JP2013015730A - 投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】指示体の座標検出に必要な演算処理を簡易に行うことを可能とする投写型映像表示装置を提供する。
【解決手段】投写型映像表示装置１００は、DMD７０及び投写光学系１１０を収容する筐体２００を備える。筐体２００は、投写光学系１１０から出射される光を通す投写領域２１０を有する第１筐体２００Ａと、投写面と平行な基準面と対向する対向面を有する第２筐体２００Ｂとを含む。第２筐体２００Ｂは、指示体３００から得られる信号を受信する受信ユニット２８０を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、光源から出射される光を変調する光変調素子と、光変調素子から出射される光を投写面上に投写する投写光学系とを備える投写型映像表示装置に関する。

従来、光源から出射される光を変調する光変調素子と、光変調素子から出射される光を投写面上に投写する投写光学系とを備える投写型映像表示装置が知られている。

近年では、インタラクティブ機能を提供するために、電子ペンなどの指示体の座標を検出する技術が提案されている。この技術では、指示体の座標を検出するために、投写型映像表示装置と指示体との距離を計測する計測手段が用いられている（例えば、特許文献１）。

特開２００５−１１５８７０号公報

しかしながら、上述した技術では、３次元空間において、投写型映像表示装置と指示体との距離を計測する必要があり、指示体の座標検出に必要な演算処理が複雑であった。

そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、指示体の座標検出に必要な演算処理を簡易に行うことを可能とする投写型映像表示装置を提供することを目的とする。

第１の特徴に係る投写型映像表示装置は、光源（光源１０）から出射される光を変調する光変調素子（DMD７０）と、前記光変調素子から出射される光を投写面上に投写する投写光学系（投写光学系１１０）とを収容する筐体（筐体２００）を備える。前記筐体は、前記投写光学系から出射される光を通す投写領域（投写領域２１０）を有する第１筐体（第１筐体２００Ａ）と、前記投写面と平行な基準面と対向する対向面を有する第２筐体（第２筐体２００Ｂ）とを含む。前記第２筐体は、指示体（指示体３００）から得られる信号を受信する受信ユニット（受信ユニット２８０）を有する。

第１の特徴において、前記指示体は、信号を出力する機能を有するデバイスである。前記受信ユニットは、前記指示体から得られる信号として、前記デバイスから出力される信号を受信する。

第１の特徴において、前記第２筐体は、前記指示体に対して信号を出力する出力ユニット（出力ユニット２９０）を有する。前記受信ユニットは、前記指示体から得られる信号として、前記指示体で反射される信号を受信する。

本発明によれば、指示体の座標検出に必要な演算処理を簡易に行うことを可能とする投写型映像表示装置を提供することができる。

図１は、第１実施形態に係る投写型映像表示装置１００の概略構成を示す図である。 図２は、第１実施形態に係る投写型映像表示装置１００の概略構成を示す図である。 図３は、第１実施形態に係る投写型映像表示装置１００の光学構成を説明するための図である。 図４は、第１実施形態に係る第１筐体２００Ａのスライドを説明するための図である。 図５は、第１実施形態に係る第１筐体２００Ａのスライドを説明するための図である。 図６は、変更例１に係る投写型映像表示装置１００の光学構成を説明するための図である。 図７は、変更例１に係る投写型映像表示装置１００の光学構成を説明するための図である。 図８は、変更例２に係る投写型映像表示装置１００の光学構成を説明するための図である。 図９は、変更例３に係る投写型映像表示装置１００の光学構成を説明するための図である。 図１０は、変更例３に係る投写型映像表示装置１００の光学構成を説明するための図である。 図１１は、変更例４に係る投写型映像表示装置１００の光学構成を説明するための図である。

以下において、本発明の実施形態に係る投写型映像表示装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。

ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

［実施形態の概要］
実施形態に係る投写型映像表示装置は、光源から出射される光を変調する光変調素子と、前記光変調素子から出射される光を投写面上に投写する投写光学系とを収容する筐体を備える。前記筐体は、前記投写光学系から出射される光を通す投写領域を有する第１筐体と、前記投写面と平行な基準面と対向する対向面を有する第２筐体とを含む。前記第２筐体は、指示体から得られる信号を受信する受信ユニットを有する。

実施形態では、受信ユニットは、基準面に対する相対的な位置が不変である第２筐体に設けられる。すなわち、２次元空間において、指示体の座標を検出することが可能であり、指示体の座標検出に必要な演算処理を簡易に行うことが可能である。

［第１実施形態］
（投写型映像表示装置の概略構成）
以下において、第１実施形態に係る投写型映像表示装置の概略構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る投写型映像表示装置１００（床面投写）を示す図である。図２は、第１実施形態に係る投写型映像表示装置１００（壁面投写）を示す図である。

図１及び図２に示すように、投写型映像表示装置１００は、筐体２００を有しており、投写面（不図示）に映像を投写する。筐体２００には、後述する投写光学系１１０から出射される光を通す投写領域２１０（例えば、投写窓）が設けられる。

ここで、投写面は、図１に示すように、床面や机上などの水平面に設けられていてもよく、図２に示すように、壁面などの垂直面（例えば、スクリーン）に設けられてもよい。すなわち、投写型映像表示装置１００は、映像光を床面や机上などの水平面に投写するように配置されてもよく、映像光を壁面などの垂直面に投写するように配置されてもよい。

図１に示すケースでは、略直方体の筐体２００が有する面のうち、第１面２２０が、床面などの設置面と対向する底面を構成する。一方で、図２に示すケースでは、略直方体の筐体２００が有する面のうち、第２の面２３０が、床面などの基準面と対向する底面を構成する。

第１実施形態では、略直方体の筐体２００が有する面のうち、第１面２２０が、投写面と平行な基準面と対向する対向面であることに留意すべきである。

なお、投写型映像表示装置１００のサイズは、２００ｍｌ〜２ｌの容積を有するペットボトル程度である。例えば、投写型映像表示装置１００の容積は、９００ｍｌ程度であり、投写型映像表示装置１００の重量は、８００ｇ程度である。投写型映像表示装置１００によって表示される映像のサイズは、例えば、２０インチ程度である。また、投写型映像表示装置１００と投写面との距離が非常に近いことに留意すべきである。

（投写型映像表示装置の光学構成）
以下において、第１実施形態に係る投写型映像表示装置の光学構成について、図面を参照しながら説明する。図３は、第１実施形態に係る投写型映像表示装置１００の光学構成を主として示す図である。

図３に示すように、投写型映像表示装置１００は、投写光学系１１０と、照明光学系１２０と、冷却ファン１３０と、バッテリ１４０と、電源基板１５０と、主制御基板１６０と、操作基板１７０とを有する。また、投写型映像表示装置１００は、DMD７０と、反射プリズム８０とを有する。

また、筐体２００は、第１筐体２００Ａ及び第２筐体２００Ｂによって構成される。第１筐体２００Ａは、投写光学系１１０から出射される光を透過する投写領域２１０を有する。第２筐体２００Ｂは、投写面と平行な基準面と対向する対向面（第１面２２０）を有する。ここで、投写面（基準面）に対する第１筐体２００Ａの相対的な位置が可変であり、投写面（基準面）に対する第２筐体２００Ｂの相対的な位置が不変であることに留意すべきである。

例えば、第２筐体２００Ｂから第１筐体２００Ａが対向面（第１面２２０）の垂直方向にスライド可能であってもよい。或いは、第２筐体２００Ｂに設けられる脚部によって第１筐体２００Ａが支持されており、脚部に沿って第１筐体２００Ａが対向面（第１面２２０）の垂直方向にスライド可能であってもよい。

投写光学系１１０は、DMD７０から出射された色成分光（映像光）を投写面に投写する。具体的には、投写光学系１１０は、投写レンズ群１１１と、反射ミラー１１２とを有する。なお、第１筐体２００Ａのスライドによって投写面と投写領域２１０との距離が拡大された場合に、投写レンズ群１１１及び反射ミラー１１２の位置関係が変わらないように、投写光学系１１０が第１筐体２００Ａに収容されていることが好ましい。

投写レンズ群１１１は、DMD７０から出射された色成分光（映像光）を反射ミラー１１２側に出射する。投写レンズ群１１１は、投写光学系１１０の光軸Ｌを中心とする略円形形状のレンズ、投写光学系１１０の光軸Ｌを中心とする略円形形状の一部分によって構成される形状（例えば、下半分の半円形状）のレンズなどを含む。

なお、投写レンズ群１１１に含まれるレンズの径は、反射ミラー１１２に近いほど大きいことに留意すべきである。

反射ミラー１１２は、投写レンズ群１１１から出射された色成分光（映像光）を反射する。反射ミラー１１２は、映像光を集光した上で、映像光を広角化する。例えば、反射ミラー１１２は、投写レンズ群１１１側に凹面を有する非球面ミラーである。ここで、反射ミラー１１２は、投写光学系１１０の光軸Ｌを中心とする略円形形状の一部分によって構成される形状（例えば、下半分の半円形状）を有する。

反射ミラー１１２で集光された映像光は、筐体２００に設けられた投写領域２１０を透過する。筐体２００に設けられた投写領域２１０は、反射ミラー１１２によって映像光が集光される位置近傍に設けられることが好ましい。

照明光学系１２０は、光源１０と、ダイクロイックプリズム３０と、ロッドインテグレータ４０と、ミラー５１と、ミラー５２と、レンズ６１と、レンズ６２と、レンズ６３とを有する。

光源１０は、複数色の色成分光を個別に出射するように構成される。また、光源１０には、光源１０で生じる熱を放熱するヒートシンクが併設されていてもよい。なお、光源１０は、例えば、光源１０Ｒ、光源１０Ｇ及び光源１０Ｂによって構成される。

光源１０Ｒは、赤成分光Ｒを出射する光源であり、例えば、赤ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や赤ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）である。光源１０Ｒには、金属などのように放熱性が良好な部材によって構成されるヒートシンクが併設されてもよい。

光源１０Ｇは、緑成分光Ｇを出射する光源であり、例えば、緑ＬＥＤや緑ＬＤである。光源１０Ｇには、金属などのように放熱性が良好な部材によって構成されるヒートシンクが併設されてもよい。

光源１０Ｂは、青成分光Ｂを出射する光源であり、例えば、青ＬＥＤや青ＬＤである。光源１０Ｂには、金属などのように放熱性が良好な部材によって構成されるヒートシンクが併設されてもよい。

ダイクロイックプリズム３０は、光源１０Ｒから出射される赤成分光Ｒ、光源１０Ｇから出射される緑成分光Ｇ、光源１０Ｂから出射される青成分光Ｂを合成する。

ロッドインテグレータ４０は、光入射面と、光出射面と、光入射面の外周から光出射面の外周に亘って設けられる光反射側面とを有する。ロッドインテグレータ４０は、ダイクロイックプリズム３０から出射された色成分光を均一化する。詳細には、ロッドインテグレータ４０は、光反射側面で色成分光を反射することによって、色成分光を均一化する。なお、ロッドインテグレータ４０は、ガラスなどによって構成される中実ロッドであってもよく、ミラー面によって内面が構成される中空ロッドであってもよい。

例えば、第１実施形態では、ロッドインテグレータ４０は、光源１０から出射される光の進行方向に向けて、光の進行方向に垂直な断面が大きくなるテーパ形状を有する。但し、実施形態は、これに限定されるものではない。ロッドインテグレータ４０は、光源１０から出射される光の進行方向に向けて、光の進行方向に垂直な断面が小さくなる逆テーパ形状を有してもよい。

ミラー５１及びミラー５２は、ロッドインテグレータ４０から出射された光をDMD７０に導くために、光の光路を折り曲げる反射ミラーである。

レンズ６１、レンズ６２及びレンズ６３は、光源１０から出射された色成分光の拡大を抑制しながら、色成分光をDMD７０上に略結像するリレーレンズである。

冷却ファン１３０は、筐体２００の外部に連通しており、筐体２００内の熱を放出するように構成される。或いは、冷却ファン１３０は、筐体２００の外部の空気を筐体２００内に送り込むように構成される。例えば、冷却ファン１３０は、光源１０の近傍に設けられており、光源１０を冷却するように構成される。

バッテリ１４０は、投写型映像表示装置１００に供給すべき電力を蓄積する。

電源基板１５０は、バッテリ１４０に接続されており、ＡＣ電力をＤＣ電力に変換する電力変換回路を有する。

主制御基板１６０は、投写型映像表示装置１００の動作を制御する主制御回路（後述するエラー! 参照元が見つかりません。）を有する。

操作基板１７０は、投写型映像表示装置１００に設けられる操作部（ボタンなど）に接続されており、操作部から入力される操作信号を主制御基板１６０（主制御回路）に伝達する。

DMD７０は、複数の微小ミラーによって構成されており、複数の微小ミラーは可動式である。各微小ミラーは、基本的に１画素に相当する。DMD７０は、各微小ミラーの角度を変更することによって、色成分光が有効光として投写光学系１１０側に導かれるように色成分光を反射するか否かを切り替える。

反射プリズム８０は、照明光学系１２０から出射される光をDMD７０側に透過する。一方で、反射プリズム８０は、DMD７０から出射される光を投写光学系１１０側に反射する。

なお、図４及び図５に示すように、第１筐体２００Ａは、第２筐体２００Ｂの内壁に沿ってスライド可能に構成される。反射ミラー１１２は、第１筐体２００Ａのスライドと連動して、回動軸Ｐを中心として回動する。

ここで、第１実施形態では、投写型映像表示装置１００は、インタラクティブ機能を有している。すなわち、投写面に設けられる指示体の座標を検出する機能を有している。例えば、指示体は、電子ペンや人間の手などである。

具体的には、投写型映像表示装置１００は、図４及び図５に示すように、指示体から得られる信号を受信する受信ユニット２８０を有する。受信ユニット２８０は、伝搬速度が異なる少なくとも２種類の信号を受信する。なお、投写型映像表示装置１００は、受信ユニット２８０よって受信される信号の受信タイミングの違いによって、三角測量の技術を用いて、指示体の位置を検出することが可能である。

指示体から得られる信号は、例えば、超音波や光などである。なお、投写面に投写される映像と区別することができれば、指示体から得られる信号（光）として、どのような光を用いてもよい。例えば、指示体から得られる信号（光）として、赤外光が用いられる。

第１実施形態では、受信ユニット２８０は、投写面（基準面）に対する相対的な位置が不変な第２筐体２００Ｂに設けられる。受信ユニット２８０は、投写面（基準面）に対応する対向面（第１面２２０）の近傍に設けられることが好ましい。言い換えると、受信ユニット２８０は、投写面（基準面）と略同一平面上に設けられることが好ましい。

（作用及び効果）
第１実施形態では、受信ユニット２８０は、基準面に対する相対的な位置が不変である第２筐体２００Ｂに設けられる。すなわち、基準面（投写面）上における２次元空間において、指示体の座標を検出することが可能であり、指示体の座標検出に必要な演算処理を簡易に行うことが可能である。

［変更例１］
以下において、第１実施形態の変更例１について、図面を参照しながら説明する。以下においては、第１実施形態に対する相違点について主として説明する。

変更例１では、図６及び図７に示すように、第１筐体２００Ａは、第２筐体２００Ｂに設けられる４本の脚部によってが支持されており、４本の脚部に沿って対向面（第１面２２０）の垂直方向にスライド可能である。

受信ユニット２８０は、第１実施形態と同様に、第２筐体２００Ｂに設けられる。詳細には、受信ユニット２８０は、赤外光受光部２８１及び超音波受信部２８２（超音波受信部２８２Ａ及び超音波受信部２８２Ｂ）を有する。

また、変更例１では、指示体３００として、赤外光及び超音波などの信号を同時に出力するデバイス（電子ペン）が用いられる。

赤外光受光部２８１は、指示体３００から得られる信号として、指示体３００（電子ペン）から出力される赤外光を検出する。

超音波受信部２８２Ａ及び超音波受信部２８２Ｂは、指示体３００から得られる信号として、指示体３００（電子ペン）から出力される超音波を受信する。

なお、赤外光の伝搬速度は、超音波の伝搬速度よりも速いため、投写型映像表示装置１００は、赤外光受光部２８１によって赤外光を受信するタイミングを基準として、超音波受信部２８２Ａによって超音波を受信するタイミングの遅延時間Ａと超音波受信部２８２Ｂによって超音波を受信するタイミングの遅延時間Ｂとの差異を検出する。続いて、投写型映像表示装置１００は、遅延時間Ａ及び遅延時間Ｂによって、三角測量の技術を用いて、指示体３００の座標を検出する。

［変更例２］
以下において、第１実施形態の変更例２について、図面を参照しながら説明する。以下においては、第１実施形態及び変更例１に対する相違点について主として説明する。

変更例２では、指示体３００として、赤外光及び超音波などの信号を自律的に出力することができない人間の手や指示棒などが用いられる。

従って、変更例２では、図８に示すように、投写型映像表示装置１００は、指示体３００に対して信号（超音波及び光）を出力する出力ユニット２９０を有する。

出力ユニット２９０は、赤外光出力部２９１と、超音波出力部２９２とを有する。赤外光出力部２９１は、投写面上に設けられる指示体３００に対して、赤外光を出力する。赤外光出力部２９１から出力される赤外光のカバーエリアは、投写面の全体であることが好ましい。超音波出力部２９２は、投写面上に設けられる指示体３００に対して、超音波を出力する。超音波出力部２９２から出力される超音波のカバーエリアは、投写面の全体であることが好ましい。

なお、出力ユニット２９０は、受信ユニット２８０と同様に、投写面（基準面）に対する相対的な位置が不変な第２筐体２００Ｂに設けられることが好ましい。出力ユニット２９０は、投写面（基準面）に対応する対向面（第１面２２０）の近傍に設けられることが好ましい。言い換えると、出力ユニット２９０は、投写面（基準面）と略同一平面上に設けられることが好ましい。

ここで、出力ユニット２９０が投写面（基準面）に対応する対向面（第１面２２０）の近傍に設けられることによって、投写面から離れた位置に設けられる指示体３００によって、出力ユニット２９０によって出力される信号が反射されない。従って、インタラクティブ操作を行うために、投写面をタッチする動作に用いる指示体３００のみを検出することが可能である。言い換えると、インタラクティブ操作の誤検出が抑制される。

なお、上述した赤外光受光部２８１は、指示体３００から得られる信号として、指示体３００で反射される赤外光を受信する。同様に、超音波受信部２８２は、指示体３００から得られる信号として、指示体３００で反射される超音波を受信する。

［変更例３］
以下において、第１実施形態の変更例３について、図面を参照しながら説明する。以下においては、第１実施形態及び変更例２に対する相違点について主として説明する。

変更例３では、指示体３００として、赤外光及び超音波を自律的に出力することができない人間の手や指示棒などが用いられる。

変更例３では、受信ユニット２８０として、投写面を撮像する撮像素子が設けられる。例えば、撮像素子は、赤外光を検出する赤外線カメラなどである。一方で、出力ユニット２９０として、光を出射する発光部が設けられる。発光部は、例えば、赤外光を出射する赤外ＬＥＤである。

変更例３では、図９及び図１０に示すように、受信ユニット２８０は、第１実施形態や変更例２とは異なり、受信ユニット２８０の受信範囲（撮像範囲）を拡大するために、第１筐体２００Ａに設けられる。一方で、出力ユニット２９０は、変更例２と同様に、投写面（基準面）に対する相対的な位置が不変な第２筐体２００Ｂに設けられることが好ましい。出力ユニット２９０は、投写面（基準面）に対応する対向面（第１面２２０）の近傍に設けられることが好ましい。言い換えると、出力ユニット２９０は、投写面（基準面）と略同一平面上に設けられることが好ましい。

［変更例４］
以下において、第１実施形態の変更例４について、図面を参照しながら説明する。以下においては、第１実施形態及び変更例３に対する相違点について主として説明する。

図１１に示すように、第１筐体２００Ａは、第２筐体２００Ｂに沿って対向面（第１面２２０）の垂直方向にスライド可能であり、第１筐体２００Ａのスライド後において、第１筐体２００Ａは、土台Ｘによって支持される。土台Ｘは、投写型映像表示装置１００とは別体として設けられる。

なお、土台Ｘは、第１実施形態に係る投写型映像表示装置１００等にも適用可能であることは勿論である。

［その他の実施形態］
本発明は上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

実施形態では、光変調素子として、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を例示したに過ぎない。光変調素子は、反射型の液晶パネルであってもよく、透過型の液晶パネルであってもよい。

実施形態では、信号として、赤外光や超音波を例に挙げて説明した。しかしながら、実施形態は、これに限定されるものではない。信号は、伝搬速度が異なる少なくとも２種類の信号であればよい。

実施形態では特に触れていないが、赤外光及び超音波などの信号を自律的に出力することができない指示体３００を用いる場合には、赤外光及び超音波などの信号を反射しやすい素材で構成されたキャップを指示体３００に設けてもよい。

１０…光源、３０…ダイクロイックプリズム、４０…ロッドインテグレータ、５１〜５２…ミラー、６１〜６３…レンズ、７０…DMD、８０…反射プリズム、１００…投写型映像表示装置、１１０…投写光学系、１１１…投写レンズ群、１１２…反射ミラー、１２０…照明光学系、１３０…冷却ファン、１４０…バッテリ、１５０…電源基板、１６０…主制御基板、１７０…操作基板、２００…筐体、２００Ａ…第１筐体、２００Ｂ…第２筐体、２１０…投写領域、２２０…第１面、２３０…第２面、２８０…受信ユニット、２９０…出力ユニット、３００…指示体

Claims (3)

1. 光源から出射される光を変調する光変調素子と、前記光変調素子から出射される光を投写面上に投写する投写光学系とを収容する筐体を備える投写型映像表示装置であって、
   前記筐体は、前記投写光学系から出射される光を通す投写領域を有する第１筐体と、前記投写面と平行な基準面と対向する対向面を有する第２筐体とを含み、
   前記第２筐体は、指示体から得られる信号を受信する受信ユニットを有することを特徴とする投写型映像表示装置。
2. 前記指示体は、信号を出力する機能を有するデバイスであり、
   前記受信ユニットは、前記指示体から得られる信号として、前記デバイスから出力される信号を受信することを特徴とする請求項１に記載の投写型映像表示装置。
3. 前記第２筐体は、前記指示体に対して信号を出力する出力ユニットを有しており、
   前記受信ユニットは、前記指示体から得られる信号として、前記指示体で反射される信号を受信することを特徴とする請求項１に記載の投写型映像表示装置。

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