JP2024040664A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 表示像の焦点深度を調整可能とし、曲面や傾斜面を含むスクリーンであっても、ボケの少ない表示像を投影できるプロジェクタを提供する。
【解決手段】 表示像Ｖを投影するプロジェクタ１であって、レーザ光を出射するレーザ光源１１と、レーザ光を回折して表示像Ｖを形成する空間位相変調器１３と、空間位相変調器１３を制御する制御部１５と、を備え、制御部１５は、空間位相変調器１３の表示像形成領域１３ａを変更することで、表示像Ｖの焦点深度を調整する焦点深度調整手段を備える。
【選択図】 図１

Description

本開示は、プロジェクタに関する。

空間位相変調器（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）を用いて表示像を投影するプロジェクタが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特表２００９－５３６７４７号公報

しかしながら、この種のプロジェクタでは、曲面や傾斜面を含むスクリーンに表示像を投影すると、焦点が合わない投影領域が発生し、表示像がボケやすいという課題があった。

そこで、本開示は、表示像の焦点深度を調整可能とし、曲面や傾斜面を含むスクリーンであっても、ボケの少ない表示像を投影できるプロジェクタの提供を目的とする。

１つの側面では、表示像を投影するプロジェクタであって、
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光を回折して前記表示像を形成する空間位相変調器と、
前記空間位相変調器を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記空間位相変調器の表示像形成領域を変更することで、前記表示像の焦点深度を調整する焦点深度調整手段を備えるプロジェクタが提供される。

本開示によれば、表示像の焦点深度を調整可能とし、曲面や傾斜面を含むスクリーンであっても、ボケの少ない表示像を投影できるプロジェクタの提供が可能となる。

本実施例のプロジェクタの構成を側方からの断面視で示す概略図である。 （ａ）は空間位相変調器の表示像形成領域が広い状態を示す模式図、（ｂ）は空間位相変調器の表示像形成領域が広いことにより、焦点深度が狭く（浅く）なっていることを示す図である。 （ａ）は空間位相変調器の表示像形成領域を狭くした状態を示す模式図、（ｂ）は空間位相変調器の表示像形成領域を狭くしたことにより、焦点深度が広く（深く）なっていることを示す図である。 表示像に生じうる０次光の影響を示す図である。 空間位相変調器のマスク領域に表示させる分散パターン（一例）を示す図である。 図５の分散パターンの効果を示す図である。 空間位相変調器のマスク領域に表示させる分散パターン（他例）を示す図である。 図７の分散パターンの効果を示す図である。 （ａ）は表示像形成パターンから求めた輝度レベルの例を示す図、（ｂ）は図５の分散パターンを輝度レベルで示した図、（ｃ）は図７の分散パターンを輝度レベルで示した図である。 表示像形成パターンの算出例を示す図である。 マスク領域にレンズデータを加算した場合の表示像を示す図である。 マスク領域にレンズデータを加算しない場合の説明図である。 マスク領域にレンズデータを加算しない場合の効果を示す図である。 （ａ）はマスク領域の実施例を示す図、（ｂ）はマスク領域の第１変形例を示す図、（ｃ）はマスク領域の第２変形例を示す図、（ｄ）はマスク領域の第３変形例を示す図、（ｅ）はマスク領域の第４変形例を示す図である。 本実施例によるプロジェクタの適用例を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。なお、図面では、見やすさのために、複数存在する同一属性の部位には、一部のみしか参照符号が付されていない場合がある。

図１は、本実施例のプロジェクタ１の構成を側方からの断面視で示す概略図である。
図１に示すように、本実施例のプロジェクタ１は、表示光ＰＬを出射することで、不図示のスクリーンに表示像Ｖを投影させる。例えば、プロジェクタ１は、計算機生成ホログラム（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）を構成する干渉縞を含む表示光ＰＬを出射する。

プロジェクタ１は、レーザ光源１１と、コリメート部１２と、空間位相変調器１３と、ケース１４と、制御部１５とを含む。

レーザ光源１１は、例えば、緑色のレーザ光を出射するレーザダイオードを含んでなる。なお、本実施例では、一例として、レーザ光源１１は、単一（１色）で設けられるが、複数設けられてもよい。例えば、ＲＧＢ用の３つの光源が利用されてもよい。

コリメート部１２は、レーザ光源１１の光を平行光にし、空間位相変調器１３に向けて出射する。コリメート部１２は、レーザ光源１１の光を実質的に平面波の形態で空間位相変調器１３に入射させてよい。

空間位相変調器１３は、ＣＧＨに基づく干渉縞を表示する反射型の変調器（空間光変調器）である。空間位相変調器１３は、制御部１５による制御下で動作する。空間位相変調器１３は、例えば、ＬＣＯＳ－ＳＬＭ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ－Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）が用いられる。

ケース１４は、レーザ光源１１、コリメート部１２及び空間位相変調器１３を収容する。ケース１４は、出射口１４ａを有し、出射口１４ａを介して表示光ＰＬがケース１４内からスクリーンに向けて出射される。なお、出射口１４ａは、透明性の防塵カバーでカバーされてよい。

制御部１５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備える制御用コンピュータであり、入力又は記憶された表示像データに基づいて空間位相変調器１３を制御し、スクリーンに表示像Ｖを表示させる。制御部１５は、ハードウェアとソフトウェアとの協働により実現される機能構成として、焦点深度調整手段、０次光分散手段、表示像形成パターン算出手段などを備える。以下、これらの機能構成について、図２～図１３を参照しながら順次説明する。

図２の（ａ）は、空間位相変調器１３の表示像形成領域１３ａが広い状態を示す模式図、図２の（ｂ）は、空間位相変調器１３の表示像形成領域１３ａが広いことにより、焦点深度が狭く（浅く）なっていることを示す図である。
制御部１５は、入力又は記憶された表示像データから空間位相変調器１３の表示像形成パターンＶＰを算出し、算出した表示像形成パターンＶＰに基づいて空間位相変調器１３を制御する。図２の（ａ）に示すように、通常の表示像形成パターンＶＰ（空間位相変調器１３の全表示領域を表示像形成領域１３ａとして使用するパターン）では、焦点深度が狭くなり、焦点位置からずれると表示像Ｖにボケが生じやすい。例えば、図２の（ｂ）に示すように、プロジェクタ１（空間位相変調器１３）からの距離が３００ｍｍ、４００ｍｍ、５００ｍｍ、６００ｍｍ、７００ｍｍ、８００ｍｍ、９００ｍｍ、１０００ｍｍのスクリーンを想定する。これらのスクリーンに対して、焦点距離が６００ｍｍの表示像Ｖを投影した場合、６００ｍｍの距離に設置したスクリーンでは、ボケのない表示像Ｖが表示される。一方、５００ｍｍの距離に設置したスクリーンや７００ｍｍの距離に設置したスクリーンでは、表示像Ｖにボケが生じる。また、４００ｍｍ以下の距離に設置したスクリーンや８００ｍｍ以上の距離に設置したスクリーンでは、ボケが酷くなって表示像Ｖの認識が困難になる可能性がある。したがって、焦点深度が狭い場合は、曲面や傾斜面を含むスクリーンに表示像Ｖを投影すると、焦点が合わない投影領域が発生し、表示像Ｖにボケが生じる可能性がある。

図３の（ａ）は、空間位相変調器１３の表示像形成領域１３ａを狭くした状態を示す模式図、図３の（ｂ）は、空間位相変調器１３の表示像形成領域１３ａを狭くしたことにより、焦点深度が広く（深く）なっていることを示す図である。
焦点深度調整手段は、空間位相変調器１３の表示像形成領域１３ａを変更することで、表示像Ｖの焦点深度を調整する。例えば、図３の（ａ）に示すように、空間位相変調器１３の全表示領域のうち、表示像形成領域１３ａを中心部だけに絞り込み、その外周側を表示像Ｖを形成しないマスク領域１３ｂとすることにより、焦点深度を広くする。このような焦点深度調整によれば、焦点深度を広くすることで、曲面や傾斜面を含むスクリーンであっても、ボケの少ない表示像Ｖを投影することが可能になる。例えば、図３の（ｂ）に示すように、プロジェクタ１（空間位相変調器１３）からの距離が３００ｍｍ、４００ｍｍ、５００ｍｍ、６００ｍｍ、７００ｍｍ、８００ｍｍ、９００ｍｍ、１０００ｍｍのスクリーンを想定する。これらのスクリーンに対して、焦点距離が６００ｍｍで、且つ焦点深度が広い表示像Ｖを投影した場合、６００ｍｍの距離に設置したスクリーンだけでなく、全てのスクリーンにおいてボケのない表示像Ｖを表示することが可能になる。この原理は、カメラの絞り値を大きくすると、焦点深度が広くなり、ピントの合っている距離範囲が広くなるのと類似の原理である。

上記のような原理で焦点深度を広くする場合、表示像形成に使用できる空間位相変調器１３の領域が制限されるため、表示像Ｖの解像度が低下する可能性がある。したがって、要求される表示像Ｖの解像度と焦点深度との関係に基づいて複数の焦点深度調整パターンを用意し、その中から適合する焦点深度調整パターンを選択できるようにすることが望ましい。例えば、焦点深度は狭いが、表示像Ｖの解像度が高いパターンと、表示像Ｖの解像度はやや低下するが、焦点深度が広いパターンとを用意し、いずれかのパターンを選択可能とする。

図４は、表示像Ｖに生じうる０次光の影響を示す図である。
本実施形態の空間位相変調器１３は、反射型であるため、その領域に表示像Ｖを形成しないマスク領域１３ｂを設定したとしても、マスク領域１３ｂからの反射光は発生する。この反射光は、不要光Ｌ０となり、表示像Ｖの画質を低下させる可能性がある。例えば、図４に示すように、表示像Ｖの中心に強い輝度の０次光が発生し、これが不要光Ｌ０となって表示像Ｖの画質を低下させる可能性がある。

図５は、空間位相変調器１３のマスク領域１３ｂに表示させる分散パターンＰ１（一例）を示す図であり、図６は、図５の分散パターンＰ１の効果を示す図である。
０次光分散手段は、表示像形成領域１３ａを狭くする際、表示像形成領域１３ａの外周側のマスク領域１３ｂに、０次光を表示像形成領域１３ａの外に分散可能な分散パターンＰ１を表示させる。図５に示す分散パターンＰ１は、位相（輝度レベル）の異なる２種類のパターン要素Ｐ１ａ、Ｐ１ｂを格子状に配列し、格子状の位相差（輝度レベル）を生じさせる格子パターンである。このような分散パターンＰ１によれば、図６に示すように、不要光Ｌ０を表示像形成領域１３ａの外の４方向に分散させ、表示像Ｖの画質低下を回避できる。

図７は、空間位相変調器１３のマスク領域１３ｂに表示させる分散パターンＰ２（他例）を示す図であり、図８は、図７の分散パターンＰ２の効果を示す図である。
図７に示す分散パターンＰ２は、位相（輝度レベル）の異なる２種類のパターン要素Ｐ２ａ、Ｐ２ｂを横縞状に配列し、横縞状の位相差（輝度レベル）を生じさせる横縞パターンである。このような分散パターンＰ２によれば、図８に示すように、不要光Ｌ０を表示像形成領域１３ａの外の２方向に分散させ、表示像Ｖの画質低下を回避できる。なお、分散パターンＰ１、Ｐ２は、上記の格子パターンや横縞パターンに限定されず、縦縞パターンなどであってもよい。

図９の（ａ）は、表示像形成パターンＶＰから求めた輝度レベルの例を示す図、図９の（ｂ）は、図５の分散パターンＰ１を輝度レベルで示した図、図９の（ｃ）は、図７の分散パターンＰ２を輝度レベルで示した図である。
空間位相変調器１３において位相型ＣＧＨの表示像形成パターンＶＰを表示する際には、与える位相差を画素の輝度レベルに変換して空間位相変調器１３に入力する。例えば、空間位相変調器１３の輝度レベルが８ビットの場合、表示像形成パターンＶＰの位相差を０～２５５までの輝度レベルに換算する（図９の（ａ）参照）。したがって、空間位相変調器１３のマスク領域１３ｂに図５に示す分散パターンＰ１を表示させる場合は、例えば、輝度レベルが０のパターン要素Ｐ１ａと、輝度レベルが１２８のパターン要素Ｐ１ｂとを格子状に配列したデータを用いる（図９の（ｂ）参照）。また、空間位相変調器１３のマスク領域１３ｂに図７に示す分散パターンＰ２を表示させる場合は、例えば、輝度レベルが０のパターン要素Ｐ２ａと、輝度レベルが１２８のパターン要素Ｐ２ｂとを横縞状に配列したデータを用いる（図９の（ｃ）参照）。

図１０は、表示像形成パターンＶＰの算出例を示す図であり、図１１は、マスク領域１３ｂにレンズデータＤ２を加算した場合の表示像Ｖを示す図である。
図１０に示すように、表示像形成パターン算出手段は、表示する物体データＤ１に、物体の表示位置を決めるレンズデータＤ２を加算して空間位相変調器１３の表示像形成パターンＶＰを算出する。しかしながら、表示像形成領域１３ａ及びマスク領域１３ｂにレンズデータＤ２を加算した場合、図１１に示すように、ぼけて大きくなった回折光Ｌ１が表示像Ｖに発生し、表示像Ｖの画質を低下させる可能性がある。

図１２は、マスク領域１３ｂにレンズデータＤ２を加算しない場合の説明図であり、図１３は、マスク領域１３ｂにレンズデータＤ２を加算しない場合の効果を示す図である。
表示像形成パターン算出手段は、図１２に示すように、焦点深度を広げるべくマスク領域１３ｂを設定する際、マスク領域１３ｂにレンズデータＤ２を加算せず、分散パターンＰ１、Ｐ２のまま使用する。このようにすると、図１３に示すように、焦点深度を広げつつ、回折光Ｌ１が発生しない表示像Ｖを投影することが可能になる。

以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。

例えば、マスク領域１３ｂの態様は、図１４の（ａ）に示すように、表示像形成領域１３ａを長方形とする態様だけでなく、図１４の（ｂ）～（ｅ）に示すような態様としてもよい。例えば、図１４の（ｂ）に示すマスク領域１３ｂによれば、表示像形成領域１３ａを正方形とすることができる。また、図１４の（ｃ）に示すマスク領域１３ｂによれば、表示像形成領域１３ａを円形とすることができる。また、図１４の（ｄ）に示すマスク領域１３ｂによれば、表示像形成領域１３ａを楕円形とすることができる。また、図１４の（ａ）～（ｄ）に示すマスク領域１３ｂでは、表示像形成領域１３ａを２方向（図１４における上下方向及び左右方向）で絞り込んでいるが、図１４の（ｅ）に示すように、１方向（図１４における左右方向）でのみ絞り込んでもよい。

また、本実施例によるプロジェクタ１の用途は任意に選択できる。例えば、図１５に示すように、プロジェクタ１を車室１００の天井部１０１に設置し、ステアリングホイール１０２やメータパネル１０３に対して表示像Ｖを投影する用途に好適である。この場合、スクリーンとなるステアリングホイール１０２やメータパネル１０３は、プロジェクタ１から見て傾斜面であり、さらに、ステアリングホイール１０２は、曲面を含むため、通常のプロジェクタでは、投影した表示像Ｖにボケが生じやすい。また、ステアリングホイール１０２とメータパネル１０３とでは、プロジェクタ１からの距離が異なるため、通常のプロジェクタでは、ステアリングホイール１０２とメータパネル１０３とに同時に表示像Ｖを投影することが困難である。一方、本実施例によるプロジェクタ１は、前述した焦点深度調整手段を備えるので、焦点深度を広げれば、ステアリングホイール１０２やメータパネル１０３にボケの少ない表示像Ｖを投影することが可能になる。また、焦点深度をさらに広げれば、ステアリングホイール１０２とメータパネル１０３とに同時に表示像Ｖを投影することも可能になる。

１ プロジェクタ
１１ レーザ光源
１３ 空間位相変調器
１３ａ 表示像形成領域
１３ｂ マスク領域
１５ 制御部
Ｐ１、Ｐ２ 分散パターン

Claims (4)

1. 表示像を投影するプロジェクタであって、
   レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光を回折して前記表示像を形成する空間位相変調器と、
   前記空間位相変調器を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記空間位相変調器の表示像形成領域を変更することで、前記表示像の焦点深度を調整する焦点深度調整手段を備える、プロジェクタ。
2. 前記空間位相変調器は、反射型であり、
   前記制御部は、前記表示像形成領域を狭くする際、前記表示像形成領域の外周側のマスク領域に、０次光を前記表示像形成領域外に分散可能な分散パターンを表示させる０次光分散手段を備える、請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記分散パターンは、格子パターン、縦縞パターン、横縞パターンのいずれかである、請求項２に記載のプロジェクタ。
4. 前記表示像は、計算機生成ホログラムによるものであり、
   前記制御部は、表示する物体データに、物体の表示位置を決めるレンズデータを加算して前記空間位相変調器の表示像形成パターンを算出する表示像形成パターン算出手段を備え、
   前記表示像形成パターン算出手段は、前記マスク領域に前記レンズデータを加算しない、請求項２又は３に記載のプロジェクタ。