JP4433762B2 - プロジェクション装置及び映像投射方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザー光を照射するプロジェクターと投射光により映像を表示するスクリーンからなるプロジェクション装置に関するものである。

従来、プロジェクターの投写光を人間の眼に入らないようにする技術としては、特許文献１記載の「画像投射方法及び画像投射装置」がある。この文献では障害物検出について２通りの方法を示している。

第１は、プロジェクターからの映像投写光と同じように赤外線を投射し、その反射光の強度をモニターして障害物を検出するというものである。

第２は、プロジェクターの脇にカメラを置き、スクリーンの画像をモニターし、元々の投写画像と比較することで障害物を検出するというものである。

また、特許文献２記載の「投射型画像表示装置、及び投射型画像表示器」では、スクリーンの枠に赤外線ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を付け、プロジェクターでその赤外光を検出することで障害物を検出する方法を述べている。

特開2001−249399号公報 特開2002−196415号公報

特許文献１の第1の障害物検出方法では、赤外線は人間に当たっても反射するので、強度をモニターすることで確実に検出できないという不都合があった。

特許文献１の第２の障害物検出方法では、画像比較という複雑な処理が必要になるという不都合があった。

特許文献２の障害物検出方法では、スクリーンの全体枠がプロジェクターレンズに入る必要があり、例えばスクリーンとプロジェクターの距離が十分にとれないような場合にはプロジェクターが使えないという不都合があった。

また、いずれの文献においても障害物を検出した場合には、画面全体に対して遮光あるいは減光するという制御を行っているが、人間の眼は突然の輝度の変化にはついていけず、その制御が行われたシーンについては見逃すことになり、それがＶＴＲであれば巻き戻して見直す必要があるという不都合があった。

本発明は、プロジェクターが発する投写光が人間の眼などスクリーンの表面以外に照射されることを防ぐものであり、照射の可能性がある場合には人間の眼に入っても安全な輝度に抑えるものである。

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明のプロジェクション装置は、スクリーン上にプロジェクターのレーザー光源からレーザー光を照射する際に、映像データ供給源からの映像データに基づいて光変調手段によりレーザー光に変調を施した投射光により映像を表示するプロジェクション装置において、スクリーン上の映像表示領域に格子状に配置された赤外線発光手段と、プロジェクターに設けられた赤外線発光手段の発光を検出する検出手段と、検出手段の検出結果によって、プロジェクターとスクリーンの間の映像表示領域のいずれかの領域に障害物があるか否かを判断する判断手段と、判断手段の判断結果によって、障害物があると判断された照射不能領域は、光変調手段に対して照射不能領域に投写光を照射しないように制御する照射不能領域非照射手段とを備え、検出手段の検出結果によって障害物がないと判断手段で判断された照射可能領域についてのみ投写光を照射するようにしたものである。

本発明によれば、プロジェクターとスクリーンの間の障害物を細かな領域単位で確実かつ容易に検出できる検出手段を設け、この検出手段を使って、障害物がないことが検出された照射可能領域についてのみ投写光を照射することで、スクリーンの１部分を使った投写も可能にし、かつ、障害物がある照射不能領域だけを遮光することで、映像を鑑賞中に画面の端の方に人が入ってきたとしても、画面の中心領域は投写が中断されないため、鑑賞を中断する事態には至らない。また、全領域で障害物があると検出された場合には、障害物検出機構を持たない一般的なスクリーンに投写するものとみなし光源の輝度を人間の眼に入っても安全な値に抑える。

また、本発明の映像投射方法は、スクリーン上にプロジェクターのレーザー光源からレーザー光を照射する際に、映像データ供給源からの映像データに基づいて光変調手段によりレーザー光に変調を施した投射光により映像を表示するプロジェクション装置を用いた映像投射方法において、スクリーン上の映像表示領域に格子状に配置された赤外線発光手段により赤外線発光をさせるステップと、プロジェクターに設けられた赤外線発光手段の発光を検出手段により検出するステップと、検出手段の検出結果によって、プロジェクターとスクリーンの間の映像表示領域のいずれかの領域に障害物があるか否かを判断手段により判断するステップと、判断手段の判断結果によって、障害物があると判断された照射不能領域は、光変調手段に対して照射不能領域に投写光を照射しないように照射不能領域非照射手段により制御するステップとを備え、検出手段の検出結果によって障害物がないと判断手段で判断された照射可能領域についてのみ投写光を照射するようにしたものである。

本発明によれば、プロジェクターとスクリーンの間の障害物を細かな領域単位で確実かつ容易に検出できるステップを設け、このステップを使って、障害物がないことが検出された照射可能領域についてのみ投写光を照射することで、スクリーンの１部分を使った投写も可能にし、かつ、障害物がある照射不能領域だけを遮光することで、映像を鑑賞中に画面の端の方に人が入ってきたとしても、画面の中心領域は投写が中断されないため、鑑賞を中断する事態には至らない。また、全領域で障害物があると検出された場合には、障害物検出機構を持たない一般的なスクリーンに投写するものとみなし光源の輝度を人間の眼に入っても安全な値に抑える。

上述のように本発明によれば、障害物がないことが検出された照射可能領域についてのみ投写光を照射することができるので、プロジェクターが発する投写光が人間の眼などスクリーンの表面以外に照射されることを防ぐことができ、照射の可能性がある場合には人間の眼に入っても安全なように投写光の発光レベルを制御するプロジェクション装置及び映像投射方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を詳述する。
まず、実施の形態の構成を説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るプロジェクション装置の構成を示すブロック図である。
１は投射光により映像を表示するスクリーンであり、スクリーン１上の映像表示領域に赤外線ＬＥＤ３を格子状に配置したものである。２はレーザー光をスクリーン１上の映像表示領域に照射するプロジェクターである。スクリーン１上に配置された赤外線ＬＥＤの格子間隔は、人間の幼児の頭の幅よりも十分に小さい値にする。

赤外線ＬＥＤ３はスクリーン１の表面上に直接設けてもよいし、また、これに限らず、透明な材質で格子を形成して格子の交点に赤外線ＬＥＤ３を設けて、これをスクリーン１の表面に重ね合わせて配置してもよい。

タイミングジェネレータ（TG）４は、赤外線ＬＥＤ駆動部５に駆動電圧の発生タイミング信号を供給する。赤外線ＬＥＤ駆動部５は、タイミング信号に基づいて発生された駆動電圧を赤外線ＬＥＤ３に供給することにより、赤外線ＬＥＤ３は赤外線を発光する。

図２は、図１におけるプロジェクター２の詳細な構成を示すブロック図である。
２１はプロジェクター本体、２２はレンズ、２３はレーザー光源、３１は映像データ供給源、２４は映像データ供給源３１からの映像データに基づいてレーザー光に変調を施す光変調器、２５はコールドミラー（コールドミラーとは、可視光を反射し、赤外線は透過するミラーである）、２６は赤外線ＬＥＤ３からの赤外線の発光を検出する赤外線センサーである。

タイミングジェネレータ（TG）２７は、赤外線センサー駆動部２８に駆動電圧の発生タイミング信号を供給する。赤外線センサー駆動部２８は、タイミング信号に基づいて発生された駆動電圧を赤外線センサー２６に供給することにより、赤外線センサー２６は赤外線を検出する。赤外線センサー２６は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Devise）で構成される。

２９は、赤外線センサー２６の検出結果によって、プロジェクター２とスクリーン１の間の映像表示領域のいずれかの領域に障害物があるか否かを判断する照射不能領域判定部である。

３２は、照射不能領域判定部２９の判断結果によって、障害物があると判断された照射不能領域は、光変調器２４に対して照射不能領域に投写光を照射しないように制御する照射不能領域非照射部である。

３０は、赤外線センサー２６の検出結果によって、赤外線ＬＥＤ３の発光が全く検出できない場合には、レーザー光源２３の発光パワーを低減するレーザーパワー低減部である。

以下に、実施の形態の動作を説明する。
以上の構成において、プロジェクター２を使用する場合、まず、スクリーン１上の赤外線ＬＥＤ３をすべて発光させる。
この場合、タイミングジェネレータ（TG）４は、赤外線ＬＥＤ駆動部５に駆動電圧の発生タイミング信号を供給する。赤外線ＬＥＤ駆動部５は、タイミング信号に基づいて発生された駆動電圧を赤外線ＬＥＤ３に供給することにより、赤外線ＬＥＤ３は赤外線を発光する。

その赤外線ＬＥＤ３からの赤外線の発光をプロジェクター２側ではレンズ２２およびコールドミラー２５を通して赤外線センサー２６が検出する。照射不能領域判定部２９は、赤外線センサー２６で検出した赤外線を、図３に示すような４×４の赤外線ＬＥＤ３の格子単位の判定領域３５で認識し、認識できたら、その中央の斜線で示す２×２の照射可能領域３４には障害物がないと判断できる。

また、照射不能領域判定部２９は、赤外線センサー２６で検出した赤外線を、４×４の赤外線ＬＥＤ３の格子単位の判定領域３５で認識し、認識できなかったら、その４×４の照射不能領域に障害物があると判断できる。

ここで、レーザー光源２３からのレーザー光の投写光路と赤外線ＬＥＤ３からの赤外線の赤外光路とを同一レンズ２２で形成していることにより、照射不能領域判定部２９は、障害物がないと判断できた照射可能領域３４が、スクリーン１上のレーザー光による投射領域のうちのどの部分であるか、また障害物があると判断できた照射不能領域が、スクリーン１上のレーザー光による投射領域のうちのどの部分であるかということを正確に特定することができる。

よって、照射不能領域判定部２９は、障害物がないと判断できた照射可能領域３４においては光変調器２４を通常に制御して、レーザー光源２３のレーザー光出力に映像データ供給源３１からの映像データに基づいて変調を加えて映像に変換する。

また、照射不能領域判定部２９は、それ以外の照射不能領領域に対しては照射不能領域非照射部３２を用いては光変調器２４をレーザー光出力が非照射となるように制御して、照射不能領領域に対応する映像部分を暗部にする。
光変調器２４からの映像により変調されたレーザー光出力は、コールドミラー２５で反
射され、レンズ２２を通ってスクリーン１へ投写される。

このようにすることで、例えば図４のようにスクリーン１の前に人４３が出てきた場合に、照射可能領域４１にのみプロジェクター２からレーザー光の照射が行われ、人４３により赤外線ＬＥＤ３からの赤外線がさえぎられる照射不能領領域４２の部分へはプロジェクター２からレーザー光の照射が行われず、その人４３がプロジェクター２のレンズ２２に目を向けていたとしても、直接に投写光が目に入射されることはない。

また、赤外線センサー２６で、まったく赤外線ＬＥＤ３からの赤外線の格子が検出できなかった場合には、赤外線非検出部３０は、赤外線ＬＥＤ３が埋め込まれていない一般的なスクリーン１へ投写するものと判断し、レーザーパワー低下部３３を用いてレーザー光源２３の輝度を、人間の眼に照射されても安全な値（例えばレーザーパワーをクラス２として1mw）にまで低下させる。

その後に、照射不能領域判定部２９は、光変調器２４を通常に制御して、レーザー光源２３の安全な値の光出力に映像データ供給源３１からの映像データに基づいて変調を加えて映像に変換し、その映像により変調された安全な値のレーザー光出力は、コールドミラー２５で反射され、レンズ２２を通ってスクリーン１へ投写される。なお、赤外線ＬＥＤ３をスクリーン１に格子状に埋め込んだとしても、赤外線LED３の大きさは非常に小さく、投写画像への影響は少ない。

以上の構成によれば、赤外線ＬＥＤ３が格子状に埋め込まれた専用スクリーン１と、その赤外線をプロジェクター３側で検出することで確実な障害物の検出ができ、かつ、格子単位の細かい領域で障害物を検出するのでスクリーン１の一部を使った投写が可能になる。

さらにプロジェクター２の前に人が立ち、レンズを覗いたとしても、その領域には照射されないので、その人の眼に投写光が直接入射することはなく、また、映像が無くなる部分が障害物の検出領域だけにできるので、映像を鑑賞中に画面の端の方に人が入ってきたとしても、画面の中心領域は投写が中断されないため、鑑賞を中断する事態には至らない。

また、赤外線ＬＥＤ３が埋め込まれていない一般的なスクリーン１を用いた場合には、投写光の輝度を人間の眼に入っても安全な値に抑えられる。よって、眼に安全なプロジェクター２を提供することができる。

なお、タイミングジェネレータ（TG）４を用いて、赤外線ＬＥＤ駆動部５から、周期的タイミング信号に基づいて発生された駆動電圧を赤外線ＬＥＤ３に供給することにより、赤外線ＬＥＤ３を周期的に点滅させ、タイミングジェネレータ（TG）２７を用いて、赤外線センサー駆動部２８から、周期的タイミング信号に基づいて発生された駆動電圧を赤外線センサー２６に供給することにより、赤外線センサー２６側での検出レベルに交流成分を持たせ、赤外線センサー２６側では直流成分をカットし、交流成分だけを検出することで赤外線ＬＥＤ３の発光検出を容易にしてもよい。

また、上述の実施の形態において、投写角のずれにより生まれる投写歪を、得られた格子データが正方形あるいは長方形からどれだけ歪んでいるかによって検出し、その歪を相殺するように元画像に修正を加えてもよい。

また、コールドミラー２５を、レンズ２２と赤外線センサー２６の間の光路から退避する手段を設け、赤外線センサー２６に、ＣＭＯＳセンサーやＣＣＤを用いることで、コールドミラー２５を退避させ、赤外線センサー２６を撮像素子としてプロジェクター２をカメラとして使ってもよい。

以下に、光変調器２４の構成例を説明する。
図５に示すように、回折格子型空間光変調器ＧＬＶ（Grating Light Valve）５１は、シリコン基板上にリボン状の回折格子が一列に１０８０画素形成されたものである。その１画素（Ｒ、Ｇ、Ｂ）５２は、Ｒ５３、Ｇ５４、Ｂ５５に対してそれぞれリボン状の回折格子として固定リボン５７及び可動リボン５８が設けられ、エアギャップ５９を介して、リボン状の回折格子と共通電極５６との間で通電又は遮断を行うことにより、リボン状の回折格子の段差制御をして、使用する回折光の光量変調を行うものである。

このリボン状の回折格子は、反射ミラーとしての働きに加えて駆動電極としての機能も有している。以下に、動作原理を説明する。リボンの駆動は、図６Ａのオフの暗レベルによる暗画面に示すように、１画素（Ｒ、Ｇ、Ｂ）６１の固定リボン５７及び可動リボン５８からなリボン電極と共通電極５６との間に電圧を印加することにより行われ、電圧が印加されていない状態では、全てのリボンが同じ平面に並んで鏡面を構成するので、照射されたＲＧＢ３色のレーザー光の入射光６２はそのまま反射光６３として反射される。

動作時には、図６Ｂのオンの明レベルによる明画面に示すように、１画素（Ｒ、Ｇ、Ｂ）６４の１本おきの可動リボン５８に電圧を印加し、固定リボン５７と可動リボン５８とに段差をつけて回折格子を形成する。この回折格子が入射したレーザー光の入射光６５に対して角度を持った回折光（−１次）６６及び回折光（＋１次）６７を生成する。

回折光（−１次）６６及び回折光（＋１次）６７の強度は、回折格子の深さに依存した変調により変えることができる。電圧印加なしで全てのリボンが同じ高さになっている状態が黒レベル、電圧印加により１本おきのリボンの高さがλ（入射光の波長）／４となったときが、変調された光の最大強度となる。段差の深さは、印加電圧によりアナログ制御される。

なお、印加される電圧レベル又は印加されるリボンの数を制御することにより、図６Ａのオフの暗レベルによる暗画面と図６Ｂのオンの明レベルによる明画面との中間のグレー諧調６８に制御することも可能である。

このように回折格子型空間光変調器ＧＬＶ５１は、１画素（Ｒ、Ｇ、Ｂ）５２は、６本のリボンにより構成され、高精細度（ＨＤ）映像の垂直画素数と同じ１０８０画素（合計６４８０本のリボン）の光回折格子が形成される。

これにより、図７に示すように、レーザー光源２３からのレーザー光は照射レンズ７１を介して回折格子型空間光変調器ＧＬＶ５１に入射される。回折格子型空間光変調器ＧＬＶ５１は、上述したように鏡面又は光回折格子を形成して、反射光６３又は回折光（−１次）６６及び回折光（＋１次）６７を生成する。このとき映像データに基づいて変調した電圧を印加することにより生成した１次元の画像を水平方向にスキャニングすることにより、スクリーン１に動画を投影する。

回折格子型空間光変調器ＧＬＶ５１からの反射光６３は遮断し、回折光（−１次）６６及び回折光（＋１次）６７だけを取り出して集光するフィルタ素子を内蔵した投射レンズ７２を設けることにより、回折光（−１次）６６及び回折光（＋１次）６７を画像の明暗として取り出すことができる。

投射レンズ７２から取り出された画像の明暗の光出力は走査ミラー７３で毎秒６０回プログレッシブスキャンされることにより、スクリーン１上に１９２０画素×１０８０画素の高精細度（ＨＤ）映像を投影することができる。

本発明の実施の形態によるプロジェクション装置の構成図である。 プロジェクターの詳細な構成を示すブロック図である。 照射可能領域の検出を示す図である。 照射不能領域の判定を示す図である。 回折格子型空間光変調器ＧＬＶの１画素の概念図である。 回折格子型空間光変調器ＧＬＶの動作原理（明画面と暗画面の動作原理）を示す図であり、図６Ａはオフの暗レベルによる暗画面、図６Ｂはオンの明レベルによる明画面である。 １次元像を走査して２次元画像を形成する図である。

符号の説明

１…スクリーン、２…プロジェクター、３…赤外線ＬＥＤ、４…タイミングジェネレータ（TG）、５…赤外線ＬＥＤ駆動部、２１…プロジェクター本体、２２…レンズ、２３…レーザー光源、２４……光変調器、２５…コールドミラー、２６…赤外線センサー、２７…タイミングジェネレータ（TG）、２８…赤外線センサー駆動部、２９…照射不能領域判定部、３０…赤外線非検出部、３１…映像データ供給源、３２…照射不能領域非照射部、３３…レーザーパワー低下部、３４…照射可能領域、３５…判定領域、４１…照射可能領域、４２…照射不能領域、４３…人、５１…回折格子型空間光変調器ＧＬＶ、５２…１画素（Ｒ、Ｇ、Ｂ）、５３…Ｒ、５４…Ｇ、５５…Ｂ、５６…共通電極、５７…固定リボン、５８…可動リボン、５９…エアギャップ、６１…１画素（Ｒ、Ｇ、Ｂ）、６２…入射光、６３…反射光、６４…１画素（Ｒ、Ｇ、Ｂ）、６５…入射光、６６…回折光（−１次）、６７…回折光（＋１次）、７１…照明レンズ、７２…投射レンズ、７３…走査ミラー

Claims (6)

1. スクリーン上にプロジェクターのレーザー光源からレーザー光を照射する際に、映像データ供給源からの映像データに基づいて光変調手段により上記レーザー光に変調を施した投射光により映像を表示するプロジェクション装置において、
   上記スクリーン上の映像表示領域に格子状に配置された赤外線発光手段と、
   上記プロジェクターに設けられた上記赤外線発光手段の発光を検出する検出手段と、
   上記検出手段の検出結果によって、上記プロジェクターと上記スクリーンの間の上記映像表示領域のいずれかの領域に障害物があるか否かを判断する判断手段と、
   上記判断手段の判断結果によって、上記障害物があると判断された照射不能領域は、上記光変調手段に対して上記照射不能領域に上記投写光を照射しないように制御する照射不能領域非照射手段とを備え、
   上記検出手段の検出結果によって上記障害物がないと上記判断手段で判断された照射可能領域についてのみ上記投写光を照射するようにした
   プロジェクション装置。
2. 請求項１記載のプロジェクション装置において、
   上記検出手段の検出結果によって、上記赤外線発光手段の発光が全く検出できない場合には、上記レーザー光源の発光パワーを低減するレーザーパワー低減手段を設けた
   プロジェクション装置。
3. 請求項１のプロジェクション装置において、
   上記スクリーン上の上記赤外線発光素子を周期的に点滅させる発光駆動手段と、
   上記検出手段では、上記周期的点滅を検出の条件とする検出駆動手段とを設けた
   プロジェクション装置。
4. スクリーン上にプロジェクターのレーザー光源からレーザー光を照射する際に、映像データ供給源からの映像データに基づいて光変調手段により上記レーザー光に変調を施した投射光により映像を表示するプロジェクション装置を用いた映像投射方法において、
   上記スクリーン上の映像表示領域に格子状に配置された赤外線発光手段により赤外線発光をさせるステップと、
   上記プロジェクターに設けられた上記赤外線発光手段の発光を検出手段により検出するステップと、
   上記検出手段の検出結果によって、上記プロジェクターと上記スクリーンの間の上記映像表示領域のいずれかの領域に障害物があるか否かを判断手段により判断するステップと、
   上記判断手段の判断結果によって、上記障害物があると判断された照射不能領域は、上記光変調手段に対して上記照射不能領域に上記投写光を照射しないように照射不能領域非照射手段により制御するステップとを備え、
   上記検出手段の検出結果によって上記障害物がないと上記判断手段で判断された照射可能領域についてのみ上記投写光を照射するようにした
   映像投射方法。
5. 請求項４記載の映像投射方法において、
   上記検出手段の検出結果によって、上記赤外線発光手段の発光が全く検出できない場合には、上記レーザー光源の発光パワーを低減するステップを設けた
   映像投射方法。
6. 請求項４記載の映像投射方法において、
   上記スクリーン上の上記赤外線発光素子を発光駆動手段により周期的に点滅させるステップと、
   上記検出手段の検出駆動手段により上記周期的点滅を検出の条件とするステップとを設けた
   映像投射方法。

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