JPH0954286A - 投射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コントラストの良い投射画像が得られる投射
装置の提供。 【解決手段】 光源光を二つの偏光に分離して、透過光
および反射光としてそれぞれ出射する偏光ビームスプリ
ッター１０と、書き込み画像が書き込まれ、偏光ビーム
スプリッター１０からの反射光を書き込み画像に応じて
変調して出射する光書き込み型空間光変調素子３０と、
光書き込み型空間光変調素子３０で変調されて偏光ビー
ムスプリッター１０に入射して透過する光を透過する偏
光ビームスプリッター１２と、偏光ビームスプリッター
１２を透過した光をスクリーン５０上に投射する投射レ
ンズ４０とを備える。偏光ビームスプリッター１０と偏
光ビームスプリッター１２とを接合して設けるようにし
てもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空間光変調素子お
よび偏光光学素子を用いた投射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は光書き込み型空間光変調素子（以
下、ＳＬＭと記す）を用いた従来の投射装置の概略構成
を示す図である。光源２０から出力された光は、偏光光
学素子である偏光ビームスプリッター（以下、ＰＢＳと
記す）１０に入射する。ＰＢＳ１０には偏光分離部１０
１が形成されており、入射した光源光をＳ偏光およびＰ
偏光に分離する。Ｐ偏光はそのまま直進してＰＢＳ１０
を透過するが、Ｓ偏光は偏光分離部１０１で反射され、
ＳＬＭ３０に入射する読み出し光として用いられる。

【０００３】図８はＳＬＭ３０の構造を説明する断面図
である。３１はガラス基板であり、片面に透明電導膜３
２が形成されている。３３は光導電層（例えば、水素化
非晶質シリコン膜）、３４は遮光層（例えば、ＣｄＴｅ
からなる層）、３５は誘電体ミラー層、３６は配向膜、
３８は液晶層である。３７はスペーサであり、スペーサ
３７により形成された隙間に液晶を封入して液晶層３８
が形成される。

【０００４】ＳＬＭ３０の一対の透明電導膜３２間には
常に交流電圧が印加されている。図のようにＳＬＭ３０
の右側から入射した読み出し光は、液晶層３８を通過し
た後に誘電体ミラー層３５で反射され、再び液晶層３８
を通過してＳＬＭ３０より出射される。書き込み光が無
い場合は、液晶層３８に分圧される電圧値は液晶分子を
電界方向に配列させる程の大きさになっておらず、液晶
分子は配向膜３６にならって配向している。そのため、
読み出し光は複屈折作用を受けず、ツイスト角に依存し
た旋光作用のみを受ける。すなわち、Ｓ偏光が入射した
ときにはＳＬＭ３０によって変調されることなくＳ偏光
が出射される。

【０００５】一方、書き込み光がある場合は、光導電層
３３のインピーダンスが低下するため、液晶層３８に分
圧される電圧が上昇して液晶分子が電界方向に配列し、
入射した読み出し光は液晶層３８で複屈折作用を受け
る。そのため、読み出し光としてＳ偏光が入射するとＰ
偏光が出射され、Ｐ偏光が入射するとＳ偏光が出射され
る。以上のように、Ｓ偏光がＳＬＭ３０に入射したとき
は、書き込み光が存在する箇所に対応するＳ偏光がＰ偏
光に変調されてＳＬＭ３０から出射される。

【０００６】図７に戻って、上述したように、書き込み
光が入射していない箇所に対応する読み出し光であるＳ
偏光は、ＳＬＭ３０による複屈折作用を受けることなく
Ｓ偏光のままＳＬＭ３０から出射される。このＳ偏光は
ＰＢＳ１０に入射され、偏光分離部１０１で光源２０方
向に反射される。一方、書き込み光が入射している箇所
に対応するＳ偏光は、複屈折作用によりＳ偏光がＰ偏光
に変調されてＳＬＭ３０から出射される。ＰＢＳ１０に
入射したこのＰ偏光は偏光分離部１０１を透過してＰＢ
Ｓ１０から出射され、投射レンズ４０によりスクリーン
５０に投射される。

【０００７】以上では、ＰＢＳ１０は入射光をＰ偏光と
Ｓ偏光とに完全に分離するとして説明したが、実際に
は、Ｐ偏光とＳ偏光が混在した光がＰＢＳに入射した場
合、Ｐ偏光とＳ偏光とを完全に分離することはできな
い。そのため、透過Ｐ偏光にはＳ偏光が混在し、反射Ｓ
偏光にはＰ偏光が混在するのが実情である。例えば、Ｐ
ＢＳの分離性能を示す消光比は、入射光に対する透過光
および反射光の割合をそれぞれＴi およびＲi （i＝s
，p）と表わせば、Ｓ偏光についてはＴs／（Ｔs＋Ｒ
s）、Ｐ偏光についてはＲp／（Ｔp＋Ｒp） で表わされ
る。一般的には、Ｓ偏光で４００分の１、Ｐ偏光で５０
分の１程度である。

【０００８】よって、ＰＢＳ１０で反射されＳＬＭ３０
へ出射されるＳ偏光には、消光比に応じてＰ偏光が混在
する。同様に、ＳＬＭ３０で変調されＰＢＳ１０を透過
するＰ偏光にも、Ｓ偏光が混在する。したがって、スク
リーン５０に投射された画像のコントラストが悪化する
という問題点がある。

【０００９】図９は、このような問題を解消した第２の
従来例の概略構成を示す図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ
−Ａ線に沿って見た図である。図７と同一の部分は同一
の符号を付した。光源２０とＰＢＳ１０との間に第２の
ＰＢＳ１１が設けられており、ＰＢＳ１１の偏光分離部
１１１で分離透過されたＰ偏光がＰＢＳ１０の偏光分離
部１０１で反射されるように配置される。

【００１０】ＰＢＳ１１に入射した光源光はＰ偏光およ
びＳ偏光に分離され、ＰＢＳ１１を透過したＰ偏光がＰ
ＢＳ１０へ入射する。なお、このＰ偏光にはＰＢＳ１１
の消光比に応じてＳ偏光が混在している。Ｓ偏光の混在
するＰ偏光がＰＢＳ１０に入射すると、このＰ偏光はＰ
ＢＳ１０に対してはＳ偏光として反射され、混在するＳ
偏光はＰ偏光として透過される。このように、２つのＰ
ＢＳを用いることによってＳＬＭ３０に入射するＰ偏光
に混在するＳ偏光を小さくすることができる。例えば、
ＰＢＳ１０の消光比が反射光で４００分の１、透過光で
５０分の１であるとすると、ＰＢＳ１０の反射Ｐ偏光に
混在するＳ偏光は、入射Ｐ偏光に混在するＳ偏光の５０
分の１に減少する。そのため、より純度の高いＰ偏光が
読み出し光としてＳＬＭ３０に入射する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、偏光の
乱れはＳＬＭ３０でも発生する。すなわち、完全なＳ偏
光またはＰ偏光が入射しても液晶層を通過する際に偏光
が乱れ、また、誘電体ミラー層３５で反射される際にも
偏光状態が乱される。さらに、ＳＬＭ３０の複屈折作用
の不完全さによっても偏光状態が乱される。そのため、
ＰＢＳ１０および１１を用いて読み出し光であるＰ偏光
に混在するＳ偏光を小さくしても、ＳＬＭ３０によって
偏光が乱され、ＳＬＭ３０から出射される反射読み出し
光はＳ偏光の中にＰ偏光が、Ｐ偏光の中にＳ偏光がそれ
ぞれ混在している。そのため、ＳＬＭ３０で変調されＰ
ＢＳ１０を透過する光をスクリーン５０上に投射した場
合、投射画像の書き込み光が入射していない箇所に対応
する部分に、僅かではあるがＳ偏光およびＰ偏光が存在
することになる。本来、書き込み光が入射していない箇
所に対応する部分には光が存在せず黒（白黒画像の場
合）でなければならないが、わずかにＳ偏光およびＰ偏
光が存在することになる。

【００１２】本発明の目的は、コントラストの良い投射
画像が得られる投射装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】発明の実施の形態を示す
図１，３および５に対応付けて説明する。図１に対応付
けて説明すると、請求項１の発明の投射装置は、光源光
を二つの偏光に分離して、透過光および反射光としてそ
れぞれ出射する第１の偏光光学素子１０と、書き込み画
像が書き込まれ、第１の偏光光学素子１０からの反射光
を書き込み画像に応じて変調して出射する空間光変調素
子３０と、空間光変調素子３０で変調されて第１の偏光
光学素子１０に入射して透過する光を透過する第２の偏
光光学素子１２と、第２の偏光光学素子１２を透過した
光をスクリーン５０上に投射する投射光学系４０とを備
えて上述の目的を達成する。図５に対応付けて説明する
と、請求項２の発明の投射装置は、光源光を二つの偏光
に分離して、透過光および反射光としてそれぞれ出射す
る第１の偏光光学素子１０と、書き込み画像が書き込ま
れ、第１の偏光光学素子１０からの透過光を書き込み画
像に応じて変調して出射する空間光変調素子３０と、空
間光変調素子３０で変調されて第１の偏光光学素子１０
に入射して反射される光を透過する第２の偏光光学素子
１２と、第２の偏光光学素子１２を透過した光をスクリ
ーン５０上に投射する投射光学系４０とを備えて上述の
目的を達成する。図１に対応付けて説明すると、請求項
３の発明の投射装置では、第２の偏光光学素子１２は、
第１の偏光光学素子１０からの入射光の光軸に沿って設
けられた少なくとも一つの偏光ビームスプリッター１２
より成る。請求項４の発明の投射装置では、第１の偏光
光学素子１０も偏光ビームスプリッターから成る。図３
に対応付けて説明すると、請求項５の発明の投射装置で
は、第１の偏光光学素子１０である偏光ビームスプリッ
ターと第２の偏光光学素子１２である偏光ビームスプリ
ッターとは互いに接合されて設けられる。

【００１４】請求項１の発明の投射装置では、第２の偏
光光学素子１２は、空間光変調素子３０から入射して第
１の偏光光学素子１０を透過する光に混在する不所望な
一方の偏光を分離して反射し、混在する一方の偏光が分
離された他方の偏光成分をより多く含む透過光を投射光
学系４０へ出射する。請求項２の発明の投射装置では、
第２の偏光光学素子１２は、空間光変調素子３０から入
射して第１の偏光光学素子１０で反射される光に混在す
る不所望な一方の偏光を分離して反射し、混在する一方
の偏光が分離された他方の偏光成分をより多く含む透過
光を投射光学系４０へ出射する。

【００１５】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本
発明が発明の実施の形態に限定されるものではない。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図６を参照して本発
明の実施の形態を説明する。 −第１の実施の形態− 図１は、本発明による投射装置の第１の実施の形態を示
す概略構成図である。図１において、図７と同一の部分
は同一の符号を付した。１２は、ＰＢＳ１０と投射レン
ズ４０との間に設けられた第２のＰＢＳである。なお、
ＰＢＳ１０を透過してＰＢＳ１２に入射するＳＬＭ３０
からの光が、ＰＢＳ１２を透過するように偏光分離部１
０１および１２１は配置される。

【００１７】光源２０を出射した光がＰＢＳ１０に入射
すると、Ｓ偏光が偏光分離部１０１で反射されてＳＬＭ
３０へ出射される。ＳＬＭ３０に入射したＳ偏光は書き
込み光に応じて変調され、ＰＢＳ１０へ出射される。書
き込み光が入射している箇所に対応するＳ偏光がＰ偏光
に変調されてＰＢＳ１０に入射すると、偏光分離部１０
１を透過してＰＢＳ１２に入射する。ＰＢＳ１０を透過
してＰＢＳ１２に入射するＰ偏光には、ＰＢＳ１０の消
光比に応じてＳ偏光が混在している。このＳ偏光はＰＢ
Ｓ１２の偏光分離部１２１によって大部分が図の矢印Ｓ
に示すように反射され、ＰＢＳ１２を透過して出射され
るＰ偏光に混在するＳ偏光が減少する。例えば、ＰＢＳ
１２の反射光の消光比が４００分の１であるとすると、
Ｓ偏光は４００分の１に減少する。なお、ＰＢＳ１０お
よび１２の互いに向い合う面にそれぞれ反射防止膜を施
すことによって、光量損失を小さくするようにしてもよ
い。

【００１８】上述したように、本発明の実施の形態の投
射装置では、ＳＬＭ３０からＰＢＳ１０を透過してＰＢ
Ｓ１２に入射するＰ偏光に混在するＳ偏光を、ＰＢＳ１
２によって分離して反射しているため、スクリーン５０
に投射されるＰ偏光に混在するＳ偏光が減少し、コント
ラストの良い投射画像が得られる。

【００１９】−第２の実施の形態− 図２は、本発明による投射装置の第２の実施の形態の概
略構成を示す図である。従来、投射装置の小型化等の要
求から、光軸をミラーで曲げて投射する装置があるが、
本発明の実施の形態はこのような装置に本発明を適用し
た例である。図２において、図１と同様の部分には同一
の符号を付した。６０は、ＰＢＳ１０から出射される透
過光の方向を変えるミラーである。ＰＢＳ１０からの透
過光はミラー６０で反射されてＰＢＳ１２に入射し、Ｐ
ＢＳ１２の透過光が投射レンズ４０によってスクリーン
５０上に投射される。ミラー６０で反射されると、ＰＢ
Ｓ１０からの透過光、すなわちＰ偏光は偏光が乱されて
Ｐ偏光にＳ偏光が混在するようになるが、ＰＢＳ１２を
透過させることによって矢印Ｓに示す方向にＳ偏光が反
射されるからＳ偏光の割合を小さくすることができる。

【００２０】従来は、ミラーで反射した光を投射レンズ
でスクリーン上に投射しているが、上述したようにミラ
ーによって偏光が乱されて投射画像のコントラストが劣
化するという欠点があった。しかし、本発明の実施の形
態では、ミラー６０で反射した光をＰＢＳ１２で分離し
ているため、ＰＢＳ１２の透過光に混在するＳ偏光が低
減し、コントラストの劣化を低減することができる。さ
らに、ミラー６０によって光軸をまげているため、図１
の投射装置に比べ光軸方向の寸法を小さくすることがで
きる。なお、ミラー６０の前のＰＢＳは一個の必要はな
く、複数個であってもかまわないし、ミラー６０の後の
ＰＢＳも複数であってもよい。

【００２１】−第３の実施の形態− 図３は本発明による投射装置の第３の実施の形態であ
り、ＰＢＳ１０とＰＢＳ１２を接合した投射装置の概略
構成を示す。図３において、図１と同一の部分には同一
の符号を付した。図１にように、ＰＢＳ１０および１２
の間に空気層が存在する場合、空気層による光量の損失
や、空気層とＰＢＳ１０および１２との界面による反射
等による光量損失などが生じる。しかし、本発明の実施
の形態ではＰＢＳ１０とＰＢＳ１２とを接合しているた
め、このような光量損失を低減することができる。さら
に、接合時にＰＢＳ１０とＰＢＳ１２との光軸を一致さ
せるため、装置組立後に光軸のずれが生じないという利
点を有する。

【００２２】図４は第３の実施の形態の変形例を示す図
であり、ＰＢＳ１２で反射される光の出射方向が図３の
場合に対して反対の方向、すなわち、図の上向きの方向
である投射装置である。この場合も、第３の実施の形態
と同様の効果が得られる。

【００２３】−第４の実施の形態− 図５は本発明による投射装置の第４の実施の形態の概略
構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）
のＢ−Ｂ線に沿って光源２０方向から見た図である。図
１と同一の部分は同一の符号を付した。光源２０，ＰＢ
Ｓ１０およびＳＬＭ３０は、ＰＢＳ１０に入射する光源
２０の光の透過光がＳＬＭ３０に入射するようにそれぞ
れ配置されている。また、ＰＢＳ１２は、ＳＬＭ３０か
らＰＢＳ１０に入射する光の反射光がＰＢＳ１２を透過
するように配置されている。

【００２４】光源光はＰＢＳ１０の偏光分離部１０１に
よりＰ偏光とＳ偏光とに偏光分離され、透過光であるＰ
偏光が読み出し光としてＳＬＭ３０に入射する。ＳＬＭ
３０では、書き込み光が入射している箇所のＰ偏光がＳ
偏光に変調されてＳＬＭ３０より出射される。ＳＬＭ３
０からの出射光に含まれるＰ偏光はＰＢＳ１０を透過
し、出射光に含まれるＳ偏光はＰＢＳ１０で反射されて
ＰＢＳ１２に入射する。ＰＢＳ１２に入射したＳ偏光は
ＰＢＳ１２の偏光分離部１２１を透過し、投射レンズ４
０によってスクリーン５０に投射される。

【００２５】本発明の実施の形態においても、ＳＬＭ３
０から入射されてＰＢＳ１０から出射されるＳ偏光に混
在するＰ偏光をＰＢＳ１２によって低減することができ
るため、第１の実施の形態と同様にスクリーン５０上に
投射される画像のコントラストを向上させることができ
る。さらに、ＳＬＭ３０をＰＢＳ１０を挟んで光源１０
と反対側に配置したため、投射方向に関する投射装置の
奥行寸法を小さくすることができる。

【００２６】−第５の実施の形態− 図６は本発明による投射装置の第５の実施の形態の概略
構成を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）
のＣ−Ｃ線に沿ってＳＬＭ３０方向から見た図である。
図６において、図１と同一の部分には同一の符号を付し
た。本発明の実施の形態において、ＰＢＳ１１はＰＢＳ
１０に接合して設けられている。図９に示した従来例と
同様に、ＰＢＳ１１は、光源２０の光からＰ偏光を分離
してＰＢＳ１０に出射するように配置されている。な
お、本発明の実施の形態の説明におけるＰ偏光またはＳ
偏光とは、ＰＢＳ１１から見たときの偏光状態であると
する。すなわち、ＰＢＳ１１を透過するＰ偏光は、ＰＢ
Ｓ１０から見ればＳ偏光となって偏光分離部１０１で反
射される。

【００２７】光源２０からＰＢＳ１１に入射した光は偏
光分離部１１１によって分離され、透過光であるＰ偏光
がＰＢＳ１０に入射する。そのため、Ｐ偏光に混在する
Ｓ偏光の少ない、すなわち特性の良い光がＰＢＳ１０に
入射する。このＰ偏光は、上述したようにＰＢＳ１０の
偏光分離部１０１によって反射され、ＳＬＭ３０へ読み
出し光として出射される。よって、ＳＬＭ３０の読み出
し光（Ｐ偏光）に混在するＳ偏光は、第１の実施の形態
（図１）の読み出し光（Ｓ偏光）に混在するＰ偏光より
小さくなる。この読み出し光がＳＬＭ３０で変調されて
スクリーン５０に投射されるまでは、第３の実施の形態
と同様である。

【００２８】上述したように、ＳＬＭ３０に入射する読
み出し光に混在するＳ偏光が低減されるため、スクリー
ン５０上に投射される画像のコントラストがより向上す
る。なお、本発明の実施の形態ではＰＢＳ１１とＰＢＳ
１０とが接合されたが、所定間隔を持って配置されても
よく、また、両者の間にミラーを挿入し光学系を曲げて
も良い。

【００２９】以上説明した発明の実施の形態において、
ＰＢＳ１０は第１の偏光光学素子を、ＰＢＳ１２は第２
の偏光光学素子を、ＳＬＭ３０は空間光変調素子を、投
射レンズ４０は投射光学系をそれぞれ構成している。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第１の偏光光学素子から出射されてスクリーン上に投射
される光に混在する一方の不所望な偏光成分を第２の偏
光光学素子によって分離して排除しているため、コント
ラストの良い投射画像が得られる。請求項５の発明で
は、第１の偏光光学素子である偏光ビームスプリッター
と第２の偏光光学素子である偏光ビームスプリッターと
の間に空間が無いため、スクリーン上に投射される光の
光量損失を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る投射装置の第１の実施の形態の概
略構成を示す図。

【図２】本発明に係る投射装置の第２の実施の形態の概
略構成を示す図。

【図３】本発明に係る投射装置の第３の実施の形態の概
略構成を示す図。

【図４】図３に示す投射装置の変形例の概略構成を示す
図。

【図５】本発明に係る投射装置の第４の実施の形態の概
略構成を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は
（ａ）のＢ−Ｂ線に沿って見た図である。。

【図６】本発明に係る投射装置の第５の実施の形態の概
略構成を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は
（ａ）のＣ−Ｃ線に沿って見た図である。

【図７】従来の投射装置の第１の例を示す図。

【図８】空間光変調素子の詳細を示す断面図。

【図９】従来の投射装置の第２の例を示す図であり、
（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿って見
た図である。

【符号の説明】

１０、１１，１２ 偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ） ２０ 光源 ３０ 光書き込み型空間光変調素子（ＳＬＭ） ４０ 投射レンズ ５０ スクリーン

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源光を二つの偏光に分離して、透過光
   および反射光としてそれぞれ出射する第１の偏光光学素
   子と、 書き込み画像が書き込まれ、前記第１の偏光光学素子か
   らの前記反射光を前記書き込み画像に応じて変調して出
   射する空間光変調素子と、 前記空間光変調素子で変調されて前記第１の偏光光学素
   子に入射して透過する光を透過する第２の偏光光学素子
   と、 前記第２の偏光光学素子を透過した光をスクリーン上に
   投射する投射光学系とを備えることを特徴とする投射装
   置。
2. 【請求項２】 光源光を二つの偏光に分離して、透過光
   および反射光としてそれぞれ出射する第１の偏光光学素
   子と、 書き込み画像が書き込まれ、前記第１の偏光光学素子か
   らの前記透過光を前記書き込み画像に応じて変調して出
   射する空間光変調素子と、 前記空間光変調素子で変調されて前記第１の偏光光学素
   子に入射して反射される光を透過する第２の偏光光学素
   子と、 前記第２の偏光光学素子を透過した光をスクリーン上に
   投射する投射光学系とを備えることを特徴とする投射装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の投射装
   置において、 前記第２の偏光光学素子は、前記第１の偏光光学素子か
   らの入射光の光軸に沿って設けられた少なくとも一つの
   偏光ビームスプリッターより成ることを特徴とする投射
   装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の投射装置において、 前記第１の偏光光学素子も偏光ビームスプリッターから
   成ることを特徴とする投射装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の投射装置において、 前記第１の偏光光学素子である偏光ビームスプリッター
   と前記第２の偏光光学素子である偏光ビームスプリッタ
   ーとは互いに接合されて設けられることを特徴とする投
   射装置。