JP2008139643A - 画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射型スクリーンを用いた画像投影装置において、外光の映り込みによるコントラスト低下を低減することができるようにする。
【解決手段】画像投影装置１を、画像光１１を投射する画像投影部２と、画像投影部２により投射された画像光１１を反射して画像を映す反射型スクリーン３と、反射型スクリーン３に向かう外光Ｍの透過を規制する遮光フィルタ４とを備え、遮光フィルタ４が、反射型スクリーン３のスクリーン面３ａを覆うとともに、画像投影部２から反射型スクリーン３に向かう画像光１１の光路の範囲外に位置するように配置された構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、反射型スクリーンを用いた画像投影装置に関する。

従来、透過型スクリーンを用いたプロジェクションテレビなどの画像投影装置では、スクリーンの映り込み防止、コントラスト向上のため、透過型スクリーンの前面に光拡散板や光吸収フィルタ等の外光規制部材を配置することが行われている。
また、特許文献１には、このような画像投影装置として、一定範囲以上の入射角の光を遮光するフィルタ特性を備えた反射低減膜やブラインド部などを有するフィルムからなる保護板（外光規制部材）を具備するプロジェクションテレビジョンが記載されている。
また、特許文献２には、画像表示装置におけるキャリブレーション時に、透過型スクリーンの観察側に、所定配列ピッチでルーバ状に配列された多数の微細な遮光層を有する遮光フィルタ（外光規制部材）を用いて外光を遮光する画像表示用スクリーン装置が記載されている。
特開２００２−３５９７９２号公報 特開２００６−６５０３９号公報

しかしながら、上記のような従来の画像投影装置には、以下のような問題があった。
これらの従来の画像投影装置はいずれも透過型スクリーンを用いた画像投影装置であり、透過型スクリーンを用いた場合、スクリーン内の拡散材の影響により光が散乱し、画質劣化が生じる。そして、同様の技術を、反射型スクリーンを用いた画像投影装置に適用すると、画像光が、反射型スクリーンによる反射の前後で、これらの外光規制部材を２回通過することになるので、画像光の光減衰が大きくなってしまうという問題がある。
そのため、透過型スクリーンを用いる画像投影装置に比べて、光源に大光量が必要とあり、消費電力が大きい装置となってしまうという問題があった。
また、例えば、特許文献１、２に記載の技術のように透過光の入射角範囲を規制する外光規制部材を用いる場合、反射型スクリーンで反射された光は、透過型スクリーンの画像光と同様に光軸を中心として所定の角度範囲を透過するため遮光されないものの、反射型スクリーンに向かう画像光の入射角は大きなものとなるので、入射角の規制範囲にもよるが、外光とともに遮光される割合が高くなって、やはり画像光の光減衰が大きくなり、コントラスト低下という問題が生じる。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、外光の映り込みによるコントラスト低下を低減することができる反射型スクリーンを用いた画像投影装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の画像投影装置は、画像光を投射する画像投影部と、該画像投影部により投射された画像光を反射して画像を映す反射型スクリーンと、該反射型スクリーンに向かう外光の透過を規制する外光規制部材とを備え、該外光規制部材が、前記反射型スクリーンのスクリーン面を覆うとともに、前記画像投影部から前記反射型スクリーンに向かう前記画像光の光路の範囲外に位置するように配置された構成とする。
この発明によれば、外光規制部材によって、外光の反射型スクリーン側への透過が規制されるため、外光が反射型スクリーンで反射されて画像光に混じる量を低減することができる。その際、外光規制部材は、反射型スクリーンに向かう画像光の光路の範囲外に位置するように配置されているので、反射型スクリーンに向かう画像光が外光規制部材によって規制されることがないため、画像光の光量低下を低減することができる。

本発明の画像投影装置によれば、反射型スクリーンに向かう画像光の光路の範囲外に位置するように配置された外光規制部材を備えるので、外光の映り込みによるコントラスト低下を低減することができるという効果を奏する。

以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
本発明の実施形態に係る画像投影装置について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る画像投影装置を示す光軸を含む断面による模式的断面図である。図２は、図１のＡ視側面図である。図３は、図１のＢ部の部分拡大図である。

本実施形態の画像投影装置１は、図１、２に示すように、画像投影部２、反射型スクリーン３、遮光フィルタ４、受光センサ６、および制御部７（図２参照）が、筐体５に位置関係を固定して保持されたものであり、例えば、プロジェクションテレビジョン、モニタ、ビデオプロジェクタなどとして好適となるものである。

画像投影部２は、適宜の画像信号に応じて表示された画像を、画像光１１として拡大投射するもので、例えば、適宜の光源、液晶表示素子やデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）などの画像表示素子、および投影光学系などから構成される。
本実施形態では、画像投影部２の光軸１０は、下側から水平方向に対して角度θとなる斜め上方に向けられており、画像信号に応じて変調された画像光１１を略矩形範囲に投射できるようになっている。上側光線１１ａ、下側光線１１ｂは、そのような画像光１１の投射範囲の図示上側、下側の最大範囲を示している。

反射型スクリーン３は、画像投影部２によって投射された画像光１１を映写するためのもので、本実施形態では、画像光１１を反射するスクリーン面３ａが鉛直方向に配置され、光軸１０が水平方向に反射され、反射された光軸１０の方向から一定の立体角ωの範囲内に画像光１１を反射できるようになっている。すなわち、光軸１０上を進む軸上主光線のスクリーン面３ａに対する入射角はθであり、出射角は０°となっている。

本実施形態では、画像投影部２からの軸上主光線を、スクリーン面３ａに対する入射角と異なる出射角で反射するために、図３に示すように、スクリーン面３ａが、鋸歯状反射面３ｂを備えている。鋸歯状反射面３ｂは、図１のＡ視方向では、同心円の輪体状に形成され、画像投影部２から放射される画像光１１が水平方向に略平行に進む光束となるような反射型レンズを構成している。

遮光フィルタ４は、装置外部から反射型スクリーン３に向かう外光Ｍの透過を規制するためのもので、反射型スクリーン３のスクリーン面３ａを観察側（図１の左側）から覆う板部材として画像光１１の光路の範囲外に位置するように配置されている。
本実施形態では、反射型スクリーン３と平行に距離ｄだけ離して配置され、上側光線１１ａとの間に隙間ｔ（ｔ＞０）が形成されている。
遮光フィルタ４の反射型スクリーン３に対する位置決め手段、筐体５に対する取り付け手段は、特に限定されず、適宜の部材、手段を用いることができる。

遮光フィルタ４の構成は、外光Ｍの透過を規制できれば、どのような構成でもよいが、遮光フィルタ４での表面反射による映り込みを防止するために、観察側の表面には、反射防止処理が施されていることが好ましい。また、画像投影装置１の最外面を構成する場合には、傷付き防止などのための保護コートを施すことが好ましい。
外光Ｍを規制する手段は、例えば、反射光１２の遮光フィルタ４に対する入射角範囲の光を相対的な高透過率で透過し、その範囲よりも大きな角度の光を遮光または吸収して、相対的な低透過率するような透過率の角度依存特性を有するフィルタ面を挙げることができる。また、特許文献１、２などに開示されている反射低減膜、ブラインド部、ルーバ状に配列された微細な遮光層などを用いてもよい。
本実施形態では、遮光フィルタ４は、液晶によって透過率を可変するフィルタを採用しており、液晶を制御する制御部７に電気的に接続されている。

受光センサ６は、外光Ｍの光量を検出するための受光素子からなり、本実施形態では、遮光フィルタ４の下方近傍において観察側に傾斜された筐体面５ａの略中央に設けられた開口部に設けられている。
受光センサ６の配置位置、配置角度は、検知すべき外光Ｍの主要な入射方向や入射位置に応じて最も顕著となる外光Ｍの光量を検知できるように設定しておくことが好ましい。また、画像投影装置１の設置場所や設置条件に応じて、受光センサ６の取り付け位置、姿勢を変えられる構成としてもよい。また、受光センサ６は複数設けて、外光Ｍの入射状態をより詳細に検出できるようにしてもよい。

本実施形態では、一例として、図１に示すように、種々の方向から到来する外光Ｍのうち、例えば、水平面に対して角度φを中心として、斜め上方から入射するものが、効率的に検出できるように、受光センサ６の受光面を水平面に対して角度（９０°−φ）だけ下側に傾けて配置している。
受光センサ６は、制御部７と電気的に接続され、検出出力を制御部７に送出できるようになっている。

制御部７は、受光センサ６、遮光フィルタ４、および画像投影部２に電気的に接続され、受光センサ６の検出出力に応じて、液晶に対する印加電圧を変化させて遮光フィルタ４の透過率を制御するとともに、画像輝度を一定に保つために、画像投影部２の光源の発光出力を調整する制御を行うものである。
本実施形態では、受光センサ６の検出出力値が増大するに従って遮光フィルタ４の透過率を低下させ、必要に応じて、画像投影部２の光源の発光出力を増大させるようにしている。

次に、画像投影装置１の作用について説明する。
画像投影部２では、画像光１１が反射型スクリーン３に向かって、斜め上方に放射される。画像光１１は、例えば、制御部７によって発光出力が制御された光が光源から出射され、画像表示素子により画像信号に応じて変調され、投影光学系によって拡大投射されることによって形成される。
このとき、遮光フィルタ４は、画像光１１の光路の範囲外に配置されているため、画像光１１は、遮光フィルタ４によって光量損失を起こすことなく、スクリーン面３ａに到達する。
スクリーン面３ａで反射された反射光１２は、鋸歯状反射面３ｂのレンズ作用により、水平方向に略平行光とされ、鋸歯状反射面３ｂの近傍の拡散層（不図示）によって、立体角ωの範囲に分布する光として、遮光フィルタ４に向かって反射される。

遮光フィルタ４は、制御部７により、受光センサ６によって検出された外光Ｍの光量に応じて透過率が制御されており、反射光１２は、一部が透過されて遮光フィルタ４から観察側に出射されスクリーン面３ａに映された画像が観察可能となる。

このとき、遮光フィルタ４の透過率特性は、反射光１２の立体角の範囲では、相対的に高透過率であり、それ以外の角度では、相対的に低透過率とされている。そのため、装置外部から反射型スクリーン３に向かって入射する外光Ｍは、入射角度に応じて遮光フィルタ４によって吸収され、一部の光のみが、反射型スクリーン３に到達する。
そのため、反射型スクリーン３で反射されて、反射光１２と同様な角度範囲に出射される外光Ｍ成分の光量は著しく低下する。
このため、観察側で反射光１２とともに観察される外光Ｍ成分が相対的に抑制され、外光の映り込みが低減されるので、画像コントラストが良好となる。

特に、本実施形態では、スクリーン面３ａが鋸歯状反射面３ｂを備えるので、遮光フィルタ４側から入射した光は大部分が、画像投影部２側に反射され、遮光フィルタ４から装置外部に透過する外光Ｍ成分はきわめて少なくなっているため、より画像コントラストが向上されているものである。
また、遮光フィルタ４の表面に反射防止処理が施されている場合には、遮光フィルタ４の表面反射光も低減されるため、より画像コントラストが向上される。

また、遮光フィルタ４の透過率特性を、受光センサ６の検出出力によって可変するので、例えば、照明を落とすなどして、外光Ｍの発生が少ない状態が実現されると、自動的に、遮光フィルタ４の透過率が増大され、画像投影部２の光源の発光出力が低下される。そのため、外光Ｍが少ない状態では、画像コントラストが良好な状態を保ちつつ画像投影部２の消費電力を低減することができる。

ここで、外光Ｍが増加する状態では、画像投影部２の光源の発光出力も増大しており、一般に、外光に比べて画像光の発光出力を増大させれば、画像コントラストは向上するが、本実施形態の遮光フィルタ４の透過率は、反射光１２に比べて、外光Ｍに対する遮光作用が大きくなるような角度依存特性に設定されているので、外光Ｍが遮光される割合に比べて反射光１２の遮光される割合は少なくなっている。したがって、遮光フィルタ４を設けない場合に比べて、常に少ない発光出力で、良好な画像コントラストを得ることができるものである。

次に、本実施形態の第１変形例について説明する。
図４は、本発明の実施形態の第１変形例に係る画像投影装置を示す光軸を含む断面による模式的断面図である。

本変形例の画像投影装置１００は、図４に示すように、上記実施形態の遮光フィルタ４に代えて遮光フィルタ４０を備え、さらに画像光１１の光路を折り畳む反射ミラー１３を備えるとともに、制御部７、受光センサ６を削除したものである。以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。

遮光フィルタ４０は、ガラス板などの基材に、透過率が角度依存特性を有するフィルタ面を形成し、反射光１２の遮光フィルタ４０に対する入射角範囲の光を透過し、その範囲よりも大きな角度の光を吸収するような透過率特性を付与したものである。このため、透過率特性を可変制御するための制御部７、受光センサ６は削除している。
このため、上記実施形態のように、外光Ｍの光量に応じて、光源の発光出力を自動調整することはできないものの、その他の点では、上記実施形態と同様の作用を備える。すなわち、遮光フィルタ４０を透過し反射型スクリーン３で反射される外光Ｍ成分の光量が低下する。そのため、観察側で反射光１２とともに観察される外光Ｍ成分が相対的に抑制され、外光の映り込みが低減されるので、画像コントラストが良好となる。
また、本実施形態では、反射ミラー１３によって、画像光１１の光路を折り畳むことにより、装置をコンパクト化することができるとともに、画像投影部２の配置位置、姿勢のレイアウト自由度を向上することができる。

次に、本実施形態の第２変形例について説明する。
図５は、本発明の実施形態の第２変形例に係る画像投影装置を示す光軸を含む断面による模式的断面図である。

本変形例の画像投影装置１１０は、図５に示すように、上記実施形態の遮光フィルタ４に代えて、遮光フィルタ４０を備え、受光センサ６、制御部７を削除するとともに、反射型スクリーン３の背面を支持する基台１４と、遮光フィルタ４０を基台１４上で支持する複数のスペーサ１５を加えたものである。
本変形例では、反射型スクリーン３と遮光フィルタ４とが、スペーサ１５によって離間して保持されスクリーンユニット５０として一体化され、画像投影部２と独立に配置されている。以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。

本変形例によれば、反射型スクリーン３に対して離間して配置された遮光フィルタ４０がスクリーンユニット５０として一体化されているので、反射型スクリーン３と画像投影部２が別体の可搬型の画像投影装置であっても、画像投影部２の配置位置をスクリーンユニット５０に対して位置決めするだけの簡単な設定のみで、外光の映り込みによるコントラスト低下を低減することができる。

なお、上記の説明では、入射した外光Ｍの観察側への反射を低減するため、反射型スクリーンのスクリーン面が、画像投影部の軸上主光線をスクリーン面に対する入射角と異なる出射角で反射する構成の一例である、反射型スクリーン３が鋸歯状反射面３ｂを有する場合の例で説明した。ただし、反射型スクリーンとして、一般に用いられる反射型スクリーンはどのようなものを用いてもよい。例えば、マットスクリーンや、ビーズスクリーンなどを採用してもよい。
ビーズスクリーンの場合、反射光が入射方向に戻る回帰性を有しているため、反射型スクリーン側に戻る光量は低減されないが、観察方向と異なる方向から入射する外光が入射方向に戻り、外光による映り込みが低減されるため、本発明と組み合わせることで、より画像コントラストを向上することが可能となる。

また、上記の説明では、外光規制部材を、遮光フィルタ４、４０のように入射角範囲を規制する構成の一例で説明しているが、外光規制部材は、このような入射角範囲を規制する構成に限定されない。例えば、入射角によって透過率が規制されないフィルタ、例えば、ＮＤフィルタのように、単に濃度フィルタで光量を調整するフィルタであってもかまわない。
この場合、反射型スクリーンで反射された画像光はフィルタの透過時に減衰するものの、外光は反射型スクリーンへの入射時、出射時に、それぞれフィルタを透過して減衰されるため、画像光に比べて外光の減衰率が相対的に大きくなる。そのため、外光によるコントラスト低下を低減できる。

また、上記の実施形態、各変形例に記載された構成要素は、技術的に可能であれば、本発明の技術的思想の範囲内で適宜組み合わせて実施することができる。

ここで、上記実施形態の用語と特許請求の範囲の用語との対応関係について名称が異なる場合について説明する。
遮光フィルタ４、４０は、それぞれ外光規制部材の一実施形態である。

本発明の実施形態に係る画像投影装置を示す光軸を含む断面による模式的断面図である。 図１のＡ視側面図である。 図１のＢ部の部分拡大図である。 本発明の実施形態の第１変形例に係る画像投影装置を示す光軸を含む断面による模式的断面図である。 本発明の実施形態の第２変形例に係る画像投影装置を示す光軸を含む断面による模式的断面図である。

符号の説明

１、１００、１１０ 画像投影装置
２ 画像投影部
３ 反射型スクリーン
３ａ スクリーン面
３ｂ 鋸歯状反射面
４、４０ 遮光フィルタ（外光規制部材）
５ 筐体
６ 受光センサ
７ 制御部
１０ 光軸
１１ 画像光
１２ 反射光
Ｍ 外光

Claims (3)

1. 画像光を投射する画像投影部と、
   該画像投影部により投射された画像光を反射して画像を映す反射型スクリーンと、
   該反射型スクリーンに向かう外光の透過を規制する外光規制部材とを備え、
   該外光規制部材が、
   前記反射型スクリーンのスクリーン面を覆うとともに、前記画像投影部から前記反射型スクリーンに向かう前記画像光の光路の範囲外に位置するように配置されたことを特徴とする画像投影装置。
2. 前記外光規制部材が、透過率可変に設けられ、
   前記外光規制部材近傍に、前記外光規制部材から前記反射型スクリーンに向かう方向に進む外光を検知する受光センサを備え、
   該受光センサの検知出力に応じて、前記外光規制部材の透過率特性を変化させるようにしたことを特徴とする画像投影装置。
3. 前記反射型スクリーンのスクリーン面が、
   前記画像投影部の軸上主光線を前記スクリーン面に対する入射角と異なる出射角で反射する構成とされたことを特徴とする画像投影装置。

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