JPH02257124A - レーザー利用による情報信号処理システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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を後述する所謂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
等を介し処理装置に入射させ、相互に直交する偏光成分
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
、使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１〜ロールする等して、該一方の偏光と一軸
合成して再び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、Ｏ−Ａ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
、教符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画像情報処理が極めて有効であ
り、従来から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、ブラウン管方式の光学系
情報処理では１対１の対面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
ラー画像処理が充分でなく、情報伝達機能にｄ５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化学的な光透過性を
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、スクリーン上への画像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
理する忌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
よりスクリーン上の投影画像の輝度は本来的に極めて低
く、したかって、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。

而して、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。

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Ｃブ所謂ＡＳＥ
（八ｍｐｌｉｆｉｅｄ　Ｓρ０＋１−ｔａｎｅｏｕｓ　
Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）が発生する。またレーザーの増幅利
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等の電
装装置４によりチューブ２内に高エネルキーの放電を生
じさせ、銅５により銅蒸気６を発生させて充満させ、輝
度を高度に増幅することにより、例えば、第８図に示す
様に、銅蒸気レーザー装置１でのＡＳＥ反則反則上りレ
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号発明（特開昭６０
−６５５８５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１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
周囲の読書や書ぎ込み記入等を行う人の妨げとなること
がない等の利点か得られることになる。

〈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）ホ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。

又、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
アな直線を描くものの、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か
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光と出力光の強度とは比例せ
ず、そのため、増幅率は一定には得られないという欠点
があり（特に、増幅率の大きなレーザー装置では）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。

これに対しレーザー装置の前後に光共振器を配設した往
復光路を増加して出力を増幅させるようにすると強度は
増加され、強度情報は送信出来るが、その間に画像情報
等が乱れて二次元情報が送信出来ない不具合があった。

したがって、増幅率の小さなレーザー装置を用いて、例
えば、テレビ画像を高輝度状態でスクリーン上に拡大投
影するような場合には効率か悪いという不具合があった
。

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原色の色バラレ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によるスクリー
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。」現象が生ず
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つの直線偏光のレーザー装置
に対する１パスで増幅し、増幅率の小ざい場合には該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、出力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得ることが出来るようにし
て、情報産業における情報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問題点を解決するために、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
て、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、増幅率の小ざな場合には
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波の直線偏光の分離し
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等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１〜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おる。

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図に示す実施例は液晶テレビによるモノクローム画
像投影の態様でおり、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おり、その前後には投影レ
ンズ９、及び、リレーレンズ９′が設けられ投影レンズ
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、−方、リレーレンズ９′の手前側には
ハーフミラ−１２、及び、偏光ビームスプリッタ１３が
設けられ、その透過反射面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−１２の上方には検出レンズ１５を介し
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、当該実施例において、先述第９図の態様同様に
レーザー装置１で得られた光はリレーレンズ９′を通り
ハーフミラ−１２で光検出器１６へと分離すると共に、
偏光ビームスプリッタ１３に入射して一方の直線偏光の
Ｐ波は透過し、他方の直線偏光のＳ波は反射してそれぞ
れ画像を乗せて反射ミラー１４．１４で反射し、Ｓ波は
透過反射面１３′で再び反射してＰ波と一軸合成されて
ハーフミラ−１２を通り、リレーレンズ９′からレーザ
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
述した如くレーザー装置１内に於いては第３図に示す様
に、Ｓ波＋Ｐ波の強度／Ｈに対するＰ波の強度ａｈが増
幅率を一定にして十分な出力増加が得られてスクリーン
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ｉ〜の良い鮮明な画像を視認す
ることが出来る。

そして、当該実施例に於いて、ハーフミラ−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作動するために（
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、第３図に示す
様な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、当該実施例においてＳ波の液晶パネル８′に形成す
る画像については第４図に示す様に、反転画像１１ｎと
することにより中間調の保存されたコン１〜ラストの良
い画像を得ることが出来る。

次に、第２図に示ず実施例は、上述実施例のＳ波の偏光
ビームスプリッタ１３による透過反則ではなく、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−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Ｓ波はハーフミラ−１２により離光して検出レ
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Ｓ波の直線偏光とＳ波のレーザー装置１と
の間に介装した電気光学結晶２０の旋回度合をコン１〜
ロールするようにされ、該電気光学結晶２０とレーザー
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１９と光共振
器１８か介装されてレーザー装置１の増幅機能に与かる
ようにされている。

而して、レーザー装置１に於いて発生した光は、直線偏
光のＰ波とされて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−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−１２、光共振器１８を通り偏光ビ
ームスプリッタ１３からレーザ装置１に再び入射し、双
方の光共振器１８．１８により増幅されるが、増幅の度
合は上方のＳ波用のレーザー装置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により反
射されてくるＰ波と一軸合成されて再びレーザー装置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１９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、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上にあ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、赤、青、緑等の３原色を各色別にスクリ
ーン上に拡大投影して重畳合成する態様が一般的でおる
が、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基のレーザー装置によって行うことは不可能であ
り、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Ｐ波に乗せ増幅機能は他の
直線の偏光の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
増幅率を適宜に選択することは、Ｓ波に対する制御装置
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輝度の色別
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レーザー装
置１の前後の偏光パネル１，１１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おり、又、第７図に示す実施
例においては、増幅率一定にする他の態様であり、１対
のレーザー装置１，１を直列的に配設し検出器１８．１
８．１８を重複配列して該増幅率を一定に得て良好な輝
度を得るようにした態様でおる。

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、周波数変調のレーザー装置２１と光検出器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に於いては局部発振器として
設けて、反射装置２５を設け、０１１．０．１．０に示
す様なデジタルパルス信＠２７を用いての情報処理を行
っているが、これに対し下側の光の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、様々なアナログ情報の通信にあける増幅処理か
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、
し゛−ザー装置によりその入射光強度を充分な投影出力
光の輝度に増幅ことか出来るために、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【
プられ、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＠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
れた効果が秦される。

【図面の簡単な説明】

第１．２図はこの出願の発明の詳細な説明図であり、第
１図は１実施例の模式部分断面側面図、第２図は他の実
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
式図でおる。 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

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （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、互いに交叉した偏光成分光を
   一軸合成してレーザー装置に入射し、該一軸合成光の強
   度により出力光の強度が決定されることを利用した情報
   信号処理システム。
2. （２）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により出力光強度を決定
   するようにした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。
3. （３）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２項記載のレーザー利用による
   情報信号処理システム。
4. （４）上記情報信号が液晶パネルに形成された画像の情
   報信号であることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載のレーザー利用による情報信号処理システム。
5. （５）上記レーザー装置が赤色用、青色用、緑色用に３
   基並設されて１つのスクリーンに対設されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載のレーザー利用に
   よる情報信号処理システム。
6. （６）レーザーの増幅率を一定するために上記レーザー
   装置と液晶パネルをはさんでの入射側と出射側に偏光パ
   ネルが分設されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第２項記載のレーザー利用による情報信号処理システム
   。
7. （７）上記一方の偏光に乗せる情報信号がアナログ化さ
   れる信号にされていることを特徴とする特許請求の範囲
   第２項記載のレーザー利用による情報信号処理システム
   。
8. （８）前記レーザー装置の増幅率を一定にするようにし
   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。
9. （９）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。