JP2739085B2 - レーザー利用による情報信号処理システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 開示技術は、液晶テレビの画像情報等を高輝度保持の
状態で明るくコントラストが良好で、高精細度な様相で
スクリーンに拡大投影する等のレーザー増幅システムの
技術分野に属する。

〈要旨の概要〉 而して、この出願の発明は金属蒸気レーザー装置に対
し液晶テレビの液晶パネル等に形成された画像情報を該
レーザー装置からの自然放出光の後述する所謂ASEによ
る入力情報として乗せると共に、偏光ビームスプリッタ
等を介しレーザー装置に再入射させ、相互に直交する各
偏光成分の光を一軸合成し合成光の強度で出力軸の強度
を設定するように制御し、その際、レーザー増幅率の大
きい場合は情報光のみを１パスさせて増幅させ、増幅率
の小さい場合には強度信号光のみを増幅させるように
し、この場合、一方の直線偏光をレーザー装置に入射し
て所定に輝度を増幅して出射させ、スクリーン等の可視
化装置に拡大投影するようにしたレーザー利用による情
報信号処理システムに関する発明であり、特に、Ｐ波、
Ｓ波の２つの直線偏光の一方の偏光に液晶テレビの液晶
パネル等に形成された画像の情報信号等を乗せてレーザ
ー装置に入射させ、他方の直線偏光を増幅制御光として
一方の偏光の分離光の検出等によりその出力制御用とし
てその旋回方向を所定にコントロールする等して、該一
方の偏光と一軸合成して再び該レーザー装置に入射し、
光共振器を介して高サイクルに光路を往復させることに
より、出力光の強度を高輝度に増幅させるようにしたレ
ーザー利用による情報処理システムに係る発明である。

〈従来の技術〉 周知の如く、近時の高度に発達した文明社会は、市民
社会に於いても産業社会に於いても極めて情報化されて
おり、就中、OA機器に代表されるような電子工学、及
び、光学の高度の発達に負うところが大であるが、娯
楽、教養番組情報の伝達処理ばかりでなく、学校、研究
所、病院、工場等に於ける技術情報の伝達分析処理には
グラフやパターン影像等の高度の画像情報処理が極めて
重要であるが、従来からは一般に所謂マンマシンタイプ
の対面方式のブラウン管表示を介しての情報処理が主流
であった。

しかしながら、上述した如く、該種ブラウン管方式の
光学系情報処理では１対１の対面方式の処理態様が主で
あるために、大量、且つ、高度の情報を不特定多数の視
聴者に自由に伝達することが出来ず、又、高度な情報伝
達や処理には立体画像やカラー画像が優れていることは
分っているが、かかる在来態様のブラウン管方式の情報
処理では解像度の低い平面画像の処理しか出来ず、高輝
度態様のカラー画像や立体画像の処理が充分でなく、情
報伝達機能においてその改善が潜在的に強く望まれてい
た。

而して、上述の如く近時電子工学、及び、光学の高度
な発達により液晶テレビ等液晶の物理的な光透過性を利
用し、スクリーン上に該液晶に電子駆動装置等により形
成された画像を拡大投影し、更に、液晶画像の有する偏
光性を用いて立体画像をスクリーン上に投影する技術等
も開発され、一部では実用化もされつつある。

而して、スクリーン上への液晶画像等の拡大投影は上
述した如く、高精度の大量の情報を不特定多数の視聴者
に伝達処理する点においては優れているが、在来態様の
ブラウン管方式のテレビ画像をビデオプロジェクタ等を
介して拡大投影する場合にも、在来態様の光学系を用い
ることによってはスクリーン上の投影画像の輝度は本来
的に極めて低く、したがって、所謂旧来技術のスライド
や映画等の投影態様同様に充分に視認可能な輝度を得る
ためには周囲を暗くして相対的に照度を上げて視認する
等の手段が採用されていた。

そのため、周囲の読書を行ったり書物をしている人間
はそれが出来ないデメリットがあった。

蓋し、当然のことながら、かかる在来態様の光学系に
よる画像のスクリーン上への拡大投影の輝度の問題は距
離の二乗に反比例して該輝度が低下する物理性があるた
めであり、本質的に輝度を高く上げることは不可能であ
ったからである。

而して、近時レーザ技術の発展に伴い、レーザーの媒
質中の励起原子から放出される自然放出光が方向性を有
せず、全立体角で一様に放出され、レーザー軸に近い方
向に放出された自然放出光はレーザー媒質中を通過する
間に誘導放出光とされて高い増幅作用を受け、所謂ASE
（Amplified Spontaneous Emission）が発生することが
分っている。

而して、レーザーの増幅利得が高い場合には１度の通
過（１パス）でも極めて高い増幅作用を受ける。

このような物理的な特性により、例えば、第９図に示
す銅蒸気レーザー装置１に於いて、サイラトロン３等や
電装装置４によりチューブ２内に高エネルギーの放電を
生じさせ、銅５により銅蒸気６を発生させて充満させ、
輝度を高度に増幅させることにより、例えば、第８図に
示す様に、銅蒸気レーザー装置１でのASEによりレーザ
ー光を画像８に入射させて画像情報を乗せた反射光を再
び銅蒸気レーザ装置１に入射させてその輝度を著しく増
幅させて光学系９によりスクリーン10上に極めて明るい
画像を拡大投影することが出来るような技術が、例え
ば、特願昭58−173161号（特開昭60−65585号公報発
明）や特願昭63−83183号（特公平７−52324号公報）発
明に見られるような従来の光学系による拡大投影装置に
比し、極めて明るい輝度の拡大画像を投影する技術とし
て開発されている。

そして、かかる銅蒸気レーザ装置では光増幅に際して
入射光の位相が乱されることなく、その偏光性も保持さ
れ、波面が保存される等の優れた特性をも有してはい
る。

かかるレーザー利用による画像拡大投影システムは当
業者にとって在来態様の光学系が所謂パッシブ光学系と
称されるのに対しアクティブ光学系と呼ばれて研究開発
の対象とされているが、該種アクティブ光学系を実用化
すると、上述した在来態様のパッシブ光学系による画像
拡大投影とは異なり、スクリーン上の拡大画像の輝度が
極めて明るいために、倍率も上げられ、周囲を暗くする
こともなく、したがって、画像の視認を必要とする人々
は周囲の読書や書き込み記入等を行う人の妨げとなるこ
とがない等の利点が得られることにはなる。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、従来のパッシブ光学系では得られない
増幅利得の良好なかかる最新のアクティブ光学系の画像
拡大投影の利点は、先述した如く立体画像の拡大投影等
に光学系システムとしては現段階で潜在的ニーズが在る
にもかかわらず、充分に利用され得てはいないという不
都合さがあった。

尚、アクティブ画像増幅は入力光の波面を保存したま
ま増幅する方式であって入力光が画像情報を有していれ
ば、フレネル数の大きなレーザー増幅器を用いる場合、
その画像情報は保存したままの増幅が可能であるが、当
該増幅特性が非線形（入力光強度と出力光強度が比例関
係にはないので）なので画像が濃淡の階調を保存したま
ま増幅するには特別の工夫手段が必要となる。

蓋し、第３図に示す様に、レーザー装置に於いて１パ
ス増幅による入射光強度（総合偏光入射光の強度）と出
力光強度との関係は横軸に該入射光強度を、又、縦軸に
出力光強度をとると、その特性曲線は全体としてリニア
な直線にはならず、飽和強度の手前までは急勾配のやや
リニアな曲線を描くものの、当該飽和強度の前後では緩
くカーブして、その後、サチュレーションになるような
右上がりのカーブの特性曲線を描き、したがって、レー
ザー装置に入射する情報を有する入射光と出射光の強度
とは比例せず、そのため、増幅率が一定には得られない
という欠点があり（特に、増幅率が大きく望まれるレー
ザー装置では）、しかも、光増幅媒体の励起状態、例え
ば、放電励起の場合には励起電圧、或いは、励起電流、
又は、レーザー媒体温度を変えると反転分布が変わって
増幅特性が変化し、加えて、その応答速度は一般的には
遅く、そのうえ、増幅特性はリニアではなく、任意にコ
ントロールして変えることが出来ないという不都合さが
あった。

又、金蒸気レーザーや銅蒸気レーザー及び、ストロン
チウム蒸気レーザーを用いて、赤、緑、青の３原色の光
を用いるカラー画像のスクリーンへの拡大投影システム
においては、各レーザー装置の増幅特性が非線形である
ために３原色の色バランスが保ち難いという難点があっ
た。

更に、モノクローム画像のレーザー装置を介してのス
クリーン上への拡大投影を行うに際し、第４図の特性曲
線グラフ図に示す様に、原画像のモノクローム画像の黒
側から白側に階段状の中間調11が存在する場合に、上記
第３図に示す特性曲線に沿う増幅率によれば、スクリー
ン上の投影画像の黒側から白側への中間調12′の強度の
違いにバラツキが生じ、その結果、スクリーン上の投影
画像に於ける所謂「中間調が保存されない。」現象が生
じるというマイナス点があった。

〈発明の目的〉 この出願の発明の目的は先述出願人の先願発明の特願
昭63−83183号（特公平７−52324号公報）発明の如き、
上述従来技術に基づく最新の銅蒸気レーザー等によるア
クティブ光学系の利点を有するにもかかわらず、リニア
な増幅率が得られないことによるコントラスト不良や精
細度や解像度の満足が得られない情報信号処理システム
の問題点を解決すべき技術的課題とし、レーザー装置の
増幅率の大きな場合には情報信号を乗せている、例え
ば、Ｐ波等の１つの直線偏光をレーザー装置に対して１
パスで増幅し、増幅率の小さい場合には該１つの直線偏
光とは別な、例えば、Ｓ波等の他の直線偏光により光共
振器を介して一軸合成光として出力増幅を行うように
し、しかも、出射光からは該他の偏光を除去し、情報光
のみにより確実にコントラスト等が良好な出力信号光を
得てレンズ等の光学系によりスクリーン等の可視化装置
に高い輝度の画像等を付与することが出来るようにして
情報産業における信号取扱術利用分野に益する優れたレ
ーザー利用による情報信号処理システムを提供せんとす
るものである。

〈課題を解決するための手段・作用〉 上述目的に沿い先述特許請求の範囲を要旨とするこの
出願の発明の構成は前述課題を解決するために、レーザ
ー利用によるカラーテレビ画像等をスクリーン上に拡大
投影したり、アナログ信号による光ファイバーよる通信
を行う等の際の情報信号を送信処理するに際し、金属蒸
気レーザー装置の入射光の高増幅率による出射光を得て
スクリーン等の可視化装置へ入力するに際し、Ｐ波、Ｓ
波等の相互に直交する２つの直線偏光のうちＰ波等の一
方の直線偏光に液晶テレビ等の画像情報等の信号を乗
せ、レーザー装置の増幅率の大きい場合には該一方の直
線偏光を１パスさせて増幅し、増幅率の小さな場合には
該情報を乗せた一方の直線偏光をレーザー装置に入射さ
せ、これに対し、ビームスプリッタ等により分離したＳ
波等の他方の直線偏光を該一方のＰ波の直線偏光から分
離した偏光の信号検出により、他方のＳ波等の直線偏光
の偏光による偏光面の回転角度をコントロールする等し
て増幅率を一定にし、一方のＰ波の直線偏光と一軸合成
して、レーザー装置に入射させ、増幅率を一定にした
り、光共振器等を介して高度に増幅させて、高い輝度の
出射光を得て、レンズ等の光学装置によりスクリーン等
の可視化装置に拡大投影したりする等してコントラスト
が良く、高精細度なカラー立体画像等を得ることが出来
るようにした技術的手段を講じたものである。

〈実施例〉 次に、この出願の発明の実施例を第１、２、５、６、
７図に基づいて説明すれば以下の通りである。尚、第
８、９図と同一態様部分は同一符号を用いて説明するも
のとする。

第１図に示す態様例は液晶テレビによるモノクローム
画像投影の原理的態様であり、横置き型のレーザー装置
１は先述第９図に示す原理的態様と同一のものであり、
その前後にはリレーレンズ９′、及び、投影レンズ９が
設けられ、該投影レンズ９とスクリーン10との間には偏
光パネル11が所定に介装されており、一方、リレーレン
ズ９′の手前側にはハーフミラー12、及び、偏光ビーム
スプリッタ13が前後して設けられ、該偏光ビームスプリ
ッタ13の透過反射面13′に対向してＰ波に対する液晶テ
レビの液晶パネル８′、及び、Ｓ波に対する液晶テレビ
の液晶パネル８′が設けられ、各々反射ミラー14,14が
裏打ちされて添設されている。

尚、ハーフミラー12の図上上方には光検出レンズ15を
介し適宜の光検出器16が設けられて所定の制御装置17を
介し、Ｓ波用の液晶パネル８′の所定の作動を行うよう
にされてレーザー装置１でのASEによる光の偏光ビーム
スプリッタ13の透過反射面13′からの反射Ｓ波のレーザ
ー装置１への入射コントロールを行うようにされてい
る。

而して、原理的態様において、先述第９図の態様同様
に横置き型のレーザー装置１で得られた光は偏光ビーム
スプリッタ13に入射して一方の偏光のＰ波は透過し、他
方の偏光のＳ波は反射してそれぞれ液晶パネル８′の画
像を乗せて反射ミラー14で反射し、Ｓ波は偏光ビームス
プリッタ13の透過反射面13′で再び反射してＰ波と一軸
合成された後、一部の光をハーフミラー12を介して光検
出器16へと分離すると共に、リレーレンズ９′から横置
き型のレーザー装置１に再び入射して増幅作用を受けて
投影レンズ９、及び、偏光パネル11を経てスクリーン10
に画像を拡大投影する。

この場合、Ｓ波とＰ波の波長は一致しているために、
先述した如く該横置き型のレーザー装置１内に於いては
第３図に示す様に、Ｐ波の入力強度が変化してもＰ波の
変化に追随してＳ波の入力強度を変えてＰ波とＳ波の合
成した入力光強度が一定になるように制御すれば、Ｐ波
の増幅率は ΔH/（Ｓ＋Ｐ） と一定となるので、濃淡画像の階調が増幅後も保存され
てスクリーン10上には高い輝度のコントラストの良い画
像が形成され、視聴者はコントラストの良い鮮明な画像
を視認することが出来るようにされる。

そして、当該原理的態様に於いて、ハーフミラー12に
より分離される光が光検出器16によりＳ波の液晶パネル
８′の作動を当該分離光の強度に応じて行うために（正
規画像強度分布）＋（反転画像情報強度分布）＝（一
定）にすれば、Ｐ波と一軸合成されてレーザー装置１に
入射されるＳ波とＰ波の総和による入射光強度に比例し
た出力光の輝度が得られ、特に、制御装置17によりＳ波
を所定にコントロールすることにより、リニアな増幅率
一定の増幅を得ることが出来る。

そして、増幅に与かったＳ波は偏光パネル11により除
去される。

又、当該原理的態様においてＳ波の液晶パネル８′に
形成される画像については第４図に示す様に、反転画像
11″とすることにより中間調の保存されたコントラスト
の良い画像を得ることが出来る。

次に、第２図に示す実施例は、増幅率の小さいレーザ
ーの態様であり、上述原理的態様のＳ波の偏光ビームス
プリッタ13による透過反射ではなく、横置き型のレーザ
ー装置１からのＰ波を偏光ビームスプリッタ13を透過さ
せると共に、検出器16、ハーフミラー12を通し、液晶パ
ネル８′、偏光パネル19により入射、及び、反射をさせ
Ｐ波はハーフミラー12により離光して光検出レンズ15を
通り、制御装置17を介し、偏光ビームスプリッタ13と制
御光のＳ波の縦置き型のレーザー装置１との間に介装し
た電気光学結晶20の旋回度合をコントロールして制御用
のレーザー光のＳ波の偏光方向を変えるようにされ、該
電気光学結晶20と横置き型のレーザー装置１との間には
偏光パネル19、及び、その前後に横置き型のレーザー装
置１を介して光共振器18,18が介装されている。

又、スクリーン10の手前には偏光パネル11と光共振器
18,18が横置き型のレーザー装置１を間にして介装され
て横置き型のレーザー装置１の増幅機能を与かるように
されており、該横置き型のレーザー装置１に於いて発生
した光は、直線偏光のＰ波が偏光ビームスプリッタ13を
透過し、光共振器18を通り、ハーフミラー12を透過して
液晶パネル８′、偏光パネル19で所定の画像を乗せて再
び反射し、ハーフミラー12、光共振器18を通り偏光ビー
ムスプリッタ13から該い横置き型のレーザー装置１に再
び入射し、一対の光共振器18,18により増幅させるが、
その増幅の度合は上方のＳ波用の縦置き型のレーザー装
置１から発生したＳ波が光共振器18,18で増幅されて偏
光パネル19を通り、Ｐ波によって分離された光により制
御装置17でその強度に応じて電気光学結晶20にてＳ波の
偏光面の回転角度が制御されて、偏光ビームスプリッタ
13を透過してくるＰ波と一軸合成されて再び横置き型の
レーザー装置１内に入射し、光共振器18,18の往復反射
動作により高い度合で増幅されて偏光パネル11を通り、
スクリーン10上に高い輝度で画像が拡大投影される。

この時、電気光学結晶20に於いて、縦置き型のレーザ
ー装置１からのＳ波は偏光ビームスプリッタ13によって
最も増幅率が高い反射になるように偏光面に対する回転
角度を付与されることにより、Ｓ波とＰ波とは一軸合成
されて入射された横置き型のレーザー装置１に於いては
極めて高い増幅率が得られ、高い輝度の出力光が得ら
れ、明るい状態でもスクリーン10上における拡大投影画
像の輝度は高く、周囲の読書や筆記等の障害が無い。

而して、例えば、カラー画像のスクリーン10上への拡
大投影は単に教養娯楽番組ばかりでなく、産業経済のデ
ータ解析、研究等にも極めて効果的な機能を発揮するも
のであるが、在来態様では赤、青、緑等の３原色を各色
別に該スクリーン10上に拡大投影して重畳合成する態様
が一般的であり、各色の波長が異なるために一度に同一
輝度にする増幅を１基のレーザー装置１によって行うこ
とは不可能であったが、この出願の発明においては上述
する如く画像情報を乗せる偏光は、例えば、一方の直線
偏光のＰ波に乗せ、増幅機能は他の直線偏光のＳ波によ
って行うようにするために、第３図に示すリニア部分に
おけるＳ波＋Ｐ波に対するＰ波の増幅率Δｈを適宜に選
択することは、該Ｓ波に対する制御装置17のコントロー
ルで適宜に行うことが出来るために、第５図に示す様
に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各々の色別液晶パ
ネル81,82,83に対する横置き型のレーザー装置１′,
1″,1を設けて同一機能作用を付与することにより、
スクリーン10上には同一増幅による同一輝度の識別の画
像を重畳合成させて、コントラストが良く、色ずれの無
い精細度の高いカラー画像を得ることが出来る。

次に、第６、７図に示す実施例は画像輝度増幅投影の
応用例であり、第６図に示す実施例においては横置き型
のレーザー装置１の前後に設けた偏光パネル11,11が互
いにその偏光を直交させている態様であり、実質的に上
述各実施例の基本的機能と変りは無いものであり、又、
第７図に示す実施例は、増幅率を一定にする他の態様で
あり、１対の横置き型のレーザー装置1,1を直列的に前
後に配設し、共振器18,18,18を同軸方向に重複配列して
該増幅率を一定にし得て良好な輝度を得るようにした態
様である。

而して、第10図の模式図に示す態様の如く、例えば、
情報信号について光ファイバー22,22で伝送する場合、
周波数変調の横置き型のレーザー装置21の光検出器26と
の間に於いて中継器23にて電気的に光から光へ増幅変換
を行い、レーザー装置24については局部発振器として設
けて、反射装置25を設け、０、１、０、１、０に示す様
なデジタルパルス信号27を用いての情報処理を行ってお
り、これに対し、その下側に示す波の周波数変調の波28
を用いたアナログ送信がなされているが、このようなア
ナログ変換情報信号処理についてこの出願の発明のレー
ザー装置を用いての情報信号の場合増幅を得ることによ
り、様々アナログ情報の通信における増幅処理が行える
ものである。

〈発明の効果〉 以上、この出願の発明によれば、液晶テレビ等に形成
される高精度の画像のスクリーン上への拡大投影に際
し、レーザー装置によりその入射光強度を充分な投影出
力光の輝度に増幅することが出来るために、スクリーン
等の可視化装置に於いて、周囲の読書や筆記等の障害に
ならないコントラストの良い高輝度の画像を視認するこ
とが出来る優れた効果が奏される。

又、入射画像における中間調が保存されない状態が避
けられ、コントラストの良い中間調が保存された画像を
視認することが出来るという効果があり、又、単に画像
情報信号のみならず、混成信号等の情報信号をも高い増
幅率でもって拡大送信することが出来、解像度が良く、
精細度の高い情報を得ることが可能となり、アナログ信
号の伝送等に大きな期待をかけることが出来るという優
れた効果が奏される。

そして、画像情報の増幅が可能であり、光情報処理用
の素子を用いることにより濃淡の階調を保存して画像情
報の増幅が可能となる効果があり、情報光の増幅特性曲
線を制御光の強度を調整することにより任意のカーブに
することが出来るという優れた効果が奏される。

更に又、前記アクティブ画像の増幅が可能であり、直
交したＰ波とＳ波の２種の偏光の増幅が可能であり、一
方の偏光を情報光とし、他方を制御光とすることが出
来、該制御光に情報光の反転画像を使用することが出来
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１、２図はこの出願の発明の態様例の説明図であり、
第１図は１原理的態様の模式部分断面側面図、第２図は
１実施例の部分断面側面図、第３図は入射光強度と出力
光強度との特性曲線グラフ図、第４図は画像中間調保存
のグラフ図、第５図は別の実施例の模式平面図、第６、
７図は更に他の実施例の概略模式部分断面側面図、第８
図はレーザー装置による画像拡大投影の模式図、第９図
はレーザー装置の模式部分断面側面図、第10図は応用例
の模式図である。 １……レーザー装置、8,8′……液晶パネル 11……偏光パネル、13……偏光ビームスプリッタ 17……制御装置、S,P……偏光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 室 幹雄 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番 １号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 黒田 和男 東京都荒川区町屋２―５―13 (72)発明者 志村 努 東京都練馬区東大泉５―41―19―503

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザー装置に入力情報光を入射し増幅し
   て出射光として出力するようにしたレーザー利用による
   情報信号処理システムにおいて、相互に直交する２つの
   偏光の一方の偏光に情報信号を乗せてレーザー装置に入
   射させるようにすると共に、他方の偏光を増幅制御光と
   して上記一方の偏光と１軸合成してレーザー装置に入射
   し、レーザーの増幅率を制御することを特徴とするレー
   ザー利用による情報信号処理システム。
2. 【請求項２】上記一方の偏光に正規画像情報が、他方の
   偏光に反転画像情報が乗せられるようにされていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレーザー利用
   による情報信号処理システム。
3. 【請求項３】前記レーザー装置の増幅率を可変にするよ
   うにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   レーザー利用による情報信号処理システム。