JP2016057426A5 - - Google Patents

Description

本開示の一実施の形態に係る投射型表示装置の外観とその使用状態とを示す模式図である。 図１に示した投射型表示装置の機能構成を示すブロック図である。 図１の状態を側面からみた模式図である。 図１に示した近赤外光源部の構成例を示す図である。 シリンダアレイレンズの第１の構成例を示す斜視図である。 シリンダアレイレンズの第２の構成例を示す斜視図である。 図１に示した投射型表示装置の要部構成を示す図である。 偏光分離素子の一構成例を、入射光および出射光の状態と共に示す模式図である。 検出光取り込みのイメージを表す模式図である。 検出位置による取り込み角度の違いを説明するための模式図である。 検出光の反射点と仮想発光点との差分について説明するための模式図である。 反射点と仮想発光点との差分と取り込み角との関係を説明するための模式図である。 投射レンズのイメージサークルと、ライトバルブサイズおよび撮像素子サイズと共に示した模式図である。 エリア外検出チャンネルを使用する場合（フルサイズ表示の場合）を説明するための模式図である。 エリア内検出チャンネルを使用する場合（一部表示の場合）を説明するための模式図である。 図１に示した投射型表示装置の映像表示および物体検出の概念を模式的に示した図である。 エリア外検出チャンネルを使用する場合（フルサイズ表示の場合）の機能制御の手順を表すフロー図である。 エリア内検出チャンネルを使用する場合（一部表示の場合）の機能制御の手順を表すフロー図である。 機能制御例を説明するための模式図である。

一例としては、検出用ライトプレーン１１０Ａは、例えば高さｈが数ｍｍ〜数１０ｍｍ程度の位置に、厚み（高さ方向における幅）が２〜３ｍｍで，かつ面内方向において投影エリアＳ１１をカバーするように形成される。通常、投影面１１０は平坦であるため、遮蔽物、あるいは指や指示棒などの何かしらの指示物７１が無ければ、検出用ライトプレーン１１０Ａは遮られることがない。つまり、投影面１１０をモニタしている撮像素子１３に写ることはない。この状態で、指などを、投影面１１０に近接させるか、または、投影面１１０をタッチするなどの動作をすると、検出用ライトプレーン１１０Ａの近赤外光が指によって遮られ、そのポイントで拡散反射する。指などにあたり反射した光は四方八方に向かうが、その一部が投射レンズ１６の開口に取り込まれる。その反射光の一部は投射レンズ１６と偏光分離素子１５とを介して、撮像素子１３上に到達する。この時、映像をつくるライトバルブ１２と撮像素子１３が光学的に共役の位置に配置されているため、投影面１１０上で点状に発生した輝点拡散ポイントは撮像素子１３上で結像し、投影された映像に１：１にあたる位置で結像する。これにより、物体の位置検出が可能となる。また超短焦点タイプの場合は投射光が投影面１１０の近傍を通り、操作する人の体の一部が投射光を遮りにくいため、操作する際に画面が見やすいというメリットがある。

このような縮小光学系１４を用いた物体検出は、低コスト化に有利である。撮像素子１３のコストは撮像素子１３のサイズに大きく影響を受ける。プロジェクタを構成する上で、半導体部品である、ライトバルブ１２および撮像素子１３はコストウエイトが大きいことから、そのような部品の小型化によるコストメリットは大きい。また、リレー光学系により共役点を延長することで配置の自由度が増す、というメリットもある。例えば、部品間距離が生まれることで、間に反射ミラー等で折り曲げ光学系を実現することが可能となる。

このため、投影エリアＳ１１の全域において物体検出を可能にするためには、図１０に示したように、投影エリアＳ１１の端部から更に、上記差分に相当する幅ｔを考慮したエリア（エリアＳ１２）が受光対象となるように、撮像素子１３のサイズおよびイメージサークル（後述のイメージサークルＣ１）の径等が設計される。なお、幅ｔは、検出用ライトプレーン１１０Ａの高さｈと取り込み角θとを用いて表すことができる（ｔ＝ｈ／ｔａｎθ）。

ここで、本実施の形態では、投射レンズ１６が、投影光学系１０Ａと検出光学系１０Ｂとにおいて共有され、撮像素子１３がライトバルブ１２と光学的に共役の位置に配置されている。このため、投影エリアＳ１１とほぼ同じエリアを検出エリア（第１の検出エリア）とする物体検出が可能となる。また、この光学的に共役な位置関係により、投影面１１０上における指示物７１の特徴点の位置Ｐｔ１を投射レンズ１６を介して投影画像Ｖ２に重ねてモニタすることが可能となる。また例えば、信号処理部１７において、指示物７１の形状を画像処理し、指示物７１の特徴点の位置Ｐｔ１の座標を検出することで、投影画像Ｖ２のポインティング操作が可能となる。この際、投影エリアＳ１１内の任意の座標位置が検出エリア内の座標位置に１対１で対応するので、撮像素子１３側の検出位置Ｐｔ２の座標が指示物７１の特徴点の位置Ｐｔ１の座標に対応する。即ち、キャリブレーション等の煩雑な信号処理を行うことなく、投影エリアＳ１１内の位置と、検出エリア内の位置とを対応づけて物体を検出することができる。なお、指示物７１は２以上であってもよく、例えば両手の指の先端の座標を検出することなども可能である。このようにして検出された指示物７１の特徴点の位置を用いることで、プロジェクタの投影画像Ｖ２にあたかもタッチパネルが組み込まれているような直観的な操作が可能となる。

（機能制御例１）
ウインドウ画面のスタートボタン、閉じる（×）ボタン、ブラウザ閲覧時の上下スクロールバーなど、画面の外周あるいは角部に設けられた比較的細かい，狭い部位における操作を、その周辺に割り当てられたチャンネル領域ＣＨ１ａ〜ＣＨ４ａを用いて行う。その模式図を図１５に示す。画面内の狭小な操作部位（ボタン、スクロールなど）Ｂ１１，Ｂ１２，Ｂ１３等を直接タッチして操作するよりも、チャンネル領域ＣＨ１ａ〜ＣＨ４ａのうちの選択的な領域（本来の操作部位Ｂ１１，Ｂ１２，Ｂ１３の近傍の領域）をタッチする方が操作し易く、またタッチ操作が画面情報の妨げになることもない。

また例えば、本開示は以下のような構成を取ることができる。
（１）
照明部と、投射レンズと、前記照明部から供給された照明光を映像信号に基づいて変調して前記投射レンズへ向けて出射するライトバルブとを有する投影光学系と、
前記ライトバルブと前記投射レンズとの間に配置され、入射光を第１および第２の偏光成分に分離すると共に、それぞれを互いに異なる方向に出射する偏光分離素子と、
前記ライトバルブと光学的に共役な位置に配置された撮像素子を有する検出光学系と
を備え、
前記撮像素子には、投影面の近傍の面に沿って照射された非可視光に基づく光が、前記投射レンズと前記偏光分離素子とを介して入射され、かつ
前記投影面上の投影エリアの周辺において、入力操作を検出すると共にその検出結果に応じて特定の機能を実行可能に構成された
投射型表示装置。
（２）
前記投射レンズの略焦点距離の位置またはこれと光学的に共役の関係となる位置において、
前記ライトバルブの有効エリアに対応する面形状は、第１の矩形状であり、
前記撮像素子の有効エリアに対応する面形状は、前記第１の矩形状と中心位置が略同一で、かつ前記第１の矩形状よりも大きな第２の矩形状である
上記（１）に記載の投射型表示装置。
（３）
投影面上に、
前記投影エリアに対応する第１の検出エリアと、 前記投影エリアの周辺部に対応する第２の検出エリアと
を形成可能に構成された
上記（２）に記載の投射型表示装置。
（４）
前記第２の検出エリアは、それぞれが前記入力操作に対応づけられた１または複数のチャンネル領域または位置座標を有する
上記（３）に記載の投射型表示装置。
（５）
前記投影エリアの矩形状の４辺のそれぞれに対向して、前記チャンネル領域が１つ以上設けられている
上記（４）に記載の投射型表示装置。
（６）
前記複数のチャンネル領域のうちの１のチャンネル領域において、一定時間内に複数回にわたって物体が検出された場合に、前記機能を実行する
上記（４）または（５）に記載の投射型表示装置。
（７）
前記複数のチャンネル領域のうちの１のチャンネル領域において、一定時間にわたって連続的に物体が検出された場合に、前記機能を実行する
上記（４）または（５）に記載の投射型表示装置。
（８）
前記複数のチャンネル領域のうちの１のチャンネル領域において物体が検出された後、一定時間内に他のチャンネル領域において物体が検出された場合に、前記機能を実行する
上記（４）または（５）に記載の投射型表示装置。
（９）
前記複数のチャンネル領域のうちの異なる２以上のチャンネル領域において、同時に物体が検出された場合に、前記機能を実行する
上記（４）または（５）に記載の投射型表示装置。
（１０）
前記複数のチャンネル領域のうちの１のチャンネル領域と、前記第１の検出エリア内の選択的な領域とにおいて同時に物体が検出された場合に、前記機能を実行する
上記（４）または（５）に記載の投射型表示装置。
（１１）
前記第１の検出エリアは、前記投影エリアのうちの選択的な映像表示エリアの周辺に、それぞれが前記入力操作に対応づけられた１または複数のチャンネル領域を有する
上記（３）に記載の投射型表示装置。
（１２）
前記投射レンズは、短焦点レンズである
上記（１）〜（１１）のいずれかに記載の投射型表示装置。
（１３）
前記非可視光を出射する光源部が外筐に設けられている
上記（１）〜（１２）のいずれかに記載の投射型表示装置。
（１４）
前記非可視光は、近赤外光である
上記（１）〜（１３）のいずれかに記載の投射型表示装置。
（１５）
前記偏光分離素子は、偏光ビームスプリッタである
上記（１）〜（１４）のいずれかに記載の投射型表示装置。
（１６）
前記ライトバルブは、反射型液晶表示素子である
上記（１）〜（１５）のいずれかに記載の投射型表示装置。
（１７）
前記偏光分離素子は、それぞれが光入射面または光出射面となる第１ないし第４の面を有すると共に、前記第１の面から入射した光のうちの前記第１の偏光成分を前記第２の面から出射し、前記第１の面から入射した光のうちの前記第２の偏光成分を前記第３の面から出射し、前記第２の面から入射した光のうちの前記第２の偏光成分を前記第４の面から出射し、かつ、前記第４の面から入射した光のうちの前記第１の偏光成分を前記第３の面から出射する、ように構成されている
上記（１６）に記載の投射型表示装置。
（１８）
前記投影光学系は、
前記照明部が、前記照明光を前記偏光分離素子の前記第１の面に向けて出射し、
前記ライトバルブが、前記照明光のうち、前記偏光分離素子の前記第２の面から出射した前記第１の偏光成分を変調し、その変調光を、前記偏光分離素子の前記第２の面に向けて出射し、
前記投射レンズが、前記変調光のうち、前記偏光分離素子の前記第４の面から出射した光を、前記投影面に向けて投射する、ように構成されている
上記（１７）に記載の投射型表示装置。
（１９）
前記検出光学系は、
縮小光学系に、前記投射レンズと前記偏光分離素子の前記第４の面および前記第３の面とを介して物体検出用の光が入射され、
前記撮像素子に、前記縮小光学系から出射された光が入射する、ように構成されている
上記（１８）に記載の投射型表示装置。
（２０）
投射レンズと、照明光を映像信号に基づいて変調して前記投射レンズへ向けて出射するライトバルブと、前記ライトバルブと前記投射レンズとの間に配置された偏光分離素子と、前記ライトバルブと光学的に共役な位置に配置されると共に非可視光を受光する撮像素子とを備えた光学系により得られた撮像信号に基づき、投影エリアの周辺における特定の入力操作の有無を判定し、
その判定結果に基づいて特定の機能を実行するように制御する
機能制御方法。

１…投射型表示装置、１２…ライトバルブ、１３…撮像素子、１４…縮小光学系、１５…偏光分離素子、１６…投射レンズ、１７…信号処理部、１７Ａ…可視光カットフィルタ、１７Ｂ…バンドパスフィルタ、１８…偏光子、１９…機能制御部、１１０…投影面、１１０Ａ…検出用ライトプレーン、４０…近赤外光光源部、Ａ１，Ａ３…有効エリア、Ｃ１，Ｃ１００…イメージサークル、ＣＨ１〜ＣＨ４，ＣＨ１ａ〜ＣＨ４ａ，ＣＨ１ｂ〜ＣＨ４ｂ…チャンネル領域、Ｅ１…射出瞳、Ｓ１１…投影エリア、Ｓ１２…エリア、Ｌ１…照明光、Ｌａ，Ｌａ１…近赤外光、Ｌｐ１，Ｌｐ２，Ｌｐ３…Ｐ偏光成分、Ｌｓ１，Ｌｓ２，Ｌｓ３…Ｓ偏光成分、Ｖ１…投影画像、Ｖ２…映像情報。

Claims (20)

1. 照明部と、投射レンズと、前記照明部から供給された照明光を映像信号に基づいて変調して前記投射レンズへ向けて出射するライトバルブとを有する投影光学系と、
   前記ライトバルブと前記投射レンズとの間に配置され、入射光を第１および第２の偏光成分に分離すると共に、それぞれを互いに異なる方向に出射する偏光分離素子と、
   前記ライトバルブと光学的に共役な位置に配置された撮像素子を有する検出光学系と
   を備え、
   前記撮像素子には、投影面の近傍の面に沿って照射された非可視光に基づく光が、前記投射レンズと前記偏光分離素子とを介して入射され、かつ
   前記投影面上の投影エリアの周辺において、入力操作を検出すると共にその検出結果に応じて特定の機能を実行可能に構成された
   投射型表示装置。
2. 前記投射レンズの略焦点距離の位置またはこれと光学的に共役の関係となる位置において、
   前記ライトバルブの有効エリアに対応する面形状は、第１の矩形状であり、
   前記撮像素子の有効エリアに対応する面形状は、前記第１の矩形状と中心位置が略同一で、かつ前記第１の矩形状よりも大きな第２の矩形状である
   請求項１に記載の投射型表示装置。
3. 投影面上に、
   前記投影エリアに対応する第１の検出エリアと、
   前記投影エリアの周辺部に対応する第２の検出エリアと
   を形成可能に構成された
   請求項２に記載の投射型表示装置。
4. 前記第２の検出エリアは、それぞれが前記入力操作に対応づけられた１または複数のチャンネル領域または位置座標を有する
   請求項３に記載の投射型表示装置。
5. 前記投影エリアの矩形状の４辺のそれぞれに対向して、前記チャンネル領域が１つ以上設けられている
   請求項４に記載の投射型表示装置。
6. 前記複数のチャンネル領域のうちの１のチャンネル領域において、一定時間内に複数回にわたって物体が検出された場合に、前記機能を実行する
   請求項４または請求項５に記載の投射型表示装置。
7. 前記複数のチャンネル領域のうちの１のチャンネル領域において、一定時間にわたって連続的に物体が検出された場合に、前記機能を実行する
   請求項４または請求項５に記載の投射型表示装置。
8. 前記複数のチャンネル領域のうちの１のチャンネル領域において物体が検出された後、一定時間内に他のチャンネル領域において物体が検出された場合に、前記機能を実行する
   請求項４または請求項５に記載の投射型表示装置。
9. 前記複数のチャンネル領域のうちの異なる２以上のチャンネル領域において、同時に物体が検出された場合に、前記機能を実行する
   請求項４または請求項５に記載の投射型表示装置。
10. 前記複数のチャンネル領域のうちの１のチャンネル領域と、前記第１の検出エリア内の選択的な領域とにおいて同時に物体が検出された場合に、前記機能を実行する
    請求項４または請求項５に記載の投射型表示装置。
11. 前記第１の検出エリアは、前記投影エリアのうちの選択的な映像表示エリアの周辺に、それぞれが前記入力操作に対応づけられた１または複数のチャンネル領域を有する
    請求項３に記載の投射型表示装置。
12. 前記投射レンズは、短焦点レンズである
    請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
13. 前記非可視光を出射する光源部が外筐に設けられている
    請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
14. 前記非可視光は、近赤外光である
    請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
15. 前記偏光分離素子は、偏光ビームスプリッタである
    請求項１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
16. 前記ライトバルブは、反射型液晶表示素子である
    請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
17. 前記偏光分離素子は、それぞれが光入射面または光出射面となる第１ないし第４の面を有すると共に、前記第１の面から入射した光のうちの前記第１の偏光成分を前記第２の面から出射し、前記第１の面から入射した光のうちの前記第２の偏光成分を前記第３の面から出射し、前記第２の面から入射した光のうちの前記第２の偏光成分を前記第４の面から出射し、かつ、前記第４の面から入射した光のうちの前記第１の偏光成分を前記第３の面から出射する、ように構成されている
    請求項１６に記載の投射型表示装置。
18. 前記投影光学系は、
    前記照明部が、前記照明光を前記偏光分離素子の前記第１の面に向けて出射し、
    前記ライトバルブが、前記照明光のうち、前記偏光分離素子の前記第２の面から出射した前記第１の偏光成分を変調し、その変調光を、前記偏光分離素子の前記第２の面に向けて出射し、
    前記投射レンズが、前記変調光のうち、前記偏光分離素子の前記第４の面から出射した光を、前記投影面に向けて投射する、ように構成されている
    請求項１７に記載の投射型表示装置。
19. 前記検出光学系は、
    縮小光学系に、前記投射レンズと前記偏光分離素子の前記第４の面および前記第３の面とを介して物体検出用の光が入射され、
    前記撮像素子に、前記縮小光学系から出射された光が入射する、ように構成されている
    請求項１８に記載の投射型表示装置。
20. 投射レンズと、照明光を映像信号に基づいて変調して前記投射レンズへ向けて出射するライトバルブと、前記ライトバルブと前記投射レンズとの間に配置された偏光分離素子と、前記ライトバルブと光学的に共役な位置に配置されると共に非可視光を受光する撮像素子とを備えた光学系により得られた撮像信号に基づき、投影エリアの周辺における特定の入力操作の有無を判定し、
    その判定結果に基づいて特定の機能を実行するように制御する
    機能制御方法。