JPH0461141A

JPH0461141A - 画像縮小拡大投影装置

Info

Publication number: JPH0461141A
Application number: JP2165043A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Yoshioka; 芳夫吉岡; Koji Kuwabara; 桑原　皓二; Makoto Yano; 真矢野; Kiyoshi Saito; 清斉藤; Kiyoshi Okumura; 奥村　清; Minoru Fujimoto; 実藤本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-06-22
Filing date: 1990-06-22
Publication date: 1992-02-27
Anticipated expiration: 2016-01-22
Also published as: US5260728A; EP0463500A1; KR920001951A; EP0463500B1; JP3126368B2; DE69121796T2; DE69121796D1

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
画像縮小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
報をエツ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、操作光学系が後縁になり、高速化も困難
になるなどの欠点がある。

これに対し５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５、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、マスク式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としてで最近注目を浴
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
に通すご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、　　Ｈの３原色に分離し７、これら
３原色の各光路に液晶素子が配置され・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７たようにマスク式に
比ベマーキング情報の変更が容品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：Ｙ’ＡＧ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１．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
系の集魚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、２
０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の十字状の部分のろしか使えないので、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（＾ｐｐｌｉ
ｃａｔｉｏＩＩＳｐｅｃｉｆｉｅｄ　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ＹＡＧ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、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。

本発明の第３の目的は、明るい画像を得ることのできる
画像投影装置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波の両偏光成分に分離する第１の手段と、前記Ｐ
波とＳ波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Ｐ波とＳ波を再合成す
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波の光路にそれぞれ配置され、Ｐ波とＳ波を
それぞれ変調して画像情報を与える少なくとも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Ｐ波とＳ波を再合成する第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マ
ーキング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。

上記第３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波の両偏光成分に分離する第１のビームスプリッ
タと、前記Ｐ波とＳ波をそれぞれ変調して画像情報を与
える少なくとも２組の液晶素子を含む画像形成手段と、
前記画像情報を与えられたＰ波とＳ波を再合成する第２
のビームスプリッタと、前記再合成して得られた光をス
クリーン上に投影する投影レンズとを有することを特徴
とする画像投影装置が提供される。

〔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１Ｊ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３゜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３４，３
５、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３
０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θＩ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）７Ｊ向の偏光ビーム３９ｂどなっている
。ビーム３９ａ９ｂ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４３９ａは通過し、Ｐ波のビー
ム４１として出力される。も・）・方のビーム３９ｂは
反射し、捨てるビームは１１０となる。

一方、ビームスプリッタ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
グメントを通過しまた光は、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。

以上の説明の中で、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６
ｏ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３
８．４８からレンズ４２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３
８．４８からそれらの中心線の交点までの距離１１．１
２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３８．４
８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１１−０を検出装置１１］で検出
し、液晶素ｆ’−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２て、２つの液晶素子３
８．４８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画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．Ｊ８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１００．１
０１を介して液晶素子３８．４８駆動用のドライバ１０
２゜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９６．
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
示さゼ、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。電子的手法による場合は
、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９６．９７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ツ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３８．４８が第１１８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１０
６，１０７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
ツト表示の位置を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、液晶ドツトの間隔の正数倍のずれを補正するの
に適している。ドツト位置の変更は、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、補正するドツ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、１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１７
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４
７とビームスプリッタ４０との間に挿入した点である。

なお、１７２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５２
ａ、５２ｂは、もう−枚の１７２波長板５１で第１３図
に４９ａ、４９ｈ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だけずらしである。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７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品Ｃ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２０１，２１．０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２」１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２］−３で反射され
た後、１／２波長板２１−５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ζごＰ波ルートの光２０６ａと同じＰ波にする。

し７たがって、この光２１８ａはビームスプリッタ２１
０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］、
、／２波長板２０７でＰ波に戻され、液晶素子２１．５
の残りの部分を通った光２１８ｂと共にビームスプリッ
タ２１．０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”Ｃ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１．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、１７２波長板５
１，２０７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５
１．．２０７は、２組の液晶素子３８．４８Ａ及び２０
５．２１．７で変調した光をビームスプリッタ４０．２
１０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、】／２波長板で第２０図の２４
０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２４１人
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２
４３Ａ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２
２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・う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２５０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画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７、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
・ツタ４０Ａにより合成された印字情報光４１．５０は
折り返しミラー２６０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５
０２，５０４、投影レンズ５０５、スクリーン５０６、
液晶素子のパネル５０７．５０８．１／２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
５０９゜５１０とミラー５０２．５０４を経由した後、
液晶素子５Ｏ７，５０８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によってスクリーン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−ム拡大器６０１
を通過した後、ダイクロイックミラー６０２．６Ｏ３，
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６Ｏ５，６１１，
６１７によってそれぞれＰｌＳの両波に分けられ、ミラ
ー６０６゜６０１７；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、
再びビームスプリッタ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６Ｏ９，６
１５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、ｊｌ！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６０
０を用いる代わりに、Ｒ，Ｇ、　　ＢＱ）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ＳＳ
Ｐ両波に分離し、その両刀を用いるので、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色の画素を用いると、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小拡大投影装置、レーザマ
ーカ、画像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波の両側光成分の双方を有
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。

（０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
線変更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。

（））　　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ずる塵埃を減らし、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ド
（１秒間にマーキングできる回数）を大きくできる。

（１０１２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７た一定の
光強塵にすることができ、品質の良いマーキングができ
る。

（１，１）　　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。

（＋２１　　Ｐ波、Ｓ波の両級路に配置した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ゼるこ
とができる。即ち、Ｓ波の光軸をビー４スプリツタ面に
平行に、Ｐ波を（れに直行する方向に定めることができ
る。これにより、レーザ光を自効にマーキングに利用で
きる１、（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−・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１
９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２
７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・・・ビームスブリッタ３６．４５・・・１７２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・・・制衝用マイコン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・・・グイクロイック
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

Claims

【特許請求の範囲】

（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波の両偏光成分に分離する第１の手段
と、前記Ｐ波とＳ波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Ｐ波とＳ波
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。
（２）請求項１記載の画像縮小拡大投影装置において、
前記光源がレーザビームを出力するレーザ発振器であり
、前記第４の手段が再合成した光を結像させて対象物に
マーキングするレンズであることを特徴とする画像縮小
拡大投影装置。
（３）請求項１記載の画像縮小拡大投影装置において、
前記光源が白色光を出力する手段であり、前記第４の手
段が再合成した光を拡大してスクリ像縮小拡大投影装置
。
（４）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の手段が前記Ｐ波及びＳ波の光路に配置された
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小拡大投影装置。
（５）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波の光路にそれぞれ配置され、Ｐ
波とＳ波をそれぞれ変調して画像情報を与える少なくと
も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Ｐ波とＳ波を再合成する第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
対象物にマーキング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。
（６）請求項５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。
（７）請求項５記載のレーザマーカにおいて、前記２組
の画像形成素子と前記結像レンズまでの距離がほぼ等距
離であることを特徴とするレーザマーカ。
（８）請求項５記載のレーザマーカにおいて、前記２組
の画像形成素子で変調されたそれぞれの光を互いに直交
する偏光面をもって前記第２のビームスプリッタに入射
させる偏光面制御手段をさらに有することを特徴とする
レーザマーカ。
（９）請求項８記載のレーザマーカにおいて、前記偏光
面制御手段が１／２波長板を含むことを特徴とするレー
ザマーカ。
（１０）請求項８記載のレーザマーカにおいて、前記偏
光面制御手段が一方にネガ像を、他方にポジ像を表示さ
せる２組の画像形成素子を含むことを特徴とするレーザ
マーカ。
（１１）請求項１０記載のレーザマーカにおいて、前記
ネガ像及びポジ像を表示させる手段が一方の画像形成素
子への入力信号を反転させる反転回路を含むことを特徴
とするレーザマーカ。
（１２）請求項５記載のレーザマーカにおいて、前記画
像形成手段が前記２組の画像形成素子の相対位置を調整
可能とする手段を含むことを特徴とするレーザマーカ。
（１３）請求項５記載のレーザマーカにおいて、前記画
像形成手段が前記２組の画像形成素子に入力信号を与え
る共通の信号源を含むことを特徴とするレーザマーカ。
（１４）請求項５記載のレーザマーカにおいて、前記画
像形成手段が前記２組の画像形成素子の表示を電子的又
は機械的に勝手違いとする手段を含み、前記２組の画像
形成素子が互いに直角に配置された液晶素子であること
を特徴とするレーザマーカ。
（１５）請求項５記載のレーザマーカにおいて、前記２
組の画像形成素子への入射光の偏光方向を制御する少な
くとも２組の１／２波長板をさらに有することを特徴と
するレーザマーカ。
（１６）請求項１５記載のレーザマーカにおいて、前記
２組の１／２波長板が、前記２組の画像形成素子への入
射光の偏光方向をほぼ同一とするように制御する波長板
であることを特徴とするレーザマーカ。
（１７）請求項５記載のレーザマーカにおいて、前記画
像形成手段が、前記２組の画像形成素子を一体的に交換
可能に支持する共通の架台を含むことを特徴とするレー
ザマーカ。
（１８）請求項５記載のレーザマーカにおいて、前記レ
ーザ発振器がランダム偏光のレーザビームを出力するこ
とを特徴とするレーザマーカ。
（１９）請求項５記載のレーザマーカにおいて、前記第
１のビームスプリッタの手前の光路に配置されたビーム
拡張器をさらに有することを特徴とするレーザマーカ。
（２０）請求項５記載のレーザマーカにおいて、前記２
組の画像形成素子によりそれぞれ変調された光と直交す
る偏光成分よりなる捨てるビームを検出して、前記２組
の画像形成素子に表示された画像の位置ずれを調整する
ことを可能とする手段をさらに有することを特徴とする
レーザマーカ。
（２１）請求項５記載のレーザマーカにおいて、前記画
像形成手段が、前記２組の画像形成素子に表示される画
像の位置を電子的に制御し、両者間の画像の位置ずれを
調整する手段を含むことを特徴とするレーザマーカ。
（２２）請求項５記載のレーザマーカにおいて、前記第
１のビームスプリッタによって前記Ｐ波とＳ波に分離さ
れた後、前記第２のビームスプリッタにより再合成され
るまでの光学的経路長をほぼ同じとしたことを特徴とす
るレーザマーカ。
（２３）請求項５記載のレーザマーカにおいて、前記第
２のビームスプリッタが入射方向を問わないキュービッ
ク型であることを特徴とするレーザマーカ。
（２４）請求項５記載のレーザマーカにおいて、前記第
２のビームスプリッタが、その面の法線と光軸との作る
面が前記２組の画像形成素子からの直交する変調光の偏
光軸に対して平行又は垂直となるように配置されている
ことを特徴とするレーザマーカ。
（２５）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波の両偏光成分に分離する第１のビ
ームスプリッタと、前記Ｐ波とＳ波をそれぞれ変調して
画像情報を与える少なくとも２組の液晶素子を含む画像
形成手段と、前記画像情報を与えられたＰ波とＳ波を再
合成する第２のビームスプリッタと、前記再合成して得
られた光をスクリーン上に投影する投影レンズとを有す
ることを特徴とする画像投影装置。
（２６）請求項２５記載の画像投影装置において、前記
光源がランダム偏光よりなる白色光を出力する手段であ
り、前記２組の液晶素子が少なくともＲ、Ｇ、Ｂの３原
色のうち２色以上の画素構成よりなり、カラー画像の投
影を可能とすることを特徴とする画像投影装置。
（２７）請求項２５記載の画像投影装置において、前記
液晶素子により与えられる画像情報が動画の画像情報で
あることを特徴とする画像投影装置。
（２８）ランダム偏光よりなる白色光を出力する光源と
、前記白色光を色分解する第１の複数のダイクロイック
ミラーと、前記色分解されたそれぞれの色の光線ライン
に配置され、それぞれの色の光に画像情報を与える光処
理手段と、前記画像情報を与えられた色の光を再合成す
る第２の複数のダイクロイックミラーと、前記合成され
た光を投影する投影レンズとを有し、前記光処理手段は
、各色の光をＰ波とＳ波の両偏光成分に分離する第１の
ビームスプリッタ、前記Ｐ波とＳ波をそれぞれ変調して
画像情報を与える少なくとも２組の液晶素子を含む画像
形成手段、及び前記画像情報を与えられたＰ波とＳ波を
再合成する第２のビームスプリッタとを備えることを特
徴とするカラー画像投影装置。
（２９）請求項２８記載のカラー画像投影装置において
、前記液晶素子により与えられる画像情報が動画の画像
情報であることを特徴とするカラー画像投影装置。
（３０）請求項２８記載のカラー画像投影装置において
、前記各色の光に対応する光処理手段への入力光線がラ
ンダム偏光の着色光線であることを特徴とするカラー画
像投影装置。
（３１）光源と、前記光源から出力された光を互いに強
度を補完し合う直線偏光の第１及び第２の光に分離する
手段と、前記第１及び第２の光をそれぞれ変調して画像
情報を与える手段と、前記画像情報を与えられた第１及
び第２の光を再合成する手段と、前記再合成して得られ
た光を投影する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。