JPH10206756A

JPH10206756A - 光記録装置

Info

Publication number: JPH10206756A
Application number: JP9023258A
Authority: JP
Inventors: Keiji Fujimagari; 啓志藤曲; Kenichi Kobayashi; 健一小林; Kazuhiro Sakasai; 一宏逆井; Tsutomu Hamada; 勉浜田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1997-01-21
Filing date: 1997-01-21
Publication date: 1998-08-07

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、光並列演算や表示装置などに使用さ
れる２次元画像を処理するための光記録装置に関し、高
速の書き込みスピードと高い書き込み密度の双方を同時
に実現することができる光記録装置を提供することを目
的とする。【解決手段】マイクロレンズアレイ４は、表示素子３か
ら空間光変調素子８に至る光路上に配置され、表示素子
３の４画素に対応して１つの凸レンズが形成されてい
る。アクチュエータ５は、マイクロレンズアレイ４を垂
直方向（紙面上下方向）に振動させるアクチュエータ５
ａ１、５ａ２と水平方向（紙面法線方向）に振動させる
アクチュエータ５ｂ１、５ｂ２とから構成されている。
表示素子３に供給するフィールド信号に同期させてアク
チュエータ５を駆動させることにより、マイクロレンズ
アレイ４に入射する光の光軸に直交する水平／垂直方向
にマイクロレンズアレイ４を移動又は振動させることが
できるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光並列演算や表示
装置などに使用される２次元画像を処理するための光記
録装置に関し、特に空間光変調子へ２次元画像の書き込
みを行う光記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】２次元画像を光並列演算や表示装置に用
いる方法として、空間光変調子に２次元画像を書き込ん
で読み出し光で出力させる方法がある。この方法は、微
弱光で書き込みを行い強力光で読み出したり、書き込み
光と読み出し光の波長や偏光を別々にすることができた
りする等の特徴を有している。この２次元画像を光並列
演算や表示装置に用いる方法の従来の応用例としての、
「第１回画像センシングシンポジウム講演論文集Ｂ１」
に記載された指紋の照合装置を図１３を用いて説明す
る。ＣＣＤカメラ１２などの画像入力装置で取り込んだ
被験者の指紋像とあらかじめメモリ１３に登録されてい
る指紋像を同時に表示素子３で表示し、表示した画像を
結像レンズ６₁により空間光変調素子８₁上に結像させる
ことで２つの画像情報を空間光変調素子８₁に書き込
む。次にこの２つの像をレーザ等の読みだし光により読
み出して結像レンズ６₂でフーリエ変換し、空間光変調
素子８₂に書き込む。このフーリエ変換像（干渉縞）を
再びレーザ等の読みだし光を用いて読み出し、結像レン
ズ６₃によりフーリエ変換することにより干渉縞の数に
比例した光の強度信号となる。この光の強度信号を光検
出器１４にて受光し、あらかじめ定めた閾値と比較して
同一指紋かどうかの判定を行う。この相関演算法は合同
変換相関法と呼ばれてよく知られている。また正確かつ
再現性の高い判定を行うためには高精細な画像情報が必
要である。

【０００３】次に、２次元画像を光並列演算や表示装置
に用いる方法の従来の他の応用例としての、「光学２５
巻６号ｐ２５」に記載された投射型表示装置を図１４を
用いて説明する。ＣＲＴ１６に表示した画像を結像レン
ズ６で空間光変調素子８上に結像させ書き込み、書き込
んだ画像を高照度の読みだし光で出力して投影レンズ１
７にてスクリーン１８上に拡大投影して表示する。表示
できる画素の数はＣＲＴの解像度で制約される。ところ
で、空間光変調素子が有している解像度は２値であれば
１００ｌｐ／ｍｍ（２００画素／ｍｍ）程度あり、２０
ｍｍ角の空間光変調素子であれば、４０００×４０００
のデータを書き込み処理する能力がある。一方、空間光
変調素子に２次元画像を書き込む方法には、従来３つの
方法がある。例えば、特開平３−２５９１２２号公報に
開示されている方法は、半導体レーザやＬＥＤなどの点
光源を時系列の情報信号に基づいて発光させ、出力光を
ガルバノミラーやとポリゴンミラーで垂直および水平方
向に偏光させて、空間光変調素子に書き込むようにする
ものである。また、特開平５−１００２４３号公報に開
示されたものは、発光素子をライン状に多数配置したア
レイを用い、時系列の情報信号に基づいて発光させ、出
力光をガルバノミラーやポリゴンミラーで偏光させて空
間光変調素子に書き込む方法である。また、特開平３−
２５９１２２号公報に開示された方法は、ＣＲＴやＬＣ
Ｄなどの２次元像を用いて書き込むものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これら方法の書き込み
スピードと２次元画像の書き込み密度を考えると、点光
源を用いる方法では、２次元情報の書き込み密度は高く
できるものの、１画素ずつ書き込んでいくために走査ス
ピードが遅くなってしまうという問題がある。例えばこ
の方法で４０００×４０００の画素数の書き込みを行う
と仮定し、８面ポリゴンミラーを水平方向の走査に用い
ると、４０００ｌｉｎｅ×３０ｆｐｓ×６０ｓｅｃ÷８
＝９００ｋｒｐｍとなり、通常のポリゴンミラーの回転
数２０〜４０ｋｒｐｍに対し一桁以上高い回転数が必要
となり現実的でない。発光素子をライン状に多数配置し
たアレイを用いた場合には、走査スピードの問題は解決
されるが、多数の光源を用いるためにコスト上昇を招く
と共に、各発光素子の出力バラツキ補正と回折ひろがり
補正の問題が新たに発生する。ＣＲＴやＬＣＤなどの２
次元表示装置を用いる方法では、１秒間に６０フレーム
以上の書き込みスピードがあるが、書き込み密度がＣＲ
ＴおよびＬＣＤの画素数に制限されハイビジョン（１０
３５Ｖ×１９２０Ｈ）程度の書き込み密度となる。

【０００５】このように従来の技術では、何れの方法も
書き込みスピードと書き込み密度に関して一長一短があ
り、例えば４０００×４０００のような空間光変調素子
の性能を１００％活用した高密度２次元画像を、１秒間
に６０フレーム書き込むことはできなかった。

【０００６】本発明の目的は、従来の技術では実現困難
な高速の書き込みスピードと高い書き込み密度の双方を
同時に実現することができる光記録装置を提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、光導電体層
と光変調層とを含んで構成された空間光変調素子に対し
て、光による書き込み手段により情報を書き込んで、書
き込まれた情報を読み出し光により出力する光記録装置
において、書き込み手段は、書き込むべき情報を表示す
る表示素子と、表示素子から空間光変調素子に至る光路
上に位置し、空間光変調素子の書き込み領域上で表示素
子からの出射光を複数画素毎に離散的に分離させる画素
分離手段と、画素分離手段により分離された書き込み領
域上の画素間隙を補間するように、出射光の書き込み領
域上での書き込み位置を変更する書き込み領域変更手段
とを有していることを特徴とする光記録装置によって達
成される。

【０００８】そして、上述の光記録装置において、画素
分離手段は、表示素子の複数の画素のうち隣接する所定
数の画素からの出射光をそれぞれの口径内に含む複数の
集光光学素子を隣接配置した光学素子であり、書き込み
領域変更手段は、表示素子に供給されるフィールド信号
に同期して書き込み領域上での出射光の書き込み位置を
変更するようにしている。

【０００９】また、上述の光記録装置において、表示素
子から画素分離手段に至る光路上に位置し、表示素子か
らの出射光を集光させて画素分離手段に結像させる結像
光学系を有するようにしてもよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態による
光記録装置を図１乃至図５を用いて説明する。本実施の
形態における光記録装置は、書き込み用表示素子の画素
数を増やすことなく書き込み密度を向上させるために、
書き込み用表示素子からの出射光を離散的に拡げる画素
分離手段、画素分離手段により分離された画素間隙を補
間するように各画素の書き込み領域を変更する書き込み
領域変更手段、及び複数のフィールドで１フレームを構
成する手段により時分割書き込みを行うことを基本とし
ている。本実施の形態では、書き込みに通常用いられる
２次元状に配列された多数の画素で構成されている表示
素子、表示画像を空間光変調素子上に結像する投影光学
系に加え、表示素子から空間光変調素子に至る光路上
に、表示素子に供給するフィールド信号に同期させて、
表示素子からの出射光を離散的に拡げ画素分離を行い、
かつ離散的に拡げられた画素間隙を補間するように各画
素の書き込み領域の変更を行う光学素子を配置し、書き
込み密度の向上をはかるものである。

【００１１】本実施の形態においては、光変調素子の隣
接する複数画素のそれぞれを４画素とし、当該４画素か
らの出射光を口径内に含む複数の集光光学素子が凸レン
ズである場合について説明する。

【００１２】図１は本実施の形態における光記録装置の
基本構成図、図２は本実施の形態において用いられるマ
イクロレンズアレイの斜視図、図３及び図４は本実施の
形態における表示素子と凸レンズとの位置関係を示す説
明図であり、図３は表示素子と凸レンズとの位置関係を
示す平面図、図４は表示素子から結像レンズ物面までの
光軸に平行な面の図３のＡ−Ａ’断面線での断面図であ
る。図５は１画面を４つの画像に分割した場合の結像レ
ンズ物面での入射光束の位置関係を示したものである。
また、図１５は本実施の形態で用いる空間光変調素子の
断面を示している。

【００１３】図１において、１は光源、２は光源からの
光を平行光に変換するためのコリメート変換レンズ、３
は２次元状に配列された多数の画素で構成されている表
示素子、４はマイクロレンズアレイ、５は圧電素子から
なるアクチュエータ、６は結像レンズ、７は結像レンズ
６の物面、８は空間光変調素子、１１はビームスプリッ
タである。マイクロレンズアレイ４は、表示素子３から
空間光変調素子８に至る光路上に配置され、表示素子３
の４画素に対応して１つの凸レンズが形成されている。
アクチュエータ５は、マイクロレンズアレイ４を垂直方
向（紙面上下方向）に振動させるアクチュエータ５ａ
１、５ａ２と水平方向（紙面法線方向）に振動させるア
クチュエータ５ｂ１、５ｂ２（図示せず）とから構成さ
れている。表示素子３に供給するフィールド信号に同期
させてアクチュエータ５を駆動させることにより、マイ
クロレンズアレイ４に入射する光の光軸に直交する水平
／垂直方向にマイクロレンズアレイ４を移動又は振動さ
せることができるようになっている。

【００１４】本実施の形態で用いた表示素子３は、ｐｏ
ｌｙ‐ＳｉＴＦＴ（多結晶シリコンをチャネル層に用い
た薄膜トランジスタ）を用いたアクティブ・マトリクス
方式の液晶表示装置である。表示素子３の画素数はｍ×
ｎであり、画素ピッチｐは水平、垂直ともに５０μｍで
ある。また、本実施の形態で用いた空間光変調素子８
は、光変調層に応答速度が１ｍｓｅｃ以下の強誘電性液
晶を用いている。ここで図１５を用いて簡単に空間光変
調素子８の構造を説明する。図１５において、空間光変
調素子８は、２枚の対向するガラス基板１９₁と１９₂の
間にスペーサ２４₁、２４₂により所定の幅を有する空間
が形成され、この空間に強誘電性液晶２３が封入されて
いる。ガラス基板１９₁、１９₂の強誘電性液晶側の面に
は、例えばＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）
からなる透明電極２０₁、２０₂が形成されている。透明
電極２０₁側表面には例えばａ−Ｓｉ（アモルファス・
シリコン）からなる光導電層２１が形成されている。封
入された強誘電性液晶２３は、強誘電性液晶２３に接し
て対向して設けられた配向膜２２₁、２２₂により所定の
方向に配向させられている。そして、例えば図中左側か
ら書き込み光が入射し、読み出し光は右側から照射され
る。

【００１５】図２に本実施の形態で用いるマイクロレン
ズアレイ４を示す。マイクロレンズアレイ４は、例えば
イオン交換法を用いて形成される。これは、ある種のイ
オンを透明なガラス基板の中に拡散させて屈折率の異な
る層を形成しレンズ効果として利用するものである。こ
のマイクロレンズアレイ４は、４つの画素から出射した
光束をできるだけ多く集光するように設計され１００μ
ｍピッチで形成された多数の凸レンズで構成されてい
る。マイクロレンズアレイ４の大きさは表示素子３とほ
ぼ同じ大きさで形成できるので、その重量は数グラム程
度にすることができる。

【００１６】アクチュエータ５は高歪率圧電セラミック
材料からなる積層型の圧電素子を用いている。アクチュ
エータ５をマイクロレンズアレイ４の側面に接着し、表
示素子３に供給するフィールド信号に同期させて電圧を
印加することにより、マイクロレンズアレイ４に入射す
る光の光軸に直交する水平／垂直方向にマイクロレンズ
アレイ４を移動変化させることができる。

【００１７】本実施の形態におけるマイクロレンズアレ
イ４とアクチュエータ５により画像をシフトさせ高精細
な画像を表示する動作を図３乃至図５を用いて説明す
る。本実施の形態においては１画面（フレーム）を４つ
の画像（フィールド）に分割して表示する。なお、各マ
イクロレンズの実際の平面形状は図２で示したように４
つの画素全体を口径内に含む矩形状であるが、図３及び
図５の平面図においては各マイクロレンズの位置を明確
にするため実線或いは破線の円形状で各マイクロレンズ
を示している。

【００１８】さて、第１のフレームの第１のフィールド
では、表示素子３の画素とマイクロレンズとの相対位置
は図３（ａ）に示すようになっている。例えばマイクロ
レンズ４ａの中心軸は表示素子３の画素、、、
の交点の位置にあり、画素、、、からの出射光
は１つのマイクロレンズ４ａにより集光される。図４に
示すように、表示素子３の画素及びからの出射光１
０１、１０２は、マイクロレンズアレイ４により集光さ
れた出射光１０１’、１０２’となり結像レンズ６に入
射する。このとき、結像レンズ６の物面７は表示素子３
からの光が略１／４に集光された位置とする。結像レン
ズ６の物面７での表示画像は図５（ａ）に示すように水
平／垂直方向にそれぞれ間引かれた状態、即ち離散的に
縮小された状態となる。

【００１９】次に第２のフィールドでは、フィールド信
号に同期して垂直方向に振動するアクチュエータ５ａ
１、５ａ２により、マイクロレンズアレイ４に入射する
光の光軸に直交する面内で垂直方向にマイクロレンズア
レイ４を移動させる。マイクロレンズ４ａの中心軸は表
示素子３の画素、、、の交点の位置、即ち図３
（ｂ）の位置に移動する。ここで図３（ａ）の位置から
図３（ｂ）の位置までのマイクロレンズアレイ４の移動
量は表示素子３の画素ピッチｐと同じ５０μｍである。
このとき、図４に示すように表示素子３の画素及び
からの出射光１０１、１０２は、マイクロレンズアレイ
４により集光されて出射光１０１”、１０２”となり結
像レンズ６に入射する。結像レンズ６の物面７では図５
（ｂ）の位置に集光されており、マイクロレンズアレイ
４により第１のフィールドで離散的に縮小された垂直方
向の間隙部が第２のフィールドで補間されたことにな
る。

【００２０】次に第３のフィールドでは、フィールド信
号に同期して水平方向に振動するアクチュエータ５ｂ
１、５ｂ２によりマイクロレンズアレイ４に入射する光
の光軸に直交する面内で水平方向にマイクロレンズアレ
イ４を移動させる。マイクロレンズ４ａの中心軸は表示
素子３の画素、、、の交点の位置、即ち図３
（ｃ）の位置に移動する。ここで図３（ｂ）の位置から
図３（ｃ）の位置までのマイクロレンズアレイ４の移動
量は表示素子３の画素ピッチｐと同じ５０μｍである。
この結果、表示素子３からの出射光は、結像レンズ６の
物面７で図５（ｃ）の位置に集光されており、マイクロ
レンズアレイ４により第２のフィールドで離散的に縮小
された水平方向の間隙部を第３のフィールドで補間した
ことになる。

【００２１】次に第４のフィールドでは、フィールド信
号に同期して垂直方向に振動するアクチュエータ５ａ
１、５ａ２によりマイクロレンズアレイ４に入射する光
の光軸に直交する面内で垂直方向にマイクロレンズアレ
イ４を移動させる。マイクロレンズ４ａの中心軸は表示
素子３の画素、、、の交点の位置、即ち図３
（ｄ）の位置に移動する。ここで図３（ｃ）の位置から
図３（ｄ）の位置までのマイクロレンズアレイ４の移動
量は表示素子３の画素ピッチｐと同じ５０μｍである。
この結果、表示素子３からの出射光は、結像レンズ６の
物面７で図５（ｄ）の位置に集光されており、マイクロ
レンズアレイ４により第３のフイールドで離散的に縮小
された垂直方向の間隙部、即ち第１のフイールドで離散
的に縮小された水平方向の間隙部を第４のフイールドで
補間したことになる。

【００２２】以上の第１、第２、第３及び第４のフィー
ルドによって、１フレーム全ての画像情報が図５（ｅ）
に示すように結像レンズ６の物面７即ち空間光変調素子
８上で形成され、表示素子３の画素数の４倍の情報量を
書き込むことができたことになる。そして４フィールド
ごとに書込まれた画像を空間光変調素子８にビームスプ
リッタ１１により読みだし光を照射して出力光を得るこ
とにより演算を行うことができる。なお本装置を投射型
表示装置に応用した場合にはフィールドに関係なく常時
読みだし光を照射し出力すればよい。人間の目の残像効
果により連続した画像として見ることができるようにな
る。

【００２３】次に第２のフレームの第１のフィールドで
は、フィールド信号に同期して水平方向に振動するアク
チュエータ５ｂ１、５ｂ２によりマイクロレンズアレイ
４に入射する光の光軸に直交する面内で水平方向にマイ
クロレンズアレイ４を移動させる。マイクロレンズ４ａ
の中心軸は表示素子３の画素、、、の交点の位
置即ち図３（ａ）の位置に移動する。ここで図３（ｄ）
の位置から図３（ａ）の位置までのマイクロレンズアレ
イ４の移動量は表示素子３の画素ピッチｐと同じ５０μ
ｍである。この結果、表示素子３からの出射光は、結像
レンズ６の物面７で図５（ａ）の位置に集光され、第１
のフレームの第１のフィールドと同じ位置に戻る。以下
第１のフレームと同様に離散的に縮小された水平／垂直
方向の間隙部を補間することにより、（ｍ×ｎ）画素を
持つ表示素子３を用いて４×（ｍ×ｎ）個の情報書き込
みを実現し、４フィールド毎に空間光変調素子から画像
を出力し演算を行う。

【００２４】本実施の形態において、表示素子３の４画
素（２×２画素）に対応した複数のマイクロレンズから
なるマイクロレンズアレイ４を用いて４つのフィールド
で１フレームを形成するような構成としたが、９画素
（３×３画素）や１６画素（４×４画素）、或いは６画
素（２×３画素）や１２画素（３×４画素）など（ｉ×
ｊ）画素に対応した複数のマイクロレンズからなるマイ
クロレンズアレイ４を用いて（ｉ×ｊ）フィールドで１
フレームを形成する構成としてもよい。このとき、アク
チュエータ５によるマイクロレンズアレイ４の１つのフ
ィールド信号に対する水平／垂直方向の移動量Ｌｈ、Ｌ
ｖは、複数画素に対応するマイクロレンズの水平方向に
対応する画素数をｉ、垂直方向に対応する画素数をｊと
し、水平方向の画素ピッチをｐｈ、垂直方向の画素ピッ
チをｐｖとしたとき、画素ピッチｐｈ、ｐｖの整数倍でｐｈ≦Ｌｈ≦（ｉ−１）×ｐｈｐｖ≦Ｌｖ≦（ｊ−１）×ｐｖの範囲にある。

【００２５】また、本実施の形態において、アクチュエ
ータ５は高歪率圧電セラミック材料からなる積層型の圧
電素子を用いたが、表示素子３に供給するフィールド信
号の周波数に同期させてマイクロレンズアレイ４に入射
する光の光軸に直交する面内でマイクロレンズアレイ４
を表示素子３の画素ピッチｐの整数倍移動変化させるこ
とができる手段であればよい。表示素子３に供給するフ
ィールド信号の周波数は数１０Ｈｚ〜数１００Ｈｚであ
るから、アクチュエータ５には電磁アクチュエータ、リ
ニアアクチュエータ、ステッピングモータなどを用いる
こともできる。

【００２６】また、マイクロレンズアレイ４を振動させ
る代わりに結像レンズ６を移動変化させても同様の効果
を得ることができる。この場合は１つの画面（フレー
ム）を複数の画像（フィールド）に分割した際の各画像
における空間光変調素子８上での画素位置が、集光手段
を移動変化させた場合と異なる。

【００２７】本実施の形態では複数画素に対応したマイ
クロレンズアレイ４を移動変化させたが、表示素子の隣
接する複数画素からの出射光をそれぞれの口径内に含む
複数の集光光学素子を隣接配置した集光手段と、集光手
段により離散的にされた画素を補間するように書き込み
領域を変更する手段があればよいので、例えば文献（佐
藤進；液晶を利用した焦点可変レンズ，光技術コンタク
ト，Ｖｏｌ３２，Ｎｏ．１１，ｐ．２４〜ｐ．２８，１
９９４）に開示されているような液晶レンズを利用し、
フィールド信号に同期させて選択的に電圧を印加してレ
ンズの形成位置を変化させるようにしてもよい。

【００２８】次に、本発明の第２の実施の形態による光
記録装置を図６乃至図８を用いて説明する。本実施の形
態では、表示素子の隣接する複数画素からの出射光をそ
れぞれの口径内に含む複数の集光光学素子を２画素列に
対応するレンチキュラーレンズとした点に特徴を有して
おり、他の基本的構成は第１の実施の形態と同様であ
る。

【００２９】図６は本実施の形態における表示素子３と
レンチキュラーレンズアレイと結像レンズ６の物面７と
の位置関係を示した斜視図である。図７は１画面を２つ
の画像に分割したときの結像レンズ６の物面７での入射
光束の位置関係を示している。図６において９はレンチ
キュラーレンズアレイである。図１と同一の構成部材に
は同一番号を付している。

【００３０】以下、本実施の形態において上記レンチキ
ュラーレンズアレイ９と、アクチュエータ５ｂ１、５ｂ
２により画像をシフトさせ高精細な画像を表示する動作
を図６及び図７を用いて説明する。本実施の形態におい
ては１画面（１フレーム）を２つの画像（２フィール
ド）に分割して表示する。

【００３１】第１のフィールドでは表示素子３とレンチ
キュラーレンズアレイ９との相対位置は図６（ａ）の位
置にあり、表示素子３の隣接する２列からの出射光２０
１、２１１及び２０２、２１２は中心軸を同一とするレ
ンチキュラーレンズにより出射光２０１’、２１１’及
び２０２’、２１２’のように集光され結像レンズ６に
入射する。結像レンズ６の物面７は、表示素子３からの
光が水平方向に１／２に集光される位置に設けられてい
る。従って結像レンズの物面７での表示画像は図７
（ａ）のように水平方向に間引かれた状態、即ち離散的
に縮小された状態となる。

【００３２】次に第２のフィールドでは、フィールド信
号に同期して振動するアクチュエータ５ｂ１、５ｂ２に
よりレンチキュラーレンズアレイ９に入射する光の光軸
に直交する面内で水平方向にレンチキュラーレンズアレ
イ９を移動させて図６（ｂ）に示す位置に移動させる。
ここで図６（ａ）の位置から図６（ｂ）の位置までのレ
ンチキュラーレンズアレイ９の移動量は表示素子３の画
素ピッチｐと同じ５０μｍである。このとき表示素子３
の隣接する２列からの出射光２０１、２１１及び２０
２、２１２はそれぞれ中心軸を異にする別のレンチキュ
ラーレンズにより出射光２０１”、２１１”及び２０
２”、２１２”のように集光され結像レンズ６に入射す
る。結像レンズの物面７では図７（ｂ）の位置に集光さ
れており、レンチキュラーレンズアレイ９により離散的
に縮小された水平方向の間隙部を第２のフィールドで補
間したことになる。

【００３３】上記第１及び第２のフィールドにより、１
フレーム全ての画像情報が、図７（ｃ）に示すように空
間光変調素子８上に書き込むことができるようになる。
そして、２フィールド毎に読み出し光を照射して出力し
演算を行う。

【００３４】次に第２のフレームの第１のフィールドで
は、フィールド信号に同期して振動するアクチュエータ
５ｂ１、５ｂ２によりレンチキュラーレンズアレイ９に
入射する光の光軸に直交する面内で水平方向にレンチキ
ュラーレンズアレイ９を移動させて図６（ａ）の位置に
移動させる。ここで図６（ｂ）の位置から図６（ａ）の
位置までのレンチキュラーレンズアレイ９の移動量は表
示素子３の画素ピッチｐと同じ５０μｍである。この結
果、表示素子３からの出射光は、結像レンズの物面７で
図７（ａ）の位置に集光され、第１のフレームの第１の
フィールドと同じ位置に戻る。以下、第１のフレームと
同様に離散的に縮小された水平方向の間隙部を補間し、
表示素子３の水平方向画素数の２倍の情報量を空間光変
調素子８に書き込むことが実現する。そして２フィール
ドごとに書込まれた画像を空間光変調素子８に読みだし
光を照射して出力し演算を行う。

【００３５】本実施の形態では、表示素子３の２画素列
に対応した複数のレンチキュラーレンズからなるレンチ
キュラーレンズアレイ９を用いて２つのフィールドで１
フレームを形成するような構成としたが、３画素列や４
画素列などｉ画素列に対応した複数のレンチキュラーレ
ンズからなるレンチキュラーレンズアレイ９を用いてｉ
フィールドで１フレームを形成する構成としてもよい。
このとき、アクチュエータ５によるレンチキュラーレン
ズアレイ９の１つのフィールド信号に対する水平方向の
移動量Ｌｈは、水平方向の画素ピッチをｐｈとしたと
き、画素ピッチｐｈの整数倍でｐｈ≦Ｌｈ≦（ｉ−１）×ｐｈの範囲にある。

【００３６】また、本実施の形態において、アクチュエ
ータ５は高歪率圧電セラミック材料からなる積層型の圧
電素子を用いたが、表示素子３に供給するフィールド信
号の周波数に同期させてレンチキュラーレンズアレイ９
に入射する光の光軸に直交する面内でレンチキュラーレ
ンズアレイ９を表示素子３の画素ピッチｐの整数倍移動
変化させることができる手段であればよい。従って、表
示素子３に供給するフィールド信号の周波数が数１０Ｈ
ｚ〜数１００Ｈｚであるから、アクチュエータ５には電
磁アクチュエータ、リニアアクチュエータ、ステッピン
グモータなどを用いることができる。

【００３７】本実施の形態においても、レンチキュラー
レンズアレイ９の移動の代わりに結像レンズ６を移動さ
せても同一の効果が得られるが、１つの画面（フレー
ム）を複数の画像（フィールド）に分割したときの各画
像における空間光変調素子上での画素位置が、集光手段
若しくは表示素子３を移動変化させた場合と異なる。

【００３８】また、本実施の形態において、レンチキュ
ラーレンズアレイ９を水平方向に振動させたが、レンチ
キュラーレンズの形状を変えて垂直方向に書き込み情報
量を増加させてもかまわない。さらに、このレンチキュ
ラーレンズアレイ９と振動手段を２組用いて水平及び垂
直方向に書き込み情報量を増加させることも可能であ
る。

【００３９】レンチキュラーレンズアレイ９と振動手段
を２組用いた場合の表示素子３とレンチキュラーレンズ
アレイと結像レンズの物面７との位置関係を示す斜視図
を図８に示す。図８において、９ａは水平方向に集光す
る第１のレンチキュラーレンズアレイ、９ｂは垂直方向
に集光する第２のレンチキュラーレンズアレイである。
ここでは、それぞれ２画素列に対応したレンチキュラー
レンズを持つレンチキュラーレンズアレイとしている。
第１及び第２のレンチキュラーレンズアレイ９ａ、９ｂ
は結像レンズの物面７において、表示素子３からの出射
光を水平／垂直方向にそれぞれ１／２に集光させるよう
な焦点を持っている。その結果、結像レンズの物面７で
は、第１の実施の形態と同様に隣接する４画素を単位と
して水平／垂直方向にそれぞれ間引かれた状態、即ち離
散的に縮小された状態が得られる。第１及び第２のレン
チキュラーレンズアレイ９ａ、９ｂをフィールド信号に
同期させて、それぞれ第１及び第２のレンチキュラーレ
ンズアレイ９ａ、９ｂに入射する光の光軸に直交する面
で、アクチュエータ５ｂ１、５ｂ２、及び５ａ１、５ａ
２、により水平／垂直方向に移動させることにより第１
の実施の形態と同様の効果が得られる。

【００４０】次に、本発明の第３の実施の形態による光
記録装置を図９乃至図１２を用いて説明する。本実施の
形態による光記録装置は、書き込み精度を向上させるた
めに結像光学系を付加した点に特徴を有している。図９
は本発明の光記録装置を相関演算器に応用した２次元像
書き込み装置を示している。

【００４１】図９において、１は光源、２は光源からの
光を平行光に変換するためのコリメート変換レンズ、３
は表示素子、１０は結像光学系、４はマイクロレンズア
レイ、５は圧電素子からなるアクチュエータ、６は結像
レンズ、７は結像レンズの物面、８は空間光変調素子で
ある。マイクロレンズアレイ４は、表示素子３から結像
レンズ６に至る光路上に配置され、表示素子３の４画素
に対応して１つの凸レンズが形成されている。結像光学
系１０は表示素子３からの光を対応するマイクロレンズ
に入射させるために配置されている。アクチュエータ５
は、マイクロレンズアレイ４を垂直方向（紙面上下方
向）に振動させるアクチュエータ５ａ１，５ａ２と水平
方向（紙面法線方向）に振動させるアクチュエータ５ｂ
１，５ｂ２（図示せず）から構成されており、マイクロ
レンズアレイ４に入射する光の光軸に直交する水平／垂
直方向に移動あるいは振動できるように形成されてい
る。

【００４２】本実施の形態による光記録装置において、
第１の実施の形態の光記録装置と同一の機能作用を有す
る構成部材には同一の符号を付して、それらの説明は省
略することにする。

【００４３】以下、本実施の形態で新たに付加した結像
光学系の働きについて説明する。第１の実施の形態で説
明したように４画素に対応したマイクロレンズを用いる
ことで、表示素子３の画素数の数倍の書き込みを行うこ
とができるが、表示素子３からの出射光が平行光から外
れると、第１１図に示すように、対応するマイクロレン
ズに入射せずに他のマイクロレンズに入射してしまう。
この場合には、第１０図（ａ）に示すように、結像レン
ズの物面７では複数の画素からの情報が混ざった画像が
形成されてしまうので、空間光変調素子上の書き込み情
報の精度が低下する。本実施の形態では、これを防止す
るために表示素子３からマイクロレンズに至る光路上に
配置された結像光学系１０により、表示素子の４画素に
対応する光が１つの対応するマイクロレンズに入射する
ようになっている。結像光学系１０は２つのレンズを組
み合せたアフォーカル光学系であり、実像に対して１対
１の倒立像を形成する。第１２図に結像の様子を示す。
表示素子３から出射された光は結像光学系１０により、
対応する位置のマイクロレンズに入射する。平行でない
光は、マイクロレンズに入射する角度がずれるので、マ
イクロレンズで集光された時に、結像レンズの物面７で
は第１０図（ｂ）に示すように、少し広がった形になる
が、第１０図（ａ）の様に、まったく違う画素の表示と
重なることはないので、結像レンズの焦点を調整するこ
とで、書き込み情報の精度が低下を防止することができ
る。

【００４４】ここで、結像光学系１０は１対１の倒立像
を形成する光学系である必要性はなく、Ｘ倍の像を形成
するものでも、１／Ｘの像を形成するものでもよい。そ
の場合には、マイクロレンズの大きさが、Ｘ倍または１
／Ｘ倍となり、マイクロレンズアレイの移動量は画素ピ
ッチｐのＸ倍または１／Ｘ倍となる。

【００４５】

【発明の効果】以上の通り、本発明の空間光変調素子へ
の２次元像書き込みを行う光記録装置によれば、表示素
子から空間光変調素子に至る光路上に空間光変調素子上
で複数画素ごとに画像を分離する表示素子の隣接する複
数画素からの出射光をそれぞれの口径に含む複数の集光
光学素子を隣接配置してなる集光手段と、集光手段によ
り空間光変調素子上で分離された画像を補間するように
表示素子による表示画像を書き込む書き込み領域変更手
段により、画像を離散的にし、間隙部を補間するように
時分割書き込みを行うので、表示素子の画素数の数倍の
２次元情報を空間光変調素子に書き込むことが可能であ
る。また書き込み領域の変更は、数１０Ｈｚ〜数１００
Ｈｚのスピードで行うことができるので、フレーム数を
減らすことなく表示素子の画素数の数倍の２次元情報を
空間光変調素子に書き込むことが可能である。さらに表
示素子から集光手段に至る光路上に表示素子によって表
示された画像を集光手段上に結像する結像光学系を設け
ることで、時分割書き込みによる書き込み精度の低下を
防止することができる。またこの書き込み手段を用いた
相関演算器では、高精細な画像を処理することができる
ので正確で再現性の高い装置を実現することができる。
また投射型表示装置では書込み用の表示素子の画素数に
制限されない高精細な表示が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による光記録装置の
基本構成図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態による光記録装置で
使用されたマイクロレンズアレイの斜視図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態による光記録装置に
おける表示素子と凸レンズとの位置関係を示す平面図で
ある。

【図４】本発明の第１の実施の形態による光記録装置に
おいて、表示素子から結像レンズ６結像面までの光軸に
平行な面の第３図のＡ−Ａ’断面線で切った断面図であ
る。

【図５】本発明の第１の実施の形態による光記録装置を
説明するための１画面を４つの画像に分割した時の結像
レンズ物面での入射光束の位置関係を示す平面図であ
る。

【図６】本発明の第２の実施の形態による光記録装置に
おける表示素子とレンチキュラーレンズアレイと結像レ
ンズ物面との位置関係を示した斜視図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態による光記録装置に
おける１画面を２つの画像に分割した時の結像面結像レ
ンズ物面での入射光束の位置関係を示す平面図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態による光記録装置に
おける表示素子と第１のレンチキュラーレンズアレイと
第２のレンチキュラーレンズアレイと結像レンズ物面と
の位置関係を示した斜視図である。

【図９】本発明の第３の実施の形態による光記録装置の
構成図である。

【図１０】本発明の第３の実施の形態による光記録装置
の効果を説明する説明図である。

【図１１】本発明の第３の実施の形態による光記録装置
の効果を説明する説明図である。

【図１２】本発明の第３の実施の形態による光記録装置
で用いられる結像レンズの動作を説明する図である。

【図１３】従来の指紋照合装置を説明する図である。

【図１４】従来の投射型表示装置を説明する図である。

【図１５】空間光変調素子の構成を説明する断面図であ
る。

【符号の説明】

１光源２コリメート変換レンズ３表示素子４マイクロレンズアレイ５、５ａ１、５ａ２、５ｂ１、５ｂ２圧電素子からな
るアクチュエータ６結像レンズ７結像レンズの物面８空間光変調素子９レンチキュラーレンズアレイ９ａ第１のレンチキュラーレンズアレイ９ｂ第２のレンチキュラーレンズアレイ１０結像光学系１１ビームスプリッタ１２ＣＣＤカメラ１３メモリ１４光検出器１５相関判定回路１６ＣＲＴ１７投射レンズ１８スクリーン１９ガラス基板２０透明電極２１光導電層２２配向膜２３強誘電性液晶２４スペーサ１０１、１０２、２０１、２０２、２１１、２１２表
示素子からの出射光１０１’、１０２’、１０１’’、１０２’’ マイク
ロレンズアレイによる集光光２０１’、２０２’、２１１’、２１２’、２０
１’’、２０２’’、２１１’’、２１２’’ レンチ
キュラーレンズアレイによる集光光ｐ表示素子の画素ピッチ

フロントページの続き (72)発明者浜田勉神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーンテクなかい富士ゼロックス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光導電体層と光変調層とを含んで構成され
た空間光変調素子に対して、光による書き込み手段によ
り情報を書き込んで、書き込まれた前記情報を読み出し
光により出力する光記録装置において、前記書き込み手段は、書き込むべき情報を表示する表示素子と、前記表示素子から前記空間光変調素子に至る光路上に位
置し、前記空間光変調素子の書き込み領域上で前記表示
素子からの出射光を複数画素毎に離散的に分離させる画
素分離手段と、前記画素分離手段により分離された前記書き込み領域上
の画素間隙を補間するように、前記出射光の前記書き込
み領域上での書き込み位置を変更する書き込み領域変更
手段とを有していることを特徴とする光記録装置。
【請求項２】請求項１記載の光記録装置において、前記画素分離手段は、前記表示素子の複数の画素のうち
隣接する所定数の画素からの出射光をそれぞれの口径内
に含む複数の集光光学素子を隣接配置した光学素子であ
り、前記書き込み領域変更手段は、前記表示素子に供給され
るフィールド信号に同期して前記書き込み領域上での前
記出射光の書き込み位置を変更することを特徴とする光
記録装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載の光記録装置におい
て、前記表示素子から前記画素分離手段に至る光路上に位置
し、前記表示素子からの出射光を集光させて前記画素分
離手段に結像させる結像光学系を有していることを特徴
とする光記録装置。