JP2016220080A - 撮像装置及び投影システム - Google Patents

Abstract

【課題】時分割で各色画像を投影するタイプの投影装置によって投影された投影像を撮影する場合に、撮影された投影像のカラーバランスが崩れることを防止できる撮像装置及び投影システムを提供すること。【解決手段】投影装置が、異なる色の照明光に対応した各色画像を１回ずつ投影する場合を１サイクルとし、ｎを自然数として、ｎサイクルに相当する露光時間で、撮像素子６０が１枚の画像を取得するよう構成されているので、各色の投影像を均等に取り込むことができ、撮影された投影像のカラーバランスが崩れることを防止できる。【選択図】図１

Description

本発明は、画像を投影する投影装置に付随する撮像装置及びこれを備える投影システムに関するものであり、特に投影像の撮影が可能な撮像装置及び投影システムに関する。

近年、画像表示素子に表示された画像を投影光学系によってスクリーン上に拡大投影するプロジェクター（投影装置）には、単にパーソナルコンピューター（以下ＰＣとも呼ぶ）画面をスクリーンなどに投影するだけでなく、ホワイトボードなどにＰＣ画面を投影しながら、そこに手書きの文字を書き込み、その情報を画像として記録したり、発表者の動きを感知して投影画面のページを進ませるなどの、インタラクティブな機能の付いたものが出てきている。このような機能を達成するために、プロジェクターで投影した画面及び、その周辺を撮影するために撮像装置が用いられる。

このような、スクリーン上に画像を投影するだけでなくスクリーン上に表示された情報を撮像できる装置として、結像レンズを投影及び撮像に兼用するレンズを有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、複数色の光を時分割で出射する光源部と、各色成分に対応した画像を表示してその反射光で光像を形成するミラー素子と、ミラー素子で形成した光像を投影する投影レンズ部とを備える時分割色表示タイプのプロジェクターが知られている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、特許文献２のような時分割色表示タイプのプロジェクターで投影された画像を撮像する場合、複数の波長帯域の画像の重ね合わせで１つのカラー投影像を形成するので、このカラー投影像を撮影するには、撮像のタイミングを工夫しないと撮影された投影像のカラーバランスが崩れてしまう問題がある。

特開２００３−４４８３９号公報 特開２０１４−４８５４３号公報

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、時分割で各色画像を投影するタイプの投影装置によって投影された投影像、又は投影像とその周辺とを撮影する場合に、撮影された投影像のカラーバランスが崩れることを防止できる撮像装置及び投影システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る撮像装置は、複数の異なる波長帯域の光に対応した画像を時系列的に被投影面に投影する投影装置により投影された投影像、又は当該投影像を包括する領域を撮像する撮像装置であって、撮像光学系及び撮像素子を有し、異なる波長帯域の光に対応した画像を１回ずつ投影する場合を１サイクルとしたとき、撮像素子は、ｎを自然数としてｎサイクルに相当する露光時間で１枚の画像を取得するよう構成されている。

上記撮像装置では、撮像素子は、異なる波長帯域の光に対応した画像を１回ずつ投影する場合を１サイクルとし、ｎを自然数として、ｎサイクルに相当する露光時間で１枚の画像を取得するよう構成されているので、各色の投影像を均等に取り込むことができ、撮影画像のカラーバランスが崩れることを防止できる。

本発明の具体的な側面では、上記撮像装置において、投影装置は、複数の異なる波長帯域の光を時系列的に射出する光源部と、複数の異なる波長帯域の光に対応した画像を形成する画像表示部と、画像表示部からの光を被投影面に投影する投影光学系と、光源部と画像表示部を同期させるべく駆動制御する制御部とを有し、撮像素子の露光は、制御部からの信号に基づいて行われる。この場合、光源部が時分割で光源色を切り換えるものとなる。

本発明の別の側面では、撮像光学系と投影光学系とは兼用される単一の結像光学系であり、画像表示部と結像光学系との間に、画像表示部から結像光学系に向かう光の少なくとも一部を透過し、被投影面からの結像光学系を通過した光の少なくとも一部を反射させる光学素子が配置され、撮像素子は、画像表示部の表示面と共役な位置に配置されている。この場合、投影光学系をそのまま撮影光学系として使用することができ、低コストの撮像装置を実現できるだけでなく、投影像と撮影像との間に視差が生じることを防止できる。

本発明のさらに別の側面では、撮像素子の撮像面の対角方向の長さが画像表示部の表示面の対角方向の長さよりも長く、結像光学系は撮像素子の撮像面を包括する画角を有している。この場合、投影像の周辺を包括する広い領域を撮影することができる。

上記目的を達成するため、本発明に係る投影システムは、上述した撮像装置と、投影装置とが、同一の筐体内に配置されている。

本発明に係る第１実施形態の撮像装置を含む投影システムの光学的な概略構成を説明する図である。 図１に示す投影システムの概略の機能ブロック図である。 （Ａ）は図２等に示す投影システムのうち投影装置の概略動作を示すフローチャートである。（Ｂ）は図２等に示す投影システムのうち撮像装置の概略動作を示すフローチャートである。 図２等に示す投影システムの動作を説明するタイミングチャートである。 第２実施形態の撮像装置を含む投影システムの光学的な概略構成を説明する図である。

〔第１実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る第１実施形態の投影システムについて説明する。

図１に示すように、第１実施形態に係る投影システム１００は、画像の投影だけでなく投影像等の撮影を可能にするものであり、投影装置と撮像装置とを一体化したものである。なお、図示していないが、投影装置と撮像装置とは、同じ筐体内に配置される。この投影システム１００は、投影機能に関連する部分に着目した場合、投影装置と呼ぶことができ、撮影機能に関連する部分に着目した場合、撮像装置と呼ぶことができる。
投影システム１００は、光学系部分１Ａとして、図１に示すように、結像光学系１０と、光源部２０と、偏光ビームスプリッター３０と、投影画像を形成する画像表示部である反射型液晶素子４０と、偏光ミラー５０と、撮像素子６０とを備える。また、図２に示すように、投影システム１００は、駆動部分１Ｂとして、光源部２０と、画像表示部７２と、フォーカシング部７３と、撮像部７４と、記憶部７６と、制御部７５とを備える。図１に示す光学系部分１Ａにおいて、結像光学系１０と、光源部２０と、偏光ビームスプリッター３０と、反射型液晶素子４０とで、投影装置を構成している。また、結像光学系１０と、偏光ミラー５０と、撮像素子６０とで、撮像装置を構成している。
この投影システム１００は、外部装置であるパーソナルコンピューター８０と接続可能になっており、パーソナルコンピューター８０との間で画像信号等の授受が可能になっている。
なお、駆動部分１Ｂにおいて、光源部２０と、画像表示部７２と、フォーカシング部７３と、撮像部７４とは、光学系部分１Ａを構成する光学的部品を一部に含んでおり、光学系部分１Ａと一部共通するものとなっている。

結像光学系１０は、画像表示素子である反射型液晶素子４０から得られる像を拡大してホワイトボードその他の被投影面であるスクリーンＳＣ上に投影する。この結果、スクリーンＳＣ上には、反射型液晶素子４０に形成された画像に対応する投影像が形成される。結像光学系１０は、複数のレンズ群からなり、フォーカシングのために構成要素である一部のレンズ群１１を光軸ＳＡ方向に移動させることができるようになっている。また、結像光学系１０は、変倍機能を有していてもよい。
なお、結像光学系１０は、画像表示部７２からの光を投影する光学系と、投影像を撮像する光学系とを兼用するものとなっている。つまり、結像光学系１０は、スクリーン（被投影面）ＳＣ上の投影像等を撮像素子６０上に結像させる。

光源部２０は、光源色を時系列的に切り換えるタイプの照明系であり、３つの光源２１ａ，２１ｂ，２１ｃと、ダイクロイックミラー２２と、フィールドレンズ２３とを備える。３つの光源２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び青（Ｂ）の照明光Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂをそれぞれ射出する。各光源２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、図示を省略するが、例えばレーザーダイオード（ＬＤ）、ＬＥＤ等の発光素子を複数組み合わせた発光素子アレイと、発光素子アレイからの照明光を重畳させつつ射出するレンズとを有する。発光素子としてＬＤを用いる場合、各光源２１ａ，２１ｂ，２１ｃからは、偏光方向の揃った照明光を射出させることができるが、光の損失を許容するならば、偏光方向を揃える必要はない。なお、偏光方向が揃っていない場合、光源部２０と例えばフィールドレンズ２３との間に偏光変換素子を配置して照明光の偏光方向が揃うようにすることもできる。合成系２２は、赤（Ｒ）の光源２１ａからの赤色の照明光Ｋｒを反射するとともに他の色の照明光を透過させる第１ダイクロイックミラー２２ａと、緑（Ｇ）の光源２１ｂからの緑色の照明光Ｋｇを反射するとともに青（Ｂ）の光源２１ｃからの青色の照明光Ｋｂを透過させる第２ダイクロイックミラー２２ｂとを備える。フィールドレンズ２３は、第１ダイクロイックミラー２２ａから射出される各色の照明光Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂを収束させつつ偏光ビームスプリッター３０に入射させる。

偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）３０は、一対の光透過性を有する直角プリズムを貼り合わせたものであり、貼合わせ面において、一方の直角プリズムの光軸ＳＡに対して４５°傾いた斜面には、光源部２０から入射した所定方向の直線偏光（具体的にはＳ偏光）を反射させる偏光分離膜からなる偏光分離面３１が形成されている。偏光ビームスプリッター３０は、光源部２０から射出された第１の偏光であるＳ偏光の照明光Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂを偏光分離面３１で反射し、後述する反射型液晶素子４０に入射させる。また、この反射型液晶素子４０から射出された第２の偏光（第１の偏光と直交する偏光）であるＰ偏光の変調光を透過させ、結像光学系１０に入射させる。

反射型液晶素子４０は、照明光Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂに対応した画像の投影光Ｋ１を形成する画像表示素子であり、特に空間的な反射率を変化させることによって照明光から投影光を形成する点で光変調素子と言える。反射型液晶素子（画像表示素子）４０は、片面に画像形成用の表示面４０ａを有する板状の電子部品からなる。この反射型液晶素子４０は、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）とも称されるマイクロディスプレイであり、シリコンチップの表面に直接回路が形成され対向基板との間に液晶層を挟み込んだものである。反射型液晶素子４０は、液晶層に対し駆動信号に応じた電圧が画素毎に印加されると、液晶分子の配列を変化させることで照明光を変調し、反射によって所望の画像を表示するものである。この際、偏光分離面３１を基準とする第１の偏光であるＳ偏光を照明光として反射型液晶素子４０に入射させる場合、偏光分離面３１を基準とする第２の偏光であるＰ偏光で反射型液晶素子４０から投影光Ｋ１として反射される。

偏光ミラー５０は、光軸ＳＡに対して４５°傾いた光透過性を有する平板の一方の表面に偏光分離膜からなる偏光分離面５１を形成した光学素子である。偏光ミラー５０は、反射型液晶素子（画像表示素子）４０から偏光ビームスプリッター３０を介して入射した第２の偏光であるＰ偏光の投影光Ｋ１を略そのまま透過させるとともに、結像光学系１０によるスクリーンＳＣ上の投影像を含む被写体像のうち第１の偏光であるＳ偏光成分の被写体光Ｋ２を反射させ、撮像素子６０に入射させる。なお、偏光ミラー５０と結像光学系１０との間に１／４波長板を配置することが好ましい。

撮像素子６０は、スクリーンＳＣ上の投影像を含む被写体像を撮像するＣＭＯＳ型のイメージセンサーである。撮像素子６０は、偏光ミラー（光学素子）５０に対向して偏光ミラー５０から分岐された光路上に配置されており、結像光学系１０から見て反射型液晶素子４０と共役な配置となっている。これにより、撮像素子６０の光電変換部である撮像面６０ａ上には、結像光学系１０によって形成されたスクリーンＳＣ上の画像又はスクリーンＳＣ上及びその周辺の画像が殆どフォーカスズレのない状態で結像される。つまり、撮像素子６０の撮像面６０ａ上には、撮像光学系としても用いられる結像光学系１０によって、スクリーンＳＣ上の投影画像等が精密に縮小投影される。撮像素子６０によってカバーされる画角又は面積は、投影像を包括する領域からの情報を広く取り込むべく、反射型液晶素子４０によってスクリーンＳＣ上に投影される投影像（表示範囲）の画角又は面積よりも広くなっている。つまり、撮像素子６０に設けた矩形の撮像面６０ａの対角方向の長さは、反射型液晶素子４０に設けた矩形の表示面４０ａの対角方向の長さよりも、所定以上長くなっており、結像光学系１０は、撮像素子６０の撮像面６０ａを包括する画角を有している。
なお、撮像素子６０は、上述のＣＭＯＳ型のイメージセンサーに限るものでなく、ＣＣＤその他を適用したものであってもよい。

図２に示す光源部２０は、図１に示す３つの光源２１ａ，２１ｂ，２１ｃを一部として含むとともに、これらを駆動する光源駆動回路を備える。この光源駆動回路により、制御部７５からの指令に基づいて３つの光源２１ａ，２１ｂ，２１ｃを周期的に順次点灯させることができる。つまり、光源部２０は、３つの異なる波長帯域の光である赤、緑、及び青の照明光Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂを制御部７５の制御下で時系列的に出射する。ここで、赤、緑、及び青を一組とする照明光Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂの時系列的な点灯動作、つまり異なる波長帯域の光についての１回ずつの点灯動作を光源の１サイクルと呼び、この１サイクルは、光学系部分１Ａによるカラー画像の投影の１フレームに相当するものとなっている。

画像表示部７２は、図１に示す反射型液晶素子４０のほかに、画像処理部７２ａを有する。画像処理部７２ａは、制御部７５からの指令に基づいて反射型液晶素子４０を適宜動作させるが、その際、制御部７５から受け取った映像信号又は画像信号に対して必要な画像処理を施して反射型液晶素子４０に画像処理後の画像の表示動作を行わせる。画像処理部７２ａは、上記画像処理を行う部分であり、例えば投影画像について台形歪を補正することができ、投影画像の階調、色バランス等を補正することもできる。なお、画像表示部７２による表示動作は、光源部２０の点灯動作と同期をとったものとなっており、光源の１サイクルを構成する赤、緑、及び青の照明光Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂ（光源色）に対応させて、各色の照明光Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂに照らされる反射型液晶素子４０の表示状態を赤、緑、及び青に対応するものに順次切り替える。この結果、結像光学系１０を介してスクリーンＳＣ上にカラーの投影像が形成される。
画像処理部７２ａで行われる台形歪の補正は、撮像素子６０から得た画像から台形歪の状態を検出した結果に基づいて行うことができる。この場合、画像処理部７２ａは、撮影された画像から投影像の台形歪状態を評価し、これを補償するような画像処理によって投影画像について台形歪の補正を行うことができる。

フォーカシング部７３は、制御部７５からの指令に基づいて結像光学系１０に付帯する駆動機構を動作させることによって、所定のレンズ群１１を移動させることができ、結像光学系１０にフォーカシング動作を行わせる。ここで、フォーカシング部７３は、撮像素子６０から得た画像からフォーカス状態を検出することができる。なお、フォーカシング部７３は、専用のフォーカスセンサーを有するものであってもよく、この場合、撮像素子６０とは独立してスクリーンＳＣ上に投影された画像のフォーカス状態及びそのずれ方向を検出すればよい。

撮像部７４は、制御部７５からの指令に基づいてこれに内蔵された撮像素子６０（図１参照）を適宜動作させる。具体的には、撮像部７４は、検出したデジタル画素信号を制御部７５へ出力したり、制御部７５から撮像素子６０を駆動するための電圧や、クロック信号、トリガー信号等の供給を受けたりすることによって、撮像素子６０に検出動作又は撮像動作を行わせている。撮像部７４は、図１に示す撮像素子６０のほかに、画像処理部７４ａを有する。画像処理部７４ａは、撮像素子６０から受け取った撮像信号に対して必要な画像処理を施して制御部７５に出力する。画像処理部７４ａは、例えば撮影画像について台形歪を補正することができ、撮影画像の階調、色バランス等を補正することもできる。なお、撮像部７４による撮影の露光時間は、スクリーンＳＣの明るさ等の条件に応じて適宜設定されるが、画像表示部７２による表示動作が赤、緑、及び青を順次切り替えるものであることから、これに応じて光源又は表示動作の１サイクルを単位として露光時間が設定される。このように、光源又は表示動作のｎサイクル（ｎは自然数）を露光時間とすることにより、撮影画像のカラーバランスが崩れることを防止できる。

制御部７５は、これに組み込まれたプログラムや不図示の操作部からの指示に基づいて、光源部２０、画像表示部７２、フォーカシング部７３、撮像部７４等の動作を管理しており、これらを統括的に動作させることができる。制御部７５は、例えば外部から入力されたビデオ信号その他の画像信号又は画像データに基づいて画像表示部７２に対して駆動信号や画像信号を出力し、反射型液晶素子４０に表示動作を行わせる。この際、制御部７５は、光源部２０にトリガー信号を出力することで、３つの光源２１ａ，２１ｂ，２１ｃの点灯タイミングを制御する。また、制御部７５は、撮像部７４から得た撮像信号又は撮像データを記憶部７６に保管したり、対応する表示をディスプレイ７７に行わせたりすることもできる。この際、制御部７５は、撮像部７４から得た撮像信号又は撮像データに基づいてインタラクティブな動作を可能にする。具体的には、制御部７５は、撮像データに基づいてスクリーンＳＣの周辺にいる発表者の手の動きの方位や速度を感知することができ、発表者の手の動きが投影像又は投影画面のページを進ませることを指示するものであれば、投影像又は投影画面のページを進ませるなどのインタラクティブな表示動作を可能にする。

以下、図３（Ａ）及び３（Ｂ）を参照して、図１に示す投影システム１００の動作について説明する。

まず図３（Ａ）を参照して投影動作について説明する。ユーザーよって投影システム１００の動作スイッチがＯＮにされた場合、制御部７５は、投影系の動作を開始させる（ステップＳ１１）。具体的には、光源部２０、画像表示部７２、フォーカシング部７３等の動作状態を初期化して、パーソナルコンピューター８０等の外部装置からの画像信号を受け付けて直ちに投影可能な状態とする。
この状態で、制御部７５は、パーソナルコンピューター８０等の外部装置が接続されたか否かを判断し（ステップＳ１２）、外部装置が接続されるまで待機する（ステップＳ１２でＮ）。
制御部７５は、これにパーソナルコンピューター８０等の外部装置が接続されていると判断した場合（ステップＳ１２でＹ）、外部装置から画像データの読み込みを開始する（ステップＳ１３）。
制御部７５は、外部装置から読み込んだ画像データを画像表示部７２に転送して、画像処理部７２ａにて画像処理を行わせるとともに反射型液晶素子４０に画像処理後の画像の表示動作を行わせる。これと並行して、制御部７５は、画像表示部７２から表示に関する同期信号を受け取って光源部２０にトリガー信号を出力することによって、３つの光源２１ａ，２１ｂ，２１ｃに順次点灯動作を行わせる。具体的には、制御部７５は、第１のタイミングとして、反射型液晶素子４０を赤色の画像表示状態とし、赤色の光源２１ａをオンにする。これにより、光源２１ａが点灯して赤の照明光Ｋｒが反射型液晶素子４０に入射し、反射型液晶素子４０から、赤色の画像に対応する投影光Ｋ１が射出され、スクリーンＳＣ上に結像光学系１０を介して赤色の投影像が投射される（ステップＳ１４）。次に、制御部７５は、第２のタイミングとして、反射型液晶素子４０を緑色の画像表示状態とし、緑色の光源２１ｂをオンにする。これにより、光源２１ｂが点灯して緑の照明光Ｋｇが反射型液晶素子４０に入射し、反射型液晶素子４０から、緑色の画像に対応する投影光Ｋ１が射出され、スクリーンＳＣ上に結像光学系１０を介して緑色の投影像が投射される（ステップＳ１５）。その後、制御部７５は、第３のタイミングとして、反射型液晶素子４０を青色の画像表示状態とし、青色の光源２１ｃをオンにする。これにより、光源２１ｃが点灯して青の照明光Ｋｂが反射型液晶素子４０に入射し、反射型液晶素子４０から、青色の画像に対応する投影光Ｋ１が射出され、スクリーンＳＣ上に結像光学系１０を介して青色の投影像が投射される（ステップＳ１６）。このような一連の処理（ステップＳ１４〜Ｓ１６）により、１フレーム分のカラー画像がスクリーンＳＣ上に投影される。つまり、スクリーンＳＣ上では、各色の投影サイクルが高速であるので、観察者は、スクリーンＳＣ上で、各色の投影像が重畳されたカラー画像として認識される。
以上の１フレームの表示完了後（ステップＳ１６後）、制御部７５は、パーソナルコンピューター８０等の外部装置が接続されたままか否かを判断し（ステップＳ１７）、外部装置が接続されたままの場合（ステップＳ１７でＹ）、ステップＳ１３に戻ってカラー画像の投影を繰り返す（ステップＳ１３〜Ｓ１６）。
制御部７５は、パーソナルコンピューター８０等の外部装置が接続されていないと判断した場合（ステップＳ１７でＮ）、投影系の動作を終了させる（ステップＳ１８）。具体的には、光源部２０、画像表示部７２、フォーカシング部７３等の動作を停止させ、スクリーンＳＣに投影光を投射する動作を終了する。

図３（Ｂ）を参照して撮像動作について説明する。投影システム１００において投影動作が行われているとき（ステップＳ２１でＹ）、制御部７５は、撮像素子６０にスクリーンＳＣ上及びその周辺の画像の撮影を行わせる（ステップＳ２２）。具体的には、制御部７５は、画像表示部７２から表示に関する同期信号を受け取って、撮像部７４に撮影開始のトリガー信号を出力するとともに撮影終了のトリガー信号を出力する。これにより、光源色の切り替えに同期させた撮影が可能になる。具体的には、投影色又は光源色である赤、緑、及び青が一組で順次変化する１サイクルを基準として、ｎサイクル（ｎは自然数）の期間又は露光時間での撮影が行われて１枚分の画像を取得することができる。この結果、各色の投影光Ｋ１によってスクリーンＳＣ上に形成された投影像、つまりｎフレーム分のカラー画像がそのままのバランスで撮影されるので、撮影画像のカラーバランスが崩れることを防止できる。
その後、制御部７５は、ステップＳ２２で撮像素子６０によって得た撮影画像の画像データに対して補正処理を行って記憶部７６に保管する（ステップＳ２３）。この際、制御部７５は、記憶部７６に保管した画像データに対応する画像をディスプレイ７７に表示させることもできる。さらに、記憶部７６に保管した画像データをパーソナルコンピューター８０に転送することもできる。

以上の撮影及び保管の完了後（ステップＳ２３後）、制御部７５は、投影システム１００において投影動作が継続されているか否かを判断し（ステップＳ２４）、投影動作が継続されている場合（ステップＳ２４でＹ）、ステップＳ２２に戻って撮像素子６０にスクリーンＳＣ上及びその周辺の画像の撮影を繰り返させる（ステップＳ２２、Ｓ２３）。なお、撮像素子６０によって撮影された画像については、画像処理によって経時的な変化を分析することができ、例えばスクリーンＳＣの周辺にいる発表者の手の動きが何らかの指示を意図するか否かを判断することができる。このような分析又は判断結果は、インタラクティブな表示動作に利用される。

図４は、投影システム１００による投影動作と撮像動作とを説明するタイミングチャートである。符号ＳＧ１は、光源２１ａの点灯や照明光Ｋｒで照明された反射型液晶素子４０による赤色画像の投影タイミングを示し（投影時ＯＮで非投影時ＯＦＦ）、符号ＳＧ２は、光源２１ｂの点灯や照明光Ｋｇで照明された反射型液晶素子４０による緑色画像の投影タイミングを示し（投影時ＯＮで非投影時ＯＦＦ）、符号ＳＧ３は、光源２１ｃの点灯や照明光Ｋｂで照明された反射型液晶素子４０による青色画像の投影タイミングを示す（投影時ＯＮで非投影時ＯＦＦ）。
符号ＳＧ４は、撮像素子６０の露光時間（シャッタータイミング）を示している（露光時ＯＮで非露光時ＯＦＦ）。この場合、露光時間Ｔｘは、ＣＭＯＳ等における電荷蓄積時間に対応するものであり、一組の光源２１ａ，２１ｂ，２１ｃの点灯の１サイクル期間又は撮影画像の１フレーム期間に略等しくなっている。なお、１サイクルにおける一組の光源２１ａ，２１ｂ，２１ｃの点灯期間は、正確な１サイクルの期間よりもサイクルのインターバル又は切り替わり分ΔＴだけ僅かに短くなっている。露光時間Ｔｘがこのように切り替わり分ΔＴだけ短くなっている場合も、露光時間Ｔｘは実施的に１サイクルの期間と考える。

図４では、露光時間Ｔｘが１フレーム期間に相当する例を示したが、露光時間Ｔｘは、１フレーム期間の自然数倍とすることができ、この場合も、撮影画像のカラーバランスを簡易に確保することができる。また、以上では、露光時間Ｔｘが赤色画像の投影タイミングからスタートしているが、露光時間Ｔｘは、緑色や青色の投影タイミングからスタートさせることもできる。また、より露光バラツキの無い画像を得るために、所謂ＩＳＯ感度の変更をおこなってもよい。
なお、撮影又は露光は、ｎサイクル単位であるが、複数回の撮影を行う場合、複数回の撮影は、連続的に行われるものに限らず、１フレーム又は複数フレームの休止期間を挟んで間欠的に行われるものであってもよい。

以上で説明した、第１実施形態の投影システム１００によれば、撮像素子６０が、異なる色の照明光Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂを１回ずつ投影する場合を１サイクルとし、ｎを自然数として、ｎサイクルに相当する露光時間で１枚の画像を取得するよう構成されているので、各色の投影像を均等に取り込むことができ、撮影画像のカラーバランスが崩れることを防止できる。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態の投影システムの構造等について説明する。なお、第２実施形態の投影システムは第１実施形態の投影システムを変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態と同様である。

図５は、第２実施形態に係る投影システム１００の光学系部分１Ａを説明する図であり、図１に対応するものとなっている。この場合、図１の反射型液晶素子４０に代えてデジタルマイクロミラーデバイス１４０を用いている。これに合わせて、偏光ビームスプリッター３０に代えて全反射プリズム１３０が用いられている。デジタルマイクロミラーデバイス１４０は、画素に対応するとともに傾斜可能な多数のミラーを２次元的に配列したものであり、全反射プリズム１３０から入射した照明光Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂを結像光学系１０に向けたり結像光学系１０から逸らしたりするオン・オフ動作が可能である。全反射プリズム１３０は、一対のプリズム３９ａ，３９ｂからなり、一方のプリズム３９ａの斜面３９ｃで照明光Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂを全反射して光軸ＳＡに対して傾いた方向からデジタルマイクロミラーデバイス１４０に導くことができるが、デジタルマイクロミラーデバイス１４０から光軸ＳＡに沿った正面方向への反射光を透過させ結像光学系１０に入射させることができるようになっている。
なお、光源部２０の光源２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、偏光していない照明光Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂを射出する。ただし、光源部２０の光源２１ａ，２１ｂ，２１ｃから偏光した照明光を射出させてもよい。

本実施形態の場合、図１の偏光ミラー５０に代えてハーフミラー１５０を用いている。本実施形態の場合、デジタルマイクロミラーデバイス１４０を用いているので、原則として偏光していない投影光Ｋ１が形成されるので、偏光ミラー５０に代えてハーフミラー１５０の透過率及び反射率を適宜設定することにより、投影光Ｋ１を透過させつつ、スクリーンＳＣ上の投影像を含む被写体光Ｋ２を反射させて撮像素子６０に導くことが可能になる。撮像素子６０は、ハーフミラー１５０で被写体光Ｋ２が減光されても、感度を高めたり露光時間を長くしたりすることで十分な明るさの画像を得ることができる。

第２実施形態の投影システム１００でも、撮像素子６０が、異なる色の照明光Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂを１回ずつ投影する場合を１サイクルとし、ｎを自然数として、ｎサイクルに相当する露光時間で１枚の画像を取得するよう構成されているので、各色の投影像を均等に取り込むことができ、撮影画像のカラーバランスが崩れることを防止できる。

以上、実施形態に係る光源装置等について説明したが、本発明に係る光源装置等は、上記のものには限られない。例えば、上記実施形態では、光源部２０を３つの色の異なる光源２１ａ，２１ｂ，２１ｃで構成したが、光源部２０を白色光源から構成することもできる。この場合、３つの色に切り替え可能なカラーフィルターを設け、カラーフィルターの切り替えに対応して反射型液晶素子４０で各色の画像表示を切り換えることになる。この場合も、各色の画像を投影する１サイクルを基準としてｎサイクルの露光時間で１枚の画像を取得すればよい。

また、光源部２０は、励起光源で蛍光体を照明して蛍光を得るようなものであってもよい。すなわち、例えば励起光源からの励起光を受けて赤色の光を発光する蛍光体、緑色の光を発光する蛍光体、青色の光を発光する蛍光体を環状に形成した蛍光体ホイールを用いることができる。

以上では、照明又は各色投影の１サイクルを赤、緑、及び青の３色で構成したが、１サイクルを例えば赤、緑、黄、及び青の４色で構成してもよい。

画像表示部として、反射型液晶素子４０に代えて画像に応じて２次元的な透過率を変化させる透過型の液晶素子を用いてもよい。

以上では、結像光学系１０が、画像表示部７２からの光を投影する光学系と、投影像を撮像する光学系とを兼用するものとなっているが、これら光学系を投影光学系と撮像光学系とに独立させた別体としてもよい。

１Ａ…光学系部分、 １Ｂ…駆動部分、 １０…結像光学系、 ２０…光源部、 ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…光源、 ２２…ダイクロイックミラー、 ２２ａ…ダイクロイックミラー、 ２３…フィールドレンズ、 ３０…偏光ビームスプリッター、 ４０…反射型液晶素子、 ４０ａ…表示面、 ５０…偏光ミラー、 ５１…偏光分離面、 ６０…撮像素子、 ６０ａ…撮像面、 ７２…画像表示部、 ７２ａ…画像処理部、 ７４…撮像部、 ７４ａ…画像処理部、 ７５…制御部、 ８０…パーソナルコンピューター、 １００…投影システム、 Ｋ１…投影光、 Ｋ２…被写体光、 Ｋｒ，Ｋｇ，Ｋｂ…照明光、 ＳＡ…光軸、 ＳＣ…スクリーン

Claims (5)

1. 複数の異なる波長帯域の光に対応した画像を時系列的に被投影面に投影する投影装置により投影された投影像、又は当該投影像を包括する領域を撮像する撮像装置であって、
   撮像光学系及び撮像素子を有し、
   前記異なる波長帯域の光に対応した画像を１回ずつ投影する場合を１サイクルとしたとき、
   前記撮像素子は、ｎを自然数としてｎサイクルに相当する露光時間で１枚の画像を取得するよう構成されていることを特徴とする撮像装置。
2. 前記投影装置は、前記複数の異なる波長帯域の光を時系列的に射出する光源部と、前記複数の異なる波長帯域の光に対応した画像を形成する画像表示部と、前記画像表示部からの光を被投影面に投影する投影光学系と、前記光源部と前記画像表示部を同期させるべく駆動制御する制御部とを有し、
   前記撮像素子の露光は、前記制御部からの信号に基づいて行われることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記撮像光学系と前記投影光学系とは兼用される単一の結像光学系であり、
   前記画像表示部と前記結像光学系との間に、前記画像表示部から前記結像光学系に向かう光の少なくとも一部を透過し、被投影面からの前記結像光学系を通過した光の少なくとも一部を反射させる光学素子が配置され、
   前記撮像素子は、前記画像表示部の表示面と共役な位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記撮像素子の撮像面の対角方向の長さが前記画像表示部の表示面の対角方向の長さよりも長く、前記結像光学系は前記撮像素子の撮像面を包括する画角を有していることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の撮像装置と、
   前記投影装置とが、同一の筐体内に配置されていることを特徴とする投影システム。

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