以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
[第1の実施形態]
<画像投射装置の構成>
図1は、実施形態に係るプロジェクタ1を例示する図である。
プロジェクタ1は、特許請求の範囲に記載の画像投射装置の一例であり、出射窓3、外部I/F9を有し、投射画像を生成する光学エンジンが内部に設けられている。プロジェクタ1は、例えば外部I/F9に接続されるパソコンやデジタルカメラから画像データが送信されると、光学エンジンが送信された画像データに基づいて投射画像を生成し、図1に示されるように出射窓3からスクリーンSに画像を投射する。
尚、以下に示す図面において、X1X2方向はプロジェクタ1の幅方向、Y1Y2方向はプロジェクタ1の奥行き方向、Z1Z2方向はプロジェクタ1の高さ方向である。また、以下では、プロジェクタ1の出射窓3側を上、出射窓3とは反対側を下として説明する場合がある。
図2は、本実施形態に係るプロジェクタ1の機能構成を例示するブロック図である。
図2に示されるように、プロジェクタ1は、電源4と、メインスイッチSW5と、操作部7と、外部I/F9と、システムコントロール部10と、ファン20と、光学エンジン15とを有する。
電源4は、商用電源に接続され、プロジェクタ1の内部回路用に電圧及び周波数を変換して、システムコントロール部10、ファン20、光学エンジン15等に給電する。
メインスイッチSW5は、ユーザによるプロジェクタ1のON/OFF操作に用いられる。電源4が電源コード等を介して商用電源に接続された状態で、メインスイッチSW5がONに操作されると、電源4がプロジェクタ1の各部への給電を開始し、メインスイッチSW5がOFFに操作されると、電源4がプロジェクタ1の各部への給電を停止する。
操作部7は、ユーザによる各種操作を受け付けるボタン等であり、例えばプロジェクタ1の上面に設けられている。操作部7は、例えば投射画像の大きさ、色調、ピント調整等のユーザによる操作を受け付ける。操作部7が受け付けたユーザ操作は、システムコントロール部10に送られる。
外部I/F9は、例えばパソコン、デジタルカメラ等に接続される接続端子を有し、接続された機器から送信される画像データをシステムコントロール部10に出力する。
システムコントロール部10は、画像制御部11と、移動制御部12と、補正部13と、記憶部14とを有する。システムコントロール部10は、例えばCPU(Central Processing Unit),ROM(Read Only Memory),RAM(Random Access Memory)、不揮発性メモリ等を含み、CPUがRAMと協働してROMに記憶されているプログラムを実行することで、各部の機能が実現される。記憶部14は、例えば不揮発性メモリ等により実現される。
画像制御部11は、特許請求の範囲に記載の画像制御部の一例であり、外部I/F9から入力される画像データに基づいて光学エンジン15の画像表示ユニット50に設けられているデジタルマイクロミラーデバイスDMD(Digital Micromirror Device(以下、単に「DMD」という))551を制御し、スクリーンSに投射する画像を生成する。
移動制御部12は、特許請求の範囲に記載の移動制御部の一例であり、画像表示ユニット50において移動可能に設けられている可動ユニット55を移動させ、可動ユニット55に設けられているDMD551の位置を制御する。
補正部13は、ホール素子590により検出された可動ユニット55の固定ユニット51に対する位置、及び角度の少なくとも1つに基づき、投射される画像の照度むらを低減するように、投射画像の元となる画像データを補正する。
記憶部14は、投射画像の元となる画像データを補正するための補正データを記憶する。記憶された補正データは、補正部13により参照される。
補正部13、及び記憶部14の詳細については、別途、図20〜21、図23〜24等を用いて説明する。
ファン20は、システムコントロール部10に制御されて回転し、光学エンジン15の光源30を冷却する。
光学エンジン15は、光源30、照明ユニット40、画像表示ユニット50、投射光学系ユニット60を有し、システムコントロール部10に制御されてスクリーンSに画像を投射する。
光源30は、例えば水銀高圧ランプ、キセノンランプ、LED等であり、システムコントロール部10により制御され、照明ユニット40に光を照射する。
照明ユニット40は、例えばカラーホイール、ライトトンネル、リレーレンズ等を有し、光源30から照射された光を画像表示ユニット50に設けられているDMD551に導く。
画像表示ユニット50は、固定支持されている固定ユニット51、固定ユニット51に対して移動可能に設けられている可動ユニット55を有する。
可動ユニット55は、DMD551を有し、システムコントロール部10の移動制御部12によって固定ユニット51に対する位置が制御される。DMD551は、特許請求の範囲に記載の「画像生成部」の一例であり、システムコントロール部10の画像制御部11により制御され、照明ユニット40によって導かれた光を変調して投射画像を生成する。
また可動ユニット55は、ホール素子590を有する。ホール素子590は、固定ユニット51に対する可動ユニット55の位置を検出し、補正部13に位置データを出力する。ホール素子590の詳細については、別途、図16等を用いて説明する。
投射光学系ユニット60は、例えば複数の投射レンズ、ミラー等を有し、画像表示ユニット50のDMD551によって生成される画像を拡大してスクリーンSに投射する。投射光学系ユニット60は、特許請求の範囲に記載の「投射光学系」の一例である。固定ユニット51は、特許請求の範囲に記載の「固定部」の一例であり、可動ユニット55は、特許請求の範囲に記載の「可動部」の一例である。
<光学エンジンの構成>
次に、プロジェクタ1の光学エンジン15の各部の構成について説明する。
図3は、実施形態に係る光学エンジン15を例示する斜視図である。光学エンジン15は、図3に示されるように、光源30、照明ユニット40、画像表示ユニット50、投射光学系ユニット60を有し、プロジェクタ1の内部に設けられている。
光源30は、照明ユニット40の側面に設けられ、X2方向に光を照射する。照明ユニット40は、光源30から照射された光を、下部に設けられている画像表示ユニット50に導く。画像表示ユニット50は、照明ユニット40によって導かれた光を用いて投射画像を生成する。投射光学系ユニット60は、照明ユニット40の上部に設けられ、画像表示ユニット50によって生成された投射画像をプロジェクタ1の外部に投射する。
尚、本実施形態に係る光学エンジン15は、光源30から照射される光を用いて上方に画像を投射するように構成されているが、水平方向に画像を投射するような構成であってもよい。
[照明ユニット]
図4は、実施形態に係る照明ユニット40を例示する図である。
図4に示されるように、照明ユニット40は、カラーホイール401、ライトトンネル402、リレーレンズ403,404、シリンダミラー405、凹面ミラー406を有する。
カラーホイール401は、例えば周方向の異なる部分にR(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)の各色のフィルタが設けられている円盤である。カラーホイール401は、高速回転することで、光源30から照射される光を、RGB各色に時分割する。
ライトトンネル402は、例えば板ガラス等の貼り合わせによって四角筒状に形成されている。ライトトンネル402は、カラーホイール401を透過したRGB各色の光を、内面で多重反射することで光源30の輝度むらを均一化してリレーレンズ403,404に導く。
リレーレンズ403,404は、ライトトンネル402から出射された光の軸上色収差を補正しつつ集光する。
シリンダミラー405及び凹面ミラー406は、リレーレンズ403,404から出射された光を、画像表示ユニット50に設けられているDMD551に反射する。DMD551は、凹面ミラー406からの反射光を変調して投射画像を生成する。
[投射光学系ユニット]
図5は、実施形態に係る投射光学系ユニット60の内部構成を例示する図である。
図5に示されるように、投射光学系ユニット60は、投射レンズ601、折り返しミラー602、曲面ミラー603がケースの内部に設けられている。
投射レンズ601は、複数のレンズを有し、画像表示ユニット50のDMD551によって生成された投射画像を、折り返しミラー602に結像させる。折り返しミラー602及び曲面ミラー603は、結像された投射画像を拡大するように反射して、プロジェクタ1の外部のスクリーンS等に投射する。
[画像表示ユニット]
図6は、実施形態に係る画像表示ユニット50を例示する斜視図である。また、図7は、実施形態に係る画像表示ユニット50を例示する側面図である。
図6及び図7に示されるように、画像表示ユニット50は、固定支持されている固定ユニット51、固定ユニット51に対して移動可能に設けられている可動ユニット55を有する。
固定ユニット51は、第1固定板としてのトッププレート511、第2固定板としてのベースプレート512を有する。固定ユニット51は、トッププレート511とベースプレート512とが所定の間隙を介して平行に設けられており、照明ユニット40の下部に固定される。
可動ユニット55は、DMD551、第1可動板としての可動プレート552、第2可動板としての結合プレート553、ヒートシンク554を有し、固定ユニット51に移動可能に支持されている。
可動プレート552は、固定ユニット51のトッププレート511とベースプレート512との間に設けられ、固定ユニット51によってトッププレート511及びベースプレート512と平行且つ表面に平行な方向に移動可能に支持されている。
結合プレート553は、固定ユニット51のベースプレート512を間に挟んで可動プレート552に固定されている。結合プレート553は、上面側にDMD551が固定して設けられ、下面側にヒートシンク554が固定されている。結合プレート553は、可動プレート552に固定されることで、可動プレート552、DMD551、及びヒートシンク554と共に固定ユニット51に移動可能に支持されている。
DMD551は、結合プレート553の可動プレート552側の面に設けられ、可動プレート552及び結合プレート553と共に移動可能に設けられている。DMD551は、可動式の複数のマイクロミラーが格子状に配列された画像生成面を有する。DMD551の各マイクロミラーは、鏡面がねじれ軸周りに傾動可能に設けられており、システムコントロール部10の画像制御部11から送信される画像信号に基づいてON/OFF駆動される。
マイクロミラーは、例えば「ON」の場合には、光源30からの光を投射光学系ユニット60に反射するように傾斜角度が制御される。また、マイクロミラーは、例えば「OFF」の場合には、光源30からの光を不図示のOFF光板に向けて反射する方向に傾斜角度が制御される。
このように、DMD551は、画像制御部11から送信される画像信号によって各マイクロミラーの傾斜角度が制御され、光源30から照射されて照明ユニット40を通った光を変調して投射画像を生成する。
ヒートシンク554は、放熱手段の一例であり、少なくとも一部分がDMD551に当接するように設けられている。ヒートシンク554は、移動可能に支持される結合プレート553にDMD551と共に設けられることで、DMD551に当接して効率的に冷却することが可能になっている。このような構成により、本実施形態に係るプロジェクタ1では、ヒートシンク554がDMD551の温度上昇を抑制し、DMD551の温度上昇による動作不良や故障等といった不具合の発生が低減されている。
(固定ユニット)
図8は、実施形態に係る固定ユニット51を例示する斜視図である。また、図9は、実施形態に係る固定ユニット51を例示する分解斜視図である。
図8及び図9に示されるように、固定ユニット51は、トッププレート511、ベースプレート512を有する。
トッププレート511及びベースプレート512は、平板状部材から形成され、それぞれ可動ユニット55のDMD551に対応する位置に中央孔513,514が設けられている。また、トッププレート511及びベースプレート512は、複数の支柱515によって、所定の間隙を介して平行に設けられている。
支柱515は、図9に示されるように、上端部がトッププレート511に形成されている支柱孔516に圧入され、雄ねじ溝が形成されている下端部がベースプレート512に形成されている支柱孔517に挿入される。支柱515は、トッププレート511とベースプレート512との間に一定の間隔を形成し、トッププレート511とベースプレート512とを平行に支持する。
また、トッププレート511及びベースプレート512には、支持球体521を回転可能に保持する支持孔522,526がそれぞれ複数形成されている。
トッププレート511の支持孔522には、内周面に雌ねじ溝を有する円筒状の保持部材523が挿入される。保持部材523は、支持球体521を回転可能に保持し、位置調整ねじ524が上から挿入される。ベースプレート512の支持孔526は、下端側が蓋部材527によって塞がれ、支持球体521を回転可能に保持する。
トッププレート511及びベースプレート512の支持孔522,526に回転可能に保持される支持球体521は、それぞれトッププレート511とベースプレート512との間に設けられる可動プレート552に当接し、可動プレート552を移動可能に支持する。
図10は、実施形態に係る固定ユニット51による可動プレート552の支持構造を説明するための図である。また、図11は、図10に示されるA部分の概略構成を例示する部分拡大図である。
図10及び図11に示されるように、トッププレート511では、支持孔522に挿入される保持部材523によって支持球体521が回転可能に保持されている。また、ベースプレート512では、下端側が蓋部材527によって塞がれている支持孔526によって支持球体521が回転可能に保持されている。
各支持球体521は、支持孔522,526から少なくとも一部分が突出するように保持され、トッププレート511とベースプレート512との間に設けられる可動プレート552に当接して支持する。可動プレート552は、回転可能に設けられている複数の支持球体521により、トッププレート511及びベースプレート512と平行且つ表面に平行な方向に移動可能に、回転可能の少なくとも一方の状態で両面から保持される。
また、トッププレート511側に設けられている支持球体521は、可動プレート552とは反対側で当接する位置調整ねじ524の位置に応じて、保持部材523の下端からの突出量が変化する。例えば、位置調整ねじ524がZ1方向に変位すると、支持球体521の突出量が減り、トッププレート511と可動プレート552との間隔が小さくなる。また、例えば、位置調整ねじ524がZ2方向に変位すると、支持球体521の突出量が増え、トッププレート511と可動プレート552との間隔が大きくなる。
このように、位置調整ねじ524を用いて支持球体521の突出量を変化させることで、トッププレート511と可動プレート552との間隔を適宜調整できる。
また、図8及び図9に示されるように、トッププレート511のベースプレート512側の面には、磁石531,532,533,534が設けられている。
図12は、実施形態に係るトッププレート511を例示する底面図である。図12に示されるように、トッププレート511のベースプレート512側の面には、磁石531,532,533,534が設けられている。
磁石531,532,533,534は、トッププレート511の中央孔513を囲むように4箇所に設けられている。磁石531,532,533,534は、それぞれ長手方向が平行になるように配置された直方体状の2つの磁石で構成され、それぞれ可動プレート552に及ぶ磁界を形成する。
磁石531,532,533,534は、それぞれ可動プレート552の上面に各磁石531,532,533,534に対向して設けられているコイルとで、可動プレート552を移動させる移動手段を構成する。
尚、上記した固定ユニット51に設けられる支柱515、支持球体521の数や位置等は、可動プレート552を移動可能に支持できればよく、本実施形態に例示される構成に限られるものではない。
(可動ユニット)
図13は、実施形態に係る可動ユニット55を例示する斜視図である。また、図14は、実施形態に係る可動ユニット55を例示する分解斜視図である。
図13及び図14に示されるように、可動ユニット55は、DMD551、可動プレート552、結合プレート553、ヒートシンク554、保持部材555、DMD基板557を有し、固定ユニット51に対して移動可能に支持されている。
可動プレート552は、上記したように、固定ユニット51のトッププレート511とベースプレート512との間に設けられ、複数の支持球体521により表面に平行な方向に移動可能に支持される。
図15は、実施形態に係る可動プレート552を例示する斜視図である。
図15に示されるように、可動プレート552は、平板状の部材から形成され、DMD基板557に設けられるDMD551に対応する位置に中央孔570を有し、中央孔570の周囲にコイル581,582,583,584が設けられている。
コイル581,582,583,584は、それぞれZ1Z2方向に平行な軸を中心として電線が巻き回されることで形成され、可動プレート552のトッププレート511側の面に形成されている凹部に設けられてカバーで覆われている。コイル581,582,583,584は、それぞれトッププレート511の磁石531,532,533,534とで、可動プレート552を移動させる移動手段を構成する。
トッププレート511の磁石531,532,533,534と、可動プレート552のコイル581,582,583,584とは、可動ユニット55が固定ユニット51に支持された状態で、それぞれ対向する位置に設けられている。コイル581,582,583,584に電流が流されると、磁石531,532,533,534によって形成される磁界により、可動プレート552を移動させる駆動力となるローレンツ力が発生する。
可動プレート552は、磁石531,532,533,534とコイル581,582,583,584との間で発生する駆動力としてのローレンツ力を受けて、固定ユニット51に対して、XY平面において直線的又は回転するように変位する。
各コイル581,582,583,584に流される電流の大きさ及び向きは、システムコントロール部10の移動制御部12によって制御される。移動制御部12は、各コイル581,582,583,584に流す電流の大きさ及び向きによって、可動プレート552の移動(回転)方向、移動量や回転角度等を制御する。
本実施形態では、第1駆動手段として、コイル581及び磁石531と、コイル584及び磁石534とが、X1X2方向に対向して設けられている。コイル581及びコイル584に電流が流されると、図15に示されるようにX1方向又はX2のローレンツ力が発生する。可動プレート552は、コイル581及び磁石531と、コイル584及び磁石534とにおいて発生するローレンツ力により、X1方向又はX2方向に移動する。
また、本実施形態では、第2駆動手段として、コイル582及び磁石532と、コイル583及び磁石533とが、X1X2方向に並んで設けられ、磁石532及び磁石533は、磁石531及び磁石534とは長手方向が直交するように配置されている。このような構成において、コイル582及びコイル583に電流が流されると、図15に示されるようにY1方向又はY2方向のローレンツ力が発生する。
可動プレート552は、コイル582及び磁石532と、コイル583及び磁石533とにおいて発生するローレンツ力により、Y1方向又はY2方向に移動する。また、可動プレート552は、コイル582及び磁石532と、コイル583及び磁石533とで反対方向に発生するローレンツ力により、XY平面において回転するように変位する。
例えば、コイル582及び磁石532においてY1方向のローレンツ力が発生し、コイル583及び磁石533においてY2方向のローレンツ力が発生するように電流が流されると、可動プレート552は、上面視で時計回り方向に回転するように変位する。また、コイル582及び磁石532においてY2方向のローレンツ力が発生し、コイル583及び磁石533においてY1方向のローレンツ力が発生するように電流が流されると、可動プレート552は、上面視で反時計回り方向に回転するように変位する。
また、可動プレート552には、固定ユニット51の支柱515に対応する位置に、可動範囲制限孔571が設けられている。可動範囲制限孔571は、固定ユニット51の支柱515が挿入され、例えば振動や何らかの異常等により可動プレート552が大きく移動した時に支柱515に接触することで、可動プレート552の可動範囲を制限する。
以上で説明したように、本実施形態では、システムコントロール部10の移動制御部12が、コイル581,582,583,584に流す電流の大きさや向きを制御することで、可動範囲内で可動プレート552を任意の位置に移動させることができる。
尚、移動手段としての磁石531,532,533,534及びコイル581,582,583,584の数、位置等は、可動プレート552を任意の位置に移動させることが可能であれば、本実施形態とは異なる構成であってもよい。例えば、移動手段としての磁石は、トッププレート511の上面に設けられてもよく、ベースプレート512の何れかの面に設けられてもよい。また、例えば、磁石が可動プレート552に設けられ、コイルがトッププレート511又はベースプレート512に設けられてもよい。
また、可動範囲制限孔571の数、位置及び形状等は、本実施形態に例示される構成に限られない。例えば、可動範囲制限孔571は一つであってもよく、複数であってもよい。また、可動範囲制限孔571の形状は、例えば長方形や円形等、本実施形態とは異なる形状であってもよい。
固定ユニット51によって移動可能に支持される可動プレート552の下面側(ベースプレート512側)には、図13に示されるように、結合プレート553が固定されている。結合プレート553は、平板状部材から形成され、DMD551に対応する位置に中央孔を有し、周囲に設けられている折り曲げ部分が3本のねじ591によって可動プレート552の下面に固定されている。
図16は、可動プレート552が外された可動ユニット55を例示する斜視図である。
図16に示されるように、結合プレート553には、上面側にDMD551、下面側にヒートシンク554が設けられている。結合プレート553は、可動プレート552に固定されることで、DMD551、ヒートシンク554と共に、可動プレート552に伴って固定ユニット51に対して移動可能に設けられている。
DMD551は、DMD基板557に設けられており、DMD基板557が保持部材555と結合プレート553との間で挟み込まれることで、結合プレート553に固定されている。保持部材555、DMD基板557、結合プレート553、ヒートシンク554は、図14及び図16に示されるように、固定部材としての段付ねじ560及び押圧手段としてのばね561によって重ねて固定されている。
結合プレート553には、ホール素子590a〜590cが設けられている。ここで、ホール素子は、ホール効果を利用して磁界を検出する素子である。対象物の移動量に比例した磁束密度がかかるようにホール素子と対象物を配置すると、ホール素子の出力から対象物の移動量、及び位置を検出することができる。
ホール素子590a〜590cは、結合プレート553とともに移動することで、磁石531〜534に対する位置を変化させ、位置の変化に比例した電圧を出力する。ホール素子590a〜590cの出力により、固定ユニット51に対する可動ユニット55の位置が検出される。
具体的には、ホール素子590aの出力から固定ユニット51に対する可動ユニット55のX1X2方向の位置が検出される。またホール素子590bの出力から固定ユニット51に対する可動ユニット55のY1Y2方向の位置が検出される。ホール素子590b、及び590cの出力から固定ユニット51に対する可動ユニット55の回転角度が検出される。
尚、ホール素子の配置、及び個数は上記に限定されない。例えば、ホール素子を固定ユニット側に設けてもよいし、4個以上のホール素子を設けてもよい。また、可動ユニット55の位置の検出手段は、ホール素子等の磁気センサに限定されず、リニアエンコーダ等の光学センサを用いてもよい。
以下では、ホール素子590a〜590cを総称して、ホール素子590と表示する場合がある。
尚、ホール素子590は、特許請求の範囲に記載の「検出部」の一例である。
図17は、実施形態に係る可動ユニット55のDMD保持構造について説明する図である。図17は、可動ユニット55の側面図であり、可動プレート552及び結合プレート553は図示が省略されている。
図17に示されるように、ヒートシンク554は、結合プレート553に固定された状態で、DMD基板557に設けられている貫通孔からDMD551の下面に当接する突出部554aを有する。尚、ヒートシンク554の突出部554aは、DMD基板557の下面であって、DMD551に対応する位置に当接するように設けられてもよい。
また、DMD551の冷却効果を高めるために、ヒートシンク554の突出部554aとDMD551との間に弾性変形可能な伝熱シートが設けられてもよい。伝熱シートによりヒートシンク554の突出部554aとDMD551との間の熱伝導性が向上し、ヒートシンク554によるDMD551の冷却効果が向上する。
上記したように、保持部材555、DMD基板557、ヒートシンク554は、段付きねじ560及びばね561によって重ねて固定されている。段付きねじ560が締められると、ばね561がZ1Z2方向に圧縮され、図17に示されるZ1方向の力F1がばね561から生じる。ばね561から生じる力F1により、ヒートシンク554はZ1方向に力F2でDMD551に押圧されることとなる。
本実施形態では、段付きねじ560及びばね561は4箇所に設けられており、ヒートシンク554にかかる力F2は、4つのばね561に生じる力F1を合成したものに等しい。また、ヒートシンク554からの力F2は、DMD551が設けられているDMD基板557を保持する保持部材555に作用する。この結果、保持部材555には、ヒートシンク554からの力F2に相当するZ2方向の反力F3が生じ、保持部材555と結合プレート553との間でDMD基板557を保持できるようになる。
段付きねじ560及びばね561には、保持部材555に生じる力F3からZ2方向の力F4が作用する。ばね561は、4箇所に設けられているため、それぞれに作用する力F4は、保持部材555に生じる力F3の4分の1に相当し、力F1と釣り合うこととなる。
また、保持部材555は、図17において矢印Bで示されるように撓むことが可能な部材で板ばね状に形成されている。保持部材555は、ヒートシンク554の突出部554aに押圧されて撓み、ヒートシンク554をZ2方向に押し返す力が生じることで、DMD551とヒートシンク554との接触をより強固に保つことができる。
可動ユニット55は、以上で説明したように、可動プレート552と、DMD551及びヒートシンク554を有する結合プレート553とが、固定ユニット51によって移動可能に支持されている。可動ユニット55の位置は、システムコントロール部10の移動制御部12によって制御される。また、可動ユニット55には、DMD551に当接するヒートシンク554が設けられており、DMD551の温度上昇に起因する動作不良や故障といった不具合の発生が防止されている。
<画像投射>
上記したように、本実施形態に係るプロジェクタ1において、投射画像を生成するDMD551は、可動ユニット55に設けられており、システムコントロール部10の移動制御部12によって可動ユニット55と共に位置が制御される。
移動制御部12は、例えば、画像投射時にフレームレートに対応する所定の周期で、DMD551の複数のマイクロミラーの配列間隔未満の距離だけ離れた複数の位置の間を高速移動するように可動ユニット55の位置を制御する。このとき、画像制御部11は、それぞれの位置に応じてシフトした投射画像を生成するようにDMD551に画像信号を送信する。
例えば、移動制御部12は、X1X2方向及びY1Y2方向にDMD551のマイクロミラーの配列間隔未満の距離だけ離れた位置P1と位置P2との間で、DMD551を所定の周期で往復移動させる。このとき、画像制御部11が、それぞれの位置に応じてシフトした投射画像を生成するようにDMD551を制御することで、投射画像の解像度を、DMD551の解像度の約2倍にすることが可能になる。また、DMD551の移動位置を増やすことで、投射画像の解像度をDMD551の2倍以上にすることもできる。
このように、移動制御部12が可動ユニット55と共にDMD551を所定の周期で移動させ、画像制御部11がDMD551に位置に応じた投射画像を生成させることで、DMD551の解像度以上の画像を投射することが可能になる。
また、本実施形態に係るプロジェクタ1では、移動制御部12がDMD551を可動ユニット55と共に回転するように制御することで、投射画像を縮小させることなく回転させることができる。例えばDMD551等の画像生成部が固定されているプロジェクタでは、投射画像を縮小させなければ、投射画像の縦横比を維持しながら回転させることはできない。これに対して、本実施形態に係るプロジェクタ1では、DMD551を回転させることができるため、投射画像を縮小させることなく回転させて傾き等の調整を行うことが可能になっている。
以上で説明したように、本実施形態に係るプロジェクタ1では、DMD551が移動可能に構成されることで、投射画像の高解像度化が可能になっている。また、DMD551を冷却するヒートシンク554が、DMD551と共に可動ユニット55に搭載されていることで、DMD551に当接してより効率的に冷却することが可能になり、DMD551の温度上昇が抑制されている。したがって、プロジェクタ1では、DMD551の温度上昇に起因して発生する動作不良や故障といった不具合が低減される。
(照度むらの補正)
ここで、スクリーンSに投射される画像の照度むらについて説明する。
上述したように、プロジェクタ1は、光源30から照射された光をカラーホイール401で時分割し、ライトトンネル402を通過させて光源30の輝度むらを均一化する。光源30の輝度むらが均一化された光は、リレーレンズ403、404、シリンダミラー405、及び凹面ミラー406を経て、DMD551に照射される。DMD551は、照射された光を変調して投射画像を生成する。投射画像は、投射光学系ユニット60によりスクリーンSに投射される。
DMD551に照射される光は、リレーレンズ403、404、シリンダミラー405、及び凹面ミラー406の光学特性に起因して、周辺光量の低下等の光量むらを含む場合がある。DMD551の照射光に光量むらが含まれると、DMD551で生成され、スクリーンSに投射される画像に照度むらが生じる。
また上述したように、本実施形態に係るプロジェクタ1は、可動ユニット55によりDMD551を移動、又は回転させることができる。例えば、投射画像に歪みが生じるような場合に、可動ユニット55によりDMD551を移動、又は回転させることで、投射画像の歪みを低減することが可能である。一方で、DMD551を移動、又は回転させると、光量むらに対するDMD551の相対位置、又は角度が変化するため、DMD551の位置、又は角度に応じて、スクリーンSに投射される画像の照度むらが変化する。
図18は、DMD551と照射光との関係を説明する模式図である。図18において、照射光31は、例えばリレーレンズ403、404、シリンダミラー405、及び凹面ミラー406を経て、DMD551に照射される光である。照射光31は、円形の領域を照射する円形の照射光である。照射光31では、白い領域は光量が高く、黒い領域は光量が低いことを示している。図18では、照射光31の中央の領域は、光量は高く均一であり、円の周辺に向かうにつれて徐々に光量が低下している。
図18において、実線で示されているDMD551aは、照射光31の中央の領域に位置するDMDを示している。DMD551aの位置では、照射光の光量は均一である。そのためDMD551で生成され、スクリーンSに投射される画像に、照度むらは生じない。
一方、破線で示されているDMD551bは、DMD551aに対し、図中左方向にシフト量hだけ移動し、角度θだけ傾いたDMDを示している。DMD551bの位置では、DMDの左上角の領域32(一点鎖線で示されている領域)は、照射光の光量が低下している。従って、DMD551で生成され、スクリーンSに投射される画像の領域32に対応する領域では、照度が低下し、投射画像に照度むらが含まれる。このような照度むらは、DMD551の位置、又は角度に応じて変化し、投射画像の品質を低下させる。
本実施形態では、図2に示されているように、ホール素子590は、可動ユニット55の固定ユニット51に対する位置、又は角度を検出し、位置、又は角度を示す信号を補正部13に出力する。補正部13は、検出された位置、又は角度を示す入力信号に基づき、記憶部14を参照して、投射画像の元となる画像データを補正するための補正データを取得する。補正データの詳しくは、図19〜20を用いて別途説明する。
尚、DMD551は、可動ユニット55に固定されているため、可動ユニット55の固定ユニット51に対する位置、又は角度は、DMD551の固定ユニット51に対する位置、又は角度と同義である。以下では、可動ユニット55の固定ユニット51に対する位置、又は角度を、DMD551の位置、又は角度と称する場合がある。
補正部13は、画像制御部11から投射画像の元となる画像データを入力する。補正部13は取得した補正データを用いて、投射画像の元となる画像データを補正し、補正した画像データを画像制御部11に出力する。画像制御部11は、入力した画像データに応じてDMD551による変調を制御し、光量むらが補正された投射画像を生成する。生成された投射画像は、投射光学系ユニット60により、スクリーンSに投射される。
このような補正に用いられる補正データの詳細について説明する。図19は、補正データの取得方法の一例を説明する図である。
図19では、DMD551の位置を示す信号Pos、又は角度を示す信号Angがプロジェクタ1に入力される。プロジェクタ1は、DMD551が信号Posに応じた位置、又は信号Angに応じた角度となっている状態で、スクリーンSに基準画像を投射する。カメラCは、投射された基準画像を撮像し、画像Imgとして出力する。プロジェクタ1に入力する信号Pos、又は信号Angを変化させることで、カメラCは、DMD551の位置、又は角度毎での基準画像の投射画像を撮像できる。
カメラCは2次元の撮像素子とレンズとを有し、スクリーンSに投射された画像の全体を撮像できるように、レンズの光学倍率、及び撮像素子の画素数等が設定されている。投射画像の画素数と、カメラCで撮像される画像Imgの画素数は、同じでもよいし、異なっていてもよい。但し、DMD551で生成される画像の領域と、カメラCで撮像される画像の領域は対応付けられている。例えばDMD551で生成される画像の所定の領域が、カメラCで撮像される画像のどの領域に該当するかが、実験等で予め把握され、対応付けられている。
尚、本実施形態では、プロジェクタ1を工場で製造した後、出荷する時に、補正データを取得することを想定する。取得された補正データは、工場出荷時にプロジェクタ1の記憶部14に記憶される。本実施形態では、カメラCはプロジェクタ1とは別の構成要素であり、工場に設置された補正データ取得装置の一部である。カメラCにより撮像された画像Imgは、図19では図示を省略する補正データ取得装置に出力される。
基準画像は、例えば白色画像である。白色画像は、白色1色のみで形成された無地の画像である。白色画像は、例えばR、G、及びBの3色を用いる場合は、全画素のRGB各色の輝度値を最大値とした画像である。輝度値の最大値は、8ビットであれば255階調である。但し、各色の輝度として、最大値以外の等しい輝度値を用いてもよい。例えばRGB各色の輝度値を何れも200階調として白色画像を形成してもよい。白色画像を基準画像とすることで、画像の色毎での補正の感度を均等にすることができる。
尚、基準画像は白色画像に限定されない。例えば赤(R)、緑(G)、又は青(B)の1色で形成された単色画像であってもよいし、所定の色味で形成された画像であってもよい。また無地に限らず、パターンを含んでもよい。
画像Imgに基づき、補正データ取得装置は補正データを生成する。補正データ取得装置は、例えば画像Imgの画像領域を所定数に分割し、領域毎で、領域を構成する各画素の輝度の平均値を算出する。算出された平均値がこの領域の補正値となる。或いは規定した目標値と平均値の差分値がこの領域の補正値となる。補正データは、このような領域毎での補正値の集合体である。尚、上記の平均値は、特許請求の範囲に記載の「画素の輝度の平均値に基づく値」の一例である。
図20は、補正データの一例を示す図である。図20において、補正データ141は、領域N1〜N9の9つの画像領域に分割され、形成されている。図20の場合の分割数は9である。
図20において、領域N1の補正値はY1、領域N2の補正値はY2、領域N3の補正値はY3、領域N4の補正値はY4、領域N5の補正値はY5、領域N6の補正値はY6、領域N7の補正値はY7、領域N8の補正値はY8、領域N9の補正値はY9である。
領域N7は光量が最も低い領域である。領域Y2、及びY3は、領域N7の次に光量が低い領域である。これら以外の領域は、光量が高く、かつ均一な領域である。補正値は、光量が低い領域では小さく、光量に応じて大きくなる。
尚、補正値として、領域を構成する各画素の輝度の平均値に限らず、領域を構成する各画素の輝度の最小値等を用いてもよい。この最小値は、特許請求の範囲に記載の「画素の輝度の最小値に基づく値」の一例である。
また分割数は、9に限らず、カメラCの画素数の範囲内で任意の数であってもよい。分割数を増やすことで、例えば高い空間分解能での補正が可能になる。分割数を減らすことで、例えば補正データを記憶するための記憶容量を削減可能である。
図21は、DMD551の位置と角度の組合せ毎での補正データの一例を示す図である。図21は、DMD551の位置、及び角度を変化させながら基準画像を投射し、DMD551の位置と角度の組合せ毎で補正データを生成して、両者を対応付けて示した表である。補正データD1〜D9は、対応する位置と角度の組合せ毎の補正データである。このような表は記憶部14に記憶される。尚、DMD551の回転が大きいほど照度むらの低減の正確さが低下することになるが、DMD551の位置のみに対応して補正データを設けることもできる。また、DMD551の位置の変化が大きいほど照度むらの低減の正確さが低下することになるが、DMD551の角度のみに対応して補正データを設けることもできる。
図22は、本実施形態に係る補正データの取得手順の一例を示すフローチャートである。
先ず、プロジェクタ1は、DMD551の位置、又は角度を入力する(ステップS221)。DMD551の位置、又は角度のプロジェクタ1への入力は、例えばユーザが操作部7のボタン等を用いて行う。
次に、移動制御部12は、入力されたDMD551の位置、又は角度に応じて可動ユニット55を制御し、DMD551の位置、又は角度を調整する(ステップS222)。
次に、画像制御部11は、基準画像としての白色画像に該当する画像データを外部I/F9から入力し、画像データに応じてDMD551による変調を制御し、白色画像の投射画像を生成する(ステップS223)。尚、ステップS221〜S223の順序は適宜変更してもよい。
次に、投射光学系ユニット60は、生成された白色画像をスクリーンSに投射する(ステップS224)。
次に、カメラCは、スクリーンSに投射された白色画像を撮像し、撮像した画像Imgを補正データ取得装置に出力する(ステップS225)。
次に、補正データ取得装置は、入力した画像Imgに基づき、補正データを生成する(ステップS226)。
次に、補正データ取得装置は、DMD551の所定の位置、又は角度の全てで補正データが生成されたかを判断する(ステップS227)。
DMD551の所定の位置、又は角度の全てで補正データが生成されていないと判断された場合は(ステップS227、No)、ステップS221に戻り、ステップS221〜S227の処理が再度実行される。
一方、DMD551の所定の位置、又は角度の全てで補正データが生成されたと判断された場合は(ステップS227、Yes)、補正データ取得装置は、生成した補正データを記憶部14に出力する。出力は、例えば外部I/F9を介して行われる。記憶部14は、入力した補正データを、DMD551の位置、又は角度に対応付けて記憶する(ステップS228)。尚、対応付けるDMD551の位置、又は角度として、プロジェクタ1への位置、又は角度の入力値を用いてもよいし、ホール素子590によるDMD551の位置、又は角度の検出値を用いてもよい。
このようにして、プロジェクタ1は補正データを取得し、記憶部14に記憶することができる。
図23は、実施形態に係る補正部13による画像データの補正の一例を説明する図である。(a)は、投射画像の元となる画像データである。画像データ131は、補正データ141と同様に9つの領域に分割されている。9つの領域は、領域M1〜M9である。(b)は、図20と同じ補正データ141である。
画像データ131の領域M1と、補正データの領域N1は位置が対応付けられている。例えば、画像データ131がスクリーンSに投射された時のスクリーンSにおける領域M1と、補正データ141がスクリーンSに投射された時のスクリーンSにおける領域N1は一致する。
同様に、領域M2と領域N2、領域M3と領域N3、領域M4と領域N4、領域M5と領域N5、領域M6と領域N6、領域M7と領域N7、領域M8と領域N8、領域M9と領域N9は、それぞれ位置が対応付けられている。
画像データ131の補正において、補正部13は、領域M1では、領域M1を構成する各画素の輝度値から、領域N1における補正値Y1を減算する。同様に、領域M2では、領域M2を構成する各画素の輝度値から、領域N2における補正値Y2を減算する。このような処理を領域M1〜M9について実行することで、画像データ131が補正され、投射画像における照度むらが補正される。
補正部13による補正処理に関し、例えば、補正データ141の補正値の数(画素数)が、画像データ131の画素数と等しくなるように補正データ141を生成し、記憶しておく。この場合、例えば補正データ141における領域N1は、画像データ131の領域M1の画素数と同数の補正値で構成され、どの画素においても補正値はY1となる。このような前提の下、補正部13は、画像データ131の補正時に、画像データ131と補正データ141の画像差分処理を行うようにしてもよい。単純な画像差分処理で補正処理を実行することができ、処理を簡略化することができる。
また別の補正処理方法として、例えば、補正データ141を補正値Y1〜Y9の9つの数値として記憶しておき、補正部13は、座標で特定した画像データ131の領域毎で、該当領域の画素輝度から、対応する補正値を減算するようにしてもよい。例えば領域M1をX座標が1〜100で、かつY座標が1〜100で特定される領域とした場合、補正部13は、この領域を構成する各画素の輝度から補正値Y1を減算する。このような処理方法によれば、分割数だけの補正値を補正データとして記憶しておけばよいため、記憶部14の記憶容量を削減することができる。
一方で、画像データ131の全部の領域に対して補正を行わず、予め規定した一部の領域に対してのみ補正を行うようにしてもよい。例えば領域M1〜M9のうち、領域M7に対してのみ補正を行う等である。この場合、補正部13は、領域M7を構成する各画素の輝度値から、領域N7の補正データY7を減算する処理を実行し、他の領域M1〜M6、及びM8〜M9では補正を行わない。補正を行う一部の領域は、例えばDMD551の位置、又は角度に応じて照射光の光量の変化が大きい領域であり、補正の効果が大きい領域である。光量の変化が小さい領域は、補正の効果が小さく、また照度むらも目立たないため、補正の対象外とされる。このように光量の変化が大きい領域は、実験、又はシミュレーションで予め把握される。画像データ131の一部の領域に対してのみ補正を行うことで、補正処理の負荷の低減等が図れる。
さらに、画像データ131一部の領域に対してのみ補正を行う場合は、この一部の領域に隣接する領域に対しても併せて補正を行うようにしてもよい。例えば領域M1〜M9のうち、領域M7に対して補正を行う場合、領域M7に隣接する領域M4、M5、及びM8でも併せて補正を行う。
この場合、補正部13は、領域M7を構成する画素の輝度値から、領域N7の補正値Y7を減算する処理を実行する。併せて領域M4を構成する各画素の輝度値から、領域N4の補正値Y4を減算する処理を実行し、同様に領域M5では補正値Y5を、領域M8では補正値Y8をそれぞれ減算する処理を実行する。他の領域M1〜M3、M6、及びM9では補正を行わない。
例えば領域M7に対してのみ補正を行うと、補正後の画像データ131における領域M7が、補正を行わない他の領域に比べて光量の傾向が大きく異なり、違和感のある画像になる場合がある。領域M7と隣接する領域は、領域M7と比較して照射光の光量の変化が小さく、補正の効果が小さい領域である。そのため、このような領域では、補正の前後で中間的な光量の変化となり、補正を行う領域と補正を行わない領域との間の光量の差を低減させる効果が得られる。領域M7と隣接する領域も併せて補正を行うことで、光量の傾向の差が小さく、違和感のない補正後の画像を得ることができる。
図24は、実施形態に係る補正処理の一例を示すフローチャートである。
先ず、ホール素子590は、DMD551の位置、及び角度の少なくとも1つを検出する。補正部13は、検出されたDMD551の位置、及び角度の少なくとも1つの検出値を入力する(ステップS241)。
次に、補正部13は、入力したDMD551の位置、又は角度の検出値に基づき、記憶部14を参照し、補正データ141を取得する(ステップS242)。
次に、補正部13は、投射画像の元となる画像データを画像制御部11から入力する(ステップS243)。図24の例では、補正データ141を構成する補正値の数(画素数)は、画像データ131の画素数と同数である。
次に、補正部13は、画像データ131と補正データ141との間で画像差分処理を実行する(ステップS244)。
このようにして画像データ131が補正され、投射画像における照度むらが低減される。
以上説明してきたように、本実施形態によれば、ホール素子590はDMD551の位置、及び角度の少なくとも1つを検出する。補正部13は検出値に基づき記憶部14を参照して補正データ141を取得して、投射画像の元となる画像データ131を補正する。これにより、DMD551の位置、又は角度に応じた補正データを用い、DMD551に照射される光の光量むらの影響を低減し、投射画像の照度むらを低減することができる。
尚、上記では、DMD551に照射される光の光量むらの原因の例として、リレーレンズ403、404、シリンダミラー405、及び凹面ミラー406等の照明光学系に起因する周辺光量の低下を説明したが、これに限定はされない。例えば光学系に付着したゴミやキズ等に起因した光量むらであっても、本実施形態によれば、その影響を低減し、投射画像の照度むらを低減することが可能である。
[第2の実施形態]
次に、第2の実施形態に係るプロジェクタの一例を説明する。尚、第1の実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
第1の実施形態では、プロジェクタ1の工場出荷時に補正データを取得し、プロジェクタ1の有する記憶部に記憶させる例を説明した。しかし工場出荷後においても、照明光学系にゴミが付着したり、プロジェクタ1に加えられた不測の衝撃により照明光学系にキズが付いたりする場合がある。このような場合に、工場出荷時に取得された補正データでは、光量むらの影響を低減し、投射画像の照度むらを低減することはできないことがある。
本実施形態では、プロジェクタが撮像部を備え、撮像した画像データに基づき、補正データを更新可能とする。
図25は、本実施形態に係るプロジェクタ1aの機能構成を例示するブロック図である。図25に示されるように、プロジェクタ1aは、撮像部70と、システムコントロール部10aとを有する。システムコントロール部10aは、更新部16を有する。
撮像部70は、プロジェクタ1aによりスクリーンSに投射された基準画像を撮像し、撮像した画像Img2を更新部16に出力する。撮像部70は、例えば2次元の撮像素子とレンズとを有するカメラである。撮像部70の光学倍率や画素数等については、第1の実施形態に係るカメラCと同様である。
更新部16は、撮像部70の出力する画像Img2を入力し、画像Img2に基づき、補正データを生成する。更新部16は、例えば画像Img2の画像領域を所定数に分割し、領域毎で、領域を構成する各画素の輝度の平均値を算出する。算出された平均値は、この領域の補正値となる。更新部16は、領域毎で補正値を算出し、補正値の集合体である補正データを生成して記憶部14に出力する。記憶部14は、入力した補正データを記憶する。記憶された補正データは、補正時に補正部13により参照される。
図26は、本実施形態に係るプロジェクタ1aによる補正データの更新手順の一例を示すフローチャートである。
先ず、プロジェクタ1は、DMD551の位置、又は角度を入力する(ステップS261)。DMD551への位置、又は角度のプロジェクタ1への入力は、例えばユーザが操作部7のボタンを用いて行う。
次に、移動制御部12は、入力したDMD551の位置、又は角度に応じて可動ユニット55を制御し、DMD551の位置、又は角度を調整する(ステップS262)。
次に、画像制御部11は、基準画像としての白色画像に該当する画像データを外部I/F9から入力し、画像データに応じてDMD551による変調を制御し、白色画像の投射画像を生成する(ステップS263)。尚、ステップS261〜S263の順序は適宜変更してもよい。
次に、投射光学系ユニット60は、生成された白色画像をスクリーンSに投射する(ステップS264)。
次に、撮像部70は、スクリーンSに投射された白色画像を撮像し、撮像した画像Img2を更新部16に出力する(ステップS265)。
次に、更新部16は、入力した画像Img2に基づき、補正データを生成する(ステップS266)。
次に、更新部16は、DMD551の所定の位置、又は角度の全てで補正データが生成されたかを判断する(ステップS267)。
DMD551の所定の位置、又は角度の全てで補正データが生成されていないと判断された場合(ステップS267、No)、ステップS261に戻り、ステップS261〜S267の処理が再度実行される。
一方、DMD551の所定の位置、又は角度の全てで補正データが生成されたと判断された場合(ステップS267、Yes)、更新部16は、生成した補正データを記憶部14に出力する。記憶部14は、入力した補正データを、DMD551の位置、又は角度の検出値と対応付けて記憶する(ステップS268)。尚、対応付けるDMD551の位置、又は角度として、プロジェクタ1への位置、又は角度の入力値を用いてもよいし、ホール素子590によるDMD551の位置、又は角度の検出値を用いてもよい。
このようにして、プロジェクタ1aは記憶部14に記憶される補正データを更新することができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、撮像部と更新部を有することにより、補正データを更新することができる。これにより、工場出荷後において、例えば照明光学系にゴミが付着したり、プロジェクタに加えられた不測の衝撃により照明光学系にキズが付いたりした場合でも、光量むらの影響を低減し、投射画像の照度むらを低減することができる。
ところで、プロジェクタによる投射画像の歪みを補正するために、投射画像を撮像するためのカメラをプロジェクタが備える場合がある。本実施形態に係る撮像部70の機能は、このカメラを用いて実現することができる。このようにすることで、補正データの更新のためだけに撮像部70を設けることによるプロジェクタのコストアップを防ぐことができる。
尚、これ以外の効果は、第1の実施形態で説明したものと同様である。
以上、実施形態に係る画像投射装置、画像形成方法について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。