特開 2025-6097 プロジェクタ

(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】P2025006097

(43)【公開日】2025-01-17

(54)【発明の名称】プロジェクタ

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/01 20060101AFI20250109BHJP

   G03H 1/08 20060101ALI20250109BHJP

   G03B 21/14 20060101ALI20250109BHJP

   G03H 1/22 20060101ALI20250109BHJP

【ＦＩ】

G02B27/01

G03H1/08

G03B21/14 B

G03H1/22

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023106674

(22)【出願日】2023-06-29

(71)【出願人】

【識別番号】000231512

【氏名又は名称】日本精機株式会社

(72)【発明者】

【氏名】野本 貴之

【テーマコード（参考）】

2H199

2K008

2K203

【Ｆターム（参考）】

2H199DA03

2H199DA15

2H199DA26

2H199DA35

2H199DA44

2K008AA14

2K008CC03

2K008FF27

2K008HH03

2K008HH26

2K203FA24

2K203FA32

2K203FA54

2K203GA12

2K203HA97

2K203MA23

(57)【要約】

【課題】 解像度を変えることなく、波長の違いによる画像のずれを抑制できるプロジェクタを提供する。
【解決手段】 波長が異なる光を出力する複数の光源１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂと、複数の光源１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂから出力された光を回折し、計算機生成ホログラムに基づく干渉縞を含む物体画像をスクリーンＳに投影する空間光位相変調器１３と、複数の光源１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂ及び空間光位相変調器１３を制御する制御部３と、を備えるプロジェクタであって、複数の光源１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂが出力する光を空間光位相変調器１３に対して斜めに入射させる斜入射光学系を構成し、複数の光源１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂが出力する光の空間光位相変調器１３に対する入射角度θは、２次元方向において互いに相違し、出力する光の波長に基づいて設定されている。
【選択図】 図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

波長が異なる光を出力する複数の光源と、
複数の前記光源から出力された光を回折し、計算機生成ホログラムに基づく干渉縞を含む物体画像をスクリーンに投影する空間光位相変調器と、
複数の前記光源及び前記空間光位相変調器を制御する制御部と、を備えるプロジェクタであって、
複数の前記光源が出力する光を前記空間光位相変調器に対して斜めに入射させる斜入射光学系を構成し、
複数の前記光源が出力する光の前記空間光位相変調器に対する入射角度は、２次元方向において互いに相違し、出力する光の波長に基づいて設定されている、プロジェクタ。

【請求項2】

前記制御部は、物体のＣＧＨパターンと、レンズのＣＧＨパターンと、を合成して得られる制御用ＣＧＨパターンに基づいて前記空間光位相変調器を制御し、
前記レンズのＣＧＨパターンは、前記入射角度に応じて変更される、請求項１に記載のプロジェクタ。

【請求項3】

複数の前記光源は、波長が異なる３色の光を出力する３つの光源を含み、
前記制御部は、３色分の前記制御用ＣＧＨパターンに基づいて前記空間光位相変調器を時分割で制御し、
前記３色分の前記制御用ＣＧＨパターンのうち、少なくとも２色分の前記制御用ＣＧＨパターンには、色毎の描画中心角のずれを補正するための中心角補正用ＣＧＨパターンが合成される、請求項２に記載のプロジェクタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、プロジェクタに関する。

【背景技術】

【0002】

空間光位相変調器（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）を用いて、計算機生成ホログラム（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）に基づく干渉縞を含む画像を投影するプロジェクタが公知となっている。例えば、特許文献１に開示されている。

【0003】

計算機生成ホログラムの画角θは、下記の式によって決まり、光源から出力される光の波長λと、空間光位相変調器の画素ピッチｐとの関数となっている。したがって、波長が異なる複数色の光を同じ空間光位相変調器を用いて回折すると、波長の違いによって画角θが変わり、各色の画像θがずれるという現象が発生する。

【0004】

【数1】

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１７－１５１４４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

この現象の最も簡単な解決手法は、各色の元の画像の大きさを変えることである。しかしながら、このような解決手段を実行すると、色によって解像度（画素数）が変わってしまうという問題がある。

【0007】

そこで、本開示は、解像度を変えることなく、波長の違いによる画像のずれを抑制できるプロジェクタの提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

１つの側面では、以下のような解決手段を提供する。
波長が異なる光を出力する複数の光源と、
複数の前記光源から出力された光を回折し、計算機生成ホログラムに基づく干渉縞を含む物体画像をスクリーンに投影する空間光位相変調器と、
複数の前記光源及び前記空間光位相変調器を制御する制御部と、を備えるプロジェクタであって、
複数の前記光源が出力する光を前記空間光位相変調器に対して斜めに入射させる斜入射光学系を構成し、
複数の前記光源が出力する光の前記空間光位相変調器に対する入射角度は、２次元方向において互いに相違し、出力する光の波長に基づいて設定されている、ことを特徴とするプロジェクタが提供される。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、解像度を変えることなく、波長の違いによる画像のずれを抑制できるプロジェクタの提供が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本実施例によるヘッドアップディスプレイ装置が搭載された車両の側面視による概略図である。

【図2】本実施例によるヘッドアップディスプレイ装置の概略的な断面図である。

【図3】表示器の構成を示す概略図である。

【図4】空間光位相変調器の見かけ上の画素ピッチを示す図であり、（ａ）は入射角度θが０ｄｅｇの場合を示し、（ｂ）は入射角度θが２５ｄｅｇの場合を示す。

【図5】目標画角と各色の入射角度θとの関係を示す図である。

【図6】目標画角を８ｄｅｇとした場合の各色の入射角度θを示す図である。

【図7】制御用ＣＧＨパターンの基本的な作成方法を示す図である。

【図8】本実施例による制御用ＣＧＨパターンの作成方法を示す図である。

【図9】中心角のずれを補正するための処理を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面を参照しながら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。

【0012】

［ヘッドアップディスプレイ装置の構成］
図１は、本実施例によるヘッドアップディスプレイ装置Ｈが搭載された車両１０の側面視による概略図である。図２は、本実施例によるヘッドアップディスプレイ装置Ｈの概略的な断面図である。図１及び図２には、右手座標系で直交する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸）が定義されている。ここでは、Ｘ軸は、車両１０の左右方向（幅方向）に対応し、Ｚ軸は、車両１０の前後方向に対応し、Ｙ軸は、車両１０の上下方向に対応する。

【0013】

ヘッドアップディスプレイ装置Ｈは、図１に示すように、車両１０のインストルメントパネル７の内部に配設される。ヘッドアップディスプレイ装置Ｈは、投射する表示光ＰＬを車両１０のウインドシールドＷＳで車両１０の搭乗者Ｐ（例えば運転者）の方向に反射させ、虚像Ｖの表示を行う。すなわち、ヘッドアップディスプレイ装置Ｈは、後述する表示器１から発せられる表示光ＰＬをウインドシールドＷＳ（投影部材）に出射（投射）し、この出射によって得られた表示像（虚像）Ｖを搭乗者Ｐに視認させるプロジェクション方式の表示装置（プロジェクタ）である。これにより、搭乗者Ｐは、虚像Ｖを風景と重畳させて視認できる。

【0014】

ヘッドアップディスプレイ装置Ｈは、ケース４内に、表示器１、反射鏡２、制御部３等が収容される。ケース４は、インストルメントパネル７の上面側に出射口４１を有し、出射口４１を介して表示光ＰＬがケース４内からウインドシールドＷＳに向けて出射される。なお、出射口４１は、透明性の防塵カバーでカバーされてよい。

【0015】

表示器１は、表示光ＰＬを出射する。本実施例では、表示器１は、後述するように、計算機生成ホログラムを構成する干渉縞を含む表示光ＰＬを出射する。この場合、表示光ＰＬが搭乗者Ｐの網膜（スクリーンＳ：図３参照）で結像して、虚像ＶがウインドシールドＷＳの前方に見える。表示器１の詳細は、図３以降を参照して後述する。

【0016】

反射鏡２は、例えば凹面鏡の形態であり、表示器１からの表示光ＰＬを拡大しつつ表示光ＰＬを反射して表示光ＰＬをウインドシールドＷＳに向かうように方向付ける。すなわち、反射鏡２は、表示光ＰＬを折り返しつつ拡大する。

【0017】

制御部３は、例えば制御回路基板の形態であり、表示器１を制御する。例えば、制御部３は、搭乗者Ｐに各種車両情報が虚像Ｖを介して伝達されるように、各種車両情報に応じた表示光ＰＬを適切なタイミングで生成する。虚像Ｖを介して伝達される車両情報の種類や表示器１の制御方法は任意であってよい。

【0018】

なお、図１及び図２に示す例では、ヘッドアップディスプレイ装置Ｈは、反射鏡２を有するが、反射鏡２は省略されてもよい。また、ケース４内には、他の光学系が追加的に配置されてもよい。例えば、表示光ＰＬは、スクリーンＳを介してウインドシールドＷＳに投影されてもよい。

【0019】

［表示器の構成］
図３は、表示器１の構成を示す概略図である。

【0020】

表示器１は、光源１１と、コリメート部１２と、空間光位相変調器１３と、を備える。

【0021】

光源１１は、異なる波長の光を出力する複数の光源１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂ（図６参照）を含み、上述した制御部３による制御下で動作する。光源１１Ｒは、例えば、波長６３０ｎｍの赤色レーザ光を出射する赤色ＬＤを含む。光源１１Ｇは、例えば、波長５３２ｎｍの緑色レーザ光を出射する緑色ＬＤを含む。光源１１Ｂは、例えば、波長４５０ｎｍの青色レーザ光を出射する青色ＬＤを含む。なお、光源１１は、ＬＤに限定されない。例えば、ＬＥＤ、波長フィルタ、偏光フィルタ及びピンホールを組合せれば、ＬＤに置き換えることができる。

【0022】

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

【0023】

空間光位相変調器１３は、入射される光を回折し、計算機生成ホログラムに基づく干渉縞を含む物体画像をスクリーンＳに投影する反射型の変調器（空間光変調器）である。空間光位相変調器１３は、上述した制御部３による制御下で動作する。空間光位相変調器１３は、例えば、ＬＣＯＳ－ＳＬＭ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ-Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）が用いられる。なお、空間光位相変調器１３は、ＬＣＯＳ－ＳＬＭに限定されない。例えば、ＭＥＭＳミラーアレイを用いてもよい。

【0024】

表示器１では、光源１１が出力する光を空間光位相変調器１３に対して斜めに入射させる。つまり、光源１１が出力する光を空間光位相変調器１３の中心軸ＣＬと同じ方向から入射する同軸光学系ではなく、光源１１が出力する光を空間光位相変調器１３の中心軸ＣＬに対して所定の入射角度θ（θ≠０）で斜めに入射させる斜入射光学系を用いる。

【0025】

複数の光源１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂが出力する各色の光の入射角度θは、計算機生成ホログラムにおける各色の画角ＦＯＶが一致するように、各色の光の波長に基づいて設定される。以下、斜入射光学系を用いた画角合わせの原理について、図４～図６を参照して説明する。

【0026】

図４は、空間光位相変調器１３の見かけ上の画素ピッチｐ′を示す図であり、（ａ）は入射角度θが０ｄｅｇの場合を示し、（ｂ）は入射角度θが２５ｄｅｇの場合を示す。

【0027】

図４に示すように、空間光位相変調器１３を投影する像側（スクリーンＳ側）から見た見かけ上の画素ピッチｐ′は、入射角度θに応じて変化する。例えば、空間光位相変調器１３の実際のＨ方向（水平方向）の画素ピッチｐが６．４μｍの場合、図４の（ａ）に示すように、入射角度θが０ｄｅｇのときの見かけ上のＨ方向の画素ピッチｐ′は、６．４μｍである。一方、図４の（ｂ）に示すように、入射角度θが２５ｄｅｇのときの見かけ上のＨ方向の画素ピッチｐ′は、下記の式から５．８μｍとなる。
ｐ′＝６．４×ｃｏｓ（２５ｄｅｇ）＝５．８

【0028】

計算機生成ホログラムの画角ＦＯＶは、下記の式で表される。ただし、λは、光源１１が出力する光の波長、ｐは、空間光位相変調器１３のＨ方向の画素ピッチである。

【0029】

【数2】

【0030】

また、斜入射光学系におけるＨ方向の見かけ上の画素ピッチｐ′は、下記の式で表される。

【0031】

【数3】

【0032】

［数２］で示した画角ＦＯＶの導出式の画素ピッチｐを見かけ上の画素ピッチｐ′に置き換えると、下記の式になる。

【0033】

【数4】

【0034】

したがって、複数の光源１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂが出力する各色の光の入射角度θを波長に応じて設定すれば、計算機生成ホログラムにおける各色の画角ＦＯＶを一致させることが可能になる。なお、上記の説明や図面では、説明や図示を簡便にするために、空間光位相変調器１３に対するＨ方向の入射角度θについて示しているが、波長による画角ＦＯＶのずれは２次元方向に発生するため、Ｖ方向（垂直方向）の入射角度θについてもＨ方向と同様に設定する必要がある。

【0035】

図５は、目標画角と各色の入射角度θとの関係を示す図である。図６は、目標画角を８ｄｅｇとした場合の各色の入射角度θを示す図である。

【0036】

図５は、空間光位相変調器１３の画素ピッチｐが６．４μｍのとき、各目標画角（６～１２ｄｅｇ）の達成可能な各色の入射角度θを示している。例えば、図６に示すように、目標画角が８ｄｅｇの場合の入射角度θは、赤色光が４５ｄｅｇ、緑色光が５３ｄｅｇ、青色光が６０ｄｅｇとなる。

【0037】

以上のように、斜入射光学系を用い、各色の入射角度θが波長に応じて設定される表示器１によれば、解像度を変えることなく、波長の違いによる画像のずれを抑制できる。また、斜入射光学系によれば、同軸光学系に比べて光学系を簡素化できるだけでなく、光の損失も低減できるという利点がある。

【0038】

つぎに、制御部３による計算機生成ホログラムの表示制御について、図７以降を参照して説明する。

【0039】

図７は、制御用ＣＧＨパターンの基本的な作成方法を示す図である。図８は、本実施例による制御用ＣＧＨパターンの作成方法を示す図である。

【0040】

図７に示すように、制御部３は、物体のＣＧＨパターンと、レンズのＣＧＨパターンと、を合成して得られる制御用ＣＧＨパターンに基づいて空間光位相変調器１３を制御し、スクリーンＳ上に計算機生成ホログラムを投影させる。また、制御部３は、スクリーンＳ上にカラーの計算機生成ホログラムを投影させる場合、図８に示すように、３色分の制御用ＣＧＨパターンに基づいて空間光位相変調器１３を時分割で制御する。つまり、赤色表示期間では、赤色の光源１１Ｒを点灯しつつ、赤色の制御用ＣＧＨパターンに基づいて空間光位相変調器１３を制御する。また、緑色表示期間では、緑色の光源１１Ｇを点灯しつつ、緑色の制御用ＣＧＨパターンに基づいて空間光位相変調器１３を制御する。また、青色表示期間では、青色の光源１１Ｂを点灯しつつ、青色の制御用ＣＧＨパターンに基づいて空間光位相変調器１３を制御する。

【0041】

制御部３は、前述した入射角度θに応じて、各色のレンズのＣＧＨパターンを変更する。つまり、入射角度θに応じて変化する見かけ上の画素ピッチｐ′に合わせて各色の制御用ＣＧＨパターンを適正化するために、各色のレンズのＣＧＨパターンを変更する。例えば、下記の式で導出される見かけ上の画素ピッチｐ′でスクリーンＳ上に画像を投影するように各色のレンズのＣＧＨパターンを変更する。ただし、空間光位相変調器１３の画素ピッチｐを６．４μｍ、赤色光の入射角度θを４５ｄｅｇ、緑色光の入射角度θを５３ｄｅｇ、青色光の入射角度θを６０ｄｅｇとする。
赤色光の見かけ上の画素ピッチｐ′＝６．４×ｃｏｓ（４５ｄｅｇ）＝４．５２
緑色光の見かけ上の画素ピッチｐ′＝６．４×ｃｏｓ（５３ｄｅｇ）＝３．８１
青色光の見かけ上の画素ピッチｐ′＝６．４×ｃｏｓ（６０ｄｅｇ）＝３．２３

【0042】

図９は、中心角のずれを補正するための処理を示す図である。

【0043】

以上のように、斜入射光学系を用い、各色の入射角度θを波長に応じて変えた場合、各色の画角ＦＯＶ（画像の大きさ）を合わせることは可能であるが、色毎の描画中心角（画像の中心位置）がずれるという現象が発生する。制御部３は、このような色毎の描画中心角のずれを補正するために、少なくとも２色分の制御用ＣＧＨパターンに中心角補正用ＣＧＨパターンを合成する。例えば、図９に示す例では、赤色光の描画中心角を基準とし、緑色光の描画中心角を赤色光の描画中心角に合わせるための中心角補正用ＣＧＨパターンを緑色光の制御用ＣＧＨパターンに合成する。また、青色光の描画中心角を赤色光の描画中心角に合わせるための中心角補正用ＣＧＨパターンを青色光の制御用ＣＧＨパターンに合成する。なお、中心角補正用ＣＧＨパターンは、ウェッジプリズムと呼ばれる光学部品と同じ働きを持つように作成されるＣＧＨパターンである。

【0044】

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。

【符号の説明】

【0045】

Ｈ ヘッドアップディスプレイ装置（プロジェクタ）
１ 表示器
２ 反射鏡
３ 制御部
４ ケース
４１ 出射口
１１（１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂ） 光源
１２ コリメート部
１３ 空間光位相変調器
Ｓ スクリーン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】