JPS6159483B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気光学効果と光伝導効果を有する
単結晶板を用い、画像のインコヒーレント・コヒ
ーレント変換や画像の一時記憶等に行なう光画像
素子の改良に関するものである。

例えば第１図に示すように、ビスマス・シリコ
ン・オキサイド（Bi₁₂SiO₂₀）やビスマス・ゲルマ
ニウム・オキサイド（Bi₁₂GeO₂₀）等の電気光学効
果と波長依存性の光伝導効果を有する単結晶板１
と、その両側面に設けられた絶縁層２，２′と、
絶縁層２，２′と単結晶板１とに電界を加える透
明電極３，３′とから構成された光画像素子が従
来より知られている。この光画像素子は、例えば
インコヒーレント光の画像をコヒーレント光の画
像に変換したり、或は画像を一時的に記憶したり
する場合に使用するものであり、例えば次のよう
に動作するものである。

まず、透明電極３，３′に接続された電源４に
より単結晶板１と絶縁層２，２′とに電圧を印加
すると、定常状態に於いては、電源４の電圧Ｖよ
り単結晶板１及び絶縁層２，２′の厚さとその誘
電率で定まる一定の電位分布が、光画像素子内部
に発生する。この状態に於いて、単結晶板１が光
伝導効果を呈する波長のインコヒーレントな書込
み画像５を単結晶板１に結像させると、単結晶板
１は光伝導効果を有するので、その照射領域に於
いては書込み画像５に対応した電位分布が形成さ
れる。即ち、光伝導効果により像の空間的な光強
度分布に応じて電子・正孔対が発生し、この電
子・正孔対が各各の極性に応じて各透明電極３，
３′に移動して、絶縁層２，２′と単結晶板１との
界面にトラツプされ電位分布が形成されることに
なる。

単結晶板１は電気光学効果を有するので、上記
電位分布に応じてその屈折率が変化し、結局、書
込み画像５に対応した屈折率分布が形成されるこ
とになる。単結晶板１として前記ビスマス・シリ
コン・オキサイド等を使用する場合には、この結
晶板は高抵抗（約10¹⁷Ω・cm）である為、前述し
た電子・正孔対はトラツプされた状態で残存し、
従つて書込み画像５が光画像素子に蓄積されるこ
とになる。

このように単結晶板１に書込み画像５が屈折率
分布として形成蓄積されたのち、単結晶板１の光
伝導効果がほとんど生じない波長のコヒーレント
光を読出し光６として、これを偏光子７で直線偏
波とし単結晶板１に入射させると、単結晶板１を
透過した光８は、単結晶板１の屈折率分布に応じ
た光学的位相差Γを受けるものとなる。従つてこ
の透過光８を検光子９で検出して得た出力光１０
は、再び光学的な強度分布を有するものとなり、
結局インコヒーレントな書込み画像がコヒーレン
トな画像に変換されたことになる。

ところで、前述の絶縁層２，２′は、前述した
ように単結晶板１内部で発生したキヤリアが電源
４へ流出するのを防ぐものであるから、絶縁抵抗
値が高いことが必要であり、また光を透過するの
であるから当然光学的に均質な透明薄膜であるこ
とが要求される。従つて絶縁層２，２′の材料と
しては、絶縁抵抗値が高く、光学的に均質な透明
薄膜が容易に形成可能であることが必要である。
更に以下に述べる理由により、耐破壊電圧値及び
誘電率が大きいことが必要となる。

一般に、光画像素子の出射光強度Ｉと単結晶板
１の印加電圧V₁との間には次式に示すような関
係がある。

Ｉ∝sin²（π／２・Ｖ_１／Ｖπ） ………(1) ただし、(1)式に於いてＶπは半波長電圧であ
り、次式で決定される定数である。

Ｖπ＝λ_０／２ｎ_０ ^３γ_４１ ………(2) λ_０；自由空間における光波長 n₀；屈折率 γ₄₁；電気光学係数 (1)式から明らかなように、出力画像のコントラ
スト比は、印加電圧V₁により決定されるものと
なり、V₁＝Ｖπのとき最大のコントラスト比が
得られる。従つて、光画像素子を使用するに当つ
ては、通常単結晶板１にＶπの印加電圧が加わる
ように電源４が設定されている。

単結晶板１にＶπの電圧を印加するには、第１
図のような構造では、電源４の電圧はＶπより大
きくしなくてはならないことは明白である。いま
単結晶板１の厚さ及び誘電率をd₁、ε_１、絶縁層
２，２′の厚さ及び誘電率をd₂、ε_２とすると、
単結晶板１に加わる電圧V₁は次式に示すものと
なり、電源４の電圧Ｖの１／１＋２ｄ_２・ε_１／ｄ_１・
ε_２にな る。

従つて、電源４の電圧Ｖを低く押えて、単結晶
板１に所定の印加電圧を加えるには、単結晶板１
の厚さd₁と誘電率ε_１が一定とすると、絶縁層
２，２′の厚さd₂は小さく、その誘電率ε_２は大
きい方が望ましい。厚さd₂は、絶縁層２，２′の
耐破壊電圧値により制限され、あまり小さくする
と電気的破壊を起こすので、結局誘電率ε_２の大
きなものほど絶縁層２，２′に適することにな
る。

このように絶縁層２，２′は、上記の諸条件を
満たすものである必要があり、従来よりポリパラ
キシリレン、マイカ板、シリコン絶縁油等の各種
の材料が提案されている。しかし、これら従来の
絶縁材料は、絶縁抵抗値、耐破壊電圧値及び光学
的に均質で透明な薄膜を容易に形成することで
は、ほぼ満足した結果が得られるが、誘電率が比
較的小さい為に、電源４の電圧Ｖを高くしなけれ
ばならない欠点があつた。例えば、ポリパラキシ
リレンを使用した場合、その誘電率ε_２は3.0で
あるから、ε_１＝56、d₁＝200μｍのビスマス・
シリコン・オキサイドにd₂＝５μｍの厚さに絶縁
層２，２′を形成すると、電源４の電圧Ｖの約1/2
が絶縁層に印加される結果になる。従つて、ビス
マス・シリコン・オキサイド単結晶の半波長電圧
Ｖπ＝3.9KV（ただし、(2)式に於いて、λ_０＝
633nｍ、n₀＝2.54、γ₄₁＝５×10^-12ｍ／Ｖとす
る）を加える為には、その約２倍の7.5KVの電源
電圧が必要となり、各種の因難性が生じるもので
あつた。

本発明は、この電源電圧の低減化を図ることを
目的とするものである。以下実施例について詳細
に説明する。

本発明の光画像素子の構造は、第１図に示した
従来の光画像素子と同一であり、相違する点は、
絶縁層２，２′として弗化ビニリデンと四弗化エ
チレンとの共重合体を使用することである。本発
明者は、前述の如き問題を解決せんが為に、各種
の絶縁材料についてその特性を実験し検討した結
果、上記の弗化ビニリデンと四弗化エチレンとの
共重合体が従来のポリパラキシリレン等に比して
優れた絶縁材料であることを発見し、本発明を完
成させたものである。

弗化ビニリデンの重合体は、絶縁抵抗値（体積
抵抗率）が約２×10¹⁴Ω・cmであり、誘電率が８
〜10と従来のポリパラキシリレン或はシリコン絶
縁油に比べて高く、また耐破壊電圧値も100KV／
mmとポリパラキシリレン膜と同等の耐圧特性を有
していることが確認された。従つて、弗化ビニリ
デンの重合体により絶縁層２，２′を構成するこ
とにより、電源４の電圧を低く設定することが可
能となり、同一電源電圧の場合には、従来より大
幅に画像コントラスト比が向上することになる。

しかし、弗化ビニリデンの重合体は、一般に薄
膜状態での光学的均質性が容易に得られない不都
合がある。例えば、弗化ビニリデン重合体の溶媒
としてジメチルアセトアミド80重量％溶液に、ビ
スマス・シリコン・オキサイド単結晶（厚さ200
μｍ）を結晶の一端を保持して浸漬する浸漬法に
より薄膜形成した場合、引上げ乾燥後に260℃で
５分間焼成するときに、弗化ビニリデン重合体の
結晶化が進行し、膜面が不均質になることがあつ
た。これは、焼成後の冷却を急速に行なうことに
より防止できるが、その際、単結晶板に破損が生
じることがあつた。

本発明は、このような弗化ビニリデン重合体の
結晶化を防止する為に、弗化ビニリデンに四弗化
エチレンを加え、絶縁層２，２′を弗化ビニリデ
ンと四弗化エチレンとの共重合体から構成したも
のである。実験によれば、この共重合体は、前述
の焼成後の冷却時に徐冷によつても共重合体の結
晶化が認められず、光学的に均質な薄膜が容易に
得られた。また、徐冷の為、単結晶板の破損も認
められなかつた。

四弗化エチレンの誘電率は、2.0である為、四
弗化エチレンの組成比が60mol％以上になると、
共重合体の誘電率は、3.9以下になる為、従来の
絶縁材料に比較して優位性がなくなり、また、溶
媒に対する溶解度が急激に低下し、溶液粘度が大
となつて、前述した浸漬法あるいはスピナー方法
によつても薄膜形成が困難となる。従つて、弗化
ビニリデンの四弗化エチレンとの共重合体の組成
比は、弗化ビニリデンが40mol以上、四弗化エチ
レンが60mol以下であることが望ましいものであ
る。

実験によれば、前述したポリパラキシリレンの
絶縁層と同一条件、即ち、単結晶板１としてε_１
＝56、d₁＝200μｍのビスマス・シリコン・オキ
サイドを使用し、この単結晶板の両側面に５μｍ
の弗化ビニリデンと四弗化エチレンとの共重合体
の薄膜を設けて、電源４により電圧Ｖを印加した
ところ、印加電圧Ｖの約77％が単結晶板に印加さ
れ、画像コントラスト比は約40dBと、従来のポ
リパラキシリレン膜を用いた場合の約20dBに対
し大幅に向上した。又、四弗化ビニリデンを加え
たことにより弗化ビニリデンの優れた電気絶縁特
性が損われることはなかつた。

なお、本発明の弗化ビニリデンと四弗化エチレ
ンとの共重合体の絶縁層は、浸漬法以外にスピナ
ー法によつても容易に形成することができる。例
えば、単結晶板表面を光学的面精度λ／10（λは
使用する光の波長）に研摩した後スピナーにセツ
トし、弗化ビニリデン（90mol％）と四弗化エチ
レン（10mol％）の共重合体を、ジメチルホルム
アミドを溶媒として、その回転する基板上に滴下
することにより、膜厚２μｍの薄膜を形成し、そ
の後、Arガスの雰囲気で140℃にて30分間熱処理
することにより、透明で光学的に均質な絶縁層が
得られた。なお、この際スピナーの回転速度は、
1000rpmであり、溶液は共重合体の５重量％溶液
であつた。

以上説明した如く本発明は、絶縁層２，２′を
弗化ビニリデンと四弗化エチレンとの共重合体に
より構成するものであり、この共重合体は比較的
誘電率が大きいから、電源電圧を従来に比して低
く設定することができる利点がある。従つて、同
一電源電圧値で使用する場合には、単結晶板１へ
の印加電圧が従来に比べて大となるから、光画像
素子の出力画像コントラスト比が向上するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は光画像素子の構造説明図である。 １は単結晶板、２，２′は絶縁層、３，３′は透
明電極、４は電源、７は偏光子、９は検光子であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電気光学効果と光伝導効果を有する単結晶
   板、該単結晶板の少なくとも一側面に設けられた
   弗化ビニリデンと四弗化エチレンとの共重合体か
   ら成る絶縁層、該絶縁層と前記単結晶板とに電界
   を加える透明電極を具備したことを特徴とする光
   画像素子。 ２ 前記弗化ビニリデンと四弗化エチレンとの共
   重合体は、弗化ビニリデンが40mol％以上、四弗
   化エチレンが60mol％以下であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の光画像素子。