JPH0429216A - 光―光変換素子および３次元画像表示装置 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、画像情報を光で書込み、他の波長の光で読
出す機能を有し、画像処理、光演算等の光情報処理に用
いられる光−光変換素子（空間光変調素子）、および、
光−光変換素子を用いた３次元画像表示装置に関する。

（従来の技術） 光伝導体と電気光学効果を有するもしくは散乱モードで
動作する材料を組合せた光−光変換素子は、光学像を照
射して画像を書込むことので診る空間光変調素子として
、画像処理、光演算等の光情報処理に用いられている。

入射光強度分布を光導電素子等を使って電場に変換し、
電極ではさんだ結晶に生ずるポッケルス効果によフて透
過光強度を変えるものや、液晶分子の配列の状態変化に
よる透過光強度の分布を利用するものなどが知られてい
る（応用光エレクトロニクスハンドブック　８章３節）
。

本出願人は、特願平１−７１１７１号で、対向する透明
電極間に光導電層と光変調層とを直列に備えた光−光変
換素子を提案している。光導電層は特定波長の書込み光
には感度を有し、他の波長の読出し光は透過する特性を
有する光導電性部材で形成する。光変調層は、電界強度
分布に応して少なくとも読出し光の状態を変化させるこ
とのできる光変調部材を用いる。そして、対向する透明
電極間に電圧を印加した状態で、光導電層側から書込み
光を入射させる。光導電性部材のインピータンス（導電
性、電気抵抗値）は、書込み光の強度分布に対応して変
化するため、光導電層と光変調層との境界面には、書込
み光の強度分布に対応した電荷分布か形成される。この
ため、光導電層部材に対して直列の関係に設けられてい
る光変調部材は、書込み光の強度分布に対応した電界が
印加された状態となる。よって、書込み光と同じ方向か
ら読出し光を与えると、光変調層を通して書込み光の情
報を含んだ光を得ることかできる。

また、３次元画像を表示する装置としては、特開昭５６
−１２５７２０号公報のものが知られている。

この装置は、予め定められた異なる空間位置に、電気信
号の印加によって透明状態と散乱状態とを切換えること
のてきる素子を個別にスクリンとして配置しておき、こ
れらの素子を順次に散乱状態に切換えることにより空中
に３次元画像を表示するようにしている。

（発明か解決しようとする課題） しかし、従来の光−光変換素子は１つの素子に同時に１
つの情報しか書ぎ込むことかできない。

また、従来の３次元画像表示装置は、異なるスクリーン
に対応して各々レンズ、入力装置をスクリーンの数たけ
設ける必要があり、装置が複雑である。

この発明はこのような課題を解決するためなされたもの
で、その目的は複数の情報を書込むことのできる光−光
変換素子、および、この光−光変換素子を用いて簡易な
構成の３次元画像表示装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 前記課題を一解決するためこの発明に係る光−光変換素
子は、２枚の電極間に特定の波長の書込み光に感度を有
し、かつ、他の波長の読出し光を透過する特性を有する
光導電層と、読出し光を変調する変調層とを備えた光−
光変換部を複数積層したことを特徴とする。

この発明に係る３次元画像表示装置は、光−光変換素子
の各光−光変換部に、立体物の特定方向の異なる位置に
おける断面像をそれぞれ書込むとともに、書込んた像を
順次読出す手段を備えたことを特徴とする。

（作用） この発明に係る光−光変換素子は、複数の先光変換部か
積層されているので、各光−光変換部に異なる情報を書
込むことができる。

この発明に係る３次元画像表示装置は、積層された複数
の光−光変換部のそれぞれに、立体物の異なる位置の断
面像を書込むことかできるので、これらの断面像を順次
再生することにより３次元の画像表示を行なうことかで
きる。

（実施例） 以下にこの発明の実施例を添付図面に基ついて説明する
。

第１図はこの発明に係る光−光変換素子を備えた光−光
変換装置の模式構造図である。

光−光変換装置１は、光−光変換素子２と、電源装置３
から構成される。

この実施例では積層数か５段である光−光変換素子２を
示しており、この光−光変換素子２は５層の光−光変換
部ＬＭＩ〜５を備える。各光−光変換部ＬＭＩ〜５は同
一構造であり、透明電極Ｅｔｌ〜６は隣接する光−光変
換部ＬＭＩ〜５て共用する構成としている。光−光変換
部ＬＭＩ〜５は、対向する電極間に、光導電層ＰＣ１〜
５と、光変調層ＬＣＩ〜５とを直列に備える。

光導電層ＰＣ１〜５は、波長λＷの書込み光ＷＬおよび
他の波長λＲの読出し光ＲＬを透過するとともに、書込
み光ＷＬに感度を有する光導電性部材で形成する。ここ
で感度を有するとは、光導電層ＰＣ１〜５のインピータ
ンス（導電性）か、光導電層ＰＣ１〜５に入射された書
込み光ＷＬの強度に応して変化することをいう。このよ
うな特性をもつ光導電性部材として、ＰＶＫ　（ポリビ
ニルカルバゾール）、アゾ系感光体、フタロシアニン等
の有機感光体やＢＳ○（珪酸ビスマス）等を用いる。

光変調層ＬＣＩ〜５は、初期状態（後述するメモリー性
を有しないものについては電界が印加されていない状態
もしくは均一な電界か印加されている状態、メモリー性
を有するものについては電界の強度分布に応じて生した
複屈折率の変化や散乱状態がもとの状態へ戻された、い
わゆる、消去された状態で電界が印加されていない状態
もしくは均一な電界が印加されている状態）では、波長
λＲの読出し光ＲＬに何ら変調等を与えることなくこれ
を透過させることかてぎ、かつ、電界の強度分布に応じ
て読出し光ＲＬの状態を変化させることのできる光変調
材で形成する。

このような光変調材としては、複屈折型と散乱型が知ら
れており、それぞれにメモリー性を有するものと、メモ
リー性の無いものがある。そして、光変調材に用いる材
料に応じて電源の駆動方法やメモリー性の消去方法が異
なる。なお、メモリー性とは、電界の強度分布に応じて
生した複屈折率の変化や散乱状態か、その光−光変換部
ＬＭ１〜５へのτ源印加を停止しても保持されることを
いう。

複屈折タイプの光変調材としては、電気光学結晶、ネマ
ティック液晶、強誘電性液晶等を用いることができる。

電気光学結晶は直流電圧駆動で用いる。電気光学結晶の
中でもメモリー性を有するものは、電極間を同電位にし
た状態で消去光を与えることで複屈折率か変化した状態
をもとの状態へ戻すことができる。ネマティック液晶は
交流電圧で駆動する。強誘電性液晶はメモリー性を有し
、直流電圧で駆動する。強誘電性液晶は、駆動時と逆極
性の電圧を印加することで複屈折率をもとの状態へ戻す
ことかできる。

散乱タイプの変調材としては、高分子液晶、コレステリ
ック・ネマティック混晶、ＰＬＺＴ（ランタンをドープ
したジルコン酸チタン酸鉛焼結体）、動的散乱モード液
晶等が知られている。高分子液晶は、メモリー性が有る
ものと無いものかあり、いずれも交流電圧駆動で用いる
。メモリー性を有する高分子液晶は、熱を加えることに
よって散乱状態をもとの状態へ戻すことができる。コレ
ステリック・ネマティック混晶はメモリー性を有する。

このコレステリック・ネマティック混晶は、低周波数の
交流電圧で駆動し、高周波数の交流電圧を印加すると散
乱状態をもとの状態へ戻すことかてきる。ＰＬＺＴはメ
モリー性を有する。

ＰＬＺＴは直流電圧で駆動し、逆極性の直流電圧を印加
することにより散乱状態をもとの状態へ戻すことができ
る。動的散乱モード液晶はメモリー性を持たない。動的
散乱モート液晶は交流電圧て駆動する。また、これらの
光変調層と駆動および消去方法はこれに限ることはない
。

電源装置３は、各光−光変換部ＬＭＩ〜５＠に対応して
設けられた電源部３１〜３５と、各電源部３１〜３５の
出力を制御する制御部３６とを備える。

第２図は電源部の具体的構成例を示すブロック構成図で
ある。

第２図（ａ）は、光−光変換部ＬＭＩ〜５が交流電源駆
動用として形成されている場合の電源構成を示す。この
場合の電源３１〜３５は、所定の周波数で所定の交流電
圧を供給する交流電源ＡＣと、この交流Ｎ　諒Ａ　（：
の電圧を対応する光−光変換部ＬＭ１〜５の両電極間に
印加するか、または、両電極間を短絡するかを切替える
スイッチ手段Ｓ１を備え、スイッチ手段Ｓ１は制御部３
６から出力される制御信号３６ａ〜３６ｅに基づいて切
替え動作を行なうよう構成している。

第２図（ｂ）は、光−光変調部ＬＭＩ〜５か、直流電源
駆動用て、かつ、この光−光変調部ＬＭ１〜５へ書込ん
た情報を保持できるよう形成されている場合の電源構成
を示す。この場合の電源３１〜３５は、書込み用の極性
で書込み用の直流電圧を供給する電源ＶＷと、書込み用
の極性とは逆極性で消去用の直流電圧を供給する電源Ｖ
Ｅ、および、光−光変換部ＬＭＩ〜５の両電極間に書込
み用電圧もしくは消去用電圧を与えるか、または、両電
極間を短絡状態にするかを切替えるスイッチ手段Ｓ２を
備える。

なお、光変調材にメモリー性を有する高分子液晶やコレ
ステリック・ネマティック混晶を用いる場合には、それ
らに適した駆動用電源ならびに消去手段を備える必要か
ある。

次に、光−光変換器１への書込み、および、読出し動作
を第１図および第２図を参照に説明する。

まず、光−光変換素子２にメモリー性をもたないものを
用いる場合について説明する。

光−光変換素子２内の例えは３番目の光−光変換部ＬＭ
３へ画像情報を書込む場合には、その光−光変換部ＬＭ
３の両端の電極Ｅｔ３．ＥｔＪ間に所定の電圧を印加し
て書込み状態とし、第１図の左側から書込み光ＷＬを入
射する。この時、書込みを行なわない他の光−光変換部
ＬＭＩ。

ＬＭ２．ＬＭ４．ＬＭ５の両電極間は短絡（電圧無印加
）状態とする。書込み光ＷＬを入射すると、その強度分
布に応して光導電層ＰＣＢのインピーダンスか変化し、
光変調層ＬＣ３にはその強度分布に対応する電界か発生
する。

この状態で、書込み光ＷＬと同し方向から書込み光ＷＬ
の波長λＷとは異なる波長λＲの読出し光ＲＬを入射す
ると、この読出し光ＲＬは光導電層ＰＣＢを透過した後
に、光変調層ＬＣて変調を受け、書込み光ＷＬの情報を
含んだ光となって、反対側から出射される。

第３図は光−光変換素子２の各光−光変換部ＬＭＩ〜５
に、テーパを有する円柱の特定方向の異なる位置の断面
像を順次、かつ、周期的に書込んだ場合の模式図である
。

制御部３６より各制御信号３６ａ〜３６ｅが順次、周期
的に出力させて、各光−光変換部ＬＭ１〜５に順次電圧
を印加するとともに、この制御信号３６ａ〜３６ｅに同
期させて書込む断面像を切替える。そして、読出し光Ｒ
Ｌを照射した状態で前述の動作を所定の周期で繰返すこ
とにより、第３図の矢印六方向もしくは矢印Ｂ方向から
光−光変換素子２を見ると、テーパ付円柱が立体的に見
える。書込み光が邪魔になる場合はフィルターを挿入し
てもよい。なお、複屈折を利用して読出し光に変調を与
える構造の光−光変換素子の場合、この光−光変換素子
ｌ＼偏光子等を介して直線偏光の読出し光を入射し、出
力光を検光子等を介して読出す。

次に、書込み情報を保持することのてぎる（メモリー性
を備えた）光−光変換素子２の動作について説明する。

第４図は各光−光変換部ＬＭＩ〜ＬＭ５にそれぞれ異な
る画像情報を書込んた場合の模式図、第５図はそのすべ
てを読出した出力光を図示しないレンズ等を介してスク
リーンに投影した状態の説明図である。

ます、光−光変換部ＬＭ５の各透明電極Ｅｔ５、Ｅｔ６
間に書込み電圧ＶＥを印加して、文字Ｅに係る情報を書
込んだ後に、各透明電極Ｅｔ５、Ｅｔ６間を短縮して情
報保持状態とし、次にＬＭ４．ＬＭ３．ＬＭ２．ＬＭＩ
の順に同様な動作を行なって、文字り、Ｃ，Ｂ、Ａに係
る情報を各光−光変換部ＬＭ４〜１に保持させる。なお
、この書込みの順序は任意である。そして、読出し光Ｒ
Ｌを投射すると、各光−光変換部ＬＭＩ〜５に書込まれ
た情報のＯＲ情報か得られる。

第６図はこの発明に係る３次元画像表示装置の構造模式
図である。

この３次元画像表示装置５０は、帯状の光学情報記録媒
体５１に予め記録されている断面像を３次元表示するも
のであり、光−光変換素子５２と、この光−光変換素子
５２へ断面像を書込むとともにその読出しを行なう手段
からなる。この実施例では、光−光変換素子５２は１０
層の光−光変換部ＬＭＩ〜１０を備える。光−光変換部
ＬＭ１〜１０の構造は第１図に示したものと同しである
。光学情報記録媒体５１には１０コマを１組とする立体
の断面像か所定の順序で記録されている。

書込み・読出し手段は、光源５３ａと反射鏡５３ｂから
なる書込み光源５３、光学情報記録媒体５１のコマ送り
機構５４、レンズ５５、書込み光ＷＬを透過させ読出し
光源５６からの読出し光ＲＬを反射する波長選択性ミラ
ー５７、電源部５８、および、電源部５８へ電圧印加制
御信号ＶＣを与えて各光−光変換部ＬＭＩ〜１０に対す
る書込み・読出し電圧印加制御を行なうとともに、コマ
送り制御信号ＳＣによりコマ送り機構５４の制御を行な
う制御部５９を備える。

電源部５８は、電圧印加制御信号ＶＣによって指定され
た光−光変換部ＬＭＩ〜１０に指定されたタイミングで
書込み兼読出し電圧を印加するよう構成している。なお
、電源部５８は第１図および第２図（ａ）に示したもの
と同じ構成でもよいが、１つの電源の出力を切替回路等
を介して各光−光変換部ＬＭ１〜１０へ供給するよう構
成してもよい。コマ送り機構５４は、コマ送り制御信号
ＳＣに基づいて指定された映像情報がレンズ５５、波長
選択性ミラー５７を介して光−光変換素子５２へ入射す
るよう光学情報記録媒体５１の送出し、巻戻しを行なう
。

第７図（ａ）は光学情報記録媒体の側断面拡大図、第７
図（ｂ）は同正面図である。

各光−光変換部ＬＭＩ〜１ｏの光導電層に書込み情報（
断面像）を結像させるには、光−光変換素子５２自体ま
たはレンズ、光学記録媒体５１等を移動させなければな
らないか、この場合その駆動機構か複雑となる。そこで
、各光−光変換部ＬＭＩ〜１０に対応して、第７図（ａ
）　に示すように、光学情報記録媒体５１の厚さ方向で
異なる位置に立体の断面像を記録するとともに、各光−
光変換部ＬＭ１〜１０に書込まれた像が所定の大ぎさに
なるよう倍率補正した状態の断面像を記録している。

以上の構成であるから、制御部５９からの各制御信号ｖ
ｃ、ｓｃに基づいて光学情報記録媒体のコマ送りと、対
応する光−光変換部ＬＭＩ〜１０への書込み・読出し用
電圧印加とを同期させて周期的に動作させることにより
、３次元像を表示することができる。なお、光−光変換
素子５２への書込み・読出しは、各光−光変換部ＬＭＩ
〜Ｌ　Ｍｌｏの順に繰り返してもよいし、ＬＭＩ〜ＬＭ
９、ＬＭｌｏ、ＬＭ９〜ＬＭＩ、ＬＭ２のように折り返
すよう行なってもよく、その順序は任意である。

第８図は他の３次元画像表示装置の構造模式図である。

この３次元画像表示装置７０は、物体の複数の断面情報
を光学情報としてではなく、電気信号に変換してビデオ
ＲＡＭ等の映像信号記憶装置７１に記憶しておいて、そ
の映像信号に基ついて発光素子アレイ等の電気−光変換
部７２を駆動して書込み光ＷＬを発生し、この書込み光
ＷＬをレンズ７３、光路長補正素子７４、光路変更手段
７５、レンズ５５、波長遷択ミラー５７を介して光−光
変換素子５２へ入射する構成である。

電気−光変換部７２に２次元（面状）の発光素子アレイ
等を用いて面情報を一度に送出する場合には、光路変更
手段７５は固定された反射鏡を用いる。電気−光変換部
７２に１次元（ライン状）の発光素子アレイ等を用いて
、面情報を走査しながら送出する場合には、光路変更手
段７５にガルバノミラ−やポリゴンミラーといった偏向
器を用いるとともに、画像走査に同期させて偏向角度を
制御するよう構成する。なお、偏向角度を制御せすに１
次元（ライン状）の発光素子アレイ等の位置を、移動さ
せる構成でもよい。

光路長補正素子７４は、２枚の透明電極７４ａ、７４ｂ
間に、印加電界に応じて屈折率か変化する電気光学材料
を備える。このような電気光学効果を有するものとして
は、ＫＤＰ（ＫＨ２ＰＯ４）、　　Ｄ　Ｋ　Ｄ　Ｐ　（
ＫＨ２ＰＯ４）、ＬｉＮｂＯ２等の電気光学結晶や液晶
等を用いることかできる。そして、出力可変型直流電源
７６（液晶を用いる場合は交流電源）の出力電圧を可変
して屈折率に変化を生しさせることで光学的距離を変え
て、光−光変換素子７０の各光−光変換部ＬＭＩ〜１０
の光導電層上に結像させる。

制御部７７は、電圧印加制御信号ＶＣに基づいて電α部
５８を駆動し、所定のタイミング、所定の順序て各光−
光変換部ＬＭＩ〜１０を書込み・ａ出し状態に制御する
とともに、これに同期して書込み画像制御信号ＧＣおよ
び出力可変型直流電源７６の出力電圧を指示する信号Ｄ
Ｃを出力して、各光−光変換部ＬＭＩ〜１０に所定の画
像が結像するよう制御する。

以上の構成であるから、光−光変換素子５２の駆動の切
換えを人間の目の残像時間内に行なうことにより、３次
元画像が表示される。

また、書込みを行なう光−光変換部ＬＭＩ〜１０＠に対
応して電気−光変換部へ画像サイズを補正して映像信号
を与えるとともに、発光素子アレイ等からなる電気−光
変換部７２の位置を投光軸方向に移動させる構成として
、光路長補正素子７４を設けずに結像の制御を行なフて
もよい。

（発明の効果） 以上説明したようにこの発明に係る光−光変換素子は、
複数の光−光変換部を積層したのて、１つの光−光変換
素子に異なる情報を書込むことができるとともに、複数
の情報の表示ならびに演算を行なうことができる。

この発明に係る３次元画像表示装置は複数の光−光変換
部か積層された光−光変換素子に、立体物の異なる位置
の断面像を順次書込むとともに、それらを３ｆｙ田す手
段を備えたので、複数の光学系を設けることなく簡単な
構成で３次元画像を再生することかてきる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る光−光変換素子を備えた光−光
変換装置の模式構造図、第２図は電源部の具体的構成例
を示すブロック構成図で（ａ）は交流駆動用、（ｂ）は
直流駆動用、第３図は立体の断面像の書込み例を示す模
式図、第４図は複数の情報の書込み例を示す模式図、第
５図は第４図に示す複数の情報をすべて読出した状態を
示す説明図、第６図はこの発明に係る３次元画像表示装
置の模式構造図、第７図は光学情報記録媒体の光学情報
記録状態を示す説明図で（ａ）は側断面図、（ｂ）は正
面図、第８図は他の３次元画像表示装置の模式構造図で
ある。 １・・・光−光変換装置、２，５２・・・光−光変換素
子、３・・・電源装置、３１〜３５．５８・・・電源部
、３６．５９．７７・・・制御部、５０．７０・・・３
次元画像表示装置、５１・・・光学情報記録媒体、５３
・・・書込み光源、５６・・・読出し光源、７１・・・
映像信号言己憶装置、７２・・・電気−光変換部、７４
・・・光路長補正素子、７６・・・出力可変型直流電源
、ＤＣ・・・出力電圧指示信号、Ｅ　ｔ　（ｎ）・・・
透明電極、ＧＣ川用込み画像制御信号、ＬＣ（ｎ）・・
・光変調層、ＬＭ（ｎ）・・・光−光変換部、Ｐ　Ｃ（
ｎ）・・・光導電層、ＲＬ・・・読出し光、ＶＣ・・・
τ圧印加制御信号、ＷＬ・・・書込み光。 特　許　出　願　人　　日本ビクター株式会社代　理　
人　弁理士　　　下　　１）　客一部間

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）２枚の電極の間に、特定の波長の書込み光に対し
   て感度を有し、かつ、他の波長の読出し光は透過する特
   性を有する光導電層と、前記読出し光を変調する光変調
   層とを備えた光−光変換部を複数積層したことを特徴と
   する光−光変換素子。
2. （２）前記光−光変換素子の各光−光変換部に、立体物
   の特定方向の異なる位置における断面像をそれぞれ書込
   むとともに、書込んだ断面像を順次読出す手段を備えた
   ことを特徴とする３次元画像表示装置。