WO2013046914A1 - マルチプロジェクションシステム - Google Patents

Abstract

　隣接するプロジェクタによる形成画像の光を検出可能にしつつ、表示画像の画質の低下を抑制することが可能なマルチプロジェクションシステムを提供する。 複数のプロジェクタユニット（１）は、複数の形成画像のそれぞれがつなぎ合わされて１枚の表示画像となるように、各形成画像を投射する。スクリーン（１０）には、その複数の形成画像が投射される。低屈折率層（３３）は、スクリーン（１０）上の各形成画像の境界線上の少なくとも一部に、その境界線に沿って設けられ、かつ、光を透過する。１対の光透過部材（３１および３２）は、低屈折率層（３３）の屈折率より高い屈折率を有し、前記低屈折率層（３３）を挟んで設けられる。

Description

マルチプロジェクションシステム

　本発明は、光ビームを投射してスクリーンに画像を形成する複数のプロジェクタユニットを備え、各プロジェクタユニットが形成した画像をつなぎ合わせて１枚の画像として表示するマルチプロジェクションディスプレイに関する。

　スクリーンに背面から光を投射して画像をスクリーン上に形成するリアプロジェクション型のプロジェクタユニットを複数備え、各プロジェクタユニットにて形成された形成画像を並べて１枚の表示画像として表示するマルチプロジェクションシステムが知られている。

　上記のマルチプロジェクションシステムでは、通常、大きな表示画像を表示できるように、大型のスクリーンを使用するため、スクリーンが弛まないように、スクリーンを支持するスクリーン支持部材がスクリーンの背面に付けられている。スクリーン支持部材は、そのスクリーン支持部材の影が観察者に視認されないように、光を透過する光透過材料で形成され、各プロジェクタユニットにて形成される形成画像の境界に設置されることがある（特許文献１参照）。

　また、マルチプロジェクションシステムでは、各プロジェクタユニットの光源の明るさに製造上のばらつきがあることや、光源の光出力能力に経年変化があることなどから、各プロジェクタユニットが形成する各形成画像の間で輝度が異なる場合がある。

　人間の視覚特性上、互いに近接する領域間の輝度の差が視認されやすいので、各プロジェクタユニットが形成する各形成画像の間で輝度が異なると、互いに隣接する形成画像の間の輝度の差が視認され、互いに隣接する形成画像の境界が視認されやすくなる。

　このため、マルチプロジェクションシステムでは、各プロジェクタユニットは、光センサを用いて、隣接するプロジェクタユニットが形成した形成画像の光の一部を検出し、その検出結果に基づいて、自身の形成画像の輝度を調整することが望ましい。なお、光センサは、スクリーンの前面側に設けられると、観察者の邪魔になる可能性があるため、スクリーンの背面側に設けられることが望ましい。

　また、プロジェクタユニットとしては、蛍光などの拡散光を発生させるスクリーンに光を投射し、そのスクリーンで発生した拡散光で画像を形成するものなどが利用される。

特開２００６－１４５７９７号公報

　マルチプロジェクションシステムの各プロジェクタユニットとして、上記のような光ビームによる拡散光で画像を形成するプロジェクタユニットが使用される場合、スクリーンで拡散光を生成せずに単に反射された光が迷光となって、他のプロジェクタユニットによる投射領域に入射されたり、他のプロジェクタユニットの光センサに入射されたりして、表示画像の画質が低下することがある。

　なお、迷光を遮蔽するために、スクリーン支持部材を、光を遮蔽する光遮蔽材料で形成することも考えられるが、この場合には、隣接するプロジェクタユニットによる形成画像の光も遮蔽されてしまうので、光センサが隣接するプロジェクタユニットによる形成画像の光を検出できず、自身の形成画像の輝度を調整すること難しくなる。

　本発明の目的は、隣接するプロジェクタユニットによる形成画像の光を検出可能にしつつ、表示画像の画質の低下を抑制することが可能なマルチプロジェクションシステムを提供することである。

　本発明によるマルチプロジェクションシステムは、複数の形成画像のそれぞれがつなぎ合わされて１枚の表示画像となるように、各形成画像を投射する複数のプロジェクタユニットと、前記複数の形成画像が投射されるスクリーンと、前記スクリーン上の各形成画像の境界線上の少なくとも一部に、前記境界線に沿って設けられた、光を透過する低屈折率領域と、前記低屈折率領域の屈折率より高い屈折率を有し、前記低屈折率領域を挟んで設けられた１対の光透過部材と、を有する。

　本発明によれば、隣接するプロジェクタによる形成画像の光を検出可能にしつつ、表示画像の画質の低下を抑制することが可能になる。

本発明の一実施形態のマルチプロジェクションシステムの一例を示す図である。 スクリーンの背面の一例を示す図である。 プロジェクタユニットの機能的な構成の一例を示す図である。 スクリーン支持部の構成をより詳細に説明するための図である。 マルチプロジェクションシステムの動作を説明するための図である。 光センサの配置場所を説明するための図である。 光透過部材の形状の一例を説明するための図である。 光透過部材の形状の他の例を説明するための図である。 光透過部材の形状の他の例を説明するための図である。 スクリーンの背面の一例を示す図である。

　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、同じ機能を有するものには同じ符号を付け、その説明を省略する場合がある。

　図１は、本発明の一実施形態のマルチプロジェクションシステムの一例を示す図である。図１において、マルチプロジェクションシステム１００は、複数のプロジェクタユニット１と、スクリーン１０とを有する。

　プロジェクタユニット１は、光ビームであるレーザ光を、スクリーン１０の背面側からスクリーン１０に投射して、スクリーン１０上に画像を形成するリアプロジェクション型のプロジェクタである。なお、スクリーン１０の背面とは、観察者が視認する観察者側の面である前面とは反対の面のことである。

　また、各プロジェクタユニット１は、各プロジェクタユニット１が形成する形成画像が並んで表示され、各形成画像がつなぎ合わされて１枚の表示画像として表示されるように配置される。図１の例では、プロジェクタユニット１は、縦横それぞれに３つずつ並んで配置されているが、プロジェクタユニット１の数や並び方は、この例に限らず、適宜変更可能である。

　図２は、スクリーン１０の背面の一例を示す図である。図２に示すように、スクリーン１０の背面には、その背面上の所定の方向に沿ってスクリーン１０を支持するように設置されたスクリーン支持部１１を有する。より具体的には、所定の方向は、各プロジェクタユニット１による各形成画像の境界線に沿った方向であり、スクリーン支持部１１は、光を透過する光透過材料を有し、各形成画像の境界線の上に設置される。なお、スクリーン１０とスクリーン支持部１１を合わせてスクリーンユニットと称することもある。

　また、スクリーン１０は、入射光によって拡散光を発生させるものであり、各プロジェクタユニット１は、レーザ光をスクリーン１０に投射させて拡散光を発生させ、その拡散光を用いて画像を形成する。

　上記のようなスクリーン１０としては、例えば、蛍光スクリーンが挙げられる。蛍光スクリーンは、例えば、蛍光色が赤色の蛍光体を含む赤色蛍光体領域、蛍光色が緑色の蛍光体を含む緑色蛍光体領域、および、蛍光色が青色の蛍光体を含む青色蛍光体領域が所定の順番で周期的に形成されたものである。また、蛍光スクリーンでは、各色の蛍光体領域の間には、光を吸収または反射して光をスクリーン１０の前面に出射しない遮蔽領域がストライプまたはマトリックス状に形成されていてもよい。なお、蛍光体にて発生する各色の蛍光は拡散光となる。

　また、スクリーン１０は、上記のような蛍光スクリーン以外のスクリーンであってもよい。例えば、スクリーン１０は、各蛍光体領域の一部または全ての代わりに、レーザ光を拡散する拡散領域が形成されているものでもよい。

　図３は、プロジェクタユニット１の機能的な構成を示す図である。図３において、プロジェクタユニット１は、レーザ光源部２１と、レーザ投射部２２と、光センサ２３と、ユニット制御部２４とを有する。

　レーザ光源部２１は、レーザ光を出射する光源であり、例えば、ＬＤ（Laser　Diode）などで構成される。レーザ投射部２２は、レーザ光源部２１から出射されたレーザ光をスクリーン１０に背面側から投射して、スクリーン１０で発生された拡散光を用いてスクリーン１０上に画像を形成する。

　より具体的には、レーザ投射部２２は、レーザ光源部２１からのレーザ光を２次元方向に振って出射することで、レーザ光でスクリーン１０を２次元方向に走査する。また、レーザ投射部２２による２次走査に合わせて、ユニット制御部２４がレーザ光源部２１を制御して、レーザ光を変調させることで、スクリーン１０上に画像を形成する。

　光センサ２３は、スクリーン１０の背面側に配置されている。光センサ２３は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサのような撮像素子や、ＡＰＤ（avalanche　photodiode）を含むＰＤ（Photodiode）のような光検出素子などで構成され、自プロジェクタユニット１と隣接するプロジェクタユニット１である隣接ユニットによる形成画像の一部の光の輝度を検出し、その輝度を示す検出信号を出力する。

　なお、スクリーン１０に入射されたレーザ光の一部は、拡散光を生成し、残りは拡散光を生成せずに単に反射される。また、拡散光の一部は、スクリーン１０の前面に出射され、残りは、スクリーン１０の背面に出射される。光センサ２３が検出する光である形成画像の一部の光は、スクリーン１０の背面に出射される拡散光である。また、光センサ２３は、形成画像内の特定の画素の輝度を、赤、緑および青の色ごとに検出する。なお、特定の画素は複数あってもよい。

　ユニット制御部２４は、プロジェクタユニット１を制御する制御部である。ユニット制御部２４は、マルチプロジェクションシステム１００全体を制御する全体制御部１０１から、映像信号および制御情報を受け付け、光センサ２３から検出信号を受け付ける。なお、制御情報は、例えば、自プロジェクタユニット１に設定する種々のモードを設定するためなどに使用される。また、全体制御部１０１およびプロジェクタユニット１を合わせて、投射装置と称することもある。

　ユニット制御部２４は、映像信号、制御信号および検出信号に基づいて、レーザ光源部２１およびレーザ投射部２２を駆動してスクリーン１０上に画像を形成する。

　図４は、スクリーン支持部１１の構成をより詳細に説明するための図である。図４では、互いに横方向に隣接するプロジェクタユニット１であるプロジェクタユニット１Ａおよび１Ｂの境界に設けられたスクリーン支持部１１の横断面が示されている。

　図４に示すように、スクリーン支持部１１は、１対の光透過部材３１および３２と、光透過部材３１および３２に挟まれた低屈折率層３３と、光透過部材３１および３２の両方を保持する保持部材３４とを有する。

　光透過部材３１および３２は、光を透過する光透過材料で形成される。また、光透過部材３１および３２は、プロジェクタユニット１Ａおよび１Ｂのそれぞれによる形成画像の境界線を挟んで互いに対向し、その境界線に沿って配置される。図４では、光透過部材３１がプロジェクタユニット１Ａ側に配置され、光透過部材３２がプロジェクタユニット１Ｂ側に配置されている。なお、光透過材料としては、例えば、ガラスや透明樹脂などが挙げられる。

　低屈折率層３３は、低屈折領域の一例である。低屈折率層３３は、プロジェクタユニット１Ａおよび１Ｂのそれぞれによる形成画像の境界線上に設けられ、光透過部材３１および２２の屈折率より低い屈折率を有する光透過材料で形成される。本実施形態では、光透過部材３１および２２の間に間隙が設けられ、その間隙を低屈折率層３３としている。つまり、低屈折率層３３は、空気で形成されている。

　なお、低屈折率層３３は、プロジェクタユニット１Ａおよび１Ｂを連結した後に、光透過部材３１および２２の間に光透過材料を流し込んで固めることで形成されてもよい。また、プロジェクタユニット１Ａおよび１Ｂを連結した後に、固体の低屈折率材料をスクリーン１０に低屈折率層３３として設置し、低屈折率層３３を挟むように光透過部材３１および２２をさらにスクリーン１０に設置してもよい。また、低屈折率層３３は、スクリーン１０の遮蔽領域の上に設けられることが望ましい。

　光透過部材３１および３２の高さと、低屈折率層３３の高さとが一致させることで、レーザ投射部２２から出射されたレーザ光のうち、スクリーン１０で反射して低屈折率層３３に入射するレーザ光は、光透過部材３１または３２から低屈折率層３３に入射するようにしている。また、光透過部材３１または３２から低屈折率層３３にレーザ光が入射した場合に、そのレーザ光が低屈折率層３３で全反射するように形成される。

　保持部材３４は、光透過材料で形成されてもよいが、光を遮蔽する光遮蔽部材で形成されることが望ましい。

　図５は、マルチプロジェクションシステム１００の動作を説明するための図である。図５では、レーザ光は、矢印付の実線で示し、拡散光を矢印付の点線で示している。

　例えば、各プロジェクタユニット１のレーザ投射部２２Ａは、スクリーン１０上の自プロジェクタユニット１の投射領域をレーザ光で左端から右端に向かって走査し、右端に達すると、そこで折り返され、左端に向かって走査する。そして、レーザ投射部２２Ａは、左端で折り返し、再度右端に向かって走査する。このような走査が投射領域の上側から下側に向かって連続して行われる。

　上記のような走査が行われている間に、例えば、プロジェクタユニット１Ａからのレーザ光が光透過部材３１に入射すると、そのレーザ光を屈折して光透過部材３１に入り、そのまま光透過部材３１を透過してスクリーン１０に入射する。このとき、レーザ光のスクリーン１０上の投射位置が蛍光領域に含まれると、スクリーン１０に入射したレーザ光の一部は、スクリーン１０の蛍光体に拡散光を発生させ、残りはスクリーン１０で反射される。

　スクリーン１０で反射したレーザ光は、低屈折率層３３に入射される。低屈折率層３３に入射したレーザ光は、光透過部材３１と低屈折率層３３の境界で全反射して、プロジェクタユニット１Ａ側に出射される。

　一方、拡散光の一部は、スクリーン１０の前面に出射され、残りは、スクリーン１０の背面に出射される。拡散光は、様々な方向に出射されるので、スクリーン１０の背面に出射された拡散光の一部が低屈折率層３３に入射される。そして、低屈折率層３３に入射された拡散光の一部は全反射されるが、残りは、全反射条件を満たさずに、低屈折率層３３に屈折して入り、低屈折率層３３および光透過部材３２を透過して、プロジェクタユニット１Ｂ側に出射される。

　上記の同様な動作がプロジェクタユニット１Ｂでも行われるので、プロジェクタユニット１Ａには、プロジェクタユニット１Ｂで発生した拡散光の一部が入射される。プロジェクタユニット１Ａの光センサ２３は、そのプロジェクタユニット１Ａに入射した拡散光の輝度を検出する。

　図６は、光センサ２３の配置場所を説明するための図である。なお、レーザ光の走査は、光透過部材３１と低屈折率層３３との境界まで行われるとしている。また、光センサ２３が輝度を検出する特定の画素は、光透過部材３２と低屈折率層３３との境界から所定の観測範囲に含まれる画素であるとする。

　光センサ２３を、レーザ投射部２２から出射されたレーザ光がスクリーン１０に入射されるまでに通る領域Ｄ１に配置することは望ましくない。また、隣接ユニットの観測範囲に含まれる画素で発生した拡散光が低屈折率層３３で全反射されてしまい、拡散光がモジュールに入らない領域Ｄ２にも光センサ２３を配置することは望ましくない。したがって、光センサ２３は、隣接ユニットの観測範囲に含まれる画素で発生した光が通過する領域、かつ、領域Ｄ１を除く領域、つまり、領域Ｄ１およびＤ２に挟まれた領域Ｄ３のどこかに配置されるのが望ましい。

　次に光透過部材３１の形状についてより詳細に説明する。

　図７は、光透過部材３１の形状の一例を説明するための図である。図７に示すように光透過部材３１には、各プロジェクタユニット１による各形成画像の境界線とは直交する方向に上り勾配が付けられており、この勾配角をα、レーザ投射部２２による光透過部材３１が設置された境界線とは直交する方向の走査の走査角度をθとしている。ここで、走査角度θ＞勾配角α≧０を満たす。また、レーザ光が光透過部材に入射する前の媒質の屈折率をｎ１、光透過部材３１の屈折率をｎ２、低屈折率層３３の屈折率をｎ３、とする。

　図７の例では、レーザ光が光透過部材３１に入射する入射角度βは、β＝θ―αと表される。また、レーザ光が光透過部材３１に入るときの屈折角β’は、スネルの法則から

で表される。

　また、レーザ光が低屈折率層３３で全反射するための全反射条件は、角度αとβ’を用いて、

で表される。この全反射条件を、数１とβ＝θ―αの関係を用いて、αとθの関係に書き換えると、

と表される。したがって、光透過部材３１は、数４で示された全反射条件を満たすように形成されればよい。

　なお、図７で示した光透過部材３１の形状は、単なる一例であり、レーザ光が光透過部材３１と低屈折率層３３の境界で全反射するようなものであればよい。

　図８および図９は、光透過部材３１の形状の他の例を示す図である。

　光透過部材３１は、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、レーザ投射部２２による光透過部材３１が設置された境界線とは直交する方向に切断した断面形状が台形形状になっているものでもよいし、図８（ｃ）に示すように上記の断面形状が長方形状になっているものでもよいし、図８（ｄ）に示すように勾配の向きが図７の例とは逆向きになっていてもよい。

　また、光透過部材３１は、図９（ａ）および（ｂ）に示すようにレーザ光が入射する入射面が曲面になっていてもよいし、図９（ｃ）に示すように、レーザ光が低屈折率層３３に入射する面がスクリーン１０と垂直でなくてもよい。

　なお、図９（ａ）および（ｂ）で示したような光透過部材３１は、入射面の曲率を適宜調整することで、隣接ユニットからの拡散光を自ユニットの光センサ２３がある方向に偏向させることが可能になり、光センサ２３の感度を向上させることが可能になる。

　また、図９（ｃ）で示したような光透過部材３１は、自ユニットからのレーザ光が低屈折率層３３に入射する入射角度を小さくすることが可能になるので、レーザ光を全反射させやすくすることが可能になる。

　以上説明したように本実施形態によれば、レーザ光を低屈折率層３３で全反射させつつ、スクリーン１０で発生した拡散光が低屈折率層３３を透過させることが可能になるので、隣接するプロジェクタユニットによる形成画像の光を検出可能にしつつ、表示画像の画質の低下を抑制することが可能になる。

　以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。

　例えば、プロジェクタユニット１として光ビームを走査する走査型のプロジェクタを用いていたが、プロジェクタユニット１は、走査型のプロジェクタに限らず、適宜変更可能である。

　また、スクリーン支持部１１は、各プロジェクタユニット１の光センサ２３に隣接ユニットからのレーザ光が入射されないようにできれば、境界線上の少なくとも一部に、その境界線に沿って設けられていればよい。

　また、図１０に示すように、マルチプロジェクションシステム１００が表示する表示画像の端部にスクリーン支持部１１Ａをさらに設けてもよい。スクリーン支持部材１１Ａは、光透過部材３１を一つだけ備えていればよい。この場合、マルチプロジェクションシステム１００の外部に、レーザ光が拡散光を発生せずに、直接反射された反射光が漏れないので、安全性を向上させることが可能になる。

　この出願は、２０１１年９月２７日に出願された日本出願特願２０１１－２１１２８３号公報を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

　１　　　　プロジェクタユニット
　１０　　　スクリーン
　１１、１１Ａ　　　スクリーン支持部
　２１　　　レーザ光源部
　２２　　　光センサ
　２３　　　ユニット制御部
　３１、３２　　光透過部材
　３３　　　低屈折層
　３４　　　保持部材
　１００　　マルチプロジェクションシステム
　１０１　　全体制御部

Claims (10)

1. 　複数の形成画像のそれぞれがつなぎ合わされて１枚の表示画像となるように、各形成画像を投射する複数のプロジェクタユニットと、
   　前記複数の形成画像が投射されるスクリーンと、
   　前記スクリーン上の各形成画像の境界線上の少なくとも一部に、前記境界線に沿って設けられた、光を透過する低屈折率領域と、
   　前記低屈折率領域の屈折率より高い屈折率を有し、前記低屈折率領域を挟んで設けられた１対の光透過部材と、を有するマルチプロジェクションシステム。
2. 　請求項１に記載のマルチプロジェクションシステムにおいて、
   　各プロジェクタユニットは、前記スクリーンの背面に前記光ビームを投射し、
   　前記低屈折率領域および前記１対の光透過部材は、前記スクリーンの背面に設置される、マルチプロジェクションシステム。
3. 　請求項１または２に記載のマルチプロジェクションシステムにおいて、
   　前記１対の光透過部材の間には、間隙が前記低屈折率領域として設けられている、マルチプロジェクションシステム。
4. 　請求項１ないし３のいずれか１項に記載のマルチプロジェクションシステムにおいて、
   　各光透過部材は、前記スクリーン上の前記境界線と直交する方向に上り勾配が付けられている、マルチプロジェクションシステム。
5. 　請求項４に記載のマルチプロジェクションシステムにおいて、
   　各プロジェクタユニットは、光ビームを走査して前記スクリーンに出射することで、各各形成画像を投射し、
   　各光透過部材の屈折率をｎ１、前記低屈折率領域の屈折率をｎ２とした場合、前記上り勾配の勾配角αは、前記プロジェクタユニットによる前記境界線とは直交する方向の走査の走査角θより小さく、
   

   

   を満たす、マルチプロジェクションシステム。
6. 　請求項１ないし５のいずれか１項に記載のマルチプロジェクションシステムにおいて、
   　各プロジェクタユニットは、隣接するプロジェクタユニットが投射した形成画像による光を検出する検出部を有する、マルチプロジェクションシステム。
7. 　請求項６に記載のマルチプロジェクションシステムにおいて、
   　各プロジェクタユニットは、光ビームを前記スクリーンに出射することで、各形成画像を投射し、
   　各検出部は、自検出部を備えるプロジェクタユニットが出射した光ビームが前記スクリーンまでに通る領域を除く領域に設けられる、マルチプロジェクションシステム。
8. 　請求項７に記載のマルチプロジェクションシステムにおいて、
   　各検出部は、自検出部を備えるプロジェクタユニットに隣接するプロジェクタユニットが投射した形成画像の所定の観測範囲内の画素で発生した光が通過する領域に設けられる、マルチプロジェクションシステム。
9. 　請求項１ないし８のいずれか１項に記載のマルチプロジェクションシステムにおいて、
   　前記１対の光透過部材を保持する保持部材をさらに有する、マルチプロジェクションシステム。
10. 　請求項９に記載のマルチプロジェクションシステムにおいて、
    　前記保持部材は、光を遮蔽する、マルチプロジェクションシステム

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