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Title:
IMAGE DISPLAY DEVICE, IMAGE DISPLAY METHOD, AND DIRECTION CALCULATION PROGRAM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/035041
Kind Code:
A1
Abstract:
[PROBLEMS] To provide an image display device and a method which have a sufficient luminance and a sufficient chromaticity range and can correct geographical distortion of a projected image without requiring imaging means provided separately from a projection system. [MEANS FOR SOLVING PROBLEMS] An image display device (1) includes: a laser light source (2) for emitting a laser beam; scan means (5-6) for scanning the laser beam and projecting it onto a projected plane; light quantity detection means (13) for detecting intensity of the reflected light of the laser beam from the projected plane; direction calculation means (14) for calculating a normal direction of the projected plane from the detection result of the light quantity detection means; and modulation means (16) which changes the timing for modulating the laser beam and changing the intensity according to the normal direction.

Inventors:
IMAI HIROSHI (JP)
Application Number:
PCT/JP2008/066431
Publication Date:
March 19, 2009
Filing Date:
September 11, 2008
Export Citation:
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Assignee:
NEC CORP (JP)
IMAI HIROSHI (JP)
International Classes:
G02B26/10; G03B21/00; G09G3/20; G09G3/34; H04N5/74
Foreign References:
JP2003029201A2003-01-29
JP2005159426A2005-06-16
JP2005159427A2005-06-16
JP2005080180A2005-03-24
Attorney, Agent or Firm:
TAKAHASHI, Isamu (Shinoda Bldg.10-7, Higashi Kanda 1-chom, Chiyoda-ku Tokyo 31, JP)
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Claims:
 レーザービームを走査して被投射面に投影して画像表示を行う画像表示装置において、
 レーザービームを発射するレーザー光源と、
 前記レーザービームを走査して被投射面に投射する走査手段と、
 前記被投射面からの前記レーザービーム反射光の強度を検出する光量検出手段と、
 前記光量検出手段の検出結果から前記被投射面の法線方向を算出する方向算出手段と、
 前記法線方向に応じて前記レーザービームを変調するタイミング及び強度を変化させる変調手段とを備えたことを特徴とする画像表示装置。
 前記方向算出手段は、光の正反射特性およびランバート(Lambert)の余弦則により前記被投射面の法線方向を算出することを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
 前記方向算出手段は、前記光量検出手段で検出された前記レーザービーム反射光の強度の最大値、最小値を用いて前記被投射面の法線方向を算出することを特徴とする請求項2に記載の画像表示装置。
 前記光量検出手段は前記レーザービームと同軸の位置に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の画像表示装置。
 前記変調手段は前記レーザービームを所定の周波数の時系列信号で変調させ、
 前記方向算出手段は、前記所定の周波数の時系列信号と前記光量検出手段から出力される時系列信号とを掛け合わせる乗算手段と、前期乗算手段の出力信号に含まれる前記所定の周波数以上の周波数成分を減衰させるローパスフィルタとを含み併設し、前記ローパスフィルタからの出力信号によって前記被投射面の法線方向を算出することを特徴とする請求項2に記載の画像表示装置。
 前記レーザービームが複数の波長のレーザービームを含み、
 前記複数の波長のレーザービームを同軸の位置に配置する色合成手段と、
 前記被投射面から反射された前記複数の波長のレーザービームを各々の波長ごとに分割する色分割手段を備えたことを特徴とする請求項2に記載の画像表示装置。
 前記光量検出手段が、前記色分割手段によって分割された複数の波長のレーザービームの各々における光量を検出可能であり、
 前記複数の反射光の強度の検出結果に応じて複数の波長のレーザービームの強度比を制御する強度制御手段を備えた請求項6に記載の画像表示装置。
 前記レーザー光源が複数の前記レーザービームを発射する複数のレーザー光源であり、
 前記光量検出手段が前記複数のレーザービームの前記被投射面における複数の反射光の強度を検出可能であり、
 前記方向算出手段は複数の反射光の強度から前記被投射面の法線方向を算出することを特徴とする請求項2に記載の画像表示装置。
 前記複数のレーザー光源は前記走査手段の走査中心に対して放射状に配置されている光軸を有することを特徴とする請求項8に記載の画像表示装置。
 前記方向算出手段は、前記複数の反射光の検出結果の差分値を算出する差分手段を併設することを特徴とする請求項8に記載の画像表示装置。
 前記方向算出手段は、前記複数の反射光の強度の0値、最大値、最小値を用いて前記被投射面の法線方向を算出することを特徴とする請求項8に記載の画像表示装置。
 レーザービームを走査して被投射面に投影して画像表示を行う画像表示方法において、
 レーザ光源から出射したレーザービームを走査して被投射面に投射し、
 前記被投射面からの前記レーザービームの反射光の強度を検出し、
 前記検出された反射光の強度から前記被投射面の法線方向を算出し、
 前記算出した法線方向に応じて前記レーザービームの変調タイミング及び強度を変化させることを特徴とする画像表示方法。
 光の正反射特性およびランバート(Lambert)の余弦則により前記被投射面の法線方向を算出することを特徴とする請求項12に記載の画像表示方法。
 前記検出された反射光の強度の最大値、最小値を用いて前記法線方向を算出することを特徴とする請求項13に記載の画像表示方法。
 前記検出された反射光の強度の最大値が局所的なピーク値ではない場合、前記光量検出手段のゲインを上げることを特徴とする請求項14に記載の画像表示方法。
 前記反射光が複数の波長のレーザービームを含み、
 前記複数の波長のレーザービームの反射光を各々の波長に分割し、
 前記各々の波長ごとの反射光の強度に応じて前記複数の波長のレーザービームの強度比を制御することを特徴とする請求項13に記載の画像表示方法。
 前記レーザー光源から複数の前記レーザービームを発射し、
 前記複数のレーザービームの前記被投射面における複数の反射光を検出し、
 前記複数の反射光の強度の差分値を用いて前記被投射面の法線方向を算出することを特徴とする請求項13に記載の画像表示方法。
 前記複数の反射光の強度の差分値の0値、最大値、および最小値を用いて前記被投射面の法線方向を算出することを特徴とする請求項17に記載の画像表示方法。
 レーザービームを走査して被投射面に投影して画像表示を行う画像表示装置の
コンピュータに、
 前記走査手段がレーザービームを走査させて投射する角度に応じて前記光量検出手段が出力した反射光の強度を検出する検出処理と、
 前記検出処理で検出された反射光の強度から前記被投射面の法線方向を算出する方向算出処理と、
 前記方向算出処理で検出された法線方向に応じて前記変調手段に前記レーザービームの変調タイミング及び強度を変化させる変調処理と
を実行させることを特徴とする方向算出プログラム。
Description:
画像表示装置、画像表示方法、 よび方向算出プログラム

 本発明は、レーザービームを走査して被 射面に投射して画像表示を行う投射型画像 示装置に関し、特に投影面の傾斜角度を計 して歪のない画像を表示する投射型画像表 装置に関する。

 近年、投射型画像表示装置(プロジェクタ )が、オフィス用にも家庭用にも普及してい 。中でも、液晶ライトバルブ等にハロゲン ンプや高圧水銀ランプなどのようなインコ ーレント光を照明して、投射レンズでスク ーンに拡大投影する投射型画像表示装置(い ゆる液晶プロジェクタ)が、小型化および低 コスト化が急速に進んで普及し、またそれに 関する研究開発も盛んである。

 ただし、従来の投射型画像表示装置では 光源として自然放出によるインコヒーレン 光を使用しているため、電力消費が大きく 輝度が不十分であるという問題があった。 た、インコヒーレント光源は赤色、緑色、 色の各光源の波長帯域が広いため、色度域 広いディスプレイを実現することが困難で るという問題があった。さらに、液晶ライ バルブ等面状の画像表示素子を用いている め、投射光学系が大きくなり、装置の小型 が困難であった。

 さらに、投射レンズを用いて液晶ライト ルブ等を結像させる光学系を用いた場合、 射レンズの焦点深度内でのみでしかピント 合わせることができないため、使用者はス リーン位置に応じてピント調節を行わなけ ばならないという欠点がある。このことは 特に可搬性、携帯性を備えた投射型画像表 装置において、使用する際の利便性を損ね しまう問題があった。

 図10は、特許文献1および2に係る画像投射 装置の動作を示す概念図である。特許文献1 よび2においては、以上のような問題を解決 るものとして、レーザービームなどのコヒ レント光源を用いて、直進するレーザービ ムを走査して画像を投射する画像投射装置 開示されている。

 より具体的には、特許文献1に係る画像投 射装置は、図10(a)に示すとおり、赤色、緑色 青色の各色の光源111、112、113から出射する ーザービームを色合成素子114で合成した後 コリメータレンズ115を使ってレーザービー を平行化し、水平方向及び垂直方向の光走 を行う走査する光走査素子116及び117により2 次元走査することで被投射面118にカラー画像 を表示する。また、特許文献2に係る画像投 装置は、図10(b)に示すような可搬性、携帯性 を備えた本体に光源116と光走査素子117を内蔵 した小型な画像投射装置であり、特許文献1 画像投射装置とほぼ同等の動作を行うこと できる。

 一方、特許文献3においては、画像投射装 置とは独立した撮像部を備えることにより、 画像投射装置の走査角の中心軸と被投射面の 法線方向が異なる場合に生じる投射画像の幾 何学的歪を自動補正する画像投射装置が開示 されている。特許文献4においては、被投射 に投射された画面の四隅を検出する手段を えることにより、投射画像の幾何学的歪を 動補正する画像投射装置が開示されている 特許文献3および4について、より詳しくは後 述する。

特開2003-21800号公報

米国特許6921170号公報

特開平07-143506号公報

特開2007-140383号公報

 図11は、特許文献1~4に係る画像投射装置 問題点を示す概念図である。特許文献1およ 2のように、レーザービームなどのコヒーレ ント光源を利用することにより、上述の輝度 、色度域、およびピント調節の問題は解決で きる。しかし、これらの画像投射装置では図 11(a)に示すように、画像表示装置130の走査角 中心軸121と被投射面118の法線方向122が異な 方向に投射した場合、投射画像120が幾何学 に歪むという問題がある。

 一方、特許文献3および4においては、画 投射装置の走査角の中心軸121と被投射面118 法線方向122が異なる場合に生じる投射画像12 0の幾何学的歪を補正する画像投射装置が開 されている。たとえば特許文献3に係る画像 射装置では、図11(b)に示すように、スクリ ン123上の表示された調整用テスト信号124を 像部125で撮像し、撮像部125の撮像信号から 整用テスト信号124の各位置を位置検出部126 検出して、誤差算出部127、補正信号発生部12 8により幾何学歪を補正する構成となってい 。

 しかしながら特許文献3の構成では、画像 投射装置とは独立した撮像部125が必要である ので、装置の小型化が困難である。また、撮 像部125にCCDカメラを用いているので、エリア センサや2次元動画像処理回路などの回路も 加する必要があり、低コスト化が困難であ 。特許文献4に係る画像投射装置も同様に、 射された画面の四隅を検出する手段を画像 射装置とは別系統で備えるので、特許文献3 と同様の問題がある。特許文献1~2に係る画像 投射装置に、特許文献3~4に示す投射画像の幾 何学的歪の補正に係る技術を適用したとして も、これらの問題は解決できない。

 本発明の目的は、十分な輝度および色度 を持ち、スクリーン位置に応じてピント調 を行う必要もなく、かつ投射系統とは別に 像手段などを設けなくても投射画像の幾何 的歪を補正することが可能な画像表示装置 画像表示方法、および方向算出プログラム 提供することにある。

 上記目的を達成するため、本発明に係る 像表示装置は、レーザービームを発射する ーザー光源と、レーザービームを走査して 投射面に投射する走査手段と、被投射面か のレーザービーム反射光の強度を検出する 量検出手段と、光量検出手段の検出結果か 被投射面の法線方向を算出する方向算出手 と、法線方向に応じてレーザービームを変 するタイミング及び強度を変化させる変調 段とを備えたことを特徴とする。

 上記目的を達成するため、本発明に係る 像表示方法は、レーザー光源と、走査手段 、光量検出手段と、方向算出手段と、変調 段とを有する画像表示装置において、レー ー光源がレーザービームを発射する発射工 と、走査手段がレーザービームを走査して 投射面に投射する投射工程と、光量検出手 が被投射面からのレーザービームの反射光 強度を検出する光量検出工程と、方向算出 段が反射光の強度から被投射面の法線方向 算出する方向算出工程と、変調手段によっ 法線方向に応じて変化させた変調タイミン 及び強度によってレーザービームを変調す 変調工程とを有することを特徴とする。

 上記目的を達成するため、本発明に係る 向算出プログラムは、レーザービームを発 するレーザー光源と、レーザービームを走 して被投射面に投射する走査手段と、被投 面からのレーザービームの反射光の強度を 力する光量検出手段と、方向算出手段と、 調手段とを有する画像表示装置において、 向算出手段が備えているコンピュータに、 査手段がレーザービームを走査させて投射 る角度に応じて光量検出手段が出力した反 光の強度を検出する検出処理と、検出処理 検出された反射光の強度から被投射面の法 方向を算出する方向算出処理と、方向算出 理で検出された法線方向に応じて変調手段 レーザービームの変調タイミング及び強度 変化させる変調処理とを実行させることを 徴とする。

 本発明は、上記したように被投射面から レーザービーム反射光の強度を検出し、そ 検出結果から被投射面の法線方向を算出す ように構成したので、投射系統とは別に撮 手段などを設けることなく、投射画像の幾 学的歪を補正することができる。これによ て、十分な輝度および色度域を持ち、スク ーン位置に応じてピント調節を行う必要も く、投射画像の幾何学的歪もなく、かつ小 化・低コスト化が可能な従来にない優れた 像表示装置、画像表示方法、および方向算 プログラムを提供することができる。

[第1の実施の形態]
 図1は本発明の第1の実施の形態に係る画像 示装置1を示す概念図である。画像表示装置1 は、レーザービームを出射するレーザー光源 2、偏光ビームスプリッタ3、1/4波長板4、水平 走査手段5、垂直走査手段6、集光レンズ12、 ォトダイオード13、被投射面反射分布・傾き 検出部14、投射画像変換部15、発光タイミン 制御部16などによって構成される。

 レーザー光源2はP偏光10(電界の振動方向 紙面に水平な方向)のレーザービームを出射 、そのP偏光10は、偏光ビームスプリッタ3を 通過後、1/4波長板4で右回り円偏光8(若しくは 左回り円偏光9)に変換された後、水平走査手 5および垂直走査手段6を通過して、被投射 7に投射される。被投射面7で反射する光で偏 光を保存する成分は左回り円偏光9(若しくは 回り円偏光8)として水平走査手段5および垂 走査手段6に再び戻り、レーザー光源2の出 ビームと同軸の経路を通る。

 垂直走査手段6、水平走査手段5を通過し 戻り光(バックスキャッタ光)は、再び1/4波長 板4を通過した後にS偏光11(電界の振動方向が 面に垂直な方向)に変換され、偏光ビームス プリッタ3で反射し、集光レンズ12によってフ ォトダイオード13に集光される。集光された はフォトダイオード13により光量に応じて 電変換され、被投射面反射分布・傾き検出 14により、被投射面7の法線方向を検出し、 射画像変換部15は被投射面反射分布・傾き検 出部14で検出された法線方向から幾何学的歪 正量を算出する。

 発光タイミング制御部16は、投射画像変 部15で算出された幾何学的歪補正量に応じて 発光タイミングを制御して、幾何学的歪が補 正された画像を被投射面7に投影する。また 発光タイミング制御部16は、法線方向検出時 に被投射面反射分布・傾き検出部14が発生す 変調信号によってレーザー光源2を変調発光 させる信号を生成する。

 図2は、図1内に開示した被投射面反射分 ・傾き検出部14が被投射面7の法線方向を検 する方法について説明する概念図である。 2(a)は、被投射面7上における反射光の角度を 示す。入射光21と被投射面7の法線となす角θ 等しい角度θで反射する正反射光(完全鏡面 射光)22、被投射面7の表面で拡散反射する拡 散反射光23が存在する。正反射光22の周囲に 完全鏡面反射光でない成分24が存在する。

 入射光21の入射方向に戻るバックスキャ タ光25は、拡散反射光23として一般にランバ ト(Lambert)の余弦則(cos則)に従うため、入射 21の強度をIとし、バックスキャッタ光25の強 度をIbとすると数1が成立する。

 図2(b)は、被投射面7と走査中心軸26と走査 中心軸26に垂直な面27との位置関係を示す。 投射面7が走査中心軸26と垂直な面27に対して 角度γだけ傾いている場合、レーザーの走査 度±φとすると、入射光21と被投射面7の法線 となす角θとφ、γとの間には数2の関係が成 する。

 図2(c)は、レーザーの走査角度φが角度-γ 等しい状態を示す。レーザーの走査角度φ 角度-γと等しい場合、即ち走査レーザービ ムと被投射面7の法線が一致する場合、数2よ りθ=0となり、バックスキャッタ光25の強度I 、正反射光28、拡散反射光29とも最大となる 図2(d)は、垂直・水平の2次元方向の走査に するバックスキャッタ光分布31を示す。この 図で示すように、バックスキャッタ光分布31 計測してバックスキャッタ光25の強度が最 となる角度を求めて、この角度を被投射面7 法線方向30とすることができる。

 なお、被投射面7における反射光として検 出される光には周囲の環境光も含まれるが、 一般に環境光はランダム偏光であるため、偏 光ビームスプリッタ3により、環境光の1/2が 衰されてフォトダイオード13で受光される。 一方、正反射光22は偏光状態が保存されるた 、偏光ビームスプリッタ3においてほぼ全部 が通過してフォトダイオード13で受光される そのため、環境光に対する正反射光22の信 強度は2倍となり、環境光による測定精度に する影響は軽減される。なお、本実施の形 には環境光による影響を除去する方法もあ が、それについては後述する。

 図3は、数2における角度θが0にならない 合、即ち垂直走査手段6および水平走査手段5 によってレーザービームが走査される範囲( 後走査範囲という)の中に被投射面7の法線方 向30が一致する角度が存在しない場合に、被 射面反射分布・傾き検出部14が被投射面7の 線方向30を検出する方法を示す概念図であ 。この場合、入射方向に戻るバックスキャ タ光25は拡散反射光23及び環境光となる。拡 反射により入射方向に戻るバックスキャッ 光25の強度については、前述の数1が成立す 。

 図3(a)は、被投射面7と走査中心軸26と垂直 な面27との位置関係を示す。ここで、被投射 に垂直入射した場合の拡散反射光23の強度 I0、走査角の半角をα、走査角-α、+αそれぞ における拡散反射光23の強度をI1、I2とする 図3(b)は、走査角度φに対するI0、I1およびI2 相互の関係を示す。この図3(b)に示すように 、強度I1およびI2はそれぞれ、走査期間中に ォトダイオード13で検出された値の最大値、 最小値に相当する。ここで、走査角-αおよび +αと、I1およびI2の間には、数3~7の関係が成 立つ。これらの関係により、被投射面7と走 中心軸26と垂直な面27に対する角度γを求め ことができる。

 以上の方法により、被投射面反射分布・ き検出部14は被投射面7の傾きを検出するこ ができる。なお、強度I1およびI2を示すフォ トダイオード13の検出信号の最大値(ピーク値 )および最小値の検出には、公知の最大値/最 値ホールド回路を用いることができる。ま 、数6および7の演算には、公知のデジタル 算回路、もしくはオペアンプ等によるアナ グ演算回路を用いることができる。

 以上で示したように、本実施の形態では 画像表示を行う光学系と被投射面7の傾斜角 度を計測する手段に、同一の光学系を用いて いる。従って、被投射面7の傾きを検出する めに独立した撮像部を必要としないので、 型・軽量化が可能である。また本実施の形 では、公知の最大値/最小値ホールド回路な のような、走査期間中のフォトダイオード1 3の検出信号の最大値および最小値を検出す 手段があれば、被投射面7の傾きの検出が可 である。そのため、CCD等のエリアセンサや2 次元動画像処理回路等を必要としないので、 低コスト化が可能である。

 図4は、図1内に開示したフォトダイオー 13で、環境光による影響を除去して正確に強 度I1およびI2を検出する第1の方法を示す概念 である。図4(a)は、そのための構成について 示す。発光タイミング制御部16は、レーザー 源2の強度を角周波数ω(周波数f:ω=2πf)の正 波で変調する。

 被投射面反射分布・傾き検出部14は、掛 算器41およびローパスフィルタ42を備えてい 。掛け算器41は、レーザー光源2の変調電気 号と、フォトダイオード13で検出された電 信号とを乗算する。ローパスフィルタ42は、 掛け算器41の出力信号における角周波数ωと の2倍の角周波数2ωの成分を減衰させ、水平 査手段5の走査周波数に相当する周波数成分 を通過させる。

 図4(b)はフォトダイオード13における出力 号、図4(c)はこの出力信号を掛け算器41およ ローパスフィルタ42に通した後の信号につ てそれぞれ示す。拡散反射光信号をA(t)、環 光信号をB(t)とすると、フォトダイオード13 おける検出信号I(t)は、数8に示すように、 周波数ωで変調された拡散反射光信号A(t)と 境光信号をB(t)の和で表せる。

 掛け算器41において、I(t)とレーザー光源2 の変調電気信号であるsin(ωt)を乗算した値L(t) は数9で表される。L(t)の信号をローパスフィ タ42に通し、角周波数ω及びその2倍の角周 数2ω成分を除去すると、数9はL(t)=A(t)/2とな 、その波形は図4(c)に示すようになる。これ よって、環境光信号B(t)の影響を除去して、 正確に強度I1およびI2を検出することが可能 なる。

 図5は、環境光による影響を除去して正確 に強度I1およびI2を検出する第2の方法を示す 念図である。図5(a)は、そのための構成につ いて示す。ここでは、赤色(波長650nm)、緑色( 長532nm)、青色(波長470nm)といった複数のレー ザー光源2を、誘電体多層膜ミラー51および52 合成して、水平走査手段5および垂直走査手 段6を通過して、被投射面7に投射している。 た、被投射面7からの反射光は、やはり誘電 体多層膜ミラー51および52によって色ごとに 光され、それぞれの色に対応したフォトダ オード13に戻るようになっている。

 図5(b)は、誘電体多層膜ミラー51および52 それぞれの分光特性を示す。誘電体多層膜 ラー51および52は、赤色(波長650nm)、青色(波 470nm)を±30nmの狭帯域で透過・反射する特性 有し、レーザービームによる被投射面7から 反射光のみを検出することができる。この 性によって、環境光による影響を除去する とが可能となる。また、各色の反射光を検 することによって、被投射面7の色を検出し 、これによって投射される画面の色のバラン スを調整することもできる。

 図6は、図1内に開示した投射画像変換部15 および発光タイミング制御部16の動作を説明 る図である。図6(a)は、歪んでいる補正前画 像61と、補正された後の補正画像62とを示す 被投射面7の法線方向30が画像表示装置1の走 中心軸26と異なる場合、長方形の画像を投 する画像表示装置1の走査中心軸26方向から 察者65が観察した投射画像は、補正前画像61 して示す点線のように歪んで観察される。

 投射画像変換部15は、法線方向30と走査中 心軸26の成す角度を用いてキーストン歪補正 行い、本来表示しようとしている長方形で る補正画像62が得られるように、レーザー 光のタイミングのルックアップテーブル66を 作成する。なお、キーストン歪補正自体は既 に公知の技術であるので、詳しい説明は省略 する。

 図6(b)は、発光タイミングの制御について 表す。投射画像変換部15による補正が行われ 際、発光タイミング制御部16は、ルックア プテーブル66に応じて走査中心軸26方向から 察者65が観察して画素ピッチ63が等間隔にな るような画素サンプル点64でレーザーを発光 せ、観察者65に幾何学的歪のない画像を呈 する。投射画像変換部15は、簡易なデジタル 演算回路とルックアップテーブル66を記憶す メモリによって構成することができる。

 図7は、図1内に開示した被投射面反射分 ・傾き検出部14、投射画像変換部15、および 光タイミング制御部16で行われる処理につ て示すフローチャートである。処理動作は ャリブレーション期間と表示期間とに別れ 。被投射面反射分布・傾き検出部14が処理を 開始すると(S71)、水平・垂直走査に応じて被 射面7各点からのバックスキャッタ光25の強 値を検出する(S72)。走査範囲内で検出した 度値に特異的なピークがあるか否かを判断 (S73)、特異的なピークがもしあれば、それは 正反射光22によるピークと判断できるので、 の方向を法線方向30とする(S74)。

 S73で特異的なピークがない場合、フォト イオード13のゲインを上げ(S75)、反射光の最 大値・最小値から前述の数3~7に従って法線方 向30を検出する(S76)。なお、ステップS75でフ トダイオード13のゲインを上げるのは、一般 に正反射光強度より拡散反射光強度のほうが 小さいので、強度値の検出により正確を期す るという理由である。以上で被投射面反射分 布・傾き検出部14での処理は終了し、以後の 理は投射画像変換部15で行われる。

 投射画像変換部15は、検出された法線方 30に基づき被投射面幾何歪を算出し(S77)、ル クアップテーブル66に発光タイミングおよ 発光強度を設定する(S78)。以上ここまででキ ャリブレーション期間は終了する。以後は表 示期間に入り、S78でルックアップテーブル66 設定された発光タイミングおよび発光強度 よって、発光タイミング制御部16がレーザ 光源2を制御して、画像の表示を行う(S79)。

 なお、図7のフローチャートで説明したS71 ~76に係る動作内容は、被投射面反射分布・傾 き検出部14が行うものである。なお、前記動 内容をコンピュータに実行させるソフトウ アとしてのプログラムとして構築してもよ ものである。この場合、プログラムは、記 媒体に記録されて商取引の対象となる。ま 、被投射面反射分布・傾き検出部14は、簡 なデジタル演算回路やアナログ演算回路な によって構成される。

 以上で開示された本実施の形態に基づい 、発明者は以下の内容で実証実験を行った レーザー光源2は、赤色、緑色および青色の レーザー光源を誘電体多層膜ミラー51および5 2によって合成して構成するものである。

 赤色レーザー光源は650nmの半導体レーザ である。緑色レーザー光源は、Nd:YAG結晶を 外半導体レーザーで励起して得られた1064nm 赤外光の第2高調波である532nmで発振する半 体レーザー励起固体レーザーである。青色 ーザー光源は470nmの半導体レーザーである。 各色のレーザービーム径はビーム強度半値全 幅で420μmの平行ビームである。その際、赤色 および青色レーザー光源では、半導体レーザ ーの光出射端直後にコリメータレンズを取り 付けてビーム径420μmの平行ビームとした。

 各々のレーザー光源2に対して、発光タイ ミング制御部16によって変調を行った。レー ー光源2の強度変調は、赤色、青色に関して は、レーザー光源2の電源電流値を制御して い、緑色に関してはレーザー光を音響光学 子に通過させて行った。キャリブレーショ 期間における変調周波数は5MHzの正弦波であ 。

 水平走査手段5は、共振型マイクロメカニ カル走査素子を往復走査で使用し、直径600μm の円形ミラーを振れ角±20度、周波数31KHzで駆 動させた。垂直走査手段6には直径1200μmの円 ガルバノミラーを用い、振れ角±15度、60Hz ノコギリ波駆動を行った。画像精細度は水 1280画素、垂直1024画素である。また被投射面 7に投射される画面サイズは、投射距離100cmに おいて水平160cm、垂直120cmとした。

 フォトダイオード13は20MHzの応答性能を有 しているものを使用した。ローパスフィルタ 42のカットオフ周波数は300KHzである。これに り、ローパスフィルタ42は、レーザー光源2 変調周波数5MHz、およびその2倍周波数の10MHz を減衰させることができる。

 発光タイミング制御部16は、水平走査手 5および垂直走査手段6と同期して、画素クロ ック(12.7ns)の1/6以下の2ns単位でレーザー光源2 の発光タイミングおよび強度を制御し、ルッ クアップテーブル66のタイミングと画素値に じた輝度の光を発するようにした。

 以上の条件において発明者は、被投射面7 の法線30に対し走査中心軸26を、(水平走査手 5および垂直走査手段6による走査の範囲に まれる)水平方向+10度、垂直方向+5度に傾斜 せた場合、バックスキャッタ光25のピークを 水平走査角-10方向及び垂直走査角-5度方向に 出することができた。この方向を法線とし 画像歪補正を行い、被投射面7上に画像歪の 無い画像を表示することができたことを確認 した。

 また、被投射面7の法線30に対し走査中心 26を、(水平走査手段5および垂直走査手段6 よる走査の範囲に含まれない)水平方向+30度 垂直方向+30度に傾斜させた場合、バックス ャッタ光25のピークは検出できなかった。 かし、バックスキャッタ光25の最大値I1およ 最小値I2から法線30の方向を算出することが できた。この法線30の方向に基づいて画像歪 正を行い、被投射面7上に画像歪の無い画像 を表示することができたことを確認した。

 さらに、黄色がかった被投射面7において は、青色のバックスキャッタ光25が他の色の り小さな値で検出されるため、青色のレー ー光源2の強度を他の色より強めに調整して 、白色の被投射面7に表示した場合と同等な 像を得ることができたことを確認した。こ 調整は、各色におけるバックスキャッタ光25 の強度の差から、人間の手を介さずに行える ことを確認した。

 なお、レーザー光源2のコリメータレンズ 、およびフォトダイオード13における集光レ ズは、同様な光学作用のあるフレネルゾー プレートやホログラム等回折素子を用いて よい。また、レーザー光源2の強度変調は、 グレーティング型MEMS変調器、導波路型変調 、電気光学結晶等、各種光変調器を用いて よい。さらにレーザー光源2の強度変調は、 平走査手段5および垂直走査手段6が1画素を 査する時間内で、パルス幅変調によって行 てもよい。

 水平走査手段5および垂直走査手段6とし 、音響光学素子、電気光学結晶等を用いて よく、またフォトニック結晶を用いたプリ ム等で触れ角を増大させる光学系を備えて よい。水平走査手段5および垂直走査手段6の ビーム偏向部(ミラー等)の大きさは、使用す ビーム径より大きければ任意に決定してよ 。画像精細度および画面サイズも任意に決 してよい。

 レーザー光源2の発するレーザービームの ビームウエスト位置は、非投影面における画 像が解像できる条件であれば、ビーム光路中 のどこに配置してもよい。またレーザー光源 2は、可視光領域であれば3波長以上としても い。また環境光等の影響が少なければ、1/4 長板4を取り付けなくてもよく、偏光ビーム スプリッタ3をハーフミラーとしてもよい。 の他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であ ば、上記以外にも様々な変形が当業者によ て可能である。

[第2の実施の形態]
 図8は、本発明の第2の実施の形態に係る画 表示装置80を示す概念図である。画像表示装 置80は、1個のレーザー光源では得られない画 面の明るさを得るため、複数のレーザー光源 を組み合わせたレーザーアレイ85を使用する 画像表示装置80は、前述の第1の実施形態に る画像表示装置1と共通する構成を多く備え ているので、ここでは画像表示装置1と共通 る構成については参照番号も同一として説 を省略し、相違点のみを説明する。

 画像表示装置80は、複数のレーザー光源82 a、82b…を、水平走査手段5の走査中心軸26を 心に光軸が放射状になるように配列してお (以後これをレーザーアレイ85という)、複数 列されたレーザービームを画像表示装置1と 同一の光学系で被投射面7に投射する。そし 、複数のレーザービームに対するバックス ャッタ光25の中の2つと同軸に配置されたフ トダイオード83aおよび83bを有し、フォトダ オード83aおよび82bによる検出値の差分を算 する差分器87を備えている。差分器87の出力 、被投射面反射分布・傾き検出部88に入力 れる。

 レーザーアレイ85で、レーザー光源はβ/(n -1)度間隔でn個配列されている。nは2以上の整 数である。フォトダイオード83aおよび83bは、 レーザーアレイ85の両端のレーザー光源82aお び82bとそれぞれ対になっている。レーザー レイ85の各レーザー光源82a、82b…は、被投 面7上の画像表示範囲86において同一画像を 示できるように、隣接するレーザー光源はβ /(n-1)度の水平走査時間に対応する時間だけ、 映像信号の発光タイミングをシフトさせてい る。

 図9は図8内に開示した被投射面反射分布 傾き検出部88が被投射面7の法線方向30を検出 する方法について説明する概念図である。図 9(a)は、レーザーの走査角度φに対するバック スキャッタ光25の強度を示す。第1の実施形態 で述べたように、数2における角度θが0とな (φ=-γとなる)条件、即ち走査レーザービーム と被投射面7の法線方向30が一致する角度が存 在する場合、図9(a)に示すように、フォトダ オード83aおよび83bで検出される値はそれぞ 、正反射光91および93、もしくは拡散反射光9 2および94となる。

 図9(b)は、フォトダイオード83aおよび83bで 検出される値の差分値(つまり差分器87の出力 値)Idを示す。差分値Idは、被投射面7に垂直入 射した場合の拡散反射光92、94の強度をI0とす ると数10のとおりとなる。Id=0のとき角度θ=(φ +γ)=0となり、φ=-γの方向が被投射面7の法線 向となる。

 図9(c)は、数2における角度θが0にならな 場合(走査レーザービームと被投射面7の法線 方向が一致する角度が走査範囲内に存在しな い場合)のフォトダイオード83aおよび83bの検 値を示す。フォトダイオード83aおよび83bの 出値は、拡散反射光92、94の強度である。図9 (d)は、この場合のフォトダイオード83aおよび 83bの検出値の差分Idを示す。ここで、走査角- α、+αそれぞれにおける差分値IdをI1、I2とす と、I1、I2はそれぞれ走査期間中にフォトダ イオード83aおよび83bで検出された差分値Idの 大値、最小値である。走査角-α、+αと、差 値Idの最大値I1、最小値I2の間には数11~15の 係が成り立つ。これらの関係から、被投射 7と走査中心軸と垂直な面に対する角度γを めることができる。

 なお、画像表示装置80の上記で示す以外 構成および動作は、第1の実施の形態に係る 像表示装置1と同一であるので、説明を省略 する。

 以上で開示された本実施の形態に基づい 、発明者は以下の内容で実証実験を行った レーザーアレイ85は、10個のレーザー光源で 構成され、レーザー間隔を1度としてβ=9度で る。差分値Idの0値の検出にはコンパレータ 路、最大値および最小値検出には最大値/最 小値ホールド回路を用いた。数14~15の演算に 簡易なデジタル演算回路を用いた。

 レーザーアレイ85を構成する各々のレー ー光源は、赤色、緑色および青色のレーザ 光源を、第1の実施の形態と同様にして合成 た。赤色レーザー光源には650nmの半導体レ ザー、緑色レーザー光源には、Nd:YAG結晶を 外半導体レーザーで励起して得られた1064nm 赤外光の第2高調波である532nmで発振する半 体レーザー励起固体レーザー、青色レーザ 光源には470nmの半導体レーザーを用いた。各 色のレーザービーム径はビーム強度半値全幅 で420μmの平行ビームとした。各々のレーザー 光に対して、発光タイミング制御部16によっ 変調を行った。キャリブレーション期間に ける変調周波数は5MHzの正弦波である。

 水平走査手段5は、共振型マイクロメカニ カル走査素子を往復走査で使用し、直径600μm の円形ミラーを振れ角±20度、周波数31KHzで駆 動させた。垂直走査手段6には直径1200μmの円 ガルバノミラーを用い、振れ角±15度、60Hz ノコギリ波駆動を行った。画像精細度は水 1280画素、垂直1024画素、画面サイズは投射距 離100cmにおいて水平160cm、垂直120cmとした。

 フォトダイオード83aおよび83bは20MHzの応 性能を有しているものを使用した。ローパ フィルタ42のカットオフ周波数は300KHzである 。これにより、ローパスフィルタ42は、レー ーアレイ85を変調周波数5MHz、およびその2倍 周波数の10MHzを減衰させることができる。

 発光タイミング制御部16は、水平走査手 5および垂直走査手段6と同期して、画素クロ ック(12.7ns)の1/6以下の2ns単位でレーザー光源2 の発光タイミングおよび強度を制御し、ルッ クアップテーブル66のタイミングと画素値に じた輝度の光を発するようにした。以上で 述のない条件については、第1の実施形態と 同一である。

 以上の条件において発明者は、被投射面7 の法線に対し走査中心軸26を(水平走査手段5 よび垂直走査手段6による走査の範囲に含ま る)水平方向+10度、垂直方向+5度に傾斜させ 場合、フォトダイオード83aおよび83bの検出 の差分が0となる方向は水平走査角-10度方向 及び垂直走査角-5度方向に検出することがで た。この方向を法線として画像歪補正を行 、被投射面7上に画像歪の無い画像を表示す ることができたことを確認した。

 また、被投射面7の法線30に対し走査中心 26を、(水平走査手段5および垂直走査手段6 よる走査の範囲に含まない)水平方向+30度、 直方向+30度に傾斜させた場合、バックスキ ッタ光25のピークは検出できなかった。し し、バックスキャッタ光25の最大値I1および 小値I2から法線30の方向を検出することがで きた。この法線30の方向に基づいて画像歪補 を行い、被投射面7上に画像歪の無い画像を 表示することができたことを確認した。

 さらに、黄色がかった被投射面7において は、青色のバックスキャッタ光25が他の色の り小さな値で検出されるため、青色のレー ー光源の強度を他の色より強めに調整して 白色の被投射面7に表示した場合と同等な画 像を得ることができたことを確認した。この 調整は、各色におけるバックスキャッタ光25 強度の差から、人間の手を介さずに行える とを確認した。

 また、10個のレーザー光源を有するレー ーアレイ85を使うことによって、被投射面7 投射される画面の明るさは第1の実施の形態 比べ10倍になり、スペックルコントラスト 第1の実施の形態の0.25から0.05まで低減させ ことができたことを確認した。

 第1の実施の形態で述べたものと同様に、 第2の実施の形態においても、本発明の趣旨 逸脱しない範囲であれば様々な変形が当業 によって可能である。

 これまで本発明について図面に示した特 の実施の形態をもって説明してきたが、本 明は図面に示した実施の形態に限定される のではなく、本発明の効果を奏する限り、 れまで知られたいかなる構成であっても採 することができることは言うまでもないこ である。

以上、実施形態(及び実施例)を参照して本 発明を説明したが、本願発明は上記実施形 (及び実施例)に限定されるものではない。 願発明の構成や詳細には、本願発明のスコ プ内で当業者が理解し得る様々な変更をす ことができる。

 この出願は2007年9月13日に出願された日本 出願特願2007-238111を基礎とする優先権を主張 、その開示の全てをここに取り込む。

 投射型画像表示装置において使用可能で る。

本発明の第1の実施の形態に係る画像表 示装置を示す概念図である。 図1内に開示した被投射面反射分布・傾 き検出部が被投射面の法線方向を検出する方 法について説明する概念図である。 数2における角度θが0にならない場合に 、図1内に開示した被投射面反射分布・傾き 出部が被投射面の法線方向を検出する方法 示す概念図である。 図1内に開示したフォトダイオードで、 環境光による影響を除去して正確に受光強度 を検出する第1の方法を示す概念図である。 図1内に開示したフォトダイオードで、 環境光による影響を除去して正確に受光強度 を検出する第2の方法を示す概念図である。 図1内に開示した投射画像変換部および 発光タイミング制御部の動作を説明する図で ある。 図1内に開示した被投射面反射分布・傾 き検出部、投射画像変換部、および発光タイ ミング制御部で行われる処理について示すフ ローチャートである。 本発明の第2の実施の形態に係る画像表 示装置を示す概念図である。 図8内に開示した被投射面反射分布・傾 き検出部が被投射面の法線方向を検出する方 法について説明する概念図である。 特許文献1および2に係る画像投射装置 動作を示す概念図である。 特許文献1~4に係る画像投射装置の問題 点を示す概念図である。

符号の説明

 1、80 画像表示装置
 2、82a、82b レーザー光源
 5 水平走査手段
 6 垂直走査手段
 7 被投射面
 13、83a、83b フォトダイオード(光量検出手 )
 14、88 被投射面反射分布・傾き検出部(方向 算出手段)
 15 投射画像変換部
 16 発光タイミング制御部(変調手段、強度 御手段)
 21 入射光
 22 正反射光
 23 拡散反射光
 25 バックスキャッタ光
 26 走査中心軸
 27 垂直な面
 30 法線方向
 31 バックスキャッタ光分布
 41 掛け算器(乗算手段)
 42 ローパスフィルタ
 51、52 誘電体多層膜ミラー(色合成手段、色 分割手段)
 66 ルックアップテーブル
 85 レーザーアレイ(複数のレーザー光源)
 87 差分器(差分手段)