JP5239206B2 - 画像投影装置 - Google Patents

Description

本発明は、空間光変調装置で変調されて形成された像を投射光学系により投影する画像投影装置に関し、詳しくは手で持つことができるような携帯タイプの画像投影装置に関する。

従来、光源を含む照明系と、照明系によって照明される空間光変調装置と、空間光変調装置の像を結像させる投射レンズとを備えたプロジェクタ（画像投影装置）が提案され、普及してきている。これに伴い、プロジェクタの小型化に対する要求が急速に強まってきている。
さらに光源としてＬＥＤ光源が普及しつつあり、携帯電話機などの小型機器にプロジェクタを搭載した電子機器が開示されている。
特許文献１には、携帯電話に搭載されたカメラで撮影時の天地情報に基づいて、形成像が逆さか否かを判定し、空間光変調装置に形成する像を反転させる構成が開示されている。
つまり、常に正立像が投影されるように、空間光変調装置を、投射光学系の光軸と略平行な軸周りに回転させる回転手段を備えている。

特許文献２には、ポインティング機能をプロジェクタに設けた構成が開示されている。
プロジェクタを手に持って動かして、その動きに応じて投影されている画像を更新し、背景の画像に対してあたかも静止しているかのようにその投影画像を表示している。さらに、手に持ったプロジェクタの動きに合わせて動くカーソルを投影画像に重ねて表示している。
また、ポインティング機能のスイッチ機能として、ボタンやレバーなどのスイッチをプロジェクタに設けた構成が開示されている。

特開２００６−１１５４８５号公報 特開２００５−２６６４７１号公報

しかしながら、特許文献１では、積極的にプロジェクタを動かし、投影する画像情報を変化させる手段やスイッチ機能については開示されていない。
特許文献２では、プロジェクタ自体に機能変更をするためのスイッチを設けているため、デザインの自由度が制限され、小型化に不向きである。
またスイッチの存在によりプロジェクタを持ったときの装着感（感触）が悪くなる虞があるとともに、スイッチを不意に押さないように余計な注意を払わなければならない煩わしさがある。
また、プロジェクタ本体に対して小さな部品としてのスイッチ操作は面倒であり、小型化になればなるほどその操作性が低下することを避けられない。

本発明は、スイッチやボタンなど操作部材を新たに設けることなく種々の機能を動作させることができ、操作性、デザイン性に優れ、さらなる小型化にも寄与できる画像投影装置の提供を、その目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、画像投影装置自体の動きを検出し、その動きを変換した電気信号に基づいて種々の機能を動作させたり切り替えたりすることとした。
具体的には、請求項１記載の発明では、光源と、液晶型光変調装置と、前記光源からの光を前記液晶型光変調装置に入射させる照明光学系と、前記液晶型光変調装置で変調され形成された像を投影する投射光学系と、前記液晶型光変調装置で形成される像を生成する投影画像生成手段と、を有する画像投影装置において、前記画像投影装置の、前記投射光学系における光軸に対する回転角度を検出する回転検出手段と、前記回転検出手段からの電気信号に応じて前記投射光学系により投影される投影像の投影画像情報を黒表示に変換し、前記液晶型光変調装置に伝送する画像情報変化手段と、を備え、前記画像情報変化手段は、前記回転検出手段によって所定値以上の角度が検出された場合でかつ、前記液晶型光変調装置が黒表示でない場合に、前記投影画像情報を黒表示に変換して前記液晶型光変調装置に伝送することを特徴とする。

請求項２記載の発明では、請求項１記載の画像投影装置において、前記画像情報変化手段による前記投影光の遮蔽は、前記液晶型光変調装置へ送信する投影画像の信号を黒表示に変換することによりなされることを特徴とする。
請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の画像投影装置において、前記回転検出手段が、左右のうちの一方または上下のうちの一方または前後のうちの一方への振りによる変位を検知する機能を有し、前記画像情報変化手段は、前記画像投影装置が前記一方に振られた場合には前記液晶型光変調装置による光量を暗くし、前記いずれかの方向における他方に振られた場合には光量を明るくすることを特徴とする。
請求項４記載の発明では、請求項１又は２記載の画像投影装置において、前記光源の発光色は、複数の異なる色の単色光を全て点灯して得られたものであり、前記回転検出手段が、左右、上下、前後への振りによる変位を検知する機能を有し、前記画像情報変化手段は、前記画像投影装置が左右に振られた場合には前記複数の単色光のうちいずれか一色の、上下に振られた場合には別色の、前後に振られた場合には前記２色とは異なる色の光量調整を行うことを特徴とする。

本発明によれば、スイッチやボタンなどを新たに設ける必要がないので、操作性、デザイン性に優れた小型画像投影装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を、図１乃至図１２を参照して説明する。なお、実施形態３以外は参考例として示す。
図１に本実施形態に係る画像投影装置としてのプロジェクタの概略図を示す。このプロジェクタ１３は、手で持って投影することが可能な携帯プロジェクタであり、光源１、照明光学系としてのロッドインテグレータ２、空間光変調装置としての液晶型光変調装置３、投射光学系としての投射レンズ（投射レンズ群）４を備えている。
液晶型光変調装置３に送られる画像信号１４は、投影画像生成手段１１で生成される。また、投影画像生成手段１１へ伝送される元画像信号（図示なし）は、ＵＳＢメモリなどの外部メモリから外部メモリアダプタ１５を介して直接伝送されてもよく、投影画像生成手段１１が有するメモリから伝送されてもよい。
さらに本実施形態の携帯プロジェクタ１３は動きを検出する手段１６と、その画像信号に応じて投影画像情報を変化させる手段１７を具備する。

携帯プロジェクタ１３の基本構成を説明する。
［光源］
光源１は発光ダイオード（ＬＥＤ）を複数面状、例えば二次元的に集積して構成されている。望ましくは、ロッドインテグレータ２の内側にＬＥＤの発光部が収納可能に配置することが、光の漏れを無くする上で好ましい。そして各ＬＥＤは、ＬＥＤドライバー１２により発光のタイミングや光量を制御される。
ＬＥＤの発光色は、赤色、緑色、青色の３原色の単色光を所定パターンで配置し全てを点灯させて白色平面光としている。
なお、上記構成では光源としてＬＥＤを使用したが、さらに小電力で発光する点光源ならば他の発光原理によるもの、例えば半導体レーザ素子などを使用してもよい。その際は、半導体レーザからの出射光が可動ミラーなどで走査され、投影画像が形成される構成でもよい。

［ロッドインテグレータ］
ロッドインテグレータ２は、複数（四面）の壁面から構成された中空構造を有するテーパ型の角柱構造を備えている。その内壁は反射面で構成されている。ロッドインテグレータ２は例えば同一壁面の大きさの鏡を鏡面が対向するように４枚貼り合わせて構成されている。ただし樹脂板などにＡｌなどの金属薄膜を蒸着したり反射性フィルムを接着剤で貼りつけたりしたものを４枚貼り合わせて構成してもよい。どのような構成を採用するにしろ、光の損失を抑えるために、ロッドインテグレータ２の内壁は光が全反射可能な程度に滑らかな鏡面に仕上げられている。
このようなロッドインテグレータ２の中を導光された光は、壁面で反射されることで、ロッドインテグレータ２の端面で均一な光量分布となっている。
なお、ロッドインテグレータ２の構成としては、上記のような構成に限らず、導光機能を有する中実の透明材料であってもよく、またテーパに限定されず角柱形状や円柱形状であってもよい。
ロッドインテグレータ２により、均一化され、テーパ形状により平行化された光は、液晶型空間光変調装置３へ照明される。液晶型光変調装置３に送られる投影する画像信号は、投影画像生成手段１１で生成される。画像信号に基づいて、液晶型光変調装置３で光が変調され、投射レンズ４により投影される。

［動きを検出する手段］
さらに、本実施形態に係る携帯プロジェクタ１３には、動きを検出する手段１６を具備している。動きを検出する手段１６としては、加速度検出、角速度検出、角度検出、変位検出、イメージセンサ、磁気センサ、電界センサなどが挙げられる。
加速度検出のセンサとしては、圧電式加速度センサ、静電容量式加速度センサ、歪みゲージ式加速度センサ、サーボ式加速度センサ、重力計や、水平測量、角速度検出のセンサとしては、レートジャイロ、ガス・レートジャイロ、音響ジャイロ、光ファイバジャイロ、レーザジャイロ、振動ジャイロ、角度センサとしては、フリー・ジャイロ、傾斜センサ、磁気コンパス、液体センサなどが挙げられる。
上記に代表される手段を用い、プロジェクタ１３の動きを検出する。
実際には、手に持った携帯プロジェクタ１３を前後、左右、上下に移動・傾斜させたり、振ったり、投射レンズ４の光軸４'を中心に回転させたりなどして、その変位や加速度を検知する。
上記のように動きを検出する手段１６からの電気信号に応じて、投影画像情報を変化させる手段１７により、変化させられた画像を投射レンズ４で投影する。

投影画像情報の変化について各実施形態を以下に記す。
［実施形態１：ＬＥＤドライバーでＯＮ／ＯＦＦ］
本実施形態の詳細を図１及び図２を用いて説明する。本実施形態の動きを検出する手段１６は、例えば上下へ移動させた際の加速度を検出する。図２に示すように、上下方向にプロジェクタ１３を振るなどして、ある一定以上の加速度を検出すると、検出された電気信号に応じてＬＥＤドライバー１２でＬＥＤがＯＮの状態の場合はＯＦＦに、ＬＥＤがＯＦＦの状態の場合はＯＮにと、ＬＥＤのＯＮ／ＯＦＦの切り替えを行う。
さらに、左右に振る場合は、青色、上下に振る場合は緑色、前後に振る場合は赤色の光源の光量調整を行い、色度バランスの調整などに用いてもよい。

［実施形態２：電源のＯＮ／ＯＦＦ］
本実施形態の詳細を図１及び図３を用いて説明する。本実施形態の動きを検出する手段１６は、例えば上下へ移動させた際の加速度を検出する。図３に示すように、上下方向にプロジェクタ１３を振るなどして、ある一定以上の加速度を検出すると、検出された電気信号に応じてプロジェクタ１３の電源がＯＮの状態の場合はＯＦＦに電源がＯＦＦの状態の場合はＯＮにと、電源のＯＮ／ＯＦＦの切り替えを行う。

［実施形態３：液晶で光量調整］
本実施形態の詳細を図１及び図４を用いて説明する。本実施形態の動きを検出する手段（回転検出手段）１６は、例えば投射レンズ４の光軸４’を中心に回転させた際の回転角度を検出する。図４に示すように、一定以上（例えば９０ｄｅｇ以上）の回転角度を検出すると、検出された電気信号に応じて液晶型光変調装置３が黒表示でない場合は、投影画像情報を変化させる手段（画像情報変化手段）１７で投影画像の信号を黒表示に変換し、液晶型光変調装置３へ伝送する。
もともと黒表示であれば、元画像信号を液晶型光変調装置３へ伝送する。したがって、本実施形態に係るプロジェクタ１３を用いると、容易にプロジェクタ１３の投影光を遮蔽することができ、投影している側に人が通る際など、すぐに光量を落とすことができる。
また、ＯＮ／ＯＦＦに限らず、例えば左に振る場合は光量を暗くし、右に振る場合は明るくするという操作を行い、動きを検出する手段１６からの電気信号に応じて、光量を調整する。さらに左右に振る場合は、青色、上下に振る場合は緑色、前後に振る場合は赤色の光量調整を行い、色度バランスの調整などに用いてもよい。

［実施形態４：ページ送り］
本実施形態の詳細を図５を用いて説明する。動きを検出する手段１６は、例えば９０ｄｅｇの回転角度を検出すると、投影画像情報を変化させる手段１７で異なる画像に変化させる。
異なる画像に変化させるとは、例えば静止画像のページを送ったり、異なる動画像を投影することである。その際、投影面上で画像が回転しないように、投影画像情報を変化させる手段１７は、異なる画像を回転角度の電気信号に応じて回転させる。回転調整し生成した画像を画像信号として、液晶型光変調装置３へ伝送する。投影面上で画像が回転しないように補正する方法としては、液晶型光変調装置３で回転させてもよい。
なお、異なる画像に変化させる方法としては、上記に限定されず、回転させている間は、順に画像が送られていき、元の位置に戻すと画像送りが止まり、逆に回転させている間は、逆に画像が送られていき、元の位置に戻すと、画像送りが止まるという使用方法でもよい。
また、上下、左右、前後の変位や加速度の値に基づいてページを送ってもよい。

［実施形態５：手振れ補正機構］
本実施形態の詳細を図６、図７を用いて説明する。本プロジェクタ１３は、手振れ補正機構を具備していることが望ましい。手振れ補正機構として、投射レンズ４の一部を駆動する方法を採用する。
手振れの量を図示しないセンサで把握する。センサは光軸４'と垂直な互いに直交する２軸に対する回転を検出する。このセンサの機能は、動きを検出する手段１６が兼ねることがでる。
センサの出力情報を基に、信号処理部（投影画像情報を変化させる手段１７）が補正の目標値を算出して、手振れ補正機構としてのレンズ駆動装置２７でレンズを駆動する。その他の機構として、投射レンズの鏡筒全体をチルト駆動させてもよい。

また、図７に示すように、手振れ補正機構として可変頂角プリズム１８を投射レンズ４の前面に配置してもよい。可変頂角プリズム１８は、２枚の透明ガラスを蛇腹でつなげ、その間に屈折率の高い液体を満たして構成する。この各ガラス面を回転させることで、投射レンズ４の光軸４'を偏芯させることができる。
その他に、液晶光変調装置３を駆動する方式、投影画像情報を変化させる手段１７で画像信号を変換する方式、投射レンズ４に回転プリズムを搭載する方式などが挙げられる。
このように手振れ補正機構を搭載することで、携帯プロジェクタ１３の投影画像が高精細となるだけでなく、本発明のように動きを検出する手段１７からの電気信号に応じて投影画像情報を変化させるような場合においても、投影面での画像が振れることなく投影され、良好な投影像を得ることができる。
本実施形態のプロジェクタ１３では、動きを検出する手段１６からの電気信号に応じて、手振れ補正機構のＯＮ／ＯＦＦを行う。

［実施形態６：ポインティング機能］
本実施形態の詳細を図８を用いて説明する。本実施形態のプロジェクタ１３は図示しないポインティング機構と上記と同様の手振れ補正機構を具備している。
投影しようとする元画像を、手振れ補正機構でその振れを相殺して、投影面上の固定された位置に投影し、カーソル２０はプロジェクタ１３の動きに追従して投影面上に重畳して表示する。
つまり、プロジェクタ１３を手に持って動かして、その動きに応じて投影されている画像を更新し、背景の画像に対してあたかも静止しているかのようにその投影画像を表示している。さらに、手に持ったプロジェクタ１３の動きに合わせて動くカーソル２０を投影画像に重ねて表示している。

カーソル２０は、プロジェクタ１３に搭載された光源から出射されたものを用いても良いし、カーソル２０を液晶型光変調装置３上に表示させて投影させてもよい。
本実施形態では手振れ補正機構として、液晶型光空間変調器３の全投影可能領域のうち、手振れ量に応じて、有効表示領域のみを投影している。図８（ａ）は、カーソル２０が投影画像の中心にある場合である。図８（ｂ）は、カーソル２０を投影画像の下に移動させた場合である。投影画像は、あたかも静止しているように表示されている。このようなポインティング機能のＯＮ／ＯＦＦを、プロジェクタ１３の動きを検出し、その電気信号に応じて切り換える。

［実施形態７：ファイルの選択と決定］
本実施形態の詳細を図９、図１０を用いて説明する。プロジェクタで投影したい画像や動画のファイルが複数存在する場合、ファイルの選択と決定を、動きを検出する手段１６からの電気信号によって行う。
プロジェクタ１３をＯＮにした時、または外部メモリからデータを読み込んだ時、上下にプロジェクタ１３を移動させて動きを検出させた時などに、図９のように補助画面が投影される。
補助画面２６には、本実施形態ではファイル選択画面を投影される。そして、カーソル２０を移動させることにより、投影したいファイルを選択する。
例えば、手に持ったプロジェクタ１３の動きに合わせてカーソル２０を移動させる際には、左右、上下方向にゆっくり変化させ、投影したいファイルを選択する際には、上下方向に振るという操作を行う。
本実施形態に係るプロジェクタ１３は、パソコンのマウスや十字キーの機能を、プロジェクタ自体の動きで実現でき、新たにキーやボタンを付けることなく、デザイン性や操作性に優れた小型プロジェクタを提供できる。
補助画面２６の投影像は上記に限らず、他の実施形態で挙げたような例えば色度調整画面、光量調整画面など、プロジェクタを操作するために必要となる情報を投影し、カーソル２０で操作してもよい。

［実施形態８：投影レンズの焦点距離、倍率変換］
本実施形態の詳細を図６を用いて説明する。本実施形態の動きを検出する手段１６は、例えば前後へ移動させた際の加速度を検出する。ある一定以上の加速度を検出すると、その電気信号に応じてレンズ駆動装置２７で投影レンズを光軸方向に可動させ、投影レンズ４の焦点を合わせる。
投影レンズ４にズーム機能を搭載している場合、プロジェクタ１３を前後へ移動させた際の加速度を検出し、その電気信号に応じて倍率を変換してもよい。
また、プロジェクタにスピーカーが搭載されている場合、動きに応じて音量をコントロールしてもよい。

［実施形態９］
本実施形態の概略構成図を図１１に、フローチャートを図１２に示す。
本実施形態に係るプロジェクタ１３はホスト装置制御部２８を有し、ホスト装置２９へ入力信号や出力信号を送受信する。
また、そのための通信機構も含まれる。通信は、無線によっても有線によってもよい。ホスト装置とは例えばＰＣ（パーソナルコンピューター）のことである。
ホスト装置制御部２８の具体的な処理としては、図１２（ａ）に示すように、例えば、プロジェクタ１３を上下に振り、画像のページ送りを行う際に、ページを送るという制御情報が、ＵＳＢインタフェース等から出力するための出力信号に変換してＰＣへ送信される。送信された信号はＰＣにて取得されるが、ＰＣにおいては、この信号が、例えばアプリケーションにて画像制御を行うために押下されるキーボードの信号（例えば、次の画像へ切り換えるためのキーが押下された時の信号等）として変換されるような処理機構にて処理されることで、ＰＣへの制御が実現される。

また、ＰＣから制御に関連する情報を取得する場合には、例えば、ＰＣからＵＳＢインタフェース等を介して出力された出力信号を取得し、取得した出力信号を変換処理した情報を所定の記憶領域に格納する。
さらに、格納された情報を読出し、読出した情報が画像情報であれば画像出力機構にて出力し、音声情報であれば音声出力機構にて出力する等の処理を実行する。
また、ＰＣ制御部は、このような処理を実行するためのプログラムを含んでいてもよい。
図１２（ｂ）に示すように、補助画面でＰＣからの情報を投影し、カーソルなどで制御した情報を選択し、ＰＣへ送信してもよい。

本発明の第１の実施形態に係るプロジェクタの概要構成図である。 制御動作を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る制御動作を示すフローチャートである。 第３の実施形態に係る制御動作を示すフローチャートである。 第４の実施形態に係る制御動作を示すフローチャートである。 第５の実施形態に係るプロジェクタの概要構成図である。 第５の実施形態の変形例に係るプロジェクタの概要構成図である。 第６の実施形態に係るプロジェクタの投影動作を示す図である。 第７の実施形態に係るプロジェクタの投影動作を示す図である。 第７の実施形態に係る制御動作を示すフローチャートである。 第９の実施形態に係るプロジェクタの概要構成図である。 第９の実施形態に係るプロジェクタの信号の授受を示すブロック図である。

符号の説明

１ 光源
２ 照明光学系としてのロッドインテグレータ
３ 空間光変調装置としての液晶型空間光変調装置
４ 投射光学系としての投射レンズ
１１ 投影画像生成手段
１６ 動きを検出する手段
１７ 投影画像情報を変化させる手段
２０ カーソル
２７ 手振れ補正機構としてのレンズ駆動装置
２８ ホスト装置制御部
２９ ホスト装置

Claims (4)

1. 光源と、液晶型光変調装置と、前記光源からの光を前記液晶型光変調装置に入射させる照明光学系と、前記液晶型光変調装置で変調され形成された像を投影する投射光学系と、前記液晶型光変調装置で形成される像を生成する投影画像生成手段と、を有する画像投影装置において、
   前記画像投影装置の、前記投射光学系における光軸に対する回転角度を検出する回転検出手段と、
   前記回転検出手段からの電気信号に応じて前記投射光学系により投影される投影像の投影画像情報を黒表示に変換し、前記液晶型光変調装置に伝送する画像情報変化手段と、
   を備え、
   前記画像情報変化手段は、前記回転検出手段によって所定値以上の角度が検出された場合でかつ、前記液晶型光変調装置が黒表示でない場合に、前記投影画像情報を黒表示に変換して前記液晶型光変調装置に伝送することを特徴とする画像投影装置。
2. 請求項１記載の画像投影装置において、
   前記画像情報変化手段による前記投影光の遮蔽は、前記液晶型光変調装置へ送信する投影画像の信号を黒表示に変換することによりなされることを特徴とする画像投影装置。
3. 請求項１又は２記載の画像投影装置において、
   前記回転検出手段が、左右のうちの一方または上下のうちの一方または前後のうちの一方への振りによる変位を検知する機能を有し、前記画像情報変化手段は、前記画像投影装置が前記一方に振られた場合には前記液晶型光変調装置による光量を暗くし、前記いずれかの方向における他方に振られた場合には光量を明るくすることを特徴とする画像投影装置。
4. 請求項１又は２記載の画像投影装置において、
   前記光源の発光色は、複数の異なる色の単色光を全て点灯して得られたものであり、
   前記回転検出手段が、左右、上下、前後への振りによる変位を検知する機能を有し、
   前記画像情報変化手段は、前記画像投影装置が左右に振られた場合には前記複数の単色光のうちいずれか一色の、上下に振られた場合には別色の、前後に振られた場合には前記２色とは異なる色の光量調整を行うことを特徴とする画像投影装置。

Images