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1. (WO2018179980) 投射装置、投射画像制御方法、および投射画像制御プログラムが記録された記録媒体
Document

明 細 書

発明の名称 投射装置、投射画像制御方法、および投射画像制御プログラムが記録された記録媒体

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018  

先行技術文献

特許文献

0019  

非特許文献

0020  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0021   0022   0023   0024   0025  

課題を解決するための手段

0026   0027   0028  

発明の効果

0029  

図面の簡単な説明

0030  

発明を実施するための形態

0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072  

実施例 1

0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106   0107   0108   0109   0110   0111   0112   0113  

実施例 2

0114   0115   0116   0117   0118   0119  

実施例 3

0120   0121   0122   0123   0124   0125   0126   0127   0128   0129   0130   0131   0132   0133   0134   0135   0136   0137   0138   0139   0140   0141   0142   0143   0144   0145   0146   0147   0148  

符号の説明

0149  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21   22  

明 細 書

発明の名称 : 投射装置、投射画像制御方法、および投射画像制御プログラムが記録された記録媒体

技術分野

[0001]
 本発明は、投射装置に関し、特に、位相変調型空間変調素子を含む投射装置、投射画像制御方法、および投射画像制御プログラムが記録された記録媒体に関する。

背景技術

[0002]
 画像や映像の投射装置として、複数の方式が知られている。そのうちの1つに、位相変調型空間変調素子を用いた投射装置がある。以下では、そのような投射装置を「位相変調型投射装置」と呼ぶことにする。位相変調型投射装置は、レーザを光源として用い、各画素の情報に基づいてレーザ光を回折することによって投射像を形成する。
[0003]
 特許文献1は、そのような位相変調型投射装置を開示している。特許文献1に開示された位相変調型投射装置は、レーザ光源、整形光学系、位相変調型空間変調素子、フーリエ変換レンズ、偏光保存素子、モニタ素子、制御部、結像光学系、および投射光学系を備える。レーザ光源はレーザ光を発する。整形光学系はレーザ光を平行光に変換し、レーザ光を整形する。位相変調型空間変調素子は平行光を位相変調し、位相変調した光を送出する。フーリエ変換レンズは位相変調した光をフーリエ変換し、フーリエ変換した光を送出する。偏光保存素子はフーリエ変換した光の光路内に置かれ、光の一部を反射光として反射する。モニタ素子は反射光の強度をモニタして、モニタした信号を出力する。制御部は、モニタした信号の強度に基づいて、レーザ光源および位相変調型空間変調素子のいずれか一方を制御する。結像光学系は偏光保存素子を透過した光を結像し、結像した光を送出する。投射光学系は結像した光を投射する。
[0004]
 特許文献1において、位相変調型空間変調素子は、複数の受光領域を有している。制御部は、位相変調型空間変調素子の各受光領域の屈折率を、投射しようとする画像の画素毎の情報に応じて制御する。このことで、平行光は位相変調され、画像の情報が光に保持される。尚、位相変調型空間変調素子としては、たとえば強誘電性液晶、ホモジーニアス液晶、および垂直配向液晶を用いることが出来る。
[0005]
 また、特許文献1において、制御部はモニタ素子から入力された、反射光の強度に基づき、投射光の強度を算出し、投射光の強度が基準値を超えないように、レーザ光源および位相変調型空間変調素子の少なくともいずれか一方を制御する。すなわち、制御部は、投射光の強度を制御している。
[0006]
 特許文献2は、レーザ光の安全基準を常に満たしつつ、光源として用いられるレーザを入力画像に応じて制御する画像投射装置を開示している。特許文献2に開示された画像投射装置は、レーザと、ダイクロイックミラーと、LCOS(Liquid-Crystal-On-Silicon)パネルと、投射レンズと、処理部とを備える。レーザは、複数の色ごとに設けられ、各色のレーザ光を出射する。ダイクロイックミラーは、各色のレーザから出射された各色のレーザ光を合成する。LCOSパネルは、ダイクロイックミラーにより合成された合成光を画像信号に応じて変調する。処理部は、画像信号に応じて各色のレーザから出射される各色のレーザ光のパワーの比を求め、そのパワーの比に応じてレーザ光の安全基準を満たす範囲内での各色の投射光のパワーの上限値を求め、投射レンズから投射される各色の投射光が上限値を超えないようにレーザから出射されるレーザ光を調整する。
[0007]
 しかしながら、光源としてレーザのようなコヒーレント性の高い光源を使用すると、スペックルが発生することが知られている。ここで、スペックルとは、観視者の視覚システムのセンサ面(例えば、人間の場合には網膜)上において、レーザのようなコヒーレント性の高い光源の散乱光が干渉する結果形成される、ランダムな光強度のパターンをいう。
[0008]
 投影画像のスクリーンは粗面であるため、散乱された光はランダムな位相変化を受ける。これが観視者の瞳で回折され、網膜上では干渉が起こり、位相変化に応じたランダムな干渉パターンをもった強度分布、すなわちスペックルが観察される。また画像としては元信号に存在しないノイズ成分であるため、スペックルノイズと称されることもある。このように、スペックルはレーザ光源特有の粒状干渉雑音である。
[0009]
 このようなスペックルノイズを低減するようにした投射装置が、種々提案されている。
[0010]
 例えば、特許文献3は、コヒーレント性を有する光源を使用した場合に簡易にスペックルノイズを低減することのできる「投射型表示装置」を開示している。特許文献3に開示された投射型表示装置は、発光手段と、画像光生成手段と、投射手段と、位相変調手段とを具備する。発光手段は、コヒーレント光を発光する光源を少なくとも1つ含む。画像光生成手段は、発光手段が発光した光を変調して画像光を生成する。投射手段は画像光を投射する。位相変調手段は、発光手段と画像光生成手段との間、あるいは、画像光生成手段と投射手段との間の何れか一方に配置される。位相変調手段は、光軸と直交する平面内において、遅相軸の方位方向が異なった方向で分布し、かつ、リタデーション値が一定である領域を有する複屈折材料層を含む。
[0011]
 特許文献4は、スペックルの発生が抑えられる「プロジェクタ」を開示している。プロジェクタは、光源と、回折光学素子と、入射位置切り替え装置と、光変調装置と、重畳光学系と、投射光学系と、を備える。光源は光を射出する。回折光学素子は、光源から射出された光の光路上に設けられた複数のセルを備える。入射位置切り替え装置は、光が入射する位置を複数のセルの間で移動させる。光変調装置は画像形成領域を備える。光変調装置は、光を画像信号に応じて変調し、画像光を生成する。重畳光学系は、回折光学素子から射出された複数の回折光を画像形成領域上で互いに重畳させる。投射光学系は、光変調装置から射出された光を投射する。複数のセルは、第1の回折素子パターンを有する第1のセルと、第1の回折格子パターンとは異なる第2の回折素子パターンを有する第2のセルと、第3の回折素子パターンを有する第3のセルと、を含む。第1のセルと第2のセルとの光が同時に入射するように構成されている。
[0012]
 また、特許文献4において、第1実施形態では、回折光学素子は、計算機合成ホログラム(CGH:Computer Generated Hologram)から構成されている。回折光学素子は、アレイ状に配列された複数のセルを有している。CGHは、例えば石英(ガラス)や合成樹脂などの光透過性材料からなる基材の一面に、計算機により設計された微細な凹凸構造が設けられた表面レリーフ型のホログラム素子である。回折光学素子は、互いに異なる深さの矩形状の断面形状を有する複数の凹部と、互いに異なる高さの矩形状の断面形状を有する複数の凸部と、を有している。回折光学素子の設計条件を最適化する手法として、例えば反復フーリエ法などの演算手法を用いることができる。
[0013]
 回折光学素子には、入射位置切り替え装置が接続されている。入射位置切り替え装置は、回折光学素子の複数のセルの配列方向に振動(往復運動)させる機能を有する。入射位置切り替え装置は、例えばピエゾアクチュエータで構成されている。入射位置切り替え装置は、必ずしも回折光学素子を振動させるものでなくてよく、例えば回折光学素子を主面に垂直な回転軸を中心として回転させるものであってもよい。
[0014]
 さらに、特許文献4において、第2実施形態では、回折光学素子は、複数の半導体レーザから射出された複数のレーザ光が入射する複数の回折素子パターン領域を有している。各回折素子パターン領域は、回折素子パターンが互いに異なる複数のサブ領域を有している。回折光学素子には、回折光学素子を駆動する駆動機構が接続されている。駆動機構は、主面内において回折光学素子を揺動させる揺動駆動部を有している。揺動駆動部の具体的な構成は周知のモータや偏芯カム等を用いることができる。
[0015]
 このような構成のプロジェクタにおいては、回折光学素子の複数のセルから得られる互いに異なるスペックルパターンが空間的にも時間的にも重畳されることにより、スペックルの発生による表示品質の低下を抑えることができる。
[0016]
 ところで、特許文献1や特許文献2において、位相変調型空間変調素子(LCOSパネル)に供給される、画像の画素毎の情報(画像信号)は、元画像を周知の画像形成技術によって位相画像に変換することによって得られたものである。周知の画像形成技術としては、反復フーリエ変換法やダイレクトバイナリサーチ(DBS)法がある。
[0017]
 反復フーリエ変換法は、フーリエ変換と逆フーリエ変換とを繰り返しながら、目的の光強度分布が得られるように位相分布の最適化を行なう。光の回折現象を利用して投射画像を生成するために、反復フーリエ変換法を用いて、位相パターンを作成する。位相パターンの作成は、例えば、非特許文献1に開示されている。位相パターンは回折パターンとも呼ばれる。
[0018]
 一方、ダイレクトバイナリサーチ(DBS)法は、例えば、非特許文献2に開示されている。ダイレクトバイナリサーチ法は、ハーフトニング手法の1つのであって、入力画像と出力画像との間の誤差を最小するような手法である。

先行技術文献

特許文献

[0019]
特許文献1 : 国際公開第2015/022897号
特許文献2 : 国際公開第2012/117548号
特許文献3 : 特開2012-190053号公報
特許文献4 : 特開2015-081953号公報

非特許文献

[0020]
非特許文献1 : Edward Buckley “Computer-Generated Phase-Only Holograms for Real-Time Image Display”, Advanced Holography - Metrology and Imaging, pp. 277-304
非特許文献2 : XuDong Zhao, et al. “Improved direct binary search-based algorithm for generating holograms for the application of holographic optical tweezers”, Optical Engineering, Vol. 51(1), 015801 (January 2012)

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0021]
 しかしながら、上述した特許文献1~4には、それぞれ、次に述べるような問題がある。
[0022]
 特許文献1および2は、スペックルの発生についての問題認識がなく、スペックルの発生を抑制することはできない。
[0023]
 一方、特許文献3は、画像光生成手段とは別に、位相変調手段を設けて、スペックルの発生を光学的に対策している。その結果、対策部品の追加によって、装置サイズが増大するという課題がある。
[0024]
 特許文献4も、光変調装置とは別に、回折光学素子および入射位置切り替え装置(駆動機構)を設けて、スペックルの発生を機械的に対策している。ここで、特許文献4における回折光学素子は、計算機により設計された固定の微細な凹凸構造が設けられたものであって、一度、凹凸構造が設計されてしまえば変更されることがないことに注意されたい。換言すれば、この固定の微細な凹凸構造は、投射されるべき画像光とは全く無関係である(画像光には依存しない)。その結果、装置製造のコストが増大し、装置サイズが増大するという課題がある。また、入射位置切り替え装置(駆動機構)のような機械要素が故障するおそれもあるという課題がある。
[0025]
 本発明の目的は、上記問題を解決する、位相変調型空間変調素子を含む投射装置、投射画像制御方法、および投射画像制御プログラムが記録された記録媒体を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0026]
 本発明の第1の態様による投射装置は、レーザ光を発するレーザ光源と、前記レーザ光を平行光に変換する変換手段と、前記平行光を供給投射画像に基づいて位相変調して、位相変調した光を送出する位相変調型空間変調素子と、前記供給投射画像を制御する制御部と、を少なくとも備える投射装置であって、前記制御部は、少なくとも1つの投射画像群を記憶する投射画像記憶部と、該投射画像記憶部から更新周期に同期して取得した1つの投影画像に対して、前記更新周期内で複数の回折パターンの組み合わせを生成する処理部と、前記複数の回折パターンの組み合わせを、前記供給投射画像として前記位相変調型空間変調素子へ供給する投射画像生成部と、を有する。
[0027]
 また、本発明の第2の態様による投射画像制御方法は、レーザ光を発するレーザ光源と、前記レーザ光を平行光に変換する変換手段と、前記平行光を供給投射画像に基づいて位相変調して、位相変調した光を送出する位相変調型空間変調素子と、を少なくとも備える投射装置において、前記供給投射画像を制御する投射画像制御方法であって、投射画像記憶部に予め少なくとも1つの投射画像群を記憶しておく記憶工程と、該投射画像記憶部から更新周期に同期して取得した1つの投影画像に対して、前記更新周期内で複数の回折パターンの組み合わせを生成する処理工程と、前記複数の回折パターンの組み合わせを、前記供給投射画像として前記位相変調型空間変調素子へ供給する投射画像生成工程と、を含む。
[0028]
 さらに、本発明の第3の態様による投射画像制御プログラムが記録された記録媒体は、レーザ光を発するレーザ光源と、前記レーザ光を平行光に変換する変換手段と、前記平行光を供給投射画像に基づいて位相変調して、位相変調した光を送出する位相変調型空間変調素子と、を少なくとも備える投射装置のコントローラに、前記供給投射画像を制御させる投射画像制御プログラムが記録された記録媒体であって、前記コントローラは、少なくとも1つの投射画像群を記憶する投射画像記憶部と、前記供給投射画像を前記位相変調型空間変調素子へ供給する投射画像生成部と、を備え、前記投射画像制御プログラムは、前記投射画像記憶部から更新周期に同期して取得した1つの投影画像に対して、前記更新周期内で複数の回折パターンの組み合わせを生成して、前記投射画像生成部に前記複数の回折パターンの組み合わせを前記供給投射画像として生成させる処理手順を、前記コントローラに実行させる。

発明の効果

[0029]
 本発明によれば、物理的或いは光学的な対策を用いずに、投射像の画質を向上させるとともにスペックルを低減させることができる、投射装置、投射画像制御方法、および投射画像制御プログラムが記録された記録媒体を提供し得る。

図面の簡単な説明

[0030]
[図1] 品質が良好なレーザ光の強度分布特性の一例を示す図である。
[図2] 品質が良好でないレーザ光の強度分布特性の一例を示す図である。
[図3] 品質良好なレーザ光によって生成された投射像の一例を示す図である。
[図4] 品質良好でないレーザ光によって生成された投射像の一例を示す図である。
[図5] 第2の関連技術の投射装置の概略構成を示す図である。
[図6] 未対策状態のスペックルを説明するための図である。
[図7] スペックルの発生を抑制した、第3の関連技術の投射装置の概略構成を示す図である。
[図8] 振動拡散板を使用した場合のスペックルを説明するための図である。
[図9] 本発明の一実施形態に係る投射装置の概略構成を示す図である。
[図10] 図9に示した投射装置の動作を説明するための図である。
[図11] ずらし無しの第1の回折パターンの例を示す図である。
[図12] 回折パターン幅1/3ずらした第2の回折パターンの例を示す図である。
[図13] 回折パターン幅2/3ずらした第3の回折パターンの例を示す図である。
[図14] 回折パターンをずらすことで得られる投射像を示す図である。
[図15] 本発明の実施例に係る投射装置の構成を示す図である。
[図16] 投射画像を作成するプロセスを説明するための図である。
[図17] 図15の投射装置に使用される制御部(投射画像制御部)の内部の概略構成を示すブロック図である。
[図18] 図17に示した投射画像制御部における処理部の機能をブロックで示す機能ブロック図である。
[図19] 図18に示した処理部の動作を説明するタイムチャートである。
[図20] 図17の投射画像制御部のプログラムメモリに格納された投射画像制御プログラムに従って処理を実行する、処理部の動作を説明するフローチャートである。
[図21] 本発明の第2の実施例に係る投射装置に用いられる投射画像制御部の構成を示す機能ブロック図である。
[図22] 本発明の第3の実施例に係る投射装置に用いられる投射画像制御部の構成を示す機能ブロック図である。

発明を実施するための形態

[0031]
[関連技術]
 本発明の理解を容易にするために、最初に、関連技術について詳細に説明する。
[0032]
 位相変調型空間変調素子に照射するレーザ光の品質が悪い場合や、あるいはレーザ光の成形のための十分なスペースが確保できずに、品質が悪い場合と同等の品質になってしまう場合、投射像の形状の崩れや明度の不均一化といった画質の低下を招く。ここで、レーザ光の品質が悪い場合とは、具体的には、波面が崩れた場合及び光束の進行方向や面内強度が不均一な場合をいう。
[0033]
 また、レーザ光を光源に持つ投射装置特有の問題として、上述したスペックルの発生がある。スペックルが強い場合、意図しない局所的な明光により、計測器や眼球に悪影響を及ぼすことがあり、危険である。
[0034]
 図1は、品質が良好なレーザ光の強度分布特性の一例を示す図である。図2は、品質が良好でないレーザ光の強度分布特性の一例を示す図である。図1および図2は両方ともコリメータレンズ通過後のレーザ光の強度分布を図示化したものである。より具体的には、図1および図2は、同じ回折パターンを用いた際の投射像の違いを示したものである。
[0035]
 図1と図2とを比較すると、品質が良好でないレーザ光(図2)は、品質の良いレーザ光(図1)に比べ、強度分布がガウス分布に対して乖離があることが分かる。
[0036]
 図3は品質良好なレーザ光によって生成された投射像の一例を示す図である。図4は、品質良好でないレーザ光によって生成された投射像の一例を示す図である。図4の投影像は、図3の投影像に比べて、ドット形状の崩れと明度の不均一化が生じていることが分かる。
[0037]
 第1の関連技術ではこのような場合、レーザ光の品質を上げるために図1のような良品質な強度分布特性を有するレーザを使用していた。しかしながら、そのためには高価格なレーザダイオードを使用しなければならず、装置製造コストが増加するという課題があった。
[0038]
 図5は、第2の関連技術の投射装置500の概略構成を示す図である。図示の投射装置500は、レーザ光源501と、コリメータ502と、液晶回折光学素子503と、フーリエ変換レンズ504と、投射レンズ505とを備える。フーリエ変換レンズ504は、液晶回折光学素子503と投射レンズ505との間の光路506に設けられている。レーザ光源501は、大型の光線径を持つレーザである。コリメータ502も大型のコリメータである。
[0039]
 レーザ光源501はレーザ光を発する。コリメータ502はレーザ光を平行光に変換する。コリメータ502は、得たい回折効果を得るために、レーザ光を平行光に変換する機能を有する。コリメータ502は整形光学系の一種である。並行光は液晶回折光学素子503に入射される。液晶回折光学素子503は位相変調型空間変調素子から成る。液晶回折光学素子503は平行光を位相変調して、位相変調した光を送出する。フーリエ変換レンズ504は位相変調した光をフーリエ変換して、フーリエ変換した光を送出する。投射レンズ505はフーリエ変換した光を、図示しないスクリーンへ向けて、投射する。
[0040]
 上記ドット形状の崩れと明度の不均一化を防止するために、第2の関連技術では、図5のように大型の光線径を持つレーザ光源501と大型のコリメータ502との組み合わせを使用していた。しかしながら、そのためには、部品の大型化或いは対策部品追加によって装置サイズが増大するという課題があった。
[0041]
 図6は未対策状態のスペックルを説明するための図である。投射レンズ601から投射された投射光602は、上記スクリーンの投射面603で反射されて、観測点604に到達する。
[0042]
 このように、レーザの品質良し悪しに拘らず、スペックルの発生は、図6に示すようにスクリーンの投射面603で散乱した光が相互に干渉しあって生じるものである。
[0043]
 図7は、このようなスペックルの発生を抑制した、第3の関連技術の投射装置700の概略構成を示す図である。図示の投射装置700は、レーザ光源701と、コリメータ702と、液晶回折光学素子703と、フーリエ変換レンズ704と、投射レンズ705とを備える。フーリエ変換レンズ704は、液晶回折光学素子703と投射レンズ705との間の光路706に設けられている。投射装置700は、さらに振動拡散板707を備えている。図示の例では、振動拡散板707は、コリメータ702と液晶回折光学素子703との間に挿入して設けられている。
[0044]
 スペックルの発生を抑制するために、第3の関連技術に係る、レーザを光源701とする投射装置700では、振動拡散板707といった機械要素を用いて、微小時間で干渉点をずらすことで対策を行っていた。
[0045]
 図8は、振動拡散板を使用した場合のスペックルを説明するための図である。投射レンズ801から投射された投射光802は、スクリーンの投射面803で反射されて、観測点804に到達する。投射レンズ801の手前に設けた拡散振動板805を振動させて、微小時間で干渉点をずらしている。
[0046]
 或いは、投射面803自体を振動させることで対策を行っていた。しかしながら、このような対策では、装置製造コストの増加や、装置サイズの増大、また機械要素である振動拡散板707自体の故障が課題となる。
[0047]
 一方、上述したように、上記特許文献3では、画像光生成手段とは別に、位相変調手段を設けて、スペックルの発生を光学的に対策している。その結果、対策部品の追加によって、装置サイズが増大するという課題がある。
[0048]
 さらに、上述したように、上記特許文献4でも、光変調装置とは別に、回折光学素子および入射位置切り替え装置(駆動機構)を設けて、スペックルの発生を機械的に対策している。その結果、装置製造のコストが増大し、装置サイズが増大するという課題がある。また、入射位置切り替え装置(駆動機構)のような機械要素が故障するおそれもあるという課題がある。
[0049]
[実施の形態]
 以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本発明の技術的範囲は、それらの実施形態によって限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づき解釈されるべきものである。
[0050]
 位相変調型空間変調素子の小型化に伴い、それを搭載する投射装置の小型化、および省コスト化が要求される傾向にある。そこで本発明では、レーザ光学系に追加部品を用いずに、後述するようなソフトウェア的な対策によって上述した課題を解決することにした。
[0051]
 図9は本発明の一実施形態に係る投射装置100の概略構成を示す図である。図示の投射装置100は、レーザダイオードから成るレーザ光源101、コリメートレンズから成るコリメータ102、位相変調型空間変調素子から成る液晶回折光学素子103、フーリエ変換レンズ104、および投射レンズ105を有する。投射装置100は、このような構成の光学系をまとめた光学モジュールとしている。投射装置100は、制御部200を備える。制御部200はコントローラとも呼ばれる。
[0052]
 まず、図9の例に示す位相変調型空間変調素子を含む投射装置100について、基本的な動作を説明する。
[0053]
 この例では、レーザ光源101であるレーザダイオードから発せられたレーザ光をコリメータレンズ102により並行光とし、位相変調型空間変調素子103に照射している。コリメータレンズ102は、得たい回折効果を得るために、レーザ光を平行光に変換する機能を有する。前述したように、コリメータレンズ102は整形光学系の一種である。
[0054]
 位相変調型空間変調素子103には、位相変調型液晶が組み込まれている。この位相変調型液晶に平行光を位相変調するための回折パターン107を入力することで、位相変調型空間変調素子103はその回折パターン107に基づいた位相の変調を行う。それにより照射されたレーザ光が位相変調され、目的とする投射像108を生成することができる。生成された投射像108を任意の画角で投射するため、後段に投射レンズ105を設け、投射像108の拡大あるいは縮小を行う。
[0055]
 図10は、本実施形態に係る投射装置100の動作を説明するための図である。
[0056]
 通常の投射装置の使用例では、1つの投射像108につき1つの回折パターン107を液晶回折光学素子103に入力している。これに対して、本実施形態の投射装置100では、制御部(コントローラ)200から1つの投影像108につき1/3ずつずらした第1乃至第3の回折パターン107-1、107-2、および107-3を連続して入力する。各投影像108の更新周期を(1/60)秒とした場合、各回折パターン107-1~107-3の更新周期(シフト周期)は(1/180)秒となる。
[0057]
 ここで、本実施形態における液晶回折光学素子103に供給される「回折パターン」107は、上記特許文献4に記載の回折光学素子に形成される「回折素子パターン」とは異なることに注意されたい。すなわち、前述したように、特許文献4において、回折光学素子に形成される「回折素子パターン」は、投射されるべき画像光とは無関係な(画像光に依存しない)、固定の微細な凹凸構造である。これに対して、本実施形態における液晶回折光学素子103に供給される「回折パターン」107は、画像を投射するのに必要な投射画像に対応するパターンである。
[0058]
 図11は、ずらし無しの第1の回折パターン107-1の例を示す図である。
[0059]
 図12は、回折パターン幅1/3ずらした第2の回折パターン107-2の例を示す図である。第2の回折パターン107-2は、第1の回折パターン107-1に対して回折パターン幅1/3だけずらして得られるパターンである。図12に示されるように、はみ出し分は折り返されている。
[0060]
 図13は、回折パターン幅2/3ずらした第3の回折パターン107-3の例を示す図である。第3の回折パターン107-3は、第1の回折パターン107-1に対して回折パターン幅2/3だけずらして得られるパターンである。図13に示されるように、はみ出し分は折り返されている。
[0061]
 図10に戻って、液晶回折光学素子103に上述したように回折パターン107をずらして入力すると、投射レンズ105から投射された投射光113は、スクリーンの投射面114で反射されて観測点115に到達する。観測点115では、回折パターン107のずらしによって、干渉点が微小移動する。
[0062]
 図14は、このようして回折パターンをずらす(シフトする)ことで得られる投射像108を示している。
[0063]
 図14において、左上の第1の分割投射像108-1は、ずらし無しの第1の回折パターン107-1により作られた投射像を示す。真ん中上の第2の分割投射像108-2は、回折パターン幅1/3ずらした第2の回折パターン107-2により作られた投影像を示す。右上の第3の分割投影像108-3は、回折パターン幅2/3ずらした第3の回折パターン107-3により作られた投影像を示す。
[0064]
 これら第1乃至第3の分割投射像108-1~108-3を積算することで、積算された投影像108が作られる。すなわち、積算された投影像108は、第1乃至第3の分割投射像108-1~108-3を微小時間で切り替えることによって、積算して見えることになる。その結果、スペックルを軽減することが可能となる。
[0065]
 尚、この例では回折パターン107の更新周期(シフト周期)を(1/180)秒としたが、回折パターン1周分の周期は、人間が感じ取れる周期(約(1/25)秒)よりも短いことが好ましい。その理由は、これよりも遅い場合、投射像108が積算されずに変化しているだけと捉えられ、画質改善の効果は得られないからである。
[0066]
 また、今回の本例では回折パターン107のずらし量をパターンサイズ(回折パターン幅)の(1/3)としたが、回折パターン107のずらし方は一定方向や等間隔である必要はない。その理由は、理論上更新周期(シフト周期)は短いほど画質改善の効果は高いが、位相変調型空間変調素子103の反応速度が間に合わない周期としてしまうと投射像が作成できずに画質の悪化を招くからである。そのため、更新周期(シフト周期)とずらし量については、位相変調型空間変調素子103の反応特性やレーザ光源101の強度分布特性を鑑みて決定することが好ましい。
[0067]
 本実施形態によれば、下記の5つの効果を得ることができる。
[0068]
 第1の効果は、良好でない強度分布特性によるレーザ光を原因とした投射像の形状の崩れを緩和することができ、良好な画質を得ることができることである。
[0069]
 第2の効果は、良好でない強度分布特性によるレーザ光を原因とした投射像の強度不均一化を緩和することができ、良好な画質を得ることができることである。
[0070]
 第3の効果は、レーザ光源101を用いた投射装置におけるスペックルを軽減することができることである。
[0071]
 第4の効果は、第1乃至第3の効果により、レーザダイオード101の品質起因の投射像の形状の崩れ、強度不均一化、スペックル対策が不要となることから、レーザダイオード101自体を安価なものにできるため、投射装置100の低コスト化が実現できることである。
[0072]
 第5の効果は、第1乃至第3の効果により、レーザダイオード101の品質起因の投射像の形状の崩れ、強度不均一化、スペックル対策が不要となることから、投射装置100を小型化することができることである。
実施例 1
[0073]
 図15を参照して、本発明の第1の実施例に係る投射装置300について説明する。図示の投射装置300は、上記特許文献1に開示された投射装置と同じハードウェア構成を有する。但し、後述するように、本実施例に係る投射装置300は、制御部における動作が、特許文献1のものとは異なる。
[0074]
 投射装置300は、レーザ光源310、位相変調型空間変調素子320、フーリエ変換レンズ330、偏光保存素子340、モニタ素子350、結像光学系360、投射光学系370、整形光学系380、および制御部400を備える。
[0075]
 レーザ光源310はレーザ光を発する。位相変調型空間変調素子320は、後述する供給投射画像に基づいて、後述する平行光を位相変調し、位相変調した光を送出する。フーリエ変換レンズ330は、位相変調した光をフーリエ変換し、フーリエ変換した光を送出する。偏光保存素子340は、フーリエ変換した光の光路内に置かれ、光の一部を反射光として反射する。モニタ素子350は、反射光の強度をモニタし、モニタした信号を出力する。
[0076]
 制御部400は、モニタした信号の強度に基づいてレーザ光源310および位相変調型空間変調素子320のいずれか一方を制御する。結像光学系360は、偏光保存素子340を透過した光を結像し、結像した光を送出する。投射光学系370は、結像した光を図示しないスクリーンへ向けて投射する。整形光学系380は、レーザ光源310の光出力口の前方に配置され、レーザ光源310から出射されたレーザ光を整形し、整形した光を送出する。この整形した光は、位相変調型空間変調素子320に入射される。図示の例では、整形した光は上記平行光である。すなわち、整形光学系380は、レーザ光を並行光に変換するコリメータとしての役割だけでなく、レーザ光を整形するという役割をも果たす。
[0077]
 図16を参照して、投射画像を作成するプロセスについて説明する。本実施例では、前提として、投射画像作成装置(図示せず)が、以下に述べるようなプロセスで事前に投射画像を作成する。投射画像は、上記回折パターンに対応する。
[0078]
 図16(A)は、元画像の一例を示す平面図である。この例では、元画像がAの画像である場合を示している。図示の元画像は、(512×512)画素から成る。
[0079]
 投射画像作成装置は、この元画像を、上述した反復フーリエ変換法を使用して、図16(B)に示すような位相画像に変換する。この位相画像も、(512×512)画素から成る、単体の画像である。
[0080]
 次に、投射画像作成装置は、位相画像をタイリングして投射画像を得る。ここで、タイリングとは、作成した位相画像を並べて配置することをいう。投射画像は、(720×1280)画素から成る。この投射画像は、回折パターンとして、回折光学素子である位相変調型空間変調素子320に供給される画像である。
[0081]
 この投射画像は、元画像毎に作成される。すなわち、投射画像作成装置は、元画像群に対応して(一対一に)投射画像群を作成する。投射画像群は、制御部400の記憶部に格納される。
[0082]
 特許文献1に開示された投射装置では、制御部は、投射光の強度が基準値を超えないように、レーザ光源310および位相変調型空間変調素子320の少なくともいずれか一方を制御しているだけである。
[0083]
 これに対して、本第1の実施例における制御部400は、投射光の強度だけでなく、位相変調型空間変調素子320に供給される供給投射画像(回折パターン)をも、後述するように制御する。投射光の強度の制御は、特許文献1と同じであるので、以下では、特許文献1と異なる点について詳細に説明する。したがって、制御部400を投射画像制御部とも呼ぶことにする。
[0084]
 図17は、投射画像制御部400の内部の概略構成を示すブロック図である。投射画像制御部400は、処理部410と、投射画像記憶部420と、投射画像生成部430と、プログラムメモリ440とを備える。
[0085]
 処理部410は、例えば、CPU(central processing unit)等から成る。処理部410は、投射画像制御部400全体の処理を制御する。投射画像記憶部420は、HDD(hard disk drive)やSSD(solid state drive)等から成る。投射画像記憶部420は、前述のように作成した投射画像群を記憶する。投射画像生成部430は、処理部410から送られてきた投射画像(回折パターン)を、供給投射画像として位相変調型空間変調素子320へ生成する。プログラムメモリ440は、例えば、ROM(read only memory)やRAM(random access memory)等から成る。プログラムメモリ440は、処理部410で実行される投射画像制御プログラム(後述する)を記憶している。
[0086]
 図18は、投射画像制御部400における処理部400の機能をブロックで示す機能ブロック図である。尚、図18では、プログラムメモリ440の図示を省略している。
[0087]
 投射画像記憶部420は、投射画像群422を記憶している。処理部410は、画像取得回路部412と、シフト回路部414とを備える。画像取得回路部412は、投射画像記憶部420に記憶してある投射画像群422から1つの投射画像を取得する。シフト回路部414は、この取得した投射画像を後述するようにシフトして、シフトした投射画像を投射画像生成部430へ送出する。
[0088]
 次に、図19を参照して、図18に示した処理部410の動作について説明する。ここでは、元画像群として、Aの元画像、Bの元画像、およびCの元画像の3つの元画像がある場合について説明する。また、投射画像の更新周期Trが(1/60)秒であるとする。
[0089]
 図19(A)、(B)、および(C)の左側は、それぞれ、Aの元画像、Bの元画像、およびCの元画像を示している。前述したように、投射画像作成装置は、Aの元画像、Bの元画像、およびCの元画像から、反復フーリエ変換法を使用して、それぞれ、Aの投射画像、Bの投射画像、およびCの投射画像を作成する。
[0090]
 投射画像記憶部420は、これらAの投射画像、Bの投射画像、およびCの投射画像を、投射画像群422として記憶する。図19では、Aの投射画像、Bの投射画像、およびCの投射画像を、それぞれ、Aの基本パターン、Bの基本パターン、Cの基本パターンとして示している。
[0091]
 先ず、画像取得回路部412は、時刻t に、投射画像記憶部420に記憶された投射画像群422からAの投射画像(Aの基本パターン)を取得する。画像取得回路部412は、更新周期Trの間、このAの基本パターンを保持する。シフト回路部414は、この取得したAの基本パターンをそのまま回折パターンとして投射画像生成部430へ送出する。
[0092]
 その後、Aの基本パターンを取得した時刻t から上記更新周期Trの(1/3)の時間(Tr/3)だけ経過した時刻t に、シフト回路部414は、Aの基本パターンを1/3ずらし、そのずらしたパターンを回折パターンとして投射画像生成部430へ送出する。以下、更新周期Trの(1/3)の時間(Tr/3)をシフト周期Tsと呼ぶことにする。すなわち、Ts=Tr/3である。図示の例では、シフト周期Tsは、(1/180)秒に等しい。したがって、シフト回路部414は、時刻t からシフト周期Tcだけ経過した時刻t に、Aの基本パターンを1/3ずらしたパターンを回折パターンとして投射画像生成部430へ送出する。
[0093]
 引き続いて、同様に、シフト回路部414は、時刻t から2Tcだけ経過した時刻t に、Aの基本パターンを2/3ずらしたパターンを回折パターンとして投射画像生成部430へ送出する。
[0094]
 次に、画像取得回路部412は、時刻t から更新周期Trだけ経過した時刻t に、投射画像記憶部420に記憶された投射画像群422からBの投射画像(Bの基本パターン)を取得する。画像取得回路部412は、更新周期Trの間、このBの基本パターンを保持する。シフト回路部414は、この取得したBの基本パターンをそのまま回折パターンとして投射画像生成部430へ送出する。
[0095]
 その後、シフト回路部414は、時刻t からシフト周期Tcだけ経過した時刻t に、Bの基本パターンを1/3ずらしたパターンを回折パターンとして投射画像生成部430へ送出する。引き続いて、シフト回路部414は、時刻t から2Tcだけ経過した時刻t に、Bの基本パターンを2/3ずらしたパターンを回折パターンとして投射画像生成部430へ送出する。
[0096]
 以下同様に、画像取得回路部412は、時刻t にから更新周期Trだけ経過した時刻t に、投射画像記憶部420の投射画像群422からCの投射画像(Cの基本パターン)を取得する。画像取得回路部412は、更新周期Trの間、このCの基本パターンを保持する。シフト回路部414は、この取得したCの基本パターンをそのまま回折パターンとして投射画像生成部430へ送出する。
[0097]
 その後、シフト回路部414は、時刻t からシフト周期Tcだけ経過した時刻t に、Cの基本パターンを1/3ずらしたパターンを回折パターンとして投射画像生成部430へ送出する。引き続いて、シフト回路部414は、時刻t から2Tcだけ経過した時刻t に、Cの基本パターンを2/3ずらしたパターンを回折パターンとして投射画像生成部430へ送出する。
[0098]
 このように、本第1の実施例では、1つの投射画像(例えば、Aの投射画像)を投射する際に、3つの回折パターン(本例では、Aの基本パターン、Aの基本パターンを1/3ずらしたパターン、およびAの基本パターンを2/3ずらしたパターン)の組み合わせを短時間(シフト周期Ts)で切り替えて、位相変調型空間変調素子320へ供給投射画像として供給している。その結果、第1の実施例では、機械的或いは光学的な対策を用いることなく、目視した際の残像効果によって投射像の画質を向上させることができ、スペックルを軽減することができる。
[0099]
 なお、本第1の実施例では、回折パターンのシフト周期Tsを(1/180)秒としたが、シフト周期Tsは、人間が感じ取れる周期(約(1/25)秒)より短ければよい。また、本第1の実施例では、回折パターンのずらし量(シフト量)をパターンサイズの(1/3)としたが、これに限定されない。回折パターンのずらし方法は、一方向や等間隔でなく、ランダムであってもよい。
[0100]
 次に、図20を参照して、図17の投射画像制御部400のプログラムメモリ440に格納された投射画像制御プログラムに従って処理を実行する、処理部410の動作について詳細に説明する。
[0101]
 まず、処理部410は、1画像(投射画像)あたりの表示時間Tを設定する(ステップS101)。この表示時間Tは、上記更新周期Trに等しい。上記の例では、表示時間Tは、(1/60)秒に等しい。
[0102]
 次に、処理部410は、1画像(投射画像)あたりのずらし回数Nを設定する(ステップS102)。上記の例では、ずらし回数Nは2に等しい。
[0103]
 引き続いて、処理部410は、画像(投射画像)のずらし方法を設定する(ステップS103)。具体的には、画像のずらし方法としては、「等間隔ずらし」又は「ランダムずらし」を設定する。上記の例では、画像のずらし方法は「等間隔ずらし」である。
[0104]
 次に、処理部410は、投射画像記憶部420から作成済みの1つの投射画像を呼び出す(ステップS104)。
[0105]
 次に、処理部410は、その呼び出した投射画像をそのまま、投射画像生成部430を介して位相変調型空間変調素子320へ回折パターンとして出力する(ステップS105)。
[0106]
 処理部410は、初期処理として、ずらし投射回数nを1に設定する(ステップS106)。
[0107]
 処理部410は、nがずらし回数N以下であるか否かを判断する(ステップS107)。
[0108]
 nがN以下の場合、処理部410は、画像のずらし方法が、「等間隔ずらし」であるか「ランダムずらし」であるかを判断する(ステップS108)。
[0109]
 画像のずらし方法が「等間隔ずらし」であった場合、処理部410は、投射画像に対し座標シフト計算を行ったずらしパターンnを作成する(ステップS109)。ここで、ずらし量={画像の幅/(N+1)}×nである。
[0110]
 処理部410は、ずらしパターンnを、投射画像生成部430を介して位相変調型空間変調素子320へ回折パターンとして出力する(ステップS111)。そして、処理部410は、ずらし投射回数nを1だけインクリメントし(ステップS112)、ステップS107へ戻る。
[0111]
 ステップS108において、画像のずらし方法が「ランダムずらし」であった場合、処理部410は、投射画像に対し座標シフト計算を行ったずらしパターンnを作成する(ステップS110)。ここで、ずらし量=画像の幅×(0~1.0の乱数)である。その後、処理部410は、ずらしパターンnを、投射画像生成部430を介して位相変調型空間変調素子320へ回折パターンとして出力する(ステップS111)。
[0112]
 ステップS107において、nがNより大きいと判断した場合、処理部410は、次の投射画像があるか否かを判断する(ステップS113)。次の投射画像がある場合、処理部410は、ステップS104に戻って処理を続行する。一方、次の投射画像がないと判断した場合、処理部410は処理を終了する。
[0113]
 上記第1の実施例では、1つの投射画像に対する複数の回折パターンの組み合わせとして、回折パターンをシフトさせたものの組み合わせを使用している。しかながら、本発明は、1つの投射画像に対する複数の回折パターンの組み合わせはこれに限定されない。例えば、本発明は、1つの投射画像に対する複数の回折パターンの組み合わせとして、同じ1つの投射画像を出力可能な二種類以上の回折パターンの組み合わせを使用してもよい。
実施例 2
[0114]
 図21を参照して、本発明の第2の実施例に係る投射装置300に用いられる投射画像制御部400Aについて説明する。図示の投射画像制御部400Aは、処理部410Aと、投射画像記憶部420Aと、投射画像生成部430とを備える。プログラムメモリの図示を省略している。
[0115]
 前述したように、上記第1の実施例では、投射画像群として、1つの投射画像群422のみを使用している。そして、上記第1の実施例では、1つの投射画像群422として、元画像群を、反復フーリエ変換法を用いて変換して得られる投射画像群を使用している。
[0116]
 これに対して、本第2の実施例では、投射画像群として、2つの投射画像群、すなわち、第1の投射画像群422と第2の投射画像群424とを使用する。第2の実施例では、第1の投射画像群422として、上記第1の実施例と同様に、元画像群を、反復フーリエ変換法を用いて変換して得られる投射画像群を使用する。そして、第2の実施例では、第2の投射画像群424として、元画像群を、上記ダイレクトバイナリサーチ(DBS)法を用いて変換して得られる投射画像群を使用する。
[0117]
 投射画像記憶部420Aは、第1の投射画像群422と第2の投射画像群424とを記憶する。この際、同じ元画像にはそれを変換して得られる第1の投射画像と第2の投射画像とが対応するように、互いに紐付けた状態で、第1の投射画像群422と第2の投射画像群424とが投射画像記憶部420Aに記憶されている。
[0118]
 処理部410Aは、選択的画像取得回路部412Aから成る。本第2の実施例では、上記更新周期Trを前半と後半とに分けて使用する。すなわち、選択的画像取得回路部412Aは、更新周期Trの前半では、第1の投射画像群422から1つの第1の投射画像を選択して取得し、その第1の選択・取得した投射画像(第1の回折パターン)を、投射画像生成部430へ送出する。そして、選択的画像取得回路部412Aは、更新周期Trの後半では、第2の投射画像群424から、上記第1の選択・取得した投射画像と対応する、1つの第2の投射画像を選択して取得し、その第2の選択・取得した投射画像(第2の回折パターン)を、投射画像生成部430へ送出する。
[0119]
 このように、本第2の実施例では、1つの投射画像を投射する際に、異なる画像形成技術で作成された二種類の回折パターンの組み合わせを更新周期内で切り替えて、位相変調型空間変調素子320へ供給投射画像として供給している。その結果、第2の実施例でも、機械的或いは光学的な対策を用いることなく、目視した際の残像効果によって投射像の画質を向上させることができ、スペックルを軽減することができる。
実施例 3
[0120]
 図22を参照して、本発明の第3の実施例に係る投射装置300に用いられる投射画像制御部400Bについて説明する。図示の投射画像制御部400Bは、処理部の構成が、後述するように、第2の実施例のそれと相違する点を除いて、図21に示した投射画像制御部400Aと同様の構成を有し、動作をする。したがって、処理部に410Bの参照符号を付してある。
[0121]
 第3の実施例でも、投射画像記憶部420Aは、第1の投射画像群422と第2の投射画像群424とを記憶している。
[0122]
 一方、処理部410Bは、第1の画像取得回路部412-1と、第2の画像取得回路部412-2と、選択回路部414Aとから成る。
[0123]
 第1の画像取得回路部412-1は、更新周期Trに同期して、第1の投射画像群422から1つの第1の投射画像を第1の取得した投射画像として取得する。同様に、第2の画像取得回路部412-2は、更新周期Trに同期して、第2の投射画像群424から1つの第2の投射画像を第2の取得した投射画像として取得する。選択回路部414Aは、更新周期Trの前半では、第1の画像取得回路部412-1で取得された第1の取得した投射画像を選択して、第1の選択した投射画像(第1の回折パターン)を投射画像生成部430へ送出する。一方、選択回路部414Aは、更新周期Trの後半では、第2の画像取得回路部412-2で取得された第2の取得した投射画像を選択して、第2の選択した投射画像(第2の回折パターン)を投射画像生成部430へ送出する。
[0124]
 したがって、第3の実施例において、処理部410Bから投射画像生成部430へ送出される回折パターンの組み合わせは、上記第2の実施例における処理部410Aから投射画像生成部430へ送出される回折パターンの組み合わせと同じである。
[0125]
 このように、本第3の実施例でも、1つの投射画像を投射する際に、異なる画像形成技術で作成された二種類の回折パターンの組み合わせを更新周期内で切り替えて、位相変調型空間変調素子320へ供給投射画像として供給している。その結果、第3の実施例でも、機械的或いは光学的な対策を用いることなく、目視した際の残像効果によって投射像の画質を向上させることができ、スペックルを軽減することができる。
[0126]
 上記第2および第3の実施例では、画像形成技術として二種類の方法(すなわち、反復フーリエ変換法とダイレクトバイナリサーチ(DBS)法)を使用して得られた二種類の投射画像を使用した例を説明した。しかしながら、本発明は、画像形成技術としてこの二種類の画像形成方法には限定されない。すなわち、本発明は、画像形成技術として、一般に、M(Mは2以上の整数)種類の画像形成方法を使用して得られたM種類の投射画像を使用するものにも適用可能である。
[0127]
 その場合、第2および第3の実施例では、投射画像記憶部420Aを、第1乃至第Mの投射画像群を記憶するものに拡張(変更)すればよい。そして、第3の実施例では、処理部410Bを、第1乃至第Mの画像取得回路部412-1~412-Mと、選択回路部414Aとから成るものに変更すればよい。
[0128]
 尚、上記第1乃至第3の実施例において、投射画像制御部400、400A、400Bの各部は、情報処理装置等のハードウェアとソフトウェアとの組み合わせを用いて実現可能である。ハードウェアとソフトウェアとを組み合わせた形態では、プログラムメモリ440に投射画像制御プログラムが格納され、該投射画像制御プログラムに基づいて処理部(CPU)410、410A、410B等のハードウェアを動作させることによって、各部を各種手段として実現する。また、該投射画像制御プログラムは、記録媒体に記録されて頒布されても良い。当該記録媒体に記録された投射画像制御プログラムは、有線、無線、又は記録媒体そのものを介して、メモリに読込まれ、処理部等を動作させる。尚、記録媒体を例示すれば、オプティカルディスクや磁気ディスク、半導体メモリ装置、ハードディスクなどが挙げられる。
[0129]
 上記第1の実施例を別の表現で説明すれば、投射画像制御部400として動作させるコンピュータを、プログラムメモリ440に格納された投射画像制御プログラムに基づき、画像取得回路部412およびシフト回路部414として動作させることで実現することが可能である。
[0130]
 上記第2の実施例を別の表現で説明すれば、投射画像制御部400Aとして動作させるコンピュータを、プログラムメモリ440に格納された投射画像制御プログラムに基づき、選択的画像取得回路部412Aとして動作させることで実現することが可能である。
[0131]
 上記第3の実施例を別の表現で説明すれば、投射画像制御部400Bとして動作させるコンピュータを、プログラムメモリ440に格納された投射画像制御プログラムに基づき、第1の画像取得回路部412-1、第2の画像取得回路部412-2、および選択回路部414Aとして動作させることで実現することが可能である。
[0132]
 以上、本発明の実施の形態および実施例を、図面を参照しつつ説明してきたが、当業者であれば、他の類似する実施形態および実施例を使用することができること、また、本発明から逸脱することなく適宜形態の変更又は追加を行うことができることに留意すべきである。
[0133]
 例えば、上記実施例では、投射装置300は、ハードウェア構成として、レーザ光源310、整形光学系380、位相変調型空間変調素子320、フーリエ変換レンズ330、結像光学系360、および投射光学系370を備えているが、本発明はこのようなハードウェア構成に限定されない。例えば、投射装置は、上記ハードウェア構成から、フーリエ変換レンズ330、結像光学系360、および投射光学系370を省いても構わない。換言すれば、本発明が適用される投射装置は、ハードウェア構成として、レーザ光源310と、整形光学系380のようなレーザ光を平行光に変換する変換手段と、位相変調型空間変調素子320と、を少なくとも備えていればよい。ここで、変換手段としては、少なくとも、レーザ光を平行光に変換する機能を備える部材であればよく、例えば、上記コリメータ(コリメータレンズ)であってもよい。
[0134]
 但し、このような構成では、投射の画角が狭くなったり、投射像を得るためには一定の距離が必要であるというデメリットがある。しかしながら、そのようなデメリットは本発明において本質的な事項ではない。尚、投射像が得られる距離は、この技術分野において、フラウンホーファー領域と呼ばれている。
[0135]
 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。
[0136]
(付記1)
 レーザ光を発するレーザ光源と、
 前記レーザ光を平行光に変換する変換手段と、
 前記平行光を供給投射画像に基づいて位相変調して、位相変調した光を送出する位相変調型空間変調素子と、
 前記供給投射画像を制御する制御部と、
を少なくとも備える投射装置であって、
  前記制御部は、
 少なくとも1つの投射画像群を記憶する投射画像記憶部と、
 該投射画像記憶部から更新周期に同期して取得した1つの投影画像に対して、前記更新周期内で複数の回折パターンの組み合わせを生成する処理部と、
 前記複数の回折パターンの組み合わせを、前記供給投射画像として前記位相変調型空間変調素子へ供給する投射画像生成部と、
を有する投射装置。
[0137]
(付記2)
 前記投射画像記憶部は、前記1つの投射画像群を記憶し、
  処理部は、
 前記1つの投射画像群から前記更新周期に同期して前記1つの投射画像を取得して、取得した投射画像を出力する画像取得回路部と、
 該取得した投射画像を前記更新周期より短いシフト周期でシフトして、前記更新周期内で複数のシフトした回折パターンの組み合わせを生成するシフト回路部と、
から成り、
 前記投射画像生成部は、前記複数のシフトした回折パターンの組み合わせを、前記供給投射画像として前記位相変調型空間変調素子へ供給する、
付記1に記載の投射装置。
[0138]
(付記3)
 前記投射画像記憶部は、元画像群に対して異なる種類の画像形成技術により生成された、第1乃至第M(Mは2以上の整数)の投射画像群を記憶し、
 前記処理部は、前記更新周期内で、前記第1乃至第Mの投射画像群からそれぞれそれ1つの第1乃至第Mの投射画像を選択的に取得して、第1乃至第Mの選択・取得した投射画像の組み合わせを生成する選択的画像取得回路部から成り、
 前記投射画像生成部は、前記第1乃至第Mの選択・取得した投射画像の組み合わせを、前記供給投射画像として前記位相変調型空間変調素子へ供給する、
付記1に記載の投射装置。
[0139]
(付記4)
 前記投射画像記憶部は、元画像群に対して異なる種類の画像形成技術を使用して生成された、第1乃至第M(Mは2以上の整数)の投射画像群を記憶し、
  前記処理部は、
 前記第1乃至第Mの投射画像群から前記更新周期に同期してそれぞれ1つの第1乃至第Mの投射画像を取得して、第1乃至第Mの取得した投射画像を出力する第1乃至第Mの画像取得回路部と、
 前記第1乃至第Mの取得した投影画像を、前記更新周期内で順次選択して、第1乃至第Mの選択した投射画像の組み合わせを生成する選択回路部と、
から成り、
 前記投射画像生成部は、前記第1乃至第Mの選択した投射画像の組み合わせを、前記供給投射画像として前記位相変調型空間変調素子へ供給する、
付記1に記載の投射装置。
[0140]
(付記5)
 レーザ光を発するレーザ光源と、前記レーザ光を平行光に変換する変換手段と、前記平行光を供給投射画像に基づいて位相変調して、位相変調した光を送出する位相変調型空間変調素子と、を少なくとも備える投射装置において、前記供給投射画像を制御する投射画像制御方法であって、
 投射画像記憶部に予め少なくとも1つの投射画像群を記憶しておく記憶工程と、
 該投射画像記憶部から更新周期に同期して取得した1つの投影画像に対して、前記更新周期内で複数の回折パターンの組み合わせを生成する処理工程と、
 前記複数の回折パターンの組み合わせを、前記供給投射画像として前記位相変調型空間変調素子へ供給する投射画像生成工程と、
を含む投射画像制御方法。
[0141]
(付記6)
 前記記憶工程は、前記投射画像記憶部に、前記1つの投射画像群を記憶し、
  前記処理工程は、
 前記1つの投射画像群から前記更新周期に同期して前記1つの投射画像を取得して、取得した投射画像を出力する画像取得工程と、
 該取得した投射画像を前記更新周期より短いシフト周期でシフトして、前記更新周期内で複数のシフトした回折パターンの組み合わせを生成するシフト工程と、
を含み、
 前記投射画像生成工程は、前記複数のシフトした回折パターンの組み合わせを、前記供給投射画像として前記位相変調型空間変調素子へ供給する、
付記5に記載の投射画像制御方法。
[0142]
(付記7)
 前記記憶工程は、前記投射画像記憶部に、元画像群に対して異なる種類の画像形成技術により生成された、第1乃至第M(Mは2以上の整数)の投射画像群を記憶し、
 前記処理工程は、前記更新周期内で、前記第1乃至第Mの投射画像群からそれぞれそれ1つの第1乃至第Mの投射画像を選択的に取得して、第1乃至第Mの選択・取得した投射画像の組み合わせを生成する選択的画像取得工程から成り、
 前記投射画像生成工程は、前記第1乃至第Mの選択・取得した投射画像の組み合わせを、前記供給投射画像として前記位相変調型空間変調素子へ供給する、
付記5に記載の投射画像制御方法。
[0143]
(付記8)
 前記記憶工程は、前記投射画像記憶部に、元画像群に対して異なる種類の画像形成技術を使用して生成された、第1乃至第M(Mは2以上の整数)の投射画像群を記憶し、
  前記処理工程は、
 前記第1乃至第Mの投射画像群から前記更新周期に同期してそれぞれ1つの第1乃至第Mの投射画像を取得して、第1乃至第Mの取得した投射画像を出力する第1乃至第Mの画像取得工程と、
 前記第1乃至第Mの取得した投影画像を、前記更新周期内で順次選択して、第1乃至第Nの選択した投射画像の組み合わせを生成する選択工程と、
を含み、
 前記投射画像生成工程は、前記第1乃至第Mの選択した投射画像の組み合わせを、前記供給投射画像として前記位相変調型空間変調素子へ供給する、
付記5に記載の投射画像制御方法。
[0144]
(付記9)
 レーザ光を発するレーザ光源と、前記レーザ光を平行光に変換する変換手段と、前記平行光を供給投射画像に基づいて位相変調して、位相変調した光を送出する位相変調型空間変調素子と、を少なくとも備える投射装置のコントローラに、前記供給投射画像を制御させる投射画像制御プログラムが記録された記録媒体であって、
 前記コントローラは、少なくとも1つの投射画像群を記憶する投射画像記憶部と、前記供給投射画像を前記位相変調型空間変調素子へ供給する投射画像生成部と、を備え、前記投射画像制御プログラムは、
 前記投射画像記憶部から更新周期に同期して取得した1つの投影画像に対して、前記更新周期内で複数の回折パターンの組み合わせを生成して、前記投射画像生成部に前記複数の回折パターンの組み合わせを前記供給投射画像として生成させる処理手順を、
前記コントローラに実行させる投射画像制御プログラムが記録された記録媒体。
[0145]
(付記10)
 前記投射画像記憶部は、前記1つの投射画像群を記憶しており、
  前記処理手順は、
 前記1つの投射画像群から前記更新周期に同期して前記1つの投射画像を取得して、取得した投射画像を出力する画像取得手順と、
 該取得した投射画像を前記更新周期より短いシフト周期でシフトして、前記更新周期内で複数のシフトした回折パターンの組み合わせを生成して、前記投射画像生成部に前記複数のシフトした回折パターンの組み合わせを前記供給投射画像として生成させるシフト手順と、
から成る、付記9に記載の投射画像制御プログラムが記録された記録媒体。
[0146]
(付記11)
 前記投射画像記憶部は、元画像群に対して異なる種類の画像形成技術により生成された、第1乃至第M(Mは2以上の整数)の投射画像群を記憶しており、
 前記処理手順は、前記コントローラに、前記更新周期内で、前記第1乃至第Mの投射画像群からそれぞれそれ1つの第1乃至第Mの投射画像を選択的に取得して、第1乃至第Mの選択・取得した投射画像の組み合わせを生成して、前記投射画像生成部に前記第1乃至第Mの選択・取得した投射画像の組み合わせを前記供給投射画像として生成させる選択的画像取得手順
から成る付記9に記載の投射画像制御プログラムが記録された記録媒体。
[0147]
(付記12)
 前記投射画像記憶部は、元画像群に対して異なる種類の画像形成技術を使用して生成された、第1乃至第M(Mは2以上の整数)の投射画像群を記憶しており、
  前記処理手順は、
 前記第1乃至第Mの投射画像群から前記更新周期に同期してそれぞれ1つの第1乃至第Mの投射画像を取得して、第1乃至第Mの取得した投射画像を出力する第1乃至第Mの画像取得手順と、
 前記第1乃至第Mの取得した投影画像を、前記更新周期内で順次選択して、第1乃至第Mの選択した投射画像の組み合わせを生成して、前記投射画像生成部に前記第1乃至第Mの選択した投射画像の組み合わせを前記供給投射画像として生成させる選択手順と、
から成る付記9に記載の投射画像制御プログラムが記録された記録媒体。
[0148]
 この出願は、2017年3月31日に出願された日本出願特願2017-69541号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。

符号の説明

[0149]
 100:投射装置
 101:レーザ光源
 102:コリメータ
 103:液晶回折光学素子(位相変調型空間変調素子)
 104:フーリエ変換レンズ
 105:投射レンズ
 106:光路
 107:回折パターン
 107-1:第1の回折パターン
 107-2:第2の回折パターン
 107-3:第3の回折パターン
 108:投射像
 108-1:第1の分割投射像
 108-2:第2の分割投射像
 108-3:第3の分割投射像
 113:投射光
 114:投射面
 115:観測点
 200:制御部(コントローラ)
 300:投射装置
 310:レーザ光源
 320:位相変調型空間変調素子
 330:フーリエ変換レンズ
 340:偏光保存素子
 350:モニタ素子
 360:結像光学系
 370:投射光学系
 380:整形光学系
 400、400A、400B:制御部(投射画像制御部;コントローラ)
 410、410A、410B:処理部
 412:画像取得回路部
 412A:選択的画像取得回路部
 412-1:第1の画像取得回路部
 412-2:第2の画像取得回路部
 414:シフト回路部
 414A:選択回路部
 420、420A:投射画像記憶部
 422:投射画像群(第1の投射画像群)
 424:第2の投射画像群
 430:投射画像生成部
 440:プログラムメモリ

請求の範囲

[請求項1]
 レーザ光を発するレーザ光源と、
 前記レーザ光を平行光に変換する変換手段と、
 前記平行光を供給投射画像に基づいて位相変調して、位相変調した光を送出する位相変調型空間変調素子と、
 前記供給投射画像を制御する制御部と、
を少なくとも備える投射装置であって、
  前記制御部は、
 少なくとも1つの投射画像群を記憶する投射画像記憶部と、
 該投射画像記憶部から更新周期に同期して取得した1つの投影画像に対して、前記更新周期内で複数の回折パターンの組み合わせを生成する処理部と、
 前記複数の回折パターンの組み合わせを、前記供給投射画像として前記位相変調型空間変調素子へ供給する投射画像生成部と、
を有する投射装置。
[請求項2]
 前記投射画像記憶部は、前記1つの投射画像群を記憶し、
  処理部は、
 前記1つの投射画像群から前記更新周期に同期して前記1つの投射画像を取得して、取得した投射画像を出力する画像取得回路部と、
 該取得した投射画像を前記更新周期より短いシフト周期でシフトして、前記更新周期内で複数のシフトした回折パターンの組み合わせを生成するシフト回路部と、
から成り、
 前記投射画像生成部は、前記複数のシフトした回折パターンの組み合わせを、前記供給投射画像として前記位相変調型空間変調素子へ供給する、
請求項1に記載の投射装置。
[請求項3]
 前記投射画像記憶部は、元画像群に対して異なる種類の画像形成技術により生成された、第1乃至第M(Mは2以上の整数)の投射画像群を記憶し、
 前記処理部は、前記更新周期内で、前記第1乃至第Mの投射画像群からそれぞれそれ1つの第1乃至第Mの投射画像を選択的に取得して、第1乃至第Mの選択・取得した投射画像の組み合わせを生成する選択的画像取得回路部から成り、
 前記投射画像生成部は、前記第1乃至第Mの選択・取得した投射画像の組み合わせを、前記供給投射画像として前記位相変調型空間変調素子へ供給する、
請求項1に記載の投射装置。
[請求項4]
 前記投射画像記憶部は、元画像群に対して異なる種類の画像形成技術を使用して生成された、第1乃至第M(Mは2以上の整数)の投射画像群を記憶し、
  前記処理部は、
 前記第1乃至第Mの投射画像群から前記更新周期に同期してそれぞれ1つの第1乃至第Mの投射画像を取得して、第1乃至第Mの取得した投射画像を出力する第1乃至第Mの画像取得回路部と、
 前記第1乃至第Mの取得した投影画像を、前記更新周期内で順次選択して、第1乃至第Mの選択した投射画像の組み合わせを生成する選択回路部と、
から成り、
 前記投射画像生成部は、前記第1乃至第Mの選択した投射画像の組み合わせを、前記供給投射画像として前記位相変調型空間変調素子へ供給する、
請求項1に記載の投射装置。
[請求項5]
 レーザ光を発するレーザ光源と、前記レーザ光を平行光に変換する変換手段と、前記平行光を供給投射画像に基づいて位相変調して、位相変調した光を送出する位相変調型空間変調素子と、を少なくとも備える投射装置において、前記供給投射画像を制御する投射画像制御方法であって、
 投射画像記憶部に予め少なくとも1つの投射画像群を記憶しておく記憶工程と、
 該投射画像記憶部から更新周期に同期して取得した1つの投影画像に対して、前記更新周期内で複数の回折パターンの組み合わせを生成する処理工程と、
 前記複数の回折パターンの組み合わせを、前記供給投射画像として前記位相変調型空間変調素子へ供給する投射画像生成工程と、
を含む投射画像制御方法。
[請求項6]
 前記記憶工程は、前記投射画像記憶部に、前記1つの投射画像群を記憶し、
  前記処理工程は、
 前記1つの投射画像群から前記更新周期に同期して前記1つの投射画像を取得して、取得した投射画像を出力する画像取得工程と、
 該取得した投射画像を前記更新周期より短いシフト周期でシフトして、前記更新周期内で複数のシフトした回折パターンの組み合わせを生成するシフト工程と、
を含み、
 前記投射画像生成工程は、前記複数のシフトした回折パターンの組み合わせを、前記供給投射画像として前記位相変調型空間変調素子へ供給する、
請求項5に記載の投射画像制御方法。
[請求項7]
 前記記憶工程は、前記投射画像記憶部に、元画像群に対して異なる種類の画像形成技術により生成された、第1乃至第M(Mは2以上の整数)の投射画像群を記憶し、
 前記処理工程は、前記更新周期内で、前記第1乃至第Mの投射画像群からそれぞれそれ1つの第1乃至第Mの投射画像を選択的に取得して、第1乃至第Mの選択・取得した投射画像の組み合わせを生成する選択的画像取得工程から成り、
 前記投射画像生成工程は、前記第1乃至第Mの選択・取得した投射画像の組み合わせを、前記供給投射画像として前記位相変調型空間変調素子へ供給する、
請求項5に記載の投射画像制御方法。
[請求項8]
 前記記憶工程は、前記投射画像記憶部に、元画像群に対して異なる種類の画像形成技術を使用して生成された、第1乃至第M(Mは2以上の整数)の投射画像群を記憶し、
  前記処理工程は、
 前記第1乃至第Mの投射画像群から前記更新周期に同期してそれぞれ1つの第1乃至第Mの投射画像を取得して、第1乃至第Mの取得した投射画像を出力する第1乃至第Mの画像取得工程と、
 前記第1乃至第Mの取得した投影画像を、前記更新周期内で順次選択して、第1乃至第Nの選択した投射画像の組み合わせを生成する選択工程と、
を含み、
 前記投射画像生成工程は、前記第1乃至第Mの選択した投射画像の組み合わせを、前記供給投射画像として前記位相変調型空間変調素子へ供給する、
請求項5に記載の投射画像制御方法。
[請求項9]
 レーザ光を発するレーザ光源と、前記レーザ光を平行光に変換する変換手段と、前記平行光を供給投射画像に基づいて位相変調して、位相変調した光を送出する位相変調型空間変調素子と、を少なくとも備える投射装置のコントローラに、前記供給投射画像を制御させる投射画像制御プログラムが記録された記録媒体であって、
 前記コントローラは、少なくとも1つの投射画像群を記憶する投射画像記憶部と、前記供給投射画像を前記位相変調型空間変調素子へ供給する投射画像生成部と、を備え、前記投射画像制御プログラムは、
 前記投射画像記憶部から更新周期に同期して取得した1つの投影画像に対して、前記更新周期内で複数の回折パターンの組み合わせを生成して、前記投射画像生成部に前記複数の回折パターンの組み合わせを前記供給投射画像として生成させる処理手順を、
前記コントローラに実行させる投射画像制御プログラムが記録された記録媒体。
[請求項10]
 前記投射画像記憶部は、前記1つの投射画像群を記憶しており、
  前記処理手順は、
 前記1つの投射画像群から前記更新周期に同期して前記1つの投射画像を取得して、取得した投射画像を出力する画像取得手順と、
 該取得した投射画像を前記更新周期より短いシフト周期でシフトして、前記更新周期内で複数のシフトした回折パターンの組み合わせを生成して、前記投射画像生成部に前記複数のシフトした回折パターンの組み合わせを前記供給投射画像として生成させるシフト手順と、
から成る、請求項9に記載の投射画像制御プログラムが記録された記録媒体。
[請求項11]
 前記投射画像記憶部は、元画像群に対して異なる種類の画像形成技術により生成された、第1乃至第M(Mは2以上の整数)の投射画像群を記憶しており、
 前記処理手順は、前記コントローラに、前記更新周期内で、前記第1乃至第Mの投射画像群からそれぞれそれ1つの第1乃至第Mの投射画像を選択的に取得して、第1乃至第Mの選択・取得した投射画像の組み合わせを生成して、前記投射画像生成部に前記第1乃至第Mの選択・取得した投射画像の組み合わせを前記供給投射画像として生成させる選択的画像取得手順
から成る請求項9に記載の投射画像制御プログラムが記録された記録媒体。
[請求項12]
 前記投射画像記憶部は、元画像群に対して異なる種類の画像形成技術を使用して生成された、第1乃至第M(Mは2以上の整数)の投射画像群を記憶しており、
  前記処理手順は、
 前記第1乃至第Mの投射画像群から前記更新周期に同期してそれぞれ1つの第1乃至第Mの投射画像を取得して、第1乃至第Mの取得した投射画像を出力する第1乃至第Mの画像取得手順と、
 前記第1乃至第Mの取得した投影画像を、前記更新周期内で順次選択して、第1乃至第Mの選択した投射画像の組み合わせを生成して、前記投射画像生成部に前記第1乃至第Mの選択した投射画像の組み合わせを前記供給投射画像として生成させる選択手順と、
から成る請求項9に記載の投射画像制御プログラムが記録された記録媒体。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]

[ 図 13]

[ 図 14]

[ 図 15]

[ 図 16]

[ 図 17]

[ 図 18]

[ 図 19]

[ 図 20]

[ 図 21]

[ 図 22]