JP4841428B2 - 映像投射装置 - Google Patents

Description

本発明は、映像投射装置に関し、特にコヒーレント光を利用する光情報分野に使用する映像投射装置に関する。

従来技術としての映像投射装置（例えば、特許文献１）としてレーザを用いた映像投射装置について説明する。
従来の映像投射装置の構成図を図１１に示す。

この映像投射装置１００は、赤、青、緑の３色のレーザ光Ｐ１,Ｐ２,Ｐ３を発生する短波長レーザ光源としてレーザ１、２、３を有している。また、映像投射装置１００は、ミラー４ａ,４ｂ,４ｃ,５ａ,５ｂ,５ｃと、レンズ系６ａ,６ｂと、液晶セル７とを有している。ここで、赤色レーザ光源１には半導体レーザ、青色レーザ光源２および緑色レーザ光源３にはそれぞれ、半導体レーザの出力を波長変換するものを用いている。また、この映像投射装置１００で使用するスクリーン１０は、通常の水銀ランプを用いたプロジェクターで使用されるゲイン１のスクリーンで、サイズは９０インチである。

次に動作について説明する。
このような構成の映像投射装置では、短波長レーザ光源１〜３から出射された赤、青、緑の３色のレーザ光Ｐ１〜Ｐ３は、液晶セル７を介してスクリーン１０に照射される。

詳しく説明すると、赤色レーザ１は連続発光動作しており、このレーザ１から出射されたレーザ光Ｐ１は、ミラー４ａ及び５ａで反射され方向を変える。該ミラー５ａで反射されたレーザ光Ｐ１は、レンズ系６ａで液晶セル７に投射され、ここで映像信号により変調される。液晶セル７で変調されたレーザ光Ｐ１はレンズ系６ｂで拡大され、スクリーン１０上に投影される。また、青色レーザ２および緑色レーザ３から出射されたレーザ光Ｐ２,Ｐ３はそれぞれ、ミラー４ｂ，４ｃで反射され、さらにミラー５ｂ，５ｃで上記赤色レーザ１からのレーザ光Ｐ１と光軸が一致するよう反射され、レンズ系６ａで液晶セル７に投射される。液晶セル７に投射されたレーザ光Ｐ２，Ｐ３はそれぞれ、該液晶セル７で映像信号により変調され、該変調されたレーザ光Ｐ２，Ｐ３はレンズ系６ｂで拡大されスクリーン１０上に投影される。

ここで、上記液晶セル７での３色のレーザ光Ｐ１〜Ｐ３に対する変調は、各色毎に時分割で行われる。

人はスクリーン手前、つまりレーザ投射側から、スクリーン１０の反射、散乱光を観測することにより、スクリーン１０上に投影された映像を見ることができる。

なお、この映像投射装置１００では、全白を出したときスクリーン１０では、２００ルクス程度の明るさとなっている。
国際公開第９６／０３８７５７号パンフレット

しかしながら、上述したような従来の映像投射装置は、これを手に持って投射しようとすると、手ブレが生じる。例えば通常、数Ｈｚの周波数で微妙に手元が揺れる。この手ブレは、映像投射装置からスクリーンまでの距離が大きくなり拡大倍率が高くなればなるほど、投射映像への影響を避けにくくなるもので、これによって投射された映像が見にくくなってしまう。

また、従来のプロジェクターは電力が２００Ｗ以上であり、光源で発生する熱のため、装置筐体が手で持てないほど熱くなる。

本発明は、上記問題点を解消するためになされたもので、手に持って映像の投射を行う、あるいは、手に持って映像を投射する際に、投射した画像が手ブレにより乱れるのを防止することのできる映像投射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、本発明の請求項１に係る映像投射装置は、映像を投射する映像投射装置において、少なくとも、赤、青、緑の３色の直線偏光となるレーザ光を発生するレーザ光源により映像を投射する投射光学系と、外部光を上記投射光学系を介して取り込むカメラ装置と、上記映像投射装置の手ブレの量を検出する手ブレ検出部と、上記検出した手ブレの量に応じて手ブレ補正を行う手ブレ補正部と、を有し、上記投射光学系は、その光軸上に上記３色のレーザ光の偏光と一致するように配置された、偏光性を有するプリズムにより上記３色のレーザ光が光量ロスなく投射され、かつ、カメラ装置には上記偏光性を有するプリズムにより、上記外部光の取り込みの一部が入り、上記手ブレ補正部は、映像を投射する際に、前記レーザ光源から出射された赤、青、緑の３色のレーザ光の投射位置をずれないよう補正する、ことを特徴とする。

これにより、レーザ光の光量を最大限に生かした映像投射を行うことが可能となる。さらに、偏光性を有するプリズムにより、外部光の取り込みの一部をカメラ装置に入れることが可能になり、カメラ装置として機能させることができる。よって、レーザ光の光量を生かした投射装置としての機能と、カメラ装置としての機能とを兼用することができる。
また、手に持って映像を投射する際に、投射した画像が手ブレにより乱れるのを防止することができる。例えば、乗り物に乗っているときにでも、三脚に据えたように投射される画像が安定で、細やかな肌の質感まで捉えることが可能である。また、当然、映像投射時の画像のチラツキを防止し、画像のチラツキによる目の疲労も大幅に軽減することができる。
さらに、短波長レーザ光源を用いているため、発光効率及び伝送効率が良く、消費電力を大幅に低減させ、熱の発生も抑えることができる。また、上記短波長レーザ光源は単色光のため収差がなく、簡単に手ブレを補正することができ、また、手ブレ補正の精度を高めることができる。

また、本発明の請求項２に係る映像投射装置は、請求項１に記載の映像投射装置において、上記手ブレ補正部は、支持部材により支持されている、２枚の板ガラスと、上記２枚の板ガラスの間のスペースが密封されるよう、上記２枚のガラスに取り付けられたフィルムと、上記２枚のガラス間の密封スペース内に充填した、透明性の高い高屈折液体とを有する、ことを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る映像投射装置は、請求項２に記載の映像投射装置において、上記２枚の板ガラスのうち、投射面側に位置する第１の板ガラスは、投射面に対し平行になるよう、第１の上記支持部材により固定され、もう一方の第２の板ガラスは、第２の板ガラスに取り付けられている第２の上記支持部材が、アクチュエータと接続されていることにより回転可能である、ことを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る映像投射装置は、請求項１から３のいずれか１項に記載の映像投射装置において、上記手ブレ検出部は、上記カメラ装置により撮影した画面の四隅の映像から手ブレ量を検出する、ことを特徴とする。

また、本発明の請求項５に係る映像投射装置は、請求項４に記載の映像投射装置において、上記手ブレ補正部は、上記手ブレ検出部により検出した手ブレ量に基づき、上記２枚の板ガラスのなす角度の適切な補正値を演算し、上記演算した補正値に基づいて補正を行う、ことを特徴とする。

また、本発明の請求項６に係る映像投射装置は、請求項１に記載の映像投射装置において、赤外レーザ光を投射範囲外の領域に照射し、上記カメラ装置により投射範囲外の領域からの赤外レーザ光を検出する、ことを特徴とする。

これにより、スクリーン面が白く、スクリーン上に目印となるマークが無い場合にも、スクリーン外領域を撮影した映像に基づいて、投射位置を正確に検出することができ、手ブレ補正精度を向上させることができる。

本発明によれば、持ち運びが可能でかつ手持ちで映像を投射することのできる映像投射装置を実現可能である。また、手に持って映像を投射する際に、投射した画像が手ブレにより乱れるのを防止することができ、その工業的価値は極めて大きい。

つまり本発明にかかる映像投射装置は、光学補正方式により、手ブレによる揺れに応じて光学系の光路を変えるようにしているため、手ブレを瞬時に補正することができるという画期的なものである。例えば、乗り物の中等のように安定していない場所であっても、三脚に据えたように、投射した画像の乱れを防止して安定なものとでき、細かな肌の質感まで捉えることが可能である。当然、画像のチラツキによる目の疲労も、大幅に軽減できる。

また、本発明の映像投射装置によれば、カメラ装置を備えることにより、映像の投射と撮影の両方を行うことができ、また、映像の投射と撮影を同時に、または、切り替えて行うことにより、用途も広がり、ゲーム等の新たな世界が開ける。

また、本発明の映像投射装置によれば、レーザ光源として短波長レーザ光源を用いているため、発光効率および伝送効率が良く、消費電力が大幅に低減され、熱の発生も抑えられる。従って、手持ちの映像投射装置を実現可能である。

また、本発明の映像投射装置によれば、光源には直線偏光の短波長レーザ光源を用い、光源光の光路上に配置したプリズムには偏光性のものを用いることで、映像投射の際には光源の光量を全く損失なく利用することができる。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を詳細に説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１による映像投射装置であるレーザ投射装置の構成図を図１に示す。ここでは、レーザ光をスクリーン前面に投射し、人が同じくスクリーン前面から映像を観測するものを例に挙げて説明する。

本実施の形態のレーザ投射装置（以下、映像投射装置という。）１０１は、赤、青、緑の３色の短波長レーザ光源として直線偏光のレーザ１、２、３を有しており、映像を投射するスクリーン１０には、前記レーザから発生する赤、青、緑の３色のレーザ光Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を反射するものを用いている。また、映像投射装置１０１は、ミラー４ａ,４ｂ,４ｃ,５ａ,５ｂ,５ｃと、レンズ系６ａ,６ｂと、液晶セル７とを有している。なお、レーザ１、２、３及びミラー４ａ,４ｂ,４ｃ,５ａ,５ｂ,５ｃは、この映像投射装置１０１の、映像投射のための３色のレーザ光を出射するレーザ投射部５０を構成している。

ここで、レンズ系６ｂは投射レンズを含み、レンズ系６ａはフィールドレンズを含んでいる。各レーザ光の波長は、青４６５ｎｍ、緑５３２ｎｍ、赤６３５ｎｍである。また、赤色レーザ１には６３５ｎｍの赤色半導体レーザを用い、青色レーザ２、及び緑色レーザ３には、半導体レーザの波長変換による短波長レーザ光源、つまり、赤外半導体レーザと、その出力光を波長変換する波長変換素子とからなるものを用いている。波長変換素子はＭｇＯドープのＬｉＮｂＯ ₃ 基板を用いたものである。

青色用および緑色用のレーザ２,３は、同様に波長変換するものであるので、簡単に緑色用レーザ３について説明する。ここで赤外半導体レーザは、波長１０６０ｎｍ、光出力５００ｍＷのものである。波長変換を用いた緑色用レーザは、光出力５００ｍＷの赤外半導体レーザの出力光を上記波長変換素子により波長変換してその波長変換光より１００ｍＷの緑色光（波長５３０ｎｍ）を取り出し、赤外光で変換されなかった４００ｍＷ弱の光は空間に放射している。さらに、波長変換素子によって変換されなかった光を外部に放射する際に、その光を散乱体等を用いて散乱させるようにすれば、不要なレーザ光の外部放射を安全に行うことができる映像投射装置を実現することができる。

そして、この実施の形態１の映像投射装置１０１は、レーザ光Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の光路上に配置された手ブレ補正光学系１１０と、２つの振動ジャイロ（図示せず）を有し、手ブレの量を検出する手ブレ検出機構（手ブレ検出部）７０と、該手ブレ補正光学系１１０を、手ブレの量に応じて駆動する、上記手ブレ補正光学系１１０と共に手ブレ補正部を構成する光学系駆動機構１１０ａと、ＣＣＤ２３を用いたカメラ装置６０と、レーザ光Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の光路上に配置されたプリズム２４とを有している。ここで、このプリズム２４は偏光性を有し、レーザ光源からの直線偏光のレーザ光は反射せずに透過させ、装置外部からレンズ６ｂ及び手ブレ補正光学系１１０を介して取り込まれた光は、その一部をＣＣＤ２３に反射するものである。また、本実施の形態１では、上記レーザ投射部５０、レンズ系６ａ，６ｂ、液晶セル７、手ブレ補正光学系１１０、プリズム２４は、レーザ光を投射する投射光学系を構成している。

次に動作について説明する。
このような構成の映像投射装置１０１から、映像情報が載せられたレーザ光Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３がスクリーン１０に投射されると、スクリーン１０上に映像が形成される。

また、この実施の形態１では、手ブレ補正光学系１１０により手ブレ補正が行われるので、スクリーン１０上の映像に手ブレの影響が及ぶことはほとんどない。また、スクリーンで反射されたレーザ光はプリズム２４でＣＣＤ２３に向けて分岐されるため、スクリーン１０上の映像を観測したり、あるいは撮影したりすることができる。

次に、本実施の形態１の映像投射装置１０１の手ブレ補正の仕組みについて図２を用いて説明する。図２において、図１と同一構成要素については同一符号を付している。

手ブレは、手に持った映像投射装置１０１が微妙に振動することから起こる。そこで、映像投射装置１０１が手ブレの量に合わせて、手ブレ補正光学系１１０を移動させれば、スクリーン１０に写る像は動かないことになる。

本実施の形態１では、手ブレ補正光学系１１０は凸レンズとしている。なお、手ブレ補正光学系１１０は、凸レンズに限るものではなく、その移動などにより該光学系を通過する光の進行方向を変える機能を有するものであれば良く、例えば、凹レンズでもよい。また、形状はレンズ形状に限るものではなく、屈折率分布を有するものであれば、平板形状のものであっても良い。

図３を用いて、手ブレ補正光学系１１０を用いた手ブレ補正について具体的に説明する。
図３（ａ）は、映像投射装置１０１のレーザ投射部５０の光軸Ａがスクリーン１０の中央Ｃと一致する状態を示している。

手ブレによって、レーザ投射部５０の光軸Ａが、図３（ｂ）に示すように、スクリーン１０の中央より上方向にずれてしまった場合、該光軸Ａと垂直な面内で手ブレ補正光学系１１０である凸レンズを上方向に平行移動させる。これにより、レーザ投射部５０からのレーザ光Ｐが手ブレ補正光学系１１０により屈折することとなり、手ブレによる映像投射位置のずれ、つまり投射された像の中心の、スクリーン１０の中央Ｃからのずれを補正することができる。また、手ブレによって、レーザ投射部５０の光軸Ａが、図３（ｃ）に示すように、スクリーン１０の中央Ｃより下方向にずれてしまった場合、該光軸Ａと垂直な面内で手ブレ補正光学系１１０である凸レンズを下方向に平行移動させる。これにより、レーザ投射部５０からのレーザ光Ｐが手ブレ補正光学系１１０により屈折することとなり、手ブレによる映像投射位置のずれを補正することができる。なお、実際には、垂直方向と水平方向の両方向に手ブレが生じるため、手ブレ補正光学系１１０は、手ブレによる映像の投射位置のずれが補正されるよう、光軸Ａと垂直な面内で上下左右に平行移動させることになる。

また、この実施の形態１では、手ブレを検出する手ブレ検出機構７０は、上下のふれを検知する振動ジャイロと左右のふれを検知する振動ジャイロの２つの振動ジャイロを用いている。

そして、手ブレ検出機構７０は、手ブレを検出すると、該手ブレの量を示す信号を、光学系駆動機構１１０ａに出力する。すると、光学系駆動機構１１０ａは、検出された手ブレの量に応じて、手ブレ補正光学系１１０をレーザ投射部５０の光軸Ａと垂直な面内で平行に移動させる。これにより、手ブレによるレーザ投射部５０の光軸のぶれを打ち消す方向に、レーザ投射部５０からのレーザ光が屈折することとなり、投射された映像の手ブレが補正される。

手ブレの検知から手ブレ補正光学系１１０の平行移動までの応答時間は、わずか１／２００秒であった。この手ブレ補正の効果は、人が連続して動作しているように見えるフレーム周期、つまり、１秒間に６０フレームの映像が切り替わる速度に対し、遙かに高速であるため、完全に手ブレの影響をなくすことができた。なお、手ブレ補正は、スクリーン１０に映像を投射している間は、常時働く機能である。

次に、本発明のカメラ装置を備えた映像投射装置による投射及び撮影について説明する。
上述した手ブレ補正光学系を平行移動させる光学シフト方式の手ブレ補正機構は、高速・高精度で手ブレ補正を行うことができるため、この映像投射装置のカメラ装置をビデオカメラとしても採用することができる。そこで、このような映像投射装置は、映像の投射と撮影とを切り替えることで、動画を扱う映像処理の分野でも高い性能を発揮することも可能である。

次に、レーザ投射部分の動作について説明する。
このレーザ光の投射は従来のものと同様に行われる。

簡単に説明すると、このレーザ１から出射されたレーザ光Ｐ１は、ミラー４ａ及び５ａで反射され、レンズ系６ａにより液晶セル７に投射される。青色レーザ２および緑色レーザ３から出射されたレーザ光Ｐ２,Ｐ３はそれぞれ、ミラー４ｂ，４ｃで反射され、さらにミラー５ｂ，５ｃで上記赤色レーザ１からのレーザ光Ｐ１と光軸が一致するよう反射され、レンズ系６ａで液晶セル７に投射される。上記液晶セル７では、３色のレーザ光Ｐ１〜Ｐ３に対する変調は、各色毎に時分割で行われる。そして、変調されたレーザ光Ｐ１〜Ｐ３はそれぞれ、レンズ系６ｂで拡大され、スクリーン１０上に投射される。

人は、スクリーン手前、つまりレーザ投射側から、スクリーン１０の反射光、散乱光を観測することで、上記のようにスクリーン１０上に投射された映像を見ることができる。

この実施の形態では、光出力５００ｍＷの赤外半導体レーザより１００ｍＷの緑色光（波長５３０ｎｍ）が取り出され、総計の消費電力は５Ｗであった。赤外光で変換されなかった４００ｍＷ弱の光は空間に放射されるため、映像投射装置内部での温度上昇には寄与せず、装置温度を低く抑えることができる。つまり、通常の映像投射装置では、変換されなかった赤外光は迷光となるか、または赤外カットフィルタで吸収されることとなり、装置内部の温度上昇を招くこととなってしまうが、本発明の映像投射装置では、上述したように、変換されなかった赤外光を空間に放射しているため、装置内部の温度上昇を防止することができ、映像投射装置を手で持って投射する場合に威力を発揮するということである。

上記のように、緑色は１００ｍＷ、青色は１００ｍＷ、赤色は半導体レーザで１５０ｍＷとなるよう、映像投射装置を構成したことで、横モードおよびパワーは安定で色再現性が良く、かつコントラストが良い映像が得られた。

また、プリズム２４は偏光性を有するため、直線偏光のレーザ光を１００％通過するようになっている。そのため、プリズム２４による光量ロスは生じない。

なお、この実施の形態では、青色レーザ及び緑色レーザは、波長変換素子及び赤外半導体レーザからなり、該赤外半導体レーザからの赤外レーザ光の一部を空間に放出するものである場合について説明したが、青色レーザ及び緑色レーザには半導体レーザを用いても良い。

また、レーザ光源としては、半導体レーザに限らず、ＬＥＤ光源を用いても良い。

このような実施の形態１では、レーザ光Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を照射するレーザ投射部５０と、レーザ投射部５０の光軸Ａ上に配置された、凸レンズからなる手ブレ補正光学系１１０とを備え、手ブレによる映像の投射位置のずれが補正されるよう、手ブレ補正光学系１１０としての凸レンズを、光軸Ａと垂直な面内で上下左右に平行移動させるので、スクリーン１０上の映像に手ブレの影響が及ぶのをほとんどなくすことができる。また、このように手ブレを瞬時に補正することができることから、乗り物の中などのように安定していない場所であっても、三脚に据えたように、投射した画像の乱れを防止し安定なものとでき、細かな肌の質感まで捉えることが可能である。当然、画像のチラツキによる目の疲労も、大幅に軽減できる。

また、本実施の形態１では、光路を切り替えるプリズム２４と、ＣＣＤ２３とを備えているため、投射装置としての機能とビデオカメラとしての機能とを兼用することができる映像投射装置を実現可能である。このため、映像の投射と撮影の両方を行うことができ、映像の投射と撮影を同時に、または、切り替えて行うことにより、用途も広がり、ゲーム等の新たな世界が開ける。このような映像投射機能と映像撮影機能を有する小型装置は、携帯電話等に利用可能である。

また、ＲＧＢの発生光源に短波長レーザ光源を用いているため、発光効率および伝送効率が良く、消費電力を大幅に低減させることができる。そのため、熱の発生も抑えることができ、これが映像投射装置の手持ちを可能にする理由の１つでもある。

なお、上記実施の形態１では、手ブレ補正光学系を平行移動させることにより手ブレ補正を行う場合を示したが、手ブレ補正光学系が空気とは屈折率の異なるガラスなどからなる平板状部材である場合は、手ブレ補正は、手ブレ補正光学系を傾けることにより行うことができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２による映像投射装置の構成図を図４に示す。

本実施の形態２の映像投射装置１０２は、上記実施の形態１と同様、レーザ投射部５０、液晶パネル７、レンズ系６ａ,６ｂ、プリズム２４、手ブレ補正光学系１２０、光学系駆動機構１２０ａ、カメラ装置６０を備えている。

そして、この実施の形態２の映像投射装置１０２はさらに、カメラ装置６０を構成するＣＣＤ２３の前面に配置されたシャッター２２と、カメラ装置６０により撮影された映像から手ブレを検出する手ブレ検出機構８０とを有している。

なおここで、レーザ投射部５０、液晶パネル７、レンズ系６ａ,６ｂ、プリズム２４、及びカメラ装置６０は、実施の形態１のものと同一のものである。

次に、本実施の形態２の映像投射装置１０２の手ブレ補正の仕組みについて図５を用いて説明する。図５において、図４と同一構成要素については同一符号を付している。

本実施の形態２では、手ブレ補正光学系１２０は、２枚の板ガラス１２１,１２２と、該両板ガラスの間のスペースが密封されるよう該板ガラスに取り付けられた特殊フィルム製の蛇腹１２３と、該両板ガラス間の密封スペース内に充填した、透明性の高い高屈折液体１２４とを有するもので、実質的には頂角可変のプリズムと同じ働きをするものである。

図７（ａ）は、手ブレ補正光学系１２０及びその駆動機構１２０ａを説明する図である。

上記手ブレ補正光学系１２０を構成する２枚の板ガラス１２１，１２２は、変形可能な支持部材１２５により支持されている。つまり、支持部材１２５の一端が一方のガラス板１２１の中心部分に固着され、支持部材１２５の他端がもう一方のガラス板１２２の中心部分に固着されている。ここでは、上記支持部材１２５にはその屈折率が上記高屈折液体と実質的に同一のものを用いている。

そして、一方のガラス板１２１は装置筐体に対して固定されて、もう一方のガラス板１２２の下部の両隅部分には、アクチュエータ１３１及び１３２につながる連結棒１３３、１３４の一端が回転可能に取り付けられている。ここで、上記アクチュエータ１３１、１３２、連結棒１３３、１３４は、手ブレ補正光学系１２０を駆動する駆動機構１２０ａを構成している。

次に作用効果について説明する。
この実施の形態２の映像投射装置の、映像を投射する基本的な動作は実施の形態１の同一であり、以下主に、手ブレ検出、手ブレ補正、シャッターを用いた撮影について説明する。
まず、手ブレ検出について説明する。

この実施の形態２では、手ブレの検出は、手ブレ検出機構８０によりカメラ装置６０の出力に基づいて行う。つまり、手ブレ検出は、カメラ装置６０により撮影した画面の四隅の映像の動きから手ブレ量を求めることにより行う。そして検出した手ブレ量から、手ブレ補正光学部材の２つの板ガラスのなす角度の最適な補正値を演算し、該演算した補正値に基づいて電磁アクチュエータ１３１，１３２により、該両板ガラスのなす角度をコントロールして光軸のブレを補正する。この方式は手ブレ周波数が約数十Ｈｚまで手ブレ補正可能であるため、安く、小さく、軽い映像投射装置を実現することができる。

なお、ここでは、カメラ装置で撮影した画面の四隅の映像の動きから手ブレの検出を行う場合について説明したが、手ブレの検出に用いる画像を検出する方法はこれに限らず他の画像検出方法も有効である。
次に、図６を用いて、手ブレ補正光学系１２０を用いた手ブレ補正を詳しく述べる。

図６（ａ）は、映像投射装置１０２のレーザ投射部５０の光軸Ａがスクリーン１０の中央Ｃと一致する状態を示している。

手ブレによって、映像投射装置１０２のレーザ投射部５０の光軸Ａが、図６（ｂ）に示すように、スクリーン１０の中央より上方向にずれてしまった場合、手ブレ補正光学系１２０を構成する２枚の板ガラスのなす角度を、その下端側の間隔が上端側の間隔より狭くなるよう変化させる。これにより、レーザ投射部５０からのレーザ光Ｐが手ブレ補正光学系１２０により屈折することとなり、映像の投射位置のずれ、つまり投射された像の中心の、スクリーン１０の中央Ｃからのずれを補正することができる。

また、手ブレによって、映像投射装置１０２のレーザ投射部５０の光軸Ａが、図６（ｃ）に示すように、スクリーン１０の中央Ｃより下方向にずれてしまった場合、手ブレ補正光学系１２０を構成する２枚の板ガラスのなす角度を、その上端側の間隔が下端側の間隔より狭くなるよう変化させる。これにより、レーザ投射部５０からのレーザ光Ｐが手ブレ補正光学系１２０により屈折することとなり、手ブレによる映像投射位置のずれを補正することができる。

また、水平方向の手ブレが生じた場合は、手ブレ補正光学系１２０は、垂直方向の手ブレが生じた場合と同様に、映像投射位置のずれがレーザ投射部５０からのレーザ光Ｐの屈折により補正されるよう、２枚の板ガラスのなす角度を変化させる。

なお、この実施の形態２では、手ブレ補正光学系１２０は、２枚の板ガラスの中央を変形可能な支持部材により支持した構造としているが、手ブレ補正光学系は、レーザ投射部からの出射光を手ブレによる投射位置のずれを吸収するよう屈折させるものであればどのようなものでもよい。

例えば、手ブレ補正光学系は、図７（ｂ）に示すように、対向する２枚の板ガラス１４１，１４２と、一方の板ガラス１４１を支持する支持棒１４１ａと、もう一方の板ガラス１４２を支持する支持棒１４２ａと、両板ガラスの間のスペースが密封されるよう該板ガラスに取り付けられた特殊フィルム製の蛇腹１４３と、該両板ガラス間の密封スペース内に充填した、透明性の高い高屈折液体１４４と、該両支持棒を回転可能に支持する支持部材１４５とからなる頂角可変プリズム１４０であってもよい。

この場合、該両板ガラスのなす角度を変化させる機構には、板ガラスの支持棒１４１ａ，１４２ａを駆動する１つのアクチュエータ１４６を用いることができる。

また、本実施の形態２の映像投射装置１０２は、投射光学系の焦点をスクリーンに自動で合わせるオートフォーカス機能を有しており、次のこのオートフォーカス機能について説明する。

投射光学系のレンズのオートフォーカスは、内部フォーカスの映像検出方式を用いた。この検出方式の基本原理は、ピントが合えば、高周波成分が増えることを利用している。この方式は軽量で低コストで実現できるため、工業的価値が高い。これ以外の検出方法、例えば、赤外線を出力し、物体から反射された赤外線の入射角度から距離を検出し、ピント合わせを行う赤外線方式、超音波を発射し、物体にあたって帰ってくるまでの応答時間から距離を検出し、ピント合わせを行う超音波方式、またはＣＣＤ２３で撮影した映像のコントラストを電気信号に変換し、その波形を解析してピント合わせを行う位相差検出方式などでもかまわない。

次に、シャッター２２の動作について説明する。
シャッター２２は、その開閉タイミングを変えることにより、本映像投射装置１０２の投射機能とカメラ機能のいずれを優先するかを切り替えるものである。

カメラ機能を優先する場合、レーザ光源からレーザ光が出射されるタイミングに合わせてシャッターを閉じ、レーザ光源からレーザ光が出射されていないタイミングでシャッターを開ける。これにより、例えば、スクリーン１０上に、元からあった画像の上に重なるように映像を投射している状態で、元々あった画像のみを撮影することが可能となる。

投射機能を優先する場合、レーザ光源からレーザ光が出射されるタイミングに合わせてシャッターを開き、レーザ光源からレーザ光が出射されていないタイミングでシャッターを閉じる。これにより、例えば、明るい部屋においても、投射した映像を強調して検出することができ、検出した映像に基づく手ブレ補正を効果的に行うことが可能となる。

このような本実施の形態２では、カメラ装置により撮影した映像を用いて手ブレ検出を行っているため、振動ジャイロなどの手ブレ検出を行う機器が不要となる。

また、本実施の形態２では、レーザ光をスクリーン上に投射する光学系の光路上に、スクリーンからの光をカメラ装置のＣＣＤ２３に向かうよう屈折するプリズム２４を配置し、さらに、ＣＣＤ２３の手前にシャッター２２を配置したので、シャッターの開閉タイミングを変えることにより、投射と撮影を同時に行ったり、投射あるいは撮影のいずれかを優先したりすることができる。これは、映像投射装置の用途拡張につながるものであり、これによって、例えば、ゲーム等の用途に新たな世界が開けると考えられる。

また、この実施の形態２では、映像投射装置を、投射した映像を台形補正するものとすることにより、カメラ装置による投射位置の検出をより正確に行うことが可能となる。

なお、上記実施の形態２では、手ブレ検出は、カメラ装置６０により撮影した映像の動きに基づいて行う場合を示したが、手ブレ検出では、スクリーンなどの投射領域上の目印となる部分を上記カメラ装置により撮影した画像を用いても良い。

例えば、スクリーン１０にコントラストのあるマークなどの目印が付いていると、カメラ装置により投射位置の検出を容易に行うことができる。この場合、検出誤動作がなく、オートフォーカスする上で特に有効で、これにより投射直後にきれいな画像を映すことが可能となる。ここで、マークとは、投射領域上の目印となるコントラストを有するものであり、予めスクリーン上に形成したものである必要はなく、スクリーンとなる投射領域上の傷、ゴミ、汚れ等でもよい。

また、上記各実施の形態では、投射する画像が動画である場合について説明したが、投射する画像は静止画でも良い。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３による映像投射装置の概略構成図を図８に示す。図８において、図１と同一構成要素については同一符号を付している。

本実施の形態３の映像投射装置１０３は、基本構成は上記実施の形態１の構成と同様であるが、上記実施の形態１のプリズム２４に代わるミラー２６を備えている。このミラー２６は、手ブレ補正光学系１１０と液晶セル７との間の光路上の位置と、該光路以外の位置との間でに移動可能に設けられ、該光路上に位置するとき、スクリーンからの光をＣＣＤ２３に向かうよう反射するものである。つまり、このミラー２６は、投射と撮影の切り替えを行うものである。

次に、投射と撮影の切り替えについて説明する。
映像を投射する場合には、図８（ａ）に示すように、ミラー２６は、手ブレ補正光学系１１０と液晶セル７との間から退避させておく。この場合、レーザ投射部５０からのレーザ光は液晶セル７で変調され、手ブレ補正光学系１１０及び投射レンズ６ｂを介してスクリーン１０上に投射される。これにより、スクリーン上には映像が形成される。

一方、映像を撮影したい場合には、図８（ｂ）に示すように、ミラー２６を、手ブレ補正光学系１１０と液晶セル７との間の光路上に配置する。これによりスクリーン１０からの反射光の１００％の光量をＣＣＤ２３に入力することが可能となり、暗い所の撮影も可能となる。

この実施の形態３では、実施の形態１と同様、手ブレ補正は、レーザ光Ｐの光路上に配置された手ブレ補正光学系１１０により行われ、またこの際の手ブレ検出は振動ジャイロにより行われる。

このような実施の形態３では、映像を投射する映像投射装置において、レーザ投射部から出射されるレーザ光の光路上の位置と、該光路以外の位置との間で移動可能に設けられ、該光路上に位置するとき、スクリーンからの光をＣＣＤ２３に向かうよう反射するミラー２６を備えたので、投射と撮影とをミラー２６の移動により切り替えることができる。例えば、投射の際には、レーザ投射部５０からの光をそのままスクリーン上に投射することができる。また、撮影の際には、映像投射装置の外部からの光をミラー２６によりＣＣＤ２３の方向に１００％到達させることができ、光量ロスを防ぐことができ、また、暗い場所での撮影も可能となる。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４による映像投射装置の構成図を図９に示す。

本実施の形態の映像投射装置１０４は、赤、青、緑の３色の短波長レーザ光源として直線偏光のレーザ１、２、３を有しており、映像を投射するスクリーン１０ａは、前記レーザから発生する赤、青、緑の３色のレーザ光Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を反射するものとしている。このスクリーン１０ａは、光入射面の前面に吸収体膜１３を貼り付けたものである。

また、映像投射装置１０４は、ミラー５ａ,５ｂ,５ｃ,４と、手ブレ補正光学系１１０と、水平偏向装置１５と、垂直偏向装置１４とを備えている。

さらに、映像投射装置１０４は、プリズム２４ａ，２４ｂ，２４ｃ、波長フィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ、フォトディテクタ２７ａ，２７ｂ，２７ｃ、変調器２８ａ，２８ｂ，２８ｃを備えている。

ここで、水平偏向装置１５はレーザ光がスクリーン１０ａ上を水平方向にスキャンするようレーザ光を偏向するもの、垂直偏向装置１４はレーザ光がスクリーン１０ａ上を垂直方向にスキャンするようレーザ光を偏向するものである。また手ブレ補正光学系１１０は、実施の形態１の手ブレ補正光学系と同一のものであり、アクチュエータにより、手ブレによる映像の投射位置のずれが補正されるよう、ミラー４からのレーザ光の光軸と垂直な面内で上下左右に平行移動させられるものである。

また、上記各変調器２８ａ，２８ｂ，２８ｃは、各短波長レーザ光源１，２，３からのレーザ光の強度を変調するもの、プリズム２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、上記各変調器２８ａ，２８ｂ，２８ｃの光出射側に配置され、それぞれ偏光性を有しており、レーザ光源からの直線偏光のレーザ光を１００％通過するようになっている。波長フィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、プリズム２４ａ，２４ｂ，２４ｃに取り付けられており、波長フィルタ２５ａは赤色レーザ光のみ透過するもの、波長フィルタ２５ｂは青色レーザ光のみ透過するもの、波長フィルタ２５ｃは緑色レーザ光のみ透過するものである。フォトディテクタ２７ａ，２７ｂ，２７ｃは、プリズム２４ａ，２４ｂ，２４ｃで分岐された外部光を検出するものである。

また、映像投射装置１０４は、各フォトディテクタの出力に基づいて、投射領域を撮影した画像を形成する画像形成部９０を有している。
次に動作について説明する。

各レーザ１〜３から出射されたレーザ光Ｐ１〜Ｐ３は、それぞれ変調器２８ａ，２８ｂ，２８ｃにより強度変調され、プリズム２４ａ，２４ｂ，２４ｃ及び波長フィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃを介してミラー５ａ，５ｂ，５ｃに入射する。これらのミラーでは、レーザ１，２，３から出射されたレーザ光Ｐ１,Ｐ２，Ｐ３は、それぞれの光軸が一致するよう反射され、さらにミラー４で反射され、手ブレ補正光学系１１０を介して水平偏向装置１５および垂直偏向装置１４に入射する。

垂直偏向装置１４では、レーザ光がスクリーン１０ａ上を垂直方向にスキャンするよう偏向され、水平偏向装置１５では、レーザ光がスクリーン１０ａ上を水平方向にスキャンするよう偏向される。これにより、スクリーン１０ａ上に、投射映像が形成される。

また、このように水平偏向装置１５および垂直偏向装置１４によりスクリーン１０ａ上をスキャンするレーザ光は、スクリーン１０ａで反射され、この反射されたレーザ光は、プリズム２４ａ，２４ｂ，２４ｃで分岐され、フォトディテクタ２７ａ，２７ｂ，２７ｃにより検出される。

つまり、スクリーン１０ａで反射されたレーザ光は、水平偏向装置１５、垂直偏向装置１４、手ブレ補正光学系１１０、ミラー４，５ａ，５ｂ，５ｃを介して波長フィルタまで戻り、各波長フィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃを通過した赤、青、緑の光は、プリズム２４ａ，２４ｂ，２４ｃによりフォトディテクタ２７ａ，２７ｂ，２７ｃに向かうよう反射される。

そして、映像投射装置１０４では、画像形成部９０は、各フォトディテクタの出力に基づいて、投射領域を撮影した画像を形成する。これにより、投射領域の画像を観測あるいは記録することが可能である。

また、手ブレ補正は、実施の形態１と同様、検出した手ブレ量に応じて手ブレ補正光学系１１０を、ミラー４で反射されたレーザ光の光軸がスクリーンの上下左右方向に変化するよう移動させることにより行われる。

また、手ブレ検出は、実施の形態１と同様、２つの振動ジャイロを用いて行っている。

このような実施の形態４では、映像投射装置をスキャン方式としたことで、液晶セルのような２次元画像デバイスが不要となり、小型化、軽量化には有利である。小型化した場合、特に手ブレによる影響が顕著になるが、この手ブレは、本実施の形態のように手ブレ補正光学系１１０を備えることにより解消され、映像をぶれなく投射可能となり、その小型化の効果は大きい。

なお、本実施の形態４では、垂直偏向装置１４及び水平偏向装置１５を用いてスキャン方式で映像を投射する場合について説明したが、これらを一体化したＭＥＭＳを使用するようにすれば、より小型の映像投射装置を実現可能である。

また、本実施の形態４では、短波長レーザ光源として３原色のレーザを用いたが、青色レーザについて、例えば波長４５０ｎｍのレーザと波長４８０ｎｍのレーザの２本を用い、合計４波長のレーザを用いることも可能である。また光源に用いるレーザ光の波長の個数はそれ以上でも、またそれ以下でも良い。例えば、１本の短波長レーザ光源のみを用いた単色投射装置も構成可能である。

また、上記各実施の形態では、映像投射装置の光源として半導体レーザを用いているが、光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）であってもよい。

また、上記実施の形態４では、手ブレ検出は、実施の形態１と同様、２つの振動ジャイロを用いて行っているが、手ブレ検出は、画像形成部９０により形成された画像、つまりスクリーン上の投射映像を撮影したものに基づいて行うようにしてもよい。この場合、振動ジャイロなどの手ブレ検出を行う機構を不要とできる。

さらに、上記実施の形態４では、レーザ光の投射範囲外の領域を撮影して投射位置を検出することは望ましい。なぜなら通常、レーザ光の投射領域であるスクリーンは白色なので、カメラ装置により投射位置の検出が難しい場合がある。従って、投射範囲外の領域の、予め作成したマーク、あるいは元々この領域にある傷やゴミ等のコントラストを有する目印となる部分を位置検出の基準とすることで、投射位置を容易に検出することが可能となる。

以下、レーザ光の投射範囲外の領域のマークを位置検出の基準として用いる映像投射装置について、図１０を用いて簡単に説明する。

図１０において、１０４ａは、レーザ光の投射範囲外の領域のマークを位置検出の基準として用いる映像投射装置であり、実施の形態４の映像投射装置１０４と同様、レーザ１〜３と、ミラー４，５ａ〜５ｃと、手ブレ補正光学系１１０と、水平偏向装置１５と、垂直偏向装置１４と、プリズム２４ａ〜２４ｃと、波長フィルタ２５ａ〜２５ｃと、フォトディテクタ２７ａ〜２７ｃと、変調器２８ａ〜２８ｃとを有している。

そして、この映像投射装置１０４ａは、さらに、ミラー５ｄ，５ｅと、波長フィルタ２５ｄと、フォトディテクタ２７ｄと、プリズム２４ｄとを有している。

ここで、ミラー５ｄ，５ｅは、緑色レーザ３の、赤外レーザのうちの波長変換されなかった赤外レーザ光Ｐ０を、レーザ光Ｐ１〜Ｐ３とは若干光軸がずれるようミラー４に向けて反射するものである。波長フィルタ２５ｄは、スクリーン１０ａで反射された赤外レーザ光Ｐ０のみを透過するもの、プリズム２４ｄは、該波長フィルタ２５ｄを透過した赤外レーザ光Ｐ０の反射光をフォトディテクタ２７ｄに向けて反射するもの、フォトディテクタ２７ｄは赤外レーザ光Ｐ０の反射光を検知するものである。

さらに、この映像投射装置１０４ａは、フォトディテクタ２７ａ〜２７ｃの出力に基づいて、投射領域を撮影した画像を形成するとともに、フォトディテクタ２７ｄの出力に基づいて、投射領域を撮影した投射位置検出用画像を形成し、投射位置を検知する画像形成部９０ａと、該投射位置に基づいて手ブレ補正光学系１１０を、実施の形態１と同様に駆動する光学系駆動機構１１０ｂとを有している。

このような構成の映像投射装置１０４ａでは、赤外レーザ光Ｐ０は、３色のレーザ光Ｐ１〜Ｐ３とは若干ずれた領域をスキャンすることとなり、画像形成部９０ａでは、投射範囲周辺の、予め作成したマーク、あるいは元々この領域にある傷やゴミ等のコントラストを有する目印となる部分の画像が形成される。

そして、画像形成部９０ａでは、この目印となる部分の画像に基づいて投射位置が検出され、手ブレ量が光学系駆動機構１１０ｂに出力される。

すると、光学系駆動機構１１０ｂは、手ブレ量に応じて手ブレ補正光学系１１０を、手ブレによる映像の投射位置のずれが補正されるよう、ミラー４で反射されたレーザ光Ｐ１〜Ｐ３の光軸と垂直な面内で上下左右に平行移動させる。

本発明の映像投射装置は、光学補正方式により、手ブレに応じて投射光学系の光出射方向を変化させて手ブレを瞬時に補正するもので、手持ちで映像投射を行うことができる画期的なものであり、持ち運び可能な小型の映像投射装置や映像投射が可能な携帯電話などを実現する上で有用なものである。

図１は本発明の実施の形態１による映像投射装置の全体構成図である。 図２は上記実施の形態１の映像投射装置の原理を説明するための概略図である。 図３は上記実施の形態１による手ブレ補正を説明するための図であり、レーザ投射部の光軸がスクリーンの中央に位置する状態（図（ａ））、レーザ投射部の光軸がスクリーンの上方向側にブレたときの手ブレ補正光学系の動作（図（ｂ））、レーザ投射部の光軸がスクリーンの下方向側にブレたときの手ブレ補正光学系の動作（図（ｃ））を示している。 図４は本発明の実施の形態２による映像投射装置の全体構成図である。 図５は上記実施の形態２の映像投射装置の原理を説明するための概略図である。 図６は上記実施の形態２による手ブレ補正を説明するための図であり、レーザ投射部の光軸がスクリーンの中央に位置する状態（図（ａ））、レーザ投射部の光軸がスクリーンの上方向側にブレたときの手ブレ補正光学系の動作（図（ｂ））、レーザ投射部の光軸がスクリーンの下方向側にブレたときの手ブレ補正光学系の動作（図（ｃ））を示している。 図７は上記実施の形態２における、手ブレ補正光学系の３つの具体例（図（ａ），図（ｂ））を示す図である。 図８は本発明の実施の形態３による映像投射装置の原理を説明するための概略図であり、映像投射状態（図（ａ））、映像撮影状態（図（ｂ））を示している。 図９は本発明の実施の形態４による映像投射装置の全体構成図である。 図１０は本発明の実施の形態４による映像投射装置の他の例を示す全体構成図である。 図１１は従来の映像投射装置の全体構成図である。

符号の説明

１ 赤色レーザ
２ 青色レーザ
３ 緑色レーザ
４ａ,４ｂ,４ｃ,５ａ,５ｂ,５ｃ，５ｄ，５ｅ ミラー
６ａ，６ｂ レンズ系
７ 液晶セル
１０，１０ａ スクリーン
１３ 吸収体膜
１４ 垂直偏向装置
１５ 水平偏向装置
２２ シャッター
２３ ＣＣＤ
２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ プリズム
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ 波長フィルタ
２６ ミラー
２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ フォトディテクタ
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ 変調器
５０ レーザ投射部
６０ カメラ装置
７０，８０ 手ブレ検出機構
９０，９０ａ 画像形成部
１０１,１０２,１０３,１０４，１０４ａ 映像投射装置
１１０,１２０，１４０ 手ブレ補正光学系
１１０ａ，１１０ｂ，１２０ａ 光学系駆動機構
１２１,１２２,１４１，１４２ 板ガラス
１２３，１４３ 蛇腹
１２４，１４４ 高屈折液体
１３３，１３４，１４１ａ，１４２ａ 支持棒
１２５,１４５ 支持部材
１３１,１３２,１４６ 電磁アクチュエータ
Ｐ レーザ光
Ｐ０ 赤外レーザ光
Ｐ１ 赤色レーザ光
Ｐ２ 青色レーザ光
Ｐ３ 緑色レーザ光

Claims (6)

1. 映像を投射する映像投射装置において、
   少なくとも、赤、青、緑の３色の直線偏光となるレーザ光を発生するレーザ光源により映像を投射する投射光学系と、
   外部光を上記投射光学系を介して取り込むカメラ装置と、
   上記映像投射装置の手ブレの量を検出する手ブレ検出部と、
   上記検出した手ブレの量に応じて手ブレ補正を行う手ブレ補正部と、を有し、
   上記投射光学系は、その光軸上に上記３色のレーザ光の偏光と一致するように配置された、偏光性を有するプリズムにより上記３色のレーザ光が光量ロスなく投射され、かつ、カメラ装置には上記偏光性を有するプリズムにより、上記外部光の取り込みの一部が入り、
   上記手ブレ補正部は、映像を投射する際に、前記レーザ光源から出射された赤、青、緑の３色のレーザ光の投射位置をずれないよう補正する、
   ことを特徴とする映像投射装置。
2. 請求項１に記載の映像投射装置において、
   上記手ブレ補正部は、
   支持部材により支持されている、２枚の板ガラスと、
   上記２枚の板ガラスの間のスペースが密封されるよう、上記２枚のガラスに取り付けられたフィルムと、
   上記２枚のガラス間の密封スペース内に充填した、透明性の高い高屈折液体とを有する、
   ことを特徴とする映像投射装置。
3. 請求項２に記載の映像投射装置において、
   上記２枚の板ガラスのうち、投射面側に位置する第１の板ガラスは、投射面に対し平行になるよう、第１の上記支持部材により固定され、
   もう一方の第２の板ガラスは、第２の板ガラスに取り付けられている第２の上記支持部材が、アクチュエータと接続されていることにより回転可能である、
   ことを特徴とする映像投射装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の映像投射装置において、
   上記手ブレ検出部は、
   上記カメラ装置により撮影した画面の四隅の映像から手ブレ量を検出する、
   ことを特徴とする映像投射装置。
5. 請求項４に記載の映像投射装置において、
   上記手ブレ補正部は、
   上記手ブレ検出部により検出した手ブレ量に基づき、上記２枚の板ガラスのなす角度の適切な補正値を演算し、上記演算した補正値に基づいて補正を行う、
   ことを特徴とする映像投射装置。
6. 請求項１に記載の映像投射装置において、
   赤外レーザ光を投射範囲外の領域に照射し、
   上記カメラ装置により投射範囲外の領域からの赤外レーザ光を検出する、
   ことを特徴とする映像投射装置。

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