JP2016218315A - 投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 人物の動きに応じて画像を表示することが可能な投影装置を提供する。【解決手段】 投影装置１０は、赤色光を出射する第１発光素子２０と、緑色光を出射する第２発光素子２１と、青色光を出射する第３発光素子２２と、第１赤外線を出射する第４発光素子２３と、第１乃至第４発光素子２０〜２３からの光の光路を制御する光路制御部と、光路制御部からの光をスクリーンに向けて反射するミラーデバイス４０と、第１赤外線が外部で反射された第２赤外線を受ける受光部２４と、第１乃至第４発光素子２０〜２３と、光路制御部と、ミラーデバイス４０と、受光部２４とを収容するケース３０とを含む。【選択図】 図２

Description

本発明は、画像をスクリーンに表示する投影装置に関する。

投影装置としてプロジェクターが知られている。プロジェクターは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）それぞれの原色光を発光する光源と、それぞれに対応した光変調素子とを備え、光変調素子を透過した光によってスクリーンに画像を投影している。このようなプロジェクターは、部品点数が多く、装置全体の小型、軽量化が図れない。

特開２０１５−５２８７４号公報

本発明は、人物の動きに応じて画像を表示することが可能な投影装置を提供する。

本発明の一態様に係る投影装置は、赤色光を出射する第１発光素子と、緑色光を出射する第２発光素子と、青色光を出射する第３発光素子と、第１赤外線を出射する第４発光素子と、前記第１乃至第４発光素子からの光の光路を制御する光路制御部と、前記光路制御部からの光をスクリーンに向けて反射するミラーデバイスと、前記第１赤外線が外部で反射された第２赤外線を受ける受光部と、前記第１乃至第４発光素子と、前記光路制御部と、前記ミラーデバイスと、前記受光部とを収容するケースとを具備することを特徴とする。

本発明の一態様に係る投影装置は、赤色光を出射する第１発光素子と、緑色光を出射する第２発光素子と、青色光を出射する第３発光素子と、第１赤外線を出射する第４発光素子と、前記第１乃至第４発光素子からの光の光路を制御する光路制御部と、前記第１赤外線が外部で反射された第２赤外線を受ける受光部と、前記第１乃至第４発光素子と、前記光路制御部と、前記受光部とを収容するケースとを具備する。前記光路制御部からの光は、ミラーデバイスによってスクリーンに向けて反射されることを特徴とする。

本発明によれば、人物の動きに応じて画像を表示することが可能な投影装置を提供することができる。

本実施形態に係る投影装置の概略図。 本実施形態に係る投影装置の平面図。 ダイクロイックミラー、及びダイクロイックプリズムの透過率を説明するグラフ。 本実施形態に係るミラーデバイスの平面図。 本実施形態に係るミラーデバイスの動作を説明する図。 本実施形態に係る投影装置のブロック図。 本実施形態に係る投影装置の動作を示すフローチャート。 人物を認識する動作を説明する図。

以下、実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率等は必ずしも現実のものと同一とは限らないことに留意すべきである。また、図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

［１］投影装置１０の構成
図１は、本実施形態に係る投影装置１０の概略図である。投影装置１０は、光学投影系であり、スクリーン１１に画像（映像）を投影する。また、投影装置１０は、人物１２の動作を検知する検知機能を有しており、この検知結果に応じて、表示画像を制御する。

図２は、本実施形態に係る投影装置１０の平面図である。投影装置１０は、赤色レーザーダイオード２０、緑色レーザーダイオード２１、青色レーザーダイオード２２、赤外（ＩＲ）レーザーダイオード２３、受光部２４、色分離素子２５、２６、２７、ケース３０、及びミラーデバイス４０を備える。

レーザーダイオード２０〜２３は、半導体発光素子（半導体レーザーともいう）である。赤色レーザーダイオード２０は、赤色光を出射する。緑色レーザーダイオード２１は、緑色光を出射する。青色レーザーダイオード２２は、青色光を出射する。赤外レーザーダイオード２３は、赤色線（赤外光）を出射する。レーザーダイオード２０〜２３の各々から出射される光は、単色のレーザー光線であり、コヒーレントな細い光線である。

色分離素子２５、２６、２７のセットは、赤色光、緑色光、青色光、及び赤色線の光路を制御する光路制御部として機能する。色分離素子２５、２６は、例えばダイクロイックミラーから構成される。ダイクロイックミラー２５は、赤色光を透過し、赤外線を反射する。ダイクロイックミラー２６は、青色光を透過し、赤色光及び赤外線を反射する。

色分離素子２７は、例えばダイクロイックプリズムから構成される。ダイクロイックプリズム２７は、緑色光を透過し、赤色光、青色光、及び赤外線を反射する。

ダイクロイックミラー２５は、赤外レーザーダイオード２３からの赤外線をダイクロイックミラー２６に向けて反射する。すなわち、ダイクロイックミラー２５は、その反射面（主面）が、赤外レーザーダイオード２３の光軸に垂直な平面に対して４５°傾くように配置される。また、ダイクロイックミラー２５は、赤色レーザーダイオード２０からの赤色光の光路（光軸）上に配置される。

ダイクロイックミラー２６は、赤色レーザーダイオード２０からの赤色光、及びダイクロイックミラー２５からの赤外線をダイクロイックプリズム２７に向けて反射する。すなわち、ダイクロイックミラー２６は、その反射面（主面）が、赤色レーザーダイオード２０の光軸に垂直な平面に対して４５°傾くように配置される。また、ダイクロイックミラー２６は、青色レーザーダイオード２２からの青色光の光路上に配置される。

ダイクロイックプリズム２７は、その反射面がダイクロイックミラー２５及びダイクロイックミラー２６の反射面と平行になるように配置される。また、ダイクロイックプリズム２７は、緑色レーザーダイオード２１からの緑色光の光路上、及びダイクロイックミラー２６からの光の光路上に配置される。

受光部２４は、例えばフォトダイオードから構成される。フォトダイオード２４は、赤外レーザーダイオード２３の近辺に配置される。フォトダイオード２４は、赤外レーザーダイオード２３からの第１赤外線が人物などの外部で反射された第２赤外線を受光する。すなわち、フォトダイオード２４は、外部から投影装置１０に入射し、かつミラーデバイス４０、ダイクロイックプリズム２７、ダイクロイックミラー２６、及びダイクロイックミラー２５の順に反射された第２赤外線を検知する。

図３は、ダイクロイックミラー２５、２６、及びダイクロイックプリズム２７の透過率を説明するグラフである。図３の横軸が波長（ｎｍ）、図３の縦軸が透過率（％）である。

青色光、緑色光、及び赤色光の各々は、所定の波長帯域を有する単色光である。青色光の波長帯域は、４５０ｎｍ〜４９５ｎｍ程度である。緑色光の波長帯域は、４９５ｎｍ〜５７０ｎｍ程度である。赤色光の波長帯域は、６２０ｎｍ〜７５０ｎｍ程度である。赤外線の波長帯域は、７５０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度である。なお、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。

図３の透過率を有するダイクロイックミラー２５、２６、及びダイクロイックプリズム２７を用いることで、ダイクロイックミラー２５、２６、及びダイクロイックプリズム２７を備える光路制御部は、赤色光、緑色光、青色光、及び赤外線の光路を図２のように制御できる。

レーザーダイオード２０〜２３、フォトダイオード２４、ダイクロイックミラー２５、２６、及びダイクロイックプリズム２７は、ケース３０内に収容され、ケース３０に固定される。赤色レーザーダイオード２０は、ケース３０の開口部３０Ａ内に配置され、開口部３０Ａの側面に固定される。緑色レーザーダイオード２１は、ケース３０の開口部３０Ｂ内に配置され、開口部３０Ｂの側面に固定される。青色レーザーダイオード２２は、ケース３０の開口部３０Ｃ内に配置され、開口部３０Ｃの側面に固定される。赤外レーザーダイオード２３及びフォトダイオード２４は、ケース３０の開口部３０Ｄ内に配置され、開口部３０Ｄの側面に固定される。ケース３０は、例えば樹脂から構成される。

［１−１］ミラーデバイス４０の構成
ミラーデバイス４０は、例えば、ＭＥＭＳ（(Micro Electro Mechanical System）デバイスから構成される。ミラーデバイス４０は、ケース３０内に収容され、ケース３０に固定される。ミラーデバイス４０は、ケース３０に設けられた開口部３０Ｅを通して、ダイクロイックプリズム２７から光を受ける。ミラーデバイス４０は、ケース３０に設けられた開口部３０Ｆを通して、ダイクロイックプリズム２７からの光をスクリーン１１に向けて反射する。

また、ミラーデバイス４０は、ケース３０に設けられた開口部３０Ｆを通して、外部で反射された赤外線を受ける。ミラーデバイス４０は、ケース３０に設けられた開口部３０Ｅを通して、外部で反射された赤外線をダイクロイックプリズム２７に向けて反射する。

ミラーデバイス４０は、公知のＭＥＭＳデバイスを用いることができる。以下に、ミラーデバイス４０の一例について説明する。

図４は、ミラーデバイス４０の平面図である。ミラーデバイス４０は、ミラー部４１、軸４２−１、４２−２、可動部４３、コイル４４、軸４５−１、４５−２、開口部４６、及び基板４７を備える。

基板４７には、開口部４６が設けられる。また、基板４７には、ミラーデバイス４０を駆動するための複数の配線（図示せず）が設けられる。

可動部４３は、開口部４６の上方に配置される。可動部４３のＸ方向両側面にはそれぞれ、軸４５−１、４５−２の一端が固定される。軸４５−１、４５−２の他端は、軸４５−１、４５−２が回転可能なように、基板４７に接続される。可動部４３には、コイル４４が設けられる。コイル４４は、基板４７に設けられた配線に電気的に接続される。

可動部４３の中央には、開口部４３Ａが設けられる。開口部４６の上方かつ開口部４３Ａ内には、ミラー部４１が配置される。ミラー部４１は、基材４１Ａと、基材４１Ａ上に設けられた反射部材（ミラー）４１Ｂとを備える。ミラー部４１のＹ方向両側面にはそれぞれ、軸４２−１、４２−２の一端が固定される。軸４２−１、４２−２の他端は、軸４２−１、４２−２が回転可能なように、可動部４３に接続される。なお、ミラー部４１には、ミラー部４１を駆動するためのコイル（図示せず）が設けられ、このコイルは、基板４７に設けられた配線に電気的に接続される。

上記のように構成されたミラーデバイス４０において、可動部４３は、軸４５−１、４５−２を基準にして回転可能である。ミラー部４１は、軸４２−１、４２−２を基準にして回転可能である。よって、ミラーデバイス４０は、可動部４３及びミラー部４１の可動範囲内において、あらゆる方向に光を反射することができる。

図５は、ミラーデバイス４０の動作を説明する図である。ミラーデバイス４０は、ダイクロイックプリズム２７からの光をスクリーン１１に向けて反射する。例えば、ミラーデバイス４０は、図５の実線のように、スクリーン１１に横方向に表示光を投影し（水平走査）、この水平走査を垂直方向に順に行う。すなわち、ミラーデバイス４０は、いわゆるラスタースキャンを行う。これにより、ミラーデバイス４０は、２次元の画像をスクリーン１１に表示する。図５の実線が画像の表示であり、図５の破線がブランキングである。隣接する水平走査の間隔は、任意に設定可能である。

［１−２］投影装置１０のシステム構成
次に、投影装置１０のシステム構成について説明する。図６は、投影装置１０のブロック図である。

投影装置１０は、赤色レーザーダイオード２０、緑色レーザーダイオード２１、青色レーザーダイオード２２、赤外レーザーダイオード２３、フォトダイオード２４、ミラーデバイス４０、レーザーダイオードドライバ（ＬＤドライバ）５０、フォトダイオードドライバ（ＰＤドライバ）５１、ミラードライバ５２、制御ユニット５３、及び電圧発生回路５４を備える。これらのブロックは、１個又は２個以上の基板に設けられるとともに、ケース３０内の任意の場所に配置される。

レーザーダイオードドライバ５０は、レーザーダイオード２０〜２３を駆動する。また、レーザーダイオードドライバ５０は、制御ユニット５３からの制御信号に基づいて、レーザーダイオード２０〜２２のうち画像表示に必要なレーザーダイオードを駆動する。また、レーザーダイオードドライバ５０は、制御ユニット５３からの制御信号に基づいて、赤外レーザーダイオード２３からの赤外線を人物１２に照射する。

フォトダイオードドライバ５１は、フォトダイオード２４を駆動する。フォトダイオード２４は、自身が受けた赤外線を電気信号に変換し、この信号を制御ユニット５３に送る。

ミラードライバ５２は、制御ユニット５３からの制御信号に基づいて、ミラーデバイス４０を駆動するとともに、ミラーデバイス４０にスキャン動作を実行させる。

電圧発生回路５４は、投影装置１０に必要な各種電圧を生成し、これらの電圧を制御ユニット５３、及び他のブロックに供給する。

制御ユニット５３は、投影装置１０の動作を統括的に制御する。制御ユニット５３は、システムコントローラ５３Ａ、画像処理部（imaging processor）５３Ｂ、及びメモリ５３Ｃなどを備える。システムコントローラ５３Ａは、制御ユニット５３内の動作を統括的に制御する。

画像処理部５３Ｂは、画像データを用いて、スクリーン１１に表示させる画像を処理する。メモリ５３Ｃは、投影装置１０の動作に必要な各種データを格納する。また、メモリ５３Ｃは、一画面分の表示データを格納するフレームバッファなども備える。

［２］投影装置１０の動作
次に、上記のように構成された投影装置１０の動作について説明する。図７は、投影装置１０の動作を示すフローチャートである。ユーザーが投影装置１０を起動（システム起動）することで、投影装置１０は、動作を開始する。

制御ユニット５３は、ユーザーの要求に応じた画像をスクリーン１１に表示する（ステップＳ１００）。制御ユニット５３は、パーソナルコンピュータなどを用いて投影装置１０に入力さ画像データを用いても良いし、メモリ５３Ｃに格納された画像データを用いても良い。具体的には、図２に示すように、制御ユニット５３の制御に従って、赤色レーザーダイオード２０、緑色レーザーダイオード２１、及び青色レーザーダイオード２２はそれぞれ、赤色光、緑色光、及び青色光を出射する。

赤色レーザーダイオード２０からの赤色光は、ダイクロイックミラー２５を透過し、ダイクロイックミラー２６で反射され、ダイクロイックプリズム２７で反射されてミラーデバイス４０に入射する。緑色レーザーダイオード２１からの緑色光は、ダイクロイックプリズム２７を透過してミラーデバイス４０に入射する。青色レーザーダイオード２２からの青色光は、ダイクロイックミラー２６を透過し、ダイクロイックプリズム２７で反射されてミラーデバイス４０に入射する。

ミラーデバイス４０は、制御ユニット５３の制御に従って、前述したスキャン動作を行う。これにより、ミラーデバイス４０で反射された表示光がスクリーン１１に投影され、画像が表示される。なお、画像表示中は、ミラーデバイス４０によるスキャン動作が継続して行われる。

続いて、赤外レーザーダイオード２３及びミラーデバイス４０は、赤外線をスクリーン１１に向けて照射する（ステップＳ１０１）。図８は、スクリーン１１の画像を利用する人物１２を認識する動作を説明する図である。赤外レーザーダイオード２３からの赤外線は、ダイクロイックミラー２５、ダイクロイックミラー２６、及びダイクロイックプリズム２７で反射されてミラーデバイス４０に入射する。ミラーデバイス４０は、画像表示のためにスキャン動作を継続している。これにより、ミラーデバイス４０で反射された赤外線がスクリーン１１及び人物１２に向けて照射される。赤外レーザーダイオード２３からの赤外線は、人物１２によって反射される。

続いて、フォトダイオード２４は、人物によって反射された赤外線を、ミラーデバイス４０を介して受光する（ステップＳ１０２）。フォトダイオード２４によって受光された赤外線は、電気信号に変換されて制御ユニット５３に送られる。

制御ユニット５３は、フォトダイオード２４からの信号を用いて、人物を認識する（ステップＳ１０３）。なお、画像表示に連動して、赤外レーザーダイオード２３及びミラーデバイス４０は、スキャン動作を継続している。

続いて、制御ユニット５３は、人物の動き（アクション又はモーション）を検出したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。このステップＳ１０４において、制御ユニット５３は、人物によって反射された赤外線を用いて、人物のアクションを検出する。ステップＳ１０４において人物のアクションを検出しない場合、画像表示が継続して行われる（ステップＳ１００）。

ステップＳ１０４において人物のアクションを検出した場合、制御ユニット５３は、所定の画像を選択する（ステップＳ１０５）。例えば、特定の複数のアクション（又はモーション）に対応したアクションデータがメモリ５３Ｃに格納され、また、アクションデータに対応した画像データがメモリ５３Ｃに格納される。制御ユニット５３は、メモリ５３Ｃに格納された画像データのうち、検出したアクションに対応する画像データを選択する。

続いて、制御ユニット５３は、ステップＳ１０５で選択した画像を用いて、スクリーン１１に表示する画像を更新する（ステップＳ１０６）。例えば、制御ユニット５３は、メモリ５３Ｃに含まれるフレームバッファの一画面分の表示データを更新する。続いて、制御ユニット５３は、更新された画像データを用いて、画像をスクリーン１１に表示する（ステップＳ１００）。以後、ユーザーによって投影装置１０の動作が終了されるまで、ステップＳ１００〜Ｓ１０６を繰り返す。

［３］効果
以上詳述したように本実施形態では、投影装置１０は、赤色レーザーダイオード２０、緑色レーザーダイオード２１、青色レーザーダイオード２２、赤外レーザーダイオード２３、フォトダイオード２４、光路制御部（ダイクロイックミラー２５、２６、及びダイクロイックプリズム２７）、及びミラーデバイス４０を備え、これらが一体としてケース３０に収容される。そして、赤色レーザーダイオード２０、緑色レーザーダイオード２１、及び青色レーザーダイオード２２からの表示光によってスクリーンに所望の画像が表示される。また、投影装置１０の外部（人物）で反射した赤外線が、ミラーデバイス４０及び光路制御部を介してフォトダイオード２４によって受光される。

従って本実施形態によれば、人物のアクションを検出し、この検出結果に応じて画像をスクリーンに表示することができる。

また、３つのレーザーダイオードと、３つの色分離素子（ダイクロイックミラー２５、２６、及びダイクロイックプリズム２７）と、ミラーデバイス４０とを用いて、画像をスクリーンに投影することができる。これにより、投影装置１０を小型化できる。

また、赤外レーザーダイオード２３からの赤外線を外部に出射するための経路を用いて、外部で反射された赤外線をフォトダイオード２４に入射させることができる。これにより、部品点数を削減できるため、投影装置１０を小型化できる。

また、人物のアクションを検出する装置と、アクションの検出結果に応じて画像を表示する装置とをケース３０内に一体で形成できる。これにより、投影装置１０を小型化できる。

なお、赤色レーザーダイオード２０、緑色レーザーダイオード２１、青色レーザーダイオード２２、赤外レーザーダイオード２３、フォトダイオード２４、ダイクロイックミラー２５、２６、及びダイクロイックプリズム２７をケース内に一体で形成し、ミラーデバイス４０のみ分離して構成しても良い。すなわち、図２のケース３０のうち中央の仕切りの左側の部分と右側の部分とを分離して構成しても良い。

また、制御ユニット５３の処理をパーソナルコンピュータなどで行うようにしても良い。この場合、制御ユニット５３以外のモジュールがケース３０内に一体で構成される。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、構成要素を変形して具体化することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、１つの実施形態に開示される複数の構成要素の適宜な組み合わせ、若しくは異なる実施形態に開示される構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を構成することができる。例えば、実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素が削除されても、発明が解決しようとする課題が解決でき、発明の効果が得られる場合には、これらの構成要素が削除された実施形態が発明として抽出されうる。

１０…投影装置、１１…スクリーン、２０…赤色レーザーダイオード、２１…緑色レーザーダイオード、２２…青色レーザーダイオード、２３…赤外レーザーダイオード、２４…受光部、２５…ダイクロイックミラー、２６…ダイクロイックミラー、２７…ダイクロイックプリズム、３０…ケース、４０…ミラーデバイス、５０…レーザーダイオードドライバ、５１…フォトダイオードドライバ、５２…ミラードライバ、５３…制御ユニット、５３Ａ…システムコントローラ、５３Ｂ…画像処理部、５３Ｃ…メモリ、５４…電圧発生回路

Claims (11)

1. 赤色光を出射する第１発光素子と、
   緑色光を出射する第２発光素子と、
   青色光を出射する第３発光素子と、
   第１赤外線を出射する第４発光素子と、
   前記第１乃至第４発光素子からの光の光路を制御する光路制御部と、
   前記光路制御部からの光をスクリーンに向けて反射するミラーデバイスと、
   前記第１赤外線が外部で反射された第２赤外線を受ける受光部と、
   前記第１乃至第４発光素子と、前記光路制御部と、前記ミラーデバイスと、前記受光部とを収容するケースと、
   を具備することを特徴とする投影装置。
2. 赤色光を出射する第１発光素子と、
   緑色光を出射する第２発光素子と、
   青色光を出射する第３発光素子と、
   第１赤外線を出射する第４発光素子と、
   前記第１乃至第４発光素子からの光の光路を制御する光路制御部と、
   前記第１赤外線が外部で反射された第２赤外線を受ける受光部と、
   前記第１乃至第４発光素子と、前記光路制御部と、前記受光部とを収容するケースと、
   を具備し、
   前記光路制御部からの光は、ミラーデバイスによってスクリーンに向けて反射されることを特徴とする投影装置。
3. 前記光路制御部は、第１乃至第３色分離素子を備え、
   前記第１色分離素子は、前記第１発光素子からの赤色光を透過し、前記第４発光素子からの第１赤外線を反射し、
   前記第２色分離素子は、前記第３発光素子からの青色光を透過し、前記第１色分離素子からの赤色光及び第１赤外線を反射し、
   前記第３色分離素子は、前記第２発光素子からの緑色光を透過し、前記第２色分離素子からの赤色光、青色光及び第１赤外線を反射することを特徴とする請求項１又は２に記載の投影装置。
4. 前記第１乃至第３色分離素子は、前記第２赤外線を前記受光部に入射させることを特徴とする請求項３に記載の投影装置。
5. 前記第１及び第２色分離素子の各々は、ダイクロイックミラーであり、
   前記第３色分離素子は、ダイクロイックプリズムであることを特徴とする請求項３又は４に記載の投影装置。
6. 前記第１乃至第４発光素子は、レーザーダイオードであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の投影装置。
7. 前記受光部は、フォトダイオードを含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の投影装置。
8. 表示画像に基づいて、前記第１乃至第３発光素子の動作を制御するコントローラをさらに具備することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の投影装置。
9. 前記コントローラは、前記受光部からの信号を用いて、人物のアクションを検知することを特徴とする請求項８に記載の投影装置。
10. 前記ミラーデバイスは、スキャン動作を実行し、前記スクリーンに画像を表示することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の投影装置。
11. 前記ミラーデバイスは、ＭＥＭＳデバイスであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の投影装置。