特開 2022-187090 プロジェクタ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022187090

(43)【公開日】2022-12-19

(54)【発明の名称】プロジェクタ装置

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/14 20060101AFI20221212BHJP

   G02B 26/10 20060101ALI20221212BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20221212BHJP

   H04N 5/74 20060101ALI20221212BHJP

【ＦＩ】

G03B21/14 Z

G02B26/10 Z

G02B26/10 104Z

G03B21/00 F

H04N5/74 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021094906

(22)【出願日】2021-06-07

(71)【出願人】

【識別番号】000010098

【氏名又は名称】アルプスアルパイン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103171

【弁理士】

【氏名又は名称】雨貝 正彦

(74)【代理人】

【識別番号】100105784

【弁理士】

【氏名又は名称】橘 和之

(74)【代理人】

【識別番号】100098497

【弁理士】

【氏名又は名称】片寄 恭三

(74)【代理人】

【識別番号】100099748

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 克志

(72)【発明者】

【氏名】内山 龍

【テーマコード（参考）】

2H045

2K203

5C058

【Ｆターム（参考）】

2H045AB02

2H045AB72

2H045BA12

2H045CA82

2K203FA04

2K203FA25

2K203FA32

2K203FA44

2K203FA62

2K203FA80

2K203FB07

2K203GA22

2K203GA59

2K203GB14

2K203GB16

2K203HA02

2K203HB22

2K203KA26

2K203KA39

2K203KA46

2K203KA52

2K203MA14

2K203MA19

5C058BA27

5C058BA35

5C058EA13

5C058EA27

(57)【要約】

【課題】複雑な構成とならずに投射映像の品質低下を防止することができるプロジェクタ装置を提供すること。
【解決手段】プロジェクタ装置１００は、ＭＥＭＳミラー１３０を用いて映像を出射する映像生成部１１０と、映像生成部１１０から出射した映像を反射してスクリーンに投射する可動ミラー１７０、固定ミラー１７２と、映像生成部１１０に外部から加わる振動を減衰させるばねダンパ１１２と、ばねダンパ１１２を用いることによる映像の揺れを検出するＩＲ検出部１８０と、ＩＲ検出部１８０によって検出した映像の揺れが低減するように前記反射ミラーの角度を制御するフィードバック制御部１９０とを備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＭＥＭＳミラーを用いて映像を出射する映像生成手段と、
前記映像生成手段から出射した映像を反射してスクリーンに投射する反射ミラーと、
前記映像生成手段に外部から加わる振動を減衰させる減衰手段と、
前記減衰手段を用いることによる映像の揺れを検出する映像揺れ検出手段と、
前記映像揺れ検出手段によって検出した映像の揺れが低減するように前記反射ミラーの角度を制御するミラー制御手段と、
を備えることを特徴とするプロジェクタ装置。

【請求項2】

前記映像揺れ検出手段は、
前記映像生成手段に設けられており、検出光を出射する検出光出射手段と、
前記減衰手段を介して前記映像生成手段が設置された筐体に設けられており、前記検出光出射手段によって出射されて前記反射ミラーによって反射された検出光を検出する検出光検出手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ装置。

【請求項3】

前記反射ミラーは、映像を順番に反射する第１および第２の可動ミラーを含み、
前記映像揺れ検出手段は、前記第１の可動ミラーで反射した前記検出光を検出する第１の検出光検出手段と、前記第２の可動ミラーで反射した前記検出光を検出する第２の検出光検出手段とを含み、
前記ミラー制御手段は、前記第１の検出光検出手段による検出結果に基づいて前記第１の可動ミラーの角度を制御する第１のミラー制御手段と、前記第２の検出光検出手段による検出結果に基づいて前記第２の可動ミラーの角度を制御する第２のミラー制御手段とを含むことを特徴とする請求項２に記載のプロジェクタ装置。

【請求項4】

前記検出光検出手段は、４つの検出領域を有しており、異なる２方向について前記検出光の射出方向のずれを検出することを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のプロジェクタ装置。

【請求項5】

前記検出光は、赤外光であることを特徴とする請求項４に記載のプロジェクタ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、映像をスクリーンに投射するプロジェクタ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）ミラーを用いてＲＧＢ各色のレーザ光を走査することによりスクリーンに映像を投影する表示画像形成装置の筐体を、防振部材を介して車両に固定するようにした投射装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。これにより、振動衝撃によるＭＥＭＳミラーを支持するトーションバーの破損を防止することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１５９０６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上述した特許文献１に開示された投射装置では、表示画像形成装置の振動を防振部材によって低減すると、車両が振動したときに、表示画像形成装置の振動状態と、映像が表示されるスクリーン（フロントウィンドウガラスなど）の振動状態とが同じにならないため、表示される投影画像が揺れて見えるという問題があった。

【0005】

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、防振部材を用いた場合の投影映像の揺れを防止することができるプロジェクタ装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決するために、本発明のプロジェクタ装置は、ＭＥＭＳミラーを用いて映像を出射する映像生成手段と、映像生成手段から出射した映像を反射してスクリーンに投射する反射ミラーと、映像生成手段に外部から加わる振動を減衰させる減衰手段と、減衰手段を用いることによる映像の揺れを検出する映像揺れ検出手段と、映像揺れ検出手段によって検出した映像の揺れが低減するように反射ミラーの角度を制御するミラー制御手段とを備えている。

【0007】

減衰手段を介して映像生成手段の振動を減衰させることによりＭＥＭＳミラーの振動を少なくすることができるため、ＭＥＭＳミラーに含まれるトーションバーの断線を防止することができる。また、減衰手段を用いることによる映像の揺れを検出して映像を反射する反射ミラーの角度を制御しているため、映像生成手段とスクリーンの振動状態が異なっても、スクリーン上の投射映像の揺れを防止することができる。

【0008】

また、上述した映像揺れ検出手段は、映像生成手段に設けられており、検出光を出射する検出光出射手段と、減衰手段を介して映像生成手段が設置された筐体に設けられており、検出光出射手段によって出射されて反射ミラーによって反射された検出光を検出する検出光検出手段とを備えることが望ましい。これにより、映像生成手段から出射する映像の実際の揺れの程度を知ることができ、この揺れを打ち消す制御を行うことが可能となる。

【0009】

また、上述した反射ミラーは、映像を順番に反射する第１および第２の可動ミラーを含み、映像揺れ検出手段は、第１の可動ミラーで反射した検出光を検出する第１の検出光検出手段と、第２の可動ミラーで反射した検出光を検出する第２の検出光検出手段とを含み、ミラー制御手段は、第１の検出光検出手段による検出結果に基づいて第１の可動ミラーの角度を制御する第１のミラー制御手段と、第２の検出光検出手段による検出結果に基づいて第２の可動ミラーの角度を制御する第２のミラー制御手段とを含むことが望ましい。２つの可動ミラーを用いて映像を反射させることにより、スクリーンに向かう映像の投射方向と位置を制御することができ、スクリーン上の映像の位置だけでなく映像の歪みをなくすことが可能となる。

【0010】

また、上述した検出光検出手段は、４つの検出領域を有しており、異なる２方向について検出光の射出方向のずれを検出することが望ましい。これにより、検出光の経路が所定位置から外れたことを容易に検出することができる。

【0011】

また、上述した検出光は、赤外光であることが望ましい。これにより、映像の表示動作と並行して映像の揺れを防止する制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】一実施形態のプロジェクタ装置の構成を示す図である。

【図2】映像生成部の概略的な構成を示す図である。

【図3】ＭＥＭＳミラーの概略的な部分構成を示す図である。

【図4】ＩＲ検出部に含まれる検出領域を示す図である。

【図5】変形例のプロジェクタ装置の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明を適用した一実施形態のプロジェクタ装置について、図面を参照しながら説明する。

【0014】

図１は、一実施形態のプロジェクタ装置の構成を示す図である。図１に示すプロジェクタ装置１００は、スクリーン２００に映像を投影するためのものである。例えば、車両に搭載されてヘッドアップディスプレイ装置として用いられ、走行中に車体が振動したときに、プロジェクタ装置１００とスクリーン２００とが同じ振動モードで振動する。

【0015】

プロジェクタ装置１００は、映像生成部１１０、ばねダンパ１１２、可動ミラー１７０、固定ミラー１７２、ＩＲ（赤外光）検出部１８０、フィードバック（ＦＢ）制御部１９０を含んでいる。

【0016】

映像生成部１１０は、ＭＥＭＳミラーを用いて投射する映像を生成する。図２は、映像生成部１１０の概略的な構成を示す図である。図２に示すように、映像生成部１１０は、オプティカル・エンジン（ＯＥ）１２０と制御部１６０を備えている。

【0017】

オプティカル・エンジン１２０は、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）ミラー１３０、反射ミラー１４０、ダイクロイックミラー１４２、１４４、赤色レーザダイオード（Ｒ－ＬＤ）１５０、緑色レーザダイオード（Ｇ－ＬＤ）１５２、青色レーザダイオード（Ｂ－ＬＤ）１５４、赤外光レーザダイオード（ＩＲ－ＬＤ）１５６を含んでいる。

【0018】

ＭＥＭＳミラー１３０は、例えば、単結晶シリコン上に金属のコイルを形成し、その内側にＭＥＭＳ加工技術によりミラー部を形成し、基板の下に磁石を配置することにより構成されている。図３は、ＭＥＭＳミラー１３０の概略的な部分構成を示す図である。ＭＥＭＳミラー１３０には、垂直軸回りおよび水平軸回りに振動可能にミラー部１３０Ａを支持する２種類のトーションスプリング（トーションバー）１３０Ｂ、１３０Ｃが含まれる。

【0019】

反射ミラー１４０は、赤色レーザダイオード１５０から出射した赤色レーザ光をＭＥＭＳミラー１３０の方向に反射する。ダイクロイックミラー１４２は、緑色レーザダイオード１５２から出射した緑色レーザ光をＭＥＭＳミラー１３０の方向に反射するとともに、反射ミラー１４０によって反射された赤色レーザ光をＭＥＭＳミラー１３０の方向に透過させる。ダイクロイックミラー１４４は、青色レーザダイオード１５４から出射した青色レーザ光をＭＥＭＳミラー１３０の方向に反射するとともに、ダイクロイックミラー１４２によって反射あるいは透過した赤色レーザ光と緑色レーザ光をＭＥＭＳミラー１３０の方向に透過させる。

【0020】

ダイクロイックミラー１４４で反射あるいは透過した赤緑青各色のレーザ光がＭＥＭＳミラー１３０内のミラー部１３０Ａに入射され、このミラー部１３０Ａを水平方向および垂直方向に振動させることにより、ミラー部１３０Ａで反射したレーザ光をスクリーン２００上で走査することができる。

【0021】

赤外光レーザダイオード１５６は、赤外光を出力する。この赤外光は、ＭＥＭＳミラー１３０を介さずに、可動ミラー１７０に向けて出射される。

【0022】

また、制御部１６０は、表示対象のＲＧＢ形式の映像信号に基づいて各色に対応する変調処理を行う。スクリーン２００上でレーザ光を走査する場合に、ＭＥＭＳミラー１３０の振動状態に対応させて各画素毎に各色のレーザ光を出射する必要があり、各色毎にレーザ光を出射させるタイミングや出力レベルを指定する信号を生成する必要がある。このため、制御部１６０は、ＭＥＭＳミラー１３０のミラー部の振動状態を制御するとともに、この振動状態に対応するように、各色のレーザ光を出射するための変調処理を各色毎に行って変調信号を生成し、赤色レーザダイオード１５０、緑色レーザダイオード１５２、青色レーザダイオード１５４のそれぞれを駆動する。

【0023】

車体の振動がそのまま映像生成部１１０内のＭＥＭＳミラー１３０に伝わると、ＭＥＭＳミラー１３０に含まれるトーションスプリング１３０Ｂ、１３０Ｃが断線するおそれがある。このため、本実施形態では、ばねダンパ１１２を介してプロジェクタ装置１００の筐体に映像生成部１１０を取り付けている。その結果、プロジェクタ装置１００の筐体とスクリーン２００が車両の走行に伴って大きく振動しても、映像生成部１１０内のＭＥＭＳミラー１３０の振動を抑制することができ、ＭＥＭＳミラー１３０のトーションスプリング１３０Ｂ、１３０Ｃの断線を防止することができる。なお、映像生成部１１０全体をばねダンパ１１２を介して取り付ける代わりに、オプティカル・エンジン１２０のみをばねダンパ１１２を介して取り付けるようにしてもよい。

【0024】

可動ミラー１７０は、互いに直交する２軸回りに回転可能な反射ミラーであって、映像生成部１１０から投射される映像（レーザ光）を反射する。この可動ミラー１７０は、赤外光レーザダイオード１５６から出力される赤外光を反射する。固定ミラー１７２は、設置角度が固定された反射ミラーであって、可動ミラー１７０で反射された映像をスクリーン２００の方向に反射する。

【0025】

ＩＲ検出部１８０は、赤外光レーザダイオード１５６から出力されて可動ミラー１７０で反射された赤外光を検出する。映像生成部１１０を含むプロジェクタ装置１００の全体が一体として振動する場合には、赤外光レーザダイオード１５６から出力されて可動ミラー１７０に到達する赤外光の位置（この位置を「基準位置」とする）は変化しないが、本実施形態では、映像生成部１１０がばねダンパ１１２を介して取り付けられているため、プロジェクタ装置１００の一部である可動ミラー１７０と映像生成部１１０とは振動状態が異なっている。したがって、可動ミラー１７０に対する赤外光の照射位置が映像生成部１１０の振動状態に応じて基準位置からずれる。ＩＲ検出部１８０は、このずれ量を検出するためのものである。

【0026】

例えば、図４に示すように、ＩＲ検出部１８０は、水平方向に配置された２つの検出領域１８０Ａ、１８０Ｂと、垂直方向に配置された２つの検出領域１８０Ｃ、１８０Ｄを含んでいる。赤外光レーザダイオード１５６から出力される赤外光が可動ミラー１７０の基準位置に入射された場合には、これら４つの検出領域１８０Ａ、１８０Ｂ、１８０Ｃ、１８０Ｄが接する中央部分に、反射された赤外光が入射されるため、各検出領域における赤外光の検出レベルが等しくなる。これに対し、入射される赤外光の位置が中央部分からずれると、一対となる検出領域１８０Ａ、１８０Ｂの各検出レベルや検出領域１８０Ｃ、１８０Ｄの各検出レベルに差が生じるため、この差を算出することで、映像生成部１１０の振動に伴う赤外光の射出経路が所定方向からずれていることを知ることができる。

【0027】

フィードバック制御部１９０は、ＩＲ検出部１８０の検出結果に基づいて、可動ミラー１７０の２軸回りのそれぞれの回転角を制御する。例えば、フィードバック制御部１９０は、ＩＲ検出部１８０の２つの検出領域１８０Ａ、１８０Ｂの各検出レベルの差分値の低域成分を減じる向きに可動ミラー１７０の一方の軸回りの回転角を制御し、ＩＲ検出部１８０の他の２つの検出領域１８０Ｃ、１８０Ｄの各検出レベルの差分値の低域成分を減じる向きに可動ミラー１７０の他方の軸回りの回転角を制御する。なお、各検出レベルの差分値が最小となったときに、スクリーン２００上の投射映像が所定位置になるように、予め、固定ミラー１７２の角度やＩＲ検出部１８０の位置が設定されている。

【0028】

このように、本実施形態のプロジェクタ装置１００では、ばねダンパ１１２を介して映像生成部１１０の振動を減衰させることによりＭＥＭＳミラー１３０の振動を少なくすることができるため、ＭＥＭＳミラー１３０に含まれるトーションバー１３０Ｂ、１３０Ｃの断線を防止することができる。また、ばねダンパ１１２を用いることによる映像の揺れを検出して映像を反射する可動ミラー１７０の角度を制御しているため、映像生成部１１０とスクリーン２００の振動状態が異なっても、スクリーン２００上の投射映像の揺れを防止することができる。

【0029】

ところで、上述したプロジェクタ装置１００では、可動ミラー１７０で反射した映像を固定ミラー１７２で反射させることでスクリーン２００上の同じ位置に映像を投射することができるが、可動ミラー１７０の角度を変えただけでは固定ミラー１７２に入射される映像の位置が可動ミラー１７０の角度に応じて変化するため、スクリーン２００に投射される映像（レーザ光）の角度が一定せずに、厳密に言えば長方形の映像がわずかに歪んで台形の映像になる。実際にはこの歪みはわずかなので、映像を見ている利用者に違和感を与えるおそれは少ないが、以下ではその歪みを改善する変形例について説明する。

【0030】

図５は、変形例のプロジェクタ装置の構成を示す図である。図５に示すプロジェクタ装置１００Ａは、スクリーン２００に映像を投影するためのものであり、図１に示した構成に対して、固定ミラー１７２を可動ミラー１７２Ａに、ＩＲ検出部１８０をＩＲ検出部１８０Ａ、１８０Ｂに、フィードバック制御部１９０をフィードバック制御部１９０Ａ、１９０Ｂに置き換えるとともに、ダイクロイックミラー１７４を追加したものであり、それ以外の構成については基本的に同じである。

【0031】

以下では、これらの変更された構成に着目して説明を行うものとする。可動ミラー１７２Ａは、互いに直交する２軸回りに回転可能な反射ミラーであって、可動ミラー１７０で反射された映像をスクリーン２００の方向に反射する。また、この可動ミラー１７２Ａには、可動ミラー１７０で反射された赤外光も入射されており、映像と同様にスクリーン２００の方向に反射する。

【0032】

ダイクロイックミラー１７４は、可動ミラー１７０で反射して可動ミラー１７２に向かう赤外光の経路上に配置されており、この赤外光の一部をＩＲ検出部１８０Ａに向けて反射する。２つのＩＲ検出部１８０Ａ、１８０Ｂは、上述したＩＲ検出部１８０と基本的に同じものであり、４つの検出領域を含んでいる。

【0033】

フィードバック制御部１９０Ａは、ＩＲ検出部１８０Ａの検出結果に基づいて可動ミラー１７０の２軸回りのそれぞれの回転角を制御する。この制御により、映像生成部１１０から出射された映像を一方の可動ミラー１７０で反射したときに、この反射した映像を他方の可動ミラー１７２Ａの所定位置（中央近傍）に入射することができる。

【0034】

フィードバック制御部１９０Ｂは、可動ミラー１７２Ａで反射した赤外光を検出するＩＲ検出部１８０Ｂの検出結果に基づいて可動ミラー１７２Ａの２軸回りのそれぞれの回転角を制御する。可動ミラー１７０の角度を制御することにより、可動ミラー１７０で反射した映像が可動ミラー１７０の中央近傍に入射されており、可動ミラー１７２Ａの回転角を制御することにより、一定の向きでスクリーン２００上の所定の位置に映像を投射することが可能となる。

【0035】

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、検出光として赤外光を用いたが、この検出光として映像としてのＲＧＢ各色のレーザ光を用いるようにしてもよい。この場合には、映像の投射経路上にダイクロイックミラーを配置して映像の一部を映像検出部（ＩＲ検出部１８０等の代わりに用いる）で検出すればよい。

【0036】

また、上述した実施形態では、車両に搭載されるプロジェクタ装置１００、１００Ａについて説明したが、同じような振動環境下で使用するプロジェクタ装置について本発明を適用することができる。

【産業上の利用可能性】

【0037】

上述したように、本発明によれば、減衰手段を介して映像生成手段の振動を減衰させることによりＭＥＭＳミラーの振動を少なくすることができるため、ＭＥＭＳミラーに含まれるトーションバーの断線を防止することができる。また、減衰手段を用いることによる映像の揺れを検出して映像を反射する反射ミラーの角度を制御しているため、映像生成手段とスクリーンの振動状態が異なっても、スクリーン上の投射映像の揺れを防止することができる。

【符号の説明】

【0038】

１００、１００Ａ プロジェクタ装置
１１０ 映像生成部
１１２ ばねダンパ
１２０ オプティカル・エンジン（ＯＥ）
１３０ ＭＥＭＳミラー
１５６ 赤外光レーザダイオード（ＩＲ－ＬＤ）
１６０ 制御部
１７０、１７２Ａ 可動ミラー
１７２ 固定ミラー
１８０、１８０Ａ、１８０Ｂ ＩＲ（赤外光）検出部
１９０、１９０Ａ、１９０Ｂ フィードバック（ＦＢ）制御部
２００ スクリーン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】