JP4967573B2 - 画像投影装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像データを光変調素子により映像光に変換し、スクリーン等の投影面に投射して画像表示を行う画像投影装置に関する。特に、画像投影装置を会議テーブル等に設置して、その会議テーブル上に複数の画像表示を行うものに関する。

近年、会議等において、パーソナルコンピュータと画像投影装置とを接続し、パーソナルコンピュータから送信される画像データを投影スクリーン上に投射して、多人数の聴衆に向けたプレゼンテーションが行われている。通常、数十人以上の聴衆に対して大きな投影スクリーン上に映像光を投影して行われている。

しかし、多くの場合、会議は、比較的小さな会議テーブルで配布された資料等を見ながら行われる。このような会議では、会議室が狭すぎて画像投影装置の投影スクリーンを設置できない場合がある。また、狭い会議室に投影スクリーン等を設置してプレゼンテーションを行うと、投影された画像が参加者の背中の方向となり、一部の参加者が不自然な姿勢をとらなければならない。また、手元の資料やノート型パソコンと投影される画像とが離れるので、投影された画像と資料とを比較し難い、等の不具合があった。

そこで、少人数用の会議テーブル上に設置し、複数の投影画像をその机上に投影する映像表示装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。図８はこの種の映像表示装置による投影状態を説明するための説明図である。机の上の設置面にハウジング１１０からなる映像表示装置が設置されている。ハウジング１１０は、光源１１１と、この光源から出射された光を透過型液晶デバイス１１７に照射するための照明光学系１１８と、イメージデータを映像光に変換するための透過型液晶デバイス１１７と、透過型液晶デバイス１１７からの映像光を反射する固定式マイクロミラーアレイ１１６と、この固定式マイクロミラーアレイ１１６から反射された映像光を投射する投影光学系１１５と、光源１１１及び透過型液晶デバイス１１７へイメージデータを送信する電気系１１２と、を備えている。そして投影像はハウジングが設置された設置面と略同一の表面である投影面へ投影される。

このように、この種の映像表示装置は、他の書類と同じ平面上に投影像を投影する。そのために、参加者は机上に広げている他の書類を見ていると同じ感覚で投影像を見ることができ、書類と投影像とを容易に比較することができる。この種の映像表示装置によれば、特定の方向に単一の画像を投射することができる他に、２人或いは３人の参加者に対して異なる複数の画像を投射することができる。
特開２００３−２８００９１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された映像表示装置は、映像表示装置の一辺の方向に投影像を投影する。そのため、会議に複数の参加者が参加している場合に、参加者が一列に並んだ位置から投影像を見ることや、投影像を中心にして参加者が対称な位置から見ることを前提にしている。従って、当該映像表示装置が投影している方向と反対側の方向に位置する参加者からは、その投影像が見え難い。多くの参加者から投影像が見えるようにするためには、映像表示装置を会議テーブルの辺部に設置する必要があるが、そうすると利用者の人数が更に制限される、という不具合があった。

また、特許文献１の映像表示装置では、透過型液晶デバイスからの映像光をマイクロミラーアレイで特定の方向に反射させ、その反射された映像光が投影光学系により投射する、という構成である。従って、投射光学系が特定の方向を向いているために、その向いている方向と反対側の方向に映像光を投射することができない。

本発明においては上記課題を解決するために以下の手段を講じた。

請求項１に係る発明においては、光源と、前記光源から入射した光を変調して映像光を出射する光変調素子と、前記映像光を投影する投影レンズ部と、前記光源、前記光変調素子及び前記投影レンズ部を収納する筐体と、を備えた画像投影装置において、前記投影レンズ部により投射される映像光を、該映像光が出射される向きと略反対側の向きに反射する反射鏡を更に備え、前記反射鏡により反射される映像光は、前記筐体を中心として異なる方向に対称に複数投影され、前記筐体が設置された設置面と略同一の面における前記筐体の周囲に結像されることを特徴とする画像投影装置とした。

請求項２に係る発明においては、前記複数投影される映像光によって、互いに異なる画像が投影されることを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置とした。

請求項３に係る発明においては、前記投影レンズ部を一つ有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像投影装置とした。

請求項４に係る発明においては、前記光変調素子を複数有し、前記光変調素子から出射される複数の映像光は、前記投影レンズ部の異なる光路を経由して投射されることを特徴とする請求項３に記載の画像投影装置とした。

請求項５に係る発明においては、前記反射鏡によって反射される映像光は、前記筐体によって遮られない、又は、前記筐体に投影されないことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像投影装置とした。

請求項６に係る発明においては、前記投影レンズ部の光軸と前記筐体の投影レンズ部側であって前記反射光が投影される方向の外延との間の距離をＬ、前記投影レンズ部側の前記筐体の外延と前記反射鏡との間の距離をＤ、前記投影レンズ部により投射される映像光のオフセット角をθとしたときに、２Ｄｔａｎθ＞Ｌの関係を満たすことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像投影装置とした。

請求項７に係る発明においては、前記反射鏡によって反射される映像光は、少なくとも前記筐体の一部に投影されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像投影装置とした。

請求項８に係る発明においては、前記少なくとも筐体の一部に投影される映像光の領域に対応する前記光変調素子の領域には、前記光変調素子の他の領域とは異なる画像が形成されることを特徴とする請求項７に記載の画像投影装置とした。

請求項９に係る発明においては、前記光変調素子を４つ有し、前記反射鏡により反射される映像光は前記筐体から見て前後左右に投影されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像投影装置とした。

請求項１０に係る発明においては、前記４つの光変調素子は、前記投影レンズ部の光軸に対して対称に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の画像投影装置とした。

請求項１１に係る発明においては、前記光変調素子を少なくとも３つ有し、前記各光変調素子により形成される各投影画像は互いに隣接することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像投影装置とした。

請求項１２に係る発明においては、前記光変調素子は台形形状を有し、前記光変調素子は台形の上辺を前記投影レンズ部の光軸側に向けて配置され、前記台形の斜辺を隣接する光変調素子の台形の斜辺に近接して配置されていることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の画像投影装置とした。

本発明によれば、光源と、光源から入射した光を変調して映像光を出射する光変調素子と、この映像光を投影する投影レンズ部と、これらを収納する筐体とを備える画像投影装置であり、更に、投影レンズ部から投射された映像光を反射鏡により反射させるようにしたので、複数の投影レンズ部を用いなくとも複数の投影像を筐体を中心として異なる方向に投影可能な、軽量で簡便な画像投影装置を構成することができる、という利点を有する。

また、反射鏡により投影される映像光は、筐体を中心として異なる方向に対称に複数投影されるので、投影される画像が見やすいと共に、部品の共通化を図ることができ、設計が容易であり且つ低コストで製造することができる、という利点を有する。

また、反射鏡により反射される映像光は、筐体が設置された設置面と略同一の面に結像するので、会議テーブル等に設置して簡便に使用することができる、という利点を有する。

また、複数投射される映像光は、互いに異なる画像を有するようにしたので、多くの情報を投射することが可能になる、という利点を有する。

また、一つの投影レンズ部を使用して複数の映像光の投射を行うことができるので、画像投影装置の軽量化、小型化を図ることができる、という利点を有する。

また、複数の光変調素子を用い、各光変調素子からの映像光を投影レンズ部の複数の光路を経由して投射するようにしたので、投影する情報量が増加し、かつ、投影レンズ部を複数設ける必要がないので、小型化、軽量化を図ることができる、という利点を有する。

また、反射される映像光は筐体により遮られない、又は、筐体に投射されないようした。特に、投影レンズ部の光軸と筐体の投影レンズ部側であって反射光が投射される方向の外延との間の距離をＬ、投影レンズ部側の筐体の外延と反射鏡との間の距離をＤ、投影レンズ部により投射される映像光のオフセット角をθとしたときに、２Ｄｔａｎθ＞Ｌ、の関係を有するようにしたので、投射される映像光に欠けが生じない、という利点を有する。

また、反射鏡によって反射される映像光を、少なくとも筐体の一部に投影するようにして、投射する画像方向の調整等を不要とした。更に、上記筐体の一部に投影する投影像を形成する光変調素子の対応する領域は他の領域とは異なる画像、例えば映像光の照射を遮断する黒の画像を形成して、投影画像の欠けを防止した。これにより、映像光の方向の調整や、光変調素子の大きさ、形状の設計の自由度を確保することができる、という利点を有する。

また、４つの光変調素子を有し、反射鏡により反射される映像光を筐体の前後左右の周囲に投射するようにした。そのため、会議テーブル等の中心部に画像投影装置を設置すれば参加者全員のほぼ正面にそれぞれ独立した画像を投影することができる、という利便性を有する。

また、上記４つの光変調素子を、投影レンズ部の光軸に対して対称に配置したことによ
り、画像投影装置をコンパクトに構成することができる、という利点を有する。

また、少なくとも３つの光変調素子を有し、これらの光変調素子により投射される映像光による投影画像は互いに隣接するようにしたので、一つの光変調素子により形成される画像と、これに隣接する光変調素子により形成される画像とを連続的に構成することができる、という利点を有する。

また、複数の光変調素子を台形形状とし、台形の上辺を投影レンズの光軸側に向けて配置し、また、台形の斜辺を隣接する光変調素子の台形の斜辺と近接して配置した。これにより、各光変調素子から投影される投影像を略連続的に繋ぎ合わせることができる、という利点を有する。

以下、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係る画像投影装置を机の上に設置して投影している状態を示す説明図であり、図１（ａ）は画像投影装置が投影している状態の模式的断面図であり、図１（ｂ）はその上面図である。同一の部分又は同一の機能を有する部分は同一の符号を付した。

画像投影装置は筐体１と反射鏡２と支柱３により構成されている。２本の支柱３は筐体１の上面の角部近傍に立設し、反射鏡２を保持している。支柱３が立設する領域は映像光の光路外なので、投射される投影像に影響を与えない。反射鏡２はプラスチック材料の表面にアルミニュウム薄膜を堆積したものを使用し、そのアルミニュウム薄膜の表面を反射面とした。プラスチック材料に代えてガラスや金属材料を使用することができる。筐体１は、光変調素子である透過型の第１液晶表示素子５ａ及び第２液晶表示素子５ｂ、投影レンズ部４、また、図示しない光源、リレーレンズ、ライトパイプ、駆動回路等を収納する。第１液晶表示素子５ａ及び第２液晶表示素子５ｂは、投影レンズ部４の光軸８に対して対称の位置に配置されている。

２つの第１液晶表示素子５ａ及び第２液晶表示素子５ｂは映像光を投影レンズ部４に照射する。投影レンズ部４は、第１液晶表示素子５ａ及び第２液晶表示素子５ｂから出射された映像光をそれぞれ異なる光路を経由して上方の反射鏡２に向けて投射する。そして、反射鏡２により反射された映像光は、筐体１が設置された設置面と略同一面の左投射領域７ａ及び右投射領域７ｂに結像される。左投射領域７ａ及び右投射領域７ｂは筐体１を中心として対称な位置関係を有する。なお、映像光が結像する結像面は筐体１の設置面と必ずしも同一平面である必要はない。投影される画像を引き伸ばしたい場合には、所定の高さを有する台の上に筐体１をのせて投影させる。また、本実施の形態においては、反射される映像光は筐体１を中心として対称な方向であるが、これに限定されない。例えば互いに略９０°異なる方向とすることができる。この場合は、第１液晶表示素子５ａと第２液晶表示素子５ｂとを互いに略９０°の位置に配置する。

ここで、反射鏡２により反射された映像光が筐体１により遮られない、又は、筐体１に映像光が照射されないようにする条件を説明する。投影レンズ部４の光軸８に対してオフセット角をθとし、投影レンズ部４側であって映像光が投射される方向の筐体の外延との間の距離をＬとし、筐体１の投影レンズ部４側の外延と反射鏡２との間の距離をＤとした場合に、オフセット角θが次式を満たすようにする。
２Ｄｔａｎθ＞Ｌ
これにより、投射される映像光は筐体１により遮られることがない。

図２は、第１液晶表示素子５ａ及び第２液晶表示素子５ｂから出射したそれぞれの映像光が、一つの投影レンズ部４の互いに異なる光路を通過して投射される状態を説明するための光路図である。同一の部分及び同一の機能を有する部分は同一の符号を付した。

光源１２から出射した光はリフレクタ１１により反射されて集光され、ライトパイプ１３の入射面１８からライトパイプ１３内に導かれる。ライトパイプ１３の出射面１９からは面分布が均一化された光が出射し、拡大レンズ１５により拡大されて第１液晶表示素子５ａ及び第２液晶表示素子５ｂに照射される。第１液晶表示素子５ａ及び第２液晶表示素子５ｂは光軸１４に対して対称の位置に配置されている。透過型液晶素子は微細な画素がマトリクス状に配列しており、各画素は画像信号に基づいて光の透過光量を制御する。従って、ライトバルブとして機能する。マトリクス状に配列する画素の透過光量を制御することにより入射光を映像光に変換する。映像光に変換された光は投影レンズ部４に入射する。投影レンズ部４はリレーレンズ等の第１レンズとフォーカシングレンズの第２レンズとから構成されている。投影レンズ部４内においても、第１液晶表示素子５ａ及び第２液晶表示素子５ｂにより形成された各映像光はそれぞれ異なる光路を通過して、反射鏡２へ出射される。

このように、一つの投影レンズ部４を使用して複数の投影像を投影するので、画像装置の軽量化、小型化を図ることができる。また、投影レンズ部４により複数の映像光を投射した後に反射鏡２で反射させ、複数の方向に投影画像を形成する。そのために、映像光を投射する方向ごとに投影レンズ部４を設ける必要がない、という利点を有する。

なお、図２に示した光路は一例である。光源１２、リフレクタ１１及びライトパイプ１３に代えて面発光源を用いても良い。第１液晶表示素子５ａ及び第２液晶表示素子５ｂとして、反射型液晶素子やＤＭＤ（ｄｉｇｉｔａｌ ｍａｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ ｄｅｖｉｃｅ）素子を使用することができる。ＤＭＤ素子は多数のマイクロミラーを行列状に配置し、各マイクロミラーの角度を制御して入射した光の反射方向を変化させて入射光を映像光へ変換する。従って、投影レンズ部４側からＤＭＤ素子に光を照射し、反射される映像光を投影レンズ部４に導くようにする。この場合も、２つのＤＭＤ素子から出射する映像光は互いに異なる光路を通過する。

図３は、画像投影装置を駆動するための駆動回路２０の回路ブロック図である。同一の部分又は同一の機能を有する部分は同一の符号を付した。

図３において、ビデオ信号等の画像データを入力し、同期信号等を抽出して画像データを処理する画像データ処理回路２３と、一フレームの画像信号を一時的に記憶する第１フレームメモリ２１ａ及び第２フレームメモリ２１ｂと、画像データを入力して光変調素子５である第１液晶表示素子５ａ及び第２液晶表示素子５ｂをそれぞれ駆動するための第１変調素子駆動回路３１ａ及び第２変調素子駆動回路３１ｂと、パーソナルコンピュータ等からＬＡＮを経由して画像データの入力や制御信号等の通信を行うためのインターフェース（Ｉ／Ｆ）２６と、画像投影装置の制御プログラム等を記憶するＲＯＭ２７と、ＣＰＵ２９の制御によりＲＯＭ２７から制御プログラム等を読み出して実行させるための作業領域となるＲＡＭ２８と、プログラムの処理及び映像投影装置の制御を行うためのＣＰＵ２９と、ＣＰＵ２９と入出力手段２５との間を中継ぎするためのＩ／Ｏ２４と、データ通信を行うためのバス３０と、これらの光変調素子５やその他の回路に電源を供給するための電源回路２２等により構成されている。

光変調素子である第１液晶表示素子５ａ及び第２液晶表示素子５ｂは、例えば次のようにして駆動することができる。画像データ処理回路２３はビデオ信号である画像データを入力し、水平同期信号及び垂直同期信号を抽出して第１フレームメモリ２１ａを介して第１変調素子駆動回路３１ａに画像データを出力する。第１変調素子駆動回路３１ａは第１液晶表示素子５ａに画像信号を出力してビデオ画像を表示させる。また、画像データ処理回路２３は、外部のパーソナルコンピュータからＩ／Ｆ２６、バス３０を経由し、ＣＰＵ２９の制御のもとに他の画像データを入力し、第２フレームメモリ２１ｂを介して第２変調素子駆動回路３１ｂに他の画像データを出力する。第２変調素子駆動回路３１ｂはこの画像データを変換した画像信号を第２液晶表示素子５ｂに出力して他の画像を表示させる。このようにして、左投射領域７ａにはパーソナルコンピュータからの画像を投影し、右投射領域７ｂにはテレビやビデオデッキからのビデオ画像を投影することができる。

また、左投射領域７ａと右投射領域７ｂとは投影画像の方向が互いに反転するように投射する。通常、画像投影装置は机の中心に据える。そして会議の参加者は対面している。対面する参加者が正立する画像を見ることができるように左投射領域７ａと右投射領域７ｂに投影される画像は互いに上下が反転する必要がある。第１液晶表示素子５ａと第２液晶表示素子５ｂとを光軸１４を中心として対称の方向に設置すれば、反転画像を投影することができる。第１液晶表示素子５ａと第２液晶表示素子５ｂとを光軸１４に対して同じ方向を向けて設置した場合は投影される２つの画像は同じ方向を向くことになる。従って、対面するいずれかの参加者は倒立画像を観察することになる。また、フレームメモリ２１ａのデータをフレームメモリ２１ｂに転送しても良い。

例えば、２つの液晶表示素子５ａ、５ｂに同じビデオ画像を表示させる場合に、一方の液晶表示素子に与える画像信号は一旦フレームメモリ２１に記憶し、画像データ処理回路２３はフレームメモリ２１に書き込まれたデータの順番を逆転して読み出して変調素子駆動回路３１ａ、３１ｂへ出力するようにする。これにより、第１液晶表示素子５ａと第２液晶表示素子５ｂとを同じ方向を向けて設置した場合でも、対面する参加者は正立像を見ることができる。画像データがＬＡＮを介して入力された場合でも、同様である。

図４は、他の実施の形態に係る画像投影装置を机の上に設置して投影している状態を示す説明図であり、図４（ａ）は１つの光変調素子により画像を投影している状態を表す模式的断面図であり、図４（ｂ）はその上面図であり、図４（ｃ）は反射鏡２を上部から吊り下げた場合の状態を表す上面図である。同一の部分又は同一の機能を有する部分は同一の符号を付した。

図４（ａ）において、画像投影装置は筐体１内に１つの光変調素子である第３液晶表示素子５ｃを有し、投影レンズ部４に映像光を投射し、投影レンズ部４が映像光を反射鏡２に投影し、反射鏡２から投影された映像光が投射領域７ｃに投影される。図２を参照すれば、第１液晶表示素子５ａと第２液晶表示素子５ｂの代わりに１個の第３液晶表示素子５ｃを設置した場合である。従って、反射鏡２から反射される映像光は筐体１の上部にも投影され、そのために、筐体１の側部には筐体１による影９ａが生じる。同様に、筐体１の上部の２つの角部近傍に設けた２本の支柱３による影９ｂも生じている。

図４（ｂ）は、第３液晶表示素子５ｃが投射領域７ｃの各辺近傍にＡＢＣＤの文字を投影している状態を表している。そして、各辺に投影される画像は各辺から見て正立画像となるように画像処理が施されている。このような画像処理は次のようにして行う。例えば、ＣＰＵ２９の制御によりＬＡＮを経由して他のパーソナルコンピュータから４つの画像データを入力してＲＡＭ２８あるいは図示しない外部メモリに記憶させる。画像データ処理回路２３は、第３液晶表示素子５ｃの４辺に対応させてフレームメモリ２１を４つの領域に分割する。そして、各辺に対応する画像データをＲＡＭ２８又は外部メモリから読み出し、フレームメモリ２１の４つの領域にそれぞれ書き込む。この書き込む際に、各辺に応じて画像データを回転させるための座標変換を行う。

次に、画像データ処理回路２３はフレームメモリ２１から画像データを読み出して変調素子駆動回路３１に出力し、変調素子駆動回路３１は第３液晶表示素子５ｃに当該画像データに対応する画像信号を出力する。この場合に、筐体１に投射される筐体領域と第３液晶表示素子５ｃの表示領域とを対応付け、当該表示領域に対応するフレームメモリ２１のアドレスを関連付けておく。そして、当該アドレスには特定の画像データ、例えば黒表示の画像データを割り当てておく。これにより、筐体１にかかる部分に映像光が照射されない黒表示、或いは予め定めた他の特定の色の光を投影させるようにすることができる。

また、図４（ｂ）に示すように、反射鏡２を２本の支柱３により支持しているために、反射鏡２により反射される映像光には支柱３による影９ｂが生ずる。この支柱３による影９ｂは、反射鏡２を投射領域７ｃの外部から支持する上部支柱３ｂを用いることにより、図４（ｃ）に示すように除去することができる。また、支柱３ｂを反射鏡２又は筐体１上面の斜め対角線方向に設置することにより、この支柱による影の影響がほとんどなくなり視認性が向上する。

図５は、他の実施の形態に係る画像投影装置を机の上に設置して投影している状態を示す説明図であり、図５（ａ）は３つの光変調素子により画像を投影している状態を表す模式的断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の上面図であり、図５（ｃ）は、３つの光変調素子から出射した映像光の光路を説明するための光路図である。同一の部分又は同一の機能を有する部分は同一の符号を付した。

図５（ａ）において、筐体１は３つの光変調素子である第１ＤＭＤ素子４０ａ、第２ＤＭＤ素子４０ｂ、第３ＤＭＤ素子４０ｃを収納している。ＤＭＤ素子は多数のマイクロミラーを行列状に配列した構造を有している。各マイクロミラーは電界により角度が制御される。例えば正電界が印加されたときはマイクロミラーの角度が−θとなり、負電界が印加されたときは＋θをとる。マイクロミラーは角度−θと＋θとの間を高速で切り替えることができる。多数のマイクロミラーを画像データに応じていずれかの角度に設定することにより、マイクロミラーを反射する反射光を映像光へ変換することができる。照射する光をＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）に切り替えて時間混色によりフルカラーの映像光を生成する。そして、各ＤＭＤ素子から出射した映像光は投影レンズ部４を互いに異なる光路で通過し、反射鏡２により反射されて机６の上の各投射領域に投影される。なお、反射鏡２は筐体１の上部側面近傍に設置した支柱３により支持されている。支柱３は映像光が投射されない領域に設置されているので、投影像には支柱による影が生じない。

図５（ｂ）には各ＤＭＤ素子により投影される画像の投射領域が示されている。即ち、第１ＤＭＤ素子４０ａからの映像光は第１投射領域４１ａに投影され、第２ＤＭＤ素子４０ｂからの映像光は第２投射領域４１ｂに投影され、第３ＤＭＤ素子４０ｃからの映像光は第３投射領域４１ｃに投影される。画像投影装置の筐体１を机６の中心部に設置すれば、机６の３辺の観察者の手前に投影することができる。

図５（ｃ）は、第１ＤＭＤ素子４０ａ、第２ＤＭＤ素子４０ｂ及び第３ＤＭＤ素子４０ｃの光路を示している。第１光源４３ａから出射した光は、図示しないカラーホイールを通過してＲＧＢのカラー光に変換され、第１レンズ４２ａを介して第１ＤＭＤ素子４０ａに照射して映像光に変換される。この映像光は投影レンズ部４を通過して反射鏡２の方向の第１投射領域４１ａへ投影される。同様に、第２光源４３ｂから出射した光は図示しないカラーホイールを通過してＲＧＢのカラー光に変換され、第２レンズ４２ｂを介して第２ＤＭＤ素子４０ｂに照射して映像光に変換される。この映像光は投影レンズ部４を通過して反射鏡２の方向の第２投射領域４１ｂへ投影される。第３光源４３ｃから出射した光は図示しないカラーホイールを通過してＲＧＢのカラー光に変換され、第３レンズ４２ｃを介して第３ＤＭＤ素子４０ｃに照射して映像光に変換される。この映像光は投影レンズ部４を通過して反射鏡２の方向の第３投射領域４１ｃへ投影される。

ここで、投影レンズ部４は実際にはフォーカシングレンズやリレーレンズ等の複数のレンズから構成されている。図５（ｃ）には各ＤＭＤ素子から出射した映像光の光路を矢印で示しているが、各光路は光軸１４に沿って互いに異なる光路を通過する。このようにすれば、１個の投影レンズ部４を使用して３つの異なる画像を投影することができる。そのため、画像投影装置全体を軽量でかつ小型に構成することができる。なお、本実施の形態においてＤＭＤ素子を用いたが、これを透過型液晶表示素子や反射型液晶表示素子を用いることができる。

図６は、他の実施の形態に係る画像投影装置を机の上に設置して投影している状態を示す説明図であり、図６（ａ）は４つの台形のＤＭＤ素子により筐体１の周囲全面に画像を投影している状態を表す模式的断面図であり、図６（ｂ）はＤＭＤ素子に表示する画像に台形補正を施して投影している状態を表す上面図である。同一の部分又は同一の機能を有する部分は同一の符号を付した。

図６（ａ）において、図５（ａ）と異なる部分は、反射鏡２の支持を上部支柱３ｂにより行っている点と、光変調素子であるＤＭＤ素子を４つ使用している点である。即ち、投影レンズ部４の光軸１４を中心にして、第１ＤＭＤ素子４０ａ、第２ＤＭＤ素子４０ｂ、第３ＤＭＤ素子４０ｃ及び第４ＤＭＤ素子４０ｄが配置される。この場合に、各ＤＭＤ素子は上辺（短辺）を光軸に向けた台形形状を有しており、隣り合う各ＤＭＤ素子は境界線を繋ぐように配置している。これら４つのＤＭＤ素子から出射された映像光は筐体１が設置される机６の上の周囲全面に投影され、各ＤＭＤ素子から投影される投影像は略繋がって投影される。

図６（ｂ）に示すように、第１ＤＭＤ素子４０ａから第１投射領域４１ａに、第２ＤＭＤ素子４０ｂから第２投射領域４１ｂに、第３ＤＭＤ素子４０ｃから第３投射領域４１ｃに、第４ＤＭＤ素子４０ｄから第４投射領域４１ｄに文字「ＡＢＣＤ」が投影されている。観察者が机６の中心に設置された画像投影装置の方向を向いているものとして、投影された画像は各観察者に対して正立像として見ることができるようにしている。これは、各ＤＭＤ素子を最初に走査される側を光軸１４側に位置するように配置すればよい。しかし、各ＤＭＤ素子をこのように配置しないで、すべて同じ方向に向けて配置したときは、以下のようになる。

第１ＤＭＤ素子４０ａから投射された第１投射領域４１ａの投影像が正立像「ＡＢＣＤ」であるとして、他のすべてのＤＭＤ素子から投射された投影像もこれと同じ方向を向くことになる。観察者から見れば、第２ＤＭＤ素子４０ｂから投射された第２投射領域４１ｂの投影像は倒立し、第３ＤＭＤ素子４０ｃから投射された第３投射領域４１ｃの投影像は９０度右方向に回転し、第４ＤＭＤ素子４０ｄから投射された第４投射領域４１ｄの投影像は９０度左回転して見えることになる。

そこで、次のようにして画像データの変換を行う。まず、フレームメモリ２１に４つの記憶領域を設ける。第１フレームメモリ２１ａは第１ＤＭＤ素子４０ａの画像データを記憶し、第２フレームメモリ２１ｂは第２ＤＭＤ素子４０ｂの画像データを記憶し、第３フレームメモリ２１ｃは第３ＤＭＤ素子４０ｃの画像データを記憶し、第４フレームメモリ２１ｄは第４ＤＭＤ素子の画像データを記憶する。

第１ＤＭＤ素子４０ａは正立投影像を投射するので画像変換を行う必要がない。従って、画像データ処理回路２３はＬＡＮ等からＩ／Ｆ２６を経由して入力した画像データを入力し、あるいは、ＲＡＭ２８等に記憶された画像データを入力して第１フレームメモリ２１ａへ書き込み、この書き込まれた画像データを変調素子駆動回路３１へ出力し、変調素子駆動回路３１は第１ＤＭＤ素子４０ａへ対応する画像信号を出力する。または、入力した画像データを一旦第１フレームメモリ２１ａに書き込まないで直接変調素子駆動回路３１へ当該画像データを出力するようにしてもよい。

第２ＤＭＤ素子４０ｂは第２投射領域４１ｂに倒立像を投影する。そこで、画像データ処理回路２３は画像データを入力すると、第２フレームメモリ２１ｂにアドレスを逆転させて画像データを書き込む。即ち、通常第２フレームメモリ２１ｂはｍ×ｎ個の画像データを走査順にアドレス１１、１２、・・・（ｍ−１）ｎ、ｍｎに記憶する。そこで、画像データ処理回路２３はｍ×ｎ個の画像データをアドレスｍｎ、（ｍ−１）ｎ、・・・、２１、１１の順番で第２フレームメモリ２１ｂに書き込む。あるいは、第２フレームメモリ２１ｂへの画像データの書き込みを通常の順番で書き込み、画像データ処理回路２３が画像データをアドレスｍｎ、ｍ（ｎ−１）・・・１２、１１の順に読み出すようにしてもよい。これにより、第２ＤＭＤ素子４０ｂに倒立画像を表示させ、第２投射領域４１ｂに観察者からみて正立像を投影することができる。

第３ＤＭＤ素子４０ｃは第３投射領域４１ｃに９０度右回転した画像を投影する。従って、第３ＤＭＤ素子４０ｃ上には（投影レンズ部４により左右の回転が逆転するため）９０度右回転した画像が表示されている。そこで、画像データ処理回路２３は、第３フレームメモリ２１ｃに対して入力したｍ×ｎ個の画像データをアドレスｍ１、（ｍ−１）１、（ｍ−２）１・・・１１、ｍ２、（ｍ−１）２・・・ｍｎ、（ｍ−１）ｎ、・・・１ｎのように９０度左回転したアドレスに順次書き込む。あるいは、第３フレームメモリ２１ｃには通常の走査順に画像データを書き込み、画像データ処理回路２３がこの第３フレームメモリ２１ｃから上記９０度左回転したアドレスの順序で画像データを読み出し、変調素子駆動回路３１へ出力する。これにより、第３ＤＭＤ素子４０ｃには９０度左回転した画像を表示させ、第３投射領域４１ｃには観察者から見て正立像を投影することができる。

第４ＤＭＤ素子４０ｄは第４投射領域４１ｄに９０度左回転した画像を投影する。従って、第４ＤＭＤ素子４０ｄ上には９０度右回転した画像が表示されている。そこで、画像データ処理回路２３は、第４フレームメモリ２１ｄに対して入力したｍ×ｎ個の画像データをアドレス１ｎ、２ｎ、３ｎ・・・ｍｎ、１（ｎ−１）、２（ｎ−１）のように９０度左回転したアドレスに順次書き込む。あるいは、第４フレームメモリ２１ｄには通常の走査順に画像データを書き込み、画像データ処理回路２３がこの第４フレームメモリ２１ｄから上記９０度右回転したアドレスの順序で画像データを読み出し、変調素子駆動回路３１へ出力する。これにより、第４ＤＭＤ素子４０ｄには９０度右回転した画像を表示させ、第４投射領域４１ｄには正立像を投影することができる。以上のような画像変換処理を行うことにより、図６（ｂ）に示すように、机６の周囲に向かい合って座る観察者は、正立像を見ることができるようになる。なお、同図では同一画像を投影している状態を表しているが、それぞれ異なる画像を投影することができることはいうまでもない。

次に、第１投射領域４１ａと第３投射領域４１ｃとは第１境界線４６により画され、第２投射領域４１ｂと第３投射領域４１ｃとは第２境界線４７により画され、第１投射領域４１ａと第４投射領域４１ｄとは第３境界線４８により画され、第２投射領域４１ｂと第４投射領域４１ｄとは第４境界線４９により画されている。

台形歪処理は、例えば台形の上辺の長さを基準として底辺（下辺）に向かうに従い画像データを間引いて圧縮する。変調素子駆動回路３１は第１ＤＭＤ素子４０ａの表示エリアの上辺から下辺に向けて線順次に走査する。画像データ処理回路２３は、入力した画像データの第１番目の走査ライン（以下第１走査ラインという）の画像データを第１フレームメモリ２１ａに書き込む際に、第１走査ラインの表示エリアに対応する画素数分の画像データに圧縮する。

例えば第１番目の走査ラインの画素数が１２８０である場合には画像データ処理回路２３は１２８０個の画像データを受け取る。そして最後の走査ラインにおける表示エリアの画素数が例えば６４０個である場合には、１２８０個の画像データを２個に１個の割合で間引いて圧縮する。そして、画像データ処理回路２３は第１フレームメモリ２１ａに３２１番目のアドレスから順次６４０画像データを書き込む。従って第１フレームメモリ２１ａの第１走査ラインに対応する記憶領域には、３２１番目のアドレスから９６０番目のアドレスまで画像データが書き込まれる。第１走査ラインのその他の画像データは背景の画像データが書き込まれる。同様なことを、第２番目の走査ラインから順次最下行の走査ラインまで繰り返す。このようにして第１フレームメモリ２１ａに台形歪処理を施した画像データを構成する。

図７は、本発明の他の実施の形態に係る画像投影装置を机の上に設置して投影している状態を示す説明図である。図７（ａ）は画像投影装置が投影している状態の模式的断面図であり、図７（ｂ）は画像を投影している状態の上面図であり、図７（ｃ）は当該画像に台形補正を施した状態を示す。同一の部分又は同一の機能を有する部分は同一の符号を付した。

図７（ａ）において図１（ａ）と異なる部分は、反射鏡２’が中心線２ｂを中心にして水平面（投影面）に対して傾斜するように折れ曲がっている点である。その他については図１と同一である。反射鏡２’の水平面に対する傾斜角を適当に設定することにより、投影画像の投影位置を変更することができる。

なお、図７（ｂ）に示すように、投影される画像は筐体１から遠ざかるに従い拡大される。即ち、投影画像は台形状に歪むことになる。図７（ｃ）は、図６において説明したように、画像データ処理回路２３により台形歪処理を施して画像を投影した状態を示す。観察者から見て手前側が誇張して拡大されたのを修正して正常な画像として視認することができる。

本発明の実施形態に係る画像投影装置を机上に設置して投影する状態を表す説明図である。 本発明の実施形態に係る画像投影装置の光路を表す光路図である。 本発明の実施形態に係る画像投影装置の駆動回路を表す回路ブロック図である。 本発明の他の実施形態に係る画像投影装置を机上に設置して投影する状態を表す説明図である。 本発明の他の実施形態に係る画像投影装置を机上に設置して投影する状態を表す説明図である。 本発明の他の実施形態に係る画像投影装置を机上に設置して投影する状態を表す説明図である。 本発明の他の実施形態に係る画像投影装置を机上に設置して投影する状態を表す説明図である。 従来公知の映像表示装置を机上に設置して投影する状態を表す説明図である。

符号の説明

１ 筐体
２ 反射鏡
３ 支柱
４ 投影レンズ部
５ 光変調素子
６ 机
７ａ 左投射領域
７ｂ 右投射領域
８ 光軸
９ａ 筐体による影
９ｂ 支柱による影

Claims (12)

1. 光源と、前記光源から入射した光を変調して映像光を出射する光変調素子と、前記映像光を投影する投影レンズ部と、前記光源、前記光変調素子及び前記投影レンズ部を収納する筐体と、を備えた画像投影装置において、
   前記投影レンズ部により投射される映像光を、該映像光が出射される向きと略反対側の向きに、前記筐体により遮られないように反射する反射鏡を更に備え、
   前記反射鏡により反射される映像光は、前記筐体を中心として異なる方向に対称に複数投影され、前記筐体が設置された設置面と略同一の面における前記筐体の周囲に結像されることを特徴とする画像投影装置。
2. 前記複数投影される映像光によって、互いに異なる画像が投影されることを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
3. 前記投影レンズ部を一つ有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像投影装置。
4. 前記光変調素子を複数有し、前記光変調素子から出射される複数の映像光は、前記投影レンズ部の異なる光路を経由して投射されることを特徴とする請求項３に記載の画像投影装置。
5. 前記反射鏡によって反射される映像光は、前記筐体によって遮られない、又は、前記筐体に投影されないことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像投影装置。
6. 前記投影レンズ部の光軸と前記筐体の投影レンズ部側であって前記反射光が投影される方向の外延との間の距離をＬ、前記投影レンズ部側の前記筐体の外延と前記反射鏡との間の距離をＤ、前記投影レンズ部により投射される映像光のオフセット角をθとしたときに、
   ２Ｄｔａｎθ＞Ｌ
   の関係を満たすことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像投影装置。
7. 前記反射鏡によって反射される映像光は、少なくとも前記筐体の一部に投影されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像投影装置。
8. 前記少なくとも筐体の一部に投影される映像光の領域に対応する前記光変調素子の領域には、前記光変調素子の他の領域とは異なる画像が形成されることを特徴とする請求項７に記載の画像投影装置。
9. 前記光変調素子を４つ有し、前記反射鏡により反射される映像光は前記筐体から見て前後左右に投影されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像投影装置。
10. 前記４つの光変調素子は、前記投影レンズ部の光軸に対して対称に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の画像投影装置。
11. 前記光変調素子を少なくとも３つ有し、前記各光変調素子により形成される各投影画像は互いに隣接することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像投影装置。
12. 前記光変調素子は台形形状を有し、前記光変調素子は台形の上辺を前記投影レンズ部の光軸側に向けて配置され、前記台形の斜辺を隣接する光変調素子の台形の斜辺に近接して配置されていることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の画像投影装置。

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