CN101268402A - 图像投射装置 - Google Patents

Abstract

图像投射装置，具备：输出激光的光源、和反射光源输出的激光后投射的反射镜部。利用投射的激光的至少一部分显示图像，该图像投射装置，具备：检出部，该检出部检出从激光的投射方向返回来的激光的至少一部分；和演算部，该演算部根据检出的光，决定可显示图像区域，反射镜部，为了将从激光的投射方向返回来的激光的至少一部分导入检出部而进行反射。

Description

图像投射装置

技术领域

[0001]

本发明涉及投射激光来显示图像的图像投射装置，特别涉及提高图像投射装置的安全性的技术。

背景技术

[0002]

当人进入向幕布投射图像的投影仪和幕布之间的投射光路内，脸朝着投射侧时，投射光刺激眼，有一定的危险性。因此，有人提出了下述方案：在图像投射装置中，设置检出投射光路内有无物体的检出部和控制照射功率的控制部，检出投射光路内有物体时，减少照射功率，从而防止危险性。

[0003]

例如专利文献1公开了下述方案的图像投射装置：利用电磁辐射线传感器、热辐射线传感器、焦点传感器、温度传感器等，监视投射区域，在投射区域存在物体时，切换成对人无害的动作模式。

[0004]

另外，专利文献2公开了下述方案的图像投射装置：利用照相机监视投射的图像，抽出有人的区域后，遮挡该区域的图像。在该装置中，因为可以只对投射区域中判断有人的区域限制照射功率，所以能够在其它区域继续显示图像。

[0005]

另外，人们正在开发投射激光来显示图像的图像投射装置(又被称作“激光投影仪”)。激光发光元件输出的激光，其色纯度高于灯泡输出的光，所以能够提高颜色再现性。另外，因为能够使光学系统小型化，而且还能够抑制消耗电力，所以能够实现小型、省电的图像投射装置。

[0006]

因为能够使激光以聚光成极细的状态进行扫描，所以能够使用反射镜元件等，使激光进行二维扫描来显示图像。在这种扫描方式的激光投影仪中，因为调制激光的强度来显示图像，所以与通常的使用液晶屏及DMD(Digital Micromirror Device)等二维图像显示器件的投影仪相比，更加省电，另外还因为不需要均匀地照明二维图像器件的照明光学系统，所以还能够实现装置的小型化。

[0007]

这样，还可以将扫描方式的激光投影仪搭载到小型的便携式机器上，即使用难以搭载大型显示器的手机等，也能够欣赏到大画面的显示。

专利文献1：日本专利第2994469号公报

专利文献2：日本国特开2004-254145号公报

[0008]

现有技术的图像投射装置，作为检出物体或人的机构，需要具备另行设置的检出用的传感器及图像监视用的照相机，价格昂贵，而且在小型化上也有一定的限度。

[0009]

对于激光投影仪等激光应用产品，在安全基准中规定了容许照射功率，在对人的眼睛而言安全的范围内，不能够确保足够的明亮度，所以迫切要求在确保安全的同时还提高照射功率的技术。

发明内容

[0010]

本发明就是针对上述情况研制的，其目的在于提供在实现小型化及低成本化的同时，还能够以足够的明亮度显示的安全的图像投射装置。

[0011]

本发明的图像投射装置，其特征在于：是具备输出激光的光源和反射所述光源输出的所述激光后投射的反射镜部，利用所述投射的激光的至少一部分显示图像的图像投射装置，所述图像投射装置，具备检出部(该检出部检出从所述激光的投射方向返回来的所述激光的至少一部分)和演算部(该演算部根据所述检出的光，决定可显示图像区域)；所述反射镜部，为了将从所述激光的投射方向返回来的所述激光的至少一部分导入所述检出部而进行反射。

[0012]

采用某种实施方式后，进而具备调制部，该调制部按照图像信号，生成旨在调制所述激光的调制信号；所述光源，输出按照所述调制信号调制所述的激光；所述演算部，比较所述检出的光的强度和所述调制信号后，决定所述可显示图像区域。

[0013]

采用某种实施方式后，所述调制部，在所述可显示图像区域中，生成旨在显示与所述图像信号对应的图像的调制信号；所述调制部，在所述可显示图像区域以外的区域，生成旨在投射为了检出障碍物的检出用激光的调制信号。

[0014]

采用某种实施方式后，所述演算部判断在所述可显示图像区域以外的区域的至少一部分能够显示图像时，所述调制部生成旨在在判断能够显示图像的所述至少一部分区域显示与所述图像信号对应的图像的调制信号。

[0015]

采用某种实施方式后，所述检出用激光，用点状方式(dot pattern)投射。

[0016]

采用某种实施方式后，所述反射镜部，使所述激光进行二维扫描后显示图像；所述演算部，按照每条扫描线，进行所述可显示图像区域的决定处理；所述调制部，在与后续的扫描线对应的所述激光的调制中，反映所述决定处理的结果。

[0017]

采用某种实施方式后，所述反射镜部，使所述激光进行二维扫描后显示图像；所述调制部，根据显示前一个图像帧时决定的可显示图像区域，调制与图像帧的最上端的扫描线对应的所述激光。

[0018]

采用某种实施方式后，所述激光的最大照射功率，是在所述激光扫描人的眼睛时，射入所述眼睛的能量，成为安全基准规定的安全水平内的照射功率。

[0019]

采用某种实施方式后，所述激光的最大照射功率，是在所述激光扫描人的眼睛时，射入所述眼睛的能量，成为安全基准规定的安全水平内的照射功率；用所述点状方式投射的所述检出用激光的照射功率，是图像显示用激光的照射功率以上。

[0020]

采用某种实施方式后，在所述图像投射装置启动时，在显示图像之前，所述光源投射所述检出用激光。

[0021]

采用某种实施方式后，所述光源，输出n原色(n为3以上的自然数)各自的颜色的激光；所述光源，作为所述检出用激光，独立输出所述各自的颜色的激光。

[0022]

采用某种实施方式后，所述演算部，在不使所述光源发光的消隐期间，进而根据所述检出部检出的光的强度，决定所述可显示图像区域。

[0023]

采用某种实施方式后，所述消隐期间，是行消隐期间。

[0024]

采用某种实施方式后，所述消隐期间，是场消隐期间。

[0025]

采用某种实施方式后，所述演算部，根据所述检出的光，测定所述激光投射的被投射物和所述图像投射装置之间的距离；所述演算部，根据所述距离，检出所述被投射物中的近似平面的区域，将所述近似平面的区域决定为所述可显示图像区域。

[0026]

采用某种实施方式后，所述演算部，将与根据所述距离获得的所述被投射物对应的面，分割成多个子区域，判定所述各子区域是不是近似平面。

[0027]

采用某种实施方式后，所述演算部，计算出所述子区域内的假想平面，所述假想平面和所述被投射物之间的距离的分散的程度在规定值以内时，判定所述子区域是近似平面。

[0028]

采用某种实施方式后，进而具备存储部，该存储部保持判定为所述近似平面的子区域内的所述被投射物的位置信息；在重新测定的距离和所述位置信息之差是规定值以上时，所述演算部重新将所述差是规定值以上的子区域，判定为非平面区域；所述光源，中断向所述差是规定值以上的子区域的图像显示。

[0029]

采用某种实施方式后，所述演算部，将判定是所述近似平面的子区域中位于同一平面上的子区域，分类成一个组，将判定是所述近似平面的子区域分成多个组，在属于面积最大的组的子区域中显示图像。

[0030]

采用某种实施方式后，进而具备存储部，该存储部保持判定为所述近似平面的子区域内的所述被投射物的位置信息；每当重新测定所述距离时，更新所述位置信息；只要所述位置信息表示的位置在规定的时间中没有变化，所述光源就开始向判定是所述近似平面的子区域显示图像。

[0031]

采用某种实施方式后，所述演算部，根据所述距离，计算所述被投射物的轮廓，从所述轮廓中除去比规定的凹凸小的凹凸部分。

[0032]

采用某种实施方式后，所述演算部，根据所述距离，计算所述被投射物的曲率；所述光源，向所述曲率是规定的范围内的区域显示图像。

[0033]

采用某种实施方式后，所述演算部，根据所述距离，计算所述被投射物的轮廓，从所述轮廓中除去比规定的凹凸小的凹凸部分；所述演算部，根据所述轮廓，计算所述被投射物的曲率。

[0034]

采用某种实施方式后，进而具备温度测定部，该温度测定部测定所述被投射物表面的温度；所述可显示图像区域是规定的范围内时，所述光源中断向所述温度是规定的范围内区域显示图像。

[0035]

采用某种实施方式后，所述温度测定部，在为了测定所述距离而输出的激光的停止期间，测定所述被投射物表面的温度。

[0036]

采用本发明后，图像显示用的反射镜部兼有旨在检出可显示图像区域的机构。这样，能够减少部件的数量，实现低成本化，同时还能够实现装置的小型化。另外，演算部区别判断为没有人的可显示图像区域和判断为有人的除此以外的区域。在判断为有人的区域，不显示图像，从而能够确保安全性。另外，因为能够在判断为没有人的可显示图像区域，用强光显示图像，所以能够实现明亮的图像显示。

[0037]

另外，采用某种实施方式后，使用旨在显示图像的激光，检出可显示图像区域。装置只要在图像显示用的构成要素的基础上，具备检出反射光强度的检出部和演算部，就能够检出可显示图像区域，从而能够实现装置的进一步低成本化及小型化。采用本发明后，因为作为检出物体及人的机构，不需要使装置另外具备检出用的传感器及图像监视用的照相机，所以能够小型而且便宜，能够实现可以安全、明亮的图像显示的图像投射装置。

[0038]

另外，采用某种实施方式后，能够在可显示图像区域及除此以外的区域等两种区域中持续进行人的检出动作。这样，能够在人进入可显示图像区域时，立即中断向该进入区域的图像显示。另外，没有从可显示图像区域的以外的区域中检出人时，能够重新开始向该区域的图像显示。

[0039]

另外，采用某种实施方式后，能够用点状方式投射检出用激光。这样能够减少可能射入人眼的光的光量，能够一边确保安全性，一边进行人的检出动作。

[0040]

另外，采用某种实施方式后，能够按照各扫描线进行可显示图像区域的决定处理，能够将该处理结果反映给与随后进行的扫描线对应的激光的调制。这样，按照各扫描线进行可处理后，能够用最小限度的处理时间切换图像的显示和非显示。另外，将该处理结果反映给与随后进行的扫描线后，能够进一步减少可能射入人眼的光的光量。

[0041]

另外，采用某种实施方式后，演算部进而根据检出部在不使光源发光的消隐期间检出的光的强度，检出决定可显示图像区域的激光的反射光以外的光，从而能够在使用场所的明暗及位于投射区域内的物体的状态等各种条件下，正确地决定可显示图像区域。

附图说明

[0042]

图1是表示采用本发明的第1实施方式的图像投射装置的图。

图2是表示采用本发明的第1实施方式的扫描方式的图。

图3是表示采用本发明的第1实施方式的瞳孔和投影仪之间的距离及投射区域的图。

图4是表示采用本发明的第1实施方式的图像投射装置的信号处理步骤的图。

图5是表示采用本发明的第1实施方式的图像投射装置的动作的流程图。

图6是表示采用本发明的第1实施方式的图像投射装置的演算处理的流程图。

图7是表示采用本发明的第2实施方式的图像投射装置的图。

图8是表示采用本发明的第2实施方式的使用红外线激光进行距离测定处理的一个例子的图。

图9是表示采用本发明的第2实施方式的平面度检出处理的图。

图10是表示采用本发明的第2实施方式的平面度计算结果的一个例子的图。

图11是表示采用本发明的第2实施方式的激光停止位置存储部的记录内容的图。

图12是表示采用本发明的第2实施方式的图像投射装置的动作的流程图。

图13是表示采用本发明的第3实施方式的图像投射装置的图。

图14是讲述采用本发明的第3实施方式的子区域的图。

图15A是讲述采用本发明的第3实施方式的平面判定计算的图。

图15B是讲述采用本发明的第3实施方式的平面判定计算的图。

图16A是表示采用本发明的第3实施方式的幕布区域存储部的记录内容的图。

图16B是表示采用本发明的第3实施方式的图像投射时的距离测定动作的图。

图17是表示采用本发明的第3实施方式的图像投射装置的动作的流程图。

图18是表示采用本发明的第4实施方式的图像投射装置的图。

图19是表示采用本发明的第4实施方式的图像投射装置的动作的流程图。

图20是表示采用本发明的第4实施方式的图像投射装置的动作的流程图。

符号说明

[0043]

1    光源

2    视准透镜

3    分色棱镜

4    投射激光

5    半反半透过反射镜

6    反射镜部

7    开口部

8    聚光透镜

9    光检出部

10   图像信号

11    控制部

12    激光调制部

13    反射镜驱动部

14    检出放大器

15    演算部

16    角度变位信号

20    幕布

21    激光束光点轨迹

22    障碍物

23    随机圆点

24    周边光

具体实施方式

[0044]

下面，参照附图，讲述本发明涉及的实施方式。对于相同的构成要素，赋予相同的符号，不再赘述。

[0045]

(第1实施方式)

参照图1～图6，讲述采用本发明的图像投射装置的第1实施方式。首先，参照图1。图1是表示本实施方式的图像投射装置100的图。图像投射装置100，利用投射的激光的至少一部分，在幕布等上显示图像。在图像投射装置100中，还在可显示图像区域的检出动作中使用图像显示用的激光及反射镜部，这样能够在减少部件数量、实现低成本化的同时，还能够实现图像投射装置100的小型化。

[0046]

图像投射装置100，具备输出激光10a～10c的光源1、视准透镜2、分色棱镜3、半反半透过反射镜5和反射激光10a～10c后投射的反射镜部6。光源1，输出n原色(n是3以上的自然数)的各种颜色的激光。在该例中，光源1具备输出红色激光10a的发光元件1a、输出绿色激光10b的发光元件1b、输出蓝色激光10c的发光元件1c。此外，光源1还可以输出4原色以上的多原色的激光。

[0047]

图像投射装置100，进而具备调制激光10a～10c的调制部12、驱动反射镜部6的反射镜驱动部13、检出从激光的投射方向返回来的激光的至少一部分的强度的检出部9、根据检出的强度决定可显示图像区域的演算部15和控制这些构成要素的控制部。

[0048]

下面，更加详细地讲述图像投射装置100的动作。

[0049]

光源1输出的激光10a～10c(RGB的3原色)，被各自的视准透镜2调节，用分色棱镜3合成后，成为一条投射激光4。投射激光4经过半反半透过反射镜5后，射入反射镜部(扫描反射镜)6。反射镜部6是使激光4进行二维扫描后显示图像的激光扫描单元。反射镜部6，例如是二轴的转动反射镜元件，但是既可以使用2个一轴的反射镜元件，也可以使用转动多面反射镜元件。用反射镜部6反射的激光，通过开口部7，投射到幕布20上。

[0050]

投射的激光4，被用幕布20等反射，该反射光再次射入反射镜部6。反射镜部6为了将从激光4的投射方向返回来的激光4的至少一部分导入光检出部9而进行反射。被反射的激光4，由半反半透过反射镜5分岔，通过聚光透镜8后，被用光检出部9检出。

[0051]

设定光检出用的光学系统，以便计测投射的激光4的光点区域的反射光强度。

[0052]

光检出部9，例如是光电二极管，特别宜于使用非晶硅光电二极管。非晶硅光电二极管，与单晶硅二极管相比，波长灵敏度特性接近于人的视感度，是不滤波就能够使用的可见光传感器，由于采用PIN结构，所以具有应答性优异、基板材料便宜、制造成本也低的特征。

[0053]

显示的图像的图像信号10，被从外部输入控制部11。激光调制部12，按照图像信号生成旨在调制激光的调制信号。光源1按照该调制信号，输出调制后的激光。反射镜驱动部13，与激光调制部12调制激光同步，驱动反射镜部6。

[0054]

反射镜部6输出的角度变位信号16，返回控制部11，这样，反射镜部6就被反馈控制。

[0055]

被反射镜部6扫描的激光，在幕布20上描绘激光束光点轨迹21。下面，参照图2，讲述激光的扫描方式的例子。

[0056]

图2表示扫描方式的激光束光点轨迹21和水平方向(H)及垂直方向(V)的驱动信号波形。

[0057]

图2(a)表示线性光栅扫描方式，水平方向及垂直方向都表示线性的驱动信号波形。使用多晶硅反射镜元件时，采用该扫描方式。在水平方向上，因为驱动频率高，所以通常难以用光速线性驱动转动反射镜。从画面的右端向左端或者从下向上返回的期间，是激光不发光只有反射镜返回的消隐期间。用虚线表示行消隐期间32及场消隐期间33。

[0058]

图2(b)表示共振光栅扫描方式，用转动反射镜的共振动作，使激光水平扫描。在共振动作中，与驱动转动反射镜时相比，能够用比较小的力获得较大的振幅。在垂直方向上，因为频率低，所以能够线性驱动电流反射镜。

[0059]

另外，在共振驱动中，反射镜的动作成为余弦波状，单向扫描水平方向，所以行消隐期间变长，激光的点灯时间成为一半。

[0060]

图2(c)表示在水平方向上进行往复扫描的共振光栅扫描方式。

[0061]

往复扫描后，驱动频率成为一半就行，所以容易驱动。另外，与图2(b)所示的方式相比，激光的点灯时间增大一倍，所以效率好。但是，由于严密地说扫描线并不平行，所以需要将垂直驱动信号波形修正成阶跃状，使扫描线平行。

[0062]

参照图1，光检出部9生成与接受的激光对应的反射光强度信号。反射光强度信号被用检出放大器14放大后，发送给演算部15。演算部15对反射光强度信号表示的强度和激光调制部12生成的调制信号加以比较后，决定可显示图像区域。此外，演算部15也可以对反射光强度信号表示的强度和图像信号加以比较后，决定可显示图像区域。激光调制部12在可显示图像区域中，生成旨在显示与图像信号对应的图像的调制信号。另外，激光调制部12还在可显示图像区域以外的区域，生成为了投射旨在检出障碍物的检出用激光的调制信号。可显示图像区域的决定处理及检出用激光的信息内容，将在后文讲述。

[0063]

在图像投射装置100中，只要在扫描方式的激光投影仪的结构的基础上，具备半反半透过反射镜5、聚光透镜8和光检出部9，就能够实现障碍物检出动作，而不需要另外设置检出用的反射源。另外，光检出部9不是CCD等之类的二维传感器阵列，而是单一的传感器。但是能够利用进行二维扫描的反射镜元件二维检出投射区域。采用这种结构后，就能够成为极小型而且便宜的图像投射装置。

[0064]

接着，讲述符合激光的安全基准的图像投射装置的动作。激光的最大照射功率，被设定为激光扫描人的眼睛时，射入人眼的能量成为安全基准规定的安全水平内的照射功率。

[0065]

下面，首先讲述按照激光的安全基准规定的照射功率，接着讲述发出更强的激光时的想法及按照该想法可能照射的照射功率和投影仪的明亮度。

[0066]

作为激光的安全基准，有《IEC60825-1基准》；在日本则有《JIS C6802激光产品的照射安全基准》(以下简称“JIS”)，规定了激光产品的等级分类和测定方法。

[0067]

其中，被认为基本上安全的等级1的被曝照射极限(以下称作“AEL”)，在JIS的表1(未图示)中，按照波长和曝光时间，分别加以规定，对于可见光的产品，则在JIS的表2(未图示)中，作为等级2的AEL加以规定。

[0068]

根据上述基准，对于可见光的激光，考虑到利用眨眼等厌恶动作可保护眼睛的情况，在其反应时间为0.25秒、照射持续时间为0.25秒以上时，成为1mW；在照射持续时间为0.25秒以下时，则与等级1的AEL相同。就是说，激光指示器之类的连续波的激光，照射功率被限制成1mW。

[0069]

与此不同，对于扫描型的激光产品，在JIS的8.4等级分类规则的(f)交变脉冲激光及调制激光的条款中，规定了AEL的决定方法。

[0070]

按照该规定，在下述3个条件中，使用最严格的项目决定。

1)来自脉冲序列内的任何单一脉冲的曝光，都不得超过对于单一脉冲而言的AEL(AEL single)。

2)照射持续时间T的脉冲序列的平均功率，对于照射持续时间T的单一脉冲而言，分别不得超过与表1～4(未图示)规定的AEL对应的功率。

3)脉冲序列内的脉冲的平均脉冲能，不得超过将修正系数相C5与单一脉冲的AEL相乘后的值(AEL train)。

[0071]

AELtrain＝AELsingle×C5

C5＝N^-0.25…(公式1)

式中：N是在0.25秒之间扫描瞳孔的次数。

[0072]

像扫描方式的投影仪那样二维扫描时，激光扫描瞳孔后，N变大，3)的条件通常成为最严格。在JIS的9.3测定光学系统的条款中，规定了这时的测定方法。

[0073]

下面，参照图3，讲述照射功率的计算方法。图3是表示瞳孔和投影仪之间的距离及投射区域的侧面图。

[0074]

扫描型激光的照射功率的测定条件，将测定开口25的直径规定为φ7mm，测定距离r规定为100mm。测定开口25的φ7mm，是设想人的瞳孔直径的最大值的数据。用规定的测定条件计算的照射功率，随着扫描条件的不同，而有各种变化。下面，示出用以下的扫描条件进行计算的例子。在各参数中，下标的h、v，分别表示水平、垂直。

[0075]

扫描条件：

显示分辨率XGA(Nh＝1024、Nv＝768像素)

帧速率fv＝60Hz

视场角θh＝60°、θv＝45°

过扫描率(视场角/扫描全角)kosh＝kosv＝0.7

水平方向为往复扫描kub＝2(相当于图2(c)的扫描方式)

[0076]

水平扫描频率fh，可以如下表示。

fh＝fv×Nv/Kosv/Kub＝32.9kHz…(公式2)

[0077]

如图3所示，激光横穿位于距离r＝100mm的位置的D＝φ7mm的瞳孔的时间t，可以如下表示。

t＝测定开口的视角/水平扫描角速度

＝(D/r)/(2×fh×θh/Kosh)…(公式3)

＝7.1E-7(sec)

[0078]

在0.25秒之间扫描瞳孔的次数N，可以如下表示。

N＝(D/r)/(θv/Nv/)*fv*0.25

＝1020(次)

[0079]

对于t＝7.1E-7(sec)而言的AELsingle(单一脉冲的AEL)，根据JIS的表1，成为AELsingle＝0.2E-7(J)。脉冲序列内的平均脉冲能AELtrain(交变脉冲的AEL)，根据(公式1)，成为

AELtrain＝AELsingle×N^-0.25…(公式4)

＝2.0E-7×1020^-0.25

＝3.54E-8(J)

(图3所示的3个测定开口25中，左下方所示的测定开口25的状态时)。

[0080]

照射功率Ptrain成为

Ptrain＝AELtrain/t…(公式5)

＝3.54E-8/7.1E-7*1000

＝49.9(mW)

[0081]

这样，如果将投影仪的峰值照射功率抑制50到mW以下，直到靠近100mm为止，射入瞳孔的照射能量都是安全的水平；在100mm以上的距离中，由于激光分散，所以更安全；在100mm以下的距离中，扫描瞳孔的激光，不会聚焦到视网膜上的一点，也是安全的。就是说，在所有的条件中，都可以说是安全的。

[0082]

在这里，根据上文讲述的条件1)的对于单一脉冲而言的AEL，求出照射功率后，就成为

Psingle＝AELsingle/t…(公式6)

＝2.0E-7/7.1E-7

＝281.7(mW)

成为大约5.6倍的功率。

[0083]

这相当于将激光横穿瞳孔的次数限制成一次时(图3所示的3个测定开口25中，左上方所示的测定开口25的状态)。

[0084]

这样，进行后文讲述的适当的处理后，照射功率可以提高到最大280mW左右。

[0085]

同样，对次数N而言，P(mW)成为

[表1]

N    N^-0.25 P(mW)

1    1.00    281.7

2    0.84    236.9

3    0.76    214.0

4    0.71    199.2

5    0.67    188.4

6    0.64    180.0

7    0.61    173.2

8    0.59    167.5

9    0.58    162.6

10   0.56    158.4

11   0.55    154.7

12   0.54    151.3

作为投影仪，只要与必要的峰值功率对应，选择扫描次数即可。例如使峰值功率P＝150mW时，只要将扫描次数限制成12次即可。

[0086]

峰值照射功率为50mW时，投影仪的明亮度是10流明左右。能够确保在一般的办公室的明亮度——400勒克司左右的房间可以看清的明亮度例如500勒克司左右的投射尺寸，是8英寸左右。使投射尺寸为19英寸后，画面的明亮度成为89勒克司左右，在明亮的房间不能够看清。

[0087]

与此不同，在峰值照射功率为最大的280mW时，投影仪的明亮度成为56流明，19英寸时成为大约500流明。就是说，如上所述，如果对于激光横穿瞳孔的次数进行限制地控制，就能够在确保安全的同时，投射较大的尺寸也可以获得足够明亮度的画面。

[0088]

使测定距离大于100mm后，t和N都要变小，所以计算的照射功率Ptrain变大。在t＝1.78E-7(s)、N＝255(次)时，测定距离大约为400mm处，Ptrain成为281.7mW(大约280mW)(图3所示的3个测定开口25中，右下方所示的测定开口25的状态)。

[0089]

就是说，即使将照射功率提高到280mW的状态，离开400mm以上后，射入瞳孔的照射能量也是安全的水平，所以只要至少在100mm～400mm的范围中进行上述处理，就没有问题。

[0090]

接着，更详细地讲述光检出部9的动作。

[0091]

如图1所示，在向表面均匀的幕布20上投射图像的状态下，光检出部9检出与显示图像对应的反射光强度。可是，在激光的投射区域内存在人等障碍物22时，该区域的反射光就被搞乱，所以反射光强度和图像信号的相互关系就不存在，不能获得规定水平的信号。将这种区域从可显示图像区域中除外，中断图像的显示后，即使在投射区域中有人，也能防止对眼睛的伤害。

[0092]

在中断图像显示的区域中，也继续进行反射光强度的检出，判断不存在障碍物时，需要重新开始图像的显示。可是，周围黑暗时，由于不能够得到足够的反射光，所以不能够监视中断显示的区域。图像投射装置100没有在图像显示用的光源以外，设置检出用的光源。但是在中断显示的区域，作为检出用的显示图案，通过显示随机点状方式后，能够检出该反射光。随机点状方式是近似水珠花纹的图案。

[0093]

在这种区域中，因为存在遮挡幕布的障碍物，所以不显示图像地显示检出用的图案也没有问题。另外，由于用点状方式投射的检出用的激光，成为短脉冲状的照射，所以即使进入人眼也没有危险。

[0094]

例如在上述扫描条件下，显示一个像素的时间tp，成为

tp＝Kosh/2fh/Nh…(公式7)

＝1.04E-8(s)

与横穿瞳孔的时间相比，非常短，所以即使照射最大照射功率的激光也很安全，如果需要，即使用超过图像显示时的峰值功率的照射功率照射也没有问题。只要根据显示圆点的密度和瞳孔直径，设想在0.25秒间进入瞳孔的脉冲的数量，抑制在安全水平内即可。使用点状方式投射的检出用激光的照射功率为图像显示用的激光的照射功率以上后，即使脉冲发光，也能够检出更多的光。

[0095]

另外，按照各帧，改变圆点的显示位置(即随机圆点)后，拉开脉冲照射的间隔地进行显示，也能够在显示数帧的期间，判定更微小的区域。

[0096]

进而，光源1作为显示随机点状方式的检出用激光，既可以使3原色(RGB)的激光同时发光显示白色的圆点，也可以独立输出各自的颜色的激光显示各种颜色的圆点。只要判别照射哪种颜色的激光时的反射光强度，就可以一边使用单色的光检出部9，一边判别投射区域的颜色的差异。

[0097]

可是，在便携式的投影仪中，和安装型的投影仪不同，不局限于幕布，可能出现朝着各种物体投射的情况。另外，还往往在周围明亮的状态中使用，在投射区域中也有可能存在荧光灯及窗户等的光的发生源，需要根据在向被任意的周边光照射的物体照射的状态下检出的反射光强度，判定投射区域内的物体的状态。

[0098]

从某点检出的反射光强度，取决于照射该点的光的强度与该点的反射率之积，所以使照射的激光的强度信号为Si、周边光24(图1)的光强度为Samb、照射点的反射率为R后，光检出部9检出的反射光强度信号Sd，就可以用下式表示。

Sd＝R×(Si+Samb)…(公式8)

这样，只比较强度信号Si和反射光强度信号Sd，就有可能由于周边光的影响，而不能够正确判定障碍物的存在。

[0099]

例如试分析尽管在白色的幕布之前，存在暗色的物体，光只从外部照射物体周边，来自物体的反射光和来自幕布的反射光同等时的情况。

[0100]

因此，如果将R×Samb＝Sb即将来自不照射激光的状态下的投射点的反射光强度，作为背景照度分布后进行计测，求出

S＝(Sd-Sb)/Si…(公式9)

后，强度信号S就成为相当于投射区域的反射率的分布的信号，能够不受周边光的影响地认识投射区域内的物体的状态。

[0101]

背景照度分布，在激光扫描的消隐期间进行计测。在不使光源1发光的消隐期间，和扫描时同样地驱动反射镜部6，用光检出部9检出射入反射镜部6的光的强度后，能够获得背景照度分布。演算部15也使用背景照度分布，决定可显示图像区域。

[0102]

基本上在场消隐期间计测背景照度分布。根据垂直方向的过扫描率kosv＝0.7，消隐期间中的扫描线数，对于图像显示的扫描线数768而言，成为768×3/7＝329线。

[0103]

如图3所示，在检出动作必要的距离处的人的头部的大小(高度250mm左右)，由于在投射区域中占了很大的部分，所以背景照射检出不需要太高的分辨率，只要至少能够分离人的头部和背景，进而能够识别眼睛的周边部就足够。在图3中，φ7mm的瞳孔和位于400mm的距离的画面尺寸332mm之比为

所以上述消隐期间中的扫描线数也能够足以识别眼睛的周边部。

[0104]

消隐期间中计测的背景照度分布数据，保存在存储器中，在进行图像显示中的处理时，调出对应的位置数据后使用。为了和图像显示中的检出动作区别，将消隐期间中的检出称作“消隐检出”。

[0105]

此外，也可以在行消隐期间中计测背景照度分布。在图2(b)所示的扫描方式中，因为朝水平方向单向扫描，所以每条扫描线的行消隐期间和显示期间相同，因而能够在消隐检出中使用。这时，成为和图像显示扫描线相同数量的消隐检出扫描线。

[0106]

接着，参照图4，更详细地讲述光检出部9检出的信号的处理步骤。

[0107]

图4是讲述演算部15执行的信号处理步骤的图。

[0108]

参照图4，在均匀的幕布的前面存在障碍物33，给投射区域31中的背景照度分布32带来影响。图4分别表示旨在显示图像34的扫描线35(i)上的图像亮度信号(激光调制信号)Si、对应的位置的背景照度信号(消隐检出信号)Sb、在该状态下用光检出部9检出的反射光强度信号Sd。

[0109]

在图像亮度信号Si中，存在安全水平36，区域A1表示图像亮度信号Si的安全水平以下的区域。

[0110]

所谓“安全水平36”，是上文讲述的JIS的安全基准规定的照射功率，在本实施方式中是50mW。在照射功率比它低的区域，可以无条件地显示，作为区域A1被存储器存储。

[0111]

在均匀的幕布区域，能够获得成为与图像亮度信号Si对应的强度分布的反射光强度信号Sd。可是，在存在障碍物33的区域，能够获得成为不与图像亮度信号Si对应的强度分布的反射光强度信号Sd。此外，信号波形Sd1是不存在障碍物33的波形。在这里，计算

S＝(Sd-Sb)/Si

进而用规定的阈值将信号S的微分信号S’切成薄片后，信号S以一定的水平抽出平坦的区域A2。区域A2，是信号Si和信号Sd一一对应的区域，因此可以说是反射率接近一定的区域。

[0112]

因此，将由A＝A1+A2获得的区域A，决定为可显示图像区域。然后，在显示下一个扫描线35(i+1)之际，就像图像亮度信号Si+1所表示的那样，在区域A中显示图像，除此以外的区域则作为检出模式，显示随机点状方式。Ld表示随机点状方式显示时的峰值水平，Lw表示白色显示用的激光的峰值水平。

[0113]

用某个扫描线判断有障碍物的区域，通常在下一个扫描线时刻也仍然存在障碍物，所以在该区域不能够检出与随机点状方式对应的反射光，作为障碍物继续存在区域加以判定。如果随着时间的流逝，障碍物消失，检出和可显示图像区域同等的反射光后，就作为可显示图像区域重新开始显示图像。

[0114]

这样，演算部15按照每条扫描线，进行可显示图像区域的决定处理，激光调制部12将决定处理的结果反映到与随后继续的扫描线对应的激光的调制中。另外，继续进行决定处理，在可显示图像区域以外的区域的至少一部分没有检出障碍物后，演算部15判断可以向没有检出障碍物的区域显示图像。这时，激光调制部12生成为了在新判断为可显示图像区域显示与图像信号对应的图像的调制信号。

[0115]

因为按照每条扫描线进行决定处理，所以与每帧处理二维数据相比，能够用最小限度的处理时间进行演算。上述演算处理所需的延迟时间，如果在行消隐期间内，就能够立即将扫描线(i)中的判定结果应用于扫描线(i+1)。这样，即使作为障碍物，在投射区域有人，眼睛和扫描线重叠时，在最坏的情况下，也只扫描一次瞳孔，在下一个扫描线中，图像显示用激光不扫描瞳孔。在头部的轮廓的上端，通常不存在瞳孔，因为在扫描线到达瞳孔之前检出人，所以图像显示用激光不射入瞳孔。另外，由于还将处理结果反映到下一个帧的相应的扫描线，所以图像显示用激光不会再次扫描瞳孔。扫描一次瞳孔的可能性，假设在从漆黑的图像切换成明亮的图像的瞬间，开始显示的激光通过瞳孔。除此以外时，因为在扫描线到达瞳孔之前切换成检出模式，所以图像显示用激光不会射入瞳孔。

[0116]

这时，能够将白色显示用的激光的峰值功率设定成280mW。

[0117]

假如演算处理所需的延迟时间变长，容许扫描瞳孔二次以上时，可以按照其次数，选择表1所示的峰值功率。

[0118]

接着，参照图5，进一步讲述上述的动作。图5是表示图像投射装置100的动作的流程图。

[0119]

图像投射装置100刚启动后，在使光源发光之前，首先驱动反射镜部6(S1)，计测投射区域内的背景照度分布，作为二维数据，保存到存储器中(S2)。然后，作为全面检出模式，在显示图像之前，光源1用随机点状方式投射检出用激光后，一边检出反射光强度，一边开始帧的扫描(S3)。这样，能够确保启动时的对人眼而言的安全。

[0120]

最初的帧的线(1)，用检出模式扫描(S4及S5)。第2帧以后，从存储器中调出用前一个帧判定的可显示图像区域(S6)。激光调制部12根据前一个图像帧的显示时决定的可显示图像区域，调制与图像帧的最上端的扫描线对应的激光。按照S5及S6的设定，扫描线(i)(S7～S10)，一边检出反射光强度，一边进行演算处理(S11)，更新可显示图像区域后保存(S12)。在下一个线以后(线2～Nv)，在前一个帧决定的可显示图像区域显示图像(S13～S15)，在除此以外的区域继续保持检出模式(S16)。同时进行演算处理(S17)，更新可显示图像区域(S18)，扫描下一个线。

[0121]

一帧的扫描结束后，就在场消隐期间检出背景照度分布，更新背景照度分布的数据(S19)。返回帧扫描(S13)，直到图像再生动作成为OFF为止，反复进行这些动作(S20)。

[0122]

通过这些动作，在没有障碍物的均匀的幕布部分依次显示图像。

[0123]

接着，参照图6，更详细地讲述演算处理(S11及S17)。图6是表示演算处理的详细内容的流程图。

[0124]

首先，根据图像亮度信号Si，求出安全水平以下的区域A1(S21)。

[0125]

光检出部9生成反射光强度信号Sd(S22)，从存储器中调出与它对应的位置的背景照度信号Sb(S23)，计算S＝(Sd-Sb)/Si(S24)。进而计算信号S的微分信号S’(S25)，用规定的阈值将微分信号S’切成薄片后，求出区域A2(S26)。

[0126]

接着，计算A＝A1+A2后，决定可显示图像区域A后更新(S27)。

[0127]

综上所述，图像投射装置100使用旨在显示图像的激光，检出可显示图像区域。装置只要在图像显示用的构成要素的基础上，具备检出反射光强度的检出部9和演算部15，就能够检出可显示图像区域。因为作为检出物体及人的机构，不需要使装置另外具备检出用的传感器及图像监视用的照相机，所以能够小型而且便宜，能够实现可以进行安全、明亮的图像显示的图像投射装置。另外，只在人物等障碍物的范围内中断图像的显示，从而能够确保对人眼而言的安全。即使在切换成检出模式的区域，也显示随机点状方式，继续进行反射光的检出，所以如果没有障碍物，就能够自动地恢复通常的图像显示模式。

[0128]

进而，由于按照各扫描线，进行可显示图像区域的决定处理，将该结果反映给下一个扫描线，所以能够用最小限度的处理时间，进行模式的切换，能够提高安全水平。

[0129]

另外，演算部15在进行可显示图像区域的决定处理之际，使用检出部9在不使光源1发光的消隐期间检出的亮度信号，从而能够在使用场所的明暗及位于投射区域内的物体的状态等各种条件下，正确地决定可显示图像区域，能够进一步提高安全性。

[0130]

(第2实施方式)

接着，参照图7～图12，讲述采用本发明的图像投射装置的第2实施方式。图7是表示本实施方式的图像投射装置200的图。

[0131]

图像投射装置200，测定幕布20和图像投射装置200之间的距离，根据该测定值检出人等障碍物。例如预先测定幕布20和图像投射装置200之间的距离及斜率，存储测定结果。还和图像显示平行地继续测定距离，对存储的距离和新测定的距离进行比较，从而能够检出障碍物的进入。此外，幕布20等被投射物和图像投射装置200之间的距离，是被投射物和图像投射装置200的任意的位置之间的距离，例如是图像投射装置200的反射镜部6和被投射物之间的距离。

[0132]

另外，图像投射装置200是手提式等时，图像投射装置200本身的位置及姿势有可能频繁变更。这时，图像投射装置200还自动重新检出幕布区域。利用者确认在幕布20和图像投射装置200之间没有障碍物的状态后，就不需要重新设定幕布区域，所以能够提高利用者的便利性。

[0133]

参照图7，图像投射装置200和图像投射装置100(图1)相比，构成要素的配置有若干不同。图像投射装置200，作为光源的构成要素，具备输出红外线激光4a的发光元件1d，作为光学元件，具备反射部3a～3c及半反半透过镜5a。

[0134]

发光元件1a、1b、1c输出的激光，经过反射部3a、3b、3c后，被反射镜部6(光束扫描单元)二次扫描，作为图像显示用激光4投射到幕布20上。由反射镜部6进行的二次扫描，将规定的投射方向(Z方向)作为基准，例如在Y方向(垂直于Z方向的方向)上±22.5°、X方向(图8)上±30°的范围内进行。在反射镜部6中，设置角度传感器13a，分别独立检出二轴的转动角，被反射镜驱动部13控制成规定的投射角度。这时，幕布20对于Z方向而言，并不局限于完全垂直地设置，可以根据图像投射装置200设置的状况，具有规定的斜率。作为反射镜部6，例如使用在X方向和Y方向上具有独立的转动轴的2轴的转动反射镜元件，但是既可以使用2枚1轴的反射镜元件，也可以使用转动多晶硅反射镜元件。

[0135]

演算部15，具备距离计算部15a、轮廓存储部15b、LPF(低通滤波器)15c和系统控制器11。图像信号被输入系统控制器11，与激光调制部12调制图像显示用激光4同步，反射镜驱动部13驱动反射镜部6，从而显示图像。

[0136]

另外，在图像显示用激光4之外，发光元件1d照射红外线激光4a。因为红外线激光4a是不可见光，所以投射后不会使图像显示质量劣化。红外线激光4a，通过半反半透过反射镜5a，被用反射镜部6反射后，投射到幕布20上。幕布20反射的一部分红外线激光4a，被用反射镜部6及半反半透过反射镜5a反射后，射入光检出部9。红外线激光4被脉冲调制，计数来自发光元件1d的射出光和射入光检出部9的射入光的相位差，从而能够计算出红外线激光4a反射的点和图像投射装置200之间的距离。相位差的计数及距离的计算，由距离计算部15a进行。记录利用红外线激光4a的扫描而连续性地计算出来的距离，能够取得红外线激光4a反射的部位的外形的轮廓。

[0137]

除了距离计算部15a以外，演算部15还具备轮廓存储部15b和LPF(低通滤波器)15c。轮廓存储部15b根据计算出来的距离，计算被投射物的轮廓。轮廓与能够根据角度传感器13a测定的二轴的转动角度特定的红外线激光4a的投射方向吻合后，被轮廓存储部15b记录。此外，虽然由于红外线激光4a的光轴与图像显示用激光4的光轴错开，所以投射到幕布20上的范围稍有差异，但是图像显示及轮廓取得却在共同的区域(图7所示的区域)进行。图像显示及距离测定只在扫描中的X+方向的扫描时进行，在X-方向不进行。因此，红外线激光4a始终先于图像显示用激光4进行扫描。图像显示用激光4的可能扫描的区域中，在除了区域S以外的区域中，始终停止图像显示用光束4的照射。

[0138]

系统控制器11根据距离，检出被投射物中近似平面的区域，将该近似平面的区域决定成可显示图像区域。

[0139]

系统控制器11根据记录的轮廓，按照各投射位置，计算出轮廓的曲率。系统控制器11作为执行各运算处理的运算部的一部分发挥作用。轮廓中，在幕布20上取得的部分，由于幕布20基本上接近于平面，所以曲率接近于0，从像人的头部那样近似于球的物体上取得的部分，具有规定的大小的曲率。这样，能够将规定的阈值作为基准，自动地进行基本上接近于平面的幕布和除此以外的区域的判定。另外，LPF(低通滤波器)19从轮廓中除去比规定的大小的凹凸小的凹凸部分.极其小的凹凸，其曲率极大而被检出。但是通过轮廓后，除去小凹凸的影响，提高判定精度。

[0140]

激光停止位置存储部11a，是按照各投射位置记录表示使为了显示图像的光源1成为ON状态还是成为OFF状态的标志的存储器。系统控制器11判定计算出的曲率是否在规定的范围(例如接近人的头部的曲率的附近的范围)内。在范围内时，将表示使该点中的图像的显示OFF的标志写入激光停止位置存储部11a；在范围外时，将表示使显示ON的标志写入激光停止位置存储部11a。同时，系统控制器11还一边参照激光停止位置存储部11a记录的标志，一边控制激光调制部12，切换光源1的ON和OFF。这样，光源1不向曲率是规定的范围内的区域显示图像。

[0141]

图8是表示使用红外线激光4a的距离测定动作的一个例子的立体图。

[0142]

距离测定用的红外线激光4a在幕布20上向X+方向扫描，从而取得轮廓，依次将Y方向的扫描位置从Y+方向变更成Y-方向。在图像投射装置200和幕布20之间有障碍物22时，由于障碍物22反射红外线激光4a，所以测定的距离变短，成为不连续的轮廓41。

[0143]

图9是表示根据轮廓41检出被投射物的平面度的处理的一个例子。图9(a)表示进行平面度检出的轮廓。图9(b)表示平面度的计算方法。

[0144]

参照图9(a)，轮廓41的区域A及区域C，是表示用幕布20反射红外线激光4a时测定的距离的部分。由于这些区域大致是直线，具有斜率，所以表示幕布20倾斜于图像投射装置200的基准的投射方向(Z方向)。轮廓41的区域B，是表示用障碍物22反射红外线激光4a时测定的距离的部分，区域障碍物反射时表示测定的距离的部分，沿着障碍物22外形的曲线。此外，在取得轮廓41的过程中，检出小于规定值(Lmin)的距离时，即检出在紧靠图像投射装置200的附近有物体时，不等计算出曲率就立即停止图像显示用激光4的照射。具体地说，将激光停止位置存储部11a的所有的位置的表示标志，暂时作为表示OFF的标志。

[0145]

扫描范围内的平面度的检出，根据轮廓41计算曲率，再检出曲率基本上为0的部位地进行。例如区域B中的轮廓41的曲率，在障碍物22是人的头部时，曲率半径成为10～20mm，曲率(曲率半径的倒数)大约成为0.05～0.1/cm。另一方面，由于幕布区域的轮廓的曲率大致为0，所以能够用曲率分辨扫描范围中的平面部(即幕布20)。以下，讲述根据区域B中的轮廓41上的点35a、35b、35c的距离测定结果，计算曲率的方法。

[0146]

参照图9(b)，使从反射镜部6到点35a的距离为m1、到点35b的距离为m2、到点35c的距离为m3。可以使用点35a和点35b之间的距离a、点35b和点35c之间的距离b、点35a和点35c之间的距离c，用(公式10)表示从各点到曲率中心O为止的距离——曲率半径R和曲率1/R。

$1/R=\sqrt{\left((a+b+c)(b+c-a)(c+a-b)(a+b-c)\right)/\mathrm{abc}}$ …(公式10)

[0147]

另外，可以使用角度传感器13a取得的点35a和点35b之间的扫描角θ1和点35b和点35c之间的扫描角θ2，用(公式11)～(公式13)，计算距离a、b、c。

$a=\sqrt{(m1^2+m2^2-2m1m2\mathrm{COS\θ}1)}$ …(公式11)

$b=\sqrt{(m2^2+m3^2-2m2m3\mathrm{COS\θ}2)}$ …(公式12)

$c=\sqrt{(m1^2+m3^2-2m1m3\mathrm{COS}(\mathrm{\θ}1+\mathrm{\θ}2))}$ …(公式13)

[0148]

在这里，距离m1、m2、m3，被从通过LPF15c的轮廓41中抽出，除去了非常小的凹凸及噪声的影响，所以能够高精度地抽出规定的范围的曲率。另外，计算曲率使用的点数并不局限于3点，可以使用更多的点数，通过最小平方法计算。另外，还可以抽出不邻接的点——互相离开的点后进行计算。

[0149]

图10是表示平面度计算结果的一个例子的图。

[0150]

参照图10，在区域B，表示与障碍物22的外形对应的曲率，在区域A及C的曲率基本上成为。设定规定的阈值Th(例如0.02/cm)后，只根据距离测定数据，就能够判别平面部及其以外的区域。

[0151]

图11是表示激光停止位置存储部11a的记录数据的图。

[0152]

系统控制器11，每当进行红外线激光4a的扫描及计算出曲率时，就将标志写入激光停止位置存储部11a的对应位置。在图11中，与幕布20上的位置对应，示意性地表示标志的内容(但是表示位置的数量，是比实际少的简易表示)。写入表示标志OFF点37的部位，曲率大于阈值Th，是将图像显示OFF的部位，涂黑表示。另外，除此以外的涂白的部分(可显示图像区域)，写入将图像显示ON的标志。红外线激光4a在图像显示用激光4之前进行扫描，能够在图像显示用激光4进行显示之前，进行曲率的计算及评价。系统控制器11在图像显示用激光4扫描幕布20之际，参照激光停止位置存储部11a的内容，只在标志表示ON时将光源1ON，进行图像显示。这样，因为图像显示用激光4在幕布20以外的位置被OFF，所以能够提供安全性高的图像投射系统。

[0153]

图12是表示平面度判定处理的流程图。

[0154]

图像投射装置200接通电源后，激光停止位置存储部11a内的标志全部被设定成显示OFF(S110)。接着，反射镜驱动部13驱动反射镜部6，开始扫描(S111)。系统控制器11和以下的流程独立地继续进行图像显示用激光4的控制。

[0155]

接着，利用红外线激光4a进行扫描，计算出轮廓41，存入轮廓存储部15b(S112)。在计算出轮廓41过程中，检出小于规定的距离Lmin的距离时(S113)，判断紧靠图像投射装置的附近有物体，将激光停止位置存储部11a的所有的位置表示标志设定成显示OFF，停止图像显示用激光4的照射(S114)，确保安全性。

[0156]

再接着，根据轮廓41，计算曲率(S115)，如果大于阈值Th(S116)，将激光停止位置存储部11a内的对应的位置的标志设定成显示OFF(S117)。另外，如果小于阈值Th，判断为平面，将激光停止位置存储部11a内的对应的位置的标志设定成显示ON(S118)。如果没有电源指示(S119)，就返回步骤S112的动作。

[0157]

此外，也可以采用在计算出轮廓41过程中，检出小于规定的距离Lmin的距离时，停止图像显示用激光4的照射(S114)，但是减少光源1的输出，直到与距离对应的输出为止的结构。

[0158]

综上所述，采用本实施方式后，能够根据轮廓41的曲率，计算平面度，选择性地只向平面部投射图像显示用激光。这样，能够防止向障碍物特别是人的头部投射，能够提供可以防止向眼球投射激光的安全性高的图像投射装置。另外，由于只根据距离测定结果，实时而且自动地进行平面部的检出，所以能够利用简单的结构，用低成本提供不会增加使用者的操作负担的便利性高的图像投射装置。另外，因为通过LPF15c后进行轮廓41的曲率的计算，所以能够除去非常小的凹凸及噪声的影响，高精度地抽出规定范围的曲率。

[0159]

(第3实施方式)

图13是表示采用本发明的第3实施方式的图像投射装置300的图。图14是讲述子区域(平面判定区域)的立体图，图15A是讲述子区域的平面判定计算的一个例子的立体图，图15B是讲述子区域的平面判定计算的另一个例子的立体图。

[0160]

在图像投射装置300中，在进行图像显示之前，自动计算图像投射装置300和被图像投射区域之间的距离及斜率，抽出大致是平面的区域及其平面位置。图像显示时，判定测定的距离和抽出的平面的距离是否一致，从而检出障碍物。另外，系统控制器11将与根据距离获得的被投射物对应的面，分割成多个子区域45(图14)，判定各子区域45是不是近似平面。被图像投射区域中的近似平面的区域的抽出，将整个被图像投射区域分割成小区域——子区域45，按照各子区域45判定其部位是不是近似平面地进行。

[0161]

参照图13，演算部15具备的距离计算部15a，是记录按照各投射位置测定的距离的存储器。通过LPF15c后，从被距离计算部15a记录的轮廓41中除去噪声成分，然后从轮廓41中抽出各投射位置中的距离后记录。

[0162]

参照图14，子区域45是分割整个被图像投射区域后设定的小区域。在子区域45中的所有的投射位置的距离测定完毕的阶段，系统控制器11判定子区域45是不是近似平面，判定是平面时，将表示该平面的方程式的系数存储到平面信息存储部11b中。由于使用子区域45内的所有的距离测定数据进行平面判定，所以能够进行精度更高地判定。由于系统控制器11只对判定是近似平面的子区域45进行利用图像显示用激光4的图像显示，所以能够正确地防止向人的头部等之类具有规定的曲率的障碍物22上投射图像，能够提供安全性高的图像投射装置。

[0163]

另外，因为近似平面的子区域45中直接投射到幕布20上的区域都存在于近似同一个平面上，所以从多个子区域中抽出位于同一平面上的部位后，能够特定幕布20的位置。被特定在幕布20上的子区域的位置，被幕布区域存储部11c存储。具有大致平面形状的障碍物是人的头部的可能性，通常极小，即使只对非平面形状进行图像投射，在安全上的问题也很小，但是特定幕布20后，选择性地进行图像，能够进一步提高安全性。

[0164]

接着，详细计算图像投射装置300的动作。

[0165]

首先，讲述进行图像显示之前的阶段的抽出子区域45的处理。

[0166]

参照图14，使红外线激光4a在幕布20上向X+方向扫描，从而取得轮廓41，依次将Y方向的扫描位置朝Y-方向变更。这时，使图像显示用激光4的投射成为OFF。将整个被图像投射区域分割成多个子区域45。但是交界线是为了便于理解而绘画出的，是假设的线。各轮廓41在取得完毕后，经由LPF15c后，被除去噪声，子区域45内的各位置(角度传感器13a取得的水平投射角及垂直投射角)中的距离被分解后，被距离存储部15d存储。取得子区域45内的所有的位置后，系统控制器11判定各子区域45是不是平面。

[0167]

参照图15A，子区域45内的平面判定点50，是在距离存储部15d内记录水平及垂直投射角和测定距离的点，沿着轮廓41，多个分布在子区域45内的整个区域。系统控制器11根据各平面判定点50的水平及垂直投射角和测定距离，计算各平面判定点50的X、Y、Z坐标。接着，系统控制器11使用最小平方法，根据子区域45内的所有的平面判定点50的X、Y、Z坐标，计算平方平均成为最小的假想平面(以下称作“最小平方平面”)。最小平方平面，根据以下的公式计算。就像(公式14)那样，表示最小平方平面

z＝αx+βy+γ    …(公式14)

计算行列式(公式15)后，能够求出系数α、β、γ。

[0168]

$\left|\begin{array}{ccc}\mathrm{\ΣXX}& \mathrm{\ΣXY}& \mathrm{\ΣX}\\ \mathrm{\ΣXY}& \mathrm{\ΣYY}& \mathrm{\ΣY}\\ \mathrm{\ΣX}& \mathrm{\ΣY}& \mathrm{\Σ}1\end{array}\right|\left|\begin{array}{c}\mathrm{\α}\\ \mathrm{\β}\\ \mathrm{\γ}\end{array}\right|=\left|\begin{array}{c}\mathrm{\ΣXZ}\\ \mathrm{\ΣYZ}\\ \mathrm{\ΣZ}\end{array}\right|$ …(公式15)

式中：例如∑XX表示所有的平面判定点50的X坐标的平方的总和。

[0169]

就像图15A所示的那样，子区域45是近似平面、平面判定点50基本上位于子区域45上时，求出的最小平方平面与子区域45基本一致。另外，在图15B所示的情况时，最小平方平面成为平面51，和一部分平面判定点50离开后计算出。

[0170]

接着，计算对于求出的最小平方平面，从各平面判定点50向下引的垂线52的长度的分散。该分散的程度(分散值)为规定值以下时，判定各平面判定点50在最小平方平面上即子区域45是近似平面。就像图15B所示的那样，垂线52的长度较大时，分散值大于规定值以，能够判定子区域45不是近似平面。这样，在距离的测定误差残留时，也可以减少其影响，正确地进行平面判定。这样，系统控制器11在最小平方平面(假想平面)和被投射物之间的距离的分散的程度为规定值以内时，判定该子区域45是近似平面。

[0171]

这时，由于表示子区域45的位置和斜率的方程式，被(公式14)表示，所以将这些平面的系数α、β、γ作为平面判定结果，记录到平面信息存储部11b中。在平面信息存储部11b中，按照各子区域45，单独记录判定结果，判定子区域45是平面时，记录表示是平面的标志和系数α、β、γ；判定不是平面时，只记录表示不是平面的标志。

[0172]

接着，讲述幕布20位置的选别方法。在结束了被图像投射区域内的所有的位置的平面判定的阶段，按照大致位于同一平面上的区域，将判定是平面的子区域45小组化。2个子区域45是不是大致位于同一平面上，例如可以根据平面信息存储部11b记录的各系数α、β、γ在规定的误差范围是否相同来判定。小组只有一个时即判定是平面的子区域45都位于同一平面上时，判定这些子区域45都是幕布20，将该结果记录到幕布区域存储部11c中。被幕布区域存储部11c记录的，是表示按照各子区域45其部位是不是在幕布20上的标志。如果有多个小组时即在投射区域内有多个具有不同的位置或斜率的平面时，需要判定哪个平面是幕布20。例如可能出现进入投射区域内的障碍物22具有平面部的情况。具有多个小组时的判定，通过比较各平面时的面积，检出面积最大的平面后进行。例如将各子区域45的面积都设定成相同时，选定属于各组的子区域45的个数最多的小组后，就能够很容易地检出。系统控制器11将判定是近似平面的子区域中位于同一平面上的子区域，分类成为一个小组，从而将判定是近似平面的子区域分类成为多个小组。然后，在属于面积最大的小组的子区域中显示图像。将面积最大的平面作为幕布判定后，由于能够向向投射区域中面积最大的平面部投影图像，所以能够将图像的缺损部抑制到最小限度，能够提供品位高的图像投射装置。另外，因为特定幕布20后只向幕布20投射图像，所以能够提供可以切实防止向人的头部等投射的安全性高的图像投射装置。

[0173]

图16A是表示幕布区域存储部11c的记录的信息的一个例子的图。图16B是表示图像投射时的距离测定动作的图。

[0174]

参照图16A，幕布区域55是涂白表示的子区域45的集合。幕布区域55内的子区域45，都是判定为平面的区域，而且位于同一个平面上。非幕布区域56是用斜线表示的子区域45的集合。非幕布区域56内的子区域45，是判定为非平面的区域，但是有可能是虽然判定为平面却属于面积较小的平面的小组的区域。幕布区域存储部11c的内容，在进行图像显示之际被参照，为了在非幕布区域56停止显示而使用。

[0175]

以上，作为特定幕布20的位置的方法，讲述了将位于大致相同平面上的区域小组化后特定的方法。但并不局限于此。

[0176]

例如：可以将邻接的子区域45之间虽然不在同一个平面上，但是在规定的误差范围内连续性地连接，各自的平面的法线向量的方向在规定的范围内一致的子区域45小组化。这样，例如幕布20的整体略有变形时，也能够特定幕布20的位置。

[0177]

接着，讲述进行图像显示的处理。

[0178]

系统控制器11，参照幕布区域存储部11c，判定利用激光2进行扫描的子区域45是在幕布区域55内还是在非幕布区域56内，只有在幕布区域55内时，投射激光2。这样，能够始终只向幕布20投射图像。

[0179]

另一方面，系统控制器11还同时实施利用红外线激光4a进行的距离测定，参照幕布区域存储部11c，判定红外线激光4a扫描的子区域45是在幕布区域55内还是在非幕布区域56内。

[0180]

红外线激光4a扫描的子区域45在幕布区域55内时，根据平面信息存储部11b记录的平面信息，判定红外线激光4a是否被用幕布20反射。这时，如果判定没有用幕布20反射，就断定新的障碍物进入。这样，在新测定的距离和位置信息之差为规定值以上时，系统控制器11重新将该差为规定值以上的子区域判定为非幕布区域56。这时，光源中断向该差为规定值以上的子区域的图像显示。

[0181]

参照图16B，在图像显示期间，新的障碍物60进入时，红外线激光4a没有被本来应该反射的子区域61反射，而是用障碍物60反射。因此，测定的距离比用子区域61反射时短，这样能够检出障碍物60的进入。这时，系统控制器11立即将该子区域61重新判定为非平面的区域，改写平面信息存储部11b及幕布区域存储部11c的存储内容。继红外线激光4a之后扫描该区域的图像显示用激光4，能够不向该区域投射地立即防止向新进入的障碍物60的图像投射。这样，比较根据预先检出的平面信息计算出来的距离的期待值和实际测定的距离后，进行判定处理，所以能够消除重新进行平面度的计算的时间，能够提供可以高速判定的安全性高的图像投射装置。

[0182]

另外，红外线激光4a扫描的子区域45在非幕布区域56内时，在子区域45内进行距离测定后，重新评价是不是近似平面，进而评价是否和幕布区域55在同一个平面上。被重新评价和幕布区域55在同一个平面上的子区域45的位置，被幕布区域存储部11c记录，从而进行利用图像显示用激光4的图像显示。

[0183]

图17是表示图像投射装置300的动作的流程图。

[0184]

图像投射装置的电源接通后，首先使其成为停止图像显示用激光4的照射的状态(S30)。接着，反射镜驱动部13驱动反射镜部6，开始扫描的同时，开始红外线激光4a的投射(S31)，持续实施以下所示的被图像投射区域的扫描。根据红外线激光4a的反射光，计算出轮廓41。使用通过LPF15c的轮廓41，按照各平面判定点50抽出距离，记录到距离存储部15d中(S32)。

[0185]

接着，判定用子区域45的内部所有的平面判定点50进行的距离测定是否结束(S33)，没有结束时，返回步骤S32的处理，有结束的子区域45时，根据子区域45内的平面判定点50的坐标，进行最小平方平面的计算(S34)。接着，计算从各平面判定点50向最小平方平面下引的垂线的长度的分散的程度，在规定值以下时，判定子区域45是平面，将其平面(最小平方平面)的方程式记录到平面信息存储部11b中(S35)。接着判定在被图像投射区域内的所有的位置的平面判定处理是否结束(S36)，没有结束时，返回步骤S32的处理，结束时则进行区域的判定，将判定结果记录到幕布区域存储部11c中(S37)。从该时刻起，开始图像显示，控制光源1，以便只向幕布位置投射激光2(S38)。光源1的控制，参照幕布区域存储部11c的存储内容进行，和以下讲述的利用红外线激光4a的扫描进行的幕布区域存储部11c的改写独立而且平行地进行。

[0186]

此外，以上讲述了在刚结束幕布区域的判定后就开始图像显示的情况，但是对整个被图像投射区域的扫描和幕布区域的判定进行多次，幕布区域没有变化时，可以进入图像显示的步骤。判定是近似平面的子区域内的被投射物的位置信息，每逢重新测定距离时被更新，但是只要该位置信息表示的位置在规定时间中没有变化，光源就向该判定是近似平面的子区域显示图像。特别是像便携式的图像投射装置那样，在投射方向频繁变动的情况下，投射方向变化时，停止图像显示用激光4的投射。由于能够在确认投射方向在规定时间内没有变化即图像投射装置不动的情况后开始图像显示用激光4的投射，所以能够进一步提高安全性。此外，因为整个被图像投射区域的扫描时间，例如被设定成1/60秒，是极短的时间，所以即使扫描多次，停止图像显示的时间也很短，能够减少对图像品质的影响。

[0187]

接着，讲述进行图像显示的期间的处理。在利用红外线激光4a测定距离(S39)的同时，判定距离测定点的位置是不是幕布区域(S40)。不是幕布区域时，进入与非幕布区域对应的处理-S43。是幕布区域时，则判定测定的距离和幕布20的距离是否一致(S41)。该判定可以采用下述方法进行：对根据从平面信息存储部11b中取得的子区域45的平面的方程式和红外线激光4a的投射方向能够计算出的到幕布为止的距离的期待值，和实际测定的距离加以比较后，作出判定。在这里，判定幕布20反射时，进入S46的处理；判定幕布20没有反射时，则判断障碍物22进入被图像投射区域，于是修正幕布区域存储部11c存储内容，以便将子区域45从幕布区域55中除去。这样，能够停止向该区域投射图像显示用激光4。进而进行与非幕布区域对应的处理。

[0188]

在与非幕布区域对应的处理中，判定子区域45内所有的平面判定点50的距离测定是否结束(S43)。结束时，进行最小平方平面的计算(S44)，接着计算从平面判定点50向最小平方平面下引的垂线的长度的分散的程度，进行是不是比规定的值低的平面判断(S45)。进而，如果整个被图像投射区域的距离测定结束(S46)，就再度进行幕布区域决定处理(S47)，将修正幕布区域存储部11c的存储内容更新成最新的幕布位置。判定是否有结束图像显示的指令(S48)，如果没有，就返回S39的处理，如果有则结束动作。

[0189]

综上所述，采用本实施方式后，因为将被图像投射区域分割成子区域45，使用其中所有的距离数据进行平面判定，所以能够提供可以进行精度更高的平面判定的图像投射装置。

[0190]

另外，因为根据在子区域内测定的距离测定点的坐标数据，计算最小平方平面，使用分散值判定平面度，所以能够提供即使有测定误差时，也可以进行高精度的平面判定的图像投射装置。

[0191]

另外，因为预先检出幕布区域和计算出平面信息，对距离的期待值和实际值加以比较后，检出障碍物的进入情况，所以在检出之际不需要重新计算平面度，可以进行高速判定，能够提供安全性高的图像投射装置。

[0192]

另外，因为从判定为平面的子区域中抽出幕布区域，只在幕布区域显示图像，所以能够提供安全性更高的图像投射装置。

[0193]

另外，抽出幕布区域后，在确认幕布区域没有变动后才投射图像。这样，因为能够在图像投射装置本身不动的状态下开始投射图像，所以能够提供安全性更高的图像投射装置。

[0194]

(第4实施方式)

图18是表示采用本发明的第4实施方式的图像投射装置400的图。图19是表示图像投射装置400的图像显示之前的动作的流程图。图20是表示图像投射装置400的图像显示中的动作的流程图。

[0195]

参照图18，图像投射装置400具备温度测定部60。温度测定部60，检出例如幕布5及进入幕布5和图像投射装置之间的人辐射出来的与其温度及体温对应的红外线，测定其温度的温度传感器。

[0196]

幕布5等辐射的一部分红外线，沿着红外线线路61行进，被反射镜部6反射后，射入温度测定部60。反射镜部6一边扫描显示区域，一边测定温度，从而能够取得扫描的区域的温度分布。这样，即使在判定是平面的区域，如果检出接近人的体温的温度范围(例如30～40度之间)，就停止该区域中的图像的投射，从而能够进一步减少向脸部及手腕等人的皮肤露出的部位误投射的可能性，能够提供安全性更高的图像投射装置。

[0197]

另外，温度测定部60测定被投射物表面的温度时，停止距离测定用的红外线激光4a照射。在停止红外线激光4a的输出的期间进行温度测定后，能够防止红外线激光4a射入温度测定部60，消除对温度测定的影响，提高温度测定精度。平面度的判定和温度的测定，例如反射镜部6对整个投射区域每扫描一次就切换后实施，扫描2次后，平面度的判定结果和温度的测定结果一致时，判定幕布区域。

[0198]

参照图19，更详细地讲述图像投射装置400的动作。

[0199]

步骤S30～S36的处理，和参照图17讲述的处理同样，投射红外线激光4a，计算子区域内的平面度。在步骤S36的处理中，画面整体的扫描结束后，将红外线激光4a置于OFF状态(S50)。反射镜部6再一次从描绘画面的初始位置开始扫描，与此同时温度测定部60进行温度测定，将扫描位置和该位置中的温度存入存储器(未图示)中(S51)。各子区域中的温度测定结束后(S52)计算出其平均温度(S53)，存入存储器(未图示)中。结束整个画面的扫描后(S54)，除去在S35的处理中判定为平面的区域中平均温度是规定的温度范围(例如30～40度)的区域，将其余的区域作为幕布区域55设定(S37)。

[0200]

参照图20，从步骤S37的处理起，接着开始图像显示(S38)。以下，图像投射装置一边只向幕布区域55进行图像投射，一边按照每个图像帧，切换后实施平面度的计算和温度的测定。步骤S39～S46的处理，和参照图17讲述的处理同样。在步骤S46中，结束图像整体的扫描后，将红外线激光4a置于OFF状态(S50)。反射镜部6再一次从描绘画面的初始位置开始扫描，与此同时温度测定部60进行温度测定。步骤S57～S60的处理，和参照图18讲述的处理步骤S52～S54、S37的处理同样。判定是否有结束图像显示的指令(S61)，如果没有，就返回S39的处理，如果有则结束动作。

[0201]

综上所述，图像投射装置400具备温度测定部60，对于检出接近人的体温的温度范围(例如30～40度之间)的区域，中断图像的投射，从而能够进一步提高安全性。

[0202]

另外，在温度测定部60测定温度时，停止距离测定用的红外线激光4a照射，从而能够消除对利用红外线激光4a进行的温度测定的影响，提高温度测定部60的温度测定精度。

[0203]

此外，在以上的讲述中，按照每个图像帧的扫描，切换利用红外线激光4a的照射进行的平面度判定和温度测定。但并不局限于此，也可以采用例如多次扫描平面度的评价后，进行一次温度测定的结构。

[0204]

本发明在投射激光显示图像的图像投射装置的领域中，特别有用，能够提供在实现装置的小型化及低成本化的同时，安全而且可以用非常明亮的亮度进行显示的图像投射装置。

Claims (25)

1、一种图像投射装置，具备：输出激光的光源、和反射所述光源输出的所述激光后投射的反射镜部，

利用所述投射的激光的至少一部分显示图像，

所述图像投射装置，具备：

检出部，该检出部检出从所述激光的投射方向返回来的所述激光的至少一部分；和

演算部，该演算部根据所述检出的光，决定可显示图像区域，

所述反射镜部，为了将从所述激光的投射方向返回来的所述激光的至少一部分导入所述检出部而进行反射。

2、如权利要求1所述的图像投射装置，其特征在于：进而具备调制部，该调制部按照图像信号，生成用于调制所述激光的调制信号；

所述光源，输出按照所述调制信号调制后的所述激光；

所述演算部，比较所述检出的光的强度与所述调制信号后，决定所述可显示图像区域。

3、如权利要求2所述的图像投射装置，其特征在于：所述调制部，在所述可显示图像区域中，生成用于显示与所述图像信号对应的图像的调制信号；

所述调制部，在所述可显示图像区域以外的区域，生成用于投射为了检出障碍物的检出用激光的调制信号。

4、如权利要求3所述的图像投射装置，其特征在于：所述演算部判断在所述可显示图像区域以外的区域的至少一部分能够显示图像时，所述调制部，在判断能够显示图像的所述至少一部分区域，生成用于显示与所述图像信号对应的图像的调制信号。

5、如权利要求3所述的图像投射装置，其特征在于：所述检出用激光，用点状方式投射。

6、如权利要求3所述的图像投射装置，其特征在于：所述反射镜部，使所述激光进行二维扫描后显示图像；

所述演算部，按照每条扫描线，进行所述可显示图像区域的决定处理；

所述调制部，在与后续的扫描线对应的所述激光的调制中，反映所述决定处理的结果。

7、如权利要求3所述的图像投射装置，其特征在于：所述反射镜部，使所述激光进行二维扫描后显示图像；

所述调制部，根据显示前一个图像帧时决定的可显示图像区域，调制与图像帧的最上端的扫描线对应的所述激光。

8、如权利要求1所述的图像投射装置，其特征在于：所述激光的最大照射功率，是在所述激光扫描人的眼睛时，射入所述眼睛的能量，成为安全基准规定的安全水平内的照射功率。

9、如权利要求5所述的图像投射装置，其特征在于：所述激光的最大照射功率，是在所述激光扫描人的眼睛时，射入所述眼睛的能量，成为安全基准规定的安全水平内的照射功率；

用所述点状方式投射的所述检出用激光的照射功率，大于或等于图像显示用激光的照射功率。

10、如权利要求3所述的图像投射装置，其特征在于：在所述图像投射装置启动时，在显示图像之前，所述光源投射所述检出用激光。

11、如权利要求3所述的图像投射装置，其特征在于：所述光源，输出n原色各自的颜色的激光，n为3以上的自然数；

所述光源，作为所述检出用激光，独立输出所述各自的颜色的激光。

12、如权利要求1所述的图像投射装置，其特征在于：所述演算部，进而根据所述检出部在不使所述光源发光的消隐期间所检出的光的强度，决定所述可显示图像区域。

13、如权利要求12所述的图像投射装置，其特征在于：所述消隐期间，是行消隐期间。

14、如权利要求12所述的图像投射装置，其特征在于：所述消隐期间，是场消隐期间。

15、如权利要求1所述的图像投射装置，其特征在于：所述演算部，根据所述检出的光，测定所述激光投射的被投射物与所述图像投射装置之间的距离；

所述演算部，根据所述距离，检出所述被投射物中的近似平面的区域，将所述近似平面的区域决定为所述可显示图像区域。

16、如权利要求15所述的图像投射装置，其特征在于：所述演算部，将与根据所述距离获得的所述被投射物对应的面，分割成多个子区域，分别判定所述各子区域是不是近似平面。

17、如权利要求16所述的图像投射装置，其特征在于：所述演算部，计算出所述子区域内的假想平面，当所述假想平面与所述被投射物之间的距离的分散的程度在规定值以内时，判定所述子区域是近似平面。

18、如权利要求16所述的图像投射装置，其特征在于：进而具备存储部，该存储部存储判定为所述近似平面的子区域内的所述被投射物的位置信息；

在重新测定的距离与所述位置信息之差是规定值以上时，所述演算部重新将所述差是规定值以上的子区域，判定为非平面区域；

所述光源，中断向所述差是规定值以上的子区域的图像显示。

19、如权利要求16所述的图像投射装置，其特征在于：所述演算部，通过将判定是所述近似平面的子区域中位于同一平面上的子区域分类成一个组，从而将判定是所述近似平面的子区域分成多个组，在属于面积最大的组的子区域中显示图像。

20、如权利要求16所述的图像投射装置，其特征在于：进而具备存储部，该存储部存储判定为所述近似平面的子区域内的所述被投射物的位置信息；

每当重新测定所述距离时，更新所述位置信息；

只要所述位置信息表示的位置在规定的时间中没有变化，所述光源就开始向判定是所述近似平面的子区域显示图像。

21、如权利要求15所述的图像投射装置，其特征在于：所述演算部，根据所述距离，计算所述被投射物的轮廓，从所述轮廓中除去比规定的凹凸小的凹凸部分。

22、如权利要求15所述的图像投射装置，其特征在于：所述演算部，根据所述距离，计算所述被投射物的曲率；

所述光源，不向所述曲率是规定的范围内的区域显示图像。

23、如权利要求22所述的图像投射装置，其特征在于：所述演算部，根据所述距离，计算所述被投射物的轮廓，从所述轮廓中除去比规定的凹凸小的凹凸部分；

所述演算部，根据所述轮廓，计算所述被投射物的曲率。

24、如权利要求15所述的图像投射装置，其特征在于：进而具备温度测定部，该温度测定部测定所述被投射物表面的温度；

所述可显示图像区域的温度是规定的范围内时，所述光源中断向所述温度是规定的范围内区域显示图像。

25、如权利要求24所述的图像投射装置，其特征在于：所述温度测定部，在为了测定所述距离而输出的激光的停止期间，测定所述被投射物表面的温度。

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