JP2016015610A - プロジェクタ - Google Patents

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Abstract

【課題】事後的に各色のレーザ光の光軸にずれが生じた場合であっても、同一画素に対応する投影位置を一致させることが可能なプロジェクタを提供する。【解決手段】発光色が異なる光ビームを出射する複数の発光素子を含む光源部と、1以上の発光素子の夫々により単独で描画される固定領域を含む画像を出力する表示出力部と、前記光源部からの光を受光して受光位置を検出する光位置検出部と、固定領域毎の前記光位置検出部の出力信号に基づいて各発光素子の発光タイミングを制御する制御部と、を備える。【選択図】図1

Description

本発明はプロジェクタに関する。
プロジェクタは、例えば赤色、緑色及び青色の3色のレーザ光をひとつの光軸に合せて出射するように構成される。しかしながら、使用環境の温度変化や構成要素の経時変化などに起因して光軸がずれて同一画素に対応する3色のレーザ光の投影位置にずれが生じることがある。
そこで特許文献1に記載された投影型ディスプレイ装置では、赤色、緑色、青色の3色のヘッドを駆動するドライバに対して、夫々の光軸のずれに対応した個々の変位角度にてタイミング信号を出力することで、各色のレーザ光の光軸を一致させることとしている。
特開平06−342126号公報
しかしながら、特許文献1による光軸の一致は、製品の組立段階において高精度に各色のレーザ光の光軸を一致させることが困難であることから、組立誤差に基づく光軸の不一致を解消するものである。従って、使用環境の温度変化や構成要素の経時変化などに起因して事後的に光軸がずれた場合に、同一画素に対応する投影位置を一致させることについては何ら開示されていない。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、事後的に各色のレーザ光の光軸にずれが生じた場合であっても、同一画素に対応する投影位置を一致させることが可能なプロジェクタを提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明のプロジェクタは、発光色が異なる光ビームを出射する複数の発光素子を含む光源部と、1以上の発光素子の夫々により単独で描画される固定領域を含む画像を出力する表示出力部と、前記光源部からの光を受光して受光位置を検出する光位置検出部と、固定領域毎の前記光位置検出部の出力信号に基づいて各発光素子の発光タイミングを制御する制御部と、を備えることを特徴としている。
また、上記構成のプロジェクタにおいて、前記制御部は固定領域毎の前記光源部からの光の受光位置に基づいて各発光素子の発光タイミングを調整することが望ましい。
また、上記構成のプロジェクタにおいて、前記制御部は、前記光位置検出部による前記光源部からの光の受光位置が基準位置から最も近い1の固定領域を特定し、前記1の固定領域以外の固定領域における前記光源部からの光の受光位置と前記1の固定領域における前記光源部からの光の受光位置とに基づいて各発光素子の発光タイミングを制御することが望ましい。
また、上記構成のプロジェクタにおいて、前記制御部は、前記光位置検出部による固定領域毎の前記光源部からの光の受光位置と基準位置に対応する投影位置とに基づいて各発光素子の発光タイミングを制御することが望ましい。
また、上記構成のプロジェクタにおいて、前記表示出力部は所定条件が満たされたときに前記画面を出力することが望ましい。
また、上記構成のプロジェクタにおいて、前記光源部からの光を変位させる変位部材と、透過及び反射によって前記光源部からの光を分離して一方の光を前記変位部材に導くとともに他方の光を前記光位置検出部に導く光分離部と、を備えることが望ましい。
また、上記構成のプロジェクタにおいて、前記複数の発光素子は、赤色レーザダイオードと、青色レーザダイオードと、緑色レーザダイオードと、から構成されることが望ましい。
また、上記構成のプロジェクタは車両に搭載されるプロジェクタであって、前記画面には前記車両の走行速度に関する速度画像が含まれ、前記速度画像は低速表示固定領域、中速表示固定領域、高速表示固定領域から構成され、各固定領域は夫々異なる発光素子により単独で描画されることが望ましい。
本発明の構成によれば、使用環境の温度変化や構成要素の経時変化などに起因して事後的に各色のレーザ光の光軸にずれが生じた場合であっても、同一画素に対応する各色のレーザ光の投影位置を一致させることが可能である。
第1実施形態のプロジェクタの概略構成図 第1実施形態のレーザ走査型プロジェクタの封止窓の画像投影時の状態を示す正面図 GUI画像の一例を示す図 GUI画像を重畳した画像の一例を示す図 レーザ光の受光位置と基準位置との関係の一例を示す図 GUI画像を重畳した画像の他の例を示す図
以下、本発明の実施形態を図1〜図6に基づき説明する。なお、以下においては、本発明のプロジェクタに関し、車両のフロントウインドウ付近に備えられたヘッドアップディスプレイ等に画像を投影するプロジェクタを例に説明する。
<第1実施形態>
最初に、本発明の第1実施形態のプロジェクタについて、図1及び図2を用いて説明する。図1はプロジェクタの概略構成図であり、図2はプロジェクタの封止窓の画像投影時の状態を示す正面図である。
プロジェクタ1は、図1に示すようにその各種の構成要素を収容する本体筐体2を備える。本体筐体2には走査レーザ光を本体筐体2の外部に導くための導光部材である封止窓3が設けられる。封止窓3は、例えばガラスまたは透光性の樹脂材料などを用いて形成されることが望ましい。これにより、本体筐体2の内部への塵埃や水分などの侵入を防止することができる。封止窓3は本体筐体2に設けた開口2aに嵌合する。
本体筐体2の内部には光源部である3個のレーザダイオード(以下LDと称する)21R、21G、21Bを含む光学系20、LDドライバ4、ミラーサーボ部5、CPU6、GUI生成部7、PSD(光位置検出部)8及びA/D変換器9が収容される。なお、プロジェクタ1には電源部、操作部、記憶部、入出力インタフェース等の他の構成要素が適宜設けられていても良い。
LD21Rは赤色(R)レーザ光を出射する発光素子である。LD21Gは緑色(G)レーザ光を出射する発光素子である。LD21Bは青色(B)レーザ光を出射する発光素子である。なお、以下の説明において、RGB3個のレーザダイオードを「LD21」と総称することがある。
光学系20はさらにコリメートレンズ22R、22G、22B、RGB合成プリズム23、集光レンズ24、立ち上げミラー25、水平走査ミラー26及び垂直走査ミラー27を含む。なお、光学系20にはビームスプリッタ等の他の光学素子が適宜設けられていても良い。
コリメートレンズ22R、22G、22Bは、LD21R、21G、21B各々から出射される光ビームであるレーザ光を平行光に変換する光学素子である。コリメートレンズ22R、22G、22Bを通過した各色のレーザ光はRGB合成プリズム23によって合成される。RGB合成プリズム23で合成されたレーザ光は集光レンズ24によって集光され、立ち上げミラー25に入射する。
立ち上げミラー25に入射したレーザ光は立ち上げミラー25で反射されてその進行方向が変更され、水平走査ミラー26及び垂直走査ミラー27に至る。また、立ち上げミラー25に入射したレーザ光の一部は立ち上げミラー25を透過してPSD8に入射する。ここで、図2は封止窓3の画像投影時の状態を内側から見た図である。水平走査ミラー26は図2におけるX方向にレーザ光を変位させる。垂直走査ミラー27は図2におけるY方向にレーザ光を変位させる。これにより、レーザ光は長方形状をなす封止窓3に対して、封止窓3より小さい略弧状をなす走査可能領域Laの範囲で走査が可能である。そして、レーザ光は封止窓3を通過して本体筐体2の外部に導かれ、封止窓3の表面における走査可能領域Laのうちの長方形状をなす画像領域Lbが投影画像として利用される。
LDドライバ4はLD21R、21G、21B各々の駆動制御を行う。LDドライバ4はLD21R、21G、21B各々について発光のON/OFFや出力等に関する駆動制御を行うことができる。
ミラーサーボ部5は水平走査ミラー26及び垂直走査ミラー27の変位を制御する駆動制御部である。例えば、ミラーサーボ部5はCPU6からの水平同期信号に応じて水平走査ミラー26を駆動し、レーザ光の反射方向を水平走査ミラー26によって水平方向に変位させる。また、ミラーサーボ部5はCPU6からの垂直同期信号に応じて垂直走査ミラー27を駆動し、レーザ光の反射方向を垂直走査ミラー27によって垂直方向に変位させる。
CPU6は不図示の記憶部等に格納されたプログラムや制御情報などを用いて、プロジェクタ1の各構成要素を制御する制御部である。CPU6は画像出力部6a、LD制御部6b、ミラー制御部6c及び算出部6dを有する。
画像出力部6aは不図示の記憶部等に格納されたプログラム、不図示の入出力インタフェースから入力される画像に係る情報などに基づく画像情報を生成する。具体的には、例えば記憶部に格納された地図画像上に、GUI生成部7が生成した画像を重畳した画像情報を生成する。GUI生成部7は、GUIとして、自車の位置を示す画像、自車の走行速度を示す画像、車載ナビゲーション装置を操作するための画像等を生成する。
ここでGUI生成部7が生成する自車の走行速度を示す画像の一例を図3を参照して説明する。図3に示すようにGUI生成部7は自車の走行速度を示す画像として、中心点Oを中心として円弧状に表示される速度目盛A1、速度目盛の内周側に20km/h毎に表示される速度表示A2、自車の現在の走行速度を示す速度指針A3を含む速度器画像を生成する。
当該速度器画像において、中心点Oを中心とする速度表示0km/h〜40km/hまでの扇形の範囲は第1の固定領域R1とされ、青色で構成される。また、中心点Oを中心とする速度表示40km/h〜80km/hまでの扇形の範囲は第2の固定領域R2とされ、緑色で構成される。また、中心点Oを中心とする速度表示80km/h以上〜160km/hまでの扇形の範囲は第3の固定領域R3とされ、赤色で構成される。
各GUI画像は予め投影画像内(画像領域Lb内)における表示位置が定められており、画像出力部6aはGUI生成部7からGUI画像が入力された際に、投影画像内の所定の位置にGUI画像を重畳した画像情報を生成する。例えば、画像出力部6aはGUI生成部7から自車の走行速度を示すGUI画像が入力された場合には、図4に示すように投影画像内において右下部の所定の位置に当該GUI画像を表示する。
画像出力部6aは生成した画像情報を赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の3色の画像データに変換する。変換された3色の画像データはLD制御部6bに出力される。従って上述した各固定領域R1〜R3は青色(B)、緑色(G)、赤色(R)の画像データに変換される。
LD制御部6bは3色の画像データに基づくLD21R、21G、21B各々の光制御信号を生成し、LDドライバ4に出力する。従って、上述した各固定領域R1〜R3は夫々LD21B、21G、21Rにより単独で描画される領域として、光制御信号をLDドライバ4に出力する。ミラー制御部6cは画像情報に基づいて水平走査ミラー26及び垂直走査ミラー27の方向を制御するための制御信号を生成し、ミラーサーボ部5に出力する。
算出部6dはA/D変換器9を介してPSD8から得られる情報等に基づき、例えばRGB3色の光ビームの投影位置を算出する。さらに、算出部6dは算出結果から同一画素に対応するRGB3色の光ビームの投影位置の調整調整を行うための制御信号を生成し、LD制御部6bに出力する。LD制御部6bは算出部6dから入力される制御信号にも基づいてLD21R、21G、21B各々の光制御信号を生成し、LDドライバ4に出力する。
PSD(Position Sensitive Detector)8は、立ち上がりミラー25を透過したレーザ光を受光し、電気信号に変換してアナログ信号を出力する。A/D変換器9はPSD8から入力された受光位置に応じたアナログ信号をデジタル信号に変換し、算出部6dに出力する。
上述した自車の走行速度を示す画像は常時表示されており、第1の固定領域R1を描画中にA/D変換器9から入力されたデジタル信号について、算出部6dはLD21Bの受光光量検出位置に関する信号であることが特定できる。同様に、第2の固定領域R2、第3の固定領域R3を描画中にA/D変換器9から入力されたデジタル信号は、夫々LD21G、LD21Rの受光光量検出位置に関する信号であることが特定できる。
算出部6dはLD21B、LD21G、LD21Rのレーザ光の受光位置と基準位置の相対的なずれを算出する。図5はRGB3色のレーザ光の受光位置(R/G/B)と基準位置(PR)を示す模式図である。図5では説明のためRGB3色全てのレーザ光の受光位置が示されているが、PSD8はRGB3色のレーザ光を個別に受光する。基準位置PRはPSD8の受光面8aの略中心である。
算出部6dはまず、基準位置PRに最も近い位置が受光位置であるレーザ光を特定する。図5において受光位置が基準位置PRに最も近いレーザ光はLD21Bである。次に算出部6dは、同一画素に対応する投影位置であって、受光位置が基準位置PRに最も近いレーザ光以外のレーザ光(すなわちLD21R及びLD21Gのレーザ光)の投影位置をLD21Bのレーザ光の投影位置に一致させるための制御信号を生成し、LD制御部6bに出力する。
LD制御部6bは画像データ及び算出部6dから入力された制御信号に基づいて、LD21R、21G、21Bの各々の光制御信号を生成し、LDドライバ4に出力する。これにより、同一画素に対応する各LD21の投影位置のずれを調整することが可能になる。
なお、PSD8は、半導体型のPSDを用いてもよいし、濃度勾配フィルタ、集光レンズ、光量検出器からなる構成のもの、すなわち、受光量で位置を測定する構成のものであってもよい。後者の構成とすることで各LD21のレーザ光の受光位置と共に光量を併せて検出することができ、光量に基づいて各LD21の劣化を特定し、交換を促す等の制御を行うことができる。
上述したように速度器画像はGUI生成部7が生成するGUI画像の一例であり、これに限られるものではない。他の例としては、例えば図6の(A)〜(C)に示すように、選択可能な3個のタブを備えるGUI画像とし、各タブをLD21R、LD21G、LD21Bが夫々単独で描画する固定領域とすればよい。図6の(A)は「交通情報」タブが選択された状態を示し、(B)は「ルート検索」が選択された状態を示し、(C)は「設定」が選択された状態を示す。
また、LD21R、LD21G、LD21Bが夫々単独で描画する固定領域を備えるGUI画像が表示されている場合において、常時、算出部6dが各LD21の投影位置ずれを調整するための制御信号を生成する、或いは、LD制御部6bが算出部6dから入力された制御信号に基づいてLD21R、21G、21Bの各々の光制御信号を生成することとしなくてもよく、定期的或いは不定期に各処理を実行することとしてもよい。
本実施形態によれば、LD21R、LD21G、LD21Bの夫々により単独で描画される固定領域を含む画像が表示され、PSD8により、各固定領域の描画時における受光位置が検出される。そして、LD制御部6bにより、固定領域毎のPSD8の出力信号に基づいて各LD21の発光タイミングが制御される。
より具体的には、算出部6dにより、固定領域毎のPSD8によるレーザ光の受光位置(すなわち、各LD21のレーザ光の受光位置)の相対的な位置ずれが算出され、LD制御部6bは算出部6dの算出結果に基づいて、同一画素に対応する各レーザ光の投影位置位置を一致させるように各LD21の発光タイミングを制御する。従って、事故的に各LD21のレーザ光の光軸にずれが生じた場合であっても同一画素に対応する各LD21の投影位置を一致させることができる。
また、LD制御部6bは投影位置を一致させる際に、PSD8によるレーザ光の受光位置が基準位置から最も近い固定領域を特定し、その固定領域以外の固定領域におけるレーザ光の投影位置を、その固定領域(基準位置から最も近い固定領域)におけるレーザ光の投影位置に一致させるように各LD21の発光タイミングを制御する。従って、同一画素に対応する各LD21のレーザ光の投影位置が基準位置に近い位置で統一され、投影画像の位置(投影位置)を初期状態に近い状態で維持することができる。
また、光源部からの光を分離する立ち上げミラー25は、光学系20の後段に設けられ、透過した光がPSD8に導かれ、反射した光が水平走査ミラー26及び垂直操作ミラー27(変位部材)に導かれる。従って、各LD21に起因する各LD21のレーザ光の光軸にずれのみならず、立ち上げミラー25よりも前段に配される光学系20に起因して各LD21のレーザ光の光軸にずれが生じても同一画素に対応する各LD21の投影位置を一致させることができる。
また、車両に搭載されるプロジェクタ1においては、固定領域を含む画像を、常時表示される速度器画像等とすることで、任意のタイミングで同一画素に対応する各LD21の投影位置を一致させることができる。加えて、速度器画像とする場合に固定領域は、低速表示固定領域、中速表示固定領域、高速表示固定領域から構成され、速度が速くなるにつれて警告色の強いLED21(本実施形態では順にLD21B、LD21G、LD21R)により単独で描画させることにより、自車の走行速度が速いことを運転手に認識させ、安全運転を促すことができる。
<第2実施形態>
第1実施形態では、算出部6dが、LD21R及びLD21Gからのレーザ光の投影位置を、受光位置が基準位置PRに最も近いLD21Bのレーザ光の投影位置に一致させるための制御信号を生成することとしたが、LD21R、LD21G、LD21Bからのレーザ光の投影位置を基準位置PRに対応する投影位置に一致させるための制御信号を生成することとしてもよい。
この場合、算出部6dは、LD21B、LD21G、LD21Rのレーザ光の受光位置と基準位置PRの相対的なずれを算出する。そして、同一画素に対応するLD21R、LD21G、LD21Bからのレーザ光の投影位置を基準位置PRに対応する投影位置に一致させるための制御信号を生成し、LD制御部6bに出力する。
本実施形態によれば、同一画素に対応する各色レーザ光の投影位置を、基準位置に対応する投影位置に一致させるように各LD21の発光タイミングを制御する。従って、光源部からのレーザ光の投影位置が、より初期状態に近い位置位置で統一され、投影画像の位置(投影位置)を初期状態で維持することができる。
<第3実施形態>
第1実施形態において画像出力部6aは、GUI生成部7が生成したGUI画像を、常時(エンジン始動中に)表示することとしたが、所定の条件を満たしたときに表示することとしてもよい。
所定の条件としては特に限られるものではないが、A)エンジン始動時、B)外気温が所定温度を超えた時、C)パーキングブレーキによる制動中、D)通常のブレーキ(フットブレーキ)による制動中、E)所定時間毎が例示される。その際、表示されるGUI画像としては、GUI生成部7が状況に応じて、LD21R、LD21G、LD21Bが夫々単独で描画する固定領域を有するGUI画像を生成することとすればよい。
A)の場合には、例えば、プロジェクタ1の製造元である会社のロゴマークを含むGUI画像を生成することとし、当該ロゴマークが、LD21R、LD21G、LD21Bが夫々単独で描画する文字を含むこととすればよい。B)の場合には、例えば、「熱中症注意!」という文字を含むGUI画像を生成することとし、各文字のうち「熱中症」をLD21Rが単独で描画する文字とし、「注意」をLD21Gが単独で描画する文字とし、「!」をLD21Bが単独で描画する文字とする。
C)及びD)の場合には、例えば、「停車中」という文字を含むGUI画像を生成することとし、各文字のうち「停」をLD21Rが単独で描画する文字とし、「車」をLD21Gが単独で描画する文字とし、「中」をLD21Bが単独で描画する文字とする。E)の場合には、例えば、「○時△分□秒」との時刻表示を含むGUI画像を生成することとし、「時表示」をLD21Rが単独で描画する領域とし、「分表示」をLD21Gが単独で描画する領域とし、「秒表示」をLD21Bが単独で描画する領域とする。
外気温情報や時刻情報はプロジェクタ1が備える温度計や内部時計(不図示)から取得することとしてもよいし、車両が備える温度計や内部時計から取得することとしてもよい。また、プロジェクタ1が備える通信部(不図示)によりネットワークを介して取得することとしてもよい。
本実施形態によれば、固定領域を含む画像は所定の条件を満たしたとき(各LD21のレーザ光の光軸にずれが生ずる可能性が高いとき)に表示され、常時表示する必要がないので、画像のレイアウトに自由度が高まる。
<補足>
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
例えば、上記実施形態では、LD21がRGB用の3個であることとしたが、光源が3個に限定されるわけではなく、1個、2個或いは4個以上であっても良い。1個の場合においては算出部6dは、実施形態2に示すように1個のLD21のレーザ光の投影位置を基準位置PRに対応する投影位置に一致させるための制御信号を生成し、LD制御部6bに出力する。
また、上記実施形態においてGUI生成部7は、LD21R、LD21G、LD21Bの夫々が単独で描画する固定領域を含むGUI画像を生成することとしたが、これに限られるものではない。例えば第2実施形態においてLD21Bが特性上レーザ光の光軸にずれが生じにくい等の場合には、LD21Bの発光タイミングの調整は不要であることとして、LD21R、LD21Gの夫々が単独で描画する固定領域を含むGUI画像を生成することとしてもよい。これにより、GUI画像において単独で描画すべき領域が減少し、GUI画像のレイアウトの自由度が高まる。
1 プロジェクタ
2 本体筐体
6 CPU
6a 画像出力部(表示出力部)
6b LD制御部
6c ミラー制御部
6d 算出部
7 GUI生成部
8 PSD(光位置検出部)
9 A/D変換器
20 光学系
21R、21G、21B レーザダイオード(光源部)
25 立ち上げミラー(光分離部)
26 水平走査ミラー(変位部材)
27 垂直走査ミラー(変位部材)

Claims (8)

  1. 発光色が異なる光ビームを出射する複数の発光素子を含む光源部と、
    1以上の発光素子の夫々により単独で描画される固定領域を含む画像を出力する表示出力部と、
    前記光源部からの光を受光して受光位置を検出する光位置検出部と、
    固定領域毎の前記光位置検出部の出力信号に基づいて各発光素子の発光タイミングを制御する制御部と、
    を備えるプロジェクタ。
  2. 前記制御部は固定領域毎の前記光源部からの光の受光位置に基づいて各発光素子の発光タイミングを調整する請求項1に記載のプロジェクタ。
  3. 前記制御部は、前記光位置検出部による前記光源部からの光の受光位置が基準位置から最も近い1の固定領域を特定し、前記1の固定領域以外の固定領域における前記光源部からの光の受光位置と前記1の固定領域における前記光源部からの光の受光位置とに基づいて各発光素子の発光タイミングを制御する請求項1に記載のプロジェクタ。
  4. 前記制御部は、前記光位置検出部による固定領域毎の前記光源部からの光の受光位置と基準位置に対応する投影位置とに基づいて各発光素子の発光タイミングを制御する請求項1に記載のプロジェクタ。
  5. 前記表示出力部は所定条件が満たされたときに前記画面を出力する請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のプロジェクタ。
  6. 前記光源部からの光を変位させる変位部材と、
    透過及び反射によって前記光源部からの光を分離して一方の光を前記変位部材に導くとともに他方の光を前記光位置検出部に導く光分離部と、
    を備える請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のプロジェクタ。
  7. 前記複数の発光素子は、赤色レーザダイオードと、青色レーザダイオードと、緑色レーザダイオードと、から構成される請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のプロジェクタ。
  8. 車両に搭載されるプロジェクタであって、
    前記画面には前記車両の走行速度に関する速度画像が含まれ、
    前記速度画像は低速表示固定領域、中速表示固定領域、高速表示固定領域から構成され、
    各固定領域は夫々異なる発光素子により単独で描画される請求項7に記載のプロジェクタ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017223878A (ja) * 2016-06-17 2017-12-21 パイオニア株式会社 補正装置、補正方法及びプログラム

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