映像投影システム
【課題】専用スクリーンやスクリーン・プロジェクタ間の接続等も不要でありながらも、立体物の変形及び／又は変位状態に応じて映像の補正を行うことが出来る映像投影システムを提供する。
【解決手段】映像補正部ＩＳは、可視光映像に重ねて投影された不可視光映像を撮影した不可視光撮影部ＣＡからの信号に基づいて、立体物ＯＢＪの投影面が傾いていないと判断すれば、投影用の映像データを補正せず、一方、投影面が傾いていると判断すれば、アフィン変換や台形補正などを行う。
【解決手段】映像補正部ＩＳは、可視光映像に重ねて投影された不可視光映像を撮影した不可視光撮影部ＣＡからの信号に基づいて、立体物ＯＢＪの投影面が傾いていないと判断すれば、投影用の映像データを補正せず、一方、投影面が傾いていると判断すれば、アフィン変換や台形補正などを行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像投影システムに関し、例えばレーザビーム等を走査して映像を表示するタイプの映像投影システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、スクリーンを回転するモータの駆動量をモニターすることで、スクリーンの変形／変位の状態を検出し、スクリーンが変形／変位しても、それに応じてプロジェクタの投影映像を観測者にとって歪みのない自然なものに補正して投影することが可能な画像形成装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１８０９６５号公報
【特許文献２】特開２００５−２７７９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかるに、特許文献１の技術では、スクリーンの状態を正確に検知するために、状態検知部が、スクリーンを回転させるモータと作動制御装置との間に介在しており、作動制御装置からモータに印加される電圧を図示しない電圧検知部によって検知し、この検知結果に基づいてスクリーンの向きを検知するようになっている。つまり特許文献１の技術では、機械的に変形／変位を制御可能な専用スクリーンが必要であり、かつその専用スクリーンの変形／変位状態を取得するために、スクリーンと投影装置とが接続されていなければならないという制約がある。又、装置構成が大がかりとなり、小型の投影装置には適用が困難である。
【０００５】
一方、特許文献２には、立体的に変形するスクリーンの表面形状に応じて２次元の投影データを補償するデータ補償部を設け、そのデータ補償部により補償された投影データにしたがってスクリーンに画像を投影し、また、データ補償部がスクリーンに対するプロジェクタの相対的な位置を考慮して、２次元の投影データを補償することにより、スクリーンに表示する画像を変更することができ、また、スクリーンに対するプロジェクタの相対的な位置が変更されても、適正な画像をスクリーンに表示することができる技術が開示されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献２の技術によれば、形状検出部が、例えば、エンコーダを用いて、アクチュエータにおけるモータの回転量を監視することによって、スクリーンを変位させるアクチェータの駆動量をモニターすることで、スクリーンの変形／変位の状態を検出している。つまり特許文献２の技術では、機械的に変形／変位制御可能な専用スクリーンが必要であり、かつその専用スクリーンの変形／変位状態を取得するために、スクリーンと投影装置とが接続されていなければならないという制約がある。又、装置構成が大がかりとなり、小型の投影装置には適用が困難である。
【０００７】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、専用スクリーンやスクリーン・プロジェクタ間の接続等も不要でありながらも、立体物の変形及び／又は変位状態に応じて映像の補正を行うことが出来る映像投影システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の映像投影システムは、
立体物に映像を投影する映像投影システムであって、
前記立体物に対して可視光映像を投影する可視光投影部と、
前記可視光映像上に不可視光映像を重畳させて投影する不可視光投影部と、
前記不可視光映像を含む領域を撮影する不可視光撮影部と、
前記不可視光撮影部からの信号に基づいて、前記可視光映像内に置かれた前記立体物の変形及び／又は変位状態の認識を行う形状認識部と、
前記形状認識部の認識結果に基づいて前記可視光映像を補正する映像補正部とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、前記不可視光投影部が、前記可視光映像上に不可視光映像を重畳させて投影するので、観察者は不可視光に邪魔されずに可視光映像を楽しむことができ、又、前記不可視光撮影部が、前記不可視光映像を含む領域を撮影し、前記形状認識部が、前記不可視光撮影部からの信号に基づいて、前記可視光映像内に置かれた前記立体物の変形及び／又は変位状態の認識を行うので、前記映像補正部が、前記形状認識部の認識結果に基づいて前記可視光映像を補正することができ、これにより専用スクリーンやスクリーン・プロジェクタ間の接続等も不要でありながらも、立体物の変形及び／又は変位状態に応じて映像の補正を適切に行うことができる。尚、「可視光」とは、例えば波長帯域が７００ｎｍ以下の光をいい、「不可視光」とは、波長帯域が７００ｎｍを超える光をいうものとするが、両者の境は７００ｎｍに限られない。
【００１０】
請求項２に記載の映像投影システムは、請求項１に記載の発明において、前記立体物が、経時的に変形及び／又は変位することを特徴とする。本発明によれば、前記立体物が、経時的に変形及び／又は変位する場合にも、これに追従して映像の補正を適切に行うことができる。
【００１１】
請求項３に記載の映像投影システムは、請求項１又は２に記載の発明において、前記可視光投影部は、出射光を走査することで映像を投影し、前記形状認識部は、三角測量による距離情報の取得を用いて形状認識を行うことを特徴とする。出射光を走査することで映像を投影するものとして、レーザスキャンタイプの映像投影システムが開発されている。このようなレーザスキャンタイプの映像投影システムでは、異なる３色の光を出射するレーザが設けられているので、これに加えて赤外レーザを搭載することで、本発明を構成できる。
【００１２】
請求項４に記載の映像投影システムは、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記立体物は多面体であり、前記形状認識部は、前記不可視光撮影部からの信号に基づいて前記多面体の面を認識し、前記映像補正部は、前記形状認識部の認識結果に基づき、前記多面体の面ごとに独立した映像となるよう可視光映像を補正することを特徴とする。これにより、例えば多面体の各面に異なる映像を投影するとともに、面の傾きに応じて、投影される映像を補正できる。
【００１３】
請求項５に記載の映像投影システムは、請求項４に記載の発明において、前記多面体が直方体であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、専用スクリーンが不要であり、スクリーンとプロジェクタと間の接続も不要であるにも関わらず、スクリーンが変形／変位しても、それに応じてプロジェクタの投影映像を観測者にとって歪みのない自然なものに補正して投影することが可能な映像投影システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態による映像投影システムＰＳの概略構成を示すブロック図である。
【図２】映像投影システムＰＳの具体的構成を示すブロック図である。
【図３】光スキャナ９の詳細な構成を示す平面図である。
【図４】２次元走査ミラー１５の図２のIV-IV方向の断面図である。
【図５】２次元走査ミラー１５を用いたレーザビームＷの偏向を行う状態を表示する図である。
【図６】映像補正の態様を示すフローチャートである。
【図７】直方体を回転軸線方向に見た図である。
【図８】単位角度毎に回転する直方体の面に投影した映像を示す図である。
【図９】直方体の面に投影した映像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態による映像投影システムＰＳの概略構成を示すブロック図である。図１において、映像投影システムＰＳは、立体物ＯＢＪに対して可視光映像を投影する可視光投影部ＰＪ１と、前記可視光映像上に不可視光映像を重畳させて投影する不可視光投影部ＰＪ２と、前記不可視光映像を含む領域を撮影する不可視光撮影部（ここでは赤外線カメラ）ＣＡと、前記不可視光撮影部からの信号に基づいて、前記可視光映像内に置かれた立体物ＯＢＪの変形及び／又は変位状態の認識を行う形状認識部ＭＲと、形状認識部ＭＲの認識結果に基づいて前記可視光映像を補正する映像補正部ＩＳとを備える。ここでは、映像と画像の用語を同義で用いる。
【００１７】
より具体的に、映像投影システムＰＳを説明する。図２は、映像投影システムＰＳの具体的構成を示すブロック図である。映像投影システムＰＳは、例えば光スキャナプロジェクタに搭載され、レーザ光源７（７ｒ，７ｇ，７ｂ，７ＩＲ）、コリメータＣＬ（ＣＬｒ、ＣＬｇ、ＣＬｂ、ＣＬＩＲ）、レーザ制御部１００、ダイクロミラー８（８ｒ，８ｇ，８ｂ、８ＩＲ）、ハーフミラーＨＦ、検出器ＰＤ、光スキャナ９（走査部）、位相検出部１１０、及び同期信号出力部１２０を備えている。
【００１８】
駆動手段としてのレーザ制御部１００は、フレームメモリ２、映像処理用メモリ３，ラインバッファメモリ４、表示コントローラ５、駆動部である変調器６（６ｒ，６ｇ，６ｂ，６ＩＲ）、ドライバ１３及びシステムコントローラ１４を備え、レーザ光源７を制御する。
【００１９】
フレームメモリ２は、水平同期信号及び垂直同期信号に基づいて、主映像の映像データ（以下、「主映像データ」と表す。）を１フレーム単位で一時的に記憶する。ここで、主映像としては、例えば、映画、テレビ番組等が挙げられる。なお、主映像データは、例えばＲ，Ｇ，Ｂの色成分からなるカラーの映像データとするが、モノクロの映像データであってもよい。
【００２０】
映像処理用メモリ３に記憶された映像データは、表示映像の歪みを補正する処理等を施される。
【００２１】
ラインバッファメモリ４は、映像処理用メモリ３の第１の領域と第２の領域から交互に、水平方向の複数ライン単位で順次に出力される主映像データを記憶する。
【００２２】
映像補正部ＩＳの機能を備える表示コントローラ５は、水平同期信号及び垂直同期信号に基づいて、フレームメモリ２への１フレームの主映像データの書き込み制御、形状認識部ＭＲからの形状情報に基づく映像処理用メモリ３における映像処理、映像処理用メモリ３からラインバッファメモリ４への映像データの書き込み制御、及びラインバッファメモリ４から映像データを１画素単位で順次に変調器６に出力させる制御等を行う。ここで、ライバッファメモリ４に記憶された映像データは、Ｒ色成分が変調器６ｒに出力され、Ｇ色成分が変調器６ｇに出力され、Ｂ色成分が変調器６ｂに出力され、赤外成分が変調器６ＩＲに出力される。
【００２３】
具体的には、表示コントローラ５は、同期信号出力部１２０から垂直同期信号が入力されると、１フレーム分の主映像データをフレームメモリ２に記憶させる。また、ラインバッファメモリ４に、記憶された副映像データの先頭の１ライン分を記憶させる。そして、ラインバッファメモリ４に記憶された副映像データを１画素単位で順次に変調器６に出力させる。
【００２４】
そして、水平同期信号が入力されると、ラインバッファメモリ４に次の１ライン分の副映像データを記憶させ、ラインバッファメモリ４から次の１ライン分の副映像データを１画素単位で順次に変調器６に出力させる。これにより、立体物ＯＢＪに主映像データで強度が変調されたレーザビームがラスター走査され、主映像が表示されることになる。ラスター走査が画面右下まで行われれば、再びレーザビームを画面左上まで戻す。その間に、フレームバッファ２には新たな映像データが読み込まれ、上述のようにして、次の映像を表示する準備がなされる。以上を繰り返すことで、複数枚の映像を表示できる。
【００２５】
変調器６（６ｒ，６ｇ，６ｂ，６ＩＲ）は、それぞれラインバッファメモリ４から１画素単位で順次に出力される映像データのＲ，Ｇ，Ｂ，ＩＲ（赤外）成分を用いて、レーザ光源７ｒ，７ｇ，７ｂ，７ＩＲから射出されるＲ，Ｇ，Ｂ、赤外光のレーザビームの強度を変調する。
【００２６】
レーザ光源７ｒ，７ｇ，７ｂ、７ＩＲは、例えば、レーザダイオードにより構成され、それぞれ、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、赤外光のレーザビームを射出する。コリメータＣＬｒ、ＣＬｇ、ＣＬｂ、ＣＬＩＲは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、赤外光のレーザビームを平行ビームに変換する。レーザ光源７ｒ，７ｇ，７ｂが可視光投影部を構成し、レーザ光源７ＩＲが不可視光投影部を構成する。
【００２７】
ダイクロミラー８（８ｒ，８ｇ，８ｂ、８ＩＲ）は、レーザ光源７ｒ，７ｇ，７ｂ、７ＩＲから射出されたレーザビームを合波して、一本のレーザビームＷにする。検出器ＰＤは、検出面を有し、ハーフミラーＨＦにより反射されたレーザビームＷの一部を検出する。
【００２８】
光スキャナ９は、例えば２次元の光スキャナにより構成され、水平同期信号及び垂直同期信号に基づいて、レーザビームＷを２次元的に走査（ラスター走査）し、立体物ＯＢＪに映像を表示する。立体物ＯＢＪは、ラスター走査されるレーザビームＷが投影されて、映像を表示させる。
【００２９】
検出器ＰＤは、レーザ光源７ｒ，７ｇ，７ｂから射出されるレーザビームの強度を各々モニタし、モニタ信号を変調器６ｒ，６ｇ，６ｂに出力する機能も有する。なお、変調器６ｒ，６ｇ，６ｂは、このモニタ信号から、レーザビームの強度の時間平均値が既定値になるようにレーザ光源７ｒ，７ｇ，７ｂをＡＰＣ（auto power control）制御する。これにより、レーザビームの発振強度が安定化されると共に、レーザ光源７の破損が防止される。
【００３０】
センサである位置検出部（ＰＲ）１２は、例えば赤外発光ダイオード等の発光素子及びフォトトランジスタ等の受光素子を含むフォトリフレクタにより構成され、発光素子から出力された光を対象物であるミラー部１６（図３参照）に当て、反射光を受光素子で検出し、ミラー部１６の水平方向及び垂直方向の傾斜角度を示す検出信号をシステムコントローラ１４及び位相検出部１１０に出力する。尚、位置検出部１２は、光スキャナ９の圧電素子（ピエゾ）の抵抗を測定するタイプのものでも良い。
【００３１】
システムコントローラ１４は、主映像を表示しない場合、映像を表示しない黒映像を表示するように表示コントローラ５に指示する。又、システムコントローラ１４は、ドライバ１３を介して光スキャナ９への駆動信号を出力する。
【００３２】
位相検出部１１０は、位置検出部１２により検出された検出信号を用いてミラー部１６の水平方向及び垂直方向の傾斜角度を検出する。
【００３３】
同期信号出力部１２０は、位相検出部１１０により検出されたミラー部１６の傾斜角度に基づいて水平同期信号及び垂直同期信号を表示コントローラ５に出力する。ここで、同期信号出力部１２０は、位相検出部１１０により検出された水平方向の傾斜角度が１ラインの走査を開始する角度となった場合に水平同期信号を出力すればよい。また、同期信号出力部１２０は、位相検出部１１０により垂直方向の傾斜角度が１フレームの先頭の１ラインの走査を開始する角度となった場合に垂直同期信号を出力すればよい。
【００３４】
不可視光撮影部ＣＡは、赤外光映像を撮影できる赤外光カメラであって、スクリーンである立体物ＯＢＪに投影された不可視光映像を含む領域を撮影する。形状認識部ＭＲは、不可視光撮影部ＣＡからの信号に基づいて、三角測量の原理により、可視光映像内に置かれた立体物ＯＢＪの変形及び／又は変位状態の認識を行う。映像補正部ＩＳ（表示コントローラ５）は、形状認識部ＭＲの認識結果に基づいて、映像処理メモリ３内の主映像データを補正する。
【００３５】
尚、特開２００３−３４６１３０号公報等に開示された三角測量を用いた技術により、立体物ＯＢＪに投影された赤外光映像を、不可視光撮影部ＣＡの撮像素子で撮像し、画素毎に映像投影システムＰＳから立体物ＯＢＪまでの距離を求めることができる。
【００３６】
次に、光スキャナ９の動作について説明する。図３は、光スキャナ９の詳細な構成を示す平面図である。光スキャナ９は、２次元走査ミラー１５により構成され、２次元走査ミラー１５を固定する固定枠７０と、固定枠７０の内側に可動部分として枠状に形成された可動枠３０と、可動枠３０の内側に形成された方形状のミラー部１６とを備えている。
【００３７】
ミラー部１６は、ミラー部１６の中心を通るＹ軸に沿って外方へ延びるトーションバー２１，２２を介して、Ｙ軸方向の両側から可動枠３０に弾性的に支持されている。また、可動枠３０は、Ｙ軸に直交し、ミラー部１６の中心を通るＸ軸近傍の端部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄのそれぞれに一端が接続された曲がり梁４１，４２，４３，４４により、Ｘ軸の両側から固定枠７０に弾性的に支持されている。これらの固定枠７０、曲がり梁４１〜４４、可動枠３０、ミラー部１６、及びトーションバー２１，２２は、シリコン基板の異方性エッチングにより一体的に形成されている。
【００３８】
また、ミラー部１６の表面には、金やアルミニウム等の金属薄膜による反射膜が形成されており、入射光線の反射率が高められている。また、曲がり梁４１，４２，４３，４４の表面には、電気−機械変換素子である圧電素子５１，５２，５３，５４が接着等により貼り付けられ、４つのユニモルフ部６１，６２，６３，６４が形成されている。曲がり梁４１〜４４は、圧電素子５１〜５４の曲げ変形により、可動枠３０にＹ軸及びＸ軸回りに独立に傾動トルクを作用させ、可動枠３０をＹ軸及びＸ軸を２軸で回動させる。
【００３９】
ここで、可動枠３０の回動動作について図４を用いて説明する。図４（ａ）〜（ｅ）は２次元走査ミラー１５の図３のIV-IV方向の断面図である。なお、図４（ａ）は静止時を示し、図４（ｂ）〜（ｅ）は駆動時を示している。
【００４０】
図４（ａ）に示すように、圧電素子５１，５２の表裏には、それぞれ上部プラス（＋）電極５１１，５２１、下部マイナス（−）電極５１２、５２２が設けられており、上部（＋）電極５１１（５２１）と下部（−）電極５１２（５２２）との間に分極反転を起こさない範囲で交流電圧を印加することで、圧電素子５１、５２を伸縮させ、ユニモルフ部６１，６２を厚み方向に変位させる。同様に、圧電素子５３，５４の表裏には、それぞれ上部（＋）電極５３１，５４１（図略）、下部（−）電極５３２，５４２（図略）が設けられている。
【００４１】
最初に、Ｘ軸回りの回動動作について説明する。ドライバ１３が圧電素子５１に伸びる方向の電圧を印加し、圧電素子５２に圧電素子５１と逆位相の縮む方向の電圧を印加すると、ユニモルフ部６１，６２の一端は、固定枠７０に固定・保持されているので、図４（ｂ）に示すように、ユニモルフ部６１は下方に曲がり、一方、ユニモルフ部６２は上方に曲がる。同様に、圧電素子５３，５４にも圧電素子５１，５２とそれぞれ同じ位相の電圧を印加すると、ユニモルフ部６３は下方に曲がり、一方、ユニモルフ部６４は上方に曲がる。
【００４２】
これにより、可動枠３０にはＸ軸を中心とした傾動トルクが作用し、可動枠３０はＸ軸を中心として矢印Ｐ方向に傾く。また、圧電素子５１〜５４に、図４（ｂ）の場合とは逆位相の電圧を印加すると、前述と同様の原理で、図４（ｃ）に示すように、可動枠３０にはＸ軸を中心とした傾動トルクが作用し、Ｘ軸を中心として矢印Ｑ方向に傾く。そして、圧電素子５１〜５４にこのような位相関係を保った交流電圧を印加すると、ユニモルフ部６１〜６４は、交流電圧に追従して上下方向の振動を繰り返し、可動枠３０にシーソー的な傾動トルクが作用され、可動枠３０はＸ軸を中心として所定変位角度まで回転振動する。
【００４３】
次に、Ｙ軸回りの回動動作について説明する。ドライバ１３が圧電素子５１，５２のいずれにも伸びる方向の電圧を印加すると、それぞれのユニモルフ部６１，６２の一端は、固定枠７０に固定・保持されているので、図４（ｄ）に示すように、いずれも下方に曲がる。一方、圧電素子５３、５４に圧電素子５１、５２と逆位相の縮む方向の電圧を印加すると、図４（ｅ）に示すように、ユニモルフ部６３、６４はいずれも上方に曲がる。これにより、可動枠３０にはＹ軸を中心とした傾動トルクが作用し、可動枠３０はＹ軸を中心として傾く。
【００４４】
そして、圧電素子５１〜５４にこのような位相関係を保った交流電圧を印加すると、ユニモルフ部６１〜６４は、交流電圧に追従して上下方向の振動を繰り返し、可動枠３０にシーソー的な傾動トルクが作用し、可動枠３０はＹ軸を中心として所定変位角度まで回転振動する。
【００４５】
このように、ドライバ１３から４つのユニモルフ部６１〜６４にそれぞれ所定の電圧を印加することにより、可動枠３０によって支持されているミラー部１６のＸ軸及びＹ軸周りの傾きを任意に制御することができる。また、曲がり梁４１〜４４は、Ｙ軸及びＸ軸を挟んで対称に配置され、曲がり梁４１〜４４に設けられたそれぞれの圧電素子５１〜５４は、同じ位相あるいは互いに１８０度異なる逆位相の駆動信号で駆動されるようにしたので、可動枠３０を片振れなしにＹ軸及びＸ軸の２軸で独立して回動させることができる。
【００４６】
次に、２次元走査ミラー１５を用いたレーザビームＷの偏向を行う方法について、図５を用いて説明する。レーザ光源７から射出されたレーザビームＷを２次元走査ミラー１５でラスター走査して映像を生成する。
【００４７】
ここで、水平方向の走査周波数は例えば３０ｋＨｚ、垂直方向の走査周波数は例えば６０Ｈｚ程度である。また、ミラー部１６の水平、垂直方向の傾斜角度はそれぞれほぼ±１０度である。また、ミラー部１６の水平走査は正弦波の駆動電圧を用いた機械共振振動を行うことから、水平方向の走査領域の左右の周辺部は水平走査速度が極端に低下する。そのため、図５に示すように、映像表示領域１７の水平域は、走査領域１８の全てを使用せずに少し内側の領域としている。
【００４８】
次に、映像投影システムＰＳの動作について説明する。電源が投入されると、システムコントローラ１４は、表示コントローラ５に、黒映像データをラインバッファメモリ４へ出力するように指示する。
【００４９】
上述したように、入力される映像データに応じて、ラインバッファメモリ４への映像データが書き込まれる。
【００５０】
変調器６は、レーザ光源７を発振させ、ラインバッファメモリ４から映像データを１画素単位で読み出し、読み出した映像データを用いてレーザ光源７から射出されるレーザビームを変調する。
【００５１】
レーザ光源７から射出された３本のレーザビームはダイクロミラー８により一本のレーザビームＷに合波され、ミラー部１６に入射する。
【００５２】
レーザビームＷは、走査駆動されるミラー部１６によりラスター走査され、立体物ＯＢＪ上に投影され、これにより高精細な映像を形成できる。このとき、可視光映像に重ねて赤外光映像が立体物ＯＢＪに投影されるが、観察者が気づくことはない。
【００５３】
以下、立体物ＯＢＪを直方体として、映像補正の態様を図６のフローチャートに基づいて説明する。まず、ステップＳ１０１で、形状認識部ＭＲは、立体物ＯＢＪの面に投影された不可視光映像を含む領域を撮影した不可視光撮影部ＣＡからの信号に基づいて、三角測量の原理により、直方体ＯＢＪの形状情報を取得する。ここでは、形状情報とは例えば直方体ＯＢＪの回転角度である。
【００５４】
図７は、直方体ＯＢＪを真上から見た図であり、直方体ＯＢＪの中心軸Ｘを中心とする回転角度をθと定義する。直方体ＯＢＪの投影面ＳＣ１（ＳＣ２）は、回転角度θに依存して傾きが変化する。更にステップＳ１０２で、映像補正部ＩＳが、可視光映像に対して形状情報に基づいた補正を行う。
【００５５】
より具体的には、まず形状認識部ＭＲが、不可視光撮影部ＣＡからの信号に基づいて、撮影した面内にエッジＥＤ（面同士の境界）がないか検出する。エッジ検出は、立体物ＯＢＪに対して水平に赤外光をスキャンしてゆき、画素毎に距離を測定したときに、列内で最も近接した近接画素を求めるようにして画面全体のスキャンを行う。このとき、近接画素が縦に並んでいた場合、これをエッジとして検出できる。ここで、図７に点線で示すようにエッジがない場合には、映像補正部ＩＳは、不可視光撮影部ＣＡからの信号に基づいて、投影面が傾いていないと判断できるので、投影用の映像データを補正しない。
【００５６】
一方、形状認識部ＭＲが、撮影した面内にエッジＥＤがあると検出した場合、映像補正部ＩＳは、投影面が２面あると認識して、２つの面ＳＣ１，ＳＣ２に異なる映像を投影するよう、映像補正部ＩＳに信号を出力する。かかる場合、投影面ＳＣ１，ＳＣ２は異なる方向に傾いているので、その傾き角に応じて、不可視光撮影部ＣＡからの信号に基づいて、異なる映像データに対して、それぞれアフィン変換や台形補正（特開２０１０−１３０１８１号公報参照）などを行う。このとき、傾き角θに応じて、アフィン変換の変換係数は変化させる。その後、ステップＳ１０３で、可視光投影部ＰＪ１が補正された可視光映像を投影する。これにより、投影面ＳＣ１，ＳＣ２それぞれに、適切に補正された映像を投影することで、観察者が遠近法で自然に映像を観察できるようになる。
【００５７】
以上より明らかであるが、撮影した画面内におけるエッジＥＤが、投影面の境界を表し、その検出により投影映像の追従が行われ、またエッジＥＤの両側で異なる映像が表示されるということである。即ち、図８に示すように、本実施の形態の映像投影システムＰＳにより直方体ＯＢＪに投影を行ったとき、観察者に第１の投影面ＳＣ１が正対した状態（ａ）では、第１の投影面ＳＣ１全体に最初の映像ＩＭＧ１が補正されない状態で投影される。ここから、直方体ＯＢＪを回転させてゆくに連れて、エッジＥＤが検出され始め、第１の投影面ＳＣ１上の映像ＩＭＧ１が追従して幅が狭くなりつつ補正されてゆき、それと同時に観察者の視界に入ってくる第２の投影面ＳＣ２に、次の映像ＩＭＧ２が補正されて投影されるようになる（（ｂ）〜（ｄ））。直方体ＯＢＪの回転に伴い、第２の投影面ＳＣ２上の次の映像ＩＭＧ２の幅が広がってゆき（（ｅ）、（ｆ））、更に直方体ＯＢＪが９０度回転した時点で、エッジＥＤが検出されなくなり、観察者に第２の投影面ＳＣ２が正対した状態になる（ｇ）ので、最初の映像ＩＭＧ１は消え失せて、第２の投影面ＳＣ２全体に補正されない映像ＩＭＧ２が投影されることとなる。つまり、直方体ＯＢＪを連続して回転させることで、何の映像も形成されていない直方体ＯＢＪの各面上に、回転角９０度毎に、異なる映像が次々に形成されてゆき、自動紙芝居のような効果を得ることができる。
【００５８】
特に図９の例では、直方体ＯＢＪを手で回転させると、回転に応じて直方体ＯＢＪの側面に独立した映像が投影されるものである。映像は直方体ＯＢＪの側面ごとに4種類用意されている。直方体ＯＢＪに映像をそのまま投影すると映像は歪んでしまうため、映像補正部により、観察者から映像が自然に見えるように補正されることとなる。
【００５９】
尚、LED光源などを用いた通常の映像投影システムを用いて立体物へ映像を投影する場合、立体物上のすべての点でピントがあった映像を投影することはできないが、本実施の形態では、光源としてレーザー光源を用いることで、距離に関わらずフォーカスフリーを実現し、立体物のどの位置でもピントがあった映像を投影できる。ある程度焦点深度が大きい映像投影システムならばこのような効果は得られるが、本実施の形態のようなレーザー光源を用いた映像投影システムが特に好ましい。
【符号の説明】
【００６０】
２ フレームメモリ
３ 映像処理用メモリ
４ ラインバッファメモリ
６，６ｒ，６ｇ，６ｂ，６ＩＲ 変調器
７，７ｒ，７ｇ，７ｂ，７ＩＲ レーザ光源
８，８ｒ，８ｇ，８ｂ，８ＩＲ ダイクロミラー
９ 光スキャナ
１０ スクリーン
１２ 位置検出部
１４ システムコントローラ
１５ ２次元走査ミラー
１６ ミラー部
１７ 映像表示領域
１８ 走査領域
１１０ 位相検出部
１２０ 同期信号出力部
ＣＡ 不可視光撮影部
ＩＳ 映像補正部
ＭＲ 形状認識部
ＯＢＪ 立体物
ＰＪ１ 可視光投影部
ＰＪ２ 不可視光投影部
ＰＳ 映像投影システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像投影システムに関し、例えばレーザビーム等を走査して映像を表示するタイプの映像投影システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、スクリーンを回転するモータの駆動量をモニターすることで、スクリーンの変形／変位の状態を検出し、スクリーンが変形／変位しても、それに応じてプロジェクタの投影映像を観測者にとって歪みのない自然なものに補正して投影することが可能な画像形成装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１８０９６５号公報
【特許文献２】特開２００５−２７７９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかるに、特許文献１の技術では、スクリーンの状態を正確に検知するために、状態検知部が、スクリーンを回転させるモータと作動制御装置との間に介在しており、作動制御装置からモータに印加される電圧を図示しない電圧検知部によって検知し、この検知結果に基づいてスクリーンの向きを検知するようになっている。つまり特許文献１の技術では、機械的に変形／変位を制御可能な専用スクリーンが必要であり、かつその専用スクリーンの変形／変位状態を取得するために、スクリーンと投影装置とが接続されていなければならないという制約がある。又、装置構成が大がかりとなり、小型の投影装置には適用が困難である。
【０００５】
一方、特許文献２には、立体的に変形するスクリーンの表面形状に応じて２次元の投影データを補償するデータ補償部を設け、そのデータ補償部により補償された投影データにしたがってスクリーンに画像を投影し、また、データ補償部がスクリーンに対するプロジェクタの相対的な位置を考慮して、２次元の投影データを補償することにより、スクリーンに表示する画像を変更することができ、また、スクリーンに対するプロジェクタの相対的な位置が変更されても、適正な画像をスクリーンに表示することができる技術が開示されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献２の技術によれば、形状検出部が、例えば、エンコーダを用いて、アクチュエータにおけるモータの回転量を監視することによって、スクリーンを変位させるアクチェータの駆動量をモニターすることで、スクリーンの変形／変位の状態を検出している。つまり特許文献２の技術では、機械的に変形／変位制御可能な専用スクリーンが必要であり、かつその専用スクリーンの変形／変位状態を取得するために、スクリーンと投影装置とが接続されていなければならないという制約がある。又、装置構成が大がかりとなり、小型の投影装置には適用が困難である。
【０００７】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、専用スクリーンやスクリーン・プロジェクタ間の接続等も不要でありながらも、立体物の変形及び／又は変位状態に応じて映像の補正を行うことが出来る映像投影システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の映像投影システムは、
立体物に映像を投影する映像投影システムであって、
前記立体物に対して可視光映像を投影する可視光投影部と、
前記可視光映像上に不可視光映像を重畳させて投影する不可視光投影部と、
前記不可視光映像を含む領域を撮影する不可視光撮影部と、
前記不可視光撮影部からの信号に基づいて、前記可視光映像内に置かれた前記立体物の変形及び／又は変位状態の認識を行う形状認識部と、
前記形状認識部の認識結果に基づいて前記可視光映像を補正する映像補正部とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、前記不可視光投影部が、前記可視光映像上に不可視光映像を重畳させて投影するので、観察者は不可視光に邪魔されずに可視光映像を楽しむことができ、又、前記不可視光撮影部が、前記不可視光映像を含む領域を撮影し、前記形状認識部が、前記不可視光撮影部からの信号に基づいて、前記可視光映像内に置かれた前記立体物の変形及び／又は変位状態の認識を行うので、前記映像補正部が、前記形状認識部の認識結果に基づいて前記可視光映像を補正することができ、これにより専用スクリーンやスクリーン・プロジェクタ間の接続等も不要でありながらも、立体物の変形及び／又は変位状態に応じて映像の補正を適切に行うことができる。尚、「可視光」とは、例えば波長帯域が７００ｎｍ以下の光をいい、「不可視光」とは、波長帯域が７００ｎｍを超える光をいうものとするが、両者の境は７００ｎｍに限られない。
【００１０】
請求項２に記載の映像投影システムは、請求項１に記載の発明において、前記立体物が、経時的に変形及び／又は変位することを特徴とする。本発明によれば、前記立体物が、経時的に変形及び／又は変位する場合にも、これに追従して映像の補正を適切に行うことができる。
【００１１】
請求項３に記載の映像投影システムは、請求項１又は２に記載の発明において、前記可視光投影部は、出射光を走査することで映像を投影し、前記形状認識部は、三角測量による距離情報の取得を用いて形状認識を行うことを特徴とする。出射光を走査することで映像を投影するものとして、レーザスキャンタイプの映像投影システムが開発されている。このようなレーザスキャンタイプの映像投影システムでは、異なる３色の光を出射するレーザが設けられているので、これに加えて赤外レーザを搭載することで、本発明を構成できる。
【００１２】
請求項４に記載の映像投影システムは、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記立体物は多面体であり、前記形状認識部は、前記不可視光撮影部からの信号に基づいて前記多面体の面を認識し、前記映像補正部は、前記形状認識部の認識結果に基づき、前記多面体の面ごとに独立した映像となるよう可視光映像を補正することを特徴とする。これにより、例えば多面体の各面に異なる映像を投影するとともに、面の傾きに応じて、投影される映像を補正できる。
【００１３】
請求項５に記載の映像投影システムは、請求項４に記載の発明において、前記多面体が直方体であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、専用スクリーンが不要であり、スクリーンとプロジェクタと間の接続も不要であるにも関わらず、スクリーンが変形／変位しても、それに応じてプロジェクタの投影映像を観測者にとって歪みのない自然なものに補正して投影することが可能な映像投影システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態による映像投影システムＰＳの概略構成を示すブロック図である。
【図２】映像投影システムＰＳの具体的構成を示すブロック図である。
【図３】光スキャナ９の詳細な構成を示す平面図である。
【図４】２次元走査ミラー１５の図２のIV-IV方向の断面図である。
【図５】２次元走査ミラー１５を用いたレーザビームＷの偏向を行う状態を表示する図である。
【図６】映像補正の態様を示すフローチャートである。
【図７】直方体を回転軸線方向に見た図である。
【図８】単位角度毎に回転する直方体の面に投影した映像を示す図である。
【図９】直方体の面に投影した映像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態による映像投影システムＰＳの概略構成を示すブロック図である。図１において、映像投影システムＰＳは、立体物ＯＢＪに対して可視光映像を投影する可視光投影部ＰＪ１と、前記可視光映像上に不可視光映像を重畳させて投影する不可視光投影部ＰＪ２と、前記不可視光映像を含む領域を撮影する不可視光撮影部（ここでは赤外線カメラ）ＣＡと、前記不可視光撮影部からの信号に基づいて、前記可視光映像内に置かれた立体物ＯＢＪの変形及び／又は変位状態の認識を行う形状認識部ＭＲと、形状認識部ＭＲの認識結果に基づいて前記可視光映像を補正する映像補正部ＩＳとを備える。ここでは、映像と画像の用語を同義で用いる。
【００１７】
より具体的に、映像投影システムＰＳを説明する。図２は、映像投影システムＰＳの具体的構成を示すブロック図である。映像投影システムＰＳは、例えば光スキャナプロジェクタに搭載され、レーザ光源７（７ｒ，７ｇ，７ｂ，７ＩＲ）、コリメータＣＬ（ＣＬｒ、ＣＬｇ、ＣＬｂ、ＣＬＩＲ）、レーザ制御部１００、ダイクロミラー８（８ｒ，８ｇ，８ｂ、８ＩＲ）、ハーフミラーＨＦ、検出器ＰＤ、光スキャナ９（走査部）、位相検出部１１０、及び同期信号出力部１２０を備えている。
【００１８】
駆動手段としてのレーザ制御部１００は、フレームメモリ２、映像処理用メモリ３，ラインバッファメモリ４、表示コントローラ５、駆動部である変調器６（６ｒ，６ｇ，６ｂ，６ＩＲ）、ドライバ１３及びシステムコントローラ１４を備え、レーザ光源７を制御する。
【００１９】
フレームメモリ２は、水平同期信号及び垂直同期信号に基づいて、主映像の映像データ（以下、「主映像データ」と表す。）を１フレーム単位で一時的に記憶する。ここで、主映像としては、例えば、映画、テレビ番組等が挙げられる。なお、主映像データは、例えばＲ，Ｇ，Ｂの色成分からなるカラーの映像データとするが、モノクロの映像データであってもよい。
【００２０】
映像処理用メモリ３に記憶された映像データは、表示映像の歪みを補正する処理等を施される。
【００２１】
ラインバッファメモリ４は、映像処理用メモリ３の第１の領域と第２の領域から交互に、水平方向の複数ライン単位で順次に出力される主映像データを記憶する。
【００２２】
映像補正部ＩＳの機能を備える表示コントローラ５は、水平同期信号及び垂直同期信号に基づいて、フレームメモリ２への１フレームの主映像データの書き込み制御、形状認識部ＭＲからの形状情報に基づく映像処理用メモリ３における映像処理、映像処理用メモリ３からラインバッファメモリ４への映像データの書き込み制御、及びラインバッファメモリ４から映像データを１画素単位で順次に変調器６に出力させる制御等を行う。ここで、ライバッファメモリ４に記憶された映像データは、Ｒ色成分が変調器６ｒに出力され、Ｇ色成分が変調器６ｇに出力され、Ｂ色成分が変調器６ｂに出力され、赤外成分が変調器６ＩＲに出力される。
【００２３】
具体的には、表示コントローラ５は、同期信号出力部１２０から垂直同期信号が入力されると、１フレーム分の主映像データをフレームメモリ２に記憶させる。また、ラインバッファメモリ４に、記憶された副映像データの先頭の１ライン分を記憶させる。そして、ラインバッファメモリ４に記憶された副映像データを１画素単位で順次に変調器６に出力させる。
【００２４】
そして、水平同期信号が入力されると、ラインバッファメモリ４に次の１ライン分の副映像データを記憶させ、ラインバッファメモリ４から次の１ライン分の副映像データを１画素単位で順次に変調器６に出力させる。これにより、立体物ＯＢＪに主映像データで強度が変調されたレーザビームがラスター走査され、主映像が表示されることになる。ラスター走査が画面右下まで行われれば、再びレーザビームを画面左上まで戻す。その間に、フレームバッファ２には新たな映像データが読み込まれ、上述のようにして、次の映像を表示する準備がなされる。以上を繰り返すことで、複数枚の映像を表示できる。
【００２５】
変調器６（６ｒ，６ｇ，６ｂ，６ＩＲ）は、それぞれラインバッファメモリ４から１画素単位で順次に出力される映像データのＲ，Ｇ，Ｂ，ＩＲ（赤外）成分を用いて、レーザ光源７ｒ，７ｇ，７ｂ，７ＩＲから射出されるＲ，Ｇ，Ｂ、赤外光のレーザビームの強度を変調する。
【００２６】
レーザ光源７ｒ，７ｇ，７ｂ、７ＩＲは、例えば、レーザダイオードにより構成され、それぞれ、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、赤外光のレーザビームを射出する。コリメータＣＬｒ、ＣＬｇ、ＣＬｂ、ＣＬＩＲは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、赤外光のレーザビームを平行ビームに変換する。レーザ光源７ｒ，７ｇ，７ｂが可視光投影部を構成し、レーザ光源７ＩＲが不可視光投影部を構成する。
【００２７】
ダイクロミラー８（８ｒ，８ｇ，８ｂ、８ＩＲ）は、レーザ光源７ｒ，７ｇ，７ｂ、７ＩＲから射出されたレーザビームを合波して、一本のレーザビームＷにする。検出器ＰＤは、検出面を有し、ハーフミラーＨＦにより反射されたレーザビームＷの一部を検出する。
【００２８】
光スキャナ９は、例えば２次元の光スキャナにより構成され、水平同期信号及び垂直同期信号に基づいて、レーザビームＷを２次元的に走査（ラスター走査）し、立体物ＯＢＪに映像を表示する。立体物ＯＢＪは、ラスター走査されるレーザビームＷが投影されて、映像を表示させる。
【００２９】
検出器ＰＤは、レーザ光源７ｒ，７ｇ，７ｂから射出されるレーザビームの強度を各々モニタし、モニタ信号を変調器６ｒ，６ｇ，６ｂに出力する機能も有する。なお、変調器６ｒ，６ｇ，６ｂは、このモニタ信号から、レーザビームの強度の時間平均値が既定値になるようにレーザ光源７ｒ，７ｇ，７ｂをＡＰＣ（auto power control）制御する。これにより、レーザビームの発振強度が安定化されると共に、レーザ光源７の破損が防止される。
【００３０】
センサである位置検出部（ＰＲ）１２は、例えば赤外発光ダイオード等の発光素子及びフォトトランジスタ等の受光素子を含むフォトリフレクタにより構成され、発光素子から出力された光を対象物であるミラー部１６（図３参照）に当て、反射光を受光素子で検出し、ミラー部１６の水平方向及び垂直方向の傾斜角度を示す検出信号をシステムコントローラ１４及び位相検出部１１０に出力する。尚、位置検出部１２は、光スキャナ９の圧電素子（ピエゾ）の抵抗を測定するタイプのものでも良い。
【００３１】
システムコントローラ１４は、主映像を表示しない場合、映像を表示しない黒映像を表示するように表示コントローラ５に指示する。又、システムコントローラ１４は、ドライバ１３を介して光スキャナ９への駆動信号を出力する。
【００３２】
位相検出部１１０は、位置検出部１２により検出された検出信号を用いてミラー部１６の水平方向及び垂直方向の傾斜角度を検出する。
【００３３】
同期信号出力部１２０は、位相検出部１１０により検出されたミラー部１６の傾斜角度に基づいて水平同期信号及び垂直同期信号を表示コントローラ５に出力する。ここで、同期信号出力部１２０は、位相検出部１１０により検出された水平方向の傾斜角度が１ラインの走査を開始する角度となった場合に水平同期信号を出力すればよい。また、同期信号出力部１２０は、位相検出部１１０により垂直方向の傾斜角度が１フレームの先頭の１ラインの走査を開始する角度となった場合に垂直同期信号を出力すればよい。
【００３４】
不可視光撮影部ＣＡは、赤外光映像を撮影できる赤外光カメラであって、スクリーンである立体物ＯＢＪに投影された不可視光映像を含む領域を撮影する。形状認識部ＭＲは、不可視光撮影部ＣＡからの信号に基づいて、三角測量の原理により、可視光映像内に置かれた立体物ＯＢＪの変形及び／又は変位状態の認識を行う。映像補正部ＩＳ（表示コントローラ５）は、形状認識部ＭＲの認識結果に基づいて、映像処理メモリ３内の主映像データを補正する。
【００３５】
尚、特開２００３−３４６１３０号公報等に開示された三角測量を用いた技術により、立体物ＯＢＪに投影された赤外光映像を、不可視光撮影部ＣＡの撮像素子で撮像し、画素毎に映像投影システムＰＳから立体物ＯＢＪまでの距離を求めることができる。
【００３６】
次に、光スキャナ９の動作について説明する。図３は、光スキャナ９の詳細な構成を示す平面図である。光スキャナ９は、２次元走査ミラー１５により構成され、２次元走査ミラー１５を固定する固定枠７０と、固定枠７０の内側に可動部分として枠状に形成された可動枠３０と、可動枠３０の内側に形成された方形状のミラー部１６とを備えている。
【００３７】
ミラー部１６は、ミラー部１６の中心を通るＹ軸に沿って外方へ延びるトーションバー２１，２２を介して、Ｙ軸方向の両側から可動枠３０に弾性的に支持されている。また、可動枠３０は、Ｙ軸に直交し、ミラー部１６の中心を通るＸ軸近傍の端部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄのそれぞれに一端が接続された曲がり梁４１，４２，４３，４４により、Ｘ軸の両側から固定枠７０に弾性的に支持されている。これらの固定枠７０、曲がり梁４１〜４４、可動枠３０、ミラー部１６、及びトーションバー２１，２２は、シリコン基板の異方性エッチングにより一体的に形成されている。
【００３８】
また、ミラー部１６の表面には、金やアルミニウム等の金属薄膜による反射膜が形成されており、入射光線の反射率が高められている。また、曲がり梁４１，４２，４３，４４の表面には、電気−機械変換素子である圧電素子５１，５２，５３，５４が接着等により貼り付けられ、４つのユニモルフ部６１，６２，６３，６４が形成されている。曲がり梁４１〜４４は、圧電素子５１〜５４の曲げ変形により、可動枠３０にＹ軸及びＸ軸回りに独立に傾動トルクを作用させ、可動枠３０をＹ軸及びＸ軸を２軸で回動させる。
【００３９】
ここで、可動枠３０の回動動作について図４を用いて説明する。図４（ａ）〜（ｅ）は２次元走査ミラー１５の図３のIV-IV方向の断面図である。なお、図４（ａ）は静止時を示し、図４（ｂ）〜（ｅ）は駆動時を示している。
【００４０】
図４（ａ）に示すように、圧電素子５１，５２の表裏には、それぞれ上部プラス（＋）電極５１１，５２１、下部マイナス（−）電極５１２、５２２が設けられており、上部（＋）電極５１１（５２１）と下部（−）電極５１２（５２２）との間に分極反転を起こさない範囲で交流電圧を印加することで、圧電素子５１、５２を伸縮させ、ユニモルフ部６１，６２を厚み方向に変位させる。同様に、圧電素子５３，５４の表裏には、それぞれ上部（＋）電極５３１，５４１（図略）、下部（−）電極５３２，５４２（図略）が設けられている。
【００４１】
最初に、Ｘ軸回りの回動動作について説明する。ドライバ１３が圧電素子５１に伸びる方向の電圧を印加し、圧電素子５２に圧電素子５１と逆位相の縮む方向の電圧を印加すると、ユニモルフ部６１，６２の一端は、固定枠７０に固定・保持されているので、図４（ｂ）に示すように、ユニモルフ部６１は下方に曲がり、一方、ユニモルフ部６２は上方に曲がる。同様に、圧電素子５３，５４にも圧電素子５１，５２とそれぞれ同じ位相の電圧を印加すると、ユニモルフ部６３は下方に曲がり、一方、ユニモルフ部６４は上方に曲がる。
【００４２】
これにより、可動枠３０にはＸ軸を中心とした傾動トルクが作用し、可動枠３０はＸ軸を中心として矢印Ｐ方向に傾く。また、圧電素子５１〜５４に、図４（ｂ）の場合とは逆位相の電圧を印加すると、前述と同様の原理で、図４（ｃ）に示すように、可動枠３０にはＸ軸を中心とした傾動トルクが作用し、Ｘ軸を中心として矢印Ｑ方向に傾く。そして、圧電素子５１〜５４にこのような位相関係を保った交流電圧を印加すると、ユニモルフ部６１〜６４は、交流電圧に追従して上下方向の振動を繰り返し、可動枠３０にシーソー的な傾動トルクが作用され、可動枠３０はＸ軸を中心として所定変位角度まで回転振動する。
【００４３】
次に、Ｙ軸回りの回動動作について説明する。ドライバ１３が圧電素子５１，５２のいずれにも伸びる方向の電圧を印加すると、それぞれのユニモルフ部６１，６２の一端は、固定枠７０に固定・保持されているので、図４（ｄ）に示すように、いずれも下方に曲がる。一方、圧電素子５３、５４に圧電素子５１、５２と逆位相の縮む方向の電圧を印加すると、図４（ｅ）に示すように、ユニモルフ部６３、６４はいずれも上方に曲がる。これにより、可動枠３０にはＹ軸を中心とした傾動トルクが作用し、可動枠３０はＹ軸を中心として傾く。
【００４４】
そして、圧電素子５１〜５４にこのような位相関係を保った交流電圧を印加すると、ユニモルフ部６１〜６４は、交流電圧に追従して上下方向の振動を繰り返し、可動枠３０にシーソー的な傾動トルクが作用し、可動枠３０はＹ軸を中心として所定変位角度まで回転振動する。
【００４５】
このように、ドライバ１３から４つのユニモルフ部６１〜６４にそれぞれ所定の電圧を印加することにより、可動枠３０によって支持されているミラー部１６のＸ軸及びＹ軸周りの傾きを任意に制御することができる。また、曲がり梁４１〜４４は、Ｙ軸及びＸ軸を挟んで対称に配置され、曲がり梁４１〜４４に設けられたそれぞれの圧電素子５１〜５４は、同じ位相あるいは互いに１８０度異なる逆位相の駆動信号で駆動されるようにしたので、可動枠３０を片振れなしにＹ軸及びＸ軸の２軸で独立して回動させることができる。
【００４６】
次に、２次元走査ミラー１５を用いたレーザビームＷの偏向を行う方法について、図５を用いて説明する。レーザ光源７から射出されたレーザビームＷを２次元走査ミラー１５でラスター走査して映像を生成する。
【００４７】
ここで、水平方向の走査周波数は例えば３０ｋＨｚ、垂直方向の走査周波数は例えば６０Ｈｚ程度である。また、ミラー部１６の水平、垂直方向の傾斜角度はそれぞれほぼ±１０度である。また、ミラー部１６の水平走査は正弦波の駆動電圧を用いた機械共振振動を行うことから、水平方向の走査領域の左右の周辺部は水平走査速度が極端に低下する。そのため、図５に示すように、映像表示領域１７の水平域は、走査領域１８の全てを使用せずに少し内側の領域としている。
【００４８】
次に、映像投影システムＰＳの動作について説明する。電源が投入されると、システムコントローラ１４は、表示コントローラ５に、黒映像データをラインバッファメモリ４へ出力するように指示する。
【００４９】
上述したように、入力される映像データに応じて、ラインバッファメモリ４への映像データが書き込まれる。
【００５０】
変調器６は、レーザ光源７を発振させ、ラインバッファメモリ４から映像データを１画素単位で読み出し、読み出した映像データを用いてレーザ光源７から射出されるレーザビームを変調する。
【００５１】
レーザ光源７から射出された３本のレーザビームはダイクロミラー８により一本のレーザビームＷに合波され、ミラー部１６に入射する。
【００５２】
レーザビームＷは、走査駆動されるミラー部１６によりラスター走査され、立体物ＯＢＪ上に投影され、これにより高精細な映像を形成できる。このとき、可視光映像に重ねて赤外光映像が立体物ＯＢＪに投影されるが、観察者が気づくことはない。
【００５３】
以下、立体物ＯＢＪを直方体として、映像補正の態様を図６のフローチャートに基づいて説明する。まず、ステップＳ１０１で、形状認識部ＭＲは、立体物ＯＢＪの面に投影された不可視光映像を含む領域を撮影した不可視光撮影部ＣＡからの信号に基づいて、三角測量の原理により、直方体ＯＢＪの形状情報を取得する。ここでは、形状情報とは例えば直方体ＯＢＪの回転角度である。
【００５４】
図７は、直方体ＯＢＪを真上から見た図であり、直方体ＯＢＪの中心軸Ｘを中心とする回転角度をθと定義する。直方体ＯＢＪの投影面ＳＣ１（ＳＣ２）は、回転角度θに依存して傾きが変化する。更にステップＳ１０２で、映像補正部ＩＳが、可視光映像に対して形状情報に基づいた補正を行う。
【００５５】
より具体的には、まず形状認識部ＭＲが、不可視光撮影部ＣＡからの信号に基づいて、撮影した面内にエッジＥＤ（面同士の境界）がないか検出する。エッジ検出は、立体物ＯＢＪに対して水平に赤外光をスキャンしてゆき、画素毎に距離を測定したときに、列内で最も近接した近接画素を求めるようにして画面全体のスキャンを行う。このとき、近接画素が縦に並んでいた場合、これをエッジとして検出できる。ここで、図７に点線で示すようにエッジがない場合には、映像補正部ＩＳは、不可視光撮影部ＣＡからの信号に基づいて、投影面が傾いていないと判断できるので、投影用の映像データを補正しない。
【００５６】
一方、形状認識部ＭＲが、撮影した面内にエッジＥＤがあると検出した場合、映像補正部ＩＳは、投影面が２面あると認識して、２つの面ＳＣ１，ＳＣ２に異なる映像を投影するよう、映像補正部ＩＳに信号を出力する。かかる場合、投影面ＳＣ１，ＳＣ２は異なる方向に傾いているので、その傾き角に応じて、不可視光撮影部ＣＡからの信号に基づいて、異なる映像データに対して、それぞれアフィン変換や台形補正（特開２０１０−１３０１８１号公報参照）などを行う。このとき、傾き角θに応じて、アフィン変換の変換係数は変化させる。その後、ステップＳ１０３で、可視光投影部ＰＪ１が補正された可視光映像を投影する。これにより、投影面ＳＣ１，ＳＣ２それぞれに、適切に補正された映像を投影することで、観察者が遠近法で自然に映像を観察できるようになる。
【００５７】
以上より明らかであるが、撮影した画面内におけるエッジＥＤが、投影面の境界を表し、その検出により投影映像の追従が行われ、またエッジＥＤの両側で異なる映像が表示されるということである。即ち、図８に示すように、本実施の形態の映像投影システムＰＳにより直方体ＯＢＪに投影を行ったとき、観察者に第１の投影面ＳＣ１が正対した状態（ａ）では、第１の投影面ＳＣ１全体に最初の映像ＩＭＧ１が補正されない状態で投影される。ここから、直方体ＯＢＪを回転させてゆくに連れて、エッジＥＤが検出され始め、第１の投影面ＳＣ１上の映像ＩＭＧ１が追従して幅が狭くなりつつ補正されてゆき、それと同時に観察者の視界に入ってくる第２の投影面ＳＣ２に、次の映像ＩＭＧ２が補正されて投影されるようになる（（ｂ）〜（ｄ））。直方体ＯＢＪの回転に伴い、第２の投影面ＳＣ２上の次の映像ＩＭＧ２の幅が広がってゆき（（ｅ）、（ｆ））、更に直方体ＯＢＪが９０度回転した時点で、エッジＥＤが検出されなくなり、観察者に第２の投影面ＳＣ２が正対した状態になる（ｇ）ので、最初の映像ＩＭＧ１は消え失せて、第２の投影面ＳＣ２全体に補正されない映像ＩＭＧ２が投影されることとなる。つまり、直方体ＯＢＪを連続して回転させることで、何の映像も形成されていない直方体ＯＢＪの各面上に、回転角９０度毎に、異なる映像が次々に形成されてゆき、自動紙芝居のような効果を得ることができる。
【００５８】
特に図９の例では、直方体ＯＢＪを手で回転させると、回転に応じて直方体ＯＢＪの側面に独立した映像が投影されるものである。映像は直方体ＯＢＪの側面ごとに4種類用意されている。直方体ＯＢＪに映像をそのまま投影すると映像は歪んでしまうため、映像補正部により、観察者から映像が自然に見えるように補正されることとなる。
【００５９】
尚、LED光源などを用いた通常の映像投影システムを用いて立体物へ映像を投影する場合、立体物上のすべての点でピントがあった映像を投影することはできないが、本実施の形態では、光源としてレーザー光源を用いることで、距離に関わらずフォーカスフリーを実現し、立体物のどの位置でもピントがあった映像を投影できる。ある程度焦点深度が大きい映像投影システムならばこのような効果は得られるが、本実施の形態のようなレーザー光源を用いた映像投影システムが特に好ましい。
【符号の説明】
【００６０】
２ フレームメモリ
３ 映像処理用メモリ
４ ラインバッファメモリ
６，６ｒ，６ｇ，６ｂ，６ＩＲ 変調器
７，７ｒ，７ｇ，７ｂ，７ＩＲ レーザ光源
８，８ｒ，８ｇ，８ｂ，８ＩＲ ダイクロミラー
９ 光スキャナ
１０ スクリーン
１２ 位置検出部
１４ システムコントローラ
１５ ２次元走査ミラー
１６ ミラー部
１７ 映像表示領域
１８ 走査領域
１１０ 位相検出部
１２０ 同期信号出力部
ＣＡ 不可視光撮影部
ＩＳ 映像補正部
ＭＲ 形状認識部
ＯＢＪ 立体物
ＰＪ１ 可視光投影部
ＰＪ２ 不可視光投影部
ＰＳ 映像投影システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体物に映像を投影する映像投影システムであって、
前記立体物に対して可視光映像を投影する可視光投影部と、
前記可視光映像上に不可視光映像を重畳させて投影する不可視光投影部と、
前記不可視光映像を含む領域を撮影する不可視光撮影部と、
前記不可視光撮影部からの信号に基づいて、前記可視光映像内に置かれた前記立体物の変形及び／又は変位状態の認識を行う形状認識部と、
前記形状認識部の認識結果に基づいて前記可視光映像を補正する映像補正部とを備えることを特徴とする映像投影システム。
【請求項２】
前記立体物が、経時的に変形及び／又は変位することを特徴とする請求項１記載の映像投影システム。
【請求項３】
前記可視光投影部は、出射光を走査することで映像を投影し、前記形状認識部は、三角測量による距離情報の取得を用いて形状認識を行うことを特徴とする請求項1又は2記載の映像投影システム。
【請求項４】
前記立体物は多面体であり、前記形状認識部は、前記不可視光撮影部からの信号に基づいて前記多面体の面を認識し、前記映像補正部は、前記形状認識部の認識結果に基づき、前記多面体の面ごとに独立した映像となるよう可視光映像を補正することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の映像投影システム。
【請求項５】
前記多面体が直方体であることを特徴とする請求項4記載の映像投影システム。
【請求項１】
立体物に映像を投影する映像投影システムであって、
前記立体物に対して可視光映像を投影する可視光投影部と、
前記可視光映像上に不可視光映像を重畳させて投影する不可視光投影部と、
前記不可視光映像を含む領域を撮影する不可視光撮影部と、
前記不可視光撮影部からの信号に基づいて、前記可視光映像内に置かれた前記立体物の変形及び／又は変位状態の認識を行う形状認識部と、
前記形状認識部の認識結果に基づいて前記可視光映像を補正する映像補正部とを備えることを特徴とする映像投影システム。
【請求項２】
前記立体物が、経時的に変形及び／又は変位することを特徴とする請求項１記載の映像投影システム。
【請求項３】
前記可視光投影部は、出射光を走査することで映像を投影し、前記形状認識部は、三角測量による距離情報の取得を用いて形状認識を行うことを特徴とする請求項1又は2記載の映像投影システム。
【請求項４】
前記立体物は多面体であり、前記形状認識部は、前記不可視光撮影部からの信号に基づいて前記多面体の面を認識し、前記映像補正部は、前記形状認識部の認識結果に基づき、前記多面体の面ごとに独立した映像となるよう可視光映像を補正することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の映像投影システム。
【請求項５】
前記多面体が直方体であることを特徴とする請求項4記載の映像投影システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２５５８８３（Ｐ２０１２−２５５８８３Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２８４１１（Ｐ２０１１−１２８４１１）
【出願日】平成２３年６月８日（２０１１．６．８）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月８日（２０１１．６．８）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
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