JP4732391B2 - 投写型表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、スクリーン上に画像を投写する投写型表示装置に関するものである。

スクリーン上にプロジェクタからの光を投射して画像を写す投写型表示装置としては、例えば特許文献１のプロジェクション表示システムがある。このシステムでは、プロジェクタを収納筐体に収納しており、プロジェクタからスクリーンまでの投射光の光路を遮らないように収容筐体の一部を切り欠いている。このように構成することで、プロジェクタの投射光と収納筐体とが干渉しないように配慮しつつ、投写型表示装置の小型化を図っている。

また、特許文献２には、多くの視聴者に対応するため、円筒状のスクリーン上に映像を投写する投写型表示装置が開示されている。この投写型表示装置では、プロジェクタからの光をスクリーンの円筒中央部に配置した反射鏡で反射させてスクリーン上に投射する。このように、プロジェクタからスクリーンまでの投射光の光路を反射鏡で折り曲げ、該光路を遮らない位置に構成部品を配置することにより、投写型表示装置の小型化を図っている。

特開２００４−２５２２８２号公報（第５頁〜第６頁、段落００２４、第１図） 特開平９−１０７５１４号公報（第３頁、段落００１５、第４図）

従来の投写型表示装置は、プロジェクタからスクリーンまでの投射光の光路と干渉しないようにプロジェクタを含む構成部品を配置する必要があるため、各構成部品の配置間隔をさらに縮めて小型化を図ることができないという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、反射鏡からスクリーンまでの投射光の光路と構成部品との干渉を許容して、装置の小型化を図ることができる投写型表示装置を得ることを目的とする。

この発明に係る投写型表示装置は、画像投写用の投射光を発するプロジェクタと、プロジェクタからの投射光をスクリーンへ向けて反射して画像を投写する反射鏡とを備えた投写型表示装置において、スクリーンと反射鏡との間に配置するプロジェクタを、反射鏡で反射された投射光の一部を遮り、かつ当該投射光が遮られることにより生じた影がスクリーン面以外に投影されるように配置するものである。
また、この発明に係る投写型表示装置は、画像投写用の投射光を発するプロジェクタと、プロジェクタからの投射光をスクリーンへ向けて反射して画像を投写する反射鏡とを備えた投写型表示装置において、スクリーンと反射鏡との間に配置するプロジェクタを、反射鏡で反射された投射光の一部を遮るよう配置し、反射鏡で反射された投射光の一部が遮られることにより生じた影で非表示となった画像をスクリーン面に投写する別のプロジェクタを備えたものである。

この発明によれば、スクリーンと反射鏡との間に配置するプロジェクタを、反射鏡で反射された投射光の一部を遮り、かつ当該投射光が遮られることにより生じた影がスクリーン面以外に投影されるように配置する、又は、スクリーンと反射鏡との間に配置するプロジェクタを、反射鏡で反射された投射光の一部を遮るよう配置し、反射鏡で反射された投射光の一部が遮られることにより生じた影で非表示となった画像をスクリーン面に投写する別のプロジェクタを備えたので、スクリーンとプロジェクタ及び反射鏡との間隔を狭めることができ、装置寸法を小型化することができるという効果がある。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による投写型表示装置の構成を示す斜視図である。図１において、実施の形態１による投写型表示装置５は、プロジェクタ１から射出される光を反射鏡３で反射させてスクリーン４に投射することにより、スクリーン４上に画像を表示する。プロジェクタ１は、スクリーン４に対向して配置された反射鏡３に対して画像投影用の投射光を照射するプロジェクタであり、反射鏡３で反射された投射光２の一部を領域７で遮る位置に配置される。

反射鏡３は、プロジェクタ１から照射された投射光２をスクリーン４上に反射する平面鏡であり、スクリーン４に対向し、かつ反射した投射光２の一部がプロジェクタ１の領域７にあたる位置に配置される。このようなプロジェクタ１及び反射鏡３の位置関係では、図１中に破線で示すように、反射鏡３を含む平面を対称面としてプロジェクタ１に面対称な位置に形成されるプロジェクタ１の虚像８からスクリーン４に向けて角錐状に投射光２が放射される様子がイメージされる。

また、スクリーン４は、湾曲したスクリーン面を有する曲面スクリーンであり、広い視野角での画像投写が可能である。影６は、反射鏡３で反射した投射光２の一部がプロジェクタ１の領域７で遮られることにより生じる。この影６は、図１に示すように上述の虚像８から放射される角錐状の投射光２の一部を切り欠く空間を形成する。

図２は、図１中の矢印方向に見た画面領域を示す図である。図２において、画面領域９は、スクリーン４に向けて投射されたプロジェクタ１からの投射光２により形成されている領域である。投写有効領域１０は、画面領域９のうち、投射光２が照射されたスクリーン４上の投写領域である。また、投写無効領域１１は、画面領域９のうち、スクリーン４以外に投射された投射光によって形成される領域である。

実施の形態１による投写型表示装置５では、図２に示すように、投射光２の一部がプロジェクタ１の領域７で遮られることにより生じる影６が投写無効領域１１内に収まるようにプロジェクタ１及び反射鏡３を配置する。例えば、影６がスクリーン４の上部又は下部に投影されるようにスクリーン４面に対して反射鏡３を傾けて配置する。このように構成することで、投射光２の一部をプロジェクタ１が遮る程度にプロジェクタ１及び反射鏡３とスクリーン４との間隔を縮めても、影６が画像表示に影響を及ぼすことはない。

次に、反射鏡で反射された投射光の一部をプロジェクタが遮る位置関係で配置した場合と遮らないように配置した場合とを比較説明する。
図３は、反射鏡で反射された投射光の一部をプロジェクタが遮らないようにした従来の投写型表示装置を示す図であり、図３（ａ）はスクリーン４側から見た正面図、図３（ｂ）は上面図、図３（ｃ）は側面図である。図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すプロジェクタ１２は、図１に示したプロジェクタ１と同様に、スクリーン４に対向して配置された反射鏡１３に対して画像投影用の投射光を照射するプロジェクタである。

このプロジェクタ１２は、反射鏡１３からスクリーン４までに投射光２が広がることを考慮すると、反射鏡１３で反射された投射光２の一部を遮らないように反射鏡１３のなるべく近くに配置される。反射鏡１３を含む平面を対称面としてプロジェクタ１２に面対称な位置に形成されるプロジェクタ１２の虚像８ａからスクリーン４に向けて投射光２が放射される関係がイメージされる。ここで、投射光２による画像の全てをスクリーン４に投写するため、スクリーン４と反射鏡１３とを一定の間隔で配置しなければならない。このため、図３の構成では、スクリーン４からプロジェクタ１２までの間隔Ａを縮めることができない。

図４は、反射鏡で反射された投射光の一部をプロジェクタが遮るようにした実施の形態１による投写型表示装置を示す図であり、図４（ａ）はスクリーン４側から見た正面図、図４（ｂ）は上面図、図４（ｃ）は側面図である。図４は、図３の構成と比較するため、図３における反射鏡とスクリーンとの位置関係を同一としている。つまり、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、反射鏡３を含む平面を対称面として面対称な位置に形成されるプロジェクタ１の虚像８が、図３に示す虚像８ａと同一位置になるようにプロジェクタ１と反射鏡３を配置している。

この構成において、プロジェクタ１は、反射鏡３で反射された投射光２の一部を遮ることが許容されていることから、図３の構成よりもプロジェクタ１及び反射鏡３をスクリーン４側に配置することができる。なお、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、プロジェクタ１が反射鏡３で反射された投射光２の一部を遮ることにより生じる影６は、図２に示す投写無効領域１１であるスクリーン４の下部に投影されるようにスクリーン４面に対して反射鏡３を傾けて配置する。

これにより、実施の形態１による投写型表示装置５では、虚像８，８ａの位置を同じにした場合、図４（ｃ）に示すようにスクリーン４からプロジェクタ１までの間隔Ｂを、図３に示す間隔Ａより縮めることができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、スクリーン４と反射鏡３との間に配置するプロジェクタ１を、反射鏡３で反射された投射光２の一部を遮り、かつ当該投射光２が遮られることにより生じた影６がスクリーン４面以外に投影されるように配置したので、プロジェクタ１及び反射鏡３とスクリーン４とを近づけて配置することができ、スクリーン４から反射鏡３までの装置５の寸法を小型化することができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、プロジェクタ１が反射鏡３で反射された投射光２の一部を遮ることにより生じた影６の射影が投写無効領域１１に収まるようにプロジェクタ１及び反射鏡３を配置する構成を示した。この構成では、スクリーン４に投写される画像が下方又は上方にずれ、画像の下部又は上部が非表示領域となるため、投射光２を遮るプロジェクタ１の領域７を大きくとることができない。

そこで、この実施の形態２は、プロジェクタが投射光を遮ることによる影で生じた非表示領域を補うように複数のプロジェクタを配置する構成を説明する。このように構成することにより、さらにプロジェクタ及び反射鏡とスクリーンとを近くに配置でき、装置寸法の小型化を図ることができる。

図５は、この発明の実施の形態２による投写型表示装置の構成を示す図であり、図５（ａ）はスクリーン４側から見た正面図、図５（ｂ）は上面図であり、図５（ｃ）は側面図である。図５（ｂ）に示すように、プロジェクタ１は、スクリーン４に対向して配置された反射鏡３に対して画像投影用の投射光を照射するプロジェクタであり、反射鏡３で反射された投射光２ａの一部を遮る位置に配置される。反射鏡３は、プロジェクタ１から照射された投射光２ａをスクリーン４上に反射する平面鏡であり、スクリーン４に対向し、かつ反射した投射光２の一部がプロジェクタ１にあたる位置に配置される。

このようなプロジェクタ１及び反射鏡３の位置関係では、図５（ｂ）中に破線で示すように、反射鏡３を含む平面を対称面としてプロジェクタ１に面対称な位置に形成されるプロジェクタ１の虚像８からスクリーン４に向けて角錐状に投射光２ａが放射される様子がイメージされる。また、スクリーン４は、湾曲したスクリーン面を有する曲面スクリーンであり、広い視野角での画像投写が可能である。影６は、反射鏡３で反射した投射光２ａの一部がプロジェクタ１で遮られることにより生じる。

図５（ｃ）に示すプロジェクタ１４は、スクリーン４に対向して配置された反射鏡１５に対して画像投影用の投射光を照射するプロジェクタであり、反射鏡１５で反射された投射光２ｂの一部を遮る位置に配置される。反射鏡１５は、プロジェクタ１４から照射された投射光２ｂをスクリーン４上に反射する平面鏡であり、スクリーン４に対向し、かつ反射した投射光２ｂの一部がプロジェクタ１４にあたる位置に配置される。

また、プロジェクタ１４及び反射鏡１５の位置関係においても、図５（ｃ）中に破線で示すように、反射鏡１５を含む平面を対称面としてプロジェクタ１４に面対称な位置に形成されるプロジェクタ１４の虚像８ａからスクリーン４に向けて角錐状に投射光２ｂが放射される様子がイメージされる。影１６は、反射鏡１５で反射した投射光２ｂの一部がプロジェクタ１４で遮られることにより生じる。

また、プロジェクタ１４及び反射鏡１５は、図５（ｃ）中のａ−ａ線を含む平面を対称面としてプロジェクタ１及び反射鏡３と面対称な位置に配置される。このように配置することにより、反射鏡３で反射した投射光２ａの一部がプロジェクタ１で遮られることにより生じる影６と、反射鏡１５で反射した投射光２ｂの一部がプロジェクタ１４で遮られることにより生じる影１６とが、図５（ｃ）に示すようにスクリーン４上で重なるように投影される。

この構成において、プロジェクタ１からの投射光２ａによる投影画像のうちの影６による非表示領域を除いた画像と、プロジェクタ１４からの投射光２ｂによる投影画像のうちの影１６による非表示領域を除いた画像とが、スクリーン４上で上下に合わさって１つの画像となるようにする。つまり、影１６による非表示領域を除いた画像が、影６による非表示領域を含む画像となるようにプロジェクタ１，１４の画像投写用の投射光を設定することで、影６，１６による非表示領域の画像をプロジェクタ１，１４により補うことができる。

以上のように、この実施の形態２によれば、プロジェクタ１，１４が投射光２ａ，２ｂを遮ることによる影６，１６で生じた非表示領域を補うように配置するので、上記実施の形態１の構成より投射光を遮るプロジェクタ部位の面積を大きくしても、スクリーン４上に影のない画像を投写することができる。従って、上記実施の形態１よりもプロジェクタ１，１４及び反射鏡３，１５とスクリーン４とを近づけて配置することができ、スクリーン４から反射鏡３，１５までの装置５の寸法を小型化することができる。

なお、上記実施の形態２では、図５（ｃ）中のａ−ａ線を含む平面に関して面対称に設けたプロジェクタ１４及び反射鏡１５でプロジェクタ１及び反射鏡３における影６による非表示領域を補う構成を示したが、プロジェクタ１以外の他のプロジェクタを用いて影６による非表示領域を補う構成であれば、図５の構成に限定されるものではない。例えば、影６による非表示領域を補うプロジェクタについては、投射光との干渉がないように配置してもよい。

実施の形態３．
この実施の形態３では、反射鏡３で反射された投射光２にプロジェクタ１を近接配置する構成を説明する。図６は、この発明の実施の形態３による投写型表示装置の構成を示す図であり、図６（ａ）は側面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）中の符号Ａを付した領域の拡大図である。図６において、２対の光センサ組である光センサ１８，１９及び光センサ２０，２１は、矩形のプロジェクタ１の上部端面上に対角に設置される。

これら光センサ組のうち、光センサ１８，２０は、反射鏡３で反射されてスクリーン４へ向かう投射光２を検出し、光センサ１９，２１は、再帰反射材２２によって再帰反射した投射光２の再帰反射光２３を検出する。再帰反射材２２は、スクリーン４の下端部に設けられ、投射光２を再帰反射光２３として反射鏡３に向けて再帰反射する。なお、図６の例では、再帰反射材２２をスクリーン４とは別個に設ける場合を示したが、スクリーン４を再帰反射特性のある材料で構成してもよい。

移動装置２４は、反射鏡３とスクリーン４の間でプロジェクタ１を前後に移動させる装置であり、光センサ１８〜２１による検出結果に応じて動作する。また、移動装置２４の動作制御を行う不図示の制御装置を別個に設け、該制御装置が光センサ１８〜２１の検出結果を入力し、この検出結果に応じて移動装置２４を動作させるように構成してもよい。なお、図６において、図１及び図４と同一の構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

次に、プロジェクタ１を投射光２に近接させる動作について説明する。
プロジェクタ１からスクリーン４上にテストチャートを投写するための投射光２を反射鏡３へ照射する。このテストチャートとしては、スクリーン４の画面領域９下端からライン状にスキャンするものがある。以降では、スクリーン４の画面領域９下端からライン状にスキャンするテストチャートで位置決定処理を実行した場合について説明する。

先ず、プロジェクタ１は、スクリーン４上の画面領域９の下端部にスキャンラインを固定するように投射光を設定する。これにより、反射鏡３で反射された投射光２がスクリーン４の画面領域９の最下端に照射される。このとき、図６（ｃ）に示すようにプロジェクタ１の端面に対角に設けた光センサ１８，２０は、スクリーン４の画面領域９の最下端に照射される投射光２を検出し、不図示の制御装置は、光センサ１８，２０により検出された投射光２の強度をモニタする。

一方、プロジェクタ１の端面に対角に設けた光センサ１９，２１は、スクリーン４の下端部に設置された再帰反射材２２で再帰反射された投射光２の再帰反射光２３を検出し、上記制御装置は、光センサ１９，２１により検出された再帰反射光２３の強度をモニタする。上記制御装置は、光センサ１８，２０によって投射光２がピーク強度で検出され、かつ光センサ１９，２１によって再帰反射光２３がピーク強度で検出されるまで、プロジェクタ１をスクリーン４と反射鏡３の間で前後に移動させる。

上記制御装置は、光センサ１８，２０によって投射光２がピーク強度で検出され、光センサ１９，２１によって再帰反射光２３がピーク強度で検出されると、プロジェクタ１がスクリーン４の下端へ向かう投射光２に近接した位置にあるものと判定する。この後、移動装置２４は、プロジェクタ１の端部が投射光２の一部を遮り、これにより生じた影６が投写無効領域１１内に収まる位置までプロジェクタ１を移動させて、プロジェクタ１の位置を固定する。

以上のように、この実施の形態３によれば、反射光３で反射された投射光２を検出する光センサ１８，２０と、スクリーン４の下端に配置した再帰反射材２２で再帰反射された投射光２の再帰反射光２３を検出する光センサ１９，２１とを、プロジェクタ１の上端面に設け、プロジェクタ１をスクリーン４と反射鏡３との間で前後に移動させる移動装置２４を備えたので、光センサ１８，２０により検出された投射光２の強度と光センサ１９，２１により検出された再帰反射光２３の強度とに応じて移動装置２４によりプロジェクタ１の位置を移動させることにより、スクリーン４の下端へ向かう投射光２にプロジェクタ１を自動的に近接させることができる。

実施の形態４．
図７は、この発明の実施の形態４による投写型表示装置の構成を示す図であり、７（ａ）はスクリーン４側から見た正面図、図７（ｂ）は上面図であり、図７（ｃ）は側面図である。図７（ｂ）及び図７（ｃ）において、反射鏡２５は、１方向に湾曲（図示の例ではスクリーン４側に湾曲）した反射鏡であり、上記実施の形態１〜３と同様にスクリーン４に対向し、かつ反射した投射光２６の一部がプロジェクタ１により遮られる位置に配置される。

このようなプロジェクタ１及び反射鏡２５の位置関係では、図７中に破線で示すように、反射鏡２５を含む平面を対称面としてプロジェクタ１に面対称な位置にプロジェクタ１の虚像８が形成され、虚像８からスクリーン４に向けて投射光２６が放射される様子がイメージされる。また、影６ａは、反射鏡２５で反射された投射光２６の一部がプロジェクタ１で遮られることにより生じ、投写無効領域１１内に収まるようにプロジェクタ１及び反射鏡２５が配置される。

図７（ｃ）に示すように、反射鏡２５がスクリーン４側に湾曲していることから、該反射鏡２５でスクリーン４へ向けて反射された投射光２６は、スクリーン４上で上下に拡大された画像を投写する。これにより、反射鏡２５は、上記実施の形態１〜３のように平面の反射鏡を用いる場合と比較して、スクリーン４との配置間隔を狭めることができる。

以上のように、この実施の形態４によれば、プロジェクタ１の投射光をスクリーン４へ向けて反射する反射鏡として、スクリーン４側に湾曲した反射鏡２５を用いたので、上記実施の形態１〜３の構成と比較して、プロジェクタ１及び反射鏡２５とスクリーン４とを近づけて配置することができ、スクリーン４から反射鏡２５までの装置５の寸法をさらに小型化することができる。

なお、上記実施の形態４で示した湾曲した反射鏡２５は、上記実施の形態１から上記実施の形態３までの各構成に適用しても良い。

また、上記実施の形態１から上記実施の形態４まででは、１つの画像（映像）をスクリーン４上に投写する構成を示したが、上記実施の形態１から上記実施の形態４までの各構成若しくはこれらの組み合わせの構成を複数用意し、これらにより投写される画像をスクリーン４上に別個に投写してもよく、１つの画像に組み合わせて投写しても良い。

さらに、上記実施の形態１から上記実施の形態４まででは、反射鏡で反射された投射光の一部をプロジェクタが遮る場合を示したが、本発明はプロジェクタに限定されるものではない。つまり、本発明は、反射鏡で反射された投射光の一部を、反射鏡とスクリーンの間に配置される他の構成部品が遮る構成にも適用することができる。例えば、上記実施の形態３では、反射鏡とスクリーンの間に配置される筐体の一部のような他の構成部品に対して光センサと移動装置を設けて同様に処理をすればよい。

この発明の実施の形態１による投写型表示装置の構成を示す斜視図である。 図１中の矢印方向に見た画面領域を示す図である。 反射鏡で反射された投射光の一部をプロジェクタが遮らないようにした従来の投写型表示装置を示す図である。 反射鏡で反射された投射光の一部をプロジェクタが遮るようにした実施の形態１による投写型表示装置を示す図である。 この発明の実施の形態２による投写型表示装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態３による投写型表示装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態４による投写型表示装置の構成を示す図である。

符号の説明

１，１２，１４ プロジェクタ、２，２ａ，２ｂ，２６ 投射光、３，１３，１５，２５ 反射鏡、４ スクリーン、５ 投写型表示装置、６，６ａ，１６ 影、７ 領域、８，８ａ 虚像、９ 画面領域、１０ 投写有効領域、１１ 投写無効領域、１８〜２１ 光センサ、２２ 再帰反射材、２３ 再帰反射光、２４ 移動装置。

Claims (6)

1. 画像投写用の投射光を発するプロジェクタと、前記プロジェクタからの投射光をスクリーンへ向けて反射して画像を投写する反射鏡とを備えた投写型表示装置において、
   前記スクリーンと前記反射鏡との間に配置する前記プロジェクタを、前記反射鏡で反射された投射光の一部を遮り、かつ当該投射光が遮られることにより生じた影がスクリーン面以外に投影されるように配置したことを特徴とする投写型表示装置。
2. 画像投写用の投射光を発するプロジェクタと、前記プロジェクタからの投射光をスクリーンへ向けて反射して画像を投写する反射鏡とを備えた投写型表示装置において、
   前記スクリーンと前記反射鏡との間に配置する前記プロジェクタを、前記反射鏡で反射された投射光の一部を遮るよう配置し、
   前記反射鏡で反射された投射光の一部が遮られることにより生じた影で非表示となった画像を前記スクリーン面に投写する別のプロジェクタを備えたことを特徴とする投写型表示装置。
3. スクリーン面の端部に設けた再帰反射材と、
   前記スクリーンと反射鏡との間に配置するプロジェクタに設けられ、前記反射鏡で前記スクリーンへ向けて反射された投射光を検出する第１の光センサと、
   前記スクリーンと前記反射鏡との間に配置するプロジェクタに設けられ、前記再帰反射材で反射された投射光の再帰反射光を検出する第２の光センサと、
   前記第１及び前記第２の光センサによる検出された光強度に応じて、前記プロジェクタを前記スクリーンと前記反射鏡との間で前後に移動させる移動装置とを備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の投写型表示装置。
4. 再帰反射材の代わりにスクリーンを再帰反射特性を有する材料で構成したことを特徴とする請求項３記載の投写型表示装置。
5. スクリーンは、湾曲した形状を有することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の投写型表示装置。
6. 反射鏡は、スクリーン側に湾曲した形状を有することを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の投写型表示装置。

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