JP4513279B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクリーンに画像を投射して表示を行う画像表示装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
大画面表示が可能な画像表示装置として、投射型画像表示装置、即ちいわゆるプロジェクタ装置が知られている。
【０００３】
この投射型画像表示装置においては、光源からの光をスクリーン上に投射して画像を表示し、このスクリーン上に映し出された画像を観察者が見るように構成されている。
【０００４】
投射型画像表示装置用の光源としては、例えば高輝度の投射管が用いられ、これを例えば画像が表示された液晶パネルを通して投射することにより、スクリーンに画像を投射している。
【０００５】
しかしながら、投射管を光源に用いた場合には、明るさや色再現性等が充分に満たされない。
そこで、映像信号による変調の容易さ、色再現性の良さ、明るさの確保等を目的として、光源に赤、緑、青の各色のレーザ光を用いた投射型画像表示装置が提案されている。
【０００６】
投射型画像表示装置、特にレーザ光を光源とした投射型画像表示装置においては、安全性を確保することが求められる。
【０００７】
例えば、人が不用意に光路（投射領域）内に進入する虞があり、このとき光源側（投射レンズ側）を覗き込むと、目に光が入射して、網膜上に強力な光が結像され、網膜に不可逆な損傷を発生させる危険性がある。
【０００８】
上述の問題を解決する方法として、従来から、例えば投射型画像表示装置に、レーザ光の光路内に人が立ち入ったことを検出する手段を設け、人の進入を検出すると共に、レーザ光発生部を制御してレーザ光を安全なレベルまで低下させることが提案されている（例えば特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
特許第２９９４４６９号明細書
【特許文献２】
特開２０００−１９４３０２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来は、このような検出手段を備えた投射型画像表示装置として、誤検出が少なく、かつ安価であり、確実に動作する構成のものが存在しなかった。
【００１１】
上述した問題の解決のために、本発明においては、投射光の光路への人の立ち入りを正しく確実に検出することができると共に、検出手段を安価に構成することが可能である画像表示装置を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像表示装置は、画像を表示するスクリーンと、このスクリーンに画像を投射する投射手段と、スクリーンの画像表示領域よりも外側に設けられ、光を発生する光源により構成され、線状に形成された照明手段と、リニア撮像素子を備え、投射手段側に設けられ、照明手段から出射される光を検出する検出手段とを含むものである。
【００１３】
また、上記本発明の画像表示装置において、さらに照明手段から出射される光が赤外光もしくは赤色の可視光線である構成とすることができる。
【００１４】
また、上記本発明の画像表示装置において、さらに照明手段の光源が側面発光光ファイバーである構成とすることができる。
【００１５】
上述の本発明の画像表示装置の構成によれば、画像を表示するスクリーンと、このスクリーンに画像を投射する投射手段と、スクリーンの画像表示領域よりも外側に設けられ、光を発生する光源により構成され、線状に形成された照明手段と、リニア撮像素子を備え、投射手段側に設けられ、照明手段から出射される光を検出する検出手段とを含むことにより、照明手段から出射される光を検出手段で検出しながら、これら照明手段と検出手段との間に人や異物が侵入した場合に、これを検知することが可能になる。
これにより、人や異物が投射手段と画像表示領域との間に侵入して画像を遮ってしまうよりも前に、人や異物の侵入を検知することができる。
従って、人や異物の侵入の検知に伴って投射手段からの画像の投射を停止すれば、投射手段からの光が進入した人や異物に照射されることや、画像が遮られて正しく表示できなくなることを防止することが可能になる。
また、照明手段が線状に形成され、かつ検出手段がリニア撮像素子を備えた構成であるので、リニア撮像素子により、線状に形成された照明手段の全体に対して、比較的短時間で高速に検出を行うことが可能になる。これにより、人や異物の侵入を高速で検知することが可能になる。
【００１６】
また、上記本発明の画像表示装置において、さらに照明手段から出射される光が赤外光もしくは赤色の可視光線である構成としたときには、投射部から出射される画像表示用の光に対して、照明手段から出射される光が及ぼす影響を小さくすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態として、投射型画像表示装置の概略構成図を図１に示す。
この投射型画像表示装置１は、画像を投射する投射部２と、画像を表示するスクリーン３とを備えて構成されている。
投射部２は、光源となるレーザ（図示せず）と、レーザから発生するレーザ光をスクリーン３にピントを合わせて正しく投射するための投射レンズ５とを備えている。
スクリーン３は、外縁を鎖線で示す画像表示領域１０に、レーザ光６が投射されて、画像が表示される。
【００２１】
本実施の形態の投射型画像表示装置１においては、特にスクリーン３の下部の画像表示領域１０よりも外に、線状発光部１１が設けられている。
この線状発光部１１は、線状の発光源から構成され、光例えば赤外線を発生する。図１では、この線状発光部１１に斜線を付して示している。
【００２２】
また、投射部２側に、線状発光部１１から発生する光を検出する検出手段として、観察装置４が設けられている。この観察装置４は、レンズ１２と撮像素子１３を有してなるカメラ１４により構成されている。そして、線状発光部１１からの光１５が撮像素子１３上に結像するようにレンズ１２及びカメラ１４が配置調整されている。
なお、投射部２には、さらに必要に応じて、図示しないその他の部品も設けられる。
【００２３】
観察装置４は、投射型画像表示装置１の投射部２の近傍やや下部に、投射部２と並んで設置されている。この結果、観察装置４により、画像表示領域１０のやや下部に設けられた線状発光部１１を観察して、線状発光部１１から発生した光１５を検出することができる。
そして、線状発光部１１と観察装置４との間に、人や異物が侵入した場合には、線状発光部１１から発生した光１５が遮られるため、観察装置４により、この領域に人や異物が侵入したことを検知することができる。
これにより、人や異物が、投射部２から画像表示領域１０までのレーザ光６の光路に侵入するよりも前に、人や異物の侵入を検知することができ、レーザ光６の光路へ人や異物が侵入することを防止することが可能になる。
【００２４】
また、図示しないが、投射部２側に、人や異物の侵入を検知すると同時に、光量を安全なレベルまで低下する機能を設けることが望ましい。この機能を実現するための構成としては、従来から提案されている様々な構成を使用することが可能である。例えばレーザ光の出射を停止したり、レーザ光の出力を下げたり、シャッター等で遮断したりすることが考えられる。
【００２５】
線状発光部１１から発生する光は、赤外線もしくは赤色の可視光線とすることが望ましい。
赤外線とする理由は、可視光線を発光させると、スクリーン３に表示される画像の画質を損ねる可能性があるからである。
線状発光部１１としては、紫外線を発光する構成も可能であるが、紫外線を発光させると、散乱光により角膜の損傷を発生させる可能性があるため、安全性を確保するための対策が必要になり、装置１やスクリーン３の構成が複雑になることが懸念される。
また、暗視野における赤色の視感度は、充分に小さくなる。映画館のように暗い環境内で投射型画像表示装置１を使用するのであれば、赤色の可視光線、特に波長の長い領域、例えば波長６５０ｎｍ以上の光を用いても、視感度は充分に小さく、赤外光と同様に線状発光部１１用の光源として使用することができる。
【００２６】
また、線状発光部１１を構成する光源は、極めて小さな領域から高い輝度で発光することが、システムの安定運用のために望ましい。
【００２７】
このような光源としては、例えば、側面発光光ファイバーが挙げられる。
一般に光ファイバーは、コア内を極めて低い損失で伝搬するよう設計されるのに対して、側面発光光ファイバーは意図的にコアからクラッドに光を漏れさせて、側面から漏光するよう設計される。
光ファイバー側面から漏光させるための方法としては、例えば、側面のクラッドに意図的に傷をつける方法、側面のクラッドを薬品等で溶かす方法、クラッドによる閉じ込めを弱くする方法等が挙げられる。これらの方法により、特定の方向に光が漏れ出すようにすることが可能になる。
こうした側面発光光ファイバーは、ファイバー照明器等に利用されている。
なお、一般に市販されている側面発光光ファイバーは、側面から可視光線を発光させるものであるが、線状発光部１１用の光源としては、側面から発光させる光を、赤外光や、可視光線のうち赤色の特に波長の長い領域の光とすることが望ましい。
【００２８】
また、線状発光部１１用の光源として、希土類がドープされた光ファイバーを用いてもよい。この場合には、光ファイバーに、希土類を励起するレーザ光を入射することにより、特定の波長の光を発光させることができ、高い輝度で発光させることができる。
【００２９】
さらに、線状発光部１１用の光源として、エレクトロルミネセンス材料を用いて光源を構成してもよい。
この場合、赤外線や可視光線のうち赤色の特に波長の長い領域の光を発光するエレクトロルミネセンス材料を用いることが望ましい。
【００３０】
そして、観察装置４は、線状発光部１１からの光（赤外線等）のみを透過するバンドパスフィルタが設けられた構成とすることが望ましい。このようにバンドパスフィルタを設けることにより、人や異物の侵入によって線状発光部１１からの光１５が遮られた領域は、観察装置４においては全く真っ暗に観察されることとなるので、線状発光部１１からの光１５の検出における信号・雑音比を改善することができる。
【００３１】
観察装置４の受光面は、前述したように撮像素子１３により構成されているが、この撮像素子１３として、リニアＣＣＤ固体撮像素子又はリニアＣＭＯＳ型固体撮像素子等のリニアセンサ（ラインセンサ）のように、一次元方向のみに受光素子が配列された構成（リニア撮像素子）を用いることが望ましい。
これは、観察装置４により測定・検出される領域が、線状発光部１１即ち線状の領域であるため、２次元の観察領域を必ずしも必要としないからである。
【００３２】
リニアセンサを撮像素子１３に使用することにより、撮像素子１３の画素数を少なくすることができ、その結果として一般的なエリアセンサのビデオフレームレートより充分に早く画像を取得することができるため、高速の検出が可能となる。
例えばデータレート２ＭＨｚのリニアセンサにおいては、２０００画素の解像度においても、１ミリ秒での全画素検出が可能である。スクリーン３の横幅が２０ｍであれば、最小１ｃｍの物体を検出できることとなる。実際には、より低い解像度でも充分機能するので、１ミリ秒以下での高速応答が実現できる。
そして、リニアセンサとして、例えばＣＣＤ固体撮像素子やＣＭＯＳ型固体撮像素子から成るリニア撮像素子を用いることにより、並列処理も可能になる。
【００３３】
また、撮像素子１３として、エリアセンサを用いた場合であっても、エリアセンサの特定のライン領域のみの信号を取り出す、或いはビニングによって解像度を抑制しつつ高速画像取り込みを行う等の手段によって、ビデオフレームレートを充分に上回る高速の検出を実現することが可能になる。
この場合、既存のエリアセンサを使用して、走査のプログラムを変更することにより、全画素（全行）ではなく、１ラインの画素の信号のみ、もしくは一部の数ラインの画素の信号のみを読み出し、それ以外の画素の信号は排出するように走査のプログラムを設定すればよい。
【００３４】
上述の実施の形態の投射型画像表示装置１の構成によれば、スクリーン３の画像表示領域１０の下に光を発生する線状発光部１１を設け、投射部２側に線状発光部１１からの光１５を検出する観察装置４を設けていることにより、人や異物の侵入があった場合に線状発光部１１からの光１５が遮られるため、光１５が遮られたことを検出することが可能になる。
これにより、画像表示領域１０に画像表示を行うためのレーザ光６の領域に人や異物が侵入して画像を遮ってしまうよりも前に、人や異物の侵入を正しく、かつ確実に検知することができる。
従って、人や異物の侵入の検知に伴って、投射部からの画像の投射（レーザ光６の投射）を停止すれば、侵入した人や異物に画像表示用のレーザ光６が照射されることや、画像が遮られて正しく表示できなくなることを防止することが可能になる。
【００３５】
また、上述した観察装置４及び線状発光部１１は、撮像素子を備えたカメラや側面発光光ファイバー等を用いて比較的安価に構成することが可能であるため、人や異物の侵入を正しく検出することができる構成を安価に実現することが可能になる。
【００３６】
そして特に、リニア撮像素子等の一次元方向に受光素子が配列された撮像素子１３を用いたカメラ１４によって観察装置４を構成して、線状発光部１１を観察することによって、ビデオレートを超える高速な異物進入検出が可能となる。
また、スクリーン３の画像表示領域１０の大きさと比較して、非常に小さい異物を検出することも可能となる。例えば横幅２０ｍのスクリーンに対して、数ｃｍ程度の極めて小さな物体の検出も可能となる。
【００３７】
さらに、線状発光部１１からの光１５を観察装置４で検出することにより、スクリーン３の画像表示領域１０の位置（範囲）を投射部２側で検知することができる。
これにより、投射部２からのレーザ光６の投射の向きや投射レンズ５のズーム状態を自動的に調整して、スクリーン３の画像表示領域１０に正しく画像が投射されるように調整することが可能になる。
さらに、この調整を、投射部２からレーザ光６を出射させずに行うことが可能になるため、画像表示領域１０外やスクリーン３外にレーザ光６が照射されることを防止して、例えば観察者にレーザ光６が照射されることを防止することができる。
【００３８】
なお、上述の実施の形態では、人の侵入方向をスクリーン３の下部からのみに限定して想定しているため、線状発光部１１をスクリーン３の下部に設定しているが、横から又は上からの侵入の可能性がある場合は、線状発光部１１をスクリーン３の左右端部又は上部の画像表示領域１０外に設ける。
スクリーン３の左右端部及び下部に線状発光部１１を設けた場合を、図２に示す。
【００３９】
また、上述の実施の形態では、スクリーン３に光を発生する、即ち自発的に発光する線状発光部１１を設けた構成であったが、画像を投射する投射部とは別の方向からスクリーン３に光を照射して、間接的に発光させる構成も可能である。
その場合を次に示す。
【００４０】
本発明に対する参考例の形態として、投射型画像表示装置の要部の概略構成図を図３に示す。
この投射型画像表示装置２０は、スクリーン３の画像表示領域１０の下方に、線状照明部２１が設けられている。
この線状照明部２１は、図１に示した線状発光部１１と同様に、光（例えば赤外光）を出射するものであるが、図１の線状発光部１１が自発的に光１５を発生する構成であったのに対して、光源２２から光２３が照射されることにより間接的に光２５を出射する構成のものである。
【００４１】
なお、その他の部分は、先の実施の形態の投射型画像表示装置１と同様であり、図３では図示を省略しているが、図１に示した投射部２や観察装置４等の構成を具備している。
また、この場合も、図示しないが、異物検出と同時に、光量を安全なレベルまで低下する機能を投射部２側に設けることが望ましい。
【００４２】
線状照明部２１は、例えばスクリーン３自体、もしくは光源２２からの光２３を反射又は散乱する部材によって構成される。
【００４３】
光源２２としては、例えば半導体レーザを用いることができ、その場合、一台ないし複数台の半導体レーザを線状に整列して構成する。そして、半導体レーザは、赤外光又は赤色の可視光線を出射するものを用いることが望ましい。
そして、円筒レンズ又は回折型素子を用いることにより、線状に整形されたレーザ光をスクリーン３に投影することができる。
【００４４】
また、ポリゴンミラーによってレーザ光を高速に線状に走査することによっても、スクリーン３に対して線状にレーザ光を照射することが可能である。
ポリゴンミラーは最大５００００ｒｐｍの高速回転が可能であることから、観察装置４の撮像素子１３のフレームレート（スクリーン３全面を監視するために必要な時間に相当する）よりも短い期間で、スクリーン３の線状照明部２１の全長を照明することも可能である。
【００４５】
ただし、半導体レーザから出射するレーザ光の強度が目に損傷を与えるほど大きい場合は、図４に示すように、光源２２として複数台の半導体レーザ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄを用いて、分割してスクリーン３の線状照明部２１を照明することが望ましい。このようにすると、半導体レーザの１個当りの光出力を小さくすることができるので、目に損傷を与える可能性は十分に低減される。
【００４６】
さらに、このようなレーザ光自体の安全性を確保する対策だけでなく、異物進入検出と同時に、投射部２からの画像表示用のレーザ光６のみならず、線状照明部２１用の光源２２の半導体レーザも出力停止となるよう回路設計しておけば、線状照明部２１用の光源２２の半導体レーザについても自動的に安全を確保することができる。
【００４７】
また、線状照明部２１用の光源２２として、半導体レーザの代わりに発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることも可能である。この場合、赤外光又は赤色の可視光線を発光するＬＥＤを用いることが望ましい。
【００４８】
なお、いずれの構成の光源２２を用いる場合も、光源２２と線状照明部２１との間に人や検出すべき異物が進入して光が遮られることがないように、光源２２を配置することが望ましい。図３に示したように、例えばスクリーン３のすぐ近くに光源２２を配置する他、例えば投射部２とは全く別の方向から光を照射するように光源２２を配置する。
これにより、検出されるべき人物や異物に、照明光が照射されて、反射や散乱して誤検出の要因となることを防止することができる。
【００４９】
上述の投射型画像表示装置２０によれば、スクリーン３の画像表示領域１０よりも下方に、線状照明部２１を設け、この線状照明部２１に光源２２から光２３を照射していることにより、先の実施の形態の投射型画像表示装置１と同様に、表示する画像の光６を投射する投射部側に設けられた観察装置で、線状照明部２１から出射される光２５を観察することができる。
これにより、画像表示領域１０に画像表示を行うためのレーザ光６の領域に人や異物が侵入して画像を遮ってしまうよりも前に、人や異物の侵入を正しく、かつ確実に検知することができる。
従って、人や異物の侵入の検知に伴って、投射部からの画像の投射（レーザ光６の投射）を停止すれば、侵入した人や異物に画像表示用のレーザ光６が照射されることや、画像が遮られて正しく表示できなくなることを防止することが可能になる。
【００５０】
また、上述した観察装置、並びに線状照明部２１及び光源２２は、撮像素子を備えたカメラや半導体レーザ等を用いて比較的安価に構成することが可能であるため、人や異物の侵入を正しく検出することができる構成を安価に実現することが可能になる。
【００５１】
また、本形態の投射型画像表示装置２０においても、リニア撮像素子等の一次元方向に受光素子が配列された撮像素子を用いたカメラによって観察装置を構成して、線状照明部２１を観察することによって、ビデオレートを超える高速な異物進入検出が可能となる。
【００５２】
本形態の投射型画像表示装置２０では、特に、線状照明部２１用の光源２２を投射部側とは別に設け、例えばスクリーン３の近くに配置していることにより、光源２２からの光２３が異物に照射されて、線状照明部２１に届かなくなったり、異物により不要な散乱や反射を生じたりすることを防止することができる。
これにより、誤検出や検出における信号・雑音比の低下を抑制することができる。
【００５３】
また、観察装置で線状照明部２１からの光２５を検出することにより、スクリーン３の画像表示領域１０の位置（範囲）を投射部２側で検知することができ、これにより、投射部２の投射の向きや投射レンズのズーム状態を自動的に調整して、スクリーン３の画像表示領域１０に正しく画像が投射されるように調整することが可能になる。
さらに、この調整を、投射部２からレーザ光６を出射させずに行うことが可能になるため、画像表示領域１０外やスクリーン３外にレーザ光が照射されることを防止して、例えば観察者１００にレーザ光６が照射されることを防止することができる。
【００５４】
上述の実施の形態の投射型画像表示装置２０においては、線状照明部２１がスクリーン３の下部の画像表示領域１０よりも外の部分に設けられているが、この場合も、左右端部又は上部の画像表示領域１０よりも外に線状照明部を設けた構成とすることが可能である。
【００５５】
なお、上述の各形態では、線状発光部１１や線状照明部２１のように、スクリーン３の画像表示領域１０外に、光を出射する線状の照明手段を設けているが、例えば画像表示領域外に線状よりやや広い帯状の照明手段を設けても、同様の作用効果を得ることが可能である。
上述の各形態のように、線状の照明手段を用いた場合には、照明手段から出射した光を検出手段として、リニア撮像素子のような１次元方向に受光素子が配列されたものを用いて高速に検出を行うことが可能になる、という利点を有している。
【００５６】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【００５７】
【発明の効果】
上述の本発明の画像表示装置の構成によれば、人や異物の侵入があった場合に照明手段からの光が遮られるため、光が遮られたことを検出することが可能になり、画像表示領域に画像表示を行うための投射光の領域に人や異物が侵入して画像を遮ってしまうよりも前に、人や異物の侵入を正しく、かつ確実に検知することができる。
従って、人や異物の侵入の検知に伴って、投射手段からの画像の投射を停止すれば、侵入した人や異物に画像表示用の光が照射されることや、画像が遮られて正しく表示できなくなることを防止することが可能になる。
また、検出手段や照明手段を比較的安価に構成することが可能であるため、人や異物の侵入を正しく検出することができる構成を安価に実現することが可能になる。
【００５８】
また、照明手段が線状に形成され、かつ検出手段がリニア撮像素子を備えて成る構成としたことにより、例えばビデオレートを超えるような、高速な異物進入検出が可能となる。また、スクリーンの大きさと比較して、極めて小さな物体の検出も可能となり、検出の解像度を高くすることが可能になる。
【００５９】
また、スクリーンに設ける照明手段を、光を発生する光源により構成したことにより、検出されるべき人や異物によって検出用の光が反射や散乱されて誤検出の要因となることを防止することができ、検出の信号・雑音比の向上を図ることができる。これにより、人や異物の侵入を、さらに正しく確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の投射型画像表示装置の概略構成図である。
【図２】線状発光部をスクリーンの左右端にも配置した構成を示す図である。
【図３】 本発明に対する参考例の形態の投射型画像表示装置の要部の概略構成図である。
【図４】半導体レーザを複数配置して光源を構成した場合を示す図である。
【符号の説明】
１，２０ 投射型画像表示装置、２ 投射部、３ スクリーン、４ 観察装置、５ 投射レンズ、６ レーザ光、１０ 画像表示領域、１１ 線状発光部、１３撮像素子、２１ 線状照明部、２２ 光源

Claims (3)

1. 画像を表示するスクリーンと、
   前記スクリーンに前記画像を投射する投射手段と、
   前記スクリーンの画像表示領域よりも外側に設けられ、光を発生する光源により構成され、線状に形成された照明手段と、
   リニア撮像素子を備え、前記投射手段側に設けられ、前記照明手段から出射される光を検出する検出手段とを含む
   画像表示装置。
2. 前記照明手段から出射される光が、赤外光もしくは赤色の可視光線である請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記照明手段の前記光源が側面発光光ファイバーである、請求項１又は請求項２に記載の画像表示装置。

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