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技術 投影装置およびその制御方法ならびにプログラム

出願人 キヤノン株式会社
発明者 森智和
出願日 2018年2月1日 (2年3ヶ月経過) 出願番号 2018-016693
公開日 2019年8月8日 (8ヶ月経過) 公開番号 2019-133068
状態 未査定
技術分野 機械的光走査系 陰極線管以外の表示装置の制御 電気信号の光信号への変換
主要キーワード 二軸駆動 操作メニュ 設計値情報 目標解像度 帰線時間 動作ブロック プログラマブルロジックアレイ 振動検出信号
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (7)

課題

投影面に投影する表示用データの特性に合わせて、レーザ走査によって投影面に表示される画像の表示態様を変更することが可能な投影装置を提供する。

解決手段

上述の投影装置は、画像信号を入力する入力手段と、投影面上に表示する画像の解像度を設定する設定手段と、画像信号に応じて変調されたレーザ光を出力する光源手段と、投影面上において、レーザ光が所定の周波数で第1方向に走査し、かつ、設定された解像度に応じた周波数で第2方向に走査するように、レーザ光の出射方向を制御する制御手段と、を備える。ここで、制御手段は、設定された解像度の第2方向の解像度が第1解像度である場合、レーザ光を第1周波数で第2方向に走査させ、設定された解像度の第2方向の解像度が第1解像度よりも高い第2解像度である場合、レーザ光を、第1周波数より低い第2周波数で第2方向に走査させるように出射方向を制御する。

概要

背景

従来、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)スキャナ微小ミラーレーザ光反射させて2次元状にラスター走査することにより、投影面上に画像を表示するレーザ走査プロジェクタが知られている。

レーザ走査プロジェクタは、投影面上に画像を形成するために走査線上の画素にあたる位置でレーザパルス出力を制御して画素を点描画するため、固定された画素を持たず、描画する画素の位置を変更しやすいという利点がある。

特許文献1は、走査ミラー振動させて投影面に画像を表示する際に、走査ミラーの振動に基づき画素の描画タイミングを制御し、走査ミラーの個体差環境温度等による影響を低減した画像表示を実現する技術を開示している。

概要

投影面に投影する表示用データの特性に合わせて、レーザ走査によって投影面に表示される画像の表示態様を変更することが可能な投影装置を提供する。上述の投影装置は、画像信号を入力する入力手段と、投影面上に表示する画像の解像度を設定する設定手段と、画像信号に応じて変調されたレーザ光を出力する光源手段と、投影面上において、レーザ光が所定の周波数で第1方向に走査し、かつ、設定された解像度に応じた周波数で第2方向に走査するように、レーザ光の出射方向を制御する制御手段と、を備える。ここで、制御手段は、設定された解像度の第2方向の解像度が第1解像度である場合、レーザ光を第1周波数で第2方向に走査させ、設定された解像度の第2方向の解像度が第1解像度よりも高い第2解像度である場合、レーザ光を、第1周波数より低い第2周波数で第2方向に走査させるように出射方向を制御する。

目的

本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、投影面に投影する表示用データの特性に合わせて、レーザ走査によって投影面に表示される画像の表示態様を変更することが可能な技術を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

画像信号を入力する入力手段と、投影面上に表示する画像の解像度を設定する設定手段と、前記画像信号に応じて変調されたレーザ光を出力する光源手段と、前記投影面上において、前記レーザ光が所定の周波数で第1方向に走査し、かつ、前記設定された解像度に応じた周波数で第2方向に走査するように、前記レーザ光の出射方向を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記設定された前記解像度の前記第2方向の解像度が第1解像度である場合、前記レーザ光を第1周波数で前記第2方向に走査させ、前記設定された前記解像度の前記第2方向の解像度が前記第1解像度よりも高い第2解像度である場合、前記レーザ光を、前記第1周波数より低い第2周波数で前記第2方向に走査させるように前記出射方向を制御する、ことを特徴とする投影装置

請求項2

前記制御手段は、前記設定された前記解像度の前記第2方向の解像度が、所定の解像度以上である場合には、前記レーザ光を前記所定の解像度に対応付けられた周波数で前記第2方向に走査させ、前記設定された前記解像度の前記第2方向の解像度が、前記所定の解像度より低い場合には、前記レーザ光を前記所定の解像度に対応付けられた周波数よりも高い周波数で前記第2方向に走査させるように前記出射方向を制御する、ことを特徴とする請求項1に記載の投影装置。

請求項3

前記制御手段は、前記設定された前記解像度の前記第2方向の解像度と、前記所定の周波数と、に基づいて、前記レーザ光を前記第2方向に走査させる周波数を決定する、ことを特徴とする請求項1または2に記載の投影装置。

請求項4

前記レーザ光を前記第2方向に走査させる周波数が、所定の閾値以下である場合、前記投影面上に表示する前記画像の解像度が、前記設定された前記解像度の前記第2方向の解像度以下になるように、前記画像信号を縮小するスケーリング手段をさらに備える、ことを特徴とする請求項3に記載の投影装置。

請求項5

前記制御手段は、前記画像信号が動画である場合には、前記レーザ光を前記第2方向に走査させる周波数を、前記画像信号に対して予め設定された周波数として、前記出射方向を制御する、ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の投影装置。

請求項6

前記レーザ光を反射する走査ミラーを更に備え、前記制御手段は、前記走査ミラーの角度を制御することにより、前記レーザ光の出射方向を制御し、前記所定の周波数は、前記走査ミラーの共振周波数であり、前記制御手段は、前記レーザ光が、前記共振周波数で前記第1方向に走査し、前記設定された前記解像度の前記第2方向の解像度に応じた周波数で前記第2方向に走査するように、前記走査ミラーの角度を制御する、ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の投影装置。

請求項7

前記設定された前記解像度の前記第1方向の解像度と、前記走査ミラーの前記共振周波数とに基づいて、前記投影面上に表示する前記画像を構成する画素を描画するためのクロックを生成する生成手段を更に備える、ことを特徴とする請求項6に記載の投影装置。

請求項8

前記設定された前記解像度の前記第2方向の解像度に応じた周波数は、前記投影装置が前記投影面に画像を表示する場合のフレームレートである、ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の投影装置。

請求項9

投影面上に画像を表示する投影装置であって、画像信号を入力する入力手段と、前記画像信号に基づいて変調したレーザ光を出力する光源手段と、前記投影面上において前記レーザ光が第1方向および第2方向に走査されるように、前記レーザ光の出射角度を制御する制御手段と、前記投影面上に表示される前記画像の解像度が異なる2以上の表示モードのうち、いずれかの表示モードを設定する設定手段と、を備え、前記制御手段は、前記設定手段が第1解像度で前記画像を表示する第1表示モードを設定した場合、前記レーザ光が前記投影面上において、前記第1方向に所定の周波数で走査し、かつ、前記第2方向に第1フレームレートで走査するように、前記レーザ光の出射角度を制御し、前記設定手段が前記第1解像度よりも高い第2解像度で前記画像を表示する第2表示モードを設定した場合、前記レーザ光を、前記第1方向に前記所定の周波数で走査し、かつ、前記第2方向に前記第1フレームレートよりも低い第2フレームレートで走査するように、前記レーザ光の出射角度を制御することを特徴とする投影装置。

請求項10

前記設定手段は、前記画像信号に基づいて前記投影面上に表示される前記画像の解像度を決定し、前記2以上の表示モードのうち、前記決定された解像度に対応する表示モードを設定することを特徴とする請求項9に記載の投影装置。

請求項11

前記設定手段は、ユーザの指示に応じて、前記2以上の表示モードのうち、いずれかの表示モードを設定することを特徴とする請求項9に記載の投影装置。

請求項12

レーザ光を出力する光源を備える投影装置の制御方法であって、画像信号を入力する入力工程と、投影面上に表示する画像の解像度を設定する設定工程と、前記光源が前記画像信号に応じて変調されたレーザ光を出力する出力工程と、前記投影面上において、前記レーザ光が所定の周波数で第1方向に走査し、かつ、前記設定された解像度に応じた周波数で第2方向に走査するように、前記レーザ光の出射方向を制御する制御工程と、を有し、前記制御工程では、前記設定された前記解像度の前記第2方向の解像度が第1解像度である場合、前記レーザ光を第1周波数で前記第2方向に走査させ、前記設定された前記解像度の前記第2方向の解像度が前記第1解像度よりも高い第2解像度である場合、前記レーザ光を、前記第1周波数より低い第2周波数で前記第2方向に走査させるように前記出射方向を制御する、ことを特徴とする投影装置の制御方法。

請求項13

前記制御工程では、前記設定された前記解像度の前記第2方向の解像度が、所定の解像度以上である場合には、前記レーザ光を前記所定の解像度に対応付けられた周波数で前記第2方向に走査させ、前記設定された前記解像度の前記第2方向の解像度が、前記所定の解像度より低い場合には、前記レーザ光を前記所定の解像度に対応付けられた周波数よりも高い周波数で前記第2方向に走査させるように前記出射方向を制御する、ことを特徴とする請求項12に記載の投影装置の制御方法。

請求項14

前記制御工程では、前記設定された前記解像度の前記第2方向の解像度と、前記所定の周波数と、に基づいて、前記レーザ光を前記第2方向に走査させる周波数を決定する、ことを特徴とする請求項12または13に記載の投影装置の制御方法。

請求項15

前記レーザ光を前記第2方向に走査させる周波数が、所定の閾値以下である場合、前記投影面上に表示する前記画像の解像度が、前記設定された前記解像度の前記第2方向の解像度以下になるように、前記画像信号を縮小するスケーリング工程をさらに備える、ことを特徴とする請求項14に記載の投影装置。の制御方法。

請求項16

前記制御工程では、前記画像信号が動画である場合には、前記レーザ光を前記第2方向に走査させる周波数を、前記画像信号に対して予め設定された周波数として、前記出射方向を制御する、ことを特徴とする請求項12から15のいずれか1項に記載の投影装置の制御方法。

請求項17

前記投影装置は、前記レーザ光を反射する走査ミラーを更に備え、前記制御工程では、前記走査ミラーの角度を制御することにより、前記レーザ光の出射方向を制御し、前記所定の周波数は、前記走査ミラーの共振周波数であり、前記制御工程では、前記レーザ光が、前記共振周波数で前記第1方向に走査し、前記設定された前記解像度の前記第2方向の解像度に応じた周波数で前記第2方向に走査するように、前記走査ミラーの角度を制御する、ことを特徴とする請求項12から請求項16のいずれか1項に記載の投影装置の制御方法。

請求項18

レーザ光を出力する光源を備えた、投影面上に画像を表示する投影装置の制御方法であって、画像信号を入力する入力工程と、前記光源が前記画像信号に基づいて変調したレーザ光を出力する出力工程と、前記投影面上に表示される前記画像の解像度が異なる2以上の表示モードのうち、いずれかの表示モードを設定する設定工程と、前記投影面上において前記レーザ光が第1方向および第2方向に走査されるように、前記レーザ光の出射角度を制御する制御工程と、を有し、前記制御工程では、前記設定工程において第1解像度で前記画像を表示する第1表示モードが設定された場合、前記レーザ光が前記投影面上において、前記第1方向に所定の周波数で走査し、かつ、前記第2方向に第1フレームレートで走査するように、前記レーザ光の出射角度を制御し、前記設定工程において前記第1解像度よりも高い第2解像度で前記画像を表示する第2表示モードが設定された場合、前記レーザ光を、前記第1方向に前記所定の周波数で走査し、かつ、前記第2方向に前記第1フレームレートよりも低い第2フレームレートで走査するように、前記レーザ光の出射角度を制御することを特徴とする投影装置の制御方法。

請求項19

前記設定工程では、ユーザの指示に応じて、前記2以上の表示モードのうち、いずれかの表示モードを設定することを特徴とする請求項18に記載の投影装置の制御方法。

請求項20

コンピュータを、請求項1から11のいずれか1項に記載の投影装置の各手段として機能させるためのプログラム

技術分野

0001

本発明は、レーザ光によって投影面に画像を表示する投影装置およびその制御方法ならびにプログラムに関する。

背景技術

0002

従来、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)スキャナ微小ミラーでレーザ光を反射させて2次元状にラスター走査することにより、投影面上に画像を表示するレーザ走査プロジェクタが知られている。

0003

レーザ走査プロジェクタは、投影面上に画像を形成するために走査線上の画素にあたる位置でレーザパルス出力を制御して画素を点描画するため、固定された画素を持たず、描画する画素の位置を変更しやすいという利点がある。

0004

特許文献1は、走査ミラー振動させて投影面に画像を表示する際に、走査ミラーの振動に基づき画素の描画タイミングを制御し、走査ミラーの個体差環境温度等による影響を低減した画像表示を実現する技術を開示している。

先行技術

0005

特開2013−140224号公報

発明が解決しようとする課題

0006

ところで、一般に、高速に動作する微小ミラーを備えるMEMSスキャナを実現するためには、ミラー固有振動数共振駆動させる必要がある。このため、MEMSスキャナを搭載するレーザ走査型プロジェクタのために、予め想定された映像フォーマットに合わせてMEMSスキャナの特性が決定される場合がある。

0007

一方、静止画コンテンツは、解像度アスペクト比などの特性が多様であるため、レーザ走査プロジェクタでこのような表示用データを表示する場合には、表示用データに合わせて解像度やアスペクト比を柔軟に変更できることが望ましい。また、静止画コンテンツやゆっくり切り替わる映像コンテンツを表示する際には、高フレームレートでの表示は必ずしも必要ではなく、フレームレートや解像度を変更して柔軟な表示を行う方が有益な場合もある。この点、特許文献1は、フレームレートや解像度を柔軟に変更することについては考慮していなかった。

0008

本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、投影面に投影する表示用データの特性に合わせて、レーザ走査によって投影面に表示される画像の表示態様を変更することが可能な技術を提供することである。

課題を解決するための手段

0009

この課題を解決するため、例えば本発明の投影装置は以下の構成を備える。すなわち、画像信号を入力する入力手段と、投影面上に表示する画像の解像度を設定する設定手段と、前記画像信号に応じて変調されたレーザ光を出力する光源手段と、前記投影面上において、前記レーザ光が所定の周波数で第1方向に走査し、かつ、前記設定された解像度に応じた周波数で第2方向に走査するように、前記レーザ光の出射方向を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記設定された前記解像度の前記第2方向の解像度が第1解像度である場合、前記レーザ光を第1周波数で前記第2方向に走査させ、前記設定された前記解像度の前記第2方向の解像度が前記第1解像度よりも高い第2解像度である場合、前記レーザ光を、前記第1周波数より低い第2周波数で前記第2方向に走査させるように前記出射方向を制御する、ことを特徴とする。

発明の効果

0010

本発明によれば、投影面に投影する表示用データの特性に合わせて、レーザ走査によって投影面に表示される画像の表示態様を変更することが可能になる。

図面の簡単な説明

0011

実施形態1に係るプロジェクタの機能構成例を示すブロック図
実施形態1に係る主走査方向に対する表示タイミングを説明するための図
実施形態1に係る副走査駆動信号の一例を示す図
実施形態1に係る、表示用データに応じて決定される表示解像度および表示フレームレートの例を説明するための図
実施形態2に係るプロジェクタの機能構成例を示すブロック図
実施形態2に係る、表示用データに応じて決定される表示解像度および表示フレームレートの例を説明するための図

実施例

0012

(実施形態1)
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では投影装置の一例として、レーザ光を2次元状に走査可能なプロジェクタを用いる例を説明する。しかし、本実施形態は、プロジェクタに限らず、レーザ光を2次元状に走査して表示データを投影することが可能な他の機器にも適用可能である。これらの機器には、例えばゲーム機医療機器デジタルサイネージ機器や車載用の機器などが含まれてよい。

0013

(プロジェクタの構成)
図1は、本実施形態の投影装置の一例としてのプロジェクタの機能構成例を示すブロック図である。なお、図1に示す機能ブロックの1つ以上は、ASICプログラマブルロジックアレイPLA)などのハードウェアによって実現されてもよいし、CPUやGPU等のプログラマブルプロセッサソフトウェアを実行することによって実現されてもよい。また、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせによって実現されてもよい。従って、以下の説明において、異なる機能ブロックが動作主体として記載されている場合であっても、同じハードウェアが主体として実現されうる。

0014

制御部101は、例えばCPU(或いはMPU、GPU)等の演算装置を含み、ROM102に記憶されたプログラムをRAM117に展開、実行することによりプロジェクタ100の各動作ブロックを制御する。なお、制御部101は、後述する信号処理部105やレーザ制御部106の機能を兼ね備えてもよく、その場合、信号処理部105やレーザ制御部106の処理を実行する。

0015

ROM102は、半導体メモリ等の不揮発性メモリを含み、後述するレーザ制御部106で波形パターン駆動電流を生成するのに必要な特性や、走査ミラー114の共振周波数設計情報などを格納する。RAM117は、DRAM等の揮発性メモリを含み、制御部101がプログラムを実行する際の変数などを一時的に記憶する。また、RAM117は、信号処理部105等の他のブロックが画像信号を処理する際にデータの一部を一時的に格納するフレームメモリとして機能してもよい。

0016

画像信号入力部103は、投影面200に投影するための画像信号(表示用データ)を入力し、後述する表示フォーマット決定部104および信号処理部105へ表示用データを出力する。表示用データには、例えばJPEG形式MPEG形式のデータなどの静止画映像のデータが含まれる。なお、図1の例では、プロジェクタ100の外部から表示用データが入力される接続構成を示しているが、プロジェクタ100内部のRAM117や不図示の着脱可能な記録媒体から読み出された表示用データが入力されてもよい。

0017

操作部118は、ボタンタッチパネル等の操作部材を含み、ユーザによる操作を検知してその操作内容を制御部101に通知する。ユーザは、制御部101の指示に応じて投影面又はタッチパネルに表示された操作メニューを視認しながら、操作部118を介して所望の設定値等を設定したり変更したりすることができる。

0018

表示フォーマット決定部104は、画像信号入力部103に入力された表示用データに含まれる映像同期信号に対する解析結果或いは、表示用データの例えばヘッダに含まれる各種メタデータに基づいて、表示用データに対する表示解像度を決定する。解像度には、本実施形態で例示するもののほか、例えば、2K DCI(2048×1080)、4K UHDTV(3840×2160)、4K DCI(4096×2160)、8K UHDTV(7680×4320)等が含まれてよい。なお、本実施形態では、後述する走査ミラー114の走査により投影面上に点描画された画素が作り出す画面における、水平・垂直の画素数を総称して、表示解像度という。このとき、表示解像度を「水平画素数×垂直画素数」のように表す。以下の説明では、表示フォーマット決定部104は、入力された表示用データの画素数を解析・取得し、当該取得した画素数を表示用データに対する表示解像度として決定する場合を例に説明する。

0019

また、表示フォーマット決定部104は、前述の表示解像度と、後述する走査ミラー114の共振周波数とに基づいて、表示用データを表示する際の表示フレームレートを決定する。具体的に、表示フレームレートは、垂直表示解像度と走査ミラー114の共振周波数を用いて、式(1)に従って算出することができる。

表示フレームレート = 共振周波数/(垂直表示解像度/2) ・・・(1)

0020

信号処理部105は、画像信号入力部103から出力された表示用データを、RAM117或いは不図示のフレームメモリに一旦書き込んでバッファさせ、所定のドットクロックを生成してフレームメモリから表示用データを読み出す。信号処理部105は、タイミング調整部105aを含み、タイミング調整部105aによってドットクロックを生成する。ドットクロックを生成する処理の詳細については後述する。信号処理部105は、読み出した表示用データを、後述するレーザ制御部106に出力する。

0021

レーザ制御部106は、画像信号入力部103から出力される表示用データに基づいて、各画素を表示するためのレーザ駆動電流ベルと各画素に適用するレーザ駆動波形パターンを決定する。レーザ制御部106は、決定したレーザ駆動電流レベルと各画素に適用するレーザ駆動波形パターンとをレーザドライバ107に出力する。

0022

レーザドライバ107は、レーザ制御部106から出力されたレーザ駆動波形パターンを用いて各画素の色成分毎に駆動電流を変調し、変調された駆動電流を後述のレーザ光源108〜110に出力する。

0023

レーザ光源108、109、110は、レーザドライバ107から供給される、変調された駆動電流によってレーザ光を出射する。レーザ光源108からは赤成分(R)、レーザ光源109からは緑成分(G)、レーザ光源110からは青成分(B)が、表示すべき階調に応じた出力レベルで出射される。なお、本実施形態では、画素の信号値に応じて変調した駆動電流によってレーザ光を出射する直接変調の場合を例に説明するが、出射したレーザ光を変調する外部変調を採用してもよい。

0024

ダイクロイックミラー111、112は、特定波長のレーザ光のみを透過し、それ以外の波長光を反射することにより、レーザ光源108〜110より出射された各色成分のレーザ光を合成する。レーザ光源109、110からそれぞれ出射された緑成分および青成分のレーザ光は、ダイクロイックミラー112で合成される。さらに、当該合成されたレーザ光は、ダイクロイックミラー111においてレーザ光源108から出射された赤成分のレーザ光と合成され、RGB3原色の成分を含むレーザ光となる。レンズ113は、ダイクロイックミラー111からのレーザ光を集めるための集光レンズを含む。

0025

走査ミラー114は、半導体集積回路の加工技術を応用して製造されるMEMSデバイスであり、レンズ113から入射したレーザ光を反射して投影面200上に投射する。また、走査ミラー114は、光を主走査方向(例えば画像の水平方向)と副走査方向(例えば画像の垂直方向)とに偏向させるように二軸駆動することが可能である。例えば、走査ミラー114は、ミラーに備えられたコイル電流を供給するとともに、コイルに垂直な方向の磁力を発生させることにより、主走査方向に固有の振動周波数でミラーを共振駆動(共振点往復運動)させる。

0026

高速でミラーを駆動するMEMSデバイスを実現するためには、ミラーを共振駆動させなければならず、上述のように、表示する信号フォーマットを想定し、そのフォーマットに合わせてMEMSデバイスの特性を設計、製作する必要がある。例えば、プロジェクタ100の表示用に想定される標準的な画像信号として、信号フォーマットが1080p(有効表示解像度:1920×1080,フレームレート:60Hz)である信号を想定する。ここで、当該信号フォーマットにおける走査の帰線時間ブランキング期間)を考慮した総表示解像度は、2200×1125である。このような1080pのフォーマットの信号を表示可能にするため、走査ミラー114は、1/60秒(1フレーム期間)に1125ラインを走査可能な周波数で共振する必要がある。

0027

レーザ光が投影面200の左から右、及び右から左へ走査する際に、それぞれの走査(すなわち往復)で画素が描画されるものとすると、走査ミラー114は、1125ライン×60Hz/2=33.75kHzの共振周波数で共振する。このように、主走査方向(例えば表示用データの水平方向)に対するミラーの駆動は、上述のような数十kHzという高速動作となるため、共振駆動で行うことが必要となる。すなわち、走査ミラー114は、主走査方向には、常に一定の周波数(MEMS固有の共振周波数)で駆動されることが前提となる。一方、副走査方向(例えば表示用データの垂直方向)に対するミラーの駆動は、フレームレートによる数十Hzという低速動作となるために非共振で行うことができる。すなわち、走査ミラー114は、副走査方向には、周波数可変で駆動される。主走査方向及び副走査方向に対するミラー制御については、更に後に詳述する。

0028

走査ミラー振動検出部115は、例えば、増幅回路フィルタを含み、走査ミラー114の主走査方向に対する共振駆動の周波数を検出する。例えば、走査ミラー114のMEMSデバイスに備えられた検出用圧電素子から、共振駆動された状態における振動検出信号を検出する。なお、本実施形態では、走査ミラー振動検出部115が走査ミラー114の振動周期を動的に検出する構成を例に説明するが、これに限らず、たとえばROM102に予め格納した共振周波数の設計値情報を用いる構成であってもよい。

0029

走査ミラー制御部116は、走査ミラー114に入射するレーザ光が所定の画像領域を描画するように走査ミラー114を制御する例えば制御用回路であり、それぞれ不図示の主走査制御部116aと副走査制御部116bとを含む。なお、以下の説明では、走査ミラー制御部116が主走査制御部116aと副走査制御部116bとを別個に含む構成として説明するが、別個の構成でなくてもよい。また、制御部101が走査ミラー制御部116の機能を兼ね備えてもよい。

0030

主走査制御部116aは、走査ミラー振動検出部115によって検出された振動検出信号を、主走査方向に対して走査ミラーが共振するように位相を調整する。そして、位相を調整した後の主走査駆動信号を、走査ミラー114に備えられた駆動用圧電素子印加する。これにより、走査ミラー114は主走査方向に対して共振駆動される。また、副走査制御部116bは、上述したように、表示用データの垂直周期に合わせて走査ミラー114を副走査方向に非共振駆動させる。具体的には、副走査制御部116bは、表示フォーマット決定部104で決定された表示フレームレートを取得する。そして、主走査制御部116aから出力される主走査駆動信号とタイミングを合わせながら、副走査駆動信号を走査ミラー114に出力する。ここで、副走査駆動信号は、取得した表示フレームレートで走査ミラー114を副走査方向で揺動させるための信号である。

0031

画像描画に係る動作)
次に、本実施形態に係る画像描画に係る動作について説明する。まず、図2を参照して、主走査制御部116aの動作について説明する。図2は、主走査方向に対する走査ミラー制御に基づく、表示用データの表示タイミングの一例を示している。図2(a)は、走査ミラー振動検出部115で検出される振動検出信号の一例を示している。信号処理部105のタイミング調整部105aは、走査ミラー振動検出部115で検出された図2(a)の振動検出信号201に基づいて、主走査方向の振動周波数を算出する(すなわち33.75kHzの正弦波)。そして、当該振動周波数と表示フォーマット決定部104によって決定された水平表示解像度とに基づいて、ドットクロックを生成する。

0032

図2(b)は、前述の1080pの映像信号が入力された場合に、タイミング調整部105aが生成するドットクロックの例を示している。ドットクロックの各クロックは、クロックごとに(主走査方向の)1つの画素を形成するように用いられる。1080pの映像信号では、主走査方向に対する一周期に、2,200×2=4,400個分のドットクロックが必要である。そのため、走査ミラー114の共振周波数(主走査方向の振動周波数)を4,400倍したドットクロックDCLKが生成される。すなわち、ドットクロックの周波数は式(2)及び(3)に示すようになる。

DCLK = 33.75kHz × 4,400 ・・・(2)
= 148.5MHz ・・・(3)

このようにして生成されたドットクロックのタイミングに従って、信号処理部105は、フレームメモリから表示用データを読み出し、レーザ制御部106に表示用データを出力することで、所定の水平表示解像度で各ラインが描画される。なお、図2(b)に示す各クロックは、視認性のために拡大して表示しているため、後述する図2(d)に示す各画素の表示タイミングと厳密に対応していない。

0033

更に、図2(c)には、有効画素領域とブランキング領域との各タイミングを制御するためのクロックを表している。レーザ光源108〜110は、図2(c)に示すクロックが立ち上がっている間にドットクロックに従ってレーザ光を出射し、有効画素領域の画素を描画する。図2(d)は、有効画素領域において水平方向に1920個の画素を描画させた場合を模式的に示している。

0034

次に、副走査制御部116bの動作について説明する。図3には、副走査駆動信号の一例を示している。図3の左側に示すように、副走査駆動信号301は三角波であり、表示フレームレートにおける1フレーム分の期間をかけて走査ミラーの垂直方向の角度を制御する。この副走査駆動信号は、一画面分主走査線を描画する時間を確保する程度の比較的遅い揺動である。

0035

このように、走査ミラー制御部116は、レーザ光を、共振周波数で主走査方向に走査させながら、垂直表示解像度に応じて決定される周波数で副走査方向に走査させるように、走査ミラーの出射角度(すなわちレーザ光の出射方向)を制御する。

0036

次に、図4を参照して、プロジェクタ100に入力される表示用データに応じて、表示解像度及び表示フレームレートを決定する動作例について説明する。なお、上述のように、本実施形態のプロジェクタ100の走査ミラー114に用いられているMEMSデバイスは、1080pの信号フォーマットを想定した共振周波数(=33.75kHz)で共振するように構成されている。

0037

図4(a)は、1080pの信号フォーマットの表示用データが画像信号入力部103に入力された場合に決定されるパラメータの例を示している。

0038

まず、表示フォーマット決定部104は、表示用データの表示解像度をプロジェクタ100の表示解像度として決定する。このため、水平表示解像度は2,200として決定され、垂直表示解像度は1,125として決定される。また、表示フォーマット決定部104は、上述した式(1)に基づき、垂直表示解像度と共振周波数とを用いて、表示フレームレートを60Hzとして決定する。更に、信号処理部105は、上述の式(2)、(3)に従って、水平表示解像度と共振周波数とに基づき、決定した表示解像度を実現するためのドットクロックを148.5MHzとして決定する。

0039

一方、図4(b)は、ブランキング期間を含んだ総表示解像度が4,400×2,400である表示用データが画像信号入力部103に入力された場合に決定されるパラメータの例を示している。図4(b)に示す例では、まず、表示フォーマット決定部104は、図4(a)の場合と同様に、表示用データの表示解像度をプロジェクタ100の表示解像度として決定する。このため、水平表示解像度は4,400として決定され、垂直表示解像度は2,400として決定される。また、表示フォーマット決定部104は、上述の式(1)に基づき、表示フレームレートを28.125Hzとして決定する。このとき、図4(b)に係る表示用データは、図4(a)に係る表示用データよりも垂直表示解像度が高いため、図4(b)に係る表示用データのフレームレートは、図4(a)のフレームレートより低い値に決定される。すなわち、図4(b)に係る表示用データを表示する際に垂直方向に走査する周波数は、図4(a)に係る表示用データを表示する際に垂直方向に走査する周波数よりも小さい周波数として決定される。

0040

更に、信号処理部105は、上述の式(2)、(3)に従って、水平表示解像度と共振周波数とに基づき、決定された表示解像度を実現するためのドットクロックを297MHzとして決定する。すなわち、図4(b)に係る表示用データに対するドットクロックは、水平表示解像度が図4(a)に係る表示用データより高い分、高い値に決定される。

0041

このように、入力された表示用データが、MEMSデバイスに予め設定された想定フォーマットを超えた解像度を有する場合であっても、当該想定フォーマットの場合に比べて表示フレームレートを低下させて走査ミラー114の垂直駆動を制御する。このようにすることで、走査ミラー114は、共振振動を利用しながら、想定フォーマットを超えた垂直表示解像度の表示用データに対応することが可能になる。

0042

なお、上述の実施形態では、入力映像の解像度を表示解像度として決定する動作を例に説明したが、表示解像度の決定はこれに限定されない。具体的には、操作部118によってユーザが予め所望の解像度を設定しておき、その設定された解像度をプロジェクタ100の表示解像度として決定する動作であっても構わない。入力映像の解像度に基づいて表示解像度およびフレームレートを決定する表示モードと、予め設定された表示解像度およびフレームレートで画像を表示する表示モードとを含む2以上の表示モードのうちいずれかをユーザが選択可能としてもよい。この場合、選択された表示モードに基づいて、プロジェクタ100は画像を表示する。入力映像の解像度に基づいて表示解像度およびフレームレートを決定する表示モードが選択された場合、プロジェクタ100は、上述の実施形態に示すように、表示解像度とフレームレートとを設定して画像を表示する。すなわち、入力映像の解像度がMEMSデバイスに予め設定された想定フォーマットを超えた解像度を有する場合には、当該想定フォーマットの場合に比べて表示フレームレートを低下させて走査ミラー114の垂直駆動を制御する。一方で、予め設定された表示解像度およびフレームレートで画像を表示する表示モードが選択された場合、プロジェクタ100は、設定された表示解像度およびフレームレートで画像を表示可能なように解像度およびフレームレートが変換された入力映像に基づいて画像を表示する。

0043

さらに、表示解像度をユーザが設定し、設定された表示解像度に応じたフレームレートで画像を表示することも可能である。例えば、ユーザが表示解像度を2K(1920×1080)解像度に設定した場合、プロジェクタ100は、上述の実施形態にあるように、フレームレートを60Hzとして画像を表示する。また、ユーザが表示解像度を4K UHDTV(3840×2160)の解像度に設定した場合、プロジェクタ100は、フレームレートを60Hzより低い周波数(30Hz)として画像を表示する。即ち、ユーザは、表示解像度とフレームレートとが異なる複数の表示モードのうち、いずれかを選択し、プロジェクタ100は、選択された表示モードの表示解像度とフレームレートとに基づいて画像を表示する。

0044

また、プロジェクタ100は、入力された映像データの画像内容やメタデータにより、入力画像が静止画であるか否かの判定をする不図示の映像信号解析手段を備える構成であってもよい。その場合、例えば、表示用データが静止画であると判定された場合にのみ、表示解像度と共振周波数とに基づいてフレームレートを決定することが可能になる。また、想定フォーマットよりも解像度の高い動画が入力された場合に、動画の本来のフレームレートよりも表示フレームレートを低下させてしまうことを防ぐことができる。一方、表示用データが動画であると判定された場合には、表示用データのための所定のフレームレートを用いればよい。

0045

以上説明したように、本実施形態では、共振を利用するレーザ走査プロジェクタの表示フレームレートを、表示解像度に応じて動的に変更することにより、表示解像度を向上させることができるようにした。このようにすることで、例えば静止画表示のように動画視認性の必要性の低い表示用データに対して、フレームレートを犠牲にする代わりに表示解像度を向上させることができる。すなわち、投影面に投影する表示用データの特性に合わせて、レーザ走査によって投影面に表示される画像の表示態様を変更することが可能になる。

0046

(実施形態2)
次に実施形態2について説明する。実施形態1では、表示解像度に応じて表示フレームレートを変更するようにした。しかし、上述の式(1)から理解されるように、表示解像度が高くなるほど表示フレームレートは低くなるため、ある程度以上に表示解像度を高くしようとすると、表示フレームレートの低下に伴ってフリッカの発生が増加し、表示品質が低下する場合がある。そこで、実施形態2では、予め決定された所定の表示フレームレートを下回らないように、走査ミラー制御と画像処理を併用して表示解像度を向上させる動作例について説明する。なお、実施形態2に係るプロジェクタの構成は、表示フォーマット決定部と信号処理部の構成を除き、実施形態1と共通である。このため、同一の構成については同一の符号を付して重複する説明は省略し、相違点について重点的に説明する。

0047

図5は、本実施形態に係るプロジェクタ500の機能構成例を示している。表示フォーマット決定部501は、実施形態1における表示フォーマット決定部104と同様に、式(1)に従って表示解像度及び走査ミラー114の共振周波数に基づきフレームレートを算出する。

0048

また、表示フォーマット決定部501は、算出したフレームレートが、別途予め設定されている所定のフレームレートとの大小関係を判定する。そして、算出したフレームレートが所定のフレームレートより低いと判定した場合、算出したフレームレートの代わりに、所定のフレームレートをプロジェクタ500の表示フレームレートとして決定する。一方、算出したフレームレートが所定のフレームレートと同じか高いと判定した場合、当該算出したフレームレートを表示フレームレートとして決定する。

0049

さらに、表示フォーマット決定部501は、決定した表示フレームレートと走査ミラー114の共振周波数とに基づいて、プロジェクタ500で表示用データを表示する際の目標解像度を算出する。目標解像度を算出する動作の具体例は後述する。

0050

信号処理部502は、実施形態1に係る信号処理部105と同様に、映像データをフレームメモリに一旦書き込んでバッファさせたうえで、ドットクロックを生成してフレームメモリから表示用データを読み出す。また、信号処理部502は、表示フォーマット決定部501によって算出された目標解像度に基づいて、表示用データをスケーリングするための倍率を算出する。そして、当該算出した倍率にしたがって、表示用データを画像処理によってスケーリング(縮小)する。倍率を算出する動作の具体例は後述する。なお、信号処理部502は、実施形態1と同様に、タイミング調整部105aを含む。

0051

次に、図6を参照して、本実施形態に係る表示解像度(目標解像度)及び表示フレームレートを算出する動作の具体例について説明する。なお、本実施形態に係るプロジェクタ500の走査ミラー114に用いられているMEMSデバイスは、実施形態1と同様、1080pフォーマットを想定した共振周波数(=33.75kHz)で共振するように構成されている。

0052

上述したように、表示フォーマット決定部501は、算出したフレームレートと、別途予め設定されている所定のフレームレートとの大小関係を判定したうえで、表示フレームレートを決定する。このときに用いられる所定のフレームレートは、例えば、予め20Hzに設定されている。この20Hzという閾値は、この閾値以下のフレームレートではフリッカの増加等により表示品質が低下するものとして、予め行った実験等により設定される。

0053

図6(a)は、ブランキング期間を含んだ総表示解像度が2,400×4,400である表示用データが画像信号入力部103に入力された場合に、実施形態1に係るプロジェクタ100によって表示フレームレートを決定する場合の例を示している。すなわち、図6(a)は、所定のフレームレートとの大小関係の判定が考慮されていない例を示している。

0054

具体的には、まず、表示フォーマット決定部104は、入力された表示用データに基づいて、水平表示解像度を2,400とし、垂直表示解像度を4,400として決定する。そして、表示フォーマット決定部104は、決定した表示解像度を実現するための表示フレームレートを15.341Hzに決定する。また、信号処理部105は、上述の式(2)、(3)に従って、水平表示解像度と共振周波数とに基づき、決定した表示解像度を実現するためのドットクロックを162MHzに決定する。

0055

一方、図6(b)は、ブランキング期間を含んだ総表示解像度が2,400×4,400である表示用データが入力された場合に、本実施形態のプロジェクタ500によって表示フレームレートを決定した場合の例を示している。すなわち、図6(b)は、所定のフレームレートとの大小関係の判定を考慮する例を示している。

0056

図6(b)に示す例の場合、まず、表示フォーマット決定部104は、水平表示解像度を4,400とし、垂直表示解像度を2,400として決定する。そして、表示フォーマット決定部104は、上述のように、決定された表示解像度を実現するための表示フレームレートを15.341Hzと算出する。なお、この算出された表示フレームレートは、所定のフレームレート以下である(所定のフレームレートは20Hz)。この場合、表示フォーマット決定部104は、算出した15.341Hzのフレームレートではなく、算出したフレームレートより大きな、所定のフレームレートを表示フレームレートとして決定する。

0057

そして、表示フォーマット決定部104は、表示フレームレートを20Hzとした場合の垂直表示解像度を、以下のように算出する。

垂直表示解像度 = 2×(共振周波数/表示フレームレート) ・・・(4)
= 2×(33.75kHz/20Hz)
= 3,375

0058

このように、垂直表示解像度(=主走査線の一画面分の総数)が3,375と算出されるが、入力された表示用データの垂直解像度は4,400である。そこで、信号処理部502は、入力の映像データに対して3,375/4,400≒0.767の倍率でスケーリング処理を施すことで、式(4)によって決定された表示解像度に合わせた表示用データを生成する。すなわち、算出された表示フレームレートが、予め定められた周波数以下である場合、垂直表示解像度が、算出された垂直方向の解像度以下になるように、表示用データを縮小する。

0059

なお、信号処理部502による縮小処理には、画素間引きライン間引きなど公知の方法を用いることができる。このとき、信号処理部502は、アスペクト比を維持して表示用データの縮小処理を行う。このため、水平表示解像度は、表示用データのアスペクト比と垂直解像度に基づいて決定することができる。また、信号処理部502は、垂直表示解像度に合せた倍率で水平方向にもスケーリング処理を施すように、ドットクロックの生成やフレームメモリからの読み出しを行えばよい。

0060

なお、上述の処理では、表示用データから求めたフレームレートと、所定のフレームレートとの大小関係を比較するようにした。しかし、以下のように表示用データの解像度と所定の解像度とを比較しても同様の処理を実現することができる。すなわち、表示フォーマット決定部104は、表示用データの垂直方向の解像度が、所定のフレームレートに対応付けられた所定の解像度以上である場合には、垂直表示解像度を、当該所定のフレームレートに対応付けられた所定の解像度に設定する。また、表示用データの垂直方向の解像度が、所定のフレームレートを確保するための解像度より低い場合には、垂直表示解像度を、上記表示用データの垂直方向の解像度に設定する。このため、走査ミラー制御部116は、表示用データの垂直方向の解像度が、所定のフレームレートを確保するための解像度以上である場合には、表示用データをスケーリングしたうえで、所定のフレームレートで表示用データを表示する。そうでない場合、所定のフレームレートより高い、入力時に表示用データから得られるフレームレートで表示用データを表示する。

0061

以上説明したように、本実施形態によれば、予め決定された所定の表示フレームレートを下回らないようにフレームレートを定め、当該予め決定されたフレームレートを用いる場合、表示画像をスケーリングして表示解像度を向上させるようにした。このようにすることで、投影面に表示したコンテンツの表示品質がフリッカの増加等よって低下することを防ぐことができる。

0062

(その他の実施形態)
上述の実施形態では、共振周波数で振動するMEMSデバイスのミラーでレーザ光を反射することによりレーザ光の出射方向を制御する例を説明した。しかし、レーザ光の出射方向の制御はミラーによる反射に限らず、一定方向に対して(共振周波数のような)予め定められた周波数に基づいてレーザ光の出射方向を制御するものであれば他の方法であってもよい。

0063

本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。

0064

101…制御部、104…表示フォーマット決定部、108、109、110…光源、114…走査ミラー、116…走査ミラー制御部

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