CN101588466B - 投射型影像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用缩短了投射型影像显示装置与投射面之间的距离的投射型影像显示装置，来实现组合了投射影像和用户的新的有效利用方法的投射型影像显示装置。投射型影像显示装置(100)具有影像光生成部(200)和投射光学系统(300)。投射光学系统(300)具有反射镜(320)。投射型影像显示装置(100)具有对与投射面(210)对置的用户进行摄像的摄像装置(500)；从摄像装置获取摄像数据的第1获取部(252)；与摄像数据独立地获取样本数据的第2获取部(253)；基于摄像数据和样本数据，控制显示在投射面(210)上的影像的影像控制部(254)。

Description

投射型影像显示装置

技术领域

本发明涉及具有投射影像光的投射光学系统的投射型影像显示装置。

背景技术

以往，公知有具有对光源发出的光进行调制的光调制元件和将从光调制元件射出的光投射到投射面(屏幕)上的投射透镜的投射型影像显示装置。

这里，为了在屏幕上将影像显示得更大，需要增加投射透镜和屏幕的距离。对此，提出了利用将从投射透镜射出的光反射到屏幕侧的反射镜缩短了投射型影像显示装置和屏幕之间的距离的投射型显示系统(例如专利文献1)。

这里，若实现投射型影像显示装置和屏幕之间的距离的缩短，则投射型影像显示装置变得离屏幕近，投射型影像显示装置会进入用户视野内，因此需要从屏幕的上下或横向进行斜向投射。例如，在上述的投射型显示系统中，通过将光调制元件和投射光学系统之间的位置关系在上下方向上移动并利用凹面镜作为反射镜，来缩短投射距离和进行斜向投射。

【专利文献1】特开2006-235516号公报(权利要求1，图1等)

作为实现了投射距离的缩短的投射型影像显示装置的设置方法和投射方法，提出了将投射型影像显示装置设置在地板或桌子上来投射到该地板或桌子上的方法等新的设置/投射方法。但并未充分考虑将新的设置/投射方法利用到哪一种情况。

发明内容

本发明为解决上述问题而实现，目的在于利用实现了投射型影像显示装置与投射面之间的距离的缩短的投射型影像显示装置，提供一种实现组合了投射影像和用户的新的有效利用方法的投射型影像显示装置。

第1方案的投射型影像显示装置具备生成影像光的影像光生成部(影像光生成部200)和将所述影像光投射到投射面上的投射光学系统(投射光学系统300)。所述投射光学系统具有反射从所述影像光生成部射出的所述影像光的反射镜(反射镜320)。投射型影像显示装置具备：对与所述投射面对置的用户进行摄像的摄像装置(摄像装置500)；从所述摄像装置获取摄像数据的第1获取部(第1获取部252)；获取显示样本影像用的影像数据即样本数据的第2获取部(第2获取部253)；基于所述摄像数据和所述样本数据，控制显示在所述投射面上的影像的影像控制部(影像控制部254)。

根据第1方案，影像控制部基于摄像数据和样本数据控制显示在投射面上的影像。即，投射型影像显示装置在投射面上显示由摄像数据构成的摄像影像和由样本数据构成的样本影像。因此，关于摄像影像是否从样本影像偏离，用户能够轻易掌握。

在第1方案中，所述影像控制部在所述投射面上使由所述摄像数据构成的摄像影像重叠在由所述样本数据构成的样本影像上。

在第1方案中，投射型影像显示装置还具备获取所述摄像影像所包含的用户的尺寸的尺寸获取部(尺寸获取部251)。所述影像控制部基于所述用户的尺寸，在所述投射面上使所述摄像影像的尺寸和所述样本影像的尺寸一致。

在第1方案中，投射型影像显示装置还具备判定所述摄像影像和所述样本影像之间的偏离度的判定部。

在第1方案中，所述影像控制部在所述投射面上显示所述偏离度。

(发明效果)

根据本发明，能够利用实现了投射型影像显示装置与投射面之间的距离的缩短的投射型影像显示装置，提供实现组合了投射影像和用户的新的有效利用方法的投射型影像显示装置。

附图说明

图1是表示第1实施方式的投射型影像显示装置100的图。

图2是表示第1实施方式的影像光生成部200和投射光学系统300的 构成的图。

图3是表示第1实施方式的控制单元250的模块图。

图4是表示第1实施方式的显示例的图。

图5是表示第1实施方式的投射型影像显示装置100的动作的流程图。

图6是表示第2实施方式的控制单元250A的模块图。

图7是表示第2实施方式的尺寸获取方法的图。

图8是表示第2实施方式的尺寸调整方法的图。

图9是表示第3实施方式的控制单元250B的模块图。

图10是表示第3实施方式涉及的偏离度的图。

图中：10-光源；20-复眼透镜单元；30-PBS阵列；40-显示元件；41-入射侧偏振板；42-发射侧偏振板；50-交叉分色棱镜；100-投射型影像显示装置；111-分色镜；112-分色镜；121～123-反射镜；131-聚光透镜；140-聚光透镜；151～152-中继透镜；200-影像光生成部；210-投射面；250-控制单元；251-尺寸获取部；252-第1获取部；253-第2获取部；254-影像控制部；255-判定部；300-投射光学系统；310-投射透镜；320-反射镜；400-框体；400a-防护罩；410-透过领域；500-摄像装置；600-输入IF；700-外部设备。

具体实施方式

下面，关于本发明的实施方式的投射型影像显示装置，参照附图进行说明。此外，在以下的附图记载中，对相同或类似的部分附加了相同或类似的符号。

但是，附图仅是示意图，应注意各尺寸的比率等与实际物体不同。因此，具体的尺寸等应该参考以下的说明来判断。另外，附图相互间当然也包括相互的尺寸关系或比率不同的部分。

[第1实施方式]

(投射型影像显示装置的构成)

以下，关于第1实施方式的投射型影像显示装置的构成，参照附图进行说明。图1是表示第1实施方式的投射型影像显示装置100的构成的图。

如图1所示，投射型影像显示装置100具有收纳影像光生成部200和 投射光学系统300的框体400。在第1实施方式中，框体400的一部分构成防护罩400a。另外，投射型影像显示装置100具有摄像装置500。并且，在第1实施方式中，投射型影像显示装置100设置在构成投射面210的壁面或顶棚上。

影像光生成部200生成影像光。具体而言，影像光生成部200至少具有发射影像光的显示元件40。显示元件40设置在偏离投射光学系统300的光轴L的位置上。通过显示元件40设置在偏离光轴L的位置的结构来实现影像光的斜投射。显示元件40例如是反射型液晶面板、透射型液晶面板、DMD(Digital Micromirror Device)等。影像光生成部200的详细情况将在后面描述(参照图2)。

投射光学系统300投射从影像光生成部200发射的影像光。在这里，投射光学系统300向投射面210投射影像光。具体而言，投射光学系统300具有投射透镜310和反射镜320。

投射透镜310将影像光生成部200发出的影像光发射到反射镜320侧。

反射镜320对从投射透镜310发射的影像光进行反射。反射镜320在使影像光聚光的基础上，使影像光广角化。例如，反射镜320是在影像光生成部200侧具有凹面的非球面反射镜。

防护罩400a是保护反射镜320的罩。防护罩400a至少设置在从反射镜320反射的影像光的光路上。防护罩400a具有透过影像光的透过领域410。

这样，投射光学系统300将透过了透过领域410的影像光投射到投射面210上。

摄像装置500是对与投射面210对置的用户X进行摄影的装置。在第1实施方式中，摄像装置500从斜上方对用户X进行摄影。用户X例如一边看投射面210上显示的影像，一边进行舞蹈的创作、武术的招数等的动作练习。

(影像光生成部的构成)

下面，关于第1实施方式的影像光生成部的构成，参照附图进行说明。图2是表示第1实施方式的影像光生成部200和投射光学系统300的图。 影像光生成部200在图2所示的构成的基础上，还具有电源电路(未图示)、影像信号处理电路(未图示)等。这里，例示的是显示元件40为透射型液晶面板的例子。

影像光生成部200具有光源10、复眼透镜单元20、PBS阵列30、多个液晶面板40(液晶面板40R、液晶面板40G、液晶面板40B)、交叉分色棱镜50。

另外，影像光生成部200具有镜组(分色镜111、分色镜112、反射镜121～反射镜123)和透镜组(聚光透镜131、聚光透镜140R、聚光透镜140G、聚光透镜140B、中继透镜151、中继透镜152)。

光源10是由燃烧器和反射器构成的超高压水银灯(UHP灯)等。光源10发出的光包括红光成分、绿光成分、蓝光成分。

复眼透镜单元20使光源10发出的光均匀化。即，复眼透镜单元20使光源10发出的光中的中央部分光与周边部分光之间的光量差均匀化。具体而言，复眼透镜单元20由复眼透镜20a和复眼透镜20b构成。

复眼透镜20a和复眼透镜20b分别都由多个微小透镜构成。各微小透镜按照使光源10发出的光照射到液晶面板40的整个面上的方式引导光源10发出的光。

PBS阵列30使从复眼透镜单元20发射的光的偏振状态一致。在第1实施方式中，PBS阵列30使从复眼透镜单元20发射的光都统一为P偏振。

分色镜111使PBS阵列30发射的光中的红光成分和绿光成分透过。分色镜111对PBS阵列30发射的光中的蓝光成分进行反射。

分色镜112使透过分色镜111的光中的红光成分透过。分色镜112对透过分色镜111的光中的绿光成分进行反射。

反射镜121反射蓝光成分并向液晶面板40B侧引导蓝光成分。反射镜122和反射镜123反射红光成分并向液晶面板40R侧引导红光成分。

聚光透镜131是汇聚光源10发出的白色光的透镜。

聚光透镜140R使红光成分大致平行光化，以使红光成分照射到液晶面板40R上。聚光透镜140G使绿光成分大致平行光化，以使绿光成分照射到液晶面板40G上。聚光透镜140B使蓝光成分大致平行光化，以使蓝光成分照射到液晶面板40B上。

中继透镜151、中继透镜152抑制红光成分的扩大的同时，使红光成分在液晶面板40R上大致成像。

液晶面板40R通过旋转红光成分的偏振方向来调制红光成分。在液晶面板40R的光入射面侧设置有入射侧偏振板41R，其透过具有一个偏振方向(例如P偏振)的光、遮挡具有另一偏振方向(例如S偏振)的光。液晶面板40R的光发射面侧设置有发射侧偏振板42R，其遮挡具有一个偏振方向(例如P偏振)的光、透过具有另一偏振方向(例如S偏振)的光。

同样，液晶面板40G和液晶面板40B分别通过旋转绿光成分和蓝光成分的偏振方向来调制绿光成分和蓝光成分。液晶面板40G的光入射面侧设置有入射侧偏振板41G，液晶面板40G的光发射面侧设置有发射侧偏振板42G。液晶面板40B的光入射面侧设置有入射侧偏振板41B，液晶面板40B的光发射面侧设置有发射侧偏振板42B。

交叉分色棱镜50对从液晶面板40R、液晶面板40G、液晶面板40B发射的光进行合成。交叉分色棱镜50向投射透镜310一侧发射合成光。

(投射型影像显示装置的功能)

下面，关于第1实施方式的投射型影像显示装置的功能，参照附图进行说明。图3是表示在第1实施方式的投射型影像显示装置100上设置的控制单元250的模块图。控制单元250设置在影像光生成部200上。

如图3所示，控制单元250具有尺寸获取部251、第1获取部252、第2获取部253、影像控制部254。

尺寸获取部251从键盘等的输入IF600获取用户X的尺寸。用户X的尺寸例如包括用户X的体型(身高或体重)。

第1获取部252从摄像装置500获取摄像数据。摄像数据是显示由摄像装置500拍摄的摄像影像用的影像数据。摄像影像包括舞蹈的创作、武术的招数等动作练习中用户X的动作。

第2获取部253从DVD再生装置等外部设备700获取样本数据。样本数据是显示样本影像用的影像数据。样本影像包括舞蹈的创作、武术的招数等的教练的标准动作。

另外，第2获取部253也可不从外部设备而是从硬盘装置获取样本数 据。而且，第2获取部253也可以从LAN等因特网获取样本数据。

影像控制部254控制显示在投射面210上的影像。即，影像控制部254控制显示元件40(液晶面板40R、液晶面板40G、液晶面板40B)。

具体而言，影像控制部254在投射面210上，将由摄像数据构成的摄像影像重叠在由样本数据构成的样本影像上面。具体而言，影像控制部254将用户X的动作(摄像影像)重叠在标准动作(样本影像)上。

这里，优选影像控制部254基于由尺寸获取部251获取的用户X的尺寸，使摄像影像的尺寸和样本影像的尺寸一致。具体而言，影像控制部254使用户X的体型和教练的体型一致。另外，应注意教练的体型是已知的。

另外，优选影像控制部254使用户X的头顶部与教练的头顶部一致，使摄像影像重叠在样本影像上。

另外，影像控制部254也可以不将用户X的动作(摄像影像)和标准动作(样本影像)重叠，而是并排显示摄像影像和样本影像。重叠显示和双画面显示的切换是可以由用户X任意进行的。

另外，重叠显示是将摄像影像重叠在样本影像上的表示。双画面显示是将摄像影像和样本影像并排显示。

(影像的显示例)

下面，关于第1实施方式的影像的显示例，参照附图进行说明。图4是表示第1实施方式的影像的显示例的图。

如图4所示，在投射面210上，显示有摄像影像重叠在样本影像上的影像。另外，摄像影像(用户X的尺寸)和样本影像(教练的尺寸)是一致的。

(投射型影像显示装置的动作)

下面，关于第1实施方式的投射型影像显示装置的动作，参照附图进行说明。图5是表示第1实施方式的投射型影像显示装置100的动作的流程图。

如图5所示，在步骤10中，投射型影像显示装置100通过第2取得部253获取样本数据，然后，用户X进行一连串的动作后通过第1获取部 252获得摄像数据。另外，用户X进行动作时，投射由样本数据构成的样本影像，用户X可将样本影像作为参考。

在步骤20中，投射型影像显示装置100通过尺寸获取部251获取用户X的尺寸。

在步骤30中，投射型影像显示装置100根据用户X的尺寸，使用户X的体型和教练的体型一致。

在步骤40中，投射型影像显示装置100判定是否选择了重叠显示。投射型影像显示装置100在选择了重叠显示时，跳转至步骤50的处理。投射型影像显示装置100在未选择重叠显示时，跳转至步骤60的处理。如上所述，重叠显示和双画面显示是由用户任意选择的。

在步骤50中，投射型影像显示装置100使由摄像数据构成的摄像影像重叠在由样本数据构成的样本影像上，来显示摄像影像和样本影像。例如，投射型影像显示装置100使用户X的头顶部与教练的头顶部一致，使摄像影像重叠在样本影像上。

在步骤60中，投射型影像显示装置100使由摄像数据构成的摄像影像和由样本数据构成的样本影像并排表示。

在步骤70中，投射型影像显示装置100判定是否继续显示摄像影像。摄像影像的显示可以通过用户X指示而终止，也可以在教练标准动作终止的时刻终止。投射型影像显示装置100要继续显示摄像影像时，返回到步骤40的处理。投射型影像显示装置100不再继续摄像影像的显示时，终止一连串的处理。

另外，在继续显示摄像影像时，要注意投射型影像显示装置100会继续获取摄像数据。

在无需使摄像影像的尺寸和样本影像的尺寸一致的情况下，当然可省略步骤20和步骤30的处理。

(作用和效果)

在第1实施方式中，影像控制部254在投射面210上使由摄像数据构成的摄像影像重叠在由样本数据构成的样本影像上。因此，关于用户X的动作是否偏离了教练的标准动作，用户X能够轻易掌握。

影像控制部254基于由尺寸获取部251获取的用户X的尺寸，使摄像影像的尺寸和样本尺寸一致。因此，关于用户X的动作偏离教练标准动作的程度，用户X能够轻易掌握，从而能够确认自己的姿势。

[第2实施方式]

下面，关于第2实施方式，参照附图进行说明。在下面，以第1实施方式与第2实施方式的不同点为主进行说明。

在第1实施方式中，尺寸获取部251获取来自键盘等的输入IF600的用户X的尺寸。而在第2实施方式中，尺寸获取部251基于由第1获取部252从摄像装置500获取的摄像数据获取用户X的尺寸。另外，在第2实施方式的控制单元250A中，如图6所示，尺寸获取部251与第1获取部252连接。

具体而言，如图7所示，摄像装置500拍摄两手和两脚呈张开状态的用户X。尺寸获取部251基于摄像数据，确定头顶部、两手尖、两脚尖、胯部等的特征点。尺寸获取部251获取用户X的手长、用户X的脚长、用户X的身高等。

另外，特征点并不仅限于头顶部、两手尖和两脚尖等。特征点也可以包括肘或膝等的关节、胸部、腹部、腰部等确定用户X的外形的部位。此外，特征点还可以由用户X任意选择。

如上所述，影像控制部254使用户X的体型和教练的体型一致。如图8所示，影像控制部254可以使用户X的体型与教练的体型一致，也可以使教练的体型与用户X的体型一致。

例如，影像控制部254按照使用户X的特征点与教练的特征点重叠的方式扩大或缩小用户X的体型(图像)，使用户X的体型与教练的体型一致。或者，影像控制部254按照使用户X的特征点与教练的特征点重叠的方式扩大或缩小教练的体型(图像)，使教练的体型与用户X的体型一致。

(作用和效果)

根据第2实施方式，尺寸获取部251基于摄像数据获取用户X的尺寸。因此，用户X可以节省输入自身尺寸的时间。

另外，通过增加特征点的数量，提高确定用户X的体型的精度，从而提高了使用户X的体型和教练的体型一致的精度。

[第3实施方式]

下面，关于第3实施方式，参照附图进行说明。在下面，以第1实施方式与第3实施方式的不同点为主进行说明。

在第3实施方式中，投射型影像显示装置100判定用户X的动作从教练的标准动作偏离的程度(以下称为偏离度)。投射型影像显示装置100将偏离度显示在投射面210上。

(投射型影像显示装置的构成)

下面，关于第3实施方式的投射型影像显示装置的功能，参照附图进行说明。图9是表示第3实施方式的投射型影像显示装置100上设置的控制单元250B的模块图。控制单元250B设置于影像光生成部200。在图9中有关与图3相同的构成附加了同样的符号。

如图9所示，控制单元250B除图3所示的构成外还具有判定部255。

判定部255判定用户X的动作偏离教练的标准动作的程度(以下称为偏离度)。具体而言，判定部255按以下顺序判定偏离度。

首先，判定部255确定用户X和教练的特征点。特征点是头顶部、两手尖、两脚尖、胯部、肘或膝等的关节。

其次，判定部255分别对用户X和教练计算出各个特征点的动作矢量。动作矢量可由块匹配等方法算出。

再次，判定部255计算出用户X的动作矢量与教练的动作矢量的差分。判定部255获取动作矢量的差分作为偏离度。

这里，优选动作矢量的差分在用户X动作的开始时刻或动作矢量的差分超过规定阈值的时刻等被初始化。即，由于偏离度是动作矢量的差分，因此可以不考虑在用户X动作开始时刻用户X的特征点和教练的特征点之间的偏离量(初始偏离量)。

另外，在教练的特征点和动作矢量已知时，也可以省略教练的特征点的确定、教练的动作矢量的计算。

影像控制部254将由判定部255判定的偏离度显示在投射面210上。偏离度可以由数值(得分)表示，也可以由矢量(箭头)的长度表示。此外，优选偏离度越低数值(得分)越高。优选偏离度越低矢量(箭头)的长度越短。矢量(箭头)的方向可以是从教练的标准动作偏离的方向(即，偏离方向)，也可以是向教练的标准动作靠近的方向(即，动作修正方向)。

影像控制部254也可以按照用户X的一连串的动作集中计算偏离度并将计算结果以分数形式等进行显示。影像控制部254可以在用户X的一连串动作结束时显示合计结果，还可以在用户X的一连串的动作进行时一边更新合计结果一边显示。

(影像的显示例)

下面，关于第3实施方式的影像的显示例，参照附图进行说明。图10是表示第3实施方式的影像的显示例的图。

如图10所示，投射面210上显示有摄像影像重叠在样本影像上的影像。这里，在投射面210上显示有上述的偏离度。在图8中，作为偏离度显示有表示动作修正方向的矢量(箭头)。

(作用和效果)

根据第3实施方式，判定部255判定用户X的动作从教练的标准动作偏离的程度(以下称为偏离度)。在投射面210上显示偏离度。因此，可以容易地掌握用户X的动作偏离教练的标准动作的程度(偏离度)。

(其它实施方式)

本发明通过上述实施方式进行了说明，但是构成该公开的一部分的描述和附图不应该理解为用于限定本发明。根据该公开内容，本领域技术人员能够明确各种替代实施方式、实施例和运用技术。

虽然在上述实施方式中没有特别涉及，但是防护罩400a也可以具有从反射镜320与投射面210侧连通的开口。透过区域410也可以是这样的开口。

虽然在上述实施方式中没有特别涉及，但是防护罩400a的至少一部 分可以由透明树脂或玻璃等透光性材料构成。透过领域410也可以由这种透光性材料构成。

虽然在上述实施方式中没有特别涉及，但是优选透过领域410设置在由反射镜320汇聚影像光的位置附近。因此，可以减小透过领域410的尺寸。所以，例如，当透过领域410为开口时，灰尘等不易进入防护罩400a内，当透过领域410由透光性材料构成时，透光性材料不易被损坏。

在上述的实施方式中，举例说明了利用非球面镜作为反射镜320的例子，但是反射镜320不限定于此。例如，作为反射镜320可以使用自由曲面镜。若对像差或分辨率已有研究，则作为反射镜320也可以使用球面镜。

在上述的实施方式中，举例说明了利用多个显示元件40作为影像光生成部200的构成的例子(3板式)，但是影像光生成部200的构成不限定于此。作为影像光生成部200的构成也可以使用单个显示元件40(单板式)。

虽然在上述实施方式中没有特别涉及，但是优选影像控制部254基于摄像装置的倾斜度使摄像影像的视点与样本影像的视点一致。即，优选影像控制部254具有梯形修正功能。

在上述的实施方式中，投射型影像显示装置100被设置在墙面或顶棚上，但是投射型影像显示装置100的配置不限定于此。具体而言，投射型影像显示装置100也可以设置在地板上。

根据各实施方式，如上所述，通过设置反射镜320缩短了投射型影像显示装置与投射面的距离。因此，能够抑制在投射型影像显示装置和投射面之间进入人等遮挡影像光。另外，作为光源10使用激光时，可以降低激光的光(影像光)照射到人身上的可能性。

Claims (5)

1.一种投射型影像显示装置，具备生成影像光的影像光生成部、将所述影像光投射到投射面上的投射光学系统，其特征在于，

所述投射光学系统具有反射从所述影像光生成部射出的所述影像光的反射镜；

所述投射型影像显示装置还具备：

对与所述投射面对置的用户进行摄像的摄像装置；

从所述摄像装置获取摄像数据的第1获取部；

获取显示样本影像用的影像数据即样本数据的第2获取部；和

基于所述摄像数据和所述样本数据，控制显示在所述投射面上的影像的影像控制部。

2.根据权利要求1所述的投射型影像显示装置，其特征在于，

所述影像控制部在所述投射面上使由所述摄像数据构成的摄像影像重叠在由所述样本数据构成的样本影像上。

3.根据权利要求1或2所述的投射型影像显示装置，其特征在于，

还具备获取所述摄像影像所包含的用户的尺寸的尺寸获取部，

所述影像控制部基于所述用户的尺寸，在所述投射面上使所述摄像影像的尺寸和所述样本影像的尺寸一致。

4.根据权利要求2所述的投射型影像显示装置，其特征在于，

还具备判定所述摄像影像和所述样本影像之间的偏离度的判定部。

5.根据权利要求4所述的投射型影像显示装置，其特征在于，

所述影像控制部在所述投射面上显示所述偏离度。

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