JP2013083690A - 投射型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】解像度を低下させることなく横長画像と縦長画像を投射する投射型画像表示装置を提供する。
【解決手段】画像を投射する画像投射ユニット８と、前記画像投射ユニットを横長画像投射姿勢又は縦長画像投射姿勢に切替可能に支持する可動部６と、前記画像投射ユニットにより投射される画像の投射光を所定の方向に偏向させる機能及びその偏向によって生じる台形歪みを補正する機能を有する補正光学系１０とを備え、前記横長画像投射姿勢及び前記縦長画像投射姿勢の何れか一方の姿勢となった前記画像投射ユニットからの画像を前記補正光学系を介して投射させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、投射型画像表示装置に関するものである。

近年、横長画像と縦長画像を切替可能な投射型画像表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような投射型画像表示装置においては、横置きで横長画像を投射した後、縦置きにして縦長画像を投射させる場合に、横長画像の中心位置に対して縦長画像の中心位置がずれてしまう。そのため手動等によって当該装置を動かして中心位置を合わせ、動かしたことによって生じた台形歪みを補正するために、画像処理によって縦長画像が長方形状になるように表示パネルに表示させる画像の形状を変更させている。

特許第４６１６０９２号公報

しかしながら、上述した投射型画像表示装置は、投射する画像の形状を変形させて台形歪みを補正するので、表示パネル上で使用されない画素が生じ投射画像の一部の解像度が低下してしまうという問題があった。

本発明の目的は、解像度を低下させることなく横長画像と縦長画像を投射する投射型画像表示装置を提供することである。

本発明の投射型画像表示装置は、画像を投射する画像投射ユニットと、前記画像投射ユニットを横長画像投射姿勢又は縦長画像投射姿勢に切替可能に支持する可動部と、前記画像投射ユニットにより投射される画像の投射光を所定の方向に偏向させる機能及びその偏向によって生じる台形歪みを補正する機能を有する補正光学系とを備え、前記横長画像投射姿勢及び前記縦長画像投射姿勢の何れか一方の姿勢となった前記画像投射ユニットからの画像を前記補正光学系を介して投射させることを特徴とする。

本発明の投射型画像表示装置によれば、解像度を低下させることなく横長画像と縦長画像を投射する投射型画像表示装置を提供することができる。

実施の形態に係る投射型画像表示装置における横長画像投射姿勢を示す斜視図である。 実施の形態に係る投射型画像表示装置における縦長画像投射姿勢を示す斜視図である。 実施の形態に係る投射型画像表示装置からスクリーンに投射された投射画像を示す斜視図である。 実施の形態に係る投射型画像表示装置からスクリーンに投射された投射画像を示す正面図である。 実施の形態に係る画像投射ユニットを示す概略断面図である。 実施の形態に係る補正光学系を示す概略断面図である。 実施の形態に係る投射型画像表示装置のブロック図である。 実施の形態に係る投射画像の投射処理を示すフローチャートである。 実施の形態に係る補正光学系の変形例を示す図である。

以下、図面を参照して、本実施の形態に係る投射型画像表示装置について説明する。図１は実施の形態に係る投射型画像表示装置における横長画像投射姿勢を示す斜視図であり、図２は実施の形態に係る投射型画像表示装置における縦長画像投射姿勢を示す斜視図である。投射型画像表示装置２は、架台４、可動部６、画像投射ユニット８及び補正光学系収納部１０を備えている。

可動部６は、プレート形状を有しており、一方の面に画像投射ユニット８が取り付けられている。可動部６の一方の縁部は、架台４に固定されたヒンジ機構７に回動可能に取り付けられている。これにより画像投射ユニット８を図１に示す横長画像投射姿勢又は、図２に示す縦長画像投射姿勢にさせることができる。

画像投射ユニット８は、投射画像の画像データ等を記憶した画像メモリ部、光源、投射画像を表示する画像表示部、投射レンズ８ａ等を備えている。また画像投射ユニット８は、投射光の投射開始や投射終了等の指示を入力させる操作キー等を含む操作部を備え、操作部によって入力された指示に従って画像メモリ部に記憶された画像データに基づく投射光を投射レンズ８ａを介して投射する。なお、画像投射ユニット８は架台４や可動部６等から取り外して単独使用することも可能である。

補正光学系収納部１０は、架台４に立設された支柱上に設置される。画像投射ユニット８は縦長画像投射姿勢の場合に投射レンズ８ａが補正光学系収納部１０に対向する。これにより、投射レンズ８ａから投射された投射光は、補正光学系収納部１０内の補正光学系を介して投射される。ここで補正光学系は、画像投射ユニット８から投射された投射光を偏向させる光学系及び、投射光の偏向に伴い生じる投射画像の台形歪みを補正するための光学系等により構成される。また、台形歪以外の各種の光学系の収差を補正する光学系を含んでも良い。

図３は実施の形態に係る投射型画像表示装置からスクリーンに投射された投射画像を示す斜視図であり、図４は実施の形態に係る投射型画像表示装置からスクリーンに投射された投射画像を示す正面図である。ここで図３は投射型画像表示装置２から投射距離Ｌの位置にある不図示のスクリーン上に投射画像を投射した様子を示している。

図３には、投射型画像表示装置２から横長画像投射姿勢で投射された横長画像が実線で示されており、その横長画像は縦の長さがＶ、横の長さがＨとなっている。この横長画像は図４においては実線の長方形ＰＱＲＳによって示されている。また図３には、縦長画像投射姿勢の投射型画像表示装置２から補正光学系を介して投射された縦長画像が２点鎖線によって示されている。この補正光学系を介した縦長画像は図４においては２点鎖線の長方形Ｐ´Ｑ´Ｒ´Ｓ´によって示されている。

さらに図３には、縦長画像投射姿勢の投射型画像表示装置２から補正光学系を介さずに投射された場合の縦長画像が破線によって示されている。この補正光学系を介さずに投射された縦長画像は、図４においては破線の長方形P”Q”R”S”によって示されている。

なお図３においては投射型画像表示装置２における架台４の詳細形状及び画像投射ユニット８の縦長画像投射姿勢の図示を省略している。また架台４上での縦長画像投射姿勢と横長画像投射姿勢の切替えに伴う投射レンズ８ａの光軸の位置ズレは、投射型画像表示装置２からスクリーンまでの長さ等と比較すると相対的に小さいため無視するものとして説明する。

図３及び図４に示す点Ｃは、横長画像が投射された場合における投射レンズ８ａの光軸とスクリーンとの交点であって横長画像においては下辺の中央部に位置する。ここで補正光学系を介さずに投射された縦長画像は、スクリーン上において横長画像に対して光軸周り、即ち点Ｃ周りに反時計回りに９０度回転した位置に投射されるため、画像下半分が横長画像の下辺ＲＳより下方のP”Q”R”S”に投射される。

図３及び図４に示す点Ｃ´は、補正光学系を介して縦長画像が投射された場合における投射レンズ８ａの光軸とスクリーンとの交点であり、スクリーン上において点Ｃの右上方に位置する。このように光軸とスクリーンとの交点の位置を移動させることにより、補正光学系を介して投射された縦長画像の下辺Ｐ´Ｓ´を横長画像の下辺ＲＳと同一直線上に位置させることができる。また、光軸とスクリーンとの交点の位置を移動させることにより、補正光学系を介して投射された縦長画像の垂直方向の中心線の位置を横長画像の垂直方向の中心線の位置とほぼ一致させることができる。

ここで、図５は実施の形態に係る画像投射ユニットを示す概略断面図である。画像投射ユニット８は、投射画像を表示するための画像表示素子８ｂを有している。画像表示素子８ｂは、上端部が投射レンズ８ａの光軸を通る線上に位置するように配置される。これにより画像投射ユニット８により投射される縦長画像及び横長画像は、その縁部に投射レンズ８ａの光軸が位置する、即ち光軸のオフセットが１００パーセントの構成となる。なお画像表示素子８ｂは、アスペクト比が４：３あるいは１６：９の長方形状に構成されており、図５における縦方向が画像表示素子８ｂの短手方向となっている。

次に図６を用いて補正光学系収納部１０に収納されている補正光学系の構成について説明する。なお図６は図３に示す投射型画像表示装置２の投射光の射出位置を示す点Ｏと、点Ｃ、点Ｃ´からなる三角形ＯＣＣ´を通る平面で補正光学系収納部１０を切断した断面図である。

補正光学系は、第１の反射鏡２０、補正レンズ２２及び第２の反射鏡２４によって構成されている。第１の反射鏡２０は、入射した投射光を９０度偏向させて反射させるために、投射レンズ８ａの光軸に対して４５度傾けて配置される。補正レンズ２２は、投射画像に生じる台形歪みを補正し、スクリーン上で縦長画像を長方形状等の正常な形状で投射させるための自由曲面を有するレンズである。

第２の反射鏡２４は、スクリーン上の点Ｃ´の方向、即ち図６に示す画像投射ユニット８の投射レンズ８ａの光軸の方向に対し、時計回りに角度αだけ傾けた方向に投射光を偏向させるミラーである。そのため第２の反射鏡２４は、第１の反射鏡２２によって折り曲げられた投射レンズ８ａの光軸に対して４５度＋（１／２）α度だけ傾けた状態で設置される。

ここで、スクリーン上の点Ｃ´の方向に投射光を偏向させるための角度αについて説明する。角度αは図３における三角形ＯＣＣ´の頂点Ｏの角度であり、投射レンズ８ａが固定焦点レンズの場合、投射距離によらず一定の値となる。

画像表示素子８ｂのアスペクト比が４：３の場合の角度αは以下のように算出される。図４において、横長画像の横の長さＨと縦の長さＶの関係は、アスペクト比からＨ：Ｖ＝４：３となる。またＣＳ´：Ｃ´Ｓ´＝１．５：２であるので、∠Ｃ´ＣＳ´＝ａｒｃｔａｎ（Ｃ´Ｓ´／ＣＳ´）＝ａｒｃｔａｎ（２／１．５）＝５３．１３°となる。

またＣＣ´＝（２^２＋１．５^２）^０．５×（Ｈ／４）＝０．６２５Ｈであるので、図３における三角形ＯＣＣ´において、α＝ａｒｃｔａｎ（ＣＣ´／Ｌ）＝ａｒｃｔａｎ（０．６２５×（Ｈ／Ｌ））となる。ここで、投射比（投射距離Ｌ：横長画像の幅Ｈ）が２：１であるときはα＝１７．３５°となる。

図７は実施の形態に係る投射型画像表示装置のブロック図である。図７において投射型画像表示装置２は、装置の全体を統括的に制御する制御部３０を備えている。制御部３０には、縦横切替駆動部３２、縦横状態検出部３４、画像メモリ部３６、画像データ検出部３８、画像処理部４０が接続されている。

縦横切替駆動部３２は、架台４に取り付けられたモータ等の駆動機構であって、制御部３０からの指示に従い可動部６を動作させ画像投射ユニット８の姿勢を横長画像投射姿勢又は縦長画像投射姿勢に切り替える。

縦横状態検出部３４は、架台４に実装された検出スイッチやセンサ等であって、画像投射ユニット８が縦長画像投射姿勢又は横長画像投射姿勢のどちらの姿勢であるかを検出する。

なお、架台４に実装された縦横切替駆動部３２及び縦横状態検出部３４と、制御部３０との間で電気的な接続を行なうために、画像投射ユニット８と架台４の間にはインターフェースケーブルによる接続或いはコネクタによるダイレクト接続がなされる。また、縦横状態検出部３４は、架台４に実装された検出スイッチやセンサの代わりに、画像投射ユニット８に実装された重力センサ（加速度センサ）であってもよい。

画像メモリ部３６は、画像投射ユニット８により投射される投射画像の画像データや、画像データに関連付けられた投射画像の正しい投射向きを示す縦横位置情報等を格納する。縦横位置情報は、投射画像が横長画像であることを示す、即ち横向きが正しい投射向きであることを示す「横位置」、投射画像を横向きの状態からスクリーン上で反時計回りに９０度回転させた縦向きが正しい投射向きであることを示す「縦位置・反時計回り９０度回転」、投射画像を横向きの状態からスクリーン上で時計回りに９０度回転させた縦向きが正しい投射向きであることを示す「縦位置・時計回り９０度回転」の３通りである。

なお、本実施の形態においては、図１及び図２に示すように画像投射ユニット８は、投射型画像表示装置２の背面側からスクリーンに向かう方向を基準としたときに、横長画像投射姿勢から反時計回りに９０度回転することによって縦長画像投射姿勢となる。そのため「縦位置・反時計回り９０度回転」の投射画像は、縦長画像投射姿勢において正しい投射向きで投射される画像である。その一方で「縦位置・時計回り９０度回転」の投射画像は、縦長画像投射姿勢においては上下が逆さとなって投射される画像である。

画像データ検出部３８は、画像データに関連付けられた縦横位置情報を検出する。画像処理部４０は、画像メモリ部３６から読み出された画像データを投射型画像表示装置２により再生できる形式に変換する機能を有する。また画像処理部４０は必要に応じて画像データに基づく投射画像を回転させる機能も有する。そのため縦長画像投射姿勢で「縦位置・時計回り９０度回転」の画像データに基づく投射画像を投射するときは、画像処理部４０により投射画像を１８０度回転させ正しい向きに修正する。

なお、ここでは画像メモリ部３６に格納された画像データを用いるものとするが、画像メモリ部３６の代わりに外部のコンピュータのメモリに格納された画像データを利用してもよい。その場合にはインターフェースケーブルあるいはコネクタを介して外部のコンピュータと投射型画像表示装置２とを接続する。

ここで、図８のフローチャートを用い投射画像の投射処理について説明する。先ずユーザが投射型画像表示装置２の不図示の操作部によって画像を投射させるための操作を行なうと、画像メモリ部３６内の画像データが制御部３０に入力される（ステップＳ１）。そして制御部３０は、縦横状態検出部３４による検出結果に基づいて、画像投射ユニット８が横長画像投射姿勢であると認識したときは次のステップＳ３へ進み、縦長画像投射姿勢であると認識したときはステップＳ８へ進む（ステップＳ２）。

制御部３０は、画像投射ユニット８が横長画像投射姿勢であると認識したとき（ステップＳ２、Ｙｅｓ）、画像データ検出部３８による画像データの縦横位置情報の検出結果に基づいて、縦横位置情報が「横位置」、即ち画像データに基づく投射画像が横長画像であるか否かを判断（ステップＳ３）する。制御部３０は投射画像が横長画像と判断した場合（ステップＳ３、Ｙｅｓ）、画像データに基づく投射画像を画像投射ユニット８により不図示のスクリーンに投射させ、投射処理を終了する（ステップＳ４）。

また、制御部３０は、ステップＳ３において縦横位置情報が「縦位置・反時計回り９０度回転」又は「縦位置・時計回り９０度回転」であって、投射画像を縦長画像と判断した場合（ステップＳ３、Ｎｏ）、縦横切替駆動部３２によって可動部６を駆動し画像投射ユニット８を横長画像投射姿勢から縦長画像投射姿勢に切り替える（ステップＳ５）。

制御部３０は、画像データの縦横位置情報が「縦位置・時計回り９０度回転」か否かを判断する（ステップＳ６）。制御部３０は、縦横位置情報が「縦位置・反時計回り９０度回転」と判断した場合（ステップＳ６、Ｎｏ）、画像データに基づく投射画像を画像投射ユニット８によって投射させ、投射処理を終了する（ステップＳ４）。

制御部３０が縦横位置情報を「縦位置・時計回り９０度回転」と判断した場合（ステップＳ６、Ｙｅｓ）、画像処理部４０は、画像データに基づく投射画像を１８０度回転させる画像処理を行なう（ステップＳ７）。そして制御部３０は、画像データに基づく投射画像を画像投射ユニット８によって投射させ、投射処理を終了する（ステップＳ４）。

制御部３０は、画像投射ユニット８が縦長画像投射姿勢であると認識したとき（ステップＳ２、Ｎｏ）、画像データ検出部３８による画像データの縦横位置情報の検出結果に基づいて、縦横位置情報が「横位置」、即ち画像データに基づく投射画像が横長画像であるか否かを判断する（ステップＳ８）。

制御部３０は、投射画像が横長画像と判断した場合（ステップＳ８、Ｙｅｓ）、縦横切替駆動部３２によって可動部６を駆動し画像投射ユニット８を縦長画像投射姿勢から横長画像投射姿勢に切り替える（ステップＳ９）。そして制御部３０は画像データに基づく投射画像を画像投射ユニット８により投射させ、投射処理を終了する（ステップＳ４）。

制御部３０は、ステップＳ８において縦横位置情報が「縦位置・反時計回り９０度回転」又は「縦位置・時計回り９０度回転」であって、投射画像が縦長画像と判断した場合（ステップＳ８、Ｎｏ）、画像データの縦横位置情報が「縦位置・時計回り９０度回転」であるか否かを判断する（ステップＳ１０）。

制御部３０は、縦横位置情報が「縦位置・反時計回り９０度回転」と判断した場合（ステップＳ１０、Ｎｏ）、制御部３０は、画像データに基づく投射画像を画像投射ユニット８によって投射させ、投射処理を終了する（ステップＳ４）。

また、制御部３０が縦横位置情報を「縦位置・時計回り９０度回転」と判断した場合（ステップＳ１０、Ｙｅｓ）、画像処理部４０は、画像データに基づく投射画像を１８０度回転させる画像処理を行なう（ステップＳ１１）。そして制御部３０は、画像データに基づく投射画像を画像投射ユニット８によって投射させ、投射処理を終了する（ステップＳ４）。

このようにして、画像投射ユニット８の姿勢と投射画像の正しい投射向きとに基づいて投射画像が正しい向きで投射されるように、縦横切替駆動部３２による画像投射ユニット８の姿勢の切り替えや、画像処理部４０による投射画像の回転等、各部の制御を自動的に行なう。

本実施の形態によれば、補正光学系を備えたことにより、横長画像と縦長画像とを解像度を低下させることなく正常な形状で投射させることができる。また補正光学系を介することにより、縦長画像の下辺の位置を横長画像の下辺の位置に揃え、更に縦長画像の垂直方向の中心線の位置を横長画像の垂直方向の中心線の位置にほぼ一致させるので、画像投射ユニットの姿勢を切り替えた際に手動で投射画像の位置合わせ等を行なう手間を省くことができる。

なお、本実施の形態において、画像データに関連付ける縦横位置情報は、ユーザが操作部を操作して画像データに投射画像の正しい向きとして書き込んだ情報を利用してもよく、また例えば画像データとして電子カメラで撮影された画像を用いる場合には、電子カメラにより撮影時に書き込まれた画像の正しい向きを示す情報を利用してもよい。

なお、図９は実施の形態に係る補正光学系の変形例を示し、図３における三角形ＯＣＣ´を通る平面で補正光学系収納部１０を切断した断面図である。図９に示すように補正光学系は、プリズム４４と台形歪みを補正する補正レンズ４６とを備えている。そのため投射レンズ８ａを透過して射出された投射光は、補正光学系収納部４２内部のプリズム４４に入射し、偏角αだけ偏向される。さらに補正レンズ４６を透過して外部に射出される。このような構成の補正光学系によっても、上述した実施の形態の補正光学系と同様に投射光の偏向と台形歪みの補正とを行なうことができる。

また、本実施の形態において、補正レンズを１枚の構成としたが、これに限定されることはなく、複数のレンズ及びレンズ群からなる構成が望ましい。なお補正レンズまたはこれに代わる複数のレンズ及びレンズ群には、自由曲面レンズを用いることが望ましい。また補正レンズの代わりに自由曲面を有するミラーや、入射面又は出射面を自由曲面にしたプリズムを適用し、台形歪みの補正を行なうようにしてもよい。

また、本実施の形態においては、投射レンズ８ａは１枚の凸レンズの構成としたが、これに限定されることはなく、複数のレンズ及びレンズ群から成る構成とすることが望ましい。

また、この実施の形態においては、光軸のオフセットが１００パーセントとなるように投射レンズ８ａと画像表示素子８ｂとを配置したが、この配置に限定されるものではなくオフセットが１００パーセント以上或いはそれ以下の設定となる配置でもよい。

また、本実施の形態においては、縦長画像の垂直方向の中心線及び下辺を、横長画像の垂直方向の中心線及び下辺に一致させるように縦長画像を投射したが、それに限定されるものではなく、例えば横長画像の水平方向及び垂直方向の各中心線に、縦長画像の水平方向及び垂直方向の各中心線が一致するように縦長画像を投射させるようにしてもよい。

また、本実施の形態においては、縦長画像投射姿勢のときに補正光学系によって投射光を偏向させたが、これに限定されるものではなく、縦長画像を投射したときに投射レンズ８ａの光軸がスクリーン上において上述した点Ｃ´を通るように、可動部６のヒンジ機構７を適当な位置に取り、補正光学系から投射光を偏向させるための光学系を取り除いてもよい。

２…投射型画像表示装置、４…架台、６…可動部、８…画像投射ユニット、１０…補正光学系収納部。

Claims (7)

1. 画像を投射する画像投射ユニットと、
   前記画像投射ユニットを横長画像投射姿勢又は縦長画像投射姿勢に切替可能に支持する可動部と、
   前記画像投射ユニットにより投射される画像の投射光を所定の方向に偏向させる機能及びその偏向によって生じる台形歪みを補正する機能を有する補正光学系とを備え、
   前記横長画像投射姿勢及び前記縦長画像投射姿勢の何れか一方の姿勢となった前記画像投射ユニットからの画像を前記補正光学系を介して投射させることを特徴とする投射型画像表示装置。
2. 前記補正光学系は、前記横長画像投射姿勢において投射された画像の垂直方向の中心線の位置と、前記縦長画像投射姿勢において投射された画像の垂直方向の中心線の位置とをほぼ一致させるように、前記画像投射ユニットからの投射光を偏向させることを特徴とする請求項１に記載の投射型画像表示装置。
3. 前記補正光学系は、前記横長画像投射姿勢において投射された画像の下辺と、前記縦長画像投射姿勢において投射された画像の下辺とをほぼ一致させるように、前記画像投射ユニットからの投射光を偏向させることを特徴とする請求項２に記載の投射型画像表示装置。
4. 前記補正光学系は、前記横長画像投射姿勢において投射された画像の水平方向の中心線の位置と、前記縦長画像投射姿勢において投射された画像の水平方向の中心線の位置とをほぼ一致させるように、前記画像投射ユニットからの投射光を偏向させることを特徴とする請求項２に記載の投射型画像表示装置。
5. 前記補正光学系は、台形歪みの補正を行なうための自由曲面を含むことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の投射型画像表示装置。
6. 前記可動部を駆動し前記画像投射ユニットの姿勢を切り替える駆動部と、
   前記画像投射ユニットが前記縦長画像投射姿勢又は前記横長画像投射姿勢の何れであるかを検出する縦横状態検出部とを備え、
   画像の正しい向きと、前記縦横状態検出部により検出された前記画像投射ユニットの姿勢とに応じ、前記駆動部により前記画像投射ユニットの姿勢を切り替えることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の投射型画像表示装置。
7. 投射する画像の向きを回転させる画像処理部を備え、
   前記縦長画像投射姿勢で画像を投射する場合に、前記画像の正しい向きに基づいて前記画像処理部により前記画像の向きを１８０度回転させることを特徴とする請求項６に記載の投射型画像表示装置。

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