JP2008176069A

JP2008176069A - 画像投影装置

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Publication number: JP2008176069A
Application number: JP2007009561A
Authority: JP
Inventors: Hidetaka Hoshino; 秀隆星野
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2007-01-18
Filing date: 2007-01-18
Publication date: 2008-07-31

Abstract

【課題】第一の画像と第二の画像とを隣り合わせて表示する場合であっても、大型化を抑制するとともに、視認者にとって視認し易い画像を表示させることができる画像投影装置を提供する。
【解決手段】第一の映像光に対応する第一の画像と、第二の映像光に対応する第二の画像とに対して設定されている境界部Ａと、投影レンズ３６の主点Ｂとを結ぶ延長線Ｃ上に、反射ミラー３４の端部３４Ａが配置されている。第一の映像光と第二の映像光とが、投影レンズ３６の主点Ｂを対称として出射され、反射ミラー３６は、その投影レンズ３６からの第一の映像光と第二の映像光とを、境界部Ａを含む所定の重複投影領域だけ重ねて投影することによって、第一の画像と第二の画像とを隣り合わせて表示させる位置に配置された。
【選択図】図３

Description

本発明は、画像投影装置に関するものであり、特に、投影レンズからの映像光を所定の投影領域に投影することによって、所定の画像を表示させる画像投影装置に関する。

従来、画像投影装置には、光を投影面に投影し、所定の画像を表示させるプロジェクタなどが含まれる。このようなプロジェクタをはじめとする画像投影装置には、光を出射する光源や、その光源の制御を行う制御部などが含まれている。

具体的には、液晶表示装置やＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）表示素子等からなる電気光学素子を内蔵した画像投影装置が普及している。また、この種の画像投影装置の中には、例えば、特許文献１に示すように、光変調素子や投影レンズなどを複数系統備え、複数の画像を隣り合わせて、大きなサイズの画像を表示可能なプロジェクタが開示されている。
特開２００６−１５３９５２号公報

しかしながら、上述したような画像投影装置では、複数の画像に合わせた複数系統の投影レンズを備えなければならず、大型化を招くおそれがあった。更にまた、第一の画像と第二の画像とを隣り合わせて表示することができるが、それら第一の画像と第二の画像とがその境界部が明確に視認可能となり、視認者にとって自然な画像として視認し難くなるおそれがある。

本発明は、上述したような課題に鑑みてなされたものであり、第一の画像と第二の画像とを隣り合わせて表示する場合であっても、大型化を抑制するとともに、視認者にとって視認し易い画像を表示させることができる画像投影装置を提供することを目的とする。

以上のような目的を達成するために、本発明は、以下のようなものを提供する。

すなわち、請求項１記載の本発明では、光を出射する光源と、前記光源からの光を変調して映像光を出射する光変調素子と、前記光変調素子からの映像光を投影する投影レンズと、を備え、前記投影レンズからの映像光を所定の投影領域に投影することによって、所定の画像を表示させる画像投影装置において、第一の映像光を出射する第一の光変調素子と、第二の映像光を出射する第二の光変調素子と、が前記光変調素子として配置されており、前記第一の光変調素子からの前記第一の映像光、前記第二の光変調素子からの前記第二の映像光の少なくともいずれかを前記投影レンズに導く導光体が配置されており、前記第一の映像光に対応する第一の画像と、前記第二の映像光に対応する第二の画像とに対して設定されている境界部と、前記投影レンズの主点とを結ぶ延長線上に、前記導光体の端部が配置されており、前記第一の映像光と前記第二の映像光とが、前記投影レンズの主点を対称として出射され、当該投影レンズからの第一の映像光と第二の映像光とを、前記境界部を含む所定の重複投影領域だけ重ねて投影することによって、前記第一の画像と前記第二の画像とを隣り合わせて表示させる位置に前記導光体が配置されたことを特徴とするものである。

また、請求項２記載の本発明では、請求項１に記載の発明において、前記導光体の端部から前記投影レンズに向かう光は、前記第一の光変調素子、前記第二の光変調素子における１０ピクセル分を直径とした許容錯乱円の焦点深度外の光であることを特徴とするものである。

また、請求項３記載の本発明では、請求項１又は２に記載の発明において、前記導光体は、前記第一の光変調素子からの前記第一の映像光を前記投影レンズに導く第一導光部と、前記第二の光変調素子からの前記第二の映像光を前記投影レンズに導く第二導光部と、を有し、前記第一導光部の端部と、前記第二導光部の端部とが、前記境界部と前記投影レンズの主点とを結ぶ延長線上に配置されていることを特徴とするものである。

請求項１又は３に記載の発明によれば、第一の光変調素子から出射する第一の映像光、第二の光変調素子から出射する第二の映像光の少なくともいずれかを投影レンズに導く導光体が配置されている。また、第一の映像光に対応する第一の画像と、第二の映像光に対応する第二の画像とに対して設定されている境界部と、投影レンズの主点とを結ぶ延長線上に、導光体の端部が配置されている。また、第一の映像光と第二の映像光とが、投影レンズの主点を対称として出射され、その投影レンズからの第一の映像光と第二の映像光とを、境界部を含む所定の重複投影領域だけ重ねて投影することによって、第一の画像と第二の画像とを隣り合わせて表示させる位置に導光体が配置される。従って、第一の画像と第二の画像とを隣り合わせて表示する場合であっても、投影レンズに対して第一の映像光と第二の映像光とを導くことによって大型化を抑制するとともに、それら第一の画像と第二の画像とがその境界部を含む重複投影領域において重ねて投影されるため、第一の画像と第二の画像との境界部が明確にならず、視認者にとって視認し易い画像を表示させることができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、導光体の端部から投影レンズに向かう光は、第一の光変調素子、第二の光変調素子における１０ピクセル分を直径とした許容錯乱円の焦点深度外の光である。従って、第一の映像光と第二の映像光との境界部が適度に明確にならず、より一層、視認者にとって視認し易い画像を表示させることができる。

以下に、本発明に好適な実施形態について図面に基づいて説明する。

［画像投影装置の構成］
本実施形態における画像投影装置の概観について図１を用いて説明する。

画像投影装置１０は、映像光を投影領域に投影することによって、所定の画像を表示させる装置である。この画像投影装置１０は、図１に示すように、本体部１２と、その本体部１２からの画像光が出射する出射部１４と、画像投影装置１０の制御操作を行う制御パネル１６と、本体部１２を支持する支持部１７と、支持部１７が固定された固定部１８と、から構成されている。本体部１２には、映像光を投影するための光学系２０（図３参照）が内蔵されており、光源からの光を変調させることによって、映像光を生成し、出射部１４に導く。出射部１４は、本体部１２において生成された映像光を出射し、映像光を投影領域に投影することによって、映像光に基づく所定の画像を表示させることとなる。また、この画像投影装置１０は、支持部１７、固定部１８によって床に直接配置させることが可能であり、図２（Ａ）に示すように、２つの投影領域３２Ｘ，３２Ｙを上下方向に隣り合わせて表示させることができる。

また、このような投影領域３２Ｘ，３２Ｙにおいては、図２（Ｂ）に示すように、第一の映像光に基づく第一の画像が表示される投影領域３２Ｘと、第二の映像光に基づく第二の画像が表示される投影領域３２Ｙとの境界部Ａが設定されている。また、この境界部Ａを境として、投影領域３２Ｘにおいて第二の映像光が投影される重複投影領域３２Ｚ２と、投影領域３２Ｙにおいて第一の映像光が投影される重複投影領域３２Ｚ１と、が設定されている。つまり、第一の映像光は、第一の画像を表示するための投影領域３２Ｘと、第二の画像の一部を表示する重複投影領域３２Ｚ１と、に投影されることとなり、第二の映像光は、第二の画像を表示するための投影領域３２Ｙと、第一の画像の一部を表示する重複投影領域３２Ｚ２と、に主に投影されることとなる。このため、境界部Ａを含む重複投影領域３２Ｚ１，３２Ｚ２においては、第一の映像光と第二の映像光とが重なりあって投影されることとなる。

［投影光学系の構成］
本体部１２に内蔵されている光学系について具体的に図３を用いて説明する。

図３（Ａ）に示すように、光学系２０には、光源２２Ｘ，２２Ｙ（図４参照）と、光源２２Ｘ，２２Ｙからの照明光が照射される光変調素子２６Ｘ，２６Ｙと、光変調素子２６Ｘ，２６Ｙからの映像光を投影レンズ３６に導く導光体としての反射ミラー３４と、反射ミラー３４によって反射された映像光をスクリーン（投影面、投影領域）３２に向かって投影する投影レンズ３６と、が含まれる。

光変調素子２６Ｘ，２６Ｙには、液晶表示装置が採用されており、それぞれ光源２２Ｘ，２２Ｙからの光を変調して映像光を出射する素子である。この光変調素子２６Ｘ，２６Ｙは、上方に配置された第一の光変調素子２６Ｘと、下方に配置された第二の光変調素子２６Ｙと、の複数系統の素子によって構成されている。つまり、第一の光変調素子は、第一の映像光を出射し、第二の光変調素子は、第二の映像光を出射する機能を有している。

また、第一の光変調素子２６Ｘは、図３（Ｂ）に示すように、画像を表示させるための有効表示領域Ｘ１，Ｘ２と、画像を表示させないための無効表示領域Ｘ０と、を含む領域を有している。この無効表示領域Ｘ０は、その領域を通過する映像光の中心が、反射ミラー３４の第一反射部３４Ｘの端部３４Ａから外れる領域であり、映像光が投影レンズ３６に導かれないため、映像光が透過しないような画素が表示されることとなる。これによって、余計な映像光を出射することなく、ノイズを抑制することができる。一方、有効表示領域Ｘ１，Ｘ２は、第一の画像を表示するための第一有効表示領域Ｘ１と、第二の画像を表示するための第二有効表示領域Ｘ２と、を含み、第一有効表示領域Ｘ１を透過した映像光は、反射ミラー３４、投影レンズ３６によって、投影領域３２Ｘに導かれ、第二有効表示領域Ｘ２を透過した映像光は、反射ミラー３４、投影レンズ３６によって、重複投影領域３２Ｚ１に導かれる。このような第一有効表示領域Ｘ１を透過した映像光と、第二有効表示領域Ｘ２を透過した映像光とが、上述した第一の映像光としてスクリーン３２に導かれることとなる。尚、第二の光変調素子２６Ｙにおいても同じような構成となっている。

尚、本実施形態においては、光変調素子として液晶表示装置が採用されているが、これに限らず、例えば、ＤＭＤ表示素子が採用されてもよい。このＤＭＤ表示素子は、半導体基板上に微細なマイクロミラーを２次元配置しており、画像信号に応じて各マイクロミラーの傾斜角度を変化させる制御を行うことによって、入射した光を反射させ、その反射光を映像光として形成する。

反射ミラー３４は、第一の光変調素子２６Ｘからの第一の映像光を投影レンズ３６の上方に導く第一導光部としての第一反射部３４Ｘと、第二の光変調素子２６Ｙからの第二の映像光を投影レンズ３６の下方に導く第二導光部としての第二反射部３４Ｙと、が一体に構成されている。この第一反射部３４Ｘ及び第二反射部３４Ｙの端部３４Ａは、中心線（延長線）Ｃ上に位置するように反射ミラー３４が配置されている。この延長線Ｃとは、第一の映像光に基づく第一の画像と、第二の映像光に基づく第二の画像との境界部Ａと、投影レンズ３６の主点Ｂとの延長線である。また、この反射ミラー３４は、第一の映像光と第二の映像光とを、投影レンズ３６の主点Ｂを対称として出射される。また、その投影レンズ３６からの第一の映像光と第二の映像光とが、境界部Ｂを含む所定の重複投影領域３２Ｚ１，３２Ｚ２だけ重ねて投影され、第一の画像と第二の画像とを隣り合わせて表示させる位置に反射ミラー３４が配置されている。

従って、第一の画像と第二の画像とを隣り合わせて表示する場合であっても、投影レンズに対して第一の映像光と第二の映像光とを導くことによって大型化を抑制するとともに、それら第一の画像と第二の画像とがその境界部を含む重複投影領域において重ねて投影されるため、第一の画像と第二の画像との境界部が明確にならず、視認者にとって視認し易い画像を表示させることができる。

また、反射ミラー３４は、その端部３４Ａから投影レンズ３６に向かう第一の映像光、第二の映像光が、光変調素子２６，２６Ｙにおける１０ピクセル分を直径とした許容錯乱円の焦点深度外の光となるような位置に配置されることが好ましい。ここでいう焦点深度とは、焦点があっている位置（最良焦点位置）から光変調素子を光軸方向に前後した時、画像がほぼ鮮明に見える像側の奥行き範囲を示す。端部３４Ａは、前記のように配置されることで、スクリーン上で１０ピクセル分を直径とする円の大きさ以上にぼけた像として投影される。これによって、第一の映像光と第二の映像光との境界部が適度に明確にならず、より一層、視認者にとって視認し易い画像を表示させることができる。

投影レンズ３６は、第一の映像光と第二の映像光とをスクリーン３２に投影するためのレンズである。特に、この投影レンズ３６は、プロジェクタに用いるレンズであり、通常においては投影レンズの片側のみを用いて画像を表示させたが、本実施形態においては投影レンズの両側を用いて大きなサイズの画像を表示可能となる。また、この投影レンズ３６は、その主点Ｂを中心として上下対称に、その上方に第一の映像光が透過し、その下方に第二の映像光が透過することとなる。また、投影レンズ３６は、第一の映像光をスクリーン３２の下方の投影領域３２Ｘに、第二の映像光をスクリーン３２の上方の投影領域３２Ｙに、導くこととなる。

［画像投影装置の電気的構成］
本実施形態における画像投影装置１０の制御回路を示すブロック図を図４に示す。

画像投影装置１０は、図４に示すように、制御部４２、制御パネル１６、映像信号入力回路４４、光源制御回路４６、画像処理回路４８、光変調素子ドライブ回路５０、光を照射（出射）する光源２２Ｘ，２２Ｙ、その光源２２Ｘ，２２Ｙからの照射光を光変調素子２６Ｘ，２６Ｙに導く照明光学系２４Ｘ，２４Ｙ、上述した光変調素子２６Ｘ，２６Ｙ、上述した投影レンズ３６等の結像光学系３０、が含まれる。

制御部４２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ（読み出し専用メモリ）、ＲＡＭ（読み書き可能メモリ）等から構成され、画像投影装置１０全体を制御する機能を有する。特に、制御部４２は、制御パネル１６からの操作信号に応じて画像を表示させる場合には、光源制御回路４６に、光源２２Ｘ，２２Ｙを発光させる指示等を行う。

制御パネル１６は、操作者の操作に応じて制御部４２に操作信号を供給する機能を有する。

映像信号入力回路４４は、画像投影装置１０の外部から入力される映像信号が入力され、その映像信号を画像処理回路４８に出力する回路である。

画像処理回路４８は、制御部４２からの指示に応じて、映像信号入力回路４４からの映像信号に基づく画像処理を行う回路である。特に、この画像処理回路４８は、光変調素子ドライブ回路５０に対して、各種の指示信号を供給することによって、スクリーン３２に画像を表示させる制御を行う。

特に、この画像処理回路４８は、画像データを記憶するメモリを有しており、受け取った映像信号に基づく画像データをフレーム毎（例えば、１／３０秒毎）に記憶する。特に、画像処理回路４８は、メモリに記憶された画像データに基づいて、第一の画像データと、第二の画像データとに分割し、第一の画像データと第二の画像データの一部とに基づいて第一の映像光を出射するためのデータを生成し、第二の画像データと第一の画像データの一部とに基づいて第二の映像光を出射するためのデータを生成する。そして、この画像処理回路４８は、それら生成したデータに基づいて、光変調素子ドライブ回路５０に画像を表示させるための指示を行う。これによって、投影レンズから３６の第一の映像光と第二の映像光とを境界部Ｂを含む所定の重複投影領域３２Ｚ１，３２Ｚ２だけ重ねて投影することによって、第一の画像と第二の画像とがスクリーン３２に隣り合って表示されることとなる。

光変調素子ドライブ回路５０は、画像処理回路４８からの指示に応じて、光変調素子２６Ｘ，２６Ｙの駆動制御を行う。特に、光変調素子ドライブ回路５０は、画像処理回路４８からの指示に応じて、所定周期（例えば、１／３０秒など）で、画像データに基づく制御を行うこととなる。これによって、光変調素子２６は、光源からの光を変調することによって、第一の映像光と第二の映像光とを出射することとなる。

光源制御回路４６は、制御部４２からの指示に応じて、光源２２Ｘ，２２Ｙを発光させる制御を行う。

このように、制御部４２、光源制御回路４６、画像処理回路４８、光変調素子ドライブ回路５０の制御によって、光源２２Ｘ，２２Ｙから照射された照射光が、光変調素子２６Ｘ，２６Ｙ等によって、画像信号に対応する第一の映像光、第二の映像光として出射されることとなる。特に、第一の映像光は、反射ミラー３４の第一反射部３４Ｘによって、投影レンズ３６の上方に導かれ、第二の映像光は、反射ミラー３４の第二反射部３４Ｙによって、投影レンズ３６の下方に導かれ、それら第一の映像光と第二の映像光とが境界部Ｂを含む所定の重複投影領域３２Ｚ１，３２Ｚ２だけ重ねて投影され、スクリーン３２に第一の画像と第二画像とが隣り合わせて表示されることとなる。

［第二の実施形態］
尚、上述した実施形態においては、導光体としての反射ミラー３４によって、第一の映像光と第二の映像光との両者が投影レンズ３６に導かれたが、これに限らず、例えば、導光体によって、第一の映像光と第二の映像光との少なくともいずれかが投影レンズ３６に導かれる構成であればよい。

具体的な一実施形態について図５を用いて説明する。尚、上述した実施形態と同じような構成については理解を容易とするための説明を省略する。

この画像投影装置１０は、図５に示すように、第一の光変調素子２６Ｘからの第一の映像光を投影レンズ３６の上方に反射させる反射ミラー３８が配置されている。この反射ミラー３８の端部３８Ａは、延長線Ｃ上に配置されている。また、スクリーン３２に垂直方向に向かって第二の光変調素子２６Ｙが配置されており、この第二の光変調素子２６Ｙからの第二の映像光は、反射ミラー３８を透過し、投影レンズ３６の下方に出射される。このように、導光体としての反射ミラー３８は、第一の映像光と第二の映像光との少なくともいずれかが投影レンズ３６に導かれる構成であればよい。もちろん導光体としては反射するものに限らず、例えば、透過する導光体、屈折させる導光体であってもよい。

以上、本発明の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、発明の開示の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。

本発明の一実施形態の画像投影装置における概観を示す外観図である。本発明の一実施形態の画像投影装置において表示される画像に関する概念を示す説明図である。本発明の一実施形態の画像投影装置における光学系を示す説明図である。本発明の一実施形態の画像投影装置において構成される電気回路を示すブロック図である。本発明の一実施形態の画像投影装置における光学系を示す説明図である。

符号の説明

１０画像投影装置
２６光変調素子
３４，３８反射ミラー
３６投影レンズ

Claims

光を出射する光源と、前記光源からの光を変調して映像光を出射する光変調素子と、前記光変調素子からの映像光を投影する投影レンズと、を備え、前記投影レンズからの映像光を所定の投影領域に投影することによって、所定の画像を表示させる画像投影装置において、
第一の映像光を出射する第一の光変調素子と、第二の映像光を出射する第二の光変調素子と、が前記光変調素子として配置されており、
前記第一の光変調素子からの前記第一の映像光、前記第二の光変調素子からの前記第二の映像光の少なくともいずれかを前記投影レンズに導く導光体が配置されており、
前記第一の映像光に対応する第一の画像と、前記第二の映像光に対応する第二の画像とに対して設定されている境界部と、前記投影レンズの主点とを結ぶ延長線上に、前記導光体の端部が配置されており、
前記第一の映像光と前記第二の映像光とが、前記投影レンズの主点を対称として出射され、当該投影レンズからの第一の映像光と第二の映像光とを、前記境界部を含む所定の重複投影領域だけ重ねて投影することによって、前記第一の画像と前記第二の画像とを隣り合わせて表示させる位置に前記導光体が配置されたことを特徴とする画像投影装置。
前記導光体の端部から前記投影レンズに向かう光は、前記第一の光変調素子、前記第二の光変調素子における１０ピクセル分を直径とした許容錯乱円の焦点深度外の光であることを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
前記導光体は、前記第一の光変調素子からの前記第一の映像光を前記投影レンズに導く第一導光部と、前記第二の光変調素子からの前記第二の映像光を前記投影レンズに導く第二導光部と、を有し、
前記第一導光部の端部と、前記第二導光部の端部とが、前記境界部と前記投影レンズの主点とを結ぶ延長線上に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像投影装置。