JP5826685B2 - レーザ用光学デバイス - Google Patents
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Description
まず、公知ではあるが本発明を理解する助けとなるので、本発明で用いられる強誘電性液晶素子の構成と動作の概略を以下説明する。図14は強誘電性液晶素子の具体例を示す断面図である。図14に示すように、強誘電性液晶素子100は、たとえば、約2μmの厚さdの液晶層101を挟持した一対のガラス基板110、120と、これら2枚のガラス基板110、120を接着するシール材102とで構成されている。ガラス基板110、120のそれぞれの対向面には電極111、121が形成されており、その上に配向膜112、122が配置され、配向処理がなされている。電極111、121は、たとえばITOなどのベタ電極である。
[各実施形態の特徴]
第1の実施形態の特徴は、波長が異なる三つの光源から出射されたレーザ光のそれぞれの波長に合わせた三つの強誘電性液晶素子を光源に対して並列に配置したことである。第2の実施形態の特徴は、一つの強誘電性液晶素子が波長の近い二つのレーザ光に対応し、この強誘電性液晶素子と他の波長に対応した強誘電性液晶素子とを並列に配置したことである。第3の実施形態の特徴は、複数のレーザ光をフィールドシーケンシャル方式によって時分割で出射し、出射されたレーザ光を同一光軸に出射するごとく配置して、複数の強誘電性液晶素子はレーザ光の光軸方向に重ねて配置し小型化したことである。
第1の実施形態のレーザ用光学デバイスの構成について図1を用いて説明する。図1において、符号1は第1の実施形態のレーザ用光学デバイスである。レーザ用光学デバイス1は、複数のレーザ光を所定の偏光方向で出射する光源部10と、複数の強誘電性液晶素子で成る液晶素子20と、光源部10と液晶素子20を駆動制御する制御部30とを有している。
次に、第1の実施形態の動作の概要について図1を用いて説明する。制御部30は、光源制御信号CR、CG、CBを出力することによって、R光源11、G光源12、B光源13がレーザ光を出射するONとOFFを制御することが出来る。ここで、R光源11、G光源12、B光源13が同時にONすると、それぞれの波長のレーザ光は同時に出射され、R液晶素子21にはRレーザ光11aが入射し、G液晶素子22にはGレーザ光12aが入射し、B液晶素子23にはBレーザ光13aが入射する。
次に、第1の実施形態のレーザ用光学デバイス1による偏光方向の切り換え動作の概要を図2を用いて説明する。なお、図1で示したR液晶素子21がRレーザ光11aの偏光
方向を切り換える動作を例として説明する。図2において、R光源11は、前述したようにRレーザ光11aを出射する。Rレーザ光11aは所定の偏光方向を有する直線偏光であり、その偏光方向2は、たとえば0度であるとする。
次に、第1の実施形態の液晶素子20を駆動する駆動波形について図3を用いて説明する。なお、第1の実施形態の構成は図1を参照とする。図3において、光源部10は、光源制御信号CR、CG、CBによって、Rレーザ光11a、Gレーザ光12a、Bレーザ光13aを同時に出射する。
スを提供することができる。
次に、第2の実施形態のレーザ用光学デバイスの構成について図4を用いて説明する。なお、第1の実施形態と同一要素には同一番号を付し重複する説明は省略する。図4において、符号40は第2の実施形態のレーザ用光学デバイスである。レーザ用光学デバイス40は、複数のレーザ光を所定の偏光方向で出射する光源部10と、複数の強誘電性液晶素子で成る液晶素子20と、レーザ光を選択的に反射または透過するダイクロイックミラー41と、レーザ光を反射するミラー43、及び、光源部10と液晶素子20を駆動制御する制御部30とを有している。
反射させて、ダイクロイックミラー41に向けて出射する。
次に、第2の実施形態の動作の概要について図4を用いて説明する。制御部30は、光源制御信号CR、CG、CBを出力することによって、R光源11、G光源12、B光源13のONとOFFを制御することが出来る。ここで、R光源11、G光源12、B光源13が同時にONすると、各波長のレーザ光が同時に出射され、R液晶素子21には、Rレーザ光11aが入射し、GB液晶素子24には、合波であるGBレーザ光14aが入射する。
次に、第2の実施形態の液晶素子20を駆動する駆動波形について図5を用いて説明する。なお、第2の実施形態の構成は図4を参照とする。図5において、光源部10は、光源制御信号CR、CG、CBによって、Rレーザ光11a、Gレーザ光12a、Bレーザ光13aを同時に出射する。
Bは同一の駆動波形であり、所定の周期T0で正負が切り替わる交流電圧である。たとえば、周期T0の前半T1は正電圧+Vであり、後半T2は負電圧−Vである。
次に、第2の実施形態の変形例のレーザ用光学デバイスの構成について図6を用いて説明する。ここで、第2の実施形態の変形例は前述の第2の実施形態に対して、一つの強誘電性液晶素子が対応する二つのレーザ光の波長が異なるだけで、基本構成は同一である。なお、第1の実施形態と同一要素には同一番号を付し重複する説明は省略する。図6において、符号50は第2の実施形態の変形例のレーザ用光学デバイスである。レーザ用光学デバイス50は、複数のレーザ光を所定の偏光方向で出射する光源部10と、複数の強誘電性液晶素子で成る液晶素子20と、ダイクロイックミラー42、ミラー43及び、光源部10と液晶素子20を駆動制御する制御部30とを有している。
Rレーザ光11aの各レーザ光を合波する合波部である。具体的には、ダイクロイックミラー42は、Gレーザ光12aを選択的に透過させ、Rレーザ光11aを選択的に反射させて、Gレーザ光12aとRレーザ光11aの合波であるRGレーザ光15aをRG液晶素子25に向けて出射する。また、ミラー43は、R光源11からのRレーザ光11aを反射させて、ダイクロイックミラー42に向けて出射する。
次に、第2の実施形態の変形例の動作の概要を図6を用いて説明する。制御部30は、光源制御信号CR、CG、CBを出力することによって、R光源11、G光源12、B光源13のONとOFFを制御することが出来る。ここで、R光源11、G光源12、B光源13がONすると、各波長のレーザ光が同時に出射され、B液晶素子23には、Bレーザ光13aが入射し、RG液晶素子25には、合波であるRGレーザ光15aが入射する。
次に、第3の実施形態のレーザ用光学デバイスの構成について図7を用いて説明する。なお、第1の実施形態と同一要素には同一番号を付し重複する説明は省略する。図7において、符号60は第3の実施形態のレーザ用光学デバイスである。レーザ用光学デバイス60は、複数のレーザ光を所定の偏光方向で出射する光源部10と、複数の強誘電性液晶素子で成る液晶素子20と、ダイクロイックミラー61、62、ミラー63、及び、光源部10と液晶素子20を駆動制御する制御部30とを有している。
次に、第3の実施形態の動作の概要を図7を用いて説明する。制御部30は、光源制御
信号CR、CG、CBを出力することによって、R光源11、G光源12、B光源13のONとOFFを制御し、Rレーザ光11a、Gレーザ光12a、Bレーザ光13aを時分割で出射させる。これにより、合波としてのRGBレーザ光16aは、所定のタイミングでRレーザ光11a、Gレーザ光12a、Bレーザ光13aが切り換えられて出射される。
次に、第3の実施形態の液晶素子20を駆動する駆動波形の基本形について図8を用いて説明する。図8において、光源部10からのレーザ光は、前述したように、所定の周期によって時分割でRレーザ光11a、Gレーザ光12a、Bレーザ光13aが順次出射される。
実施形態の特徴である。なお、液晶駆動電圧VR、VG、VBの駆動波形は図8に限定されない。たとえば、各液晶素子に正電圧+Vが印加された時に、ダイレクタ方向が入射光の偏光方向に対して0°となり、負電圧−Vが印加された時に、ダイレクタ方向が入射光の偏光方向に対して45°となるように設定するならば、対応していない他の波長のレーザ光が出射されているときの直流電圧は、正電圧+Vを印加すればよい。
次に、第3の実施形態の液晶素子20を駆動する他の駆動波形について図9を用いて説明する。この駆動波形は、正または負の直流電圧を補償する補償パルスを含んだ駆動波形である。すなわち、前述した第3の実施形態の駆動波形の基本形(図8参照)では、対応していない他の波長のレーザ光が出射されているとき、負電圧−Vまたは正電圧+Vの直流電圧が印加されるが、この駆動波形が液晶素子20に長期間印加されると、負または正の直流電圧によって強誘電性液晶素子に焼き付き現象が発生し、偏光方向の切り換えが正常に行われない不具合が生じる。この不具合を無くすための駆動波形が、図9で示す補償パルスを含んだ駆動波形である。
ーザ光11aの出射期間Trとその直後の補償期間Th、及び、Gレーザ光12aの出射期間Tgとその直後の補償期間Thでは、負電圧−V1’の直流電圧が出力される。
次に、第3の実施形態の変形例のレーザ用光学デバイスの構成について図10を用いて説明する。なお、第3の実施形態と同一要素には同一番号を付し重複する説明は省略する。図10において、符号70は第3の実施形態の変形例のレーザ用光学デバイスである。レーザ用光学デバイス70は、複数のレーザ光を所定の偏光方向で出射する光源部10と、複数の強誘電性液晶素子で成る液晶素子20と、ダイクロイックミラー61、62、ミラー63、及び、光源部10と液晶素子20を駆動制御する制御部30とを有している。
次に、第3の実施形態における変形例の動作の概要について図10を用いて説明する。制御部30は、光源制御信号CR、CG、CBを出力することによって、R光源11、G
光源12、B光源13のONとOFFを制御し、Rレーザ光11a、Gレーザ光12a、Bレーザ光13aを時分割で出射させる。これにより、合波としてのRGBレーザ光16aは、所定のタイミングでRレーザ光11a、Gレーザ光12a、Bレーザ光13aが切り換えられて出射される。
次に、第3の実施形態における変形例の駆動波形について図11を用いて説明する。なお、ここでの駆動波形は、駆動する液晶素子を交流化駆動するために補償パルスを含んだ駆動波形として説明する。
次に、本発明のレーザ用光学デバイスを用いてスペックルノイズを減少した映像エンジンの一例について図12を用いて説明する。図12において、映像エンジン80は、図7に示した第3の実施形態のレーザ用光学デバイス60を適用し、LCOS(Liquid
Crystal On Silicon)を用いた映像エンジンである。映像エンジン80は、光源部10と、レンズ81と、偏波ビームスプリッタ82と、LCOS83と、レンズ84と、液晶素子20と、を備えている。なお、レーザ光を同一光軸に出射するダイクロイックミラー等は図示を省略している。
変調器である。LCOS83は、偏波ビームスプリッタ82から出射されたレーザ光を偏波ビームスプリッタ82へ反射させる。また、LCOS83は、レーザ光が反射する面の各画素に印加される電圧に応じて、各画素における反射光の偏光状態を制御する。これにより、偏波ビームスプリッタ82からレンズ84の側へ透過するレーザ光の強度を画素ごとに制御して映像を形成することができる。
次に、本発明のレーザ用光学デバイスを用いてスペックルノイズを減少したプロジェクタの構成の一例について図13を用いて説明する。図13において、プロジェクタ90は、映像エンジン80と、制御部30、及び、電源91を備えている。
10 光源部
11 R光源
11a、11b Rレーザ光
12 G光源
12a、12b Gレーザ光
13 B光源
13a、13b Bレーザ光
14a、14b GBレーザ光
15a、15b RGレーザ光
16a、16b RGBレーザ光
20 液晶素子
21 R液晶素子
22 G液晶素子
23 B液晶素子
24 GB液晶素子
25 RG液晶素子
30 制御部
31 光源コントローラ
32 LCOSコントローラ
33 液晶素子コントローラ
34 コントロールユニット
41、42、61、62 ダイクロイックミラー
43、63 ミラー
80 映像エンジン
83 LCOS
90 プロジェクタ
CR、CG、CB 光源制御信号
VR、VG、VB、VGB、VRG 液晶駆動電圧
Claims (5)
- 複数のレーザ光を所定の偏光方向で出射する光源部と、
前記複数のレーザ光の偏光方向を経時的に切り換える液晶素子と、を備えるレーザ用光学デバイスにおいて、
前記液晶素子は、前記複数のレーザ光の各波長に合わせて、前記液晶素子の(Δn・d)がそれぞれ設定されている複数の強誘電性液晶素子であり、前記複数のレーザ光を同一光軸に出射するごとく配置し、且つ、前記複数のレーザ光を時分割で出射させ、前記複数の強誘電性液晶素子は、光軸方向に重ねて配置したことを特徴とするレーザ用光学デバイス。 - 前記複数のレーザ光は、赤色、緑色、青色であり、前記緑色と青色のレーザ光を入射する前記強誘電性液晶素子を一つの前記液晶素子で構成したことを特徴とする請求項1に記載のレーザ用光学デバイス。
- 前記複数のレーザ光は、赤色、緑色、青色であり、前記赤色と緑色のレーザ光を入射する前記強誘電性液晶素子を一つの前記液晶素子で構成したことを特徴とする請求項1に記載のレーザ用光学デバイス。
- 前記複数のレーザ光のうち、一つのレーザ光が出射されている期間は、その前記レーザ光に対応する前記強誘電性液晶素子の駆動波形は、正負の交流電圧で構成され、その他の前記強誘電性液晶素子の駆動波形は、正または負の直流電圧で構成されることを特徴とする請求項2又は3に記載のレーザ用光学デバイス。
- 前記駆動波形は、前記正または負の直流電圧を補償する補償パルスを有することを特徴とする請求項4に記載のレーザ用光学デバイス。
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