JPH10197904A

JPH10197904A - 光学素子

Info

Publication number: JPH10197904A
Application number: JP9000302A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Mori; 啓森
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-01-06
Filing date: 1997-01-06
Publication date: 1998-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】回折格子と透明状態が選択的に制御され、回
折格子数を可変でき、波長の異なるレーザ光の同時照射
に対して選択的に回折できる光学素子を得ることを目的
とする。【解決手段】回折格子のパターンに形成された透明表
示電極３と、透明表示電極３に対向する対向電極８を有
するエレクトロクロミック素子から成り、回折格子の発
現及び消減を電気的に制御する。異なる色の複数のエレ
クトロクロミック素子を重ね、発振波長の異なる複数の
レーザ光を用いて特定の回折光を任意に切り換えるよう
になす。独立する複数の透明表示電極によって回折格子
パターンを形成し、透明表示電極を選択して回路格子数
を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気化学の酸化還
元反応による色変化を利用して、回折光を電気的に制御
する光学素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、回折格子は、例えば透明
基板上のメタルをパターニングし、或いは透明基板上の
屈折率の異なる透明層をパターニングして形成されてお
り、格子を取り換えない限り回折角度を変えることはで
きない。ましてや、従来の回折格子では光が回折されず
そのまま直進するいわゆる透明状態への切り換えはでき
なかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、回折
格子を構成する光学素子においては、回折格子パターン
は固定されており、使用目的に合わせて必要な回折格子
が装着されることになる。従って、使用される回折格子
は、その度に取り替えなければならない。また、発振波
長の異なる複数のレーザ光の場合、従来の回折格子であ
れば選択なしに無条件に全てのレーザ光を回折してしま
う。

【０００４】本発明は、上述の点に鑑み、回折格子と透
明状態の選択を可能にし、また、複数のパターンの回折
格子が必要な場合、回折格子の取り替えを不要とし、或
いは、波長の異なるレーザ光の同時照射に対しても選択
的に回折現象の得られる光学素子を提供するものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光学素子
は、回折格子のパターンに形成された透明表示電極と対
向電極とを有するエレクトロミック素子からなり、回折
格子の発現及び消失を電気的に制御する構成とする。

【０００６】この構成においては、エレクトロクロミッ
ク素子の透明表示電極及び対向電極間に電圧を印加して
エレクトロクロミック溶液に電流を流すことによって、
透明表示電極が発色し、透明表示電極による回折格子が
発現する。逆極性の電圧を印加することにより、透明表
示電極の発色が消え、透明表示電極は透明状態となり、
回折格子が消失する。これによって、回折格子と透明状
態を電気的に選択できる光学素子が得られる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明に係る光学素子は、回折格
子のパターンに形成された透明表示電極と、この透明表
示電極に対向する対向電極を有するエレクトロクロミッ
ク素子から成り、回折格子の発現及び消失を電気的に制
御するようにした構成とする。

【０００８】本発明は、上記光学素子において、エレク
トロクロミック素子と回折格子が発色する色素の光吸収
波長域を発振波長とするレーザ光とを組み合わせ、回折
光をオン、オフ制御するようにした構成とする。

【０００９】本発明は、上記光学素子において、回折格
子の発色する色が異なる複数のエレクトロクロミック素
子を重ね、発振波長の異なる複数のレーザ光を用い、特
定の回折光を任意に切り換えるようにした構成とする。

【００１０】本発明は、上記光学素子において、独立す
る複数の透明表示電極によって回折格子パターンが形成
され、複数の透明表示電極に対して選択的に電圧を印加
して回折格子数を制御するようにした構成とする。

【００１１】以下、図面を参照して本発明による光学素
子の実施例を説明する。

【００１２】図１は、本発明の光学素子の一実施例を示
す。本例の光学素子１は、図３に示す回折格子のパター
ンを有する透明表示電極３が形成された表示基板４と、
図４に示す対向電極８が形成された対向基板９を透明表
示電極３及び対向電極８が内側となるようにスペーサ１
０を介して対向配置して封止し、両基板４及び９間にエ
レクトロクロミック（ＥＣ）溶液１１を封入して構成さ
れる。

【００１３】表示基板４は、図３Ａ，Ｂ，Ｃに示すよう
に、透明絶縁基板、例えばガラス基板２の一主面上の中
央に、回折格子パターンとなるように所定の幅の複数の
線状部３ａが所定ピッチで配列され、枠状連結部３ｂに
て連結されてなる透明表示電極３が形成されて成る。

【００１４】対向基板９は、図４Ａ，Ｂに示すように、
透明絶縁基板、例えばガラス基板７の一主面上の周辺
部、即ち図示の例では丁度表示基板４の透明表示電極３
に対応する中央を除く周辺部に例えば透明電極或いは金
属電極からなる対向電極８が形成されて成る。

【００１５】透明表示電極３による回折格子パターンの
線状部３ａは、例えば１ｍｍ当たり５０本（即ち５０本
／ｍｍ）配列されており、線状部３ａの幅ｗ₁は例えば
１０μｍ、線状部３ａ間の間隔ｗ₂は例えば１０μｍと
される。

【００１６】エレクトロクロミック溶液１１のエレクト
ロクロミック材としては、種々のエレクトロクロミック
材を用いることができる。例えばジシアノフェニルビオ
ロゲンは緑色の着色層を析出し、ヘプチルビオロゲンは
赤紫色の着色層を析出し、沃化銀は黒色の着色層を析出
する。

【００１７】調整されたエレクトロクロミック溶液組成
の例を示す。緑色を析出するエレクトロクロミック溶液
は、ジシアノファニルビオロゲン０．０２Ｍ、フエロシ
アン化カリウム０．０２Ｍ、次亜リン酸ナトリウム１．
０Ｍ、塩化カリウム１．０Ｍで構成される。赤紫色を析
出するエレクトロクロミック溶液は、ヘプチルビオロゲ
ン０．０２Ｍ、フエロシアン化カリウム０．０２Ｍ、次
亜リン酸ナトリウム１．０Ｍ、塩化カリウム１．０Ｍで
構成される。

【００１８】そして、図１に示すように、かかる光学素
子１においては、その透明表示電極３及び対向電極８間
に極性反転スイッチ１２を介して電源１３が接続され
る。

【００１９】次に、かかる構成の光学素子１の動作を説
明する。極性反転スイッチ１２を介して対向電極８が正
電位、透明表示電極３が負電位となるようにエレクトロ
クロミック溶液１１に電流を流す。これによって、エレ
クトロクロミック溶液１１が例えばジシアノフェニルビ
オロゲン溶液としたときには、還元されたジシアノフェ
ニルビオロゲンカチオンラジカルが負電位の透明表示電
極３に析出し、透明表示電極３が緑色に着色（発色）す
る。之によって、緑色に発色した回折格子パターンが発
現する。

【００２０】このジシアノフェニルビオロゲンでは、図
１４の透過率特性（着消色吸収スペクトル）で示すよう
に、着色吸収スペクトル９において波長５３０ｎｍに透
過ピークがあり、波長５００ｎｍ以下と波長６００ｎｍ
〜７５０ｎｍに光吸収域がある。ｂは消色吸収スペクト
ルである。この光吸収波長域に発振波長をもつレーザ光
Ｌ₁を緑色の回折格子が発現した光学素子１に照射する
と、回折現象が生ずる。即ち、レーザ光Ｌ₁は光学素子
１を透過するとき回折され、０次，＋１次，−１次，＋
２次，−２次，‥‥の回折光Ｌ₂が得られる。但し、こ
こで、５３０ｎｍにおいては僅かの吸収が認められる。
よって、この５３０ｎｍの波長の光でも回折現象が生ず
るが、これは無視できる程の現象である。

【００２１】この場合、レーザ光Ｌ₁の照射方向は、表
示基板４から対向基板９に向かう方向、又はその逆の方
向のいずれでもよい。

【００２２】次に、極性反転スイッチ１２を切換えて、
透明表示電極３が正電位、対向電極８が負電位となるよ
うにエレクトロクロミック溶液１１に消去電流を流せ
ば、透明表示電極３上の析出物はエレクトロクロミック
溶液１１中に溶解し、消色する。之によって、回折格子
は消減する。

【００２３】回折格子が消減した状態では、光学素子１
は透明基板と同等となり、光学素子１に照射されたレー
ザ光Ｌ₁は、回折されず直進して透過する。

【００２４】一方、エレクトロクロミック溶液１１とし
てヘプチルビオロゲン溶液を用いるときは、赤紫色の回
折格子が発現する。このヘプチルビオロゲンは図１５の
透過率特性（着消色吸収スペクトル）で示すように、着
色吸収スペクトルｃにおいて、５５０ｎｍ付近（５１０
〜５７０ｎｍ）と７８０ｎｍ以上に光吸収域をもち、４
５０ｎｍ付近（４２０〜４８０ｎｍ）と６８０ｎｍ付近
（６２０ｎｍ〜７２０ｎｍ）に光透過域をもつことか
ら、この光吸収波長域に相当するレーザ光を照射する
と、回折現象が生ずることになる。図１５のｄは消色ス
ペクトルである。

【００２５】エレクトロクロミック溶液１１として、沃
化銀を用いるときは、黒色の回折格子が発現する。この
場合は、可視域全体が吸収帯なので、色選択性がないこ
とになる。即ち、全波長域に対して回折現象が生じるこ
とになる。

【００２６】このように、エレクトロクロミック材料の
選択により、例えばジシアノフェニルビオロゲンでは緑
色、ヘプチルビオロゲンでは赤紫色、沃化銀では黒色等
に発色し、吸収波長域の異なる回折格子が形成できるこ
とになる。そして上記実施例によれば、透明表示電極に
より、電気的に回折格子の発現及び消失を制御すること
ができる。即ち光学素子を回折格子として、或いは透明
基板として選択的に使用することができる。

【００２７】図２は、本発明による光学素子の他の例を
示す。本例の光学素子２１は、対向基板として、図５に
示す対向基板１６を用いる。即ち、この対向基板１６
は、図５Ａ，Ｂに示すように、透明絶縁基板、例えばガ
ラス基板７の一主面上に全面にわたって透明電極による
対向電極８を形成すると共に、この対向電極８の中央即
ち、表示基板４側の透明表示電極３に対応する部分に透
明絶縁体層１５を形成して成る。光学素子２１の表示基
板４、エレクトロクロミック溶液１１等、その他の構成
は、図１，図３と同様であるので重複説明を省略する。

【００２８】この構成においても、図１と同様の動作を
し、同様の効果を奏するものである。

【００２９】図６は、本発明の光学素子の他の実施例を
示す。本例の光学素子２３では、図７に示す独立した複
数の透明表示電極にて回折格子のパターンが形成された
表示基板２４が用いられる。即ち、この表示基板２４は
図７Ａ，Ｂ，Ｃに示すように、透明絶縁基板、例えばガ
ラス基板２上の中央に、複数の所定幅の線状部２５ａが
所定ピッチで配列され各一端が連結されてなる第１の櫛
歯状電極部２５と、複数の所定幅の線状部２６ａが所定
ピッチで配列され各一端が連結されてなる第２の櫛歯状
電極部２６とが、互いにその線状部２５ａ，２６ａが噛
み合うように、即ち線状部２５ａ及び２６ａが交互に配
列されるようにした透明表示電極を形成して構成され
る。透明表示電極２７の第１の電極部２５と、第２の電
極部２６とは、夫々独立に電位が与えられるように端子
ｔ₁，ｔ₂が導出される。

【００３０】第１の電極部２５の線状部２５ａは例えば
１ｍｍ当たり２５本（即ち２５本／ｍｍ）、第２の電極
部２６の線状部２６ａも同様に１ｍｍ当たり２５本（即
ち２５本／ｍｍ）配列されて成り、従って、第１及び第
２の電極部２５及び２６の線状部２５ａ及び２６ａの合
計は１ｍｍ当たり５０本（即ち５０本／ｍｍ）となる。
各線状部２５及び２６の幅ｗ₃，ｗ₄は例えば１０μ
ｍ、線状部２５及び２６間の間隔ｗ₅は例えば１０μｍ
とされる。

【００３１】そして、本例の光学素子２３は、図７の表
示基板２７と、例えば前述の図４の対向基板９とを夫々
の透明表示電極２７及び対向電極８が内側となるように
スペーサ１０を介して対向配置して封止し、この両基板
２７及び９間に前述と同様のエレクトロクロミック溶液
１１を封入して構成される。

【００３２】この光学素子２３においては、その透明表
示電極２７と対向電極８間に極性反転スイッチ１２を介
して電源１３が接続されるも、特に透明表示電極２７で
は図示せざるも選択スイッチを介して端子ｔ₁及びｔ₂
を接続して極性反転スイッチ１２及び電源１３を通じて
第１及び第２の電極部２５及び２６に同一電位を与え、
或いは一方の端子ｔ₁又はｔ₂のみを極性反転スイッチ
１２及び電源１３に接続して、第１又は第２の電極部２
５又は２６のいずれか一方のみに電位を与えるようにな
す。

【００３３】かかる構成の光学素子２３においては、回
折格子となる透明表示電極２７の第１の電極部２５と第
２の電極部２６に対する接続を制御することによって、
回折格子の本数を変えることができる。即ち、例えば第
１の電極部２５と第２の電極部２６を接続して、両電極
部２５及び２６が負電位、対向電極８が正電位となるよ
うにエレクトロクロミック溶液１１に電流を流すと、之
によって図８Ａの斜線で示すように透明表示電極２７の
第１及び第２の電極部２５及び２６の双方にエレクトロ
クロミック材が析出し着色される。この着色によって発
現した回折格子の本数は、第１及び第２の電極部２５及
び２６の線状部２５ａ及び２６ａの合計の本数（即ち５
０本）となる。

【００３４】次に、第１の電極部２５又は第２の電極部
２６のいずれか一方、例えば第１の電極部２５のみ負電
位とし、対向電極８を正電位とするようにエレクトロク
ロミック溶液１１に電流を流すことによって、図８Ｂの
斜線で示すように、透明表示電極２９の一方の第１の電
極部２５にのみエレクトロクロミック材が析出し着色さ
れる。この一方の電極部２５の着色によって発現した回
折格子の本数は第１の電極部２５の線状部２５ａの本数
（即ち２５本）となる。

【００３５】このように、回折格子となる透明表示電極
２７の第１及び第２の電極部２５及び２６の接続を制御
することにより、回折格子の本数を制御することがで
き、この結果、回折角度を制御することができる。

【００３６】尚、図示せざるも、図７の表示基板２４と
図５の対向基板１６を組み合わせて同様の光学素子２３
を構成することもできる。

【００３７】上例では透過型仕様の光学素子について説
明した。図９及び図１０は、反射型仕様の光学素子に適
用した場合の本発明の他の実施例を示す。

【００３８】図９の例の光学素子３１は、例えば図１１
に示す対向基板３３を用いる。即ち、この対向基板３３
は、絶縁基板、例えばガラス基板７の一主面上の周辺部
に対向電極８を形成し、その中央部に例えばＡｌによる
反射ミラー３４を形成して構成される。本例の光学素子
３１は、対向基板３３と、例えば図３の表示基板４又は
図７の表示基板２４とを夫々の対向電極８及び透明表示
電極３又は２７が内側となるようにスペーサ１０を介し
て対向配置して封止し、この両基板３３及び４（又は２
４）間にエレクトロクロミック溶液１１を封入して構成
される。

【００３９】かかる反射型仕様の光学素子３１において
は、上例と同様に透明表示電極３（又は２７）が負電
位、対向電極８が正電位となるようにエレクトロクロミ
ック溶液１１に電流を流すことによって、透明表示電極
３（又は２７）にエレクトロクロミック材が析出し着色
される。この着色で回折格子が発現する。そして、回折
格子が発現された光学素子３１に対して表示基板４（又
は２４）側から上側と同様のレーザ光Ｌ₃を照射するこ
とにより、回折格子を透過した光は回折現象を起こすと
共に、その回折光Ｌ₄が反射ミラー３４に反射して再び
回折格子を透過して回折現象を起こし、回折光Ｌ₅が得
られる。

【００４０】図１０の例の光学素子３６は、例えば図１
２に示す対向基板３７を用いる。この対向基板３７は絶
縁基板、例えばガラス基板７の一主面上の全面に対向電
極８を形成し、この対向電極８の中央部に透明絶縁体層
（透明でなくても可）３８を介して例えばＡｌによる反
射ミラー３４を形成して構成される。本例の光学素子３
６は、この対向基板３７と、例えば図３の表示基板４又
は図７の表示基板２４とを夫々の対向電極８及び透明表
示電極３（又は２７）が内側となるようにスペーサ１０
を介して対向配置して封止し、この両基板３７及び４
（又は２４）間にエレクトロクロミック溶液１１を封入
して構成される。

【００４１】この構成の反射型仕様の光学素子３６にお
いても、図９と同様に、回折格子が発現された状態で表
示基板４（又は２４）側からレーザ光Ｌ₃を照射するこ
とにより、回折格子を透過して回折現象が起こり、その
回折光Ｌ₄が反射ミラー３４で反射することにより、再
び回折格子を透過して回折現象を起こし回折光Ｌ₅が得
られる。

【００４２】図１３は、本発明による光学素子の更に他
の実施例を示す。この光学素子４０は、複数種のレーザ
光源４１及び４２と、異なる色の回折格子を発現する複
数種のエレクトロクロミック素子（いわゆる光学素子）
４３，４４とから構成される。

【００４３】即ち、図示の例では、エレクトロクロミッ
ク溶液１１Ａを有し、緑色のエレクトロクロミック材が
析出され緑色の回折格子が発現する第１のエレクトロク
ロミック素子、即ち光学素子４３と、エレクトロクロミ
ック溶液１１Ｂを有し赤紫色のエレクトロクロミック材
が析出され赤紫色の回折格子が発現する第２のエレクト
ロクロミック素子、即ち光学素子４４が重ね合わされ、
之に対して、波長５３０ｎｍの緑色のレーザ光ｈν₁を
照射する第１のレーザ光源４１と、波長７００ｎｍの赤
色のレーザ光ｈν₂を照射する第２のレーザ光源４２を
配置して構成される。尚、図において、図１と対応する
部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

【００４４】この構成の光学素子４０においては、次の
ような動作をする。第１及び第２の光学素子４３，４４に回折格子（Ｅ
Ｃ回折格子）が発現せず、共に透明状態である場合に
は、２種のレーザ光ｈν₁及びｈν₂は回折されること
なく、直進する。緑色に発色する第１の光学素子４３が透明状態で、
赤紫色に発色する第２の光学素子４４の回折格子（ＥＣ
回折格子）が発現している場合には、緑色のレーザ光ｈ
ν₁のみ回折現象が生じ、赤色のレーザ光ｈν₂は回折
せずに直進する。赤紫色に発色する第２の光学素子４４が透明状態
で、緑色に発色する第１の光学素子４３の回折格子（Ｅ
Ｃ回折格子）が発現している場合には、赤色のレーザ光
ｈν₂のみ回折現象を生じ、緑色のレーザ光ｈν₁は回
折せずに直進する。緑色に発色する第１の光学素子４３の回折格子（Ｅ
Ｃ回折格子）、赤紫色に発色する第２の光学素子４４の
回折格子（ＥＣ回折格子）が共に発現している場合に
は、赤色と緑色のレーザ光ｈν₂及びｈν₁共に回折現
象を生ずる。これらを表１に示す。

【００４５】

【表１】

【００４６】かかる構成の光学素子４０によれば、吸収
波長の異なる回折格子を発現する複数のエレクトロクロ
ミック素子（即ち光学素子）４３，４４と発振波長の異
なる複数のレーザ光ｈν₁，ｈν₂との組み合わせによ
り、特定の回折光を任意に切り換えることが可能にな
る。

【００４７】尚、図１３において、表示基板として図７
の表示基板２４を用いれば、格子数の制御も可能とな
る。又、図１１，図１２の反射ミラー３４を有する対向
基板３３，３７を用いれば、反射型仕様の光学素子４０
が構成される。

【００４８】

【発明の効果】本発明に係る光学素子によれば、回折格
子の発現及び消減を電気的に制御することができ、１つ
の光学素子で回折格子及び透明状態を選択することがで
きる。

【００４９】エレクトロクロミック素子と、その回折格
子が発色する色素の光吸収波長域を発振波長とするレー
ザ光を組み合わせるときは、回折光のオン・オフ即ち発
生、消減を制御することができる。

【００５０】回折格子の発色する色が異なる複数のエレ
クトロクロミック素子を重ね、発振波長の異なる複数の
レーザ光と組み合わせるときは、特定の回折光を任意に
切り換えて使用できる光学素子が得られる。

【００５１】独立する複数の透明表示電極によって回折
格子のパターンを形成し、その回折格子の透明表示電極
をそれぞれ独立に選択して電圧を印加するときは、回折
格子数を制御することかでき、回折角度が可変可能な光
学素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光学素子の第１実施例を示す構成
図である。

【図２】本発明に係る光学素子の第２実施例を示す構成
図である。

【図３】Ａ第１実施例に係る表示基板の平面図。Ｂ図３ＡのＡ−Ａ線上の断面図。Ｃ図３ＡのＢ−Ｂ線上の断面図。

【図４】Ａ第１実施例に係る対向基板の平面図であ
る。Ｂ図４ＡのＣ−Ｃ線上の断面図である。

【図５】Ａ第２実施例に係る対向基板の平面図であ
る。Ｂ図５ＡのＤ−Ｄ線上の断面図である。

【図６】本発明に係る光学素子の第３実施例を示す構成
図である。

【図７】Ａ第３実施例に係る表示基板の平面図であ
る。Ｂ図７ＡのＥ−Ｅ線上の断面図である。Ｃ図７ＡのＦ−Ｆ線上の断面図である。

【図８】Ａ第３実施例の動作説明に値する説明図であ
る。Ｂ第３実施例の動作説明に値する説明図である。

【図９】本発明に係る光学素子の第４実施例の構成図で
ある。

【図１０】本発明に係る光学素子の第５実施例の構成図
である。

【図１１】Ａ第４実施例に係る対物基板の平面図であ
る。Ｂ図１１ＡのＧ−Ｇ線上の断面図である。

【図１２】Ａ第５実施例に係る対向基板の平面図であ
る。Ｂ図１２ＡのＨ−Ｈ線上の断面図である。

【図１３】本発明に係る光学素子の第６実施例の構成図
である。

【図１４】緑色エレクトロクロミック素子の着消色吸収
スペクトル図である。

【図１５】赤紫色エレクトロクロミック素子の着消色吸
収スペクトル図である。

【符号の説明】

１，２１，２３，３１，３６光学素子、２，７透明
基板、３，２７回折格子パターンの透明表示電極、
４，２４表示基板、８対向電極、９対向基板、１
０スペーサ、１１エレクトロクロミック溶液、１５
透明絶縁体層、３５反射ミラー、４１，４２レー
ザ光源、４３，４４エレクトロクロミック素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回折格子のパターンに形成された透明表
示電極と、該透明表示電極に対向する対向電極を有するエレクトロ
クロミック素子から成り、前記回折格子の発現及び消減を電気的に制御して成るこ
とを特徴とする光学素子。
【請求項２】前記エレクトロクロミック素子と、前記回折格子が発色する色素の光吸収波長域を発振波長
とするレーザ光とを組み合わせ、回折光をオン、オフ制御するようにして成ることを特徴
とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】前記回折格子の発色する色が異なる複数
の前記エレクトロクロミック素子を重ね、発振波長の異なる複数のレーザ光を用い、特定の回折光を任意に切り換えるようにして成ることを
特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項４】独立する複数の透明表示電極によって前
記回折格子のパターンが形成され、前記複数の透明表示電極に対して選択的に電圧を印加し
て前記回折格子数を制御するようにして成ることを特徴
とする請求項１に記載の光学素子。