JPH10239632A - レーザパターン投影器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハンディタイプで、光の利用効率を大きく損
なうことなく、多種・多様な任意のパターンを投影でき
るようにする。 【解決手段】レーザ光源４から照射された光束が、スポ
ットパターン形成手段６で所望のパターンのスポット形
状に変換された後、投影パターン整形手段７で投影しよ
うとするパターンに整えられる。このとき、スポットパ
ターン形成手段６でレーザ光束のスポットに内接するよ
うなパターンに変換することにより光損失を少なくし、
次いで、投影パターン整形手段７でこれを屈折又は回折
させることにより、一方向に延ばしたり、点状に分散さ
せたりすることにより、多種・多様な所望の投影パター
ンを投影することができ、この時点での光損失も少な
い。したがって、スポットパターン形成手段６及びパタ
ーン整形手段７を種々に組み合わせることによって、多
種・多様な所望の投影パターンを明るく投影することが
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，講演会，説
明会などで離れたところに設置されたスクリーンなど
に、矢印やアンダーラインその他の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】 この種のレーザパターン投影器は、掌握
可能なケース体内に、電源となる電池と、レーザ光源と
なる半導体レーザが配設され、その光軸上に例えば矢印
形状の透光部を形成したマスキングフィルムと、投影レ
ンズが配されて成る。そして、半導体レーザから照射さ
れたレーザ光束がマスキングフィルムを透過する際に、
矢印形状の光束となってこれがスクリーンに投影される
ように成されている。この場合に、例えば、円形，ハー
ト型，矢印などの複数のパターンを択一的に投影しよう
とすれば、夫々のパターンに応じた透光部を形成したマ
スキングフィルムを、レーザ光束の光軸上に択一的に進
退させるようにすればよい。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マスキ
ングフィルムでパターンを形成する場合に、円形やハー
ト型などのようにレーザスポットの形状に近いものは、
光の利用効率が比較的高いので，そのパターンも明るく
投影することができるが、矢印型のように一方向に長く
直線的なものはレーザ光束のほとんどを遮光してしまう
ことになるので、光の利用効率が低く暗くなるという問
題があった。一方、マスキングフィルムに替えて円筒レ
ンズ，アキシコンプリズム又は回折格子を使用すれば、
レーザ光束を屈折／回折することにより夫々ライン状，
円環状，点線状のパターンを投影することができ、この
場合、各レンズ，プリズム，回折格子に入射される光の
ほとんど全てを使用するので、光の利用効率が高く、明
るいパターンが得られる。しかしこの場合は、直線，円
環，点線というような単純な図形しか形成することがで
きず、矢印などの図形や文字などの複雑なパターンを投
影することができない。

【０００４】 そこで本発明は、ハンディタイプで、光
の利用効率を大きく損なうことなく、多種・多様な任意
のパターンを投影できるようにすることを技術的課題と
している。

【０００５】

【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、掌握可能なケース体内に、電源となる電
池と、レーザ光源と、当該レーザ光源から照射されたレ
ーザ光束を所望のパターン形状の光束に変換して投影す
るレーザパターン形成手段が配設されたレーザパターン
投影器において、前記レーザパターン形成手段は、光出
射面が任意のパターン形状に形成された複数のパターン
形成素子を前記レーザ光束の光軸上に選択的に進出させ
ることにより前記レーザ光源から照射されたレーザ光束
を所定形状のスポットパターンを有するレーザ光束に変
換するスポットパターン形成手段と、前記スポットパタ
ーン形成手段を透過したレーザ光束を屈折または回折さ
せる複数の光学素子を前記レーザ光束の光軸上に選択的
に進出させることにより当該レーザ光束のスポットパタ
ーンをスクリーンに投影しようとする所望の投影パター
ンに整形する投影パターン整形手段とを備えていること
を特徴とする。

【０００６】 本発明によれば、レーザ光源から照射さ
れた光束が、スポットパターン形成手段にて所望のパタ
ーンのスポット形状に変換された後、投影パターン整形
手段にて投影しようとするパターンに整えられる。この
とき、スポットパターン形成手段に用いるパターン形成
素子でレーザ光束をなるべく遮らずにそのスポットに内
接するようなパターンに変換すれば、この時点での光損
失は少ない。そして、投影パターン整形手段の光学素子
でこれを屈折又は回折させることにより、一方向に延ば
したり、点状に分散させたりすることにより、多種・多
様な所望の投影パターンを投影することができ、この時
点での光損失も少ない。したがって、スポットパターン
形成手段のパターン形成素子及びパターン整形手段の光
学素子を種々に組み合わせることによって、多種・多様
な所望の投影パターンを投影することができるだけでな
く、夫々の光損失も少ないので明るいパターンを投影す
ることができる。

【０００７】 例えば、縦に比して横が長い矢印のよう
なパターンを投影しようとする場合は、スポットパター
ン形成手段のパターン形成素子でレーザ光束をなるべく
遮らずにそのスポットに内接するような寸詰まりの矢印
パターンに変換した後、パターン整形手段の光学素子と
なる円筒レンズで寸詰りの矢印を長手方向に延ばすこと
により、直線的な矢印パターンを十分に明るい輝度で投
影できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
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一例を示す説明図である。

【０００９】 本例のレーザパターン投影器１は、掌握
可能なケース体２内に、電源となる電池３と、レーザ光
源となる半導体レーザ４と、当該半導体レーザ４から照
射されたレーザ光束を所望のパターン形状の光束に変換
して投影するレーザパターン形成手段５が配設されてい
る。そして、レーザパターン形成手段５は、前記半導体
レーザ４から照射されたレーザ光束を透過させることに
より、所定のパターン形状のスポットを形成するスポッ
トパターン形成手段６と、当該スポットパターン形成手
段６を透過したレーザ光束を屈折または回折させて当該
レーザ光束のスポットパターンをスクリーンに投影しよ
うとする投影パターンに整形する投影パターン整形手段
７とを備えている。

【００１０】 また、半導体レーザ４と前記スポットパ
ターン形成手段６の間には、その光軸上に、半導体レー
ザ４から出射されたレーザ光束をコリメートするコリメ
ートレンズ８が配設され、当該コリメートレンズ８とス
ポットパターン形成手段６の間には、頂角の等しい二個
一対のアキシコンプリズム９ａ，９ｂがその底面同士を
向かい合わせて光軸に沿って間隔調整可能に配設されて
いる。そして、このアキシコンプリズム９ａ，９ｂの間
隔を調整することにより、図２（ａ）〜（ｃ）に示すよ
うにビーム径及び光強度分布が変化する。即ち、図２
（ａ）で示す位置では直径が細く光分布が全体的に強い
レーザ光束となり、図２（ｂ）に示す位置ではコリメー
トされたレーザ光束と等しく中央部に比して周囲の光分
布が強いレーザ光束となり、図２（ｃ）に示す位置では
直径が大きく中央部の強度が極めて弱いレーザ光束とな
る。これにより、投影しようとするパターンに応じて最
も適した光強度分布を得ることができる。

【００１１】 前記スポットパターン形成手段６は、光
出射面が任意のパターン形状に形成された複数のパター
ン形成素子１０，１０・・を前記レーザ光束の光軸上に
選択的に進出させることにより、前記半導体レーザ４か
ら照射されたレーザ光束を所定形状のスポットパターン
を有するレーザ光束に変換するように成されている。具
体的には、例えば、複数のパターン形成素子１０・・・
とレーザ光束より大径の透孔１１を環状に配した複数枚
の円板１２ａ〜１２ｃが、光軸と平行な軸に回転可能に
支持されると共に、その周囲には各パターン形成素子１
０が光軸上に進出されたときに位置決めされてストッパ
１３に係合される切欠１４が形成されている。そして、
例えば円板１２ａに形成された任意のパターン形成素子
１０ａを光軸上に進出させたときは、それ以外の円板１
２ｂ，１２ｃは透孔１１を光軸上に位置決めすれば、円
板１２ａの前記パターン形成素子１０ａのスポットパタ
ーンを有するレーザに変換される。

【００１２】 なお、上述したように複数枚の円板１２
ａ〜１２ｃにパターン形成素子１０を配設する場合は、
各パターン形成素子１０は、図３（ａ）に示すように光
出射面となる任意のパターンの透孔１５ａが穿設された
マスク板１６ａや、図３（ｂ）に示すように光出射面と
なる任意のパターンの透光部１５ｂを写真製版などによ
り形成したマスクフィルム１６ｂのように薄く形成でき
るものが好ましい。ただし、円板を一枚しか使用しない
場合などのように多少厚くてもスペース的に余裕がある
場合は、図３（ｃ）に示すように光出射面１５ｃが任意
のパターンに形成されたバンドルファイバやロッド状の
導光体１６ｃなどのような厚みのあるものを採用するこ
ともできる。

【００１３】 また、前記投影パターン整形手段７は、
前記スポットパターン形成手段６を透過したレーザ光束
を屈折または回折させる複数の光学素子として、円筒レ
ンズ１７ａ，回折格子１７ｂ，アキシコンプリズム１７
ｃ又は投影レンズ１７ｄが用いられている。そして、こ
れら各光学素子１７ａ〜１７ｄを前記レーザ光束の光軸
上に選択的に進出させて当該レーザ光束を屈折，回折さ
せることにより、前記スポットパターン形成手段６を透
過したレーザ光束のスポットパターンをスクリーンに投
影しようとする投影パターンに整形するように成されて
いる。具体的には、例えば、各光学素子１７ａ〜１７ｄ
が、枠体１８にスライド可能に支持されて、光軸に対し
て直交する方向にスライド可能に支持されて、選択的に
光軸に進出できるように成されている。なお、前記スポ
ットパターン形成手段６の先端側の円板１２ｃから光軸
上に進出された前記投影パターン形成手段７の投影レン
ズ１７ｄに至るまでの光路長は、投影レンズ１７ｄの焦
点距離に等く設定され、または、スポットパターンを形
成するパターン形成素子１０の光出射端面の実像が投影
レンズ１７ｄから予め設定された標準使用距離だけ離れ
た位置に結像されるようにその焦点距離より僅かに長く
選定されている。これにより、前記光出射端面のエッジ
部分で拡散された散乱光は、スクリーン上に影されたパ
ターンの外部へ拡散されることなくその周縁を照らし、
または、周縁に集束されるので、パターンをよりシャー
プに投影することができる。

【００１４】 以上が本発明の一例構成であって、次に
その作用について説明する。まず、半導体レーザ４から
照射された光は所定の角度で拡がって出射されるので、
コリメートレンズ８で平行光にし、さらに、アキシコン
プリズム９ａ，９ｂを透過させると、図２（ｂ）のよう
に周囲の光強度分布が高くなって、スポットパターン形
成手段６に入射される。そして、例えば、矢印パターン
をスクリーンに投影しようとする場合、スポットパター
ン形成手段６では、矢印パターンのパターン形成素子１
０ａが形成された円板１２ａを回転させてそのパターン
形成素子１０ａを光軸上に位置決めし、その他の円板１
２ｂ，１２ｃは透孔１１を光軸上に位置決めする。この
とき、アキシコンプリズム９ａ，９ｂを透過したレーザ
光束は、周囲の光強度分布が高く、パターン形成素子１
０ａには、アキシコンプリズム９ａ，９ｂを透過したレ
ーザ光束をなるべく遮らずにそのスポットに内接するよ
うな寸詰まりで幅広の矢印パターンが形成されているの
で、光強度の高い部分が矢印パターンのエッジとなり、
したがって、コントラストのはっきりした矢印パターン
が得られる。しかし、投影レンズ１７ｄを光軸上に進出
させてそのまま投影するとスクリーンには、図４（ａ）
に示すような寸詰りで幅広の矢印が投影される。そこ
で、投影パターン整形手段７の円筒レンズ１７ａ及び投
影レンズ１７ｄを同時に光軸上に進出させると、円筒レ
ンズ１７ａを透過した光はその周方向に伸長されるの
で、周方向を矢印パターンの矢印の方向と一致させれ
ば、図４（ｂ）に示すように直線状に延びた細長い矢印
がスクリーンに投影されることとなる。なお、円筒レン
ズ１７ａの光透過率は高いので、光損失はほとんどな
く、したがって、明るい矢印パターンを投影することが
できる。

【００１５】 また、投影パターン整形手段７の回折格
子１７ｂ及び投影レンズ１７ｄを同時に光軸上に進出さ
せると、図４（ｃ）に示すように、寸詰りで幅広の矢印
パターンが一次回折光による矢印を中心にしてその両側
に高次回折光による同形の矢印が複数並んだように投影
される。さらに、投影パターン整形手段７の円筒レンズ
１７ａ，回折格子１７ｂ及び投影レンズ１７ｄを同時に
光軸上に進出させると、図４（ｄ）に示すように、一次
回折光による直線状に延びた細長い矢印を中心にしてそ
の両側に高次回折光による同形の矢印が複数並んだよう
に投影される。

【００１６】 また、例えば、ハート型パターンをスク
リーンに投影しようとする場合、スポットパターン形成
手段６では、ハート型パターンのパターン形成素子１０
ｂが形成された円板１２ｂを回転させてそのパターン形
成素子１０ｂを光軸上に位置決めすると共に、その他の
円板１２ａ，１２ｃは透孔１１を光軸上に位置決めす
る。そして、投影パターン整形手段７の光学素子１７ａ
〜１７ｄを適当に選択することにより、上述の矢印パタ
ーンを投影する場合と同様にハート型パターンを整形し
て投影することができる。

【００１７】 なお、スポットパターン形成手段６は、
図１に示すように円板型のものに限らず、投影パターン
整形手段７のようなスライド型のものや、さらに、図５
に示すように、光軸に対して直角の食違軸を回転軸２０
とし、当該回転軸２０に放射状に取り付けられた複数の
ブレード２１・・に、前記パターン形成素子１０とレー
ザ光束より大径の透孔１１が個々に形成され、前記ブレ
ード２１を回転させることにより各パターン形成素子１
０及び透孔１１が光軸上に進出されるように形成されて
いるものであってもよい。

【００１８】 また、投影パターン整形手段７は、図１
に示すようになスライド型のものに限らず、スポットパ
ターン形成手段６のような円板型のものや、さらに、図
６に示すように、光軸に対して直角の食違軸を回転軸２
２とし、当該回転軸２２に放射状に取り付けられた複数
のブレード２３・・に、光学素子として前記円筒レンズ
２４ａ，回折格子２４ｂ，投影レンズ２４ｃが形成され
ると共に，レーザ光束より大径の透孔２５が個々に形成
され、前記ブレード２３を回転させることにより各光学
素子２４ａ〜２４ｃ及び透孔２５が光軸上に進出される
ように形成されているものであってもよい。さらに、投
影パターン整形手段７に用いられる光学素子は、上述し
た円筒レンズ１７ａ，２４ａ、回折格子１７ｂ，２４
ｂ、アキシコンプリズム１７ｃ、投影レンズ１７ｄ，２
４ｃに限られるものではなく、レーザ光束を屈折，回折
するものであれば任意のものを採用し得る。

【００１９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ス
ポットパターン形成手段に用いるパターン形成素子でレ
ーザ光束をなるべく遮らずにそのスポットに内接するよ
うなパターンに変換することにより、この時点での光損
失は少なく、その後、投影パターン整形手段の光学素子
でこれを屈折又は回折させることにより、一方向に延ば
したり、点状に分散させたりすることができ、このとき
の光損失も少ないので、スポットパターン形成手段に用
いるパターン形成素子と、投影パターン整形手段に用い
られる光学素子を任意に組み合わせることにより、多種
・多様な所望のパターンを明るく投影することができる
という大変優れた効果を奏する。

【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）〜（ｃ）はアキシコンプリズムの間隔と
光束の関係を示す図。

【図３】（ａ）〜（ｃ）はパターン形成素子の例を示す
図。

【図４】（ａ）〜（ｄ）レーザパターンの例を示す図。

【図５】スポットパターン形成手段の他の例を示す図。

【図６】投影パターン整形手段の他の例を示す図。

【符号の説明】

１・・・・・・レーザパターン投影器 ２・・・・・・ケース体 ３・・・・・・電池 ４・・・・・・半導体レーザ ５・・・・・・レーザパターン形成手段 ６・・・・・・スポットパターン形成手段 ７・・・・・・投影パターン整形手段 ８・・・・・・コリメートレンズ ９ａ，９ｂ・・アキシコンプリズム １０，１０ａ，１０ｂ・・・パターン形成素子 １２ａ〜１２ｃ・・・円板 １３・・・・・・ストッパ １６ａ・・・・・マスク板 １６ｂ・・・・・マスクフィルム １６ｃ・・・・・導光体 １７ａ・・・・・円筒レンズ（光学素子） １７ｂ・・・・・回折格子（光学素子） １７ｃ・・・・・アキシコンプリズム（光学素子） １７ｄ・・・・・投影レンズ（光学素子） ２０・・・・・・回転軸 ２１・・・・・・ブレード ２２・・・・・・回転軸 ２３・・・・・・ブレード ２４ａ・・・・・円筒レンズ（光学素子） ２４ｂ・・・・・回折格子（光学素子） ２４ｃ・・・・・投影レンズ（光学素子） ２５・・・・・・透孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊 地 啓 介 神奈川県横浜市青葉区あざみ野南１丁目３ 番３号 株式会社モリテックス内 (72)発明者 梁 忠 義 台湾桃園縣中▲歴▼市五權里３鄰中大新村 89號

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掌握可能なケース体（２）内に、電源と
   なる電池（３）と、レーザ光源（４）と、当該レーザ光
   源（４）から照射されたレーザ光束を所望のパターン形
   状の光束に変換して投影するレーザパターン形成手段
   （５）が配設されたレーザパターン投影器において、 前記レーザパターン形成手段（５）は、光出射面が任意
   のパターン形状に形成された複数のパターン形成素子
   （10，10a, 10b）を前記レーザ光束の光軸上に選択的に
   進出させることにより前記レーザ光源（４）から照射さ
   れたレーザ光束を所定形状のスポットパターンを有する
   レーザ光束に変換するスポットパターン形成手段（６）
   と、前記スポットパターン形成手段（６）を透過したレ
   ーザ光束を屈折または回折させる複数の光学素子(17a〜
   17d)を前記レーザ光束の光軸上に選択的に進出させるこ
   とにより当該レーザ光束のスポットパターンをスクリー
   ンに投影しようとする所望の投影パターンに整形する投
   影パターン整形手段（７）とを備えていることを特徴と
   するレーザパターン投影器。
2. 【請求項２】 前記投影パターン整形手段（７）に用い
   られる光学素子の一つに投影レンズ(17d）が配され、当
   該投影レンズ（17d)を光軸上に進出させたときに、前記
   スポットパターン形成手段（６）の光出射面から前記投
   影レンズ(17d) に至るまでの光路長が、投影レンズ(17
   d) の焦点距離に等しく設定され、または、前記光出射
   面の実像が投影レンズ(17d) から予め設定された標準使
   用距離だけ離れた位置に形成されるようにその焦点距離
   より長く選定されている請求項１記載のレーザパターン
   投影器。
3. 【請求項３】 レーザ光源（４）と前記スポットパター
   ン形成手段（６）との間に、レーザ光源（４）から出射
   されたレーザ光束をコリメートするコリメートレンズ
   （８）が介装されて成る請求項１又は２記載のレーザパ
   ターン投影器。
4. 【請求項４】 レーザ光源（４）と前記スポットパター
   ン形成手段（６）との間に、頂角の等しい二つのアキシ
   コンプリズム（9a，9b）がその底面同士または頂角同士
   を向かい合わせて光軸に沿って間隔調整可能に介装され
   て成る請求項１又は２記載のレーザパターン投影器。
5. 【請求項５】 前記スポットパターン形成手段（６）
   は、複数のパターン形成素子（10，10a, 10b）とレーザ
   光束より大径の透孔 (11) が環状に配された一枚以上の
   円板(12a〜12c)からなり、前記各円板(12a〜12c)が光軸
   と平行な軸に回転可能に支持されると共に、各パターン
   形成素子（10，10a, 10b）及び透孔（11）が光軸上に位
   置したときに円板(12a〜12c)を係止させるストッパ(13)
   が配設されてなる請求項１乃至４記載のレーザパターン
   投影器。
6. 【請求項６】 前記スポットパターン形成手段（６）
   は、個々のパターン形成素子（10）が夫々光軸に対して
   直交する方向にスライド可能に配されて成る請求項１乃
   至４記載のレーザパターン投影器。
7. 【請求項７】 前記スポットパターン形成手段（６）
   は、回転軸（20）に対して放射状に取り付けられた複数
   のブレード（21）に、前記パターン形成素子（10）とレ
   ーザ光束より大径の透孔（11）が個々に形成され、前記
   ブレード（21）を回転させることにより各パターン形成
   素子（10）及び透孔（11）が光軸上に進出されるように
   形成されてなる請求項１乃至４記載のレーザパターン投
   影器。
8. 【請求項８】 前記スポットパターン形成手段（６）に
   用いる前記パターン形成素子 (10) は、光出射面となる
   任意のパターンの透孔(15a) が穿設されたマスク板(16
   a）、光出射面となる任意のパターンの透光部(15b）が
   形成されたマスクフィルム(16b）、又は、光出射面(15
   c）が任意のパターンに形成されたバンドルファイバや
   導光体(16c）で成る請求項１乃至７記載のレーザパター
   ン投影器。
9. 【請求項９】 前記投影パターン整形手段（７）は、複
   数の光学素子(17a〜17d)とレーザ光束より大径の透孔が
   環状に配された１枚以上の円板からなり、前記各円板が
   光軸と平行な軸に回転可能に支持されると共に、各光学
   素子(17a〜17d)又は透孔が光軸上に位置したときに円板
   を係止させるストッパが配設されてなる請求項１乃至８
   記載のレーザパターン投影器。
10. 【請求項10】 前記投影パターン整形手段（７）は、個
    々の光学素子(17a〜17d)が夫々光軸に対して直交する方
    向にスライド可能に配されて成る請求項１乃至８記載の
    レーザパターン投影器。
11. 【請求項11】 前記投影パターン整形手段（７）は、回
    転軸（22）に対して放射状に取り付けられた複数のブレ
    ード（23）に、前記光学素子(24a〜24c)とレーザ光束よ
    り大径の透孔（25）が個々に形成され、前記ブレード(2
    3)を回転させることにより各光学素子(24a〜24c)及び透
    孔(25)が光軸上に進出されるように形成されてなる請求
    項１乃至８記載のレーザパターン投影器。
12. 【請求項12】 前記投影パターン整形手段（７）に用い
    る光学素子は、円筒レンズ（17a, 24a) , 回折格子(17
    b，24b), アキシコンプリズム(17c) 又は投影レンズ(17
    d, 24c)で成る請求項１乃至11記載のレーザパターン投
    影器。