JP2014010261A

JP2014010261A - 画像表示装置

Info

Publication number: JP2014010261A
Application number: JP2012146301A
Authority: JP
Inventors: Fumio Haruna; 史雄春名
Original assignee: Hitachi Media Electronics Co Ltd
Current assignee: Hitachi Media Electronics Co Ltd
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2014-01-20

Abstract

【課題】
MEMSと半導体レーザ光源を用いた小型投射プロジェクタを複数台重ねて使用する場合の画質劣化を低減する。
【解決手段】
本発明は上記課題を解決するため、複数の光源と、前記複数の光源を駆動する光源駆動手段と、前記光源からの出射光を反射し対象物に投射する反射ミラーと、前記反射ミラーを駆動するミラー駆動手段と、入力映像信号を信号処理すると共に映像の空間歪みを補正する画像処理手段と、で構成し出射光を前記反射ミラーで走査することで画像を投射表示させる画像投射手段と、前記画像投射手段を複数用いて同じ領域に重ねて投射表示させて１つの映像を合成する画像表示装置において、投射表示させている投射面を測定するセンサを含み、前記センサが画像処理手段への補正係数を送ることで、合成する画像の画像歪み或いは合成ずれを補正する構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の画像表示装置を並列表示する画像表示装置の表示位置合わせの技術に関する。

近年、MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）と半導体レーザ光源を用いた小型投射プロジェクタが普及している。例えば、特許文献１には、2軸のMEMSミラーを水平及び垂直方向にスキャンすると同時にレーザ光源を変調することで映像を投射するプロジェクタが開示されている。

しかしながら、小型投射プロジェクタに使用される半導体レーザ光は現時点ではまだ光出力が低いため、表示画面が暗くなるという問題がある。このため、複数の小型投射プロジェクタを並列駆動させて、光量不足を補う方法が特許文献２に開示されている。

特開2006−343397号公報特開2009−015125号公報

しかしながら、特許文献２に開示される技術では、並列駆動させる小型投射プロジェクタの数を増やせば全体の光束量は増える反面、表示面積が単純に広がるだけのため、単位面積当たりの輝度は上がらない。また投射距離が変わると画面のつなぎ目を調整し直す必要があるため、設置場所を都度変えるような使用方法には不向きであるという問題がある。

本発明は、表示画面の輝度向上を図るとともに、MEMSミラーのスキャン精度やレーザ光学ユニットの精度に起因する表示画面の２次元的な歪みを補正可能な画像表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の複数の投射映像を重畳して映像表示をおこなう画像表示装置は、複数のビーム走査式映像投射装置と、前記ビーム走査式映像投射装置の投射映像を撮像するセンサと、を有し、前記センサで撮像した前記ビーム走査式映像投射装置の個々の投射映像情報から前記ビーム走査式映像投射装置の複数の投射映像が重畳するように、前記ビーム走査式映像投射装置毎に投射映像を補正するようにした。

ここで、投射映像の補正は、前記ビーム走査式映像投射装置の画像処理部が、映像情報の歪補正量と表示位置シフト量を求めて投射映像メモリに補正した投射映像情報を記録するから、または、前記画像処理部が、映像情報の歪補正量と表示位置シフト量に基づいて、投射投射映像メモリから投射映像を読み出すようにした。

また、映像情報の歪補正量と表示位置シフト量は、前記センサで撮像した前記ビーム走査式映像投射装置の個々の投射映像情報のうちのひとつを基準にするか、または、前記センサで検出した投射映像に共通の有効表示領域を基準にするようにした。

本発明によれば、表示画面の輝度が高く、画像歪みの少ない画像表示装置を低コストに提供することができる。

本実施例の投射型プロジェクタの基本構成を示した説明図である。本実施例の複数のプロジェクタユニット1の配置構成を示した説明図である。画像の重ね合わせを示した一例の説明図である。本実施例の画像処理部2の内部構成を示した説明図である。投射距離を変えた場合の重ね合わせ動作を示した例の説明図である。本実施例のレーザ光を一定間隔で走査した説明図である。本実施例の画像処理部2の他の内部構成を示した説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

本実施例におけるMEMSを用いた投射型プロジェクタの構成例を図１に示す。実施例の映像表示装置は、複数のプロジェクタユニット1、同期制御部9、センサ10、表示映像11で構成される。図１は４つのプロジェクタユニット1a、1b、1c、1dを組み合わせた例である。

各プロジェクタユニット1はMEMS7、レーザドライバ4、MEMSドライバ8、画像処理部2、メモリ3、レーザ5、反射ミラー6で構成される。画像処理部2は外部から入力される映像信号に各種補正を加えた画像信号を生成し、且つそれに同期した水平同期信号及び垂直同期信号を生成する。

ここで、各種補正とは、詳細を後述するMEMS7の走査に起因する映像歪み補正や後述する複数表示合成における歪み補正などを行うことを意味する。詳しくは、映像歪みはプロジェクタユニット1a、1b、1c、1d と投射面との投射角で異なってくることや、レーザ5とMEMS7の光軸ずれなどのために発生する。

センサ10は、４つのプロジェクタユニット1a、1b、1c、1dに共通に設けられ、投射面の映像歪み量を計測する。詳しくは、センサ10で投射面での表示映像を撮像し、面歪や投射角度や画角を測定してこれを演算することにより、映像歪み量を得ている。なお、センサ10はカメラや赤外線センサなどを用いる。

レーザドライバ4は、画像処理部2から出力される画像信号を受け、それに応じてレーザ5を変調する。レーザ5は、例えばＲＧＢ用に３個（5a、5b、5c）用い、画像信号のＲＧＢ毎に変調が行われ、ＲＧＢのレーザ光を出力する。ＲＧＢのレーザ光は反射ミラー6により合成される。なお、反射ミラー6は特定の波長を反射しそれ以外の波長を透過するような特殊な光学素子が用いられており、一般的にはダイクロイックミラーと呼ばれている。

例えば、反射ミラー6aは全てのレーザ光を反射し、反射ミラー6bはレーザ5aのレーザ光を透過しレーザ5bのレーザ光を反射する。反射ミラー6cはレーザ5a及び51のレーザ光を透過しレーザ5cのレーザ光を反射する特性である。これによりＲＧＢのレーザ光を１本に合成することができる。合成されたレーザ光はMEMS7に入射される。MEMS7は一つの素子に２軸の回転機構があり、中央のミラー部がその２軸で水平方向と垂直方向に振動させることができる。ミラーの振動制御はMEMSドライバ8により行われる。

MEMSドライバ8は画像処理部2からの水平同期信号に同期して正弦波を生成し、また垂直同期信号に同期してノコギリ波を生成してMEMS7を駆動する。MEMS7は前記正弦波を受けて水平方向に正弦波運動を行うと同時に前記ノコギリ波を受けて垂直方向の一方向に等速運動を行う。これにより、図１の表示映像11のような軌跡でレーザ光が投射面を走査され、その走査がレーザドライバ4による変調動作と同期することで、入力画像が投射されることになる。

実施例の映像表示装置は、４つのプロジェクタユニット1a、1b、1c、1dから投射されたレーザ光が重畳して投射面上にひとつの画像を形成するよう各プロジェクタユニット1を調整する。これにより、高輝度な表示映像11を合成表示可能になる。

図２は表示映像11の投射例で、映像表示装置のプロジェクタユニット1a、1b、1c、1dを田の字型に配置し、各プロジェクタユニット自体の設置角度を調整して光軸を合わせるか、プロジェクタユニット1内のMEMS7の設置角度を調整して光軸を合わせることで、各プロジェクタユニットから投射される４つの表示映像が１つになるように設置する。

図３は表示映像11の合成例の詳細を示すものである。表示映像11は、４つのプロジェクタユニット1a、1b、1c、1dから投射された表示映像をそれぞれ11a、11b、11c、11dとすると、表示映像11a、11b、11c、11dが重畳されたものとなっている。図３に示すように４つの表示映像11a、11b、11c、11dは概略一致させることはできるが、周辺部では映像歪みが存在するため完全に一致させることは出来ない。

そのため、４つの表示映像11a、11b、11c、11dが全て一致している領域である11eの領域（図３の破線領域）を有効表示領域11eとし、この有効表示領域11eに映像を表示するように、４つのプロジェクタユニット1a、1b、1c、1dの個々の画像処理部2で映像歪み補正を行う。以下、処理内容を詳細に説明する。

次に画像処理部2による映像歪み補正処理を図４により説明する。図４は、画像処理部2の内部構成を示す図である。
画像処理部2は入力される映像信号をまず画質補正部20によりコントラスト調整やガンマ補正など一般的な画質補正処理が行われ、その結果がメモリ3に格納される。補正された画像データをメモリ3に書き込む際は、書込みアドレス部21が生成するアドレスに対応するメモリ座標に書き込まれる。そのメモリ座標は座標変換部23により計算される。

座標変換部23では、MEMS7の走査に起因する画像歪みを補正するために、画像処理部2に入力された映像信号の表示画像を、画像歪みに対応する画像変換の逆変換関数により変換して、メモリ３に画像データを格納する。例えば、クロスハッチ画像を表示した際に歪が無く真っ直ぐな縦線横線になるように座標変換する。

先にも述べたように４つのプロジェクタユニット1a、1b、1c、1dから投射された表示映像11a、11b、11c、11dに重畳ずれが生じる。このため、表示映像11a、11b、11c、11dのそれぞれと、重畳した表示映像11をカメラなどのセンサ11で撮像し、撮像結果も基に補正係数部24の補正量を求める。

補正係数部24は、カメラなどのセンサ11で検出した投射面の表示映像11の画角あるいはレーザビームの放射角から補正量を求める。補正は、ひとつの表示映像11aを基準として、表示映像11aの歪量を求め、この歪量の逆変換して、補正量とする。さらに、表示映像11aと他の映像表示11b、11c、11dとの表示位置のずれ量を求めて、逆変換して補正係数部24の補正量とする。これにより、表示映像11aの歪補償をおこない、映像表示11b、11c、11の表示位置シフトと歪補償をおこない、表示映像11a、11b、11c、11dを正確に重畳する。

また、補正係数部24は、表示映像11a、11b、11c、11dを重畳表示したときの共通の重なり領域11eをセンサ11により検出し、この領域を基準に表示映像11a、11b、11c、11dの歪補償量や表示位置シフト量を演算する。これにより、表示映像11a、11b、11c、11dを正確に重畳する。

上述のようにして補正係数部24で補正係数が生成され、座標変換部23へ入力する。座標変換部23はこの補正係数に合わせて映像信号の座標値を調整する。即ち、補正係数を生成する際は、画像歪みを補正すると共に、有効表示領域11eに映像が投射されように補正係数を演算する。

また、合成された投射映像を補正する場合、クロスハッチ画像を入力映像として表示し、表示画像をカメラなどのセンサ11により撮像して、２次元の画像歪みをもとめ、逆変換するようにする。このように歪み量を平面で検出することで、凹凸のあるスクリーンに表示する場合でも、表示歪みを補正することができる。

メモリ3に書き込まれた座標変換後の画像データは、ミラー走査に対応して、読出しアドレス部22で指定されたアドレスの順序で読み出される。メモリ3内の画像データは既に座標変換されているので、読出し時はメモリ3の先頭から順次読み出すよう読出しアドレス部22がアドレスを生成する。

読み出された画像データはラインメモリ25に一旦入力される。ラインメモリ25は１水平期間の映像信号を取り込み、次の水平期間で順次画像データを読出す。ラインメモリ25で一旦中継する理由は一般的にメモリ3の読出しクロック周波数と、レーザドライバ4側へ画像データを伝送する時のクロック周波数が異なる場合があるため、一旦ラインメモリ25で１水平期間の映像信号をメモリ3の読出しクロック周波数で取り込んだ後に、画像データの伝送クロック周波数でラインメモリ25から読み出す処理を行う。メモリ3の読出しクロック周波数と画像データの伝送クロック周波数が一致していればラインメモリ25は不要になる。

上記の説明では、図４に示すように、センサ10の検出値に基づいて補償した画像データをメモリ3に書き込むようにした。本実施例のプロジェクタユニット1a、1b、1c、1dのように、ビーム走査により投射をおこなうプロジェクタでは、ビーム走査のタイミングを制御することにより、投射映像の歪みを補正することもできる。

図７は、ビーム走査により歪補償をおこなう画像処理部2の内部構成を示す図である。図４と同様の構成要素をもつが、画像データの読み出し時に座標変換部23が画像歪み補償に対応して投射する画像データを選択するように読み出しアドレス制御部22を制御する。MEMSミラーの水平走査方向の画像歪み補正をおこなう場合には、ラインメモリ25を制御して表示映像の歪補償をおこなう。

上記のような処理を行った結果、投射映像の歪みを補正すると同時に表示映像11a、11b、11c、11dの合わせずれを補正することもできる。これにより図５(a)(b)のように投射距離が変わったとしても、センサ10で表示映像を撮像することで、表示映像の大きさから、センサ10で投射距離及び合成ずれを検知することで投射映像の歪み及び画像の合成を補正することができる。

なお、投射映像を合成する際は４つのプロジェクタユニット1a、1b、1c、1dのMEMS7を完全に同期させて走査することも可能であるが、その場合、４つのレーザスポットがほぼ1点に集まることになり、これが人の瞳孔に入ると安全性で問題が生じる可能性がある。従って４つのレーザスポットが同時には人の瞳孔に入らずに分散して入るようにすることが望ましい。

上記のように、走査タイミングを分散させることにより、表示映像のフレームレートを見掛け高速化でき、他の光源とのフリッカーを低減する効果も期待できる。

図６は４つのレーザスポットを分散して走査している例である。この場合、４つのプロジェクタユニット1a、1b、1c、1dから出力させるレーザ光はそれぞれ一定間隔になるように同期制御部9が同期制御信号をプロジェクタユニット1a、1b、1c、1dの画像処理部2に入力する。図６の例では画面を４等分する間隔で各レーザ光が走査するように同期制御部9が同期制御信号を発生させる。こうすることで、人の瞳孔に一度にレーザ光が入ることは無く、且つ投射映像を合成して高輝度化を維持させることが可能となる。

なお、本実施例ではプロジェクタユニット1を４つ組み合わせた場合を例としたが、４つ以上のプロジェクタユニット1を組み合わせた場合でも適用可能である。

1…プロジェクタユニット、2…画像処理部、3…メモリ、4…レーザドライバ、 5…レーザ、6…反射ミラー、7…MEMS、8…MEMSドライバ、9…同期制御部、10…センサ、11…表示映像、20…画質補正部、21…書込みアドレス部、22…読出しアドレス部、23…座標変換部、24…補正係数部、25…ラインメモリ、

Claims

複数の投射映像を重畳して映像表示をおこなう画像表示装置において、
複数のビーム走査式映像投射装置と、
前記ビーム走査式映像投射装置の投射映像を撮像するセンサと、を有し、
前記センサで撮像した前記ビーム走査式映像投射装置の個々の投射映像情報から前記ビーム走査式映像投射装置の複数の投射映像が重畳するように、前記ビーム走査式映像投射装置毎に投射映像を補正する
ことを特徴とする画像表示装置。
請求項１に記載の画像表示装置において、
前記ビーム走査式映像投射装置は、前記センサで検出した投射映像情報から映像情報の歪補正量と表示位置シフト量を求め、投射映像メモリに補正した投射映像情報を記録する画像処理部を有する
ことを特徴とする画像表示装置。
請求項１に記載の画像表示装置において、
前記ビーム走査式映像投射装置は、前記センサで検出した投射映像情報から映像情報の歪補正量と表示位置シフト量を求め、投射投射映像メモリから投射映像を読み出す際に補正をおこなう画像処理部を有する
ことを特徴とする画像表示装置。
請求項１に記載の画像表示装置において、
前記ビーム走査式映像投射装置は、前記投射映像に重畳するように、前記センサで検出した投射映像のうちのひとつの投射映像を基準に映像情報の歪補正量と表示位置シフト量を求める画像処理部を有する
ことを特徴とする画像表示装置。
請求項１に記載の画像表示装置において、
前記ビーム走査式映像投射装置は、前記センサで検出した投射映像に共通の有効表示領域に重畳表示されるように、前記有効表示領域を基準に映像情報の歪補正量と表示位置シフト量を求める画像処理部を有する
ことを特徴とする画像表示装置。