JP2017158037A - 投影装置及び投影システム - Google Patents

Abstract

【課題】レーザーレーダーの機能及び映像投影の機能を備えた投影装置において、部品点数を抑えて小型軽量化しやすく、投影装置の出射点とレーザーレーダーの出射点との差を小さくすること、さらにはレーザーレーダーにより３次元距離情報を検出した対象物に所望の画像を投影することを、検出と投影のリアルタイム性をもって実現する。
【解決手段】投影装置は、レーザーレーダーの測定光（５０５）を走査する走査光学系（５０１）と、投影画像の画像光（５０７）を走査する走査光学系（５０１）とを共有する。レーザーレーダーの機能により検出した周辺対象物（５０４）の表面の投影範囲（５０９）の３次元距離情報に基づき、当該投影範囲に投影する投影用の原画像データを実際に投影する実投影画像データに変形演算する投影データ演算処理部を備え、実投影画像データに基づき画像光の光源（５０８）を駆動して投影範囲に画像を投影する。
【選択図】図５

Description

本発明は、投影装置及び投影システムに関する。

任意の対象物の表面を投影面として画像を投影する場合、また移動している物体の表面に画像を投影しようとする場合、また、ドローンなどの移動体に搭載されることによって投影装置が移動している場合、原画像を正射影したような所望の画像が投影されない、投影範囲から対象物が移動してしまうなどの問題がある。最近注目されているプロジェクションマッピングは、精密な位置決め、測定が必要であるが、コンサートや屋外イベントなどのアミューズメント用途では、事前に正確な測定をするのが困難・煩雑なことがある。仮に建物や会場の図面があっても現実と違う可能性があり、このような状況で投影すると、「見た目」が不自然になり、好ましくない。 またコンサートやライブなどのイベントなどではリアルタイム性が要求されることがあり、このような場合は移動する対象に投影することがあり、事前に位置決め・同期プログラミング、リハーサルを行っておく必要があるが、そのような精密な設定を行うことなく、しかしリアルタイムで正確な投影を行いたいという要望がある。
従来、投影範囲の投影装置からの距離（３次元形状）を検出し、検出した３次元距離情報に基づき投影画像データを補正して、補正された投影画像データに基づき当該投影範囲に当該投影装置から画像を投影することが提案されている。
特許文献１に記載の発明にあっては、投影の光軸に平行でない平面や、平面ではない投影面（折れ曲がりがある面）に画像を投影する際、その投影面の３次元形状をレーザーレーダーなどにより検出して、最適な画像に補正した上で投影する。
レーザーレーダーでＸＹ方向に２次元走査することによって、各ＸＹ座標に距離情報Ｚが付加された３次元距離情報が取得可能である。

特開２０１５−１３９０８７号公報

しかしながら、投影装置のほかにレーザーレーダーを設けると、大型化、重量増が生じて設置や、ドローンなどへの搭載に難が生じる。
レーザーレーダーは、レーザーレーダーからの距離を検出するものであり、投影装置の出射点から見える形状がレーザーレーダーの出射点からは見えない形状もあるから、距離換算をしても、投影装置の出射点から見た３次元距離情報を完全に得ることはでいないという問題がある。すなわち、投影装置の出射点と、レーザーレーダーの出射点との差を小さくすべきという課題がある。
レーザーレーダーで検出した後、レーザーレーダーが設置されていた場所に投影装置を設置して投影を始めるとすると、投影装置の出射点とレーザーレーダーの出射点との差を解消することはできるが、検出から投影までに時間を要し、移動する物体への投影や、投影装置が移動体に搭載されている場合には現実的でないし、実際には設置誤差がその都度バラバラに生じるから、投影画像に影響し得るし、正確に設置しようとすると設置作業が煩雑である。
レーザープロジェクション機器としては、MEMSを用いた投影機器が普及しているが、広角の描画、高速描き換えには難点がある。
レーザーレーダーは広範囲の３次元形状を把握できる機器であり、様々な活用が検討さ
れており、特にポリゴンミラーを使用してスキャンするタイプのものは、広角及び高速スキャンが可能である。
一方で、レーザーレーダーは赤外光などの不可視光源を用いるため、どの範囲が測定されているか、目視では確認できないという問題がある。前述のレーザーレーダーで検出した後、レーザーレーダーが設置されていた場所に投影装置を設置して投影を始める場合は、検出と投影のリアルタイム性がなく、レーザーレーダーで検出範囲の表示を投影装置によって行うことはできない。
また、レーザーレーダーの受光器は、可視光の入射で不具合を生じるという問題もある。

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、レーザーレーダーの機能及び映像投影の機能を備えた投影装置において、部品点数を抑えて小型軽量化しやすく、投影装置の出射点とレーザーレーダーの出射点との差を小さくすること、さらにはレーザーレーダーにより３次元距離情報を検出した対象物に所望の画像を投影することを、検出と投影のリアルタイム性をもって実現することを課題とする。

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、レーザーレーダーの機能及び映像投影の機能を備えた投影装置であって、レーザーレーダーの測定光を走査する走査光学系と、投影画像の画像光を走査する走査光学系とが共有されてなる投影装置である。

請求項２記載の発明は、前記画像光の光源は、前記走査光学系による主走査方向に交わる副走査方向の画素列となる複数の画素光を配光可能である請求項１に記載の投影装置である。

請求項３記載の発明は、前記画像光の光源は、前記走査光学系による主走査方向に交わる副走査方向の画素列となる複数の画素光を配光可能とするための、光出射方向を音響光学効果により変化させる音響光学素子を備えて構成されている請求項１に記載の投影装置である。

請求項４記載の発明は、前記走査光学系は、反射面を変角駆動させる機構を有し、当該反射面により前記測定光及び前記画像光を反射して走査することを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載の投影装置である。

請求項５記載の発明は、前記走査光学系は、前記測定光の出射時及び受光時並びに前記画像光の出射時に２回反射する１対の反射面を有する請求項４に記載の投影装置である。

請求項６記載の発明は、レーザーレーダーの機能により検出した周辺対象物の表面の投影範囲の３次元距離情報に基づき、当該投影範囲に投影する投影用の原画像データを実際に投影する実投影画像データに変形演算する投影データ演算処理部を備え、
前記実投影画像データに基づき前記画像光の光源を駆動して前記投影範囲に画像を投影する請求項１から請求項５のうちいずれか一に記載の投影装置である。

請求項７記載の発明は、前記投影データ演算処理部は、前記投影範囲の３次元距離の変化による射影変化が縮小するように前記変形演算を行う請求項６に記載の投影装置である。

請求項８記載の発明は、レーザーレーダーの機能により検出した３次元距離情報に基づき人間を認識する認識部と、
前記認識部により認識された人間の範囲と前記投影範囲との重なる範囲に、投影禁止範囲
を設けて前記投影データ演算処理部に指令する制御部とを備え、
前記投影データ演算処理部は、前記投影禁止範囲にある画素を非発光画素とする請求項６又は請求項７に記載の投影装置である。

請求項９記載の発明は、レーザーレーダーの機能により検出した３次元距離情報に基づき人間を認識する認識部を備え、
前記投影データ演算処理部は、前記認識部により認識された人間に観察点を設定して、当該観察点から投影画像を観察した際の観察画像が所望の画像となるように、原画像データを実際に投影する実投影画像データに変形演算する請求項６から請求項８のうちいずれか一に記載の投影装置である。

請求項１０記載の発明は、前記画像光の光源を可視光光源とする請求項１から請求項９のうちいずれか一に記載の投影装置である。

請求項１１記載の発明は、前記レーザーレーダーの機能を実現する受光素子の前に可視光カットフィルターが配置されている請求項１から請求項１０のうちいずれか一に記載の投影装置である。

請求項１２記載の発明は、前記測定光の光軸と前記画像光の光軸とが平行でない角度を有する請求項１から請求項１１のうちいずれか一に記載の投影装置である。

請求項１３記載の発明は、前記画像光の走査範囲が前記測定光の走査範囲に含まれる請求項１２に記載の投影装置である。

請求項１４記載の発明は、前記画像光の走査範囲と前記測定光の走査範囲とが共有範囲を有さない請求項１２に記載の投影装置である。

請求項１５記載の発明は、前記測定光の受光検出期間と前記画像光の投光期間とが互いに時間的に重ならないように１フレーム中に時分割して前記測定光の受光検出及び前記画像光の投光を制御する請求項１から請求項１４のうちいずれか一に記載の投影装置である。

請求項１６記載の発明は、前記測定光の光源及び前記画像光の光源を冷却する冷却装置を備えた請求項１から請求項１５のうちいずれか一に記載の投影装置である。

請求項１７記載の発明は、請求項１から請求項５のうちいずれか一に記載の投影装置を複数備えるとともに、そのうち一の投影装置のレーザーレーダーの機能により検出した周辺対象物の表面の投影範囲の３次元距離情報に基づき、当該投影範囲に投影する投影用の原画像データを実際に投影する実投影画像データに変形演算する投影データ演算処理部を備え、他の投影装置が前記実投影画像データに基づき自己の前記画像光の光源を駆動して前記投影範囲に画像を投影する投影システムである。

本発明によれば、レーザーレーダーの測定光を走査する走査光学系と、投影画像の画像光を走査する走査光学系とが共有されてなるので、レーザーレーダーの機能及び映像投影の機能を備えた投影装置において、部品点数を抑えて小型軽量化しやすく、投影装置の出射点とレーザーレーダーの出射点との差を小さくすることができる。
さらにはレーザーレーダーの機能により検出した周辺対象物の表面の投影範囲の３次元距離情報に基づき、当該投影範囲に投影する投影用の原画像データを実際に投影する実投影画像データに変形演算する投影データ演算処理部を備えることにより、レーザーレーダ
ーにより３次元距離情報を検出した対象物に所望の画像の投影を実現することができる。
また、測定光の受光検出期間と画像光の投光期間とを１フレーム中に時分割して分配することで、検出と投影のリアルタイム性を高度に実現することができる。

本発明の投影装置を構成する一例の機能ブロック図である。 本発明の投影装置の光学系の構成例を示す模式図である。 本発明の投影装置の投影光学系の構成例を示す模式図である。 本発明の投影装置における測定と投影の時分割制御方式を説明するための受光検出期間を示すグラフ(a)及び画像投光期間を示すグラフ(b)である。 本発明の投影装置の構成例、利用例を示す模式図である。 本発明の投影装置の測定対象となる一例の周辺環境の撮影画像である。 図６の周辺環境を測定して得られた３次元距離情報を２次元面に可視化表現したコンピューターグラフィックである。 得られた３次元距離情報に基づき認識した人間及びその移動軌跡等を示したコンピューターグラフィックである。 本発明の投影装置の他の構成例を示す模式図である。 本発明の投影装置の他の利用例を示す模式図である。

以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。

〔機能ブロック〕
図１は、本発明の投影装置を構成する一例の機能ブロック図である。図１に示すように本例の投影装置は、中央制御部１０、駆動手段制御部１１、走査光学系１２、測定光制御部２１、測定光光源２２、出射光学系２３、受光光学系３１、測定光受光部３２、測定光演算処理部３３、原画像データ・投影条件記憶部４１、投影データ演算処理部４２、画像光光源４３、投影光学系４４のほか、データ入出力部８、操作部９等を備えて構成される。走査光学系１２に、走査面１２ａと、走査面１２ａの回転等の駆動する駆動手段１２ｂが設けられている。

レーザーレーダーの機能は、機能要素８，９，１０，１１，１２，２１，２２，２３，３１，３２，３３で実現される。レーザーレーダーとしてのみ使用する場合は、これらの要素のみが機能する。
レーザーレーダーにより検出した情報に基づかずに画像を投影する投影装置としては、機能要素８，９，１０，１１，１２，４１，４２，４３，４４により機能する。
以上のように走査光学系１２は、レーザーレーダーの測定光を走査する手段と、投影画像の画像光を走査する手段として共有されている。

〔光学系構成例１〕
図２は、本投影装置の光学系の構成例を示す。
図２に示すように本例の走査面は、ミラー２０１の反射面で構成される。ミラー２０１を、ガルバノスキャナのミラー部とし、駆動軸を２軸としたガルバノスキャナを適用するか、駆動軸を１軸とした２つのガルバノスキャナをＸ，Ｙ方向に使い分けることで、ＸＹ方向に２次元走査するレーザーレーダーとすることができ、これによって、各ＸＹ座標に距離情報Ｚが付加された３次元距離情報が取得可能であり、また、画像を投影可能である。このとき、ガルバノスキャナは、走査面１２ａとしての反射面を変角駆動させる機構の一例である。

ミラー２０１に対して測定光２０２を出射するレーザー光源装置２０３（図１の要素２１，２２，２３に相当）と、測定光２０２が照射された周辺対象物から反射して戻ってきた測定光２０４を受光する受光装置２０５（図１の要素３２に相当）と、ミラー２０１に対して画像光２０６を出射する画像光出力装置２０７（図１の要素４３，４４に相当）が備えられる。

一例として画像光の光源を可視光光源として実施することができる。この場合、特殊な効果なしに直接的に投影面に映像を可視化できる。なお、アミューズメント用途や保安用途として、不可視光で描画し、特殊なゴーグルやメガネを観察者が装用することで可視化できる。その他、投影面が紫外線発光性であれば紫外線描画でも可能である。

図１の受光光学系３１に相当するものとして、受光装置２０５とミラー２０１の間の光路には、集光レンズ２０８、可視光カットフィルター２０９が配置されている。可視光カットフィルター２０９は、レーザーレーダーの機能を実現する受光素子（受光装置２０５に装備）の前に配置されフィルターで、当該受光素子への可視光の入射を防止する。可視光カットフィルター２０９により、外部から入射する可視光のほか、画像光の光源を可視光光源とした場合の画像光（機器内部での回析光など）をカットできる。レーザーレーダーは不要光対策が入念に必要であり、そのための構成を工夫した公知例も多々公開されている（機器内部での不要光回折などの影響を排除する構成をはじめ、多々公知例がある）。
不要光としての最たるものは外部からの可視光（自然光や人工照明）であるが、投影機能が無ければ、装置筐体の外装部材に可視光カットフィルターを設置しても十分だが、前記の一例では可視光を投影するため、そのような構成としても機器内部での回析による不要光を回避できない。
そこで、受光素子の部位にのみ可視光カットフィルター２０９を設けて不要光を分離する。したがって、可視光カットフィルター２０９を通らずに受光素子に入射しないように機器内部に可視光カットフィルター２０９を配置して構成する。

投影光学系４４に相当する構成部品として、コリメーターレンズなどの画像光の指向性を高め、投影面での画素鮮明度を高めるための収束光学系部品が配置される。

〔光学系構成例２〕
図３は、本投影装置の投影光学系の構成例を示す。ミラー２０１は図２と同様にものであり、走査光学系１２の走査面１２ａを構成するものである。
図３に示す画像光出力装置３０１（図１の要素４３に相当）は、走査光学系による主走査方向Ｘに交わる副走査方向Ｙの画素列となる複数の画素光を配光可能とするための一例である。図示例の画像光出力装置３０１は、副走査方向Ｙの一列上に配置した９点の光源を半画素ずつずらして２列並べた１８画素を備える構成を有する。１８画素が同時発光可能な構成であり、これを主走査方向と副走査方向に走査する。
画像光光源が１画素分しか存在しないと、１回の主走査では主走査方向に１ライン分しか描画できないので副走査、主走査を全走査ライン分繰り返さなければならないが、主走査方向Ｘと交わる方向に発光点光源（１画素分）を複数配列しておくことで、同時に走査される走査ラインを増やし走査回数を減少させることができる。発光点光源の配列方向は、主走査方向Ｘに垂直に交わる方向としてもよいし、斜めに交わる方向としてもよい。斜めに交わる方向とすることで画素密度を向上できる。
このような画像光の光源を、例えば、LCOS（エルコス、Liquid crystal on silicon, LCoS は商標)や、デジタルミラーデバイスで構成して実施することができる。
画像光の光源は画素（発光点）が多いほうが精細な描画が可能になるので好ましいものの、装置が大型化するのは好ましくない。
そこで、図３に示す例のように複数の発光点を配置する構成の場合、それらを複数列、
かつ画素中央をずらして並べることで、多数の発光点を集積化させることが可能である。
別の構成として、例えば音響光学素子を適用することができる。適用する音響光学素子としては、光出射方向を音響光学効果により変化させる音響光学素子（光偏向素子）である。これにより、出射点は一つであっても、複数の方向に出射することで、事実上複数の発光点を持つのと同等の構成とすることができる。また音響光学素子の別目的の活用例としては、光の高度（明るさ）を調整する機能を有する音響光学素子（光変調素子）を適用して画像光の明るさの調整する構成や、光の波長（色）を選択する機能を有する音響光学素子（音響光学フィルタ）を適用して画像の色調整をする構成も合わせて実施してもよい。

〔測定と投影のリアルタイム制御方式例１〕
測定と投影のリアルタイム性を確保する制御方式として、例えば、測定光と投影を同時に行う方式を適用できる。この場合、例えば、測定光を常時出射し受光し、所定のサンプリング期間に受光した測定光を検出する。測定光を検出するサンプリング期間に重なる時間帯も含めて画像光を出射して投影する。
この方式の場合でも、上述の可視光カットフィルターにより画像光が受光素子に入射することは防がれる。

〔測定と投影のリアルタイム制御方式例２〕
測定と投影のリアルタイム性を確保する制御方式として、例えば、測定光の受光検出期間と画像光の投光期間とを時間的に分けて測定光の受光検出及び画像光の投光を制御する時分割制御方式を適用できる。この場合、例えば、１フレームごとに分ける方式を適用できる。すなわち、検出範囲全域の１走査が終了した後、次の１フレームは画像投影のための走査期間とする方式である。この場合でも、フレームレートが３０（ｆｐｓ）であれば、検出から投影までの時間を１／３０（秒）にすることができる。検出して得られた３次元距離情報を反映した画像を最短で１／３０（秒）後に描画可能である。

〔測定と投影のリアルタイム制御方式例３〕
測定光の受光検出期間と画像光の投光期間とを時間的に分ける時分割方式でも、１フレーム中に時分割して測定光の受光検出及び画像光の投光を制御する時分割制御方式を適用できる。
図４(a)の受光検出期間４０１のグラフにおいて「１」で受光した測定光を検出し、図４(b)の画像投光期間４０２を示すグラフにおいて「１」で画像光を出射し投影面に画像を描画する。図４に示すように受光検出期間４０１と画像投光期間４０２とが時間的に重ならないように時分割する。また、走査光学系に同期して１フレーム分のレーザーレーダーの走査が行われるように受光検出期間４０１が複数回に分かれて設けられる。同じく走査光学系に同期して１フレーム分の画像投影の走査が行われるように画像投光期間４０２が複数回に分かれて設けられる。それぞれの分解能のためである。そして、受光検出期間４０１と画像投光期間４０２とが互いに間に配置されるように設けられる。なお、図４に示す例に拘わらず、１回測定して２回描画するなどの制御パターンで実施してもよい。ここで、１回描画するとは、上述の複数画素を有する画像光の光源で、その画素数分を１回とした場合である。
デュアロポリゴンを走査光学系に適用した場合、ポリゴンの対の数をｎとした場合に、１つの対がスキャンする時間は、1／(30＊ｎ)秒であり、1／(30＊ｎ)秒内で実行される走査分解能分だけ受光検出期間４０１が設けられる。
画像光が不要光となって検出されてしまう可能性があるところ、上述のように可視光カットフィルターを設けても、完全に排除できない可能性がある。
そこで、以上のように受光検出期間４０１と画像投光期間４０２とが時間的に重ならないように時分割することで、測定時に受光されないようにせしめることができる。
走査は間歇的に行われるところ、測定のための走査中は描画を行わない（画像光を発光
せず）。
測定光の出射は、少なくとも受光検出期間４０１で実行し、常時実行してもよい。

〔適用例１〕
図５に示す構成例、利用例に沿って説明する。
図５に示すように走査光学系をデュアロポリゴン５０１とした装置構成例である。デュアロポリゴン５０１の反射面５０１ａに対して測定光５０２を出射するレーザー光源装置５０３は、図１の要素２１，２２，２３に相当する。測定光５０２か照射された列車車両５０４などの周辺対象物から反射して戻ってきた測定光５０５を受光する受光装置５０６は、図１の要素３１，３２に相当する。反射面５０１ａに対して画像光５０７を出射する画像光出力装置５０８は、図１の要素４３，４４に相当に相当する。

デュアロポリゴン５０１は、走査面１２ａとしての反射面を変角駆動させる機構の一例である。
デュアロポリゴン５０１は、測定光５０２の出射時及び測定光５０５の受光時並びに画像光５０７の出射時に２回反射する１対の反射面５０１ａ，５０１ｂを有する。すなわち、測定光５０２は、レーザー光源装置５０３から出て反射面５０１ａで反射し、さらに反射面５０１ｂで反射して装置外に出射し周辺対象物に照射される。戻りの測定光５０５は、反射面５０１ｂで反射し、さらに反射面５０１ａで反射して受光装置５０６に入射する。画像光５０７は、画像光出力装置５０８から出て反射面５０１ａで反射し、さらに反射面５０１ｂで反射して装置外に出射し周辺対象物の投影範囲５０９に照射される。
このように２回反射する１対の反射面５０１ａ，５０１ｂを有するデュアロポリゴン５０１を適用することで、レーザー光源装置５０３等の後方側に照射することができ、コンパクトな装置構成とすることが容易である。

図５に示す例のデュアロポリゴン５０１は、１対の反射面５０１ａ，５０１ｂを３ペア有し、回転軸に垂直な断面が三角形状のものであり、各ペア間で反射面のチルト角が異なり走査範囲が副走査方向にずれるので、１回転で１フレームの走査を完了する。デュアロポリゴン５０１を、１対の反射面５０１ａ，５０１ｂを３ペア有する断面三角形状のものとすることで、水平画角５１０を最大１８０度として広範囲の走査が可能である。
本例は、測定光の光軸と画像光の光軸とが平行である例である。画像の投影範囲としては、レーザーレーダーの走査範囲の全部又は一部を選択することができる。

図１に示した投影データ演算処理部４２は、本装置のレーザーレーダーの機能により検出した周辺対象物（列車車両５０４等）の表面の投影範囲５０９の３次元距離情報に基づき、当該投影範囲５０９に投影する投影用の原画像データを実際に投影する実投影画像データに変形演算する。
例えば図６に示すような周辺環境をレーザーレーダーで走査すると、図７に示すような各ＸＹ座標に距離情報Ｚが付加された３次元距離情報が取得される。図７は３次元距離情報を２次元面に可視化表現したものである。
このような３次元距離情報が連続したフレームごとの距離画像として得られる。
各フレームの距離画像を解析してエッジ検出、連続面の認識、路面（地面、床面）の認識、路面（地面、床面）上の各物体の認識、グループ化、路面（地面、床面）上の物体から人間の大きさ、形状、動きなどに基づき絞り込み人間認識も行う。バス、列車車両、自動車などの認識も同様に行う。移動体については、連続したフレームを追うことで図８に示すように移動方向、移動軌跡、移動速度なども算出する。
レーザーレーダーの機能により検出した３次元距離情報に基づき人間を認識する認識部その他の認識部は、図１の中央制御部１０に構成される。測定光演算処理部３３が３次元距離情報を生成し、中央制御部１０に与える。

さて、図５に示す状況例で、中央制御部１０が列車車両５０４と、ホーム床面５１１と、人間５１２とを認識したとする。
結果的に列車車両５０４の側面所定範囲に投影されている画像５１３の原画像データは、予め図１のデータ入出力部８から入力され、原画像データ・投影条件記憶部４１に記憶されている。原画像データのほかに、どの対象物のどの範囲に画像を投影するかの条件が必要であり、それを特定する投影条件も同様に原画像データ・投影条件記憶部４１に記憶されている。ここでは、列車車両の側面の車両連結部を除いた所定範囲が指定されているとする。また、原画像データによる画像をそのまま正射影した画像が目的の投影画像であるとする。
まず、本投影装置が列車車両５０４より高い位置に設置されていると、投影範囲５０９が本投影装置の水平方向にないので、上下方向に投影範囲５０９が傾き、目的の正射影画像に対して投影画像が歪む。
そこで、中央制御部１０が認識した列車車両５０４の側面の投影範囲５０９の角度に基づき、投影データ演算処理部４２が投影範囲５０９に投影する投影用の原画像データを実際に投影する実投影画像データに変形演算する。ここでは、投影データ演算処理部４２は、投影範囲５０９の３次元距離の変化（角度の違い）による射影変化が縮小するように、すなわち、目的の正射影画像が投影されるように変形演算を行う。その演算は、所定の時間レート（例えば投影のフレームレートと同じにする）で行い、リアルタイムに変化する状況に追従するように実行する。また、投影範囲５０９までの距離・方向、その距離・方向の時間変化、水平方向角度、その水平方向角度の時間変化についても同様に、リアルタイムに変化する状況に追従するように実行する。
投影データ演算処理部４２が演算した実投影画像データに基づき画像光の光源（４３）を駆動して投影範囲５０９に画像を投影する。
以上により、列車車両５０４の所定位置に所望の画像が投影でき、その投影画像が列車の移動とともに移動し、列車に対して移動しないように投影することもできるし、アニメーションにより列車に対して予定された移動をするような動画プログラムを実行することも可能できる。例えば、列車車両５０４のドアに「駆け込み乗車は止めましょう」と表示することができる。また、列車車両５０４のドアに向かって駆け込み危険であることを表現したキャラクターのアニメーションを表示することもできる。

中央制御部１０は、ホーム床面５１１上の人間５１２を認識したので、これに基づく次の実投影画像データの生成を投影データ演算処理部４２に指令する。
一つには、中央制御部１０は、人間５１２の範囲と投影範囲５０９との画像光５０７の光路上で少なくとも重なる範囲に、投影禁止範囲を設けて投影データ演算処理部４２に指令する。投影データ演算処理部４２は、投影禁止範囲にある画素を非発光画素とする。「投影禁止範囲にある画素を非発光画素とする」には、全領域投影中止とすることのほか、当該投影禁止範囲において画像５１３が欠けた画像を表示する実投影画像データを生成することが含まれる。また、「投影禁止範囲にある画素を非発光画素とする」には、当該投影禁止範囲から画像５１３の全体が退避した領域を投影領域とした実投影画像データを生成することが含まれる。この場合は、投影条件に含まれる投影範囲に関する条件は選択性のある条件である。例えば、列車車両の側面の全体のうち任意の一部に投影する条件や、列車車両の側面又はホーム床面に表示する条件などである。
人間５１２の範囲の周囲に余裕領域を持たせて投影禁止範囲を設定し安全を確保してもよい。人間５１２の移動している方向や速度も認識できるので、その移動方向に余裕領域幅を他に対して比較的大きくとって投影禁止範囲を設定してもよい。
以上のように、いずれにしても人間５１２に対して画像光を照射しないので、人間の目の安全が保たれる。

また、中央制御部１０は、ホーム床面５１１上の人間５１２を認識したので、これに基づく次の実投影画像データの生成を投影データ演算処理部４２に指令する。
投影データ演算処理部４２は、認識部により認識された人間５１２に観察点を設定して、当該観察点から投影画像を観察した際の観察画像が所望の画像となるように、原画像データを実際に投影する実投影画像データに変形演算する。
例えば、投影範囲５０９の中心の正面に観察者である人間５１２がいて、投影範囲５０９に目的の正射影画像が投影されていれる状況から、列車車両５０４の移動（又は／及び人間５１２の移動）があれば、観察点が投影範囲５０９の中心の正面からずれて、観察点から見た投影範囲５０９の投影面の傾斜が変化するために、画像が人間５１２にとって見づらく歪む。これを本投影装置から見た投影面の傾斜の変化の場合と同様にリアルタイムに変形演算して、人間５１２に対して意図した画像を表示する。

〔適用例２〕
図９に示す構成例に沿って説明する。
図９に示すように本例は、上記適用例１と同様に走査光学系をデュアロポリゴン５０１とした装置構成例である。異なる点は、上記適用例１（図５）では、測定光５０５の光軸と画像光５０７の光軸とが平行とされているのに対し、本例（図９）では測定光５０５の光軸と画像光５０７Ａ（５０７Ｂ）の光軸とが平行でなく、傾斜した角度を有する点である。

画像光５０７Ａの走査範囲が測定光５０５の走査範囲に含まれる。この場合、測定光５０５の走査と画像光５０７Ａの走査とは、同じ主走査期間に同一の反射面５０１ａ１，反射面５０１ｂ１によって行われる。両者の光軸の相対角θＡは既知で固定であるため、測定光５０５の座標系に変換して画像光５０７Ａによる画像を投影可能である。例えば、図９中に矢印で示す回転方向９０１にデュアロポリゴン５０１を回転させて測定光５０５及び画像光５０７Ａを走査することで、先行して測定光５０５により得られた周辺対象物の３次元距離情報に基づき変形演算した画像を、後追いする画像光５０７Ａによって（周回遅れすることなく）描画することで、検出と投影のリアルタイム性を持たせることができる。

一方、画像光５０７Ｂの走査範囲と測定光５０５の走査範囲とが共有範囲を有さない。この場合、測定光５０５の走査と画像光５０７Ｂの走査とは、同じ主走査期間に異なる反射面５０１ａ１，反射面５０１ａ２によって行われる。両者の光軸の相対角θＢは既知で固定であるため、測定光５０５の座標系に変換して画像光５０７Ｂによる画像を投影可能である。
測定光５０５の走査範囲に画像光５０７Ｂによる画像を投影することは、レーザー光源装置５０３、受光装置５０６、画像光出力装置５０８Ｂ、及びデュアロポリゴン５０１を含めた装置構成を、デュアロポリゴン５０１と同じ回転軸９０１回りに回動させることで可能である。また、本例の装置構成のユニットを、測定光５０５の走査範囲同士が異なるように複数台設置して、ある周辺領域に関し一のユニットから得られた３次元距離情報に基づきに変形演算した画像を、その周辺領域を投影可能範囲として設置された他のユニットの投影機能により投影して実施することができる。
かかる構成によると、画像光５０７Ｂが受光装置５０６に回りこみにくくなるため、測定上有利である（測定と投影とを同時に行っても問題が少ない）。

〔適用例３〕
図１０に示す利用例に沿って説明する。
図１０は、ドローン１００１のモジュール１００２に、以上説明したレーダーレーザー機能付きの投影装置を搭載したものであり、投影装置を飛行移動させて周囲をレーダーレーザーでスキャンし所望の画像を所望の位置に投影するものである。例として、壁面１００３に画像１００４を投影した場面を示す。ドローン１００１の回転、移動に伴って変化する周辺対象物の３次元距離情報に基づき変形演算した画像（１００４）を投影する。
例えば図５又は図９に示した装置構成のレーダーレーザー機能付きの投影装置がモジュール１００２に搭載される。上述したレーザー光源装置５０３、受光装置５０６、画像光出力装置５０８Ｂ、及びデュアロポリゴン５０１を含めた装置構成を、デュアロポリゴン５０１と同じ回転軸９０１回りに回動させることは、ドローン１００１の回転によって実現することもできる。ドローン１００１本体に対してモジュール１００２を回転させてもよい。

〔その他〕
（１）以上の装置構成に対し、測定光の光源（２２）及び画像光の光源（４３）を冷却する冷却装置を搭載してもよい。すなわち、光源部分が発熱するため、例えば、ヒートパイプやペルチェクーラー、スターリングクーラーなどによって冷却する構成をとることが好ましい。冷却装置は、他の部分（例えば、測定光受光部３２の受光素子や、駆動手段１２ｂなどの光学系を駆動させるアクチュエイタ）を冷却するものと兼用であっても良い。

（２）人間の動態認識能力上、通常、1/30秒以下の時間で表示された画像が連続的な内容であれば、滑らかな動画として認識される。この単位時間は、1/8秒程度であっても、おおむね動画として認識可能である。そこで、上述したデュアロポリゴン５０１における反射面５０１ａと反射面５０１ｂのようなポリゴンの反射面の対の数をｎとした場合を想定すると、１つの対がスキャンする時間を、1／(30＊ｎ)秒とすると、ｎ対が一枚の絵を描画する時間が1/30秒となり、なめらかな動画を投影できる。同様に、1／(8＊ｎ)秒でも、おおむね動画として認識可能な映像を投影できる。

（３）本装置により広告を表示できる。走行中の電車や自動車のボディに、広告などを投影することができる。
（４）本装置により危険を警告できる。例えば、固定的に配置した本装置が自動車等を検知して、「トマレ」などの歩行者に注意を促す表示を路面に投影することができる。

（５）本装置の搭載・設置の方法は、据え置きのほか、可動でもよい。建物、電柱、壁などの固定的な構造物上に設置されることができる（この場合の主な利用例は交通整理対策〜危険警告）。
コンサート会場などの場合は、一時的な設置であるが、固定されるため、先の例と実質同じである。
また、本装置が設置される移動体としては、航空機・飛翔体（大型のものから、ドローン、マルチコプターでもよい）や自動車なども可能である。たとえばドローンであれば、災害誘導などが利用例である。ドローンが災害地や事故現場に入り、周囲の環境を把握しつつ、「コチラ」等の表示を投影して被災者に避難経路を案内する。

（６）複数の装置の連携も可能である。すなわち、以上説明したレーザーレーダー機能付き投影装置を複数備え、そのうち一の投影装置のレーザーレーダーの機能により検出した周辺対象物の表面の投影範囲の３次元距離情報に基づき、当該投影範囲に投影する投影用の原画像データを実際に投影する実投影画像データに変形演算する投影データ演算処理部を備え、他の投影装置が前記実投影画像データに基づき自己の画像光の光源を駆動して前記投影範囲に画像を投影する投影システムの形態を実施することができる。例えば、第１投影装置と第２投影装置とについて、あらかじめ位置を設定しておき（あるいは少なくとも片方が他方の測定走査範囲に入るようにして、位置を把握しておき）、その上で２つの投影装置の測定結果を総合した上で、実投影画像データを作成したり、実際に投影するといったことが可能である。もちろん、片方が固定設置、他方がドローンなどの移動体に搭載する形態であってもよい。投影データ演算処理部を、各投影装置に設ける場合、一部の投影装置に設ける場合、いずれの投影装置にも設けず各投影装置と情報通信する管制局などに設ける場合のいずれの形態でも実施できる。

（７）本装置によるレーザーレーダーの走査範囲に、走査範囲を示す画像（例えば、線や枠）を本装置の投影機能により投影して、レーザーレーダーの走査範囲を示すことができる。これを、レーザーレーダーの走査範囲の位置決めに有効利用できる。

８ データ入出力部
９ 操作部
１０ 中央制御部
１１ 駆動手段制御部
１２ 走査光学系
１２ａ 走査面
１２ｂ 駆動手段
２１ 測定光制御部
２２ 測定光光源
２３ 出射光学系
３１ 受光光学系
３２ 測定光受光部
３３ 測定光演算処理部
４１ 原画像データ・投影条件記憶部
４２ 投影データ演算処理部
４３ 画像光光源
４４ 投影光学系
２０１ ミラー
２０２ 測定光
２０３ レーザー光源装置
２０４ 測定光
２０５ 受光装置
２０６ 画像光
２０７ 画像光出力装置
２０８ 集光レンズ
２０９ 可視光カットフィルター
３０１ 画像光出力装置
４０１ 受光検出期間
４０２ 画像投光期間
５０１ デュアロポリゴン
５０２ 測定光
５０３ レーザー光源装置
５０４ 列車車両
５０５ 測定光
５０６ 受光装置
５０７ 画像光
５０７Ａ 画像光
５０７Ｂ 画像光
５０８ 画像光出力装置
５０８Ａ 画像光出力装置
５０８Ｂ 画像光出力装置
５０９ 投影範囲
５１０ 測定光の水平画角
５１１ ホーム床面
５１２ 人間
５１３ 画像
５１４ 投影範囲
１００１ ドローン
１００２ モジュール
１００３ 壁面
１００４ 画像

Claims (17)

1. レーザーレーダーの機能及び映像投影の機能を備えた投影装置であって、レーザーレーダーの測定光を走査する走査光学系と、投影画像の画像光を走査する走査光学系とが共有されてなる投影装置。
2. 前記画像光の光源は、前記走査光学系による主走査方向に交わる副走査方向の画素列となる複数の画素光を配光可能である請求項１に記載の投影装置。
3. 前記画像光の光源は、前記走査光学系による主走査方向に交わる副走査方向の画素列となる複数の画素光を配光可能とするための、光出射方向を音響光学効果により変化させる音響光学素子を備えて構成されている請求項１に記載の投影装置。
4. 前記走査光学系は、反射面を変角駆動させる機構を有し、当該反射面により前記測定光及び前記画像光を反射して走査することを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載の投影装置。
5. 前記走査光学系は、前記測定光の出射時及び受光時並びに前記画像光の出射時に２回反射する１対の反射面を有する請求項４に記載の投影装置。
6. レーザーレーダーの機能により検出した周辺対象物の表面の投影範囲の３次元距離情報に基づき、当該投影範囲に投影する投影用の原画像データを実際に投影する実投影画像データに変形演算する投影データ演算処理部を備え、
   前記実投影画像データに基づき前記画像光の光源を駆動して前記投影範囲に画像を投影する請求項１から請求項５のうちいずれか一に記載の投影装置。
7. 前記投影データ演算処理部は、前記投影範囲の３次元距離の変化による射影変化が縮小するように前記変形演算を行う請求項６に記載の投影装置。
8. レーザーレーダーの機能により検出した３次元距離情報に基づき人間を認識する認識部と、
   前記認識部により認識された人間の範囲と前記投影範囲との重なる範囲に、投影禁止範囲を設けて前記投影データ演算処理部に指令する制御部とを備え、
   前記投影データ演算処理部は、前記投影禁止範囲にある画素を非発光画素とする請求項６又は請求項７に記載の投影装置。
9. レーザーレーダーの機能により検出した３次元距離情報に基づき人間を認識する認識部を備え、
   前記投影データ演算処理部は、前記認識部により認識された人間に観察点を設定して、当該観察点から投影画像を観察した際の観察画像が所望の画像となるように、原画像データを実際に投影する実投影画像データに変形演算する請求項６から請求項８のうちいずれか一に記載の投影装置。
10. 前記画像光の光源を可視光光源とする請求項１から請求項９のうちいずれか一に記載の投影装置。
11. 前記レーザーレーダーの機能を実現する受光素子の前に可視光カットフィルターが配置されている請求項１から請求項１０のうちいずれか一に記載の投影装置。
12. 前記測定光の光軸と前記画像光の光軸とが平行でない角度を有する請求項１から請求項１
    １のうちいずれか一に記載の投影装置。
13. 前記画像光の走査範囲が前記測定光の走査範囲に含まれる請求項１２に記載の投影装置。
14. 前記画像光の走査範囲と前記測定光の走査範囲とが共有範囲を有さない請求項１２に記載の投影装置。
15. 前記測定光の受光検出期間と前記画像光の投光期間とが互いに時間的に重ならないように１フレーム中に時分割して前記測定光の受光検出及び前記画像光の投光を制御する請求項１から請求項１４のうちいずれか一に記載の投影装置。
16. 前記測定光の光源及び前記画像光の光源を冷却する冷却装置を備えた請求項１から請求項１５のうちいずれか一に記載の投影装置。
17. 請求項１から請求項５のうちいずれか一に記載の投影装置を複数備えるとともに、そのうち一の投影装置のレーザーレーダーの機能により検出した周辺対象物の表面の投影範囲の３次元距離情報に基づき、当該投影範囲に投影する投影用の原画像データを実際に投影する実投影画像データに変形演算する投影データ演算処理部を備え、他の投影装置が前記実投影画像データに基づき自己の前記画像光の光源を駆動して前記投影範囲に画像を投影する投影システム。