JP2011007948A - プロジェクタおよびプロジェクタ内蔵携帯機器 - Google Patents

Abstract

【課題】使用条件に応じて視聴者に対して最適な映像を投影できるプロジェクタおよびプロジェクタ内蔵携帯機器提供する。
【解決手段】投影レンズ６bと投影光源６a有し、スクリーン９に画像を投影する投影部６と、スクリーン９までの距離を測定する測距部７と、測距部７から出力された測距値信号を処理する信号処理部２１と、投影部６を駆動するドライバ部２２とを備える。上記測距部７は、測距用の光信号をスクリーン９に投光して、スクリーン９により反射された光信号を受光してスクリーン９までの距離を検出する。そして、上記信号処理部２１は、測距部７からの測距値信号に基づいて投影光源制御信号を生成してドライバ部２２に出力する。上記ドライバ部２２が投影光源制御信号に基づいて投影光源６aを駆動することにより、投影光源６aの発光量を制御する。
【選択図】図２

Description

この発明は、プロジェクタおよびプロジェクタ内蔵携帯機器に関し、詳しくは、携帯電話機やノートパソコン、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯型ゲーム機、携帯型プロジェクタなどのプロジェクタが搭載された小型電子機器に関する。

プロジェクタは、従来、据え置き型や天井からの吊り下げ型が広く普及し、大型のスクリーンに映像を投影することにより、大勢の人々にプレゼンテーションを行ったり、映像コンテンツを視聴したりするために広く使用されている。このようなプロジェクタは、一般にそのサイズが比較的大型であり、大きな映像を明るく投影できるようにハロゲンランプのような消費電力が大きく、明るい光源が搭載されている。天井吊り下げ型では、ピント位置や台形補正などの投影の条件設定は一度調整を行ったあとは固定されているため、度々調整する必要はない。また、机の上に置いて使用するような据え置き型のプロジェクタの場合は、操作者が本体の位置を調整するなどしてピントを合わせたり、台形補正を行ったりしている。いずれの場合も、これらのプロジェクタは、電源がコンセント等から供給され、その投影環境は、視聴覚室などの暗幕等で周囲の環境が調整された状況で使用されることが多いため、一様な駆動条件で視聴者に対して見やすい映像を投影することができる。

また、このようなプロジェクタには、プロジェクタとスクリーンまでの距離を測定してピントを調整するオートフォーカス機能を有するものが提案されていると共に(例えば、特開２００７−３２２７９１号公報(特許文献１)参照)、スクリーンとプロジェクタの傾きを測定して台形補正を行う機能を有するものが提案されている。

このような機能により、プロジェクタを設定する場合にプロジェクタとスクリーンとの距離や傾きを操作者がその都度調整しなくてはならない煩わしさを低減し、視聴者に見やすい映像を投影することが可能となる。

最近では、掌サイズの小型プロジェクタが発売され、プロジェクタ機能を有する携帯電話機が発表されるなど、プロジェクタの小型化への要望は高まる一方である。このような超小型のプロジェクタの使用シーンは、例えばビジネスマンが顧客企業を訪れた際に自社製品のプレゼンテーションを実施することに使用したり、カメラ付携帯電話機やデジタルカメラ、デジタルビデオカメラなどで撮影したコンテンツをすぐその場で多数の仲間に見せ合うために使用したりする場面である。その使用環境は、上述の視聴覚室のように投影環境が一定であるような場所に限ったものではなく、屋外を含めて、太陽光が差し込む屋内や、蛍光灯のみの照明を有する屋内などのように様々である。さらに、投影サイズについても、投影像を見る人数やスクリーンの大きさに合わせて投影するなどのように、視聴者に見やすい映像を投影するためには、様々な投影環境と投影条件に対応できるものでなくてはならない。

従来の他のプロジェクタとしては、ソフトウエア処理により強調すべき箇所のサイズを大きくするなどして、視聴者に対して見やすい映像を投影できるものがある(例えば、特開２００７−１０８４６２号公報(特許文献２)参照)。しかしながら、このプロジェクタは、投影条件を調整して見やすい映像を提供するものではない。

また、このような小型のプロジェクタでは、いつでもどこでも投影できるようにすることが望まれるため、電池駆動が一般的であり、電池で駆動できる時間は限られている。このため、距離測定手段により検出された距離が一定値以上の場合には光源の光出力をオフもしくは低下させて無効な投影を防止して不必要な消費電力と発熱を防止するプロジェクタが提案されている(例えば、特開２００９−３２８１号公報(特許文献３)参照)。

しかしながら、上述のような従来の小型のプロジェクタにおいては、様々な使用環境において、視聴者に対して見やすい映像を投影するものではない。また、上記従来のプロジェクタを小型化して電池駆動とする場合は、投影時間の制限や投影光源の明るさの制限といった小型プロジェクタ固有の課題がある。

特開２００７−３２２７９１号公報 特開２００７−１０８４６２号公報 特開２００９−３２８１号公報

そこで、この発明の課題は、使用条件に応じて視聴者に対して最適な映像を投影できるプロジェクタおよびプロジェクタ内蔵携帯機器を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明のプロジェクタは、
投影レンズと投影光源を有し、画像を投影対象に投影する投影部と、
少なくとも上記投影対象までの距離を測定する測距部と、
上記測距部から出力された上記投影対象までの距離を表す測距値信号を処理する信号処理部と、
上記投影部を駆動するドライバ部と
を備え、
上記測距部は、測距用の光信号を上記投影対象に投光して、上記投影対象により反射された上記光信号を受光して上記投影対象までの距離を検出し、
上記信号処理部は、上記測距部からの上記測距値信号に基づいて上記投影光源の発光量を制御するための投影光源制御信号を生成して、上記投影光源制御信号を上記ドライバ部に出力することにより上記投影光源の発光量を制御することを特徴とする。

上記構成によれば、測距部によりスクリーンなどの投影対象までの距離を測定し、測定された投影対象までの距離を表す測距値信号に基づいて信号処理部により投影光源制御信号を生成して、例えば遠距離の場合は投影部の投影光源の発光量を増大させる一方、近距離の場合は投影部の投影光源の発光量を減少させるなどの投影条件を制御する。それにより、投影対象までの距離に比例して投影サイズが拡大縮小しても、視聴者に常に一定の明るさで見やすい投影像を提供することが可能となるので、使用条件に応じて視聴者に対して最適な映像を投影できる。

また、一実施形態のプロジェクタでは、
上記投影部と上記測距部と上記信号処理部と上記ドライバ部とを収納する筐体を備え、
上記測距部は、光信号を出射する発光素子と、上記発光素子からの光信号を集光する発光レンズ部と、上記発光素子から上記発光レンズ部を介して投光され、上記投影対象により反射された上記光信号を集光する受光レンズ部と、上記受光レンズ部により集光された上記光信号を受光する受光素子とを有すると共に、
上記測距部の上記発光レンズ部および上記受光レンズ部は、上記筐体に一体化されている。

上記実施形態によれば、測距部の発光レンズと受光レンズが筐体に一体化されているため、測距部の構成部品を少なくできると共に、本体の厚みを薄くすることが可能となる。

また、一実施形態のプロジェクタでは、
上記受光レンズ部および上記発光レンズ部は、上記受光レンズ部と上記発光レンズ部が一体形成された受発光レンズ部である。

上記実施形態によれば、受光レンズ部と発光レンズ部を一体形成して受発光レンズ部とすることにより、測距部の構成部品をさらに少なくできると共に、組み立て工程を簡素化できる。

また、一実施形態のプロジェクタでは、
上記受発光レンズ部の一方の面は、上記投影対象側に面する平面であり、
上記受発光レンズ部の他方の面に発光レンズおよび受光レンズが形成されている。

上記実施形態によれば、受発光レンズ部の一方の面が、投影対象側に面する平面であるため、機器としての外観がよくなり、触れたときの違和感もなく快適に使用できる。

また、一実施形態のプロジェクタでは、
上記受発光レンズ部の上記投影対象側に面する平面は、上記筐体の外表面の一部をなす平面と略同一の平面である。

上記実施形態によれば、受発光レンズ部の投影対象側に面する平面が、筐体の外表面の一部をなす平面と略同一の平面であるので、機器として触れたときの違和感がさらになく、また、受発光レンズ部にゴミなどの汚れが溜まることがない。

また、一実施形態のプロジェクタでは、
上記信号処理部は、上記測距部により測定された上記投影対象までの距離の２乗に上記投影光源の発光量が比例するように、上記投影光源制御信号を生成する。

上記実施形態によれば、測距部により測定された投影対象までの距離の２乗に投影光源の発光量が比例するように投影光源を制御するので、投影対象までの距離に比例して投影サイズが拡大縮小するときは、投影対象上での光密度を一定にすることができる。これにより、安定した明るさで投影対象に投影することができ、視聴者に見やすい画像を投影することが可能となる。

また、一実施形態のプロジェクタでは、
上記測距部は、上記投影対象により反射された上記光信号の受光強度を検出して上記受光強度を表す受光強度信号を出力し、
上記信号処理部には、上記測距部からの上記測距値信号と上記受光強度信号に基づいて、上記投影光源制御信号を生成する。

上記実施形態によれば、測距部で投影対象までの距離を得ると共に投影対象から反射する光信号の受光強度も測定するので、例えば受光強度が大きいときはスクリーンなどの投影対象物が高い反射率を有するので、投影部の投影光源の発光量を低く抑えることにより視聴者にとって適度な明るさで投光できる。したがって、無駄な電力消費を抑えることができ、かつ、見やすい投影像を提供することが可能となる。

また、一実施形態のプロジェクタでは、
周囲の照度を検出して上記照度を表す照度信号を出力する照度検出部を備え、
上記信号処理部は、上記測距部からの上記測距値信号と上記照度検出部からの上記照度信号に基づいて、上記投影光源制御信号を生成する。

上記実施形態によれば、照度検出部により周囲の照度を検出し、さらに測距部においてスクリーンなどの投影対象までの距離を測定するので、投影対象までの距離の大小に加えて周囲照度の大小により、例えば照度が大きいときには投影部の投影光源の発光量を大きくすることにより視聴者に見やすい明るさの投影像を提供することが可能となる。

また、一実施形態のプロジェクタでは、
上記信号処理部は、上記測距部からの上記測距値信号に基づいて、上記投影対象に投影する投影サイズを制御する投影レンズ制御信号を生成して、上記投影レンズ制御信号を上記ドライバ部に出力し、
上記ドライバ部が上記投影レンズ制御信号に基づいて上記投影レンズを駆動することにより、上記投影対象に投影する投影サイズを制御する。

上記実施形態によれば、例えば投影対象までの距離が遠い場合は、投影部の投影光源の発光量を大きくして見やすい明るさの投影を行うように制御されるが、投影部の投影光源の発光量は搭載する投影光源やドライバ部により上限があり、スクリーンに大きい投影像で投影すると目的の明るさの投影を行うことが困難となる場合がある。そのような場合に、信号処理部で生成された投影レンズ制御信号に基づいて投影レンズを駆動することにより投影対象に投影する投影サイズを制御して、適宜スクリーン上での投影像の大きさを制御する。これにより、上述の投影対象までの距離が遠い場合は、投影サイズを小さくしてスクリーン上での光密度を増大させることにより、視聴者に対してその場の環境に合わせた最適な明るさの投影像を提供することが可能となる。

また、一実施形態のプロジェクタでは、
上記信号処理部は、上記測距部からの上記測距値信号に基づいて、上記投影対象上に投影画像の焦点を合わせるオートフォーカスを行うためのフォーカス制御信号を生成して、上記フォーカス制御信号を上記ドライバ部に出力し、
上記ドライバ部が上記フォーカス制御信号に基づいて上記投影レンズを駆動することにより、上記オートフォーカスを行う。

上記実施形態によれば、測距部からの測距値信号を用いて投影像の明るさを制御する投影光源制御信号を生成すると共に、信号処理部は、投影レンズを駆動して投影対象上に投影画像の合焦点を調整(フォーカス)するためのフォーカス制御信号を生成するので、視聴者に対して適切な明るさで、かつ、見やすい投影像を提供することが可能となる。

また、一実施形態のプロジェクタでは、
上記測距部は、上記投影対象までの距離を測定する第１測距部と、上記第１測距部とは異なる方向にある操作用物体までの距離を測定する第２測距部とを有し、
上記信号処理部は、上記第２測距部からの上記操作用物体までの距離を表す信号に基づいてプロジェクタ動作を操作する制御を行う。

ここで、プロジェクタ動作の操作としては、動画の一時停止、投影領域の台形補正、音量調整などの操作が含まれる。

上記実施形態によれば、第１測距部と異なる方向にある操作用物体までの距離を測定する第２測距部が備えられているので、例えばプロジェクタ動作を操作するスイッチなどに適用できる。この場合、例えば動画を視聴中であれば一時停止などの機能を有することにより、非接触スイッチとして利用できる。これにより、接触型のスイッチをオンオフするときの切り替え操作に起因するプロジェクタ本体の位置変化や傾きを防ぐことができるので、使い勝手を向上できる。

また、一実施形態のプロジェクタでは、
上記第２測距部が距離を測定する上記操作用物体は、操作者の手であって、
上記第２測距部は、上記操作者の手までの距離の変動に基づいて上記プロジェクタ動作の操作を行うために用いられる非接触ボリュームである。

上記実施形態によれば、第２測距部により操作者の手までの距離を測定してプロジェクタ動作の操作(例えば音量調整)を非接触で行うことができるため、接触型に比べてプロジェクタ本体が動いてしまうことによる投影条件の変化をなくすことができる。

また、一実施形態のプロジェクタでは、
上記信号処理部は、上記第２測距部により検出された上記操作用物体までの距離を表す信号が一定時間同一であるとき、上記プロジェクタ動作の操作の開始または終了の少なくとも一方とする。

上記実施形態によれば、第２測距部により検出された操作用物体までの距離を表す信号が一定時間同一であるときに、プロジェクタ動作の操作が開始または完了したことを表すスイッチ信号とすることによりプロジェクタ動作を操作するので、入力する操作信号を確実に判定することができるようになり、操作者にとって使い勝手が良くなる。

また、一実施形態のプロジェクタでは、
上記信号処理部は、上記第２測距部で検出された上記操作用物体までの距離を表す信号に基づいて台形補正制御信号を生成して、上記台形補正制御信号を上記ドライバ部に出力し、
上記ドライバ部が上記台形補正制御信号に基づいて上記投影レンズを駆動することにより、上記投影対象に投影される投影領域が台形から長方形になるように補正する台形補正を行う。

上記実施形態によれば、プロジェクタ本体に非接触で台形補正を行うので、操作によりプロジェクタ本体の位置や傾きが変化してしまうのを防ぐことができる。

また、一実施形態のプロジェクタでは、
上記投影部と上記測距部と上記信号処理部と上記ドライバ部に電力を供給する電池駆動式の電源部を備え、
上記信号処理部は、上記電源部からの電池残量を表す電池残量信号と、上記投影部により投影する画像の投影時間と、上記測距部からの上記測距値信号に基づいて、上記投影光源の発光量を制御するための上記投影光源制御信号を生成する。

上記実施形態によれば、電源部からの電池残量信号と、投影部により投影する画像の投影時間と、測距部からの測距値信号の情報により、投影光源の発光量を制御して、電池残量がなくなる最後まで視聴者に見やすい最適な明るさを決定して投影することによって、最も見やすい状態で最後まで視聴することが可能となる。

また、一実施形態のプロジェクタでは、
上記測距部の測距用の光信号は赤外光である。

上記実施形態によれば、測距部の測距用の光信号が赤外光であるので、投影対象に照射された光スポットは視聴者が目で確認することができないので、視聴者が見る映像に余分な像を投影して見難くなることを防ぐことが可能となる。

また、この発明のプロジェクタ内蔵携帯機器では、
上記のいずれか１つのプロジェクタを内蔵したことを特徴とする。

上記構成によれば、使用条件に応じて視聴者に対して最適な映像を投影できる。

以上より明らかなように、この発明のプロジェクタによれば、使用条件に応じて視聴者に対して最適な映像を投影できるプロジェクタおよびプロジェクタ内蔵携帯機器を実現することができる。

図１Ａは第１実施形態のプロジェクタを用いたプロジェクタ内蔵携帯機器の一例の携帯電話機を示す概略構成図である。 図１Ｂは上記プロジェクタ内蔵携帯機器の一例のノート型パソコンを示す概略構成図である。 図１Ｃは上記プロジェクタ内蔵携帯機器の一例のモバイルプロジェクタを示す概略構成図である。 図１Ｄは上記プロジェクタ内蔵携帯機器の一例のデジタルカメラを示す概略構成図である。 図１Ｅは上記プロジェクタ内蔵携帯機器の一例のビデオカメラを示す概略構成図である。 図２は図１Ａ〜図１Ｅの各機器の構成に共通するプロジェクタの主要機能部を示すブロック図である。 図３Ａは上記プロジェクタの測距部の構造を示す断面模式図である。 図３Ｂは上記プロジェクタの他の例の測距部の構造を示す断面模式図である。 図３Ｃは上記プロジェクタの他の例の測距部の構造を示す断面模式図である。 図３Ｄは上記プロジェクタの他の例の測距部の構造を示す断面模式図である。 図４Ａは上記プロジェクタ内蔵携帯機器の制御を説明するための図である。 図４Ｂは上記プロジェクタ内蔵携帯機器の制御を説明するための図である。 図５は上記プロジェクタ内蔵携帯機器の制御を説明するためのグラフである。 図６は上記プロジェクタ内蔵携帯機器の測距部の三角測量方式を説明するための図である。 図７は上記プロジェクタ内蔵携帯機器の測距部に要求される分解能を説明するためのグラフである。 図８は上記プロジェクタ内蔵携帯機器の測距部の別の実施形態の主要機能部を示すブロック図である。 図９は上記プロジェクタ内蔵携帯機器の測距部のさらに別の実施形態の主要機能部を示すブロック図である。 図１０はこの発明の第２実施形態のプロジェクタの主要機能部を示すブロック図である。 図１１はこの発明の第３実施形態のプロジェクタ内蔵携帯機器の一例としての携帯電話機を示す図である。 図１２は上記携帯電話機の台形補正を説明するための図である。 図１３は上記携帯電話機のプロジェクタ機能を示すブロック図である。

以下、この発明のプロジェクタおよびプロジェクタ内蔵携帯機器を図示の実施の形態により詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１Ａ〜図１Ｅはこの発明の第１実施形態のプロジェクタを用いたプロジェクタ内蔵携帯機器の概略構成図を示している。図１Ａは携帯電話機１、図１Ｂはノート型パソコン２、図１Ｃはモバイルプロジェクタ３、図１Ｄはデジタルカメラ４、図１Ｅはビデオムービー５である。また、図１Ｂに示すノート型パソコン２と形態が類似する携帯型ゲーム機に、この発明のプロジェクタを用いてもよい。

図１Ａ〜図１Ｅに示すプロジェクタ内蔵携帯機器の構成のいずれにおいても、投影部６の投影方向と同一の方向にある投影対象までの距離を測定するように測距部７が配置されており、スクリーンや白壁などの投影対象に映像を投影する機能と、この投影対象までの距離を測定する機能を有している。もちろん、この発明のプロジェクタおよびプロジェクタ内蔵携帯機器はこれらに限定されるものではなく、測距機能を有するプロジェクタおよびそのプロジェクタを備えたプロジェクタ内蔵携帯機器であればよい。

図２は図１Ａ〜図１Ｅの各機器の構成に共通するプロジェクタの主要機能部の概略ブロック図である。

このプロジェクタは、図２に示すように、投影レンズ６bと投影光源６aを有する投影部６と、投影対象の一例としてのスクリーン９までの距離を測定する測距部７と、上記測距部７から出力された測距値信号を処理する信号処理部２１と、上記信号処理部２１からの信号を受けて、投影部６を駆動するドライバ部２２とを備えている。また、このプロジェクタは、投影部６と測距部７と信号処理部２１とドライバ部２２と照度検出部２３に電力を供給する電池駆動式の電源部２４を備えている。

上記プロジェクタの投影部６より映像が投影されて、スクリーン９上に任意の大きさで投影像１０を形成している。また、同スクリーン９上には測距部７より測距光１３が測距点１１に照射され、その測距点１１からの反射光が測距部７に入射して、測距部７によりスクリーン９までの距離が測定される。測距部７で測定された測距値は、信号処理部２１に測距値信号として送られて処理され、信号処理部２１において投影部６の投影光源６a駆動用の投影光源制御信号が生成される。この信号処理部２１からドライバ部２２に投影光源制御信号を出力することによって、投影部６の投影光源６aは発光してスクリーン９に映像を投影する。

ここで、信号処理部２１は、測距値が大きい場合には、投影光源６aを明るく発光させるような投影光源制御信号を生成し、測距値が小さい場合には、投影光源６aの発光量を抑えるような投影光源制御信号を生成する。

一般にプロジェクタでは、スクリーンまでの距離を大きくすると投影像が大きくなって投影像が暗くなるが、上記のように投影光源６aの発光量を制御するため、投影像が大きくなってもそれに合わせて発光量を増大させるので、スクリーン上での光密度の低下をさせることなく、視聴者に見やすい映像を投影することができる。

上記第１実施形態のプロジェクタを用いたプロジェクタ内蔵携帯機器によれば、使用条件に応じて視聴者に対して最適な映像を投影することができる。

また、上記プロジェクタ内蔵小型携帯機器では、電源部２４からの電池残量信号と、投影部６により投影する画像の投影時間と、測距部７からの測距値信号の情報により、投影光源６aの発光量を制御して、電池残量がなくなる最後まで視聴者に見やすい最適な明るさを決定して投影することによって、最も見やすい状態で最後まで視聴することが可能となる。

以下に、上記プロジェクタの測距部の構造について図３Ａ〜図３Ｄにより詳細に説明する。

図３Ａでは、基板４１上に光学式測距装置である測距部４２が実装されている。また、上記測距部４２の前方に、外装ケースである筐体３０と一体となった透光性の窓部３０aが設けられており、この窓部３０aを通過して光信号を測距部４２が投光,受光する。このプロジェクタは、発光レンズ４３や受光レンズ４４が測距部４２のハウジングに備えられており、一般的な光学式測距装置を実装して使用する際に適している。

図３Ｂでは、基板４１上に受発光素子部４５が実装されている。また、発光レンズ３１と受光レンズ３２がプロジェクタ内蔵携帯機器の筐体３０に組み込まれて一体化されている。受発光素子部４５と発光レンズ３１と受光レンズ３２で測距部を構成している。図３Ｂでは、図３Ａに示すプロジェクタに対して窓材の分だけ部品点数が減少しており、組み立て工程も簡素化されている。さらに、図３Ｂから明らかなように、筐体３０に発光レンズ３１と受光レンズ３２が組み込まれているため、受発光素子部４５の厚みを大きく低減することができる。

さらに、図３Ｃでは、基板４１上に受発光素子部４５が実装されている。また、同一プレート上に発光レンズ３３aと受光レンズ３３bが形成された受発光レンズ部３３が筐体３０に組み込まれている。受発光素子部４５と発光レンズ３３aと受光レンズ３３bで測距部を構成している。図３Ｃでは、さらに部品点数を減少させることができると共に、組み立て工程も簡素化させることができる。なお、図示のように発光レンズ３３aと受光レンズ３３bの頂点(レンズ面の中心点)は、筐体３０のなす平面より内側(図３Ｃでは下方)に位置するようにすることが好ましく、凹んだ形状をしている。これによりプロジェクタ(またはプロジェクタ内蔵携帯機器)をテーブルなどの上に置いたときに、レンズ面が傷ついて集光の状態(レンズ特性)が変化してしまうことを防止することができる。

また、図３Ｄでは、基板４１上に受発光素子部４５が実装されている。また、同一プレート上に発光レンズ３４aと受光レンズ３４bが形成された受発光レンズ部３４が筐体３０に組み込まれている。受発光素子部４５と発光レンズ３４aと受光レンズ３４bで測距部を構成している。図３Ｄでは、受発光レンズ部３４の投影対象側(筐体３０外側)が平面であるため、指で触るなどしたときの違和感を極力少なくすることができる上、外観上の見た目の良さも向上させることができる。

図３Ｄのように筐体３０の外表面の一部をなす平面と受発光レンズ部３４のなす平面は同一の平面であることが好ましく、この図示の場合に上述の効果は最も発揮されることになる。

ここで、図４Ａ,図４Ｂに示すように、x軸を投影像の水平方向、ｙ軸を投影像の垂直方向、ｚ軸を投影方向として互いに直角となるように各軸を設定し、プロジェクタ(またはプロジェクタ内蔵携帯機器)からスクリーンまでの距離(測距値)をｄ、投影光の水平方向の広がり半角をθx、垂直方向の広がり半角をθyとするとき、投影像の大きさ(面積)Ｓは、
Ｓ = ４d^２・tanθx・tanθy
で表すことができる。よって、プロジェクタの投影光源６a(図２に示す)からの全出射エネルギーをＰoとすると、距離ｄでのスクリーン上での光エネルギー密度Ｐo／Ｓは、

で表される。投影像を大きく投影する場合、つまりスクリーンまでの距離が大きいときに視聴者にとって見やすくするには、スクリーン上での投影光の光密度を近距離の場合と同一にするように、投影光源６aの発光量を増大させればよい。上式において、投影光源６aからの出射エネルギーＰoを測距値ｄの２乗に比例するように、信号処理部２１(図２に示す)において投影光源制御信号を生成することにより、スクリーンまでの距離にかかわらずスクリーン上での投影光の光密度を同一にすることが可能となる。したがって、信号処理部２１が生成する投影光源制御信号は、図５に示すように測距値の２乗に比例する関係で投影光源６aを発光させることが好ましい。

このようにすることにより、スクリーンを近距離で使用する場合、例えば少人数で投影像を小さくして視聴する場合は、測距値に基づいて投影光源６aの発光量を抑えて、主に電池駆動で動作する小型携帯プロジェクタの消費電力を抑えることができると共に、視聴者に見やすい投影像を投影することができる。また、スクリーンを遠距離で使用する場合、例えば大きな投影像を用いて大人数を対象にプレゼンテーション等を行う場合は、測距値に基づいて投影光源６aの発光量を制御することにより視聴者に見やすい投影像を投影することができる。

ここで、測距部について詳細に説明する。光学式の測距装置は一般に測距光を出射してその反射光から反射物までの距離を検出するアクティブ型の測距装置と、測距対象の画像の視差から三角測距により対象までの距離を検出するパッシブ型の測距装置に大別される。さらに、アクティブ型の測距装置は、反射光の集光位置より対象までの距離を検出する三角測距型測距装置と、反射物までの光の往復時間を検出して対象までの距離を検出する飛行時間(ＴＯＦ：Time of Flight)型測距装置に分類される。

この発明のプロジェクタおよびプロジェクタ内蔵小型携帯機器においては、上記のどの方式の測距装置を用いてもよいが、次の理由からアクティブ型の三角測距方式を用いるのが都合がよい。パッシブ型の視差を用いる方式においては、２つの固体撮像素子を用いて両画像の位置のズレ量から対象までの距離を検出するが、本実施形態のプロジェクタのスクリーンのように、単一色の割合が大きい測距対象に対しては画像の差を検出するのが困難であり不向きである。また、ＴＯＦ型は光の往復時間を計測するため、高速の信号処理が必要となるなどの理由でコストが高くなってしまう。

このようなパッシブ型やＴＯＦ型の測距方式に対して、アクティブ型の三角測距方式においては、図６に示すように、発光素子５１の光がＯ点の発光レンズ(図示せず)で集光されて出射され、Ａ点で測距対象物により反射した光は、Ｂ点の集光レンズ(図示せず)により集光されて位置検出素子５２上の位置Ｄに光スポットを形成する。ここで、位置検出素子５２とは、光スポットの位置を検出する受光素子である。このような構成により、直角三角形ＯＡＢと直角三角形ＣＢＤの相似関係を利用して、光スポット位置ＤによりＡ点の位置を検出するものである。図６において、測距対象物の位置が点Ａから点Ａ'にΔｙ変化すると、位置検出素子５２上の光スポット位置は点Ｄから点Ｄ'にΔｘ変化することになる。

光スポット位置Ｄを検出する位置検出素子には、ＰＳＤ(Position Sensitive Device：位置検出素子)やＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor：コンプリメンタリ・メタル・オキサイド・セミコンダクタ)イメージ(ライン)センサ、ＣＣＤ(Charge Coupled Device：電荷結合素子)イメージ(ライン)センサなどの光スポット位置を検出できるものであれば特に制限はない。本実施形態におけるようなプロジェクタ内蔵小型携帯機器に搭載するには、測距部も同様に小型化が要求される。ここで、測距値ｄ(辺ＯＡ)は、

により求められる。この式から明らかなように、受発光部間距離ＯＢ(発光レンズの中心と受光レンズの中心との間の距離)や、受光レンズと位置検出素子との間の距離ＢＣが大きいほど、つまり測距装置のサイズが大きいほど距離の検出精度が高くなることがわかる。しかし、図１Ａ〜図１Ｅに示すような一般的な小型携帯機器においては、そのサイズは例えば図１Ａの携帯電話機の場合において受発光部間距離ＯＢはせいぜい１ｃｍ程度であり、その他のプロジェクタ搭載例においてもほぼ同等のサイズが要求される。受光レンズと位置検出素子との間の距離ＢＣも装置の小型化の要求から低背化が要求され、せいぜい３ｍｍ程度である。

図７は、このようなサイズ条件の下で、距離の検出精度(図６に示すΔｙ)を１０ｃｍとして、位置検出素子５２に要求される検出分解能(図６に示すΔｘ)を求めたものである。なお、図７の横軸は、投影対象までの距離[ｍ]を表し、縦軸は、スポット位置ｘ[ｍ]および１０ｃｍ分解能△ｘ[ｍ]を表している。この縦軸の浮動小数点形式の表現では、指数底１０は記号Ｅで表わしかつ掛け算記号「×」は省略しており、例えば１.００×１０(−４乗)は、１.００Ｅ−０４で表わされている。

図７からわかるように、携帯機器のような小型装置に搭載する測距装置の位置検出素子には、数μｍ以下の位置分解能が要求される。このような分解能はＰＳＤで実現するのは困難であり、数μｍ以下の画素ピッチを有するイメージセンサもしくはラインセンサを用いるのが好ましい。

図８は別の実施形態のプロジェクタ内蔵小型携帯機器を表す主要機能部の概略ブロック図である。図８では、図２に対して測距部１７からの測距値信号と受光強度信号が入力される点で異なっている。図８の実施形態においては、第１実施形態と同様にスクリーンが遠距離にある場合、信号処理部２１が投影光源６aの発光量を増大させる投影光源制御信号を生成する点で同じであるが、さらに受光強度が大きい場合、信号処理部２１は発光量を減少させるように投影光源制御信号を制御する。プロジェクタが小型携帯機器に搭載されているため、使用される環境は様々で例えばスクリーンのように白く反射率の高い投影対象からは受光信号強度が大きく、色付の壁などに投影する場合に比べて同じ条件で投影しても視聴者はより見やすい投影像を見ることができる。このように測距値信号に加えて受光強度を検出して、信号処理部２１において総合的に投影光源制御信号を生成することにより、視聴者に見やすくかつ電池消費を抑えたプロジェクタの駆動をすることができる。

測距部１７で投影対象までの距離を得ると共に投影対象から反射する光信号の受光強度も測定するので、例えば受光強度が大きいときはスクリーンなどの投影対象物が高い反射率を有するので、投影部６の投影光源６aの発光量を低く抑えるなどの視聴者にとって適度な明るさで投光できる。したがって、無駄な電力消費を抑えることができ、かつ、見やすい投影像を提供することが可能となる。

また、図８に示すプロジェクタ内蔵小型携帯機器では、電源部２４からの電池残量信号と、投影部６により投影する画像の投影時間と、測距部１７からの測距値信号および受光強度信号の情報により、投影光源６aの発光量を制御して、電池残量がなくなる最後まで視聴者に見やすい最適な明るさを決定して投影することによって、最も見やすい状態で最後まで視聴することが可能となる。

図９はさらに別の実施形態のプロジェクタ内蔵小型携帯機器を表す主要機能部の概略ブロック図である。図９は図２に対して照度検出部２３を有する点で異なっており、信号処理部２１には測距部７からの測距値信号と照度検出部２３からの照度信号が入力され、入力された両信号から投影光源制御信号が信号処理部２１にて生成される。

図９に示すプロジェクタ内蔵小型携帯機器においては、図２に示すプロジェクタ内蔵小型携帯機器と同様にスクリーンが遠距離にある場合、信号処理部２１は投影光源６aの発光量を増大させる投影光源制御信号を生成する点で同じであるが、さらに周囲の照度が低い場合には、信号処理部２１は投影光源６aの発光量を減少させるように投影光源制御信号を制御する。

小型携帯型のプロジェクタが使用される環境の中には、太陽光などが入射する場合や夜間や窓のない暗い部屋である場合などがあって様々である。暗室のような周囲が暗い環境下では、太陽光が存在するような周囲が明るい場合に比べて同じ条件で投影しても視聴者は見やすい投影像を見ることができる。このように測距値に加えて、周囲の照度を検出して総合的に投影光源制御信号を生成することにより、視聴者に見やすくかつ電池消費を抑えたプロジェクタを実現することができる。

図示しないが、信号処理部２１に入力される測距値信号,受光強度信号,照度信号の３信号に基づいて上述のような環境の変化に対応した投影光源制御信号を生成するようにしてもよい。

また、図９に示すプロジェクタ内蔵小型携帯機器では、電源部２４からの電池残量信号と、投影部６により投影する画像の投影時間と、測距部７からの測距値信号と、照度検出部２３からの照度信号の情報により、投影光源６aの発光量を制御して、電池残量がなくなる最後まで視聴者に見やすい最適な明るさを決定して投影することによって、最も見やすい状態で最後まで視聴することが可能となる。

〔第２実施形態〕
図１０は本発明の第２実施形態のプロジェクタの主要機能部の概略ブロック図である。この第２実施形態のプロジェクタは、信号処理部２１,ドライバ部２２の動作と照度検出部２３を除いて第１実施形態の図８に示すプロジェクタと同一の構成をしており、同一構成部は同一参照番号を付している。

この第２実施形態のプロジェクタでは、第１実施形態と同様に測距部１７により測距値と受光強度を検出して、測距値信号と受光強度信号を信号処理部２１に出力すると共に、照度検出部２３では、周囲の照度を検出して照度信号を信号処理部２１に出力する。また、このプロジェクタは、投影部６と測距部１７と信号処理部２１とドライバ部２２と照度検出部２３に電力を供給する電池駆動式の電源部２４を備えている。信号処理部２１では、投影部６の投影レンズ６bを駆動する投影レンズ制御信号が生成される。この投影レンズ制御信号は、信号処理部２１に入力された測距値信号と受光強度信号と照度信号に基づいて総合的に生成されて、その投影レンズ制御信号によりドライバ部２２が投影レンズ６bを駆動することにより、スクリーン９への投影サイズを変化させて周囲環境に最適な投影サイズを制御する。

より具体的には、スクリーン９までの距離が遠い場合は、投影像のサイズを大きくするとスクリーン９上での光密度が低下し、見難い投影像となってしまうし、投影光源６aの発光量を増大させると、電池駆動であることから電池残量次第で使用できる時間は決まってしまう。これに対して、遠距離と検出された場合に、投影レンズ６bを駆動させて投影像の大きさを小さくすることによりスクリーン９上での光密度を増大させることができるので、像が大きいままで使用するよりも視聴者に見やすい投影像を投影することが可能となる。また、プロジェクタで自動的に投影サイズを制御するため、プロジェクタの操作者が直接プロジェクタ本体の位置を動かして、投影サイズを調整して見やすい明るさになるようにする必要がない。

また、受光強度値と照度値についても同様に、投影環境により最も好適な投影レンズ制御信号を生成して投影サイズを制御することにより、プロジェクタの使用環境に最も適した投影条件での投影が可能となる。

また、この第２実施形態においては、上述のように投影サイズを制御するばかりでなく、図１０に示すように、信号処理部２１は、測距部１７,照度検出部２３からの測距値信号と受光強度信号と照度信号に基づいて、投投影光源制御信号と投影サイズを制御する投影レンズ制御信号を生成して、投影光源６aと投影レンズ６bの両方を制御するようにしてもよいし、どちらか一方を制御するようにしてもよい。

さらに、信号処理部２１は、測距値に基づいて投影レンズ６bを制御して、スクリーン９上に投影画像の焦点を合わせるオートフォーカスを行うためのフォーカス制御信号を兼ねた投影レンズ制御信号を生成してもよい。この場合、さらに視聴者に見やすく、かつ操作者にとって使用しやすいプロジェクタとなる。

〔第３実施形態〕
図１１は本発明の第３実施形態のプロジェクタ内蔵携帯機器の一例としての携帯電話機を示す図である。図１１では、携帯電話機１０１がテーブル１００上に載置され、携帯電話機１０１の投影部１０６から投影対象の一例としてのスクリーン１０９に画像を投影する。

この第３実施形態の携帯電話機１０１は、図１１に示すように、スクリーン１０９までの距離を検出する第１測距部１０７と、その第１測距部１０７の測距方向とは９０°異なる方向に面した側面に第２測距部１１７が設けられている。この第２測距部１１７は、図１１では９０°異なる方向に向かって設けられている場合を図示しているが、もちろん９０°に限定されるべきものではなく、第１測距部１０７の信号光と空間的に干渉しない範囲であれば任意の方向に設置することができる。第１測距部１０７の機能は、上述の第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

上記第２測距部１１７は、図１１に示すように、操作者の手(操作用物体の一例)までの距離を検出する。第２測距部１１７は比較的高速に測距を繰り返しており、手の位置が「近い」、「遠い」や、手の動きとして「近付く」、「遠ざかる」などを検出する。このように手の位置や手の動作を検出する。これにより、第２測距部１１７は、非接触で音量、投影光源６aの発光量、投影サイズ、台形補正などのアナログで制御されるプロジェクタ動作の操作用の非接触ボリュームとして機能させることができる。例えば、手が近付くことを検出した場合には音量を上げる一方、手が遠ざかることを検出した場合には音量を下げるというように手の動きに対してある量をコントロールする。また、ある距離より近い場合には音量を上げる一方、遠い場合には音量を下げて、一定の範囲内に手がない場合は現状を維持するというようなコントロールをすることもできる。

ここで、台形補正とは、図１２に示すように、スクリーン１０９に対して携帯電話機１０１(図１１に示す)が傾きを有して設置されたときにスクリーン１０９上の歪んだ投影像１１０(図１２(a))を、投影レンズを適宜駆動することにより、スクリーン１０９に対して長方形の投影像１１０(図１２(ｂ))に補正することである。この場合、信号処理部１２１(図１３に示す)は、第２測距部１１７で検出された操作者の手(操作用物体)までの距離を表す信号に基づいて台形補正制御信号を生成してドライバ部２２(図１３に示す)に出力し、ドライバ部２２が台形補正制御信号に基づいて投影レンズ６bを駆動することにより、スクリーン１０９に投影される投影領域が歪んだ投影像である台形から長方形になるように補正する。

上述のような動作で機器を制御する場合、第２測距部１１７に突然手をかざして手を動作させたとしても、それが意図的な動作なのか、偶然手が第２測距部１１７の前を横切っただけなのか区別をすることは非常に困難である。これに対して、例えばある位置で手を２秒静止させることでプロジェクタ動作の開始を判定するものとし、それに続いて「近づける」動作や、「遠ざける」動作を行い、さらに２秒間手を静止してプロジェクタ動作の完了を判定するという操作手順を用いることにより上記のような誤検出を防止できる。ただし、静止時間は２秒に限定されるものではなく、任意の時間設定が可能である。

図１３に上記第３実施形態の携帯電話機１０１のプロジェクタ機能の概略ブロック図を示している。この第３実施形態のプロジェクタは、第１測距部１０７,第２測距部１１７と信号処理部１２１を除いて第１実施形態の図８に示すプロジェクタと同一の構成をしている。

この第３実施形態のプロジェクタでは、第２測距部１１７の測距値信号により投影光源６aの発光量の大小を制御する。図１３は図２に示す第１実施形態に対して信号処理部１２１に第２測距部１１７からの測距値が入力される点において異なっている。図１３において、１２０は操作者の手などの操作用物体である。この操作用物体１２０は、第２測距部１１７からの測距光を反射するものであればよい。

第１測距部１０７で検出されたスクリーン１０９までの距離に対して適切な発光量となるように、信号処理部１２１は投影光源６aの投影光源制御信号を生成する。携帯電話機１０１の操作者が自動で判定された投影像の明るさが不十分であると判断するとき、操作者は第２測距部１１７に対して輝度の増減を手動でコントロールする。このようにすることにより、一度設置した携帯電話機１０１に触れることなく設定を変更することができるので、画面がずれるなどして視聴者に不快感を与えることを防ぐことができる。また、視聴者に操作者が見やすいと主観的に思える状態に容易に設定変更することができる。なお、図１３では、第２測距部１１７で投影光源６aの発光量を制御する例を示したが、上述のようにこれに限ったものではない。

また、上述した全ての実施形態において、測距部より出射する測距光を赤外光とすることにより、人間の目にはスクリーン１０９上に測距光の光スポットを確認することはできないので、投影像が見難くなることを防ぐことができる。

この発明のプロジェクタおよびプロジェクタ内蔵携帯機器である小型電子機器は、ほとんどの場合、電池駆動により使用される。また、プロジェクタより投影される映像のコンテンツは、最低限投影し続ける必要のある時間がある場合がある。例えば、映画やテレビ番組を視聴する場合であれば映画やテレビ番組が終了するまでの時間、プレゼンテーションをする場合においては伝えるべき内容を発表する時間とそれに続く質疑応答などの時間を考慮して投影が必要な時間が決まる。上述の第１〜第３実施形態において、自動で発光量等をコントロールし、視聴者に見やすい投影を行うように制御するが、必要な時間を投影する前に電池が切れてしまっては、視聴者にとって満足できるものとはならない。そこで、各実施形態の信号処理部においては、常に機器の電池残量をモニタしながら、投影すべきコンテンツの設定された必要時間と電池残量値から、設定された時間を投影し終えるように最良の制御信号を生成することにより、視聴者に最高の映像を提供することができる。

この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記第１〜第３実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。

１…携帯電話機
２…ノート型パソコン
３…モバイルプロジェクタ
４…デジタルカメラ
５…ビデオカメラ
６,１０６…投影部
７,１７,４２…測距部
８…プロジェクタ
９,１０９…スクリーン
１０,１１０…投影像
１１…測距点
１２…投影光
１３…測距光
２１,１２１…信号処理部
２２…ドライバ部
２３…照度検出部
１０１…携帯電話機
１０７…第１測距部
１１７…第２測距部
１２０…操作用物体

Claims (17)

1. 投影レンズと投影光源を有し、画像を投影対象に投影する投影部と、
   少なくとも上記投影対象までの距離を測定する測距部と、
   上記測距部から出力された上記投影対象までの距離を表す測距値信号を処理する信号処理部と、
   上記投影部を駆動するドライバ部と
   を備え、
   上記測距部は、測距用の光信号を上記投影対象に投光して、上記投影対象により反射された上記光信号を受光して上記投影対象までの距離を検出し、
   上記信号処理部は、上記測距部からの上記測距値信号に基づいて上記投影光源の発光量を制御するための投影光源制御信号を生成して、上記投影光源制御信号を上記ドライバ部に出力することにより上記投影光源の発光量を制御することを特徴とするプロジェクタ。
2. 請求項１に記載のプロジェクタにおいて、
   上記投影部と上記測距部と上記信号処理部と上記ドライバ部とを収納する筐体を備え、
   上記測距部は、光信号を出射する発光素子と、上記発光素子からの光信号を集光する発光レンズ部と、上記発光素子から上記発光レンズ部を介して投光され、上記投影対象により反射された上記光信号を集光する受光レンズ部と、上記受光レンズ部により集光された上記光信号を受光する受光素子とを有すると共に、
   上記測距部の上記発光レンズ部および上記受光レンズ部は、上記筐体に一体化されていることを特徴とするプロジェクタ。
3. 請求項２に記載のプロジェクタにおいて、
   上記受光レンズ部および上記発光レンズ部は、上記受光レンズ部と上記発光レンズ部が一体形成された受発光レンズ部であることを特徴とするプロジェクタ。
4. 請求項３に記載のプロジェクタにおいて、
   上記受発光レンズ部の一方の面は、上記投影対象側に面する平面であり、
   上記受発光レンズ部の他方の面に発光レンズおよび受光レンズが形成されていることを特徴とするプロジェクタ。
5. 請求項４に記載のプロジェクタにおいて、
   上記受発光レンズ部の上記投影対象側に面する平面は、上記筐体の外表面の一部をなす平面と略同一の平面であることを特徴とするプロジェクタ。
6. 請求項１から５までのいずれか１つに記載のプロジェクタにおいて、
   上記信号処理部は、上記測距部により測定された上記投影対象までの距離の２乗に上記投影光源の発光量が比例するように、上記投影光源制御信号を生成することを特徴とするプロジェクタ。
7. 請求項１から６までのいずれか１つに記載のプロジェクタにおいて、
   上記測距部は、上記投影対象により反射された上記光信号の受光強度を検出して上記受光強度を表す受光強度信号を出力し、
   上記信号処理部には、上記測距部からの上記測距値信号と上記受光強度信号に基づいて、上記投影光源制御信号を生成することを特徴とするプロジェクタ。
8. 請求項１から６までのいずれか１つに記載のプロジェクタにおいて、
   周囲の照度を検出して上記照度を表す照度信号を出力する照度検出部を備え、
   上記信号処理部は、上記測距部からの上記測距値信号と上記照度検出部からの上記照度信号に基づいて、上記投影光源制御信号を生成することを特徴とするプロジェクタ。
9. 請求項１から８までのいずれか１つに記載のプロジェクタにおいて、
   上記信号処理部は、上記測距部からの上記測距値信号に基づいて、上記投影対象に投影する投影サイズを制御する投影レンズ制御信号を生成して、上記投影レンズ制御信号を上記ドライバ部に出力し、
   上記ドライバ部が上記投影レンズ制御信号に基づいて上記投影レンズを駆動することにより、上記投影対象に投影する投影サイズを制御することを特徴とするプロジェクタ。
10. 請求項１から９までのいずれか１つに記載のプロジェクタにおいて、
    上記信号処理部は、上記測距部からの上記測距値信号に基づいて、上記投影対象上に投影画像の焦点を合わせるオートフォーカスを行うためのフォーカス制御信号を生成して、上記フォーカス制御信号を上記ドライバ部に出力し、
    上記ドライバ部が上記フォーカス制御信号に基づいて上記投影レンズを駆動することにより、上記オートフォーカスを行うことを特徴とするプロジェクタ。
11. 請求項１から１０までのいずれか１つに記載のプロジェクタにおいて、
    上記測距部は、上記投影対象までの距離を測定する第１測距部と、上記第１測距部とは異なる方向にある操作用物体までの距離を測定する第２測距部とを有し、
    上記信号処理部は、上記第２測距部からの上記操作用物体までの距離を表す信号に基づいてプロジェクタ動作を操作する制御を行うことを特徴とするプロジェクタ。
12. 請求項１１に記載のプロジェクタにおいて、
    上記第２測距部が距離を測定する上記操作用物体は、操作者の手であって、
    上記第２測距部は、上記操作者の手までの距離の変動に基づいて上記プロジェクタ動作の操作を行うために用いられる非接触ボリュームであることを特徴とするプロジェクタ。
13. 請求項１１または１２に記載のプロジェクタにおいて、
    上記信号処理部は、上記第２測距部により検出された上記操作用物体までの距離を表す信号が一定時間同一であるとき、上記プロジェクタ動作の操作の開始または終了の少なくとも一方とすることを特徴とするプロジェクタ。
14. 請求項１１から１３までのいずれか１つに記載のプロジェクタにおいて、
    上記信号処理部は、上記第２測距部で検出された上記操作用物体までの距離を表す信号に基づいて台形補正制御信号を生成して、上記台形補正制御信号を上記ドライバ部に出力し、
    上記ドライバ部が上記台形補正制御信号に基づいて上記投影レンズを駆動することにより、上記投影対象に投影される投影領域が台形から長方形になるように補正する台形補正を行うことを特徴とするプロジェクタ。
15. 請求項１から１４までのいずれか１つに記載のプロジェクタにおいて、
    上記投影部と上記測距部と上記信号処理部と上記ドライバ部に電力を供給する電池駆動式の電源部を備え、
    上記信号処理部は、上記電源部からの電池残量を表す電池残量信号と、上記投影部により投影する画像の投影時間と、上記測距部からの上記測距値信号に基づいて、上記投影光源の発光量を制御するための上記投影光源制御信号を生成することを特徴とするプロジェクタ。
16. 請求項１から１５までのいずれか１つに記載のプロジェクタにおいて、
    上記測距部の測距用の光信号は赤外光であることを特徴とするプロジェクタ。
17. 請求項１から１６までのいずれか１つに記載のプロジェクタを内蔵したことを特徴とするプロジェクタ内蔵携帯機器。

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