CN101243357A - 投影型显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种人员直接观察激光时也可确保安全的投影型显示装置。本发明的激光驱动控制部，在照明光学系统的数值孔径B已设定时，设定至少一个激光光源的输出功率，以使至少一个空间光调制元件上的激光的强度A(mW/mm2)满足A＜686×B2。

Description

投影型显示装置
                           技术领域
本发明涉及一种将根据影像信息、文字信息等输入信息调制的激光投影于屏幕上的投影型显示装置。
                           背景技术
作为大画面显示装置，投影型显示装置及背面投影型显示装置为公众所知。以往，使用高压水银灯作为光源，但近年来，因优良的色彩再现性和较低的电力消耗，使用3原色的激光的投影型显示装置的开发在不断推进。相对于高压水银灯的光，激光为单色光，波阵面整齐，进入人的眼球时聚光于视网膜上的一点，可能会对视网膜造成损伤。因此，对于使用激光的产品，根据国际标准IEC60825、或在日本国内根据JIS C6802：2005进行激光产品的分级，对每一级别分别设定制造者及使用者应遵守的准则，以求提高使用激光产品的安全性。
JIS C6802：2005中，规定了最大允许曝光量(Maximum Permissible Exposure：以下称作MPE)这一用语，以激光波长及光源尺寸、曝光时间、所危及的组织、激光脉冲宽度等为参数，表示通常环境下即使照射到人体也不至于造成有害影响的激光放射的程度(level)。MPE由国际电工委员会(IEC)的工作组根据激光引起的事故案例和使用动物进行的实验性研究得到的信息而决定。在以往的投影型显示装置中，为了避免激光的直接观察而引起的视网膜损伤，采用检测出有人员闯入了图像投影领域内，阻断激光输出或将激光输出减弱至MPE以下的安全程度的措施(例如参照日本专利公报特许2994469号)。
上述以往的结构，存在以下的问题。
第一，由于是在检测到有人员闯入了检测图像投影领域内的事实后而减弱激光的输出，因此，如果检测是否有人员侵入的检测装置发生故障，或即使检测装置正常运转，但用于阻断激光的电路发生故障时，有可能出现激光保持高输出状态，从而出现人员接近投影型显示装置并观察到激光，其结果导致视网膜的损伤的情况。
第二，在使用激光器的设备中，不限于投影型显示装置，当试图打开筐体接触激光光源时，尽管为了确保安全让联锁(interlock)装置启动而使激光器停止发光，但存在不怀好意之人取出高输出功率的激光光源转用于其他用途的可能性。
                            发明内容
本发明旨在解决上述问题，其一个目的是，提供一种人员直接观察激光时也可确保安全的投影型显示装置。
为实现上述目的，本发明所涉及的投影型显示装置包括，至少一个激光光源、照明光学系统、至少一个空间光调制元件、投影光学系统、激光驱动控制部。上述照明光学系统将上述激光光源射出的激光照射于上述至少一个空间光调制元件上。上述至少一个空间光调制元件根据输入信息调制由上述照明光学系统照射的激光的强度。上述投影光学系统将由上述空间光调制元件调制的激光投影于屏幕。上述激光驱动控制部，在上述照明光学系统的数值孔径B已设定时，设定上述至少一个激光光源的输出功率，以使上述空间光调制元件上的激光的强度A(mW/mm2)满足A＜686×B2。
                             附图说明
图1是本发明第一实施例的投影型显示装置的概略结构及光程的示意图。
图2是本发明第一实施例的投影型显示装置的光量计算用模型及光程的示意图。
图3是本发明第二实施例的投影型显示装置的概略结构及光程的示意图。
图4是本发明第三实施例的投影型显示装置的概略结构及光程的示意图。
图5A是本发明第三实施例的投影型显示装置的逆电压产生电路的一个实例的结构图。
图5B是本发明第三实施例的投影型显示装置的逆电压产生电路的另一个实例的结构图。
图6A是本发明第四实施例的投影型显示装置的概略结构及光程的示意图。
图6B是本发明第四实施例的投影型显示装置的绿色激光光源的结构图。
图7A是本发明第五实施例的投影型显示装置中的激光单元固定于筐体上时的部分结构图。
图7B是本发明第五实施例的投影型显示装置中的激光单元脱离开筐体时的部分结构图。
图8A是表示本发明第六实施例的投影型显示装置中焊接在线路板上的罐型半导体激光器及线路板的剖视图。
图8B是表示本发明第六实施例的投影型显示装置中从线路板上取下的罐型半导体激光器及线路板的剖视图。
图9A是表示本发明第七实施例的投影型显示装置中焊接在线路板上的罐型半导体激光器及线路板的剖视图。
图9B是表示本发明第七实施例的投影型显示装置中从线路板上取下的罐型半导体激光器及线路板的剖视图。
                      具体实施方式
下面，参照附图对本发明的各实施例进行说明。
(第一实施例)
图1是本发明第一实施例的投影型显示装置的概略结构及光程的示意图。第一实施例中，使用射出单一波长带域(wavelength band)的激光或射出波长带域不同的多个激光的一个激光光源，和照射有经照明光学系统射出的至少一个激光的一个透射型空间光调制元件。
图1中，11表示激光光源，包括单一波长带域或多个波长带域的半导体激光器或半导体激光激励固体激光器。12表示照明光学系统，其包括复眼透镜(fly-eye lens)或棒状积分器(rod integrator)等射束均匀器(beam homogenizer)，和投射由射束均匀器整形为具有矩形或线形的均匀光量分布的激光的光的中继光学系统。较为理想的是，照明光学系统12内设置扩散板以均匀激光。13表示空间光调制元件。空间光调制元件13根据影像信息或文字信息等输入信息调制由照明光学系统12投射的激光的强度。14表示投影光学系统，其将由空间光调制元件13调制的激光投影于屏幕15。16表示激光。17表示激光驱动控制部，通过控制输入激光光源11的驱动电流，控制激光光源11的输出功率。
以下，对图1所示的投影型显示装置的动作进行简单说明。驱动电流由激光驱动控制部17提供给激光光源11后，激光光源11射出激光，从激光光源11射出的激光16经由照明光学系统12成为具有规定的光量分布和收束角的光束而被照射在空间光调制元件13上。所谓规定的光量分布，是指大致均匀地照射空间光调制元件13的空间调制区域，所谓规定的收束角，与照明光学系统12的像侧的数值孔径相等，并且也与投影光学系统14的物侧的数值孔径基本相等。由空间光调制元件13根据例如影像信息调制的激光16通过投影光学系统14而被放大投影于屏幕15上。通过由屏幕15反射或散射激光16，观众则可以看到影像等。
图2是投影型显示装置的光量计算用模型及光程的示意图，图2中，对与图1相同的要素标注相同的符号，并省略其说明。图2中，21表示开口，是具有直径7mm的孔的板。开口21的孔直径对应于人的瞳孔直径。22表示透镜，其紧贴于开口21。23表示视场光阑(field stop)，是开有孔的板。视场光阑23设置在透镜22的焦平面(focal plane)上。关于视场光阑23的孔径，如果透镜22的焦距为f，则被设定为0.1×f。将视场光阑23的孔径设定为0.1×f后，在通过透镜22的光中，只有视野角0.1弧度(θmax)以内的光能够通过视场光阑23。24表示光检测器，其检测通过了视场光阑23的光的光量。25表示光量测定光学系统，其包括开口21、透镜22、视场光阑23、光检测器24。通过使用光量测定光学系统25，测定从投影光学系统14射出的激光16的光量，可以得知对于人眼的曝光量。关于该曝光量，结合图2进行说明。
人看到激光时，出于生理的嫌恶反应，会条件反射地眨眼，或将眼睛转离激光以保护眼睛。一般认为该反应时间为0.25秒。根据激光照射的事故案例和动物实验得到的见解，观察0.25秒激光仍可保安全的MPE，在JISC6802：2005中被规定为：
6.4×(C6)(J/m2)
＝25.6×103×(C6)(mW/m2)    ……(式1)。
(参照JIS C6802：2005p41表6)。其中，上述C6为基于人看到激光时的光源大小的修正系数。光源的大小取决于人观察激光时光源相对于眼球张开的视角(弧度)。光源的大小超过一定值后，光源的大小变得与MPE无关。该一定值作为最大视角(θmax)被规定为0.1弧度。上述C6是光源视角除以0.0015弧度所得的值，C6的最大值在光源的视角为最大视角时为66.7。
从空间光调制元件13的一点射入光检测器24的激光的功率为，从空间光调制元件13的一点射出、由投影光学系统14投影在屏幕15上的光束与开口21的重合的比例，与从上述一点射出的激光的功率的乘积。由于研究激光的安全时应考虑的最大视角为0.1弧度，因此对从相当于空间光调制元件13上的最大视角0.1弧度的区域内的点射出的激光进行上述计算，即可得到曝光量。
瞳孔的直径为7mm，因此瞳孔的面积为π×(3.5×10-3)2m2，若在上述(式1)中代入C6＝66.7，再乘以瞳孔的上述面积，相当于激光从最大视角0.1弧度的光源射入瞳孔0.25秒钟也不至造成损伤的MPE的激光功率则为66mW。
此处，若设空间光调制元件13与投影光学系统14之间的距离为S(mm)，则相当于上述最大视角0.1弧度的空间光调制元件13上的区域成为直径0.1×S的圆内的区域。因此，若设空间光调制元件13上的激光的强度为A(mW/m2)，从相当于最大视角0.1弧度的空间光调制元件13上的区域射出的激光的功率为：
π×(0.05×S)2×A  ……(式2)。
由于从空间光调制元件13的一点射出的圆锥状发散射束的扩散角，与照明光学系统12的像侧的数值孔径B相等，因此从投影光学系统14射出的会聚射束在瞳孔面的半径基本为S×B，瞳孔的上述面积相对于会聚射束的光束截面积的比率为：
π×(3.5)2/π×(S×B)2
＝(3.5/(S×B))2   ……(式3)。
射入瞳孔的最大激光功率为上述(式2)与上述(式3)的乘积，可通过下述(式4)求得。
π×(0.05×S)2×A×(3.5/(S×B))2  ……(式4)。
如上所述，相当于激光从最大视角0.1弧度的光源射入瞳孔0.25秒钟也不至造成损伤的MPE的激光功率为66mW，因此，激光驱动控制部17设定激光光源11的输出功率，以满足
π×(0.05×S)2×A×(3.5/(S×B))2＜66
即
A＜686×B2   ……(式5)。
如上所述，根据本第一实施例，结合人的条件反射作用，可以实现能够避免视网膜的损伤的安全的投影型显示装置。
(第二实施例)
图3是本发明第二实施例的投影型显示装置的概略结构及光程的示意图。本第二实施例中，使用射出波长带域不同的三个激光的三个激光光源，和分别照射有经照明光学系统射出的三个激光的三个反射型空间光调制元件。
图3中，401R、401G、401B表示分别射出红色、绿色、蓝色激光的激光光源。402a表示透射红色激光、反射绿色激光的分色镜(dichroic mirror)，402b表示透射红色激光及绿色激光、反射蓝色激光的分色镜。404表示激光驱动控制部，通过控制输入3原色的激光光源401R、401G、401B的驱动电流，控制各激光光源的输出功率。403表示照明光学系统，照射由分色镜402b使光轴一致而射出的3原色激光。3原色的激光光源401R、401G、401B、分色镜402a、402b、照明光学系统403以及激光驱动控制部404收纳于激光单元40A内。
32a、32b表示分色镜，反射指定波长的激光，透射其他波长的激光。32R表示反射镜。33G、33B、33R表示分别与绿色激光、蓝色激光、红色激光对应设置的偏振分束器(polarizing beam splitter)。34G、33B、34R表示分别被照射绿色激光、蓝色激光、红色激光的反射型空间光调制元件，以反射型液晶面板或微镜阵列(micromirror array)为宜。35表示偏振分色棱镜(polarizing dichroic prism)，36表示投影透镜。37为3原色的激光。
43A表示主控制部，其控制投影型显示装置的整体动作，并且根据外部的输入切换激光驱动控制部404中的功率控制模式。主控制部43A中包含输入信息判定部431，判定从外部输入的输入信息为影像信息，还是文字信息。此处，影像信息指包含用单色或多色表示的、3值以上的静止画面信息或动画信息的图像信息，文字信息指将字符编码(charactercode)进行图像变换后的用单色表示的2值的图像信息。
44表示外光传感器，其检测外光中包含的3原色的光的照度。45表示操作部，用户在操作部45进行各种设定、操作。
图3中，当驱动电流由激光驱动控制部404提供给3原色的激光光源401R、401G、401B后，红色激光光源401R射出红色激光，绿色激光光源401G射出绿色激光，蓝色激光光源401B射出蓝色激光。分别从3原色的激光光源401R、401G、401B射出并透过分色镜402b的激光37，由照明光学系统403照射到分色镜32a上。分色镜32a反射3原色的激光37中的红色激光，被反射的红色激光在反射镜32R反射后，由偏振分束器33R反射而射入反射型空间光调制元件34R。在反射型空间光调制元件34R中被进行了调制并反射的红色激光中，只有偏振面旋转了90°的激光透过偏振分束器33R。透过偏振分束器33R的红色激光，由偏振分色棱镜35反射后通过投影光学系统36而被投影于未图示的屏幕上。
另外，3原色的激光37中的蓝色激光，透过分色镜32a及32b后，由偏振分束器33B反射，再由反射型空间光调制元件34B调制并反射后，透过偏振分束器33B，再由偏振分色棱镜35反射后射入投影光学系统36。
另外，3原色的激光37中的绿色激光，透过分色镜32a后由分色镜32b反射，再由偏振分束器33G反射后射入反射型空间光调制元件34G。由反射型空间光调制元件34G调制并反射的绿色激光，透过偏振分束器33G和偏振分色棱镜35，射入投影光学系统35。
此处，根据输入信息进行色信号处理后得到的绿色信号、蓝色信号、红色信号，分别从主控制部43A传输至反射型空间光调制元件34G、34B、34R，反射型空间光调制元件34G、34B、34R分别根据绿色信号、蓝色信号、红色信号调制绿色激光、蓝色激光、红色激光。
第二实施例的投影型显示装置中，红色激光光源、绿色激光光源、蓝色激光光源的输出功率对应人的眼球的光视效率而予以决定，采用在3原色同时射出时、被人眼视认为白色的输出比。本第二实施例中，如果设反射型空间光调制元件34G上的激光强度为Ag，反射型空间光调制元件34B上的激光强度为Ab，反射型空间光调制元件34R上的激光强度为Ar，则激光驱动控制部404设定3原色的激光光源401G、401B、401R的输出功率，以使Ag、Ab、Ar与照明光学系统31的数值孔径B的关系，根据上述(式5)，满足(Ag+Ab+Ar)＜686×B2(第一功率控制模式)。由此，结合人的条件反射作用，可以实现能够避免视网膜的损伤，并且波长带域不同的光的色平衡调整方便的投影型显示装置。
另外，红色激光、绿色激光、蓝色激光中，绿色激光的光视效率最高，因此激光驱动控制部404，为了仅使反射型空间光调制元件34G上的绿色激光的强度Ag满足Ag＜686×B2而设定绿色激光光源401G的输出功率，而停止其他的红色激光光源401R、蓝色激光光源401B的发光(第二功率控制模式)。由此，可以得到虽为单色(绿色)，但对比度提高的更加明亮的投影型显示装置。
另外，主控制部43A，在通过输入信息判定部431判定输入信息为影像信息时，将设定上述第一功率控制模式的指示发送到激光驱动控制部404，在通过输入信息判定部431判定输入信息为文字信息时，将设定上述第二功率控制模式的指示发送到激光驱动控制部404。于是，可以自动地选择重视色平衡的影像显示，或重视对比度的文字显示。
另外，主控制部43A还向激光驱动控制部404发送如下指示，即根据由外光传感器44检测出的照度，降低射出3原色的光中、与由外光传感器44检测出的照度最高的光的颜色对应的颜色的激光的激光光源的输出功率(第三功率控制模式)。于是，可以基于外光的色平衡提高对比度。
另外，主控制部43A，根据用户通过操作部45输入的指示，将设定上述第一功率控制模式、上述第二功率控制模式及上述第三功率控制模式的其中之一的指示发送到激光驱动控制部404。由此，用户通过操作部45输入指示，即可自由地选择重视色平衡的影像显示，或重视对比度的文字显示，或根据外光的色平衡提高对比度的影像及/或文字显示。
另外，作为反射型空间光调制元件34R、34G、34B，可以采用反射型液晶面板或微镜阵列等。因为空间光调制元件若采用透射型液晶面板，则开口率(aperture ratio)低，因而光源的光输出增大，由此容易导致装置的大型化，难以得到小型的投影型显示装置。然而，本第二实施例中，通过采用开口率高的反射型空间光调制元件作为空间光调制元件，可以实现小型且安全的投影型显示装置。
(第三实施例)
本发明的第三实施例不仅具有可结合人的条件反射作用、避免视网膜的损伤的安全性结构，还具有防止从装置上取下激光光源转用于其他用途的结构。另外本第三实施例中，使用射出波长带域不同的三个激光的三个激光光源，和照射有经照明光学系统射出的三个激光的一个透射型空间光调制元件。
图4是本发明第三实施例的投影型显示装置的概略结构及光程的示意图。另外，图4中，对具有与第二实施例所参照的图3相同的结构及功能的要素标注相同符号并省略其说明。以下，主要对与第二实施例的不同点进行说明。
图4中，本第三实施例的投影型显示装置包括，激光单元40B、透射型空间光调制元件41、投影光学系统42、主控制部43A、外光传感器44、操作部45。激光单元40B、透射型空间光调制元件41和投影光学系统42，收纳于图4中未表示的、参照图5A及图5B可知的后述的筐体内。
激光单元40B中收纳，包括3原色的半导体激光器的激光光源401R、401G、401B，分色镜402a、402b，照明光学系统403，激光驱动控制部404，逆电压产生部405，切换部406R、406G、406B。以下，对作为本第三实施例的特征结构的逆电压产生部405和切换部406R、406G、406B进行说明。
逆电压产生部405，在激光单元脱离开筐体时产生等于或大于激光光源401R、401G、401B的破坏电压的逆电压(例如2～5伏)，施加于3原色的激光光源401R、401G、401B。该破坏电压是比半导体激光器的最大额定逆电压大的逆电压。
切换部406R、406G、406B，根据来自激光驱动控制器404的激光ON/OFF信号，在激光光源驱动时，连接激光驱动控制器404和3原色的激光光源401R、401G、401B，在激光光源非驱动时，连接逆电压产生部405和3原色的激光光源401R、401G、401B。
图5A是表示图4所示的逆电压产生电路405的一个实例的结构图。图5A中，51表示相当于图4的40B的激光单元，52表示筐体。逆电压产生电路405A包括，蓄电池53、电池支架54、负极用导体板55、正极用导体56、挡块57。
蓄电池53，为纽扣型蓄电池，可以采用镍镉蓄电池、镍氢蓄电池等碱性蓄电池或锂离子蓄电池。并且，图5A中以纽扣型蓄电池为例，但也可使用圆筒型蓄电池。
电池支架54被固定于激光单元51的内部底面，收容蓄电池53，并且将连接在相对于蓄电池53的负电极设置于一侧的负极用导体板55上的端子T1，与连接在相对于蓄电池53的正电极设置于另一侧的正极用导体板56的端子T2之间的电池电压作为逆电压，提供给图4的切换部406R、406G、406B。负极用导体板55被做成板弹簧状、利用弹力始终抵接于蓄电池53的负电极。
挡块57由硬质树脂等电绝缘材料制成，具有直立部571和底部572构成的T字形的纵剖面形状。挡块57的直立部571，经设于筐体52的底部的开口和设于激光单元51的底部的开口，被插入正极用导体板56和蓄电池53的正电极之间，并通过介于蓄电池53而被压靠的电池支架54的负极用导体板55的弹力而予以保持。挡块57的底部572抵接于筐体52的外部底面。
上述状态下，当激光单元51脱离开筐体52时，由于挡块57保持底部572仍旧抵接于筐体52的外部底面的状态，因此蓄电池53的正电极抵接于电池支架54的正极用导体板56上，端子T1与端子T2之间产生逆电压。由于该逆电压通过切换部406R、406G、406B而被施加于激光光源401R、401G、401B，从而激光光源401R、401G、401B被破坏。
另外，图5A中使用的是蓄电池53，但也可以取而代之而使用双电层电容器(Electricdouble layer capacitors)。
图5B是表示图4所示的逆电压产生部405的另一个实例的结构图。图5B中，逆电压产生电路405B包括，线圈61、永久磁石62、弹簧支架63、弹簧64、磁石支架65、挡块66、辊67、金属线材68、线材固定件69。
线圈61具有端子T1和T2，被固定于激光单元51的内部底面。永久磁石62通过被收容于弹簧支架63内的弹簧64压靠的磁石支架65，沿图面左右方向的移动得以限制，而被向下按压。
挡块66被插入并保持于线圈61的上部和永久磁石62的N极侧的之间，挡块66的一端连接于金属线材68的一端，金属线材68经由辊67而从左侧向下方延伸，金属线材68的另一端经由与激光单元51宽松接触、而与筐体52紧密接触地予以嵌合的线材固定件69的中空部，通过焊接等而被粘结在外表面上。
上述状态下，若激光单元51脱离开筐体52，由于挡块66通过金属线材68而由线材固定件69固定，从而向左侧移动并经由辊67向下方移动，从永久磁石62的N极侧与线圈61的上部之间脱离。于是，永久磁石62由弹簧64的压靠力被按向下方，穿过线圈61内部，从设于激光单元51的底部的开口51a落在筐体52的内部底面上。
永久磁石62穿过线圈61内部时，线圈61的端子1和端子2之间产生感应电动势，该感应电动势作为逆电压，经由切换部406R、406G、406B而被施加于激光光源401R、401G、401B，从而激光光源401R、401G、401B被破坏。
如上所述，根据本第三实施例，由于激光单元脱离开筐体时破坏激光光源，从而可以防止不怀好意之人取出高输出功率的激光光源转用于其他用途。
(第四实施例)
图6A是本发明第四实施例的投影型显示装置的概略结构及光程的示意图。另外，图6A中，对具有与第三实施例所参照的图4相同的结构及功能的要素标注相同符号并省略其说明。
本第四实施例与第三实施例的不同点在于，去除逆电压产生部和切换部，在从装置上取下包含绿色激光光源的激光单元时，单纯供电的情况下绿色激光光源不能发射激光。以下，主要对与第三实施例的不同点进行说明。
图6A中，本第四实施例的投影型显示装置包括，激光单元40C、透射型空间光调制元件41、投影光学系统42、主控制部43B、外光传感器44、操作部45。
激光单元40C中收纳，包括3原色的半导体激光器的激光光源401R、401G、401B，分色镜402a、402b，照明光学系统403，激光驱动控制部404。以下，对作为本第四实施例的特征结构的绿色激光光源401G进行说明。
图6B是图6A的绿色激光光源401G的结构图。图6B中，绿色激光光源401G包括红外半导体激光器(IR)4011、掺稀土光纤4012、第2高谐波发生元件(SHG)4013、珀尔贴元件(Peltier element)4014、温度传感器4015。
红外半导体激光器4011包括射出用于激励的例如波长915nm的红外激光的红外半导体激光器。掺稀土光纤4012掺有作为稀土类元素的例如镱，稀土类元素由从红外半导体激光器4011射出的红外激光激励，射出例如波长1064nm的激光。第2高谐波发生元件4013将从掺稀土光纤4012增幅后射出的红外激光射入，波长变换为作为第2高谐波的绿色激光后射出。另外，第2高谐波发生元件4013在低于常温的指定温度下进行相位匹配(phase matching)，即高效地进行波长变换。珀尔贴元件4014根据来自主控制部43B的珀尔贴控制信号，将第2高谐波发生元件4013冷却至指定温度。温度传感器4015检测第2高谐波发生元件4013的温度，将表示检测到的温度的温度信号发送给主控制部43B。主控制部43B根据来自温度传感器4015的温度信号，向珀尔贴元件4015发送珀尔贴控制信号进行温度控制，以使第2高谐波发生元件4013的温度变为低于常温的指定温度。
若将包含具有上述结构的绿色激光光源401G的激光单元40C从装置中取出，则由于主控制部43B进行的第2高谐波发生元件4013的温度控制不予进行，第2高谐波发生元件4013不再进行相位匹配，因此绿色激光光源401G保持停止发射激光的状态。
如上所述，根据本第四实施例，当从投影型显示装置中取下绿色激光光源401G时，由于第2高谐波发生元件4013的温度不能被调整为作为相位匹配温度的低温，绿色激光光源401G无法发光，因此可以防止不怀好意之人取出高输出功率的激光光源转用于其他用途。
(第五实施例)
图7A是本发明第五实施例的投影型显示装置中的激光单元固定于筐体时的部分结构图。本第五实施例与第四实施例的不同点在于，去除绿色激光光源的珀尔贴元件和温度传感器，在从装置上取下包含绿色激光光源的激光单元时，通过切断掺稀土光纤，以使绿色激光光源不能发射激光。以下，主要对与第四实施例的不同点进行说明。
图7A中，激光单元71包括具有红外半导体激光器73、掺稀土光纤74、第2高谐波发生元件75的绿色激光光源、金属线材76以及线材固定件77，被固定于筐体72的内部底面。金属线材76的一端具有掺稀土光纤74所穿过的圈，另一端经由线材固定件77的中空部通过焊接等而被粘结在外表面上。金属线材76的强度与掺稀土光纤74的强度相比足够大。线材固定件77具有与第三实施例所参照的图5B的线材固定件69相同的结构及功能。
图7B是图7A所示的激光单元71脱离开筐体72时的部分结构图。另外，图7B中，对具有与图7A相同的结构及功能的要素标注相同符号并省略其说明。
如图7B所示，当激光单元71脱离开筐体72时，由于金属线材76被固定在线材固定件77上，所以设于金属线材76的一端的圈切断掺稀土光纤74。
如上所述，根据本第五实施例，在从筐体72中取出激光单元71时，间接地、即介于金属线材76和线材固定件77固定于筐体72上的掺稀土光纤74的一部分被切断，绿色激光光源不再能够发光，因此可以防止不怀好意之人取出高输出功率的激光光源转用于其他用途。
(第六实施例)
图8A是表示本发明第六实施例的投影型显示装置中焊接在线路板上的罐型半导体激光器及线路板的剖视图。本第六实施例的半导体激光器适用于第一～第三实施例的3原色的激光光源，以及第四、第五实施例的红色激光光源及蓝色激光光源。
图8A中，激光光源包括将激光二极管芯片(laser diode chip)83的PN结(PNjunction)的N侧固定在与晶体管管座(stem)81连接的通用端子82上，通过金属线材85内部连接激光二极管芯片83的P侧和贯穿晶体管管座81的电源端子84，将带窗86罩体87安装于晶体管管座81以密封激光二极管芯片83的罐型半导体激光器。半导体激光器，其包含通用端子82和电源端子84的三个端子插入线路板88上对应的孔内，焊接在线路板88背面的布线焊环(land)上实现安装。
在电源端子84的位于半导体激光器主体内的某处，形成使电源端子84的强度降低的缺口841。
图8B是表示本发明第六实施例的投影型显示装置中从线路板上取下的罐型半导体激光器及线路板的剖视图。
如图8B所示，将半导体激光器的三个端子焊接在线路板88背面的布线焊环上的焊料受热融化，焊料被除去，当把半导体激光器从线路板88上取下时，因对电源端子84的缺口841施加外力，从而电源端子84被切断。
另外，半导体激光器的三个端子中构成电源端子84的金属材料，与构成其他端子的金属材料相比，为强度较弱的材料，因而本第六实施例的效果得以进一步增强。
如上所述，根据本第六实施例，通过在从线路板88上取下半导体激光器时施加的外力，半导体激光器的电源端子84在激光器主体内部被切断，无法再向半导体激光器供电，因此可以防止不怀好意之人取出高输出功率的激光光源转用于其他用途。
(第七实施例)
图9A是表示本发明第七实施例的投影型显示装置中焊接在线路板上的罐型半导体激光器及线路板的剖视图。另外，图9A中，对具有与第六实施例所参照的图8A相同的结构的要素标注相同符号并省略其说明。此外，与第六实施例相同，本第七实施例的半导体激光器适用于第一～第三实施例的3原色激光光源，以及第四、第五实施例的红色激光光源及蓝色激光光源。
本第七实施例与第六实施例的不同点在于，电源端子的结构及与线路板的连接的方法。
图9A中，线路板安装时，在线路板88上的与半导体激光器的电源端子91对应的插入孔内及插入孔的线路板表面的周围，涂敷具有热硬化性或紫外线硬化性的树脂材料92，将半导体激光器的三个端子插入线路板88上对应的孔内，通过对树脂材料92加热或照射紫外线，将电源端子84固定于线路板88。由此，线路板88的树脂材料92以比晶体管管座81保持电源端子91的力更大的力保持电源端子91。
图9B是表示本发明第七实施例的投影型显示装置中从线路板上取下的罐型半导体激光器及线路板的剖视图。如图9B所示，从线路板88上取下半导体激光器时，由于线路板88保持电源端子91的力比晶体管管座81保持电源端子91的力大，导致电源端子91从激光器主体中拔出而保留在线路板88上，无法再向半导体激光器供电，因此可以防止不怀好意之人取出高输出功率的激光光源转用于其他用途。
(第八实施例)
本发明的第八实施例涉及第一～第七实施例的照明光学系统的像侧的数值孔径B的设定方法。通常情况下，若光学系统的数值孔径超过0.25，透镜结构则变得复杂，并且透镜趋向大型化。为了能够以低成本实现小型的投影型显示装置，本第八实施例中，将照明光学系统的像侧的数值孔径B设定在0.25以下。设定照明光学系统的像侧的数值孔径B在0.25以下，则成为根据第一实施例中导出的(式5)，空间光调制元件上的激光的强度被设定为43mW/mm2以下。由此，结合人的条件反射作用，可以实现能够避免视网膜的损伤的安全的投影型显示装置。
另外，在本发明的第一～第八实施例中，通过由投影透镜使根据传送至空间光调制元件的图像色信号而被调制的激光成像，进行图像显示，但本发明的投影型显示装置还包括并不取决于空间光调制元件的有无，而是通过激光光源和照明光学系统进行彩色照明的投影型显示装置，或彩色照明液晶面板等的投影型显示装置。
本发明的特征结构总结如下。
本发明所提供的投影型显示装置包括，至少一个激光光源；照明光学系统，照射上述激光光源射出的激光；至少一个空间光调制元件，根据输入信息调制由上述照明光学系统照射的激光的强度；投影光学系统，将由上述空间光调制元件调制的激光投影于屏幕上；激光驱动控制部，在上述照明光学系统的数值孔径B已设定时，设定上述至少一个激光光源的输出功率，以使上述空间光调制元件上的激光的强度A(mW/mm2)满足A＜686×B2。
根据该结构，若使空间光调制元件上的激光的强度A(mW/mm2)满足A＜686×B2，则结合人的条件反射作用，可以实现能够避免视网膜的损伤的安全的投影型显示装置。
本发明的投影型显示装置中，较为理想的是，上述至少一个激光光源是分别射出波长带域不同的N个激光的N个激光光源；上述至少一个空间光调制元件，是根据上述输入信息调制由上述照明光学系统照射的上述波长带域不同的N个激光的强度的一个空间光调制元件。
根据该结构，可以实现通过一个空间光调制元件、根据输入信息调制从N个激光光源分别射出的波长带域不同的N个激光、并投影于屏幕的投影型显示装置。
本发明的投影型显示装置中，较为理想的是，上述至少一个激光光源是分别射出波长带域不同的N个激光的N个激光光源，上述至少一个空间光调制元件，是分别根据上述输入信息调制由上述照明光学系统照射的上述波长带域不同的N个激光的强度的N个空间光调制元件。
根据该结构，可以实现通过N个空间光调制元件、分别根据输入信息调制从N个激光光源分别射出的波长带域不同的N个激光、并投影于屏幕的投影型显示装置。
本发明的投影型显示装置中，较为理想的是，上述激光驱动控制部，具有设定上述N个激光光源的输出功率，以使上述波长带域不同的N个激光各自在上述空间光调制元件上的强度的合计值强度A满足A＜686×B2的第一功率控制模式。
根据该结构，结合人的条件反射作用，可以实现能够避免视网膜的损伤，并且波长带域不同的光的色平衡调整方便的投影型显示装置。
本发明的投影型显示装置中，较为理想的是，上述激光驱动控制部，具有设定射出上述波长带域不同的N个激光中、具有光视效率最高的波长带域的激光的激光光源的输出功率，以使上述具有光视效率最高的波长带域的激光在上述空间光调制元件上的强度A满足A＜686×B2，并且停止其他激光光源的发光的第二功率控制模式。
根据该结构，结合人的条件反射作用，可以实现能够避免视网膜的损伤，并且虽为单色(绿色)但对比度提高的更加明亮的投影型显示装置。
较为理想的是，本发明的投影型显示装置还包括用于判定上述输入信息是影像信息还是文字信息的输入信息判定部，上述激光驱动控制部，在通过上述输入信息判定部判定上述输入信息为影像信息时，设定上述第一功率控制模式，在通过上述输入信息判定部判定上述输入信息为文字信息时，设定上述第二功率控制模式。
根据该结构，通过输入信息判定部判定输入信息是影像信息还是文字信息，根据该判定结果，可以自动地选择重视色平衡的影像显示，或重视对比度的文字显示。
较为理想的是，本发明的投影型显示装置还包括检测外光中包含的上述波长带域不同的光的照度的外光传感器，上述激光驱动控制部，具有根据由上述外光传感器检测出的照度，降低射出上述波长带域不同的N个激光中、具有与由上述外光传感器检测出的照度最高的光的波长带域对应的波长带域的激光的激光光源的输出功率的第三功率控制模式。
根据该结构，可以实现根据外光的色平衡提高对比度的投影型显示装置。
较为理想的是，本发明的投影型显示装置还包括输入用户的指示的操作部，上述激光驱动控制部根据用户通过操作部输入的指示，设定上述第一功率控制模式、上述第二功率控制模式及上述第三功率控制模式的其中之一。
根据该结构，用户通过操作部输入指示，即可自由地选择重视色平衡的影像显示，或重视对比度的文字显示，或根据外光的色平衡提高对比度的影像及/或文字显示。
本发明的投影型显示装置中，较为理想的是，上述照明光学系统的数值孔径B为0.25以下，上述空间光调制元件上的激光的强度A为43mW/mm2以下。
根据该结构，虽然在通常情况下，光学系统的数值孔径超过0.25时透镜结构变得复杂，并且透镜也趋向大型化，但通过使照明光学系统的数值孔径B在0.25以下，从而使空间光调制元件上的激光的强度A在43mW/mm2以下，则可以结合人的条件反射作用，实现能够避免视网膜的损伤的、低成本且小型化的投影型显示装置。
本发明的投影型显示装置中，较为理想的是，上述照明光学系统包含，使激光的光量分布均匀化的射束均匀器；将通过射束均匀器而被均匀化的光量分布投影在上述空间光调制元件上的中继光学系统。此时，较为理想的是，上述照明光学系统包含扩散板。
根据该结构，可以将从激光光源射出的激光整形为具有矩形或线形的均匀光量分布的激光，将亮度均匀性较高的照明光照射在空间光调制元件上。
较为理想的是，本发明的投影型显示装置还包括，至少收纳上述激光光源及上述照明光学系统的激光单元；至少收纳上述激光单元、上述空间光调制元件、及上述投影光学系统的筐体；在上述激光单元脱离开上述筐体时产生大于或等于上述激光光源的破坏电压的逆电压，施加于上述激光光源的逆电压产生部；在上述激光光源驱动时，连接上述激光光源和上述激光驱动控制器，在上述激光光源非驱动时，连接上述激光光源和上述逆电压产生部的切换部。此时，较为理想的是，上述激光光源包括半导体激光器或半导体激光激励固体激光器，上述破坏电压是比上述半导体激光器的最大额定逆电压大的逆电压。
根据该结构，激光单元脱离开筐体时破坏激光光源，从而可以防止不怀好意之人取出高输出功率的激光光源转用于其他用途。
本发明的投影型显示装置中，较为理想的是，上述逆电压产生部包含蓄电池或双电层电容器，将上述蓄电池或上述双电层电容器的充电电压作为上述逆电压施加于上述激光光源。
根据该结构，可以容易地产生破坏激光光源的逆电压。
本发明的投影型显示装置中，较为理想的是，上述逆电压产生部包含线圈，和在上述激光单元脱离开上述筐体时在上述线圈中移动而使上述线圈产生电压的永久磁石，将上述线圈上产生的电压作为上述逆电压施加于上述激光光源。
根据该结构，可以容易地产生破坏激光光源的逆电压。
本发明的投影型显示装置中，较为理想的是，上述至少一个激光光源包括包含射出用于激励的红外光的半导体激光器；稀土类元素通过上述半导体激光器而被光学激励的掺稀土光纤；将从上述掺稀土光纤射出的红外光波长变换为绿色光的第2高谐波发生元件；将上述第2高谐波发生元件冷却至低于常温的指定温度的珀尔贴元件；检测上述第2高谐波发生元件的温度的温度传感器的绿色激光光源，上述第2高谐波发生元件在上述指定温度下进行相位匹配。
根据该结构，从投影型显示装置中取出绿色激光光源时，第2高谐波发生元件的温度不被调整为作为相位匹配温度的低温，绿色激光光源无法发光，因此可以防止不怀好意之人取出高输出功率的激光光源转用于其他用途。
本发明的投影型显示装置中，较为理想的是，上述至少一个激光光源包括包含射出用于激励的红外光的半导体激光器；稀土类元素通过该半导体激光器而被光学激励的掺稀土光纤；将从该掺稀土光纤射出的红外光波长变换为绿色光的第2高谐波发生元件的绿色激光光源，上述投影型显示装置还包括，至少收纳上述激光光源及上述照明光学系统的激光单元；至少收纳上述激光单元、上述空间光调制元件、及上述投影光学系统的筐体，上述掺稀土光纤的一部分通过设在上述激光单元中的开口间接地固定于上述筐体上，当从上述筐体中取下上述激光单元时被切断。
根据该结构，从筐体中取下激光单元时，间接地固定于筐体上的掺稀土光纤的一部分被切断，绿色激光光源无法发光，因此可以防止不怀好意之人取出高输出功率的激光光源转用于其他用途。
本发明的投影型显示装置中，较为理想的是，上述激光光源包括将激光二极管芯片的PN结的N侧固定在与晶体管管座连接的通用端子上，通过金属线材内部连接上述激光二极管芯片的P侧和贯穿上述晶体管管座的电源端子，将带窗罩体安装于上述晶体管管座上以密封上述激光二极管芯片的罐型半导体激光器，降低上述电源端子在激光主体内部的强度，以便在从线路板上取下该半导体激光器时，无法再向上述激光二极管芯片供电。此时，上述电源端子具有基于施加的外力、将上述电源端子在上述激光器主体内部进行切断的缺口。
根据该结构，基于从线路板上取下半导体激光器时施加的外力，半导体激光器的电源端子在激光器主体内部被切断，无法再向半导体激光器供电，因此可以防止不怀好意之人取出高输出功率的激光光源转用于其他用途。
本发明的投影型显示装置中，较为理想的是，上述激光光源包含将激光二极管芯片的PN结的N侧固定在与晶体管管座连接的通用端子上，通过金属线材内部连接上述激光二极管芯片的P侧和贯穿上述晶体管管座的电源端子，将带窗罩体安装于上述晶体管管座上以密封上述激光二极管芯片的罐型半导体激光器，通过对上述电源端子的插入上述线路板的部分进行加热或照射紫外线，上述线路板以比上述晶体管管座保持上述电源端子的力大的力保持上述电源端子，以便在从线路板上取下该半导体激光器时，无法再向上述激光二极管芯片供电。
根据该结构，由于线路板保持电源端子的力比晶体管管座保持电源端子的力大，当从线路板上取下半导体激光器时，电源端子从激光器主体中拔出而保留在线路板上，无法再向半导体激光器供电，因此可以防止不怀好意之人取出高输出功率的激光光源转用于其他用途。
产业上的利用可能性
本发明所涉及的投影型显示装置，作为在激光光源驱动时，结合人看到激光时眼睛的条件反射性的避让动作，可以确保对眼睛的较高安全性，而在激光光源非驱动时，可以防止不怀好意之人取出高输出的激光光源转用于其他用途的投影型显示装置是有用的。

Claims (20)

1.一种投影型显示装置，其特征在于包括：
至少一个激光光源；
照明光学系统，照射上述激光光源射出的激光；
至少一个空间光调制元件，根据输入信息调制由上述照明光学系统照射的激光的强度；
投影光学系统，将由上述空间光调制元件调制的激光投影于屏幕上；
激光驱动控制部，在上述照明光学系统的数值孔径B已设定时，设定上述至少一个激光光源的输出功率，使上述空间光调制元件上的激光的强度A(mW/mm2)满足A＜686×B2。
2.根据权利要求1所述的投影型显示装置，其特征在于：
上述至少一个激光光源，是分别射出波长带域不同的N个激光的N个激光光源，
上述至少一个空间光调制元件，是根据上述输入信息调制由上述照明光学系统照射的上述波长带域不同的N个激光的强度的一个空间光调制元件。
3.根据权利要求1所述的投影型显示装置，其特征在于：
上述至少一个激光光源，是分别射出波长带域不同的N个激光的N个激光光源，
上述至少一个空间光调制元件，是分别根据上述输入信息调制由上述照明光学系统照射的上述波长带域不同的N个激光的强度的N个空间光调制元件。
4.根据权利要求2或3所述的投影型显示装置，其特征在于：上述激光驱动控制部具有第一功率控制模式，设定上述N个激光光源的输出功率，以使上述波长带域不同的N个激光的各自在上述空间光调制元件上的强度的合计强度A满足上述A＜686×B2。
5.根据权利要求2或3所述的投影型显示装置，其特征在于：上述激光驱动控制部具有第二功率控制模式，设定射出上述波长带域不同的N个激光中、具有光视效率最高的波长带域的激光的激光光源的输出功率，以使上述具有光视效率最高的波长带域的激光在上述空间光调制元件上的强度A满足A＜686×B2，并停止其他激光光源的发光。
6.根据权利要求5所述的投影型显示装置，其特征在于还包括：输入信息判定部，判定上述输入信息是影像信息还是文字信息，其中，
上述激光驱动控制部，在上述输入信息判定部判定上述输入信息为影像信息时，设定上述第一功率控制模式，在上述输入信息判定部判定上述输入信息为文字信息时，设定上述第二功率控制模式。
7.根据权利要求5所述的投影型显示装置，其特征在于还包括：外光传感器，检测外光中包含的上述波长带域不同的光的照度，其中，
上述激光驱动控制部具有第三功率控制模式，根据由上述外光传感器检测出的照度，降低射出上述波长带域不同的N个激光中、具有与由上述外光传感器检测出的照度最高的光的波长带域所对应的波长带域的激光的激光光源的输出功率。
8.根据权利要求7所述的投影型显示装置，其特征在于还包括：操作部，用于输入用户的指示，其中，
上述激光驱动控制部根据用户通过操作部输入的指示，设定上述第一功率控制模式、上述第二功率控制模式及上述第三功率控制模式的其中之一。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的投影型显示装置，其特征在于：
上述照明光学系统的数值孔径B为0.25或者不满0.25，
上述空间光调制元件上的激光的强度A为43mW/mm2或者不满43mW/mm2。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的投影型显示装置，其特征在于：上述照明光学系统包含，
使激光的光量分布均匀化的射束均匀器；和
将通过射束均匀器而被均匀化的光量分布投影在上述空间光调制元件上的中继光学系统。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的投影型显示装置，其特征在于：上述照明光学系统包含扩散板。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的投影型显示装置，其特征在于还包括：
激光单元，至少收纳上述激光光源及上述照明光学系统；
筐体，至少收纳上述激光单元、上述空间光调制元件以及上述投影光学系统；
逆电压产生部，在上述激光单元脱离开上述筐体时，产生等于或大于上述激光光源的破坏电压的逆电压并施加于上述激光光源；
切换部，在上述激光光源运行时，连接上述激光光源和上述激光驱动控制器；在上述激光光源不运行时，连接上述激光光源和上述逆电压产生部。
13.根据权利要求12所述的投影型显示装置，其特征在于：
上述激光光源由半导体激光器或半导体激光激励固体激光器构成，
上述破坏电压是比上述半导体激光器的最大额定逆电压还大的逆电压。
14.根据权利要求12或13所述的投影型显示装置，其特征在于：上述逆电压产生部包括蓄电池或双电层电容器，其中，
将上述蓄电池或上述双电层电容器的充电电压作为上述逆电压施加于上述激光光源。
15.根据权利要求12或13所述的投影型显示装置，其特征在于：上述逆电压产生部包括，
线圈，和
在上述激光单元脱离开上述筐体时，在上述线圈中移动而诱发上述线圈产生电压的永久磁石，其中，
将在上述线圈中诱发的电压作为上述逆电压施加于上述激光光源。
16.根据权利要求1～11中任一项所述的投影型显示装置，其特征在于：上述至少一个激光光源包含绿色激光光源，该绿色激光光源包括：
射出用于激励的红外光的半导体激光器；
由于上述半导体激光器，稀土类元素被光学激励的掺稀土光纤；
将从上述掺稀土光纤射出的红外光波长变换为绿色光的第2高谐波发生元件；
将上述第2高谐波发生元件冷却至低于常温的指定温度的珀尔贴元件；
检测上述第2高谐波发生元件的温度的温度传感器，其中，
上述第2高谐波发生元件在上述指定温度下进行相位匹配。
17.根据权利要求1～11中任一项所述的投影型显示装置，其特征在于：
上述至少一个激光光源包含绿色激光光源，该绿色激光光源包括：
射出用于激励的红外光的半导体激光器；
稀土类元素通过该半导体激光器而被光学激励的掺稀土光纤；
将从该掺稀土光纤射出的红外光波长变换为绿色光的第2高谐波发生元件，
上述投影型显示装置还包括：
激光单元，至少收纳上述激光光源及上述照明光学系统；
筐体，至少收纳上述激光单元、上述空间光调制元件、及上述投影光学系统，
上述掺稀土光纤的一部分，通过设在上述激光单元中的开口间接地固定于上述筐体上，当从上述筐体中取下上述激光单元时被切断。
18.根据权利要求1～11中任一项所述的投影型显示装置，其特征在于：上述激光光源包括罐型半导体激光器，将激光二极管芯片的PN结的N侧固定在与晶体管管座连接的通用端子上，通过金属线材内部连接上述激光二极管芯片的P侧和贯穿上述晶体管管座的电源端子，将带窗罩体安装于上述晶体管管座上以密封上述激光二极管芯片，使上述电源端子在激光主体内部的强度降低，以便在从线路板上取下该半导体激光器时，无法再向上述激光二极管芯片供电。
19.根据权利要求18所述的投影型显示装置，其特征在于：上述电源端子具有基于施加的外力、将上述电源端子在上述激光器主体内部切断的缺口。
20.根据权利要求1～11中任一项所述的投影型显示装置，其特征在于：上述激光光源包括罐型半导体激光器，将激光二极管芯片的PN结的N侧固定在与晶体管管座连接的通用端子上，通过金属线材内部连接上述激光二极管芯片的P侧和贯穿上述晶体管管座的电源端子，将带窗罩体安装于上述晶体管管座上以密封上述激光二极管芯片，通过对上述电源端子的插入上述线路板的部分进行加热或照射紫外线，上述线路板以比上述晶体管管座保持上述电源端子的力大的力保持上述电源端子，以便在从线路板上取下该半导体激光器时，无法再向上述激光二极管芯片供电。
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