JP4973009B2

JP4973009B2 - プロジェクタ及び画像投写方法

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Inventors: 雅暢小林
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Description

本発明は、光源から射出された光を画像データに応じて変調し、立体物に画像を投写するプロジェクタ及び画像投写方法に関する。

近年、製造業において３次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）等の設計ツールが用いられるようになり、試作以前の段階で製品の形状やデザインのイメージを認識することが可能となっている。また、デザインの選定等を行う際に、実際の立体感や質感等を確認するため、プロジェクタを用いて試作品等の無地の立体物に画像を投写することが行われている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。

特開平５−２４７７７５号公報楠本拓矢、"テクスチャプロジェクション方式ＭＲによる立体物の鑑賞・デザインシステム"、［online］、平成１３年１０月９日、［平成１８年３月２２日検索］、インターネット＜URL:http://www-inolab.sys.es.osaka-u.ac.jp/research/2001_10_09/kusumoto.pdf＞

しかしながら、立体物が大きく、立体物表面の画像が投写される領域（被投写領域）が、プロジェクタの焦点深度では補えない程度の奥行き（投写方向寸法）を有する場合には、被投写領域の全域に渡って焦点の合った画像を投写することができないという問題を有していた。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、立体物に画像を投写する場合でも広範囲に渡り鮮鋭な画像を投写可能なプロジェクタ及び画像投写方法を提供することにある。

本発明のプロジェクタは、光源と、前記光源から射出された光を画像データに応じて変調し、前記画像データに基づいた画像を形成する光変調装置と、前記画像を投写する投写光学系と、前記投写光学系の焦点位置を変化させる焦点位置可変手段とを備え、前記焦点位置可変手段により前記焦点位置を周期的に変化させながら前記画像を投写することを特徴とする。

このプロジェクタによれば、投写光学系の焦点位置を周期的に変化させながら画像を投写するため、投写対象物の被投写領域が投写光学系の焦点深度では補えない程度の奥行きを有する場合でも、被投写領域の広い範囲に渡って、焦点の合った鮮鋭な画像を投写することが可能となる。

このプロジェクタにおいて、前記画像データが表す画像は、投写すべき画像全体のうち、所定の焦点位置における非焦点領域をマスクした部分画像であり、複数の焦点位置にそれぞれ対応した複数の前記画像データに基づいて、前記焦点位置可変手段によって前記焦点位置を周期的に変化させながら、各焦点位置に対応する前記部分画像を順次投写することが望ましい。

このプロジェクタによれば、焦点が合わない領域に投写される画像がマスクされているため、ピンぼけした画像が重畳されることがなくなり、画像をより鮮鋭にすることが可能となる。

このプロジェクタにおいて、前記画像が投写される投写対象物の形状及び載置状態を表す投写対象物情報を取得し、当該投写対象物情報に基づいて、画像全体を表す画像データから複数の前記部分画像を表す画像データを生成する部分画像生成部を備えることが望ましい。

このプロジェクタによれば、部分画像生成部が、取得した投写対象物情報に基づいて、画像全体を表す画像データから複数の部分画像を表す画像データを生成するため、部分画像を表す画像データを予め用意する必要がなくなり、画像の投写を容易に行うことが可能となる。

このプロジェクタにおいて、前記投写対象物を撮像する撮像部と、前記撮像部が撮像した画像に基づいて前記投写対象物情報を生成し、前記部分画像生成部に供給する情報生成部とを備えることが望ましい。

このプロジェクタによれば、投写対象物を撮像する撮像部を備え、この撮像部が実際の投写対象物を撮像した画像から投写対象物情報を生成するため、投写対象物の実際の載置状態に適した部分画像を容易に生成することが可能となる。

本発明の画像投写方法は、光源と、前記光源から射出された光を画像データに応じて変調し、前記画像データに基づいた画像を形成する光変調装置と、前記光変調装置で形成された画像を投写する投写光学系と、前記投写光学系の焦点位置を変化させる焦点位置可変手段とを備えたプロジェクタの画像投写方法であって、前記焦点位置可変手段により前記焦点位置を周期的に変化させながら、立体物に前記画像を投写することを特徴とする。

この画像投写方法によれば、投写光学系の焦点位置を周期的に変化させながら画像を投写するため、立体物の被投写領域が投写光学系の焦点深度では補えない程度の奥行きを有する場合でも、被投写領域の広い範囲に渡って、焦点の合った鮮鋭な画像を投写することが可能となる。

この画像投写方法において、前記立体物の位置及び載置状態を表す投写対象物情報を取得する第１の工程と、前記第１の工程で取得した前記投写対象物情報に基づいて、前記立体物の被投写領域を投写距離に応じた複数の領域に細分し、細分された前記領域毎に、他の領域をマスクした部分画像を表す画像データを生成する第２の工程と、前記焦点位置可変手段により、前記投写光学系の焦点位置を所定量変化させる第３の工程と、前記第３の工程により変化した焦点位置で焦点が合う領域の部分画像を投写する第４の工程とを備え、前記第３及び第４の工程を繰り返すことにより、前記焦点位置を周期的に変化させながら、投写する部分画像を順次切り替えることが望ましい。

この画像投写方法によれば、焦点が合わない領域に投写される画像がマスクされているため、ピンぼけした画像が重畳されることがなくなり、画像をより鮮鋭にすることが可能となる。

以下、本発明に係るプロジェクタについて、図面を参照して説明する。
本実施形態のプロジェクタは、入力される３次元画像データに基づいて２次元画像を形成し、当該２次元画像を立体物の表面に投写するものである。
図１は、本実施形態のプロジェクタの概略構成を示すブロック図である。
図１に示すように、プロジェクタ１は、画像の投写を行う画像投写部１０と、制御部２０と、入力操作部２１と、撮像部２２と、形状解析部２３と、画像データ入力部２４と、画像データ処理部２５と、ライトバルブ駆動部２６と、フォーカス駆動部２７と、ズーム駆動部２８とを有している。

まず、画像投写部１０について説明する。
画像投写部１０は、光源１１１、光変調装置としての３つの液晶ライトバルブ１４０Ｒ，１４０Ｇ，１４０Ｂ、投写光学系としての投写レンズ１６０等によって構成されている。

図２は、画像投写部１０の構成をより詳細に示す構成図であり、光源１１１から射出された光が投写対象物である立体物Ｔに至るまでの光路を示している。
図２に示すように、画像投写部１０は、照明光学系１１０、色光分離光学系１２０、リレー光学系１３０、３つの液晶ライトバルブ１４０Ｒ，１４０Ｇ，１４０Ｂ、クロスダイクロイックプリズム１５０、投写レンズ１６０等を備えている。

照明光学系１１０は、超高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等の放電型光源ランプからなる光源１１１と、第１のレンズアレイ１１２と、第２のレンズアレイ１１３と、偏光変換素子１１４と、重畳レンズ１１５とを備えている。光源１１１から射出された光束は、微小なレンズ１１２ａがマトリクス状に配置された第１のレンズアレイ１１２によって多数の微小な部分光束に分割される。第２のレンズアレイ１１３及び重畳レンズ１１５は、分割された部分光束のそれぞれが、照明対象である３つの液晶ライトバルブ１４０Ｒ，１４０Ｇ，１４０Ｂの全体を照射するように備えられている。このため、各部分光束が液晶ライトバルブ１４０Ｒ，１４０Ｇ，１４０Ｂで重畳され、液晶ライトバルブ１４０Ｒ，１４０Ｇ，１４０Ｂの全体がほぼ均一に照明される。

偏光変換素子１１４は、光源１１１からの光を液晶ライトバルブ１４０Ｒ，１４０Ｇ，１４０Ｂで効率よく利用可能とするため、特定の偏光方向を有する偏光光に揃える機能を有している。照明光学系１１０を射出した偏光光は、色光分離光学系１２０に入射する。

色光分離光学系１２０は、第１のダイクロイックミラー１２１と、第１の反射ミラー１２２と、第２のダイクロイックミラー１２３とを備えており、照明光学系１１０から射出された光を、波長域の異なる３色の光に分離する。第１のダイクロイックミラー１２１は、略赤色の光を透過するとともに、透過する光よりも短波長の光を反射する。第１のダイクロイックミラー１２１を透過した赤色光Ｒは、第１の反射ミラー１２２で反射された後、第１の平行化レンズ１２４で平行化されて赤色光用の液晶ライトバルブ１４０Ｒを照明する。

第２のダイクロイックミラー１２３は、略青色の光を透過するとともに、透過する光よりも長波長の光を反射する。このため、第１のダイクロイックミラー１２１で反射された光のうち、緑色光Ｇは、第２のダイクロイックミラー１２３によって反射され、第２の平行化レンズ１２５で平行化されて緑色光用の液晶ライトバルブ１４０Ｇを照明する。また、青色光Ｂは、第２のダイクロイックミラー１２３を透過し、リレー光学系１３０を経由して、青色光用の液晶ライトバルブ１４０Ｂを照明する。

なお、青色光Ｂの経路は、他の色光の経路に比べて長くなってしまうことから、光線束の発散によって液晶ライトバルブ１４０Ｂへの照明効率が低下するのを抑制するために、青色光Ｂの経路には、リレー光学系１３０が設けられている。リレー光学系１３０は、入射側レンズ１３１と、第２の反射ミラー１３２と、リレーレンズ１３３と、第３の反射ミラー１３４と、射出側レンズ１３５とを備えている。色光分離光学系１２０から射出した青色光Ｂは、入射側レンズ１３１によってリレーレンズ１３３の近傍で収束し、射出側レンズ１３５に向けて発散する。

液晶ライトバルブ１４０Ｒ，１４０Ｇ，１４０Ｂのそれぞれは、一対の透明基板間に液晶が封入された液晶パネル１４１を備えており、液晶パネル１４１の内面には、液晶に対して微小領域（画素）毎に駆動電圧を印加可能な透明電極（画素電極）がマトリクス状に形成されている。また、液晶パネル１４１の入射側表面及び射出側表面には、それぞれ入射側偏光板１４２及び射出側偏光板１４３が貼り付けられている。入射側偏光板１４２及び射出側偏光板１４３は、それぞれ特定の偏光方向の偏光光のみを透過可能であり、入射側偏光板１４２は、偏光変換素子１１４によって揃えられた偏光方向の偏光光を透過可能となっている。このため、各液晶ライトバルブ１４０Ｒ，１４０Ｇ，１４０Ｂに照射された各色光の大部分は入射側偏光板１４２を透過して、液晶パネル１４１に入射する。

ここで、液晶パネル１４１の各画素に、画像データに応じた駆動電圧が印加されると、液晶パネル１４１に入射した光は、駆動電圧に応じて変調され、画素毎に異なる偏光方向を有した偏光光となる。この偏光光のうち、射出側偏光板１４３を透過可能な偏光成分のみが液晶ライトバルブ１４０Ｒ，１４０Ｇ，１４０Ｂから射出される。つまり、液晶ライトバルブ１４０Ｒ，１４０Ｇ，１４０Ｂが、画像データに応じて、画素毎に異なる透過率で入射光を透過させることによって、階調を有する画像光が色光毎に形成される。液晶ライトバルブ１４０Ｒ，１４０Ｇ，１４０Ｂから射出した各色光からなる画像光は、クロスダイクロイックプリズム１５０に入射する。

クロスダイクロイックプリズム１５０は、各液晶ライトバルブ１４０Ｒ，１４０Ｇ，１４０Ｂから射出された各色の画像光を、画素毎に合成してカラー画像を表す画像光を形成する。クロスダイクロイックプリズム１５０によって合成された画像光は、投写レンズ１６０によって立体物Ｔに拡大投写される。なお、投写レンズ１６０は、ズーム機構及びフォーカス機構を備えており、投写レンズ１６０を構成する複数のレンズ群の光軸方向の位置関係を変化させることにより、ズーム（変倍）動作やフォーカシング（焦点位置調整動作）を行うことが可能になっている。

図１に戻って、制御部２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、フラッシュメモリ等からなるＲＯＭ（Read Only Memory）、各種データの一時記憶等に用いられるＲＡＭ（Random Access Memory）等（いずれも図示せず）を備え、コンピュータとして機能するものである。制御部２０は、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されている制御プログラムに従って動作することにより、プロジェクタ１の動作を統括制御する。

入力操作部２１は、プロジェクタ１に対して各種指示を行うための複数のキー等を備えており、ユーザが入力操作部２１を操作すると、入力操作部２１は、ユーザの操作内容に応じた操作信号を制御部２０に出力する。なお、入力操作部２１として、遠隔操作が可能なリモコン（図示せず）を用いた構成としてもよい。この場合、リモコンは、ユーザの操作内容に応じた赤外線の操作信号を発し、図示しないリモコン信号受信部がこれを受信して制御部２０に伝達する。

撮像部２２は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）カメラ等からなり、投写レンズ１６０の投写範囲全体を撮像可能になっている。このため、投写レンズ１６０の投写範囲内に立体物Ｔを載置し、画像投写部１０によって所定のパターン（模様）を投写した状態で、制御部２０が撮像部２２に撮像を指示すると、前記パターンが投写された立体物Ｔの撮像データが撮像部２２によって取得される。撮像部２２は、取得した撮像データを形状解析部２３に出力する。

形状解析部２３は、本発明の情報生成部に相当するものであり、前記パターンが投写された立体物Ｔの撮像データを解析し、その解析結果から立体物Ｔの形状や載置状態（載置された位置や向き）等を表す投写対象物情報を生成して、画像データ処理部２５に出力する。投写対象物情報の生成方法としては、例えば、前記パターンとしてストライプパターンやコード化パターン等を立体物Ｔに投写して、三角測量の原理で形状や載置状態を導くアクティブステレオ法等を用いることができる。

画像データ入力部２４には、図示しない外部の画像供給装置（パーソナルコンピュータ等）から、有線又は無線通信、或いは各種記憶媒体等を介して所定の形式の３次元画像データが入力される。この３次元画像データは、立体物Ｔと略同一形状を有する３次元モデルの３次元座標データや、当該３次元モデル表面の模様や色、質感等を表すテクスチャデータ等を含むものであり、例えば、３次元ＣＡＤデータや３次元ＣＧ（Computer Graphics）データを用いることができる。画像データ入力部２４は、入力された３次元画像データを画像データ処理部２５に出力する。

画像データ処理部２５は、画像データ入力部２４から入力された３次元画像データ、及び形状解析部２３から入力された投写対象物情報に基づいて、２次元の画像データを生成する。具体的には、投写対象物情報に含まれる立体物Ｔの形状や載置状態を表す情報に基づいて、投写レンズ１６０から立体物Ｔを見た場合の２次元画像データを生成する。さらに、投写対象物情報から、立体物Ｔの表面でプロジェクタ１からの画像が投写される領域（以降、被投写領域と呼ぶ）の最も手前側までの投写距離と、最も奥側までの投写距離とを導くとともに、被投写領域を投写距離に応じて複数の小領域に区分する。その後、画像データ処理部２５は、生成した２次元画像データから、区分した小領域毎に、それぞれの小領域に投写すべき画像（部分画像）を表す画像データ（部分画像データ）を生成し、制御部２０に出力する。つまり、画像データ処理部２５は、本発明の部分画像生成部に相当するものである。

制御部２０は、入力された画像データを適宜ライトバルブ駆動部２６に出力し、ライトバルブ駆動部２６は、この画像データに基づいて液晶ライトバルブ１４０Ｒ，１４０Ｇ，１４０Ｂを駆動する。また、フォーカス駆動部２７及びズーム駆動部２８は、制御部２０からの指示に基づいて、それぞれ投写レンズ１６０のフォーカス機構及びズーム機構を駆動する。なお、フォーカス駆動部２７、及び投写レンズ１６０のフォーカス機構は、投写レンズ１６０の焦点位置を変化させるものであり、本発明の焦点位置可変手段に相当する。

次に、本実施形態のプロジェクタ１が画像を投写する際の動作について、立方体形状の立体物にサイコロの模様を投写する場合を例にして説明する。なお、画像データ入力部２４には、サイコロを表す３次元画像データが入力されるものとする。
図３は、プロジェクタ１の動作を説明するためのフローチャートである。
ユーザが投写レンズ１６０の投写範囲内に、立方体形状の立体物Ｔを載置して、入力操作部２１に備わる電源キーを操作すると、プロジェクタ１は、図３に示すフローに従って動作する。

図３に示すように、ステップＳ２０１では、制御部２０は、自らのＲＯＭに記憶している所定のパターン（例えば、ストライプパターン）を表す画像データをライトバルブ駆動部２６に出力し、画像投写部１０により当該パターンを立体物Ｔに投写する。

ステップＳ２０２では、制御部２０は、撮像部２２に指示をして、前記パターンが投写された立体物Ｔを撮像し、ステップＳ２０３では、形状解析部２３が、撮像部２２からの撮像データに基づいて、立体物Ｔの投写対象物情報を生成する。この投写対象物情報により、画像データ処理部２５は、立体物Ｔの形状や載置状態を認識することが可能となる。

ステップＳ２０４では、画像データ処理部２５が、画像データ入力部２４から入力された３次元画像データ、及び形状解析部２３から入力された投写対象物情報に基づいて、複数の部分画像データを生成する。
具体的には、まず、画像データ処理部２５は、形状解析部２３から入力された投写対象物情報に基づいて、立体物Ｔの載置状態、即ち立体物Ｔの向き（載置方向）及びプロジェクタ１の投写範囲に対する立体物Ｔの位置や大きさ等を認識し、画像データ入力部２４より入力された３次元画像データから、この載置状態に応じた２次元画像を表す画像データを生成する。例えば、立体物Ｔが、投写レンズ１６０から見て図４に示すように見える状態で載置されている場合には、画像データ処理部２５は、図５に示すように、この載置状態に応じた２次元画像ｐ０の画像データを生成する。なお、図４に示す状態では、立体物Ｔの３つの面Ａ１〜Ａ３が、プロジェクタ１からの画像が投写される被投写領域Ａとなる。また、図中の二点鎖線は、プロジェクタ１の投写範囲Ｌ、即ち画像を投写しうる範囲を示している。

次に、図６に示すように、画像データ処理部２５は、形状解析部２３から入力された投写対象物情報に基づいて、被投写領域Ａの最も手前側に位置する角部Ｃ１までの投写距離、及び被投写領域Ａの最も奥側に位置する角部Ｃ２までの投写距離を導出するとともに、これらの差である被投写領域Ａの奥行きＤを導く。その後、この奥行きＤを、投写レンズ１６０の焦点深度で補える距離ｄ刻みで分割し、被投写領域Ａを、それぞれ奥行きｄを有する複数の小領域ａ１〜ａ８に細分する。各小領域ａ１〜ａ８は、上記のように細分されているため、いずれか１つの小領域の中央（小領域の手前側端部からｄ／２だけ奥の位置）に焦点を合わせて画像を投写すれば、当該小領域内には、焦点の合った画像（フォーカス状態が許容範囲内の画像）が表示されることになる。

その後、図７（ａ）〜（ｈ）に示すように、画像データ処理部２５は、２次元画像ｐ０に基づいて、小領域ａ１〜ａ８毎に、それぞれに投写すべき画像のみからなる部分画像ｐ１〜ｐ８の画像データ、即ち、２次元画像ｐ０中の他の小領域に投写される部位（非焦点領域）を黒色でマスクした画像データを生成し、制御部２０に出力する。なお、マスクする領域は、黒色に限られず、白色やその他の色としてもよい。また、各画像データには、台形歪み（投写面に対して斜め方向から画像を投写することに伴う画像の歪み）を補正するための処理を施すことが望ましい。

ステップＳ２０５では、制御部２０は、フォーカス駆動部２７に指示をして、最も手前側の小領域ａ１の中央よりもさらに距離ｄ（小領域１つ分）だけ手前側の位置が焦点位置となるように、投写レンズ１６０のフォーカス機構を駆動する。

ステップＳ２０６では、制御部２０は、フォーカス駆動部２７に指示をして、現在の焦点位置よりも１つだけ奥側の小領域に焦点が合うように、投写レンズ１６０のフォーカス機構を駆動し、ステップＳ２０７では、焦点の合った小領域に対応する部分画像の画像データをライトバルブ駆動部２６に出力する。つまり、ステップＳ２０５の直後には、小領域ａ１に焦点が合っている状態で、小領域ａ１に投写すべき部分画像ｐ１が投写される。

ステップＳ２０８では、制御部２０は、現在の焦点位置、即ちどの小領域に焦点が合っている状態か判断する。この結果、小領域ａ１〜ａ７のいずれか（最も奥側の小領域ａ８以外）に焦点が合っている状態の場合には、ステップＳ２０６に戻り、さらに１つ奥側の小領域に焦点を合わせて当該小領域に対応する部分画像データをライトバルブ駆動部２６に出力する。一方、最も奥側の小領域ａ８に焦点が合っている状態の場合には、ステップＳ２０９に移行する。このように、ステップＳ２０６〜Ｓ２０８を繰り返すことにより、すべての小領域ａ１〜ａ８に、それぞれに対応する部分画像ｐ１〜ｐ８が順次投写される。

ステップＳ２０９では、制御部２０は、フォーカス駆動部２７に指示をして、現在の焦点位置よりも１つだけ手前側の小領域に投写画像の焦点が合うように、投写レンズ１６０のフォーカス機構を駆動し、ステップＳ２１０では、焦点の合った小領域に対応する部分画像データをライトバルブ駆動部２６に出力する。

ステップＳ２１１では、制御部２０は、現在の焦点位置、即ちどの小領域に焦点が合っている状態かを判断する。この結果、小領域ａ２〜ａ８のいずれか（最も手前側の小領域ａ１以外）に焦点が合っている状態の場合には、ステップＳ２０９に戻り、さらに１つ手前側の小領域に焦点を合わせ、当該小領域に対応する部分画像データをライトバルブ駆動部２６に出力する。一方、最も手前側の小領域ａ１に焦点が合っている状態の場合には、ステップＳ２１２に移行する。

ステップＳ２１２では、ユーザが入力操作部２１を操作して画像の投写を終了させる指示を行ったか否かを制御部２０が判断する。この結果、指示がなされていなければ、ステップＳ２０６に戻って、小領域ａ１〜ａ８への部分画像の投写を繰り返し、指示がなされた場合には、画像の投写処理を終了させる。

このように、本実施形態のプロジェクタ１は、焦点位置、即ち被投写領域Ａ上の焦点が合う小領域をａ１→ａ２→…→ａ７→ａ８→ａ７→…→ａ２→ａ１→ａ２→…と周期的に変化させつつ、焦点が合っている小領域に対応する部分画像ｐ１〜ｐ８を順次投写し、これをユーザの終了指示がなされるまで繰り返す。この動作（焦点位置の変更、及び対応する部分画像の投写）を、例えば、片道（ａ１→ａ８）で１／６０秒程度、即ち往復（ａ１→ａ８→ａ１）で１／３０秒程度の周期で行えば、ユーザ（鑑賞者）には、残像現象によって被投写領域Ａ全体に同時に画像が投写されているように視認される。

以上説明したように、本実施形態のプロジェクタ１によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）本実施形態のプロジェクタ１によれば、投写レンズ１６０の焦点位置を周期的に変化させながら画像を投写するため、立体物Ｔの被投写領域Ａが投写レンズ１６０の焦点深度では補えない程度の奥行きを有する場合でも、被投写領域Ａの全域に渡って、焦点の合った鮮鋭な画像を投写することが可能となる。

（２）本実施形態のプロジェクタ１によれば、被投写領域Ａ上の焦点が合わない小領域に投写される画像がマスクされているため、ピンぼけした画像が重畳されることがなくなり、画像をより鮮鋭にすることが可能となる。

（３）本実施形態のプロジェクタ１によれば、画像データ処理部２５が、形状解析部２３から取得した投写対象物情報に基づいて、２次元画像ｐ０を表す画像データから、複数の部分画像ｐ１〜ｐ８を表す画像データを生成するため、部分画像ｐ１〜ｐ８を表す画像データを予め用意する必要がなくなり、画像の投写を容易に行うことが可能となる。

（４）本実施形態のプロジェクタ１によれば、立体物Ｔを撮像する撮像部２２を備え、この撮像部２２が実際の立体物Ｔを撮像した画像から投写対象物情報を生成するため、立体物Ｔの実際の載置状態に適した部分画像を容易に生成することが可能となる。

（変形例）
なお、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
前記実施形態において、投写レンズ１６０の投写範囲に対して立体物Ｔが小さい場合や、被投写領域Ａの一部の領域にのみ画像を表示させたい場合には、ズーム駆動部２８によって投写レンズ１６０のズーム機構を駆動させて投写範囲Ｌを狭くするとともに、この投写範囲Ｌに合わせて部分画像ｐ１〜ｐ８を生成することにより、投写される画像の解像度を向上することができる。

前記実施形態では、フォーカス駆動部２７により周期的に焦点位置を変更しながら、焦点位置に応じた部分画像を投写しているが、周期的に焦点位置を変更しながら、常に同一の画像（例えば、２次元画像ｐ０）を被投写領域Ａの全体に投写するようにしてもよい。この場合でも、焦点の合った画像が周期的に各小領域ａ１〜ａ８に投写されることになるため、焦点位置を固定した場合に比べて画像を鮮鋭にすることができる。

前記実施形態では、撮像部２２による撮像結果に基づいて投写対象物情報を生成し、この投写対象物情報に基づいて、複数の部分画像データを生成しているが、撮像部２２を用いない構成も可能である。例えば、予め用意した投写対象物情報を、３次元画像データとともに画像データ処理部２５に供給するとともに、立体物Ｔを投写対象物情報に従って載置するようにすればよい。或いは、複数の部分画像データを予め準備して、焦点位置の変更に同期させてこれらを順次投写するとともに、部分画像に応じた載置状態で立体物Ｔを載置するようにしてもよい。

前記実施形態では、焦点位置の変更と、対応する部分画像の投写とを交互に行っているが、焦点位置を連続的に変化させながら、これに同期させて各部分画像ｐ１〜ｐ８を順次投写するようにしてもよい。

前記実施形態では、被投写領域Ａを等間隔（距離ｄ）で細分して小領域ａ１〜ａ８を設定しているが、被投写領域Ａの分割は等間隔に限られず、投写レンズ１６０の特性に応じて適宜定めればよい。また、被投写領域Ａ内に表示すべき模様（テクスチャ）の疎密に応じて、異なる奥行きの小領域を設定するようにしてもよい。例えば、無地の画像を投写する場合には、焦点が合っていなくても画像の鮮鋭度に与える影響は小さいため、小領域の奥行きを大きくすることができる。前記実施形態で示した例においても、小領域ａ６〜ａ８には無地の部分画像が投写されるため（図７（ｆ）〜（ｈ）参照）、小領域ａ６〜ａ８を合わせた領域を１つの小領域とすることができる。この結果、小領域の数、即ち画像の切り替え回数を減らすことが可能となり、動作時の負荷を低減することが可能となる。

前記実施形態では、光変調装置として、透過型の液晶ライトバルブ１４０Ｒ，１４０Ｇ，１４０Ｂを用いているが、反射型の液晶ライトバルブ等、反射型の光変調装置を用いることも可能である。また、入射した光の出射方向を、画素としてのマイクロミラー毎に制御することにより、光源から出射した光を変調する微小ミラーアレイデバイス等を用いることもできる。

前記実施形態では、光源として放電型光源ランプを用いているが、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）光源等の固体光源や、その他の光源を用いることもできる。

実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示すブロック図。画像投写部の構成をより詳細に示す構成図。プロジェクタの動作を説明するためのフローチャート。投写対象物である立体物を投写レンズ側から見た図。３次元画像データから生成した２次元画像を示す図。立体物の被投写領域を複数の小領域に区分した様子を示す説明図。（ａ）〜（ｈ）は、焦点位置毎に生成された部分画像を示す図。

符号の説明

１…プロジェクタ、１０…画像投写部、２０…制御部、２１…入力操作部、２２…撮像部、２３…形状解析部、２４…画像データ入力部、２５…画像データ処理部、２６…ライトバルブ駆動部、２７…フォーカス駆動部、２８…ズーム駆動部、１１０…照明光学系、１１１…光源、１１２…第１のレンズアレイ、１１３…第２のレンズアレイ、１１４…偏光変換素子、１１５…重畳レンズ、１２０…色光分離光学系、１２１…第１のダイクロイックミラー、１２２…第１の反射ミラー、１２３…第２のダイクロイックミラー、１２４…第１の平行化レンズ、１２５…第２の平行化レンズ、１３０…リレー光学系、１３１…入射側レンズ、１３２…第２の反射ミラー、１３３…リレーレンズ、１３４…第３の反射ミラー、１３５…射出側レンズ、１４０Ｒ，１４０Ｇ，１４０Ｂ…液晶ライトバルブ、１４１…液晶パネル、１４２…入射側偏光板、１４３…射出側偏光板、１５０…クロスダイクロイックプリズム、１６０…投写レンズ、Ａ…被投写領域、Ｌ…投写範囲、Ｔ…立体物、ａ１〜ａ８…小領域、ｐ１〜ｐ８…部分画像。

Claims

光源から射出された光を変調して画像を形成する光変調装置、及び前記画像を投写対象物に投写する投写光学系を備えた画像投写部と、
前記投写光学系の焦点位置を変化させる焦点位置可変手段と、
３次元画像データが入力される画像データ入力部と、
前記投写対象物を撮像する撮像部と、
前記撮像部が撮像した画像に基づいて、前記投写対象物の形状及び載置状態を表す投写対象物情報を生成する情報生成部と、
前記投写対象物情報に基づいて、前記３次元画像データから２次元画像データを生成するとともに、前記投写対象物の被投写領域を、投写距離に応じて複数の小領域に区分して、前記複数の小領域にそれぞれ対応する複数の部分画像を表す画像データを前記２次元画像データから生成する画像生成部と、を備え、
前記画像投写部は、前記焦点位置を周期的に変化させながら、前記複数の小領域のうち焦点が合う小領域に対応する前記部分画像を前記投写対象物に順次投写することを特徴とするプロジェクタ。
請求項１に記載のプロジェクタであって、
前記部分画像は、前記２次元画像データに基づく画像のうち、所定の焦点位置における非焦点領域をマスクした画像であることを特徴とするプロジェクタ。
光源から射出された光を変調して画像を形成する光変調装置と、前記画像を投写対象物に投写する投写光学系とを備えたプロジェクタによる画像投写方法であって、
３次元画像データが入力される画像データ入力ステップと、
前記投写対象物を撮像する撮像ステップと、
前記撮像ステップで撮像された画像に基づいて、前記投写対象物の形状及び載置状態を表す投写対象物情報を生成する情報生成ステップと、
前記投写対象物情報に基づいて、前記３次元画像データから２次元画像データを生成するとともに、前記投写対象物の被投写領域を、投写距離に応じて複数の小領域に区分して、前記複数の小領域にそれぞれ対応する複数の部分画像を表す画像データを前記２次元画像データから生成する画像生成ステップと、
前記投写光学系の焦点位置を周期的に変化させながら、前記複数の小領域のうち焦点が合う小領域に対応する前記部分画像を前記投写対象物に順次投写する画像投写ステップと、
を備えたことを特徴とする画像投写方法。
請求項３に記載の画像投写方法であって、
前記部分画像は、前記２次元画像データに基づく画像のうち、所定の焦点位置における非焦点領域をマスクした画像であることを特徴とする画像投写方法。