TWI638218B - 投影機 - Google Patents

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TWI638218B
TWI638218B TW104109223A TW104109223A TWI638218B TW I638218 B TWI638218 B TW I638218B TW 104109223 A TW104109223 A TW 104109223A TW 104109223 A TW104109223 A TW 104109223A TW I638218 B TWI638218 B TW I638218B
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宮坂浩一
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日商精工愛普生股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種可對深度方向之不同位置同時並行地進行投射之投影機。
本發明之投影機包括：光射出調整機構100，其針對自配置於發光部10中之複數個位置之自發光型元件10a分別射出之成分光IL，調整(設定)每一該成分光IL所使用之射出角度；及作為光控制部之電路裝置80，其與被經由光射出調整機構100之成分光IL照射之投影區域PD對應地控制自光射出調整機構100射出之成分光IL之射出位置及射出角度。基於電路裝置80之控制，於光射出調整機構100中，可將構成圖像光之各成分光自複數個位置以互不相同之角度分別射出，而同時並行地對投影區域進行投射。

Description

投影機
本發明係關於一種可對深度方向之不同位置同時並行地進行投射之投影機。
於先前之投影機中，使用將平面之顯示元件上之圖像放大投影之投射光學系統，故而聚焦之面為大致平面，僅能進行使該面向前後移動之調整。亦即，無法變更焦點位置而同時並行地向具有不同深度之被投射區域進行投射，不存在例如可於已聚焦之狀態下向曲面屏幕投射、或能夠應對該曲面屏幕之形狀變更之投影機。
再者，雖然並非與投影機相關之技術，但作為攝像裝置，存在如下技術，即，可取得與入射至二維感測器之光之入射方向相關之資訊，同時對處於深度方向上不同之距離之被攝體進行拍攝(參照專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]美國專利第7936392號
本發明係鑒於上述先前技術而完成者，其目的在於提供一種可對具有深度之被投射區域進行投射之投影機。
為了解決上述問題，本發明之投影機包括：光射出調整機構，其可針對自發光部中之複數個位置分別射出之成分光，調整每一該成分光所使用之射出角度；及光控制部，其與位於被經由光射出調整機構之成分光照射之被照射區域內、且包含深度方向上之不同位置之投影區域對應，控制自光射出調整機構射出之成分光之射出位置及射出角度。
於上述投影機中，根據光控制部中之控制，分別調整自光射出調整機構射出之構成圖像光之各成分光之射出位置及射出角度。藉此，可藉由變更焦點位置而對例如具有深度之投影區域、即於深度方向上不同之距離具有區域之投影區域進行圖像投射。
於本發明之具體之態樣或形態中，更包括使經由光射出調整機構之成分光投射至投影區域上之投射光學系統。
於本發明之另一形態中，光射出調整機構具有光選擇部，該光選擇部針對自發光部射出之每一成分光，選擇處於限制光之透過而使用之射出角度之成分。於此情形時，可藉由光選擇部調整各成分光之射出角度。
於本發明之又一形態中，光選擇部係切換光之遮斷與透過之面板型構件，光控制部控制面板型構件中之光之遮斷與透過之切換，並選擇自發光部射出之成分光中處於特定之射出角度之成分。於此情形時，藉由控制光之遮斷與透過之切換並限制光之透過，而增加各成分光之射出角度之選擇模式。
於本發明之又一形態中，於光射出調整機構中，發光部包含具有面狀擴散之發光源，且將射出之成分光對具有二維或三維擴散之投影區域同時照射。於此情形時，藉由呈面狀擴散之發光部，可無需例如光掃描般之動作，而對投影區域平面地或空間地同時進行圖像投射。
於本發明之又一形態中，發光部具有自配置成面狀之複數個發光點分別射出成分光之複數個自發光型元件。於此情形時，可藉由複數個自發光型元件形成圖像。
於本發明之又一形態中，自發光型元件產生同調光。於此情形時，可容易且準確地進行成分光之射出角度之調整，從而高效率地利用光。
於本發明之又一形態中，光射出調整機構具有複數個透鏡部，該等複數個透鏡部分別與發光部中之複數個發光點相對應地設置，且分別調整自各發光點發出之光之射出角度。於此情形時，可藉由複數個透鏡部針對每一成分光調整射出角度。
於本發明之又一形態中，發光部具有：照明光學系統，其由光源部中產生之光源光形成照明光；及光調變部，其將來自照明光學系統之照明光進行調變。於此情形時，可將來自照明光學系統之照明光於光調變部作為來自複數個位置之圖像光之成分光射出。
於本發明之又一形態中，光射出調整機構具有切換光之遮斷與透過之面板型構件，作為從自發光部射出之成分光選擇處於射出角度之成分的光選擇部，面板型構件構成為使複數個像素對應於構成光調變部之各像素。於此情形時，切換與構成光調變部之像素中之1個像素對應之面板型構件側之複數個像素而選擇光之遮斷與透過，藉此，可針對自光調變部側之1個像素射出之成分光，於該成分光具有角度分佈之情形時選擇所需之射出角度之成分。
於本發明之又一形態中，光射出調整機構根據發光部中各種顏色之光分別形成每一種顏色之成分光，並調整每一該各種顏色之成分光所使用之角度成分，本發明之投影機進而包括將經由光射出調整機構之各種顏色之成分光合成之合成光學系統。於此情形時，可進行彩色圖像之投射。
2‧‧‧投影機
10‧‧‧發光部
10a‧‧‧自發光型元件
20‧‧‧光選擇部
21‧‧‧光源裝置(光源部、照明光學系統)
21a‧‧‧光源燈
21b‧‧‧凹透鏡
21d‧‧‧透鏡陣列
21e‧‧‧透鏡陣列
21g‧‧‧偏光轉換構件
21i‧‧‧重疊透鏡
22a‧‧‧燈本體
22b‧‧‧凹面鏡
23‧‧‧色彩分離光學系統
23a‧‧‧第1分色鏡
23b‧‧‧第2分色鏡
23f‧‧‧場透鏡
23g‧‧‧場透鏡
23h‧‧‧場透鏡
23j‧‧‧反射鏡
23m‧‧‧反射鏡
23n‧‧‧反射鏡
23o‧‧‧反射鏡
25‧‧‧光調變部
25a‧‧‧液晶光閥
25b‧‧‧液晶光閥
25c‧‧‧液晶光閥
25e‧‧‧光入射側偏光板
25f‧‧‧光入射側偏光板
25g‧‧‧光入射側偏光板
25h‧‧‧光射出側偏光板
25i‧‧‧光射出側偏光板
25j‧‧‧光射出側偏光板
26‧‧‧液晶面板
26a‧‧‧液晶面板
26b‧‧‧液晶面板
26c‧‧‧液晶面板
27‧‧‧合光稜鏡
27a‧‧‧雙色鏡
27b‧‧‧雙色鏡
40‧‧‧投射光學系統
50‧‧‧光學系統部分
70‧‧‧攝像部
80‧‧‧電路裝置(光控制部)
81‧‧‧圖像處理部
81a‧‧‧距離圖像產生部
82‧‧‧發光驅動部
88‧‧‧主控制部
100‧‧‧光射出調整機構
200‧‧‧光射出調整機構
202‧‧‧投影機
220‧‧‧光選擇部
300‧‧‧光射出調整機構
302‧‧‧投影機
320‧‧‧光選擇部
320a‧‧‧切換面板
320b‧‧‧切換面板
320c‧‧‧切換面板
325‧‧‧光調變部
410‧‧‧發光部
420‧‧‧光選擇部
a2‧‧‧自發光型元件
a4‧‧‧自發光型元件
a5‧‧‧自發光型元件
a7‧‧‧自發光型元件
CP‧‧‧蓋構件(透鏡部)
IL‧‧‧成分光
ILa‧‧‧成分光
ILb‧‧‧成分光
LD‧‧‧雷射發光元件
LE‧‧‧發光元件
LL1‧‧‧透鏡
LL2‧‧‧透鏡
MLa‧‧‧微透鏡陣列
MLb‧‧‧微透鏡陣列
MM‧‧‧微鏡
OA‧‧‧光軸
OP1‧‧‧光路
OP2‧‧‧光路
OP3‧‧‧光路
P1‧‧‧像素
P2‧‧‧像素
PA1‧‧‧位置
PA2‧‧‧位置
PA3‧‧‧位置
PB1‧‧‧位置
PB2‧‧‧位置
PB3‧‧‧位置
PD‧‧‧投影區域
PD1‧‧‧分割區域
PD2‧‧‧分割區域
PP1‧‧‧可投影區域
PP2‧‧‧可投影區域
PQ‧‧‧光源元件
PX‧‧‧可投影區域
QA‧‧‧光透過部
QB‧‧‧光遮蔽部
S11‧‧‧步驟
S12‧‧‧步驟
S13‧‧‧步驟
S14‧‧‧步驟
S15‧‧‧步驟
SA‧‧‧射出面
X‧‧‧方向
Y‧‧‧方向
Z‧‧‧方向
圖1係說明第1實施形態之投影機之圖。
圖2係說明投影機之構造之圖。
圖3(A)係表示關於發光部之構造之一例之圖，(B)係表示關於發光部之構造之另一例之圖。
圖4(A)係表示利用投影機進行之投射之一例之圖，(B)係表示利用投影機進行之投射之另一例之圖。
圖5(A)係表示利用投影機向2個區域進行圖像投射之一例之圖，(B)係概括性地表示(A)中之2個區域之前視圖。
圖6係用以對圖5中之圖像投射之動作進行說明之流程圖。
圖7係表示利用投影機向非平面進行投射之一例之圖。
圖8(A)係表示利用投影機向立體區域進行投射之一例之立體圖，(B)係(A)之側視圖。
圖9係說明第2實施形態之投影機之圖。
圖10(A)係概括性地表示投影機之構造之一部分之圖，(B)係說明變化例之投影機之構造之圖。
圖11(A)係說明一變化例之投影機中之射出角度調整之圖，(B)係對又一變化例之投影機進行表示之圖。
圖12係說明第3實施形態之投影機之圖。
圖13係用以對除此以外之一變化例之投影機進行說明之圖。
[第1實施形態]
如圖1及圖2所示，本發明之第1實施形態之投影機2包括：光學系統部分50，其投射圖像光；攝像部70，其用以對處於光學系統部分50中之圖像光之投射中之可投射之被照射區域內的投影區域PD進行拍攝，而取得與距離相關之資訊；及電路裝置80，其控制光 學系統部分50之動作。
光學系統部分50包括光射出調整機構100、及投射光學系統40。其中，光射出調整機構100包括發光部10、及光選擇部20。
如圖2所示，於光學系統部分50中，光射出調整機構100中之發光部10具有自發光型元件10a，該自發光型元件10a於與相對於光軸OA垂直之XY面平行之射出面SA之面內呈矩陣狀配置有多個。配置成面狀之複數個自發光型元件10a成為複數個發光點而分別射出應成為圖像光之各成分光IL，藉此，發光部10成為產生呈面狀擴散之光之發光源。
光射出調整機構100中之光選擇部20係可針對自於發光部10中配置於複數個位置之各個發光型元件10a分別射出之成分光IL進行取捨選擇之構件。即，光選擇部20係決定成分光IL之遮斷與透過之構件，若改變想法，則亦可以說光選擇部20係限制自各個發光型元件10a射出之成分光IL之透過者。
此處，如圖所示，構成發光部10之多個自發光型元件10a可分別向互不相同之方向或角度射出成分光IL。藉此，可使由處於不同位置之自發光型元件10a分別射出之成分光IL於投影區域PD上之同一點(位置)重疊。藉由使成分光IL重疊，即便各成分光IL之光量較小，亦可進行滿足需要之亮度之圖像投影。又，可藉由增加聚光於同一點之光之條數，而提高光量。但是，若為了提高光量而將大量成分聚光於一點，則於投影區域PD上所構成之圖像之像素數減少，故而實際上根據求得之光量及解像度之平衡設定所需之數值。
圖3(A)及3(B)係分別表示關於如上所述般使成分光IL向互不相同之方向或角度射出之多個自發光型元件10a之構成之一例的圖。於圖3(A)之一例中，表示各個發光型元件10a由雷射發光元件構成之情況。於此情形時，由發出雷射光作為成分光IL之雷射發光元件LD 構成各個發光型元件10a，於雷射發光元件LD之前端設置有以適當角度設置之鏡(省略圖示)，藉此，可使作為成分光IL之雷射光向所需之角度或方向射出。如此，藉由各個發光型元件10a產生雷射光即同調光，可容易且準確地調整成分光IL之射出角度，從而高效率地利用光。
又，於圖3(B)之一例中，表示各個發光型元件10a由LED(Light Emitting Diode，發光二極體)光源構成之情況。於此情形時，以對發出LED光作為成分光IL之LED發光元件LE罩上具有透鏡功能之蓋構件(透鏡構件)CP而加以保護之LED封裝體，構成各個發光型元件10a，藉由蓋構件CP使成分光IL折射，可適當調整成分光IL之射出角度或方向。
以上述方式，多個自發光型元件10a可向互不相同之方向分別射出成分光IL。再者，圖3(A)及3(B)係關於自發光型元件10a之例示，亦可由其他構造構成自發光型元件10a。例如，亦可代替上述圖3(B)之LED而設為使用高壓水銀燈等作為照明系統之構成。再者，於射出之成分光IL之射出角度有分佈、即有擴散之類的情形時，可調整詳如後述之光選擇部20之光透過部QA及光遮蔽部QB之寬度(大小及範圍)或位置。藉此，可將應使用之成分光之射出角度限制為所需之狀態。
返回至圖2，對光選擇部20詳細地進行說明。光選擇部20成為如下構成：交替地配置與如上所述般射出成分光IL之發光部10之各個發光型元件10a相對應地設置之多個狹縫狀或格子狀之光透過部QA與光遮蔽部QB。即，光選擇部20於光透過部QA中使應要使用之成分光IL透過，另一方面，藉由光遮蔽部QB將其他成分遮斷，從而限制光之透過。關於光透過部QA與光遮蔽部QB，更具體而言，亦可設為如下構成：於例如格柵狀之構件中形成有孔之部分與無孔之 部分(將孔閉合之部分)，而固定地決定光透過部QA及光遮蔽部QB之位置。例如考慮如視差障壁(Parallax Barrier)之構成等。又，亦可設為如下構成：藉由將光選擇部20設為例如切換光之遮斷與透過之面板型構件者，而使其具有閥之功能，且光透過部QA及光遮蔽部QB之位置可變。藉由切換光之遮斷與透過而進行可變控制，藉此，增加各成分光之射出角度之選擇模式。又，關於光透過部QA及光遮蔽部QB之寬度(大小及範圍)，可為各種態樣，例如亦可設為與各個發光型元件10a之尺寸及排列相配合者，但亦能以較各個發光型元件10a小(細)之間距排列。如上所述，光選擇部20藉由具有光透過部QA與光遮蔽部QB，可僅使成分光IL中處於應使用之射出角度之成分通過而將其他成分排除。又，光選擇部20可限制各成分光IL之角度之擴散，使其具有指向性。例如考慮如雙凸透鏡之構成等。換言之，光選擇部20係根據射出角度決定是否將成分光IL用作圖像光之構件。
如上所述，光射出調整機構100可藉由發光部10與光選擇部20而調整構成圖像光之各成分光IL之發光位置與所要使用之射出角度。亦即，光射出調整機構100係基於電路裝置80之控制設定光源側之圖像光之射出狀態的光設定部。再者，於將光選擇部20設為可進行可變控制之構成之情形時，根據電路裝置80之控制，調整發光部10之發光位置與光選擇部20光透過部QA之位置關係而提高使用效率，藉此，可進一步提高光量。
投射光學系統40係使以上述方式經由光射出調整機構100之成分光IL、即通過光選擇部20之各成分光IL之整體作為圖像光而投射至投影區域PD上之投射透鏡。經由投射光學系統40之各成分光IL中之某些成分如圖所示般於投影區域PD上與其他成分光IL相互重疊。例如，如圖中實線所示，自發光型元件10a中之於圖示中自上而下第4個自發光型元件a4(10a)、及與其鄰接之第5個自發光型元 件a5(10a)以互不相同之角度射出，但於投影區域PD上最終到達至相同位置PA1。亦即，來自自發光型元件a4之成分光ILa(IL)與來自自發光型元件a5之成分光ILb(IL)於投影區域PD上之位置PA1重疊，而形成1個投影像素作為投影圖像。同樣地，圖中以虛線表示之成分光IL彼此於投影區域PD上之位置PA2重疊而形成1個投影像素，圖中以單點鏈線表示之成分光IL彼此於位置PA3形成1個投影像素。如此，來自於發光部10中配置成面狀之多個自發光型元件10a之成分光IL被同時朝向投影區域PD射出，藉此，可於投影區域PD之面區域上形成圖像。再者，投射光學系統40於例如各成分子IL之光束具有角度之擴散之類的情形時，亦作為使該光束一面收斂一面向投影區域PD上投射者而發揮功能。
攝像部70係由例如可測定距離圖像之相機構成者，對被投射來自上述光學系統部分50之圖像光的被照射區域內之投影區域PD進行拍攝，並測定投影區域PD相對於投影機2之距離或至投影區域PD之形狀即投影區域PD上之各小區域進而各點之距離等。亦即，投影機2藉由具有攝像部70，可取得投影區域PD相對於投影機2之深度資訊(與Z方向相關之資訊)、或與投影區域PD上之各小區域(各點)之方位相關之資訊。再者，於圖2之情形時，投影區域PD成為相對於光軸OA垂直之平面。於此情形時，只要取得光軸OA上相關之投影區域PD之距離資訊(深度資訊)便足夠。
電路裝置80包括圖像處理部81、發光驅動部82、及主控制部88，且係對包含光學系統部分50之動作控制在內之投影機2之所有動作進行控制之裝置。主控制部88總括所有動作。又，圖像處理部81進行應投射之圖像資訊之處理，並且尤其是於本實施形態中，取得自攝像部70取得之投影區域PD之形狀等距離資訊，且基於該距離資訊進行圖像處理。發光驅動部82按照來自主控制部88及圖像處 理部81之指示，進行構成光射出調整機構100之發光部10及光選擇部20之動作控制。即，進行構成發光部10之各個發光型元件10a之點亮時序或點亮光量之控制、或者光選擇部20中之多個狹縫狀之光透過部QA與光遮蔽部QB之配置切換之驅動動作。如上所述，電路裝置80作為如下光控制部而發揮功能，該光控制部係關於投影機2之各種動作控制中之光射出調整機構100之動作控制，對成分光IL之射出位置及射出角度進行控制。
於以上之利用投影機2進行之圖像投射之情形時，藉由利用電路裝置80控制具有成分光IL之選擇功能之光射出調整機構100，可適當變更圖像形成位置。藉此，如例如圖4(A)之情形與圖4(B)之情形所示，可對處於不同距離之投影區域PD，不依靠投射光學系統40之聚焦功能而形成聚焦之圖像。換言之，可根據投影區域PD之形狀等變更焦點位置。於圖4(A)及4(B)中，圖4(A)表示如下情形，即，以投影區域PD為相對於光軸OA垂直之平面且成為距投影機2之距離於深度方向(Z方向)上相對較遠之位置之方式配置。相對於此，圖4(B)表示如下情形，即，以投影區域PD為相對於光軸OA垂直之平面且成為於深度方向(Z方向)上相對較近之位置之方式配置。再者，此處，於如僅圖4(A)之情形之投射、或僅圖4(B)之情形之投射般對單一平面進行投射之情形時，認為是向一定之深度方向進行投射，於進行圖4(A)之情形之投射與圖4(B)之情形之投射之兩者、或參照圖5等如下所述般對處於2個以上之不同位置之投影區域進行投射之情形時，認為投影區域處於深度方向上不同之位置。
以下，對圖4所示之情形時之利用投影機2進行之圖像投射之動作之一例進行說明。首先，作為圖4(A)及4(B)共同之前提，電路裝置80係以如下方式控制光射出調整機構100，即，取得來自攝像部70之關於投影區域PD之距離資訊，射出與基於該距離資訊修正 之圖像資訊相對應之光線。具體而言，例如於圖4(A)所示之情形之投射中，在投影區域PD上之投影位置中之例如位於下方側之位置PA1，成為以實線表示之成分光IL對應之光線。即，藉由利用電路裝置80控制光射出調整機構100，而使構成發光部10之自發光型元件10a中之自發光型元件a4與自發光型元件a5對應於位置PA1上之圖像(像素)。同樣地，電路裝置80以如下方式控制光射出調整機構100，即，使來自其他自發光型元件10a之成分光IL(圖中虛線)對應於投影區域PD上之投影位置中之位於中央側之位置PA2，使來自進而其他自發光型元件10a之成分光IL(圖中單點鏈線)對應於投影區域PD上之投影位置中之位於上方側之位置PA3。上述中，為了簡化說明，而對3個位置PA1~PA3進行了說明，但同樣之情況係藉由對二維平面即整個投影區域PD呈面狀照射所有各成分光作為圖像光，而對整個投影區域PD進行圖像投射，從而形成投影圖像。又，關於重疊之自發光型元件10a之數量，於圖示中，使來自2個發光點之成分光IL重疊於1處投影區域PD上之1個位置，但並不限定於此，亦可使來自例如3個以上之發光點之成分光IL重疊於投影區域PD上之1個位置。關於重疊之程度，根據發光點之數量(自發光型元件10a之數量)與所要求之解像度之關係等進行適當變更。
繼而，對圖4(B)所示之情形之圖像投射之動作進行說明。再者，作為圖4(B)中之投影區域PD之被投射位置而代表性地表示之3個位置PB1~PB3與圖4(A)中之3個位置PA1~PA3對應。換言之，若位置PA1~PA3上之圖像之狀態與位置PB1~PB3上之圖像之狀態一致，則意味著圖4(A)之投影區域PD中之投影圖像與圖4(B)之投影區域PD中之投影圖像一致。於圖4(B)所示之情形之投射中，亦與上述圖4(A)之情形同樣地，電路裝置80藉由控制光射出調整機構100，而於投影區域PD上形成圖像。但是，於圖4(B)之情形時，自攝像部70 取得之關於投影區域PD之距離資訊與圖4(A)之情形不同(位置較圖4(A)之情形近)。因此，電路裝置80以如下方式控制光射出調整機構100，即，投影區域PD上之各位置、與在光射出調整機構100中對應之自發光型元件10a之關係與圖4(A)所示之情形不同。於圖4(B)所示之情形時，使來自圖示中自上而下第2個自發光型元件a2(10a)之成分光IL(圖中實線)、與來自自上而下第7個自發光型元件a7(10a)之成分光IL(圖中實線)對應於例如投影區域PD上之投影位置中之位於下方側之位置PB1。同樣地，使來自其他自發光型元件10a之成分光IL(圖中虛線)對應於投影區域PD上之投影位置中之位於中央側之位置PB2，且如單點鏈線所示般使來自進而其他自發光型元件10a之成分光IL(圖中單點鏈線)對應於投影區域PD上之投影位置中之位於上方側之位置PB3。
如上所述，本實施形態之投影機2係如圖4(A)之情形與圖4(B)之情形般，即便位於被照射區域內之投影區域PD之位置改變，亦根據改變後之位置以選擇處於可對應之射出位置及射出角度之成分光IL之方式控制圖像光，藉此，可不使用投射光學系統40之聚焦功能，而以聚焦之狀態形成相同之圖像。若改變想法，則可根據投影區域PD之位置，與聚焦功能獨立地根據投影區域PD變更自投影機2射出之圖像光之焦點位置。
圖5(A)及5(B)係表示向使用投影機2之分割區域進行圖像投射之一例之圖。具體而言，於圖5(A)及5(B)所示之情形時，投影區域PD被分為包含互不相同之深度方向之位置的第1區域PD1與第2區域PD2之2個區域(分割區域)。此處，深度方向上之位置較遠之側成為第1區域PD1，較近之側成為第2區域PD2。但是，第1區域PD1及第2區域PD2均為與相對於光軸OA垂直之XY面平行之平面。即便為向此種分割區域進行圖像投射之情形，投影機2亦可基於自攝像 部70取得之第1區域PD1與第2區域PD2之距離資訊，以將各個發光型元件10a之投射範圍分成第1區域PD1用之範圍與第2區域PD2用之範圍之方式控制光射出調整機構100之動作，而對第1區域PD1與第2區域PD2之兩者形成圖像。再者，於此情形時，亦藉由將來自於發光部10中配置成面狀之多個自發光型元件10a之成分光IL一起射出，而對由複數個分割區域構成之投影區域PD之整個面區域形成圖像。
此處，於圖5(B)中，將投影機2中之包含第1區域PD1之面內可投射之範圍設為可投影區域PP1，將包含第2區域PD2之面內可投射之範圍設為可投影區域PP2。即，可投影區域PP1係假想之圖像光之被照射區域，且表示於假設使發光部10中之所有自發光型元件10a僅朝向包含第1區域PD1之平面內投射之情形時可照射之範圍。同樣地，可投影區域PP2表示於假設使發光部10中之所有自發光型元件10a僅朝向包含第2區域PD2之平面內投射之情形時可照射之範圍。換言之，若僅照射可投影區域PP1中之第1區域PD1，則只要以僅使用發光部10之自發光型元件10a中之射出聚光於第1區域PD1之射出位置及射出角度之成分光IL之自發光型元件10a之方式選擇自發光型元件10a等即可。同樣地，若僅照射可投影區域PP2中之第2區域PD2，則只要以僅使用自發光型元件10a中之射出聚光於第2區域PD2之射出位置及射出角度之成分光IL之自發光型元件10a之方式選擇自發光型元件10a等即可。亦即，只要於電路裝置80中，適當進行光射出調整機構100中之光之分配控制即可。
如上所述，於本實施形態中，於電路裝置80中進行分成自光射出調整機構100朝向第1區域PD1射出之成分光IL與朝向第2區域PD2射出之成分光IL之控制，藉此進行如上所述之圖像成像。亦即，投影機2可向複數個投影面同時進行投影。
以下，參照圖6之流程圖，對圖5所示之向2個分割區域進行投射之情形時之圖像投射之處理之一例進行說明。首先，於電路裝置80中，在主控制部88之控制下自外部獲取距離圖像資料(步驟S11)。
其次，主控制部88使攝像部70動作，拍攝投影區域PD而取得與距離相關之資訊，從而獲取與投影區域PD之位置即第1區域PD1與第2區域PD2之位置相關之資訊(步驟S12)。更具體而言，主控制部88使內置於圖像處理部81之距離圖像產生部81a(參照圖2)動作，基於自攝像部70取得之資訊，針對投影區域PD之各分割區域即第1區域PD1與第2區域PD2，分別抽選與對投影機2之距離或方位相關之資料。
其次，主控制部88根據步驟S12中所取得之與距離或方位相關之資料，抽選射出可聚光於各區域PD1、PD2之成分光IL之自發光型元件10a，並分為對第1區域PD1投射之成分光IL1、與對第2區域PD2投射之成分光IL2(參照圖5(A))，進行各個發光型元件10a之分配處理(步驟S13)。
其次，主控制部88基於步驟S11中取得之圖像資料、與步驟S13中之自發光型元件10a之分配，進行圖像資料之修正處理(步驟S14)。即，決定各圖像資料、與射出形成與該圖像資料對應之投影圖像之成分光的各個發光型元件10a之對應關係。
最後，主控制部88將基於步驟S14中之對應關係之圖像信號發送至發光驅動部82(步驟S15)，並基於來自發光驅動部82之驅動信號，開始圖像投射之動作。
再者，於上述說明中，設為對第1區域PD1與第2區域PD2之兩者同時進行圖像投射，但亦可設為例如將對第1區域PD1之投射與對第2區域PD2之投射分時進行。例如關於複數個自發光型元件10a中之某個自發光型元件10a，於進行在對第1區域PD1之投射與 對第2區域PD2之投射之兩者中兼用之控制之情形時，可藉由分時地切換投射而達成目的。
又，於以上之例中，對將投影區域PD劃分成2個區域之情形進行了說明，但即便於劃分成3個以上之區域之情形時，亦能以相同之方式進行圖像投射。進而，於上述中，將各區域設為平面上之區域，但亦可對如並非平面之具有曲率之面形成圖像。
進而，若考慮藉由將多個微小之曲面相接合而形成具有二維或三維擴散之投影區域PD，則亦可使對應之自發光型元件10a對微小之各曲面同時照射。於此情形時，例如，如圖7所示，可對具有立體之曲面形狀之投影區域PD進行圖像投射。
又，若改變想法，則亦可認為投影機2係能夠對某個空間任意地決定位置而進行投射者。圖8(A)及8(B)係表示向立體區域進行投射之狀態之一例之圖。即，於將投影機2中光射出調整機構100可投影圖像光之空間之(立體之)區域(被照射區域)設為可投影區域PX之情形時，能夠於可投影區域PX內自由地設定投影區域PD。再者，於圖示之情形時，作為一例，表示投影區域PD為半球狀之情形。
如上所述，本實施形態之投影機2包括：光射出調整機構100，其針對自於發光部10中配置於複數個位置之自發光型元件10a分別射出之成分光IL，調整(設定)每一該成分光IL所使用之射出角度；及作為光控制部之電路裝置80，其對應於被經由光射出調整機構100之成分光IL照射之投影區域PD，控制自光射出調整機構100射出之成分光IL之射出位置及射出角度。藉此，於電路裝置80之控制下，於光射出調整機構100中，將構成圖像光之各成分光自複數個位置以互不相同之角度分別射出，藉此，即便於被照射區域即投影區域為具有深度者即於深度方向上不同之距離具有區域之類的情形時，亦可對該投影區域同時並行地進行投射。換言之，可同時並行地對不同之深 度空間進行投射。
又，由於上述投影機2可於任意之位置將影像成像，故而於例如投影映射等對立體物進行投影時，若為先前之投影機則需要複數台，但使用1台投影機2便可實現。又，由於上述投影機2可使光線之聚光密度根據位置變化，故而可利用於僅使影像之某個部分特別亮等情況。例如可僅使影像之某一部分發光，藉此能夠表現金屬光澤感等。進而，可無需焦點調整機構而使成本降低，且可提高對立體物等進行投影映射時之聚焦感。
[第2實施形態]
以下，對第2實施形態之投影機進行說明。第2實施形態之投影機係使第1實施形態之投影機發生變化而得者，不特別進行說明之部分具有與第1實施形態之投影機相同之構造。
如圖9所示，第2實施形態之投影機202為單板式投影機，作為光射出調整機構200，包括：光源裝置21，其包含產生光源光之光源部、及自光源部形成照明光之照明光學系統；光調變部25，其被自光源裝置21射出之照明光照明；及光選擇部220，其進行自光調變部25射出之構成各種顏色之圖像光之成分光之選擇。進而，投影機202包括投射光學系統40，該投射光學系統40將由光選擇部220選擇成分光後之圖像光投射至投影區域PD。
再者，於以上之投影機202中，光源裝置21包括光源燈21a、凹透鏡21b、一對透鏡陣列21d、21e、偏光轉換構件21g、及重疊透鏡21i。其中，作為產生光源光之光源部之光源燈21a包括例如高壓水銀燈等即燈本體22a、及回收光源光並向前方射出之凹面鏡22b。凹透鏡21b具有使來自光源燈21a之光源光平行化之作用，但於例如凹面鏡22b為抛物面鏡之情形時，亦可省略。構成照明光學系統之一對透鏡陣列21d、21e包含配置成矩陣狀之複數個要素透鏡，藉由該 等要素透鏡將通過凹透鏡21b之來自光源燈21a之光源光分割並個別地使其聚光、發散。關於偏光轉換構件21g，省略其詳細情況，但其包括：稜鏡陣列，其組入有PBS(polarization beam splitter，偏振分束器)及鏡；以及波片陣列，其呈條紋狀貼附於設置在該稜鏡陣列之射出面上。重疊透鏡21i藉由使經由偏光轉換構件21g之照明光整體上適當收斂，而可對作為光調變部25設置之液晶光閥進行重疊照明。亦即，經由兩透鏡陣列21d、21e與重疊透鏡21i之照明光將設置於光調變部25之液晶面板26均勻地重疊照明。
光調變部25如上所述般為液晶光閥。更具體而言，光調變部25係包括作為液晶元件之液晶面板26、光入射側偏光板25e、及光射出側偏光板25h且以構成像素為單位對入射之照明光之強度之空間分佈進行調變之非發光型光調變裝置。再者，於光調變部25之前段，設置有對入射之照明光進行調整之場透鏡23f。
光選擇部220配置於構成上述光調變部25之液晶光閥之後段。該光選擇部220係切換光之遮斷與透過之面板型構件，例如由液晶面板構成。亦即，光選擇部220係由如下切換面板構成，該切換面板係用以針對自光調變部25射出之光以像素單位選擇射出角度。
亦即，於本實施形態中，可以說由構成光調變部25之液晶光閥與光選擇部220構成雙層光閥，藉此，可調整各成分光之射出位置與射出角度。亦即，光調變部25作為第1光閥，決定作為呈面狀發光之發光部的發光點之位置，光選擇部220作為第2光閥，決定自第1光閥產生之光之射出角度，其等發揮作為光射出調整機構200之本質上之功能。
以下，參照圖10(A)，對本實施形態之利用投影機202進行之圖像投射之動作具體地進行說明。再者，圖10(A)概括性地表示圖9所示之構造中之光射出調整機構200及其周邊之構造。如圖所示，成分 光IL係於光調變部25中自照明光以像素單位被調變，且於電路裝置(省略圖示)之控制下，自構成光調變部25之液晶面板26(第1光閥)之各像素之位置分別射出。亦即，構成作為第1光閥之液晶面板26之複數個像素可以說為配置成面狀之複數個發光點。自光調變部25射出之各成分光IL於光選擇部220(第2光閥)中被調整射出角度。即，僅選擇具有於某種程度上擴散之角度且自構成光調變部25之液晶面板26之各像素射出之成分光IL中之以所需之角度射出者，並經由投射光學系統40而投射至投影區域PD。再者，於圖示之例中，投影區域PD包括2個分割區域PD1、PD2，使各成分光IL中之一部分成分朝向分割區域PD1投射，使其他成分朝向分割區域PD2投射。即，根據光調變部25中之射出位置、與光選擇部220中所決定之射出角度進行各成分光IL之分配。
於本實施形態之情形時，於光射出調整機構200中，亦將構成圖像光之各成分光自複數個位置以互不相同之角度分別射出，藉此，即便於被照射區域即投影區域為具有深度者即於深度方向上不同之距離具有區域之情形時，亦可對該投影區域同時並行地進行投射。
又，如圖10(B)所示之一變化例般，於構成光選擇部220之切換面板之前後，配置一對微透鏡陣列MLa、MLb，藉此亦可獲取更多之光。
圖11(A)表示將本實施形態中之雙層光閥構造之一部分放大之一例。構成上述光調變部25側之光閥(第1光閥)之像素之數量、與構成光選擇部220側之光閥(第2光閥)之像素之數量亦可為相同數量且1對1地對應，但如圖11(A)所示，亦可為使第2光閥之像素數較第1光閥之像素數多(使第2光閥側更細)之構成。即，亦可以使光選擇部220側之複數個像素P2(圖示之情形時為4×4之16個)對應於光調變部25側之1個像素P1之方式構成。藉此，可針對自光調變部25 側於每一像素在角度上具有擴散之狀態下射出之圖像光之成分，選擇所需之射出角度之成分。
再者，如以上般之構成亦可應用於將如上所述之第1光閥之各像素作為發光點之構成以外之構成。例如，如圖11(B)所示，於發光部中使用為自發光型光源且於具有擴散之狀態下產生光之光源元件PQ之情形時，藉由將使複數個像素P2對應於各光源元件PQ之光閥用作光選擇部220，亦可限制自光源元件PQ射出之光之射出角度。
[第3實施形態]
以下，對第3實施形態之投影機進行說明。第2實施形態之投影機係使第2實施形態之投影機發生變化而得者，不特別進行說明之部分具有與第2實施形態之投影機相同之構造。
如圖12所示，第3實施形態之投影機302中，作為光射出調整機構300之發光部，包括：光源裝置21；色彩分離光學系統23，其將來自光源裝置21之光源光分離成藍綠紅3色之色光；及光調變部325，其被自色彩分離光學系統23射出之各種顏色之照明光照明；且作為發光部以外之光射出調整機構300之構成要素，包括光選擇部320，該光選擇部320進行自光調變部325射出之構成各種顏色之圖像光之成分光之選擇。進而，投影機302包括：合成稜鏡(合成光學系統)即合光稜鏡27，其將由光選擇部320選擇成分光後之各種顏色之圖像光合成；及投射光學系統40，其將通過合光稜鏡27之圖像光投射至投影區域PD。
再者，於以上之投影機302中，與第2實施形態之投影機202(參照圖9)同樣地，光源裝置21包括光源燈21a、凹透鏡21b、一對透鏡陣列21d、21e、偏光轉換構件21g、及重疊透鏡21i，且光源燈21a包括燈本體22a、及凹面鏡22b。再者，重疊透鏡21i藉由使經由偏光轉換構件21g之照明光整體上適當收斂，而可對設置於光調 變部325之各種顏色之液晶光閥25a、25b、25c進行重疊照明。亦即，經由兩透鏡陣列21d、21e與重疊透鏡21i之照明光通過以下詳細敍述之色彩分離光學系統23，將設置於光調變部325之各種顏色之液晶面板26a、26b、26c均勻地重疊照明。
色彩分離光學系統23包括第1及第2分色鏡23a、23b、場透鏡23f、23g、23h、及反射鏡23j、23m、23n、23o，且與光源裝置21一併構成照明裝置。此處，第1分色鏡23a使藍綠紅3色中之例如藍(B)色透過，而將綠(G)及紅(R)色反射。又，第2分色鏡23b將已入射之綠紅2色中之例如綠(G)色反射，而使紅(R)色透過。藉此，構成光源光之B光、G光、及R光分別被導向第1、第2、及第3光路OP1、OP2、OP3，而分別入射至不同之照明對象。
光調變部325與上述各種顏色用之3條光路OP1、OP2、OP3相對應地包括3個液晶光閥25a、25b、25c。
配置於第1光路OP1之B色用之液晶光閥25a包括：液晶面板26a，其被B光照明；光入射側偏光板25e，其配置於液晶面板26a之入射側；及光射出側偏光板25h，其配置於液晶面板26a之射出側。
配置於第2光路OP2之G色用之液晶光閥25b包括：液晶面板26b，其被G光照明；光入射側偏光板25f，其配置於液晶面板26b之入射側；及光射出側偏光板25i，其配置於液晶面板26b之射出側。
配置於第3光路OP3之R色用之液晶光閥25c包括：液晶面板26c，其被R光照明；光入射側偏光板25g，其配置於液晶面板26c之入射側；及光射出側偏光板25j，其配置於液晶面板26c之射出側。
光選擇部320包括3個切換面板320a、320b、320c，該等3個切換面板320a、320b、320c分別配置於構成上述光調變部325之3個液晶光閥25a、25b、25c之後段。
配置於液晶光閥25a之後段之切換面板320a針對自液晶光閥 25a射出之B光以像素單位選擇射出角度。配置於液晶光閥25b之後段之切換面板320b針對自液晶光閥25b射出之G光以像素單位選擇射出角度。配置於液晶光閥25c之後段之切換面板320c針對自液晶光閥25c射出之R光以像素單位選擇射出角度，即，進行角度成分之調整。
合光稜鏡27相當於光合成光學系統，形成有呈X字狀交叉之一對雙色鏡27a、27b，一第1雙色鏡27a反射B光，另一第2雙色鏡27b反射R光。藉此，自合光稜鏡27射出將B光、G光、及R光合成所得之彩色之像光。
投射光學系統40作為投射光學系統將由合光稜鏡27合成所得之彩色之像光以所需之倍率投射至投影區域PD。亦即，投射與輸入至各液晶面板26a~26c之驅動信號或圖像信號相對應之所需倍率之彩色動態圖像或彩色靜止圖像。
於本實施形態之情形時，於光射出調整機構300中，亦將構成圖像光之各成分光自複數個位置以互不相同之角度分別射出，藉此，即便於被照射區域即投影區域為具有深度者即於深度方向上不同之距離具有區域之情形時，亦可對該投影區域同時並行地進行投射。
本發明並不限定於上述實施形態或實施例，可於不脫離其主旨之範圍內，以各種態樣實施。
例如，關於光射出調整機構，除上述以外，亦可為例如圖13所示般，使用包括面發光雷射等之發光部410、及包括排列有多個微鏡MM之數位微鏡器件之光選擇部420，藉由作為數位微鏡器件之光選擇部420使藉由發光部410而呈面狀相互平行地射出之成分光IL以特定之射出角度投射。於此情形時，設為例如使面發光雷射之射出時序與數位微鏡器件之旋轉速度同步。又，藉由將數位微鏡器件僅用於接通與斷開之切換，而亦可用作光選擇部。
又，於上述中，以各發光部之光源點或面板之像素單位說明了光之照射，但面狀之發光部亦可將若干個局部面光源組合而構成。即，於發光部之構成中，亦可將例如自複數個(多個)位置呈面狀產生光而形成圖像光之塊狀之若干個小光源部組合而構成1個發光部。於此情形時，亦可設為以如下方式進行調整：例如使某個塊狀之小光源部照射投影區域PD之某一區域，藉由組合所有塊狀之小光源部，而照射整個投影區域PD。又，亦可設為自不同之塊狀之小光源部分別射出之成分光對投影區域PD之一部分或全部重疊地照射。又，亦可設為根據來自攝像部70之距離圖像，以於1個塊狀之小光源部中進行圖像修正之方式控制。
又，於例如圖3(A)所示之雷射發光元件中，亦可藉由設置可變型鏡，而調整射出角度。
又，關於發光部之發光點之數量、即自發光型元件之個數、或構成第1光閥之像素之像素數，可應用各種數量，但發光點之個數越多，則於如上所述之射出角度之選擇中，自由度越高。若改變想法，則越是增多光源側或圖像形成側之像素數，則越能提高與有關被照射區域之深度方向之資訊之對應度，即便投影區域PD之範圍成為複雜之立體形狀，亦容易應對。又，亦可增加重疊之成分光IL之數量、即增亮圖像。
又，發光部係設為於平面上排列例如自發光型元件者，但亦可設為於曲面上排列之構成。又，亦可設為藉由使自發光型元件之排列根據投影區域之形狀發生變化，而調整各成分光之射出位置或射出角度。
又，關於用於光選擇部之面板，並不限定於透過型液晶面板，亦可設為反射型液晶面板。
又，亦可藉由於發光部中具有像素偏移(e-shift)功能，而虛擬地 增加像素數。
又，投射光學系統40亦可為可變焦距透鏡，可進行縮小投影，亦可使景深可變。藉由調整投射光學系統40之景深，可擴大深度方向之顯示範圍。進而，亦可藉由使投射光學系統40之聚焦狀態可變，而使投影機2之三維之投射空間沿光軸OA方向移動。

Claims (11)

  1. 一種投影機，其包括：光射出調整機構，其可針對自發光部中的複數個位置分別射出之成分光，調整每一該成分光所使用之射出角度；及光控制部，其與位於被經由上述光射出調整機構之成分光照射之被照射區域內、且包含深度方向上不同位置之投影區域對應，控制自上述光射出調整機構射出之成分光之射出位置及射出角度。
  2. 如請求項1之投影機，其中更包括投射光學系統，該投射光學系統使經由上述光射出調整機構之成分光投射至上述投影區域上。
  3. 如請求項1或2之投影機，其中上述光射出調整機構具有光選擇部，該光選擇部針對自上述發光部射出之每一成分光，選擇處於限制光之透過而使用之射出角度之成分。
  4. 如請求項3之投影機，其中上述光選擇部係切換光之遮斷與透過之面板型構件，上述光控制部控制上述面板型構件中之光之遮斷與透過之切換，並選擇自上述發光部射出之成分光中處於特定之射出角度的成分。
  5. 如請求項1或2之投影機，其中於上述光射出調整機構中，上述發光部包含具有面狀擴散之發光源，且將射出之成分光對具有二維或三維擴散之上述投影區域同時照射。
  6. 如請求項1或2之投影機，其中上述發光部具有自配置成面狀之複數個發光點分別射出成分光之複數個自發光型元件。
  7. 如請求項6之投影機，其中上述自發光型元件產生同調光。
  8. 如請求項6之投影機，其中上述光射出調整機構具有複數個透鏡部，該等複數個透鏡部分別與上述發光部中之複數個發光點相對應地設置，且分別調整自各發光點發出之光之射出角度。
  9. 如請求項1或2之投影機，其中上述發光部具有：照明光學系統，其由光源部中產生之光源光形成照明光；及光調變部，其將來自上述照明光學系統之照明光進行調變。
  10. 如請求項9之投影機，其中上述光射出調整機構具有切換光之遮斷與透過之面板型構件，作為從自上述發光部射出之成分光選擇處於射出角度之成分之光選擇部，上述面板型構件構成為使複數個像素對應於構成上述光調變部之各像素。
  11. 如請求項1或2之投影機，其中上述光射出調整機構根據上述發光部中各種顏色之光分別形成每種顏色之成分光，並調整每一該各種顏色之成分光所使用之角度成分，上述投影機進而包括將經由上述光射出調整機構之各種顏色之成分光合成之合成光學系統。
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