JP2007078944A - Laser projection apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a laser projection apparatus used in the field of optical information using coherent light.
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。 A laser projection apparatus (Japanese Patent Laid-Open No. 08-83757) as a conventional technique will be described.
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。
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。
Scattering on the
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。
The
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。 The present invention has a short-wavelength laser light source that generates laser beams of at least three colors of red, blue, and green, and lasers the laser light of three colors of red, blue, and green from the short-wavelength laser light source. The laser projection apparatus includes a screen that reflects light, and the reflected light is limited to a specific angle range and reflected by an angle selection element provided on the screen.
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。 The present invention also includes a short wavelength laser light source that generates laser light of at least three colors of red, blue, and green, and the red, blue, and green laser light from the short wavelength laser light source is a screen. It becomes a laser projection apparatus which permeate | transmits the hole provided in this.
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。 As described above, the laser projection apparatus of the present invention uses a screen or an optical configuration that outputs laser light of three colors of red, blue, and green and reflects the laser light only in a selected angle range. According to this, the laser beam on which the video information is placed is reflected in the direction of the observer, and the video can be made difficult to see from the surroundings. Furthermore, the light can be concentrated in the direction of the observer and a bright image can be seen, and its industrial value is extremely large.
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。 Further, according to the laser apparatus of the present invention, the contrast of the rear projection TV can be greatly improved by using a screen that absorbs illumination light and partially transmits laser light only through holes. The laser beam is transmitted with an angle dependency in the direction of the observer, while the image can be made difficult to see from the surroundings.
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。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically using embodiments.
(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。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a configuration diagram of
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。
In this embodiment, a configuration in which laser light is projected from the front surface and a human being as an observer observes from the same side (front surface) as the laser irradiation side will be described. FIG. 1 is an explanatory diagram for limiting the range of laser reflection. The
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。
FIG. 2 shows the overall configuration of a laser projection apparatus having a screen that reflects red, blue, and green laser light according to an embodiment of the present invention. The screen has an angle selection element. In addition, lasers are used as short-wavelength laser light sources of three colors of red, blue, and green (1, 2, and 3 in the figure, respectively), and laser beams of three colors of red, blue, and green (respectively, respectively) A
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。
The principle of
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。 In this way, it is not possible to observe from the surroundings, and even in a room with illumination light, it is possible to obtain a high contrast screen with little black floating due to the extremely narrow oscillation wavelength width of the laser light. As shown in FIG. 4, when the reflection peak is made to coincide with the observer's direction in the vertical direction of the observer, the brightness may be kept at the peak. Further, since the left and right direction can be centered on the observer, it is preferable to make it symmetrical as shown in FIG. This configuration is sufficiently effective for peeping from the surroundings.
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。 With such a configuration, it is possible to prevent the light other than the laser light on which the video information is placed (for example, room light, outside light such as the sun) from being reflected by the screen and making the image difficult to see.
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。
In this embodiment, a red semiconductor laser having a wavelength of 640 nm is used as the
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。 Blue and green are 200 mW, and red is 400 mW with a semiconductor laser, so that the apparatus is configured. The horizontal mode and power were stable, the color reproducibility was good, and the contrast was good. Since the laser light source is highly efficient, the power consumption of the entire apparatus is 8 W, and battery driving is possible. The battery drive is portable, and this configuration, which is difficult to observe from others, is effective.
(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。
(Embodiment 2)
A second embodiment of the present invention will be described. The configuration is basically the same as in the first embodiment. As the laser, semiconductor lasers were used for all of the three types of short wavelength laser light sources generating three primary color lights. A 640 nm red laser, a 520 nm green laser, and a 450 nm blue laser. The outputs were 40 mW, 30 mW, and 25 mW, respectively.
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。 In this embodiment, an organic film for hologram recording is used as the reflector. There is a feature that a reflector can be easily formed by interference exposure. Here, a microplanar lens group was used as the scatterer. Arranging ones with a numerical aperture of 0.1 and a diameter of 0.5 mm on a plane functioned effectively with little loss. Since the reflection wavelength width could be set to 5 nm, the contrast could be improved to 20 even in a room with normal illumination.
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。 The power consumption of the entire apparatus according to the present embodiment is 3 W, and can be easily driven by a battery. This configuration is particularly effective because it can be carried by battery and is difficult to observe from others.
(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。
(Embodiment 3)
Embodiment 3 of the present invention will be described. The configuration is basically the same as in the first embodiment. As the laser, semiconductor lasers were used for all of the three types of short wavelength laser light sources generating three primary color lights. In this embodiment, a combination of a normal reflection screen and a lens array is used as the reflector. The lens array functions as an angle selection element. Since the laser beam from below is reflected upward, a lens array and a reflection mirror are used. However, an absorption film is formed on the reflection surface so as not to be reflected from other incident directions. In other words, there is a mirror only in the direction to be reflected, and light entering from other directions is absorbed. This is a result of arranging the incident light of the laser to be directed in different directions. It was observed within an angle of 20 degrees.
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。 In this way, it was not possible to observe from the surroundings, and even in a room with illumination light, there was little black floating and a screen with good contrast was obtained. If the reflection peak is matched with the observer's direction in the vertical direction of the observer, the brightness may be kept at the peak. This configuration is sufficiently effective for peeping from the surroundings.
(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。
(Embodiment 4)
Next, another embodiment of the laser projection apparatus of the present invention will be described.
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。
A structural diagram of Embodiment 4 of the laser projection apparatus of the present invention is shown in FIG. In the present embodiment, a configuration (rear projection type) in which laser light is projected from the back and a human views an image from the front will be described. FIG. 7 shows a laser projection apparatus according to this embodiment. A laser that generates laser beams of three colors of red, blue, and green is included. A scatterer is provided in front of the partial holes, and the laser light is scattered with a certain width. Such a configuration makes it difficult to observe from the surroundings. In FIG. 7, the
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。 In this embodiment, modulation is performed using a modulator. However, it is also possible to directly modulate a semiconductor laser. At this time, the number of parts can be reduced and the size can be reduced. Also, green is practical because the wavelength conversion configuration can extract light with high efficiency. In this case, direct modulation of the fundamental wave serving as a pump is good without increasing the number of parts.
(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。
(Embodiment 5)
Next, another embodiment of the laser projection apparatus of the present invention will be described.
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。
Embodiment 5 of the present invention will be described. The configuration is basically the same as that of the fourth embodiment. As the laser light source, a semiconductor laser was used for each of the three types of short wavelength laser light sources generating three primary color lights. In this embodiment, a combination of a transmissive screen having holes and a lens array is used. The scattering range is limited by the lens array. FIG. 10 shows a cross-sectional view in the vicinity of the
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。 In this way, it was not possible to observe from the surroundings, and even in a room with illumination light, there was little black floating and a screen with good contrast was obtained. If the reflection peak is matched with the observer's direction in the vertical direction of the observer, the brightness may be kept at the peak. This configuration is sufficiently effective for peeping from the surroundings.
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。 Further, since the laser light source is highly efficient, the power consumption of the entire apparatus is small, and battery driving is possible. The battery drive is portable, and this configuration, which is difficult to observe from others, is effective.
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。 In the embodiment, laser light sources of three colors are used, but four colors are used, but the present invention is not limited to this. Moreover, it is applicable also to the apparatus which emits fluorescence using an ultraviolet laser light source.
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。 The present invention relates to a laser projection apparatus that projects a laser used in an optical information field using coherent light onto a screen and observes an image thereof.
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
DESCRIPTION OF
Claims (21)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005264946A JP2007078944A (en) | 2005-09-13 | 2005-09-13 | Laser projection apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2005264946A Pending JP2007078944A (en) | 2005-09-13 | 2005-09-13 | Laser projection apparatus |
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