JP5157742B2 - レーザ投射装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光をスクリーンに投射するレーザ投射装置に関するものである。

近年、レーザ光をスクリーンに投射するレーザ投射装置が注目されている。レーザ光は人間の網膜を損傷させる可能性があるため、レーザ投射装置においては、レーザ光の安全性をいかにして確保するかが課題となっている。この課題を解決するために、種々の技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、画像の投射範囲を含む投射範囲の外側に監視領域を設け、センサが監視領域内に人物が侵入したか否かを検知し、センサが人物の侵入を検知した場合、レーザ光がこの人物を走査する間、レーザ光源がオフにされる技術が開示されている。

特許文献２には、スクリーン内に空乏層を設け、この空乏層の内圧の変化からスクリーンの破損を検出し、スクリーンの破損を検出した場合、レーザ出力を遮断するリアプロジェクタが開示されている。

特許文献３には、少なくとも２本のレーザビームをスクリーン上の同一場所において残像時間内である時間差ΔＴを有するように照射し、後続するレーザビームの画像信号に対して先行するレーザビームの画像信号を時間差ΔＴだけ遅延させ、レーザ光による眼への危険性を低下させる技術が開示されている。

ここで、レーザ光を取り扱う機器は、国や機関等によって安全規格が規定されている。この安全規格を満たすために、従来のレーザ投射装置は、レーザ光の最大パワーが安全規格によって定められる値以下になるように構成されるのが一般的である。そして、従来のＲ，Ｇ，Ｂのレーザ光を投射するレーザ投射装置においては、Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれのレーザ光の最大パワーの合計値が、安全規格によって定められる値より小さくなり、かつ、白のカラーバランスを保持するような値となるように、Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれのレーザ光の最大パワーが設定されていた。
特表平１１−５０１４１９号公報 特開２００２−３００４９７号公報 特開２００５−３１５２９号公報

しかしながら、特許文献１及び２の技術では、危険が検知された場合、レーザ出力が遮断されるため、本願発明とは構成が全く相違する。また、特許文献３の技術では、少なくとも２本のレーザ光を用いられているため、装置が大型化してしまう。また、０．２５秒での積算エネルギー量を規定するクラス２での安全性を考慮すると、引用文献３の技術は、ある瞬間での網膜へのエネルギー量は小さくなるが、例えば６０分の１秒での画面書き換え想定した場合、０．２５秒での積算エネルギー量は、１本のレーザ光を用いた場合と同じとなり、効果はない。

また、従来のレーザ投射装置は、Ｒ，Ｇ，Ｂのレーザ光のそれぞれの最大パワーが白のカラーバランスを保持するように設定されているが、実際には１枚の画像において、主にＲの色成分から構成される画像領域や、主にＧの色成分から構成される画像領域が存在するというように、白の画像ばかりを表示するとは限らない。そのため、従来のレーザ投射装置は、主にＲ、Ｇ、又はＢの色成分から構成される画像領域が白の画像領域に比べて暗くなるという問題があった。

本発明の目的は、レーザ光の安全性を確保すると同時に出力画像の全域を明るく表示することができるレーザ投射装置を提供することである。

（１）本発明によるレーザ投射装置は、Ｒ、Ｇ、Ｂのレーザ光を出力する３つのレーザ光源と、前記レーザ光源から出力されたＲ、Ｇ、Ｂのレーザ光を合成する合成部と、前記合成部により合成されたレーザ光を走査することで出力画像を投射する走査部と、入力画像を画像処理する画像処理部と、前記画像処理部により画像処理された入力画像に応じたパワーのレーザ光が出力されるように前記レーザ光源を駆動させるレーザ駆動部とを備え、前記画像処理部は、所定の安全規格により規定される規定領域に前記出力画像を区画したときの各規定領域を通過するＲ，Ｇ，Ｂのレーザ光のパワー合計値を算出するパワー算出部と、前記安全規格に基づいて予め定められたパワー上限値以下の所定の規定値を前記パワー合計値で除することによって比を求めるとともに、各規定領域のパワー合計値が前記パワー上限値を超えないように、求められた比に応じた値で各規定領域におけるＲ，Ｇ，Ｂのレーザ光のパワーをそれぞれ増大させる補正部とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、規定領域を通過するレーザ光のパワー合計値が安全規格に基づいて予め定められたパワー上限値を超えないように、各規定領域におけるＲ，Ｇ，Ｂのレーザ光のパワーが増大される。そのため、レーザ光の安全性を確保すると同時に出力画像の全域を明るく表示することができる。

（２）前記パワー上限値は、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれに対して予め定められたＲパワー上限値、Ｇパワー上限値、及びＢパワー上限値の合計値であり、前記補正部は、前記Ｒ，Ｇ，Ｂパワー上限値を考慮することなく前記パワー合計値を増大させることが好ましい。

この構成によれば、Ｒ，Ｇ，Ｂパワー上限値を考慮することなく、パワー合計値が増大されるため、主にＲ，Ｇ，又はＢのみからなる画像領域が白の画像領域に対して著しく暗く表示されることを防止することができる。

（３）前記補正部は、前記パワー合計値が最大となる規定領域であるパワー最大領域を特定し、前記パワー最大領域のパワー合計値に対する前記パワー上限値以下の所定の規定値の比率を算出し、算出した比率に基づいて各ブロックの画素値を上昇させることが好ましい。

この構成によれば、補正の前後で出力画像のパワーのバランスを維持させることができる。

（４）前記補正部は、各規定領域におけるパワー合計値が前記パワー上限値以下の所定の規定値まで上昇するように、各ブロックの画素値を上昇させることが好ましい。

この構成によれば、補正の前後において、出力画像の全域におけるパワーのバランスが維持されるように出力画像を全体的に明るくすることができる。

（５）前記補正部は、Ｒ、Ｇ、Ｂのレーザ光のカラーバランスが補正の前後で保持されるように各規定領域のパワー合計値を上昇させることが好ましい。

この構成によれば、カラーバランスが保持されるため、画像再現性を高めることができる。

（６）前記入力画像は、動画像の各フレームであり、前記画像処理部は、前記フレームのシーンの変化を検出するシーン検出部を含み、前記補正部は、前記シーン検出部によりシーンの変化が検出された場合、シーン変化後の所定フレームの入力画像のパワー合計値を漸次増大させることが好ましい。

この構成によれば、シーンが変化したとき漸次パワー合計値が増大されるため、違和感なく出力画像を明るく表示することができる。

（７）前記規定領域は、前記走査部のレーザ射出口から投影方向に１０ｃｍ離れた位置における直径７ｍｍの円形の領域であり、前記パワー上限値は、各規定領域における０．２５秒間のＲ、Ｇ、Ｂのレーザ光のパワー合計値の積算値が人間の網膜を損傷させない予め算出された値であることが好ましい。

この構成によれば、網膜の損傷を確実に防止することができる。

本発明によれば、レーザ光の安全性を確保すると同時に出力画像の全域を明るく表示することができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１によるレーザ投射装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態１によるレーザ投射装置の全体構成を示すブロック図である。図１に示すようにレーザ投射装置は、例えばＲ，Ｇ，Ｂの３色のレーザ光を二次元走査することでスクリーンに出力画像を投影するプロジェクタであり、画像処理部１０、レーザ駆動部２０、フォトダイオード（ＰＤ）３０、走査駆動部４０、走査ミラー５０、Ｒ，Ｇ，Ｂレーザ光源６１〜６３、ミラー７１〜７４（ミラー７１〜７３は合波部の一例）、レンズ８１〜８５、スクリーン９０、制御部１００、及び画像取得部１１０を備えている。

Ｒ，Ｇ，Ｂレーザ光源６１〜６３は、例えばレーザダイオードにより構成され、それぞれ、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）のレーザ光を出力する。本実施の形態では、Ｒレーザ光としては波長が例えば６４５ｎｍ、Ｇレーザ光としては波長が例えば５３０ｎｍ、Ｂレーザ光としては波長が例えば４４５ｎｍのものを採用することができる。

レーザ駆動部２０は、制御部１００の制御の下、画像処理部１０により画像処理された入力画像の各画素のＲ，Ｇ，Ｂの色成分を示すＲ，Ｇ，Ｂ画素値に応じたパワーのＲ，Ｇ，Ｂレーザ光が出力されるように、Ｒ，Ｇ，Ｂレーザ光源６１〜６３を駆動する。

レンズ８１〜８３は、例えば非球面レンズから構成され、それぞれ、Ｒ，Ｇ，Ｂレーザ光源６１〜６３の出力側に配置され、Ｒ，Ｇ，Ｂレーザ光源６１〜６３から出力されるＲ，Ｇ，Ｂレーザ光をほぼ平行化する。ミラー７１〜７３はそれぞれレンズ８１〜８３の出力側に設けられている。ミラー７３は、例えば全反射ミラーにより構成され、Ｂレーザ光源６３から出力されたＢレーザ光を反射する。ミラー７２は、例えばハーフミラーにより構成され、Ｇレーザ光源６２から出力されたＧレーザ光を反射させ、かつミラー７３により反射されたＢレーザ光を透過させ、Ｇレーザ光とＢレーザ光とを合波する。ミラー７１は、例えばハーフミラーにより構成され、Ｒレーザ光源６１から出力されたＲレーザ光を透過させ、かつ、ミラー７２により合波されたＧレーザ光とＢレーザ光とを反射させることで、Ｒレーザ光とＧレーザ光とＢレーザ光とを合波する。

ミラー７４は、例えばハーフミラーにより構成され、ミラー７１により合波されたレーザ光を反射させてＰＤ３０に導くと共に、走査ミラー５０に導く。ＰＤ３０は、ミラー７４により反射されたレーザ光を検出し、レーザ光のパワーに応じたレベルを有する電気信号を制御部１００に出力する。

走査ミラー５０は、ミラー７４により透過されたレーザ光を反射する。走査駆動部４０は、例えばモータにより構成され、制御部１００の制御の下、走査ミラー５０を駆動する。走査ミラー５０は、例えば、ミラー７４により透過されたレーザ光を水平方向に走査するポリゴンミラーと、同レーザ光を垂直方向に走査する垂直ミラーとを備え、同レーザ光をスクリーン９０上にラスタ走査することで、スクリーン９０に出力画像を投射する。

制御部１００は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ等により構成され、ＣＰＵがＲＯＭに格納された制御プログラムを実行することでレーザ投射装置の全体制御を司る。また、制御部１００は、ＰＤ３０により検出されたレーザ光のパワーが所定の安全基準を満たすための予め定められた値より大きい場合、レーザ駆動部２０にＲ，Ｇ，Ｂレーザ光源６１〜６３を消灯させる。

画像取得部１１０は、例えば動画像を記録するコンピュータ読取可能な記録媒体から動画像を読み取る記録媒体駆動装置により構成され、記録媒体から読み取った動画像を画像処理部１０に出力する。ここで、記録媒体としては、ＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、及びビデオ等を採用することができる。

画像処理部１０は、画像取得部１１０から出力された動画像の各フレームを入力画像として取得し、取得した入力画像に対して後述する画像処理を行う。本実施の形態では、画像処理部１０は、パワー算出部１１、及び補正部１２を備えている。ここで、入力画像は複数の画素がマトリックス状に配列されて構成されたデジタルの画像データであり、各画素はＲ，Ｇ，Ｂの色成分を示すＲ，Ｇ，Ｂ画素値から構成され、各Ｒ，Ｇ，Ｂ画素値は、例えば０〜２５５の階調値によって表される。

パワー算出部１１は、所定の安全規格により規定される規定領域に出力画像を区画したときの各規定領域を通過するＲ，Ｇ，Ｂのレーザ光のパワー合計値ＴＰを算出する。

レーザ光を出力するレーザ機器については、国際レーザ安全規格ＩＥＣ６０８２５及びそれに準じた国内規格により、レーザ機器の製造者及び使用者に対して安全規格が設けられている。例えば、ＩＥＣ６０８２５−１では、レーザ光のパワーに応じてクラス１からクラス４までのクラス分類がなされており、一般ユーザが使用するレーザ投射装置は、クラス２の安全規格を満たさなければならない。したがって、本実施の形態の安全規格としては、ＩＥＣ６０８２５−１のクラス２を採用する。

クラス２の安全規格は、レーザ光源の射出部から投射方向に向けて１０ｃｍ離れた位置において、人間の条件反射で眼が閉じられるまでの時間である０．２５秒間に、人間の瞳を想定した直径７ｍｍの領域内を通過するレーザ光のパワーの積算値が、人間の網膜を損傷させない予め定められた規定値であるＡＥＬ以下にしなければならないというものである。したがって、本実施の形態では、規定領域として、走査ミラー５０がスクリーン９０に向けてレーザ光を出力するレーザ射出口から、スクリーン９０に向けて１０ｃｍ離れた位置に投射される出力画像を、直径７ｍｍの円の領域に区画することで得られる領域を採用することができる。

そして、パワー算出部１１は、規定領域に対応するブロックに入力画像を区画し、各ブロックを構成する各画素のＲ，Ｇ，Ｂ画素値の合計値ＶＲ，ＶＧ，ＶＢをそれぞれ算出する。そして、算出した合計値ＶＲ，ＶＧ，ＶＢにＲ，Ｇ，Ｂ毎に予め定められた所定の係数ＫＲ、係数ＫＧ、係数ＫＢを乗じることで、Ｒ，Ｇ，Ｂレーザ光のパワー値ＰＲ，ＰＧ，ＰＢをそれぞれ算出し、パワー値ＰＲ，ＰＧ，ＰＢを加算することで、各規定領域におけるＲ，Ｇ，Ｂレーザ光のパワー合計値ＰＴ（＝ＰＲ＋ＰＧ＋ＰＢ）を算出する。ここで、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素値が同じであってもＲ，Ｇ，Ｂの順でレーザ光のパワーが低くされるように、係数ＫＲ，ＫＧ，ＫＢは、この順で小さくなるような予め定められた値が採用されている。このように、Ｒ，Ｇ，Ｂでレーザ光のパワーを異ならせるのは、波長による人間の比視感度を考慮したためである。また、ブロックの形状としては矩形状を採用することができ、ブロックのサイズとしては、入力画像において規定領域のサイズに相当するサイズを採用することができる。

補正部１２は、各規定領域のパワー合計値が安全規格に基づいて予め定められたパワー上限値を超えないように入力画像の画素値を上昇させることで、各規定領域におけるパワー値ＰＲ，ＰＧ，ＰＢを増大させる。

ここで、パワー上限値としては、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれに対して予め定められたＲパワー上限値、Ｇパワー上限値、及びＢパワー上限値の合計値を採用することができる。

クラス２を満足するためには、約１０ルーメンのレーザ光をレーザ光源から出力させればよい。具体的には、レーザ光の走査速度を加味するとレーザ光源から、Ｒが３０ｍＷ、Ｇが１２ｍＷ、Ｂが６ｍＷのパワーのレーザ光を出力させれば、白のカラーバランスのよい１０ルーメン程度のレーザ光を出力させることができる。

ここで、走査式のレーザ投射装置は、ブランキングと呼ばれる時間が発生するため、１水平走査期間内及び１垂直走査期間内においてレーザ光源は常時点灯するわけではない。更に、レーザ光は、スクリーンに到達するまで、ミラーやレンズを通過するため、パワーロスが発生する。

したがって、ブランキングとパワーのロスとを考慮すると、Ｒ，Ｇ，Ｂレーザ光の合計のパワーを先ほどの倍程度にしても、出力されるレーザ光を１０ルーメン以下にすることができる。つまり、Ｒレーザ光の最大パワーを６０ｍＷ、Ｇレーザ光の最大パワーを２４ｍＷ、Ｂレーザ光の最大パワーを１２ｍＷとすることができる。

そこで、本実施の形態では、Ｒパワー上限値として例えば６０ｍＷ、Ｇパワー上限値として例えば２４ｍＷ、Ｂパワー上限値として１２ｍＷを採用し、安全規格に基づいて予め定められたパワー上限値として、６０ｍＷ＋２４ｍＷ＋１２ｍＷ＝９６ｍＷを採用する。

図２は、実施の形態１の補正部１２による処理を説明する図であり、上段は補正前の出力画像を示し、下段は補正後の出力画像を示している。この出力画像は、３つの画像領域Ｄ１〜Ｄ３から構成され、画像領域Ｄ１〜Ｄ３以外の領域はレーザ光のパワーが０の背景である。画像領域Ｄ１はＢの色成分のみから構成され、内部の各規定領域が１２ｍＷのレーザ光で表示される領域であり、画像領域Ｄ２はＧの色成分のみから構成され、内部の各規定領域が２４ｍＷのレーザ光で表示される領域であり、画像領域Ｄ３はＲの色成分のみから構成され、内部の各規定領域が６０ｍＷのレーザ光で表示される領域である。

この場合、画像領域Ｄ１内部の各規定領域は、Ｂパワー上限値である１２ｍＷで表示される領域ため、従来のレーザ投射装置では、これ以上のパワーで表示されることはなかった。一方、画像領域Ｄ３の各規定領域は、６０ｍＷのレーザ光で表示される。そのため、従来のレーザ投射装置では、画像領域Ｄ１及びＤ２は安全基準に対して充分に余裕のあるエネルギー量であるので、暗く表示されるという問題があった。

しかしながら、パワー上限値は９６ｍＷであるため、画像領域Ｄ１の各規定領域を、１２ｍＷ以上のレーザ光で表示しても、９６ｍＷを超えなければクラス２の安全規格を満たす。

また、画像領域Ｄ２の各規定領域は、２４ｍＷのパワーのレーザ光で表示されるが、パワー上限値は９６ｍＷであるため、２４ｍＷ以上のレーザ光で表示しても、９６ｍＷを超えなければクラス２の安全規格を満たす。

そこで、補正部１２は、Ｒ，Ｇ，Ｂパワー上限値を考慮することなく各規定領域のパワー合計値ＰＴを増大させる。具体的には、補正部１２は、パワー合計値ＰＴが最大となる規定領域であるパワー最大領域を特定し、前記パワー最大領域のパワー合計値ＰＴｍａｘに対する規定値ＲＦの比率Ｘを算出し、算出した比率Ｘに基づいて各ブロックの画素値を上昇させる。

より具体的には、補正部１２は、パワー上限値以下の所定の規定値ＲＦをパワー最大領域のパワー合計値ＰＴｍａｘで除すことで比率Ｘ（＝ＲＦ／ＰＴｍａｘ）を算出する。そして、各ブロックを構成する各画素のＲ，Ｇ，Ｂ画素値に比率Ｘを乗じる。これにより、各規定領域のパワー合計値ＰＴを規定値ＲＦを超えないように、すなわち、パワー上限値を超えないように上昇させることができる。

図２において、パワー最大領域は画像領域Ｄ３内の規定領域ＢＬ３となる。また、規定値ＲＦとして、パワー上限値である９６ｍＷを採用する。したがって、補正部１２は、規定領域ＢＬ３のパワー合計値である６０ｍＷに対する規定値の比率Ｘ（＝９６／６０）を算出し、この比率Ｘを規定領域ＢＬ３に対応するブロックを構成する各画素のＲ，Ｇ，Ｂ画素値（この場合はＲ画素値のみ存在）に乗じることで当該ブロックを補正する。

また、補正部１２は、比率Ｘを他のブロックの各画素を構成するＲ，Ｇ，Ｂ画素値に乗じることで、各ブロックを補正する。これにより、画像領域Ｄ１内の規定領域ＢＬ１に対応するブロックを構成する各画素のＲ，Ｇ，Ｂ各画素値（この場合はＢ画素値のみ存在）に比率Ｘが乗じられ、規定領域ＢＬ１は、１２ｍＷ×（９６／６０）のレーザ光により表示される。これにより、図２の下段に示すように、画像領域Ｄ１は、クラス２の安全基準を満たし、かつ、明るく表示される。

また、画像領域Ｄ２内の規定領域ＢＬ２に対応するブロックは、各画素のＲ，Ｇ，Ｂ画素値（この場合Ｇ画素値のみ存在）に比率Ｘが乗じられ、規定領域ＢＬ２は、２４ｍＷ×（９６／６０）のパワーのレーザ光により表示される。これにより、画像領域Ｄ２も、クラス２の安全基準を満足し、かつ、明るく表示される。

図３は、実施の形態１によるレーザ投射装置の動作を示すフローチャートである。まず、画像取得部１１０は、記録媒体から読み出した動画像の各フレームを入力画像として画像処理部１０に出力する（ステップＳ１）。

次に、パワー算出部１１は、入力画像を規定領域に対応するブロックに区画する（ステップＳ２）。次に、パワー算出部１１は、各ブロックを構成するＲ，Ｇ，Ｂ画素値の合計値ＶＲ，ＶＧ，ＶＢを算出し、算出した合計値ＶＲ，ＶＧ，ＶＢに係数ＫＲ，ＫＧ，ＫＢを乗じることで、各規定領域のパワー値ＰＲ，ＰＧ，ＰＢを算出し、パワー値ＰＲ，ＰＧ，ＰＢを合計することで各規定領域のパワー合計値ＰＴを算出する（ステップＳ３）。

次に、補正部１２は、各規定領域の中からパワー合計値ＰＴが最大の規定領域であるパワー最大領域を特定する（ステップＳ４）。次に、補正部１２は、規定値ＲＦをパワー最大領域のパワー合計値ＰＴｍａｘで除して比率Ｘを算出する（ステップＳ５）。

次に、補正部１２は、各ブロックを構成する各画素のＲ，Ｇ，Ｂ画素値に比率Ｘを乗じることで入力画像を補正する（ステップＳ６）。

次に、レーザ駆動部２０は、ステップＳ６で補正された入力画像の各画素のＲ，Ｇ，Ｂ画素値に応じたレベルのＲ，Ｇ，Ｂの駆動信号をＲ，Ｇ，Ｂレーザ光源６１〜６３に出力し、Ｒ，Ｇ，Ｂレーザ光源６１〜６３は、Ｒ，Ｇ，Ｂの駆動信号に応じたパワーのＲ，Ｇ，Ｂレーザ光を出力する（ステップＳ７）。この場合、走査駆動部４０は、制御部１００の制御の下、入力画像の各画素がスクリーン９０上の対応する位置に投射されるように走査ミラー５０を駆動させ、レーザ光をラスタ走査する。

以上により、１枚の出力画像がスクリーン９０に投射される。そして、本レーザ投射装置は、図３に示される処理を繰り返し実行することで、スクリーン９０に動画像を所定のフレームレート（例えば１／６０秒）で投射する。

以上説明したように、本レーザ投射装置によれば、パワー最大領域におけるパワー合計値ＰＴｍａｘに対する規定値ＲＦの比率Ｘにしたがって、入力画像が補正されるため、出力画像の全域を明るく表示させることができる。また、比率Ｘに従って入力画像を補正しているため、パワー最大領域と各規定領域とにおけるパワー合計値ＰＴの関係が補正の前後で維持されるように入力画像を補正することができる。また、比率Ｘを入力画像の各画素のＲ，Ｇ，Ｂ画素値に乗じることで入力画像を補正しているため、補正の前後でカラーバランスを維持させることができる。

なお、図２の説明では、規定値ＲＦとしてパワー上限値（＝９６ｍＷ）を採用したがこれに限定されず、パワー上限値よりも低い値であってもよい。この場合、規定値としては、パワー上限値よりも低い値であって、パワー上限値近辺の値を採用することが画像全域を明るくするうえで好ましい。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２によるレーザ投射装置について説明する。実施の形態２によるレーザ投射装置は、実施の形態１とは補正部の処理が異なることを特徴とする。なお、本実施の形態において実施の形態１と同一のものは説明を省略する。また、本実施の形態において全体構成図は実施の形態１と同一であるため、図１を用いる。

本実施の形態では、補正部１２は、出力画像の各規定領域におけるパワー合計値ＰＴがパワー上限値以下の所定の規定値ＲＦまで上昇するように、各ブロックの画素値を上昇させる。ここで、補正部１２は、Ｒ、Ｇ、Ｂのレーザ光のカラーバランスが補正の前後で保持されるように各規定領域のパワー合計値を上昇させる。

図４は、実施の形態２の補正部１２による処理を説明する図であり、（ａ）は補正前の出力画像を示し、（ｂ）は実施の形態１における補正後の出力画像を示し、（ｂ）は本実施の形態における補正後の出力画像を示している。

（ａ）において、この出力画像は、２つの画像領域Ｄ１〜Ｄ２から構成され、画像領域Ｄ１〜Ｄ２以外の領域はレーザ光のパワーが０の背景である。画像領域Ｄ１は白の画像であり、画像領域Ｄ１内の各規定領域は、パワー上限値である９６ｍＷのレーザ光で表示される領域である。また、画像領域Ｄ２はＢの色成分のみから構成され、画像領域Ｄ２内の各規定領域は、Ｂレーザ光のパワー上限値である１２ｍＷのレーザ光で表示される領域である。また、規定値ＲＦ＝パワー上限値（９６ｍＷ）とする。

（ａ）に示す入力画像において、画像領域Ｄ１内の規定領域ＢＬ１がパワー最大領域となるが、規定領域ＢＬ１はパワー上限値である９６ｍＷで表示されるため、比率Ｘは１（＝規定値ＲＦ（９６ｍＷ）／ＰＴｍａｘ（９６ｍＷ））となる。したがって、実施の形態１の手法を適用すると（ｂ）に示すように、規定領域ＢＬ２のレーザ光のパワーは上昇されない。

しかしながら、規定領域ＢＬ２は、１２ｍＷのパワーで表示されるため、パワー上限値である９６ｍＷに比べてかなり低い値となっている。そのため、規定領域ＢＬ２のパワーを上昇させても９６ｍＷ以下であればクラス２の条件を満たし問題はない。

そこで、本実施の形態では、（ｃ）に示すように規定領域ＢＬ２のパワーをＲ，Ｇ，Ｂパワー上限値を考慮することなく、パワー上限値以下の規定値ＲＦまで上昇させている。例えば、規定値ＲＦ＝４８ｍＷとすると、（ｃ）に示す規定領域ＢＬ２は、１２ｍＷから規定値ＲＦ（＝４８ｍＷ）まで上昇されることになる。これにより、規定領域ＢＬ２が規定領域ＢＬ１に比べて著しく暗くなることを防止することができる。

具体的には、補正部１２は、規定値ＲＦよりもパワー合計値の低い規定領域を補正対象となる規定領域である補正規定領域として特定し、規定値ＲＦを各補正規定領域のパワー合計値ＰＴで除すことで各補正規定領域の比率Ｙ（＝ＲＦ／ＰＴ）を算出する。そして、各補正規定領域の比率Ｙを対応するブロックの各画素のＲ，Ｇ，Ｂ画素値に乗じることで、各ブロックを補正する。これにより、規定値ＲＦよりパワー合計値の低い規定領域を規定値ＲＦのパワーのレーザ光で表示することが可能なり、クラス２の条件を満足させると同時に、出力画像の全体を明るく表示することができる。また、比率ＹをＲ，Ｇ，Ｂ画素値に乗じることで、入力画像が補正されているため、補正の前後で各画素のカラーバランスを維持させることができる。

図５は、実施の形態２によるレーザ投射装置の処理を示すフローチャートである。ステップＳ１１〜Ｓ１３、Ｓ１７の処理は図３のステップＳ１〜Ｓ３、Ｓ７と同一であるため、説明を省略する。

補正部１２は、規定値ＲＦよりもパワー合計値ＰＴの低い規定領域を補正規定領域として特定する（ステップＳ１４）。ここで、補正部１２は、パワー合計値ＰＴが規定値ＲＦよりも著しく低い規定領域を補正規定領域として特定してもよい。また、主にＲ，Ｇ，又はＢのみ色成分からなり、かつ、パワー合計値が規定値ＲＦよりも低い規定領域を補正規定領域として特定してもよい。

次に、補正部１２は、規定値ＲＦを各補正規定領域のパワー合計値ＰＴで除し、各補正規定領域における比率Ｙ（ＲＦ／ＰＴ）を算出する（ステップＳ１５）。

次に、補正部１２は、各補正規定領域の比率Ｙを対応するブロックの各画素のＲ，Ｇ，Ｂ画素値に乗じることで各ブロックを補正する（ステップＳ１６）。

以上により、１枚の出力画像がスクリーン９０に投射される。そして、本レーザ投射装置は、図５に示される処理を繰り返し実行することで、スクリーン９０に動画像を所定のフレームレート（例えば１／６０秒）で投射する。

なお、上記説明では、補正規定領域のパワー合計値ＰＴを規定値ＲＦに一律に上昇させていたが、これに限定されず、補正規定領域のパワー合計値ＰＴの値に応じて規定値ＲＦを変更してもよい。この場合、パワー合計値ＰＴが大きくなるにつれて規定値ＲＦが大きくなるように段階的又は連続的に規定値ＲＦを変更させることが好ましい。例えば、ある補正規定領域ＢＬ１１のパワー合計値ＰＴが２ｍＷであり、ある補正規定領域ＢＬ１２のパワー合計値ＰＴが１３ｍＷであったとすると補正規定領域ＢＬ１１の規定値ＲＦよりも補正規定領域ＢＬ１２の規定値ＲＦを大きく設定すればよい。

また、補正規定領域が主にＲ，Ｇ，又はＢのみからなる画像である場合は、Ｒ，Ｇ，Ｂの順で規定値ＲＦが低くなるように規定値ＲＦを設定してもよい。これにより、Ｒ，Ｇ，Ｂの順で低くなる比視感度を考慮に入れて規定領域のパワーを上昇させることができる。

（実施の形態３）
実施の形態３のレーザ投射装置は、シーンの変化を検出し、規定領域のパワーを漸次増大させることを特徴とする。なお、本実施の形態において、実施の形態１、２と同一のものは説明を省略する。

図６は、実施の形態３によるレーザ投射装置のブロック図である。本実施の形態では、画像処理部１０は、シーン検出部１３を更に備えている。シーン検出部１３は、動画像の前後のフレームの各画素の差分の絶対値の総和を算出し、差分の絶対値の総和が一定の値より大きい場合、シーンが変化したことを検出する。また、シーン検出部１３は、一定枚数ｍフレーム分のフレームバッファを有し、入力された画像データをｍフレーム遅延させて補正部１２に出力する。

補正部１２は、シーン検出部１３によりシーンが変化したことが検出された場合であって、シーンが変化したフレームから一定枚数ｍのフレームにおいて、シーン検出部１３によりシーンの変化が検出されなかった場合、すなわち、一定枚数ｍにわたって同一シーンが連続した場合、これら一定枚数ｍのフレームに対して、パワーを漸次増大させる補正処理を適用する。

具体的には、補正部１２は、シーンの変化が検出されときのフレームである１枚目のフレームにおいて、パワー算出部１１により算出された各規定領域のパワー合計値ＰＴと規定値ＲＦとから実施の形態１と同様にして、シーン変化直後のフレームの比率Ｘｂを求める。そして、シーン変化直前のフレームの比率をＸａとして、比率Ｘａと比率Ｘｂとの関係から、その後のシーン変化部分であるｍフレーム分の比率Ｘｎ（ｎ＝１〜ｍ）を決定する。すなわち、変化直後のフレームの比率Ｘｂが、変化直前のフレームの比率Ｘａより小さい場合は、Ｘｎ＝Ｘｂ（ｎ＝１〜ｍ）とする。

但し、Ｘｎは、シーンの変化が検出されたときの１枚目のフレームからｍ枚目のフレームまでの各フレームにける比率Ｘを表す。また、Ｘの添え字ｎは、ｍフレーム分だけ遅延させて表示するときのフレーム番号を表し、ｎ＝１〜ｍである。

一方、比率Ｘｂが比率Ｘａより大きい場合は、Ｘｎ＝Ｘａ＋（Ｘｂ−Ｘａ）・ｎ／ｍにより、ｍフレームに渡って比率Ｘを漸次増大させる。

そして、算出した比率Ｘｎを対応するフレームの各画素のＲ，Ｇ，Ｂ画素値に乗じることで１〜ｍ枚目までの各フレームを補正する。これにより、１〜ｍ枚目のフレームにおいてパワーが漸次増大される。

なお、補正部１２は、実施の形態２の補正処理を用いて１〜ｍ枚目のフレームのパワーを漸次増大させてもよい。この場合、シーン検出部１３によりシーンの変化が検出されたときの１枚目のフレームにおいて実施の形態２と同様にして各規定領域の比率Ｙを算出する。そして、補正規定領域を特定し、各補正規定領域において個別に１〜ｍ枚目のフレームの比率Ｙｎを比率Ｘｎと同様の手法を用いて算出し、比率Ｙｎを対応するフレームの対応する補正規定領域の各画素のＲ，Ｇ，Ｂ画素値に乗じる。これにより、１〜ｍ枚目のフレームのパワーを漸次増大させることができる。

実施の形態１によるレーザ投射装置の全体構成を示すブロック図である。 実施の形態１による補正部の処理を説明する図である。 実施の形態１によるレーザ投射装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態２による補正部の処理を説明する図である。 実施の形態２によるレーザ投射装置の処理を示すフローチャートである。 実施の形態３のレーザ投射装置の全体構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０ 画像処理部
１１ パワー算出部
１２ 補正部
１３ シーン検出部
２０ レーザ駆動部
４０ 走査駆動部
５０ 走査ミラー
６１ Ｒレーザ光源
６２ Ｇレーザ光源
６３ Ｂレーザ光源
７１〜７４ ミラー
８１〜８４ レンズ
９０ スクリーン
１００ 制御部
１１０ 画像取得部

Claims (7)

1. Ｒ、Ｇ、Ｂのレーザ光を出力する３つのレーザ光源と、
   前記レーザ光源から出力されたＲ、Ｇ、Ｂのレーザ光を合成する合成部と、
   前記合成部により合成されたレーザ光を走査することで出力画像を投射する走査部と、
   入力画像を画像処理する画像処理部と、
   前記画像処理部により画像処理された入力画像に応じたパワーのレーザ光が出力されるように前記レーザ光源を駆動させるレーザ駆動部とを備え、
   前記画像処理部は、
   所定の安全規格により規定される規定領域に前記出力画像を区画したときの各規定領域を通過するＲ，Ｇ，Ｂのレーザ光のパワー合計値を算出するパワー算出部と、
   前記安全規格に基づいて予め定められたパワー上限値以下の所定の規定値を前記パワー合計値で除することによって比を求めるとともに、各規定領域のパワー合計値が前記パワー上限値を超えないように、求められた比に応じた値で各規定領域におけるＲ，Ｇ，Ｂのレーザ光のパワーをそれぞれ増大させる補正部とを備えることを特徴とするレーザ投射装置。
2. 前記パワー上限値は、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれに対して予め定められたＲパワー上限値、Ｇパワー上限値、及びＢパワー上限値の合計値であり、
   前記補正部は、前記Ｒ，Ｇ，Ｂパワー上限値を考慮することなく前記パワー合計値を増大させることを特徴とする請求項１記載のレーザ投射装置。
3. 前記補正部は、前記パワー合計値が最大となる規定領域であるパワー最大領域を特定し、前記パワー最大領域のパワー合計値に対する前記パワー上限値以下の所定の規定値の比率を算出し、算出した比率に基づいて各ブロックの画素値を上昇させることを特徴とする請求項２記載のレーザ投射装置。
4. 前記補正部は、各規定領域におけるパワー合計値が前記パワー上限値以下の所定の規定値まで上昇するように、各ブロックの画素値を上昇させることを特徴とする請求項２記載のレーザ投射装置。
5. 前記補正部は、Ｒ、Ｇ、Ｂのレーザ光のカラーバランスが補正の前後で保持されるように各規定領域のパワー合計値を上昇させることを特徴とする請求項４記載のレーザ投射装置。
6. 前記入力画像は、動画像の各フレームであり、
   前記画像処理部は、前記フレームのシーンの変化を検出するシーン検出部を含み、
   前記補正部は、前記シーン検出部によりシーンの変化が検出された場合、シーン変化後の所定枚数のフレームのパワー合計値を漸次増大させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のレーザ投射装置。
7. 前記規定領域は、前記走査部のレーザ射出口から投影方向に１０ｃｍ離れた位置における直径７ｍｍの円形の領域であり、
   前記パワー上限値は、各規定領域における０．２５秒間のＲ、Ｇ、Ｂのレーザ光のパワー合計値の積算値が人間の網膜を損傷させない予め算出された値であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のレーザ投射装置。
   

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