JPH09281437A

JPH09281437A - レーザパターン投影器

Info

Publication number: JPH09281437A
Application number: JP8096536A
Authority: JP
Inventors: Yuko Morito; 戸祐幸森; Keisuke Kikuchi; 地啓介菊; Takeshi Kojima; 島健児; Shuji Kano; 野修司鹿; Takayoshi Oguchi; 口隆義小; Hiroshi Sano; 野浩佐; Tomohiko Kawakami; 上智彦川
Original assignee: Moritex Corp
Current assignee: Moritex Corp
Priority date: 1996-04-18
Filing date: 1996-04-18
Publication date: 1997-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】パターン形成手段を透過した光を最大限利用
してボケの少ない鮮明なパターンをスクリーンに投影で
きるようにする。【解決手段】半導体レーザ装置２から照射されたレー
ザ光を任意のパターン形状に変換するパターン形成手段
３の光出射端面3bから投影レンズ４に至るまでの光路長
を投影レンズ４の焦点距離ｆに等しく設定し、または、
その焦点距離ｆより長く前記光出射端面3bの実像が投影
レンズ４から予め設定された基準使用距離Ｙだけ離れた
位置に形成される長さに設定した。これにより、光出射
端面３ｂのエッジ部分で拡散された散乱光ＮＬは、投影
レンズ４を透過した後、スクリーンに投影されるパター
ン光束ＰＬの周縁に沿ってこれと平行に進み、または、
光束ＰＬの周縁に沿って基準使用距離Ｙだけ離れたとこ
ろに集束するので、散乱光ＮＬが拡散することなく、し
たがって、当該パターンＰをよりシャープに投影でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、学会，説明会，展
示会などで離れたところに設置されたスクリーン上に、
矢印や任意のパターンを投影するレーザパターン投影器
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のレーザパターン投影器としては、
可視半導体レーザから出射されたレーザ光をコリメート
して遠方にスポット（距離５ｍで５〜１０ｍｍの大きさ
のスポット）を投影し、オーバーヘッドプロジェクタで
スクリーン上に映された図や展示品などを指し示すもの
が知られているが、最近では、単にスポットを投影する
だけでなく、任意のパターンを投影するものが提案され
ている。

【０００３】任意のパターンを投影するために最も一般
的に行われている手段として、パターンを投影する手段
としては、投影しようとするパターン形状の透光部を形
成したマスキングに可視光半導体レーザのレーザ光を照
射しその透過光を直接又はレンズを介して投影するもの
（実開平１−１６９２１４号，実開平５−２９０６６
号，特開平４−３３３０９２号公報参照）が提案されて
いる。この場合、半導体レーザから出射されたレーザ光
は指向性の強いビーム状となって出力されることから、
マスキングを透過した光は透光部の断面形状を有する光
束となってスクリーン状に照射され、この場合、他のハ
ロゲンランプなどを用いる場合に比して、マスキングの
透光部のエッジ部分が半影となって投影されることもな
く比較的鮮明なパターンが投影できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１１
に示すように、半導体レーザ６１から出射されたレーザ
光は、その出射端面では偏平状の光束６２として出力さ
れることから、マスキング６３を用いて任意のパターン
を投影しようとする場合には、その光束中に任意のパタ
ーン形状の透光部を形成しなければならず、例えば、偏
平状のレーザ光束の断面形状を有効に利用し得るように
横長の矢印パターン状の透光部６４を形成したとして
も、その周囲の遮光部６５で多くの光が遮られるので、
もともと、光の利用効率を高くすることができないとい
う問題がある。

【０００５】また、図１２に示すように、マスキング６
３の透光部６４を透過したレーザ光を投影レンズ６６に
よりスクリーンＳに投影した場合、投影されたパターン
Ｐは半影のない分ハロゲンランプなどを用いる場合より
は鮮明になるが、レーザ光がマスキング６３を透過する
際に、透光部６４のエッジ部分６４ａで拡散された散乱
光ＮＬも投影レンズ６６を透過してスクリーンＳに達す
る。このとき、レーザポインタを小型化するために、通
常、投影レンズ６６はマスキング６３の直ぐ近くに設け
られており、焦点距離内にマスキング６３が存在するこ
とになるので、前記散乱光ＮＬは、投影レンズ６６を透
過してもなお拡散されてスクリーンＳに届くことにな
り、投影されたパターンＰは、周囲の若干ボケた像とな
ってしまう。そこで本発明は、光の利用効率が低い場合
でも、その光を最大限利用してボケの少ない鮮明なパタ
ーンをスクリーンに投影できるようにすることを技術的
課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明は、半導体レーザ装置から照射されたレーザ
光の光軸上に、当該レーザ光を任意のパターン形状に変
換するパターン形成手段と、パターン形成手段を透過し
たレーザ光をスクリーン上に投影する投影レンズが少な
くともこの順序で配設され、前記パターン形成手段の光
出射端面から前記投影レンズに至るまでの光路長が投影
レンズの焦点距離に等しく設定され、または、その焦点
距離より長く前記光出射端面の実像が投影レンズから予
め設定された基準使用距離だけ離れた位置に形成される
長さに設定されていることを特徴とする。

【０００７】本発明によれば、図２（ａ）及び（ｂ）に
示すように、レーザ光はパターン形成手段３で投影しよ
うとする所定のパターン形状に変換された後、投影レン
ズ４に対して略平行に入射されるので、当該レンズ４を
透過した光は焦点Ｆで集まった後、拡がってスクリーン
Ｓに達することとなり、スクリーンＳ上にはそのパター
ンが投影される。

【０００８】このとき、パターン形成手段３の光出射端
面３ｂから投影レンズ４に至るまでの光路長が焦点距離
ｆに等しく設定されている場合は、図２（ａ）に示すよ
うに、パターン形成手段３の光出射端面３ｂのエッジ部
分で拡散された散乱光ＮＬは、投影レンズ４に入射した
後、スクリーンに投影されるパターン光束ＰＬの周縁に
沿ってこれと平行に照射されるので、投影レンズに拡散
して入射した光がそれ以上拡散することがなく、その半
分はスクリーンＳに投影されるパターンＰ内を照射し、
残りの半分がパターンＰの周囲を照らすことになるが、
それでも、その幅はせいぜい数ミリであるから、パター
ンはシャープに投影される。

【０００９】また、図２（ｂ）に示すように、パターン
形成手段３の光出射端面３ｂから投影レンズ４に至るま
での光路長が焦点距離ｆよりΔｆだけ長く、光出射端面
３ｂの実像が投影レンズ４から予め設定された基準使用
距離Ｙだけ離れた位置に形成される長さに設定されてい
る場合は、パターン形成手段３の光出射端面３ｂのエッ
ジ部分で拡散された光は、パターン光束ＰＬの周縁に沿
って集束していき、基準使用距離Ｙだけ離れたところで
実像を形成するので、スクリーンＳまでの距離を基準使
用距離Ｙと一致させれば、散乱光ＮＬはスクリーンＳ上
でパターンＰの周縁に集束し、当該パターンＰをよりシ
ャープに投影できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて具体的に説明する。図１は本発明に係るレーザ
パターン投影器の第一実施形態を示す断面図、図２
（ａ）及び（ｂ）は夫々スクリーンに照射される光を示
す光線図、図３はその要部を示す斜視図、図４は他の実
施形態を示す断面図、図５はさらに他の実施形態を示す
断面図、図６はその要部を示す斜視図、図７はパターン
形成手段の他の例を示す斜視図、図８はパターン形成手
段のさらに他の例を示す断面図、図９は他の実施形態を
示す断面図、図１０はさらに他の実施形態を示す断面図
である。

【００１１】図中１は、学会，説明会，展示会などで離
れたところに設置されたスクリーン上に、矢印などの任
意のパターンを投影するレーザパターン投影器であっ
て、半導体レーザ装置２から照射されたレーザ光の光軸
Ｘ上に、当該レーザ光を透過させて投影しようとする任
意のパターン形状に変換するパターン形成手段３と、パ
ターン形成手段３を透過したレーザ光をスクリーンＳ上
に投影する投影レンズ４がこの順序で配設されている。

【００１２】５は、半導体レーザ装置２，パターン形成
手段３，投影レンズ４を収納した鏡筒であって、内筒６
Ａに外筒６Ｂが摺動自在に外装されて伸縮可能に形成さ
れ、内筒６Ａに、半導体レーザ装置２，パターン形成手
段３が配設されると共に、外筒６Ｂの先端に投影レンズ
４が装着されている。内筒６Ａの先端外周面には、外筒
６Ｂを摺動させて鏡筒５を伸長させたときに、外筒６Ｂ
の後端側に形成された係止部７に当接されるストッパ８
が形成されている。そして、鏡筒５は、これを伸長させ
た状態で、前記パターン形成手段３の光出射端面３ｂか
ら前記投影レンズ４に至るまでの光路長が焦点距離ｆに
等しく設定され、または、焦点距離ｆより僅かにΔｆだ
け長く光出射端面３ｂの実像が投影レンズ４から予め設
定された基準使用距離Ｙだけ離れた位置に形成される長
さに設定されている。

【００１３】また、半導体レーザ装置２は、バッテリ９
ａと、駆動回路９ｂと、半導体レーザＬＤとからなり、
パターン形成手段３との間に、半導体レーザ装置２から
所定の発散角で出力されるレーザ光をコリメートするコ
リメータレンズ１０が配設されて、コリメートしたレー
ザ光がパターン形成手段３の光入射端面３ａに入射され
るように成されている。

【００１４】パターン形成手段３は、図３に示すよう
に、例えばバンドルファイバで形成され、その光入射端
面３ａには、各光ファイバ端面がレーザスポットと略同
形か又はそれより僅かに小さい形状に束ねられて、その
全面にレーザ光が照射されるように成され、光出射端面
３ｂには、各光ファイバ端面が、矢印型，ハート型，円
環など投影しようとする任意のパターン形状を形成する
ように束ねられている。したがって、パターン形成手段
３を透過したレーザ光は、その光出射端面３ｂから任意
のパターン形状のレーザスポットを投影するパターン光
束ＰＬとなって出射され、これが透光レンズ４を透過し
てスクリーンＳ上に投影される。

【００１５】以上が本発明の構成例であって、次にその
作用について説明する。まず、鏡筒５の外筒６Ｂをスラ
イドさせて鏡筒５を伸長させた状態でスイッチ（図示せ
ず）をオンすると、半導体レーザ装置２からレーザ光が
出射される。このレーザ光は完全な平行光ではく、上下
及び左右方向に所定の発散角をもった発散光として出力
されるので、コリメータレンズ１０でコリメートし、平
行光となったレーザ光をパターン形成手段３の光入射端
面３ａに照射する。

【００１６】このとき、パターン形成手段３の光入射端
面３ａは、各光ファイバ端面がレーザスポットと略同形
か又はそれより僅かに小さい形状に束ねられているの
で、その全面にレーザ光が照射されるだけでなく、レー
ザ光の殆どが光入射端面３ａからパターン形成手段３に
入射されることとなり、無駄になる光はほとんどない。
そして、パターン形成手段３の光出射端面３ｂは、例え
ば、バンドルファイバの各光ファイバ端面が矢印を形成
するように束ねられているので、偏平のレーザ光が矢印
形状のレーザスポットを投影するパターン光束ＰＬにな
って出射されることとなる。このパターン形成手段３に
おいては、半導体レーザ装置２から出射された光のほと
んどが入射されるので、利用効率が極めて高いだけでな
く、バンドルファイバにより投影パターンが成形されて
出射されるので、光損失も極めて少なく、したがって、
明るいパターンを投影することができる。

【００１７】次いで、パターン形成手段３を出射したパ
ターン光束ＰＬは、ファイバ軸に平行に入射させれば平
行光になるから、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように投
影レンズ４を透過した後、その焦点Ｆに集まり、再び発
散してスクリーンＳに達し、スクリーンＳ上に矢印パタ
ーンＰを投影する。例えば、投影レンズ４の焦点距離ｆ
＝８０ｍｍ、パターン形成手段３の出射端面３ｂに形成
した矢印の長さが３ｍｍ、スクリーンＳまでの距離が４
ｍだとすると、スクリーンＳ上には１５０ｍｍの長さの
矢印パターンＰが投影されることになる。

【００１８】そして、パターン形成手段３の出射端面３
ｂと投影レンズ４との距離が、その焦点距離ｆに等しい
場合は、図２（ａ）に示すように、パターン形成手段３
の出射端面３ｂのエッジ部分で拡散された散乱光ＮＬ
は、投影レンズ４に入射した後、スクリーンＳに照射さ
れるパターン光束ＰＬの周縁に沿ってこれと平行に照射
されるので、投影レンズ４に入射した散乱光ＮＬはそれ
以上拡散することがないだけでなく、その半分はスクリ
ーンＳに投影される矢印パターンＰ内を照射する。な
お、残りの半分が矢印パターンＰの外側を照らすことに
なるが、このときの投影レンズ４の直径が１０ｍｍだと
すると、当該レンズ４を透過する散乱光ＮＬの幅は最大
で１０ｍｍであるから、これが平行光束のままスクリー
ンＳに達することとなり、長さ１５０ｍｍの矢印パター
ンＰの外側に形成される薄暗い部分は最大でも約５ｍｍ
幅と狭いので、矢印パターンＰが著しくボケることはな
い。

【００１９】一方、図２（ｂ）に示すように、パターン
形成手段３の出射端面３ｂと投影レンズ４との距離が、
その焦点距離ｆより僅かにΔｆだけ長く、光出射端面３
ｂの実像が投影レンズ４から予め設定された基準使用距
離Ｙだけ離れた位置に形成される距離に選定されている
場合は、パターン形成手段３の出射端面３ｂのエッジ部
分で拡散された散乱光ＮＬは、投影レンズ４に入射した
後、パターン光束ＰＬの周縁に沿って集束していき、基
準使用距離Ｙだけ離れたところで実像を形成する。した
がって、スクリーンＳまでの距離を基準使用距離Ｙと一
致させれば、散乱光ＮＬはスクリーンＳ上でパターンＰ
の周縁に集束し、当該パターンＰをよりシャープに投影
できる。

【００２０】例えば、投影レンズ４の焦点距離ｆ＝８０
ｍｍ、パターン形成手段３の出射端面３ｂと投影レンズ
４との距離81.6ｍｍ、基準使用距離Ｙ＝４ｍ、パターン
形成手段３の出射端面３ｂに形成した矢印の長さが３ｍ
ｍとすると、散乱光ＮＬは、投影レンズ４から約４ｍ離
れた位置でパターン光束ＰＬの周縁上に集まるので、ス
クリーンＳから４ｍ離れた位置からスクリーンＳに向け
て矢印パターンＰを投影すれば散乱光ＮＬがなくなり、
極めてシャープに矢印パターンＰを投影することができ
る。

【００２１】なお、実際には常に４ｍの距離を保って使
用するとは限らないが、投影レンズ４の直径が１０ｍｍ
だとすると、±１ｍの範囲で考えても散乱光ＮＬの幅は
1.25ｍｍ程度であるから、十分にシャープな矢印パター
ンＰを投影できる。また、スクリーンＳまでの実際の使
用距離に応じて散乱光ＮＬの集束する距離を調整するた
めに、投影レンズ４を外筒６Ｂの先端に装着したネジキ
ャップ１１に取り付けて、これを正逆方向に回すことに
より投影レンズ４の位置を前後させ、投影レンズ４とパ
ターン形成手段３の出射端面３ｂとの距離を微調整でき
るようにしてもよい。このように、本例によれば、周囲
に拡散されてしまう散乱光ＮＬをスクリーンＳ上に投影
されるパターンＰの周縁に集束させることができるの
で、パターンＰ自体を明るく鮮明に投影することができ
る。

【００２２】図４は本発明に係る他の実施形態を示す断
面図である。なお、図１と重複する部分につていは同一
符号を付して詳細説明は省略する。本例のレーザパター
ン投影器１は、鏡筒１２の一端側に配された半導体レー
ザ装置２から出射した発散光がコリメータレンズ１０で
コリメートされてパターン形成手段３に入射されると、
その出射端面３ａから平行なパターン光束ＰＬとなって
出射される。そして、このパターン光束ＰＬが、鏡筒１
２の他端側に配された直角ブリズム１３または直角反射
鏡で反射されて、鏡筒１２の片端側に配された投影レン
ズ４を透過して、スクリーン（図示せず）に所定のパタ
ーンが投影される。

【００２３】このとき、パターン形成手段３の出射端面
３ａから投影レンズ４に至るまでの光路長は、投影レン
ズ４の焦点距離ｆに等しく設定され、または、その焦点
距離ｆより僅かにΔｆだけ長く前記光出射端面３ｂの実
像が投影レンズ４から予め設定された基準使用距離Ｙだ
け離れた位置に形成される長さに設定されているので、
前述の実施形態と同様にスクリーン上には、所定形状の
パターンが鮮明に投影される。また、パターン光束ＰＬ
の光路が直角ブリズム１３で反射されて鏡筒１２内で折
り返されているので、その分、鏡筒１２の全長を短くす
ることができる。

【００２４】図５は本発明に係る他の実施形態を示す断
面図、図６は要部を示す斜視図である。なお、図１と重
複する部分は同一符号を付して詳細説明は省略する。本
例では、パターン形成手段３が、光軸Ｘに直交する回転
軸の回りに回動する円弧面２１上に、パターン形状の複
数の透光部２２Ａ〜２２Ｃを形成することにより複数の
マスキング２３Ａ〜２３Ｃが形成されている。そして、
鏡筒６の外側に突出された操作子２４を回動させること
により、各マスキング２３Ａ〜２３Ｃをレーザ光の光軸
Ｘ上に択一的に進出させるように成されている。したが
って、操作子２４を回動させることより、複数のパター
ンの中から、任意のパターンを選択して投影することが
できる。

【００２５】ここで、各透光部２２Ａ〜２２Ｃが、例え
ば直径３ｍｍの円形内に丁度収まる程度の大きさに形成
されている場合、半導体レーザＬＤから出射されたレー
ザスポットは偏平形状をしているので、これを直径３ｍ
ｍの円形状レーザスポットに整形するのが光の利用効率
を高める上で好ましい。このため半導体レーザ装置２
は、バッテリ９ａと、駆動回路９ｂと、半導体レーザＬ
Ｄの他、半導体レーザＬＤから出射されたレーザ光がパ
ターン形成手段３の透光部２２Ａ〜２２Ｃの形状に応じ
た所定の形状で当該パターン形成手段３に入射されるよ
うに、レーザスポットの長軸方向及び単軸方向の発散角
の一方又は双方を所定の発散角に調整するビーム整形手
段２５を備えている。このビーム整形手段２５は、本例
では、長軸方向の発散角のみを小さくさせて、パターン
形成手段３の円弧面２１上に例えば直径３ｍｍの円形状
レーザスポットを照射するように成されると共に、非点
収差を無くすように２枚の円筒レンズを組み合わせて形
成され、長軸方向及び単軸方向の発散のどちらも共通の
１点から出射される光線にすることによりコリメート後
に平行光になるようにする。

【００２６】また、投影レンズ４は、複数枚のレンズ４
Ａ，４Ｂからなる複合レンズで構成されており、パター
ン形成手段３側のレンズ４Ａが凹レンズ、先端側のレン
ズ４Ｂが凸レンズで形成され、パターン形成手段３の各
マスキング２３Ａ〜２３Ｃが光軸Ｘと交差する位置か
ら、複合レンズの主平面２６までの距離が、当該複合レ
ンズの焦点距離ｆに選定され、または、焦点距離ｆより
Δｆだけ長く前記光出射端面３ｂの実像が先端側のレン
ズ４Ｂから予め設定された基準使用距離Ｙだけ離れた位
置に形成される距離に選定されている。この場合、主平
面２６が先端側のレンズ４Ｂの外側に位置するので、こ
の主平面上に１枚の凸レンズを配する場合と等価にな
り、鏡筒５の全長を短縮することができる。

【００２７】また、複数のパターンを切り換えて投影す
るパターン形成手段３としては任意の手段を採用するこ
とができ、例えばバンドルファイバを用いる場合でもよ
い。図７（ａ）はバンドルファイバを用いたパターン形
成手段３を光入射端面側から見た斜視図、図７（ｂ）は
光出射端面側から見た正面図である。これは、一端側
に、夫々のパターンを形成する光ファイバが所要本数ず
つ束ねられて、複数の光入射端面３ａ，３ａ・・・が環
状に位置するように形成されると共に、他端側に夫々の
パターンを形成する光ファイバがそのパターンを重ねた
状態にバンドルされて一つの光出射端面３ｂを形成して
いる。例えば、矢印パターン，円環パターン、クロスパ
ターンの三つを切り換えて投影できるようにする場合、
パターン形成手段３の各光入射端面３ａには、図７
（ａ）に示すようにそれぞれのパターンを形成する光フ
ァイバがバンドルされて光入射端面３ａ，３ａ・・が形
成されている。

【００２８】また、光出射端面３ｂは、図７（ｂ）に示
すようにそれぞれのパターンが重なるように形成されて
いるが、各パターンが重なっている部分は、最大二つの
パターンが重なっており、三つのパターンが同一個所に
重なる部分がない。そこで、光出射端面３ｂは、２本の
光ファイバで一つの画素を形成し、この画素を集合さ
せ、二つのパターンが重なっている部分Ｐ₂では、各画
素を形成する２本の光ファイバのうち、１本の光ファイ
バの光入射端を一方のパターンの光入射端面３ａに導
き、他の１本の光ファイバの光入射端を他方のパターン
の光入射端面３ａに導くようにすればよい。また、パタ
ーンが重なっていない部分Ｐ₁では、各画素を形成する
２本の光ファイバのうち、１本を各パターンの光入射端
面３ａに導けばよい。なお、パターンが重なっていない
部分Ｐ₁の画素を構成する他の一本の光ファイバとパタ
ーンのない部分Ｐ₀の光ファイバはその光入射端を遮蔽
板２７で塞いでおけばよい。

【００２９】そして、環状に配された各光入射端面３ａ
に対しレーザ光を択一的に照射できるように、その中心
を光軸Ｘに一致させると共に、レーザ光をクランク状に
屈折させて各光入射端面３ａに入射させるプリズム２８
が光軸Ｘの回りに回転可能に配設されている。これによ
り、プリズム２８を回転させれば、レーザ光を各光入射
端面３ａに順次照射させて、任意のパターンを投影する
ことができる。なお、光軸Ｘ上に光入射端面３ａが位置
するようにパターン形成手段３を配すると共に、当該パ
ターン形成手段３を光軸Ｘと平行な回転軸に対して回転
可能に配して、パターン形成手段３を回転させることに
よりパターンを切り換えるようにしてもよい。

【００３０】なお、パターン形成手段３は複数のパター
ンを切り換え可能に形成したものに限らず、単一のパタ
ーンを投影するものであってもよく、例えば、パターン
形状の透光部を形成した単一のマスキングであってもよ
い。また、図８に示すパターン形成手段３は、円錐凸状
又は円錐凹状に形成されたアキシコンプリズム１４と、
先端に向かって拡がるテーパ面で形成された筒状反射鏡
１５からなる。本例の場合、半導体レーザ装置２から出
射されたレーザ光がコリメータ１０でコリメートされた
後、アキシコンプリズム１４に入射されると、円錐状に
拡がる光束が形成され、これが、筒状反射鏡１５の内面
で反射されて平行のパターン光束ＰＬとなって、投影レ
ンズ４を透過してスクリーン上に投影される。そして、
パターン形状は筒状反射鏡１５の断面形状によって定ま
り、筒状反射鏡１５が円錐状に拡がるテーパ面（断面円
形）で形成されていれば、円環状パターンが投影され、
多角錐状に拡がるテーパ面（断面多角形）で形成されて
いれば、直線部分が内側に凹んで湾曲した星型に近い多
角形状パターンが投影される。

【００３１】なお、本例においては、アキシコンプリズ
ム１４から出射された円錐状に拡がる光束が筒状反射鏡
１５の内面に反射する部分の最も先端側をパターン形成
手段３の光出射端面３ｂとし、当該光出射端面３ｂから
投影レンズ４に至るまでの光路長が、当該投影レンズ４
の焦点距離ｆと等しい長さに設定され、または、焦点距
離ｆより僅かにΔｆだけ長く前記光出射端面３ｂの実像
が投影レンズ４から予め設定された基準使用距離Ｙだけ
離れた位置に形成される長さに設定されている。

【００３２】図９は、さらに他の実施形態を示し、本例
では、前記半導体レーザ装置２が、光の三原色となる赤
色，緑色，青色の光を個々に出力する三つの半導体レー
ザＬＤ₁〜ＬＤ₃と、これら各色のレーザ光をコリメー
トするコリメータレンズ３１〜３３と、コリメートされ
た各色のレーザ光を一本のレーザ光に合成して出力する
回折格子３４とからなる。そして、パターン形成手段３
としてポジカラーフィルム３５が用いられ、当該カラー
フィルムと投影レンズ４との距離が、その焦点距離ｆと
等しい長さに設定され、または、焦点距離ｆよりΔｆだ
け長くポジカラーフィルム３５の実像が投影レンズ４か
ら予め設定された基準使用距離Ｙだけ離れた位置に形成
される長さに設定されている。これにより、各半導体レ
ーザＬＤ₁〜ＬＤ₃から出射された各色のレーザ光は回
折格子３４を透過して合成され白色光となるので、パタ
ーン形成手段３としてポジカラーフィルム３５を用いる
ことにより、任意のカラーパターンを鮮明に投影するこ
とができる。

【００３３】図１０はさらに他の実施形態を示す。な
お、図１と重複する部分については同一符号を付して詳
細説明は省略する。本例では、前記半導体レーザ装置２
の半導体レーザＬＤから出射される発散光をコリメート
するコリメータレンズ１０Ａ〜１０Ｃが、レーザスポッ
トの長軸方向に沿ってその発散角内において複数配列さ
れて、当該発散光がコリメータレンズ１０Ａ〜１０Ｃに
より三つのレーザ光束４０Ａ〜４０Ｃに分割されてい
る。

【００３４】そして、例えば、レーザスポットの長軸方
向（半導体レーザＬＤの接合面に対して垂直方向）の発
散角がピーク半値の全角で約４０°，１／１０値の全角
で約７４°であったときに、ピークの１／１０値までの
光を利用する場合、中央のコリメータレンズ１０Ｂに入
射される光の発散角を約１４°に設定し、その両側のコ
リメータレンズ１０Ａ及び１０Ｃに入射される光の発散
角を夫々約３０°に設定すれば、コリメータレンズ１０
Ａ〜１０Ｃにより分割された各光束４０Ａ〜４０Ｃの光
量は互いに略等しくなる。

【００３５】そして、分割された各光束４０Ａ〜４０Ｃ
のうち、中央の光束４０Ｂは投影レンズ４に向かって直
進し、両側の光束４０Ａ及び４０Ｃは中央の光束４０Ｂ
から離れる方向に直進するので、反射鏡４１Ａ及び４１
Ｃで投影レンズ４に向かって反射させる。各光束４０Ａ
〜４０Ｃには、パターン形成手段３Ａ〜３Ｃと、光路を
導通／遮断するシャッター４２Ａ〜４２Ｃが介装され、
パターン形成手段３Ａ〜３Ｃとしては、バンドルファイ
バを用いたものや、マスキングを用いたものなど任意の
手段を採用することができる。また、パターン形成手段
３Ａ〜３Ｃの各光出射端面３ｂから前記投影レンズ４に
至るまでの光路長は、投影レンズ４の焦点距離ｆに等し
く設定され、または、その焦点距離ｆより僅かにΔｆだ
け長く前記光出射端面３ｂの実像が投影レンズ４から予
め設定された基準使用距離Ｙだけ離れた位置に形成され
る長さに設定されている。

【００３６】本例によれば、任意のシャッター４２Ａ〜
４２Ｃを択一的に開くと、導通された光束４０Ａ〜４０
Ｃに介装されているパターン形成手段３Ａ〜３Ｃのパタ
ーンが択一的に選択されるので、例えば、矢印パター
ン，円環パターン，クロスパターンを夫々投影する各パ
ターン形成手段３Ａ〜３Ｃを採用すれば、これらのうち
から任意の一のパターンを選択して投影できる。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、パ
ターン形成手段の光出射端面のエッジ部分で拡散する散
乱光を、パターン光束の周縁に沿ってこれと平行に又は
周縁上に集束させるようになされているので、パターン
形成手段を透過した光を最大限に利用して鮮明なパター
ンをスクリーンに投影することができるという大変優れ
た効果を有する。また、パターン形成手段となるバンド
ルファイバの光入射端面の形状をレーザスポット形状に
一致させたり、マスキングの透光部の大きさにレーザス
ポットを整形すれば、光の利用効率が向上するので、よ
り明るい鮮明なパターンを投影できるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザパターン投影器の一例を示
す断面図。

【図２】（ａ）及び（ｂ）は夫々スクリーンに照射され
る光を示す光線図。

【図３】図１の要部を示す斜視図。

【図４】他の実施形態を示す断面図。

【図５】さらに他の実施形態を示す断面図。

【図６】その要部を示す斜視図。

【図７】パターン形成手段の他の例を示す斜視図。

【図８】パターン形成手段のさらに他の例を示す断面
図。

【図９】他の実施形態を示す断面図。

【図10】さらに他の実施形態を示す断面図。

【図11】従来装置の概略を示す斜視図。

【図12】従来装置を用いたときにスクリーンに照射され
る光を示す光線図。

【符号の説明】

１・・・・レーザパターン投影器２・・・・半導
体レーザ装置Ｘ・・・・レーザ光の光軸３・・・・パタ
ーン形成手段３ａ・・・光入射端面３ｂ・・・光出
射端面Ｓ・・・・スクリーンＹ・・・・基準
使用距離４・・・・投影レンズｆ・・・・焦点
距離５・・・・鏡筒６Ａ・・・内筒６Ｂ・・・外筒１０・・・・コリ
メータレンズＬＤ・・・・半導体レーザ２２Ａ〜２２Ｃ
・・透光部２３Ａ〜２３Ｃ・・マスキング２５・・・・ビ
ーム整形手段ＬＤ₁〜ＬＤ₃・・半導体レーザ３１〜３３・・
コリメータレンズ３４・・・・回折格子（光学系）３５・・・・ポ
ジカラーフィルム４０Ａ〜４０Ｃ・・レーザ光束４１Ａ，４１Ｃ
・・反射鏡４２Ａ〜４２Ｃ・・シャッター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者児島健神奈川県横浜市都筑区茅ヶ崎東三丁目６番 32号株式会社モリテックス港北技術センター内 (72)発明者鹿野修司神奈川県横浜市都筑区茅ヶ崎東三丁目６番 32号株式会社モリテックス港北技術センター内 (72)発明者小口隆義東京都渋谷区神宮前三丁目１番14号株式会社モリテックス内 (72)発明者佐野浩東京都渋谷区神宮前三丁目１番14号株式会社モリテックス内 (72)発明者川上智彦埼玉県比企郡玉川村大字玉川4767 株式会社モリテックス玉川事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザ装置（２）から照射された
レーザ光の光軸（Ｘ）上に、当該レーザ光を任意のパタ
ーン形状に変換するパターン形成手段（３）と、パター
ン形成手段（３）を透過したレーザ光をスクリーン
（Ｓ）上に投影する投影レンズ（４）が少なくともこの
順序で配設され、前記パターン形成手段（３）の光出射
端面(3b)から前記投影レンズ（４）に至るまでの光路長
が投影レンズ（４）の焦点距離（ｆ）に等しく設定さ
れ、または、その焦点距離（ｆ）より長く前記光出射端
面(3b)の実像が投影レンズ（４）から予め設定された基
準使用距離（Ｙ）だけ離れた位置に形成される長さに設
定されていることを特徴とするレーザパターン投影器。
【請求項２】前記半導体レーザ装置（２）及びパター
ン形成手段（３）が、伸縮可能な二重筒からなる鏡筒
（５）の一方の筒体（6A）内に配設されると共に、投影
レンズ（４）が他方の筒体（6B）の先端に配設され、当
該鏡筒（５）を伸長させた状態で、前記パターン形成手
段（３）の光出射端面(3b)から前記投影レンズ（４）に
至るまでの光路長が投影レンズ（４）の焦点距離（ｆ）
に等しく設定され、または、その焦点距離（ｆ）より長
く前記光出射端面(3b)の実像が投影レンズ（４）から予
め設定された基準使用距離（Ｙ）だけ離れた位置に形成
される長さに設定された請求項１記載のレーザパターン
投影器。
【請求項３】前記半導体レーザ装置（２）と前記パタ
ーン形成手段（３）との間に、前記半導体レーザ装置
（２）から出射されるレーザ光をコリメートするコリメ
ータレンズ（10）が配設されてなる請求項１又は２記載
のレーザパターン投影器。
【請求項４】前記パターン形成手段（３）がバンドル
ファイバで形成され、その光入射端面（3a）が、その全
面にレーザ光が照射される形状に形成されると共に、光
出射端面（3b）が投影しようとするパターンの形状に形
成されてなる請求項１乃至３記載のレーザパターン投影
器。
【請求項５】前記パターン形成手段（３）が、パター
ン形状の透光部(22A〜22C)を形成したマスキング(23A〜
23C)で形成された請求項１乃至３記載のレーザパターン
投影器。
【請求項６】前記レーザパターン形成手段（３）が、
パターン形状の透光部(22A〜22C)を形成した複数のマス
キング(23A〜23C)をレーザ光の光軸上に択一的に進出さ
せるように成された請求項１乃至３記載のレーザパター
ン投影器。
【請求項７】前記投影レンズ（４）が複数枚のレンズ
（4A，4B）からなる複合レンズで構成され、パターン形
成手段（３）の光出射端面（3b）から当該レンズ群の主
平面（26）に至るまでの光路長が、その焦点距離（ｆ)
に等しく設定され、または、焦点距離（ｆ）より長く前
記光出射端面(3b)の実像が投影レンズ（４）から予め設
定された基準使用距離（Ｙ）だけ離れた位置に形成され
る長さに設定されて成る請求項１乃至６記載のレーザパ
ターン投影器。
【請求項８】前記半導体レーザ装置（２）に、半導体
レーザ（LD) から出射されたレーザ光がパターン形成手
段（３）の光入射部(22A〜22C)の形状に応じた所定の形
状で当該パターン形成手段（３）に入射されるように、
レーザスポットの長軸方向及び単軸方向の発散角の一方
又は双方を所定の発散角に調整するビーム整形手段（2
5）を備えて成る請求項１乃至７記載のレーザパターン
投影器。
【請求項９】前記半導体レーザ装置（２）が、光の三
原色となる赤色，緑色，青色の光を個々に出力する三つ
の半導体レーザ(LD₁〜LD₃)と、これら各色のレーザ光を
コリメートするコリメータレンズ（31〜33）と、コリメ
ートされた各色のレーザ光を一本のレーザ光に合成して
出力する光学系（34）とからなり、パターン形成手段
（３）としてポジカラーフィルム（35）を用いた請求項
１記載のレーザパターン投影器。
【請求項10】前記半導体レーザ装置（２）の半導体レ
ーザ（LD) から出射される発散光をコリメートするコリ
メータレンズ(10A〜10C)が、レーザスポットの長軸方向
に沿ってその発散角内において複数連設されて、当該発
散光がコリメータレンズ(10A〜10C)の数に応じた複数の
光束(40A〜40C)に分割され、分割された各光束ごとにパ
ターン形成手段 (3A〜3C) が介装されると共に、当該パ
ターン形成手段 (3A〜3C) の各光出射端面 (3b, 3b・
・) から前記投影レンズ（４）に至るまでの光路長が投
影レンズ（４）の焦点距離（ｆ）に等しく設定され、ま
たは、その焦点距離（ｆ）より長く前記光出射端面(3b)
の実像が投影レンズ（４）から予め設定された基準使用
距離（Ｙ）だけ離れた位置に形成される長さに設定され
ていることを特徴とするレーザパターン投影器。