JP5828323B2

JP5828323B2 - 映像投影装置、映像投影方法

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Publication number: JP5828323B2
Application number: JP2012547738A
Authority: JP
Inventors: 想西村
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Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2010-12-08
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Description

本発明は、レーザ光を走査して映像を投影する映像投影装置、映像投影方法に関する。

近年、小型で安価なレーザ光源が製造されている。また、ＭＥＭＳ（Micro Electronic Mechanical Systems）技術の発展により、小型で高速に振動する走査素子が開発されている。

このような背景から、最近は、レーザ光の角度をＭＥＭＳミラーなどの走査素子で偏向させ、被投射部上でレーザ光を走査することで映像を描画する走査型レーザプロジェクタが開発されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平３−６５９１６号公報特表２００９−５３９１２０号公報

走査型の映像投影のためには、レーザ光源のレーザ出力と走査素子の駆動とが同期している必要がある。しかし、図１に示すように、電気的な駆動信号に対して、走査素子の駆動の遅れが生じるため、電気的な特性だけで完全な同期をとることはできない。そのため、従来は、製造時に目視・カメラなどにより、同期をとる作業を行っていた。

また、走査素子の駆動の遅れは、走査素子の特性に依存する。例えば、走査素子が共振型のＭＥＭＳミラーなどの共振走査素子である場合、走査素子の特性は、温度に依存するため、使用環境によって変化してしまう問題がある。つまり、製造時の調整だけでは、完全な同期をとることができない。この問題は、特に、共振走査素子において顕著である。

これを解決する手段として、描画範囲外に特別なマークを用意し、マークで反射した光を検出して、同期を行う方法がある（特許文献２参照）。しかし、この方法は、共振走査素子を想定しておらず、使用環境による走査素子の特性変化には対応できない。また、特許文献２の方法では、描画範囲外にマークがあるため、マルチプロジェクションを行うことができないという問題がある。

ここで、マルチプロジェクションとは、図２に示すように、複数台のプロジェクタを並べ、各々のプロジェクタからの投影画像を処理して、１つの大きな画像を投影する技術である。

そこで、本発明は、レーザ光源のレーザ出力と走査素子の駆動との同期をとることができるとともに、マルチプロジェクション技術を利用でき、かつ、使用環境による走査素子の特性変化に対応できる映像投影装置、映像投影方法を提供すること目的としている。

本発明の映像投影装置は、
レーザ光を出力するレーザ光源部と、
前記レーザ光源部から出力されたレーザ光を偏向させ、被投射部上でレーザ光を走査するレーザ走査部と、
前記レーザ走査部により偏向、走査された走査レーザが投射される被投射部と、
前記被投射部から放射された光を検出する光検出部と、
前記レーザ光源部を制御する制御部と、を有し、
前記被投射部は、
走査レーザが投射されたときに前記光検出部が検出可能な光を放射する光放射部と、走査レーザが投射されたときに前記光検出部が検出可能な光を放射しない非光放射部と、から構成されていて、かつ、前記光放射部が規則的に配置されており、
前記制御部は、
前記光検出部による検出結果を基に、前記レーザ光源部からのレーザ光の出力を切り替えるスイッチ信号を生成するレーザ出力スイッチ信号生成部と、
前記レーザ出力スイッチ信号生成部にて生成されたスイッチ信号と、外部から入力された映像信号とを基に、前記レーザ光源の変調信号を生成するレーザ光源変調信号生成部と、を有し、
前記レーザ出力スイッチ信号生成部は、
前記光検出部による検出結果を基に、走査レーザが前記光放射部を通過した通過回数を計測する回数計測部と、
前記回数計測部により通過回数が計測されたことをトリガーとして、経過時間を計測する時間計測部と、
前記回数計測部および前記時間計測部による計測結果を基に、前記レーザ光源部からレーザ光の出力を開始する初期タイミングを計算する演算部と、
前記演算部にて計算された初期タイミングで前記スイッチ信号を生成する信号生成部と、を有することを特徴とする。

本発明の映像投影方法は、
レーザ光を出力するレーザ光源部と、
前記レーザ光源部から出力されたレーザ光を偏向させ、被投射部上でレーザ光を走査するレーザ走査部と、
前記レーザ走査部により偏向、走査された走査レーザが投射される被投射部と、
前記被投射部から放射された光を検出する光検出部と、
前記レーザ光源部を制御する制御部と、
を有してなる映像投影装置による映像投影方法であって、
前記被投射部は、走査レーザが投射されたときに前記光検出部が検出可能な光を放射する光放射部と、走査レーザが投射されたときに前記光検出部が検出可能な光を放射しない非光放射部と、から構成されていて、かつ、前記光放射部が規則的に配置されており、
前記制御部が、前記光検出部による検出結果を基に、前記レーザ光源部からのレーザ光の出力を切り替えるスイッチ信号を生成するスイッチ信号生成ステップと、
前記制御部が、前記レーザ出力スイッチ信号生成部にて生成されたスイッチ信号と、外部から入力された映像信号とを基に、前記レーザ光源の変調信号を生成するレーザ光源変調信号生成ステップと、を有し、
前記スイッチ信号生成ステップは、
前記光検出部による検出結果を基に、走査レーザが前記光放射部を通過した通過回数を計測する回数計測ステップと、
前記回数計測ステップにより通過回数が計測されたことをトリガーとして、経過時間を計測する時間計測ステップと、
前記回数計測ステップおよび前記時間計測ステップによる計測結果を基に、前記レーザ光源部からレーザ光の出力を開始する初期タイミングを計算する演算ステップと、
前記演算ステップにて計算された初期タイミングで前記スイッチ信号を生成する信号生成ステップと、を有することを特徴とする。

本発明の映像投影装置によれば、レーザ光源部から出力されたレーザ光をレーザ走査部により被投射部上で走査し、被投射部上の光放射部から放射された光の検出結果を基に、走査レーザが光放射部を通過した通過回数と経過時間を計測し、その計測結果を基に、レーザ光源部からレーザ光の出力を開始する初期タイミングを計算し、その初期タイミングでレーザ光源部からのレーザ光の出力を切り替えるスイッチ信号を生成する。

したがって、レーザ走査部の走査素子の駆動にレーザ光源からのレーザ光の出力タイミングを合わせることができるため、レーザ光源のレーザ出力と走査素子の駆動との同期をとることができるという効果が得られる。

また、描画範囲外の特定のマークを用いないことから、マルチプロジェクション技術を利用することができ、また、駆動時に調整を行えることから、使用環境による走査素子の特性変化にも対応することができるという効果が得られる。

映像投影装置における電気信号と走査素子の駆動との関係を説明する図である。マルチプロジェクションの概念を説明する図である。本発明に係る映像投影装置の構成を示すブロック図である。本発明に係るレーザ出力スイッチ信号生成部の構成を示すブロック図である。本発明の第１および第２の実施形態に係るレーザ出力スイッチ信号生成部の構成を示すブロック図である。本発明の第１および第２の実施形態に係るレーザ出力スイッチ信号生成部の処理の流れを説明するフローチャートである。本発明の第１の実施形態に係るレーザ出力スイッチ信号生成部の処理の概念を説明する図である。最大振角が６０［ｄｅｇ］である共振走査素子の駆動の概念を説明する図である。本発明の第２の実施形態に係るレーザ出力スイッチ信号生成部の処理の概念を説明する図である。最大振角が３０［ｄｅｇ］である共振走査素子の駆動の概念を説明する図である。本発明の第３の実施形態に係るレーザ出力スイッチ信号生成部の構成を示すブロック図である。本発明の第３の実施形態に係るレーザ出力スイッチ信号生成部の処理の流れを説明するフローチャートである。本発明の第３の実施形態に係るレーザ出力スイッチ信号生成部の処理の概念を説明する図である。本発明の第４の実施形態に係るレーザ出力スイッチ信号生成部の構成を示すブロック図である。本発明の第４の実施形態に係るレーザ出力スイッチ信号生成部の処理の流れを説明するフローチャートである。本発明の第４の実施形態に係るレーザ出力スイッチ信号生成部の処理の概念を説明する図である。

以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
（１）本発明の基本形態
まず、本発明を実施する基本形態を説明する。

図３は、本発明に係る映像投影装置の構成を示すブロック図である。

図３に示すように、本発明に係る映像投影装置は、レーザ光源部１と、レーザ走査部２と、被投射部３と、光検出部４と、制御部５と、を有している。また、被投射部３は、光放射部３Ａと、非光放射部３Ｂと、を有している。また、制御部５は、レーザ出力スイッチ信号生成部６と、レーザ光源変調信号生成部７と、を有している。

レーザ光源部１から出力されたレーザ光は、レーザ走査部２に入射され偏向走査される。レーザ走査部２により走査された走査レーザは、被投射部３上に配置された光放射部３Ａおよび非光放射部３Ｂの上を通過する。走査レーザが光放射部３Ａ上に投射されているときには、光検出部４が検出可能な光が、光放射部３Ａから放射されている。光検出部４は、その光を検出し、検出した光を検出信号に変換する。変換された検出信号は、制御部５内のレーザ出力スイッチ信号生成部６に入力される。レーザ出力スイッチ信号生成部６は、入力された検出信号を基に演算処理を行い、レーザ光源部１からのレーザ光の出力を切り替えるレーザ出力スイッチ信号を生成する。レーザ光源変調信号生成部７は、レーザ出力スイッチ信号と外部から入力される映像信号とを基にレーザ光源変調信号を生成する。レーザ光源部１は、レーザ光源変調信号により変調され、レーザ光の出力を行う。

レーザ走査部２は、少なくとも１つの走査素子を有し、また、その走査素子の中には、最も高速に走査を行う走査方向に往復で共振動作する共振走査素子が少なくとも含まれている。一般にラスタースキャンと呼ばれる映像投影方法は、高速に振動する水平方向の走査と、低速に振動する垂直方向の走査とが組み合わされて映像の描画を行っている。このようなレーザを走査する走査素子は、ＭＥＭＳミラーなどがある。本発明に係る映像投影装置は、最も高速に走査を行う走査方向に共振動作を行うものである。

光放射部３Ａは、規則的に配置されている。以下、簡単のため、被投射部３は、平面状で、走査素子に正対して配置されていて、光放射部３Ａと非光放射部３Ｂとが、最も高速に走査を行う走査方向に等間隔に配置されている構造であるものとして説明を行うが、光放射部３Ａは等間隔でなくてもよく、被投射部３は平面状でなくてもよい。ただし、その場合には、以下で説明する制御を行う際には、適宜それに合わせて変更が必要になる。

光放射部３Ａを実現する方法としては、以下のような方法がある。
（Ａ）光放射部３Ａを拡散部材などによって構成し、投射されたレーザ光を拡散させることにより、光検出部４に光を放射させる。
（Ｂ）光放射部３Ａを再帰反射材や反射材などによって構成し、投射されたレーザ光を特定の方向に大きい強度で放射させる。
（Ｃ）光放射部３Ａを蛍光体などによって構成し、投射されたレーザ光によって励起、発光させる。

非光放射部３Ｂは、走査レーザが投射されているときには、光検出部４が検出可能な光を放射しない。

非光放射部３Ｂを実現する方法としては、以下のような方法がある。
（Ａ）非光放射部３Ｂを光吸収材などで構成し、投射されたレーザ光を吸収させることで、光検出部４に光を放射させない。
（Ｂ）非光放射部３Ｂを光透過材などで構成し、投射されたレーザ光を透過させることで、光検出部４に光を放射させない。
（Ｃ）非光放射部３Ｂを再帰反射材や反射材などによって構成し、投射されたレーザ光を特定の方向に大きい強度で放射させ、かつ、光検出部４の方向には有意な値が検出できない小さい強度でしか放射させない。
（Ｄ）非光放射部３Ｂを、投射されたレーザ光を拡散させる拡散材などによって構成し、有意な値が検出できない小さい強度でしか放射させない。ただし、このときには、光放射部３Ａから放射される光強度は、非光放射部３Ｂから放射される光強度よりも大きいことが必要である。
（Ｅ）光放射部３Ａまたは非光放射部３Ｂの少なくとも一方が、波長変換作用を有していて、光放射部３Ａと非光放射部３Ｂとで放射する光の波長が異なり、光検出部４が波長選択フィルタを有していて、非光放射部３Ｂの放射光は検出されない。

本発明は、特に、蛍光体を使用したリア型レーザプロジェクタに適している。このとき、被投射部３を構成する方法としては、以下のような方法がある。
（Ａ）レーザ光源部１を、不可視レーザ（例えば、４００ｎｍ以下）とし、光放射部３ＡをＲＧＢ各色の蛍光体で構成し、励起、発光させる。映像信号にあわせて、レーザ出力を変化させることによって、所望の映像を表示することができる。
（Ｂ）レーザ光源部１を、可視レーザ（例えば、４５０ｎｍ：青）とし、光放射部３ＡをＲＧ各色の蛍光体で構成し、励起、発光させる。Ｂに相当する位置は拡散構造にする。映像信号にあわせて、レーザ出力を変化させることができる。青の拡散構造を光放射部３Ａに使用してもよい。
（Ｃ）レーザ光源部１を、ＲＧＢ各色のレーザ（例えば、４５０ｎｍ：青、５３０ｎｍ：緑、６３０ｎｍ：赤）とし、それぞれの色の映像信号に合わせて変調する。

また、上記いずれの場合においても、各色の画素に相当する位置を光放射部３Ａにする必要はなく、各色の間に色を表示しない非表示領域があり、この非表示領域に拡散構造、反射構造などを設けて、この構造部分を光放射部３Ａとして使用してもよい。

本発明においては、画像を構成する蛍光体、または、蛍光体の間の非表示領域からの光放射のみから、制御を行うことが可能であり、他に特別なマークが必要ない。このことから、複数の画像を滑らかに合成するマルチプロジェクション技術の利用が可能なリア型映像投影装置に適している。

また、本発明においては、光放射部３Ａと非光放射部３Ｂとを、描画範囲外にまで規則的に配置する構造でもよい。

光検出部４は、光放射部３Ａからの光を検出して、検出信号を出力する。このとき、検出した光を電気信号に変換して出力してもよいし、検出した光を光信号としてそのまま出力してもよい。検出した光を電気信号に変換する方法としては、ＰＤ（フォトダイオード）、ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）などを用いる方法がある。検出した光を光信号としてそのまま出力する方法としては、光を光ファイバにカップリングして、光信号を出力する方法がある。

レーザ出力スイッチ信号生成部６では、光の強度を制御情報として利用しない。よって、光検出部４がコンパレータを有しており、１ｂｉｔのデジタルデータ列に変換する機能があっても構わない。

レーザ出力スイッチ信号生成部６は、図４に示す構成を基本構成とする。

図４に示すように、本発明に係るレーザ出力スイッチ信号生成部６は、回数計測部６１と、時間計測部６２と、演算部６３と、信号生成部６４と、を有している。

光検出部４の検出信号は、回数計測部６１に入力される。入力される検出信号は、レーザが光放射部３Ａおよび非光放射部３Ｂを走査するに従って変化する非連続な信号となる。回数計測部６１は、検出信号の立ち上がりまたは立ち下り、または、その両方を数える機能があり、その機能を用いて、走査レーザが光放射部３Ａを通過した回数を計測する。時間計測部６２は、経過した時間を計測する機能がある。時間の計測は、回数計測部６１からの信号をトリガーとして開始する。回数計測部６１および時間計測部６２により計測された情報は、演算部６３に送られる。演算部６３は、回数計測部６１および時間計測部６２から取得した情報に基づき、レーザ光源部１からレーザ光の出力を開始する初期タイミングを最適化する最適化処理を行い、信号生成部６４は、その初期タイミングでレーザ光の出力を開始させるレーザ出力スイッチ信号を生成する。なお、演算部６３の最適化処理の内容については下記の（２）の具体的形態で記載する。

レーザ出力スイッチ信号は、レーザ光源変調信号生成部７に入力される。レーザ光源変調信号生成部７は、レーザ出力スイッチ信号と外部から入力される映像信号とを基に、レーザ光源変調信号を生成する。レーザ出力スイッチ信号がＯｎのときにレーザ光源変調信号は生成され、レーザ出力スイッチ信号がＯｆｆのときにはレーザ光源変調信号は生成されない。

レーザ光源変調信号は、本発明に係るレーザ出力スイッチ信号の最適化処理時には、レーザ光源部１からのレーザ光の出力タイミングの調整のための信号であるため、映像信号からの入力に関係なく、レーザ出力スイッチ信号に従った信号を出力する。つまり、レーザ出力スイッチ信号がＯｎのときにＯｎになり、レーザ出力スイッチ信号がＯｆｆのときにはＯｆｆになる。

本発明に係るレーザ出力スイッチ信号の最適化処理後には、レーザ出力スイッチ信号と映像信号とに従ったレーザ光源変調信号が、レーザ光源部１に入力される。レーザ光源部１から出力されたレーザ光は、レーザ走査部２によって走査され、被投射部３上に画像が描画される。

以下、レーザ出力スイッチ信号生成部６について、詳細に説明する。レーザ出力スイッチ信号生成部６以外の構成は上記の構成とする。
（２）本発明の具体的形態
（２−１）第１実施形態
本発明の第１の実施形態に係るレーザ出力スイッチ信号生成部６の構成を図５に、処理の流れを図６に、処理の概念を図７に、それぞれ示す。

また、レーザ走査部２を構成する共振走査素子の駆動の概念を図８に示す。図８の共振走査素子は、最大振角が６０［ｄｅｇ］である。

共振走査素子は、以下の駆動プロファイルをとる。

共振走査素子の角度は以下で表される。

θ_maxは共振走査素子の最大振角、ωは駆動周波数である。

被投射部３が平面状で、共振走査素子に対して正対しているときには、共振走査素子の位置は以下で表される。

共振走査素子の速度は位置の微分で求められる。

図８に示すように、共振走査素子の速度分布は、ωｔ＝πＮ（Ｎは整数）のとき、つまり走査の中心のときを中心として対称な速度プロファイルをとる。

よって、レーザ出力時の共振走査素子の速度分布が対称になるようにすれば、レーザ出力と共振走査素子の駆動との同期がとれていることになる。

以上を実現するアルゴリズムの一例を、図６に示す。

図６に示すように、まず、信号生成部６４は、レーザ出力開始の初期タイミングを０とし、そのタイミングで、共振走査素子が共振動作する走査方向の１ライン分相当の長さをもつレーザ出力スイッチ信号を生成する。レーザ光の出力が開始されると（ステップＡ１）、回数計測部６１は、走査レーザが光放射部３Ａを通過した回数の計測を開始する（ステップＡ２）。回数計測部６１は、走査レーザが最初に光放射部３Ａを通過したときに（ステップＡ３）、時間計測部６２に信号を送る。時間計測部６２は、その信号をトリガーとして時間の計測を開始する（ステップＡ４）。

回数計測部６１は、特定の回数、例えば、３回計測したら（ステップＡ５）、時間計測部６２に再度信号を送る。時間計測部６２は、計測開始から再度の信号を受信するまでに経過した時間（すなわち、走査レーザが光放射部３Ａを特定回数通過するのにかかった時間。以下、通過所要時間と称す）を演算部６３に送り、この通過所要時間を演算部６３で記録する（ステップＡ６）。以下、同様の操作を１ライン分相当の回数を計測するまで繰り返す（ステップＡ７）。

ここで、時間計測部６２から演算部６３に送信された通過所要時間の時間列（計測開始からの通過位置（１ラインのレーザ出力時間に相当）を横軸に、通過所要時間を縦軸にプロットした分布（図７））の逆数は、共振走査素子の速度プロファイルに相当する。上述したように、最適なレーザ出力状態では、共振走査素子の速度プロファイルは対称分布になるはずである。

そこで、演算部６３は、図７の分布が１ラインのレーザ出力時間の中央に対して対称になるには、すなわち、最小時間が対称位置にくるには、レーザ出力開始の初期タイミングをどれだけずらせばいいかを計算する（ステップＡ８、図７）。そして、その結果を信号生成部６４に送信する。

なお、共振走査素子の速度プロファイルの対称中心を検出する方法としては、速度分布の微分量を計算し、速度分布の変曲点と変曲点の値から判断することができる。

信号生成部６４は、演算部６３で計算されたレーザ出力開始の初期タイミングでレーザ出力スイッチ信号を生成する。

以上のアルゴリズムにより、最適なレーザ出力スイッチ信号を生成することができる。
（２−２）第２実施形態
本発明の第２の実施形態に係るレーザ出力スイッチ信号生成部６の処理の概念を図９に示す。なお、構成（図５）および処理の流れ（図６）は第１の実施形態と同様である。

また、レーザ走査部２を構成する共振走査素子の駆動概念を図１０に示す。図１０の共振走査素子は、最大振角が３０［ｄｅｇ］である。

共振走査素子の速度分布は、以下となる。

図１０に示すように、共振走査素子の速度分布は、最大振角がおよそ４５°より小さいときには、ωｔ＝πＮ（Ｎは整数）のとき、つまり走査の中心のときに最大速度をとり、端に行くほど速度が低下する速度プロファイルをとる。言い換えると、ある時間あたりに光放射部３Ａを通過する回数は、速度の小さい端ほど少なく、速度の速い中心ほど多い。

このとき、共振走査素子の速度プロファイルの対称中心は、速度が最大値（通過所要時間の時間列でいうなら最小値）となる位置になる。

そこで、演算部６３は、図９の分布が１ラインのレーザ出力時間の中央で最小時間になるには、レーザ出力開始の初期タイミングをどれだけずらせばいいかを計算する。

そのため、演算部６３がレーザ出力開始の初期タイミングを導出するアルゴリズムを簡易化することができる。
（２−３）第３実施形態
本発明の第３の実施形態に係るレーザ出力スイッチ信号生成部６の構成を図１１に、処理の流れを図１２に、処理の概念を図１３に、それぞれ示す。

上述したように、共振走査素子速度分布は最大振角がおよそ４５°より小さいときには、走査の中心のときに最大速度をとり、端に行くほど速度が低下する速度プロファイルをとる。言い換えると、ある時間あたりに光放射部３Ａを通過する回数は、速度の小さい端ほど少なく、速度の速い中心ほど多い。よって、１ライン相当以下のある一定時間、レーザを照射して走査したときに、光放射部３Ａを通過する回数は、中心付近を照射しているときに多くなり、端にいくほど少なくなる。

つまり、１ライン相当の時間だけ走査レーザを投射したとき、走査レーザが所定時間中に光放射部３Ａを通過する回数が最大となるようなレーザ出力スイッチ信号を生成することで、レーザ出力と共振走査素子の駆動との同期がとれることになる。

以上を実現するアルゴリズムの一例を、図１２に示す。

図１２に示すように、信号生成部６４は、レーザ出力開始の初期タイミングを０とし、そのタイミングで、共振走査素子が共振動作する走査方向へのレーザ出力スイッチ信号を生成する（ステップＢ１）。レーザ光の出力が開始されると（ステップＢ２）、回数計測部６１は、走査レーザが光放射部３Ａを通過した回数の計測を開始する（ステップＢ３）。回数計測部６１は、走査レーザが最初に光放射部３Ａを通過したときに（ステップＢ４）、時間計測部６２に信号を送る。時間計測部６２は、その信号をトリガーにして時間の計測を開始する（ステップＢ５）。

時間計測部６２は、１ライン分相当の所定時間を計測したら、信号生成部６４と回数計測部６１に信号を送る（ステップＢ６）。信号生成部６４は、その信号を受けレーザ出力スイッチ信号を停止する（ステップＢ７）。

回数計測部６１は、時間計測部６２からの信号により計測終了であると判断し、計測した通過回数（すなわち、走査レーザが所定時間中に光放射部３Ａを通過した回数）を演算部６３に送る。

演算部６３は、回数計測部６１が計測した通過回数を記録する（ステップＢ８）。

以上を１回の計測動作とし、レーザ出力開始の初期タイミングを所定クロック分増加させながら（ステップＢ９、図１３）、計測を繰り返す。

ここで、レーザ出力開始の初期タイミングを横軸に、通過回数を縦軸にプロットした分布は、図１３のようになる。そのため、演算部６３は、通過回数が最大となるところを探す。

演算部６３は、計測動作が終了する度に、１つ前の通過回数と比較して、通過回数が増加したか判断し（ステップＢ８）、増加していなければ、現在のレーザ出力開始の初期タイミングを所定クロック分だけ減少させる（ステップＢ１０）。このタイミングが、通過回数が最大となる初期タイミングとなる。

以上のアルゴリズムにより、最適なレーザ出力スイッチ信号を生成することができる。
（２−４）第４実施形態
本発明の第４の実施形態に係るレーザ出力スイッチ信号生成部６の構成を図１４に、処理の流れを図１５に、処理の概念を図１６に、それぞれ示す。

上述したように、共振走査素子の速度分布は、最大振角がおよそ４５°より小さいときには、走査の中心のときで最大速度をとり、端に行くほど速度が低下する速度プロファイルをとる。言い換えると、光放射部３Ａをある回数通過するのにかかる時間は、速度の小さい端ほど大きく、速度の速い中心ほど短い。

つまり、１ライン相当の時間だけレーザを投射したとき、走査レーザが光放射部３Ａを所定回数通過するのにかかる通過時間が最短になるようなレーザ出力スイッチ信号を生成することで、レーザ出力と共振走査素子の駆動との同期がとれることになる。

以上を実現するアルゴリズムの一例を、図１５に示す。

図１５に示すように、信号生成部６４は、レーザ出力開始の初期タイミングを０とし、そのタイミングで、共振走査素子が共振動作する走査方向へのレーザ出力スイッチ信号を生成する（ステップＣ１）。レーザ光の出力が開始されると（ステップＣ２）、回数計測部６１は、走査レーザが光放射部３Ａを通過した回数の計測を開始する（ステップＣ３）。回数計測部６１は、走査レーザが最初に光放射部３Ａを通過したときに（ステップＣ４）、時間計測部６２に信号を送る。時間計測部６２は、その信号をトリガーにして時間の計測を開始する（ステップＣ５）。

回数計測部６１は、１ライン相当の所定回数分の通過回数を計測したら、信号生成部６４と時間計測部６２に信号を送る（ステップＣ６）。信号生成部６４は、その信号を受けレーザ出力スイッチ信号を停止する（ステップＣ７）。

時間計測部６２は、回数計測部６１からの信号により計測終了であると判断し、計測した通過時間（すなわち、走査レーザが光放射部３Ａを所定回数通過するのにかかった時間）を演算部６３に送る。

演算部６３は、時間計測部６２が計測した通過時間を記録する（ステップＣ８）。

以上を１回の計測動作とし、レーザ出力開始の初期タイミングを所定クロック分増加させながら（ステップＣ９、図１６）、計測を繰り返す。

ここで、レーザ出力開始の初期タイミングを横軸に、通過時間を縦軸にプロットした分布は、図１６のようになる。そのため、演算部６３は、通過時間が最小となるところを探す。

演算部６３は、計測動作が終了する度に、１つ前の通過時間と比較して、通過時間が減少したか判断し（ステップＣ８）、減少していなければ、現在のレーザ出力開始の初期タイミングを所定クロック分だけ減少させる（ステップＢ１０）。このタイミングが、通過時間が最小となる初期タイミングとなる。

以上のアルゴリズムにより、最適なレーザ出力スイッチ信号を生成することができる。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

本出願は、２０１０年１２月８日に出願された日本出願特願２０１０−２７３５４７を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims

レーザ光を出力するレーザ光源部と、
前記レーザ光源部から出力されたレーザ光を偏向させ、被投射部上でレーザ光を走査するレーザ走査部と、
前記レーザ走査部により走査レーザが投射される被投射部と、
前記被投射部から放射された光を検出する光検出部と、
前記レーザ光源部を制御する制御部と、を有し、
前記被投射部は、
走査レーザが投射されたときに前記光検出部が検出可能な光を放射する光放射部と、走査レーザが投射されたときに前記光検出部が検出可能な光を放射しない非光放射部と、から構成されていて、かつ、前記光放射部が規則的に配置されており、
前記制御部は、
前記光検出部による検出結果を基に、前記レーザ光源部からのレーザ光の出力を切り替えるスイッチ信号を生成するレーザ出力スイッチ信号生成部と、
前記レーザ出力スイッチ信号生成部にて生成されたスイッチ信号と、外部から入力された映像信号とを基に、前記レーザ光源の変調信号を生成するレーザ光源変調信号生成部と、を有し、
前記レーザ出力スイッチ信号生成部は、
前記光検出部による検出結果を基に、走査レーザが前記光放射部を通過した通過回数を計測する回数計測部と、
前記回数計測部により通過回数が計測されたことをトリガーとして、経過時間を計測する時間計測部と、
前記回数計測部および前記時間計測部による計測結果を基に、前記レーザ光源部からレーザ光の出力を開始する初期タイミングを計算する演算部と、
前記演算部にて計算された初期タイミングで前記スイッチ信号を生成する信号生成部と、を有することを特徴とする映像投影装置。
前記レーザ走査部は、
往復で共振動作する走査素子を有し、
前記回数計測部は、
前記走査素子が共振動作する走査方向への１ラインの走査中に、走査レーザが前記光放射部を通過した通過回数を計測し、
前記時間計測部は、
前記走査素子が共振動作する走査方向への１ラインの走査中に、走査レーザが前記光放射部を特定回数通過するのにかかる時間を計測し、
前記演算部は、
前記走査素子が共振動作する走査方向への１ラインの走査中に、走査レーザが前記光放射部を特定回数通過するのにかかる時間の分布が、１ラインのレーザ出力時間の中心に対して対称になるような前記初期タイミングを計算し、
前記信号生成部は、
前記演算部にて計算された初期タイミングで前記スイッチ信号を生成することを特徴とする、請求項１に記載の映像投影装置。
前記レーザ走査部は、
往復で共振動作する走査素子を有し、
前記回数計測部は、
前記走査素子が共振動作する走査方向への１ラインの走査中に、走査レーザが前記光放射部を通過した通過回数を計測し、
前記時間計測部は、
前記走査素子が共振動作する走査方向への１ラインの走査中に、走査レーザが前記光放射部を特定回数通過するのにかかる時間を計測し、
前記演算部は、
前記走査素子が共振動作する走査方向への１ラインの走査中に、走査レーザが前記光放射部を特定回数通過するのにかかる時間の分布が、１ラインのレーザ出力時間の中央で最小時間となるような前記初期タイミングを計算し、
前記信号生成部は、
前記演算部にて計算された初期タイミングで前記スイッチ信号を生成することを特徴とする、請求項１に記載の映像投影装置。
前記レーザ走査部は、
往復で共振動作する走査素子を有し、
前記時間計測部は、
前記走査素子が共振動作する走査方向への１ラインの走査中に所定時間を計測し、
前記回数計測部は、
前記走査素子が共振動作する走査方向への１ラインの走査中に、走査レーザが前記所定時間中に前記光放射部を通過した通過回数を計測し、
前記演算部は、
前記走査素子が共振動作する走査方向への１ラインの走査中に、走査レーザが前記所定時間中に前記光放射部を通過する回数が最大となるような前記初期タイミングを計算し、
前記信号生成部は、
前記演算部にて計算された初期タイミングで前記スイッチ信号を生成することを特徴とする、請求項１に記載の映像投影装置。
前記レーザ走査部は、
往復で共振動作する走査素子を有し、
前記回数計測部は、
前記走査素子が共振動作する走査方向への１ラインの走査中に、走査レーザが前記光放射部を通過した通過回数を計測し、
前記時間計測部は、
前記走査素子が共振動作する走査方向への１ラインの走査中に、走査レーザが前記光放射部を所定回数通過するのにかかる時間を計測し、
前記演算部は、
前記走査素子が共振動作する走査方向への１ラインの走査中に、走査レーザが前記光放射部を所定回数通過するのにかかる時間が最小となるような前記初期タイミングを計算し、
前記信号生成部は、
前記演算部にて計算された初期タイミングで前記スイッチ信号を生成することを特徴とする、請求項１に記載の映像投影装置。
前記レーザ走査部は、
前記走査素子として、最も高速に走査を行う走査方向に往復で共振動作する走査素子を少なくとも含むことを特徴とする、請求項２から５のいずれか１項に記載の映像投影装置。
前記被投射部は、
平面状であり、
前記光放射部と前記非光放射部とが、最も高速に走査を行う走査方向に等間隔で配置されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の映像投影装置。
前記被投射部は、
前記光放射部と前記非光放射部とが、描画範囲外にまで規則的に配置されている、請求項１から７のいずれか１項に記載の映像投影装置。
レーザ光を出力するレーザ光源部と、
前記レーザ光源部から出力されたレーザ光を偏向させ、被投射部上でレーザ光を走査するレーザ走査部と、
前記レーザ走査部により走査レーザが投射される被投射部と、
前記被投射部から放射された光を検出する光検出部と、
前記レーザ光源部を制御する制御部と、
を有してなる映像投影装置による映像投影方法であって、
前記被投射部は、走査レーザが投射されたときに前記光検出部が検出可能な光を放射する光放射部と、走査レーザが投射されたときに前記光検出部が検出可能な光を放射しない非光放射部と、から構成されていて、かつ、前記光放射部が規則的に配置されており、
前記制御部が、前記光検出部による検出結果を基に、前記レーザ光源部からのレーザ光の出力を切り替えるスイッチ信号を生成するスイッチ信号生成ステップと、
前記制御部が、前記レーザ出力スイッチ信号生成部にて生成されたスイッチ信号と、外部から入力された映像信号とを基に、前記レーザ光源の変調信号を生成するレーザ光源変調信号生成ステップと、を有し、
前記スイッチ信号生成ステップは、
前記光検出部による検出結果を基に、走査レーザが前記光放射部を通過した通過回数を計測する回数計測ステップと、
前記回数計測ステップにより通過回数が計測されたことをトリガーとして、経過時間を計測する時間計測ステップと、
前記回数計測ステップおよび前記時間計測ステップによる計測結果を基に、前記レーザ光源部からレーザ光の出力を開始する初期タイミングを計算する演算ステップと、
前記演算ステップにて計算された初期タイミングで前記スイッチ信号を生成する信号生成ステップと、を有することを特徴とする映像投影方法。