(57)【要約】  レーザ源（５２）とグレーティング・ライト・バルブ光変調器（５４）と光ステアリング・スキャナ（５８）とを有する走査プロジェクタのためのシャッタリング・システムが、スキャナ（５８）と光変調器（５４）とを相互接続するフィードバック・システムを含む。このフィードバック・システムは、スキャナ誤動作の際には光変調器（５４）を消勢して、レーザ光の方向を変更してスキャナ（５８）から遠ざけるように構成されている。
2007531017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と光変調器と光ステアリング・スキャナとを有する走査プロジェクタのためのシャッタリング・システムであって、
前記スキャナと前記光変調器とを相互接続し、スキャナの誤動作の際には、スキャナの誤動作を検出して前記光変調器を消勢し、レーザ光の方向を変更して前記スキャナから遠ざけるように構成されたフィードバック・システムを備えていることを特徴とするシャッタリング・システム。
【請求項２】
請求項１記載のシャッタリング・システムにおいて、約２０マイクロ秒よりも短い時間でスキャナ誤動作を検出して前記光変調器を消勢するように構成されていることを特徴とするシャッタリング・システム。
【請求項３】
請求項１記載のシャッタリング・システムにおいて、前記光変調器はグレーティング・ライト・バルブ（ＧＬＶ）であることを特徴とするシャッタリング・システム。
【請求項４】
請求項１記載のシャッタリング・システムにおいて、前記光ステアリング・スキャナは、回転ミラーと検流計とマイクロミラー装置と音光変調器とから構成されるグループから選択されることを特徴とするシャッタリング・システム。
【請求項５】
請求項１記載のシャッタリング・システムにおいて、前記光変調器によって回折された光だけを前記光ステアリング・スキャナまで通過させ、回折されていない光を光ダンプに向けるように構成された空間フィルタを更に備えていることを特徴とするシャッタリング・システム。
【請求項６】
請求項５記載のシャッタリング・システムにおいて、前記光変調器はグレーティング・ライト・バルブ（ＧＬＶ）であることを特徴とするシャッタリング・システム。
【請求項７】
請求項６記載のシャッタリング・システムにおいて、前記フィードバック・システムは、誤動作を検出したときには前記ＧＬＶへのパワーを遮断して前記ＧＬＶの回折グレーティングを平坦化することによって前記空間フィルタへのすべての光が回折されないように構成されていることを特徴とするシャッタリング・システム。
【請求項８】
請求項１記載のシャッタリング・システムにおいて、前記フィードバック・システムは、前記光源と前記光変調器と前記スキャナとに相互接続されており前記スキャナの動作を前記光変調器の変調と調和させるように構成されたコントローラを更に備えていることを特徴とするシャッタリング・システム。
【請求項９】
請求項８記載のシャッタリング・システムにおいて、前記光変調器と前記走査装置とは共通のソースによって駆動されることを特徴とするシャッタリング・システム。
【請求項１０】
請求項８記載のシャッタリング・システムにおいて、前記スキャナと関連し前記コントローラと相互接続されており前記スキャナからのフィードバックを連続的に受け取り前記スキャナの誤動作を検出し前記フィードバックを処理し対応する信号を前記コントローラに送るように構成されたスキャナ検出装置を更に備えていることを特徴とするシャッタリング・システム。
【請求項１１】
請求項１０記載のシャッタリング・システムにおいて、前記スキャナ検出装置は、前記走査装置が適切に動作しているかどうかを指示するエンコーダ・パルスを提供し対応する信号を前記コントローラに送るように構成されたエンコーダを含むことを特徴とするシャッタリング・システム。
【請求項１２】
走査プロジェクタ・システムにおいて、
ａ）光を光経路に沿って映写するように構成されているレーザ光源と、
ｂ）前記光経路に沿って配置されており前記レーザ光を変調してイメージを生じさせるように構成された光変調器と、
ｃ）光経路に沿って配置された光ステアリング・スキャナと、
ｄ）前記スキャナと前記光変調器とを相互接続し、スキャナの誤動作の際には、スキャナの誤動作を検出して前記光変調器を消勢し、レーザ光の方向を変更して前記スキャナから遠ざけるように構成されたフィードバック・システムと、
を備えていることを特徴とする走査プロジェクタ・システム。
【請求項１３】
請求項１２記載の走査プロジェクタ・システムにおいて、前記フィードバック・システムは、約２０マイクロ秒よりも短い時間でスキャナ誤動作を検出して前記光変調器を消勢するように構成されていることを特徴とする走査プロジェクタ・システム。
【請求項１４】
請求項１２記載の走査プロジェクタ・システムにおいて、前記光変調器はグレーティング・ライト・バルブ（ＧＬＶ）であることを特徴とする走査プロジェクタ・システム。
【請求項１５】
請求項１２記載の走査プロジェクタ・システムにおいて、前記光ステアリング・スキャナは、回転ミラーと検流計とマイクロミラー装置と音光変調器とから構成されるグループから選択されることを特徴とする走査プロジェクタ・システム。
【請求項１６】
請求項１２記載の走査プロジェクタ・システムにおいて、前記フィードバック・システムは、前記光源と前記光変調器と前記スキャナとに相互接続されており前記スキャナの動作を前記光変調器の変調と調和させるように構成されたコントローラを更に備えていることを特徴とする走査プロジェクタ・システム。
【請求項１７】
請求項１６記載の走査プロジェクタ・システムにおいて、前記光変調器と前記走査装置とは共通のソースによって駆動されることを特徴とする走査プロジェクタ・システム。
【請求項１８】
請求項１６記載の走査プロジェクタ・システムにおいて、前記スキャナと関連し前記コントローラと相互接続されており前記スキャナからのフィードバックを連続的に受け取り前記スキャナの誤動作を検出し前記フィードバックを処理し対応する信号を前記コントローラに送るように構成されたスキャナ検出装置を更に備えていることを特徴とする走査プロジェクタ・システム。
【請求項１９】
請求項１８記載の走査プロジェクタ・システムにおいて、前記スキャナ検出装置は、前記走査装置が適切に動作しているかどうかを指示するエンコーダ・パルスを提供し対応する信号を前記コントローラに送るように構成されたエンコーダを含むことを特徴とする走査プロジェクタ・システム。
【請求項２０】
グレーティング・ライト・バルブと光変調器と走査装置とを有する走査レーザ映写システムからのレーザ光の逸脱を迅速に防止する方法であって、
ａ）映写されたレーザ光に応答して前記走査装置の動作をモニタするステップと、
ｂ）スキャナ誤動作を検出した際には前記光変調器を消勢するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くは、走査用の映写システムに関する。更に詳しくは、本発明は、走査用プロジェクタ・システムのための電子シャタリング・システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザを用いてイメージを映写（投影）スクリーンの上に走査する視覚的映写システム及び方法には様々なものがある。これらの方法の中の１つとして、線形アレイを走査しグレーティング・ライト・バルブ（ＧＬＶ）を用いてイメージを形成して線形アレイをスクリーン上に映写（投影）する方法がある。ＧＬＶ映写システムは、平坦なスクリーンの上にイメージを生じさせるのに用いることができ、又は、曲面状のスクリーンの上にパノラマ・イメージを生じさせるのに用いることもできる。
【０００３】
レーザ走査映写システムによって生じる問題点の１つとして、レーザ光の潜在的な危険性がある。（あるレベルを超える）レーザ光が人の網膜の上に一定の時間を超えて停留すると目に対する損傷が生じることは広く知られている。走査システムが大きな表示面積にわたってレーザを連続的に走査してイメージを生じる場合には、レーザ・エネルギは散乱されるので、その走査システムが動作している間にレーザ・エネルギが人の網膜に接触しても、危険性は生じないだろう。しかし、走査装置が誤動作して停止し、単一の停止し集中したビーム光がプロジェクタから生じる場合には、もしそのようなビームが人の網膜に接触するならば、非常に危険でありうる。強い光に対する人の反応時間は、通常は、約４分の１秒のオーダーである。すなわち、強い光が目に入るとき、人が目を閉じるか目を逸らすのには約４分の１秒を要するのである。しかし、レーザ光は、それよりもはるかに短い時間の間に容易に目を傷つけるのである。
【０００４】
目の損傷を防止するため、これまで、様々なレーザ安全システムが開発されている。これらの多くは、走査プロジェクタが誤動作した場合には光源を遮断又は偏向するように構成された機械的シャッタ又はミラー（鏡）システムである。これらのシステムの中には、精密機械的な光学スイッチを用いるものがあり、このスイッチは、電子信号に応答して動作して非常に小型のミラーの向きを変化させてレーザ光の方向を変更させるのである。しかし、運の悪いことに、機械的シャッタは、そして、精密機械的なものであっても、走査レーザ・システムが故障又は停止した場合に生じる可能性がある危険性をすべて除去するのに十分な迅速性をもってレーザ光をブロックするのに必要な速度を有していない。結果的に、これまでに知られている多くの機械的シャッタ・システムは、従来型のプロジェクタ光源だけに適用可能であって、レーザ光には適用できないのである。
【０００５】
光ステアリング装置も知られている。しかし、この技術分野で知られている従来のシステムは、レーザ光を停止させる又は制御して目に対する損傷を回避するのに十分な方法を提供することはできない。
【発明の開示】
【０００６】
走査装置が停止したり動作速度が低下した場合であっても、損傷を生じさせるほどにレーザ光が人の目に潜在的に接触することを防止する走査レーザ・プロジェクタのためのレーザ・シャッタ・システムを開発が求められていることは、以前から認識されていた。
【０００７】
また、機械的なシャッタ・システムよりも著しく高速なレーザ・シャッタ・システムの開発が求められていることも、以前から認識されていた。
【０００８】
本発明は、レーザ源とグレーティング・ライト・バルブ光変調器と光ステアリング・スキャナとを有する走査プロジェクタのためのシャッタリング・システムを提供する。このシャッタリング・システムは、前記スキャナと前記光変調器とを相互接続し、スキャナの誤動作の際には、スキャナの誤動作を検出して前記光変調器を消勢し、レーザ光の方向を変更して前記スキャナから遠ざけるように構成されたフィードバック・システムを備えている。
本発明の別のより詳細な特徴によると、このシャッタリング・システムは、約２０マイクロ秒よりも短い時間でスキャナ誤動作を検出して前記光変調器を消勢するように構成することができる。
本発明の別の特徴によると、グレーティング・ライト・バルブと光変調器と走査装置とを有する走査レーザ映写システムからのレーザ光の逸脱を迅速に防止する方法を提供する。この方法は、前記走査装置の動作をモニタするステップと、スキャナ誤動作を検出した際には前記光変調器を消勢するステップと、を含む。
【０００９】
本発明の更なる特徴及び効果は、本発明の特徴を例示によって図解している添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むことにより明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
添付の図面に図解されている実施例を参照するが、同一のものを示す際には同一の用語を用いるものとする。しかし、本発明の範囲はそれによって限定されないことを理解すべきである。ここで示される本発明の特徴の変更や更なる改変や、ここで示される本発明の原理の追加的な応用は、この技術分野の当業者が本出願を参照することによって想到できるのであるから、本発明の範囲に含まれるものと考えるべきである。
【００１１】
本発明は、レーザ・プロジェクタから出るレーザ光の量を迅速かつ実質的に減少させるように構成されたレーザ・シャッタリング・システムを提供する。システムが故障した可能性があると、本発明は、集中レーザ光が人間の目と接触する可能性がある時間の長さを減少させ、レーザ安全性の区分をより安全なものにすることができる。この技術分野の当業者であれば認識していることであるが、レーザ装置は、目の安全性に関し、国際電子技術委員会（ＩＥＣ）標準だけでなく米国食料及び薬品局の規則によって規制されている。ＩＥＣ標準の下では、３Ｂ区分以上のレーザ装置は、販売又は使用の前に特別な注意が要求され（例えば、使用前に確認される強度を有する、レーザ光を見ることを防止する特別なメガネなど）、使用のたびに特別な許可が必要となる。しかし、そのような要求は、シミュレータ・プロジェクタなどの装置の場合は、面倒であり非現実的である。
【００１２】
そこで、本発明は、プロジェクタ・システムのためにレーザ安全性区分をより安全なものにすることが可能な安全性システムを提供する。本発明は、システム故障検出と光ステアリング装置との両方を用いてシステム誤動作の場合のレーザ光を迅速に減少させ、装置に近傍にいる人間の目を損傷する可能性を回避することができるのである。本発明は、ＧＬＶ映写システムなどの走査レーザ映写システムにおいて用いられる。
【００１３】
本発明の発明者らが開発しＧＬＶプロジェクタを組み入れたパノラマ・リアル・イメージ表示システム１０が図３及び４に示されている。このシステムは、一般に、線形アレイＧＬＶプロジェクタ１２と、曲面ディスプレイ・スクリーン１４と、フラット（つまり、実質的に平坦な）走査ミラー１６とを備えており、ミラー１６は、そのミラー自体の平面内に回転軸１８を有している。曲面ディスプレイ・スクリーンは、曲率の軸又は中心２０を有する。回転軸は曲率軸と平行であり、好ましくは同一線上にある。
【００１４】
一次的なビューワ位置すなわち視点２２は、走査ミラー１６の下に位置しており、回転軸／曲率軸１８／２０の上にあって、スクリーン１４の凹側を見ていることになる。しかし、ディスプレイ・スクリーンは平面映写スクリーンであって、曲面スクリーンの凸側を見ている二次的なビューワ位置２４を生じさせる場合もありうる。図３及び４に示されているスクリーンは単一の軸の周囲で湾曲している（つまり、スクリーンは、円筒の一部を形成している）が、システムは、二重曲面状になったスクリーンと共に用いることも可能である。
【００１５】
ＧＬＶ線形アレイ・プロジェクタ１２は、光経路又は光学軸２６に沿ってイメージを走査ミラー１６に向かって映写し、走査ミラー１６がイメージをスクリーン１４の上に反射する。光学軸は、走査ミラーの回転軸１８に対して斜めになっている。プロジェクタは、ピクセル２８の（水平方向ではなくて）垂直方向の線を連続的に走査することによってイメージを生じるように構成されている。「垂直方向」という指示は、走査ミラーの回転軸１８の向きに対するものであり、これは、パノラマ・イメージの垂直方向の寸法に対応している。ピクセルの映写されたラインは、走査ミラーの回転軸に平行である。それぞれのリフレッシュ・サイクルの間に、平坦な走査ミラーは、半回転して、イメージのそれぞれの走査された垂直方向のラインをスクリーンの適切な位置の上に反射し、全体イメージを生じさせる。図３及び４に示されている映写システムがパノラマ走査システムであるが、レーザ走査プラスティックの使用はそのようなシステムに限定されないことは明らかである。
【００１６】
本発明に従って構成されたプロジェクタ装置５０の１つの実施例が図１に示されている。このプロジェクタ装置は、一般に、レーザ光源５２と、空間光変調器５４と、光学システム５６と、走査されたイメージをディスプレイ表面すなわちスクリーン６０に向けるように構成された走査装置とを含む。レーザ光源は、米国特許出願第１０／０１７，１６２号において教示されているようなタイプのソリッドステート・レーザを含みうる。他のタイプのレーザ光源を用いることも可能である。空間光変調器は、好ましくは、ピクセルの垂直方向のラインを生じるように操作されるグレーティング・ライト・バルブ（ＧＬＶ）である。ピクセルの垂直方向ラインは、スクリーンの視野全体にわたって水平方向にあるリフレッシュ・レート（例えば、６０Ｈｚ）で走査装置によって走査され、完全なイメージを生じる。
【００１７】
走査装置５８は、光ステアリング装置であり、様々な態様に構成することができる。図３及び４に示されている映写システムでは、走査装置は、回転ミラーである。しかし、それ以外のタイプの走査装置を用いることもできる。例えば、本発明と共に、発振するミラーや検流計を用いることもできる。あるいは、マイクロミラー装置や音光変調器（acousto-optic modulator）を用いることもできる。音光変調器は、結晶を含み、この結晶は、結晶からの光の出力角度を変更する可変超音波周波数によって駆動される。ディスプレイ・スクリーン６０の全体でピクセルのラインを走査して所望のイメージを生じさせるのに用いることができる適切な装置は多くが存在する。
【００１８】
光学システム５６は、空間フィルタを含み、この空間フィルタは、回折された光だけを走査装置５８に与えるように構成されている。従って、ＧＬＶが動作しているときには、所望のイメージを表す光は、光学システムを通過して、走査装置に至り、そこからスクリーン６０の方向に向けられる。しかし、図２に示されているように、ＧＬＶがオフになると、又は、ＧＬＶの一部が「オフ」ピクセルを生じる場合には、空間フィルタは、回折されなかった光を光ダンプ６２の方向に向けさせる。光ダンプは、広く知られたものであって、そこに向けられた光を吸収するように作用する。
【００１９】
プロジェクタ・システム５０は、光源５２と光変調器５４と走査装置５８とに相互接続されており、スキャナの動作をＧＬＶの変調と調和させて所望のイメージを生じて走査するフィードバック・システムを提供する。ＧＬＶと走査装置とが同一のソースによって駆動されるのが好ましい。更に、スキャナ検出装置がスキャナと関連し、コントローラと相互接続される。スキャナ検出装置は、スキャナからのフィードバックを連続的に受け取り、情報を処理し、結果をコントローラに送る。スキャナ検出装置はエンコーダを含み、このエンコーダは、走査装置が適切に動作しているかどうか（例えば、適切な速度で走査しているかどうか）を指示するエンコーダ・パルスを提供し、対応する信号をコントローラに送る。例えば、走査装置が回転ミラーを有しているときには、コントローラへの信号は、ミラーが適切な速度で回転し続けているかどうかを指示することができる。このようにして、コントローラは、スキャナ検出装置からの入力を連続的にモニタし、それに従って光変調器を制御する。このように、本発明では、イメージ信号と走査装置の１又は複数の状態とが相互に結合されている。
【００２０】
コントローラ６４が走査装置５８の誤動作（例えば、走査ミラーが遅くなった、又は、停止した）を検出すると、図２に示されるように、本発明による光シャッタリング機能が付勢される。特に、映写システムは光変調器５４としてＧＬＶを用いているから、光シャッタリングは、光変調器への電力を減少させることによって、従って、ＧＬＶの回折グレーティングを平坦化することによって、達成される。回折グレーティングが平坦化されると、光学システム５６に至るすべての光は回折されず、従って、自動的に光ダンプ６２の方向に向けられて、プロジェクタから出ることが防止される。光シャッタリング装置は、映写システムにおける光変調要素でもあるから、光を遮断（シャッタリング）するのに光学経路に追加的な要素は不要である。
【００２１】
本発明のシステムは、多くの効果を提供する。この電子シャッタは、伝統的な機械的方法よりも著しく高速である。本発明の実験及び計算によると、本発明によるシステムは、約２０マイクロ秒よりも短い時間で走査装置の状態変化を検出してＧＬＶを遮断する又は平坦化することができる。これは、多くの他のシャッタリング・システムと比較して著しく高速である。例えば、機械式のシャッタ・システムは、付勢するのに数ミリ秒を要するから、集中したレーザ光が万が一に人の目に接触すると、目を損傷する可能性が高い。それに対して、本発明は、フェイル・セーフの原則で動作して、システムが故障する又はパワーを失ったときにでも、プロジェクタから出てくる不所望のレーザ光を回避する。
【００２２】
光シャッタリング・システムの速度は十分であるから、映写システムのレーザ安全性の区分をより安全な方に変更させることが可能である。これによって、この装置は、他の類似装置と比較してより単純でより安価となり、多くの面倒な安全性基準及び／又は許可要件に従うという必要性を回避することができる。本発明によるシステムは、電力が中断した際には、フェイル・セーフとして機能する。
【００２３】
例示的に、限定することなく、本発明は、レーザ源とグレーティング・ライト・バルブ光変調器と光ステアリング・スキャナとを有する走査プロジェクタのためのシャッタリング・システムとして表現することが可能である。このシャッタリング・システムは、スキャナを光変調器と相互接続し光変調器を消勢することによりスキャナの誤動作が生じたときにはレーザ光をスキャナから遠ざかるように方向を変更させるように構成されたフィードバック・システムを備えている。
【００２４】
本発明のより詳細な特徴によると、本発明によるシャッタリング・システムは、約２０マイクロ秒未満の時間で、スキャナ誤動作を検出しライト・バルブを消勢するように構成することができる。
【００２５】
別の例として、本発明は、グレーティング・ライト・バルブと光変調器と走査装置とを有する走査レーザ映写システムからのレーザ光の逸脱を迅速に防止する方法であって、前記走査装置の動作をモニタするステップと、スキャナ誤動作を検出した際には前記光変調器を消勢するステップと、を含む方法としても記述することができる。
【００２６】
以上で説明した構成は、本発明の原理の適用を例示したものに過ぎないことを理解すべきである。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、多くの修正や別の構成が可能である。以上で本発明は添付の図面において示され、現時点で最も実際的であり本発明の好適実施例であると考えられるものに即して特定的かつ詳細に説明されたが、この技術分野の当業者には明らかなように、以上で述べた本発明の原理及び概念から逸脱することなくして、多くの修正が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】正常動作の間の本発明による走査レーザ映写システムの概略図である。
【図２】走査故障の際の図１の走査レーザ映写システムの概略図である。
【図３】ＧＬＶ映写システムを用いた広角レーザ・スキャナの全体図である。
【図４】図３の走査映写システムの立体図である。
【図１】
2007531017.tif 000003
【図２】
2007531017.tif 000004
【図３】
2007531017.tif 000005
【図４】
2007531017.tif 000006
【国際調査報告】
2007531017.tif 000007