(57)【要約】【課題】携帯可能なスクリーンを有するレーザ投射装置において、スクリーンでの視野角が広く周囲から見られてしまう。【解決手段】本発明のレーザ投射装置によれば、スクリーンにレーザ光の反射角度を制限するものを用いることで、観測者のみにコントラストの良いきれいな映像を見せることができる。【選択図】図１
2007078944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも赤、青、緑の３色のレーザ光を発生する短波長レーザ光源を有し、かつ前記短波長レーザ光源からの赤、青、緑の３色のレーザ光に対してレーザ光を反射するスクリーンを有し、前記反射光が前記スクリーンに設けられた角度選択素子により特定の角度範囲に制限され反射されるレーザ投射装置。
【請求項２】
スクリーンには前記各レーザすべての波長ピークに対してのみ反射する反射体を有すること特徴とする請求項１記載のレーザ投射装置。
【請求項３】
反射体として反射光が特定の角度範囲に制限される誘電体多層膜を用いている請求項２記載のレーザ投射装置。
【請求項４】
反射体として反射光が特定の角度範囲に制限されるホログラム記録を用いている請求項２記載のレーザ投射装置。
【請求項５】
反射体として反射部の前に反射光が特定の角度範囲に制限されるレンズアレイを用いている請求項２記載のレーザ投射装置。
【請求項６】
各レーザ光に対して前記スクリーンに設けられた角度選択素子の角度範囲が３０度以下である請求項１記載のレーザ投射装置。
【請求項７】
スクリーンに入射するレーザ光に対し反射光の方向を異なる方向へ向けるよう角度選択素子を配置した請求項６記載のレーザ投射装置。
【請求項８】
スクリーンからの反射光の方向を観測者の方向に向けるよう角度選択素子を配置した請求項７記載のレーザ投射装置。
【請求項９】
短波長レーザ光源に半導体レーザを使用している請求項１記載のレーザ投射装置。
【請求項１０】
短波長レーザ光源のうち緑色は波長変換により構成されている請求項１記載のレーザ投射装置。
【請求項１１】
少なくとも赤、青、緑の３色のレーザ光を発生する短波長レーザ光源を有し、かつ前記短波長レーザ光源からの赤、青、緑の３色のレーザ光がスクリーンに設けられた空孔を透過するレーザ投射装置。
【請求項１２】
空孔の周囲はレーザ光が不透過であり、かつスクリーンの各画素と空孔を一致させる配置となる請求項１１項に記載のレーザ投射装置。
【請求項１３】
空孔で散乱を受けたレーザ光の散乱範囲を制限をする角度選択素子を設けた請求項１２項に記載のレーザ投射装置。
【請求項１４】
角度選択素子として透過光が特定の角度範囲に制限されるレンズアレイを用いて散乱範囲を制限する構成を用いた請求項１３記載のレーザ投射装置。
【請求項１５】
角度選択素子により各レーザ光に対して空孔で散乱する角度幅を３０度以下に制限する請求項１４記載のレーザ投射装置。
【請求項１６】
短波長レーザ光源が変調されている請求項１１記載のレーザ投射装置。
【請求項１７】
短波長レーザ光源の変調が空孔に同期しており、かつ前記空孔の中心に達したときレーザ光の出力が最大になるよう短波長レーザ光源の変調を行う請求項１６記載のレーザ投射装置。
【請求項１８】
スクリーンの背面よりレーザ光を投射し、スクリーン前方から画像を見る構成となる請求項１１記載のレーザ投射装置。
【請求項１９】
短波長レーザ光源に半導体レーザを使用している請求項１８記載のレーザ投射装置。
【請求項２０】
短波長レーザ光源のうち緑色は波長変換により構成されている請求項１８記載のレーザ投射装置。
【請求項２１】
緑色レーザの波長変換された光を変調するため基本波の半導体レーザを変調する請求項２０記載のレーザ投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コヒーレント光を利用する光情報分野に使用するレーザ投射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来技術としてのレーザ投射装置（特開平０８−８３８７５７号公報）について説明する。
【０００３】
レーザ投射装置は、図１１に示すように、赤、青、緑の３色のレーザ光を発生する短波長レーザ光源としてレーザ１、２、３を有し、かつ前記短波長レーザ光源からの赤、青、緑の３色のレーザ光（それぞれＰ１、Ｐ２、Ｐ３）が液晶セル７を介してスクリーン１０に照射される。赤色レーザ１の赤は半導体レーザ、青色レーザ２および緑色レーザ３は半導体レーザの波長変換を用いている。スクリーン１０は通常の水銀ランプを用いたプロジェクターで使用されるゲイン１のスクリーン（サイズ９０インチ）である。詳しく説明すると赤色レーザ１は連続発光動作しておりここから出たレーザ光Ｐ１はミラー５で反射され方向を変える。レンズ系６ａで液晶セル７に投射され、ここでセルごとに映像信号を載せるための変調をうける。レンズ系６ｂで拡大され、スクリーン１０上に投影される。同様に青色レーザ２および緑色レーザ３も映像信号が載せられスクリーン１０上に投影される。人はスクリーン手前（レーザ側）から、スクリーン１０の反射、散乱光を観測する。全白を出したときスクリーンでは２００ルクス程度の明るさとなっていた。
【特許文献１】特開平０８−８３８７５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スクリーン１０での散乱は均一であり広い範囲で画像が見えていた。ビーズ等を付加しゲイン改善のスクリーンは存在するが周囲での光量が半分になる程度であり、やはり周囲から充分見える。特に携帯型の場合は使用する個人のみで映像を見たい場合が多く問題となる。従来でもビーズにより反射を制限するスクリーンもあったが、中央以外の周囲でも１／３程度の光量があった。
【０００５】
また、スクリーン１０は暗い部屋では良いが、室内灯が点灯している部屋では、スクリーン１０に室内灯が反射し、黒浮きがする（本来黒いところが白っぽく見える）という問題を発する。例えば照明が点灯状態でスクリーン上で２０ルクスとした場合、照明が消灯した場合ではコントラストが１０００：１であったものが、照明によりコントラストが１０：１まで低下してしまっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、少なくとも赤、青、緑の３色のレーザ光を発生する短波長レーザ光源を有し、かつ前記短波長レーザ光源からの赤、青、緑の３色のレーザ光に対してレーザ光を反射するスクリーンを有し、前記反射光が前記スクリーンに設けられた角度選択素子により特定の角度範囲に制限され反射されるレーザ投射装置となる。
【０００７】
また、本発明は、少なくとも赤、青、緑の３色のレーザ光を発生する短波長レーザ光源を有し、かつ前記短波長レーザ光源からの赤、青、緑の３色のレーザ光がスクリーンに設けられた空孔を透過するレーザ投射装置となる。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように本発明のレーザ投射装置は赤、青、緑の３色のレーザ光を出力し、レーザ光に対してのみ選択角度範囲に反射するスクリーンまたは光学構成を用いている。これによれば、映像情報が載せられたレーザ光は観測者の方向に反射され、一方周囲から映像を見えにくくすることができる。さらに、光を観測者の方向に集中でき、明るい画像を見ることが可能でありその工業的価値は極めて大きい。
【０００９】
また本発明のレーザ装置によれば照明光は吸収し、レーザ光は空孔のみ部分的に透過するスクリーンを用いることで背面投写型ＴＶのコントラストを大幅に向上できる。レーザ光は観測者の方向に角度依存性を持って透過され、一方周囲から映像を見えにくくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
本発明のレーザ投射装置の実施の形態１の構成図を図１に示す。
【００１２】
本実施の形態では前面からレーザ光を投射し、観測者としての人間がレーザの照射される側と同じ側（前面）から観測する構成について説明する。図１はレーザ反射の範囲制限についての説明図である。レーザ光４０はスクリーンに入射角θ１で入射し反射光４１はパワー中心として反射角θ２で反射する。この際散乱で反射の散乱角７２は角度幅Δθ（１０分の１の光量となるところ）の領域が観測者の観測できる領域となる。
【００１３】
図２には本発明の実施の形態の赤、青、緑色のレーザ光を反射するスクリーンを有するレーザ投射装置の全体構成を示す。スクリーンには角度選択素子を有している。また赤、青、緑の３色の短波長レーザ光源としてレーザを有し（それぞれ図中の１，２，３）、かつ前記レーザから発生する赤、青、緑の３色のレーザ光（それぞれＰ１、Ｐ２、Ｐ３）に対してのみ反射するスクリーン１０を用いている。図２で赤色レーザ１は連続発光動作しておりここから出たレーザ光Ｐ１はミラー５で反射され方向を変える。レンズ系６ａで液晶セル７に投射され、ここでセルごとに映像信号を載せるための変調をうける。レンズ系６ｂで拡大され、スクリーン１０上に投影される。同様に青色レーザ２および緑色レーザ３も映像信号が載せられスクリーン１０上に投影される。観測者である人間はスクリーン手前（レーザ側）から、スクリーン１０の反射、散乱光を観測する。角度選択素子として反射角度を制御する配置を採った。
【００１４】
図３で本発明のレーザ投射装置の実施の形態１の原理を詳しく説明する。反射体の前には散乱体を有しておりレーザ光はある程度各方向に散乱される。そのためスクリーン１０は拡散体１２と反射体１１により構成されている。レーザ投射部５０は３色のレーザ、レンズ系、液晶セル等の投射部を含んだものである。レーザ投射部５０からのレーザ光４０は拡散体１２で方向が各位置で少し変化し、反射体１１で反射され再び拡散体１２を通って反射光４１として、見ている人の目に入る。一方、室内照明３０からの照明光４２は拡散体１２および反射体１１を抜けていく。図４はスクリーン上下方向の反射散乱光の分布である。また図５はスクリーン横方向の反射散乱光の分布である。全角度は上下方向約２０度、横である左右方向約３０度にわたって存在し、その周囲では画像はほとんど見ることができない。図５に反射体１１の波長に対する反射特性を示す。照射されるレーザ光の青４６５ｎｍ、緑５３２ｎｍ、赤６３５ｎｍに対して波長ピークを持ち、反射体として８０％反射する誘電体多層膜で出来ている。この実施の形態で散乱体１２は浅い凹凸を持つすりガラスでできている。これにより外光の反射は極めて抑えられ黒浮きをかなり防止できる。コントラストは約１０倍改善された。誘電体多層膜と散乱体の組み合わせで角度選択素子となり、これにより角度依存性を持たせることができ、この構成は安価で大量に生産可能である。
【００１５】
このように周囲から観測できない上に、照明光がある部屋でも黒浮きが少なく、コントラストの良い画面が得られるのはレーザ光の発振波長幅が極めて狭いことにより可能となる。図４のように観測者の上下方向で観測者の方向に反射ピークを一致させると、明るさがピークを保て良い。また左右方向は観測者を中心にできるので図５に示すように対称にするのが良い。この構成が周囲からの覗き見に対して十分効果がある。
【００１６】
このような構成により映像情報が載せられたレーザ光以外の明かり（例えば室内照明、太陽などの外光）がスクリーンで反射され、映像を見えにくくすることを防止できる。
【００１７】
この実施の形態では赤色レーザ１として６４０ｎｍの赤色半導体レーザ、また青色レーザ２、緑色レーザ３には半導体レーザの光波長変換による短波長レーザ光源を用いた。半導体レーザは消費電力も小さく、装置も小型化できるので良い。光波長変換素子としてＭｇＯドープのＬｉＮｂＯ３基板を用いたものである。青色用および緑色用は同構成であるので、簡単に緑色について説明する。ここで用いた半導体レーザは波長８１０ｎｍ、出力２Ｗのものである。これにより固体レーザの共振器をポンプし光変換素子により２００ｍＷの緑色光（波長５３２ｎｍ）が取り出された。緑色は波長変換による構成が高効率で光を取り出せ実用的である。
【００１８】
青色、緑色は２００ｍＷ、赤色は半導体レーザで４００ｍＷとなり、装置が構成される。横モードおよびパワーは安定で色再現性が良く、かつコントラストが良い映像が得られた。レーザ光源は高効率であるため装置全体の消費電力は８Ｗであり、バッテリ駆動が可能であった。バッテリ駆動は持ち運び可能であり、他者からは観測困難な本構成が効果的である。
【００１９】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について説明する。基本的には実施の形態１と同様の構成である。レーザとしては３原色光を発生する３種類の短波長レーザ光源はともに半導体レーザを用いた。６４０ｎｍの赤色レーザ、５２０ｎｍの緑色レーザ、４５０ｎｍの青色レーザである。それぞれ出力は４０ｍＷ、３０ｍＷ、２５ｍＷであった。
【００２０】
この実施の形態では反射体としてホログラム記録の有機膜を用いた。干渉露光により簡単に反射体を形成できるという特長がある。ここでは、散乱体として微小平面レンズ群を用いた。開口数０．１を持ち直径０．５ｍｍのものを平面に並べると、ロスが少なく有効に機能した。反射波長幅は５ｎｍに設定できたため通常の照明がある部屋においてもコントラストは２０まで改善できた。
【００２１】
本実施の形態の装置全体の消費電力は３Ｗであり、容易にバッテリ駆動できた。バッテリ駆動は持ち運び可能であり、他者からは観測が困難な本構成が特に有効である。
【００２２】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３について説明する。基本的には実施の形態１と同様の構成である。レーザとしては３原色光を発生する３種類の短波長レーザ光源はともに半導体レーザを用いた。この実施の形態では反射体として通常の反射スクリーンとレンズアレイの組み合わせを用いた。レンズアレイは角度選択素子として機能している。下方からのレーザ光は上方に反射するためレンズアレイと反射ミラーを用いているが他の入射方向からは反射しにくいように吸収膜が反射面に形成されている。つまり反射すべき方向にしかミラーがなくそれ以外の方向から入る光は吸収される構成となる。レーザの入射光を異なる方向へと向けるように配置されている結果である。角度２０度以内で観測できた。
【００２３】
このように周囲から観測できない上に、照明光がある部屋でも黒浮きが少なく、コントラストの良い画面が得られた。観測者の上下方向で観測者の方向に反射ピークを一致させると、明るさがピークを保て良い。この構成が周囲からの覗き見に対して十分効果がある。
【００２４】
（実施の形態４）
次に本発明のレーザ投射装置による他の実施の形態を説明する。
【００２５】
本発明のレーザ投射装置の実施の形態４の構造図を図７に示す。本実施の形態では背面からレーザ光を投射し、人間が前面から映像を見る構成（背面投射型）について説明する。図７は、本実施の形態のレーザ投射装置である。赤、青、緑の３色のレーザ光を発生するレーザを有している。部分空孔の前には散乱体を有しておりレーザ光はある程度幅を持って散乱される。このような構成により周囲からは観察できにくくできる。図７で赤色レーザ１は連続動作しておりここから出たレーザ光Ｐ１は変調器４で映像信号が載せられポリゴンミラーを用いた水平偏向装置１５およびガルバノミラーを用いた垂直偏向装置１４でスクリーン１０上をスキャンされる。同様に青色レーザ２からのレーザ光Ｐ２および緑色レーザ３からのレーザ光Ｐ３も映像信号が載せられスクリーン１０上に投影される。人はレーザ光源側とは反対方向から、スクリーン１０の透過、散乱光を観測する。図８はスクリーンの背面から見たものである。部分的に空孔８０が設けてあり、それ以外は光が通過しないブラックマスク８１となっている。つまり空孔の周囲はレーザ光が不透過となっている。また空孔は画素と１対１対応、つまり一致している。レーザ光は変調されながらスクリーン上をスキャンされており、空孔８０より出力されていく。図９はレーザ光源の時間的応答であるが、変調同期信号が入った所のみレーザ光源は発光、これが空孔８０と同期しておりレーザ光が空孔８０を通り抜けるようになっている。この際、空孔８０の中心に達した時はレーザ光出力は最大となるように変調されると効率が良い。レーザ光源が発光している際の強度はアナログ諧調またはディジタル諧調のどちらか、または両方の組み合わせでもかまわない。
【００２６】
なお本実施の形態では変調器を用いて変調を行ったが、直接半導体レーザを変調することも可能である。この際、部品点数が低減でき小型化も図れる。また、緑色は波長変換による構成が高効率で光を取り出せ実用的である。その際ポンプとなる基本波の直接変調が部品点数も増えず良い。
【００２７】
（実施の形態５）
次に本発明のレーザ投射装置による他の実施の形態を説明する。
【００２８】
本発明の実施の形態５について説明する。基本的には実施の形態４と同様の構成である。レーザ光源としては３原色光を発生する３種類の短波長レーザ光源はともに半導体レーザを用いた。この実施の形態では空孔を有する透過スクリーンとレンズアレイの組み合わせを用いた。レンズアレイにより散乱範囲を制限する構成となっている。図１０にスクリーン１０近傍での断面図を示す。変調されたレーザ光４０はスクリーン１０上をスキャンされており空孔８０より出力されていく。変調同期信号が入った所のみレーザ光源は発光、これが空孔８０と同期しており、レーザ光４０が空孔８０を通り抜けるようになっている。空孔を出て拡散体８０で散乱された光はレンズ８２のアレイで散乱角度を制限され観測者に到達する。つまり観測者の方向にしかレーザ光は散乱されず、それ以外の方向から入る光は見えない構成となる。この例では角度３０度以内で観測できた。この角度が観測者も尤度があり、また覗き見を防止する際も効果的な角度である。ただし人間の視野をある程度固定すると１０〜２０度と狭くても良い。
【００２９】
このように周囲から観測できない上に、照明光がある部屋でも黒浮きが少なく、コントラストの良い画面が得られた。観測者の上下方向で観測者の方向に反射ピークを一致させると、明るさがピークを保て良い。この構成が周囲からの覗き見に対して十分効果がある。
【００３０】
またレーザ光源は高効率であるため装置全体の消費電力は小さく、バッテリ駆動が可能であった。バッテリ駆動は持ち運び可能であり、他者からは観測困難な本構成が効果的である。
【００３１】
なお実施の形態では３色のレーザ光源を用いたが４色を用いる等、これに限ることはない。また紫外レーザ光源を用いて蛍光を出す装置にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、コヒーレント光を利用する光情報分野に使用するレーザをスクリーンに投射しその映像を観測するレーザ投射装置に関する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明のレーザ投射装置の実施の形態１を示す構成図
【図２】本発明の実施の形態１のレーザ投射装置の全体構成を示す図
【図３】本発明の実施の形態１のレーザ投射装置の原理を示す断面図
【図４】本発明の実施の形態のスクリーン上下方向の反射光の分布を示す図
【図５】本発明の実施の形態のスクリーン横方向の反射光の分布を示す図
【図６】波長に対する反射特性を示す図
【図７】本発明のレーザ投射装置の実施の形態４を示す構成図
【図８】本発明のレーザ投射装置の実施の形態４のスクリーンの背面図
【図９】本発明のレーザ投射装置の実施の形態４の変調同期信号を示す図
【図１０】本発明のレーザ投射装置の実施の形態５のスクリーン付近の断面図
【図１１】従来のレーザ投射装置の構造図
【符号の説明】
【００３４】
１    赤色レーザ
２    青色レーザ
３    緑色レーザ
４    変調器
５    ミラー
６ａ，６ｂ    レンズ系
７    液晶セル
１０    スクリーン
１１    反射体
１２    拡散体
１３    吸収体
１４    垂直偏向装置
１５    水平偏向装置
３０    室内照明
４０    レーザ光
４１    反射光
４２    照明光
５０    レーザ投射部
７０    入射角
７１    反射角
７２    散乱角
８０    空孔
８１    ブラックマスク
Ｐ１    レーザ光
Ｐ２    レーザ光
Ｐ３    レーザ光
【図１】
2007078944.tif 000003
【図２】
2007078944.tif 000004
【図３】
2007078944.tif 000005
【図４】
2007078944.tif 000006
【図５】
2007078944.tif 000007
【図６】
2007078944.tif 000008
【図７】
2007078944.tif 000009
【図８】
2007078944.tif 000010
【図９】
2007078944.tif 000011
【図１０】
2007078944.tif 000012
【図１１】
2007078944.tif 000013