JP2005258456A - 投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液晶パネルに基づく画像情報をスクリーン面上に各種の機能を動作させながら投写する投写型表示装置を得ること。
【解決手段】 光源手段と、該光源手段からの光束を映像信号に基づいて光変調するライトバルブと、該ライトバルブで光変調された光束をスクリーン上に投写する投写レンズと、を有する投写型表示装置において、該投写型表示装置に備えられた複数の機能のうちの少なくとも１つの機能が動作しているか否かを検知する動作検知手段をさらに有し、該動作検知手段により該少なくとも１つの機能が所定時間以上動作していないと検知されたときに、該光源手段の光量を減少させること。
【選択図】 図１

Description

本発明は投写型表示装置に関し、例えば液晶パネル等のライトバルブで光変調され表示された投影像原画（画像情報）をスクリーン面上に拡大投影する液晶プロジェクターに好適なものである。

従来より液晶ライトバルブ等の投影像原画をスクリーン面上に拡大投影するようにした投写型表示装置（液晶プロジェクター）が種々、提案されている（特許文献１，２）。

投写型表示装置として、特に外部スクリーンに対して映像（画像情報）を投写するフロントプロジェクターはスクリーン面上における投射光の明るさが暗いため、室内の照明を一部落としたり、室内を暗くする為にカーテンをひいたりする必要があった。しかし、近年、照明光学系の光利用効率の改善、高輝度ランプの開発、マイクロレンズ付液晶パネルの登場などで、ほぼ通常の室内照明条件下でスクリーン面上の投影画像の観察ができる明るい投写型表示装置が出現し始めている。
特開平１０−１０９９４号公報 特開２０００−２２１５９９号公報

投写型表示装置として投写光量が多くなると、明るい投影画像が得られるが、逆にいくつかの問題点も生じてくる。

例えば１つは投影レンズからスクリーン迄の距離が短く、投写画面サイズが小さい場合には画面が明るすぎるという問題があった。又、投写動作中に投写レンズをのぞき込んだ場合、不快さが増大してくるという問題もある。さらに、投写光量の増大に伴なって投写型表示装置内の発熱量が増大し、これを冷却する冷却装置の動作中の騒音が大きくなってくるという問題があった。

本発明は液晶パネルに基づく画像情報をスクリーン面上に投影する投写型表示装置として、いくつかの新しい機能を装着することにより最適な状態でスクリーン面上の投影画像を観察することができる投写型表示装置の提供を目的とする。

本発明の投写型表示装置に備えられている新しい機能としては、例えば、
(ア-1) 表示エリアへの投写光量を手動的に、又は自動的に調節すること。

(ア-2) 投射レンズの光軸方向の直前に不用物（例えば人が接近してきたとき等）が存在した場合に投写光量を減少させること。

(ア-3) スクリーンと投写画面の双方の位置、大きさ等を自動的に合わせること。(ア-4) 投写画面の輝度を自動的に調節すること。

(ア-5) レーザーポインター等のポインティングデバイスを用いた、新しいマンマシンインターフェースを実現すること。

(ア-6) 冷却装置の動作中の騒音を低減させるノイズキャンセルシステムを実現すること。
である。

請求項１の発明の投写型表示装置は、光源手段と、該光源手段からの光束を映像信号に基づいて光変調するライトバルブと、該ライトバルブで光変調された光束をスクリーン上に投写する投写レンズと、を有する投写型表示装置において、該投写型表示装置に備えられた複数の機能のうちの少なくとも１つの機能が動作しているか否かを検知する動作検知手段をさらに有し、該動作検知手段により該少なくとも１つの機能が所定時間以上動作していないと検知されたときに、該光源手段の光量を減少させることを特徴としている。

請求項２の発明の投写型表示装置は、光源手段と、該光源手段からの光束を映像信号に基づいて光変調するライトバルブと、該ライトバルブで光変調された光束をスクリーン上に投写する投写レンズと、を有する投写型表示装置において、該光源手段に起因する発熱部を冷却する冷却ファンと、該冷却ファンの駆動音を検知する音検知手段と、該音検知手段で検知された該冷却ファンの駆動音と逆位相の音声信号を出力する音声出力手段と、をさらに有することを特徴としている。

請求項３の発明は請求項２の発明において、前記音検知手段はマイクを有することを特徴としている。

請求項４の発明は請求項２又は３の発明において、前記音声出力手段はスピーカーを有することを特徴としている。

請求項５の発明は請求項１〜４のいずれか１項の発明において、前記スクリーン上での前記投写画像を検知する画像検知手段と、該画像検知手段からの出力信号に基づいて前記投写レンズの投写方向と前記スクリーンの位置の関係又は前記投写画像の大きさと前記スクリーンの大きさの関係を求める演算手段と、をさらに有し、該演算手段による演算結果に基づいて前記スクリーンの位置に対する前記投写レンズの投写方向のズレを補正すること又は前記スクリーンの大きさに合わせて前記投写画像の大きさを調整することを特徴としている。

請求項６の発明の投写型表示システムは、光源手段と、該光源手段からの光束を映像信号に基づいて光変調するライトバルブと、該ライトバルブで光変調された光束をスクリーン上に投写する投写レンズとを有する投写型表示装置と、該スクリーン上にマーカーを投写するポインティングデバイスと、を有した投写型表示システムにおいて、該スクリーン上に投写された投写画像を検知する画像検知手段と、該スクリーン上に投写された該マーカーを検知するマーカー検知手段と、をさらに有し、該画像検知手段および該マーカー検知手段からの出力信号に基づいて、該投写画像に対する該マーカーの位置情報を抽出し、該投写型表示装置の投写条件を制御することを特徴としている。

本発明によれば以上のように、液晶パネルに基づく画像情報をスクリーン面上に投影する投写型表示装置として、いくつかの新しい機能を装着することにより最適な状態でスクリーン面上の投影画像を観察することができる投写型表示装置を達成することができる。

図１は本発明の投写型表示システムの実施形態の要部概略図である。同図は、投写型表示装置２０１と、そのリモートコントローラ兼レーザーポインター（ポインティングデバイス）３０１の外観を示している。

図１において２０１は投写型表示装置、１１は投写レンズ、１２は各種センサの窓である。１３ａ，１３ｂは外部音声入力用の左チャンネルと右チャンネル用のマイクロホン、１４は投写型表示装置の動作状態を使用者に伝える表示パネル、１５は各種の動作を行う操作パネル、１６はリモートコントローラ３０１からの信号を受信する全方位受信可能なドーム窓、１７ａ，１７ｂは音声出力用の左チャンネルと右チャンネルのスピーカー、１８ａは投写型表示装置の上下方向の傾きを調節するチルト足である。

３０１はリモートコントローラ兼レーザーポインター（以下「レーザーポインター」と略す）、３１１は投写型表示装置２０１をリモート（遠隔）操作するための操作ボタン群、３１２はレーザーポインター３０１を発光させる発光ボタン、３１３はレーザーポインター用の送信窓である。

図２は本発明の投写型表示装置の動作のシステムブロック図である。それぞれのブロック名を図中に記している。図２において、２５は各種の動作を制御する制御手段（システム制御回路）である。４４，４７，５０，５３はそれぞれ電源回路、ランプ、照明光学系、液晶素子（ＬＣＤ）を空冷するファン（冷却ファン）、４５，４８，５１，５４は投写型表示装置２０１の所定部分の温度を検知する温度センサ、４６，４９，５２，５５はファン４４，４７，５０，５３の騒音をモニターするマイク（音検知手段）である。

図３は本発明の投写型表示装置の動作のメインルーチンのフローチャート、図４は光量変更サブルーチンのフローチャート、図５は投写条件制御サブルーチンのフローチャート、図６は雑音制御手段で行うアクティブノイズキャンセル（ＡＮＣ）サブルーチンの動作フローチャート、図７は各種の機能が動作しているか否かを検出して、投写状態を制御するスリープモードのサブルーチンのフローチャートである。

図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本発明の投写型表示装置で画像を投写するスクリーン８１のサイズと投写画面８６，８７のサイズの説明図である。

図９は投写型表示装置の筐体内の一部の内部構成要素の説明図である。図９において２２は光源手段であるランプであり、光源部と反射鏡を有している。８９と９０はランプ２２からの照明光束の形状を円形から直方形に変形するフライアイインテグレータ、９１はランプ２２からの光を１つの偏光波、例えばＳ波にそろえるＰＳ変換手段としてのプリズム、９２はランプ２２からの白色光を複数の色光、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３つの色光に分光するダイクロイックミラー等の分光手段、２４は緑（Ｇ）光の変調用の液晶素子（液晶パネル）、この他にも赤（Ｒ）色光と青（Ｂ）色光の液晶パネルがある（但し、Ｒ，Ｂ用の液晶素子は不図示）。

９３はＲ，Ｇ，Ｂの３色の変調光を合成するクロスダイクロイックプリズム、９４は投写レンズ１１をメカニカルに駆動制御するレンズモータ群であり、投写レンズ１１をクロスダイクロイックプリズム９３の光出射面９３ａと平行な面内で上下、左右方向にシフトさせるシフトモーターと、投写レンズ１１の焦点距離を変化させて変倍するズームモーターと、投写レンズ１１のスクリーン（不図示）に対するピントを合わせるフォーカスモーター等を含んでいる。９５は投写型表示装置２０１の筐体全体を主に傾けるためのチルトモータ群で、チルト足１８ａ，１８ｂを駆動制御している。

９６はＣＣＤ等のエリア撮像センサ、９７は結像レンズである。各要素９６と９７はスクリーン面上の各群の情報を検出するスクリーンセンサ３３を構成している。

図１０は投写型表示装置で投写される投写画面８７内にレーザーポインター３０１でマーカーとしての矢印（ポインター）９８を投影した説明図、図１１は投写画面８７内に表示された操作メニュー９９とマーカーとしての矢印９８の説明図、図１２はレーザーポインター３０１によるポインティング作業のフローチャートである。

次に本実施形態の各種の機能（作用）について説明する。

投写型表示装置の操作は、図１の操作パネル１５の操作又はレーザーポインター３０１をリモートコントローラとして使い、投写型表示装置２０１の受信ドーム窓１６に向けて、例えば赤外線信号を送信して操作している。更には、レーザーポインター３０１を用いて投写型表示装置２０１で画像を投写する為の投写スクリーン８１にポインター９８を投射し、これをスクリーンセンサ３３でポインター９８の位置を検出し、スクリーン８１に投写された投写型表示装置の操作メニュー９９を選択して操作するようにしている。

操作のメインルーチンは図３に示すように、手動制御モード６５と自動制御モード６４から選ぶことができる。手動制御モード６５では、投写光量の増減、投写画面８６，８７のスクリーン８１への位置合わせ、ズーミング、フォーカシング、アクティブノイズコントロールの制御パラメータの手動選択などを行っている。自動制御モード６４では、後述する各種のセンサによりこれらのパラメータを自動的に制御している。

図２において、３１は人体検知センサであり、図１のセンサ窓１２の中に装備されている。人体検知センサ３１は例えば人体（被撮影者）から発せられる赤外線を検知することができる焦電センサ（赤外センサ）から構成され、人体が投写レンズ１１の光軸上の直前、例えば５０ｃｍ以内に接近したときにこれを検知し、その情報をシステム制御回路２５へ送る。３２は光量センサであり、人体の投写レンズ１１への接近を検知するものである。光量センサ３２は例えばフォトダイオードのような可視光を検知するセンサ（可視光センサ）から構成され、人体検知センサ３１と同様にセンサ窓１２の内部に配されている。人体検知センサ３１と光量センサ３２は物体検知手段としての一要素を構成している。本実施形態ではかならずしも２つ共備える必要ななく、一方のみでも良い。スクリーンセンサ３３は、図９のエリア撮像センサ９６、結像レンズ９７等から成り、センサ窓１２の中に配され、投写型表示装置の投写方向（投写エリア）の映像を取り込んでいる。

図８（Ａ）は投写エリアに投写した映像内容の主要部分である。図８において、８１はスクリーンであり、スクリーンセンサ３３はその周辺より明るいことによりスクリーンと判断している。８２はスクリーン８１のスクリーン中心であり、これは映像内容の画像処理により判断している。８３は投写型表示装置で投写する画像の投写中心である。

図９に示すようにスクリーンセンサ３３と投写レンズ１１は互いの光軸が異っている為、パララックスがある。この為、投写型表示装置２０１とスクリーン８１迄の距離を検出した後に、投写中心８３を決定している。但し、スクリーンセンサ３３を投写レンズ１１の背後に設けた場合は、互いの光軸を一致させることができるのでパララックスがなく距離情報は不要となる。

スクリーン８１迄の距離の検出は、スクリーンセンサ３３に映像信号を利用した焦点検出装置を設けたり、あるいは距離検出用としてその専用に不図示の赤外線発信器と受信器を設け、公知の三角測量法による距離測定域を投写型表示装置内に設けても良い。

図８（Ｂ）は、制御手段２５で投写中心８５をスクリーン８１に自動的に許容円８４内に位置合わせした結果を示す。８５は調整された投写中心で、スクリーン中心８２から調整許容円８４の内部に納まる迄、自動的に追い込まれる。この調整サブルーチンを図５に示す。

まず、スクリーン８１が投写中心８５に対して偏心しているか否か、すなわち、許容円８４の中に投写中心８５が入っているか否かを画像検知手段の機能を有するスクリーンセンサ３３でチェックしている。そして許容円８４内に入っていない場合、図２のレンズ制御装置内の補正手段としてのレンズモータ群９４（図９に図示）が投写レンズ１１をＬＣＤに対して図９に図示のように上下方向及び紙面に垂直の方向にシフトし、投写中心８５をズラす。これで不十分な場合には、図２のチルト制御装置３４内のチルトモータ群９５（図９に図示）が投写型表示装置２０１の前後の足１８ａ，１８ｂの高さを制御して投写中心８５のスクリーン８１に対する上下方向の位置合わせを行なう。

次に図８（Ｃ）に示すように投写型表示装置２０１から調整用画面８６を投写する。すでに求めているスクリーン情報（スクリーンの大きさ情報）から、投写画面を拡大すべきか縮小すべきか判断できるので、レンズモータ９４によりズーミング制御を行なう。図８（Ｃ）では、投写画面８６を投写画面８７迄拡大している。

次に、この調整用画面８７の明るさを輝度として、輝度検知手段としての機能を有するスクリーンセンサ３３により検知し、制御手段２５で投写光量（投写光束）を適切な値に設定する。図４に光量変更のサブルーチンを示す。光量変更要求があった場合に、図２に示す光量制御回路４１により、例えばランプ２２への印加電圧を変化させてランプの発光光量を変更する。この光量変更要求は人体検知センサ３１や光量センサ３２からも発せられる。

光量変化の結果、図２の電源回路やランプや照明光学系、ＬＣＤ等の近傍に配された温度センサ４５，４８，５１，５４の温度変化に応じて冷却ファン４４，４７，５０，５３の回転数がファン制御回路４２により、システム制御回路２５の判断により制御される。この冷却ファン４４，４７，５０，５３の回転数制御は光量変更の要求の他、投写型表示装置の起動時や終了時の昇温カーブに応じても実行される。

又、投写光量の光量変更時にランプの発光色温度が変化する場合がある。これをスクリーンセンサ３３により検知し、表示映像信号の色温度を制御してランプの色温度変化を補償することも可能である。

次に、ポインティング機能について説明する。図１０の８１はスクリーン、８７は投写画面、８５は投写中心、９８はレーザーポインター３０１により投写された矢印型のマーカーである。このマーカー９８はマーカー位置検知手段として機能するスクリーンセンサ３３により検出され、その形状が画像処理され、マーカーであると判断される。

そして、マーカー９８と投写中心８５、そして投写画面全体８７との位置関係もマーカー位置検出手段としての機能を有するスクリーンセンサ３３からの映像信号を制御手段２５で解析により判断される。図１１は、投写画面８７に投写型表示装置２０１の操作ボタンが画面内の操作図形９９として投写されている様子を示す。レーザーポインター３０１をスクリーン８１に向け発光ボタン３１２をスクリーン側へスライドさせることによりレーザーが発光しマーカー９８が点灯する。

図１１の任意の操作部分にマーカー９８を当て、発光ボタン３１２を押し込むことにより例えば、マーカー９８が所定の点滅を行ない、これをスクリーンセンサ３３が検知し、”クリック”と認識する。この認識により、制御手段で投写型表示装置２０１のパラメータを手動で変化させている。又、投写型表示装置をプレゼンテーション等に使用中にこのレーザーポインター３０１のマーカー９８をパーソナルコンピュータのマウスの代用としても良い。この場合は、図１２のフローチャートのステップ１０６で図２のインタフェース回路３５を介して、コネクタ３６に接続された不図示のパーソナルコンピューターにメニュー選択の結果を送り、プレゼンテーション画面の切換えや内容変更等を行なうことができる。

図２においてはパーソナルコンピュータからの表示画面もコネクタ３６を介して投写型表示装置に送られるが、機能別に複数のコネクタを設けても良い。

次に、アクティブノイズコントロール（ＡＮＣ）機能について図６により説明する。アクティブノイズコントロールでは、騒音源である冷却ファン４４，４７，５０，５３からの騒音（駆動音）を検知する音検知手段からの信号を用いて、その駆動音と逆の位相の音を雑音検知手段で求め、その音をスピーカー１７から発生させ、騒音を低下させている。ＡＮＣ機能は、図６に示すように自動モードと手動モードを備えている。

自動モードでは、ファンの近傍に置かれたマイク４６，４９，５２，５５からファンの騒音信号を取り込み、スピーカー１７ａ，１７ｂと各ファンとの相対位置や、ファンの発生周波数特性を考慮した打消音をスピーカー１７ａ，１７ｂから発生する。手動モードでは、表示パネル１４や投写画面内に制御パラメータを表示し、操作パネル１５やレーザーポインター３０１によりパラメータを選択する。一般に高い周波数の騒音はその音波の位相が変動しやすく、アクティブノイズコントロールに不向きである。

従って、まず、アクティブノイズコントロールすべき周波数帯域を選択する。通常は４００Ｈｚ以下が選ばれる。次に打消し用の音波の位相を０°から３６０°の間から選択する。この場合、いくつか発生する打消音毎に位相を設定する。手動モードでは、以上のパラメータを変化させ、聴感で聴きながら最低値に設定することとなる。

次に、スリープサブルーチンについて図７をもとに説明する。まず図２の映像判定回路３９にて、表示映像の内容が所定時間以上変化しないことを検出する。次に、表示画面内のポインターが所定時間以上変化しないことを検知する。この場合のポインターとしては図１１に示すレーザーポインターからのマーカー９８であってもよいし、接続されたパーソナルコンピュータのマウスが作り出すマーカーであっても良い。更に図１，図２のマイク１３ａ，１３ｂが投射型表示装置の周辺の音を検知し、所定時間以上変化しないことを検知する。

以上の各機能のうち少なくとも１つの機能が動作しているか否かを動作検知手段で検知し、この結果少なくとも１つ検知された場合に制御手段２５でランプ２２を減光し、電力消費量を低減する。以上の３つの信号に変化があった場合は、通常モードを立上げ、ランプ２２の光量を元に戻す。

又、映像判定回路３９にて、プレゼンテーション等の表示画像の濃度を検知してランプの光量を増減するようにしても良い。又、スクリーンセンサ３３にて、表示画像の輝度を検知してランプの光量を変化させても良い。又、スクリーン迄の距離に応じてランプの光量を変化させても良い。

プレゼンテーションの内容によっては投射画面の明るさよりもファンの騒音低下を求める場合もある。このような場合にも手動制御によりランプ光量を低下させ、その結果、ファンの騒音を下げるようにしても良い。

以上のように各実施例によれば、
(イ-1) 表示エリアへの投写光量を手動的に、又は自動的に調節すること。

(イ-2) 投射レンズの光軸方向の直前に不用物（例えば人が接近してきたとき等）が存在した場合に投写光量を減少させること。

(イ-3) スクリーンと投写画面の双方の位置、大きさ等を自動的に合わせること。(イ-4) 投写画面の輝度を自動的に調節すること。

(イ-5) レーザーポインター等のポインティングデバイスを用いた、新しいマンマシンインターフェースを実現すること。

(イ-6) 冷却装置の騒音を低減させるノイズキャンセルシステムを実現すること。ができる。

特に各実施例によれば、スクリーンセンサからの信号に基づいて、投写型表示装置の光源手段からの投写光量を手動的に又は自動的に調節することができるため、過度な明るさによる消費電力の増加を防止することができ、その結果、エコロジーにかなった製品とすることができる。又、適切な明るさとすることにより、冷却ファンの騒音を減少させることもできる。
等の効果が得られる。

本発明の投写型表示システムの要部概略図 本発明の投写型表示装置のシステムブロック図 本発明の投写型表示装置におけるメインルーチンのフローチャート 本発明の投写型表示装置における光量変更サブルーチンのフローチャート 本発明の投写型表示装置における投写条件制御サブルーチンのフローチャート 本発明の投写型表示装置におけるＡＮＣサブルーチンのフローチャート 本発明の投写型表示装置におけるスリープサブルーチンのフローチャート 本発明の投写型表示装置におけるスクリーンと投写画像との説明図 本発明の投写型表示装置における内部構造の説明図 本発明の投写型表示システムにおけるスクリーン上のレーザーマーカーの説明図 本発明の投写型表示システムにおける操作メニューとレーザーマークの説明図 本発明の投写型表示システムにおけるポインティングサブルーチンのフローチャート

符号の説明

２０１ 投写型表示装置
３０１ リモートコントローラ兼レーザーポインター
１１ 投写レンズ
１２ センサ窓
１３ マイクロホン
１４ 表示パネル
１５ 操作パネル
１６ ドーム窓
１７ スピーカー
２２ 光源手段
２５ システム制御手段
３１ 人体検知センサ
３２ 光量センサ
３３ スクリーンセンサ
８１ スクリーン
８２ スクリーン中心
８６，８７ 投写画面
８３，８５ 投写中心

Claims (6)

1. 光源手段と、該光源手段からの光束を映像信号に基づいて光変調するライトバルブと、該ライトバルブで光変調された光束をスクリーン上に投写する投写レンズと、を有する投写型表示装置において、該投写型表示装置に備えられた複数の機能のうちの少なくとも１つの機能が動作しているか否かを検知する動作検知手段をさらに有し、該動作検知手段により該少なくとも１つの機能が所定時間以上動作していないと検知されたときに、該光源手段の光量を減少させることを特徴とする投写型表示装置。
2. 光源手段と、該光源手段からの光束を映像信号に基づいて光変調するライトバルブと、該ライトバルブで光変調された光束をスクリーン上に投写する投写レンズと、を有する投写型表示装置において、該光源手段に起因する発熱部を冷却する冷却ファンと、該冷却ファンの駆動音を検知する音検知手段と、該音検知手段で検知された該冷却ファンの駆動音と逆位相の音声信号を出力する音声出力手段と、をさらに有することを特徴とする投写型表示装置。
3. 前記音検知手段はマイクを有することを特徴とする請求項２に記載の投写型表示装置。
4. 前記音声出力手段はスピーカーを有することを特徴とする請求項２または３に記載の投写型表示装置。
5. 前記スクリーン上での前記投写画像を検知する画像検知手段と、該画像検知手段からの出力信号に基づいて前記投写レンズの投写方向と前記スクリーンの位置の関係又は前記投写画像の大きさと前記スクリーンの大きさの関係を求める演算手段と、をさらに有し、該演算手段による演算結果に基づいて前記スクリーンの位置に対する前記投写レンズの投写方向のズレを補正すること又は前記スクリーンの大きさに合わせて前記投写画像の大きさを調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の投写型表示装置。
6. 光源手段と、該光源手段からの光束を映像信号に基づいて光変調するライトバルブと、該ライトバルブで光変調された光束をスクリーン上に投写する投写レンズとを有する投写型表示装置と、該スクリーン上にマーカーを投写するポインティングデバイスと、を有した投写型表示システムにおいて、該スクリーン上に投写された投写画像を検知する画像検知手段と、該スクリーン上に投写された該マーカーを検知するマーカー検知手段と、をさらに有し、該画像検知手段および該マーカー検知手段からの出力信号に基づいて、該投写画像に対する該マーカーの位置情報を抽出し、該投写型表示装置の投写条件を制御することを特徴とする投写型表示システム。

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