JP5125127B2 - プロジェクタ - Google Patents
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Description
本発明のプロジェクタは、光を射出する光源装置と、該光源装置から射出された光を非平面形状の被投射面に向けて走査する走査手段と、前記被投射面の形状に基づいて、前記被投射面の法線方向から見たときの前記被投射面に投射された光の画素ピッチが一定となるように前記光源装置または前記走査手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
ここで、従来の投写装置を用いて非平面形状の被投射面に画像(光)を投射すると、被投射面に投射される投射光の投射角度により、画素ピッチが変わる。すなわち、被投射面の法線に対する投射光の投射角度が大きいと画素密度が低く、投射角度が小さいと画素密度が高くなる。これにより、被投射面に投射される画像には歪みが生じるとともに輝度の不均一が生じる。
しかしながら本発明では、単位時間あたりの被投射面における画素ピッチが一定となるように制御されているため、被投射面に投射される画像に歪みは生じない。したがって、被投射面に投射される投射光の投射角度に関わらず解像度が高く、かつ輝度が均一である高画質な画像を被投射面に投射することが可能となる。
なお、ここで言う「画素」とは、投射画像を構成する最小単位である1画素に対応した被投射面上の照射領域である。
すなわち、光源装置に送る画像信号により、画素ピッチが調整されるため、走査手段を調整する必要がないので、一般的な走査手段を用いることが可能である。
すなわち、被投射面の形状を考慮せずに被投射面に光を投射すると、被投射面の法線に対する投射光の投射角度が大きい位置の画像は暗くなってしまう。そこで、この被投射面の位置では、画像信号の変調速度を速くすることにより、より多くの画像信号が投射されることになる。これにより、被投射面全体での明るさを均一に保つことが可能となる。
すなわち、被投射面の形状を考慮せずに被投射面に光を投射すると、被投射面の法線に対する投射光の投射角度が大きい位置の画像は暗くなってしまう。そこで、この被投射面の位置では、画像信号の強度を高くすることにより、暗い位置が明るくなる。これにより、被投射面全体での輝度を均一に保つことが可能となる。
このように、KTN結晶に印加する電圧を制御することにより、KTN結晶から射出され被投射面に投射される光の走査速度を変えることができる。したがって、制御手段から光源装置に送られる画像信号を調整する必要がないため、制御手段による光源装置の制御が簡易になる。
本実施形態に係るプロジェクタ1は、図1に示すように、赤色のレーザ光を射出する赤色光源装置(光源装置)10Rと、緑色のレーザ光を射出する緑色光源装置(光源装置)10Gと、青色のレーザ光を射出する青色光源装置(光源装置)10Bと、クロスダイクロイックプリズム15と、クロスダイクロイックプリズム(色光合成手段)15から射出されたレーザ光を走査するMEMSミラー(走査手段)20と、MEMSミラー20から走査されたレーザ光が投影されるスクリーン(被投射面)30とを備えている。
また、赤色光源装置10R、緑色光源装置10G及び青色光源装置10Bは制御部(制御手段)26に接続されている。
なお、この波長は単なる一例に過ぎない。
ミラー部21は、MEMSミラー20の中央部に設けられており、入射したレーザ光をスクリーン30に反射させるものである。梁22a,22bは、ミラー部21の両側に外方に向かって伸びており、スクリーン30における左右方向(x軸方向)に設けられている。
また、第1基板23は、ミラー部21を囲む額縁状であり、梁22a,22bに接続されている。梁24a,24bは、第1基板23の外方に向かって伸びており、スクリーン30における上下方向(y軸方向)に設けられている。
また、第2基板25は、第1基板23を囲む額縁状であり、梁24a,24bに接続されている。
これらにより、ミラー部21は第1基板23に対し、梁22a,22bを振動軸として、振動運動が可能となっており、第1基板23は第2基板25に対し、梁24a,24bを振動軸として、振動運動が可能となっている。したがって、ミラー部21は、x軸及びy軸の2軸振動が可能、すなわち、スクリーン30の水平方向及び垂直方向にレーザ光を走査することが可能となっている。
制御部から各光源装置10R,10G,10Bに送られる画像信号は、図3に示すように、1ラインあたり7個の均一なパルス信号(画像信号)S1A〜S7Aとなっている。なお、図3では、パルス信号によりスクリーン30に投射される画像の位置を分り易く説明するために、水平方向の画素数を7とする。
まず、スクリーン30の平面状での長さを画素数7で均等分割する。ここで、均等分割された1つの長さが画素ピッチLである。そして、パルス信号S1Aにより、スクリーン30に画像が投射される。このとき、図4に示すように、スクリーン30の左端30a側では、投射角度が浅くなるため、投射される画像の1画素のピッチM1は画素ピッチLより長くなる。
そして、パルス信号S2Aによりスクリーン30に投射される画像の1画素のピッチM2は画素ピッチLとほぼ同じになる。しかしながら、実際に投射するべきスクリーン30の位置とずれて画像が投射される。
次に、パルス信号S3Aによりスクリーン30に投射される画像の1画素のピッチM3は画素ピッチLより短くなる。
同様に、パルス信号S4Aにより投射される画像の1画素のピッチM4は画素ピッチLより短くなり、パルス信号S5Aにより投射される画像の1画素のピッチM5も画素ピッチLより短くなる。また、パルス信号S6Aにより投射される画像の1画素のピッチM6は画素ピッチLとほぼ同じになり、パルス信号S7Aにより投射される画像の1画素のピッチM7は画素ピッチLより長くなる。なお、ピッチM1〜M7の長さは一例である。
制御部26は、図5に示すように、スクリーン30の形状に基づいて、MEMSミラー20において反射されたレーザ光の各画素Pにおいてスクリーン30の各画素に対応する領域ごとの法線N方向から見たときの画素Pのピッチ(以下、画素ピッチと称す)Lが一定となるように制御する。制御部26の具体的な制御は、各光源装置10R,10G,10Bに送るパルス信号(画像信号)の変調速度を調整する。ここで言う、「変調速度」とは、画像信号に基づきレーザ光の強度を変調する速度で、MEMSミラー20による走査速度が一定の際には、変調速度が速い場合多くの画素を、変調速度が遅い場合少ない画素をレーザ光により描くことができる。
なお、図5に示すレーザ光L1からL7は単位時間あたりのレーザ光の走査を示している。
そして、制御部26では、記憶部に入力されたスクリーン30の形状情報及びスクリーン30までの距離により、スクリーン30の法線Nに対するレーザ光の投射角度θを算出する。この投射角度θが大きい、言い換えると、スクリーン30に対して浅い角度で入射する位置のパルス信号ほど変調速度を速くする。
すなわち、本実施形態のスクリーン30の左端30a,右端30bから中央部に向かうに連れて、投射されるレーザ光L1〜L7の投射角度θが小さくなる。したがって、制御部26から各光源装置10R,10G,10Bに送られるパルス信号S1B〜S7Bのうち、図6に示すように、スクリーン30の中央部のパルス信号S4Bからスクリーン30の左端30a側及び右端30b側のパルス信号S1B,S7Bに向かって短い、すなわち、変調速度が速くなっている。
このようにして、制御部26は、スクリーン30の法線N方向から見たときの画素ピッチLが一定になるように制御している。
つまり、本実施形態のプロジェクタ1は、スクリーン30に投射される投射光の投射角度に関わらず解像度、かつ輝度が高い画像を投射することが可能である。
なお、スクリーン30の形状は上述したものに限らず、非平面のスクリーンであれば、本実施形態のプロジェクタ1を適用することができる。
また、プロジェクタ1の記憶部に、スクリーン30の形状情報及びMEMSミラー20からスクリーン30までの距離があらかじめ入力されているとしたが、プロジェクタ1が形状情報入力部を有していても良い。すなわち、この形状情報入力部に、スクリーン30の形状のみ入力されていたり、スクリーン30の形状とスクリーン30のある特定の1箇所からMEMSミラー20までの距離が入力されていたり、MEMEミラー20からスクリーン30の所定の各点までの距離が入力されていても良い。
これにより、制御部26は、形状情報入力部に入力されているこれらの情報に基づいて光源装置10R,10G,10Bを制御すれば良い。
さらには、形状情報入力部にユーザが直接入力するインターフェース部が設けられ、ユーザがPC等を介して入力しても良い。また、形状情報入力部にセンサ部(例えば、距離センサ)によりスクリーン30の形状情報を入力しても良い。
次に、本発明に係る第2実施形態について、図7から図9を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、上述した第1実施形態に係るプロジェクタ1と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係るプロジェクタ40では、スクリーン41の形状及び制御部45の制御において第1実施形態と異なる。その他の構成は、第1実施形態のプロジェクタ1と同様である。
制御部(制御手段)45は、突起部42を有する走査領域B及び突起部42を有していない走査領域A,Cのいずれにおいても、画素ピッチLを一定に保つように制御する。すなわち、突起部42を通過しない走査ラインを有する走査領域A及び走査領域Cでは、制御部45から各光源装置10R,10G,10Bには、図8(a)に示すように、均一なパルス信号(画像信号)SBが送られる。
また、制御部45において、図9に示すように、突起部42の傾斜部42aを通過する走査ラインを有する走査領域Bでの、スクリーン41の法線Nに対するレーザ光の投射角度θAを算出する。さらに、制御部45は、スクリーン41の平坦部42bのレーザ光の投射角度θBを算出する。そして、投射角度θAは投射角度θBに比べて大きいため、図9に示すように、スクリーン41の法線N方向から見たときの画素ピッチLが一定になるように、スクリーン41に投射されるレーザ光の画素Kに4つのサブ画素K1〜K4を割り当てる。具体的には、制御部45は、図8(b)に示すように、スクリーン41に投射されるレーザ光の1画素に対応するパルス信号SB内にスクリーン41の法線N方向から見たときの画素ピッチLが一定になるように、サブ画素K1〜K4に対応するパルス信号SBa,SBb,SBc,SBdを生成する。すなわち、突起部42の傾斜部42aにおける画素Kでの変調速度を速くする。このようにして、走査領域Bの走査ラインでの画素数を走査領域A及び走査領域Cの走査ラインでの画素数に比べて多くする。
また、スクリーン41の左端41aから右端41bまでの水平方向の走査に要する時間は一定である。
次に、本発明に係る第3実施形態について、図10及び図11を参照して説明する。
本実施形態に係るプロジェクタでは、スクリーン51の形状及び制御部の制御において第1実施形態と異なる。その他の構成は、第1実施形態のプロジェクタ1と同様である。
なお、図10に示すレーザ光L1からL14は単位時間あたりのレーザ光の走査を示している。
制御部(制御手段)では、スクリーン51の法線Nに対するレーザ光L1〜L14のそれぞれの投射角度θを算出する。そして、この投射角度θが大きいほど、パルス信号の変調速度を速くする。また、制御部は、ルックアップテーブル(LUT)を備えている。このルックアップテーブルには、各画素に対応して光を照射すべき、時刻、期間、強度、の3つのテーブルが格納されている。
まず、スクリーン51の実長さを光源装置10R,10G,10Bから射出されるレーザ光の画素の数14で均等分割する。そして、制御部では、スクリーン51の形状情報及びスクリーン51までの距離により、各画素における投射角度θを算出する。その後、ルックアップテーブルを参照し、投射角度θに応じた時刻、期間、強度が定まったパルス信号S1〜S14が求められる。このようにして求められたパルス信号S1〜S14は、図11に示すように、各画素における法線Nに対するレーザ光の投射角度θが大きいほど、変調速度は速くなっている。すなわち、法線Nに対するレーザ光L6の投射角度θが最も大きいので、パルス信号S6の変調速度が最も速く、法線Nに対するレーザ光L9の投射角度θが最も小さいので、パルス信号S9の変調速度は遅くなる。
また、各パルス信号S1〜S14の時間積分値T1〜T14は同じになっている。すなわち、パルス信号S6の変調速度が最も速いので、レーザ光の強度を最も高くし、パルス信号の変調速度が遅くなるに連れて、レーザ光の強度を低くする。これにより、時間積分値T1〜T14、すなわち輝度がいずれの画素においても均等になる。
また、このルックアップテーブルには、各画素に対応して照射すべき、時刻、期間、強度、の3つのテーブルが格納されているとしたが、時刻と期間とが格納されたルックアップテーブルでも良く、また、時刻と強度とが格納されたルックアップテーブルでも良い。
例えば、上記第1〜第3実施形態のプロジェクタでは、走査手段としてMEMSミラーを用いたがこれに限るものではない。走査手段としては、例えば、KTN結晶を用いても良い。このKTN結晶は、電圧を印加することにより内部に電界が生じ、光源装置から射出されたレーザ光をスクリーン上に走査することができる。したがって、制御手段により、スクリーンの法線方向から見たときの画素ピッチが一定となるようにKTN結晶に印加する電圧を制御する。このように、KTN結晶に印加する電圧を制御することにより、KTN結晶から射出されスクリーンに投射される光の走査速度を変えることができる。したがって、制御手段から光源装置に送られる画像信号を調整する必要がないため、制御手段の制御が簡易になる。また、KTN結晶を用いなくとも、光の走査速度を制御できるような走査手段であれば、スクリーンの法線方向から見たときの画素ピッチが一定となるように走査速度を制御しても良い。
また、上記実施形態では、色光合成手段として、クロスダイクロイックプリズムを用いたが、これに限るものではない。色光合成手段としては、ダイクロイックミラーをクロス配置とし色光を合成するもの、ダイクロミラーを平行に配置し色光を合成するものを用いることができる。
Claims (8)
- 光を射出する光源装置と、
該光源装置から射出された光を非平面形状の被投射面に向けて走査する走査手段と、
前記被投射面の形状情報及び前記走査手段と前記被投射面との位置関係に基づき算出された前記被投射面の法線に対する前記被投射面へ投射された光の投射角度に基づいて、前記被投射面の法線方向から見たときの前記被投射面に投射された光の画素ピッチが一定となるように前記光源装置または前記走査手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とするプロジェクタ。 - 前記制御手段は、前記走査手段から前記被投射面までの光の投射距離に基づいて、前記走査手段から射出された光の前記被投射面の法線方向から見たときの画素ピッチが一定となるように前記光源装置または前記走査手段を制御することを特徴とする請求項1に記載のプロジェクタ。
- 前記制御手段は、前記画素ピッチが一定となるように前記光源装置に送る画像信号を調整することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のプロジェクタ。
- 前記制御手段は、前記画素ピッチが一定となるように前記画像信号の変調速度を調整することを特徴とする請求項3に記載のプロジェクタ。
- 前記被投射面に投射される光の1画素が複数のサブ画素を有し、
前記制御手段は、前記1画素に対応する前記画像信号内に前記複数のサブ画素に対応する画像信号を生成することを特徴とする請求項3または請求項4に記載のプロジェクタ。 - 前記制御手段は、前記被投射面に投射された光の輝度が均一になるように、前記画像信号の強度を調整することを特徴とする請求項3から請求項5のいずれか1項に記載のプロジェクタ。
- 前記走査手段が、MEMSミラーであることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のプロジェクタ。
- 前記制御手段は、前記画素ピッチが一定となるように前記走査手段の走査速度を制御することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のプロジェクタ。
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