JPS6396624A - 光学変調法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は、新規な光学変調方法、特にゲルの膨潤、収縮
及びそれに附随した現象を利用した光学変調方法に関す
るものである。

更に詳しくはカメラ等の撮影機器や各種光学機器の絞り
、シャッター、スリット等に用いられる光学素子におい
て外部エネルギーの印加又はその解除によって膨潤又は
収縮する脱膜液体性ポリマーと、このポリマーに吸収又
は排出される液体あるいは更に前記脱膜液体性ポリマー
に固定された色素からなるゲル含有液層にその外部エネ
ルギーを印加することにより、光学的に異なる複数の領
域の面積を変化させた光学変調方法に関するものである
。

〔従来の技術〕

従来のカメラのシャッターは、シャッター羽根を機械的
に、あるいは電磁的に開閉作動させていて、小型軽量化
は困難であった。また、電界発色素子（ＥＣＤ）、液晶
素子（ＬＣＤ）等を用いた物性シャッターや絞り等はコ
ントラストが低かったり、視野角が狭い等の欠点があっ
た。

〔発明の目的〕

本発明は、従来の光学変調方法におけるこのような欠点
に鑑みなされたもので、シャッター、絞り、スリット等
の光学変調素子として視野角が広くコントラストが明瞭
である光学変調方法を提供することを目的とするもので
ある。

〔発明の概要〕

本発明は、外部エネルギーの印加又は解除により液体を
吸収又は排出することが可能な脱膜液体性ポリマーを含
有した第１領域と該脱膜液体ポリマーから排出された液
体を含有した第２領域とを有し、前記第１領域と第２領
域の面積を外部エネルギーの印加又はその解除により可
変制御することに特徴を有している。

〔発明の態様の詳細な説明〕

以下、本発明の基本構成を第１図及び第２図を用いて説
明する。

第１図は、外部エネルギーとして熱を用いる場合の例で
あり、第２図は外部エネルギーとして輻射線として光を
用いる場合の例である。又、光線の他にＸ線、電子線、
赤外線などを輻射線として用いることができる。

第１図、第２図において１は基板、２，２′　　は外部
エネルギーの印加又はその解除により液体を吸収又は排
水することが可能な脱膜液体ポリマーであるゲル含有液
層、３は透明保護板、４は発熱要素に該当する抵抗発熱
層、５は抵抗発熱層保護層である。基板ｌは、光学変調
素子を透過型とした場合にはガラス類、プラスチック類
等の光を透すものが用いられ、反射型とした場合には、
シリコンのような半導体類、セラミックス類、アルミの
ような金属類、不透明プラスチック類等の光を透さない
もの、あるいは前記した透過性材料の表面に金属被膜を
蒸着させたもの等が用いられる。

ゲル含有液層２は網目重合体（ゲル）と液体とからなる
層であり、２′　は液体と色素を含む網目重合体（ゲル
）からなる液層である。このゲル含有液層２又は２′　
を構成するゲルは、外部エネルギーによって前記液体を
吸収又は排出して膨潤又は収縮する性質をもつポリマー
材料、あるいはポリマー材料とこれに含まれる色素との
組み合わせからなるものであり、特にゲル内部に存在す
る色素が前記ゲルの内部に拡散する事を妨げる様な三次
元網目構造高分子よりなるものでなければならない。

外部エネルギーとしては熱、光、電場、ｐＨ変化等があ
り、熱は抵抗発熱体等により熱を発生させ、温度変化に
より前記液体を吸収又は排出して膨潤又は収縮するゲル
を用いれば良く、光の場合は、光反応により、もしくは
光吸収による熱変換により変形するゲルを用い、電場は
ゲルの両端に電場を印加させたとき、ｐＨ変化はゲル内
のｐＨが変化した時、それぞれ変形するゲルを用いれば
良い。しかし、光学変調素子の作成、変調方法が比較的
容易な熱あるいは光が外部エネルギーとして好適である
。

ゲルを構成する網目重合体としては、イソブチルメタク
リレート、メチルメタクリレート、Ｎ−イソプロピルア
クリルアミド、Ｎ、Ｎ−ジエチルアクリルアミド等のア
クリル（メタクリル）系単量体、スチレン、酢酸ビニル
、ビニルメチルエーテル等のビニル系単量体、エチレン
、プロピレン、イソプレン等のオレフィン類などの一種
類以上の重合性単量体を、エチレンジメタクリレート、
Ｎ、Ｎ−メチレンビスアクリルアミド等の架橋性単量体
とともに重合する事により得られる三次元網目共重合体
、あるいは一種類以上の前記単量体等の重合体に架橋剤
を少量添加して高分子反応を行い得られる三次元網目重
合体、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリアクリルア
ミド等の重合体に塩化シアヌル、ピロメリット酸塩化物
等を架橋剤として添加、反応して得られる重合体等が好
ましく用いられる。

一方、係るゲルを構成する液体としては、水、メタノー
ル、エタノール等のアルコール類、アセ、トン、メチル
エチルケトン等のケトン類、イソペンタン、ベンゼン等
の炭化水素類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン
等のエーテル類、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲ
ン化炭化水素類、ジメチルアセトアミド、ジメチルホル
ムアミド、ジメチルスルホキシド等の非プロトン性極性
溶媒類等、またそれらの間の混合溶媒、あるいはそれら
の溶媒に、塩化カリウム、プロピオン酸アンモニウム等
の塩類、尿素、グルコース等の有機物質などを溶質とし
て添加した溶液等が好ましく用いられる。

ゲルを構成する前記三次元網目重合体と液体とは、重合
体が液体中で示す臨界溶解温度（単独重合体が単純溶媒
中で示すフローリーのθ温度に対応する温度）が５℃か
ら２００℃、好適には３０°Ｃから１００℃の範囲に存
在する組み合わせである事が望ましい。

一方、色素としては、前述の網目重合体の内部又は表面
にのみ限定存在することが要求される。このように限定
存在させる方法としては、色素と網目重合体を化学的に
結合させる、いわゆる化学結合法、巨大粒子分子の存在
下で３次元架橋反応を起こさせることにより、網目の中
に巨大粒子を閉じこめる包含法等がある。

化学結合法に用いる事のできる色素としては、例えば、
ダイアミライエロー０１スミフイツクスレツドＢ１ダイ
アミラブリリアントグリーン６Ｂ、セルマゾールブリリ
アントブルーＧ等の反応染料が挙げられる。また、包含
法に用いる事のできる色素としては、ポリＲ−４７８、
ポリＳ−１１９、ポリＴ−１２８（グイナポール社製）
、セイカゲンＷブルーＢＩ（１６００、セイカゲンＷブ
ルーＢＫ１３００　（大口製化製）等の高分子染料、ベ
ンジジンイエローＧＲ，クロモフタルオレンジ４Ｒ１ト
ルイジンマルーンＭＴ−２、ノくルカンファストオレン
ジＧＧ、パーマネントレッドＦ５Ｒ，リトールルビンＧ
Ｋ、ブリリアントカーミン３Ｂ、サンヨーレッドＢ−Ｇ
５１１、モナストラルマルーン、パーマネントレッドＥ
５Ｂ、／々−マネントピンクＥ１フタロシアニンブルー
、フタロシアニングリーン、ナフトールグリーンＢＮ、
ダイアモンドブラック等の顔料が挙げられる。

ゲル含有層２．２′　の中のゲルの大きさ、形状、配列
は任意であり、ゲルが一体となってゲル含有層２．２′
　　に充填されていもよいし、クラック状、分散状、集
塊状等に充填されていてもよい。さらにゲル含有層２．
２′　　の厚さとしては、１μｍ〜５０００μｍが適当
であり、好ましくは１μｍ−１０００μｍが最適な範囲
である。

また透明保護板３としては、前述の基板１の説明で例示
した透明体が用いられる。

抵抗発熱層４としては、硼化ハフニウム、窒化タンタル
等の金属化合物又はニクロム等の合金、インジウム錫酸
化物（ＩＴＯ）等の透明酸化物等が好ましく用いられ、
膜厚としては５００人〜５０００人の範囲が好適である
。

また抵抗発熱層保護層５としてはポリアミド、ポリイミ
ド、ポリエステル、テフロン等の有機高分子あるいは二
酸化ケイ素、酸化タンタル等の酸化物などが用いられ、
膜厚としては５μｍ以下が好適である。なお、この抵抗
発熱層保護層５は、本発明の実施に不可欠のものではな
いが、抵抗発熱層４とゲル含有液層２又は２′　とを分
離することによって電気的に絶縁する事になり、素子の
安定化を計ることができる。このため実用的には設ける
事が望ましい。

次に本発明による光学変調方法の原理を第３図、第４図
、第５図と第６図を用いて説明する。

第３図〜第６図に示す素子構成は、第１図と同様であり
、第３図と４図は基板１の表面上に配置した抵抗発熱層
４が平面状に作成されているが、第５図と６図では、抵
抗発熱層４はリング状に作成されている。また第３図と
４図ではゲル２，２′　　は、中心部はゲルを含まない
液層６のみの領域を形成するようにリング状に作成され
、第５図と６図では外わく７の内部全面にゲル２が充填
されている。

第３図〜第６図共、抵抗発熱層４を外部に設けた電源２
０からの電流によって加熱し、隣接するゲル含有液層２
又は２′　の温度を制御する様に構成したものである。

第３図は、低温では液体を吸って膨潤し、高温ではこの
液体を吐いて収縮するゲルを含有する液層２又は２′を
挟持した例である。この図において、抵抗発熱層４につ
ながるスイッチ９は開状態であり、ゲルは膨潤状態であ
り、中心部ゲルを含まない液層６は小さな面積を有して
いる状態を示している。

次に第４図においてスイッチ９を閉じると電源２０から
の電流によって加熱される。このため隣接するゲルは液
体を吐いて収縮する。このとき、ゲル２又は２′　は外
わく７によって固定されているため、ゲルは外わく７に
引きつけられるように収縮し、中心部のゲルを含まない
部分６は大きな面積を有する状態になる。スイッチを切
ると温度降下と共にゲルが膨潤し元の状態に戻る。

このゲルを含まない液層６部分の面積変化の光学的検知
は６の液層のみの屈折率と、ゲルを含む液層２又は２′
　の屈折率差を用いたり、膨潤、収縮に附随して起こる
ゲルの不透明化（白濁現象）を利用した透明、不透明部
分としての光量差、またゲルに固定された色素による分
光性あるいは光量差を利用すればよい。

また、低温で収縮し、高温で膨潤するゲルを用いても良
い。

第５図は、上記で説明したゲルの膨潤、収縮に附随して
起こる白濁現象を利用した例である。この図において抵
抗発熱層４につながるスイッチ９は開状態であり、ゲル
は膨潤状態で透明である。次に第６図においてスイッチ
９を閉じると電源２０からの電流によって加熱される。

このため隣接するゲルは外周部から加熱され、収縮と同
時に白濁が起こる。しかし、ゲルは外わく７によって固
定されているため見掛は上収縮は起こらず、周囲から中
心部に向かって白濁１０が進行するのが観察される。

この様に透明部分と不透明部分（白濁化）によって面積
変化を光学的に検知する。

白濁現象を伴えば逆に低温で収縮、高温で膨潤するゲル
でも良い。

また第３図において、色素が固定されたゲル２′を用い
る場合は、抵抗発熱層を設けな（でも、光照射による光
反応や光吸収による温度上昇により上記の説明のごと（
、色素が固定されたゲルを含まない液層部分の面積を変
化させることが可能である。

以上の説明で明らかなように、本発明はゲルの膨潤、収
縮及びそれに附随して起こる現象を外部エネルギーで制
御することにより、光学的シャッターや絞りスリッター
、色フイルタ−、ディスプレイ等の光変調素子の変調方
法を提供するものである。

尚、本明細書に記載の「光学率」とは、透過率、光散散
率、屈折率、光学濃度、波長帯吸収率、反射率などを云
う。

〔実施例１〕 第３図を例として説明する。

厚さ１ｍｍ、５０ｍｍＸ２５ｍｍのガラス板よりなる基
板１の表面上に抵抗発熱層４として厚さ２０００人のＩ
ＴＯ膜を１４　ｍ　ｍ　Ｘ　１０　ｍ　ｍの大きさにな
る様にマスクしながらスパッタリング法で形成した。次
に電極８としてＣｒおよびＡｆ膜をマスクパターンを介
して電子ビーム法で形成し、更に電極８の一部とＩＴＯ
膜上に保護層（図示せず）３μｍの５ｉｏ２膜をスパッ
タリング法により積層した。

Ｎ−イソプロピルアクリルアミド０，５ｇ、　Ｎ、Ｎ　
−メチレンビスアクリルアミド１３ｍｇ、テトラメチル
エチレンジアミン６μｌを冷水９ｍｌに溶解し、酸素を
取り除（ため窒素ガスでバブリングした。更に、過硫酸
アンモニウム１　ｍ　ｇを水１ｍＡ’に溶解し、同じく
窒素ガスでバブリングしたものと窒素雰囲気下で混合し
た。

この混合液を上記基板上に内径１０　ｍ　ｍφの外わく
７をはりつけ、中心部に２　ｍ、　ｍφの棒をのせた中
に注ぎこみ、窒素雰囲気下でゲル化した。

この様にして得られた厚み０．４ｍｍのリング状のゲル
に厚さｌ　ｍ　ｍ　、大きさ５０　ｍ　ｍ　Ｘ　２５　
ｍ　ｍのガラス板よりなる透明保護板（図示せず）を接
着した。

この透明リング状ゲルに外部電源２０より抵抗発熱層４
に５ｖ印加したところ、ゲルは４０〜５０度まで昇温し
直ちに白濁、収縮を起こし、中心部のゲルのない透明な
液層部分６の大きさは、直径９　ｍ　ｍまで広がり、透
明、不透明部分の面積を変化させることができた。

〔実施例２〕 実施例１と同様に作成した基板上に、水６０ｍ　ｌにモ
ナストラルレッド（Ｃ，１，Ｐｉｇｍｅｎｔ　　Ｖｉｏ
ｌｅｔ１９　；　Ｃ，１，４６５００）　３００ｍｇを
ボールミルを用いて分散させた着色液２ｍｆを実施例１
のゲル化する前の混合液中に添加して、実施例１と同様
な手順で厚み０．６ｍｍのリング状の着色ゲルを作成し
た。この着色リング状ゲルに外部電源２０より抵抗発熱
層４に５ｖ印加したところ、ゲルは４０〜５０度まで昇
温し、直ちに収縮を起こし、中心部のゲルのない透明な
液層部分の大きさは直径９　ｍ　ｍまで広がり、次に印
加電圧をＯにしたところ、ゲルの温度降下と共に、ゲル
の膨潤が起こり、透明な液層部分の大きさは直径３ｍｍ
まで縮んだ。この様に透明、着色部分の面積を変化させ
ることができた。

〔実施例３〕 実施例２におけるモナストラルレッドの代りに、ダイア
モンドブラック（Ｃ，１，Ｐｉｇｍｅｎｔ　　Ｂｌａｃ
ｋｌ　；Ｃ，１，５０４４０）を用い、実施例２と同様
に混合したゲル化する前の液を０．４ｍｍ厚、２５ｍｍ
Ｘ２５ｍｍのガラス基板ｌ上のリング内に注ぎこみ、厚
み０゜５ｍｍの黒色のリング状ゲルを作成し、更に０．
４　ｍ　ｍ厚、２５ｍｍＸ２５ｍｍのガラス板の透明保
護板をはり合わせた。

このリング状ゲル白色光を照射したところ、ゲルは収縮
を起こし、中心部のゲルのない透明な液層部分の大きさ
は直径７　ｍ　ｍ程度まで広がり、照射を中止したとこ
ろ、ゲルは膨潤し透明な液層部分は元の大きさに回復し
た。

〔実施例４〕 第５図を例にして説明する。

実施例１におけるＩＴＯ膜を外径１０　ｍ　ｍφ、内径
９　ｍ　ｍφのリング状にマスクを介して形成した後、
実施例１と同様にして作成した基板に実施例１と同様の
ゲルを内径１０ｍｍφのわく７内で厚み１　ｍ　ｍで全
面に作成した。

この透明ゲルに外部電源２０より抵抗発熱層４．に１０
Ｖ印加したところゲルは抵抗発熱層４のある部分からリ
ング状に白濁し、その白濁は中心部の方へ同心円状に広
がっていった。２〜３秒以下には前面白濁した。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明による光学変調方法は熱、光
等の外部エネルギーによりゲルの収縮、膨潤作用及びそ
れに附随する現象を引き起こし、透明、不透明あるいは
透明、着色部分に代表される透過、あるいは反射光量、
屈折率の変化等の光学的に異なる複数の領域の面積を変
化させることが可能となる。更にその光学変化は光特性
に優れ、コントラストの高い明瞭な変化であり、ゲル及
び色素の組み合わせで種々の色調が得られる。またゲル
の形状、大きさ等を変えることにより、光学シャッター
、絞り、スリット機能、色フイルタ−、ディスプレイ等
にも応用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の基本的構成を示す断面図、 第３図〜第６図は本発明の一実施例とその動作原理を示
す概略平面図である。 １・・・・・・基板、２，２′・・・・・・ゲル含有液
層、３・・・・・・透明保護板、４・・・・・・抵抗発
熱層、５・・・・・・抵抗発熱保護層、６・・・・・・
ゲルを含まない液層、７・・・・・・わ（，８・・・・
・・電極、９・・・・・・スイッチ、１０・・・・・・
白濁ゲル層、２０・・・・・・電源。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）外部エネルギーの印加又は解除により液体を吸収
   又は排出することが可能な脱吸液体性ポリマーを含有し
   た第１領域と該脱吸液体ポリマーから排出された液体を
   含有した第２領域とを有し、前記第１領域と第２領域の
   面積を外部エネルギーの印加又はその解除により可変制
   御することを特徴とする光学変調法。
2. （２）前記第１領域と第２領域の光学率が互いに相違し
   ている特許請求の範囲第１項記載の光学変調法。
3. （３）前記脱吸液体ポリマーに色素が吸着又は固定され
   ている特許請求の範囲第１項記載の光学変調法。
4. （４）前記脱吸液体ポリマーがゲル状態下にある特許請
   求の範囲第１項記載の光学変調法。
5. （５）前記ポリマーが網目重合体である特許請求の範囲
   第４項記載の光学変調法。
6. （６）前記網目重合体が三次元網目重合体である特許請
   求の範囲第５項記載の光学変調法。
7. （７）前記三次元網目重合体が重合性単量体を架橋性単
   量体とともに重合させて得た重合体である特許請求の範
   囲第６項記載の光学変調法。
8. （８）前記重合性単量体がビニル系単量体又はオレフィ
   ン系単量体である特許請求の範囲第７項記載の光学変調
   法。
9. （９）前記ゲルを構成する液体が水、アルコール類、ケ
   トン類、炭化水素類、エーテル類、ハロゲン化炭化水素
   類、アミド類及びスルホキシド類からなる群より少なく
   とも１種選択した液体を含有している特許請求の範囲第
   ４項記載の光学変調法。
10. （１０）前記外部エネルギーが輻射線又は熱である特許
    請求の範囲第１項記載の光学変調法。