JP5298545B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
特許文献1の投射型プロジェクタは、プロジェクタ本体をスクリーンに対して傾斜して配置した場合に、スクリーン上に映し出される画像(映像)の上側と下側とで、スクリーン横方向の長さが異なる「台形歪み」と呼ばれる歪みを補正する台形歪み補正手段を有している。
本発明の画像形成装置は、対象物の表面に設定された投影面に光を走査することにより画像を描画するよう構成され、
光を出射する光出射部と、
前記光出射部から出射された光を反射する光反射部を備えた可動板が少なくとも一方向または互いに直交する二方向へ回動可能に設けられ、当該回動によって前記光反射部で反射した光を前記投影面に走査するアクチュエータを有する光走査部と、
前記投影面の位置および形状を特定する特定手段と、
観測者が観測点から前記投影面を見たときに、前記観測者に観測させたい観測画像が視認されるように、前記特定手段により特定された形状において、前記投影面の非平面形状に起因した前記画像の歪みを相殺するような前記光出射部の駆動パターンを生成する駆動パターン生成手段と、
前記駆動パターン生成手段により生成された前記駆動パターンに対応させて、前記光出射部の作動を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
前記特定手段は、基準位置からの前記投影面の各部位の距離を光学的に検出する距離検出手段を有し、前記投影面を複数の多角形の集合体として定義し、該各多角形の頂点と前記投影面の各部位とをそれぞれ対応させ、前記距離検出手段の検出結果に基づいて、前記座標系における前記投影面の各部位の3次元座標を求め、前記投影面の位置および形状を特定するよう構成されていることが好ましい。
これにより、より確実に、対象物の投影面の位置および形状を特定することができる。
これにより、より確実に、対象物の投影面の位置および形状を特定することができる。
本発明の画像形成装置では、前記光出射部および前記光走査部は、前記照射部の機能を有することが好ましい。
これにより、構成を簡素化することができる。
前記投影面に画像を描画する際、前記特定手段は、前記変化に対応して、随時、前記投影面の位置および形状を特定し、前記駆動パターン生成手段は、観測者が観測点から前記投影面を見たときに、前記観測者に観測させたい観測画像が視認されるように、前記特定手段により特定された形状において、前記投影面の非平面形状に起因した前記画像の歪みを相殺するような前記光出射部の駆動パターンを生成するよう構成されていることが好ましい。
これにより、対象物の投影面の位置や形状が経時的に変化した場合に、より確実に、観測者に観測画像を視認させることができる。
前記投影面に画像を描画する際、前記特定手段は、前記光走査部による光の走査に先行し、該光の走査とともに、前記測定光を走査し、前記3次元座標を求め、前記駆動パターン生成手段は、観測者が観測点から前記投影面を見たときに、前記観測者に観測させたい観測画像が視認されるように、前記特定手段により特定された形状において、前記投影面の非平面形状に起因した前記画像の歪みを相殺するような前記光出射部の駆動パターンを生成するよう構成されていることが好ましい。
これにより、対象物の投影面の位置や形状が経時的に変化した場合に、より確実に、観測者に観測画像を視認させることができる。
これにより、より確実に、対象物の投影面の各部位に測定光を照射することができ、その投影面の位置および形状を特定することができる。
これにより、画像の視認性の劣化を防止することができる。
本発明の画像形成装置では、前記駆動パターン生成手段は、前記観測点と前記投影面との間に仮想的な観測者用仮想スクリーンを設定し、前記観測者用仮想スクリーン上に設定された観測者用の多数の点を特定し、前記観測点から見たときの、前記観測者用仮想スクリーン上に設定された前記観測者用の多数の点を、それぞれ、前記投影面上の位置に対応付け、その対応付けられた前記投影面上の位置に前記光出射部から出射された光が照射されるような駆動パターンを生成することが好ましい。
これにより、より確実に、対象物の投影面の位置や形状に応じた駆動パターンを生成することができ、観測者が観測点から投影面を見たときに観測画像が視認されるように投影面に画像を描画することができる。
これにより、比較的簡単にかつ正確に、仮想スクリーン上に設定された多数の点と、対象物の投影面の各部位とをそれぞれ対応付けることができる。
これにより、比較的簡単にかつ正確に、仮想スクリーン上に設定された多数の点と、対象物の投影面の各部位とをそれぞれ対応付けることができる。
前記観測者の位置を検出する位置検出手段を有し、
前記駆動パターン生成手段は、前記位置検出手段により検出された前記観測者の位置に基づいて、前記複数の観測点のうちからいずれかを選択することが好ましい。
これにより、画像形成装置を使用する前に、観測点の3次元座標を入力する必要がなくなり、操作性が向上する。また、観測点を複数記憶(格納)することにより、観測者の位置に応じて最も適した観測点を選択することができ、画像形成装置の画像描画特性が向上する。
これにより、観測者の位置に応じて最も適した観測点が自動的に選択され、画像形成装置の画像描画特性が向上する。
本発明の画像形成装置では、前記光走査部は、1対の前記アクチュエータを備え、
前記1対のアクチュエータは、それぞれ、前記可動板と、該可動板を回動可能に支持する支持部と、前記可動板と前記支持部とを連結する連結部と、前記可動板を回動させる駆動手段とを有しており、互いに、前記可動板の回動中心軸が直交するように設けられていることが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で対象物の投影面に2次元画像を描画することができる。
これにより、より確実に、観測者が観測点から投影面を見たときに観測画像が視認されるような画像を投影面に描画することができる。
本発明の画像形成装置では、前記対象物としてのスクリーンを有することが好ましい。
これにより、画像の視認性が向上する。
本発明の画像形成装置では、前記駆動パターン生成手段は、前記対象物の表面との交点について、それぞれ、その点および前記光出射部を通る線分と前記画像描画装置用多数の点との交点の3次元座標を求めることにより、前記対応付けられた位置を求めるのが好ましい。
本発明の画像形成装置では、前記駆動パターン生成手段は、前記画像描画装置用仮想スクリーン上の設定された前記画像描画装置用の多数の点と、前記観測者用仮想スクリーン上に設定された前記観測者用の多数の点とを対応付け、その対応付けられた前記前記観測者用仮想スクリーン上の前記点に前記光出射部から出射された光が照射されるような駆動パターンを生成するのが好ましい。
<第1実施形態>
まず、本発明の画像形成装置の第1実施形態について説明する。
図1は、本発明の画像形成装置の第1実施形態を示す構成図、図2は、図1のスクリーンを示す模式的斜視図、図3は、図1の画像描画装置本体を示すブロック図、図4は、図3のアクチュエータを示す模式的斜視図、図5は、図4に示すアクチュエータの駆動を示す模式的断面図、図6は、図3の位置検出手段を示すブロック図、図7は、図3の駆動パターン生成部を示すブロック図、図8は、図7に示す駆動パターン生成部が備えるLUT記録部のLUTを作成する方法を示す図、図9は、図7のLUT記録部のLUTの作成方法を示す図、図10は、図9の画像描画装置用仮想スクリーンの設定例を示す図、図11は、図8の光走査面形状ポリゴンの設定例を示す図、図12は、図8の光走査面形状ポリゴンと交点の例を示す図、図13は、図9のLUTの例を示す図、図14は、スクリーンに描画された画像を観測点以外の場所から観測したときの模式図、図15は、スクリーンに描画された画像を観測点から観測したときの模式図、図24は表示する映像データのデータ配置の例を示す図である。なお、以下では、説明の便宜上、図4、図5中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
スクリーン2の画像形成装置本体3側の表面は、画像形成装置本体3によって光が走査される光走査面(投影面)21を構成している。この光走査面21には、画像形成装置本体3により光が走査されることで、静止画や動画等の所定の画像が描画される。このようなスクリーン2を用いることにより、画像の視認性が向上する。
図3に示すように、画像形成装置本体3は、光を出射する光源ユニット(光出射部)4と、光源ユニット4から出射した光を光走査面21に走査する光走査部5と、観測者の位置を検出する位置検出手段6と、光源ユニット4の駆動パターンを生成する駆動パターン生成手段7と、光源ユニット4および光走査部5の作動を制御する作動制御装置(制御手段)8と、スクリーン2の光走査面21の位置および形状を特定する特定手段9とを有している。以下、これらについて順次説明する。
各色のレーザ光源41r、41g、41bは、それぞれ赤色、緑色および青色のレーザ光RR、GG、BBを射出する。レーザ光RR、GG、BBは、それぞれ、作動制御装置8から送信される駆動信号(後述する駆動パターン)に対応して変調された状態で射出され、コリメート光学素子であるコリメータレンズ42r、42g、42bによって平行化されて細いビームとされる。
なお、コリメータレンズ42r、42g、42bに代えてコリメータミラーを用いることができ、この場合も、平行光束の細いビームを形成することができる。また、各色のレーザ光源41r、41g、41bから平行光束が射出される場合、コリメータレンズ42r、42g、42bは、省略することができる。さらに、レーザ光源41r、41g、41bについては、同様の光束を発生する発光ダイオード等の光源に置換することができる。
図3に示すように、光走査部5は、一対のアクチュエータ51、51と、各アクチュエータ51の挙動を検知する挙動検知手段52とを有している。なお、以下では、一対のアクチュエータ51、51は、互いに同様の構成であるため、一方のアクチュエータ51について代表して説明し、他方のアクチュエータ51については、その説明を省略する。
基体511は、可動板511aと、可動板511aを回動可能に支持する支持部511bと、可動板511aと支持部511bとを連結する1対の連結部511c、511dとを有している。
支持部511bは、可動板511aの平面視にて、可動板511aの外周を囲むように設けられている。すなわち、支持部511bは、枠状をなしていて、その内側に可動板511aが位置している。
連結部511c、511dは、それぞれ、長手形状をなしている。また、連結部511c、511dは、それぞれ、弾性変形可能である。このような1対の連結部511c、511dは、互いに同軸的に設けられており、この軸(以下「回動中心軸J」と言う)を中心として、可動板511aが支持部511bに対して回動する。
なお、スペーサ部材512と基体511との接合方法としては、特に限定されず、例えば、接着剤等の別部材を介して接合してもよいし、スペーサ部材512の構成材料などによっては陽極接合などを用いてもよい。
永久磁石514は、板棒状をなしていて、可動板511aの下面に沿って設けられている。このような永久磁石514は、可動板511aの平面視にて、回動中心軸Jに対して直交する方向に磁化(着磁)されている。すなわち、永久磁石514は、両極(S極、N極)を結んだ線分が、回動中心軸Jに対して直交するよう設けられている。図5に示すように、本実施形態では、回動中心軸Jの左側がN極、右側がS極となっている。
コイル515は、可動板511aの平面視にて、永久磁石514の外周を囲むように設けられている。このようなコイル515には、作動制御装置8により、所定の電圧が印加される。
状態Aでは、図5(a)に示すように、永久磁石514の右側が、コイル515への通電により発生する磁界との反発力により上側へ変位するとともに、永久磁石514の左側が、前記磁界との吸引力により下側へ変位する。これにより、可動板511aが反時計回りに傾斜する。
このような状態Aと状態Bとを交互に繰り返すことにより、連結部511c、511dを捩り変形させながら、可動板511aが回動中心軸Jまわりに回動する。
ここで、図3に示すように、一対のアクチュエータ51、51は、互いの回動中心軸Jが直交するように設けられている。一対のアクチュエータ51、51をこのように設けることにより、光源ユニット4から出射したレーザ光LLを光走査面21に2次元的に走査することができる。これにより、比較的簡単な構成で、光走査面21に2次元画像を描画することができる。
なお、一対のアクチュエータ51、51のうちの一方のアクチュエータ51の可動板511aの挙動を検知する手段と、他方のアクチュエータ51の可動板511aの挙動を検知する手段とは、互いに同様の構成であるため、一方のアクチュエータ51の可動板511aの挙動を検知する手段について代表して説明し、他方のアクチュエータ他方のアクチュエータ51の可動板511aの挙動を検知する手段については、その説明を省略する。
圧電素子521は、可動板511aの回動に伴って連結部511cが捩り変形すると、それに伴って変形する。圧電素子521は、外力が付与されていない自然状態から変形すると、その変形量に応じた大きさの起電力を発生する性質を有しているため、挙動検知部523は、起電力検出部522で検出された起電力の大きさに基づいて、連結部511cの捩れの程度を求め、さらに、その捩れの程度から可動板511aの挙動(回動角)を検知する。このようにして検知された可動板511aの挙動に関する信号(情報)は、作動制御装置8に送信される。
なお、挙動検知手段52としては、可動板511aの挙動を検知することができれば、本実施形態のような圧電素子を用いたものに限定されず、例えば、フォトダイオードを用いてもよい。この場合には、例えば、可動板511aが所定の傾き(回動角)となった時に、フォトダイオードが光を受光する(または、受光が遮られる)よう構成されていて、このフォトダイオードでの受光タイミングから可動板511aの挙動を検知するよう構成してもよい。
まず、画像形成装置1についての共通の3次元の座標系として、互いに直交するx軸、y軸およびz軸を有する座標系を想定する(図示せず)。
特定手段9は、前記座標系におけるスクリーン2の光走査面21の各部位(微小領域)の3次元座標をそれぞれ求め、これにより光走査面21の位置および形状を特定するものであり、特定部91と、検出部92と、ハーフミラー93とを有している。
各頂点G1〜Gnの3次元座標を求める方法は、特に限定されないが、本実施形態では、後段側(図3中上側)のアクチュエータ51の可動板511a(光反射部511e)の位置を基準位置として設定し、特定手段9は、この基準位置からの光走査面21の各部位の距離をそれぞれ光学的に検出し、その検出結果に基づいて、各頂点G1〜Gnの3次元座標を求めるよう構成されている。
ハーフミラー93は、光源ユニット4と光走査部5との間、すなわち、光源ユニット4から出射され、前段側(図3中下側)のアクチュエータ51に到達するまでのレーザ光LL(測定光)の光路上に配置されている。
また、検出部92は、光走査面21でのレーザ光LLの反射光を検出するものであり、例えば、受光素子等を用いることができる。
なお、光源ユニット4、光走査部5、ハーフミラー93、検出部93および特定部91により、距離検出手段の主要部が構成される。
ここで、後段側のアクチュエータ51の光反射部511eから出射したレーザ光RRの光路(光軸)上に、光走査面21がある場合は、そのレーザ光RRは、光走査面21の所定部位に当り、光走査面21で反射し、その反射光の一部は、前記と同様の経路を前記と反対側に進み、一対のアクチュエータ51、51の可動板511aの光反射部511eで順次反射し、ハーフミラー93でその一部(約50%)が反射し、検出部92に入射する。この場合は、検出部92でレーザ光RRが検出される。
基準位置である後段側のアクチュエータ51の可動板511a(光反射部511e)の3次元座標(位置)は、既知であるので、後段側のアクチュエータ51の光反射部511eからの光走査面21のレーザ光RRの当った部位までの距離Lと、その光反射部511eから出射したレーザ光RRの方向とが判れば、これらから、前記光走査面21のレーザ光RRの当った部位の3次元座標を求めることができる。
また、レーザ光源41rからレーザ光RRが出射したときから、光走査面21でのレーザ光RRの反射光が検出部92で検出されたときまでの時間tを、光速cで除した値が、それに対応する光路長であるので、前記時間tを計測することにより、前記光路長を求めることができる。
L={(t/c)−L1−L2}/2 ・・・(式1)
まず、作動制御装置8は、レーザ光源41rからレーザ光RRを出射する際、それに同期して、特定部91にトリガ信号を送信する。特定部91は、時間を計測する計測部の機能も有しており、そのトリガ信号を受信すると、時間の計測を開始する。
そして、光走査面21でのレーザ光RRの反射光が検出部92に入射すると、検出部92から特定部91に検出信号が送信され、特定部91は、その検出信号を受信すると、時間の計測を終了する。
以上のようにして、各頂点G1〜Gnの3次元座標をそれぞれ求めることができる。
図6に示すように、本実施形態の位置検出手段6は、直交コイル式(直交コイル型)の位置センサ61と、位置センサ61に作用する磁界を発生させる磁界発生部62と、位置センサ61で検出された信号を処理する信号処理部63と、情報処理部64とを有している。
このような位置センサ61は、図6に示すように、中心軸が互いに直交するX方向検出コイル(第1のコイル)611と、Y方向検出コイル(第2のコイル)612と、Z方向検出コイル(第3のコイル)613とで構成される。
磁界発生部62で発生した磁界は、位置センサ61で検出される。この場合、磁界発生部62のX方向コイル、Y方向コイルおよびZ方向コイルから、順次、磁界を発生し、それぞれを、位置センサ61のX方向検出コイル611、Y方向検出コイル612およびZ方向検出コイル613の3つのコイルで検出する。
情報処理部64では、前記信号を受信し、その信号(情報)に基づいて、観測者の位置(すなわち、3次元座標)を導出する。このように位置検出手段6を設けることにより、観測者の位置を正確かつ確実に求めることができる。
図7に示すように、駆動パターン生成手段7は、観測点P1、P2の3次元座標及びその観測方向を格納する観測点情報用格納部711と、画像形成装置本体3の3次元座標及びその方向を格納する画像描画装置情報用格納部712、光走査面21の形状を定義する形状特定部72と、観測者用仮想スクリーンを設定する観測者用仮想スクリーン設定部731と、画像描画装置用仮想スクリーンを設定する画像描画装置用仮想スクリーン設定部732と、観測者用仮想スクリーンと画像描画装置用仮想スクリーンSS1とを対応付けたルックアップテーブル(以下、単に「LUT」と言う)を記録するLUT記録部74と、LUT記録部74から所定のLUTを選択するLUT選択部75と、画像描画装置用仮想スクリーン上に変換した画像を表示させる事で、観測者用仮想スクリーン上に観測画像を仮想的に形成する画像形成部76と、光源ユニット4の駆動パターンを生成する生成部77とを有している。
観測点P1、P2の3次元座標、その観測方向は、それぞれ、例えば画像形成装置1の製造時や出荷時に、予め観測点情報用格納部711に格納しておくことが好ましい。これにより、画像形成装置1を使用する前に、その3次元座標を入力(設定)する必要がなくなり、画像形成装置1の操作の煩雑化を防止できる。
観測者用仮想スクリーン設定部731は、観測点P1とスクリーン2との間および観測点P2とスクリーン2との間に、それぞれ、観測者用仮想スクリーンS1および観測者用仮想スクリーンS2を仮想的に設定する。また、観測者用仮想スクリーン設定部731は、各観測者用仮想スクリーンS1上に、多数の点(微小領域)Q1、Q2…Qm(ただし、mは自然数である)を設定し、各点Q1〜Qmの3次元座標をそれぞれ格納する。観測者用仮想スクリーン設定部731は、観測者用仮想スクリーンS2についても同様の3次元座標を格納する。
なお、点Q1〜Qmは、観測者用仮想スクリーンS1上に規則的に設定されていてもよいし、不規則に設定されていてもよいが、配置は表示する映像のデータと一致させるのが好ましい。例えば、図24に示すように、表示する映像データSDが、v行×u列(v、uはともに自然数)のデータ配置で、左上の画像データから格子状に規則正しく並んだ状態であれば、点Q1〜Qmも観測者用仮想スクリーンS1の一番左上の点から規則正しく並べて設定する。また、設定する点Qの数が多いほど、より鮮明な画像を光走査面21に描画することができる。この点の数としては、光走査面21の大きさ(面積)などによっても異なるが、1万〜1000万個(例えば、横640個×縦480個)であることが好ましい。
図1に示すように、画像描画装置用仮想スクリーンSS1も観測者用仮想スクリーンS1、観測者用仮想スクリーンS2と同様に平面状をなし、画像形成装置本体3と光走査面21のほぼ中央とを通る線分に対して直交するよう設定される。また、画像形成装置本体3から見た平面視にて、画像描画装置用仮想スクリーンSS1の領域内に、光走査面21の全域が含まれていることが好ましい。
これらの描画点D1〜Dkの隣り合う間隔は、画像形成装置本体3の最大分解能力に設定するのが好ましい。
なお、この点の数としては、画像形成装置本体3の最大解像度と同等(例えば、横1280×縦960)である事が望ましい。
第1の方法では、まず、LUT記録部74は、観測点情報用格納部711および観測者用仮想スクリーン設定部731から、それぞれ、観測点P1の3次元座標、観測方向および観測者用仮想スクリーンS1上の点Q1の3次元座標を読み出し、双方の3次元座標に基づいて、観測点P1と点Q1とを通る線分(以下、「線分L」と言う)を求める。
更に、LUT記録部74は、画像描画装置情報用格納部712、および画像描画装置用仮想スクリーン設定部732から、それぞれ、画像形成装置本体3の3次元座標、向き、および画像描画装置用仮想スクリーンSS1上の座標情報を読み出し、双方の3次元座標に基づいて、交点T1と画像形成装置本体3とを通る線分(以下、「線分L1」と言う)を求め、画像描画装置用仮想スクリーンSS1とこのL1との交点の座標(画像描画装置用仮想スクリーンSS1上での座標)を求め、更に描画点D1〜Dkの中から、この交点にもっとも距離が近い描画点を実際の交点とする。図9では、D1が一番近かったため、交点を描画点D1としている。
図13のLUTでは、交点Q1〜Qm(ただしrやsは1からmまでの自然数である)を線形補間して描画点D1〜Dkに対応付けている。
第2の方法では、まず、光走査面21の形状を特定する際に使用するレーザ光LLのタイミングを、描画点D1〜Dkに一致させて測定し、各頂点G1〜Gnの3次元座標のデータと対応する描画点を形状特定部72に収納する。つまり描画点D1〜Dkに対して、頂点G1〜Gnをあらかじめ対応づけて形状特定部72に格納しておく。この事により、交点T1〜Tnは頂点G1〜Gnと必ず一致するため、第一の方法のようにT1〜Tnを求める必要は無く、計算が簡略化され、以後は頂点G1〜Gnを用いて計算を行えばよい。
次いで、LUT記録部74は、観測者用仮想スクリーン設定部731に格納された各点Q1〜Qmの3次元座標を読み出し、線分L’が点Q1〜Qm中いずれの点と交わるかを求める。図8に示すように、線分L’は、点Q1と交わっているため、LUT記録部74は、頂点G1と対応づけられた描画点D1を、点Q1と対応付け、その情報をLUT741に記録する。このようにして、画像描画装置用仮想スクリーンSS1上の描画点D1に対して観測者用仮想スクリーンS1上の点Q1を対応づけることができる。
また、観測者とスクリーン2のほぼ中央部とを結ぶ直線上または当該直線から最も近位に位置する観測点を選択し、その観測点に対応するLUTを選択するように構成してもよい。なお、前記直線上に複数の観測点が位置する場合には、それらの中で最も観測者に近位に位置する観測点を選択するのが好ましい。
画像形成部76は、図示しない外部装置から入力された観測画像信号に基づいて、観測者用仮想スクリーンS1上に観測画像を仮想的に形成する。また、画像形成部76は、観測者用仮想スクリーンS1上に形成された観測画像に基づいて、観測者用仮想スクリーンS1上に設定された各点Q1〜Qmについて、その点に対応する領域に表示されている色を特定する。
具体的に説明すれば、生成部77は、各点Q1〜Qmの色情報に基づいて、LUT741によって各点Q1〜Qmと対応付けされている描画点D1〜Dkに、それぞれ、その描画点と対応付けされた点(例えば描画点D1であれば点Q1)と同色のレーザ光LLが投射されるような駆動パターンを生成する。すなわち、生成部77は、画像描画装置用仮想スクリーンSS1上の描画点D1〜Dk中どの描画点に何色のレーザ光LLを投射すればよいかを決定する。このように生成された駆動パターンによれば、観測者が観測点P1からスクリーン2を見たとき、観測者に観測画像を視認させることができる。このようにして生成された駆動パターンに関する信号(情報)は、作動制御装置8へ送信される。
また、基準位置からの光走査面21の各部位の距離を検出する方法は、前述した方法には限定されず、例えば、カメラの分野等で用いられている外光三角方式や、TTL方式等を用いることもできる。さらには、光学的に検出する方法に限らず、例えば、超音波等を用いる方法を採用してもよい。
また、本実施形態では、スクリーン2として、光走査面21が実質的に一定の形状を保ち、光走査面21の位置も変位しない場合を想定したが、これに限らず、例えば、光走査面21の位置と形状とのいずれか一方または両方が、経時的に変化してもよい。光走査面21の位置と形状とのいずれか一方または両方が経時的に変化する場合は、光走査面21に画像を描画する際、その変化に対応して、随時、光走査面21の位置および形状を特定し、光源ユニット4の駆動パターンを生成するよう構成する。
次に、本発明の画像形成装置の第2実施形態について説明する。
図16は、本発明の画像形成装置の第2実施形態における画像描画装置本体を示すブロック図である。
以下、第2実施形態の画像表示装置について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図16に示すように、第2実施形態の画像形成装置1では、特定手段9は、測定光を出射する測定光出射部としてレーザ光源94およびコリメータレンズ95と、特定部91と、検出部92と、ハーフミラー93とを備えている。
レーザ光源94から射出したレーザ光(測定光)96は、コリメータレンズ95によって平行化されて細いビームとされる。
対応付けの方法としては、前述した第1の方法と第2の方法のいずれも用いることができるが、第2の方法が、処理を迅速に行うことができるため、好ましい。
この画像形成装置1によれば、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
そして、この画像形成装置1では、対象物の投影面の形状の変化に予測の付く場合は、もちろんのこと、予測の付かない場合でも、観測者が観測点から投影面を見たときに、観測者に観測させたい観測画像が視認されるように、投影面に画像を描画することができる。例えば、対象物として旗を用い、その旗に静止画像を描画した場合、その旗の形状が風等によって不規則に変化しても、歪のない同一の画像が表示された状態が持続する。
次に、本発明の画像形成装置の第3実施形態について説明する。
図17は、本発明の画像形成装置の第3実施形態における画像描画装置本体を示すブロック図である。なお、図17におけるアクチュエータ51と測定光出射部97、98の位置関係は、厳密なものではない。また、図17の測定光出射部98は、測定光出射部97と同じ構成であるため省略してある。
第3実施形態では、スクリーン2として、光走査面21の位置と形状の少なくとも一方が経時的に高速に変化する(変化し得る)場合を想定する。
図17に示すように、第3実施形態の画像形成装置1では、1組の測定光出射部97、98を備えている。測定光出射部97からはレーザ光96が、測定光出射部98からはレーザ光99が出力される。出力された検出用のレーザ光96、99は、描画用のレーザ光LLに対して、それぞれのα0、α1入射角でアクチュエータ51上の同じ位置に照射される。なおこれら検出用のレーザ光96、99は、アクチュエータ51の回転軸Jに対して垂直に入射される。
また、描画用のレーザ光LLに対する検出用のレーザ光96、99それぞれの入射角α0、α1は等しいことが望ましい。更に、この角度を小さくすれば、測定点を描画点により近づける事が可能となり、測定してから実際にその測定点に描画するまでの時間を短縮でき、高速で変化するスクリーンに対応できるようになるため、好ましい。また、この角度を小さくすることにより測定点と実際に描画する点の誤差が小さくなるため、スクリーン2の光走査面21の位置および形状を特定する精度も向上する。
この画像形成装置1によれば、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
そして、この画像形成装置1では、対象物の投影面の形状の変化が高速な場合でも、観測者が観測点から投影面を見たときに、観測者に観測させたい観測画像が視認されるように、投影面に画像を描画することができる。
次に、本発明の画像形成装置の第4実施形態について説明する。
図19は、本発明の画像形成装置の第4実施形態における画像描画装置本体を示すブロック図である。なお、図19におけるスクリーン2と光走査部50の位置関係は、厳密なものではない。
第4実施形態では、スクリーン2として、光走査面21の位置と形状の少なくとも一方が経時的に変化する(変化し得る)場合を想定する。なお、光走査面21が実質的に一定の形状を保ち、光走査面21の位置も変位しない場合にも適用することができることは、言うまでもない。
この画像形成装置1によれば、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
そして、この画像形成装置1では、対象物の投影面の形状の変化に予測の付く場合は、もちろんのこと、予測の付かない場合でも、観測者が観測点から投影面を見たときに、観測者に観測させたい観測画像が視認されるように、投影面に画像を描画することができる。
次に、本発明の画像形成装置の第5実施形態について説明する。
図20は、本発明の第5実施形態に係る画像描画装置が備えるアクチュエータを示す模式的平面図、図21は、図20中のB−B線断面図、図22は、図20に示すアクチュエータが備える駆動手段を示すブロック図、図23は、図22に示す第1の電圧発生部および第2の電圧発生部での発生電圧の一例を示す図である。なお、以下では、説明の便宜上、図20中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言い、図21中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
第5実施形態の画像形成装置は、光走査部が備えるアクチュエータの構成が異なる以外は、第1実施形態とほぼ同様である。
光走査部5は、1つのアクチュエータ53を有している。
第1の振動系54aは、枠状の支持部54cの内側に設けられた枠状の駆動部541aと、駆動部541aを支持部54cに両持ち支持する1対の第1の連結部542a、543aとで構成されている。
駆動部541aは、図20の平面視にて、円環状をなしている。なお、駆動部541aの形状は、枠状をなしていれば特に限定されず、例えば、図20の平面視にて、四角環状をなしていてもよい。このような駆動部541aの下面には、永久磁石57が接合されている。
可動板541bは、図20の平面視にて、円形状をなしている。だたし、可動板541bの形状は、駆動部541aの内側に形成することができれば特に限定されず、例えば、図14の平面視にて、楕円形状をなしていてもよいし、四角形状をなしていてもよい。このような可動板541bの上面には、光反射性を有する光反射部544bが形成されている。
第2の連結部542bには、可動板541bの挙動(回動中心軸J2まわりの回動角)を検知するための圧電素子521が設けられている。
図21に示すように、以上のような基体54は、スペーサ部材55を介して対向基板56と接合している。対向基板56の上面には、永久磁石57に作用する磁界を発生させるコイル58が設けられている。
このような永久磁石57は、交点Gに対して長手方向の一方側がS極、他方側がN極となっている。図21では、永久磁石57の長手方向の左側がS極、右側がN極となっている。
また、図21に示すように、永久磁石57の上面には、凹部57aが形成されている。この凹部57aは、永久磁石57と可動板541bとの接触を防止するための逃げ部である。このような凹部57aを形成することで、可動板541bが回動中心軸J2まわりに回動する際、永久磁石57と接触してしまうことを防止することができる。
コイル58は、電圧印加手段59と電気的に接続されていて、電圧印加手段59によりコイル58に電圧が印加されると、コイル58から回動中心軸J1および回動中心軸J2のそれぞれの軸に直交する軸方向の磁界が発生する。
第1の電圧V1は、鋸波のような波形をなしている。そのため、アクチュエータ53は、効果的に光を垂直走査(副走査)することができる。なお、第1の電圧V1の波形は、これに限定されない。ここで、第1の電圧V1の周波数(1/T1)は、垂直走査に適した周波数であれば、特に限定されないが、30〜80Hz(60Hz程度)であるのが好ましい。
本実施形態では、第1の電圧V1の周波数は、駆動部541aと1対の第1の連結部542a、543aとで構成された第1の振動系54aのねじり共振周波数と異なる周波数となるように調整されている。
第2の電圧V2は、正弦波のような波形をなしている。そのため、アクチュエータ53は効果的に光を主走査することができる。なお、第2の電圧V2の波形は、これに限定されない。
また、第2の電圧V2の周波数は、第1の電圧V1の周波数と異なり、かつ、水平走査に適した周波数であれば、特に限定されないが、10〜40kHzであるのが好ましい。このように、第2の電圧V2の周波数を10〜40kHzとし、前述したように第1の電圧V1の周波数を60Hz程度とすることで、スクリーンでの描画に適した周波数で、可動板541bを回動中心軸J1および回動中心軸J2のそれぞれの軸まわりに回動させることができる。ただし、可動板541bを回動中心軸J1および回動中心軸J2のそれぞれの軸まわりに回動させることができれば、第1の電圧V1の周波数と第2の電圧V2の周波数との組み合わせなどは、特に限定されない。
また、第1の振動系54aの共振周波数をf1[Hz]とし、第2の振動系54bの共振周波数をf2[Hz]としたとき、f1とf2とが、f2>f1の関係を満たすことが好ましく、f2≧10f1の関係を満たすことがより好ましい。これにより、より円滑に、可動板541bを回動中心軸J1まわりに第1の電圧V1の周波数で回動させつつ、回動中心軸J2まわりに第2の電圧V2の周波数で回動させることができる。
電圧重畳部593は、コイル58に電圧を印加するための加算器593aを備えている。加算器593aは、第1の電圧発生部591から第1の電圧V1を受けるとともに、第2の電圧発生部592から第2の電圧V2を受け、これらの電圧を重畳しコイル58に印加するようになっている。
例えば、図23(a)に示すような第1の電圧V1と、図23(b)に示すような電圧V2とを電圧重畳部593にて重畳し、重畳した電圧をコイル58に印加する(この重畳された電圧を「電圧V3」ともいう)。
すると、電圧V3中の第1の電圧V1に対応する電圧によって、永久磁石57のS極側をコイル58に引き付けようとするとともに、N極側をコイル58から離間させようとする磁界と、永久磁石57のS極側をコイル58から離間させようとするとともに、N極側をコイル58に引き付けようとする磁界とが交互に切り換わる。これにより、第1の連結部542a、543aを捩れ変形させつつ、駆動部541aが可動板541bとともに、第1の電圧V1の周波数で回動中心軸J1まわりに回動する。
以上のようなアクチュエータ53によれば、1つのアクチュエータで2次元的に光を走査でき、光走査部5の省スペース化を図ることができる。また、例えば、第1実施形態のように一対のアクチュエータを用いる場合には、アクチュエータ同士の相対的位置関係を高精度に設定しなければならないが、本実施形態ではその必要がないため、製造の容易化を図ることができる。
なお、この第5実施形態は、第4実施形態にも適用することができる。すなわち、第4実施形態における光走査部5および50のアクチュエータとして、それぞれ、第5実施形態におけるアクチュエータ53を用いることができる。
また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。
また、前述した実施形態では、予め設定された複数の観測点から最適な観測点を選択するよう構成されているものについて説明したが、これに限定されず、例えば、観測点が1箇所しか設定されていないものであってもよい。これによれば、予め設定された観測点からスクリーンを見なければ、スクリーンに映し出された画像を正確に認識することができない。すなわち、観測点に立つ観測者には、画像を認識できるが、その周りにいる人々には、画像が歪んで見え、認識することができない。
また、前述した実施形態では、観測者の位置を検出して、その検出結果に基づいて、複数の観測点から最適な観測点を選択するよう構成されているものについて説明したが、これに限定されず、例えば、観測者が複数の観測点のうちからいずれかを選択するものであってもよい。すなわち、観測者の位置を検出する位置検出手段を省略してもよい。
Claims (15)
- 対象物の表面に設定された投影面に光を走査することにより画像を描画するよう構成され、
光を出射する光出射部と、
前記光出射部から出射された光を反射する光反射部を備えた可動板が少なくとも一方向または互いに直交する二方向へ回動可能に設けられ、当該回動によって前記光反射部で反射した光を前記投影面に走査するアクチュエータを有する光走査部と、
前記投影面の位置および形状を特定する特定手段と、
観測者が観測点から前記投影面を見たときに、前記観測者に観測させたい観測画像が視認されるように、前記特定手段により特定された形状において、前記投影面の非平面形状に起因した前記画像の歪みを相殺するような前記光出射部の駆動パターンを生成する駆動パターン生成手段と、
前記駆動パターン生成手段により生成された前記駆動パターンに対応させて、前記光出射部の作動を制御する制御手段とを有し、
前記駆動パターン生成手段は、前記観測点と前記投影面との間に仮想的な観測者用仮想スクリーンを設定し、前記観測者用仮想スクリーン上に設定された観測者用の多数の点を特定し、前記観測点から見たときの、前記観測者用仮想スクリーン上に設定された前記観測者用の多数の点を、それぞれ、前記投影面上の位置に対応付け、その対応付けられた前記投影面上の位置に前記光出射部から出射された光が照射されるような駆動パターンを生成することを特徴とする画像形成装置。 - 互いに直交するx軸、y軸およびz軸を有する座標系を想定し、
前記特定手段は、基準位置からの前記投影面の各部位の距離を光学的に検出する距離検出手段を有し、前記投影面を複数の多角形の集合体として定義し、該各多角形の頂点と前記投影面の各部位とをそれぞれ対応させ、前記距離検出手段の検出結果に基づいて、前記座標系における前記投影面の各部位の3次元座標を求め、前記投影面の位置および形状を特定するよう構成されている請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記距離検出手段は、測定光を出射する測定光出射部を有し、前記投影面に向けて測定光を照射する照射部と、前記測定光の前記投影面での反射光を検出する検出部とを備え、該検出部の検出結果に基づいて、基準位置からの前記投影面の各部位の距離を求める請求項2に記載の画像形成装置。
- 前記光出射部および前記光走査部は、前記照射部の機能を有する請求項3に記載の画像形成装置。
- 前記投影面は、経時的にその位置または形状が変化するよう構成されており、
前記投影面に画像を描画する際、前記特定手段は、前記変化に対応して、随時、前記投影面の位置および形状を特定し、前記駆動パターン生成手段は、観測者が観測点から前記投影面を見たときに、前記観測者に観測させたい観測画像が視認されるように、前記特定手段により特定された形状において、前記投影面の非平面形状に起因した前記画像の歪みを相殺するような前記光出射部の駆動パターンを生成するよう構成されている請求項1ないし3のいずれかに記載の画像形成装置。 - 前記投影面は、経時的にその位置または形状が変化するよう構成されており、
前記投影面に画像を描画する際、前記特定手段は、前記光走査部による光の走査に先行し、該光の走査とともに、前記測定光を走査し、前記3次元座標を求め、前記駆動パターン生成手段は、観測者が観測点から前記投影面を見たときに、前記観測者に観測させたい観測画像が視認されるように、前記特定手段により特定された形状において、前記投影面の非平面形状に起因した前記画像の歪みを相殺するような前記光出射部の駆動パターンを生成するよう構成されている請求項3に記載の画像形成装置。 - 前記照射部は、前記測定光出射部から出射され測定光を反射する光反射部を備えた可動板が少なくとも一方向または互いに直交する二方向へ回動可能に設けられ、当該回動によって前記光反射部で反射した測定光を前記投影面に照射するアクチュエータを有する請求項3または6に記載の画像形成装置。
- 前記測定光は、前記画像に影響を与えないものである請求項7に記載の画像形成装置。
- 前記駆動パターン生成手段は、前記観測者用の多数の点について、それぞれ、その点および前記観測点を通る線分と前記投影面との交点の3次元座標を求めることにより、前記観測者用の多数の点と前記投影面の各部位とをそれぞれ対応付け、前記対応付けられた前記投影面上の位置を求める請求項1ないし8のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記駆動パターン生成手段は、前記投影面の各部位について、それぞれ、その部位および前記観測点を通る線分と前記観測者用仮想スクリーンとの交点の3次元座標を求めることにより、前記観測者用の多数の点と前記投影面の各部位とをそれぞれ対応付け、前記対応付けられた前記投影面上の位置を求める請求項1ないし8のいずれかに記載の画像形成装置。
- 複数の前記観測点が設置されており、
前記観測者の位置を検出する位置検出手段を有し、
前記駆動パターン生成手段は、前記位置検出手段により検出された前記観測者の位置に基づいて、前記複数の観測点のうちからいずれかを選択する請求項1ないし10のいずれかに記載の画像形成装置。 - 前記複数の観測点のうち、前記観測者の位置から最も近位に位置する観測点を選択する請求項11に記載の画像形成装置。
- 前記光走査部は、1対の前記アクチュエータを備え、
前記1対のアクチュエータは、それぞれ、前記可動板と、該可動板を回動可能に支持する支持部と、前記可動板と前記支持部とを連結する連結部と、前記可動板を回動させる駆動手段とを有しており、互いに、前記可動板の回動中心軸が直交するように設けられている請求項1ないし12のいずれかに記載の画像形成装置。 - 前記光走査部は、前記アクチュエータの前記可動板の挙動を検知する挙動検知手段を有し、前記制御手段は、前記挙動検知手段の検知結果および前記駆動パターンに基づいて、前記光出射部の作動を制御する請求項1ないし13のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記対象物としてのスクリーンを有する請求項1ないし14のいずれかに記載の画像形成装置。
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