JP3126368B2

JP3126368B2 - 画像縮小拡大投影装置

Info

Publication number: JP3126368B2
Application number: JP02165043A
Authority: JP
Inventors: 芳夫吉岡; 皓二桑原; 真矢野; 清斉藤; 清奥村; 実藤本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-06-22
Filing date: 1990-06-22
Publication date: 2001-01-22
Anticipated expiration: 2016-01-22
Also published as: KR920001951A; DE69121796D1; EP0463500A1; DE69121796T2; EP0463500B1; US5260728A; JPH0461141A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はレーザマーカ、画像投影装置等、光に画像情
報を与えたものを縮小又は拡大して投影する画像縮小拡
大投影装置に係わり、特に、一定の光強度の確保に好適
な画像縮少拡大投影装置に関する。

〔従来の技術〕

光に画像情報を与え、それを縮小又は拡大して投影す
る画像縮小拡大投影装置の例としては、レーザマーキン
グ装置、即ち、レーザマーカがある。レーザマーカは、
レーザ光線によってICなどの対象物に品名、管理コード
等をマーキングするものである。

従来、レーザマーカには、レーザ光線を、マーキング
情報を形成したマスクを通して照射し、ICなどの表面に
マーキング情報を焼付けるマスク式が開発されている。
このマスク式のマーカは、マーキング情報を変更する場
合、金属製の情報をくり抜いたマスク又はガラス板に情
報をエッチング像として形成したマスクをその都度交換
する必要があり、したがって、マスクの管理、作成、交
換の手段、マスクの費用の増加など、ユーザにとって不
経済であり、かつ省力の面でも不便が多い。

これに対して、予め作っておいた文字、数字、パター
ンを光学系の操作によって選定し、希望の場所に焼付け
る新しい方式、即ち、タイプライタ式マーカも開発され
てきたが、これは予め用意したパターンや文字のみしか
利用できない上、操作光学系が複雑になり、高速化も困
難になるなどの欠点がある。

これに対して、第28図に示すように、マーキング情報
を液晶マスク11に形成し、レーザ光線を通過させ、対象
物上に結像させる液晶式のレーザマーカが開発された
（特開昭64−11088号公報）。この方式はマーキング情
報を電子的に液晶画像として表示させることができるの
で、従来のマスク式マーカのように、マスクを作成した
り交換する手数や、マスクを管理する手数が省け、マス
ク代の節約も可能となる大きな利点がある。なお、第28
図において、１はレーザロッド、２は励起用フラッシュ
ランプ、３は全反射鏡、４は出力鏡、７は内部レーザビ
ーム、８はブリュースター窓、９は出力ビーム、10はビ
ーム拡張器、12はビームスプリッタ、13はレンズ、14は
マーキング対象物である。

一方、本発明が係わる画像縮小拡大投影装置の他の例
として、液晶プロジェクションTVとしてて最近注目を浴
びている画像投影装置がある。この装置もレーザマーカ
と同様に、液晶素子に画像を形成し、光をこの液晶素子
に通すことにより光に画像情報を与え、投影するもので
ある。ただし、光源には白色光が用いられ、画像情報を
与えられた光は投影レンズで拡大されてスクリーン上に
写し出される、また、カラー画像投影装置にあっては、
光源の光をR,G,Bの３原色に分離し、これら３原色の各
光路に液晶素子が配置され、３つの色の光りに画像情報
が与えられた後、再合成される。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の液晶式のマーカは、上述したようにマスク式に
比べマーキング情報の変更が容易でかつ経済的に行える
利点があるが、これにも次の欠点があった。即ち、液晶
式マーカにおいては、通常はNd:YAGロッド１を用いたパ
ルスレーザの出力光線７を、ブリュースタ窓８を用いて
直線偏光にしてマーキングに用いている。この方式にお
いて、マーキングの速度を上げるために、パルス発振の
周波数を上げると、それに要するフラッシュランプ２の
励起のエネルギーにより、YAGロッド１の内部に温度勾
配が生じ、第29図に示すように円筒状ロッドの外周付近
に強い引っ張り応力が加わることになる。

一般には、励起パワーの増加はYAGロッドの変形を起
こし、これは熱レンズ効果となってYAGロッドが共振系
の焦点の狂いをもたらすが、レーザマーカのようなパル
ス励起では、この熱レンズ効果そのものは大きな支障に
ならない。しかし、内部応力によって生ずる歪みは、第
29図の任意の点Ｐにおいて半径方向の屈折率nrと周方向
の屈折率ｎφとが異なる複屈折現象を発生することにな
る。液晶マスクによる画像は、直線偏光出力９の偏光面
を、液晶素子11に加えられる電界によって回転させ、そ
の結果として画像表示ができるものであるから、入射光
は必ず一定な直線偏光が要求される。しかるに複屈折現
象が発生すると、その部分で楕円偏光が生じ、その結
果、直線偏光の面内強度分布が変化し、第30図に示すよ
うな、いわゆる十字モードと言われる出力の強度分布を
示すようになる。第30図において、19はランダム偏光時
又は複屈折のない場合のビーム形状、20は複屈折が生じ
た場合のビーム22の形状（十字モード）、21はビーム22
と直交する偏光面の光である。このような現象が生ずる
と、せっかく発生したレーザ光線９の十字状の部分のみ
しか使えないので、部分的にしかマーキングができない
ことになる。

IC等のマーキングについては、ASIC（Application Sp
ecified IC）など、製品名称の多様化、ロッド管理、生
産管理等のため情報量が年々大きくなっている。したが
って、利用できる光量が40〜50％に低下することは従来
のマスク方式に比して小面積のマーキングになり、好ま
しくない。レーザ出力を増加させることは、電源及びYA
Gロッド装置寸法を大きくするので、不経済になる。

一方、画像投影装置、即ち、液晶プロジェクションTV
においては、直線偏光を得るため光源の光をビームスプ
リッタによりＰ波とＳ波の両偏光成分に分離し、その一
方を使用する方式が提案されている。したがって、この
場合も光量がほぼ半減し、明るい画像が得られないとい
う問題がある。

本発明の第１の目的は、光に画像情報を与え、それを
縮小又は拡大して投影する画像縮小拡大投影装置におい
て、光量の減少を生じないようにすることである。

本発明の第２の目的は、高繰返しや高エネルギーのフ
ラッシュランプ励起によってYAGロッドに複屈折減少が
生じても、液晶素子を用いて従来のマスクレーザマーカ
と同様な面積のマーキングを可能にするレーザマーカを
提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記第１の目的を達成するため、本発明によれば、ラ
ンダム偏光よりなる光線を出力する光源と、前記光線を
Ｐ波とＳ波に分離する第１の手段と、前記Ｐ波とＳ波の
偏光方向をそれぞれ回転させる1/2波長板と、前記1/2波
長板を通過した光をそれぞれ変調して画像情報を与える
第２の手段と、前記画像情報を与えられた光を再合成す
る第３の手段と、前記再合成して得られた光を投影する
第４の手段とを有することを特徴とする画像縮小拡大投
影装置が提供される。

上記第２の目的を達成するため、本発明によれば、レ
ーザビームを出力するレーザ発振器と、前記レーザビー
ムをＰ波とＳ波に分離する第１のビームスプリッタと、
前記Ｐ波とＳ波の偏光方向をそれぞれ回転させる1/2波
長板と、前記1/2波長板を通過したレーザ光をそれぞれ
変調して画像情報を与える２組の画像形成素子と、前記
画像情報を与えられた光を再合成する第２のビームスプ
リッタと、前記再合成して得られた光を結像させて対象
物に前記画像情報を刻印する結像レンズとを有すること
を特徴とするレーザマーカが提供される。

〔作用〕

ランダム偏光よりなる光線をＰ波とＳ波の互いに直交
する偏光成分に分離して画像情報を与えた後、再合成す
ることにより、Ｐ波とＳ波の両偏光成分の双方が有効に
使用される。また、ランダム偏光よりなる光線をＰ波と
Ｓ波の互いに直交する偏光成分に分離して直線偏光を得
ることにより、レーザ光源の場合、高繰返しや高エネル
ギのフラッシュランプ励起によってYAGロッドに複屈折
現象が生じても、直線偏光の面内強度分布は一定で、十
字モードの出力強度分布は発生しない。このため、従来
の液晶式レーザマーカや液晶プロジェクションTVに見ら
れるような光量の減少は発生せず、レーザマーカにあっ
ては、従来の液晶式レーザマーカが高出力、高繰返し時
に経験したマーキング可能面積の減少を回避して、従来
のマスク式レーザマーカと同様な面積のマーキングが可
能となる。また、画像投影装置、即ち、液晶プロジェク
ションTVにおいては光量が半減しないので、明るい画像
が得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の好適実施例を図面に基づき説明する。

まず、本発明の第１の実施例を第１図〜第11図により
説明する。

第１図において、レーザ発振器６のNd:YAGロッド１は
フラッシュランプ２によって励起され、全反射鏡３と出
力鏡４の間でレーザ発振が起こる。発振器６内のレーザ
ビーム５は出力鏡４を通して、ランダム偏光のまま出射
し、ビーム30となる。その後、ビーム拡張器31を経たビ
ーム32はビームスプリッタ33に至り、ここで偏光面がそ
れぞれ直交した直線偏光のビーム34,35、即ち、Ｐ波と
Ｓ波に分かれる。第２図は、このようなビームの偏光面
を断面で示したものである。出射光30及びビーム拡大後
のビーム32は図示のように全方向にランダムに偏光して
いるが、ビームスプリッタ33によって分離され、直進す
るＰ波34は紙面に平行な方向の直線偏光、また反射する
ビーム35はＰ波とは直交する紙面に垂直なＳ波になって
いる。Ｐ波とＳ波の割合は、第３図に示すように時間的
にたえず振動しており、両波を加算すると一定の強度に
なっている。

Ｐ波とＳ波に分かれたビーム34,35はそれぞれの経路
を通るが、まず直進するＰ波は1/2波長板36によって偏
向角度を、第４図に示すようにθ１だけ時計方向に傾け
られる。即ち、ビーム34の直線偏光の角度をｙ軸（垂
直）方向とすると、1/2波長板36を通過したビーム37
は、θ１の傾きをもった直線偏光となる。この光は液晶
素子のマスク（以下単に、液晶素子という）38を通過す
る。液晶素子38には例えば第６図に示すような画像が表
示されている。このとき、画像の表示された液晶のセグ
メントを通った光はθ１だけ反時計方向に回転し、再び
ｙ軸方向の直線偏光のビーム39aに戻る。画像の表示さ
れない液晶のセグメントを通った光は、ｘ軸（水平）方
向の偏光ビーム39bとなっている。ビーム39a,39bからな
るビーム39はビームスプリッタ40に入射する。ビームス
プリッタ40はＰ波を通過させ、Ｓ波を反射させるので、
液晶素子38の画像表示部分を通過したビーム39aは通過
し、Ｐ波のビーム41として出力される。もう一方のビー
ム39bは反射し、捨てるビームは110となる。

一方、ビームスリッタ33によって分れたＳ波のビーム
35はミラー44で反射し、もう１つの1/2波長板45に入
り、この場合は、第５図に示すように水平方面のｘ軸に
対してθ１だけ時計方向に回転した直線偏光ビーム46と
なる。この光はミラー47で反射し、第２の液晶素子48を
通過し、ビームスプリッタ40に入る。

液晶素子48には、光の進行方向から見て、第６図に示
すように液晶素子38とは勝手違い（左右対象）の画像が
表示されている。そして、画像が表示された液晶のセグ
メントを通過した光は、第２図に49aで示すように水平
方向の直線偏光、即ち、Ｓ波に戻り、非表示部分を通っ
た光は49bのように垂直方向の偏光方向を持つ光とな
る。したがってビームスプリッタ40では、液晶素子48の
画像表示部分を通過したＳ波のビーム49aは反射して先
のビーム41と合流したビーム50になり、非表示部分を通
過した光49bは通過して、捨てるビーム110となって上方
に出射する。

以上のようにＰ波で書かれた光41とＳ波で書かれた光
50は合致して、時間的に変動しない強度の光となり、レ
ンズ42を通して、マーキングの対象物43に結像する。な
お、ビーム41と50は第２図に示すように、直交した偏光
成分を持つ光となっている。

以上の説明で、第６図及び第７図の液晶素子は、矩形
状をしている場合、Ｐ波とＳ波で入射させる光をそれぞ
れ垂直、水平軸からθ１だけ傾いている必要がある。こ
のため、いわゆる偏光方向に関係する液晶素子の配向膜
ラビング方向は53,54で示すように入射光37,46に対して
更にθ２だけ回転したものにしなければならない。即
ち、矩形状の液晶素子を用いる場合、２組の液晶マスク
38,48はラビング方向の異なったものを用意する。もっ
とも、四角形の液晶素子であれば、x,y軸を入れ替える
だけで済み、２種類を用意する必要はない。

次に、第７図は２組の液晶素子38,48の配置を示した
もので、これらは直交した配置になっている。２つの像
をレンズ42で結像する際、正確に重ねる必要があるの
で、液晶素子38,48はその角度及び上下左右の位置を微
調整できるようになっている。また、調整を容易にする
ため、２枚の液晶素子38,48を一体の架台60の上に置く
ことが望ましい。更に、マーキング対象物43にＰ波、Ｓ
波を結像させるため、２つの液晶素子38,48からレンズ4
2までの距離Lp,Lsを同じくする方が望ましく、このた
め、液晶素子38,48からそれらの中心線の交点までの距
離l1,l2がほぼ同じになるように調整される。ビームス
プリッタ40はその中心線の交点上に置かれる。

第８図に、液晶素子38,48の位置微調整機構の例を液
晶素子48の場合で代表して示す。液晶素子48はスタンド
71,72の溝73,74に挿入され、垂直方向（Ｃ方向）の高さ
調整を可能にしている。スタンド71,72は上部ベース75
に取り付けられており、上部ベース75は長円穴76,77と
ボルト78,79によって下部ベース80に、矢印Ａ方向に位
置調整可能に取り付けられている。また、下部ベース80
は、架台60に、長円穴81,82とボルト83,84によって矢印
Ｂ方向に調整可能に取り付けられてている。これによっ
て、液晶素子48のA,B,C方向の位置を調整できるので、
２枚の液晶素子38,48による画像情報を正確に重ねるこ
とができる。また、液晶素子38,48からそれらの中心線
の交点までの距離が同じになるように調整できる。

第１図において、ビームスプリッタ40で反射あるいは
通過した捨てるビーム110を検出装置111で検出し、液晶
素子38,48の位置合わせの調整を行うこともできる。第
９図にこの一例を示す。第９図は、マーキングに利用し
ない捨てるビームを、レーザ光線により発色する感光紙
85に照射して、２つの液晶素子38,48の位置合わせをす
る方法を示している。即ち、液晶素子38,40には十文字
等の位置調整に適するパターンを表示させる。両液晶素
子の位置ずれがあれば、十文字は86,87のようにずれて
写るので、両者が一致するよう調整すればよい。捨てる
ビームは、縮小光学系を経由しないので、大きなサイズ
で見ることができるので、調整が容易である。また、感
光紙85を他のセンサ、例えばCCDセンサに代えれば、肉
眼によらず電子的に両像の重なりを調整する手段も提供
することができる。さらに、この捨てるビームを用いれ
ば、マーキングを行いながら長時間運転時の位置ずれな
どをモニタすることも可能になる。

次に、本実施例の場合には、２組の液晶素子38,48に
同一のマーキングすべき情報を表示させる必要があるの
で、第10図に示すように、共通の信号源より画像情報が
与えられるのがよい。第10図は２つの液晶素子38,48へ
の画像情報の供給系統を示す図である。画像情報はパソ
コン90で編集され、信号線91を介して制御用マイコン92
に送られ、記憶される。この情報はマイコン92の指令に
より信号線93,94,95を介して液晶コントローラ96,97に
送られ、さらに信号線98,99及び100,101を介して液晶素
子38,48駆動用のドライバ102,103及び104,105に送られ
る。このように、マーキングに必要な情報は、制御用マ
イコン92の記憶装置から呼び出され、信号線93を経て信
号線94,95により同一の信号が２つの液晶コントローラ9
6,97に与えられるので、２つの液晶素子が間違った表示
をしてしまう恐れがない。

また、前述したように、液晶素子38,48に表示される
画像は第６図に示すように勝手違いの表示になっている
ことが必要である。このことは機械的手法と電子的手法
のいずれによっても可能である。機械的手法による場合
は、２つの液晶素子38,48に全く同一の画像を表示さ
せ、一方の液晶素子を裏返して配置すればよい。この場
合、液晶素子を通過した情報表示部分の光が水平又は垂
直方向の直線偏光になるように、液晶素子のラビング方
向を考慮する必要がある。電子的手法によ場合は、第10
図に示す制御用マイコン92の制御によって液晶素子のｘ
方向の座標位置を逆転した信号を液晶コントローラ96,9
7に送信し、表示そのものを勝手違いとする。

更に、Ｐ波、Ｓ波の変調された情報を再合成する際、
２つの像を正確に重ねるための位置微調整機構の例を第
８図により説明したが、液晶素子38,48の少なくとも一
方の表示を液晶ドット上で一斉にずらすことにより、こ
れを電子的に行うこともできる。

第11図は２枚の液晶素子38,48による像のずれを電子
的に調整する方法を示している。今、２枚の液晶素子3
8,48が第11図のように上下、左右にそれぞれx,yだけず
れていると、同一の十文字パターン106,107は同様にず
れてしまうが、液晶素子のずれx,yはそのままにして、
十文字パターン106の液晶ドット表示の位置をx,yだけ左
下に移動すれば、２つの十文字パターンを重ね合わせる
ことができる。この方法は、液晶ドットの間隔の正数倍
のずれを補正するのに適している。ドット位置の変更
は、第10図に示す制御用マイコン92から液晶コントロー
ラ96,97を介して２つの液晶素子38,48の一方に送られる
信号を、補正するドット分だけずらせて送信すればよ
い。

この方法は、運転中の液晶素子の位置変化に対し、液
晶素子の位置を変えることなく微調整する手段を与える
ものであり、マーキング装置のノンストップ運転に寄与
する効果がある。

以上は基本的な実施例について説明したものである
が、その本質は、Ｐ波とＳ波の両方を用い、それぞれに
液晶素子等の偏光回転現象を利用した２組の画像形成手
段を通して画像情報を与えた後、再び合成するところに
ある。レーザ光源はランダム偏光のものを用いることを
基本とするが、十字モードが表われるような直線偏光の
光であっても、それに直交する偏光面をもつ光が十字モ
ード以外の部分を補完していれば、それらの補完し合う
光をＰ波、Ｓ波に代えて用いることができる。

また、光路と液晶素子の配置についても、ミラーを用
い種々の変形が可能である。また、ビーム拡張器につい
ても、光路のどこにおくかは自由であり、液晶マスクに
合わせて、楕円ビームに拡張することもできる。また1/
2波長板の位置は、液晶素子の長手方向が水平になるよ
うに配置したために、光路の中で液晶素子の前に置くの
がよいが、液晶素子を斜めに置くのであれば、液晶素子
を通過したあとでもよい。要は、合成用のビームスプリ
ッタ40の軸に対して、Ｐ波、Ｓ波を確実に分離できるよ
うに、偏光方向が適合するものであればよい。

更に、液晶素子の入射光の角度θ１は液晶素子のいわ
ゆるツイスト角度に依存したものである。ラビングの方
向についても、素子の設計によるものである。

また、レーザ光源についてはNd:YAGで説明したが、他
の固体材料でも、気体レーザでも差し支えない。また、
複屈折現象の生ずる場合の対策として効果が大きいが、
そのような現象がないケースでも、レーザ光源に直線偏
光出力が得られない場合に利用できる。

上述した変形を取り入れた実施例を含め、本発明の他
の幾つかの実施例を図面により以下に説明する。

第12図はその最初の実施例を示すものである。第１図
に示す実施例と異なっている点は、Ｓ波の光路に配置さ
れる液晶素子48Aを、ミラー47より上流側に挿入した点
と、もう１つの1/2波長板51をミラー47とビームスプリ
ッタ40との間に挿入した点である。なお、1/2波長板51
は液晶素子48Aとミラー47の間に挿入してもよい。

この実施例では、Ｓ波の偏光面を第13図に示すように
1/2波長板45Aを通過後、46Aのように回転させる。これ
は、Ｓ波をビームスプリッタ33を通過したＰ波の光37と
同じ偏光面にするためである。このようにすれば、２組
の液晶素子38,48Aには全く同じ偏光面の光37,46Aが入射
するので、全く同じ液晶素子、即ち、ラビング方向が同
じでかつ画像情報が第14図に示すように勝手違いになっ
ていないものを用いることができる。そして、液晶素子
48Aで変調された光52a,52bは、もう一枚の1/2波長板51
で第13図に49a,49bで示すようにＳ波,P波に戻されるの
で、ビームスプリッタ40に入射する光は第１図の実施例
と同じ状態となる。

この実施例では、２組の液晶素子38,48Aは直角ではな
く平行に、かつその位置をレンズ42までがほぼ等距離に
なるようにＬだけずらしてある。しかし、レンズ42によ
って合成される画像が許容されるものであれば、２組の
液晶素子38,48Aを同じ平面に配置しても構わない。

そして、この実施例では、液晶素子を１種類用意する
だけで良いことから経済的に有利であり、画像情報も同
じものでよいことから制御が容易であるという利点があ
る。

第15図にもう一つの実施例を示す。この実施例の第１
図に示す実施例との相違点は、ビームスプリッタとして
平板状のもの33,40をキュービックタイプのビームスプ
リッタ201,210に変えた点と、Ｐ波、Ｓ波の光路が同一
になるようにＰ波の光路にミラー208を置いた点にあ
る。

この実施例において、キュービックタイプのビームス
プリッタ201を通過したＰ波の光202は、1/2波長板203で
第16図に示すように偏光面が204の位置まで回転され、
液晶素子205によってマーキング情報部分の光が206aの
ようにＰ波に戻される。1/2波長板207でこれを直交する
Ｓ波の光209aとし、ミラー208で反射させ、更にキュー
ビックタイプのビームスプリッタ210により反射させ
て、レンズ42の入射光211とする。一方、ビームスプリ
ッタ201で分離されたＳ波の光212は、ミラー213で反射
された後、1/2波長板215にて、第16図に示すように偏光
面が216の位置まで回転され、Ｐ波ルートの光204と同じ
偏光面にする。その後、液晶素子217のマーキング情報
部分によって変調された光は、218aのようにＰ波ルート
の光206aと同じＰ波にする。したがって、この光218aは
ビームスリッタ210を通過し、レンズ42への入射光219と
なる。

液晶素子205の残りの部分を通った光206bは1/2波長板
207でＰ波に戻され、液晶素子215の残りの部分を通った
光218bと共にビームスプリッタ210により、マーキング
情報の補完情報であるいわゆるネガ像を含む、捨てるビ
ーム220となって、ビームダンプ221に入射する。

この実施例では、最初にＰ波、Ｓ波に分離した後の光
学経路長が等しいので、ビームに拡がりがある場合でも
２組の液晶素子による画像の再合成がより正確に行われ
る効果がある。

次に、1/2波長板を省略する実施例について説明す
る。

以上の各実施例では、1/2波長板で偏光面の角度を調
整しており、これはＰ波、Ｓ波の合成のためのビームス
プリッタや液晶素子を紙面に水平に置くのに有効であっ
た。そして、1/2波長板の設置に関し、液晶素子を斜め
に置くのであれば、これを液晶素子の下流側に設置して
も良いことを説明した。しかし、1/2波長板を全く省略
することもでき、この場合は、２組の液晶素子を水平面
に対して傾けることを許すと共に、液晶素子で変調され
た光が第17図のような偏光面をもっているので、再合成
のためのビームスプリッタを、第18図に示すように変調
光の軸と合わせて角度θだけ傾ければよい。

次に、第12図及び第15図に示す実施例において用いた
1/2波長板のうちの１つ、即ち、1/2波長板51,207を省略
する実施例について説明する。

第12図及び第15図の実施例において1/2波長板51,207
は、２組の液晶素子38,48A及び205,217で変調した光を
ビームスプリッタ40,210で合成するために、ビームスプ
リッタに入射する光をＰ波とＳ波に分けるために使われ
た。しかるに、２組の液晶素子を、いわゆる写真のネ
ガ、ポジの関係で表示するならば、この1/2波長板を省
略することができる。

第19図はＥという文字情報をポジ（左側）とネガ（右
側）で表示したものである。このとき、それぞれの液晶
への入射光の偏光面を、1/2波長板で第20図の240及び第
21図の242のように同じ方向に設定しておくと、ポジ像
では、文字Ｅ上のＡ部分がＰ波の241Aの偏光方向を持
ち、文字以外のＢ部分がＳ波となって、241Bのような方
向に偏光面を持っている。したがって、これが再合成用
のビームスプリッタを通ると、例えば第12図では、Ｐ波
の光241Aの像がそのままレンズ42への入射光41となる。
次に、別の光学経路を通るＳ波は、1/2波長板でＰ波と
同じ方向の242の偏光方向に設定された後、ネガ像の液
晶素子を通過するので、ネガの文字Ｅ上のＡ′部分の光
は第21図のＳ波243Aとなり、一方、文字以外の背景部分
Ｂ′部分は垂直方向のＰ波243Bとなっている。したがっ
て、ビームスプリッタ40を通過する時、Ｓ波成分243Aが
反射され、レンズ42への入射光50となる。これは第22図
で243Aの偏光方向を持つ、Ｅの文字上の点である。即
ち、ネガ像のＥの文字部分が反転して、Ｐ波で書いたポ
ジの文字と重ね合わされる。

具体的な実施例の構成としては、２組の液晶素子にネ
ガ像とポジ像を表示させるべく、信号反転の回路を組み
込めばよい。

即ち、前述した第10図に示す構成を、パソコン90から
はネガ又はポジの一方の情報を送信し、制御用マイコン
92から液晶コントローラ96,97に送信する時点で、いず
れか一方がデータ反転回路を経由するように変形すれば
よい。その変形例を第23図に示す。第23図において、一
方の液晶コントローラ97と液晶素子48の駆動用のドライ
バ104,105を結ぶ信号線100,101との間に信号反転回路25
0が挿入されている。

なお、上記のように信号反転回路を挿入する代わり
に、パソコン90からネガ及びポジの両情報を制御用マイ
コン92のメモリに送信し、それぞれの情報を液晶コント
ローラ96,97に仕分けして与えるようにしてもよい。た
だし、前者の方がデータを取り違えて表示してしまうミ
スに対して信頼性は高い。

以上のように２つの液晶素子にネガ像及びポジ像を表
示させる実施例によれば、1/2波長板を一枚省略できる
ので、経済的となる効果がある。

本発明の更に他の実施例を第24図及び第25図により説
明する。

第24図は第１図に示す実施例の一部を変更して、斜視
図として示したものである。図中、同一部材には同じ符
号を付している。ビームスプリッタ40Aは液晶マスク38
を透過した印字情報光を反射し、不要光を透過し、かつ
液晶マスク48を透過した印字情報光を透過し、不要光を
反射する状態にセットされている。ビームスプリッタ40
Aにより合成された印字情報光41,50は折り返しミラー26
0及びレンズ42を通り、マーキング対称物43の表面に結
像してマーキングすることになる。

第25図は第24図に示した実施例の変形例を斜視図とし
て示したもので、第24図の実施例と異なる点はＰ波とＳ
波の加工光学系を２階建構造としたことである。

以上は、本発明をレーザマーカに適用した実施例であ
るが、次に、本発明を液晶プロジェクションTVに応用し
た第26図及び第27図により実施例を説明する。

第26図において、本実施例の画像投影装置は、白色光
源500、ビームスプリッタ501,503、ミラー502,504、投
影レンズ505、スクリーン506、液晶素子のパネル507,50
8、1/2波長板509,510からなっている。白色光源500から
出た平行光線はランダム偏光であるが、ビームスプリッ
タ501でＰ、Ｓの両波に分けられ、それぞれ1/2波長板50
9,510とミラー502,504を経由した後、液晶素子507,508
で画像に変調される。その後、ビームスプリッタ503で
Ｓ波とＰ波が合成され、投影レンズ505によってスリー
ン506上に投影される。

この実施例では、液晶素子507,508は、カラーフィル
タのないモノクロ用と、R,G,Bの３原色のカラーフィル
タを持ったカラー液晶素子のいずれも採用可能である。
そして、Ｐ波とＳ波の両方を用いるため、従来のように
１つの偏光成分を用いる方式に比べ、明るい画像が得ら
れる効果がある。

第27図はカラーフィルタを用いない液晶素子でカラー
画像を投影する実施例を示す。

第27図において、600は白色レーザあるいは白色光源
であり、これから出力された光はビーム拡大器601を通
過した後、ダイクロイックミラー602,603,604によって
R,G,Bの３波長に分離される。分離された光は更にビー
ムスプリッタ605,611,617によってそれぞれＰ、Ｓの両
波に分けられ、ミラー606,607;612,613;618,619で反射
した後、各色の画像で変調した液晶マスク650,651;652,
653;654,655を通過し、再びビームスリッタ608,614,620
によって各色毎にＰ、Ｓ両波が合成され、しかる後に、
ビームスプリッタ620で合成された光と、ミラー609,615
で反射された光の各色の光がダイクロイックミラー616,
610で合成され、投影レンズ660によりスクリーン661上
に投影される。

この実施例は、液晶素子の枚数が６枚と多くなるが、
高精細な、明るいカラー画像を投影できる効果がある。

なお、第27図では簡単のため1/2波長板を省略して図
示した。また、白色レーザあるいは白色光源600を用い
る代わりに、R,G,Bの３つの色の光りを直接ビームスプ
リッタ605,611,617へ入射する方式も可能である。

以上のように、本発明は液晶プロジェクションTVにも
応用でき、これら実施例でも、ビームスプリッタでＳ、
Ｐ両波に分離し、その両方を用いるので、Ｓ又はＰ波し
か利用できない従来方式に比べて明るい画像が得られる
効果がある。特に、第26図の実施例では、液晶素子にカ
ラーフィルタによる３色の画像を用いると、従来は暗く
て十分な投影ができなかったのに対して、スクリーン上
で従来のほぼ２倍の光強度が得られ、したがって、３原
色３枚の液晶素子を用いる場合に比べて経済的な液晶プ
ロジェクションTVを提供することができる。なお、液晶
素子の表示は静止画でも動画でもよい。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明の画像縮少拡大投影装置によれば
以下の効果が得られる。

（１）分離したＰ波とＳ波の両偏光成分の双方を有効
に使用するので、光源の光エネルギを無駄なく画像の縮
小拡大投影に用いることができ、光強度の高い出力を得
ることができる。

（２）レーザマーカにあっては、高繰返し発振によっ
てレーザロッドに複屈折現象が生じても、それに影響さ
れず一定の強度のレーザ光を十分利用でき、従来の金属
マスク方式等と同様の大きな面積のマーキングが可能で
ある。

（３）また、画像投影装置、即ち、液晶プロジェクシ
ョンTVにおいては、光量が半減しないので明るい画像が
得られる。

（４）また、レーザマーカにおいては、レーザ光線の
Ｐ波とＳ波の双方を用いるので、情報を乗せるため２組
の画像形成手段としてツイストネマチック型の液晶素子
を用いることができるので、マーキング情報を電子的に
与えることができ、従来の液晶マスク式マーカと同様
に、マスクの交換、発注、管理の手数が大幅に省ける。

（５）液晶素子を２組用いるので、１組辺りを通過す
るビーム強度が下がり、このため、液晶マスクの寿命を
長くすることができる利点がある。また、そのため、従
来の液晶マスク式のマーカより液晶マスクの保守や交換
のインターバルを長くでき、ユーザの手数が省力化され
る。

（６）従来の液晶式レーザマーカは発振器自体を直線
偏光出力の構造にする必要があったのに対し、本発明で
はレーザ発振器としてランダム偏光出力のものを利用で
きるので、出力後の光学経路の改造のみで、ランダム偏
光出力を用いていた従来のマスク方式マーカを液晶式の
電子的情報表示のマーカに変更できる。

（７）２組の液晶素子を用いるので、液晶素子を通過
するビーム量を従来の一枚の液晶素子を利用するマーカ
より平均的には1/2にできる。したがって、液晶マスク
での強度を下げるため光路に配置しているビーム拡大器
の拡大率を下げることもでき、用いるレンズ、液晶素
子、ビームスプリッタなどを小型のものにできる利点
（経済的効果）もある。

（８）逆に、液晶マスクを通るビームの強さを従来と
同じにすれば、平均的にビームの密度が1/2になるの
で、従来必要であった液晶素子の冷却装置を省略する
か、能力の小さいものにできる。これらは光学経路に発
生する塵埃を減らし、装置の信頼性を高めることができ
る。

（９）複屈折の影響がないので、マーキングのスピー
ト（１秒間にマーキングできる回数）を大きくできる。

（10）２組の液晶素子は１つの情報源により表示され
るので、合成画像を常にＰ波、Ｓ波を合成した一定の光
強度にすることができ、品質の良いマーキングができ
る。

（11）２組の液晶素子は一体の架台の上に可調整に組
上げられるので、レンズ或いは対象物までの距離をほぼ
等しくすることができ、また結像されたものがずれるこ
とを防止できる。

（12）Ｐ波、Ｓ波の両経路に配置した1/2波長板の作
用により、液晶素子を通過した情報を乗せた光の偏光方
向をビームスプリッタの面に正しく入射させることがで
きる。即ち、Ｓ波の光軸をビームスプリッタ面に平行
に、Ｐ波をそれに直行する方向に定めることができる。
これにより、レーザ光を有効にマーキングに利用でき
る。

（13）液晶マスク上で、電子的に表示位置をずらせる
ことで、機械的な液晶位置の合わせ作業を容易にでき
る。

（14）捨てるビームの使用により、液晶マスクの位置
合わせ作業を容易にすることができる。

（15）その他実施例の説明に記載の効果。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるレーザマーカの構成を
示す図であり、第２図はそのレーザマーカの光学経路上
におけるレーザ光の偏光の方向を示す図であり、第３図
はランダム偏光のレーザ出力のＰ波、Ｓ波及びその合成
波の強度の時間的変化を示す図であり、第４図及び第５
図は本実施例に用いる２組の液晶素子の入射、出射光の
方向と素子のラビング方向を示す図であり、第６図は本
実施例の２組の液晶素子の表示が勝手違いであることを
示す図であり、第７図は２組の液晶素子の具体的配置を
示す図であり、第８図はその液晶素子の位置微調整機構
を示す図であり、第９図は捨てるビームを利用して液晶
素子の表示の位置合わせを行う方法を示す図であり、第
10図は２組の液晶素子への画像情報の供給系統を示す図
であり、第11図は２組の液晶素子による像のずれを電子
的に調整する方法を示す図であり、第12図は本発明の他
の実施例によるレーザマーカの構成を示す図であり、第
13図はそのレーザマーカの光学経路上におけるレーザ光
の偏光の方向を示す図であり、第14図は本実施例の２組
の液晶素子の表示が全く同じであることを示す図であ
り、第15図は本発明の更に他の実施例によるレーザマー
カの構成を示す図であり、第16図はそのレーザマーカの
光学経路上におけるレーザ光の偏光の方向を示す図であ
り、第17図は1/2波長板を用いない場合の光路の偏光方
向を示す図であり、第18図はその時のビームスプリッタ
の設置方向を示す図であり、第19図は２組の液晶素子に
ポジ及びネガ像を形成した様子を示す図であり、第20図
〜第22図はその場合のそれぞれ光路における偏光方向を
示す図であり、第23図はその場合の２組の液晶素子への
画像情報の供給系統を示す図であり、第24図及び第25図
はそれぞれ本発明の更に他の実施例によるレーザマーカ
の構成を示す斜視図であり、第26図は本発明を液晶プロ
ジェクションTVに適用した場合の一実施例の構成を示す
図であり、第27図は液晶プロジェクションTVの他の実施
例の構成を示す図であり、第28図は従来の液晶マスク式
レーザマーカの構成を示す図であり、第29図はレーザロ
ッドの断面の任意の点における半径方向と周方向の屈折
率を説明する図であり、第30図は複屈折現象を起こした
ロッドを持つ直線偏光レーザ出力のビーム強度分布を示
す図である。符号の説明６……レーザ発振器 31……ビーム拡張器 33,40……ビームスプリッタ 36,45……1/2波長板 38,48……液晶素子 42……レンズ 43……マーキング対象物 60……架台 90……パソコン 92……制御用マイコン 96,97……液晶コントローラ 250……反転回路 500……光源 501,503……ビームスプリッタ 505……投影レンズ 506……スクリーン 507,508……液晶素子 600……光源 602〜604,616,610……ダイクロイックミラー 605,608,611,614,617,620……ビームスプリッタ 650〜655……液晶素子 660……投影レンズ 661……スクリーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＧ０２Ｆ 1/13 ５０５Ｇ０３Ｂ 27/32 ＧＧ０３Ｂ 27/32 Ｈ０１Ｌ 23/00 ＡＨ０１Ｌ 23/00 Ｈ０４Ｎ 5/74 ＫＨ０４Ｎ 5/74 Ｂ４１Ｊ 3/00 Ｍ (72)発明者斉藤清茨城県日立市国分町１丁目１番１号株式会社日立製作所国分工場内 (72)発明者奥村清茨城県日立市国分町１丁目１番１号株式会社日立製作所国分工場内 (72)発明者藤本実茨城県日立市国分町１丁目１番１号株式会社日立製作所国分工場内 (56)参考文献特開平１−110960（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/00 B23K 26/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ランダム偏光よりなる光線を出力する光源
と、前記光線をＰ波とＳ波に分離する第１の手段と、前
記Ｐ波とＳ波の偏光方向をそれぞれ回転させる1/2波長
板と、前記1/2波長板を通過した光をそれぞれ変調して
画像情報を与える第２の手段と、前記画像情報を与えら
れた光を再合成する第３の手段と、前記再合成して得ら
れた光を投影する第４の手段とを有することを特徴とす
る画像縮小拡大投影装置。
【請求項２】請求項１記載の画像縮小拡大投影装置にお
いて、前記第２の手段が少なくとも２組のツイストネマ
チック型の液晶素子を含むことを特徴とする画像縮少拡
大投影装置。
【請求項３】レーザビームを出力するレーザ発振器と、
前記レーザビームをＰ波とＳ波に分離する第１のビーム
スプリッタと、前記Ｐ波とＳ波の偏光方向をそれぞれ回
転させる1/2波長板と、前記1/2波長板を通過したレーザ
光をそれぞれ変調して画像情報を与える２組の画像形成
素子を含む画像形成手段と、前記画像情報を与えられた
光を再合成する第２のビームスプリッタと、前記再合成
して得られた光を結像させて対象物に前記画像情報を刻
印する結像レンズとを有することを特徴とするレーザマ
ーカ。
【請求項４】請求項３記載のレーザマーカにおいて、前
記２組の画像形成素子がそれぞれツイストネマチック型
の液晶素子であることを特徴とするレーザマーカ。