JP5742700B2 - シャッタ装置、プロジェクタユニットおよびシャッタ板駆動制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像を投影するために発せられた光を遮蔽または透過するシャッタ装置、プロジェクタユニットおよびシャッタ板駆動制御方法に関する。

近年、ホームシアタ用途や３Ｄ表示等、プロジェクタを用いて動画を表示する需要が増え、それに伴って、その性能に対する要求も高まっている。プロジェクタの光変調機能部として液晶パネル等のホールド型光変調装置を用いる場合、動画において表示内容が変更されると、前回フレームの表示内容の残像が残ったり、次回フレームの表示内容に書き換えるための立ち上がり時間を要したりして、人間の追跡眼球運動と眼の時間積分効果が作用し、画像ぼけが生じていた。

このような画像ぼけを改善するために、例えば、メカニカルシャッタによって、プロジェクタにおける画像の書き換え期間を遮蔽する技術が開示されている（例えば、特許文献１、２）。かかる技術では、プロジェクタによる画像の表示期間を間欠的にし、動画像の画質改善を図ることができる。

特開２００２−１４８７１２号公報 特開２００６−３０４９３号公報

しかし、上記のメカニカルシャッタでは、投射光を間欠的に遮蔽し画像全体の光量が減衰してしまうため、静止画や表示内容の変化が少ない動画等、書き換え期間における遮蔽を要さない画像にまでメカニカルシャッタを適用すると、不必要に光量を抑制してしまうことになる。したがって、上述した特許文献１や特許文献２の技術を単純に採用するだけでは、このような書き換え期間の遮蔽を要さない画像に十分に対応できない。

また、特許文献２に記載されているように投射光の遮蔽手段を取り外すことも考えられるが、その作業自体が煩わしく、また、天井等、手の届かない位置にプロジェクタが設置されている場合、容易に遮蔽手段を取り外すことができないといった問題もある。また、メカニカルシャッタに、投射光を遮蔽しない回転位置に停止させるストッパ等の停止手段を別途設けることも考えられるが、新たな機構の追加を要し、コストの増大を招くこととなる。

そこで、本願発明者は、メカニカルシャッタを、プロジェクタの投射光を遮蔽しない所定の回転位置で停止処理することで、書き換え期間の遮蔽を要さない画像に対しても十分な光量を提供することに想到した。しかし、メカニカルシャッタを回転駆動する際の電動機のトルクを十分に考慮しないと、プロジェクタの投射光を遮蔽しない回転位置でのオーバーランが大きくなり完全に停止するまで時間を要したり、電動機のコギングトルクに対し回転トルクが不足して停止処理の途中でメカニカルシャッタが停止してしまうおそれがある。

本発明は、このような課題に鑑み、プロジェクタの投射光を遮蔽しない回転位置にシャッタ板をスムーズに停止させることが可能な、シャッタ装置、プロジェクタユニットおよびシャッタ板駆動制御方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は下記のシャッタ装置、プロジェクタユニットおよびシャッタ板駆動制御方法を提供するものである。
（１）光源から発せられた光を遮蔽する遮蔽部と前記光を透過する透過部とが、回転軸を中心として同一面周方向に交互に配されたシャッタ板と、前記シャッタ板を正転および逆転の両方向に回転駆動するシャッタ駆動部と、前記シャッタ駆動部によるシャッタ板の回転駆動に伴って、前記光源に相当する所定の位置に、前記シャッタ板における前記遮蔽部と前記透過部とのいずれが位置するようになるかを検出する回転位置検出部と、前記回転位置検出部の検出結果を参照し、前記シャッタ板の反転時点からの時間を計測する反転計時部と、前記シャッタ板の停止処理開始時に、正転方向へのトルクおよび逆転方向へのトルクが釣り合って停止状態となるときのトルクである維持トルク以下の値に設定した所定トルクで前記シャッタ駆動部に前記シャッタ板を現在の回転方向とは逆の方向に回転駆動させ、前記反転計時部で計測された時間が予め定められた第１時間を越えてから次の反転時点までは、前記所定トルクから漸増させたトルクで前記シャッタ駆動部に前記シャッタ板を回転駆動させるトルク導出部と、を備えることを特徴とするシャッタ装置。
（２）前記トルク導出部は、前記シャッタ駆動部に前記シャッタ板を回転駆動させるトルクを、反転時点のトルクから漸減することを特徴とする上記（１）に記載のシャッタ装置。
（３）前記トルク導出部は、反転直後のトルクを、反転直前のトルクと絶対値が等しく回転方向が逆であるトルクとすることを特徴とする上記（２）に記載のシャッタ装置。
（４）前記トルク導出部は、次の反転までに漸増したトルクに基づいて、反転後のトルクを導出することを特徴とする上記（１）から（３）のいずれかに記載のシャッタ装置。
（５）前記反転計時部で計測された時間が予め定められた第１時間を越えなかった場合、前記トルク導出部は、現在のトルクと反転前のトルクとに基づいて、反転後のトルクを導出することを特徴とする上記（１）から（４）のいずれかに記載のシャッタ装置。
（６）画像を投影する投影部を有するプロジェクタと、前記投影部から発せられた光を遮蔽する遮蔽部と前記光を透過する透過部とが、回転軸を中心として同一面周方向に交互に配されたシャッタ板と、前記シャッタ板を正転および逆転の両方向に回転駆動するシャッタ駆動部と、前記シャッタ駆動部によるシャッタ板の回転駆動に伴って、前記投影部に相当する所定の位置に、前記シャッタ板における前記遮蔽部と前記透過部とのいずれが位置するようになるかを検出する回転位置検出部と、前記回転位置検出部の検出結果を参照し、前記シャッタ板の反転時点からの時間を計測する反転計時部と、前記シャッタ板の停止処理開始時に、正転方向へのトルクおよび逆転方向へのトルクが釣り合って停止状態となるときのトルクである維持トルク以下の値に設定した所定トルクで前記シャッタ駆動部に前記シャッタ板を現在の回転方向とは逆の方向に回転駆動させ、前記反転計時部で計測された時間が予め定められた第１時間を越えてから次の反転時点までは、前記所定トルクから漸増させたトルクで前記シャッタ駆動部に前記シャッタ板を回転駆動させるトルク導出部と、を備えることを特徴とするプロジェクタユニット。
（７）光源から発せられた光を遮蔽する遮蔽部と前記光を透過する透過部とが、回転軸を中心として同一面周方向に交互に配されたシャッタ板と、前記シャッタ板を正転および逆転の両方向に回転駆動するシャッタ駆動部とを用いて前記シャッタ板を駆動制御するシャッタ板駆動制御方法であって、前記シャッタ駆動部によるシャッタ板の回転駆動に伴って、前記光源に相当する所定の位置に、前記シャッタ板における前記遮蔽部と前記透過部とのいずれが位置するようになるかを検出し、前記検出の結果を参照し、前記シャッタ板の反転時点からの時間を計測し、前記シャッタ板の停止処理開始時に、正転方向へのトルクおよび逆転方向へのトルクが釣り合って停止状態となるときのトルクである維持トルク以下の値に設定した所定トルクで前記シャッタ駆動部に前記シャッタ板を現在の回転方向とは逆の方向に回転駆動させ、前記計測された時間が予め定められた第１時間を越えてから次の反転時点までは、前記所定トルクから漸増させたトルクで前記シャッタ駆動部に前記シャッタ板を回転駆動させることを特徴とするシャッタ板駆動制御方法。

本発明によれば、プロジェクタの投射光を遮蔽しない回転位置にシャッタ板をスムーズに停止させることが可能となる。

プロジェクタユニットの概略的な関係を示した説明図である。 シャッタ装置の構成を示したブロック図である。 シャッタ板の形状を説明するための外観図である。 シャッタ制御部の動作を示した機能ブロック図である。 シャッタ制御部の動作を説明するためのタイミングチャートである。 シャッタ板停止処理を説明するための説明図である。 シャッタ板停止処理におけるトルクの推移の典型例を示したタイミングチャートでる。 シャッタ板駆動制御方法の流れを説明するためのフローチャートである。 シャッタ板停止処理の他の例を示した説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（第１の実施形態：プロジェクタユニット１００）
図１は、プロジェクタユニット１００の概略的な関係を示した説明図である。プロジェクタユニット１００は、プロジェクタ１１０と、シャッタ装置１２０とを含んで構成される。

プロジェクタ１１０は、画像をスクリーン等に投影することで、その画像を表示する装置である。また、プロジェクタ１１０は、１枚の画像を静止画像として表示することも、複数の画像をフレーム単位で連続して切り換えることで、動画として表示することもできる。

シャッタ装置１２０は、プロジェクタ１１０に投射された光を遮蔽または透過する。プロジェクタ１１０において、表示内容が変化する頻度が高いと、前回フレームの表示内容の残像が残ったり、次回フレームの表示内容に書き換えるための立ち上がり時間を要したりして、動画の画像ぼけが生じるおそれがある。そこで、シャッタ装置１２０は、このような表示内容の書き換えタイミングにおいて、プロジェクタ１１０の光を敢えて遮蔽することで、動画の画質改善を図る。

本実施形態において、シャッタ装置１２０は、（１）シャッタ板回転処理と（２）シャッタ板停止処理との２つの処理を切り換えて実行する。（１）シャッタ板回転処理は、表示内容の変化が多い動画に適用され、後述するシャッタ板を回転駆動させることで、透過すべき光のみを間欠的にスクリーンに投影する処理である。（２）シャッタ板停止処理は、静止画や、表示内容の変化が少ない動画等、書き換え期間における遮蔽を要さない画像に適用され、シャッタ板を停止処理することで、プロジェクタ１１０の光を連続的にスクリーンに投影する処理である。以下、かかるシャッタ装置１２０を具体的に説明する。

（シャッタ装置１２０）
図２は、シャッタ装置１２０の構成を示したブロック図であり、図３は、シャッタ板の形状を説明するための外観図であり、図４は、シャッタ制御部の動作を示した機能ブロック図である。シャッタ装置１２０は、シャッタ板１５０と、シャッタ駆動部１５２と、回転位置検出部１５４と、反転計時部１５６と、受信部１５８と、シャッタ制御部１６０とを含んで構成される。

シャッタ板１５０は、円板形状に形成され、プロジェクタ１１０が投射した光に対し垂直となるような姿勢で、回転自在に軸支される。シャッタ板１５０では、図３（ａ）に示すように、回転軸１８０から半径方向外周側に向けて放射状に広がるスリットが、同一平面周方向に回転軸１８０を中心として等間隔に形成されている。

ここで、図３中ハッチングで示す、シャッタ板１５０の周方向においてスリット間に挟まれた有体領域が、プロジェクタ１１０が投射した光を遮蔽する遮蔽部１８２であり、図３（ｂ）のように当該遮蔽部１８２がプロジェクタ１１０の投影部１８６に位置するときには、プロジェクタ１１０が投射した光が遮蔽され、スクリーンには何ら表示されなくなる。一方、上記スリットが、プロジェクタ１１０が投射した光を透過する透過部１８４であり、図３（ｃ）のように当該透過部１８４がプロジェクタ１１０の投影部１８６に位置するときには、プロジェクタ１１０が投射した光がスクリーンに表示される。このように、シャッタ板１５０上では透過部１８４と遮蔽部１８２とが交互に配されている。

シャッタ駆動部１５２は、電動機（モータ）で構成され、電動機本体を固定して、シャッタ板１５０のシャフト（図示せず）を、回転軸１８０を中心に正転および逆転の両方向に回転駆動する。

回転位置検出部１５４は、例えば、フォトインタラプタで構成され、シャッタ駆動部１５２によるシャッタ板１５０の回転駆動に伴って、光源に相当するプロジェクタ１１０の投影部１８６の位置に、シャッタ板１５０における遮蔽部１８２と透過部１８４とのいずれが位置するようになるかを検出する。具体的には、図３（ａ）に示すように、プロジェクタ１１０の投影部１８６に相当する位置に回転位置検出部１５４が固定される。そして、回転位置検出部１５４は、回転位置検出部１５４の発光部の光が遮蔽部１８２に遮蔽され受光部に届かない図３（ｂ）の状態で遮蔽信号として「１」を出力し、回転位置検出部１５４の発光部の光が受光部に届く図３（ｃ）の状態で遮蔽信号として「０」を出力する。

このようなシャッタ板１５０の回転位置を検出する手段としては、例えば、角度分解能の高いエンコーダを用いることが考えられる。しかし、シャッタ板１５０のシャフトは細く、エンコーダを有効に設置できず、たとえ設置できたとしてもコストの増大を招いてしまう。また、エンコーダは、初期位置を基準とした相対的な回転位置しか把握できないが、本実施形態の回転位置検出部１５４は、シャッタ板１５０の透過部１８４の絶対的な回転位置を把握することができるので、当該用途に適している。

反転計時部１５６は、ハードウェアカウンタで構成され、回転位置検出部１５４の検出結果を参照し、シャッタ板１５０における遮蔽部１８２と透過部１８４との反転時点からの時間、即ち、遮蔽信号が「１」から「０」に反転した後、または「０」から「１」に反転した後の時間を計測する。かかる計測した時間は、次回の反転時にリセットされる。

受信部１５８は、プロジェクタ１１０と通信接続され、プロジェクタ１１０から、同期信号やＯＮ／ＯＦＦ信号を受信する。同期信号は、プロジェクタ１１０が投影している画像のフレームタイミングを示す。ＯＮ／ＯＦＦ信号は、シャッタ板１５０の回転のＯＮ／ＯＦＦ、即ち、（１）シャッタ板回転処理と（２）シャッタ板停止処理のいずれを行うかを示している。

シャッタ制御部１６０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働してシャッタ装置１２０全体を管理および制御する。また、シャッタ制御部１６０は、図４の如く、回転状態導出部１７０、トルク導出部１７２、トルク制御部１７４としても機能する。以下、（１）シャッタ板回転処理および（２）シャッタ板停止処理それぞれにおける各機能部の動作を説明する。

<（１）シャッタ板回転処理>
図４を参照すると、回転状態導出部１７０は、回転位置検出部１５４から出力される遮蔽信号および反転計時部１５６が計測した時間に基づいて、シャッタ板１５０の角速度（または回転数）および位相を導出する。また、回転状態導出部１７０は、角速度を積算することで、角度や回転数を導出することもできる。

プロジェクタ１１０から受信したＯＮ／ＯＦＦ信号がＯＮの場合、即ち、シャッタ板回転処理が指示された場合、トルク導出部１７２は、回転状態導出部１７０が導出したシャッタ板１５０の角速度および位相と、受信部１５８がプロジェクタ１１０から受信した同期信号とに基づいて、同期信号と遮蔽信号とが所定の位相関係を維持しながら同期するように、シャッタ駆動部１５２に要するトルクを導出する。

図５は、シャッタ制御部１６０の動作を説明するためのタイミングチャートである。図５では、ホールド型光変調装置を使用する場合の、投影した画像の任意の画素における投射光の輝度１９０の時間応答が示されている。かかる輝度１９０の時間応答を参照して理解できるように、図５中ハッチングで示した時間領域では、前回フレームの表示内容の残像が残ったり、次回フレームの表示内容に書き換えるための立ち上がり時間を要したりする。したがって、その間は、画像の投影を一旦遮蔽するのが望ましい。

そこで、プロジェクタ１１０は、このような、前回フレームの表示内容の残像が残ったり、次回フレームの表示内容に書き換えるための立ち上がりに要する時間を遮蔽時間とし、表示内容が安定した後の時間を透過時間とする、図５に示す同期信号をシャッタ装置１２０に伝達する。シャッタ装置１２０のトルク導出部１７２は、かかる同期信号の遮蔽時間に、遮蔽部１８２がプロジェクタ１１０の投影部１８６に位置するように、また、透過時間に、透過部１８４がプロジェクタ１１０の投影部１８６に位置するように（同期信号に遮蔽信号を同期させるように）トルクを導出する。

トルク制御部１７４は、トルク導出部１７２が導出したトルクに従って、シャッタ駆動部１５２にシャッタ板１５０を回転駆動させる。こうして、同期信号の遮蔽時間に投射されている画像がシャッタ板１５０の遮蔽部１８２に遮蔽されてスクリーンに物理的に表示されなくなる。

ここで、図５においてハッチングで示した立ち上がり期間を完全に遮蔽できないと、緩やかな輝度変化がユーザに見えてしまい、画像ぼけが生じることとなる。本実施形態では、次回フレームの表示内容に書き換えるための立ち上がり期間を完全に遮蔽することで、投影された画像の輝度が、見かけ上、急峻に変化したように表示することができ、画像ぼけを抑制することが可能となる。

<（２）シャッタ板停止処理>
図６は、シャッタ板停止処理を説明するための説明図である。上述した（１）シャッタ板回転処理によって、遮蔽時間における不要な投影を回避することが可能となる。しかし、シャッタ板回転処理では、間欠的な投射光の遮蔽により、画像全体の光量が減衰してしまう。そこで、静止画や、輝度変化の少ない動画等、書き換え期間における遮蔽を要さない画像に関しては、シャッタ板１５０の透過部１８４の間隔が投影部１８６の占有面積より大きいという前提のもと、図６のように、シャッタ板１５０の透過部１８４が投射光に重ならないような回転位置にシャッタ板１５０を停止処理し、プロジェクタ１１０の光を連続的にスクリーンに投影する。

図６におけるプロジェクタ１１０の正面視において、シャッタ板１５０を時計回りに回す方向をＣＷ（正転）、反時計回りに回す方向をＣＣＷ（逆転）とする。回転位置検出部１５４は、遮蔽信号として、遮蔽部１８２が投影部１８６の光を遮蔽しているときに「１」を、透過部１８４が投影部１８６の光を透過しているときに「０」を出力する。また、回転位置検出部１５４は、極性が反転する位置を検出するために、投影部１８６よりＣＣＷに所定角度オフセットしている。かかる遮蔽信号を利用し、例えば、シャッタ板１５０がＣＷに回転している場合、遮蔽信号が「０」から「１」に反転したときにシャッタ板１５０を停止すれば、シャッタ板１５０を図６のように位置させることができる。逆に、シャッタ板１５０がＣＣＷに回転している場合、遮蔽信号が「１」から「０」に反転したときにシャッタ板１５０を停止すれば、ＣＷ同様、シャッタ板１５０を図６のように位置させることができる。

プロジェクタ１１０から受信したＯＮ／ＯＦＦ信号がＯＦＦの場合、即ち、シャッタ板停止処理が指示された場合、トルク導出部１７２は、回転状態導出部１７０が導出したシャッタ板１５０の角速度と、反転計時部１５６が計測した時間と、回転位置検出部１５４の遮蔽信号とに基づき、最終的にシャッタ板１５０を図６の位置に停止するように、シャッタ駆動部１５２に要するトルクを導出する。そして、トルク制御部１７４は、トルク導出部１７２が導出したトルクでシャッタ駆動部１５２のトルクを制御する。以下、シャッタ板停止処理における具体的なトルクの推移を説明する。

プロジェクタ１１０からシャッタ板停止処理が指示されると、それまでシャッタ板回転処理により回転駆動していたシャッタ板１５０のシャッタ板停止処理が開始される。ここでは、まず、回転駆動しているシャッタ駆動部１５２のブレーキ処理が遂行され、シャッタ板１５０の角速度が予め定められた第１閾値未満になるまでブレーキ処理が継続される。そして、シャッタ板１５０の角速度が第１閾値未満になると、トルク導出部１７２は、シャッタ板１５０を図６の位置に停止するための停止処理を開始する。

かかるシャッタ板停止処理の目的は、上述したように、シャッタ板１５０がＣＷに回転しているとき、遮蔽信号が「０」から「１」に反転した回転位置に停止させる、または、シャッタ板１５０がＣＣＷに回転しているとき、遮蔽信号が「１」から「０」に反転した回転位置に停止させることである。したがって、トルク導出部１７２は、目的とする最終的な回転位置（目標位置）を跨いで、トルク制御の方向を逆転し、再び最終的な回転位置を跨ぐ。このような動作を複数回繰り返すことで、トルクが、正転方向のトルクおよび逆転方向のトルクが釣り合って停止状態となるときのトルクである維持トルクとなり、シャッタ板１５０が目的とする最終的な回転位置で停止することとなる。このような最終的な回転位置を跨いでから再度跨ぐまでの期間、即ち、極性反転間の期間を以下では反転期間という。また、このような最終的な回転位置に到達するまで、トルク制御の方向（ＣＷまたはＣＣＷ）が等しい間は、ほぼ同一のトルクで回転駆動する（少なくとも所定の期間、同一のトルクで回転駆動する）。かかるトルクを各回転駆動における駆動トルクという。

図７は、シャッタ板停止処理におけるトルクの推移の典型例を示したタイミングチャートである。図７（ａ）は、遮蔽信号の推移を示し、図７（ｂ）は、トルク導出部１７２が導出したトルクの絶対値の推移を示し、図７（ｃ）は、トルク導出部１７２が導出したトルクの制御方向の推移を示し、図７（ｄ）は、シャッタ板１５０の回転位置の推移を示している。図７（ｂ）および図７（ｃ）に示すトルク（絶対値および制御方向）の推移は、トルク制御部１７４がシャッタ駆動部１５２に指令するトルクに相当するので、ここでは、トルク導出部１７２が導出したトルクを説明することで、トルク制御部１７４およびシャッタ駆動部１５２に用いられるトルクの詳細な説明を省略する。

トルク導出部１７２は、図７（ｂ）中Ａで示すように、シャッタ板１５０の停止処理開始時に、上記維持トルク以下の値に設定した所定トルク（駆動トルク）を設定し、シャッタ駆動部１５２に、シャッタ板１５０を現在の回転方向とは逆の方向に回転駆動させる。そして、トルク導出部１７２は、図７（ａ）の如く遮蔽信号の極性が反転する度に、図７（ｂ）のように駆動トルクを段階的に変化させ、最終的に維持トルクに落ち着かせる。かかる段階的な変化については後程詳述する。

このようにシャッタ板停止処理の開始時のトルクを維持トルクより低い値から開始することで、回転位置検出部１５４の極性反転時における回転位置のオーバーランを小さくすることができる。したがって、トルクを維持トルクより高い値から開始した場合と比較して、見た目上の振動を伴うこともなく、最終的な回転位置に迅速かつスムーズに到達することが可能となる。

ただし、上記のように駆動トルクを意図的に低く設定すると、電動機のコギングトルクに対し駆動トルクが不足し、回転位置検出部１５４が極性反転するまでの経路の途中でシャッタ板１５０の回転駆動が停止してしまうおそれがある。そこで、本実施形態のトルク導出部１７２は、図７（ｂ）中Ｂのように、予め定められた第１時間（時点ｔ_１−時点ｔ_Ｓ）まで、以下の数式１の如く、トルクＴを駆動トルクＴ_Ｂｎに維持した後、反転計時部１５６で計測された時間（ｔ−ｔ_Ｓ）が第１時間（ｔ_１−ｔ_Ｓ）を越えてから次に反転する時点ｔ_ｒまでは、トルクＴを、以下の数式２に基づいて駆動トルクＴ_Ｂｎから漸増する。

数式１）

数式２）
ここで、定数Ｋ_１は、シャッタ駆動部１５２やシャッタ板１５０の慣性モーメント等に応じて予め定められた正の値であり、時点ｔ_１は、シャッタ駆動部１５２やシャッタ板１５０の慣性モーメント等に応じて予め定められる。時点ｔ_Ｓは、反転期間の開始時点であり、時点ｔ_ｒは反転期間の終了時点である。かかる時点ｔ_Ｓ、ｔ_１、ｔ_ｒは、各反転期間に対する相対的な時刻なので、反転期間毎に適用される。したがって、ここでは、１の反転期間について時点ｔ_Ｓ、ｔ_１、ｔ_ｒを定義しているが、各反転期間について同様の時点が存在することになる。また、ここでは定数Ｋ_１や第１時間（ｔ_１−ｔ_Ｓ）を固定値としているが、遮蔽信号による極性反転回数や後述する反転時のトルクＴ_Ｅと駆動トルクＴ_Ｂｎとの差分から動的に決定されるとしてもよい。

ただし、図７（ｂ）中Ｃのように、シャッタ板停止処理の開始時においては、トルクを上げるタイミングを上記第１時間（ｔ_１−ｔ_Ｓ）と異ならせている。反転を伴って反転期間を繰り返すシャッタ板停止処理と異なり、シャッタ板停止処理の開始時においては、プロジェクタ１１０からシャッタ板停止処理が指示される（ＯＮ／ＯＦＦ信号がＯＦＦされる）タイミングによって回転位置検出部１５４が次に極性反転を判定するまでの時間が異なる。そこで、シャッタ板停止処理の開始時においては、プロジェクタ１１０からシャッタ板停止処理が指示されたとき、シャッタ板１５０がいずれの回転位置にあってもスムーズにシャッタ板停止処理が遂行されるように、トルクを上げるタイミングが別途設けられている。

また、駆動トルクＴ_Ｂｎは以下のようにして導出される。トルク導出部１７２は、図７中Ｂのように、次の反転までに漸増したトルク（反転時のトルクＴ_Ｅと駆動トルクＴ_Ｂｎとの差分）に基づいて、数式３のように、反転後（次回）の駆動トルクＴ_ＢＮ＋１を導出する。

数式３）
ここでは、今回の駆動トルクＴ_Ｂｎに、反転までに漸増したトルクの５０％を加算して次回の駆動トルクＴ_Ｂｎ＋１を導出している。ただし、加算する割合（％）は５０％に限らず、任意の％を設定することができる。

また、反転計時部１５６で計測された時間（ｔ−ｔ_Ｓ）が上記第１時間（ｔ_１−ｔ_Ｓ）を越えなかった場合、トルク導出部１７２は、数式４の如く、現在（今回）の駆動トルクＴ_Ｂｎとさらに反転前（前回）の駆動トルクＴ_Ｂｎ−１とに基づいて、反転後（次回）の駆動トルクＴ_Ｂｎ＋１を導出する。

数式４）

数式３と数式４とを参照して理解できるように、トルク導出部１７２は、第１時間（ｔ_１−ｔ_Ｓ）までに極性が反転する回転位置に到達しなかった場合、トルクが不足していて到達が遅れている、または、経路の途中でシャッタ板１５０の回転駆動が停止していると判定し、トルクを上げて回転駆動して、次回の駆動トルクＴ_Ｂｎ＋１にトルクの漸増分を反映する。一方、第１時間（ｔ_１−ｔ_Ｓ）に至る前に極性が反転する回転位置に到達すると、トルクは十分に足りていると判定し、前回の駆動トルクＴ_Ｂｎ−１から今回の駆動トルクＴ_Ｂｎへのトルクの変化傾向を踏襲して次回の駆動トルクＴ_Ｂｎ＋１を決定する。

そして、回転位置検出部１５４が極性の反転を検知すると、シャッタ駆動部１５２のトルクの制御方向を逆転させる（ＣＷ→ＣＣＷまたはＣＣＷ→ＣＷ）。このとき、トルク導出部１７２は、反転直後におけるトルクＴを、反転直前のトルクＴ_Ｅと等しくし、その極性のみを変化させる。

また、トルク導出部１７２は、反転時点から、トルクＴが目的とする駆動トルクＴ_Ｅｎに達するまで、トルクＴを、以下の数式５に基づいて、反転後（反転時点）のトルクＴ_Ｅから漸減する。

数式５）
ただし、定数Ｋ_２は、シャッタ駆動部１５２やシャッタ板１５０の慣性モーメント等に応じて予め定められた負の値である。

また、トルク導出部１７２は、漸減したトルクが、目的とする駆動トルクＴ_Ｂｎ（反転前に導出した駆動トルクＴ_Ｂｎ＋１）に達すると、その駆動トルクＴ_Ｂｎを維持する。したがって、トルクの漸減に要する第２時間（ｔ_２−ｔ_Ｓ）は、（Ｔ_Ｂ−Ｔ_Ｅ）／Ｋ_２となり、また、数式１における、トルクＴを駆動トルクＴ_Ｂｎに維持する時間は、正確には、ｔ_２<ｔ≦ｔ_１となる。ここでは、定数Ｋ_２を固定としたので、時点ｔ_２が変動することとなるが、時点ｔ_２を固定とし、それに合わせてＫ_２を変化させてもよい。

図７（ｂ）および（ｃ）を参照して理解できるように、反転直後のトルクＴは、反転直前のトルクＴ_Ｅと等しくし、制御方向のみを逆転している。かかる構成により、反転直前にシャッタ駆動部１５２を回転駆動するトルクと絶対値が等しく回転方向が逆であるトルクをかけることができるので、キックバックとして、シャッタ板１５０を適切に制動することができ、さらに、反転方向の回転駆動をスムーズに開始することができる。また、シャッタ駆動部１５２へのコマンドを、極性の反転コマンドのみで済ませることが可能となり、処理負荷の軽減を図ることが可能となる。

また、例えば、数式５における漸減に用いる定数Ｋ_２を数式２における漸増に用いる定数Ｋ_１と等しくしてもよい。こうすることで、反転直前においてシャッタ板１５０が回転駆動しているときのエネルギー（トルクの積分値に相当）に、反転直後における逆方向のエネルギーを近づけることができるので、反転方向の回転駆動をよりスムーズに開始することが可能となる。

上述したようなシャッタ板停止処理によって、ｔ_Ｓ<ｔ≦ｔ_２の区間で、反転時におけるシャッタ板１５０の回転を停止し、ｔ_２<ｔの区間で、シャッタ板１５０を逆方向に回転駆動させ、第２時間（ｔ_２−ｔ_Ｓ）より長い第１時間（ｔ_１−ｔ_Ｓ）までに極性が反転しなければ、ｔ_１<ｔ≦ｔ_ｒの区間で、トルクをさらに上げ、シャッタ板１５０を反転位置に迅速に到達させることができる。こうして、プロジェクタの投射光を遮蔽しない回転位置にシャッタ板をスムーズに停止させることが可能となる。

（シャッタ板駆動制御方法）
図８は、シャッタ板駆動制御方法の流れを説明するためのフローチャートである。ここでは、特に、（２）シャッタ板停止処理について説明する。ここで、回転位置検出部１５４は、投影部１８６に、遮蔽部１８２と透過部１８４のいずれが位置するかを遮蔽信号として常に検出し、反転計時部１５６は、回転位置検出部１５４の検出結果を参照し、常に遮蔽部１８２と透過部１８４とが反転してからの時間を計測しているとする。

プロジェクタ１１０からシャッタ板停止処理が指示されると、まず、ＣＣＷに回転駆動しているシャッタ駆動部１５２のブレーキ処理が遂行される（Ｓ２００）。そして、シャッタ板１５０の角速度が予め定められた第１閾値α未満となったか否か判定され（Ｓ２０２）、シャッタ板１５０の角速度が第１閾値α以上の間（Ｓ２０２におけるＮＯ）、ブレーキ処理Ｓ２００を繰り返す。シャッタ板１５０の角速度が第１閾値α未満となれば（Ｓ２０２におけるＹＥＳ）、トルク導出部１７２は、トルクを維持トルク以下の所定の駆動トルクＴ_Ｂｎに設定し、反転計時部１５６をリセットし、その時点の遮蔽信号の今回値を遮蔽信号の前回値として記憶してシャッタ板停止処理を開始する（Ｓ２０４）。

かかる第１閾値αが比較的大きいとシャッタ板１５０の回転駆動がまだ残っている状態でシャッタ板停止処理が開始され、第１閾値αが比較的小さいとシャッタ板１５０の回転が停止に近い状態になってからシャッタ板停止処理が開始されることとなる。本実施形態では、回転位置検出部１５４の回転あたりの遮蔽信号の分解能が低いので、下限には限界があるが、第１閾値αはある程度小さい方が望ましい。

続いて、トルク導出部１７２は、反転計時部１５６が計測した時間が予め定められた第３時間（ｔ_３−ｔ_Ｓ）を越えたか否か判定し（Ｓ２０６）、第３時間（ｔ_３−ｔ_Ｓ）を越えていれば（Ｓ２０６におけるＹＥＳ）、数式２に基づいてトルクＴを駆動トルクＴ_Ｂｎから漸増する（Ｓ２０８）。また、反転計時部１５６が計測した時間が第３時間（ｔ_３−ｔ_Ｓ）を越えていなければ（Ｓ２０６におけるＮＯ）、トルクＴを駆動トルクＴ_Ｂｎに維持したまま回転駆動を継続する。

そして、トルク導出部１７２は、遮蔽信号の前回値と現在の遮蔽信号の今回値とを参照し、遮蔽信号の前回値が「１」であり、かつ、遮蔽信号の今回値が「０」であるか否か、即ち、遮蔽部１８２から透過部１８４への反転位置に到達したか否かを判定する（Ｓ２１０）。トルク導出部１７２は、遮蔽信号が反転するまでの間（Ｓ２１０におけるＮＯ）、遮蔽信号の前回値を遮蔽信号の今回値で更新して（Ｓ２１２）、計時時間判定ステップＳ２０６からの処理を繰り返し、遮蔽信号が反転していれば（Ｓ２１０におけるＹＥＳ）、反転期間を繰り返す次のステップＳ２１４に移行する。

続いて、トルク導出部１７２は、遮蔽信号の前回値と遮蔽信号の今回値とを比較し、その２つの値が異なるか否か判定する（Ｓ２１４）。そして、２つの値が異なる場合（Ｓ２１４におけるＹＥＳ）、トルク導出部１７２は、極性の反転位置に達したと判定して、反転前後でトルクＴ（絶対値）を維持したまま、トルクの制御方向のみを逆転（ＣＷ→ＣＣＷまたはＣＣＷ→ＣＷ）させ、反転フラグを「１」に設定する（Ｓ２１６）。またトルク導出部１７２は、数式３または数式４に基づいて次回の駆動トルクＴ_Ｂｎ＋１を導出する（Ｓ２１８）。上記反転フラグは、反転期間開始時にトルクＴを漸減するためのフラグである。また、初回は、反転前（前回）の駆動トルクＴ_Ｂｎ−１が無いので、数式４における反転前（前回）の駆動トルクＴ_Ｂｎ−１＝現在（今回）の駆動トルクＴ_Ｂｎとする。ここで、トルク導出部１７２は、次回の駆動トルクＴ_Ｂｎ＋１を導出しているが、これは、当該新たな反転期間における今回の駆動トルクＴ_Ｂｎに相当する。２つの値が等しい間（Ｓ２１４におけるＮＯ）、反転ステップＳ２１６および駆動トルク導出ステップＳ２１８は実行しない。そして、トルク導出部１７２は、遮蔽信号の前回値を遮蔽信号の今回値で更新する（Ｓ２２０）。

次に、トルク導出部１７２は、現在のトルクＴが目標とする駆動トルクＴ_Ｂｎより大きく、かつ、反転フラグが「１」であるか否か判定する（Ｓ２２２）。現在のトルクＴが駆動トルクＴ_Ｂｎより大きく、かつ、反転フラグが「１」であれば（Ｓ２２２におけるＹＥＳ）、トルク導出部１７２は、数式５に基づいてトルクＴを漸減する（Ｓ２２４）。また、現在のトルクＴが駆動トルクＴ_Ｂｎ以下、または、反転フラグが「０」であれば（Ｓ２２２におけるＮＯ）、トルク導出部１７２は、反転フラグを「０」に設定して（Ｓ２２６）、次のステップＳ２２８に移行する。

トルク導出部１７２は、反転フラグを「０」に設定した後、反転計時部１５６で計測された時間が第１時間（ｔ_１−ｔ_Ｓ）を越えたか否か判定し（Ｓ２２８）、第１時間（ｔ_１−ｔ_Ｓ）を越えていなければ（Ｓ２２８におけるＮＯ）、トルクＴを目標とする駆動トルクＴ_Ｂｎに維持する（Ｓ２３０）。また、反転計時部１５６が計測した時間が第１時間（ｔ_１−ｔ_Ｓ）を越えていれば（Ｓ２２８におけるＹＥＳ）、数式２に基づいてトルクＴを駆動トルクＴ_Ｂｎから漸増する（Ｓ２３２）。

こうして、トルクＴは、正転方向へのトルクおよび逆転方向へのトルクが釣り合って停止状態となるときの維持トルクに収束し、シャッタ板１５０は、ＣＷとＣＣＷの両方向から押される形で停止する。

（シャッタ板停止処理の他の例）
図９は、シャッタ板停止処理の他の例を示した説明図である。上述したように、反転を伴って反転期間を繰り返すシャッタ板停止処理と異なり、シャッタ板停止処理の開始時における、回転位置検出部１５４が次に極性反転を判定するまでの時間（ｔ_ｒ−ｔ_Ｓ）は、プロジェクタ１１０からシャッタ板停止処理が指示されるタイミングによって異なる。例えば、図９では、図７に示した典型例と比較して、回転位置検出部１５４が次に極性反転を判定するまでの時間が長い場合を示している。

図９を参照すると、回転位置検出部１５４が次に極性反転を判定するまでの時間が長いため、トルクＴの漸増期間が長くなり（オーバーランが大きくなり）、駆動トルクＴ_Ｂｎが維持トルクを越している。そして、反転期間２回目にはトルクＴの漸増処理も行われず、反転期間３回目で維持トルクに収束する。このように、プロジェクタ１１０からシャッタ板停止処理が指示されるタイミングによっては、最初の反転タイミングでの回転速度やオーバーランが異なるものの、迅速かつスムーズに最終的な回転位置に到達することが理解できる。

以上説明したシャッタ装置１２０やシャッタ板駆動制御方法によって、プロジェクタ１１０の投射光を遮蔽しない回転位置にシャッタ板１５０を、無駄なオーバーランや、途中で停止してしまう事態に陥ることなく、シャッタ板１５０の透過部１８４がプロジェクタ１１０の投影部１８６に適切に位置するよう、スムーズに停止させることが可能となる。また、停止後も維持トルクで停止状態が維持されるので、外乱により投影した光が遮られることもない。したがって、表示内容の変化が多い動画、および、静止画や、表示内容の変化が少ない動画等、書き換え期間における遮蔽を要さない画像のいずれであっても、ユーザは、高い視覚効果をもってその画像を視ることができる。

また、コンピュータを、シャッタ装置１２０（シャッタ制御部１６０）として機能させるプログラムや当該プログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能なフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ等の記憶媒体も提供される。ここで、プログラムは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理手段をいう。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、本明細書のシャッタ板駆動制御方法における各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。

本発明は、画像を投影するために発せられた光を遮蔽または透過するシャッタ装置、プロジェクタユニットおよびシャッタ板駆動制御方法に利用することができる。

１００ …プロジェクタユニット
１１０ …プロジェクタ
１２０ …シャッタ装置
１５０ …シャッタ板
１５２ …シャッタ駆動部
１５４ …回転位置検出部
１５６ …反転計時部
１７０ …回転状態導出部
１７２ …トルク導出部
１７４ …トルク制御部
１８２ …遮蔽部
１８４ …透過部

Claims (7)

1. 光源から発せられた光を遮蔽する遮蔽部と前記光を透過する透過部とが、回転軸を中心として同一面周方向に交互に配されたシャッタ板と、
   前記シャッタ板を正転および逆転の両方向に回転駆動するシャッタ駆動部と、
   前記シャッタ駆動部によるシャッタ板の回転駆動に伴って、前記光源に相当する所定の位置に、前記シャッタ板における前記遮蔽部と前記透過部とのいずれが位置するようになるかを検出する回転位置検出部と、
   前記回転位置検出部の検出結果を参照し、前記シャッタ板の反転時点からの時間を計測する反転計時部と、
   前記シャッタ板の停止処理開始時に、正転方向へのトルクおよび逆転方向へのトルクが釣り合って停止状態となるときのトルクである維持トルク以下の値に設定した所定トルクで前記シャッタ駆動部に前記シャッタ板を現在の回転方向とは逆の方向に回転駆動させ、前記反転計時部で計測された時間が予め定められた第１時間を越えてから次の反転時点までは、前記所定トルクから漸増させたトルクで前記シャッタ駆動部に前記シャッタ板を回転駆動させるトルク導出部と、
   を備えることを特徴とするシャッタ装置。
2. 前記トルク導出部は、前記シャッタ駆動部に前記シャッタ板を回転駆動させるトルクを、反転時点のトルクから漸減することを特徴とする請求項１に記載のシャッタ装置。
3. 前記トルク導出部は、反転直後のトルクを、反転直前のトルクと絶対値が等しく回転方向が逆であるトルクとすることを特徴とする請求項２に記載のシャッタ装置。
4. 前記トルク導出部は、次の反転までに漸増したトルクに基づいて、反転後のトルクを導出することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のシャッタ装置。
5. 前記反転計時部で計測された時間が予め定められた第１時間を越えなかった場合、前記トルク導出部は、現在のトルクと反転前のトルクとに基づいて、反転後のトルクを導出することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のシャッタ装置。
6. 画像を投影する投影部を有するプロジェクタと、
   前記投影部から発せられた光を遮蔽する遮蔽部と前記光を透過する透過部とが、回転軸を中心として同一面周方向に交互に配されたシャッタ板と、
   前記シャッタ板を正転および逆転の両方向に回転駆動するシャッタ駆動部と、
   前記シャッタ駆動部によるシャッタ板の回転駆動に伴って、前記投影部に相当する所定の位置に、前記シャッタ板における前記遮蔽部と前記透過部とのいずれが位置するようになるかを検出する回転位置検出部と、
   前記回転位置検出部の検出結果を参照し、前記シャッタ板の反転時点からの時間を計測する反転計時部と、
   前記シャッタ板の停止処理開始時に、正転方向へのトルクおよび逆転方向へのトルクが釣り合って停止状態となるときのトルクである維持トルク以下の値に設定した所定トルクで前記シャッタ駆動部に前記シャッタ板を現在の回転方向とは逆の方向に回転駆動させ、前記反転計時部で計測された時間が予め定められた第１時間を越えてから次の反転時点までは、前記所定トルクから漸増させたトルクで前記シャッタ駆動部に前記シャッタ板を回転駆動させるトルク導出部と、
   を備えることを特徴とするプロジェクタユニット。
7. 光源から発せられた光を遮蔽する遮蔽部と前記光を透過する透過部とが、回転軸を中心として同一面周方向に交互に配されたシャッタ板と、前記シャッタ板を正転および逆転の両方向に回転駆動するシャッタ駆動部とを用いて前記シャッタ板を駆動制御するシャッタ板駆動制御方法であって、
   前記シャッタ駆動部によるシャッタ板の回転駆動に伴って、前記光源に相当する所定の位置に、前記シャッタ板における前記遮蔽部と前記透過部とのいずれが位置するようになるかを検出し、
   前記検出の結果を参照し、前記シャッタ板の反転時点からの時間を計測し、
   前記シャッタ板の停止処理開始時に、正転方向へのトルクおよび逆転方向へのトルクが釣り合って停止状態となるときのトルクである維持トルク以下の値に設定した所定トルクで前記シャッタ駆動部に前記シャッタ板を現在の回転方向とは逆の方向に回転駆動させ、
   前記計測された時間が予め定められた第１時間を越えてから次の反転時点までは、前記所定トルクから漸増させたトルクで前記シャッタ駆動部に前記シャッタ板を回転駆動させることを特徴とするシャッタ板駆動制御方法。

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