JP2919981B2 - Optical element - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は外部電界の印加により屈
折率が変化する光学素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical element whose refractive index changes when an external electric field is applied.
【0002】[0002]
【従来の技術】外部印加電界により屈折率を変化させる
方法としては、非線形光学効果を利用する先行技術があ
る。一方、イオンを高温、高電圧下で除去し、イオンの
涸渇によりガラスの物性として屈折率を低下させたり、
電界移入法によりガラス基板にドーパントを移入した
り、イオン交換により屈折率のグラジエントをもつ光学
ガラスを作製する先行技術がある。2. Description of the Related Art As a method of changing a refractive index by an externally applied electric field, there is a prior art utilizing a nonlinear optical effect. On the other hand, ions are removed under high temperature and high voltage, and the depletion of ions reduces the refractive index as a physical property of glass,
There is a prior art in which a dopant is transferred to a glass substrate by an electric field transfer method or an optical glass having a refractive index gradient is formed by ion exchange.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】非線形光学効果を用い
る方法は、数KVという高電圧を印加する必要があり、
また、その高電界のため破壊が起こってしまう場合もあ
る。しかも、生じる屈折率変化が、あまり大きくないと
いう欠点がある。一方、イオンを注入したり除去したり
する方法により、物性の一つとしての屈折率を変えるこ
とは可能である。しかし、これはあくまでも不可逆的な
変化であり、可逆的な屈折率の制御をすることはできな
い。In the method using the nonlinear optical effect, it is necessary to apply a high voltage of several KV.
In addition, destruction may occur due to the high electric field. Moreover, there is a disadvantage that the change in the refractive index is not so large. On the other hand, it is possible to change the refractive index as one of the physical properties by a method of implanting or removing ions. However, this is an irreversible change to the last, and reversible refractive index control cannot be performed.
【0004】そこで本発明は、屈折率を可逆的に制御で
き、また、低電圧動作が可能となる光学素子を提供する
ことを目的とする。Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical element which can control the refractive index reversibly and can operate at a low voltage.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明に係る光学素子
は、イオンを含む高分子材料からなる透光性の光学部材
と、この光学部材の表面に設けられた一対の電極とを備
え、一対の電極間に所定の電位差を与えることにより上
記光学部材にイオン伝導を生じさせて当該光学部材の屈
折率を可逆的に変化させるようにしたことを特徴とす
る。An optical element according to the present invention includes a light-transmitting optical member made of a polymer material containing ions, and a pair of electrodes provided on the surface of the optical member. By applying a predetermined potential difference between the electrodes, ion conduction is caused in the optical member to reversibly change the refractive index of the optical member.
【0006】[0006]
【作用】本発明によれば、イオン伝導に基づいて屈折率
が可逆的に変化され、これにより光学素子の透過光ある
いは反射光の変調が、可逆的に制御される。According to the present invention, the refractive index is reversibly changed based on ionic conduction, whereby the modulation of the transmitted light or reflected light of the optical element is reversibly controlled.
【0007】[0007]
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例を
説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【0008】図1は実施例に係る光学素子の構造を示す
断面図である。薄膜状の光学部材(イオン伝導体)1は
イオンを含んだ高分子材料からなり、このイオン伝導体
1の上下の両面には、一対の電極21,22が膜状に設
けられている。そして、これらは一対のガラス板31,
32により挟持され、単一の光学素子をなしている。さ
らに、電極21,22の間には、スイッチSの操作によ
って、極性の反転した電位差Eが印加されるようになっ
ている。FIG. 1 is a sectional view showing the structure of an optical element according to the embodiment. An optical member (ion conductor) 1 in the form of a thin film is made of a polymer material containing ions, and a pair of electrodes 21 and 22 are provided on both upper and lower surfaces of the ion conductor 1 in a film shape. And these are a pair of glass plates 31,
32 to form a single optical element. Further, between the electrodes 21 and 22, a potential difference E whose polarity is inverted is applied by operating the switch S.
【0009】上記の光学素子において、電極21,22
の間に電位差Eを所定の極性で印加すると、イオン伝導
体1に含まれるイオンが高分子材料中を移動し、等価的
に分極が生じる。すると、電極21,22との間の一方
の界面でイオン伝導体1の屈折率は高くなり、他方の界
面で低くなる。このため、この界面における光の反射率
や透過率、あるいは全反射条件を切り換え得るので、光
の変調を行うことができる。この屈折率は印加電界によ
り可逆的に制御できるので、結果として可逆的な光変調
が実現できる。In the above optical element, the electrodes 21, 22
When a potential difference E is applied with a predetermined polarity during the period, ions contained in the ion conductor 1 move in the polymer material, and polarization is equivalently generated. Then, the refractive index of the ion conductor 1 increases at one interface between the electrodes 21 and 22 and decreases at the other interface. For this reason, the light reflectance and transmittance at this interface or the total reflection condition can be switched, so that light modulation can be performed. Since the refractive index can be reversibly controlled by the applied electric field, reversible light modulation can be realized as a result.
【0010】次に、上記のような光学素子の製造方法を
説明する。第一の製造法は光学セル中での重合法であ
る。具体的には、対面した状態でITO(インジウムチ
ンオキシド)透明電極を蒸着させた光学セルの中に、メ
タクリル酸エチル2.0g、臭化テトラブチルアンモニ
ウム2.8mmol、臭化トリブチルスタナン5.6m
molおよび重合開始剤である2,2´−アゾビスイソ
ブチロニトリル5mgを入れ、65℃で10時間反応さ
せた後、室温まで徐冷して得ることができる。Next, a method of manufacturing the above optical element will be described. The first production method is a polymerization method in an optical cell. Specifically, 2.0 g of ethyl methacrylate, 2.8 mmol of tetrabutylammonium bromide, and 5.0 g of tributylstannane bromide were placed in an optical cell in which a transparent electrode of ITO (indium tin oxide) was deposited face-to-face. 6m
After adding 5 mol of 2,2′-azobisisobutyronitrile as a polymerization initiator and reacting at 65 ° C. for 10 hours, the mixture can be gradually cooled to room temperature.
【0011】また、第2の製造法としては、キャスト法
がある。具体的には、ITO透明電極を蒸着させたガラ
ス基板上に、スピンナーを用いてポリ(塩化ビニル)
2.0g、ヨウ化テトラブチルアンモニウム2.8mm
ol、ヨウ化トリブチルスタナン5.6mmolを含ん
だテトラヒドロフラン・メタノール(4:1)混合溶液
をコーティングする。そして、もう一枚のITO透明電
極を蒸着させたガラス基板を用いて、前述のコーティン
グ膜をITO透明電極ではさみ込むように、軽く押えつ
けることにより光学素子を得る。As a second manufacturing method, there is a casting method. Specifically, on a glass substrate on which an ITO transparent electrode has been deposited, poly (vinyl chloride)
2.0 g, tetrabutylammonium iodide 2.8 mm
ol, a mixed solution of tetrahydrofuran / methanol (4: 1) containing 5.6 mmol of tributylstannide iodide is coated. Then, an optical element is obtained by using a glass substrate on which another ITO transparent electrode is deposited, and lightly pressing the above-mentioned coating film so as to be sandwiched between the ITO transparent electrodes.
【0012】なお、イオン伝導体の組成は多種多様な組
合せが可能である。たとえば、ポリマーとして、ポリ
(メタリル酸メチル)、ポリ(メタクリル酸ブチル)あ
るいは、ポリ(アクリロニトリル)でも可能である。ま
た、第四級アンモニウム塩として、塩化テトラブチルア
ンモニウムあるいは、臭化テトラブチルホスホニウムも
可能である。さらに、イオン伝導で重要な役割を有する
有機金属錯体は、ルイス酸性点があればよく、たとえば
ジヨードジオクチルスタナン、ジヨードジブチルスタナ
ン、トリヨードブチルスタナン、テトラブチルスタナ
ン、ヨードトリオクチルスタナン、ジヨードジメチルス
タナン、ジヨードジフェニルスタナン、ビス(オルガノ
チン)化合物トリブチルボレート、トリプロピルボレー
ト、トリエチルボレート、あるいはオクチルジメチルフ
ルオロシランもまた可能である。但し、イオン伝導度が
高く、屈折率変化の速い応答特性を得るためには、中程
度のルイス酸性を持つ臭化トリブチルスタナンやヨウ化
トリブチルスタナンが適している。また、ポリ{メタク
リル酸(2−ブロモトリメチルアンモニウム)エチル}
などの高分子イオン化合物も可能である。The composition of the ionic conductor can be variously combined. For example, poly (methyl methacrylate), poly (butyl methacrylate), or poly (acrylonitrile) can be used as the polymer. Further, tetrabutylammonium chloride or tetrabutylphosphonium bromide can be used as the quaternary ammonium salt. Further, the organometallic complex having an important role in ionic conduction only needs to have a Lewis acid point. Stannane, diiododimethylstannane, diiododiphenylstannane, bis (organotin) compounds tributyl borate, tripropyl borate, triethyl borate, or octyl dimethyl fluorosilane are also possible. However, tributylstannane bromide or tributylstannide having moderate Lewis acidity is suitable for obtaining high response characteristics with high ionic conductivity and rapid change in refractive index. Also, poly {(2-bromotrimethylammonium) ethyl methacrylate}
Polymer ion compounds such as are also possible.
【0013】次に、屈折率変化の測定例を示す。実験は
図2のように屈折率変化に伴う光学素子の反射率の変化
を、ヘリウムーネオンレーザー(632.8nm)を光
源として用い、ITO透明電極とイオン伝導体の界面で
の反射光をシリコンホトダイオードを用いて検出した。
S偏光、60°入射で±20V印加による反射光の測定
結果を図3に示す。また、図4に屈折率変化および応答
時間の印加電圧依存性の測定結果を示す。また、カチオ
ン伝導体についても、同様の屈折率変化(可逆的変化)
が実現できる。具体的には、過塩素酸リチウム56m
g、トルエンジイソシアネート0.6gおよび、PPO
(ポリプロピレンオキシド)1gを出発物質とし、カチ
オン伝導体を得た。図2の反射率測定法により得られた
測定結果を図5に示す。Next, an example of measuring the change in the refractive index will be described. In the experiment, the change in the reflectance of the optical element caused by the change in the refractive index as shown in FIG. Detection was performed using a photodiode.
FIG. 3 shows the measurement results of the reflected light by applying ± 20 V at 60 ° incidence with S-polarized light. FIG. 4 shows the measurement results of the change in the refractive index and the dependence of the response time on the applied voltage. Similar changes in refractive index (reversible change) for cation conductors
Can be realized. Specifically, lithium perchlorate 56m
g, toluene diisocyanate 0.6 g and PPO
Using 1 g of (polypropylene oxide) as a starting material, a cation conductor was obtained. FIG. 5 shows the measurement results obtained by the reflectance measurement method of FIG.
【0014】次に、本発明の実施例に係る光学素子の種
々の構造を、添付図面により具体的に説明していく。Next, various structures of the optical element according to the embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.
【0015】図6は第1の具体例の断面図である。同図
において、イオン伝導体1は屈折率nが1.47〜1.
50の材料で形成され、電極21,22はn=1.95
のITOで形成され、ガラス板31,32はn=1.5
のガラス材料で構成される。入射光は光源4である波長
632.8nmのHe−Neレーザ装置から発せられ、
入射角82°でガラス板31に入射させる。入射した後
の光路としては、電極21とガラス板31の界面で反射
する光路A1 (図中の点線)、電極21とイオン伝導体
の界面で反射する光路A2 およびイオン伝導体1を透過
する光路A3 がある。ここで、光路A1 についてはアパ
ーチャ5でカットすることとして、光路A2 については
光検出器6で、光路A3 については光検出器7でそれぞ
れ検出する。但し、アパーチャ5でカットすることは、
現実にはかなり困難であり、このときには、光路A1 ,
A2 の光を共に光検出器6で検出し、電気的に分離すれ
ばよい。このような分離は、コンパレータを設けてスレ
ッシュホールドレベル以下を除去することで可能にな
る。FIG. 6 is a sectional view of the first embodiment. In the figure, the ion conductor 1 has a refractive index n of 1.47 to 1.
The electrodes 21 and 22 have n = 1.95.
And the glass plates 31 and 32 have n = 1.5
Glass material. The incident light is emitted from a He-Ne laser device having a wavelength of 632.8 nm, which is the light source 4,
The light is incident on the glass plate 31 at an incident angle of 82 °. As the optical path after the incidence, an optical path A 1 (dotted line in the drawing) reflected at the interface between the electrode 21 and the glass plate 31, an optical path A 2 reflected at the interface between the electrode 21 and the ionic conductor, and a light transmitted through the ionic conductor 1. there is an optical path A 3 to. Here, the optical path A 1 as to cut an aperture 5, a light detector 6 for optical path A 2, the optical path A 3 are respectively detected by a photodetector 7. However, cutting with aperture 5
In reality, it is quite difficult, and at this time, the optical paths A 1 ,
Detecting light of A 2 together with the photodetector 6 may be electrically isolated. Such separation can be achieved by providing a comparator to remove a signal below a threshold level.
【0016】この状態で、電極21と電極22の間に+
20Vの電位差を与えると、イオン伝導体1の屈折率は
n=1.488から1.473に変化し、イオン伝導体
1と電極21の界面で入射光A0 は臨界角を越える。こ
のため、光検出器7によって光路A3 の光は検出されな
くなる。つまり、上記の構造によって透過光のオン,オ
フができることになる。In this state, between the electrode 21 and the electrode 22,
When a potential difference of 20 V is applied, the refractive index of the ion conductor 1 changes from n = 1.488 to 1.473, and the incident light A 0 exceeds the critical angle at the interface between the ion conductor 1 and the electrode 21. Therefore, the light of the optical path A 3 by the light detector 7 will not be detected. That is, the above structure enables the transmission light to be turned on and off.
【0017】図7は多重反射によって光変調の効果を高
めた光学素子を示している。同図(a)に示すように、
両面に同種の材料からなる電極21A,22Aと電極2
1B,22Bをそれぞれ設けた一対のイオン伝導体1
A,1Bが用意され、これが高屈折率のガラス板10の
両面に貼り付けられる。そして、光源4からの光をガラ
ス板10の一端から入射し、他端から出射光を光検出器
6で受光する。このとき、電極21A,22Aと電極2
1B,22Bに印加させる電位差Eについては、電極2
1Aと電極21Bを同極性とし、電極22Aと電極22
Bを同極性とする。これによりイオン伝導体1Aと電極
21Aの界面の点(イ)で生じた光変調を、イオン伝導
体1Bと電極21Bの界面の点(ロ)で生じた光変調で
増強させ、結果として、多重反射により光変調効果を高
めることができる。同種材料からなる電極21Aと電極
21Bが反対極性になっていると、点(イ)の光変調と
点(ロ)の光変調が逆方向に働き、効果が得られなくな
ってしまうため、これらは同極性とする。FIG. 7 shows an optical element in which the effect of light modulation is enhanced by multiple reflection. As shown in FIG.
Electrodes 21A, 22A and electrode 2 made of the same material on both surfaces
1B, a pair of ionic conductors 1 each provided with 22B
A and 1B are prepared, and these are attached to both surfaces of the glass plate 10 having a high refractive index. Then, light from the light source 4 is incident from one end of the glass plate 10, and emission light is received by the photodetector 6 from the other end. At this time, the electrodes 21A and 22A and the electrode 2
1B and 22B, the potential difference E applied to the electrode 2
1A and the electrode 21B have the same polarity, and the electrode 22A and the electrode 22
B has the same polarity. As a result, the light modulation generated at the point (a) at the interface between the ion conductor 1A and the electrode 21A is enhanced by the light modulation generated at the point (b) at the interface between the ion conductor 1B and the electrode 21B. The light modulation effect can be enhanced by reflection. If the electrodes 21A and 21B made of the same material have opposite polarities, the light modulation at the point (a) and the light modulation at the point (b) work in opposite directions, and the effect cannot be obtained. Same polarity.
【0018】図7(b)についても、同図(a)と同様
に機能する。異なるのは、光の入射位置と出射位置に、
光学ガラスからなるブロック11,12が設けられてい
る点のみである。なお、電極21Aと電極21Bを光学
的に異種の材料で構成したときにも、電極21Aと電極
21Bを同極性としても、光変調を増強できる。FIG. 7B also functions in the same manner as FIG. What is different is that the light incident position and the light
The only difference is that blocks 11 and 12 made of optical glass are provided. The light modulation can be enhanced even when the electrodes 21A and 21B are made of optically different materials, or when the electrodes 21A and 21B have the same polarity.
【0019】図8は異種材料からなる電極21および電
極22を用いた多重反射型の光学素子を示す。イオン伝
導体1の両面には電極21と電極22が貼り付けられ、
イオン伝導体1に電圧が印加される。すると、電極2
1,22の一方とのイオン伝導体1の界面は高屈折率と
なり、他方とのイオン伝導体1の界面は低屈折率とな
る。ここで、電極21,22は異種の材料からなり、従
って互いに反射率が異なっているので、光変調は増強さ
れる。電極21,22としては、大きな反射率さえ持っ
ていればよいので、不透明な電極(例えばAl,Ag電
極)が望ましい。FIG. 8 shows a multiple reflection type optical element using electrodes 21 and 22 made of different materials. Electrodes 21 and 22 are attached to both surfaces of the ion conductor 1,
A voltage is applied to the ion conductor 1. Then, electrode 2
The interface of the ion conductor 1 with one of the ion conductors 1 and 22 has a high refractive index, and the interface of the ion conductor 1 with the other has a low refractive index. Here, since the electrodes 21 and 22 are made of different materials and therefore have different reflectivities, the light modulation is enhanced. Since the electrodes 21 and 22 only need to have a large reflectance, opaque electrodes (for example, Al and Ag electrodes) are desirable.
【0020】図9は本発明の光学素子を用いた溶液濃度
の測定方法を示している。図示の通り、イオン伝導体1
の両面に異種の材料からなる電極21と電極22を設
け、これで溶液41を受ける。溶液41の濃度が変わる
と屈折率が変わり、これによって光検出器6の出力も変
化するが、この出力が一定になるよう電極21と電極2
2の間の電位差をコントロールする。この電位差をモニ
タすることにより、溶液41の濃度を知ることができ
る。FIG. 9 shows a method for measuring a solution concentration using the optical element of the present invention. As shown, the ion conductor 1
An electrode 21 and an electrode 22 made of different kinds of materials are provided on both surfaces of the device, and the solution 41 is received by the electrodes. When the concentration of the solution 41 changes, the refractive index changes, and the output of the photodetector 6 also changes.
Control the potential difference between the two. By monitoring this potential difference, the concentration of the solution 41 can be known.
【0021】図10は光学素子を波長可変の反射防止膜
あるいは反射増加膜に応用した例を示す。図示の通り、
イオン伝導体1の両面に電極21と電極22を貼り付
け、これを反射防止あるいは増加を必要とする基板42
に設ける。電極21と電極22の間に電位差Eを加える
と、電極22とイオン伝導体1の界面でイオン伝導体1
の屈折率が変化するので、高反射率あるいは低反射率を
示す波長域を可変に制御できる。FIG. 10 shows an example in which the optical element is applied to a wavelength-variable antireflection film or a reflection increasing film. As shown,
An electrode 21 and an electrode 22 are attached to both surfaces of the ion conductor 1, and are bonded to a substrate 42 which needs to be prevented from being reflected or increased.
To be provided. When a potential difference E is applied between the electrode 21 and the electrode 22, the ion conductor 1 at the interface between the electrode 22 and the ion conductor 1
Can be variably controlled in a wavelength region exhibiting a high reflectance or a low reflectance.
【0022】図11は透過型の光変調を行なう光学素子
に関する断面図である。図示の通り、イオン伝導体1の
両面には例えばITOからなる電極21と、例えばAu
からなる電極22が設けられ、これがガラス板31とガ
ラス板32に挟持されている。電極21と電極22の間
に電位差Eを与えれば、一方の界面でイオン伝導体1が
高屈折率、他方の界面で低屈折率となるが、これら電極
21と電極22は光学的に異質である。このため、屈折
率変化を利用した可逆的な光変調ができ、光変調は光検
出器6で検出できる。FIG. 11 is a cross-sectional view of an optical element that performs transmission type light modulation. As shown in the figure, electrodes 21 made of, for example, ITO and an Au, for example, are formed on both surfaces of the ion conductor 1.
Is provided, and is sandwiched between glass plates 31 and 32. When a potential difference E is applied between the electrode 21 and the electrode 22, the ion conductor 1 has a high refractive index at one interface and a low refractive index at the other interface, but these electrodes 21 and 22 are optically heterogeneous. is there. For this reason, reversible light modulation using the change in the refractive index can be performed, and the light modulation can be detected by the photodetector 6.
【0023】図12には、反射型の光変調を行なう光学
素子の他の例を示している。この光学素子で特徴的なこ
とは、電極22が例えばITOからなる透明な電極とし
て形成されているが、電極21については、光を吸収す
る不透明な材料(例えばカーボンブラック)で形成され
ていることである。このため、入射した光の大半は電極
22で吸収されるので、イオン伝導体1と電極21の界
面での反射光のみが光検出器6に入射する。本実施例は
特にイオン伝導体1が薄い膜のときに望ましく、これに
よれば電極22とイオン伝導体1との界面から反射する
光と、電極21とイオン伝導体1との界面から反射する
光とが混合してしまうことがない。FIG. 12 shows another example of an optical element for performing reflection type light modulation. The feature of this optical element is that the electrode 22 is formed as a transparent electrode made of, for example, ITO, but the electrode 21 is formed of an opaque material that absorbs light (for example, carbon black). It is. For this reason, most of the incident light is absorbed by the electrode 22, so that only the light reflected at the interface between the ion conductor 1 and the electrode 21 enters the photodetector 6. This embodiment is particularly desirable when the ion conductor 1 is a thin film, whereby light reflected from the interface between the electrode 22 and the ion conductor 1 and light reflected from the interface between the electrode 21 and the ion conductor 1 are used. There is no mixing with light.
【0024】図13には、直交する位置に電極のペアを
設けた光学素子の例を示している。同図(a)は斜視図
であり、同図(b)は横断面図である。図示の通り、高
分子材料からなるイオン伝導体1の上下の側面には電極
21a,22aのペアが設けられ、左右の側面には別の
電極21b,22bのペアが設けられている。ここで電
極21b,22bは上側の電極22aの方に偏よって配
置されているので、電極26aとイオン伝導体1の界面
での電界強度と、電極22aとイオン伝導体1の界面で
の電界強度に不均等が生じる。このため、それぞれの界
面でのイオン伝導体1の屈折率を異ならせることができ
るので、ここを多重反射させることにより光変調ができ
る。FIG. 13 shows an example of an optical element provided with a pair of electrodes at orthogonal positions. FIG. 1A is a perspective view, and FIG. 1B is a cross-sectional view. As shown, a pair of electrodes 21a and 22a is provided on the upper and lower side surfaces of the ion conductor 1 made of a polymer material, and another pair of electrodes 21b and 22b is provided on the left and right side surfaces. Since the electrodes 21b and 22b are arranged so as to be biased toward the upper electrode 22a, the electric field strength at the interface between the electrode 26a and the ion conductor 1 and the electric field strength at the interface between the electrode 22a and the ion conductor 1 Is uneven. For this reason, since the refractive index of the ion conductor 1 at each interface can be made different, light modulation can be performed by multiple reflection of these.
【0025】図14および図15には、本発明の光学素
子を用いた情報記録と読み出しの概念を示している。図
14の通り、光学素子である二次元画像記録パネル90
は、高分子材料からなるプレート状のイオン伝導体1を
有し、この両面には、水平電極プレート91と垂直電極
プレート92が貼り付けられている。ここで、水平電極
プレート91は水平方向に互いに平行に配設した多数の
水平電極(図示せず)を有し、垂直電極プレート92は
垂直方向に互い平行に配設した垂直電極(図示せず)を
有し、水平電極のそれぞれは水平駆動部93の各出力端
子に配線95で接続され、垂直電極のそれぞれは垂直駆
動部94の各出力端子に配線96で接続されている。そ
して、水平駆動部93および垂直駆動部94には二次元
画像信号発生部97から水平および垂直駆動信号が与え
られる。FIGS. 14 and 15 show the concept of information recording and reading using the optical element of the present invention. As shown in FIG. 14, a two-dimensional image recording panel 90 as an optical element
Has a plate-shaped ion conductor 1 made of a polymer material, and a horizontal electrode plate 91 and a vertical electrode plate 92 are attached to both surfaces thereof. Here, the horizontal electrode plate 91 has a number of horizontal electrodes (not shown) arranged in parallel with each other in the horizontal direction, and the vertical electrode plate 92 has vertical electrodes (not shown) arranged in parallel with each other in the vertical direction. ), Each of the horizontal electrodes is connected to each output terminal of the horizontal drive unit 93 by a wiring 95, and each of the vertical electrodes is connected to each output terminal of the vertical drive unit 94 by a wiring 96. Horizontal and vertical drive signals are supplied from the two-dimensional image signal generation unit 97 to the horizontal drive unit 93 and the vertical drive unit 94.
【0026】上記の二次元画像記録パネル90では、電
圧が印加された水平電極と垂直電極の交差位置におい
て、イオン伝導体1に電位差が生じて屈折率が変化す
る。このため、二次元画像信号発生部97の出力が二次
元画像として記録されている。この二次元画像は屈折率
として具現化されているため、平行光束を入射して反射
光を検出することで読み出し得る。すなわち、図14の
ように、ハーフミラー98を介して二次元画像記録パネ
ル90に平行光束を入射すると、屈折率の分布に応じて
二次元画像記録パネル90のイオン伝導体1の界面での
反射率が異なるため、ハーフミラー98を介して検出さ
れる出力光束は二次元の強度分布をもつ。このため、図
15のような反射率の分布として、二次元画像記録パネ
ル90での画像を読み取ることができる。ここで、垂直
電極プレート92の各垂直電極は光吸収性の材料で構成
し、水平電極プレート91の各水平電極は光透過性の材
料で構成するのが、反射光の混合を防止する上で望まし
い。In the above-described two-dimensional image recording panel 90, a potential difference occurs in the ion conductor 1 at the intersection of the horizontal electrode and the vertical electrode to which a voltage is applied, and the refractive index changes. For this reason, the output of the two-dimensional image signal generator 97 is recorded as a two-dimensional image. Since this two-dimensional image is embodied as a refractive index, it can be read out by detecting a reflected light by entering a parallel light flux. That is, as shown in FIG. 14, when a parallel light beam enters the two-dimensional image recording panel 90 via the half mirror 98, reflection at the interface of the ion conductor 1 of the two-dimensional image recording panel 90 according to the distribution of the refractive index. Since the rates are different, the output light beam detected via the half mirror 98 has a two-dimensional intensity distribution. Therefore, an image on the two-dimensional image recording panel 90 can be read as the distribution of the reflectance as shown in FIG. Here, each vertical electrode of the vertical electrode plate 92 is formed of a light-absorbing material, and each horizontal electrode of the horizontal electrode plate 91 is formed of a light-transmitting material, in order to prevent mixing of reflected light. desirable.
【0027】[0027]
【発明の効果】以上、詳細に説明した通り本発明では、
イオン伝導に基づいて屈折率が可逆的に変化され、これ
により光学素子の透過光あるいは反射光の変調が、可逆
的に制御される。このため、屈折率を可逆的に制御で
き、また、低電圧動作が可能となる光学素子を提供する
ことができる。As described above, according to the present invention,
The refractive index is reversibly changed based on the ionic conduction, whereby the modulation of the transmitted light or the reflected light of the optical element is reversibly controlled. Therefore, it is possible to provide an optical element that can control the refractive index reversibly and operate at a low voltage.
【図1】実施例に係る光学素子の基本構成図である。FIG. 1 is a basic configuration diagram of an optical element according to an example.
【図2】本発明者による具体的な実験の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a specific experiment by the present inventors.
【図3】実験結果の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of an experimental result.
【図4】実験結果の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of an experimental result.
【図5】別の実験結果の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of another experimental result.
【図6】実施例に係る光学素子の第1の具体例の構成図
である。FIG. 6 is a configuration diagram of a first specific example of an optical element according to an example.
【図7】実施例に係る光学素子の第2の具体例の構成図
である。FIG. 7 is a configuration diagram of a second specific example of the optical element according to the example.
【図8】実施例に係る光学素子の第3の具体例の構成図
である。FIG. 8 is a configuration diagram of a third specific example of the optical element according to the example.
【図9】実施例に係る光学素子の第4の具体例の構成図
である。FIG. 9 is a configuration diagram of a fourth specific example of the optical element according to the example.
【図10】実施例に係る光学素子の第5の具体例の構成
図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a fifth specific example of the optical element according to the example.
【図11】実施例に係る光学素子の第6の具体例の構成
図である。FIG. 11 is a configuration diagram of a sixth specific example of the optical element according to the example.
【図12】実施例に係る光学素子の第7の具体例の構成
図である。FIG. 12 is a configuration diagram of a seventh specific example of the optical element according to the example.
【図13】実施例に係る光学素子の第8の具体例の構成
図である。FIG. 13 is a configuration diagram of an eighth specific example of the optical element according to the example.
【図14】実施例の光学素子を用いた情報記録の説明図
である。FIG. 14 is an explanatory diagram of information recording using the optical element of the example.
【図15】記録情報の読出しを示す図である。FIG. 15 is a diagram showing reading of recorded information.
1…イオン伝導体 21,22…電極 31,32…ガラス板 4…光源 6…光検出器 90…二次元画像記録パネル 91…水平電極プレート 92…垂直電極プレート DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ion conductor 21, 22 ... Electrode 31, 32 ... Glass plate 4 ... Light source 6 ... Photodetector 90 ... Two-dimensional image recording panel 91 ... Horizontal electrode plate 92 ... Vertical electrode plate
Claims (3)
の光学部材と、前記光学部材の表面に設けられた一対の
電極とを備え、前記一対の電極間に所定の電位差を与え
ることにより前記光学部材にイオン伝導を生じさせて当
該光学部材の屈折率を可逆的に変化させるようにしたこ
とを特徴とする光学素子。1. A light-transmitting optical member made of a polymer material containing ions, and a pair of electrodes provided on a surface of the optical member, wherein a predetermined potential difference is applied between the pair of electrodes. An optical element characterized in that ion conduction is caused in the optical member to change the refractive index of the optical member reversibly.
対の電極は前記膜状の光学部材の両面にそれぞれ設けら
れて平板状をなし、当該平板の両面から一対のガラス板
により挟持されている請求項1記載の光学素子。2. The optical member is formed in a film shape, and the pair of electrodes are provided on both surfaces of the film-shaped optical member to form a flat plate, and are sandwiched between a pair of glass plates from both sides of the flat plate. The optical element according to claim 1, wherein
が、透光性の導電材料により形成されている請求項1ま
たは請求項2記載の光学素子。3. The optical element according to claim 1, wherein at least the light incident side of the pair of electrodes is formed of a translucent conductive material.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3003387A JP2919981B2 (en) | 1991-01-16 | 1991-01-16 | Optical element |
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP3003387A JP2919981B2 (en) | 1991-01-16 | 1991-01-16 | Optical element |
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|---|---|
| JPH04298723A JPH04298723A (en) | 1992-10-22 |
| JP2919981B2 true JP2919981B2 (en) | 1999-07-19 |
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