JP5720925B2 - 光書込み装置 - Google Patents

Description

本発明は、光書込み装置に係り、特にメモリ性を有する表示記録媒体に対して画像情報を書込むことができる光書込み装置に関する。

近年、表示記録媒体としての紙媒体や電子ディスプレイデバイスの他に、電子ディスプレイの長所と紙の長所を併せ持った表示記録媒体が注目されている。
この表示記録媒体は、表示においてメモリ性を有していることから、情報の書き換え時にエネルギを与えるだけでよく、表示を維持するためのエネルギは必要としない。また、繰り返し書き換え可能であることから環境負荷が低いという特徴を有している。

このような特徴を有する表示記録媒体への画像書込み方法として、表示記録媒体に薄膜トランジストタなどのスイッチング素子をマトリックス上に空間配置し電圧制御のみで画像情報を制御する方法の他に、表示記録媒体に印加される電圧を表示記録媒体へ照射される光量により制御し、画像情報を書き込む方法があり、その光書込み型装置が特許文献１に提案されている。

この特許文献１に記された表示記録媒体は、一対の透明電極間に、メモリ性を有する液晶からなる表示層と、光の照射量に応じて抵抗値が低減する光導電層とが積層された構成となっている。そして、表示記録媒体への光書込み装置は、透過型の液晶パネル上に２次元のマイクロレンズアレイを配置し、液晶パネルからの出射光を２次元マイクロレンズアレイにより表示記録媒体の光導電層に結像する構成となっている。

表示記録媒体への書込みは、光書込み装置から出射された画像情報に基づく、出射光量分布により光導電層の抵抗値を可変させ、表示層への印加電圧を制御することで光量分布に応じた画像を表示層に記録している。
この種の光書込み装置では、２次元マイクロレンズアレイによって表示記録媒体の光導電層に結像させ、光書込み装置からの出射光の指向性を高めることで、表示記録媒体に書き込まれた画像の解像度を高めている。

一方、前記のような光の結像による出射光の指向性を高める方法とは別に、液晶ディスプレイをはじめとする表示装置上にマイクロルーバを配置し、表示装置からの出射光の指向性を高めた表示装置が提案されている。図６（Ａ）（Ｂ）にこれを示す。

図６（Ａ）に示す表示装置は、液晶表示装置から成る表示パネル１００上にマイクロルーバ１０１を配置し、出射光の指向性を高めた表示装置の一例であり、マトリクス状に配置された複数の画素からなる表示パネル１００と、この表示パネル１００上に配置されたマイクロルーバ１０１とから構成されている。

マイクロルーバ１０１は、図６（Ｂ）に示すように、光吸収層１０２と透明層１０３を交互に配置した周期構造体を２枚の保護フィルム１０４ａ，１０４ｂで狭持した構造であり、光吸収層１０２と透明層１０３の配置における周期Ｐは一定に設定されている。

ここで、透明層１０３では、可視角度θの範囲内で入射した光のみが透過する。可視角度θの範囲外の光は、光吸収層１０２で吸収される。可視角度θは、周期構造体の厚さＤと周期のピッチＰとで決まる。可視角度θが小さいほど、マイクロルーバ１０１を透過した光の指向性は高めている。

しかしながら、この種の液晶表示装置においては、上述したように、表示パネル１００とマイクロルーバ１０１は共に周期構造を有しているため、マイクロルーバ１０１を通過した光は、それぞれの周期構造に基づく２つの規則的な強度分布を重ねた状態となり、双方の空間周波数の差に応じたモアレ縞が発生してしまう。
これに対し、このモアレ縞の発生を抑制する方法が知られている。特許文献２及び特許文献３にこれを示す。

特許文献２では、表示装置上にマイクロルーバを傾斜配置し、表示装置の２次元周期構造に由来する空間周波数とマイクロルーバの周期に伴う空間周波数の差を大きくしてモアレ縞の発生を抑制している。

また、特許文献３では、表示装置上に配置されたマイクロルーバが、ｘ方向およびｙ方向のそれぞれの方向に位相の異なる周期構造を備えた２次元の周期構造体を構成している。そして、この位相の異なる方向では、各周期構造を面方向に同時に通過した出射光の面内分布が平均化されることでモアレ縞の発生を抑制している。

特開２００１−３０１２３３号公報 特開２００７−２５６３３０号公報 特開２００８−８９７２７号公報

しかしながら、上述した先行技術文献には以下のような問題がある。
特許文献１では、透過型の液晶パネル上に配置された２次元マイクロレンズアレイにより表示記録媒体の光導電層に結像させるため、２次元マイクロレンズの位置決め精度及び表示記録媒体の位置決め精度によって表示記録媒体に書き込まれた画像がぼける現象、即ち、書き込まれた画像の解像度が劣化するという問題がある。

また、特許文献２では、表示装置上にマイクロルーバを傾斜配置し、表示装置の２次元周期構造に由来する空間周波数とマイクロルーバの周期に伴う空間周波数との差を見かけ上大きくしてモアレ縞の発生を抑制しているが、十分ではなく、表示記録媒体にモアレ縞まで書き込まれてしまい、書き込まれた画像の解像度及び画質が劣化してしまうという問題がある。

更に、特許文献３では、位相が異なる周期構造を配置することで位相の異なる方向では、モアレ縞の発生を抑えられるが、表示装置の画素ピッチとマイクロルーバのピッチの関係が不明なため、表示装置の画素内に存在するマイクロルーバの光吸収層の数が基板面内で不均一になる。その結果、画素ごとの透過率にばらつきが発生する。

例えば、光吸収層の幅が１０〔μm 〕で周期ピッチが５０〔μm 〕のマイクロルーバを、画素ピッチが１６０〔μm 〕の表示装置に適用した場合、１画素内に光吸収層が２個存在する場合と３個存在する場合がある。このため、時には、光書込み装置から出射される出射光量分布にムラが生じ、表示記録媒体に書き込まれた画像の画質を劣化させる場合がある。

本発明の目的は、表示記録媒体に書き込まれる画像の解像度及び画質の劣化を有効に抑制し得る光書込み装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係る光書込み装置は、表示記録媒体に記録させる画像光を出力させる光書込み装置において、
面状光源部から出射された画像形成用光を前記画像光に空間変調させる複数の画素を平面内にマトリックス状に配列した空間光変調素子と、
前記空間光変調素子から出射される前記画像光の出射角度範囲を制限して前記画像光を前記表示記録媒体に入射する光学素子とを有し、
前記光学素子は、前記画像光を透過させる透明層と、前記透明層を透過する画像光の出射方向の範囲を制限する光吸収層とを平面内で交互に繰り返して配列した２次元周期構造体を有し、
前記２次元周期構造体は、前記透明層と前記光吸収層とを交互に繰り返して配列した方向を基準として、その配列方向と直交する方向に区画された複数の周期構造部を有し、
前記複数の周期構造部の少なくとも一部は、前記直交する方向に隣接する前記透明層同士の空間配置の位相を異ならせて前記透明層と前記光吸収層とを交互に繰り返して配列した周期構造を有し、
前記２次元周期構造体の直交する２方向における前記透明層と前記光吸収層との繰り返し周期ピッチを実質的に一致させて整合させ、且つ前記繰り返し周期ピッチを前記空間光変調素子の画素の配列ピッチより狭く設定し、
前記光学素子の前記透明層と前記光吸収層との繰り返し周期ピッチを前記空間光変調素子の平面内に前記画素を配列した周期ピッチの整数分の１に設定したことを特徴とする。

本発明は以上のように構成したので、上述した光学素子が有効に機能して指向性を高めると共に表示記録媒体の書込み画像のぼけを防ぐことができ、光学素子から出射される出射光が光学素子の面内で平均化されるので、空間光変調素子とのモアレ縞の発生を抑制でき、更に光学素子の周期ピッチを空間光変調素子の画素ピッチの整数分の１としたので、各画素の透過率のばらつきをなくすと同時に出射光分布のばらつきを抑制することができ、このため、表示記録媒体に書き込まれる画像の解像度劣化及び画質劣化を有効に抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る光書込み装置の構成を示す断面図である。 図１に開示した光書込み装置の主要構成部を示す図で、図２（Ａ）は空間光変調素子の周期構造を示す説明図、図２（Ｂ）は光学素子の周期構造を示す説明図である。 図１に開示した光書込み装置と組み合わせる表示記録媒体を示す断面図である。 図４（Ａ）は、図１に開示した光書込み装置と図３に示す表示記録媒体とを組み合わせた状態を示す断面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）に示す光書込み装置の面上光源部に用いるシート状のプリズムレンズの一例を示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係る光書込み装置の空間光変調素子が備えている画素の周期構造を示す説明図である。 関連技術における液晶表示装置に装備されているマイクロルーバの例を示す図で、図６（Ａ）はマイクロルーバと表示パネルとの対応関係を示す説明図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）に開示したマイクロルーバの具体例を示す部分断面図である。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
最初に、本第１実施形態における基本的な内容を説明し、その後に具体的な内容を詳述する。

図１及び図４において、本第１実施形態における光書込み装置１は、図３に示す表示記録媒体４に向けて画像光Ｓを出射する空間光変調素子３と、前記空間光変調素子３が前記画像光Ｓを出射するための画像光形成用の面状光を前記空間光変調素子３に送り込む面状光源部２と、前記空間光変調素子３上に前記表示記録媒体４に対向して装備され前記画像光Ｓの出射方向の広がり範囲を制限する面状の光学素子１０とを備えている。
ここで、図３に示す表示記録媒体４は図４に示すように、前記空間光変調素子３上の前記光学素子１０に対向して配置される、すなわち図１において、図３に示す表示記録媒体４は、図１に示す前記光学素子１０に対向した上方位置に配置される。前記表示記録媒体４の具体的な構成については図３に基づいて後述する。

前記光学素子１０は図２（Ｂ）に示すように、前記空間光変調素子３から出射される画像光Ｓの出射角度範囲を制限して前記画像光Ｓを前記表示記録媒体４に入射させる構造であって、前記画像光Ｓを透過させる透過層１１と、前記透過層１１を透過する画像光Ｓの出射方向の範囲を制限する光吸収層１２とを平面内に交互に繰り返して配列した２次元周期構造体を有しており、前記光学素子１０を以下に具体的に説明する。
前記２次元周期構造体は、前記透明層１１と前記光吸収層１２とを交互に繰り返して配列した方向と直交する方向に複数の周期構造部１０Ｂを有している。
図２（Ｂ）に示す例を説明する際、前記透明層１１と前記光吸収層１２とを交互に繰り返して配列した方向をｘ−ｙ直交座標上のｘ方向とし、前記直交する方向をｘ−ｙ直交座標上のｙ方向として説明する。しかし、この方向設定は図２（Ｂ）の場合に限られるものではなく、前記透明層１１と前記光吸収層１２とを交互に繰り返して配列した方向をｘ−ｙ直交座標上のｙ方向とし、前記直交する方向をｘ−ｙ直交座標上のｘ方向としてもよく、この場合、前記２次元周期構造体は、図２（Ｂ）を９０°時計方向或いは反時計方向に回転させた状態のように前記透明層１１及び前記光吸収層１２，１５を配列した構成となる。

前記透過層１１は図２（Ｂ）に示すように、矩形状に形成され、前記光吸収層１２は図２（Ｂ）に示すように短冊状に形成されており、前記短冊状の幅は前記矩形状の辺と比較して極めて細い幅に設定されている。
図２（Ｂ）の例では、前記２次元周期構造体は、最上行の位置で前記透明層１１と前記光吸収層１２とをｘ−ｙ直交座標上のｘ軸（ｘ方向）に沿って交互に繰り返して配列したｘ方向ｘ０を基準として、このｘ方向ｘ０と直交するｙ方向に区画された複数の周期構造部１０Ｂを有している。
図２（Ｂ）において、最上行の位置でｘ−ｙ直交座標上のｘ軸（ｘ方向）に沿って配列した前記透過層１１と前記光吸収層１２とを交互に繰り返して配列する繰り返し周期ピッチはＰａに設定している。さらに、最上行の位置に配置された全ての透過層１１の周囲は、前記光吸収層１２と、前記光吸収層１２と同様の機能を有する線状の光吸収層１５により囲まれている。前記線状の光吸収層１５は、ｘ−ｙ直交座標上のｘ軸（ｘ方向）に沿って前記透過層１１のｙ方向での寸法分だけ離間させて平行に配置してある。

次に、前記複数の周期構造部１０Ｂについて説明する。前記複数の周期構造部１０Ｂは図２（Ｂ）に示すように、前記直交する方向すなわちｙ方向に隣接する前記透過層１１同士の空間配置の位相を異ならせて前記透過層１１と前記光吸収層１５とを、前記ｘ方向ｘ０と直交するｘ−ｙ直交軸上のｙ軸（ｙ方向）に沿って交互に繰り返して配列した周期構造を有している。前記ｘ−ｙ直交座標上のｙ軸（ｙ方向）に沿って配列した前記周期構造部１０Ｂの前記透過層１１と前記光吸収層１５とを交互に繰り返して配列する繰り返し周期ピッチはＰｂに設定している。
さらに、前記周期構造部１０Ｂに含まれる前記透過層１１のｘ方向の左右側が前記光吸収層１２で覆われてｘ方向に隣接する透過層１１同士が区画され、前記透過層１１のｙ方向の上下側が前記光吸収層１５で覆われてｙ方向に隣接する透過層１１同士が区画されている。したがって、前記周期構造部１０Ｂに含まれる全ての透過層１１は、その周囲が光吸収層１２，１５により囲まれている。

前記周期構造１０Ｂは図２（Ｂ）に示すように、ｘ方向ｘ０と直交するｙ方向に隣接する前記透過層１１同士の空間配置の位相を異ならせて前記透過層１１と前記光吸収層１５とを、前記ｘ方向ｘ０と直交するｘ−ｙ直交軸上のｙ軸（ｙ方向）に沿って交互に繰り返して配列した周期構造を有しており、前記周期構造１０Ｂは図２（Ｂ）に示すように、前記ｘ方向ｘ０に複数配列されている。
前記周期構造１０Ｂが上述した周期構造を有しているため、前記ｘ方向における周期構造１０Ａは次のような周期構造を有している。すなわち、前記ｘ方向における周期構造１０Ａは図２（Ｂ）に示すように、ｘ方向に隣接する前記透過層１１同士に空間配置の位相をもたせずに前記透過層１１と前記光吸収層１２とを、ｘ−ｙ直交軸上のｘ軸（ｘ方向）に沿って交互に繰り返して配列した周期構造を有しており、前記周期構造１０Ａは図２（Ｂ）に示すように、前記ｘ方向ｘ０と直交するｙ方向に複数配列されている。
したがって、前記周期構造１０Ａは図２（Ｂ）に示すように、ｘ方向に隣接する前記透過層１１同士に空間配置の位相をもたせていないため、前記透過層１１と前記光吸収層１２とが直線状に配列されている。これに対して、前記周期構造１０Ｂは図２（Ｂ）に示すように、ｙ方向に隣接する前記透過層１１同士に空間配置の位相をもたせているため、前記透過層１１と前記光吸収層１２とが千鳥状に配列されている。
さらに、前記周期構造１０Ａは図２（Ｂ）に示すように、前記透過層１１と前記光吸収層１２とを繰り返し周期ピッチＰａをもって交互に繰り返し配列しており、前記周期構造１０Ｂは図２（Ｂ）に示すように、前記透過層１１と前記光吸収層１５とを繰り返し周期ピッチＰｂをもって交互に繰り返し配列しており、前記周期構造１０Ａと前記周期構造１０Ｂとは図２（Ｂ）に示すように、前記透過層１１と前記光吸収層１２，１５とを交互に繰り返して配列している構成に共通性を有している。

さらに、前記２次元周期構造体の直交する２方向、すなわちｘ方向とｙ方向における前記透過層１１と前記光吸収層１２，１５との繰り返し周期ピッチＰａ，ｐｂを整合させ、且つ前記繰り返し周期ピッチＰａ，ｐｂを後述する空間光変調素子３の画素３６の配列ピッチＰｋ１，Ｐｋ２より狭く設定している。
この構成により、前記光学素子１０から出射する画像光Ｓの指向性を面内で均一にすることができる。
ここで、前記繰り返し周期ピッチＰａとＰｂとは、それらのＰａとＰｂとの寸法を一致（Ｐａ＝Ｐｂ）させて整合させることが望ましいものであるが、製造組立時などにおける公差を考慮すると、ＰａとＰｂとをＰａ≒Ｐｂの関係に設定することにより、前記繰り返し周期ピッチＰａ，ｐｂを整合させても上述した効果を得ることができることを検証している。

前記空間光変調素子３は図２（Ａ）に示すように、前記面状光源部２から出射された画像形成用光を前記画像光Ｓに空間変調させる複数の画素３６を平面内にマトリックス状に配列した構造を有している。前記画素３６は図２（Ａ）に示すように、短辺と長辺とをもつ長方形状をなしており、前記画素３６の短辺の長さを繰り返しの周期ピッチＰｋ１として前記画素３６をｘ方向に沿って配置し、且つ前記画素３６の長辺の長さを繰り返しの周期ピッチＰｋ２として前記画素３６をｙ方向に沿って配置することにより、前記複数の画素３６を平面内に縦横碁盤の目のように整列して配置することにより、前記複数の画素３６をマトリックス状に配列している。
そして図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、前記空間光変調素子３のｘ方向すなわち短辺方向と前記光学素子１０のｘ方向とを一致させ、且つ前記空間光変調素子３のｙ方向すなわち長辺方向と前記光学素子１０のｙ方向とを一致させて、図１に示すように、前記光学素子１０を前記空間光変調素子３上に設置している。
さらに、前記光学素子１０のｘ方向での繰り返し周期ピッチＰａを前記空間光変調素子３のｘ方向での繰り返し周期ピッチＰｋ１の整数分の１に設定し、前記光学素子１０のｙ方向での繰り返し周期ピッチＰｂを前記空間光変調素子３のｙ方向での繰り返し周期ピッチＰｋ２の整数分の１に設定している。
これにより、空間光変調素子３と光学素子１０とに周期差が設定され、更に光学素子１０の周期を短かくすることで空間光変調素子３との間で発生するモアレ縞のモアレピッチを、目視で確認できない程度に小さくすることができ、これによりモアレ縞の発生を有効に抑制することができる。換言すると、これにより、各画素３６の透過率のばらつきを平均化することができるので、出射光分布のばらつきが抑制され、表示記録媒体４に書き込まれる画像の解像度劣化及び画質劣化を有効に抑制することができる。

本第１実施形態では、前述した一方の各周期構造部１０Ａの周期構造と前記他方の各周期構造部１０Ｂの周期構造とにあっては、ｘ方向とｙ方向とにおける前記透明層１１と光吸収層１２の繰り返し周期ピッチＰa ，Ｐb が、同一の大きさに設定されている。

さらに本第１実施形態では、前述した光学素子１０が備えている一方の各周期構造部１０Ａは、ｘ方向に隣接する透過層１１同士に空間配置の位相差をもたせることなく透過層１１と光吸収層１２とをｘ方向に直線状に配列している、すなわち空間配置の位相で表すと、空間配置の位相が０°の周期構造として構成してあり、この周期構造部１０Ａがｙ方向に複数列配列されている。
他方の各周期構造部１０Ｂは、ｙ方向に隣接する透過層１１同士に空間配置の位相をもたせて透過層１１と光吸収層１５とをｙ方向に千鳥状に配列している、すなわち空間配置の位相で表すと、空間配置の位相が１８０°の周期構造として構成してあり、この周期構造部１０Ｂがｘ方向に複数列配列されている。ここで、前記周期構造部１０Ｂでは、透過層１１と光吸収層１５とを、ｘ方向での透過層１１の辺寸法の１／２だけｘ方向にずらせることにより、前記空間配置の位相を１８０°に設定している。

更に、前記空間光変調素子３は、光学素子１０との関係において基本的には以下のような構成を備えている。
まず、空間光変調素子３の複数の各画素３６は、図２（Ａ）に示すように本実施形態ではｘ方向を短辺としｙ方向を長辺とする長方形状に形成され、ｘ−ｙ直交座標上におけるｘ方向およびｙ方向にそれぞれマトリクス状に配置されている。

そして、この各画素３６の形状は、図２（Ａ）に示すように、本第１実施形態では、ｙ方向に長い長方形状に形成され、その各辺のｘ：ｙの割合は１：３に設定されている。

以下、これを更に詳述する。
上述したように、本第１実施形態における光書込み装置１は、面状光源部２と空間光変調素子３と光学素子１０とを、図１の下方から上方に向けて順次積層した構成となっている。

面状光源部２は、図１の下方から上方に向けて、反射シート２０，面光源２１，拡散板２４，プリズムシート２５ｂおよび他のプリズムシート２５ａが順次積層された状態で構成されている。

ここで、前記面光源２１は、冷陰極管に代表される発光源２１Ａと、この発光源２１Ａからの出力光を側端面から導入し上方へ反射送出する平板状の導光板２１Ｂとにより構成されている。前記導光板２１Ｂはアクリル樹脂などにより構成されており、前記導光板２１Ｂの端面には、発光源２１からの光が入射し、この入射光が導光板２１Ｂ内を伝播して表面側（図１の上面側）から一様に出射されるように構成されている。

前記導光板２１Ｂの裏面側には、裏面側に出射する光を表面方向に反射する反射シート２０が設けられている。図には示されていないが、導光板２１Ｂの他方の端面（他の側端面周囲）にも反射シートが設けられている。

前記導光板２１Ｂの表面から出射された光は、図１の上方向に向かって、拡散板２４およびプリズムシート２５ｂ，２５ａの順に順次伝搬する。拡散板２４は、導光板２１Ｂから入射する光を拡散させるためのものである。導光板２１Ｂの図１における左端と右端では、その構造上、出射光の輝度が異なる。このため、導光板２１Ｂからの光を拡散板２４で拡散させ、出射光を均一化している。

前記プリズムシート２５ａは図４（Ｂ）に示すように、一定方向に一定周期で配置した複数のプリズムからなる。前記プリズムシート２５ｂも、図４（Ｂ）に示した構造と同じであるが、プリズムの規則的な配置方向が、プリズムシート２５ａのプリズムの規則的な配置方向に対して交差するようになっている。これらプリズムシート２５ａ，２５ｂによって、拡散板２４にて拡散された光の指向性を強めることができる。そして、プリズムシート２５ａ，２５ｂを通過した光で空間光変調素子３に入射する。

尚、本第１実施形態では、発光源として冷陰極管を例に挙げて説明したが、本実施形態１は冷却極管に限定するものではなく、これに代えて白色ＬＥＤや３色ＬＥＤなどを発光源として用いてもよい。また、本第１実施形態では、サイドライト型の光源を例に挙げて説明しているが、本実施形態１はこれに限るわけでなく、直下型の光源を用いてもよい。

前記空間光変調素子３は、液晶層３２を２枚の基板３０ａ，３０ｂで狭持した構造を有している。ここで、基板３０ａは、一方の面（液晶層３２側の面）にカラーフィルタ３３が積層され、他方の面には偏光板（位相差板）３１ａが積層されている。また、基板３０ｂの液晶層３２側の面とは反対の面には、偏光板（位相差板）３１ｂが設けられている。

前記カラーフィルタ３３は、光を吸収する層よりなるブラックマトリクスにより区画された領域に、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各色フィルタが、マトリクス状に配置されている。この各色フィルタはそれぞれ長方形からなり、短辺に対して長辺のピッチが３倍となっており、これにより画素３６に対応している。

前記液晶層３２は、図示しない制御装置からの制御信号に従って、画素３６を単位として、透明状態と遮光状態の状態切替が可能とされており、この状態切替によって、入射した光が空間的に変調されるようになっている。

このように、面状光源部２からの光は、偏光板（位相差板）３１ｂに入射し、偏光板（位相差板）３１ｂを通過した光は、透明基板３０ｂを介して液晶層３２に入射し、そこで画素３６を単位として前記空間変調が施される。前記液晶層３２を通過した光（変調光）は、カラーフィルタ３３，透明基板３０ａを順次通過して偏光板（位相差板）３１ａに入射する。そして、偏光板（位相差板）３１ａを通過した光は、面状光源部２から出射した指向性を維持したまま光学素子１０に向けて出射される。

ここで、本第１の実施形態では、カラーフィルタを用いた場合について説明しているが、モノクロフィルタを用いた場合のものであってもよい。この場合、面状光源部２の発光源としては、白色だけではなく、後述する表示記録媒体の光導電層に感応する単色光源、例えば、ＲＧＢなどのＬＥＤを用いてもよい。

次に、前述した光学素子１０の周期構造について、更に詳述する。
図２（Ｂ）に示すように、本第１実施形態における光学素子１０は、前述したように、透明層１１と光吸収層１２とを交互に配置した周期構造部１０Ａ，１０Ｂの複数を同一面上に併設して一体化した周期構造体を構成している。

この光学素子１０の厚さに関しては、各周期構造部１０Ａ，１０Ｂを構成する透明層１１の幅と厚さの比、即ちアスペクト比が３以上に設定され、これにより、当該光学素子１０を通過する光の指向性を高めている。

そして、一方の各周期構造部１０Ａおよび当該周期構造部１０Ａに直交する方向に設定された状態の他方の各周期構造部１０Ｂは、上述したように、ｘ方向およびｙ方向のそれぞれの方向に透明層１１と光吸収層１２，１５とを組とする周期構造を構成している。

具体的には、透明層１１と光吸収層１２の組がｘ方向に交互に配置された周期構造部１０Ａとしては、一方の周期構造部１０Ａの位相を基準（以下、位相「０」と記す。）にすると、隣接する他の一方の周期構造部１０Ａの位相が１８０度ずれた周期構造部（以下、位相「π」と記す。）であり、これら位相「０」の周期構造部１０Ａと位相「π」の周期構造部１０Ａがｙ方向に交互に併設されている。

そして、位相「０」の周期構造部１０Ａと位相「π」の周期構造部１０Ａの間に、光吸収層１０と同等に機能する連続した区分用の光吸収層１５が設けられ、ｙ方向にも光吸収層１０と光吸収層１２との組の周期的な繰り返しによる他方の周期構造部１０Ｂが設定され、これにより、ｘ方向およびｙ方向にそれぞれ周期構造１０Ａ，１０Ｂを有する２次元の周期構造体をしての光学素子１０が形成されることとなる（図２（Ｂ）参照）。

ここで、位相「０」の一方の周期構造部１０Ａと隣接設置された位相「π」の一方の周期構造部１０Ａのそれぞれにおける透明層１１と光吸収層１２の組のｘ方向における繰り返し周期Ｐａは、本第１実施形態では、それぞれ同一の値（同一ピッチ）に設定されている。

又、ｙ方向における透明層１１と光吸収層１５から成る組の繰り返し周期Ｐｂも、本第１実施形態では、それぞれ同一の値（同一ピッチ）に設定されている。同時に、このｘ方向およびｙ方向における繰り返し周期Ｐａ，Ｐｂも、本実施形態では相互に同一ピッチ（Ｐａ＝Ｐｂ）に設定されている。

即ち、本第１実施形態における光書込み装置に搭載された光学素子は、ｘ方向及びｙ方向の繰り返し周期が一致した周期構造体となっている。これにより、光学素子から出射する出射光の指向性を面内で均一にすることができる。

又、図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、本第１実施形態では、空間光変調素子３の短辺方向（ｘ方向）と光学素子１０のｘ方向、及び空間光変調素子３の長辺方向（ｙ方向）と光学素子１０のｙ方向を一致させている。

以上のような構成から、ｘ方向においては、位相「０」の周期構造と位相「π」の周期構造とが交互に配置された構造とされているので、空間配置の位相が異なる周期構造の間で、各周期構造からの出射した光の分布が重ね合せの理で面内で相殺されて平均化されることとなり、空間光変調素子３との間でモアレ縞をなくすことができる。

ｙ方向においては、光学素子１０の繰り返し周期を空間光変調素子３の繰返し周期の整数分の１とすることで、両者間の空間配置の差を大きくし、これにより、モアレ縞の発生を抑制できる。

具体的には、図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、空間光変調素子３のｙ方向の繰返し周期をＰｋ２とし、光学素子１０のｙ方向における繰返し周期をＰｂとして、「（Ｐｋ２）−（Ｐｂ）」の値を大きくすることで、単位長さあたりに発生するモアレ縞の数が多くすると、モアレ縞の大きさ（幅）が小さくなる。前記「（Ｐｋ２）−（Ｐｂ）」の値におけるＰｋ２及びＰｂは、ベクトル量として表されるものである。

ここで、本第１実施形態では、前述したように、光学素子１０のｙ方向の繰り返し周期Ｐｋ２を、空間光変調素子３のｙ方向の繰り返し周期Ｐｂの１／３とした（図２参照）。ただし、前述したように、本発明では、光学素子１０の繰り返し周期としてこれに限るわけではなく、空間光変調素子の整数分の１となっていればよい。
このように、光学素子１０の繰返し周期を、上述したように空間光変調素子３の繰返し周期の整数分の１とすることで、光学素子１０から出射させる出射光分布のばらつきを抑えることができる。

尚、本第１実施の形態に用いた光学素子１０は、フォトリソグラフィによりアスペクト比が３以上のパターンニングできる透明なレジスト材料で透明層１１を形成した。そして、隣接する透明層１１の相互間に硬化性の黒色材料を充填し、これにより光吸収層１２を形成するようにした。

次に、本第１実施形態の光書込み装置による表示記録媒体４への画像情報の書込みについて、図４に基づいて説明する。

まず、本第１実施形態における単色の表示記録媒体４の断面図を、図３に示す。
図３に示すように、表示記録媒体４は、シート状の透明基板４０ｂと、光書込み装置からの出射光の光量に応じて抵抗値を可変する光導電層４１と、外光を光導電層に入射させないための遮光層４２と、画像上方を表示出力する表示層４３と、シート状の透明基板４０ａの順に積層された構成となっている。

ここで、シート状の透明基板４０ａ，４０ｂには、図示していないが、透明電極がパターンニングされることなく全面に形成されており、これにより透明基板４０ａ，４０ｂの相互間に所定の駆動電圧を印加できるようになっている。

光導電層４１は、当該光導電層４１に入射する光量に応じて抵抗値が低下する特性を有し、この抵抗値を制御することで表示層４３に印加させる電圧を制御することが可能となる。
光導電層４１に光が入射してない場合は、高抵抗状態となっており、両基板４０ａ，４０ｂの相互間に電圧を印加しても表示層４３には殆ど電圧が印加されない状態となっている。

表示層４３は、正の誘電率異方性を有する液晶材料と、カイラル材と、ＵＶ硬化性材料との混合物により形成されている。そして、液晶材料にカイラル材を混合し、螺旋ピッチを調整することで、コレステリック液晶を形成している。このコレステリック液晶は、螺旋軸が外光の特定波長を選択的に反射する基板鉛直方向に揃ったプレーナ配向と外光を選択反射せず透過する螺旋軸が基板平行方向に揃ったフォーカルコニック配向の双安定状態を示す。

そして、両基板４０ａ，４０ｂの相互間に電圧を印加していくと、プレーナ配向はフォーカルコニック配向となり、更に、印加電圧を増大させると液晶のダイレクタが電場方向に揃ったホメオトロピック配向に変化する。又、フォーカルコニック配向に電圧を印加するとホメオトロピック配向に変化する。そして、電圧を急激に除去するとホメオトロピック配向からプレーナ配向に変化する。

このように表示層４３に印加電圧を制御することで選択反射状態（プレーナ配向）と透過状態（フォーカルコニック配向）をスイッチングでき、電圧を除去後には、メモリ性を示す表示が可能になっている。

ここで、カイラル材としては、右旋性でも左旋性のどちらか一方を用いればよい。又、ＵＶ硬化性材料は、シート状の各基板４０ａ，４０ｂ相互間に注入した後、ＵＶ硬化することでコレステリック液晶と相分離させ、高分子ネットワークを形成し、表示層４３の固定及び安定化を図っている。また、遮光層４２は、少なくとも光導電層４３が感応する波長を防ぐものとし、本第１実施形態では黒色とした。
これにより、表示層４３で選択反射されずに表示層４３を透過した外光を遮光層で吸収することができるので、外光を光導電層４１の誤動作を防ぐことができる。

尚、本実施の形態における表示記録媒体４は、単色の選択反射色を採用しているが、本発明ではこれに限るわけではなく、カラー化するために選択反射色の異なる表示層を積層してもよい。

次に、光書込み装置１の表示記録媒体４への画像書込み動作を、図４に基づいて説明する。
図４は、本実施形態における光書込み装置１上に表示記録媒体４を設置し、光書込み装置１から表示記録媒体４への光書込み状態を模式的に示す説明図である。

まず、本第１実施形態における光書込み装置１から出射された指向性の高い画像光Ｓ（出射光分布による書込情報）が表示記録媒体４に入射される。この際、表示記録媒体４の両基板４０ａ，４０ｂ相互間には、電圧を印加しておく。
この入射光により、表示記録媒体４側では、その画像光Ｓに基づく光量に応じて光導電層４１の抵抗分布が変化する。同時に、この光導電層４１の抵抗分布の変化に対応して、前述した表示層４３に印加される電圧が変化する。

ここで、表示層４３に含まれるコレステリック液晶の状態は、多くの光が入射した領域ではホメオトロピック配向の状態となり、一方、光が殆ど入射していない領域ではフォーカルコニック配向となる。

このように、コレステリック液晶がホメオトロピック配向になっている状態では、光は透過されるため、照射されている光に応じた画像を視認することはできないが、急峻に電圧の印加を停止することで、ホメオトロピック配向の状態の領域がプレーナ配向の状態に変化し、光書込み装置１からの出射光分布に応じた画像が表示層５６に書込まれる。そして、太陽光や、蛍光灯等の外光の光により画像を視認することができるようになる。

以上のように、本第１実施形態においては、光書込み装置１から、指向性が高く且つ入力画像情報Ｓの解像度の劣化及び画質劣化を抑えた出射光分布を、表示記録媒体４に出射しているので、入力画像の情報Ｓを表示記録媒体４に高解像度で書込みすることが可能となっている。

本第１実施形態にかかる光書込み装置１は、前述した光学素子１０が有効に機能して指向性を高めると共に表示記録媒体４などの位置決め精度による書込み画像のぼけを防ぐことができ、光学素子１０から出射される出射光Ｓが光学素子１０の面内で平均化されるので、空間光変調素子３とのモアレ縞の発生を抑制できるばかりでなく、更に、光学素子１０の周期ピッチを空間光変調素子３の画素ピッチの整数分の１としたので、空間光変調素子３と光学素子１０とに周期差が設定され、更に光学素子１０の周期を短かくすることで空間光変調素子３との間で発生するモアレ縞のモアレピッチを、目視で確認できない程度に小さくすることができ、これによりモアレ縞の発生を有効に抑制することができる。換言すると、これにより、各画素の透過率のばらつきをなくすことができるので出射光分布のばらつきが抑制され、表示記録媒体４に書き込まれる画像の解像度劣化及び画質劣化を有効に抑制することができるという優れた効果を奏する。

尚、前記第１実施形態では、前記一方の周期構造部１０Ａの内の一の周期構造部１０Ａとこれに隣接する他の周期構造部１０Ａとにおける位相のずれをπ（１８０°）とした場合について例示したが、本実施形態では必ずしもこれに限定するものではなく、１８０°以外の位相のずれを設定してもよい。この場合、隣接する周期構造部１０Ａ同志間での位相のずれがその平均値として同一となるように設定してもよい。

又、前述した一方と他方の各周期構造部１０Ａ，１０Ｂの内の少なくとも一部の周期構造については、前記透明層と光吸収層との組の繰り返しで特定される空間配置の位相を、隣接する相互間で異なる状態に設置してもよい。この場合、他方の各周期構造部１０Ｂを構成する前記透明層１１と光吸収層１５とから成る繰り返しの周期ピッチＰｂは、図２（Ｂ）に示すように、当該各他方の周期構造部１０Ｂ内にあって同位相で且つ同一間隔に設定してもよい。

この場合、前述した一方の各周期構造部１０Ａを構成する透明層１１と光吸収層１２とから成る周期構造の周期ピッチＰａは、前記一方の各周期構造部１０Ａ内における一の周期構造部内の平均的な周期ピッチをＰ’とすると、この周期ピッチＰ’を前記他方の各周期構造部１０Ｂを構成する透明層１１と光吸収層１５とから成る周期構造の周期ピッチＰｂと同一の周期ピッチに設定してもよい。

このようにしても、前述した第１実施形態の場合と同等の作用効果を得ことができ、前述した目的を達成することができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態における光書込み装置について説明する。
この第２実施形態では、前述した第１実施形態における光書込み装置１に搭載される空間光変調素子３の周期構造が、図５に示すように異なった構成となっている。

図５に示すように、空間光変調素子５０は、ｘ−ｙ直交座標上におけるｘ方向（ｘ軸に沿った方向）およびｙ方向（ｙ軸に沿った方向）の繰り返し周期の周期ピッチＰｋ１，Ｐｋ２が相互に一致した状態に設定され、これに基づいて複数の画素５１がマトリックス状に空間配置されて周期構造を構成している。図５に示す空間光変調素子５０の画素５１の配列は、図３に示す空間光変調素子３の画素３６の配列と異なっている。すなわち、図３に示す空間光変調素子３の画素３６はｙ方向の長辺の長さ（Ｐｋ２）とｘ方向の短辺の長さ（Ｐｋ１）を３：１に設定しているが、図５に示す空間光変調素子５０の画素５１はｘ方向の辺の長さ（Ｐｋ１）とｙ方向の長さ（Ｐｋ２）を１：１に設定している。さらに、画素をマトリクス状に配列する際、図３に示す空間光変調素子３の画素３６は縦横碁盤の目のように配置しているが、図５に示す空間光変調素子５０の画素５１は、図２（Ｂ）に示すような千鳥状に配列している。さらに、図５では、画素５１のｘ方向及びｙ方向での長さ（Ｐｋ１，Ｐｋ２）を図３の画素３６のｘ方向及びｙ方向での長さ（Ｐａ，Ｐｂ）の２倍に設定している。

さらに、図５に示す空間光変調素子５０における画素５１の周期構造について具体的に説明する。図５に示すように、画素５１のｙ方向の長さ（Ｐｋ２）を繰り返し周期ピッチＰｋ２として複数の画素５１をｙ方向に繰り返して設置し、これにより、複数の画素５１を繰り返し周期ピッチＰｋ２でｙ方向に沿って配置したｙ軸周期構造を構築する。そして、前記ｙ軸周期構造をｘ方向に複数配列することにより、複数の画素５１を同一面上にマトリクス状に配置する。さらに、前記ｙ軸周期構造をｘ方向に配列する際に、奇数列（或いは偶数列）の前記ｙ軸周期構造をなす画素５１を偶数列（或いは奇数列）の前記ｙ軸周期構造をなす画素５１に対して列単位でｙ軸方向にずらせた状態に配置する。
図５に示す例では、奇数列（或いは偶数列）の前記ｙ軸周期構造をなす画素５１を偶数列（或いは奇数列）の前記ｙ軸周期構造をなす画素５１に対して列単位で１／２の長さ分だけｙ軸方向にずらせている、すなわち空間配置の位相で表すと、空間配置の位相が１８０°ずれた状態に設定している。

又、前記空間光変調素子５０の各画素５１については、その形状が本第２実施形態では、正方形状に形成されている。
ここで、上述した空間光変調素子５０が備えており且つｘ−ｙ直交座標上にマトリクス状に設置された複数の各画素５１内、前記ｙ方向の一の画素列を構成する各画素５１の繰り返し周期を、隣接する周期構造の他の画素列を構成する各画素５１の繰り返し周期に対して相互にずらした状態に設定されている（図５参照）。符号５２は光吸収層を示す。
この場合、相互にずらした状態として、例えばｙ方向の一の画素列を構成する各画素の繰り返し周期を、隣接する周期構造の他の画素列を構成する各画素の繰り返し周期に対して、相互に１８０°ずらした状態に設定してもよい。

これにより、空間光変調素子５０のｙ方向において、第１実施形態における光学素子１０のｘ方向に場合と同様に、隣接する画素間から出射される光が面内で平均化されることになり、これにより、光学素子１０との間でｙ方向におけるモアレ縞をなくすことが可能となる。

このように、本第２実施形態における光書込み装置では、装置面内全方向でモアレ縞のない指向性の高い出射光を出射することができ、また、光学素子の繰り返し周期が空間光変調素子との繰り返し周期、即ち、画素ピッチの整数分の１になっていることから、光書込み装置からの出射光分布のばらつきを防止することができる。
その他の構成およびその作用効果は、前述した第１実施形態と同一となっている。

本発明の活用例として、光書込み型電子ペーパーに画像情報を書き込むための光書込み装置が挙げられる。

２ 面状光源部
３，５０ 空間光変調素子
４ 表示記録媒体
１０ 光学素子
１０Ａ 一方の周期構造部
１０Ｂ 他方の周期構造部
１１ 透明層
１２，１５光吸収層
Ｐａ ，Ｐｂ，Ｐｋ１，Ｐｋ２ 周期ピッチ

Claims (5)

1. 表示記録媒体に記録させる画像光を出力させる光書込み装置において、
   面状光源部から出射された画像形成用光を前記画像光に空間変調させる複数の画素を平面内にマトリックス状に配列した空間光変調素子と、
   前記空間光変調素子から出射される前記画像光の出射角度範囲を制限して前記画像光を前記表示記録媒体に入射する光学素子とを有し、
   前記光学素子は、前記画像光を透過させる透明層と、前記透明層を透過する画像光の出射方向の範囲を制限する光吸収層とを平面内で交互に繰り返して配列した２次元周期構造体を有し、
   前記２次元周期構造体は、前記透明層と前記光吸収層とを交互に繰り返して配列した方向を基準として、その配列方向と直交する方向に区画された複数の周期構造部を有し、
   前記複数の周期構造部の少なくとも一部は、前記直交する方向に隣接する前記透明層同士の空間配置の位相を異ならせて前記透明層と前記光吸収層とを交互に繰り返して配列した周期構造を有し、
   前記２次元周期構造体の直交する２方向における前記透明層と前記光吸収層との繰り返し周期ピッチを実質的に一致させて整合させ、且つ前記繰り返し周期ピッチを前記空間光変調素子の画素の配列ピッチより狭く設定し、
   前記光学素子の前記透明層と前記光吸収層との繰り返し周期ピッチを前記空間光変調素子の平面内に前記画素を配列した周期ピッチの整数分の１に設定したことを特徴とする光書込み装置。
2. 前記複数の周期構造部の少なくとも一部は、前記透明層同士の空間配置の位相を１８０°異ならせて前記透明層と前記光吸収層とを交互に繰り返して配列した周期構造を有する請求項１に記載の光書込み装置。
3. 前記空間光変調素子の複数の画素は、個々に短辺と長辺とをもつ長方形をなし、前記平面内に縦横碁盤の目のように整列して配列されている請求項１に記載の光書込み装置。
4. 前記空間光変調素子の複数の画素は、個々に正方形をなし、前記平面内に前記直交する方向に隣接する前記画素同士の空間配置の位相を異ならせて配列されている請求項１に記載の光書込み装置。
5. 前記隣接する画素同士の空間配置の位相を１８０°異ならせている請求項４に記載の光書込み装置。

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