JPH01207716A

JPH01207716A - 偏光像投影装置

Info

Publication number: JPH01207716A
Application number: JP3304088A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Takemura; 安弘竹村; Naoki Kawada; 直樹川和田
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1988-02-16
Filing date: 1988-02-16
Publication date: 1989-08-21

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〕本発明は、反射型の画像媒体の像をスクリーンや感光体
上に投影する投影露光装置に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、例えば液晶ライトバルブや、電気光学効果を
用いた空間変調器等を用いて、空間的な偏光状態の分布
により作った２次元以上の画像をスクリーンや感光体等
に投影する際に、偏光状態の分布を可視像として具現化
するための偏光子の機能と、照明系と結像系の経路を合
成するためのビームスプリッタの機能とを１つの偏光ビ
ームスプリッタで代用し、光量利用効率を高めることを
特徴とするものである。

〔従来の技術〕

従来の技術を図面を用いて説明する。第２図は従来の液
晶ライトパルプ投影装置の一例を示す概念図である。キ
セノンランプやハロゲンランプ等の光源ｌを出射した光
束２は、コンデンサレンズ（ａ）４で略平行光束となり
、熱線カットフィルタ５を通り、必要に応じて色フィル
タ６を通り、コンデンサレンズ中）７であまり開口角の
大きくない収束光となり、ビームスプリッタ８に入射し
、その接合面８ａで光量の約半分が反射され、偏光子９
を通り、はぼ直線偏光となって液晶ライトパルプ１０に
到達する。Ｗ１晶ライトパルプ１０において、光束２は
反射されるがその光束２のうちの、書き込まれた画像に
応じて偏光面の回転を受けなかった成分だけが再度偏光
子９を透過し、さらに、そのうちの約半分の光量がビー
ムスプリッタ８を透過し、投影レンズ１）を通ってスク
リーンや感光体等の結像面１２に到達する。この際、液
晶ライトバルブ１０と結像面１２とは、投影レンズ１）
に対して共役位置にあり、液晶ライトバルブ１０に偏光
状態の分布という形で書き込まれた像が結像面に投影さ
れる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した、従来の投影露光装置では光量のロスが非常に
大きいという問題点があった。即ち、ビームスプリッタ
（透過率：反射率＝１））を往復することにより、最も
ロスが少ない場合でも利用効率は２５％となる。さらに
、光源から発せられる光はランダム偏光であるから、偏
光子を１回目に通過した時点で光量は２分の１となるの
で、総合すると、光量利用効率は１２．５％以下となる
。

実際は、ビームスプリッタのロスや、偏光子の吸収によ
るロスが重なるので、さらにこの２分の１程度になって
しまう。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明においてはビームスプリッタの代わりに
偏光ビームスプリッタを配置し、偏光子を取り除いた。

（作用〕上述の手段により、本発明では光源からの光束が、偏光
ビームスプリッタで反射あるいは透過して液晶ライトバ
ルブ等の画像媒体へ向けて出射する際に、偏光ビームス
プリッタへの入射面に対してＳ成分かＰ成分かのほぼ一
方のみとなる。そして、液晶ライトバルブ等の場合媒体
において、記録された画像に応じて偏光面が回転され、
偏光方向が９０°回転した成分のみが、偏光ビームスプ
リッタを通り、投影レンズを通ってスクリーンや感光体
等の結像面へ到達する。

〔実施例〕

以下、図面に基づいて実施例につき説明する。

第１図に本発明の一実施例の概念図を示す。光源からコ
ンデンサレンズ中）７までは、第２図に示す従来例と同
様である。コンデンサレンズ（ｂ）７を出射した光束２
は、偏光ビームスプリッタ（以下ＰＢＳ）１８に入射し
、接合面１９ａにおいて、そのＳ成分はほぼ全部が反射
され、Ｐ成分はほぼ全部が透過する。接合面１８ａにお
いて反射された光束２は、液晶ライトバルブ１０に到達
し、書き込まれている画像に対応して偏光面が回転し、
偏光ビームスプリッタ１８によってＰ成分のみが抽出さ
れ、投影レンズ１）を通ってスクリーンや感光体等の結
像面１２に到達する。

次に、第３図に本発明の他の実施例の概念図を示す、光
源ｌから放射された光束２は、コンデンサレンズ（ａ）
４によって略平行光束となる。この光束２が熱線カット
フィルタ５１色フィルタ６を通り、略平行光束のまま偏
光ビームスプリッタ１８に入射する。さらに光束２は接
合面１８ａでほぼＳ成分のみが反射され、液晶ライトパ
ルプ１０に入射する。ここから、液晶ライトバルブ１０
で偏光軸の回転を受けて且つ反射し、ＰＢＳｌＢを透過
するところまでは第１図に示した実施例と同様である。

ＰＢＳｌＢを出射した光束２は、投影レンズ系１７を通
り、結像面１２へ到達する。この実施例の場合、平行光
に近い光束がＰＢＳに入射するので、消光比の面でＰＢ
ＳｌＢはより有効に機能する。平行光束に近い光束を生
み出すには、使用光源はできるだけ点光源に近い方がよ
く、ハロゲンランプよりはキセノンランプ等のショート
アークランプがさらにアークランプよりは可視光レーザ
等のレーザ光が良い。

さらに、第４図に他の実施例の概念図を示す。

第４図に示す実施例の第１図に示す実施例と異なるとこ
ろは、光源１とＰＢＳｌＢとの間に偏光子１６を配置し
ていることである。この偏光子１６は、その偏光軸がＰ
ＢＳｌＢのＳ偏光と同じ方向になるように配置される。

これにより、ＰＢＳｌＢへの入射光は、偏光子１６によ
りＳ偏光のみとなるので、Ｐ偏光に対する反射率が少し
高くなりＰＢＳｌＢの消光比が悪くなっても大きな問題
とはならなくなる。

さら゛に、第５図に他の実施例の概念図を示す。

光′ａｌを出射した光束２は、楕円ミラー１３で反射さ
れ、平凹レンズ１４でほぼ平行光とされる。この時、シ
ョートアークランプと楕円ミラーの組み合わせにより、
高効率で光ビームが取り出されるが、この光ビームは、
光量ムラが大きい、そこで、光束２は熱線カットフィル
タ５１色フィルタ６を通過した後、インテグレータ１５
に入射する。これにより、液晶ライトパルプ１０上では
たくさんの光束が重なって、はぼ均一な照明となる。な
お、コンデンサレンズ１６以後の構成は、第１図に示す
実施例と同様である。

さらに、第６図に他の実施例の概念図を示す。

光ａｌを出射した光束２は、コンデンサレンズ（ａ１４
により略平行光束となる。そして、熱線カットフィルタ
５を通り、コンデンサレンズ山）７でやや収束光束とな
り、ＰＢＳｌＢに入射する。さらに、接合面１８ａにお
いて、光束２は、そのＳ成分を反射され、Ｐ成分は透過
する。接合面１８において反射された光束２のＳ成分は
、色フィルタ６ａを通って、液晶ライトバルブ１０ａに
入射し、記録されている画像に応じて偏光面の回転を受
け、ＰＢＳｌＢに戻り、Ｐ成分に相当する部分が接合面
１８ａを透過し、投影レンズ１）を通って結像面１２に
到達する。また、最初に接合面１８を透過した光束２の
一部は、色フィルタ６ｂを通って、液晶ライトバルブ１
０ｂに入射し、記録されている画像に応じて偏光面が回
転し、Ｓ成分の部分が接合面１８ａで反射・し、投影レ
ンズ１）を通って結像面１２に到達し、液晶ライトバル
ブ１０ａの画像と液晶ライトバルブ１０ｂの画像が合成
される。この場合は、光量利用効率は飛躍的に向上する
。

さらに、第７図に他の実施例の概念図を示す。

光源１を出射した光束２は、コンデンサレンズ（ａ１４
を通って略平行光束となり、熱線カットフィルタ５を通
り偏光ビームスプリッタ１８に入射する。

そして、接合面１８ａでＳ成分がほぼ１００％反射され
て、ＰＢＳｌＢを出射し、ダイクロイックプリズム２０
に入射する。そして、光束２のうちの例えば赤の波長域
の光は接合面２Ｑａ、２０ｂを透過して液晶ライトバル
ブ１０ａに達し、記録された画像に対応した偏光面の回
転を受けつつ反射される。また、光束２のうちの、例え
ば緑色の波長域の光は接合面２０ａで反射され、液晶ラ
イトバルブ１０ｂに達し、記録された画像に対応した偏
光面の回転を受けつつ反射される。さらに、光束２のう
ちの例えば青色の波長域の光は、接合面２０ｂで反射さ
れ、液晶ライトバルブＩＯＣに達し、記録された画像に
対応した偏光面の回転を受けつつ反射される。それぞれ
、液晶ライトバルブ１０　ａ　、　１０　ｂ　、　１０
　ｃで反射された光は、もとの経路に戻り、はぼＰ成分
だけがＰＢＳｌＢを透過して、投影レンズ系１）を通り
結像面１２に到達し、３色の画像が合成される。

さらに、第８図の他の実施例の概念図を示す。

光源ｌを出射した光束２はコンデンサレンズ４を通って
略平行光束となり、熱線カットフィルタ５゜色フィルタ
６を通ってＰＢＳｌＢに入射する。そして、光束２のう
ちのＳ成分は接合面１８ａでほぼ全て反射され、位相差
板２１に入射する。位相差板２１で偏光面の回転を受け
た光束２は、さらに液晶ティトパルプ１０で記録されブ
画像に応じた偏光面の回転を受けつつ反射され、再度位
相差板２１を通ってさらに偏光面の回転ヲ受けＰＳＢ１
８に入射する。

ＰＢＳｌＢでは、はぼＰ成分のみが通過し、投影レンズ
系１）を通って結像面１２に到達する。

この時、位相）板２１Ｏ光学軸の方向と、リタデーシッ
ンによって、液晶ライトバルブｌＯにおける偏光面の回
転に対してバイアスを設けることができる。特に、位相
差板２１が４分の１に波長板であって、その光学軸がＰ
ＢＳｌＢの偏光軸に対して４５゜となるように配置した
場合は、丁度、位相差板２１がない場合に対して、ネガ
ポジ反転をしたことになる。

これまでの実施例では、画像媒体として液晶ライトバル
ブを揚げたが、偏光を用いた画像媒体としては、ＬｉＮ
ｂＯ３，Ｂ　Ｓ　Ｏ等の電気光学結晶やＰＬＺＴ等のセ
ラミックスなどいろいろなものが考えられ、これらの示
した実例により、制限されるものではない。その他、実
施例に示した光学系の構成では、本発明を何ら制限する
ものではない。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明により従来ビームスプリッタ
と液晶パネルで起こっていた光量ロスは、偏光ビームス
ブリフタで２分の１の光量をロスするのみとなり、飛躍
的な光利用効率の向上が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第３図から第８図は、本発明の偏光像投影装置
の光学系の一実施例を示す概念図、第２図は、従来の偏
光像投影装置の光学系の一例を示す概念図である。１・・・光源２・・・光束４・・・コンデンサレンズ＋ａ＋５・・・熱線カットフィルタ６・・・色フィルタ７・・・コンデンサレンズ（ｂｌｌＯ・・・液晶ライトバルブ１）・・・投影レンズ１２・・・結像面１日・・・偏光ビームスプリッタ以上出願人　セイコー電子工業株式会社本発明の偏光家設影伐１の光　　　従来のｆ＾光像投影
装置の官界の一冥絶伊１を示Ｔ幾２図　　　光Ｓ系の一
伊１ｔホす機に、己丑１図　　　　　　　　　　第２図第３図　　　　　　　　　　　夢４０第７図第８０

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光源と、２次元的な偏光状態の分布を用いて画像
を表示する画像媒体と、該画像媒体の像を結像させる投
影レンズと、前記光源より発せられた光束を前記画像媒
体及び前記投影レンズへ導くコンデンサ光学系と、前記
光源から前記画像媒体までの光路と前記画像媒体から前
記投影レンズを通って結像面へ到達する光路とを合成す
るビームスプリッタとを最低限含む偏光像投影装置にお
いて前記ビームスプリッタは偏光ビームスプリッタであ
ることを特徴とする偏光像投影装置。
（２）前記偏光ビームスプリッタに入射する光束は略平
行光束であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の偏光像投影装置。
（３）前記光源と前記偏光ビームスプリッタとの間に偏
光軸が偏光ビームスプリッタの反射面に垂直な方向であ
る偏光子を配置したことを特徴とする特許請求の範囲第
１項並びに第２項に記載の偏光像投影装置。
（４）前記光源と前記偏光ビームスプリッタとの間にイ
ンテグレータを配置したことを特徴とする特許請求の範
囲第１項から第３項に記載の偏光像投影装置。
（５）前記偏光ビームスプリッタの光源に対する反射側
と透過側の両方に前記画像媒体とそれぞれ異なる分光特
性を持った波長フィルタとを配置したことを特徴とする
特許請求の範囲第１項、第２項及び第４項に記載の偏光
像投影装置。
（６）前記偏光ビームスプリッタの光源に対する反射側
あるいは透過側にダイクロイックミラーあるいはダイク
ロイックプリズムを設け、その偏光ビームスプリッタ側
以外のそれぞれの開口に対向して前記画像媒体を配置し
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第４項に
記載の偏光像投影装置。
（７）前記偏光ビームスプリッタと前記画像媒体との間
に、位相差板を配置したことを特徴とする特許請求の範
囲第１項から第６項に記載の偏光像投影装置。
（８）前記位相差板は１／４波長板であり、その１／４
波長板を、その光学軸が前記偏光ビームスプリッタの偏
光軸に対して４５°となるように配置したことを特徴と
する特許請求の範囲第７項に記載の偏光像投影装置。