JP4504802B2

JP4504802B2 - 投射型画像表示装置

Info

Publication number: JP4504802B2
Application number: JP2004373877A
Authority: JP
Inventors: 宏湊川
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2024-12-24
Also published as: JP2006178342A; US20060139236A1; US7679579B2

Description

レーザー光をスクリーンに投射して画像を表示する投射型画像表示装置。

レーザー光を画像光に変換し、これをスクリーンに投射して画像を表示する投射型画像表示装置が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。光源が発するレーザー光は、非常にエネルギーが高いため、これを直接人体に照射すると、火傷，視力低下，さらには失明等、人体に重大な障害を発生させる危険がある。

下記特許文献１の投射型画像表示装置は、スクリーンの後方から画像光を投射するリアプロジェクション型であり、光源が発するレーザー光をレンズによって太い光束に変換した後、この光を液晶パネルによって変調して画像光を生成し、これをスクリーンに投射する。光束変換が正常に行われている場合には、単位面積当たりに照射されるレーザー光の光量が小さくなり、光エネルギーが低減されるため、そのレーザー光が人体に照射されても重大な障害を発生させる危険はない。しかし、光束変換に異常が生じて、単位面積当たりに照射されるレーザー光の光量が多いと、光エネルギーが高い状態でレーザー光が人体に照射されてしまうので、人体に対して非常に危険である。

そこで、下記特許文献１の投射型画像表示装置は、スクリーン上のレーザー光を投射領域内にセンサを設け、このセンサでスクリーンに投射されるレーザー光の出力レベルを検出して、光束変換が正常になされているか否かを調べて、異常を検出した場合には、レーザー光の出力を停止又は低減させている。
特開２０００−２６７６２１号公報

本出願人は、レーザー光を用いたフロントプロジェクション型の投射型画像表示装置の開発を検討している。上記リアプロジェクション型の投射型画像表示装置では、上述したとおり、光束変換が正常になされている場合には、レーザー光が人体に照射されていても問題はないが、フロントプロジェクション型の場合には、リアプロジェクション型に比べて投射されるレーザー光のエネルギーレベルが高く、そのレーザー光が人に照射されると、非常に危険である。こうした不具合を解決する対策が望まれていた。

本発明は、投射されるレーザー光が誤って人に照射されることを防止する投射型画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明の投射型画像表示装置は、装置本体に、レーザー光を発光する光源を含む光出力部と、この光出力部から出力される前記レーザー光を前記装置本体外部に投光する投光窓とが設けられ、前記投光窓からレーザー光を被投射面に投射して画像を表示する投射型画像表示装置において、前記投光窓から被投射面に至る前記レーザー光の光路、及びその周辺を含む検知領域に人がいるかいないかを検知する人検知手段と、前記人検知手段が人を検知した場合に、前記光出力部のレーザー光の出力を制御するレーザー光出力制御手段とを備えており、前記人検知手段は、その受光角度が前記投光窓から投射されるレーザー光の最大投射角度よりも大きな赤外線センサであり、前記赤外線センサは、前記投光窓から投射されるレーザー光の投射光軸の延長線上で、かつ、前記光出力部を構成する、前記投射光軸を規定する光学部品の後方に配置されており、前記赤外線センサと前記光学部品との間隔は、前記被投射面における前記赤外線センサの検知領域のうち、前記赤外線センサの前方に位置する前記光学部品が障害になって生じる死角領域が、前記被投射面におけるレーザー光の投射領域内に収まるように決定されていることを特徴とする。

前記光出力部は、光源が発する１次元のレーザー光を受光して、水平方向及び垂直方向のうち一方の方向に走査する第１の光走査手段と、この第１の光走査手段で反射したレーザー光を他方の方向に走査する第２の光走査手段とを含んでおり、前記光学部品は、前記第２の光走査手段であることが好ましい。

前記レーザー光出力制御手段は、前記人検知手段によって前記検知領域内に人がいないかを調べてから、前記レーザー光の出力を開始することが好ましい。

前記レーザー光出力制御手段は、前記レーザー光の出力を開始した後、前記人検知手段が人を検知した場合に、前記レーザー光の出力レベルを制限又はその出力を停止することが好ましい。

前記被投射面における前記検知領域の大きさは、前記レーザー光の投射領域の縦横の長さに対して上下左右がそれぞれ約２５％ずつ大きい周辺領域を含むことが好ましい。

本発明の投射型画像表示装置は、投光窓から被投射面に至るレーザー光の光路、及びその周辺を含む検知領域に人がいるかいないかを検知する人検知手段と、前記人検知手段が人を検知した場合に、前記光出力部のレーザー光の出力を制御するレーザー光出力制御手段とを備えたから、投射されるレーザー光が誤って人に照射されることを防止することができる。

図１に示す携帯電話１０は、撮像した画像をデジタルデータとして記録する撮像機能を備えたカメラ付き携帯電話である。また、この携帯電話１０は、記録した画像を被投射面に投射して表示する投射型画像表示機能を備えている。携帯電話１０の本体１１には、前面に、カーソルキーやテンキーなどが配列された操作パネル１２と、操作画面や画像を表示するディスプレイパネル１３とが設けられており、背面には、撮影レンズ（図示せず）が設けられている。また、図２に示すように、装置本体１１の上面には、電波を送受信するアンテナ１４と、投光窓１６とが設けられている。

画像表示を行うための投射光には、レーザー光が用いられる。装置本体１１内には、レーザー光を発光する光源が設けられており、投光窓１６は、前記レーザー光を、装置本体１１外部に向けて投光する投光部である。投光窓１６は、例えば、開口に透明カバー１６ａを嵌め込んだものであり、この投光窓１６から出力されたレーザー光が、壁やスクリーンなどの被投射面１８に投射されて画像１７が表示される。

図３は、携帯電話１０の電気構成の概略を示すブロック図である。システムコントローラ２１は、操作パネル１２から入力される操作信号に応じて、携帯電話１０の各部を統括的に制御する。電話部２２は、受信した電波を音声に変換しこれを出力するスピーカや、送信する音声をピックアップするマイクなどからなる。カメラ部２３は、撮影レンズ，撮像手段であるＣＣＤ，ＣＣＤによって得られた撮影画像に対して画像処理を施す画像処理部などからなる。カメラ部２３で撮影された画像データは、メモリ２４に記録される。

投射ユニット３１は、メモリ２４に記録された画像データを読み出し、この画像データに基づいて画像光を生成して、被投射面１７に投射する。投射ユニット３１には、ＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）３２と、被投射面に投射するレーザー光を出力する光出力部３３とが設けられている。ＭＰＵ３２は、システムコントローラ２１からの指令に基づいて、投射ユニット３１の全体を制御する。図４に示すように、光出力部３３は、１次元のレーザー光を発光するレーザーダイオード（ＬＤ）３４と、このＬＤ３４からのレーザー光を受光して、水平方向に走査する第１マイクロミラー３６と、この第１マイクロミラー３６で反射した反射光を受光して、垂直方向に走査する第２マイクロミラー３７とからなる。第２マイクロミラー３７は、投光窓１６の直前に配置されており、第２マイクロミラー３７から出力されたレーザー光が、投光窓１６を透過して被照射面１８に投射される。ＬＤ３４のレーザー光は、これら第１及び第２のマイクロミラー３６，３７によって変調されて、被投射面１８に画像が描画される。

携帯電話１０のような小型の電子機器に投射ユニットを組み込む場合には、投射ユニットの小型化が必須の条件となる。光源の候補としてＬＥＤなども考えられるが、ＬＥＤの場合には、発光する光が拡散するため、これをコリメートするための光学系が必要になり、小型化に限界が生じる。ＬＤ３４は、発光する光が平行光なので、これを用いる場合にはそうした光学系が不要となるため、ＬＥＤを用いる場合と比べて投射ユニットを小型化することができる。また、平行光なので、所定の投影距離範囲（例えば、３０センチ〜５ｍ程度）の任意の点で、焦点を合わせることができる。

第１及び第２のマイクロミラー３６，３７は、例えば、直径４ｍｍ程度の円筒状の外形を持つ回路素子であり、一端に直径が１ｍｍ程度のミラー素子４０が設けられている。ミラー素子４０の反射面は、外部に露呈されており、その裏面が素子本体に取り付けられている。ミラー素子４０は、例えば、±１５°の範囲でシーソーのように揺動自在に設けられる。このミラー素子４０が揺動することにより、水平又は垂直方向の走査がなされる。マイクロミラーは、ポリゴンミラーなどの光走査素子と比較して、小型であるため、これを用いることにより、投射ユニットを小型化することができる。

なお、マイクロミラーには、本例で使用するマイクロミラーの他に、水平及び垂直の２方向に揺動するタイプがあり、これを用いてもよい。しかし、この２方向に揺動するタイプは、部品サイズが大型化するため、本例のように、１方向に揺動するタイプのマイクロミラーを２つ組み合わせた方が、配置スペースの確保が容易であり、小型化を図る場合には有利である。

ミラードライバ３８，３９は、第１及び第２の各マイクロミラー３６，３７をそれぞれ駆動する。ＬＤ制御部４１は、ＬＤ３４のオンオフ及びその出力レベルを制御する。ＭＰＵ３２は、システムコントローラ２１によって転送される画像データに基づいて、各ミラードライバ３８，３９と、ＬＤ制御部４１とを制御する。ＬＤ制御部４１は、ＬＤ３４の出力レベルを変化させることにより、投射される画像の階調制御を行う。各マイクロミラー３６，３７は、ＬＤ３４が出力するレーザー光の出力タイミングに合わせて、水平及び垂直に走査する。

投射ユニット３１には、赤外線センサ４６が設けられている。赤外線センサ４６は、投光窓１６から被投射面１８に至る光路内に誤って人が進入することがないように、その光路及びその周辺を含む検知領域に人がいるかいないかを検知する人検知手段である。赤外線センサ４６は、周知のように熱を持つ物体から放出される赤外線を検知する。赤外線センサ４６の受光面は、投光窓１６に向けて配置されている。赤外線センサ４６は、投光窓１６を透過する赤外線を受光し、その受光レベルに応じた電気信号をＭＰＵ３２に送信する。ＭＰＵ３２は、その電気信号に応じて、人が検知領域に人がいるかいないかを判定し、その判定結果をＬＤ制御部４１に送る。

ＬＤ制御部４１は、まず、操作パネル１２から画像表示指示が入力され場合に、ＬＤ３４からのレーザー光の出力を開始する前に、その判定結果をＭＰＵ３２から受け取って、検知領域に人がいるかいなかを調べて、人がいない場合には出力を開始し、他方、人がいる場合には出力を開始しない。また、すでにレーザー光の出力が開始され、その出力途中に、検知領域に人が進入したと判定された場合には、ＬＤ３４の出力を停止する。こうすることで、高いエネルギーを持つレーザー光が誤って人に照射されることを防止している。なお、停止させる代わりに、人体に照射されても危険がないレベルに出力レベルを制限するようにしてもよい。

このレーザー光の制御タイミングは、投射領域に人が進入した後にレーザー光の出力を停止又は制限するのでは遅すぎる。そのため、図５及び図６に示すように、赤外線センサ４６は、その被投射面１８における検知領域４８内に、投光窓１６から投射される投射領域４９が収まるように、その受光角度βが、投光窓１６から投光されるレーザー光の最大投射角度αよりも大きなものが使用される。こうして、検知領域４８を投射領域４９よりも大きくすることにより、人が投射領域４９に進入する前にレーザー光の出力が制御されるようにしている。検知領域４８の大きさは、例えば、投射領域４９の縦横のそれぞれの長さＰ１，Ｐ２に対して上下左右がそれぞれ約２０〜２５％程度大きい周辺領域を含むように設定される。もちろん、この数値は、赤外線センサの感度や、ＬＤの応答時間等を考慮して適宜決められる。

また、上述したとおり、レーザー光は平行光であるため、投光窓１６から被投射面１８までの投影距離が所定の距離範囲Ｌ内であれば、どこでも焦点が合うので、投影距離を予め設定して、その投影距離に合わせて、検知領域４８と投射領域４９の相対位置を合わせることができない。すなわち、ユーザーが使用する投影距離を予め特定することはできないので、投影可能な距離範囲Ｌの全域において、検知領域４８と投射領域４９の相対位置を合わせる必要がある。

例えば、図６に示すように、赤外線センサ４６の位置が、二点鎖線で示すように、投光窓１６から被照射面１８に向かって投射されるレーザー光の投射光軸ＰＡから離れていると、距離範囲Ｌ内の近距離側では、投射領域４９が検知領域４８から外れてしまう。そこで、赤外線センサ４６の位置を、実線で示すように、第２マイクロミラー３７の近傍に配置して、投射光軸ＰＡに接近させている。こうすれば、距離範囲Ｌの全域に渡って、検知領域４８内に投射領域４９を含めることができるので、被投射面１８が距離範囲Ｌ内のどこにあっても、人が投射領域４９に進入する前にレーザー光の出力を制御して、人にレーザー光が照射されるのを防止できる。

以下、上記構成による作用を説明する。操作パネル１２から画像表示指示がなされると、システムコントローラ２１がメモリ２４から画像データを読み出し、これを投射ユニット３１に送る。投射ユニット３１内のＭＰＵ３２は、転送された画像データに基づいて、ＬＤ制御部４１及びミラードライバ３８，３９に対して画像表示指令を送る。ＬＤ制御部４１は、画像表示指令を受けると、検知領域４８に人がいるか否かの判定結果をＭＰＵ３２から受け取り、人がいる場合には、レーザー光の出力を開始しない。この場合、投射ユニット３１から出力待機信号がシステムコントローラ２１に送られ、それに基づいてディスプレイパネル１３に警告メッセージが表示される。他方、検知領域４８に人がいない、もしくはいなくなったという判定結果を受け取ると、ＬＤ制御部４１は、ＬＤ３４からレーザー光の出力を開始する。

ＬＤ３４は、画像データの各画素に対応するレーザー光を、それぞれの階調に応じた出力レベルに合わせて、順次発光する。このＬＤ３４が発光するレーザー光は、第１及び第２のマイクロミラー３６，３７によって変調されて、投光窓１６から被投射面１８に向けて投射される。ＬＤ３４から順次出力されるレーザー光は、第１及び第２のマイクロミラー３６，３７によって水平及び水平に走査される。これにより、被投射面１８に画像が表示される。この画像表示は、操作パネル１２からの表示終了指示が入力されるまで続く。

この画像表示途中（レーザー光出力中）にも、ＭＰＵ３２は、赤外線センサ４６を通じて、検知領域４８に人が進入したか否かを監視する。そして、人が検知領域４８に人が進入したと判定すると、その判定結果をＬＤ制御部４１に送る。その判定結果をＬＤ制御部４１が受け取ると、操作パネル１２からの終了指示を待たずに直ちに、ＬＤ３４のレーザー光の出力を停止する。これにより、人体にレーザー光が照射されてしまう危険を防止することができる。そして、ディスプレイパネル１３に、例えば、「人が検知領域に入ったのでレーザー光の出力を停止します」といった警告メッセージが表示される。

人を検知して、レーザー光の出力を強制的に停止した場合には、人が検知領域４８内からいなくなったかどうかを監視して、いなくなった場合には自動的に画像表示が再開するようにしてもよい。なお、上述したとおり、レーザー光の出力を停止する代わりに、レーザー光の出力を制限する場合にも、同様に再開させてもよい。

上記実施形態では、赤外線センサ４６を投射光軸ＰＡの近傍に配置した例で説明したが、図８に示すように、赤外線センサ４６を、投射光軸ＰＡの延長線上で、かつ、第２マイクロミラー３７の後方に配置して、赤外線センサ４６の受光面の中心を、投射光軸ＰＡと一致させてもよい。上記実施形態のように、赤外線センサ４６を投射光軸ＰＡに近接して設置する場合には、赤外線センサ４６の受光面の中心と、投射光軸ＰＡとの間にズレが生じるので、検知領域４８に含まれる投射領域４９の左右上下のマージンが非対称になってしまう。受光面の中心を投射光軸ＰＡに一致させることで、こうした不具合が防止される。

しかし、赤外線センサ４６を第２マイクロミラー３７の後方に配置すると、第２マイクロミラー３７の本体が障害になって生じる死角領域５１が発生してしまう。この死角領域５１が投射領域４９よりも大きくなってしまうと、投射領域４９の周囲で人を検知することが困難になるので、死角領域５１が投射領域４９内に収まるように、赤外線センサ４６と第２マイクロミラー３７との間隔Ｘを決定する必要がある。

図９に示すように、第２マイクロミラー３７の本体後端位置をＡ，赤外線センサ４６の受光面の位置をＢ，第２マイクロミラー３７の本体の投射光軸ＰＡからの高さをａ，第２マイクロミラー３７の反射面（出射面）から被投射面１８までの距離をＮ，赤外線センサ４６の検知領域４８の投射光軸ＰＡからの高さをｄ，投射領域４９の投射光軸ＰＡからの高さをｃ、死角領域５１の投射光軸ＰＡからの高さをｂ，第２マイクロミラー３７の投射光軸ＰＡからの最大投射角度をθ１，死角領域５１を生じる影の角度をθ２，赤外線センサ４６の受光角度をθ３とすると、上記間隔Ｘ（赤外線センサ４６の受光面から第２マイクロミラー３７の後端までの距離）は、以下のように求められる。

死角領域５１を投射領域４９内に収めるためには、以下の条件１，２が必要である。
ｃ＞ｂ・・・・・・・・条件１
θ１≧θ３・・・・・・条件２
そして、ｂ＝（Ｎ＋ｘ）ｔａｎθ２，ｃ＝Ｎｔａｎθ１なので、上記条件１より、
Ｎｔａｎθ１＞（Ｎ＋１）ｔａｎθ２＝（Ｎ＋ｘ）ａ／ｘ・・・・・式１
が導かれる。
この式１は、
Ｎｘｔａｎθ１＞ａＮ＋ａｘ
さらに、（Ｎｔａｎθ１−ａ）ｘ＞ａＮ
さらに、ｘ＞ａＮ／Ｎｔａｎθ１−ａ
と展開できる。
これにより、条件１は、
ｘ＞ａＮ／Ｎｔａｎθ１−ａ・・・・・・・・・・・・・・・・・・式２
と変形できる。
この式２、条件２を満たすように間隔Ｘが決定される。

上記実施形態では、光走査手段として、マイクロミラーを用いているが、マイクロミラーの代わりにポリゴンミラーなどの他の光走査手段を用いてもよい。また、上記実施形態では、光走査手段を用いて、１次元のレーザー光を変調しながら、投射面に描画して画像を表示する例で説明したが、１次元のレーザー光を２次元の光束に変換した後、これを液晶パネル等を用いて光変調を行うことにより、階調を持つ２次元の画像光を生成し、これを投射面に投射して画像表示するようにしてもよい。

なお、上記実施形態では、赤外線センサの前方に配置される光学部品を光走査素子として説明したが、もちろん、光出力部を構成する光学部品のうち、投光窓から投射される投射光の投射光軸を規定する光学部品であれば、他のものでもよい。

また、上記実施形態では、本発明の投射型画像表示装置を携帯電話に内臓した例で説明したが、携帯電話以外の他の電子機器（例えば、ＰＤＡ，デジタルカメラ，ノート型ＰＣなど）に内蔵してもよいし、もちろん、専用の投射型画像表示装置として構成してもよい。

本発明の投射画像画像表示装置を内蔵した携帯電話の外観図である。投光窓の説明図である。携帯電話の電気構成を示すブロック図である。マイクロミラーによる描画方法の説明図である。投射領域に対する検知領域の大きさの説明図である。赤外線センサの配置位置の説明図である。画像表示手順を示すフローチャートである。赤外線センサをマイクロミラーの後方に配置する例の説明図である。死角領域を投射領域内に収めるための条件の説明図である。

符号の説明

１０携帯電話
１３ディスプレイパネル
１２操作パネル
１６投光窓
１８被照射面
３１投射ユニット
３４ＬＤ
３２ＭＰＵ
３６，３７マイクロミラー
４１ＬＤ制御部
４６赤外線センサ
４８検知領域
４９投射領域

Claims

装置本体に、レーザー光を発光する光源を含む光出力部と、この光出力部から出力される前記レーザー光を前記装置本体外部に投光する投光窓とが設けられ、前記投光窓からレーザー光を被投射面に投射して画像を表示する投射型画像表示装置において、
前記投光窓から被投射面に至る前記レーザー光の光路、及びその周辺を含む検知領域に人がいるかいないかを検知する人検知手段と、前記人検知手段が人を検知した場合に、前記光出力部のレーザー光の出力を制御するレーザー光出力制御手段とを備えており、
前記人検知手段は、その受光角度が前記投光窓から投射されるレーザー光の最大投射角度よりも大きな赤外線センサであり、
前記赤外線センサは、前記投射窓から投射されるレーザー光の投射光軸の延長線上で、かつ、前記光出力部を構成する、前記投射光軸を規定する光学部品の後方に配置されており、
前記赤外線センサと前記光学部品との間隔は、前記被投射面における前記赤外線センサの検知領域のうち、前記赤外線センサの前方に位置する前記光学部品が障害になって生じる死角領域が、前記被投射面におけるレーザー光の投射領域内に収まるように決定されることを特徴とする投射型画像表示装置。
前記光出力部は、光源が発する１次元のレーザー光を受光して、水平方向及び垂直方向のうち一方の方向に走査する第１の光走査手段と、この第１の光走査手段で反射したレーザー光を他方の方向に走査する第２の光走査手段とを含んでおり、
前記光学部品は、前記第２の光走査手段であることを特徴とする請求項１に記載の投射型画像表示装置。
前記レーザー光出力制御手段は、前記人検知手段によって前記検知領域内に人がいないかを調べてから、前記レーザー光の出力を開始することを特徴とする請求項１又は２に記載の投射型画像表示装置。
前記レーザー光出力制御手段は、前記レーザー光の出力を開始した後、前記人検知手段が人を検知した場合に、前記レーザー光の出力レベルを制限又はその出力を停止することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の投射型画像表示装置。
前記被投射面における前記検知領域の大きさは、前記レーザー光の投射領域の縦横の長さに対して上下左右がそれぞれ約２５％ずつ大きい周辺領域を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の投射型画像表示装置。