JP2005109540A - 投影表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 人体（目）に対する安全性を確保することのできる投影表示装置を提供する。
【解決手段】 投射範囲内に障害物７がない場合のテストパターン１３１の撮影映像をフレームメモリ１３に記憶しておき、投射範囲内に障害物がある場合のテストパターン１３１の撮影映像と記憶しておいたテストパターン１３１の撮影映像とを比較部１４で比較して投射範囲内にある障害物７を検出し、映像拡張処理部１６１で検出した障害物７の範囲より広い範囲の映像マスク部３１を生成し、輝度制御部１７で映像マスク部３１の輝度を減少させる制御を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、投影表示装置に関し、特に、投影表示装置から投射される投射光の範囲内に障害物（人）が進入したとき、それを検出し、検出された障害物の範囲より広い範囲の映像マスクを生成して輝度を減少させることにより、人体（目）に対する安全性を確保した投影表示装置に関する。

従来、この種の投影表示装置は、スクリーン上に投射した画像をユーザが目視することにより、その画像内容を認識するために使用されるが、投影表示装置とスクリーンとの間には投射光の通過する空間が存在し、投射光路の範囲内の空間に障害物、特に、人が誤って進入したとき、近年の投射映像の高輝度化の技術トレンドに伴い、投射光により人に不快感を与え、しいては目の健康上の問題を引き起こすことにもなる。

そこで、上記問題を解決すべく、投影表示装置に、焦電センサを有する人体センサ部と、主走査ビームセンサと副走査ビームセンサとを有するレーザスキャナ部とを設け、障害物の光路内への進入を検出し、障害物を検出したとき、スキャナ制御部によりレーザー発光器の出力を停止するか、或いは、走査光の投射を機械的に遮断することにより、人体に対する安全性を確保するものがある（例えば、特許文献１参照。）。

また、画像信号に応じて変調された光を射出する電気光学装置と、画像信号を電気光学装置に供給する画像処理部と、電気光学装置からの投射光の射出光束を制御する光束制御装置とを設け、光束制御装置は、投射光の経路内に進入した人を検知する検知部と、検知部により人の進入を検知したとき、投射光の射出光束を抑制する抑制制御部とを設けることにより、投射光の射出光束を抑制し、射出光が人の視界に直接入射された場合の不快感を抑制するものもある（例えば、特許文献２参照。）。

特開２０００ー１９４３０２号公報 特開２００１ー３０５６５０号公報

上記特許文献１記載の技術は、人体センサ部に設けた焦電センサにより、障害物の光路内への進入を検出し、障害物を検出したとき、スキャナ制御部によりレーザー発光器の出力を停止するか、或いは、走査光の投射を機械的に遮断することで、人体の安全性を確保しているが、人体センサ部は、レーザビームの光路に障害物が接触する前に検出し、未然にレーザー発光器の出力を停止、或いは、走査光の投射を遮断しているため、スクリーン側の中心位置付近に立つなど、投影表示装置から距離をおいて障害物が存在する場合、人体センサ部での検出範囲外となり、投射光が目に入ることが避けられないという課題がある。

また、上記特許文献２記載の技術は、投射光の経路内に進入した人を検知する検知部により人の進入を検知したとき、抑制制御部により投射光の射出光束を抑制して、射出光が人の視界に直接入射された場合の不快感を抑制しているが、検知部は、人が所定の距離よりも近くに進入した場合を検知するため、スクリーン側に近い位置付近の投影表示装置から距離をおいた位置に障害物（人）が存在する場合、検知部では、人を検出できず、投射光が目に入ることが避けられず、人体に対する安全性を確保できないという課題がある。

本発明の目的は、上記課題を解決すべく、投射範囲内に障害物がない場合のテストパターン撮影映像を記憶しておき、投射範囲内に障害物がある場合のテストパターン撮影映像と記憶したテストパターン撮影映像とを比較することで投射範囲内にある障害物を検出し、検出した障害物の範囲より広い範囲の映像マスク部を生成し、映像マスク部の輝度を減少させることにより、人体（目）に対する安全性を確保することのできる投影表示装置を提供することにある。

本発明の投影表示装置は、入力画像データを画像表示処理する画像処理手段と、画像処理手段による表示画像をスクリーン上に投射し拡大表示する投射レンズと、テストパターンを投射レンズを介してスクリーン上に投射するテストパターン投射手段と、投射映像を撮像する撮像素子と撮影レンズとを有する撮像部と、撮像部の撮影映像を解析し投射映像の範囲内の障害物を検出する撮影映像解析手段と、検出された障害物に対応する映像マスクを生成する映像マスク生成手段と、映像マスクに対応して輝度を制御する輝度制御手段とを有し、映像マスク生成手段は、検出された障害物の範囲より広い範囲の映像マスク部を生成する映像拡張処理手段を有することを特徴とする。

撮影映像解析手段は、投射映像範囲内に障害物がないときのテストパターンの撮影映像を記憶する記憶手段と、投射映像範囲内に障害物があるときのテストパターンの撮影映像と記憶手段に格納されたテストパターンの撮影映像とを比較する手段と、比較結果から障害物を検出する障害物検出手段と、投射映像範囲内に障害物がないときの撮像部からのテストパターンの撮影映像の記憶手段への入力をオンにするスイッチング手段とを有することを特徴とする。

輝度制御手段は、輝度を減少させる手段を有することを特徴とする。

映像拡張処理手段は、スクリーンの大きさ、障害物の移動速度、水平解像度、障害物を検出してから輝度制御手段による輝度の制御を実行するまでに要する時間の内、何れか１つ以上の仕様により映像マスク部を決定する手段を有することを特徴とする。

映像拡張処理手段は、左右方向、上下方向に映像マスク部を拡張する手段を有することを特徴とする。

テストパターンは、水平な直線のパターンを有することを特徴とする。

テストパターンは、投射レンズと撮像部とを結んだ直線と平行でない直線を有することを特徴とする。

テストパターンは、赤外線を有することを特徴とする。

障害物検出手段は、撮影映像内に現れるテストパターンの直線性を検出し、直線でない部分を障害物として検出する手段を有することを特徴とする。

障害物検出手段は、記憶手段に格納されたテストパターンの撮影映像と投射映像範囲内に障害物があるときのテストパターンの撮影映像との差を求める手段と、求めた差を２値化する手段とを有することを特徴とする。

本発明の投影表示装置は、投射範囲内に障害物がない場合のテストパターン撮影映像をメモリに記憶しておき、投射範囲内に障害物がある場合のテストパターン撮影映像とメモリに記憶したテストパターン撮影映像とを比較して投射範囲内にある障害物を検出し、検出した障害物の範囲より広い範囲の映像マスク部を生成し、映像マスク部の輝度を減少させることにより、投射範囲内で人が移動したときにおいても、移動中における人体（目）に対する安全性を確保することができるという効果がある。

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の投影表示装置１の実施の形態を示す概略構成ブロック図である。

図１を参照すると、投影表示装置１は、入力画像１８のデータを画像表示処理する画像処理部１９と、画像処理部１９による表示画像をスクリーン５上に投射し投射映像を拡大表示する投射レンズ２０と、テストパターン１３１を投射レンズ２０を介してスクリーン５上に投射するテストパターン投射部２２と、投射映像を撮像する撮像素子１１１と撮影レンズ１１２とを有する撮像部１１と、撮像部１１の撮影映像を解析し投射映像の範囲内の障害物７を検出する撮影映像解析部９と、検出された障害物７に対応する映像マスクを生成する映像マスク生成部１６と、映像マスクに対応して輝度を制御する輝度制御部１７とで構成され、映像マスク生成部１６は、検出された障害物７の範囲より広い範囲の映像マスク部３１を生成する映像拡張処理部１６１を有して構成される。

撮影映像解析部９は、投射映像範囲内に障害物７がないときのテストパターン１３１の撮影映像を記憶するフレームメモリ１３と、投射映像範囲内に障害物７があるときのテストパターン１３１の撮影映像とフレームメモリ１３に格納されたテストパターン１３１の撮影映像とを比較する比較部１４と、比較結果から障害物７を検出する障害物検出部１５と、投射映像範囲内に障害物７がないときに撮像部１１で撮像したテストパターン１３１の撮影映像をフレームメモリ１３へ入力させ、障害物７があるときはフレームメモリ１３への入力をオフにするテストパターン取得スイッチ１２とで構成される。

次に、上述のように構成された投影表示装置１の動作について、図面を参照して説明する。

図２（ａ）は、投影表示装置１とスクリーン５との間に障害物７がないときの投影表示装置１の使用例を示す図、図２（ｂ）は、テストパターン１３１を示す図、図２（ｃ）は、撮像部１１で撮影される撮影映像６１を示す図である。

また、図３（ａ）は、投影表示装置１とスクリーン５との間に障害物７があるときの投影表示装置１の使用例を示す図、図３（ｂ）は、テストパターン１３１を示す図、図３（ｃ）は、撮像部１１で撮影される撮影映像６２を示す図である。

まず、図２を参照すると、テストパターン１３１は、赤外線であり、水平な直線のパターンを持ち、投射レンズ２０と撮像部１１とを結んだ直線に対して、直角に交わるような直線となり、このとき、撮像素子１１１で撮影される映像は、図２（ｃ）に示す撮影映像６１のように単なる直線となる。

しかし、図３（ａ）に示す投影表示装置１とスクリーン５との間に障害物７が存在する場合、撮像素子１１１で撮影される映像は、図３（ｃ）に示す撮影映像６２のようになり、障害物７の存在する箇所上の直線が、スクリーン５上の直線とずれて撮影されるが、これは、投射レンズ２０と撮像部１１とがずれて配置されているために発生する現象である。

従って、撮影映像６２において、直線が破綻している部分を検出することにより、投影表示装置１とスクリーン５との間に存在する障害物７の位置を検出できることになる。

図４は、障害物７の位置を検出する方法を説明するための図である。

図４を参照すると、比較部１４により、投射映像範囲内に障害物７がないときにフレームメモリ１３に格納されたテストパターン１３１の撮影映像６１（図２（ｃ）参照）と、投射映像範囲内に障害物７があるときのテストパターン１３１の撮影映像６２（図３（ｃ）参照）との差を求め、障害物検出部１５により、求めた差分を２値化することで、検出映像８を得ることができる。

なお、１画素ごとに撮影映像６１の輝度から撮影映像６２の輝度を減算し、マイナスの場合はゼロとし、算出結果、得られた映像を白黒の２値化することにより、検出映像８を得ることになる。

検出映像８を得た後、映像マスク生成部１６により検出された障害物７に対応する映像マスク３０を生成するが、映像拡張処理手段１６１により、検出された障害物７の検出映像８の範囲より広い範囲の映像マスク部３１を生成し、輝度制御部１７により、映像マスク部３１の輝度を減少させる制御を行う。

上述の図２〜図４では、便宜上、１画面中に５ラインしか図示されていないが、実際には、１画面中に数十本の水平線を表示することで、水平線間の隙間から生ずる誤差を実用上問題ないレベルに抑制することができる。

次に、図５を参照して、上述の障害物７を検出後、映像マスク部３１の輝度を減少させるまでの一連の動作について、具体的に説明する。

図５は、投影表示装置１とスクリーン５との間に人が入り、人が移動するときの動作を説明するための図である。

図５を参照すると、人が時間の経過と共に、図中において右方向に移動すると、障害物検出部１５は、障害物７として人（移動前）５１の位置で障害物検出を行い、その情報から映像マスク３０をつくるが、映像マスク３０を作る際に、映像拡張処理部１６１により、障害物の検出映像８の情報を左右の両方向に拡張し、映像マスク部３１をもつ映像マスク３０を生成する。

この映像マスク部３１の範囲への投射映像の輝度を落とすことにより、人が移動して人（移動後）５２の位置の状態においても、投射映像の輝度が落ちている部分に人５２が存在するため、人５２は、高輝度で照射されることはなく、移動中における人体（目）に対する安全性を確保することができる。

ここで、参考までに、図６を参照して、障害物の検出映像８の情報を左右の両方向に拡張せず、映像マスク部４１をもつ映像マスク４０を生成した場合について説明する。

人が時間の経過と共に、図６中において右方向に移動すると、人（移動前）５１の位置の状態で障害物検出を行い、その情報から映像マスク４０を生成するが、映像マスク４０を作る際に、検出映像８の情報をそのまま用いた映像マスク部４１を持つ映像マスク４０を生成し、映像マスク部４１の範囲への投射映像の輝度を落とすことになるが、人が移動して人（移動後）５２の位置の状態においては、人が移動した分だけ、投射映像の輝度が落ちていない高輝度の部分が人に照射されることとなり、安全性を充分には、確保できないことになる。

なお、図５では、映像マスク部３１を左右方向へ拡張しているが、人の行動によっては、飛んだり跳ねたりして上下方向に移動する場合があるが、この場合、説明を省略するが、映像マスク部３１を上下方向に拡張することにより、安全性を確保することができることは云うまでもない。

ここで、映像拡張処理部１６１による映像マスク３１を拡張する方法の一例について、説明する。

いま、スクリーン５を１００インチ（水平長はおよそ２ｍ）、投影表示装置１の仕様として、水平解像度が１０２４ドット（ｄｏｔ）、人の移動速度を３ｍ／秒（約時速１１ｋｍ）、障害物（人５１）を検出してから輝度制御手段１７により輝度の減少を投射映像に反映するまでに要する時間を３／６０秒と仮定すると、人の水平方向の移動距離は、３（ｍ／ｓ）×３／６０（ｓ）×１０２４（ｄｏｔ）／２（ｍ）＝７７（ｄｏｔ）分に相当する。

そこで、左右に各々、７７ドットより多い、８０ドット分、映像マスク部３１を拡張することにより、人が移動する範囲を充分カバーして画素の輝度を低減することになり、人が高輝度で照射されることはなくなり、投射範囲内で人が移動したときにおいても、移動中における人に対する安全性を確保することができる。

なお、拡張ドット数は、安全性を配慮して、マージンを持たせた値に決定することになる。

本発明の投影表示装置の実施の形態を示す概略構成ブロック図である。 図２（ａ）は、投影表示装置とスクリーンとの間に障害物がないときの投影表示装置の使用例を示す図、図２（ｂ）は、テストパターンを示す図、図２（ｃ）は、撮像部で撮影される撮影映像を示す図である。 図３（ａ）は、投影表示装置とスクリーンとの間に障害物があるときの投影表示装置の使用例を示す図、図２（ｂ）は、テストパターンを示す図、図２（ｃ）は、撮像部で撮影される撮影映像を示す図である。 障害物の位置を検出する方法を説明するための図である。 投影表示装置とスクリーンとの間に人が入り、人が移動するときの動作を説明するための図である。 障害物の検出映像を拡張せず映像マスク部を生成した場合の動作を説明するための図である。

符号の説明

１ 投影表示装置
５ スクリーン
７ 障害物
８ 検出映像
９ 撮影映像解析部
１１ 撮像部
１１１ 撮像素子
１１２ 撮影レンズ
１２ テストパターン取得スイッチ
１３ フレームメモリ
１３１ テストパターン
１４ 比較部
１５ 障害物検出部
１６ 映像マスク生成部
１６１ 映像拡張処理部
１７ 輝度制御部
１８ 入力画像
１９ 画像処理部
２０ 投射レンズ
２２ テストパターン投射部
３０、４０ 映像マスク
３１、４１ 映像マスク部
５１ 人（移動前）
５２ 人（移動後）
６１、６２ 撮影映像

Claims (10)

1. 入力画像データを画像表示処理する画像処理手段と、前記画像処理手段による表示画像をスクリーン上に投射し拡大表示する投射レンズと、テストパターンを前記投射レンズを介して前記スクリーン上に投射するテストパターン投射手段と、投射映像を撮像する撮像素子と撮影レンズとを有する撮像部と、前記撮像部の撮影映像を解析し前記投射映像の範囲内の障害物を検出する撮影映像解析手段と、検出された前記障害物に対応する映像マスクを生成する映像マスク生成手段と、前記映像マスクに対応して輝度を制御する輝度制御手段とを有し、前記映像マスク生成手段は、検出された前記障害物の範囲より広い範囲の映像マスク部を生成する映像拡張処理手段を有することを特徴とする投影表示装置。
2. 撮影映像解析手段は、投射映像範囲内に前記障害物がないときの前記テストパターンの撮影映像を記憶する記憶手段と、投射映像範囲内に前記障害物があるときの前記テストパターンの撮影映像と前記記憶手段に格納された前記テストパターンの撮影映像とを比較する手段と、比較結果から前記障害物を検出する障害物検出手段と、投射映像範囲内に前記障害物がないときの前記撮像部からの前記テストパターンの撮影映像の前記記憶手段への入力をオンにするスイッチング手段とを有することを特徴とする請求項１記載の投影表示装置。
3. 前記輝度制御手段は、輝度を減少させる手段を有することを特徴とする請求項１記載の投影表示装置。
4. 前記映像拡張処理手段は、前記スクリーンの大きさ、前記障害物の移動速度、水平解像度、前記障害物を検出してから前記輝度制御手段による輝度の制御を実行するまでに要する時間の内、何れか１つ以上の仕様により前記映像マスク部を決定する手段を有することを特徴とする請求項１記載の投影表示装置。
5. 前記映像拡張処理手段は、左右方向、上下方向に前記映像マスク部を拡張する手段を有することを特徴とする請求項１記載の投影表示装置。
6. 前記テストパターンは、水平な直線のパターンを有することを特徴とする請求項１記載の投影表示装置。
7. 前記テストパターンは、前記投射レンズと前記撮像部とを結んだ直線と平行でない直線を有することを特徴とする請求項１記載の投影表示装置。
8. 前記テストパターンは、赤外線を有することを特徴とする請求項１、６、７の何れか１項記載の投影表示装置。
9. 前記障害物検出手段は、撮影映像内に現れる前記テストパターンの直線性を検出し、直線でない部分を前記障害物として検出する手段を有することを特徴とする請求項２記載の投影表示装置。
10. 前記障害物検出手段は、前記記憶手段に格納された前記テストパターンの撮影映像と投射映像範囲内に障害物があるときの前記テストパターンの撮影映像との差を求める手段と、求めた差を２値化する手段とを有することを特徴とする請求項２記載の投影表示装置。
    

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