(57)【要約】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を提供する。投射装置は、レーザ光を発するレーザ光源と、レーザ光を平行光に変換する変換手段と、並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、制御部と、を少なくとも備える。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、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、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、複数の回折パターンの組み合わせを、供給投射画像として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。
2018179980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【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。
【発明の詳細な説明】
【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ｔ１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ｔ１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ｔ２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ｔ１からシフト周期Ｔｃだけ経過した時刻ｔ２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ｔ１から２Ｔｃだけ経過した時刻ｔ３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ｔ１から更新周期Ｔｒだけ経過した時刻ｔ４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ｔ４からシフト周期Ｔｃだけ経過した時刻ｔ５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ｔ４から２Ｔｃだけ経過した時刻ｔ６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ｔ４にから更新周期Ｔｒだけ経過した時刻ｔ７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ｔ７からシフト周期Ｔｃだけ経過した時刻ｔ８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ｔ７から２Ｔｃだけ経過した時刻ｔ９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
【図１】
2018179980.tif 000003
【図２】
2018179980.tif 000004
【図３】
2018179980.tif 000005
【図４】
2018179980.tif 000006
【図５】
2018179980.tif 000007
【図６】
2018179980.tif 000008
【図７】
2018179980.tif 000009
【図８】
2018179980.tif 000010
【図９】
2018179980.tif 000011
【図１０】
2018179980.tif 000012
【図１１】
2018179980.tif 000013
【図１２】
2018179980.tif 000014
【図１３】
2018179980.tif 000015
【図１４】
2018179980.tif 000016
【図１５】
2018179980.tif 000017
【図１６】
2018179980.tif 000018
【図１７】
2018179980.tif 000019
【図１８】
2018179980.tif 000020
【図１９】
2018179980.tif 000021
【図２０】
2018179980.tif 000022
【図２１】
2018179980.tif 000023
【図２２】
2018179980.tif 000024
【国際調査報告】
2018179980.tif 000025
2018179980.tif 000026
2018179980.tif 000027
2018179980.tif 000028