JP2009222973A - 画像投射装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】投射画像の形状歪みの補正処理を高精度で行うことを可能とする画像投射装置を提供する。
【解決手段】本発明の実施形態の画像投射装置31は、三色描画レーザ光源2aと測距レーザ光源3とを有するレーザ光出射部1aと、走査部4aと、光検出素子6aとを備える。また画像投射装置31は、走査制御部5aと距離演算部7と歪み補正部8aとレーザ光制御部9aとから構成される信号処理系10aを備える。距離演算部7は、走査制御部5aからの同期信号と測距レーザ駆動信号と反射光信号とにより、画像投射装置31と投射面21aの所定の位置の距離を算出する。歪み補正部8aは、距離演算部7からの距離情報信号に基づいて、投射形状の歪みを補正するための補正情報信号を生成する。レーザ光制御部9aは、レーザ光出射部1aにおける各レーザ光の出射状態を制御するための駆動信号を生成して出力する。
【選択図】図1
【解決手段】本発明の実施形態の画像投射装置31は、三色描画レーザ光源2aと測距レーザ光源3とを有するレーザ光出射部1aと、走査部4aと、光検出素子6aとを備える。また画像投射装置31は、走査制御部5aと距離演算部7と歪み補正部8aとレーザ光制御部9aとから構成される信号処理系10aを備える。距離演算部7は、走査制御部5aからの同期信号と測距レーザ駆動信号と反射光信号とにより、画像投射装置31と投射面21aの所定の位置の距離を算出する。歪み補正部8aは、距離演算部7からの距離情報信号に基づいて、投射形状の歪みを補正するための補正情報信号を生成する。レーザ光制御部9aは、レーザ光出射部1aにおける各レーザ光の出射状態を制御するための駆動信号を生成して出力する。
【選択図】図1
Description
本発明は、画像情報信号によって変調処理された可視波長領域のレーザ光を、二次元的に走査投射する事により、投射面へ任意の画像を表示する事ができるレーザ走査型の画像投射装置に関するものであり、詳しくは、投影面への斜め角度投射に起因する投射画像の形状歪みを、高精度に補正する事を可能とするものである。
近年では、微細加工技術や制御駆動技術の進展に伴って、レーザ光源及び光学的走査部品の高性能化・小型化が進んでおり、更に、こうした部材から構成されるレーザ走査型画像投射装置の高機能化に対する要求が益々高まっている。その中でもとりわけ、どのような投射角度からでも正常な画像を表示できるような、投射画像の形状歪みを補正する機能の搭載が望まれている(例えば、特許文献1を参照)。
ここで、投射画像の形状歪み補正機能を搭載した従来のレーザ走査型の画像投射装置の構成および動作原理について説明する。図4は、従来の画像投射装置32の構成を示す概念図である。
図4で示すように、この画像投射装置32は、三色描画レーザ光源2bを含むレーザ光出射部1bと、レーザ光を二次元的に走査投射する走査部4bと、この走査部を制御駆動する為の走査制御部5bと、投射面からの反射レーザ光を検出する光検出素子6bと、検出した反射光信号の強度と走査制御部5bからの同期信号に基づいて、投射面の形状を認識する反射強度分布演算部11と、形状歪み補正の為の形状参照情報を保存している形状参照情報記憶部13と、強度分布情報信号及び形状参照情報記憶部13からの参照情報信号に従って、補正情報信号を算出する形状歪み補正部8bと、画像情報信号、同期信号、及び補正情報信号を総合して、画像を投射する為の描画信号を生成するレーザ光制御部9b、とから構成されている。ここで、点線で囲った部分は電気回路またはソフトウェアにより構成される信号処理系10bに対応している。
最初に、画像投射装置32の基本的な画像投射機能について述べる。この画像投射装置32では、レーザ光出射部1bにおいて、レーザ光制御部9bより送られてくる描画信号に合わせ、いわゆる光の三原色と呼ばれる波長領域の三色のレーザ光を、各画素に対応させる方式で強度変調を行う。そして、このように強度変調された三色レーザ光を、走査部4bの垂直及び水平の走査振動周期と同期させて、レーザ光出射部1bより出射し、走査部4bから二次元的に走査投射する事で、任意の投射面へ画像を表示する事ができる。
次に、この従来の画像投射装置32の、投射面に対して斜め角度から投射した場合における投射画像の形状歪み補正機能の動作原理について述べる。図5は、従来の画像投射装置32により投射面21bに対して斜め角度から投射した状態を示す説明図である。図5に示すように、投射面21bへ投射される画像は、斜め角度方向からの投射により、補正前投射領域22bのように上下左右の均衡が崩れた形状となっている事が分かる。
このような投射配置状態に置かれると、画像投射装置32は、図4における光検出素子6b及び反射強度分布演算部11によって、投射面21bの補正前投射領域22bにおける反射レーザ光の強度分布を、画素毎または所定領域毎に強度分布信号として認識する。そして、歪み補正演算部8bの内部において、この強度分布信号と、形状参照情報記憶部13に収納されている強度分布と、を繰り返し参照し識別処理する事で、画像投射装置32による投射面21bへの投射角度を推定する。
そして、この推定された投射角度に基づいて、歪み補正演算部8bが投射形状の歪みを補正するための補正情報信号を算出し、走査部4bの投射軸方向が投射領域22b上を通過する時のみ適切な画像を投射するよう、レーザ光制御部9bを動作させる事で、歪みが無い長方形形状の補正後投射領域23bへ、所望の画像を投射する事が可能となる。
しかしながら、上述した特許文献1に示されている画像投射装置32では、反射レーザ光の強度分布と装置に記憶された参照情報とを逐次比較しながら、画像投射装置32と投射面21bとの傾斜角度を推定し、その推定値に基づいて形状歪み補正演算処理を行うため、投射面21bにおける反射特性の不均一性、または投射面21bの設置環境に依存した外乱光の存在によって、反射レーザ光の強度分布にノイズが含まれ、上記傾斜角度の推定値に誤差が生じてしまう結果、形状歪み補正演算を高精度に行う事ができなくなる問題があった。
そこで本発明は、上述したような問題を解決し、投射画像の形状歪みの補正処理を高精度で行うことを可能とする画像投射装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の画像投射装置は、下記記載の構成を採用する。
本発明の画像投射装置は、投射面に画像を投射する画像投射装置において、不可視波長領域の測距レーザ光源と可視波長領域の描画レーザ光源とを有し、駆動信号に基づいて、レーザ光を変調処理して出射するレーザ光出射部と、レーザ光出射部へ駆動信号を出力するレーザ光制御手段と、レーザ光出射部が出射するレーザ光を、投射面に対して走査投射する走査部と、走査部を所定の周期で動作させるとともに、走査部の動作の周期に合わせて同期信号を出力する走査制御手段と、走査部で走査投射したレーザ光の投射面からの反射光を検出する光検出素子と、光検出素子からの検出信号と、レーザ光制御手段からの駆動信号と、走査制御手段からの同期信号とに基づいて、投射面上の所定の位置と当該画像投射装置との距離を演算する距離演算手段と、距離演算手段で演算した、投射面上の少なくとも三点と当該画像投射装置との距離に基づいて、当該画像投射装置による投射面への投射角度を算出して、投射画像の形状歪みの補正情報を演算する歪み補正演算手段と、を備え、レーザ光制御手段は、投射面と当該画像投射装置との距離を算出する測距状態において、走査制御手段からの同期信号に基づいて生成した測距レーザ駆動信号を、レーザ光出射部に出力し、投射面に画像を投射する描画状態において、画像情報生成装置からの画像情報信号と、走査制御手段からの同期信号と、歪み補正演算手段からの補正情報とに基づいて生成した描画レーザ駆動信号を、レーザ光出射部に出力することを特徴とするものである。
また、本発明の画像投影装置は、前述した構成に加えて、距離演算手段は、投射面上の投射形状の頂点のうちの任意の三点と、当該画像投射装置との距離を演算し、歪み補正演算手段は、距離演算手段で演算した、投射面上の投射形状の頂点のうちの任意の三点と、当該画像投射装置との距離に基づいて、当該画像投射装置による投射面への投射角度を算出することを特徴とするものである。
さらに、本発明の画像投影装置は、前述した構成に加えて、描画レーザ光源は、光の三原色である赤青緑の波長領域のレーザ光を出力することを特徴とするものである。
本発明の画像投射装置では、測距レーザ光の、装置本体と投射面との往復による遅延時間から、投射面上の任意の三点と装置本体との距離を求め、この三点の距離情報に基づいて画像投射装置による投射面への投射角度を算出し、投射画像の形状歪みの補正情報を演算する。よって本発明の画像投射装置では、投射面の反射特性が不均一性である、または外乱光が存在する等の原因により投射面からの反射光にノイズが含まれる場合であっても、投射角度を正確に算出し、投射画像の形状歪みの補正処理を高精度で行うことが可能となる。
以下、本発明による画像投射装置の最良の実施形態例を、図1から図3を用いて詳細に説明する。
[構成の説明:図1]
図1は、本実施形態の画像投射装置31の構成を示した概念図である。図1に示すように、本実施形態の画像投射装置31は、レーザ走査型の画像投射装置であり、三色描画レーザ光源2aと測距レーザ光源3とを有するレーザ光出射部1aと、走査部4aと、光検出素子6aとを備える。また、本実施形態の画像投射装置31は、走査制御部5aと距離演算部7と歪み補正演算部8aとレーザ光制御部9aとから構成される信号処理系10aを備える。
図1は、本実施形態の画像投射装置31の構成を示した概念図である。図1に示すように、本実施形態の画像投射装置31は、レーザ走査型の画像投射装置であり、三色描画レーザ光源2aと測距レーザ光源3とを有するレーザ光出射部1aと、走査部4aと、光検出素子6aとを備える。また、本実施形態の画像投射装置31は、走査制御部5aと距離演算部7と歪み補正演算部8aとレーザ光制御部9aとから構成される信号処理系10aを備える。
以下に、本実施形態の画像投射装置31の各構成について詳細に説明する。
レーザ光出射部1aは、三色描画レーザ光源2aと測距レーザ光源3とを備える。この三色描画レーザ光源2aは、半導体レーザや固体レーザ等、各種のレーザ発光素子を組み合わせ、所謂光の三原色と呼ばれる赤、青、緑の波長領域のレーザ光を生成する機能を有している。また、測距レーザ光源3は、一般的なレーザ距離計測器に用いられている不可視の赤外波長領域のレーザ光を、上記同様にレーザ発光素子を用いて生成する機能を有する。
レーザ光出射部1aは、三色描画レーザ光源2aと測距レーザ光源3とを備える。この三色描画レーザ光源2aは、半導体レーザや固体レーザ等、各種のレーザ発光素子を組み合わせ、所謂光の三原色と呼ばれる赤、青、緑の波長領域のレーザ光を生成する機能を有している。また、測距レーザ光源3は、一般的なレーザ距離計測器に用いられている不可視の赤外波長領域のレーザ光を、上記同様にレーザ発光素子を用いて生成する機能を有する。
そして、レーザ光出射部1aでは、これら三色描画レーザ光源2aと測距レーザ光源3において生成された赤、青、緑、赤外波長領域の四つのレーザ光を、光ファイバやレンズ等の光学的な導波手段によって、同一の光軸上へ合波する。
またレーザ光出射部1aは、後述するレーザ光制御部9aからの測距レーザ駆動信号に従って、測距レーザ光源3からの測距レーザ光に変調処理を施し、走査部4aへ出射する。ここでの測距レーザ光に対する変調処理には、例えば、測距レーザ光のパルス出射間隔を、予め規定したパルス信号波形に基づいて時間的に変動させるようなパルス変調の方式を採用する。
さらにレーザ光出射部1aは、後述するレーザ光制御部9aからの描画レーザ駆動信号に従って、三色描画レーザ光源2aからの描画レーザ光に変調処理を施し、走査部4aへ出射する。描画レーザ光の変調処理については後述する。
さらにレーザ光出射部1aは、後述するレーザ光制御部9aからの描画レーザ駆動信号に従って、三色描画レーザ光源2aからの描画レーザ光に変調処理を施し、走査部4aへ出射する。描画レーザ光の変調処理については後述する。
走査部4aは、レーザ光出射部1aから出射されたレーザ光を反射し、投射面へ二次元的に走査投射する。この走査部4aは、互いに垂直な方向の二軸の偏角回転機構を備えた小型のレーザ反射鏡より構成されている。尚、このような小型のレーザ反射鏡は、半導体工程を用いてシリコン結晶基板より製造される事が多い為、一般に「MEMSスキャナ」と呼ばれている。
走査部4aは、前述したレーザ光出射部1aからの各レーザ光(測距レーザ光・描画レ
ーザ光)を所定の入射角でレーザ反射鏡の鏡面へ受け、偏角回転機構に基づいた周期的な走査動作により、入射されたレーザ光の強度を維持したまま反射させる事で、投射レーザ光を所定の方向へ二次元的に走査投射する。
ーザ光)を所定の入射角でレーザ反射鏡の鏡面へ受け、偏角回転機構に基づいた周期的な走査動作により、入射されたレーザ光の強度を維持したまま反射させる事で、投射レーザ光を所定の方向へ二次元的に走査投射する。
光検出素子6aは、投射面からの測距レーザ光の反射レーザ光を検出し、反射光信号へ変換する。この光検出素子6aは、例えば、フォトダイオードのような、光電効果を利用して光電気変換を行う半導体素子により構成されており、照射された光信号を電気的な信号へと高速に変換する。
投射面からの反射レーザ光には、測距レーザ光の出射時に変調処理されたパルス信号波形がそのまま含まれており、この光検出素子6aでは、その反射レーザ光に対して、含有されるパルス信号波形信号を維持したままで電気的な反射光信号へと実時間で変換する事ができる。また、この光検出素子6aは単純な能動素子である為、一般には特に駆動信号を必要としない。
次に、信号処理系10aの構成について説明する。信号処理系10aは、以下に説明する、各信号の処理を行う走査制御部5a、距離演算部7、歪み補正部8a及びレーザ光制御部9aを備え、電気回路またはソフトウェアにより構成される。
走査制御部5aは、走査部4aに駆動信号を入力して駆動制御する。具体的には、この走査制御部5aでは、走査部4aにおける二軸のレーザ反射鏡の周期的な偏角回転動作に対して、その偏角量(振動振幅)の調整、振動周波数の安定化、および二軸間動作の同期整合といった制御処理を行い、この制御処理に基づいた電気的な駆動信号を走査部4aへ入力する。
また、走査制御部5aは、走査部4aが所定の走査位置を通過する瞬間に合わせて、同期信号と、その瞬間の走査部4aの走査位置の情報(偏角情報信号)とを出力する。なお、この同期信号および偏角情報信号を出力するタイミングは、任意に設定する事が可能である。
また、走査制御部5aは、走査部4aが所定の走査位置を通過する瞬間に合わせて、同期信号と、その瞬間の走査部4aの走査位置の情報(偏角情報信号)とを出力する。なお、この同期信号および偏角情報信号を出力するタイミングは、任意に設定する事が可能である。
距離演算部7は、走査制御部5aからの同期信号と、レーザ光制御部9aからの測距レーザ駆動信号と、光検出素子6aからの反射光信号とにより、画像投射装置31と投射面21aの所定の位置の距離を算出し、距離情報信号を出力する。この画像投射装置31と投射面21aの所定の位置との距離は、測距レーザ駆動信号により測距レーザ光に変調処理をした際のパルス信号波形が、光検出素子6aを介して反射光信号として検出されるまでの遅延時間を計測する事によって、算出する事ができる。このような時間的なパルス変調方式の特徴として、光学的ノイズにより反射レーザ光強度の変動があったとしても、距離算出に誤差が生じる事が殆ど無い、という点が挙げられる。
また、上述したように、走査制御部5aから出力される同期信号のタイミングは任意に設定可能であるから、この距離演算部7は、投射面へ投射された投射領域の任意の箇所における距離を算出する事が可能である。
そして、距離演算部7は、例えば、距離情報の算出に使用する反射光信号を、投射形状の頂点における四点のうち、何れかの任意な三点より選択する機能を有する。なお、画像投射装置31と投射面21aの所定の位置との距離の詳細な算出方法については、後述する。
そして、距離演算部7は、例えば、距離情報の算出に使用する反射光信号を、投射形状の頂点における四点のうち、何れかの任意な三点より選択する機能を有する。なお、画像投射装置31と投射面21aの所定の位置との距離の詳細な算出方法については、後述する。
歪み補正部8aは、距離演算部7からの距離情報信号に基づいて、投射形状の歪みを補正するための補正情報信号を生成し、出力する。この歪み補正部8aでは、投射面における投射形状の三頂点と画像投射装置31との距離情報を距離演算部7から受け取り、その三頂点の距離の値を相互に比較する事で、画像投射装置31と投影面との投射配置状態、
即ち両者の相対的な傾斜角度を推定する。この推定された傾斜角度に基づいて、レーザ光制御部9aで必要となる投射形状の歪みを補正するための補正情報信号を生成し、出力する。なお、画像投射装置31と投射面との相対的な傾斜角度の推定方法および、補正情報信号の生成方法については、後述する。
即ち両者の相対的な傾斜角度を推定する。この推定された傾斜角度に基づいて、レーザ光制御部9aで必要となる投射形状の歪みを補正するための補正情報信号を生成し、出力する。なお、画像投射装置31と投射面との相対的な傾斜角度の推定方法および、補正情報信号の生成方法については、後述する。
レーザ光制御部9aは、レーザ光出射部1aにおける各レーザ光の出射状態や変調処理を制御するための駆動信号(測距レーザ駆動信号・描画レーザ駆動信号)を生成し、出力する。後述する測距状態においては、同期信号に基づいて、測距レーザ光を時間的にパルス変調する為のパルス信号波形を生成し、測距レーザ駆動信号としてレーザ光出射部1aへ出力する。また、後述する描画状態においては、同期信号と補正情報信号に基づいて、外部の画像情報生成装置からの画像情報信号の内容に応じた赤、青、緑の変調波形をそれぞれ生成し、描画信号としてレーザ光出射部1aへ送る。
[動作の説明:図2、図3]
続いて、本実施形態の画像投射装置31の形状歪み補正の動作の詳細について、図2及び図3を用いて説明する。
図2は、本実施形態の画像投射装置31の処理手順を示したフローチャートである。図3は、本実施形態の画像投射装置31により投射面21aに対して斜め角度から投射した状態を示す説明図である。
続いて、本実施形態の画像投射装置31の形状歪み補正の動作の詳細について、図2及び図3を用いて説明する。
図2は、本実施形態の画像投射装置31の処理手順を示したフローチャートである。図3は、本実施形態の画像投射装置31により投射面21aに対して斜め角度から投射した状態を示す説明図である。
画像投射装置31が始動すると、まず、走査制御部5aからの駆動信号により、走査部4aが駆動され、二軸のレーザ反射鏡が周期的な偏角回転動作を始める〔処理1〕。なお、この時、走査制御部5aから距離演算部7への同期信号の出力は、走査部4aが最大偏角位置(即ち補正前投射領域22aの四つの頂点)に達した段階で実施するように設定されている。
次に、レーザ光制御部9aにより、走査制御部5aからの同期信号に基づいて、測距レーザ光を時間的にパルス変調する為のパルス信号波形が生成され、測距レーザ駆動信号としてレーザ出射部1aに出力される。これにより、測距レーザ光源3で生成された赤外波長領域の測距レーザ光が、測距用に時間パルス変調された状態でレーザ光出射部1aから出射される〔処理2〕。このように、レーザ光出射部1aから測距レーザ光が出射され、投射面21aとレーザ光走査型画像投射装置31との距離を算出する状態を測距状態と呼ぶ。
この出射された測距レーザ光が、走査部4aのレーザ反射鏡に反射走査される事で、投射面21a上へ投射される。
この時、画像投射装置31が投射面21aに対して、斜めの投射角度となっている為、図3に示すように、測距レーザ光が投射された投射面21aの補正前投射領域22aは、上下左右の均衡が崩れた形状となっている。この間、駆動信号を必要としない光検出素子6aは、投射面21aにおける補正前投射領域22aの全部位からの反射レーザ光を受光し、測距用のパルス信号波形を含んだ反射光信号へと変換する。
この時、画像投射装置31が投射面21aに対して、斜めの投射角度となっている為、図3に示すように、測距レーザ光が投射された投射面21aの補正前投射領域22aは、上下左右の均衡が崩れた形状となっている。この間、駆動信号を必要としない光検出素子6aは、投射面21aにおける補正前投射領域22aの全部位からの反射レーザ光を受光し、測距用のパルス信号波形を含んだ反射光信号へと変換する。
次に、距離演算部7では、走査制御部5aからの同期信号(即ち走査部4aが最大偏角位置に達した合図)を受けて、レーザ光制御部9aからの測距レーザ駆動信号と、光検出素子6aから出力される反射光信号の、それぞれのパルス信号波形から、測距レーザ光の、画像投射装置31と投射面21aとの往復による遅延時間を求め、補正前投射領域22aの四頂点と画像投射装置31との距離を算出する。そして、四頂点のうちから、任意の三点の距離を選択する〔処理3〕。
また、この距離演算部7では、三点の距離の値と走査制御部5bからの走査部4aの走
査角情報信号とを元に、投射面21a上の当該三点および画像投射装置31との幾何学的な関係を示す三次元座標情報を生成する。この三次元座標情報とは、画像投射装置31のレーザ光が出射する部位を原点とした時の、投射面21a上の当該三点の座標と、画像投射装置31の正面方向(走査部4aの二軸の偏角が何れもゼロの場合の走査方向)を示す座標と、を意味する。距離演算部7は生成した三次元座標情報を距離情報信号として、歪み補正演算部8aへ出力する。
査角情報信号とを元に、投射面21a上の当該三点および画像投射装置31との幾何学的な関係を示す三次元座標情報を生成する。この三次元座標情報とは、画像投射装置31のレーザ光が出射する部位を原点とした時の、投射面21a上の当該三点の座標と、画像投射装置31の正面方向(走査部4aの二軸の偏角が何れもゼロの場合の走査方向)を示す座標と、を意味する。距離演算部7は生成した三次元座標情報を距離情報信号として、歪み補正演算部8aへ出力する。
次に、歪み補正演算部8aにおいて、距離演算部7からの距離情報信号を用いた所定の幾何学演算が行われ、画像投射装置31と投射面21との配置状態(上下左右方向二軸の投射角度)が算出される〔処理4〕。この投射角度の幾何学演算は、例えば、補正前投射領域22aの三頂点を示す三点の座標から、それら三点を含む平面を計算し、その平面の方向を示す法線ベクトルを求め、その法線ベクトルと、画像投射装置31の正面方向を示す座標のベクトルとの為す角度を、ベクトル演算によって算出する手法等が挙げられる。当然ながら、補正前投射領域22aの形状の歪みが大きい程、この投射角度は大きくなる。
続いて、歪み補正演算部8aにおいて、処理4において算出された投射角度が、予め規定された投射角度の閾値の範囲内に収まっているかどうかの形状歪み判定が行われる〔処理5〕。この投射角度の閾値は、補正前投射領域22aの形状が、人間の目から見て歪んで見え始める程度の値に設定する事が望ましい。
この形状歪み判定により、算出された投射角度が閾値以上と判定されると(即ち補正前投射領域22aが所定度合以上に歪んだ形状として認識されると)、その算出された投射角度に基づいて、歪み補正演算部8aにおいて、投射形状の歪みを補正するための補正情報信号が生成される〔処理6〕。
具体的には、この歪み補正演算部8aで、補正前投射領域22aの三頂点を示す三点の座標、および算出された投射角度より、その領域内で投射可能な歪みの無い補正後投射領域23aを定めてから、その四頂点25a〜25dの座標が求められる。歪み補正演算部8aは、この補正情報信号を生成した後、レーザ光制御部9aに対して出力する。
具体的には、この歪み補正演算部8aで、補正前投射領域22aの三頂点を示す三点の座標、および算出された投射角度より、その領域内で投射可能な歪みの無い補正後投射領域23aを定めてから、その四頂点25a〜25dの座標が求められる。歪み補正演算部8aは、この補正情報信号を生成した後、レーザ光制御部9aに対して出力する。
レーザ光制御部9aは、歪み補正演算部8aから補正情報信号が入力されると、測距レーザ駆動信号を停止する。これにより、レーザ光出射部1aからの測距レーザ光の出射が停止され、測距状態が終了する〔処理7〕。
この測距レーザ光の出射の停止と同時に、レーザ光制御部9aにより、同期信号と補正情報信号とを用い、外部の画像情報生成装置からの画像情報信号に基づいた赤、青、緑三色の描画レーザ光を所定周期間隔で出射するような赤、青、緑三色の変調波形がそれぞれ生成され、描画信号としてレーザ光出射部1aに出力される。これにより、歪みの無い補正後投射領域23aへ、表示したい画像の投射が行われる事となる〔処理8〕。このように、レーザ光出射部1aから描画レーザ光が出射され、投射面21aに画像を投射する状態を描画状態と呼ぶ。
この描画状態におけるレーザ光出射部1aの動作について詳細に説明する。まずレーザ光制御部9aにおいて、補正後投射領域23aの四頂点に対応した走査部4aのレーザ反射鏡の偏角値(振幅)を算出し、その偏角値を、描画レーザ光を走査投射する際の最大偏角値として設定する。その上で、レーザ光制御部9aは、走査部4aが設定された最大偏角範囲内を走査している間のみ三色の描画レーザ光を出射するような描画レーザ駆動信号を生成すると共に、走査投射する画像の画素密度が補正後投射領域23a上において略均一になるように、画像情報信号の描画レーザ光の出射周期間隔を調整する作業も行う。
以上の手順により、本実施形態の画像投射装置31により、歪みの無い状態の形状とな
った補正後投射領域23aへ、表示したい画像の投射が行われる。
以上の手順により、本実施形態の画像投射装置31により、歪みの無い状態の形状とな
った補正後投射領域23aへ、表示したい画像の投射が行われる。
また、先述した〔処理5〕において、画像投射装置31と投射面21との投射角度が所定の閾値以下であると判断された場合は、上述したような歪み補正処理〔処理6〕は行われずに、直ちに測距レーザ光の停止〔処理7〕が行われ、通常の画像投射が開始される〔処理8〕。
図2に示す、本実施形態の画像投射装置31の形状歪み補正の動作例では、投射面21aとレーザ光走査型画像投射装置31との距離を算出する測距状態の終了後に、投射面21aに画像を投射する描画状態とするとした。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、測距状態と描画状態とを同時に行うとしても良い。
これにより、投射面21aに画像を投射した状態で、投射角度が変更した場合であっても、投射角度を再度算出し、投射画像の形状歪みの補正情報を演算することにより、歪みのない画像を投射することが可能となる。
これにより、投射面21aに画像を投射した状態で、投射角度が変更した場合であっても、投射角度を再度算出し、投射画像の形状歪みの補正情報を演算することにより、歪みのない画像を投射することが可能となる。
上述したように、本実施形態の画像投射装置は、測距レーザ光の、装置本体と投射面との往復による遅延時間から、投射面上の三点と装置本体との距離を求め、この三点の距離情報に基づいて画像投射装置による投射面への投射角度を算出し、投射画像の形状歪みの補正情報を演算する。その為、投射面の反射特性が不均一性である、または外乱光が存在する等の原因により反射レーザ光にノイズが含まれる場合であっても、距離情報を正確に算出し、投射画像の形状歪みの補正処理を高精度で行うことが可能となる。
また、本実施形態の画像投射装置は、投射面の補正前投射領域の四頂点における任意の三点と装置本体との距離を求め、この三点の距離情報に基づいて画像投射装置による投射面への投射角度を算出する。このように、可能な限り互いに離れた座標点情報を使用して幾何学的な演算を行うので、画像投射装置による投射面への投射角度を、さらに高精度で算出することが可能となる。
さらに、本実施形態の画像投射装置は、上述したように、投射面上の三点と装置本体との距離を求め、この三点の距離情報に基づいて画像投射装置による投射面への投射角度を算出する。よって、本実施形態の画像投射装置は、投射面の反射強度分布と装置内部の形状参照情報とを逐次比較しながら、投射面と装置本体との傾斜角度を推定する従来の画像投射装置と比較して、演算処理の負荷を著しく低減する事ができ、形状歪み補正処理の高速化を実現する事ができる。
さらに、本実施形態の画像投射装置は、測距状態において、不可視波長領域の測距レーザ光を使用して投射面と装置本体との距離を算出する。このため、測距状態と描画状態とを同時に行う場合であっても、投射面上で可視波長領域の不要な光学ノイズを映し出す必要が無くなり、鑑賞者に対しての表示画像の質を高水準に維持する事が可能となる。
1a レーザ光出射部
2a 三色描画レーザ光源
3 測距レーザ光源
4a 走査部
5a 走査制御部
6a 光検出素子
7 距離演算部
8a 歪み補正部
9a レーザ光制御部
10a 信号処理系
21a 投射面
22a 補正前投射領域
23a 補正後投射領域
24a〜24c 頂点
25a〜25d 頂点
31 画像投射装置
2a 三色描画レーザ光源
3 測距レーザ光源
4a 走査部
5a 走査制御部
6a 光検出素子
7 距離演算部
8a 歪み補正部
9a レーザ光制御部
10a 信号処理系
21a 投射面
22a 補正前投射領域
23a 補正後投射領域
24a〜24c 頂点
25a〜25d 頂点
31 画像投射装置
Claims (3)
- 投射面に画像を投射する画像投射装置において、
不可視波長領域の測距レーザ光源と可視波長領域の描画レーザ光源とを有し、駆動信号に基づいて、レーザ光を変調処理して出射するレーザ光出射部と、
前記レーザ光出射部へ駆動信号を出力するレーザ光制御手段と、
前記レーザ光出射部が出射するレーザ光を、前記投射面に対して走査投射する走査部と、
前記走査部を所定の周期で動作させるとともに、前記走査部の動作の周期に合わせて同期信号を出力する走査制御手段と、
前記走査部で走査投射したレーザ光の前記投射面からの反射光を検出する光検出素子と、
前記光検出素子からの検出信号と、前記レーザ光制御手段からの駆動信号と、前記走査制御手段からの同期信号とに基づいて、前記投射面上の所定の位置と当該画像投射装置との距離を演算する距離演算手段と、
前記距離演算手段で演算した、前記投射面上の少なくとも三点と当該画像投射装置との距離に基づいて、当該画像投射装置による前記投射面への投射角度を算出して、投射画像の形状歪みの補正情報を演算する歪み補正演算手段と、を備え、
前記レーザ光制御手段は、
前記投射面と当該画像投射装置との距離を算出する測距状態において、前記走査制御手段からの同期信号に基づいて生成した測距レーザ駆動信号を、前記レーザ光出射部に出力し、
前記投射面に画像を投射する描画状態において、画像情報生成装置からの画像情報信号と、前記走査制御手段からの同期信号と、前記歪み補正演算手段からの補正情報とに基づいて生成した描画レーザ駆動信号を、前記レーザ光出射部に出力する
ことを特徴とする画像投射装置。 - 前記距離演算手段は、前記投射面上の投射形状の頂点のうちの任意の三点と、当該画像投射装置との距離を演算し、
前記歪み補正演算手段は、前記距離演算手段で演算した、前記投射面上の投射形状の頂点のうちの任意の三点と、当該画像投射装置との距離に基づいて、当該画像投射装置による前記投射面への投射角度を算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像投射装置。 - 前記描画レーザ光源は、光の三原色である赤青緑の波長領域のレーザ光を出力する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の画像投射装置。
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ID=41239820
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-
2008
- 2008-03-17 JP JP2008067146A patent/JP2009222973A/ja active Pending
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