JP2877884B2 - Photothermal writing type spatial light modulator - Google Patents

Photothermal writing type spatial light modulator

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JP2877884B2 JP7665590A JP7665590A JP2877884B2 JP 2877884 B2 JP2877884 B2 JP 2877884B2 JP 7665590 A JP7665590 A JP 7665590A JP 7665590 A JP7665590 A JP 7665590A JP 2877884 B2 JP2877884 B2 JP 2877884B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光熱書込み型空間光変調素子に係り、詳し
くは、書込み光を用いて画像やデータパターン情報を空
間光変調素子に入力し、読出し光を用いてこの情報を2
次元的に表示する機能を持つ光熱書込み型空間光変調素
子に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a photothermal writing type spatial light modulator, and more specifically, to input an image or data pattern information to a spatial light modulator using writing light, This information is converted to 2
The present invention relates to a photothermal writing type spatial light modulator having a function of displaying a dimension.

〔発明の概要〕[Summary of the Invention]

本発明は、書込み光を用いて画像やデータパターン情
報を空間光変調素子に入力し、読出し光を用いてこの情
報を2次元的に表示する機能を持つ光熱書込み型空間光
変調素子に関し、特に、ネマティック液晶に色素を混合
したゲストホスト型液晶で空間光変調素子を構成し、こ
れにバイアス熱を加え、かつ色素の光吸収領域内に波長
を持つ書込み光で画像やデータパターン情報を入力し、
色素の光吸収領域外に波長を持つ読出し光でこれを表示
する光熱書込み型空間光変調素子を構成したので、 書込み光エネルギーが小さい。
The present invention relates to a photothermal writing type spatial light modulator having a function of inputting an image or data pattern information to a spatial light modulator using writing light and displaying the information two-dimensionally using reading light, and in particular, The spatial light modulator is composed of a guest-host type liquid crystal in which a dye is mixed with a nematic liquid crystal, bias heat is applied to the spatial light modulator, and image and data pattern information is input by writing light having a wavelength in the light absorption region of the dye. ,
Since the photothermal writing type spatial light modulation element for displaying the reading light having a wavelength outside the light absorption region of the dye is formed, the writing light energy is small.

無走査で画像を書込み、表示することができる。 Images can be written and displayed without scanning.

素子構造および光学系が簡単。 Simple element structure and optical system.

表示画像のコントラストが高い。 The contrast of the displayed image is high.

アナログ画像の表示が可能。 Analog images can be displayed.

コヒーレント光を用いた画像処理が可能。 Image processing using coherent light is possible.

走査光学系を用いた画像情報の書込みも可能。 Image information can be written using a scanning optical system.

などの特徴を有する。It has features such as.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、光熱書込み型空間光変調素子として以下に示す
デバイスが知られている。
Conventionally, the following devices have been known as photothermal writing type spatial light modulators.

文献1(Y.Nagae,E.Kaneko,Y.Mori and H.Kawakami:S
ID '86Internation Symposium(1986).p.368〜p.370)
には、第11図に示すように、反射防止膜19の付いた2枚
のガラス基板2の間に、透明電極16、配向層3、スメク
ティック液晶4、、金属反射鏡17、光吸収層18からなる
光熱書込み型空間光変調素子が示されている。同図の20
は画像消去用電源である。
Reference 1 (Y. Nagae, E. Kaneko, Y. Mori and H. Kawakami: S
ID '86International Symposium (1986) .p.368-p.370)
As shown in FIG. 11, a transparent electrode 16, an alignment layer 3, a smectic liquid crystal 4, a metal reflector 17, a light absorbing layer 18 are provided between two glass substrates 2 each having an antireflection film 19, as shown in FIG. Is shown. 20 in the figure
Denotes an image erasing power supply.

以上の構成において、書込み用レーザー光7がない場
合、液晶4はホモジニアス配向しており、読出し光8
は、液晶4を透過し、金属反射鏡で反射してふたたび入
射光側ガラス基板を通過して出射する、一方、反射側の
ガラス基板から書込みレーザー光7が入射すると、レー
ザー光7は光吸収層18で吸収され、熱エネルギーに変換
される。この熱エネルギーは、金属反射鏡17を通って液
晶4に伝わり、液晶を加熱する。レーザー光7のエネル
ギーが十分大きい場合、液晶はスメクティック相からネ
マティック相を経て液相に変化する。ここでレーザー光
を遮断して液相の液晶を急冷すると、液晶はフォーカル
コニック配列になり、読出し光8は散乱する。以上の動
作により、このデバイスは、明るい背景に暗い画像(2
値画像)を表示する。
In the above configuration, when there is no writing laser beam 7, the liquid crystal 4 is homogeneously aligned and the reading light 8
Is transmitted through the liquid crystal 4, reflected by the metal reflecting mirror, and is emitted again after passing through the glass substrate on the incident light side. On the other hand, when the writing laser light 7 enters from the glass substrate on the reflecting side, the laser light 7 absorbs light. Absorbed in layer 18 and converted to thermal energy. This heat energy is transmitted to the liquid crystal 4 through the metal reflecting mirror 17 and heats the liquid crystal. When the energy of the laser beam 7 is sufficiently large, the liquid crystal changes from a smectic phase to a liquid phase via a nematic phase. Here, when the laser light is cut off and the liquid crystal in the liquid phase is rapidly cooled, the liquid crystal is in a focal conic arrangement, and the readout light 8 is scattered. With the above operation, this device can be used for a dark image (2
Value image).

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、上述した従来の光熱書込み型空間光変
調素子には、以下に記述するような解決すべき課題があ
った。
However, the above-mentioned conventional photothermal writing type spatial light modulator has a problem to be solved as described below.

書込みに大きな光エネルギーを必要とする。(数10
0mJ/cm2〜数J/cm2) 従って画像やデータパターンなどの2次元情報を書
込むためには、書込み用レーザー光を水平および垂直方
向に走査しなければならない。
Requires large light energy for writing. (Equation 10
0 mJ / cm 2 to several J / cm 2 ) Therefore, in order to write two-dimensional information such as an image or a data pattern, it is necessary to scan the writing laser beam in the horizontal and vertical directions.

そのため、書込み光学系が複雑になる。 Therefore, the writing optical system becomes complicated.

の理由で、高速走査を行うことができない(動画
像表示が困難) 表示画像のコントラストが低い。
Therefore, high-speed scanning cannot be performed (moving image display is difficult). The contrast of the displayed image is low.

2値のディジタル情報しか表示できない。 Only binary digital information can be displayed.

読出した複雑な光学系(シュリーレン光学系)が必
要。
A complicated optical system (Schlieren optical system) is required.

コヒーレント光を用いた画像処理には適合しない。 It is not suitable for image processing using coherent light.

そこで本発明の目的は、上述のような種々の問題点を
解決し、高解像度なディジタルもしくはアナログ画像や
データパターンを高速に書込み、表示することが可能
で、高精細度な画像表示や画像処理に適した光熱書込み
型空間光変調素子を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described various problems and to write and display a high-resolution digital or analog image or data pattern at a high speed, thereby achieving high-definition image display and image processing. It is an object of the present invention to provide a photothermal writing type spatial light modulator suitable for the above.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

かかる目的を達成するために、本発明の第1の形態
は、透明基板と、液晶配向層と、ネマティック液晶に色
素を混合したゲストホスト型液晶と、液晶配向層と、透
明基板とを順次密着した構成で、前記色素の光吸収領域
内に波長を持つ書込み光と、該光吸収領域外に波長を持
つ読出し光を前記ゲストホスト型液晶に照射して、前記
色素の書込み光吸収に基づく発熱により前記ゲストホス
ト型液晶の複屈折率を変え、前記読出し光を変調するこ
とにより、画像もしくはデータパターン情報を書込みか
つ読出すことを特徴とする。
In order to achieve such an object, a first aspect of the present invention is to sequentially adhere a transparent substrate, a liquid crystal alignment layer, a guest-host type liquid crystal in which a nematic liquid crystal is mixed with a dye, a liquid crystal alignment layer, and a transparent substrate. In the configuration described above, the guest-host type liquid crystal is irradiated with writing light having a wavelength within the light absorption region of the dye and reading light having a wavelength outside the light absorption region, thereby generating heat based on the writing light absorption of the dye. By changing the birefringence of the guest-host type liquid crystal and modulating the readout light, the image or data pattern information is written and read.

本発明の第2の形態は、第1の形態において、1枚の
透明基板とそれに隣接した液晶配向層の間に、反射鏡を
設けたことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, a reflecting mirror is provided between one transparent substrate and a liquid crystal alignment layer adjacent thereto.

本発明の第3の形態は、第1または第2の形態におい
て、前記ゲストホスト型液晶を加熱することを特徴とす
る。
According to a third mode of the present invention, in the first or second mode, the guest-host type liquid crystal is heated.

本発明の第4の形態は、第1〜第3のいずれかの形態
において、前記透明基板の1枚に面状のヒータもしくは
ペルチェ素子を密着したことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, a planar heater or a Peltier element is closely attached to one of the transparent substrates.

本発明の第5の形態は、第4の形態において、前記透
明基板の1枚に偏光ビームスプリッターを密着したこと
を特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect, a polarizing beam splitter is adhered to one of the transparent substrates.

本発明の第6の形態は、第1〜第5のいずれかの形態
において、無走査で画像もしくはデータパターン情報を
書込むことを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, an image or data pattern information is written without scanning.

本発明の第7の形態は、第1〜第5のいずれかの形態
において、走査で画像もしくはデータパターン情報を書
込むことを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, an image or data pattern information is written by scanning.

〔作 用〕 本発明は上記のような構成であるので、画像やデータ
パターン情報の表示を無走査あるいは走査いずれの方法
でも行うことが可能であり、高精細度のディジタルおよ
びアナログ画像表示に適合し、またコヒーレント光を用
いた画像処理が可能となる。
[Operation] Since the present invention is configured as described above, it is possible to display images and data pattern information by either a non-scanning method or a scanning method, which is suitable for displaying high-definition digital and analog images. In addition, image processing using coherent light can be performed.

即ち、本発明の光熱書込み型空間光変調素子は、液
晶の複屈折性を利用しているため、小さな書込み光エネ
ルギーで無走査で画像を書込み表示することができる。
このため、前記文献1に記載の従来の光熱書込み型空間
光変調素子特有の、書込みに走査光学系を必要とする
点、書込みおよび読出し光学系が複雑になる点、2
値のディジタル情報しか表示できない点、表示画像の
コントラストが低い点、コヒーレント光画像処理に適
合しない点、などの問題を有さない。
That is, since the photothermal writing type spatial light modulator of the present invention utilizes the birefringence of liquid crystal, an image can be written and displayed without scanning with a small writing light energy.
For this reason, a point that a scanning optical system is required for writing, a point that a writing and reading optical system is complicated, and a point that are peculiar to the conventional photothermal writing type spatial light modulator described in the above-mentioned document 1
There are no problems such as that only the digital information of the value can be displayed, that the contrast of the displayed image is low, and that it is not suitable for coherent light image processing.

さらに本発明では、走査光学系を用いた画像表示も
可能である。
Further, according to the present invention, image display using a scanning optical system is also possible.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

《構 成》 本発明による光熱書込み型空間光変調素子の一実施例
の構成を第1図に模式的に示す。同図において、1は、
透明基板2と、液晶に色素5を混合したゲストホスト型
液晶6とを密着して一体となした本発明の光熱書込み型
空間光変調素子である。同図において、7は書込み光、
8は読出し光である。また、同図に示す液晶はネマティ
ック液晶である。
<< Configuration >> FIG. 1 schematically shows the configuration of an embodiment of the photothermal writing type spatial light modulator according to the present invention. In the figure, 1 is
This is a photothermal writing type spatial light modulator of the present invention in which a transparent substrate 2 and a guest-host type liquid crystal 6 in which a liquid crystal is mixed with a dye 5 are adhered and integrated. In the figure, 7 is a writing light,
8 is a reading light. The liquid crystal shown in the figure is a nematic liquid crystal.

第1図に示すゲストホスト型液晶および色素は、書込
み光がない初期状態においては、その分子の長軸が一様
に透明基板と平行に配列(ホモジニアス配向)している
が、ゲストホスト型液晶および色素の長軸が透明基板と
非平行に配列するゲストホスト型液晶も本発明の光熱書
込み型空間光変調素子に用いることもできる。例えば、
第2図に示すように、液晶分子および色素分子が基板に
対し一様に垂直に配向するホメオトロピック配向、ある
いは、第3図に示すように一方の基板付近では液晶およ
び色素分子はホモジニアス的に配列し、他方の基板付近
ではホメオトロピック的に配列する、いわゆるハイブリ
ッド配向など、液晶の複屈折性を利用した周知の液晶材
料および液晶配向方法を本発明の光熱書込み型空間光変
調素子に用いることができる。
In the guest-host type liquid crystal and the dye shown in FIG. 1, in the initial state where there is no writing light, the long axes of the molecules are arranged uniformly (homogeneous alignment) parallel to the transparent substrate. A guest-host type liquid crystal in which the major axis of the dye is arranged non-parallel to the transparent substrate can also be used in the photothermal writing type spatial light modulator of the present invention. For example,
As shown in FIG. 2, homeotropic alignment in which liquid crystal molecules and dye molecules are uniformly vertically aligned with the substrate, or, as shown in FIG. A well-known liquid crystal material and a liquid crystal alignment method utilizing birefringence of liquid crystal, such as so-called hybrid alignment, which are aligned and homeotropically aligned near the other substrate, are used for the photothermal writing type spatial light modulator of the present invention. Can be.

液晶に混合する色素としては、例えば第4図の光吸収
率対スペクトル特性が示すように、特定の波長の光を強
く吸収する材料を用いる。
As the dye to be mixed with the liquid crystal, for example, a material that strongly absorbs light of a specific wavelength is used, as shown by the light absorptance vs. spectral characteristics in FIG.

書込みには色素に吸収されやすい波長(例えば第4図
のλ)を持つ光を用い、また読出しには色素に吸収さ
れにくい波長(例えば第4図のλ)を持つ光を用い
る。書込み光および読出し光にはキセノンランプ光、ハ
ロゲンランプ光などのインコヒーレント光やレーザー光
(コヒーレント光)を使用する。ただし、書込み光に直
線偏波光を用いる場合、色素の吸収異方性を考慮して書
込み光の偏波方向を定める必要がある。例えば、正(も
しくは負)の吸収異方性を持つ色素(2色性色素)は、
色素分子の長軸(もしくは短軸)方向が大きな光吸収率
を有するため、書込み光エネルギーを節約するために色
素分子の長軸(もしくは短軸)方向と書込み光の偏波方
向を一致させることが望ましい。一方、読出し光として
は、液晶分子の長軸および短軸方向以外の方向に直線偏
波した光を用いる。
Light having a wavelength (for example, λ 1 in FIG. 4) that is easily absorbed by the dye is used for writing, and light having a wavelength (for example, λ 2 in FIG. 4) that is hardly absorbed by the dye is used for reading. As the writing light and the reading light, incoherent light such as xenon lamp light and halogen lamp light or laser light (coherent light) is used. However, when linearly polarized light is used as the writing light, it is necessary to determine the polarization direction of the writing light in consideration of the absorption anisotropy of the dye. For example, a dye having a positive (or negative) absorption anisotropy (a dichroic dye)
Since the major axis (or minor axis) direction of the dye molecule has a large light absorptivity, the major axis (or minor axis) direction of the dye molecule should be aligned with the polarization direction of the writing light in order to save writing light energy. Is desirable. On the other hand, as the reading light, light linearly polarized in a direction other than the major axis and the minor axis of the liquid crystal molecules is used.

《動 作》 次に本発明の光熱書込み型空間光変調素子の動作につ
いて述べる。
<< Operation >> Next, the operation of the photothermal writing type spatial light modulator of the present invention will be described.

互いに偏光方向が直交する偏光板と検光板の間に、第
1図の素子を挿入したデバイスを例にとり、本発明の光
熱書込み型空間光変調素子の動作を説明する。入射側の
偏光板の偏光方向と液晶分子の長軸とのなす角度をζ、
液晶層6の厚さをd、読出し光8の波長λとすると、
読出し光の透過率IOは、 で与えられる。ただし、dΔn/dTは単位温度変化あたり
の液晶の複屈折率変化量、TOは人工的な加熱(以後バイ
アス熱と呼ぶ)がない場合の液晶の温度(一般的には室
温)、ΔTはバイアス熱により上昇した温度,dT/dPは単
位書込み光エネルギーに対する液晶の温度変化量,PW
書込み光エネルギー、Θは初期光学位相差である。
The operation of the photothermal writing type spatial light modulator of the present invention will be described with reference to an example of a device in which the element shown in FIG. 1 is inserted between a polarizing plate and an analyzer whose polarization directions are orthogonal to each other. The angle between the polarization direction of the polarizing plate on the incident side and the long axis of the liquid crystal molecules is ζ,
Assuming that the thickness of the liquid crystal layer 6 is d and the wavelength of the reading light 8 is λ 2 ,
The read light transmittance IO is Given by Here, dΔn / dT is the amount of change in the birefringence of the liquid crystal per unit temperature change, T O is the temperature of the liquid crystal (generally, room temperature) without artificial heating (hereinafter referred to as bias heat), and ΔT is temperature increased by the bias heat, dT / dP temperature variation of the liquid crystal with respect to the unit writing light energy, P W is the writing light energy, theta O is the initial optical phase difference.

ζ=45゜とし、かつΘを制御して とすると、(1)式は となる。(3)式は、バイアス熱や書込み光をそれぞれ
単独で加える、あるいは両者を同時に加えることにより
読出し光の透過率を周期的に変えることが可能なことを
表している。
zeta = 45 to °, and by controlling the theta O Then, equation (1) becomes Becomes The expression (3) indicates that the transmittance of the reading light can be periodically changed by individually applying the bias heat and the writing light, or by adding both at the same time.

一例として、ネマティック液晶に2色性色素を混合し
た本発明の空間光変調素子(d=25μm)に読出し光
(λ=633nm)を入射したときのI−ΔT特性を第5
図に示す。同図は、ΔTC(ΔTC=TC−TO:TCはネマティ
ック相→液相の相転移温度)付近にバイアス熱による温
度(ΔTB)を設定すれば小さな熱エネルギーで光変調を
行うことができることを示している。ただし、バイアス
熱による上昇温度と書込み光により上昇した温度の合計
は、ΔTCより小さいこと{[ΔTB+(dT/dP)PW]<ΔT
C}が条件である。
As an example, the I-ΔT characteristic when the readout light (λ 2 = 633 nm) is incident on the spatial light modulator (d = 25 μm) of the present invention in which a dichroic dye is mixed into a nematic liquid crystal is described as a fifth example.
Shown in the figure. The figure shows that if the temperature (ΔT B ) due to the bias heat is set near ΔT C (ΔT C = T C −T O : T C is the phase transition temperature from the nematic phase to the liquid phase), light modulation can be performed with small thermal energy. Indicates what can be done. However, the sum of the temperature increased by the bias heat and the temperature increased by the writing light must be smaller than ΔT C {[ΔT B + (dT / dP) P W ] <ΔT
C } is the condition.

本発明の光熱書込み型空間光変調素子を用いた画像も
しくはデータパターンの書込み/表示装置の実施例を第
6図に示す。同図において、9は空間光変調素子の温度
を一定に保つ恒温チューブ、10はヒーター、11は温度調
節器、12は読出し光の偏波方向を整える偏光板、13はレ
ンズ、14は入力画像、15は表示画像を投写するスクリー
ンである。書込み光7および読出し光8は、空間光変調
素子1に垂直もしくはほぼ垂直に入射し、両光の進行方
向は必ずしも同一方向である必要はない。T0=25℃、Δ
TB=32℃に設定して本発明の空間光変調素子に画像をAr
レーザー光(λ=488nm)で書込んだところ、20ライ
ンペア/mm以上の解像度を得た。書込みに要した光エネ
ルギーは、2mJ/cm2であり、従来の光熱書込み型空間光
変調素子に比べて格段に少ないエネルギーで、かつ無走
査で画像を書込み/表示することができた。、また、Θ
を制御もしくは偏光板を回転することにより、画像の
レベルがアナログ的に変えられること、および入力画像
とレベルが反転した画像を表示できることなどを確認し
た。
FIG. 6 shows an embodiment of an image or data pattern writing / display apparatus using the photothermal writing type spatial light modulator of the present invention. In the same figure, 9 is a constant temperature tube for keeping the temperature of the spatial light modulator constant, 10 is a heater, 11 is a temperature controller, 12 is a polarizing plate for adjusting the polarization direction of readout light, 13 is a lens, and 14 is an input image. , 15 are screens for projecting display images. The writing light 7 and the reading light 8 are incident on the spatial light modulator 1 perpendicularly or almost perpendicularly, and the traveling directions of both lights do not necessarily have to be the same direction. T 0 = 25 ° C, Δ
An image was formed on the spatial light modulator of the present invention by setting T B = 32 ° C.
Writing with laser light (λ 1 = 488 nm) resulted in a resolution of 20 line pairs / mm or more. The light energy required for writing was 2 mJ / cm 2 , and an image could be written / displayed with much less energy than a conventional photothermal writing type spatial light modulator without scanning. , Also Θ
By controlling O or rotating the polarizing plate, it was confirmed that the level of the image could be changed in an analog manner, and that an image whose level was inverted from the input image could be displayed.

本発明の空間光変調素子が従来の光熱書込み型空間光
変調素子に比べ高感度である理由として以下の2項があ
る。
There are the following two reasons why the spatial light modulator of the present invention has higher sensitivity than the conventional photothermal writing type spatial light modulator.

本実施例に限らず、一般に液晶の屈折率はTC近傍で
大きく変化する。例えば5CB(homeotropic4−cyano−4
−pentylbiphenyl)ネマテック液晶の常屈折率(no)お
よび異常屈折率(ne)は、第7図に示すように、極めて
大きな温度依存性を示す。(ここでは液相における液
晶の屈折率である。)また同図に示すように、液晶の2
つの屈折率の値は、一般に温度上昇と共に互いに近づく
ため、noもしくはneだけを利用するよりも、複屈折率Δ
n(=no−ne)を用いたほうが、より大きな屈折率変化
を得ることができる。すなわち、液晶の複屈折率の温度
依存性を利用すれば、小さな温度変化で大きな光学的変
化を生ぜしめることが可能である。従来の光熱書込み型
空間光変調素子では、スメクティック液晶のスメクティ
ック相→ネマティック相→液相の状態変化を利用してお
り、画像やデータパターンを表示するためには、2種類
の相転移を発生させる必要がある。一方、本発明の空間
光変調素子では、単一相(ネマティック相)内での複屈
折率の変化を利用して画像表示を行うため、書込みに要
する光エネルギーが小さくてすむことになる。
In general, the refractive index of the liquid crystal greatly changes near T C , not limited to the embodiment. For example, 5CB (homeotropic4-cyano-4
-Pentylbiphenyl) nematic ordinary refractive index of the liquid crystal (n o) and extraordinary refractive index (n e), as shown in FIG. 7, showing a very large temperature dependence. (Here, it is the refractive index of the liquid crystal in the liquid phase.) As shown in FIG.
One of the values of the refractive index, because the general approach each other with increasing temperature, n o or than to use only n e, birefringence Δ
better with n (= n o -n e) is, it is possible to obtain a large refractive index change. That is, if the temperature dependence of the birefringence of the liquid crystal is used, a large optical change can be generated by a small temperature change. Conventional photothermal writing type spatial light modulators utilize the state change of the smectic liquid crystal phase → nematic phase → liquid phase of the smectic liquid crystal, and two types of phase transitions are generated to display images and data patterns. There is a need. On the other hand, in the spatial light modulator of the present invention, an image is displayed by utilizing a change in birefringence within a single phase (nematic phase), so that light energy required for writing is small.

さらに本発明ではゲストホスト型液晶を用いている
ため、書込み光は色素に吸収され、液晶層内で熱エネル
ギーに変換されるため、効率的に液晶を加熱することが
できる。一方、従来の光熱書込み型空間光変調素子で
は、第11図に示すように書込み光7はまずガラス基板2
に密着した光吸収層18に吸収され、次いで液晶4に伝搬
する仕組みになっており、光吸収層で発生した熱エネル
ギーの多くはガラス基板に伝わり、効果的に液晶を加熱
することができない。
Further, in the present invention, since the guest-host type liquid crystal is used, the writing light is absorbed by the dye and converted into heat energy in the liquid crystal layer, so that the liquid crystal can be efficiently heated. On the other hand, in the conventional photothermal writing type spatial light modulator, as shown in FIG.
The liquid crystal 4 is absorbed by the light absorbing layer 18 and then propagates to the liquid crystal 4. Most of the heat energy generated in the light absorbing layer is transmitted to the glass substrate, and the liquid crystal cannot be heated effectively.

これまで、空間光変調素子を通過した読出し光で画像
を表示する透過タイプの光熱書込み型空間光変調素子に
ついて述べたが、次にゲストホスト型液晶6と基板2の
間に反射鏡30を設けた反射タイプの空間光変調素子(第
8図)について説明する。ただし同図の31は偏光ビーム
スプリッターである。反射タイプの空間光変調素子で
は、書込み光7および読出し光8はゲストホスト型液晶
6の中に往復するため、透過タイプの空間光変調素子に
比べてより少ない書込み光エネルギーで読出し光の複屈
折効果を増大することができる。ただし、表示画像の解
像度低下を防止するため、書込み光と読出し光を空間光
変調素子に垂直に入射する必要がある。また、書込み光
が表示画像に混入するのを防ぐため、書込み光は液晶分
子の長軸方向もしくは短軸方向に直線偏波している必要
がある。ただし、書込み光は透過し、読出し光は反射す
るような波長分散特性を反射鏡30に与えれば、第1図も
しくは第6図に示すように、書込み光と読出し光の光路
を変え、表示画像に書込み光が混入することを避けるこ
とができる。
So far, the transmission type photothermal writing type spatial light modulation element for displaying an image with the read light passing through the spatial light modulation element has been described. Next, the reflecting mirror 30 is provided between the guest-host type liquid crystal 6 and the substrate 2. The reflection type spatial light modulator (FIG. 8) will be described. However, reference numeral 31 in the figure denotes a polarizing beam splitter. In the reflection type spatial light modulator, the writing light 7 and the reading light 8 reciprocate in the guest-host type liquid crystal 6, so that the reading light birefringence requires less writing light energy than the transmission type spatial light modulator. The effect can be increased. However, in order to prevent the resolution of the displayed image from lowering, it is necessary to vertically write the writing light and the reading light into the spatial light modulator. In order to prevent the writing light from being mixed into the display image, the writing light needs to be linearly polarized in the major axis direction or the minor axis direction of the liquid crystal molecules. However, if the reflecting mirror 30 is provided with a wavelength dispersion characteristic such that the writing light is transmitted and the reading light is reflected, the optical paths of the writing light and the reading light are changed as shown in FIG. 1 or FIG. Can be prevented from being mixed with writing light.

反射タイプの空間光変調素子を用いた画像表示装置の
模式図を第9図に示す。同図において32は面状ヒーター
もしくはペルチェ素子、33はリード線、34は書込み光を
反射(もしくは透過)し、読出し光を透過(もしくは反
射)するダイクロイックミラーである。第9図に示す装
置は、第6図に示す装置に比べて、コンパクトであり、
かつ、より少ない書込み光エネルギーで画像を表示する
ことができるという利点を持つ。第10図は第9図の装置
をさらに小型化した装置の上面図である。同図において
35は34と同じ機能をもつダイクロイックプリズムであ
る。
FIG. 9 is a schematic diagram of an image display device using a reflection type spatial light modulator. In the figure, 32 is a sheet heater or Peltier element, 33 is a lead wire, and 34 is a dichroic mirror that reflects (or transmits) write light and transmits (or reflects) read light. The device shown in FIG. 9 is more compact than the device shown in FIG.
In addition, there is an advantage that an image can be displayed with less writing light energy. FIG. 10 is a top view of a further miniaturized device of FIG. In the figure
35 is a dichroic prism having the same function as 34.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明によれば次のような特有
の効果が得られる。
As described above, according to the present invention, the following specific effects can be obtained.

本発明の光熱書込み型空間光変調素子では、液晶の
複屈折性を利用しているため、従来の光熱書込み型空間
光変調素子に比べて、書込み光エネルギーが小さい。
Since the photothermal writing spatial light modulator of the present invention utilizes the birefringence of liquid crystal, the writing light energy is smaller than that of the conventional photothermal writing spatial light modulator.

従って、画像やデータパターンなどの情報を走査せ
ずに2次元的に一挙に書込み/表示することができる。
Therefore, it is possible to write / display two-dimensionally at once without scanning information such as images and data patterns.

そのため、書込み光学系は簡単であり、従来の光熱
書込み型空間光変調素子に比べて高速で画像表示を行う
ことができる。
For this reason, the writing optical system is simple, and an image can be displayed at a higher speed as compared with the conventional photothermal writing type spatial light modulator.

また、液晶の複屈折性を利用するため、表示画像の
コントラストが高い。
Further, since the birefringence of the liquid crystal is used, the contrast of the displayed image is high.

従来の光熱書込み型空間光変調素子では2値のディ
ジタル画像しか表示できないが、本発明の空間光変調素
子では、ディジタルおよびアナログ画像を表示すること
ができる。
The conventional photothermal writing type spatial light modulator can display only binary digital images, but the spatial light modulator of the present invention can display digital and analog images.

従来の光熱書込み型空間光変調素子では読出しにシ
ュリーレン光学系を必要とするが、本発明の空間光変調
素子では、同光学系は不要であり、読出し光学系が簡単
である。
The conventional photothermal writing type spatial light modulator requires a schlieren optical system for reading, but the spatial light modulator of the present invention does not require the optical system and the reading optical system is simple.

従来の光熱書込み型空間光変調素子では散乱光を用
いた画像表示であり、光画像処理に適合しにくい。一
方、本発明の空間光変調素子には複屈折を利用して画像
表示するため、光画像処理に適している。
The conventional photothermal writing type spatial light modulation element is an image display using scattered light, and is not suitable for optical image processing. On the other hand, since the spatial light modulator of the present invention displays an image using birefringence, it is suitable for optical image processing.

さらに、走査光学系を用いた画像情報の書込みも可
能である。
Further, writing of image information using a scanning optical system is also possible.

などの特徴を有する。It has features such as.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図〜第3図は、それぞれ本発明の光熱書込み型空間
光変調素子の構成例を示す模式図、 第4図は、第1図〜第3図の構成要素の色素の光吸収率
の波長依存性の一例を示す図、 第5図は、本発明の光熱書込み型空間光変調素子の読出
し光透過率の温度依存特性の一例を示す図、 第6図は、本発明の光熱書込み型空間光変調素子を用い
た画像書込み/表示装置の一構成例を示す模式図、 第7図は、第1図〜第3図の構成要素のネマティック液
晶の常屈折率(no)および異常屈折率(ne)の温度依存
特性の一例を示す図、 第8図は、本発明の光熱書込み型空間光変調素子の他の
構成例を示す模式図、 第9図および第10図は、本発明の光熱書込み型空間光変
調素子を用いた画像書込み/表示装置の他の構成例を示
す模式図、 第11図は、文献1に記載されている従来の光熱書込み型
空間光変調素子の構成を示す模式図である。
1 to 3 are schematic diagrams showing examples of the configuration of a photothermal writing type spatial light modulator according to the present invention, respectively. FIG. 4 is a graph showing the light absorptivity of the dyes of the constituent elements of FIGS. 1 to 3. FIG. 5 is a diagram showing an example of wavelength dependence, FIG. 5 is a diagram showing an example of the temperature dependence of the read light transmittance of the photothermal writing type spatial light modulator of the present invention, and FIG. 6 is a photothermal writing type of the present invention. schematic diagram of a configuration example of an image writing / display apparatus using a spatial light modulation element, FIG. 7 is a normal refractive index of the nematic liquid crystal of the components of Figure 1-Figure 3 (n o) and extraordinary refractive FIG. 8 is a diagram showing an example of a temperature-dependent characteristic of the rate ( ne ), FIG. 8 is a schematic diagram showing another configuration example of the photothermal writing type spatial light modulator of the present invention, and FIG. 9 and FIG. FIG. 11 is a schematic diagram showing another configuration example of an image writing / display device using the photothermal writing type spatial light modulation element of the present invention. FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional photothermal writing type spatial light modulator described in FIG.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/137 500 G02F 1/13 102 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G02F 1/137 500 G02F 1/13 102

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】透明基板と、液晶配向層と、ネマティック
液晶に色素を混合したゲストホスト型液晶と、液晶配向
層と、透明基板とを順次密着した構成で、前記色素の光
吸収領域内に波長を持つ書込み光と、該光吸収領域外に
波長を持つ読出し光を前記ゲストホスト型液晶に照射し
て、前記色素の書込み光吸収に基づく発熱により前記ゲ
ストホスト型液晶の複屈折率を変え、前記読出し光を変
調することにより、画像もしくはデータパターン情報を
書込みかつ読出すことを特徴とする光熱書込み型空間変
調素子。
A transparent substrate, a liquid crystal alignment layer, a guest-host type liquid crystal in which a nematic liquid crystal is mixed with a dye, a liquid crystal alignment layer, and a transparent substrate are sequentially brought into close contact with each other. A write light having a wavelength and a read light having a wavelength outside the light absorption region are irradiated on the guest-host type liquid crystal, and the birefringence of the guest-host type liquid crystal is changed by heat generated based on absorption of the dye by the write light. And a photothermal writing type spatial light modulator, wherein an image or data pattern information is written and read by modulating the reading light.
【請求項2】前記透明基板の1枚とそれに隣接した液晶
配向層の間に、反射鏡を設けたことを特徴とする請求項
1に記載の光熱書込み型空間変調素子。
2. The photothermal writing type spatial modulation device according to claim 1, wherein a reflecting mirror is provided between one of the transparent substrates and a liquid crystal alignment layer adjacent to the transparent substrate.
【請求項3】前記ゲストホスト型を加熱することを特徴
とする請求項1または2に記載の光熱書込み型空間変調
素子。
3. The photothermal writing type spatial modulation device according to claim 1, wherein the guest-host type is heated.
【請求項4】前記透明基板の1枚に面状のヒータもしく
はペルチェ素子を密着したことを特徴とする請求項1か
ら3のいずれかに記載の光熱書込み型空間変調素子。
4. A photothermal writing type spatial modulation device according to claim 1, wherein a sheet heater or a Peltier device is adhered to one of said transparent substrates.
【請求項5】前記透明基板の1枚に偏光ビームスプリッ
ターを密着したことを特徴とする請求項4に記載の光熱
書込み型空間変調素子。
5. The photothermal writing spatial modulation device according to claim 4, wherein a polarization beam splitter is adhered to one of the transparent substrates.
【請求項6】無走査で画像もしくはデータパターン情報
を書込むことを特徴とする請求項1から5のいずれかに
記載の光熱書込み型空間変調素子。
6. The photothermal writing type spatial modulation device according to claim 1, wherein an image or data pattern information is written without scanning.
【請求項7】走査で画像もしくはデータパターン情報を
書込むことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記
載の光熱書込み型空間変調素子。
7. The photothermal writing type spatial modulation device according to claim 1, wherein an image or data pattern information is written by scanning.
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