(57)【要約】【課題】好適な光投射モードに自動的に切り替えることができる光投射装置を提供する。【解決手段】本発明の光投射装置(100)は、半導体レーザを備え、被投射体に光を投射する投射部(10)と、前記被投射体の色を検出する検出部(20)と、前記検出部で検出された被投射体の色に基づいて前記投射部から投射される光の波長を制御する制御部(30)と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
2012222413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザを備え、被投射体に光を投射する投射部と、前記被投射体の色を検出する検出部と、前記検出部で検出された被投射体の色に基づいて前記投射部から投射される光の波長を制御する制御部と、を備える光投射装置。
【請求項２】
半導体レーザを備え、被投射体に光を投射する投射部と、前記被投射体の色と明るさを検出する検出部と、前記検出部で検出された被投射体の色と明るさに基づいて前記投射部から投射される光の波長と光出力を制御する制御部と、を備える光投射装置。
【請求項３】
前記検出部は、撮像装置を備え、前記被投射体を撮像することにより前記被投射体の色を検出する請求項１又は２に記載の光投射装置。
【請求項４】
前記投射部は、前記半導体レーザから出射される一次光に励起され、該一次光と異なる波長の二次光を出射する複数の波長変換部材を備え、
前記制御部は、前記波長変換部材を切り替えることにより、前記投射部から投射される光の波長を制御する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光投射装置に関し、より詳細には半導体レーザを備える光投射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、多様な光投射モードを有するレーザポインタが使用されている。このようなレーザポインタにおいて、例えば講演等のプレゼンテーションを円滑に進めるため、光投射モードを切り替える操作は、そのレーザポインタを持つ片方の手で行えることが望ましい。
【０００３】
例えば特許文献１には、加速度センサを内蔵し、本体ケースを振る動作に応じて、光投射モードを切り替えるレーザポインタが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７１４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されたレーザポインタは、本体ケースを振る動作が煩わしく、またそれによりポインタが不必要に移動する場合もある。
【０００６】
そこで、本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、好適な光投射モードに自動的に切り替えることができる光投射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る光投射装置は、半導体レーザを備え、被投射体に光を投射する投射部と、前記被投射体の色を検出する検出部と、前記検出部で検出された被投射体の色に基づいて前記投射部から投射される光の波長を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る別の光投射装置は、半導体レーザを備え、被投射体に光を投射する投射部と、前記被投射体の色と明るさを検出する検出部と、前記検出部で検出された被投射体の色と明るさに基づいて前記投射部から投射される光の波長と光出力を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の光投射装置によれば、被投射体の色又は色と明るさに応じて、視認者が認識しやすい波長又は波長と光出力の光を自動的に選択して投射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る光投射装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る光投射装置の動作の一例を説明するブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る光投射装置の一部の構成の変形例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、発明の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。但し、以下に説明する光投射装置は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を以下のものに限定しない。特に、以下に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。また、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。
【００１２】
なお、本明細書において、被投射体の「色」は、物体色又は光源色を意味し、色度又は色温度で表されるものとする。また、被投射体の「明るさ」は、照度又は輝度で表されるものとする。
【００１３】
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に係る光投射装置の構成を示す概略図である。図１に示す例の光投射装置１００は、半導体レーザを備え、被投射体に光を投射する投射部１０と、被投射体の色、又は色と明るさを検出する検出部２０と、検出部で検出された被投射体の色、又は色と明るさに基づいて投射部から投射される光の波長、又は波長と光出力を制御する制御部３０と、これらの各機能部に電力を供給する電源部４０と、を筐体５０内に備えている。なお、光投射装置１００は、被投射体の色と明るさの両方を検出でき、投射光の波長と光出力の両方を制御できるものが好ましいが、少なくとも、被投射体の色を検出でき、投射光の波長を制御できるものであればよい。
【００１４】
より詳細には、投射部１０は、支持盤上に設けられた発光波長（発光色）の異なる複数の半導体レーザ１１（11A,11B,11C）と、支持盤に接続された電動機１３と、半導体レーザの出射光を調整する投射光学系１５と、を備えている。そして、電動機１３を駆動させることで、投射光学系１５を介して被投射体６０に光を投射する半導体レーザ11A,11B,11Cを切り替え可能になっている。
【００１５】
半導体レーザ11A,11B,11Cの発光波長はそれぞれ、緑色(G)、青色(B)、赤色(R)である。但し、半導体レーザの数や発光波長は、これに限らず、任意に変えることができる。例えば、比較的高価な緑色発光の半導体レーザを使用せずに、青緑色(BG)発光のものを使用してもよいし、青色発光と赤色発光等の２つで構成してもよい。
【００１６】
また、電動機１３は、支持盤を回転させるものであって、半導体レーザ11A,11B,11Cは、その回転中心軸を中心とする略同心円上に設けられている。なお、これに替えて、電動機１３が支持盤をスライドさせるものであって、半導体レーザ11A,11B,11Cがそのスライド軸に沿って略一直線上に設けられていてもよい。また、半導体レーザ１１を発光させる際、電動機１３で支持盤を振動させることで、投射光のスペックルノイズを低減することができる。
【００１７】
投射光学系１５は、半導体レーザ１１の出射光を略平行光にするコリメータレンズや、光を反射させて光路の向きを変える反射鏡（省略可能）を備えている。このほか、被投射体６０に投射される光の形状や大きさを変える光学素子として、アパーチャ、フィルタ、反射鏡、ダイクロイックプリズムなどを備え、その姿勢や位置を微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）や圧電素子によって制御することで、光投射モードを変えることもできる。電圧制御により屈折率が変わる液晶素子を備えていてもよい。また、このような光学素子を制御することでも、投射光のスペックルノイズを低減することができる。
【００１８】
検出部２０は、被投射体６０の色又は色と明るさを検出する光センサ２１と、その被投射体６０からの光を光センサ２１に好適に取り込むための受光光学系２２と、を備えている。光センサ２１は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの撮像装置であって、被投射体６０を撮像することにより被投射体６０の色及び／又は明るさを検出することが好ましい。この場合、受光光学系２２は、撮像レンズである。このような構成であれば、被投射体６０（例えばスクリーン）の一部の領域の画像を取り込み、画像処理することで、被投射体６０の比較的狭い範囲の色や明るさを検出することができる。したがって、例えば投射部１０から投射される光のスポット近傍における被投射体６０の色や明るさを検出するなどして、より高精度に光投射モードを切り替えることができる。また、受光光学系２２に、ヒトの目に近似した等色関数フィルタを備えて、それを介して被投射体６０からの光を撮像装置である光センサ２１に取り込み、三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚを検出して、色温度を算出することもできる。このほか、光センサ２１は、色温度センサ、照度センサなどを用いてもよい。受光光学系２２は、種々のレンズ、反射鏡、フィルタなどを用いることができ、場合によっては除いてもよい。検出部２０は、被投射体６０の色や明るさを検出可能な位置に設けられていればよいが、被投射体６０の色や明るさをより効率良く検出するために、その光軸が投射部１０の光軸と略平行であることが好ましい。
【００１９】
制御部３０は、半導体レーザ１１と接続された半導体レーザ駆動回路３１と、電動機１３と接続された電動機駆動回路３２と、光センサ２１と接続されたセンサ処理回路３３と、これらの各回路と接続された光投射モード制御回路３４と、を備えている。また、上述の投射光の形状や大きさを変える光学素子の姿勢や位置を制御するシステムや素子と接続され、それを制御する光学素子制御回路を備えてもよい。制御部３０は、このような各回路を含む１つ又は複数の回路基板で構成される。
【００２０】
電源部４０は、少なくとも制御部３０に接続される。電源部４０に設けられる電源は、種々の乾電池や蓄電池を用いることができる。また、電源回路を備えて、コンセント（家庭用電源）から電力供給を受けてもよい。
【００２１】
筐体５０は、投光窓と受光窓を別個に又は一体化して１つ備え、上述の各機能部を収容可能な容器であればよい。
【００２２】
被投射体６０は、光投射装置１００から光が投射される物体である。プロジェクタから画像が投影されるスクリーンのほか、任意の物体であってよい。
【００２３】
以下、光投射装置１００の動作について説明する。図２は、光投射装置１００の動作の一例を説明するブロック図である。
【００２４】
図２に示すように、検出部２０は、被投射体６０の画像又は色や明るさの情報を、受光光学系２２を介して光センサ２１により取得し、信号化して、制御部３０のセンサ処理回路３３に伝達する。次いで、制御部３０は、センサ処理回路３３により、その信号を処理して、少なくとも色、好ましくは色と明るさの情報を抽出する。さらに、制御部３０は、得られた色、明るさの情報に基づいて、光投射モード制御回路３４により、レーザ駆動回路３１及び電動機駆動回路３２に伝達する指令を判断する。この判断は、光投射モード制御回路３４に予め設定された、以下に例示するようなテーブルに従って行われる。
【００２５】
通常動作時の被投射体の色の範囲（例えば色温度ＴＣ１［Ｋ］以上、ＴＣ２［Ｋ］以下）を設定しておき、検出された色がこの範囲内にある場合は、投射光を比視感度の高い緑色光とするため、緑色発光の半導体レーザ11Aを駆動させる。検出された色がＴＣ１より低い場合は、投射光を青色光とするため、青色発光の半導体レーザ11Bを駆動させる。逆に、検出された色がＴＣ２より高い場合は、投射光を赤色光とするため、赤色発光の半導体レーザ11Cを駆動させる。これにより、被投射体の色に応じて、視認者が認識しやすい波長の光を投射することができる。このほか、例えば被投射体が赤色の場合は緑色光を投射する、逆に緑色の場合は赤色光を投射するなど、被投射体の色を背景色としたときに目立つ色（波長）の光を選択して投射するようにすればよい。
【００２６】
また、通常動作時の被投射体の明るさの範囲（例えば照度Ｅ１［ｌｘ］以上、Ｅ２［ｌｘ］以下）を設定しておき、検出された明るさがこの範囲内にある場合は、半導体レーザ１１を駆動電流Ｉ０［ｍＡ］で駆動させる。検出された明るさがＥ１より低い場合は、光出力を下げても視認者が投射光を比較的認識しやすいため、半導体レーザ１１をＩ０より低い駆動電流Ｉ１で駆動させ、消費電力を抑える。逆に、検出された明るさがＥ２より高い場合は、半導体レーザ１１をＩ０より高い駆動電流Ｉ２で駆動させ、光出力を上げて、視認者が投射光を認識しやすいようにする。
【００２７】
このように、制御部３０は、光投射モード制御回路３４からレーザ駆動回路３１及び／又は電動機駆動回路３２に伝達される指令によって、投射部１０の半導体レーザ１１及び／又は電動機１３を駆動させる。以上のようにして、光投射装置１００は、検出部２０により検出された被投射体６０の色や明るさに基づいて、投射部１０から被投射体６０に投射する光の波長や光出力を制御することができる。
【００２８】
したがって、光投射装置１００は、被投射体６０の色や明るさの情報に応じて、視認者が認識しやすい光投射モードを自動的に選択し、そのモードの光を被投射体６０に投射することができる。
【００２９】
＜変形例＞
図３は、光投射装置１００の一部の構成の変形例を示す概略図である。図３に示すように、この例の投射部１０は、１つの青色発光の半導体レーザ11Bと、青色光に励起されて赤色発光する波長変換部材12A、青色光に励起されて緑色発光する波長変換部材12B、及び青色光透過領域（透明部材又は空気）を周回方向に含む盤状部材と、を備えている。この盤状部材は、電動機１３が接続されており、その電動機１３を駆動させることで回転し、半導体レーザ11Bから光が入射される波長変換部材12A,12Bが切り替わるようになっている。なお、上述と同様に、回転に替えてスライドするものでもよい。
【００３０】
このように、投射部１０は、１つの半導体レーザと、その半導体レーザから出射される一次光に励起され、該一次光と異なる波長の二次光を出射する複数の波長変換部材１２（12A,12B）と、を備える構成としてもよい。この複数の波長変換部材12A,12Bは、互いに異なる波長の二次光を出射するものである。そして、図２（点線部）に示すように、制御部３０は、波長変換部材12A,12Bを切り替えることにより、投射部１０から投射される光の波長を制御することができる。このような構成によれば、複数の半導体レーザを備える場合に比べ、装置の低コスト化、並びに小型化を図ることができる。
【００３１】
特に、二次光を略平行光として取り出すためには、波長変換部材１２は、半導体レーザとコリメータレンズの間に配置されることが好ましく、さらに波長変換部材１２とコリメータレンズとの間隔を１ｍｍ以下とすることが好ましい。但し、波長変換部材１２の移動時の面振れを考慮して、コリメータレンズと非接触で設けられることが好ましい。なお、一次光と二次光、又は二次光を散乱光として利用してもよい。
【００３２】
波長変換部材１２は、半導体レーザから出射される一次光に励起され、該一次光と異なる波長の二次光を出射可能な蛍光体を含有する透光性部材を用いることができる。具体的には、透過型の蛍光体板が挙げられる。透光性部材の母材は、アルミナ等の無機材料でも樹脂等の有機材料でもよい。蛍光体は、Ｃｅで賦活されたＹＡＧや、Ｅｕ及び／又はＣｒで賦活された窒素含有ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２などを用いることができる。波長変換部材１２上に、一次光を遮光するフィルタが設けられてもよい。また、この例の場合には、一次光を紫外光とし、可視波長の二次光を投射する光投射装置とすることもできる。
【００３３】
このほか、実施の形態１の半導体レーザ１１は、１つのステム上に１つの半導体レーザチップが実装されたものであるが、これに替えて、１つのステム上に発光波長の異なる複数の半導体レーザチップが実装されたものを使用してもよい。また、支持盤及び電動機１３を使用せずに、クロスダイクロイックプリズムを用いて、その３つの側面に対向するように各色発光の半導体レーザ１１が配置され、各々独立駆動されてもよい。この場合、各半導体レーザの光軸を略一致させれば、白色のレーザ光など多様な発光色のレーザ光を投射可能である。
【００３４】
また、光投射装置が検出部２０の代わりに無線受信機を備え、被投射体６０が光センサと無線送信機を備える形態であってもよい。これにより、被投射体６０が自身の色や明るさを光センサで検出し無線送信機で送信して、光投射装置が無線受信機でその情報を受信することによって、上述と同様に光投射モードの自動切り替えを行うことができる。このような被投射体であるスクリーンと、レーザポインタとしての光投射装置と、を組み合わせることで、プレゼンテーションシステムとして好適に利用することができる。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
【００３６】
本実施例の光投射装置は、実施の形態１に係る光投射装置１００の一例であって、アルミ製の筐体５０内に、投射部１０、検出部２０、制御部３０、電源部４０を備えるレーザポインタである。
【００３７】
投射部１０は、電動機１３が接続され、その中心軸を略回転軸として回転可能な支持盤と、その支持盤上に設けられた３つの半導体レーザ11A,11B,11Cと、半導体レーザ11Aの光軸上、前方に配置された投射光学系１５と、を備えている。支持盤は、ステンレス製のホイールである。電動機１３は、ＤＣ１２Ｖ駆動、静止トルク１．２Ｎｍ、分解能０．３６ｄｅｇ／パルスのステッピングモータである。３つの半導体レーザ11A,11B,11Cは各々、緑色発光（中心波長５１５ｎｍ）、青色発光（中心波長４４５ｎｍ）、赤色発光（中心波長６４０ｎｍ）のものであり、支持盤の中心軸を略中心とする略同心円上に配置されている。投射光学系１５は、ＮＡ０．５のコリメータレンズと、銀ミラーである２枚の反射鏡と、を備えている。これにより、投射部１０は、略平行光化されたレーザ光を筐体５０の投光窓より出射可能となっている。検出部２０は、ＣＭＯＳセンサである光センサ２１と、Ｆナンバー３．６の撮像レンズである受光光学系２２と、を備えている。これにより、筐体５０の受光窓（投光窓と同一）から、スクリーンである被投射体６０の少なくとも一部の画像を取得可能となっている。制御部３０は、レーザドライバであるレーザ駆動回路３１と、モータドライバである電動機駆動回路３２と、画像処理回路であるセンサ処理回路３３と、光投射モード制御テーブルを内蔵したＩＣを含む光投射モード制御回路３４と、が設けられた回路基板を備えている。電源部４０は、１．５Ｖの単４乾電池を備えている。
【００３８】
そして、この光投射装置は、制御部３０の光投射モード制御テーブルに従って、以下のように動作する。検出部２０で検出された被投射体の色温度が３０００Ｋ以上９０００Ｋ以下の略白色の場合には、投射光学系１５の光軸上に位置する緑色発光の半導体レーザ11Aを発光させる。検出部２０で検出された被投射体の色温度が３０００Ｋより低い黄色傾向の場合には、電動機１３で支持盤を回転させて、青色発光の半導体レーザ11Bを、投射光学系１５の光軸上に位置させ、発光させる。検出部２０で検出された被投射体の色温度が９０００Ｋより高い青色傾向の場合には、電動機１３で支持盤を回転させて、赤色発光の半導体レーザ11Cを、投射光学系１５の光軸上に位置させ、発光させる。また、検出部２０で検出された被投射体の明るさが５０ｌｘ以上１００ｌｘ以下である場合、そのとき投射光学系１５の光軸上に位置にする半導体レーザ素子を駆動電流５０ｍＡで駆動させる。検出部２０で検出された被投射体の明るさが５０ｌｘより低い場合、そのとき投射光学系１５の光軸上に位置にする半導体レーザ素子を駆動電流２０ｍＡで駆動させる。検出部２０で検出された被投射体の明るさが１００ｌｘより高い場合、そのとき投射光学系１５の光軸上に位置にする半導体レーザ素子を駆動電流８０ｍＡで駆動させる。
【００３９】
本実施例の光投射装置によれば、被投射体に投影された画像の一部の色及び明るさ、並びに被投射体に投影された画像や照射された照明光により変化する被投射体の色及び明るさ等に応じて、視認者が認識しやすい発光色及び光出力のレーザ光を被投射体に投射することができる。
【００４０】
近年普及し始めたレーザプロジェクタは色再現範囲が広いため、視認者が認識しやすい波長の光を自動で選択して投射できる本発明の光投射装置は、利便性が高い。また、投影画像にスペックルノイズが発生した場合にも、投射光の明るさを自動で調整可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明に係る光投射装置は、プレゼンテーション、建設・工事現場、医療現場等において、レーザポインタとして好適に利用することができる。また、プロジェクタに利用することもできる。さらに、照明装置に利用することもできる。
【符号の説明】
【００４２】
１０…投射部（１１（11A,11B,11C）…半導体レーザ、１２(12A,12B)…波長変換部材、１３…電動機、１５…投射光学系）
２０…検出部（２１…光センサ、２２…受光光学系）
３０…制御部（３１…レーザ駆動回路、３２…電動機駆動回路、３３…センサ処理回路、３４…光投射モード制御回路）
４０…電源部
５０…筐体
６０…被投射体
１００…光投射装置
【図１】
2012222413.tif 000003
【図２】
2012222413.tif 000004
【図３】
2012222413.tif 000005