投写型ディスプレイ装置
【課題】人がレーザ光を直接観察しても安全である投写型ディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】照明光学系の像側の開口数Ｂが設定された場合、少なくとも１個の空間光変調素子上でのレーザ光の強度Ａ（ｍＷ／ｍｍ２）が、Ａ＜６８６×Ｂ２を満たすように、レーザ駆動制御部が、少なくとも１個のレーザ光源の出力パワーを設定する。
【解決手段】照明光学系の像側の開口数Ｂが設定された場合、少なくとも１個の空間光変調素子上でのレーザ光の強度Ａ（ｍＷ／ｍｍ２）が、Ａ＜６８６×Ｂ２を満たすように、レーザ駆動制御部が、少なくとも１個のレーザ光源の出力パワーを設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像情報、文字情報などの入力情報に応じて変調されたレーザ光をスクリーンに投影する投写型ディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大画面ディスプレイ装置として、投写型ディスプレイ装置及び背面投写型ディスプレイ装置が知られている。従来、光源としては高圧水銀ランプが用いられていたが、近年、色再現性の良さや消費電力の少なさから３原色のレーザ光を用いた投写型ディスプレイ装置の開発が進んでいる。高圧水銀ランプの光に対して、レーザ光は単色光であり、波面の揃った光であることから、人の目に入った時に網膜上の一点に集光し、網膜に障害を及ぼす可能性がある。従ってレーザを用いた製品については、国際規格ＩＥＣ６０８２５や、日本国内に於いてはＪＩＳ Ｃ６８０２：２００５によってレーザ製品のクラス分けを行い、クラス毎に製造者や使用者が守るべき指針を設けて、レーザ製品取り扱いの安全性を高めようとしている。
【０００３】
ＪＩＳ Ｃ６８０２：２００５では、最大許容露光量（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｅｒｍｉｓｓｉｂｌｅ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ：以下、ＭＰＥと呼ぶ）という用語を規定して、通常の環境下で、人体に照射しても有害な影響を与えることがないレーザ放射のレベルを、レーザ波長や光源の大きさ、露光時間、危険にさらされる組織、レーザパルス幅などをパラメータとして示している。ＭＰＥは、国際電気標準会議（ＩＥＣ）のワーキンググループによりレーザによる事故例や動物を用いた実験的研究から得られた情報に基づいて決められている。従来の投写型ディスプレイ装置では、レーザ光の直接観察による網膜の損傷を避けるため画像投影領域内への人の侵入を検知し、レーザ光出力を遮断、またはＭＰＥ以下の安全なレベルまで下げる対策が採られていた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第２９９４４６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の構成に於いては、以下の問題点がある。
【０００５】
第１に、画像投影領域内に人の侵入があったことを検知してレーザ光出力を低下させるので、人の侵入の検知手段の故障や、検知手段が正常に動作していたとしても、レーザ光を遮断するための回路の故障などがあれば、レーザ光が高出力で出射したままの状態となる可能性があり、人は投写型ディスプレイ装置に近接してレーザ光を観察できてしまい、その結果、網膜を損傷する恐れがある。
【０００６】
第２に、投写型ディスプレイ装置に限らず、レーザを用いた機器では、筐体を開けてレーザ光源にアクセスしようとした場合にはインターロック装置が働いてレーザが発光しなくなるようにして安全性を確保しているが、悪意を持った人が高出力のレーザ光源を取り外して他の用途に転用する可能性もある。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解消するものであり、その一つの目的は、人がレーザ光を直接観察しても安全である投写型ディスプレイ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するため、本発明に係る投写型ディスプレイ装置は、少なくとも１個のレーザ光源と、照明光学系と、少なくとも１個の空間光変調素子と、投影光学系と、レーザ駆動制御部とを含む。前記照明光学系は、前記レーザ光源から出射したレーザ光を前記少なくとも１個の空間光変調素子に照射する。前記少なくとも１個の空間光変調素子は、前記照明光学系から照射されたレーザ光の強度を入力情報に応じて変調する。前記投影光学系は、前記空間光変調素子によって変調されたレーザ光をスクリーンに投影する。前記レーザ駆動制御部は、前記照明光学系の開口数Ｂが設定された場合、前記空間光変調素子上でのレーザ光の強度Ａ（ｍＷ／ｍｍ２）が、Ａ＜６８６×Ｂ２を満たすように、前記少なくとも１個のレーザ光源の出力パワーを設定する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、人がレーザ光を直接観察しても安全である投写型ディスプレイ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る投写型ディスプレイ装置の概略構成および光路を示す図である。なお、本実施の形態１では、単一波長帯域のレーザ光または波長帯域の異なる複数のレーザ光を出射する１個のレーザ光源と、照明光学系から出射された少なくとも１個のレーザ光が照射される１個の透過型の空間光変調素子とを用いる。
【００１２】
図１において、１１はレーザ光源を示し、単一波長帯域もしくは複数波長帯域の半導体レーザまたは半導体レーザ励起固体レーザからなっている。１２は照明光学系を示し、フライアイレンズやロッドインテグレータなどのビームホモジナイザーと、ビームホモジナイザーによって矩形またはライン状の均一な光量分布を有するレーザ光に整形された光を投射するリレー光学系とからなる。照明光学系１２内には、レーザ光を均一化するために拡散板を設けることが望ましい。１３は空間光変調素子を示す。空間光変調素子１３は、照明光学系２によって投射されたレーザ光の強度を、映像情報や文字情報といった入力情報に応じて変調する。１４は投影光学系を示し、空間光変調素子１３によって変調されたレーザ光をスクリーン１５に投影する。１６はレーザ光を示す。１７はレーザ駆動制御部を示し、レーザ光源１１への駆動電流を制御することにより、レーザ光源１１の出力パワーを制御する。
【００１３】
次に、図１に示す投写型ディスプレイ装置の動作について、以下に簡単に説明する。レーザ駆動制御部１７により駆動電流がレーザ光源１１に供給されると、レーザ光源１１はレーザ光を出射し、レーザ光源１１から出射したレーザ光１６は照明光学系１２によって所定の光量分布と収束角を有する光束として空間光変調素子１３に照射される。所定の光量分布とは、空間光変調素子１３の空間変調領域をほぼ均一に照射することを意味し、所定の収束角とは、照明光学系１２の像側の開口数に等しく、また投影光学系１４の物体側の開口数にもほぼ等しい。空間光変調素子３によって例えば映像情報に応じて変調されたレーザ光１６は、投影光学系１４を通じてスクリーン１５に拡大投影される。スクリーン１５によってレーザ光１６を反射もしくは散乱することによって、例えば映像を観察者が見ることができるようになる。
【００１４】
図２は、投写型ディスプレイ装置の光量計算用モデルおよび光路を示す図であり、図２において、図１と同一の要素については、同一の符号を附して説明を省略する。図２において、２１は開口を示し、直径７ｍｍの穴を有する板である。開口２１の穴の直径は人の瞳の直径に合わせている。２２はレンズを示し、開口２１に密着している。２３は視野絞りを示し、穴のあいた板である。視野絞り２３はレンズ２２の焦平面に設けられている。視野絞り２３の穴の直径は、レンズ２２の焦点距離をｆとすると、０．１×ｆに等しくなるように設定されている。視野絞り２３の穴の直径を０．１×ｆとすることにより、レンズ２２を通過した光のうち、視野角０．１ラジアン（θｍａｘ）以内の光だけが視野絞り２３を通過することができる。２４は光検出器を示し、視野絞り２３を通過した光の光量を検出する。２５は光量測定光学系を示し、開口２１と、レンズ２２と、視野絞り２３と、光検出器２４とからなる。光量測定光学系２５を用いて、投影光学系１４から出射するレーザ光１６の光量を測定することにより、人の目に対する露光量を知ることができる。この露光量に関して、図２を用いながら説明する。
【００１５】
人がレーザ光を見た時、生体の嫌悪反応により、反射的にまばたきをしたり、レーザ光から目を背けて目を保護しようとする。この反応時間は０．２５秒とされている。０．２５秒の間レーザ光を見ても安全なＭＰＥは、レーザ照射の事故例や動物実験から得られた知見に基づき、ＪＩＳ Ｃ６８０２：２００５の中で、
６．４×（Ｃ６）（Ｊ／ｍ２）
＝２５．６×１０３×（Ｃ６）（ｍＷ／ｍ２） …（式１）
と規定されている（ＪＩＳ Ｃ６８０２：２００５ ｐ４１ 表６参照）。ここで、上記Ｃ６は、人がレーザ光を見た時の光源の大きさに基づく補正係数である。光源の大きさは、人がレーザ光を見た時に光源が目に対して張る視角（ラジアン）で与えられる。光源の大きさが一定値を超えると、光源の大きさはＭＰＥに無関係になる。その一定値が最大視角（θｍａｘ）として０．１ラジアンと決められている。上記Ｃ６は、光源の視角を０．００１５ラジアンで除した値であり、Ｃ６の最大値は光源の視角が最大視角の時に６６．７となる。
【００１６】
空間光変調素子１３の一点から光検出器２４に入射するレーザ光のパワーは、空間光変調素子１３の一点から出射し、投影光学系１４によりスクリーン１５上に投影される光束と開口２１の重なりとの割合と、上記一点から出射するレーザ光のパワーとの積である。レーザの安全を検討する上で考慮すべき最大限の視角は０．１ラジアンであるので、空間光変調素子１３上の最大視角０．１ラジアンに相当する領域内の点から出射するレーザ光について、上述の計算を行えば露光量が判る。
【００１７】
瞳の直径は７ｍｍであるので瞳の面積は、π×（３．５×１０−３）２ｍ２となり、最大視角０．１ラジアンの光源からレーザ光が０．２５秒間に瞳に入射しても損傷を及ぼさないＭＰＥに相当するレーザ光パワーは、上記（式１）に、Ｃ６＝６６．７を代入して瞳の上記面積を乗算すると、６６ｍＷとなる。
【００１８】
ここで、空間光変調素子１３と投影光学系１４との間の距離をＳ（ｍｍ）とすると、上記最大視角０．１ラジアンに相当する空間光変調素子１３上の領域は直径が０．１×Ｓの円内の領域となる。よって、最大視角０．１ラジアンに相当する空間光変調素子１３上の領域から出射されるレーザ光のパワーは、空間光変調素子１３上のレーザ光の強度をＡ（ｍＷ／ｍｍ２）とすると、
π×（０．０５×Ｓ）２×Ａ …（式２）
となる。
【００１９】
空間光変調素子１３の一点から出射される円錐状の発散ビームの広がり角は、照明光学系１２の像側の開口数Ｂに等しいので、投影光学系１４から出射される収束ビームの瞳面での半径はほぼＳ×Ｂとなり、収束ビームの光束断面積に対する瞳の前記面積の割合は、
π×（３．５）２／π×（Ｓ×Ｂ）２
＝（３．５／（Ｓ×Ｂ））２ …（式３）
となる。
【００２０】
瞳に入射する最大のレーザ光パワーは、上記（式２）と上記（式３）を乗算したものとなり、以下の（式４）で与えられる。
【００２１】
π×（０．０５×Ｓ）２×Ａ×（３．５／（Ｓ×Ｂ））２ …（式４）
最大視角０．１ラジアンの光源からレーザ光が０．２５秒間に瞳に入射しても損傷を及ぼさないＭＰＥに相当するレーザ光パワーは、上記したように、６６ｍＷであるので、
π×（０．０５×Ｓ）２×Ａ×（３．５／（Ｓ×Ｂ））２＜６６
すなわち、
Ａ＜６８６×Ｂ２ …（式５）
を満たすように、レーザ駆動制御部１７は、レーザ光源１１の出力パワーを設定する。
【００２２】
以上のように、本実施の形態１によれば、人の反射作用と合わせて網膜の損傷を回避できる安全な投写型ディスプレイ装置を実現することができる。
【００２３】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係る投写型ディスプレイ装置の概略構成および光路を示す図である。本実施の形態２では、波長帯域の異なる３個のレーザ光を出射する３個のレーザ光源と、照明光学系から出射された３個のレーザ光がそれぞれ照射される３個の反射型空間光変調素子とを用いる。
【００２４】
図３において、４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂはそれぞれ赤色、緑色、青色のレーザ光を出射するレーザ光源を示す。４０２ａは赤色レーザ光を透過し、緑色レーザ光を反射するダイクロックミラー、４０２ｂは赤色レーザ光および緑色レーザ光を透過し、青色レーザ光を反射するダイクロックミラーを示す。４０４は、レーザ駆動制御部を示し、３原色のレーザ光源４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂへの駆動電流を制御することにより、各レーザ光源の出力パワーを制御する。４０３は照明光学系を示し、ダイクロックミラー４０２ｂから光軸を揃えて出射された３原色のレーザ光を照射する。３原色のレーザ光源４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂと、ダイクロックミラー４０２ａ、４０２ｂと、照明光学系４０３と、レーザ駆動制御部４０４とは、レーザユニット４０Ａ内に収納されている。
【００２５】
３２ａ、３２ｂはダイクロイックミラーを示し、特定波長のレーザ光を反射し、他の波長のレーザ光は透過する。３２Ｒはミラーを示す。３３Ｇ、３３Ｂ、３３Ｒはそれぞれ緑色レーザ光、青色レーザ光、赤色レーザ光に対応して設けた偏光ビームスプリッタを示す。３４Ｇ、３４Ｂ、３４Ｒはそれぞれ緑色レーザ光、青色レーザ光、赤色レーザ光が照射される反射型空間光変調素子を示し、好ましくは反射型液晶パネルやマイクロミラーアレイである。３５は偏光ダイクロイックプリズム、３６は投影レンズを示す。３７は３原色のレーザ光である。
【００２６】
４３Ａはメイン制御部を示し、投射型ディスプレイ装置の全体の動作を制御するとともに、外部からの入力に応じて、レーザ駆動制御部４０４におけるパワー制御モードを切り換える。メイン制御部４３Ａには、入力情報判定部４３１が含まれ、外部から入力された入力情報が映像情報であるのか、または文字情報であるのか判定する。ここで、映像情報とは単色または多色で３値以上の静止画情報および動画情報を含む画像情報を意味し、文字情報とはキャラクタコードを画像変換した単色で２値の画像情報を意味する。
【００２７】
４４は外光センサを示し、外光に含まれる３原色の光の照度を検出する。４５は操作部を示し、操作部４５にてユーザによる各種の設定、操作が行われる。
【００２８】
図３において、レーザ駆動制御部４０４により駆動電流が３原色のレーザ光源４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂに供給されると、赤色レーザ光源４０１Ｒは赤色レーザ光を出射し、緑色レーザ光源４０１Ｇは緑色レーザ光を出射し、青色レーザ光源４０１Ｂは青色レーザ光を出射する。３原色のレーザ光源４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂからそれぞれ出射してダイクロックミラー４０２ｂを透過したレーザ光３７は、照明光学系４０３によりダイクロックミラー３２ａに照射される。ダイクロイックミラー３２ａは、３原色のレーザ光３７のうち、赤色レーザ光だけを反射し、反射された赤色レーザ光は、ミラー３２Ｒで反射された後、偏光ビームスプリッタ３３Ｒで反射されて反射型空間光変調素子３４Ｒに入射する。反射型空間光変調素子３４Ｒで変調および反射された赤色レーザ光のうち、偏光面が９０°回転したレーザ光だけが、偏光ビームスプリッタ３３Ｒを透過する。偏光ビームスプリッタ３３Ｒを透過した赤色レーザ光は、偏光ダイクロイックプリズム３５によって反射されて投影光学系３６によって図示しないスクリーンに投影される。
【００２９】
また、３原色のレーザ光３７のうち、青色レーザ光は、ダイクロイックミラー３２ａおよび３２ｂを透過した後、偏光ビームスプリッタ３３Ｂで反射されて、反射型空間光変調素子３４Ｂで変調および反射された後、偏光ビームスプリッタ３３Ｂを透過し、偏光ダイクロイックプリズム３５によって反射され、投影光学系３６に入射する。
【００３０】
また、３原色のレーザ光３７のうち、緑色レーザ光は、ダイクロイックミラー３２ａを透過した後、ダイクロイックミラー３２ｂで反射され、偏光ビームスプリッタ３３Ｇで反射されて反射型空間光変調素子３４Ｇに入射する。反射型空間光変調素子３４Ｇで変調および反射された緑色レーザ光は、偏光ビームスプリッタ３３Ｇと偏光ダイクロイックプリズム３５を透過し、投影光学系３５に入射する。
【００３１】
ここで、反射型空間光変調素子３４Ｇ、３４Ｂ、３４Ｒには、メイン制御部４３Ａから、入力情報に応じて色信号処理して得られた緑色信号、青色信号、赤色信号がそれぞれ供給され、反射型空間光変調素子３４Ｇ、３４Ｂ、３４Ｒはそれぞれ、緑色信号、青色信号、赤色信号に応じて、緑色レーザ光、青色レーザ光、赤色レーザ光を変調する。
【００３２】
本実施の形態２の投写型ディスプレイ装置では、赤色レーザ光源、緑色レーザ光源、青色レーザ光源の出力パワーは人の目の比視感度に対応して決められ、３原色が同時に出射された時に人の目に対して白色として認知されるような出力比になる。本実施の形態２においては、反射型空間光変調素子３４Ｇ上でのレーザ光の強度をＡｇ、反射型空間光変調素子３４Ｂ上でのレーザ光の強度をＡｂ、反射型空間光変調素子３４Ｒ上でのレーザ光の強度をＡｒとした場合、Ａｇ、Ａｂ、Ａｒと照明光学系３１の開口数Ｂとの関係が、前記（式５）を用いて、（Ａｇ＋Ａｂ＋Ａｒ）＜６８６×Ｂ２を満たすように、レーザ駆動制御部４０４が３原色のレーザ光源４０１Ｇ、４０１Ｂ、４０１Ｒの出力パワーを設定する（第１のパワー制御モード）。これにより、人の反射作用と合わせて網膜の損傷を回避できるとともに、波長帯域の異なる光の色バランス調整が容易である投写型ディスプレイ装置を実現できる。
【００３３】
また、赤色レーザ光、緑色レーザ光、青色レーザ光のうち、緑色レーザ光が最も比視感度が高いので、レーザ駆動制御部４０４は、反射型空間光変調素子３４Ｇ上での緑色レーザ光の強度Ａｇのみが、Ａｇ＜６８６×Ｂ２を満たすように、緑色レーザ光源４０１Ｇの出力パワーを設定し、他の赤色レーザ光源４０１Ｒ、青色レーザ光源４０１Ｂのレーザ発光を停止させることもできる（第２のパワー制御モード）。これにより、単色（緑色）であるが、コントラストを向上させた、より明るい投写型ディスプレイ装置を実現することができる。
【００３４】
また、メイン制御部４３Ａは、入力情報判定部４３１により入力情報が映像情報であると判定された場合、前記第１のパワー制御モードを設定する指示をレーザ駆動制御部４０４に送り、入力情報判定部４３１により入力情報が文字情報であると判定された場合、前記第２のパワー制御モードを設定する指示をレーザ駆動制御部４０４に送る。これにより、色バランスを重視した映像表示か、コントラストを重視した文字表示かを自動的に選択することができる。
【００３５】
また、メイン制御部４３Ａは、３原色の光のうち、外光センサ４４により検出された照度が最も高い光の色に対応する色のレーザ光を出射するレーザ光源の出力パワーを外光センサ４４により検出された照度に応じて下げる（第３のパワー制御モード）指示をレーザ駆動制御部４０４に送る。これにより、外光の色バランスに応じてコントラストを向上させることができる。
【００３６】
さらに、メイン制御部４３Ａは、ユーザにより操作部４５から入力された指示に応じて、前記第１のパワー制御モード、前記第２のパワー制御モード、および前記第３のパワー制御モードのいずれかを設定する指示をレーザ駆動制御部４０４に送る。これにより、ユーザが操作部４５から指示を入力することで、色バランスを重視した映像表示か、コントラストを重視した文字表示か、外光の色バランスに応じてコントラストを向上させた映像および／または文字表示かを自由に選択することができる。
【００３７】
なお、反射型空間光変調素子３４Ｒ、３４Ｇ、３４Ｂとしては、反射型液晶パネルやマイクロミラーアレイなどを用いることができる。空間光変調素子として透過型液晶パネルを用いると開口率が低いので、光源の光出力が大きくなるために大型化しやすく、小型の投写型ディスプレイ装置を得られない。しかし、本実施の形態２では、空間光変調素子として開口率の高い反射型空間光変調素子を用いることで、小型で安全な投写型ディスプレイ装置を実現することができる。
【００３８】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３は、人の反射作用と合わせて網膜の損傷を回避できる安全性だけでなく、レーザ光源を装置から取り外して他の用途に転用することを防止するための構成を有する。また、本実施の形態３では、波長帯域の異なる３個のレーザ光を出射する３個のレーザ光源と、照明光学系から出射された３個のレーザ光が照射される１個の透過型の空間光変調素子とを用いる。
【００３９】
図４は、本発明の実施の形態３に係る投射型ディスプレイ装置の概略構成および光路を示す図である。なお、図４において、実施の形態２で参照した図３と同じ構成及び機能を有する要素については、同じ符号を付して説明を省略する。以下では、主に、実施の形態２との相違点について説明する。
【００４０】
図４において、本実施の形態３の投射型ディスプレイ装置は、レーザユニット４０Ｂと、透過型の空間光変調素子４１と、投影光学系４２と、メイン制御部４３Ａと、外光センサ４４と、操作部４５とから構成される。レーザユニット４０Ｂと、透過型の空間光変調素子４１と、投影光学系４２とは、図４では示さないが図５Ａおよび図５Ｂを参照して後述する筐体内に収納されている。
【００４１】
レーザユニット４０Ｂは、３原色の半導体レーザから成るレーザ光源４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂと、ダイクロイックミラー４０２ａ、４０２ｂと、照明光学系４０３と、レーザ駆動制御部４０４と、逆電圧発生部４０５と、切替部４０６Ｒ、４０６Ｇ、４０６Ｂとを収納する。以下、本実施の形態３の特徴的構成である逆電圧発生部４０５と切替部４０６Ｒ、４０６Ｇ、４０６Ｂについて説明する。
【００４２】
逆電圧発生部４０５は、筐体からレーザユニットが離れた場合にレーザ光源４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂの破壊電圧に等しいまたは破壊電圧よりも大きい逆電圧（例えば、２〜５ボルト）を発生して３原色のレーザ光源４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂに印加する。この破壊電圧は、半導体レーザの最大定格逆電圧よりも大きい逆電圧である。
【００４３】
切替部４０６Ｒ、４０６Ｇ、４０６Ｂは、レーザ駆動制御部４０４からのレーザＯＮ／ＯＦＦ信号に応じて、レーザ光源の駆動時には、レーザ駆動制御４０４と３原色のレーザ光源４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂとを接続し、レーザ光源の非駆動時には、逆電圧発生部４０５と３原色のレーザ光源４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂとを接続する。
【００４４】
図５Ａは、図４に示す逆電圧発生回路４０５の一例を示す構成図である。図５Ａにおいて、５１は、図４の４０Ｂに相当するレーザユニットを示し、５２は筐体を示す。逆電圧発生部４０５Ａは、蓄電池５３と、電池ホルダ５４と、負極用導体板５５と、正極用導体５６と、ストッパ５７とから構成される。
【００４５】
蓄電池５３は、ボタン型の蓄電池であり、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池などのアルカリ蓄電池やリチウムイオン蓄電池を用いることができる。なお、図５Ａでは、ボタン型の蓄電池を例示しているが、円筒型の蓄電池を用いてもよい。
【００４６】
電池ホルダ５４は、レーザユニット５１の内部底面に固定され、蓄電池５３を収容するとともに、蓄電池５３の負電極に対して一側に設けられた負極用導体板５５に接続された端子Ｔ１と、蓄電池５３の正電極に対して他側に設けられた正極用導体板５６に接続された端子Ｔ２との間の電池電圧を逆電圧として、図４の切替部４０６Ｒ、４０６Ｇ、４０６Ｂに供給する。負極用導体板５５は、板バネ状に形成され蓄電池５３の負電極にバネ力で常に当接している。
【００４７】
ストッパ５７は、硬質の樹脂などの電気絶縁材料で形成され、直立部５７１と底部５７２から成るＴ次の縦断面形状を有する。ストッパ５７の直立部５７１は、筐体５２の底部に設けられた開口、レーザユニット５１の底部に設けられた開口を通して、正極用導体板５６と蓄電池５３の正電極との間に挿入され、蓄電池５３を介して付勢される、電池ホルダ５４の負極用導体板５５のバネ力により保持されている。ストッパ５７の底部５７２は、筐体５２の外部底面に当接している。
【００４８】
上記の状態で、筐体５２からレーザユニット５１が離されると、ストッパ５７は底部５７２が筐体５２の外部底面に当接したままの状態を維持するので、蓄電池５３の正電極は電池ホルダ５４の正極用導体板５６に当接して、端子Ｔ１と端子Ｔ２との間に逆電圧が発生する。この逆電圧が、切替部４０６Ｒ、４０６Ｇ、４０６Ｂを介してレーザ光源４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂに印加されることで、レーザ光源４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂが破壊される。
【００４９】
なお、図５Ａでは、蓄電池５３を用いたが、代わりに電気二重層キャパシタを用いてもよい。
【００５０】
図５Ｂは、図４に示す逆電圧発生部４０５の他の例を示す構成図である。図５Ｂにおいて、逆電圧発生部４０５Ｂは、コイル６１と、永久磁石６２と、バネホルダ６３と、バネ６４と、磁石ホルダ６５と、ストッパ６６と、ローラ６７と、金属ワイヤ６８と、ワイヤ固定具６９とから構成される。
【００５１】
コイル６１は、端子Ｔ１と端子Ｔ２を有し、レーザユニット５１の内部底面に固定されている。永久磁石６２は、バネホルダ６３内に収容されたバネ６４により付勢された磁石ホルダ６５により、図面左右方向での移動が制限され、下方に押圧されている。
【００５２】
ストッパ６６は、コイル６１の上部と永久磁石６２のＮ極側との間に挿入および保持され、ストッパ６６の一端が金属ワイヤ６８の一端に接続され、金属ワイヤ６８は、ローラ６７を介して左方向から下方向へと延伸し、金属ワイヤ６８の他端は、レーザユニット５１に対しては接触が疎で筐体５２に対しては接触が密に嵌合されたワイヤ固定具６９の中空部を介して外面に半田付け等で接着されている。
【００５３】
上記の状態で、筐体５２からレーザユニット５１が離されると、ストッパ６６は、金属ワイヤ６８を介してワイヤ固定具６９により固定されているので、左方向へと移動しローラ６７により下方向へと移動して、永久磁石６２のＮ極側とコイル６１の上部との間から抜ける。これにより、永久磁石６２は、バネ６４の付勢力により下方向に押し出され、コイル６１中を通って、レーザユニット５１の底部に設けられた開口５１ａから筐体５２の内部底面上に落ちる。
【００５４】
永久磁石６２がコイル６１中を通る際に、コイル６１の端子１と端子２の間に誘導起電力が発生し、これが逆電圧として、切替部４０６Ｒ、４０６Ｇ、４０６Ｂを介してレーザ光源４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂに印加されることで、レーザ光源４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂが破壊される。
【００５５】
以上のように、本実施の形態３によれば、筐体からレーザユニットが離れた場合にレーザ光源を破壊することで、悪意を持った人が高出力のレーザ光源を取り外して他の用途に転用することを防止することができる。
【００５６】
（実施の形態４）
図６Ａは、本発明の実施の形態４に係る投写型ディスプレイ装置の概略構成および光路を示す図である。なお、図６Ａにおいて、実施の形態３で参照した図４と同じ構成および機能を有する要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５７】
本実施の形態４が実施の形態３と異なるのは、逆電圧発生部と切替部を削除して、緑色レーザ光源を含むレーザユニットが装置から取り外された場合に、単に電源供給をしただけでは緑色レーザ光源がレーザ発光できないようにする構成を有する点にある。以下、主に、実施の形態３との相違点について説明する。
【００５８】
図６Ａにおいて、本実施の形態４の投射型ディスプレイ装置は、レーザユニット４０Ｃと、透過型の空間光変調素子４１と、投影光学系４２と、メイン制御部４３Bと、外光センサ４４と、操作部４５とから構成される。
【００５９】
レーザユニット４０Ｃは、３原色の半導体レーザから成るレーザ光源４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂと、ダイクロイックミラー４０２ａ、４０２ｂと、照明光学系４０３と、レーザ駆動制御部４０４とを収納する。以下、本実施の形態４の特徴的構成である緑色レーザ光源４０１Ｇについて説明する。
【００６０】
図６Ｂは、図６Ａの緑色レーザ光源４０１Ｇの構成図である。図６Ｂにおいて、緑色レーザ光源４０１Ｇは、赤外半導体レーザ（ＩＲ）４０１１と、希土類添加光ファイバ４０１２と、第２高調波発生素子（ＳＨＧ）４０１３と、ペルチェ素子４０１４と、温度センサ４０１５とから構成される。
【００６１】
赤外半導体レーザ４０１１は、励起用の例えば波長９１５ｎｍの赤外レーザ光を出射する赤外の半導体レーザから成る。希土類添加光ファイバ４０１２は、希土類元素として例えばイッテルビウムがドーピングされ、赤外半導体レーザ４０１１から出射された赤外レーザ光により希土類元素が励起されて、例えば波長１０６４ｎｍのレーザ光を出射する。第２高調波発生素子４０１３は、希土類添加光ファイバ４０１２から増幅されて出射された赤外レーザ光を入射して第２高調波である緑色レーザ光に波長変換して出射する。また、第２高調波発生素子４０１３は、常温よりも低い所定温度で位相整合する、すなわち効率よく波長変換するよう構成されている。ペルチェ素子４０１４は、メイン制御部４３Ｂからのペルチェ制御信号に応じて、第２高調波発生素子４０１３を所定温度に冷却する。温度センサ４０１５は、第２高調波発生素子４０１３の温度を検出して、検出した温度を示す温度信号をメイン制御部４３Ｂに送る。メイン制御部４３Ｂは、温度センサ４０１５から送られた温度信号に応じて、第２高調波発生素子４０１３の温度が常温より低い所定温度になるよう、ペルチェ素子４０１５にペルチェ制御信号を送り温度制御を行う。
【００６２】
このように構成された緑色レーザ光源４０１Ｇを含むレーザユニット４０Ｃが装置から取り出されると、メイン制御部４３Ｂによる第２高調波発生素子４０１３の温度制御が行われず、第２の高調波発生素子４０１３は位相整合しなくなるので、緑色レーザ光源４０１Ｇのレーザ発光が停止したままの状態となる。
【００６３】
以上のように、本実施の形態４によれば、投写型ディスプレイ装置から緑色レーザ光源４０１Ｇを取り外した場合、第２の高調波発生素子４０１３の温度は位相整合温度である低温に調整されず、緑色レーザ光源４０１Ｇは発光できなくなるので、悪意を持った人が高出力のレーザ光源を取り外して他の用途に転用することを防止することができる。
【００６４】
（実施の形態５）
図７Ａは、本発明の実施の形態５に係る投写型ディスプレイ装置におけるレーザユニットが筐体に固定されている場合の部分構成図である。本実施の形態５が実施の形態４と異なるのは、緑色レーザ光源のペルチェ素子と温度センサを削除して、緑色レーザ光源を含むレーザユニットが装置から取り外された場合に、希土類添加光ファイバを切断することで、緑色レーザ光源がレーザ発光できないようにする構成を有する点にある。以下、主に、実施の形態４との相違点について説明する。
【００６５】
図７Ａにおいて、レーザユニット７１は、赤外の半導体レーザ７３、希土類添加光ファイバ７４、および第２高調波発生素子７５からなる緑色レーザ光源と、金属ワイヤ７６と、ワイヤ固定具７７とから構成され、筐体７２の内部底面に固定されている。金属ワイヤ７６は、一端に希土類添加光ファイバ７４を通す輪を有し、その他端はワイヤ固定具７７の中空部を介して外面で半田等により接着されている。金属ワイヤ７６は、希土類添加光ファイバ７４の強度に比べて十分大きな強度を有する。ワイヤ固定具７７は、実施の形態３で参照した図５Ｂのワイヤ固定具６９と同様の構成および機能を有する。
【００６６】
図７Ｂは、図７Ａに示すレーザユニット７１が筐体７２から離された場合の部分構成図である。なお、図７Ｂにおいて、図７Ａと同じ構成および機能を有する要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６７】
図７Ｂに示すように、レーザユニット７１が筐体７２から離された場合、金属ワイヤ７６はワイヤ固定具７７に固定されているので、金属ワイヤ７６の一端に設けられた輪が希土類添加光ファイバ７４を切断する。
【００６８】
以上のように、本実施の形態５によれば、筐体７２からレーザユニット７１が取り外された場合、筐体７２に間接的に、すなわち金属ワイヤ７６とワイヤ固定具７７を介して固定されていた希土類添加光ファイバ７４の一部分が切断されて、緑色レーザ光源は発光できなくなるので、悪意を持った人が高出力のレーザ光源を取り外して他の用途に転用することを防止できる。
【００６９】
（実施の形態６）
図８Ａは、本発明の実施の形態６に係る投写型ディスプレイ装置において配線基板に半田付けされたキャンタイプの半導体レーザおよび配線基板を示す断面図である。本実施の形態６の半導体レーザは、実施の形態１〜３の３原色のレーザ光源、および実施の形態４、５の赤色レーザ光源および青色レーザ光源に適用される。
【００７０】
図８Ａにおいて、レーザ光源は、ステム８１に接続された共通端子８２上にレーザダイオードチップ８３のＰＮ接合のＮ側を固着し、レーザダイオードチップ８３のＰ側とステム８１を貫通する電源端子８４とを金属ワイヤ８５で内部接続し、窓８６付きキャップ８７をステム８１上に取り付けてレーザダイオードチップ８３を封止したキャンタイプの半導体レーザから成る。半導体レーザは、共通端子８２と電源端子８４を含む３本の端子が配線基板８８の対応する穴に挿入され、配線基板８８の裏面の配線ランドに半田付けされて、実装されている。
【００７１】
電源端子８４は、半導体レーザ本体内で一部に、電源端子８４の強度を低下させる切欠け８４１を有する。
【００７２】
図８Ｂは、本発明の実施の形態６に係る投写型ディスプレイ装置において配線基板から取り外されたキャンタイプの半導体レーザおよび配線基板を示す断面図である。
【００７３】
図８Ｂに示すように、半導体レーザの３本の端子を配線基板８８の裏面の配線ランドに接着していた半田が加熱により溶融し、半田が除去されて、配線基板８８から取り外される際に、電源端子８４の切欠け８４１に外力が加わることで、電源端子８４が切断される。
【００７４】
なお、半導体レーザの３本の端子のうち電源端子８４を形成する金属材料のみを、他の端子を形成する金属材料に比べて、強度の弱い材料とすることで、本実施の形態６による効果はさらに大きくなる。
【００７５】
以上のように、本実施の形態６によれば、半導体レーザを配線基板８８から取り外す際に加わる外力により、半導体レーザの電源端子８４がレーザ本体内部で切断されて、半導体レーザへの電源供給は不能となるので、悪意を持った人が高出力のレーザ光源を取り外して他の用途に転用することを防止できる。
【００７６】
（実施の形態７）
図９Ａは、本発明の実施の形態７に係る投写型ディスプレイ装置において配線基板に半田付けされたキャンタイプの半導体レーザおよび配線基板を示す断面図である。なお、図９Ａにおいて、実施の形態６で参照した図８Ａと同じ構成を有する要素については、同一の符号を付して説明を省略する。また、実施の形態６と同様に、本実施の形態７の半導体レーザは、実施の形態１〜３の３原色のレーザ光源、および実施の形態４、５の赤色レーザ光源および青色レーザ光源に適用される。
【００７７】
本実施の形態７が実施の形態６と異なるのは、電源端子の構造および配線基板への接着の仕方である。
【００７８】
図９Ａにおいて、基板実装時に、半導体レーザの電源端子９１に対してのみ、配線基板８８の対応する挿入穴の中および挿入穴の基板表面での周囲に、熱硬化性または紫外線硬化性の樹脂材料９２が塗布されて、半導体レーザの３本の端子が配線基板８８の対応する穴に挿入され、樹脂材料９２への加熱または紫外線の照射により、電源端子８４が配線基板８８に固定される。これにより、ステム８１が電源端子９１を保持する力よりも大きな力で配線基板８８の樹脂材料９２が電源端子９１を保持することになる。
【００７９】
図９Ｂは、本発明の実施の形態７に係る投写型ディスプレイ装置において配線基板から取り外されたキャンタイプの半導体レーザおよび配線基板を示す断面図である。図９Ｂに示すように、半導体レーザを配線基板８８から取り外すと、ステム８１が電源端子９１を保持する力よりも、配線基板８８が電源端子９１を保持する力のほうが大きいので、電源端子９１はレーザ本体から抜けて配線基板８８に留まることになり、半導体レーザへの電源供給は不能となり、悪意を持った人が高出力のレーザ光源を取り外して他の用途に転用することを防止できる。
【００８０】
（実施の形態８）
本発明の実施の形態８は、実施の形態１から７の照明光学系の像側の開口数Ｂの設定方法に関する。一般に、光学系の開口数が０．２５を超えるとレンズ構成が複雑になりかつ、レンズも大型化してくる。低コストで小型の投写型ディスプレイ装置を実現するために、本実施の形態８では、照明光学系の像側の開口数Ｂを０．２５または０．２５未満に設定する。照明光学系の像側の開口数Ｂが０．２５または０．２５未満に設定することは、実施の形態１で導いた（式５）から、空間光変調素子上のレーザ光の強度が４３ｍＷ／ｍｍ２または４３ｍＷ／ｍｍ２未満に設定されることになる。これにより、人の反射作用と合わせて網膜の損傷を回避できる安全な投写型ディスプレイ装置を実現することができる。
【００８１】
なお、本発明の実施の形態１〜８においては、空間光変調素子に伝送された画像色信号に応じて変調されたレーザ光を投影レンズによって結像させることで画像表示を行ったが、本発明の投写型ディスプレイ装置は、空間光変調素子の有無によらず、レーザ光源と照明光学系だけでカラー照明を行う投写型ディスプレイ装置や、液晶パネルなどをカラー照明する投写型ディスプレイ装置も含む。
【００８２】
本発明の特徴的構成をまとめると、以下のようになる。
【００８３】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置は、少なくとも１個のレーザ光源と、前記レーザ光源から出射したレーザ光を照射する照明光学系と、前記照明光学系から照射されたレーザ光の強度を入力情報に応じて変調する少なくとも１個の空間光変調素子と、前記空間光変調素子によって変調されたレーザ光をスクリーンに投影する投影光学系と、前記照明光学系の開口数Ｂが設定された場合、前記空間光変調素子上でのレーザ光の強度Ａ（ｍＷ／ｍｍ２）が、Ａ＜６８６×Ｂ２を満たすように、前記少なくとも１個のレーザ光源の出力パワーを設定するレーザ駆動制御部とを備えたことを特徴とする。
【００８４】
この構成によれば、空間光変調素子上でのレーザ光の強度Ａ（ｍＷ／ｍｍ２）が、Ａ＜６８６×Ｂ２を満たせば、人の反射作用と合わせて網膜の損傷を回避できる安全な投写型ディスプレイ装置を提供することができる。
【００８５】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置において、前記少なくとも１個のレーザ光源は、波長帯域の異なるＮ個のレーザ光をそれぞれ出射するＮ個のレーザ光源であり、前記少なくとも１個の空間光変調素子は、前記照明光学系から照射された前記波長帯域の異なるＮ個のレーザ光の強度を前記入力情報に応じて変調する１個の空間光変調素子であることが好ましい。
【００８６】
この構成によれば、Ｎ個のレーザ光源からそれぞれ出射された波長帯域の異なるＮ個のレーザ光を、１個の空間光変調素子により入力情報に応じて変調してスクリーンに投影する投写型ディスプレイ装置を構成することができる。
【００８７】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置において、前記少なくとも１個のレーザ光源は、波長帯域の異なるＮ個のレーザ光をそれぞれ出射するＮ個のレーザ光源であり、前記少なくとも１個の空間光変調素子は、前記照明光学系から照射された前記波長帯域の異なるＮ個のレーザ光の強度をそれぞれ前記入力情報に応じて変調するＮ個の空間光変調素子であることが好ましい。
【００８８】
この構成によれば、Ｎ個のレーザ光源からそれぞれ出射された波長帯域の異なるＮ個のレーザ光を、Ｎ個の空間光変調素子により入力情報に応じてそれぞれ変調してスクリーンに投影する投写型ディスプレイ装置を構成することができる。
【００８９】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置において、前記レーザ駆動制御部は、前記波長帯域の異なるＮ個のレーザ光のそれぞれの、前記空間光変調素子上での強度を加算した強度Ａが前記Ａ＜６８６×Ｂ２を満たすように、前記Ｎ個のレーザ光源の出力パワーを設定する第１のパワー制御モードを有することが好ましい。
【００９０】
この構成によれば、人の反射作用と合わせて網膜の損傷を回避できるとともに、波長帯域の異なる光の色バランス調整が容易である投写型ディスプレイ装置を実現できる。
【００９１】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置において、前記レーザ駆動制御部は、前記波長帯域の異なるＮ個のレーザ光のうち、比視感度が最も高い波長帯域を有するレーザ光の、前記空間光変調素子上での強度Ａが前記Ａ＜６８６×Ｂ２を満たすように、前記比視感度が最も高い波長帯域を有するレーザ光を出射するレーザ光源の出力パワーを設定し、他のレーザ光源のレーザ発光を停止させる第２のパワー制御モードを有することが好ましい。
【００９２】
この構成によれば、人の反射作用と合わせて網膜の損傷を回避できるとともに、単色（緑色）であるが、コントラストを向上させた、より明るい投写型ディスプレイ装置を実現できる。
【００９３】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置はさらに、前記入力情報が映像情報であるのか、または文字情報であるのかを判定する入力情報判定部を備え、前記レーザ駆動制御部は、前記入力情報判定部により前記入力情報が映像情報であると判定された場合、前記第１のパワー制御モードを設定し、前記入力情報判定部により前記入力情報が文字情報であると判定された場合、前記第２のパワー制御モードを設定することが好ましい。
【００９４】
この構成によれば、入力情報判定部で入力情報が映像情報であるのか、または文字情報であるのかを判定し、その判定結果に応じて、色バランスを重視した映像表示か、コントラストを重視した文字表示かを自動的に選択することができる。
【００９５】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置はさらに、外光に含まれる前記波長帯域の異なる光の照度を検出する外光センサを備え、前記レーザ駆動制御部は、前記Ｎ個のレーザ光の異なる波長帯域のうち、前記外光センサにより検出された照度が最も高い光の波長帯域に対応する波長帯域を有するレーザ光を出射するレーザ光源の出力パワーを前記外光センサにより検出された照度に応じて下げる第３のパワー制御モードを有することが好ましい。
【００９６】
この構成によれば、外光の色バランスに応じてコントラストを向上させた投写型ディスプレイ装置を実現できる。
【００９７】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置はさらに、ユーザによる指示が入力される操作部を備え、前記レーザ駆動制御部は、ユーザにより前記操作部から入力された指示に応じて、前記第１のパワー制御モード、前記第２のパワー制御モード、および前記第３のパワー制御モードのいずれかを設定することが好ましい。
【００９８】
この構成によれば、ユーザが操作部から指示を入力することで、ユーザは、色バランスを重視した映像表示か、コントラストを重視した文字表示か、外光の色バランスに応じてコントラストを向上させた映像および／または文字表示かを自由に選択することができる。
【００９９】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置において、前記照明光学系の開口数Ｂは０．２５または０．２５未満であり、前記空間光変調素子上でのレーザ光の強度Ａは４３ｍＷ／ｍｍ２または４３ｍＷ／ｍｍ２未満であることが好ましい。
【０１００】
この構成によれば、一般に光学系の開口数が０．２５を超えるとレンズ構成が複雑になり、かつレンズも大型化してくるが、照明光学系の像側の開口数Ｂを０．２５または０．２５未満とし、従って空間光変調素子上でのレーザ光の強度Ａを４３ｍＷ／ｍｍ２または４３ｍＷ／ｍｍ２未満とすることで、人の反射作用と合わせて網膜の損傷を回避できる、低コストかつ小型の投写型ディスプレイ装置を実現できる。
【０１０１】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置において、前記照明光学系は、レーザ光の光量分布を均一化するビームホモジナイザーと、該ホモジナイザーにより均一化された光量分布を前記空間光変調素子上に投影するリレー光学系とを含むことが好ましい。この場合、前記照明光学系は、拡散板を含むことが好ましい。
【０１０２】
この構成によれば、レーザ光源から出射されたレーザ光を、矩形またはライン状の均一な光量分布を有するレーザ光に整形して、明るさ均一性の高い照明光を空間光変調素子上に照射することができる。
【０１０３】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置はさらに、少なくとも前記レーザ光源および前記照明光学系を収納するレーザユニットと、少なくとも前記レーザユニット、前記空間光変調素子、および前記投影光学系を収納する筐体と、前記筐体から前記レーザユニットが離れた場合に前記レーザ光源の破壊電圧に等しいまたは該破壊電圧より大きい逆電圧を発生して前記レーザ光源に印加する逆電圧発生部と、前記レーザ光源の駆動時には前記レーザ光源と前記レーザ駆動制御部とを接続し、前記レーザ光源の非駆動時には前記レーザ光源と前記逆電圧発生部とを接続する切替部とを備えることが好ましい。この場合、前記レーザ光源は、半導体レーザまたは半導体レーザ励起固体レーザから成り、前記破壊電圧は、前記半導体レーザの最大定格逆電圧より大きい逆電圧であることが好ましい。
【０１０４】
この構成によれば、筐体からレーザユニットが離れた場合にレーザ光源を破壊することで、悪意を持った人が高出力のレーザ光源を取り外して他の用途に転用することを防止できる。
【０１０５】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置において、前記逆電圧発生部は、蓄電池または電気二重層キャパシタを含み、前記蓄電池または前記電気二重層キャパシタの充電電圧を前記逆電圧として前記レーザ光源に印加することが好ましい。
【０１０６】
この構成によれば、レーザ光源を破壊する逆電圧を容易に生成することができる。
【０１０７】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置において、前記逆電圧発生部は、コイルと、前記筐体から前記レーザユニットが離れた場合に前記コイル中を移動して前記コイルに電圧を発生させる永久磁石とを含み、前記コイルに発生した電圧を前記逆電圧として前記レーザ光源に印加することが好ましい。
【０１０８】
この構成によれば、レーザ光源を破壊する逆電圧を容易に生成することができる。
【０１０９】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置において、前記少なくとも１個のレーザ光源は、励起用の赤外光を出射する半導体レーザと、前記半導体レーザにより希土類元素が光学的に励起される希土類添加光ファイバと、前記希土類添加光ファイバから出射された赤外光を緑色光に波長変換する第２高調波発生素子と、前記第２高調波発生素子を常温よりも低い所定温度に冷却するペルチェ素子と、前記第２高調波発生素子の温度を検出する温度センサとから成る緑色レーザ光源を含み、前記第２高調波発生素子は、前記所定温度で位相整合するよう構成されることが好ましい。
【０１１０】
この構成によれば、投写型ディスプレイ装置から緑色レーザ光源を取り外した場合、第２の高調波発生素子の温度は位相整合温度である低温に調整されず、緑色レーザ光源は発光できなくなるので、悪意を持った人が高出力のレーザ光源を取り外して他の用途に転用することを防止できる。
【０１１１】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置において、前記少なくとも１個のレーザ光源は、励起用の赤外光を出射する半導体レーザと、該半導体レーザにより希土類元素が光学的に励起される希土類添加光ファイバと、該希土類添加光ファイバから出射された赤外光を緑色光に波長変換する第２高調波発生素子とから成る緑色レーザ光源を含み、前記投写型ディスプレイ装置はさらに、少なくとも前記レーザ光源および前記照明光学系を収納するレーザユニットと、少なくとも前記レーザユニット、前記空間光変調素子、および前記投影光学系を収納する筐体とを備え、前記希土類添加光ファイバの一部分は、前記レーザユニットに設けられた開口を介して前記筐体に間接的に固定され、前記筐体から前記レーザユニットが取り外された場合に切断されるよう構成されることが好ましい。
【０１１２】
この構成によれば、筐体からレーザユニットが取り外された場合、筐体に間接的に固定されていた希土類添加光ファイバの一部分が切断されて、緑色レーザ光源は発光できなくなるので、悪意を持った人が高出力のレーザ光源を取り外して他の用途に転用することを防止できる。
【０１１３】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置において、前記レーザ光源は、ステムに接続された共通端子上にレーザダイオードチップのＰＮ接合のＮ側を固着し、前記レーザダイオードチップのＰ側と前記ステムを貫通する電源端子とを金属ワイヤで内部接続し、窓付きキャップを前記ステム上に取り付けて前記レーザダイオードチップを封止したキャンタイプの半導体レーザから成り、該半導体レーザを配線基板から取り外した際に前記レーザダイオードチップへの電源供給が不能となるよう、前記電源端子のレーザ本体内部での強度を低下させることが好ましい。この場合、前記電源端子は、外力の付加により前記電源端子を前記レーザ本体内部で切断するための切欠けを有することが好ましい。
【０１１４】
この構成によれば、半導体レーザを配線基板から取り外す際に加わる外力により、半導体レーザの電源端子がレーザ本体内部で切断されて、半導体レーザへの電源供給は不能となるので、悪意を持った人が高出力のレーザ光源を取り外して他の用途に転用することを防止できる。
【０１１５】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置において、前記レーザ光源は、ステムに接続された共通端子上にレーザダイオードチップのＰＮ接合のＮ側を固着し、前記レーザダイオードチップのＰ側と前記ステムを貫通する電源端子とを金属ワイヤで内部接続し、窓付きキャップを前記ステム上に取り付けて前記レーザダイオードチップを封止したキャンタイプの半導体レーザから成り、該半導体レーザを配線基板から取り外した際に前記レーザダイオードチップへの電源供給が不能となるよう、前記電源端子の前記配線基板への挿入部分に熱を加えるまたは紫外線を照射することにより、前記ステムが前記電源端子を保持する力よりも大きな力で前記配線基板が前記電源端子を保持するように構成されることが好ましい。
【０１１６】
この構成によれば、ステムが電源端子を保持する力よりも、配線基板が電源端子を保持する力のほうが大きくなり、半導体レーザを配線基板から取り外すと、電源端子はレーザ本体から抜けて配線基板に留まることになり、半導体レーザへの電源供給は不能となるので、悪意を持った人が高出力のレーザ光源を取り外して他の用途に転用することを防止できる。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明にかかる投写型ディスプレイ装置は、レーザ光源の駆動時には、人がレーザ光を見た時の目の反射的な回避動作と合わせて目に対する高い安全性を確保でき、またレーザ光源の非駆動時には、悪意を持った人が高出力のレーザ光源を取り外して他の用途に転用することを防止できる投写型ディスプレイ装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る投写型ディスプレイ装置の概略構成および光路を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る投写型ディスプレイ装置の光量計算用モデルおよび光路を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る投写型ディスプレイ装置の概略構成および光路を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係る投写型ディスプレイ装置の概略構成および光路を示す図である。
【図５Ａ】本発明の実施の形態３に係る投写型ディスプレイ装置の逆電圧発生回路の一例を示す構成図である。
【図５Ｂ】本発明の実施の形態３に係る投写型ディスプレイ装置の逆電圧発生回路の他の例を示す構成図である。
【図６Ａ】本発明の実施の形態４に係る投写型ディスプレイ装置の概略構成および光路を示す図である。
【図６Ｂ】本発明の実施の形態４に係る投写型ディスプレイ装置の緑色レーザ光源の構成図である。
【図７Ａ】本発明の実施の形態５に係る投写型ディスプレイ装置におけるレーザユニットが筐体に固定されている場合の部分構成図である。
【図７Ｂ】本発明の実施の形態５に係る投写型ディスプレイ装置におけるレーザユニットが筐体から離された場合の部分構成図である。
【図８Ａ】本発明の実施の形態６に係る投写型ディスプレイ装置において配線基板に半田付けされたキャンタイプの半導体レーザおよび配線基板を示す断面図である。
【図８Ｂ】本発明の実施の形態６に係る投写型ディスプレイ装置において配線基板から取り外されたキャンタイプの半導体レーザおよび配線基板を示す断面図である。
【図９Ａ】本発明の実施の形態７に係る投写型ディスプレイ装置において配線基板に半田付けされたキャンタイプの半導体レーザおよび配線基板を示す断面図である。
【図９Ｂ】本発明の実施の形態７に係る投写型ディスプレイ装置において配線基板から取り外されたキャンタイプの半導体レーザおよび配線基板を示す断面図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像情報、文字情報などの入力情報に応じて変調されたレーザ光をスクリーンに投影する投写型ディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大画面ディスプレイ装置として、投写型ディスプレイ装置及び背面投写型ディスプレイ装置が知られている。従来、光源としては高圧水銀ランプが用いられていたが、近年、色再現性の良さや消費電力の少なさから３原色のレーザ光を用いた投写型ディスプレイ装置の開発が進んでいる。高圧水銀ランプの光に対して、レーザ光は単色光であり、波面の揃った光であることから、人の目に入った時に網膜上の一点に集光し、網膜に障害を及ぼす可能性がある。従ってレーザを用いた製品については、国際規格ＩＥＣ６０８２５や、日本国内に於いてはＪＩＳ Ｃ６８０２：２００５によってレーザ製品のクラス分けを行い、クラス毎に製造者や使用者が守るべき指針を設けて、レーザ製品取り扱いの安全性を高めようとしている。
【０００３】
ＪＩＳ Ｃ６８０２：２００５では、最大許容露光量（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｅｒｍｉｓｓｉｂｌｅ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ：以下、ＭＰＥと呼ぶ）という用語を規定して、通常の環境下で、人体に照射しても有害な影響を与えることがないレーザ放射のレベルを、レーザ波長や光源の大きさ、露光時間、危険にさらされる組織、レーザパルス幅などをパラメータとして示している。ＭＰＥは、国際電気標準会議（ＩＥＣ）のワーキンググループによりレーザによる事故例や動物を用いた実験的研究から得られた情報に基づいて決められている。従来の投写型ディスプレイ装置では、レーザ光の直接観察による網膜の損傷を避けるため画像投影領域内への人の侵入を検知し、レーザ光出力を遮断、またはＭＰＥ以下の安全なレベルまで下げる対策が採られていた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第２９９４４６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の構成に於いては、以下の問題点がある。
【０００５】
第１に、画像投影領域内に人の侵入があったことを検知してレーザ光出力を低下させるので、人の侵入の検知手段の故障や、検知手段が正常に動作していたとしても、レーザ光を遮断するための回路の故障などがあれば、レーザ光が高出力で出射したままの状態となる可能性があり、人は投写型ディスプレイ装置に近接してレーザ光を観察できてしまい、その結果、網膜を損傷する恐れがある。
【０００６】
第２に、投写型ディスプレイ装置に限らず、レーザを用いた機器では、筐体を開けてレーザ光源にアクセスしようとした場合にはインターロック装置が働いてレーザが発光しなくなるようにして安全性を確保しているが、悪意を持った人が高出力のレーザ光源を取り外して他の用途に転用する可能性もある。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解消するものであり、その一つの目的は、人がレーザ光を直接観察しても安全である投写型ディスプレイ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するため、本発明に係る投写型ディスプレイ装置は、少なくとも１個のレーザ光源と、照明光学系と、少なくとも１個の空間光変調素子と、投影光学系と、レーザ駆動制御部とを含む。前記照明光学系は、前記レーザ光源から出射したレーザ光を前記少なくとも１個の空間光変調素子に照射する。前記少なくとも１個の空間光変調素子は、前記照明光学系から照射されたレーザ光の強度を入力情報に応じて変調する。前記投影光学系は、前記空間光変調素子によって変調されたレーザ光をスクリーンに投影する。前記レーザ駆動制御部は、前記照明光学系の開口数Ｂが設定された場合、前記空間光変調素子上でのレーザ光の強度Ａ（ｍＷ／ｍｍ２）が、Ａ＜６８６×Ｂ２を満たすように、前記少なくとも１個のレーザ光源の出力パワーを設定する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、人がレーザ光を直接観察しても安全である投写型ディスプレイ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る投写型ディスプレイ装置の概略構成および光路を示す図である。なお、本実施の形態１では、単一波長帯域のレーザ光または波長帯域の異なる複数のレーザ光を出射する１個のレーザ光源と、照明光学系から出射された少なくとも１個のレーザ光が照射される１個の透過型の空間光変調素子とを用いる。
【００１２】
図１において、１１はレーザ光源を示し、単一波長帯域もしくは複数波長帯域の半導体レーザまたは半導体レーザ励起固体レーザからなっている。１２は照明光学系を示し、フライアイレンズやロッドインテグレータなどのビームホモジナイザーと、ビームホモジナイザーによって矩形またはライン状の均一な光量分布を有するレーザ光に整形された光を投射するリレー光学系とからなる。照明光学系１２内には、レーザ光を均一化するために拡散板を設けることが望ましい。１３は空間光変調素子を示す。空間光変調素子１３は、照明光学系２によって投射されたレーザ光の強度を、映像情報や文字情報といった入力情報に応じて変調する。１４は投影光学系を示し、空間光変調素子１３によって変調されたレーザ光をスクリーン１５に投影する。１６はレーザ光を示す。１７はレーザ駆動制御部を示し、レーザ光源１１への駆動電流を制御することにより、レーザ光源１１の出力パワーを制御する。
【００１３】
次に、図１に示す投写型ディスプレイ装置の動作について、以下に簡単に説明する。レーザ駆動制御部１７により駆動電流がレーザ光源１１に供給されると、レーザ光源１１はレーザ光を出射し、レーザ光源１１から出射したレーザ光１６は照明光学系１２によって所定の光量分布と収束角を有する光束として空間光変調素子１３に照射される。所定の光量分布とは、空間光変調素子１３の空間変調領域をほぼ均一に照射することを意味し、所定の収束角とは、照明光学系１２の像側の開口数に等しく、また投影光学系１４の物体側の開口数にもほぼ等しい。空間光変調素子３によって例えば映像情報に応じて変調されたレーザ光１６は、投影光学系１４を通じてスクリーン１５に拡大投影される。スクリーン１５によってレーザ光１６を反射もしくは散乱することによって、例えば映像を観察者が見ることができるようになる。
【００１４】
図２は、投写型ディスプレイ装置の光量計算用モデルおよび光路を示す図であり、図２において、図１と同一の要素については、同一の符号を附して説明を省略する。図２において、２１は開口を示し、直径７ｍｍの穴を有する板である。開口２１の穴の直径は人の瞳の直径に合わせている。２２はレンズを示し、開口２１に密着している。２３は視野絞りを示し、穴のあいた板である。視野絞り２３はレンズ２２の焦平面に設けられている。視野絞り２３の穴の直径は、レンズ２２の焦点距離をｆとすると、０．１×ｆに等しくなるように設定されている。視野絞り２３の穴の直径を０．１×ｆとすることにより、レンズ２２を通過した光のうち、視野角０．１ラジアン（θｍａｘ）以内の光だけが視野絞り２３を通過することができる。２４は光検出器を示し、視野絞り２３を通過した光の光量を検出する。２５は光量測定光学系を示し、開口２１と、レンズ２２と、視野絞り２３と、光検出器２４とからなる。光量測定光学系２５を用いて、投影光学系１４から出射するレーザ光１６の光量を測定することにより、人の目に対する露光量を知ることができる。この露光量に関して、図２を用いながら説明する。
【００１５】
人がレーザ光を見た時、生体の嫌悪反応により、反射的にまばたきをしたり、レーザ光から目を背けて目を保護しようとする。この反応時間は０．２５秒とされている。０．２５秒の間レーザ光を見ても安全なＭＰＥは、レーザ照射の事故例や動物実験から得られた知見に基づき、ＪＩＳ Ｃ６８０２：２００５の中で、
６．４×（Ｃ６）（Ｊ／ｍ２）
＝２５．６×１０３×（Ｃ６）（ｍＷ／ｍ２） …（式１）
と規定されている（ＪＩＳ Ｃ６８０２：２００５ ｐ４１ 表６参照）。ここで、上記Ｃ６は、人がレーザ光を見た時の光源の大きさに基づく補正係数である。光源の大きさは、人がレーザ光を見た時に光源が目に対して張る視角（ラジアン）で与えられる。光源の大きさが一定値を超えると、光源の大きさはＭＰＥに無関係になる。その一定値が最大視角（θｍａｘ）として０．１ラジアンと決められている。上記Ｃ６は、光源の視角を０．００１５ラジアンで除した値であり、Ｃ６の最大値は光源の視角が最大視角の時に６６．７となる。
【００１６】
空間光変調素子１３の一点から光検出器２４に入射するレーザ光のパワーは、空間光変調素子１３の一点から出射し、投影光学系１４によりスクリーン１５上に投影される光束と開口２１の重なりとの割合と、上記一点から出射するレーザ光のパワーとの積である。レーザの安全を検討する上で考慮すべき最大限の視角は０．１ラジアンであるので、空間光変調素子１３上の最大視角０．１ラジアンに相当する領域内の点から出射するレーザ光について、上述の計算を行えば露光量が判る。
【００１７】
瞳の直径は７ｍｍであるので瞳の面積は、π×（３．５×１０−３）２ｍ２となり、最大視角０．１ラジアンの光源からレーザ光が０．２５秒間に瞳に入射しても損傷を及ぼさないＭＰＥに相当するレーザ光パワーは、上記（式１）に、Ｃ６＝６６．７を代入して瞳の上記面積を乗算すると、６６ｍＷとなる。
【００１８】
ここで、空間光変調素子１３と投影光学系１４との間の距離をＳ（ｍｍ）とすると、上記最大視角０．１ラジアンに相当する空間光変調素子１３上の領域は直径が０．１×Ｓの円内の領域となる。よって、最大視角０．１ラジアンに相当する空間光変調素子１３上の領域から出射されるレーザ光のパワーは、空間光変調素子１３上のレーザ光の強度をＡ（ｍＷ／ｍｍ２）とすると、
π×（０．０５×Ｓ）２×Ａ …（式２）
となる。
【００１９】
空間光変調素子１３の一点から出射される円錐状の発散ビームの広がり角は、照明光学系１２の像側の開口数Ｂに等しいので、投影光学系１４から出射される収束ビームの瞳面での半径はほぼＳ×Ｂとなり、収束ビームの光束断面積に対する瞳の前記面積の割合は、
π×（３．５）２／π×（Ｓ×Ｂ）２
＝（３．５／（Ｓ×Ｂ））２ …（式３）
となる。
【００２０】
瞳に入射する最大のレーザ光パワーは、上記（式２）と上記（式３）を乗算したものとなり、以下の（式４）で与えられる。
【００２１】
π×（０．０５×Ｓ）２×Ａ×（３．５／（Ｓ×Ｂ））２ …（式４）
最大視角０．１ラジアンの光源からレーザ光が０．２５秒間に瞳に入射しても損傷を及ぼさないＭＰＥに相当するレーザ光パワーは、上記したように、６６ｍＷであるので、
π×（０．０５×Ｓ）２×Ａ×（３．５／（Ｓ×Ｂ））２＜６６
すなわち、
Ａ＜６８６×Ｂ２ …（式５）
を満たすように、レーザ駆動制御部１７は、レーザ光源１１の出力パワーを設定する。
【００２２】
以上のように、本実施の形態１によれば、人の反射作用と合わせて網膜の損傷を回避できる安全な投写型ディスプレイ装置を実現することができる。
【００２３】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係る投写型ディスプレイ装置の概略構成および光路を示す図である。本実施の形態２では、波長帯域の異なる３個のレーザ光を出射する３個のレーザ光源と、照明光学系から出射された３個のレーザ光がそれぞれ照射される３個の反射型空間光変調素子とを用いる。
【００２４】
図３において、４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂはそれぞれ赤色、緑色、青色のレーザ光を出射するレーザ光源を示す。４０２ａは赤色レーザ光を透過し、緑色レーザ光を反射するダイクロックミラー、４０２ｂは赤色レーザ光および緑色レーザ光を透過し、青色レーザ光を反射するダイクロックミラーを示す。４０４は、レーザ駆動制御部を示し、３原色のレーザ光源４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂへの駆動電流を制御することにより、各レーザ光源の出力パワーを制御する。４０３は照明光学系を示し、ダイクロックミラー４０２ｂから光軸を揃えて出射された３原色のレーザ光を照射する。３原色のレーザ光源４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂと、ダイクロックミラー４０２ａ、４０２ｂと、照明光学系４０３と、レーザ駆動制御部４０４とは、レーザユニット４０Ａ内に収納されている。
【００２５】
３２ａ、３２ｂはダイクロイックミラーを示し、特定波長のレーザ光を反射し、他の波長のレーザ光は透過する。３２Ｒはミラーを示す。３３Ｇ、３３Ｂ、３３Ｒはそれぞれ緑色レーザ光、青色レーザ光、赤色レーザ光に対応して設けた偏光ビームスプリッタを示す。３４Ｇ、３４Ｂ、３４Ｒはそれぞれ緑色レーザ光、青色レーザ光、赤色レーザ光が照射される反射型空間光変調素子を示し、好ましくは反射型液晶パネルやマイクロミラーアレイである。３５は偏光ダイクロイックプリズム、３６は投影レンズを示す。３７は３原色のレーザ光である。
【００２６】
４３Ａはメイン制御部を示し、投射型ディスプレイ装置の全体の動作を制御するとともに、外部からの入力に応じて、レーザ駆動制御部４０４におけるパワー制御モードを切り換える。メイン制御部４３Ａには、入力情報判定部４３１が含まれ、外部から入力された入力情報が映像情報であるのか、または文字情報であるのか判定する。ここで、映像情報とは単色または多色で３値以上の静止画情報および動画情報を含む画像情報を意味し、文字情報とはキャラクタコードを画像変換した単色で２値の画像情報を意味する。
【００２７】
４４は外光センサを示し、外光に含まれる３原色の光の照度を検出する。４５は操作部を示し、操作部４５にてユーザによる各種の設定、操作が行われる。
【００２８】
図３において、レーザ駆動制御部４０４により駆動電流が３原色のレーザ光源４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂに供給されると、赤色レーザ光源４０１Ｒは赤色レーザ光を出射し、緑色レーザ光源４０１Ｇは緑色レーザ光を出射し、青色レーザ光源４０１Ｂは青色レーザ光を出射する。３原色のレーザ光源４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂからそれぞれ出射してダイクロックミラー４０２ｂを透過したレーザ光３７は、照明光学系４０３によりダイクロックミラー３２ａに照射される。ダイクロイックミラー３２ａは、３原色のレーザ光３７のうち、赤色レーザ光だけを反射し、反射された赤色レーザ光は、ミラー３２Ｒで反射された後、偏光ビームスプリッタ３３Ｒで反射されて反射型空間光変調素子３４Ｒに入射する。反射型空間光変調素子３４Ｒで変調および反射された赤色レーザ光のうち、偏光面が９０°回転したレーザ光だけが、偏光ビームスプリッタ３３Ｒを透過する。偏光ビームスプリッタ３３Ｒを透過した赤色レーザ光は、偏光ダイクロイックプリズム３５によって反射されて投影光学系３６によって図示しないスクリーンに投影される。
【００２９】
また、３原色のレーザ光３７のうち、青色レーザ光は、ダイクロイックミラー３２ａおよび３２ｂを透過した後、偏光ビームスプリッタ３３Ｂで反射されて、反射型空間光変調素子３４Ｂで変調および反射された後、偏光ビームスプリッタ３３Ｂを透過し、偏光ダイクロイックプリズム３５によって反射され、投影光学系３６に入射する。
【００３０】
また、３原色のレーザ光３７のうち、緑色レーザ光は、ダイクロイックミラー３２ａを透過した後、ダイクロイックミラー３２ｂで反射され、偏光ビームスプリッタ３３Ｇで反射されて反射型空間光変調素子３４Ｇに入射する。反射型空間光変調素子３４Ｇで変調および反射された緑色レーザ光は、偏光ビームスプリッタ３３Ｇと偏光ダイクロイックプリズム３５を透過し、投影光学系３５に入射する。
【００３１】
ここで、反射型空間光変調素子３４Ｇ、３４Ｂ、３４Ｒには、メイン制御部４３Ａから、入力情報に応じて色信号処理して得られた緑色信号、青色信号、赤色信号がそれぞれ供給され、反射型空間光変調素子３４Ｇ、３４Ｂ、３４Ｒはそれぞれ、緑色信号、青色信号、赤色信号に応じて、緑色レーザ光、青色レーザ光、赤色レーザ光を変調する。
【００３２】
本実施の形態２の投写型ディスプレイ装置では、赤色レーザ光源、緑色レーザ光源、青色レーザ光源の出力パワーは人の目の比視感度に対応して決められ、３原色が同時に出射された時に人の目に対して白色として認知されるような出力比になる。本実施の形態２においては、反射型空間光変調素子３４Ｇ上でのレーザ光の強度をＡｇ、反射型空間光変調素子３４Ｂ上でのレーザ光の強度をＡｂ、反射型空間光変調素子３４Ｒ上でのレーザ光の強度をＡｒとした場合、Ａｇ、Ａｂ、Ａｒと照明光学系３１の開口数Ｂとの関係が、前記（式５）を用いて、（Ａｇ＋Ａｂ＋Ａｒ）＜６８６×Ｂ２を満たすように、レーザ駆動制御部４０４が３原色のレーザ光源４０１Ｇ、４０１Ｂ、４０１Ｒの出力パワーを設定する（第１のパワー制御モード）。これにより、人の反射作用と合わせて網膜の損傷を回避できるとともに、波長帯域の異なる光の色バランス調整が容易である投写型ディスプレイ装置を実現できる。
【００３３】
また、赤色レーザ光、緑色レーザ光、青色レーザ光のうち、緑色レーザ光が最も比視感度が高いので、レーザ駆動制御部４０４は、反射型空間光変調素子３４Ｇ上での緑色レーザ光の強度Ａｇのみが、Ａｇ＜６８６×Ｂ２を満たすように、緑色レーザ光源４０１Ｇの出力パワーを設定し、他の赤色レーザ光源４０１Ｒ、青色レーザ光源４０１Ｂのレーザ発光を停止させることもできる（第２のパワー制御モード）。これにより、単色（緑色）であるが、コントラストを向上させた、より明るい投写型ディスプレイ装置を実現することができる。
【００３４】
また、メイン制御部４３Ａは、入力情報判定部４３１により入力情報が映像情報であると判定された場合、前記第１のパワー制御モードを設定する指示をレーザ駆動制御部４０４に送り、入力情報判定部４３１により入力情報が文字情報であると判定された場合、前記第２のパワー制御モードを設定する指示をレーザ駆動制御部４０４に送る。これにより、色バランスを重視した映像表示か、コントラストを重視した文字表示かを自動的に選択することができる。
【００３５】
また、メイン制御部４３Ａは、３原色の光のうち、外光センサ４４により検出された照度が最も高い光の色に対応する色のレーザ光を出射するレーザ光源の出力パワーを外光センサ４４により検出された照度に応じて下げる（第３のパワー制御モード）指示をレーザ駆動制御部４０４に送る。これにより、外光の色バランスに応じてコントラストを向上させることができる。
【００３６】
さらに、メイン制御部４３Ａは、ユーザにより操作部４５から入力された指示に応じて、前記第１のパワー制御モード、前記第２のパワー制御モード、および前記第３のパワー制御モードのいずれかを設定する指示をレーザ駆動制御部４０４に送る。これにより、ユーザが操作部４５から指示を入力することで、色バランスを重視した映像表示か、コントラストを重視した文字表示か、外光の色バランスに応じてコントラストを向上させた映像および／または文字表示かを自由に選択することができる。
【００３７】
なお、反射型空間光変調素子３４Ｒ、３４Ｇ、３４Ｂとしては、反射型液晶パネルやマイクロミラーアレイなどを用いることができる。空間光変調素子として透過型液晶パネルを用いると開口率が低いので、光源の光出力が大きくなるために大型化しやすく、小型の投写型ディスプレイ装置を得られない。しかし、本実施の形態２では、空間光変調素子として開口率の高い反射型空間光変調素子を用いることで、小型で安全な投写型ディスプレイ装置を実現することができる。
【００３８】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３は、人の反射作用と合わせて網膜の損傷を回避できる安全性だけでなく、レーザ光源を装置から取り外して他の用途に転用することを防止するための構成を有する。また、本実施の形態３では、波長帯域の異なる３個のレーザ光を出射する３個のレーザ光源と、照明光学系から出射された３個のレーザ光が照射される１個の透過型の空間光変調素子とを用いる。
【００３９】
図４は、本発明の実施の形態３に係る投射型ディスプレイ装置の概略構成および光路を示す図である。なお、図４において、実施の形態２で参照した図３と同じ構成及び機能を有する要素については、同じ符号を付して説明を省略する。以下では、主に、実施の形態２との相違点について説明する。
【００４０】
図４において、本実施の形態３の投射型ディスプレイ装置は、レーザユニット４０Ｂと、透過型の空間光変調素子４１と、投影光学系４２と、メイン制御部４３Ａと、外光センサ４４と、操作部４５とから構成される。レーザユニット４０Ｂと、透過型の空間光変調素子４１と、投影光学系４２とは、図４では示さないが図５Ａおよび図５Ｂを参照して後述する筐体内に収納されている。
【００４１】
レーザユニット４０Ｂは、３原色の半導体レーザから成るレーザ光源４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂと、ダイクロイックミラー４０２ａ、４０２ｂと、照明光学系４０３と、レーザ駆動制御部４０４と、逆電圧発生部４０５と、切替部４０６Ｒ、４０６Ｇ、４０６Ｂとを収納する。以下、本実施の形態３の特徴的構成である逆電圧発生部４０５と切替部４０６Ｒ、４０６Ｇ、４０６Ｂについて説明する。
【００４２】
逆電圧発生部４０５は、筐体からレーザユニットが離れた場合にレーザ光源４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂの破壊電圧に等しいまたは破壊電圧よりも大きい逆電圧（例えば、２〜５ボルト）を発生して３原色のレーザ光源４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂに印加する。この破壊電圧は、半導体レーザの最大定格逆電圧よりも大きい逆電圧である。
【００４３】
切替部４０６Ｒ、４０６Ｇ、４０６Ｂは、レーザ駆動制御部４０４からのレーザＯＮ／ＯＦＦ信号に応じて、レーザ光源の駆動時には、レーザ駆動制御４０４と３原色のレーザ光源４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂとを接続し、レーザ光源の非駆動時には、逆電圧発生部４０５と３原色のレーザ光源４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂとを接続する。
【００４４】
図５Ａは、図４に示す逆電圧発生回路４０５の一例を示す構成図である。図５Ａにおいて、５１は、図４の４０Ｂに相当するレーザユニットを示し、５２は筐体を示す。逆電圧発生部４０５Ａは、蓄電池５３と、電池ホルダ５４と、負極用導体板５５と、正極用導体５６と、ストッパ５７とから構成される。
【００４５】
蓄電池５３は、ボタン型の蓄電池であり、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池などのアルカリ蓄電池やリチウムイオン蓄電池を用いることができる。なお、図５Ａでは、ボタン型の蓄電池を例示しているが、円筒型の蓄電池を用いてもよい。
【００４６】
電池ホルダ５４は、レーザユニット５１の内部底面に固定され、蓄電池５３を収容するとともに、蓄電池５３の負電極に対して一側に設けられた負極用導体板５５に接続された端子Ｔ１と、蓄電池５３の正電極に対して他側に設けられた正極用導体板５６に接続された端子Ｔ２との間の電池電圧を逆電圧として、図４の切替部４０６Ｒ、４０６Ｇ、４０６Ｂに供給する。負極用導体板５５は、板バネ状に形成され蓄電池５３の負電極にバネ力で常に当接している。
【００４７】
ストッパ５７は、硬質の樹脂などの電気絶縁材料で形成され、直立部５７１と底部５７２から成るＴ次の縦断面形状を有する。ストッパ５７の直立部５７１は、筐体５２の底部に設けられた開口、レーザユニット５１の底部に設けられた開口を通して、正極用導体板５６と蓄電池５３の正電極との間に挿入され、蓄電池５３を介して付勢される、電池ホルダ５４の負極用導体板５５のバネ力により保持されている。ストッパ５７の底部５７２は、筐体５２の外部底面に当接している。
【００４８】
上記の状態で、筐体５２からレーザユニット５１が離されると、ストッパ５７は底部５７２が筐体５２の外部底面に当接したままの状態を維持するので、蓄電池５３の正電極は電池ホルダ５４の正極用導体板５６に当接して、端子Ｔ１と端子Ｔ２との間に逆電圧が発生する。この逆電圧が、切替部４０６Ｒ、４０６Ｇ、４０６Ｂを介してレーザ光源４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂに印加されることで、レーザ光源４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂが破壊される。
【００４９】
なお、図５Ａでは、蓄電池５３を用いたが、代わりに電気二重層キャパシタを用いてもよい。
【００５０】
図５Ｂは、図４に示す逆電圧発生部４０５の他の例を示す構成図である。図５Ｂにおいて、逆電圧発生部４０５Ｂは、コイル６１と、永久磁石６２と、バネホルダ６３と、バネ６４と、磁石ホルダ６５と、ストッパ６６と、ローラ６７と、金属ワイヤ６８と、ワイヤ固定具６９とから構成される。
【００５１】
コイル６１は、端子Ｔ１と端子Ｔ２を有し、レーザユニット５１の内部底面に固定されている。永久磁石６２は、バネホルダ６３内に収容されたバネ６４により付勢された磁石ホルダ６５により、図面左右方向での移動が制限され、下方に押圧されている。
【００５２】
ストッパ６６は、コイル６１の上部と永久磁石６２のＮ極側との間に挿入および保持され、ストッパ６６の一端が金属ワイヤ６８の一端に接続され、金属ワイヤ６８は、ローラ６７を介して左方向から下方向へと延伸し、金属ワイヤ６８の他端は、レーザユニット５１に対しては接触が疎で筐体５２に対しては接触が密に嵌合されたワイヤ固定具６９の中空部を介して外面に半田付け等で接着されている。
【００５３】
上記の状態で、筐体５２からレーザユニット５１が離されると、ストッパ６６は、金属ワイヤ６８を介してワイヤ固定具６９により固定されているので、左方向へと移動しローラ６７により下方向へと移動して、永久磁石６２のＮ極側とコイル６１の上部との間から抜ける。これにより、永久磁石６２は、バネ６４の付勢力により下方向に押し出され、コイル６１中を通って、レーザユニット５１の底部に設けられた開口５１ａから筐体５２の内部底面上に落ちる。
【００５４】
永久磁石６２がコイル６１中を通る際に、コイル６１の端子１と端子２の間に誘導起電力が発生し、これが逆電圧として、切替部４０６Ｒ、４０６Ｇ、４０６Ｂを介してレーザ光源４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂに印加されることで、レーザ光源４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂが破壊される。
【００５５】
以上のように、本実施の形態３によれば、筐体からレーザユニットが離れた場合にレーザ光源を破壊することで、悪意を持った人が高出力のレーザ光源を取り外して他の用途に転用することを防止することができる。
【００５６】
（実施の形態４）
図６Ａは、本発明の実施の形態４に係る投写型ディスプレイ装置の概略構成および光路を示す図である。なお、図６Ａにおいて、実施の形態３で参照した図４と同じ構成および機能を有する要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５７】
本実施の形態４が実施の形態３と異なるのは、逆電圧発生部と切替部を削除して、緑色レーザ光源を含むレーザユニットが装置から取り外された場合に、単に電源供給をしただけでは緑色レーザ光源がレーザ発光できないようにする構成を有する点にある。以下、主に、実施の形態３との相違点について説明する。
【００５８】
図６Ａにおいて、本実施の形態４の投射型ディスプレイ装置は、レーザユニット４０Ｃと、透過型の空間光変調素子４１と、投影光学系４２と、メイン制御部４３Bと、外光センサ４４と、操作部４５とから構成される。
【００５９】
レーザユニット４０Ｃは、３原色の半導体レーザから成るレーザ光源４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂと、ダイクロイックミラー４０２ａ、４０２ｂと、照明光学系４０３と、レーザ駆動制御部４０４とを収納する。以下、本実施の形態４の特徴的構成である緑色レーザ光源４０１Ｇについて説明する。
【００６０】
図６Ｂは、図６Ａの緑色レーザ光源４０１Ｇの構成図である。図６Ｂにおいて、緑色レーザ光源４０１Ｇは、赤外半導体レーザ（ＩＲ）４０１１と、希土類添加光ファイバ４０１２と、第２高調波発生素子（ＳＨＧ）４０１３と、ペルチェ素子４０１４と、温度センサ４０１５とから構成される。
【００６１】
赤外半導体レーザ４０１１は、励起用の例えば波長９１５ｎｍの赤外レーザ光を出射する赤外の半導体レーザから成る。希土類添加光ファイバ４０１２は、希土類元素として例えばイッテルビウムがドーピングされ、赤外半導体レーザ４０１１から出射された赤外レーザ光により希土類元素が励起されて、例えば波長１０６４ｎｍのレーザ光を出射する。第２高調波発生素子４０１３は、希土類添加光ファイバ４０１２から増幅されて出射された赤外レーザ光を入射して第２高調波である緑色レーザ光に波長変換して出射する。また、第２高調波発生素子４０１３は、常温よりも低い所定温度で位相整合する、すなわち効率よく波長変換するよう構成されている。ペルチェ素子４０１４は、メイン制御部４３Ｂからのペルチェ制御信号に応じて、第２高調波発生素子４０１３を所定温度に冷却する。温度センサ４０１５は、第２高調波発生素子４０１３の温度を検出して、検出した温度を示す温度信号をメイン制御部４３Ｂに送る。メイン制御部４３Ｂは、温度センサ４０１５から送られた温度信号に応じて、第２高調波発生素子４０１３の温度が常温より低い所定温度になるよう、ペルチェ素子４０１５にペルチェ制御信号を送り温度制御を行う。
【００６２】
このように構成された緑色レーザ光源４０１Ｇを含むレーザユニット４０Ｃが装置から取り出されると、メイン制御部４３Ｂによる第２高調波発生素子４０１３の温度制御が行われず、第２の高調波発生素子４０１３は位相整合しなくなるので、緑色レーザ光源４０１Ｇのレーザ発光が停止したままの状態となる。
【００６３】
以上のように、本実施の形態４によれば、投写型ディスプレイ装置から緑色レーザ光源４０１Ｇを取り外した場合、第２の高調波発生素子４０１３の温度は位相整合温度である低温に調整されず、緑色レーザ光源４０１Ｇは発光できなくなるので、悪意を持った人が高出力のレーザ光源を取り外して他の用途に転用することを防止することができる。
【００６４】
（実施の形態５）
図７Ａは、本発明の実施の形態５に係る投写型ディスプレイ装置におけるレーザユニットが筐体に固定されている場合の部分構成図である。本実施の形態５が実施の形態４と異なるのは、緑色レーザ光源のペルチェ素子と温度センサを削除して、緑色レーザ光源を含むレーザユニットが装置から取り外された場合に、希土類添加光ファイバを切断することで、緑色レーザ光源がレーザ発光できないようにする構成を有する点にある。以下、主に、実施の形態４との相違点について説明する。
【００６５】
図７Ａにおいて、レーザユニット７１は、赤外の半導体レーザ７３、希土類添加光ファイバ７４、および第２高調波発生素子７５からなる緑色レーザ光源と、金属ワイヤ７６と、ワイヤ固定具７７とから構成され、筐体７２の内部底面に固定されている。金属ワイヤ７６は、一端に希土類添加光ファイバ７４を通す輪を有し、その他端はワイヤ固定具７７の中空部を介して外面で半田等により接着されている。金属ワイヤ７６は、希土類添加光ファイバ７４の強度に比べて十分大きな強度を有する。ワイヤ固定具７７は、実施の形態３で参照した図５Ｂのワイヤ固定具６９と同様の構成および機能を有する。
【００６６】
図７Ｂは、図７Ａに示すレーザユニット７１が筐体７２から離された場合の部分構成図である。なお、図７Ｂにおいて、図７Ａと同じ構成および機能を有する要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６７】
図７Ｂに示すように、レーザユニット７１が筐体７２から離された場合、金属ワイヤ７６はワイヤ固定具７７に固定されているので、金属ワイヤ７６の一端に設けられた輪が希土類添加光ファイバ７４を切断する。
【００６８】
以上のように、本実施の形態５によれば、筐体７２からレーザユニット７１が取り外された場合、筐体７２に間接的に、すなわち金属ワイヤ７６とワイヤ固定具７７を介して固定されていた希土類添加光ファイバ７４の一部分が切断されて、緑色レーザ光源は発光できなくなるので、悪意を持った人が高出力のレーザ光源を取り外して他の用途に転用することを防止できる。
【００６９】
（実施の形態６）
図８Ａは、本発明の実施の形態６に係る投写型ディスプレイ装置において配線基板に半田付けされたキャンタイプの半導体レーザおよび配線基板を示す断面図である。本実施の形態６の半導体レーザは、実施の形態１〜３の３原色のレーザ光源、および実施の形態４、５の赤色レーザ光源および青色レーザ光源に適用される。
【００７０】
図８Ａにおいて、レーザ光源は、ステム８１に接続された共通端子８２上にレーザダイオードチップ８３のＰＮ接合のＮ側を固着し、レーザダイオードチップ８３のＰ側とステム８１を貫通する電源端子８４とを金属ワイヤ８５で内部接続し、窓８６付きキャップ８７をステム８１上に取り付けてレーザダイオードチップ８３を封止したキャンタイプの半導体レーザから成る。半導体レーザは、共通端子８２と電源端子８４を含む３本の端子が配線基板８８の対応する穴に挿入され、配線基板８８の裏面の配線ランドに半田付けされて、実装されている。
【００７１】
電源端子８４は、半導体レーザ本体内で一部に、電源端子８４の強度を低下させる切欠け８４１を有する。
【００７２】
図８Ｂは、本発明の実施の形態６に係る投写型ディスプレイ装置において配線基板から取り外されたキャンタイプの半導体レーザおよび配線基板を示す断面図である。
【００７３】
図８Ｂに示すように、半導体レーザの３本の端子を配線基板８８の裏面の配線ランドに接着していた半田が加熱により溶融し、半田が除去されて、配線基板８８から取り外される際に、電源端子８４の切欠け８４１に外力が加わることで、電源端子８４が切断される。
【００７４】
なお、半導体レーザの３本の端子のうち電源端子８４を形成する金属材料のみを、他の端子を形成する金属材料に比べて、強度の弱い材料とすることで、本実施の形態６による効果はさらに大きくなる。
【００７５】
以上のように、本実施の形態６によれば、半導体レーザを配線基板８８から取り外す際に加わる外力により、半導体レーザの電源端子８４がレーザ本体内部で切断されて、半導体レーザへの電源供給は不能となるので、悪意を持った人が高出力のレーザ光源を取り外して他の用途に転用することを防止できる。
【００７６】
（実施の形態７）
図９Ａは、本発明の実施の形態７に係る投写型ディスプレイ装置において配線基板に半田付けされたキャンタイプの半導体レーザおよび配線基板を示す断面図である。なお、図９Ａにおいて、実施の形態６で参照した図８Ａと同じ構成を有する要素については、同一の符号を付して説明を省略する。また、実施の形態６と同様に、本実施の形態７の半導体レーザは、実施の形態１〜３の３原色のレーザ光源、および実施の形態４、５の赤色レーザ光源および青色レーザ光源に適用される。
【００７７】
本実施の形態７が実施の形態６と異なるのは、電源端子の構造および配線基板への接着の仕方である。
【００７８】
図９Ａにおいて、基板実装時に、半導体レーザの電源端子９１に対してのみ、配線基板８８の対応する挿入穴の中および挿入穴の基板表面での周囲に、熱硬化性または紫外線硬化性の樹脂材料９２が塗布されて、半導体レーザの３本の端子が配線基板８８の対応する穴に挿入され、樹脂材料９２への加熱または紫外線の照射により、電源端子８４が配線基板８８に固定される。これにより、ステム８１が電源端子９１を保持する力よりも大きな力で配線基板８８の樹脂材料９２が電源端子９１を保持することになる。
【００７９】
図９Ｂは、本発明の実施の形態７に係る投写型ディスプレイ装置において配線基板から取り外されたキャンタイプの半導体レーザおよび配線基板を示す断面図である。図９Ｂに示すように、半導体レーザを配線基板８８から取り外すと、ステム８１が電源端子９１を保持する力よりも、配線基板８８が電源端子９１を保持する力のほうが大きいので、電源端子９１はレーザ本体から抜けて配線基板８８に留まることになり、半導体レーザへの電源供給は不能となり、悪意を持った人が高出力のレーザ光源を取り外して他の用途に転用することを防止できる。
【００８０】
（実施の形態８）
本発明の実施の形態８は、実施の形態１から７の照明光学系の像側の開口数Ｂの設定方法に関する。一般に、光学系の開口数が０．２５を超えるとレンズ構成が複雑になりかつ、レンズも大型化してくる。低コストで小型の投写型ディスプレイ装置を実現するために、本実施の形態８では、照明光学系の像側の開口数Ｂを０．２５または０．２５未満に設定する。照明光学系の像側の開口数Ｂが０．２５または０．２５未満に設定することは、実施の形態１で導いた（式５）から、空間光変調素子上のレーザ光の強度が４３ｍＷ／ｍｍ２または４３ｍＷ／ｍｍ２未満に設定されることになる。これにより、人の反射作用と合わせて網膜の損傷を回避できる安全な投写型ディスプレイ装置を実現することができる。
【００８１】
なお、本発明の実施の形態１〜８においては、空間光変調素子に伝送された画像色信号に応じて変調されたレーザ光を投影レンズによって結像させることで画像表示を行ったが、本発明の投写型ディスプレイ装置は、空間光変調素子の有無によらず、レーザ光源と照明光学系だけでカラー照明を行う投写型ディスプレイ装置や、液晶パネルなどをカラー照明する投写型ディスプレイ装置も含む。
【００８２】
本発明の特徴的構成をまとめると、以下のようになる。
【００８３】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置は、少なくとも１個のレーザ光源と、前記レーザ光源から出射したレーザ光を照射する照明光学系と、前記照明光学系から照射されたレーザ光の強度を入力情報に応じて変調する少なくとも１個の空間光変調素子と、前記空間光変調素子によって変調されたレーザ光をスクリーンに投影する投影光学系と、前記照明光学系の開口数Ｂが設定された場合、前記空間光変調素子上でのレーザ光の強度Ａ（ｍＷ／ｍｍ２）が、Ａ＜６８６×Ｂ２を満たすように、前記少なくとも１個のレーザ光源の出力パワーを設定するレーザ駆動制御部とを備えたことを特徴とする。
【００８４】
この構成によれば、空間光変調素子上でのレーザ光の強度Ａ（ｍＷ／ｍｍ２）が、Ａ＜６８６×Ｂ２を満たせば、人の反射作用と合わせて網膜の損傷を回避できる安全な投写型ディスプレイ装置を提供することができる。
【００８５】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置において、前記少なくとも１個のレーザ光源は、波長帯域の異なるＮ個のレーザ光をそれぞれ出射するＮ個のレーザ光源であり、前記少なくとも１個の空間光変調素子は、前記照明光学系から照射された前記波長帯域の異なるＮ個のレーザ光の強度を前記入力情報に応じて変調する１個の空間光変調素子であることが好ましい。
【００８６】
この構成によれば、Ｎ個のレーザ光源からそれぞれ出射された波長帯域の異なるＮ個のレーザ光を、１個の空間光変調素子により入力情報に応じて変調してスクリーンに投影する投写型ディスプレイ装置を構成することができる。
【００８７】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置において、前記少なくとも１個のレーザ光源は、波長帯域の異なるＮ個のレーザ光をそれぞれ出射するＮ個のレーザ光源であり、前記少なくとも１個の空間光変調素子は、前記照明光学系から照射された前記波長帯域の異なるＮ個のレーザ光の強度をそれぞれ前記入力情報に応じて変調するＮ個の空間光変調素子であることが好ましい。
【００８８】
この構成によれば、Ｎ個のレーザ光源からそれぞれ出射された波長帯域の異なるＮ個のレーザ光を、Ｎ個の空間光変調素子により入力情報に応じてそれぞれ変調してスクリーンに投影する投写型ディスプレイ装置を構成することができる。
【００８９】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置において、前記レーザ駆動制御部は、前記波長帯域の異なるＮ個のレーザ光のそれぞれの、前記空間光変調素子上での強度を加算した強度Ａが前記Ａ＜６８６×Ｂ２を満たすように、前記Ｎ個のレーザ光源の出力パワーを設定する第１のパワー制御モードを有することが好ましい。
【００９０】
この構成によれば、人の反射作用と合わせて網膜の損傷を回避できるとともに、波長帯域の異なる光の色バランス調整が容易である投写型ディスプレイ装置を実現できる。
【００９１】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置において、前記レーザ駆動制御部は、前記波長帯域の異なるＮ個のレーザ光のうち、比視感度が最も高い波長帯域を有するレーザ光の、前記空間光変調素子上での強度Ａが前記Ａ＜６８６×Ｂ２を満たすように、前記比視感度が最も高い波長帯域を有するレーザ光を出射するレーザ光源の出力パワーを設定し、他のレーザ光源のレーザ発光を停止させる第２のパワー制御モードを有することが好ましい。
【００９２】
この構成によれば、人の反射作用と合わせて網膜の損傷を回避できるとともに、単色（緑色）であるが、コントラストを向上させた、より明るい投写型ディスプレイ装置を実現できる。
【００９３】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置はさらに、前記入力情報が映像情報であるのか、または文字情報であるのかを判定する入力情報判定部を備え、前記レーザ駆動制御部は、前記入力情報判定部により前記入力情報が映像情報であると判定された場合、前記第１のパワー制御モードを設定し、前記入力情報判定部により前記入力情報が文字情報であると判定された場合、前記第２のパワー制御モードを設定することが好ましい。
【００９４】
この構成によれば、入力情報判定部で入力情報が映像情報であるのか、または文字情報であるのかを判定し、その判定結果に応じて、色バランスを重視した映像表示か、コントラストを重視した文字表示かを自動的に選択することができる。
【００９５】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置はさらに、外光に含まれる前記波長帯域の異なる光の照度を検出する外光センサを備え、前記レーザ駆動制御部は、前記Ｎ個のレーザ光の異なる波長帯域のうち、前記外光センサにより検出された照度が最も高い光の波長帯域に対応する波長帯域を有するレーザ光を出射するレーザ光源の出力パワーを前記外光センサにより検出された照度に応じて下げる第３のパワー制御モードを有することが好ましい。
【００９６】
この構成によれば、外光の色バランスに応じてコントラストを向上させた投写型ディスプレイ装置を実現できる。
【００９７】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置はさらに、ユーザによる指示が入力される操作部を備え、前記レーザ駆動制御部は、ユーザにより前記操作部から入力された指示に応じて、前記第１のパワー制御モード、前記第２のパワー制御モード、および前記第３のパワー制御モードのいずれかを設定することが好ましい。
【００９８】
この構成によれば、ユーザが操作部から指示を入力することで、ユーザは、色バランスを重視した映像表示か、コントラストを重視した文字表示か、外光の色バランスに応じてコントラストを向上させた映像および／または文字表示かを自由に選択することができる。
【００９９】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置において、前記照明光学系の開口数Ｂは０．２５または０．２５未満であり、前記空間光変調素子上でのレーザ光の強度Ａは４３ｍＷ／ｍｍ２または４３ｍＷ／ｍｍ２未満であることが好ましい。
【０１００】
この構成によれば、一般に光学系の開口数が０．２５を超えるとレンズ構成が複雑になり、かつレンズも大型化してくるが、照明光学系の像側の開口数Ｂを０．２５または０．２５未満とし、従って空間光変調素子上でのレーザ光の強度Ａを４３ｍＷ／ｍｍ２または４３ｍＷ／ｍｍ２未満とすることで、人の反射作用と合わせて網膜の損傷を回避できる、低コストかつ小型の投写型ディスプレイ装置を実現できる。
【０１０１】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置において、前記照明光学系は、レーザ光の光量分布を均一化するビームホモジナイザーと、該ホモジナイザーにより均一化された光量分布を前記空間光変調素子上に投影するリレー光学系とを含むことが好ましい。この場合、前記照明光学系は、拡散板を含むことが好ましい。
【０１０２】
この構成によれば、レーザ光源から出射されたレーザ光を、矩形またはライン状の均一な光量分布を有するレーザ光に整形して、明るさ均一性の高い照明光を空間光変調素子上に照射することができる。
【０１０３】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置はさらに、少なくとも前記レーザ光源および前記照明光学系を収納するレーザユニットと、少なくとも前記レーザユニット、前記空間光変調素子、および前記投影光学系を収納する筐体と、前記筐体から前記レーザユニットが離れた場合に前記レーザ光源の破壊電圧に等しいまたは該破壊電圧より大きい逆電圧を発生して前記レーザ光源に印加する逆電圧発生部と、前記レーザ光源の駆動時には前記レーザ光源と前記レーザ駆動制御部とを接続し、前記レーザ光源の非駆動時には前記レーザ光源と前記逆電圧発生部とを接続する切替部とを備えることが好ましい。この場合、前記レーザ光源は、半導体レーザまたは半導体レーザ励起固体レーザから成り、前記破壊電圧は、前記半導体レーザの最大定格逆電圧より大きい逆電圧であることが好ましい。
【０１０４】
この構成によれば、筐体からレーザユニットが離れた場合にレーザ光源を破壊することで、悪意を持った人が高出力のレーザ光源を取り外して他の用途に転用することを防止できる。
【０１０５】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置において、前記逆電圧発生部は、蓄電池または電気二重層キャパシタを含み、前記蓄電池または前記電気二重層キャパシタの充電電圧を前記逆電圧として前記レーザ光源に印加することが好ましい。
【０１０６】
この構成によれば、レーザ光源を破壊する逆電圧を容易に生成することができる。
【０１０７】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置において、前記逆電圧発生部は、コイルと、前記筐体から前記レーザユニットが離れた場合に前記コイル中を移動して前記コイルに電圧を発生させる永久磁石とを含み、前記コイルに発生した電圧を前記逆電圧として前記レーザ光源に印加することが好ましい。
【０１０８】
この構成によれば、レーザ光源を破壊する逆電圧を容易に生成することができる。
【０１０９】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置において、前記少なくとも１個のレーザ光源は、励起用の赤外光を出射する半導体レーザと、前記半導体レーザにより希土類元素が光学的に励起される希土類添加光ファイバと、前記希土類添加光ファイバから出射された赤外光を緑色光に波長変換する第２高調波発生素子と、前記第２高調波発生素子を常温よりも低い所定温度に冷却するペルチェ素子と、前記第２高調波発生素子の温度を検出する温度センサとから成る緑色レーザ光源を含み、前記第２高調波発生素子は、前記所定温度で位相整合するよう構成されることが好ましい。
【０１１０】
この構成によれば、投写型ディスプレイ装置から緑色レーザ光源を取り外した場合、第２の高調波発生素子の温度は位相整合温度である低温に調整されず、緑色レーザ光源は発光できなくなるので、悪意を持った人が高出力のレーザ光源を取り外して他の用途に転用することを防止できる。
【０１１１】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置において、前記少なくとも１個のレーザ光源は、励起用の赤外光を出射する半導体レーザと、該半導体レーザにより希土類元素が光学的に励起される希土類添加光ファイバと、該希土類添加光ファイバから出射された赤外光を緑色光に波長変換する第２高調波発生素子とから成る緑色レーザ光源を含み、前記投写型ディスプレイ装置はさらに、少なくとも前記レーザ光源および前記照明光学系を収納するレーザユニットと、少なくとも前記レーザユニット、前記空間光変調素子、および前記投影光学系を収納する筐体とを備え、前記希土類添加光ファイバの一部分は、前記レーザユニットに設けられた開口を介して前記筐体に間接的に固定され、前記筐体から前記レーザユニットが取り外された場合に切断されるよう構成されることが好ましい。
【０１１２】
この構成によれば、筐体からレーザユニットが取り外された場合、筐体に間接的に固定されていた希土類添加光ファイバの一部分が切断されて、緑色レーザ光源は発光できなくなるので、悪意を持った人が高出力のレーザ光源を取り外して他の用途に転用することを防止できる。
【０１１３】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置において、前記レーザ光源は、ステムに接続された共通端子上にレーザダイオードチップのＰＮ接合のＮ側を固着し、前記レーザダイオードチップのＰ側と前記ステムを貫通する電源端子とを金属ワイヤで内部接続し、窓付きキャップを前記ステム上に取り付けて前記レーザダイオードチップを封止したキャンタイプの半導体レーザから成り、該半導体レーザを配線基板から取り外した際に前記レーザダイオードチップへの電源供給が不能となるよう、前記電源端子のレーザ本体内部での強度を低下させることが好ましい。この場合、前記電源端子は、外力の付加により前記電源端子を前記レーザ本体内部で切断するための切欠けを有することが好ましい。
【０１１４】
この構成によれば、半導体レーザを配線基板から取り外す際に加わる外力により、半導体レーザの電源端子がレーザ本体内部で切断されて、半導体レーザへの電源供給は不能となるので、悪意を持った人が高出力のレーザ光源を取り外して他の用途に転用することを防止できる。
【０１１５】
本発明に係る投写型ディスプレイ装置において、前記レーザ光源は、ステムに接続された共通端子上にレーザダイオードチップのＰＮ接合のＮ側を固着し、前記レーザダイオードチップのＰ側と前記ステムを貫通する電源端子とを金属ワイヤで内部接続し、窓付きキャップを前記ステム上に取り付けて前記レーザダイオードチップを封止したキャンタイプの半導体レーザから成り、該半導体レーザを配線基板から取り外した際に前記レーザダイオードチップへの電源供給が不能となるよう、前記電源端子の前記配線基板への挿入部分に熱を加えるまたは紫外線を照射することにより、前記ステムが前記電源端子を保持する力よりも大きな力で前記配線基板が前記電源端子を保持するように構成されることが好ましい。
【０１１６】
この構成によれば、ステムが電源端子を保持する力よりも、配線基板が電源端子を保持する力のほうが大きくなり、半導体レーザを配線基板から取り外すと、電源端子はレーザ本体から抜けて配線基板に留まることになり、半導体レーザへの電源供給は不能となるので、悪意を持った人が高出力のレーザ光源を取り外して他の用途に転用することを防止できる。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明にかかる投写型ディスプレイ装置は、レーザ光源の駆動時には、人がレーザ光を見た時の目の反射的な回避動作と合わせて目に対する高い安全性を確保でき、またレーザ光源の非駆動時には、悪意を持った人が高出力のレーザ光源を取り外して他の用途に転用することを防止できる投写型ディスプレイ装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る投写型ディスプレイ装置の概略構成および光路を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る投写型ディスプレイ装置の光量計算用モデルおよび光路を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る投写型ディスプレイ装置の概略構成および光路を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係る投写型ディスプレイ装置の概略構成および光路を示す図である。
【図５Ａ】本発明の実施の形態３に係る投写型ディスプレイ装置の逆電圧発生回路の一例を示す構成図である。
【図５Ｂ】本発明の実施の形態３に係る投写型ディスプレイ装置の逆電圧発生回路の他の例を示す構成図である。
【図６Ａ】本発明の実施の形態４に係る投写型ディスプレイ装置の概略構成および光路を示す図である。
【図６Ｂ】本発明の実施の形態４に係る投写型ディスプレイ装置の緑色レーザ光源の構成図である。
【図７Ａ】本発明の実施の形態５に係る投写型ディスプレイ装置におけるレーザユニットが筐体に固定されている場合の部分構成図である。
【図７Ｂ】本発明の実施の形態５に係る投写型ディスプレイ装置におけるレーザユニットが筐体から離された場合の部分構成図である。
【図８Ａ】本発明の実施の形態６に係る投写型ディスプレイ装置において配線基板に半田付けされたキャンタイプの半導体レーザおよび配線基板を示す断面図である。
【図８Ｂ】本発明の実施の形態６に係る投写型ディスプレイ装置において配線基板から取り外されたキャンタイプの半導体レーザおよび配線基板を示す断面図である。
【図９Ａ】本発明の実施の形態７に係る投写型ディスプレイ装置において配線基板に半田付けされたキャンタイプの半導体レーザおよび配線基板を示す断面図である。
【図９Ｂ】本発明の実施の形態７に係る投写型ディスプレイ装置において配線基板から取り外されたキャンタイプの半導体レーザおよび配線基板を示す断面図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１個のレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射したレーザ光を照射する照明光学系と、
前記照明光学系から照射されたレーザ光の強度を入力情報に応じて変調する少なくとも１個の空間光変調素子と、
前記空間光変調素子によって変調されたレーザ光をスクリーンに投影する投影光学系と、
前記照明光学系の開口数Ｂが設定された場合、前記空間光変調素子上でのレーザ光の強度Ａ（ｍＷ／ｍｍ２）が、
Ａ＜６８６×Ｂ２
を満たすように、前記少なくとも１個のレーザ光源の出力パワーを設定するレーザ駆動制御部とを備え、
前記少なくとも１個のレーザ光源は、励起用の赤外光を出射する半導体レーザと、前記半導体レーザにより希土類元素が光学的に励起される希土類添加光ファイバと、前記希土類添加光ファイバから出射された赤外光を緑色光に波長変換する第２高調波発生素子と、前記第２高調波発生素子を常温よりも低い所定温度に冷却するペルチェ素子と、前記第２高調波発生素子の温度を検出する温度センサとから成る緑色レーザ光源を含み、
前記第２高調波発生素子は、前記所定温度で位相整合するよう構成されたことを特徴とする投写型ディスプレイ装置。
【請求項２】
少なくとも１個のレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射したレーザ光を照射する照明光学系と、
前記照明光学系から照射されたレーザ光の強度を入力情報に応じて変調する少なくとも１個の空間光変調素子と、
前記空間光変調素子によって変調されたレーザ光をスクリーンに投影する投影光学系と、
前記照明光学系の開口数Ｂが設定された場合、前記空間光変調素子上でのレーザ光の強度Ａ（ｍＷ／ｍｍ２）が、
Ａ＜６８６×Ｂ２
を満たすように、前記少なくとも１個のレーザ光源の出力パワーを設定するレーザ駆動制御部と、
少なくとも前記レーザ光源および前記照明光学系を収納するレーザユニットと、
少なくとも前記レーザユニット、前記空間光変調素子、および前記投影光学系を収納する筐体とを備え、
前記少なくとも１個のレーザ光源は、励起用の赤外光を出射する半導体レーザと、該半導体レーザにより希土類元素が光学的に励起される希土類添加光ファイバと、該希土類添加光ファイバから出射された赤外光を緑色光に波長変換する第２高調波発生素子とから成る緑色レーザ光源を含み、
前記希土類添加光ファイバの一部分は、前記レーザユニットに設けられた開口を介して前記筐体に間接的に固定され、前記筐体から前記レーザユニットが離れた場合に切断されるよう構成されたことを特徴とする投写型ディスプレイ装置。
【請求項１】
少なくとも１個のレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射したレーザ光を照射する照明光学系と、
前記照明光学系から照射されたレーザ光の強度を入力情報に応じて変調する少なくとも１個の空間光変調素子と、
前記空間光変調素子によって変調されたレーザ光をスクリーンに投影する投影光学系と、
前記照明光学系の開口数Ｂが設定された場合、前記空間光変調素子上でのレーザ光の強度Ａ（ｍＷ／ｍｍ２）が、
Ａ＜６８６×Ｂ２
を満たすように、前記少なくとも１個のレーザ光源の出力パワーを設定するレーザ駆動制御部とを備え、
前記少なくとも１個のレーザ光源は、励起用の赤外光を出射する半導体レーザと、前記半導体レーザにより希土類元素が光学的に励起される希土類添加光ファイバと、前記希土類添加光ファイバから出射された赤外光を緑色光に波長変換する第２高調波発生素子と、前記第２高調波発生素子を常温よりも低い所定温度に冷却するペルチェ素子と、前記第２高調波発生素子の温度を検出する温度センサとから成る緑色レーザ光源を含み、
前記第２高調波発生素子は、前記所定温度で位相整合するよう構成されたことを特徴とする投写型ディスプレイ装置。
【請求項２】
少なくとも１個のレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射したレーザ光を照射する照明光学系と、
前記照明光学系から照射されたレーザ光の強度を入力情報に応じて変調する少なくとも１個の空間光変調素子と、
前記空間光変調素子によって変調されたレーザ光をスクリーンに投影する投影光学系と、
前記照明光学系の開口数Ｂが設定された場合、前記空間光変調素子上でのレーザ光の強度Ａ（ｍＷ／ｍｍ２）が、
Ａ＜６８６×Ｂ２
を満たすように、前記少なくとも１個のレーザ光源の出力パワーを設定するレーザ駆動制御部と、
少なくとも前記レーザ光源および前記照明光学系を収納するレーザユニットと、
少なくとも前記レーザユニット、前記空間光変調素子、および前記投影光学系を収納する筐体とを備え、
前記少なくとも１個のレーザ光源は、励起用の赤外光を出射する半導体レーザと、該半導体レーザにより希土類元素が光学的に励起される希土類添加光ファイバと、該希土類添加光ファイバから出射された赤外光を緑色光に波長変換する第２高調波発生素子とから成る緑色レーザ光源を含み、
前記希土類添加光ファイバの一部分は、前記レーザユニットに設けられた開口を介して前記筐体に間接的に固定され、前記筐体から前記レーザユニットが離れた場合に切断されるよう構成されたことを特徴とする投写型ディスプレイ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【公開番号】特開２０１１−１４１５６２（Ｐ２０１１−１４１５６２Ａ）
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６４２０７（Ｐ２０１１−６４２０７）
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【分割の表示】特願２００７−５３２１８２（Ｐ２００７−５３２１８２）の分割
【原出願日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【分割の表示】特願２００７−５３２１８２（Ｐ２００７−５３２１８２）の分割
【原出願日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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