および
ネマチック液晶１０７の特性をいろいろの値に変更して
空間光変調素子の解像度を測定したところ、前記ネマチ
ック液晶層１０７によって構成される液晶光変調層１１
６の複素誘電率の絶対値が、前記誘電体多層膜ミラー１
０５の複素誘電率の絶対値よりも、大きくならないよう
に、これら液晶光変調層１１６の複素誘電率と、誘電体
多層膜ミラー１０５の複素誘電率とを設定することによ
り、空間光変調素子の解像度を高くすることができるこ
とが判った。

【００７０】《第１実施例の説明》図１は上述した基本
原理に基づく、本発明による複素誘電率傾斜型空間光変
調素子の第１実施例を示す構造図である。

【００７１】＜第１実施例の全体構成の説明＞この図に
示す複素誘電率傾斜型空間光変調素子１は第１透明基板
２と、第１透明電極３と、光導電層４と、光吸収層５
と、誘電体多層膜ミラー６と、光変調層７と、第２透明
電極８と、第１反射防止膜９と、第２透明基板１０と、
第２反射防止膜１１とを順次、密着積層して形成した素
子であり、交流電源１２によって第１透明電極３と、第
２透明電極８との間に交流電圧を印加した状態で、第１
透明基板２側に書込み光１３を入射させることにより、
光導電層４の抵抗値を変化させて光変調層７に光情報を
２次元的に書込み、第２反射防止膜１１側に読み出し光
１４を入射させることにより、前記光変調層７に書き込
まれている情報を読み出し、これを表示光１５として外
部に出射する。

【００７２】＜交流電源１２の説明＞前記交流電源１２
は予め設定されている所定電圧値以上の電圧値を持つ交
流電圧、すなわち光変調層７を構成する液晶・樹脂複合
体１９（図２、３、４参照）中にある液晶分子の長軸を
印加電界の方向と一致させるのに必要な交流電圧の実効
値よりも大きな実効値を持つ交流電圧値、例えば１０〜
２００Ｖ程度の電圧値を持つ交流電圧を生成し、これを
前記第１透明電極３と、第２透明電極８とに印加する。

【００７３】＜第１透明基板２の説明＞また、前記第１
透明基板２はこの複素誘電率傾斜型空間光変調素子１の
基板となる平板状のガラス基板などによって構成されて
おり、その一面と光導電層４の一面との間に前記第１透
明電極３が挿入される。

【００７４】＜第１透明電極３の説明＞第１透明電極３
は前記光導電層４の一面と、前記第１透明基板２の一面
との間に、例えばＩｎ₂Ｏ₃に５％のＳｎを添加して形
成した厚さ０．０５μｍのＩＴＯ透明電極膜であり、前
記交流電源１２から供給される交流電圧に基づいて前記
光導電層４に電圧を印加する。

【００７５】＜光導電層４の説明＞光導電層４は珪素、
ゲルマニウム、炭素によって構成される群から選択され
た１つ以上の元素からなるアモルファス膜、アモルファ
スシリコン膜、水素化アモルファスシリコン膜、アモル
ファスシリコンカーバイト膜、水素化アモルファスシリ
コンカーバイト膜など、光照射によってインピーダンス
が大幅に変化する材料によって構成され、その一面に前
記光吸収層５が積層される。

【００７６】また、光導電層４として、上述した材料以
外にも、例えばアモルファスセレン膜、アモルファスＳ
ｅＡｓ膜、アモルファスＺｎＳ膜、アモルファスＣｄＳ
膜あるいはアモルファスＣｄＳｅ膜なども使用すること
ができる。さらに、光導電層４として、ＧａＡｓ結晶、
ＧａＰ結晶、Ｂｉ₁₂ＳｉＯ₂₀結晶、あるいはＢｉ₁₂Ｇｅ
Ｏ₂₀結晶など、光照射によりインピーダンスが大幅に変
化する結晶も適している。

【００７７】そのほか、光導電層４として、光導電物質
からなる粒子を樹脂中に分散した分散型光導電膜を用い
ることもできる。この場合、分散型光導電膜に用いる光
導電材料としては、フタロシアニン系顔料、アゾ系顔
料、多環キノン系顔料、ペリレン系顔料、ペリノン系顔
料、アントラキノン系顔料、インジゴ系顔料、チオイン
ジゴ系顔料、ジオキサジン系顔料、アゾレーキ系顔料、
チアピリリウム系色素、キナクリドン系顔料、シアニン
系色素、ピロル系顔料、ポルフィリン系顔料、アンタン
トン系顔料、スクアリリウム色素、アズレニウム色素、
ＺｎＯ、ＴｉＯ、ＣｄＳ、あるいはＣｄＳｅなどを使用
することができる。

【００７８】＜光吸収層５の説明＞光吸収層５はＣｄＴ
ｅ膜、ダイヤモンドライクカーボン膜、珪素と炭素とゲ
ルマニウムとから実質的に構成されたアモルファス膜に
よって構成される群から選択された１つ以上の膜、ある
いは無機顔料、有機顔料、カーボン、染料によって構成
される群から選択された１つ以上の材料を樹脂中に分散
させた樹脂複合体などで構成され、特に書込み光１３や
読み出し光１４を吸収しても、その比抵抗の変化が少な
く、かつ読み出し光１４を特に強く吸収する材料によっ
て構成され、その一面に誘電体多層膜ミラー６が積層さ
れる。

【００７９】＜誘電体多層膜ミラー６の説明＞誘電体多
層膜ミラー６はＳｉＯ₂膜、ＴｉＯ₂膜、ＨｆＯ₂膜、
Ｔａ₂Ｏ₅膜、ＺｎＳ膜、Ａｌ₂Ｏ₃膜、Ｎａ₂ＡｌＦ
₆膜、ＭｇＦ₂膜、ＬａＦ₃膜、ＧｄＦ₃膜、ＳｍＦ₃
膜、ＣｅＦ₃膜、ＺｒＯ₂膜およびＣｅＯ₂膜によって
構成される群から、その複素誘電率の絶対値が光変調層
７の複素誘電率の絶対値よりも、少なくとも、小さくな
らないように選択された２つ以上の膜を積層した多層膜
によって構成され、その一面に前記光変調層７が積層さ
れる。

【００８０】＜光変調層７の説明＞光変調層７は図２に
示す如くネマチック液晶、コレステリック液晶、スメク
チック液晶あるいはこれら各液晶の混合物によって構成
される群から選択された１つ以上の液晶１７と、この液
晶１７の常光屈折率、異常光屈折率または前記液晶１７
がランダムに配向した際の屈折率のいずれかと同等な屈
折率を持ち、前記液晶１７が分散される透明樹脂１８と
によって構成される液晶・樹脂複合体１９、または図３
に示す如く前記液晶１７中に前記透明樹脂１８を分散さ
せた液晶・樹脂複合体１９を備えており、第１透明基板
２側から書込み光１３が入射され、これが第１透明電極
３を透過して光導電層４に入射し、この光導電層４のイ
ンピーダンスが変化して光変調層７に印加される電界の
変化が変化したとき、液晶１７の屈折率が変化する。そ
して、第２反射防止膜１１側から読み出し光１４が入射
され、これが第２透明基板１０、第１反射防止膜９、第
２透明電極８を透過して入射したとき、液晶１７の屈折
率に応じてこれを２次元的に変調した後、透過光を誘電
体多層膜ミラー６によって反射させ、表示光１５として
出射する。

【００８１】この場合、液晶・樹脂複合体１９が、その
構成要素である液晶１７の常光屈折率または異常光屈折
率と、透明樹脂１８の屈折率とがほぼ一致している液晶
・樹脂複合体１９である場合には、液晶・樹脂複合体１
９に電界が印加されていないとき、液晶１７の屈折率
と、透明樹脂１８の屈折率とが食い違うことから、この
液晶・樹脂複合体１９に読み出し光１４が入射したと
き、これが液晶・樹脂複合体１９中で散乱し、また前記
液晶・樹脂複合体１９に十分大きな電界が印加されてい
るとき、液晶１７の屈折率と、透明樹脂１８の屈折率と
がほぼ一致することから、この液晶・樹脂複合体１９に
読み出し光１４が入射したとき、これが液晶・樹脂複合
体１９で散乱されることなく、透過する。

【００８２】また、液晶・樹脂複合体１９が、その構成
要素である液晶１７がランダムに配向した際の屈折率
と、透明樹脂１８の屈折率とがほぼ一致している液晶・
樹脂複合体１９である場合には、液晶・樹脂複合体１９
に電界が印加されていないとき、液晶１７の屈折率と、
透明樹脂１８の屈折率とが一致していることから、前記
液晶・樹脂複合体１９に読み出し光１４が入射したと
き、これがそのまま透過し、また前記液晶・樹脂複合体
１９に十分大きな電界が印加されているとき、液晶１７
の屈折率と、透明樹脂１８の屈折率とが食い違うことか
ら、この液晶・樹脂複合体１９に書込み光１４が入射し
たとき、これが液晶・樹脂複合体１９で散乱される。

【００８３】このように、この第１実施例では、これら
両方の液晶・樹脂複合体１９を使用することができる。
しかし、これらの各液晶・樹脂複合体１９のうち、前者
の液晶・樹脂複合体１９のように、液晶１７の常光屈折
率または異常光屈折率と、透明樹脂１８の屈折率とがほ
ぼ一致しているタイプを使用する方が望ましい。これ
は、液晶１７がランダムに配向した際の屈折率と、透明
樹脂１８の屈折率とがほぼ一致しているタイプの液晶・
樹脂複合体１９では、液晶・樹脂複合体１９全面の各部
分をマクロ的に見ると、各部分毎に、液晶１７のランダ
ムな状態が異なり、光透過状態時にムラがあるように見
えるためである。これに対し、液晶１７の常光屈折率ま
たは異常光屈折率と、透明樹脂１８の屈折率とが一致し
ているタイプの液晶・樹脂複合体１９では、電界が印加
されて液晶分子が一定の方向に配列された状態で、光透
過状態になるため、ランダム配向時に偏った配向をして
いても、ほぼ均一に光を透過することになる。また、電
界が印加されていない状態では、液晶１７の分子が透明
樹脂１８の壁面に配列し、ランダムに配向しているとき
と、実質的に同じ状態になる。この状態は、光散乱状態
であり、光透過状態とは異なり、わずかに屈折率がずれ
ていても、目立ち難い。したがって、光変調層７とし
て、このタイプの液晶・樹脂複合体１９を使用した空間
光変調素子では、ムラになって認識されることはほとん
どない。

【００８４】特に、これらの中でも、液晶１７の常光屈
折率と、透明樹脂１８の屈折率とがほぼ一致しているタ
イプの液晶・樹脂複合体１９がその性能上、最適であ
る。

【００８５】そして、この液晶・樹脂複合体１９は液晶
１７と、透明樹脂１８を構成する材料とを混ぜ合わせて
溶液状またはラテックス状にしておいて、これを光硬
化、熱硬化、溶媒除去による硬化、反応硬化等により、
透明樹脂１８と液晶１７とを分離させて、図２に示すよ
うに透明樹脂１８中に液晶１７が粒子状に分散した状
態、もしくは図４に示すように透明樹脂１８中に液晶１
７が連通状に分散した状態、あるいは図３に示すように
前記液晶１７中に透明樹脂１８が分散した状態にするこ
とにより、製作される。

【００８６】この場合、光硬化または熱硬化タイプの透
明樹脂１８は密閉系内で硬化させることができるため、
素子製作上、このタイプの透明樹脂１８を使用すること
が好ましい。特に、光硬化タイプの透明樹脂１８は短時
間で硬化させることができるとともに、一旦硬化した後
では、熱による影響を受け難いので、これを使用するこ
とが好ましい。

【００８７】具体的な製法としては、従来のツイステッ
ドネマチック液晶と同様に、シール材を用いてセルを形
成し、注入口から液晶１７となる未硬化のネマチック液
晶と、透明樹脂１８となる樹脂前駆体（樹脂が硬化する
前の状態、ここでは、例えばモノマーあるいはオリゴマ
ー等の状態の総称として用いる）を封入した後、硬化さ
せることもできる。

【００８８】また、本発明の液晶・樹脂複合体１９の場
合、シール材を用いずに、例えば第１透明基板２上に第
１透明電極３、光導電層４、光吸収層５および誘電体多
層膜ミラー６を重ねて密着し、その上に未硬化の前記樹
脂前駆体と液晶１７との混合物を塗布し、さらに第２透
明電極８、第１反射防止膜９、第２透明基板１０、第２
反射防止膜１１を積層後、光照射等により前記樹脂前駆
体を硬化させて、液晶・樹脂複合体１９を有する複素誘
電率傾斜型空間光変調素子１を形成することもできる。
勿論、その後、周囲にシール材を塗布しても良い。この
製法によれば、単に未硬化の液晶１７と、前記樹脂前駆
体との混合物をロールコート、スピンコート、印刷、デ
ィスペンサーによる塗布等で供給すれば良く、注入工程
が簡単であることから、生産性を大幅に向上させること
ができる。

【００８９】また、これら未硬化の樹脂前駆体と、液晶
１７との混合物には、基板間隙制御用のセラミック粒
子、プラスチック粒子、ガラス粒子、ガラス繊維等のス
ペーサ、顔料、色素、粘度調整剤、その他、本発明の性
能に悪影響を与えない添加剤を添加しても良い。

【００９０】＜第２透明基板１０の説明＞また、第２透
明基板１０はこの複素誘電率傾斜型空間光変調素子１の
基板となる平板状のガラス基板などによって構成され、
その一面に第１反射防止膜９が積層されるとともに、そ
の他面に第２反射防止膜１１が積層される。

【００９１】＜第２反射防止膜１１の説明＞第２反射防
止膜１１はＳｉＯ₂膜、ＴｉＯ₂膜、ＨｆＯ₂膜、Ｔａ
₂Ｏ₅膜、ＺｎＳ膜、Ｎａ₂ＡｌＦ₆膜、ＭｇＦ₂膜、
ＣｅＦ₃膜、ＺｒＯ₂膜、ＣｅＯ₂膜によって構成され
る群から選択された１つ以上の膜を積層した多層膜によ
って構成される。

【００９２】＜第１反射防止膜９の説明＞また、第１反
射防止膜９はＳｉＯ₂膜、ＴｉＯ₂膜、ＨｆＯ₂膜、Ｔ
ａ₂Ｏ₅膜、ＺｎＳ膜、Ｎａ₂ＡｌＦ₆膜、ＭｇＦ
₂膜、ＣｅＦ₃膜、ＺｒＯ₂膜、ＣｅＯ₂膜によって構
成される群から選択された１つ以上の膜を積層した多層
膜によって構成され、その一面に第２透明電極８が積層
される。

【００９３】＜第２透明電極８の説明＞第２透明電極８
は前記第１反射防止膜９上に、例えばＩｎ₂Ｏ₃に５％
のＳｎを添加して形成した厚さ０．０５μｍのＩＴＯ透
明電極膜であり、前記交流電源１２から供給される交流
電圧に基づいて前記光変調層７に電界を印加する。

【００９４】このように、この第１実施例においては、
光変調層７の複素誘電率の絶対値が、前記誘電体多層膜
ミラー６の複素誘電率の絶対値よりも、大きくならない
ように、前記光変調層７の複素誘電率と、前記誘電体多
層膜ミラー６の複素誘電率とを設定するようにしたの
で、素子自体の解像度を大幅に向上させて、素子自体や
各光学系を大型化することなく、高精細画像を表示する
ことができ、これによって投射型ディスプレィや画像処
理装置自体を大型化することなく、かつ製作コストを増
大させることなく、画像の高精細化を達成することがで
きる。

【００９５】また、この第１実施例においては、第１、
第２反射防止膜９、１１を使用するようにしているが、
これら第１、第２反射防止膜９、１１のいずれか一方、
あるいは両方を削除しても、この第１実施例と同様な効
果を得ることができる。

【００９６】また、この第１実施例においては、第２透
明電極８と第２透明基板１０との間に、第１反射防止膜
９を配置するようにしているが、第２透明電極８と第１
反射防止膜９とを入れ替えて、第１反射防止膜９と、第
２透明基板１０との間に、第２透明電極８を配置するよ
うにしても、同様な効果を得ることができる。

【００９７】《第２実施例の説明》図５は本発明による
複素誘電率傾斜型空間光変調素子の第２実施例を示す断
面図である。なお、この図において、図１の各部と同じ
部分には、同じ符号が付してある。

【００９８】＜第２実施例の全体構成の説明＞この図に
示す複素誘電率傾斜型空間光変調素子１が図１に示す素
子と異なる点は、図１に示す複素誘電率傾斜型空間光変
調素子１から光吸収層５を除き、第１透明基板２と、第
１透明電極３と、光導電層４と、誘電体多層膜ミラー６
と、光変調層７と、第２透明電極８と、第１反射防止膜
９と、第２透明基板１０と、第２反射防止膜１１とを順
次、密着積層して形成したことである。

【００９９】そして、交流電源１２によって第１透明電
極３と、第２透明電極８との間に交流電圧を印加した状
態で、第１透明基板２側に書込み光１３を入射させるこ
とにより、光導電層４の抵抗値を変化させて光変調層７
に光情報を２次元的に書込み、第２反射防止膜１１側に
読み出し光１４を入射させることにより、前記光変調層
７に書き込まれている情報を読み出し、これを表示光１
５として外部に出射する。

【０１００】この場合、前記光導電層４と、前記光変調
層７の間に挿入される誘電体多層膜ミラー６の複素誘電
率の絶対値が、光変調層７の複素誘電率の絶対値より
も、少なくとも小さくならないように設定される。

【０１０１】このようにしても、上述した第１実施例と
同様に、素子自体の解像度を大幅に向上させて、素子自
体や各光学系を大型化することなく、高精細画像を表示
することができ、これによって投射型ディスプレィや画
像処理装置自体を大型化することなく、かつ製作コスト
を増大させることなく画像の高精細化を達成することが
できる。

【０１０２】また、この第２実施例においては、第１、
第２反射防止膜９、１１を使用するようにしているが、
これら第１、第２反射防止膜９、１１のいずれか一方、
あるいは両方を削除しても、この第２実施例と同様な効
果を得ることができる。

【０１０３】また、この第２実施例においては、光変調
層７と、第１反射防止膜９との間に第２透明電極８を挿
入しているが、第１反射防止膜９と、第２透明電極８と
を入れ替えて、光変調層７と、第２透明電極８との間に
第１反射防止膜９を挿入するようにしても、同様な効果
を得ることができる。

【０１０４】《第３実施例の説明》図６は本発明による
複素誘電率傾斜型空間光変調素子の第３実施例を示す断
面図である。なお、この図において、図１の各部と同じ
部分には、同じ符号が付してある。

【０１０５】＜第３実施例の全体構成の説明＞この図に
示す複素誘電率傾斜型空間光変調素子１が図１に示す素
子と異なる点は、光変調層７として、ネマチック液晶、
コレステリック液晶、スメクチック液晶およびこれらの
ネマチック液晶、コレステリック液晶、スメクチック液
晶の混合物によって構成される群から選択された１つ以
上の液晶を用いるとともに、誘電体多層膜ミラー６と光
変調層７との間に、液晶分子を配向させる第１配向層２
０を設け、さらに前記光変調層７と第２透明電極８との
間に、液晶分子を配向させる第２配向層２１を設け、こ
れら第１透明基板２と、第１透明電極３と、光導電層４
と、光吸収層５と、誘電体多層膜ミラー６と、第１配向
層２０と、光変調層７と、第２配向層２１と、第２透明
電極８と、第１反射防止膜９と、第２透明基板１０と、
第２反射防止膜１１とを順次、密着積層して形成したこ
とである。

【０１０６】そして、交流電源１２によって第１透明電
極３と、第２透明電極８との間に交流電圧を印加した状
態で、第１透明基板２側に書込み光１３を入射させるこ
とにより、光導電層４の抵抗値を変化させて光変調層７
に光情報を２次元的に書込み、第２反射防止膜１１側に
読み出し光１４を入射させることにより、前記光変調層
７に書き込まれている情報を読み出し、これを表示光１
５として外部に出射する。

【０１０７】この場合、前記光導電層４と、前記光変調
層７の間に挿入される誘電体多層膜ミラー６の複素誘電
率の絶対値が、光変調層７の複素誘電率の絶対値より
も、少なくとも小さくならないように設定される。

【０１０８】このようにしても、上述した第１実施例と
同様に、素子自体の解像度を大幅に向上させて、素子自
体や各光学系を大型化することなく、高精細画像を表示
することができ、これによって投射型ディスプレィや画
像処理装置自体を大型化することなく、かつ製作コスト
を増大させることなく画像の高精細化を達成することが
できる。

【０１０９】また、この第３実施例においては、第１、
第２反射防止膜９、１１を使用するようにしているが、
これら第１、第２反射防止膜９、１１のいずれか一方、
あるいは両方を削除しても、この第３実施例と同様な効
果を得ることができる。

【０１１０】また、この第３実施例においては、光変調
層７と、第１反射防止膜９との間に第２透明電極８を挿
入しているが、第１反射防止膜９と、第２透明電極８と
を入れ替えて、光変調層７と、第２透明電極８との間に
第１反射防止膜９を挿入するようにしても、同様な効果
を得ることができる。

【０１１１】《第４実施例の説明》図７は本発明による
複素誘電率傾斜型空間光変調素子の第４実施例を示す断
面図である。なお、この図において、図１の各部と同じ
部分には、同じ符号が付してある。

【０１１２】＜第４実施例の全体構成の説明＞この図に
示す複素誘電率傾斜型空間光変調素子１が図１に示す素
子と異なる点は、図１に示す複素誘電率傾斜型空間光変
調素子１から第１反射防止膜９と、第２透明基板１０
と、第２反射防止膜１１とを除くとともに、光変調層７
として、ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃、ＫＤＰ、ＤＫＤ
Ｐ、ＡＤＰ、ＫＴＰ、ＫＮｂＯ₃、Ｓｒ_xＢａ_1-xＮｂ
₂Ｏ₆、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ結晶によって構成さ
れる群から選択された１つ以上の電気光学結晶を用い、
さらに光変調層７と、第２透明電極８との間に反射防止
膜２２を挿入し、これら第１透明基板２と、第１透明電
極３と、光導電層４と、光吸収層５と、誘電体多層膜ミ
ラー６と、光変調層７と、反射防止膜２２と、第２透明
電極８とを順次、密着積層して形成したことである。

【０１１３】そして、交流電源１２によって第１透明電
極３と、第２透明電極８との間に交流電圧を印加した状
態で、第１透明基板２側に書込み光１３を入射させるこ
とにより、光導電層４の抵抗値を変化させて光変調層７
に光情報を２次元的に書込み、第２透明電極８側に読み
出し光１４を入射させることにより、前記光変調層７に
書き込まれている情報を読み出し、これを表示光１５と
して外部に出射する。

【０１１４】この場合、前記光導電層４と、前記光変調
層７の間に挿入される誘電体多層膜ミラー６の複素誘電
率の絶対値が、光変調層７の複素誘電率の絶対値より
も、少なくとも小さくならないように設定される。

【０１１５】このようにしても、上述した第１実施例と
同様に、素子自体の解像度を大幅に向上させて、素子自
体や各光学系を大型化することなく、高精細画像を表示
することができ、これによって投射型ディスプレィや画
像処理装置自体を大型化することなく、かつ製作コスト
を増大させることなく画像の高精細化を達成することが
できる。

【０１１６】また、この第４実施例においては、交流電
源１２を使用して第１透明電極３と、第２透明電極８と
に交流電圧を印加するようにしているが、交流電源１２
に代えて、直流電源を使用し、第１透明電極３と、第２
透明電極８とに直流電圧を印加するようにしても良い。

【０１１７】《第５実施例の説明》図８は本発明による
複素誘電率傾斜型空間光変調素子の第５実施例を示す断
面図である。なお、この図において、図１の各部と同じ
部分には、同じ符号が付してある。

【０１１８】＜第５実施例の全体構成の説明＞この図に
示す複素誘電率傾斜型空間光変調素子１が図１に示す素
子と異なる点は、図１に示す複素誘電率傾斜型空間光変
調素子１から第１反射防止膜９を除き、第２透明電極８
と光変調層７との間に反射防止膜２３を挿入するととも
に、第２透明電極８、第２透明基板１０および第２反射
防止膜１１の形状を大きし、さらに光変調層７として、
ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃、ＫＤＰ、ＤＫＤＰ、ＡＤ
Ｐ、ＫＴＰ、ＫＮｂＯ₃、Ｓｒ_xＢａ_1-xＮｂ₂Ｏ₆、
ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ結晶によって構成される群か
ら選択された１つ以上の電気光学結晶を用い、これら第
１透明基板２と、第１透明電極３と、光導電層４と、光
吸収層５と、誘電体多層膜ミラー６と、光変調層７と、
反射防止膜２３と、第２透明電極８と、第２透明基板１
０と、第２反射防止膜１１とを順次、密着積層して形成
したことである。

【０１１９】そして、交流電源１２によって第１透明電
極３と、第２透明電極８との間に交流電圧を印加した状
態で、第１透明基板２側に書込み光１３を入射させるこ
とにより、光導電層４の抵抗値を変化させて光変調層７
に光情報を２次元的に書込み、第２反射防止膜１１側に
読み出し光１４を入射させることにより、前記光変調層
７に書き込まれている情報を読み出し、これを表示光１
５として外部に出射する。

【０１２０】この場合、前記光導電層４と、前記光変調
層７の間に挿入される誘電体多層膜ミラー６の複素誘電
率の絶対値が、光変調層７の複素誘電率の絶対値より
も、少なくとも小さくならないように設定される。

【０１２１】このようにしても、上述した第１実施例と
同様に、素子自体の解像度を大幅に向上させて、素子自
体や各光学系を大型化することなく、高精細画像を表示
することができ、これによって投射型ディスプレィや画
像処理装置自体を大型化することなく、かつ製作コスト
を増大させることなく画像の高精細化を達成することが
できる。

【０１２２】また、この第５実施例においては、反射防
止膜２３と、第２反射防止膜１１とを使用するようにし
ているが、これら反射防止膜２３、第２反射防止膜１１
のいずれか一方、あるいは両方を削除しても、この第５
実施例と同様な効果を得ることができる。

【０１２３】さらに、この第５実施例においては、光変
調層７と、第２透明電極８との間に反射防止膜２３を挿
入しているが、反射防止膜２３と、第２透明電極８とを
入れ替えて、光変調層７と、反射防止膜２３との間に第
２透明電極８を挿入するようにしても、同様な効果を得
ることができる。

【０１２４】《複素誘電率傾斜型空間光変調素子の動
作》次に、液晶１７の常光屈折率と、透明樹脂１８の屈
折率とがほぼ一致し、かつ図２の構成の液晶・樹脂複合
体１９を光変調層７とする図１の複素誘電率傾斜型空間
光変調素子１を例にとり、本発明の複素誘電率傾斜型空
間変調素子の動作を説明する。

【０１２５】まず、書込み光１３が無い場合には、複素
誘電率傾斜型空間光変調素子１に印加される電圧の大部
分が光導電層４に印加され、光変調層７である液晶・樹
脂複合体１９に加わる電圧が小さいことから、透明樹脂
１８の不規則な壁面に応じて、液晶１７の分子が様々な
方向を向く。

【０１２６】このとき、液晶１７がこの液晶１７を囲む
透明樹脂１８の屈折率と異なる屈折率を持つため、読み
出し光１４が入射したとき、これが液晶・樹脂複合体１
９の中で散乱される。

【０１２７】次に、光導電層４側に書込み光１３が入射
すると、書込み光１３の強度に応じて光導電層４のイン
ピーダンスが減少し、液晶・樹脂複合体１９に印加され
る電圧が増大する。そして、前記書込み光１３の強度が
十分大きいとき、液晶分子の長軸が電界の印加方向を向
くことから、液晶・樹脂複合体１９にほぼ垂直に入射し
た読み出し光１４に対し、液晶１７の中で、液晶１７の
常光屈折率とほぼ同じ屈折率が与えられる。このとき、
液晶１７の常光屈折率と、透明樹脂１８の屈折率とが極
めて近いため、読み出し光１４が散乱されずに、液晶・
樹脂複合体１９中を直進し、誘電体多層膜ミラー６で反
射された後、再び液晶・樹脂複合体１９を直進した後、
第２透明電極８、第１反射防止膜９、第２透明基板１
０、第２反射防止膜１１を透過して複素誘電率傾斜型空
間光変調素子１の外に出射される。

【０１２８】《複素誘電率傾斜型空間光変調素子の使用
例》このように、本発明による複素誘電率傾斜型空間光
変調素子１は書込み光１３の強度に応じて、読み出し光
１４を散乱あるいは直進させるようにしているので、図
９に示す如く複素誘電率傾斜型空間光変調素子１と、レ
ンズ２５と、アパーチャ２６とを組み合わせ、散乱光を
アパーチャ２６で遮断すれば、波長変換対象となる画像
や２次元パターンを含む書込み光１３を複素誘電率傾斜
型空間光変調素子１の一面側に入射させながら、前記書
込み光１３の波長と異なる波長を持つ読み出し光１４を
前記複素誘電率傾斜型空間光変調素子１の他面側に入射
させることにより、前記書込み光１３に含まれている画
像や２次元のデータパターンを読み出し光１４の波長に
変換して、これを高いコントラスト比で表示することが
できる。

【０１２９】《複素誘電率傾斜型空間光変調素子の試作
例》次に、光導電層４として厚さ０．２５ｍｍのＢｉ₁₂
ＳｉＯ₂₀結晶板を用い、光吸収層５として厚さ１．３μ
ｍのダイヤモンドライクカーボン膜を用い、誘電体多層
膜ミラー６としてＴｉＯ₂膜とＳｉＯ₂膜とを交互に１
７層重ねた厚さ１．３μｍの多層膜を用い、また光変調
層７で使用される液晶・樹脂複合体１９として表６に示
す特性のネマチック液晶と、表７に示す特性の透明樹脂
前駆体とを１：１の重量比で混合した厚さ１０μｍの複
合膜を用い、第１透明電極３および第２透明電極８とし
てＩｎ₂Ｏ₃に５％のＳｎを添加した厚さ０．０５μｍ
のＩＴＯ透明電極膜を用い、さらに第１反射防止膜９と
してＭｇＦ₂膜を用い、第２反射防止膜１１としてＣｅ
Ｆ₃膜およびＺｒＯ₂膜、ＭｇＦ₂膜を用いた複素誘電
率傾斜型空間光変調素子１を例にとって、その作製方法
を詳細に述べる。

【０１３０】

【表６】

【表７】まず、Ｂｉ₁₂ＳｉＯ₂₀結晶から適当な厚さのウェハーを
切り出し、これを０．２５ｍｍの厚さに光学研磨して光
導電層４とした後、この光導電層４の一方の表面に厚さ
０．０５μｍのＩＴＯ透明電極を蒸着して第１透明電極
３を形成する。Ｂｉ₁₂ＳｉＯ₂₀結晶は厚いため、ここで
は第１透明基板２を省略している。

【０１３１】次に、メタンガスを原料としてプラズマＣ
ＶＤ法によりＢｉ₁₂ＳｉＯ₂₀結晶の他の表面に厚さ１．
３μｍのダイヤモンドライクカーボン膜を形成してこれ
を光吸収層５とする。このとき得られたダイヤモンドラ
イクカーボン膜は、波長４５０ｎｍの光に対して０．０
２％の透過率を示し、また、その比抵抗は２．２×１０
⁸Ωｃｍであった。

【０１３２】次に、イオンビームアシスト（ＩＡＤ）法
を用いて前記ダイヤモンドライクカーボン膜上に、Ｔｉ
Ｏ₂膜と、ＳｉＯ₂膜とを交互に１７層積層して厚さ
１．３μｍの誘電体多層膜ミラー６を形成する。この場
合、ＩＡＤ法は電子ビーム蒸着中において、蒸着膜を形
成する基板上に低エネルギーの酸素イオンを照射する成
膜法であり、低温で高屈折率・低光吸収特性を持つ薄膜
を作成することができる。そして、この誘電体多層膜ミ
ラー６を形成している最中において、基板に照射する酸
素イオンビームのエネルギーを変えることにより、誘電
体多層膜ミラー６の比抵抗を制御して、これを所望の値
にする。

【０１３３】上記の方法により、得られた誘電体多層膜
ミラー６は、交流電源１２によって印加される交流電圧
の周波数ｆが３００Ｈｚのとき、１．３１×１０⁷Ωｃ
ｍから４．７７×１０⁸Ωｃｍの範囲の比抵抗を持ち、
かつ波長５００〜５９０ｎｍの光に対して、９８％以上
の高反射率を示した。

【０１３４】次いで、第２透明基板１０となるガラス基
板の前記光変調層７が積層される側に、電子ビーム蒸着
法によってＭｇＦ₂膜を形成してこれを第１反射防止膜
９とするとともに、前記ガラス基板の他方の面に、電子
ビーム蒸着法によってＣｅＦ₃膜、ＺｒＯ₂膜およびＭ
ｇＦ₂膜を形成してこれを第２反射防止膜１１とした
後、前記第１反射防止膜９上に、Ｉｎ₂Ｏ₃に５％のＳ
ｎを添加した厚さ０．０５μｍのＩＴＯ層を形成してこ
れを第２透明電極８とする。

【０１３５】次に、表６に示す特性のネマチック液晶
と、表７に示す特性の透明樹脂前駆体とを１：１の重量
比で混合し、直径１０μｍのスペーサ球を適当量だけ加
えた後、この混合液を前記誘電体多層膜ミラー６と、前
記第１反射防止膜９、第２透明電極８および第２反射防
止膜１１が積層されたガラス基板（第２透明基板１０）
とで挟み、これに波長３６５ｎｍ、光強度２０ｍＷ／ｃ
ｍ²の紫外線を照射して厚さ１０μｍ、比抵抗２×１０
¹⁰Ωｃｍの液晶・樹脂複合体１９（光変調層７）を形成
して複素誘電率傾斜型空間光変調素子１を製作した。

【０１３６】《複素誘電率傾斜型空間光変調素子の画像
特性例》そして、上述したプロセスで作成された本発明
による複素誘電率傾斜型空間光変調素子１の性能と、従
来の空間光変調素子の性能とを比較するため、始めに２
群の空間光変調素子を評価した。

【０１３７】第１群は、第１透明電極３としてＩｎ₂Ｏ
₃に５％のＳｎを添加した厚さ０．０５μｍのＩＴＯ膜
を用い、光導電層４として厚さ０．２５ｍｍのＢｉ₁₂Ｓ
ｉＯ₂₀結晶板を用い、光吸収層５として厚さ１．３μ
ｍ、比抵抗２．２×１０⁸Ωｃｍのダイヤモンドライク
カーボン膜を用い、誘電体多層膜ミラー６としてＩＡＤ
法で作製したＴｉＯ₂膜とＳｉＯ₂膜とを交互に１７層
だけ重ねた厚さ１．３μｍの多層膜を用い、また光変調
層７となる液晶・樹脂複合体１９として表６に示すネマ
チック液晶と、表７に示す透明樹脂前駆体とを１：１の
重量比で混合した厚さ１０μｍの液晶・樹脂複合膜を用
い、第２透明電極８としてＩｎ₂Ｏ₃に５％のＳｎを添
加した厚さ０．０５μｍのＩＴＯ膜を用い、さらに第１
反射防止膜９としてＭｇＦ₂膜を用い、第２反射防止膜
１１としてＣｅＦ₃膜、ＺｒＯ₂膜およびＭｇＦ₂膜を
用いた素子である。

【０１３８】一方、第２群は、第１群の空間光変調素子
から光吸収層５であるダイヤモンドライクカーボン膜を
除去した素子である。

【０１３９】両群とも、数個以上の空間光変調素子を有
し、駆動電圧の周波数がｆ＝３００Ｈｚのとき、各空間
変調素子を構成する誘電体多層膜ミラー６が、１．３１
×１０⁷Ωｃｍから１．１４×１０¹⁰Ωｃｍの範囲内に
ある種々の比抵抗（ρ_M）と、５６．００から６．４４
１の比誘電率（ε_M）とを持つ。いずれも、空間光変調
素子を構成するＢｉ₁₂ＳｉＯ₂₀結晶板の入射面に垂直方
向の値である。これらの値と素子の駆動電圧の周波数
（ｆ＝３００Ｈｚとする）を（１３）式と、（１６）式
とに代入すると、各素子を構成する誘電体多層膜ミラー
６の複素比誘電率の絶対値（｜ε_ZCM｜）は、表８およ
び表９に示すように、６．４６２から４６１．３の範囲
の値になる。

【０１４０】

【表８】

【表９】さらに、光変調層７である液晶・樹脂複合体層は、ｆ＝
３００Ｈｚのとき、ρ_L＝２×１０¹⁰Ωｃｍの比抵抗
と、ε_L＝９．５の比誘電率を持つ。これらの値と空間
光変調素子の駆動電圧の周波数（ｆ＝３００Ｈｚとす
る）を前記（１５）式と、（１７）式とに代入すると、
液晶・樹脂複合体層の複素比誘電率の絶対値（｜ε_ZCL
｜）は、９．５０５となる。

【０１４１】両群の空間光変調素子においては、素子の
駆動電圧の周波数ｆが３００Ｈｚの場合、液晶・樹脂複
合体層の複素比誘電率の絶対値である｜ε_ZCL｜＝９．
５０５以上の複素比誘電率の絶対値を持つ誘電体多層膜
ミラー６で構成される空間光変調素子が本発明の複素誘
電率傾斜型空間光変調素子１に該当する。

【０１４２】これらの空間光変調素子を、図１０に示す
光学系３０内に設置してその画像特性を測定した。

【０１４３】この光学系３０では、キセノンランプ３１
および反射鏡３２で構成される書込み用光源３３によっ
て書込み光１３を生成し、紫外線カットフィルタ３４、
赤外線カットフィルタ３５、４００〜５００ｎｍの透過
帯域を持つカラーフィルタ３６によって前記書込み光１
３を青色光に変換するとともに、レンズ３７によって前
記青色光を並行光線にした後、これを解像度評価用パタ
ーン３８に照射させ、レンズ３９によって前記解像度評
価用パターン３８を透過した書込み光（画像を含む青色
光）１３を、８０Ｖ（実効値）の電圧値および３００Ｈ
ｚの繰り返し周波数を持つ矩形波電圧（交流電圧）が印
加されている測定用の空間光変調素子上に結像させる。

【０１４４】このとき、解像度評価用パターン３８とし
て、ＵＳＡＦ１９５１解像度チャートを使用し、レンズ
３９を通して空間光変調素子の位置に結像したとき、１
００ｌｐ／ｍｍまで認識することができた。

【０１４５】一方、キセノンランプ４５および反射鏡４
６で構成される読み出し用光源４７によって読み出し光
１４を生成し、紫外線カットフィルタ４８、赤外線カッ
トフィルタ４９、５００〜５９０ｎｍの透過帯域を持つ
カラーフィルタ５０によって前記読み出し光１４を緑色
光に変換するとともに、レンズ５１によって前記緑色光
を集光させながら、反射鏡５２によって光路変更した
後、レンズ５３によって前記読み出し光（緑色光）を空
間光変調素子に照射させる。

【０１４６】そして、レンズ５３によってこの空間光変
調素子からの表示光１５を取込み、これを集光させなが
ら、アパーチャ５４によって前記表示光１５に含まれて
いる散乱光を遮断し、表示画像のコントラスト比を向上
させた後、レンズ５５によってスクリーン５６上に対角
長２ｍのサイズに拡大投射させる。

【０１４７】以上述べた手順で、誘電体多層膜ミラー６
の複素比誘電率の絶対値（｜ε_ZCM｜）が各々、異なる
各空間光変調素子の解像度を測定したところ、第１群の
各空間光変調素子について、表８に示す絶対値−解像度
特性を得ることができ、また第２群の各空間光変調素子
について、表９に示す絶対値−解像度特性を得ることが
できた。

【０１４８】これら表８および表９から明らかなよう
に、複素比誘電率の絶対値｜ε_ZCL｜＝９．５０５を持
つ液晶・樹脂複合体層と、この絶対値｜ε_ZCL｜より大
きい複素比誘電率の絶対値｜ε_ZCM｜を持つ誘電体多層
膜ミラー６で構成された本発明による複素誘電率傾斜型
空間光変調素子１は、高い解像度を示すが、前記絶対値
｜ε_ZCL｜を有する液晶・樹脂複合体層と、絶対値｜ε
_ZCL｜より小さな複素比誘電率の絶対値｜ε_ZCM｜を持
つ誘電体多層膜ミラー６で構成された従来の空間光変調
素子は、低い解像度を示す。

【０１４９】特に、第２群を構成する各空間光変調素子
では、この傾向が一段と顕著になる。

【０１５０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、請
求項１、２では、素子自体の解像度を大幅に向上させ
て、素子自体や各光学系を大型化することなく、高精細
画像を表示することができ、これによって投射型ディス
プレィや画像処理装置自体を大型化することなく、かつ
製作コストを増大させることなく画像の高精細化を達成
することができる。また、請求項３〜１２では、素子を
構成する各要素を特定することにより、現存する材料に
よって請求項１、２に示す効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による複素誘電率傾斜型空間光変調素子
の第１実施例を示す構造図である。

【図２】図１に示す光変調層を構成する液晶・樹脂複合
体の一例を示す断面図である。

【図３】図１に示す光変調層を構成する液晶・樹脂複合
体の他の例を示す断面図である。

【図４】図１に示す光変調層を構成する液晶・樹脂複合
体の他の例を示す断面図である。

【図５】本発明による複素誘電率傾斜型空間光変調素子
の第２実施例を示す断面図である。

【図６】本発明による複素誘電率傾斜型空間光変調素子
の第３実施例を示す断面図である。

【図７】本発明による複素誘電率傾斜型空間光変調素子
の第４実施例を示す断面図である。

【図８】本発明による複素誘電率傾斜型空間光変調素子
の第５実施例を示す断面図である。

【図９】本発明による複素誘電率傾斜型空間光変調素子
の使用例を示す構成図である。

【図１０】本発明による複素誘電率傾斜型空間光変調素
子を含む複数の複素比誘電率の絶対値を持つ空間光変調
素子の画像特性を測定するときの光学系を示す構成図で
ある。

【図１１】従来から知られている空間光変調素子の一例
を示す断面図である。

【符号の説明】

１複素誘電率傾斜型空間光変調素子２第１透明基板３第１透明電極４光導電層５光吸収層６誘電体多層膜ミラー７光変調層８第２透明電極９第１反射防止膜１０第２透明基板１１第２反射防止膜１２交流電源１３書込み光１４読み出し光１５表示光１７液晶１８透明樹脂１９液晶・樹脂複合体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１透明電極、光導電層、光吸収層、誘
電体多層膜ミラー、光変調層および第２透明電極を積層
して形成され、前記第１透明電極と前記第２透明電極と
の間に繰り返し電圧を印加しながら、前記第１透明電極
側から入射された書込み光に基づき、前記光導電層のイ
ンピーダンスを変化させて前記光変調層の状態を変化さ
せ、前記第２透明電極側から入射された読み出し光を前
記光変調層によって２次元的に変調しながら、誘電体多
層膜ミラーによって反射して前記第２透明電極側から出
射させる空間光変調素子において、前記光変調層の複素誘電率の絶対値が、前記誘電体多層
膜ミラーの複素誘電率の絶対値よりも、大きくならない
ように、前記光変調層の複素誘電率と、前記誘電体多層
膜ミラーの複素誘電率とを設定する、ことを特徴とする複素誘電率傾斜型空間光変調素子。
【請求項２】第１透明電極、光導電層、誘電体多層膜
ミラー、光変調層および第２透明電極を積層して形成さ
れ、前記第１透明電極と前記第２透明電極との間に繰り
返し電圧を印加しながら、前記第１透明電極側から入射
された書込み光に基づき、前記光導電層のインピーダン
スを変化させて前記光変調層の状態を変化させ、前記第
２透明電極側から入射された読み出し光を前記光変調層
によって２次元的に変調しながら、誘電体多層膜ミラー
によって反射して前記第２透明電極側から出射させる空
間光変調素子において、前記光変調層の複素誘電率の絶対値が、前記誘電体多層
膜ミラーの複素誘電率の絶対値よりも、大きくならない
ように、前記光変調層の複素誘電率と、前記誘電体多層
膜ミラーの複素誘電率とを設定する、ことを特徴とする複素誘電率傾斜型空間光変調素子。
【請求項３】請求項１、２のいずれかに記載の複素誘
電率傾斜型空間光変調素子において、前記光変調層として、ネマチック液晶、コレステリック
液晶、スメクチック液晶、これらネマチック液晶、コレ
ステリック液晶、スメクチック液晶の混合物によって構
成される群のいずれか１つ以上の液晶を選択して用い
る、ことを特徴とする複素誘電率傾斜型空間光変調素子。
【請求項４】請求項１、２のいずれかに記載の複素誘
電率傾斜型空間光変調素子において、前記光変調層として、ネマチック液晶、コレステリック
液晶、スメクチック液晶、これらネマチック液晶、コレ
ステリック液晶、スメクチック液晶の混合物によって構
成される群のいずれか１つ以上の液晶の常光屈折率、異
常光屈折率または前記液晶がランダムに配向した際の屈
折率のいずれかと同等の屈折率を持つ樹脂中に前記液晶
を分散させた液晶・樹脂複合体、または前記液晶中に前
記樹脂を分散させた液晶・樹脂複合体のいずれか一方を
用いる、ことを特徴とする複素誘電率傾斜型空間光変調素子。
【請求項５】請求項１、２のいずれかに記載の複素誘
電率傾斜型空間光変調素子において、前記光変調層として、ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃、Ｋ
ＤＰ、ＤＫＤＰ、ＡＤＰ、ＫＴＰ、ＫＮｂＯ₃、Ｓｒ_x
Ｂａ_1-xＮｂ₂Ｏ₆、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ結晶に
よって構成される群から選択された１つ以上の電気光学
結晶を用いる、ことを特徴とする複素誘電率傾斜型空間光変調素子。
【請求項６】請求項１、２のいずれかに記載の複素誘
電率傾斜型空間光変調素子において、前記光導電層として、珪素、ゲルマニウム、炭素によっ
て構成される群のいずれか１つ以上の元素からなるアモ
ルファス膜を用いる、ことを特徴とする複素誘電率傾斜型空間光変調素子。
【請求項７】請求項１、２のいずれかに記載の複素誘
電率傾斜型空間光変調素子において、前記光導電層として、アモルファスシリコン膜、水素化
アモルファスシリコン膜、アモルファスシリコンカーバ
イト膜、水素化アモルファスシリコンカーバイト膜、ア
モルファスセレン膜、アモルファスＳｅＡｓ膜、アモル
ファスＺｎＳ膜、アモルファスＣｄＳ膜、アモルファス
ＣｄＳｅ膜によって構成される群のいずれか１つ以上の
膜を用いる、ことを特徴とする複素誘電率傾斜型空間光変調素子。
【請求項８】請求項１、２のいずれかに記載の複素誘
電率傾斜型空間光変調素子において、前記光導電層として、ＧａＡｓ結晶、ＧａＰ結晶、Ｂｉ
₁₂ＳｉＯ₂₀結晶、Ｂｉ₁₂ＧｅＯ₂₀結晶によって構成され
る群から選択された１つ以上の結晶を用いる、ことを特徴とする複素誘電率傾斜型空間光変調素子。
【請求項９】請求項１、２のいずれかに記載の複素誘
電率傾斜型空間光変調素子において、前記光導電層として、フタロシアニン系顔料、アゾ系顔
料、多環キノン系顔料、ペリレン系顔料、ペリノン系顔
料、アントラキノン系顔料、インジゴ系顔料、チオイン
ジゴ系顔料、ジオキサジン系顔料、アゾレーキ系顔料、
チアピリリウム系色素、キナクリドン系顔料、シアニン
系色素、ピロル系顔料、ポルフィリン系顔料、アンタン
トン系顔料、スクアリリウム色素、アズレニウム色素、
ＺｎＯ、ＴｉＯ、ＣｄＳあるいはＣｄＳｅを樹脂中に分
散させた材料を用いる、ことを特徴とする複素誘電率傾斜型空間光変調素子。
【請求項１０】請求項１、２のいずれかに記載の複素
誘電率傾斜型空間光変調素子において、前記光吸収層として、ＣｄＴｅ膜、ダイヤモンドライク
カーボン膜、珪素と炭素とゲルマニウムとから実質的に
構成されたアモルファス膜によって構成される群から選
択された１つ以上の膜を用いる、ことを特徴とする複素誘電率傾斜型空間光変調素子。
【請求項１１】請求項１に記載の複素誘電率傾斜型空
間光変調素子において、前記光吸収層として、無機顔料、有機顔料、カーボン、
染料によって構成される群から選択された１つ以上の材
料を樹脂中に分散させた樹脂複合体を用いる、ことを特徴とする複素誘電率傾斜型空間光変調素子。
【請求項１２】請求項１に記載の複素誘電率傾斜型空
間光変調素子において、前記誘電体多層膜ミラーとして、ＳｉＯ₂膜、ＴｉＯ₂
膜、ＨｆＯ₂膜、Ｔａ₂Ｏ₅膜、ＺｎＳ膜、Ａｌ₂Ｏ₃
膜、Ｎａ₂ＡｌＦ₆膜、ＭｇＦ₂膜、ＬａＦ₃膜、Ｇｄ
Ｆ₃膜、ＳｍＦ₃膜、ＣｅＦ₃膜、ＺｒＯ₂膜、ＣｅＯ
₂膜によって構成される群から選択された２つ以上の膜
を積層した多層膜を用いる、ことを特徴とする複素誘電率傾斜型空間光変調素子。