JP4710284B2 - 画像投射装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像を生成して投射するプロジェクタ等の画像投射装置に関し、特に、複数のプロジェクタを用いて２次元画像、立体画像等の静止画や動画を生成する画像投射装置に関する。

従来から、光を投射して画像を生成し、スクリーン等に表示するプロジェクタがある。一般的に、プロジェクタはランプを光源とし、このランプから発せられた光を例えば液晶等の変調素子で変調して画像を生成し、各種のレンズを用いてその生成された画像をスクリーン等に投影する（例えば、特許文献１参照。）。

また、上記液晶素子が複数設けられ、あるいはプロジェクタ自体が複数設けられ、それぞれの液晶素子やプロジェクタで視差のある画像を生成して投射レンズにより投射させることにより、立体画像を表示する装置が開示されている（例えば、特許文献２、３参照。）。
特開平０５−２８９０５０号公報（図１） 特開２００２−２５８２１５号公報（図４） 特開平０５−１０７５０４号公報（図１、図４）

上記特許文献２、３のような装置では、プロジェクタ等がそれぞれ複数設けられ、これに伴って投射レンズ等の光学系も複数設けられる必要があるが、この場合、単位面積当り（単位表示面当り）にこれらの数が多いほど高画質、高精細な画像が得られる。したがって、如何にしてプロジェクタを数多く並べて配置させるかが重要な課題となってくる。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、例えばプロジェクタ等の複数の画像投射素子を高密度に配置させて、高画質の画像を生成することができる画像投射装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る画像投射装置は、画像を投射する投射面を有し、第１の画像及び該第１の画像とは異なる第２の画像を用いて１つの画像を生成し、生成した前記１つの画像を前記投射面から投射する画像投射装置であって、前記第１の画像を生成するために光を変調する第１の変調素子と、前記変調された光を投射可能であり第１の光路長を有する第１の平行光学系と、前記第１の変調素子を収容し、前記第１の平行光学系の光軸にほぼ垂直な面内で最も広い第１の幅を有する第１の収容部と、前記投射面の一部を構成する第１の投射端を有するとともに前記第１の幅の方向で当該第１の幅より狭い第２の幅を有し、前記第１の収容部と一体的に、かつ、前記第１の平行光学系を内部で保持するために第１の長さに設けられた第１の筒部とを有する第１の画像投射素子と、前記第２の画像を生成するために光を変調する第２の変調素子と、前記変調された光を投射可能であり前記第１の光路長とは異なる第２の光路長を有する第２の平行光学系と、前記第２の変調素子を収容し、前記第２の平行光学系の光軸にほぼ垂直な面内で最も広い前記第１の幅を有する第２の収容部と、前記投射面の他部を構成する第２の投射端を有するとともに前記第２の収容部における前記第２の平行光学系の光軸にほぼ垂直な面内で最も広い前記第１の幅の方向で前記第２の幅を有し、前記第２の収容部と一体的に、かつ、前記第２の平行光学系を内部で保持するために前記第１の長さとは異なる第２の長さに設けられた第２の筒部とを有する第２の画像投射素子と、前記投射面から見て前記第１の収容部と前記第２の収容部とがオーバーラップするように、前記第１及び第２の画像投射素子を連結する連結機構とを具備する。

本発明では、第１及び第２の筒部がそれぞれ有する第１及び第２の投射端が投射面を構成し、それら第１及び第２の筒部が、第１の長さ及びそれと異なる第２の長さに構成されている。これに加え、連結機構は、投射面から見て第１の収容部と第２の収容部とがオーバーラップするように、第１及び第２の画像投射素子を連結している。つまり、第１及び第２の筒部の長さが異なることにより、連結機構は第１及び第２の画像投射素子がオーバーラップするように連結することができる。この場合、第１及び第２の収容部はそれぞれ第１の幅を有し、第１及び第２の筒部はそれぞれ第２の幅を有しているので、例えば、第１の収容部（または第２の収容部）が、第２の筒部（または第１の筒部）に極力近づけるか、あるいは当接させるようにすればよい。これにより高密度で第１及び第２の画像投射素子を配置させることができ、高画質の画像を生成することができる。

ここで、投射面は、言い換えると、第１及び第２の筒部のそれぞれの第１及び第２の投射端が配列される配列面である。この投射面は、平面状であってもよいし、曲面状であってもよい。以下、同様である。

本発明の一の形態によれば、前記第１及び第２の収容部は、ほぼ同じ形状及び大きさでなり、前記投射面から見て多角形でなる。多角形とは、言うまでもなく、３角形、４角形に限らずそれ以上の角数を持つ形も含む意味である。以下、同様である。

本発明の一の形態によれば、前記第１の変調素子を挟んで前記第１の平行光学系と反対側に設けられ、前記第１の変調素子に光を入射させるための光学系と、前記第１の収容部及び前記第１の筒部と一体的に設けられ、前記第１の画像投射素子の前記第１の幅の方向に第３の幅を有し、前記光学系を保持する保持部とを有し、前記第２の幅は前記第３の幅より狭い。このように保持部の第３の幅より第１の筒部の第２の幅を狭くすることで、第２の収容部が第１の筒部に極力近づくか、あるいは当接するようにすれば、さらに高密度に第１及び第２の画像投射素子を配置させることができる。第２の画像投射素子も同様である。

本発明の一の形態によれば、当該画像投射装置は、前記１つの画像として立体画像を生成するものである。立体画像が生成される場合、第１及び第２の筒部同士の角度、すなわち、第１及び第２の平行光学系の各光軸同士の角度を微妙に付ける場合がある。この場合に、例えば第１及び第２の収容部同士をオーバーラップさせずに、当該第１及び第２の収容部同士を当接させる場合に比べ、当該角度を調整するための第１及び第２の画像投射素子同士の間に遊び（隙間）が設けられる。これにより、微妙な角度調整が可能となる。

本発明の他の観点に係る画像投射装置は、画像を投射する投射面を有し、第１の画像及び該第１の画像とは異なる第２の画像を用いて１つの画像を生成し、生成した前記１つの画像を投射面から投射する画像投射装置であって、前記第１の画像を生成するために光を変調する第１の変調素子と、前記変調された光を投射可能な第１の光学系と、第１の端部と前記第１の光学系の光軸にほぼ垂直な面内で最も広い第１の幅とを有し、前記第１の変調素子を収容する第１の収容部と、前記投射面の一部を構成する第１の投射端を有するとともに前記第１の幅の方向で当該第１の幅より狭い第２の幅を有し、前記第１の収容部と一体的に設けられ、前記第１の光学系を内部で保持する第１の筒部とを有する第１の画像投射素子と、前記第２の画像を生成するために光を変調する第２の変調素子と、前記変調された光を投射可能な第２の光学系と、第２の端部と、前記第２の光学系の光軸にほぼ垂直な面内で最も広い前記第１の幅とを有し、前記第２の変調素子を収容する第２の収容部と、前記投射面の他部を構成する第２の投射端を有するとともに前記第２の収容部における前記第２の光学系の光軸にほぼ垂直な面内で最も広い前記第１の幅の方向で前記第２の幅を有し、前記第２の収容部と一体的に設けられ、前記第１の光学系を内部で保持する第２の筒部とを有する第２の画像投射素子と、前記投射面から見て、前記第１及び第２の収容部のそれぞれの前記第１の幅の方向がほぼ同じになるように、前記第１の端部と前記第２の端部とが最も離れるように、かつ、前記第１及び第２の端部間の距離が前記第１の幅の２倍より小さくなるように、前記第１及び第２の画像投射素子を連結する連結機構とを具備する。

本発明では、第１及び第２の筒部がそれぞれ有する第１及び第２の投射端が投射面を構成し、連結機構により、投射面から見て、第１及び第２の収容部のそれぞれの第１の幅の方向がほぼ同じになるように、第１の端部と前記第２の端部とが最も離れるように、かつ、第１及び第２の端部間の距離が前記第１の幅の２倍より小さくなるように、第１及び第２の画像投射素子が連結される。これにより、高密度で第１及び第２の画像投射素子を配置させることができ、高画質の画像を生成することができる。

本発明の一の形態によれば、前記第１及び第２の収容部は、ほぼ同じ形状及び大きさでなり、前記投射面から見て多角形でなる。

本発明の一の形態によれば、前記第１及び第２の収容部は、前記投射面からほぼ同じ距離上に配列されている。この場合、例えば上記多角形が３角形や６角形で構成されれば、第１及び第２の画像投射素子を高密度に配置することができる。

本発明の一の形態によれば、前記第１の光学系は、第１の光路長を有する第１の平行光学系であり、前記第１の筒部は、前記第１の平行光学系を保持するために第１の長さに設けられ、前記第２の光学系は、前記第１の光路長とは異なる第２の光路長を有する第２の平行光学系であり、前記第２の筒部は、前記第２の平行光学系を保持するために前記第１の長さとは異なる第２の長さに設けられ、前記連結機構は、前記投射面から現れる前記第１及び第２の収容部がオーバーラップするように、前記第１及び第２の画像投射素子を連結する。このように、第１及び第２の筒部の長さが異なることにより、連結機構は第１及び第２の画像投射素子がオーバーラップするように連結することができ、高密度でそれらを配置することができる。

以上のように、本発明によれば、複数の画像投射素子を高密度に配置させて、高画質の画像を生成することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る画像投射装置を示す斜視図である。

この画像投射装置１０は、プロジェクタ５が複数配列されて構成されている。具体的には、プロジェクタ５は、図１中、Ｘ方向及びＹ方向に配列されており、各プロジェクタ５によりそれぞれ視差のある画像が投射されることで、観察者はその投射画像を立体画像として認識することができる。本実施の形態では、立体表示をする技術として例えば光線再生法が用いられる。光線再生法の場合、直接観察者の眼に立体画像を構成する光を入射したり、空間に立体画像の光を作り出したりする。

光線再生法のうちの１つの手法を説明する。例えば、撮像手段として図示しない複数のカメラが用いられ、そのカメラごとに担当する撮像範囲が設定され、各カメラによって撮像されたそれぞれ視差のある画像が用意される。そして、当該視差の角度やそれに伴う屈折率等が計算され、その計算結果に基づき各画像が加工され、この加工処理により得られたそれぞれの画像が合成されることで１つの立体画像フレームが生成される。本実施の形態の場合、その複数のカメラに対応するように配置されたプロジェクタ５によって、各カメラで撮像され画像処理された後の画像をそれぞれ表示することで立体画像を表示することができる、いわゆる多眼式である。したがって、プロジェクタ５の数が多いほど、画素が多いことと同じになり、高画質な立体画像が得られる。

なお、図１において、図を分かりやすくするため、一部のプロジェクタ５のみが示されており、例えば、矩形状の枠１７で示される部分にプロジェクタ５が敷き詰められて画像投射装置１０が構成される。

図２はプロジェクタ５を示す断面図である。このプロジェクタ５は、光源２、コリメータレンズ１１、変調素子として液晶デバイス１５、コンデンサレンズ１２、平行光学系をなす投影レンズ系１３及び１４を有しており、これらの光学部材が保持部材３によって保持されている。保持部材３は、光源２及びコリメータレンズ１１を保持する保持部としての円筒状の後筒部３ａ、液晶デバイス１５を収容する直方体状の液晶収容部３ｂ、投影レンズ系１３及び１４を保持する円筒状の前筒部３ｃでなっている。前筒部３ｃは、さらにコンデンサレンズ１２を保持する大径部３ｃａ、投影レンズ系１３及び１４を保持する小径部３ｃｂでなっている。光源２としては、例えばレーザダイオードを用いることができる。

光源２から出射された光は、コリメータレンズ１１により平行光にされ、液晶デバイス１５に入射する。液晶デバイス１５は、図示しない制御コントローラから画像の制御信号を受信して、入射した光を画素ごとに変調し、画像を生成する。生成された画像の光は、コンデンサレンズ１２で集められ、投影レンズ系１３及び１４により投射される。

各プロジェクタ５は、図示しない連結機構によって連結されている。具体的には、例えばプロジェクタ５の数の分だけ貫通穴が設けられた１つのベース部材に、当該各貫通穴に前筒部３ｃが挿通されて各プロジェクタ５がそのベース部材にそれぞれ固定されるような構成とすることができる。あるいは、図示しない格子状のフレーム材に当該各前筒部３ｃを挿通させて固定されることで、各プロジェクタ５が連結されてもよい。

図３及び図４は、それぞれ画像投射装置１０を示す平面図及び正面図である。特に、図４は、図３における画像の投射面Ｂから見た図である。画像投射装置１０で用いられるプロジェクタ５は例えば２種類あり、その違いは、小径部３ｃｂの長さ（光軸Ａの方向の長さ）が図３に示すように２種類（ｇ１、ｇ２）あることである。このように小径部３ｃｂの長さが異なるようにしても、画像を生成する際に問題ない。つまり、小径部３ｃｂで保持されているレンズは平行光学系でなるので光路長が異なっても問題ない。このように画像投射装置１０は、長さの異なる小径部３ｃｂを有するプロジェクタ５が、その小径部３ｃｂの先端が所定の面、つまり投射面Ｂに沿うように配列されて構成されている。

図２及び図４に示すように、保持部材３の後筒部３ａ及び大径部３ｃａの幅、つまり径はほぼ同じｅに設定されている。図４に示すように、液晶収容部３ｂは画像の投射面Ｂから見てほぼ正方形に形成されており、その一辺の長さは、ｅより大きいｄに設定されている。一方、図２に示すように小径部３ｃｂは径がｆとされており、このｆはｅより小さい値に設定されている。なお、ｈの値は例えば５ｃｍ〜１０ｃｍであるが、この範囲に限られるものではない。

以上のようにプロジェクタ５が構成されることにより、図３及び図４に示すように、各プロジェクタ５の前筒部３ｃの先端である投射端が投射面Ｂに揃い、かつ、最も幅広の液晶収容部３ｂを、投射面Ｂから見てオーバーラップするように配置させることができる。言い換えると、図４に示すように、幅ｄの２倍の値より、ある１つのプロジェクタ５の液晶収容部３ｂの端部３ｂａから、それに隣接するプロジェクタ５の液晶収容部３ｂにおける反対側の端部３ｂａまでの距離ｋが小さくなるように、各プロジェクタ５が配置されている。本実施の形態の場合、各液晶収容部３ｂはＸ方向にオーバーラップしており、千鳥状に交互に配置されている。このようにオーバーラップさせることにより、隣り合うプロジェクタ５の前筒部３ｃ同士を極力近づけることができる。つまり高密度でプロジェクタ５を配置させることができ、高画質の画像を生成することができる。

図５〜図９は、プロジェクタ５の配列の他の例を示している。

図４に示した例では、液晶収容部３ｂがＸ方向でのみオーバーラップするように配置されたが、図５に示すように、Ｘ及びＺ方向でオーバーラップするように配置されてもかまわない。

図６に示す例では、プロジェクタ５の小径部３ｃｂの側面に、隣接するプロジェクタ５の液晶収容部３ｂが当接するように配置されている。このようにプロジェクタ５が配置されることで、後筒部３ａの径ｅ（図２参照）より小径部３ｃｂの径ｆが小さく設定される意義が生じる。これにより、図３に示す配置よりさらに高密度にプロジェクタ５が配置される。

図７に示す例では、３つ以上の異なる小径部３ｃｂを持つプロジェクタ５が配置されている。このようなプロジェクタ５であっても、小径部３ｃｂの投射端が投射面Ｂに揃うことで、液晶収容部３ｂが投射面Ｂから見てオーバーラップさせることができる。

図８に示す例では、隣り合うプロジェクタ５に角度が付けられて配置されている。この場合、投射面Ｂは曲面状になる。隣り合うプロジェクタ５の角度は、例えば０．５°〜１０°とすることができるが、この範囲に限られず、撮像するときのカメラの数やプロジェクタ５の数によって適宜変更すればよい。図８に示す例では、外側に配置されるプロジェクタ５ほど内側に向くように角度が設定されているが、図９に示すように外側に配置されるプロジェクタ５ほど外側に向くように角度が設定されてもよい。

図１０〜図１２は、プロジェクタ５の液晶収容部の形状の他の例を示している。

図１０に示す例では、投射面から見た各プロジェクタ２５の液晶収容部２３ｂの形状が、例えば正３角形をなしている。この場合、各液晶収容部２３ｂは、投射面から見てオーバーラップさせずに、当該投射面から同じ距離上に配置されるようにしてもよい。このようにすれば、各液晶収容部２３ｂの最も幅広の部分である一辺の長さｉの２倍より、隣り合う液晶収容部２３ｂの最も離れた両端の距離ｊを小さくすることができる。また、各液晶収容部２３ｂを投射面から同じ距離上に配置することができるので、小径部３ｃｂの長さは各プロジェクタ３５で同じでよい。つまり、すべて同じ形状、大きさのプロジェクタが用いられるので、プロジェクタ３５の設計の労力や製造コスト等の生産性が向上する。

図１１に示す例では、投射面から見た各プロジェクタ３５の液晶収容部３３ｂ形状が、例えば正６角形をなしている。液晶収容部３３ｂに収容される図示しない液晶デバイスも６角形状に形成されていればよい。この場合、各液晶収容部３３ｂは、投射面から見てオーバーラップさせずに、当該投射面から同じ距離上に配置されるようにしてもよい。このようにすれば、各液晶収容部３３ｂの最も幅広の部分である幅ｄの２倍より、図中上下方向で隣り合う液晶収容部３３ｂの最も離れた両端の距離ｐを小さくすることができる。

図１２に示す例では、図１１に示した各プロジェクタ３５が用いられ、各液晶収容部３３ｂが、投射面から見てオーバーラップするように配置されている。このような配置であっても、幅ｄの２倍より、距離ｍまたはｇを小さくすることができる。

本発明の一実施の形態に係る画像投射装置を示す斜視図である。 図１に示す１つのプロジェクタの断面図である。 図１に示す画像投射装置の平面図である。 図１に示す画像投射装置の正面図である。 プロジェクタの配列の他の例を示す正面図である。 プロジェクタの配列のさらに別の例を示す平面図である。 プロジェクタの配列のさらに別の例を示す平面図である。 プロジェクタの配列のさらに別の例を示す平面図である。 プロジェクタの配列のさらに別の例を示す平面図である。 プロジェクタの液晶収容部の形状の他の例を示す正面図である。 プロジェクタの液晶収容部の形状のさらに別の例を示す正面図である。 図１１に示すプロジェクタの配列の変形例を示す正面図である。

符号の説明

Ｂ…投射面
３ａ…後筒部
３ｂ、２３ｂ、３３ｂ…液晶収容部
３ｃ…前筒部
３ｃａ…大径部
３ｃｂ…小径部
３ｂａ…端部
５、２５、３５…プロジェクタ
１０…画像投射装置
１１…コリメータレンズ
１２…コンデンサレンズ
１３…投影レンズ系
１５…液晶デバイス
２３ｂ…液晶収容部

Claims (3)

1. 画像を投射する投射面を有し、第１の画像及び該第１の画像とは異なる第２の画像を用いて１つの画像を生成し、生成した前記１つの画像を前記投射面から投射する画像投射装置であって、
   （ａ）前記第１の画像を生成するために光を変調する第１の変調素子と、
   前記変調された光を投射可能な第１の平行光学系と、
   前記投射面の一部を構成する第１の投射端と、前記第１の平行光学系の第１光軸にほぼ垂直な面方向における第１の幅と、前記第１光軸方向における第１の長さとを有し、前記第１の平行光学系を内部で保持する第１の筒部と、
   前記第１光軸にほぼ垂直な面方向における前記第１の幅よりも大きな第２の幅を有し、前記第１光軸方向において前記投射面から前記第１の長さ離れた位置にて前記第１の筒部と一体的に設けられた、前記第１の変調素子を収容する第１の収容部と
   を有する第１の画像投射素子と、
   （ｂ）前記第２の画像を生成するために光を変調する第２の変調素子と、
   前記第１の平行光学系の第１光軸とほぼ平行の第２光軸を有し、前記変調された光を投射可能な第２の平行光学系と、
   前記投射面の他部を構成する第２の投射端と、前記第２の平行光学系の第２光軸にほぼ垂直な面方向における前記第１の幅と、前記第２光軸方向における前記第１の長さよりも大きな第２の長さとを有し、前記第２の平行光学系を内部で保持する第２の筒部と、
   前記第２光軸にほぼ垂直な面方向における前記第１の幅よりも大きな前記第２の幅を有し、前記第２光軸方向において前記投射面から前記第２の長さ離れた位置にて前記第２の筒部と一体的に設けられた、前記第２の変調素子を収容する第２の収容部と
   を有する第２の画像投射素子と、
   （ｃ）前記第１光軸及び前記第２光軸にほぼ垂直な面方向において前記第１及び前記第２の収容部がオーバーラップするように、前記第２の幅を有する前記第１の収容部と、前記第１の幅を有する前記第２の筒部とを当接させて、前記第１及び前記第２の画像投射素子を連結する連結機構と
   を具備する画像投射装置。
2. 請求項１に記載の画像投射装置であって、
   前記第１及び第２の収容部は、前記投射面から見てほぼ同じ形状及び大きさでなり、当該形状は多角形状である画像投射装置。
3. 請求項１に記載の画像投射装置であって、
   当該画像投射装置は、前記１つの画像として立体画像を生成するものである画像投射装置。

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