JPS5928895B2 - 光画像変換素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光伝導効果および電気光学効果を有する単結晶
を利用した光空間フィルター素子や光画像変換素子に関
するものである。

従来、光情報技術における光画像入力素子として、電気
光学特性や圧電特性および光伝導特性を有するＢｉ１２
Ｓｉ０２０、Ｂｉ１２ＧｅＯ２０等のビスマスシレナイ
ト族単結晶を用いたインコーヒレント光（非可干渉光）
像をコヒーレント光（可干渉光）像に変換する素子が提
案されており、Ｊ。

Ｆｅｉｎｌｅｉｂｅ等によりＡｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉｃ
ｓ、、Ｖｏｌ。

１１、Ａ１２、Ｄｅｃ、１９７２、ｐ、２７５２で発表
されている素子は第１図のような構造を有する。

第１図ａあるいはをにおいて１はビスマスシリコンオキ
サイド（Ｂｉ０２ＳｉＯ２ｏ）単結晶、２、２牡透明絶
縁膜、３、３’は透明電極である。ここで絶縁層２、２
’は、有機物質または無機質の薄膜を単結晶１上へ蒸着
することによつて作成されてきた。例えば前述のＪ、Ｆ
ｅｉｎｌｅｉｂｅによれば、有機物質としてパラキシレ
ンの重合体ポリパラキシレンのフィルムを形成する方法
を用いている例がある。また、無機物質としてはＭｇＦ
２蒸着膜を用ぃた例がある。透明電極３、３’としては
、Ａｕ、Ｐｔなどの単体金属もしくはＩｎ２ｏ３、ｓｎ
ｏ２などの蒸着膜が用いられ、特に透明度と電気的特性
に優れているＩｎ２ｏ３とｓｎｏ２の混合組成のもの等
が用いられる。

このような構造をもつ光画像変換素子において電極３、
３’間に一定電圧を印加しておき、その状態のまま画像
もしくは文字パターンを片面に投影する。

ビスマスシリコンオキサイド単結晶の光伝導効果のある
波長５００ｎｍ以下の短い波長光を画像の書き込み用光
として用いるが、実際にはキセノン、タングステンラン
プ等の白色光で充分である。光が照射された部分は光生
成電子一正孔対が結晶内で両極に向つて各々移動し、絶
縁フイルム２との界面でトラツプされるため結晶内の電
位勾配は光の未照射の部分に比べ小となる。

このような状態において次の段階として読み出し光とし
て、例えばＨｅ−Ｎｅレーザー光線、波長が６３３ｎｍ
以上の光伝導効果に寄与せぬ長波長光の可干渉光を結晶
軸に対して４５度をなす角の偏光方向を有する直線偏波
光を素子面に均一に照射することにより、透過後電位勾
配の大小に対応して電気光学効果によるリターデーシヨ
ンδが変化し、例えば検光子を通すことによつて強度変
調された可干渉光像が得られる。δは次のようになる。
（式中λは光波長、ＮＯは屈折率、Ｒ４ｌは電気光学係
数、Ｖば暇圧を表わす。）ビスマスシリコンオキサイド
は体心立方晶であり、点群対称性２３であるため、結晶
面（１００）に垂直な方向の電界及び入射方向の光線に
対しては（１）式のようにリターデーシヨンδは結晶の
厚さに無関係である。

さて、以上の構造を有する光画像変換素子に要求される
重要な条件として、可干渉光例えばＨｅ−Ｎｅレーザー
光による読み出しにおいて、不必要な干渉縞の発生しな
いことがあげられる。

従来提案されている素子においてｌ叡結晶の両端面にお
ける多重反射、および半透明電極間での多重反射などに
よつて明瞭な干渉縞が発生し、特に透明度の低いＡｕや
Ｐｔの電極を両端面に有する場合は濃い干渉縞を発生し
、書き込み画像を可干渉光で読み出すことは不可能であ
る。また、第１図ａあるいはｂにおいてＮ２Ｏ３などの
半導体透明電極を両面に用いる場合、干渉縞の生じない
良好な電極とする場合は、Ｉｎ２Ｏ３などの蒸着時に被
蒸着物体を約３００℃に加熱する必要がある。

従つてＢｉｌ２ＳｉＯ２Ｏ単結晶に有機絶縁物（たとえ
ば、パラキシレンの蒸着フイルム）を用いているため、
Ｎ２Ｏ３などの通常の方法による蒸着では加熱により有
機絶縁膜が劣化し、数回の電圧印加（たとえば、Ｂｉｌ
２ＳｉＯ２Ｏ単結晶５００μ、パラキシレン５μの構成
において１０００〜２０００Ｖ）によつて絶縁破壊が生
じ、素子としての動作は不可能となる。この欠点につい
ては、第１図Ａ，ｂの双方について言えることである。
絶縁物として無機物質たとえばＭｇＦ２を用いた例もあ
り、この場合１ｎ２０３などを約３００℃で良好な透明
電極として蒸着することは可能であるが、無機絶縁物を
素子動作時の高電界（たとえば片側５μで５００Ｖの場
合１００Ｋ／Ｍｍ）に耐えるように選定し、付着せしめ
ることは現在の技術では困難であり、いきおい必要な動
作電圧（１０００〜２０００Ｖ）を印加できないことと
なり、低電圧（１００〜５００Ｖ）印加の低感度素子と
なつてしまう。

以上のように、従来の素子製造法では、干渉縞の影響の
無い良好な素子を作ることは不可能である。

本発明は、従来素子の高電圧印加による高感度特性と長
時間メモリー機能をそこなうことなく動作する画像変換
素子を提供するものである。第２図ａはその１例であり
、光伝導効果と電気光学効果を有する結晶たとえばＢｉ
ｌ２ＳｉＯ，Ｏ単結晶１の片側に直接反射防止層を兼ね
るＩｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２もしくはそれらの複合体からな
る透明電極を読み出し光たとえばＨｅ−Ｎｅレーザー光
の６３２８λ光に対して、最も反射率が小さくなる条件
で蒸着する。この時、高抵抗、高耐電圧の有機絶縁層２
（たとえばパラキシレン層）はまだ付着されておらず、
何ら制限されずに良好な条件で透明電極を蒸着すること
ができる。次に、残りの片側にのみ有機絶縁物を付着せ
しめ、その上に有機絶縁物を劣化させないである程度の
透明度と電気伝導度を有する半透明電極として素子を加
熱せずにＡｕあるいはＰｔを蒸着することは容易である
。ここで用いるＡｕあるいはＰｔの半透明電極は透明度
が３０〜５０％と比較的低いが、片側の反射防止効果を
有する電極層を最適条件（蒸着厚みをｄ１その屈折率を
ｎ１読み出し光の波長をλとすλるとき、Ｎｄ＝一が最
適条件）とすると、この面での反射率は５％以下となり
、干渉縞の発生は肉眼でわずかにわかる程度であり、コ
ントラスの強い画像の読み出しには充分応用が可能であ
る。

さらに、干渉縞の発生を完全におさえるためには、第２
図ｂにおいて反射防止効果をさらに完全にするために、
２層構造とし、下地層６の厚みをＤ６屈折率をＮ６導電
層５の厚みをＤ５屈折率をＮ５とするときを満足するよ
うに蒸着する。

この場合、反射率は０．５％以下となり、残りの片側が
ＡｕあるいはＰｔの半透明電極であつても干渉縞の発生
は無視しうる程度に小さい。ここで、本発明による素子
と従来の素子特に第１図ｂの構造のものとの相異潰を明
確にし、その特徴を述べる。

（１）従来の素子では、第１図ｂにおいて、透明電極３
″は電気抵抗と透明度のみ考慮して付着せしめられてお
り、反射防止効果は顕著でなく、いちぢるしい場合は反
射増大となる。

これに対して、本発明の素子ではこの透明電極に反射防
止効果を持たせている。（２）（１）の理由により従来
のものでは少しでも干渉縞の発生を少くするため残る片
側の電極としては透明度の良好なＩｎ２Ｏ３などを蒸着
する必要があり、これはすでに述べたように有機絶縁層
２を劣化せしめることになる。

無機絶縁層を用いた場合はすでに述べたように低電圧で
しか動作させられない。これに対し、本発明の素子では
、片側の透明電極が反射防止層となつているため、特に
透明度の高い電極を高温で蒸着する必要はなく、素子を
加熱せずに蒸着したＡｕあるいはＰｔなどを用いること
ができ、高抵抗、高耐電圧の有機絶縁層を有する素子が
作成できる。（３）（２）の理由により本発明の素子は
高電圧を印加して高感度、高コントラスト、長時間メモ
リーの優れた特性をそこなうことなく干渉縞の少い、も
しくは全く発生しない素子を作成することができる。

（４）さらに第２図ｂの構成による素子については反射
防止層の下地層６として無機絶縁物を用いる場合、素子
の動作時には、電界は高抵抗の有機絶縁層２と単結晶１
との間で分担されるため絶縁破壊の問題は生じないが、
第２図ａの場合の透明電極が直接単結晶に接触している
場合と異なり、電極からの直接の自由キャリヤーの進入
を幾分おさえることができる。

すなわち第１図ｂあるいは第２図ａの構成では透明電極
３″あるいは５側を（′＋）極性にしたときに数分〜数
１０分の画像のメモリー機能を持つが逆極性ではほとん
どメモリー機能はないのに対し、第２図ｂの構造では逆
極性すなわち透明電極５側を（ト）極性にした場合も結
晶の多数キャリヤーとなる電子の注入がさまたげられた
数秒〜数１０秒のメモリー機能がある。つまり第２図ｂ
の構成による素子は反射防止効果が完全であるのみなら
ず極性によつてメモリー時間を選択できるという特徴を
有する。次に本発明の実施例を述べる。

まず、光伝導と電気光学効果を有する単結晶としてＢｉ
ｌ２ＳｉＯ２Ｏ単結晶を大気中で約９００℃に高周波加
熱されたＰｔるつぼ中にて融解させた原料より３ｍＴＩ
Ｌ／Ｈｒｌ２Ｏｒｐｍでチヨコラルスキ一法によつて育
成し、この単結晶より１５ｍｍＸ１５ｍＴＩＬの（１０
０）面を有する厚さ５００μのウエ・・を切り出し、平
坦度λ／１０、平行度１０秒に両面を光学研磨した。

次にこのウエハを３００℃に加熱して片面に下地層とし
てＣｅＦ３次にＩｎ２Ｏ３をそれぞれλ
λＮ６ｄ６−一 Ｎ，ｄ５−ーとなるように真空蒸着
しＡ２た。

さらに残る片面にパラキシレンを５μ厚に蒸着して、有
機絶縁層とし、その上にＡｕを半透明電極として２５０
λ蒸着した。

このようにして作られた第２図ｂの構成の素子に対して
Ｈｅ−Ｎｅレーザーの平行光束を照射したところ、干渉
縞は肉眼で全く観察できなかつた。

次に素子１０００Ｖを印加しておき４５０ｍｍ透過のフ
イルタ一を通した５００ＷＸｅランプ光源で印字を照射
し、Ａｕ電極側より１秒間素子に書き込みを行い、Ｈｅ
−Ｎｅレーザー光で読み出したところ、読み出された再
生像にも全く干渉縞は認められず、さらにフーリエ変換
像にも不用なノイズは発生しなかつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光画像変換素子の構造を示す断面図第２
図は本発明による光画像変換素子の構造を示す断面図、
１・・・・・・Ｂｌｌ２ＳｉＯ２Ｏ単結晶、２，２″・
・・・・・絶縁膜、３，３′・・・・・・透明電極、４
・・・・・・本発明に用いた秀明電極、５，６・・・・
・・反射防止層兼透明電極層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光伝導効果と電気光学効果を有する結晶と、電圧を
   印加するための前記結晶の両側に設けた半透明電極とか
   らなる光画像変換素子において、前記結晶としてビスマ
   スゲルマニウムオキサイド（Ｂｉ＿１＿２ＧｅＯ＿２＿
   ０）又はビスマスシリコンオキサイド（Ｂｉ＿１＿２Ｓ
   ｉＯ＿２＿０）のビスマス・シレナイト族の単結晶を用
   い、前記電極の構成としてＩｎ＿２Ｏ＿３、ＳｎＯ＿２
   もしくはこれらの複合体のｎｄ＝λ／２を満足する膜（
   ｎ：屈折率、ｄ：膜厚）、又は、下地層ＣｅＦ３＿のｎ
   ｄ＝λ／４膜の上にＩｎ＿２Ｏ＿３、ＳｎＯ＿２もしく
   はこれらの複合体であるｎｄ＝λ／２を満足する構成の
   ものを設けることを特徴とする光画像変換素子。