JP6881600B2 - 投射装置、インターフェース装置および投射方法 - Google Patents
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Description
まず、第1の実施形態に係る投射装置について図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態の投射装置1の構成を示すブロック図である。図2は、本実施形態の投射装置1に含まれる構成要素間の関係を示す概念図である。なお、図1および図2は概念的な図であり、各構成要素間の位置関係や、光の照射方向などを正確に表したものではない。また、図2においては、投射装置1の筐体は省略し、内部構成のみを図示している。実際には、投射装置1の構成を筐体の内部に収容し、筐体の一部に設けた開口部や窓部を通して投射光を外部に投射できるように構成する。
図4は、投射制御部20の構成を示すブロック図である。図4のように、投射制御部20は、投射条件設定部21、画像合成部22、位相画像記憶部23、仮想レンズ画像記憶部24、光源制御部25、変調器制御部26を有する。
ここで、仮想レンズについて具体例を挙げて説明する。図5〜図9は、仮想レンズ画像について説明するための概念図である。なお、図5〜図9に示す仮想レンズ画像、位相画像および合成画像は、一例であって、本実施形態の範囲を限定するものではない。
ここで、本実施形態の投射装置との比較のため、フーリエ変換レンズを用いる関連技術の投射装置について図面を参照しながら説明する。図10は、関連技術の投射装置1000の構成を示す概念図である。なお、図10は概念的な図であり、各構成要素間の位置関係や、光の照射方向などを正確に表したものではない。図10においては、投射装置1000の筐体は省略し、内部構成のみを図示している。なお、説明を簡略化するため、図10においては、代表的な構成のみを図示する。また、図10においては、図2と同様の構成については同じ符号を付して説明する。
次に、第2の実施形態の投射装置について図面を参照しながら説明する。図12は、本実施形態の投射装置2の構成を示す概念図である。なお、図12は概念的な図であり、各構成要素間の位置関係や、光の照射方向などを正確に表したものではない。本実施形態の投射装置2は、0次光除去部42を有する点で、第1の実施形態の投射装置1とは異なる。0次光除去部42以外の構成は、第1の実施形態の投射装置1と同様であるので、詳細な説明は省略する。
次に、第3の実施形態の投射装置について図面を参照しながら説明する。図13は、本実施形態の投射装置3の構成を示す概念図である。なお、図13は概念的な図であり、各構成要素間の位置関係や、光の照射方向などを正確に表したものではない。本実施形態の投射装置3は、0次光除去部43を有する点で、第1の実施形態の投射装置1とは異なる。また、本実施形態の投射装置3は、変調光の光路上に配置した光吸収部材に0次光を吸収させるのではなく、変調光の光路から外れる方向に反射させてから光吸収部材に0次光を吸収させる点で、第2の実施形態の投射装置2とは異なる。0次光除去部43以外の構成は、第1の実施形態の投射装置1と同様であるので、詳細な説明は省略する。
次に、第4の実施形態の投射装置について図面を参照しながら説明する。図14は、本実施形態の投射装置4の構成を示す概念図である。なお、図14は概念的な図であり、各構成要素間の位置関係や、光の照射方向などを正確に表したものではない。本実施形態は、コリメータを省略する点で、第1〜第3の実施形態とは異なる。また、本実施形態は、集光された0次光を光吸収部材に吸収させるのではなく、発散させて目立たなくする点で、第2および第3の実施形態とは異なる。なお、コリメータ以外の構成は、第1の実施形態の投射装置1と同様であるので、詳細な説明は省略する。
次に、本発明の第5の実施形態に係るインターフェース装置について図面を参照しながら説明する。図17は、本実施形態のインターフェース装置5の構成を示すブロック図である。図17のように、インターフェース装置5は、投射装置510、撮像装置520、制御装置530を備える。
次に、インターフェース装置5の投射装置510について図面を参照しながら説明する。図18は、投射装置510の構成を示すブロック図である。投射装置510は、光源10、空間光変調器30、投射光学系50を備える。光源10、空間光変調器30、投射光学系50は、第1の実施形態の投射装置1に含まれる構成と同様である。光源10と空間光変調器30とは、制御装置530に接続される。
次に、インターフェース装置5の撮像装置520について図面を参照しながら説明する。図19は、撮像装置520の構成を示すブロック図である。撮像装置520は、撮像素子521、画像処理プロセッサ523、内部メモリ525およびデータ出力回路527を有する。例えば、撮像装置は、一般的なデジタルカメラの撮像機能を有する。
次に、インターフェース装置5の制御装置530について図面を参照しながら説明する。図20は、制御装置530の構成を示すブロック図である。制御装置530は、統合制御部531、画像合成部532、位相画像記憶部533、仮想レンズ画像記憶部534、光源制御部535、変調器制御部536、撮像制御部537を有する。画像合成部532、位相画像記憶部533、仮想レンズ画像記憶部534、光源制御部535および変調器制御部536のそれぞれは、第1の実施形態の投射制御部20の同一名称の構成要素と同様であるため、詳細な説明は省略する。
ここで、各実施形態に係る投射装置およびインターフェース装置の制御系統を実現するハードウェア構成について、図21のコンピュータ90を一例として挙げて説明する。なお、図21のコンピュータ90は、各実施形態の制御系統を実現するための構成例であって、本発明の範囲を限定するものではない。
〔付記〕
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
(付記1)
表示画像に対応するパターンが表示される表示部を有する空間光変調器と、
前記空間光変調器の表示部に出射光が照射されるように配置される光源と、
前記空間光変調器の表示部に入射した前記出射光の反射光の光路上に配置され、前記反射光に含まれる高次成分を除去した投射光を投射する投射光学系と、
前記空間光変調器の表示部に入射した前記出射光を第1の集光位置に集光させる仮想レンズ画像と、前記表示画像に対応する前記パターンとを合成した合成画像を前記空間光変調器の表示部に表示させ、前記空間光変調器の表示部に前記出射光が照射されるように前記光源を制御する投射制御手段とを備える投射装置。
(付記2)
前記空間光変調器は、位相変調型の変調素子を有する付記1に記載の投射装置。
(付記3)
投射光学系は、
前記反射光の高次成分を除去するアパーチャと、
前記アパーチャによって高次成分が除去された前記反射光を拡大投射する投射レンズとを有し、
前記アパーチャは、
前記第1の集光位置に配置される付記1または2に記載の投射装置。
(付記4)
前記光源は、
特定波長の光を前記出射光として出射する出射部と、
前記出射部から出射される前記出射光の波面をそろえて平行光に変換するコリメータとを含む付記1乃至3のいずれか一項に記載の投射装置。
(付記5)
前記反射光に含まれる0次光が集光される第2の集光位置に配置され、前記0次光を除去する0次光除去手段を備える付記4に記載の投射装置。
(付記6)
前記0次光除去手段は、
前記0次光の光路上に配置され、前記0次光を吸収する光吸収部材と、
前記0次光の光路上に位置するように前記光吸収部材を保持する保持部材とを有する付記5に記載の投射装置。
(付記7)
前記0次光除去手段は、
前記0次光の光路上に配置され、前記0次光を反射する反射部材と、
前記0次光の光路上に位置するように前記反射部材を保持する保持部材と、
前記反射部材によって反射された光に含まれる前記0次光の光路上に配置され、前記0次光を吸収する光吸収部材とを有する付記5に記載の投射装置。
(付記8)
前記光源は、
前記光源から出射された前記出射光が前記空間光変調器の表示部の面内に収まる位置に配置され、
前記投射制御手段は、
前記空間光変調器の表示部に入射した前記出射光を第1の集光位置に対応する負方向に集光させる前記仮想レンズ画像と、前記出射光の波面を補償する波面補償パターンとを合成した合成仮想レンズ画像を、前記表示画像に対応する前記パターンと合成した合成画像を前記空間光変調器の表示部に表示させる付記1乃至3のいずれか一項に記載の投射装置。
(付記9)
前記投射制御手段は、
前記投射光の投射条件を設定する投射条件設定部と、
前記表示画像に対応する位相分布が記憶される位相画像記憶部と、
前記仮想レンズ画像が記憶される仮想レンズ画像記憶部と、
前記投射条件に基づいて、前記位相画像記憶部に記憶された前記位相分布と、前記仮想レンズ画像記憶部に記憶された前記仮想レンズ画像とを合成することによって前記合成画像を生成する画像合成部と、
前記投射条件に基づいて、前記空間光変調器の表示部に前記合成画像を表示させる変調素子制御部と、
前記投射条件に基づいて、前記合成画像が表示された状態の前記空間光変調器の表示部に前記出射光を照射するように前記光源を駆動制御する光源制御部とを有する付記2乃至8のいずれか一項に記載の投射装置。
(付記10)
前記仮想レンズ画像記憶部には、同心円状のパターンが前記仮想レンズ画像として格納される付記9に記載の投射装置。
(付記11)
前記仮想レンズ画像記憶部には、焦点距離が正であり、凸レンズとして機能する前記仮想レンズ画像が格納される付記10に記載の投射装置。
(付記12)
前記仮想レンズ画像記憶部には、焦点距離が負であり、凹レンズとして機能する前記仮想レンズ画像が格納される付記10に記載の投射装置。
(付記13)
前記仮想レンズ画像記憶部には、焦点距離に応じた複数の前記仮想レンズ画像が格納される付記10乃至12のいずれか一項に記載の投射装置。
(付記14)
表示画像に対応するパターンが表示される表示部を有する空間光変調器と、前記空間光変調器の表示部に出射光が照射されるように配置される光源と、前記空間光変調器に入射した前記出射光の反射光の光路上に配置され、前記反射光に含まれる高次成分を除去した投射光を投射する投射光学系とを備える投射手段と、
前記表示画像の表示領域を撮像し、前記表示領域の画像データを生成する撮像手段と、
前記空間光変調器の表示部に入射した前記出射光を第1の集光位置に集光させる仮想レンズ画像と、前記表示画像に対応する前記パターンとを合成した合成画像を前記空間光変調器の表示部に表示させ、前記空間光変調器の表示部に前記出射光が照射されるように前記光源を制御するするとともに、前記表示画像の表示領域を前記撮像手段に撮像させる制御をし、前記撮像手段によって撮像された前記表示領域の画像データを解析する制御手段とを備えるインターフェース装置。
(付記15)
前記制御手段は、
前記表示領域を撮像することで得られた前記画像データを解析し、前記表示画像における位置に関連付けられた操作内容と、前記画像データに含まれる指示体の位置とに基づいて、前記表示画像に対する前記操作内容を認識する付記14に記載のインターフェース装置。
(付記16)
表示画像に対応するパターンを表示させる表示部を有する空間光変調器と、前記空間光変調器の表示部に出射光が入射するように配置される光源と、前記空間光変調器に入射した前記出射光の反射光の光路上に配置され、前記反射光に含まれる高次成分を除去して投射光として投射する投射光学系とを備える投射装置において、
前記空間光変調器の表示部に入射した前記出射光を第1の集光位置に集光させる仮想レンズ画像と、前記表示画像に対応する前記パターンとを合成した合成画像を生成し、
生成した前記合成画像を前記空間光変調器の表示部に表示させ、
前記空間光変調器の表示部に前記出射光が照射されるように前記光源を制御する投射方法。
5 インターフェース装置
10 光源
11 出射部
15 コリメータ
20 投射制御部
21 投射条件設定部
22 画像合成部
23 位相画像記憶部
24 仮想レンズ画像記憶部
25 光源制御部
26 変調器制御部
30 空間光変調器
42、43 0次光除去部
50 投射光学系
51 アパーチャ
53 投射レンズ
400 フーリエ変換レンズ
421 保持部材
423 光吸収部材
431 保持部材
432 反射部材
433 光吸収部材
510 投射装置
520 撮像装置
521 撮像素子
523 画像処理プロセッサ
525 内部メモリ
527 データ出力回路
530 制御装置
531 統合制御部
532 画像合成部
533 位相画像記憶部
534 仮想レンズ画像記憶部
535 光源制御部
536 変調器制御部
537 撮像制御部
Claims (10)
- 表示画像に対応するパターンが表示される表示部を有する空間光変調器と、
前記空間光変調器の表示部に出射光が照射されるように配置される光源と、
前記空間光変調器の表示部に入射した前記出射光の反射光の光路上に配置され、前記反射光に含まれる高次成分を除去した投射光を投射する投射光学系と、
前記空間光変調器の表示部に入射した前記出射光を第1の集光位置に対応する負方向に集光させる仮想レンズ画像と前記出射光の波面を補償する波面補償パターンとを合成した合成仮想レンズ画像と、前記表示画像に対応する前記パターンとを合成した合成画像を前記空間光変調器の表示部に表示させ、前記空間光変調器の表示部に前記出射光が照射されるように前記光源を制御する投射制御手段とを備え、
前記光源は、前記光源から出射された前記出射光が前記空間光変調器の表示部の面内に収まる位置に配置される投射装置。 - 前記空間光変調器は、位相変調型の変調素子を有する請求項1に記載の投射装置。
- 前記投射光学系は、
前記反射光の高次成分を除去するアパーチャと、
前記アパーチャによって高次成分が除去された前記反射光を拡大投射する投射レンズとを有し、
前記アパーチャは、前記第1の集光位置に配置される請求項1または2に記載の投射装置。 - 前記投射制御手段は、
前記投射光の投射条件を設定する投射条件設定部と、
前記表示画像に対応する位相分布が記憶される位相画像記憶部と、
前記仮想レンズ画像が記憶される仮想レンズ画像記憶部と、
前記投射条件に基づいて、前記位相画像記憶部に記憶された前記位相分布と、前記仮想レンズ画像記憶部に記憶された前記仮想レンズ画像とを合成することによって前記合成画像を生成する画像合成部と、
前記投射条件に基づいて、前記空間光変調器の表示部に前記合成画像を表示させる変調素子制御部と、
前記投射条件に基づいて、前記合成画像が表示された状態の前記空間光変調器の表示部に前記出射光を照射するように前記光源を駆動制御する光源制御部とを有する請求項1乃至3のいずれか一項に記載の投射装置。 - 前記仮想レンズ画像記憶部には、同心円状のパターンが前記仮想レンズ画像として格納される請求項4に記載の投射装置。
- 前記仮想レンズ画像記憶部には、焦点距離が負であり、凹レンズとして機能する前記仮想レンズ画像が格納される請求項5に記載の投射装置。
- 前記仮想レンズ画像記憶部には、焦点距離に応じた複数の前記仮想レンズ画像が格納される請求項5に記載の投射装置。
- 表示画像に対応するパターンが表示される表示部を有する空間光変調器と、前記空間光変調器の表示部に出射光が照射されるように配置される光源と、前記空間光変調器に入射した前記出射光の反射光の光路上に配置され、前記反射光に含まれる高次成分を除去した投射光を投射する投射光学系とを備える投射手段と、
前記表示画像の表示領域を撮像し、前記表示領域の画像データを生成する撮像手段と、
前記空間光変調器の表示部に入射した前記出射光を第1の集光位置に対応する負方向に集光させる仮想レンズ画像と前記出射光の波面を補償する波面補償パターンとを合成した合成仮想レンズ画像と、前記表示画像に対応する前記パターンとを合成した合成画像を前記空間光変調器の表示部に表示させ、前記空間光変調器の表示部に前記出射光が照射されるように前記光源を制御するするとともに、前記表示画像の表示領域を前記撮像手段に撮像させる制御をし、前記撮像手段によって撮像された前記表示領域の画像データを解析する制御手段とを備え、
前記光源は、前記光源から出射された前記出射光が前記空間光変調器の表示部の面内に収まる位置に配置されるインターフェース装置。 - 表示画像に対応するパターンを表示させる表示部を有する空間光変調器と、前記空間光変調器の表示部に出射光が入射するように配置される光源と、前記空間光変調器に入射した前記出射光の反射光の光路上に配置され、前記反射光に含まれる高次成分を除去して投射光として投射する投射光学系とを備え、前記光源は前記光源から出射された前記出射光が前記空間光変調器の表示部の面内に収まる位置に配置される投射装置において、
前記空間光変調器の表示部に入射した前記出射光を第1の集光位置に対応する負方向に集光させる仮想レンズ画像と前記出射光の波面を補償する波面補償パターンとを合成した合成仮想レンズ画像と、前記表示画像に対応する前記パターンとを合成した合成画像を生成し、
生成した前記合成画像を前記空間光変調器の表示部に表示させ、
前記空間光変調器の表示部に前記出射光が照射されるように前記光源を制御する投射方法。 - 表示画像に対応するパターンを表示させる表示部を有する空間光変調器と、前記空間光変調器の表示部に出射光が入射するように配置される光源と、前記空間光変調器に入射した前記出射光の反射光の光路上に配置され、前記反射光に含まれる高次成分を除去して投射光として投射する投射光学系とを備え、前記光源は前記光源から出射された前記出射光が前記空間光変調器の表示部の面内に収まる位置に配置される投射装置において、
前記空間光変調器の表示部に入射した前記出射光を第1の集光位置に対応する負方向に集光させる仮想レンズ画像と前記出射光の波面を補償する波面補償パターンとを合成した合成仮想レンズ画像と、前記表示画像に対応する前記パターンとを合成した合成画像を生成する手順、
生成した前記合成画像を前記空間光変調器の表示部に表示させる手順、
前記空間光変調器の表示部に前記出射光が照射されるように前記光源を制御する手順を、
コンピュータに実行させるための投射プログラム。
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