JPS607766B2 - 画像変換素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 より高密度、高速の情報処理の必要から光を媒体とした
情報処理系の開発が進められているが、通常のインコヒ
ーレントな物体像やその他の光情報をコヒーレントな光
の情報たとえばＨｅ−Ｎｅレーザーの６３２８Ａ光の情
報へ交換する事は多量の情報の空間的な処理や記憶にと
って不可欠なものであり、本発明はこのような目的に有
用な画像変換素子にかかわるものである。

ここで本発明にかかわる画像変換素子の動作原理を簡単
に説明する。

１例として光伝導効果と電気光学効果を有するＢｉ８Ｓ
ｉ０２ｏの単結晶を用いた場合を第１図に示す。

第１図において、１はＳｉ，ぶｉ０２。

単結晶の（１００）面ウヱハであり、２は光伝導効果に
よって発生したキャリア一が電極に流出しないための絶
縁層であり、たとえばポリパラキシレンなどが用いられ
る。３は電圧を印加するための電極であり書き込み光と
読み出し光が透過する透明導電材料たとえばｌｎ２０３
層などが用いられる。

まず、直流電源４によって透明電極３に電圧を印加し、
物体５をＢｉ，２Ｓｉ０２。

単結晶が光伝導効果を生じる紫〜青色光を成分として持
つ光源６によって照射し、これをレンズ７によってハー
フ１ミラー８を通してＢｉ，２Ｓｉ０２。単結晶上に結
像させると物体像の明暗に応じてＢｉ，２Ｓｉ０２。単
結晶中にキャリア一を発生するが絶縁層２によって単結
晶から電極へのキャリア一の流出は阻止されるため、キ
ャリア一は保促され物体像の明暗に応じてＢｉ，２Ｓｉ
○数単結晶中の内部電界が変化する。そののちＢｉ，ぶ
ｉ０２。単結晶に光伝導効果を生じさせないような長波
長光たとえばＨｅ−Ｎｅレーザーの６３２８Ａ光９を直
交ニコルの状態に配置した偏光子１０と検光子１ １を
通して照射すればＢｉ，２Ｓｉ０２。単結晶の有する電
気光学効果によって単結晶を通過した後は、その内部電
界に応じた位相差ｙを受けるため検光子１１を出た光出
力１２はＳｉ〆号肌‘１） の光強度となり「元の物体５の明暗に応じたコヒーレン
ト光の光出力となる。

さらに検光子１１の後方のフーリエ変換レンズを置くこ
とにより、二次元画像のフーリエ変換像を瞬時にして得
ることができ、物体の特徴の抽出や欠陥の識別が容易に
行われる。さて、以上のような動作において絶縁層２と
透明電極３は必要不可欠なものであるか、従来絶縁層２
として有機絶縁物のポリパラキシレンが用いられ、透明
電極として１比０３が用いられて来た。

しかるに、この構成においてはポリパラキシレンが低融
点（３００ｑｏ以下）で１００ｑ０程度の加熱で劣化し
てしまうため透明電極であるｌｎ２０３を低抵抗で様透
明度に付着させるためには、ポリパラキシレンを付着せ
しめたＢｉ．２Ｓｉ０２。単結晶を冷却しかつ厳密なＡ
ｒと○２圧の調整及び空間磁場の印加さらにスパッタ電
力のコントロールを必要とするＤＣスパッタ法が用いら
れているが、これら全ての条件を最適にすることは非常
に困難である。また無機絶縁材料であるＳｉ０２やＭが
２などを絶縁層２として用いる例もあるが、これらは絶
縁抵抗が１びｏＱ−肌程度と低いこと、あるいは絶縁耐
圧が低い、吸湿するなどのため充分なキャリア‐阻止層
とは成り得ない。

また、絶縁層２としてポリパラキシレンを使用した画像
変換素子は、耐電圧が低くまた既０光電板状体１に効果
的に電圧を印加することができない。

すなわち、ポリパラキシレンは、耐電圧が低く、ポリパ
ラキシレンを使用した画像変換素子の場合、がＶまでし
か印加できず、そして、それ以上の電圧を印加すると短
時間で絶縁体が劣化していた。更に、ポリパラキシレン
は誘電率ｅが３前後であり、透明電極３に印加される外
部電圧の内、絶縁層２の分圧が比較的高く、ＢＳＯ光電
板状体１に効果的に電圧を印加することができない。

画像変換素子の性能において特に重要な読み出し画像の
コントラスト比は、光電板状体に印加される電圧によっ
て決定されるが、ポリパラキシレンを使用した従来の画
像変換素子では、十分に高い電圧が印加できないだけで
なく、透明電極に印加した電圧を効率的に光電板状体に
印加できないために、優れたコントラスト比が得ること
ができなかつた。本発明は以上のような困難を除き容易
に所定の性能を発揮する画像変換素子を提供するもので
ある。

次に第２図を用いて本発明の特徴を説明する。

第２図において１３は光伝導効果と電気光学効果の両効
果を合せ持つＢｉ，２Ｓｉ○狐単結晶板であり、１４は
絶縁層であり、１６は空隙を満たすシリコンオイルであ
り、１５はネサコートミれたガラス板をそのネサコート
電極面が内側になるように配置したものである。このよ
うにネサコートガラス板で挟む構造をとることは絶縁物
の厚みやその種類（有機、無機）などにかかわらず簡単
に素子を構成することができる外各々の構成材料が長期
間の使用により劣化したとき劣化部のみ交換できるなど
の特徴を有している。ところが単結晶板１３やネサガラ
スさらには絶縁物のわずかな厚みの不均一やそりなどに
よって各構成材料の界面に空隙を生じるため１〜必Ｖの
高電圧を印加すると空隙部で絶縁破壊を発生することが
いまいま起る。この空隙をシリコンオイルのような高耐
電圧（ｌｏｏ〜１２皿Ｖノ側）の液体で満たすことによ
り従来発生した絶縁破壊を無くすことができるのみなら
ず素子の吸湿による単結晶表面や絶縁物の表面抵抗の低
下による残像時間の減少さらに分解能の劣化などを防ぐ
ことができる。

さらにシリコンオイルの絶縁抵抗は１〜２×１び４０−
凧と高いためキャリア−を阻止する機能を充分に発揮す
る。さらに第２図において絶縁層１４としてマィカ板（
白雲母）を用いるのはマィカの絶縁抵抗が１び４〜１ぴ
７０−弧と高く絶縁耐圧も７０〜２５皿Ｖ／脚と高いた
め充分本発明の素子を構成する絶縁層として使用できる
他、特にマイカ板特有のへき開を示すため容易にｌｏＡ
ｍ程度の薄板を得ることができ、この点も画像変換素子
の作成上マィカ板を用いる特徴となる点である。本発明
にかかる画像変換素子においては電気光学効果を利用す
るため光伝導及び電気光学効果を示す材質に充分高い電
界を印加する必要があるため、上記のように絶縁層を容
易に薄板とすることができるマィカ板を用いることは有
利である。ここでマィカは自然複屈折を持ち、本来の書
き込み像によって生じた電界変化による読み出し光の位
相差以外の位相差を付加することとなるが、この影響は
入射側と出射側のマィカ板による位相差が逆繍性となる
ように光学軸を互に直角に配置することによって除去す
ることができる。

上述したように、画像変換素子の性能において特に読み
出し画像のコントラスト比が重要である。

この画像のコントラスト比は、ビスマスシリコンオキサ
ィド単結晶のような光電板状体１３に印加される電圧に
よって決定される。そして、読み出し光としてＨｅ−Ｎ
ｅレーザー光を使用すると、茂０光電板状体１３の場合
、３９００Ｖの電圧を印加されたとき最大のコントラス
ト比が得られる。しかし、既０光電板状体１３は、絶縁
体を介して透明電極１５によって挟まれているので、電
極１５に印加された外部電圧のすべてが斑０光電板状体
１３に印加されるものではない。

すなわち、電極１５に外部電圧が印加されたときのＢＳ
Ｏ光電板状体１３と絶縁体とにかかる電圧比は、ＶＢＳ
。

せつえ▽淳で＝Ｋ仏たし・ｘｄ肌 ご肌Ｘｄ安定よ 但しごは誘電率、ｄは厚さ、Ｋは比例定数の関係にある
。

従って、斑０光電板状体１３に有効に電圧を印加するに
は、誘電率どの大きな絶縁体を使用すると共に絶縁体の
厚さｄを薄くする必要がある。

絶縁体を薄くするには、絶縁体の耐電圧が高い絶縁材料
の使用が必要である。しかし、たとえ耐電圧が高い絶縁
材料を使用しても、絶縁体を薄くすると、絶縁眼目体に
ピンポールなどができ、また、ＢＳＯ光電板状体１３と
絶縁膜との間に隙間ができるなどにより、エアーギャッ
プができ、そのエアーギャップで放電が発生し易くなる
。この問題は、上述したように本発明においては、シリ
コンオイルを充顛することにより、エアーギャップをシ
リコンオイルで満たし、エアーギャップでの放電の問題
を解消している。更に、議電率の高い絶縁材料を使用す
ることにより、斑０光電板状体１３に印加される電圧の
割合を高くすることができる。

本発明においては、絶縁材料としてマィカを使用してい
るが、マィカの誘電率ごは、４．５から７．５であり、
誘電率どが３前後のポリパラキシレンを使用していた従
来の場合に比較して、ＢＳＯ光電板状体１３と絶縁体の
厚さが同一としたとき、斑０光電板状体１３と絶縁体と
にかかる電圧比を１．５〜２．９部こ高めることができ
る。

また、本発明において使用しているマイカは、耐電圧が
高く且つ安定性に優れている。ポリパラキシレンを使用
していた従来の場合、上述したように松Ｖまでしか印加
できず、それ以上の電圧を印加すると短時間で絶縁体が
劣化していたのに対して、本発明においては絶縁体とし
てマィカを使用しているので、巡Ｖ以上の電圧を印加し
て長時間使用しても、劣化は生じない。次に、本発明の
実施例を述べるが、ここでは光伝導効果と電気光学効果
を有する材料としてＢｉ，２Ｓｉ○抑単結晶を厚み５０
０山肌に光学研摩した直径１仇奴の（１００）ウェハを
用いシリコンオイル、及び透明度９５％、厚み１柳のネ
サコートガラスをそれぞれ用いた。

書き込み光源としては〜イオンレーザの４８８０Ａ光を
用い、物体としてはネガフィルム印刷文字、あるいは〜
イオンレーザーの直接光を用い読み出し光としては耳ｈ
ｗのＨｅ−Ｎｅレーザー光を１仇舷？の平行光東とした
もおを用い、検光子を出た出力光強度を定量測定すると
きにはホトマルチプラィアーを、像を観察する時には結
像レンズを用いてスクリーンに投影した。

第２図の構成においては絶縁層として厚み約１５ｒｍの
マィカ板を用いた。

まず印刷文字の反射像を１′１９段、書き込み、スクリ
ーン上に結像された読み出し像を観察したところ、高透
明度の電極および絶縁材料を用いるため干渉縞の発生は
実用上さしつかえない程度に軽減され、また各々の絶縁
層が高耐電圧、高抵抗であるためＢｉ，２Ｓｉ○幻単結
晶に半波長電圧である３９００ボルト近くの電圧が印加
されるまで電源電圧を上昇させたが、絶縁破壊を生じる
こともなくダイナミックレンジを大きくとるこができ、
残像時間も数分以上あり、フ−リェ変換等の画像処理に
充分なメモリ一時間を有することが判明した。また、実
験結果によれば印加電圧を上昇させてフオトマルチプラ
ィア一を用いて光出力を測定することにより、マィカを
用いた場合光世力がＳＭ芸×歯）・…・側に比例して変
化し最大Ｖ＝４．歌Ｖまで印力０できることが分った。

本発明による画像変換素子によればＢｉ，２Ｓｉ０２ｏ
の単結晶板と絶縁被膜との間および絶縁被膜と高透明度
な電極との間にシリコンオイルを充填することにより｛
２｝式に示すような関係で充分な動作範囲が得られるだ
けの荷電耐圧が得られるようになつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、画像変換素子及びその動作機構を説明する図
であり、第２図は「本発明による画像変換素子の構成図
である。 主な参照番号、１……光伝導効果及び電気光学効果の双
方を有する光電板状体、２…・・・絶縁層、３…・・・
透明電極、４・・・…直流電源、５…・・・物体「６…
・・・書き込み光源、７……結像レンズ、８・・・・・
・ハーフミラー、９・・…・読み出し光、１０・…４・
偏光子、１１…・・・検光子、１２・・・・・・出力光
、１３…・・・光伝導効果及び電気光学効果の双方を有
する光電板状体、１４・・・・・０マィカ板、１５・…
・・ネサコート・ガラス、１６……シリコンオイル。 外ｌ図 外２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光伝導効果と電気光学効果との双方を備えた材料か
   らなる光電板状体と、該光電板状体の互いに対向する両
   平面を覆う絶縁体と、前記光電板状体を間に挟むように
   該光電板状体の両平面を覆う絶縁体上に設けられた一対
   の透明電極とを有して構成される画像変換素子において
   、前記絶縁体は、マイカで構成され、該マイカ絶縁体と
   前記光電板状体との間及び該マイカ絶縁体と前記透明電
   極との間には、シリコンオイルが充顛されていることを
   特徴とする画像変換素子。 ２ 前記光電板状体は、ビスマスシリコンオキサイドで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の画像
   変換素子。 ３ 前記マイカは、前記光電板状体の前後において、光
   学軸が互いに直角に位置するように配置されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   画像変換素子。