JP2020020818A - Light source device and projection display device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プロジェクターに関する発明である。特に撮像装置付のプロジェクターに関する。 The present invention relates to a projector. In particular, it relates to a projector with an imaging device.
近年、スクリーンからの光を撮像して、その画像情報をもとにポインティングデバイス機能や撮影機能などの付加機能を持ったプロジェクターが提案されている。このようなプロジェクターとして例えば特許文献1に示されたようなものがある。 In recent years, a projector that captures light from a screen and has additional functions such as a pointing device function and a photographing function based on the image information has been proposed. As such a projector, for example, there is a projector as disclosed in Patent Document 1.
上記のようなプロジェクターは特に最近、教育現場で用いられるケースが増えてきている。このようなケースでは、狭い教壇周りのスペースを有効に活用するため、また、プレゼンテーションを教員がまぶしくならないよう広角かつハイシフトな投射形態とするのが一般的である。 Particularly in recent years, such projectors have been increasingly used in educational sites. In such a case, it is common to use a wide-angle, high-shift projection form in order to make effective use of the space around the narrow teaching platform and to prevent the faculty from dazzling the presentation.
しかしながら、特許文献1に示されるように、投射光学系と撮像光学系を独立して配置する技術を用いた場合、投射距離を変えた時、投射と撮像の範囲が距離によって大きくずれてしまうため、設置し直すたびにキャリブレーション作業をする必要が生じるという問題があった。 However, as shown in Patent Literature 1, when a technique of independently arranging the projection optical system and the imaging optical system is used, when the projection distance is changed, the range of projection and imaging greatly shifts depending on the distance. However, there is a problem that it is necessary to perform a calibration operation every time the device is re-installed.
上記の課題を解決するために、本発明に係る投射型表示装置は、
画像表示素子と、
画像表示素子の像を投射面に拡大投射する投射光学系と、
撮像装置と、
を少なくとも備えた投射型表示装置であって、
前記投射光学系は、有限の焦点距離を有した反射面を有しており、
前記撮像装置は、前記投射面からみて前記反射面の反対側に配置されており、
前記反射面は投射光は反射し、撮像光は透過する特性を有していることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the projection display device according to the present invention is,
An image display element,
A projection optical system for enlarging and projecting the image of the image display element on the projection surface,
An imaging device;
A projection display device comprising at least
The projection optical system has a reflecting surface having a finite focal length,
The imaging device is disposed on the opposite side of the reflection surface when viewed from the projection surface,
The reflection surface has a characteristic of reflecting projection light and transmitting imaging light.
本発明によれば、投射距離が変わってもキャリブレーションが不要で、かつ画面全体に解像度が均一な撮像システムを有したプロジェクターを提供することが可能である。 According to the present invention, it is possible to provide a projector that does not require calibration even if the projection distance changes and has an imaging system with a uniform resolution over the entire screen.
以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments for implementing the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施例)
図1は、本発明の撮像装置付きプロジェクターの実施形態の構成を示す模式図である。
(Example)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an embodiment of a projector with an imaging device according to the present invention.
1は画像表示素子であり、光源および照明光学系(図示せず)により照明されており、照明光を画像信号に応じた画像光に変換して投射光学系に導く。 Reference numeral 1 denotes an image display element, which is illuminated by a light source and an illumination optical system (not shown), converts illumination light into image light corresponding to an image signal, and guides it to a projection optical system.
屈折光学系2と反射光学面3は合わせて投射光学系をなしている。画像表示素子1から発した画像光は屈折光学系2をへて反射光学面3に入射、反射されてスクリーン(図示せず)上に画像表示素子の拡大像を投射する。本実施例に置いては屈折光学系2は、レンズ内部に中間結像を持つレンズであり、広角でありながら、良好な収差補正を小径なレンズで達成している。 The refracting optical system 2 and the reflecting optical surface 3 together form a projection optical system. The image light emitted from the image display device 1 enters the reflection optical surface 3 through the refraction optical system 2 and is reflected and projects an enlarged image of the image display device on a screen (not shown). In the present embodiment, the refractive optical system 2 is a lens having an intermediate image inside the lens, and achieves good aberration correction with a small-diameter lens while having a wide angle.
一方、反射光学面3は凸面鏡であり、屈折光学系射出後の光をさらに画角を強めて反射させることで、広角度合いを強めているものである。このような構成とすることで、広角投射のプロジェクターを小型でかつ高性能で実現することができる。 On the other hand, the reflection optical surface 3 is a convex mirror, and the light after exiting the refraction optical system is further reflected at an increased angle of view to enhance the wide angle. With such a configuration, a wide-angle projection projector can be realized with a small size and high performance.
一方、反射光学面3の屈折光学系2と反対側には撮像レンズ4が配置されている。撮像レンズ4はその撮影方向が、屈折光学系3によって反射された投射光学系の投射方向と略一致するように設置されている。反射光学面3は投射光学系から発せられる光束は反射し、撮像光学系が取込む光は透過する特性を有している。 On the other hand, an imaging lens 4 is arranged on the opposite side of the reflective optical surface 3 from the refractive optical system 2. The imaging lens 4 is installed so that its shooting direction substantially matches the projection direction of the projection optical system reflected by the refraction optical system 3. The reflecting optical surface 3 has such a property that a light beam emitted from the projection optical system is reflected, and light taken in by the imaging optical system is transmitted.
このような構成を実現する反射光学面3の反射特性を図2および図3に例示する。 2 and 3 show the reflection characteristics of the reflection optical surface 3 which realizes such a configuration.
図2(a)は、反射光学面3の反射特性の第1の例であり、赤外光を透過し、可視光を反射する特性となっている。投射光束を可視光とし、撮像装置の感度を赤外光にすることで本発明の構成が実現可能である。この構成は、可視光を撮像することはできないが、投射光としてあらゆる偏光、波長が使用できる。 FIG. 2A shows a first example of the reflection characteristic of the reflection optical surface 3, which transmits infrared light and reflects visible light. The configuration of the present invention can be realized by setting the projection light beam to visible light and setting the sensitivity of the imaging device to infrared light. Although this configuration cannot image visible light, any polarization and wavelength can be used as projection light.
図2(b)は、反射光学面3の反射特性の第2の例であり、s偏光を反射し、p偏光を透過する、所謂偏光ビームスプリッターの特性を有している。投射光束をs偏光とし、撮像光はp偏光を用いることで本発明の構成が実現可能である。液晶プロジェクターなど投射光束が偏光している場合に好適である。 FIG. 2B is a second example of the reflection characteristics of the reflection optical surface 3, and has a so-called polarization beam splitter characteristic of reflecting s-polarized light and transmitting p-polarized light. The configuration of the present invention can be realized by using s-polarized light for the projection light beam and p-polarized light for the imaging light. It is suitable when the projection light beam is polarized, such as in a liquid crystal projector.
図2(c)は、反射光学面3の反射特性の第3の例であり、可視域全域において反射率が約50%の特性を有している。これにより投射光束を反射させつつ、撮像光も取り込むことが可能である。この構成は投射光束、撮像光束ともに波長や偏光に依存する必要がなくどちらも可視域全域を用いることができるというメリットがある。 FIG. 2C shows a third example of the reflection characteristic of the reflection optical surface 3, which has a characteristic of a reflectance of about 50% in the entire visible region. Thus, it is possible to capture the imaging light while reflecting the projection light flux. This configuration has an advantage that the projection light flux and the imaging light flux do not need to depend on the wavelength or the polarization, and both can use the entire visible range.
図3は、反射光学面3の反射特性の第4の例であり、赤、緑、青の3原色をそれぞれ透過域と反射域に分けた櫛型の反射特性を有している。本事例においては投射光学系の光源を図4のようなスペクトルとすることが好ましい。具体的にはレーザー光源やLED光源を用いることでこのような特性を実現することが可能である。このような構成とすることで投射光、撮像光共に3原色の光を用いることが出来るものである。 FIG. 3 shows a fourth example of the reflection characteristic of the reflection optical surface 3, which has a comb-shaped reflection characteristic in which the three primary colors of red, green, and blue are respectively divided into a transmission region and a reflection region. In this case, it is preferable that the light source of the projection optical system has a spectrum as shown in FIG. Specifically, such characteristics can be realized by using a laser light source or an LED light source. With such a configuration, light of three primary colors can be used for both the projection light and the imaging light.
これらは反射光学面3の特性の限られた例である。当然のことながら、撮像光を透過させ投射光を反射させる特性であれば上記に限られたものではない。また、上記の例を複合したような特性でも可能である。 These are limited examples of the characteristics of the reflective optical surface 3. Naturally, the present invention is not limited to the above as long as it has characteristics of transmitting imaging light and reflecting projection light. Further, a characteristic such as a combination of the above examples is also possible.
さて、本実施例においては反射光学面3は凹メニスカスレンズ6の1面として構成されている。凹メニスカスレンズ6は非球面レンズであり、撮像光学系4の光学系の一部をなしている。すなわち反射光学面3は投射光学系としては凸面鏡として光線を拡大反射する効果を発揮すると共に撮像光学系としては凹メニスカスレンズの1面として広角化を実現しているのである。つまり、単なる平面反射面で合成するのではなく、屈折力を有した面を介して投射光学系と撮像光学系を共用することにより、部品点数の削減やスペース節約による大幅な小型化を実現するものである。 Now, in this embodiment, the reflecting optical surface 3 is configured as one surface of the concave meniscus lens 6. The concave meniscus lens 6 is an aspheric lens and forms a part of the optical system of the imaging optical system 4. That is, the reflecting optical surface 3 functions as a convex mirror as a projection optical system to exhibit the effect of expanding and reflecting light rays, and as an imaging optical system, realizes a wide angle as one surface of a concave meniscus lens. In other words, the projection optical system and the imaging optical system are shared via a surface having a refractive power, rather than simply combining them with a plane reflecting surface, thereby realizing a significant reduction in the number of components and space saving. Things.
本実施例の構成では、撮像光学系と投射光学系が同じ軸を共有しているため、投射距離を変えても常に同じ位置を撮像光学系が観測することになり、設置の度にキャリブレーションをする必要がない。 In the configuration of the present embodiment, since the imaging optical system and the projection optical system share the same axis, the imaging optical system always observes the same position even when the projection distance is changed, and the calibration is performed every time the camera is installed. You don't have to.
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本実施例では凸面鏡を介して投射光学系と撮像光学系の共用を実現しているが、異なるタイプのレンズ構成を用いることで凹面を鏡面として投射光学系と撮像光学系の共用を実現することが可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, it goes without saying that the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist. For example, in this embodiment, the projection optical system and the imaging optical system are shared through the convex mirror, but by using different types of lens configurations, the projection optical system and the imaging optical system are shared with the concave surface as a mirror surface. It is possible to
1 画像表示素子、2 屈折光学系、3 反射光学系、4 撮像光学系、
5 撮像素子、6 凹メニスカスレンズ
1 image display element, 2 refraction optical system, 3 reflection optical system, 4 imaging optical system,
5 image sensor, 6 concave meniscus lens
Claims (11)
前記投射光学系は、有限の焦点距離を有した反射面を有しており、
前記撮像装置は、前記投射面からみて前記反射面の反対側に配置されており、
前記反射面は投射光は反射し、撮像光は透過する特性を有していることを特徴とする投射型表示装置。 An image display element, a projection optical system for enlarging and projecting an image of the image display element onto a projection surface, and an imaging device, a projection display device including at least:
The projection optical system has a reflecting surface having a finite focal length,
The imaging device is disposed on the opposite side of the reflection surface when viewed from the projection surface,
The projection type display device, wherein the reflection surface has a characteristic of reflecting projection light and transmitting imaging light.
反射面の反対側の面は屈折面であって、
撮像装置の撮像光学系が前記レンズ素子を含むことを特徴とする投射型表示装置。 The reflection surface is a mirror surface formed on one side of the lens element,
The surface opposite the reflection surface is a refraction surface,
A projection display device, wherein an imaging optical system of the imaging device includes the lens element.
前記反射面から撮像光学系の入射瞳までの距離をECとしたとき、
0.2 < EP/EC < 2.0
であることを特徴とする投射型表示装置。 EP, the distance from the reflecting surface to the entrance pupil of the projection optical system,
When the distance from the reflecting surface to the entrance pupil of the imaging optical system is EC,
0.2 <EP / EC <2.0
A projection type display device characterized by the following.
反射特性を有した波長帯域を含んだ光源を投射光学系が用いていることを特徴とする投射型表示装置。 The reflecting surface has both transmission characteristics and reflection characteristics in each of the three primary colors,
A projection display device, wherein a projection optical system uses a light source including a wavelength band having reflection characteristics.
前記投射光学系と撮像装置は少なくとも光学素子を共有しており、
前記撮像装置は、前記投射面からみての前記光学素子の反対側に配置されており、
前記光学素子は投射光は反射し、撮像光は透過する特性を有しているとともに投射光と撮像光に対して異なる作用を有していることを特徴とする投射型表示装置。 An image display element, a projection optical system for enlarging and projecting an image of the image display element onto a projection surface, and an imaging device, a projection display device including at least:
The projection optical system and the imaging device share at least an optical element,
The imaging device is disposed on the opposite side of the optical element as viewed from the projection surface,
A projection display device, wherein the optical element has a characteristic of reflecting projection light and transmitting imaging light, and has a different effect on the projection light and the imaging light.
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