JP2019109310A - 投影装置およびその制御方法ならびにプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】投影装置の光学系の複雑化を抑制しながら、レーザ光を走査して投影した投影画像を補正する際の投影画像のぼけを低減することが可能な投影装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る投影装置は、レーザ光の点灯と消灯とを繰り返す発光手段と、投影面上に投影画像を形成するように、レーザ光の走査角度を制御して、前記投影面上に前記レーザ光を２次元状に走査させる走査手段と、投影面に形成される投影画像の歪みを補正する補正手段と、を有し、補正手段は、発光手段によるレーザ光の点灯と消灯、又は、走査手段によるレーザ光の走査を制御して、レーザ光によって投影面上に形成される投影画素同士が重ならないように投影画像の歪みを補正する。【選択図】図４

Description

本発明は、レーザ光を走査して画像を投影する投影装置およびその制御方法ならびにプログラムに関する。

従来、赤色、緑色、青色の各レーザ光を画素値に応じて変調した後に、光学素子で１本のレーザ光に合成し、更に微小ミラーで当該レーザ光を反射することにより、２次元状にラスター走査する投影装置が知られている。このような投影装置は、投影面上に画像を形成するために、走査線上の画素にあたる位置で各レーザ光のパルス発光を制御して画素を表示する（投影面上の画素を投影画素ともいう）。

また、このような投影装置では、走査駆動信号の振幅を変更することにより、例えば投影面の上端と下端とで投影装置からの距離が異なることに起因する、投影画像の歪みを補正するものが知られている（特許文献１）。

特表第２０１２−５３３７６９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された投影装置では、走査駆動信号の振幅を変更して投影画像の歪みを補正する際に、照射されるビームが隣接する投影画素間で重なり合い、投影画像がぼけてしまう場合がある。これは、特に、投影装置と投影面との距離が近い場合に、照射されるレーザ光の間隔が狭くなり投影画素が重なり易くなるためである。このような場合に対して、照射されるレーザ光の間隔が狭くならないように、投影装置に新たな光学系を適用してレーザ光の径を調整する方法も考えられる。しかし、投影装置のハードウェアが複雑化し、大型化やコストアップといった弊害を伴うため、このような弊害の少ない新たな技術が望まれてきた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、投影装置の光学系の複雑化を抑制しながら、レーザ光を走査して投影した投影画像を補正する際の投影画像のぼけを低減する技術を提供することである。

この課題を解決するため、例えば本発明の投影装置は以下の構成を備える。すなわち、レーザ光の点灯と消灯とを繰り返す発光手段と、投影面上に投影画像を形成するように、前記レーザ光の走査角度を制御して、前記投影面上に前記レーザ光を２次元状に走査させる走査手段と、前記投影面に形成される前記投影画像の歪みを補正する補正手段と、を有し、前記補正手段は、前記発光手段による前記レーザ光の点灯と消灯、又は、前記走査手段による前記レーザ光の走査を制御して、前記レーザ光によって前記投影面上に形成される投影画素同士が重ならないように前記投影画像の歪みを補正する、ことを特徴とする。

本発明によれば、投影装置の光学系の複雑化を抑制しながら、レーザ光を走査して投影した投影画像を補正する際の投影画像のぼけを低減することが可能になる。

実施形態１に係るプロジェクタの機能構成例を示すブロック図 実施形態１に係るレーザスキャンを説明するための図 実施形態１に係る画素密度算出処理を模式的に説明するための図 実施形態１に係る歪み補正処理を示すフローチャート 実施形態１に係る、投影画像を補正する処理を模式的に説明するための図 実施形態１に係るレーザ走査制御の概要を説明するためのタイミングチャート 実施形態１に係るレーザ走査制御の詳細を説明するためのタイミングチャート 実施形態１における、左右に黒帯が付加された画像の表示例を説明するための図 実施形態１における、レーザ走査制御によって歪みを補正する例を説明するための図

（実施形態１）
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では投影装置の一例として、レーザ光源を用いた走査型のプロジェクタを用いる例を説明する。しかし、本実施形態は、ＬＥＤなど他の光源を用いた走査型の装置に適用可能である。また、本実施形態は、プロジェクタに限らず、レーザ光源を用いた走査型の投影手段を有することが可能な他の機器にも適用可能である。これらの機器には、例えばパーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、スマートフォンを含む携帯電話機、ゲーム機、タブレット端末、医療機器、車載用機器などが含まれてよい。

図１を参照して、本発明の実施形態１に係るプロジェクタ１００のシステム構成について説明する。なお、プロジェクタ１００は、ＤＣＩ ４Ｋ解像度（水平方向４０９６画素、垂直方向２１６０画素）以下の所定の解像度の投影画像を形成可能であるものとする。以下、画像の解像度としてＸ×Ｙ画素と記載する場合、水平方向Ｘ画素×垂直方向Ｙ画素を意味する。例えば、プロジェクタ１００は、４Ｋ ＵＨＤ解像度（３８４０×２１６０画素）やＤＣＩ ２Ｋ解像度（２０４８×１０８０画素）の投影画像を形成可能である。なお、プロジェクタ１００の投影画像の最大解像度はＤＣＩ ４Ｋ解像度に限定されず、例えば８Ｋ解像度（７６８０×４３２０画素）の投影画像を形成可能であってもよい。

ＣＰＵ１０１は、メモリ１１４に含まれる不揮発性メモリに記憶されたプログラムを、メモリ１１４のシステム領域に読み込んで実行することにより、バス１１５を介してプロジェクタ１００の各構成部の動作を制御する。なお、ＣＰＵ１０１は、後述するレーザ制御部１０３、走査ミラー制御部１０９及び画素密度算出部１１２の少なくともいずれかを包含し、ＣＰＵ１０１がこれらの少なくともいずれかの機能を実現してもよい。

画像処理部１０２は、外部装置から入力画像を取得して、メモリ１１４に一時的に格納する。入力画像は、有線または無線通信により、パーソナルコンピュータ、ファイルサーバ、スマートフォン、クラウドストレージ、デジタルカメラなど、プロジェクタ１００と通信可能な電子機器から入力されうる。また、入力映像は、プロジェクタ１００に接続可能なメモリカード、ＵＳＢメモリや、プロジェクタ１００のメモリ１１４などから入力されてもよい。また、入力画像は動画であっても静止画であってもよい。なお、入力画像は、予め定められたデータ形式を有する信号として入力され、入力画像に加え、水平／垂直同期信号やメタデータといった付随情報を含みうる。画像処理部１０２は、後述する走査ミラー制御部１０９から供給される水平／垂直同期信号によって規定されたタイミングに応じて、画像をメモリ１１４から読み出し、後述するレーザ制御部１０３に出力する。

光源制御手段であるレーザ制御部１０３は、画像処理部１０２から出力された表示画像の画素値に基づいて、対応する投影画素を投影するための光源制御信号を生成する。光源制御信号は光源の種類や数に応じて異なる。プロジェクタ１００は３つの光源を有するため、レーザ制御部１０３は個々の光源に対する光源制御信号を生成する。レーザ光源の場合、レーザ制御部１０３は、例えば駆動電流レベルおよび駆動波形パターンを光源制御信号として生成する。光源（赤色）１０４、光源（緑色）１０５、光源（青色）１０６は、レーザ制御部１０３によって生成された光源制御信号の駆動電流と波形パターンとに基づき、不図示のレーザ光源ドライバを介して個別に駆動される。また、レーザ制御部１０３は、パルス発光させたレーザ光を投影面上で２次元状に走査する場合に、投影面に投影画像を形成するようにレーザ光源の発光を制御する。

光源１０４、光源１０５、光源１０６は、供給される駆動電流によってレーザ光を発光する。光源１０４は赤色成分、光源１０５は緑色成分、光源１０６は青色成分の波長のレーザ光をそれぞれ画素値に応じた強度で発光する。

ダイクロイックミラー１０７は、特定の波長のレーザ光のみを透過し、それ以外を反射することにより光源１０４、光源１０５、光源１０６からそれぞれ出力された各色成分のレーザ光を合成する。合成されたレーザ光はレンズ１０８を介して後述する走査ミラー１１０に出力される。

反射角度制御手段である走査ミラー制御部１０９は、後述する走査ミラー１１０によって反射されたレーザ光が投影面２００の所定の画像領域を所定の周波数で走査するように走査ミラー１１０を制御する。また、走査ミラー制御部１０９は、画像処理部１０２がメモリ１１４から画像を読み出すための水平同期信号と垂直同期信号とを生成して、生成した信号を画像処理部１０２に出力する。

走査ミラー１１０は、入射したレーザ光を反射してレーザ光の光路を変更し、走査ミラーの振れ角に応じてレーザ光の反射角度を変更することにより投影面２００に投影画像を投影する。例えば、走査ミラー１１０は、投影面２００の水平方向と垂直方向にラスター状に走査することにより投影画像を形成する。本実施形態では、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を用いて走査ミラー１１０を構成する場合を例に説明するが、他のデバイスによって実現してもよい。

測距部１１１は、プロジェクタ１００と投影面２００の距離を測定するための演算用の回路と測距センサとを含む。測距部１１１は、例えば、投影面２００で反射された、パルス変調したレーザ光を測距センサで受光し、受光したタイミングにおける位相差を演算することにより投影面２００との間の距離を求める。

画素密度算出部１１２は、投影面２００上に形成された隣接する投影画素のレーザスポットの重なり或いは近接の度合を算出する。算出方法の詳細は後述する。歪み補正決定部１１３は、レーザ走査によっていかに歪み補正処理を行うかを決定する。処理の詳細は後述する。

メモリ１１４は、書き換え可能な不揮発性メモリを含み、プロジェクタ１００の動作に必要な情報を記憶する記憶媒体である。メモリ１１４が記憶する情報には、ＣＰＵ１０１が実行するためのプログラム、プロジェクタ１００の設定値、ＧＵＩ画像データなどが含まれる。また、メモリ１１４は、画像、パラメータなどの情報を一時的に記憶するバッファーメモリとして用いられてもよい。バス１１５に接続された各構成部は、画像データやパラメータのデータをメモリ１１４から読み出したり、メモリ１１４に書き込んだりすることができる。撮像部１１６は、被写体光を電気信号に変換する撮像素子を含み、投影画像を撮像した撮像画像を出力する。撮像部１１６から出力された撮像画像は、歪み補正の方法を決定するために歪み補正決定部１１３に入力される。

次に、図２を参照して、走査ミラー１１０のスキャン角について説明する。なお、以下の説明では、説明の簡略化のため水平方向のスキャン角について説明するが、垂直方向にスキャンする場合も同様である。

図２（ａ）は、水平走査に関する走査ミラー１１０の振れ角θｈの特性を示している。本実施形態では、走査ミラー制御部１０９が走査ミラー１１０を共振周波数で駆動させることによって、走査ミラー１１０は水平方向の振れ角θｈを連続的に変化させる。ここで、共振周波数とは、走査ミラー１１０を振るために必要な電流値が最小になる周波数であり、走査ミラー１１０の寸法、材料の密度、固さ等によって一意に決まるミラー固有の値である。共振周波数で走査ミラー１１０を振動させれば、小さな電流値で大きなミラー振幅を得ることができる。

時間軸ｔにおける振れ角θｈの変位は、例えば正弦波で表すことができる。また、図２（ａ）に示すように、その１／２周期が１つの水平走査期間（１Ｈ）に相当する。走査ミラー１１０の角速度ωｈ＝ｄθｈ／ｄｔは、θｈ＝０のとき最も速く（例えばｔ_１からｔ_３の期間に変化する際のｔ_２を通過する地点）、θｈ＝±θ_１（最大振れ角）で０になる。ただし、本実施形態では、画像表示に実際に用いられる有効範囲は、最大振れ角までの位相範囲（−θ_１≦θｈ≦＋θ_１）よりも狭い位相範囲（−θ_２≦θｈ≦＋θ_２）である。これは、上述のように、最大振れ角となるθｈ＝±θ_１のときに角速度ωｈ＝ｄθｈ／ｄｔ＝０となるためである。つまり、１画素の表示期間と走査速度の積分で決まる投射面の画素サイズが理論上０になってしまうからである。本実施形態では、画質への影響を考慮に入れて、θ_２を最大有効振れ角として、図２（ａ）に示すようにスキャン角を−θ_２≦θｈ≦＋θ_２とする期間で画像の表示を行う。このとき、走査ミラー１１０の走査速度Ｖｈは、図２（ｂ）に示すようにＶｌｏｗとＶｈｉｇｈの間で変化する。ただし、ＣＰＵ１０１は、スキャン角の絶対値がθ_２以下の期間で投影画像を表示している際に、後述する画素密度算出処理により画素密度が高いと判定した場合、レーザ制御部１０３を制御してスキャン角θ_２の範囲を広げる。すなわち、ＣＰＵ１０１は、スキャン角を−θ_３≦θｈ≦＋θ_３とする期間で投影画像を表示するようにレーザ制御部１０３を制御して、投影画像における画素密度を低下させる。

（画素密度算出処理）
次に、図３（ａ）〜（ｃ）を参照して、本実施形態に係る画素密度算出処理について説明する。なお、本処理は、ＣＰＵ１０１の指示に応じて画素密度算出部１１２がメモリ１１４に記録されたプログラムを実行することにより実現される。

図３（ａ）は、走査ミラー１１０が、スキャン角を−θ／２から＋θ／２の範囲で制御して、投影画像を投影する様子を模式的に示している。この場合、スキャン角範囲がθであるとする。スキャン角範囲は、ある投影条件におけるスキャン角の最大値と最小値とで形成される角度である。画素密度算出処理では、まず、測距部１１１が走査ミラー１１０と投影面２００との距離Ｌを取得して、距離Ｌをメモリ１１４に記憶させる。測距部１１１は、上述のように、例えば投影面２００で反射されたレーザ光の位相を判定することにより投影面２００までの距離を計測する。

投影面２００上における水平方向の投影幅をＳｘとすると、画素密度算出部１１２は、予めメモリ１１４に記憶させておいたスキャン角範囲θ及び距離Ｌを用いて、式（１）に従ってＳｘを算出する。

Ｓｘ＝２×Ｌ×ｔａｎ（θ／２） （１）

続いて、画素密度算出部１１２は、（１）に従って算出したＳｘを用いて、投影面２００上における画素密度を算出する。水平方向の走査線上に形成される投影画素を模式的に示すと、図３（ｂ）に示すようになる。すなわち、スキャン幅Ｓｘの走査線上に、水平方向の解像度に相当する数の投影画素が形成される。一方、図３（ｃ）は、レーザのビーム径がＢｗ（投影画素の大きさ）であり、水平方向の走査線上にＰｘの間隔で形成される投影画素を示している。まず、画素密度算出部１１２は、例えば水平方向の解像度をメモリ１１４から更に読み出して、式（２）に従って間隔Ｐｘを算出する。

Ｐｘ＝Ｓｘ／（水平方向の解像度） （２）

続いて、画素密度算出部１１２は、式（３）に従って画素密度Ｍｘを算出する。本実施形態では、画素密度Ｍｘは、間隔Ｐｘに対するビーム径Ｂｗ（投影画素の大きさ）の割合を表す。なお、画素密度算出部１１２は、画素密度Ｍｘが大きくなるほど画素密度が高くなるものとしてＭｘを判定する。なお、投影画素の大きさは、スキャン角によって変化しうる。上述したように、スキャン角θが０に近いほど、走査速度が速い。したがって、レーザの点灯期間を投影画素ごとに同等程度で制御する場合、点灯期間中にレーザ光がスキャン方向に速度に依存する長さだけシフトする。つまり、走査範囲の端部の投影画素は、中央部の投影画素の方がスキャン方向に扁平な形状となる。式（３）における画素密度Ｍｘは、理想的な投影画素の径（ビーム径Ｂｗ）とした場合における走査方向に対する投影画素の集積具合を判定するための指標である。

Ｍｘ＝Ｂｗ／Ｐｘ （３）

画素密度算出部１１２は、画素密度Ｍｘを予め定められた閾値Ｔｈと比較して、画素密度Ｍｘが閾値以上であるかを判定する。画素密度算出部１１２は、画素密度Ｍｘが閾値以上である場合には画素密度が高いと判定する。なお、この閾値は、レーザ光を走査して投影面上に形成される投影画素が互いに重なり合うような値を計測することによって予め定められ、メモリ１１４に記憶されている。例えば、閾値は１であるとする。閾値が１であるということは、ビーム径Ｂｗと同一の径で各投影画素が投影された場合に、隣接する投影画素が外接する状態を示す。

このように、画素密度算出部１１２は、投影面上に形成される投影画素の近接する度合を、画素密度の大小によって判定する。すなわち、画素密度は、形成される投影画素同士が重ならないようにレーザ発光を制御するための尺度として用いられる。ここまで、水平方向の画素密度を求める方法を説明してきたが垂直方向の画素密度Ｍｙも同様に求めることができる。また、水平方向あるいは垂直方向のどちらか１つを用いて画素密度の判定を行っても同様の処理を実現することができる。更に、画素密度を用いる方法以外に、間隔Ｐｘが、Ｂｗより大きな所定の閾値Ｂｗ’以上であるかを判定することにより、投影画素の近接する度合を判定してもよい。

（歪み補正処理）
次に、図４を参照して、実施形態１における歪み補正処理に係る一連の動作について説明する。なお、本処理は、ＣＰＵ１０１がメモリ１１４からプログラムを読み出してメモリ１１４内のＲＯＭに展開、実行し、プロジェクタ１００を構成する各部（歪み補正決定部１１３等）を制御することによって実現される。なお、説明の簡略化のため、投影画像の水平方向に対する補正処理について説明を行う。投影画像の垂直方向に対する補正処理は、以降の補正処理と同様の方法で実施することが可能である。また、図４の補正処理を実行するまでに、走査ミラー制御部は、スキャン角範囲θ_２で画像を投影するように設定されているとする。図４に示す歪み補正処理は、不図示の操作部を、ユーザが操作することによって入力された歪み補正実行指示に応じて開始されるとする。また、図４に示す歪み補正処理は、投影指示に応じて投影された投影画像を、撮像部１１６が撮影して撮影画像を取得したことに応じて、自動的に開始することも可能である。

Ｓ４０１では、歪み補正決定部１１３は、撮像部１１６にて撮像された投影画像に基づいて、歪み補正が必要か否かを判定する。具体的には、歪み補正決定部１１３は、撮像した投射画像が長方形で表示されている場合には必要ないと判定し、煽り等の影響によって歪んで表示されている場合には必要ありと判定する。歪み補正決定部１１３は、歪み補正が必要ないと判定した場合（Ｓ４０１においてＮｏ）、歪み補正処理に係る一連の動作を終了する。一方、歪み補正が必要であると判定した場合（Ｓ４０１においてＹｅｓ）、処理をＳ４０２に進める。

図５は、水平方向に歪んで投影された補正前の投影画像の一例を示す模式図である。投影装置と投影画像の上辺までの距離がＬａ、投影装置と投影画像の下辺までの距離がＬｂであり、ＬａはＬｂよりも長いとする。このような場合、投影画像の垂直方向に対して、水平方向のスキャン角範囲を一定（θ_２）で制御すると、式（１）より、投影画像の上辺の長さ（Ｓｘ＿ａ）が対向する下辺の長さ（Ｓｘ＿ｂ）よりも長くなり、水平方向に歪んだ台形形状の画像が投影される。歪み補正部１１３は、投影画像の上辺の長さ（Ｓｘ＿ａ）と下辺の長さ（Ｓｘ＿ｂ）との差が所定の判定閾値よりも大きい場合、歪み補正が必要と判定する。

なお、投影画像の辺の長さは、測距部１１１から取得した投影装置と投影画像の各辺までの距離とスキャン角範囲とから取得してもよいし、撮像部１１６が撮影した投影画像を解析して取得してもよい。

Ｓ４０２では、歪み補正決定部１１３は、画素密度算出部１１２において算出された画素密度を取得して、予め定められた閾値との比較を行うことで画素密度が高いか否かを判定する。歪み補正決定部１１３は、画素密度が閾値以上である場合（Ｓ４０２においてＹｅｓ）、投影画素が重なって投影されていることを示しているためＳ４０４に処理を進める。一方、画素密度が閾値より低い場合（Ｓ４０２においてＮｏ）、Ｓ４０３に処理を進める。

例えば、歪み補正決定部１１３は、投影画像の補正対象方向に対して短いほうの辺において、画素密度が閾値以上であるか否かを判定する。図５のように画像が投影されている場合、歪み補正決定部１１３は、投影画像の下辺における画素密度を取得して、閾値と比較する。なお、画素密度Ｍｘは、式（１）〜（３）より、スキャン角範囲θ、投影画素解像度Ｐｘ、レーザ径Ｂｗがあらかじめ設定されていれば、投影装置と投影面との距離Ｌによって一意に決定される。したがって、画素密度が閾値Ｔｈ以上であるということは、投影装置と投影面との距離Ｌが閾値Ｔｈに対応する距離閾値Ｌｈ以下であると同義である。したがって、歪み補正決定部１１３は、投影装置と投影面との距離Ｌに基づいて、画素密度が高いか否かを判定してもよい。

なお、画素密度が高いか否かの判定は、上述の方法に限らない。例えば、投影画像の中央付近における投影画像の水平方向の画素密度と閾値とを比較して判定してもよい。

Ｓ４０３では、歪み補正決定部１１３は、通常の歪み補正、すなわち投影画像において画素密度の低い辺の投影画素の間隔を狭める歪み補正を行うため、スキャン角範囲を決定する。図５に示した投影画像が投影面に投影されている場合、歪み補正決定部１１３は、投影画像の上辺の長さを短くするように、投影画像の上辺に対応するスキャン角範囲θ_４を決定する。歪み補正決定部１１３は、投影画像の上辺の長さが、下辺の長さと同程度となるようにスキャン角範囲θ_４を決定する。

歪み補正決定部１１３は、Ｓｘ＿ｂとＬａと式１とに基づいて、補正後のスキャン角範囲θ_４を決定する。例えば、スキャン角範囲θ_４は、式（４）となる。

θ_４＝２×ａｒｃｔａｎ（Ｓｘ＿ｂ／２Ｌａ） （４）

なお、式（４）では、補正後の投影画像の上辺と下辺との長さが同一となるように、歪み補正決定部１１３がスキャン角範囲θ_４を求めたが、これに限らない。

また、上辺と下辺との間の位置におけるスキャン角範囲は、上辺のスキャン角範囲θ_４と下辺のスキャン角範囲θ_２との間の角範囲を、垂直方向の位置を用いて補完することにより決定する。

Ｓ４０４では、歪み補正決定部１１３は、投影画像において画素密度の高い辺の投影画素の間隔を広げる歪み補正を行うためのスキャン角範囲を決定する。図５に示した投影画像が投影面に投影されている場合、歪み補正決定部１１３は、投影画像の下辺の長さを長くするように、投影画像の下辺に対応するスキャン角範囲θ_３を決定する。即ち、スキャン角範囲θ_２よりも大きいスキャン角範囲θ_３を、投影画像の下辺を投影するためのスキャン角範囲として決定する。

歪み補正決定部１１３は、Ｓｘ＿ａとＬｂと式１とに基づいて、補正後のスキャン角範囲θ_３を決定する。例えば、スキャン角範囲θ_３は、式（５）となる。

θ_３＝２×ａｒｃｔａｎ（Ｓｘ＿ａ／２Ｌｂ） （５）

なお、式（５）では、補正後の投影画像の上辺と下辺との長さが同一となるように、歪み補正決定部１１３がスキャン角範囲θ_３を求めたが、これに限らない。

また、上辺と下辺との間の位置におけるスキャン角範囲は、上辺のスキャン角範囲θ_２と下辺のスキャン角範囲θ_３との間の角範囲を、垂直方向の位置を用いて補完することにより決定する。

Ｓ４０５では、ＣＰＵ１０１は、Ｓ４０３又はＳ４０４において決定されたスキャン角範囲に応じて、歪み補正処理を実行する。例えば、歪み補正が通常の歪み補正である場合、ＣＰＵ１０１は、レーザ制御部１０３を制御して、投影画像において画素密度の低い辺の投影画素の間隔を狭める歪み補正を行う。また、歪み補正が投影画素の間隔を広げる歪み補正である場合、ＣＰＵ１０１は、歪み補正決定部１１３によって決定されたスキャン角範囲を用いて投影画素の間隔を広げる歪み補正を行う。ＣＰＵ１０１は、レーザ制御部１０３を制御して、上辺ではスキャン角範囲θ_２の範囲でレーザ光の発光制御を行い、下辺に向かうにつれてスキャン角範囲θ_３の範囲に近づくようにレーザ光の発光制御を行う。具体的なレーザ制御のタイミングについては後述する。

以上で、歪み補正処理が完了する。なお、上述の例では、Ｓ４０３とＳ４０４とでそれぞれ投影画像の上辺および下辺のうち一方の長さを補正する例を示したが、これに限らない。上辺および下辺の両方を補正するようにスキャン角範囲を決定することも可能である。このような場合、Ｓ４０３では、上辺に対応するスキャン角範囲の補正量よりも、下辺に対応するスキャン角範囲の補正量が小さくなるように、スキャン角範囲を決定する。また、Ｓ４０４では、上辺に対応するスキャン角範囲の補正量よりも、下辺に対応するスキャン角範囲の補正量が大きくなるように、スキャン角範囲を決定する。
また、投影装置と投影面との距離Ｌ、又は画素密度に応じて、投影画像のいずれの辺に対応するスキャン角範囲を変更するかを異ならせるようにした。このとき、距離Ｌを用いて変更するスキャン角範囲を決定する処理は以下のようになる。例えば、投影面と投影装置との距離が所定値以下であれば、投影画素間の距離が近く、画素密度が高いことになる。このため、投影画像を上側に煽って表示する場合、投影画像の対向する２辺のうち短い方の下辺の長さを長くするように歪み補正を行う。また、投影面と投影装置との距離が所定値より長ければ、投影画素間の距離が近く、画素密度が高いことから、上辺の長さを長くするように歪み補正を行う。

（レーザ走査制御の概要）
次に、図６を参照して、レーザ制御部１０３によるレーザ走査制御の概要について説明する。本実施形態に係るプロジェクタ１００では、レーザ制御部１０３によって制御される後述のタイミングで、レーザ光のパルス発光（短い時間間隔で点滅を繰り返す）が行われる。パルス発光によって投影面２００上に形成される１画素のサイズは、おおむね１画素分のレーザ光を照射し続ける画素表示期間と、レーザスポットの走査速度との積分で決定される。例えば、１画素のサイズは、画面端部（Ｄ０、Ｄ１０２３）では、図２に示した走査速度Ｖｌｏｗと画素表示期間Ｔｅとの積算によって求められる。また、画面中央付近（Ｄ５１１、Ｄ５１２）では、図２に示した走査速度Ｖｈｉｇｈと画素表示時間Ｔｃとの積算によって求められる。

投影画素毎に走査速度Ｖｈが異なるため、投影画素のサイズを一定に保つためには、投影画素毎の画素表示期間を走査速度Ｖｈに応じて異ならせるように調整する必要がある。このような理由から、レーザ制御部１０３は、図６に示すように、走査速度の遅い画面端部では６０１に示す画素表示期間Ｔｅを長く設定し、走査速度の速い画面中央部では６０２に示す画素表示期間Ｔｃを短く設定する。すなわち、画素表示期間は、画面端部のＤ０から中央部のＤ５１１に向かうにつれて徐々に短くなる。

このような画素表示期間の制御を実現するため、本実施形態では、画素表示期間を同期信号ＨＳＮＣ、ＶＳＮＣと同期した基準クロックＣＬＫによって規定する。具体的には、レーザ制御部１０３は、６０１、６０２で表す画素表示期間内において、波形パターンであるＰＴ６０３の信号値がＨｉｇｈである期間にレーザ光を照射させる。図６に示す例では、画素表示期間Ｔｅにおけるレーザ光のオン期間の合計は１２ＣＬＫ期間であり、画素表示期間Ｔｃにおけるレーザ光のオン期間の合計も１２ＣＬＫ期間であるため、画素表示期間の長さに関わらず一定である。一般に、投影面２００の観賞者が知覚する明るさは、レーザ光の出力強度を時間で積分した積分値に依存するため、画面の位置に関わらずオン期間を一定にすることで明るさを一定にしている。このようにして、レーザ制御部１０３は、入力映像信号の階調が全画面で一定である場合、投影画像の明るさを一定にすることができる。なお、レーザ光のオン期間の長さ（合計１２ＣＬＫの期間）は一例であり、もちろん他の値であってもよい。

画素表示期間６０１、６０２に示す各画素表示期間では、波形パターンのＰＴ６０３に従って光源がパルス発光のオン、オフを繰り返している。これは、波形パターンのＰＴ６０３がオンに立ち上がるタイミングで緩和振動を開始させてスペックルノイズを低減するためである。また、本実施形態では、各画素表示期間６０１、６０２において、波形パターンのＰＴ６０３が期間６０４、６０６内でパルス発光のオン、オフを繰り返した後に、各画素表示期間６０１、６０２の最後尾に連続したオフ期間６０５、６０７を設けている。これは、走査中のレーザ光が隣接する投影画素と重なり合って投影画像がぼけることを抑制するためのブランキング期間である。すなわち、６０４、６０６は投影画素を表示するためにレーザ光が点灯する期間に対応し、６０５、６０７のブランキング期間はレーザ光が消灯する期間に対応する。従って、レーザ制御部１０３は、このブランキング期間を大きくすることで画素密度を低くすることができる。

（レーザ走査制御の詳細）
更に、図７を参照して、レーザ制御部１０３によるレーザ走査制御の詳細について説明する。図７は、本実施形態に係るレーザ制御部１０３によるライン単位の制御をタイミングチャートで示している。

図７に示す例では、レーザ走査のスキャンは常にスキャン角範囲θ_１で走査しているとする。また、スキャン角範囲θ_１のための走査期間７０１は基準クロックで６５５３６ＣＬＫの期間であり、画像を投影するためのスキャン角範囲θ_２のための走査期間７０２は基準クロックで３２７６８ＣＬＫの期間であるものとする。本実施形態体に係るレーザ走査制御の例では、図５に示した台形形状の上辺を、このスキャン角範囲θ_２のための走査期間７０２で表示し、台形形状の下辺を、スキャン角範囲θ_３のための走査期間７０３で表示する。例えば、台形形状の下辺が上辺に対して１．２倍に拡大する場合、走査期間７０３は基準クロックで３２７６８×１．２＝３９３２２ＣＬＫの期間となる。この上辺に対する比率は、前述した通り撮像部１１６によって撮像された画像から特定する。一方、バックポーチ期間７０４とフロントポーチ期間７０５に関しては、レーザ制御部１０３は、バックポーチ期間７０４とフロントポーチ期間７０５の比率を維持して、バックポーチ期間７０６とフロントポーチ期間７０７を設定する。例えばバックポーチ期間７０４が基準クロックで１６３８４ＣＬＫ、フロントポーチ期間が基準クロックで１６３８４ＣＬＫである場合、比率は１：１であるため、バックポーチ期間７０６とフロントポーチ期間７０７も同じ比率に設定される。これにより、バックポーチ期間７０６は１３１０７ＣＬＫとなる。バックポーチ期間７０６の後に走査期間７０３がスタートする。上辺に対する走査期間７０２における波形パターンＰＴにおいて、オン期間とオフ期間の和である期間７０８は、図６に示した６０１の期間（すなわち画素表示期間Ｔｅ）に対応する。そして、オン期間である７１０は図６に示したレーザ光が点灯する期間６０４に対応し、オフ期間は図６に示したブランキング期間６０５に対応する。

下辺に対する走査期間７０３における波形パターンＰＴでは、オン期間とオフ期間の和である期間７０９が、走査期間７０２における期間７０８に対して１．２倍となっている。すなわち、走査期間７０３におけるレーザ光の消灯の期間が、走査期間７０２におけるレーザ光の消灯の期間より長くなるように制御される。一方、オン期間である７１１は、上辺に対する波形パターンＰＴのオン期間である７１０と同じ期間とする。更に、下辺に対するフロントポーチ期間７０７は、走査期間７０１からバックポーチ期間７０６と走査期間７０３の和を引いた残りの期間となる。このようにレーザ制御部１０３がレーザの発光タイミングを制御することで、画素密度を低下させ、投影画像のボケを低減することができる。なお、本実施形態では計算式を用いて発光タイミングを制御するようにしたが、レーザ制御部１０３は予め算出した演算結果を持たせたメモリテーブルを使用してタイミングを制御してもよい。

なお、スキャン角範囲θ_２のための走査期間を越えて表示領域を設けると、この走査期間を超えた領域では画素あたりの発光期間を確保できずに輝度が低下する可能性がある。このような輝度の低下を極力防ぐため、前述のように上辺を固定して下辺を広げるだけでなく、変形前での上辺の画素密度を参照して、閾値より低い場合には走査期間７０２を短くしてもよい。このようにすることで、ボケの発生を抑制しながら、走査期間７０３の広がりを抑えることができ、輝度が低下してしまう領域を極力小さくすることが可能になる。

或いは、輝度が低下しても問題のない画像か否かを判定するようにしてもよい。例えば、投影画像の特徴量を検出する不図示の特徴量検出ブロックにおいて、図８（ａ）に示す、両端に黒帯領域８０１が付加された画像の入力を検出するものとする。当該画像の入力を検出した場合、レーザ制御部１０３は、図８（ｂ）に示す、黒帯領域８０１以外の有効画素領域８０３がスキャン角範囲θ_２のための走査区間に含まれるように走査期間７０２及び７０３を定義してもよい。すなわち、スキャン角範囲θ_２のための走査区間外である領域８０２が輝度低下を起こす領域となるが、有効画素領域８０３はスキャン角範囲θ_２のための走査区間に含まれるため、輝度低下を防止することができる。

以上説明したように本実施形態では、レーザ光を２次元状に走査して投影面に形成された投影画像の歪みを補正する場合、レーザ光によって投影面上に形成される投影画素同士が重ならないように投影画素の間隔を制御するようにした。すなわち、投影画像を台形補正する際には、投影面上に形成される投影画素の画素密度が閾値以上であるかを判定し、画素密度が閾値以上である場合、台形補正におけるスキャン角範囲が広がるように画素表示期間（特にブランキング期間）を制御した。このようにすることで、レーザスポット同士が重ならないようにした歪み補正を行うことができる。すなわち、投影装置の光学系の複雑化を抑制しながら、レーザ光を走査して投影した投影画像を補正する際の投影画像のぼけを低減することが可能になる。

（実施形態２）
次に実施形態２について説明する。実施形態１では、スキャン角範囲θ_１でスキャンしながらレーザ制御部１０３がレーザの発光タイミングに基づくスキャン角範囲θ_２等を制御して画素密度を低下させるレーザ走査制御について説明した。実施形態２では、レーザ制御部１０３は（投影画像の垂直位置に応じて発光タイミングを変化させない）通常の制御を行い、走査ミラー制御部１０９がスキャン角範囲を制御することにより画素密度を下げるレーザ走査制御を行う。なお、本実施形態は、レーザ走査制御の動作の一部が実施形態１と異なるが、プロジェクタ１００の構成は実施形態１と同一である。

本実施形態に係る走査ミラー制御による歪み補正は、走査ミラーの振幅特性を変化させることで実現できる。図９は、水平方向の振幅を変更することで、図５に示した投影画像の歪みを補正する様子を説明する図であり、制御された走査ミラーのスキャン角範囲による走査区間の例を模式的に示している。この例は、上述したＳ４０４の処理に対応し、投影画像の下辺の長さを長くするように、投影画像の下辺に対応するスキャン角範囲を大きくする処理である。走査ミラー制御部１０９は、最も高いスキャン位置ではスキャン角範囲θ_１をそのまま維持する一方で、最も低いスキャン位置ではスキャン角範囲θ_１をスキャン角範囲θ_１’に増加させる。そして、投影画像の下辺に対応するスキャン角範囲は、投影画素同士が重ならないようにスキャン角範囲θ_２からスキャン角範囲θ_３に増加させる。このとき振幅は図２（ａ）の振れ角θｈを大きくすることで拡大させることができる。また、走査ミラー制御部１０９は、スキャン角範囲θ_１’を、実施形態１と同様に上辺に対して下辺を何倍にしたいかによって決定する。図９のようにスキャン角範囲を投影画像の上辺から下辺にかけて線形に増加させ、かつレーザの発光タイミングは通常の投影と同じにしておくことで、投影画像を補正することができる。一方、投影画像の上辺を短くする場合、Ｓ４０３と同様、投影画像の上辺を短くするように対応するスキャン角範囲θ_１’’及び投影画像の上辺の長さに対応するスキャン角範囲を決定する。

このように本実施形態では、レーザ光を２次元状に走査して投影面に形成された投影画像の歪みを補正する場合、レーザ光によって投影面上に形成される投影画素同士が重ならないように投影画素の間隔を制御する。すなわち、投影画像の台形補正において、投影面上に形成される投影画素の画素密度が閾値以上であるかを判定し、画素密度が閾値以上である場合、台形補正におけるスキャン角範囲が広がるように走査ミラーの走査角度（パルス発光の反射角度）を制御する。このようにすることで、レーザスポット同士が重ならないようにした歪み補正を行うことができ、投影装置の光学系の複雑化を抑制しながら、レーザ光を走査して投影した投影画像を補正する際の投影画像のぼけを低減することが可能になる。

（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１０１…ＣＰＵ、１０３…レーザ制御部、１０４、１０５、１０６…光源、１０９…走査ミラー制御部、１１２…画素密度算出部、１１３…歪み補正決定部、１１６…撮像部

Claims (18)

1. レーザ光の点灯と消灯とを繰り返す発光手段と、
   投影面上に投影画像を形成するように、前記レーザ光の走査角度を制御して、前記投影面上に前記レーザ光を２次元状に走査させる走査手段と、
   前記投影面に形成される前記投影画像の歪みを補正する補正手段と、を有し、
   前記補正手段は、前記発光手段による前記レーザ光の点灯と消灯、又は、前記走査手段による前記レーザ光の走査角度を制御して、前記レーザ光によって前記投影面上に形成される投影画素同士が重ならないように前記投影画像の歪みを補正する、ことを特徴とする投影装置。
2. 前記補正手段は、前記投影面上に形成される前記投影画素同士が重ならないように、前記走査手段が前記レーザ光を走査する走査角度の範囲を制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の投影装置。
3. 前記補正手段は、補正前の前記投影画像において対向する２辺のうち短い第１の辺に対応する投影画素間の距離、又は、前記投影面と前記投影装置との距離のいずれかを用いて、前記第１の辺に対向する第２の辺、又は、前記第１の辺のいずれかの長さが長くなるように、前記投影画像の歪みを補正する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の投影装置。
4. 前記補正手段は、前記第１の辺又は前記第２の辺のいずれかの長さが長くなるように、前記走査手段による前記走査角度の範囲を広げる、ことを特徴とする請求項３に記載の投影装置。
5. 前記補正手段は、前記第１の辺又は前記第２の辺のいずれかの長さが長くなるように、前記発光手段による前記レーザ光の点灯と消灯のタイミングを制御する光源制御手段を含む、ことを特徴とする請求項３に記載の投影装置。
6. 前記光源制御手段は、前記第１の辺又は前記第２の辺のいずれかの長さが長くなるように、前記発光手段による前記レーザ光の消灯の期間を制御する、ことを特徴とする請求項５に記載の投影装置。
7. 前記光源制御手段は、前記レーザ光の点灯と消灯とを繰り返す期間が、前記投影画素同士が近接する所定の期間より長くなるように前記発光手段を制御する、ことを特徴とする請求項５又は６に記載の投影装置。
8. 前記補正手段は、前記第１の辺に対応する投影画素間の距離に対する、投影画素の大きさの割合を表す画素密度を求め、前記画素密度が予め定められた閾値以上である場合、前記第１の辺の長さを長くし、前記画素密度が前記閾値より低い場合、前記第２の辺の長さを長くする、ことを特徴とする請求項３に記載の投影装置。
9. 前記補正手段は、前記レーザ光のビーム径、前記投影画像の解像度、及び前記投影面までの距離を少なくとも用いて前記画素密度を求める、ことを特徴とする請求項８に記載の投影装置。
10. 前記補正手段は、
    前記投影面と前記投影装置との距離が所定値以下である場合、前記投影画像の対向する２辺のうち、前記投影装置との距離が近い第１の辺に対応する走査角度の範囲の補正量が前記第１の辺と異なる第２の辺に対応する走査角度の範囲の補正量よりも大きくなるように補正し、
    前記投影面と前記投影装置との距離が所定値より長い場合、前記第２の辺に対応する走査角度の範囲の補正量が前記第１の辺に対応する走査角度の範囲の補正量よりも大きくなるように補正する、ことを特徴とする請求項２または３に記載の投影装置。
11. レーザ光の点灯と消灯とを繰り返す発光手段と、投影面上に投影画像を形成するように、前記レーザ光の走査角度を制御して、前記投影面上に前記レーザ光を２次元状に走査させる走査手段と、を有する投影装置の制御方法であって、
    前記投影面に形成される前記投影画像の歪みを補正する補正工程を有し、
    前記補正工程では、前記発光手段による前記レーザ光の点灯と消灯、又は、前記走査手段による前記レーザ光の走査角度を制御して、前記レーザ光によって前記投影面上に形成される投影画素同士が重ならないように前記投影画像の歪みを補正する、ことを特徴とする投影装置の制御方法。
12. 前記補正工程では、前記投影面上に形成される前記投影画素同士が重ならないように、前記走査手段が前記レーザ光を走査する走査角度の範囲を制御する、ことを特徴とする請求項１１に記載の投影装置の制御方法。
13. 前記補正工程では、補正前の前記投影画像において対向する２辺のうち短い第１の辺に対応する投影画素間の距離、又は、前記投影面と前記投影装置との距離のいずれかを用いて、前記第１の辺に対向する第２の辺、又は、前記第１の辺のいずれかの長さが長くなるように、前記投影画像の歪みを補正する、ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の投影装置の制御方法。
14. 前記補正工程は、前記第１の辺又は前記第２の辺のいずれかの長さが長くなるように、前記発光手段による前記レーザ光の点灯と消灯のタイミングを制御する光源制御工程を含む、ことを特徴とする請求項１３に記載の投影装置の制御方法。
15. 前記補正工程では、前記第１の辺に対応する投影画素間の距離に対する、投影画素の大きさの割合を表す画素密度を求め、前記画素密度が予め定められた閾値以上である場合、前記第１の辺の長さを長くし、前記画素密度が前記閾値より低い場合、前記第２の辺の長さを長くする、ことを特徴とする請求項１３に記載の投影装置の制御方法。
16. 前記補正工程では、
    前記投影面と前記投影装置との距離が所定値以下である場合、前記投影画像の対向する２辺のうち、前記投影装置との距離が近い第１の辺に対応する走査角度の範囲の補正量が前記第１の辺と異なる第２の辺に対応する走査角度の範囲の補正量よりも大きくなるように補正し、
    前記投影面と前記投影装置との距離が所定値より長い場合、前記第２の辺に対応する走査角度の範囲の補正量が前記第１の辺に対応する走査角度の範囲の補正量よりも大きくなるように補正する、ことを特徴とする請求項１２または１３に記載の投影装置の制御方法。
17. コンピュータを、請求項１から１０のいずれか１項に記載の投影装置の各手段として機能させるためのプログラム。
18. コンピュータに、請求項１１から１６のいずれか１項に記載の投影装置の制御方法を実行させるためのプログラム。

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