JP4695645B2 - 投影画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、投影画像表示装置に関する。特に本発明はスクリーンに投影された画像の画像データに、スクリーン前面の、書込情報などの被写体を撮影して取得された描画データを重ね合わせ、スクリーンの背面から投影するとともに、描画データを画像データに括り付けて保存する描画データ保存方法、描画データ保存装置及び投影画像表示装置に関する。

従来から、透過型スクリーンの観察者が観察する面（前面）とは反対の裏面（背面）からプロジェクタによって画像をスクリーンに投影する背面投影型の投影画像表示装置が用いられている。

その投影画像表示装置の例を図１に示す。図１には、２つの投影画像表示装置１、２が示されている。投影画像表示装置１は縦型タイプであり、投影画像表示装置２はテーブルタイプの投影画像表示装置である。

このような投影画像表示装置において、スクリーン３の背面側からカメラによりスクリーン３の前面に存在する被写体を撮影可能なものがある。

撮影には、プロジェクタのコントラスト比の影響を受ける。プロジェクタのコントラスト比は全面白投影：黒投影の明るさの比で表される。ランプの明るさが一定の時は、コントラストが低いということは黒投影の明るさが高いということで、黒投影した際のランプの透過率も高くなる。

近年のＤＬＰ方式のプロジェクタは高コントラストのものが多くこの場合はランプ中心光の影響は比較的少ない。しかしながら従来のプロジェクタのコントラストで50:1〜1000:1程度のものに関しては黒投影においてもランプの影響は無視できない（特許文献１〜６参照）。

また、近年、イベントや会議等のデモンストレーションにおいてこの背面投影型ディスプレイが用いられ、スクリーンの前面側に書き込まれた描画を、スクリーンに投影される画像と合成させてスクリーンに表示する機能や、スクリーンの前面に直接手を触れることによりスクリーンに投影された画像を操作する機能に対する要求が根強い。

それらのニーズを満たす一つの手法として、スクリーンの背面側からＣＣＤ固体撮像素子を用いたカメラなどによってスクリーン前面に存在する被写体を撮影し、撮影画像から必要な情報を抽出するという手法がある。

しかしながら、スクリーン背面から撮影する場合、従来から用いられている背面投影型ディスプレイ用スクリーンは、前面から観察する際の視認性に重点が置かれ、プロジェクタの投影光を前面から観察する際の光量を均一にするためのフレネルレンズや、視認性を向上するためのレンチキュラーレンズを設けるのが一般的であるが、それらを用いたスクリーンに対し、背面から撮影を行うと画像が歪んでしまう。また良質の画像を得るためには、スクリーン前面からの外光が背面側に十分透過する必要があるのに対し、背面から投影される光の散乱性能を上げると透過性能は低下してしまうという問題がある。

そこで、例えばプロジェクタとスクリーンとの間にマスクを設け、投射表示期間はマスクを透過状態にし、撮影期間は光遮断状態又は光散乱状態にしたものがある（特許文献７参照）。

また、レンチキラレンズとフレネルレンズとの間に液晶を挟んでスクリーンを構成し、液晶に電界を印加して、撮像時は屈折率をレンチキラレンズに一致させることにより光透過状態にし、表示時は、屈折率をレンチキラレンズに不一致にさせることにより光散乱状態にするものがある（特許文献８参照）。

しかしながら、これらの手法では、スクリーンの製造は高価なものとなるし、前面から投影面を観察している利用者に違和感を与えないようにするため、スクリーンの状態やカメラ、プロジェクタを高精度に高速度に制御する必要があり、システム構成や制御が複雑化してしまう。

これに対し、光を拡散する領域と前面からの光を透過する領域を格子状に設け、投影画像の視認性と、背面のカメラの撮影画像の画質向上を図っているものがある（特許文献９参照）。

この方法によれば、外光を効率よく取り入れ、かつ投影画像の視認性の低下を防ぎ、装置利用中に状態を切り替える必要もないという利点がある。しかしながら、スクリーン前面の観察者に、良質の投影画像を表示し、かつ、背面から撮影する撮像の画質を考慮すると、スクリーンの拡散領域と透過領域は高精度に配置されなければならず、技術的難易度が高い上、コストもかかるという課題がある。

さらに、電気的に、散乱状態と透過状態との２状態に選択設定されるスクリーンを用いて、スクリーンの背面から映像を投影すると共に、スクリーンの前面に配置された原稿や参加者などをスクリーンの背面から撮影することにより、映像情報及び会議画像情報とを保管、あるいは遠隔地に伝送可能にしたものがある（特許文献１０参照）。
特開２００４−１０９４０２号公報 特開２００３−０９４８８６号公報 特開２００４−０３２６６５号公報 特開２００３−１５３１３６号公報 特開平０９−３２６９８１号公報 特許第３１７１９５５号公報 特開平０６−２６９００２号公報 特許第２９４０７１６号公報 特開２０００−１０１９８１号公報 特開２００３−９４８８６号公報

撮影時に黒表示をした際、観察者からは全画面が黒として観察できるが、カメラで撮影された画像には、図２に示されるように、プロジェクタのホットスポット５が写りこむ。ホットスポット５は、プロジェクタの光源（ランプ）が、スポット状に見える現象である。ホットスポット５とは、プロジェクタの光が直接反射する角度から見て、１点だけが明るく光る現象をいう。このようなホットスポット５の写りこみをホットスポット５の発生と表現することとする。このホットスポット５の発生は、スクリーン３が投影光を表示すると同時に、鏡面の役割も果たしてしまうために起こる。

また撮影は外光を利用して行われるため、照明の少ない環境下ではスクリーン面の情報撮影することが困難であり、この際はプロジェクタの投影光の色を変更することでカメラのストロボ的役割をさせる。たとえば全画面白色を表示して撮影を行った場合は、図３に示されるように、ホットスポット５による画質の低下は著しい。

また、引用文献７〜１０に開示された技術は、いずれもスクリーンに画像データによる画像を投影するものであり、例えば会議などの場面において、スクリーン上に手書きで情報が書き込まれた場合に、書き込まれた手書き情報を投影された画像のデータと共に保存したり、保存された情報を編集したりすることが出来ない。

本発明はこのような問題点に鑑み、ホットスポットの発生を回避する投影画像表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、画像を表示する表示面と、画像を前記表示面に投影する投影手段と、前記投影手段と前記表示面の同一面側に配置される、前記表示面を撮像する撮像手段と、光を反射する反射面によって、前記投影手段の光路及び前記撮像手段の光路を変更する手段とを有し、前記撮像手段の光路と前記投影手段の光路とが前記変更する手段の反射面上で重ならないように前記撮像手段又は前記投影手段を配置し、且つ、前記投影手段の前記表示面に関して対称な位置が前記撮像手段の画角の範囲外となる位置に、前記撮像手段を配置することを特徴とする。

また、上記課題を解決するために、本発明は、画像を表示する表示面と、画像を前記表示面に投影する投影手段と、前記投影手段と前記表示面の同一面側に配置される、前記表示面を撮像する撮像手段と、光を反射する反射面によって、前記投影手段の光路及び前記撮像手段の光路を変更する手段とを有し、前記撮像手段の光路と前記投影手段の光路とが前記変更する手段の反射面上で重ならないように前記撮像手段又は前記投影手段を配置し、且つ、前記撮像手段の前記表示面に関して対称な位置が前記投影手段の画角の範囲外となる位置に、前記投影手段を配置することを特徴とする。

本発明によれば、ホットスポットの発生を回避する投影画像表示装置を提供できる。

投影画像表示装置を示す図である。 ホットスポットを示す図（その１）である。 ホットスポットを示す図（その２）である。 本実施の形態における投影画像表示装置の基本構成を示す図である。 静止画を撮影する動作を示すフローチャートである。 ホットスポットが発生する場合の投影画像表示装置の構成を示す図である。 プロジェクタを画角内に含まないカメラの配置を示す図（その１）である。 カメラを画角内に含まないプロジェクタの配置を示す図である。 ホットスポットを含まないスクリーンを示す図（その１）である。 スクリーンに対する結像面の傾斜を示す図である。 レンズシフトによるあおり補正を示す図である。 レンズチルトによるピント面の調整を示す図である。 ミラーによる光路変更を示す図である。 ミラーを用いた投影画像表示装置の構成の展開図である。 プロジェクタを画角内に含まないカメラの配置を示す図（その２）である。 乱反射の様子を示す図である。 ホットスポットを含まないスクリーンを示す図（その２）である。 ミラー２枚を用いた投影画像表示装置の構成を示す図である。 スクリーンのあおりを示す図である。 背面投影表示装置の一例を示す図である。 背面投影表示装置の他の例示す図である。 背面投影表示装置に用いられるスクリーンを示す模式図である。 背面投影表示装置に用いられるスクリーンを示す模式図である。 背面投影表示装置の画像表示手段を一例として示す図である。 プロジェクタからスクリーンに投影される合成画像を示す。 投影ファイルの内部データとして保存する状況を示す。 背面投影表示装置の画像表示手段を他の例として示す図である。 仮想プリンタドライバにより変換することにより階層構造を有する画像ファイルが作成されることを示す図である。 描画データから書き込まれた描画自体のデータを抽出し（上段）、文書画像及び描画像として重ね合わせて画面表示する（下段）ことを示す図である。 変換された画像ファイルのうち描画データを貼り付けるページの上に、その描画データを重ね、括りつけられた状態で保存することを示す図である。 背面側にフレネルレンズが設けられた比較例のスクリーンの構造を示す概略図である。 スクリーンの構造を説明する図である。 スクリーンに外光の写り込みを防止するため反射防止膜を施したときの光の透過特性を示す図である。

符号の説明

１、２ 投影画像表示装置
３、１０ スクリーン
５ ホットスポット
１１、１１ａ、１１ｂ カメラ
１２、１２ａ、１２ｂ プロジェクタ
１３ ＰＣ
１４ スイッチ
１５ 観察者
２０ レンズ
２１ 結像面
２２ ピント面
２３、２３ａ、２３ｂ ミラー
３１ 領域
１０１ スクリーン
１０１ａ 表示面側
１０１ｂ 背面側
１０２ プロジェクタ
１０２ａ、１０３ａ レンズ面
１０３ デジタルカメラ
１０４ 筐体
１０４ｂ 底面
１０５ ミラー
１１０ 背面投影表示装置
１３０ 画像表示手段
１３１ 画像抽出部
１３２ 画像取得部
１３３ データ付加部
１３４ 切り替え手段
１３５ 投影ファイル
１４０ 仮想プリンタドライバ
１５０ ガラス
１５１ 拡散シート
１５２ フレネルレンズ
１５３ 光源
１５５ 平行な光路
２０１ 拡散粒子層
２０２ アクリル層
２０３、２０７ 透明な薄膜
２０４ 透明部材
２０５ 平板部材
２０６ 接着剤
２０８ 空気層
２１０ 描画像
２２０ 文書画像
２３０ 画像ファイル

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。なお、本実施の形態において、一度説明した符号についての説明は省略されることがある。また、本実施の形態において、画角とは、カメラのレンズで撮影可能な範囲、またはプロジェクタが投影可能な範囲を示すものとする。

一般にカメラの撮像素子の縦横比が異なるので、カメラの画角には水平方向に対する画角と垂直方向に対する画角がある。同様に、プロジェクタの画角にも水平方向に対する画角と垂直方向に対する画角がある。本実施の形態の説明において、画角とは水平方向に対する画角と垂直方向に対する画角とを意味している。

図４は、本実施の形態における投影画像表示装置の基本構成を示す図である。図４には、スクリーン１０と、カメラ１１と、プロジェクタ１２と、ＰＣ（Personal Computer）１３と、スイッチ１４とが示されている。また、この投影画像表示装置をどの方向から観察するのかを説明するための観察者１５が示されている。

この観察者１５が観察するスクリーン１０の側を前面（表示面）とすると、プロジェクタ１２とカメラ１１とは、スクリーン１０の背面から投影あるいは撮像するようになっている。

投影手段であるプロジェクタ１２はＰＣ１３に接続されており、ＰＣ１３からの画像が投影される。ＰＣ１３は装置に内蔵されているものでも、外から接続されていても良い。なお、ＰＣ１３は、画像処理が可能な情報処理装置であればよく、ＰＣのみに限るものではない。

観察者１５側には処理命令のためのスイッチ１４が設けられているが、これはＰＣ１３を操作するマウスであっても、特定の処理信号を発するスイッチ１４でもよく、スイッチ１４の場合は各処理に応じた信号を発する複数ボタンを含む構成のもの、たとえばテンキーでもよく、装置に特化した複数のボタンを設置しても良い。

表示面であるスクリーン１０は、背面投影型プロジェクタ用スクリーンに一般的なホワイトボード用マーカーで書き込みが可能なように保護シートまたは加工の施されたものである。

撮像手段であるカメラ１１は投影画像表示装置に内蔵されている。このカメラ１１は、スクリーン１０に投影された画像に、カメラ１１の画角が合うように設置される。なお、カメラ１１によって撮像される表示面の領域と、プロジェクタ１２によって投影される表示面の領域との関係が全く同一でなくてもよい。例えば書き込み領域がプロジェクタ１２によって投影される表示面全域でなくてもよい場合は書き込み領域がカメラ１１によって撮像される表示面の領域としてもよい。

そして、カメラ１１は、スクリーン１０に投影された画像に加え、スクリーン１０に観察者１５により形成される書き込みや、表示面に接面している画像を撮影する。またカメラ１１は、本実施の形態ではＣＣＤカメラである。

上述した投影画像表示装置の全体構成は、あくまでも構成を示すものであり、本実施の形態におけるカメラ１１とプロジェクタ１２は後述するように、いろいろな位置をとる。

この投影画像表示装置に対し、観察者はスクリーン１０上の投影画像を観察しつつホワイトボード用マーカーにて、追記事項等を書き込む。書き込み終了後に観察者がスイッチ１４により処理命令をすることで、カメラ１１が撮影を行う。この撮影は、スクリーンに書き込まれた文字や図等の撮影が目的であるから、投影画像の映りこみをさけるため撮影の際はプロジェクタ１２の投影光をいったん遮光状態にする。この遮光状態は、投影画像を全画面黒色にすること、たとえばＰＣ１３を全画面黒色表示等の方法で実現する。

具体的にこの投影画像表示装置における静止画を撮影する動作を、図５のフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１０１で、ユーザによりスイッチ１４を押下される。ステップＳ１０２で全画面黒色表示が行われる。次に、ステップＳ１０３で、カメラ１１による撮影が行われる。撮影後のステップＳ１０４で、通常画像がプロジェクタ１２により再投影される。その後、先ほど撮影した画像に対する処理がステップＳ１０５で行われる。

なお、本実施形態においては、ユーザからの操作に応じてカメラ１１による撮影が行われることとして説明するが、予め定められた任意の時間が経過する毎にカメラ１１による撮影が行われることとしてもよい。

以下、ホットスポットの発生を回避する構成について説明するが、この説明に先立ち、まずホットスポットが発生する原因について説明する。

図６は、ホットスポットが発生する場合の投影画像表示装置の構成を示すものである。図６には、カメラ１１とカメラ１１ａが、スクリーン１０を対称軸とした面対称な位置に示されている。以下、このようなある対称軸と面対称な位置にあるカメラ１１またはプロジェクタ１２を対称カメラ、対称プロジェクタと表現することがある。図６に示されるように、カメラ１１ａの画角内にプロジェクタ１２が存在する。また、図には示さないが、対称プロジェクタの画角内にカメラ１１が存在する。

このように、スクリーン１０を対称軸とする面対称の位置にある対称カメラ１１ａの画角内にプロジェクタ１２が存在した場合、ホットスポットが発生することとなる。また、スクリーン１１を対称軸とする面対称の位置にある図示していない対称プロジェクタの画角内にカメラ１１が存在した場合にも、ホットスポットが発生することとなる。

もっとも、投影画像表示装置のような、スクリーン上で同じ画角を持つ構成の場合、一方が画角内に存在しなければ、他方も画角内に存在しない。したがって、ホットスポットの発生は、カメラ１１ａの画角と面対称な範囲にプロジェクタ１２が含まれないか、図示していない対称プロジェクタの画角と面対称な範囲にカメラ１１が含まれないようにすることで回避することができる。

このように、本実施の形態では、プロジェクタ１２の光源の直接反射光が入らない位置にカメラ１１を配置することによりホットスポットの発生を回避する。本実施の形態では、スクリーン１０を鏡としてみた場合に、プロジェクタ１２の光源がカメラ１１の画角（撮影範囲）に入らなくなり、発生したホットスポットがカメラ１１で撮像する画像に写り込むことを防ぐように、カメラ１１とプロジェクタ１２との位置関係を定めることにより、ホットスポットによる影響を受けなくなる。

図７は、カメラ１１ａの画角内からプロジェクタ１２が外れるように構成した投影画像表示装置を示す。図７に示されるようにカメラ１１ａの画角からプロジェクタ１２は外れている。

図８は、逆にプロジェクタ１２ａの画角内からカメラ１１が外れるように構成した投影画像表示装置を示す。図８に示されるようにプロジェクタ１２ａの画角からカメラ１１は外れている。

この状態で撮影した画像は図９に示されるように、ホットスポットの発生が回避された画像となる。しかし、図７、８に示されるカメラあるいはプロジェクタの配置では、スクリーン面に対して光軸は傾いているためその撮影画像にはあおりが生じてくる。具体的には、スクリーン面の長方形は撮影画像内で台形に歪む。この台形歪みは射影変換を用いることで補正することができる。

また、このひずみは図１０に示されるように、結像面２１と、レンズ２０を介して撮影するスクリーン１０が平行でないことから生じている。したがって、図１１に示すようにレンズ２０の光軸と結像面２１の光軸をずらすシフト補正を行うことでこの台形歪みを光学的に補正することができる。

またレンズに対してスクリーンは傾いている形になっているため、傾きの程度によってはスクリーン面の各点での撮像レンズの被写界深度は、通常の被写界深度よりも浅くなる場合がある。

この場合、図１２に示されるように、結像面２１に対してレンズ２０を傾ける、つまりレンズ２０をチルトさせることでピント面２２に対してピントを合わせることが可能になる。

以上のようにカメラの画角内にプロジェクタが入らないような構成にするために、カメラの配置を決定した場合に生ずる画像の歪みはカメラのレンズのシフトとチルトを組み合わせることにより光学的に補正することが可能である。

レンズのチルトとシフトは、カメラに限らず、プロジェクタに対しても可能である。すなわち、プロジェクタの配置を決定した場合に生ずる画像の歪みはプロジェクタのレンズのシフトとチルトを組み合わせることにより光学的に補正することが可能である。もちろん、プロジェクタの場合は、プロジェクタのキーストーン補正を用いるようにしても良い。

次に説明するのは、図１で紹介したプロジェクタ１、２の場合のホットスポットの発生の回避についてである。図１３は、プロジェクタ１、２の構成の一例である。カメラ１１、プロジェクタ１２共に１のミラー２３を介してスクリーン１０に画角を合わせている。

プロジェクタ１、２においては、設計の際、装置の省スペース性等の実使用上の観点からプロジェクタやカメラのための十分な光路長の確保が困難な場合が多い。そこで一般的にはミラー２３を通じて光路長を確保するような構造がとられている。

図１３に示される投影画像表示装置のカメラとプロジェクタの配置の展開図を図１４に示す。図１４には、ミラー２３を対称軸とした面対称な位置にカメラ１１ｂ、プロジェクタ１２ｂが示されている。さらにカメラ１１ｂとスクリーン１０を対称軸とした面対称な位置にカメラ１１ａが示されている。

この図１４に示されるように、カメラ１１ａの画角内にプロジェクタ１２が含まれる。したがって、図１３に示される投影画像表示装置においては、ホットスポットが発生することとなる。

そこで、図１５に示されるようにカメラ１１とプロジェクタ１２とを配置することで、ホットスポットの発生を回避することができる。図１５には、ミラー２３を対称軸とした面対称な位置にカメラ１１ｂ、プロジェクタ１２ｂが示されている。さらにカメラ１１ｂとスクリーン１０を対称軸とした面対称な位置にカメラ１１ａが示されている。また、図１５には、カメラ１１の光路とプロジェクタ１２の光路が重なる部分３０が存在している。

この図１５に示されるように、カメラ１１ａの画角内にプロジェクタ１２ｂは含まれない。したがって、図１５に示される投影画像表示装置においては、ホットスポットの発生を回避することができる。

しかしながら、部分３０により、ミラー２３に付着した埃等で、プロジェクタ光が乱反射を起こし、この反射光がカメラ画像に写ってしまう。図１６は撮影の際に補助光としてプロジェクタから白画像を投影した時のものである。図１６の上部にある領域３１はミラーに付着した埃でプロジェクタ光が乱反射してしまった様子を表している。

この乱反射光は画質を低下される要因となっているため、ミラーを介して装置を構成する場合、プロジェクタの光路とカメラの光路がミラー上で重ならないことが望ましい。よってプロジェクタのホットスポットの発生を回避し、プロジェクタとカメラの光路がミラー面上で重ならないような配置（ミラー面に付着した異物の乱反射光によるハイライト部の除去）をすることで図１７のような高画質の画像を撮影することが可能になる。また、両者の光路が重ならない様な構成であることで、ミラーのメンテナンス頻度の低下にもつながり、実使用上のメリットにもなる。

このように、カメラの画角内にプロジェクタが入らず、かつミラー面上で両者の光路の重なる部分がない構成を１枚のミラーで実現すると、ミラーの面積は大きくなり、実用上の省スペース設計等を考慮すると望ましくないケースも考えられる。

またミラー自体が自重で歪みを生じ投影画像に歪みを生ずることもある。ミラー面の歪みによるひずみはプロジェクタのキーストーン補正等では補正はできないため、ミラー面積は可能な限り小さいことが好ましい。

そこで、図１８に示されるようにミラーを２枚用いることが望ましい。図１８には、２枚のミラー２３ａ、２３ｂを用いた構成が示されている。すなわち、プロジェクタ１２とカメラ１１が、それぞれ個別にスクリーン面に画角を合わせるミラー２３ａ、２３ｂを使うことで、光学系によるハイライト問題、ミラー面に付着する埃等によるハイライト問題を解消することができる。ミラー面積も縮小されるため、実用上の省スペース等、設計上の自由度も高くなる。

なお、図１に示したテーブルタイプの投影画像表示装置を想定すると、その高さにも限度があり、大きなミラーや画質低下を防ぐ配置等でデッドスペースが増えることも好ましくないので、図１９に示すように、２枚のミラー２３ａ、２３ｂを使うことによる設計のメリットは極めて大きい。

なお、テーブルタイプの投影画像表示装置の構成は、そのスペースの狭さのため、カメラの光軸とスクリーン面とが垂直にはならずあおる可能性が非常に高く、ミラー面に付着する埃等による画質低下を防ぐための構成では、台形歪みが生じる。

この対策として上述したような、カメラレンズのシフト、チルトによる光学的補正方は有効であるが、このような場合は特別なレンズを使用するという問題もあり、台形歪みを避けるためにはカメラ側のあおり角を極力小さくする配置が望ましい。そのため、図１９に示されるように、個別にミラー２３ａ、２３ｂを用いて配置の自由度を高くすることでカメラ１１のあおりを小さくした構成をとることもできる。

なお、上記したスクリーン１０は、カメラ１１による撮像のため、基材が平滑面である必要があるが、以下のような実施の形態が考えられる。以下、スクリーン１０の実施の形態を中心に、描画データ保存方法、描画データ保存装置及び投影画像表示装置の実施の形態について説明する。
（第１の実施形態）
図２０及び図２１は、背面投影表示装置の一例を示す図である。図２０（ａ）、図２１（ａ）は外観図であり、図２０（ｂ）、図２０（ｂ）は側断面図である。

図２０に一例を示す、本実施形態の背面投影表示装置１１０は、画像を投影するスクリーン１０１と、画像をスクリーン１０１に投影するプロジェクタ１０２と、スクリーン１０１の背面後方からスクリーン１０１方向の被写体を撮影し、被写体の撮像を取得するデジタルカメラ１０３と、スクリーン１０１の背面１０１ｂ後方に、スクリーン１０１の表示面１０１ａに対して斜めに配置されたミラー１０５と、筐体１０４と、図示しないコンピュータ（以下、「ＰＣ」と称する。）と、により構成されている。

なお、プロジェクタ１０２及びデジタルカメラ１０３には、ＰＣに接続されている。

プロジェクタ１０２の、画像が投影されるレンズ面１０２ａ及びデジタルカメラ１０３の、被写体を撮影するレンズ面１０３ａは、何れもミラー１０５方向を向いており、プロジェクタ１０２から投影された光はミラー１０５で反射し、スクリーン１０１に垂直な方向に光路が向けられる。また、スクリーンの表示面１０１ａに書き込まれた描画、あるいはスクリーンの表示面１０１ａに接触する物体の接触面で反射もしくは透過した光は、ミラー１０５で反射し、デジタルカメラ１０３のレンズ１０３ａで集光され、デジタルカメラ１０３に内蔵された固体撮像素子（例えばＣＣＤ撮像素子）で撮影され撮像データとなる。

ＰＣは、表示画面を有し、所定のソフトウエア（画像表示手段に相当する。）を用いて生成された画像データ、カメラやスキャナ等の外部入力された画像データに基づいて表示面に画像を表示する一方、表示させた画像を表す画像データをプロジェクタ１０２に送り、その画像データにより、表示面に表示された画像の相似画像をプロジェクタ１０２からスクリーン１０１に投影することができる。なお、画像表示手段については後述する。

ここで、筐体１０４は、必ずしも縦置型である必要はなく、側面を上下にした横置型であってもよい。

また、本実施形態の背面投影表示装置１１０は、スクリーンの表示面に書き込まれる描画を撮影して描画データを取得するデジタルカメラ１０３を備えているが、デジタルカメラ１０３に代えて、例えばスクリーン１０１に書き込まれる描画から電磁的方法、あるいは赤外線による位置検出などにより描画データを取得することができる公知のデジタイザを備えることにしてもよい。

図２１に示す、他の例の背面投影表示装置１１０は、テーブル型のもので、スクリーン１０１がテーブルの上面に水平に配置され、プロジェクタ１０２と、デジタルカメラ１０３とは共に、筐体の底部１０４ｂに、そのレンズ面１０２ａ，１０３ａをスクリーン１０１に向けて配置されている。したがって、図２１の背面投影表示装置１１０は、ミラー１０５が設けられていない。

図２２及び図２３は、本実施形態の背面投影表示装置に用いられるスクリーンを示す模式図である。

図２２及び図２３に示すように、本実施形態のスクリーン１０１は、透明なアクリル材により形成され、画像を表示する表示面１０１ａに光を拡散させる拡散加工が施された拡散粒子層２０１と拡散加工が施されていないアクリル層２０２とを有する。拡散加工は、アクリル材表面に、光を拡散する微粒子を含む透明塗料を塗布することによりなされる。

図２２（ａ）に示すように、拡散加工が施された本実施形態のスクリーン１０１の背面１０１ｂ側からプロジェクタ１０２の光が投影されると、背面１０１ｂの拡散加工が施されていないアクリル層２０２を通過した光は、拡散粒子層２０１に至ると、図２２（ａ）の破線で囲った部分を拡大した図２２（ｂ）に示すように、拡散粒子層２０１の拡散粒子により拡散される。したがって、スクリーン１０１の背面１０１ｂ側から投影された画像を表示面１０１ａ側から観察する観察者は、観察位置に依存することなく投影された画像を観察することができる。

図２３に示すように、スクリーン１０１の表示面１０１ａ側からスクリーン１０１に入射する光は、拡散粒子層２０１を経て、アクリル層２０２を通過し背面１０１ｂ側へ進む際に、拡散粒子層２０１において、さまざまな角度から入射した光が散乱することによりムラがなくなり、背面１０１ｂ側のデジタルカメラ１０３でスクリーンの背面１０１ｂを撮影すると、コントラストの高い画像が得られる。

ここで、表示面１０１ａの拡散粒子層２０１には、透明な薄膜が貼付されている。さらに、この透明の薄膜には、反射防止膜がコーテイングされ、カメラに入射する光量を高める作用を果たしている。反射防止膜は、入射角が０度のとき、反射率が１％以下のものが好ましい。また、薄膜を含む膜厚は、プロジェクタから投影された光の透過率、書き込み情報のコントラスト等を考慮すると０．２５ｍｍ以下にすることが好ましい。

このように、透明な薄膜が拡散粒子層２０１に貼付されているので、スクリーン１０１に投影された画像に重ね合わせてマーカで文字や図形などを書き込んだときに、書き込んだ文字や図形などを容易に消去することができる。また、反射防止膜がコーテイングされることにより、スクリーン面における光の反射が抑制され、周囲の背景の写り込みをなくし、投影された画像の視認性を向上させることができる。

本実施形態の背面投影表示装置は、このような構成のスクリーン１０１を用いるので、スクリーン１０１の表示面に書き込まれた描画（文字や図形など）はもとより、スクリーン１０１の表示面側に配置された物体についても、照らされた外光を利用して撮影することができる。すなわち、透過性の悪いものは影として、やや透過性のあるマーカなどは色のついた模様として撮影することができる。また、スクリーン１０１の表示面に重ね合わされた原稿は、外光を利用できないのでプロジェクタ１０２から単色を投影し、その光を照明光とすることにより撮影することができる。

本実施形態においては、アクリル表面に拡散粒子を塗布することにより拡散粒子層２０１を形成し、通過する光の拡散効果を得ているが、このような拡散粒子の塗布による方法は、生産性やコストの面で有利であるが、必ずしもこの方法に限定される必要はなく、アクリルを直接切削、研磨等による加工により拡散効果を得ることもできる。

またスクリーン１０１の透明な基材としては、加工性、コストの点からアクリルは好ましいが、これに限定される必要はなく、屈折率が空気に近く、透明なものであれば良い。

図２４及び図２５は、本実施形態の背面投影表示装置の画像表示手段を示す図である。

図２４に一例を示す画像表示手段１３０は、デジタルカメラ１０３により取得された描画データのうち、スクリーン１０１に書き込まれた描画自体のものを抽出する画像抽出部１３１と、抽出された描画データを貼り付ける画像サイズ及び位置を決める画像取得部１３２と、画像取得部１３２により貼り付け位置などが決められた描画データを、生成された、または外部入力され投影ファイルに基づく画像データに貼り付けて合成データを作成するデータ付加部１３３と、デジタルカメラ１０３により、スクリーン１０１の表示面に書き込まれた描画を撮影する場合とスクリーン１０１に写った物体の影を撮影する場合と表示面に重ね合わされた原稿を撮影する場合とに応じてプロジェクタ１０２によりスクリーン１０１に投影される画像を照明光に切り替える切り替え手段１３４とを備えている。

切り替え手段１３４は、スクリーン１０１に重ね合わされた原稿をデジタルカメラ１０３で撮影する場合には、原稿面には外光が届かないため、画像の投影を停止し、プロジェクタ１０２から照明光を照射する。

画像表示手段１３０は、プロジェクタ１０２及びデジタルカメラ１０３に接続されるＰＣにインストールされ、例えばＰＣのアプリケーションプログラムを用いて生成された投影ファイル１３５に、デジタルカメラ１０３で撮影された描画データを貼り付けて、合成データを作成する機能を有するプログラムであり、作成された合成データにより、図２５に示すように、プロジェクタ１０２からスクリーン１０１に、もともと投影されていた画像に描画データにより表わされる描画像２１０が貼付された合成画像が投影される。

図２６に示す投影ファイルを作成するために用いたプログラムとしては、ＡＰＩ（Ａｐｌｉｃａｔｉｏｎ ＰｒｏｇｒａｍｉｎｇＩｎｔｅｒｆａｃｅ）が公開されている。したがって、デジタルカメラ１０３で撮影された描画データを、スクリーン１０１に投影されている、ＡＰＩが公開されたプログラムを用いて作成された投影ファイルに基づく画像データに貼り付けるとともに、その投影された画像の投影ファイルの内部データとして保存することができる。

これにより、スクリーン１０１にもともと投影されていた投影ファイルに、描画データが貼り付けられ、それをスクリーン１０１上で確認できる上、描画データが括りつけられた状態の投影ファイルを保存することができるので、後に再編集することや、貼り付けた描画データを切り取ることなどが可能となる。

なお、デジタルカメラ１０３により撮影されるのは、必ずしも手書きされた描画である必要はなく、印刷された原稿であってもよく、紙資料の内容を描画データとしてとりこみ、電子資料とともにこれを利用することもできる。

図２７に他の例を示す画像表示手段１３０は、デジタルカメラ１０３により取得された描画データのうち、スクリーン１０１に書き込まれた描画自体のものを抽出する画像抽出部１３１と、抽出された描画データを貼り付ける画像サイズ及び位置を決める画像取得部１３２と、画像取得部１３２により貼り付け位置などが決められた描画データを、ビットマップデータに変換された投影ファイルに貼り付けて合成データを作成するデータ付加部１３３と、カメラ１０３により、スクリーン１０１の表示面に書き込まれた描画を撮影する場合とスクリーン１０１に写った物体の影を撮影する場合と表示面に重ね合わされた原稿を撮影する場合とに応じてプロジェクタ１０２によりスクリーン１０１に投影される画像を照明光に切り替える切り替え手段１３４とを備えている。

切り替え手段１３４は、スクリーン１０１に重ね合わされた原稿をデジタルカメラ１０３で撮影する場合には、原稿面には外光が届かないため、画像の投影を停止し、プロジェクタ１０２から照明光を照射する。

本例では、ＡＰＩが公開されていないプログラムで作成された投影ファイルの画像（文書）が投影されるため、仮想プリンタドライバ１４０により階層構造を有するファイルに一旦変換されたビットマップデータがデータ付加部１３３に入力される。なお、仮想プリンタドライバ１４０により変換されたビットマップデータが入力される点を除外すれば図２４に示す画像表示手段１３０と同様である。

ここで、プリンタドライバは、通常、アプリケーションの印刷情報を紙に印刷するためのプログラムであるが、仮想プリンタドライバ１４０は、印刷情報を実際のプリンタ以外に画像として出力するためのプログラムである。したがって、アプリケーションが印刷機能を有している場合、出力先のドライバにこの仮想プリンタドライバ１４０を設定することによりファイルの情報は画像情報として出力される。

図２８に示すように、ＡＰＩが公開されていないプログラムで作成された投影ファイルの文書画像２２０は、仮想プリンタドライバ１４０により変換することにより、階層構造を有する画像ファイル２３０を作成することができる。

ＡＰＩが公開されていないプログラムで作成された文書画像２２０は、印刷機能により、仮想プリンタドライバ１４０を通して階層構造の画像ファイルに展開される。なお、この画像ファイルには、任意の画像データを付加することできるので、アプリケーションに縛られることなく情報を付加することができる。

したがって、ＡＰＩが公開されていないプログラムで作成された投影ファイルの場合には、図２９示すように、スクリーン１０１にプロジェクタ１０２から投影されたファイルに重ねて、書き込みを行ったときは、書き込まれた描画をデジタルカメラ１０３で撮影し、取得された描画データから書き込まれた描画自体のデータを抽出し（上段）、仮想プリンタドライバ１４０を通して展開された階層構造の画像ファイル２３０に抽出された描画データを付加し、ＰＣに文書画像２２０及び描画像２１０として重ね合わせて画面表示することができる（下段）。

図３０に示す投影ファイルを作成するために用いるプログラムは、ＡＰＩが公開されていないので、デジタルカメラ１０３で撮影された描画データを、スクリーン１０１に投影される投影ファイルの内部データとして貼り付けることができない。一方、スクリーン１０１に合成画像を表示するためにデータを合成すれば、合成された部分のデータは消失する。そこで、本例においては、投影ファイルを一旦仮想プリンタドライバ１４０でページごとの画像ファイルに変換し、変換された画像ファイルのうち描画データを貼り付けるページの上に、その描画データを重ねることによりもとの投影ファイルは失うことなく、描画データと変換された画像ファイルとをリンクさせ、括りつけられた状態で保存することができる。

このように、仮想プリンタドライバ１４０を通して階層構造のファイルを作成することにより、印刷機能をもつアプリケーションであれば、アプリケーション文書と、書き込まれた描画などの付加情報を、後に編集可能に管理することができる。
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、第１の実施形態と較べて、背面投影表示装置１１０に用いられるスクリーン１０１の拡散加工が施された表示面の裏面側に接着剤により透明な平板部材が貼り付けられているなど、スクリーン１０１の構造は相違するが、それ以外の点は共通する。したがって、相違する、スクリーン１０１の構造などについて説明する。

先ず、はじめに、比較例として、背面側にフレネルレンズが設けられた、従来から用いられているスクリーン１０１の構造について説明する。

図３１は、背面側にフレネルレンズが設けられた比較例のスクリーンの構造を示す概略図である。

図３１に示すスクリーン１０１は、背面側から表示面側に向けて、フレネルレンズ１５２、拡散シート１５１、及び補強用のガラス１５０が層構造をなしている。光源１５３から背面側に投影された光は光量ムラを無くすため、異なる角度で入射した光はフレネルレンズ１５２により平行な光路１５５とされ、拡散シート１５１に投影され、表示面側から投影された画像が視認される。

このように、この構造のスクリーン１０１は、表示面側の観察者に対する投影画像の視認性を重視した構成になっている。したがって、このような構造のスクリーン１０１の背面側からスクリーン面を撮影した場合は、フレネルレンズ１５２の影響で、スクリーン１０１の表示面側の被写体はぼけたものになってしまう。また、光源１５３から投影された状態でデジタルカメラ１０３による撮影を行うと、例えば単色表示にすることによりデジタルカメラ１０３による撮影の補助光として用いた場合には、フレネルレンズ１５２面における投影光の反射光が干渉し撮影された画像にノイズが混入してしまう。

図３２は、スクリーンの構造を説明する図であり、図３２（ａ）は、接着剤により貼り合わせた構造、図３２（ｂ）は接着剤により貼り合わせない構造を示す。

背面画像投影装置の外観は、第１の実施形態において図２０及び図２１を用いて例示したのと同様である。特に、図２１に示すテーブルタイプのものは、利用者が周囲を取り囲んで会議等を行う際に、スクリーン面に手をついたり、物を置いたりすることが考えられる。そこで、スクリーン面にはこれに耐えうる強度が必要となることや、プレゼンテーションや会議等で使うよう大型スクリーンにおいてはおのずと強度が必要な場合が多い。

したがって、表示面側の裏面に補強板を設ける必要があるが、単に補強板を取り付けた状態のときは、表示面を構成するアクリル部材と補強用アクリル部材の間には空気層が生じている。

図３２において、スクリーンは、拡散加工が施された拡散粒子層２０１とアクリル層２０２とを有する、投影像が表示される表示面側の透明部材２０４と、投影像が投影される背面側の透明な平板部材２０５とからなる。

表示面側の透明部材２０４は、アクリル平板材の表面に拡散粒子が塗布されることにより拡散粒子層２０２が形成される。

また、表示面側の透明部材２０４及び背面側の平板部材２０５は共に透明な薄膜２０３、２０７が貼付され、その薄膜２０３、２０７には、反射防止膜がコーテイングされている。

なお、反射防止膜は、入射角が０度のとき、反射率が１％以下となるように設定されている。

表示面側の透明部材２０４と背面側の透明な平板部材２０５とが接着剤２０６により貼り合わされている構造のスクリーンは、表示面側の透明部材２０４及び背面側の透明部材２０５がアクリル材で、屈折率が、共に、例えば１．４のもので構成され、接着剤２０６の屈折率は、アクリル材の屈折率と同等か、あるいはそれ以上となるように材料が選択される。

例えば、接着剤として、アクリル系紫外線硬化接着剤を用いることができるが、必ずしもこれに限定されず、平板部材２０５に屈折率が近いものであって、硬化後の色が透明になる性質のものであればよい。

一般に、光は屈折率の高い物質から低い物質に進入する際に全反射を起こす。この性質から、図３２（ａ）に示すように、スクリーンの前面から背面までにアクリル部材と空気との接触面が２面ある場合には、全反射が２面で生じ得る（１）、（２）。これでは、スクリーン前面から入射した外光が背面に到達する率が半減する。

しかし、アクリル部材の屈折率より高く、かつアクリル部材の屈折率に近い物質により表示面側の透明部材２０４と背面側の透明部材２０５とを接着することにより、第1の面境界での全反射はなくなるため（３）、（４）、背面に進入する光は、空気層がある場合に比べ増加し、スクリーン背面の光量が増加し、背面側からカメラで撮影したときの撮像のコントラストが高まる。

これにより、表示面側における被写体をスクリーンの背面側からカメラで撮影する場合に、より明度の高い、解像度の高い描画データを得ることができる。

また、背面側の透明部材２０５には、反射防止膜２０７がコーテイングされているので、プロジェクタから投影された光の反射が抑制され、カメラで、例えば書き込まれた文字等を撮影する場合の投影画像によるノイズを抑えることができる。

図３３は、本実施形態のスクリーンに外光の写り込みを防止するため反射防止膜を施したときの光の透過特性を示す図であり、図３３（ａ）は、ピークゲインを高くしたもの、図３３（ｂ）は、ピークゲインをやや高くしたもの、図３３（ｃ）は、ゲインをフラットにしたものを示す。

図３３において、横軸は、観察者のスクリーン面を観察する角度、縦軸は、ゲインを表す。

このように、角度の異なる各種のテイント加工を施すことにより、プロジェクタから投影される画像の画質を低下させることなく、また良質な背面からの撮影画像を取得可能な、用途に応じたスクリーンを構成することができる。

本実施形態のスクリーンは背面側に補強板を備えているので、スクリーンのサイズを大きくすることが可能である。したがって、会議や、プレゼンテーション等における背面投影型ディスプレイ用として活用し、ＰＣの電子資料をスクリーンに表示させる一方、スクリーンの表示内容に変更や追加がある場合は、スクリーンにホワイトボード感覚で水性マーカを用いて表示内容に重畳させて直接書き込みを行うことができる。

本実施形態のスクリーンは、表示面に、透明な薄膜が貼付されているので、ホワイトボード感覚でマーカを用いて容易に書込を行うと共に、後で消去することも容易にできる。また、投影画像をみながら重畳して書き込まれた描画を、背面からカメラで撮影し、書き込まれた情報を抽出して投影画像に貼り付け、貼り付けられた合成画像をスクリーンに投影して確認するとともに、書き込まれた描画情報を、もともとの投影ファイルのデータと括り付けて保存することや、後に編集することができる。

なお、本発明による描画データ保存方法は、スクリーンに投影された画像に重ね合わせて書き込まれた描画から取得された描画データを、画像を表す画像データに括り付けて保存する描画データ保存方法において、画像表示手段に入力された画像データによる画像をスクリーンに、該スクリーンの表示面とは反対側の背面後方からプロジェクタを用いて投影し、上記画像が投影された上記スクリーンの表示面に書き込まれた描画を、該スクリーンの上記背面後方からカメラを用いて撮影することにより描画データを取得し、上記画像表示手段に入力された前記画像データに、取得された前記描画データを貼り付け、貼り付けた合成データによる合成画像を前記スクリーンに、前記背面後方から前記プロジェクタを用いて投影すると共に、取得された該描画データを、該画像データに括り付けて保存することを特徴としてもよい。

このように、画像が投影されたスクリーンに書き込まれた描画をカメラで撮影して描画データを取得し、取得された描画データを、画像を表す画像データとマージした合成データを保存するので、描画データの管理が容易である。

また、本発明による描画データ保存装置は、スクリーンに投影された画像に重ね合わせて書き込まれた描画から取得された描画データを、画像を表す画像データに括り付けて保存する描画データ保存装置において、所定の画像データによる画像をスクリーンに、該スクリーンの表示面とは反対側の背面後方から投影するプロジェクタと、上記画像が投影された上記スクリーンの表示面側の被写体を、該スクリーンの上記背面後方から撮影して描画データを取得するカメラと、上記プロジェクタに、生成された画像データを送ると共に、上記カメラから、該カメラで取得された上記描画データが入力されたときは、該画像データに、入力された該描画データの全部又は一部を貼り付けた合成データを、該プロジェクタに送る画像表示手段と、を備え、上記画像表示手段は、上記描画データと上記画像データとを括り付けて保存することを特徴としてもよい。

このように、プロジェクタから投影する画像データに、カメラで撮影して取得した描画データの全部又は一部を貼り付ける画像表示手段を備えているので、貼り付けた合成データによる合成画像を確認し、保存することができる。

本発明による投影画像表示装置は、スクリーンと、該スクリーンの表示面とは反対側の背面後方から該スクリーンに画像表示手段から入力された画像データによる投影像を投影するプロジェクタと、該スクリーン方向の被写体を該背面後方から撮影し撮像データを取得するカメラとを備え、プロジェクタは、取得された該撮像データを該画像データに貼り付けた合成データによる投影像を該スクリーンに投影する投影画像表示装置であって、上記スクリーンは、光の拡散加工が施された上記表示面に透明な薄膜が貼付された透明な部材からなるものであり、上記カメラは、上記スクリーンの上記薄膜に消去自在に書き込まれた描画又は該スクリーンに接触する物体の接触面を撮影して上記撮像データを取得することを特徴としてもよい。

このように、スクリーンが拡散加工されると共に、透明な薄膜が貼付されているので、マーカによる書込や消去が容易である。

上記の描画データ保存方法や描画データ保存装置によれば、スクリーンに投影された画像データとスクリーンの表示面における物影や書き込まれた文字、図形に関する描画データとを括り付けて、編集可能な状態で保存することが可能である。

また、上記の投影画像表示装置によれば、スクリーンの表示面における投影画像の視認性を向上することが可能になるとともに、スクリーンの背面からスクリーンの表示面側の被写体を撮影するのに必要な光量を確保し、撮影により解像度の高いデータを取得することができる。
本国際出願は２００５年６月３０日に出願した日本国特許出願２００５−１９２５１１号に基づく優先権を主張するものであり、２００５−１９２５１１号の全内容を本国際出願に援用する。

Claims (10)

1. 画像を表示する表示面と、
   画像を前記表示面に投影する投影手段と、
   前記投影手段と前記表示面の同一面側に配置される、前記表示面を撮像する撮像手段と、
   光を反射する反射面によって、前記投影手段の光路及び前記撮像手段の光路を変更する手段と
   を有し、
   前記撮像手段の光路と前記投影手段の光路とが前記変更する手段の反射面上で重ならないように前記撮像手段又は前記投影手段を配置し、且つ、前記投影手段の前記表示面に関して対称な位置が前記撮像手段の画角の範囲外となる位置に、前記撮像手段を配置すること
   を特徴とする投影画像表示装置。
2. 画像を表示する表示面と、
   画像を前記表示面に投影する投影手段と、
   前記投影手段と前記表示面の同一面側に配置される、前記表示面を撮像する撮像手段と、
   光を反射する反射面によって、前記投影手段の光路及び前記撮像手段の光路を変更する手段と
   を有し、
   前記撮像手段の光路と前記投影手段の光路とが前記変更する手段の反射面上で重ならないように前記撮像手段又は前記投影手段を配置し、且つ、前記撮像手段の前記表示面に関して対称な位置が前記投影手段の画角の範囲外となる位置に、前記投影手段を配置すること
   を特徴とする投影画像表示装置。
3. 前記変更する手段は、同じ筐体内に配置された前記投影手段と前記撮像手段とで、それぞれ異なる光路を変更する請求項１または２に記載の投影画像表示装置。
4. 前記変更する手段は、前記表示面を通過するように、前記投影手段の光路及び前記撮像手段の光路を変更することを特徴とする請求項１または２に記載の投影画像表示装置。
5. 前記投影手段の光路を、前記表示面を通過するように変更する投影用変更手段と、
   前記撮像手段の光路を、前記表示面を通過するように変更する撮像用変更手段と
   を有することを特徴とする請求項１または２に記載の投影画像表示装置。
6. 前記投影手段は、前記撮像手段で撮像された画像の歪みを補正した画像を前記表示面に表示することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の投影画像表示装置。
7. 前記撮像手段は、該撮像手段が有するレンズをシフトあるいはチルトすることが可能であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の投影画像表示装置。
8. 前記投影手段は、該投影手段が有するレンズをシフトあるいはチルトすることが可能であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の投影画像表示装置。
9. 前記撮像手段は、前記表示面上に形成される書き込みや、前記表示面に接面している画像を撮影することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の投影画像表示装置。
10. 前記投影手段の前記表示面における投影領域が前記撮像手段の撮像領域と略同一であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の投影画像表示装置。