JP2007248824A - 画像投射装置および画像投射システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の投射装置で画像を形成する場合、重複領域の位置合わせが困難。
【解決手段】重複領域算出手段と輝度調整手段を備え、前記重複領域内と前記重複領域以外の領域の輝度を略同一に制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源からの光を変調してスクリーン上に投射することにより画像を表示する、プロジェクションタイプの画像投射装置に関する。

スクリーンに画像を投射して表示するプロジェクションタイプの画像投射装置は、大画面ビデオ表示を行う場合に、表示と同じ大きさの表示面を必要とするＣＲＴなどの自己発光型の表示装置と比べると、機器の大きさをはるかに小さくできるという利点を有する。近年は小型化がさらに進んでおり、携帯型機器に内蔵され大きな画面の投射画像を手軽に利用可能になってきている。

一方プロジェクションタイプの画像投射装置には、輝度が低く、解像度もあまり高くできないという課題がある。輝度を高めるために光源の放射パワーを大きくした場合、スクリーンまでの投射光路内に人間が進入し投射側に顔を向けると、強力な光刺激が眼中に入り網膜を損傷する危険性があるため、安全上の観点から輝度を高めることが困難である。

これを解決するため、複数の画像投射装置で画像投射を行い、各々がスクリーンの所定部のみの画像描画を行うことにより、光源の放射パワーを必要以上に大きくすることなく、解像度の向上と高輝度化を実現する方法が提案されている。

例えば、特開２０００−１９６８３３号公報は、反射鏡により機械的に画像光をスクリーン上を走査させる光偏光器を複数用いる画像投射装置である。

図９において、画像光の主方向走査を複数の光偏光器１０１ａ、１０１ｂを用いて行い、副方向走査を一つの光偏光器１０２を用いているので、スクリーン１０３上を主走査方向に２つに分けた各々が異なる光偏光器により走査され、光源の放射パワーを必要以上に大きくすることなく、高解像度化と高輝度化を両立している。

また、異なる光偏光器により走査される領域はオーバーラップする様に構成されており、表示されない領域が発生しない様に構成されている。
特開２０００−１９６８３３号公報

しかしながら、前記従来の構成では以下の様な課題があった。

第１に、異なる光偏光器により走査される領域がオーバーラップする様に構成されているが、この部分は両方の光偏光器により走査されるため輝度が他の部分より増加してしまい画像品位を劣化させる。

第２に、オーバーラップする領域を少なくするためには、２つの光偏光器の走査範囲を高精度に調整する必要があり製造コストの増加を招く。

第３に、長期間の使用における経時変化により、オーバーラップする領域が変動し、オーバーラップ量が増えたり、オーバーラップ量が無くなり未走査領域が生じて、画像品位の劣化が生ずる。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、走査領域がオーバーラップしても画像品位を劣化させず、製造段階における調整が不要で、経時変化が起こっても画像品位が劣化しない、高品位な画像を実現可能な画像投射装置および画像投射システムを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために本発明の画像投射装置および画像投射システムは、被投射面に表示する画像の画像データの少なくとも一部を送信または受信する通信手段と、画像投射手段と、前記被投射面を撮像する撮像手段と、前記画像投射手段を制御し、他の画像投射装置により被投射面に投射されている他投射像に、前記画像投射手段による自己投射像を重ねて前記画像を形成する制御手段を備え、前記制御手段は、前記他投射像と前記自己投射像との重複領域を算出する重複領域算出手段と、前記重複領域内と前記重複領域以外の領域の輝度を略同一に制御する輝度調整手段を少なくとも備えることを特徴とする。

また、重複領域算出手段は撮像手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、走査領域がオーバーラップしても画像品位を劣化させず、製造段階における調整が不要で、経時変化が起こっても画像品位が劣化しない、高品位な画像を実現可能な画像投射装置および画像投射システム提供できる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１（ａ）は、本発明の実施の形態１における画像投射装置および画像投射システムの全体斜視図、図１（ｂ）は本発明の実施の形態１における画像投射装置単体の斜視図である。

図１（ａ）において、１ａ、１ｂ、１ｃは、小型で携帯可能な画像投射装置であり、机の上に載置され、被投射面２に対して画像の投射を行っている。被投射面２は、スクリーンや壁面など平面部を有し画像が形成される面である。各々の画像投射装置はユーザーにより投射方向の調整等することなく載置されるので、画像投射装置１ａが被投射面２に投射可能な領域である自己投射像３ａに対して、画像投射装置１ｂ、画像投射装置１ｃが投射可能な領域である他投射像４ｂ、４ｃはそれぞれ被投射面２上の異なる位置になっている。５は画像形成領域で、各画像投射装置が協調して一つの画像を形成する領域である。例えば画像投射装置１ａは、自己投射像３ａの中で画像形成領域５に包含される領域のみに投射光を投射し、それ以外の領域では投射光をＯＦＦにする。ここで画像投射装置１ａ、画像投射装置１ｂ、画像投射装置１ｃは、画像投射機能のみを有する単機能機器に限らず、携帯電話など複合機能を有する機器の中の１機能として画像投射機能を有するものであっても良い。また画像投射装置の数は限定されるものではないが、以下３つの画像投射装置を用いる場合について説明する。

図１（ｂ）において、６は画像投射手段であり、画像投射装置１ａの一部に設けられ、投射した光を被投射面２上で走査して画像を形成する。７は撮像手段であり、画像投射装置Ａ１ａの一部に設けられるカメラである。撮像手段７は、被投射面２上に形成された自己投射像３ａのみでなく他投射像４ｂ、４ｃも撮像し、自己投射像３ａと他投射像４ｂ、４ｃが重なって投射されている領域や、その領域における輝度、被投射面に対して斜め方向から投射することで投射像に生ずる台形歪みをモニタする。また撮像手段７は、各々の画像投射手段６と被投射面２の間に障害物がある場合に、障害物により投射が妨げられる領域の認識にも用いられる。

図２は、本発明の実施の形態１における画像投射装置の構成を示すブロック図である。

８は制御手段で、後述する重複領域算出手段１１と輝度調整手段１２を備え、画像投射手段６および撮像手段７を制御して被投射面２上に画像を投影させる。また、画像投射装置１ａ、画像投射装置１ｂ、画像投射装置１ｃのうちのいずれかの制御手段８は、被投射面２上に一つの画像を形成させるために他の画像投射装置の制御も行う全体制御機能を有する。

９は通信手段で、画像投射装置間で投射する画像データや制御指令の受取を行うとともに、画像投射を行う前に利用可能な他の画像投射装置を探索するためにも用いられる。１０はデータ蓄積手段で、投射する画像データを蓄積するバッファメモリである。データ蓄積手段１０に格納される画像データは、各々の画像投射装置が被投射面２に形成する個別の画像データであり、その元となる元画像データは例えば画像投射装置のうちの一つが大容量固体メモリ等に保持するデータであったり、ネットワーク上の商用サーバ上のデータであり、通信手段９を通じてデータ蓄積手段１０に転送される。

１１は重複領域算出手段であり、被投射面２の中で各画像投射手段が投射可能な領域と、複数の画像投射装置が重複して投射可能な領域とを認識し、その位置を図示しないメモリに格納する。また同時に各画像投射手段が投射可能な最大輝度もメモリに格納する。例えば全体制御機能を有する画像投射装置１ａは、まず自分の画像投射手段にテストパターン（例えば投射領域全体が一様かつ最大輝度の画像）を投射させ、被投射面２上に形成された自己投射像３ａを撮像手段で撮像する。これにより自己投射像３ａの位置およびその輝度を記憶する。次に画像投射装置１ｂ、画像投射装置１ｃそれぞれに単独で同様の投射を行わせ撮像手段で撮像することで、各々の画像投射装置の他投射像４ｂ、４ｃの位置および輝度を図示しないメモリに記憶する。以上により各々の画像投射装置による自己投射像３ａおよび他投射像４ｂ、４ｃの位置および輝度が個別に記録されるので、それらの重複領域を容易に算出することができる。なお重複領域算出のための投射は極めて短時間で十分であり、これによる画像品質の劣化は殆ど無視することができる。また重複領域の算出は、画像投射を行う前の準備段階で行うが、画像投射動作中に行っても良い。以上の様に、本発明では撮像手段７により重複領域を撮像しながら投射を行うので、画像投射装置の投射位置合わせをあらかじめ行う必要がなく、投射位置の経時変化が発生しても修正が容易な低コストで信頼性の高い画像投射装置を提供できる。

１２は輝度調整手段であり、画像を形成する画像形成領域の中の画像の輝度を略同一になる様に、画像投射手段６が投射する投射光の輝度を調整する。例えば、あらかじめユーザーが設定する画像形成領域内に一つの画像投射手段６のみによってしか投射できない領域がある場合、その画像投射手段６が投射できる最大輝度にその他の領域の輝度を制限する。つまり２つの画像投射装置により重複投射される領域では、その重複投射による合計輝度が最大輝度と等しくなるように、２つの画像投射装置の各々の投射輝度を設定する。３つの画像投射装置により重複投射される領域も同様である。全体制御機能を有する画像投射装置１ａの輝度調整手段１２は、画像投射装置１ｂ、画像投射装置１ｃが投射すべき投射光の輝度を領域ごとに設定し（例えば２つの画像投射装置により重複投射される領域では、最大輝度の１／２づつを割り振り）通信手段を通じて、画像投射装置１ｂ、画像投射装置１ｃの輝度調整手段１２に制御指令を送る。画像投射装置１ｂ、画像投射装置１ｃの輝度調整手段１２は、制御指令に基づいて各々の投射光の輝度を調整するので、被投射面２上には、画像形成領域内に輝度の段差のない品位の高い画像形成を実現でき、また一つの画像投射装置では表示不可能な大きな画像を形成することが出来る。

一方、ユーザーが設定した画像形成領域内の全域を、全ての画像投射手段が投射可能である場合、それぞれが最大輝度の投射を行う。この場合、全体制御機能を有する画像投射装置１ａの輝度調整手段１２は、画像投射装置１ｂ、画像投射装置１ｃが投射光の輝度を最大に設定し、投射領域の情報のみを通信手段を通じて画像投射装置１ｂ、画像投射装置１ｃの輝度調整手段１２に送る。これにより投射装置が一つの場合に比べ、輝度の高い明るい画像形成を実現することができる。また同じ領域に複数の画像投射手段が投射を行うので、レーザー光源を用いる場合に発生するスペックルノイズを低減することができ、さらに画像品位を向上させることができる。

図３は、本発明の実施の形態１における画像投射手段６の構成を示すブロック図である。

３原色（ＲＧＢ）のレーザー光源２１から放射されたビームは、それぞれのコリメートレンズ２２によって絞り込まれダイクロイックプリズム２３で合成されて１本の投射光２４となる。走査手段であるスキャンミラー２６によって２次元に走査されて開口２７から被投射面２に投射される。変調回路２８は、制御手段８から転送される画像データと投射領域の情報に基づき、ミラー駆動部２９がスキャンミラー２６を駆動するのと同期してビームの変調を行う。ここで、光源としてレーザー光源２１を用いているのでＬＥＤ光源などと比較し、色再現性の高い画像を形成できる。

本発明ではビームの変調方法は画像データに対して常に固定ではなく、ユーザーにより設定される画像形成領域５の大きさにより変わり得る。例えば複数の画像投射装置の重複投射領域のみに画像を形成する高輝度表示を行う場合は、重複投射領域内に全画像データを表示するために、スキャンミラー２６が走査可能な投射領域のうち一部に全画像データを表示する様に変調される。一方、複数の画像投射装置が異なる画像を形成する大画面表示を行う場合は、それぞれの画像投射装置が画像データの一部のみを変調する。また変調回路は台形補正も同時に行う。

図４は本発明の実施の形態１におけるスキャンミラー６の構成を示す斜視図である。

図４において、スキャンミラーは、共振型のミラー素子であり、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハを加工して製造される。ミラー部３１はＹヒンジ３２によって中間フレーム部３３から連結支持され、外周部にはＸ櫛型電極３４が形成されており、Ｙヒンジ３２を設けたエッジには、Ｘ補助櫛型電極３５が形成されている。同様に、中間フレーム部３３はＸヒンジ３６によって外枠部３７から連結支持されており、同じく外周部にはＹ櫛型電極３８が形成されている。また内側には、ミラー部３１のＸ櫛型電極３４と噛み合うようＸ櫛型電極３４が形成されている。さらに、Ｘヒンジ３６を設けたエッジには、Ｙ補助櫛型電極３９が形成されている。

このような構成により、ミラー部３１は中間フレーム部３３に対しＹヒンジ３２周りに回動可能に支持され、中間フレーム部３３は外枠部３７に対しＸヒンジ３６周りに回動可能に支持され、ミラー部３１と中間フレーム部３３が可動部を構成し、２軸の共振ミラー素子となっている。

次に本実施の形態の動作を説明する。

図５は本発明の実施の形態１における高輝度表示状態の輝度調整例を示す説明図である。なお以下では形成する画像の水平方向における輝度調整例を示すが、垂直方向も同様である。

図５において、画像投射装置１ａの画像投射手段６は、水平方向に角度±θａ０で投射光２４を走査可能であり、被投射面２上に自己投射像３ａを形成可能であるとする。同様に、画像投射装置１ｂは角度±θｂ０で走査可能で他投射像４ｂを、画像投射手段１ｃは角度±θｃ０で走査可能で他投射像４ｃを形成可能であるとする。

画像投射に先立って、図示しないユーザーインターフェースにより、ユーザーが表示方法として高輝度表示を選択し制御手段に指示する。これにより、制御手段は自己投射像３ａ、他投射像４ｂ、４ｃが全て重複している領域を自動的に画像形成領域５として設定する。以下、各画像投射装置の、水平線ＸＸ’上の画像輝度の設定を例に動作を説明する。

画像投射装置１ａは、自己投射像３ａの中で画像形成領域５の範囲に相当する投射角θａ１〜θａ２の間のみレーザー光源２１をＯＮにして投射を行い、その他の投射角では光源２１をＯＦＦにする。同様に画像投射装置１ｂは、他投射像３ｂの中で画像形成領域５の範囲に相当する投射角θｂ１〜θｂ２の間のみ、画像投射装置１ｃは、他投射像３ｃの中で画像形成領域５の範囲に相当する投射角θｃ１〜θｃ２の間のみ、光源２１をＯＮにして投射を行い、その他の投射角ではレーザー光源２１をＯＦＦにする。また各々の画像投射装置は、レーザー光源２１をＯＮにする際には、各々の最大輝度Ｐで投射を行うので、投射装置が一つの場合に比べ、輝度の高い明るい画像形成を実現することができ、また同じ領域に複数の画像投射手段６が投射を行うことによりスペックルノイズを低減することができ、より品位の高い画像が形成できる。

図６は本発明の実施の形態１における大画面表示状態における輝度調整例を示す説明図である。

画像投射に先立って、図示しないユーザーインターフェースにより、ユーザーが表示方法として大画面表示を選択し制御手段に指示する。これにより、制御手段は自己投射像３ａ、他投射像４ｂ、４ｃのうち少なくとも一つを含む最大の領域を画像形成領域５として設定する。画像形成領域５の設定は、例えば垂直方向の領域上限は他投射像４ｃ上限、垂直方向の領域下限は他投射像４ｂの下限に設定され、水平方向は表示する画像データの縦横比（例えば水平１６：垂直９）により垂直方向の幅に合わせて自動的に設定される。以下、各画像投射装置の、水平線ＸＸ’上の画像輝度の設定を例に動作を説明する。

画像形成領域５のうち一つの画像投射装置のみで投射される領域は、画像投射装置１ｂの投射角θｂ３〜θｂ４の区間と、画像投射装置１ｃの投射角θｃ４〜θｃ５の区間である。このうち最も輝度レベル小さい方の輝度レベルがＰである場合、制御手段は画像形成領域全体の輝度レベルをＰに抑制する様制御する（以下では両装置とも同じ輝度Ｐであるとする）。

また、画像投射装置１ａの投射角−θａ０〜θａ３の区間と、画像投射装置１ｂの投射角θｂ４〜θｂ５の区間は、画像投射装置１ａと画像投射装置１ｂが重複して投射を行う区間であり、それぞれ輝度レベルＰの１／２の輝度レベルＱで投射を行う。これにより２つの画像投射装置によるこの領域の合計輝度をＰに調整している。

次に、画像投射装置１ａの投射角θａ３〜θａ４の区間、画像投射装置１ｂの投射角θｂ５〜θｂ０の区間、画像投射装置１ｃの投射角−θｃ０〜θｃ３の区間は、３つの画像投射装置が重複して投射を行う区間であり、輝度レベルＰの１／３の輝度レベルＲでそれぞれ投射を行う。これにより３つの画像投射装置によるこの領域の合計輝度をＰに調整している。

同様に、画像投射装置１ａの投射角θａ４〜θａ０の区間、画像投射装置１ｃの投射角θｃ３〜θｃ４の区間は、画像投射装置１ａと画像投射装置１ｃが重複して投射を行う区間であり、それぞれ輝度レベルＰの１／２の輝度レベルＱで投射を行う。

以上の様に、重複領域の輝度を調整することにより、大画面表示を実現しながら画像形成領域全体の輝度が均一な品位の高い画像が形成できる。

なお、上記重複領域においては各々の画像投射装置が同じ輝度レベルで投射を行うこととしたが、これに限られるものではなく、合計輝度レベルがＰに等しければ各々の画像投射装置の輝度レベルは異なっていても良い。

図７は、本発明の実施の形態１における大画面表示状態において障害物が投射領域内にある場合の平面図である。

図７に示す様に、画像投射装置１ｂと被投射面２の間に障害物５０が存在するが、画像投射装置１ａおよび１ｃと被投射面２の間には障害物がない場合、画像投射装置１ｂは撮像手段７により撮像される画像により障害物５０の位置を算出し、障害物５０への投射光２４が投射される投射角の間、レーザー光源２１をＯＦＦするとともに、通信手段９を通じて全体制御機能を有する画像投射装置１ａの制御手段８に障害物５０が存在することを通知する。特に障害物５０が人間である場合には投射光２４が目に損傷を与える可能性があり、障害物５０の位置を認識し障害物５０への投射を停止することで、安全性の高い画像投射装置を提供できる。一方、画像投射装置１ａは、他投射像４ｂのうち障害物により投射出来ない投射妨害領域５１を、撮像手段７により被投射面２を撮像することにより認識出来る。

図８は、本発明の実施の形態１における大画面表示状態において障害物が投射領域内にある場合の輝度調整例を示す説明図である。図６と同じ内容については説明を省略する。

画像投射装置１ｂの被投射像４ｂのうち投射妨害領域と重なる投射角θｂ６〜θｂ７の区間については、画像投射装置１ｂが輝度レベルを０にする。同時に、画像投射装置１ａの被投射像２のうち投射妨害領域５１と重なる投射角θａ６〜θａ７の区間と、画像投射装置１ｃの被投射像４ｃのうち投射妨害領域５１と重なる投射角θｃ６〜θｃ７の区間は、それぞれ輝度レベルをＲからＱに引き上げ、画像投射装置１ａと画像投射装置１ｃで合計輝度レベルＰを実現させる。これにより、投射領域内に障害物が存在する場合にも、画像の劣化がない品位の高い画像投射装置を提供できる。

本発明にかかる画像投射装置および画像投射システムは、複数の画像投射装置により被投射面上に輝度レベルのばらつきの少ない高品位な画像を形成でき、撮像手段を備えて投射領域内に障害物が存在しても安全性の確保と画像の劣化を両立できるので、携帯電話などの携帯機器の他、ホームシアタ用のプロジェクションシステム等に好適である。

本発明の実施の形態１における画像投射装置および画像投射システムの全体斜視図 本発明の実施の形態１における画像投射装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１における画像投射手段６の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１におけるスキャンミラー６の構成を示す斜視図 本発明の実施の形態１における高輝度表示状態の輝度調整例を示す説明図 本発明の実施の形態１における大画面表示状態における輝度調整例を示す説明図 本発明の実施の形態１における大画面表示状態において障害物が投射領域内にある場合の平面図 本発明の実施の形態１における大画面表示状態において障害物が投射領域内にある場合の輝度調整例を示す説明図 従来の画像投射装置の斜視図

符号の説明

１ 画像投射装置
２ 被投射面
３ａ 自己投射像
４ｂ，４ｃ 他投射像
５ 画像形成領域
６ 画像投射手段
７ 撮像手段
８ 制御手段
９ 通信手段
１０ データ蓄積手段
１１ 重複領域算出手段
１２ 輝度調整手段
２１ 光源
２２ コリメートレンズ
２３ ダイクロイックプリズム
２４ 投射光
２６ スキャンミラー
２７ 開口
２８ 変調回路
２９ ミラー駆動部
５０ 障害物
５１ 投射妨害領域

Claims (12)

1. 被投射面に表示する画像の画像データの少なくとも一部を送信または受信する通信手段と、
   画像投射手段と、
   前記被投射面を撮像する撮像手段と、
   前記画像投射手段を制御し、他の画像投射装置により前記被投射面に投射されている他投射像に、前記画像投射手段による自己投射像を重ねて前記画像を形成する制御手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記他投射像と前記自己投射像との重複領域を算出する重複領域算出手段と、
   前記重複領域内と前記重複領域以外の領域の輝度を略同一に制御する輝度調整手段を少なくとも備える画像投射装置。
2. 画像を形成する領域が、重複領域に包含されることを特徴とする、請求項１記載の画像投射装置。
3. 画像を形成する領域の中で最も低い輝度に合わせて、輝度調整手段が重複領域の輝度を低減することを特徴とする、請求項１記載の画像投射装置。
4. 画像投射手段は、レーザー光源と、前記レーザー光源の発生する投射光を被投射面上で走査して画像を形成する走査手段を少なくとも備える請求項３記載の画像投射装置。
5. 被投射面に表示する画像の画像データを送受信する通信手段を備える少なくとも２つ以上の画像投射手段と、
   前記画像投射手段を制御し、連携して被投射面上に画像を形成させる制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   ２つ以上の前記画像投射手段により重複して投射される重複領域を算出する重複領域算出手段と、
   前記重複領域内と前記重複領域以外の領域の輝度を略同一に制御する輝度調整手段とを少なくとも備えることを特徴とする画像投射システム。
6. 画像を形成する領域が、重複領域に包含されることを特徴とする、請求項５記載の画像投射システム。
7. 画像を形成する領域の中で最も低い輝度に合わせて、輝度調整手段が重複領域の輝度を低減することを特徴とする、請求項５記載の画像投射システム。
8. 重複領域算出手段は撮像手段を備えることを特徴とする請求項５記載の画像投射システム。
9. 画像投射手段は、各々が撮像手段を備えることを特徴とする請求項８記載の画像投射システム。
10. 撮像手段は、被投射面と各々の画像投射手段の間の障害物を監視し、前記障害物により前記被投射面上への投射が妨げられている前記画像投射手段については、投射妨害領域への画像の投射を停止することを特徴とする請求項９記載の画像投射システム。
11. 障害物が画像投射動作中に検出された場合には、投射妨害領域の中の重複投射領域の輝度を再調整することを特徴とする請求項１０記載の画像投射システム。
12. 画像投射手段のうちの少なくとも１台が制御手段を兼ねることを特徴とする請求項５から１１のいずれか１項に記載の画像投射システム。

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