JP2009205057A

JP2009205057A - レーザ光投射装置

Info

Publication number: JP2009205057A
Application number: JP2008049331A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Ueki; 伸明植木
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2008-02-29
Publication date: 2009-09-10

Abstract

【課題】人体に対するレーザ光の危険を回避し、プレゼンテーション等においてレーザ光の投射位置を明確に認識することができるレーザ光投射装置を提供する。
【解決手段】レーザ光投射装置１０は、画像Ｇを投射するプロジェクタ１２と、少なくとも赤外光のレーザ光Ｌを出射可能なレーザポインタ１４と、プロジェクタ１２から投影される画像Ｇを映し出すスクリーン１６とを含んでいる。スクリーン１６の表面全体には、赤外線発光蛍光体１８が形成され、赤外線発光蛍光体１８は、投射されたレーザ光Ｌに応答して赤外光を可視光に変換し、投射位置Ｐを示す。
【選択図】図１

Description

本発明は、赤外光の波長のレーザ光をスクリーンに投射し、その投射位置を発光させるレーザ光投射装置に関する。

レーザ光は、その指向性が強く、スクリーン上の投射位置を指し示すレーザポインタに利用されている。例えば特許文献１は、投射許可領域を撮像するＣＣＤカメラが赤外線を検出したときに、レーザ光投射部からのレーザ光の投射を許可する制御部を含むレーザポインタを開示している。特許文献２は、ピストルから出射された赤外線レーザ光が照射されると、可視光線などの蛍光を発光する蛍光体層がターゲット本体裏面に設けられたレーザ射撃システムに関する技術を開示している。

特開２０００−３２１５３１号特開２００４−１９１０２２号

プレゼンテーション等を行う場合に、スクリーン上の所望の位置を指し示すためにレーザポインタが利用される。レーザポインタに用いられるレーザ光の中心波長は、人間の視感度が高い可視光域、例えば赤色や緑色のレーザ光に設定されている。しかしながら、視感度の高いレーザ光が万一誤って人間の眼に入射されると、網膜等が傷つき視力低下や失明などを引き起こすおそれがある。他方、視感度の低い波長域のレーザ光を用いれば、その危険性を回避することはできるものの、レーザポインタの効用である指示位置、すなわちレーザ光の投射位置の見やすさ、追跡の容易さが損なわれてしまう。

そこで、本発明は、人体に対する危険度を低減しつつ、プレゼンテーション等においてレーザ光の投射位置を明確に認識することができるレーザ光投射装置を提供することを目的とする。

本発明に係るレーザ光投射装置は、少なくとも赤外光の波長のレーザ光を出射可能な携帯型のレーザポインタと、赤外光に応答して発光する赤外線発光蛍光体が表面に形成されたスクリーンとを有する。好ましくは、前記赤外線発光蛍光体は、蓄光型蛍光体からなり、前記レーザ光の光強度または投射時間に応じて発光時間を可変する。好ましくは、前記スクリーンは、前記赤外線発光蛍光体の表面を覆う表面保護膜を含む。

レーザポインタは、複数の波長のレーザ光を出射可能な光源と、前記光源の駆動を制御する駆動制御部と、入力部とを含み、前記駆動制御部は、前記入力部からの入力に応じて選択された波長のレーザ光を前記光源から出射させることができる。また、レーザポインタは、少なくとも赤外光の波長のレーザ光を出射可能な光源と、前記光源の駆動を制御する駆動制御部と、入力部とを含み、前記駆動制御部は、前記入力部からの入力に応じて選択された光強度のレーザ光を前記光源から出射させることができる。

本発明によれば、レーザポインタから赤外光の波長のレーザ光を投射し、スクリーン上に赤外線に応じて発光する赤外線発光蛍光体を形成することで、人体、特に目への危険度を回避することができ、同時に、スクリーン上に赤外光の投射位置を明確に表示することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。ここでは、プレゼンテーション等に利用されるレーザ光投射装置の例を説明する。

図１は、本発明の実施例に係るレーザ光投射装置の構成例を示す図である。本実施例に係るレーザ光投射装置１０は、画像Ｇを投影するプロジェクタ１２と、少なくとも赤外光の波長のレーザ光Ｌを出射するレーザポインタ１４と、プロジェクタ１２から投射された画像Ｇを映し出すスクリーン１６とを含んでいる。スクリーン１６の表面には、後述するように赤外光に応答して発光する赤外線発光蛍光体１８が形成されており、赤外線発光蛍光体１８の発光により投射されたレーザ光Ｌの投射位置Ｐを表示する。

本明細書における赤外光とは、人体に対するレーザ光の安全基準から定められるものであり、近赤外線を含む波長０．７μｍ以上、４μｍ以下の光と定義される。

図２（ａ）は、レーザポインタの構成例を示す斜視図である。レーザポインタ１４は、例えば、角柱状のプラスチック製の筐体３０からなり、その先端内部にはＶＣＳＥＬを用いた光源または光モジュール３２が組み込まれている。レーザ光Ｌは、筐体３０の先端部に取り付けられた光学レンズ３４を介してコリメートされ、外部に出力される。

図２（ｂ）は、レーザポインタの内部構成を示すブロック図である。レーザポインタ１４は、電源スイッチ３６、波長選択スイッチ３８および光度選択スイッチ４０からの信号を入力し、これらの入力に応答して光モジュール３２を駆動する駆動制御部５０と、駆動制御部５０に電力を供給するバッテリー６０とを含んでいる。電源スイッチ３６、波長切替スイッチ３８、および強度切替スイッチ４０は、筐体３０の表面に配置されている。

光モジュール３２は、少なくとも赤外光のレーザ光を出射するＶＣＳＥＬを含んでいる。勿論、ＶＣＳＥＬの他、赤外光発する端面発光型の半導体レーザ（ＬＤ）、ガスレーザ、固体レーザ等を含むことができる。

波長切替スイッチ３８は、光モジュール３２に含まれる複数の波長からいずれか１つの波長の光を選択する。駆動制御部５０は、その選択に応じたＶＣＳＥＬまたはＬＤを駆動する。波長０．８μｍ以上の赤外光、好ましくは肉眼では視認することが困難な波長１μｍ以上のレーザ光が出射される。

光強度可変スイッチ４０は、レーザ光Ｌの光強度を選択する。駆動制御部５０は、光強度スイッチ４０からの入力に応答して光モジュール３２の駆動を制御する。例えば、ＶＣＳＥＬの駆動電流を高くすることで光強度を大きくする。スクリーン１６上に形成された赤外線発光蛍光体１８は、照射されたレーザ光Ｌの光強度に応じて発光強度を可変する材料から構成することができる。

図３は、光モジュールに組み込まれるＶＣＳＥＬの概略断面図である。同図に示すように、ＶＣＳＥＬ４２は、ｎ型のＧａＡｓ基板１００の裏面にｎ側電極１０２を形成し、さらに基板１００上に、ｎ型のＧａＡｓバッファ層１０４、Ａｌ組成の異なるｎ型のＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねた下部ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ型反射鏡）１０６、活性領域１０８、周縁に酸化領域を含むｐ型のＡｌＡｓからなる電流狭窄層１１０、Ａｌ組成の異なるｐ型のＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねた上部ＤＢＲ１１２、ｐ型のＧａＡｓコンタクト層１１４を含む半導体層を積層している。積層された半導体層をエッチングすることにより円筒状のポスト（またはメサ）Ｐが形成されている。ポストＰを覆うようにＳｉＯｘ等の層間絶縁膜１１６が形成され、層間絶縁膜１１６のコンタクトホール１１６ａを介して環状のｐ側電極１１８が形成される。

このように構成されたＶＣＳＥＬは、例えば、８５０ｎｍの赤外光をポストＰの出射領域から基板と垂直方向に出射する。ＶＣＳＥＬは、半導体材料やそこに含まれる元素の組成を適宜選択することで、例えば、９８０ｎｍ、１．３μｍ、１．５μｍの長波長のレーザ光や可視光のレーザ光を出射することができる。

図４（ａ）は、スクリーンの概略平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すＡ−Ａ線断面図である。スクリーン１６は、例えば表面が白色の矩形状の基部１６ａと、基部１６ａのほぼ全面に形成された赤外線発光蛍光体１８と、赤外線発光蛍光体１８の表面を覆う表面保護膜２０とを含んで構成される。赤外線発光蛍光体１８は、スクリーン印刷によって基部１６ａ上に塗布されるものであってもよいし、ガラス等の板材を基部１６ａ上に搭載するものであってもよい。

赤外線発光蛍光体１８は、照射された赤外線を可視光に変換して発光させるものであり、例えば、フッ化物含有透明結晶化ガラス、ハロゲン化ガドリニウム、アルカリ土類金属塩化物、希土類ハロゲン化物系などから構成される。また、残光時間が長い、希土類アルミネート系の蓄光型蛍光体を用いることができる。好ましくは、蓄光型蛍光体は、レーザ光の照射時間または光強度に応じて残光時間を可変する。

例えば、希土類（Ｙｂ^３＋、Ｅｒ^３＋系）のアップコンバージョン蛍光を利用したフッ化物微結晶を含む透明結晶化ガラスにおいて、４ｆ電子を有する３価の希土類イオン、例えば、Ｙｂ^３＋イオン、Ｅｒ^３＋イオンは、近紫外部から近赤外部にかけて各イオンに特有のエネルギー準位を持ち、この領域において多彩な発光現象を示す。アップコンバージョン蛍光は、１つの活性イオンに複数のフォトンが作用し、より高いエネルギー準位に励起されることにより発光するため、一般の蛍光体とは異なり、励起光よりも短い波長になる。

図５は、赤外線発光蛍光体における発光過程を説明する図である。赤外線発光蛍光体１８は、レーザ光Ｌの一部を励起光としてＹｂ^３＋イオンにより吸収する。これにより、４ｆ電子が基底準位から励起準位に励起される。Ｙｂ^３＋イオンのエネルギー準位と、Ｅｒ^３＋イオンのエネルギー準位は、非常に近いため、励起されたＹｂ^３＋イオンからＥｒ^３＋イオンにエネルギー伝達が発生し、Ｅｒ^３＋イオンが中間励起準位に励起される。さらに、中間励起準位において同様に、レーザ光Ｌの一部を吸収し、より高い励起準位に励起される。その結果、非輻射遷移等により各準位に相当する発光現像が起きる。赤外線発光蛍光体１８の発光特性は、含有されるＹｂ^３＋イオンとＥｒ^３＋イオン濃度などに大きく依存する。

表面保護膜２０は、例えばガラス板、アクリル樹脂、ポリカーボネートなどの透明なプラスチック板から構成される。表面保護膜２０は、赤外線発光蛍光体１８を外部の衝撃や湿気などから保護するとともに、マーカーなどによる文字、図形等を描画するための筆記面を提供する。また、表面保護膜２０は、例えば透明電極として利用されるＩＴＯなど導電性材料を含むものであってもよく、赤外線発光蛍光体１８に発生した電荷をＩＴＯにより放出させ、赤外線発光蛍光体１８の蓄光時間を短縮するようにしてもよい。

次に、本実施例に係るレーザ光投射装置の使用例を図６を参照して説明する。まず、図６（ａ）に示すように、スクリーン１６上には、プロジェクタ１２によって画像Ｇが投射される。画像Ｇは、可視光を用いた投射であるため、赤外線発光蛍光体１８は発光しない。次に、レーザポインタ１４を用いてスクリーン１６上にレーザ光Ｌを投射する。赤外光が出射された場合、レーザ光そのものは肉眼で見ることはできないが、レーザ光Ｌは表面保護膜２０を透過し、スクリーン１６上の赤外線発光蛍光体１８を照射する。この照射により赤外線発光蛍光体１８が発光するため、レーザ光Ｌの投射位置Ｐが可視光として表示される。レーザポインタ１４からのレーザ光は、波長の長い赤外光であるため、万一目に入っても失明や視力低下の影響が回避される。

また図６（ｂ）に示すように、蓄光型の赤外線発光蛍光体１８であれば、レーザ光Ｌが消滅してから一定時間残光が生じる。残光時間は、レーザ光Ｌの光強度、投射時間、蛍光体の材質などに応じて、数μｓから数ｍｓの間で調節することできる。例えば、レーザ光Ｌの光強度が強いとき、赤外線発光蛍光体１８の発光時間が長くなり、レーザ光Ｌの光強度が弱いとき、赤外線発光蛍光体１８の発光時間が短くなる。蛍光体１８の蓄光作用を利用することで、レーザポインタ１４による走査軌跡Ｐ１−Ｐ２をスクリーン上に一定時間だけ表示することができる。

図７は、本実施例の他のスクリーンの構成例を示す断面図である。スクリーン１６の基部１６ａ上には、赤外線発光蛍光体１８と、他の赤外線発光蛍光体１９とが積層される。前者は、例えば、１．５μｍの波長の赤外光に応答して赤色の可視光で発光し、後者は、例えば、９８０ｎｍの波長の赤外光に応答して緑色の可視光で発光する。これにより、レーザポインタの波長を切替えることで、スクリーン上に異なる可視光を発光させることができる。この場合、レーザポインタ１４は、波長の異なるレーザ光が幾分だけ離れるように同時に出射させてもよい。これにより、スクリーン上に同時に異なる発光を得ることができる。さらに、レーザポインタを複数用意し、第１のレーザポインタから第１の波長の赤外光を出射させ、第２のレーザポインタから第２の波長の赤外光を出射させるようにしてもよい。

赤外線発光蛍光体による発光色は、材料を選択することで適宜変更することができる。さらに、赤外線発光蛍光体は、３層以上積層させるものであってもよく、各赤外線発光蛍光体は、波長の異なる赤外光に応答して異なる色で発光するようにしてもよい。

なお上記本実施例では、連続したレーザ光を照射することで赤外線発光蛍光体を発光させたが、例えば、希土類ポリニオブ酸塩の蛍光体では、レーザ光のパルス幅を可変することで発光色を選択することができる。例えば、赤外線発光蛍光体にＮａＮｂＯ_３:Ａｌ^３＋,Ｅｒ^３＋,Ｙｂ^３＋を用いて、９８０ｎｍのレーザ光を投射した場合、赤外線蛍光体は、レーザ光のパルス幅に基づき、赤色（６６０ｎｍ）または緑色（５５０ｎｍ）に発光することができる。

本実施例によれば、赤外光を照射するレーザポインタと赤外光により発光する赤外線発光蛍光体が形成されたスクリーンとを組み合わせることで、人体の目が危険に晒されることを低減しつつ、スクリーン上への指示表示を行うことができる。さらに、赤外線発光蛍光体に蓄光型蛍光体を用いることで、レーザ光の照射軌跡を一定時間発光させることができ、プレゼンテーションの指示をより効果的に行うことができる。

本実施例のレーザ光投射装置は、フロントプロジェクタ用スクリーンを用いたが、これに限らず、リアプロジェクタ用の透過性スクリーンを用いたものであってもよい。

上記した実施例は例示的なものであり、本発明は、これらの実施例によって限定的に解釈されるべきものではなく、特許請求の範囲内において他の方法によっても実現可能であることは言うまでもない。

本発明の実施例に係るレーザ光投射装置の構成を示す図である。図２（ａ）は、図１に示すレーザポインタの斜視図、図２（ｂ）はレーザポインタの内部構成を示す図である。ＶＣＳＥＬの構成を示す概略断面図である。図４（ａ）は、スクリーンの平面図であり、図４（ｂ）は、そのＡ−Ａ線断面図である。赤外線発光蛍光体における発光過程を説明する図である。本実施例に係るスクリーンの発光動作を説明する図である。本実施例のスクリーンの他の例を示し、図７（ａ）は、平面図、図７（ｂ）は、そのＡ１−Ａ１線断面図である。

１０：レーザ光投射装置１２：プロジェクタ
１４：レーザポインタ１６：スクリーン
１８：赤外線蛍光体２０：保護層
３０：筐体３２：光モジュール
３４：光学レンズ３６：電源スイッチ
３８：波長切替スイッチ４０：強度切替スイッチ
４２：ＶＣＳＥＬＧ：画像
Ｌ：レーザ光Ｐ：投射位置
Ｐ１，Ｐ２：走査軌跡

Claims

少なくとも赤外光の波長のレーザ光を出射可能な携帯用のレーザポインタと、
赤外光に応答して発光する赤外線発光蛍光体が表面に形成されたスクリーンと、
を有するレーザ光投射装置。
前記赤外線発光蛍光体は、蓄光型蛍光体からなり、前記レーザ光の光強度または投射時間に応じて発光時間を可変する、請求項１に記載のレーザ光投射装置。
前記スクリーンは、前記赤外線発光蛍光体の表面を覆う表面保護膜を含む、請求項１または２に記載のレーザ光投射装置。
前記レーザポインタは、複数の波長のレーザ光を出射可能な光源と、前記光源の駆動を制御する駆動制御部と、入力部とを含み、前記駆動制御部は、前記入力部からの入力に応じて選択された波長のレーザ光を前記光源から出射させる、請求項１に記載のレーザポインタ。
前記レーザポインタは、少なくとも赤外光の波長のレーザ光を出射可能な光源と、前記光源の駆動を制御する駆動制御部と、入力部とを含み、前記駆動制御部は、前記入力部からの入力に応じて選択された光強度のレーザ光を前記光源から出射させる、請求項１に記載のレーザポインタ。
前記光源は、赤外光の波長のレーザ光を出射する面発光型半導体レーザ素子を含む、請求項１ないし５いずれか１つに記載のレーザ光投射装置。
前記レーザ光投射装置はさらに、前記スクリーンに画像を投射するプロジェクタを含む、請求項１ないし６いずれか１つに記載のレーザ光投射装置。