JP2019120720A - 画像投影装置、画像投影方法、および画像投影プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力を削減しつつ、高解像化された投影像の表示の際に画素ずらしの動きが安定するまでに要する時間を短くする。【解決手段】固定支持されている固定ユニットと、画像表示素子を有し、固定ユニットに対して移動可能な可動ユニットと、可動ユニットの移動を制御する移動制御部と、移動制御部により可動ユニットを動かし、画像表示素子の位置に応じて画像表示素子に画像を生成することで投影画像上の画素数を高解像度化する画像制御部であって、映像信号の入力がない場合、または、投影を行っていない場合、可動ユニットの動作を、高解像度化を伴う投影時よりも低速の動作に変更する画像制御部と、を備える。【選択図】図１８

Description

本発明は、画像投影装置、画像投影方法、および画像投影プログラムに関する。

パソコンやデジタルカメラ等から送信される画像データに基づいて、光源から照射される光を用いて画像生成部が画像を生成し、生成された画像を複数のレンズ等を含む光学系を通してスクリーン等に画像を投影する画像投影装置が知られている。画像生成部としては、例えば液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイスＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等が用いられている。
このような画像投影装置として、画素ずらしによって投影像の高解像度化が可能なプロジェクタがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、光源の消灯時は画素ずらしを停止させて、光源の点灯後に画素ずらしを開始することが記載されている。

しかしながら、特許文献１では、光源の点灯後に画素ずらしを完全に停止した状態から実行状態に移行する際、画素ずらしの動きが安定するまでにいくらかの時間を要するので、不安定に高解像度化された投影像がスクリーンに表示されるという課題がある。もし、この課題を解決するために、光源の消灯時であっても点灯時と同じように画素ずらしを実行しておくとすると、光源の点灯時に不安定に高解像度化された投影像がスクリーンに表示されるという課題を解決することができる。しかし、光源の消灯時において画素ずらしに要する無駄な電力の消費が大きくなってしまう。
すなわち、画素ずらしの動きを完全に停止させてしまうと、高解像度化に必要な動きが安定するまでに多くの時間を要する。一方、画素ずらしの動きを低速ながらも動かしておけば、高解像度化に必要な動きへの復帰に要する時間は、動きを完全に停止させた場合と比較すると僅かである。したがって、消費電力を削減しつつ、高解像化された投影像の表示の際に画素ずらしの動きが安定するまでに要する時間を短くすることができる技術が求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、消費電力を削減しつつ、高解像化された投影像の表示の際に画素ずらしの動きが安定するまでに要する時間を短くすることが可能な画像投影装置を提供することを目的とする。

本発明の画像投影装置によれば、固定支持されている固定ユニットと、画像表示素子を有し、前記固定ユニットに対して移動可能な可動ユニットと、前記可動ユニットの移動を制御する移動制御部と、前記移動制御部により前記可動ユニットを動かし、前記画像表示素子の位置に応じて前記画像表示素子に画像を生成することで投影画像上の画素数を高解像度化する画像制御部であって、映像信号の入力がない場合、または、投影を行っていない場合、前記可動ユニットの動作を、前記高解像度化を伴う投影時よりも低速の動作に変更する前記画像制御部と、を備える。

本発明によれば、消費電力を削減しつつ、高解像化された投影像の表示の際に画素ずらしの動きが安定するまでに要する時間を短くすることができる。

実施形態における画像投影装置を例示する図である。 実施形態における画像投影装置の機能構成を例示するブロック図である。 実施形態における画像投影装置の光学エンジンを例示する斜視図である。 実施形態における照明光学系ユニットを例示する図である。 実施形態における投影光学系ユニットの内部構成を例示する図である。 実施形態における画像表示ユニットを例示する斜視図である。 実施形態における画像表示ユニットを例示する側面図である。 実施形態における固定ユニットを例示する斜視図である。 実施形態における固定ユニットを例示する分解斜視図である。 実施形態における固定ユニットによる可動プレートの支持構造について説明する図である。 実施形態における固定ユニットによる可動プレートの支持構造について説明する部分拡大図である。 実施形態におけるトップカバーを例示する底面図である。 実施形態における可動ユニットを例示する斜視図である。 実施形態における可動ユニットを例示する分解斜視図である。 実施形態における可動プレートを例示する斜視図である。 実施形態における可動プレートが外された可動ユニットを例示する斜視図である。 実施形態における画素ずらしにて半画素分シフトした画素の表示状態のイメージを示した説明図である。 実施形態における映像入力信号の有無による処理フローについての説明図である。 実施形態における高解像度化処理実行中にミュート機能が実行された場合の処理フローについての説明図である。 実施形態における特殊動作モードを高解像度の投影時よりも低速駆動とした場合についての説明図である。 実施形態における特殊動作モードを円運動とした場合についての説明図である。 実施形態における特殊動作モードを楕円運動とした場合についての説明図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。また、以下では、画像を投影する前提で説明しているが、投影には、投射を含むものとする。

＜画像投影装置の構成＞
図１は、実施形態におけるプロジェクタ１を例示する図である。
プロジェクタ１は、画像投影装置の一例であり、出射窓３、外部Ｉ／Ｆ９を有し、投影画像を生成する光学エンジンが内部に設けられている。プロジェクタ１は、例えば外部Ｉ／Ｆ９に接続されるパソコンやデジタルカメラから画像データが送信されると、光学エンジンが送信された画像データに基づいて投影画像を生成し、図１に示されるように出射窓３からスクリーンＳに画像Ｐを投影する。
なお、以下に示す図面において、Ｘ１Ｘ２方向はプロジェクタ１の幅方向、Ｙ１Ｙ２方向はプロジェクタ１の奥行き方向、Ｚ１Ｚ２方向はプロジェクタ１の高さ方向である。また、以下では、プロジェクタ１の出射窓３側を上、出射窓３とは反対側を下として説明する場合がある。

図２は、実施形態におけるプロジェクタ１の機能構成を例示するブロック図である。
図２に示されるように、プロジェクタ１は、電源４、メインスイッチＳＷ５、操作部７、外部Ｉ／Ｆ９、システムコントロール部１０、ファン２０、光学エンジン１５を有する。
電源４は、商用電源に接続され、プロジェクタ１の内部回路用に電圧及び周波数を変換して、システムコントロール部１０、ファン２０、光学エンジン１５等に給電する。
メインスイッチＳＷ５は、ユーザによるプロジェクタ１のＯＮ／ＯＦＦ操作に用いられる。電源４が電源コード等を介して商用電源に接続された状態で、メインスイッチＳＷ５がＯＮに操作されると、電源４がプロジェクタ１の各部への給電を開始し、メインスイッチＳＷ５がＯＦＦに操作されると、電源４がプロジェクタ１の各部への給電を停止する。
操作部７は、ユーザによる各種操作を受け付けるボタン等であり、例えばプロジェクタ１の上面に設けられている。操作部７は、例えば投影画像の大きさ、色調、ピント調整等のユーザによる操作を受け付ける。操作部７が受け付けたユーザ操作は、システムコントロール部１０に送られる。

外部Ｉ／Ｆ９は、例えばパソコン、デジタルカメラ等に接続される接続端子を有し、接続された機器から送信される画像データをシステムコントロール部１０に出力する。
システムコントロール部１０は、画像制御部１１、移動制御部１２を有する。また、画像制御部１１は、画素ずらし用画像処理部１１１を有する。システムコントロール部１０は、例えばコンピュータのような情報処理装置が有するＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を含み、ＣＰＵがＲＡＭと協働してＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することで、各部の機能が実現される。
画像制御部１１は、画像制御手段の一例であり、外部Ｉ／Ｆ９から入力される画像データに基づいて光学エンジン１５の画像表示ユニット５０に設けられているデジタルマイクロミラーデバイスＤＭＤ（Digital Micromirror Device（以下、単に「ＤＭＤ」という））５５１を制御し、スクリーンＳに投影する画像を生成する。

画素ずらし用画像処理部１１１は、入力された映像の１フレームから画素ずらし用に半画素ずらした２フレーム分の映像を生成する。画素ずらし用画像処理部１１１が行う具体的な処理については、図１７以降の図面を用いて後述する。
移動制御部１２は、移動制御手段の一例であり、画像表示ユニット５０において移動可能に設けられている可動ユニット５５を移動させ、可動ユニット５５に設けられているＤＭＤ５５１の位置を制御する。

ファン２０は、システムコントロール部１０に制御されて回転し、光学エンジン１５の光源３０を冷却する。
光学エンジン１５は、光源３０、照明光学系ユニット４０、画像表示ユニット５０、投影光学系ユニット６０を有し、システムコントロール部１０に制御されてスクリーンＳに画像を投影する。
光源３０は、例えば水銀高圧ランプ、キセノンランプ、ＬＥＤ等であり、システムコントロール部１０により制御され、照明光学系ユニット４０に光を照射する。
照明光学系ユニット４０は、例えばカラーホイール、ライトトンネル、リレーレンズ等を有し、光源３０から照射された光を画像表示ユニット５０に設けられているＤＭＤ５５１に導く。

画像表示ユニット５０は、固定支持されている固定ユニット５１、固定ユニット５１に対して移動可能に設けられている可動ユニット５５を有する。可動ユニット５５は、ＤＭＤ５５１を有し、システムコントロール部１０の移動制御部１２によって固定ユニット５１に対する位置が制御される。ＤＭＤ５５１は、画像生成手段の一例であり、システムコントロール部１０の画像制御部１１により制御され、照明光学系ユニット４０によって導かれた光を変調して投影画像を生成する。
投影光学系ユニット６０は、例えば複数の投射レンズ、ミラー等を有し、画像表示ユニット５０のＤＭＤ５５１によって生成される画像を拡大してスクリーンＳに投影する。

＜光学エンジンの構成＞
次に、プロジェクタ１の光学エンジン１５の各部の構成について説明する。
図３は、実施形態における光学エンジン１５を例示する斜視図である。光学エンジン１５は、図３に示されるように、光源３０、照明光学系ユニット４０、画像表示ユニット５０、投影光学系ユニット６０を有し、プロジェクタ１の内部に設けられている。
光源３０は、照明光学系ユニット４０の側面に設けられ、Ｘ２方向に光を照射する。照明光学系ユニット４０は、光源３０から照射された光を、下部に設けられている画像表示ユニット５０に導く。画像表示ユニット５０は、照明光学系ユニット４０によって導かれた光を用いて投影画像を生成する。投影光学系ユニット６０は、照明光学系ユニット４０の上部に設けられ、画像表示ユニット５０によって生成された投影画像をプロジェクタ１の外部に投影する。
なお、本実施形態に係る光学エンジン１５は、光源３０から照射される光を用いて上方に画像を投影するように構成されているが、水平方向に画像を投影するような構成であってもよい。

［照明光学系ユニット］
図４は、実施形態における照明光学系ユニット４０を例示する図である。
図４に示されるように、照明光学系ユニット４０は、カラーホイール４０１、ライトトンネル４０２、リレーレンズ４０３，４０４、シリンダミラー４０５、凹面ミラー４０６を有する。
カラーホイール４０１は、例えば周方向の異なる部分にＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色のフィルタが設けられている円盤である。カラーホイール４０１は、高速回転することで、光源３０から照射される光を、ＲＧＢ各色に時分割する。
ライトトンネル４０２は、例えば板ガラス等の貼り合わせによって四角筒状に形成されている。ライトトンネル４０２は、カラーホイール４０１を透過したＲＧＢ各色の光を、内面で多重反射することで輝度分布を均一化してリレーレンズ４０３，４０４に導く。
リレーレンズ４０３，４０４は、ライトトンネル４０２から出射された光の軸上色収差を補正しつつ集光する。
シリンダミラー４０５及び凹面ミラー４０６は、リレーレンズ４０３，４０４から出射された光を、画像表示ユニット５０に設けられているＤＭＤ５５１に反射する。ＤＭＤ５５１は、凹面ミラー４０６からの反射光を変調して投影画像を生成する。

［投影光学系ユニット］
図５は、実施形態における投影光学系ユニット６０の内部構成を例示する図である。
図５に示されるように、投影光学系ユニット６０は、投影レンズ６０１、折り返しミラー６０２、曲面ミラー６０３がケースの内部に設けられている。
投影レンズ６０１は、複数のレンズを有し、画像表示ユニット５０のＤＭＤ５５１によって生成された投影画像を、折り返しミラー６０２に結像させる。折り返しミラー６０２及び曲面ミラー６０３は、結像された投影画像を拡大するように反射して、プロジェクタ１の外部のスクリーンＳ等に投影する。

［画像表示ユニット］
図６は、実施形態における画像表示ユニット５０を例示する斜視図である。また、図７は、実施形態における画像表示ユニット５０を例示する側面図である。
図６及び図７に示されるように、画像表示ユニット５０は、固定支持されている固定ユニット５１、固定ユニット５１に対して移動可能に設けられている可動ユニット５５を有する。
固定ユニット５１は、第１固定板としてのトッププレート５１１、第２固定板としてのベースプレート５１２を有する。固定ユニット５１は、トッププレート５１１とベースプレート５１２とが所定の間隙を介して平行に設けられており、照明光学系ユニット４０の下部に固定される。
可動ユニット５５は、ＤＭＤ５５１、第１可動板としての可動プレート５５２、第２可動板としての結合プレート５５３、ヒートシンク５５４を有し、固定ユニット５１に移動可能に支持されている。

可動プレート５５２は、固定ユニット５１のトッププレート５１１とベースプレート５１２との間に設けられ、固定ユニット５１によってトッププレート５１１及びベースプレート５１２と平行且つ表面に平行な方向に移動可能に支持されている。
結合プレート５５３は、固定ユニット５１のベースプレート５１２を間に挟んで可動プレート５５２に固定されている。結合プレート５５３は、上面側にＤＭＤ５５１が固定して設けられ、下面側にヒートシンク５５４が固定されている。結合プレート５５３は、可動プレート５５２に固定されることで、可動プレート５５２、ＤＭＤ５５１、及びヒートシンク５５４と共に固定ユニット５１に移動可能に支持されている。

ＤＭＤ５５１は、結合プレート５５３の可動プレート５５２側の面に設けられ、可動プレート５５２及び結合プレート５５３と共に移動可能に設けられている。ＤＭＤ５５１は、可動式の複数のマイクロミラーが格子状に配列された画像生成面を有する。ＤＭＤ５５１の各マイクロミラーは、鏡面がねじれ軸周りに傾動可能に設けられており、システムコントロール部１０の画像制御部１１から送信される画像信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦ駆動される。
マイクロミラーは、例えば「ＯＮ」の場合には、光源３０からの光を投影光学系ユニット６０に反射するように傾斜角度が制御される。また、マイクロミラーは、例えば「ＯＦＦ」の場合には、光源３０からの光を不図示のＯＦＦ光板に向けて反射する方向に傾斜角度が制御される。
このように、ＤＭＤ５５１は、画像制御部１１から送信される画像信号によって各マイクロミラーの傾斜角度が制御され、光源３０から照射されて照明光学系ユニット４０を通った光を変調して投影画像を生成する。

ヒートシンク５５４は、放熱手段の一例であり、少なくとも一部分がＤＭＤ５５１に当接するように設けられている。ヒートシンク５５４は、移動可能に支持される結合プレート５５３にＤＭＤ５５１と共に設けられることで、ＤＭＤ５５１に当接して効率的に冷却することが可能になっている。このような構成により、本実施形態に係るプロジェクタ１では、ヒートシンク５５４がＤＭＤ５５１の温度上昇を抑制し、ＤＭＤ５５１の温度上昇による動作不良や故障等といった不具合の発生が低減されている。

（固定ユニット）
図８は、実施形態における固定ユニット５１を例示する斜視図である。また、図９は、実施形態における固定ユニット５１を例示する分解斜視図である。
図８及び図９に示されるように、固定ユニット５１は、トッププレート５１１、ベースプレート５１２を有する。
トッププレート５１１及びベースプレート５１２は、平板状部材から形成され、それぞれ可動ユニット５５のＤＭＤ５５１に対応する位置に中央孔５１３，５１４が設けられている。また、トッププレート５１１及びベースプレート５１２は、複数の支柱５１５によって、所定の間隙を介して平行に設けられている。
支柱５１５は、図９に示されるように、上端部がトッププレート５１１に形成されている支柱孔５１６に圧入され、雄ねじ溝が形成されている下端部がベースプレート５１２に形成されている支柱孔５１７に挿入される。支柱５１５は、トッププレート５１１とベースプレート５１２との間に一定の間隔を形成し、トッププレート５１１とベースプレート５１２とを平行に支持する。

また、トッププレート５１１及びベースプレート５１２には、支持球体５２１を回転可能に保持する支持孔５２２，５２６がそれぞれ複数形成されている。
トッププレート５１１の支持孔５２２には、内周面に雌ねじ溝を有する円筒状の保持部材５２３が挿入される。保持部材５２３は、支持球体５２１を回転可能に保持し、位置調整ねじ５２４が上から挿入される。ベースプレート５１２の支持孔５２６は、下端側が蓋部材５２７によって塞がれ、支持球体５２１を回転可能に保持する。
トッププレート５１１及びベースプレート５１２の支持孔５２２，５２６に回転可能に保持される支持球体５２１は、それぞれトッププレート５１１とベースプレート５１２との間に設けられる可動プレート５５２に当接し、可動プレート５５２を移動可能に支持する。

図１０は、実施形態における固定ユニット５１による可動プレート５５２の支持構造を説明するための図である。また、図１１は、図１０に示されるＡ部分の概略構成を例示する部分拡大図である。
図１０及び図１１に示されるように、トッププレート５１１では、支持孔５２２に挿入される保持部材５２３によって支持球体５２１が回転可能に保持されている。また、ベースプレート５１２では、下端側が蓋部材５２７によって塞がれている支持孔５２６によって支持球体５２１が回転可能に保持されている。
各支持球体５２１は、支持孔５２２，５２６から少なくとも一部分が突出するように保持され、トッププレート５１１とベースプレート５１２との間に設けられる可動プレート５５２に当接して支持する。可動プレート５５２は、回転可能に設けられている複数の支持球体５２１により、トッププレート５１１及びベースプレート５１２と平行且つ表面に平行な方向に移動可能に両面から支持される。

また、トッププレート５１１側に設けられている支持球体５２１は、可動プレート５５２とは反対側で当接する位置調整ねじ５２４の位置に応じて、保持部材５２３の下端からの突出量が変化する。例えば、位置調整ねじ５２４がＺ１方向に変位すると、支持球体５２１の突出量が減り、トッププレート５１１と可動プレート５５２との間隔が小さくなる。また、例えば、位置調整ねじ５２４がＺ２方向に変位すると、支持球体５２１の突出量が増え、トッププレート５１１と可動プレート５５２との間隔が大きくなる。
このように、位置調整ねじ５２４を用いて支持球体５２１の突出量を変化させることで、トッププレート５１１と可動プレート５５２との間隔を適宜調整できる。
また、図８及び図９に示されるように、トッププレート５１１のベースプレート５１２側の面には、磁石５３１，５３２，５３３，５３４が設けられている。

図１２は、実施形態におけるトッププレート５１１を例示する底面図である。図１２に示されるように、トッププレート５１１のベースプレート５１２側の面には、磁石５３１，５３２，５３３，５３４が設けられている。
磁石５３１，５３２，５３３，５３４は、トッププレート５１１の中央孔５１３を囲むように４箇所に設けられている。磁石５３１，５３２，５３３，５３４は、それぞれ長手方向が平行になるように配置された直方体状の２つの磁石で構成され、それぞれ可動プレート５５２に及ぶ磁界を形成する。
磁石５３１，５３２，５３３，５３４は、それぞれ可動プレート５５２の上面に各磁石５３１，５３２，５３３，５３４に対向して設けられているコイルとで、可動プレート５５２を移動させる移動手段を構成する。
なお、上記した固定ユニット５１に設けられる支柱５１５、支持球体５２１の数や位置等は、可動プレート５５２を移動可能に支持できればよく、本実施形態に例示される構成に限られるものではない。

（可動ユニット）
図１３は、実施形態における可動ユニット５５を例示する斜視図である。また、図１４は、実施形態における可動ユニット５５を例示する分解斜視図である。
図１３及び図１４に示されるように、可動ユニット５５は、ＤＭＤ５５１、可動プレート５５２、結合プレート５５３、ヒートシンク５５４、保持部材５５５、ＤＭＤ基板５５７を有し、固定ユニット５１に対して移動可能に支持されている。
可動プレート５５２は、上記したように、固定ユニット５１のトッププレート５１１とベースプレート５１２との間に設けられ、複数の支持球体５２１によりトッププレート５１１とベースプレート５１２との間を固定ユニットに対して移動可能に支持される。

図１５は、実施形態における可動プレート５５２を例示する斜視図である。
図１５に示されるように、可動プレート５５２は、平板状の部材から形成され、ＤＭＤ基板５５７に設けられるＤＭＤ５５１に対応する位置に中央孔５７０を有し、中央孔５７０の周囲にコイル５８１，５８２，５８３，５８４が設けられている。
コイル５８１，５８２，５８３，５８４は、それぞれＺ１Ｚ２方向に平行な軸を中心として電線が巻き回されることで形成され、可動プレート５５２のトッププレート５１１側の面に形成されている凹部に設けられてカバーで覆われている。コイル５８１，５８２，５８３，５８４は、それぞれトッププレート５１１の磁石５３１，５３２，５３３，５３４とで、可動プレート５５２を移動させる移動手段を構成する。
トッププレート５１１の磁石５３１，５３２，５３３，５３４と、可動プレート５５２のコイル５８１，５８２，５８３，５８４とは、可動ユニット５５が固定ユニット５１に支持された状態で、それぞれ対向する位置に設けられている。コイル５８１，５８２，５８３，５８４に電流が流されると、磁石５３１，５３２，５３３，５３４によって形成される磁界により、可動プレート５５２を移動させる駆動力となるローレンツ力が発生する。

可動プレート５５２は、磁石５３１，５３２，５３３，５３４とコイル５８１，５８２，５８３，５８４との間で発生する駆動力としてのローレンツ力を受けて、固定ユニット５１に対して、ＸＹ平面において直線的又は回転するように変位する。
各コイル５８１，５８２，５８３，５８４に流される電流の大きさ及び向きは、システムコントロール部１０の移動制御部１２によって制御される。移動制御部１２は、各コイル５８１，５８２，５８３，５８４に流す電流の大きさ及び向きによって、可動プレート５５２の移動（回転）方向、移動量や回転角度等を制御する。

本実施形態では、第１駆動手段として、コイル５８１及び磁石５３１と、コイル５８４及び磁石５３４とが、Ｘ１Ｘ２方向に対向して設けられている。コイル５８１及びコイル５８４に電流が流されると、図１５に示されるようにＸ１方向又はＸ２のローレンツ力が発生する。可動プレート５５２は、コイル５８１及び磁石５３１と、コイル５８４及び磁石５３４とにおいて発生するローレンツ力により、Ｘ１方向又はＸ２方向に移動する。

また、本実施形態では、第２駆動手段として、コイル５８２及び磁石５３２と、コイル５８３及び磁石５３３とが、Ｘ１Ｘ２方向に並んで設けられ、磁石５３２及び磁石５３３は、磁石５３１及び磁石５３４とは長手方向が直交するように配置されている。このような構成において、コイル５８２及びコイル５８３に電流が流されると、図１５に示されるようにＹ１方向又はＹ２方向のローレンツ力が発生する。

可動プレート５５２は、コイル５８２及び磁石５３２と、コイル５８３及び磁石５３３とにおいて発生するローレンツ力により、Ｙ１方向又はＹ２方向に移動する。また、可動プレート５５２は、コイル５８２及び磁石５３２と、コイル５８３及び磁石５３３とで反対方向に発生するローレンツ力により、ＸＹ平面において回転するように変位する。
例えば、コイル５８２及び磁石５３２においてＹ１方向のローレンツ力が発生し、コイル５８３及び磁石５３３においてＹ２方向のローレンツ力が発生するように電流が流されると、可動プレート５５２は、上面視で時計回り方向に回転するように変位する。また、コイル５８２及び磁石５３２においてＹ２方向のローレンツ力が発生し、コイル５８３及び磁石５３３においてＹ１方向のローレンツ力が発生するように電流が流されると、可動プレート５５２は、上面視で反時計回り方向に回転するように変位する。

また、可動プレート５５２には、固定ユニット５１の支柱５１５に対応する位置に、可動範囲制限孔５７１が設けられている。可動範囲制限孔５７１は、固定ユニット５１の支柱５１５が挿入され、例えば振動や何らかの異常等により可動プレート５５２が大きく移動した時に支柱５１５に接触することで、可動プレート５５２の可動範囲を制限する。
以上で説明したように、本実施形態では、システムコントロール部１０の移動制御部１２が、コイル５８１，５８２，５８３，５８４に流す電流の大きさや向きを制御することで、可動範囲内で可動プレート５５２を任意の位置に移動させることができる。

なお、移動手段としての磁石５３１，５３２，５３３，５３４及びコイル５８１，５８２，５８３，５８４の数、位置等は、可動プレート５５２を任意の位置に移動させることが可能であれば、本実施形態とは異なる構成であってもよい。例えば、移動手段としての磁石は、トッププレート５１１の上面に設けられてもよく、ベースプレート５１２の何れかの面に設けられてもよい。また、例えば、磁石が可動プレート５５２に設けられ、コイルがトッププレート５１１又はベースプレート５１２に設けられてもよい。

また、可動範囲制限孔５７１の数、位置及び形状等は、本実施形態に例示される構成に限られない。例えば、可動範囲制限孔５７１は一つであってもよく、複数であってもよい。また、可動範囲制限孔５７１の形状は、例えば長方形や円形等、本実施形態とは異なる形状であってもよい。
固定ユニット５１によって移動可能に支持される可動プレート５５２の下面側（ベースプレート５１２側）には、図１３に示されるように、結合プレート５５３が固定されている。結合プレート５５３は、平板状部材から形成され、ＤＭＤ５５１に対応する位置に中央孔を有し、周囲に設けられている折り曲げ部分が３本のねじ５９１によって可動プレート５５２の下面に固定されている。

図１６は、可動プレート５５２が外された可動ユニット５５を例示する斜視図である。
図１６に示されるように、結合プレート５５３には、上面側にＤＭＤ５５１、下面側にヒートシンク５５４が設けられている。結合プレート５５３は、可動プレート５５２に固定されることで、ＤＭＤ５５１、ヒートシンク５５４と共に、可動プレート５５２に伴って固定ユニット５１に対して移動可能に設けられている。
ＤＭＤ５５１は、ＤＭＤ基板５５７に設けられており、ＤＭＤ基板５５７が保持部材５５５と結合プレート５５３との間で挟み込まれることで、結合プレート５５３に固定されている。保持部材５５５、ＤＭＤ基板５５７、結合プレート５５３、ヒートシンク５５４は、図１４及び図１６に示されるように、固定部材としての段付ねじ５６０及び押圧手段としてのばね５６１によって重ねて固定されている。

＜画像投影＞
上記したように、本実施形態に係るプロジェクタ１において、投影画像を生成するＤＭＤ５５１は、可動ユニット５５に設けられており、システムコントロール部１０の移動制御部１２によって可動ユニット５５と共に位置が制御される。
移動制御部１２は、例えば、画像投影時にフレームレートに対応する所定の周期で、ＤＭＤ５５１の複数のマイクロミラーの配列間隔未満の距離だけ離れた複数の位置の間を高速移動するように可動ユニット５５の位置を制御する。このとき、画像制御部１１は、それぞれの位置に応じてシフトした投影画像を生成するようにＤＭＤ５５１に画像信号を送信する。

例えば、移動制御部１２は、Ｘ１Ｘ２方向及びＹ１Ｙ２方向にＤＭＤ５５１のマイクロミラーの配列間隔未満の距離だけ離れた位置Ｐ１と位置Ｐ２との間で、ＤＭＤ５５１を所定の周期で往復移動させる。このとき、画像制御部１１が、それぞれの位置に応じてシフトした投影画像を生成するようにＤＭＤ５５１を制御することで、投影画像の解像度を、ＤＭＤ５５１の解像度の約２倍にすることが可能になる。また、ＤＭＤ５５１の移動位置を増やすことで、投影画像の解像度をＤＭＤ５５１の２倍以上にすることもできる。
このように、移動制御部１２が可動ユニット５５と共にＤＭＤ５５１を所定の周期で移動させ、画像制御部１１がＤＭＤ５５１に位置に応じた投影画像を生成させることで、ＤＭＤ５５１の解像度以上の画像を投影することが可能になる。
また、本実施形態に係るプロジェクタ１では、移動制御部１２がＤＭＤ５５１を可動ユニット５５と共に回転するように制御することで、投影画像を縮小させることなく回転させることができる。例えばＤＭＤ５５１等の画像生成手段が固定されているプロジェクタでは、投影画像を縮小させなければ、投影画像の縦横比を維持しながら回転させることはできない。これに対して、本実施形態に係るプロジェクタ１では、ＤＭＤ５５１を回転させることができるため、投影画像を縮小させることなく回転させて傾き等の調整を行うことが可能になっている。

このように、プロジェクタ１では、電流の向きやその大きさに応じて、ＤＭＤ５５１を含む可動ユニット５５を任意に動かすことができるが、以下、画像制御部１１による画素ずらし技術による高解像度化処理における消費電力の削減について説明する。
以下に説明するように、本実施例におけるシステムコントロール部１０の画像制御部１１では、画素ずらし用画像処理部１１１が、例えば、投影信号が入力されていない無信号状態と判断した場合、もしくはユーザ操作により投影画像を一時的に消して投影を行っていないミュート機能を実行された場合、画像表示素子の動作を特殊動作に切り替える。特殊動作とは、可動ユニットが行う動作のうち、高解像度化機能を伴う投影時とは異なる動作である。なお、画素ずらし用画像処理部１１の提供方法としては、FPGA（Field-Programmable Gate Array）などのプログラマブルロジックデバイス（PLD：Programmable Logic Device）とし、ビットストリームを画像表示素子ユニット３０とセットで提供する方法などがある。

画素ずらし投影手段としては、例えば、特開２００７−２４８８９４号公報に記載のように画素シフト素子で光路をシフトさせることにより中間画像を形成して画素密度を増やす方式と、特開２０１６−０８５３６３号公報に記載のようにＤＭＤ５５１自体を駆動させることにより高解像度化を実現する方式とがある。以下では、後者による方式を前提に説明していくが、光路をシフトさせることにより高解像度化を実現させる方式においても、同様の制御により同等の効果を得ることができる。

（画素ずらし（ＤＭＤシフト））
上述のように、プロジェクタ１において投影画像を生成するＤＭＤ５５１は、可動ユニット５５に設けられており、移動制御部１２によって可動ユニット５５と共に位置が制御される。
移動制御部１２は、例えば、画像投影時にフレームレートに対応する所定の周期で、ＤＭＤ５５１の複数のマイクロミラーの配列間隔未満の距離だけ離れた複数の位置の間を高速移動するように可動ユニット５５の位置を制御する。このとき、ＤＭＤ制御部１３は、それぞれの位置に応じてシフトした投影画像を生成するようにＤＭＤ５５１に画像信号を送信する。

移動制御部１２は、Ｘ１Ｘ２方向及びＹ１Ｙ２方向にＤＭＤ５５１のマイクロミラーの配列間隔未満の距離だけ離れた位置Ａと位置Ｂとの間で、ＤＭＤ５５１を所定の周期で往復移動させる。このとき、画像制御部１１の画素ずらし用画像処理部１１１が、それぞれの位置に応じてシフトした投影画像を生成するようにＤＭＤ５５１を制御することで、投影画像の解像度を、ＤＭＤ５５１の解像度の約２倍にすることが可能になる。
このように、移動制御部１２が可動ユニット５５と共にＤＭＤ５５１を所定の周期で移動させ、画素ずらし用画像処理部１１１がＤＭＤ５５１に位置に応じた投影画像を生成させることで、ＤＭＤ５５１の解像度以上の画像を投影することが可能になる。

図１７は、画素ずらし（以下、ＤＭＤシフトともいう）にて半画素分シフトした画素の表示状態のイメージを示した説明図である。
図１７（Ａ）は、表示位置をシフトしない状態（シフト前の状態、第１状態）である各画素Ｓ１を示しており、各画素のサイズはＸＬ×ＹＬとなっている。また、図１８（Ｂ）は、半画素分（ＸＬ／２，ＹＬ／２）シフトされた状態（第２状態）であるの各画素Ｓ２を示している。そして、２つの画像を合成、すなわち、交互に各画素での映像を投影することにより、図１８（Ｃ）に示すように、擬似的に高解像度化することが可能となる。このように、元の画像に対して半画素分ずらした画像を合成させることで、最大２倍程度の高解像度化を実現できる。

図１８は、映像入力信号の有無による処理フローについての説明図である。図１８に示すように、画像制御部１１の画素ずらし用画像処理部１１１は、外部Ｉ／Ｆ９から映像入力信号を受信したか否かを判定する（Ｓ１００）。画素ずらし用画像処理部１１１は、外部Ｉ／Ｆ９から映像入力信号を受信したと判定した場合（Ｓ１００；Ｙｅｓ）、画素ずらしによる高解像度化処理を実行する（Ｓ１０１）。一方、画素ずらし用画像処理部１１１は、外部Ｉ／Ｆ９から映像入力信号を受信していないと判定した場合（Ｓ１００；Ｎｏ）、映像素子を特殊動作モードで動作させる（Ｓ１０２）。
以上のように、映像信号なしの場合は映像素子を特殊動作モードで動作させることにより、消費電力を削減することができる。

図１９は、高解像度化処理実行中にミュート機能が実行された場合の処理フローについての説明図である。図１９に示すように、画像制御部１１の画素ずらし用画像処理部１１１は、外部Ｉ／Ｆ９からミュート機能が実行されたことを示す信号を受信したか否かを判定し（Ｓ２００）、外部Ｉ／Ｆ９からミュート機能が実行されたことを示す信号を受信したと判定した場合（Ｓ２００；Ｙｅｓ）、映像素子を特殊動作モードで動作させる（Ｓ２０１）。一方、画素ずらし用画像処理部１１１は、外部Ｉ／Ｆ９からミュート機能が実行されたことを示す信号を受信していないと判定した場合（Ｓ２００；Ｎｏ）、何もせず処理を終了する。
画素ずらし用画像処理部１１１は、特殊動作モードで動作させた後、ミュート機能が終了したことを示す信号を受信したか否かを判定する（Ｓ２０２）。画素ずらし用画像処理部１１１は、ミュート機能が終了したことを示す信号を受信したと判定した場合（Ｓ２０２；Ｙｅｓ）、映像素子の特殊動作モードを終了して高解像度化処理を実行し（Ｓ２０３）、処理を終了する。一方、画素ずらし用画像処理部１１１は、ミュート機能が終了したことを示す信号を受信していないと判定した場合（Ｓ２０２；Ｎｏ）、そのまま待機する。

以上のように、ミュート機能が実行されて投影画像が消されている場合は映像素子を特殊動作モードで動作させることにより、消費電力を削減することができる。なお、図１８、１９では、映像入力信号の有無、ミュート機能が実行されたことを示す信号の有無について例示したが、投影を行っていないような場合として、光源３０が消灯したことを示す信号の有無の場合も同様に適用することができる。例えば、画素ずらし用画像処理部１１１は、光源３０の消灯信号を受信した場合には、投影を行っていないと認識し、映像素子を上述した特殊モードで動作させればよい。

図２０は、特殊動作モードを高解像度の投影時よりも低速駆動とした場合についての説明図である。図２０に示すように、画像制御部１１の画素ずらし用画像処理部１１１は、通常投影中においては、画像表示素子であるＤＭＤ５５１を、例えば６０Ｈｚで斜め４５°の方向に半画素分ずらすことにより投影画像を高解像度化している（図２０左）。しかし、上述した特殊動作モードで動作させる場合、画素ずらし用画像処理部１１１は、例えば１Ｈｚなどの低周波数の直線運動で画像表示素子を動かす。直線運動では軌跡の頂点で進行方向と慣性力が１８０°逆転してしまうために駆動力に対して大きな負荷となる。しかし、低周波数で動かすことにより慣性力も弱くなるため、低周波数で動かした分だけ駆動力への負荷も小さくなり、消費電力を削減することができる。

図２１は、特殊動作モードを円運動とした場合についての説明図である。図２１に示すように、画像制御部１１の画素ずらし用画像処理部１１１は、通常投影中においては、画像表示素子であるＤＭＤ５５１を、例えば６０Ｈｚで斜め４５°の方向に半画素分ずらすことにより投影画像を高解像度化している（図２１左）。しかし、上述した特殊動作モードで動作させる場合、画素ずらし用画像処理部１１１は、例えば１Ｈｚなどの低周波数の円運動で画像表示素子を動かす。低速円運動で動かすことにより慣性力はほぼ無くなるため、直線運動で動かす場合よりも消費電力を削減することができる。

図２２は、特殊動作モードを楕円運動とした場合についての説明図である。図２２に示すように、画像制御部１１の画素ずらし用画像処理部１１１は、通常投影中においては、画像表示素子であるＤＭＤ５５１を、例えば６０Ｈｚで斜め４５°の方向に半画素分ずらすことにより投影画像を高解像度化している（図２２左）。しかし、上述した特殊動作モードで動作させる場合、画素ずらし用画像処理部１１１は、例えば１Ｈｚなどの低周波数の楕円運動で画像表示素子を動かす。低速な楕円運動で動かすことにより慣性力はほぼ無くなるため、消費電力を削減することができる。また、通常動作の直線運動に復帰する場合も、円運動に比べて直線運動に近いため短い時間で復帰することができる。

このように、本実施例で示したプロジェクタ１において、画像制御部１１の画素ずらし用画像処理部１１１は、光源消灯時、投影ミュート時、もしくは、映像信号の入力なし時において、可動ユニットの動作を、高解像度化機能を伴う投影時とは異なる動作に変更することにより、画素ずらしを完全には停止させず、通常の画素ずらし時よりも画素ずらしの動きが遅い特殊動作で動かしておくとした。このようにすることで、無駄な電力の消費を抑えつつも、投影時に不安定に高解像度化された投影像が表示される時間を短縮することができる。
以上、実施形態に係る画像投影装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。

１ プロジェクタ
１０ システムコントロール部
１１ 画像制御部
１１１ 画素ずらし用画像処理部
１２ 移動制御部
３０ 光源
４０ 照明光学系ユニット
５０ 画像表示ユニット
６０ 投影光学系ユニット
５１１ トッププレート
５１２ ベースプレート
５１５ 支柱
５２１ 支持球体
５２２，５２６ 支持孔
５２４ 位置調整ねじ
５３１，５３２，５３３，５３４ 磁石
５８１，５８２，５８３，５８４ コイル
５５１ ＤＭＤ
５５２ 可動プレート
５５３ 結合プレート
５５４ ヒートシンク
５６０ 段付きねじ
５６１ ばね
５７１ 可動範囲制限孔

特開２０１７−１２９６７７号公報

Claims (7)

1. 固定支持されている固定ユニットと、
   画像表示素子を有し、前記固定ユニットに対して移動可能な可動ユニットと、
   前記可動ユニットの移動を制御する移動制御部と、
   前記移動制御部により前記可動ユニットを動かし、前記画像表示素子の位置に応じて前記画像表示素子に画像を生成することで投影画像上の画素数を高解像度化する画像制御部であって、映像信号の入力がない場合、または、投影を行っていない場合、前記可動ユニットの動作を、前記高解像度化を伴う投影時よりも低速の動作に変更する前記画像制御部と、
   を備えることを特徴とする画像投影装置。
2. 前記画像制御部は、前記投影を行っていない場合として、光源消灯時または投影ミュート時に、前記可動ユニットの動作を前記異なる動作に変更する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
3. 前記画像制御部は、映像信号の入力がない場合、または、投影を行っていない場合、前記可動ユニットの動作を、前記高解像度化を伴う投影時よりも低速の直線運動に変更する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の画像投影装置。
4. 前記画像制御部は、映像信号の入力がない場合、または、投影を行っていない場合、前記可動ユニットの動作を、前記高解像度化を伴う投影時よりも低速の円運動に変更する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の画像投影装置。
5. 前記画像制御部は、映像信号の入力がない場合、または、投影を行っていない場合、前記可動ユニットの動作を、前記高解像度化を伴う投影時よりも低速の楕円運動に変更する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の画像投影装置。
6. 固定支持されている固定ユニットと、画像表示素子を有し、前記固定ユニットに対して移動可能な可動ユニットと、前記可動ユニットの移動を制御する移動制御部とを備えた画像投影装置で行われる画像投影方法であって、
   前記移動制御部が、
   前記可動ユニットを動かし、前記画像表示素子の位置に応じて前記画像表示素子に画像を生成することで投影画像上の画素数を高解像度化し、
   映像信号の入力がない場合、または、投影を行っていない場合、前記可動ユニットの動作を、前記高解像度化を伴う投影時よりも低速の動作に変更する、
   ことを特徴とする画像投影方法。
7. コンピュータに、
   画像表示素子を有し、固定支持されている固定ユニットに対して移動可能な可動ユニットの移動を制御する処理と、
   前記可動ユニットを動かし、前記画像表示素子の位置に応じて前記画像表示素子に画像を生成することで投影画像上の画素数を高解像度化する処理と、
   映像信号の入力がない場合、または、投影を行っていない場合、前記可動ユニットの動作を、前記高解像度化を伴う投影時よりも低速の動作に変更する処理と、
   を実行させることを特徴とする画像投影プログラム。