JP2006091666A - Transmission type optical modulation array device and optical device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一次元又は二次元状に配列された複数の画素を有し、入力信号に応じて光を変調する透過型光変調アレイ装置及びこれを用いた光学装置に関するものである。 The present invention relates to a transmissive light modulation array device that has a plurality of pixels arranged one-dimensionally or two-dimensionally and modulates light according to an input signal, and an optical device using the same.
プロジェクタ等の画像を形成する光学装置には、入力信号に応じて駆動されて入射光の進路を画素毎に偏向する偏向手段を備えた方式がある。この種の偏向手段を備えた光学装置としては、次のようなものが知られている(特許文献1参照)。
図22に示す装置では、光源1からの光がカラー選択手段3を介してガラスロード5に導かれ、レンズ要素7によって集束される。さらに、この光は、光路変換手段9によって進行経路が変換され、その後、マイクロミラーデバイス11で画像形成が行われ、投射レンズユニット13によって拡大投射される。この装置の偏向手段である光路変換手段9は、所定角度よりも小さい角の入射光を透過させる一方、この所定角度よりも大きい角の入射光を反射させることにより光の経路を変える光路分離プリズム15と、光路を補正する補償プリズム17とを有している。
2. Description of the Related Art An optical device that forms an image, such as a projector, includes a system that includes a deflecting unit that is driven according to an input signal and deflects the path of incident light for each pixel. As an optical apparatus provided with this kind of deflecting means, the following is known (see Patent Document 1).
In the apparatus shown in FIG. 22, the light from the
また、図23に示す装置では、光源21からの光がカラー選択手段23を介してコリメートレンズ25へ導かれ、さらに、均一光照射手段27によって均一化され、集束レンズ29によって集束され、マイクロミラーデバイス31に導かれて画像形成される。その後、マイクロミラーデバイス31で反射した光は、光路変換手段33によって進行経路が変換され、投光レンズユニット35によって拡大投射される。そして、この装置の偏向手段である光路変換手段33は、図24に拡大図を示すように、全反射臨界角よりも小さい角の入射光を屈折透過させる一方、全反射臨界角よりも大きい角の入射光を反射させることにより光の経路を変える光分離プリズム37と、この光分離プリズム37の光路手前側に配置され光の経路を補正する補償プリズム39とを有している。
In the apparatus shown in FIG. 23, the light from the
また、上記装置で用いられるマイクロミラーデバイス11、31は、図25に示すように、画素に対応するように基板41に設けられた複数の可動ミラー43と、この可動ミラー43を回動自在に支持するポスト45と、可動ミラー43を保持するウインドウ47とを有している。そして、可動ミラー43は、基板41に形成された電極との相互静電引力により傾斜駆動される。これにより、可動ミラー43は、各画素に対応する電極のON状態又はOFF状態によって反射面の角度が選択され、入射光をON状態の場合の反射光である有用反射光とOFF状態の場合の反射光である無用反射光とに分ける構造となっている。
In addition, as shown in FIG. 25, the
次に、偏向手段を備えた他の光学装置を説明する(特許文献2参照)。この装置では、図26に示すように、光源51からの光をレンズ53、偏光板55を介してビームスプリッター57で反射させて波長板59を介してマイクロミラーデバイスからなる空間光変調器アレイ61へ導く。そして、この空間光変調器61に入射した光は、ON状態の有用光とOFF状態の無用光とに分けられて臨界角プリズム63に導かれ、有用光のみが臨界角プリズム63を透過して結像レンズ65を介してスクリーン67に導かれて結像し、無用光は、臨界角プリズム63で全反射され、結像レンズ65などの表示光学系の経路から外される。
Next, another optical device provided with a deflecting means will be described (see Patent Document 2). In this apparatus, as shown in FIG. 26, the light from the
また、入射光を入射角度に応じて分離するものとしては、図27に示すように、複数のプリズム71、73を用いたものも知られている(特許文献3参照)。そして、複数のプリズム71、73を備えた光学系によれば、例えば、マイクロミラーデバイスからの反射光がそれぞれのプリズム71、73で正しく透過あるいは反射して所定の経路に導かれるか否かを調べ、マイクロミラーデバイスの評価を行うことができる。
In addition, as shown in FIG. 27, an apparatus using a plurality of
このように、画像を形成する光学装置では、マイクロミラーデバイスを用い、反射光の方向を偏向することが一般的に行われている。
なお、入射光を透過させる際にその光を偏向させる透過型の光偏向アレイ素子としては、次のような液晶偏向素子からなるものが知られている(例えば、特許文献4参照)。
この液晶偏向素子は、窓の開いた分割電極で液晶層を挟んだ構造を持ち、分割電極に印加する電圧を制御することにより、液晶層に屈折率分布を付け、光ビームを10°程度偏向する。本素子の場合も個々の光ビームの偏向方向を制御可能である。
As described above, in an optical apparatus that forms an image, a micromirror device is generally used to deflect the direction of reflected light.
As a transmission type optical deflection array element for deflecting incident light when transmitting incident light, an element composed of the following liquid crystal deflection element is known (for example, see Patent Document 4).
This liquid crystal deflecting element has a structure in which a liquid crystal layer is sandwiched between divided electrodes with open windows. By controlling the voltage applied to the divided electrodes, a refractive index distribution is given to the liquid crystal layer and the light beam is deflected by about 10 °. To do. In the case of this element, the deflection direction of each light beam can be controlled.
図28及び図29に示すように、この液晶偏向素子81は、ガラス基板83間に液晶層85を備え、この液晶層85を挟むように上下一対の電極87が画素毎に二組ずつ設けられている。そして、この液層偏向素子81では、電極87に電圧を印加しない場合には、図29(a)に示すように、液晶は基板83に対して垂直に配向したホメオトロピック配向となり、入射光がそのまま透過する。これに対して、電極87に電圧を印加するとともに一組の電極87に印加する電圧極性を+と−に変えると、液晶分子の配向分布が変化し、それによって、屈折率分布が変化し、図29(b)、(c)に示すように、入射光が偏向する。
As shown in FIGS. 28 and 29, the liquid
ところで、マイクロミラーデバイスを用いた上記光学装置は、いずれも入射光をマイクロミラーデバイスで反射させて偏向させるもの、つまり、入射光側と反射光側とが同一側であるので、マイクロミラーデバイスでの表面反射光がいわゆる迷光となり、画像形成に影響を与えてしまう。特に、図22に示した装置の場合、有用光と無用光とが略同一方向へ導かれるので、コントラストの低下が避けられなかった。 By the way, any of the above optical devices using a micromirror device reflects and deflects incident light by the micromirror device, that is, the incident light side and the reflected light side are the same side. The surface reflected light becomes so-called stray light and affects image formation. In particular, in the case of the apparatus shown in FIG. 22, since useful light and unnecessary light are guided in substantially the same direction, a reduction in contrast is inevitable.
ここで、図23に示した装置のように、複数の全反射臨界面を有する光分離プリズムによって有用光と無用光との経路を完全に分離させれば、コントラストの低下を防ぐことができるが、この光分離プリズムは、複数の全反射臨界面を有するため、大型化が避けられず、その結果、光学システムの全体が大型化してしまう。また、この種の光分離プリズムを設けることによるコストアップも避けられなかった。
また、光源からの入射光側とマイクロミラーデバイスからの反射光側とが同一側である上記装置にあっては、反射光を分離して光学品質を向上させるために光学システムが複雑化し、大型化及びコストアップを招いてしまう。
Here, as in the apparatus shown in FIG. 23, if the path of useful light and useless light is completely separated by a light separation prism having a plurality of total reflection critical surfaces, a decrease in contrast can be prevented. Since this light separation prism has a plurality of total reflection critical surfaces, an increase in size is inevitable, and as a result, the entire optical system is increased in size. Further, an increase in cost due to the provision of this type of light separation prism is inevitable.
In addition, in the above apparatus in which the incident light side from the light source and the reflected light side from the micromirror device are on the same side, the optical system becomes complicated and large in order to improve the optical quality by separating the reflected light And cost increase.
しかも、入射光側と反射光側とが同一側である場合、コントラストを重視するために有用光と表面反射光などの無用光の方向を異ならせる必要があり、有用光及び無用光の方向が一義的に決定されてしまう。つまり、有用光及び無用光の方向を自由に設定することが困難であり、設計の自由度が低下してしまう。 In addition, when the incident light side and the reflected light side are the same side, it is necessary to make the directions of the useful light and the useless light such as the surface reflection light different in order to emphasize the contrast. It is decided uniquely. That is, it is difficult to freely set the directions of useful light and useless light, and the degree of freedom in design is reduced.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、光学システムの複雑化などによる大型化やコストアップを招くことなく、高質な画像形成が可能な設計自由度及び信頼性の高い透過型光変調アレイ装置及びそれを用いた光学装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a transmissive light with high design freedom and high reliability capable of forming a high-quality image without causing an increase in size and cost due to a complicated optical system. It is an object of the present invention to provide a modulation array device and an optical device using the same.
上記目的を達成するために、請求項1記載の透過型光変調アレイ装置は、一次元又は二次元状に複数の画素が配列され、入力信号に応じて前記画素からの出射光を変調する透過型光変調アレイ装置であって、前記入力信号に応じて駆動され入射されて透過する光の光路を画素毎に偏向可能な透過型光偏向アレイ素子と、前記透過型光偏向アレイ素子における光の出射側に配置され、前記透過型光偏向アレイ素子からの出射光を、前記透過型光偏向アレイ素子による光路の偏向角範囲よりも広い角度に分離する偏向角分離手段とを備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a transmission type light modulation array device according to
この透過型光変調アレイ装置によれば、透過型光偏向アレイ素子によって入射されて透過する光の光路を偏向するので、入射側へ反射させる反射型と異なり、表面反射光からなる無用光や迷光による画像形成への影響を確実に防止することができ、画像形成の質を大幅に向上させることができ、信頼性を高めることができる。また、偏向角分離手段が、透過型光偏向アレイ素子からの出射光を前記透過型光偏向アレイ素子による光路の偏向角範囲よりも広い角度に分離するので、大型化、コストアップを招くことなく、良好なコントラストを得ることができ、さらには、光路の設計自由度を高めることができる。しかも、透過型光偏向アレイ素子における駆動量を小さくして、僅かな偏向角による制御を可能とし、応答性を高めることができる。また、偏向角を連続的に変化させることにより、アナログ階調も行うことができる。 According to this transmissive light modulation array device, the optical path of light incident and transmitted by the transmissive light deflection array element is deflected. Therefore, unlike the reflective type that reflects to the incident side, useless light or stray light consisting of surface reflected light Can reliably prevent the influence on the image formation, greatly improve the quality of the image formation, and improve the reliability. Further, the deflection angle separating means separates the light emitted from the transmissive light deflection array element into an angle wider than the deflection angle range of the optical path by the transmissive light deflection array element, so that there is no increase in size and cost. Good contrast can be obtained, and further, the degree of freedom in designing the optical path can be increased. In addition, the amount of drive in the transmissive optical deflection array element can be reduced to enable control with a slight deflection angle, and the responsiveness can be enhanced. Also, analog gradation can be performed by continuously changing the deflection angle.
請求項2記載の透過型光変調アレイ装置は、前記偏向角分離手段が、前記透過型光偏向アレイ素子からの出射光を前記偏向角範囲より広い角度を呈する第1の方向と第2の方向とに分離することを特徴とする。
3. The transmissive light modulation array device according to
この透過型光変調アレイ装置によれば、透過型光偏向アレイ素子からの出射光を広い角度を呈する第1の方向と第2の方向とに分離することにより、画像形成に用いる有用光と画像形成に用いない無用光とを確実に分けてコントラストの向上及び設計の自由度の向上を図ることができる。 According to this transmissive light modulation array device, useful light and image used for image formation are separated by separating the light emitted from the transmissive light deflection array element into a first direction and a second direction that exhibit a wide angle. It is possible to reliably separate unnecessary light that is not used for formation and improve contrast and design freedom.
請求項3記載の透過型光変調アレイ装置は、前記偏向角分離手段が、少なくとも一部に全反射界面を有し、前記透過型光偏向アレイ素子からの出射光を前記全反射界面を透過する透過光と前記全反射界面で反射する反射光とに分離することを特徴とする。 4. The transmission-type light modulation array device according to claim 3, wherein the deflection angle separation means has a total reflection interface at least in part, and transmits light emitted from the transmission-type light deflection array element through the total reflection interface. The transmitted light and the reflected light reflected by the total reflection interface are separated.
この透過型光変調アレイ装置によれば、透過型光偏向アレイ素子からの出射光を、全反射界面を透過する透過光と全反射界面で反射する反射光とに確実に分離することができる。 According to this transmissive light modulation array device, the light emitted from the transmissive light deflection array element can be reliably separated into transmitted light that is transmitted through the total reflection interface and reflected light that is reflected at the total reflection interface.
請求項4記載の透過型光変調アレイ装置は、前記偏向角分離手段が、プリズムを含んで形成されることを特徴とする。 The transmission type light modulation array apparatus according to claim 4 is characterized in that the deflection angle separation means includes a prism.
この透過型光変調アレイ装置によれば、プリズムによって有用光と無用光とを確実に分離することができる。 According to this transmissive light modulation array device, useful light and useless light can be reliably separated by the prism.
請求項5記載の透過型光変調アレイ装置は、前記偏向角分離手段が、前記透過型光偏向アレイ素子の各画素の配置位置に応じて生じた光路差を補正する光路補償プリズムを有することを特徴とする。
6. The transmissive light modulation array device according to
この透過型光変調アレイ装置によれば、各画素間における光路を確実に補正して光路を確実に合わせることができ、画像の品質を高めることができる。 According to this transmissive light modulation array device, it is possible to reliably correct the optical path between the pixels and to match the optical path reliably, and to improve the image quality.
請求項6記載の透過型光変調アレイ装置は、前記偏向角分離手段が、少なくとも一部に光干渉膜を有し、該光干渉膜に前記透過型光偏向アレイ素子からの出射光を導入して、該導入した光を透過光と反射光とに分離することを特徴とする。 7. The transmission type light modulation array device according to claim 6, wherein the deflection angle separation means has an optical interference film at least in part, and introduces outgoing light from the transmission type optical deflection array element into the optical interference film. The introduced light is separated into transmitted light and reflected light.
この透過型光変調アレイ装置によれば、光干渉膜によって透過型光偏向アレイ素子からの出射光を透過光と反射光とに確実に分離することができる。 According to this transmissive light modulation array device, the light emitted from the transmissive light deflection array element can be reliably separated into transmitted light and reflected light by the optical interference film.
請求項7記載の透過型光変調アレイ装置は、前記光干渉膜が、誘電体多層膜を含んで形成されることを特徴とする。 The transmission type light modulation array device according to claim 7 is characterized in that the optical interference film includes a dielectric multilayer film.
この透過型光変調アレイ装置によれば、誘電体多層膜によって形成された光干渉膜によって透過型光偏向アレイ素子からの出射光を透過光と反射光とに確実に分離することができる。 According to this transmissive light modulation array device, the light emitted from the transmissive light deflection array element can be reliably separated into transmitted light and reflected light by the optical interference film formed by the dielectric multilayer film.
請求項8記載の透過型光変調アレイ装置は、前記光干渉膜が、コレステリック液晶を含んで形成されることを特徴とする。 The transmission type light modulation array device according to an eighth aspect is characterized in that the optical interference film is formed including cholesteric liquid crystal.
この透過型光変調アレイ装置によれば、コレステリック液晶を有する光干渉膜によって透過型光偏向アレイ素子からの出射光を透過光と反射光とに確実に分離することができる。 According to this transmissive optical modulation array device, the light emitted from the transmissive optical deflection array element can be reliably separated into transmitted light and reflected light by the optical interference film having cholesteric liquid crystal.
請求項9記載の透過型光変調アレイ装置は、前記光干渉膜が、偏光依存性を有さないことを特徴とする。 The transmission type light modulation array device according to claim 9 is characterized in that the optical interference film does not have polarization dependency.
この透過型光変調アレイ装置によれば、偏光依存性を有さない光干渉膜によって、透過型光偏向アレイ素子からの出射光を、構成の簡略化を図りつつ透過光と反射光とに確実に分離することができる。 According to this transmission type light modulation array device, light emitted from the transmission type light deflection array element can be reliably transmitted and reflected while simplifying the configuration by an optical interference film having no polarization dependency. Can be separated.
請求項10記載の透過型光変調アレイ装置は、前記光干渉膜が、光成分におけるS波のみを透過光と反射光とに分離することを特徴とする。
The transmissive optical modulation array device according to
この透過型光変調アレイ装置によれば、光干渉膜によって、透過型光偏向アレイ素子からの出射光のS波のみを透過光と反射光とに確実に分離することができる。 According to this transmissive light modulation array device, only the S wave of the light emitted from the transmissive light deflection array element can be reliably separated into transmitted light and reflected light by the optical interference film.
請求項11記載の透過型光変調アレイ装置は、前記透過型光偏向アレイ素子が、微小の可動膜を変位させて透過光の方向を変化させる素子であることを特徴とする。
The transmissive light modulation array apparatus according to
この透過型光変調アレイ装置によれば、液晶素子と比較して制御可能な光の波長の選択自由度が大きい。また、静電気力により駆動される素子は高速応答、低消費電力、高集積性に優れる。 According to this transmissive light modulation array device, the degree of freedom of selection of the wavelength of light that can be controlled is greater than that of a liquid crystal element. An element driven by electrostatic force is excellent in high-speed response, low power consumption, and high integration.
請求項12記載の透過型光変調アレイ装置は、前記透過型光偏向アレイ素子の前記入力信号により駆動する前記画素毎に対応する光偏向要素の光入射側に、前記画素のそれぞれに対応してマイクロレンズを形成したマイクロレンズアレイを配置し、該マイクロレンズアレイによる集光位置が前記光偏向要素の偏向駆動位置に設定されていることを特徴とする。 13. The transmissive light modulation array device according to claim 12, wherein a light incident side of a light deflection element corresponding to each of the pixels driven by the input signal of the transmissive light deflection array element corresponds to each of the pixels. A microlens array in which microlenses are formed is arranged, and a condensing position by the microlens array is set to a deflection driving position of the light deflection element.
この透過型光変調アレイ装置によれば、光偏向要素の光入射側に配置したマイクロレンズアレイのマイクロレンズによって、透過型光偏向アレイ素子の光偏向要素へ入射光を集光することができ、画像形成のための入射光の利用効率を高めることができ、さらには、光偏向要素の小型、軽量化を図ることができ、また、光偏向要素の応答性を高めることができる。また、マイクロレンズアレイのマイクロレンズによる集光箇所以外の領域に駆動回路を配置することができ、これにより、集積度を高めることができるとともに、駆動回路における遮光手段を不要とすることができる。 According to this transmission type light modulation array device, incident light can be condensed on the light deflection element of the transmission type light deflection array element by the microlens of the microlens array arranged on the light incident side of the light deflection element. The utilization efficiency of incident light for image formation can be increased, and further, the light deflection element can be reduced in size and weight, and the response of the light deflection element can be improved. In addition, the drive circuit can be arranged in a region other than the condensing portion by the microlens of the microlens array, whereby the degree of integration can be increased and the light shielding means in the drive circuit can be made unnecessary.
請求項13記載の透過型光変調アレイ装置は、前記透過型光偏向アレイ素子の前記入力信号により駆動する前記画素毎に対応する光偏向要素の光入射側及び出射側に、前記画素のそれぞれに対応してマイクロレンズを形成したマイクロレンズアレイをそれぞれ配置したことを特徴とする。
The transmissive light modulation array device according to
この透過型光変調アレイ装置によれば、光偏向要素の光入射側及び出射側にそれぞれ配置したマイクロレンズアレイのマイクロレンズによって、透過型光偏向アレイ素子の光偏向要素へ入射光を集光することができ、画像形成のための入射光の利用効率を高めることができ、さらには、光偏向要素の小型、軽量化を図ることができ、また、光偏向要素の応答性を高めることができる。
また、マイクロレンズアレイのマイクロレンズによる集光箇所以外の領域に駆動回路を配置することができ、これにより、集積度を高めることができるとともに、駆動回路における遮光手段を不要とすることができる。
According to this transmissive light modulation array device, incident light is condensed on the light deflection element of the transmissive light deflection array element by the microlenses of the microlens array respectively arranged on the light incident side and the emission side of the light deflection element. The efficiency of using incident light for image formation can be increased, and further, the light deflection element can be reduced in size and weight, and the response of the light deflection element can be improved. .
In addition, the drive circuit can be arranged in a region other than the condensing portion by the microlens of the microlens array, whereby the degree of integration can be increased and the light shielding means in the drive circuit can be made unnecessary.
請求項14記載の透過型光変調アレイ装置を用いた光学装置は、上記透過型光変調アレイ装置を用いたことを特徴とする。 An optical apparatus using the transmissive light modulation array apparatus according to claim 14 is characterized in that the transmissive light modulation array apparatus is used.
この透過型光変調アレイ装置を用いた光学装置によれば、画像形成の質を大幅に向上させることができ、信頼性を高めることができる。また、この光学装置によれば、大型化、コストアップを招くことなく、良好なコントラストを得ることができ、さらには、光路の設計自由度を高めることができる。 According to the optical device using this transmission type light modulation array device, the quality of image formation can be greatly improved, and the reliability can be improved. Further, according to this optical device, it is possible to obtain a good contrast without increasing the size and cost, and further, it is possible to increase the degree of freedom in designing the optical path.
本発明の透過型光変調アレイ装置によれば、透過型光偏向アレイ素子によって入射されて透過する光を偏向するので、入射側へ反射させる反射型と異なり、表面反射光からなる無用光や迷光による画像形成への影響を確実に防止することができ、画像形成の品質を大幅に向上させることができ、信頼性を高めることができる。また、偏向角分離手段が、透過型光偏向アレイ素子からの出射光を前記透過型光偏向アレイ素子による光の偏向角範囲よりも広い角度に分離するので、大型化、コストアップを招くことなく、光路の設計自由度を高めることができる。しかも、透過型光偏向アレイ素子における駆動量を小さくして、僅かな偏向角による制御を可能とし、応答性を高めることができる。また、偏向角を連続的に変化させることにより、アナログ階調の制御も行うことができる。 According to the transmissive light modulation array device of the present invention, the light that is incident and transmitted by the transmissive light deflection array element is deflected. Therefore, unlike the reflective type that reflects to the incident side, useless light or stray light composed of surface reflected light. Can reliably prevent the influence on the image formation, greatly improve the quality of the image formation, and improve the reliability. Further, since the deflection angle separating means separates the light emitted from the transmissive light deflection array element into an angle wider than the light deflection angle range by the transmissive light deflection array element, without increasing the size and cost. The degree of freedom in designing the optical path can be increased. In addition, the amount of drive in the transmissive optical deflection array element can be reduced to enable control with a slight deflection angle, and the responsiveness can be enhanced. Further, analog gradation can be controlled by continuously changing the deflection angle.
以下、本発明に係る透過型光変調アレイ装置及びこれを用いた光学装置の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
(第1の実施形態)
まず、本発明に係る第1の実施形態について説明する。
図1は第1の実施形態に係る透過型光変調アレイ装置の基本原理を説明する概略構成図、図2は透過型光変調アレイ装置を構成する偏向角分離手段の特性を示すグラフである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of a transmissive light modulation array device and an optical device using the same according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
First, a first embodiment according to the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram for explaining the basic principle of the transmissive light modulation array device according to the first embodiment, and FIG. 2 is a graph showing the characteristics of the deflection angle separation means constituting the transmissive light modulation array device.
図1に示すように、この透過型光変調アレイ装置100は、透過型光偏向アレイ素子101を備えている。この透過型光偏向アレイ素子101は、二次元状に複数の画素を有し、入力信号に応じて駆動されて入射光を透過させる際に、その光を画素毎に微小角度偏向させるものである。ここで、この透過型光偏向アレイ素子101としては、例えば図28,図29に示すような、窓の開いた分割電極で液晶層を挟んだ構造を持ち、分割電極に印加する電圧を制御することにより、液晶層に屈折率分布を付け、透過時に入射光の光路を偏向する液晶偏向素子が用いられる。また、本発明人が出願中の特許(特願2004−168097号)に記載されている微小透明光学部材(例えば微小プリズム)を電気機械動作により傾斜変位させて微小透明光学部材からの光出射方向を変化させる透過型光変調アレイ素子などのように所謂MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)による透過型光偏向アレイ素子が用いられる。
As shown in FIG. 1, the transmissive light
この透過型光偏向アレイ素子101には、光路の前方に、偏向角分離手段として、光路分離プリズム103を備えている。この光路分離プリズム103は、透過型光偏向アレイ素子101によって偏向された光を、その光路に応じて全反射界面103aを透過させる透過光と、全反射界面103aで反射する反射光とに分離すると共に、透過光と反射光とのなす角を透過型光偏向アレイ素子101による微小な偏向角より十分に大きい角度φで分離するものである。
The transmissive light
ここで、この光路分離プリズム103は、図2に示すように、全反射界面103aの特性が、この全反射界面103aの法線Nに対して透過型光偏向アレイ素子101を透過して入射する光の入射角θiが、全反射界面103aの全反射臨界角θc以上である場合に、その光を全反射させ、入射角が全反射臨界角θcよりも小さい場合に、その光を透過させる。
つまり、この光路分離プリズム103は、臨界角θc以上の角度θ1の光を、全反射界面103aで全反射させ、臨界角θcよりも小さい角度θ2の光を、全反射界面103aで透過させる。
Here, as shown in FIG. 2, the optical
That is, the optical
また、この透過型光変調アレイ装置100は、光路分離プリズム103の全反射界面103aに対して十分な空隙(例えば、光の波長をλとした場合、2λ以上)をあけて配置された光路補償プリズム105を有している。
この光路補償プリズム105は、光路分離プリズム103の全反射界面103aを透過して外部へ光を出射させる際に、各画素に生じた光路を補正するもので、この光路補償プリズム105を透過した光は、画素毎に光路が補正され、出射する際に、それぞれの光路が合わされる。
Further, the transmission type light
The optical
このように、透過型光変調アレイ装置100によれば、透過型光偏向アレイ素子101によって、入射されて透過する光の光路を偏向するので、入射側へ反射させる反射型と異なり、表面反射光からなる無用光や迷光による画像形成への影響を確実に防止することができ、画像形成の品質を大幅に向上させることができ、信頼性を高めることができる。
また、偏向角分離手段である光路分離プリズム103が、透過型光偏向アレイ素子101からの出射光を透過型光偏向アレイ素子101による光路の偏向角範囲よりも広い角度に分離するので、大型化、コストアップを招くことなく、良好なコントラストを得ることができ、さらには、光路の設計自由度を高めることができる。
As described above, according to the transmissive light
Further, the optical
しかも、透過型光偏向アレイ素子101における駆動量を小さくして、僅かな偏向角による制御を可能とし、応答性を高めることができる。また、偏向角を連続的に変化させることにより、アナログ階調も行うことができる。さらに、光路補償プリズム105により、各画素間における光路を確実に補正して光路を確実に合わせることができ、画像の品質を高めることができる。
In addition, the drive amount in the transmissive optical
次に、上記の透過型光変調アレイ装置100を備えた光学装置の構成例を説明する。
図3は、透過型光変調アレイ装置を備えた光学装置の一構成例を示す概略構成図である。
この光学装置110は、光路分離プリズム103の全反射界面103aを透過した光を有用光とし、全反射界面103aで反射した光を無用光とするものである。
Next, a configuration example of an optical device including the transmissive light
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an example of the configuration of an optical device provided with a transmissive light modulation array device.
In this
つまり、図3に示すように、この光学装置110では、光路分離プリズム103の全反射界面103aを透過し、光路補償プリズム105で画素毎にプリズム内での光路が合わされた有用光は、結像投影レンズ107を介して投影面109に導かれて結像する。また、光分離プリズム103の全反射界面103aで反射した無用光は、遮光板111に導かれる。
そして、この光学装置110では、露光システムとして用いる場合は、投影面109に配設した感光材料に画像を露光することができ、また、プロジェクタとして用いる場合は、スクリーン等の投影面109に画像を表示させることができる。
That is, as shown in FIG. 3, in this
In the
そして、この透過型光変調アレイ装置100を備えた光学装置110によれば、画像形成の質を大幅に向上させることができ、信頼性を高めることができる。また、大型化、コストアップを招くことなく、良好なコントラストを得ることができ、さらには、光路の設計自由度を高めることができる。
According to the
図4は、透過型光変調アレイ装置を備えた光学装置の他の構成例を示す概略構成図である。
この光学装置120は、全反射界面103aで反射した光を有用光とし、光路分離プリズム103の全反射界面103aを透過した光を無用光とするものである。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram illustrating another configuration example of the optical device including the transmissive light modulation array device.
The
つまり、図4に示すように、この光学装置120では、光分離プリズム103の全反射界面103aで反射した有用光は、結像投影レンズ107を介して投影面109に導かれて結像する。また、光路分離プリズム103の全反射界面103aを透過した無用光は遮光板111に導かれる。
そして、この光学装置120でも、露光システムとして用いる場合は、投影面109に配設した感光材料に画像を露光することができ、また、プロジェクタとして用いる場合は、スクリーン等の投影面109に画像を表示させることができる。
That is, as shown in FIG. 4, in the
The
そして、この透過型光変調アレイ装置100を備えた光学装置120の場合も、画像形成の品質を大幅に向上させることができ、信頼性を高めることができる。また、大型化、コストアップを招くことなく、良好なコントラストを得ることができ、さらには、光路の設計自由度を高めることができる。
なお、この光学装置120では、全反射界面103aで反射した光を有用光とし、光路分離プリズム103の全反射界面103aを透過した光を無用光とするため、光路分離プリズム103の全反射界面103aを透過した画素毎の有用光の光路は、殆ど一致しており合わせる必要がなく、光路補償プリズム105は設けられていない。
And also in the case of the
In the
(第2の実施形態)
次に、本発明に係る第2の実施形態について説明する。
図5は、第2の実施形態に係る透過型光変調アレイ装置を説明する概略構成図、図6は、第2の実施形態の透過型光変調アレイ装置に用いられる光干渉膜の原理を説明する断面図、図7及び図8は、光干渉膜の特性を示すグラフである。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment according to the present invention will be described.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram for explaining a transmissive light modulation array device according to the second embodiment, and FIG. 6 explains the principle of an optical interference film used in the transmissive light modulation array device according to the second embodiment. FIGS. 7 and 8 are graphs showing the characteristics of the optical interference film.
図5に示すように、この透過型光変調アレイ装置200は、透過型光偏向アレイ素子101の光路の前方に、偏向角分離手段として、光干渉膜201を有している。
この光干渉膜201は、透過型光偏向アレイ素子101に対して所定角度に傾斜されて設置されている。なお、ここでは、透過型光偏向アレイ素子101に対して45°に傾けられている。
As shown in FIG. 5, this transmissive optical
The
この光干渉膜201は、透過型光偏向アレイ素子101によって光路が偏向された所定の波長の光を、その光路に応じて透過させる透過光と反射する反射光とに分離するものである。
この光干渉膜201は、図6に示すように、ガラス基板203に誘電体多層膜205を形成した構造とされており、誘電体多層膜205は、酸化チタン(TiO2)と酸化シリコン(SiO2)とを交互に積層することにより形成されている。
The
As shown in FIG. 6, the
本実施形態では、誘電体多層膜205の酸化チタンと酸化シリコンとの積層構造を、表1に示す膜構造とすることにより、波長λ=520nmの光を誘電体多層膜205の法線に対して入射角θ1=45°で入射させると、この光を反射し、入射角θ2=10°で入射させると、この光を透過させる特性が生じる。
In this embodiment, the multilayer structure of the
また、この誘電体多層膜205は、図7及び図8に示すように、波長λ=520nmの光成分のS波及びP波のそれぞれについて、入射角θ1=45°で反射し、入射角θ2=10°で透過する特性を有している。
Further, as shown in FIGS. 7 and 8, the
そして、この誘電体多層膜205を備えた透過型光変調アレイ装置200では、透過型光偏向アレイ素子101を透過した波長λ=520nmの光が、入射角度θ1=45°で光干渉膜201に入射すると、この光は、光干渉膜201で全反射される。また、透過型光偏向アレイ素子101を透過して偏向された波長λ=520nmの光が、入射角度θ2=10°で光干渉膜201に入射すると、この光は、光干渉膜201を透過する。この特性は、S波、P波共に共通である。
In the transmissive optical
つまり、透過型光変調アレイ装置200によれば、光干渉膜201の誘電多層膜205によって透過型光偏向アレイ素子101からの出射光を透過光と反射光とに確実に分離することができる。
That is, according to the transmissive optical
なお、光干渉膜201は、誘電体多層膜205の膜構造を適宜変更することにより、種々の波長の光に対する入射角度に応じた透過あるいは反射の特性を変えることができる。
The
ここで、他の特性を有する光干渉膜について説明する。
図9はS波のみ偏向させる光学システムの概略図、図10及び図11は図9の光干渉膜の特性を示すグラフである。
図9に示すように、図5に示す透過型光変調アレイ装置200の場合と同様に、透過型光偏向アレイ素子101の光路の前方には、偏向角分離手段として、光干渉膜202が設けてある。この光干渉膜201は、透過型光偏向アレイ素子101に対して所定角度に傾斜されて設置されている。なお、ここでは、透過型光偏向アレイ素子101に対して45°に傾けられている。
Here, an optical interference film having other characteristics will be described.
FIG. 9 is a schematic diagram of an optical system for deflecting only S waves, and FIGS. 10 and 11 are graphs showing characteristics of the optical interference film of FIG.
As shown in FIG. 9, as in the case of the transmissive optical
この光干渉膜202は、誘電体多層膜からなり、波長λ=520nmの光成分のS波のみを入射角θ1=52°で反射し、S波(及びP波)を入射角θ2=40°で透過する特性を有している。
The
つまり、この光干渉膜202を備えた透過型光変調アレイ装置では、例えばS波のみの光成分の変調を行う場合に用いられ、透過型光偏向アレイ素子101における光の偏向角度θ1−θ2を12°(52°−40°)としている。
この光干渉膜202を構成する誘電体多層膜は、図10及び図11に示すように、波長λ=520nmの光成分のS波及びP波のそれぞれについて、入射角θ1=45°で反射し、入射角θ2=10°で透過する特性を有している。
なお、この偏光依存性を有する誘電体多層膜は、その膜構造を、表2に示す構造とすることにより得られる。
That is, in the transmissive optical modulation array apparatus provided with the
As shown in FIGS. 10 and 11, the dielectric multilayer film constituting the
The polarization-dependent dielectric multilayer film can be obtained by setting the film structure as shown in Table 2.
そして、この透過型光変調アレイ装置は、例えば一軸偏光されたレーザ光源や、放電ランプ等の無偏光光源を一軸に偏光した光源に適用できる。この透過型光変調アレイ装置によれば、透過型光変調アレイ素子における偏向角度をより小さくできるので駆動量が小さく高速応答が可能となる。また、光学システムに要求される許容誤差を大きくすることが可能となり、低コスト化が図られる。 The transmissive light modulation array device can be applied to a uniaxially polarized laser light source or a non-polarized light source such as a discharge lamp. According to this transmissive light modulation array device, the deflection angle in the transmissive light modulation array element can be made smaller, so that the drive amount is small and high-speed response is possible. In addition, the tolerance required for the optical system can be increased, and the cost can be reduced.
(第3の実施形態)
次に、本発明に係る第3の実施形態について説明する。
図12は、第3の実施形態に係る透過型光変調アレイ装置に用いられるコレステリック液晶装置を説明する概略構成図、図13は、第3の実施形態の透過型光変調アレイ装置に用いられる液晶装置の原理を説明する断面図、図14は、液晶装置の特性を示すグラフである。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment according to the present invention will be described.
FIG. 12 is a schematic configuration diagram for explaining a cholesteric liquid crystal device used in the transmissive light modulation array device according to the third embodiment, and FIG. 13 is a liquid crystal used in the transmissive light modulation array device according to the third embodiment. FIG. 14 is a graph showing the characteristics of the liquid crystal device.
図12に示すものは、透過型光偏向アレイ素子101の光路の前方に、偏向角分離手段として設置されるコレステリック液晶フィルタ300である。
このコレステリック液晶フィルタ300は、ITO等からなる一対の透明電極301と、その内側に形成された配向層303と、配向層303に囲まれたコレステリック液晶層305とからなる。
FIG. 12 shows a cholesteric
The cholesteric
コレステリック液晶層305は、コレステリック液晶分子が層に対して平行に配向され、層の垂直方向に対して螺旋構造を呈している。
ここで、コレステリック液晶層305の常光屈折率をno、異常光屈折率をne、複屈折率をΔn、平均屈折率をnとすると、複屈折率Δnは(1)式で表せる。
The cholesteric
Here, when the ordinary light refractive index of the cholesteric
Δn=ne−no (1)
また、平均屈折率nは、近似的に(2)式により表せる。
n=(ne+no)/2 (2)
Δn = ne−no (1)
Further, the average refractive index n can be approximately expressed by the equation (2).
n = (ne + no) / 2 (2)
さらに、コレステリック液晶層305の螺旋ピッチをP[nm]とした場合、コレステリック液晶層305はブラッグ反射の原理で選択的に反射する特性を示す。即ち、入射角θ[deg]でコレステリック液晶層305に入射した光が選択的に反射された場合の入射光の中心波長λ(θ)[nm]は(3)式で表せる。
λ(θ)=λ(0)・cos[sin−1(sinθ/n)] (3)
Further, when the spiral pitch of the cholesteric
λ (θ) = λ (0) · cos [sin −1 (sin θ / n)] (3)
ただし、入射光は空気(屈折率=1)から入射させるものとする。ここで、λ(0)[nm]は入射角がθ、即ち、層に対して垂直入射したときの中心波長であり、(4)式で表せる。
λ(0)=n・P (4)
また、反射波長幅Δλ[nm]は(5)式で表せる。
Δλ=Δn・P (5)
However, incident light is assumed to be incident from air (refractive index = 1). Here, λ (0) [nm] is an incident angle θ, that is, a center wavelength when perpendicularly incident on the layer, and can be expressed by Expression (4).
λ (0) = n · P (4)
Also, the reflection wavelength width Δλ [nm] can be expressed by equation (5).
Δλ = Δn · P (5)
従って、コレステリック液晶層305の物性値である常光屈折率no、異常光屈折率ne、螺旋ピッチPを制御して層を形成することにより、入射角θに応じて変化する任意の反射中心波長λ(θ)と、所望の反射波長幅Δλを有した光学フィルタを形成できる。例えば、螺旋ピッチPの調整は、螺旋ピッチの異なる2種以上の材料を混合して調整する等の製法により可能である。
さらに、対象とする入射光の波長域が広い場合は、コレステリック液晶層305の選択反射波長域も広げる必要がある。この場合は、螺旋ピッチが厚み方向で連続的に異なるように液晶を配向させることで反射波長域を広げることができる。また、異なる選択反射波長域のコレステリック液晶層305を積層することによっても反射波長域を広げることができる。
Therefore, by forming the layer by controlling the ordinary light refractive index no, the extraordinary light refractive index ne, and the helical pitch P, which are physical properties of the cholesteric
Furthermore, when the wavelength range of the incident light to be processed is wide, it is necessary to widen the selective reflection wavelength range of the cholesteric
なお、このコレステリック液晶層305は、次のようにして製造できる。
コレステリック液晶を成膜する支持体上にポリイミド配向膜を塗布、乾燥し、ラビングによる表面処理を行う。これにより、ポリイミド配向膜が形成される。この上に、低分子コレステリック液晶、又はネマチック液晶とねじれを発現させるカイラル剤の混合物、高分子モノマー、光重合開始剤を有機溶剤で混合させた調整液により塗布した後、適当な温度で配向させる。その後、必要な部分に紫外線を露光して光重合させ、現像により不要部分を除去する。最後に高温ベークを行って安定させる。
ねじれ方向及び反射入射角度を制御するためには、コレステリック液晶、カイラル剤、及び各々の濃度を適宜変更すればよい。
The cholesteric
A polyimide alignment film is applied on a support on which a cholesteric liquid crystal is formed, dried, and subjected to surface treatment by rubbing. Thereby, a polyimide alignment film is formed. On top of this, a low molecular weight cholesteric liquid crystal, or a mixture of a nematic liquid crystal and a chiral agent that develops twist, a polymer monomer, and a photopolymerization initiator mixed with an organic solvent are applied and then aligned at an appropriate temperature. . Thereafter, the necessary portions are exposed to ultraviolet light for photopolymerization, and unnecessary portions are removed by development. Finally, heat bake to stabilize.
In order to control the twist direction and the reflection incident angle, the cholesteric liquid crystal, the chiral agent, and the respective concentrations may be appropriately changed.
また、高分子コレステリック液晶を用いて成膜することも可能である。この場合は、上記同様にポリイミド配向膜の上に高分子コレステリック液晶と光重合開始剤を有機溶媒で混合させた調整液により塗布した後、適当な温度で配向させ、必要な部分に紫外線を露光して光重合させる。反射入射角度は、配向温度を適宜選択することで制御でき、光重合により安定化する。 It is also possible to form a film using a polymer cholesteric liquid crystal. In this case, as described above, a polymer cholesteric liquid crystal and a photopolymerization initiator are coated on a polyimide alignment film with an adjustment solution mixed with an organic solvent, and then aligned at an appropriate temperature, and ultraviolet rays are exposed to necessary portions. And photopolymerized. The reflection incident angle can be controlled by appropriately selecting the alignment temperature, and is stabilized by photopolymerization.
ここで、この構成のコレステリック液晶フィルタ300の特性について、図13及び図14によって説明する。
このコレステリック液晶層305(図12参照)は、左ねじれコレステリック液晶層と右ねじれ液晶層を重ねた例で、反射波長域では全偏光成分を反射する。入射角がθ0からθ1までの場合では、分光透過率が入射光の波長λ(例えばλ=520nm)に対して略0%となって反射状態となるが、入射角がさらに大きい角度θ2、θ3となると、分光透過率の透過特性が短波長側にシフトするため入射光が透過する。
つまり、透過型光偏向アレイ装置として前述のコレステリック液晶フィルタ300を透過型光偏向アレイ素子の出射側に適宜配置することにより、透過型光偏向アレイ素子からの出射光がコレステリック液晶フィルタに対して角度θ1以下で入射する場合はコレステリック液晶フィルタによって反射され、透過型光偏向アレイ素子からの出射光がコレステリック液晶フィルタに対して角度θ2以上で入射する場合はコレステリック液晶フィルタを透過する。従って、透過型偏向アレイ素子の出射光を透過光と反射光とに分離することが可能となる。
Here, the characteristics of the cholesteric
The cholesteric liquid crystal layer 305 (see FIG. 12) is an example in which a left-handed cholesteric liquid crystal layer and a right-handed twisted liquid crystal layer are overlapped, and reflects all polarized components in the reflection wavelength region. When the incident angle is from θ 0 to θ 1 , the spectral transmittance is approximately 0% with respect to the wavelength λ of the incident light (for example, λ = 520 nm), and the light is reflected, but the angle θ is larger. At 2 and θ 3 , the incident light is transmitted because the transmission characteristic of the spectral transmittance is shifted to the short wavelength side.
In other words, by appropriately arranging the cholesteric
この構成によれば、前述の偏向角分離手段と同様な作用効果が得られると共に、塗布法等により成膜できるので、より低コストで透過型光偏向アレイ素子101からの出射光を透過光と反射光とに確実に分離する偏向角分離手段を実現することができる。 According to this configuration, the same effect as the above-described deflection angle separation means can be obtained, and film formation can be performed by a coating method or the like. It is possible to realize a deflection angle separation unit that reliably separates the reflected light.
(第4の実施形態)
次に、透過型光変調アレイ装置にマイクロレンズアレイを設けたものを第4の実施形態として説明する。
図15は、第4の実施形態に係る透過型光変調アレイ装置を示す概略構成図、図16は、透過型光変調アレイ装置の要部を拡大した概略構成図である。
図に示すように、この透過型光変調アレイ装置400では、透過型偏向アレイ素子101における光の入射側に、マイクロレンズアレイ401が配設されている。このマイクロレンズアレイ401は、透過型偏向アレイ素子101の各画素に対応する複数のマイクロレンズ403を有している。
(Fourth embodiment)
Next, a transmissive light modulation array device provided with a microlens array will be described as a fourth embodiment.
FIG. 15 is a schematic configuration diagram showing a transmissive light modulation array device according to the fourth embodiment, and FIG. 16 is a schematic configuration diagram enlarging a main part of the transmissive light modulation array device.
As shown in the figure, in the transmissive light
ここで、図16に示すように、透過型光偏向アレイ素子101は、例えば前述の微小プリズムなどを電気機械動作により傾斜変位させて微小透明光学部材からの光出射方向を変化させるような所謂MEMS型の透過型光変調アレイ素子が好適に用いられる。この透過型光変調アレイ素子101は、素子基板101aと対向基板101bとを備え、これら素子基板101aと対向基板101bとの間に、画素毎の光偏向要素101cを有している。
そして、このマイクロレンズアレイ401は、入射光を各マイクロレンズ403で透過型光偏向アレイ素子101の各光偏向素子101cに集光させる。これにより、集積度を高めることができるとともに、駆動回路における遮光手段を不要とすることができる。
Here, as shown in FIG. 16, the transmissive light
The microlens array 401 condenses incident light on each
そして、このマイクロレンズアレイ401を備えることにより、光偏向要素101cの光入射側に配置したマイクロレンズアレイ401のマイクロレンズ403によって、透過型光偏向アレイ素子101の光偏向要素101cへ入射光を集光することができ、画像形成のための入射光の利用効率を高めることができ、さらには、光偏向要素101cの小型、軽量化を図ることができ、これにより、光偏向要素101cの応答性を高めることができる。
By providing the microlens array 401, incident light is collected on the
また、マイクロレンズアレイ401のマイクロレンズ403による集光箇所以外の領域に駆動回路を配置することができ、これにより、集積度を高めることができるとともに、駆動回路における遮光手段を不要とすることができる。
なお、マイクロレンズアレイ401の配置場所は、光偏向要素101cの入射側であれば、いずれの場所であっても良い。
In addition, the drive circuit can be arranged in a region other than the condensing portion by the
Note that the arrangement position of the microlens array 401 may be any place as long as it is on the incident side of the
また、図17及び図18に示すものは、複数のマイクロレンズアレイ401を備えた透過型光変調アレイ装置410である。
図18に示すように、この透過型光変調アレイ装置410では、透過型偏向アレイ素子101の素子基板101aの入射側の入射側マイクロレンズアレイ401aを備え、また、対向基板101bの入射側に出射側マイクロレンズアレイ401bを備えている。
FIG. 17 and FIG. 18 show a transmissive light
As shown in FIG. 18, the transmissive light
そして、この透過型光変調アレイ装置410では、入射側マイクロレンズアレイ401aが、入射光を各マイクロレンズ403で透過型光偏向アレイ素子101の各光偏向素子101cに集光させる。
さらに、出射側マイクロレンズアレイ401bは、各光偏向素子101cから出射された光を各マイクロレンズ403によってさらに集光し、対向基板101bに出射させる。
In this transmissive light
Further, the emission-
これにより、この透過型光偏向アレイ素子101では、光偏向要素101cを駆動させるために素子基板101aに設けられた、例えば、CMOSや電極などによって入射光が遮られるような不具合がなくされ、さらに、光偏向要素101cからの光を集光して広がりが抑えられて略平行光とされ、下流側の光路分離プリズム103などの偏向角分離手段へ出射させるので、下流側における光路分離系や結像系の設計自由度を向上させることができる。
As a result, this transmission type optical
なお、入射側マイクロレンズアレイ401aの配置場所は、光偏向要素101cの入射側であれば、いずれの場所であっても良く、また、出射側マイクロレンズアレイ401bの配置場所は、光偏向素子101cの出射側であれば、いずれの場所であっても良い。
The arrangement position of the incident
(第5の実施形態)
次に、上記実施形態に係る透過型光変調アレイ装置を採用した光学機器を第5の実施形態として説明する。
図19は、透過型光偏向アレイ素子を用いた第5の実施形態による露光装置の構成図、図20は、露光装置のブロック図、図21は、露光ヘッドの構成図である。
上記した透過型光変調アレイ素子は、例えば図19に示す露光装置500に好適に用いることができる。この場合の透過型光変調アレイ素子は、例えば上記の透過型光変調素子100にマイクロレンズアレイ401a等を備えて構成することができる。この露光装置500は、露光対象物501を外周面に吸着して保持するドラム503と、ドラム503の回転軸に沿って延在するガイド軸505に移動自在に支持される副走査ユニット507とを基本構成として備える。ドラム503は図示しない回転駆動モータによって図19の反時計回りに回転される。副走査ユニット507は、図示しない水平駆動モータによって図19の左右方向に移動される。ここで、露光対象物501は、ドラム503の回転によるD方向が主走査方向となり、副走査ユニット507の移動によるL方向が副走査方向となる。
(Fifth embodiment)
Next, an optical apparatus that employs the transmissive light modulation array device according to the above embodiment will be described as a fifth embodiment.
FIG. 19 is a block diagram of an exposure apparatus according to the fifth embodiment using a transmissive light deflection array element, FIG. 20 is a block diagram of the exposure apparatus, and FIG. 21 is a block diagram of an exposure head.
The above-described transmission type light modulation array element can be suitably used, for example, in an
副走査ユニット507は、図19に示すように、透過型光偏向アレイ装置509と、結像レンズ系511を備える。ドラム503の回転位置は主走査位置検出器513によって検出され、副走査ユニット507の移動位置は副走査位置検出器515によって検出される。これら主走査位置検出器513及び副走査位置検出器515によって検出された位置信号は、信号発生器517に入力される。信号発生器517は、これらの位置信号に基づき、上位制御部から送られる画像信号に応じて変調信号、光源信号を透過型光偏向アレイ装置509へ出力する。結像レンズ系511は、透過型光偏向アレイ装置509から変調されて出射されたレーザ光を露光対象物501の表面に倍率を変えて結像させる組合ズームレンズ511a、511bで構成される。
As shown in FIG. 19, the
透過型光偏向アレイ装置509は、透過型光偏向アレイ素子101が副走査方向に複数配列されている。従って、この配列方向に直行する方向(主走査方向)で露光対象物501と副走査ユニット507とを相対移動させると、透過型光偏向アレイ素子101の配列数と同数の画素数で、1ライン分を露光対象物501の同方向に露光することができる。
In the transmissive light
露光対象物501の主走査方向への移動と共に、画像信号が1ライン分、変調信号、光源信号とし透過型光偏向アレイ素子101へ送出され、それぞれの透過型光偏向アレイ素子101がオンオフ制御される。これにより副走査ユニット507から出射される露光光がオンオフされて、露光対象物501が、主走査方向に透過型光偏向アレイ素子101の数と同数の画素単位で露光され、1ライン分の走査露光が行われる。その後、副走査ユニット507が副走査方向に移動され、同様にして次の1ライン分が順次に露光されて行く。
As the
ところで、透過型光偏向アレイ装置509は、図21に示すように、光源からの光を偏向する透過型光偏向アレイ素子101と、透過型光偏向アレイ素子101からの出射光をこの透過型光偏向アレイ素子101の偏向角範囲よりも広い角度に分離して出射させる光路分離プリズム103、及び光路補償プリズム105を有する透過型光変調アレイ装置110を備える。
By the way, as shown in FIG. 21, the transmissive optical
透過型光偏向アレイ素子101を透過した光は、光路分離プリズム103に入射し、この光路分離プリズム103では、透過型光偏向アレイ素子101から出射される光の入射角度に応じて、光路分離プリズム103の全反射界面103aを透過する有用光と、全反射界面103aで全反射する無用光とに分離する。
その後、全反射界面103aを透過した有用光は、光路補償プリズム105で画素毎に光路が合わされて出射される。
このようにして光変調された光は、結像レンズ系511により、露光対象物501に照射される。従って、反射光を結像レンズ系511を介して露光対象物501に露光し、画像記録すれば、露光或いは画像記録が可能となる。
なお、光分離プリズム103の全反射界面103aで反射した無用光は、遮光板111に導かれる。
The light transmitted through the transmissive light
Thereafter, the useful light transmitted through the
The light thus modulated is irradiated onto the
The useless light reflected by the
そして、この露光装置500によれば、光偏向アレイ素子が透過型であるため光偏向アレイ素子における迷光や表面反射光などの発生が抑制され、また、光路分離プリズムにより有用光のみが分離されて露光対象物501に導かれ、無用光は遮光されるために高コントラストの露光を得ることができる。さらに光偏向アレイ素子が透過型であるため、入射側の光学系と出射側の光学系を異なる側に配置できることから光学系の大型化、煩雑化、コストアップを抑えることができ、また光路の設計自由度を高めることができる。
According to this
また、露光対象物501は、ドラム503に保持される記録媒体の他、スクリーンであってもよい。この場合、画像信号に応じて透過型光偏向アレイ素子101を駆動制御し、透過型光偏向アレイ素子101を透過する光を、投影レンズを介してスクリーンに投影すれば、透過型光変調アレイ素子101を用いたプロジェクタが得られる。
Further, the
なお、上記露光装置500では、第1の実施形態で示した透過型光変調アレイ装置を備えた光学装置110を用いたが、露光装置に用いて好適な透過型光変調アレイ装置としては、第1の実施形態のものに限定されない。
また、前述の光学装置において、全反射界面103aで反射した光を有用光とし、光路分離プリズム103の全反射界面103aを透過した光を無用光とする構成としてもよい。
In the
In the above-described optical device, the light reflected by the
100,200,400,410 透過型光変調アレイ装置
101 透過型光偏向アレイ素子
101c 光偏向要素
103 光路分離プリズム(偏向角分離手段)
103c 全反射界面
105 光路補償プリズム
110,120 光学装置
201 光干渉膜(偏向角分離手段)
205 誘電体多層膜
305 コレステリック液晶
401 マイクロレンズアレイ
403 マイクロレンズ
500 露光装置(光学装置)
100, 200, 400, 410 Transmission type light
103c
205
Claims (14)
前記入力信号に応じて駆動され入射されて透過する光の光路を画素毎に偏向可能な透過型光偏向アレイ素子と、
前記透過型光偏向アレイ素子における光の出射側に配置され、前記透過型光偏向アレイ素子からの出射光を、前記透過型光偏向アレイ素子による光路の偏向角範囲よりも広い角度に分離する偏向角分離手段とを備えたことを特徴とする透過型光変調アレイ装置。 A transmissive light modulation array device in which a plurality of pixels are arranged in a one-dimensional or two-dimensional manner and modulates light emitted from the pixels in accordance with an input signal,
A transmission type optical deflection array element capable of deflecting for each pixel an optical path of light that is driven according to the input signal and is incident and transmitted;
A deflection which is arranged on the light emission side of the transmissive light deflection array element and separates the emitted light from the transmissive light deflection array element into an angle wider than the deflection angle range of the optical path by the transmissive light deflection array element. A transmission type light modulation array device comprising an angle separating means.
該マイクロレンズアレイによる集光位置が前記光偏向要素の偏向駆動位置に設定されていることを特徴とする請求項1〜請求項11のいずれか1項記載の透過型光変調アレイ装置。 A microlens array in which a microlens is formed corresponding to each of the pixels on the light incident side of the light deflection element corresponding to each of the pixels driven by the input signal of the transmissive light deflection array element;
The transmission light modulation array device according to any one of claims 1 to 11, wherein a condensing position by the microlens array is set to a deflection driving position of the light deflection element.
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